JP2006288129A - 複数の電源を備えた電源システム及びそれを備えた車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の電源を備えた電源システムの効率を向上させる。
【解決手段】複数の駆動用モータ１８，２２と、電圧変換器１４と、駆動用モータ１８，２２に電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源１０，１２と、を備え、電源１０，１２の各々には、電圧変換器１４を介さずに駆動用モータ１８，２２の少なくとも１つが接続されていると共に、電圧変換器１４を介して駆動用モータ１８，２２の少なくとも１つが接続されている電源システムにより上記課題を解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電源を備えた電源システム及びそれを備えた車両に関する。
近年、燃料電池等の電源を利用したモータ駆動の電気自動車やハイブリッド自動車が開発されている。例えば、燃料電池は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとを電解質膜に供給することによって電気エネルギーを得る電池である。燃料電池は、発電効率が高く、環境性に優れた電源として注目されている。
燃料電池を備えた車両では、燃料電池からの電力の供給の遮断や燃料電池の応答性の低下に備えて、燃料電池の他に２次電池等のバッテリを設けることがある。例えば、特許文献１〜４には、燃料電池と並列にバッテリをモータに接続した電源システムが開示されている。このように燃料電池とバッテリを並列に設ける場合、バッテリとモータとの間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けて燃料電池とバッテリ間の電圧のマッチングや回生エネルギーの回収等を行っている。
特開２００２−１１８９８１号公報 特開２００１−２０４１０７号公報 特開２００３−３３３７０７号公報 特開２０００−３６３０８号公報
上記従来技術では、バッテリからモータへ電力を供給する時には必ずＤＣ−ＤＣコンバータを介して電力が供給される。また、多くの場合、モータからバッテリへ回生エネルギーを回収する時にもＤＣ−ＤＣコンバータを介して電力が回収される。このような構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて電力の損失が発生してしまい、車両効率が低下する問題があった。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成要素である半導体素子に異常が起きた場合、燃料電池やバッテリの出力が異常に高くなり、燃料電池やバッテリが異常状態となる可能性が高い。例えば、バッテリがＤＣ−ＤＣコンバータを介してのみモータに接続されている場合、ＤＣ−ＤＣコンバータと燃料電池が同時に異常により停止されるとモータに電力を供給することができなくなり、車両の走行が不可能となってしまう問題があった。
本発明は、上記従来技術の課題の少なくとも１つを解決できる電源システム及びそれを備えた車両を提供することを目的とする。
本発明は、複数の駆動用モータと、直流電圧を変換する電圧変換器と、前記複数の駆動用モータに電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源と、を備え、前記複数の電源の各々は、前記電圧変換器を介さずに前記複数の駆動用モータの少なくとも１つに接続されると共に、前記電圧変換器を介して前記複数の駆動用モータの少なくとも１つに接続されていることを特徴とする電源システムである。
例えば、第１の電源に対して、電圧変換器を介さずに第１の駆動用モータを接続し、電圧変換器を介して第２の駆動用モータを接続する。一方、第２の電源に対して、電圧変換器を介して第１の駆動用モータを接続し、電圧変換器を介さずに第２の駆動用モータを接続する。
このように、複数の電源の各々に対して、電圧変換器を介して接続される駆動用モータと電圧変換器を介さずに接続される駆動用モータとを設けることによって、各電源から少なくとも１つの駆動用モータに電圧変換器を介さずに電力を供給することが可能となる。したがって、各電源の高効率出力範囲や電圧変換器での損失を考慮した負荷配分をすることができる。これによって、電源システムを効率の良く利用することができる。
