JP3864625B2

JP3864625B2 - 移動体の駆動装置

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Publication number: JP3864625B2
Application number: JP19713099A
Authority: JP
Inventors: 淳田端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-07-12
Also published as: JP2001028805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の駆動装置に関し、詳しくは、車両などの移動体に搭載され、この移動体に対して駆動エネルギを供給する複数の駆動エネルギ源を備える移動体の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のエネルギ発生装置を駆動エネルギ源として搭載した車両などの移動体が提案されている。例えば近年、駆動力を発生する電動機に電力を供給する電源と、エンジンとを備える駆動装置を搭載したハイブリッド車両が、種々提案されている。ハイブリッド車両の一形態として、電動機とエンジンの双方の動力を駆動軸に出力可能なパラレルハイブリッド車両と呼ばれる構成がある。パラレルハイブリッド車両は、エンジンから動力を出力して走行する他、電源から供給される電力によって電動機から動力を出力して走行することもできる。エンジンは、出力状態によってエネルギ効率が大きく変わるが、パラレルハイブリッド車両では、２種類の駆動エネルギ源を適宜使い分けることによって、エンジンを効率の良い領域で運転させることができる。このように、移動体を駆動するために複数の駆動エネルギ源を搭載する場合には、それぞれの駆動エネルギ源の特性に応じてこれらの駆動エネルギ源を使い分けることにより、移動体全体としてより高いエネルギ効率を実現することが可能となる。
【０００３】
また、このような複数の駆動エネルギ源を搭載する移動体において、システム全体のエネルギ効率をより高めるための構成として、駆動エネルギ源に熱電素子を設け、エネルギを発生する際に生じる熱を回収する構成が提案されている（例えば特開平１０−３０９００２号公報等）。ここでは、エンジンと電動機とを搭載する車両において、高速走行時に発生する排気熱中の熱エネルギを熱電素子によって回収し、回収したエネルギによって所定の蓄電手段を充電することで、車両全体のエネルギ効率を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら提案されている移動体においては、実際の使用時に想定される種々の状況に対する対応が、従来充分に検討されていなかった。例えば、熱電素子による熱エネルギの回収に異常が発生した際に対応可能な駆動装置は知られておらず、熱電素子による熱エネルギの回収に異常が生じても、移動体全体で所定のエネルギ効率を維持しつつ充分に対応可能となる実用的な駆動装置が望まれていた。さらに、このように熱電素子による熱エネルギの回収に異常が生じた場合に、複数の駆動エネルギ源を使い分けることにより、システム全体の耐久性を維持することは知られていなかった。本発明の移動体の駆動装置は、こうした問題を解決するために、以下の構成を採った。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の移動体の駆動装置は、移動体に搭載され、前記移動体を駆動するためのエネルギを発生する複数の駆動エネルギ源を備える移動体の駆動装置であって、
前記複数の駆動エネルギ源のうちの少なくとも一つの駆動エネルギ源に設けられ、該駆動エネルギ源が発生する熱を電気エネルギに変換して回収する熱回収手段と、
前記熱回収手段が前記熱を回収する際の動作状態の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段が前記異常を検出したときには、異常が検出された前記熱回収手段を設けた前記駆動エネルギ源において、前記エネルギの発生を停止する異常時停止手段と
を備えることを要旨とする。
【０００６】
以上のように構成された本発明の駆動装置は、前記移動体を駆動するためのエネルギを発生する複数の駆動エネルギ源を備え、前記移動体に搭載される。ここで、前記複数の駆動エネルギ源のうちの少なくとも一つの駆動エネルギ源において、該駆動エネルギ源が発生する熱を電気エネルギに変換して回収する熱回収手段が備えられ、この熱回収手段が前記熱を回収する際の動作状態の異常が検出されると、異常が検出された前記熱回収手段を設けた前記駆動エネルギ源において、前記エネルギの発生を停止する。
【０００７】
このような本発明の駆動装置によれば、熱回収手段が熱を回収する際の動作状態に異常があったときには、異常が検出された熱回収手段を設けた駆動エネルギ源においてエネルギの発生を停止するため、回収されることなく熱が廃棄されてしまうのを防ぎ、エネルギ効率が低下してしまうのを抑えることができる。
【０００８】
本発明の駆動装置において、前記異常検出手段が前記異常を検出したときには、異常が検出された前記熱回収手段を設けた駆動エネルギ源とは異なる駆動エネルギ源によって、前記駆動のためのエネルギを発生することとしてもよい。このような構成とすれば、熱回収手段による熱回収の動作状態に異常が生じても、前記移動体を駆動するためのエネルギを確保することができる。
【０００９】
また、本発明の駆動装置において、前記複数の駆動エネルギ源は、エンジンおよび燃料電池を含むこととしてもよい。
【００１０】
あるいは、本発明の駆動装置において、前記複数の駆動エネルギ源は、動力を発生するエンジンと、電力を発生する燃料電池と、該燃料電池が発生した電力から動力を発生する電動機とを含み、
前記熱回収手段は、前記燃料電池および／または前記電動機に設けられており、
前記異常検出手段が前記異常を検出したときには、前記エンジンを用いて前記駆動のためのエネルギを発生することとしてもよい。
【００１１】
また、本発明の駆動装置において、前記熱回収手段が設けられた前記駆動エネルギ源は、その運転温度を検出する温度検出手段を備え、
前記異常時停止手段は、前記異常検出手段が前記異常を検出した際に、前記温度検出手段が検出した温度が所定の温度を超えない場合には、異常が検出された前記熱回収手段を設けた前記駆動エネルギ源による前記エネルギの発生を続行することとしてもよい。
【００１２】
このような構成とすれば、熱回収手段が前記熱を回収する際の動作状態に異常が生じた場合に、この熱回収手段が設けられた駆動エネルギ源の運転温度が許容範囲であれば、この駆動エネルギ源による前記エネルギの発生を続行する。したがって、熱回収の動作に異常が生じても、駆動エネルギ源がエネルギを発生するのに支障がなければ、この駆動エネルギ源によって前記エネルギを発生する動作を継続することができる。熱エネルギの回収が行なわれなくてもなお、この駆動エネルギ源を用いることによる優位性がある場合には、その優位性を生かすことができる。
【００１３】
また、本発明の駆動装置において、前記熱回収手段が設けられた前記駆動エネルギ源は、その運転温度を検出する温度検出手段を備え、
前記異常時停止手段は、前記異常検出手段が前記異常を検出しない場合であっても、前記温度検出手段が検出した前記駆動エネルギ源の運転温度が所定の温度以上であれば、前記駆動エネルギ源による前記エネルギの発生を停止する異常発熱時停止手段を備えることとしてもよい。
【００１４】
このような構成とすれば、前記熱回収手段が設けられた駆動エネルギ源において、異常発熱による不都合が生じるのを防止することができる。なお、熱回収手段による熱の回収は、駆動エネルギ源を冷却するという作用も果たすため、熱を回収する動作の異常は、結果的に駆動エネルギ源の昇温につながる。したがって、既述した異常検出手段を特別に設けて熱を回収する動作の異常と異常発熱とを区別することなく、駆動エネルギ源の運転温度の上昇によって、前記熱回収手段が前記熱を回収する際の動作状態の異常をも間接的に検出し、この駆動エネルギ源によるエネルギの発生を停止する構成も可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
（１）装置の構成：
