(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端子と蓄電部端子を備えたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記蓄電部端子に接続された蓄電部とからなり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止する際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入出力端子の電圧（Ｖｂ）が一定になるようにしながら前記蓄電部への充電電流（Ｉｃ）を経時的に低減した後に停止するようにした蓄電装置。
【請求項２】
前記蓄電部はキャパシタにより構成される請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、外部から発せられる回生停止信号を受信することにより、動作を停止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電部は１回の回生により発生する回生電力と、前記蓄電部を除く配線系統が蓄電する配線系統電力の和よりも大きな電力を蓄電できる容量とした請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記蓄電部端子の電圧（Ｖｃ）が既定電圧に至れば、動作を停止するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記既定電圧は、前記蓄電部の満充電電圧から、前記蓄電部を除く配線系統が蓄電する配線系統電力を前記蓄電部が充電した際の電圧上昇分を差し引いた値より小さくした請求項５に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電部に電力を蓄え、必要な時に放電する蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮や燃費向上のために、制動時に発電を行うことで制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生システムを搭載した自動車（以下、車両という）が開発されている。この回生システムは車両減速時に発電機で発生する電力を充電することで、減速時以外の発電量を減らすことができるので、その分、エンジン負担が軽減され省燃費が可能となる。
【０００３】
このような回生システムを従来の車両に適用すると、減速時の発電電力は鉛バッテリに充電されることになるが、急減速等の場合は大電力が短時間に発生し、急速充電が不十分な鉛バッテリに効率的に充電することができなかった。
【０００４】
そこで、短時間の大電力を効率よく回収するために、急速充放電特性に優れるキャパシタを予備的な蓄電手段として用いた車両の回生システム用電力制御装置が、例えば下記特許文献１に提案されている。図３はこのような電力制御装置のブロック回路図である。
【０００５】
主電源１０１は鉛バッテリであり、その正極にはイグニションスイッチ１０３を介して負荷１０５が接続されている。また、主電源１０１の正極には車両用の発電機１０７が接続されている。発電機１０７はエンジン１０９と機械的に接続されているので、エンジン１０９の動作により発電機１０７が駆動される。さらに、エンジン１０９はタイヤ１１１が機械的に接続されており、エンジン１０９の駆動力によりタイヤ１１１が回転し、車両を走行させる。また、制動による減速時には、車両の慣性によりタイヤ１１１が回転し、これによりエンジン１０９も回転する。この回転エネルギーにより発電機１０７が駆動され、制動エネルギーによる発電が行われる。なお、発電機１０７は、一般的な機能である出力電圧の定電圧制御（フィードバック制御）を行っている。
【０００６】
このような車両に対し、制動エネルギーによる電力を効率よく回収するために、発電機１０７にはＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を介して蓄電手段１１５が接続されている。蓄電手段１１５には大容量の電気二重層キャパシタが用いられるので、急減速時等に発生する短時間の大電力を効率よく回収できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３には、その動作を制御するために演算装置１１７が接続されている。さらに、演算装置１１７には車両側から様々な信号を受信するための信号受信用端子１１９が設けられている。従って、演算装置１１７は車両の走行状態やエンジン１０９の動作状態、主電源１０１の電圧状態等を信号受信用端子１１９から受信することにより、それらの状態に応じた蓄電手段１１５への充放電制御をＤＣ／ＤＣコンバータ１１３に対して行う。
【０００７】
