JPH09322314A - 電気自動車電源制御装置 - Google Patents
電気自動車電源制御装置Info
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- JPH09322314A JPH09322314A JP8161096A JP16109696A JPH09322314A JP H09322314 A JPH09322314 A JP H09322314A JP 8161096 A JP8161096 A JP 8161096A JP 16109696 A JP16109696 A JP 16109696A JP H09322314 A JPH09322314 A JP H09322314A
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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- H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 バッテリの他に大容量のキャパシタを具え、
回生時には主として該キャパシタを充電し、回生時以外
の時には該キャパシタまたは前記バッテリから車両駆動
モータに給電する電気自動車電源制御装置において、回
生時に電力損失少なくしかもバッテリ電圧より大なる電
圧まで充電し得るようにすることを課題とする。 【解決手段】 回生時には、回生電流は専用配線１２を
通って直接キャパシタ１を充電する。片方向コンバータ
８は、キャパシタ１側からバッテリ４側へ向かって昇圧
または降圧動作させられるので、キャパシタ充電電圧は
バッテリ電圧以下とする必要はなくなる。回生電流が所
定値を超えると、片方向コンバータを動作させ、超えた
分はバッテリの充電に回す。そうすると、キャパシタで
の電力損失は大とはならない。キャパシタ１から給電す
る場合、片方向コンバータの出力電圧がバッテリ電圧程
度になるよう、キャパシタの電圧を昇圧または降圧して
給電する。
回生時には主として該キャパシタを充電し、回生時以外
の時には該キャパシタまたは前記バッテリから車両駆動
モータに給電する電気自動車電源制御装置において、回
生時に電力損失少なくしかもバッテリ電圧より大なる電
圧まで充電し得るようにすることを課題とする。 【解決手段】 回生時には、回生電流は専用配線１２を
通って直接キャパシタ１を充電する。片方向コンバータ
８は、キャパシタ１側からバッテリ４側へ向かって昇圧
または降圧動作させられるので、キャパシタ充電電圧は
バッテリ電圧以下とする必要はなくなる。回生電流が所
定値を超えると、片方向コンバータを動作させ、超えた
分はバッテリの充電に回す。そうすると、キャパシタで
の電力損失は大とはならない。キャパシタ１から給電す
る場合、片方向コンバータの出力電圧がバッテリ電圧程
度になるよう、キャパシタの電圧を昇圧または降圧して
給電する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バッテリの他に大容量
のキャパシタを具え、これらから電気自動車の車両駆動
モータに給電したり、あるいは車両駆動モータからこれ
らに回生充電したりする電気自動車電源制御装置に関す
るものである。
のキャパシタを具え、これらから電気自動車の車両駆動
モータに給電したり、あるいは車両駆動モータからこれ
らに回生充電したりする電気自動車電源制御装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車は車両駆動モータを駆動源と
しているが、その車両駆動モータに給電する電源とし
て、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電池等の二次電池
（バッテリ）を用いることが知られている。しかし、こ
のような二次電池は、放電するまでに走行できる距離が
比較的短く、また充電時間が長いという欠点がある。
しているが、その車両駆動モータに給電する電源とし
て、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電池等の二次電池
（バッテリ）を用いることが知られている。しかし、こ
のような二次電池は、放電するまでに走行できる距離が
比較的短く、また充電時間が長いという欠点がある。
【０００３】一方、充電時間が短い蓄電手段としてはキ
ャパシタがあり、小型ながら大容量であるところの電気
二重層コンデンサを、電気自動車の電源として用いるこ
とが提案されている（例、実開平３−104002号公報）。
しかし、この場合には早く放電してしまい、短時間しか
走行できないので、道路上に充電ステーションを数多く
設置しておかなければならないという欠点がある。
ャパシタがあり、小型ながら大容量であるところの電気
二重層コンデンサを、電気自動車の電源として用いるこ
とが提案されている（例、実開平３−104002号公報）。
しかし、この場合には早く放電してしまい、短時間しか
走行できないので、道路上に充電ステーションを数多く
設置しておかなければならないという欠点がある。
【０００４】そこで、上記のような欠点をなくすため、
蓄電手段としてバッテリと急速充電可能であるところの
キャパシタの両方を搭載し、車両の走行状態あるいはキ
ャパシタの充電状態等に基づいて、これらの蓄電手段か
ら車両駆動モータへの給電を制御したり、車両駆動モー
タから蓄電手段への回生充電を制御したりする電気自動
車電源制御装置が考えられている（例、特開平６− 864
07号公報）。
蓄電手段としてバッテリと急速充電可能であるところの
キャパシタの両方を搭載し、車両の走行状態あるいはキ
ャパシタの充電状態等に基づいて、これらの蓄電手段か
ら車両駆動モータへの給電を制御したり、車両駆動モー
タから蓄電手段への回生充電を制御したりする電気自動
車電源制御装置が考えられている（例、特開平６− 864
07号公報）。
【０００５】このような電気自動車電源制御装置におい
て回生充電がなされる際、キャパシタの電圧がバッテリ
の電圧よりも大幅に低いと、キャパシタに過大な充電電
流が流れ込み、キャパシタを破壊してしまうことがあ
る。そこで、電圧差が所定値以上あれば充電電流を断続
して流し、所定値以下になれば充電電流を連続して流す
ように制御して、破壊を防止するようにしたものもある
（特開平６−276616号公報）。
て回生充電がなされる際、キャパシタの電圧がバッテリ
の電圧よりも大幅に低いと、キャパシタに過大な充電電
流が流れ込み、キャパシタを破壊してしまうことがあ
る。そこで、電圧差が所定値以上あれば充電電流を断続
して流し、所定値以下になれば充電電流を連続して流す
ように制御して、破壊を防止するようにしたものもある
（特開平６−276616号公報）。
【０００６】また、加速に必要とする電力に変動があっ
たり、あるいは減速時に発生される回生電力に変動があ
ったりした場合、バッテリとキャパシタとの間で電力の
授受が発生することがあり、無用の電力損失を生ずるこ
とがあった。そこで、そのような電力の授受を防止する
ものも提案されている（例、特願平７−129116号）。
たり、あるいは減速時に発生される回生電力に変動があ
ったりした場合、バッテリとキャパシタとの間で電力の
授受が発生することがあり、無用の電力損失を生ずるこ
とがあった。そこで、そのような電力の授受を防止する
ものも提案されている（例、特願平７−129116号）。
【０００７】図４は、そのような従来の電気自動車電源
制御装置のブロック図である。図４において、１はキャ
パシタ、２は双方向コンバータ、３はコンバータ制御
部、４はバッテリ、５は電流検出回路、６はインバー
タ、７は車両駆動モータ、２０はキャパシタ、２１はリ
アクトル、２２はトランジスタ、２３，２４はダイオー
ド、２５はトランジスタ、２６はキャパシタ、２７，２
８は電流検出回路である。キャパシタ２０，２６は、平
滑用である。
制御装置のブロック図である。図４において、１はキャ
パシタ、２は双方向コンバータ、３はコンバータ制御
部、４はバッテリ、５は電流検出回路、６はインバー
タ、７は車両駆動モータ、２０はキャパシタ、２１はリ
アクトル、２２はトランジスタ、２３，２４はダイオー
ド、２５はトランジスタ、２６はキャパシタ、２７，２
８は電流検出回路である。キャパシタ２０，２６は、平
滑用である。
【０００８】キャパシタ１としては、例えば電気二重層
