(57)【要約】【課題】キャパシタの性能低下を防ぐことが可能な電源装置、および、その電源装置を備える車両を提供する。【解決手段】車両１００に搭載される電源装置は、複数のセルＣＬを含むキャパシタＣ１と、キャパシタＣ１の温度Ｔｃを検知する温度センサ２０と、複数のセルＣＬのうちの少なくとも１つにおいて温度Ｔｃに起因する内圧上昇が生じることを予測した場合に、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを低下させる制御装置３０とを備える。たとえば制御装置３０は、電圧ＶｃをバッテリＢの電圧Ｖｂに等しくなるまで低下させる。これによりセルＣＬの内圧上昇を未然に防ぐことができる。セルＣＬの内圧上昇を防ぐことでセルＣＬから電解質が漏れ出るのを防ぐことができるのでセルＣＬの性能劣化を防ぐことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを含むキャパシタと、
前記キャパシタに関する状態量を検知する検知部と、
前記複数のセルのうちの少なくとも１つにおいて前記状態量に起因する内圧上昇が生じることを予測した場合に、前記キャパシタの端子間電圧を低下させる制御部とを備える、電源装置。
【請求項２】
前記検知部は、前記状態量として、キャパシタの温度を検知し、
前記制御部は、前記キャパシタの温度に基づいて、前記内圧上昇を予測する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記検知部は、前記状態量として、キャパシタの温度を検知し、
前記制御部は、前記キャパシタの温度上昇率に基づいて、前記内圧上昇を予測する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記検知部は、前記状態量として、キャパシタの温度を検知し、
前記制御部は、前記キャパシタの温度上昇率が所定値以上であり、かつ、前記キャパシタの温度が、前記内圧上昇が生じる温度よりも低い所定の温度に達した場合には、前記キャパシタの前記端子間電圧を低下させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置は、前記電源装置を冷却する冷却装置を含む車両に搭載され、
前記キャパシタの温度上昇率は、少なくとも前記冷却装置の冷却能力に応じて変化する、請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電源装置は、回転電機を駆動するインバータに接続され、
前記制御部は、前記内圧上昇を予測した場合には、前記回転電機が前記キャパシタの電力を消費するように前記インバータを制御して、前記キャパシタの前記端子間電圧を降圧させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記電源装置は、
前記キャパシタから前記インバータへの導電経路に前記キャパシタと並列接続される二次電池をさらに備え、
前記制御部は、前記内圧上昇を予測した場合には、前記キャパシタに蓄えられる電力の少なくとも一部を前記二次電池に与えて前記キャパシタの前記端子間電圧を降圧させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記電源装置は、車両の駆動力を発生する回転電機に電力を供給し、
前記制御部は、前記回転電機に要求される前記駆動力に応じて、前記キャパシタから取り出した電力について、前記回転電機と前記二次電池との配分を決定する、請求項７に記載の電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電源装置を備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置および車両に関し、特に、キャパシタを含む電源装置においてキャパシタの性能低下を防ぐ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、車両を適切に走行させつつエネルギー効率を向上させるために、そのモータに対する負荷に応じた電力を供給し、回生時は効率良くエネルギーを回収することが求められる。このような要求に対応するために、バッテリと大容量のキャパシタ（たとえば電気二重層キャパシタ）とを備える電源装置が提案されている。
【０００５】
たとえば特開２００６−１５８１７３号公報（特許文献１）は、二次電池と、キャパシタと、二次電池およびキャパシタから電力の供給を受けてモータを駆動する駆動回路と、モータの駆動開始前にキャパシタの端子間電圧を二次電池の直流電圧と略同じとなるように制御する電圧制御手段とを備えるモータ駆動装置を開示する。電圧制御手段は、キャパシタの端子間電圧が二次電池の直流電圧よりも下回るときにおいて、モータの逆起電圧でキャパシタを充電する。
【特許文献１】特開２００６−１５８１７３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７０８７号公報
【特許文献３】特開２００４−１７９１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャパシタの温度が過度に高くなった場合には、キャパシタの性能が低下する可能性がある。しかしながら、特開２００６−１５８１７３号公報（特許文献１）にはキャパシタの温度が上昇したときにキャパシタを保護する方法について特に示されていない。
【０００７】
