JP3901009B2 - 電気自動車 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に関し、詳しくは、燃料電池と二次電池と電動機とを備える電気自動車に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の電気自動車としては、燃料電池と蓄電池と電動機とを一つずつ備えるものが提案されている(例えば、特開昭50−82532号公報など)。この電気自動車では、走行中に蓄電池に蓄電した電力により走行に必要な電動機への電力の燃料電池からの出力応答遅れを補うことにより、応答遅れなしに走行できるものとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした電気自動車では、燃料電池と蓄電池と電動機とが一つずつしか搭載されていないため、十分な動力性能を発揮することができないと共に各部を効率よく運転することができない。自動車に必要な動力は、停車状態や低速走行時における加速状態、高速走行における加速状態、巡航状態、制動状態などの各状態により大きく異なる。こうした変動の大きな動力を一つの燃料電池と一つの蓄電池と一つの電動機とから出力するためには、大きな負荷変動に追従可能な燃料電池と比較的大容量の電力を蓄電可能な蓄電池と性能の高い電動機とを用いる必要が生じる。こうした燃料電池と蓄電池と電動機とを大きな負荷変動に対して効率よく運転するのは困難である。また、燃料電池に異常が生じたときには、蓄電池に蓄電している電力量に相当する分の短距離しか走行することができない。さらに、電動機に異常が生じたときには、走行することができない。
【0004】
本発明の電気自動車は、車両の動力性能を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の電気自動車は、車両全体のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。さらに、本発明の電気自動車は、燃料電池や電動機に異常が生じても比較的長距離の走行を可能にすることを目的の一つとする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の電気自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【0006】
本発明の第1の電気自動車は、
少なくとも一つの燃料電池と、
該燃料電池により発電される電力により充電可能な少なくとも一つの二次電池と、
該二次電池からの電力または前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な複数の電動機と、
運転者が要求する要求動力により走行するよう前記複数の電動機を駆動制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【0007】
この本発明の第1の電気自動車では、要求動力に応じて複数の電動機を駆動制御するから、車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、複数の電動機のうちいずれかの電動機に異常が生じても、走行性能の低下が生じるものの正常な電動機により走行することができる。
【0008】
こうした本発明の第1の電気自動車において、前記複数の電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前記複数の電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【0009】
また、本発明の第1の電気自動車において、前記複数の電動機の少なくとも一つは、他の電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前記複数の電動機の少なくとも一つは、前輪または後輪の車軸のうち他の電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【0010】
さらに、本発明の電気自動車において、前記燃料電池と前記二次電池とを前記電動機の数と同数備え、前記複数の燃料電池と前記複数の二次電池と前記複数の電動機とを各々一つずつからなる独立した複数の系統として構成してなるものとすることもできる。こうすれば、いずれかの系統の燃料電池に異常が生じても、他の系統の燃料電池により発電される電力により走行することができる。
【0011】
この複数系統の態様の本発明の第1の電気自動車において、前記制御手段は、前記複数の燃料電池のいずれかに異常が生じているときには、該異常に係る系統以外の系統における余剰の電力または動力を用いて該異常に係る系統の二次電池が充電されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、いずれかの系統の燃料電池に異常が生じても、異常系統の二次電池を充電することができる。したがって、この異常系統の二次電池から必要に応じて電力を異常系統の電動機に供給することができる。この結果、走行性能の低下をほとんど伴うことなく走行することができる。
【0012】
この余剰の電力または動力を用いて異常系統の二次電池を充電する態様の本発明の第1の電気自動車において、前記制御手段は、前記異常に係る系統の二次電池が充電されるよう該異常に係る系統の電動機を発電機として駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、他系統の電力を用いて異常系統の二次電池を充電するための回路を備える必要がない。
