JP2017022896A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータおよびバッテリを接続するのに必要な電力線の長さを短くすることができるとともに、バッテリを構成するセルの容量を小さくすることのできる電動車両を得る。【解決手段】前輪部（１ａ、１ｂ）および後輪部（１ｃ、１ｄ）の少なくとも一方に駆動力および制動力を発生させるように、バッテリ（１３ａ〜１３ｄ）、モータ（１１ａ〜１１ｄ）およびインバータ（１２ａ〜１２ｄ）を有して構成される複数の駆動ユニット（１０ａ〜１０ｄ）を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの電源として用いられるバッテリの構成と配置を工夫した電動車両に関するものである。

従来、モータおよびインバータがホイールに近接しているインホイールモータ型電動車両等といった従来の電動車両では、１つのバッテリを車両の中心に配置し、そのバッテリと各ホイール付近のインバータとを接続する電力線を引き回す構成としている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１０−２３３４０３号公報 特開２０１２−５６３８９号公報

従来の電動車両において、上記の構成では、１つのバッテリから車両の四隅にあるホイールに近接している各インバータに電力を供給する必要がある。したがって、バッテリおよびインバータ間の強電系の大容量電力線を引き回さざるを得ず、大容量電力線の長さが長くなってしまう。その結果、配線コストが増大すると同時に配線スペースの確保が必要となる。

また、電動車両の走行状態が時々刻々と変化するのに伴い、力行動作または回生動作が行われた場合、大容量電力線が長いほど、電流が流れる経路が長くなり、その結果、発生するノイズが大きくなる。さらに、バッテリの容量を大きくする場合、セル間でばらつきがあるので、小さなセルを並列接続することができないことから、容量の大きなセルを用いてバッテリを構成する必要があり、その結果、コストが増大する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インバータおよびバッテリを接続するのに必要な電力線の長さを短くすることができるとともに、バッテリを構成するセルの容量を小さくすることのできる電動車両を得ることを目的とする。

本発明における電動車両は、前輪部および後輪部と、前輪部および後輪部の少なくとも一方に駆動力および制動力を発生させる複数の駆動ユニットと、を備え、複数の駆動ユニットのそれぞれは、バッテリと、駆動力を発生させる動作と、発電機として機能することで制動力を発生させる動作とを行うモータと、モータおよびバッテリのそれぞれに接続されており、バッテリに蓄えられた直流電力を入力として、直流電力を交流電力に変換してモータに出力する力行動作と、モータが発電機として機能しているときにモータから取り出した交流電力を直流電力に変換してバッテリに出力する回生動作とを行うインバータと、を有するものである。

本発明によれば、前輪部および後輪部の少なくとも一方に駆動力および制動力を発生させるように、バッテリ、モータおよびインバータを有して構成される複数の駆動ユニットを設ける。これにより、インバータおよびバッテリを接続するのに必要な電力線の長さを短くすることができるとともに、バッテリを構成するセルの容量を小さくすることのできる電動車両を得ることができる。

本発明の実施の形態１における電動車両の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第１の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第２の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第３の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第４の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における電動車両の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第１の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第２の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第３の別例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第４の別例を示すブロック図である。

以下、本発明による電動車両を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態１における電動車両の構成を示すブロック図である。図１において、電動車両は、前輪部を構成する車輪１ａ、１ｂと、後輪部を構成する車輪１ｃ、１ｄと、駆動ユニット１０ａ〜１０ｄと、制御回路２とを備える。なお、図１において、実線は強電系の電力線を、破線は制御線をそれぞれ示し、後述する図２〜図１０の各図においても同様である。

駆動ユニット１０ａは、車輪１ａを駆動するための電磁的な駆動力と、車輪１ａを制動するための電磁的な制動力とを車輪１ａに発生させる。また、駆動ユニット１０ａは、モータ１１ａ、インバータ１２ａおよびバッテリ１３ａを有する。

同様に、駆動ユニット１０ｂ〜１０ｄは、車輪１ｂ〜１ｄを駆動するための電磁的な駆動力と、車輪１ｂ〜１ｄを制動するための電磁的な制動力とを車輪１ｂ〜１ｄに発生させる。また、駆動ユニット１０ｂ〜１０ｄは、モータ１１ｂ〜１１ｄ、インバータ１２ｂ〜１２ｄおよびバッテリ１３ｂ〜１３ｄを有する。

ここで、各駆動ユニット１０ａ〜１０ｄは、駆動対象となる車輪が異なる一方、構成が同様である。そこで、以下では、駆動ユニット１０ａの構成について説明し、駆動ユニット１０ｂ〜１０ｄのそれぞれの構成の説明を省略する。

