JPH10108305A - ハイブリッド型電気自動車 - Google Patents
ハイブリッド型電気自動車Info
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- JPH10108305A JPH10108305A JP8254313A JP25431396A JPH10108305A JP H10108305 A JPH10108305 A JP H10108305A JP 8254313 A JP8254313 A JP 8254313A JP 25431396 A JP25431396 A JP 25431396A JP H10108305 A JPH10108305 A JP H10108305A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 余剰電力をフライホイールに貯蔵し、高速走
行時にはこのフライホイールから電力を補充することに
より必要電力を軽減し、これによりコンパクト化と最高
効率での発電装置の作動を両立させることができるハイ
ブリッド型電気自動車を提供する 【解決手段】 フライホイール１２を回転駆動又はこれ
により発電するフライホイール駆動発電機１３と、車軸
５を回転駆動又はその制動により発電する車軸駆動発電
機１６と、始動時の電気エネルギを貯蔵するバッテリ１
５と、駆動用電気を発電する発電装置１１（好ましくは
燃料電池）と、フライホイール駆動発電機及び車軸駆動
発電機を制御するパワーコトローラ１７と、を備え、パ
ワーコトローラにより、車両駆動電力が発電装置の発電
出力より大きい場合にはフライホイール駆動発電機によ
り発電し、車両駆動電力が発電出力より小さい場合及び
車両制動時には余剰電力及び制動時の発電電力によりフ
ライホイールにエネルギを貯蔵する。
行時にはこのフライホイールから電力を補充することに
より必要電力を軽減し、これによりコンパクト化と最高
効率での発電装置の作動を両立させることができるハイ
ブリッド型電気自動車を提供する 【解決手段】 フライホイール１２を回転駆動又はこれ
により発電するフライホイール駆動発電機１３と、車軸
５を回転駆動又はその制動により発電する車軸駆動発電
機１６と、始動時の電気エネルギを貯蔵するバッテリ１
５と、駆動用電気を発電する発電装置１１（好ましくは
燃料電池）と、フライホイール駆動発電機及び車軸駆動
発電機を制御するパワーコトローラ１７と、を備え、パ
ワーコトローラにより、車両駆動電力が発電装置の発電
出力より大きい場合にはフライホイール駆動発電機によ
り発電し、車両駆動電力が発電出力より小さい場合及び
車両制動時には余剰電力及び制動時の発電電力によりフ
ライホイールにエネルギを貯蔵する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フライホイールを用い
たハイブリッド型電気自動車に関する。
たハイブリッド型電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用原動機はオット及びディーゼル
内燃機関が主流であり、コンパクトであるが、排ガス中
のＮＯx ，微粒子及びＣＯガスの規制の観点から電気自
動車等のＺＥＶ(Zero Emission Vehicle) の出現が期待
されている。ＺＥＶの一例として、燃料電池自動車及び
蓄電池を搭載したバッテリ車の開発が強力に推進されて
いる。なお、かかる燃料電池を原動機とする自動車の開
発では、排気ガス規制が厳しい米国が先行している。
内燃機関が主流であり、コンパクトであるが、排ガス中
のＮＯx ，微粒子及びＣＯガスの規制の観点から電気自
動車等のＺＥＶ(Zero Emission Vehicle) の出現が期待
されている。ＺＥＶの一例として、燃料電池自動車及び
蓄電池を搭載したバッテリ車の開発が強力に推進されて
いる。なお、かかる燃料電池を原動機とする自動車の開
発では、排気ガス規制が厳しい米国が先行している。
【０００３】図７はマイクロバス用固体高分子型燃料電
池の概略外形図である。この燃料電池は、水素吸蔵合金
を用いたものであり、車両種類；マイクロバス、車両重
量；５トン、出力；２０ＫＷ（６０Ｋｍ／ｈ走行時），
９０ＫＷ（１２０Ｋｍ／ｈ走行時）、走行距離；３００
Ｋｍ、燃料；水素という基本仕様を有している。なおこ
の図は、燃料として水素吸蔵合金からの水素を利用し、
外形寸法を現在開発中の固体高分子型燃料電池の現状性
能値を基に算出したものである。
池の概略外形図である。この燃料電池は、水素吸蔵合金
を用いたものであり、車両種類；マイクロバス、車両重
量；５トン、出力；２０ＫＷ（６０Ｋｍ／ｈ走行時），
９０ＫＷ（１２０Ｋｍ／ｈ走行時）、走行距離；３００
Ｋｍ、燃料；水素という基本仕様を有している。なおこ
の図は、燃料として水素吸蔵合金からの水素を利用し、
外形寸法を現在開発中の固体高分子型燃料電池の現状性
能値を基に算出したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図７から、現状の燃料
電池では外形寸法が非常に大きくなるため燃料電池を用
いた自動車の商品化は極めて難しいことがわかる。燃料
電池システムの外形寸法が大きくなる理由は、電池性能
がいまだ開発途上であることに加えて、燃料電池の要求
出力が最高走行速度時に必要な動力で決定されているこ
とによる。
電池では外形寸法が非常に大きくなるため燃料電池を用
いた自動車の商品化は極めて難しいことがわかる。燃料
電池システムの外形寸法が大きくなる理由は、電池性能
がいまだ開発途上であることに加えて、燃料電池の要求
出力が最高走行速度時に必要な動力で決定されているこ
とによる。
