JPH07170610A

JPH07170610A - 電気自動車用電源装置

Info

Publication number: JPH07170610A
Application number: JP5312107A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Hayashida; 素行林田
Original assignee: MOTOR JIDOSHA KK
Current assignee: MOTOR JIDOSHA KK
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】搭載された電動機及び電装機器に適応した電圧
の電力を供給し、回生制動時に電力を効率良く回生す
る。【構成】電気自動車の電源装置に、走行駆動用の高電圧
蓄電池１と、非駆動用の低電圧蓄電池３と、を備える。
また、各蓄電池１、３に効率良く電力を回収する電力回
生装置を備えるようにする。そして高電圧蓄電池１、低
電圧蓄電池３の蓄電電気量率が略バランスするように容
量バランサを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用電源装置
に関し、特に有限の電力を有効に活用する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に電動機においては、型式の如何を
問わず、要求される出力が大きくなるにつれて駆動電圧
も高まって行く。即ち、物理的に同じ出力を有するよう
に、低電圧電源で駆動される電動機を設計するならば、
仕事量は電圧と電流と時間の積であるから、対応として
は電流を増加させるようにするしかなく、太い電線を必
要とするという結果になる。これでは小型・軽量・低価
格からは逆行してしまうことになるので、大きい出力の
電動機には高電圧で駆動するというのが自然な姿であ
る。

【０００３】産業用の誘導電動機の場合、0.2 ｋＷ程度
までの小型電動機では５Ｖ，12Ｖ，24Ｖ，100 Ｖなど用
途に応じて雑多に存在する。エンジン始動用のモータの
出力が12〜24Ｖで１〜５ｋＷであるというのは例外とい
える。それ以上の出力では37ｋＷ程度までは200 〜220
Ｖ、さらにそれ以上の出力では400 〜440 Ｖの駆動電圧
で使用している。

【０００４】直流電動機の場合でも例えば市街電車等で
は 500〜 600Ｖ，それよりも大きな駆動力を必要とする
ＪＲ在来線では1500Ｖを採用している。したがって電動
機又は内燃機関と電動機を備えた複合原動機による電気
自動車等、車載の電源装置によりもたらされる電力に依
存して走行する型式の電気自動車では、小型・軽量・大
出力が要求される電動機を相当高い電圧によって駆動す
るのが当然の帰結というものである。

【０００５】このような理由から、かかる電気自動車の
走行用の動力電源には、高出力要求、小型化などを満足
するために比較的高電圧系によって構成されることが要
求され、例えば96〜500 Ｖ程度の出力電圧が検討されて
おり、将来的にはさらに高圧化される可能性もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記電気自
動車では、減速時等において回生制動が行われるが、回
生制動の効率化や電気自動車の使用環境を考慮すると、
低速での回生制動では発電機の回生電力の電圧が不足す
ることから高い電圧の蓄電池には電力を回生できなくな
り、回生効率の低下をきたす。したがって低い電圧の蓄
電池が備わっていれば低速でも回生でき、全般の回生効
率を改善することが可能となる。

【０００７】しかし、低い電圧といっても現状のトラッ
クに採用されている24Ｖ蓄電池の最大電圧である30Ｖ付
近から大きく掛け離れた電圧にすることは問題である。
例えば自動車には、ワイパーやブレーキランプ等の保安
電装品は車体の各部に配置され、ワイヤハーネス等によ
って配電されている。これらの保安電装品を保守する作
業は、例えば電球の取り換え等のように、運転者や給油
所、又は整備工場等で日常行われ、保安電装品に日常接
触する頻度も高い。その上、これらの電装品に例えば高
速道路等の解凍用に散布された工業塩溶融水が侵入する
のを防ぐのは困難である。さらに、ちょっとした接触事
故等でも絶縁皮膜が損傷し、断線して心線が車体に接触
する等の事例も考えられるからである。

【０００８】即ち、自動車という一般的な商品にたいし
ては取扱上の安全性が要求され、使用者が行う始業点
検、整備工場の実態、事故処理時の安全性などを考慮す
ると30Ｖ程度が限度であり、駆動用電圧と保安用電圧の
間には両立を可能とする妥協域は存在しないという結果
になる。そこで必然的に動力電源は特別な保護鞘に収め
るなどの安全対策を施した上で給電部位を限定し高電圧
を採用し、他方、ワイパや方向指示器など安全上不可欠
の要素の駆動又は点灯には従来通りの30ボルト以下の低
電圧を使用することが考えられる。

