JPH03284104A - 移動電源車 - 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〕 この発明は、工事を行う場所に自力走行して停車し、工
事用電気機器に電力を供給する移動電源車、ことに燃料
電池を電源とする工事用電源車に関する。

〔従来の技術〕

道路工事や河川の改修工事などその工事区域が広い＠囲
にわたったり、あるいは個々に工事場所が移動する場合
、配電系統に接続された仮設電源を設置する手続やその
設置工事が煩雑であるために移動電源車が用いられる。

また、配電系統に停電事故があり、その地域の病院など
に緊急に電力を供給する必要が生じた場合にも移動電源
車が利用される。さらに、集魚灯電源を塔載したいが釣
り船なども広義の移動電源車（船ンに含まれる。

この種の移動電源車としては従来、工事用のエンジン発
電機をトラックに積載して運搬するもの、あるいは非自
走式の車輌に塔載したエンジン発電機を自動車輌でけん
引して現場に搬送するものなどが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の移動電源車はディゼルエンジンやカッリンエンジ
ンを用いて発電機を駆動しているために高いレベルの騒
音を発生するとともに、汚れｆｃ排気ガスを放出する。

したがって、市街地の工事場所や病院など騒音や大気汚
染がことに問題となる地域で電力を供給する場合には、
公害防止の面から移動電源車の使用が著しく制約され、
ことに夜間の工事などはほとんどできないのが実情であ
る。

また、自動車＠に電気自動車を用す、その駆動用バッテ
リーを移動用電源に兼用すれば、騒音問題および排ガス
問題を一挙に解決できる可能性があるが、−回の充電で
電気自動車が自走できる距離が短かいのが現状であ勺、
このバッテリーを移動電源に兼用する点についてはその
有用性すら認められていない。

この発明の目的は、一つの電源装置を自動車輌の駆動電
源および移動電源に兼用して長時間連続運転でき、かつ
低騒音で大気汚染の少い低公害形の移動電源車を得るこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明釦よれば、電気自
動車を駆動する直流電動機およびその駆動電流の制御装
置と、配電盤を介して外部負荷回路に供給する電力を制
御する電力変換装置とが、前記電気自動車の荷物室に前
記制御装置、電力変換装置、および配電盤とともに積載
された一つの燃料電池発電装置に切換開閉器を介して接
続され、前記制御装置または電力変換装置のいずれか一
方を選択して電力を供給するよう形成されてなるものと
し、具体的には燃料電池発電装置が燃料改質装置と、そ
の改質ガスおよび反応空気を受けて発電する燃料を池と
、この燃料電池の出力側に配された電流制御装置と、こ
の電流制御装置の出力側忙配された補助バッテリーおよ
び補機電源と、運転モード信号を受けて切換開閉器およ
び電力変換器に向けて制御信号を発するとともに、運転
モードに対応した前記燃料電池の出力電流制御信号を前
記電流制御装置に向けて出力する主制御装置と５− 全備えてなるものとするとともに、その主制御部を主制
御装置が補助バッテリーの端子電圧に対応して燃料電池
の出力電力指令値を発する関数発生手段と、その出力電
力指令値を出力１！流設定値に変換する手段と、この出
方電流設定値と出方電流実際値との差に基づいて出力電
流制御信号を発する電流調節手段とからなる電気自動車
駆動モードの演算制御部と、電力変換器入方電力、補助
バッテリー充電電力、補機電源電力の和を検知して燃料
電池の総合出力を求める手段と、得られた総合出力を燃
料電池の出力電流設定値に換算する手段と、この出力電
流設定値と実際値との差に基づいて出力電流制御信号を
発する電流調節手段とからなる移動電源モードの演算制
御部とを備え、運転モード信号を受けたとき前記二つの
演算制御部のいずれか一方の出力電流制御信号によって
前記燃料電池の出力電流を制御するよう形成されてなる
ものとする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、電気自動車の荷物室６− に積載した燃料電池発電装置を、電気自動車の駆動用電
源および移動電源に兼用し、走行時には電気自動車の直
流電動機に制御装置を介して電力を供給し、工事場所等
に停車した状態では電力変換器で例えば交流に変換した
電力を配電盤を介して外部負荷回路に供給するよう構成
したことによシ、燃料電池を例えばアルコール系原料を
水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質装置を有する
燃料電池発電装置とすることによシ、外部負荷に見合っ
た容量の燃料電池をその重量に見合ったａ載荷重の電気
自動車に塔載して走行することが可能になり、かつ液体
原料とすることによって走行距離を延長する機能と、外
部負荷に長時間連続して電力を供給できる機能とが同時
に得られるとともに、燃料電池および電気自動車の低騒
音、低ノックス性に基づいて低公害化した移動電源車を
得ることができる。また、アルコール系の液体燃料を改
質器の補助燃料とすれば、起動時間の短縮や低ノックス
化が可能であり、さらに燃料ガスタンクを設けることに
よシ、電気自動車に要求される加速性能と、移動電源に
要求される負荷変動に対する安定性とを同時に満たす電
源装置が得られる。