コンデンサが用いられ、車両駆動モータ７としては、交
流モータが用いられる。インバータ２は、車両駆動モー
タ７に給電する場合には（つまり力行時には）、各蓄電
手段からの直流電圧を交流に変換する。また、減速時
に、車両駆動モータ７が発電機動作をさせられた場合に
は（つまり回生時には）、その交流発電電圧を直流電圧
に変換する。
コンデンサが用いられ、車両駆動モータ７としては、交
流モータが用いられる。インバータ２は、車両駆動モー
タ７に給電する場合には（つまり力行時には）、各蓄電
手段からの直流電圧を交流に変換する。また、減速時
に、車両駆動モータ７が発電機動作をさせられた場合に
は（つまり回生時には）、その交流発電電圧を直流電圧
に変換する。
【０００９】電流検出回路５は、インバータ６を流れる
電流の値および流れる方向を検出する。電流の方向によ
って、回生時か非回生時かを判定することが出来る。図
示するように、インバータ６の入力側に流れ込む方向を
マイナス方向とし、入力側から流れ出す方向をプラス方
向とすると、マイナス方向であれば非回生時であり、プ
ラス方向であれば回生時である。
電流の値および流れる方向を検出する。電流の方向によ
って、回生時か非回生時かを判定することが出来る。図
示するように、インバータ６の入力側に流れ込む方向を
マイナス方向とし、入力側から流れ出す方向をプラス方
向とすると、マイナス方向であれば非回生時であり、プ
ラス方向であれば回生時である。
【００１０】双方向コンバータ２は、キャパシタ１から
バッテリ４の方向に向っては昇圧し、その逆の方向に向
っては降圧するよう制御されるコンバータであり、次の
ような公知の昇圧コンバータ，降圧コンバータを組み合
わせたものである。
バッテリ４の方向に向っては昇圧し、その逆の方向に向
っては降圧するよう制御されるコンバータであり、次の
ような公知の昇圧コンバータ，降圧コンバータを組み合
わせたものである。
【００１１】図６は公知の昇圧コンバータであり、５
０，５１は入力端子、５２，５６は平滑用のキャパシ
タ、５３はリアクトル、５４はスイッチング用のトラン
ジスタ、５５は逆流阻止用のダイオード、５７，５８は
出力端子、Ｖi は入力電圧、Ｖoは出力電圧、ＩL はリ
アクトルを流れる電流である。図７は図６の昇圧コンバ
ータの動作波形図であり、（ａ）はトランジスタ５４の
オン，オフ期間、（ｂ）は電流ＩL の変化、（ｃ）は出
力電圧Ｖo の変化を示す。
０，５１は入力端子、５２，５６は平滑用のキャパシ
タ、５３はリアクトル、５４はスイッチング用のトラン
ジスタ、５５は逆流阻止用のダイオード、５７，５８は
出力端子、Ｖi は入力電圧、Ｖoは出力電圧、ＩL はリ
アクトルを流れる電流である。図７は図６の昇圧コンバ
ータの動作波形図であり、（ａ）はトランジスタ５４の
オン，オフ期間、（ｂ）は電流ＩL の変化、（ｃ）は出
力電圧Ｖo の変化を示す。
【００１２】トランジスタ５４がオンするとダイオード
５５がオフとなり、入力端子５０→リアクトル５３→ト
ランジスタ５４→入力端子５１の経路で電流が流れ、リ
アクトル５３に電磁エネルギーが蓄積される。その間、
出力端子５７，５８へは、キャパシタ５６から放電され
る。トランジスタ５４がオフするとダイオード５５がオ
ンとなり、リアクトル５３に蓄積されていた電磁エネル
ギーによって誘起された電圧と入力電圧Ｖi とが重畳さ
れ、入力端子５０→リアクトル５３→ダイオード５５→
出力端子５７，５８およびキャパシタ５６→入力端子５
１の経路で電流が流れる。従って、トランジスタ５４の
オン期間をＴON，オフ期間をＴOFF とすれば、平均とし
ての出力電圧ＶO は、次式のようになる。 出力電圧（昇圧電圧）は、トランジスタ５４のオン，オ
フの期間を適宜調節することにより変化させることが出
来る。
５５がオフとなり、入力端子５０→リアクトル５３→ト
ランジスタ５４→入力端子５１の経路で電流が流れ、リ
アクトル５３に電磁エネルギーが蓄積される。その間、
出力端子５７，５８へは、キャパシタ５６から放電され
る。トランジスタ５４がオフするとダイオード５５がオ
ンとなり、リアクトル５３に蓄積されていた電磁エネル
ギーによって誘起された電圧と入力電圧Ｖi とが重畳さ
れ、入力端子５０→リアクトル５３→ダイオード５５→
出力端子５７，５８およびキャパシタ５６→入力端子５
１の経路で電流が流れる。従って、トランジスタ５４の
オン期間をＴON，オフ期間をＴOFF とすれば、平均とし
ての出力電圧ＶO は、次式のようになる。 出力電圧（昇圧電圧）は、トランジスタ５４のオン，オ
フの期間を適宜調節することにより変化させることが出
来る。
【００１３】図８は公知の降圧コンバータであり、７
０，７１は入力端子、７２，７６は平滑用のキャパシ
タ、７３はスイッチング用のトランジスタ、７４はフラ
イホイール用のダイオード、７５はリアクトル、７７，
７８は出力端子、Ｖi は入力電圧、Ｖo は出力電圧、Ｉ
L はリアクトルを流れる電流である。図９は図６の昇圧
コンバータの動作波形図であり、（ａ）はトランジスタ
７３のオン，オフ期間、（ｂ）は電流ＩL の変化、
（ｃ）は出力電圧Ｖo の変化を示す。
０，７１は入力端子、７２，７６は平滑用のキャパシ
タ、７３はスイッチング用のトランジスタ、７４はフラ
イホイール用のダイオード、７５はリアクトル、７７，
７８は出力端子、Ｖi は入力電圧、Ｖo は出力電圧、Ｉ
L はリアクトルを流れる電流である。図９は図６の昇圧
コンバータの動作波形図であり、（ａ）はトランジスタ
７３のオン，オフ期間、（ｂ）は電流ＩL の変化、
（ｃ）は出力電圧Ｖo の変化を示す。
【００１４】トランジスタ７３がオンするとダイオード
７４がオフとなり、入力端子７０→トランジスタ７３→
リアクトル７５→出力端子７７，７８およびキャパシタ
７６→入力端子７１の経路で電流が流れ、リアクトル７
５に電磁エネルギーが蓄積される。トランジスタ７３が
オフすると、リアクトル７５に蓄積されていた電磁エネ
ルギーによって誘起された電圧により、リアクトル７５
→出力端子７７，７８およびキャパシタ７６→ダイオー
ド７４の経路で電流が流れる。従って、トランジスタ７
３のオン期間をＴON，オフ期間をＴOFF とすれば、平均
としての出力電圧ＶO は、次式のようになる。 出力電圧（降圧電圧）は、トランジスタ７３のオン，オ
フの期間を適宜調節することにより変化させることが出
来る。
７４がオフとなり、入力端子７０→トランジスタ７３→
リアクトル７５→出力端子７７，７８およびキャパシタ
７６→入力端子７１の経路で電流が流れ、リアクトル７
５に電磁エネルギーが蓄積される。トランジスタ７３が
オフすると、リアクトル７５に蓄積されていた電磁エネ
ルギーによって誘起された電圧により、リアクトル７５
→出力端子７７，７８およびキャパシタ７６→ダイオー
ド７４の経路で電流が流れる。従って、トランジスタ７
３のオン期間をＴON，オフ期間をＴOFF とすれば、平均
としての出力電圧ＶO は、次式のようになる。 出力電圧（降圧電圧）は、トランジスタ７３のオン，オ
フの期間を適宜調節することにより変化させることが出
来る。
【００１５】図４の双方向コンバータ２に戻るが、双方
向コンバータ２において、昇圧動作は、トランジスタ２
５をオフにしたまま、トランジスタ２２をオン，オフす
ることによって行われる。降圧動作は、トランジスタ２
２をオフにしたまま、トランジスタ２５をオン，オフす
ることによって行われる。電流検出回路５からの検出信
号の符号がプラスの時（回生時）は、降圧動作させら
れ、マイナスの時（非回生時）は昇圧動作させられる。
向コンバータ２において、昇圧動作は、トランジスタ２
５をオフにしたまま、トランジスタ２２をオン，オフす
ることによって行われる。降圧動作は、トランジスタ２
２をオフにしたまま、トランジスタ２５をオン，オフす
ることによって行われる。電流検出回路５からの検出信
号の符号がプラスの時（回生時）は、降圧動作させら
れ、マイナスの時（非回生時）は昇圧動作させられる。
【００１６】回生時に降圧する理由は、次の通りであ
る。インバータ６からの回生電圧でキャパシタ１を充電
する場合、仮に双方向コンバータ２が無くて直接キャパ
シタ１を充電するとすれば、キャパシタ１の両端電圧が
低い間は過大な充電電流が流れると共に、バッテリ４か
らも電流が流れ出して充電しようとする。そうすると、
インバータ６の直流側電圧は低下し、他の電気負荷（図
示せず）への給電電圧も低下してしまう。そこで、バッ
テリ４との間に双方向コンバータ２を介在させ、インバ