【０００９】このようにすると電源が複雑にはなるが、
上記の安全性の解決につながるばかりでなく、低速域に
おける電力回生性能を改善する上でも極めて有効であ
り、省エネルギー効果を高めることができる。また、電
装保安装置や灯火類、ラジオなどのぎ装品など、自動車
に備えるべき全ての電気製品で従来すでに存在するもの
は、略そのまま流用できることから、開発工数を削減す
る効果が大きく、生産に移行する段階でも従来の生産工
場がそのまま活用できることから、社会資本の活用と人
材と資源の節約に直結する。

【００１０】上記の理由により、駆動用には高電圧を厳
重に管理して局部的に採用し、保安用には低電圧を従来
の利用形態により通常の管理状態で使用するというよう
に、自動車全体の電源装置を単一の電圧の電源によって
構成しようと努力するよりは、使用対象に応じて異なる
電圧を有する複数の電源によって構成した方が自然な姿
であり、合理的であると判断する。

【００１１】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、電気自動車に搭載された電動機及び電装
機器に適応した電圧の電力が供給可能であり、また回生
制動時に電力を効率よく回生可能な電気自動車用電源装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、走行
駆動用電動機の駆動に用いられる高電圧蓄電池と、走行
用電動機の駆動以外に用いられる非駆動用の低電圧蓄電
池と、を備えるようにした。複数の蓄電池を直列に積層
して低電圧と高電圧とを取り出し可能に構成し、低電圧
取り出し端子と接地端子との間にある蓄電池の容量を他
の蓄電池の容量より大きくしてもよい。

【００１３】また、電圧が互いに異なる複数の蓄電池
と、制動時、走行駆動用電動機が発電機として作動して
発生した電力を前記蓄電池に回収する電力回生装置と、
を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状態
を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が低い状態
の時には充電先を低電圧側の蓄電池に切り換え、高い状
態の時には充電先を高電圧側の蓄電池に切り換える切り
換え手段と、を含んだ構成としてもよい。

【００１４】また、制動時、走行駆動用電動機を発電機
として作動させて発生した電力を蓄電池に回収する電力
回生装置を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が
低い状態を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が
低い状態の時、電動機の回転速度を増速する変速機と、
を含んだ構成としてもよい。また、極数切り換え可能な
走行駆動用電動機を備えた電気自動車用電源装置であっ
て、制動時、前記電動機が発電機として作動して発生し
た電力を蓄電池に回収する電力回生装置を備え、該電力
回生装置は、回生電力の電圧が低い状態を検出する電圧
検出手段と、回生電力の電圧が低い状態の時には、前記
電動機の回転磁界を生成する固定子の極数を増加させる
ように結線を切り換える結線切り換え手段と、を含んだ
構成としてもよい。

【００１５】また、固定子の界磁結線が切り換え可能な
電動機を備え、回生制動時、駆動用電動機が発電機とし
て作動して発生した電力を蓄電池に回収する電力回生装
置を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状
態を検出する電圧検出手段と、回転磁界を生成する固定
子の界磁結線をデルタ型からスター型に切り換える結線
切り換え手段と、を含んだ構成であってもよい。

【００１６】また、制動時、走行駆動用電動機が発電機
として作動して発生した電力を蓄電池に回収する電力回
生装置を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低
い状態を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が低
い状態の時には、回生電力の電圧を昇圧する変圧器と、
を含んだ構成であってもよい。また、高電圧蓄電池と低
電圧蓄電池とを備え、各蓄電池の蓄電電気量率に所定値
以上の差が発生した時、蓄電電気量率の大きい蓄電池か
ら小さい蓄電池に電力を移転させ、両蓄電池の蓄電電気
量率が略バランスするように調節する容量バランサを備
えてもよい。

【００１７】

【作用】上記の構成によれば、消費電力の大きい走行駆
動用の高電圧蓄電池と、消費電力の比較的小さい非駆動
用の低電圧蓄電池とを備えたものでは、各蓄電池を合理
的、且つ効率的に使用することが可能となる。複数の蓄
電池を直列に積層して低電圧と高電圧とを取り出し可能
に構成し、低電圧取り出し端子と接地端子との間にある
蓄電池の容量を他の蓄電池の容量より大きくしたもので
は、例えば、高速時に減速した場合には、発電機として
作動する電動機から高電圧取り出し端子を介して、積層
された全ての蓄電池に電力を回収することができ、低速
時に減速した場合には、低電圧取り出し端子を介して接
地側の蓄電池に効率良く電力が回収される。そして、例
えば高電圧側端子を走行駆動用に供し、低電圧側端子を
非駆動用に使用することができ、その場合、低電圧端子
と接地端子との間の蓄電池は、残りの高電圧側蓄電池が
駆動用にのみ使用されるのに対し、駆動用及び非駆動用
の双方に供せられることにより電気的な負荷が大きい
が、容量を大きくしてあるので、これに耐えることがで
きる。