モータ１１ａは、車輪１ａに駆動力を発生させる動作と、発電機として機能することで車輪１ａに制動力を発生させる動作とを行う。

インバータ１２ａは、モータ１１ａおよびバッテリ１３ａのそれぞれに接続される。インバータ１２ａは、力行時には、バッテリ１３ａに蓄えられた直流電力を入力として、その直流電力を、交流電力、具体的には三相交流電力に変換してモータ１１ａに出力する力行動作を行う。モータ１１ａは、インバータ１２ａから交流電力が入力されることで、車輪１ａに駆動力を発生させる。

一方、インバータ１２ａは、回生時には、モータ１１ａから取り出した交流電力を入力として、その交流電力を直流電力に変換してバッテリ１３ａに出力する回生動作を行う。この場合、モータ１１ａは、発電機として機能するので、車輪１ａに制動力を発生させる。バッテリ１３ａは、インバータ１２ａから入力された直流電力を充電する。

このように、複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄのそれぞれは、１つのバッテリと、１つのモータと、１つのインバータとで構成されている。また、複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄは、前輪部および後輪部の両方の各車輪１ａ〜１ｄに対して１つずつ設けられている。換言すると、従来技術のように複数のインバータ１２ａ〜１２ｄに対して１つのバッテリを設けるのではなく、各インバータ１２ａ〜１２ｄに対して個別に各バッテリ１３ａ〜１３ｄを設けている。

制御回路２は、例えば、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵと、システムＬＳＩ等の処理回路とによって実現される。

制御回路２は、駆動ユニット１０ａ〜１０ｄの各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧、すなわち端子間電圧を検出する。例えば、制御回路２は、電圧センサを用いて、バッテリ電圧を検出するように構成される。

また、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧に従って、各インバータ１２ａ〜１２ｄの動作を制御する。例えば、車両を加速させるとき、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧の中で第１の設定電圧値以上の高いバッテリ電圧を有するバッテリに接続されているインバータが優先的に力行動作を行うように制御することで、車両の推進力を発生させる。第１の設定電圧値はあらかじめ決めておけばよい。

なお、制御回路２による各インバータ１２ａ〜１２ｄの動作の制御方式については、上記で例示した制御方式に限らず、どのような制御方式であってもよい。

ここで、本実施の形態１では、複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄのそれぞれにおいて、バッテリ、モータおよびインバータのそれぞれの個数が同じである。具体的には、車輪１ａ〜１ｄと同数の、モータ１１ａ〜１１ｄとインバータ１２〜１２ｄとが設けられている電動車両の構成において、インバータ１２ａ〜１２ｄと同数のバッテリ１３ａ〜１３ｄを、各インバータ１２ａ〜１２ｄに対して個別に設けるように構成している。

上記のように構成することで、バッテリおよびインバータ間の強電系の大容量電力線を短くすることができ、その結果、電動車両を低コスト化することができる。また、バッテリおよびインバータ間の距離を短くすればするほど、大容量電力線をより短くすることができる。

また、一般的に強電系の大容量電力線が太いことから、電動車両に大容量電力線を設ける場合、配線スペースを確保する必要がある。しかしながら、上記のように構成することで、配線スペースを削減することができ、その結果、電動車両のサイズを小型化することができる。

さらに、電動車両の走行状態が時々刻々と変化するのに伴い、力行動作または回生動作が行われた場合、大容量電力線が長いほど、電流が流れる経路が長くなり、その結果、発生するノイズが大きくなる。しかしながら、上記のように構成することで、大容量電力線を短くすることができ、その結果、電流が流れる経路が短くなるので、発生するノイズを小さくすることができる。

また、上記のように構成することで、１つのバッテリを配置するのではなく、複数のバッテリ１３ａ〜１３ｄがそれぞれ独立して分散配置されているので、１つのバッテリを構成するセルの容量を小さくすることができる。その結果、小型のバッテリを使用することができ、低コスト化につながる。

さらに、上記のように構成することで、複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄが各車輪１ａ〜１ｄに対して１つずつ設けられているので、複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄのうちの１つが異常によって動作停止したとしても、残りの正常な駆動ユニットが継続して動作する。その結果、電動車両を走行し続けることが可能となる。

本実施の形態１では、車輪１ａ〜１ｄと同数の、モータ１１ａ〜１１ｄとインバータ１２ａ〜１２ｄとバッテリ１３ａ〜１３ｄとを設ける構成例を示したが、モータ１１ａ〜１１ｄと、インバータ１２ａ〜１２ｄと、バッテリ１３ａ〜１３ｄとのそれぞれにおいて、仕様が同じものを使用することで、部品の共通化による低コスト化を図ることができる。

