JPH1094169A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JPH1094169A
JPH1094169A JP8263772A JP26377296A JPH1094169A JP H1094169 A JPH1094169 A JP H1094169A JP 8263772 A JP8263772 A JP 8263772A JP 26377296 A JP26377296 A JP 26377296A JP H1094169 A JPH1094169 A JP H1094169A
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JP
Japan
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capacitor
power supply
supply device
power
output
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Pending
Application number
JP8263772A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasushi Okada
泰仕 岡田
Satoshi Hiyama
智 樋山
Atsushi Inaba
敦 稲葉
Koji Kawabe
浩司 川辺
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1094169A publication Critical patent/JPH1094169A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部抵抗の大きいコンデンサを電源として用
いる場合、コンデンサの効率を向上できる電源装置を提
供する。 【解決手段】 電源装置1はコンデンサブロック3、入
力平滑回路4、スイッチングレギュレータ2およびコン
デンサマネジメントECU21から構成される。コンデ
ンサブロック3のコンデンサセル27は、電気二重層コ
ンデンサ27aおよびバイパススイッチ27bを有す
る。入力平滑回路4はコイル11およびコンデンサ13
から構成される。スイッチングレギュレータ2はスイッ
チ19、コイル22、ダイオード20および制御回路2
3を有し、安定した負荷電力をPWMドライバ14に供
給する。電源装置1では、コンデンサブロック3の出力
電力をスイッチングレギュレータ2に供給する際、スイ
ッチ19のスイッチング動作によってコンデンサの出力
電力に生ずるリップルを入力平滑回路4で平滑化して低
減する。コンデンサの内部損失が少なくなり、コンデン
サの効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンデンサを電源と
して使用する電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特開平8−9644号公報には、
ローパスフィルタ22を介して電源装置および整流回路
21に接続されたスイッチングレギュレータが示されて
いる。
【0003】このスイッチングレギュレータでは、電源
装置および整流回路21からの整流出力がローパスフィ
ルタ22に送られる。ローパスフィルタ22は、スイッ
チ8のスイッチング動作により高周波電流がダイオード
2、3、4、5に流れることによってスピードの遅い通
常の交流電流を整流するダイオードが発熱することを防
止するために設けられている。
【0004】また、スイッチ8の動作時にスイッチング
ノイズが平滑フィルタ23で取り除かれると共に、平滑
フィルタ23に電荷が蓄えられ、負荷回路12および制
御回路13に安定した直流電流が供給される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスイッチングレギュレータを用いた電源装置は商用
交流を電源としたものであり、コンデンサを電源とした
ものではなかった。特に、コンデンサとして電気2重層
コンデンサを用いた場合、電気自動車用として大容量化
を図る必要があるが、その場合、電気2重層コンデンサ
の集電電極および電極間物質を密に形成しなければなら
ず、内部抵抗が大きくなってしまう。
【0006】内部抵抗が大きくなると、十分にコンデン
サから出力を取り出しにくくなってしまうが、上記従来
例にはこのような点を改善することは全く示されていな
い。
【0007】そこで、本発明は内部抵抗の大きいコンデ
ンサを電源として用いる場合、コンデンサの効率を向上
できる電源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】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係る電源装置は、コンデンサを
電源として使用する電源装置において、前記コンデンサ
の出力に接続された平滑回路と、該平滑回路の出力に接
続されたスイッチングレギュレータとを備え、該スイッ
チングレギュレータの負荷に電力を供給することを特徴
とする。
【0009】請求項2に係る電源装置では、請求項1に
係る電源装置において前記コンデンサは電気2重層コン
デンサであることを特徴とする。
【0010】請求項3に係る電源装置では、請求項1に
係る電源装置において前記平滑回路は、前記コンデンサ
に直列に接続されたコイルと並列に接続されたコンデン
サとから構成されることを特徴とする。
【0011】請求項4に係る電源装置は、請求項1に係
る電源装置において電動モータにより駆動される電気自
