JPH07264715A - Electric vehicle - Google Patents
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- JPH07264715A JPH07264715A JP6071631A JP7163194A JPH07264715A JP H07264715 A JPH07264715 A JP H07264715A JP 6071631 A JP6071631 A JP 6071631A JP 7163194 A JP7163194 A JP 7163194A JP H07264715 A JPH07264715 A JP H07264715A
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- H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
- H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車に係り、さら
に詳しく言えば、主として燃料電池により駆動される電
気自動車に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly to an electric vehicle driven mainly by a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気自動車は低公害車として注目されて
いるが、従来の電気自動車では、充電された二次電池を
電源とし、その二次電池の放電でモータを駆動する方式
が主流となっている。二次電池はその消耗状態に応じて
所定のサイクルで外部の直流電源から充電するか、もし
くは車載の太陽電池を電源として充電する必要がある。2. Description of the Related Art Electric vehicles have been attracting attention as low-emission vehicles, but in the conventional electric vehicles, a system in which a charged secondary battery is used as a power source and a motor is driven by discharging the secondary battery is mainstream. ing. It is necessary to charge the secondary battery from an external DC power supply in a predetermined cycle according to its consumption state, or to charge it using a vehicle-mounted solar battery as a power supply.
【０００３】最近では、燃料電池と二次電池とを搭載
し、それによってモータを駆動する電気自動車も開発さ
れつつある。すなわち、図８に示されているように、電
源として燃料電池３と二次電池２０とを有し、それらか
ら得られる直流電流をそれぞれＤＣ−ＡＣコンバータ５
ａ，５ｂにて交流に変換し、インバータ７にて適宜その
周波数を変換してモータ２を運転し、車輪１，１を駆動
するようにしている。Recently, an electric vehicle equipped with a fuel cell and a secondary battery and driving a motor thereof has been developed. That is, as shown in FIG. 8, the fuel cell 3 and the secondary battery 20 are provided as power sources, and the DC currents obtained from them are respectively supplied to the DC-AC converter 5.
A and 5b are used to convert to AC, and an inverter 7 is used to appropriately convert the frequency to drive the motor 2 and drive the wheels 1 and 1.
【０００４】この場合、二次電池２０としては、鉛蓄電
池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、Ｎｉ−Ｈ電池、Ｎａ−Ｓ電池やＮ
ｉ−Ｚｎ電池が検討され、鉛蓄電池とＮｉ−Ｃｄ電池が
主に用いられている。燃料電池３は例えばメタノールを
燃料とし、そのメタノールをメタノールタンク８よりメ
タノール改質器９にて水素ガスに変換し、その水素ガス
を所定温度で流すことにより、同燃料電池３から直流電
力が得られる。In this case, as the secondary battery 20, a lead storage battery, a Ni-Cd battery, a Ni-H battery, a Na-S battery or an N battery.
An i-Zn battery has been studied, and a lead storage battery and a Ni-Cd battery are mainly used. The fuel cell 3 uses, for example, methanol as a fuel, converts the methanol from the methanol tank 8 into hydrogen gas in the methanol reformer 9, and causes the hydrogen gas to flow at a predetermined temperature to obtain DC power from the fuel cell 3. To be
【０００５】電気自動車の現状については、「電気協会
雑誌」平成５年７月号第５５〜５８ページ、「モーター
ファン」１９９２年９月号第２０〜４５ページ、「ＳＡ
Ｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｐｅｒ ｓｅｒｉｅｓ」ＳＡ
Ｅ−９３０１１（米国）などに記述がある。それによる
と、１５０ＡＨのＮｉ−Ｃｄ二次電池１５個を用い、１
０時間充電での走行距離は１６０ｋｍ、最高速度は８５
ｋｍ／ｈと報告されている。The current state of electric vehicles is described in "Electrical Association Magazine" July 1993 page 55-58, "Motor fan" September 1992 page 20-45, "SA".
Etechnical paper series "SA
There is a description in E-93011 (USA). According to it, 15 150 AH Ni-Cd secondary batteries were used, and 1
The mileage when charging for 0 hours is 160km, and the maximum speed is 85
It is reported to be km / h.
【０００６】また、燃料電池の電気自動車への利用につ
いては、「クリーンエネルギー」１９９３年５月号第４
８〜５２ページ、「ＵＳ ＤＯＥ Ｒｅｐｏｒｔ」ＬＡ
−ＵＲ−９３−７２８（米国）などに記述がある。燃料
電池自動車は未だ開発途上であるが、燃料電池と二次電
池とを組み合わせた電源により、モータを駆動するシス
テムが基本とされている。Regarding the use of fuel cells in electric vehicles, "Clean Energy", May 1993, No. 4,
Pages 8-52, "US DOE Report" LA
-UR-93-728 (USA) and the like. Although a fuel cell vehicle is still under development, a system that drives a motor with a power source that combines a fuel cell and a secondary battery is basically used.
【０００７】現状においては、車載用燃料電池として
は、リン酸型（ＰＡＦＣ）と固体高分子膜型（ＰＥＦ
Ｃ）の２種類が実用化への最短距離にある。燃料として
は、液化水素、水素吸蔵合金に蓄えられた水素、メタノ
ールなどの燃料の改質による水素ガスなどが多用されて
いる。二次電池のみを用いる従来の電気自動車の充電の
煩雑さに比べ、燃料電池は燃料の補給が簡単なため魅力
的である。At present, as fuel cells for vehicles, phosphoric acid type (PAFC) and solid polymer membrane type (PEF)
The two types of C) are in the shortest distance to practical use. As the fuel, liquefied hydrogen, hydrogen stored in a hydrogen storage alloy, hydrogen gas obtained by reforming a fuel such as methanol, and the like are often used. Compared to the complicated charging of a conventional electric vehicle that uses only a secondary battery, a fuel cell is attractive because it is easy to refuel.