【0013】
また、余剰の電力または動力を用いて異常系統の二次電池を充電する態様の本発明の第1の電気自動車において、前記制御手段は、前記異常に係る系統以外の系統からの動力では前記要求動力に不足するときには、前記異常に係る系統の二次電池からの電力を用いて該異常に係る系統の電動機から不足する動力が出力されるよう該電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
【0014】
本発明の第2の電気自動車は、
燃料電池と、
前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの第1電動機と、
二次電池と、
該二次電池と電力のやり取りが可能で該二次電池からの電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの第2電動機と、
運転者が要求する要求動力により走行するよう前記第1電動機と前記第2電動機とを駆動制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【0015】
この本発明の第2の電気自動車では、要求動力に応じて第1電動機と第2電動機とを駆動制御するから、車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、第1電動機か第2電動機のいずれかの電動機に異常が生じても、走行性能の低下が生じるものの正常な電動機により走行することができる。
【0016】
こうした本発明の第2の電気自動車において、前記第1電動機と前記第2電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前記第1電動機と前記第2電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸のうち同一の車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【0017】
また、本発明の第2の電気自動車において、前記第2電動機は、前記第1電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前輪または後輪の車軸のうち前記第1電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【0018】
さらに、本発明の第2の電気自動車において、前記制御手段は、前記要求動力に対して前記燃料電池からの電力に余剰が生じるときには、該余剰の電力を用いて前記二次電池が充電されるよう前記第2電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池を効率よく運転できると共に必要に応じて二次電池から第2電動機に電力を供給することにより大きな要求動力にも対応することができる。
【0019】
また、本発明の第2の電気自動車において、前記燃料電池により発電される電力を前記二次電池と前記第2電動機とに供給可能な電力供給手段と、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記要求動力と前記電池状態検出手段により検出される前記二次電池の状態とに基づいて前記二次電池と前記第2電動機とに電力が供給されるよう前記電力供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池により発電される電力を二次電池や第2電動機に供給することができる。この態様の本発明の第2の電気自動車において、前記制御手段は、前記要求動力に対して前記燃料電池からの電力に余剰が生じるときには、該余剰の電力を用いて前記二次電池が充電されるよう前記電力供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、前輪121a,121bを駆動する前輪駆動系120と、後輪221a,221bを駆動する後輪駆動系220と、前輪駆動系120および後輪駆動系220を駆動制御する電子制御ユニット150とを備える。
【0021】
前輪駆動系120と後輪駆動系220は、それぞれ、ディファレンシャルギヤ122,222を介して前輪121a,121bや後輪221a,221bに動力を出力するモータ124,224と、モータ124,224にDC/DCコンバータ134,234とインバータ136,236とを介して電力を供給可能なバッテリ130,230と、モータ124,224とバッテリ130,230とに電力を供給可能な燃料電池140,240とを備える。
【0022】
モータ124,224は、共に発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、電子制御ユニット150による駆動制御により、インバータ136,236およびDC/DCコンバータ134,234を介してバッテリ130,230と電力のやりとりを行なう。
【0023】
