JPH07123515A

JPH07123515A - 電気自動車制御装置

Info

Publication number: JPH07123515A
Application number: JP5271917A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Suzuki; 木重光鈴
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】電気自動車の制御装置におけるバッテリー電
流の損失を減少して、電気自動車の走行距離を延ばす。【構成】バッテリー１からの電力をモータ制御手段で
ある第２チョッパ６を介して、走行動力源であるモータ
８に供給する電気自動車制御装置において、バッテリー
１と第２チョッパ６の間に介装する大容量コンデンサ４
と、大容量コンデンサ４とバッテリー１の間に介装して
周期的に動作するスイッチング素子１０と、インダクタ
ンス２２と、第１のダイオード２６と、第２のダイオー
ド２８と、第３のダイオード９とを備えた。更に第２チ
ョッパ６への電力供給源を大容量コンデンサ４或いはバ
ッテリー１とに切り換え可能になるような切り換え手段
１１を備えた。

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走行動力源
であるモータにかかる負荷を制御する装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】環境汚染が大きな問題となってきてお
り、ガソリンやディーゼル自動車の排気ガスにも厳しい
対応が迫られている。このような状況にあって、排気ガ
スの無いクリーンな自動車として電気自動車が一部特定
の用途では実用化されているが、電気自動車の現状は、
ガソリンやディーゼル自動車と比べて連続走行距離や加
速性能の面から見ても、まだかなり劣っている。ガソリ
ンやディーゼル自動車と同等の走行性を保証するには、
ガソリンやディーゼル自動車の給油一回当たりの走行距
離と同等またはそれに近い一充電当たりの走行距離を確
保することが一つの大きな課題となっている。上記の課
題を解決するために様々な研究がなされている。

【０００３】特開平４−３４０３０１号公報に開示され
る電気自動車は、モータとバッテリーの間にチョッパを
備え、チョッパの入力側及び出力側にコンデンサを配設
して、制動時の運動エネルギー及び位置エネルギーをも
との電気エネルギーとしてバッテリーに回収するもので
ある。図７に特開平４−３４０３０１号公報に開示され
る電気自動車制御装置の回路図を示す。直流モータＭと
バッテリーＢａとの間に、リアクトルＬと、制動機構に
よってオン・オフされるスイッチング素子Ｑ₂と、この
素子Ｑ₂のオン時からオフ時になるときにモータＭの起
電力をバッテリーＢａに供給するダイオードＤ₂とから
なるチョッパを接続する。このチョッパの両側にそれぞ
れ高周波阻止用コンデンサＣ₁，Ｃ₂を接続する。モー
タＭを減速する際にはモータＭの起電力による電流がリ
アクトルＬ及びオン状態の素子Ｑ₂を介して流れ、且つ
この電流が素子Ｑ₂のオフ時にダイオードＤ₂に転流
し、リアクトルＬによりバッテリーＢａに高効率に回収
される。

【０００４】次に、特開平５−３０６０８号公報に開示
される電気自動車のハイブリッド電源装置の概略図を図
８に示す。同図に示される電気自動車のハイブリッド電
源装置は、コンデンサ１１及びバッテリー１２とコンバ
ータ１４との間に、減速量に応じて回収電流を制御する
電流制御回路２１を接続したもので、バッテリー１２に
接続したスイッチＳＷ２と電流制御回路１３からなる回
収充電回路と、スイッチＳＷ１とダイオードＤからなる
放電回路とを備えている。この発明によれば、加速、減
速時のエネルギー放出、回収に際してバッテリーの負担
を抑えてコンデンサに分担させるので、減速時のバッテ
リーの急速充電を抑えることができ、急速充電に基づく
劣化を防ぎ、バッテリーの寿命を長くすることができ
る。しかも、減速時の大量のエネルギーをコンデンサに
回収して加速時のエネルギーとして利用するので、加速
時のバッテリー負担を軽減することができ、バッテリー
の利用効率を高めることができる。したがって、電気自
動車における走行距離を長くし、加速、減速性能を高め
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平４−３
４０３０１号公報に開示される電気自動車用電源装置で
は、電気自動車の走行中に加速及び減速を行う度に、バ
ッテリーから流れる電流の値が変動するので、急加速を
行った時などはバッテリー電流が大きく変動していた。
そのためバッテリーの電流脈動が極めて大きくなる傾向
があった。

【０００６】また、特開平５−３０６０８号公報に開示
される電気自動車のハイブリッド電源装置においても、
電力供給源である大容量コンデンサとバッテリーは、単
純に並列接続しているだけで、大容量コンデンサからモ
ータに供給する電力とバッテリーからモータに供給する
電力との配分を制御する手段がないため、例えば車両の
急加速を行った場合に、大容量コンデンサだけでなくバ
ッテリーから大電流が流れることがあり、バッテリー電
流が大きく変動して、その結果バッテリーの電流脈動が
大きくなることがあった。

