JPH07123514A

JPH07123514A - 電気車および電気車の走行制御方法

Info

Publication number: JPH07123514A
Application number: JP5260577A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Masaki; 良三正木; Nobuyoshi Muto; 信義武藤; Taizo Miyazaki; 泰三宮崎; Fumio Tajima; 文男田島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】主バッテリと任意に搭載可能な補助バッテリと
を用いた電気車において、補助バッテリを切り離して走
行し、走行距離を延長する電気車および電気車の走行制
御方法を提供する。【構成】主バッテリ７および補助バッテリ１４の電力を
切替装置８で切り替え、インバータ５により電力変換
し、誘導モータ３により駆動する電気自動車１におい
て、主バッテリ７の電力より補助バッテリ１４の電力を
先に消費すると共に、走行中に補助バッテリ１４から主
バッテリ７へ電力をエネルギ転送装置１５を用いて転送
し、主バッテリ７を充電する制御を制御装置６に行わせ
る。補助バッテリ１４の電力が消費された時は、補助バ
ッテリ１４を切り離し、電気自動車１を身軽にし、次に
充電された主バッテリ７の電力を使って続けて走行す
る。身軽になって走る時間が長くなった分、走行距離を
延長することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバッテリで走行する電気
車において、その走行距離を延長する電気車および電気
車の走行制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からバッテリの蓄電電力に限りがあ
るため、電気車は、ガソリン車と比較して、走行距離が
短いことが問題である。これに対する解決策として、特
開昭57-25103、特開平3-155307、特開平4-334906、特開
平4-334907などに記載された方法がある。これらの基本
的な考え方は、電気車の主バッテリ以外に補助バッテリ
を付加し走行距離を延ばすものである。しかし、これら
の公知例の詳細な部分には、それぞれ考え方に異なる点
がある。以下、それについて説明する。

【０００３】特開昭57-25103、特開平3-155307、特開平
4-334906に記載された方法は、電気車自体に補助バッテ
リを搭載し走行するか、または補助バッテリを積載した
付随車（後者２例は必ずしも付随車が必要条件でな
い。）を連結して走行するかして、走行距離を延ばす方
法である。そして、付加した補助バッテリを優先的に使
用し、使用済の補助バッテリを交換して走行することは
記載されている。

【０００４】また、特開平4-334907に記載された方法
は、外部低圧電源、例えば、ガソリン車のバッテリから
高圧電源である電気車の主バッテリに簡便に電力を補給
し、走行距離を延ばす方法である。この方法は主バッテ
リの電力が走行中無くなった場合のような非常時の対応
に有効である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭57-251
03、特開平3-155307、特開平4-334906に記載された方法
は、電気車の走行中に補助バッテリから主バッテリへ蓄
電電力を転送することについて考慮されているものでは
ない。一方、特開平4-334907の方法は、非常時を想定し
たものであり、走行距離を延長するとは言い難いもので
ある。また、低圧電源から高圧電源への充電であり充電
効率の低いものであり、充電効率の面から見ても適さな
いものである。そのため、主バッテリおよび補助バッテ
リの両方の電力が無くなった場合は、主バッテリを充電
するために停車するか、充電せずに使用済の補助バッテ
リを交換して走行する（次から次と付随車を交換連結し
走行するまたは電気車に搭載した補助バッテリを次から
次と交換搭載し走行する）方法を取る必要がある。常に
付随車を連結するか、常に補助バッテリを搭載するなど
して走行する場合は、車体重量が増加し走行抵抗が増え
るので、走行距離を延長する割合が小さくなる問題があ
る。また、「走行距離を延長すること」に深く関係する
使用済補助バッテリの充電についての記載もない。

【０００６】本発明の第一の目的は、主バッテリと任意
に搭載可能な補助バッテリとを用いた電気車において、
走行距離を延長する電気車および電気車の走行制御方法
を提供することにある。

【０００７】本発明の第二の目的は、走行距離を延長す
るための補助バッテリの充電方法において、取り外した
補助バッテリの充電作業を容易にする電気車の走行制御
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の第一の目的は、電
気車を駆動する電動機と、電力を蓄電する主バッテリ
と、主バッテリの電力を変換し電動機に供給する電力変
換手段と、電力変換手段を制御する制御手段とを備えた
電気車において、電気車に着脱自在に設置され主バッテ
リに対して補助電源として用いられる補助バッテリと、
電気車の走行中に補助バッテリから主バッテリへ電力を
転送する電力転送手段とを設けることにより達成され
る。