ここで、前記複数の電源のうち少なくとも１つの出力電圧、出力電流、出力電力、充電状況等に応じて前記複数の電源の各々に対する負荷分配を行うことが好適である。例えば、前記複数の電源のうち少なくとも１つが燃料電池である場合、前記燃料電池の出力電力が所定の高効率出力範囲となるように燃料ガス又は酸化剤ガスの供給を調整し、前記複数の電源の各々に対する負荷分配を行うことが好適である。また、前記複数の電源のうち少なくとも１つが充放電可能な二次電池である場合、前記二次電池の充電状態に応じて前記複数の電源の各々からの出力電力に対する負荷分配を行うことが好適である。
また、前記複数の電源の各々における最大出力電力を超えないように、前記複数の電源から前記電圧変換器を介さずに前記複数の駆動用モータに電力を供給することが好適である。
電圧変換器を介した電力供給には損失が伴うので、複数の電源の各々における最大出力電力を超えない限り、複数の電源から電圧変換器を介さずに電力を供給することによってシステムの効率を高めることができる。
また、前記複数の電源のうち少なくとも１つの出力に異常が生じた場合、その異常が生じた電源以外の電源から前記複数の駆動用モータの少なくとも１つに電力を供給することが好適である。
例えば、１つの電源に異常が生じた場合、複数の電源のうち正常に機能している電源から複数の駆動用モータの少なくとも１つに電力を供給する。このとき、正常な電源に対して電圧変換器を介さずに接続されている駆動用モータに電力を優先的に供給することが好ましい。
これによって、複数の電源を停止しなくてはならなくなったとしても、他の電源から電力を供給することによって少なくとも１つの駆動用モータを駆動させ続けることができる。この場合においても、正常な電源に電圧変換器を介さずに接続された駆動用モータを駆動させることによって、電圧変換器における損失を避けることができる。
このような電源システムを搭載し、前記複数の駆動用モータを駆動源とする車両を構成することが好適である。本発明における電源システムを車両に適用することによって、効率の良い電気自動車又はハイブリッド自動車を実現することができる。また、走行の安定性及び信頼性を高めることができる。
本発明によれば、それぞれの電源を効率良く利用することができる複数の電源を備えた電源システムを提供することができる。また、電気自動車やハイブリッド自動車の走行の効率を高めると共に、信頼性を向上することができる。
＜構成＞
本発明の実施の形態における電源システム１００は、図１に示すように、第１の電源１０、第２の電源１２、電圧変換器１４、第１のインバータ回路１６、第１のモータ１８、第２のインバータ回路２０、第２のモータ２２及び制御回路２４を含んで構成される。電源システム１００は、第１の電源１０及び第２の電源１２により第１のモータ１８及び第２のモータ２２の少なくとも１つを駆動源として駆動される車両に適用することができる。なお、本実施の形態における構成は、さらにエンジンを備えたハイブリッド自動車に適用することも可能である。
第１の電源１０は、本実施の形態における電源システム１００の主電源となる直流電源である。第１の電源１０は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとを電解質膜に供給することによって電気エネルギーを得る燃料電池とすることができる。燃料電池は、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型等のタイプを適用可能である。ただし、これに限定されるものではなく、第１の電源１０としてはモータを安定に駆動できる容量を有する様々なタイプの発電手段（例えば、エンジン駆動発電機等）を適用可能である。
第１の電源１０は、制御回路２４からの制御信号に応じて出力電力を調整可能に構成される。出力電力の調整は既存の制御方法により行うことができる。例えば、第１の電源１０に供給される燃料ガス又は酸化剤ガスの供給量、燃料ガス又は酸化剤ガスの含有水分等を調整すれば良い。また、第１の電源１０には、電圧センサ、電流センサ等が設けられる。第１の電源１０から出力されている電力は、これらのセンサによって測定され、測定信号として制御回路２４に出力される。
第２の電源１２は、本実施の形態における電源システム１００の補助電源となる直流電源である。第２の電源１２は、第１の電源１０とは出力電圧が異なる電源とされる場合が多い。第２の電源１２は、モータからの回生エネルギーや第１の電源１０からの過剰電力を充放電可能な二次電池とすることが好適である。二次電池として、ニッケル水素型、リチウムイオン型等のタイプが適用可能である。ただし、これに限定されるものではなく、第２の電源１２としては様々なタイプの電源を適用可能である。
