| 【発明の名称】 |
ハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置及び駆動制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】内藤 祥太郎
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| 【要約】 |
【課題】電気車用のバッテリーとして、二次電池や常温型燃料電池の弱点を補い、低負荷から高負荷までの広範囲の出力要求に応えられるバッテリーを提供する。
【解決手段】直流電源を、二次電池からなり電動機に接続されたパワーバッテリー２と、燃料電池からなりエネルギーバッテリ制御スイッチを介して前記パワーバッテリーに並列に接続されたエネルギーバッテリー１とによって構成し、パワーバッテリー、エネルギーバッテリーまたは電動機１４のいずれかの電流もしくは電圧に基づいて、エネルギーバッテリ制御スイッチ７を制御し、直流電源の電圧を所定の範囲に維持するバッテリー電流・電圧制御手段と、キースイッチ１５のオフ時に、パワーバッテリー２の充電量が所定値以下の時は、エネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２への充電を行ない、充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する、充電制御手段とを備えた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】搭載された直流電源を動力源とする車両駆動用の電動機と、前記電動機の回転を制御する信号を発生する信号発生手段を含む制御装置と、キースイッチとを有する電気車の駆動装置において、前記直流電源を、二次電池からなり、前記電動機に接続されたパワーバッテリーと、燃料電池からなり、エネルギーバッテリー制御スイッチを介して前記パワーバッテリーに並列に接続されたエネルギーバッテリーとによって構成し、前記パワーバッテリー、エネルギーバッテリーまたは電動機のいずれかの電流もしくは電圧に基づいて前記エネルギーバッテリー制御スイッチを制御し、前記直流電源の電圧を所定の範囲に維持するバッテリー電流・電圧制御手段と、前記キースイッチのオフ時に、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下の時は、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへの充電を行ない、前記充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する充電制御手段とを備えた、ことを特徴とするハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項２】搭載された直流電源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、前記インバータを制御する信号を発生する信号発生手段と、キースイッチとを有する電気車の駆動装置において、前記直流電源を、二次電池からなり、前記インバータを介して前記三相交流電動機に接続されたパワーバッテリーと、常時定出力を発生する燃料電池からなり、エネルギーバッテリー制御スイッチを介して前記パワーバッテリーに並列に接続されたエネルギーバッテリーとによって構成し、前記パワーバッテリー、前記エネルギーバッテリーまたは前記三相交流電動機又はインバータ入力電流のいずれかの電流もしくは電圧に基づいて、前記エネルギーバッテリー制御スイッチを制御し、前記直流電源の電圧を所定の範囲に維持する、バッテリー電流・電圧制御手段と、前記キースイッチのオフ時に、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下の時は、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへの充電を行ない、前記充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する、充電制御手段とを備えた、ことを特徴とするハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項３】電気車の無負荷状態における、前記エネルギーバッテリーの初期電圧を前記パワーバッテリーの初期電圧よりも高く設定した、ことを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