バッテリ130,230は、例えばニッケル水素型の二次電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)132により管理されると共に電子制御ユニット150によるDC/DCコンバータ134,234の制御により充放電される。バッテリECU132には、バッテリ130,230を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ130,230の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ130,230の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ130,230に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ130,230の状態に関するデータを通信により電子制御ユニット150に出力する。なお、バッテリECU132では、バッテリ130,230を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量SOC(f),SOC(r)も演算している。
【0024】
燃料電池140,240は、例えば固体高分子型燃料電池として構成されており、燃料電池用電子制御ユニット(以下、FCECUという)142,242によりその運転、例えば水素含有ガスや酸素含有ガスの供給量や冷却水の供給量などが制御されている。FCECU142,242は、電子制御ユニット150と通信可能に接続されており、必要に応じて燃料電池140,240の状態に関するデータを電子制御ユニット150に出力する。
【0025】
電子制御ユニット150は、CPU152を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU152の他に処理プログラムを記憶するROM154と、データを一時的に記憶するRAM156と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット150には、モータ124,224を駆動制御するために必要な信号、例えばモータ124,224の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ126,226からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータ124,224に印加される相電流,シフトレバー160の操作位置を検出するシフトポジションセンサ161からのシフトポジションSP,アクセルペダル162の踏み込み量に対応したアクセル開度Accを検出するアクセル開度センサ163からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル164の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ165からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ168からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット150からは、インバータ136,236へのスイッチング制御信号やDC/DCコンバータ134,234へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット150は、前述したように、バッテリECU132やFCECU142,242と通信ポートを介して接続されており、バッテリECU132やFCECU142,242と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【0026】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作について説明する。図2は、実施例の電気自動車20の電子制御ユニット150により実行される出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば20msec毎)に繰り返し実行される。
【0027】
出力処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット150のCPU152は、まず、アクセル開度センサ163からのアクセル開度Accと車速センサ168からの車速VとバッテリECU132から通信により得られるバッテリ130,230の残容量SOC(f),SOC(r)とを読み込み(ステップS100)、読み込んだアクセル開度Accと車速Vとに基づいて運転者が要求する要求トルクT*を設定すると共に(ステップS102)、次式(1)に示すように計算した要求トルクT*と車速Vとに基づいて運転者が要求する要求パワーP*を計算する(ステップS104)。要求トルクT*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクT*との関係を予め定めて要求トルク設定マップとしてROM154に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると要求トルク設定マップから対応する要求トルクT*を導出して設定するものとした。図3に要求トルク設定マップの一例を示す。なお、式(1)中、kは車速Vをモータ124,224の回転軸の回転数に変換する比例定数である。
【0028】
【数1】
P*=k・V・T* (1)
【0029】