【０００７】ここで、バッテリーの電流Ｉ（ｔ）、電圧
Ｅ（ｔ）、内部抵抗Ｒとすれば、バッテリー電圧Ｅ
（ｔ）を一定と考えると、バッテリー内部損失は、loss
＝∫Ｉ（ｔ）²Ｒｄｔで表されて、内部損失がバッテリ
ー電流の二乗に比例している。一定時間内で同一エネル
ギーを供給する場合、電流脈動の大きい時と小さい時で
比較すると、電流脈動の大きい時には内部損失が大きく
なることがわかる。すなわち、バッテリーの電流脈動を
小さくすれば内部損失を少なくすることができ、同じ容
量のバッテリーであれば、電流脈動を抑えることによっ
て放電可能容量を増大することが可能である。

【０００８】図９〜図１１に従来の構成の電気自動車制
御装置の回路図を示す。また、図１２〜図１４は、図９
〜図１１の電気自動車制御装置のＬＡ＃４走行モードに
おけるバッテリー電流の時間変化を示す。ここで、ＬＡ
＃４走行モードとは電気自動車測定用の一般的な走行パ
ターンであり、Ａ点は車両の急加速を行った時の電流の
値を示している。次に、各図についての説明を行う。図
９は図７に示す特開平４−３４０３０１号公報に開示さ
れる電気自動車制御装置のコンデンサＣ１が小さい場合
の制御装置である。バッテリーＥ（１２０Ｖ）からコン
デンサ（５ｍＦ）を介して、モータ駆動用スイッチ、モ
ータ制動用スイッチ、ダイオード、インダクタンスから
構成されるチョッパを通じてモータＭに供給する電流を
制御している。図１０は図９の電気自動車制御装置にお
けるコンデンサＣ１が大容量コンデンサ（３０Ｆ）の場
合の制御装置である。図１１は図１０の電気自動車制御
装置に加えて、バッテリーが電流を回収しないようにダ
イオードを設けたものである。図１２を見ると、全体的
に電流の脈動が大きく、Ａ点では２２０Ａ程度の電流が
流れている。図１３を見ると、図１２と比べてバッテリ
ーの電流脈動のピークが抑えられているが、それでも急
加速を行ったときには１５０Ａ程度の大電流が流れてい
ることがわかる。図１４を見ると、電流値が正の部分で
は図１３のグラフと同じ電流波形を示しているが、ダイ
オードがあるためにバッテリーで電流を回収しないよう
になっているので全体では電流脈動が小さくなってい
る。しかし、図１３のグラフと同様で電気自動車が急加
速を行ったときには１５０Ａ程度の大電流が流れてしま
う。上記の結果より、大容量コンデンサを用いると放電
可能容量が増加するが、それでもバッテリーから大電流
が流れることがあるために、バッテリーの内部損失を完
全になくすことは出来ない。

【０００９】そこで、本発明はバッテリーの内部損失を
更に減少することによりバッテリーの放電可能容量を増
大して、電気自動車の走行可能距離の延長を可能にする
ことを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、インダクタンスと、バッテリーの
＋端子とインダクタンスの一端の間に介装し、周期的に
開閉してインダクタンスの他端とバッテリーの−端子の
間の電圧を調整するスイッチング素子と、アノード側を
スイッチング素子とインダクタンスの間に接続し、カソ
ード側をバッテリーの−端子に接続する第１のダイオー
ドと、インダクタンスの他端とバッテリーのグランドの
間に介装する大容量コンデンサと、大容量コンデンサの
両端に接続されて、アクセルまたはブレーキ操作から最
適な電気自動車用モータの状態を演算して、モータを制
御するモータ制御手段とを備えた。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明に加え
て、モータ制御手段は、モータから大容量コンデンサへ
の電流を流しうる第２のダイオードを備え、更に、大容
量コンデンサからバッテリーへ電流を流しうる第３のダ
イオードを備えた。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１或いは請求項
２に加えて、バッテリーの＋端子と前記スイッチング素
子の間と、モータ制御手段の一端とを接続、或いは大容
量コンデンサとインダクタンスの間と、モータ制御手段
の一端とを接続、のどちらかに切り換え可能な切り換え
手段を備えた。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３の発明に関し
て、切り換え手段は車両の走行状態に応じて適切な接続
状態を選択し、自動的に切り換えるための制御手段を備
えた。

