JPH06197408A - 電気自動車用蓄電池制御装置 - Google Patents

電気自動車用蓄電池制御装置

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JPH06197408A
JPH06197408A JP4344225A JP34422592A JPH06197408A JP H06197408 A JPH06197408 A JP H06197408A JP 4344225 A JP4344225 A JP 4344225A JP 34422592 A JP34422592 A JP 34422592A JP H06197408 A JPH06197408 A JP H06197408A
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Motoyuki Hayashida
素行 林田
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MOTOR JIDOSHA KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】持続性蓄電池と瞬発性蓄電池を組み合わせて使
用する。 【構成】持続性蓄電池１と電動機３の間にトランジスタ
Ｃａ１、Ｃａ２を介装し、瞬発性蓄電池２と電動機３の
間にトランジスタＣｂ１、Ｃｂ２を介装し、放電時には
トランジスタＣａ１、Ｃｂ１を、充電時にはトランジス
タＣａ２、Ｃｂ２を要求充放電電流量に対応して設定さ
れたデューティ比で交互にオン・オフする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に使用され
る蓄電池の制御装置に関し、特に、少電流・長時間型の
持続性蓄電池と大電流・短時間型の瞬発性蓄電池を組み
合わせて電気自動車に使用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃料消費節約と燃焼排気による大
気汚染、騒音問題を改善する上から、例えば誘導電動機
を原動機とする方式の電気自動車、又は内燃機関と前記
誘導電動機を複合した原動機とする方式の電気自動車が
開発されている。この電気自動車の動力源として搭載さ
れる蓄電池には、その蓄電池の充放電能力からみたと
き、その構造や極板の材質、電解液の性質などにより持
続性電池と瞬発性電池の２種類に大別される。持続性蓄
電池の代表は鉛蓄電池であり、瞬発性蓄電池の代表はニ
ッケル、カドミウム蓄電池である。
【０００３】持続性電池は、放電時、長時間にわたって
放電出来るが、放電電流が比較的小さく、一時に大電流
を放電することができないという特性を有し、また充電
時、概して充電電流も小さい電流で長時間行うことが要
求される小電流・長時間型の蓄電池である。これに対し
て瞬発性電池は一時に大きな電流の放電が可能な特性を
有し、また充電時にも大きな電流で急速充電が可能な大
電流・短時間型の蓄電池である。
【０００４】電気自動車に搭載する蓄電池として求めら
れる性能は、加速能力を高め登坂能力を確保することが
可能であり、かつ短時間で充電できる性能であり、この
点で電気自動車には瞬発性電池が望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、持続性
蓄電池は大量生産・回収方式も確立され、安価である
が、瞬発性蓄電池はニッケル、コバルト、銀などを使用
するものが多く、高価である上、安全且つ安価に回収す
る方式が確立されたとは言い難く、瞬発性蓄電池だけを
電気自動車に用いるのは難点がある。
【０００６】一方、性能面からみても、内燃機関と電動
機からなる複合原動機を搭載した電気自動車では、長距
離走行の場合、蓄電池のみに長距離走行のエネルギ供給
を依存するのではなく内燃機関を運転して電力の欠乏を
補うので、ある程度の持続性能があれば足りる。また加
速性能や登坂性能を確保するためには短時間内に大きな
電流を必要とするが、登坂や高速走行および強度の加速
など大電流を必要とする時には内燃機関も加勢すること
ができるので、大電流・短時間での充放電が可能である
という電気自動車の蓄電池に要求される性能は、かなり
緩和された条件となっている。さらに蓄電池の貯蔵電力
が欠乏してくると内燃機関の運転により走行中も蓄電池
を充電することが出来るので、短時間内に充電できると
いうことは必須の条件ではなくなっている。したがって
持続性蓄電池を電気自動車に使用することが出来ないこ
とはなく、安価な持続性蓄電池と、大電流・短時間型の
瞬発性蓄電池と、を組み合わせて使用できれば、電気自
動車に最適な動力源となる。
【０００７】本発明ではこのような従来の課題に鑑みて
なされたもので、持続性蓄電池と瞬発性蓄電池を組み合
わせて使用することが可能な電気自動車用蓄電池制御装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、充放
