JP2023036464A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】第２蓄電装置の小型化を図りつつ車両走行時に第２蓄電装置のエネルギが不足してしまうのを抑制することができ、第１蓄電装置の寿命を向上させることができる電動車両を提供する。
【解決手段】第１蓄電装置４と、第２蓄電装置５と、電力変換器１０と、第２蓄電装置５を介さずに電力変換器１０とインバータ２とを接続する回路を形成する第１スイッチＳ３と、第２蓄電装置５を介して電力変換器１０とインバータ２とを接続する回路を形成する第２スイッチＳ４と、第２蓄電装置５とグラウンドとを接続する回路を形成する第３スイッチＳ５とを具備し、モータ１の停止時、及び／又は、モータ１の力行時に、第１スイッチＳ３を接続状態、第２スイッチＳ４を遮断状態及び第３スイッチＳ５を接続状態とし、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧しつつ当該第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ものである。
【選択図】図２

Description

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、高容量型の特性を有するバッテリ及び高出力型の特性を有するキャパシタのそれぞれから任意タイミングでインバータにエネルギを供給してモータを駆動することができる。

特開２０１８－１６６３６７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、バッテリ（第１蓄電装置）及びキャパシタ（第２蓄電装置）が分担してエネルギ供給を行いモータを駆動させることができるものの、回生による充電が間に合わずキャパシタのエネルギが不足した場合、バッテリのみからエネルギ供給を行う必要がある。しかるに、例えば車両の加速時には、急激なエネルギ供給が必要とされるため、バッテリのみからエネルギ供給する場合、急激なエネルギ供給によりバッテリが発熱して寿命が低下してしまう虞がある。また、車両の走行時、キャパシタのエネルギが不足するのを回避するため、車両の未使用時等の事前に、充電器を使ってキャパシタのエネルギを多く充電しておくことも考えられるが、その場合、キャパシタが大型化してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、第２蓄電装置の小型化を図りつつ車両走行時に第２蓄電装置のエネルギが不足してしまうのを抑制することができ、第１蓄電装置の寿命を向上させ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、前記電力変換器のリアクトルと前記インバータの間に前記第２蓄電装置が直列に接続された回路と、前記第２蓄電装置を介さずに前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第１スイッチと、前記第２蓄電装置を介して前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第２スイッチと、前記第２蓄電装置とグラウンドとを接続する回路を形成する第３スイッチとを具備し、前記モータの停止時、及び／又は、前記モータの力行時に、前記第１スイッチを接続状態、前記第２スイッチを遮断状態及び前記第３スイッチを接続状態とし、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第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記載の発明は、請求項１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、前記第２蓄電池の蓄電状態が所定値以下の場合、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ前記第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１又は請求項２記載の電動車両において、前記モータは、力行及び回生可能とされ、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とを有するとともに、前記モータの回生時において、前記第１スイッチを遮断状態、前記第２スイッチを接続状態及び前記第３スイッチを遮断状態とし、前記第２蓄電装置の出力電圧を昇圧しつつ当該第１蓄電装置及び前記第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、前記モータの力行時において、前記第１スイッチを遮断状態、前記第２スイッチを接続状態及び前記第３スイッチを遮断状態とし、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置及び前記第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、前記モータの力行時において、前記第１スイッチを遮断状態、前記第２スイッチを遮断状態及び前記第３スイッチを接続状態とし、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６記載の発明は、請求項５記載の電動車両において、前記第１蓄電装置の温度に基づいて当該第１蓄電装置の温度状態を判断可能とされるとともに、前記モータの力行時において、前記第１蓄電装置の温度が所定値以上の場合、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１蓄電装置は、前記第２蓄電装置より高電圧型の特性を有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、前記第１蓄電装置の満充電時のエネルギ量は、前記第２蓄電装置の満充電時のエネルギ量より多いことを特徴とする。

