JP2022083136A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】力行時に必要とされるエネルギを複数の蓄電装置にて分担させて供給することができるとともに、電力変換器の降圧比には限界がないので、蓄電装置の出力電圧を降圧してインバータの直流電圧設定に合致させることにより、インバータ直流電圧の下限設定と上限設定の幅を広くすることができる電動車両を提供する。【解決手段】モータ１と、インバータ２とを有する電動車両であって、高容量型の特性を有する第１蓄電装置４と、高出力型の特性を有する第２蓄電装置５と、力行時に降圧する機能を有する電力変換器１０と、第１蓄電装置４と第２蓄電装置５とが並列になるように、それぞれの蓄電装置に電力変換器１０が接続された回路とを具備し、モータ１の力行時、電力変換器１０によって第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するものである。【選択図】図２

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り （公開１：学会資料ｗｅｂ配信） 論文名：Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｕｓｉｎｇ ＤＣ－ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ（和名：スーパーキャパシタとＤＣ－ＤＣコンバータを組合わせて用いた電動車用エネルギー回生システム） ダウンロードＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｐ／ｋｎｔ／ｉｃｅｍｓ２０２０／ｒｅｇ／ｍｏｄ２．ｐｈｐ ダウンロード開始日：令和０２年１１月２０日 （公開２：学会） 開催名：ＩＣＥＭＳ２０２０－Ｈａｍａｍａｔｓｕ 開催日：令和０２年１１月２４日 開催ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｅｍｓ２０２０．ｃｏｍ／

本発明は、力行及び回生可能なモータと当該モータにエネルギ供給可能な蓄電装置とを具備した電動車両に関するものである。

力行及び回生可能なモータと当該モータにエネルギ供給可能な蓄電装置とを具備し、モータの駆動力で推力を得るとともに、駆動輪の制動トルクを調整して蓄電装置にエネルギを回収可能な電動車両として、例えば特許文献１に記載されたものが挙げられる。かかる電動車両によれば、制動時に回収したエネルギを蓄電装置（電池）に蓄電させて力行時に駆動エネルギとして使用することができる。

特開２０１８－１６６３６７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、互いに特性が異なる蓄電装置（高容量型の蓄電装置及び高出力型の蓄電装置）を具備し、それぞれの蓄電装置の出力電圧を昇圧することによりインバータの直流電圧の設定に合致させていたので、力行時に必要とされるエネルギを複数の蓄電装置にて分担させて供給できるものの、電力変換器の昇圧比には限界があり、インバータの直流電圧の下限設定と上限設定の幅が限られてしまうという不具合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、力行時に必要とされるエネルギを複数の蓄電装置にて分担させて供給できるとともに、電力変換器の降圧比には限界がないので、蓄電装置の出力電圧を降圧してインバータの直流電圧設定に合致させることにより、インバータ直流電圧の下限設定と上限設定の幅を広くすることができる電動車両を提供することにある。

請求項１記載の発明は、力行及び回生可能なモータと、直流電流から交流電流に変換可能なインバータとを有する電動車両であって、高容量型の特性を有する第１蓄電装置と、高出力型の特性を有する第２蓄電装置と、力行時に降圧する機能を有する電力変換器と、前記第１蓄電装置と第２蓄電装置とが並列になるように、それぞれの蓄電装置に前記電力変換器が接続された回路とを具備し、前記モータの力行時、前記電力変換器によって前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動車両において、前記電力変換器は、力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能を有するとともに、前記モータの回生時、前記インバータの直流電圧を昇圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置でエネルギを回収することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の電動車両において、前記第１蓄電装置用の前記電力変換器と第２蓄電装置用の前記電力変換器のグランド接続用スイッチを共用することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１～３の何れか１つに記載の電動車両において、前記第１蓄電装置用の前記電力変換器と第２蓄電装置用の前記電力変換器のリアクトルを共用することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１～４の何れか１つに記載の電動車両において、前記第１蓄電装置の電圧は、前記第２蓄電装置の電圧以上になるように充放電制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１～５の何れか１つに記載の電動車両において、前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの力行時、前記モータの回転数が所定回転数以下、且つ、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の中間値以上の場合、前記第２蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１～６の何れか１つに記載の電動車両において、前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの回生時、前記モータの回転数が所定回転数以下、且つ、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の上限値以下の場合、前記第２蓄電装置で回生エネルギを回収することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１～７の何れか１つに記載の電動車両において、前記インバータの電流制御時、前記インバータの直流電圧を前記モータの回転数に応じて制御可能とされるとともに、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記モータの回転数が低いほど前記インバータの直流電圧を低く制御することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１～８の何れか１つに記載の電動車両において、前記インバータの電流制御時、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記インバータの直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１～９の何れか１つに記載の電動車両において、前記第１蓄電装置は、高容量リチウムイオン電池又は高容量ニッケル水素電池から成り、前記第２蓄電装置は、高出力リチウムイオン電池、高出力ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタの何れかであることを特徴とする。