【０００９】また、電気車に搭載された主バッテリと、
主バッテリに対して補助電源として用いられる補助バッ
テリとを制御し走行する電気車の走行制御方法におい
て、電気車の走行中に補助バッテリから主バッテリへ補
助バッテリの電力を転送し、転送が完了したら停車して
補助バッテリを電気車から取り外し主バッテリに転送さ
れた電力を使って継続走行することでも達成される。

【００１０】さらに第二の目的を達成する電気車の走行
制御方法は、電気車の走行中に補助バッテリから主バッ
テリへ補助バッテリの電力を転送し、転送が完了したら
停車し補助バッテリを電気車から取り外し主バッテリへ
転送された電力を使って継続走行するものであって、当
該取り外した補助バッテリを充電する電流を制御する電
流制御機能と、主バッテリへ補助バッテリの電力を転送
する電力転送機能とを兼用させるものである。

【００１１】

【作用】主バッテリの電力が無くなった状態で継続走行
する場合、新たに補助バッテリを搭載交換または連結交
換し走行する点は、本発明も従来の技術と同じである
が、交換後の走行中に補助バッテリから主バッテリへ補
助バッテリの電力を転送する点が、異なる所である。本
発明の場合、転送により走行中に補助バッテリの電力が
無くなれば、その時点で補助バッテリを取り外す。そし
て、取り外した後は、主バッテリに転送された電力を使
って継続走行することが出来る。

【００１２】これに対し従来の技術の場合、補助バッテ
リの電力を使い切る最初から最後まで、取外して走行す
ることは出来ない。従って、本発明と従来の技術の間
に、補助バッテリの重量分の走行抵抗に差が生じ、身軽
になって走行できる本発明の場合の方が電気車の走行距
離を延長することができる。

【００１３】一方、補助バッテリから主バッテリへの電
力転送を行う電力転送手段と補助バッテリとを一体構造
のものとし、外部電源にて車体から切り離した補助バッ
テリを充電する時、上記の電力転送手段を使って充電で
きるようにする。即ち、転送制御と充電制御とを兼用さ
せることにより、別の充電制御装置を準備する必要がな
く、取り外した補助バッテリの充電作業を容易に行える
ようにする。これは、補助バッテリの搭載交換または連
結交換を行って走行距離を延長するシステムとして便利
であり有効である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照し説明
する。

【００１５】図１は、本発明による一実施例の電気車を
示す構成図である。電気車１における走行用の誘導モー
タ３を電気車１の車体に配置した主バッテリ７と付随車
１３に配置した補助バッテリ１４とにより駆動する場合
の実施例である。なお、電気車１の後部に付随車１３を
連結する構造である。

【００１６】図２は、図１に示す電気車の側面から見た
外観図である。付随車１３は簡単に着脱できる。図１に
戻って、電気車１の前輪2a、2bは差動装置４を介して誘
導モータ３に機械的に接続されている。インバータ５は
制御装置６から出力されるＰＷＭパルスＰ_U、Ｐ_V、Ｐ_W
により制御される。制御装置６の切替信号Scにより切替
装置８は切り替えられ、主バッテリ７または補助バッテ
リ１４が選択され、誘導モータ３に電力がいずれか一方
のバッテリから供給される。制御装置６はトルク指令演
算回路１６、モータ制御回路17、パルス駆動回路１８お
よびバッテリ指令回路１９から構成されている。トルク
指令演算回路１７は、アクセルペダル９、ブレーキペダ
ル１０、シフトレバー１１からそれぞれ出力される加速
信号Ｘ_a、減速信号Ｘ_b、シフト信号Ｍ_Dに基づいて、電
気車１の加減速を行うためのトルク指令τ_Rを決定す
る。このトルク指令τ_Rと速度検出器１２により検出さ
れた誘導モータのモータ速度ω_Mがモータ制御回路１７
に入力され、誘導モータの制御方法としてよく知られた
ベクトル制御演算が行われる。この結果、モータ制御回
路１７からＰＷＭパルスＰ_U、Ｐ_V、Ｐ_Wが出力される。
なお、これらのＰＷＭパルスはパルス駆動回路１８に入
力されるが、後述するバッテリ指令回路１９から出力さ
れるパルス停止信号Ｓｓにより起動・停止制御が行われ
る。つまり、パルス停止信号ＳｓがＯＮの時は、モータ
制御回路１７から出力されたＰＷＭパルスＰ_U、Ｐ_V、Ｐ
_Wがそのままインバータ５に主力され、インバータ５は
ＰＷＭ制御される。また、パルス停止信号ＳｓがＯＦＦ
の時は、ＰＷＭパルスは出力されず、インバータ５の制
御は停止する。