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、前記第１蓄電装置は、交換可能なカセット型の蓄電装置から成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、モータの停止時、及び／又は、モータの力行時に、第１スイッチを接続状態、第２スイッチを遮断状態及び第３スイッチを接続状態とし、第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置から第２蓄電装置にエネルギを供給するので、第２蓄電装置の小型化を図りつつ車両走行時に第２蓄電装置のエネルギが不足してしまうのを抑制することができ、第１蓄電装置の寿命を向上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 同電動車両の電力制御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 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル５）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６）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（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（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（テーブルＣ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（テーブルＤ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（テーブルＥ）を示すグラフ 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、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２７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２７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。

より具体的には、第１蓄電装置４は、第２蓄電装置５より高電圧型の特性を有するとともに、第１蓄電装置４の満充電時のエネルギ量は、第２蓄電装置５の満充電時のエネルギ量より多いものとされている。また、本実施形態に係る第１蓄電装置４は、車両から取り外して交換可能なカセット型の蓄電装置から成り、第１蓄電装置４の蓄電状態に応じて満充電状態の第１蓄電装置４と交換可能とされている。

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１蓄電装置４及び第２蓄電装置５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（ＭＯＳＦＥＴ）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、３に示すように、第１蓄電装置４に力行時に降圧する機能を有する電力変換器１０が接続され、電力変換器１０のリアクトル１０ｃとインバータ２の間に第２蓄電装置５が直列に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（Ｖｄｃ１）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、電力変換器１０によって第２蓄電装置５の出力電圧（Ｖｉｎｖ－Ｖｄｃ２）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、第２蓄電装置５を介さずに電力変換器１０とインバータ２とを接続する回路を形成する第１スイッチＳ３と、第２蓄電装置５を介して電力変換器１０とインバータ２とを接続する回路を形成する第２スイッチＳ４と、第２蓄電装置５とグラウンドとを接続（グラウンド接続）する回路を形成する第３スイッチＳ５とを有している。なお、本実施形態に係る回路には、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、本実施形態に係る第１スイッチＳ３及び第２スイッチＳ４は、半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）１４、１５（半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂと同様、整流器としてのダイオードを有している）にて構成されるとともに、第３スイッチＳ５は、電流の導通をオン・オフ（接続又は遮断）可能なスイッチにて構成されている。そして、回路制御部１７による制御によって、第１スイッチＳ３、第２スイッチＳ４及び第３スイッチＳ５を任意タイミングでオン・オフ（接続状態又は遮断状態）可能とされている。

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の電圧を検出可能な電圧検出センサ４ａ及び当該第１蓄電装置４の温度を検出可能な温度検出センサ４ｂを具備するとともに、第２蓄電装置５の電圧を検出可能な電圧検出センサ５ａを具備している。

しかるに、電圧検出センサ４ａ、温度検出センサ４ｂ及び電圧検出センサ５ａが回路制御部１７と電気的に接続されており、電圧検出センサ４ａ及び電圧検出センサ５ａで検出される電圧によって第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るとともに、温度検出センサ４ｂによって第１蓄電装置４の温度を検出可能とされている。なお、第１蓄電装置４の蓄電状態を図２５、第２蓄電装置５の蓄電状態を図２６にそれぞれ示している。

そして、モータ１の力行時、第２蓄電装置５の蓄電状態が充電判定値以下の場合（図２６における充電判定値以下のとき）、第１スイッチＳ３を接続状態（ＯＮ状態）、第２スイッチＳ４を遮断状態（ＯＦＦ状態）及び第３スイッチＳ５を接続状態（ＯＮ状態）とし、第１蓄電装置４の出力電圧（Ｖｄｃ１）を降圧しつつ当該第１蓄電装置４からインバータ２及び第２蓄電装置５にエネルギを供給する。

すなわち、モータ１の力行時、第１スイッチＳ３を接続状態（ＯＮ状態）、第２スイッチＳ４を遮断状態（ＯＦＦ状態）及び第３スイッチＳ５を接続状態（ＯＮ状態）とすることにより、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、第２の蓄電装置５にもエネルギを供給して充電可能とされている。同様に、モータ１の停止時、第１スイッチＳ３を接続状態（ＯＮ状態）、第２スイッチＳ４を遮断状態（ＯＦＦ状態）及び第３スイッチＳ５を接続状態（ＯＮ状態）とすることにより、第１蓄電装置４の出力電圧（Ｖｄｃ１）を降圧しつつ当該第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。

