(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動するモータと、車両減速時にモータを回生させる回生手段と、該回生手段による回生電流を、直列に接続された複数のキャパシタセルからなる電源手段と、該回生手段による回生電流を該電源手段に供給して充電する充電手段とを備える電動車両の電源装置において、
前記複数のキャパシタセルの内、少なくとも１つのキャパシタセルの端子電圧が他のキャパシタセルの端子電圧より所定値以上低い時、そのキャパシタセルを異常と判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段による異常判定時に、他のキャパシタセルの電荷の少なくとも一部を、該異常判定されたキャパシタセルに供給して該キャパシタセルを復帰させる復帰手段とを具備することを特徴とする電動車両の電源装置。
【請求項２】
前記異常判定手段は、前記複数のキャパシタセルの内、一部のキャパシタセル集合全体の端子電圧を検出すると共に、その端子電圧が他のキャパシタセル集合の端子電圧より所定値以上低い時、該一部のキャパシタセル集合を異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電動車両の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気自動車等にはモータを駆動するバッテリの他にキャパシタ（電解二重層コンデンサ等により小電力を短期間にて充放電可能な電源）と呼ばれる電源装置が搭載されている。この電源装置は、車両減速時等にモータにより回生されるエネルギをキャパシタに蓄積すると共に、このエネルギを加速時等に放電することでモータに補助的に電力を供給する構成となっている。
【０００３】
この電源装置の従来技術として、特願平１０−２０１０９１号公報には、複数のコンデンサセルを直列に接続すると共に、１つのコンデンサセルと並列にスイッチを介して抵抗を接続し、コンデンサセルの過充電時に抵抗とセルとを接続して過充電を防止する構成が記載されている。
【０００４】
また、特開平９−３２２３１４号公報には、バッテリとパワーコンデンサとを並列に接続し、エネルギ回生時や放電初期にはキャパシタのみを負荷に接続し、それ以外にはバッテリとキャパシタとを負荷に接続する構成と、キャパシタから放電される電力の昇圧回路が記載されている。
【０００５】
また、特開平８−９８３１３号公報、特開平８−９８３１４号公報）や、ＡＢＳ制御中はブレーキ回生を禁止するもの（特開平１１−１１５７４３号公報）等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、複数のコンデンサセルが直列に接続されることで、各セルの端子電圧にバラツキが発生したり、比較的端子電圧の低いセルに蓄積される電荷が不足してセル極性が反転する等してセル全体がフェイルする虞がある。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされ、その目的は、複数のコンデンサセルが直列に接続された場合に、各セルの端子電圧のバラツキにより発生する特定セルの蓄電不足を抑え、セル全体のフェイルを抑制できる電動車両の電源装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電動車両の電源装置は、以下の構成を備える。即ち、
車両を駆動するモータと、車両減速時にモータを回生させる回生手段と、該回生手段による回生電流を、直列に接続された複数のキャパシタセルからなる電源手段と、該回生手段による回生電流を該電源手段に供給して充電する充電手段とを備える電動車両の電源装置において、前記複数のキャパシタセルの内、少なくとも１つのキャパシタセルの端子電圧が他のキャパシタセルの端子電圧より所定値以上低い時、そのキャパシタセルを異常と判定する異常判定手段と、前記異常判定手段による異常判定時に、他のキャパシタセルの電荷の少なくとも一部を、該異常判定されたキャパシタセルに供給して該キャパシタセルを復帰させる復帰手段とを具備する。
【００１０】
