(57)【要約】【課題】太陽電池とリチウムイオン電池を搭載した無給油、無排気の充電不要なソーラーマイクロビークルを提供する。【解決手段】ソーラーマイクロビークルを駆動する電力供給装置を搭載した２輪車又は３輪車において、本体の表面に設けた太陽電池１と、走行時には収納庫に収納されている太陽電池１ａを太陽電池の発電電力を効率良く電力追尾が可能な最大電力追尾装置３を介し、スピードコントローラーに接続され、リチウムイオン電池を充電し、スピードコントローラーを介して、駆動用ＤＣモータに給電し、走行減速時には回生ブレーキにより電気二重層キャパシタに蓄電し、蓄電能力を高める電力供給装置を具備し走行距離を拡大することにより環境・経済にも効果的なマイクロビークル。【選択図】図１
2005253221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーマイクロビークルを駆動する電力供給装置を搭載した2輪車又は３輪車において、前記電力供給装置は,前記ソーラーマイクロビークル本体表面を大部分被った太陽電池と、駐車時に収納庫より取出し可能な太陽電池は前記太陽電池に接続され、前記太陽電池の発電効率を最大限引出すよう電力追尾を行う最大電力追尾装置と、前記最大電力追尾装置を介して、前記太陽電池の発電電力を受電するスピードコントローラーと、前記スピードコントローラーに接続し前記太陽電池の発電電力を充電するリチウムイオン電池と回生制御機構による回生ブレーキで充電する予備リチウムイオン電池又は電気二重層キャパシタと、前記スピードコントローラーを介して、前記駆動用モーターに給電可能な給電手段を具備した、無給油、無排気、家庭用電源による充電不要なことを特徴とするソーラーマイクロビークル。
【請求項２】
前記給電手段は、回生制御機構動作による発電電力を充電する予備バッテリー、又は電気二重層キャパシタを有することを特徴とする請求項１記載のソーラーマイクロビークル。
【請求項３】
前記電力供給装置の給電する電力により点灯するＬＥＤヘッドライト、ＬＥＤ補助灯、ＬＥＤ指示器等を有することを特徴とする請求項１，２記載のソーラーマイクロビークル。
【請求項４】
前記太陽電池の最大総発電量は、前記駆動用ＤＣモータによる総消費電力３２０Ｗにつき、ソーラーマイクロビークルの表面積の関係から、ソーラーマイクロビークル本体の表面を被った２００Ｗと、駐車時に収納庫より開放する太陽電池１２０Ｗに分割収納を特徴とする請求項１，２または３記載のソーラーマイクロビークル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池とリチウムイオン電池を搭載した家庭用電源による充電は不要で、走行することが可能なソーラーマイクロビークルに関し、特に走行に必要な電力を充電不要であっても供給可能な太陽電池及び予備リチウムイオン電池を具備したソーラーマイクロビークルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のソーラースクーターやソーラー電気バイク等の電動車は、走行時に家庭用電源で予めバッテリーに充電し、これを駆動用電源として走行に必要な電力として賄ってきた。また、表面に張られたソーラーパネルは補助充電として用いられ、主要駆動電源の電力供給に使用したソーラースクーターは提供されていない。
【０００３】
太陽電池を、前面ライトの光が当たる所、テールランプ及びナンバー灯の光が当たる所に取付け、必要電力の一部を賄う技術が提案されていて、例えば特開平２００４−８０００号公報（１）では、家庭用電源を用いた充電式のバイクの一部分に太陽電池を取付け、夜間に前面ライト等の光を利用し、太陽電池の電力を賄い走行距離を伸ばすことが提案されている。また、従来のソーラースクーターは、家庭用電源を専用充電器で充電し、太陽電池は補充充電用として提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８０００
【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、ソーラー用バッテリーを搭載した電動スクーターや電気バイクは、家庭用電源より充電することにより、容易に電力の供給は可能となる。しかし、走行時に於いては放電のみで、充電は回生制御機構による補充充電に限られ走行に制約を受けることになる。
【０００６】
例えばスクーターや原動機付二輪車は、騒音や排ガスによる環境への悪影響が懸念される。しかし、従来、騒音、排ガスを出さず、家庭用電源おも使用しない経済的にも得な方法で走行可能なソーラースクーターは無かった。