このような構成の回生システム用電力制御装置とすることで、短時間に発生する大電力を含む減速時の電力を、一旦蓄電手段１１５に充電しておき、減速時以外に充電した電力を主電源１０１や負荷１０５に供給することができる。その結果、効率のよい制動エネルギーの回生が可能となる。
【特許文献１】特許第３４６５２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の電力制御装置によると、確かに効率的な回生により車両の省燃費化が可能となるのであるが、回生後に発電機１０７から蓄電手段１１５への充電が終了し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３を停止する際に以下のような課題があった。
【０００９】
図４は蓄電手段１１５を充電している状態から、充電を終了した際の電圧電流経時特性図であり、（ａ）は負荷１０５の印加電圧における経時特性図を、（ｂ）は蓄電手段１１５への電流における経時特性図を、それぞれ示す。
【００１０】
時間ｔ０からｔ１において、発電機１０７の回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１１３により蓄電手段１１５に充電されている間、発電機１０７の出力電圧は図４（ａ）に示すように一定値Ｖｂ（例えば１４Ｖ）である。これにより、負荷１０５には一定の電圧Ｖｂが供給されているので、安定して動作することができる。
【００１１】
一方、蓄電手段１１５には発電機１０７からの回生電力が充電されている。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３は電気二重層キャパシタの充電の際に一般的な定電流充電を行っている。従って、蓄電手段１１５に流れる電流Ｉｃは図４（ｂ）に示すように一定となる。
【００１２】
その後、時間ｔ１で回生が終了すると、演算装置１１７はその情報を信号受信用端子１１９から受信する。これにより、演算装置１１７はＤＣ／ＤＣコンバータ１１３の動作を停止するよう制御する。その結果、図４（ｂ）に示すように、蓄電手段１１５に流れる電流Ｉｃは直ちに０Ａとなり、充電が終了する。この時、主電源１０１の電圧は図４（ａ）に示すように一端上昇してから元の電圧に戻る変動を起こす。この原因は、図３の電力制御装置の配線インダクタンスに蓄えられた電力や、図３には示していないがノイズ対策として一般的に用いられるフィルタ回路に内蔵されたフィルタ用コンデンサやフィルタ用インダクタに蓄えられた電力等による、蓄電手段１１５以外の配線系統が蓄電する配線系統電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１３の停止とともに放電されるためである。すなわち、配線系統電力はＤＣ／ＤＣコンバータ１１３が停止しているため、主電源１０１側に放電され、一時的に電圧変動が発生する。その結果、負荷１０５には定格電圧より高い電圧が印加されることになり、その動作が不安定になる可能性があるという課題があった。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄電部の充電停止時に負荷への電圧変動を低減することができる蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、入出力端子と蓄電部端子を備えたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電部端子に接続された蓄電部とからなり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止する際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入出力端子の電圧（Ｖｂ）が一定になるようにしながら前記蓄電部への充電電流（Ｉｃ）を経時的に低減した後に停止するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の蓄電装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは入出力端子が一定電圧になるようにしながら蓄電部への充電電流（Ｉｃ）を経時的に低減しているので、その間に配線系統電力を蓄電部に放電する動作を行う。その後ＤＣ／ＤＣコンバータを停止するので、配線系統電力が入出力端子に接続された主電源側に放電されることがなくなり、負荷への電圧変動を低減することができる蓄電装置を実現できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態における蓄電装置の電圧電流経時変化図であり、（ａ）は入出力端子の電圧における経時変化図を、（ｂ）は蓄電部への電流における経時変化図を、（ｃ）は第１スイッチのタイミングチャートを、（ｄ）は第２スイッチのタイミングチャートを、それぞれ示す。なお、図１において太線は電力系配線を、細線は信号系配線をそれぞれ示す。