ータ６の直流側電圧は低下させることなく、キャパシタ
１に印加する電圧は充電可能で且つ充電電流を過大とし
ない電圧に降圧する。降圧の程度（降圧比）は、キャパ
シタ１の充電電圧が上昇して来るにつれ、少なくされ
る。
る。インバータ６からの回生電圧でキャパシタ１を充電
する場合、仮に双方向コンバータ２が無くて直接キャパ
シタ１を充電するとすれば、キャパシタ１の両端電圧が
低い間は過大な充電電流が流れると共に、バッテリ４か
らも電流が流れ出して充電しようとする。そうすると、
インバータ６の直流側電圧は低下し、他の電気負荷（図
示せず）への給電電圧も低下してしまう。そこで、バッ
テリ４との間に双方向コンバータ２を介在させ、インバ
ータ６の直流側電圧は低下させることなく、キャパシタ
１に印加する電圧は充電可能で且つ充電電流を過大とし
ない電圧に降圧する。降圧の程度（降圧比）は、キャパ
シタ１の充電電圧が上昇して来るにつれ、少なくされ
る。
【００１７】充電されているキャパシタ１から給電する
場合に昇圧する理由は、バッテリ４よりもやや高い電圧
にしなければ、給電できないからである。キャパシタ１
の放電が進むにつれて、キャパシタ１の電圧は低下す
る。そのように低下しても、なおキャパシタ１から給電
が続けられるようにするためには、依然としてバッテリ
電圧よりも高い電圧に昇圧しなければならない。従っ
て、昇圧の程度（昇圧比）は放電が進むにつれて次第に
大としてゆく必要がある。
場合に昇圧する理由は、バッテリ４よりもやや高い電圧
にしなければ、給電できないからである。キャパシタ１
の放電が進むにつれて、キャパシタ１の電圧は低下す
る。そのように低下しても、なおキャパシタ１から給電
が続けられるようにするためには、依然としてバッテリ
電圧よりも高い電圧に昇圧しなければならない。従っ
て、昇圧の程度（昇圧比）は放電が進むにつれて次第に
大としてゆく必要がある。
【００１８】コンバータ制御部３は、双方向コンバータ
２の昇圧，降圧動作を制御する。電流検出回路２７，２
８は、双方向コンバータ２の入力側，出力側に流れる電
流を検出してコンバータ制御部３に知らせ、キャパシタ
１とバッテリ４間に無用の電流が流れないよう、双方向
コンバータ２に流れる電流を制御する。なお、過大電流
が検出された場合には、動作停止等の保護措置を講じさ
せる。
２の昇圧，降圧動作を制御する。電流検出回路２７，２
８は、双方向コンバータ２の入力側，出力側に流れる電
流を検出してコンバータ制御部３に知らせ、キャパシタ
１とバッテリ４間に無用の電流が流れないよう、双方向
コンバータ２に流れる電流を制御する。なお、過大電流
が検出された場合には、動作停止等の保護措置を講じさ
せる。
【００１９】即ち、加速時にはインバータ６へ電流を供
給する必要があるが、要求される電流が規定電流以下で
あればバッテリ４からのみ供給し、それ以上要求される
場合には、不足分の電流をキャパシタ１から供給するよ
う、キャパシタ１の電圧を昇圧する。そのようにする
と、キャパシタ１からバッテリ４へ電流が流れ込むこと
はない。また、減速時（回生時）には、インバータ６か
らの回生電流が規定電流以下であればバッテリ４へのみ
回生し、それ以上あれば、余剰分の電流だけキャパシタ
１へ流れてゆくよう降圧する。
給する必要があるが、要求される電流が規定電流以下で
あればバッテリ４からのみ供給し、それ以上要求される
場合には、不足分の電流をキャパシタ１から供給するよ
う、キャパシタ１の電圧を昇圧する。そのようにする
と、キャパシタ１からバッテリ４へ電流が流れ込むこと
はない。また、減速時（回生時）には、インバータ６か
らの回生電流が規定電流以下であればバッテリ４へのみ
回生し、それ以上あれば、余剰分の電流だけキャパシタ
１へ流れてゆくよう降圧する。
【００２０】
（問題点）しかしながら、前記した従来の電気自動車電
源制御装置には、次のような問題点があった。第１の問
題点は、キャパシタ１に充電された電荷をより多く放電
させようとすればするほど、双方向コンバータ２の昇圧
能力をより一層大にしておかなければならず、コンバー
タの重量，コストが大になるという点である。第２の問
題点は、キャパシタ１への回生は双方向コンバータ２の
降圧動作によって行われるので、キャパシタ１への回生
電力は双方向コンバータ２の降圧動作時容量により制限
されるし、キャパシタの充電電圧もバッテリ電圧以下に
制限されるという点である。第３の問題点は、キャパシ
タ１に流れる電流は充電時でも放電時でも必ず双方向コ
ンバータ２を通過する構成となっているので、通過する
度にそこで幾らかの電力が失われ、エネルギーの伝達効
率が悪いという点である。
源制御装置には、次のような問題点があった。第１の問
題点は、キャパシタ１に充電された電荷をより多く放電
させようとすればするほど、双方向コンバータ２の昇圧
能力をより一層大にしておかなければならず、コンバー
タの重量，コストが大になるという点である。第２の問
題点は、キャパシタ１への回生は双方向コンバータ２の
降圧動作によって行われるので、キャパシタ１への回生
電力は双方向コンバータ２の降圧動作時容量により制限
されるし、キャパシタの充電電圧もバッテリ電圧以下に
制限されるという点である。第３の問題点は、キャパシ
タ１に流れる電流は充電時でも放電時でも必ず双方向コ
ンバータ２を通過する構成となっているので、通過する
度にそこで幾らかの電力が失われ、エネルギーの伝達効
率が悪いという点である。
【００２１】（問題点の説明）まず、第１の問題点につ
いて説明する。キャパシタ１の電圧は、充分に回生充電
されていれば、バッテリ４の電圧と略同じにされてい
る。力行時になって放電を開始すれば、放電の進行と共
にキャパシタ電圧は低下するが、低下した電圧をバッテ
リ４の電圧程度に双方向コンバータ２が昇圧することに
より、放電が続行される。双方向コンバータ２がバッテ
リ電圧程度にまで昇圧し得る最も低い電圧が、キャパシ
タ１を放電させ得る下限電圧である。昇圧能力が小であ
ると、キャパシタ電圧が一寸低下するまでしか放電させ
ることが出来ず、キャパシタ１が利用できる電圧範囲は
狭い。キャパシタ電圧が相当低下するまで放電電荷を取
り出そうとするなら、昇圧能力を大にしておく必要があ
る。そうすると、双方向コンバータ２の重量，コストが
大になる。
いて説明する。キャパシタ１の電圧は、充分に回生充電
されていれば、バッテリ４の電圧と略同じにされてい
る。力行時になって放電を開始すれば、放電の進行と共
にキャパシタ電圧は低下するが、低下した電圧をバッテ
リ４の電圧程度に双方向コンバータ２が昇圧することに
より、放電が続行される。双方向コンバータ２がバッテ
リ電圧程度にまで昇圧し得る最も低い電圧が、キャパシ
タ１を放電させ得る下限電圧である。昇圧能力が小であ
ると、キャパシタ電圧が一寸低下するまでしか放電させ
ることが出来ず、キャパシタ１が利用できる電圧範囲は
狭い。キャパシタ電圧が相当低下するまで放電電荷を取
り出そうとするなら、昇圧能力を大にしておく必要があ
る。そうすると、双方向コンバータ２の重量，コストが
大になる。
【００２２】次に、第２の問題点について説明する。キ
ャパシタ１への回生電力は、双方向コンバータ２の降圧
動作によってキャパシタ１へ伝達される。そのため、双
方向コンバータ２の降圧動作時容量分だけの電力しかキ
ャパシタ１へ伝達されず、それ以外の電力はバッテリ４
の充電に回されることになる。従って、キャパシタ１に
はまだ電力を回生できる余裕があっても、回生されな
い。また、バッテリ電圧に相当する電圧を降圧してキャ
パシタ１に充電しているから、常に バッテリ電圧＞キャパシタ電圧 という関係になっている。つまり、キャパシタ１の電圧
の上限はバッテリ電圧である。なお、下限は、前記した
ように双方向コンバータ２の昇圧能力によって決定され
る電圧である。この上限と下限との間の電圧範囲が、結
局、キャパシタ１の利用電圧範囲ということになるが、
利用電圧範囲の上限がバッテリ電圧という値に制限さ
れ、利用電圧範囲が狭くされていた。
ャパシタ１への回生電力は、双方向コンバータ２の降圧
動作によってキャパシタ１へ伝達される。そのため、双
方向コンバータ２の降圧動作時容量分だけの電力しかキ
ャパシタ１へ伝達されず、それ以外の電力はバッテリ４
の充電に回されることになる。従って、キャパシタ１に
はまだ電力を回生できる余裕があっても、回生されな
い。また、バッテリ電圧に相当する電圧を降圧してキャ