図１は本実施例のハイブリッド車両を表わす概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１０とモータ２０とを動力源として備えている。図示する通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上流側からエンジン１０、入力クラッチ１８、モータ２０、トルクコンバータ３０、および変速機１００を直列に結合した構成を有している。即ち、エンジン１０のクランクシャフト１２は、入力クラッチ１８を介してモータ２０に結合している。入力クラッチ１８をオン・オフすることによって、エンジン１０からモータ２０へ動力が伝達される状態と、エンジン１０からモータ２０への動力の伝達が遮断された状態とを切り替えることができる。モータ２０の出力軸１３は、また、トルクコンバータ３０にも結合している。トルクコンバータの出力軸１４は変速機１００に結合している。変速機１００の出力軸１５は、ディファレンシャルギヤ１６を介して車軸１７に結合している。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。
【００１６】
エンジン１０は通常のガソリンエンジンである。但し、エンジン１０は、ガソリンと空気の混合気をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調整可能な機構を有している（以下、この機構をＶＶＴ機構と呼ぶ）。ＶＶＴ機構の構成については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン１０は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じるように開閉タイミングを調整することにより、いわゆるポンピングロスを低減することができる。この結果、エンジン１０をモータリングする際にモータ２０から出力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを燃焼して動力を出力する際には、ＶＶＴ機構は、エンジン１０の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミングで各バルブが開閉するように制御される。
【００１７】
モータ２０は、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ２２と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ２４とを備える。モータ２０はロータ２２に備えられた永久磁石による磁界とステータ２４の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。なお、モータ２０には、ロータ２２とステータ２４との間の磁束密度が円周方向に正弦分布する正弦波着磁モータを適用することも可能であるが、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非正弦波着磁モータを適用した。
【００１８】
モータ２０の電源としては、バッテリ５０と燃料電池装置６０とが備えられている。但し、主電源は燃料電池装置６０である。バッテリ５０は、燃料電池装置６０が故障した場合や、充分な電力を出力することができない過渡的な運転状態にある場合（例えば、燃料電池装置６０の始動時）などに、これを補完するようモータ２０に電力を供給する電源として使用される。バッテリ５０の電力は、主として、ハイブリッド車両の制御を行う制御ユニット７０や照明装置などの電力機器に供給される。
【００１９】
モータ２０と各電源との間には、接続状態を切り替えるための切替スイッチ８４が設けられている。切替スイッチ８４は、バッテリ５０，燃料電池装置６０，モータ２０の３者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ステータ２４は、切替スイッチ８４および駆動回路５１を介してバッテリ５０に電気的に接続される。また、ステータ２４は、切替スイッチ８４および駆動回路５２を介して燃料電池装置６０に接続される。駆動回路５１，５２は、それぞれトランジスタインバータで構成されており、モータ２０の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の２つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路５１，５２は、制御ユニット７０と電気的に接続されている。制御ユニット７０が駆動回路５１，５２の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御すると、バッテリ５０および燃料電池装置６０を電源とする擬似三相交流がステータ２４の三相コイルに流れ、モータ２０において回転磁界が形成される。モータ２０は、このような回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【００２０】
図２は、モータ２０の電源として働く燃料電池装置６０の概略構成を示す説明図である。燃料電池装置６０は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク６１、水を貯蔵する水タンク６２、燃焼ガスを発生するバーナ６３、空気の圧縮を行なう圧縮機６４、バーナ６３と圧縮機６４とを併設した蒸発器６５、改質反応により燃料ガスを生成する改質器６６、燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減するＣＯ低減部６７、電気化学反応により起電力を得る燃料電池６０Ａを主な構成要素とする。これらの各部の動作は、制御ユニット７０により制御される。
【００２１】
燃料電池６０Ａは、固体高分子電解質型の燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およびセパレータとを備える単セルを複数積層して構成されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。カソードおよびアノードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなど、ガス不透過性を有する導電性部材により形成されている。また、このセパレータは、上記カソードおよびアノードとの間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。
【００２２】
燃料電池装置６０の各構成要素は次の通り接続されている。メタノールタンク６１は所定の流路によって蒸発器６５に接続されている。この流路の途中に設けられたポンプＰ２は、原燃料であるメタノールの流量を調整しつつ、メタノールを蒸発器６５に供給する。水タンク６２も同様に所定の流路によって蒸発器６５に接続されている。この流路の途中に設けられたポンプＰ３は、水の流量を調整しつつ、これを蒸発器６５に供給する。なお、メタノールの流路と水の流路とは、それぞれポンプＰ２，Ｐ３の下流側で一つの流路に合流し、蒸発器６５に接続される。
【００２３】
蒸発器６５は、供給されたメタノールと水とを気化させる。蒸発器６５には、バーナ６３と圧縮機６４とが併設されている。蒸発器６５は、バーナ６３から供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸騰、気化させる。ここで、メタノールタンク６１と蒸発器６５とを接続する上記流路は、途中で分岐して、バーナ６３とも接続している。この分岐した流路には、ポンプＰ１が設けられており、これによってバーナ６３に供給されるメタノール量が調節される。バーナ６３には、燃焼の燃料として、上記メタノールに加えて、燃料電池６０Ａでの電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供給される。バーナ６３は、メタノールと燃料排ガスのうち、後者を主として燃焼させる。バーナ６３の燃焼温度は、センサＴ１の出力に基づいて制御されており、約８００℃から１０００℃に保たれる。バーナ６３の燃焼ガスは、蒸発器６５に移送される際にタービンを回転させ、圧縮機６４を駆動する。圧縮機６４は、燃料電池装置６０の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この圧縮空気を燃料電池６０Ａのカソード側に供給する。
【００２４】