項４】前記エネルギーバッテリーは、燃料の供給や水の循環を行なう駆動ポンプを備え、該駆動ポンプは、起動時に前記パワーバッテリーを電源とすることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項５】前記エネルギーバッテリーは、燃料の供給や水の循環を行なう駆動ポンプを備え、該駆動ポンプは、起動時に補助バッテリーを電源とすることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項６】電気車は、エアコン用電動機、パワーステアリング用電動機、バキューム用電動機を含む補機類を備え、これらの補機類は、前記エネルギーバッテリーを電源として駆動されることを特徴とする請求項１、２または３に記載のハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項７】搭載された主電源からの直流電源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、該三相交流電動機の電流及び回転速度を検出する電流センサ及び速度センサと、アクセル開度及び前記速度センサの出力に基づいて三相交流電流指令を発生する交流電流指令発生手段と、前記三相交流電流指令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて前記インバータを制御する信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、キースイッチを有する電気車の駆動装置において、前記主電源を、二次電池からなり、主コンタクタ及び前記インバータを介して前記三相交流電動機に接続されたパワーバッテリーと、燃料電池からなり、エネルギーバッテリー制御スイッチを介して前記パワーバッテリーに並列に接続されたエネルギーバッテリーとによって構成し、前記パワーバッテリー及び前記エネルギーバッテリーの電流を検出する電流センサと、前記パワーバッテリー、前記エネルギーバッテリーまたは前記三相交流電動機またはインバータ入力電流のいずれかの電流もしくは電圧に基づいて、前記エネルギーバッテリー制御スイッチを制御し、前記直流電源の電圧を所定の範囲に維持する、バッテリー電流・電圧制御手段とを備えた、前記キースイッチのオフ時に、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下の時は、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへの充電を行ない、前記充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する充電制御手段とを備えた、ことを特徴とするハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動装置。
【請求項８】搭載された直流電源を動力源とする車両駆動用の電動機と、該電動機の回転を制御する信号を発生する信号発生手段とを有する電気車の制御方法であって、前記直流電源は、二次電池からなり、前記電動機に接続されたパワーバッテリーと、常時定出力を発生する燃料電池からなり、エネルギーバッテリー制御スイッチを介して前記パワーバッテリーに並列に接続されたエネルギーバッテリーと、これらのバッテリーのオンオフを制御するキースイッチとによって構成されたものにおいて、バッテリー電流・電圧制御手段により、前記パワーバッテリー、前記エネルギーバッテリーまたは前記電動機のいずれかの電流もしくは電圧に基づいて、前記エネルギーバッテリー制御スイッチを制御することにより、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへ充電して前記直流電源の電圧を所定の範囲に維持し、前記キースイッチのオフ時に、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下の時は、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへの充電を行ない、前記充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する、ことを特徴とするハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動制御方法。