本発明によれば、モータの力行時、電力変換器によって第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置及び第２蓄電装置からインバータにエネルギを供給するので、力行時に必要とされるエネルギを複数の蓄電装置にて分担させて供給できるとともに、電力変換器の降圧比には限界がないので、蓄電装置の出力電圧を降圧してインバータの直流電圧設定に合致させることにより、インバータ直流電圧の下限設定と上限設定の幅を広くすることができる。

本発明の実施形態に係る電動車両を示す模式図 同電動車両の電力変換装置を示す回路図 同電動車両の電力変換装置を示す概念図 同電動車両の電力制御関係を示す概略図 同電動車両の電力制御を示すタイムチャート 同電動車両の電力制御の全体を示すフローチャート 同電動車両の要求特性（駆動輪の車両要求）を示すグラフ 同電動車両の要求特性（駆動輪のモータ要求）を示すグラフ 同電動車両の要求特性（従動輪の車両要求）を示すグラフ 同電動車両の要求特性（従動輪のブレーキ要求）を示すグラフ 同電動車両の要求処理制御を示すフローチャート 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル１）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル２）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル３）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル４）を示すグラフ 同電動車両の電力制御のモータ制御を示すフローチャート 同電動車両の電力制御のモータ制御を示すフローチャート 同電動車両の電力変換回路制御を示す表 同電動車両の電圧要求テーブル（ＰＷＭの場合のテーブルＡ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（ＰＷＭの場合のテーブルＢ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（モータ線間電圧波高値依存型の場合のテーブルＡ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（モータ線間電圧波高値依存型の場合のテーブルＢ）を示すグラフ 他の実施形態に係る電動車両のモータ線間電圧波高値依存型の動作例を示すタイムチャート 同電動車両の第１蓄電装置の蓄電状態を示すグラフ 同電動車両の第２蓄電装置の蓄電状態を示すグラフ 同電動車両の蓄電装置の組み合わせを示す表 本発明の他の実施形態に係る電動車両の電力変換装置を示す回路図 同電動車両の電力変換装置を示す概念図 同電動車両の電力変換回路制御を示す表

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る電動車両は、モータの駆動力により走行可能な自動二輪車等の鞍乗り型車両から成るもので、図１～４に示すように、モータ１と、インバータ２と、メカブレーキ（３ａ、３ｂ）と、第１蓄電装置４と、第２蓄電装置５と、アクセル操作手段６と、メカブレーキ操作手段７と、回生ブレーキ操作手段８と、電力変換器１０と、ＥＣＵ１１と、スタートスイッチ１２と、モニタ１３（補助装置）とを主に具備している。

モータ１（Motor）は、エネルギ供給により駆動力を得るための電磁モータから成り、図２、３に示すように、インバータ２を介して第２蓄電装置５、電力変換器１０及び第１蓄電装置４と電気的に接続可能とされ、力行及び回生可能とされている。インバータ２（DC-AC Inverter）は、直流電流から交流電流に変換可能なもので、本実施形態においては、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の直流電流を交流電流に変換してモータ１に供給可能とされている。

メカブレーキは、ディスクブレーキやドラムブレーキ等のエネルギを放出して制動可能な制動装置から成り、駆動輪Ｔａの運動エネルギを放出して制動する駆動輪メカブレーキ３ａと、従動輪Ｔｂの運動エネルギを放出して制動する従動輪メカブレーキ３ｂとを有して構成されている。これら駆動輪メカブレーキ３ａ及び従動輪メカブレーキ３ｂは、ブレーキアクチュエータ９を介してメカブレーキ操作手段７と接続されている。

かかるメカブレーキ操作手段７は、メカブレーキ（従動輪メカブレーキ３ｂ）を制御して制動トルクを調整可能な部品（本実施形態においては、ハンドルバーの右側端部に取り付けられた操作レバー）から成り、その操作量に応じてメカブレーキ制御部１８（図４参照）がブレーキアクチュエータ９を作動させ、従動輪メカブレーキ３ｂを動作させ得るよう構成されている。

アクセル操作手段６は、モータ１を制御して駆動輪Ｔａの駆動トルクを調整可能な部品（本実施形態においては、ハンドルバーの右側端部に取り付けられたアクセルグリップ）から成り、図４に示すように、その操作量に応じてインバータ制御部１６によりトルク要求を推定してモータ１を作動させることにより、所望の駆動力を得るよう構成されている。なお、インバータ制御部１６は、ＥＣＵ１１に形成された制御部の一つである。

