JP2005050758A - Power supply device of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電気自動車の電源装置に係り、特に駆動モータ用電源として燃料電池と二次電池とを用いた電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for an electric vehicle, and more particularly to a power supply device using a fuel cell and a secondary battery as a power supply for a drive motor.
従来の燃料電池と二次電池よりなる電源装置には次のような問題点があった。 A conventional power supply device including a fuel cell and a secondary battery has the following problems.
(1)燃料電池と二次電池が一系統で直列に接続されているため、二次電池が故障すると燃料電池の出力が直接駆動用モータに供給されることになり、モータ出力が燃料電池の出力に制限される。通常、燃料電池の出力はモータ出力の平均値に設定されている。 (1) Since the fuel cell and the secondary battery are connected in series in one system, if the secondary battery fails, the output of the fuel cell is directly supplied to the drive motor, and the motor output is the same as that of the fuel cell. Limited to output. Usually, the output of the fuel cell is set to the average value of the motor output.
(2)また、二次電池故障時にもモータの大出力を得るようにするためには、燃料電池を大出力化する必要があった。 (2) Further, in order to obtain a high output of the motor even when the secondary battery fails, it is necessary to increase the output of the fuel cell.
(3)さらに、燃料電池を搭載するための大きな空間を車内に設ける必要があった。
上記したように、電気自動車の電源装置の構成及び搭載にあたっては、種々の問題があり、その電源装置の適切な構成及び搭載が望まれていた。 As described above, there are various problems in the configuration and mounting of a power supply device for an electric vehicle, and an appropriate configuration and mounting of the power supply device has been desired.
また、二種の電池を搭載するに当たっては、両者の補完関係を的確に構成することが必要であった。 Moreover, when mounting two types of batteries, it was necessary to accurately configure the complementary relationship between them.
本発明は、上記状況に鑑みて、燃料電池と二次電池の配置を適切に行うとともに、それらの補完関係を的確に構成した電気自動車の電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a power supply device for an electric vehicle in which the fuel cell and the secondary battery are appropriately arranged and the complementary relationship between them is accurately configured.
本発明によれば、上記目的を達成するために、
〔1〕燃料電池と二次電池を具備する電気自動車の電源装置において、二次電池を二系統に分割するとともに、前記二次電池の一系統が右前部前輪、左前部前輪、右後部後輪および左後部後輪駆動用モータの駆動系に、前記二次電池の他の一系統が右前部後輪、左前部後輪、右後部前輪および左後部前輪駆動用モータの駆動系にそれぞれ接続され、前記二次電池の何れか一系統が故障したとき、燃料電池の出力を正常な系統の二次電池に供給することを特徴とする。
According to the present invention, in order to achieve the above object,
[1] In an electric vehicle power supply device including a fuel cell and a secondary battery, the secondary battery is divided into two systems, and one system of the secondary battery is a front right front wheel, a front left front wheel, and a rear rear wheel. And another drive system of the secondary battery is connected to the drive system of the right front rear wheel, the left front rear wheel, the right rear front wheel, and the left rear front wheel drive motor. When any one of the secondary batteries fails, the output of the fuel cell is supplied to a secondary battery of a normal system.
〔2〕上記〔1〕記載の電気自動車の電源装置において、前記正常な系統の二次電池および燃料電池で前記両系統の駆動系を駆動することを特徴とする。 [2] The electric vehicle power supply apparatus according to [1], wherein the drive systems of both systems are driven by the normal system secondary battery and the fuel cell.
〔3〕上記〔1〕記載の電気自動車の電源装置において、前記正常な系統の二次電池および燃料電池で前記駆動系の内、片方の駆動系のみを駆動することを特徴とする。 [3] The power supply apparatus for an electric vehicle according to [1], wherein only one of the drive systems is driven by the normal system secondary battery and fuel cell.
〔4〕上記〔1〕記載の電気自動車の電源装置において、前記燃料電池を二系統に分割するとともに、この二系統の全ての燃料電池を前記正常な系統の二次電池に供給する。 [4] In the electric vehicle power supply apparatus according to [1], the fuel cell is divided into two systems, and all the fuel cells of the two systems are supplied to the secondary battery of the normal system.
〔5〕上記〔1〕記載の電気自動車の電源装置において、前記燃料電池を二系統に分割するとともに、この二系統の内、片方の系統の燃料電池を前記正常な系統の二次電池に供給することを特徴とする。 [5] In the electric vehicle power supply apparatus according to [1], the fuel cell is divided into two systems, and one of the two systems is supplied to the secondary battery of the normal system. It is characterized by doing.