電電流量が小さく長時間にわたって充放電される持続性
蓄電池と、一時に大きな電流量で充放電が可能な瞬発性
蓄電池と、を夫々充電回路及び放電回路を介して共通の
発電源及び負荷に接続する一方、前記持続性蓄電池また
は瞬発性蓄電池の要求充放電電流量を検出する電流検出
手段と、該要求充放電電流量が小さい時には前記持続性
蓄電池の電流分担割合が大きくなるように制御し、要求
充放電電流量が大きい時には瞬発性蓄電池の電流分担割
合が大きくなるように制御する制御手段と、を備えるよ
うにした。
【０００９】また、前記各蓄電池の充電回路、放電回路
に夫々スイッチ手段を介装し、前記制御手段は、前記各
蓄電池用のスイッチ手段のいずれか一方がオンとなるよ
うに切り換え、且つ要求充放電電流量に応じて各スイッ
チ手段のオン時間の時間割合を可変制御することにより
電流分担割合を制御するように構成した。
【００１０】
【作用】上記の構成によれば、充放電時、持続性蓄電池
または瞬発性蓄電池の要求充放電電流量は電流検出手段
により検出され、持続性蓄電池と瞬発性蓄電池の電流分
担割合はこの要求充放電電流量に基づいて制御手段によ
り制御される。即ち、要求充放電電流量が小さい時には
前記持続性蓄電池の電流分担割合が大きくなるように制
御し、要求充放電電流量が大きい時には瞬発性蓄電池の
電流分担割合が大きくなるように制御することにより、
両蓄電池を組み合わせて電気自動車に搭載することが可
能となる。
【００１１】また制御手段により、要求充放電電流量に
応じて各蓄電池用のスイッチ手段のいずれか一方がオン
となるように制御することにより時間割合を可変して電
流分担割合をうまく調整することが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜４に基づい
て説明する。図１は本実施例の電気自動車用蓄電池制御
装置を示し、このシステムは例えば複合原動機方式の電
気自動車に備えられる。図１において、持続性蓄電池１
は、放電時、比較的小さい電流量で長時間にわたって放
電され、充電時、概して小さい電流量で長時間、充電す
ることが要求される少電流・長時間型の蓄電池であり、
例えば鉛蓄電池等が使用される。また、瞬発性蓄電池２
は、一時に大きな電流量の放電が可能な特性を有し、ま
た充電時にも大きな電流量で急速充電が可能な大電流・
短時間型の蓄電池であり、例えばニッケル・カドミウム
蓄電池等が使用される。電動機３は負荷にも発電源にも
なりうる。
【００１３】持続性蓄電池１と電動機３との間の放電回
路は、持続性蓄電池１から順次、逆流防止用ダイオード
Ｄａ１とＰＮＰトランジスタＣａ１、電流検出手段とし
ての電流センサ４が接続することによって構成され、充
電回路は、電動機３から順次、電流センサ４、ＰＮＰト
ランジスタＣａ２、逆流防止用ダイオードＤａ２が接続
することによって構成されている。
【００１４】同様にして瞬発性蓄電池２と電動機３との
間の放電回路は、瞬発性蓄電池２から順次、逆流防止用
ダイオードＤｂ１とＰＮＰトランジスタＣｂ１、電流セ
ンサ４が接続することによって構成され、充電回路は、
電動機３から順次、電流センサ４、ＰＮＰトランジスタ
Ｃｂ２、逆流防止用ダイオードＤｂ２が接続することに
よって構成されている。尚、トランジスタＣａ１、Ｃａ
２、Ｃｂ１、Ｃｂ２には高速スイッチング素子が用いら
れ、電流センサ４には充放電電流量が検出可能であるだ
けでなく、充放電が判別可能なように電流方向も検出可
能なものが用いられる。
【００１５】尚、トランジスタＣａ１、Ｃａ２、Ｃｂ
１、Ｃｂ２がスイッチ手段に相当する。制御手段として
の電源制御装置５は、Ａ／Ｄ変換器６、不揮発メモリ
７、及びマイクロコンピュータ８が備えられ、各トラン
ジスタのベースに接続している。また電源制御装置５に
は、並設された電気自動車の総合制御装置から、総合制
御装置の活性化完了を意味する信号であるStart-acknow
legde （以後St-aknと略記する) 信号が送信され、電源
制御装置５はこのSt-akn信号を受信してから制御を開始
する。St-akn信号受信前は総合制御装置に使用している
半導体素子の種類によっては活性化以前に給電すると破
損することがあるので、トランジスタＣａ１、Ｃａ２、
Ｃｂ１、Ｃｂ２がすべて電流を遮断する状態に保ってお
く。また電流センサ４により検出される消費電流値が要
求充放電電流値として電源制御装置５のＡ／Ｄ変換器６
に入力される。Ａ／Ｄ変換器６は入力されたこの充放電
電流値をディジタル化する。不揮発メモリ７には、電動
機３の要求充放電電流値に対応した各トランジスタに対
するオン時間の時間割合が、瞬発性蓄電池２のオン時間
のデューティ比（図４）として予め設定されて記憶され
ている。マイクロコンピュータ８には要求充放電電流値
に基づいて各トランジスタを制御するソフトウェアが内