また、好ましくは、前記異常判定手段は、前記複数のキャパシタセルの内、一部のキャパシタセル集合全体の端子電圧を検出すると共に、その端子電圧が他のキャパシタセル集合の端子電圧より所定値以上低い時、該一部のキャパシタセル集合を異常と判定する。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、複数のキャパシタセルの内、少なくとも１つのキャパシタセルの端子電圧が他のキャパシタセルの端子電圧より所定値以上低い時、そのキャパシタセルを異常と判定し、異常判定時に、他のキャパシタセルの電荷の少なくとも一部を、異常と判定されたキャパシタセルに供給してキャパシタセルを復帰させることにより、異常と判定されたセルが短絡等により一時的に使用できなくなるのを防止して、端子電圧が一時的に低下したセルを復帰させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、複数のキャパシタセルの内、一部のキャパシタセル集合全体の端子電圧を検出すると共に、その端子電圧が他のキャパシタセル集合の端子電圧より所定値以上低い時、該一部のキャパシタセル集合を異常と判定することにより、全てのセルをモニタすることなく、構成を簡略化できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。［電源装置の全体構成］
図１は、本実施形態の電動車両の電源装置を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の電動車両は、モータ１を駆動源とする電気自動車である。
【００１６】
本実施形態の電源装置は、左右車輪７、８を駆動するモータ１と、バッテリや燃料電池からなる主電源２と、この主電源２に並列に接続された複数のキャパシタセルからなる補助電源３と、補助電源３に直列に接続された電圧変換回路４とを備え、これら並列に接続された主電源２と補助電源３とがインバータ５を介してモータ１に接続されている。
【００１７】
電圧変換回路４は、コントローラ１０により制御され、補助電源３から出力される電圧を適正値に変換して出力する。
【００１８】
インバータ５は、コントローラ１０により制御され、主電源２及び／又は補助電源３からモータ１に供給する電流値や周波数を調整したり、モータ１により回生された電力を主電源２又は補助電源３に充電するよう調整する。
【００１９】
主電源２とインバータ５との間にはスイッチ６が接続され、このスイッチ６のオン／オフはコントローラ１０により制御される。
【００２０】
コントローラ１０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路等からなり、車両が定常走行している低負荷時には主電源２からモータ１に電力を供給し、加速している高負荷時には主電源２及び補助電源３からモータ１に電力を供給し、減速時には回生手段としてモータ１を回生させて、充電手段としてその回生電流を主電源２と補助電源３を充電するように電圧変換回路４、インバータ５及びスイッチ６を制御しながら、モータ１の出力トルクや回転数等を制御する。
［補助電源の詳細構成］
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の補助電源の詳細構成を示す回路図である。
【００２１】
図２に示すように、補助電源３は、数百個のキャパシタセルＣ１〜Ｃｎが直列に接続され、各セルＣ１〜Ｃｎの端子電圧を異常判定手段としてコントローラ１０が監視するように構成されている。
【００２２】
各セルの端子間にはトランジスタ３１のエミッタ部及びコレクタ部が接続され、コントローラ１０からベース電圧を印加すると端子間が短絡されるよう構成されている。また、端子電圧は、トランジスタ３１のエミッタ部とコレクタ部の間に配設された大容量のツェナーダイオード３２により定電圧（例えば、２〜３Ｖ程度）に保持されている。
【００２３】
コントローラ１０は、少なくとも１つのキャパシタセルの端子電圧が他のキャパシタセルの端子電圧より所定値以上低い時、そのキャパシタセルを異常と判定すると共に、短絡手段としてトランジスタ３１のベース部に電圧を印加して異常と判定されたキャパシタセルの端子間を短絡させる。
【００２４】
この第１実施形態によれば、複数のキャパシタセルが直列に接続されることで、各セルの端子電圧にバラツキが発生し、端子間に過電圧が印加されたり、低電圧により蓄積される電荷が不足してセル極性が反転する等してセル全体がフェイルするのを防止できる。
【００２５】
また、ツェナーダイオード３２を大容量にすることで、放電時には異常セル以外のキャパシタセルから放電される電流が異常セルをバイパスして、セル全体がフェイルするのを防止できる。