本発明の目的は、キャパシタの性能低下を防ぐことが可能な電源装置、および、その電源装置を備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は要約すれば、電源装置であって、複数のセルを含むキャパシタと、キャパシタに関する状態量を検知する検知部と、複数のセルのうちの少なくとも１つにおいて状態量に起因する内圧上昇が生じることを予測した場合に、キャパシタの端子間電圧を低下させる制御部とを備える。
【０００９】
好ましくは、検知部は、状態量として、キャパシタの温度を検知する。制御部は、キャパシタの温度に基づいて、内圧上昇を予測する。
【００１０】
好ましくは、検知部は、状態量として、キャパシタの温度を検知する。制御部は、キャパシタの温度上昇率に基づいて、内圧上昇を予測する。
【００１１】
好ましくは、検知部は、状態量として、キャパシタの温度を検知する。制御部は、キャパシタの温度上昇率が所定値以上であり、かつ、キャパシタの温度が、内圧上昇が生じる温度よりも低い所定の温度に達した場合には、キャパシタの端子間電圧を低下させる。
【００１２】
より好ましくは、電源装置は、電源装置を冷却する冷却装置を含む車両に搭載される。キャパシタの温度上昇率は、少なくとも冷却装置の冷却能力に応じて変化する。
【００１３】
好ましくは、電源装置は、回転電機を駆動するインバータに接続される。制御部は、内圧上昇を予測した場合には、回転電機がキャパシタの電力を消費するようにインバータを制御して、キャパシタの端子間電圧を降圧させる。
【００１４】
好ましくは、電源装置は、キャパシタからインバータへの導電経路にキャパシタと並列接続される二次電池をさらに備える。制御部は、内圧上昇を予測した場合には、キャパシタに蓄えられる電力の少なくとも一部を二次電池に与えてキャパシタの端子間電圧を降圧させる。
【００１５】
より好ましくは、電源装置は、車両の駆動力を発生する回転電機に電力を供給する。制御部は、回転電機に要求される駆動力に応じて、キャパシタから取り出した電力について、回転電機と二次電池との配分を決定する。
【００１６】
本発明の他の局面に従うと、車両であって、上述のいずれかに記載の電源装置を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、キャパシタを含む電源装置において、キャパシタの性能低下を防ぐことを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に従う車両１００の概略ブロック図である。
図１を参照して、車両１００は、バッテリＢと、昇圧コンバータ１２と、キャパシタＣ１と、コンデンサＣ２と、インバータ１３，１５と、電圧センサ１７〜１９と、電流センサ１４，１６と、温度センサ２０，２７と、システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３，ＳＲＣ１，ＳＲＣ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５と、制御装置３０とを備える。車両１００は、さらに、冷却ファン２６と、エンジンＥＮＧと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構５０とを備える。
【００２０】
エンジンＥＮＧは、ガソリンなどの燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンＥＮＧの発生する駆動力は、図１の太斜線で示すように、動力分割機構５０により、２つの経路に分割される。一方は、図示しない減速機を介して車輪を駆動する駆動軸に伝達する経路である。もう一方はモータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路である。
【００２１】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、以下に示すように、モータジェネレータＭＧ１は、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２は、主として電動機として動作する。
【００２２】
詳細には、モータジェネレータＭＧ１は、三相交流回転機であり、加速時において、エンジンＥＮＧを始動する始動機として用いられる。このとき、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリＢからの電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンＥＮＧをクランキングして始動する。
【００２３】
さらに、エンジンＥＮＧの始動後において、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構５０を介して伝達されたエンジンＥＮＧの駆動力によって回転されて発電する。
【００２４】
モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、車両の運転状態やキャパシタＣ１の蓄電エネルギーによって使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時においては、モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、そのままモータジェネレータＭＧ２を駆動させる電力となる。一方、キャパシタＣ１の蓄電エネルギーが所定の値よりも低いときには、モータジェネレータＭＧ１の発電した電力は、インバータ１３によって交流電力から直流電力に変換されて、キャパシタＣ１に蓄えられる。