〔6〕上記〔1〕記載の電気自動車の電源装置において、前記燃料電池を二系統に分割し、それぞれの燃料電池を、車床を構成する方形中空フレーム内に収納するようにしたことを特徴とする。 [6] The electric vehicle power supply apparatus according to [1], wherein the fuel cell is divided into two systems, and each fuel cell is housed in a rectangular hollow frame constituting a vehicle floor. To do.
〔7〕上記〔6〕記載の電気自動車の電源装置において、前記方形中空フレームがサイドフレームであることを特徴とする。 [7] In the electric vehicle power supply device described in [6], the rectangular hollow frame is a side frame.
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。 According to the present invention, the following effects can be achieved.
(A)電気自動車の電源装置において、燃料電池と二次電池の配置を適切に行うとともに、それらでもって、駆動モータへの供給の補完関係を確実にすることができる。 (A) In a power supply device for an electric vehicle, the fuel cell and the secondary battery can be appropriately arranged, and with these, the complementary relationship of supply to the drive motor can be ensured.
(B)二次電池を二系統にし、いずれか一系統の二次電池が故障したとき、燃料電池の出力を正常な系統の二次電池に供給することにより、モータの出力を通常通り制御することができる。 (B) The secondary battery is divided into two systems, and when one of the secondary batteries fails, the output of the fuel cell is supplied to the secondary battery of the normal system, thereby controlling the output of the motor as usual. be able to.
(C)燃料電池を二系統に分割することにより、車床を構成する電気自動車の方形中空フレームに収納することが可能となり、燃料電池の搭載を合理的に行うことができる。 (C) By dividing the fuel cell into two systems, the fuel cell can be housed in a rectangular hollow frame of an electric vehicle constituting the vehicle floor, and the fuel cell can be mounted rationally.
(D)燃料電池の配置を方形中空フレームのサイドフレームに分散させることにより、安定性のある床下荷重を得ることができる。 (D) A stable underfloor load can be obtained by dispersing the arrangement of the fuel cells in the side frames of the rectangular hollow frame.
二次電池を二系統にし、いずれか一系統の二次電池が故障したとき、燃料電池の出力を正常な系統の二次電池に供給することにより、モータの出力を通常通り制御する。 When the secondary battery is divided into two systems and any one of the secondary batteries fails, the output of the fuel cell is supplied to the secondary battery of the normal system, thereby controlling the output of the motor as usual.
燃料電池も二系統にし、二次電池との補完を円滑に行うようにする。 Fuel cells are also divided into two systems so that they can be complemented smoothly with secondary batteries.
燃料電池を二系統に分割することにより、車床を構成する方形中空フレームに収納することが可能となり、燃料電池の搭載を合理的に行うことができる。 By dividing the fuel cell into two systems, the fuel cell can be housed in a rectangular hollow frame constituting the vehicle floor, and the fuel cell can be mounted rationally.
さらに、二次電池および燃料電池は、車床にバランスよく配備することができ、また、安定性のある床下荷重を得ることができる。 Further, the secondary battery and the fuel cell can be arranged on the vehicle floor in a well-balanced manner, and a stable underfloor load can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例を示す電気自動車の電源システムの全体構成図、図2はその電気自動車の電源装置の模式図、図3はその電気自動車の模式図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power system for an electric vehicle showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a power supply device for the electric vehicle, and FIG. 3 is a schematic diagram of the electric vehicle.
