JPH07163014A - 車両用電源装置 - Google Patents
車両用電源装置Info
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- JPH07163014A JPH07163014A JP5329756A JP32975693A JPH07163014A JP H07163014 A JPH07163014 A JP H07163014A JP 5329756 A JP5329756 A JP 5329756A JP 32975693 A JP32975693 A JP 32975693A JP H07163014 A JPH07163014 A JP H07163014A
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- voltage
- supply device
- capacitor
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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)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の蓄電器が直列に接続されて、充・放電
可能な電源とされる車両用電源装置において、耐圧性を
向上させる。 【構成】 複数の蓄電器並列群15が直列に接続されて
いるもののうち、耐電圧オ−バ−条件を満足するものに
対してのみ、ツェナダイオ−ド18を設け、これによ
り、ツェナダイオ−ド18の数を必要最小限に抑えつ
つ、蓄電器並列群15の端子電圧Vλが耐電圧V0 を越
さないようにする。
可能な電源とされる車両用電源装置において、耐圧性を
向上させる。 【構成】 複数の蓄電器並列群15が直列に接続されて
いるもののうち、耐電圧オ−バ−条件を満足するものに
対してのみ、ツェナダイオ−ド18を設け、これによ
り、ツェナダイオ−ド18の数を必要最小限に抑えつ
つ、蓄電器並列群15の端子電圧Vλが耐電圧V0 を越
さないようにする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用電源装置に関す
るものである。
るものである。
【0002】
【従来技術】近時、電気自動車、ハイブリットカ−等の
車両の電源装置として、特開平3−107532号公報
に示すように、蓄電器(コンデンサ)を用いるものが提
案されているが、この電源装置は、車両用として、特
に、加速時、エンジンスタ−ト時等において補助的に利
用されるため、大電圧、大容量(静電容量)を必要とし
ている。このため、蓄電器の静電容量については、しだ
いに大容量のものが開発されつつあり、電圧について
は、上記のような蓄電器を複数用意し、それらを直列に
接続して合成静電容量を小さくし、出力電圧を上げてい
る。
車両の電源装置として、特開平3−107532号公報
に示すように、蓄電器(コンデンサ)を用いるものが提
案されているが、この電源装置は、車両用として、特
に、加速時、エンジンスタ−ト時等において補助的に利
用されるため、大電圧、大容量(静電容量)を必要とし
ている。このため、蓄電器の静電容量については、しだ
いに大容量のものが開発されつつあり、電圧について
は、上記のような蓄電器を複数用意し、それらを直列に
接続して合成静電容量を小さくし、出力電圧を上げてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のよう
に、複数の蓄電器を直列に接続するとした構成の電源に
おいては、各蓄電器ごとに、静電容量や内部抵抗等に関
し、必ずと言っていいほど特性のばらつきがあり、上記
電源装置を長時間使用しないような場合(車両を長時間
使用しない場合)には、各蓄電器毎に、蓄電された電荷
が、そのばらついた内部抵抗を通して放電(リ−ク)
し、これに基づき、各蓄電器に残留する電荷が、多いも
の、少ないものが現れる。このため、この後、直列状態
の蓄電器群に対して充電が行われると、その直列状態の
蓄電器群の合成静電容量から決定される電荷が各蓄電器
に等しく加わって該各蓄電器の電荷がばらついた状態で
高められ、そのばらついた各蓄電器の電荷と、前述のば
らついた各蓄電器の静電容量とに基づき、各蓄電器の端
子電圧は、その各端子電圧の総和が充電電圧以上とはな
らないものの、大きくばらつく。そして、このような各
蓄電器毎の端子電圧のばらつきは、充、放電の繰返しに
伴って、一層、増大し、そのうちの大きな端子電圧は、
その端子電圧が印加される蓄電器の耐電圧(許容電圧)
を越えてしまい、その蓄電器は破損してしまう。これを
図面で示せば、図15のようになる。このことは、上記
電源が複数の蓄電器を直列に接続するものであることか
ら、構成要素としての一つの蓄電器の破損でも、全体、
すなわちその蓄電器を含む電源自体が使用不可となるこ
とを意味し、このようなことは、動力源として採用する
に際して受入れ難い。
に、複数の蓄電器を直列に接続するとした構成の電源に
おいては、各蓄電器ごとに、静電容量や内部抵抗等に関
し、必ずと言っていいほど特性のばらつきがあり、上記
電源装置を長時間使用しないような場合(車両を長時間
使用しない場合)には、各蓄電器毎に、蓄電された電荷
が、そのばらついた内部抵抗を通して放電(リ−ク)
し、これに基づき、各蓄電器に残留する電荷が、多いも
の、少ないものが現れる。このため、この後、直列状態
の蓄電器群に対して充電が行われると、その直列状態の
蓄電器群の合成静電容量から決定される電荷が各蓄電器
に等しく加わって該各蓄電器の電荷がばらついた状態で
高められ、そのばらついた各蓄電器の電荷と、前述のば