要求パワーP*を計算すると、この要求パワーP*を閾値Prefと比較する(ステップS106)。ここで、閾値Prefは、燃料電池140,240から出力される電力を用いて要求トルクT*をモータ124,224から出力すると共にバッテリ130,230を充電することが可能か否かを判定するために設定されるパワー値であり、燃料電池140,240から出力可能な最大パワーより小さな値として設定される。要求パワーP*が閾値Prefより大きいときには、バッテリ130,230を充電することができないと判断し、要求トルクT*を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS116)、本ルーチンを終了する。要求トルクT*の両モータ124,224への分配に用いる配分比は、実施例では、車両の走行状態や運転者の操作などにより予め定められたものを用いるものとした。なお、この配分比は要求トルクT*が両モータ124,224から出力されれば如何なる比率としてもよいことと、配分比が本発明の説明に重要な意味を持たないことから、これ以上の説明は冗長となるため、その説明は省略する。
【0030】
一方、要求パワーP*が閾値Pref未満のときには、バッテリ130,230の充電が可能と判断し、前輪駆動系120のバッテリ130の残容量SOC(f)が閾値Sref(f)未満のときには燃料電池140,240からの余剰のパワーを用いてバッテリ130を充電し(ステップS108,S110)、後輪駆動系220のバッテリ230の残容量SOCrが閾値Sref(r)未満のときには燃料電池140,240からの余剰のパワーを用いてバッテリ230を充電し(ステップS112,S114)、要求トルクT*を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS116)、本ルーチンを終了する。ここで、閾値Sref(f)および閾値Sref(r)は、バッテリ130,230の充電の必要性を判定するために用いられる残容量であり、60%や70%などの種々の値に設定することができる。
【0031】
以上説明した実施例の電気自動車20によれば、燃料電池140,240とバッテリ130,230とモータ124,224とからなる前輪駆動系120と後輪駆動系220とにより運転者が要求する要求トルクT*を出力して走行するから、燃料電池と蓄電池とモータとを一つずつしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、要求トルクT*の前後輪への配分を自由に設定することができるから、車両の動力性能をより高めることができる。
【0032】
次に、こうした実施例の電気自動車20における燃料電池140,240の一方に異常が生じたときの動作について説明する。図4は、電子制御ユニット150により実行されるFC異常時出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、燃料電池140,240の一方に異常が生じたときに図2の出力処理ルーチンに代えて所定時間毎(例えば20msec毎)に繰り返し実行される。
【0033】
FC異常時出力処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット150のCPU152は、まず、図2に例示した出力処理ルーチンと同様にアクセル開度Accや車速V,残容量SOC(f),SOC(r)を読み込み(ステップS120)、図3に例示した要求トルク設定マップを用いて要求トルクT*を設定すると共に(ステップS122)、要求パワーP*を計算する処理を実行する(ステップS124)。
【0034】
そして、計算した要求パワーP*を異常が生じていない系統、即ち正常な系統の燃料電池から出力可能な最大パワーPfcmax(x)より大きいか否かを判定する(ステップS126)。ここで、(x)は正常系統のものを意味し、(y)は異常系統のものを意味する。要求パワーP*が正常系統の燃料電池から出力可能な最大パワーPfcmax(x)より大きいときには、要求パワーP*を正常系統のモータから出力可能な最大パワーPmmax(x)より大きいか否かを判定する。ここで、モータから出力可能な最大パワーPmmax(x)は、実施例では、燃料電池から出力可能な最大パワーPfcmax(x)より大きな値に設定されている。これは、モータで使用可能な電力としては、燃料電池からの電力の他にバッテリからの電力もあるため、必要に応じて燃料電池とバッテリの双方から電力の供給を受けることができるものとすることができるからである。要求パワーP*が正常系統のモータから出力可能な最大パワーPmmax(x)以下のときには、正常系統のモータから要求パワー、即ち要求トルクを出力すると共に以上系統のモータを停止して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。
【0035】
一方、要求パワーP*が正常系統のモータから出力可能な最大パワーPmmax(x)より大きいときには、異常系統のバッテリの残容量SOC(y)が閾値Sr1(y)以上あるか否かを判定する(ステップS132)。ここで、閾値Sr1(y)は、異常系統のバッテリが過放電にならないようバッテリの出力下限を設定するものであり、10%や15%などのように種々の値に設定することができる。異常系統のバッテリの残容量SOC(y)が閾値Sr1(y)未満のときには正常系統のモータから最大パワーを出力すると共に異常系統のモータを停止し(ステップS134)、異常系統のバッテリの残容量SOC(y)が閾値Sr1(y)以上のときには正常系統のモータから最大パワーを出力すると共に異常系統のモータから不足分のパワーを出力して(ステップS136)、本ルーチンを終了する。
