JP2002321681A - ハイブリッド電動自転車の制御システム - Google Patents

ハイブリッド電動自転車の制御システム

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JP2002321681A
JP2002321681A JP2001068082A JP2001068082A JP2002321681A JP 2002321681 A JP2002321681 A JP 2002321681A JP 2001068082 A JP2001068082 A JP 2001068082A JP 2001068082 A JP2001068082 A JP 2001068082A JP 2002321681 A JP2002321681 A JP 2002321681A
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Soichi Shiozawa
総一 塩澤
Mikio Saito
幹夫 斉藤
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Yamaha Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】燃料電池と二次電池を搭載し、すぐに走行が継
続できるハイナリッド電動自転車の制御システムを提供
する。 【解決手段】人力により駆動する第1駆動系と、人力検
知手段と、電動モータ21により駆動する第2駆動系
と、電動モータ21に電力を供給する燃料電池30と二
次電池500とを含む電源と、人力検知値に応じて電動
モータ21が出力すべき要求動力値を設定する。人電動
燃料電池30の出力制御をするとともに、燃料電池30
の出力値が要求動力値を超える場合に、電動モータ21
に要求動力値に相当する電力を供給するとともに、二次
電池500を充電し、燃料電池30の出力値が要求動力
値以下の場合に、燃料電池30の出力を電動モータ21
に供給するとともに、要求動力値と燃料電池30の出力
値の差に相当する出力を二次電池500から電動モータ
21に供給可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ハイブリッド電
動自転車の制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】ハイブリッド電動自転車の1種である電
動補助自転車が提案されているが、一般的にその動力源
は二次電池であり、走行前に家庭電源より充電器を介し
て二次電池を充電し、そして二次電池の容量が無くなれ
ば、再度充電して使用する。
【0003】このようなハイブリッド電動自転車では、
充電に数時間を要し、その間走行ができなくなることが
あるため、例えば、特開平8−119180号公報等に
は、水素ボンべあるいは改質装置、燃料電池を搭載し、
電動モータを駆動するものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のもの
には、二次電池を搭載するものでも、燃料電池を搭載す
るものでも、充電に数時間を要し、その間走行ができな
くなる等の問題がある。
【0005】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、燃料電池と二次電池を搭載し、すぐに走行が継続
できるハイブリッド電動自転車の制御システムを提供す
ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するため、この発明は、以下のように構成し
た。
【0007】請求項1に記載の発明は、『駆動輪を人力
により駆動する第1駆動系と、人力検知手段と、前記駆
動輪を電動モータにより駆動する第2駆動系と、前記電
動モータに電力を供給する燃料電池と二次電池とを含む
電源と、人力検知手段による人力検知値に応じて電動モ
ータが出力すべき要求動力値を設定するとともに、前記
第1駆動系の人力の変化に対応して前記電源を起動させ
て前記第2駆動系の電動モータの出力を制御する制御手
段を搭載したハイブリッド電動自動車の制御システムで
あって、前記制御手段は、前記燃料電池の出力制御をす
るとともに、前記燃料電池の出力値が前記要求動力値を
超える場合に、前記電動モータに前記要求動力値に相当
する電力を供給するとともに、前記二次電池を充電し、
燃料電池の出力値が前記要求動力値以下の場合に、少な
くとも燃料電池の出力を前記電動モータに供給するとと
もに、前記要求動力値と燃料電池の出力値の差に相当す
る出力を前記二次電池から前記電動モータに供給可能と
するものであることを特微とするハイブリッド電動自転
車の制御システム。』である。
【0008】この請求項1に記載の発明によれば、二次
電池の容量及び燃料電池の出力をそれぞれ小さくできる
ことにより小型軽量化が可能となり、二次電池により要
求電動力が短時間に変化しても応答性が良く、且つ、二
次電池の充電を可能とするので、人力と電動力によるハ
イブリッド走行の距離を伸ばしたハイブリッド電動自転
車とすることができる。
【0009】請求項2に記載の発明は、『駆動輪を人力
により駆動する第1駆動系と、人力検知手段と、前記駆
動輪を電動モータにより駆動する第2駆動系と、前記電
動モータに電力を供給する燃料電池と二次電池とを含む
電源と、人力検知手段による人力検知値に応じて電動モ
ータが出力すべき要求動力値を設定するとともに、前記
第1駆動系の人力の変化に対応して前記電源を起動させ
て前記第2駆動系の電動モータの出力を制御する制御手
段を搭載したハイブリッド電動自動車の制御システムで
あって、前記制御手段は、前記二次電池の二次電池容量
を管理し、この二次電池容量が所定値以下に低下した時
は、所定値に回復するまで前記燃料電池から充電可能と
するものであることを特微とするハイブリッド電動自転
車の制御システム。』である。
【0010】この請求項2に記載の発明によれば、二次
電池の二次電池容量を管理し、この二次電池容量が所定
値以下に低下した時は、所定値に回復するまで燃料電池
から充電することで、二次電池が容量切れとなった場
合、数時間の充電が必要でその間走行できないが、燃料
電池の燃料がある限り、二次電池切れでも、人力と電動
力によるハイブリッド走行が可能であり、走行しながら
二次電池の充電も可能である。
【0011】請求項3に記載の発明は、『駆動輪を人力
により駆動する第1駆動系と、人力検知手段と、前記駆
動輪を電動モータにより駆動する第2駆動系と、前記電
動モータに電力を供給する燃料電池と二次電池とを含む
電源と、人力検知手段による人力検知値に応じて電動モ
ータが出力すべき要求動力値を設定するとともに、前記
第1駆動系の人力の変化に対応して前記電源を起動させ
て前記第2駆動系の電動モータの出力を制御する制御手
段を搭載したハイブリッド電動自動車の制御システムで
あって、前記制御手段は、前記二次電池の二次電池容量
が所定値以下に低下した時は、前記電動モータの出力指
令を下げ、前記燃料電池の電力だけであるいは割合を増
加して走行可能にするものであることを特微とするハイ
ブリッド電動自転車の制御システム。』である。
【0012】この請求項3に記載の発明によれば、二次
電池の二次電池容量が所定値以下に低下した時は、電動
モ−タの出力指令を下げ、燃料電池の電力だけであるい
は割合を増加して走行可能にすることで、二次電池残存
量が小さい状態でさらに、過大な電力が二次電池に要求
されないことになっているため、二次電池劣化を防止す
ることができる。
【0013】請求項4に記載の発明は、『駆動輪を人力
により駆動する第1駆動系と、人力検知手段と、前記駆
動輪を電動モータにより駆動する第2駆動系と、前記電