らついた各蓄電器の静電容量とに基づき、各蓄電器の端
子電圧は、その各端子電圧の総和が充電電圧以上とはな
らないものの、大きくばらつく。そして、このような各
蓄電器毎の端子電圧のばらつきは、充、放電の繰返しに
伴って、一層、増大し、そのうちの大きな端子電圧は、
その端子電圧が印加される蓄電器の耐電圧(許容電圧)
を越えてしまい、その蓄電器は破損してしまう。これを
図面で示せば、図15のようになる。このことは、上記
電源が複数の蓄電器を直列に接続するものであることか
ら、構成要素としての一つの蓄電器の破損でも、全体、
すなわちその蓄電器を含む電源自体が使用不可となるこ
とを意味し、このようなことは、動力源として採用する
に際して受入れ難い。
【0004】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、複数の蓄電器が直列に接続されて、
充、放電可能な電源とされる車両用電源装置において、
耐圧性を向上させることにある。
で、その目的は、複数の蓄電器が直列に接続されて、
充、放電可能な電源とされる車両用電源装置において、
耐圧性を向上させることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段、作用】上記目的を達成す
るために第1の発明にあっては、複数の蓄電器が直列に
接続されて、充・放電可能な電源とされる車両用電源装
置において、前記電源に対して、充電時に、各蓄電器の
端子電圧が所定電圧を越えないように規制する印加電圧
規制手段が備えられている、構成としてある。上述の構
成により、直列状態の各蓄電器の特性が、容量、内部抵
抗等関し、ばらついていて、それに基づき、充電時に、
いずれかの蓄電器の端子電圧が耐電圧を越そうとして
も、印加電圧規制手段が所定電圧を越えないように規制
することから、当該蓄電器の端子電圧が該蓄電器の耐電
圧を越すことはない。このため、複数の蓄電器が直列に
接続されて、充、放電可能な電源とされる車両用電源装
置において、耐圧性を向上させることができることにな
る。
るために第1の発明にあっては、複数の蓄電器が直列に
接続されて、充・放電可能な電源とされる車両用電源装
置において、前記電源に対して、充電時に、各蓄電器の
端子電圧が所定電圧を越えないように規制する印加電圧
規制手段が備えられている、構成としてある。上述の構
成により、直列状態の各蓄電器の特性が、容量、内部抵
抗等関し、ばらついていて、それに基づき、充電時に、
いずれかの蓄電器の端子電圧が耐電圧を越そうとして
も、印加電圧規制手段が所定電圧を越えないように規制
することから、当該蓄電器の端子電圧が該蓄電器の耐電
圧を越すことはない。このため、複数の蓄電器が直列に
接続されて、充、放電可能な電源とされる車両用電源装
置において、耐圧性を向上させることができることにな
る。
【0006】また、前述の目的を達成するために第2の
発明にあっては、請求項1において、前記印加電圧規制
手段は、前記電源をなす複数の蓄電器のうちの一部に備
えられている、構成としてある。上述の構成により、前
述の第1の発明と同様の作用を生じる他に、複数の蓄電
器のうち、充電時に、一部のもの、すなわち端子電圧が
耐電圧を越す可能性のあるものに対して、印加電圧規制
手段を備えることによって、複数の蓄電器全部に印加電
圧規制手段を設ける必要がなくなる。このため、印加電
圧規制手段の必要数を抑えることができることになる。
発明にあっては、請求項1において、前記印加電圧規制
手段は、前記電源をなす複数の蓄電器のうちの一部に備
えられている、構成としてある。上述の構成により、前
述の第1の発明と同様の作用を生じる他に、複数の蓄電
器のうち、充電時に、一部のもの、すなわち端子電圧が
耐電圧を越す可能性のあるものに対して、印加電圧規制
手段を備えることによって、複数の蓄電器全部に印加電
圧規制手段を設ける必要がなくなる。このため、印加電
圧規制手段の必要数を抑えることができることになる。
【0007】さらに、前述の目的を達成するために第3
の発明にあっては、請求項2において、前記電源をなす
複数の蓄電器のうちの一部は、耐電圧オ−バ条件を満た
すものが対象とされ、該耐電圧オ−バ条件が、静電容量
が、静電容量の平均値、内部抵抗の平均値、蓄電器に印
加される平均電圧、耐電圧、蓄電器の特性のばらつきを
示すパラメ−タで定義される定数から導かれる値よりも
小さいこととされている、構成としてある。上述の構成
により、前述の第1、第2の発明と同様の作用を生じる
他に、複数の蓄電器のうち、充電時に、端子電圧が耐電
圧を越す可能のあるものに対してのみ、印加電圧規制手
段が的確に備えられることになり、印加電圧規制手段は
必要個所にのみ設けられることになる。このため、印加
電圧規制手段の数を必要最小限に抑えることができるこ
とになる。
の発明にあっては、請求項2において、前記電源をなす
複数の蓄電器のうちの一部は、耐電圧オ−バ条件を満た
すものが対象とされ、該耐電圧オ−バ条件が、静電容量
が、静電容量の平均値、内部抵抗の平均値、蓄電器に印
加される平均電圧、耐電圧、蓄電器の特性のばらつきを
示すパラメ−タで定義される定数から導かれる値よりも
小さいこととされている、構成としてある。上述の構成
により、前述の第1、第2の発明と同様の作用を生じる
他に、複数の蓄電器のうち、充電時に、端子電圧が耐電
圧を越す可能のあるものに対してのみ、印加電圧規制手
段が的確に備えられることになり、印加電圧規制手段は
必要個所にのみ設けられることになる。このため、印加
電圧規制手段の数を必要最小限に抑えることができるこ
とになる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を、ハイブリットカ−
