(57)【要約】【課題】バッテリの残量を有効に利用してできるだけ走行距離を長くすることができる電気車の電力供給装置を提供する。【解決手段】バッテリ１８から電動モータ１３に供給される電力を調節可能なモータコントローラ１９を備え、バッテリ１８の端子電圧値Ｅｔ及び放電電流値Ｉｄを検出する検出部２１を設け、モータコントローラ１９により検出部２１の放電電流値Ｉｄが予め設定された第１最大放電電流値ＩＨ１以下となるように制御するとともに、バッテリ１８の端子電圧値Ｅｔが予め設定された放電停止電圧値ＥＬ以下に低下したときに通電を停止するように制御される電気車１０の電力供給装置１７であって、放電停止電圧値ＥＬ以下の端子電圧値Ｅｔを検出したときに、放電電流値Ｉｄが第１最大放電電流値ＩＨ１より小さい第２最大放電電流値ＩＨ２以下となるように制御する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから電動モータに供給される電力を調節可能なモータコントローラを備え、前記バッテリの端子電圧値及び放電電流値を検出する検出部を設け、前記モータコントローラにより該検出部の放電電流値が予め設定された第１最大放電電流値以下となるように制御するとともに、前記バッテリの端子電圧値が予め設定された放電停止電圧値以下に低下したときに通電を停止するように制御される電気車の電力供給装置であって、
前記モータコントローラは、前記検出部にて前記放電停止電圧値以下の端子電圧値を検出したときに、前記放電電流値が前記第１最大放電電流値より小さい第２最大放電電流値以下となるように制御することを特徴とする電気車の電力供給装置。
【請求項２】
前記第２最大放電電流値以下となるように前記放電電流値を制御した後、前記放電停止電圧値以下の端子電圧値を再度検出したときに、前記放電電流値が前記第２最大放電電流値より小さい第３最大放電電流値以下となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電気車の電力供給装置。
【請求項３】
バッテリ残量の表示部を備え、前記放電電流値が前記第２最大放電電流値以下となるように制御されたときに、バッテリ残量が存在するように前記表示部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気車の電力供給装置。
【請求項４】
前記放電停止電圧値が、前記放電電流値の増加に伴い減少するように設定されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の電気車の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車輪を駆動する電動モータとバッテリとを搭載した電気車の電力供給装置に係り、特にバッテリの放電末期に電気車の走行距離をより長く確保することができる電気車の電力供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気車は車輪を駆動する電動モータにバッテリからの電力を供給することにより走行し、バッテリ残量に相当する量の電力を放電するまで走行可能となっている。
【０００３】
このような電気車の電力供給装置では、バッテリの過放電を防止しつつ、バッテリとして必要な電流を確保するため、バッテリの端子電圧の下限として放電停止電圧値が設定されているとともに、電動モータに供給される放電電流値の上限として最大放電電流値が設定されている。
【０００４】
そして、この電気車によれば、走行時にはバッテリからの放電電流値が最大放電電流値以下となるように制御されつつ走行し、又、バッテリの端子電圧値が放電停止電圧値以下になると電気車の走行を停止することにより、バッテリの過放電を防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この電気車では、バッテリ残量の末期には、発進時や登坂時等に放電電流が大きくなると、バッテリの端子電圧が放電停止電圧値以下となり、バッテリの残量が残っていても電気車の走行が停止するという問題点があった。
【０００６】