パシタ１に充電しているから、常に バッテリ電圧＞キャパシタ電圧 という関係になっている。つまり、キャパシタ１の電圧
の上限はバッテリ電圧である。なお、下限は、前記した
ように双方向コンバータ２の昇圧能力によって決定され
る電圧である。この上限と下限との間の電圧範囲が、結
局、キャパシタ１の利用電圧範囲ということになるが、
利用電圧範囲の上限がバッテリ電圧という値に制限さ
れ、利用電圧範囲が狭くされていた。
【００２３】最後に、第３の問題点について説明する。
キャパシタ１が充電される場合、降圧動作している双方
向コンバータ２を通ってキャパシタ１に充電電流が流れ
るわけであるが、この時、双方向コンバータ２でも電力
損失があるし、キャパシタ１でも内部抵抗による電力損
失がある。キャパシタ１から放電する場合には、キャパ
シタ１からの放電電流は昇圧動作している双方向コンバ
ータ２を通って流れ出るわけであるから、やはり、キャ
パシタ１および双方向コンバータ２で電力損失が生ず
る。
キャパシタ１が充電される場合、降圧動作している双方
向コンバータ２を通ってキャパシタ１に充電電流が流れ
るわけであるが、この時、双方向コンバータ２でも電力
損失があるし、キャパシタ１でも内部抵抗による電力損
失がある。キャパシタ１から放電する場合には、キャパ
シタ１からの放電電流は昇圧動作している双方向コンバ
ータ２を通って流れ出るわけであるから、やはり、キャ
パシタ１および双方向コンバータ２で電力損失が生ず
る。
【００２４】上記のように電力損失が発生するから、充
電時または放電時のエネルギー伝達効率は、電流が流れ
る各段階のエネルギー伝達効率の積となる。例えば、充
電時のエネルギー伝達効率は、双方向コンバータ２の効
率が８０％，キャパシタ１の効率が９０％ならば、７２
％となる。回生電力蓄積用のキャパシタおよびその充電
経路，放電経路を設け、減速時にキャパシタに回生した
エネルギーを加速時に利用するシステムを、仮に「キャ
パシタシステム」と言うことにすれば、キャパシタシス
テムでのエネルギー伝達効率（以下、「キャパシタシス
テム効率」と言う）は、充電時の効率と放電時の効率の
積である。
電時または放電時のエネルギー伝達効率は、電流が流れ
る各段階のエネルギー伝達効率の積となる。例えば、充
電時のエネルギー伝達効率は、双方向コンバータ２の効
率が８０％，キャパシタ１の効率が９０％ならば、７２
％となる。回生電力蓄積用のキャパシタおよびその充電
経路，放電経路を設け、減速時にキャパシタに回生した
エネルギーを加速時に利用するシステムを、仮に「キャ
パシタシステム」と言うことにすれば、キャパシタシス
テムでのエネルギー伝達効率（以下、「キャパシタシス
テム効率」と言う）は、充電時の効率と放電時の効率の
積である。
【００２５】ところで、キャパシタ充放電効率（即ち、
キャパシタ自体の充電効率あるいは放電効率）は、電流
値が大になるほど低下することが知られている。図５
は、キャパシタ充放電効率を示す図である。横軸はキャ
パシタ電流ＩC （即ち、充電電流あるいは放電電流）、
縦軸はキャパシタ充放電効率である。キャパシタ電流Ｉ
C が大になるほど、キャパシタ充放電効率は低下してい
る。キャパシタ電流がＩC1の時のキャパシタ放電効率は
η1 であるが、ＩC1より大なるキャパシタ電流ＩC2の時
のキャパシタ放電効率は、η1 より低いη2 となってい
る。
キャパシタ自体の充電効率あるいは放電効率）は、電流
値が大になるほど低下することが知られている。図５
は、キャパシタ充放電効率を示す図である。横軸はキャ
パシタ電流ＩC （即ち、充電電流あるいは放電電流）、
縦軸はキャパシタ充放電効率である。キャパシタ電流Ｉ
C が大になるほど、キャパシタ充放電効率は低下してい
る。キャパシタ電流がＩC1の時のキャパシタ放電効率は
η1 であるが、ＩC1より大なるキャパシタ電流ＩC2の時
のキャパシタ放電効率は、η1 より低いη2 となってい
る。
【００２６】キャパシタ１の放電をあまりに低い電圧ま
で行うと、次に充電する場合、当初に流れ込む充電電流
は大となり、キャパシタ充電効率は悪くなる。そこで、
キャパシタ充電効率が悪くならないようにと、充電電流
値を小さい値に制限すると、キャパシタへの回生電力が
少なくなってしまう。本発明は、以上のような問題点を
解決することを課題とするものである。
で行うと、次に充電する場合、当初に流れ込む充電電流
は大となり、キャパシタ充電効率は悪くなる。そこで、
キャパシタ充電効率が悪くならないようにと、充電電流
値を小さい値に制限すると、キャパシタへの回生電力が
少なくなってしまう。本発明は、以上のような問題点を
解決することを課題とするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、車両駆動モータの電源手段としてのバ
ッテリおよびキャパシタを具え、回生時には主として該
キャパシタを充電し、回生時以外の時には該キャパシタ
または前記バッテリから前記車両駆動モータに給電する
電気自動車電源制御装置において、前記キャパシタと前
記バッテリとの間に接続され、キャパシタ側からバッテ
リ側へ向かってのみ昇圧あるいは降圧動作させられる片
方向コンバータと、前記車両駆動モータへの電流の向き
により回生時か否かを検出する回生時検出手段と、一端
が前記キャパシタおよび前記片方向コンバータの入力側
に接続され、回生電流を専用に流す回生電流専用配線
と、回生時には前記車両駆動モータ側と前記回生電流専
用配線の他端とを接続し、回生時以外の時には前記車両
駆動モータ側と前記バッテリとを接続する切換手段と、
回生電流が予め定めたキャパシタ充電電流制限値を超え
ると、その超える分の電流で前記バッテリを充電するよ
う前記片方向コンバータを制御し、回生時以外の時には
前記バッテリに先駆けて前記キャパシタより前記車両駆
動モータに給電するよう前記片方向コンバータを制御す
るコンバータ制御手段とを具えることとした。
め、本発明では、車両駆動モータの電源手段としてのバ
ッテリおよびキャパシタを具え、回生時には主として該
キャパシタを充電し、回生時以外の時には該キャパシタ
または前記バッテリから前記車両駆動モータに給電する
電気自動車電源制御装置において、前記キャパシタと前
記バッテリとの間に接続され、キャパシタ側からバッテ
リ側へ向かってのみ昇圧あるいは降圧動作させられる片
方向コンバータと、前記車両駆動モータへの電流の向き
により回生時か否かを検出する回生時検出手段と、一端
が前記キャパシタおよび前記片方向コンバータの入力側
に接続され、回生電流を専用に流す回生電流専用配線
と、回生時には前記車両駆動モータ側と前記回生電流専
用配線の他端とを接続し、回生時以外の時には前記車両
駆動モータ側と前記バッテリとを接続する切換手段と、
回生電流が予め定めたキャパシタ充電電流制限値を超え
ると、その超える分の電流で前記バッテリを充電するよ
う前記片方向コンバータを制御し、回生時以外の時には
前記バッテリに先駆けて前記キャパシタより前記車両駆
動モータに給電するよう前記片方向コンバータを制御す
るコンバータ制御手段とを具えることとした。
【００２８】（解決する動作の概要）車両駆動モータの
回生時には、回生電流は回生電流専用配線を通って直接
キャパシタを充電するので、コンバータを介して流して
いた従来例のように、コンバータでロスしたりコンバー
タ容量の制約を受けたりすることがなく、多くの電力を
回生することが出来る。そして、回生エネルギーが大の
場合には、車両用バッテリの電圧より高い電圧に充電さ
れる。
回生時には、回生電流は回生電流専用配線を通って直接
キャパシタを充電するので、コンバータを介して流して
いた従来例のように、コンバータでロスしたりコンバー
タ容量の制約を受けたりすることがなく、多くの電力を
回生することが出来る。そして、回生エネルギーが大の
場合には、車両用バッテリの電圧より高い電圧に充電さ
れる。
【００２９】充電電流が過大であるとキャパシタでの電
力損失が多くなるので、充電電流は予め定めたキャパシ
タ充電電流制限値（例えば、図５で効率が９０％の電流
ＩCT）以下に制限する。それを超える分の電流は、片方
向コンバータを動作させてバッテリの充電に回すので、
キャパシタでの電力損失は抑制され、回生効率が良好と
なる。回生時以外の時には、片方向コンバータの出力電
圧がバッテリ電圧程度になるよう、キャパシタの電圧を
昇圧または降圧し、まずキャパシタから給電する。その
後、バッテリから給電する。キャパシタから給電する場
合、一方向に昇圧，降圧の両方ができる片方向コンバー