【０００７】
本発明の目的は太陽電池、太陽電池の電力追尾を行なう最大電力追尾装置,スピードコントローラー、リチウムイオン電池,電気二重層キャパシタ、回生制御機構、による発電電力のスピードコントローラーへの給電手段と駆動用ＤＣモータを具備し搭載することで、走行時には太陽電池が発生する余剰電力をリチウムイオン電池及び電気二重層キャパシタに蓄電し、太陽電池及びリチウムイオン電池及び電気二重層キャパシタからの電力供給により駆動用ＤＣモータする騒音,排ガスの無いソーラーマイクロビークルを提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、走行時に太陽電池による発電電力を蓄電する予備リチウムイオン電池を設けることで、電力供給を高めることが可能なソーラーマイクロビークルを提供することにある。
【０００９】
本発明の第３の目的は、家庭用電源を入力側に接続し、スピードコントローラーを出力側に接続した充電器を設けることによる非常用電源が可能なソーラーマイクロビークル。
【００１０】
本発明の第4の目的は、太陽電池の最大総発電量を、駆動用ＤＣモータによる総消費電力３２０Ｗにつき、３２０Ｗとすることによって、リチウムイオン電池の消費を少なく,走行が可能なソーラーマイクロビークルを提供することにある。
【００１１】
本発明の第5の目的は,リチウムイオン電池の容量を、駆動用ＤＣモータによる総消費電力３２０Ｗにつき、１．１４ＫＷｈとすることによって、太陽電池から発電される電力を蓄電することが可能となり、例えば全日走行が可能なソーラーマイクロビークルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ソーラーマイクロビークルを駆動する電力供給装置を搭載した２輪車又は３輪車において、前記電力供給装置は,前記ソーラーマイクロビークル本体の表面に太陽電池と、直列接続された駐車時太陽電池に接続され、前記太陽電池の起電力を効率良く電力追尾を行なうトラッカーと、前記トラッカーを介して、前記太陽電池の発電電力を受電するスピードコントローラーと、前記スピードコントローラーに接続され、前記太陽電池の発電電力を充電するリチウムイオン電池と、前記スピードコントローラーを介し、前記リチウムイオン電池から給電される電力と、予備リチウムイオン電池と、電気二重層キャパシタの電力を、前記スピードコントローラーを介して、前記駆動用ＤＣモータに給電可能な給電手段を具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記給電手段は回生制御機構による発電電力を蓄電する予備リチウムイオン電池を有することが好ましい。
【００１４】
本発明は、前記給電手段は回生制御機構による発電電力を蓄電する電気二重層キャパシタを有することが好ましい。
【００１５】
本発明は、前記太陽電池の最大総発電量は、駆動用ＤＣモータによる総消費電力３２０Ｗにつき、３２０Ｗであることが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記リチウムイオン電池の容量は、駆動用ＤＣモータによる総消費電力３２０Ｗにつき、１．１４ＫＷｈであることが好ましい。
【００１７】
本発明は、請求項１〜４記載の電力供給装置又は、家庭用電源による充電手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以下、本発明に係るソーラーマイクロビークルの実施の形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されない。本実施形態では、太陽電池とリチウムイオン電池を搭載して走行することを想定したソーラーマイクロビークルを具体例として説明する。このソーラーマイクロビークルにとうさいする電力供給装置について図２を参照して説明する。
【００１９】
図２は、本発明に係るソーラーマイクロビークルの電力供給装置の回路構成を表す概念図である。本発明に係るソーラーマイクロビークルの電力供給装置は、太陽電池１と、太陽電池1aに接続され、太陽電池１の発電電力を効率良く充電するために電力追尾を行う、最大電力追尾装置８と、スピードコントローラー１４に接続され、太陽電池１の発電電力を充電するリチウムイオン電池１２と、スピードコントローラー１４を介して、リチウムイオン電池１２に給電される直流電力と、予備リチウムイオン電池１１又は電気二重層キャパシタ１０の電力を、スピードコントローラー１４を介して駆動用ＤＣモータ１３に給電可能な給電手段を具備する。