蓄電装置は、モータ１にエネルギを供給可能なもので、本実施形態においては、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５を有して構成されている。第１蓄電装置４は、高容量型の特性を有する蓄電池から成り、図２６に示すように、例えば高容量リチウムイオン電池又は高容量ニッケル水素電池を使用することができる。第２蓄電装置５は、高出力型の特性を有する蓄電池から成り、図２６に示すように、例えば高出力リチウムイオン電池、高出力ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタの何れかを使用することができる。

回生ブレーキ操作手段８は、モータ１を制御して、駆動輪Ｔａの制動トルクを調整し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５にエネルギを回収可能な部品（本実施形態においては、ハンドルバーの左側端部に取り付けられた操作レバー）から成り、その操作量に応じてモータ１の回生を行わせて所望の制動力が得られるよう構成されている。かかるモータ１の回生により、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５にエネルギを回収することができる。

電力変換器１０は、モータ１の力行時（モータ１へのエネルギ供給時）に電圧を降圧する機能とモータ１の回生時（モータ１からのエネルギ回収時）に電圧を昇圧する機能を有するもので、図２、３に示すように、電気回路における第２蓄電装置５及びインバータ２の間に接続されている。より具体的には、電力変換器１０は、図２に示すように、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３（Ｓ３Ｌ、Ｓ４Ｒ）および整流器としてのダイオードを有する３つの半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）１０ａ、１０ｂ、１０ｄと、リアクトル１０ｃ（コイル）とを有して構成されている。

そして、本実施形態に係る電力変換器１０によれば、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３（Ｓ３Ｌ、Ｓ４Ｒ）を高速スイッチング（ｄｕｔｙ制御）することにより、モータ１の力行時（図３において右側に向かって電流が流れるとき）には、リアクトル１０ｃが半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄの下流側に位置するため、電圧を降圧し得るとともに、モータ１の回生時（図３において左側に向かって電流が流れるとき）には、リアクトル１０ｃが半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄの上流側に位置するため、電圧を昇圧し得るようになっている。

より具体的には、本実施形態においては、図２、３に示すように、第１蓄電装置４と第２蓄電装置５とが並列になるように、それぞれの蓄電装置に電力変換器１０が接続された回路を有しており、モータ１の力行時に電力変換器１０によって第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するとともに、モータ１の回生時にインバータ２の直流電圧を昇圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５でエネルギを回収するよう構成されている。

また、本実施形態においては、図２に示すように、電力変換器１０がオフ時にオン状態とされるスイッチＳａが形成されるとともに、安定化のためのコンデンサＣａ、Ｃｂが接続されている。

さらに、本実施形態においては、図２に示すように、第１蓄電装置４用の電力変換器１０と第２蓄電装置５用の電力変換器１０のグランド接続用スイッチ（半導体スイッチ素子１０ｂ）を共用するとともに、第１蓄電装置４用の電力変換器１０と第２蓄電装置５用の電力変換器１０のリアクトル１０ｃを共用している。またさらに、本実施形態に係る第１蓄電装置４の電圧は、第２蓄電装置５の電圧以上になるように充放電制御するものである。

ＥＣＵ１１は、入力された運転者の要求に応じてモータ１等を制御するためのもので、図４に示すように、インバータ制御部１６、回路制御部１７及びメカブレーキ制御部１８を有するとともに、インバータ２、電力変換器１０、第１蓄電装置４、第２蓄電装置５及びブレーキアクチュエータ９と接続されている。また、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の各電圧が検出可能とされており、それら電圧に基づいて第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の蓄電状態をそれぞれ判断可能とされている。なお、第１蓄電装置４の蓄電状態を図２４、第２蓄電装置５の蓄電状態を図２５にそれぞれ示している。

しかるに、モータ１の力行時、モータ１の回転数が所定回転数以下、且つ、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の中間値以上（図２５参照）の場合、第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するとともに、モータ１の回生時、モータ１の回転数が所定回転数以下、且つ、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の上限値以下（図２５参照）の場合、第２蓄電装置５で回生エネルギを回収するようになっている。

スタートスイッチ１２は、車両の走行を可能にする操作スイッチから成り、かかるスタートスイッチ１２を操作した後、アクセル操作手段６を操作することにより、モータ１を作動させて走行し得るようになっている。モニタ１３は、車両に取り付けられた液晶モニタ等の補助装置から成り、例えば車両の状態（速度、蓄電状態又は故障の有無等）やナビゲーションシステムの地図等を表示させ得るようになっている。