【００１８】
図１において、蓄電装置１１はノイズ低減用のフィルタ回路１３を介して、主電源１５、負荷１７、および発電機１９に接続されている。フィルタ回路１３はグランドとの間に接続された２個のフィルタ用コンデンサ２１と、それらの間に接続されたフィルタ用インダクタ２３からなり、図１に示すようにπ型のフィルタ回路１３を構成している。また、主電源１５は定格電圧１２Ｖの車両用のバッテリであり、負荷１７は自動車に搭載されている種々の電装品である。発電機１９は車両用のオルタネータであり、エンジンと機械的に接続され、エンジンの動力で駆動されるとともに、制動時には車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発生する。この際の発電電圧が一定（例えば１４Ｖ）になるように発電機１９自身がフィードバック制御する構成としている。なお、蓄電装置１１からフィルタ回路１３、主電源１５、負荷１７、および発電機１９に至る配線系統には配線インダクタンス２５が形成される。図１においては、配線系統の中で代表してフィルタ回路１３と主電源１５の間に配線インダクタンス２５を示している。
【００１９】
蓄電装置１１は次の構成を有する。蓄電装置１１は、入出力端子２７と蓄電部端子２９を備えたＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、蓄電部端子２９に接続された蓄電部３３とから構成されている。なお、入出力端子２７は蓄電部３３に対し電力を充放電するための端子であり、フィルタ回路１３を介して主電源１５、負荷１７、および発電機１９が接続されている。
【００２０】
ここで、蓄電部３３は急速充放電特性に優れる電気二重層キャパシタを複数個直列に接続した構成とした。なお、蓄電部３３は１回の回生により発生する回生電力と、蓄電部３３を除く配線系統（フィルタ回路１３や配線インダクタンス２５等）が蓄電する配線系統電力の和よりも大きな電力を蓄電できる容量とした。これにより、回生電力をできるだけ多く蓄電部３３に充電できるとともに、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ３１の停止制御時に、それまでに蓄えられていた配線系統電力も蓄電部３３で十分に吸収することが可能となる。その結果、主電源１５の電圧安定化に寄与することができる。なお、蓄電部３３は、蓄電装置１１に要求される電力仕様等に応じて、電気二重層キャパシタの数量を増減したり、直並列に接続する構成としてもよい。
【００２１】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の詳細構成について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入出力端子２７には入出力端子電圧検出回路３５が接続されている。これは、入出力端子２７の電圧（主電源１５の電圧Ｖｂに相当）を検出して出力する機能を有しており、具体的には入出力端子２７とグランドの間に２個の直列接続した抵抗器を設けた構成としている。従って、その中点電圧が主電源１５の電圧Ｖｂに比例した電圧として検出できる。
【００２２】
さらに、入出力端子２７にはインダクタ３７の一端が接続されている。インダクタ３７の他端には第１スイッチ３９の一端、および第２スイッチ４１の一端がそれぞれ接続されている。第１スイッチ３９の他端はグランドに、第２スイッチ４１の他端は蓄電部端子２９を介して蓄電部３３に接続されているので、第１スイッチ３９と第２スイッチ４１を交互にオンオフ制御することで蓄電部３３の充放電が可能となる。従って、第１スイッチ３９と第２スイッチ４１は外部からオンオフ制御が可能な構成のものとする必要がある。本実施の形態ではＦＥＴを用いた。
【００２３】
なお、蓄電部端子２９には蓄電部電圧検出回路４３が接続されている。これは、入出力端子電圧検出回路３５と同じ構成を有し、蓄電部３３の電圧Ｖｃに比例した電圧を検出し出力する。さらに、蓄電部端子２９には平滑コンデンサ４５も接続されている。
【００２４】
入出力端子電圧検出回路３５、第１スイッチ３９、第２スイッチ４１、および蓄電部電圧検出回路４３は信号系配線で制御回路４７に接続されている。制御回路４７はマイクロコンピュータと周辺回路から構成されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４７の全体の動作を制御している。すなわち、制御回路４７は入出力端子電圧検出回路３５の出力から入出力端子２７の電圧Ｖｂを読み込むとともに、蓄電部電圧検出回路４３の出力から蓄電部３３の電圧Ｖｃを読み込む。また、制御回路４７は第１スイッチ３９、および第２スイッチ４１をオンオフ制御するための第１スイッチ制御信号ＳＷ１、および第２スイッチ制御信号ＳＷ２をそれぞれ送信する。さらに、制御回路４７は車両側制御回路（図示せず）とデータ信号ｄａｔａの送受信を行うことで互いに交信する機能を有している。
