JP3487952B2 - 電気自動車の駆動装置及び駆動制御方法 - Google Patents

電気自動車の駆動装置及び駆動制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車の駆動装置
及び駆動制御方法に係り、特にハイブリッドバッテリを
電源とする電動機によって駆動される電気自動車の駆動
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
リの技術が、特開昭47−32321 号公報や特開平6−12472
0 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。
二次電池の定格電圧は通常３００Ｖであるのに対して、
燃料電池の定格電圧は２４Ｖ〜９６Ｖ、一般には４８Ｖ
である。従来のハイブリッドバッテリ方式の電源装置を
備えた電気車において、この定格電圧の大きな差異につ
いて十分に配慮されておらず、走行特性や走行可能距離
等の観点で十分に満足すべきものがなかった。
【０００８】本発明の目的は、電気自動車用のバッテリ
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
ドバッテリを用いるものにおいて、燃料電池と二次電池
の定格電圧の相違に配慮し、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自動車の駆動方式を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、車両を駆動す
る三相交流電動機と、直流電力を交流電力に変換すると
共に、変換された交流電力を前記三相交流電動機に供給
するインバータと、前記三相交流電動機の動力源であっ
て、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、常時
定出力を発生する燃料電池からなると共に昇圧回路を介
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
ーバッテリー及び前記このエネルギーバッテリーにＤＣ
−ＤＣコンバータを介して接続されると共に前記エネル
ギーバッテリーの燃料供給反応生成物排出用ポンプの電
源である車両用補助バッテリーによって構成された直流
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
づいて前記昇圧回路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、前記キースイッチがオフでかつ前記パワーバッテ
リーの充電量が所定値以下のとき、前記昇圧回路をオン
し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、前記キースイッチがオフ
でかつ前記充電量が前記所定値よりも大きいとき前記昇
圧回路をオフし前記充電を停止させ、さらには前記キー
スイッチがオフでかつ前記車両用補助バッテリーの充電
量が所定値以下のとき前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御
して前記エネルギーバッテリーから前記車両用補助バッ
テリーへの充電を行わせる充電制御手段とを備え、前記
バッテリー電流・電圧制御手段は、前記キースイッチが
オンでかつ前記車両が、制動エネルギーを前記パワーバ
ッテリーに回収する回生モードにあるとき前記昇圧回路
の動作をオフとし、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停止させることを特徴とす
る電気自動車の駆動装置。
【００１０】また、本発明は、車両に備えられたエアコ
ン用電動機，パワーステアリング用電動機及びバキュー
ム用電動機を含む補機類を、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。
【００１１】さらに、本発明は、エネルギーバッテリー
にＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続された車両用補助
バッテリーを電源として、エネルギーバッテリーの燃料
供給反応生成物排出用ポンプを駆動することを特徴とす
る。
【００１２】
【作用】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、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。
【００１３】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昇圧して供給される。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。
【００１４】また、常時一定の出力を発生する低電圧の
エネルギーバッテリーから、昇圧して高電圧のパワーバ
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。
【００１５】
【実施例】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。
【００１６】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
の電圧を昇圧してパワーバッテリー２を充電する昇圧回
路である。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、１
６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。
【００１７】昇圧回路７は、エネルギーバッテリー１を
短絡するスィッチング用トランジスタ７ｂと、リアクタ
７ａ及び逆流阻止ダイオード７ｃから構成されている。
パワーバッテリー２の定格電圧は３００Ｖ、エネルギー
バッテリー１の定格電圧は４８Ｖであり、昇圧回路７
で、エネルギーバッテリー１の電圧ＶEをパワ−バッテ
リー２の定格電圧ＶPもしくはこれより若干高い電圧ま
で昇圧することにより、エネルギーバッテリー１でパワ
ーバッテリー２を充電すると共に、電気車駆動用の三相
交流電動機１４に対する電源として機能する。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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あるいは許容値より低下した
場合には、リレー６あるいは主コンタクタ１２のいずれ
かを開状態とし、または昇圧回路７を動作させて、各電
流や電圧が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。
【００２４】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。
エネルギーバッテリー１は原料が供給されるかぎり、常
時一定のセル出力が出力部１１８に得られる。ポンプ１
９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。
【００２５】図３は、エネルギーバッテリー１、パワー
バッテリーの特性を示すものである。本発明では、パワ
ーバッテリー２の電圧ＶPはエネルギーバッテリー１の
昇圧後の電圧ＶCに比べて、電流の大きい範囲まで高い
電圧を維持するよう構成されている。ただし、無負荷状
態では、エネルギーバッテリー１の昇圧電圧ＶCがパワ
ーバッテリー２の電圧ＶP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。
【００２６】エネルギーバッテリー１の放電電流は、最
大ＩEMAX以下になるように昇圧回路７で制御される。
【００２７】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、昇圧回路７を動作させ、主
コンタクタ１２を開き、エネルギーバッテリー１の電圧