【０００５】言い換えれば、燃料電池を自動車用原動機
として採用する場合の問題点は、定常走行時及び最高走
行速度時に必要な動力差が極めて大きいため、最高走行
速度時の動力に燃料電池出力を合致させると燃料電池の
占有スペースが大きくなり過ぎると共に、頻繁に過負荷
運転となるため発電効率が低下し、かつ発電と同時に発
生する熱除去の問題が生じる。
として採用する場合の問題点は、定常走行時及び最高走
行速度時に必要な動力差が極めて大きいため、最高走行
速度時の動力に燃料電池出力を合致させると燃料電池の
占有スペースが大きくなり過ぎると共に、頻繁に過負荷
運転となるため発電効率が低下し、かつ発電と同時に発
生する熱除去の問題が生じる。
【０００６】図８は固体高分子型燃料電池の一般的電池
性能を示している。電池のコンパクト化を図るために、
一般的に大きな電流密度を採用するが、このため平衡状
態（ＯＣＶ）より解離するので電池内ロス（電池損失）
が大きくなり、電池の発電効率が低下する。従って、こ
の矛盾を克服するためには、燃料電池の要求出力を小さ
くする必要がある。
性能を示している。電池のコンパクト化を図るために、
一般的に大きな電流密度を採用するが、このため平衡状
態（ＯＣＶ）より解離するので電池内ロス（電池損失）
が大きくなり、電池の発電効率が低下する。従って、こ
の矛盾を克服するためには、燃料電池の要求出力を小さ
くする必要がある。
【０００７】一方、バッテリ車は蓄電池の電気エネルギ
を電動機で機械エネルギに変換するため、電動機のコン
パクト性の問題は少ないが、バッテリとして鉛蓄電池を
使用する場合は、１回の充電に１３０Ｋｍから１６０Ｋ
ｍ程度しか走行できずかつ充電に長時間を要する。ま
た、複数の電池を直列に接続して大きな電圧を得ている
が、均一な性能の電池を得ることが難しく、過充電、過
放電の問題があり、充放電の繰り返し回数に制約があ
る。
を電動機で機械エネルギに変換するため、電動機のコン
パクト性の問題は少ないが、バッテリとして鉛蓄電池を
使用する場合は、１回の充電に１３０Ｋｍから１６０Ｋ
ｍ程度しか走行できずかつ充電に長時間を要する。ま
た、複数の電池を直列に接続して大きな電圧を得ている
が、均一な性能の電池を得ることが難しく、過充電、過
放電の問題があり、充放電の繰り返し回数に制約があ
る。
【０００８】本発明は上述した種々の問題点を解決する
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、要求される電力を低減かつ平滑化することができる
ハイブリッド型電気自動車を提供することにある。ま
た、本発明の別の目的は、余剰電力をフライホイールに
貯蔵し、高速走行時にはこのフライホイールから電力を
補充することにより必要電力を軽減し、これによりコン
パクト化と最高効率での発電装置の作動を両立させるこ
とができる、発電装置とフライホイールとをハイブリッ
ド化した電気自動車を提供することにある。
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、要求される電力を低減かつ平滑化することができる
ハイブリッド型電気自動車を提供することにある。ま
た、本発明の別の目的は、余剰電力をフライホイールに
貯蔵し、高速走行時にはこのフライホイールから電力を
補充することにより必要電力を軽減し、これによりコン
パクト化と最高効率での発電装置の作動を両立させるこ
とができる、発電装置とフライホイールとをハイブリッ
ド化した電気自動車を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、フライ
ホイールを備えたハイブリッド型電気自動車であって、
フライホイールを回転駆動しかつフライホイールの回転
により発電するフライホイール駆動発電機と、車軸を回
転駆動しかつ車軸の制動エネルギにより発電する車軸駆
動発電機と、始動時の電気エネルギを貯蔵するバッテリ
と、車軸駆動発電機を回転駆動する電気を発電する発電
装置と、フライホイール駆動発電機及び車軸駆動発電機
を制御するパワーコトローラと、を備え、該パワーコト
ローラにより、車両駆動電力が発電装置の発電出力より
大きい場合にはフライホイール駆動発電機により発電
し、車両駆動電力が発電出力より小さい場合及び車両制
動時には余剰電力及び制動時の発電電力によりフライホ
イールにエネルギを貯蔵する、ことを特徴とするハイブ
リッド型電気自動車が提供される。
ホイールを備えたハイブリッド型電気自動車であって、
フライホイールを回転駆動しかつフライホイールの回転
により発電するフライホイール駆動発電機と、車軸を回
転駆動しかつ車軸の制動エネルギにより発電する車軸駆
動発電機と、始動時の電気エネルギを貯蔵するバッテリ
と、車軸駆動発電機を回転駆動する電気を発電する発電
装置と、フライホイール駆動発電機及び車軸駆動発電機
を制御するパワーコトローラと、を備え、該パワーコト
ローラにより、車両駆動電力が発電装置の発電出力より
大きい場合にはフライホイール駆動発電機により発電
し、車両駆動電力が発電出力より小さい場合及び車両制
動時には余剰電力及び制動時の発電電力によりフライホ
イールにエネルギを貯蔵する、ことを特徴とするハイブ
リッド型電気自動車が提供される。
【００１０】上記本発明の構成によれば、パワーコトロ
ーラにより、車両駆動電力が発電装置の発電出力より大
きい場合にはフライホイール駆動発電機により発電し、
車両駆動電力が発電出力より小さい場合及び車両制動時
には余剰電力及び制動時の発電電力によりフライホイー
ルにエネルギを貯蔵するので、余剰電力及び制動時の発
電電力をフライホイールに貯蔵し、高速走行時にはこの
フライホイールから電力を補充することにより必要電力
を軽減し、これにより発電装置の負荷動力を軽減し、発