を例にとって説明する。図1において、1はハイブリッ
トカ−である。このハイブリットカ−1においては、既
知の如く、エンジン2、クラッチ3、変速機4を介して
駆動力が回転軸5に伝達され、その回転軸5の回転力が
デフ6を介して後輪7に伝達されるようになっている一
方、回転軸5に、歯車8、9、クラッチ10を介して電
動モ−タ11が機械的に連係され、その電動モ−タ11
には、切換スイッチ12を介して電源装置13が電気的
に連係されている。
を例にとって説明する。図1において、1はハイブリッ
トカ−である。このハイブリットカ−1においては、既
知の如く、エンジン2、クラッチ3、変速機4を介して
駆動力が回転軸5に伝達され、その回転軸5の回転力が
デフ6を介して後輪7に伝達されるようになっている一
方、回転軸5に、歯車8、9、クラッチ10を介して電
動モ−タ11が機械的に連係され、その電動モ−タ11
には、切換スイッチ12を介して電源装置13が電気的
に連係されている。
【0009】上記電動モ−タ11には、既知のものが用
いられており、該電動モ−タ11は、補助駆動源として
の他に発電機としての機能を有している。上記切換スイ
ッチ12には、例えば電磁式の既知のものが用いられて
おり、該切換スイッチ12は、電動モ−タ11と電源装
置13との接続関係を、該電動モ−タ11が駆動源又は
発電機として機能するように切換えると共に、上記接続
関係を断つ機能を有している。上記電源装置13は、図
2に示すように、複数の蓄電器(コンデンサ)14から
構成されており、本実施例においては、小静電容量の複
数の蓄電器14を並列接続して蓄電器並列群15を形成
し、そのような蓄電器並列群15を直列に複数接続する
ことにより構成されている。ここで、小静電容量の複数
の蓄電器14を並列接続して蓄電器並列群15を形成す
るのは、重量をできるだけ増大させることなく、容量を
増大させると共に、各蓄電器14の特性のばらつきを平
均化するためであり、蓄電器並列群15を直列に複数接
続するのは、耐電圧を向上させるためである。
いられており、該電動モ−タ11は、補助駆動源として
の他に発電機としての機能を有している。上記切換スイ
ッチ12には、例えば電磁式の既知のものが用いられて
おり、該切換スイッチ12は、電動モ−タ11と電源装
置13との接続関係を、該電動モ−タ11が駆動源又は
発電機として機能するように切換えると共に、上記接続
関係を断つ機能を有している。上記電源装置13は、図
2に示すように、複数の蓄電器(コンデンサ)14から
構成されており、本実施例においては、小静電容量の複
数の蓄電器14を並列接続して蓄電器並列群15を形成
し、そのような蓄電器並列群15を直列に複数接続する
ことにより構成されている。ここで、小静電容量の複数
の蓄電器14を並列接続して蓄電器並列群15を形成す
るのは、重量をできるだけ増大させることなく、容量を
増大させると共に、各蓄電器14の特性のばらつきを平
均化するためであり、蓄電器並列群15を直列に複数接
続するのは、耐電圧を向上させるためである。
【0010】図1中、符号Uは制御ユニットで、該制御
ユニットUには、センサ16からの加速信号と、センサ
17からの減速信号が入力される一方、該制御ユニット
Uからは、前記クラッチ10及び切換スイッチ12に対
して制御信号が出力されることになっている。
ユニットUには、センサ16からの加速信号と、センサ
17からの減速信号が入力される一方、該制御ユニット
Uからは、前記クラッチ10及び切換スイッチ12に対
して制御信号が出力されることになっている。
【0011】そして、上記制御ユニットUは、概略的に
は、次のような制御を行うことになっている。すなわ
ち、加速時には、クラッチ10をONとすると共に、切
換スイッチ12を、電動モ−タ11が駆動源として機能
する接続関係となるように作動させ、これにより、回転
軸5に対して駆動力補助が行われることになっている。
減速時には、クラッチ10をONとすると共に、切換ス
イッチ12を、電動モ−タ11が発電機として機能する
接続関係となるように作動させ、これにより、電源装置
13の充電が行われることになっている。定常走行時に
は、クラッチ10をOFFとすると共に、切換スイッチ
12を、電動モ−タ11と電源装置13との接続関係が
断たれるように作動させ、これにより、前述の駆動力補
助も、充電のいずれも行われないことになっている。
は、次のような制御を行うことになっている。すなわ
ち、加速時には、クラッチ10をONとすると共に、切
換スイッチ12を、電動モ−タ11が駆動源として機能
する接続関係となるように作動させ、これにより、回転
軸5に対して駆動力補助が行われることになっている。
減速時には、クラッチ10をONとすると共に、切換ス
イッチ12を、電動モ−タ11が発電機として機能する
接続関係となるように作動させ、これにより、電源装置
13の充電が行われることになっている。定常走行時に
は、クラッチ10をOFFとすると共に、切換スイッチ
12を、電動モ−タ11と電源装置13との接続関係が
断たれるように作動させ、これにより、前述の駆動力補
助も、充電のいずれも行われないことになっている。
【0012】前記電源装置13においては、図2に示す
ように、複数の蓄電器並列群15のうち、一部のもの
に、印加電圧規制手段としてツェナダイオ−ド18が並
列に接続されている。このツェナダイオ−ド18は、そ
のしきい値が各蓄電器並列群15の耐電圧V0 よりも低
い所定値とされており、これにより、各蓄電器並列群1
5の静電容量、内部抵抗等のばらつきに基づき、ツェナ
ダイオ−ド18が接続されている蓄電器並列群15の端
子端圧が、図3の破線に示すように、耐電圧V0を越そ
うとしても、ツェナダイオ−ド18の作用により、図3
の実線で示すように、当該端子電圧は耐電圧Voを越さ