を昇圧してパワーバッテリー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、昇圧
回路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、昇圧回路７の動作をオフとし、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。
【００２８】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
の電圧ＥPが所定の電圧ＥPC以上であるか否かをチェッ
クする（ステップ４０２）。もし、所定の電圧ＥPC以上
である場合には、以下の制御は不要である。
【００２９】もし、パワーバッテリー２の電圧ＥPが所
定の電圧ＥPCに達していない場合には、次に、電気車が
制動エネルギーを回収する回生モードかどうかをチェッ
クする（ステップ４０３）。回生モードにあるときは、
制動エネルギーのパワーバッテリー２への回収効率を高
めるために、昇圧回路７の動作をオフとし、エネルギー
バッテリー１による充電を停止する。電気車が回生モー
ドにないときは昇圧回路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）。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から流れる電流はＩEMAX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がＩEMAX以下になるよう
に、昇圧回路７を駆動することによってなされる。（ス
テップ４１２〜４１６）。
【００３０】昇圧回路７の動作を図５で説明する。昇圧
回路７が動作状態、すなわちスィッチング用トランジス
タ７ｂが図の（ａ）に示すように所定の周期Ｔ（ｔ1＋
ｔ2）でオン、オフを繰り返す。スィッチング用トラン
ジスタ７ｂがオンのとき、エネルギーバッテリーの電流
ＩEbは、図の（ｂ）に示すように変化し、リアクタ７ａ
を介してエネルギーバッテリーを短絡しトランジスタ７
ｂに流れる電流ＩTは図の（ｃ）に示すようにＩmin,Ｉm
axの間で変化する。スィッチング用トランジスタ７ｂを
オフにしたとき、エネルギーバッテリーの電圧リアクタ
７ａの電圧が重畳され、逆流阻止ダイオード７ｃを介し
てパワーバッテリーに供給される。このときの充電電流
ＩCH，充電電圧ＶCは図の（ｄ），（ｅ）に示すように
変化する。充電電圧ＶCが、パワーバッテリーの電圧ＶP
を超えた高い状態に或るとき充電される。
【００３１】なお、エネルギーバッテリーＶEと充電電
流ＩCH，充電電圧ＶCの関係は次式の通りである。
【００３２】
【数１】
【００３３】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、昇圧回路７の動作を停止状態に
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。
【００３４】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の電圧ＥPが所定の電圧ＥPC以上となったときは、
昇圧回路７を停止状態とし、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。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】図６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ｉA1と充電電流ｉA2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。
【００３８】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７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。
【００３９】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。
【００４０】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。
【００４１】図８は、図１の実施例における、ハイブリ
ッドバッテリ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、１９
０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１２０
ａ、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１
３０ｂ、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。
【００４２】次に、図８のハイブリッドバッテリの制御
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９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。
【００４３】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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】図１０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１１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。
【００４８】エネルギーバッテリー１の負荷は図８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。
【００４９】
【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
力を昇圧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。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】昇圧回路の動作を説明する図である。
【図６】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７】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８】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９】図８の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】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１１】図１０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、７…昇圧回路、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、４
２…ＰＷＭ信号発生手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−152423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277470（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−33863（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−168802（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−124720（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 11/00 H01M 8/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車両を駆動する三相交流電動機と、直流電