電装置を含む駆動系をコンパクト化することができ、併
せて常時、最高効率で発電装置を作動させることができ
る。
ーラにより、車両駆動電力が発電装置の発電出力より大
きい場合にはフライホイール駆動発電機により発電し、
車両駆動電力が発電出力より小さい場合及び車両制動時
には余剰電力及び制動時の発電電力によりフライホイー
ルにエネルギを貯蔵するので、余剰電力及び制動時の発
電電力をフライホイールに貯蔵し、高速走行時にはこの
フライホイールから電力を補充することにより必要電力
を軽減し、これにより発電装置の負荷動力を軽減し、発
電装置を含む駆動系をコンパクト化することができ、併
せて常時、最高効率で発電装置を作動させることができ
る。
【００１１】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
発電装置は燃料電池である。燃料電池を発電装置として
用いることにより、低公害かつ高効率に発電することが
できる。なお、この発電装置は、内燃機関と発電機の組
み合わせであってもよい。また、前記パワーコトローラ
は、直流を交流に変換する変換機能と周波数変換機能等
とを有する。この構成により、フライホイール駆動発電
機、車軸駆動発電機及び発電装置に直流装置又は交流装
置を用いることができ、小型化、高性能化を図ることが
できる。
発電装置は燃料電池である。燃料電池を発電装置として
用いることにより、低公害かつ高効率に発電することが
できる。なお、この発電装置は、内燃機関と発電機の組
み合わせであってもよい。また、前記パワーコトローラ
は、直流を交流に変換する変換機能と周波数変換機能等
とを有する。この構成により、フライホイール駆動発電
機、車軸駆動発電機及び発電装置に直流装置又は交流装
置を用いることができ、小型化、高性能化を図ることが
できる。
【００１２】前記フライホイールは、炭素繊維強化プラ
スチック，ガラス繊維強化プラスチック，又はｋｅｖｌ
ａｒ強化プラスチックであり、かつ該フライホイール
は、真空に減圧された気密容器内に格納されている。こ
の構成により、フライホイールを軽量化しその貯蔵エネ
ルギ密度を高めると共に、フライホイールの風損を大幅
に低減することができる。
スチック，ガラス繊維強化プラスチック，又はｋｅｖｌ
ａｒ強化プラスチックであり、かつ該フライホイール
は、真空に減圧された気密容器内に格納されている。こ
の構成により、フライホイールを軽量化しその貯蔵エネ
ルギ密度を高めると共に、フライホイールの風損を大幅
に低減することができる。
【００１３】前記燃料電池は、固体高分子燃料電池又は
リン酸型燃料電池であり、該燃料電池の燃料は、メタノ
ール、エタノール、ブタン等の液体炭化水素及び圧縮炭
化水素ガスである、ことが好ましい。かかる作動温度の
低い燃料電池を用いることにより、燃料電池の起動時間
を短縮することができ、かつ液体燃料を用いるので、単
位体積当たりの貯蔵エネルギを高めることができる。な
お、水素吸蔵金属，圧縮水素を用いてもよい。
リン酸型燃料電池であり、該燃料電池の燃料は、メタノ
ール、エタノール、ブタン等の液体炭化水素及び圧縮炭
化水素ガスである、ことが好ましい。かかる作動温度の
低い燃料電池を用いることにより、燃料電池の起動時間
を短縮することができ、かつ液体燃料を用いるので、単
位体積当たりの貯蔵エネルギを高めることができる。な
お、水素吸蔵金属，圧縮水素を用いてもよい。
【００１４】また、プレート型の改質器及びシフトコン
バータを備えることが好ましい。かかるプレート型反応
器を用いることにより、装置のコンパクト化を図ること
ができる。また、前記燃料電池、改質器、及びシフトバ
ータを一体に積層する、ことが好ましい。この構成によ
り、装置全体のコンパクト化を更に図ることができる。
バータを備えることが好ましい。かかるプレート型反応
器を用いることにより、装置のコンパクト化を図ること
ができる。また、前記燃料電池、改質器、及びシフトバ
ータを一体に積層する、ことが好ましい。この構成によ
り、装置全体のコンパクト化を更に図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。自動車の走
行抵抗は、コロガリ抵抗、空気抵抗、勾配抵抗、
加速抵抗から構成される。また、特に、平地走行の場
合は、コロガリ抵抗、空気抵抗、加速抵抗のみとなる。
これらの走行抵抗のうち、加速抵抗が最も大きく、以
下、空気抵抗、コロガリ抵抗の順となる。従って、加速
時のエネルギの一部を燃料電池以外から供給できれば、
自動車用燃料電池に要求される出力を低減することがで
きる。本発明はかかる知見に基づくものであり、更に具
体的には、フライホイールを用い、フライホイールに貯
蔵されたエネルギを車両加速エネルギに活用すること、
及び車両の制動エネルギをフライホイールに貯蔵し有効
活用することを図ったものである。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。自動車の走
行抵抗は、コロガリ抵抗、空気抵抗、勾配抵抗、
加速抵抗から構成される。また、特に、平地走行の場
合は、コロガリ抵抗、空気抵抗、加速抵抗のみとなる。
これらの走行抵抗のうち、加速抵抗が最も大きく、以
下、空気抵抗、コロガリ抵抗の順となる。従って、加速
時のエネルギの一部を燃料電池以外から供給できれば、
自動車用燃料電池に要求される出力を低減することがで
きる。本発明はかかる知見に基づくものであり、更に具
体的には、フライホイールを用い、フライホイールに貯
蔵されたエネルギを車両加速エネルギに活用すること、
及び車両の制動エネルギをフライホイールに貯蔵し有効
活用することを図ったものである。
【００１６】図１は、本発明によるハイブリッド型電気