一方、燃料電池発電装置に電流制御装置とその電流設定
値を決める主制御装置を設け、運転モードを指令する信
号を受けた主制御装置が切換開閉器および電力変換器を
切換制御するとともに、補助バッテリーの端子電圧に基
づいて燃料電池の出力電流を設定する電気自動車駆動モ
ードの演算制御部と、外部負荷電力、補機電力、および
バッテリー充電電力を併せた総合負荷電力の検知信号に
基づいて燃料電池の出力電流を設定する移動電源モード
の演算制御部とのいずれかを選択して電流設定器の出力
電流を制御するよう構成したことによシ、道路状況や操
従者の意思により駆動電力が大幅に変化する電気自動車
駆動モードでは、補助バッテリーの電圧降下を監視して
燃料電池の発電電力が大きめに制御されるので、負荷応
答性の遅い燃料電池発電装置の特性をカバーして加速性
のよい走行性能を保持できるとともに、負荷変動が比較
的ゆるやかな移動電源モードでは、負荷電力を総合的に
判断して燃料電池および燃料改質系を最適制御できる機
能が得られる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる移動電源車の模式化し
た側面図であり、電気自動車１は直流電動機２．変速装
置３．および走行装置４や図示しない操従装置、制動装
置などを備え、その荷物室６内には燃料電池発電装置２
０とその制御装置３０、燃料電池の出力電力を制御して
直流電動機２に供給する制御部１０、燃料電池の出力電
力を例えば交流電力に変換する電力変換器４０、交流電
力を外部負荷回路に分配して供給する配電盤５０などを
積載する。

第２図は実施例になる移動電源車のシステム構成図であ
り、外部負荷６０に交流電力を供給する場合を例に示し
たものである。図において、燃料電池発電装置２０は例
えば現在技術開発が最も進んでいる勺ん酸型燃料電池２
１と、メタノールを改質原料とする燃料改質器２２とを
組み合わせた９− 構成が用いられる。すなわち、電気制動車１の荷物室の
床下に設けられたメタノールタンク２３からポンプ２６
Ｐによって改質器２２のバーナ２６に送られたメタノー
ルは支燃空気ブロア２６Ｂから送られる空気と混合して
燃焼し、改質器２２をその改質温度（２００℃ないし３
００℃程度）Ｋ予熱する。一方原料ポンプ２３Ｐで気化
器２４に向けて送られるメタノールには水槽２５からポ
ンプ２５Ｐで送られる純水が所定量混合され、気化器２
４で気化した原料ガスが改質器２２内の改質器で水蒸気
改質触媒と接触し、水素リッチな燃料ガスに変換される
。生成した燃料ガスは荷物室の床下などに配された燃料
ガスタンク２７に所定時間運転可能な量蓄積され、弁ｖ
１　　を介してりん酸形燃料電池２１の燃料極に供給さ
れる。勺ん酸を保持するマトリックスを介して燃料極に
対向した空気極には反応空気プロワ２８から反応空気が
送られ、水素と酸素が電極触媒の存在下で直接反応する
ことによシ発電が行われる。なお、発電反応によって燃
料電池２１に生ずる反応熱は冷却空気１０− プロワ２９によって冷却され、燃料電池温度が約１９０
℃に保持される。また、空気極に生じた生成水を含む高
温の排空気は気化器２４に送られて原料の気化に利用さ
れ、冷却されることによって生じた水は気水分離器２５
に集められて改質原料として利用される。さらに、燃料
極のオフガスは弁Ｖ２　　を介してバーナ２６に送られ
てオフガス中の水素が燃焼し、吸熱反応である改質反応
に必要な反応熱を供給する。