タを経て給電するので、キャパシタ充電電圧はバッテリ
電圧より高くなっていても構わなくなり（つまり、キャ
パシタの利用電圧範囲が拡大され）、キャパシタに多く
の電気量を回収することが出来るようになる。
力損失が多くなるので、充電電流は予め定めたキャパシ
タ充電電流制限値（例えば、図５で効率が９０％の電流
ＩCT）以下に制限する。それを超える分の電流は、片方
向コンバータを動作させてバッテリの充電に回すので、
キャパシタでの電力損失は抑制され、回生効率が良好と
なる。回生時以外の時には、片方向コンバータの出力電
圧がバッテリ電圧程度になるよう、キャパシタの電圧を
昇圧または降圧し、まずキャパシタから給電する。その
後、バッテリから給電する。キャパシタから給電する場
合、一方向に昇圧，降圧の両方ができる片方向コンバー
タを経て給電するので、キャパシタ充電電圧はバッテリ
電圧より高くなっていても構わなくなり（つまり、キャ
パシタの利用電圧範囲が拡大され）、キャパシタに多く
の電気量を回収することが出来るようになる。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の電気自動車電源制御装置
のブロック図である。符号は図４のものに対応し、８は
片方向コンバータ、９は電圧検出回路、１０はコンバー
タ制御部、１１は切換リレー、１１−１は切換リレーコ
イル、１１−２は切換リレー接点、１１Ａ，１１Ｂは固
定接点、１２は回生電流専用配線、２０はキャパシタ、
２１はリアクトル、２２はトランジスタ、２３，２４は
ダイオード、２５はトランジスタ、２６はキャパシタ、
２７，２８は電流検出回路、８０はキャパシタ、８２は
トランジスタ、８３はダイオード、８４はリアクトル、
８５はトランジスタ、８６はダイオード、８８はキャパ
シタ、８９，９０は電流検出回路である。キャパシタ８
０，８８は平滑用であり、電流検出回路８９，９０は片
方向コンバータ８の入力電流，出力電流の検出用である
（Ｉ3 ，Ｉ2 は、それぞれの検出信号である。）。図４
と同じ符号のものは同様のものなので、それらの説明は
省略する。
に説明する。図１は、本発明の電気自動車電源制御装置
のブロック図である。符号は図４のものに対応し、８は
片方向コンバータ、９は電圧検出回路、１０はコンバー
タ制御部、１１は切換リレー、１１−１は切換リレーコ
イル、１１−２は切換リレー接点、１１Ａ，１１Ｂは固
定接点、１２は回生電流専用配線、２０はキャパシタ、
２１はリアクトル、２２はトランジスタ、２３，２４は
ダイオード、２５はトランジスタ、２６はキャパシタ、
２７，２８は電流検出回路、８０はキャパシタ、８２は
トランジスタ、８３はダイオード、８４はリアクトル、
８５はトランジスタ、８６はダイオード、８８はキャパ
シタ、８９，９０は電流検出回路である。キャパシタ８
０，８８は平滑用であり、電流検出回路８９，９０は片
方向コンバータ８の入力電流，出力電流の検出用である
（Ｉ3 ，Ｉ2 は、それぞれの検出信号である。）。図４
と同じ符号のものは同様のものなので、それらの説明は
省略する。
【００３１】片方向コンバータ８は、キャパシタ１とバ
ッテリ４との間に介在させられ、キャパシタ１の側から
バッテリ４の側に向かって（つまり、片方向で）、必要
に応じて昇圧および降圧することが出来るコンバータで
ある。線路に直列にダイオード８６が接続されているた
め、バッテリ４側からキャパシタ１側へ電流が流れよう
としても阻止される。キャパシタ１の電圧がバッテリ４
の電圧より高い場合に動作させる時には降圧動作をさ
せ、低い場合に動作させる時には昇圧動作をさせる。
ッテリ４との間に介在させられ、キャパシタ１の側から
バッテリ４の側に向かって（つまり、片方向で）、必要
に応じて昇圧および降圧することが出来るコンバータで
ある。線路に直列にダイオード８６が接続されているた
め、バッテリ４側からキャパシタ１側へ電流が流れよう
としても阻止される。キャパシタ１の電圧がバッテリ４
の電圧より高い場合に動作させる時には降圧動作をさ
せ、低い場合に動作させる時には昇圧動作をさせる。
【００３２】片方向コンバータ８の構成は、リアクトル
とスイッチング素子とを主体とし、スイッチング素子の
オン，オフによって昇圧なり，降圧なりをする公知のコ
ンバータ（図６，図８を参照のこと）を応用して構成し
たものである。トランジスタ８２は降圧制御をするスイ
ッチング素子であり、トランジスタ８５は昇圧制御をす
るスイッチング素子である。それらの制御は、コンバー
タ制御部１０から出される制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 によって
行われる。制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 は、一方がＯＮであれば
他方がＯＦＦである同期信号とされる。
とスイッチング素子とを主体とし、スイッチング素子の
オン，オフによって昇圧なり，降圧なりをする公知のコ
ンバータ（図６，図８を参照のこと）を応用して構成し
たものである。トランジスタ８２は降圧制御をするスイ
ッチング素子であり、トランジスタ８５は昇圧制御をす
るスイッチング素子である。それらの制御は、コンバー
タ制御部１０から出される制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 によって
行われる。制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 は、一方がＯＮであれば
他方がＯＦＦである同期信号とされる。
【００３３】制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 は、片方向コンバータ
８を動作させたい場合にのみ生成，供給される。制御信
号Ｓ1 ，Ｓ2 が供給された時、もし片方向コンバータ８
の入力側電圧（＝キャパシタ電圧）の方が出力側電圧
（＝バッテリ電圧）より大の場合には、自ずと降圧制御
となる。また、制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 が供給された時、も
し片方向コンバータ８の入力側電圧（＝キャパシタ電
圧）の方が出力側電圧（＝バッテリ電圧）より小の場合
には、自ずと昇圧制御となる。つまり、次のような関係
となる。 キャパシタ電圧＞バッテリ電圧 → 降圧制御 キャパシタ電圧＜バッテリ電圧 → 昇圧制御
８を動作させたい場合にのみ生成，供給される。制御信
号Ｓ1 ，Ｓ2 が供給された時、もし片方向コンバータ８
の入力側電圧（＝キャパシタ電圧）の方が出力側電圧
（＝バッテリ電圧）より大の場合には、自ずと降圧制御
となる。また、制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 が供給された時、も
し片方向コンバータ８の入力側電圧（＝キャパシタ電
圧）の方が出力側電圧（＝バッテリ電圧）より小の場合
には、自ずと昇圧制御となる。つまり、次のような関係
となる。 キャパシタ電圧＞バッテリ電圧 → 降圧制御 キャパシタ電圧＜バッテリ電圧 → 昇圧制御
【００３４】このような制御となるのは、次のような理
由による。一般に、昇圧コンバータに「入力側電圧≧出
力側電圧」となるような電圧を接続しておいて昇圧制御
しようとしても、コンバータの出力電圧は入力電圧に等
しい電圧となる。逆に、降圧コンバータに「入力側電圧
≦出力側電圧」となるような電圧を接続しておいて降圧
制御しようとしても、コンバータの出力電圧は入力電圧
に等しい電圧となる。従って、片方向コンバータ８は、
制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 が供給された時の入力側電圧と出力
側電圧の大小関係により、降圧制御をするか昇圧制御を
するかが、自ずと決められることになる。
由による。一般に、昇圧コンバータに「入力側電圧≧出
力側電圧」となるような電圧を接続しておいて昇圧制御
しようとしても、コンバータの出力電圧は入力電圧に等
しい電圧となる。逆に、降圧コンバータに「入力側電圧
≦出力側電圧」となるような電圧を接続しておいて降圧
制御しようとしても、コンバータの出力電圧は入力電圧
に等しい電圧となる。従って、片方向コンバータ８は、
制御信号Ｓ1 ，Ｓ2 が供給された時の入力側電圧と出力
側電圧の大小関係により、降圧制御をするか昇圧制御を
するかが、自ずと決められることになる。