【００１７】次に、本発明の重要な構成要素であるエネ
ルギ転送装置１５およびこれを制御するバッテリ指令回
路１９について説明する。エネルギ転送装置１５は補助
バッテリ１４のエネルギを主バッテリ７に転送すること
が目的であり、その入力側は補助バッテリ１４に、出力
側は主バッテリ７に接続されている。また、エネルギ転
送装置１５からバッテリ指令回路１９へ、主バッテリ７
および補助バッテリ１４の電圧Ｖ₁、Ｖ₂が出力される。
一方、バッテリ指令回路１９で演算され得られた充電電
流指令Ｉ_CRはエネルギ転送装置１５に出力される。尚、
エネルギ転送装置１５とバッテリ指令回路１９とが一体
となった電力転送手段でも可である。

【００１８】図３は、本発明による一実施例のエネルギ
転送装置の回路構成を示す図である。エネルギ転送装置
１５の回路構成図である。図に示すように、エネルギ転
送装置１５はＤＣ／ＤＣコンバータ２０およびバッテリ
制御回路２１からなる。バッテリ制御回路２１は、電圧
検出器２２、２３、充電電流制御回路２４、電流検出器
２５、パルス駆動回路２６からなる。電圧検出器２２、
２３で検出された主バッテリ７および補助バッテリ１４
のそれぞれの電圧Ｖ₁、Ｖ₂はバッテリ指令回路１９に出
力される。充電電流制御回路２４において、充電電流指
令Ｉ_CRと電流検出器２５で検出しフィードバックした充
電電流を用いて、比例・積分制御演算などの電流制御演
算が行われ、ＰＷＭパルスＰｐが出力される。これによ
り、パルス駆動回路２６はスイッチング素子Ｓを駆動
し、主バッテリ７に充電される充電電流を充電電流指令
Ｉ_CR通りに制御する。なお、充電電流指令Ｉ_CRがゼロの
時は、ＰＷＭパルスＰｐの出力は停止し、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ２０の動作も停止する。

【００１９】図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイ
ッチングにより流れる電流を示す回路動作図である。こ
の動作について回路動作図を用いて説明する。このコン
バータは、補助バッテリ１４の電圧Ｖ₂が主バッテリ７
の電圧Ｖ₁より高い時動作する回路構成となっている。
そのため、補助バッテリ１４の残存容量が低下した時
も、Ｖ₂＞Ｖ₁の条件が常に成り立つようにあらかじめ補
助バッテリの定格電圧を設定しておく必要がある。ま
ず、スイッチング素子Ｓがオンした時は、図４（ａ）に
示す回路により、リアクトルＬを介して補助バッテリ１
４から主バッテリ７への電流が増加していく。次に、ス
イッチング素子Ｓがオフした時は、図４（ｂ）の回路に
示す方向に電流が流れる。つまり、リアクトルＬに流れ
ていた電流は、流れ続けようとダイオードＤをオンし、
主バッテリ７を充電する電流として流し続ける。この
時、徐々に充電電流は減少するため、充電電流制御回路
２４の指令により再びスイッチング素子Ｓをオンする動
作が行われる。このように、図４（ａ）、（ｂ）に示す
回路構成の動作が繰り返され、所定の充電電流制御が行
われる。これにより、補助バッテリ１４のエネルギを主
バッテリ７に転送することができる。

【００２０】図５は、バッテリ指令回路１９で行われる
演算処理のフローチャートを示す図である。この演算内
容について述べる。ここでは、バッテリの充電状態を電
圧で検出する一実施例の場合について説明する。