これらの図において、1は第1の燃料タンク、2はその第1の燃料タンク1への燃料の供給経路、3はその燃料の供給経路2に配置される逆止弁、4は第2の燃料タンク、5はその第2の燃料タンク4への燃料の供給経路、6はその燃料の供給経路5に配置される逆止弁、7は燃料注入口、8は第1の燃料タンク1からの燃料の送出管、9は第2の燃料タンク4からの燃料の送出管、10は第1の燃料電池、11は第1の燃料電池10の監視装置、12は第2の燃料電池、13は第2の燃料電池12の監視装置、14は第1群の二次電池(リチウムイオン電池)、15は第1群の二次電池監視装置、16は第2群の二次電池(リチウムイオン電池)、17は第2群の二次電池監視装置、18は電池の切換装置であり、この電池の切換装置18は第1の切換部18−1,第2の切換部18−2,第3の切換部18−3,第4の切換部18−4からなる。19は動力系統制御装置、20は動力制御監視装置であり、この動力制御監視装置20は第1の系統のインバータ21〜24、第2の系統のインバータ25〜28とを備え、モータ故障検知装置30を有し、このモータ故障検知装置30は、第1の系統として、右前部前輪(RFF)駆動モータ31、左前部前輪(LFF)駆動モータ32、右後部後輪(RRR)駆動モータ33、左後部後輪(LRR)駆動モータ34を、第2の系統として、右前部後輪(RFR)駆動モータ35、左前部後輪(LFR)駆動モータ36、右後部前輪(RRF)駆動モータ37、左後部前輪(LRF)駆動モータ38を備えている。
In these drawings, 1 is a first fuel tank, 2 is a fuel supply path to the
また、図2及び図3において、電気自動車はインホイールモータ型の8輪駆動自動車であり、その車体40の下部には車床50を構成する中空フレーム51〜54(BBF)が配置されている。すなわち、センターフレーム51と52内には第1群の二次電池14と第2群の二次電池16とがそれぞれ搭載され、センターフレーム51側のサイドフレーム53に、第1の燃料タンク(水素タンク)1と第1の燃料電池10とが、センターフレーム52側のサイドフレーム54に、第2の燃料タンク(水素タンク)4と第2の燃料電池12とがそれぞれ搭載されている。
2 and 3, the electric vehicle is an in-wheel motor type eight-wheel drive vehicle, and
このように、本発明の電気自動車は、インホイールモータ型の8輪駆動電気自動車である。すなわち、車体40の下部にはセンターフレーム51,52及びサイドフレーム53,54を具備するとともに、タンデムホイール式サスペンションで支持される車輪系を有し、車輪全輪(8個)に各々モータを組み込んだインホイール式ドライブを備えた各駆動輪独立駆動型電気自動車であり、上記したフレーム構成により、各車輪毎の支持荷重を少なくでき、走行安定性を向上させることができる。
Thus, the electric vehicle of the present invention is an in-wheel motor type eight-wheel drive electric vehicle. That is, the
また、燃料電池10,12の配置を方形中空フレームのサイドフレーム53,54に分散させることにより、安定性のある床下荷重を得ることができる。
Moreover, a stable underfloor load can be obtained by dispersing the arrangement of the
ここで、タンデムホイール式サスペンションで支持される車輪系には、右前部前輪RFF駆動モータ31、右前部後輪RFR駆動モータ35、左前部前輪LFF駆動モータ32、左前部後輪LFR駆動モータ36、右後部前輪RRF駆動モータ37、右後部後輪RRR駆動モータ33、左後部前輪LRF駆動モータ38および左後部後輪LRR駆動モータ34がそれぞれ組み込まれている。
Here, the wheel system supported by the tandem wheel type suspension includes a right front front wheel
ここで、重要なことは、二次電池の故障時においても支障のない走行を行わせるために、第1群の二次電池14は第1の系統に、すなわち、右前部前輪RFF駆動モータ31、左前部前輪LFF駆動モータ32、右後部後輪RRR駆動モータ33および左後部後輪LRR駆動モータ34の駆動系に接続され、第2群の二次電池16は第2の系統に、すなわち、右前部後輪RFR駆動モータ35、左前部後輪LFR駆動モータ36、右後部前輪RRF駆動モータ37、左後部前輪LRF駆動モータ38の駆動系に接続するように構成されている点である。
Here, it is important that the
このように構成することにより、いずれか片方だけの駆動系の駆動によっても、車両の走行を継続させることができる。 With this configuration, the vehicle can continue to travel even by driving only one of the drive systems.
また、第1群の二次電池14および第2群の二次電池16は二次電池監視装置15,17によって監視されており、また、第1の燃料電池10と第2の燃料電池12は燃料電池監視装置11,13により監視されており、それぞれ異常時には、それらの監視装置11,13,15,17でその異常を検知して、その状態に応じて動力系統制御装置19は電池が適切な組み合わせとなるように、切換装置18の切り換えのための切換信号を送る。したがって、二次電池と燃料電池との適切な組み合わせを実現でき、走行に支障のない最適な電源を構築できるように構成されている。
Further, the
このように、二次電池14,16及び燃料電池10,12は、各モータ31〜38への駆動電力供給源であり、第1の系統の場合は、その出力はインバータ21を介して右前部前輪RFF駆動モータ31へ、インバータ22を介して左前部前輪LFF駆動モータ32へ、インバータ23を介して右後部後輪RRR駆動モータ33へ、インバータ24を介して左後部後輪LRR駆動モータ34へ、第2の系統の場合は、その出力はインバータ25を介して右前部後輪RFR駆動モータ35へ、インバータ26を介して左前部後輪LFR駆動モータ36へ、インバータ27を介して右後部前輪RRF駆動モータ37へ、インバータ28を介して左後部前輪LRF駆動モータ38へ、それぞれ給電されている。このように、各インバータ21〜28は各車輪毎に備えられるようになっている。
As described above, the
また、インバータ21〜28は動力系統制御装置19によって制御され、そのインバータ21〜28の動作状態は、動力制御監視装置20によって監視されている。
The inverters 21 to 28 are controlled by the power
以下、実施例を具体的に詳細に説明する。 Hereinafter, examples will be described in detail.
