JP2022083137A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの力行時におけるインバータの損失を低減し、且つ、モータの回生時における蓄電装置でのエネルギの回収を確実に行わせることにより、電力変換器を有効活用できる電動車両を提供する。
【解決手段】力行及び回生可能なモータ１と、インバータ２とを有する電動車両であって、モータ１にエネルギ供給可能な第１蓄電装置４と、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電力変換器１０と、第１蓄電装置４に力行時に降圧する機能を有する前記電力変換器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、電力変換器１０によってインバータ２の直流電圧を昇圧し、第１蓄電装置４で回生エネルギを回収するものである。
【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。また、例えば特許文献２には、必要電力が閾値未満である場合、蓄電装置の出力電圧を降圧することにより、低出力時のインバータにおける損失を低減させる技術が開示されている。

特開２００２－８４７８０号公報 特開２０１９－１１８２４１号公報

しかしながら、上記従来技術２においては、モータの力行時は、蓄電装置の出力電圧を降圧することにより、低出力時のインバータにおける損失を低減させることができるものの、蓄電装置の出力電圧を降圧する電力変換器の追加が必要となり、製造コストが嵩んでしまうという不具合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、モータの力行時におけるインバータの損失を低減し、且つ、モータの回生時における蓄電装置でのエネルギの回収を確実に行わせることにより、追加された電力変換器を有効活用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、前記モータにエネルギ供給可能な蓄電装置と、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電力変換器と、前記蓄電装置に力行時に降圧する機能を有する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蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給するとともに、前記モータの回生時、前記電力変換器によって前記インバータの直流電圧を昇圧し、前記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２記載の発明は、請求項１記載の電動車両において、前記蓄電装置は、高電圧型の特性を有する第１蓄電装置であって、低電圧型の特性を有する第２蓄電装置と、前記第２蓄電装置を電源として作動する補助装置とを具備し、前記回路の前記電力変換器には、前記インバータと並列になるように、前記第２蓄電装置と前記補助装置が接続されるとともに、前記第１蓄電装置から第２蓄電装置の充電時、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置にエネルギを供給することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の電動車両において、前記第１蓄電装置は、車両に対して脱着可能とされるとともに、車両の走行を可能にするスタートスイッチを具備し、前記スタートスイッチがオフ状態、且つ、前記第２蓄電装置が充電可能のとき、前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置にエネルギを供給することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の電動車両において、前記モータを制御して駆動輪の駆動トルクを調整可能なアクセル操作手段と、車両の走行を可能にするスタートスイッチとを具備し、アクセル操作手段を操作しない状態、且つ、前記スタートスイッチがオン状態、且つ、前記モータの回転数が所定の回転数以下のとき、前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置にエネルギを供給することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２～４の何れか１つに記載の電動車両において、前記モータの力行時に前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧する場合、前記第２蓄電装置の電圧以上になるように、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６記載の発明は、請求項２～５の何れか１つに記載の電動車両において、前記モータの回生時に前記インバータの直流電圧が前記第２蓄電装置の電圧より高くなるモータ回転数以上で前記インバータの直流電圧を昇圧し、前記第１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９記載の発明は、請求項２～８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、高電圧リチウムイオン電池又は高電圧ニッケル水素電池から成り、前記第２蓄電装置は、低電圧リチウムイオン電池、低電圧ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又は鉛蓄電池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蓄電装置の出力電圧を降圧し、蓄電装置からインバータにエネルギを供給するとともに、モータの回生時、電力変換器によってインバータの直流電圧を昇圧し、蓄電装置で回生エネルギを回収するので、モータの力行時におけるインバータの損失を低減し、且つ、モータの回生時における蓄電装置でのエネルギの回収を確実に行わせることにより、電力変換器を有効活用できるとともに、製造コストを低下させることができる。

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の全体を示すタイムチャート 同電動車両のメイン制御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