自動車の全体ブロック図である。この図に示すように、
本発明のハイブリッド型電気自動車１０は、発電装置１
１、フライホイール１２、フライホイール駆動発電機１
３、車軸駆動発電機１６、バッテリ１５、燃料処理装置
１４、及びこれらを制御するパワーコントローラ１７を
備えている。また、本発明の電気自動車１０は、更に、
車軸５及び駆動輪６を備えている。車軸５〜駆動輪６ま
での駆動系は、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジ
ンを用いた従来の自動車と同様である。さらに、車軸駆
動発電機１６は、左右のタイヤに内蔵し、車両の操縦性
能を改善することも考えられる。また、発電電池１１〜
パワーコントローラ１７は、従来のエンジンに代わる原
動機に相当する。なお、この図で１は燃料タンクであ
る。
自動車の全体ブロック図である。この図に示すように、
本発明のハイブリッド型電気自動車１０は、発電装置１
１、フライホイール１２、フライホイール駆動発電機１
３、車軸駆動発電機１６、バッテリ１５、燃料処理装置
１４、及びこれらを制御するパワーコントローラ１７を
備えている。また、本発明の電気自動車１０は、更に、
車軸５及び駆動輪６を備えている。車軸５〜駆動輪６ま
での駆動系は、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジ
ンを用いた従来の自動車と同様である。さらに、車軸駆
動発電機１６は、左右のタイヤに内蔵し、車両の操縦性
能を改善することも考えられる。また、発電電池１１〜
パワーコントローラ１７は、従来のエンジンに代わる原
動機に相当する。なお、この図で１は燃料タンクであ
る。
【００１７】発電装置１１は、この例では燃料電池であ
り、車軸駆動発電機１６を回転駆動する電気を発電す
る。また、この燃料電池は、固体高分子燃料電池又はリ
ン酸型燃料電池であり、該燃料電池の燃料は、メタノー
ル、エタノール、ブタン等の液体炭化水素及び圧縮炭化
水素ガスである、ことが好ましい。フライホイール駆動
発電機１３は、フライホイールを回転駆動しかつフライ
ホイールの回転により発電する電動機兼発電機（以下、
Ｍ／Ｇ装置という）である。また、車軸駆動発電機１６
も、車軸を回転駆動しかつ車軸の制動エネルギにより発
電するＭ／Ｇ装置である。具体的Ｍ／Ｇ装置としては、
同期機，誘導機が考えられる。バッテリ１５は、始動時
に車軸駆動発電機１６や燃料電池１１等に必要な電気エ
ネルギを貯蔵する。
り、車軸駆動発電機１６を回転駆動する電気を発電す
る。また、この燃料電池は、固体高分子燃料電池又はリ
ン酸型燃料電池であり、該燃料電池の燃料は、メタノー
ル、エタノール、ブタン等の液体炭化水素及び圧縮炭化
水素ガスである、ことが好ましい。フライホイール駆動
発電機１３は、フライホイールを回転駆動しかつフライ
ホイールの回転により発電する電動機兼発電機（以下、
Ｍ／Ｇ装置という）である。また、車軸駆動発電機１６
も、車軸を回転駆動しかつ車軸の制動エネルギにより発
電するＭ／Ｇ装置である。具体的Ｍ／Ｇ装置としては、
同期機，誘導機が考えられる。バッテリ１５は、始動時
に車軸駆動発電機１６や燃料電池１１等に必要な電気エ
ネルギを貯蔵する。
【００１８】燃料処理装置１４は、プレート型の改質器
及びシフトコンバータを備え、燃料タンク１から供給さ
れる燃料（例えばメタン，メタノール等）を改質し水素
を含む燃料に改質するようになっている。なお、燃料処
理装置１４を省略し、水素を直接燃料としてもよい。パ
ワーコトローラ１７は、直流を交流に変換する変換機能
と周波数変換機能等とを有する。この構成により、フラ
イホイール駆動発電機１３、車軸駆動発電機１６及び発
電装置１１に直流装置又は交流装置を用いることがで
き、小型化、高性能化を図ることができる。
及びシフトコンバータを備え、燃料タンク１から供給さ
れる燃料（例えばメタン，メタノール等）を改質し水素
を含む燃料に改質するようになっている。なお、燃料処
理装置１４を省略し、水素を直接燃料としてもよい。パ
ワーコトローラ１７は、直流を交流に変換する変換機能
と周波数変換機能等とを有する。この構成により、フラ
イホイール駆動発電機１３、車軸駆動発電機１６及び発
電装置１１に直流装置又は交流装置を用いることがで
き、小型化、高性能化を図ることができる。
【００１９】このパワーコトローラ１７は、フライホイ
ール駆動発電機１３及び車軸駆動発電機１６を制御し、
車両駆動電力が発電装置１１の発電出力より大きい場合
にはフライホイール駆動発電機１３により発電して不足
電力を補い、車両駆動電力が発電出力より小さい場合及
び車両制動時には余剰電力及び制動時の発電電力により
フライホイールにエネルギを貯蔵するようになってい
る。
ール駆動発電機１３及び車軸駆動発電機１６を制御し、
車両駆動電力が発電装置１１の発電出力より大きい場合
にはフライホイール駆動発電機１３により発電して不足
電力を補い、車両駆動電力が発電出力より小さい場合及
び車両制動時には余剰電力及び制動時の発電電力により
フライホイールにエネルギを貯蔵するようになってい
る。
【００２０】上述した構成により、フライホイール１
２、自動車車軸５、燃料電池１１の間のエネルギ伝達は
すべて電気でやりとりすることができる。従って、メカ
ニカルな接続が不要となる。また、上述したように、自
動車駆動システム（車軸５，車輪６等）の要求動力が燃
料電池出力よりも大きい場合にはフライホイール駆動発
電機１３が発電機として機能し、パワーコントローラ１
７を経由して電気エネルギを自動車駆動システムに供給
する。逆に、燃料電池出力が自動車駆動システムの要求
動力より大きい場合にはフライホイール駆動発電機１３
に余剰の電気エネルギが供給され、Ｍ／Ｇ装置１３が電
