JPH03155308A - 電動車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、電動車両に係り、特にその電源装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来より、駆動力源としてモータを搭載した電動車両が
知られている。第１０図は従来の電動車両の構成例を示
す図であり、第１０図（ａ）はモータ２台を直列に配置
して前輪または後輪を駆動する例、同図（ｂ）は前輪と
後輪をそれぞれ別個に設けた２台のモータで駆動する例
、同図（Ｃ）は４輪をそれぞれ別個の４台のモータで駆
動する例であり、図中、５１〜６２は車輪、６３〜７０
はモータ、７１〜７３はディファレンシャルギヤを示し
ている。そして、これらモータを駆動するための電源装
置としては通常、鉛蓄電池等からなるバッテリーあるい
は発電機が使用され、これらの電源装置は第１０図（ｄ
）に示すように後輪側に搭載されるか、あるいは同図（
ｅ）に示すように前輪側に搭載されていた。なお、第１
０図（ｄ）、（ｅ）において、７４は車体、７５．７６
は電源装置を示す。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のように固定的に搭載されたバッテ
リーあるいは発電機のみをモータの電源とする場合には
、車両として要求される様々な走行条件に十分に対応で
きないという問題があった。

即ち、電動車両をも含めて一般に車両の走行条件として
は、近距離走行を行う場合、長距離走行を行う場合、低
速走行を行う場合、高速走行を行う場合、低トルクでよ
い場合、高トルクが必要となる場合等積々の走行条件が
あるが、バッテリーを使用した場合には、パワー密度が
大きく、−時に取り出せるエネルギーは大きいものの、
エネルギー密度が低いので航続距離の点で間問題があり
、また、発電機を使用した場合には、エネルギー密度が
高いので長距離走行には有利であるがパワー密度が低い
ので大電流を供給できないという問題があり、従来の電
動車両のように常時搭載されているバッテリーあるいは
発電機を使用するだけでは様々な走行条件を満足させる
ことができないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、走行条
件に応じた電源構成を選択することができる電動車両の
電源装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の電動車両の電源
装置は、常時使用される第１の電源装置（４）を搭載す
る電動車両において、第２の電源装置（５）が搭載可能
となされ、且つ前起第２の電源装置（５）として発電機
部（１１）ををする電源装置（１０）が搭載されている
場合において、前記第１の電源装置（４）と前記発電機
部（１１）との接続を必要に応じて切り換え制御する演
算装置（２７）を備えることを特徴とする。

［作用および発明の効果コ 本発明においては、常時搭載される第１電源装置（４）
の他に更に必要に応じて第２電源装置（５）が搭載可能
となされ、特に、第２電源装置（５）として発電機部（
１１）を有する発電機モジュール（１０）が使用される
場合において、前記第１電源装置（４）と前記発電機部
（１１）との接続が演算装置（２７）の制御により直列
になされたり、並列になされたりする。従って、車速、
トルク等に応じて最適な電源構成を採ることが可能とな
るので、電動車両の動力性能を向上させることができ、
航続距離を延ばすことができるものである。

なお、上記構成に付した番号は図面と対比させるための
ものであり、これにより本発明の構成を同等限定される
ものではない。

［実施例コ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

まず、第１図を参照して本発明に係る電動車両の電源装
置の全体の構成について説明する。なお、図中、１は車
体、２は前輪、３は後輪、４は第１電源装置、５は第２
電源装置、６は第２電源装置の搭載位置を示す。

第１図において、第１電源装置４は、最小限必要な電源
を確保するために、例えば第１図（ａ）に示すように前
輪２側に常時搭載される電源装置であり、バッテリーを
用いるのが好適である。また、第２電源装置５は必要に
応じて、第１図（ｂ）に示すように後輪３側に搭載され
る電源装置であり、バッテリーを用いたバッテリーモジ
ュールで構成することもできるし、エンジンと発電機か
らなる発電機モジュールで構成することもできる。なお
、第１図においては第１電源装置４は前輪２側に、第２
電源装置５は後輪３側に搭載されるようになされている
が、第１電源装置４が後輪３側に、第２電源装置５が前
輪２側に搭載されるようになされてもよいことは明らか
である。

