JP2932607B2 - 電気自動車 - Google Patents

電気自動車

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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電気エネルギにより駆動される電動機によっ
て走行駆動する電気自動車に係り、特に電源として２次
電池および車載型発電器を備えた電気自動車に関する。
（従来の技術） 近年、その低公害性、低騒音性、エネルギ源多様化へ
の適応性等から電気自動車が注目を集めている。
電気自動車は、内燃機関自動車の燃料の代わりに電池
を備え、エンジンの代わりに電動機と制御装置とを搭載
したものである（自動車工学全書８巻「電気自動車、新
形原動機」電気自動車編参照）。電池としては２次電池
や燃料電池等の化学電池が用いられる。２次電池は一度
放電によって電池の持つ容量が失われても、放電のとき
と逆方向に直流で充電してやると、容量が再び回復す
る。また、燃料電池は燃料ガスが外部から連続的に供給
される構造を持つ電池であり、燃料ガスの持つ化学的エ
ルネギを直接電気エルネギに変換するものである。この
燃料電池は燃科ガスの種類によって水素・酸素燃料電
池、炭化水素燃料電池、ヒドラジン燃料電池、アンモニ
ア燃料電池、メタノール燃料電池等に分けられる。
電動機としては直流電動機が最も多く用いられている
が、近年のパワーエレクトロニクスの進歩に伴い、サイ
リスタモータや誘導電動機も用いられるようになってい
る。また、制御装置としては電圧切換え制御、抵抗制
御、サイリスタチョッパ制御、トランジスタチョッパ制
御、インバータ制御等の制御方法を採用したものが用い
られる。
第４図は電気自動車の一例を示すもので、電源として
は２次電池１および燃料電池発電システム２が搭載され
ている。２次電池１は例えば車体中央下部に設備され、
燃料電池発電システム２からの充電および図示しない電
動機への放電が可能に構成される。燃料電池発電システ
ム２には多数の単電池群を積層化したスタック３が備え
られる。スタック３にはバーナ内蔵の燃料改質器４から
燃料ガスが供給されると同時に、熱交換器５によって予
熱された空気が空気供給ユニット６から供給されスタッ
ク３で化学反応により電気エネルギが発生するようにな
っている。
スタック３では構成部品を保護すると同時に、起電反
応速度の均一化を図ることが必要であるため、起電ロス
によって発生した熱を除去し、単電池温度を最適値に維
持しなければならない。このため、クーラント循環ポン
プ７からの冷却水により、スタック３が冷却されて最適
の温度に維持される。スタック３はコントロールユニッ
ト８により作動および停止が制御されるようになってい
る。またスタック３から電動機への印加電圧はチュッパ
９により制御されるようになっている。チョッパ９は電
動機への印加電圧をサイリスタやトランジスタにより高
遠で断続し、そのオン−オフの時間比率（通流率）を制
御することにより、電動機への平均印加電圧をゼロから
主電池電圧まで連続的に制御する制御装置である。な
お、符号10は室内に換気するエアコンディショナを示
す。
上記のような電気自動車を走行させる場合には、燃料
電池発電システムを走行前に始動させ、走行中は燃料が
無くなるまで一定の出力を出し続け、その出力と２次電
池１からの出力を用いて走行を、行っていた。第４図で
は路線バスを例として挙げているため走行パターンは決
っており、燃料電池発電システム２の容量と２次電池１
の容量とが一定の走行パターンにおいて同時に無くなる
よう設計されている。
（発明が解決しようとする課題） 従来は燃料電池発電システム２を走行中に常時作動さ
せていたため、走行中は燃料電池発電システム２からCO
2等の排気ガスや騒音が常時発生し、排気ガスや騒音を
出さないという電気自動車のメリットが損なわれてい
た。
また、燃料電池発電システム２の出力は一定であるた
め、坂道走行や加速時には２次電池１からより多くの電
力を電動機に供給することになり、運転状況によっては
２次電池１の容量が先に無くなることがあった。この場
合、燃料電池発電システム２の出力のみで走行すること
により、登坂走行や加速走行等で本来の車両性能が得ら
れなくなってしまう。
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、排気
ガスや騒音を出さないという電気自動車のメリットを極
力損なうことがなく、また、運転状況の変化に係わらず
本来の車両性能を保つことのできる電気自動車を提供す
ることを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は放電および充電
が制御可能な２次電池と、作動および停止が制御可能な
車載型発電器と、これら２次電池および車載型発電器の
うち少なくとも一方からの電気エネルギによって駆動さ
れる電動機とを備え、この電動機によって車体を走行駆
動させる電機自動車において、前記２次電池の残存容量
に応じて車載型発電器を作動、停止させる制御手段を備
えた。
（作用） まず２次電池からの電気エネルギによって走行し、２
次電池の残存容量に応じて車載型発電器を作動、停止さ
せるため、車載型発電器が作動している時間を少なくす