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態の補助電源の詳細構成を示す回路図である。図４は、図３の誘導回路の詳細回路図である。
【００２６】
図３に示すように、各キャパシタセルＣ１〜Ｃｎの端子電圧を異常判定手段としてコントローラ１０が監視するように構成されている。
【００２７】
各セルの端子間には復帰手段として電圧交換回路４１が接続され、トランス４２により各セルの端子電圧のバラツキを均一化できるよう構成されている。
【００２８】
トランス４２は、各セルの端子電圧にバラツキが生じた場合に、端子電圧の高い電圧交換回路４１により端子電圧の低い電圧交換回路４１に誘導起電力を発生させるよう構成されている。
【００２９】
図４に示すように、電圧交換回路４１は、セルのプラス端子側にトランジスタ４３と発振回路４５が直列に配設されると共に、これらと並列にトランジスタ４４と整流回路４６とが直列に配設された閉回路を構成し、キャパシタセルのプラス側端子がトランジスタ４３のコレクタ部とトランジスタ４４のエミッタ部の間に接続され、発振回路４５と整流回路４６とは他のセルの電圧交換回路に接続されている。
【００３０】
トランジスタ４３、４４のベース部は絶縁回路４８、４９により絶縁されてコントローラ１０から電圧が印加される。
【００３１】
コントローラ１０からトランジスタ４３にベース電圧が印加されると、セルの電荷が移動してトランジスタ４３と発振回路４５に電流が流れ、発振回路４５で交流に変換されて他のセルの電圧交換回路に出力される。また、コントローラ１０からトランジスタ４４にベース電圧が印加されると、他の電圧交換回路の発振回路から整流回路４６に電流が流れ、整流回路４６で直流化されてトランジスタ４４からセルのプラス側端子に流れ、セルの電荷が蓄積される。
【００３２】
上記構成により、端子電圧が低いセルがある場合に、端子電圧の高いセルにより低いセルに誘導起電力が発生するので、端子電圧の低いセルに電荷が蓄積されて端子電圧が均一化できる。
【００３３】
コントローラ１０は、少なくとも１つのキャパシタセルの端子電圧が他のキャパシタセルの端子電圧より所定値以上低い時、そのキャパシタセルを異常と判定すると共に、復帰手段としてトランジスタ４３又は４４のゲート部に電圧を印加して他のキャパシタセルの電荷の少なくとも一部を、異常と判定されたキャパシタセルに供給して復帰させる。
【００３４】
この第２実施形態によれば、異常と判定されたセルが短絡等により一時的に使用できなくなるのを防止して、端子電圧が一時的に低下したセルを復帰させることができる。
＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態の補助電源の詳細構成を示す回路図である。
【００３５】
図５に示すように、各キャパシタセルＣ１〜Ｃｎの端子電圧を異常判定手段としてコントローラ１０が監視するように構成されている。
【００３６】
各セルの端子間には復帰手段としてスイッチング回路５１が接続されている。
【００３７】
図５に示すように、スイッチング回路５１は、各セルの端子間にコイル５２を介してソース部及びドレイン部が接続されると共に、ゲート部が直列の抵抗Ｒ及び高電圧ドライバＤを介して接続されたＭＯＳＦＥＴ５３を備える。ゲート電圧は、ソース部とドレイン部の間に配設されたツェナーダイオード５４により定電圧に保持されている。また、ソース部とドレイン部の間にはダイオード５５が配設されている。
【００３８】
ＭＯＳＦＥＴ５３は、コントローラ１０からゲート電圧が印加されると、端子電圧の高いセルから低いセルに電荷が移動すると共に、コイル５２により定電流源としてスイッチング動作して端子電圧が均一化するよう構成されている。
【００３９】
上記構成により、端子電圧が低いセルがある場合に、正常なセルのＭＯＳＦＥＴ５３に矩形波のゲート電圧を印加することにより、正常なセルから電荷が移動して電荷を蓄積させることになる。
【００４０】
コントローラ１０は、少なくとも１つのキャパシタセルの端子電圧が他のキャパシタセルの端子電圧より所定値以上低い時、そのキャパシタセルを異常と判定すると共に、復帰手段としてＭＯＳＦＥＴ５３を矩形波でスイッチングして他のキャパシタセルの電荷の少なくとも一部を、異常と判定されたキャパシタセルに供給して復帰させる。