【０００８】一方、電気自動車への電気二重層キャパシ
タの利用については、例えば特開平４−２６３０４号に
は図９に示したような電気自動車が提案されており、図
９には電気二重層キャパシタ４と二次電池２０とを併用
した電源部による駆動方式とされている。On the other hand, regarding the use of the electric double layer capacitor in the electric vehicle, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-26304 proposes an electric vehicle as shown in FIG. 4 and the secondary battery 20 are used in combination as a drive system by a power supply unit.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】二次電池を用いる電気
自動車では、二次電池のパワー密度が低く、モータ始動
時の大電流に対応するために、二次電池の重量を大きく
せざるを得ない。また、充放電サイクル寿命が短い、０
℃以下での出力が低いため使用温度範囲が狭い、充電に
長時間を要する、充電が煩雑である、などのいくつかの
解決すべき課題がある。In an electric vehicle using a secondary battery, the power density of the secondary battery is low, and the weight of the secondary battery must be increased in order to cope with a large current when starting the motor. Absent. In addition, the charge / discharge cycle life is short, 0
There are some problems to be solved, such as a narrow temperature range for use because of low output below ℃, long charging time, and complicated charging.
【００１０】さらに、回生制動による電力を二次電池に
充電する際、二次電池が大電流充電に対応できないた
め、その回生電気エネルギーを電気抵抗器で熱エネルギ
ーに変換しており、車両の運動エネルギーの利用率が低
いという問題がある。Further, when the secondary battery is charged with electric power due to regenerative braking, the secondary battery cannot cope with large current charging, so the regenerative electric energy is converted into heat energy by an electric resistor, which causes vehicle movement. There is a problem that the utilization rate of energy is low.
【００１１】二次電池と燃料電池とを電気自動車に併用
するにしても、同様にパワー密度が低く、そのモータ始
動時の大電流に対応させるには、燃料電池または二次電
池の重量を大きくせざるを得ない。また、充放電サイク
ル寿命が短い、０℃以下での出力が低い、使用温度範囲
が狭い、回生電気エネルギーの利用率が低いなどの解決
すべき課題が依然としてある。Even when a secondary battery and a fuel cell are used together in an electric vehicle, the power density is similarly low, and the weight of the fuel cell or the secondary battery must be increased in order to cope with a large current when the motor is started. I have to do it. Further, there are still problems to be solved such as short charge / discharge cycle life, low output at 0 ° C. or lower, narrow operating temperature range, and low utilization rate of regenerative electric energy.
【００１２】本発明の目的は、これらの課題を解決し、
高効率で利便性が良好で、かつ、サイクル耐久性の良い
電源システムを備えた電気自動車を提供することにあ
る。The object of the present invention is to solve these problems,
An object of the present invention is to provide an electric vehicle equipped with a power supply system that is highly efficient, convenient, and has good cycle durability.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電気自動車は、燃料電池と電気二重層キャ
パシタとからなる電源部を有し、同電源部により駆動さ
れるモータを動力源としたことを特徴としている。In order to achieve the above object, an electric vehicle according to the present invention has a power source section comprising a fuel cell and an electric double layer capacitor, and a motor driven by the power source section is a power source. It is characterized by
【００１４】上記電源部にさらに二次電池を加えること
によっても、本発明の上記目的は達成される。The above object of the present invention can also be achieved by adding a secondary battery to the power source section.
【００１５】いずれの場合においても、減速トルクによ
る回生電力により電気二重層キャパシタおよび／または
二次電池を充電するモータ制御手段を備えていることが
好ましい。In any case, it is preferable to provide a motor control means for charging the electric double layer capacitor and / or the secondary battery with the regenerative electric power due to the deceleration torque.
【００１６】また、電気二重層キャパシタの充電電圧が
所定電圧より低い時には、燃料電池から電気二重層キャ
パシタに充電電流を供給し、電気二重層キャパシタの電
圧が所定電圧より上昇した時には、電気二重層キャパシ
タおよび／または燃料電池の電源でモータを駆動するよ
うにするとよい。Further, when the charging voltage of the electric double layer capacitor is lower than a predetermined voltage, a charging current is supplied from the fuel cell to the electric double layer capacitor, and when the voltage of the electric double layer capacitor rises above the predetermined voltage, the electric double layer capacitor. The motor may be driven by the power source of the capacitor and / or the fuel cell.
【００１７】さらに、二次電池を備えていて電気二重層
キャパシタの充電電圧が所定電圧より低い時には、燃料
電池から電気二重層キャパシタに充電電流を供給し、電
気二重層キャパシタの電圧が所定電圧より上昇した時に
は、電気二重層キャパシタおよび／または燃料電池から
二次電池に対して、同二次電池の電圧が規定電圧に達す
るまで充電するようにするとよい。Further, when the electric double layer capacitor is equipped with a secondary battery and the charging voltage of the electric double layer capacitor is lower than a predetermined voltage, a charging current is supplied from the fuel cell to the electric double layer capacitor so that the voltage of the electric double layer capacitor is lower than the predetermined voltage. When the voltage rises, the electric double layer capacitor and / or the fuel cell may be charged to the secondary battery until the voltage of the secondary battery reaches the specified voltage.