ることが可能となる。したがって、排気ガスや騒音の発
生を大幅に抑制することができる。
また、２次電池の残存容量に応じて車載型発電器を作
動、停止させるため、２次電池の残存容量が先に無くな
ることを防止し、本来の車両性能を保持することができ
る。
（実施例） 以下、本発明に係る電気自動車の実施例について添付
図面を参照して説明する。
第１図は電気自動車を示すブロック構成図である。電
気自動車には放電および充電が制御可能な２次電池15
と、作動および停止が制御可能な車載型発電器16と、こ
れら２次電池15および車載型発電器16のうち少なくとも
一方の電気エネルギによって駆動される電動機であるモ
ータ17とが備えられ、このモータ17の回転力によって車
体を走行駆動するようになっている。
２次電池15は充放電コントローラ18により、充電およ
び放電の制御が行なわれる。充電は主に車載型発電器16
から行なわれるが、回生制動19による電力も２次電池15
に充電される。終電はインバータモータコントローラ20
を介して主にモータ17に対して行なわれるが、D/Dコン
バータ21を介してランプ類22へも行なわれる。
車載型発電器16としては例えばガスタービン発電機が
用いられ、制御手段としてのコントローラ23によりその
作動および停止が制御される。コントローラ23は、充放
電コントローラ18と２次電池15との間に設けられてその
間の電流を検出する電流計24、２次電池15の電圧を検出
する電圧計25および２次電池15の残存容量を検出する残
存容量計26からそれぞれ検出信号を入力し、それらの検
出信号に基づいて車載型発電器16を制御するようになっ
ている。
モータ17としては例えば誘導電動機が用いられ、この
モータ17はインバータモータコントローラ20によりイン
バータ制御されるようになっている。
次に上記電気自動車の制御方法について第２図（Ａ）
および（Ｂ）を参照して説明する。
第２図（Ａ）および（Ｂ）において横軸は走行時間を
示し、縦軸は２次電池からの電気エネルギ消費量を示し
ている。第２図（Ａ）において、まず２次電池15が満充
電、車載型発電器16の燃料も満タンの状態から走行を開
始する。この場合の走行状態は比較的低速で一定速度の
走行であり、ライト類も使用していないものとする。そ
して、一定時間t1の走行後に２次電池15の残存容量が所
定値、例えば20％となったとき、車載型発電器16を作動
させ、車載型発電器16からの電気エネルギにより車体を
走行させる。この場合、車載型発電器16からの電気エネ
ルギが走行に必要な電気エネルギよりも大きく、余った
電気エネルギは充放電コントローラ18により２次電池15
に充電する。その後、車載型発電器16からの電気エネル
ギにより走行を続けるとともに、２次電池15への充電を
行ない、一定時間t2の走行後に２次電池15の残存容量が
上記と異なる所定値、例えば80％となったとき、車載型
発電器16を停止させ、２次電池15からの電気エネルギに
より車体を走行させる。その後は２次電池15および車載
型発電器16の容量がともに無くなるまで、同様の制御を
繰り返す。
第２図（Ｂ）は２次電池15からの電気エネルギ消費量
が大きい場合、例えば山道走行の場合、夜間にライトを
点灯した状態で走行する場合、エアコンディショナを使
用した状態で走行するような場合における制御方法を示
している。この場合には、車載型発電器16の作動後も２
次電池15からの放電が継続されるため、第２図（Ａ）の
場合と同じタイミングで車載型発電器16を作動させたの
では時期が遅く、その後すぐに２次電池15の容量が無く
なってしまう。そこで、一定時間前から現在までの２次
電池15からの電気エネルギ消費量の積算値を電流計24、
電圧計25、および残存容量計26からの検出信号に基づい
て算出し、その積算値の大きさによって２次電池15の残
存容量が無くなる時期を予測して、例えば、車載型発電
器16を作動させる時期を、２次電池15の残存容量が50％
になったときとする。
車載型発電器16の作動後は、車載型発電器16からの電
気エネルギによって主に車体を走行させ、不足する分に
ついては、２次電池15からの放電により電気エネルギを
補充する。この場合、２次電池15から放電が継続されて
おり、２次電池15の残存容量が80％に回復することはな
く、車載型発電器16は停止することなく発電を継続し
て、容量が無くなったときに停止する。２次電池15は放
電を継続しているため、残存容量は減少する一方であ
り、車載型発電器16の容量切れによる停止のすぐ後に、
容量切れにより放電を停止する。
このように上記実施例によれば、車載型発電器16が作
動している時間を短くすることが可能となるため、排気
ガスや騒音の発生を大幅に抑制することができ、電気自
動車のメリットを損なうことを防止することができる。
また、２次電池15の残存容量に応じて車載型発電器16
を作動および停止させるため、２次電池15の残存容量が
先に無くなることを防止することができ、電気エネルギ
を充分に確保することが可能となるため、本来の車両性
能を保持した状態で走行距離を伸ばすことができる。
さらに、車載型発電器16を作動させる時期の基準とな
る２次電池15の残存容量（20％）と、停止させる時期の
基準となる２次電池15の残存容量（80％）の間に所定の