【００２５】
次に、このような蓄電装置１１の停止時における具体的な動作について、図２を用いて説明する。
【００２６】
まず、時間ｔ０からｔ１の間は、車両の制動により発生している発電機１９からの回生電力を蓄電部３３に定電流で充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３１が動作している。この時の発電機１９の出力電圧は図２（ａ）に示すように一定値Ｖｂ（１４Ｖ）である。これにより、負荷１７には一定の電圧Ｖｂが供給されているので、安定して動作することができる。
【００２７】
一方、蓄電部３３には前記したように発電機１９からの回生電力が定電流で充電されているので、蓄電部３３に流れる電流Ｉｃは図２（ｂ）に示すように一定となる。
【００２８】
このように通常の蓄電部３３への定電流充電を行っている時は、図２（ｃ）、（ｄ）のタイミングチャートに示すように、第１スイッチ３９と第２スイッチ４１が交互にオンオフを繰り返すように制御回路４７が制御している。なお、図２（ｃ）、（ｄ）の時間ｔ０からｔ１においてはオン時間とオフ時間が等しい状態の例を示している。
【００２９】
その後、時間ｔ１で回生が終了すると、制御回路４７は外部（ここでは車両側制御回路）から発せられる回生停止信号をデータ信号ｄａｔａとして受信する。これにより、制御回路４７は以下のようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作を停止する。
【００３０】
まず、制御回路４７は、定電流制御から、入出力端子２７の電圧Ｖｂが一定になるよう定電圧制御を行う。この際の目標とする定電圧値は、回生停止信号を受信する直前の入出力端子２７の電圧値としている。なお、制御回路４７は一定時間毎に入出力端子電圧検出回路３５により、入出力端子２７の電圧Ｖｂを検出し記憶している。従って、回生停止信号を受信する直前の入出力端子２７の電圧値は既知である。制御回路４７は、入出力端子２７の電圧Ｖｂが上記のようにして得た一定の目標定電圧値になるように、入出力端子電圧検出回路３５の出力を電圧Ｖｂとして読み込み、フィードバック制御を行う。同時に、制御回路４７は蓄電部３３への充電電流Ｉｃを経時的に低減するように制御する。具体的には、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、時間ｔ１から時間ｔ２までに第１スイッチ３９のオン時間が徐々に短く、かつ第２スイッチ４１のオン時間が徐々に長くなるように制御する。その結果、図２（ａ）に示すように、入出力端子２７の電圧Ｖｂは時間ｔ１以降も一定電圧を保ち、図２（ｂ）に示すように、蓄電部３３への充電電流Ｉｃは経時的に低減していく。これにより、フィルタ回路１３や配線インダクタンス２５等に蓄えられていた配線系統電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３１により蓄電部３３に充電されていく。
【００３１】
やがて、時間ｔ２に至ると、配線系統電力の蓄電部３３への充電が終了する。この時、制御回路４７は図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１スイッチ３９と第２スイッチ４１の動作を停止し両方オフにする。その結果、図２（ｂ）に示すように蓄電部３３への電流Ｉｃは０Ａになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作が停止する。この時、回生は終了しているので、発電機１９はエンジンにより駆動され、定電圧Ｖｂで発電を継続する。
【００３２】
これらのことから、図２（ａ）に示すように入出力端子２７の電圧Ｖｂは時間ｔ０からｔ２以降に渡って常に一定となり、電圧変動が発生しないことがわかる。その結果、負荷１７には回生時（時間ｔ０からｔ１）、配線系統電力の蓄電部３３への充電時（時間ｔ１からｔ２）、およびＤＣ／ＤＣコンバータ３１の停止時（時間ｔ２以降）のいずれにおいても一定電圧が供給されるので、負荷１７が不安定な動作を行う可能性が低減される。
【００３３】
なお、蓄電部３３が蓄えた回生電力を回生時以外に放電して主電源１５や負荷１７に供給している間に、再び回生電力が発生すると、蓄電部３３に電力が残っている状態で回生電力を充電することになるので、そのまま充電を継続すると蓄電部３３の耐電圧を超えて、蓄電部３３の劣化が促進されてしまう。
【００３４】