【0036】
ステップS126で要求パワーP*が正常系統の燃料電池から出力可能な最大パワーPfcmax(x)以下のときには、異常系統のバッテリの残容量SOC(y)が閾値Sr2(y)より大きいか否かを判定する(ステップS138)。ここで、閾値Sr2(y)は、異常系統のバッテリの充電の必要性を判定するために用いられる残容量であり、80%や90%などの種々の値に設定することができる。なお、このルーチンは燃料電池140,240の一方に異常が生じている状態に実行されるため、異常系統のバッテリの残容量SOC(y)をなるべく高くする必要から、図2に例示した出力処理ルーチンにおけるバッテリの充電の必要性の判定に用いた閾値Sref(f)や閾値Sref(r)より大きな値として設定されている。異常系統のバッテリの残容量SOC(y)が閾値Sr2(y)以上のときには、異常系統のバッテリの充電は不要と判断して正常系統のモータから要求パワー(要求トルク)を出力すると共に異常系統のモータを停止して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。異常系統のバッテリの残容量SOC(y)が閾値Sr2(y)未満のときには、異常系統のバッテリの充電が必要と判断して正常系統のモータから最大パワーを出力すると共に異常系統のモータを発電機として駆動して余剰のパワーを用いて異常系統のバッテリを充電して(ステップS142)、本ルーチンを終了する。
【0037】
以上説明した実施例の電気自動車20によれば、前輪駆動系120または後輪駆動系220の燃料電池140,240のいずれか一方に異常が生じても若干の走行性能の低下が生じるものの走行することができる。しかも、異常が生じている系統のバッテリをできるだけ充電するように制御するから、必要に応じて必要なパワーを出力することができる。
【0038】
実施例の電気自動車20では、前輪121a,121bの車軸に動力を出力する前輪駆動系120と後輪221a,221bの車軸に動力を出力する後輪駆動系220とにより4輪駆動車として構成したが、二つの駆動系から同一の車軸に動力を出力する構成としてもよい。例えば、図5に例示する変形例の電気自動車20Bのように、両モータ124,224とも前輪121a,121bの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。この変形例の電気自動車20Bでも図2の出力処理ルーチンや図4のFC異常時出力処理ルーチンを実行することができるから、変形例の電気自動車20Bでも実施例の電気自動車20と同様な効果を奏することができる。もとより、両モータ124,224とも後輪221a,221bの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。また、実施例の電気自動車20では、前輪駆動系120と後輪駆動系220の2つの駆動系を備える構成としたが、3以上の複数の駆動系を備える構成としても差し支えない。
【0039】
次に本発明の第2実施例としての電気自動車20Cについて説明する。図6は、第2実施例の電気自動車20Cの構成の概略を示す構成図である。第2実施例の電気自動車20Cは、後輪駆動系220Cが燃料電池240を備えていない点と後輪駆動系220のDC/DCコンバータ234が前輪駆動系120に接続されている点を除いて第1実施例の電気自動車20と同一の構成をしている。したがって、第2実施例の電気自動車20Cの構成のうち第1実施例の電気自動車20の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0040】
第2実施例の電気自動車20Cは、図示するように、後輪駆動系220Cは燃料電池を備えず、後輪駆動系220CのDC/DCコンバータ234は、前輪駆動系120Cの燃料電池140から見てDC/DCコンバータ134と並列になるように接続されている。したがって、後輪駆動系220CのDC/DCコンバータ234を制御することにより前輪駆動系120Cの燃料電池140からの電力を用いて後輪駆動系220Cのバッテリ230を充電することができる。
【0041】
こうして構成された第2実施例の電気自動車20Cでは、図7に例示する出力処理ルーチンにより走行する。この出力処理ルーチンも所定時間毎(例えば20msec毎)に繰り返し実行される。出力処理ルーチン実行されると、第2実施例の電子制御ユニット150のCPU152は、まず、図2の出力処理ルーチンと同様に、アクセル開度Accや車速V,残容量SOC(f),SOC(r)を読み込み(ステップS200)、図3に例示した要求トルク設定マップを用いて要求トルクT*を設定すると共に(ステップS202)、要求パワーP*を計算する処理を実行する(ステップS204)。
【0042】
そして、計算した要求パワーP*を燃料電池140から出力可能な最大パワーPfcmaxと比較する(ステップS206)。要求パワーP*が最大パワーPfcmaxより大きいときには、後輪駆動系220Cのバッテリ230の残容量SOC(r)がバッテリ230の過放電を防止するための閾値Sr1(r)以上であるか否かを判定する(ステップS208)。後輪駆動系220Cのバッテリ230の残容量SOC(r)が閾値Sr1(r)以上のときには、バッテリ230の過放電は生じないと判断し、要求パワーP*(要求トルクT*)を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS210)、本ルーチンを終了する。一方、残容量SOC(r)が閾値Sr1(r)未満のときには、バッテリ230の過放電が生じる可能性があると判断し、前輪駆動系120Cのモータ124から最大パワーを出力すると共に後輪駆動系220Cのモータ224を停止して(ステップS212)、本ルーチンを終了する。