動モータに電力を供給する燃料電池と二次電池とを含む
電源と、人力検知手段による人力検知値に応じて電動モ
ータが出力すべき要求動力値を設定するとともに、前記
第1駆動系の人力の変化に対応して前記電源を起動させ
て前記第2駆動系の電動モータの出力を制御する制御手
段を搭載したハイブリッド電動自動車の制御システムで
あって、前記制御手段は、前記二次電池の二次電池容量
が所定値以上に上昇した時は、前記燃料電池を停止さ
せ、前記別の所定値以下になった時、前記燃料電池を再
起動させるものであることを特微とするハイブリッド電
動自転車の制御システム。』である。
【0014】この請求項4に記載の発明によれば、二次
電池の二次電池容量が所定値以上に上昇した時は、燃料
電池を停止させ、要求電動力への応答性を向上し、別の
所定値以下になった時、燃料電池を再起動させること
で、燃料電池の燃料がある限り、人力と電動力によるハ
イブリッド走行しながら二次電池の充電も可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、この発明のハイブリッド
電動自転車の制御システムの実施の形態を添付図面に基
づいて説明する。図1はハイブリッド電動自転車の側面
図、図2はハイブリッド電動自転車の電源を外した状態
を示す図である。
【0016】この実施の形態では、1はハイブリッド電
動自転車の1種である電動補助自転車を示す。この電動
補助自転車1は、車体フレーム2を有し、この車体フレ
ーム2を構成するメインパイプ3の車体前方に位置する
ヘッドパイプ4内には、ハンドルステム5が回動自在に
挿通されている。ハンドルステム5の上端部にはハンド
ル6が設けられ、ハンドルステム5の下端部にはフロン
トフォーク7が設けられている。ハンドル6には、メイ
ンスイッチSWが設けられ、このメインスイッチSWに
よりハイブリッド電動自転車の制御システムが作動す
る。
【0017】フロントフォーク7の下端には、前輪8が
回転自在に軸支されている。さらに、フロントフォーク
7の前輪8の軸部には、車速センサS51が設けられて
いる。ヘッドパイプ4からはメインパイプ3が車体後方
に向かって斜め下方に延出しており、さらに下方で屈曲
して後方へ延びている。このメインパイプ3の後端から
は、シートチューブ9が車体後方に向かって斜め上方に
立設されている。シートチューブ9の上端部にはシート
ポスト10を介してサドル11が支持され、高さ調整ハ
ンドル60の操作で高さ調整可能である。
【0018】車体の略中央下部であって、メインパイプ
3とシートチューブ9との連結部分には、パワーユニッ
ト20がブラケット19を介して懸架されている。パワ
ーユニット20は、乗員の踏力による主駆動系と電動モ
ータ21による補助動力系を併設して構成され、これに
はクランク軸12が回転自在に支承されており、クラン
ク軸12の左右両端にはクランク13が取り付けられ、
各クランク13の端部にはペダル14が軸支されてい
る。
【0019】メインスイッチSWがON状態のときであ
って、ペダル14からクランク軸12に乗員の踏力が加
えられたときのみに、電動モータ21を回転させてクラ
ンク軸12に電動モータ21からの動力を伝える。すな
わち、ペダル14を踏むと、クランク軸12にはその踏
力に加えて電動モータ21からの回転トルクが付与され
ることになる。この電動モータ21の出力は、ペダル1
4に加えられた踏力に略比例するように制御され、この
踏力はパワーユニット20内の人力検知手段であるトル
クセンサS52により検出される。
【0020】また、ブラケット19からは、左右一対の
チェーンステー25が車体後方に向かって延設されてお
り、チェーンステー25の後端部はシートチューブ9の
上端から車体後方に向かって斜め下方に延出する左右一
対のシートステー22の下端に連結されている。チェー
ンステー25とシートステー22との連結部には後輪2
3が回転自在に軸支されている。シートステー22に
は、盗難防止のための後輪ロック装置24が設けられ、
後輪ロック装置24により後輪23の回転がロックされ
る。
【0021】パワーユニット20の前側には、電動モー
タ21に補助動力となる電力を供給する電源である二次
電池500が着脱可能に備えられている。パワーユニッ
ト20の上方には、シートチューブ9と後輪23との間
に、電動モータ21に電力を供給する電源である燃料電
池30が着脱可能に備えられている。燃料電池30と二
次電池500の両方は、電動補助の最大電力を、燃料電
池30と二次電池500両方から同時に、電動モータに
供給するに十分な電力容量を各々有する。
【0022】ブラケット19には、燃料電池受け34が
設けられ、この燃料電池受け34には燃料電池ロック装
置35が設けられている。燃料電池30が燃料電池受け
34に装着された状態では、ロックピン51が燃料電池
30の係合凹部32dに係合してロックされる。
【0023】燃料電池受け34の底部には、車体側プラ
グ63が固定されている。燃料電池30は、車体に装着
した状態で車体側プラグ63に電気的に接続可能な電力
取出部70を有する。燃料電池30は、上ガイド42と
下ガイド37に沿って着脱可能であり、この電力取出部
70は燃料電池30の下部に設けられており、燃料電池
30を上ガイド42と下ガイド37に沿って装着するこ
とで、電力取出部70と車体側プラグ63が電気的に接
続される。
【0024】上ガイド42はシートチューブ9に固定さ
れている。下ガイド37は、下部37aが燃料電池受け
34に固定され、上部37bが係止具40を介してリヤ
フェンダ28に固定されている。
【0025】シートポスト10の上部に固定されたブラ
ケット52に対してサドル11のブラケット53が支持
ピン54を支点に回動可能になっている。シートポスト
10のブラケット52には、係止ピン55が固定されて
いる。また、サドル11のブラケット53には、ロック
レバー56が支持ピン57を支点に回動可能に設けられ
ている。このロックレバー56は、爪部56aが係止ピ
ン55と係合するようにスプリング58により付勢され
ている。ロックレバー56を手で回動して爪部56aを
係止ピン55から外すことで、サドル11を前側に倒す
ことができ、この状態で燃料電池30を車体に着脱する
ことができる。
【0026】また、ハンドル6には、表示装置71が備
えられ、この表示装置71で燃料電池30の燃料残量等
を表示し、運転者に燃料電池30の状態を知らせること
ができるようにしている。
【0027】次に、燃料電池30の構成を図3に基づい
て説明する。図3は燃料電池の構成を示すブロック図で
ある。
【0028】この実施の形態の燃料電池30は、カート
リッジ式であり、カートリッジ300に収納され、燃料
電池ユニットを構成している。燃料電池ユニットのカー
トリッジ300内には、下部に燃料タンク301が配置
され、中央部に燃料電池本体すなわちセル302が配置
され、上部に燃料電池コントローラ303が配置されて
いる。燃料電池ユニットは、燃料電池30の基本構成と
してのセル302、燃料電池コントローラ303、燃料
タンク301を一つの箱のカートリッジ300に収納す
る形態であり、構成品は縦列に並べ、細長い形状とする
ことで、幅狭の車両にも組み込みやすい形状にすること
ができる。
【0029】カートリッジ式の燃料電池30は、全体で
例えば数kgの重量になるので、下向きに立てて負荷に
装着するほうが扱いやすいし、またユニット形状が幅狭
の方が、装着面での汎用性が上がる。よって、燃料が水
素の場合、この時のレイアウトとして、下から、燃料タ
ンク301、セル302、燃料電池コントローラ303
の順とし縦列に構成ユニットを並べる。セル302から
は、発電に伴って、熱が発生し、空気対流により上部
が、暖まりやすいので、燃料タンク301の加熱を避け
るため、燃料タンク301は、セル302の下部配置す