蒸発器６５と改質器６６とは所定の流路で接続されており、蒸発器６５で得られた原燃料ガス、即ちメタノールと水蒸気との混合ガスは、この流路を介して改質器６６に供給される。改質器６６は、内部に改質触媒を備えており、供給されたメタノールと水とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。また、蒸発器６５と改質器６６とを接続する流路の途中には、温度センサＴ２が設けられており、この流路を通過する上記混合ガスの温度が通常約２５０℃の所定値になるように、バーナ６３に供給するメタノール量が制御される。改質器６６では、混合ガスが蒸発器６５から持ち込んだ熱を利用して水蒸気改質反応が行なわれる。なお、本実施例の改質器６６では、メタノールから水素リッチガスを生成する際に、水蒸気改質反応に加えて酸化反応も同時に進行し、この酸化反応によっても熱を発生させる。そのため、この酸化反応に必要な酸素を供給するために、改質器６６には外部から空気を供給するためのブロワ６８が併設されている。
【００２５】
改質器６６とＣＯ低減部６７とは所定の流路によって接続されており、改質器６６で生成された水素リッチな燃料ガスは、ＣＯ低減部６７に供給される。所定の触媒下で主に水蒸気改質反応によって水素リッチガスを生成する改質器６６から排出される燃料ガス中には、通常は一定量の一酸化炭素（ＣＯ）が含まれる。ＣＯ低減部６７は、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまうからである。ＣＯ低減部６７は、燃料ガス中の一酸化炭素を酸化することにより、一酸化炭素濃度を低減させる。
【００２６】
ＣＯ低減部６７と燃料電池６０Ａとは所定の流路によって接続されており、一酸化炭素濃度が低減された燃料ガスは、この流路を介して燃料電池６０Ａのアノード側に供給され、電気化学反応に利用される。また、先に説明した通り、燃料電池６０Ａのカソード側には、圧縮機６４で圧縮された空気が供給されている。この圧縮空気は、酸化ガスとして燃料電池６０Ａのカソード側で電気化学反応に利用される。
【００２７】
以上の構成を有する燃料電池装置６０は、メタノールと水を原燃料として電気化学反応によって電力を供給することができる。本実施例では、メタノールタンク６１，水タンク６２内のメタノールおよび水の残量に応じて、燃料電池の運転状態を制御する。このような制御を実現するため、それぞれのタンクには、容量センサ６１ａ，６２ａが設けられている。なお、本実施例では、メタノールおよび水を用いる燃料電池装置６０を搭載しているが、燃料電池装置６０は、これに限定されるものではなく、種々の構成を適用することができる。
【００２８】
また、図１に示した燃料電池装置６０は、熱電素子４０を備えている。この熱電素子４０は、実際には図２に示す燃料電池装置６０における燃料電池６０Ａに設けられている。熱電素子とは、ゼーベック効果を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する周知の装置であり、例えばＢｉ₂Ｔｅ₃系やＰｂＴｅ系など、種々の素子が知られている。既述したように、燃料電池は電気化学反応によって起電力を得る装置であるが、燃料の有する化学エネルギは完全に電気エネルギに変換されるわけではなく、電気エネルギに変換されなかったエネルギが熱エネルギとなるなどの理由で、燃料電池６０Ａは発熱する。本実施例では、燃料電池６０Ａに熱電素子４０を設けることで、燃料電池６０Ａにおいて発電に伴って生じる熱を、電気エネルギとして回収している。熱電素子４０は、燃料電池６０Ａの外壁面の所定の位置に取り付けられており、燃料電池６０Ａに取り付けられた取り付け面が、燃料電池６０Ａの運転温度に応じて、他方の面よりも高温になることによって、起電力を発生する。このような熱電素子４０は、スイッチ４１を介してバッテリ５０に接続されている。スイッチ４１がオンの場合には、熱電素子４０で得られた電力によってバッテリ５０を充電することができる。スイッチ４１は制御ユニット７０によって制御されており、バッテリ５０を充電するのに充分な電圧が熱電素子４０に生じていない場合などには、このスイッチ４１はオフとなる。
【００２９】
さらに、図１に示した燃料電池装置６０には、燃料電池６０Ａの運転温度を制御するための冷却装置が備えられている。上記したように、燃料電池６０Ａには熱電素子４０が備えられており、電気化学反応で生じた熱の一部は電気エネルギとして回収されるが、残りの熱を排出して燃料電池６０Ａの運転温度を所望の範囲に制御するために、この冷却装置が設けられている。燃料電池装置６０の冷却装置は、冷媒路９４と、ポンプ９３とラジエータ９２とからなり、冷却水は、ポンプ９３によって冷媒路９４を通過し、ラジエータ９２で放熱することによって燃料電池６０Ａの冷却を行なう。ポンプ９３は、後述する補機駆動装置８２によって駆動される。このような冷却装置では、ポンプ９３の駆動状態、すなわち冷却水の流速を制御することによって、冷却の程度を調節することができる。ここで、冷媒路９４には、燃料電池６０Ａとの接続部の近傍であって、燃料電池６０Ａから冷却水が排出される側において、冷却水温センサ９０が設けられている。冷却水温センサ９０は、燃料電池６０Ａから排出された冷却水の温度ＴW を検出するため、その検出値は、燃料電池６０Ａの内部温度を直接反映する。
【００３０】
なお、以下の説明では、燃料電池での発電に使用されるメタノールおよび水を総称してＦＣ燃料と呼ぶものとする。両者の容量は常に同一とは限らない。以下の説明においてＦＣ燃料量というときは、燃料電池での発電に制約を与える側の容量を意味するものとする。つまり、メタノールおよび水のうち、発電を継続した場合に先に不足する側の容量を意味するものとする。
【００３１】
バッテリ５０は、既述したように補助的な電源であり、制御ユニット７０や照明装置などの電力機器に電力を供給する以外は、主に、燃料電池の始動時などにモータ２０に対して電力を補うために用いられる。バッテリとしては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。このバッテリ５０の容量は、燃料電池の始動時にその暖機を行なう間、燃料電池を電源として走行すべき後述する運転状態（後述する図４におけるＭＧ領域）において、モータ２０を駆動する電源となりうる大きさとした。
【００３２】
トルクコンバータ３０は、流体を利用した周知の動力伝達機構である。ここでは、トルクコンバータ３０の入力軸、即ちモータ２０の出力軸１３と、トルクコンバータ３０の出力軸１４との間で、一方の回転軸から他方の回転軸へと動力が伝達される。トルクコンバータ３０にはさらにロックアップクラッチが設けられており、これによって、両回転軸が互いに滑りをもって回転可能である状態と、両回転軸が滑りを生じないよう結合された状態とが切り替えられる。ロックアップクラッチのオン・オフは制御ユニット７０により制御される。
【００３３】
変速機１００は、内部に複数のギヤ、クラッチ、ワンウェイクラッチ、ブレーキ等を備え、変速比を切り替えることによってトルクコンバータ３０の出力軸１４のトルクおよび回転数を変換して出力軸１５に伝達可能な機構である。本実施例では前進５段、後進１段の変速段を実現可能な変速機を適用した。変速機１００の変速段は、制御ユニット７０が車速等に応じて設定する。運転者は、車内に備えられたシフトレバーを手動で操作し、シフトポジションを選択することによって、使用される変速段の範囲を変更することが可能である。なお、変速機１００における変速比の切り替えに関わる種々のクラッチやブレーキは、それぞれ、油圧によって係合および開放する。詳細な図示は省略したが、変速機１００は、作動を可能とする油圧配管および油圧を制御するためのソレノイドバルブ等が設けられた油圧制御部１０４を備えており、これによって上記油圧が制御される。さらに変速機１００は、電動式の油圧ポンプ１０２を備えており、この油圧ポンプ１０２が、上記クラッチおよびブレーキを作動させるための作動油を供給する。本実施例のハイブリッド車両では、制御ユニット７０が油圧制御部１０４内のソレノイドバルブ等に制御信号を出力することによって、各クラッチおよびブレーキの作動を制御する。
【００３４】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０などの動力源から出力される動力は、補機の駆動にも用いられる。図１に示す通り、エンジン１０には補機駆動装置８２が結合されている。補機には、エアコンのコンプレッサやパワーステアリング用のポンプ等が含まれる。ここでは、エンジン１０の動力を利用して駆動される補機類をまとめて補機駆動装置８２として示した。補機駆動装置８２は、具体的にはエンジン１０のクランクシャフトにプーリやベルトを介して結合されており、クランクシャフトの回転動力によって駆動される。