【００２５】
モータジェネレータＭＧ２は、三相交流回転機であり、キャパシタＣ１に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１が発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機を介して車輪の駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧをアシストして車両を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両を走行させたりする。
【００２６】
また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２は、減速機を介して車輪により回転されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータＭＧ２により発電された回生電力は、インバータ１５を介してキャパシタＣ１に充電される。
【００２７】
バッテリＢは、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの２次電池から成る。
電圧センサ１７は、バッテリＢから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。
【００２８】
システムリレーＳＲＢ１および抵抗Ｒ１は、バッテリＢの正極と昇圧コンバータ１２との間に直列に接続される。システムリレーＳＲＢ２は、バッテリＢの正極と昇圧コンバータ１２との間に、システムリレーＳＲＢ１および抵抗Ｒ１に並列に接続される。システムリレーＳＲＢ３は、バッテリＢの負極と昇圧コンバータ１２との間に接続される。
【００２９】
システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３は、制御装置３０からの信号ＳＥＢによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲＢ１〜ＳＲＢ３は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥＢによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥＢによりオフされる。
【００３０】
昇圧コンバータ１２は、バッテリＢから供給された直流電圧Ｖｂを任意のレベルを有する昇圧電圧に昇圧してキャパシタＣ１へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣに応じて昇圧した直流電圧をキャパシタＣ１に供給する。また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、キャパシタＣ１から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢへ供給する。
【００３１】
キャパシタＣ１は、たとえば電気二重層キャパシタからなり、昇圧コンバータ１２を介してバッテリＢと並列に接続される。言い換えると、バッテリＢは、キャパシタＣ１からインバータ１３，１５への導電経路にキャパシタＣ１と並列接続される。キャパシタＣ１は、直列に接続される複数のセルＣＬを含む。なお、以下では、キャパシタＣ１が電気二重層キャパシタであるとしてキャパシタＣ１を説明する。
【００３２】
昇圧コンバータ１２とキャパシタＣ１との間は、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２によって電気的に結合／分離される。システムリレーＳＲＣ１は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとキャパシタＣ１の正電極との間に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは昇圧コンバータ１２に接続される。システムリレーＳＲＣ２は、昇圧コンバータ１２とキャパシタＣ１の負電極との間に接続される。
【００３３】
システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２は、制御装置３０からの信号ＳＥＣによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲＣ１，ＳＲＣ２は、制御装置３０からのＨレベルの信号ＳＥＣによりオンされ、制御装置３０からのＬレベルの信号ＳＥＣによりオフされる。
【００３４】
電圧センサ１９は、キャパシタＣ１の両端の電圧Ｖｃを検出し、その検出した電圧Ｖｃを制御装置３０へ出力する。
【００３５】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１３，１５に供給する。
【００３６】
電圧センサ１８は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（インバータ１３，１５の入力電圧に相当）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００３７】
インバータ１３は、３相インバータであり、コンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの制御信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１３は、ハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１に供給する。