特に、鉛蓄電池、ニッケル系蓄電池、リチウム系蓄電池等の蓄電池では、長期間使用すると劣化により内部抵抗が上昇し易く、又、低温時には見かけの内部抵抗が上昇し易く、そのため、バッテリ残量が残っていても、発進時や登坂時等の大電流の放電時に思わぬ場所で電気車の走行が急に停止してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、この発明では、バッテリ残量を有効に利用することができ、できるだけ走行距離を長く確保することが可能な電気車の電力供給装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明は、バッテリから電動モータに供給される電力を調節可能なモータコントローラを備え、前記バッテリの端子電圧値及び放電電流値を検出する検出部を設け、前記モータコントローラにより該検出部の放電電流値が予め設定された第１最大放電電流値以下となるように制御するとともに、前記バッテリの端子電圧値が予め設定された放電停止電圧値以下に低下したときに通電を停止するように制御される電気車の電力供給装置であって、前記モータコントローラは、前記検出部にて前記放電停止電圧値以下の端子電圧値を検出したときに、前記放電電流値が前記第１最大放電電流値より小さい第２最大放電電流値以下となるように制御することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の構成に加え、前記第２最大放電電流値以下となるように前記放電電流値を制御した後、前記放電停止電圧値以下の端子電圧値を再度検出したときに、前記放電電流値が前記第２最大放電電流値より小さい第３最大放電電流値以下となるように制御することを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、バッテリ残量の表示部を備え、前記放電電流値が前記第２最大放電電流値以下となるように制御されたときに、バッテリ残量が存在するように前記表示部を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１つに記載の構成に加え、前記放電停止電圧値が、前記放電電流値の増加に伴い減少するように設定されたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１乃至図４は、この発明の実施の形態を示す図である。
【００１４】
図において、符号１０は電気車であり、後輪１１を駆動するためのトランスミッション１２に、電動モータ１３からのモータ駆動力伝達系が連結され、又、クラッチ１５を介して内燃機関１６からの内燃機関駆動力伝達系が連結され、所謂、ハイブリッド車両となっている。
【００１５】
電動モータ１３には、電力供給装置１７が接続されており、ここでは、鉛蓄電池からなるバッテリ１８からの電力が、モータコントローラ１９で調節されて電動モータ１３に供給されるように構成されている。このバッテリ１８としては、ニッケル系蓄電池、又はリチウム系蓄電池であってもよい。
【００１６】
また、モータコントローラ１９には、バッテリマネイジメントコントローラ（以下、ＢＭＣと略記する。）２２が接続されており、アクセルペダル１０ａの開度や制御盤１４のスイッチ１４ａの選択、さらにトランスミッション１２の車速センサ２０からの車速がＢＭＣ２２に入力され、これらに応じてＢＭＣ２２により通信でモータコントローラ１９が制御されるようになっている。
【００１７】
このＢＭＣ２２は、バッテリ状態検出部２１により検出されるバッテリ１８の端子電圧値Ｅｔ、放電電流値Ｉｄ、及びバッテリ温度等の検出値が入力されるように構成されている。又、バッテリ状態検出部２１の検出値から得られるバッテリ残量を操作盤１４の表示部１４ｂに表示するようになっている。
【００１８】
更に、このＢＭＣ２２には、バッテリ１８の過放電を防止するための端子電圧値Ｅｔの下限として放電停止電圧値ＥＬが設定され、バッテリ１８の放電電流値Ｉｄを制御するための上限として、第１最大放電電流値ＩＨ１と、第１最大放電電流値ＩＨ１より小さい第２最大放電電流値ＩＨ２と、第２最大放電電流値ＩＨ２より小さい第３最大放電電流値ＩＨ３とが設定されている。
【００１９】
そして、ここでは、放電停止電圧値ＥＬ以下の端子電圧値Ｅｔがバッテリ状態検出部２１で検出されたとき、放電電流値Ｉｄが第１最大放電電流値ＩＨ１より小さい第２最大放電電流値ＩＨ２以下となるようにモータコントローラ１９を制御し、さらに、放電停止電圧値ＥＬ以下の端子電圧値Ｅｔを再度検出したとき、放電電流値Ｉｄが第２最大放電電流値ＩＨ２より小さい第３最大放電電流値ＩＨ３以下となるようにモータコントローラ１９を制御するようになっている。
【００２０】
一方、内燃機関１６では、気化器２４のスロットル弁２４ａがスロットルモータ２５で開閉されるように構成され、バッテリ１８からの電力がモータドライバ２６で調節されてスロットルモータ２５に供給されることによりスロットル弁２４ａの開度が調節されるようになっている。このスロットル弁２４ａの開度はセンサ２７からＢＭＣ２２に伝達されている。