る。
【0030】このように、セル302、燃料電池コント
ローラ303等が不測に加熱されることがあると、空気
対流によりそれらの上部も加熱されるため、燃料タンク
301が過剰に加熱されないように、燃料タンク301
をセル302、燃料電池コントローラ303の下側に配
置するが、燃料が液体の場合、燃料タンク301をセル
302の上側に配置し、自然落下で燃料を供給するよう
にしてもよい。
【0031】即ち、燃料が液体等の場合、その燃料タン
ク301をセル302の上部に配置すると、重力により
燃料がセル302に自然落下するので、汲み上げポンプ
のような構成品が不要となりコスト、搭載重量等の面で
有利となる。この場合、セル廃熱による空気対流で、燃
料タンク301が加熱されるのを防止するため、セル収
納スペ−スは隔離された別室の燃料タンク収納スペ−ス
を設け、隔壁に、断熱材を取り付ける。また、より高温
の廃熱等により、断熱材が発火するのを防止するため、
さらに不燃材で、燃料タンク収納スペ−スを覆う。
【0032】燃料電池30には、補助電池340が備え
られる。補助電池340はセル起動のため、主電源回路
341により燃料電池コントローラ303を起動し、空
気ポンプ321を駆動させたり、アクチュエータ317
を介して燃料弁316を開閉したり、燃料電池コントロ
ーラ303への電源となる。この補助電池340は、セ
ル302の起動の後、消費した電力分をセル302から
供給を受けて充電する。
【0033】燃料電池コントローラ303には、不揮発
性メモリ342が備えられ、不揮発性メモリ342に燃
料残量データ等が記憶される。燃料電池30の上部に
は、燃料残量表示部350が設けられ、LEDによって
燃料タンク301の燃料が表示される。このように、燃
料電池コントローラ303は、燃料残量表示装置を兼用
させ、上側から視認しやすいよう、燃料残量表示部35
0を最上部にレイアウトする。
【0034】燃料タンク301は、燃料タンク格納ケ−
ス304で形成された燃料タンク格納室304a内に配
置され、この燃料タンク格納室304aは導入ダクト3
05を介してカートリッジ300に形成された導風口3
06と連通し、排気ダクト307を介してカートリッジ
300に形成された排気口308と連通している。
【0035】導風口306は車両進行方向前側に位置
し、排気口308は車両進行方向前側に位置し、導風口
306から取り入れた走行風は、導入ダクト305を介
して燃料タンク格納室304aを流れ、排気ダクト30
7を介して排気口308から排気されることで、燃料タ
ンク301の燃料温度が外気温度になるようにしてい
る。燃料ガス漏れ時に、大気中へのガス拡散を早めるた
め、燃料タンク格納ケ−ス304を、隔壁で遮断した別
室構造とし、外気との通風口である導風口306と排気
口308とを設けている。このように、燃料タンク収納
スペ−スとセル収納スペ−スを隔壁311によって隔離
し、隔壁311の上部に進行方向とその最後尾にそれぞ
れ導風口を設ければ、水素が空気より軽い特性と、走行
風の流れによって、後方に、スム−ズに大気中に拡散さ
れる。
【0036】また、燃料ガスは空気より一般的に軽いた
めに、漏れ時に、後方に速やかに拡散されるように、燃
料タンク格納室304aの内壁を後方に向かって傾斜さ
せ、あわせて排気口308を導風口306より高い位置
にレイアウトすることで、ガスが後方に拡散されやすく
している。
【0037】このように、燃料タンク301の燃料が水
素ガスなどの気体の場合、燃料タンク301からのガス
漏れを想定して、燃料タンク格納部は、換気を良くし、
外気に通じておく。さらに、隔壁311の内壁を後方に
向かって傾斜させ、後方の排気口308をそれに伴っ
て、高い位置に設ければ、車両停止状態でも、漏れたガ
スは、後方に拡散されやすくなる。
【0038】燃料タンク格納ケ−ス304には、断熱材
309a及び不燃材309bを設けている。燃料タンク
格納室304aを断熱材309aで覆うことで、セル3
02の廃熱等により、燃料タンク301が不用意に加熱
されないようすることができる。また、燃料タンク格納
室304aを不燃材309bで覆うことで、セル302
や燃料電池コントロ−ラ303のショ−ト等により、周
辺が加熱しても、燃料タンク301に及ばないようして
いる。また、燃料タンク格納室304aとセル格納室3
10は隔壁311で分離し、燃料タンク301への熱影
響を軽減している。
【0039】燃料タンク格納ケ−ス304には、燃料タ
ンク取付検出スイッチS61、燃料残量リセットスイッ
チS62及び燃料漏れ検出器312が配置されている。
燃料タンク取付検出スイッチS61は、燃料タンク30
1の取り付け/取り外しを検出し、この情報を燃料電池
コントローラ303に送る。燃料電池コントローラ30
3では、取り付け検知によって燃料タンク301からセ
ル302に燃料を供給可能にし、取り外し検知によって
燃料弁316のアクチュエ−タ317を動作させ、燃料
弁316が閉じる。
【0040】燃料残量リセットスイッチS62は、燃料
タンク301の交換時に作動して燃料残量リセット情報
を燃料電池コントローラ303に送り、燃料電池コント
ローラ303の不揮発性メモリ342の燃料残量をリセ
ットする。
【0041】また、燃料漏れ検出器312(水素ガスな
ら、水素ガスセンサ−)は、燃料タンク301より下流
側に位置し、燃料漏れを検出して燃料漏れ情報を燃料電
池コントローラ303に送り、燃料電池コントローラ3
03は、燃料弁316を閉じ、発電を停止する。
【0042】また、燃料タンク格納室304には、燃料
タンク取付固定部313が設けられ、交換可能な燃料タ
ンク301を固定する。この燃料タンク取付固定部31
3には、燃料取出口314が設けられており、この燃料
取出口314から取り出される燃料は、燃料供給配管3
15を介してセル302に供給される。
【0043】燃料供給配管315には、燃料弁316が
設けられ、この燃料弁316はアクチュエータ317に
より開閉する。アクチュエータ317は、燃料電池コン
トローラ303からの指令に基づき燃料弁316を開閉
し、セル302に供給する燃料を制御する。燃料弁31
6の開閉を、燃料電池コントローラ303と、アクチュ
エ−タ317により自動化し、正常な状態での運転で
は、燃料弁316を開き、燃料がなくなって燃料タンク
301を取り外し、もしくは何らかの故障等、使用想定
外の状況では、燃料弁316を閉じる。
【0044】カートリッジ300には、車両進行方向前
側に冷却風導入口318がセル格納室310に連通して
設けられ、また車両進行方向後側に冷却風排気口319
がセル格納室310に連通して設けられている。セル格
納室310内には、セル冷却ファン320が配置され、
このセル冷却ファン320は燃料電池コントローラ30
3により駆動される。このセル冷却ファン320の駆動
により冷却風導入口318から冷却風が強制的にセル格
納室310の取り入れられ、セル302を冷却し、冷却
風排気口319から排気され、車両の走行風をセル冷却
用に用いている。
【0045】セル格納室310内には、空気ポンプ32
1が配置され、この空気ポンプ321は燃料電池コント
ローラ303により駆動される。この空気ポンプ321
の駆動により空気が、空気供給配管322を介してセル
302に供給される。
【0046】燃料電池30のセル302の構成を簡単に
説明すると、燃料タンク301からカソード極(陰極)
に燃料となる水素を供給し、空気ポンプ321からアノ
ード極(陽極)に酸化剤として空気を供結し、触媒によ
る電気化学反応を行って発電するものである。両電極間
には高分子イオン交換膜が介装される。このイオン交換
膜には、水素イオンの透過性を確保して円滑に移動させ
るべく濡れ状態とするために水が供給される。このよう