【００３８】
インバータ１５も同様に３相インバータであり、コンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの制御信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１５は、車両１００の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介してキャパシタＣ１に供給する。
【００３９】
なお、ここで言う回生制動とは、車両１００を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。
【００４０】
電流センサ１４は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。電流センサ１６は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。
【００４１】
温度センサ２０は、キャパシタＣ１の温度を検出し、その検出した温度Ｔｃを制御装置３０へ出力する。温度センサ２７は、車両１００（より特定的には電源装置）の雰囲気温度を検出し、その検出した温度Ｔａを制御装置３０へ出力する。
【００４２】
冷却ファン２６は、制御装置３０からの信号ＦＣに応じて動作したり、送風量を変化させたりする。
【００４３】
ＩＧＢＴ素子Ｑ１は、制御装置３０からの信号ＤＲＶに応じてオンしたりオフしたりする。具体的にはＩＧＢＴ素子Ｑ１はキャパシタＣ１の充放電時にオンする。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、バッテリＢから供給された直流電圧Ｖｂ、または、昇圧コンバータ１２の降圧動作により生じた電圧を所定の電圧（たとえばＤＣ１２Ｖ）に変換し、変換後の電圧を補機類（図示せず）に出力する。
【００４５】
制御装置３０は、図示しない外部ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、起動指示ＩＧを受ける。制御装置３０は、さらに、電圧センサ１７から直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサ１９からキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを受け、電圧センサ１８から入力電圧Ｖｍを受け、電流センサ１４からモータ電流ＭＣＲＴ１を受け、電流センサ１６からモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。制御装置３０は、さらに、温度センサ２０から温度Ｔｃを受け、温度センサ２７から温度Ｔａを受ける。
【００４６】
制御装置３０は、インバータ１３の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ１３がモータジェネレータＭＧ１を駆動するときにインバータ１３のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＭ１を生成し、生成した信号ＰＷＭ１をインバータ１３へ出力する。
【００４７】
また、制御装置３０は、インバータ１５の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、インバータ１５がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ１５のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＭ２を生成し、生成した信号ＰＷＭ２をインバータ１５へ出力する。
【００４８】
さらに、制御装置３０は、インバータ１３がモータジェネレータＭＧ１を駆動するとき、バッテリＢの直流電圧Ｖｂ、インバータ１３の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ回転数ＭＲＮ１に基づいて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００４９】
また、制御装置３０は、インバータ１５がモータジェネレータＭＧ２を駆動するとき、バッテリＢの直流電圧Ｖｂ、インバータ１５の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００５０】
さらに、制御装置３０は、車両１００の回生制動時、インバータ１５の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭ２を生成し、生成した信号ＰＷＭ２をインバータ１５へ出力する。この場合、インバータ１５のＮＰＮトランジスタ（図示せず）は、信号ＰＷＭ２によってスイッチング制御される。これにより、インバータ１５は、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換してキャパシタＣ１へ供給する。
【００５１】
以上のように、車両１００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を力行モードで駆動させるときには主としてキャパシタＣ１に蓄えられている電力を用いる。また、車両１００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を回生モードで駆動させたときに発電した電力を、主としてキャパシタＣ１に充電する。特に、主電源となるキャパシタＣ１に大容量の電気二重層キャパシタを採用することから、急激な回生電流によっても高いエネルギーの回生効率を保つことができる。