【請求項９】前記エネルギーバッテリーは、燃料の供給や水の循環を行なうためのポンプを備え、起動時にパワーバッテリーを電源として前記ポンプを駆動することを特徴とする請求項８記載のハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動制御方法。
【請求項１０】電気車は、エアコン用電動機、パワーステアリング用電動機、バキューム用電動機を含む補機類を備え、これらの補機類を、前記エネルギーバッテリーを電源として駆動することを特徴とする請求項８記載のハイブリッドバッテリーを備えた電気車の駆動制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の駆動装置及び駆動制御方法に係り、特にハイブリッドバッテリーを電源とする電動機によって駆動される電気車に好適な電気車の駆動装置及び駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気車は一般に、搭載された直流電源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、この三相交流電動機の電流及び回転速度を検出する電流センサ及び速度センサと、アクセル開度に応じて三相交流電動機のトルク指令を決定するトルク指令演算手段と、前記トルク指令及び前記電流センサの出力に基づいて三相交流電動機の電流を制御するための三相交流電流指令を発生する三相交流電流指令発生手段と、前記三相交流電流指令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて前記インバータを制御する信号を発生する信号発生手段を備えている。
【０００３】このような電気車は、大気汚染の原因となる有害物質を排気ガスとして排出しない、地球環境と調和しうるクリーンな自動車として、その利用が拡大されつつある。化学工業社発行の「化学工業」1992年12月号の69頁〜74頁には、「電気自動車用電池の開発動向」と題して、新しい電池の開発動向が紹介されている。
【０００４】電気車用のバッテリーとしては一般に二次電池、特に鉛電池が広く用いられているが、二次電池は一充電当たりの走行距離が短く、このことが電気車の普及を促進する上で大きな障害となっている。
【０００５】一方、近年、二次電池に代わる電気車用のバッテリーとして、固体高分子型燃料電池のような常温型の燃料電池が注目されつつある。燃料電池は、燃料の水素と酸素を電気化学的に反応させてエネルギーーを取り出すものであり、燃料が供給される間は出力を発生し続けるため長時間の運転が可能となる。また、排出物もクリーンである。しかし、実用化されている常温型の燃料電池の出力は、単位の電池の出力電圧が１Ｖ、あるいは出力電力が１Ｗ／cm2程度であり、低負荷だけでなく高負荷まで広範囲の出力が要求される電気車用のバッテリーとしては、出力密度が小さいという欠点がある。
【０００６】そこで、電動機に流れる電流が多いときは、燃料電池と二次電池の両方を使用し、少ないときは、燃料電池の余剰電力により二次電池を充電して次の大きな負荷に耐えられるようにしたハイブリッドバッテリーの技術が、特開昭47−32321号公報や特開平6−124720 号公報に示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のハイブリッドバッテリー方式の電源装置によれば、電気車用のバッテリーとして、二次電池や常温型燃料電池の弱点を補い、広範囲の出力要求に応えられるバッテリーが得られる。しかし、このような従来のハイブリッドバッテリー方式の電源装置を備えた電気車は、ガソリン車と比較したとき、走行特性や走行可能距離、電源装置のサイズやコスト等の各観点で劣り、十分に満足すべきものは得られていない。
【０００８】本発明の目的は、電気車用のバッテリーとして二次電池と燃料電池を組み合わせたハイブリッドバッテリーを用いるものにおいて、多岐にわたる運転条件下で、燃料電池と二次電池の双方の特性を十分に活かした最適な使用形態とすることによって、車両の低負荷から高負荷までの広範囲の出力要求に応えられ、かつ走行可能距離の長い電気車の駆動方式を提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、電気車用のバッテリーとしてハイブリッドバッテリーを用いるものにおいて、電源装置のサイズやコストの問題を改善できる電気車の駆動方式を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、搭載された直流電源を動力源とする車両駆動用の電動機と、前記電動機の回転を制御する信号を発生する信号