な電極対を単位としてセル302が構成され、複数枚の
セル302を組合わせて各セル302の起電力を合計し
た所定出力の燃料電池を形成する。セル302の起電力
反応に伴う発熱は、セル302の外周に空気を流して冷
却する。
【0047】燃料となる水素は、例えばメタノールを一
次燃料としてこれを水と混合して加熱蒸発させ、改質器
の触媒反応により水素と二酸化炭素に分解し、シフトコ
ンバータや選択酸化反応器等を介して改質器で微量に発
生した一酸化炭素の濃度を低下させた後、この水素ガス
を燃料電池のセル302のアノード電極に供給する。あ
るいは水素ガスをボンベから直接供給してもよい。
【0048】セル302の電力は、電力線330,33
1により電力取出部70へ取り出され、電力線330に
は逆流防止のダイオードD1が接続されている。さら
に、セル302には、セル温度検出センサS11が設け
られ、このセル温度検出センサS11でセル温度を検出
して燃料電池コントローラ303に送る。
【0049】また、燃料電池コントローラ303には、
外部通信部351が設けられている。この外部通信部3
51でメインスイッチSWのON/OFF情報、外部の
異常情報及び燃料電池コントローラ起動信号、燃料電池
制御信号等を車両コントローラ400の外部通信部40
1から受信し、一方外部通信部351により燃料残量情
報、燃料残量リセットスイッチ情報、燃料電池温度情
報、燃料電池30の異常情報を車両コントローラ400
の外部通信部401へ送信する。
【0050】このように、燃料電池コントローラ303
は、外部と通信する機能を有しており、燃料電池コント
ローラ303の起動とOFFのスイッチを兼ねている。
外部からの通信が無い時は、主電源回路341に対し
て、燃料弁316を閉じた後、電源をOFFにする。
【0051】また、デ−タ信号の着信により、主電源回
路341が起動し、起動後は、必要なデ−タの送受信を
行う。この実施の形態では、メインスイッチSWのON
/OFF情報を受け取り、OFFの時は、燃料弁316
を閉じ、ON時解放する。また、燃料残量と、セル温度
を外部に送信し、外部の車両コントロ−ラ400では、
燃料残量の低下を通信によって知り、電動モ−タ21の
最大出力を絞り、もしくは停止させる。また、セル温度
を知ることによって、低温の時は、セル302の劣化を
防止させるため、電動モータ21の出力を絞り、適温を
知ることで、フルパワ−に対応させる。
【0052】また、電力線330,331には、出力制
御装置600、電圧検出センサS13が設けられ、電力
線330には、電流検出センサS12が設けられてい
る。電流検出センサS12からのセル電流値、電圧検出
センサS13からのセル電圧値、及び燃料消費量−発電
量による効率マップ等から、燃料の累積消費を計算して
燃料残量を求め、それを燃料残量表示部350に設置し
た複数個のLEDの点灯個数で表示する。電源OFF時
には、現在の燃料残量を記憶しておくため、不揮発性メ
モリ342に記憶する。
【0053】また、セル302が発電を始めると、セル
温度の上昇が始まり、セル温度を適温に保つため、セル
冷却ファン320を駆動して温度調整を行う。適性温度
以下では、燃料消費節約のため、セル冷却ファン320
を止める。走行風による自然冷却も有効に利用するた
め、進行方向に対して冷却風導入口318を設け、後方
に冷却風排気口319を設けている。
【0054】空気ポンプ321は、セル302に対し
て、反応用の空気を送り込み、セル電圧とセル電流の監
視によって、発電量を調整するため、間接的に、空気量
を調整し、空気量を増やせば、発電量が増え、減らせ
ば、発電量が減る。
【0055】燃料電池コントローラ303は、メインス
イッチSWがOFFされた時、燃料残量が0(ゼロ)、
セル温度が許容値以上、燃料タンク301が取り外され
た時、燃料電池コントローラ303が故障もしくは何ら
かの原因で、機能しなくなった時(燃料弁316の開閉
を励磁式にし、OFF時に燃料弁316が閉じるように
しておけば、燃料電池コントローラ303が制御不能に
なり励磁ができない場合、燃料弁316は自動的に閉じ
る。)、想定外のセル電流/セル電圧を検出した場合等
の時には、燃料弁316を自動的に閉じる。
【0056】次に、燃料電池30を駆動源とするハイブ
リッド電動自転車の制御システムを図4及び図5に基づ
き説明する。図4はハイブリッド電動自転車の制御シス
テムのブロック図である。
【0057】燃料電池30の電力取出部70は、車体側
プラグ63に電気的に接続され、電力取出部70から取
り出される電力は、車体側プラグ63に接続された電力
線402,403を介してモータ駆動回路404に送ら
れる。このモータ駆動回路404には、電力線405,
406を介して電動モータ21が接続され、モータ駆動
回路404は、CPU407からの制御信号に基づき電
動モータ21を駆動する。CPU407は、ON・OF
Fのデューティ比に基づきモータ駆動回路404を制御
し、電動モータ21の出力を変える。
【0058】また、電力線402,403には、電力線
501,502を介して二次電池500が接続されてい
る。二次電池500には、温度センサS71が備えら
れ、二次電池温度を検出してインターフェイス(IF)
450を介してCPU407に送る。
【0059】また、電力線501,502には、電圧セ
ンサS72が設けられ、二次電池電圧を検出してインタ
ーフェイス(IF)451を介してCPU407に送
る。電力線501には、電流センサS73が設けられ、
二次電池電流を検出してインターフェイス(IF)45
2を介してCPU407に送る。CPU407は、電圧
センサS72の電圧値から直接、あるいは電流センサ7
3の電流値を時間で積分して二次電池500の容量を算
出し不揮発メモリ700に結果が書き込まれる。なお、
電流値は充電時は負、放電時は正となるよう設定してい
る。
【0060】燃料電池30の出力側にDC/DCコンバ
ータで構成される出力制御装置600が接続され、二次
電池500は電動モータ21に対しこの燃料電池30に
並列に接続される。
【0061】また、電圧検出センサS13は、燃料電池
出力電圧を検出し、インターフェイス(IF)415を
介してCPU407に送る。また、電流検出センサS1
2は、燃料電池出力電流を検出し、インターフェイス
(IF)415を介してCPU407に送る。
【0062】出力制御装置600は、出力可変型であ
り、CPU407からインターフェイス(IF)453
を介して送られる出力制御信号に応じて燃料電池30か
らの電圧をモータ駆動に必要な電圧に変換して電動モー
タ21に電力を供給する。この出力制御装置600によ
り、運転状態や二次電池500の容量等に応じて燃料電
池30及び二次電池500から電動モータ21に供給さ
れる電力の配分を調整制御する。
【0063】また、電力線402,403には、CPU
407及び電源回路410がモータ駆動回路404に並
列に接続され、電源回路410を介してCPU407が
起動される。
【0064】メインスイッチSWのON/OFF信号
が、インターフェイス(IF)411を介してCPU4
07に送られる。また、車速センサS51からの車速パ
ルスが、インターフェイス(IF)412を介してCP
U407に送られ、ペダル踏力に基づく人力トルクを検
知するトルクセンサS52の入力トルクが、インターフ
ェイス(IF)413を介してCPU407に送られ
る。CPU407は、車速パルスによる車速及び入力ト
ルクによる踏力に基づきモータ駆動回路404を制御
し、電動モータ21の出力を変える。さらに、CPU4
07からの燃料残量情報が、インターフェイス(IF)
414を介して表示装置71に送られる。
【0065】CPU407は、燃料電池出力電圧、燃料
電池出力電流及び燃料電池温度に基づき燃料電池制御信
