[发明专利]电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有电容器和电池的混合结构的电源装置。

背景技术

由于近年来的电池技术的进步，混合动力车的普及迅速发展。这样的混合动力车采用通过电池驱动电动机等、并将减速时的能量向电源再生的电源系统。在这样的电源系统中，由于新型电池的出现、小型轻量化以及高输出密度化，从密封铅电池向Ni氢电池、进而向Li离子电池发展。在任何一种电池中为提高能量密度，都在进行电池活性物质的开发，或者高电容而且高输出的电池结构的开发，努力实现输出密度高、使用时间更长的电源。

但是，在汽车领域中，一直在进行进一步改善燃料消耗率(燃费)的努力，但是能够预想到有今后也为了削减二氧化碳等的排放物而在现有的汽车中追加新的燃料消耗率改善功能的倾向。因此，正在朝向需要更低损失的电源即内部电阻小的电源的方向发展。

在蓄电池(二次电池)中实现上述那样的低电阻的电源的情况下，其最大输出电流的小的程度成为问题。因此不需要输出电流限制的大电容电化学电容器的必要性升高。作为其一例，一般公知有双电荷层(电偶极子层)电容器(EDLC)。双电荷层电容器表示用于平滑等的电容器和电池的中间的特性。另外，作为比表示双电荷层电容器和电池的中间的特性更高能量密度的电容器，可以举出掺杂有锂离子的混合电容器(HC)。

关于这些电容器，公知有虽然能量密度小但是输出密度比电池高因而适用于对瞬间输出提出要求的怠速停止系统的例子。但是，因为通常电容器自放电较大，所以以与铅蓄电池等的电池的混合结构使用。在连接铅蓄电池和电容器的开关中，使用机械式的继电器或者MOSFET(metal oxide field-effect transistor，金属氧化物场效应晶体管)等的半导体开关元件。

但是，因为电容器的自放电较大，所以例如在长期保管后再起动时，在铅蓄电池和电容器之间容易产生大的电位差。这样当在有电位差的状态下接通铅蓄电池与电容器之间的开关时，因为电容器的内部电阻小，所以从铅蓄电池流出过大的电流，由此造成铅蓄电池的寿命缩短。

作为防止这样的过大的电流流动的方法，公知有与开关并联设置限制电阻和开关，通过经由限制电阻向电容器流过电流来限制充电电流的方法(预充电)(例如参照专利文献1)。

另外，也公知有代替限制电阻而与开关并联设置半导体开关元件，使用该半导体开关元件实现预充电功能的结构(例如参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2005-312156号公报

专利文献2：日本国特开2007-143221号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，当通过限制电阻预充电数百～数千F的大电容电容器时，由于CR的时间常数而发生充电时间变得过长的问题。此外，为缩短该充电时间而需要减小限制电阻的电阻值，但是在减小限制电阻值而导致流过更大的电流的情况下，不得不配合电流值使限制电阻的额定电力值增大。因此，引起限制电阻的大型化和高成本化，进而也需要追加处理限制电阻的发热的冷却结构。

另一方面，在代替限制电阻而仅用半导体开关元件进行预充电的结构的情况下，需要以不超过半导体开关元件的额定电容的方式控制半导体开关元件的控制电压。因此，要流过数十到数百A的大电流是困难的，预充电时间变长。另外，需要探讨监视半导体开关元件的温度等的冷却关系。

用于解决课题的技术手段

本发明的电源装置的第一方式，具有：与电池并联连接的电容器；与电容器串联连接的两个开关电路；与两个开关电路中的一个开关电路并联连接的预充电开关电路；和控制部，其在电容器的电压比电池的电压低时，对预充电开关电路以及两个开关电路中的至少一个开关电路进行控制，进行电容器的预充电电流限制。

此外，与电容器串联连接的两个开关电路和预充电开关电路，各自具有一个半导体开关元件或者并联连接的多个半导体开关元件。

进而也可以在预充电电流限制时，对构成与电容器串联连接的各开关电路的半导体开关元件进行断开(OFF)控制，并且对构成预充电开关电路的半导体开关元件进行导通(ON)控制，使得预充电开关电路，和不与该预充电开关电路并联连接的开关电路的半导体开关元件的内置二极管成为通电状态。