(57)【要約】【課題】  如何にして燃費がよく、力がある直列型ハイブリッド電気自動車を設けるかにあり、それには発電用エンジンの熱効率と発電した電気の蓄電手段とに解決しなければならない課題があった。【解決手段】  電気自動車としては、発電用エンジンを何時でも高い熱効率の一定速度で運転するように設け、余剰電力は蓄電し、自動的に発電用エンジンを停止させて、蓄電電力で走行するようにして燃費を飛躍的に向上させうる。給電装置としては、蓄電手段として複合蓄電池を設けることによって加速のよい電気自動車が得られる。【選択図】図１
2008259281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用エンジンによって充電される蓄電手段を、車速制御手段を介して走行車輪を駆動する走行用電動機へ連結し、前記発電用エンジンを熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定し、前記発電用エンジンを前記蓄電手段の充電量の下限と上限において始動および停止を行わせるための電気制御手段を設けてなる電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記発電用エンジンは充電量が下限から上限に達するまでの間、継続して運転され、かつ、上限から下限まで走行用電動機によって消費されるまで停止状態に保たれるよう制御される電気自動車。
【請求項３】
発電用エンジンによって充電される蓄電手段を、車速制御手段を介して走行車輪を駆動する走行用電動機へ連結し、前記発電用エンジンを熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定し、前記蓄電手段を発電用エンジンから走行用電動機へ向けて、逆流を阻止する電流調整手段を介して順次に接続される鉛蓄電池と、リチウム蓄電池、およびキャパシタとで構成し、前記鉛蓄電池の充電量を検知して、その充電量が少なくなったとき発電用エンジンを始動させ、充足したとき停止させる制御手段を設けてなる電気自動車の給電装置。
【請求項４】
請求項２において、前記電流調整手段は直流電圧の昇圧器である給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行車輪を駆動する走行用電動機を、蓄電手段を介してエンジンによって駆動するようにした電気車両と、その給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発電用エンジンによって駆動される発電機の電力を一旦蓄電池に蓄え、その電力によって駆動車輪を駆動する形式の車両、いわゆる、直列形ハイブリット式の給電装置を備えた電気自動車が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この形式の電気自動車では、走行用電動機の消費した電力を絶えず補充するように構成されており、走行時には常に発電用エンジンが運転されている。他方、発電用エンジンは蓄電池が放電してしまったときのことを考慮して、発電用エンジンで生じている電力だけで走行可能にするため、比較的大きな排気量をもつ発電用エンジンが搭載されている。
【０００４】
そのため、発電用エンジンは通常の走行時における余力が大きいため、絶えず低負荷で運転される。換言すれば、図４で示す等燃料消費率曲線から明らかなように、正味有効圧力の低い状態で運転されるので、燃料のエネルギーが非常に低い変換効率（熱効率）で電気エネルギーに変換されている。よって、ハイブリット化による燃料消費の削減が減殺されてしまう不具合がある。
【特許文献１】特開２００２−１３５９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、発電用エンジンの負荷を上げて運転することであり、出力の大きい発電用エンジンを熱効率のよい負荷状態で運転するとき生じる過大な発電量を、無駄を生じることなく処理すること、およびその装置が簡単で廉価にできることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電気自動車として、発電用エンジンによって充電される蓄電手段を、車速制御手段を介して走行車輪を駆動する走行用電動機へ連結し、前記発電用エンジンを熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定し、前記発電用エンジンを前記蓄電手段の充電量の下限と上限において始動および停止を行わせるための電気制御手段とを設けることを、最も主要な特徴とする。
【０００７】
また、給電装置として、発電用エンジンによって充電される蓄電手段を、車速制御手段を介して走行車輪を駆動する走行用電動機へ連結し、前記発電用エンジンを熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定し、前記蓄電手段を発電用エンジンから走行用電動機へ向けて、逆流を阻止する電流調整手段を介して順次に接続される鉛蓄電池と、リチウム蓄電池、およびキャパシタとで構成し、前記鉛蓄電池の充電量を検知して、その充電量が少なくなったとき発電用エンジンを始動させ、充足したとき停止させる制御手段を設けることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電気自動車は、充電の必要なときには、発電用のエンジンが熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定してあるから、エネルギー変換効率のいい平均有効圧の高い負荷状態で継続的に運転され、燃料消費の多い平均有効圧の低い状態で運転が行われることがない。よって、発電用エンジンによる無駄な燃料消費がないから、電気自動車の経済的な運転が可能となる。また、蓄電手段が十分に充電され、車両が蓄電手段からの放電によって走行している間は、発電用エンジンは停止しており、無用に燃料を消費することがない。