号を外部通信部401から燃料電池コントローラ303
の外部通信部351へ送る。燃料電池コントローラ30
3は、燃料電池制御信号に基づき空気ポンプ321及び
アクチュエータ317を介して燃料弁316を制御し、
セル302の出力電力を制御する。
【0066】図5はハイブリッド電動自転車の制御シス
テムの制御フローチャートである。
【0067】メインスイッチSWがONされると、制御
フローが開始し、車両コントローラ400でメインスイ
ッチSW状態を判断し(ステップa1)、OFFの場合
はステップa2に移行して不揮発性メモリ700に二次
電池容量と燃料残量を書込み作動を終了し、ONの場合
はステップa3に移行する。
【0068】ステップa3では、不揮発性メモリ700
から二次電池容量と燃料残量を読み取り、現在の燃料電
池30の起動状態を燃料電池コントローラ303からの
情報に基づき判断し(ステップa4)、未起動の場合は
現在の二次電池500の容量がC2より大きいか否かを
判断する(ステップa5)。
【0069】ステップa5では、二次電池容量がC2以
下(例えば60%以下)であると、燃料電池起動のON
指令が車両コントローラ400から燃料電池コントロー
ラ303に送られ、燃料電池30が起動し(ステップa
6)、二次電池500の電流、電圧及び温度を検出する
(ステップa7)。ステップa5で二次電池容量がC2
以上であると、ステップa7に移行して、二次電池50
0の電流、電圧及び温度を検出する。また、ステップa
4において、燃料電池30が既に起動されていると、ス
テップa8に移行して、燃料電池30の電流、電圧及び
温度を検出し、ステップa7に移行して、二次電池50
0の電流、電圧及び温度を検出する。
【0070】ステップa9では、二次電池500の電
流、電圧及び温度に基づき、二次電池500の容量を計
算し、ステップa10で燃料電池30の出力がないか二
次電池容量が0%の場合は、ステップa11で現在の二
次電池500の容量がC1(40%)より小さい場合に
は、式F1により求めた燃料電池発電量指令値を燃料電
池コントローラ303に送り(ステップa12)、燃料
電池30を駆動する。
【0071】この燃料電池発電量指令値を求める式F1
は、 式F1=今回の燃料電池発電量指令値=前回の燃料電池
発電量指令値+係数1*(二次電池時充電指令値−二次
電池充電実測値)+係数2*(二次電池時充電指令値−
二次電池充電実測値)から求める。
【0072】ステップa11で現在の二次電池500の
容量がC1(40%)より大きい場合には、燃料電池3
0の出力を0%にする(ステップa13)。
【0073】また、ステップa10で燃料電池30の出
力が有るか二次電池容量が100%の場合は、ステップ
a14で現在の二次電池500の容量がC2(60%)
より大きい場合には、燃料電池30の出力を0%にする
(ステップa15)。
【0074】また、ステップa14で現在の二次電池5
00の容量がC2(60%)より小さい場合には、式F
1により求めた燃料電池発電量指令値を燃料電池コント
ローラ303に送り(ステップa16)、燃料電池30
を駆動する。
【0075】次に、トルクセンサS52のトルク検出と
車速センサS51の車速検出を行ない(ステップa1
7)、電動モータ21のモータ電流指令値を計算し(ス
テップa18)、モータデューティ出力を行なう(ステ
ップa19)。
【0076】なお、モータデューティ出力とは、モータ
駆動回路404の出力電流がモータ電流指令値(=下記
する目標モータ電流)となるようにモータ駆動回路40
4を制御する指令を出力することである。電動モータ2
1には略一定の電圧が負荷されるので、モータ電流指令
値の電流を電動モータ21に供給することにより、電動
モータ21はモータ電流指令値に対応する動力(=モー
タ電流指令値*電圧*効率)を出力するので、効率を予
め調べて置くことによりモータ電流指令値を計算すると
は、人力検知値に応じて電動モータ21が出力すべき要
求動力値を設定すると同義のこととなる。
【0077】ステップa20において、燃料残量リセッ
トスイッチS62の状態を判断し、燃料残量リセットス
イッチS62が押されていると、燃料を100%にリセ
ットし(ステップa21)、燃料電池30の燃料消費量
と燃料残量を計算する(ステップa22)。ステップa
20において、燃料残量リセットスイッチS62が押さ
れていないと、そのままステップa22において、燃料
電池30の燃料消費量と燃料残量を計算する。
【0078】燃料消費量の算出は、セル電流値、セル電
圧値、及び燃料消費量−発電量による効率マップ等か
ら、燃料の累積消費計算してか燃料残量を求め、それを
ステップa23において、燃料残量表示部350に設置
した複数個のLEDの点灯個数で表示し、また表示装置
71に表示する。
【0079】なお、図6は二次電池容量と制御システム
動作の関係図であり、CPU407は二次電池容量がC
2以上(例えば60%以上)の領域Aにおいて燃料電池
30を停止し、下記する目標モータ電流値を全て二次電
池500から供給させるよう制御し、この状態から放電
により燃料電池30がC2以下になってもC1(例えば
40%以上)に到達するまで(領域B)同様の制御を継
続させ、放電により二次電池容量がC1に低下した時点
で燃料電池30を起動し定格最大出力運転するようにす
る。
【0080】燃料電池30を定格最大出力運転する状態
では、下記する算出される目標モータ電流値と燃料電池
30の出力電流との差に応じ、算出される目標モータ電
流値が燃料電池30の出力電流より小さい場合には二次
電池500は差の分が充電され、逆の場合は差の分が二
次電池500から供給され二次電池500は放電する。
燃料電池30による充電により二次電池容量がC2以上
(A領域)になると燃料電池30が停止され、放電によ
り二次電池容量がC1以下(C領域)になると、算出さ
れる目標モータ電流値ができるだけ燃料電池30の出力
電流を下回るよう、下記するアシスト比関数はR2が採
用される。
【0081】放電により二次電池500を使用する場合
で二次電池容量がC0(例えば7%)以下(D領域)に
おいては、アシスト比関数R2を用いる場合より低い目
標モータ電流値が算出されるようにアシスト比関数は下
記するR3が採用される。なお、アシスト比関数ではな
く、算出される目標モータ電流値が燃料電池30の定格
最大電流値Ia以下の第1所定値Ia1を越える場合、
第1所定値Ia1を目標モータ電流値とするようにし
(C領域にて)、目標モータ電流値が第1所定値Ia1
以下の第2所電値Ia2を越える場合、第2所定値Ia
2を目標モータ電流値とするようにし(D領域にて)て
も良い。
【0082】電動モータ21のモータ電流指令値の計算
は、図7乃至図9に示すように行なう。図7は車速−ア
シスト比を示す図、図8は踏力トルク−目標モータ電流
を示す図、図9はモータ電流指令値の計算のフローチャ
ートである。
【0083】図7の車速−アシスト比の関係マップは、
車両コントローラ400のCPU407内のメモリに記
憶されており、横軸に車速、縦軸にアシスト比(tan
θ)をとり、車速S2以下において、二次電池容量がC
1か、それ以上の場合には、アシスト比関数R1に設定
され、二次電池容量がC0〜C1の場合には、アシスト
比関数R2に設定され、二次電池容量がC0以下の場合
には、アシスト比関数R3に設定される。車速S1から
車速S2の間では、車速に比例してアシスト比である
が、車速S1以下において一定のアシスト比である。
【0084】また、燃料電池30の燃料残量がない場合
は、アシスト比関数R0に設定される。
【0085】ステップb1において、現在の二次電池容
量の判断を行ない、二次電池容量がC0以下の場合は、
アシスト比関数R3を選択し(ステップb2)、二次電