発生手段とを有する電気車の駆動装置において、直流電源を、二次電池からなり、前記電動機に接続されたパワーバッテリーと、燃料電池からなり、エネルギーバッテリー制御スイッチを介して前記パワーバッテリーに並列に接続されたエネルギーバッテリーとによって構成し、前記パワーバッテリー、前記エネルギーバッテリーまたは前記電動機のいずれかの電流もしくは電圧に基づいて前記エネルギーバッテリー制御スイッチを制御し、前記直流電源の電圧を所定の範囲に維持するバッテリー電流・電圧制御手段と、前記キースイッチのオフ時に、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下の時は、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへの充電を行ない、前記充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する、充電制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】本発明の他の特徴によれば、無負荷状態では、エネルギーバッテリーの電圧がパワーバッテリーの電圧よりも高くなるように設定されている。
【００１２】本発明の他の特徴によれば、エネルギーバッテリーは、燃料の供給や水の循環を行なう駆動ポンプを備え、この駆動ポンプは、起動時にパワーバッテリーを電源とすることを特徴とする。
【００１３】本発明の他の特徴によれば、電気車は、エアコン用電動機、パワーステアリング用電動機、バキューム用電動機を含む補機類を備え、これらの補機類は、エネルギーバッテリーを電源として駆動されることを特徴とする。
【００１４】並列に接続されたパワーバッテリーとエネルギーバッテリーまたは前記電動機のいずれか２つの電流もしくは電圧が、バッテリー電流・電圧制御手段によって検知、制御され、直流電源としての電圧が所定の範囲に維持される。また、キースイッチのオフ時に、キースイッチのオフ時に、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下の時は、前記エネルギーバッテリーから前記パワーバッテリーへの充電を行ない、前記充電量が該所定値よりも大きい時は充電を停止する。
【００１５】本発明によれば、電気車の負荷の軽い運転状態では、電動機の運転に必要な電力は、主としてエネルギーバッテリーから供給される。電気車の負荷が増大し、より大きなパワーが必要になると、主としてパワーバッテリーからの電力が三相交流電動機へ供給される。
【００１６】また、常時一定の出力を発生するエネルギーバッテリーから、パワーバッテリーへ電力を供給して充電することにより、低負荷から高負荷まで広範囲にわたる出力要求特性を満足させつつ、長期間走行することが可能となる。特に、パワーバッテリーの電力を負荷変動の大きい車両の走行駆動力に使用し、負荷変動が比較的少ない補機類には長期間にわたり一定の出力が得られるエネルギーバッテリーの電力を使用することによって、走行可能距離を延長し、電源装置のサイズのコンバクト化を図ることができる。また、低負荷から高負荷まで車両の広範囲の出力要求に応えられ、走行特性を改善することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図１の電気車の駆動装置のブロック図に従って説明する。
【００１８】図１において、電気車に搭載された主電源は、並列に接続されたエネルギーバッテリー１とパワーバッテリー２からなる直流電源である。エネルギーバッテリー１としては常時一定の出力を発生する燃料電池、パワーバッテリー２としては二次電池である鉛電池を用いる。３はコントローラ１０をバックアップする補助バッテリーである。４はエネルギーバッテリーの電流及び電圧を検出するエネルギーバッテリー電流・電圧検出器、５はパワ−バッテリーの電流及び電圧を検出するパワ−バッテリー電流・電圧検出器、６はエネルギーバッテリー用のリレ−である。７はエネルギーバッテリー１とパワーバッテリー２間の電流、電圧を制御するエネルギーバッテリー制御スイッチである。１２は主回路を開閉する主コンタクタ、１３はパワースイッチング素子を用いてバッテリー１及び２の直流電力を交流電力に変換するインバータ、１４は電気車駆動用の三相交流電動機、１５はキースイッチ、１６は電動機１４の回転数Ｎを検出する速度センサである。また、１７（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ）は電流センサーであり、交流電動機１４の１次巻線に流れる３相交流の１次電流ｉ（ｉu，ｉv，ｉw）を検出する。１８は、アクセルが踏み込まれているときに踏み込み量に応じた出力θAを出すアクセルスイッチである。１９は、エネルギーバッテリー１への燃料供給や反応生成物を排出するためのポンプである。
