(57)【要約】      （修正有）【課題】１００％近くクリーンでローコストなクリーン電気車両を提供する。【解決手段】先ず、クリーンで高効率な回生装置を搭載した電気車両を考案する。このために、蓄電体３を多段的に設け、発電機電圧の降下に応じて低い電圧の蓄電体３に切り替えて充・放電をおこなう多段回生装置を考案する。つぎに、外部給電装置よりの１００％クリーンな電力で蓄電体３１を充電し、走行エネルギーに利用または補助にする。さらに、従来、電気車両２２に搭載の電池や発電機を電池車２１に移行、連結し、電気車両２２の高性能化・ローコスト化を計る。【選択図】図３
0003208725.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
クリーン電気車両２２の回生において、発電機やモーター１と、複数個からなる蓄電体３と、複数個からなる双方向スイッチ２と、制御装置４とからなり、発電機１と蓄電体３の間を流れる充・放電電流がブレーキやアクセルペダルの変位値と一致するよう、制御装置４は複数個の双方子スイッチ２のいずれかを選択しかつＰＷＭオン・オフする、ことを特長としたクリーン電気車両２２
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電体３とは別の蓄電体３１を車載し、図３の外部給電ロッド１４により、停留所または車庫１８、２０に停車または低速走行中のとき前記蓄電体３１に充電し、走行中に放電することを特長とした、請求項１に含まれるクリーン電気車両２２
【請求項３】
自然エネルギー１６と、水素ボンベまたは蓄電体１７と、エネルギコントローラー１５と地下ＤＣ架線１９とからなり、地下架線１９の電圧が上昇しすぎると水素ボンベ１７にエネルギーを蓄え、低すぎると水素ボンベ１７から電気を取り出して、地下架線１９の電圧が一定になるようコントローラー１５が動作し、クリーン電力を蓄電体３１に供給することを特長とした請求項２に含まれるクリーン電気車両２２
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のクリーン電気車両２２に、他の電気車両２２または電池車２１を連結したことを特長とした請求項１に含まれるクリーン電気車両２２
【考案の詳細な説明】
【考案の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
路線バス、巡回車、産業用運搬車、路線電車
【背景技術】従来、電気車両やハイブリッド車において、特に加速・減速回数の多い中・大型車においては、クリーン度や燃費が充分良いとは言えなかった。この原因の１つに回生効率が良くないことがある。ブレーキ用発電機の電圧が回生に伴い低下するためである。電圧が一定の一般的蓄電体（バッテリ）への充電は、トランス昇圧法や倍電圧回路を設けて電圧を上昇させる方法が用いられていた。
しかしトランスの誘導損があり、また細かい昇圧は複雑な構造を要し、高効率の充・放電が容易でない欠点があった。
また、回生にバッテリを使用し、充放電回数が多い一般道での走行の場合、熱損失や化合物生成損失が多くなり、その結果、車体に搭載する重量が大きくなる欠点があった。
【考案を解決しようとする課題】
従来より、クリーンでローコストな電気車両を考案する。まず回生について考案する。放電に伴い降下する発電機電圧と蓄電体（バッテリやキャパシター）との間を指定値に従って効率よくかつ円滑に充放電する手段を考案する。
また、バッテリ車載量を減らし、乗車人員や登坂能力が大きいままでも、レアメタルなどの超高性能の高価なモータを使わない手段を考案する。
【課題が解決するための手段】
【０００１】図１は、自動車の場合のようにブレーキを掛けるとモータが発電機となり、充電される蓄電体３を４段のキャパシタとした場合の、多段充放電装置の構成図である。
同図に沿って充電が効率よく行われることを説明する。
アクセルを踏むのを止めブレーキを踏むと、直前までモータとして車輪駆動していた発電機１の高い電圧は、双方向スイッチ２ａの充電スイッチのみオンにされて、４段のキャパシタ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを同時に充電する。
【０００２】このとき、いきなり全電圧を加えない。８により検出された電流値がブレーキ信号値に近づくよう、制御装置４はパルス幅を増し、ＰＷＭ制御信号として４ａまたは４ｅに出力し、結果的にスイッチ２ａを通し適正電流を流す。
