JP2005302591A - 動力出力装置、移動用電源、および移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電気自動車の駆動力を得るために設けられた動力出力装置は、複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と、燃料電池から電力を供給されて前記動力を出力するモータとを備えている。
【選択図】 図1
Description
前記電力を発生する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と
を備えることを要旨とする。
前記水素供給部における不具合の有無を判定する不具合判定部と、
前記不具合判定部が、いずれかの前記水素供給部に不具合があり、他の前記水素供給部に不具合がないと判定した場合には、不具合がある前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池の発電を禁止すると共に、不具合がない水素供給部から水素を供給される前記燃料電池において発電を行なわせる発電制御部と
を備えることとしても良い。
複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と、
前記燃料電池から電力を供給されて前記動力を出力する電力動力変換部と
を備えることを要旨とする。
前記水素供給部における不具合の有無を判定する不具合判定部と、
前記不具合判定部が、いずれかの前記水素供給部に不具合があり、他の前記水素供給部に不具合がないと判定した場合には、不具合がある前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池の発電を禁止すると共に、不具合がない前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池において発電を行なわせる発電制御部と
を備えることとしても良い。
前記電力動力変換部は、前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して複数設けられていることとしても良い。
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、
前記動力出力装置は、さらに、
各々の前記水素貯蔵部における水素残量を検出する水素残量検出部と、
前記水素残量検出部が検出した前記水素残量のより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される前記燃料電池に接続された電力動力変換部における消費電力が、他の電力動力変換部における消費電力より多くなるように、前記各電力動力変換部の駆動制御を行なう水素消費量制御部と
を備えることとしても良い。
複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池から電力を供給されて動力を出力する複数のモータと、
前記複数のモータが出力する動力が伝達される駆動軸と
を備えることを要旨とする。
前記水素供給部における不具合の有無を判定する不具合判定部と、
前記不具合判定部が、いずれかの前記水素供給部に不具合があり、他の前記水素供給部に不具合がないと判定した場合には、不具合がある前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池の発電を禁止すると共に、不具合がない前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池において発電を行なわせる発電制御部と
を備えることとしても良い。
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、
前記移動体は、さらに、
各々の前記水素貯蔵部における水素残量を検出する水素残量検出部と、
前記水素残量検出部が検出した前記水素残量のより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される前記燃料電池に接続されたモータにおける消費電力が、他のモータにおける消費電力より多くなるように、前記各モータの駆動制御を行なう水素消費量制御部と
を備えることとしても良い。
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、
前記移動体は、さらに、
各々の前記水素貯蔵部における水素残量を検出する水素残量検出部と、
各々の前記動力出力部が備える前記燃料電池ごとに設けられ、該燃料電池に接続されて該燃料電池から供給される電力によって駆動される補機と、
前記水素残量検出部が検出した前記水素残量のより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される前記燃料電池に接続された補機における消費電力が、他の補機における消費電力より多くなるように、前記各補機の駆動制御を行なう水素消費量制御部と
を備えることとしても良い。
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵すると共に、貯蔵可能な水素量が互いに異なる水素貯蔵部を備え、
