説明

電力供給システム

【課題】 システムコストを低減し得る電力供給システムを提供する。
【解決手段】 複数の蓄電素子を直列接続して構成されシステムの外部に配設された負荷装置6に電力を供給可能な蓄電手段3と、蓄電手段3を充電する充電部2と、各蓄電素子の充電電圧を均等化するイコライズ動作を行う電圧イコライザ4と、予め規定したイコライズ動作期間とイコライズ停止期間とからなる繰り返しパターンに従いイコライズ動作期間において電圧イコライザ4に対してイコライズ動作を行わせる制御部5とを備えている。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の蓄電素子を直列接続して構成される蓄電手段と、蓄電手段内の各蓄電素子の充電電圧を均等化する電圧イコライザとを備えている電力供給システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば蓄電手段としてのバッテリーに対する蓄電および放電の効率を上げるためには、バッテリー内における各蓄電素子の電圧を均一化させるのが好ましい。このため、電力供給システムとしては、各蓄電素子の電圧バランスがある程度崩れたときには、電圧イコライザを使用して、各蓄電素子の電圧を均一化させるのが好ましい。この場合、電圧の均一化方式としては、抵抗放電方式や、エネルギー移送方式などを採用することができる。前者の抵抗放電方式では、各蓄電素子の両端に半導体素子を介して抵抗を予め接続しておき、電圧バランスがある程度崩れたときには、電圧が高い蓄電素子に接続されている半導体をオン状態に制御する。この際には、その蓄電素子の蓄電エネルギーが抵抗によって損失されるため、各蓄電素子の電圧が均一化される。一方、後者のエネルギー移送方式では、電圧バランスがある程度崩れたときには、電圧が高い蓄電素子に蓄電されている蓄電エネルギーを電圧が低い蓄電素子に移送することにより、各蓄電素子の電圧が均一化される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電力供給システムには、電圧イコライザをただ単に組み込んでいる構成のため、以下の問題点がある。すなわち、この種の電圧イコライザとしては、電圧バランスが保たれているか崩れているかを把握するための構成を備えている必要がある。このため、このような構成を備えた電圧イコライザを安価なシステムに採用した場合に、システムコストが高騰するという問題がある。また、ポリマーリチウム電池を蓄電素子として使用する場合、過放電状態では、ポリマーリチウム電池が発熱して100℃を超えるという現象が生じる。したがって、このような発熱状態において、電圧バランスが崩れているとしてイコライズ動作を行った場合、イコライズ動作によって放電がさらに加速されるため、より発熱を生じるおそれがあり、電力供給システムの信頼性や効率が低下するという問題点が存在する。
【0004】本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、システムコストを低減し得る電力供給システムを提供することを目的とする。また、高効率かつ高信頼性を有する電力供給システムを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請求項1記載の電力供給システムは、複数の蓄電素子を直列接続して構成され当該システムの外部に配設された負荷装置に電力を供給可能な蓄電手段と、当該蓄電手段を充電する充電部と、前記各蓄電素子の充電電圧を均等化するイコライズ動作を行う電圧イコライザと、予め規定したイコライズ動作期間とイコライズ停止期間とからなる繰り返しパターンに従い当該イコライズ動作期間において前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせる制御部とを備えていることを特徴とする。
【0006】請求項2記載の電力供給システムは、請求項1記載の電力供給システムにおいて、前記制御部は、前記蓄電手段が前記充電部によって充電されているときに前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする。
【0007】請求項3記載の電力供給システムは、請求項1または2記載の電力供給システムにおいて、前記充電部は、太陽光を受光して電力を生成する太陽電池であることを特徴とする。