その結果、図２の１０のように発電機電圧が降下し、車輪にはブレーキがかかる。
【０００３】逆に、同図の１１のようにキャパシタ電圧は上昇する。
しかし、同図１０のように発電機電圧降下を直線的にするためには、スイッチ２ａを、２ｂ、２ｃ、２ｄ、と次々と切り替えて、発電機１からの出力電流を一定にしなければならない。
もし、定格の２倍の電流（２×Ｉとする）でブレーキを掛けたい場合、図１の３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの４個の蓄電体をまず充電し、図２の時刻ｔ１のタイミングで３ｂ，３ｃ，３ｄの３個の、ｔ２のタイミングで３ｃ．３ｄの２個の、ｔ３のタイミングで３ｄの１個の蓄電体を、それぞれ充電する。
たとえば、流れる電流が一定（２×Ｉ）で、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４が（１，２，３、４）Δｔの同間隔と仮定し、各端子に間に、２００ｖ、１００ｖ、５０ｖ、２５ｖ、合計電圧＝３７５ｖを得たいとすると、４個の直列容量をそれぞれ、容量素子を１個、４個、１２個、１６個並列接続したものとすれば良い。（勿論、一定の時間幅Δｔや直列の４個の容量を変えて、目的電圧を変更してもよい）
【０００４】ただし、図２でのｔ４以降の２５ｖからの電圧降下は、機械的ブレーキによるものであり損失となる。この損失を少なくするには、２５ｖを下げるよう、４段目の容量を増やすか５段目を増設すればよい。
蓄電体をキャパシタから電池に変えた場合は、蓄電体の各端子電圧は固定である以外、キャパシタの場合と動作は同じである。
【０００５】次にアクセル信号値をもとに、蓄電体に蓄えたエネルギーで車輪を駆動する、いわゆる加速について記述する。
停車している電気車両を加速開始するには、まず蓄電体３ｄの放電から始める。
充電時と同じようにスイッチ２ｄをオンにして、２×Ｉの電流をモータ１に流す。次に車輪の回転が増しモータ電圧が高まり２×Ｉの電流が確保できなくなったら、スイッチを２ｃに切り替え蓄電体３ｃ＋３ｄから放電し、以下３ｂ＋３ｃ＋３ｄ、３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄの蓄電体放電を行う。
以上で損失を小さくすれば、車両速度はほぼブレーキ直前の走行速度に戻る。
【０００６】次に走行であるがこのエネルギーは、あらかじめ充電された車載のバッテリ（電池）から得るのが一般的である。そのほか車載されたエンジン発電機から得る場合や水素燃料電池から得る場合もある。
ところで、図３の電気車両２２には回生用蓄電体３の他に蓄電体３１を搭載し、停留所や車庫１８に停車中に外部給電ロッド１４経由で充電し、加速後の走行に利用する。この蓄電体３１はキャパシターが好ましいが、分割する必要がない。停留時間中に一気に充電し、アクセルにあわせてＰＷＭ放電する。
【０００７】停留所２０が遠いとか、蓄電体３１の容量が小さい場合は、別途バッテリなど走行用電源が必要である。これを車両本体２２に搭載しても良いが、図３のように電池車２１として連結してもよい。こうすると、車両２２が軽くなり、駆動モータが小さくなり、積載量だけを中心とした車両本体２２の標準化が可能になる。
また、電池車２１にも駆動モータと車輪を２つ付ける。すると連結後は４輪以上の駆動となり、航続距離のみならず、登坂能力も増大する。連結は通常の車両２２を２両連結でもよい。
【０００８】これをさらに記述する。一般的に、大型電気バスのようにタイヤをつけた電気車両は、レアーメタルなどによる高価で重い、大出力モータを使用していた。バッテリーの重量などと、登坂能力のため４輪以上の重いタイヤを付けるのも一因である。このため、車内の平面部分が少なく積載量が少なかった。
【０００９】たとえば、３０〜４０人乗りの登坂能力のある中型電気バスを２台連結すると、車輪は８輪になり中型モータ２台だけで、６０〜８０人乗りで登坂能力のある安価な電気バスが実現できる。図３では、２台目の電気バスの代わりに自走型の電池車を連結し、前の車両を押す場合の、大型電気バス構成と見てもよい。
【００１０】さて従来、電気車両２２は充電する電力が主に火力発電所で作られ、日本では４０％ほどしかしかクリーンでない。１００％に近いクリ−ン電力を電気車両に取り込もうとするのが、本考案の３つ目である。
