JPH0998514A - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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JPH0998514A
JPH0998514A JP7275127A JP27512795A JPH0998514A JP H0998514 A JPH0998514 A JP H0998514A JP 7275127 A JP7275127 A JP 7275127A JP 27512795 A JP27512795 A JP 27512795A JP H0998514 A JPH0998514 A JP H0998514A
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capacity capacitor
vehicle
capacitance capacitor
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Fujio Matsui
冨二夫 松井
Kenzo Komatsu
健造 小松
Shihomi Hiroishi
志保美 広石
Kuniaki Emura
国昭 江村
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速、減速が頻繁に繰り返される走行状態に
おいても、常に、大容量コンデンサを次の加速に備えて
十分に充電するとともに、エネルギーの回生効率を向上
する。 【解決手段】 補助的にあるいは主体的にモータ１によ
り駆動される車両の制動エネルギーを電気エネルギーと
して回生する車両用電源装置において、モータ１に対し
て並列に接続された大容量コンデンサ７およびバッテリ
ー８と、大容量コンデンサ７およびバッテリー８を互い
に独立してモータ１に接続、遮断可能にしたブレーカー
６とにより給電、充電兼用回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大容量コンデンサ
とバッテリーの２系統の電源を有する電気自動車および
ハイブリッド車における電源装置に関し、特に、エネル
ギーの回生効率を向上させるとともに各電源系統の選
択、組合せの自由度を向上させた電源装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電気自動車およびハイブリッド
車等の車両における電源装置は、３相交流モータを発電
機として使用し、車両の制動エネルギーを電気エネルギ
ーとしてバッテリーに回収するエネルギー回生システム
を具備し、回収した電気エネルギーを車両の走行に利用
している。しかし、このような電源装置の場合、発進、
加速に対応する電力を供給するために大きなバッテリー
容量が必要となるばかりでなく、回生時やモータによる
走行時の急激な充放電によりバッテリー内で電気分解が
起こってガスが発生し、バッテリーの劣化が早くなる。
【０００３】そこで、近年、バッテリーに対して、充放
電による化学変化を伴わず急速な充放電が可能である大
容量コンデンサを付加的に配置し、モータによる走行時
など大電力を主として大容量コンデンサから供給する電
源装置が開発されている。
【０００４】このような大容量コンデンサを用いた車両
用電源装置を開示した先行技術として、例えば、特開平
６−１１３４０７号公報がある。
【０００５】この先行技術において、大容量コンデンサ
とバッテリーは常閉の給電回路を介して並列にインバー
タおよび３相交流モータに接続されている。大容量コン
デンサとバッテリーは、同時に、給電回路と別の回生回
路を介してインバータおよびモータに並列に接続されて
いる。また、大容量コンデンサとバッテリーの電圧は不
等に設定されており、車両のモータによる走行時には、
大容量コンデンサ単独あるいは大容量コンデンサとバッ
テリーの両方からモータに給電される。一方、回生回路
中の大容量コンデンサとバッテリーの間には昇圧コンバ
ータあるいは降圧コンバータが介装されており、回生時
にモータで発電された電力を大容量コンデンサとバッテ
リーに同時に充電可能としている。回生時における大容
量コンデンサおよびバッテリーの充電は、大容量コンデ
ンサの電圧が所定のフル充電電圧に達したときにチョッ
パを作動させることにより終了され、その後、発電電力
は放電抵抗により熱として消費される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電源装置では、回生時にバッテリーと大容量
コンデンサが同時に充電されモータの発電電力を両者で
分け合うため、大容量コンデンサの急速充電を阻害して
しまう。その結果、市街地走行や山道走行など加速、減
速が頻繁に繰り返される場合などでは回生時に大容量コ
ンデンサが十分に充電されず加速時にそれが有効に機能
しなくなるという問題が生じる。