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、第２蓄電装置５を電源として作動するモニタ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１７（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１５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１５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、モータにエネルギ供給可能な第１蓄電装置４の他、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、高電圧型の特性を有する蓄電装置から成り、図２５に示すように、例えば高電圧リチウムイオン電池又は高電圧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、低電圧型の特性を有する蓄電池から成り、図２５に示すように、例えば低電圧リチウムイオン電池、低電圧ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又は鉛蓄電池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、蓄電装置（第１蓄電装置４）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１蓄電装置４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、ＭＯＳＦＥＴ等から成るスイッチＳ１、Ｓ２及び整流器としてのダイオードを有する２つの半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂ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のスイッチＳ１、Ｓ２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に示すように、蓄電装置（第１蓄電装置４）に電力変換器１０が接続され、電力変換器１０のリアクトルにインバータ２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（Ｖｄｃ）を降圧し、蓄電装置（第１蓄電装置４）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、電力変換器１０によってインバータ２の直流電圧（Ｖｉｎｖ）を昇圧し、蓄電装置（第１蓄電装置４）で回生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、回路の電力変換器１０には、インバータ２と並列になるように、第２蓄電装置５とモニタ１３（補助装置）が接続されるとともに、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５の充電時、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５にエネルギを供給するよう構成されている。また、蓄電装置１０と第２蓄電装置５との間には、半導体スイッチ素子１４が直列に接続されている。この半導体スイッチ素子１４は、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂと同様、ＭＯＳＦＥＴにて構成されたスイッチＳ３と、整流器としてのダイオードを有している。かかる回路には、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。

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１５、回路制御部１６及びメカブレーキ制御部１７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、モニタ１３（補助装置）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２３、第２蓄電装置５の蓄電状態を図２４にそれぞれ示している。

しかるに、本実施形態においては、モータ１の力行時に第１蓄電装置４の出力電圧（Ｖｄｃ）を降圧する場合、第２蓄電装置５の電圧（Ｖｃ）以上になるように、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４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（Ｖｉｎｖ）が第２蓄電装置５の電圧（Ｖｃ）より高くなるモータ回転数以上でインバータ２の電圧を昇圧し、第１蓄電装置４でエネルギを回収するよう構成されている。

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、既述のように、第２蓄電装置５を電源として作動する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、本実施形態に係る第１蓄電装置４は、車両に対して脱着可能とされた蓄電池から成り、スタートスイッチ１２がオフ状態、且つ、第２蓄電装置５が充電可能のとき、第１蓄電装置４から第２蓄電装置２に充電を行うよう構成されている。また、スタートスイッチ１２がオン状態、且つ、アクセル操作手段６を操作しない状態、且つ、モータ１の回転数が所定の回転数以下のとき、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５に充電を行うよう構成してもよい。

なお、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１８を具備しており、検知手段１８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１８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、１７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にて第１蓄電装置４の充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値（図２３参照）より大きいか否か判定され、充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値より大きいと判断されると、Ｓ２にてスタートスイッチ１２がオンしたか否か判定される。そして、スタートスイッチ１２がオンしたと判断されると、Ｓ３にてモニタ１３が作動し、当該モニタ１３にて所定の情報等を表示する。

その後、Ｓ４にてアクセル開度が所定値より大きいか否か判定され、アクセル開度が所定値より大きいと判断されると、要求処理（Ｓ５）、モータ制御（Ｓ６）及びメカブレーキ制御（Ｓ７）が順次行われることとなる。また、Ｓ２にてスタートスイッチ１２がオンしていないと判断され、Ｓ８にて第２蓄電装置５の充電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２４参照）より小さいか否か判定され、充電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より小さいと判断される、又はＳ４にてアクセル開度が所定値より大きくないと判断されると、Ｓ９にてモータ回転数が所定値以下であるか否か判定され、モータ回転数が所定値以下であると判断されると、Ｓ１０にてＦＣＣＮＯ＝６とした後、充電制御（Ｓ１２）及びメカブレーキ制御（Ｓ７）が順次行われる。