第２電源装置５は第１図（ｂ）の６で示す予め定められ
た位置に搭載されるが、第２電源装置５として用いられ
るバッテリー　発電機は一般に大型であり、１００ｋｇ
程度の重量を有するものであるから、積み込みおよび積
み卸しを容易にできるようにする必要がある。そこで、
第２電源装置５は第２図に示すように構成される。第２
図（ａ）はバッテリーモジニールの構成例であり、バッ
テリーモジュール７はバッテリー８と台車９とで構成さ
れ、バッテリー８は台車９に図示しない固定手段により
固定されている。また、第２図（ｂ）は発電機モジュー
ルの構成例であり、発電機モジュール１０は、発電を行
う発電機部１１、発電機部１１を回転させるためのエン
ジン部１２、および走行状態に応じて第１電源装置４と
発電機部１１との接続状態を切り換える切換回路部１３
がそれぞれ図示しない固定手段により台車１４に固定さ
れて構成されている。なお、切換回路部１３については
後述する。

そして、バッテリーモジュール７または発電機モジュー
ル１０を車両に積み込むに際しては、第３図に示すよう
に、バッテリーモジュール７または発電機モジュール１
０を、その床面が車体１の床２０と略同じ高さになされ
た台車１５に積み込み、矢印２工の方向にモジュールの
台車ごと移動するようにする。第２電源装置５としての
バッテリーモジュール７または発電機モジュール１０を
積み込む方向は、第１図（ｂ）の矢印１６で示すように
車体１の後方からでもよく、矢印１７または１８で示す
ように車体１の側面からでもよいが、第２？！！源装置
５の積み換えを容易に行え、且つ車体１に安定的に固定
できるように、車体１の床２０には第４図に示すように
、各モジュールの台車の車輪幅と同じ幅を有するレール
２２１．２２２を敷設し、更にストッパー２３＋、２３
２，２３ｓ、２３−を配設するようにするとよい。図中
、２５で示すものは第２電源装置５のピン（図示せず）
が接続されるプラグであり、該プラグ２５に第２１！１
源装置５のビンが差し込まれることより、第２電源装置
５は第１Ｎ源装置４と所定の状態に電気的に接続され、
電動車両の電源装置が構成される。

次に、モータ制御を行うための回路構成について説明す
る。

第５図は第１電源装置４のみを使用した場合（以下、第
１モードと称す）の構成例を示す図であり、この場合に
は第５図（ａ）に示すようにプラグ２５にはダミーピン
２６が差し込まれる。プラグ２５は図に示すように８つ
のポートを有し、ボー）Ｐ７．ＰＧはそれぞれモータ制
御回路２８へのマイナス出力端子、プラス出力端子とな
されている。

ダミーピン２６は図のようにポートＰ２．Ｐ４．Ｐ７を
接続すると共にボー）Ｐ３．Ｐ５．ＰＧを接続し、更に
ボー）ＰＧ、ＰＩを接地するように構成されている。

いま第１電源装置４は、第Ｓ図（ｂ）に示すように、電
圧がＶｌ、Ｖ２の二つの電池ユニットを有するものとす
るとし、その端子Ｔ１．Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４がそれぞれプ
ラグ２５のポートＰ４．Ｐ５．Ｐ２．Ｐ３に接続されて
いるものとすると、第１電源装置４の二つの電池ユニッ
トはダミーピン２６により第５図（Ｃ）のようにモータ
制御回路２８に並列に接続されることになる。ダミーピ
ン２６のポートＰＧ、ＰＩは、マイクロプロセッサ等の
演算制御手段およびＲＡ　Ｍ。

