(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサ電源と、該コンデンサ電源から供給される電力により駆動されるモータと、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出される運転状態に応じて、該モータに供給する目標電力を決定する目標電力決定手段と、該目標電力が該コンデンサ電源から該モータに供給されるように該コンデンサ電源の出力電力を制御する出力制御手段とを有する電気自動車において、
前記コンデンサ電源は、複数のコンデンサを直列に接続して構成されたコンデンサブロックを複数個直列に接続したコンデンサユニットと、該コンデンサブロックを構成する各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、該コンデンサブロック間の接続形態を直列から並列或いは並列から直列に切り換える接続切換手段と、該コンデンサ電源から前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、該コンデンサユニットの電極間に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段とを有し、
前記出力制御手段は、前記電圧検出手段による検出電圧値と、前記電流検出手段による検出電流値とから前記コンデンサ電源から前記モータに供給される実際の電力を算出し、該実際の電力と前記目標電力とが一致するように、前記バイパス手段による各コンデンサのバイパスとバイパス解除、及び、前記接続切換手段による前記コンデンサブロック間の接続形態の切換の少なくとも一方を行うことで、前記コンデンサ電源から前記モータに供給する電力を調節することを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
前記運転状態検出手段は、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサとからなり、前記目標電力決定手段は前記モータの回転数とアクセル開度とに対応したトルクが得られるように、前記目標電力を決定することを特徴とする請求項１記載の電気自動車。
【請求項３】
前記出力制御手段は、前記電圧検出手段によって検出される各コンデンサの端子間電圧の和によって前記コンデンサ電源の出力電圧を算出し、該出力電圧と、前記電流検出手段によって検出される電流値とから、前記モータに供給される電力を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、コンデンサ電源によりモータを駆動して走行する電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１に示すように、回転数センサ１によって検出されるモータ２の回転数とトルク指示値に基づいて、モータ２に供給する目標電力を目標電力算出手段３により算出し、該目標電力と、実際電力算出手段４により算出される実際にモータ２に供給される電力とが一致するように、モータ２への供給電力を出力制御手段５によりＰＷＭ制御手段６を介して制御するようにした電気自動車が知られている（特開平６─３８５７６号）。この電気自動車によれば、電圧検出手段７によって検出されるバッテリ８の出力電圧と、電流検出手段９によって検出されるバッテリ８からインバータ１０を介してモータ２に供給される電流との積から、モータ２に供給される電力を容易に算出することができる。
【０００３】
しかし、電気二重層コンデンサ等の大容量コンデンサを接続して構成されるコンデンサ電源では、モータの駆動により電力が消費されるにつれて、各コンデンサの残電荷量が減少し、コンデンサ電源の電極端子間の電圧が低下するので、放電開始から放電終了までの該コンデンサ電源の電極端子間電圧の変動が大きくなる。そのため、上記従来例のようにＰＷＭ制御手段による電力制御を行う場合、放電開始時の高電圧に対応するため、高耐圧のトランジスタを用いてＰＷＭ制御を行うこととなるが、トランジスタは耐圧が高くなるにつれて入力容量が増加するため、スイッチング時間が長くなる。そのため、放電開始時のように、コンデンサ電源の電極端子間電圧が高いときに、モータに低電力を供給する場合は、トランジスタのオン時間を短く、オフ時間を長くする必要があるが、高耐圧のトランジスタでは高速スイッチング動作が難しいため、スイッチング間隔を短くすることができず、モータの動作が不安定になるという不都合があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、運転状態に応じてコンデンサ電源からモータに供給する電力を調節して、安定したモータの駆動制御を行うことができる電気自動車を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサ電源と、該コンデンサ電源から供給される電力により駆動されるモータと、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出される運転状態に応じて、該モータに供給する目標電力を決定する目標電力決定手段と、該目標電力が該コンデンサ電源から該モータに供給されるように該コンデンサ電源の出力電力を制御する出力制御手段とを有する電気自動車において、前記コンデンサ電源は、複数のコンデンサを直列に接続して構成されたコンデンサブロックを複数個直列に接続したコンデンサユニットと、該コンデンサブロックを構成する各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、該コンデンサブロック間の接続形態を直列から並列或いは並列から直列に切り換える接続切換手段と、該コンデンサ電源から前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、該コンデンサユニットの電極間に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段とを有し、前記出力制御手段は、前記電圧検出手段による検出電圧値と、前記電流検出手段による検出電流値とから前記コンデンサ電源から前記モータに供給される実際の電力を算出し、該実際の電力と前記目標電力とが一致するように、前記バイパス手段による各コンデンサのバイパスとバイパス解除、及び、前記接続切換手段による前記コンデンサブロック間の接続形態の切換の少なくとも一方を行うことで、前記コンデンサ電源から前記モータに供給する電力を調節することを特徴とする。
【０００６】
かかる本発明によれば、前記パイパス手段により前記コンデンサブロックを構成するコンデンサのバイパスを行うことで、前記コンデンサ電源の出力電圧を減少することができ、バイパスしたコンデンサのバイパス解除を行うことで、該コンデンサ電源の出力電圧を増加することができる。また、前記接続切換手段によって、前記コンデンサブロック間の接続形態を直列から並列に切り換えることで、前記コンデンサ電源の出力電圧を減少させることができ、並列から直列に切り換えることで、該コンデンサ電源の出力電圧を増加させることができる。
【０００７】
このように、コンデンサブロック間の接続切換とコンデンサブロックを構成するコンデンサのバイパス及びバイパス解除を行うことで、前記コンデンサ電源の出力電圧を増減することが可能となる。この場合、ＰＷＭ制御のようなスイッチング制御は不要となるので安定したモータの駆動制御を行うことができる。
【０００８】
また、前記運転状態検出手段は、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサとからなり、前記目標電力決定手段は前記モータの回転数とアクセル開度とに対応したトルクが得られるように、前記目標電力を決定することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、前記回転数検出手段と前記アクセル開度センサの検出値から、急加速や坂道発信等、自動車の運転状態を認識して最適な目標電力を決定することができる。
【００１０】
また、前記出力制御手段は、前記電圧検出手段によって検出される各コンデンサの端子間電圧の和によって前記コンデンサ電源の出力電圧を算出し、該出力電圧と、前記電流検出手段によって検出される電流値とから、前記モータに供給される電力を算出することを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの和によって前記コンデンサ電源の出力電圧を算出する。そして、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段は、前記コンデンサ電源の充電を行う際に使用するために予め備えられているものであるため、コンデンサ電源の出力電圧を検出する手段を新たに設ける必要がない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例を図２〜図４を参照して説明する。図２は本実施形態の電気自動車のモータ駆動部の構成図。図３は図２に示すコンデンサ電源に備えたコンデンサブロックの構成図。図４はコンデンサ電源の出力電圧の算出方法の説明図である。
【００１３】
図２を参照して、本実施形態のモータ駆動部は、例えば満充電時に３Ｖの電圧を出力する電気二重層コンデンサを１００個直列に接続したコンデンサブロック２０を２個直列に接続したコンデンサユニット２１と、コンデンサユニット２１と接続され、三相交流電動機であるモータ２２に駆動電力を印加するインバータ２３と、コンデンサユニット２１からインバータ２３への供給電力を制御するコントローラ２４とを備える。
【００１４】
コントローラ２４はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等から成り、バイパス制御部２５と、接続切換制御部２６と、出力制御手段２７と、目標電力決定手段２８とを有する。目標電力決定手段２８は、回転数検出手段２９により検出されるモータ２２の回転数と、アクセル開度センサ３０により検出されるアクセルの開度（トルク指示値）とを入力し、これら２つの検出値をパラメータとして、インバータ２３を介したモータ２２への供給目標電力を決定する。この決定処理は、効率、トルク定数等を加味したマップにしたがって行う。即ち、効率、トルク定数等を加味したモータ２２の回転数とトルク指示値に対応した目標電力を予め求めてこれをマップ化し、例えばＲＯＭ等のメモリに記憶しておく。そして、あるモータ回転数とトルク指示値とが入力されたとき、これら２つのパラメータに基づくサーチや補間計算によって該当する目標電力を出力する。
【００１５】
該目標電力は出力制御手段２７に入力される。出力制御手段２７は、実際にコンデンサユニット２１からインバータ２３に供給される電力が該目標電力と一致するように、コンデンサユニットの出力電力制御を行う。以下、出力制御手段２７によるコンデンサユニット２１の出力電力制御方法について説明する。