蔵されている。
【００１６】次に電源制御装置５の処理を図２のフロー
チャートに基づいて説明する。ステップ（図中では
「Ｓ」と記してあり、以下同様とする）１では、総合制
御装置又はスタートスイッチ等からのSt-akn信号を受信
するまで待機する。前述のようにSt-akn信号の受信前
は、各トランジスタＣａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２は
すべて電流を遮断する状態に保たれている。St-akn信号
を受信するとステップ２に進む。
【００１７】ステップ２では、作動チャートである図３
（Ｂ）に示すように、トランジスタＣａ１、Ｃｂ１のい
ずれか又は双方のベースにオン信号を出力してトランジ
スタＣａ１、Ｃｂ１の双方を遮断状態から導通状態に変
化させ、小電流モードで充放電を行う。これにより通電
方向の判別が可能となる。ステップ３では、電流センサ
４により検出された充電電流又は放電電流値を入力し、
これをＡ／Ｄ変換器６でディジタル化した電流検出信号
に基づいて、持続性蓄電池１が充電状態であるのか放電
状態であるのかを判別する。電動機３が負荷回路となっ
ていれば、持続性蓄電池１は放電して通電方向は電動機
３方向となり、電動機３が発電回路となっていれば、持
続性蓄電池１は充電されて通電方向は持続性蓄電池１方
向となっている。
【００１８】ステップ２から始めにステップ３に進む始
動時は、当然放電状態であり、放電状態の時は、ステッ
プ４以降に進む。ステップ４では、電流センサ４から要
求放電電流値を入力する。ステップ５では、不揮発メモ
リ７に記憶されている図４のグラフを参照して要求放電
電流値に基づいた各トランジスタＣａ１、Ｃｂ１の導通
期間、つまりオン時間割合を決定する。ここで、瞬発性
蓄電池２側のトランジスタＣｂ１のオン時間割合を大き
く（小さく）することで充放電電流量を大きく（小さ
く）することにより制御できる。尚、スイッチング動作
のタイミングは、出力電流を平滑化して良好な結果を得
る為に、トランジスタＣａ１、Ｃｂ１の一方がオンして
いる時にもう一方がオフするような連続給電方式とす
る。また電流センサ４が持続性蓄電池１及び瞬発性蓄電
池２のバンク毎に設置されている時には不揮発メモリ７
には夫々の充放電電流の許容値を記憶しておき、夫々の
センサからの信号をこの充放電電流の許容値と対比して
演算する。
【００１９】例えば極長距離走行では、持続性蓄電池１
又は瞬発性蓄電池２のみに長距離走行のエネルギ供給を
依存するのではなく、内燃機関を運転して電力の欠乏を
補うので、そこそこの持続性性能があれば足り、要求放
電電流量は小さい。その場合には、持続性蓄電池１側の
トランジスタＣａ１、のオン期間を長く、瞬発性蓄電池
２側のトランジスタＣｂ１のオン期間を短くする。具体
的には、図３（Ｂ）の小電流モードで示すように、例え
ば高速スイッチング素子の性能を考慮して決定した１サ
イクルのクロック数を仮に100 として、トランジスタＣ
ａ１、Ｃｂ１の導通期間を夫々80、20クロックとする。
尚、さらに小電流の時は極小電流モード（Ａ）にしてト
ランジスタＣａ１を導通させ、トランジスタＣｂ１を遮
断状態に保つようにしてもよい。
【００２０】また例えば登坂時、加速時では、中〜比較
的大きい電流を必要とし、トランジスタＣａ１、Ｃｂ１
のクロック期間を略拮抗させる状況、例えば図３（Ｃ）
に示すように、デューティ比が50クロックになるように
制御する。また導通させるクロック期間は放電電流によ
り即座に演算判別されて持続性蓄電池１の放電限界及瞬
発性蓄電池２の放電限界を越えないように調節される。
【００２１】さらに放電電流が大電流となる時には、図
３（Ｄ）の大電流モードに示すように、正常な運転限度
までは瞬発性蓄電池２側のトランジスタＣｂ１の導通ク
ロック数を大きく、持続性蓄電池１のトランジスタＣａ
１の導通クロック数を小さく制御する。この場合におい
ても夫々の放電限界電流を越えないように制御しなが
ら、電流が大きくなるにつれて瞬発性蓄電池２の分担を
大きくするように制御する。
【００２２】但し、蓄電池の特性としてあまり推奨され
る使用方法ではないが、例えば電気自動車において「追
越し」とか「高速道路への合流」等を行う場合、数秒か
ら数十秒の期間、特別な大電流を必要とすることがあ
る。また例えば内燃機関を搭載して通常の自動車の場
合、エンジンを始動する時のセルモータに通電する時、
その要求通電量は瞬発性蓄電池２の許容放電電流をはる
かに越えてしまう。このような場合、通常の放電限界電
流を越えて放電する必要があるが、普通、その時間は短
い。したがって短時間であれば、使用頻度と使用時間が
瞬発性蓄電池２の耐久性にあまり悪い影響を与えない範
囲で、緊急避難的にトランジスタＣｂ１だけを導通させ
ることを許容するようする。さらに例えば図３（Ｅ）の
極大電流モードに示すように、持続性蓄電池１と瞬発性