【0008】請求項4記載の電力供給システムは、複数の蓄電素子を直列接続して構成され当該システムの外部に配設された負荷装置に電力を供給可能な蓄電手段と、当該蓄電手段を充電する充電部と、前記各蓄電素子の充電電圧を均等化するイコライズ動作を行う電圧イコライザと、当該電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせる制御部とを備えている電力供給システムであって、前記制御部は、当該電力供給システムの外部からのイコライズ動作要求時に、前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする。
【0009】請求項5記載の電力供給システムは、請求項4記載の電力供給システムにおいて、前記外部からのイコライズ動作要求は、電気自動車内の電力消費部によって出力されることを特徴とする。
【0010】請求項6記載の電力供給システムは、請求項1から5のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、前記制御部は、前記蓄電手段が所定電圧以上に充電されているときに前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする。
【0011】請求項7記載の電力供給システムは、請求項4記載の電力供給システムにおいて、前記負荷装置は、ハイブリット自動車内の電力消費部であることを特徴とする。
【0012】請求項8記載の電力供給システムは、請求項7記載の電力供給システムにおいて、前記制御部は、前記蓄電手段が所定電圧範囲内に充電されているときに前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする。
【0013】請求項9記載の電力供給システムは、請求項1から8のいずれかに記載の電力供給システムにおいて、前記電圧イコライザは、前記各蓄電素子の蓄電エネルギーを当該各蓄電素子相互間で移送させることによって前記充電電圧を均等化することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発明に係る電力供給システムを交通標識システムおよび電気自動車に適用した実施の形態について説明する。
【0015】最初に交通標識システムに適用した実施の形態について、図1を参照して説明する。
【0016】同図に示す交通標識システム1は、太陽電池2、バッテリー3、電圧イコライザ4、制御部5、発光部6、ダイオード7および電圧検出用の抵抗8を備えて構成されている。なお、発光部6を除く構成によって本発明に係る電力給電システムが構成される。この場合、太陽電池2は、本発明における充電部に相当し、太陽光を光電変換して生成した電力によってバッテリー3を充電する。バッテリー3は、本発明における蓄電手段に相当し、図2に示すように、複数の(同図では例えば3つとする)蓄電セル(蓄電素子)3a〜3cを直列接続して構成されている。
【0017】電圧イコライザ4は、図2に示すように、例えば、エネルギー移送方式によるイコライズ動作が可能に構成されており、同一巻数で巻き回された複数の巻線21a〜21c(以下、区別しないときには「巻線21」ともいう)を有するトランス21と、例えばFETやバイポーラトランジスタなどで構成されると共にイコライズ動作中には互いに同期してオン/オフ制御されるスイッチ22a〜22c(以下、区別しないときには「スイッチ22」ともいう)と、各スイッチ22a〜22cのオン/オフスイッチングを制御するスイッチング制御回路23と、バッテリー3の両端電圧を検出して検出電圧VD2として制御部5に出力する電圧検出回路24とを備えている。この場合、各巻線21と各スイッチ22とからなる各直列回路が、各蓄電セル3a〜3cにそれぞれ並列接続される。また、スイッチング制御回路23は、制御部5から後述するイコライズ動作開始信号SSTが出力された際には、各スイッチ22にスイッチング制御信号を出力することにより、各スイッチ22を同期して所定周期でオン/オフ制御する。