【００１８】本発明の電気自動車は、主エネルギー源が
燃料電池であるため、従来の二次電池を主エネルギー源
とする電気自動車と比べて、二次電池の容量ないし大き
さは著しく小さくて済む。二次電池は電気二重層キャパ
シタの充電容量が不足した場合に補完する効果があるの
で、走行性能とエネルギー効率がともに向上する。Since the main energy source of the electric vehicle of the present invention is a fuel cell, the capacity or size of the secondary battery can be remarkably smaller than that of a conventional electric vehicle using a secondary battery as the main energy source. . Since the secondary battery has an effect of supplementing when the charge capacity of the electric double layer capacitor is insufficient, both traveling performance and energy efficiency are improved.
【００１９】本発明において電気二重層キャパシタに所
定電圧まで一定電流で充電することは、電気二重層キャ
パシタの過充電、過電流、過電圧を防ぎ、電気二重層キ
ャパシタの安全性、長期耐久性の確保に効果がある。ま
た、二次電池を所定電圧に達するまで、制御しながら充
電することも、二次電池の安全性、充放電サイクル耐久
性を確保するために好ましい効果がある。In the present invention, charging the electric double layer capacitor to a predetermined voltage with a constant current prevents overcharging, overcurrent and overvoltage of the electric double layer capacitor and ensures safety and long-term durability of the electric double layer capacitor. Has an effect on. In addition, charging the secondary battery while controlling it until it reaches a predetermined voltage is also a preferable effect for ensuring the safety and charge / discharge cycle durability of the secondary battery.
【００２０】燃料電池は一般に放電電流を大きくするた
めに、例えば高分子固体電解質燃料電池では２０〜１２
０℃の温度域で用いられる。また、リン酸型燃料電池で
は３００〜４００℃の温度域で用いられる。このため、
たいていこれら燃料電池の使用に先立って、電池を予熱
する。電池を所定温度域まで速やかに予熱するために
は、電気加熱ヒーターに大電流を流す必要があり、その
ために、電気二重層キャパシタの放電による電力を用い
るとよい。Fuel cells generally have a discharge current of 20 to 12 in order to increase discharge current, for example, in a polymer electrolyte fuel cell.
Used in the temperature range of 0 ° C. Further, the phosphoric acid fuel cell is used in a temperature range of 300 to 400 ° C. For this reason,
Usually, the cells are preheated prior to use of these fuel cells. In order to quickly preheat the battery to a predetermined temperature range, it is necessary to flow a large current through the electric heating heater, and for that purpose, it is preferable to use electric power generated by discharging the electric double layer capacitor.
【００２１】燃料電池には１２０℃以下で作動する高分
子固体電解質燃料電池を使用するのが出力密度、始動の
容易性、安定性などの点で好ましい。この燃料電池の特
に好ましい作動温度は３０〜９０℃である。As the fuel cell, it is preferable to use a polymer electrolyte fuel cell which operates at 120 ° C. or lower in terms of power density, ease of starting, stability and the like. A particularly preferable operating temperature of this fuel cell is 30 to 90 ° C.
【００２２】本発明における電気自動車では、低負荷で
の定常放電の効率が良い燃料電池が低負荷時のモータ駆
動を分担し、これに対して車両の発進、加速、上り坂な
どの高負荷での放電と回生制動での急速大電流充電を電
気二重層キャパシタが分担しており、さらに好ましくは
このシステムに二次電池を加え、エネルギー効率を向上
せしめる。In the electric vehicle according to the present invention, the fuel cell, which has a high efficiency of steady discharge under a low load, shares the driving of the motor under a low load, while the vehicle is under a high load such as starting, accelerating, or going uphill. The electric double layer capacitor takes charge of the rapid discharge and high-current charging by regenerative braking, and more preferably a secondary battery is added to this system to improve energy efficiency.
【００２３】高分子固体電解質としては、プロトン導電
性のパーフルオロスルホン酸膜、例えば旭硝子株式会社
製フレミオン膜（商品名）などが用いられる。燃料電池
は原理的にエネルギー効率が良いものの、負荷変動や温
度変動、低温特性に難点があるので、これらの点を負荷
変動、温度変動、低温特性に優れた特徴を有する電気二
重層キャパシタで補完すれば、エネルギー効率が良い、
運転しやすい新たな電気自動車のための電源システムを
得ることが出来る。As the polymer solid electrolyte, a proton conductive perfluorosulfonic acid membrane such as Flemion membrane (trade name) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. is used. Although fuel cells have good energy efficiency in principle, they have drawbacks in load fluctuation, temperature fluctuation, and low temperature characteristics, so these points are complemented by electric double layer capacitors that have excellent characteristics in load fluctuation, temperature fluctuation, and low temperature characteristics. Energy-efficient,
It is possible to obtain a power supply system for a new electric vehicle that is easy to drive.
【００２４】本発明の電気自動車に使用される好ましい
電気二重層キャパシタは、一対の活性炭電極間にセパレ
ータを挟んで電解液を含浸させたものを素子とし、この
素子を直列に電気接続しつつ積層してキャパシタの高電
圧化を図ったものである。A preferred electric double layer capacitor used in the electric vehicle of the present invention has an element in which a separator is sandwiched between a pair of activated carbon electrodes and is impregnated with an electrolytic solution, and the elements are laminated while being electrically connected in series. In this way, the voltage of the capacitor is increased.
【００２５】また、キャパシタの活性炭電極の面積を大
きくするとともに、素子を並列に電気接続しつつ積層も
しくは巻回してキャパシタの大容量化を図るのが好まし
い。Further, it is preferable to increase the area of the activated carbon electrode of the capacitor and to stack or wind the elements while electrically connecting them in parallel to increase the capacity of the capacitor.