ないように規制されることになっている。また、複数の
蓄電器並列群15のうち、一部のものにツェナダイオ−
ド18が並列接続されているが、このツェナダイオ−ド
18が並列接続される蓄電器並列群15は、静電容量、
内部抵抗等に基づき、耐電圧をオ−バ−する可能性のあ
るものが対象となっている。これにより、ツェナダイオ
−ド18は必要個所に的確に設けられ、ツェナダイオ−
ド18を各蓄電器並列群15にそれぞれ接続する必要は
なくなる。このため、ツェナダイオ−ド18の数を必要
最小限の数に抑えることができることになる。
ように、複数の蓄電器並列群15のうち、一部のもの
に、印加電圧規制手段としてツェナダイオ−ド18が並
列に接続されている。このツェナダイオ−ド18は、そ
のしきい値が各蓄電器並列群15の耐電圧V0 よりも低
い所定値とされており、これにより、各蓄電器並列群1
5の静電容量、内部抵抗等のばらつきに基づき、ツェナ
ダイオ−ド18が接続されている蓄電器並列群15の端
子端圧が、図3の破線に示すように、耐電圧V0を越そ
うとしても、ツェナダイオ−ド18の作用により、図3
の実線で示すように、当該端子電圧は耐電圧Voを越さ
ないように規制されることになっている。また、複数の
蓄電器並列群15のうち、一部のものにツェナダイオ−
ド18が並列接続されているが、このツェナダイオ−ド
18が並列接続される蓄電器並列群15は、静電容量、
内部抵抗等に基づき、耐電圧をオ−バ−する可能性のあ
るものが対象となっている。これにより、ツェナダイオ
−ド18は必要個所に的確に設けられ、ツェナダイオ−
ド18を各蓄電器並列群15にそれぞれ接続する必要は
なくなる。このため、ツェナダイオ−ド18の数を必要
最小限の数に抑えることができることになる。
【0013】上記内容を、数式等により、より詳細に説
明する。先ず、理解を容易にするために、図2の内容
(ツェナダイオ−ドは除く)の等価回路について説明す
る。蓄電器14は、誘電体を二枚の導電性電極によって
挟み込んだ構造をしており、誘電体と電極との間には浮
遊状態に起因する第1の内部抵抗rが存在し、また、電
極間には誘電体を通して電流が流れる際に、第2の内部
抵抗R(R≫r)が存在する。このため、第1、第2の
内部抵抗r,Rを加味して、蓄電器14の等価回路を示
すと、図4に示す内容となり、この図4に示す等価回路
を用いて、複数の蓄電器並列群15を直列に接続した前
記図2の内容(ツェナダイオ−ドは除く)を書き換える
と、図5に示す回路になる。この場合、各蓄電器並列群
15を1つの蓄電器と見て、各図において、C1 、C
2 、・・・・・Cn は各蓄電器並列群15の各合成容量
とし、r1 、r2 、・・・・・rn は各蓄電器並列群1
5の各第1の内部抵抗とし、R1 、R2 ・・・・・Rn
は各蓄電器並列群15の各第2の内部抵抗とする。
明する。先ず、理解を容易にするために、図2の内容
(ツェナダイオ−ドは除く)の等価回路について説明す
る。蓄電器14は、誘電体を二枚の導電性電極によって
挟み込んだ構造をしており、誘電体と電極との間には浮
遊状態に起因する第1の内部抵抗rが存在し、また、電
極間には誘電体を通して電流が流れる際に、第2の内部
抵抗R(R≫r)が存在する。このため、第1、第2の
内部抵抗r,Rを加味して、蓄電器14の等価回路を示
すと、図4に示す内容となり、この図4に示す等価回路
を用いて、複数の蓄電器並列群15を直列に接続した前
記図2の内容(ツェナダイオ−ドは除く)を書き換える
と、図5に示す回路になる。この場合、各蓄電器並列群
15を1つの蓄電器と見て、各図において、C1 、C
2 、・・・・・Cn は各蓄電器並列群15の各合成容量
とし、r1 、r2 、・・・・・rn は各蓄電器並列群1
5の各第1の内部抵抗とし、R1 、R2 ・・・・・Rn
は各蓄電器並列群15の各第2の内部抵抗とする。
【0014】上記図5に示す回路においては、具体的な
ケ−スを例にとって結論を先に述べれば、各蓄電器並列
群15に電荷がない状態で充電後、すぐに外部抵抗に電
荷を放出して電荷をΔQだけ残留させ、その電荷ΔQを
残留させたまま、再度、外部電源で充電しても、各蓄電
器並列群15は、端子電圧が耐電圧をオ−バーすること
はないが、各蓄電器並列群15に電荷がない状態で充電
後、十分な時間、放置し、その放置後、各部抵抗に電荷
を放出し、その後、再び充電を行なうと、複数の蓄電器
並列群15の中には、端子電圧が耐電圧をオ−バ−する
ものがでてくる(前述の図15参照)。
ケ−スを例にとって結論を先に述べれば、各蓄電器並列
群15に電荷がない状態で充電後、すぐに外部抵抗に電
荷を放出して電荷をΔQだけ残留させ、その電荷ΔQを
残留させたまま、再度、外部電源で充電しても、各蓄電
器並列群15は、端子電圧が耐電圧をオ−バーすること
はないが、各蓄電器並列群15に電荷がない状態で充電
後、十分な時間、放置し、その放置後、各部抵抗に電荷
を放出し、その後、再び充電を行なうと、複数の蓄電器
並列群15の中には、端子電圧が耐電圧をオ−バ−する
ものがでてくる(前述の図15参照)。
【0015】より具体的に説明すれば、各蓄電器並列群
15に電荷がない状態で、図6に示すように、外部電圧
Eoを印加し、λ番目の蓄電器並列群15に電荷Q、電
流iが流れ、端子電圧がVλになったとすると、以下の
条件式が成立する。
15に電荷がない状態で、図6に示すように、外部電圧
Eoを印加し、λ番目の蓄電器並列群15に電荷Q、電
流iが流れ、端子電圧がVλになったとすると、以下の
条件式が成立する。
【0016】 rλ・i+Q/Cλ=Vλ dQ/dt=i Q(0)=0 但し、rλ:λ番目の蓄電器並列群15の第1の内部抵
抗 t:時間
抗 t:時間
【0017】上記条件式を解くと、(数1)となる。