また、第２の電源１２は、制御回路２４からの制御信号に応じて出力電力を調整可能に構成される。出力電力の調整は既存の制御方法により行うことができる。例えば、第２の電源１２に直列に接続された抵抗の抵抗値を調整すれば良い。第２の電源１２には、電圧センサ、電流センサ等が設けられる。第２の電源１２から出力されている電力は、これらのセンサによって測定され、測定信号として制御回路２４に出力される。
第１のインバータ回路１６及び第２のインバータ回路２０は、それぞれ直流電力を３相交流に変換する回路を含んで構成される。第１のインバータ回路１６及び第２のインバータ回路２０は、制御回路２４からの制御信号により直交流変換の起動及び停止が可能となるように構成されている。例えば、第１の電源１０の出力電力に応じて第１のインバータ回路１６が起動又は停止される。また、第２の電源１２の出力電力に応じて第２のインバータ回路２０が起動又は停止される。
第１のモータ１８及び第２のモータ２２は、それぞれ３相交流電力を受けて駆動される同期モータである。第１のモータ１８及び第２のモータ２２は、制御回路２４からの制御信号により起動・停止が可能となるように構成されている。例えば、第１の電源１０の出力電力に応じて第１のモータ１８が起動又は停止される。また、第２の電源１２の出力電力に応じて第２のモータ２２が起動又は停止される。
第１の電源１０は、第１のインバータ回路１６を介して、第１のモータ１８に接続される。第１の電源１０から供給される直流電力は、第１のインバータ回路１６で３相交流に変換され、第１のモータ１８に供給される。同様に、第２の電源１２は、第２のインバータ回路２０を介して、第２のモータ２２に接続される。第２の電源１２から供給される直流電力は、第２のインバータ回路２０で３相交流に変換され、第２のモータ２２に供給される。
第１のモータ１８及び第２のモータ２２の出力は、回転比を変更するためのトランスミッション、クラッチ等を介して、車両の車軸に伝達される。例えば、第１のモータ１８を前輪の駆動に用い、第２のモータ２２を後輪の駆動に用いることによって、四輪駆動の車両を構成することができる。
電圧変換器１４は、接続される電源の種類及びモータの種類に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の直流の電圧変換回路、又は、ＤＣ−ＡＣコンバータ等の直交流の電圧変換器を含んで構成される。本実施の形態のように、第１の電源１０が燃料電池であり、第２の電源１２が二次電池であり、第１のモータ１８及び第２のモータ２２が直流モータである場合、電圧変換器１４はＤＣ−ＤＣコンバータとする。電圧変換器１４は、制御回路２４からの制御信号により電圧変換の起動・停止が可能となるように構成されている。例えば、第１の電源１０又は第２の電源１２の出力電力に応じて電圧変換器１４は起動又は停止される。
第１の電源１０と第２の電源１２とは電圧変換器１４を介して接続される。第１の電源１０と第２の電源１２とは互いに第１のモータ１８又は第２のモータ２２と並列に接続された状態となるように電圧変換器１４を介して接続される。電圧変換器１４は、第１の電源１０の出力電圧を第２の電源１２の出力電圧にマッチングさせて第２のインバータ回路２０に供給する。また、電圧変換器１４は、第２の電源１２の出力電圧を第１の電源１０の出力電圧にマッチングさせて第１のインバータ回路１６に供給する。このように、電圧変換器１４は互いに異なる出力電圧である複数の電源を接続するために用いられる。
制御回路２４は、電源システム１００を統合的に制御する。制御回路２４は、ＣＰＵ、記憶部（半導体メモリ；ＲＡＭ，ＲＯＭ等）を備えたマイクロコンピュータにより構成することができる。制御回路２４は、第１の電源１０及び第２の電源１２の出力電力を示す測定信号を受けて、それらの信号に応じて各部の制御を行う。また、アクセルペダル（図示しない）に取り付けられた位置センサ等からの信号を受けて、電源システム１００に必要とされている必要電力を算出する。そして、算出された必要電力に応じて、第１の電源１０、第２の電源１２及び電圧変換器１４を制御して、第１のモータ１８及び第２のモータ２２に供給される電力を調整する。
＜正常時の制御＞