【００１９】コントローラ１０は、回転速度検出手段２０、一次周波数指令生成手段２２、トルク指令演算手段３０、アクセル開度演算手段３１、ベクトル制御演算手段３２、交流電流指令発生手段３３、電流・電圧制御手段４０、ＰＷＭ信号発生手段４２及びバッテリー電流・電圧制御手段４４を有する。
【００２０】コントローラ１０は、電動機の回転速度Ｎ、電動機電流ｉ及びアクセル開度θAを取り込み、トルク指令演算手段３０でトルク指令Ｔｒを演算し、一次周波数指令生成手段２２で一次角周波数ω1*を演算し、ベクトル制御演算手段３２で交流電流指令I1を演算する。さらに、これらの一次角周波数ω1*、交流電流指令I1等を用いて、電流・電圧制御手段４０及び交流電流指令発生手段３３で、電流制御、交流電圧指令演算などの各処理を実行し、ＰＷＭ信号発生手段４２からＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号に基づき駆動されるインバータ１３により、バッテリー１及び２の直流電圧から可変周波数、可変電圧の３相交流電圧が形成され、三相交流電動機１４のトルクが制御される。
【００２１】回転角速度検出手段２０は、速度センサー１６の出力ＮのＡ相，Ｂ相パルスから交流電動機１４の回転角速度ωｒ（ω＝２π・Ｎ／６０）を検出する。トルク指令演算手段３０では、アクセル開度演算手段３１で求められるアクセルの踏み込み量θAに対応した量と、回転角速度検出手段２０で求められる電動機の回転角速度ωｒを入力として、三相交流電動機１４に与えるトルク指令τｒが生成される。
【００２２】ベクトル制御演算手段３２は、励磁電動機指令ｉm及び電動機トルクτMを入力とし、トルク電流指令Ｉt*を生成する。交流電流指令発生手段３３は、交流電流指令I1や一次角周波数ω1＊に基づいて、電流・電圧制御手段４０に対する電流指令ｉ*（ｉu*，ｉv*，ｉw*）を発生する。電流・電圧制御手段４０は、電流指令ｉ*及び電動機電流ｉを入力とし、電動機トルクτMを得るための基準信号Ｅu＊，Ｅv＊，Ｅw＊を生成する。
【００２３】ＰＷＭ信号発生手段４２では、基準信号（Ｅu＊，Ｅv＊，Ｅw＊）と三角波を比較して、ＰＷＭ信号を求め、このＰＷＭ信号を基にＰＷＭインバータ１３のアームを構成する６個パワー素子のゲート信号を形成する。
【００２４】バッテリー電流・電圧制御手段４４は、バッテリー電流・電圧検出器４、５の出力に基づいて、エネルギーバッテリー１やパワーバッテリー２の電流や電圧が所定の範囲に維持されるように制御し、この電流や電圧が許容値を超えた場合には、リレー６、エネルギーバッテリー制御スイッチ７、あるいは主コンタクタ１２のいずれかを開状態として、許容値になるように制御する。この制御の詳細については後で説明する。
【００２５】図２にエネルギーバッテリー１の一構成例を示す。エネルギーバッテリーは、燃料改質部１００と燃料電池セル部１２０から構成される。燃料改質部１００では、メタノールＣＨ3ＯＨ及びまたはメタンＣＨ4と水Ｈ2Ｏの改質反応により、Ｈ2ガスを生成する。燃料電池セル部１１０は、燃料電極１１２、電解１１４、酸素電極１１６及び出力部１１８を備えており、ポンプ１９によって供給されるＨ2ガスとＯ2ガスを原料として、触媒反応により出力部１１８に、１セル当たり１Ｗ／ｃｍ2程度のセル出力が取り出される。また、反応の結果生成された水Ｈ2Ｏは、ポンプ１９によって排出される。原料が供給されるかぎり、エネルギーバッテリー１には常時一定のセル出力が出力部１１８に得られる。ポンプ１９は、所定の条件で、キースィッチ１５のオフの場合も駆動される。その詳細については後で述べる。また、ポンプ１９は冷却水の循環も行なう（図示略）。
【００２６】図３は、主電源を構成するバッテリー１，２の特性を示すものである。パワーバッテリー２はエネルギーバッテリー１に比べて、電流の大きい範囲まで高い電圧を維持している。ただし、無負荷状態では、エネルギーバッテリー１の電圧がパワーバッテリー２の電圧よりも高くなるように設定されている。従って、電気車の負荷の軽い運転状態では、電動機１４の運転に必要な電力は、主としてエネルギーバッテリー１から供給される。電気車の負荷が増大し、より大きなパワーが必要になると、主としてパワーバッテリー２からの電力が電動機１４へ供給される。