【0018】
【数1】
【0019】このため、時間t0 後にスイッチSWを開
放すると、各蓄電器並列群15には、(数2)に基づく
Q(t0 )の電荷が溜る。
放すると、各蓄電器並列群15には、(数2)に基づく
Q(t0 )の電荷が溜る。
【0020】
【数2】
【0021】この場合、時間が十分に経過した後には、
(数3)に基づくQ(∞)だけ溜る。
(数3)に基づくQ(∞)だけ溜る。
【0022】
【数3】 但し、C0 :各蓄電器並列群15の各合成容量C1 、C
2 、・・・Cn の平均値 R0 :各蓄電器並列群15の第2の内部抵抗R1 、R
2 、・・・Rn の平均値 Rλ:λ番目の蓄電器並列群15における第2の内部抵
抗 ΔRλ:Rλの平均値R0 からのずれ 従って、Q(t0 )は(数4)で示される。
2 、・・・Cn の平均値 R0 :各蓄電器並列群15の第2の内部抵抗R1 、R
2 、・・・Rn の平均値 Rλ:λ番目の蓄電器並列群15における第2の内部抵
抗 ΔRλ:Rλの平均値R0 からのずれ 従って、Q(t0 )は(数4)で示される。
【0023】
【数4】
【0024】上記充電後、すぐに外部抵抗R’に電荷を
放出し、図7に示すように電荷Q’、電流i’が流れた
とすると、下記条件式が成立する。
放出し、図7に示すように電荷Q’、電流i’が流れた
とすると、下記条件式が成立する。
【0025】 (Q(t0 )−Q’)/Cλ−rλ・i’=Vλ’ dQ’/dt=i’ Q’(0)=0
【0026】上記条件式を解くと、(数5)となる。
【0027】
【数5】
【0028】このため、時間t1 後にスイッチSWを開
放すると、各蓄電器並列群15に残留する電荷ΔQは、
(数6)で示される。
放すると、各蓄電器並列群15に残留する電荷ΔQは、
(数6)で示される。
【0029】
【数6】
【0030】この後、電荷ΔQを残留させたまま、再度
外部電源で充電し、図8に示すように、電荷Q”、電流
i”が流れたとすると、下記式が成立する。
外部電源で充電し、図8に示すように、電荷Q”、電流
i”が流れたとすると、下記式が成立する。
【0031】 (ΔQ+Q”)/Cλ+rλ・i”=Vλ” dQ”/dt=i” Q”(0)=0
【0032】上記条件式を解くと、(数7)となる。
【0033】
【数7】
【0034】このため、時間t2 後にスイッチSWを開
放すると、各蓄電器並列群15に流れる電荷Q”(t
2 )は、(数8)で示される。
放すると、各蓄電器並列群15に流れる電荷Q”(t
2 )は、(数8)で示される。
【0035】
【数8】
【0036】よって、各蓄電器並列群15に溜る電荷Q
1 は、Q”(t2 )+ΔQであるから、(数9)の関係
を得る。
1 は、Q”(t2 )+ΔQであるから、(数9)の関係
を得る。
【数9】
【0037】したがって、上記のプロセスを絶間なく繰
り返していれば、各蓄電器並列群15に溜る電荷は、Q
(∞)を越えることはなく、耐電圧をE0 /nに対して
十分に大きく取っておけば、蓄電器並列群15の破壊は
起らない。
り返していれば、各蓄電器並列群15に溜る電荷は、Q
(∞)を越えることはなく、耐電圧をE0 /nに対して
十分に大きく取っておけば、蓄電器並列群15の破壊は
起らない。
【0038】これに対し、前述のように、各蓄電気並列
群15に電荷がない状態で充電した後、十分な時間放置
すると、図9に示すように、それぞれの各蓄電器並列群
15は第2の内部抵抗Rλを介して内部放電(電荷q
λ’、電流iλ’)が始まる(ただしt0 → ∞)。こ
のため、下記条件式が成立する。
群15に電荷がない状態で充電した後、十分な時間放置
すると、図9に示すように、それぞれの各蓄電器並列群
15は第2の内部抵抗Rλを介して内部放電(電荷q
λ’、電流iλ’)が始まる(ただしt0 → ∞)。こ
のため、下記条件式が成立する。
【0039】 (Q(∞)−qλ’)/Cλ=(Rλ+rλ)・iλ’ dqλ’/dt=iλ’ qλ’(0)=0
【0040】上記条件式を解くと、(数10)となる。
【0041】
【数10】
【0042】ここで、Rλ≫rλであるから、上記(数
10)は(数11)に変形できる。
10)は(数11)に変形できる。
【0043】
【数11】
【0044】従って、t0 後にλ番目の蓄電器に残溜す
る電荷Q1 λ(t0 )は、(数12)で示される。
る電荷Q1 λ(t0 )は、(数12)で示される。
【0045】
【数12】
【0046】上記放置後、外部抵抗R’に電荷を放出
し、図10に示すように、電荷Q2 、電流i2 が流れた
とすると、下記条件式が成立する。
し、図10に示すように、電荷Q2 、電流i2 が流れた
とすると、下記条件式が成立する。
【0047】 (Q1 λ(t0 )−Q2 )/Cλ−rλ・i2 =V2 λ dQ2 /dt=i2 Q2 (0)=0 上記条件式を解くと、(数13)となる。
【0048】
【数13】
【0049】従って、Q2 (∞)は、(数14)とな
る。
る。
【0050】
【数14】 但し、
【0051】
【数15】 従って、λ番目の蓄電器並列群15に留る電荷Q2 λ
は、(数16)で示される。
は、(数16)で示される。
【0052】
【数16】 ここで、(数17)とすると、(数16)は(数18)
に変形できる。
に変形できる。
【0053】
【数17】
【0054】
【数18】 但し、x=t0 /(R0 C0 ) とする。
【0055】上記放電後、再び充電を行い、図11に示
すように、電荷Q3 、電流i3 が流れたとすると、下記
条件式が成立する。
すように、電荷Q3 、電流i3 が流れたとすると、下記
条件式が成立する。
【0056】 (Q2 λ+Q3 )/Cλ+rλ・i3 =V3 λ dQ3 /dt=i3 Q3 (0)=0