【００１８】また、電力回生装置が、電圧検出手段と切
り換え手段とを含んで構成されたものでは、回生電圧が
低い状態の時には切り換え手段により充電先が高電圧蓄
電池から低電圧蓄電池に切り換えられ、回生電圧が高い
状態の時には、その逆に切り換えられるので、電力が高
電圧蓄電池と低電圧蓄電池とにバランスよく、しかも効
率良く回収され、回生電力の無駄が防止される。

【００１９】また、電力回生装置が、電圧検出手段と変
速機とを含んで構成されたものでは、電気自動車の車速
が低下して電力回生装置で発生する電圧が低下した時で
も、変速機により電動機の回転が増速されて電圧が高ま
り、電力を回収することが可能となる。また、電力回生
装置が、電圧検出手段と、極数を変える結線切り換え手
段とを含んで構成されたものでは、極数が増加するにつ
れて固定子一周分の磁極が増加し、低速領域で発電機の
回転速度は変わらなくても、磁束を切る回数が増え、結
果として回生電力の電圧が高まり、電力の回収が可能と
なる。

【００２０】電力回生装置が、電圧検出手段と、界磁結
線をデルタ型からスター型に切り換える結線切り換え手
段と、を含んで構成されたものでは、固定子の結線がデ
ルタ型からスター型に切り換えることは、発電機のコイ
ルの巻数を２倍にしたのと等価であり、発電機の電圧が
２倍に増加することになり、電圧を高めることができる
ので、発電機の発生電圧が低くても電力の回収が可能と
なる。

【００２１】電力回生装置が、電圧検出手段と変圧器と
を含んで構成されたものでは、電動機の電圧が変圧器に
より昇圧されるので、発電機の発生電圧が低くても電力
を回収することが可能となる。また、容量バランサを備
えたものでは、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池との一方の
蓄電池の電力量が不足している時には、容量バランサが
電力が不足している蓄電池に電力を移転させて蓄電電気
量率をうまくバランスさせるので、運転条件によって不
均衡が生じるという問題点を解消することが可能とな
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜８に基づい
て説明する。本実施例を示す図１において、電気自動車
には、充放電電圧が互いに異なる蓄電池１、２が備えら
れている。蓄電池１は、電気自動車駆動用電動機２に、
高電圧の電力を供給する駆動用蓄電池であり、蓄電池３
は、例えばワイパ４、方向指示器５、ブレーキランプ６
等、電気自動車に備えられた電装装置を駆動又は点灯す
る低電圧の保安用蓄電池である。

【００２３】このように電気自動車に駆動用蓄電池１、
保安用蓄電池３を備えることにより、駆動用電動機を高
電圧で駆動し、要求される小型・軽量・大出力性能を満
足しつつ、回生制動の効率化、安全性が保障される。次
に、かかる複数の蓄電池を積層型蓄電池にしたものを図
２に示す。図２において、蓄電池１１〜１６は、順次、
直列に接続され積層されている。各蓄電池１１〜１６の
出力電圧は２４Ｖであり、この蓄電池１１〜１６の端子
間の電圧は１４４Ｖであり、駆動用に用いられる。また
蓄電池１１の接地端子１１ａはアースに接続され、端子
１１ｂは低電圧取り出し端子であり、蓄電池１１は、他
の蓄電池１２〜１６に比べて最も大きい電気容量を有す
る蓄電池部分となっており、保安用蓄電池として用いら
れる。

【００２４】積層型蓄電池にしたのは、減速時等、車体
の運動エネルギーを電力として回生する時、保安用蓄電
池１１にも充電されること、後述する電力回生装置で低
電圧の蓄電池１１への電力回生の時、蓄電池１１のみへ
の充電が行われること、深夜に商用電源から充電する時
等では高圧蓄電池１６への充電によって蓄電池１１にも
充電されること、蓄電池１１への電力回生と保安電装品
への放電がおよそバランスすること、等の理由によるも
のであり、また蓄電池１１の容量を大きくしたのは、蓄
電池１１が駆動用電源と保安用電源の両者を兼用するの
で、両者を合計した電気的な負荷に耐えうるようにする
ためである。