図３でまず、ソーラーなど自然エネルギー１５を余剰に取り込み、余った分は蓄電体または水素ボンベ１７に３〜４日分蓄える。それでも余った場合は電力会社に売電する。足りない場合は蓄電体や、水素ボンベより電気変換して供給する。
【００１１】以上のことは、エネルギコントローラ１５が架線１９に、電圧を監視しながら行う。
このことから、架線への電源は電力会社から独立した分散電源であり、火力や原子力への依存を少なくし、電気車両２２・２１に車載の蓄電池や蓄電体３１は、停留所や車庫においてクリーで安定した充電電力を得ることができる。
また、高圧送電線の破損など、天災・人災の備えとなる災害用電源としても使用できる。
以上述べたように本考案によれば、よりクリーンでローコストの電気車両２２が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】：発電機１と、４段の蓄電体３、間を充・放電する場合の多段回生式充放電装置の構成概要図
【図２】：発電機１の電圧、蓄電体３の電圧の特性図例
【図３】：クリーン電気車両２２とクリーン給電システムの構成概要図
【記号の説明】
１：発電機またはモーター
２：双方向（充・放電）スイッチ
２ａ＝４段目，２ｂ＝３段目，２ｃ＝２段目，２ｄ＝１段目のスイッチ
３：多段蓄電体（バッテリーまたはキャパシター）
３ａ＝４段目，３ｂ＝３段目，３ｃ＝２段目，３ｄ＝１段目の蓄電体
４：制御装置
４ａ＝４段目，４ｂ＝３段目，４ｃ＝２段目，４ｄ＝１段目のスイッチ制御
信号線、    ４ｅ＝ＰＷＭ信号線
５：インダクタンスおよびＰＷＭ
６：ブレーキ変位の信号入力端        ７：アクセル変位の信号入力端
８：電流値検出器
１０：発電機１の出力電圧  特性例    １１：蓄電体３の電圧  特性例
１２：電圧または電力軸              １３：時間軸
１４：外部給電ロッド                １５：エネルギーコントローラー
１６：自然エネルギー                １７：水素ボンベまたは蓄電体
１８、２０：停留所または車庫
１９：ＤＣ架線（共同溝）
２１：連結車または電池車
２２：クリーン電気車両
３１：蓄電体２
【図１】
0003208725.tif 000003
【図２】
0003208725.tif 000004
【図３】
0003208725.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月28日(2016.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
発電機やモーター（１）と、複数個からなる蓄電体（３）と、複数個からなる双方向スイッチ（２）と、制御装置（４）とを備えたクリーン電気車両（２２）において、
回生制御の際に、前記発電機（１）と前記蓄電体（３）との間を流れる充・放電電流がブレーキやアクセルペダルの変位値と一致するように、前記制御装置（４）は前記複数個の双方向スチッチ（２）のいずれかを選択しかつＰＷＭオン・オフする、
ことを特長としたクリーン電気車両（２２）。
【請求項２】
請求項１に記載の前記蓄電体（３）とは別の蓄電体（３１）をさらに車載し、
外部給電ロッド（１４）により、停留所または車庫（１８、２０）に停車または低速走行中のときに前記別の蓄電体（３１）に充電し、走行中に放電する、
ことを特長とした、請求項１に記載のクリーン電気車両（２２）。
【請求項３】
自然エネルギー（１６）を供給する電力供給源と、水素ボンベまたは蓄電体（１７）とエネルギーコントローラー（１５）と、地下ＤＣ架線（１９）と、
を含む給電システムを備え、
前記エネルギーコントローラー（１５）は、前記地下ＤＣ架線（１９）の電圧が上昇しすぎると前記水素ボンベ又は蓄電体（１７）にエネルギーを蓄え、低すぎると前記水素ボンベまたは蓄電体（１７）から電気を取り出して、
前記地下ＤＣ架線（１９）の電圧が一定になるよう動作して、電力を前記別の蓄電体（３１）に供給する、
ことを特長とした、請求項２に記載のクリーン電気車両（２２）。
【請求項４】
他の電気車両（２２）または電池車（２１）を連結した、
ことを特長とした、請求項１〜２のいずれか１項に記載のクリーン電気車両（２２）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】回生装置（バス、巡回車、物流車、水素燃料電池車、電車、カート、などに適用）