【0057】上記条件式を解くと、(数19)となる。
【0058】
【数19】 これにより、Q3 の範囲は下記のようになる。 0≦Q3 <C0 E0 /{n(1+γ)} よって、λ番目の蓄電器並列群15に溜る電荷Q4 λ
が、 Q4 λ=Q2 λ+Q3 であるから、上述のQ3 の範囲を利用して、Q4 の範囲
は(数20)のようになる。
が、 Q4 λ=Q2 λ+Q3 であるから、上述のQ3 の範囲を利用して、Q4 の範囲
は(数20)のようになる。
【0059】
【数20】
【0060】この場合、((Aλ/2)x2 −Bλ・
x)e-xの最大値、最小値が(表1)に示す内容とな
り、これを利用して、Q4 λの最大値、最小値を求める
と、(表2)に示す内容となる。
x)e-xの最大値、最小値が(表1)に示す内容とな
り、これを利用して、Q4 λの最大値、最小値を求める
と、(表2)に示す内容となる。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】ここで、蓄電器並列群15の耐電圧をV0
とすると、 CλV0 <最大値または−CλV0 >最小値 の場合に、耐電圧をオ−バ−することになり、耐電圧オ
−バ−の条件は、(表3)に示すことになる。
とすると、 CλV0 <最大値または−CλV0 >最小値 の場合に、耐電圧をオ−バ−することになり、耐電圧オ
−バ−の条件は、(表3)に示すことになる。
【0064】
【表3】 但し、上記(表3)においてmax(p,q)は、p,
qのうち大きい方を取ることの意味である。
qのうち大きい方を取ることの意味である。
【0065】上記(表3)の内容を検討すると、Aλ、
Bλの符号によらず、(数21)を満たす蓄電器並列群
15は耐電圧をオ−バ−することになる。
Bλの符号によらず、(数21)を満たす蓄電器並列群
15は耐電圧をオ−バ−することになる。
【0066】
【数21】
【0067】したがって、少くとも、上記(数21)の
条件を満足する蓄電器並列群15には電荷をリ−クさせ
る装置、すなわち印加電圧規制手段が必要となり、本実
施例において、この観点から、複数の蓄電器並列群15
のうちの一部のものに、印加電圧規制手段を設けてい
る。
条件を満足する蓄電器並列群15には電荷をリ−クさせ
る装置、すなわち印加電圧規制手段が必要となり、本実
施例において、この観点から、複数の蓄電器並列群15
のうちの一部のものに、印加電圧規制手段を設けてい
る。
【0068】図12、図13は第2実施例、図14は第
3実施例を示すものである。この各実施例において、前
記第1実施例と同一構成要素については同一符号を付し
てその説明を省略する。
3実施例を示すものである。この各実施例において、前
記第1実施例と同一構成要素については同一符号を付し
てその説明を省略する。
【0069】第2実施例においては、図12に示すよう
に、前記第1実施例にかかわるツェナダイオ−ド18に
代えて、蓄電器並列群15に対して他の蓄電器19が接
続されており、その蓄電器並列群15と他の蓄電器19
との間には、耐電圧よりも低い所定値でONされる半導
体スイッチ20が介装されている。
に、前記第1実施例にかかわるツェナダイオ−ド18に
代えて、蓄電器並列群15に対して他の蓄電器19が接
続されており、その蓄電器並列群15と他の蓄電器19
との間には、耐電圧よりも低い所定値でONされる半導
体スイッチ20が介装されている。
【0070】これにより、当該蓄電器並列群15の端子
電圧上昇が大きいときには、半導体スイッチ20がON
され、その蓄電器並列群15に他の蓄電器19が加わっ
て、蓄電器の並列接続数が増加することになる。このた
め、図13に示すように当該蓄電器並列群15の端子電
圧Vλは、耐電圧を越すことが防止されることになる。
電圧上昇が大きいときには、半導体スイッチ20がON
され、その蓄電器並列群15に他の蓄電器19が加わっ
て、蓄電器の並列接続数が増加することになる。このた
め、図13に示すように当該蓄電器並列群15の端子電
圧Vλは、耐電圧を越すことが防止されることになる。
【0071】尚、上記半導体スイッチ20に代えて、リ
レ−の接点、或いは、半導体スイッチとリレ−の接点と
を併用したものを、上記同様の条件でON(閉)となる
ようにして用いてもよい。
レ−の接点、或いは、半導体スイッチとリレ−の接点と
を併用したものを、上記同様の条件でON(閉)となる
ようにして用いてもよい。
【0072】第3実施例においては、図14に示すよう
に、前記第2実施例の他の蓄電器19に代えて、抵抗2
1がスイッチ22を介して蓄電器並列群15に接続され
ており、スイッチ22は、第2実施例と同様の条件でO
Nすることになっている。このため、この場合にも、前
記第2実施例同様、当該蓄電器並列群15の端子電圧が
耐電圧を越すことを防止できることになる。
に、前記第2実施例の他の蓄電器19に代えて、抵抗2
1がスイッチ22を介して蓄電器並列群15に接続され
ており、スイッチ22は、第2実施例と同様の条件でO
Nすることになっている。このため、この場合にも、前
記第2実施例同様、当該蓄電器並列群15の端子電圧が
耐電圧を越すことを防止できることになる。
【0073】尚、この場合にも、スイッチ22に代え
て、半導体スイッチ、リレ−接点、これらを併用したも
の等を用いるようにしてもよい。
て、半導体スイッチ、リレ−接点、これらを併用したも
の等を用いるようにしてもよい。
【0074】以上実施例について説明したが本発明にあ
っては、次のようなものを包含する。 本発明に係る電源装置を電気自動車に用いること。 蓄電器並列群15に代えて、大容量の単一の蓄電器を
用いること。 各蓄電器並列群15の全てに対して、印加電圧規制手
段をそれぞれ設けること。