【0018】制御部5は、発光部6に対して表示制御を行うと共に、電圧イコライザ4のイコライズ動作を制御する。この場合、イコライズ動作制御用の構成として、制御部5は、図1に示すように、電圧イコライザ4のオン/オフスイッチング動作を繰り返させるイコライズ動作期間と、そのスイッチングを停止させるイコライズ停止期間とを設定するための2つのタイマ回路11,12を備えている。タイマ回路11は、例えば、電源投入初期時にタイマ動作を開始し、その際には、図3(a)に示すように、ハイレベル信号のタイマ信号ST1を連続して出力すると共に2時間をカウントした時点でタイマ信号ST1の出力を停止する。また、タイマ回路11は、タイマ回路12によって生成されるタイマ信号ST2を入力すると共にその出力が停止された時点で、上記のタイマ動作を繰り返す。一方、タイマ回路12は、タイマ回路11からタイマ信号ST1を入力すると共にその出力が停止された時点でタイマ動作を開始し、その際には、同図(b)に示すように、ハイレベル信号のタイマ信号ST2を連続して出力し、かつ22時間をカウントした時点でタイマ信号ST2の出力を停止する。この場合、制御部5は、タイマ信号ST1がタイマ回路11から出力されているときにのみイコライズ動作開始信号SSTを電圧イコライザ4に出力する。これにより、電圧イコライザ4は、イコライズ動作開始信号SSTの有無に従い、同図(c)に示すように、2時間のイコライズ動作と22時間のイコライズ停止とを交互に繰り返す。
【0019】また、制御部5は、太陽電池2によってバッテリー3が充電されているときにのみ電圧イコライザ4に対してイコライズ動作を行わせる。具体的には、太陽電池2が電力を生成しているときには、抵抗8およびダイオード7を介してバッテリー3が充電される。この際には、抵抗8の両端に電圧が発生し、この検出電圧VD1が制御部5に出力される。このため、制御部5は、検出電圧VD1が所定のしきい値電圧を超えているときには、電圧イコライザ4に対してイコライズ動作開始信号SSTを出力し、検出電圧VD1がしきい値電圧を下回るときには、電圧イコライザ4に対するイコライズ動作開始信号SSTの出力を停止する。したがって、太陽電池2によって電力が生成されていない状態では、電圧イコライザ4によるイコライズ動作が停止される。このため、スイッチング(イコライズ動作)によるエネルギー損失に起因するバッテリー3の電圧低下を防止することができる。また、制御部5は、電圧検出回路24から出力される検出電圧VD2の電圧値を監視し、所定のしきい値電圧(例えば、バッテリー3の定格充電電圧の60%)を下回るときには、電圧イコライザ4に対するイコライズ動作開始信号SSTの出力を停止する。したがって、バッテリー3がある程度まで充電されていない状態では、電圧イコライザ4によるイコライズ動作が停止されるため、スイッチングに起因するバッテリー3の電圧低下を回避することができる。
【0020】発光部6は、本発明における電力消費部に相当し、例えば、LEDで構成されている。また、発光部6は、図外の支柱の上部に取り付けられた標識ユニットの表示面に配設され、制御部5の制御下で、例えば、法定速度などの数値や、交通標識などを表示する。
【0021】この交通標識システム1では、制御部5は、電源投入初期時に、制御部5内のタイマ回路11がタイマ信号ST1を出力する。この際に、制御部5は、検出電圧VD1,VD2を監視して、両検出電圧VD1,VD2のいずれか一方が上記した条件を満たさないときには、電圧イコライザ4に対するイコライズ動作開始信号SSTの出力を停止する。一方、両検出電圧VD1,VD2が上記した条件を満たすときには、制御部5は、イコライズ動作開始信号SSTを出力することにより電圧イコライザ4に対してイコライズ動作を実行させる。
【0022】この際に、電圧イコライザ4では、スイッチング制御回路23が、スイッチング制御信号を出力することにより、各スイッチ22a〜22cを同期してオン/オフさせる。この場合、各スイッチ22a〜22cがオン状態に移行したときには、各蓄電セル3a〜3cのうちのセル電圧が最も高い蓄電セル(蓄電セル3aとする)が、そのプラス側端子、巻線21a、スイッチ22a、および蓄電セル3aのマイナス側端子からなる電流経路で電流を出力する。この場合、蓄電セル3aのセル電圧とほぼ等しい電圧が各巻線21a〜21cの両端にそれぞれ誘起し、その各誘起電圧に基づく電流が、蓄電セル3a以外の他の蓄電セル3b(または3c)に接続されている巻線21b(または21c)の巻始め側端子、蓄電セル3b(または3c)、スイッチ22b(または22c)、および各巻線21b(または21c)の巻終わり側端子からなる電流経路を流れ続ける。次いで、セル電圧が誘起電圧と等しい電圧に達した蓄電セルから順次充電が停止される。次いで、スイッチング制御回路23は、所定周期でスイッチング制御信号の出力を停止して各スイッチ22a〜22cを同期してオフ状態に制御する。スイッチング制御回路23は、イコライズ動作開始信号SSTが出力されている2時間の間、これらの動作を継続して行う。この結果、セル電圧が最も高い蓄電セル3aにおける蓄積エネルギーの一部が他の蓄電セル3b,3cに分散移転されるため、各蓄電セル3a〜3cのセル電圧が均一化される。