【００２０】
太陽電池１は、駆動用ＤＣモーターへの電力供給を行なうものである。本実施例では、例えば単結晶太陽電池モジュールＦＴ１３２−Ｅ（昭和シェル石油（株）製）を使用した。仕様はモジュール温度２５℃基準に、最大出力Ｐｍａｘは３９．８Ｗ、最大出力動作電流ＩＰｍは２．２５Ａ、最大出力動作電圧ＶＰｍは１５．８Ｖである。この単結晶太陽電池モジュールＦＴ−１３２Ｅを８枚用いて２直列３並列に結線した。このとき、縦６９０ｍｍ、横４３０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、重量３２０ｇとなり、モジュール変換効率は１３．４％であり、総発電量は効率６５％〜１００％として、１９２．０Ｗｈ〜３２０Ｗｈを確保できる。
【００２１】
駆動用ＤＣモーターの出力に応じて、太陽電池の使用枚数も変更しても良い。駐車時に太陽電池を収納庫より取出し、前記予備リチウムイオン電池と、前記電気二重層キャパシタと、前記スピードコントローラーを介し、充電を行うことができるからである。
【００２２】
スピードコントローラー１４は、太陽電池1又は１ａの出力電力を受電して、リチウムイオン電池１２に充電し、かつ駆動用ＤＣモータに給電を行う。このとき電力需要のバランスを検出する役割を果たす。また電力異常時には警報を発する。本発明では、例えば（株）ツシマエレクトリック製のＩＣＦＷ２４を用いる。太陽電池１又は太陽電池１a給電される。例えば３１．６Ｖの電圧をリチウムイオン電池１２に充電し、かつ駆動用ＤＣモータに２４Vを給電する。
【００２３】
最大電力追尾装置８は、太陽電池１又は1ａとスピードコントローラー１４の間にダイオードを介して設置され、リチウムイオン電池１１又はリチウムイオン電池１２を充電するに際して太陽電池の出力電力を最大限引き出すべく電力追尾を行うものである。設定出力に達するとＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。太陽電池は出力電力が出力電圧によって異なり、最大電力が得られる出力電圧は日射量、モジュール電圧によって変動するものであり、常に最大電力を得るために最大電力追尾装置を用いる。本発明では,例えば（株）ツシマエレクトリックの最大電力追尾装置（ＰＴ２０８ＬＶ））を用いる。太陽電池１または1ａから給電される電力を最大電力追尾装置８によって最適化し、スピードコントローラーを介して、リチウムイオン電池１１又は１２に充電する。
【００２４】
リチウムイオン電池１１又は１２は一定の電力を駆動用ＤＣモータ１３に給電する機能を果たす。本発明では、例えば(株)ＫＲＩのノート型リチウムイオン電池を用いる。リチウムイオン電池（電池容量１１．５Ａ，３．７Ｖ）１４個を７直列２並列に組付ける。総重量７．２Ｋｇで、出力電圧２４Ｖ、バッテリー容量は式１にしたがって、５１８（Ｗｈ）と計算される。ただし、式１は鉛バッテリー容量算出式であって、リチウムイオン電池容量算出式は確立されていなく、応用例として式２を適用した。その結果は1ＨＲ放電時の平均電圧を１０．０Ａｈとる。
【００２５】
【数１】
2005253221.tif 000003
【００２６】
【数２】
2005253221.tif 000004
【００２７】
駆動用ＤＣモータの総消費電力は３２０Ｗと見積もると、リチウムイオン電池１１又は１２のみで、１．６時間走行することが可能となる。ただし、バッテリー容量利用率を１．０とした。
【００２８】
本発明では、太陽電池１１又は太陽電池１２として、リチウムイオン容量出力電力として５１８Ｗｈを供給できることがより好ましい。例えば、リチウムイオン電池（定格容量１１．５Ａｈ）を１４個を、７直列、２並列に組付けることにより上記バッテリー容量を確保できる。リチウムイオン電池の容量として、５１８Ｗｈを確保することにより、例えば次のような走行ができるソーラーマイクロビークルを提供することができる。すなわち、３２０Ｗの駆動用ＤＣモータを搭載し、定速（出力１６０Ｗ〜２００Ｗ）で、2時間程度走らすに必要なバッテリー容量は２４Vモータの消費電流は６．２５Ａ〜８．３Ａになり、2時間走行すると仮定すれば、１２．５Ａｈ〜１６．８Ａｈの電流量が消費されることになる。ここで、バッテリーの放電深さを５０％〜６０％ぐらいに留めたほうが寿命のため良いとされている。放電深さ５０％とすると消費電流は２６．８Ａｈ〜３３．６Ａｈが必要になる。したがって、１２Ｖ、２６．８Ａｈ〜３３．６Ａｈのバッテリーがいることになる。そこで、バッテリーは、２４V,３３．