間隔をおいているため、作動、停止の繰り返しによる発
電効率の低下と、作動に必要な電気エネルギ消費を極力
抑えることができる。
次に本発明の他の実施例を第３図を参照して説明す
る。この実施例は２次電池15からの電気エネルギの消費
量の積算値を連続して２回以上算出してその和を求める
とともに、電気エネルギの消費量の変化率を算出するこ
とにより、２次電池15の残存容量が無くなる時期をより
正確に予測して、車載型発電器16を作動させる時期の基
準となる２次電池15の残存容量の値を変更するものので
ある。
すなわち、第３図の（Ａ）において時刻t1から時刻t2
の間の電気エネルギの消費量の積算値を求めるととも
に、連続して時刻t2から時刻t3の間の電気エネルギの消
費量の積算値を求め、その和を算出する。第３図の
（Ｂ）についても同様に積算値の和を求める。そして、
（Ａ）と（Ｂ）を比較すると積算値の和は等しくなる。
しかし、（Ａ）と（Ｂ）についてそれぞれ時刻t1から時
刻t3の間の電気エネルギの消費量の変化率を算出する
と、（Ａ）では増加傾向となり、（Ｂ）では減少傾向と
なる。そこで、（Ａ）では（Ｂ）よりも早い時期に車載
型発電器16を作動させる必要のあることが分かる。
したがって、単にエネルギの消費量の積算値のみを算
出した場合に比較して、より正確に２次電池15の残存容
量が無くなる時間を予測することが可能となる。この制
御方法は一般市街地から高速道路に入ったときや定地か
ら山道に入ったとき、あるいはその逆の場合等、運転状
況が変った場合に特に有効である。
なお、上記実施例においては車載型発電器16としてガ
スタービン発電器を用いた電気自動車の制御方法につい
て説明したが、本発明はこれに限定されず、車載型発電
器16として燃料電池発電システムを用いた電気自動車と
しても同様に適用することができる。
また、上記実施例においては、車載型発電器16を作動
させる時期の基準となる２次電池15の残存容量の値を80
％とした場合について説明したが、加速走行時にはこれ
に拘らず車載型発電器16を作動させるようにしてもよ
い。車載型発電器16の作動、停止は一定の残存容量で行
なうようにしてもよい。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はまず２次電池からの電
気エネルギによって走行し、２次電池の残存容量に応じ
て車載型発電器を作動、停止させるため、車載型発電器
が作動している時間を少なくすることが可能となる。し
たがって、排気ガスや騒音の発生を大幅に抑制すること
ができ、電気自動車のメリットを損なうことを防止する
ことができる。
また、２次電池の残存容量に応じて車載型発電器を作
動、停止させるため、２次電池の残存容量が先に無くな
ることを防止することができ、運転状況に係わらず本来
の車両性能を保持できるという効果を奏する。
さらに、２次電池で過去に消費された電気エネルギに
基づいて、２次電池の減存容量の所定値を変更するの
で、より正確な予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る電気自動車の制御方法の一実施例
に用いる電気自動車を示すブロック構成図、第２図
（Ａ）および（Ｂ）は上記実施例の説明図、第３図は本
発明の他の実施例の説明図、第４図は電気自動車の一例
を示す構成図である。 15…２次電池 16…車載型発電器 17…モータ（電動機） 18…充放電コントローラ 23…コントローラ（制御手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 南海雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−58739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−202842（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−44385（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60L 11/00 - 11/18 H01M 8/00 - 8/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】放電および充電が制御可能な２次電池と、
    作動および停止が制御可能な車載型発電器と、これら２
    次電池および車載型発電器のうち少なくとも一方からの
    電気エネルギによって駆動される電動機とを備え、この
    電動機によって車体を走行駆動させる電機自動車におい
    て、前記２次電池の残存容量に応じて車載型発電器を作
    動、停止させると共に、前記２次電池で過去に消費され
    た電気エネルギに基づいて、車載型発電器を作動させる
    基準となる２次電池の残存容量の所定値を変更する制御
    手段を備えたことを特徴とする電気自動車。
  2. 【請求項２】前記制御手段は、前記２次電池の残存容量
    が一定値より少ないとき、消費電力がある値を上回ると
    車載型発電器を作動させることを特徴とする請求項１記
    載の電気自動車。
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