動機として作動することにより、機械エネルギとしてフ
ライホイール１２にエネルギが貯蔵される。更に、自動
車の制動時は車軸Ｍ／Ｇ装置が発電機として作動し、こ
の電気エネルギはパワーコントローラを介してフライホ
イールに機械エネルギとして貯蔵される。
２、自動車車軸５、燃料電池１１の間のエネルギ伝達は
すべて電気でやりとりすることができる。従って、メカ
ニカルな接続が不要となる。また、上述したように、自
動車駆動システム（車軸５，車輪６等）の要求動力が燃
料電池出力よりも大きい場合にはフライホイール駆動発
電機１３が発電機として機能し、パワーコントローラ１
７を経由して電気エネルギを自動車駆動システムに供給
する。逆に、燃料電池出力が自動車駆動システムの要求
動力より大きい場合にはフライホイール駆動発電機１３
に余剰の電気エネルギが供給され、Ｍ／Ｇ装置１３が電
動機として作動することにより、機械エネルギとしてフ
ライホイール１２にエネルギが貯蔵される。更に、自動
車の制動時は車軸Ｍ／Ｇ装置が発電機として作動し、こ
の電気エネルギはパワーコントローラを介してフライホ
イールに機械エネルギとして貯蔵される。
【００２１】図２はフライホイールの機構図である。電
動機からの機械エネルギはフライホイール１２の回転エ
ネルギとして貯蔵される。フライホイール１２の回転エ
ネルギＥは、Ｅ＝（１／２）×Ｉω2 の式であらわされ
る。ここで、Ｉはフライホイールの慣性モーメント、ω
はフライホイールの角速度（ｒａｄ／ｓ）である。従っ
て、貯蔵する回転エネルギＥを増大させるためには、フ
ライホイール回転数を増加させることが効果的である
が、フライホイールの強度的制約で回転数には上限値が
ある。
動機からの機械エネルギはフライホイール１２の回転エ
ネルギとして貯蔵される。フライホイール１２の回転エ
ネルギＥは、Ｅ＝（１／２）×Ｉω2 の式であらわされ
る。ここで、Ｉはフライホイールの慣性モーメント、ω
はフライホイールの角速度（ｒａｄ／ｓ）である。従っ
て、貯蔵する回転エネルギＥを増大させるためには、フ
ライホイール回転数を増加させることが効果的である
が、フライホイールの強度的制約で回転数には上限値が
ある。
【００２２】自動車用フライホイールの条件として自動
車の積載荷重を低減することが必要であり、フライホイ
ールの材質はエネルギ密度Ｗｈ／Ｋｇが大きい，炭素繊
維強化プラスチック，ガラス繊維強化プラスチック，又
はｋｅｖｌａｒ強化プラスチック（ｋｅｖｌａｒは米国
デュポン社の登録商標），等であることが望ましい。ま
た、フライホイールの周速は８００〜１２００ｍ／ｓｅ
ｃが限界と考えられる。従って、フライホイールの回転
エネルギは風損によって時間とともに減衰するので、真
空ポンプで減圧された気密容器内にフライホイールを格
納する。また、軸受損失を低減するため、超伝導マグネ
ットによる磁気軸受の採用も、燃料を液化燃料を用いる
場合には特に有効である。
車の積載荷重を低減することが必要であり、フライホイ
ールの材質はエネルギ密度Ｗｈ／Ｋｇが大きい，炭素繊
維強化プラスチック，ガラス繊維強化プラスチック，又
はｋｅｖｌａｒ強化プラスチック（ｋｅｖｌａｒは米国
デュポン社の登録商標），等であることが望ましい。ま
た、フライホイールの周速は８００〜１２００ｍ／ｓｅ
ｃが限界と考えられる。従って、フライホイールの回転
エネルギは風損によって時間とともに減衰するので、真
空ポンプで減圧された気密容器内にフライホイールを格
納する。また、軸受損失を低減するため、超伝導マグネ
ットによる磁気軸受の採用も、燃料を液化燃料を用いる
場合には特に有効である。
【００２３】更に、自動車用燃料電池では起動時間が短
いことが望まれるため、作動温度が低い固定高分子型燃
料電池（６０〜１００℃）及びリン酸型燃料電池（約２
００℃）が好ましい。特に、高電流密度（１Ａ／ｃ
ｍ2 ）での運転が可能であり、かつコンパクトな固体高
分子型燃料電池が自動車用燃料電池として最も適してい
る。
いことが望まれるため、作動温度が低い固定高分子型燃
料電池（６０〜１００℃）及びリン酸型燃料電池（約２
００℃）が好ましい。特に、高電流密度（１Ａ／ｃ
ｍ2 ）での運転が可能であり、かつコンパクトな固体高
分子型燃料電池が自動車用燃料電池として最も適してい
る。
【００２４】一方、これらの低温型燃料電池は燃料ガス
中に含まれるＣＯガスによって被毒し電池性能が低下す
るので、炭素を含む燃料を使用する場合には、ＣＯを低
減するために後述するシフトコンバータを備えるのがよ
い。
中に含まれるＣＯガスによって被毒し電池性能が低下す
るので、炭素を含む燃料を使用する場合には、ＣＯを低
減するために後述するシフトコンバータを備えるのがよ
い。
【００２５】図３は固体高分子型燃料電池を用いた実施
例を示す図である。なおこの図は、燃料が液体メタノー
ルの場合を示している。燃料タンク１にはメタノールと
水のモル混合比が例えば１：１．５であるような混合液
が貯蔵されている。攪拌しないと各々の成分に分離する
ので、使用前には必ずポンプの戻し液でタンクを攪拌す
るか別設置する攪拌器で均一混合液となるようにする。
この均一混合液はポンプで蒸発器２１に送られ、改質器
２２の排気ガスからの熱を受け取って蒸発し、蒸発器２
１から改質器２２へ送出される。改質器２２のメタノー
ル及び水蒸気からなる混合気体が通過する流路には銅−
亜鉛系の改質触媒が充填され、触媒燃焼器２５からの高
温排気ガスからの熱を受け取り、以下の改質反応（１）
によりメタノールが水素及びＣＯ2 に熱分解される。
例を示す図である。なおこの図は、燃料が液体メタノー
ルの場合を示している。燃料タンク１にはメタノールと
水のモル混合比が例えば１：１．５であるような混合液