    力を交流電力に変換すると共に、変換された交流電力を
    前記三相交流電動機に供給するインバータと、前記三相
    交流電動機の動力源であって、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、常時定出力を発生する燃料電池か
    らなると共に昇圧回路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及び前記エネル
    ギーバッテリーにＤＣ−ＤＣコンバータを介して接続さ
    れると共に前記エネルギーバッテリーの燃料供給反応生
    成物排出用ポンプの電源である車両用補助バッテリーに
    よって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昇圧回路を制御すると
    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、前記キースイッチがオフで
    かつ前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下のと
    き、前記昇圧回路をオンし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、
    前記キースイッチがオフでかつ前記充電量が前記所定値
    よりも大きいとき前記昇圧回路をオフし前記充電を停止
    させ、さらには前記キースイッチがオフでかつ前記車両
    用補助バッテリーの充電量が所定値以下のとき前記ＤＣ
    −ＤＣコンバータを制御して前記エネルギーバッテリー
    から前記車両用補助バッテリーへの充電を行わせる充電
    制御手段とを備え、前記バッテリー電流・電圧制御手段
    は、前記キースイッチがオンでかつ前記車両が、制動エ
    ネルギーを前記パワーバッテリーに回収する回生モード
    にあるとき前記昇圧回路の動作をオフとし、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停
    止させることを特徴とする電気自動車の駆動装置。
  2. 【請求項２】車両を駆動する三相交流電動機と、直流電
    力を交流電力に変換すると共に、変換された交流電力を
    前記三相交流電動機に供給するインバータと、前記三相
    交流電動機の動力源であって、二次電池からなると共に
    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、常時定出力を発
    生する燃料電池からなると共に昇圧回路を介して前記パ
    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
    ー及び前記このエネルギーバッテリーにＤＣ−ＤＣコン
    バータを介して接続されると共に前記エネルギーバッテ
    リーの燃料供給反応生成物排出用ポンプの電源である車
    両用補助バッテリーによって構成された直流電源と、前
    記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及び前記電流
    センサの出力に基づいて前記インバータの制御信号を発
    生するＰＷＭ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昇圧回路を制御すると
    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、前記キースイッチがオフ
    でかつ前記パワーバッテリーの充電量が所定値以下のと
    き、前記昇圧回路をオンし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わせると共に、前
    記キースイッチがオフでかつ前記充電量が前記所定値よ
    りも大きいとき前記昇圧回路をオフし前記充電を停止さ
    せ、さらには前記キースイッチがオフでかつ前記車両用
    補助バッテリーの充電量が所定値以下のとき前記ＤＣ−
    ＤＣコンバータを制御して前記エネルギーバッテリーか
    ら前記車両用補助バッテリーへの充電を行わせる充電制
    御手段とを備え、前記バッテリー電流・電圧制御手段
    は、前記キースイッチがオンでかつ前記車両が、制動エ
    ネルギーを前記パワーバッテリーに回収する回生モード
    にあるとき前記昇圧回路の動作をオフとし、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停
    止させることを特徴とする電気自動車の駆動装置。
  3. 【請求項３】請求項１乃至２のいずれかに記載された電
    気自動車の駆動装置において、前記昇圧回路は、前記エ
    ネルギーバッテリーを短絡するスィッチング用トランジ
    スタと、リアクタ及び逆流阻止ダイオードから構成され
    ていることを特徴とする電気自動車の駆動装置。
  4. 【請求項４】請求項１乃至２のいずれかに記載された電
    気自動車の駆動装置において、前記車両は、エアコン用
    電動機，パワーステアリング用電動機及びバキューム用
    電動機を含む補機類を備えると共に、これら補機類は、
    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
    を特徴とする電気自動車の駆動装置。
  5. 【請求項５】二次電池からなるパワーバッテリー、及び
    燃料電池からなると共に昇圧回路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及び
    前記エネルギーバッテリーにＤＣ−ＤＣコンバータを介
    して接続されると共に前記エネルギーバッテリーの燃料
    供給反応生成物排出用ポンプの電源である車両用補助バ
    ッテリーによって構成された直流電源の直流電力を交流
    電力に変換し、これを電動機に供給して該電動機を駆動
    し、車両を駆動させる電気自動車の駆動制御方法であっ
    て、 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
    記昇圧回路を制御して前記直流電源の電圧を所定の範囲
    に維持し、 前記キースイッチがオフでかつ前記パワーバッテリーの
    充電量が所定値以下のとき、前記昇圧回路をオンし、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
    充電を行わせ、 前記キースイッチがオフでかつ前記充電量が前記所定値
    よりも大きいとき、前記昇圧回路をオフし、前記充電を
    停止させ、前 記キースイッチがオフでかつ前記車両用補助バッテリ
    ーの充電量が所定値以下のとき、前記ＤＣ−ＤＣコンバ
    ータを制御して前記エネルギーバッテリーから前記車両
    用補助バッテリーへの充電を行わせ、 前記キースイッチがオンでかつ前記車両が、制動エネル
    ギーを前記パワーバッテリーに回収する回生モードにあ
    るとき前記昇圧回路の動作をオフとし、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停止さ
    せる、ことを特徴とする電気自動車の駆動制御方法。
  6. 【請求項６】請求項５に記載された電気自動車の駆動制
    御方法において、前記キースイッチオフ後も前記車両用
    補助バッテリーの電圧が所定値になるまで前記エネルギ
    ーバッテリーからの充電を継続することを特徴とする電
    気自動車の駆動制御方法。
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