給電システム（無停電機能を有した、車両へのオンライン給電システム）
【背景技術】
【０００２】従来、電気車両やハイブリッド車において、特に加速・減速回数の多い中・大型車においては、クリーン度や燃費が充分良いとは言えなかった。この原因の１つに回生効率が良くないことがある。ブレーキ用発電機の電圧が回生に伴い低下するためである。電圧が一定の一般的蓄電体（バッテリ）への充電は、トランス昇圧法や倍電圧回路を設けて電圧を上昇させる方法が用いられていた。
しかしトランスの誘導損があり、また細かい昇圧は複雑な構造を要し、高効率の充・放電が容易でない欠点があった。
また、回生にバッテリを使用し、充放電回数が多い一般道での走行の場合、熱損失や化合物生成損失が多くなり、その結果、車体に搭載する重量が大きくなる欠点があった。
【考案を解決しようとする課題】
【０００３】従来よりも、クリーンでローコストな電気車両を考案する。まず回生について考案する。放電に伴い降下する発電機電圧と蓄電体（バッテリやキャパシター）との間を指定値に従って効率よくかつ円滑に充放電する手段を考案する。
また、バッテリ車載量を減らし、乗車人員や登坂能力が大きいままでも、レアメタルなどの超高性能の高価なモータを使わない手段を考案する。
【課題が解決するための手段】
【０００４】図１は、自動車の場合のようにブレーキを掛けるとモータが発電機となり、充電される蓄電体３を４段のキャパシタとした場合の、多段充放電装置の構成図である。
同図に沿って充電が効率よく行われることを説明する。
アクセルを踏むのを止めブレーキを踏むと、直前までモータとして車輪駆動していた発電機１の高い電圧は、双方向スイッチ２ａの充電スイッチのみオンにされて、４段のキャパシタ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  を同時に充電する。
【０００５】このとき、いきなり全電圧を加えない。電流検出器８により検出された電流値がブレーキ信号値に近づくよう、制御装置４はパルス幅を増し、ＰＷＭ制御信号として４ａまたは４ｅに出力し、結果的にスイッチ２ａを通し適正電流を流す。
その結果、図２の１０のように発電機電圧が降下し、車輪にはブレーキがかかる。
【０００６】逆に、同図の１１のようにキャパシタ電圧は上昇する。
しかし、同図１０のように発電機電圧降下を直線的にするためには、スイッチ２ａを、２ｂ、２ｃ、２ｄ、と次々と切り替えて、発電機１からの出力電流を一定にしなければならない。
もし、定格の２倍の電流（２×Ｉとする）でブレーキを掛けたい場合、図１の３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの４個の蓄電体をまず充電し、図２の時刻ｔ１のタイミングで３ｂ，３ｃ，３ｄの３個の、ｔ２のタイミングで３ｃ．３ｄの２個の、ｔ３のタイミングで３ｄの１個の蓄電体を、それぞれ充電する。
たとえば、流れる電流が一定（２×Ｉ）で、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４が（１，２，３、４）Δｔの同間隔と仮定し、各端子の間に、２００ｖ、１００ｖ、５０ｖ、２５ｖ、合計電圧＝３７５ｖを得たいとすると、４個の直列容量をそれぞれ、容量素子を１個、４個、１２個、１６個並列接続したものとすれば良い。（勿論、一定の時間幅Δｔや直列の４個の容量を変えて、目的電圧を変更してもよい）
【０００７】ただし、図２でのｔ４以降の２５ｖからの電圧降下は、機械的ブレーキによるものであり損失となる。この損失を少なくするには、２５ｖを下げるよう、４段目の容量を増やすか５段目を増設すればよい。
蓄電体をキャパシタから電池に変えた場合は、蓄電体の各端子電圧は固定である以外、キャパシタの場合と動作は同じである。
【０００８】次にアクセル信号値をもとに、蓄電体に蓄えたエネルギーで車輪を駆動する、いわゆる加速について記述する。
停車している電気車両を加速開始するには、まず蓄電体３ｄの放電から始める。充電時と同じようにスイッチ２ｄをオンにして、２×Ｉの電流をモータ１に流す。次に車輪の回転が増しモータ電圧が高まり２×Ｉの電流が確保できなくなったら、スイッチを２ｃに切り替え蓄電体３ｃ＋３ｄから放電し、以下３ｂ＋３ｃ＋３ｄ、３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄの蓄電体放電を行う。