次に、駆動が正常に行われている場合の制御について、図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１０では、制御回路２４は必要電力を取得する。制御回路２４は、位置センサ等によってアクセルペダル（図示しない）の踏み込み量を測定した信号を受けて、電源システム１００に必要とされる必要電力Ｗｘを算出する。必要電量Ｗｘの算出は既存の技術を適用して行うことができる。
ステップＳ１２では、算出された必要電力Ｗｘが主電源となる第１の電源１０の高効率出力範囲内に収まっているか否かが判断される。制御回路２４は、記憶部に格納及び保持された第１の電源１０の出力―効率相関テーブルを参照して、ステップＳ１０で算出された必要電力Ｗｘが所定の高効率出力範囲ＷＲＮＧにあるか否かを調査する。第１の電源１０の出力―効率相関テーブルは、予め測定して記憶部に格納及び保持しておくことが好適である。
第１の電源１０の出力電力と効率とは、一般的に、図３のグラフに示すような相関関係を示す。すなわち、最大効率点より低い出力電力範囲においては出力電力が高くなるにつれて徐々に効率が高くなり、最大効率点となる出力電力を超えると出力電力が高くなるにつれて徐々に効率が低下する。このとき、所定の効率ηＴＨを超える出力電力の範囲を高効率出力範囲ＷＲＮＧとする。第１の電源１０が燃料電池である場合、高効率出力範囲ＷＲＮＧは最大出力の７％〜３０％の範囲とすることが好ましい。
制御回路２４は、必要電力Ｗｘが所定の高効率出力範囲ＷＲＮＧ内にあればステップＳ１４に処理を移行させ、必要電力Ｗｘが所定の高効率出力範囲ＷＲＮＧよりも高ければステップＳ１６に処理を移行させ、必要電力Ｗｘが所定の高効率出力範囲ＷＲＮＧよりも低ければステップＳ１８に処理を移行させる。
ステップＳ１４では、第１の電源１０から電力を供給して第１のモータ１８を駆動する。制御回路２４は、必要電力Ｗｘが第１の電源１０の高効率出力範囲ＷＲＮＧ内にあるので、第１の電源１０に制御信号を出力して第１の電源１０から必要電力Ｗｘの直流電力を第１のインバータ回路１６へ供給させる。第１の電源１０が燃料電池である場合には、例えば、燃料ガスや酸化剤ガスの流量をコントロールすることによって必要電力Ｗｘが出力されるように制御を行うことができる。第１のインバータ回路１６は、直流を３相交流に変換して、第１のモータ１８に供給する。これによって、第１のモータ１８から必要な駆動力が出力される。
このとき、電圧変換器１４を介さずに電力を供給することができるので、電圧変換器１４における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、四輪駆動を行う場合等は必要に応じて、第１の電源１０から電圧変換器１４を介して電力を供給して第２のモータ２２を駆動してもよい。制御回路２４は、電圧変換器１４の電圧変換を制御して、第１の電源１０からの出力電力を所望の比率で第１のインバータ回路１６及び第２のインバータ回路２０へ分配する。この場合、電圧変換器１４を介して第２のモータ２２へ電力が供給されるので、第１のモータ１８のみを用いた場合に比べて全体的な効率は低下する。
また、第１の電源１０から過剰に供給された電力を、電圧変換器１４を介して、第２の電源１２に充電してもよい。また、第１のモータ１８からの回生エネルギーを、電圧変換器１４を介して、第２の電源１２に充電してもよい。
ステップＳ１６では、第１の電源１０及び第２の電源１２の両方を用いて駆動が行われる。制御回路２４は、必要電力Ｗｘが第１の電源１０の高効率出力範囲ＷＲＮＧよりも高いので、必要電力Ｗｘを第１の電源１０及び第２の電源１２に割り振って出力させる。
例えば、制御回路２４は、第２の電源１２に対して制御信号を送信して、第２の電源１２及び第２のモータ２２の組み合わせで出力可能な最大出力値Ｗ２ＭＡＸを第２の電源１２から第２のインバータ回路２０へ出力させる。第２の電源１２及び第２のモータ２２の組み合わせで出力可能な最大出力値Ｗ２ＭＡＸは、予め測定して制御回路２４の記憶部に格納及び保持しておくことが好適である。第２の電源１２が二次電池である場合、最大出力値Ｗ２ＭＡＸは充電状況に応じて変化するので、充電状況に応じて最大出力値Ｗ２ＭＡＸを決定することも好適である。例えば、出力電圧に対する最大出力値Ｗ２ＭＡＸの関係を予め測定して保持しておくことが好適である。制御回路２４は、第２の電源１２の出力電圧に応じて最大出力値Ｗ２ＭＡＸを決定することができる。第２のインバータ回路２０は、直流を３相交流に変換して第２のモータ２２へ供給する。一方、制御回路２４は、第１の電源１０に対して制御信号を送信して、必要電力Ｗｘから最大出力値Ｗ２ＭＡＸを引いた電力ＷＤ１を第１の電源１０に出力させる。第１のインバータ回路１６は、直流を３相交流に変換して第１のモータ１８へ供給する。これによって、第１のモータ１８及び第２のモータ２２から必要電力Ｗｘに応じた駆動力が出力される。