【0023】また、制御部5は、図外の監視装置から気象情報や道路情報を入力し、例えば、気象状態に適した法定速度を発光部6に表示させる。さらに、太陽電池2は、光電変換によって生成した直流電圧でバッテリー3の各蓄電セル3a〜3cを充電し、バッテリー3は、電圧イコライザ4、制御部5および発光部6にバッテリー電圧を供給する。
【0024】一方、タイマ回路11は、タイマ信号ST1を出力した時点から2時間を経過した時点で、タイマ信号ST1の出力を停止する。この際には、制御部5がイコライズ動作開始信号SSTの出力を停止することにより、電圧イコライザ4は、イコライズ動作を停止する。同時に、タイマ回路12によるタイマ動作が開始される。この後、22時間が経過した時点で、タイマ回路12が、タイマ信号ST2の出力を停止する。この際には、タイマ回路11が、再起動して、タイマ信号ST1を出力する。この後、制御部5が上記した処理を繰り返す。
【0025】このように、この交通標識システム1によれば、制御部5が、タイマ回路11のタイマ動作によって予め規定されるイコライズ動作期間とイコライズ停止期間とからなる繰り返しパターンに従い、電圧イコライザ4に対してイコライズ動作を行わせる。このため、バッテリー3内の各蓄電セル3a〜3c個々の電圧バランス状態を監視する構成を不要にすることができる結果、システムコストを高騰させることなく、バッテリー3の充放電効率を向上させることができる。
【0026】次に、ハイブリッド電気自動車に本発明を適用した実施の形態について、図4を参照して説明する。なお、交通標識システム1における構成要素と同一の機能を有するものについては同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、電圧イコライザ4によるイコライズ動作自体は交通標識システム1と同様にして行われるため、その説明を省略する。さらに、ハイブリッド電気自動車自体の動作については、周知技術のため、その説明を省略する。
【0027】図4に示すように、シリーズハイブリッド電気自動車(以下、「SHV」という)システム31は、スタータ33を備えたエンジン32と、増速機34を介してエンジン32に連結された発電機35と、発電機35によって生成された三相交流を整流する発電機用インバータ36と、スタータ33の起動などを制御する発電機用ECU(電子制御ユニット)37とを備えている。また、SHVシステム31は、バッテリー3、電圧イコライザ4および電圧イコライザ用ECU41を備え、これらによって本発明に係る電力供給システムが構成される。この場合、バッテリー3は、発電機用インバータ36によって生成された直流電圧や、後述するモータ43の回生電力などで充電される。電圧イコライザ4は、電圧イコライザ用ECU41の制御下でバッテリー3における各蓄電セル3a〜3cのセル電圧を均一化する。電圧イコライザ用ECU41は、後述するEV用ECU44の制御下で電圧イコライザ4の作動/非作動を制御する。さらに、SHVシステム31は、バッテリー3から供給される電力を三相交流に変換するモータ用インバータ42と、モータ用インバータ42によって生成された三相交流で駆動される車両走行用のモータ(電力消費部)43と、EV用ECU44とを備えている。この場合、EV用ECU44は、アクセル、ブレーキ、イグニッション、およびスタータなどに関する情報に従い、電圧イコライザ用ECU41およびモータ用インバータ42を制御する。
【0028】このSHVシステム31では、EV用ECU44は、例えばイグニッションキーがオン状態にされた際に、イグニッションオン情報をイベント情報として入力し、電圧イコライザ用ECU41に対してイコライズ動作要求信号SEKを出力する。この際に、電圧イコライザ用ECU41は、電圧イコライザ4から出力される検出電圧VD2を監視して、バッテリー3の両端電圧が所定電圧範囲内(例えば定格充電電圧の60%〜80%)のときには、電圧イコライザ4に対してイコライズ動作開始信号SSTを所定時間(例えば1時間)出力する。これにより、電圧イコライザ4によってバッテリー3内の各蓄電セル3a〜3cの電圧が均一化される。また、走行中において、EV用ECU44は、モータ43から出力される回転信号を監視し、モータ43が通常に回転している際には、電圧イコライザ用ECU41にイコライズ動作要求信号SEKを出力する。