また、燃料電池発電装置２０は発電電力の出力側に電流
制御装置３磁と補助パッチ！ｊ−３３、および図では省
略した補機電源と、システム全体をコントロールする主
制御装置３０を備えており、電流制御装置３１の出力側
は切換開閉器５１を介して電気自動車１の駆動制御部１
０側と、外部負荷６０に電力を供給する電力変換装置４
０側とに振り分けられる。電気自動車１の直流電動機２
が分巻電動機である場合、制御部１０は電機子チョッパ
１２と界磁チョッパ１３とで構成され、分巻弱め界磁方
式の速度制御を行うことにより、小容量の界磁チョッパ
によ勺高率の高い制御を連続して行うことができる。な
お石巻電動機を用いて弱め界磁方式の制御を行うよう構
成してもよく、この場合は主回路チョッパの他に弱め界
磁制御抵抗および切換コンタクタを必要とする。なお、
電機子チョッパ１２および界磁チョッパ１３は電気自動
車１のアクセレータルに連動したアクセレータ５の出力
指令信号例よって制御され、分巻電動機２の駆動トルク
−回転数特性が操従者の意思を反影して変化する。

また、移動電源の負荷が交流電力を要求するものである
場合、電力変換装置４０はチョッパ４２で制御されるイ
ンバータ４３で構成され、イン／＜−タ４３の出力交流
電圧は配電盤５０内に設けられた変圧器５２で所望の電
圧に調整され、主電磁接触器５３を介して複数の電磁接
触器５４に分岐され、外部負荷６０に電力を供給する。

なお、燃料電池２１の容量は外部負荷６０に供給する電
力と、電気自動車の駆動電力の双方を勘案して決めるこ
とになるが、燃料電池発電装置を駆動と移動電源の双方
に兼用することによ勺電気自動車の車載重量を軽減する
ことができる。また、補助バッテリー３５は変動の大き
い駆動電力に対する燃料電池発電装置の追従性の遅れを
カバーする目的と、燃料電池の始動電源とを兼ねるもの
であ勺、例えば燃料ガスタンク２７との兼ね合いでその
容量が決められる。

第３図は実施例における制御系統を具体的に示す接続図
である。図において、燃料電池２１の出力側には電圧検
出器３５Ｆおよび電流検出器３６Ｆが設けられ、その検
出信号Ｖｆｄおよび工ｆｄけ主制御装置３０に入力され
る。また、電流制御装置３１の出力側には補助バッテリ
ー３３の電圧検出器５５Ｂおよび補機電源５２の入力電
流検出器３６Ｓが設けられ、それぞれの検出信号ｖｂお
よび工８　は主制御部５０に入力される。さらに、電力
変換装置４０の出力側には負荷電圧の検出器３５’Ｌお
よび負荷電流の検出器５６Ｌが設けられ、それぞれの検
出信号Ｖ１および工１も主制御装置３０に入力される。

また、駆動制御部１０はアク１３− セルヘタル５Ａの指令信号５Ｃをアクセレータ５が受け
て発する電流指令ＩＯＡによって直流モータ２に供給す
る電流が操従者の意思を反影して制御される。

一方、主制御装置３０は、燃料電池発電装置の各種モー
タや弁などの駆動を指令する機能と、燃料電池の出力電
流を、電気自動車の駆動モードおよび移動電源モードと
に対応して制御する機能とを備えている。補機の制御に
関しては公知の制御方式と変るところがないので、以下
二つの駆動モードについて説明する。主制御部３０は、
運転モードを指令する外部信号７０を受けて切換開閉器
５１を駆動制御部１０１ａｌｌまたは電力変換装置４０
側のいずれかに接続する制御信号５１Ｃを出力するとと
もに、前者の場合には主制御装置に内包された駆動モー
ドの演算制御部８０が稼動し、後者の場合には電力変換
装置４０の始動を指令する信号４０Ｃを出力するととも
に、内包された移動電源モードの演算制御部９０が稼動
するよう構成される。