また、次のように制御を行うことも好適である。制御回路２４は、第１の電源１０に対して制御信号を送信して、第１の電源１０が最大効率となる最大効率電力ＷＨを第１の電源１０から出力させる。第１のインバータ回路１６は、直流を３相交流に変換して第１のモータ１８へ供給する。一方、制御回路２４は、第２の電源１２に対して制御信号を送信して、必要電力Ｗｘから最大効率電力ＷＨを引いた電力ＷＤ２を第２の電源１２に出力させる。第２のインバータ回路２０は、直流を３相交流に変換して第２のモータ２２へ供給する。これによって、第１のモータ１８及び第２のモータ２２から必要電力Ｗｘに応じた駆動力が出力される。このとき、電力ＷＤ２が第２の電源１２及び第２のモータ２２の組み合わせで出力可能な最大出力値Ｗ２ＭＡＸを超えているなら超過分を第１の電源１０及び第１のモータ１８の組み合わせに負担させてもよい。
このとき、電圧変換器１４を介さずに電力を供給することができるので、電圧変換器１４における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、第１の電源１０である燃料電池の単体効率、第２の電源１２である二次電池の充放電効率、電圧変換器１４の変換効率のそれぞれに応じてシステム全体として最高効率となるように制御を行うことが好適である。すなわち、電圧変換器１４を介して電力を供給することによる効率の低下よりも、第１の電源１０や第２の電源１２の利用効率が高まる場合には電圧変換器１４を介して電力を供給するようにすることが好ましい。
ステップＳ１８では、必要電力Ｗｘが第２の電源１２及び第２のモータ２２の組み合わせで出力可能な最大出力値Ｗ２ＭＡＸ以下であるか否かが判断される。制御回路２４は、ステップＳ１０で算出された必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸ以下であるか否かを調べる。必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸ以下であればステップＳ２０に処理を移行させ、必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸよりも高ければステップＳ２２に処理を移行させる。
ステップＳ２０では、第２の電源１２から電力を供給して第２のモータ２２を駆動する。制御回路２４は、必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸ以下であるので、第２の電源１２に制御信号を出力して第２の電源１２から必要電力Ｗｘの直流電力を第２のインバータ回路２０へ供給させる。第２のインバータ回路２０は、直流を３相交流に変換して、第２のモータ２２に供給する。これによって、第２のモータ２２から必要な駆動力が出力される。
このとき、電圧変換器１４を介さずに電力を供給することができるので、電圧変換器１４における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、この場合も、第１の電源１０である燃料電池の単体効率、第２の電源１２である二次電池の充放電効率、電圧変換器１４の変換効率のそれぞれに応じてシステム全体として最高効率となるように制御を行うことが好適である。
また、四輪駆動を行う場合等は必要に応じて、第２の電源１２から電圧変換器１４を介して電力を供給して第１のモータ１８を駆動してもよい。制御回路２４は、電圧変換器１４の電圧変換を制御して、第２の電源１２からの出力電力を所望の比率で第１のインバータ回路１６及び第２のインバータ回路２０へ分配する。この場合、電圧変換器１４を介して第１のモータ１８へ電力が供給されるので、第２のモータ２２のみを用いた場合に比べて全体的な効率は低下することがある。
ステップＳ２２では、第１の電源１０から電力を供給して第１のモータ１８を駆動する。制御回路２４は、必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸを超えているので、第１の電源１０に制御信号を出力して第１の電源１０から必要電力Ｗｘの直流電力を第１のインバータ回路１６へ供給させる。第１のインバータ回路１６は、直流を３相交流に変換して、第１のモータ１８に供給する。これによって、第１のモータ１８から必要な駆動力が出力される。