【００２１】まず、ステップ101において補助バッテリ
１４の電圧Ｖ₂と、補助バッテリ１４の残存容量がゼロ
であることを示す補助バッテリ最低電圧Ｖ_2MINとを比較
する。Ｖ₂＞V_2MINの時は、ステップ102で切替信号Ｓｃ
を２とする。また、Ｖ₂≦Ｖ_2MINの時は、ステップ103に
ジャンプして切替信号Ｓｃを１とする。ここで、切替信
号Ｓｃが１の時は主バッテリに、または２の時は補助バ
ッテリに切替装置８が切り替わることを意味している。
従って、補助バッテリ１４のエネルギが無くなるまで、
主バッテリ７よりも補助バッテリ１４のエネルギを優先
的に消費する制御が行われることになる。ステップ102
の演算を行った後、ステップ104において、主バッテリ
７の電圧Ｖ₁と、主バッテリ最高電圧Ｖ_1MAXとを比較す
る。この主バッテリ最高電圧Ｖ_1MAXは主バッテリが満充
電状態か否かを示すものである。Ｖ₁＜Ｖ_1MAXの時は、
ステップ105で、主バッテリ７の電圧Ｖ₁に応じて充電電
流指令Ｉ_CRの演算を行う。主バッテリ７が充電され、電
圧Ｖ₁が徐々に増加する時は、充電電流指令Ｉ_CRを徐々
に低減する演算を行っている。この場合、主バッテリ７
が満充電状態でないので、補助バッテリ１４から主バッ
テリ７に充電するように、充電電流指令Ｉ_CRを演算して
いる。また、Ｖ₁≧Ｖ_1MAXの時、つまり、主バッテリ７
が満充電状態になった時は、ステップ106で充電電流指
令Ｉ_CRはゼロとしている。ステップ103の演算を行った
後も同じステップ106の演算を行う。これは、補助バッ
テリ１４のエネルギが無い場合を意味するので、充電で
きず、充電電流指令Ｉ_CRはゼロにしている。

【００２２】ステップ105、106の次は、ステップ107に
おいて、切替信号Scが前回と異なるか否かを判定する。
前回と異なる場合は、切替装置８でバッテリを切り替え
る必要があるため、インバータ５を一旦停止しなければ
ならない。そこで、ステップ108において、パルス停止
信号Ｓｓをオンにし停止する。また、切替信号Scが前回
と同じ場合は、インバータ５を停止する必要はないの
で、ステップ109においてパルス停止信号Ｓｓをオフに
している。最後に、ステップ110で、パルス停止信号Ｓ
ｓ、切替信号Ｓｃ、充電電流指令Ｉ_CRをこの順で図１の
各装置に出力している。また、図１において、バッテリ
使用表示装置２７はバッテリ指令回路１９からの信号を
用いて切替信号Ｓｃ、充電電流指令Ｉ_CRを表示すること
により、バッテリの使用状態を運転者に表示するもので
ある。

【００２３】以上の制御方法を用いると、切替装置８に
より補助バッテリ１４のエネルギを優先してモータ駆動
に消費すると共に、主バッテリ７が満充電状態でない場
合は、モータを駆動しながら（即ち走行しながら）、エ
ネルギ転送装置１５により補助バッテリ１４のエネルギ
を主バッテリ７に転送することができる。

【００２４】図６は、図１の実施例を用いて長距離走行
した場合の両バッテリのエネルギ状態の変化と付随車の
連結状態をタイムチャートで示した図である。この方式
を実際に用いた時の利点について説明する図である。図
６（ａ）、（ｂ）共に、主バッテリと補助バッテリを満
充電にして走行開始し長距離走行する場合を想定し、ま
た補助バッテリを数拾ｋｍ毎に交換できる充電スタンド
が設置されている場合を想定したものである。補助バッ
テリは補助バッテリを積載した付随車の場合とする。そ
して、図６（ａ）は従来の運転方法である。図６（ｂ）
は補助バッテリ１５から主バッテリ７へのエネルギ転送
装置１５が有る一実施例の運転方法である。

【００２５】図６（ａ）に示す従来の場合は、時刻ｔ₂
までは主バッテリと補助バッテリを同時に使用して駆動
するので、両バッテリの残存容量が徐々に減少する。こ
れに対して、図６（ｂ）に示す実施例の場合、まず、時
刻ｔ₁までは補助バッテリだけを使用して駆動するの
で、補助バッテリの残存容量だけが減少する。そして、
時刻ｔ₁からは主バッテリを使用しなければならないの
で、主バッテリの残存容量が減少する。この場合、補助
バッテリは時刻ｔ₁時点で不要となるので、付随車を充
電スタンド等に置いていくことができる。このようにす
れば、補助バッテリ即ち付随車の重量分だけ車重を軽減
し走行することができる。従って、電気車を身軽にして
走行する時間が生じ、その分効率良く電気車を走行させ
ることができる。したがって、時刻ｔ₁からｔ₂までは主
バッテリの残存容量はゆっくり減少する。つまり、時刻
ｔ₂時点までを考えた場合、図６（ｂ）の運転方法が図
６（ａ）の方法よりも、両バッテリを加算した同じエネ
ルギを消費して走行する距離は延長することが判る。