【０００７】また、大容量コンデンサの電圧が所定のフ
ル充電電圧に達したときに大容量コンデンサとともにバ
ッテリーの充電も終了されるため、回生エネルギーが効
率よく活用されないという問題がある。
【０００８】さらに、モータによる走行時は、大容量コ
ンデンサが主体となってモータに給電するため、バッテ
リーのみによる給電が不可能な構成になっている。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、市街地走行や
山道走行など加速、減速が頻繁に繰り返される状況にお
いても、常に、大容量コンデンサを次の加速に対応でき
るように急速充電するとともに、大容量コンデンサの充
電後にバッテリーの充電を可能としてエネルギーの回生
効率を向上することを目的とする。さらに、車両の走行
状態に応じて、大容量コンデンサとバッテリーのどちら
か一方でモータを駆動する、あるいはそれらの組合せに
よりモータを駆動するなど、電源の自由な設定を可能に
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明の車両用エネルギー回生電源装置は、補助
的にあるいは主体的にモータにより駆動される車両の制
動エネルギーを電気エネルギーとして回生する車両用電
源装置において、モータに対して並列に配置された大容
量コンデンサおよびバッテリーと、大容量コンデンサお
よびバッテリーを独立してモータに接続、遮断可能にし
たブレーカーから給電、充電兼用回路を構成した。
【００１１】車両が減速中でエネルギー回生が行われる
とき、ブレーカーは、まず最初に、発電機として機能す
るモータに大容量コンデンサのみを接続し、大容量コン
デンサを急速に充電する。次に、大容量コンデンサの電
圧がフル充電電圧に達すると、ブレーカーはバッテリー
のみをモータに接続するように切り換える。これによ
り、大容量コンデンサが直ちに充電され、市街地走行、
山道走行など頻繁に充放電が繰り返される状況において
も大容量コンデンサを次の加速に備えて十分に充電する
ことができ、また、車両減速中の制動エネルギーを効率
よく大容量コンデンサおよびバッテリーに充電すること
ができる。さらに、加速および定常走行中はブレーカー
の切り換えにより大容量コンデンサとバッテリーの両方
あるいはどちらか一方からの電力を選択的にモータに供
給することができ、各電源の組合せ自由度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の電源装置を
ハイブリッド車に適用した第１の実施の形態の概要を示
すシステム図である。
【００１３】図１において、１は３相交流モータであ
り、車両のモータによる走行時は電動機として機能し、
エネルギー回生時は発電機として機能する。２はエンジ
ン、３はクラッチＣ２を介してエンジン２に連結される
変速機を示す。変速機３はエンジン回転数を変速し、デ
ィファレンシャル装置１１を介して駆動車輪９に動力伝
達する。一方、モータ１はクラッチＣ１を介してディフ
ァレンシャル装置１１および駆動車輪９に連結されてい
る。したがって、車両の走行状態あるいは運転者の手動
による要求に応じて上記クラッチＣ１，Ｃ２の接続、遮
断を制御することにより、モータ１およびエンジン２の
出力の両方、あるいはどちらか一方が選択的に駆動車輪
９に伝達される。車両の走行モードとしては、エンジン
単独で駆動するエンジン走行モード、モータ単独で駆動
するモータ走行モード、エンジンとモータを併用して駆
動する複合走行モードおよび減速時のエネルギー回生走
行モードがあり、車両の加速、定常、減速のそれぞれの
走行時に車両の走行状態に応じて適切な走行モードが選
択される。
【００１４】Ｅはモータ１の電源装置を示し、インバー
タ４、インバータ制御ユニット５、ブレーカー６、大容
量コンデンサ７、バッテリー８から構成されている。イ
ンバータ４は、例えば、パワーＭＯＳ ＦＥＴとダイオ
ードの並列回路の３相ブリッジから構成され、モータ１
の３相コイルのそれぞれに対応して接続されている。バ
ッテリー８は１２Ｖの単バッテリーを８個直列に接続し
て構成されている。大容量コンデンサ７とバッテリー８
はインバータ４とブレーカー６を介してモータ１に並列
に接続されており、それぞれのフル充電電圧ＶFCとＶFB
はＶFC＞ＶFBの関係になるように予め設定されている。
本実施の形態では、バッテリー８のフル充電電圧ＶFB＝
９６Ｖ（１２Ｖ×８個）に対して、ＶFC＝１２０Ｖの大
容量コンデンサ７が採用されている。一方、ブレーカー
６は、それぞれ、大容量コンデンサ７とバッテリー８に
直列に接続された２組のリレーＡ、Ｂから構成されてお
り、それぞれのリレーＡ、Ｂはスイッチ６１、６３とコ
イル６２、６４の組合せからなっている。
【００１５】また、１０は集中制御ユニットであり、大
容量コンデンサ電圧ＶC 、バッテリー電圧ＶB 、モータ
位置Ｐ、インバータ電流Ｉ、およびブレーキスイッチを
含むその他の車両の運転状態を示す信号を入力し、イン