【００１４】ここで、本発明における大容量コンデンサ
とは、容量が０．１Ｆ以上のコンデンサのことであり、
好ましくは容量が１０Ｆ〜５０Ｆのコンデンサである。

【００１５】

【作用】請求項１によれば、バッテリーからスイッチン
グ素子、インダクタンスを介して大容量コンデンサが充
電される。この大容量コンデンサを電力供給源として、
モータ制御手段を介してモータを制御する。モータ制御
手段はアクセル又はブレーキ操作から最適なモータの状
態を演算して制御するので、運転者のアクセル又はブレ
ーキ操作により、電気自動車の加速及び減速ができる。
街中運転を行うときのような加減速が伴う負荷変動に応
じた脈動の大きな電流をモータに流すときにおいても、
必要な電流は大容量コンデンサから供給し、バッテリー
からは一定の電流の間欠波形で対応できる。その結果、
バッテリーからの放電電流の変動は小さく、且つ平滑化
する。よってバッテリーの内部損失が低減する。このと
き大容量コンデンサの内部損失は増加するが、大容量コ
ンデンサの内部抵抗は極めて小さく、バッテリーの内部
抵抗より小さい。そのため、全体的に放電可能容量が増
大する。

【００１６】請求項２によれば、連続する下り坂を走行
するときやブレーキ操作を行なうときは、モータ制御手
段がモータの制動を行い、且つ第２のダイオードを介し
て大容量コンデンサを充電する。更に第３のダイオード
を通じてバッテリーにも回生電流が流れ、バッテリーも
充電される。すなわちモータの運動エネルギーが大容量
コンデンサ及びバッテリーの電気エネルギーに変換さ
れ、回生制動が行われる。

【００１７】請求項３によれば、大容量コンデンサとイ
ンダクタンスの間と、モータ制御手段の一端を接続する
と、請求項１に示すような構成と同一となり、放電可能
容量が増大する。一方、バッテリーの＋端子とスイッチ
ング素子の間と、モータ制御手段の一端を接続すると、
バッテリーとモータ制御手段が直結される。このとき、
負荷変動による脈動により、バッテリーの内部損失が大
きく、放電可能容量が減少するが、長時間のモータの高
負荷運転ができる。バッテリーの＋端子とスイッチング
素子の間と、モータ制御手段の一端との接続、或いは大
容量コンデンサとインダクタンスの間と、モータ制御手
段の一端との接続、のどちらかを車両の運転者が選択し
て、任意に切り換えを行うことができ、希望する運転状
態を選ぶことができる。

【００１８】請求項４によれば、通常の走行時にはバッ
テリーからスイッチング素子、インダクタンスを介して
大容量コンデンサを充電して、大容量コンデンサからモ
ータ制御手段へ電力を供給してモータを作動することに
より走行距離の延長を行う。

【００１９】しかし、連続する上り坂のような連続高負
荷時においては、大容量コンデンサは連続放電状態とな
り、大容量コンデンサの電位は一様に下がる。このと
き、大容量コンデンサの電位が、モータを駆動するため
の基準最低電圧を下回らないようにするためには、バッ
テリーから大容量コンデンサに供給するエネルギーが、
大容量コンデンサがモータ制御手段に供給するエネルギ
ーと、大容量コンデンサとスイッチング素子、及びイン
ダクタンスで損失となるエネルギー分を合わせた以上で
ある必要がある。連続高負荷状態が続いて大容量コンデ
ンサの電圧が基準最低電圧を下回ると、スイッチング素
子、インダクタンス、ダイオード及び大容量コンデンサ
は電流脈動の平滑化の機能を果たせない。そこで、スイ
ッチング素子、及びインダクタンスでの消費電力をなく
してスムーズな走行を行うために、自動的にバッテリー
の＋端子とスイッチング素子の間と、モータ制御手段の
一端を接続して、バッテリーとモータ制御手段を直結す
るようにしている。