が貯蔵されている。攪拌しないと各々の成分に分離する
ので、使用前には必ずポンプの戻し液でタンクを攪拌す
るか別設置する攪拌器で均一混合液となるようにする。
この均一混合液はポンプで蒸発器２１に送られ、改質器
２２の排気ガスからの熱を受け取って蒸発し、蒸発器２
１から改質器２２へ送出される。改質器２２のメタノー
ル及び水蒸気からなる混合気体が通過する流路には銅−
亜鉛系の改質触媒が充填され、触媒燃焼器２５からの高
温排気ガスからの熱を受け取り、以下の改質反応（１）
によりメタノールが水素及びＣＯ2 に熱分解される。
【００２６】 ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋３Ｈ2 ．．．（１） また、生成されたＨ2 とＣＯ2 は以下のシフト反応
（２）によってＣＯが生成する。改質触媒層の温度が２
５０℃程度ではＣＯ濃度は約１．０〜０．５ｖｏｌ％で
ある。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 （シフト反応）．．．（２）
（２）によってＣＯが生成する。改質触媒層の温度が２
５０℃程度ではＣＯ濃度は約１．０〜０．５ｖｏｌ％で
ある。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 （シフト反応）．．．（２）
【００２７】固体高分子型燃料電池のＣＯ許容濃度は白
金電極を使用する場合、数ｐｐｍ以下であり、白金−ル
テニュウム電極を使用する場合は約１００ｐｐｍであ
る。従って、改質器２２からの改質ガスはシフトコンバ
ータ２３、ＣＯ除去器２４でＣＯ濃度の低減化を図って
いる。シフトコンバータ２３では改質ガスのシフト反応
が発熱反応であるので空気で冷却している。改質器２２
及びシフトコンバータ２３はコンパクト化を図るため、
プレート型反応器を用いるのがよい。その構造を図９、
図１０に示す。
金電極を使用する場合、数ｐｐｍ以下であり、白金−ル
テニュウム電極を使用する場合は約１００ｐｐｍであ
る。従って、改質器２２からの改質ガスはシフトコンバ
ータ２３、ＣＯ除去器２４でＣＯ濃度の低減化を図って
いる。シフトコンバータ２３では改質ガスのシフト反応
が発熱反応であるので空気で冷却している。改質器２２
及びシフトコンバータ２３はコンパクト化を図るため、
プレート型反応器を用いるのがよい。その構造を図９、
図１０に示す。
【００２８】シフトコンバータ２３の改質ガス中のＣＯ
濃度は０．５ｖｏｌ％程度であるので、ＣＯ除去器２４
ではこの改質ガスに空気を添加した後、ルテニューム
（Ｒｕ）系の触媒層を通すことによりＣＯのみを選択酸
化してＣＯ2 にしている。固体高分子型燃料電池１１の
アノード及びカソードには加湿器２７を介して改質ガス
及び空気が流れている。改質ガス中の水素はアノード電
極で水素イオンとなり、イオン交換膜を移動しカソード
側で酸素と反応し水となる（図１１参照）。
濃度は０．５ｖｏｌ％程度であるので、ＣＯ除去器２４
ではこの改質ガスに空気を添加した後、ルテニューム
（Ｒｕ）系の触媒層を通すことによりＣＯのみを選択酸
化してＣＯ2 にしている。固体高分子型燃料電池１１の
アノード及びカソードには加湿器２７を介して改質ガス
及び空気が流れている。改質ガス中の水素はアノード電
極で水素イオンとなり、イオン交換膜を移動しカソード
側で酸素と反応し水となる（図１１参照）。
【００２９】水素イオンがイオン交換膜を通過する間に
数個の水分子を伴うので、イオン交換膜中の水分がなく
なり水分を加湿してやる必要がある。アノード排ガス中
には未反応水素が含まれているので、カソード排ガスと
ともに触媒燃焼器で燃焼された後、改質器の加熱源とし
て使用される。固体高分子型燃料電池１１は電気発生に
伴い熱が発生するので、これを冷却水で除去する（図１
２参照）。冷却板は数セル毎に挿入されている。加熱さ
れた冷却水は冷却器２６でカソード空気で冷却される。
固体高分子型燃料電池１１で発生した直流の電気エネル
ギは車軸駆動発電機１６及びフライホイール駆動電動機
（電動機として作動する。図示せず）で消費されるが一
部はバッテリ１５に貯蔵される。なお、図３はメタノー
ルを燃料とする場合を示しているが、ブタン等の液化炭
化水素を用いる場合も同様である。
数個の水分子を伴うので、イオン交換膜中の水分がなく
なり水分を加湿してやる必要がある。アノード排ガス中
には未反応水素が含まれているので、カソード排ガスと
ともに触媒燃焼器で燃焼された後、改質器の加熱源とし
て使用される。固体高分子型燃料電池１１は電気発生に
伴い熱が発生するので、これを冷却水で除去する（図１
２参照）。冷却板は数セル毎に挿入されている。加熱さ
れた冷却水は冷却器２６でカソード空気で冷却される。
固体高分子型燃料電池１１で発生した直流の電気エネル
ギは車軸駆動発電機１６及びフライホイール駆動電動機
（電動機として作動する。図示せず）で消費されるが一
部はバッテリ１５に貯蔵される。なお、図３はメタノー
ルを燃料とする場合を示しているが、ブタン等の液化炭
化水素を用いる場合も同様である。
【００３０】図４は燃料を水素吸蔵合金２８からの水素
又は液体水素とした場合の固体高分子型燃料電池１１の
実施例を示す。この場合、ＣＯの被毒問題がないため、
燃料供給システムは大幅に簡素化することができる。な
お、水素吸蔵合金の場合には合金重量に対する水素吸蔵
率ｗｔ％が現状の開発レベルでは約１ｗｔ％であり、車
両積載重量の軽減化を図るため、水素吸蔵率の大幅向上
及び吸蔵−放出サイクル数の向上が開発課題となってい
る。従って、液体水素貯蔵については、保冷技術、貯蔵
タンクの軽量化及び安全対策等の開発課題がある。
又は液体水素とした場合の固体高分子型燃料電池１１の
実施例を示す。この場合、ＣＯの被毒問題がないため、
燃料供給システムは大幅に簡素化することができる。な
お、水素吸蔵合金の場合には合金重量に対する水素吸蔵
率ｗｔ％が現状の開発レベルでは約１ｗｔ％であり、車
両積載重量の軽減化を図るため、水素吸蔵率の大幅向上
及び吸蔵−放出サイクル数の向上が開発課題となってい
る。従って、液体水素貯蔵については、保冷技術、貯蔵
タンクの軽量化及び安全対策等の開発課題がある。
【００３１】
【実施例】図５は日本電動車両協会が制定している１０
−１５モード走行パターンであり、図６はこの走行パタ
ーンにおける本発明のハイブリッド型電気自動車の性能
図である。図５及び図６から、１０−１５モードでマイ
クロバスを走行させると、約６０ｋｗのピーク動力が必
要であるが、フライホイール機構を設けることにより燃
料電池の必要電力は、制動エネルギ回収率が０，５０，
１００％の場合、それぞれ７．４ｋｗ，５．３ｋｗ，
３．２ｋｗで良いことがわかる。
−１５モード走行パターンであり、図６はこの走行パタ
ーンにおける本発明のハイブリッド型電気自動車の性能
図である。図５及び図６から、１０−１５モードでマイ
クロバスを走行させると、約６０ｋｗのピーク動力が必
要であるが、フライホイール機構を設けることにより燃
料電池の必要電力は、制動エネルギ回収率が０，５０，
１００％の場合、それぞれ７．４ｋｗ，５．３ｋｗ，
３．２ｋｗで良いことがわかる。
【００３２】上述の説明では、発電装置が燃料電池であ
る場合について主として説明したが、本発明はかかる実
施形態に限定されず、発電装置を、内燃機関と発電機の
組み合わせとしてもよい。また、本発明は上述した実施
形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
る場合について主として説明したが、本発明はかかる実
施形態に限定されず、発電装置を、内燃機関と発電機の
組み合わせとしてもよい。また、本発明は上述した実施
形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】上述したように、本発明のハイブリッド
型電気自動車は、要求電力を低減かつ平滑化することが
でき、余剰電力をフライホイールに貯蔵し、高速走行時
にはこのフライホイールから電力を補充することにより
必要電力を軽減し、これによりコンパクト化と最高効率
での発電装置の作動を両立させることができる、等の優
れた効果を有する。
型電気自動車は、要求電力を低減かつ平滑化することが
でき、余剰電力をフライホイールに貯蔵し、高速走行時
にはこのフライホイールから電力を補充することにより
必要電力を軽減し、これによりコンパクト化と最高効率
での発電装置の作動を両立させることができる、等の優
れた効果を有する。
【図１】本発明によるハイブリッド型電気自動車の全体
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】フライホイールの機構図である。
【図３】固体高分子型燃料電池の実施例である。
【図４】固体高分子型燃料電池の別の実施例である。
【図５】１０−１５モード走行パターン図である。
【図６】本発明のハイブリッド型電気自動車の性能図で
ある。
ある。
【図７】９０ＫＷ級固体高分子型燃料電池の外形寸法図
である。
である。
【図８】固体高分子型燃料電池の性能図である。
【図９】改質器の実施例である。
【図１０】シフトコンバータの実施例である。
【図１１】固体高分子型燃料電池の原理図である。
【図１２】固体高分子型燃料電池の構造図である。
１ 燃料タンク ５ 車軸 ６ 駆動輪 １０ ハイブリッド型電気自動車 １１ 発電装置（燃料電池） １２ フライホイール １３ フライホイール駆動発電機（Ｍ／Ｇ装置） １４ 燃料処理装置 １５ バッテリ １６ 車軸駆動発電機（Ｍ／Ｇ装置） １７ パワーコトローラ ２１ 蒸発器 ２２ 改質器 ２３ シフトコンバータ ２４ ＣＯ除去器 ２５ 触媒燃焼器 ２６ 冷却器 ２７ 加湿器 ２８ 水素吸蔵合金
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 15/00 Ｈ０２Ｊ 15/00 Ａ // Ｂ２９Ｌ 31:08
Claims (7)
- 【請求項１】 フライホイールを備えたハイブリッド型
電気自動車であって、 フライホイールを回転駆動しかつフライホイールの回転
により発電するフライホイール駆動発電機と、車軸を回
転駆動しかつ車軸の制動エネルギにより発電する車軸駆
動発電機と、始動時の電気エネルギを貯蔵するバッテリ
と、車軸駆動発電機を回転駆動する電気を発電する発電
装置と、フライホイール駆動発電機及び車軸駆動発電機
を制御するパワーコトローラと、を備え、 該パワーコトローラにより、車両駆動電力が発電装置の
発電出力より大きい場合にはフライホイール駆動発電機
により発電し、車両駆動電力が発電出力より小さい場合
及び車両制動時には余剰電力及び制動時の発電電力によ
りフライホイールにエネルギを貯蔵する、ことを特徴と
するハイブリッド型電気自動車。 - 【請求項２】 前記発電装置は燃料電池である、ことを
特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型電気自動
車。 - 【請求項３】 前記パワーコトローラは、直流を交流に
変換する変換機能と周波数変換機能等とを有する、こと
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型電気自動
車。 - 【請求項４】 前記フライホイールは、炭素繊維強化プ
ラスチック，ガラス繊維強化プラスチック，又はｋｅｖ
ｌａｒ強化プラスチックであり、かつ該フライホイール
は、真空に減圧された気密容器内に格納されている、こ