なお、Ｓ９にてモータ回転数が所定値以下でないと判断されると、既述の要求処理（Ｓ５）、モータ制御（Ｓ６）及びメカブレーキ制御（Ｓ７）が順次行われる。一方、Ｓ１にて充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値より大きくないと判断される、またはＳ８にて充電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より小さくないと判断されると、Ｓ１１にてＦＣＣＮＯ＝５とした後、メカブレーキ制御（Ｓ７）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モータ１が正常か否か判定され、故障信号がなく正常であると判断された場合、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、続いて、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、またはＳ３にてモータ１の回生が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モータ１が正常か否か判定され、故障信号がなく正常であると判断された場合、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）が判定される。そして、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作があると判断されると、Ｓ５にてモータ１の回転数（ω）がω３（図１８、２０参照）より小さいか否か判定され、モータ１の回転数（ω）がω３より小さくない（高回転）と判断されると、Ｓ６に進み、ＦＣＣＮＯ（function circuit control number）＝１とする。

また、Ｓ５にてモータ１の回転数（ω）がω３より小さい（低回転）と判断されると、Ｓ７に進み、ＦＣＣＮＯ＝２とする。さらに、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、Ｓ３にてモータ１の回生が可能か否かが判定される。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２３参照）であり、且つ、モータ１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。

Ｓ３にてモータ１の回生が可能であると判断されると、Ｓ４に進み、モータ１の回転数（ω）がω３（図１８、２０参照）より大きいか否か判定され、モータ１の回転数（ω）がω３より大きい（高回転）と判断されると、Ｓ８に進み、ＦＣＣＮＯ＝３とするとともに、Ｓ５にてモータ１の回転数（ω）がω３より大きくない（低回転）と判断されると、
Ｓ９に進み、ＦＣＣＮＯ＝４とする。一方、Ｓ１にて故障信号があり故障であると判断された場合、または、Ｓ３にてモータ１の回生が可能でないと判断された場合、Ｓ１０に進み、ＦＣＣＮＯ＝５とする。上記の如くＦＣＣ１～５が決定した後、Ｓ１１に進み、ＦＣＣＮＯに応じた制御が行われ、続いて、Ｓ１２にてインバータ制御が行われる。

ここで、Ｓ１１のＦＣＣに応じた制御は、図１７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、３のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２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Ｓ３がオフ状態及びスイッチＳａがオン状態とされる。

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、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１８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１８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＝４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が及びスイッチＳａがオフ状態とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝４のとき、インバータ２の電流制御は、図１９に示すテーブルＢ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のスイッチＳ１、Ｓ２、スイッチＳ３及びＳａがオフ状態とされるとともに、ＦＣＣＮＯ＝６のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が充電時に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Ｓ３がオン状態及びスイッチＳａがオフ状態とされる。

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２０～２２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２０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２１に示す制御とされる。図２２は、図２０～２１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によって蓄電装置（第１蓄電装置４）の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４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、電力変換器１０によってインバータ２の直流電圧を昇圧し、蓄電装置（第１蓄電装置４）で回生エネルギを回収するので、モータ１の力行時におけるインバータ２の損失を低減し、且つ、モータ１の回生時における蓄電装置（第１蓄電装置４）でのエネルギの回収を確実に行わせることにより、電力変換器１０を有効活用できる。

また、回路の電力変換器１０には、インバータ２と並列になるように、第２蓄電装置５とモニタ１３（補助装置）が接続されるとともに、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５の充電時、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５にエネルギを供給するので、力行時の降圧回路と第２蓄電装置５の充電時の降圧回路とを共用させることができる。

さらに、本実施形態に係る第１蓄電装置４は、車両に対して脱着可能とされるとともに、車両の走行を可能にするスタートスイッチ１２を具備し、スタートスイッチ１２がオフ状態、且つ、第２蓄電装置５が充電可能のとき、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５に充電を行うので、運転者が車両を走行させる前の状態で第２蓄電装置５に充電を行なうことにより、例えば運転中、第１蓄電装置４の蓄電残量が少なくなり、ドライブイン等の充電スタンドで第１蓄電装置４を交換した場合、車両のスタートスイッチ１２がオン状態になって第２蓄電装置５の充電を開始するものに比べ、第２蓄電装置５の充電をより早く行うことができる。