【００２１】
モータドライバ２６にはＢＭＣ２２が接続されており、アクセルペダル１０ａの開度、スイッチ１４ａの選択、車速等に応じてＢＭＣ２２によりモータドライバ２６が制御されるようになっている。
【００２２】
そして、この内燃機関１６からの駆動力は、必要に応じてＢＭＣ２２によりクラッチ１５を作動させて、トランスミッション１２に伝達するようになっている。このときのトルクは、トルクセンサ２８により検出されてＢＭＣ２２に入力される。
【００２３】
この内燃機関１６は発電機３１と連結されており、稼働時に発電機３１を回転させて発電可能となっている。そして、発電された電力が、発電機コントローラ３２及びスイッチ３３を介してバッテリ１８に供給されることにより充電可能に構成されている。この発電機３１から供給される電力の電流値及び電圧値は通信によりＢＭＣ２２に伝達され、更に、発電機３１の回転速度が回転数センサ２３からＢＭＣ２２に伝達され、これに基づくＢＭＣ２２からの信号に応じて、モータドライバ２６及び発電機コントローラ３２が調節され、発電及び充電が制御されている。
【００２４】
次に、このような電気車１０の走行状態について説明する。
【００２５】
この電気車１０では、電動モータ１３によるモータ駆動力伝達系からの駆動力と内燃機関１６による内燃機関駆動力伝達系からの駆動力とを利用して、後輪１１を駆動することにより走行する。ここでは、電動モータ１３からの駆動力と内燃機関１６からの駆動力とを必要に応じて択一的に切替えたり、併用することにより利用される。例えば、アクセル１０ａの開度や目標車速と実際の検知車速との差などから算出される負荷が所定値より小さい場合には、電動モータ１３からの駆動力により走行し、負荷が大きい場合には、内燃機関１６からの駆動力を電動モータ１３からの駆動力とともに併用している。
【００２６】
この走行においては、内燃機関１６の駆動力を用いるときに発電機３１が回転してバッテリ１８の充電が行われる。また、電動モータ１３からの駆動力を用いた走行を継続する場合には、バッテリ１８の電力が消費されて、バッテリ残量が減少するため、バッテリ残量が所定値以下となった時点で、内燃機関１６により発電機３１を回転させ、バッテリ１８の充電が行われる。
【００２７】
そして、バッテリ１８が劣化して内部抵抗が大きくなると、走行時にバッテリ１８の充電量と電動モータ１８の電力の消費量とが合わなくなり、電力の消費が進んで最終的にバッテリ残量の末期に達することがある。
【００２８】
そこで、この電気車１０の電力供給装置１７では、バッテリ残量が少なくなった末期の状態で、ＢＭＣ２２及びモータコントローラ１９により電動モータ１８に供給する電力を制御している。
【００２９】
この制御の流れを図２及び図３を用いて説明する。
【００３０】
まず、走行開始後、ステップＳ１では、第１最大放電電流値ＩＨ１が選択されており、バッテリ状態検出部２１で検出される放電電流値Ｉｄがこの第１最大放電電流値ＩＨ１以下となるようにして電動モータ１８を駆動して走行する。そして、通常運転の放電電流値Ｉｄの範囲で放電を継続して行くと、バッテリ状態検出部２１で検出される端子電圧値Ｅｔが徐々に低下する。この端子電圧Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬより大きいときは、ステップＳ２が繰り返され、さらに低下すると、時間ｔ１の時点で、端子電圧値Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬ以下となる。すると、ステップＳ２からステップＳ３に進み、第１最大放電電流値ＩＨ１がこれより小さい第２最大放電電流値ＩＨ２に設定される。
【００３１】
従来の電気車では端子電圧値Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬ以下となった時点で直ちに走行を停止していたが、この電気車１０では、ステップＳ３において第１最大放電電流値ＩＨ１より小さく、この時点での放電電流値Ｉｄよりも小さい第２最大放電電流値ＩＨ２が選択されるため、走行を継続することができる。即ち、この第２最大放電電流値ＩＨ２への変更により、この第２最大放電電流値ＩＨ２より放電電流値Ｉｄが大きくなることがなくなり小さく抑えられるため、端子電圧Ｅｔが図３に示すように回復し、放電停止電圧値ＥＬより大きい値となる。その結果、放電電流値Ｉｄが第２最大放電電流値ＩＨ２以下となるように、ＢＭＣ２２からモータコントローラ１９により電力を制御することにより、電気車１０の走行を継続することが可能となる。