図4は本発明の第1態様を示す電気自動車の電源システムの全体構成図である。ここでは、二次電池の異常時に、二つの燃料電池からのバックアップで全ての駆動モータを駆動する例を説明する。 FIG. 4 is an overall configuration diagram of a power supply system for an electric vehicle showing the first aspect of the present invention. Here, an example will be described in which all drive motors are driven by backup from two fuel cells when the secondary battery is abnormal.
例えば、第1群の二次電池14が異常状態になると、第1群の二次電池監視装置15がこれを検知して、動力系統制御装置19へ信号を送り、これを受けた動力系統制御装置19の指示で第1の切換部18−1のスイッチS13が閉じて、第1の燃料電池10の出力が第2群の二次電池16の出力側へ供給されるとともに、第3の切換部18−3のスイッチS23が閉じて第2の燃料電池12の出力が第2群の二次電池16の出力側へ供給される。つまり、第1の燃料電池10と第2の燃料電池12とが第2群の二次電池16をバックアップする。
For example, when the
そこで、第1の燃料電池10と第2の燃料電池12と第2群の二次電池16との電力が各インバータ21〜28へ供給される。つまり、第2の切換部18−2のスイッチS16と第4の切換部18−4のスイッチS26とが閉じられて、インバータ21〜28は駆動され、全ての駆動モータ31〜38が駆動されて、車両は走行を持続させることができる。
Therefore, the electric power of the
図5は本発明の第2態様を示す電気自動車の電源システムの全体構成図である。ここでは、二次電池の異常時に、二つの燃料電池からのバックアップで一つの系統の駆動モータを駆動する例を説明する。 FIG. 5 is an overall configuration diagram of an electric vehicle power supply system showing a second aspect of the present invention. Here, an example will be described in which the drive motor of one system is driven by backup from two fuel cells when the secondary battery is abnormal.
例えば、第1群の二次電池14が異常状態になると、第1群の二次電池監視装置15がこれを検知して、動力系統制御装置19へ信号を送り、これを受けた動力系統制御装置19の指示で第1の切換部18−1のスイッチS13が閉じて、第1の燃料電池10の出力が第2群の二次電池16の出力側へ供給されるとともに、第3の切換部18−3のスイッチS23が閉じて第2の燃料電池12の出力が第2群の二次電池16の出力側へ供給される。つまり、第1の燃料電池10と第2の燃料電池12とが第2群の二次電池16をバックアップする。
For example, when the
そして、第1の燃料電池10と第2の燃料電池12と第2群の二次電池16との電力が第2の系統のインバータ25〜28に供給される。つまり、第3の切換部18−3のスイッチS23と第4の切換部18−4のスイッチS24が閉じられて、インバータ25〜28が駆動され、右前部後輪RFR駆動モータ35、左前部後輪LFR駆動モータ36、右後部前輪RRF駆動モータ37、左後部前輪LRF駆動モータ38が駆動される。これらの駆動モータは、右前部、左前部、右後部、左後部にそれぞれ配置された車輪の駆動モータであるため、車両は走行を持続させることができる。
Then, power from the
図6は本発明の第3態様を示す電気自動車の電源システムの全体構成図である。ここでは、二次電池の異常時に、一つの燃料電池からのバックアップで全ての駆動モータを駆動する例を説明する。 FIG. 6 is an overall configuration diagram of an electric vehicle power supply system showing a third aspect of the present invention. Here, an example in which all the drive motors are driven by backup from one fuel cell when the secondary battery is abnormal will be described.