ＲＯＭ等のメモリで構成される演算装置２７への信号線
として使用され、当該信号線により演算装置２７は第２
電源装置５が搭載されているか否か、搭載されている場
合には当該第２電源装置５がバッテリーモジュール７で
あるのか、発電機モジュール１０であるのかを識別する
ことができる。ダミーピン２６が差し込まれている場合
には、ボー）ＰＯ，ＰＩのレベルは共にロー（Ｌ）レベ
ルであるので演算装置２７は第２電源装置５は搭載され
ていないと判断する。演算装置２７は、上述したように
第２電源装置５の搭載の宵無、その種類を識別するだけ
でなく、図中３０で示すように、車速センサ、ブレーキ
センサ、アクセル開度センサ等の種々のセンサの出力を
取り込んでモータ２９に供給すべき電流値を決定し、モ
ータ制御回路２８に指示する。モータ制御回路２８はス
イアチイング回路等で構成される回路であり、演算装置
２７からの指示に基づいて内部の回路を切り換え、指示
された通りの電流をモータ２９に供給する。なお、モー
タ制御回路２８の具体的な回路構成は従来周知であるの
で、その詳細につｔコ４ては省略する。

なお、図中モータ２８は一つしか示されていないが、こ
れは当該電動車両に使用される全てのモータを代表して
図示されているものであって、第５図に示す構成が第１
０図（ａ）に示す構成に限らず、第１０図（ｂ）、（ｃ
）に示す構成の電動車両に適用できるものであることは
当然であり、このことは以下同様である。

以上が第１電源装Ｒ４のみを使用した第１モードの構成
であり、Ｖｌ、Ｖ２の電圧がそれぞれ１００Ｖ程度とす
ると、最高速度は８０ｋｍ／ｈ程度であり、走行距離は
６０ｋｍ／ｈの定地走行で４０ｋｍ程度であるので、低
速・短距離の使用目的には十分対応することができる。

また、この場合には、第２電源装置５は搭載されていな
いので、搭載箇所には荷物等を置くことが可能となり、
スペースをを効利用することができるものである。また
、発電機モジュール１０を搭載した場合には発電機部１
１から比較的大きな騒音が発生するが、第５図に示す構
成においては騒音は発生しないので、快適な走行を行う
ことができる。

第６図は第２電源装置５としてバッテリーモジュール７
を使用した場合（以下、第２モードと称す）の構成例を
示す図であり、バッテリーモジュール７が同図（ｂ）に
示すような構成であり、その端子ＡＯ，Ａ　Ｉ、Ａ２．
Ａ３．Ａ４．Ａ５．Ａ６．Ａ７がそれぞれプラグ２５の
ポートＰＯ，Ｐ　Ｉ、Ｐ２．Ｐｆｆ、Ｐ４．Ｐ５．Ｐ６
、Ｐｌに接続されるものとすると、第６図（Ｃ）に示す
回路が構成される。また、演算装置２７に対する信号線
はｖ４の電池ユニットを構成する一つの電池の両端から
取り出されており、ポートＰＯはＬレベル、Ｐｌはハイ
（Ｈ）レベルとなされている。これにより演算装置２７
は第２電源装置５としてバッテリーモジュール７が搭載
されていることを認識することができ、更に信号線のた
めに特別に電池を設ける必要はないものである。なお、
信号線は電池ユニットｖ３から得るようにしてもよいこ
と、およびポートＰＯとＰＩのレベルが逆であってもよ
いことは当業者に明らかである。

第６図（ａ）の構成において、いまＶ３．Ｖ４をそれぞ
れ５０Ｖ程度とすると、電源装置全体の出力電圧は第１
電源装置４と合わせて１５０Ｖ程度となり、最高速度は
１１０ｋｍ／ｈ程度、走行距離はＥＩＯｋｍ／ｈの定地
走行で６０ｋｍ程度となり、短距離を高速で走行する場
合に好適な構成となる。