【００５２】
ただし、キャパシタＣ１が高温になる場合、および／またはキャパシタＣ１に高電圧が印加される（すなわち複数のセルＣＬの各々に高電圧が印加される）場合、電解質からガスが発生する可能性がある。電解質からガスが生じる原因は、たとえば電解質の化学反応や、電解質の蒸散等である。電解質からガスが発生するとセルＣＬの内圧が高くなる可能性がある。
【００５３】
電解質が液体である場合には、セルＣＬの内圧が大幅に高くなるとセルＣＬから電解質が漏れ出す可能性がある。このような場合にはキャパシタＣ１の性能低下（たとえば容量の低下）が生じるおそれがある。
【００５４】
本実施の形態では、車両１００に搭載される電源装置は、複数のセルＣＬを含むキャパシタＣ１と、キャパシタＣ１の温度Ｔｃを検知する温度センサ２０と、複数のセルＣＬのうちの少なくとも１つにおいて温度Ｔｃに起因する内圧上昇が生じることを予測した場合に、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを低下させる制御装置３０とを備える。たとえば制御装置３０は、電圧ＶｃをバッテリＢの電圧Ｖｂに等しくなるまで低下させる。これによりセルＣＬの内圧上昇を未然に防ぐことができる。セルＣＬの内圧上昇を防ぐことでセルＣＬから電解質が漏れ出るのを防ぐことができるのでセルＣＬの性能劣化を防ぐことができる。よって本実施の形態によれば、キャパシタの性能劣化を防ぐことが可能になる。
【００５５】
制御装置３０は、温度センサ２７から温度Ｔａを受けて、冷却ファン２６に対して信号ＦＣを出力する。制御装置３０は、温度Ｔａが所定の温度に達すると冷却ファン２６の動作を開始させる。また、制御装置３０は、温度Ｔａが高いほど冷却ファン２６からの送風量を大きくする。これによりキャパシタＣ１の温度Ｔｃの温度上昇率を小さくすることが可能になるので、温度Ｔｃがセルの内圧上昇が生じる温度まで達するのを防ぐことができる。なお、制御装置３０は、温度センサ２０からの温度Ｔｃに応じて冷却ファン２６を動作させたり、送風量を変化させたりしてもよい。
【００５６】
図２は、図１のセルＣＬの構造の一例を示す図である。
図２を参照して、セルＣＬは、アルミ集電板４１，４２と、活性炭電極４３，４４と、電解質４５と、セパレータ４６とを含む。
【００５７】
セルＣＬにおいては、狭い間隙を置いて向かい合った活性炭電極４３，４４が電解質４５に浸されている。電解質４５中のイオンは活性炭電極４３，４４の表面に物理的に吸着される。電解質４５と活性炭電極４３の界面、電解質４５と活性炭電極４４の界面には極めて短い距離を隔てて電荷が配向する。この現象(電気二重層)を利用して、セルＣＬは物理的に電荷を貯えることができる。
【００５８】
図３は、図１のキャパシタＣ１の等価回路図である。
図３を参照して、各々が直列に接続された複数のセルＣＬを含むブロックＢＬＫを含む。複数のブロックＢＬＫはノードＮ１，Ｎ２間に並列に接続される。ブロックＢＬＫ内のセルＣＬの数およびブロックＢＬＫの数はキャパシタＣ１に求められる容量、端子間電圧Ｖｃの許容値に応じて適切に設定される。
【００５９】
なお、複数のセルＣＬが容器に収納する場合には、複数のセルＣＬの各々が容器に収納されても良いし、複数のセルＣＬが１つの容器に収納されていてもよい。
【００６０】
図４は、図１の制御装置３０の構成を示すブロック図である。なお、図４に示す制御装置３０はハードウェアでもソフトウェアでも実現が可能である。
【００６１】
図４を参照して、制御装置３０は、予測部３１と、ファン制御部３２と、コンバータ／インバータ制御部３３と、リレー制御部３４とを含む。
【００６２】
予測部３１は、温度Ｔａ，Ｔｃに基づいて、キャパシタＣ１に含まれる複数のセルＣＬのいずれかにおける内圧上昇を予測した場合に、内圧上昇を予測したことを示す信号Ｓｃをコンバータ／インバータ制御部３３に出力する。
【００６３】
ファン制御部３２は、温度Ｔａに応じて冷却ファン２６を駆動するための信号ＦＣを出力する。なお、ファン制御部３２は、温度Ｔｃに応じて信号ＦＣを出力するよう構成されてもよい。
【００６４】
コンバータ／インバータ制御部３３は、起動指示ＩＧに応じて活性化される。コンバータ／インバータ制御部３３は、温度Ｔａ，Ｔｃと、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、電圧Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｍとを受ける。コンバータ／インバータ制御部３３は、さらに予測部３１から信号Ｓｃを受ける。コンバータ／インバータ制御部３３は、上述した値および信号Ｓｃに応じて信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２，ＰＷＣ，ＤＲＶを出力する。コンバータ／インバータ制御部３３は、信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２，ＰＷＣ，ＤＲＶにより昇圧コンバータ１２と、インバータ１３，１５と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１とを制御して、キャパシタＣ１の充放電電力、およびバッテリＢの充放電電力を制御する。
【００６５】
リレー制御部３４は、起動指示ＩＧに応じて活性化されて、信号ＳＥＢ，ＳＥＣを出力する。
