(57)【要約】【課題】モータ駆動システムの体積を小さくし、さらにシステム内でのエネルギーロスを軽減することができるモータ駆動システムおよびこれを用いた電気自動車を提供する。【解決手段】駆動用ＡＣモータを組み込んでなる動力装置と、その動力装置にインバータを介して電力を供給する燃料電池と、燃料電池に燃料を供給するガス供給装置と、ガス供給装置の電源電力を供給する電気二重層コンデンサとを備え、動力装置が燃料電池の出力を上回る電力を必要とするとき、その要求を複数の電気二重層コンデンサからの電力で補うようにする手段と、燃料電池が作動しているときに、この燃料電池からの電力を必要に応じて複数の電気二重層コンデンサに補うようにする手段と、かつ、その複数の電気二重層コンデンサの夫々にＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池をそれぞれ接続して、夫々の電気二重層コンデンサの電力を二次電池を補うようにする手段を備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用ＡＣモータを組み込んでなる動力装置と、その動力装置にインバータを介して電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置の電源電力を供給する電気二重層コンデンサとを備え、前記動力装置が前記燃料電池の出力を上回る電力を必要とするとき、その要求を前記複数の電気二重層コンデンサからの電力で補うようにする手段と、前記燃料電池が作動しているときに、この燃料電池からの電力を必要に応じて前記複数の電気二重層コンデンサに補うようにする手段と、かつ、その複数の電気二重層コンデンサの夫々にＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池を夫々接続して、前記夫々の電気二重層コンデンサの電力を前記二次電池から補うようにする手段を備えたモータ駆動システム。
【請求項２】
モータ駆動システムを用いた電気自動車であって、前記モータ駆動システムは、駆動用ＡＣモータを組み込んでなる動力装置と、その動力装置にインバータを介して電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置の電源電力を供給する複数の電気二重層コンデンサとを備え、前記動力装置が前記燃料電池の出力を上回る電力を必要とするとき、その要求を前記複数の電気二重層コンデンサに補うようにする手段と、かつ、その複数の電気二重層コンデンサにＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池を夫々接続して、前記夫々の電気二重層コンデンサの電力を前記二次電池から補うためである電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池と、その燃料電池を起動させるガス供給装置とを備えたモータ駆動システムおよびこれを用いた電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータ駆動システムの構成を図４に示す。同図において、動力装置５２に含まれる駆動用モータ５１を駆動させるには、その動力装置５２にインバータ５３を介して電力を供給する燃料電池５４により駆動することができる。
【０００３】
この燃料電池５４は、燃料改質装置および空気供給装置が組み込まれたガス供給装置５５から燃料ガスが供給されて作動し、このガス供給装置５５はＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して二次電池５８から電力が供給され作動する構成になっている。
【０００４】
また、前記駆動用モータ５１が前記燃料電池５４の出力を上回る電力が必要なときは、その要求を満たす電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５９を介して前記二次電池５８から供給を受けることができる。
【０００５】
さらに、前記燃料電池５４が作動しているときに、必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ５７を介して二次電池５８に電力を前記燃料電池５４から補うような構成を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のモータ駆動システムにおいて、二次電池５８から供給される電力は、二次電池５８の特性上、一定の狭い電圧範囲内の電力が供給されるため、電圧の昇圧もしくは電流を大きくする必要がある。そのためガス供給装置５５に電力を供給するには、二次電池５８の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５６で昇圧もしくは電流を大きくしてから供給しなければならなかった。
【０００７】
また、二次電池５８の電力を直接駆動用モータ５１に供給するにはＤＣ／ＤＣコンバータ５９およびインバータ５３を介して供給しなければならないことから、その構成が複雑になり、体積が大きく、重量も重くなるという課題がある。
【０００８】
また、二次電池５８を充電する電力も電圧範囲が限られているため、燃料電池５４から供給される電力を直接二次電池に対して充電することはできないため、燃料電池５４と二次電池５８との間にＤＣ／ＤＣコンバータ５７を介在させる必要がある。
【０００９】