これを避けるため、本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１が外部から発せられる回生停止信号を受信することにより、その動作を停止するだけでなく、蓄電部電圧検出回路４３で検出した蓄電部端子２９の電圧（蓄電部３３の電圧Ｖｃに相当）が既定電圧に至れば、動作を停止するようにしている。この時のＤＣ／ＤＣコンバータ３１の停止動作は、前記した回生停止信号受信による停止動作と同じである。従って、本実施の形態の蓄電装置１１は、回生停止信号の受信、または蓄電部端子２９の電圧Ｖｃの既定電圧への到達のいずれかが起こると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を停止するように制御している。
【００３５】
ここで、既定電圧は、蓄電部３３の満充電電圧から、蓄電部３３を除く配線系統が蓄電する配線系統電力を蓄電部３３が充電した際の電圧上昇分を差し引いた値より小さくなるように決定している。これにより、蓄電部３３の電圧Ｖｃが既定電圧に至ってＤＣ／ＤＣコンバータ３１を停止する際に、蓄電部３３が配線系統電力を充電して、蓄電部３３の電圧Ｖｃが上昇しても、既定電圧は満充電電圧よりも前記電圧上昇分を差し引いているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の停止完了時に電圧Ｖｃが満充電電圧を超えることはない。ゆえに、蓄電部３３の劣化を低減することができ、高信頼性が得られる。
【００３６】
以上の構成、動作により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は入出力端子２７が一定電圧になるようにしながら蓄電部３３への充電電流Ｉｃを経時的に低減している間に、配線系統電力を蓄電部３３に放電する動作を行い、その後ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を停止するので、配線系統電力が入出力端子２７に接続された主電源１５側に放電されることがなくなり、負荷１７への電圧変動を低減することができる蓄電装置１１を実現できる。
【００３７】
なお、本実施の形態において、蓄電部３３には蓄電素子として電気二重層キャパシタを用いたが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタでもよい。
【００３８】
また、本実施の形態において、蓄電装置１１を車両の回生電力回収に用いた場合について説明したが、それに限らず、大電力を必要とする補機（例えばハイブリッド車、電動パワーステアリングシステム、アイドリングストップシステム用スタータモータ、電動ターボ用モータ等）を駆動する際の補助電源として、あるいは電子制御ブレーキシステム等のバックアップ電源として用いてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態において、蓄電装置１１を車両に適用した場合について述べたが、それらに限らず、例えば系統電源（交流電源等）の停電時に電力を負荷に供給する非常用電源装置等にも適用可能である。この場合、系統電源が正常時に、系統電源から蓄電部３３へ充電を行った後、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を停止する際に、系統電源の電圧変動を低減することができ、系統電源に接続されている多数の負荷の動作が不安定になる可能性を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる蓄電装置は、蓄電部の充電停止時に負荷への電圧変動を低減することができるので、特に車両の制動時における回生電力の回収用の蓄電装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図
【図２】本発明の実施の形態における蓄電装置の電圧電流経時変化図であり、（ａ）は入出力端子の電圧における経時変化図、（ｂ）は蓄電部への電流における経時変化図、（ｃ）は第１スイッチのタイミングチャート、（ｄ）は第２スイッチのタイミングチャート
【図３】従来の電力制御装置のブロック回路図
【図４】従来の電力制御装置の電圧電流経時特性図であり、（ａ）は負荷の印加電圧における経時特性図、（ｂ）は蓄電手段への電流における経時特性図
【符号の説明】
【００４２】
１１  蓄電装置
２７  入出力端子
２９  蓄電部端子
３１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３  蓄電部
【図１】
0005076918.tif 000002
【図２】
0005076918.tif 000003
【図３】
0005076918.tif 000004
【図４】
0005076918.tif 000005