このように、本実施形態に係る電動車両は、モータ１の停止時、及び／又は、モータ１の力行時に、第１スイッチＳ３を接続状態、第２スイッチＳ４を遮断状態及び第３スイッチＳ５を接続状態とし、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置４から第２蓄電装置５にエネルギを供給して充電可能とされている。さらに、本実施形態に係る電動車両は、モータ１の回生時、第１スイッチＳ３を遮断状態、第２スイッチＳ４を接続状態及び第３スイッチＳ５を遮断状態とし、第２蓄電装置５の出力電圧（Ｖｉｎｖ－Ｖｄｃ２）を昇圧しつつ第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５でエネルギを回収（回生エネルギを蓄積）するようになっている。

また、本実施形態に係る電動車両は、モータ１の力行時において、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定値以上の場合（図２６における所定下限値以上のとき）、第１スイッチＳ３を遮断状態、第２スイッチＳ４を接続状態及び第３スイッチＳ５を遮断状態とし、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧しつつ当該第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よう構成されている。

さらに、モータ１の力行時において、第１スイッチＳ３を遮断状態、第２スイッチＳ４を遮断状態及び第３スイッチＳ５を接続状態とし、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ようになっている。具体的には、第１蓄電装置４の温度に基づいて当該第１蓄電装置４の温度状態を温度センサ４ｂにて判断可能とされるとともに、モータ１の力行時において、第１蓄電装置４の温度が所定値以上の場合、第１蓄電装置４からのエネルギの供給を停止しつつ第２蓄電装置５からインバータにエネルギを供給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、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。本実施形態においては、スタートスイッチ１２をオンした後、充電が開始されるとともに、モータ１の停止時及び力行時において、第２蓄電装置５が蓄電されるようになっている。なお、同図の表における「ＦＣＣＮＯ」（function circuit control number）は、図４、１８、１９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２５参照）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において、高速走行の場合、駆動トルクが車速に対して漸減関係にあるのに対し、制動トルクは一定関係となっている。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、Ｓ５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。

そして、Ｓ５の算出の後、Ｓ９に進み、図１６に示すテーブル５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、その後、Ｓ１３に進み、図１７に示すテーブル６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。なお、Ｓ９で算出されたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）は、駆動輪Ｔａの制動トルクとされるとともに、Ｓ１３で算出されたメカ制動トルク（Ｔｂｍｆ）は、従動輪Ｔｂの制動トルクとされる。

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２７参照）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、モータ１の回生が可能であると判断されると、Ｓ４にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２６参照）より大きいか否か判定される。

Ｓ４にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２６参照）より大きいと判断されると、Ｓ６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、Ｓ６の算出後、Ｓ１０に進み、図１５に示すテーブル４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、その後、既述のＳ１３が順次行われることとなる。

さらに、Ｓ４にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２６参照）より大きくないと判断されると、Ｓ７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の操作量に応じたモータトルク（Ｔｍ）が算出される。ここで、テーブル３に基づくモータトルク（Ｔｍ）の算出においては、テーブル２と同様、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、Ｓ７の算出後、Ｓ１１にてメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が０に設定された後、既述のＳ１３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、Ｓ８に進み、モータトルク（Ｔｍ）＝０に設定された後、Ｓ１２に進み、図１６に示すテーブル５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。これにより、回生システムに故障があると判断されたときや回生可能でないと判断されたとき、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ことができる。なお、Ｓ１２の算出後、既述のＳ１３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１８ａ、１８ｂ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、Ｓ３にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２６参照）より大きいか否か判定される。

そして、Ｓ３にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２６参照）より大きくないと判断されると、Ｓ１０に進み、ＦＣＣ（function circuit control）＝１とするとともに、Ｓ３にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２６参照）より大きいと判断されると、Ｓ４に進み、モータ１の回転数（ω）がω３より小さいか否か判定される。