池容量がC0〜C1の場合は、アシスト比関数R2を選
択する(ステップb3)。C1以上の場合は、アシスト
比関数R1を選択する(ステップb4)。
【0086】アシスト比関数R3またはR2が選択され
ると、燃料残量を判断し(ステップb5)、燃料残量が
ない場合は、アシスト比関数をR0とし(ステップb
6)、燃料残量がある場合は、ステップb7へ移行す
る。
【0087】アシスト比=tanθであり、θは、図7
の車速−アシスト比の関係マップから定まる関数値であ
り、車速Sxと、アシスト比関数R1〜R0の内でのい
ずれを使用するか(これはソフトで決まる)で定まり、
ステップb7で現在の車速からアシスト比を求め、車速
S2以上ではアシストは行なわない。
【0088】このθ値が求められれば、アシスト比=目
標モータトルク/ペダルトルクの関係が定まり、目標デ
ータ電流は目標モータトルクに定数を乗じて求められる
ので、縦軸のスケールを(1/定数)倍にすることで図
8の踏力トルク−目標モータ電流を示す図が得られ、検
知されるペダルトルク値より目標データ電流値を定める
ことができる。
【0089】図8の踏力トルク−目標モータ電流の関係
マップは、横軸にペダルトルク(踏力トルク)を、縦軸
に電動モータ21を駆動する目標モータ電流をとり、例
えば図7においてアシスト比関数R1が設定された場合
で、車速Sx1の時のP1の条件では、図8においてア
シスト比の線が求められ、また図7においてアシスト比
関数R2が設定された場合で、車速Sx2の時のP2の
条件では、図8においてアシスト比の線が求められる。
【0090】例えば、二次電池容量がC0か、それ以上
の場合で、車速Sx1で走行中のトルクセンサS52に
より検出したペダルトルク(踏力トルク)値tx1で
は、電動モータ21で車輪を補助駆動するための目標モ
ータ電流値Iox1を求めることができる。
【0091】このようにして求めた目標モータ電流値に
なるように、ステップb8において、モータデューティ
出力を行ない、電動モータ21を制御する。但し、電動
モータ21への電力供給は、図8を使って算出される目
標モータ電流値が電動モータ21に所定補助動力値を出
力させる所定モータ電流値Ia(例えば燃料電池30の
定格最大出力電流値、あるいは定格最大出力電流値より
若干低めの電流値)以上の場合には、燃料電池30と二
次電池500の両方から電力を供給させることで、それ
ぞれの最大出力電流を所定モータ電流値Ia以下にする
ことができる。すなわち、燃料電池30と二次電池50
0のそれぞれの最大出力は所定補助動力値以下にするこ
とができる。
【0092】上記実施の形態の電動補助付き自転車は、
上記アシスト比が0〜1となるように設定されるもので
あるが、人力と電動力によるハイブリッド走行が可能な
ハイブリッド電動自転車においては、アシスト比を0〜
3.0としても良い。また、どの車速においてもアシス
ト比を1.0以上すなわち、第1動力となる人力を補助
動力とし、第2動力となるモータ出力を主動力とする電
動自転車とし、最大アシスト比も場合によっては10〜
20としても良い。この場合はペダル27は補助動力付
与手段と言うより、主動力である電動モータ21の出力
調整用のアクセル装置となる。このようなハイブリッド
電動自転車においても燃料電池30と二次電池500の
両方から電力を供給させることで、それぞれ最大出力電
流を所定モータ電流値Ia‘以下にすることができる。
燃料電池30と二次電池500のそれぞれの最大出力は
所定電動力値以下とすることができる。
【0093】上記実施の形態の電動補助付き自転車を含
むハイブリッド電動自転車の制御システムは、駆動輪を
人力により駆動する第1駆動系と、人力検知手段と、駆
動輪を電動モータにより駆動する第2駆動系と、電動モ
ータ21に電力を供給する燃料電池30と二次電池50
0とを含む電源と、人力検知手段による人力検知値に応
じて電動モータ21が出力すべき要求動力値を設定する
とともに、第1駆動系の人力の変化に対応して電源を起
動させて第2駆動系の電動モータ21の出力を制御する
制御手段を有する。
【0094】この制御手段は、燃料電池30の出力制御
をするとともに、燃料電池30の出力値が要求動力値を
超える場合に、電動モータ21に要求動力値に相当する
電力を供給するとともに、二次電池500を充電し、燃
料電池30の出力値が要求動力値以下の場合に、少なく
とも燃料電池30の出力を電動モータ21に供給すると
ともに、要求動力値と燃料電池30の出力値の差に相当
する出力を二次電池500から電動モータ21に供給可
能とする。
【0095】例えば、燃料電池30の最大定格出力が、
補助動力として要求される最大要求動力に近くなる程、
二次電池500の出力電流(=最大要求動力から燃料電
池30の最大定格出力を差し引いたもの)は小さくな
り、二次電池500の最大許容容量を小さくできる。同
じ二次電池500の最大許容容量であれば最大要求動力
で動力補助する走行時間(=二次電池500の最大許容
容量/二次電池500の出力電流)を長くできる。
【0096】また、燃料電池30の最大定格出力を小さ
くすることで燃料電池30のセル302を小型化可能で
ある。但し、最大要求動力で動力補助する走行時間を確
保するためには二次電他500の最大許容容量をある程
度大きくすることが必要である。
【0097】また、走行中、燃料電池30の最大定格出
力以下で走行する時間においては、燃料電池30により
要求動力を満たすことで二次電池500に充電が可能で
あり、人力に加え最大要求動力の電動力によるハイブリ
ッド走行時間そのものが短い場合には、二次電池500
の最大許容容量を小さくできる。また、燃料タンク30
1から水素を供給できる間中燃料電池30による発電が
可能であり人力と電動力によるハイブリッド走行が可能
となる。
【0098】さらに、二次電池500の残存電気容量が
ある程度の大きさであれば、坂道に差し掛かる等急激な
踏み力の急激な上昇時、燃料電池30の出力を0とする
か、燃料電池30の出力/二次電池500の出力を小さ
くするようにする(過渡応答性の高い二次電池500の
出力の割合を増加する)ことで、急激な踏み力の上昇に
対応して電動力の急激な上昇が可能となる。
【0099】このように、二次電池500の容量及び燃
料電池30の出力をそれぞれ小さくできることにより小
型軽量化が可能となり、二次電池500により要求電動
力が短時間に変化しても応答性が良く、且つ、二次電池
500の充電を可能とするので、人力と電動力によるハ
イブリッド走行の距離を伸ばしたハイブリッド電動自転
車とすることができる。ハイブリッド電動自転車の1種
である電動補助自転車では、電動補助走行の距離を伸ば
すことができる。
【0100】このハイブリッド電動自転車の制御システ
ムにおいて、二次電池500の二次電池容量を管理し、
この二次電池容量が所定値以下に低下した時は、所定値
に回復するまで燃料電池30から充電から、二次電池5
00が容量切れとなった場合、数時間の充電が必要でそ
の間走行できないが、燃料電池30の燃料がある限り、
二次電池500切れでも、人力と電動力によるハイブリ
ッド走行が可能であり、走行しながら二次電池500の
充電も可能である。
【0101】このハイブリッド電動自転車の制御システ
ムにおいて、二次電池500の二次電池容量が所定値以
下に低下した時は、電動モ−タ21の出力指令を下げ、
燃料電池30の電力だけであるいは割合を増加して走行
可能にするから、二次電池残存量が小さい状態でさら
に、過大な電力が二次電池500に要求されないことに
なっているため、二次電池劣化を防止することができ
る。
【0102】このハイブリッド電動自転車の制御システ
ムにおいて、二次電池500の二次電池容量が所定値以
上に上昇した時は、燃料電池30を停止させ、別の所定
値以下になった時、燃料電池を再起動させるる。このよ