【0029】一方、急発進、急加速および急ブレーキなどによってアクセルやブレーキが急操作された際には、バッテリー3において急激放電や急激回生が発生する。この際には、バッテリー3内の各蓄電セル3a〜3cの内部抵抗値の差異に起因して、各蓄電セル3a〜3c間の電圧差が一時的に拡大する。したがって、この状態でイコライズ動作を行った場合には、電圧差が却って拡大するおそれもある。このため、この際には、EV用ECU44は、アクセルやブレーキの情報をイベント情報として入力し、イコライズ動作要求信号SEKの出力を停止する。したがって、例えば、蓄電セル3a〜3cにポリマーリチウム電池を採用した場合などにおいて、イコライズ動作に起因してのバッテリー3のさらなる放電や充電を回避することができるため、バッテリー3の発熱を回避することができる。この結果、電力給電システム、ひいてはSHVシステム31の信頼性を向上させることができる共に、バッテリー3の電力利用効率を向上させることができる。
【0030】このように、このSHVシステム31によれば、電圧イコライザ4が電力給電システムの外部からのイコライズ動作要求に応じてイコライズ動作を行うため、複雑な電圧監視回路や制御回路を不要にすることができるため、イコライズ動作制御用回路を簡易に構成することができる。この結果、電力給電システム、ひいてはSHVシステム31のコストを低減することができる。また、SHVシステム31が稼働状態であって、バッテリー3の電圧が所定電圧範囲内のときにのみイコライズ動作を行わせることにより、イコライズ動作によるバッテリー3の不要な電力消費を回避することができる。
【0031】なお、本発明は、上記した発明の実施の形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、本発明の実施の形態では、交通標識システム1やSHVシステム31に適用した例について説明したが、これに限らず、バッテリーなどの蓄電手段を用いる各種のシステムに適用可能であることは勿論である。また、本発明における電圧イコライザは、エネルギー移送方式によるイコライズ動作が可能な構成に限らず、上記した抵抗放電方式による構成などの任意の構成を採用することができる。かかる構成を採用した場合、電圧イコライザを簡易に構成することができる。また、蓄電手段としては、電気二重層コンデンサなどの各種の大容量コンデンサ、各種の二次電池を用いることもできる。また、蓄電手段は、コンデンサと二次電池との複合品であってもよい。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る電力供給システムによれば、制御部が、予め規定したイコライズ動作期間とイコライズ停止期間とからなる繰り返しパターンに従い、そのイコライズ動作期間において電圧イコライザに対してイコライズ動作を行わせることにより、蓄電手段内の蓄電素子個々の電圧バランス状態を監視する構成を不要にすることができる結果、システムコストを高騰させることなく、蓄電手段の充放電効率を向上させることができる。
【0033】また、制御部が蓄電手段が充電部によって充電されているときに電圧イコライザに対してイコライズ動作を行わせることにより、イコライズ動作による蓄電手段の蓄電エネルギーの損失を回避することができる。
【0034】さらに、制御部が、電力供給システムの外部からのイコライズ動作要求時に、電圧イコライザに対してイコライズ動作を行わせることにより、複雑な監視回路や制御回路を不要にすることができるため、イコライズ動作制御用回路を簡易に構成することができ、これにより、電力給電システム、ひいては、この電力給電システムを備えた各種システムのコストを低減することができる。
【0035】また、制御部が、所定電圧以上に蓄電手段が充電されているとき、または所定電圧範囲内に蓄電手段が充電されているときに、電圧イコライザに対してイコライズ動作を行わせることにより、イコライズ動作による蓄電手段の不要な電力消費を回避することができる。