【００３５】
補機駆動装置８２には、また、補機駆動用モータ８０も結合されている。補機駆動用モータ８０は、切替スイッチ８３を介して燃料電池装置６０およびバッテリ５０に接続されている。補機駆動用モータ８０は、モータ２０と同様の構成を有しており、エンジン１０の動力によって運転され、発電を行うことができる。補機駆動用モータ８０で発電された電力はバッテリ５０に充電することができる。また、補機駆動用モータ８０は、バッテリ５０および燃料電池装置６０から電力の供給を受けて力行することもできる。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、所定の条件下では、エンジン１０の運転が停止される。補機駆動用モータ８０を力行すれば、エンジン１０が停止している時でも補機駆動装置８２を駆動することができる。もとより、エンジン１０が停止している場合には、入力クラッチ１８をオンにして、モータ２０の動力で補機駆動装置８２を駆動するものとしてもよい。補機駆動用モータ８０で補機を駆動する際には、負担を軽減するために、エンジン１０と補機駆動装置８２との間の補機クラッチ１９を解放する。
【００３６】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０、変速機１００、補機駆動用モータ８０等の運転を制御ユニット７０が制御している（図１参照）。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えるワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記録されたプログラムに従い、ＣＰＵが後述する種々の制御処理を行う。制御ユニット７０には、かかる制御を実現するために種々の入出力信号が接続されている。図３は制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。図中の左側に制御ユニット７０に入力される信号を示し、右側に制御ユニット７０から出力される信号を示す。
【００３７】
制御ユニット７０に入力される信号は、種々のスイッチおよびセンサからの信号である。このような信号としては、例えば、燃料電池６０Ａに取り付けた熱電素子４０からの信号の他、燃料電池６０Ａの冷却水の水温、燃料電池用の燃料残量、燃料電池温度、エンジン１０の回転数、エンジン１０の水温、イグニッションスイッチ、バッテリ残存容量ＳＯＣ、バッテリ温度、車速、トルクコンバータ３０の油温、シフトポジション、サイドブレーキのオン・オフ、フットブレーキの踏み込み量、エンジン１０の排気を浄化する触媒の温度、アクセル開度などに関する信号や、車両の加速度センサからの信号などがある。制御ユニット７０には、その他にも多くの信号が入力されているが、ここでは図示を省略した。
【００３８】
制御ユニット７０から出力される信号は、エンジン１０，モータ２０，トルクコンバータ３０，燃料電池６０，変速機１００等を制御するための信号である。このような信号としては、例えば、熱電素子４０によるバッテリ５０の充電の実行に関与するスイッチ４１の制御信号、エンジン１０の点火時期を制御する点火信号、燃料噴射を制御する燃料噴射信号、補機駆動用モータ８０の運転を制御する補機駆動用モータ制御信号、モータ２０の運転を制御するモータ制御信号、変速機１００の変速段を切り替える変速機制御信号、入力クラッチ１８及び補機クラッチ１９の制御信号、エアコンコンプレッサや油圧ポンプの制御信号などの補機を制御する信号、モータ２０の電源の切替スイッチ８４の制御信号、補機駆動用モータ８０の電源の切替スイッチ８３の制御信号、燃料電池装置６０の制御信号などがある。制御ユニット７０からは、その他にも多くの信号が出力されているが、ここでは図示を省略した。
【００３９】
（２）一般的動作：
次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図１で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源としてエンジン１０とモータ２０とを備える。制御ユニット７０は、車両の走行状態、即ち車速およびトルクに応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予めマップとして設定され、制御ユニット７０内のＲＯＭに記憶されている。
【００４０】
図４は車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。図中の領域ＭＧはモータ２０を動力源として走行する領域である。領域ＭＧの外側の領域は、エンジン１０を動力源として走行する領域であり、以下、領域ＥＧと呼ぶ。また、前者の領域に対応する走行状態をＥＶ走行と呼び、後者に対応する走行状態をエンジン走行と呼ぶものとする。
【００４１】
通常のガソリンエンジンであるエンジン１０は、高速走行時に比べて低速走行時にはエネルギ効率が低下するという性質を有している。本実施例のハイブリッド車両では、このような低速走行時にはエンジン１０に代えてモータ２０から駆動力を得ることによって、車両全体としてのエネルギ効率の低下を抑え、燃費の向上を図っている。したがって、本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０を用いた場合にエネルギ効率が特に劣る領域（走行状態）において、充分に駆動力が得られるように、モータ２０の性能が設定されている。なお、図１の構成によれば、エンジン１０とモータ２０の双方を動力源として走行することも可能ではあるが、本実施例では、このような走行領域は設けていない。
【００４２】
図示する通り、本実施例のハイブリッド車両は、まずＥＶ走行で発進する。走行状態が領域ＥＧにある間は、入力クラッチ１８をオフにして走行する。ＥＶ走行により発進した車両が、図４のマップにおける領域ＭＧと領域ＥＧの境界近傍の走行状態に達した時点で、制御ユニット７０は、入力クラッチ１８をオンにするとともに、エンジン１０を始動する。入力クラッチ１８をオンにすると、エンジン１０はモータ２０により回転させられる。制御ユニット７０は、エンジン１０の回転数が所定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。また、ＶＶＴ機構を制御して、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングをエンジン１０の運転に適したタイミングに変更する。
【００４３】
こうしてエンジン１０が始動して以後、領域ＥＧ内ではエンジン１０のみを動力源として走行する。エンジン走行が開始されると、制御ユニット７０は、駆動回路５１，５２のトランジスタを全てシャットダウンする。この結果、モータ２０は単に空回りした状態となる。
【００４４】
制御ユニット７０は、このように車両の走行状態に応じて動力源を切り替える制御を行うとともに、変速機１００の変速段を切り替える処理も行う。変速段の切り替えは動力源の切り替えと同様、車両の走行状態に応じて予め設定されたマップに基づいてなされる。このようなマップは、シフトポジションごとにそれぞれ異なるものが設けられている。図４にはＤポジション、４ポジション、３ポジションに対応するマップを示した。このマップに示す通り、制御ユニット７０は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように変速段の切り替えを実行する。
【００４５】
ドライブポジション（Ｄ）では、図４に示す通り、第５速（５ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、このマップにおいて、第４速（４ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。したがって４ポジションでは、図８における５ｔｈの領域であっても第４速（４ｔｈ）が使用される。同様に３ポジションの場合には、図８のマップにおいて、第３速（３ｒｄ）までの変速段を用いて走行する。
【００４６】