ここで、本実施形態においては、図４に示すように、モータ１の回転数を検知するセンサから成る検知手段１９を具備しており、検知手段１９で検知されたモータ１の回転数が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じた所定制動トルクを回生ブレーキにより発生（特に、本実施形態においては、回生ブレーキのみにより発生）するよう構成されている。また、モータ１の回生時、その所定制動トルクの最大値は、モータ１の定格トルクとされている。

さらに、検知手段１９で検知されたモータ１の回転数が所定値未満のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じてメカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させるようになっている。加えて、第１蓄電装置４の充電量が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じて、メカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させるよう構成されている。

図５は、上記実施形態に係る電動車両において、スタートスイッチ１２をオンした後、アクセル操作手段６及び回生ブレーキ操作手段８の操作を行った場合の各パラメータの変化を示している。特に、キャパシタ電流（Ｉｃ）及びキャパシタ容量（ＳＯＣ２）は、本実施形態の第２蓄電装置５の電流及び容量、電池電流（Ｉｄｃ）及び電池容量（ＳＯＣ１）は、本実施形態の第１蓄電池４の電流及び容量を示している。なお、同図の表における「ＦＣＣＮＯ」（function circuit control number）は、図４、１６～１８で示される「ＦＣＣＮＯ」と対応するものである。

次に、本実施形態に係る電動車両の制御（メイン制御）について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、Ｓ１にてスタートスイッチ１２がオンしたか否か判定され、スタートスイッチ１２がオンしたと判断されると、Ｓ２にて第１蓄電装置４の充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値（図２８参照）より大きいか否か判定される。そして、充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値より大きいと判断されると、要求処理（Ｓ３）、モータ制御（Ｓ４）及びメカブレーキ制御（Ｓ５）が順次行われることとなる。

次に、本実施形態に係る電動車両の要求特性について、図７～１０に基づいて説明する。
駆動輪Ｔａにおける駆動トルク及び制動トルクと車速との関係は、図７に示すような特性とされ、駆動輪Ｔａにおけるモータトルクとモータ１の回転数（ω）との関係は、図８に示すような特性とされる。特に、図７に示すように、高速走行の場合、駆動トルクと制動トルクは、車速に対して漸減関係となっている。なお、図８においては、縦軸のプラス側（上半分）がアクセル操作手段６の操作量に応じた駆動トルクを示しており、縦軸のマイナス側（下半分）が回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じた制動トルクを示している。同図中の符号Ｔｍ１は、モータ１の定格トルクを示している。

また、従動輪Ｔｂにおける制動トルクと車速との関係は、図９に示すような特性とされ、従動輪Ｔｂにおける制動トルク（メカ制動トルク（Ｔｂｍｆ）とモータ１の回転数（ω）との関係は、図１０に示すような特性とされる。なお、図９、１０においては、従動輪Ｔｂの特性を示すものであるため、縦軸のマイナス側（下半分）のみの特性（制動トルク）のみが示されている。

次に、本実施形態に係る電動車両の制御（要求処理制御）について、図１１のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、Ｓ１にて故障信号の有無に基づいて回生システムが正常か否か判定され、故障信号がないと判断された場合、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作の有無（アクセル操作量Ａｐが０より大きいか否か）が判定され、アクセル操作手段６の操作があると判断されると、Ｓ４に進み、図１２に示すテーブル１に基づいてアクセル操作手段６の操作量に応じたモータトルク（Ｔｍ）が算出される。

Ｓ４の算出の後、Ｓ７にて図１４に示すテーブル３に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が算出され、Ｓ１０にて図１５に示すテーブル４に基づいてメカブレーキ操作手段７の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｆ）が算出される。また、Ｓ２にてアクセル操作手段の操作がないと判断されると、Ｓ３にてモータ１の回生が可能か否か判定される。かかる判定は、第１蓄電装置４の蓄電状態（Ｓｏｃ１）が所定上限値以下（図２４参照）であり、且つ、モータの回転数がω１（図８参照）以上である場合、モータ１の回生が可能であると判断されるものである。

そして、Ｓ３にてモータ１の回生が可能であると判断されると、Ｓ５に進み、図１３に示すテーブル２に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたモータトルク（Ｔｍ）が算出される。ここで、テーブル２に基づくモータトルク（Ｔｍ）の算出においては、モータ１の回転数が図８で示す所定回転数（ω２）以下の場合、Ｔｍ＝Ｔｍ（ω－ω１）／（ω２－ω１）なる補正が行われる。なお、Ｓ５の算出後、Ｓ８にてメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が０に設定され、続いて、既述のＳ１０が行われることとなる。

一方、Ｓ１にて故障信号があると判断された場合や、Ｓ３にて回生可能でないと判断された場合、Ｓ６に進み、モータトルク（Ｔｍ）＝０に設定された後、Ｓ９に進み、図１４に示すテーブル３に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が算出される。なお、Ｓ９の算出後、既述のＳ１０が行われることとなる。