また、モータ１１ａ〜１１ｄと、インバータ１２ａ〜１２ｄと、バッテリ１３ａ〜１３ｄとのそれぞれにおいて、仕様が異なるものを用いてもよい。各バッテリ１３ａ〜１３ｄが独立して配置されているので、バッテリ１３ａ〜１３ｄにおいて、リチウムイオン、ニッケル水素、電気二重層キャパシタ等といった種類、電力容量、電圧範囲および出力電流等が異なるものを使用することができる。その結果、各車輪１ａ〜１ｄにおいて、モータ、インバータおよびバッテリを自由に組み合わせてカスタマイズすることができる。

本実施の形態１では、各駆動ユニット１０ａ〜１０ｄにおいて、モータ、インバータおよびバッテリを別個に設ける構成例を示したが、モータ、インバータおよびバッテリの少なくとも２つが一体化されている構成としてもよい。また、各モータ１１ａ〜１１ｄは、各車輪１ａ〜１ｄのホイールと一体化されたインホイールモータであってもよい。

また、本実施の形態１では、前輪部および後輪部の両方の各車輪１ａ〜１ｄに対して複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄを１つずつ設けることで、モータ１１ａ〜１１ｄと、インバータ１２ａ〜１２ｄと、バッテリ１３ａ〜１３ｄとをそれぞれ４つずつ設ける構成例を示した。しかしながら、前輪部および後輪部の一方の各車輪に対して複数の駆動ユニットを１つずつ設ける構成としてもよい。このように構成した場合であっても、上述した効果を実現することができる。

次に、図１に示す電動車両の構成の別例について、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第１の別例を示すブロック図である。図２に示すとおり、前輪部および後輪部の両方に対して駆動ユニット１０ｅ、１０ｆを１つずつ設けることで、モータ１１ｅが車輪１ａ、１ｂを駆動し、モータ１１ｆが車輪１ｃ、１ｄを駆動するように構成してもよい。

この場合、モータ１１ｅにインバータ１２ｅを介してバッテリ１３ｅが接続され、モータ１１ｆにインバータ１２ｆを介してバッテリ１３ｆが接続される。また、制御回路２は、各バッテリ１３ｅ、１３ｆのバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧に従って、各インバータ１２ｅ、１２ｆの動作を制御する。

図３は、本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第２の別例を示すブロック図である。図３に示すとおり、前輪部に対して駆動ユニット１０ｅを１つ設け、後輪部の各車輪１ｃ、１ｄに対して駆動ユニット１０ｃ、１０ｄを１つずつ設けることで、モータ１１ｅが車輪１ａ、１ｂを駆動し、モータ１１ｃが車輪１ｃを駆動し、モータ１１ｄが車輪１ｄを駆動する構成としてもよい。

この場合、モータ１１ｅにインバータ１２ｅを介してバッテリ１３ｅが接続され、モータ１１ｃにインバータ１２ｃを介してバッテリ１３ｃが接続され、モータ１１ｄにインバータ１２ｄを介してバッテリ１３ｄが接続される。また、制御回路２は、各バッテリ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅのバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧に従って、各インバータ１２ｃ、１２ｄ、１２ｅの動作を制御する。

図４は、本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第３の別例を示すブロック図である。図４に示すとおり、前輪部の各車輪１ａ、１ｂに対して駆動ユニット１０ａ、１０ｂを１つずつ設け、後輪部に対して駆動ユニット１０ｆを１つ設けることで、モータ１１ｆが車輪１ｃ、１ｄを駆動し、モータ１１ａが車輪１ａを駆動し、モータ１１ｂが車輪１ｂを駆動する構成としてもよい。

この場合、モータ１１ｆにインバータ１２ｆを介してバッテリ１３ｆが接続され、モータ１１ａにインバータ１２ａを介してバッテリ１３ａが接続され、モータ１１ｂにインバータ１２ｂを介してバッテリ１３ｂが接続される。また、制御回路２は、各バッテリ１３ａ、１３ｂ、１３ｆのバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧に従って、各インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｆの動作を制御する。

図５は、本発明の実施の形態１における電動車両の構成の第４の別例を示すブロック図である。図５に示すとおり、図１の構成に対して、電動車両の外部からの電力を各バッテリ１３ａ〜１３ｄに充電するための充電部３をさらに備えた構成としてもよい。

この場合、各バッテリ１３ａ〜１３ｄと充電部３が接続される。また、制御回路２は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧に従って、充電部３を制御する。充電部３は、例えば、家庭用の単相交流電力を入力として、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに直流電力を出力する交流−直流変換器で構成される。

また、図５の構成に対して、各バッテリ１３ａ〜１３ｄからの電力を電動車両の外部に放電するための放電部をさらに備えた構成としてもよい。この場合、充電部と放電部とを別個に設ける構成と、充電部と放電部とを充放電部として一体化した形で設ける構成とに分けられる。

ここで、充電部と放電部とを別個に設ける構成とした場合、放電部は、例えば、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの直流電力を入力として、家庭用の単相交流電力を出力する直流−交流変換器で構成される。