っては、次のようなものを包含する。 本発明に係る電源装置を電気自動車に用いること。 蓄電器並列群15に代えて、大容量の単一の蓄電器を
用いること。 各蓄電器並列群15の全てに対して、印加電圧規制手
段をそれぞれ設けること。
【0075】
【発明の効果】以上述べたように、第1〜第3の発明に
あっては、複数の蓄電器が直列に接続されて、充・放電
可能な電源とされる車両用電源装置において、耐圧性を
向上させることができる。第2の発明にあっては、印加
電圧規制手段の必要数を抑えることができる。第3の発
明にあっては、印加電圧規制手段の数を必要最小限に抑
えることができる。
あっては、複数の蓄電器が直列に接続されて、充・放電
可能な電源とされる車両用電源装置において、耐圧性を
向上させることができる。第2の発明にあっては、印加
電圧規制手段の必要数を抑えることができる。第3の発
明にあっては、印加電圧規制手段の数を必要最小限に抑
えることができる。
【図1】本発明に係る電源装置が搭載されたハイブリッ
トカ−を示す全体構成図。
トカ−を示す全体構成図。
【図2】第1実施例に係る電源装置を説明する説明図。
【図3】第1実施例に係る電源装置の作動を説明する説
明図。
明図。
【図4】蓄電器の等価回路を示す図。
【図5】複数の蓄電器並列群を直列に接続した回路の等
価回路を示す図。
価回路を示す図。
【図6】各蓄電器並列群に電荷がない状態で充電する場
合を示す説明図。
合を示す説明図。
【図7】各蓄電器並列群に電荷がない状態で充電した
後、すぐに外部抵抗に電荷を放出する場合を示す説明
図。
後、すぐに外部抵抗に電荷を放出する場合を示す説明
図。
【図8】図7における放電後、電荷ΔQを残留させたま
ま、再度、外部電源で充電する場合を示す説明図。
ま、再度、外部電源で充電する場合を示す説明図。
【図9】図6における充電後、十分な時間、放置する場
合を説明する説明図。
合を説明する説明図。
【図10】図9における放置後、外部抵抗に電荷を放出
する場合を説明する説明図。
する場合を説明する説明図。
【図11】図10における放電後、再び、充電する場合
を説明する説明図。
を説明する説明図。
【図12】第2実施例に係る電源装置を説明する説明
図。
図。
【図13】第2実施例に係る電源装置の作動を説明する
説明図。
説明図。
【図14】第3実施例に係る電源装置を説明する説明
図。
図。
【図15】蓄電器を直列に接続する場合において、容
量、内部抵抗のばらつきに基づき、端子電圧が耐電圧を
越える場合を説明する説明図。
量、内部抵抗のばらつきに基づき、端子電圧が耐電圧を
越える場合を説明する説明図。
1 ハイブリットカ− 13 電源装置 14 蓄電器 15 蓄電器並列群 18 ツェナダイオ−ド 19 他の蓄電器 20 半導体スイッチ 21 抵抗 22 スイッチ Vλ 端子電圧 V0 耐電圧 Cλ λ番目の蓄電器並列群の静電容量 Rλ λ番目の蓄電器並列群における第2の内部抵抗 C0 複数の蓄電器並列群の静電容量C1 、C2 、・・
・Cn の平均値 R0 複数の蓄電器並列群の内部抵抗R1 、R2 、・・
・Rn の平均値 ΔCλ λ番目のCλの平均値C0 からのずれ ΔRλ λ番目のRλの平均値R0 からのずれ E0 複数の蓄電器に対する充電電圧
・Cn の平均値 R0 複数の蓄電器並列群の内部抵抗R1 、R2 、・・
・Rn の平均値 ΔCλ λ番目のCλの平均値C0 からのずれ ΔRλ λ番目のRλの平均値R0 からのずれ E0 複数の蓄電器に対する充電電圧
フロントページの続き (72)発明者 福田 哲夫 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内
Claims (8)
- 【請求項1】 複数の蓄電器が直列に接続されて、充・
放電可能な電源とされる車両用電源装置において、 前記電源に対して、充電時に、各蓄電器の端子電圧が所
定電圧を越えないように規制する印加電圧規制手段が備
えられている、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記印加電圧規制手段は、前記電源をなす複数の蓄電器
のうちの一部に備えられている、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項3】 請求項2において、 前記電源をなす複数の蓄電器のうちの一部は、耐電圧オ
−バ条件を満たすものが対象とされ、 該耐電圧オ−バ条件が、静電容量が、静電容量の平均
値、内部抵抗の平均値、蓄電器に印加される平均電圧、
耐電圧、蓄電器の特性のばらつきを示すパラメ−タで定
義される定数から導かれる値よりも小さいこととされて
いる、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項4】 請求項3において、 前記耐電圧オ−バ条件は、下記条件 C0 E0/{ n( 1+ γ) V0 }・[{Aλ+ ( Aλ2 +Bλ2 )1/2}exp{-(Aλ+ Bλ+ ( Aλ2 +Bλ2)1/2)/ Aλ}]+ 1 又は、C0 E0/{n( 1+ γ) V0 }・ [{( Aλ2 +Bγ2 )1/2 −Aλ}exp{- ( Aλ+ Bλ- (Aλ2 +Bλ2)1/2 )/ Aλ}] 但し、 Aλ=△Cλ2 /C0 2+2△Cλ・△Rλ/(C0 ・R0 )+△Rλ2 /R0 2−(γ+2α+δ)/(γ+1) Bλ=△Cλ2 /C0 2+△Cλ・△Rλ/(C0 ・R0 )+△Rλ2 /R0 2−△Cλ/C0 −△Rλ/R0 −(2γ+2α+δ) /(γ+1) C0 :複数の蓄電器の静電容量C1 、C2 、・・・Cn
の平均値 R0 :複数の蓄電器の内部抵抗R1 、R2 、・・・Rn