【００２７】エネルギーバッテリー１の放電電流は、最大ＩEMAX以下になるようにエネルギーバッテリー制御スイッチ７で制御される。
【００２８】パワーバッテリー２が放電状態にあるときは、エネルギーバッテリー１によりパワーバッテリー２を充電する。そのためには、エネルギーバッテリー制御スイッチ７をオンとし、主コンタクタ１２を開いてエネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２へ電力を供給する。このとき、バッテリー電流・電圧検出器で検出されるエネルギーバッテリー１の電流がＩEMAX以下になるよう、エネルギーバッテリー制御スイッチ７でコントロールする。パワーバッテリー１の充電率が所定値（通常９０〜１００％の範囲内）に達したときは、エネルギーバッテリー制御スイッチ７をオフとし、充電を停止する。パワーバッテリー２の充電が完了したら、リレー６をオフにする。このとき、エネルギーバッテリー１から流れる電流はＩEMAX以下に制限する。パワーバッテリー２の充電は電気車がパワーを必要としない状態を選んでおこなえばよい。
【００２９】コントローラ１０のバッテリー電流・電圧制御手段４４の動作は、図４に示す通りである。まず、キースイッチ１５がオフの状態で、パワーバッテリー電流・電圧検出器５により検知されたパワーバッテリー２の充電電圧が所定の充電電圧以上であるか否かをチェックする（ステップ４０２）。もし、所定の充電電圧以上である場合には、以下の制御は不要である。もし、パワーバッテリー２の充電電圧が所定の充電電圧に達していない場合には、次に回生制御を行う回生モードか否かチェックする（ステップ４０３）。回生モードでないときは、エネルギーバッテリー制御スイッチ７を導通状態にして、パワーバッテリー２を充電する（ステップ４０４、４０６）。もし、回生モードにあるときは、エネルギーバッテリー制御スイッチ７をオフにして、パワーバッテリー２への充電をやめ、回生の効率を高める（ステップ４０５）。
【００３０】次に、キースイッチ１５がオンになると、リレー６、主コンタクタ１２を導通状態にして、エネルギーバッテリー１およびパワーバッテリー２から電動機１４へ電力を供給する（ステップ４０８〜４１０）。このとき、エネルギーバッテリー１から流れる電流ＩEは所定値以下に制限する。この制御は、バッテリー電流・電圧検出器４によって検出されたバッテリー電流ＩEが所定値以下になるように、エネルギーバッテリー制御スイッチ７をオン・オフ制御することによってなされる。（ステップ４１２〜４１６）。従って、エネルギーバッテリー１が放電状態にあって、電圧が低いときは、エネルギーバッテリー制御スイッチ７を遮断状態にして、パワーバッテリー２からのみ電動機１４へ電力を供給する。
【００３１】パワーバッテリー２の充放電状態は、バッテリー電流・電圧検出器５で検出され、パワーバッテリー２の充電電圧が所定の充電電圧以上となったときは、エネルギーバッテリー制御スイッチ７を解放状態とし、エネルギーバッテリー１からの充電を停止させる（ステップ４１８〜４２０）。以下同様の処理により、電気車の電源装置としての、エネルギーバッテリー１及びパワーバッテリー２に関して、電流、電圧を所定の範囲に維持するような制御がなされる。
【００３２】このように、パワーバッテリー２の充電量が所定値以下の時は、キースイッチ１５がオフであっても、ポンプ１９を駆動してエネルギーバッテリー１の出力を発生させて、パワーバッテリー２への充電を行ない、パワーバッテリー２の充電量が該所定値に達したら充電を停止する。
【００３３】なお、エネルギーバッテリー１になんらかの異常等例えば発熱あるいは電流燃料を補充する必要が生じたときは、リレー６をオフにする。
【００３４】図５は、パワーバッテリー２とエネルギーバッテリー１の充放電特性を示す図である。例えば、パワーバッテリー２の充電率が７５％のときは、エネルギーバッテリー１の電圧が高いため、電流ｉA がエネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２へ電流が流れる。放電電流と充電電流が等しくなったところで、充電電流と放電電流はバランスする。
【００３５】パワーバッテリー２の充電状態は、バッテリー電流・電圧検出器５で検出される。図６は、パワーバッテリー充電状態の検出方法を示す図であり、ある充填電流ＩGが流れた時の電圧ＶiGを検出し、パワーバッテリーの充電状態を判別する。充填電流ＩG1が流れた時の電圧がＶiG1aのとき、充電率は７５％であり、電圧がＶiG1bのとき、充電率は９５％である。同様に、充填電流ＩG2が流れた時の電圧がＶiG2aのとき、充電率７５％であり、電圧がＶiG2bのとき、充電率は９５％である。パワーバッテリーの充電制御の一例としては、充電率が７５％以下になったら充電を開始し、充電率が９５％程度になったら充電を停止するのが良い。
