JP2001346303A - 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 - Google Patents
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Info
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Abstract
(57)【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。
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。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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6−1247
20 号公報に示されている。
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6−1247
20 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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，１
７ｂ，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。
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，１
７ｂ，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２
０、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。
０、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。
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。
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。
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１
３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。
（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１
３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。
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１０
０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／ｃｍ
2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）。
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１０
０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／ｃｍ
2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。
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。
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。
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４０
４、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）。
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４０
４、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、１
９０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１２
０ａ、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。
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、１
９０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１２
０ａ、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（ＲＬｆ
２）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。
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（ＲＬｆ
２）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。
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１３
０ｃ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。
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１３
０ｃ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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図１】本発明の一実施例になる電気車の駆動制御装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】図１のエネルギーバッテリーの一構成例を示す
図である。
図である。
【図３】主電源を構成するバッテリーの特性を示す図で
ある。
ある。
【図４】図１のバッテリー電流・電圧制御手段の動作を
示すフロー図である。
示すフロー図である。
【図５】パワーバッテリーとエネルギーバッテリーの充
放電特性を示す図である。
放電特性を示す図である。
【図６】パワーバッテリー充電状態の検出方法を示す図
である。
である。
【図７】図１の実施例における、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る。
の制御装置部分の他の実施例を示す図である。
【図８】図７の動作を示すタイムチャートである。
【図９】図１の実施例における、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る。
の制御装置部分の他の実施例を示す図である。
【図１０】図９の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】 １…エネルギーバッテリー、２…パワーバッテリー、３
…補助バッテリー、１２…主コンタクタ、１３…インバ
ータ、１４…電動機、１５…コントローラ、１６…速度
センサ、１７…電流検出器、１８…アクセルスイッチ、
１９…シフトスイッチ、２０…回転速度検出回路、３０
…トルク指令演算手段、３２…ベクトル制御演算手段、
４０…電動機電流・電圧制御手段、４２…ＰＷＭ信号発
生手段
…補助バッテリー、１２…主コンタクタ、１３…インバ
ータ、１４…電動機、１５…コントローラ、１６…速度
センサ、１７…電流検出器、１８…アクセルスイッチ、
１９…シフトスイッチ、２０…回転速度検出回路、３０
…トルク指令演算手段、３２…ベクトル制御演算手段、
４０…電動機電流・電圧制御手段、４２…ＰＷＭ信号発
生手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年５月１４日（２００１．５．１
４）
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、電動機と、二
次電池からなると共にインバータを介して前記電動機に
接続されたパワーバッテリー、及び燃料電池からなると
共に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接続されたエネルギーバッテリー
から構成された直流電源と、前記電動機の回転制御用信
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、前記パワーバッテリー，前記エネルギーバッテ
リー又は前記電動機のいずれかの電流若しくは電圧に基
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
ると共に、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
オフ時であって、前記パワーバッテリーの充電量が所定