【００２５】次に電力回生装置について説明する。電動
機を発電機として電力を回収する場合、発電機で発生す
る電圧Ｅは次式によって決定される。Ｅ＝4.44ｆｎＭ（ボル
ト）．．．．．．．．．．．．．．．（１）但し、ｆ：周波数（回転速度）ｎ：コイル巻数Ｍ：磁束密度つまり、式（１）から分かるように、磁界を高速で切れ
ば結果として高電圧が発生する。しかし、電気自動車に
おいて車体の持つ運動エネルギーを電力として回生して
使用する場合、回転速度の低い領域、即ち、低速では発
生する電圧が小さくなってしまい、蓄電池への充電が不
可能になってしまう。

【００２６】そこで、この問題を解消する方法として原
理的に考えられるものは次の通りである。１．低電圧蓄電池への回生。２．変速機で発電機の回転を増速して電圧を高める。３．極数を多くするように固定子の界磁結線を切り換え
る。

【００２７】４．固定子の界磁結線をデルタ型又はスタ
ー型に切り換える。５．昇圧トランスを用いる。尚、ここで磁束密度については通常調整できる範囲で制
御因子として利用している。本実施例では、これらの方
法により電力を回生する電力回生装置を電気自動車に備
えるようにした。次にこれらの電力回生装置を順に説明
する。

【００２８】図３は、制動時、走行駆動用電動機を発電
機として作動させて発生した電力を蓄電池に回収する電
力回生装置の構成を示す。かかる電力回生装置は、例え
ば減速時のように、低速領域において発電機として作動
している電動機で発生する電圧が駆動用蓄電池に電力を
回収するに足るものでなくなった時には、より低電圧の
保安用蓄電池に回路を切り換えて電力を回収するように
したものである。

【００２９】図３において、タイヤ２１を駆動する駆動
源である電動機２は、通電量及び通電方向を検出する電
流センサ２２を介して切り換えスイッチ２３の一端に接
続している。駆動用蓄電池１は、切り換えスイッチ２３
の「Ｈ」端子に接続し、保安用蓄電池３は、切り換えス
イッチ２３の「Ｌ」端子に接続している。尚、蓄電池
１、３を積層型蓄電池１１〜１６で構成してもよい。

【００３０】アクセルペダル２４には、アクセル踏込み
量を検出するアクセルセンサ２５が配設され、ブレーキ
ペダル２６には、ブレーキ踏込み量を検出するブレーキ
センサ２７が配設され、電動機２の駆動力をタイヤ２１
に伝達する駆動軸２８には、車速センサ２９が配設され
ている。制御装置３０は、これらのセンサ信号を入力
し、切り換えスイッチ２３を制御するコンピュータであ
り、例えば回生すべき電流値Ｉ₁、それに対応する交流
電力の周波数ｆ等の情報を記憶しているＲＯＭ等を備え
ている。

【００３１】このように構成された電力回生装置は、図
４のフローチャートにしたがって切り換えが行われ、切
り換え後の過電流が防止される。次にこの切り換え動作
について説明する。ステップ（図中では「Ｓ」と記して
あり、以下同様とする）１では、各センサ信号を入力す
る。

【００３２】そして、ステップ２〜４において、現在、
減速か降坂中であるか否かを判定する。即ち、減速か降
坂中であることは、アクセルペダル２４が踏まれていな
いこと（ステップ２）、停車していないこと（ステップ
４）、によって判定される。停車していないと判定され
た時に、ブレーキ踏込み量が０の場合、即ち、ブレーキ
ペダル２６が踏まれていない場合には、軽度の減速か降
坂状態であると判定される（ステップ４）。

【００３３】また、ブレーキ踏込み量が０ではない場
合、即ち、ブレーキペダル２６が踏まれている場合には
ブレーキの踏み加減に応じた減速か降坂状態であると判
定され、ステップ５に進む。ステップ５では、その状態
に応じて制御装置のコンピュータのＲＯＭ上に予め記録
された前述のような回生すべき電流値Ｉ₁、それに対応
する交流電力の周波数ｆに基づいて発電機として機能す
るように電動機２を制御する。

【００３４】電動機２で発生する電圧によって駆動用蓄
電池１への電力回収を行うことが困難であるか否かは、
回生電流から判別される。電流センサ２２によって検出
された回生電流Ｉが、Ｉ≧Ｉ₁である時には、ステップ
７に進み、駆動用蓄電池１に接続する。しかし、磁束密
度を高めることにより発電機の発生電圧を高めることに
も限界がある。回転速度の低下によって、電圧の高い駆
動用蓄電池１に電力を回収出来なくなった時、即ち、Ｉ
＜Ｉ₁である時には、誘導電動機に与える周波数を同期
周波数に調節し（ステップ８）、電力の回収先を電圧の
低い保安用蓄電池３に切り換える（ステップ９）。そし
て所定の回生電流を得るべき周波数の交流を出力する
（ステップ１０）。