【００３５】電流検出回路５（その検出信号をＩ1 とす
る）とバッテリ４との間に、切換リレー１１を接続す
る。切換リレー１１の固定接点１１Ａは回生電流専用配
線１２を経てキャパシタ１および片方向コンバータ８の
入力側に接続され、固定接点１１Ｂはバッテリ４および
片方向コンバータ８の出力側に接続される。切換リレー
コイル１１−１には電流検出回路５の検出信号が与えら
れ、回生時以外は切換リレー接点１１−２を固定接点１
１Ｂにオンし、回生時には固定接点１１Ａにオンする。
る）とバッテリ４との間に、切換リレー１１を接続す
る。切換リレー１１の固定接点１１Ａは回生電流専用配
線１２を経てキャパシタ１および片方向コンバータ８の
入力側に接続され、固定接点１１Ｂはバッテリ４および
片方向コンバータ８の出力側に接続される。切換リレー
コイル１１−１には電流検出回路５の検出信号が与えら
れ、回生時以外は切換リレー接点１１−２を固定接点１
１Ｂにオンし、回生時には固定接点１１Ａにオンする。
【００３６】従って、力行時の電流は固定接点１１Ｂを
通ってインバータ６に供給され、回生時の電流は固定接
点１１Ａを通ってキャパシタ１へ流れる。切換リレー１
１を設けた理由は、キャパシタ１とバッテリ４との間で
電力の授受がされないようにするためである。即ち、バ
ッテリ４の電圧がキャパシタ１の電圧より高い時、バッ
テリ４→回生電流専用配線１２→キャパシタ１へと電流
が流れるのを防止し、逆にキャパシタ１の電圧がバッテ
リ４の電圧より高い時、キャパシタ１→回生電流専用配
線１２→バッテリ４へと電流が流れるのを防止する。電
圧検出回路９は、片方向コンバータ８の出力側の電圧を
検出する（検出信号をＶとする）。
通ってインバータ６に供給され、回生時の電流は固定接
点１１Ａを通ってキャパシタ１へ流れる。切換リレー１
１を設けた理由は、キャパシタ１とバッテリ４との間で
電力の授受がされないようにするためである。即ち、バ
ッテリ４の電圧がキャパシタ１の電圧より高い時、バッ
テリ４→回生電流専用配線１２→キャパシタ１へと電流
が流れるのを防止し、逆にキャパシタ１の電圧がバッテ
リ４の電圧より高い時、キャパシタ１→回生電流専用配
線１２→バッテリ４へと電流が流れるのを防止する。電
圧検出回路９は、片方向コンバータ８の出力側の電圧を
検出する（検出信号をＶとする）。
【００３７】ここで、図１の電気自動車電源制御装置の
動作の概要を説明しておく。回生時には、切換リレー接
点１１−２が固定接点１１Ａにオンされ、回生電流は回
生電流専用配線１２を流れて直接キャパシタ１を充電す
る。充電時のキャパシタ１での内部損失が大とならない
よう、充電電流が予め定めた制限値以上であると、片方
向コンバータ８を動作させて余剰電流でバッテリ４を充
電する。非回生時には、切換リレー接点１１−２が固定
接点１１Ｂにオンされ、車両駆動モータ７が必要とする
電流を、まずキャパシタ１から給電する。キャパシタ１
の電圧がバッテリの電圧より大の時は、片方向コンバー
タ８を降圧動作させ、小の時は昇圧動作させて給電す
る。
動作の概要を説明しておく。回生時には、切換リレー接
点１１−２が固定接点１１Ａにオンされ、回生電流は回
生電流専用配線１２を流れて直接キャパシタ１を充電す
る。充電時のキャパシタ１での内部損失が大とならない
よう、充電電流が予め定めた制限値以上であると、片方
向コンバータ８を動作させて余剰電流でバッテリ４を充
電する。非回生時には、切換リレー接点１１−２が固定
接点１１Ｂにオンされ、車両駆動モータ７が必要とする
電流を、まずキャパシタ１から給電する。キャパシタ１
の電圧がバッテリの電圧より大の時は、片方向コンバー
タ８を降圧動作させ、小の時は昇圧動作させて給電す
る。
【００３８】図２は、本発明の電気自動車電源制御装置
に使用されているコンバータ制御部１０の回路構成の１
例を示す図である。図２において、符号は図１のものに
対応し、１００は切換リレー、１００−１は切換リレー
コイル、１００−２は切換リレー接点、１００Ａ，１０
０Ｂは固定接点、１０１は増幅器、１０２はスイッチン
グレギュレータＩＣ、１０３〜１０５はダイオード、１
０６〜１０８は増幅器である。
に使用されているコンバータ制御部１０の回路構成の１
例を示す図である。図２において、符号は図１のものに
対応し、１００は切換リレー、１００−１は切換リレー
コイル、１００−２は切換リレー接点、１００Ａ，１０
０Ｂは固定接点、１０１は増幅器、１０２はスイッチン
グレギュレータＩＣ、１０３〜１０５はダイオード、１
０６〜１０８は増幅器である。
【００３９】増幅器１０１，１０６，１０７の出力端子
は、優先回路（複数の入力のうち、最大の入力１つだけ
を出力する回路）を構成するダイオード１０３〜１０５
を介して、スイッチングレギュレータＩＣ１０２に接続
される。スイッチングレギュレータＩＣ１０２は内部で
基準三角波を発生しており、それと入力信号とより、同
期したオン，オフ制御信号Ｓ1 およびＳ2 を生成する。
制御信号Ｓ1 （降圧用）およびＳ2 （昇圧用）を生成す
るか否かは、後で述べるように、片方向コンバータ８を
動作させることが要求されているか否かによって決めら
れる。要求されていなければ、Ｓ1 ，Ｓ2 は生成されな
い。
は、優先回路（複数の入力のうち、最大の入力１つだけ
を出力する回路）を構成するダイオード１０３〜１０５
を介して、スイッチングレギュレータＩＣ１０２に接続
される。スイッチングレギュレータＩＣ１０２は内部で
基準三角波を発生しており、それと入力信号とより、同
期したオン，オフ制御信号Ｓ1 およびＳ2 を生成する。
制御信号Ｓ1 （降圧用）およびＳ2 （昇圧用）を生成す
るか否かは、後で述べるように、片方向コンバータ８を
動作させることが要求されているか否かによって決めら
れる。要求されていなければ、Ｓ1 ，Ｓ2 は生成されな
い。
【００４０】Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3は、増幅器１０１，１０
７，１０８での比較基準値とする基準電圧であり、それ
ぞれ次のような値である。 Ｖr1＝回生時以外の時において電流検出回路８９の検出
信号Ｉ3 （片方向コンバータ８の入力電流）と比較する
電圧 Ｖr2＝片方向コンバータ出力電圧検出信号Ｖと比較する
電圧（略バッテリ電圧） Ｖr3＝キャパシタ充電電流制限値に相当する電圧 但し、キャパシタ充電電流制限値とは、キャパシタでの
内部損失の率が所定以上とならないよう定めた充電電流
のことであり、例えば、キャパシタの内部損失の率が１
０％以上とならない充電電流値（言い換えると、図５で
キャパシタ充電効率が９０％以下とならない電流ＩCT）
と、定めることが出来る。
７，１０８での比較基準値とする基準電圧であり、それ
ぞれ次のような値である。 Ｖr1＝回生時以外の時において電流検出回路８９の検出
信号Ｉ3 （片方向コンバータ８の入力電流）と比較する
電圧 Ｖr2＝片方向コンバータ出力電圧検出信号Ｖと比較する
電圧（略バッテリ電圧） Ｖr3＝キャパシタ充電電流制限値に相当する電圧 但し、キャパシタ充電電流制限値とは、キャパシタでの
内部損失の率が所定以上とならないよう定めた充電電流
のことであり、例えば、キャパシタの内部損失の率が１
０％以上とならない充電電流値（言い換えると、図５で
キャパシタ充電効率が９０％以下とならない電流ＩCT）
と、定めることが出来る。
【００４１】（増幅器１０１の出力による制御…片方向
コンバータ８への入力電流制御）切換リレーコイル１０
０−１は、図１の切換リレーコイル１１−１と同様、電
流検出回路５の検出信号が与えられ、切換リレー接点１
００−２を回生時には固定接点１００Ａにオンし、回生
時以外は固定接点１００Ｂにオンする。固定接点１００
Ｂには基準電圧Ｖr1が与えられ、固定接点１００Ａには
増幅器１０８の出力が与えられる。
コンバータ８への入力電流制御）切換リレーコイル１０
０−１は、図１の切換リレーコイル１１−１と同様、電
流検出回路５の検出信号が与えられ、切換リレー接点１
００−２を回生時には固定接点１００Ａにオンし、回生
時以外は固定接点１００Ｂにオンする。固定接点１００
Ｂには基準電圧Ｖr1が与えられ、固定接点１００Ａには
増幅器１０８の出力が与えられる。
【００４２】増幅器１０８の出力は、インバータ電流の
検出信号Ｉ1 とキャパシタ充電電流制限値に相当する基
準電圧Ｖr3との差である。従って、回生時には、この差
と電流検出回路８９を流れる片方向コンバータ入力電流
Ｉ3 とが増幅器１０１で比較され、該電流Ｉ3 がインバ