【００２６】しかし、本発明の本来の特徴は時刻ｔ₂以
降における制御方法の違いにある。

【００２７】図６（ａ）の場合、時刻ｔ₂以降、直ぐさ
ま連続して走行しようとする場合、主バッテリの残存容
量は殆どないので、補助バッテリを搭載した付随車を充
電スタンドで次から次と連結せざるを得ない。そのた
め、時刻ｔ₂以降は、常に付随車を連結したまま走行し
なければならない。

【００２８】これに対して、図６（ｂ）の場合の時刻ｔ
₂以降の動作について説明する。時刻ｔ₂において、満充
電の補助バッテリ１４を搭載した付随車１３を連結す
る。この点は、図６（ａ）の場合と同じである。しか
し、補助バッテリ１４のエネルギを走行のため消費する
と同時に、エネルギ転送装置１５により補助バッテリ１
４のエネルギを主バッテリ７に転送する点が異なる。そ
のため、時刻ｔ₂からｔ₃までは補助バッテリの残存容量
の減り具合は、図６（ａ）と比較して、図６（ｂ）の方
が大きく、時刻ｔ₃でゼロになる。しかしながら、主バ
ッテリ７の残存容量は走行中であるにもかかわらずエネ
ルギ転送により増加し、主バッテリ７は満充電状態にす
ることができる。そのため、時刻ｔ₃時点において、付
随車１３を切り離し充電スタンドに付随車１３を置いて
そのまま継続走行することができる。従って、時刻ｔ₃
からｔ₄までは再び身軽になって走行することになり、
効率良く走行することができる。なお、付随車の着脱が
多くなるので、その着脱作業は容易なものとし、着脱回
数は少なくするように主バッテリおよび補助バッテリの
エネルギ容量を設定する。また、バッテリ使用表示装置
２７により、交換時期を容易に運転者が把握できるよう
にし、安心して走行できるようにもする。

【００２９】本実施例を用いることにより、長距離走行
する場合の高効率化が図れ、走行距離をより延長できる
効果がある。

【００３０】図７は、本発明による他の実施例の電気車
を示す構成図である。補助バッテリのエネルギをすべて
エネルギ転送装置２８を介して主バッテリへ転送する場
合の他の実施例である。図１の実施例は切替装置８によ
る主バッテリと補助バッテリの切替方式であるのに対
し、本実施例は切り替えのない方式である。なお、補助
バッテリ１４を搭載したバッテリ台車２９は走行中は電
気自動車１の車体内に内蔵できる構造としている。

【００３１】図８は、図７に示す電気車の側面から見た
概略配置図である。この方式は付随車１３の場合と比較
して走行抵抗を低減できる特徴がある。図７に戻って、
インバータ５は主バッテリ７からエネルギを供給される
と共に、補助バッテリ１４からもエネルギ転送装置２８
を介してエネルギを供給される構成となっている。

【００３２】図１の実施例と異なるエネルギ転送装置２
８の動作について説明する。エネルギ転送装置２８は、
より正確にバッテリの充電制御を行なうために、主バッ
テリ７および補助バッテリ１４の電圧Ｖ₁、Ｖ₂の代わり
にそれぞれの残存容量Ｅ₁、Ｅ₂を演算し、それを制御装
置６に出力している。制御装置６で行なう充電電流指令
Ｉ_CRの演算は、補助バッテリ１４が残存容量がゼロでな
い時に、常に主バッテリ７が満充電状態になるような処
理演算である。即ち、主バッテリが満充電状態でない場
合は、エネルギ転送装置２８の出力である充電電流I_Cが
インバータ５の入力電流ｉ_Iより大きくなるように充電
電流指令Ｉ_CRを設定する処理演算が行なわれる。これに
より、誘導モータ３を駆動しながら主バッテリ７を充電
することができる。また、主バッテリ７が満充電の場合
は、充電電流指令Ｉ_CRをインバータ５の入力電流ｉ_Iと
一致させる処理演算が行なわれる。このようにすれば、
切替装置８を用いることなく、図１の実施例と同等の効
果を得ることができるので、小型化が可能である。

【００３３】一方、主バッテリ７が満充電状態の時は、
誘導モータ３からの回生電流を補助バッテリ１４に流し
込まなければならない。

【００３４】図９は、補助バッテリに回生する場合のエ
ネルギ転送装置の回路構成を示す図である。回生に対応
するためのエネルギ転送装置２８の回路構成を示すもの
である。回生制御を行うためのＤＣ／ＤＣコンバータ３
０およびバッテリ制御回路３１からなる。ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ３０において、補助バッテリ１４から主バッテ
リ７への充電は図４と同じ方法でスイッチング素子S₁と
ダイオードD₁により制御されるので、説明を省略する。