動車に搭載され、該電動モータを制御するモータドライ
バに電力を供給することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の電源装置の実施の形態に
ついて説明する。図1は電気自動車に搭載された電源装
置の構成を示すブロック図である。
【0013】電気自動車には、電源装置1、パルス幅変
調(PWM)ドライバ14、電動モータ16などが設け
られている。電源装置1から電力が供給されると、PW
Mドライバ14は電動モータ16を駆動して車輪(図示
せず)に動力を伝達する。
【0014】電源装置1はコンデンサブロック3、入力
平滑回路4、スイッチングレギュレータ2およびコンデ
ンサマネジメントECU21から構成される。尚、図1
にはコンデンサブロック3を充電する回路は省略されて
いる。
【0015】コンデンサブロック3は100ヶ直列に接
続された3.5V仕様のコンデンサセル27を有し、満
充電時に350Vの電圧を出力する。
【0016】コンデンサセル27は、電気二重層コンデ
ンサ27aおよびバイパススイッチ27bを有する。電
気二重層コンデンサ27aが劣化したとき、コンデンサ
マネジメントECU21によってバイパススイッチ27
bが切り替わり、両端子は電気二重層コンデンサ27a
を介さずに短絡する。
【0017】コンデンサマネジメントECU21は、周
知のCPU、ROM、RAM、タイマ、I/Oインター
フェース、通信インターフェースなどを有し、コンデン
サブロック3の出力電圧を監視しつつ各コンデンサセル
27を管理する。
【0018】入力平滑回路4はコイル11およびコンデ
ンサ13から構成され、スイッチングレギュレータ2の
スイッチング動作によってコンデンサブロック3の出力
電力に生じるリップルを低減する。
【0019】スイッチングレギュレータ2はスイッチ1
9、コイル22、ダイオード20および制御回路23を
有し、安定した負荷電力をPWMドライバ14に供給す
る。スイッチングレギュレータ2では、制御回路23が
直流電圧を検出しスイッチ19のスイッチング動作を制
御する。
【0020】このような構成を有する電源装置1では、
コンデンサブロック3の出力電力をスイッチングレギュ
レータ2に供給する際、スイッチ19のスイッチング動
作によってコンデンサの出力電力に生ずるリップルを入
力平滑回路4で平滑化して低減する。これにより、コン
デンサの内部損失を少なくし、コンデンサの効率を向上
することができる。
【0021】以下に、種々の回路を用いた場合のコンデ
ンサの効率を考察する。まず、第1番目に負荷として抵
抗が接続された単純スイッチング回路の場合を示す。図
2は単純スイッチング回路の基本的構成を示す図であ
る。同図(A)は2個のコンデンサが直列接続された場
合を示し、同図(B)は並列接続された場合を示す。ス
イッチング動作のデューティ比を100%に設定する
と、数式1により直列接続の場合、出力によらずコンデ
ンサの効率は50%となる。また、数式2により並列接
続の場合、出力によらずコンデンサの効率は80%とな
る。図3はコンデンサの出力と効率との関係を示すグラ
フである。
【0022】
【数1】ip=V/4R Pc=2V×ip×Duty Ploss=4R×ip2×Duty Pout=Pc−Ploss η=Pout/Pc=1−2R×ip/V=0.5 ここで、ip:ピーク電流、Pc:コンデンサ持ち出し
電力、Ploss:コンデンサ内部損失電力、Pou
t:負荷出力電力、η:電力変換効率、Duty:デュ
ーティ比を表す。
【0023】
【数2】ip=V/5R Pc=V×ip×Duty Ploss=R×ip2×Duty Pout=Pc−Ploss η=Pout/Pc=1−R×ip/V=0.8 2番目にスイッチングレギュレータ回路の場合を示す。
図4はスイッチングレギュレータ回路の基本的構成を示
す図である。同図(A)はコンデンサが直列接続された
場合を示し、同図(B)はコンデンサが並列接続された
場合を示す。図5はコンデンサの出力と効率との関係を
示すグラフである。数式3(直列接続の場合)および数
式4(並列接続の場合)によりコンデンサの効率は出力
によって変化するが、全体的に前述の単純スイッチング
回路の場合と比べて効率がよい。
【0024】
【数3】Pc=2V×ip×Duty Ploss=4R×ip2×Duty Pout=ip2×RL Pc=Ploss+Pout ip=2V×Duty/(4R+RL/Duty) η=Pout/Pc
【0025】
【数4】Pc=V×ip×Duty Ploss=R×ip2×Duty Pout=ip2×RL Pc=Ploss+Pout ip=V×Duty/(R+RL/Duty) η=Pout/Pc 3番目に理想電力変換回路の場合を示す。理想変換回路
は入力電力が出力電力に等しくかつ負荷電流にリップル
成分を有しない回路である。図6は理想電力変換回路の
基本的構成を示す図である。同図(A)は直列接続の場
合を示し、同図(B)は並列接続の場合を示す。数式5
(直列接続の場合)および数式6(並列接続の場合)に
より、直列接続および並列接続のいずれの場合もコンデ
ンサの効率が最も良い。図7はコンデンサの出力と効率
との関係を示すグラフである。
【0026】
【数5】imax=V/2R i=k×imax (k=0〜1) Pc=2V×ic Ploss=4R×ic2 Pout=Pc−Ploss η=Pout/Pc
【0027】
【数6】imax=V/5R i=k×imax (k=0〜1) Pc=V×ic Ploss=R×ic2 Pout=Pc−Ploss η=Pout/Pc 4番目に本実施の形態と同様の入力平滑回路付きスイッ
チングレギュレータ回路の場合について示す。図8は入
力平滑回路付きスイッチングレギュレータ回路の基本的