値以下の時、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わせると共に、前記充電量が
前記所定値よりも大きい時、前記充電を停止させる充電
制御手段とを備え、前記エネルギーバッテリーは、燃料
供給用及び水循環用の駆動ポンプを有し、前記駆動ポン
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。
次電池からなると共にインバータを介して前記電動機に
接続されたパワーバッテリー、及び燃料電池からなると
共に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接続されたエネルギーバッテリー
から構成された直流電源と、前記電動機の回転制御用信
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、前記パワーバッテリー，前記エネルギーバッテ
リー又は前記電動機のいずれかの電流若しくは電圧に基
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
ると共に、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
オフ時であって、前記パワーバッテリーの充電量が所定
値以下の時、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わせると共に、前記充電量が
前記所定値よりも大きい時、前記充電を停止させる充電
制御手段とを備え、前記エネルギーバッテリーは、燃料
供給用及び水循環用の駆動ポンプを有し、前記駆動ポン
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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】本発明の他の特徴は、車両駆動用の三相交
流電動機と、直流電力を可変電圧，可変周波数の交流電
力に変換するインバータと、二次電池からなると共に前
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、及び燃料電池からなると共にエネル
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
リーに並列接続されたエネルギーバッテリーから構成さ
れた直流電源と、前記インバータの制御信号を発生する
信号発生手段と、キースイッチと、前記パワーバッテリ
ー，前記エネルギーバッテリー，前記三相交流電動機又
は前記インバータの入力電流のいずれかの電流若しくは
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
を制御すると共に、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
イッチのオフ時であって、前記パワーバッテリーの充電
量が所定値以下の時、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わせると共に、前記
充電量が前記所定値よりも大きい時、前記充電を停止さ
せる充電制御手段とを備え、前記エネルギーバッテリー
は、燃料供給用及び水循環用の駆動ポンプを有し、前記
駆動ポンプは、起動時に前記パワーバッテリーを電源と
することにある。
流電動機と、直流電力を可変電圧，可変周波数の交流電
力に変換するインバータと、二次電池からなると共に前
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、及び燃料電池からなると共にエネル
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
リーに並列接続されたエネルギーバッテリーから構成さ
れた直流電源と、前記インバータの制御信号を発生する
信号発生手段と、キースイッチと、前記パワーバッテリ
ー，前記エネルギーバッテリー，前記三相交流電動機又
は前記インバータの入力電流のいずれかの電流若しくは
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
を制御すると共に、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
イッチのオフ時であって、前記パワーバッテリーの充電
量が所定値以下の時、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わせると共に、前記
充電量が前記所定値よりも大きい時、前記充電を停止さ
せる充電制御手段とを備え、前記エネルギーバッテリー
は、燃料供給用及び水循環用の駆動ポンプを有し、前記
駆動ポンプは、起動時に前記パワーバッテリーを電源と
することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】本発明の他の特徴は、電動機と、二次電池
からなると共にインバータを介して前記電動機に接続さ
れたパワーバッテリー、及び燃料電池からなると共にエ
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
ッテリーに並列接続されたエネルギーバッテリーから構
成された直流電源と、前記電動機の回転制御用信号を発
生する信号発生手段を含む制御装置と、キースイッチ
と、前記パワーバッテリー，前記エネルギーバッテリー
又は前記電動機のいずれかの電流若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と
共に、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
時であって、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以
下の時、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わせると共に、前記充電量が前記
所定値よりも大きい時、前記充電を停止させる充電制御
手段とを備え、前記エネルギーバッテリーは、燃料供給
用及び水循環用の駆動ポンプを有し、前記駆動ポンプ
は、起動時に補助バッテリーを電源とすることにある。
からなると共にインバータを介して前記電動機に接続さ
れたパワーバッテリー、及び燃料電池からなると共にエ
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
ッテリーに並列接続されたエネルギーバッテリーから構
成された直流電源と、前記電動機の回転制御用信号を発
生する信号発生手段を含む制御装置と、キースイッチ
と、前記パワーバッテリー，前記エネルギーバッテリー
又は前記電動機のいずれかの電流若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と
共に、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
時であって、前記パワーバッテリーの充電量が所定値以
下の時、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わせると共に、前記充電量が前記
所定値よりも大きい時、前記充電を停止させる充電制御
手段とを備え、前記エネルギーバッテリーは、燃料供給
用及び水循環用の駆動ポンプを有し、前記駆動ポンプ
は、起動時に補助バッテリーを電源とすることにある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｈ０１Ｍ 10/48 Ｐ Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｐ ３０３ ３０３Ｅ 7/34 7/34 Ｃ Ｅ
Claims (10)
- 【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Ｐ
ＷＭ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001103868A JP3670978B2 (ja) | 1994-11-30 | 2001-04-02 | 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 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29732994A JP3515619B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 電気車の駆動装置及び駆動制御方法 |
| JP2001103868A JP3670978B2 (ja) | 1994-11-30 | 2001-04-02 | 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 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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