【００２０】

【実施例】本発明の第１実施例である電気自動車制御装
置の回路図を図１に示す。先ず、本実施例の構成を説明
する。バッテリー１（２４０Ｖ）の＋端子と充電コント
ロールスイッチ１０の一端を接続し、充電コントロール
スイッチ１０の他端とインダクタンス２２（１ｍΩ）の
一端と第１のダイオード２６のアノード側を一点で接続
している。インダクタンス２２の他端とバッテリー１の
−端子の間に大容量コンデンサ４（３０Ｆ）を介装す
る。大容量コンデンサ４の電圧は電圧センサ１９で検出
している。本実施例では大容量コンデンサ４は電気二重
層コンデンサを用いている。ここで、電気二重層コンデ
ンサとは、誘電体の替わりに電気二重層という異なった
二層が接触するとその境界面に電荷が極めて短い距離を
隔てて存在する状態を利用したコンデンサである。ま
た、充電コントロールスイッチ１０とバッテリー１の＋
端子の間にアノード側を接続し、充電コントロールスイ
ッチ１０とインダクタンス２５（１ｍΩ）の間にカソー
ド側を接続した第３のダイオード９を備えている。モー
タ駆動スイッチ１８の一端とモータ制動スイッチ１７の
一端とダイオード２７のアノード側と、インダクタンス
２２の一端を一点で接続している。インダクタンス２５
の他端とダイオード２７のカソード側の間に直流モータ
８が介装している。アノード側をモータ駆動スイッチ１
８の他端に接続し、カソード側をダイオード２７のアノ
ード側に接続する第２のダイオード２８を備えている。
ここで、充電コントロールスイッチ１０とバッテリー１
の＋端子の間のａ点と、インダクタンス２２と大容量コ
ンデンサ４の間のｂ点と、ダイオード２８のアノード側
とモータ駆動スイッチ１８の間のｃ点にそれぞれ端子を
設けて、ａ点とｃ点を接続、或いはｂ点とｃ点を接続、
の切り換えができるようにバイパススイッチ１１が備え
られている。また、充電コントロールスイッチ１０とバ
ッテリー１の＋端子の間と、ｃ点と、インダクタンス２
５と直流モータ間の３ヵ所に電解コンデンサ２，５，７
（各５ｍＦ）をそれぞれバッテリー１と並列になるよう
に備えた。

【００２１】次に本実施例の作用について説明する。バ
ッテリー１の＋端子から流れ出る電流が電解コンデンサ
２から、充電コントロールスイッチ１０と、インダクタ
ンス２２と、ダイオード２４から構成される第１チョッ
パ３を介して大容量コンデンサ４を充電する。大容量コ
ンデンサ４と並列に電解コンデンサ５が接続しており、
大容量コンデンサ４から電解コンデンサ５、モータ駆動
スイッチ１８とモータ制動スイッチ１７とダイオード２
７，２８とインダクタンス２５から成る第２チョッパ
６、電解コンデンサ７を介して直流モータ８に電力を供
給することにより駆動力を与えている。また、直流モー
タ８の回生制動時に大容量コンデンサ４の容量を越えた
場合の回生電流をバッテリー１で回収するために、ダイ
オード９を設けた。更に、第２チョッパ６への電力供給
源を、大容量コンデンサ４或いはバッテリー１に切り換
え可能になるように、切り換え手段としてバイパススイ
ッチ１１を備えている。これにより、通常走行時は第１
チョッパ３を介してバッテリーエネルギーの有効利用を
行い、連続の上り坂のような連続高負荷時には、バイパ
ススイッチ１１を用いて電力供給源を大容量コンデンサ
４からバッテリー１に切り換えてスムーズな走行を可能
にする。第１実施例ではバイパススイッチ１１の切り換
えは、車両の運転者の手動で行うようにしている。ま
た、第２チョッパ６はモータ制御コンピュータ１３によ
り直流モータ８の力行と回生動作を制御しており、第１
チョッパ３は電圧制御コンピュータ１４により大容量コ
ンデンサ４に供給する電圧を制御している。

【００２２】次に、モータ制御コンピュータ１３を用い
て行われる直流モータ８の制御について説明する。電源
装置内に第２チョッパ６に流れる電流を検出する電流セ
ンサ１５を備えており、電流センサ１５からの検出信号
がモータ制御コンピュータ１３に入力するようになって
いる。電流センサ１５は、内部損失にならないように流
れる電流によって生じる磁界を検出して、その磁界から
電流値を算出するようにしている。モータ制御コンピュ
ータ１３は、電流センサ１５からの検出信号によって第
２チョッパ６内のモータ制動スイッチ１７及びモータ駆
動スイッチ１８のオン、オフ比の制御を行い、直流モー
タ８の駆動及び回生制動を制御している。ここで、図２
のブロック図を用いて説明する。先ず、電気自動車のス
タートスイッチ１２がオンになるとモータ制御コンピュ
ータ１３の処理がスタートする。

【００２３】アクセルペダル２０またはブレーキペダル
２１を踏むと、アクセルペダル２０の開度がアクセル開
度センサ２３で検出されるか、またはブレーキペダル２
１に加えられた踏力が圧力センサ２４で検出されて、そ
の検出信号が図２のアクセル開度又はブレーキ踏力信号
入力部に入力する。尚、本実施例では歪ゲージを用いた
圧力センサ２４を使用する。アクセルペダル２０の開度
或いはブレーキペダル２１に加えられた踏力のそれぞれ
に応じた目標トルク量Ｔと、目標トルク量Ｔに対応した
目標電流値Ｉは、目標トルク演算部及び目標電流演算部
で、以下の式から演算する。