例えば、第1群の二次電池14が異常状態になると、第1群の二次電池監視装置15がこれを検知して、動力系統制御装置19へ信号を送り、これを受けた動力系統制御装置19の指示で第3の切換部18−3のスイッチS21が閉じて、第2の燃料電池12の出力が第2群の二次電池16の出力側へ供給されるようになる。つまり、第2群の二次電池16を第2の燃料電池12がバックアップする。
For example, when the
そこで、第2の燃料電池12と第2群の二次電池16との電力が各インバータ21〜28へ供給される。つまり、第2の切換部18−2のスイッチS16と第4の切換部18−4のスイッチS26とが閉じられて、インバータ21〜28は駆動され、全ての駆動モータ31〜38が駆動されて、車両は走行を持続させることができる。
Therefore, electric power from the
このように、二次電池を適切に燃料電池でバックアップすることにより、二次電池の異常時にも円滑な車両の走行を継続させることができる。 As described above, by appropriately backing up the secondary battery with the fuel cell, smooth running of the vehicle can be continued even when the secondary battery is abnormal.
なお、上記では、第1群の二次電池が異常状態となった例を示したが、第2群の二次電池が異常状態となった場合にも、同様である。また、上記第2態様では、第2の系統の駆動モータのみを駆動する例を示したが、同様に、第1の系統の駆動モータのみを駆動するようにしてもよい。 In addition, although the example in which the secondary batteries in the first group are in an abnormal state has been described above, the same applies to the case in which the secondary batteries in the second group are in an abnormal state. Moreover, although the example which drives only the drive motor of a 2nd system was shown in the said 2nd aspect, you may make it drive only the drive motor of a 1st system | strain similarly.
さらに、燃料電池の一方が異常である場合には、その異常状態をその燃料電池監視装置で検出して、動力系統制御装置の動作により切換装置を切り換えて、異常状態の燃料電池を除外した他の燃料電池のみを二次電池のバックアップのために用いるようにすることができる。 Further, when one of the fuel cells is abnormal, the abnormal state is detected by the fuel cell monitoring device, the switching device is switched by the operation of the power system control device, and the abnormal fuel cell is excluded. Only the fuel cell can be used for backup of the secondary battery.
また、最悪の事態で、二系統の二次電池の両方が異常である場合には、その異常状態をその二次電池監視装置で検出して、動力系統制御装置の動作により切換装置を切り換えて、二系統の燃料電池のみで、駆動モータを駆動して、緊急避難的に車両を走行させることができる。 In the worst case, when both secondary batteries are abnormal, the abnormal state is detected by the secondary battery monitoring device, and the switching device is switched by the operation of the power system control device. By using only two fuel cells, the drive motor can be driven to drive the vehicle in an emergency evacuation manner.
また、二次電池および燃料電池は車床に合理的に配置することができ、実装空間の利用度を高めることができる。 Further, the secondary battery and the fuel cell can be reasonably disposed on the vehicle floor, and the utilization of the mounting space can be increased.
さらに、二次電池および燃料電池は、車床にバランスよく配備することができ、また、安定性のある床下荷重を得ることができ、安定な車両の走行に資することができる。 Further, the secondary battery and the fuel cell can be arranged in a well-balanced manner on the vehicle floor, and a stable underfloor load can be obtained, which can contribute to stable vehicle travel.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の電気自動車の電源装置は、電源の異常時にも的確に対応することができ、走行の信頼性の高い電気自動車の電源装置として適している。 The power supply apparatus for an electric vehicle according to the present invention can accurately cope with a power supply abnormality and is suitable as a power supply apparatus for an electric vehicle with high driving reliability.
1 第1の燃料タンク
2,5 燃料の供給経路
3,6 逆止弁
4 第2の燃料タンク
7 燃料注入口
8,9 燃料の送出管
10 第1の燃料電池
11 第1の燃料電池の監視装置
12 第2の燃料電池
13 第2の燃料電池の監視装置
14 第1群の二次電池(リチウムイオン電池)
15 第1群の二次電池監視装置
16 第2群の二次電池(リチウムイオン電池)
17 第2群の二次電池監視装置
18 電池の切換装置
18−1 第1の切換部
18−2 第2の切換部
18−3 第3の切換部
18−4 第4の切換部
19 動力系統制御装置
20 動力制御監視装置
21〜24 第1の系統のインバータ
25〜28 第2の系統のインバータ
30 モータ故障検知装置
31 右前部前輪(RFF)駆動モータ
32 左前部前輪(LFF)駆動モータ
33 右後部後輪(RRR)駆動モータ
34 左後部後輪(LRR)駆動モータ
35 右前部後輪(RFR)駆動モータ
36 左前部後輪(LFR)駆動モータ
37 右後部前輪(RRF)駆動モータ
38 左後部前輪(LRF)駆動モータ
40 車体
50 車床
51,52 センターフレーム
53,54 サイドフレーム
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