２ポジション、Ｌポジションでは、マップを各シフトポジションに固有のものに変更して変速段の制御を行う。図５は２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。２ポジションでは、第１速および第２速の変速段が使用される。２ポジションのマップ（図９）において、第１速と第２速の切り替えを行う境界は、Ｄポジションのマップ（図８）と同じである。また、２ポジションでは、Ｄポジションに比較して、領域ＭＧの範囲が異なって設定されている（図４および図５においてハッチングを付した領域を参照）。図５中の破線は、Ｄポジションのマップとの対比のために示したものであり、Ｄポジションのマップ中の第２速と第３速との境界に対応する曲線である。このように、２ポジションのマップでは、Ｄポジションのマップに比較して、領域ＭＧ中で第２速に対応する領域を広げると共に、全体として領域ＭＧを縮小している。これは、Ｄポジションのときに第３速の変速段を使用した走行状態を第２速で走行する場合には、モータ２０の回転数がより高くなり、モータ２０の性能の上限に近づくことによる。したがって、２ポジションにおける領域ＭＧの範囲は、搭載しているモータ２０の性能と、エンジン１０およびモータ２０のそれぞれを用いる場合のエネルギ効率とを考慮して設定すればよく、搭載するモータ２０の性能に応じて、より広く、あるいはより狭く設定することとしてもよい。
【００４７】
図６はＬポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｌポジションでは、第１速のみが使用される。２ポジションにおけるマップの設定で説明したのと同様の理由により、Ｌポジションでは、２ポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。Ｌポジションにおける領域ＭＧは、２ポジションのマップにおいて、領域ＭＧ中の第１速に対応する領域よりも広い範囲に設定されている。図７はＲポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｒポジションでは後進するため、領域ＭＧの広さは前進方向のシフトポジションにおけるマップとは個別に設定した。
【００４８】
変速段の切り替えはこのマップによる切り替えの他、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込むことにより一段変速比が高い側に変速段を移す、いわゆるキックダウンと呼ばれる切り替えも行われる。このような切り替え制御は、エンジンのみを動力源とし、自動変速装置を備えた周知の車両と同様である。なお、変速段と車両の走行状態との関係は、図４〜図７に示した他、変速機１００の変速比に応じて種々の設定が可能である。
【００４９】
なお、図４〜図７では、車両の走行状態に応じてＥＶ走行とエンジン走行とを使い分ける場合のマップを示したが、本実施例の制御ユニット７０は、全ての領域をエンジン走行で行う場合のマップも備えている。このようなマップは、図４〜図７において、ＥＶ走行の領域（領域ＭＧ）を除いたものとなっている。ＥＶ走行には電力が必要である。制御ユニット７０は、バッテリ５０および燃料電池装置６０から電力を確保できる場合には、ＥＶ走行とエンジン走行とを使い分けて運転を行い、充分な電力を確保できない場合には、エンジン走行で運転する。また、ＥＶ走行で発進を開始した場合でも、発進後に電力が充分確保できない状況に至った場合には、車両の走行状態が領域ＭＧ内にあってもエンジン走行に切り替えられる。さらに、本実施例のハイブリッド車両は、燃料電池装置６０に設けた既述した熱電素子４０による熱エネルギの回収に異常が生じた場合には、領域ＭＧであってもエンジン走行を行なう。このような動作については後述する。
【００５０】
（３）廃熱回収制御処理：
図８はＥＶ廃熱回収制御処理ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、制御ユニット７０内のＣＰＵによって、車両の走行中に、所定の時間間隔で周期的に実行される。本ルーチンが開始されると、ＣＰＵは、まず、車両の運転状態を入力する（ステップＳ１００）。ここでは、図３に示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、熱電素子４０や冷却水温センサ９０からの入力信号や、シフトポジション、車速、アクセル開度、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬなどに関する入力信号が、以後の処理に関与する。
【００５１】
次に、ＣＰＵは、シフトポジションや、車速、アクセル開度などに基づいて、車両の走行状態が、図４〜図７に示した領域ＥＧに対応する走行状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。領域ＥＧに対応する走行状態ではない、すなわち、既述したマップにおける領域ＭＧに対応する走行状態であると判断されたときには、燃料電池６０Ａに設けた熱電素子４０によって熱エネルギの回収が正常に行なわれているかどうかを判断する（ステップＳ１２０）。熱電素子４０によって熱エネルギの回収が正常に行なわれているかは、例えば、熱電素子４０がバッテリ５０を充電する際の電圧を検出し、熱電素子４０によるバッテリ５０の充電が、正常範囲の充電電圧で行なわれているかどうかを判断すればよい。あるいは、熱電素子４０からバッテリ５０への出力を検出して熱電素子４０によって回収されたエネルギ量を求め、燃料電池装置６０の運転状態などから推定される燃料電池６０Ａにおける発熱量に基づいて、熱電素子４０で回収されたエネルギ量が妥当な量かどうかを判断することとしてもよい。
【００５２】
なお、熱電素子４０による熱エネルギ回収の異常とは、熱電素子４０自体が損傷を受けた場合や、熱エネルギの回収に関わる回路に異常が生じた場合などを含む。また、既述したように、熱電素子４０とバッテリ５０とを接続する回路には、燃料電池６０Ａの運転温度が充分に昇温していないときなどに接続が切断されるスイッチ４１が設けられているが、以下の説明では、燃料電池６０Ａの運転温度は充分に昇温しており、スイッチ４１はオンとなっているものとする。
【００５３】
本実施例のハイブリッド車両は、ステップＳ１２０において熱電素子４０による熱エネルギの回収の動作に異常が検出されたときには、この熱電素子４０を設けた燃料電池装置６０を駆動エネルギ源として用いるのを停止することを特徴としているが、ここではさらに、上記異常の有無を判断した後に、燃料電池６０Ａの運転温度に基づいた判断を行なって、用いる駆動エネルギ源を選択している。ステップＳ１２０において、熱電素子４０からの熱エネルギの回収が正常に行なわれていないと判断されたときには、後述するステップＳ１５０において冷却水の温度の基準値として用いる温度Ｔlim に対して、値ＴW1を代入する（ステップＳ１３０）。また、ステップＳ１２０において、熱電素子４０からの熱エネルギの回収が正常に行なわれていると判断されたときには、同じく温度Ｔlim に対して、値ＴW2を代入する（ステップＳ１４０）。温度Ｔlim に代入するこれらの値ＴW1およびＴW2は、後述するように燃料電池の運転温度の上限値に対応して予め設定され、制御ユニット７０内に記憶された値である。
【００５４】
ステップＳ１３０あるいはステップＳ１４０において、温度Ｔlim に対して所定の値を代入すると、次に、冷却水温センサ９０が検出した冷却水温ＴW と既述した値Ｔlim との比較を行なう（ステップＳ１５０）。冷却水温ＴW は、燃料電池６０Ａの内部温度を直接反映する温度であり、ステップＳ１５０では、冷却水温ＴW を所定の温度Ｔlim と比較することによって、燃料電池６０Ａの内部温度が上昇しすぎていないかどうかを判断する。
【００５５】
ステップＳ１５０において、冷却水温ＴW が基準温度Ｔlim 以上であった場合には、燃料電池６０Ａの内部温度が上昇しすぎていると判断され、以下、燃料電池装置６０を電源として用いずエンジン走行を行なうための制御が実行される。まず、車両がエンジン走行中であるかどうかを判断する（ステップＳ１６０）。車両がエンジン走行中である場合には、エンジン走行処理を実行し（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。この処理では、車速やアクセル開度やシフトポジションに応じて、エンジン１０の駆動に関わる各種駆動信号の出力を続行する。また、ステップＳ１６０において、車両がエンジン走行中ではない、すなわちＥＶ走行中であると判断された場合には、エンジン走行開始処理を実行し（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。この処理では、燃料電池装置１６０による発電の動作を停止すると共に、エンジン１０を起動し、エンジンの駆動に関わる所定の制御を開始する。