一方、充電部と放電部とを充放電部として一体化した形で設ける構成とした場合、充放電部は、例えば、家庭用の単相交流電力を入力として、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに直流電力を出力し、かつ各バッテリ１３ａ〜１３ｄの直流電力を入力として、家庭用の単相交流電力を出力する双方向交流−直流変換器で構成される。

このように、外部からバッテリ１３ａ〜１３ｄに電力を充電可能なように構成することで、電動車両のモータによる走行距離を増加させることができる。また、バッテリ１３ａ〜１３ｄから外部に電力を放電可能なように構成することで、バッテリ１３ａ〜１３ｄの電力を外部で使用可能となり、電動車両の利便性が向上する。

以上、本実施の形態１の電動車両によれば、前輪部および後輪部の少なくとも一方に駆動力および制動力を発生させる複数の駆動ユニットを備え、複数の駆動ユニットのそれぞれは、バッテリと、モータと、力行動作および回生動作を行うインバータとを有するように構成する。

これにより、複数のインバータのそれぞれにバッテリが分散配置されるので、インバータおよびバッテリを接続するのに必要な電力線の長さを短くすることができる。また、電力線を引き回す必要がなくなる上に、配線のスペースが不要になるので、その結果、電動車両の小型化および低コスト化が実現可能となる。さらに、力行動作または回生動作が行われることで電力線を流れる電流の経路が短くなるので、ノイズを抑制することができ、その結果、ノイズ対策コストが低減可能となる。

また、バッテリを小容量のセルで構成することができるようになるので、バッテリの低コスト化が実現可能となる。さらに、１つのバッテリに異常が発生しても、他バッテリによって電動車両の走行が可能という堅牢性も実現可能となる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、先の実施の形態１の構成に対して、各バッテリの蓄電エネルギーを調整するための双方向直流−直流変換器４をさらに備えた電動車両について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図６は、本発明の実施の形態２における電動車両の構成を示すブロック図である。図６において、電動車両は、前輪部を構成する車輪１ａ、１ｂと、後輪部を構成する車輪１ｃ、１ｄと、駆動ユニット１０ａ〜１０ｄと、制御回路２と、双方向直流−直流変換器４とを備える。

双方向直流−直流変換器４は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄと接続され、制御回路２によって動作が制御される。

ここで、電動車両の駆動方式または走行状態によって、各車輪１ａ〜１ｄの力行エネルギーおよび回生エネルギーが異なるので、そのエネルギーを蓄えている各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧にばらつきが生じる。

そこで、制御回路２は、このようなバッテリ電圧のばらつきが生じないようにするために、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーが平衡となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。すなわち、制御回路２による双方向直流−直流変換器４の制御によって、バッテリ１３ａ〜１３ｄ間でエネルギーがやり取りされ、最終的に各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーの量が同じになる。

また、制御回路２は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧を検出し、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧に従って、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーが平衡となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

具体的には、例えば、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧がそれぞれ、各バッテリであらかじめ決定された第２の設定電圧値となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

このように双方向直流−直流変換器４の動作を制御回路２が制御することで、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーが平衡となるように調整される。

なお、第２の設定電圧値は、例えば、各バッテリ１３ａ〜１３ｄで同じ値となるように決定される。この場合、制御回路２は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧がそれぞれ同じになるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御することとなる。

また、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧のうちの少なくとも１つのバッテリ電圧が、あらかじめ決められた第３の設定電圧値に達しているとき、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーが平衡となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

なお、第３の設定電圧値は、例えば、各バッテリ１３ａ〜１３ｄがとりうるバッテリ電圧の最大値を考慮して、その最大値を基準にマージンを取って決めればよい。

さらに、制御回路２は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーが平衡となるようにあらかじめ決められた設定時間継続して双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

なお、設定時間の具体的な決め方としては、例えば、以下のような方法が挙げられる。すなわち、双方向直流−直流変換器４の定格電力、または各バッテリ１３ａ〜１３ｄと双方向直流−直流変換器４とを接続するハーネスの許容電力から、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーを平衡にするのに要する時間を算出する。そして、このように算出した時間よりも長い時間を設定時間としてあらかじめ決める。

上記のように構成することで、双方向直流−直流変換器４の定格電力、または各バッテリ１３ａ〜１３ｄと双方向直流−直流変換器４とを接続するハーネスの許容電力を小さくすることでき、電動車両の低価格化および小型化につながる。

なお、上記のように算出した時間よりも短い時間を設定時間としてあらかじめ決めてもよい。この場合、バッテリ１３ａ〜１３ｄ間で蓄電エネルギーを平衡化することで、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧の差が存在する期間が短くなり、その結果、無駄なくエネルギーの回生およびモータによる走行を行うことができる。