そして、Ｓ４にてモータ１の回転数（ω）がω３より小さくないと判定されると、Ｓ１１に進み、ＦＣＣ＝２とするとともに、Ｓ４にてモータ１の回転数（ω）がω３より小さいと判定されると、Ｓ５に進み、第１蓄電装置４の温度が所定値より小さいか否か判定される。Ｓ５にて第１蓄電装置４の温度が所定値より小さくないと判定されると、Ｓ１３に進み、ＦＣＣ＝４とするとともに、Ｓ５にて第１蓄電装置４の温度が所定値より小さいと判定されると、Ｓ６に進み、アクセル操作量Ａｐが所定値より小さいか否か判定される。

その後、Ｓ６にてアクセル操作量Ａｐが所定値より小さくないと判定されると、Ｓ１１に進み、ＦＣＣ＝２とするとともに、Ｓ６にてアクセル操作量Ａｐが所定値より小さいと判定されると、Ｓ１２に進み、ＦＣＣ＝３とする。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、Ｓ７に進み、モータ１の回生が可能か否か判定され、回生可能であると判断されると、Ｓ８に進み、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より大きいか否か判定される。

Ｓ８にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より大きいと判定されると、Ｓ１４に進み、ＦＣＣ＝５とするとともに、Ｓ８にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より大きくないと判定されると、Ｓ１５に進み、ＦＣＣ＝６とする。さらに、Ｓ７にてモータ１の回生が可能でないと判断されると、Ｓ９に進み、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が充電判定値以下か否か判定される。

そして、Ｓ９にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が充電判定値以下と判定されると、Ｓ１６に進み、ＦＣＣ＝７とするとともに、Ｓ９にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が充電判定値より大きいと判定されると、Ｓ１７に進み、ＦＣＣ＝８とする。なお、Ｓ１にて故障信号があると判断された場合においても、Ｓ１７に進み、ＦＣＣ＝８とする。

上記の如くモード（ＦＣＣ）１～８が決定した後、Ｓ１８にて前回処理で決定したモード（ＦＣＣＯ）に対し、今回処理で決定したモード（ＦＣＣ）の変更有無について判定され、モード変更がないと判断された場合、Ｓ１９に進み、Ｓ１０～１７で決定されたＦＣＣを維持するとともに、モード変更があると判断された場合、Ｓ２０に進み、ＦＣＣＮＯ＝８とする。その後、Ｓ２１にてＦＣＣＮＯに応じた回路制御及びＳ２２にてＦＣＣＮＯに応じた充電制御が行われ、続いて、Ｓ２３にて今回処理決定されたモード（ＦＣＣ）をＦＣＣＯに記憶し、Ｓ２４にてインバータ制御が行われる。

ここで、Ｓ２１の制御は、図１９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４の出力電圧を降圧するとともに、第１スイッチＳ３が接続状態（オン状態）、第２スイッチＳ４が遮断状態（オフ状態）及び第３スイッチＳ５が遮断状態（オフ状態）とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝１のとき、インバータ２の電流制御は、図２０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（pulse width modulation：パルス幅変調）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、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。なお、後述するテーブルＢ～Ｅ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＝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４の出力電圧を降圧するとともに、第１スイッチＳ３が遮断状態（オフ状態）、第２スイッチＳ４が接続状態（オン状態）及び第３スイッチＳ５が遮断状態（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２１に示すテーブルＢに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝３のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が力行時及び充電時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第１蓄電装置４の出力電圧を降圧するとともに、第１スイッチＳ３が接続状態（オン状態）、第２スイッチＳ４が遮断状態（オフ状態）及び第３スイッチＳ５が接続状態（オン状態）とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝３のとき、インバータ２の電流制御は、図２２に示すテーブルＣに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝４のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２がオフ状態（電力変換器１０がオフ状態）とされるとともに、第１スイッチＳ３及び第２スイッチ素子Ｓ４が遮断状態（オフ状態）及び第３スイッチＳ５が接続状態（オン状態）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２２に示すテーブルＣ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が回生時にＤｕｔｙ制御されて昇圧するとともに、第１スイッチＳ３が接続状態（オン状態）、第２スイッチＳ４が遮断状態（オフ状態）及び第３スイッチＳ５が遮断状態（オフ状態）とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝５のとき、インバータ２の電流制御は、図２３に示すテーブルＤに基づいて行われる。