構成を示す図である。この場合、入力電力が出力電力に
ほぼ等しく、かつスイッチングレギュレータのスイッチ
ング動作によりコンデンサの出力電力に生じるリップル
が入力平滑回路によって平滑化されるので、前述の理想
電力変換回路に近いコンデンサの効率を得ることができ
る。図9はコンデンサの出力と効率との関係を示すグラ
フである。
【0028】また、上記4種類の回路におけるコンデン
サの発熱量について示す。図10はコンデンサの発熱量
と出力との関係を示すグラフである。いずれの場合も、
出力の増加と共にコンデンサの発熱量は増加するが、単
純スイッチング回路では出力に発熱量が比列して最も多
い。入力平滑回路付きスイッチングレギュレータ回路の
場合、理想電力変換回路に近くなるので、単純スイッチ
ング回路および入力平滑回路を有しないスイッチングレ
ギュレータ回路に比べてコンデンサの発熱量が少ない。
【0029】以上詳述したように、本実施の形態におけ
る電源装置1では、スイッチングレギュレータ2のスイ
ッチング動作によってコンデンサの出力電力に生じるリ
ップルを入力平滑回路が平滑化して低減するので、理想
電力変換回路に近い動作を行うことができ、コンデンサ
の効率を向上できる。したがって、内部抵抗の大きいコ
ンデンサであっても、理論限界近くまで出力を取り出す
ことができ、コンデンサに内部抵抗の高いものを使用す
ることができる。この結果、電気自動車用として電気二
重層コンデンサに容量の大きいものを使用することがで
きる。
【0030】尚、上記実施の形態では、単一のコンデン
サブロックからなる電源装置を示したが、コンデンサブ
ロックを複数設け、それらを直列あるいは並列に切り替
える構成を付加してもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明の請求項1に係る電源装置によれ
ば、コンデンサを電源として使用する電源装置におい
て、前記コンデンサの出力に接続された平滑回路と、該
平滑回路の出力に接続されたスイッチングレギュレータ
とを備え、該スイッチングレギュレータの負荷に電力を
供給するので、コンデンサを電源として使用する場合に
コンデンサの効率を向上できる。したがって、内部抵抗
の大きいコンデンサであっても理論限界近くまで十分に
出力を取り出すことができる。特に、電気2重層コンデ
ンサを用いる場合、電気自動車用に適した大容量のもの
を使用できる。
【0032】請求項2に係る電源装置によれば、前記コ
ンデンサは電気2重層コンデンサであるので、内部抵抗
による電力損失を低減でき、電気自動車用には大容量の
ものを使用できる。
【0033】請求項3に係る電源装置によれば、前記平
滑回路は、前記コンデンサに直列に接続されたコイルと
並列に接続されたコンデンサとから構成されるので、汎
用の電気部品を用いることができる。
【0034】請求項4に係る電源装置によれば、電動モ
ータにより駆動される電気自動車に搭載され、該電動モ
ータを制御するモータドライバに電力を供給するので、
電気自動車を効率よく駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電気自動車に搭載された電源装置の構成を示す
ブロック図である。
【図2】単純スイッチング回路の基本的構成を示す図で
ある。
【図3】コンデンサの出力と効率との関係を示すグラフ
である。
【図4】スイッチングレギュレータ回路の基本的構成を
示す図である。
【図5】コンデンサの出力と効率との関係を示すグラフ
である。
【図6】理想電力変換回路の基本的構成を示す図であ
る。
【図7】コンデンサの出力と効率との関係を示すグラフ
である。
【図8】入力平滑回路付きスイッチングレギュレータ回
路の基本的構成を示す図である。
【図9】コンデンサの出力と効率との関係を示すグラフ
である。
【図10】コンデンサの発熱量と出力との関係を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
1 電源装置 2 スイッチングレギュレータ 3 コンデンサブロック 4 入力平滑回路 27a 電気2重層コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川辺 浩司 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンデンサを電源として使用する電源装
    置において、 前記コンデンサの出力に接続された平滑回路と、 該平滑回路の出力に接続されたスイッチングレギュレー
    タとを備え、 該スイッチングレギュレータの負荷に電力を供給するこ
    とを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項2】 前記コンデンサは電気2重層コンデンサ
    であることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】 前記平滑回路は、前記コンデンサに直列
    に接続されたコイルと並列に接続されたコンデンサとか
    ら構成されることを特徴とする請求項1記載の電源装
    置。
  4. 【請求項4】 電動モータにより駆動される電気自動車
    に搭載され、 該電動モータを制御するモータドライバに電力を供給す
    ることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
JP8263772A 1996-09-13 1996-09-13 電源装置 Pending JPH1094169A (ja)

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