うに、二次電池500の二次電池容量500が所定値以
上に上昇した時は、燃料電池30を停止させることで、
要求電動力への応答性を向上し、別の所定値以下になっ
た時、燃料電池30を再起動させることで、燃料電池3
0の燃料がある限り、人力と電動力によるハイブリッド
走行しながら二次電池500の充電も可能である。
【0103】なお、二次電池500の残存容量、燃料タ
ンク301の水素燃料、あるいはセルの触媒でメタノー
ルを水素に変えつつ発電するものではメタノールがなく
なった場合、人力のみで走行する。
【0104】また、前記各実施の形態のハイブリッド電
動自転車において、ペダル14からクランク軸25への
動力伝達経路にクランク軸25への方向の動力伝達のみ
を許容する一方向回転クラッチを配置しても良い。ペダ
ル14を漕がなくても不図示のブレーキを作用させない
限り電動モータ21の出力によりペダル14を止める前
の一定速度あるいは一定電動出力で走行させるようにで
きる。ブレーキ作用時には前輪あるいは後輪に機械的制
動力を加えるとともに電動モータ21への電力供給が停
止される。
【0105】なおさらに、人力を主動力あるいは補助動
力とする電動自転車において、電動モータ21からクラ
ンク軸25への動力伝達経路にクラッチを配置し、ある
いは電動モータ21停止スイッチを配置して、人力のみ
で走行可能としても良い。この場合は電動モータ21の
摩擦力等の負荷が小さくなる分、あるいは電動モータ2
1が起電力を発生することによる発電負荷がなくなる
分、踏力を軽減できる。
【0106】なおさらに、前記各実施の形態のハイブリ
ッド電動自転車において、電動モータ21の出力を人力
の動力伝達装置であるチェーンを介して後輪23に伝達
するようにしているが、チェーンを介することなく、直
接前輪8あるいは後輪23を駆動するようにしても良
い。この場合も電動モータ21から前輪8あるいは後輪
23への動力伝達経路にクラッチを配置しても良い。
【0107】また、ハイブリッド電動自転車としては、
上記の2輪車のみでなく、電動車椅子のような4輪車で
も良い。電動車椅子では大径の後輪に直接人力を加える
とともに、後輪に連結される電動モータの電動力による
ハイブリッド走行が可能とされる。
【0108】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1
に記載の発明では、二次電池の容量及び燃料電池の出力
をそれぞれ小さくできることにより小型軽量化が可能と
なり、二次電池により要求電動力が短時間に変化しても
応答性が良く、且つ、二次電池の充電を可能とするの
で、人力と電動力によるハイブリッド走行の距離を伸ば
したハイブリッド電動自転車とすることができる。
【0109】請求項2に記載の発明では、二次電池の二
次電池容量を管理し、この二次電池容量が所定値以下に
低下した時は、所定値に回復するまで燃料電池から充電
することで、二次電池が容量切れとなった場合、数時間
の充電が必要でその間走行できないが、燃料電池の燃料
がある限り、二次電池切れでも、人力と電動力によるハ
イブリッド走行が可能であり、走行しながら二次電池の
充電も可能である。
【0110】請求項3に記載の発明では、二次電池の二
次電池容量が所定値以下に低下した時は、電動モ−タの
出力指令を下げ、燃料電池の電力だけであるいは割合を
増加して走行可能にすることで、二次電池残存量が小さ
い状態でさらに、過大な電力が二次電池に要求されない
ことになっているため、二次電池劣化を防止することが
できる。
【0111】請求項4に記載の発明では、二次電池の二
次電池容量が所定値以上に上昇した時は、燃料電池を停
止させ、要求電動力への応答性を向上し、別の所定値以
下になった時、燃料電池を再起動させることで、燃料電
池の燃料がある限り、人力と電動力によるハイブリッド
走行しながら二次電池の充電も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハイブリッド電動自転車の側面図である。
【図2】ハイブリッド電動自転車の電源を外した状態を
示す図である。
【図3】燃料電池の構成を示すブロック図である。
【図4】ハイブリッド電動自転車の制御システムのブロ
ック図である。
【図5】ハイブリッド電動自転車の制御システムの制御
フローチャートである。
【図6】二次電池容量と制御システム動作の関係図であ
る。
【図7】車速−アシスト比を示す図である。
【図8】踏力トルク−目標モータ電流を示す図である。
【図9】モータ電流指令値の計算のフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1 電動補助自転車 12 クランク軸 21 電動モータ 30 燃料電池 300 カートリッジ 301 燃料タンク 302 セル 303 燃料電池コントローラ 400 車両コントローラ 404 モータ駆動回路 407 CPU 500 二次電池 600 出力制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02J 7/00 H02J 7/00 P Fターム(参考) 5G003 AA05 BA01 DA07 DA13 DA18 EA06 FA06 5H030 AS08 BB00 FF41 5H115 PC06 PG04 PG10 PI16 PI18 PI29 PO06 PO10 PU02 PV02 QN03 RB19 SE03 SE06 SE10 TB03 TI05 TI06 TI10 TO04 TR19 UI28

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】駆動輪を人力により駆動する第1駆動系
    と、人力検知手段と、前記駆動輪を電動モータにより駆
    動する第2駆動系と、前記電動モータに電力を供給する
    燃料電池と二次電池とを含む電源と、人力検知手段によ
    る人力検知値に応じて電動モータが出力すべき要求動力
    値を設定するとともに、前記第1駆動系の人力の変化に
    対応して前記電源を起動させて前記第2駆動系の電動モ
    ータの出力を制御する制御手段を搭載したハイブリッド
    電動自動車の制御システムであって、 前記制御手段は、前記燃料電池の出力制御をするととも
    に、前記燃料電池の出力値が前記要求動力値を超える場
    合に、前記電動モータに前記要求動力値に相当する電力
    を供給するとともに、前記二次電池を充電し、燃料電池
    の出力値が前記要求動力値以下の場合に、少なくとも燃
    料電池の出力を前記電動モータに供給するとともに、前
    記要求動力値と燃料電池の出力値の差に相当する出力を
    前記二次電池から前記電動モータに供給可能とするもの
    であることを特微とするハイブリッド電動自転車の制御
    システム。
  2. 【請求項2】駆動輪を人力により駆動する第1駆動系
    と、人力検知手段と、前記駆動輪を電動モータにより駆
    動する第2駆動系と、前記電動モータに電力を供給する
    燃料電池と二次電池とを含む電源と、人力検知手段によ
    る人力検知値に応じて電動モータが出力すべき要求動力
    値を設定するとともに、前記第1駆動系の人力の変化に
    対応して前記電源を起動させて前記第2駆動系の電動モ
    ータの出力を制御する制御手段を搭載したハイブリッド
    電動自動車の制御システムであって、 前記制御手段は、前記二次電池の二次電池容量を管理
    し、この二次電池容量が所定値以下に低下した時は、所
    定値に回復するまで前記燃料電池から充電可能とするも
    のであることを特微とするハイブリッド電動自転車の制
    御システム。