また、この構成では電源装置はバッテリーのみで構成さ
れるので、第５図に示す構成と同様に騒音はなく快適な
走行を行うことができる。

第７図は第２電源装置５として発電機モジュール１０を
使用した場合（以下、第３モードと称す）の構成例を示
す図であり、この場合には第７図（ａ）に示されるよう
に、発電機モジュール１０のビンがプラグ２５に接続さ
れるだけでなく、切換回路部１３の切り換え制御のため
に演算装置２７との間に制御線３１が接続される。発電
機モジュール１０の回路は例えば第７図（ｂ）に示すよ
うに、発電機部１１の出力は切換回路部１３に接続され
、切換回路部１３のプラス出力端子Ｂ６、マイナス出力
端子Ｂ７はそれぞれプラグ２５のポートＰ６．Ｐ７に接
続される。切換回路部１３の番号を付さない端子はプラ
グ２５のポートＰ２〜Ｐ５に接続され、これにより同図
（Ｃ）に示す回路構成とすることができる。なお、第７
図（Ｃ）では第１電源装置４と発電機モジュール１０と
の接続が省略されているが、これは切換回路部１３が演
算装置２７の指示により、電池ユニッ）Ｖｌ、Ｖ２およ
び発電機部１１の接続を並列にしたり、直列にしたり、
あるいは発電機部１１で電池ユニットｖｌ、ｖ２を充電
する構成に内部回路を切り換えるためであり、この切換
動作については後述する。また、発電機モジュール１０
の端子ＢＯ，Ｂｌはそれぞれプラグ２５のポー）ＰＯ，
Ｐｌに接続され、これによりポートＰＯはＨレベル、Ｐ
ｌはＬレベルとなるので、演算装置２７は第２電源装置
５として発電機モジュール１０が搭載されていることを
認識することができる。当該電池３２は信号線の電圧を
得るために特別に設けてもよいが、発電機モジュール１
０のエンジン部１２を始動させるためのスタータ用の電
池を兼用することも可能である。なお、制御線３１の接
続は適当な端子を配設することで行うことができること
は当業者に明らかである。

第７図に示す構成によれば、発電機部１１を使用するた
めに騒音は比較的大きいが、切換回路部１３の出力端子
間の電圧は１００Ｖ程度から最大２００Ｖ程度まで得る
ことができるから、最大速度は１１０ｋｍ／ｈ程度、走
行距離は８０ｋｍ／ｈの定地走行で５００ｋｍ程度を達
成することができ、高速・長距離の使用目的に容易に対
応することができる。つまり、第７図に示す構成におい
てはバッテリーと発電機を使用しているので、パワー密
度はバッテリーで負担し、エネルギー密度は発電機で負
担することができるのであり、そのために長距離または
高速で走行することができるのである。

次に演算装置２７の行う処理について説明する。

第８図は演算装置２７が行う処理の流れを示す図であり
、まず、Ｓｌの初期設定が行われる。これはＲＡＭのワ
ークエリアのクリア等、これから所定の処理を開始する
に必要な状態に設定するための処理である。初期設定が
行われると次に演算装置２７は信号線のレベルを検出し
て発電機モジュール１０が搭載されているか否かを判断
する（Ｓ２）。上記の第１モードおよび第２モードの場
合は発電機モジュール１０は搭載されていないから、Ｓ
３でセンサからの信号を取り込み、次に８４で第１モー
ドか第２モードかを判断し、第１モードであればＳ５の
処理で、第２モードであればＳ８の処理でそれぞれモー
タ２９の駆動力を決定し、当該駆動力を得るための電流
を流す旨の指示をモータ制御回路２８に与える。

モータ２９の駆動力を決定する方法としては、例えば、
車速とアクセル開度を検出し、予め用意されたルックア
ップテーブル（以下、ＬＵＴと称す）から駆動力を求め
る方法等を採用することができ、この場合にはＳ３にお
いては車速センサおよびアクセル開度センサからの出力
を取り込むことになる。そして、ＬＵＴを第１、第２、
第３のモード毎に用意しておくことによって、電源装置
の構成に応じて適正な駆動力を決定することができる。

従って、Ｓ５において決定される第１モードでのモータ
駆動力は、Ｓ６において決定される第２モードでのモー
タ駆動力より小さくなされる。

なぜなら、第１モードでは第１電源装置４のみが使用さ
れるのに対して、第２モードでは第１電源装置４とバッ
テリーモジュール７が使用されるからである。なお、上
記の駆動力決定方法は飽くまでも一例に過ぎないもので
あって、モータの駆動力を決定する方法は従来種々知ら
れており、いずれの方法を採用してもよいものであるこ
とは言うまでもない。また、モータを複数個使用する場
合には全てのモータの駆動力を同じにしてもよく、また
ＬＵＴにモータ毎の駆動力を書き込んでおき、それに基
づいてモータ毎に駆動力を決定してもよいものである。