ータ電流とキャパシタ充電電流制限値との差になるよう
に、片方向コンバータ８が制御される。非回生時に片方
向コンバータ８の入力側に流れる電流は、力行のために
キャパシタ１から供給される電流であるが、これが過大
となると回路に悪影響を与えたり、キャパシタ１での内
部損失が大となる（→キャパシタ効率が低下）。そこ
で、過電流とならないよう制限をしておく必要がある。
基準電圧Ｖr1は、この過電流制限動作をさせるために設
定される。過電流制限値は、例えば、キャパシタ充電電
流制限値と同じ値に設定することが出来る。
検出信号Ｉ1 とキャパシタ充電電流制限値に相当する基
準電圧Ｖr3との差である。従って、回生時には、この差
と電流検出回路８９を流れる片方向コンバータ入力電流
Ｉ3 とが増幅器１０１で比較され、該電流Ｉ3 がインバ
ータ電流とキャパシタ充電電流制限値との差になるよう
に、片方向コンバータ８が制御される。非回生時に片方
向コンバータ８の入力側に流れる電流は、力行のために
キャパシタ１から供給される電流であるが、これが過大
となると回路に悪影響を与えたり、キャパシタ１での内
部損失が大となる（→キャパシタ効率が低下）。そこ
で、過電流とならないよう制限をしておく必要がある。
基準電圧Ｖr1は、この過電流制限動作をさせるために設
定される。過電流制限値は、例えば、キャパシタ充電電
流制限値と同じ値に設定することが出来る。
【００４３】（増幅器１０６の出力による制御…片方向
コンバータ８の出力電流制御）本発明では、力行時には
必要とされる電力をまずキャパシタ１から全面的に供給
し、そこから供給できなくなったらバッテリ４から供給
するという供給の仕方をする。増幅器１０６はキャパシ
タ１からの供給を行う場合の制御に関係している。増幅
器１０６は、インバータ６へ向かう電流Ｉ1 と片方向コ
ンバータ８の出力電流Ｉ2 との差を出力し、差が０にな
るように（Ｉ1 ＝Ｉ2 となるように）片方向コンバータ
８を制御する。そうすると、インバータ６への電流は全
てキャパシタ１からの放電電流で賄われることになる。
コンバータ８の出力電流制御）本発明では、力行時には
必要とされる電力をまずキャパシタ１から全面的に供給
し、そこから供給できなくなったらバッテリ４から供給
するという供給の仕方をする。増幅器１０６はキャパシ
タ１からの供給を行う場合の制御に関係している。増幅
器１０６は、インバータ６へ向かう電流Ｉ1 と片方向コ
ンバータ８の出力電流Ｉ2 との差を出力し、差が０にな
るように（Ｉ1 ＝Ｉ2 となるように）片方向コンバータ
８を制御する。そうすると、インバータ６への電流は全
てキャパシタ１からの放電電流で賄われることになる。
【００４４】（増幅器１０７の出力による制御…片方向
コンバータ８の出力電圧制御）増幅器１０７は、電圧検
出回路９からの検出電圧信号Ｖと基準電圧Ｖr2との差を
出力する。この差で片方向コンバータ８を制御する時に
は、片方向コンバータ８の出力電圧が、バッテリ電圧と
略等しい一定値に制御される。
コンバータ８の出力電圧制御）増幅器１０７は、電圧検
出回路９からの検出電圧信号Ｖと基準電圧Ｖr2との差を
出力する。この差で片方向コンバータ８を制御する時に
は、片方向コンバータ８の出力電圧が、バッテリ電圧と
略等しい一定値に制御される。
【００４５】次に、本発明の電気自動車電源制御装置の
動作を詳細に説明する。図３は、本発明の電気自動車電
源制御装置の動作を説明するフローチャートである。 ステップ１…回生状態となったか否かを検出する。この
検出は、電流検出回路５からの検出信号の符号が、プラ
スであるかマイナスであるかによって行う。既に述べた
ように、インバータ６の入力側から流れ出て来る方向を
プラス，流れ込む方向をマイナスと定めているので、プ
ラスとなった時に回生状態となったと判断する。
動作を詳細に説明する。図３は、本発明の電気自動車電
源制御装置の動作を説明するフローチャートである。 ステップ１…回生状態となったか否かを検出する。この
検出は、電流検出回路５からの検出信号の符号が、プラ
スであるかマイナスであるかによって行う。既に述べた
ように、インバータ６の入力側から流れ出て来る方向を
プラス，流れ込む方向をマイナスと定めているので、プ
ラスとなった時に回生状態となったと判断する。
【００４６】ステップ２…回生状態となれば、切換リレ
ー１１を固定接点１１Ａ側にオンするよう切り換える。
これは、電流検出回路５で検出されるインバータ電流の
符号が、プラスになったことを利用して行う。固定接点
１１Ａ側に切り換えることにより、インバータ６から流
れ出て来るインバータ電流（つまり回生電流）は、全て
回生電流専用配線１２の方へ流れて行く。 ステップ３…回生電流が、予め定めているキャパシタ充
電電流制限値以下か否かを調べる。
ー１１を固定接点１１Ａ側にオンするよう切り換える。
これは、電流検出回路５で検出されるインバータ電流の
符号が、プラスになったことを利用して行う。固定接点
１１Ａ側に切り換えることにより、インバータ６から流
れ出て来るインバータ電流（つまり回生電流）は、全て
回生電流専用配線１２の方へ流れて行く。 ステップ３…回生電流が、予め定めているキャパシタ充
電電流制限値以下か否かを調べる。
【００４７】ステップ４…回生電流がキャパシタ充電電
流制限値以下の場合には、片方向コンバータ８は動作さ
せない。即ち、片方向コンバータ８はオフに保ち、バッ
テリ４の方へ向かっては電流を流さない。従って、回生
電流専用配線１２を通って来る回生電流は全てキャパシ
タ１に流れ、キャパシタ１を充電するのに使われる。こ
の充電経路には、コンバータ等は介在していないから、
損失は少ない。
流制限値以下の場合には、片方向コンバータ８は動作さ
せない。即ち、片方向コンバータ８はオフに保ち、バッ
テリ４の方へ向かっては電流を流さない。従って、回生
電流専用配線１２を通って来る回生電流は全てキャパシ
タ１に流れ、キャパシタ１を充電するのに使われる。こ
の充電経路には、コンバータ等は介在していないから、
損失は少ない。
【００４８】ステップ５…回生時のインバータ電流がキ
ャパシタ充電電流制限値より大の場合には、片方向コン
バータ８を動作させる。そして、キャパシタ充電電流制
限値を超える分（超過電流分、Ｉ1 −ＩCT）だけ、片方
向コンバータ８を通って流し、バッテリ４を充電する。
具体的には、片方向コンバータ８への入力電流Ｉ3 は前
記超過電流分となるよう制御される（図２において、増
幅器１０８の出力を基準電圧として用いた時の増幅器１
０１による制御）。
ャパシタ充電電流制限値より大の場合には、片方向コン
バータ８を動作させる。そして、キャパシタ充電電流制
限値を超える分（超過電流分、Ｉ1 −ＩCT）だけ、片方
向コンバータ８を通って流し、バッテリ４を充電する。
具体的には、片方向コンバータ８への入力電流Ｉ3 は前
記超過電流分となるよう制御される（図２において、増
幅器１０８の出力を基準電圧として用いた時の増幅器１
０１による制御）。
【００４９】ステップ６…ステップ１で回生状態ではな
いと判断された時（電流検出回路５で検出されるインバ
ータ電流の符号がマイナスの時）には、切換リレー１１
を固定接点１１Ｂ側にオンするよう切り換える。インバ
ータ６を経て車両駆動モータ７へ供給すべき電流は、固
定接点１１Ｂを通って供給されることになる。
いと判断された時（電流検出回路５で検出されるインバ
ータ電流の符号がマイナスの時）には、切換リレー１１
を固定接点１１Ｂ側にオンするよう切り換える。インバ
ータ６を経て車両駆動モータ７へ供給すべき電流は、固
定接点１１Ｂを通って供給されることになる。
【００５０】ステップ７…回生状態でない時に要求され
る電流は、まずキャパシタ１を放電させて供給し、その
後、バッテリ４を放電させて供給する。そのため、イン
バータ電流Ｉ1 と片方向コンバータ８の出力電流Ｉ
2 （＝キャパシタ１からの放電電流）とが等しくなるよ
う、片方向コンバータ８を制御する（図２の増幅器１０
６による制御）。もし片方向コンバータ８の出力電流
が、要求されるインバータ電流より大とされると、余剰
分はバッテリ４へ流れてゆき、無用の電力授受を行い、
ロスを生じるからである。なお、要求されるインバータ
電流Ｉ1 が片方向コンバータ８の容量限度を超える値で
あった場合には、不足分はバッテリ４から供給される。
また、キャパシタ１を優先的に放電させる理由は、キャ
パシタはバッテリに比べて急速充電が出来るので、キャ
パシタが多く放電していれば回生時に多くのエネルギー