前記移動体は、さらに、各々の前記動力出力部が備える前記燃料電池ごとに設けられ、該燃料電池に接続されて該燃料電池から供給される電力によって駆動される補機を備え、
貯蔵可能な水素量がより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される燃料電池が、消費電力がより大きい補機に接続されていることとしても良い。
A.装置の全体構成:
B.運転制御:
C.目標値の設定:
D.水素残量の調節:
E.変形例:
図1は、第1実施例としての電気自動車の概略構成を表わす説明図である。本実施例の電気自動車は、2つの動力出力部10,15を備えている。
図2は、本実施例の電気自動車の制御部80が備えるCPUで実行される運転制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、電気自動車が起動されてから停止されるまで、繰り返し実行される。本ルーチンが開始されると、制御部80は、まず、制御に使用するパラメータとして、アクセル開度と車速、および、各部の運転状態に関する情報を取得する(ステップS100)。各部の運転状態に関する情報には、例えば、車両補機の運転状態に関する情報、圧力センサ135,155が検出する水素圧、2次電池22,42の残存容量、およびモータ26,46の回転数が含まれる。なお、以下に説明する本制御処理で用いられる各種変数において、符号に10を付したものは動力出力部10側の変数であることを示し、符号に15を付したものは動力出力部15側の変数であることを示す。
モータ目標トルク;
T10=M10/N10;
T15=M15/N15;
以下に、ステップS150における目標値の設定方法について説明する。目標値を設定する動作においては、電気自動車の状態を3通りに分類することができる。すなわち、電気自動車の状態は、水素供給部30,50の双方が正常である場合と、水素供給部30だけに不具合が生じている場合と、水素供給部50だけに不具合が生じている場合とに分類できる。
双方の水素供給部が正常である場合には、総要求動力Ptrを、2つの動力出力部10,15から均等に出力する。また、補機動力P10a,P15a、および充電電力P10b,P15bは、それぞれに対応する水素供給部が備える燃料電池から得られる電力によって賄われる。従って、各目標値は、以下のように設定される。
燃料電池の目標発電量;
E10=Ptr/2+P10a+P10b;
E15=Ptr/2+P15a+P15b;
モータの目標出力動力;
M10=Ptr/2;
M15=Ptr/2;
この場合には、動力出力部10の主電源である燃料電池20を用いることができないため、総要求動力Ptrは、すべて動力出力部15から得る。また、補機駆動回路25によって駆動される補機の内、パワーステアリング用のオイルポンプやブレーキ用のエアコンプレッサ等は、車両の安定走行のために必要な必須補機である。したがって、これらの必須補機は、不具合が生じていない動力出力部15からの動力の一部を、動力出力部10のモータ26で回生して得られる電力によって駆動する。補機駆動回路25が駆動する車両補機の内、上記必須補機以外の補機(空調用のコンプレッサ、空調用の電熱ヒータ等)は、必須補機と同様に、モータ26から得られる回生電力を用いて駆動しても良いし、停止させることとしても良い。補機駆動回路25が駆動する補機の内、燃料電池駆動用補機は、水素供給部30に不具合が生じているときには動作させる必要がない。そのため、以下に示す補機動力P10a は、燃料電池20を停止する運転時にも駆動する補機が要する動力である。
燃料電池の目標発電量;
E10=0;
E15=Ptr+P15a+P15b+P10a;
モータの目標出力動力;
M10=−P10a;
M15=Ptr+P10a;
ここで、モータ26の目標動力M10が負の値に設定されていることは、モータ26において回生運転が行なわれることを表わしている。
この場合には、水素供給部30に不具合が生じている場合と同様の考え方により、各目標値を以下のように設定することができる。
燃料電池の目標発電量;
E10=Ptr+P10a+P10b+P15a;
E15=0;
モータの目標出力動力;
M10=Ptr+P15a;
M15=−P15a;
この場合にも、モータ46の目標動力M15は負の値に設定されており、モータ46では回生運転が行なわれる。
D−1.モータ駆動量による調節:
第1実施例の電気自動車において、各々の動力出力部が備える水素タンクの水素残量の差を、より少なくする制御をさらに行なうこととしても良い。このような制御を行なう構成を、第2実施例として以下に示す。第2実施例の電気自動車は、第1実施例と同様の構成を有しており、共通する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。この第2実施例の電気自動車は、第1実施例と同様の運転制御に加えて、さらに以下の制御を実行する。図3は、第2実施例の電気自動車が備える制御部80で実行される出力分配制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、制御部80が図2に示した運転制御処理ルーチンを実行する際に、ステップS120において水素供給部の双方に不具合がないと判断されたときに、各燃料電池の目標発電量と各モータの目標出力動力とを設定するために、ステップS160とステップS170の間に割り込んで実行される処理である。