６Ahということになった。このバッテリーを充電するための太陽電池の電力量は、太陽電池が６０％機能しているとすれば、正午のピーク電流値をＩｍとすれば、平均充電電流は約０．６Ｉｍと時間Ｔの積が1日の獲得充電電流量となる。1日の獲得電力量は、０．６ＩｍＶＴとなる。また、Ｔを正午を中心に約１０時間とすると、最大充電電流は６Ｉｍとなり６ＩｍＶが電力量になる。晴天日を１とすると、曇天なら５０％〜３０％、雨天なら２０％〜１０％ぐらいになる。例えば、２４Ｖ,２０Ａｈのバッテリーを太陽電池で充電する場合は、快晴の日、正午頃の最大充電電流Ｉｍが，８Ａだとすると1日の充電量は４８Ａｈになる。蓄えられる電力量は、１．１５２Ａｈになる。正午の最大充電電流Ｉｍを８Ａにするには、８Ａに２４Ｖをかけた１９２Ｗの太陽電池を用意すればよい。
【００２９】
以上から、リチウムイオン電池の容量は、1日２時間程度走行すると仮定すれば、総消費電力３２０Ｗにつき、５２０Ｗであることが好ましい。
【００３０】
給電手段１５は、スピードコントローラー１４へ給電する構成をいう。通常は走行時にはリチウムイオンバッテリー１２がフル充電で、かつ給電状態にあるとき,本発明ではリチウムイオンバッテリー１１は太陽電池１又は１aの余剰電力を充電に充てるよう駆動用トランジスタ回路を構成する。すなわち前記最大電力追尾装置を介して、リチウムイオン電池１２及びリチウムイオン電池１１を太陽電池１，１ａからの配線に並列になるようにスピードコントローラーに接続する。スピードコントローラーに接続する手前にバッテリー保護装置を設置９することが好ましい。
【００３１】
給電手段１５は、図３に示すように、リチウムイオンバッテリー１２に対して並列に予備リチウムイオンバッテリー１１を接続しても良い。予備バッテリー１１を接続する場合においても、スピードコントローラーに接続する手前にバッテリー保護装置９を設置することが好ましい。予備バッテリー１１を設けることで蓄電可能電力をさらに高める。
【００３２】
給電手段１５は、図３に示すように、予備バッテリー１１に対して並列に電気二重層キャパシタ１０を接続しても良い。予備バッテリー１１に接続する場合は、バッテリー１１と電気二重層キャパシタ１０が同時に充放電作用を行っては、バッテリー１１，１２に大電流が流れ込み引込み線の破壊につながるもので、必ず切替えスイッチを必要とする。また駆動用DCモータ１３の回生エネルギー動作時にも同様の切替えスイッチを設置することが好ましい。
【００３３】
次に本発明に係るソーラーマイクロビークルについての、搭載する電力供給装置の充電制御方法について説明する。
（太陽電池１からの充電）
太陽電池１は、太陽光の照射により発電を行い、発電電力は最大電力追尾装置８によって最大電力を得て、スピードコントローラー１４を経由して,リチウムイオン電池１２に充電される。なおリチウムイオン電池１２の電力を使用中の場合においては、太陽電池１の発電電力はスピードコントローラーを経由して、予備リチウムイオン電池１１に充電される。
【００３４】
（駆動用ＤＣモータからの充電）
駆動用ＤＣモータ１３は,ソーラーマイクロビークルが減速時には発電機にして、運動エネルギーを電気エネルギーに変え、電気二重層キャパシタ１０に充電（回収）する仕組みで、通称、回生ブレーキと呼び、この機構は電気自動車だからできる重要な装置である。この機構については、駆動用ＤＣモータの減速時に発電する発電電圧が二重層キャパシタ１０又はリチウムイオンバッテリー１２の充電電圧以上の時に、回生用ダイオードを設置した駆動用トランジスタ回路を介して充電する。
【００３５】
（収納太陽電池１ａからの充電）
通常は、ソーラーマイクロビークルの車体内部に別に収納庫１６を設けて,収納してある、太陽電池１ａを駐車時に収納庫より開放し,太陽光が照射するように設置し、前記太陽電池１と同じ方法で充電を開始する。
【００３６】
（家庭用電源からの充電）
通常は、太陽電池1またはソーラーマイクロビークルが減速時に発電される回生ブレーキにより電力をリチウムイオン電池１２又は１１の充電に充てるが、家庭用電源からの充電は、非常時を考慮したものである。リチウムイオン１２又は１１に市販の充電器等を用いて直接、充電を行う場合においてもバッテリー保護装置９を介して行れなければ、リチウムイオン電池を破損する。また、スピードコントローラー１４と並列に切替え手段を介して接続しても良いが、バッテリー保護装置９を何らかの方法により介して接続しても良い。
【００３７】