【００３５】図１０は、図９に示すエネルギ転送装置の
スイッチングにより補助バッテリに回生する時の、電流
の流れを示す回路動作図である。回生する時は、スイッ
チング素子Ｓ₂をオン・オフ制御することにより電流制
御が行われる。図１０（ａ）のように、スイッチング素
子Ｓ₂をオンした時、主バッテリ７からの電流または誘
導モータ３からの回生電流がリアクトルＬを介して流れ
始め、徐々に増加する。また、スイッチング素子Ｓ₂を
オフした時、リアクトルＬの電流を流し続けるためダイ
オードＤ₁をオンにして電流が流れ、図１０（ｂ）の回
路に充電電流が流れ補助バッテリ１４を充電することが
できる。なお、補助バッテリ１４の電圧Ｖ₂は主バッテ
リ７の電圧Ｖ₁よりも常に大きく設定してあるので、そ
の充電電流は徐々に減少する。従って、スイッチング素
子Ｓ₂をオン・オフ制御することにより、充電電流の大
きさを所定の値に制御することができる。

【００３６】バッテリ制御回路３１は図３の制御回路と
比較して次の点が異なる。主バッテリ７の残存容量を正
確に計測するため、残存容量演算回路３２が設けられて
いる。主バッテリ７の電圧Ｖ₁と電流からその積を積分
することで、充電および消費エネルギが算出される。こ
れをもとに、残存容量Ｅ₁が得られる。補助バッテリ１
４の残存容量についても同様に、新たに設けた電流検出
器３３により検出された補助バッテリ１４に流れる電流
と、補助バッテリ１４の電圧Ｖ₂をもとに、残存容量演
算回路３４にて残存容量Ｅ₂が得られる。これらは制御
装置６に入力される。

【００３７】また、充電電流制御回路２４は、充電電流
指令Ｉ_CRが正の時だけでなく負の時も演算する点が、図
３と異なる。つまり、充電電流指令Ｉ_CRが正の時は、補
助バッテリ１４からの主バッテリ７への充電制御演算を
行い、電流フィードバック制御で得られるＰＷＭパルス
Ｐｐによりスイッチング素子S₁の駆動制御演算を行う。
そして、充電電流指令Ｉ_CRが負の時は、この場合は補助
バッテリ１４への回生を意味し、同様に電流フィードバ
ック制御で得られたＰＷＭパルスＰｍをパルス駆動回路
３５に出力するスイッチング素子Ｓ₂の駆動制御演算を
行う。このパルス駆動回路３５はスイッチング素子Ｓ₂
を駆動するためのものであり、これにより、図１０の回
路動作で充電することができる。この実施例では、補助
バッテリ１４へ回生電流を流せることが特徴の一つであ
る。

【００３８】従って、この実施例を用いれば、より簡単
な回路構成で、主バッテリへのエネルギ転送を行うこと
ができるので、長距離走行の可能な電気自動車を安価に
提供することができる。

【００３９】図１１は、本発明によるもう一つ他の実施
例の電気車を示す構成図である。外部電源から補助バッ
テリ１４への充電を考慮した実施例である。図７の実施
例と異なる点は、エネルギ転送装置３７と補助バッテリ
１４とを一体構造とし、バッテリ台車３６に配置したこ
とである。これにより、エネルギ転送装置３７の重量分
だけ電気車の車重が減り、身軽に走行するに有利であ
る。なお、主バッテリ７の残存容量を検出する部分は別
に設ける残存容量演算回路３８を用いて演算し、その結
果を制御装置６に出力している。この残存容量演算回路
３８の動作は図９の残存容量演算回路３２と同様の動作
である。

【００４０】図１２は、図１１に示す電気車１にバッテ
リ台車３６を接続した時の側面から見た概略配置図であ
る。この方式は走行抵抗の低減と着脱の容易さとの両方
を考慮したものである。