１４− 第４図は実施例における駆動モードの演算制御部８０の
機能を示す構成図であり、補助バッテリー３３の端子電
圧検出器３５Ｂの検出電圧ｖｂを受けた関数発生器８１
は、電圧ｖｂ値によってあらかじめ決まる燃料電池の出
力電力の設定値Ｐｆを出力する。８２１ｄ′出力電力の
設定値Ｐｆを出力電力設定値工ｆｓ　　ｉｃ変換する電
力−電流変換手段であり、電圧検出器５５Ｆ′の検出電
圧Ｖｆｄ　　の反転要素８２Ａと、掛算要素３２ｂとで
構成され、掛算要素８２ｂで電力設定値Ｐｆとｉ／Ｉｆ
ｄとの積としての電流設定値工ｆ８　　が求められる。

補正手段８４は燃料改質装置の負荷応答性を補償するた
めに設けられ、補正された電流設定値工ｆｓは電流調節
手段８５に送られる。電流調節手段８５は減算要素８５
Ａと電流調節手段素８５Ｅで構成され、減算要素８５Ａ
で電流設定値工ｆｓと電流検出器３６Ｆで検出された燃
料電池出力電流の検出値（実際値）工ｆｄとの差が求め
られ、この差分に基づいて電流調節要素８５Ｂが上記差
分を縮める電流制御信号工Ｆ’を電流制御装置３１に向
けて出力する。

駆動モードの演算制御部を上述のように構成したことに
よシ、変動の大きい電気自動車の負荷変動を補助バッテ
リーの消耗に基づく電圧降下によって早期に検出し、こ
れを補償するに足る多めの出力電流′ｆＬ−燃料電池が
出力するので、燃料改質装置の負荷追従性の遅れを補償
して加速性のよい駆動制御を行うことができる。

なお、駆動モードの演算制御部８０はアナログ回路で構
成してもよく、またディジタル回路で構成する場合には
演算プログラムをあらかじめ主制御装置５０内のＲＯＭ
に記憶させるよう構成してもよい。

第５図は実施例における移動電源モードの演算制御ｓ９
０の機能を示す構成図であジ、演算制御部９０は大別し
て燃料電池２１の総合出力の演算手段９１と、得られた
総合出力から出力電流設定値を求める出力電流設定値の
演算手段９２と、出力電流設定値と実際値を比較して電
流制御信号を電流制御装置３１に向けて出力する電流調
節手段９５とに大別される。総合出力の演算手段は、負
荷電圧の検出器３５Ｌおよび負荷電流の検出器３１ ６Ｌの検出信号Ｖユ、ｖ立の積から負荷電力Ｐｌを求め
る掛算要素９１Ｌと、得られ７’（ＰＩ値に電力変換装
置４０の変換効率の逆数１／に１を乗じて電力変、換装
室４０の入力電力Ｐｌｉを求める乗算要素９１ＬＥと、
補助バッテリー３３の端子電圧検出器３５ｂの検出信号
ｖｂを受けて充電電力ｐｂを算出する関数発生要素９１
Ｂと、検出電圧ｖｂと補機電源３２の入力電流検出値工
８とから補機電力Ｐｓを求める乗算要素９１８と、ｐｂ
　十Ｐｓを算出する加算要素９１ＢＳと、総合出方ｐｔ
＝　（Ｐｂ十Ｐ８）十Ｐｌｉ　ｔ−求める加算要素９１
Ｔと、得られた総合出力ｐｔに電流制御装置３１の効率
の逆数ｉ／ＫＣを乗じて電流制御装置の入力電力（燃料
電池の出力電力）設定値Ｐｆｃを算出する乗算要素９１
ＴＥとで構成される。