次に、本実施形態に係る電動車両の制御（モータ制御）について、図１６、１７のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、Ｓ１にて故障信号の有無に基づいて回生システムが正常か否か判定され、故障があると判断された場合、Ｓ１５に進み、ＦＣＣ＝９とした後、電力変換制御（Ｓ２０）及びインバータ制御（Ｓ２１）が順次行われる。また、Ｓ１にて故障信号がないと判断された場合、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作の有無（アクセル操作量Ａｐが０より大きいか否か）が判定され、アクセル操作手段６の操作があると判断されると、Ｓ３にてモータ１の回転数がω４（図１９、２１参照）より大きいか否か判定される。

そして、Ｓ３にてモータ１の回転数がω４より大きいと判断されると、Ｓ４にてモータ１の回転数がω３（図１９、２１参照）より小さいか否か判断され、モータ１の回転数がω３より小さくないと判断されると、Ｓ７に進み、ＦＣＣＮＯ＝１とする。Ｓ４にてモータ１の回転数がω３より小さいと判断されると、Ｓ５にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２５参照）より小さいか否か判定され、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値より小さいと判断されると、Ｓ８に進んでＦＣＣＮＯ＝２とする。

さらに、Ｓ３にてモータ１の回転数がω４より大きくないと判断されると、Ｓ６にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定中間値（図２５参照）より小さいか否か判定され、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定中間値より小さいと判断された場合、及びＳ５にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値より小さくないと判断された場合、Ｓ９に進み、ＦＣＣＮＯ＝３とする。また、Ｓ６にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定中間値（図２５参照）より小さくないと判断されると、Ｓ１０に進み、ＦＣＣＰＮＯ＝４とする。なお、Ｓ７～Ｓ１０が行われた後、既述のＳ２０、Ｓ２１が順次行われる。

一方、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作がないと判断されると、Ｓ１１にてモータ１の回生が可能か否か判定される。かかる判定は、第１蓄電装置４の蓄電状態（Ｓｏｃ１）が所定上限値以下（図２４参照）であり、且つ、モータの回転数がω１（図８参照）以上である場合、モータ１の回生が可能であると判断されるものである。Ｓ１１にてモータ１の回生が可能でないと判断されると、Ｓ１５に進み、ＦＣＣＮＯ＝９とする。

また、Ｓ１１にてモータ１の回生が可能であると判断されると、Ｓ１２にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２５参照）以上か否か判定され、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値以上であると判断されると、Ｓ１３にてモータ１の回転数がω３より小さいか否か判定される。そして、Ｓ１３にてモータ１の回転数がω３より小さくないと判断されると、Ｓ１６に進んでＦＣＣＮＯ＝９とし、Ｓ１３にてモータ１の回転数がω３より小さいと判断されると、Ｓ１７に進んでＦＣＣＮＯ＝６とする。

またさらに、Ｓ１２にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値以上でないと判断されると、Ｓ１４にてモータ１の回転数がω４（図１９、２１参照）より大きいか否か判定され、モータ１の回転数がω４より大きいと判断されると、Ｓ１８にてＦＣＣＮＯ＝７とするとともに、モータ１の回転数がω４より大きくないと判断されると、Ｓ１９にてＦＣＣＮＯ＝８とする。なお、Ｓ１５～Ｓ１９が行われた後、既述のＳ２０、Ｓ２１が順次行われる。

ここで、Ｓ２０の制御は、図１８の制御表に基づいて行われる。かかる制御表による制御内容について以下に説明する。
ＦＣＣＮＯ＝１のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３がオフ状態（電力変換器１０がオフ状態）とされるとともに、スイッチＳａがオン状態とされる。なお、当該制御表の「キャパシタ使用」とは、「第２蓄電装置５を使用」を意味している。

ＦＣＣＮＯ＝２のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が力行時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第１蓄電装置の出力電圧を降圧するとともに、半導体スイッチ素子１０ｄのスイッチＳ３及びスイッチＳａがオフ状態とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝２のとき、インバータ２の電流制御は、図１９に示すテーブルＡに基づいて行われる。

かかるテーブルＡによれば、ＰＷＭ制御でインバータ２の電流制御が行われる場合、図１９に示すように、インバータ２の直流電圧をモータ１の回転数（ω）に応じて制御可能とされるとともに、モータ１の回転数が所定の回転数（ω３）以下の場合、モータ１の回転数が低いほどインバータ２の直流電圧を低く制御することとなる。なお、後述するテーブルＢについても、ＰＷＭ制御でインバータ２の電流制御が行われることを前提としている。