【００６６】
図５は、キャパシタの温度と、電解質から生じるガスの発生速度との関係を示す図である。
【００６７】
図５を参照して、グラフ上の実線ｋ１は、セルＣＬに印加される電圧が所定の電圧Ｖ１であるときのガス発生速度の温度変化を示す。グラフ上の実線ｋ２は、セルＣＬに印加される電圧が所定の電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）であるときのガス発生速度の温度変化を示す。なお、図５に示すガス発生速度は、所定の温度（たとえば２５℃）において１となるように規格化を行なったものである。よって、所定の温度においてガスが殆ど発生していない（あるいは全く発生していない）場合においても、ガス発生速度を示す数値は１となる。
【００６８】
実線ｋ２に示されるように、セルに印加される電圧がＶ２の場合、キャパシタの温度が６０℃を越えるとガス発生速度は急に大きくなる。また、キャパシタの温度が６０℃を超えた場合、キャパシタの温度が高くなるほどガス発生速度も大きくなる。一方、実線ｋ１に示されるようにセルに印加される電圧がＶ１の場合には、キャパシタの温度が上昇してもガス発生速度に殆ど変化が生じない。
【００６９】
図５から、ガスの発生を抑制する（すなわちセルの内圧上昇を防ぐ）ための方法には、キャパシタの温度を下げる方法、および／または、セル電圧を下げる方法があることが分かる。ただし、キャパシタの熱容量が大きい場合や、冷却ファンの冷却能力が小さい場合には、キャパシタの温度がすぐには下がらないことが起こり得る。また、キャパシタ温度とその周囲の雰囲気温度との差が小さい場合にも、キャパシタの温度が下がりにくくなる。
【００７０】
一方、昇圧コンバータ１２やインバータ１３，１５を適切に制御すれば、キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを速やかに下げることができる。よって、本実施の形態ではセルの内圧上昇が予測される場合には、キャパシタＣ１を放電することによりキャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃを下げる。これによりセル電圧が下がるので、より確実にガスの発生を抑制することが可能になる。
【００７１】
図６は、図１の制御装置３０が実行するキャパシタの制御処理を示すフローチャートである。なお図６のフローチャートの処理は、所定条件の成立時あるいは一定の間隔ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００７２】
図６および図１を参照して、制御装置３０はたとえばトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２等に基づいて車両１００が走行中か否かを判定する（ステップＳ１）。車両１００が走行中である場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御装置３０はキャパシタＣ１の温度Ｔｃを取得する。温度Ｔｃの上昇率Δｔが所定値α以上の場合、または、温度Ｔｃが制限温度Ｔｌｉｍよりも大きい場合には、制御装置３０（寄り特定的には図４の予測部３１）は、セルＣＬの内圧上昇を予測する（ステップＳ２においてＹＥＳ）。
【００７３】
ここで、制限温度Ｔｌｉｍは、ガス発生速度が大きくなるときのキャパシタ温度よりも小さい温度に設定される。たとえば図５のグラフの実線ｋ２はキャパシタ温度が６０℃を越えるとガス発生速度が大きくなることを示す。このような場合には、制限温度Ｔｌｉｍはたとえば５０℃に設定される。
【００７４】
また、温度Ｔｃの上昇率Δｔは、キャパシタＣ１とその周囲との熱交換能力に依存する。熱交換能力は、たとえば冷却ファン２６の能力や、キャパシタＣ１の周囲温度等に依存する。よって、所定値αはたとえば実験により適切に定められる。
【００７５】
セルＣＬの内圧上昇が予測される場合、制御装置３０は信号ＤＲＶを出力してＩＧＢＴ素子Ｑ１をオンさせる。さらに、制御装置３０はキャパシタＣ１を強制的に放電させる（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３におけるキャパシタＣ１の放電処理の詳細は後述する。
【００７６】
このようにセルの内圧上昇が予測される段階（ステップＳ２においてＹＥＳの場合）でキャパシタＣ１を放電させることにより、セルの内圧上昇を防ぐことが可能になる。
【００７７】
次に、制御装置３０はキャパシタＣ１の強制放電を終了してもよいか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、ステップＳ４では制御装置３０はキャパシタＣ１の端子間電圧ＶｃがバッテリＢの電圧Ｖｂに実質的に等しいか否か（電圧Ｖｃと電圧Ｖｂとの差が所定範囲内であるか否か）を判定する。キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖｃと電圧Ｖｂとの差が所定範囲外の場合（ステップＳ４においてＮＯ）、処理はステップＳ３に戻る。
【００７８】
一方、電圧Ｖｃとの電圧Ｖｂとの差が所定範囲内の場合、制御装置３０はキャパシタＣ１の強制放電を終了させてもよいと判定する。この場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御装置３０は信号ＤＲＶを出力してＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフさせる（ステップＳ５）。