モータ目標トルク;
T'10=T10+10=M10/N10+10(Nm);
T'15=T15−10=M15/N15−10(Nm);
モータの目標出力動力;
M'10=T'10×N10;
M'15=T'15×N15;
そのため、燃料電池の目標発電量は、以下のように再設定される。
燃料電池の目標発電量;
E'10=M'10+P10a+P10b;
E'15=M'15+P15a+P15b;
モータ目標トルク;
T'10=M10/N10−10(Nm);
T'15=M15/N15+10(Nm);
燃料電池の目標発電量;
E'10=M'10+P10a+P10b
=T'10×N10+P10a+P10b;
E'15=M'15+P15a+P15b
=T'15×N15+P15a+P15b;
第2実施例のようにモータの駆動量を調節する他、補機駆動量を調節することによっても、双方の水素供給部に貯蔵される水素残量の差が小さい状態を維持することが可能である。このような構成を第3実施例として以下に説明する。第3実施例の電気自動車は、第1実施例と同様の構成を有しており、共通する部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。また、第3実施例の電気自動車が備える制御部80は、第1実施例と同様の運転制御に加えて、さらに以下の制御を実行する。
図1に示したように、既述した実施例の電気自動車では、水素供給部30と水素供給部50とでは、備える水素タンクの数が異なっている。電気自動車に搭載する水素タンクの数ができるだけ多いほど、車両の走行距離を伸ばすことができて好ましいが、水素タンクを搭載可能なスペースの都合上、このように水素タンクの数が水素供給部ごとに異なる場合がある。このように水素供給部ごとに備える水素タンクの数が違う場合には、各補機駆動回路ごとに接続する補機の種類や数を異ならせることによって、各水素供給部で消費される水素量を異ならせ、残存水素量の差を縮めることとしても良い。
この発明は、上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
既述した実施例では、各水素供給部は、圧縮水素を貯蔵する水素タンクを備えることとしたが、異なる構成としても良い。例えば、圧縮気体として水素を貯蔵するだけでなく、タンク内部に水素吸蔵合金を備え、水素吸蔵合金中にさらに水素を吸蔵させることとしても良い。
既述した実施例の電気自動車は、2系統の動力出力部を備えることとしたが、3以上の動力出力部を備える電気自動車において、本発明を適用しても良い。
実施例では、2つの動力出力部を設け、異なる動力出力部間は電気的に独立させている。このように動力出力部間を電気的に分離することは、制御の動作を簡素化し、制御の精度を向上させることができて望ましいが、異なる構成とすることも可能である。例えば、双方の燃料電池から、共通するモータに対して電力供給することとしても良い。また、少なくとも一部の補機においては、いずれの燃料電池からも電力供給を受けることが可能としても良い。このような場合にも、燃料電池毎に水素供給部を設けることで、いずれかの水素供給部で不具合が発生したときにも、走行を継続することが可能となる。
実施例では、2つの動力出力部の各々が備えるモータは、共通の駆動軸70に対して動力を出力しているが、動力出力部ごとに別々の駆動軸に対して動力を出力しても良い。例えば、動力出力部10のモータ26は、車両の右輪の車軸を駆動し、動力出力部15のモータ46は、車両の左輪の車軸を駆動することとしても良い。このような場合にも、いずれかの水素供給部に不具合が生じたときには、正常な水素供給部に対応する一方の車軸だけを駆動することによって、車両の走行を継続することが可能となる。ただし、車両走行の安定性を確保するためには、実施例のように、左右両輪に駆動力を伝える共通の駆動軸に対して、双方の動力出力部が動力を伝える構成が好ましい。
実施例では、複数の動力出力部を備える動力出力装置を電気自動車に搭載しているが、異なる構成としても良い。例えば、電気自動車以外の移動体の動力源として、本発明の動力出力装置を用いることとしても良い。あるいは、移動体の駆動動力源以外の動力源として、本発明の動力出力装置を用いても良い。
20,40…燃料電池
23,43…DC/DCコンバータ
24,44…インバータ
25,45…補機駆動回路
26,46…モータ
28,48…回転軸
30,50…水素供給部
32,52…水素タンク
33,53…水素流路
34,54…シャットバルブ
35,55…水素流路
36,56…レギュレータ
60…ギヤボックス
61…駆動ギヤ
62,63…ギヤ
70…駆動軸
72…ディファレンシャルギヤ
74R,74L…車輪
78…アクセル開度センサ
80…制御部
120,140…温度センサ
122,142…残存容量センサ
126,146…回転数センサ
132,152…圧力センサ
135,155…圧力センサ
170…車速センサ
Claims (11)
- 外部に電力を出力する移動用電源であって、
前記電力を発生する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と
を備える移動用電源。 - 請求項1記載の移動用電源であって、さらに
前記水素供給部における不具合の有無を判定する不具合判定部と、