【００２４】アクセルペダル２０を踏んだときの目標トルク量：Ｔ＝
ｋ１×ｘ（Ｎｍ）ブレーキペダル２１を踏んだときの目標トルク量：Ｔ＝
ｋ２×Ｔｂ（Ｎｍ）目標トルク量Ｔに対応した目標電流値：Ｉ＝ｋ３×Ｔ
（Ａ）ここで、ｘはアクセルペダル２０の開度、Ｔｂはブレー
キペダル２１に加えられた踏力、ｋ１，ｋ２，ｋ３は定
数である。電流センサ１５で検出する電流値がフィード
バックされてＰＩＤ制御装置に入力するようになってお
り、電流センサ１５検出部によって検出される実際の電
流値ｉｏが目標電流値Ｉに近づくように、ＰＩＤ制御装
置内でモータ駆動スイッチ１８及びモータ制動スイッチ
１７の動作を制御している。以下に各走行状態における
モータ制動スイッチ１７及びモータ駆動スイッチ１８の
制御を示す。

【００２５】先ず、通常の走行時には、バイパススイッ
チ１１が充電コントロールスイッチ１０とインダクタン
ス２２とダイオード２６から成る第１チョッパ３側に接
続しておき、第１チョッパ３を介して大容量コンデンサ
４を充電し、大容量コンデンサ４からバッテリーエネル
ギーの供給を行っている。通常走行時にはモータ駆動ス
イッチ１８がオン、オフを断続しており、大容量コンデ
ンサ４からの直流電流が直流モータ８に供給され、直流
モータ８が力行状態になって車輪が駆動される。そし
て、ブレーキペダル２１を踏み込む、または下り坂でガ
ソリンやディーゼル自動車でエンジンブレーキ程度のブ
レーキを発生させる場合は、モータ駆動スイッチ１８が
オフ状態を保持して、モータ制動スイッチ１７がオン、
オフを断続しているので、モータ制動スイッチ１７のオ
ン時にインダクタンス２５及びモータ制動スイッチ１７
を介して電流が流れる。次に、モータ制動スイッチ１７
がオフ時にはインダクタンス２５に流れていた電流がダ
イオード２８を介して大容量コンデンサ４に回生電流を
流すようになっている。

【００２６】次に、大容量コンデンサ４の電圧の制御を
図３のフローチャートに従って説明する。電源装置内に
はバッテリー１に流れる電流を検出する電流センサ１６
と、大容量コンデンサ４の電圧を検出する電圧センサ１
９を設けており、電流センサ１６、電圧センサ１９から
の検出信号が電圧制御コンピュータ１４に入力するよう
になっている。電流センサ１６は、電流センサ１５と同
じく、磁界を検出して磁界から電流値を演算している。
電圧制御コンピュータ１４内にパルス幅変調装置を備え
ており、電流センサ１６及び電圧センサ１９からの検出
信号によって第１チョッパ３内の充電コントロールスイ
ッチ１０のオン、オフ比の制御を行っている。本実施例
では充電コントロールスイッチ１０のオン、オフの周波
数は５００Ｈｚとする。スタートスイッチ１２がオンに
なると電圧制御コンピュータ１４がスタートして、以下
に示す大容量コンデンサ４の電圧制御がスタートする。

【００２７】先ず、ステップ１０１にて、電圧センサ１
９から検出された大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準
最大電圧値Ｖｕｐｐｅｒ（＝バッテリー電圧２４０Ｖ）
より小さいか否かを判定する。大容量コンデンサ４の電
圧Ｖ１が基準最大電圧値Ｖｕｐｐｅｒより小さいと判定
すると、ステップ１０２に進み、大容量コンデンサ４の
電圧Ｖ１が基準最小電圧値Ｖｌｏｗｅｒ（＝２００Ｖ）
より小さいか否かを判定する。大容量コンデンサ４の電
圧Ｖ１が基準最小電圧値Ｖｌｏｗｅｒより小さいと判定
すると、ステップ１０３に進み、充電コントロールスイ
ッチ１０のデューティー比を基準デューティー比５０％
と定める。ステップ１０４に進み、充電コントロールス
イッチ１０のデューティー比が５０％になるようにオン
・オフを断続する。次に、ステップ１０５にてバッテリ
ー１から出力される電流ｉｂが所定電流基準値ｉ（２０
Ａ）以上か否かを判定して、ｉｂが所定電力基準値ｉ以
上であると判定すると、ステップ１０６にて充電コント
ロールスイッチ１０のデューティー比を低くすると定め
る。また、ｉｂが所定電流基準値ｉより小さいと判定す
ると、ステップ１１０にて充電コントロールスイッチ１
０のデューティー比を高くすると定める。そしてステッ
プ１０７に進み、ステップ１０６或いはステップ１１０
で定められたデューティー比で充電コントロールスイッ
チ１０を作動する。ステップ１０８にて大容量コンデン
サ４の電圧Ｖ１が基準最大電圧値Ｖｕｐｐｅｒ以下か否
かを判定して、大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準最
大電圧値Ｖｕｐｐｅｒより大きいと判定すると、ステッ
プ１０９に進み、充電コントロールスイッチ１０から大
容量コンデンサ４への通電を停止する。そして、ステッ
プ１０２に戻って上記の処理を繰り返すことにより大容
量コンデンサ４の電圧が所定範囲内にあるようにしてい
る。