  3. 【請求項3】駆動輪を人力により駆動する第1駆動系
    と、人力検知手段と、前記駆動輪を電動モータにより駆
    動する第2駆動系と、前記電動モータに電力を供給する
    燃料電池と二次電池とを含む電源と、人力検知手段によ
    る人力検知値に応じて電動モータが出力すべき要求動力
    値を設定するとともに、前記第1駆動系の人力の変化に
    対応して前記電源を起動させて前記第2駆動系の電動モ
    ータの出力を制御する制御手段を搭載したハイブリッド
    電動自動車の制御システムであって、 前記制御手段は、前記二次電池の二次電池容量が所定値
    以下に低下した時は、前記電動モータの出力指令を下
    げ、前記燃料電池の電力だけであるいは割合を増加して
    走行可能にするものであることを特微とするハイブリッ
    ド電動自転車の制御システム。
  4. 【請求項4】駆動輪を人力により駆動する第1駆動系
    と、人力検知手段と、前記駆動輪を電動モータにより駆
    動する第2駆動系と、前記電動モータに電力を供給する
    燃料電池と二次電池とを含む電源と、人力検知手段によ
    る人力検知値に応じて電動モータが出力すべき要求動力
    値を設定するとともに、前記第1駆動系の人力の変化に
    対応して前記電源を起動させて前記第2駆動系の電動モ
    ータの出力を制御する制御手段を搭載したハイブリッド
    電動自動車の制御システムであって、 前記制御手段は、前記二次電池の二次電池容量が所定値
    以上に上昇した時は、前記燃料電池を停止させ、前記別
    の所定値以下になった時、前記燃料電池を再起動させる
    ものであることを特微とするハイブリッド電動自転車の
    制御システム。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009033966A (ja) * 2008-10-27 2009-02-12 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法
KR100981705B1 (ko) * 2007-10-26 2010-09-13 난 야 프린티드 서킷 보드 코포레이션 구동 장치 및 에너지 관리 모듈
US8011462B2 (en) 2005-02-01 2011-09-06 Damian Davies Detachable fuel cell power unit for vehicle applications
JP2012076579A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Honda Motor Co Ltd 電動補助自転車の制御装置
JP2012076578A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Honda Motor Co Ltd 電動補助自転車の制御装置
JP2012120290A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Honda Motor Co Ltd 電動車両における出力制御装置
US8697266B2 (en) 2007-08-30 2014-04-15 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method therefor
JP5827376B1 (ja) * 2014-06-09 2015-12-02 株式会社シマノ 電源供給システム、電動アシストシステム、および、電動変速システム
JP2018121393A (ja) * 2017-01-23 2018-08-02 株式会社Subaru 電動車両の制御装置及び電動車両
DE102016103409B4 (de) * 2015-02-27 2021-01-28 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Batteriesystem mit vergrösserter Reichweite für ein Elektrofahrrad

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8011462B2 (en) 2005-02-01 2011-09-06 Damian Davies Detachable fuel cell power unit for vehicle applications
US8697266B2 (en) 2007-08-30 2014-04-15 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method therefor
KR100981705B1 (ko) * 2007-10-26 2010-09-13 난 야 프린티드 서킷 보드 코포레이션 구동 장치 및 에너지 관리 모듈
JP4624457B2 (ja) * 2008-10-27 2011-02-02 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法
JP2009033966A (ja) * 2008-10-27 2009-02-12 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法
JP2012076579A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Honda Motor Co Ltd 電動補助自転車の制御装置
JP2012076578A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Honda Motor Co Ltd 電動補助自転車の制御装置
KR101359809B1 (ko) 2010-11-30 2014-02-07 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 전동 차량에서의 출력 제어 장치
CN102658780A (zh) * 2010-11-30 2012-09-12 本田技研工业株式会社 电动车辆中的输出控制装置
JP2012120290A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Honda Motor Co Ltd 電動車両における出力制御装置
JP5827376B1 (ja) * 2014-06-09 2015-12-02 株式会社シマノ 電源供給システム、電動アシストシステム、および、電動変速システム
JP2015231764A (ja) * 2014-06-09 2015-12-24 株式会社シマノ 電源供給システム、電動アシストシステム、および、電動変速システム
DE102016103409B4 (de) * 2015-02-27 2021-01-28 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Batteriesystem mit vergrösserter Reichweite für ein Elektrofahrrad
JP2018121393A (ja) * 2017-01-23 2018-08-02 株式会社Subaru 電動車両の制御装置及び電動車両
US11007893B2 (en) 2017-01-23 2021-05-18 Subaru Corporation Control device for electric vehicle and electric vehicle

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