【0043】
ステップS206で要求パワーP*が燃料電池140から出力可能な最大パワーPfcmax以下のときには、後輪駆動系220Cのバッテリ230の残容量SOC(r)がバッテリ230の充電の必要性を判定するための閾値Sr2(r)以上であるか否かを判定する(ステップS214)。後輪駆動系220Cのバッテリ230の残容量SOC(r)が閾値Sr2(r)以上のときには、バッテリ230の充電は不要と判断し、要求パワーP*(要求トルクT*)を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS216)、本ルーチンを終了する。一方、残容量SOC(r)が閾値Sr2(r)未満のときには、バッテリ230の充電が必要と判断し、前輪駆動系120Cのモータ124から要求パワーP*(要求トルクT*)を出力すると共に燃料電池140からの余剰のパワーを用いて後輪駆動系220Cのバッテリ230を充電し(ステップS218)、本ルーチンを終了する。
【0044】
以上説明した第2実施例の電気自動車20Cによれば、燃料電池140とバッテリ130とモータ124とからなる前輪駆動系120Cとバッテリ230とモータ224とからなる後輪駆動系220Cとにより運転者が要求する要求トルクT*を出力して走行するから、燃料電池と蓄電池とモータとを一つずつしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、後輪駆動系220Cのバッテリ230の残容量SOC(r)が十分な状態のときには、要求トルクT*の前後輪への配分を自由に設定することができるから、車両の動力性能をより高めることができる。
【0045】
第2実施例の電気自動車20Cでは、後輪駆動系220Cは燃料電池を備えず、後輪駆動系220CのDC/DCコンバータ234を前輪駆動系120Cの燃料電池140から見てDC/DCコンバータ134と並列になるように接続するものとしたが、前輪駆動系120Cは燃料電池を備えず、前輪駆動系120CのDC/DCコンバータ134を後輪駆動系220Cの燃料電池240から見てDC/DCコンバータ234と並列になるように接続するもの、即ち、前輪駆動系120Cと後輪駆動系220Cとを入れ替えるものとしても差し支えない。
【0046】
また、第2実施例の電気自動車20Cでは、前輪駆動系120Cでもバッテリ130を備えるものとしたが、前輪駆動系120Cではバッテリを備えないものとしても構わない。
【0047】
第2実施例の電気自動車20Cでは、前輪121a,121bの車軸に動力を出力する前輪駆動系120Cと後輪221a,221bの車軸に動力を出力する後輪駆動系220Cとにより4輪駆動車として構成したが、二つの駆動系から同一の車軸に動力を出力する構成としてもよい。例えば、図8に例示する変形例の電気自動車20Dのように、両モータ124,224とも前輪121a,121bの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。この変形例の電気自動車20Dでも図7の出力処理ルーチンを実行することができるから、変形例の電気自動車20Dでも第2実施例の電気自動車20Cと同様な効果を奏することができる。もとより、両モータ124,224とも後輪221a,221bの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。また、第2実施例の電気自動車20Cでは、前輪駆動系120Cと後輪駆動系220Cの2つの駆動系を備える構成としたが、3以上の複数の駆動系を備える構成としても差し支えない。
【0048】
次に、本発明の第3実施例としての電気自動車20Eについて説明する。図9は、第3実施例の電気自動車20Eの構成の概略を示す構成図である。第3実施例の電気自動車20Eは、図示するように、後輪駆動系220Eが燃料電池もバッテリも備えない点と後輪駆動系220Eのインバータ236が前輪駆動系120Eに接続されている点を除いて第1実施例の電気自動車20と同一の構成をしている。したがって、第3実施例の電気自動車20Eの構成のうち第1実施例の電気自動車20の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0049】
第3実施例の電気自動車20Eは、図示するように、後輪駆動系220Cは燃料電池もバッテリも備えず、後輪駆動系220Eのインバータ236は、前輪駆動系120Eの燃料電池140から見てインバータ136と並列になるように接続されている。したがって、後輪駆動系220Eのインバータ236をスイッチング制御することにより前輪駆動系120Eの燃料電池140からの電力やバッテリ130からの電力を後輪駆動系220Eのモータ224に供給することができる。
【0050】
こうして構成された第3実施例の電気自動車20Eでは、図10に例示する出力処理ルーチンにより走行する。この出力処理ルーチンも所定時間毎(例えば20msec毎)に繰り返し実行される。出力処理ルーチン実行されると、第3実施例の電子制御ユニット150のCPU152は、まず、図2の出力処理ルーチンと同様に、アクセル開度Accや車速V,残容量SOCを読み込み(ステップS300)、図3に例示した要求トルク設定マップを用いて要求トルクT*を設定すると共に(ステップS302)、要求パワーP*を計算する処理を実行する(ステップS304)。