【００３５】もし極低速になったために、保安用蓄電池
３への回生が出来なくなった時には同期周波数に設定
し、電動機２と駆動用蓄電池１を接続する（ステップ１
２）。また停車した時には蓄電池１と電動機２の接続を
遮断する（ステップ１３）。尚、停車時に蓄電池１と電
動機２の接続を遮断する代わりに、コンピュータ制御に
より波高値ゼロの交流を出力するようにしてもよい。

【００３６】かかる構成によれば、回生制動の際、低速
になって電動機２で発生する電圧が駆動用の高電圧蓄電
池１の電圧よりも低くなった時、回収先を保安用の低電
圧蓄電池３に切り換えて電力を回生するようにしたの
で、効率良く、しかも容易に電力を回収することができ
る。特に車載の有限の蓄電池から電力が供給されて走行
する電気自動車の場合には、エネルギーの浪費を極限ま
で切り詰めることができ、有効である。

【００３７】尚、本実施例では、電動機に誘導電動機を
使用したが、これに限らず同期電動機を使用することも
できる。同期電動機を使用した場合には、周波数の代わ
りに相差角を制御することにより磁束密度を制御するよ
うにする。次に、変速機付き電力回生装置について説明
する。このものは、発電機の発生電圧が低下した時、変
速機で発電機の回転を増速して電圧を高めるようにした
ものである。

【００３８】かかる電力回生装置を示す図５において、
変速機５１は、通常の内燃機関と同じようなギアを有
し、タイヤ２１の回転速度を増速して電動機２に伝達す
るためのものである。アクチュエータ５２は変速機５１
のギアを切り換えるものであり、制御装置３０によって
制御される。次にかかる変速機付き電力回生装置の動作
を説明する。

【００３９】例えば減速時に車速が低下し、蓄電池１の
起電力と回生制動時に電動機２を発電機として作動させ
た回生電力の電圧が低下して回生可能電圧に接近した時
のように、発電機の発生電圧の限界により電力の回収が
困難になった時は、制御装置３０によってアクチュエー
タ５２を制御し、変速機５１の変速位置を低速ギアに切
り換えて電動機２の回転速度を高めるようにする。この
動作は、例えば通常の内燃機関を備える自動車におい
て、減速時にシフトダウンするのと同様であり、減速効
果が増大する。

【００４０】前述の式（１）に示すように、発電機とし
て作動する電動機２の回転速度が高くなれば電圧も高く
なる。かかる構成によれば、電動機２とタイヤ２１との
間に、電動機２の回転速度を増速する変速機５１を介装
することにより、蓄電池１の起電力と回生制動時に電動
機１を発電機として作動させた回生電力の電圧が接近し
た時に、電圧を高めて蓄電池１に電力を回生することが
出来る。

【００４１】尚、本実施例では、変速機の切り換えをア
クチュエータで行っていたが、運転者が行うようにして
もよい。また、複数段のギア等を備えるようにすれば、
充電電圧の限界に応じて順次低速段に切り換えていくこ
とが可能となる。次に結線切り換え装置付き電力回生装
置について説明する。

【００４２】このものは、結線切り換え装置で固定子の
界磁巻線の極数を多くするように結線を切り換えるよう
にしたものである。かかる電力回生装置を示す図６にお
いて、タイヤ２１を駆動する電動機２は、回転磁界を生
成する固定子の極数を変更することが可能なものであ
る。結線切り換え手段としての極数切り換えスイッチ６
１は、制御装置６２の制御により、電動機２の固定子の
極数を切り換えるスイッチであり、電流センサ２２を介
して蓄電池１の＋極に接続している。

【００４３】制御装置６２は、電流センサ２２のセンサ
信号を入力し、このセンサ信号に基づいて極数切り換え
スイッチ６１の切り換え制御を行うものである。尚、回
転磁界の極数と同期回転速度との関係は、例えば次のよ
うに設定されている。電力周波数（Ｈz ）極数同期回転速度（ＲＰＭ）６０２３６００６０４１８００６０８９００次に結線切り換え装置付き電力回生装置の動作を説明す
る。

【００４４】蓄電池１の起電力と回生制動時に電動機２
を発電機として作動させた回生電力の電圧が低下して回
生可能電圧に接近した時は、制御装置６２により極数切
り換えスイッチ６１を制御し、電動機２の固定子の極数
を増加させる。極数が増加するにつれて固定子一周分の
磁極が増加し、２極機に対して４極機では一回転でコイ
ルが磁束を切る回数が２倍になる。８極機では、同様に
４倍回コイルが磁束を切ることになる。