【００２８】図４に本実施例の電気自動車制御装置の電
気自動車のＬＡ＃４走行モードにおけるバッテリー電流
の時間変化を示す。Ａ点は急加速を行った時を示してい
る。

【００２９】図４によると、Ａ点の急加速を行ったとき
でも、第１チョッパ３によってバッテリー電流を制限し
て、必要な電流はすべて大容量コンデンサ４から供給す
るようにしているので、バッテリー電流は常に一定にな
っている。したがって、従来の電気自動車制御装置に関
する図１２〜図１４のグラフと比較してバッテリーの内
部損失が最も少なくなり、従来の電気自動車制御装置と
比較して放電可能容量が大幅に増大する。その結果、一
回の充電当たりの電気自動車の走行距離が延長する。図
１５は、図１２〜図１４のグラフと図４のグラフから算
出したそれぞれの場合のＬＡ＃４走行モードにおける放
電可能容量をグラフにしたものである。は５時間率容
量のバッテリー、は３時間率容量のバッテリー、は
図９の電気自動車制御装置、は図１０の電気自動車制
御装置、は図１１の電気自動車制御装置、は図４の
電気自動車制御装置の放電可能容量を表している。〜
を見ると、放電可能容量は定格容量の半分以下である
ことがわかるが、本実施例であるの放電可能容量は、
〜の放電可能容量の１．５倍程度増大している。

【００３０】次に本発明の第２実施例の電気自動車制御
装置について説明する。構成は第１実施例の電気自動車
制御装置と同じである。第２実施例ではバイパススイッ
チ１１の切り換えは電圧制御コンピュータ１４を用いて
行っており、上り坂を連続して走行するときなど、最適
な走行状態を保つように自動でバイパススイッチ１１の
切り換えを行うようになっている。例えば、電気自動車
が連続した上り坂を走行するときには、バッテリー１か
ら第１チョッパ３を介して大容量コンデンサ４に供給さ
れるエネルギーよりも、大容量コンデンサ４から直流モ
ータ８に出力されるエネルギーが常に大きくなる。従っ
て大容量コンデンサ４の電位が一様に下がり、大容量コ
ンデンサ４の電位が基準最低電位を下回る場合は、バイ
パススイッチ１１を切り換え、バッテリー１と第２チョ
ッパ６を直接接続する。この場合にはバッテリーエネル
ギーの有効利用はできないが、スムーズな走行が可能に
なる。ここで、連続高負荷中にバッテリー１と第２チョ
ッパ６を直接接続して走行している途中にバッテリー１
の放電可能容量を越えて走行不能に陥った場合には、バ
イパススイッチ１１が再びバッテリー１から第１チョッ
パ３に切り換わり、通常の走行を行うようにしている。
そして、第１チョッパ３と大容量コンデンサ４を切り離
した状態から第２チョッパ６との接続状態に戻す前に、
充電コントロールスイッチ１０のオン、オフを断続、或
いは回生電流を流して大容量コンデンサ４の電位が基準
最低電位より高くなるように充電を行っておく。本実施
例は、電圧制御コンピュータ１４の処理以外については
第１実施例と同じであるので、電圧制御コンピュータ１
４以外の構成及び動作の説明は省略する。また、第２実
施例の電気自動車制御装置は、第１実施例においてバイ
パススイッチ１１を自動で切り換えるために、電圧制御
コンピュータ１４の行う処理が少し多くなるだけであ
る。したがって、第２実施例の電気自動車制御装置の回
路図は、第１実施例の回路図の電圧制御コンピュータに
バイパススイッチ１１を動作させる出力端子を付け加え
るだけでよい。