本実施の形態２では、電動車両の駆動方式または走行状態によって、各車輪１ａ〜１ｄの力行エネルギーおよび回生エネルギーが異なることで、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧にばらつきが生じた場合、双方向直流−直流変換器４によって各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーを平衡化するように構成している。したがって、無駄なく、エネルギーの回生およびモータによる走行を行うことができる。

例えば、バッテリ１３ａのバッテリ電圧が取りうる値の中で最大値の場合、それ以上、バッテリ１３ａに充電するのは不可能であり、回生エネルギーを得ることはできない。しかしながら、バッテリ１３ａ〜１３ｄの間で蓄電エネルギーを平衡化することで、回生が可能となる。

また、バッテリ１３ａのバッテリ電圧が取りうる値の中で最小値の場合、モータ１１ａによって走行を行うことが不可能となる。しかしながら、バッテリ１３ａ〜１３ｄの間で蓄電エネルギーを平衡化することで、モータ走行を継続して行うことが可能となる。

本実施の形態２では、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧が同じになるように双方向直流−直流変換器４を制御することで、蓄電エネルギーの平衡化を行う例を示した。しかしながら、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧が異なるように、双方向直流−直流変換器４を制御することで、蓄電エネルギーの平衡化を行ってもよい。この場合、第２の設定電圧値は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄで異なる値となるように決定される。

上記のように構成することで、各車輪１ａ〜１ｄの駆動力が異なる場合、各モータ１１ａ〜１１ｄが異なる仕様の場合、または各バッテリ１３ａ〜１３ｄの仕様が異なる場合において、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに蓄電エネルギーの平衡化を行うための適切なバッテリ電圧を設定することができる。

本実施の形態２では、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧のうちの少なくとも１つのバッテリ電圧が、あらかじめ決められた第３の設定電圧値に達したとき、双方向直流−直流変換器４を制御することで蓄電エネルギーの平衡化を行う例を示すとともに、第３の設定電圧値は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄがとりうるバッテリ電圧の最大値を考慮して、その最大値を基準にマージンを取って決める例を示した。しかしながら、第３の設定電圧値は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄがとりうるバッテリ電圧の最小値を考慮して、その最小値を基準にマージンを取って決めてもよい。

また、制御回路２は、電動車両の走行状態を検出し、電動車両が停止しているときに、双方向直流−直流変換器４を制御することで、蓄電エネルギーの平衡化を行ってもよい。なお、例えば、制御回路２は、車速センサを用いて、電動車両の走行状態を検出するように構成される。

上記のように構成することで、電動車両の停止中では、力行または回生による各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧の変動がないので、精度良くバッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーの平衡化を行うことができる。

また、上記のように構成することで、停止する頻度が比較的多い市街地走行でも、バッテリ１３ａ〜１３ｄ間でのバッテリ電圧の差が大きくなる前に蓄電エネルギーの平衡化を行うことができる。その結果、バッテリ１３ａ〜１３ｄ間でやり取りするエネルギーが小さくなるので、双方向直流−直流変換器４の定格電力、または各バッテリ１３ａ〜１３ｄと双方向直流−直流変換器４とを接続するハーネスの許容電力を小さくすることができ、電動車両の低価格化および小型化につながる。

さらに、上記のように構成することで、特に駐車場では電動車両が比較的長い時間停止するので、蓄電エネルギーの平衡化に長時間かけることができる。その結果、双方向直流−直流変換器４の定格電力、または各バッテリ１３ａ〜１３ｄと双方向直流−直流変換器４とを接続するハーネスの許容電力を小さくすることができ、電動車両の低価格化および小型化につながる。

また、制御回路２は、電動車両の走行状態を検出し、電動車両が走行しているときに、双方向直流−直流変換器４を制御することで、蓄電エネルギーの平衡化を行ってもよい。

上記のように構成することで、車両の走行により増減する各バッテリ１３ａ〜１３ｄの蓄電エネルギーを頻繁に平衡化することができる。その結果、バッテリ１３ａ〜１３ｄ間でやり取りするエネルギーが小さくなるので、双方向直流−直流変換器４の定格電力、または各バッテリ１３ａ〜１３ｄと双方向直流−直流変換器４とを接続するハーネスの許容電力を小さくすることができ、電動車両の低価格化および小型化につながる。

本実施の形態２では、車輪１ａ〜１ｄと同数の、モータ１１ａ〜１１ｄとインバータ１２ａ〜１２ｄとバッテリ１３ａ〜１３とを設ける構成例を示したが、モータ１１ａ〜１１ｄと、インバータ１２ａ〜１２ｄと、バッテリ１３ａ〜１３ｄとのそれぞれにおいて、仕様が同じものを使用することで、部品の共通化による低コスト化を図ることができる。