【００４１】図１３は、補助バッテリの電圧が主バッテ
リの電圧より低い場合でも充放電ができるエネルギ転送
装置の回路構成を示す図である。図１１の実施例の他の
特徴であるエネルギ転送装置３７の回路構成を示す図で
ある。補助バッテリ１４の電圧が主バッテリの電圧より
低い場合にも充放電できるＤＣ−ＤＣコンバータ３９と
これを制御するバッテリ制御回路４０とから、エネルギ
転送装置３７は構成されている。バッテリ制御回路４０
において、図９の実施例と異なる主な点は電流検出器４
１の配置である。電流検出器４１はリアクトルＬを流れ
る連続電流を検出するために設けており、この検出信号
により電流フィードバック制御を行なっている。なお、
この電流検出法により補助バッテリの充放電電流を検知
することができる。

【００４２】図１４と図１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ
３９の動作について説明する図である。

【００４３】図１４は、補助バッテリ１４から主バッテ
リ７に充電する時の動作を示したものである。スイッチ
ング素子S₁をオンした場合は、リアクトルＬを通して図
１４（ａ）のような回路に電流が流れ始め、徐々に増加
する。次に、スイッチング素子S₁をオフした場合は、図
１４（ｂ）のように、リアクトルＬの電流がダイオード
Ｄ₂を通して主バッテリ７に充電される。この時、電流
は徐々に減少する。図１４において、主バッテリ７の極
性に注意する必要がある。以上の動作を電流フィードバ
ック制御演算により制御すれば、所定の電流を流すこと
ができる。

【００４４】図１５は、補助バッテリ１４に回生する時
の動作を示したものである。スイッチング素子Ｓ₂をオ
ンした場合は、主バッテリ７からの電流または誘導モー
タ３からの回生電流がリアクトルＬを通して図１５
（ａ）のように流れ始め、徐々に増加する。スイッチン
グ素子Ｓ₂をオフした場合は、図１５（ｂ）のようにリ
アクトルＬに流れる電流はダイオードＤ₁を介して補助
バッテリ１４に回生される。この時、電流は徐々に減少
するので、電流フィードバック制御により、スイッチン
グ素子Ｓ₂をオン・オフ制御すれば、電流は制御され
る。この回路の特徴は、補助バッテリ１４の電圧が主バ
ッテリ７の電圧と比べて高い場合でも低い場合でも駆動
できる点である。従って、この実施例の場合、電圧に対
する制約がないので、主バッテリ７と補助バッテリ１４
の電圧特性の異なるバッテリが使用できる。そのため、
補助バッテリ１４は主バッテリ７に対してエネルギ密度
の高いものを使用することが可能であり、長距離走行に
有効である。即ち出来るだけ多く、早くエネルギを主バ
ッテリに転送し、主バッテリのみで走行する時間を長く
することにより、さらに長距離を走行することが可能と
なる。また、補助バッテリ１４に、エネルギ密度の高い
蓄電手段である電気２重層（コンデンサ）を使用すれ
ば、より小型化することも可能である。

【００４５】図１６は、図１１に示すバッテリ台車を充
電スタンドなどで直流電源から充電する時の構成を示す
図である。図１１の実施例のもう一つの特徴について、
説明する図である。図１６は補助バッテリ１４を充電ス
タンド等で充電する時の構成を示したものである。電気
自動車１から切り離されたバッテリ台車３６は、充電ス
タンド４２に運ばれ、外部電源である直流電源４３に接
続される。また、充電スタンド４２の直流電源４３のエ
ネルギＥ₃を管理する充電指令装置４４は、エネルギ転
送装置３７から補助バッテリ１４の残存容量Ｅ₂情報を
受けとっている。この残存容量Ｅ₂に基づき、充電指令
装置４４は、充電電流指令Ｉ_CRをエネルギ転送装置３７
に出力する。これにより、エネルギ転送装置３７は、電
気自動車１に接続している時と同様の動作により、充電
電流を制御することができる。

【００４６】従って、この実施例では、充電スタンド３
９に特別な充電制御装置を設けることなく、充電を行う
ことができる。つまり、エネルギ転送装置３７を補助バ
ッテリ１４から主バッテリ７への転送制御だけでなく、
外部電源から補助バッテリ１４への充電制御にも兼用す
ることになる。さらに、図１１の実施例において、バッ
テリ台車３６を取外した後の電気自動車１は、一般的な
電気自動車システムであるため、補助バッテリによる充
電・走行が考慮されてない現流の電気自動車にも広く適
用できる特徴がある。

【００４７】以上が、本発明の一実施例であり、誘導モ
ータで駆動する場合について述べたが、同期式交流モー
タ、直流モータなどで駆動する場合にも適用できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、着脱可能な補助バッテ
リを使用する電気車において、補助バッテリを取り外し
走行抵抗を減らして走行するので、走行距離を延長する
効果がある。また、取り外した補助バッテリの充電作業
を容易にする効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の電気車を示す構成図で
ある。