このような構成のモータ駆動システムは、システム全体の体積が大きくなり、重量が重くなる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６，５７におけるエネルギーロスにより、二次電池５８が有効活用されないという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決し、モータ駆動システムの体積を小さくし、かつ、重量を軽くして、さらにシステム内でのエネルギーロスを軽減することができるモータ駆動システムおよびこれを用いた電気自動車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】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、駆動用ＡＣモータを組み込んでなる動力装置と、その動力装置にインバータを介して電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置の電源電力を供給する電気二重層コンデンサとを備え、前記動力装置が前記燃料電池の出力を上回る電力を必要とするとき、その要求を前記複数の電気二重層コンデンサからの電力で補うようにする手段と、前記燃料電池が作動しているときに、この燃料電池からの電力を必要に応じて前記複数の電気二重層コンデンサに補うようにする手段と、かつ、その複数の電気二重層コンデンサの夫々にＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池をそれぞれ接続して、前記夫々の電気二重層コンデンサの電力を前記二次電池から補うようにする手段を備えたモータ駆動システムである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、請求項１に記載のモータ駆動システムを用いた電気自動車とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、駆動用ＡＣモータを組み込んでなる動力装置と、その動力装置にインバータを介して電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置の電源電力を供給する電気二重層コンデンサとを備え、前記動力装置が前記燃料電池の出力を上回る電力を必要とするとき、その要求を前記複数の電気二重層コンデンサからの電力で補うようにする手段と、前記燃料電池が作動しているときに、この燃料電池からの電力を必要に応じて前記複数の電気二重層コンデンサに補うようにする手段を備えた構成とすることにより、二次電池と比較して広い電圧範囲および大電流で充放電できるという電気二重層コンデンサの特性を活用することにより、大電流による電力供給が駆動用ＡＣモータもしくはガス供給装置に電気二重層コンデンサから電力を供給することができ、駆動用ＡＣモータを効率良く駆動させることができる。
【００１４】
また、モータ駆動システムの体積を小さくし、さらにはシステム内でのエネルギーロスを軽減することができるという効果を有する。
【００１５】
さらには、その複数の電気二重層コンデンサの夫々にＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池をそれぞれ接続して、前記夫々の電気二重層コンデンサの電力を前記二次電池から補うようにする手段を備えた構成とすることにより、夫々の電気二重層コンデンサに二次電池が夫々接続されているので、二次電池からの充電電圧を低くすることができ、そのために全体の重量を軽く、かつ、体積を小さくすることができるという作用を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１に本発明の実施の形態によるモータ駆動システムの系統図を示す。同図において駆動用ＡＣモータ１１が組み込まれた動力装置１２と、その動力装置１２にインバータ１３を介して電力を供給する燃料電池１４と、前記燃料電池１４に燃料を供給するガス供給装置１５と、前記ガス供給装置１５の電源電力を供給する電気二重層コンデンサ１６を備え、かつ、前記動力装置１２が前記燃料電池１４の出力を上回る電力を必要とするとき、その要求を前記電気二重層コンデンサ１６から放電される電力で補う手段と、前記燃料電池１４が作動しているときに、必要に応じて前記電気二重層コンデンサ１６に電力を前記燃料電池１４から補う手段とを備えた構成としたものである。
【００１８】
なお、駆動用ＡＣモータ１１に駆動車輪を取り付けることにより電気自動車の駆動システムとして用いることができる。
【００１９】
前記システムは、二次電池と比較して広い電圧範囲および大電流で充放電できるという電気二重層コンデンサ１６の特性を活用することにより、ガス供給装置１５もしくは動力装置１２に大電流の電力を直接電気二重層コンデンサ１６から供給することができ、駆動用ＡＣモータ１１を効率良く駆動させることができる。
【００２０】
このことから、システム内にＤＣ／ＤＣコンバータを用いる必要性がなくなり、システム全体の重量を軽く、かつ、体積を小さくすることができ、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギーロスがないために、システム内でのエネルギーロスを軽減することができる。
【００２１】