【００４１】
この第３実施形態によれば、異常と判定されたセルが短絡等により一時的に使用できなくなるのを防止して、端子電圧が一時的に低下したセルを復帰させることができる。
【００４２】
また、絶縁回路が不要で、スイッチングにより高効率に駆動でき、全セルの電圧を均一化することが可能となる。
＜変形例＞
上記実施形態では、個々のキャパシタセルに対して端子電圧を検出しているが、複数のキャパシタセルからなる複数の集合体を形成し、個々の集合体の端子電圧を検出すると共に、その端子電圧が他の集合体の端子電圧より所定値以上低い時、その集合体の１つを異常と判定し、少なくとも充電時に異常と判定された集合体の端子電圧を短絡したり、電荷を移動させて復帰させてもよい。これにより、全てのセルをモニタすることなく、電源装置の構成を簡略化できる。
＜他の実施形態▲１▼＞
主電源２が故障或いは不調となった場合、補助電源３の出力特性は一定なので、（ｉ）主電源２の出力低下に伴って加速性能が悪化する、（ｉｉ）主電源の出力が停止すると補助電源３の蓄電量も少なくなっており、すぐに走行できなくなる、という問題がある。
【００４３】
上記問題点を解決する手段として、以下の制御を行ってもよい。即ち、
（Ｉ）主電源２の不調を検出し、主電源２が停止する虞はないが出力が低下した場合、補助電源３による出力を正常時よりも増加する。
【００４４】
（ＩＩ）主電源２の不調を検出し、まだ出力できるが、その後（例えば、数１０秒後）に停止しなければならないときは、出力を抑制しながら補助電源３を満充電させ、主電源が停止した後は補助電源３の蓄電量で（修理工場や安全区域まで）走行させる。
【００４５】
（ＩＩＩ）主電源２の不調を検出し、早急に出力を抑え且つ速やかに停止しなければならないときは、出力を抑制すると共に、補助電源３の充電及び出力を停止させて蓄電量を温存し、主電源２が停止した後は補助電源３の蓄電量で（修理工場や安全区域まで）走行させる。
＜他の実施形態▲２▼＞
加速時に備えて補助電源３を満充電にしておくと、下り坂走行時や急制動時において回生電力を受け入れられなくなる、という問題がある。
【００４６】
上記問題点を解決する手段として、以下の制御を行ってもよい。即ち、
（Ｉ）カーナビゲーションシステムの地図情報等を用いて走行路を予測することで補助電源の充電量を調整する。
【００４７】
（ＩＩ）運転者の走行パターンを学習して、その走行パターンに最適な充電量に調整する。
【００４８】
（ＩＩＩ）運転者自身の判断で補助電源の充電量を設定可能とする。
＜他の実施形態▲３▼＞
主電源２や補助電源３の内部抵抗が環境条件等により変化するため、（ｉ）効率が悪化する、（ｉｉ）主電源２と補助電源３のいずれかが不調になった場合、出力不足となる、という問題がある。
【００４９】
上記問題点を解決する手段として、以下の制御を行ってもよい。即ち、
（Ｉ）主電源２及び補助電源３の電圧、温度、内部抵抗から効率が最大となる出力割合を演算して制御する。この出力割合は、必要される出力、温度、電圧等に応じてマップ化しておけばよい。
【００５０】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００５１】
例えば、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド自動車におけるモータ制御にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電動車両の電源装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の補助電源の詳細構成を示す回路図である。
【図３】第２実施形態の補助電源の詳細構成を示す回路図である。
【図４】図３の誘導回路の詳細回路図である。
【図５】第３実施形態の補助電源の詳細構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  モータ
２  主電源
３  補助電源
４  電圧変換回路
５  インバータ
１０  コントローラ
【図１】
0003783913.tif 000002
【図２】
0003783913.tif 000003
【図３】
0003783913.tif 000004
【図４】
0003783913.tif 000005
【図５】
0003783913.tif 000006