出力電流設定値の演算手段９２は、燃料電池の出力電圧
の検出器５５Ｆの検出電圧（実際値）の逆数を反転要素
９２ＶＰで求め、乗算要素９２工１７− で燃料電池の出力電力設定値Ｐｆｃ　との積としての出
力電流設定値Ｉｆｃを求め、関数発生要素９２１Ｅで燃
料改質系の応答遅れを補償した電流設定値工ｆｓＫ変換
して出方する。

電流調節手段９５は、減算要素９３で電流設定値工ｆｓ
と電流検出器３６Ｆ’の検出電流実際値工ｆｄとの差を
求め、電流調節要素９４が差電流工ｆ８−ｌｆｄ　　を
零に近づけるような電流制御信号工ｆを求め、電流制御
装置３１に向けて出方することによジ、燃料！７１２発
電装置は、外部負荷６０゜補機電源３２．および補助バ
ッテリー３３が要求する電流の総量に基づいてその出方
電流が最適制御され、したがって高い総合効率を保持し
て外部負荷に安定して電力を供給することができる。な
お、移動電源モードの演算制御部９ｏも駆動モードの演
算制御部８０と同様にアナログ回路で構成してもよく、
またディジタル回路で構成してもよい。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、電気自動車の荷物室１８− に積載した燃料電池発電装置を電気自動車の駆動電源お
よび移動電源に兼用するよう構成した。その結果、排気
ガスのクリーン度が高くかつ静止器である燃料電池を用
いたことによシ、エンジン発電機を用いた従来の移動電
源車で問題となった騒音公害や大気汚染問題が排除され
、したがって市街地で昼夜の別なく使用できる移動電源
車を提供することができる。また、燃料電池を電気自動
車の駆動電源と移動電源とに兼用して荷物室に積載した
ことによシ、現状では高価な燃料電池の稼動率が向上す
るとともに、移動電源として必要な容量の燃料電池を塔
軟でき、かつ積載重量に対応して大きくなる電気自動車
の駆動電動機に必要な電力を供給できる利点が得られる
。さらに、燃料電池にメタノール改質装置を組み合わせ
て電源装置とすれば、改質装置を小型に形成でき、かつ
排気のクリーン度を一層改善できる多量の液体原燃料を
安全に積載できるので、バッテリー式の従来の電気自動
車における走行距離の制約を回避でき、かつ外部負荷へ
の電力の供給全連続的に安定して行える利点が得られる
。さらにまた、改質器で生成した燃料ガスを燃料ガスタ
ンクに所定量蓄積するよう構成すれば、起動、停止を頻
繁に繰シ返すために変動の大きい電気自動車の消費電力
を燃料ガスタンクの蓄積ガスを放出することによって遅
滞なく供給することが可能になるので、燃料電池に比べ
て負荷応答性の遅い燃料改質装置に拘束されることなく
、操従者の意思を反影した電気自動車の走行制御を行え
る利点が得られる。

一方、燃料電池の出力側に電流制御装置および補助バッ
テリーを設け、かつ駆動モードと移動電源モードの切換
を主制御装置によって行うとともに、主制御装置に補助
バッテリーの端子電圧を基準にして電流制御装置の出方
電流を制御する駆動モードの演算制御部と、総合的な負
荷電流に基づいて電流制御装置の出力電流を制御する移
動電源モードの演算制御部とを設けるよう構成した。そ
の結果、負荷変動の大きｂ電気自動車の駆動モードにお
いては、負荷変動を補助バッテリーの電圧降下によって
早期に検知して電圧降下に逆比例して燃料電池の出力電
流を多めに制御できるので、操従者の意思を反影して加
速性のよい電流制御を行うことができ、したがって負荷
応答性の遅い燃料改質系の特性を燃料ガスタンクのバッ
クアップ機能と併せて改善し、市街地走行性能の高い移
動電源車を提供することができる。また負荷変動が比較
的少い移動電源モードにおいては、負荷が要求する電力
を総合的に判断して燃料電池の最適制御を行うことがで
きるので、発電効率の高い燃料電池の運転制御と、これ
に基づく運転コストの低減効果が得られる。