上記電気二重層コンデンサ１６は、厚さ２０〜５０μｍのエッチングされたアルミニウム箔に外部引き出しリード線を取り付け、このアルミニウム箔上に活性炭粉末に所望の結合剤及び導電剤を混合した混合粉末からなるペーストを塗布して導電層を形成し、その上に活性炭を主成分とした活性炭素層の分極性電極を形成した一対の電気二重層電極を、セパレータを介して対面するように巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に電解液を含浸させた後、アルミニウムケースに挿入し、その開口部をシールした構成を有するものである。
【００２２】
また、上記ガス供給装置１５は都市ガス、メタンを燃料ガスとする場合は燃料改質装置を用いるが、酸素や水素を燃料とする場合は燃料改質装置を用いなくても構わない。
【００２３】
また、燃料電池１４はリン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等があるが、本発明はこれらを限定するものではないが、特に固体高分子型は出力密度が高く、小型化が可能であり、他のタイプの燃料電池に比べて低温で作動することができるので好ましい。
【００２４】
また、前記インバータ１３は燃料電池１４および電気二重層コンデンサ１６の直流電力を交流電力に変換し、動力装置１２の駆動用ＡＣモータ１１に供給するものである。
【００２５】
図２は前記電気二重層コンデンサ３１に電力を補う手段の他の方法を示した系統図である。同図において、電気二重層コンデンサ３１にＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して二次電池３４から電力を供給して、電気二重層コンデンサ３１の電力を補うようにするものであり、さらに、燃料電池３６が作動しているときに、この燃料電池３６の電力を必要に応じて電気二重層コンデンサ３１およびＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して二次電池３４に供給するようにしたものである。
【００２６】
この構成にすることにより、電気二重層コンデンサ３１の自己放電による電力低下をＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して二次電池３４で補うことができ、また、燃料電池３６が作動しているときは、この燃料電池３６の電力を必要に応じて電気二重層コンデンサ３１および二次電池３４に供給することができるため、駆動用ＡＣモータ３８が長期間駆動しないときでも、ガス供給装置３５を作動させることができる。
【００２７】
また、駆動用ＡＣモータ３８にエネルギー回生の機能を持たせることにより、駆動用ＡＣモータ３８の減速時に発電する電力を優先的に電気二重層コンデンサ３１へ供給させ、さらにスイッチング回路３２により二次電池３４にも供給することができる。
【００２８】
前記電気二重層コンデンサ３１は大電流での充電が可能であり、電気二重層コンデンサ３１の電力が充満した後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して、二次電池３４を充電することができる。
【００２９】
このことにより、電気二重層コンデンサ３１および二次電池３４の夫々の特性を活かして効率の高いシステム構成が可能となるものである。
【００３０】
図３は複数のユニットで構成された電気二重層コンデンサ４１を用いたときのモータ駆動システムの一部分を示した系統図である。同図は、複数のユニットで構成された電気二重層コンデンサ４１と、複数のユニットで構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ４３及び複数のユニットで構成された二次電池４４で構成され、電気二重層コンデンサの夫々にＤＣ／ＤＣコンバータ及び二次電池が夫々接続されたものである。
【００３１】
この構成にすることにより、１個の電気二重層コンデンサを充電させる電圧を低くすることができ、二次電池と電気二重層コンデンサの間の電圧差が小さくなることから、ＤＣ／ＤＣコンバータを簡素化することができ、二次電池の体積も小さくすることができる。
【００３２】
このことにより、モータ駆動システム全体の重量を軽く、かつ、体積を小さくすることができる。また、複数のユニットで構成された電気二重層コンデンサ４１に対して充電速度などをコントロールすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によるモータ駆動システムを用いた電気自動車は、従来の燃料電池と二次電池を主電力とした電気自動車に比べて、体積および重量を軽量化でき、電力効率の高い電気自動車を提供することができる。また、二次電池の寿命によるメンテナンスも低減することができることから、低メンテナンスで電力効率の高い電気自動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動システムを示す系統図
【図２】同実施の形態における電気二重層コンデンサおよび二次電池に電力を供給する手段の部分を示す系統図
【図３】同実施の形態における複数のユニットで構成された電気二重層コンデンサを用いたモータ駆動システムの一部分を示す系統図
【図４】従来のモータ駆動システムを示す系統図
【符号の説明】
【００３５】
１１  駆動用ＡＣモータ
１２  動力装置
１３  インバータ
１４  燃料電池
１５  ガス供給装置
１６  電気二重層コンデンサ
【図１】
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【図２】
2006325399.tif 000004
【図３】
2006325399.tif 000005
【図４】
2006325399.tif 000006