以上で損失を小さいとすれば、車両速度はほぼブレーキ直前の走行速度に戻る。
【０００９】次に走行であるが  このエネルギーは、あらかじめ充電された車載のバッテリ（電池）から得るのが一般的である。そのほか車載されたエンジン発電機から得る場合や水素燃料電池から得る場合もある。
【００１０】ところで、図３の電気車両２２には回生用蓄電体３の他に蓄電体３１を搭載し、停留所や車庫１８に停車中に外部給電ロッド１４経由で充電し、加速後の走行に利用する。この蓄電体３１はキャパシタが好ましいが、前記と違い分割する必要がない。停留時間中に一気に充電し、アクセルにあわせてＰＷＭ放電する。
【００１１】停留所２０が遠いとか、蓄電体３１の容量が小さい場合は、別途バッテリなど走行用電源が必要である。これを車両本体２２に搭載しても良いが、図３のように電池車２１として連結してもよい。こうすると、車両２２が軽くなり、駆動モータが小さくなり、積載量だけを中心とした車両本体２２の標準化が可能になる。
また、電池車２１にも駆動モータと車輪を２つ付ける。すると連結後は４輪以上の駆動となり、航続距離のみならず、登坂能力も増大する。連結は通常の車両２２を２両連結でもよい。
【００１２】これをさらに記述する。一般的に、大型電気バスのようにタイヤをつけた電気車両は、レアメタルなどによる高価で重い、大出力モータを使用していた。バッテリの重量などと、登坂能力のため４輪以上の重いタイヤを付けるのも一因である。このため、車内の平面部分が少なく積載容量が少なかった。
【００１３】これに対し、たとえば３０〜４０人乗りの登坂能力のある中型電気バスを２台連結すると、車輪は８輪になり中型モータ２台だけで、６０〜８０人乗りで登坂能力のある安価な電気バスが実現できる。図３では、２台目の電気バスの代わりに自走型の電池車を連結し、前の車両を押す場合の、大型電気バス構成と見てもよい。
【００１４】さて従来、電気車両２２は充電する電力が主に火力発電所で作られ、日本では４０％ほどしかしかクリーンでない。１００％に近いクリーン電力を電気車両に取り込もうとするのが、本考案の３つ目である。
図３でまず、ソーラーなど自然エネルギー１５を余剰に取り込み、余った分は蓄電体または水素ボンベ１７に３〜４日分蓄える。それでも余った場合は電力会社に売電する。足りない場合は蓄電体や、水素ボンベ１７より電気変換して供給する。
【００１５】以上のことは、エネルギーコントローラー１５が架線１９の電圧を監視しながら行う。
このことから、架線への電源は電力会社から独立した分散電源であり、火力や原子力への依存を少なくし、電気車両２２・２１に車載の蓄電池や蓄電体３１は、停留所や車庫においてクリーで安定した充電電力を得ることができる。
また、高圧送電線の破損など、天災・人災の備えとなる災害用電源としても使用できる。
以上述べたように本考案によれば、よりクリーンでローコストな電気車両２２が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】発電機１と、４段の蓄電体３、間を充・放電する場合の多段回生式充放電装置の構成概要図
【図２】発電機１の電圧、蓄電体３の電圧の特性図例
【図３】クリーン電気車両２２とクリーン給電システムの構成概要図
【符号の説明】
【００１７】  １：発電機またはモータ
２：双方向（充・放電）スイッチ
２ａ＝４段目，２ｂ＝３段目，２ｃ＝２段目，２ｄ＝１段目のスイッチ
３：多段  蓄電体（バッテリーまたはキャパシター）
３ａ＝４段目，３ｂ＝３段目，３ｃ＝２段目，３ｄ＝１段目の蓄電体
４：制御装置
４ａ＝４段目，４ｂ＝３段目，４ｃ＝２段目，４ｄ＝１段目のスイッチ制御信号線、    ４ｅ＝ＰＷＭ信号線
５：インダクタンスおよびＰＷＭ        ６：ブレーキ変位の信号入力端
７：アクセル変位の信号入力端          ８：電流値検出器
１０：発電機１の出力電圧特性例        １１：蓄電体３の電圧特性例
１２：電圧または電力軸                １３：時間軸
１４：外部給電ロッド                  １５：エネルギーコントローラー
１６：自然エネルギー                  １７：水素ボンベまたは蓄電体
１８、２０：停留所または車庫
１９：ＤＣ架線（共同溝）
２１：連結車または電池車
２２：クリーン電気車両
３１：蓄電体２