【００２６】活性炭電極には、好ましくは活性炭粉末、
活性炭繊維、導電性物質、バインダーなどからなるシー
ト状もしくは成型複合焼結板状体が使用される。導電性
物質には、好ましくはカーボンブラック、ケッチエンブ
ラック、酸化ルテニウム、アルミニウム繊維、ニッケ
ル、ステンレスが用いられる。The activated carbon electrode is preferably activated carbon powder,
A sheet-shaped or molded composite sintered plate-shaped body made of activated carbon fiber, a conductive substance, a binder and the like is used. Carbon black, ketchen black, ruthenium oxide, aluminum fiber, nickel, and stainless steel are preferably used as the conductive material.
【００２７】電解液には、非水溶液系および水溶液系の
いずれもが使用できるが、非水溶液系電解液を用いる
と、素子の耐電圧が２．５Ｖ〜３．０Ｖに高められ、薄
く低抵抗の金属箔を集電体に使用できるので、電気二重
層キャパシタの小型化、低抵抗化、高エネルギー化がで
きる点で好ましい。As the electrolytic solution, either a non-aqueous solution or an aqueous solution can be used. When the non-aqueous solution is used, the withstand voltage of the device is increased to 2.5V to 3.0V, and the thin and low resistance is achieved. Since this metal foil can be used as a current collector, it is preferable in that the electric double layer capacitor can be downsized, its resistance can be reduced, and its energy can be increased.
【００２８】水溶液系電解液を用いた素子の耐電圧は
０．８〜１．０Ｖであるので、少なくとも５素子を直列
に積層（接続）して、単位キャパシタの電圧を５Ｖ以上
にして用いるのが好ましい。本発明の電気自動車に用い
る単位キャパシタには、静電容量５００〜３００００
Ｆ、定格電圧２．５〜２０Ｖ、直流内部抵抗２５ｍΩ以
下のものを複数個、直列および並列に配列して用いるの
が好ましい。Since the withstand voltage of the device using the aqueous electrolyte is 0.8 to 1.0 V, at least 5 devices are laminated (connected) in series to use the unit capacitor with a voltage of 5 V or more. Is preferred. The unit capacitor used in the electric vehicle of the present invention has a capacitance of 500 to 30000.
It is preferable to use a plurality of F, rated voltage of 2.5 to 20 V, and DC internal resistance of 25 mΩ or less arranged in series and parallel.
【００２９】[0029]
【作用】本発明では、パワー密度が大きく、充放電時の
電流制限がほとんど無く、しかも低温充放電特性に優
れ、充放電サイクル耐久性が著しく優れている電気二重
層キャパシタを燃料電池と組み合わせて電源部に使用し
ているので、走行性能が顕著に良好な電気自動車が得ら
れる。In the present invention, an electric double layer capacitor having a large power density, almost no current limitation during charging / discharging, excellent low temperature charging / discharging characteristics, and extremely excellent charge / discharge cycle durability is combined with a fuel cell. Since it is used in the power supply section, an electric vehicle with outstanding running performance can be obtained.
【００３０】[0030]
【実施例】以下、本発明の電気自動車を実施例によって
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって
なんら限定されるものではない。EXAMPLES The electric vehicle of the present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
【００３１】まず、図１を参照しながら第１実施例につ
いて説明する。この電気自動車は、その電源部に燃料電
池３と電気二重層キャパシタ４とを備えている。燃料電
池３および電気二重層キャパシタ４から放電される直流
電流は、それぞれＤＣ／ＡＣコンバータ５ａ，５ｂを介
して交流に変換され、次段のインバータ７にて適宜周波
数変換され、駆動輪１，１を駆動するモータ２に供給さ
れる。First, the first embodiment will be described with reference to FIG. This electric vehicle is equipped with a fuel cell 3 and an electric double layer capacitor 4 in its power supply section. The direct currents discharged from the fuel cell 3 and the electric double layer capacitor 4 are converted into alternating currents via the DC / AC converters 5a and 5b, respectively, and are frequency-converted appropriately by the inverter 7 at the next stage, and the drive wheels 1, 1 Is supplied to the motor 2 that drives the.
【００３２】燃料電池３が燃料とするメタノールは、メ
タノールタンク８よりメタノール改質器９にて水素ガス
に変換され、燃料電池３に供給される。図示されていな
いが、燃料電池３内には、パーフルオロスルホン酸膜
（旭硝子株式会社製フレミオン膜、厚さ１００μｍ）の
両面に白金系電極触媒を担持させた電極と膜の接合体が
設けられており、その電極と膜の接合体の両側にそれぞ
れ約８０℃とされた空気およびメタノールの改質により
得られた水素ガスを供給することにより、直流電力が得
られる。この実施例では、例えば燃料電池素子を６０個
直列に接続して５６Ｖの電圧を得ている。Methanol used as fuel by the fuel cell 3 is converted from the methanol tank 8 into hydrogen gas by the methanol reformer 9 and supplied to the fuel cell 3. Although not shown, in the fuel cell 3, a perfluorosulfonic acid membrane (Flemion membrane manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., thickness of 100 μm) is provided with an electrode-membrane assembly carrying platinum-based electrode catalyst on both sides. Direct current power can be obtained by supplying hydrogen gas obtained by reforming air and methanol at about 80 ° C. to both sides of the electrode / membrane assembly. In this embodiment, for example, 60 fuel cell elements are connected in series to obtain a voltage of 56V.