ＦＣＣＮＯ＝３のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が力行時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第１蓄電装置の出力電圧を降圧するとともに、スイッチＳａがオフ状態とされる。この場合も、インバータ２の電流制御は、図１９に示すテーブルＡに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝４のとき、半導体スイッチ素子１０ａのスイッチＳ１がオフ状態とされ、半導体スイッチ素子１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ２、Ｓ３が力行時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第２蓄電装置の出力電圧を降圧するとともに、スイッチＳａがオフ状態とされる。この場合も、インバータ２の電流制御は、図１９に示すテーブルＡに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝５のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３がオフ状態（電力変換器１０がオフ状態）とされるとともに、スイッチＳａがオン状態とされる。なお、ＦＣＣＮＯ＝９のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３がオフ状態（電力変換器１０がオフ状態）とされるとともに、スイッチＳａがオフ状態とされる。

ＦＣＣＮＯ＝６のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が回生時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０がインバータ直流電圧を昇圧するとともに、スイッチＳ３及びスイッチＳａがオフ状態とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝６のとき、インバータ２の電流制御は、図２０に示すテーブルＢに基づいて行われる。

かかるテーブルＢによれば、ＰＷＭ制御でインバータ２の電流制御が行われる場合、図２０に示すように、インバータ２の直流電圧をモータ１の回転数（ω）に応じて制御可能とされるとともに、モータ１の回転数が所定の回転数（ω５）以下の場合、モータ１の回転数が低いほどインバータ２の直流電圧を低く制御することとなる。

ＦＣＣＮＯ＝７のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が回生時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０がインバータ直流電圧を昇圧するとともに、スイッチＳａがオフ状態とされる。この場合も、インバータ２の電流制御は、図２０に示すテーブルＢに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝８のとき、半導体スイッチ素子１０ａのスイッチＳ１がオフ状態とされ、半導体スイッチ素子１０ｂ、１０ｄのスイッチＳ２、Ｓ３が回生時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０がインバータ直流電圧を昇圧するとともに、スイッチＳａがオフ状態とされる。この場合も、インバータ２の電流制御は、図２０に示すテーブルＢに基づいて行われる。

さらに、上記実施形態においては、テーブルＡ、Ｂを適用するにあたり、ＰＷＭ（pulse width modulation：パルス幅変調）制御でインバータ２の電流制御が行われることを前提としているが、これに代えて、インバータ２の電流制御をモータ線間電圧波高値依存型制御としてもよい。すなわち、ＰＷＭ制御は、所定のインバータ直流電圧に対して、スイッチング周波数の幅（パルス幅）を変える（インバータの電流流通率を変える）制御であるのに対し、モータ線間電圧波高値依存型制御は、図２１～２３に示すように、前記インバータの直流電圧そのものをモータ線間電圧の波高値に応じて変える制御である。

しかるに、モータ線間電圧波高値依存型制御でインバータ２の電流制御が行われる場合、テーブルＡにおいては、図２１に示すように、モータ１の回転数が所定の回転数（ω３）以下の場合、インバータ２の直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御する。また、テーブルＢにおいては、図２２に示す制御とされる。図２３は、図２１～２２のいずれかのテーブル（インバータ直流電圧とモータ線間電圧波高値が同じ電圧の場合）において電流制御した場合の、インバータ回路のスイッチ動作とモータ線間電圧とモータ線間電圧の基本波の動作例を示すタイムチャートを示す。このタイムチャートにおいて、インバータ直流電圧（Ｖｉｎｖ）とモータ線間電圧の基本波の波高値が一致している。

上記実施形態に係る電動車両によれば、モータ１の力行時、電力変換器１０によって第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するので、力行時に必要とされるエネルギを複数の蓄電装置（本実施形態においては第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５）にて分担させることができるとともに、電力変換器の降圧比には限界がないので、蓄電装置の出力電圧を降圧してインバータ２の直流電圧設定に合致させることにより、インバータ直流電圧の下限設定と上限設定の幅を広くすることができる。

特に、インバータ直流電圧を第１蓄電装置４の電圧より低い圧に調整する場合、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３をｄｕｔｙ制御により調整できるので、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５で力行エネルギを分担して供給可能となり、第１蓄電装置４のみで同量の力行エネルギを供給するものに比べて、第１蓄電装置４の電流が小さくすることができる。また、力行エネルギが大きい場合、大電流を流す必要があるが、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５で力行エネルギを分担することにより第１蓄電装置４の電流を小さくすることができ、第１蓄電装置４の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態に係る電力変換器１０は、力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能を有するとともに、モータ１の回生時、インバータ２の直流電圧を昇圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５でエネルギを回収するので、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５で回生エネルギを分担して蓄積可能となり、第１蓄電装置４のみで同量の回生エネルギを蓄積するものに比べて、第１蓄電装置４の電流を小さくすることができる。さらに、回生エネルギが大きい場合、大電流を流す必要があるが、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５で回収エネルギを分担することにより第１第一蓄電装置４の電流を小さくすることができ、第１蓄電装置４の劣化を抑制することができる。