【００５６】
また、ステップＳ１５０において、冷却水温ＴW が基準温度Ｔlim 未満であった場合には、燃料電池６０Ａの内部温度が許容範囲内であると判断され、以下、燃料電池装置６０を電源としてＥＶ走行を行なうための制御が実行される。まず、車両がＥＶ走行中であるかどうかを判断する（ステップＳ１９０）。車両がＥＶ走行中である場合には、ＥＶ走行処理を実行し（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。この処理では、車速やアクセル開度やシフトポジションに応じて、燃料電池装置６０やモータ２０の駆動に関わる各種駆動信号の出力を続行する。また、ステップＳ１９０において、車両がＥＶ走行中ではない、すなわちエンジン走行中であると判断された場合には、ＥＶ走行開始処理を実行し（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。この処理では、エンジン１０の駆動を停止すると共に、燃料電池装置６０およびモータ２０を駆動するための所定の制御を開始する。
【００５７】
なお、ステップＳ１１０において、車両の走行状態が領域ＥＧに対応する走行状態であると判断されたときには、そのままステップＳ１６０に移行し、上記したエンジン走行のための制御（ステップＳ１７０あるいはステップＳ１８０）を行ない、本ルーチンを終了する。
【００５８】
なお、ステップＳ１３０において基準温度Ｔlim に代入する値ＴW1は、上記したように、ステップＳ１２０において熱電素子４０による熱エネルギの回収が異常であると判断されたときに選択される値である。この値は、燃料電池が定常運転を続けることが可能であるような燃料電池内部温度の上限に対応する冷却水温として設定される。検出された冷却水温Ｔw がこの値を超えた場合には、熱回収が異常となって燃料電池６０Ａが充分に冷却されないために、燃料電池６０Ａの内部温度が、定常運転を行なう範囲を超えて上昇してしまったと判断される。また、ステップＳ１４０において基準温度Ｔlim に代入される値ＴW2は、上記したように、ステップＳ１２０において熱電素子４０による熱エネルギの回収が正常であると判断されたときに選択される値である。熱電素子４０および冷却装置は、通常予想されるＥＶ走行の状態において充分に燃料電池６０Ａを冷却可能となるような性能を有するように設計されているが、例えば、設計時に想定した条件を上回る長時間にわたってＥＶ走行が行なわれた場合などに、燃料電池６０Ａの内部温度が上昇しすぎてしまうことが考えられる。上記値ＴW2は、このような場合に燃料電池６０Ａの内部温度の異常上昇を検出するための値として設定されている。基準温度Ｔlim に代入するこれらの値ＴW1および値ＴW2は、上記目的に応じてそれぞれ設定すればよいが、同じ値を設定することとしてもよい。
【００５９】
また、本発明のハイブリッド車両では、車速やアクセル開度などに基づく以外に、バッテリ５０の残存容量ＳＯＣやＦＣ燃料の量などに基づいて、ＥＶ走行を行なうかエンジン走行を行なうかが決定される。すなわち、ＦＣ燃料の量が所定量以下となり、また、バッテリ５０の残存容量ＳＯＣが所定量以下となった場合には、車速やアクセル開度から設定される走行状態に関わらず、エンジン走行が行なわれる。その他、強制的にエンジン走行のみを行なうことを指示するスイッチを車両に設けることとしてもよい。したがって、ステップＳ１１０においては、マップによって走行状態が領域ＥＧかどうかを判断するのに加え、上記したようにエンジン走行が指示されているかどうかをも判断している。
【００６０】
以上のように構成した本実施例のハイブリッド車両によれば、燃料電池６０Ａで生じた熱エネルギを熱電素子４０によって回収する動作に異常が生じたときには、通常は燃料電池装置６０を駆動エネルギ源とする走行状態であっても、駆動エネルギ源をエンジン１０に切り替えて走行する。したがって、熱電素子４０による熱エネルギの回収に異常が生じたときに、燃料電池６０Ａで生じた熱エネルギが利用されずに廃棄されてしまうのを抑えることができる。このとき、駆動エネルギ源をエンジン１０に切り替えるため、車両は走行しつづけることができる。なお、単にこのような効果を得るためには、図８のステップＳ１３０ないしステップＳ１５０に示した燃料電池６０Ａの運転温度に基づいた判断を行なわないこととすればよい。すなわち、ステップＳ１２０において熱電素子４０による熱回収に異常があると判断されたときには、ステップＳ１３０ではなくステップＳ１６０に移行してエンジン走行を行なうこととし、ステップＳ１２０において熱電素子４０による熱回収が正常であると判断されたときには、ステップＳ１４０ではなくステップＳ１９０に移行してＥＶ走行を行なうこととすればよい。
【００６１】
本実施例では、上記した熱電素子４０による熱回収の異常の有無の判断に加えて、さらに、燃料電池６０Ａの運転温度に関する判断を行なって、駆動エネルギ源を選択している。ここでは、熱電素子４０による熱エネルギの回収に異常が生じた場合であっても、車両がＥＶ走行を行なうべき走行状態であって、燃料電池６０Ａの内部温度が許容できる温度であれば、車両の駆動エネルギ源として燃料電池装置６０を用いる。したがって、上記した効果に加えて、さらに以下のような効果を奏する。すなわち、車両がＥＶ走行をすべき走行状態のときに、エンジン１０を駆動エネルギ源とすることによってエネルギ効率が低下してしまうのを抑えることができる。
【００６２】
さらに、本発明のハイブリッド車両では、熱電素子４０による熱エネルギ回収の動作そのものに異常が生じた場合に加えて、熱エネルギ回収の動作が正常であっても、熱電素子４０を設けた燃料電池６０Ａの発熱状態が異常となり、燃料電池６０Ａの温度が上昇しすぎた場合には、駆動エネルギ源をエンジン１０に切り替える。したがって、燃料電池６０Ａの運転温度が上昇しすぎてしまうのを防止し、燃料電池装置６０の耐久性を確保することができる。なお、熱電素子４０による熱エネルギの回収が行なわれているにもかかわらず、燃料電池６０Ａが異常発熱する原因としては、既述したように車両の運転状態が設計規格が基づく条件を超えてしまった場合の他、燃料電池６０Ａそのものに異常が生じた場合や、燃料電池装置に設けた冷却装置（例えばポンプ９３）に異常が生じた場合などが考えられる。このような場合にも、異常発熱を検知して燃料電池装置６０による発電を停止することができるため、燃料電池装置６０の安全性を高めることができる。
【００６３】
また、ステップＳ１２０において熱電素子４０が正常と判断されたときに、ステップＳ１５０において冷却水温度ＴW （あるいは燃料電池内部温度）が所定の基準温度を超えたかどうかを判断する代わりに、冷却水温度ＴW の上昇率が所定値を超えていないかを判断することとしてもよい。上記したように燃料電池６０Ａが異常発熱を起こすような状況が起きたときには、熱電素子４０および冷却装置の冷却能力を超える熱が生じて、高い温度上昇率を示すようになる。このような状態を検知すれば、燃料電池６０Ａの運転温度が実際に許容範囲を超えてしまう前に、ＥＶ走行を停止することができる。
【００６４】
なお、上記実施例では、燃料電池６０Ａの内部温度を、燃料電池６０Ａから排出された冷却水の温度ＴW に基づいて判断したが、燃料電池６０Ａに温度センサを直接取り付けることとしてもよい。この場合には、ステップＳ１３０およびステップＳ１４０において温度センサに対応する基準温度を設定し、この温度センサの検出値に基づいて、図８に示したステップＳ１５０に対応する判断を行なえばよい。燃料電池６０Ａから排出される冷却水温ＴW は、燃料電池６０Ａの内部温度を直接反映するとはいえ、ポンプ９３の駆動状態、すなわち冷却水による冷却効率によって、燃料電池６０Ａの内部温度と冷却水温との対応関係は変化する。したがって、冷却水温ＴW を用いて燃料電池６０Ａの内部温度を判断する場合には、ステップＳ１３０ないしステップＳ１５０で冷却水温ＴW と基準温度とを比較する際に、ポンプ９３の駆動状態に応じて、冷却水温ＴW あるいは基準温度を補正することが望ましい。また、燃料電池６０Ａの内部温度変化と冷却水温ＴW の変化との間には、所定の遅れが生じるが、上記したように燃料電池６０Ａに温度センサを設け、その検出結果に基づいて判断を行なう場合には、このような温度変化の遅れが生じることなく、正確に制御を行なうことができる。
【００６５】