【０００９】
本発明に係る電気自動車の給電装置は、蓄電手段は一時的に生じる過大な充放電に対してキャパシタが機能し、電気エネルギー密度を大きくするために軽量なリチウム蓄電池が機能し、充電量の検出容易のため鉛蓄電池が機能する。よって、一群として有機的に機能し、外形や重量が小さく取り扱いの容易な蓄電装置群（複合蓄電池）が得られる。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図面によって説明する。図１は電気自動車の給電装置１０の要部を示すもので、図中、１２は走行車輪１６を駆動する走行用電動機、２０は前記走行用電動機１２へ給電する蓄電手段であり、両者は加速ペダル１９によって操作される車速制御手段１８を介して接続されている。よって、加速ペダル１９を操作することによって蓄電手段２０から走行用電動機１２へ制御された電流が流れ、それに応じた速度で走行車輪１６が駆動される。
【００１１】
３０は発電用エンジンであり交流式の充電用発電機３２を駆動する。充電用発電機３２は整流器、昇圧手段（DC／DCコンバータ）などの電流調整手段２２を介して前記蓄電手段２０へ接続されており、充電するための電力を給電する。前記蓄電手段２０は発電用エンジン３０側から走行用電動機１２側へ鉛蓄電池２５、リチウム蓄電池（リチウムイオンなどの総称）２４、およびキャパシタ２３が順次に接続されており、それらの間にはそれぞれ前記電流調整手段２２が介装されている。
【００１２】
蓄電手段２０をなす前記蓄電池類２５，２４，２３は、電力を保持する機能において若干の相違がある。図５で示すように、キャパシタ２３は重量が大きい半面、大電力を瞬時に充放電する能力があり、発電用エンジン３０から供給される大電力を一旦、蓄えるのに適している。リチウム蓄電池２４は充放電特性はやや劣るものの、軽量で大電力を蓄える能力が優れており、キャパシタ２３の特性を補完する。鉛蓄電池２５は重量、充電能力ともに劣るが長寿命であり、充電量を計測できる特性があり、この点がキャパシタ２３、リチウム蓄電池２４にない点であるため、蓄電手段２０の中に取り入れられている。
【００１３】
この実施例において、車速制御手段１８を経て走行電動機１２へ送られる電力の電圧は通常３３６ボルトであり、充電用発電機３２の出力電圧がそれより低いときは、電流調整手段２２として、例えばＤＣ／ＤＣコンバータのような直流電圧を昇圧する手段によって、所定の電圧まで昇圧させることがある。
【００１４】
前記発電用エンジン３０は充電用発電機３２が前記蓄電手段２０へ給電する電力が負荷となる。負荷としての蓄電手段２０の大きさに関係なく熱効率の高い状態で勝手に運転し、蓄電手段２０に設けた充電量センサー３４aの発する情報を基に、エンジンは自動スタートし、自動ストップする。
【００１５】
もっとも、実用的にはガソリンエンジンの排気容量であるが、コンパクトカークラスの発電用エンジン３０は４００ｃｃ、軽自動車クラスは２５０ｃｃ程度のものが適当している。
【００１６】
３４は蓄電手段２０の充電量によって発電用エンジンを始動させ、あるいは停止させるための電気制御手段である。電気制御手段３４は鉛蓄電池２５に取付けられた充電量センサー３４ａと通常の自動車におけるスターター点火スイッチキーと同様の機能を有するエンジンスイッチ３４ｂとを包含する。
【００１７】
前記充電量センサー３４ａは、鉛蓄電池２５によって代表される蓄電手段２０の充電量を検出し充電量が下限まで降下したとき、エンジンスイッチ３４ｂへ向けて信号を発し、エンジンスイッチ３４ｂは点火コイルへ通電するとともに、始動用電動機へ短時間給電して発電用エンジン３０を起動させ、蓄電手段２０へ電力を給電する。
【００１８】
次に、本実施例に係る電気自動車１０の給電装置の作動を、図２によって説明する。電気自動車１０に走行の準備ができると、給電装置１２のシステムがスタートする。まず、蓄電手段２０の充電量がチェックされ、充電量が設定された下限以下のときはエンジンスイッチ３４ｂが動作して、発電用エンジン３０が始動する。下限以上のときは停止状態が維持される。発電用エンジン３０が運転され、充電量が予定された上限を超えるとエンジンが停止する。
【００１９】
この動作は、図３で示すように、充電量が下限まで降下し、あるいは既に下限以下まで、過放電した状態で発電用エンジン３０が始動すると、発電用エンジン３０は等燃料消費率曲線上の燃料消費の少ない領域で一定の速度で運転される。所定時間が経過して充電量が上限に達すると、発電用エンジンが停止し、電気自動車の走行によって電力が消費され、充電量が下限に低下するまで、停止状態が保持される。
【００２０】
上述の蓄電量の上限は、下限からの一定時間経過（タイマー）を用いて代用する事が出来る。また、蓄電手段２０において鉛蓄電池２５は、蓄電量が液比重や電圧に顕著に表現されるから、代表電池として記述したが、蓄電量下限は例えばリチウムイオン電池の電圧でも充電量センサー３４aとして作用しうるから、それらの機能を有する電池を含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本願実施例の給電装置の要部を示した回路図である。
【図２】給電装置の動作を示す流れ図である。
【図３】給電装置の動作を示す特性図である。
【図４】発電用エンジンの等燃料消費率曲線を示す説明図である。
【図５】蓄電手段の要素の特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０    電気自動車