また、モータ１１ａ〜１１ｄと、インバータ１２ａ〜１２ｄと、バッテリ１３ａ〜１３ｄとのそれぞれにおいて、仕様が異なるものを用いてもよい。各バッテリ１３ａ〜１３ｄが独立して配置されているので、バッテリ１３ａ〜１３ｄにおいて、リチウムイオン、ニッケル水素、電気二重層キャパシタ等といった種類、電力容量、電圧範囲および出力電流等が異なるものを使用することができる。その結果、各車輪１ａ〜１ｄにおいて、モータ、インバータおよびバッテリを自由に組み合わせてカスタマイズすることができる。

本実施の形態２では、各駆動ユニット１０ａ〜１０ｄにおいて、モータ、インバータおよびバッテリを別個に設ける構成例を示したが、モータ、インバータおよびバッテリの少なくとも２つが一体化されている構成としてもよい。また、各モータ１１ａ〜１１ｄは、各車輪１ａ〜１ｄのホイールと一体化されたインホイールモータであってもよい。

また、本実施の形態２では、前輪部および後輪部の両方の各車輪１ａ〜１ｄに対して複数の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄを１つずつ設けることで、モータ１１ａ〜１１ｄと、インバータ１２ａ〜１２ｄと、バッテリ１３ａ〜１３ｄとをそれぞれ４つずつ設ける構成例を示した。しかしながら、前輪部および後輪部の一方の各車輪に対して複数の駆動ユニットを１つずつ設ける構成としてもよい。このように構成した場合であっても、上述した効果を実現することができる。

次に、図６に示す電動車両の構成の別例について、図７〜図１０を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第１の別例を示すブロック図である。図７に示すとおり、前輪部および後輪部の両方に対して駆動ユニット１０ｅ、１０ｆを１つずつ設けることで、モータ１１ｅが車輪１ａ、１ｂを駆動し、モータ１１ｆが車輪１ｃ、１ｄを駆動するように構成してもよい。

この場合、モータ１１ｅにインバータ１２ｅを介してバッテリ１３ｅが接続され、モータ１１ｆにインバータ１２ｆを介してバッテリ１３ｆが接続される。また、各バッテリ１３ｅ、１３ｆと双方向直流−直流変換器４とが接続される。さらに、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ｅ、１３ｆのバッテリ電圧に従って、各バッテリ１３ｅ、１３ｆの蓄電エネルギーが平衡となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

図８は、本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第２の別例を示すブロック図である。図８に示すとおり、前輪部に対して駆動ユニット１０ｅを１つ設け、後輪部の各車輪１ｃ、１ｄに対して駆動ユニット１０ｃ、１０ｄを１つずつ設けることで、モータ１１ｅが車輪１ａ、１ｂを駆動し、モータ１１ｃが車輪１ｃを駆動し、モータ１１ｄが車輪１ｄを駆動する構成としてもよい。

この場合、モータ１１ｅにインバータ１２ｅを介してバッテリ１３ｅが接続され、モータ１１ｃにインバータ１２ｃを介してバッテリ１３ｃが接続され、モータ１１ｄにインバータ１２ｄを介してバッテリ１３ｄが接続される。また、各バッテリ１３ｃ〜１３ｅと双方向直流−直流変換器４とが接続される。さらに、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ｃ〜１３ｅのバッテリ電圧に従って、各バッテリ１３ｃ〜１３ｅの蓄電エネルギーが平衡となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

図９は、本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第３の別例を示すブロック図である。図９に示すとおり、前輪部の各車輪１ａ、１ｂに対して駆動ユニット１０ａ、１０ｂを１つずつ設け、後輪部に対して駆動ユニット１０ｆを１つ設けることで、モータ１１ｆが車輪１ｃ、１ｄを駆動し、モータ１１ａが車輪１ａを駆動し、モータ１１ｂが車輪１ｂを駆動する構成としてもよい。

この場合、モータ１１ｆにインバータ１２ｆを介してバッテリ１３ｆが接続され、モータ１１ａにインバータ１２ａを介してバッテリ１３ａが接続され、モータ１１ｂにインバータ１２ｂを介してバッテリ１３ｂが接続される。また、各バッテリ１３ａ、１３ｂ、１３ｆと双方向直流−直流変換器４とが接続される。さらに、制御回路２は、検出した各バッテリ１３ａ、１３ｂ、１３ｆのバッテリ電圧に従って、各バッテリ１３ａ、１３ｂ、１３ｆの蓄電エネルギーが平衡となるように双方向直流−直流変換器４の動作を制御する。

図１０は、本発明の実施の形態２における電動車両の構成の第４の別例を示すブロック図である。図１０に示すとおり、図６の構成に対して、電動車両の外部からの電力を各バッテリ１３ａ〜１３ｄに充電するための充電部３をさらに備えた構成としてもよい。