またさらに、本実施形態によれば、第１蓄電装置４用の電力変換器１０と第２蓄電装置５用の電力変換器１０のグランド接続用スイッチ１０ｂを共用する（すなわち、半導体スイッチ素子１０ｂが第１蓄電装置４用の電力変換器と電力変換器１０のグランド接続用スイッチ１０ｂとを共用している）ので、回路に接続される部品点数を削減することができる。同様に、本実施形態によれば、第１蓄電装置４用の電力変換器１０と第２蓄電装置５用の電力変換器１０のリアクトル１０ｃを共用するので、回路に接続される部品点数を削減することができる。

しかるに、図２７～２９に示すように、第１蓄電装置４用の電力変換器１０と第２蓄電装置５用の電力変換器１０のグランド接続用スイッチを共用しないでそれぞれ設け、且つ、第１蓄電装置４用の電力変換器１０と第２蓄電装置５用の電力変換器１０のリアクトルを共用しないでそれぞれ設けたものであってもよい。この場合、例えば、図２７に示すように、第１蓄電装置４側の回路には、電力変換器１０の半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ及びリアクトル１０ｃが接続されるとともに、当該第１蓄電装置４側の回路と並列に接続された第２蓄電装置５側の回路には、電力変換器１０の半導体スイッチ素子１０ｅ、１０ｆ及びリアクトル１０ｇが接続される。

そして、図２９に示すように、第１蓄電装置４側の回路における電力変換器１０の半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂを構成するスイッチＳ１、Ｓ２、及び第２蓄電装置５側の回路における電力変換器１０の半導体スイッチ素子１０ｅ、１０ｆを構成するスイッチＳ４、Ｓ５をＦＣＣＮＯに応じてオン、オフ又はｄｕｔｙ制御することにより、上記実施形態と同様の力行及び回収時のエネルギの供給及び回収を行わせることができる。

さらに、本実施形態に係る第１蓄電装置４の電圧（Ｖｄｃ）は、第２蓄電装置５の電圧（Ｖｃ）以上になるように充放電制御するので、スイッチＳ３がオンのとき、第２蓄電装置５から第１蓄電装置４への電流の逆流を防止することができる。すなわち、第１蓄電装置４の電圧が第２蓄電装５の電圧以上になるよう充放電制御しない場合、第２蓄電装置５から第１蓄電装置４に向かって電流が逆流してしまうので、逆流防止用の別個のスイッチが必要となってしまうのである。なお、図２７，２８で示される実施形態の場合、スイッチＳａをオフにすることにより、第１蓄電装置４の電圧が第２蓄電装５の電圧以上になるよう充放電制御しない場合であっても、第２蓄電装置５から第１蓄電装置４に向かって電流が逆流してしまうのを回避できる。

また、本実施形態によれば、第２蓄電装置５の電圧に基づいて当該第２蓄電装置５の蓄電状態を判断可能とされるとともに、モータ１の力行時、モータ１の回転数が所定回転数以下、且つ、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の中間値以上の場合、第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するので、第２蓄電装置５のエネルギを優先して使用することができ、第１蓄電装置４と第２蓄電装置蓄電５の両方からインバータ２にエネルギを供給するものに比べ、素早く第２蓄電装置５に蓄えられているエネルギを減少させることができる。これにより、例えば、車両の発進後、長い降り坂で回生する場合、第２蓄電装置５により多くの回生エネルギを蓄積させることができる。

さらに、本実施形態によれば、第２蓄電装置５の電圧に基づいて当該第２蓄電装置５の蓄電状態を判断可能とされるとともに、モータ１の回生時、モータ１の回転数が所定回転数以下、且つ、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の上限値以下の場合、第２蓄電装置５で回生エネルギを回収するので、第１蓄電装置４及び第二蓄電装置５で回生エネルギを蓄積する場合に比べて、より低回転まで回生エネルギを蓄積することができる。その理由は、第１蓄電装置４の電圧の方が第２蓄電装置５の電圧より大きい場合、低回転では、インバータ直流電圧が低いので昇圧して回生するが、電力変換器の昇圧比には限界がある（例えば、５倍程度）ので、そのため蓄電装置の電圧が低い方がより低回転まで回生エネルギ蓄積することができるからである。