このとき、電圧変換器１４を介さずに電力を供給することができるので、電圧変換器１４における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、この場合も、第１の電源１０である燃料電池の単体効率、第２の電源１２である二次電池の充放電効率、電圧変換器１４の変換効率のそれぞれに応じてシステム全体として最高効率となるように制御を行うことが好適である。
また、ステップＳ１４と同様に、四輪駆動を行う場合等は必要に応じて、第１の電源１０から電圧変換器１４を介して電力を供給して第２のモータ２２を駆動してもよい。
以上のように、本実施の形態によれば、必要電力Ｗｘに応じていずれの状況下においても電圧変換器を介さずにモータを駆動することができる。したがって、システム全体としての効率を従来よりも高めることができる。
＜異常時における処理＞
次に、システムに異常が発生した場合の制御について、図４のフローチャートを参照して説明する。制御回路２４は、第１の電源１０から電力の測定信号を受けて、第１の電源１０の出力電力が所定の異常閾値ＷＡＢ１以上である場合に以下の制御を開始する。このような異常は、例えば、電圧変換器１４に含まれる半導体素子に異常が発生した場合に起こり得る。
ステップＳ３０では、第１の電源１０の出力が停止される。制御部２４は、第１の電源１０の出力電力が所定の異常閾値ＷＡＢ１以上である場合には、第１の電源１０に異常が発生したものと判断し、第１の電源１０へ制御信号を送信して第１の電源１０への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも１つの供給を停止させる。
ステップＳ３２では、電圧変換器１４が停止される。制御部２４は、電圧変換器１４に停止信号を送信し、電圧変換器１４の電圧変換を停止させる。これにより、電圧変換器１４を介さずに第１の電源１０に接続されている第１のモータ１８が停止する。ステップＳ３４では、第１のインバータ回路１６が停止される。制御部２４は、第１のインバータ回路１６に停止信号を送信し、その機能を停止させる。
ステップＳ３６では、第２の電源１２から電力を供給して第２のモータ２２を駆動する。制御回路２４は、必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸ以下であるか否かを調査する。必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸ以下である場合、第２の電源１２に制御信号を出力して第２の電源１２から必要電力Ｗｘの直流電力を第２のインバータ回路２０へ供給させる。必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ２ＭＡＸより大きい場合、第２の電源１２に制御信号を出力して第２の電源１２から最大出力値Ｗ２ＭＡＸの直流電力を第２のインバータ回路２０へ供給させる。第２のインバータ回路２０は、直流を３相交流に変換して、第２のモータ２２に供給する。これによって、第２の電源１２の容量が許す限り、第２のモータ２２から少なくとも必要最低限の駆動力を出力することができる。
このとき、電圧変換器１４を介さずに電力が供給される。したがって、電圧変換器１４における電力消費による効率の低下を避け、異常時における緊急の処置を効率的に行うことができる。
次に、第２の電源１２に異常が発生した場合の制御について、図５のフローチャートを参照して説明する。制御回路２４は、第２の電源１２から受けた出力電力の測定信号が所定の異常閾値ＷＡＢ２以上である場合に以下の制御を開始する。このような異常は、例えば、電圧変換器１４に含まれる半導体素子に異常が発生した場合に起こり得る。
ステップＳ４０では、第２の電源１２の出力が停止される。制御部２４は、第２の電源１２の出力電力が所定の異常閾値ＷＡＢ２以上である場合には、第２の電源１２に異常が発生したものと判断し、第２の電源１２へ制御信号を送信して第２の電源１２の出力を停止させる。
ステップＳ４２では、電圧変換器１４が停止される。制御部２４は、電圧変換器１４に停止信号を送信し、電圧変換器１４の電圧変換を停止させる。これにより、電圧変換器１４を介さずに第２の電源１２に接続されている第２のモータ２２が停止する。ステップＳ４４では、第２のインバータ回路２０が停止される。制御部２４は、第２のインバータ回路２０に停止信号を送信し、その機能を停止させる。