【図２】図１に示す電気車の側面から見た外観図であ
る。

【図３】本発明による一実施例のエネルギ転送装置の回
路構成を示す図である。

【図４】図３に示すエネルギ転送装置のＤＣ−ＤＣコン
バータのスイッチングによる電流の流れを示す回路動作
図である。

【図５】バッテリ指令回路で行われる演算処理のフロー
チャートを示す図である。

【図６】図１の実施例を用いて長距離走行した場合の両
バッテリのエネルギ状態の変化と付随車の連結状態をタ
イムチャートで示した図である。

【図７】本発明による他の実施例の電気車を示す構成図
である。

【図８】図７に示す電気車の側面から見た概略配置図で
ある。

【図９】補助バッテリに回生する場合のエネルギ転送装
置の回路構成を示す図である。

【図１０】図９に示すエネルギ転送装置のスイッチング
により補助バッテリに回生する時の、電流の流れを示す
回路動作図である。

【図１１】本発明による他の実施例の電気車を示す構成
図である。

【図１２】図１１に示す電気車にバッテリ台車を接続し
た時の側面から見た概略配置図である。

【図１３】補助バッテリの電圧が主バッテリの電圧より
低い場合でも充放電ができるエネルギ転送装置の回路構
成を示す図である。

【図１４】図１３に示すエネルギ転送装置のスイッチン
グにより補助バッテリから主バッテリに充電する時の、
電流の流れを示す回路動作図である。

【図１５】図１３に示すエネルギ転送装置のスイッチン
グにより補助バッテリに回生する時の、電流の流れを示
す回路動作図である。

【図１６】図１１に示すバッテリ台車を充電スタンドな
どで直流電源から充電する時の構成を示す図である。

【符号の説明】

1--電気車 2a、2b--前輪 3--誘導モータ 4--差動装置 5
--インバータ 6--制御装置 7--主バッテリ 8--切替装置
9--アクセルペダル10--ブレーキペダル 11--シフトレ
バー 12--速度検出器 13--付随車 14--補助バッテリ 1
5、28、37--エネルギ転送装置 16--トルク指令演算回路 1
7--モータ制御回路 18、26、35--パルス駆動回路 19--バ
ッテリ指令回路 20、30、39--ＤＣ−ＤＣコンバータ 21、3
1、40--バッテリ制御回路 22、23--電圧検出器 24--充電
電流制御回路 25、33、41--電流検出器 27--バッテリ使用
表示装置 29、36--バッテリ台車 32、34、38--残存容量演
算回路 42--充電スタンド 43--直流電源 44--充電指令
装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田島文男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気車を駆動する電動機と、電力を蓄電す
る主バッテリと、前記主バッテリの電力を変換し前記電
動機に供給する電力変換手段と、前記電力変換手段を制
御する制御手段とを備えた電気車において、前記電気車に着脱自在に設置され前記主バッテリに対し
て補助電源として用いられる補助バッテリと、前記電気
車の走行中に前記補助バッテリから前記主バッテリへ電
力を転送する電力転送手段とを設けたことを特徴とする
電気車。
【請求項２】請求項１において、前記電力転送手段は、
前記主バッテリの満充電を検知する満充電検知手段を有
し、前記満充電検知手段が満充電であることを示す所定
の満充電値以下と判定した時は前記補助バッテリから前
記主バッテリへの電力転送を開始するものであることを
特徴とする電気車。
【請求項３】請求項１において、前記補助バッテリは、
前記主バッテリよりエネルギ密度の高い蓄電手段である
ことを特徴とする電気車。
【請求項４】請求項１において、前記補助バッテリは、
前記電力転送手段と一体構造であることを特徴とする電
気車。
【請求項５】電気車に搭載された主バッテリと、前記主
バッテリに対して補助電源として用いられる補助バッテ
リとを制御し走行する電気車の走行制御方法において、前記電気車の走行中に前記補助バッテリから前記主バッ
テリへ前記補助バッテリの電力を転送し、前記転送が完
了したら停車し前記補助バッテリを前記電気車から取り
外し前記主バッテリへ転送された電力を使って継続走行
することを特徴とする電気車の走行制御方法。
【請求項６】請求項５において、前記取り外した補助バ
ッテリを充電する電流を制御する電流制御機能と、前記
主バッテリへ前記補助バッテリの電力を転送する電力転
送機能とを兼用させることを特徴とする電気車の走行制
御方法。