また、スタートスイッチ１２がオン状態、且つ、アクセル操作手段６を操作しない状態、且つ、モータ１の回転数が所定の回転数以下のとき、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５に充電を行うようにすれば、運転中、車両が停止時に、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５に充電を行うことができるので、運転中、車両が停止時に充電を行わないものに比べ、充電頻度が増加させることができ、第２蓄電装置５の蓄電容量を小さくすることができる。

またさらに、モータ１の力行時に第１蓄電装置４の出力電圧を降圧する場合、第２蓄電装置５の電圧以上になるように、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４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からモータ１に電流が流れてしまうのを防止することができる。また、モータ１の回生時にインバータ２の直流電圧が第２蓄電装置５の電圧より高くなるモータ回転数以上でインバータ２の電圧を昇圧し、第１蓄電装置４でエネルギを回収するので、第２蓄電装置５から第１蓄電装置４に電流が流れてしまうのを防止することができる。

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の入力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より高電圧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より低電圧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、或いはモニタ１３とは異なる補助装置（第２蓄電装置５を電源として作動する他の電装品等）を接続したものであってもよく、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蓄電装置の出力電圧を降圧し、蓄電装置からインバータにエネルギを供給するとともに、モータの回生時、電力変換器によってインバータの直流電圧を昇圧し、蓄電装置で回生エネルギを回収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 半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１０ｃ 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）
１４ 半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１５ インバータ制御部
１６ 回路制御部
１７ メカブレーキ制御部
１８ 検知手段
Ｔａ 駆動輪
Ｔｂ 従動輪
Ｓ３ 第１スイッチ
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

Claims (9)

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、
   前記モータにエネルギ供給可能な蓄電装置と、
   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電力変換器と、
   前記蓄電装置に力行時に降圧する機能を有する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蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給するとともに、前記モータの回生時、前記電力変換器によって前記インバータの直流電圧を昇圧し、前記蓄電装置で回生エネルギを回収することを特徴とする電動車両。
2. 前記蓄電装置は、高電圧型の特性を有する第１蓄電装置であって、
   低電圧型の特性を有する第２蓄電装置と、
   前記第２蓄電装置を電源として作動する補助装置と、
   を具備し、前記回路の前記電力変換器には、前記インバータと並列になるように、前記第２蓄電装置と前記補助装置が接続されるとともに、前記第１蓄電装置から第２蓄電装置の充電時、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置にエネルギを供給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蓄電装置は、車両に対して脱着可能とされるとともに、車両の走行を可能にするスタートスイッチを具備し、前記スタートスイッチがオフ状態、且つ、前記第２蓄電装置が充電可能のとき、前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置にエネルギを供給することを特徴とする請求項２記載の電動車両。
4. 前記モータを制御して駆動輪の駆動トルクを調整可能なアクセル操作手段と、車両の走行を可能にするスタートスイッチとを具備し、アクセル操作手段を操作しない状態、且つ、前記スタートスイッチがオン状態、且つ、前記モータの回転数が所定の回転数以下のとき、前記第１蓄電装置から前記第２蓄電装置にエネルギを供給することを特徴とする請求項２記載の電動車両。
5. 前記モータの力行時に前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧する場合、前記第２蓄電装置の電圧以上になるように、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２～４の何れか１つに記載の電動車両。
6. 前記モータの回生時に前記インバータの直流電圧が前記第２蓄電装置の電圧より高くなるモータ回転数以上で前記インバータの直流電圧を昇圧し、前記第１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２～５の何れか１つに記載の電動車両。
7. 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１～６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を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. 前記第１蓄電装置は、高電圧リチウムイオン電池又は高電圧ニッケル水素電池から成り、前記第２蓄電装置は、低電圧リチウムイオン電池、低電圧ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ又は鉛蓄電池の何れかであることを特徴とする請求項２～８の何れか１つに記載の電動車両。

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