が回収可能となるからである。
る電流は、まずキャパシタ１を放電させて供給し、その
後、バッテリ４を放電させて供給する。そのため、イン
バータ電流Ｉ1 と片方向コンバータ８の出力電流Ｉ
2 （＝キャパシタ１からの放電電流）とが等しくなるよ
う、片方向コンバータ８を制御する（図２の増幅器１０
６による制御）。もし片方向コンバータ８の出力電流
が、要求されるインバータ電流より大とされると、余剰
分はバッテリ４へ流れてゆき、無用の電力授受を行い、
ロスを生じるからである。なお、要求されるインバータ
電流Ｉ1 が片方向コンバータ８の容量限度を超える値で
あった場合には、不足分はバッテリ４から供給される。
また、キャパシタ１を優先的に放電させる理由は、キャ
パシタはバッテリに比べて急速充電が出来るので、キャ
パシタが多く放電していれば回生時に多くのエネルギー
が回収可能となるからである。
【００５１】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の電気自動車電
源制御装置によれば、回生電流は専用配線を通じて直接
キャパシタへ流すので、コンバータを介して流していた
従来例のように、コンバータでロスしたり充電量がコン
バータ容量の制約を受けたりすることがなくなる。ま
た、回生時のキャパシタ充電電流は所定値以下に保ち、
それを超える分の電流は片方向コンバータを経てバッテ
リの充電に回すので、キャパシタでの電力損失が抑制さ
れ、回生効率が良好となる。更に、キャパシタから給電
する場合、一方向に昇圧，降圧の両方ができる片方向コ
ンバータを経て給電するので、キャパシタ充電電圧はバ
ッテリ電圧より高くなっていても構わなくなり（つま
り、キャパシタの利用電圧範囲が拡大され）、キャパシ
タに多くの電気量を回収することが出来るようになる。
源制御装置によれば、回生電流は専用配線を通じて直接
キャパシタへ流すので、コンバータを介して流していた
従来例のように、コンバータでロスしたり充電量がコン
バータ容量の制約を受けたりすることがなくなる。ま
た、回生時のキャパシタ充電電流は所定値以下に保ち、
それを超える分の電流は片方向コンバータを経てバッテ
リの充電に回すので、キャパシタでの電力損失が抑制さ
れ、回生効率が良好となる。更に、キャパシタから給電
する場合、一方向に昇圧，降圧の両方ができる片方向コ
ンバータを経て給電するので、キャパシタ充電電圧はバ
ッテリ電圧より高くなっていても構わなくなり（つま
り、キャパシタの利用電圧範囲が拡大され）、キャパシ
タに多くの電気量を回収することが出来るようになる。
【図１】 本発明の電気自動車電源制御装置のブロック
図
図
【図２】 本発明の電気自動車電源制御装置に使用され
ているコンバータ制御部の回路構成の１例を示す図
ているコンバータ制御部の回路構成の１例を示す図
【図３】 本発明の電気自動車電源制御装置の動作を説
明するフローチャート
明するフローチャート
【図４】 従来の電気自動車電源制御装置のブロック図
【図５】 キャパシタ充放電効率を示す図
【図６】 昇圧コンバータを示す図
【図７】 昇圧コンバータの動作波形図
【図８】 降圧コンバータを示す図
【図９】 降圧コンバータの動作波形図
１…キャパシタ、２…双方向コンバータ、３…コンバー
タ制御部、４…バッテリ、５…電流検出回路、６…イン
バータ、７…車両駆動モータ、８…片方向コンバータ、
９…電圧検出回路、１０…コンバータ制御部、１１…切
換リレー、１１−１…切換リレーコイル、１１−２…切
換リレー接点、１１Ａ，１１Ｂ…固定接点、１２…回生
電流専用配線、２０…キャパシタ、２１…リアクトル、
２２…トランジスタ、２３，２４…ダイオード、２５…
トランジスタ、２６…キャパシタ、２７，２８…電流検
出回路、８０…キャパシタ、８２…トランジスタ、８３
…ダイオード、８４…リアクトル、８５…トランジス
タ、８６，８８…キャパシタ、８９，９０…電流検出回
路、１００…切換リレー、１００−１…切換リレーコイ
ル、１００−２…切換リレー接点、１００Ａ，１００Ｂ
…固定接点、１０１…増幅器、１０２…スイッチングレ
ギュレータＩＣ、１０３〜１０５…ダイオード、１０６
〜１０８…増幅器
タ制御部、４…バッテリ、５…電流検出回路、６…イン
バータ、７…車両駆動モータ、８…片方向コンバータ、
９…電圧検出回路、１０…コンバータ制御部、１１…切
換リレー、１１−１…切換リレーコイル、１１−２…切
換リレー接点、１１Ａ，１１Ｂ…固定接点、１２…回生
電流専用配線、２０…キャパシタ、２１…リアクトル、
２２…トランジスタ、２３，２４…ダイオード、２５…
トランジスタ、２６…キャパシタ、２７，２８…電流検
出回路、８０…キャパシタ、８２…トランジスタ、８３
…ダイオード、８４…リアクトル、８５…トランジス
タ、８６，８８…キャパシタ、８９，９０…電流検出回
路、１００…切換リレー、１００−１…切換リレーコイ
ル、１００−２…切換リレー接点、１００Ａ，１００Ｂ
…固定接点、１０１…増幅器、１０２…スイッチングレ
ギュレータＩＣ、１０３〜１０５…ダイオード、１０６
〜１０８…増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｌ Ｈ０２Ｍ 3/155 Ｈ Ｈ０２Ｍ 3/155 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｚ
Claims (1)
- 【請求項１】 車両駆動モータの電源手段としてのバッ
テリおよびキャパシタを具え、回生時には主として該キ
ャパシタを充電し、回生時以外の時には該キャパシタま
たは前記バッテリから前記車両駆動モータに給電する電
気自動車電源制御装置において、前記キャパシタと前記
バッテリとの間に接続され、キャパシタ側からバッテリ
側へ向かってのみ昇圧あるいは降圧動作させられる片方
向コンバータと、前記車両駆動モータへの電流の向きに
より回生時か否かを検出する回生時検出手段と、一端が
前記キャパシタおよび前記片方向コンバータの入力側に
接続され、回生電流を専用に流す回生電流専用配線と、
回生時には前記車両駆動モータ側と前記回生電流専用配
線の他端とを接続し、回生時以外の時には前記車両駆動
モータ側と前記バッテリとを接続する切換手段と、回生
電流が予め定めたキャパシタ充電電流制限値を超える
と、その超える分の電流で前記バッテリを充電するよう
前記片方向コンバータを制御し、回生時以外の時には前
記バッテリに先駆けて前記キャパシタより前記車両駆動
モータに給電するよう前記片方向コンバータを制御する
コンバータ制御手段とを具えたことを特徴とする電気自
動車電源制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161096A JPH09322314A (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 電気自動車電源制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161096A JPH09322314A (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 電気自動車電源制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09322314A true JPH09322314A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15728537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8161096A Pending JPH09322314A (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 電気自動車電源制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09322314A (ja) |
Cited By (21)
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-
1996
- 1996-05-31 JP JP8161096A patent/JPH09322314A/ja active Pending
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