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

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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。

Description

【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6−1247
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。
【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,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。
【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。
【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
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。
【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。
【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、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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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3】主電源を構成するバッテリーの特性を示す図で
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年5月14日(2001.5.1
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。
【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。
【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。
───────────────────────────────────────────────────── 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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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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