【0051】
そして、計算した要求パワーP*を燃料電池140から出力可能な最大パワーPfcmaxと比較する(ステップS306)。要求パワーP*が最大パワーPfcmaxより大きいときには、バッテリ130の残容量SOCがバッテリ130の過放電を防止するための閾値Sr1以上であるか否かを判定する(ステップS308)。バッテリ130の残容量SOCが閾値Sr1以上のときには、バッテリ130の過放電は生じないと判断し、要求パワーP*(要求トルクT*)を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS310)、本ルーチンを終了する。一方、残容量SOCが閾値Sr1未満のときには、バッテリ130の過放電が生じる可能性があると判断し、燃料電池140から出力可能な最大パワーを設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS312)、本ルーチンを終了する。
【0052】
ステップS306で要求パワーP*が燃料電池140から出力可能な最大パワーPfcmax以下のときには、バッテリ130の残容量SOCがバッテリ130の充電の必要性を判定するための閾値Sr2以上であるか否かを判定する(ステップS314)。バッテリ130の残容量SOCが閾値Sr2以上のときには、バッテリ130の充電は不要と判断し、要求パワーP*(要求トルクT*)を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力し(ステップS316)、本ルーチンを終了する。一方、残容量SOCが閾値Sr2未満のときには、バッテリ130の充電が必要と判断し、要求パワーP*(要求トルクT*)を設定された配分比によって分配して両モータ124,224から出力すると共に燃料電池140からの余剰のパワーを用いてバッテリ130を充電し(ステップS318)、本ルーチンを終了する。
【0053】
以上説明した第3実施例の電気自動車20Eによれば、燃料電池140とバッテリ130とモータ124とからなる前輪駆動系120Eとモータ224からなる後輪駆動系220Eとにより運転者が要求する要求トルクT*を出力して走行するから、燃料電池と蓄電池とモータとを一つずつしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、バッテリ130の残容量SOCが十分な状態のときには、要求トルクT*の前後輪への配分を自由に設定することができるから、車両の動力性能をより高めることができる。
【0054】
第3実施例の電気自動車20Eでは、後輪駆動系220Eは燃料電池もバッテリも備えず、後輪駆動系220Eのインバータ236を前輪駆動系120Cの燃料電池140から見てインバータ136と並列になるように接続するものとしたが、前輪駆動系120Eは燃料電池もバッテリも備えず、前輪駆動系120Eのインバータ136を後輪駆動系220Eの燃料電池240から見てインバータ236と並列になるように接続するもの、即ち、前輪駆動系120Eと後輪駆動系220Eとを入れ替えるものとしても差し支えない。
【0055】
第3実施例の電気自動車20Eでは、前輪121a,121bの車軸に動力を出力する前輪駆動系120Eと後輪221a,221bの車軸に動力を出力する後輪駆動系220Eとにより4輪駆動車として構成したが、二つの駆動系から同一の車軸に動力を出力する構成としてもよい。例えば、図11に例示する変形例の電気自動車20Fのように、両モータ124,224とも前輪121a,121bの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。この変形例の電気自動車20Fでも図10の出力処理ルーチンを実行することができるから、変形例の電気自動車20Fでも第3実施例の電気自動車20Eと同様な効果を奏することができる。もとより、両モータ124,224とも後輪221a,221bの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。また、第3実施例の電気自動車20Eでは、前輪駆動系120Eと後輪駆動系220Eの2つの駆動系を備える構成としたが、3以上の複数の駆動系を備える構成としても差し支えない。
【0056】
以上説明した各実施例やその変形例では、モータ124,224をディファレンシャルギヤ122,222を介して前輪121a,121bや後輪221a,221bの車軸に動力を出力可能に取り付けるものとしたが、第1実施例の電気自動車20の変形例として図12に例示する変形例の電気自動車20Gのように、前輪121a,121bや後輪221a,221bの各々に直接モータ124Ga,124Gb,224Ga,224Gbを取り付けるものとしてもよい。この場合、前輪駆動系120Gを、モータ124Ga,124Gbに対して2個のインバータ136Ga,136Gbを用いて燃料電池140やバッテリ130に接続するものとし、後輪駆動系220Gを、モータ224Ga,224Gbに対して2個のインバータ236Ga,236Gbを用いて燃料電池240やバッテリ230に接続すればよい。このように各駆動系を複数のモータにより構成するものとしてもよいのである。なお、図示しないが、第2実施例や第3実施例の電気自動車20C,30Eに対しても、図12に例示するように、前輪121a,121bや後輪221a,221bの各々に直接モータを取り付けるものとしてもよいのは勿論である。