以上のようにして、Ｓ５またはＳθで駆動力を決定し、
モータ制御回路２８へ指令値を出力すると、演算装置２
７は再びＳ２以下の処理を繰り返す。この処理のループ
は所定時間毎に行われる。

以上が第１モードおよび第２モードの場合であるが、第
３モードの場合には発電機を搭載しているので、８７〜
Ｓ１２の処理が行われる。Ｓ７のセンサ入力処理では、
Ｓ８での第１電源装置４に対して充電が必要か否かの判
断のために、Ｓ８での回生か否かの判断のために、そし
て８１２でのモータ駆動力の決定および該駆動力の指令
値をモータ制御回路２８に指示するために各種のセンサ
の出力を取り込む。Ｓ８の処理は、第１電源装置４のバ
ッテリー残量が所定の値、例えば７０％、以下になって
いる場合には発電機部１１で発電した電力の一部を第１
電源Ｈｒｌ１４に充電しようとするものであり、Ｓ８の
判断でｒ７ｅｓＪと判断されると、切換回路部１３の回
路が切り換えられて発電機部１１の出力の一部が第１電
源装置４に供給され、充電が行われるようになされる。

なお、充電のための回路は周知であるのでその詳細につ
いては省略する。また、バッテリー残量を求める方法と
しては、端子間電圧および放電電流から求められる内部
インピーダンスに基づいて決定する方法、あるいは本出
願人が特願昭［１２−３０２４４３号で提案した、端子
間電圧、放電電流および電池温度を検出し、ＬＵＴによ
りバッテリー残量を決定する方法等を採用することがで
きる。前者の場合には、Ｓ７では電圧センサおよび電流
センサからそれぞれ端子間電圧、放電電流が取り込まれ
ることになり、後者の場合には、端子間電圧、放電電流
に加えて温度センサからバッテリー温度が取り込まれる
ことになる。

Ｓ８において充電が必要でないと判断された場合には、
Ｓ９で回生か否かが判断され、回生であればＳ１０に分
岐し、第１電源装置４に対して充電が行われる。これは
回生状態、即ちブレーキペダルが踏まれている場合には
、第１電源装置４を充電しようとするものであり、これ
により発電機部１１の出力を有効に利用することができ
るものである。従って、Ｓ７ではブレーキセンサの出力
も取り込まれるものである。

Ｓ９で回生ではないと判断されると、Ｓ１１で切換回路
部１３の回路が切り換えられ、第１電源装置４の電油ユ
ニツ）Ｖｌ、Ｖ２および発電機部１１の接続状態が切り
換えられる。これは、車速、負荷電流、発電機部１１の
電圧、電流に応じて使用目的に応じた最適な電源装置を
構成するための処理であり、従って、Ｓ７では負荷電流
、発電機部１１の電圧、電流も取り込まれる。

切換回路部１３は、例えば、第９図（ａ）に示すように
構成され、必要に応じて同図（ｂ）〜（ｇ）の等何回路
で示すような電源構成の切り換えを行うことができる。

第９図において、１１は発電機部、Ｖｌ、Ｖ２は第１電
源装置４の二つの電池ユニット、負荷はモータ制御回路
２８、Ｔｒはトランジスタ、Ｄはダイオードを示し、各
トランジスタのベースには、制御線３１を介して演算装
置２７からの制御信号が入力される。なお、第９図にお
いては充電のための回路は省略されている。

第９図（ｂ）はＴｒ１〜Ｔｒ４の全てのトランジスタが
オフとなされた場合の電源構成を示い　この場合には発
電機部１１のみが電源として使用されるので低パワーで
はあるがエネルギー密度が高いので長距離走行が可能で
ある。従って第９図（ｂ）の構成は低パワー拳長距離走
行時に最適である。

同図（Ｃ）はＴｒ４のみがオンでその他のトランジスタ
がオフ、そして発電機部１１も発電を行っていない場合
の電源構成を示し、電圧が１００Ｖ程度と低いので低速
ではあるが、パワー密度は大きいのでトルクは大きく、
従ってこの構成は低速−高トルク時に最適である。同図
（ｄ）は各トランジスタの導通状態は同図（Ｃ）と同じ
であるが、発電機部１１が発電を行っている場合の構成
を示し、この構成も同図（Ｃ）と同様に低速・高トルク
時に最適である。つまり、第９図（Ｃ）と第８図（ｄ）
は発電機部１１が発電を行っているか否かで相違するの
みであり、低速Φ高トルク時にはＴｒ４のみがオンでそ
の他のトランジスタはオフとなされるのである。