【0036】加えて、各蓄電素子の蓄電エネルギーを各蓄電素子相互間で移送させて各蓄電素子の充電電圧を均等化することにより、抵抗放電方式と比較して、電圧イコライザによる蓄電エネルギーの損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る交通標識システム1のブロック図である。
【図2】バッテリー3および電圧イコライザ4の構成を示す回路図である。
【図3】交通標識システム1におけるイコライズ動作を説明するための電圧波形図等であって、(a)はタイマ信号ST1の電圧波形図、(b)はタイマ信号ST2の電圧波形図、(c)は電圧イコライザ4の動作状態を示す動作状態図である。
【図4】本発明の他の実施の形態に係るSHVシステム31の構成図である。
【符号の説明】
1 交通標識システム
2 太陽電池
3 バッテリー
3a〜3c 蓄電セル
4 電圧イコライザ
5 制御部
6 発光部
11,12 タイマ回路
31 シリーズハイブリッド電気自動車システム
41 電圧イコライザ用ECU
43 モータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】 複数の蓄電素子を直列接続して構成され当該システムの外部に配設された負荷装置に電力を供給可能な蓄電手段と、当該蓄電手段を充電する充電部と、前記各蓄電素子の充電電圧を均等化するイコライズ動作を行う電圧イコライザと、予め規定したイコライズ動作期間とイコライズ停止期間とからなる繰り返しパターンに従い当該イコライズ動作期間において前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせる制御部とを備えていることを特徴とする電力供給システム。
【請求項2】 前記制御部は、前記蓄電手段が前記充電部によって充電されているときに前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする請求項1記載の電力供給システム。
【請求項3】 前記充電部は、太陽光を受光して電力を生成する太陽電池であることを特徴とする請求項1または2記載の電力供給システム。
【請求項4】 複数の蓄電素子を直列接続して構成され当該システムの外部に配設された負荷装置に電力を供給可能な蓄電手段と、当該蓄電手段を充電する充電部と、前記各蓄電素子の充電電圧を均等化するイコライズ動作を行う電圧イコライザと、当該電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせる制御部とを備えている電力供給システムであって、前記制御部は、当該電力供給システムの外部からのイコライズ動作要求時に、前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする電力供給システム。
【請求項5】 前記外部からのイコライズ動作要求は、電気自動車内の電力消費部によって出力されることを特徴とする請求項4記載の電力供給システム。
【請求項6】 前記制御部は、前記蓄電手段が所定電圧以上に充電されているときに前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電力供給システム。
【請求項7】 前記負荷装置は、ハイブリット自動車内の電力消費部であることを特徴とする請求項4記載の電力供給システム。
【請求項8】 前記制御部は、前記蓄電手段が所定電圧範囲内に充電されているときに前記電圧イコライザに対して前記イコライズ動作を行わせることを特徴とする請求項7記載の電力供給システム。
【請求項9】 前記電圧イコライザは、前記各蓄電素子の蓄電エネルギーを当該各蓄電素子相互間で移送させることによって前記充電電圧を均等化することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の電力供給システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2002−199602(P2002−199602A)
【公開日】平成14年7月12日(2002.7.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2000−393957(P2000−393957)
【出願日】平成12年12月26日(2000.12.26)
【出願人】(000214836)長野日本無線株式会社 (140)
【出願人】(000005348)富士重工業株式会社 (3,010)
【Fターム(参考)】