【００３２】
このとき、バッテリ状態検出部２１で検出される端子電圧値Ｅｔは、図３の特性曲線に示すように、急激に低下及び回復するように変化するが、操作盤１４の表示部１４ｂのバッテリの残量表示は、ＢＭＣ２２からの信号に基づいて端子電圧値Ｅｔの変化よりも緩やかに変化するように制御される。そのため、端子電圧値Ｅｔが急激に低下して回復するまでの間もバッテリ残量が存在するように表示される。
【００３３】
次に、バッテリ状態検出部２１で検出される放電電流値Ｉｄが第２最大放電電流値ＩＨ２以下となるようにして走行を継続すると、更に電力の消費が進み、再び端子電圧Ｅｔが低下する。この端子電圧Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬより大きいときは、ステップＳ４が繰り返され、さらに低下すると、時間ｔ２の時点で、再び、端子電圧値Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬ以下となる。すると、ステップＳ４からステップＳ５に進み、このステップＳ５において、第２最大放電電流値ＩＨ２より小さく、この時点での放電電流値Ｉｄよりも小さい第３最大放電電流値ＩＨ３が選択される。これにより、更に放電電流値Ｉｄが小さく抑えられ、再び端子電圧値Ｅｔが図３に示すように回復し、放電停止電圧値ＥＬより大きくなる。その結果、放電電流値Ｉｄが第３最大放電電流値ＩＨ３以下となるようにＢＭＣ２２によりモータコントローラ１９を制御することにより、電気車１０は更に走行を継続することが可能となる。この時点でも、操作盤１４の表示部１４ｂは制御されてバッテリ残量が存在するように表示する。
【００３４】
そして、バッテリ状態検出部２１で検出される放電電流値Ｉｄが第３最大放電電流値ＩＨ３以下となるようにして走行を継続すると、更に電力の消費が進み、バッテリ残量の表示も消費量に合わせて減らし、再び端子電圧値Ｅｔが低下する。この端子電圧Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬより大きいときは、ステップＳ５が繰り返され、さらに低下すると、時間ｔ３において、再び、端子電圧値Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬ以下となる。すると、ステップＳ５からステップＳ６に進み、このステップＳ６において、バッテリ１８からの通電を停止し、バッテリ残量計の表示を０にし、電気車１０の走行を終了する。
【００３５】
なお、この電力供給装置１７では、所定の放電電流値Ｉｂ以下において、ＢＭＣ２２に設定された放電停止電圧値ＥＬが、図４に示すように、放電電流値Ｉｄの増加に伴いＥａからＥｂまで一定割合で減少するように設定され、放電電流値Ｉｄに応じて傾斜を持った放電停止電圧値ＥＬとなっている。即ち、放電電流値Ｉｄが大きくなるにつれて、放電停止電圧値ＥＬが低くなり、電動モータ１３の負荷が大きい場合に放電停止電圧値ＥＬに到達しにくく、電気車１０の走行が停止されにくいようになっている。
【００３６】
以上のような構成の電力供給装置１７を備えた電気車１０によれば、バッテリ状態検出部２１にて放電停止電圧値ＥＬ以下の端子電圧値Ｅｔを検出したときに、放電電流値Ｉｄが第１最大放電電流値ＩＨ１より小さい第２最大放電電流値ＩＨ２以下となるように制御されるので、端子電圧値Ｅｔが低下して放電停止電圧値ＥＬ以下に到達しても、放電電流値Ｉｄを抑えることによって端子電圧値Ｅｔを回復させ、放電停止電圧値ＥＬより大きい端子電圧値Ｅｔを確保することができる。そのため、バッテリ１８から電動モータ１３への電力の供給を継続させることができ、これによりバッテリ１８の残量を有効に利用してバッテリ１８の性能をより引き出し、電気車１０の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００３７】
特に、長期間使用されて劣化したバッテリ１８で内部抵抗が上昇しているような場合や、低温時に見かけの内部抵抗が上昇しているような場合には、バッテリ１８の残量を有効に利用して電気車１０の走行距離を伸ばすことができるため、発進時や登坂時等の大電流の放電時に電気車１０が思いがけない場所で停止するようなことを防止しやすい。
【００３８】
また、第２最大放電電流値ＩＨ２以下となるように放電電流値Ｉｄを制御した後、放電停止電圧値ＥＬ以下の端子電圧値Ｅｔを再度検出したときに、放電電流値Ｉｄが第２最大放電電流値ＩＨ２より小さい第３最大放電電流値ＩＨ３以下となるように制御するため、端子電圧値Ｅｔの回復を繰り返し行うことができ、より有効にバッテリ１８の残量を利用して、バッテリ１８の性能を最大に引き出し、電気車１０の走行距離を伸ばすことが可能となる。