蓄電池２をオーバーラップさせて、あるいは両者を連続
的に使用するようにしてもよい。
【００２３】ステップ６では、上記のようにして設定さ
れたオン時間のデューティ比に基づいてトランジスタＣ
ａ１、Ｃｂ１をオン・オフ制御する。次に制動時に電動
機３が発電機として機能する時は、ステップ３で充電状
態であると判別されてステップ７に進み、放電時と同様
に電流センサ４からの要求充電電流値を入力し、ステッ
プ８で要求充電電流値に基づいた各トランジスタＣａ
２、Ｃｂ２の導通期間を決定する。充電時も放電時と同
様に連続充電方式とし、電流センサ４が持続性蓄電池１
及び瞬発性蓄電池２のバンク毎に設置されている時には
充放電電流の許容値と対比して演算し、この許容値を越
えないようにする。そしてステップ９でトランジスタＣ
ａ２、Ｃｂ２をオン・オフ制御する。
【００２４】St-akn信号が停止した時には、ステップ10
でSt-akn信号の停止が検知されてこのルーチンを終了す
る。かかる構成によれば、持続性蓄電池１と瞬発性蓄電
池２のデューティ比を要求充放電電流値に基づいて設定
し、このデューティ比に基づいてトランジスタＣａ１、
Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２をオン・オフ制御するので、蓄
電池の性能に最適な充放電電流量とすることが出来、ま
たこのように組み合わせて使用することにより、大電流
を必要とする高速走行性、加速性、登坂性能等について
も良好であり、極長距離走行においても充分な持続性能
が得られ、また大電流で急速充電も可能であり、性能、
コスト等、総合的に将来の電気自動車にふさわしい電源
システムとすることが出来る。
【００２５】そしてこのシステムは、内燃機関と電動機
を備える複合原動機型の電気自動車にも適用できる。そ
の場合、蓄電池の充電は別途設けられた発電回路から制
動時以外に充電させることもできる。その他のシステム
としては、電動機のみを備える電気自動車にも、また、
電動フォークリフトや、その他の蓄電池を動力源とする
機器にも有効である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
流検出手段により検出された要求充放電電流量に応じて
持続性蓄電池と瞬発性蓄電池の電流分担割合を制御する
ことにより、両蓄電池を組み合わせて各蓄電池に最適な
充放電電流量で充放電することが出来る。また両蓄電池
を組み合わせて使用することにより、大電流を必要とす
る高速走行性、加速性、登坂性能等も良好であり、極長
距離走行においても充分な持続性能が得られ、また大電
流で急速充電も可能であり、電気自動車にふさわしい電
源システムとすることが出来る。
【００２７】また各蓄電池の充電回路、放電回路に介装
されたスイッチ手段のいずれか一方がオンとなるように
切り換え、オン時間の時間割合を可変とすることによ
り、電流分担割合をうまく調節することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図２】図１の動作を示すフローチャート。
【図３】図１の高速スイッチング素子の作動チャート。
【図４】図１の不揮発メモリに記憶されている関係図。
【符号の説明】
１ 持続性蓄電池 ２ 瞬発性蓄電池 ３ 電動機 ４ 電流センサ ５ 電源制御装置 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ 不揮発メモリ ８ マイクロコンピュータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】充放電電流量が小さく長時間にわたって充
    放電される持続性蓄電池と、一時に大きな電流量で充放
    電が可能な瞬発性蓄電池と、を夫々充電回路及び放電回
    路を介して共通の発電源及び負荷に接続する一方、 前記持続性蓄電池または瞬発性蓄電池の要求充放電電流
    量を検出する電流検出手段と、 該要求充放電電流量が小さい時には前記持続性蓄電池の
    電流分担割合が大きくなるように制御し、要求充放電電
    流量が大きい時には瞬発性蓄電池の電流分担割合が大き
    くなるように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする電気自動車用蓄電池制御装
    置。
  2. 【請求項２】前記各蓄電池の充電回路、放電回路に夫々
    スイッチ手段を介装し、前記制御手段は、前記各蓄電池
    用のスイッチ手段のいずれか一方がオンとなるように切
    り換え、且つ要求充放電電流量に応じて各スイッチ手段
    のオン時間の時間割合を可変制御することにより電流分
    担割合を制御することを特徴とする請求項１に記載の電
    気自動車用蓄電池制御装置。
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