また、インバータ２の電流制御時、インバータ２の直流電圧をモータ１の回転数に応じて制御可能とされるとともに、モータ１の回転数が所定の回転数以下の場合、モータ１の回転数が低いほどインバータ２の直流電圧を低く制御するので、低回転時におけるインバータ２の直流電圧を低くすることができ、スイッチの瞬時電力を低くすることができ、低回転時のスイッチング損失を低減できる。

さらに、インバータ２の電流制御時、モータ１の回転数が所定の回転数以下の場合、インバータ２の直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御するので、スイッチングパターンを基本波周波数の３倍程度の低次高調波低減の固定パターンを使用できる。これにより、ＰＷＭ制御（インバータ直流電圧一定でのＤＵＴＹ制御）のスイッチング周波数に対し、スイッチング周波数を１／３０以下の周波数とすることができ、スイッチング損失をＰＷＭ制御に比べて１／３０以下とすることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば第１蓄電装置４を第２蓄電装置５より高容量型の特性を有した他の形態の蓄電装置とし、或いは第２蓄電装置５を第１蓄電装置４より高出力型の特性を有した他の形態の蓄電装置としてもよい。また、半導体スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴに代えてＩＧＢＴとしてもよい。また、モニタ１３を具備しないもの、或いはバギー等の３輪車両又は４輪車両に適用してもよい。

モータの力行時、電力変換器によって第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置及び第２蓄電装置からインバータにエネルギを供給する電動車両であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

１ モータ
２ インバータ
３ａ 駆動輪メカブレーキ
３ｂ 従動輪メカブレーキ
４ 第１蓄電装置（電池）
５ 第２蓄電装置（キャパシタ）
６ アクセル操作手段
７ メカブレーキ操作手段
８ 回生ブレーキ操作手段
９ ブレーキアクチュエータ
１０ 電力変換器
１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１０ｃ、１０ｇ リアクトル（コイル）
１１ ＥＣＵ
１２ スタートスイッチ
１３ モニタ（補助装置）
１６ インバータ制御部
１７ 回路制御部
１８ メカブレーキ制御部
１９ 検知手段
Ｔａ 駆動輪
Ｔｂ 従動輪
Ｃａ 平滑コンデンサ
Ｃｂ 平滑コンデンサ
Ｖｄｃ 第一蓄電装置（電池）電圧
Ｖｃ 第二蓄電装置（キャパシタ）電圧
Ｖｉｎｖ インバータ直流電圧
Ｖ１ Ｓ２端子平均電圧
Ｖ２ Ｓ５端子平均電圧

Claims (10)

1. 力行及び回生可能なモータと、
   直流電流から交流電流に変換可能なインバータと、
   を有する電動車両であって、
   高容量型の特性を有する第１蓄電装置と、
   高出力型の特性を有する第２蓄電装置と、
   力行時に降圧する機能を有する電力変換器と、
   前記第１蓄電装置と第２蓄電装置とが並列になるように、それぞれの蓄電装置に前記電力変換器が接続された回路と、
   を具備し、前記モータの力行時、前記電力変換器によって前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする電動車両。
2. 前記電力変換器は、力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能を有するとともに、前記モータの回生時、前記インバータの直流電圧を昇圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置でエネルギを回収することを特徴とする請求項１記載の電動車両。
3. 前記第１蓄電装置用の前記電力変換器と第２蓄電装置用の前記電力変換器のグランド接続用スイッチを共用することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動車両。
4. 前記第１蓄電装置用の前記電力変換器と第２蓄電装置用の前記電力変換器のリアクトルを共用することを特徴とする請求項１～３の何れか１つに記載の電動車両。
5. 前記第１蓄電装置の電圧は、前記第２蓄電装置の電圧以上になるように充放電制御することを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載の電動車両。
6. 前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの力行時、前記モータの回転数が所定回転数以下、且つ、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の中間値以上の場合、前記第２蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする請求項１～５の何れか１つに記載の電動車両。
7. 前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの回生時、前記モータの回転数が所定回転数以下、且つ、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の上限値以下の場合、前記第２蓄電装置で回生エネルギを回収することを特徴とする請求項１～６の何れか１つに記載の電動車両。
8. 前記インバータの電流制御時、前記インバータの直流電圧を前記モータの回転数に応じて制御可能とされるとともに、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記モータの回転数が低いほど前記インバータの直流電圧を低く制御することを特徴とする請求項１～７の何れか１つに記載の電動車両。
9. 前記インバータの電流制御時、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記インバータの直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御することを特徴とする請求項１～８の何れか１つに記載の電動車両。
10. 前記第１蓄電装置は、高容量リチウムイオン電池又は高容量ニッケル水素電池から成り、前記第２蓄電装置は、高出力リチウムイオン電池、高出力ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタの何れかであることを特徴とする請求項１～９の何れか１つに記載の電動車両。

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