の平均値 ΔCλ:λ番目のCλの平均値C0 からのずれ ΔRλ:λ番目のRλの平均値R0 からのずれ V0 :蓄電器の耐電圧 E0 :複数の蓄電器に対する充電電圧 のうち、大きい条件の方が、当該蓄電器の静電容量Cλ
よりも大きい、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記印加電圧規制手段は、前記蓄電器に、該蓄電器の耐
電圧よりも低い所定値で作動するツェナダイオ−ドが接
続される構成とされている、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項6】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記印加電圧規制手段は、前記蓄電器に、該蓄電器の耐
電圧よりも低い所定値でONされるスイッチを介して並
列に他の蓄電器が接続される構成とされている、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項7】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記印加電圧規制手段は、前記蓄電器に、該蓄電器の耐
電圧よりも低い所定値でONされるスイッチを介して並
列に抵抗が接続される構成とされている、 ことを特徴とする車両用電源装置。 - 【請求項8】 請求項6又は7において、 前記スイッチは、半導体スイッチ、リレ−、半導体スイ
ッチ及びリレ−を併用したもののいずれかである、 ことを特徴とする車両用電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32975693A JP3430603B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 車両用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32975693A JP3430603B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 車両用電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07163014A true JPH07163014A (ja) | 1995-06-23 |
JP3430603B2 JP3430603B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=18224930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32975693A Expired - Fee Related JP3430603B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 車両用電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3430603B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10309036A (ja) * | 1997-04-30 | 1998-11-17 | Nec Corp | 電動発電装置 |
US5932932A (en) * | 1996-09-10 | 1999-08-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Storage battery voltage control apparatus |
US6034492A (en) * | 1997-04-30 | 2000-03-07 | Nec Corporation | Motor-generator |
JP2018014862A (ja) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | 株式会社デンソー | 車載充電装置 |
-
1993
- 1993-12-01 JP JP32975693A patent/JP3430603B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5932932A (en) * | 1996-09-10 | 1999-08-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Storage battery voltage control apparatus |
EP0828304A3 (en) * | 1996-09-10 | 2003-01-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Storage battery voltage control apparatus |
JPH10309036A (ja) * | 1997-04-30 | 1998-11-17 | Nec Corp | 電動発電装置 |
US6034492A (en) * | 1997-04-30 | 2000-03-07 | Nec Corporation | Motor-generator |
JP2018014862A (ja) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | 株式会社デンソー | 車載充電装置 |
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---|---|
JP3430603B2 (ja) | 2003-07-28 |
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