【００３３】電気二重層キャパシタ４には、以下のもの
を用いた。まず、活性炭粉末（比表面積１８００ｍ２／
ｇ，平均粒径３μｍ）８２重量％、ケッチエンブラック
８重量％およびフッ素樹脂バインダー１０重量％を有機
溶媒に均一に分散させてスラリーとした。The following were used as the electric double layer capacitor 4. First, activated carbon powder (specific surface area 1800 m 2 /
g, average particle diameter 3 μm) 82% by weight, Ketchen black 8% by weight and fluororesin binder 10% by weight were uniformly dispersed in an organic solvent to obtain a slurry.
【００３４】この活性炭スラリーを厚さ５０μｍのアル
ミニウムエッチング箔（１０ｃｍ幅、１００ｍ長さ）の
両面に浸漬法によりコーティングした。なお、コーテイ
ングに先立って、予めアルミニウムエッチング箔の一部
をマスキングした。This activated carbon slurry was coated on both sides of a 50 μm thick aluminum etching foil (10 cm width, 100 m length) by a dipping method. Prior to coating, part of the aluminum etching foil was masked in advance.
【００３５】コーティングされたスラリーを１２０℃で
３時間乾燥し、活性炭電極を１０ｃｍ×１０ｃｍの寸法
に付着せしめ、かつその隅に突出しているマスキング付
きの集電端子を有する電極体を多数切り出した。マスキ
ングを外した集電端子部分にアルミニウムの端子をカシ
メにより接合した。The coated slurry was dried at 120 ° C. for 3 hours to adhere an activated carbon electrode to a size of 10 cm × 10 cm, and a large number of electrode bodies each having a collector terminal with a mask protruding in the corner were cut out. An aluminum terminal was joined by caulking to the current collecting terminal portion from which the masking was removed.
【００３６】そして、集電端子のついた電極板をマニラ
麻からなるセパレータを介して対向させて積層したもの
をキャパシタ素子とし、正極となる集電端子を５０枚相
互に連結し、また、同様に負極となる集電端子を５０枚
相互に連結し、１３０℃で積層体を真空乾燥した。A capacitor element is formed by stacking electrode plates having current collecting terminals so as to face each other with a separator made of Manila hemp interposed therebetween, and 50 positive electrode current collecting terminals are connected to each other. Fifty sheets of current collector terminals serving as negative electrodes were connected to each other, and the laminate was vacuum dried at 130 ° C.
【００３７】次いで、積層体を角形のポリプロピレンケ
ースに収納し、テトラエチルホスホニウムテトラフルオ
ロボレートをプロピレンカーボネート液に溶解し、１モ
ル／リットルの濃度とした電解液を含浸し、密閉するこ
とにより、電気二重層キャパシタを得た。Next, the laminated body was housed in a rectangular polypropylene case, tetraethylphosphonium tetrafluoroborate was dissolved in a propylene carbonate solution, impregnated with an electrolytic solution having a concentration of 1 mol / liter, and sealed to obtain an electric battery. A multilayer capacitor was obtained.
【００３８】このキャパシタは定格２．８Ｖ、１０００
Ｆ、内部直流抵抗３ｍΩであり、２０個直列に接続した
ものを１５組並列に接続した。スタックの電圧は定格５
６Ｖで用いられる。図２にはこの大容量電気二重層キャ
パシタの構造が示され、また、図３にはその電極体の積
層状況が示されている。This capacitor is rated at 2.8V, 1000
F, internal DC resistance was 3 mΩ, and 20 sets connected in series were connected in 15 sets in parallel. Stack voltage is rated 5
Used at 6V. FIG. 2 shows the structure of this large-capacity electric double layer capacitor, and FIG. 3 shows the laminated state of the electrode body.
【００３９】これによると、正極１０と負極１１とをセ
パレータ１５を介して対向したものが積層されている。
各正極１０と各負極１１はそれぞれリード端子１２、１
２を介して引き出し端子１３、１４に接続されている。
最終的に、この電極体はケース１６中に収納され、上蓋
１７により密閉される。According to this, the positive electrode 10 and the negative electrode 11 which are opposed to each other via the separator 15 are laminated.
Each positive electrode 10 and each negative electrode 11 has lead terminals 12 and 1, respectively.
It is connected to the lead terminals 13 and 14 via 2.
Finally, the electrode body is housed in the case 16 and sealed by the upper lid 17.
【００４０】次に、本発明の第２実施例を図４に基づい
て説明する。実施例１と同様に電源部として、燃料電池
３と電気二重層キャパシタ４とを備えているが、この電
気自動車では、それに加えて二次電池２０が補完用の電
源として組込まれている。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Although the fuel cell 3 and the electric double layer capacitor 4 are provided as the power source unit in the same manner as in the first embodiment, in this electric vehicle, the secondary battery 20 is additionally incorporated as a supplementary power source.
【００４１】図５には本発明の第３実施例が示されてい
る。この第３実施例の基本的な構成は、実施例１と同じ
であるが、燃料電池３を室温から８０℃に予熱する加熱
用ヒーター６に対して、電気二重層キャパシタ４からそ
の電力を供給するようにしている。FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. The basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the electric double layer capacitor 4 supplies the electric power to the heater 6 for preheating the fuel cell 3 from room temperature to 80 ° C. I am trying to do it.