バータ制御ユニット５へ指示信号を送るとともにブレー
カー６の作動を制御する。特に、ブレーカー６の２組の
リレーＡ、Ｂは、後述のように、集中制御ユニット１０
により互いに独立に制御されるものであり、よって、大
容量コンデンサ７とバッテリー８は同時にあるいはどち
らか一方が選択的にモータに接続可能となっている。
【００１６】次に、図２のテーブルを参照して本発明の
第１の実施の形態の動作について説明する。
【００１７】まず、車両の加速、定常走行時は車両走行
状態あるいは運転者の手動による要求等に応じてエンジ
ン走行モード、モータ走行モード、複合走行モードのい
ずれか１つが選択される。
【００１８】エンジン走行モードでは、モータ１を作動
させる必要がないため、モータ１とディファレンシャル
装置１１との間のクラッチＣ１は遮断され、さらに、ブ
レーカー６の両方のリレーＡ、ＢをＯＦＦして大容量コ
ンデンサ７およびバッテリー８からモータ１への給電を
遮断する。
【００１９】モータ走行モードでは、エンジン２と変速
機３の間のクラッチＣ２が遮断されるとともに、モータ
１とディファレンシャル装置１１の間のクラッチＣ１が
締結される。また、大容量コンデンサ７の電圧ＶC およ
びバッテリー８の電圧ＶB の大きさに応じてブレーカー
６のリレーＡ、Ｂが選択的に接続されてモータ１への給
電が制御される。基本的には、車両の発進や加速時など
大きなモータ出力を必要とする場合に、加速直前の減速
時に回生されて大容量コンデンサ７に蓄えられた電力を
モータ１に供給し、あるいは大容量コンデンサ７とバッ
テリー８の両方から給電し、その後、定常運転に移行す
るとバッテリー８単独で給電するようにブレーカー制御
ロジックが設定されている。したがって、車両の加速→
定常→減速→加速の一連のサイクル毎に上述のブレーカ
ー制御ロジックが繰り返し実行されることになる。この
ように、大容量コンデンサ７に蓄えられた電力を優先的
に利用してモータ１を駆動することから、バッテリー８
による給電機会が低減され、その分バッテリーの寿命劣
化を抑制することができる。
【００２０】図２のテーブルはブレーカー制御ロジック
の一例を示している。後述するように、本発明によれ
ば、減速時に大容量コンデンサ７が十分に充電されてい
るため、加速時にはＶC ＞ＶB であり大容量コンデンサ
７に対応するリレーＡのみがＯＮされ大容量コンデンサ
７からモータ１への給電が行われる。また、大容量コン
デンサ７の電力が消費され、ＶC ≦ＶB （但し、ＶB ＞
ＶEB；ＶEBは所定の最低バッテリー電圧）になると、リ
レーＡがＯＦＦされると共にバッテリー８に対応するリ
レーＢがＯＮされてバッテリー８のみからモータ１へ給
電される。なお、大容量コンデンサ７の電圧ＶC がＶC
≦ＶB となるまでの放電時間は通常の加速に要する時間
より長く設定されているため、この放電時間内で、加速
フィ−リングを損なうことなく加速から定常走行状態へ
移行される。一方、急加速時などモータ１に高出力が要
求される場合は、ＶC ≧ＶB ＞ＶEBである限りにおい
て、リレーＡ、リレーＢが共にＯＮされて大容量コンデ
ンサ７とバッテリー８の両方からモータ１へ給電され
る。
【００２１】なお、上述のように通常、ＶC ＞ＶB のと
きはリレーＢがＯＦＦされ大容量コンデンサ７からバッ
テリー８への電流の流れを遮断するため、バッテリー８
に継続的に過電圧が印加されることが防止される。ま
た、ＶC ≦ＶB のときはリレーＡがＯＦＦされバッテリ
ー８から大容量コンデンサ７への大電流の放電を遮断す
るため、バッテリーの急速劣化が防止される。このよう
に、ブレーカー６は、両電源の電圧が不均衡な状態にお
けるフェイルセーフ機構としても機能する。
【００２２】次に、モータ１とエンジン２の複合走行モ
ードでは、モータ１とディファレンシャル装置１１の間
およびエンジン２と変速機３の間に設けられているそれ
ぞれのクラッチＣ１，Ｃ２が締結され、モータ１とエン
ジン２の出力の総和により車両が駆動される。このモー
ドにおけるモータ１への給電は上述のモータ走行モード
の場合と同様に制御される。
【００２３】一方、運転者によりブレーキペダルが踏ま
れ、図示しないブレーキスイッチがＯＮすると、車両減
速時のエネルギー回生走行モードが実行される。この場
合、モータ１はクラッチＣ１を締結することによりディ
ファレンシャル装置１１と連結され、車輪からの制動エ
ネルギーを受けて発電を行う。エネルギー回生走行モー
ドが開始されたときに大容量コンデンサ電圧ＶC がフル
充電電圧ＶFCに達していない場合（ＶC ＜ＶFC）、ま
ず、ブレーカー６のリレーＡのみがＯＮし、モータ１で
発電された電力が大容量コンデンサ７にのみ供給され
る。これにより、大容量コンデンサ７は急速に充電さ
れ、加速、減速が頻繁に行われる走行時であっても、常
に、次の加速に備えてフル充電状態に設定される。コン
デンサ電圧ＶCがフル充電電圧ＶFCに達すると（ＶC ＞