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制御されて昇圧するとともに、第１スイッチＳ３が遮断状態（オフ状態）、第２スイッチＳ４が接続状態（オン状態）及び第３スイッチＳ５が遮断状態（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２４に示すテーブルＥに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝７のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が停止時にＤｕｔｙ制御されて降圧するとともに、第１スイッチＳ３が接続状態（オン状態）、第２スイッチＳ４が遮断状態（オフ状態）及び第３スイッチＳ５が接続状態（オン状態）とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝７のとき、インバータ２の電流制御は、図２２に示すテーブルＣに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝８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、第１スイッチＳ３、第２スイッチＳ４及び第３スイッチＳ５がオフ状態とされる。ＦＣＣＮＯ＝９のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２がＤｕｔｙ制御されるとともに、第１スイッチＳ３、第２スイッチＳ４及び第３スイッチＳ５がオフ状態とされる。

上記実施形態に係る電動車両によれば、モータ１の停止時、及び／又は、モータ１の力行時に、第１スイッチＳ３を接続状態、第２スイッチＳ４を遮断状態及び第３スイッチＳ５を接続状態とし、第１蓄電装置４の出力電圧（Ｖｄｃ１）を降圧しつつ当該第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、モータ１の停止時、及び／又は、モータ１の力行時に第２蓄電装置５を充電することができる。したがって、第２蓄電装置４の小型化を図りつつ車両走行時に第２蓄電装置５のエネルギが不足してしまうのを抑制することができ、第１蓄電装置４の寿命を向上させることができる。

特に、本実施形態に係る電動車両は、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、第２蓄電池５の蓄電状態が所定値以下の場合、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧しつつ第２蓄電装置５にエネルギを供給するので、第２蓄電装置５の蓄電状態に応じて第２蓄電装置５を充電することができる。また、モータ１の回生時において、第１スイッチＳ３を遮断状態、第２スイッチＳ４を接続状態及び第３スイッチＳ５を遮断状態とし、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５でエネルギ（回生エネルギ）を回収するので、回生エネルギを効率よく回収することができる。

さらに、モータ１の力行時において、第１スイッチＳ３を遮断状態、第２スイッチＳ４を接続状態及び第３スイッチＳ５を遮断状態とし、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧しつつ当該第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、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の両方からインバータ２にエネルギを供給して電動車両を走行させることができる。

またさらに、モータ１の力行時において、第１スイッチＳ３を遮断状態、第２スイッチＳ４を遮断状態及び第３スイッチＳ５を接続状態とし、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１蓄電装置４を停止させつつ第２蓄電装置５からエネルギを供給して電動車両を走行させることができる。特に、第１蓄電装置４の温度に基づいて当該第１蓄電装置４の温度状態を判断可能とされるとともに、モータ１の力行時において、第１蓄電装置４の温度が所定値以上の場合、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１蓄電装置４の過熱を回避しつつ第２蓄電装置５からエネルギを供給して電動車両を走行させることができる。

加えて、蓄電装置は、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とを有して構成されるとともに、第１蓄電装置４に力行時に降圧する機能を有する電力変換器が接続され、電力変換器１０のリアクトル１０ｃとインバータ２の間に第２蓄電装置５が直列に接続された回路を有し、モータ１の回生時に当該回路を使ってエネルギを第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５に回収するので、モータ１の回生時、第１蓄電装置４のみで定格トルクを発生できるモータ回転数に比べ、より高回転まで定格トルクを回生ブレーキのみで発生することができる。

さらに、モータの力行時に第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、第２蓄電装置５による昇圧機能と併せることにより、降圧及び昇圧可能とされる。したがって、第１蓄電装置４の出力電圧を昇圧及び降圧することによりインバータ２の直流電圧設定に合致させて調整することができるので、インバータ２の直流電圧の設定値が変化した場合でも、電圧が規格品の蓄電池を用いることができ、製造コストの増加を防止させることができる。