【００４２】図６には本発明の第４実施例が示されてい
る。この例ではこの電気自動車の電源部に燃料電池３と
電気二重層キャパシタ４とを備えているが、車輪駆動用
のモータ２には直流モータが用いられ、同モータ２には
モータ制御回路２７を介して電気二重層キャパシタ４が
接続されている。また、この実施例では、電気二重層キ
ャパシタ４の端子間電圧Ｖ１を監視する電流コントロー
ル回路２６を備えている。FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. In this example, a fuel cell 3 and an electric double layer capacitor 4 are provided in the power source section of this electric vehicle, but a DC motor is used for the wheel driving motor 2, and a motor control circuit 27 is used for the motor 2. The electric double layer capacitor 4 is connected via the. Further, in this embodiment, a current control circuit 26 for monitoring the terminal voltage V 1 of the electric double layer capacitor 4 is provided.
【００４３】電気二重層キャパシタ４の端子間電圧Ｖ１
がモータ制御回路２７に印加される所定の電圧設定値Ｖ
２より低い時、電流コントロール回路２６は、電流検出
器２４でＩ１なる一定電流が検出されるようスイッチン
グ素子２１をオンにして、燃料電池３からその一定電流
Ｉ１で電気二重層キャパシタ４を充電させる。Voltage V 1 between terminals of the electric double layer capacitor 4
Is a predetermined voltage set value V applied to the motor control circuit 27.
When less than 2, the current control circuit 26 turns on the switching element 21 so that a constant current I 1 becomes a current detector 24 is detected, the fuel cell 3 in the constant current I 1 of the electric double layer capacitor 4 Charge it.
【００４４】この充電により、電気二重層キャパシタ４
が所定電圧に達すると、同電気二重層キャパシタ４の放
電によりモータ２が起動される。また、モータ２が高速
回転中に減速を開始すると、その回生電力は電気二重層
キャパシタ４に充電される。電圧設定値Ｖ２を操作して
低くすることにより、定常走行は主として燃料電池３の
電力で賄われる。なお、ダイオード２２、２３およびリ
アクトル２５により、上記電流Ｉ１を一定に保つように
電流還流回路が構成されている。By this charging, the electric double layer capacitor 4
Reaches a predetermined voltage, the electric double layer capacitor 4 is discharged to start the motor 2. When the motor 2 starts decelerating during high speed rotation, the regenerated electric power is charged in the electric double layer capacitor 4. By manipulating the voltage setting value V 2 to lower it, steady running is mainly covered by the electric power of the fuel cell 3. The diodes 22, 23 and the reactor 25 constitute a current return circuit so as to keep the current I 1 constant.
【００４５】図７には本発明の第５実施例が示されてい
る。第５実施例は基本的に上記第４実施例と同様である
が、その電源部に補完用の電源として二次電池２０が追
加的に接続されている。FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment is basically the same as the above-mentioned fourth embodiment, but a secondary battery 20 is additionally connected to its power source section as a complementary power source.
【００４６】第５実施例では、電気二重層キャパシタ４
の端子間電圧Ｖ１と二次電池２０の端子間電圧Ｖ３とを
比較する電圧コントローラ３８と、電気二重層キャパシ
タ４から二次電池２０への充電電流をオンオフするスイ
ッチング素子２８と、反対に二次電池２０から電気二重
層キャパシタ４への充電電流をオンオフするスイッチン
グ素子２９と、その充電電流を検出する電流検出器３５
と、同充電電流が一定となるように各スイッチング素子
２８，２９を制御する電流コントロール回路３６，３７
とが設けられている。In the fifth embodiment, the electric double layer capacitor 4
In contrast to the voltage controller 38 that compares the inter-terminal voltage V 1 of the battery and the inter-terminal voltage V 3 of the secondary battery 20, and the switching element 28 that turns on and off the charging current from the electric double layer capacitor 4 to the secondary battery 20. A switching element 29 for turning on / off a charging current from the secondary battery 20 to the electric double layer capacitor 4, and a current detector 35 for detecting the charging current.
And current control circuits 36 and 37 for controlling the switching elements 28 and 29 so that the same charging current becomes constant.
And are provided.
【００４７】なお、各スイッチング素子２８，２９に
は、その電流方向を逆とするバイパス用のダイオード３
１，３３がそれぞれ並列的に接続されており、また、ス
イッチング素子２８，２９の間には、上記充電電流を一
定に保つための電流還流回路を構成するダイオード３
０，３２およびリアクトル３４が設けられている。Each switching element 28, 29 has a bypass diode 3 whose current direction is reversed.
1, 33 are connected in parallel, and a diode 3 forming a current return circuit for keeping the charging current constant between the switching elements 28, 29.
0, 32 and a reactor 34 are provided.
【００４８】電気二重層キャパシタ４の端子間電圧Ｖ１
がモータ制御回路２７に印加される所定電圧Ｖ２より低
い時、電流コントロール回路２６は、電流検出器２４で
Ｉ１なる一定電流が検出されるようスイッチング素子２
１をオンにして、燃料電池３からその一定電流Ｉ１で電
気二重層キャパシタ４を充電させる。Voltage V 1 between terminals of the electric double layer capacitor 4
Is lower than a predetermined voltage V 2 applied to the motor control circuit 27, the current control circuit 26 causes the current detector 24 to detect the constant current I 1 so that the switching element 2
1 is turned on to charge the electric double layer capacitor 4 from the fuel cell 3 with the constant current I 1 .
【００４９】この充電により、電気二重層キャパシタ４
が所定電圧に達した時点で、二次電池２０の電圧Ｖ３が
所定電圧より低い時には、電流コントロール回路３６に
よりスイッチング素子２８がオンとされ、電気二重層キ
ャパシタ４より同スイッチング素子２８とダイオード３
３を介して電流検出器３５による信号に基づいて所定の
充電電流Ｉ３が二次電池２０に供給される。By this charging, the electric double layer capacitor 4
When the voltage V 3 of the secondary battery 20 is lower than the predetermined voltage when the voltage reaches a predetermined voltage, the switching element 28 is turned on by the current control circuit 36, and the switching element 28 and the diode 3 are turned on by the electric double layer capacitor 4.