【００３６】なお、本発明の電気車駆動用の電動機としては、交流電動機に代えて、直流電動機を用いてもよい。また、直流電源を交流電動機用に、可変電圧、可変周波数の交流電源に変換する手段としては、インバーター以外の手段を用いても良い。
【００３７】また、バッテリー電流・電圧制御手段４４により、エネルギーバッテリー１やパワーバッテリー２の電流や電圧を所定の範囲に維持する制御において、バッテリー電流・電圧検出器４、５の出力を利用する方法の外に、バッテリー電流・電圧検出器４、５のいずれかの１つの電流または電圧と、交流電動機１４の１次巻線に流れる１次電流ｉとから必要な制御情報を演算で求め、制御を行なってもよい。例えば、バッテリー電流・電圧検出器４の出力と、交流電動機１４の１次巻線に流れる１次電流ｉとによって、交流電動機１４の負荷状態、及び両バッテリー１、２の電流・電圧の状態がわかるので、上記したのと同様な制御を行なうことができる。
【００３８】また、バッテリー電流・電圧制御手段４４により、電気車の回生制動時、パワーバッテリー２にエネルギーの回収を行なわせるようにしても良い。
【００３９】図７は、図１の実施例における、ハイブリッドバッテリーのエネルギーバッテリーの制御装置部分の他の実施例を示す図であり、１５はキースイッチ、１９０はエネルギーバッテリー駆動ポンプ用電動機、２４はＤＣ−ＤＣコンバータである。また、１２０は、エネルギーバッテリーの負荷を示し、エアコン用電動機１２０ａ、パワーステアリング用電動機１２０ｂ、バキューム用電動機１２０ｃが含まれる。また、１３０はエネルギーバッテリーの負荷用リレーを示し、エアコン用電動機リレー１３０ａ、パワーステアリング用電動機リレー１３０ｂ、バキューム用電動機リレー１３０ｃが含まれる。さらにエネルギーバッテリー駆動ポンプ用の電動機リレーとして、第一のリレー（ＲＬｆ１）１９０ａ、第二のリレー（ＲＬｆ２）１９０ｂが含まれる。
【００４０】次に、図７のハイブリッドバッテリーの制御装置部分の動作について説明する。この実施例において、エネルギーバッテリー１の駆動ポンプ１９は、起動時にパワーバッテリー２を電源とする。図８を参照しながら動作を説明すると、起動前、キースイッチ１５は、オフと成っており、エネルギーバッテリー駆動ポンプ用の電動機のリレー１９０（第一のリレー１９０ａ、第二のリレー１９０ｂ）は共にオフ状態に有る。起動時、キースイッチ１５がオンになると、第一のリレー１９０ａがオンになり、パワーバッテリー２から駆動ポンプ１９の電動機に電力が供給されて、エネルギーバッテリー駆動ポンプ１９が、エネルギーバッテリーすなわち燃料電池に原料を供給し、その結果エネルギーバッテリー１が出力を発生する。これに伴って、第二のリレー（ＲＬｆ２）１９０ｂが動作し、エネルギーバッテリー１から駆動ポンプ１９の電動機に電力を供給するとともに、エネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２に対して充電がなされる。エネルギーバッテリー１が十分な出力を発生するようになった後、第一のリレー１９０ａはオフになる。
【００４１】このように、エネルギーバッテリー１の起動後、第二のリレー１９０ｂは自己保持される。その後、電気車の運転停止の為にキースイッチ１５がオフにされても、このエネルギーバッテリーの動作状態は続き、バッテリー電流・電圧検出器５で検出されるパワーバッテリー２の電圧が所定値になる迄、エネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２に対して充電が続けられる。
【００４２】エネルギーバッテリー１の負荷、例えばエアコン用電動機、パワーステアリング用電動機、バキューム用電動機が、それぞれ負荷用のリレー、すなわちエアコン用電動機リレー１３０ａ、パワーステアリング用電動機リレー１３０ｂ、バキューム用電動機リレー１３０ｃを介してエネルギーバッテリー１に接続されている。なお、各負荷はこのエネルギーバッテリー１に対応するリレーの他に、それぞれの負荷独自に運転停止を制御するリレーを備えていることは言うまでもない。
【００４３】これら補機類の負荷に対しては、エネルギーバッテリー１から電力が供給される。これは、パワーバッテリー２の電力を負荷変動の大きい車両の走行駆動力に使用し、負荷変動が比較的少ない補機類例えばエアコンには長期間にわたり一定の出力が得られるエネルギーバッテリー１の電力を使用するためである。これによって、走行可能距離を延長し、電源装置のサイズのコンバクト化を図ることができる。また、低負荷から高負荷まで車両の広範囲の出力要求に応えられ、走行特性を改善することができる。