特に、本実施形態によれば、力行時、電力変換器１０の半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂにおけるスイッチＳ１、Ｓ２をｄｕｔｙ制御することにより、モータ１のインバータ直流電圧を第１蓄電装置４の電圧に対して最適に昇降圧制御できる。また、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５で力行用エネルギを分担して供給するので、第１蓄電装置４のみで同量の力行用エネルギを供給するものに比べて、第１蓄電装置４の電流が小さくなり、力行エネルギが大きい場合であっても第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の寿命を向上させることができる。

しかるに、第１蓄電装置４は、第２蓄電装置５より高電圧型の特性を有するので、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧して第２蓄電装置５にエネルギを供給することができる。また、第１蓄電装置４の満充電時のエネルギ量は、第２蓄電装置５の満充電時のエネルギ量より多いので、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５にエネルギを円滑に供給することができる。さらに、第１蓄電装置４は、交換可能なカセット型の蓄電装置から成るので、必要時に第１蓄電装置４を短時間で交換して、第１蓄電装置４から第２蓄電装置５にエネルギを安定して供給することができる。

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スイッチＳ３、第２スイッチＳ４及び第３スイッチＳ５を他の形態のスイッチとしてもよく、別個必要とされるスイッチを追加してもよい。また、半導体スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴに代えてＩＧＢＴとしてもよい。さらに、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。

モータの停止時、及び／又は、モータの力行時に、第１スイッチを接続状態、第２スイッチを遮断状態及び第３スイッチを接続状態とし、第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置から第２蓄電装置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
４ａ 電圧検出センサ
４ｂ 温度検出センサ
５ 第２蓄電装置
５ａ 電圧検出センサ
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、１５ 半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）
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
Ｓ３ 第１スイッチ
Ｓ４ 第２スイッチ
Ｓ５ 第３スイッチ
Ｃａ 平滑コンデンサ
Ｃｂ 平滑コンデンサ
Ｖｄｃ１ 第一蓄電装置（電池）電圧
Ｖｄｃ２ 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 (10)

1. 力行可能なモータと、
   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、前記電力変換器のリアクトルと前記インバータの間に前記第２蓄電装置が直列に接続された回路と、
   前記第２蓄電装置を介さずに前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第１スイッチと、
   前記第２蓄電装置を介して前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第２スイッチと、
   前記第２蓄電装置とグラウンドとを接続する回路を形成する第３スイッチと、
   を具備し、
   前記モータの停止時、及び／又は、前記モータの力行時に、前記第１スイッチを接続状態、前記第２スイッチを遮断状態及び前記第３スイッチを接続状態とし、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第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電動車両。
2. 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、前記第２蓄電池の蓄電状態が所定値以下の場合、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ前記第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. 前記モータは、力行及び回生可能とされ、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とを有するとともに、前記モータの回生時において、前記第１スイッチを遮断状態、前記第２スイッチを接続状態及び前記第３スイッチを遮断状態とし、前記第２蓄電装置の出力電圧を昇圧しつつ当該第１蓄電装置及び前記第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又は請求項２に記載の電動車両。
4. 前記モータの力行時において、前記第１スイッチを遮断状態、前記第２スイッチを接続状態及び前記第３スイッチを遮断状態とし、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置及び前記第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１～３の何れか１つに記載の電動車両。
5. 前記モータの力行時において、前記第１スイッチを遮断状態、前記第２スイッチを遮断状態及び前記第３スイッチを接続状態とし、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１～４の何れか１つに記載の電動車両。
6. 前記第１蓄電装置の温度に基づいて当該第１蓄電装置の温度状態を判断可能とされるとともに、前記モータの力行時において、前記第１蓄電装置の温度が所定値以上の場合、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５記載の電動車両。
7. 前記第１蓄電装置は、前記第２蓄電装置より高電圧型の特性を有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. 前記第１蓄電装置の満充電時のエネルギ量は、前記第２蓄電装置の満充電時のエネルギ量より多い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、交換可能なカセット型の蓄電装置から成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。

Images