A predetermined charging current I 3 is supplied to the secondary battery 20 based on a signal from the current detector 35 via the battery 3 .
【００５０】また、電気二重層キャパシタ４の端子間電
圧Ｖ１が二次電池２０の電圧Ｖ３より低い時には、電流
コントロール回路３７によりスイッチング素子２９がオ
ンとされ、二次電池２０より同スイッチング素子２９と
ダイオード３１を介して電気二重層キャパシタ４に電流
検出器３５による信号に基づいて所定の充電電流Ｉ２が
供給され、このようにして電気二重層キャパシタ４が所
定電圧に充電された後、モータ２が駆動される。When the inter-terminal voltage V 1 of the electric double layer capacitor 4 is lower than the voltage V 3 of the secondary battery 20, the switching element 29 is turned on by the current control circuit 37, and the switching element 29 is turned on by the secondary battery 20. A predetermined charging current I2 is supplied to the electric double layer capacitor 4 via 29 and the diode 31 based on a signal from the current detector 35, and after the electric double layer capacitor 4 is charged to a predetermined voltage in this way, the motor 2 is driven.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気自動
車では、つぎのような効果が奏される。すなわち、パワ
ー密度が大きく、充放電時の電流制限がほとんど無く、
しかも低温充放電特性に優れ、充放電サイクル耐久性が
著しく優れている電気二重層キャパシタと、低負荷での
定常放電の効率が良好な燃料電池とを組み合わせて、車
両の発進、加速および上り坂などの高負荷時での放電や
回生制動での急速大電流充電を電気二重層キャパシタに
分担させ、低負荷時のモータ駆動を燃料電池に分担させ
るようにしたことにより、高エネルギー効率で走行性能
が優れ、しかもサイクル耐久性の良い電気自動車が提供
される。As described above, the electric vehicle of the present invention has the following effects. That is, the power density is large, there is almost no current limitation during charging and discharging,
Moreover, by combining an electric double layer capacitor, which has excellent low-temperature charge / discharge characteristics and remarkably excellent charge / discharge cycle durability, with a fuel cell that has good steady-state discharge efficiency at low loads, vehicle start-up, acceleration and uphill The electric double-layer capacitor is responsible for discharging under high load and rapid high-current charging for regenerative braking, and the fuel cell is responsible for driving the motor under low load. An electric vehicle is provided that has excellent durability and good cycle durability.
【００５２】また、電気二重層キャパシタと燃料電池に
加えて二次電池を組み合わせ、電気二重層キャパシタの
充電容量が不足した場合に、この二次電池から充電電流
を補完するようにしたことにより、より一層の走行性能
とエネルギー効率の向上が図られる。この場合、主エネ
ルギー源と燃料電池としてるため、従来の二次電池を主
エネルギー源とする電気自動車に比べて、積載する二次
電池の容量および大きさは著しく小さくて済むことにな
る。Further, by combining a secondary battery in addition to the electric double layer capacitor and the fuel cell so that when the charging capacity of the electric double layer capacitor is insufficient, the charging current is complemented from the secondary battery. Driving performance and energy efficiency are further improved. In this case, since the main energy source and the fuel cell are used, the capacity and size of the secondary battery to be loaded can be remarkably small as compared with the electric vehicle using the conventional secondary battery as the main energy source.
【００５３】さらには、燃料電池もしくは二次電池によ
り電気二重層キャパシタを充電するにあたって、その充
電電流を一定とすることにより、電気二重層キャパシタ
の過充電、過電流、過電圧が防止され、その安全性およ
び長期耐久性が確保できるなどの効果が奏される。Further, when the electric double layer capacitor is charged by the fuel cell or the secondary battery, by keeping the charging current constant, overcharging, overcurrent and overvoltage of the electric double layer capacitor are prevented, and the safety thereof is improved. And long-term durability can be ensured.
【図１】本発明の電気自動車の第１実施例を示すモータ
駆動系のブロック線図。FIG. 1 is a block diagram of a motor drive system showing a first embodiment of an electric vehicle of the present invention.
【図２】本発明の電気自動車に用いられる電気二重層キ
ャパシタを一部切り欠いて示した斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing an electric double layer capacitor used in the electric vehicle of the present invention with a part thereof cut away.
【図３】上記電気二重層キャパシタの電極体の積層状況
を示した斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a stacked state of electrode bodies of the electric double layer capacitor.
【図４】本発明の電気自動車の第２実施例を示すモータ
駆動系のブロック線図。FIG. 4 is a block diagram of a motor drive system showing a second embodiment of the electric vehicle of the present invention.
【図５】本発明の電気自動車の第３実施例を示すモータ
駆動系のブロック線図。FIG. 5 is a block diagram of a motor drive system showing a third embodiment of the electric vehicle of the present invention.
【図６】本発明の電気自動車の第４実施例に係る回路
図。FIG. 6 is a circuit diagram according to a fourth embodiment of the electric vehicle of the present invention.
【図７】本発明の電気自動車の第５実施例に係る回路
図。FIG. 7 is a circuit diagram of an electric vehicle according to a fifth embodiment of the present invention.
【図８】第１従来例の電気自動車のモータ駆動系のブロ
ック線図。FIG. 8 is a block diagram of a motor drive system of an electric vehicle of a first conventional example.