【００４５】つまり、式（１）に示すように、発電機と
しての回転速度は変わらないのであるが、周波数は実質
的に磁束を切る回数が増加した割合で増加したことにな
る。極数が少なければ、トルク（負の値）は小さいもの
の高回転を得やすく、極数を増加させれば、それに応じ
て低速、高トルクを得やすくなりやすくなり、この結果
として電圧が高まり、電力の回収が可能となる。尚、電
力の回収としては、回収効率が高くなるように、回生電
力の電圧が、蓄電池電圧に対して適正な充電電圧になる
ように回転を大きくする。従ってトルクを高めるのは、
この適正な充電電圧より低下した時のみとする。

【００４６】また、前述の低電圧蓄電池への回収方式等
と組み合わせて使用すれば広範囲の電力回収が可能とな
る。また、電動機２の固定子の界磁結線を、デルタ型−
スター型に切り換えるように構成してもよい。このよう
な電力回生装置では、固定子の界磁結線を通常はデルタ
型としておき、低速時にスター型に切り換える。固定子
の結線をデルタ型からスター型に切り換えれば、発電機
のコイルの巻数を２倍にしたのと等価であり、電圧が２
倍に増加することになり、電圧を高めることができる。

【００４７】次に、昇圧トランス付き電力回生装置につ
いて説明する。この電力回生装置は、例えば低圧蓄電池
に蓄電余地がないか、あるいは低圧蓄電池そのものが設
置されていない電気自動車に利用される。かかる電力回
生装置を示す図７において、昇圧トランス７１は、例え
ば１次側に巻数に応じたＱ₁〜Ｑ₅端子、アース端子Ｑ
₀を有し、２次側にアース端子Ｑ ₆、端子Ｑ₇を有して
いる。

【００４８】切り換えスイッチ７２は、回生電力の電圧
を、どこまで昇圧させるかを選択するためのスイッチで
あり、電動機２と整流器７３とを直接接続させる端子Ｈ
と、昇圧トランス７１のＱ₁〜Ｑ₅端子のうちの１つの
端子と接続するためのＬ₁、Ｌ₂端子と、を備えてい
る。次に昇圧トランス付き電力回生装置の動作を説明す
る。

【００４９】低速領域での回生制動時に、電動機２の回
生電力の電圧が蓄電池１の回生可能電圧まで低下した
か、あるいは回生電力の電圧が回生可能電圧よりも下回
った場合には、切り換えスイッチ７２を、Ｈ端子からＬ
₁端子に切り換え、電動機２からの回生電力の電圧が、
蓄電池１の回生可能電圧を越えるように、Ｑ₁〜Ｑ₅端
子の中から１つの端子を選択して切り換える。これによ
り電動機２の電力は、昇圧し、整流器７２を介して駆動
用蓄電池１に回生される。

【００５０】尚、随所で充電を必要とする蓄電池に電力
の供給を依存しているような電気自動車では、商用電源
から充電する充電装置を車載している電気自動車が多
い。そしてこのような充電装置にはかなり大規模のトラ
ンスが備えられているので、そのトランスを流用すれ
ば、コスト面、重量面で利点がある。次に、高電圧蓄電
池と低電圧蓄電池との蓄電電気量率が略バランスするよ
うに調節する容量バランサについて説明する。

【００５１】図８において、電圧センサ４１、４２は、
夫々、高電圧である駆動用蓄電池１、低電圧である保安
用蓄電池３の蓄電電気量を、電圧値として検出するセン
サである。蓄電池１の−端子はアースに接続し、＋端子
は切り換えスイッチ４３のＨ₀端子に接続している。

【００５２】また蓄電池３の−端子はアースに接続し、
＋端子は切り換えスイッチ４４のＬ ₀端子に接続してい
る。切り換えスイッチ４３，４４は、図示しない制御装
置の制御によって切り換わる連動スイッチであり、蓄電
池１から蓄電池３への充電時には、切り換えスイッチ４
３のＨ₀端子とＨ₁端子、及び切り換えスイッチ４４の
Ｌ₀端子とＬ₂端子とが接続し、蓄電池３から蓄電池１
への充電時には、切り換えスイッチ４３のＨ ₀端子とＨ
₂端子、及び切り換えスイッチ４４のＬ₀端子とＬ₁端
子とが接続する。