前記不具合判定部が、いずれかの前記水素供給部に不具合があり、他の前記水素供給部に不具合がないと判定した場合には、不具合がある前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池の発電を禁止すると共に、不具合がない水素供給部から水素を供給される前記燃料電池において発電を行なわせる発電制御部と
を備える移動用電源。 - 外部に動力を出力する動力出力装置であって、
複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と、
前記燃料電池から電力を供給されて前記動力を出力する電力動力変換部と
を備える動力出力装置。 - 請求項3記載の動力出力装置であって、さらに、
前記水素供給部における不具合の有無を判定する不具合判定部と、
前記不具合判定部が、いずれかの前記水素供給部に不具合があり、他の前記水素供給部に不具合がないと判定した場合には、不具合がある前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池の発電を禁止すると共に、不具合がない前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池において発電を行なわせる発電制御部と
を備える動力出力装置。 - 請求項3または4記載の動力出力装置であって、
前記電力動力変換部は、前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して複数設けられている
動力出力装置。 - 請求項5記載の動力出力装置であって、
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、
前記動力出力装置は、さらに、
各々の前記水素貯蔵部における水素残量を検出する水素残量検出部と、
前記水素残量検出部が検出した前記水素残量のより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される前記燃料電池に接続された電力動力変換部における消費電力が、他の電力動力変換部における消費電力より多くなるように、前記各電力動力変換部の駆動制御を行なう水素消費量制御部と
を備える動力出力装置。 - 移動体であって、
複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池に対して各々が水素を供給する複数の水素供給部と、
前記複数の燃料電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記燃料電池から電力を供給されて動力を出力する複数のモータと、
前記複数のモータ出力する動力が伝達される駆動軸と
を備える移動体。 - 請求項7の移動体であって、さらに、
前記水素供給部における不具合の有無を判定する不具合判定部と、
前記不具合判定部が、いずれかの前記水素供給部に不具合があり、他の前記水素供給部に不具合がないと判定した場合には、不具合がある前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池の発電を禁止すると共に、不具合がない前記水素供給部から水素を供給される前記燃料電池において発電を行なわせる発電制御部と
を備える移動体。 - 請求項7または8記載の移動体であって、
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、
前記移動体は、さらに、
各々の前記水素貯蔵部における水素残量を検出する水素残量検出部と、
前記水素残量検出部が検出した前記水素残量のより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される前記燃料電池に接続されたモータにおける消費電力が、他のモータにおける消費電力より多くなるように、前記各モータの駆動制御を行なう水素消費量制御部と
を備える移動体。 - 請求項7または8記載の移動体であって、
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵する水素貯蔵部を備え、
前記移動体は、さらに、
各々の前記水素貯蔵部における水素残量を検出する水素残量検出部と、
各々の前記燃料電池ごとに設けられ、該燃料電池に接続されて該燃料電池から供給される電力によって駆動される補機と、
前記水素残量検出部が検出した前記水素残量のより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される前記燃料電池に接続された補機における消費電力が、他の補機における消費電力より多くなるように、前記各補機の駆動制御を行なう水素消費量制御部と
を備える移動体。 - 請求項7または8記載の移動体であって、
各々の前記水素供給部は、水素を貯蔵すると共に、貯蔵可能な水素量が互いに異なる水素貯蔵部を備え、
前記移動体は、さらに、各々の前記燃料電池ごとに設けられ、該燃料電池に接続されて該燃料電池から供給される電力によって駆動される補機を備え、
貯蔵可能な水素量がより多い前記水素貯蔵部から水素を供給される燃料電池が、消費電力がより大きい補機に接続されている
移動体。
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