【図９】第２従来例の電気自動車のモータ駆動系のブロ
ック線図。FIG. 9 is a block diagram of a motor drive system of an electric vehicle of a second conventional example.
１ 駆動輪 ２ モータ ３ 燃料電池 ４ 電気二重層キャパシタ ５ ＡＣ／ＤＣコンバータ ６ 燃料電池加熱用ヒーター ７ インバータ ８ メタノールタンク ９ メタノール改質器 １０ 負極板 １１ 正極板 １２ 電極引き出し端子 １３ 負極端子 １４ 正極端子 １５ セパレータ １６ ケース １７ フタ １８、１９ 集電端子 ２０ 二次電池 ２１、２８、２９ スイッチング素子 ２２、２３、３０、３１、３２、３３ ダイオード ２４、３５ 電流検出器 ２５、３４ リアクトル ２６、３６、３７ 電流コントローラー ２７ モータ制御回路 ３８ 電圧コントローラー 1 Driving Wheel 2 Motor 3 Fuel Cell 4 Electric Double Layer Capacitor 5 AC / DC Converter 6 Fuel Cell Heating Heater 7 Inverter 8 Methanol Tank 9 Methanol Reformer 10 Negative Plate 11 Positive Plate 12 Electrode Lead Terminal 13 Negative Terminal 14 Positive Terminal 15 Separator 16 Case 17 Lid 18, 19 Current collecting terminal 20 Secondary battery 21, 28, 29 Switching element 22, 23, 30, 31, 32, 33 Diode 24, 35 Current detector 25, 34 Reactor 26, 36, 37 Current controller 27 Motor control circuit 38 Voltage controller
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年２月１７日[Submission date] February 17, 1995
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図６[Name of item to be corrected] Figure 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図６】 [Figure 6]
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図７[Name of item to be corrected] Figure 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図７】 [Figure 7]
フロントページの続き (72)発明者 池田 克治 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Katsuji Ikeda 1150 Hazawa-machi, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Asahi Glass Co., Ltd. Central Research Laboratory
Claims (9)
なる電源部を有し、同電源部により駆動されるモータを
動力源とすることを特徴とする電気自動車。1. An electric vehicle having a power source section comprising a fuel cell and an electric double layer capacitor, wherein a motor driven by the power source section serves as a power source.
二次電池を含む電源部を有し、同電源部により駆動され
るモータを動力源とすることを特徴とする電気自動車。2. An electric vehicle having a power supply unit including a fuel cell, an electric double layer capacitor and a secondary battery, and using a motor driven by the power supply unit as a power source.
気二重層キャパシタを充電するモータ制御手段を備えて
いる請求項１に記載の電気自動車。3. The electric vehicle according to claim 1, further comprising motor control means for charging the electric double layer capacitor with regenerative electric power due to deceleration torque.
気二重層キャパシタおよび上記二次電池を充電するモー
タ制御手段を備えている請求項２に記載の電気自動車。4. The electric vehicle according to claim 2, further comprising a motor control unit that charges the electric double layer capacitor and the secondary battery with regenerative electric power due to deceleration torque.
所定電圧より低い時には、上記燃料電池から上記電気二
重層キャパシタに充電電流を供給し、上記電気二重層キ
ャパシタの電圧が所定電圧より上昇した時には、同電気
二重層キャパシタおよび／または上記燃料電池の電源で
上記モータを駆動する機構を備えている請求項１または
３に記載の電気自動車。5. The charging current is supplied from the fuel cell to the electric double layer capacitor when the charging voltage of the electric double layer capacitor is lower than a predetermined voltage, and when the voltage of the electric double layer capacitor rises above the predetermined voltage. The electric vehicle according to claim 1, further comprising a mechanism for driving the motor with the electric double layer capacitor and / or the power source of the fuel cell.
所定電圧より低い時には、上記燃料電池から上記電気二
重層キャパシタに充電電流を供給し、上記電気二重層キ
ャパシタの電圧が所定電圧より上昇した時には、上記電
気二重層キャパシタおよび／または上記燃料電池から上
記二次電池に対して、同二次電池の電圧が規定電圧に達
するまで充電する機構を備えている請求項２または４に
記載の電気自動車。6. The charging current is supplied from the fuel cell to the electric double layer capacitor when the charging voltage of the electric double layer capacitor is lower than a predetermined voltage, and when the voltage of the electric double layer capacitor rises above the predetermined voltage. 5. The electric vehicle according to claim 2, further comprising a mechanism for charging the secondary battery from the electric double layer capacitor and / or the fuel cell until the voltage of the secondary battery reaches a specified voltage. .
高分子固体電解質燃料電池である請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の電気自動車。7. The electric vehicle according to claim 1, wherein the fuel cell is a solid polymer electrolyte fuel cell that operates at 120 ° C. or lower.
ーを備え、同ヒーターへの電力が上記電気二重層キャパ
シタの放電により供給される請求項７に記載の電気自動
車。8. The electric vehicle according to claim 7, further comprising a heater for rapidly raising the temperature of the fuel cell, and electric power to the heater is supplied by discharging the electric double layer capacitor.
の電解液が用いられている請求項１〜８のいずれか１項
に記載の電気自動車。9. The electric vehicle according to claim 1, wherein a non-aqueous electrolyte is used for the electric double layer capacitor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071631A JPH07264715A (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Electric vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071631A JPH07264715A (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Electric vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07264715A true JPH07264715A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=13466201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6071631A Withdrawn JPH07264715A (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Electric vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH07264715A (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |