JP3171218B2 - 電動車両装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモータにより走行する電
動車両装置に係り、特に複数のバッテリスタック、およ
び充電電力を発生してこれらバッテリの充電を行う発電
・充電手段を搭載した電動車両装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境改善や騒音低減の観点からモ
ータにより走行する電気自動車が注目されているが、こ
の電気自動車においては、エネルギ源として搭載するバ
ッテリはその充電に長時間を要し、またその容量から１
充電当たりの走行可能距離を大幅に延ばすことができな
い。そのため、従来では、複数個のバッテリを搭載し、
これらを直列に接続して使用して走行距離を延ばすこと
としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の電
気自動車では、複数個のバッテリが直列に接続されてい
るため、１箇所のバッテリが故障すると全てが出力でき
なくなり、走行に支障をきたすという問題があった。

【０００４】また、近年、エンジン自動車の排気ガスや
騒音の問題を最小限に抑制するとともに上述の電気自動
車の限界を補うため、モータとエンジンを併用したいわ
ゆるハイブリッド自動車が提案されている。このハイブ
リッド自動車では、エンジンで車両を駆動したり、また
は発電機（ジェネレータ）を回転させ、モータへの電力
供給を行うとともに、バッテリへの充電を行うようにな
っている。このようなエンジンと発電機とモータとを直
列に接続した方式（直列方式）のハイブリッド車両で
は、走行負荷の変動に応じて発電機の負荷が変動する。
そのため従来のハイブリッド自動車では必ずしも常時エ
ンジンを定常的に運転することができないという問題が
あった。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、走行負荷の変動等の影響を受けるこ
となく発電および充電効率を改善することができる電動
車両装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電動車両
装置は、エンジンと、該エンジンの駆動によって電力を
発生させる発電装置と、２組の蓄電手段と、前記２組の
蓄電手段の少なくとも一つから出力された電力により車
両を駆動する電動装置と、前記２組の蓄電手段の１つを
前記電動装置へ接続させて放電させるとともに、他の蓄
電手段を前記発電装置へ接続させて充電させるモード、
前記蓄電手段の双方を前記電動装置に接続させて放電す
るモード、前記蓄電手段の双方を前記発電装置に接続さ
せて充電するモード、前記蓄電手段の双方を前記電動装
置及び発電装置から解放するモードを切り換える車両シ
ステムコントローラとを具備したものである。請求項２
に記載の発明では、請求項１に記載の電動車両装置にお
いて、前記電動装置はモータとインバータとから構成さ
れ、前記エンジンと前記モータとの間を連結状態または
非連結状態とするクラッチを備え、前記クラッチにより
前記エンジンと前記モータとの間を連結状態とすること
で前記エンジンの回転力を使用して走行することを特徴
とする。請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の
電動車両装置において、前記車両コントローラは、前記
クラッチを連結状態として前記エンジンで高速走行する
場合には、前記蓄電手段の双方を前記電動装置及び発電
装置から解放するモードに切り換え、前記２組の蓄電手
段が過電圧充電されることを防止することを特徴とす
る。

【０００７】この電動車両装置では、車両システムコン
トローラは、蓄電手段（バッテリ）各々の残存容量に応
じて切換手段による切換動作を制御し、蓄電手段各々を
充電、放電および解放のうちのいずれかの状態に設定す
る。すなわち、切換手段は、複数の蓄電手段のいずれか
１つを電動手段へ接続して放電させることにより車両を
駆動するとともに、他を発電・充電手段へ接続して充電
させるモード、複数の蓄電手段の全てを同時に電動手段
または発電・充電手段へ接続して放電または充電させる
モード、全ての蓄電手段を解放するモード等の各種モー
ドに応じて切換動作を行う。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【０００９】図１は本発明の一実施例に係る電動車両装
置の概略構成図である。この車両装置は、蓄電手段とし
て複数組たとえば２組のバッテリスタック１１およびバ
ッテリスタック１２を備えている。これらバッテリスタ
ック１１、１２は各々たとえば２０個のバッテリ（たと
えば容量１２Ｖ，３５Ａｈ）を有するものであり、総容
量は２４０Ｖ、３５Ａｈとなっている。バッテリスタッ
ク１１、１２各々の残存容量は残存容量計１３により検
出され、その検出結果は車両システムコントローラ１４
へ送られるようになっている。

【００１０】バッテリスタック１１、１２はそれぞれ切
換手段としてのスイッチアレー装置１５を介して電動装
置２０または発電・充電装置２１と接続されるようにな
っている。スイッチアレー装置１５は４個の切換スイッ
チ１６〜１９を備えている。切換スイッチ１６の固定接
点１６ａはバッテリスタック１１の正端子、切換スイッ
チ１７の固定接点１７ａはバッテリスタック１１の負端
子、切換スイッチ１８の固定接点１８ａはバッテリスタ
ック１２の正端子、切換スイッチ１９の固定接点１９ａ
はバッテリスタック１２の負端子に各々接続されてい
る。

【００１１】電動装置２０はインバータ２２とモータ２
３とにより構成されている。モータ２３は交流駆動のモ
ータであり、図示しない歯車等の駆動機構を介して車両
（タイヤ）と機械的に連結されている。インバータ２２
はバッテリスタック１１、１２から出力される直流電力
を交流電力に変換してモータ２３へ供給し、あるいは回
生制動時にはモータ２３において発生した交流電力を直
流電力に変換してバッテリスタック１１、１２へ供給す
るものである。このインバータ２２の正端子は、切換ス
イッチ１６の一方の可動接点１６ｂおよび切換スイッチ
１８の一方の可動接点１８ｂに接続され、負端子は切換
スイッチ１７の一方の可動接点１７ｂおよび切換スイッ
チ１９の一方の可動接点１９ｂに接続されている。

【００１２】発電・充電装置２１は充電用の直流電力を
発生し、この直流電力をバッテリスタック１１、１２へ
供給して充電するものであり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２
４、発電機（ジェネレータ）２５およびエンジン２６に
より構成されている。エンジン２６は図示しない燃料タ
ンクから燃料の供給を受けて駆動され、クラッチ２７お
よびモータ２３を介して車両に対して所定の回転力を出
力すると同時に、発電機２５を駆動する。発電機２５は
このエンジン２６により駆動され交流電力を発生するも
のである。ＡＣ／ＤＣコンバータ２４は発電機２５にお
いて発生した交流電力を直流電力に変換した後、バッテ
リスタック１１、１２へ供給するようになっている。Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ２４の正端子は、切換スイッチ１６
の他方の可動接点１６ｃおよび切換スイッチ１８の他方
の可動接点１８ｃに接続され、負端子は切換スイッチ１
７の他方の可動接点１７ｃおよび切換スイッチ１９の他
方の可動接点１９ｃに接続されている。

【００１３】車両システムコントローラ１４は残存容量
計１３の検出信号、図示しない車速センサから出力され
る車速信号等の各種信号を受けて、図示しないメモリに
格納された制御プログラムに基づきインバータ２２、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ２４、エンジン２６およびクラッチ
２７の各動作を制御するとともに、スイッチアレー装置
１５における切換スイッチ１６〜１９の切換動作を制御
するようになっている。すなわちスイッチアレー装置１
５は、車両システムコントローラ１４の制御により、２
組のバッテリスタック１１、１２のいずれか一方を電動
装置２０へ接続して放電させることにより車両を駆動す
るとともに、他方を発電・充電装置２１へ接続して充電
させるモード、バッテリスタック１１、１２の双方を同
時に電動装置２０または発電・充電装置２１へ接続して
放電または充電させるモード、バッテリスタック１１、
１２の双方を解放するモード、等の各種モードに応じて
切換スイッチ１６〜１９の切換動作を行うようになって
いる。

【００１４】次に、本実施例の電動車両装置の具体的な
動作について説明する。

【００１５】まず、モータ走行時の動作について図２お
よび図３を参照して説明する。なお、このときクラッチ
２７はオフしており、エンジン２６とモータ２３との間
は非連結状態となっている。モータ走行は基本的にはバ
ッテリスタック１１、１２のうちの一方、たとえばバッ
テリスタック１２から出力される電力により行う。図２
はこのときの各部の接続状態を表すもので、スイッチア
レー装置１５における切換スイッチ１６の可動接点１６
ｃが固定接点１６ａに、切換スイッチ１７の可動接点１
７ｃが固定接点１７ａに、切換スイッチ１８の可動接点
１８ｂが固定接点１８ａに、切換スイッチ１９の可動接
点１９ｂが固定接点１９ａに各々接続される。

【００１６】この状態でモータ走行し、一方のバッテリ
スタック１２が予め設定された放電深度に達した時（バ
ッテリのサイクル寿命を損なわない深度、たとえば８０
〜６０％）には、車両システムコントローラ１４はバッ
テリスタック１１を電動装置２０側へ切り換えるととも
に、バッテリスタック１２を発電・充電装置２１側へ切
り換えて充電させる。すなわちスイッチアレー装置１５
は図３に示したように、切換スイッチ１６の可動接点１
６ｂが固定接点１６ａに、スイッチ１７の可動接点１７
ｂが固定接点１７ａに、スイッチ１８の可動接点１８ｃ
が固定接点１８ａに、スイッチ１９の可動接点１９ｃが
固定接点１９ａに各々接続されるように接続関係を切り
換える。これによりモータ２３はバッテリスタック１１
から出力される電力により駆動され、本車両は引き続き
モータ走行を行う。

【００１７】一方、発電・充電装置２１へ接続されたバ
ッテリスタック１２は発電機２５を介してエンジン２６
を始動させる。これにより発電機２５が交流電力を出力
し、この交流電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２４により直
流電力に変換された後バッテリスタック１２へ供給され
る。これによりバッテリスタック１２が充電される。こ
のバッテリスタック１２の充電が終了し、バッテリスタ
ック１１の方が予め設定された放電深度に達した時に
は、車両システムコントローラ１４は再びスイッチアレ
ー装置１５を制御し、接続状態を図２に示した状態に戻
す。このような切換動作をバッテリスタック１１とバッ
テリスタック１２との間で繰り返し行うことにより、モ
ータ走行を続行することができ、航続距離を延ばすこと
ができる。

【００１８】図４は放電深度と充電電圧および充電効率
各々との関係を表すものである。ここで車両システムコ
ントローラ１４はバッテリスタック１１、１２それぞれ
の充電は、充電効率の高い領域まで（充電電圧が急激に
立ち上がるまで）しか行わない。この領域では比較的大
きな充電電流を流すことが可能であるため、エンジン２
６を最大効率領域で定常的に運転することができる。こ
のため充電効率、エンジン効率によるエネルギ損失を最
小限に抑えることができる。

【００１９】また、図５はエンジン回転数とエンジント
ルクとの関係（エンジン効率マップ）を表すもので、図
に実線Ａで示す領域が最大効率領域である。なお、破線
Ｂで示す領域は発電機２５の負荷が小さいときのエンジ
ン作動領域、また破線Ｃで示す領域が発電機２５の負荷
が大きいときのエンジン作動領域を示している。

【００２０】本実施例において、エンジン走行の場合に
は、車両システムコントローラ１４はクラッチ２７をオ
ンし、エンジン２６とモータ２３との間を連結状態とす
るとともに、スイッチアレー装置１５の切換スイッチ１
６〜１９の接続状態を切り換えて、バッテリスタック１
１、１２の双方を発電・充電装置２１側へ接続させる。
また、このとき車両システムコントローラ１４はエンジ
ン２６を図５で示したエンジン効率マップの最大効率領
域Ａで運転できるように、モータ２３の回生、発電機２
５の発電強さを制御し、車両の駆動と同時にバッテリス
タック１１、１２への充電を行う。なお、バッテリスタ
ック１１、１２の充電は高充電効率領域まで行うことは
前述の場合と同様である。

【００２１】また、特にエンジンによる高速走行時に
は、モータ２３が定格回転以上の高速で回転した場合、
発電機２５では高い逆起電圧が発生する。そのためバッ
テリスタック１１、１２が過電圧充電されることとな
る。このようなときには車両システムコントローラ１４
はスイッチアレー装置１５の各切換スイッチ１５〜１９
を図１に示したように解放（オープン）状態とし、バッ
テリスタック１１、１２を電動装置２０および発電・充
電装置２１から切り離す。これにより本実施例ではバッ
テリスタック１１、１２における過電圧充電を防止する
ことができる。

【００２２】このように本実施例の電動駆動装置におい
ては、バッテリスタック１１、１２を並列の接続状態と
しているため、各々独立に放電および充電動作を行うこ
とができる。したがって一方のバッテリスタックが故障
しても他方はそのまま動作するため、従来のように全く
出力しなくなるというようなことがなくなり、安定して
走行する。

【００２３】また、本実施例では、走行中の必要駆動力
の変動や、残量容量の多い領域における充電許容電流の
低下による発電機負荷の変動等、による影響を全く受け
ることなく、常に一定状態で発電機２５を作動させ充電
を行うことができる。したがってエンジン２６を最大効
率点において運転（ピンポイント運転）でき、エネルギ
効率が向上するとともに、航続距離を拡大することがで
きる。

【００２４】さらに本実施例では、前述のように高速走
行時においてバッテリスタック１１、１２における過電
圧充電を防止することができ、電解液の分解等の障害が
発生することがなくなる。また、本実施例では、エンジ
ン２６を発電機２５とモータ２０との間に設置し、エン
ジン走行を発電機２５を介することなくエンジン２６の
運転により直接行う構成となっているため、発電機２５
の容量は、従来の直列接続方式のハイブリッド車両のそ
れよりも小さくて済む。

【００２５】以上実施例を挙げて本発明を説明したが、
本発明は上記実施例に限定するものではなく、その要旨
を変更しない範囲で種々変形可能である。たとえば上記
実施例においては、発電・充電手段として、ＡＣ／ＤＣ
コンバータ２４、発電機２５およびエンジン２６による
構成を用いて説明したが、これの代わりに図６に表すよ
うな燃料電池３０および、この燃料電池３０の出力電圧
（直流電圧）を昇圧するための昇圧装置３１を用いるよ
うにしてもよい。この燃料電池３０は、燃料として水
素、酸化剤として酸素を用いることにより直流電力を得
ることができる。燃料電池３０は使用する電解質の種類
により燐酸型、溶融炭酸塩型および固体電解質型に分け
られるが、本実施例ではいずれも使用できる。なお、本
実施例の充電動作については、上記実施例と同様である
ので、その説明は省略する。

【００２６】また、上記実施例においては、蓄電手段と
して２組のバッテリスタック１１、１２を用いて説明し
たが、バッテリの数は複数であればその数は任意であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電動車両装
置によれば、複数の蓄電手段（バッテリ）を互いに並列
に配設するとともに、これら蓄電手段各々と電動手段お
よび発電・充電手段それぞれとの接続状態を蓄電手段の
残存容量に応じて切り換えるようにしたので、１つの蓄
電手段が故障しても走行に支障を起こすことがないとと
もに、走行負荷の変動等の影響を受けることなく発電お
よび充電効率を改善することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電動車両装置の回路構
成を表すブロック図である。

【図２】図１の電動車両装置の動作を説明するためのブ
ロック図である。

【図３】図１の電動車両装置の動作を説明するためのブ
ロック図である。

【図４】放電深度と充電電圧および充電効率との関係を
表す特性図である。

【図５】エンジン効率マップを表す特性図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る電動車両装置の回路
構成を表すブロック図である。

【符号の説明】

１１、１２ バッテリスタック １３ 残存容量計 １４ 車両システムコントローラ １５ スイッチアレー装置 １６〜１９ 切換スイッチ ２０ 電動装置 ２１ 発電・充電装置 ２２ インバータ ２５ 発電機 ２６ エンジン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都築 繁男 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株式会社エクォス・リサーチ内 (56)参考文献 特開 平６−141488（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−130742（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−334906（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 11/12 B60K 6/02 H02J 7/00 302 H02J 9/06 503

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンと、 該エンジンの駆動によって電力を発生させる発電装置
   と、 ２組の 蓄電手段と、 前記２組の蓄電手段の少なくとも一つから出力された電
   力により車両を駆動する電動装置と、前記２組の蓄電手段の１つを前記電動装置へ接続させて
   放電させるとともに、他の蓄電手段を前記発電装置へ接
   続させて充電させるモード、前記蓄電手段の双方を前記
   電動装置に接続させて放電するモード、前記蓄電手段の
   双方を前記発電装置に接続させて充電するモード、前記
   蓄電手段の双方を前記電動装置及び発電装置から解放す
   るモードを切り換える 車両システムコントローラとを具
   備したことを特徴とする電動車両装置。
2. 【請求項２】 前記電動装置はモータとインバータとか
   ら構成され、 前記エンジンと前記モータとの間を連結状態または非連
   結状態とするクラッチを備え、 前記クラッチにより前記エンジンと前記モータとの間を
   連結状態とすることで前記エンジンの回転力を使用して
   走行することを特徴とする請求項１に記載の電動車両装
   置。
3. 【請求項３】 前記車両コントローラは、前記クラッチ
   を連結状態として前記エンジンで高速走行する場合に
   は、前記蓄電手段の双方を前記電動装置及び発電装置か
   ら解放するモードに切り換え、前記２組の蓄電手段が過
   電圧充電されることを防止することを特徴とする請求項
   ２に記載の電動車両装置。