ステップＳ４６では、第１の電源１０から電力を供給して第１のモータ１８を駆動する。制御回路２４は、必要電力Ｗｘが第１の電源１０の最大出力値Ｗ１ＭＡＸ以下であるか否かを調査する。必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ１ＭＡＸ以下である場合、第１の電源１０に制御信号を出力して第１の電源１０から必要電力Ｗｘの直流電力を第１のインバータ回路１６へ供給させる。必要電力Ｗｘが最大出力値Ｗ１ＭＡＸより大きい場合、第１の電源１０に制御信号を出力して第１の電源１０から最大出力値Ｗ１ＭＡＸの直流電力を第１のインバータ回路１６へ供給させる。第１のインバータ回路１６は、直流を３相交流に変換して、第１のモータ１８に供給する。これによって、第１のモータ１８から少なくとも必要最低限の駆動力を出力することができる。
このとき、電圧変換器１４を介さずに電力が供給される。したがって、電圧変換器１４における電力消費による効率の低下を避け、異常時における緊急の処置を効率的に行うことができる。
＜変形例＞
なお、本発明は、２つ以上の電源を有する電源システム及び車両に適用することもできる。例えば、図６に示すように、３つの電源１０，１２，２６を２つの電圧変換器１４，２８を用いて相互に接続する電源システム１０２に適用することができる。
第３の電源２６は、電源システム１０２の補助電源となる直流電源である。第３の電源２６は、第１の電源１０とは出力電圧が異なる電源とされる場合が多い。第３の電源２６は、モータからの回生エネルギーや第１の電源１０からの過剰電力を充放電可能な二次電池とすることが好適である。第３の電源２６は、制御回路２４からの制御信号に応じて出力電力を調整可能に構成される。第３の電源２６には、電圧センサ、電流センサ等が設けられる。第３の電源２６から出力されている電力は、これらのセンサによって測定され、測定信号として制御回路２４に出力される。
第３のインバータ回路３０は、直流電力を３相交流に変換する回路を含んで構成される。第３のインバータ回路３０は、制御回路２４からの制御信号により直交流変換の起動及び停止が可能となるように構成されている。第３のモータ３２は、３相交流電力を受けて駆動される同期モータである。第３のモータ３２は、制御回路２４からの制御信号により起動・停止が可能となるように構成されている。
第３の電源２６は、第３のインバータ回路３０を介して、第３のモータ３２に接続される。第３のモータ３２の出力は、回転比を変更するためのトランスミッション、クラッチ等を介して、車両の車軸に伝達される。例えば、第１のモータ１８、第２のモータ２２及び第３のモータ３２を用いて六輪駆動の車両を構成することができる。
電圧変換器２８は、直流の電圧変換回路を含んで構成される。電圧変換器２８は、制御回路２４からの制御信号により電圧変換の起動・停止が可能となるように構成されている。第１の電源１０と第３の電源２６とは電圧変換器２８を介して接続される。電圧変換器１４は、第１の電源１０の出力電圧を第３の電源２６の出力電圧にマッチングさせて第３のインバータ回路３０に供給する。また、電圧変換器２８は、第３の電源２６の出力電圧を第１の電源１０の出力電圧にマッチングさせて第１のインバータ回路１６に供給する。
このような構成において、第１の電源１０を主電源として、必要電力Ｗｘが第１の電源１０の高効率出力範囲ＷＲＮＧ内にあれば第１の電源１０を用いて第１のモータ１８を駆動させる。必要電力Ｗｘが第１の電源１０の高効率出力範囲ＷＲＮＧ内になければ、第２の電源１２及び第３の電源２６の最大出力電力を超えない程度において必要電力Ｗｘの一部を第２の電源１２及び第３の電源２６に負荷分配する。
また、いずれかの電源に異常が発生した場合には、残りの正常な電源を用いてモータを駆動する。このとき、正常な電源に電圧変換器を介さずに接続されたモータを駆動することによって電圧変換器による損失を抑えることができる。
また、２つの電源により３つ以上のモータを駆動する構成としてもよい。例えば、図７に示すように、２つの電源１０，１２に４つのインバータ回路１６，２０，３０，３４を介して４つのモータ１８，２２，３２，３６が接続される電源システム１０４とすることができる。図７では、第１の電源１０に対して、第１のモータ１８及び第３のモータ３２が電圧変換器１４を介さずに接続され、第２のモータ２２及び第４のモータ３６が電圧変換器１４を介して接続されている。一方、第２の電源１２に対して、第２のモータ２２及び第４のモータ３６が電圧変換器１４を介さずに接続され、第１のモータ１８及び第３のモータ３２が電圧変換器１４を介して接続されている。