請求項１の記載の発明は、太陽電池,駐車時に収納庫から取出し，開放式の予備太陽電池の発電電力を受電するスピードコントローラー、電力追尾を行う最大電力追尾装置、予備リチウムイオン電池,走行減速時の回生ブレーキによる電気二重層キャパシタへの余剰発電電力のスピードコントローラーへの給電手段を具備する電力供給装置を搭載することで、太陽電池のみからの電力供給、又は駐車時太陽電池と走行時の予備リチウムイオン電池への充電、電気二重層キャパシタからの電力供給により走行距離の増加が可能となる。無給油、無排気ガス、無騒音のソーラーマイクロビークルを提供することができる。
【００３８】
請求項２の記載の発明は、駆動用ＤＣモータの走行減速時に回生制御機構の作用で発生する発生電力を蓄電する予備リチウムイオン電池、または電気二重層キャパシタにより、蓄電可能電力をさらに高めることが可能なソーラーマイクロビークルを提供することができる。
【００３９】
請求項３の記載の発明は、ヘッドライトに使用のハロゲンランプ，補助灯の白熱球、指示器に使用の白熱球の消費電力量は搭載のバッテリーに過大な電力負荷となるが、白色高輝度発光ダイオード、Ｒ・Ｇ・Ｂ単色発光ダイオードを用いたライトを使用し、
太陽電池への負荷を減少可能なソーラーマイクロビークルを提供することができる。
【００４０】
請求項４の記載の発明は、ソーラーマイクロビークルの全表面積を大部分被った太陽電池で期待する走行距離を得るための総発電電力が不足する。これを解決するために、太陽電池を分割方式にし、表面積を被った太陽電池の発電電力と、駆動用ＤＣモータの総消費電力量の不足発電電力量を、ソーラーマイクロビークル本体内部空間に収納スペースを確保し、収納した太陽電池を駐車時に取出して開放した後に太陽光照射を試みることにより蓄電可能能力を高めた、ソーラーマイクロビークルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４２】
図1において1は，太陽電池パネルでソーラーマイクロビークル本体表面の主として前面，側面に取付ける。また6の太陽電池は駐車時に車体内部に設けた６の収納庫より，外部に取出し、太陽光エネルギーにより発電電力を得る。２のボックスにリチウムイオン電池を内臓する。７には太陽光パネルと接続された最大電力追尾装置を取付け、３のスピードコントローラーと結線を施す。４はＬＥＤヘッドライト、５はＬＥＤ指示灯を電装した。
【実施例２】
【００４３】
図２においては、ソーラーマイクロビークルの電装ブロック図である。1の太陽電池の発電電力を最大限引出すように８の最大電力追尾装置を介して，リチウムイオン電池に引き込み、スピードコントローラーを介して、本体の駆動源であるＤＣモータに給電作用を行う。その際、１１、１２のリチウムイオン電池は充電・放電の入出力電圧及び電流の変動幅が微小であるため、半導体で回路構成された９のバッテリー保護装置を必ず設置しておく必要がある。１０は電気二重層キャパシタで１３のＤＣモータの回生ブレーキ用として蓄電され、急斜面の坂道とか急発進の際に蓄電された電力を消費する働きをする。
【実施例３】
【００４４】
図３においては、リチウムイオン電池の簡単な充放電と電気二重層キャパシタの回生ブレーキ作用について概略説明したものである。バッテリーの充放電作用は同時には作用しないため並列接続を施し、端子電圧を検出し電圧変動幅を最適に設定し、何れか低電圧の一方を予備リチウムイオン電池と決定し充電開始作用行い、最大総発電電力量で走行距離を伸ばすと同時に、各リチウムイオン電池の最適利用を試みるシステム構成図です。また、電気二重キャパシタも回生ブレーキによる同様な蓄電作用の構成図である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】太陽電池パネルの実装モデル図である。
【図２】電装ブロック図である。
【図３】ハイブリッドシステム構成図例
【符号の説明】
【００４６】
１  太陽電池パネル
２  リチウムイオン電池
３  スピードコントローラー
４  LEDヘッドライト
５  LED指示灯
６  太陽電池収納庫
７  最大電力追尾装置取付け台
８  最大電力追尾装置
９  バッテリー保護装置
１０  電気二重層キャパシタ
１１  予備リチウムイオン電池
１２  リチウムイオン電池
１３  DCモータ  
１４  スピードコントローラー
１５  ハイブリッドシステム
１６  高性能コントローラー
１７  補助灯（ストプランプ）
１８  駐車時太陽電池
【図１】
2005253221.tif 000005
【図２】
2005253221.tif 000006
【図３】
2005253221.tif 000007