【００３１】電圧制御コンピュータ１４による大容量コ
ンデンサ４の電圧及びバイパススイッチ１１の切り換え
の制御について図５のフローチャートを用いて説明す
る。先ず、電気自動車のスタートスイッチ１２がオンに
なると電圧制御コンピュータの処理がスタートする。先
ず、ステップ２０１にて、電圧センサ１９から検出され
た大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準最大電圧値Ｖｕ
ｐｐｅｒ（＝バッテリー電圧２４０Ｖ）より小さいか否
かを判定する。大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準最
大電圧値Ｖｕｐｐｅｒより小さいと判定すると、ステッ
プ２０２に進み、大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準
最小電圧値Ｖｌｏｗｅｒ（＝２００Ｖ）より小さいか否
かを判定する。大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準最
小電圧値Ｖｌｏｗｅｒより小さいと判定すると、ステッ
プ２０３に進み、バイパススイッチ１１を切り換えて、
大容量コンデンサ４、第１チョッパ３を介さずにバッテ
リー１と第２チョッパ６を直接接続する。ステップ２０
４にて充電コントロールスイッチ１０のデューティー比
を基準デューティー比５０％と定める。ステップ２０５
に進み、充電コントロールスイッチ１０のデューティー
比が５０％になるようにオン・オフを断続する。次に、
ステップ２０６にてバッテリー１から出力される電流ｉ
ｂが所定電流基準値ｉ（２０Ａ）以上か否かを判定し
て、ｉｂが所定電力基準値ｉ以上であると判定すると、
ステップ２０７にて充電コントロールスイッチ１０のデ
ューティー比を低くすると定める。また、ｉｂが所定電
流基準値ｉより小さいと判定すると、ステップ２１２に
て充電コントロールスイッチ１０のデューティー比を高
くすると定める。そしてステップ２０８に進み、ステッ
プ２０７或いはステップ２１２で定められたデューティ
ー比で充電コントロールスイッチ１０を作動する。ステ
ップ２０９にて大容量コンデンサ４の電圧Ｖ１が基準最
大電圧値Ｖｕｐｐｅｒ以下か否かを判定して、大容量コ
ンデンサ４の電圧Ｖ１が基準最大電圧値Ｖｕｐｐｅｒよ
り大きいと判定すると、ステップ２１０に進み、充電コ
ントロールスイッチ１０から大容量コンデンサ４への通
電を停止して、ステップ２１１にてバイパススイッチを
切り換えて、バッテリー１から第１チョッパ３を介して
大容量コンデンサ４から直流モータ８に電力を供給す
る。そして、ステップ２０２に戻って上記の処理を繰り
返すことにより大容量コンデンサ４の電圧が所定範囲内
にあるようにしている。

【００３２】図６に本発明の第３実施例の電気自動車制
御装置を示す。第３実施例は第１実施例及び第２実施例
で用いた直流モータ８の代わりに三相交流モータを用い
たものである。三相交流モータとしてインダクションモ
ータ２９を用いた。交流モータを用いているので、モー
タ制御手段はインバータ３０を使用している。モータ制
御コンピュータは、インダクションモータ２９に流れる
電流の大きさ、電流の周波数、位相を制御対象としてベ
クトル制御を行うことによって、インダクションモータ
２９の回転数、トルクを制御している。それ以外の構成
及び動作は第１実施例或いは第２実施例と同じである。

【００３３】従来の電気自動車には、車両の加速時にお
いてバッテリーの電流が瞬間的に大きくなった場合、バ
ッテリーの出力電圧は著しく低下する。通常、バッテリ
ーは予め定められた放電停止電圧以上の出力電圧で使用
するようになっているが、急加速を行う時にアクセルペ
ダルを踏み込んだ場合に、瞬間的に大電流が流れて電気
エネルギーが充分残っているにもかかわらず瞬間的に放
電停止電圧を下回って放電停止に至ってしまうことがあ
った。しかし、第１実施例、第２実施例及び第３実施例
においては、大容量コンデンサからの放電によってモー
タを作動しているので、瞬間的に大電流をモータに供給
してもバッテリーから流れる電流は一定の値を保ち、電
気エネルギーが充分残っているにもかかわらず放電停止
電圧を下回って放電停止に至ってしまう、ということが
なくなる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、バッテリーの
放電可能容量が増大する。また、本発明では大容量コン
デンサとバッテリーの間に、インダクタンスと、スイッ
チング素子と、ダイオードとを備えてバッテリーから流
れる電流は一定になるように制御している。したがっ
て、電気自動車の急加速時でもバッテリーの電流脈動が
小さいので、内部損失も小さくなり、その結果バッテリ
ーの放電可能容量が増大する。以上のことから従来の電
気自動車と比較すると走行距離を大幅に増大することが
できると共に、どのような走行条件でも一定の走行距離
を得ることができる。