【００７９】
ステップＳ５の処理が終了すると、制御装置３０はキャパシタＣ１に対して通常の充放電制御を行なう（ステップＳ６）。ステップＳ６ではたとえばモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電した電力がキャパシタＣ１に蓄えられたり、キャパシタＣ１に蓄えられた電力がモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に用いられたりする。また、キャパシタＣ１の充放電を行なうため、制御装置３０はＩＧＢＴ素子Ｑ１をオン／オフさせる。ステップＳ６の処理が終了すると、処理はステップＳ７に進む。
【００８０】
なお、車両１００が走行していない場合（ステップＳ１においてＮＯの場合）にもステップＳ６の処理が実行される。また、温度Ｔｃの上昇率Δｔが所定値α以上であるという条件と、温度Ｔｃが制限温度Ｔｌｉｍよりも大きいという条件とのいずれも満たされない場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）、ステップＳ６の処理が実行される。
【００８１】
図７は、図６のステップＳ３の処理を詳細に説明するフローチャートである。
図７および図１を参照して、制御装置３０（より特定的には図４に示すコンバータ／インバータ制御部３３）は、トルク指令値ＴＲ２、モータ電流ＭＣＲＴ２、およびモータ回転数ＭＲＮ２等に基づいて、モータジェネレータＭＧ２が力行モードで運転しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。モータジェネレータＭＧ２が力行モードで運転している場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、制御装置３０は、運転者によるアクセルペダルの操作や車速等に応じて定められるモータジェネレータＭＧ２の要求パワー（要求駆動力）Ｐｒｅｑがしきい値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００８２】
要求パワーＰｒｅｑがしきい値Ｐｔｈ以上である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御装置３０はキャパシタＣ１の電力がモータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられるようにインバータ１５を制御する（ステップＳ１３）。
【００８３】
要求パワーＰｒｅｑがしきい値Ｐｔｈより小さい場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御装置３０はキャパシタＣ１の電力がモータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられるようにインバータ１５を制御する。さらに、制御装置３０はインバータ１５を動作させてモータジェネレータＭＧ２を駆動する。さらに、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２を降圧回路として動作させて、キャパシタＣ１の電力をバッテリＢに充電させる（ステップＳ１４）。
【００８４】
モータジェネレータＭＧ２が力行モードで運転していない場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、制御装置３０はモータジェネレータＭＧ２の回生電力およびキャパシタＣ１の電力をバッテリＢに充電する（ステップＳ１５）。モータジェネレータＭＧ２が力行モードで運転していない場合とは、モータジェネレータＭＧ２が停止している場合あるいはモータジェネレータＭＧ２が回生モードで運転している場合である。
【００８５】
ステップＳ１５において制御装置３０は、インバータ１５を制御して、モータジェネレータＭＧ２の回生により生じた交流電圧をキャパシタＣ１の電圧Ｖｃと同じ大きさの直流電圧に変換する。さらに、制御装置３０は昇圧コンバータ１２を降圧回路として動作させる。これにより、キャパシタＣ１およびモータジェネレータＭＧ２から供給された電力がバッテリＢに充電される。
【００８６】
ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理によりキャパシタＣ１が放電されるため、キャパシタＣ１の端子間電圧（電圧Ｖｃ）を低下させることができる。特にステップＳ１４，Ｓ１５の処理の場合には、キャパシタＣ１を放電する際に、キャパシタの放電電力の少なくとも一部がバッテリＢに供給される。よって、キャパシタの放電電力が無駄になるのを防ぐことができる。なお、ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５のいずれかの処理が終了するとステップＳ３の処理が終了する。
【００８７】
このように、本実施の形態によれば、セルの内圧上昇が予測される場合にキャパシタの端子間電圧を降圧することでセルの内圧上昇を未然に防ぐことが可能になる。よって本実施の形態によれば、セルＣＬの性能劣化を防ぐことができるので、キャパシタＣ１の性能低下を防ぐことができる。
【００８８】
なお、セルの内圧上昇が生じるか否かを予測する別の方法を以下に説明する。