【００１６】
図３を参照して、コンデンサブロック２０を構成する各コンデンサ４０にはコンデンサ４０の端子間電圧を検出して、検出値を出力制御手段２７に出力する電圧検出手段４１と、コンデンサブロックの出力端子４２，４３間の電流経路からコンデンサ４０を切り離してバイパスさせるバイパス手段４４とが備えられている。バイパス手段４４は、バイパス制御部２５からのバイパス信号により、コンデンサ４０をコンデンサブロック２０の出力端子４２，４３間の電流経路に接続した状態（図中ａ接点側）と、該電流経路から切り離した状態（図中ｂ接点側）とを択一的に切り換える。
【００１７】
このようにコンデンサ４０のバイパスを行うことで、コンデンサブロック２０の出力端子４２，４３間の電圧を、可変制御することができる。コンデンサ４０の端子間電圧が３Ｖで、コンデンサ４０が１００個直列接続されたコンデンサブロック２０であれば、３Ｖ〜３００Ｖの範囲でコンデンサブロック２０の出力端子４２，４３間の電圧を３Ｖ単位で設定できる。
【００１８】
また、図２を参照して、３１はコンデンサブロック２０間の接続形態を直列から並列、及び並列から直列に択一的に切り換える接続切換手段である。接続切換手段３１は、接続切換制御部２６からの接続切換信号により、コンデンサブロック２０が直列に接続された状態（図中ａ接点側）と、コンデンサブロック２０が並列に接続された状態（図中ｂ接点側）とを択一的に切り換える。
【００１９】
このようにコンデンサブロック２０間の接続形態を切り換えることで、コンデンサユニット２１の出力端子３２，３３間の電圧を３００Ｖと６００Ｖに切り換えることができる。そして、バイパス手段４４によるコンデンサ４０のバイパスと、接続切換手段３１によるコンデンサブロック２０の接続形態の切換とを組み合わせることで、コンデンサユニット２１の出力端子３２，３３間の電圧を３Ｖ〜６００Ｖの範囲で３Ｖ単位で可変制御することが可能となる。
【００２０】
そして、各コンデンサの端子間電圧は、電圧検出手段４１によって検出され、検出電圧が出力制御手段２７に出力されるので、出力制御手段２７は、バイパスされていないコンデンサ４０の端子間電圧の和を求めることで、コンデンサユニット２１の出力端子３２，３３間の電圧を算出することができる。そのため、コンデンサユニット２１の出力電圧を検出する手段は不要となる。図４ａ、４ｂは、この算出方法を示したものであり、図４ａは３個のコンデンサＣ１  ，Ｃ２  ，Ｃ３  とＣ４  ，Ｃ５  ，Ｃ６  とをそれぞれ直列に接続したコンデンサブロックを直列に接続したもので、この場合、出力電圧ＶＯ  は、
ＶＯ  ＝（Ｖ１  ＋Ｖ２  ＋Ｖ３  ）＋（Ｖ４  ＋Ｖ５  ＋Ｖ６  ）  となり、
一方、図４ｂはコンデンサブロックを並列に接続したもので、この場合、出力電圧ＶＯ  は、
ＶＯ  ＝Ｖ４  ＋Ｖ５  ＋Ｖ６        となる。
【００２１】
出力制御手段２７は、このようにして算出したコンデンサユニット２１の出力電圧と、電流検出手段３４により検出されるコンデンサユニット２１からインバータ２３に流れる電流値との積から、インバータ２３に実際に供給される電力を算出する。そして、出力制御手段２７は、この算出した電力と、目標電力決定手段２８によって決定された目標電力とが一致するように、パイパス制御部２５による各コンデンサ４０のバイパスとバイパス解除を行い、また、接続切換制御部２５によるコンデンサブロック２０間の接続形態の切換を行う。そのため、ＰＷＭ制御のようなスイッチング制御は不要となり、安定したモータ２２の駆動制御を行うことができる。
【００２２】
また、電圧検出手段４１と、バイパス手段４４とは、コンデンサユニット２１を充電する際にもともと必要なものであるため、接続切換手段３１と、電流検出手段３４とを付設するだけで、本実施形態によるコンデンサユニット２１の出力電力制御が可能となる。
【００２３】
尚、バイパス手段４４がバイパス状態にあり、バイパス手段４４で生じる電圧降下が問題となるときには、バイパス手段４４の抵抗値を予めＲＯＭ等に保持しておき、電流検出手段３４による検出電流値と該抵抗値との積からバイパス状態にあるバイパス手段４４での電圧降下を算出し、この算出値をコンデンサユニット２１の出力電圧を算出する際に、各コンデンサの端子間電圧の和から差し引くようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電気自動車のモータ駆動部の構成図。
【図２】本実施形態の電気自動車のモータ駆動部の構成図。
【図３】図２に示したコンデンサブロックの構成図。
【図４】コンデンサユニットの出力電圧の算出方法の説明図。
【符号の説明】
１…回転数センサ、２…モータ、３…目標電力算出手段、４…実際電力算出手段、５…出力制御手段、６…ＰＷＭ制御手段、７…電圧検出手段、８…バッテリ、９…電流検出手段、２０…コンデンサブロック、２１…コンデンサユニット、２２…モータ、２３…インバータ、２４…コントローラ、２５…バイパス制御手段、２６…接続切換手段、２７…出力制御手段、２８…目標電力算出手段、２９…回転数検出手段、３０…アクセル開度センサ、３１…接続切換手段、３２，３３…出力端子、３４…電流検出手段、４０…コンデンサ、４１…電圧検出手段、４２，４３…出力端子、４４…バイパス手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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