１２    給電装置
１４    走行用電動機
１６    走行車輪
１８    車速制御手段
１９    加速ペダル
２０    蓄電手段
２２    電流調整手段
２３    キャパシタ
２４    リチウム蓄電池
２５    鉛蓄電池
３０    発電用エンジン
３２    充電用発電機
３４    電気制御手段
３４ａ    充電量センサー
３４ｂ    エンジンスイッチ
【図１】
2008259281.tif 000003
【図２】
2008259281.tif 000004
【図３】
2008259281.tif 000005
【図４】
2008259281.tif 000006
【図５】
2008259281.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月23日(2007.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
１０    電気自動車
１２    給電装置
１４    走行用電動機
１６    走行車輪
１８    車速制御手段
１９    加速ペダル
２０    蓄電手段
２１    複合蓄電池
２２    電流調整手段
２３    キャパシタ
２４    リチウム蓄電池
２５    鉛蓄電池
３０    発電用エンジン
３２    充電用発電機
３４    電気制御手段
３４ａ    充電量センサー
３４ｂ    エンジンスイッチ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008259281.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月27日(2008.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
発電用エンジンによって充電される蓄電手段を、車速制御手段を介して走行車輪を駆動する走行用電動機へ連結し、前記発電用エンジンを熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定し、前記蓄電手段を発電用エンジンから走行用電動機へ向けて、逆流を阻止する電流調整手段を介して順次に接続される鉛蓄電池と、リチウム蓄電池、およびキャパシタとで構成し、前記蓄電手段の充電量を検知して、その充電量が少なくなったとき発電用エンジンを始動させ、充足したとき停止させる制御手段を設けてなる電気自動車の給電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項３において、前記電流調整手段は直流電圧の昇圧器を含む電気自動車の給電装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、給電装置として、発電用エンジンによって充電される蓄電手段を、車速制御手段を介して走行車輪を駆動する走行用電動機へ連結し、前記発電用エンジンを熱効率の高い定負荷の一定回転速度で運転可能に設定し、前記蓄電手段を発電用エンジンから走行用電動機へ向けて、逆流を阻止する電流調整手段を介して順次に接続される鉛蓄電池と、リチウム蓄電池、およびキャパシタとで構成し、前記蓄電手段の充電量を検知して、その充電量が少なくなったとき発電用エンジンを始動させ、充足したとき停止させる制御手段を設けることを最も主要な特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
３０は発電用エンジンであり交流式の充電用発電機３２を駆動する。充電用発電機３２は整流器、昇圧手段（DC／DCコンバータ）、逆流を阻止する半導体、充電量センサーなどの電流調整手段２２を介して前記蓄電手段２０へ接続されており、充電するための電力を給電する。前記蓄電手段２０は発電用エンジン３０側から走行用電動機１２側へ鉛蓄電池２５、リチウム蓄電池（リチウムイオンなどの総称）２４、およびキャパシタ２３が順次に接続されており、それらの間にはそれぞれ前記電流調整手段２２が介装されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
次に、本実施例に係る電気自動車の給電装置１０の作動を、図２によって説明する。電気自動車に走行の準備ができると、給電装置１０のシステムがスタートする。まず、蓄電手段２０の充電量がチェックされ、充電量が設定された下限以下のときはエンジンスイッチ３４ｂが動作して、発電用エンジン３０が始動する。下限以上のときは停止状態が維持される。発電用エンジン３０が運転され、充電量が予定された上限を超えるとエンジンが停止する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
１０    給電装置
１２    走行用電動機
１６    走行車輪
１８    車速制御手段
１９    加速ペダル
２０    蓄電手段
２１    複合蓄電池
２２    電流調整手段
２３    キャパシタ
２４    リチウム蓄電池
２５    鉛蓄電池
３０    発電用エンジン
３２    充電用発電機
３４    電気制御手段
３４ａ    充電量センサー
３４ｂ    エンジンスイッチ
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008259281.tif 000009
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2008259281.tif 000010
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2008259281.tif 000011