なお、この発明の移動電源車は、電気自動車を例えばモ
ーター駆動される船舶に置き換えることも可能であり、
例えば集魚灯を有する漁船などにおいて燃料電池発電装
置を船の推進と集魚灯電源とに兼用することによル、前
述したと同様の効果が得られるとともに、エンジン推進
装置と集魚灯用のエンジン発電機とを積載した例えばい
か釣９漁船に比べて低騒音化できるので、高い集魚効果
を期待することができる。

２１−

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明ρ実施例になる移動電源車を模式化し
て示す側面図、第２図は実施例になる移動電源車のシス
テム構成図、第３図は実施例における制御系統を具体的
に示す構成図、第４図は実施例における駆動モードの演
算制御部の機能を示す接続図、第５図は実施例における
移動電源モードの演算制御部の機能を示す接続図である
。 １・・・電気自動車、２・・・直流電動機、６・・・変
速装置、４・・・走行装置、５・・・アク七レータ、６
・・・荷物室、１０・・・制御部、１２・・・電機子チ
ョッパ　１′５・・・界磁チョッパ　２０・・・燃料電
池発電装置、２１・・・燃料電池、２２・・・改質器、
２３・・・メタノールタンク、２４・・・気化器、２５
・・・気水分離器、２６・・・バーナ、２７・・・燃料
ガスタンク、２６Ｂ、２８゜２９・・・プロワ、２３Ｐ
、２５Ｐ、２＜ＳＰ・・・ポンプ、３０・・・制御装置
、３１・・・電流制御装置、３３・・・補助バッテリー
　３２・・・補機電源、４０・・・電力変換装置、４２
・・・チョッパ　４３・・・インバータ、５０・・・配
電盤、５１・・・切換開閉器、３５Ｆ、３５Ｂ。 ２２− ５５Ｌ・・・電圧検出器、”）６Ｆ、３６Ｓ　、３６Ｌ
・・・電流検出器、７０・・・運転モードの外部指令信
号、４０Ｃ，５１Ｃ・・・切換制御信号、８０・・・駆
動モードの演算制御部、８１・・・関数発生手段、８２
・・・電力電流変換手段、８５．９５・・・電流調節手
段、９０・・・移動電源モードの演算制御部、９１・・
・総合出力演算手段、９２・・・出力電流設定値の演算
手段、２５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気自動車を駆動する直流電動機およびその駆動電
   流の制御装置と、配電盤を介して外部負荷回路に供給す
   る電力を制御する電力変換装置とが、前記電気自動車の
   荷物室に前記制御装置、電力変換装置、および配電盤と
   ともに積載された一つの燃料電池発電装置に切換開閉器
   を介して接続され、前記制御装置または電力変換装置の
   いずれか一方を選択して電力を供給するよう形成されて
   なることを特徴とする移動電源車。 ２）燃料電池発電装置が燃料改質装置と、その改質ガス
   および反応空気を受けて発電する燃料電池と、この燃料
   電池の出力側に配された電流制御装置と、この電流制御
   装置の出力側に配された補助バッテリーおよび補機電源
   と、運転モード信号を受けて切換開閉器および電力変換
   器に向けて制御信号を発するとともに、運転モードに対
   応した前記燃料電池の出力電流制御信号を前記電流制御
   装置に向けて出力する主制御装置とを備えてなることを
   特徴とする請求項１記載の移動電源車。 ３）主制御装置が補助バッテリーの端子電圧に対応して
   燃料電池の出力電力指令値を発する関数発生手段と、そ
   の出力電力指令値を出力電流設定値に変換する手段と、
   この出力電流設定値と出力電流実際値との差に基づいて
   出力電流制御信号を発する電流調節手段とからなる電気
   自動車駆動モードの演算制御部と、電力変換器入力電力
   、補助バッテリー充電電力、補機電源電力の和を検知し
   て燃料電池の総合出力を求める手段と、得られた総合出
   力を燃料電池の出力電流設定値に換算する手段と、この
   出力電流設定値と実際値との差に基づいて出力電流制御
   信号を発する電流調節手段とからなる移動電源モードの
   演算制御部とを備え、運転モード信号を受けたとき前記
   二つの演算制御部のいずれか一方の出力電流制御信号に
   よって前記燃料電池の出力電流を制御するよう形成され
   てなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   移動電源車。