図８は、図６に示すフローチャートの変形例を示す図である。図８および図６を参照して、図８のフローチャートはステップＳ２の処理に代えてステップＳ２Ａの処理が含まれる点で図６のフローチャートと異なる。ステップＳ２Ａにおいて、温度Ｔｃの上昇率Δｔが所定値α以上であり、かつ、温度Ｔｃが制限温度Ｔｌｉｍよりも大きい場合には、制御装置３０はセルＣＬの内圧上昇が生じると予測する（ステップＳ２ＡにおいてＹＥＳ）。このような場合には、温度Ｔｃは制限温度Ｔｌｉｍを越えても上昇を続ける。よって、キャパシタ温度を下げようとしてもすぐには下がりにくい。このような場合に、制御装置３０はキャパシタＣ１を強制的に放電させる（ステップＳ３）。これによりセルの内圧上昇を防ぐことが可能になる。
【００８９】
上昇率Δｔは車両の冷却能力、具体的には冷却ファン２６の能力やキャパシタＣ１の温度とキャパシタＣ１の雰囲気温度との差などに応じて変化する。この変形例の処理ではキャパシタの温度だけでなく、上昇率Δｔ（言い換えれば車両の冷却能力）も考慮してキャパシタＣ１を放電させるか否かが判定される（ステップＳ２Ａ）。よってこの変形例の処理の場合には、キャパシタＣ１が無駄に放電されるのを防ぐことができる。
【００９０】
なお、温度Ｔｃの上昇率Δｔが所定値α以上という条件が満たされない場合、または、温度Ｔｃが制限温度Ｔｌｉｍよりも大きいという条件が満たされない場合（ステップＳ２ＡにおいてＮＯ）、制御装置３０はキャパシタＣ１に対して通常の充放電制御を行なう（ステップＳ６）。
【００９１】
また、本実施の形態の車両は図１に示す構成に限定されるものではない。
図９は、本実施の形態の車両の変形例を説明する図である。図９および図１を参照して、車両１００Ａは、インバータ２８と、電流センサ２９と、モータジェネレータＭＧＲとをさらに備える点で車両１００と異なる。
【００９２】
モータジェネレータＭＧＲは、三相交流回転機であり、キャパシタＣ１に蓄えられた電力およびモータジェネレータＭＧ１が発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータＭＧＲの駆動力は、減速機を介して車輪の駆動軸に伝達される。車両１００Ａでは、モータジェネレータＭＧ２が前輪を駆動し、モータジェネレータＭＧＲが後輪を駆動する。ただし、モータジェネレータＭＧ２，ＭＧＲが後輪および前輪をそれぞれ駆動してもよい。
【００９３】
また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧＲは、減速機を介して車輪により回転されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータＭＧＲにより発電された回生電力は、インバータ２８を介してキャパシタＣ１に充電される。
【００９４】
電流センサ２９は、モータジェネレータＭＧＲに流れるモータ電流ＭＣＲＴＲを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴＲを制御装置３０へ出力する。制御装置３０は、インバータ２８の入力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲＲおよびモータ電流ＭＣＲＴＲに基づいてインバータ２８がモータジェネレータＭＧＲを駆動するときにインバータ２８のＮＰＮトランジスタ（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＲを生成し、生成した信号ＰＷＭＲをインバータ２８へ出力する。
【００９５】
なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。
【００９６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態に従う車両１００の概略ブロック図である。
【図２】図１のセルＣＬの構造の一例を示す図である。
【図３】図１のキャパシタＣ１の等価回路図である。
【図４】図１の制御装置３０の構成を示すブロック図である。
【図５】キャパシタの温度と、電解質から生じるガスの発生速度との関係を示す図である。
【図６】図１の制御装置３０が実行するキャパシタの制御処理を示すフローチャートである。
【図７】図６のステップＳ３の処理を詳細に説明するフローチャートである。
【図８】図６に示すフローチャートの変形例を示す図である。
【図９】本実施の形態の車両の変形例を説明する図である
【符号の説明】
【００９８】
１２  昇圧コンバータ、１３，１５，２８  インバータ、１４，１６，２９  電流センサ、１７〜１９  電圧センサ、２０，２７  温度センサ、２５  ＤＣ／ＤＣコンバータ、２６  冷却ファン、３０  制御装置、３１  予測部、３２  ファン制御部、３３  コンバータ／インバータ制御部、３４  リレー制御部、４１，４２  アルミ集電板、４３，４４  活性炭電極、４５  電解質、４６  セパレータ、５０  動力分割機構、１００，１００Ａ  車両、Ｂ  バッテリ、ＢＬＫ  ブロック、Ｃ１  キャパシタ、Ｃ２  コンデンサ、ＣＬ  セル、Ｄ１  ダイオード、ＥＮＧ  エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２  ノード、Ｑ１  ＩＧＢＴ素子、Ｒ１，Ｒ２  抵抗、ＳＲＢ１〜ＳＲＢ３，ＳＲＣ１，ＳＲＣ２  システムリレー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008199770.tif 000009
【図８】
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【図９】
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