第９図（ｅ）、（ｆ）は共にＴｒｌおよびＴｒ４がオン
、Ｔｒ２およびＴｒ３がオフとなされた場合の電源構成
を示し、第９図（ｅ）は発電機部１１が発電を行ってい
ない場合、同図（ｆ）は発電を行っている場合を示して
いる。この場合には、電池ユニットが直列に接続される
ので電圧は高くなり高速が可能であるが、大電流は取り
出せないのでトルクは小さい。従って、第９図（ｅ）、
（ｆ）の構成は共に高速・低トルク時に最適である。第
９図（ｇ）はＴｒｌのみがオフ、その他のトランジスタ
が全てオンの場合の電源構成を示し、この場合には電圧
も比較的高くなり、エネルギー密度も大きいので、この
構成は中速・長距離走行時に最適である。

以上のように、切換回路部１３のトランジスタの導通状
態を制御することによって種々の使用目的に応じた電源
構成を採用することができるのであり、演算装置２７は
Ｓ７で取り込んだ車速、負荷電流等に応じて電源構成の
切り換えを行うのである。いずれの電源構成を採用する
かは、車速、負荷電流、発電機部１１の電圧、電流に応
じた電源構成のテーブルを用意し、Ｓ７で取り込んだ値
に基づいて該テーブルを参照し、決定するようにすれば
よい。

以上のようにしてＳ１１の処理が終了すると、次に演算
装置２７は８１２でモータの駆動力を決定し、モータ制
御回路２８に指令値を指示する。

駆動力の決定は、上述したと同様に、例えば車速とアク
セル開度から第３モード用のＬＵＴを参照することによ
り行うことができる。

Ｓ１２の処理が終了すると、再び８２以下の処理を所定
時間毎に繰り返す。

以上の処理により、第１電源装置４の二つの電池ユニツ
）Ｖｌ、Ｖ２と発電機部１１の接続を並列あるいは直列
にできるので、使用目的に応じた電源装置を構成するこ
とができ、以て電動車両の動力性能を向上させることが
できるものである。

以上、本発明の１実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可
能である。例えば、−上記実施例では第１電源装置４お
よびバッテリーモジュール７は二つの電池ユニットを有
するものとしたが、他の構成でもよいことは当然である
。また、第２電源装置は燃料電池等でも構成できる。更
に、第８図のＳｌｌの処理は、センサから取り込んだ値
によって電源構成を定めるのでなく、運転者がボタン操
作により、使用目的に応じて選択できるようにしてもよ
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動車両の電源装置の一実施例の
構成を示す図、第２図は第２電源装置の構成例を示す図
、第３図は第２電源装置の積み込み、積み卸しの様子を
示す図、第４図は第２電源装置の積み込み、積み卸しの
ための構成例を示す図、第５図は第１モードにおける回
路構成を示す図、第６図は第２モードにおける回路構成
を示す図、第７図は第３モードにおける回路構成を示す
図、第８図は演算装置が行う処理の流れを示す図、第９
図は電源構成の例を示す図、第１０図は従来の電動車両
およびその電源装置の例を示す図である。 装置、５・・・第２電源装置、７・・・バッテリーモジ
ュール、１０・・・発電機モジュール、１１・・・発電
機部、１２・・・エンジン部、１３・・・切換回路部、
２５・・・プラグ、２６・・・ダミーピン、２７・・・
演算装置、２８・・・モータ制御回路、２９・・・モー
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）常時使用される第１の電源装置を搭載する電動車
   両において、第２の電源装置が搭載可能となされ、且つ
   前記第２の電源装置として発電機部を有する電源装置が
   搭載されている場合において、前記第１の電源装置と前
   記発電機部との接続を必要に応じて切り換え制御する演
   算装置を備えることを特徴とする電動車両の電源装置。