【００５３】変圧器４５には、１次巻線にＰ₁，Ｐ₂，
Ｐ₃端子、２次巻線にＰ₄，Ｐ₅，Ｐ₆が設けられてい
る。変圧器４５のＰ₃，Ｐ₆端子はアース端子として使
用されている。切り換えスイッチ４３のＨ₁端子と変圧
器４５のＰ₂端子間にはインバータ４６が、Ｈ₂端子と
Ｐ₁端子間には整流器４７が、夫々接続されている。ま
た切り換えスイッチ４４のＬ₁端子と変圧器４５のＰ₅
端子間にはインバータ４８が、Ｌ₂端子とＰ₄端子間に
は整流器４９が、夫々接続されている。

【００５４】尚、変圧器４５のアース端子Ｐ₃と各
Ｐ₁，Ｐ₂端子間の巻数は、蓄電池１→３、又は蓄電池
３→１への充電時に、各端子間電圧が充電可能なように
設定され，アース端子Ｐ₆と各Ｐ₄，Ｐ₅端子間の巻数
も同様に設定されている。次にかかる容量バランサの動
作について説明する。例えば、市街地走行のように低速
領域での減速が高頻度で発生する運転条件では、回生制
動により低電圧の保安用蓄電池３に多く充電されるが、
一方、ブレーキ、方向指示器等、低電圧電力の使用も多
く、放電も多いため、比較的充放電のバランスがとれ
る。

【００５５】しかし、高速道路の長距離走行や夜間走行
等では、駆動用蓄電池１と保安用蓄電池３の間に不均衡
を生じることがある。そしてあまりにも過放電状態にな
った場合には、蓄電池の劣化にもつながる。このように
駆動用蓄電池１と保安用蓄電池３の間に著しい差が生じ
た場合、蓄電量が多い蓄電池から少ない蓄電池に電力を
移動して調節する。

【００５６】蓄電電気量は電圧センサ４１，４２によっ
て検知される。即ち、蓄電池１，３の起電力は蓄電電気
量に応じた値となり、電圧センサ４１，４２によって夫
々、蓄電池１，３の起電力を計測すれば蓄電電気量も検
知される。また制御装置では、この起電力の差に基づい
て高低水準合わせの計算等が行われ、蓄電電気量率が算
出される。

【００５７】蓄電電気量率に著しい差を生じたことの判
定は、例えば、蓄電池１，３の起電力が標準起電力で夫
々、２４０Ｖ、１２Ｖであるとして、保安用蓄電池３の
電圧を２０倍して駆動用蓄電池１の起電力との差を算出
することにより行われる。蓄電量率に基づく起電力の差
の判定基準は、実験的に求められ、その差が例えば１０
を越えると著しい蓄電電気量の差があると判定される。

【００５８】このように蓄電電気量に著しい差があると
判定された場合、バランスをとるように切り換えスイッ
チ４３，４４を切り換えて調節する。切り換え動作は次
の通りである。例えば、電圧の高い駆動用蓄電池１には
比較的豊富な電力が貯蔵されているのに低電圧の保安用
蓄電池４４では貯蔵電力が欠乏してきた時には、切り換
えスイッチ４３のＨ₀端子とＨ₁端子、切り換えスイッ
チ４４のＬ₀端子とＬ₂端子を、夫々接続する。これに
より蓄電池１の電力はインバータ４６によって交流化さ
れ、交流電力は変圧器４５によって降圧される。そして
整流器４９によって整流され、切り換えスイッチ４４の
Ｌ₁，Ｌ₀端子を介して蓄電池３に充電される。

【００５９】逆に低電圧の保安用蓄電池３に多く蓄電さ
れ、駆動用蓄電池１の蓄電電気量が不足している時に
は、切り換えスイッチ４４のＬ₀端子とＬ₁端子、切り
換えスイッチ４３のＨ₀端子とＨ₂端子とを接続する。
これにより蓄電池３の電力は、インバータ４８によって
交流化され、変圧器４５によって昇圧され、整流器４７
によって整流されて蓄電池１に充電される。

【００６０】かかる構成によれば、起電力が互いに異な
る駆動用蓄電池１，保安用蓄電池３の夫々の蓄電電気量
率に著しい差が生じた場合でも、蓄電電気量率を、大略
バランスするように調節することが出来る。そして蓄電
池が過放電状態になることが防止され、蓄電池が保護さ
れる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、走
行駆動用の高電圧蓄電池と、非駆動用の低電圧蓄電池と
を備えることにより、各蓄電池を消費電力等に応じて合
理的、且つ効率的に使用することが出来る。また、複数
の蓄電池を直列に積層し、低電圧側の蓄電池の容量を他
の蓄電池の容量より大きくすることにより、減速時等の
ように車体の運動エネルギーを電力として回生する時、
回生電力の電圧が高い場合、あるいは低下した場合でも
電力が効率良く回収され、しかも低電圧側の蓄電池は電
気的な負荷に耐えることができる。