この場合、各バッテリ１３ａ〜１３ｄと充電部３が接続される。また、制御回路２は、各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧に従って、充電部３を制御する。充電部３は、例えば、家庭用の単相交流電力を入力として、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに直流電力を出力する交流−直流変換器で構成される。

また、図１０の構成に対して、各バッテリ１３ａ〜１３ｄからの電力を電動車両の外部に放電するための放電部をさらに備えた構成としてもよい。この場合、充電部と放電部とを別個に設ける構成と、充電部と放電部とを充放電部として一体化した形で設ける構成とに分けられる。

ここで、充電部と放電部とを別個に設ける構成とした場合、放電部は、例えば、各バッテリ１３ａ〜１３ｄの直流電力を入力として、家庭用の単相交流電力を出力する直流−交流変換器で構成される。

一方、充電部と放電部とを充放電部として一体化した形で設ける構成とした場合、充放電部は、例えば、家庭用の単相交流電力を入力として、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに直流電力を出力し、かつ各バッテリ１３ａ〜１３ｄの直流電力を入力として、家庭用の単相交流電力を出力する双方向交流−直流変換器で構成される。

このように、外部からバッテリ１３ａ〜１３ｄに電力を充電可能なように構成することで、電動車両のモータによる走行距離を増加させることができる。また、バッテリ１３ａ〜１３ｄから外部に電力を放電可能なように構成することで、バッテリ１３ａ〜１３ｄの電力を外部で使用可能となり、電動車両の利便性が向上する。

なお、図１０では、充電部３と双方向直流−直流変換器４とを別個に設ける場合を例示しているが、充電部３と双方向直流−直流変換器４とを一体化した形で設けてもよい。

なお、本実施の形態２では、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧に従って双方向直流−直流変換器４の動作を制御することで、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに蓄えられている蓄電エネルギーを調整する場合の具体例として、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに蓄えられている蓄電エネルギーが平衡となるように調整する場合を例示したが、これに限定されない。

すなわち、検出した各バッテリ１３ａ〜１３ｄのバッテリ電圧に従って双方向直流−直流変換器４の動作を制御することで、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに蓄えられている蓄電エネルギーを調整するように構成するのであれば、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに蓄えられている蓄電エネルギーをどのように調整してもよい。例えば、積極的に駆動していく車輪に接続されているバッテリには、他のバッテリと比べて多くの蓄電エネルギーを蓄えるというように、各バッテリ１３ａ〜１３ｄに蓄えられている蓄電エネルギーを各車輪１ａ〜１ｄの動作状態に応じて適切な量になるように調整すればよい。

以上、本実施の形態２の電動車両によれば、先の実施の形態１の構成に対して、複数の駆動ユニットの各バッテリと接続された双方向直流−直流変換器をさらに備え、複数の駆動ユニットの各バッテリのバッテリ電圧を検出し、検出した各バッテリのバッテリ電圧に従って双方向直流−直流変換器の動作を制御することで、各バッテリに蓄えられている蓄電エネルギーを調整するように構成する。

これにより、先の実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、各バッテリに蓄えられている蓄電エネルギーが平衡となるように調整すれば、各バッテリに蓄えられている蓄電エネルギーを平衡化することができるので、無駄なく、エネルギーの回生およびモータによる走行を行うことができる。

なお、本実施の形態１、２では、駆動源にモータを備えた電動車両に本願発明を適用する場合を例示したが、これに限定されず、エンジンをさらに備えた電動車両に対しても本願発明が適用可能である。また、電気自動車およびハイブリッド自動車等といった電動車両に対してだけでなく、駆動源にモータを備えた電動車両であれば、どのような電動車両に対しても、本願発明が適用可能である。

また、本実施の形態１、２について個別に説明してきたが、本実施の形態１、２のそれぞれで開示した構成例は、任意に組み合わせることが可能であることは言うまでもない。

１ａ〜１ｄ 車輪、２ 制御回路、３ 充電部、４ 双方向直流−直流変換器、１０ａ〜１０ｆ 駆動ユニット、１１ａ〜１１ｆ モータ、１２ａ〜１２ｆ インバータ、１３ａ〜１３ｆ バッテリ。

本発明における電動車両は、前輪部および後輪部と、前輪部および後輪部の少なくとも一方に駆動力および制動力を発生させる複数の駆動ユニットと、を備えた電動車両であって、複数の駆動ユニットのそれぞれは、バッテリと、駆動力を発生させる動作と、発電機として機能することで制動力を発生させる動作とを行うモータと、モータおよびバッテリのそれぞれに接続されており、バッテリに蓄えられた直流電力を入力として、直流電力を交流電力に変換してモータに出力する力行動作と、モータが発電機として機能しているときにモータから取り出した交流電力を直流電力に変換してバッテリに出力する回生動作とを行うインバータと、を有し、電動車両は、複数の駆動ユニットの各バッテリと接続された双方向直流−直流変換器と、複数の駆動ユニットの各バッテリのバッテリ電圧を検出し、検出した各バッテリのバッテリ電圧に従って双方向直流−直流変換器の動作を制御することで、各バッテリに蓄えられている蓄電エネルギーを調整する制御回路と、をさらに備えたものである。