とを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型電気自
動車。 - 【請求項５】 前記燃料電池は、固体高分子燃料電池又
はリン酸型燃料電池であり、該燃料電池の燃料は、メタ
ノール、エタノール、ブタン等の液体炭化水素及び圧縮
炭化水素ガスである、ことを特徴とする請求項２に記載
のハイブリッド型電気自動車。 - 【請求項６】 プレート型の改質器及びシフトコンバー
タを備える、ことを特徴とする請求項２に記載のハイブ
リッド型電気自動車。 - 【請求項７】 前記燃料電池、改質器、及びシフトバー
タは、一体に積層されている、ことを特徴とする請求項
６に記載のハイブリッド型電気自動車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8254313A JPH10108305A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | ハイブリッド型電気自動車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8254313A JPH10108305A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | ハイブリッド型電気自動車 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10108305A true JPH10108305A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17263269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8254313A Pending JPH10108305A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | ハイブリッド型電気自動車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10108305A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019084A1 (fr) * | 1998-09-30 | 2000-04-06 | Hitachi, Ltd. | Systeme a cellule electrochimique et vehicule utilisant ce systeme |
| WO2013047243A1 (ja) | 2011-09-26 | 2013-04-04 | 本田技研工業株式会社 | 車両用駆動装置 |
| JP2014187788A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Honda Motor Co Ltd | 車両用駆動装置 |
| KR20190116796A (ko) * | 2018-04-05 | 2019-10-15 | 두산중공업 주식회사 | 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법 |
| CN112895876A (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-04 | 东北林业大学 | 一种行星齿轮机构变速电动机/飞轮混合动力传动装置 |
| CN116767175A (zh) * | 2021-05-07 | 2023-09-19 | 娄晓东 | 一种氢电双驱增程式混合动力汽车 |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP8254313A patent/JPH10108305A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019084A1 (fr) * | 1998-09-30 | 2000-04-06 | Hitachi, Ltd. | Systeme a cellule electrochimique et vehicule utilisant ce systeme |
| WO2013047243A1 (ja) | 2011-09-26 | 2013-04-04 | 本田技研工業株式会社 | 車両用駆動装置 |
| US9776497B2 (en) | 2011-09-26 | 2017-10-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Vehicle driving system |
| JP2014187788A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Honda Motor Co Ltd | 車両用駆動装置 |
| KR20190116796A (ko) * | 2018-04-05 | 2019-10-15 | 두산중공업 주식회사 | 미활용 전력을 저장할 수 있는 에너지 시스템 및 그 운영방법 |
| CN112895876A (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-04 | 东北林业大学 | 一种行星齿轮机构变速电动机/飞轮混合动力传动装置 |
| CN116767175A (zh) * | 2021-05-07 | 2023-09-19 | 娄晓东 | 一种氢电双驱增程式混合动力汽车 |
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