【００６２】また、電圧検出手段と切り換え手段とを電
力回生装置に含んで構成することにより、回生電力の電
圧が低い状態の時には充電先が切り換えられるので、電
力が高電圧蓄電池と低電圧蓄電池とにバランスよく、し
かも回生電力を効率良く回生することが出来、回生電力
の無駄を防止することも出来る。また、電力回生装置に
変速機を備えるか、結線切り換え手段を備えるか、ある
いは変圧器を備えることにより、電気自動車の車速が低
下して発生する回生電力の電圧が低下した状態の時で
も、電圧を高めて蓄電池に電力を回収することが出来
る。

【００６３】また、高電圧蓄電池と低電圧蓄電池とを備
えた電気自動車用電源装置に、容量バランサを備えるこ
とにより、容量バランサが、電力が不足している蓄電池
に電力を移転させて蓄電電気量率をうまくバランスさせ
るので、運転条件によって不均衡が生じるという問題点
を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一態様を示す図。

【図２】本発明の実施例の一態様を示す図。

【図３】本発明の切り換えスイッチ付き電力回生装置の
実施例を示す図。

【図４】図３の切り換え手順を示すフローチャート。

【図５】本発明の変速機付き電力回生装置の実施例を示
す図。

【図６】本発明の結線切り換え装置付き電力回生装置の
実施例を示す図。

【図７】本発明の昇圧トランス付き電力回生装置の実施
例を示す図。

【図８】本発明の容量バランサの実施例を示す図。

【符号の説明】

１（駆動用）蓄電池２電動機３（保安用）蓄電池２３切り換えスイッチ５１変速機６１結線切り換え装置７１昇圧トランス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行駆動用電動機の駆動に用いられる高電
圧蓄電池と、走行用電動機の駆動以外に用いられる非駆
動用の低電圧蓄電池と、を備えたことを特徴とする電気
自動車用電源装置。
【請求項２】複数の蓄電池を直列に積層して低電圧と高
電圧とを取り出し可能に構成し、低電圧取り出し端子と
接地端子との間にある蓄電池の容量を他の蓄電池の容量
より大きくしたことを特徴とする電気自動車用電源装
置。
【請求項３】電圧が互いに異なる複数の蓄電池と、制動
時、走行駆動用電動機が発電機として作動して発生した
電力を前記蓄電池に回収する電力回生装置と、を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状態を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が低い状態の時には充電先を低電圧側の
蓄電池に切り換え、高い状態の時には充電先を高電圧側
の蓄電池に切り換える切り換え手段と、を含んだ構成であることを特徴とする電気自動車用電源
装置。
【請求項４】制動時、走行駆動用電動機を発電機として
作動させて発生した電力を蓄電池に回収する電力回生装
置を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状態を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が低い状態の時、電動機の回転速度を増
速する変速機と、を含んだ構成であることを特徴とする電気自動車用電源
装置。
【請求項５】極数切り換え可能な走行駆動用電動機を備
えた電気自動車用電源装置であって、制動時、前記電動
機が発電機として作動して発生した電力を蓄電池に回収
する電力回生装置を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状態を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が低い状態の時には、前記電動機の回転
磁界を生成する固定子の極数を増加させるように結線を
切り換える結線切り換え手段と、を含んだ構成であることを特徴とする電気自動車用電源
装置。
【請求項６】制動時、走行駆動用電動機が発電機として
作動して発生した電力を蓄電池に回収する電力回生装置
を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状態を検出する電圧検出手段と、回転磁界を生成する固定子の界磁結線をデルタ型からス
ター型に切り換える結線切り換え手段と、を含んだ構成であることを特徴とする電気自動車用電源
装置。
【請求項７】制動時、走行駆動用電動機が発電機として
作動して発生した電力を蓄電池に回収する電力回生装置
を備え、該電力回生装置は、回生電力の電圧が低い状態を検出する電圧検出手段と、回生電力の電圧が低い状態の時には、回生電力の電圧を
昇圧する変圧器と、を含んだ構成であることを特徴とする電気自動車用電源
装置。
【請求項８】高電圧蓄電池と低電圧蓄電池とを備え、各
蓄電池の蓄電電気量率に所定値以上の差が発生した時、
蓄電電気量率の大きい蓄電池から小さい蓄電池に電力を
移転させ、両蓄電池の蓄電電気量率が略バランスするよ
うに調節する容量バランサを備えたことを特徴とする電
気自動車用電源装置。