Claims (19)

1. 前輪部および後輪部と、
   前記前輪部および前記後輪部の少なくとも一方に駆動力および制動力を発生させる複数の駆動ユニットと、
   を備え、
   前記複数の駆動ユニットのそれぞれは、
   バッテリと、
   前記駆動力を発生させる動作と、発電機として機能することで前記制動力を発生させる動作とを行うモータと、
   前記モータおよび前記バッテリのそれぞれに接続されており、前記バッテリに蓄えられた直流電力を入力として、前記直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する力行動作と、前記モータが前記発電機として機能しているときに前記モータから取り出した前記交流電力を前記直流電力に変換して前記バッテリに出力する回生動作とを行うインバータと、
   を有する電動車両。
2. 前記複数の駆動ユニットは、前記前輪部および前記後輪部の少なくとも一方の各車輪に対して１つずつ設けられている
   請求項１に記載の電動車両。
3. 前記複数の駆動ユニットは、前記前輪部および前記後輪部の両方に対して１つずつ設けられている
   請求項１に記載の電動車両。
4. 前記複数の駆動ユニットは、前記前輪部および前記後輪部の一方に対して１つ設けられ、前記前輪部および前記後輪部の他方の各車輪に対して１つずつ設けられている
   請求項１に記載の電動車両。
5. 前記複数の駆動ユニットの各バッテリのバッテリ電圧を検出し、検出した各バッテリのバッテリ電圧に従って、前記複数の駆動ユニットの各インバータの動作を制御する制御回路をさらに備えた
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両。
6. 前記制御回路は、
   検出した各バッテリのバッテリ電圧の中で第１の設定電圧値以上のバッテリ電圧を有するバッテリに接続されているインバータが優先的に前記力行動作を行うように制御する
   請求項５に記載の電動車両。
7. 前記複数の駆動ユニットの各バッテリと接続された双方向直流−直流変換器をさらに備え、
   前記制御回路は、
   前記複数の駆動ユニットの各バッテリのバッテリ電圧を検出し、検出した各バッテリのバッテリ電圧に従って前記双方向直流−直流変換器の動作を制御することで、各バッテリに蓄えられている蓄電エネルギーを調整する
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電動車両。
8. 前記制御回路は、
   各バッテリに蓄えられている蓄電エネルギーが平衡となるように調整する
   請求項７に記載の電動車両。
9. 前記制御回路は、
   検出した各バッテリのバッテリ電圧がそれぞれ、各バッテリであらかじめ決定された第２の設定電圧値となるように前記双方向直流−直流変換器の動作を制御する
   請求項８に記載の電動車両。
10. 前記第２の設定電圧値は、前記複数の駆動ユニットの各バッテリで異なる値、または同じ値となるように決定される
    請求項９に記載の電動車両。
11. 前記制御回路は、
    検出した各バッテリのバッテリ電圧のうちの少なくとも１つのバッテリ電圧が、第３の設定電圧値に達しているとき、前記双方向直流−直流変換器の動作を制御する
    請求項７から１０のいずれか１項に記載の電動車両。
12. 前記制御回路は、
    前記電動車両の走行状態を検出し、前記電動車両が走行しているとき、または前記電動車両が停止しているとき、前記双方向直流−直流変換器の動作を制御する
    請求項７から１０のいずれか１項に記載の電動車両。
13. 前記制御回路は、設定時間継続して前記双方向直流−直流変換器の動作を制御する
    請求項７から１２のいずれか１項に記載の電動車両。
14. 前記複数の駆動ユニットの各バッテリに外部からの電力を充電するための充電部をさらに備えた
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の電動車両。
15. 前記複数の駆動ユニットの各バッテリから外部へ電力を放電するための放電部をさらに備えた
    請求項１４に記載の電動車両。
16. 前記複数の駆動ユニットのそれぞれにおいて、前記バッテリ、前記モータおよび前記インバータのそれぞれの個数が同じである
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の電動車両。
17. 前記複数の駆動ユニットのそれぞれにおいて、前記バッテリ、前記モータおよび前記インバータの少なくとも２つが一体化されている
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の電動車両。
18. 前記複数の駆動ユニットを構成する複数のバッテリ、複数のモータおよび複数のインバータは、それぞれ仕様が同じもの、または仕様が異なるものを用いている
    請求項１から１７のいずれか１項に記載の電動車両。
19. 前記モータは、インホイールモータである
    請求項１から１８のいずれか１項に記載の電動車両。

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