このような構成では、第１のモータ１８と第３のモータ３２とを上記実施の形態における第１のモータ１８と同様に扱い、第２のモータ２２と第４のモータ３６とを上記実施の形態における第２のモータ２２と同様に扱うことができる。これによって、運転効率が高く、安定性及び信頼性を向上させた電源システム及び車両を実現することができる。
本発明の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態における電源システムの制御のフローチャートを示す図である。 一般的な電源における出力電力と効率との相関関係を示す図である。 本発明の実施の形態における電源システムの異常時におけるフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態における電源システムの異常時におけるフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態における変形例の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における変形例の構成を示す図である。
符号の説明
１０ 第１の電源、１２ 第２の電源、１４ 電圧変換器、１６ 第１のインバータ回路、１８ 第１のモータ、２０ 第２のインバータ回路、２２ 第２のモータ、２４ 制御回路、２６ 第３の電源、２８ 電圧変換器、３０ 第３のインバータ回路、３２ 第３のモータ、３４ 第４のインバータ回路、３６ 第４のモータ、１００，１０２，１０４ 電源システム。

Claims (7)

  1. 複数の駆動用モータと、
    直流電圧を変換する電圧変換器と、
    前記複数の駆動用モータに電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源と、を備え、
    前記複数の電源の各々は、前記電圧変換器を介さずに前記複数の駆動用モータの少なくとも１つに接続されると共に、前記電圧変換器を介して前記複数の駆動用モータの少なくとも１つに接続されていることを特徴とする電源システム。
  2. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
    前記複数の電源のうち少なくとも１つは燃料電池であり、
    前記燃料電池の出力電力が所定の高効率出力範囲となるように前記複数の電源の各々に対する負荷分配を行うことを特徴とする電源システム。
  3. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
    前記複数の電源のうち少なくとも１つは発電手段であり、
    前記発電手段の出力電力が所定の高効率出力範囲となるように前記複数の電源の各々に対する負荷分配を行うことを特徴とする電源システム。
  4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源システムにおいて、
    前記複数の電源のうち少なくとも１つは充放電可能な二次電池であり、
    前記二次電池の充電状態に応じて前記複数の電源の各々からの出力電力に対する負荷分配を行うことを特徴とする電源システム。
  5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の電源システムにおいて、
    前記複数の電源の各々における最大出力電力を超えないように、前記複数の電源から前記電圧変換器を介さずに前記複数の駆動用モータに電力を供給することを特徴とする電源システム。
  6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の電源システムにおいて、
    前記複数の電源のうち少なくとも１つの出力に異常が生じた場合、その異常が生じた電源以外の電源から前記複数の駆動用モータの少なくとも１つに電力を供給することを特徴とする電源システム。
  7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の電源システムを備え、
    前記複数の駆動用モータを駆動源とすることを特徴とする車両。
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