【００３９】
更に、操作盤１４に表示されるバッテリ残量を、放電電流値Ｉｄが第２最大放電電流値ＩＨ２以下又は第３最大放電電流値ＩＨ３以下となるように制御されたときに、バッテリ残量が存在するように操作盤１４の表示部１４ｂを制御するので、バッテリ１８の端子電圧値Ｅｔが放電停止電圧値ＥＬ以下に達しても、適切なバッテリ残量を表示することができ、バッテリ残量の表示と実際のバッテリ１８の残量とを合わせることが可能である。
【００４０】
なお、この発明は上記の実施の形態に限定されることなく、適宜変更可能であり、例えば、上記の実施の形態では、電気車１０として、電動モータ１３と内燃機関１６の両方を駆動源として用いたハイブリッド車両について説明したが、内燃機関１６のない車両や、発電機３１を車載しない電気車であっても、この発明を全く同様に適用可能である。
【００４１】
また、上記の実施の形態では、第１最大放電電流値ＩＨ１の他に、第２及び第３最大放電電流値ＩＨ２、ＩＨ３を設定する例について説明したが、最大放電電流値の設定数は適宜選択でき、第１最大放電電流値ＩＨ１と第２最大放電電流値ＩＨ２の２つであってもよく、４個以上の最大放電電流値を設定することも可能である。なお、いずれにおいても最も小さい最大放電電流値は、電気車１０が走行可能な最小限の電流値に設定することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述の通り、この発明によれば、モータコントローラは、検出部にて放電停止電圧値以下の端子電圧値を検出したときに、放電電流値が第１最大放電電流値より小さい第２最大放電電流値以下となるように制御するので、端子電圧値が低下して放電停止電圧値以下に到達しても、放電電流値を抑えることによって、端子電圧値を回復させて放電停止電圧値よりも大きな端子電圧値を確保することができる。そのため、バッテリから電動モータへの電力の供給を継続させることができ、これによりバッテリの残量を有効に利用して、電気車の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００４３】
また、請求項２に記載の発明によれば、第２最大放電電流値以下となるように放電電流値を制御した後、放電停止電圧値以下の端子電圧値を再度検出したときに、放電電流値が第２最大放電電流値より小さい第３最大放電電流値以下となるように制御するので、端子電圧値の回復を繰り返し行うことができ、より有効にバッテリの残量を利用することができて、更に電気車の走行距離を伸ばすことが可能である。
【００４４】
更に、請求項３の発明によれば、バッテリ残量の表示部を備え、放電電流値が第２最大放電電流値以下となるように制御されたときに、バッテリ残量が存在するように前記表示部を制御するので、バッテリの端子電圧が放電停止電圧値以下に達しても、適切なバッテリの残量を表示することができ、バッテリ残量の表示部の残量と実際のバッテリの残量とを合わせることが可能である。
【００４５】
また、請求項４に記載の発明によれば、放電停止電圧値が、放電電流値の増加に伴い減少するように設定されているので、電動モータへの負荷が大きい場合に放電停止電圧値に到達しにくくなり、電気車の走行を停止しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の電気車を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態の電気車の電力供給装置の制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】同実施の形態の電気車の電力供給装置の制御状態における端子電圧値と放電電流値の変化を示すグラフである。
【図４】同実施の形態の電気車の電力供給装置の放電停止電圧値を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　電気車
１３　電動モータ
１４　操作盤
１６　内燃機関
１７　電力供給装置
１８　バッテリ
１９　モータコントローラ
２１　バッテリ状態検出部
２２　バッテリマネイジメントコントローラ（ＢＭＣ）
３１　発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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