ＶFC）、ブレーカー６のリレーＡがＯＦＦして大容量コ
ンデンサ７の充電が停止され、次にリレーＢがＯＮされ
てバッテリー８の充電を行う。ただし、バッテリー８の
充電はバッテリー電圧ＶB がフル充電電圧ＶFBに達して
いない場合に限られる。通常、制動時間は比較的短く、
回生時におけるバッテリー８の充電は行われないかある
いは極短時間であるため、長時間の急激な充電に起因す
るようなバッテリー８内での電気分解は起こらず、よっ
て、ガスの発生、バッテリー８の劣化を引き起こすこと
はない。また、大容量コンデンサ電圧ＶC およびバッテ
リー電圧ＶB ともフル充電電圧に達するとリレーＡ，Ｂ
共ＯＦＦされ回生は終了される。このとき、モータ１と
ディファレンシャル装置１１との間のクラッチＣ１も開
放されることにより、モータ１の発電も停止される。
【００２４】図３および図４は本発明における第２の実
施の形態を示すもので、特に、本発明を電気自動車に適
用した場合を示している。なお、第１の実施の形態と同
一の構成要素については同一の番号が付されている。
【００２５】この第２の実施の形態における第１の実施
の形態との構成上の相違は、電気自動車に対応させるた
めに、エンジン２と変速機３およびそれらの間のクラッ
チＣ２を廃したことのみである。したがって、車両の走
行モードは加速、定常走行時のモータ走行モードと減速
時のエネルギー回生走行モードのみとなっている。ただ
し、このモータ走行モードとエネルギー回生走行モード
におけるブレーカー６の制御ロジックは第１の実施の形
態の対応するモードにおけるロジックと同様のものが適
用される。
【００２６】以上、本発明の実施の形態について詳述し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、特に、
ハイブリッド車の場合、エンジン出力による走行中にモ
ータとディファレンシャル装置の間のクラッチを締結し
てモータを発電機として機能させ、大容量コンデンサ及
びバッテリーを充電しながらエンジン走行する充電走行
モードを付加してもよい。
【００２７】また、上述の実施の形態では、回生時に大
容量コンデンサ、バッテリー共にフル充電電圧に達した
ときは、クラッチをオフしてモータを作動させないよう
にしているが、クラッチが設けられていない車両の場合
は、チョッパを設けて発電された電力を放電抵抗を介し
て熱として消費するようにしてもよい。
【００２８】さらにまた、ブレーカー制御ロジックは上
述のものに限定されるものではなく、それぞれの走行状
態で要求される出力特性に対応するように任意に設計可
能である。
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、車両が減
速中でエネルギー回生が行われるとき、まず最初に、大
容量コンデンサのみが急速に充電されるため、市街地走
行、山道走行などの頻繁に充放電が繰り返される場合で
も大容量コンデンサを次の加速に備えて十分に充電する
ことができる。また、充電中の大容量コンデンサの電圧
がフル充電電圧に達した後はバッテリーが充電されるた
め、車両減速中の制動エネルギーを効率よく大容量コン
デンサおよびバッテリーに充電することができる。さら
に、加速および定常走行において大容量コンデンサとバ
ッテリーの両方あるいはどちらか一方からの電力を選択
的にモータに供給することができ、各電源の組合せ自由
度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるハイブリッド車用の電
源装置を示すシステム図
【図２】第１の実施の形態による電源装置の動作につい
て説明するテーブル
【図３】第２の実施の形態による電気自動車用の電源装
置を示すシステム図
【図４】第２の実施の形態による電源装置の動作につい
て説明するテーブル
【符号の説明】 １ モータ ４ インバータ ６ ブレーカー ７ 大容量コンデンサ ８ バッテリー １０ 集中制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江村 国昭 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 補助的にあるいは主体的にモータにより
    駆動される車両の制動エネルギーを電気エネルギーとし
    て回生する車両用電源装置において、モータに対して並
    列に配置された大容量コンデンサおよびバッテリーと、
    大容量コンデンサおよびバッテリーを独立してモータに
    接続、遮断可能にしたブレーカーから給電、充電兼用回
    路を構成したことを特徴とする車両用電源装置。
  2. 【請求項２】 上記ブレーカーは上記大容量コンデンサ
    およびバッテリーのそれぞれに対応する２組のリレーか
    ら構成されることを特徴とした請求項１記載の車両用電
    源装置。
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