上記実施例では、熱電素子４０による熱エネルギの回収状態が異常であっても、領域ＭＧ（エンジン１０を駆動エネルギ源として用いたときにはエネルギ効率が低下する領域）に対応する走行状態では、燃料電池６０Ａの運転温度が所定温度以上に上昇するまでは、燃料電池装置６０による発電を続行してＥＶ走行を行ない、エネルギ効率を確保することとした。ここで、ＥＶ走行とエンジン走行それぞれのエネルギ効率に基づいて図４〜図７に示したマップを作成する際に、ＥＶ走行では熱電素子４０に回収されるエネルギ量を考慮するならば、熱電素子４０による熱エネルギの回収に異常が生じたときには、車両の走行状態が図４〜図７に示したＭＧ領域にあっても、エンジン走行の方がエネルギ効率が高くなる可能性がある。したがって、熱電素子４０による熱エネルギ回収に異常が生じたときには、さらに、熱エネルギの回収が行なわれないことでエネルギ効率が低下してしまうことに基づいて、ＥＶ走行を行なうかエンジン走行を行なうかを決定することとしてもよい。もとより、熱エネルギの回収に異常が生じるとＥＶ走行のエネルギ効率が大きく低下する場合には、異常を検知したら直ちにエンジン走行を行なうこととしてもよい。
【００６６】
本実施例のハイブリッド車両では、熱電素子４０によって熱エネルギの回収を行なうため、冷却水を用いる冷却装置のみによって燃料電池６０Ａを冷却する（発生した熱をすべて廃棄する）場合に比べて、エネルギ効率を向上させることができると共に、冷却装置をより小型化できるという効果を奏する。ここで、冷却能力が充分に高い冷却装置を備えることとすれば、熱電素子４０による熱回収に異常が生じた場合であっても、車両が領域ＭＧに対応する走行状態にあるうちは、ＥＶ走行を行なうことが可能となる。このような構成では、熱電素子４０による熱エネルギの回収に異常が生じたときには、熱エネルギが回収されないことでエネルギ効率が低下してしまうことに加えて、冷却装置のみで冷却を行なうことでエネルギ消費量が増大（例えばポンプ９３の消費電力の増大）してしまうことに基づいて、車両全体でより高いエネルギ効率が実現できるように、ＥＶ走行を行なうかエンジン走行を行なうかを決めることとすれば、常に高いエネルギ効率を維持することができる。
【００６７】
上記実施例では、燃料電池６０Ａに熱電素子４０を取り付け、電気化学反応の進行と共に生じる熱の一部を電気エネルギに換えて回収することとしたが、同様の熱電素子４０を、燃料電池６０Ａの代わりにモータ２０に取り付けることとしてもよい。また、燃料電池６０Ａとモータ２０との両方に取り付けることとしてもよい。すなわち、モータ２０も回転駆動に伴って発熱するため、モータ２０に熱電素子を取り付け、生じた熱を電気エネルギに変換して回収し、バッテリ５０に蓄えることによって、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。燃料電池とモータとの両方に熱電素子を取り付けたハイブリッド車両の構成を、第２実施例として図９に示す。このハイブリッド車両は、既述した実施例と同様に、燃料電池６０Ａが熱電素子４０を備えると共に、モータ２０が熱電素子４２を備えている。なお、既述した図１では記載を省略したが、図１に示したハイブリッド車両が備えるモータ２０も、所定の冷却装置を備えている。図９のハイブリッド車両では、燃料電池６０Ａの冷却装置とモータ２０の冷却装置とが、共通する冷媒路１９４とラジエータ１９２とポンプ１９３とを備えることとし、また、モータ２０から排出される冷却水温を検出する冷却水温センサ９１を設けた。なお、図１に示したハイブリッド車両と図９に示したハイブリッド車両とでは、ほぼ同じ構成を備えているため、共通する部材には同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。
【００６８】
第２実施例のハイブリッド車両では、燃料電池６０Ａとモータ２０の両方において熱電素子が設けられている。このハイブリッド車両の走行中には、図８と同様の廃熱回収制御処理ルーチンが実行される。ただし、ステップＳ１２０に対応する工程では、燃料電池６０Ａに取り付けた熱電素子４０と、モータ２０に取り付けた熱電素子４２との両方について、熱エネルギの回収が正常に行なわれているかどうかが判断される。また、図８に示したステップ１３０ないしステップＳ１５０に対応する工程では、冷却水温センサ９０が検出する燃料電池６０Ａの温度と、冷却水温センサ９１が検出するモータ２０の温度とのそれぞれにおいて、同様の処理を行なう。冷却水温センサ９０の検出値と、冷却水温センサ９１の検出値のうちの少なくともいずれかが、所定の基準温度以上であった場合には、エンジン走行を行ない（ステップＳ１６０ないしステップＳ１７０参照）、所定の基準温度を超えない場合には、ＥＶ走行を行なう（ステップＳ１９０ないしステップＳ２１０参照）。
【００６９】
このような第２実施例のハイブリッド車両によれば、第１実施例のハイブリッド車両と同様に、熱電素子による熱エネルギの回収が行なわれないときにはＥＶ走行を行なわないため、エネルギ回収が行なわれない燃料電池６０Ａやモータ２０を用いることによってエネルギ効率が低下してしまうのを防止することができる。また、第２実施例のハイブリッド車両は、モータ２０にも熱電素子４２を設けて、モータ２０の駆動時に生じる熱エネルギを回収するため、車両全体のエネルギ効率をさらに向上させることができる。
【００７０】
なお、第２実施例のハイブリッド車両において、いずれかの熱電素子に異常が生じた場合には、図８と同様に冷却水の温度に基づく他に、さらにエネルギ効率の変化に基づいて、ＥＶ走行を行なうかエンジン走行を行なうかを判断することとしてもよい。すなわち、熱電素子によって熱エネルギが回収されないことによるエネルギ効率の低下と、ＥＶ走行に代えてエンジン走行を行なうことによるエネルギ効率の変化とに基づいて、車両全体でより高いエネルギ効率を実現できるように、ＥＶ走行を行なうかエンジン走行を行なうかを判断することとしてもよい。これによって、常に高いエネルギ効率を維持することができる。
【００７１】
上記実施例では、燃料電池６０Ａやモータ２０といったＥＶ走行に関わる構成に熱電素子を設けることとしたが、エンジン１０に熱電素子を設けることとしてもよい。このような構成のハイブリッド車両を第３実施例として図１０に示す。第３実施例のハイブリッド車両は、エンジン１０において熱電素子４４を備えているが、これ以外は図１に示した第１実施例のハイブリッド車両とほぼ同様の構成を備えている。また、図１０では記載を省略したが、エンジン１０に取り付けた熱電素子４４は、燃料電池６０Ａに取り付けた熱電素子４０と同様にバッテリ５０に接続されてこれを充電可能となっており、エネルギ回収の状態に関わる信号を制御ユニット７０に出力する。第３実施例のハイブリッド車両は、エンジン１０で生じる熱も、電気エネルギに変換して回収できるため、車両全体のエネルギ効率をさらに向上させることができる。
【００７２】
本実施例のハイブリッド車両では、車両の走行中に図８に示した廃熱回収制御処理ルーチンと同様の処理を実行する。したがって、第１実施例と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、エンジン１０にも熱電素子４４を設けているため、エンジン１０から外部に廃棄される熱を電気エネルギに変換して回収することができ、車両全体のエネルギ効率をさらに向上させることができる。
【００７３】
また、エンジン１０に設けた熱電素子４４についても、熱エネルギ回収の動作に異常がないかどうかを検出し、その結果に加えてエネルギ効率をさらに考慮して、ＥＶ走行とエンジン走行とを切り替える構成としてもよい。例えば、ドライブポジションで走行中は、図４と同様のマップに従ってＥＶ走行とエンジン走行とを切り替える。ここで、領域ＭＧと領域ＥＧとの境界が、熱電素子４０および熱電素子４４による熱エネルギの回収を考慮したものであれば、いずれかの熱電素子による熱エネルギ回収の動作に異常が生じると、この境界の近傍に相当する走行状態では、ＥＶ走行とエンジン走行との間でエネルギ効率の優劣関係が逆転する場合がある。すなわち、モータ２０の性能が充分であれば、図４に示すマップでは領域ＥＧに属する走行状態であっても、熱電素子４４による熱エネルギの回収が行なわれないと、ＥＶ走行を行なった方がエネルギ効率が高くなる場合が考えられる。このように、熱電素子による熱エネルギの回収に異常が生じた場合に、熱電素子による熱エネルギの回収が行なわれないことによるエネルギ効率の低下に基づいて、車両全体でより高いエネルギ効率を実現できるように、ＥＶ走行とエンジン走行とを切り替える、すなわち駆動エネルギ源を選択すれば、常に高いエネルギ効率を確保することができる。