【００４４】なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、エネルギーバッテリー１の電力で補助バッテリー３を充電する。この充電の制御は、バッテリー電流・電圧制御手段４４によって補助バッテリー３の電圧を監視しながら行われる。
【００４５】図９は、図１の実施例における、エネルギーバッテリー１の制御装置部分の他の実施例を示す図である。この実施例において、エネルギーバッテリー１の駆動ポンプ１９は、起動時に補助バッテリー３を電源とする。図１０を参照しながら動作を説明すると、起動前、キースイッチ１５は、オフと成っており、エネルギーバッテリー駆動ポンプ１９の電動機用のリレー１９０はオフ状態に有る。起動時、キースイッチ１５がオンになると、リレー１９０がオンになり、補助バッテリー３から駆動ポンプ１９０の電動機に電力が供給されて、駆動ポンプ１９がエネルギーバッテリーすなわち燃料電池に原料を供給し、その結果エネルギーバッテリー１が出力を発生する。これに伴って、エネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２に対して充電がなされる。その後、電気車の運転停止の為にキースイッチ１５がオフにされても、このエネルギーバッテリーの動作状態は続き、バッテリー電流・電圧検出器５で検出されるパワーバッテリー２の電圧が所定値になる迄、エネルギーバッテリー１からパワーバッテリー２に対して充電が続けられる。
【００４６】エネルギーバッテリー１の負荷は図７の場合と同様、それぞれ負荷用のリレー、すなわちエアコン用電動機リレー１３０ａ、パワーステアリング用電動機リレー１３０ｂ、バキューム用電動機リレー１３０ｃを介してエネルギーバッテリー１に接続されており、これらの負荷は、エネルギーバッテリー１から電力が供給される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、エネルギーバッテリー１の電力で補助バッテリー３を充電する。この充電の制御は、パワーバッテリー２に対する場合と同様に、充電バッテリー電流・電圧制御手段４４によって補助バッテリー３の電圧を監視しながら行われ、キースイッチ１５がオフにされても継続し、電圧が所定値になると駆動ポンプ１９を停止させて終了する。この実施例でも、パワーバッテリー２の電力を負荷変動の大きい車両の走行駆動力に使用し、負荷変動が比較的少ない補機類例えばエアコンには、定出力の得られるエネルギーバッテリー１の電力を使用する。また、この実施例は、エネルギーバッテリー１の起動時に補助バッテリー３を電源とするがこれは駆動ポンプ１９による動力消費が比較的少ないときに効果的である。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、常時一定の出力を発生するエネルギーバッテリーから、パワーバッテリーへ電力を供給して充電することにより、低負荷から高負荷まで広範囲にわたる出力要求特性を満足させつつ、長期間走行することが可能となる。特に、パワーバッテリーの電力を負荷変動の大きい車両の走行駆動力に使用し、負荷変動が比較的少ない補機類には長期間にわたり一定の出力が得られるエネルギーバッテリーの電力を使用することによって、走行可能距離を延長し、電源装置のサイズのコンパクト化を図ることができる。また、低負荷から高負荷まで車両の広範囲の出力要求に応えられ、走行特性を改善することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成６年１１月３０日（１９９４．１１．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４６３１
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３４６３０３（Ｐ２００１−３４６３０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月１４日（２００１．１２．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１０３８６８（Ｐ２００１−１０３８６８） |
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