【0057】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、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、種々なる形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】本発明の一実施例である電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】電子制御ユニット150により実行される出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】要求トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図4】電子制御ユニット150により実行されるFC異常時出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図5】変形例の電気自動車20Bの構成の概略を示す構成図である。
【図6】第2実施例の電気自動車20Cの構成の概略を示す構成図である。
【図7】第2実施例の電子制御ユニット150により実行される出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図8】変形例の電気自動車20Dの構成の概略を示す構成図である。
【図9】第3実施例の電気自動車20Eの構成の概略を示す構成図である。
【図10】第3実施例の電子制御ユニット150により実行される出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図11】変形例の電気自動車20Fの構成の概略を示す構成図である。
【図12】変形例の電気自動車20Gの構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
20,20B〜20G 電気自動車、120,120C,120E,120G前輪駆動系、121a,121b 前輪、122,222 ディファレンシャルギヤ、124,124Ga,124Gb,224,224Ga,224Gb モータ、126,226 回転位置検出センサ、130,230 バッテリ、132 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、134,234 DC/DCコンバータ、136,136Ga,136Gb,236,236Ga,236Gb インバータ、140,240 燃料電池、142,242 燃料電池用電子制御ユニット(FCECU)、150 電子制御ユニット、152 CPU、154 ROM、156 RAM、160 シフトレバー、161 シフトポジションセンサ、162 アクセルペダル、163 アクセル開度センサ、164 ブレーキペダル、165 ブレーキペダルポジションセンサ、168 車速センサ、220,220C,220E 後輪駆動系。
Claims (7)
- 少なくとも一つの燃料電池と、
該燃料電池により発電される電力により充電可能な少なくとも一つの二次電池と、
該二次電池からの電力または前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの電動機と、
を有する駆動系統を複数備えると共に、
運転者が要求する要求動力により走行するよう前記複数の駆動系統における電動機を駆動制御し、前記複数の駆動系統における燃料電池のいずれかに異常が生じているときには該異常に係る駆動系統以外の駆動系統における余剰の電力または動力を用いて該異常に係る駆動系統の二次電池が充電されるよう制御する制御手段を備える、
電気自動車。 - 前記複数の駆動系統の電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなる請求項1記載の電気自動車。
- 前記複数の駆動系統の電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸に動力を出力可能に接続されてなる請求項1記載の電気自動車。
- 前記複数の駆動系統の電動機の少なくとも一つは、他の電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなる請求項1記載の電気自動車。
- 前記複数の駆動系統の電動機の少なくとも一つは、前輪または後輪の車軸のうち他の電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなる請求項1記載の電気自動車。
- 前記制御手段は、前記異常に係る駆動系統の二次電池が充電されるよう該異常に係る駆動系統の電動機を発電機として駆動制御する手段である請求項1ないし5いずれか記載の電気自動車。
- 前記制御手段は、前記異常に係る駆動系統以外の駆動系統からの動力では前記要求動力に不足するときには、前記異常に係る駆動系統の二次電池からの電力を用いて該異常に係る駆動系統の電動機から不足する動力が出力されるよう該電動機を駆動制御する手段である請求項1ないし6いずれか記載の電気自動車。
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