【００７４】
なお、本実施例のハイブリッド車両が搭載するモータ２０の性能は、図４〜図７に示した領域ＥＧ全体に対応可能とはなっていない。したがって、所定の走行状態においては、熱電素子４４による熱回収に異常が生じた場合であっても、駆動エネルギ源を燃料電池装置６０（およびモータ２０）に切り替えることはない。本実施例のハイブリッド車両が搭載するエンジン１０は、常に所望の車速および加速度を実現するために、熱電素子４４による熱回収に異常が生じた場合にもエンジン走行を続けることが可能となるような、充分な性能の冷却装置を備えている。本実施例では、熱エネルギの回収状態やエネルギ効率に基づいた上記したような駆動エネルギ源の使い分けは、モータ２０の性能に応じた（モータ２０を用いることができる）走行状態においてなされる。
【００７５】
既述した実施例では、エンジン１０の動力を直接車軸１７に出力可能なパラレルハイブリッド車両に適用した場合を例示した。本発明は、かかる構成に限らず種々のハイブリッド車両に適用可能であり、また、シリーズハイブリッド車両にも適用可能である。図１１は第４実施例のシリーズハイブリッド車両の構成を示す説明図である。図１１では、既述した実施例の構成と共通する部材には、値１００を加えた部材番号を付すこととし、詳しい説明を省略する。この構成では、走行するための動力を直接出力するのはモータ１２０のみである。図１の構成と異なりエンジン１１０の動力を直接車軸１１７に出力することはできない。エンジン１１０から出力された動力は発電機Ｇにより一旦電力に変換され、駆動回路１５３を介してバッテリ１５０を充電する。駆動回路１５１を介してこの電力をモータ１２０に供給してこれを力行することにより、エンジン１１０の動力は間接的に車両の走行に使用される。さらに、図１の構成と同様、モータ１２０の電源として燃料電池装置１６０も備えられている。なお、図１１においては、切替スイッチや冷却系統の図示を省略したが、これらについては図１と同様の構成で備えられている。また、図１１の構成では、車速に対応する回転数をモータ１２０によって実現することとしたが、図１と同様に、トルクコンバータや変速機などの構造を設けることとしてもよい。
【００７６】
このような構成のハイブリッド車両において、燃料電池装置１６０（実際には燃料電池６０Ａに対応する燃料電池）およびエンジン１１０に、熱電素子１４０，１４４を設ければ、先に実施例で説明したハイブリッド車両と同様、運転中に廃熱を回収することができるため、運転効率を向上することができる。また、いずれかの熱電素子において、熱エネルギ回収の動作に異常が生じた場合には、この異常の生じた熱電素子が取り付けられた駆動エネルギ源（燃料電池装置１６０あるいはエンジン１１０）の運転を停止すれば、熱電素子により持ち去られるはずの熱エネルギ分を冷却系で冷却する場合に起こりうる冷却系部品の耐久性低下などのシステム全体としての耐久性低下を抑制できる。
【００７７】
以上の実施例では、熱回収手段である熱電素子を、エンジンと燃料電池とを搭載するハイブリッド車両に適用した場合を例示した。一般に車両の場合は、出力可能なエネルギの総量がＦＣ燃料の搭載量などにより制限されていることが多いため、廃熱回収を行えばエネルギを有効活用することができる点で有用性が高い。実施例では、車両への適用を例示したが、その他、船舶、航空機、飛翔体など動力を利用して移動する種々の移動体に適用することができる。また、ハイブリッド式の動力源を備えるものに限らず、熱機関を動力源とする移動体にも適用することができる。
【００７８】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる様態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例であるハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池装置６０の概略構成を表わす説明図である。
【図３】制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。
【図４】車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。
【図５】２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を表わす説明図である。
【図６】Ｌポジションにおける変速段の切り替えの様子を表わす説明図である。
【図７】Ｒポジションにおける変速段の切り替えの様子を表わす説明図である。
【図８】廃熱回収制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図９】第２実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図１０】第３実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図１１】第４実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０…エンジン
１２…クランクシャフト
１３…出力軸
１４…出力軸
１５…出力軸
１６…ディファレンシャルギヤ
１７，１１７…車軸
１８…入力クラッチ
１９…補機クラッチ
２０，１２０…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
３０…トルクコンバータ
４０，４２，４４，１４０，１４４…熱電素子
４１…スイッチ
５０，１５０…バッテリ
５１，５２，１５１…駆動回路
６０，１６０…燃料電池装置
６０Ａ…燃料電池
６１…メタノールタンク
６１ａ，６２ａ…容量センサ
６２…水タンク
６３…バーナ
６４…圧縮機
６５…蒸発器
６６…改質器
６７…ＣＯ低減部
６８…ブロワ
７０…制御ユニット
８０…補機駆動用モータ
８２…補機駆動装置
８３，８４…切替スイッチ
９０，９１…冷却水温センサ
９２，１９２…ラジエータ
９３，１９３…ポンプ
９４，１９４…冷媒路
１００…変速機
１０２…油圧ポンプ
１０４…油圧制御部
１５３…駆動回路

Claims

移動体に搭載され、前記移動体を駆動するためのエネルギを発生する複数の駆動エネルギ源を備える移動体の駆動装置であって、
前記複数の駆動エネルギ源のうちの少なくとも一つの駆動エネルギ源に設けられ、該駆動エネルギ源が発生する熱を電気エネルギに変換して回収する熱回収手段と、
前記熱回収手段が前記熱を回収する際の動作状態の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段が前記異常を検出したときには、異常が検出された前記熱回収手段を設けた前記駆動エネルギ源において、前記エネルギの発生を停止する異常時停止手段と
を備える移動体の駆動装置。
前記異常検出手段が前記異常を検出したときには、異常が検出された前記熱回収手段を設けた駆動エネルギ源とは異なる駆動エネルギ源によって、前記駆動のためのエネルギを発生することを特徴とする
請求項１記載の駆動装置。
前記複数の駆動エネルギ源は、エンジンおよび燃料電池を含む
請求項１または２記載の駆動装置。
請求項２記載の駆動装置であって、
前記複数の駆動エネルギ源は、動力を発生するエンジンと、電力を発生する燃料電池と、該燃料電池が発生した電力から動力を発生する電動機とを含み、
前記熱回収手段は、前記燃料電池および／または前記電動機に設けられており、
前記異常検出手段が前記異常を検出したときには、前記エンジンを用いて前記駆動のためのエネルギを発生することを特徴とする
駆動装置。
請求項１または２記載の駆動装置であって、
前記熱回収手段が設けられた前記駆動エネルギ源は、その運転温度を検出する温度検出手段を備え、
前記異常時停止手段は、前記異常検出手段が前記異常を検出した際に、前記温度検出手段が検出した温度が所定の温度を超えない場合には、異常が検出された前記熱回収手段を設けた前記駆動エネルギ源による前記エネルギの発生を続行することを特徴とする
駆動装置。
請求項１または２記載の駆動装置であって、
前記熱回収手段が設けられた前記駆動エネルギ源は、その運転温度を検出する温度検出手段を備え、
前記異常時停止手段は、前記異常検出手段が前記異常を検出しない場合であっても、前記温度検出手段が検出した前記駆動エネルギ源の運転温度が所定の温度以上であれば、前記駆動エネルギ源による前記エネルギの発生を停止する異常発熱時停止手段を備えることを特徴とする
駆動装置。