【００３５】請求項２の発明によれば、回生制動時に第
２のダイオードを通じて大容量コンデンサを充分充電す
る。更に、第３のダイオードにより回生電流がバッテリ
ーに流れ込むようになっているので、過剰な回生電流が
大容量コンデンサに流れ込むことがなく、大容量コンデ
ンサに負担がかからない。且つ、大容量コンデンサの耐
圧を上げる必要がないために大容量コンデンサの低コス
ト化にもつながる。

【００３６】請求項３の発明によれば、請求項１及び請
求項２の効果に加えて、車両の運転車が自由に切り換え
手段を切り換えることができる。

【００３７】請求項４の発明によれば、請求項１及び請
求項２の効果に加えて、連続する上り坂のような連続高
負荷時には、制御手段によって切り換え手段が自動的に
切り換わり、モータ制御手段とバッテリーを直接接続す
ることにより、インダクタンスと、スイッチング素子
と、ダイオードとで消費する電力をなくして、高負荷時
においてもスムーズな運転を行うことが可能になる。こ
の間に大容量コンデンサを充電しておき、連続高負荷運
転中に走行不能に陥った場合には、切り換え手段が切り
換わり、再び大容量コンデンサからモータ制御手段へ電
力を供給することにより、低速度であれば運転を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である電気自動車制御装置
の回路図である。

【図２】本発明の第１実施例における直流モータの制御
のブロック図である。

【図３】本発明の第１実施例における大容量コンデンサ
の電圧制御の処理のフローチャートである。

【図４】本発明の第１実施例におけるバッテリー電流の
時間変化を表すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例におけるバイパススイッチ
の切り換えのフローチャートである。

【図６】本発明の第３実施例における電気自動車制御装
置の回路図である。

【図７】従来の電気自動車制御装置の回路図である。

【図８】従来の電気自動車制御装置の概略図である。

【図９】従来の電気自動車制御装置の回路図である。

【図１０】従来の電気自動車制御装置の回路図である。

【図１１】従来の電気自動車制御装置の回路図である。

【図１２】図９の電気自動車用電源のバッテリー電流の
時間変化を表すグラフである。

【図１３】図１０の電気自動車用電源のバッテリー電流
の時間変化を表すグラフである。

【図１４】図１１の電気自動車用電源のバッテリー電流
の時間変化を表すグラフである。

【図１５】電気自動車制御装置の構成と放電可能容量の
関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１バッテリー２，５，７電
解コンデンサ３第１チョッパ４大容量コン
デンサ６第２チョッパ８直流モータ９、第３のダイオード１０充電コン
トロールスイッチ１１バイパススイッチ１２スタート
スイッチ１３モータ制御コンピュータ１４電圧制御
コンピュータ１５，１６電流センサ１７モータ制
動スイッチ１８モータ駆動スイッチ１９電圧セン
サ２０アクセルペダル２１ブレーキ
ペダル２２，２５インダクタンス２３アクセル
開度センサ２４圧力センサ２６第１のダ
イオード２７ダイオード２８第２のダ
イオード２９インダクションモータ３０インバー
タ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インダクタンスと、バッテリーの＋端子と前記インダクタンスの一端の間に
介装し、周期的に開閉して前記インダクタンスの他端と
前記バッテリーの−端子の間の電圧を調整するスイッチ
ング素子と、アノード側を前記スイッチング素子と前記インダクタン
スの間に接続し、カソード側を前記バッテリーの−端子
に接続する第１のダイオードと、前記インダクタンスの他端とバッテリーの−端子の間に
介装する大容量コンデンサと、該大容量コンデンサの両端に接続されて、アクセルまた
はブレーキ操作から最適な電気自動車用モータの状態を
演算して、前記モータを制御するモータ制御手段と、を備える電気自動車制御装置。
【請求項２】前記モータ制御手段は、前記モータから
前記大容量コンデンサへの電流を流しうる第２のダイオ
ードを備え、更に、前記大容量コンデンサから前記バッ
テリーへ電流を流しうる第３のダイオードを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の電気自動車制御装置。
【請求項３】前記バッテリーの＋端子と前記スイッチ
ング素子の間と、前記モータ制御手段の一端との接続、前記大容量コンデンサと前記インダクタンスの間と、前
記モータ制御手段の一端との接続、のどちらかに切り換え可能な切り換え手段を備えたこと
を特徴とする請求項１或いは請求項２記載の電気自動車
制御装置。
【請求項４】前記切り換え手段は、車両の走行状態に
応じて適切な接続状態を選択し、自動的に切り換えるた
めの制御手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の
電気自動車制御装置。