JP4096677B2 - ハイブリッド電気自動車の電源回路システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の駆動用モータをそなえた、ハイブリッド電気自動車の電源回路システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染防止や騒音低減の観点から、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に関する技術が注目され、これらの技術は乗用車のみならず、トラックやバスなどの車両においても積極的に利用されるようになってきている。しかし、一般的にバスやトラックなどは乗用車等に比べ重量が重いため、走行に要する駆動力も当然に大きくなる。このような大きい駆動力を得るため、近年、駆動用のモータを複数そなえたＨＥＶバスが開発されている。ここで、上述のように複数の駆動用モータによって走行するＨＥＶにおける電源回路システムの一例について、図４を用いて説明する。
【０００３】
図４に示すように、ＨＥＶにおける一般的な電源回路システム１０１は、バッテリ１１０，第１インバータ１１１，第２インバータ１１２，第１駆動モータ１１３，第２駆動モータ１１４，発電機１１５，補機用モータ１１６によって構成されている。
バッテリ１１０は高電圧（例えば、約６００Ｖ）の直流電力を充放電可能に蓄えるものであり、バッテリ１１０内の電力は発電機１１５によって発電された電力によってチャージされ、一方、発電機１１５で発電された電力またはバッテリ１１０に蓄えられた電力により、第１駆動モータ１１３、第２駆動モータ１１４および補機用モータ１１６が駆動されるようになっている。
【０００４】
第１インバータ１１１は、バッテリ１１０と第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４との間に電気的に介装され、また、第２インバータ１１２は、バッテリ１１０と発電機１１５および補機用モータ１１６との間に電気的に介装されている。
第１インバータ１１１は、バッテリ１１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４へ送給するものである。また、第１インバータ１１１は、直流電力から交流電力への変換を行う際に、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４の回転数に応じた周波数の交流電力となるように調整してから送給したり、第１駆動モータ１１３と第２駆動モータ１１４とにバランスよく交流電力を送給したりする機能も有しており、これらの第１インバータ１１１における制御は、第１インバータ１１１に内蔵される第１インバータ用コントローラ（図示略）によって行われる。
【０００５】
一方、第２インバータ１１２も、第１インバータ１１１と同様に、バッテリ１１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換するものであって、変換した交流電力を補機用モータ１１６へ送給する。また、この第２インバータ１１２は、バッテリ１１０から受けた電力を補機用モータ１１６の回転数に応じた周波数の交流電力に調整してから送給する機能もそなえ、更に、第２インバータ１１２には、発電機１１５によって発電された電力を、バッテリ１１０に送給することによってバッテリ１１０を充電する機能や、また、発電機１１５によって発電された電力を、第１インバータ１１１経由で第１駆動モータ１１３、第２駆動モータ１１４、補機用モータ１１６へ送給する機能も有しており、これらのインバータ１１２における制御は、第２インバータ１１２に内蔵される第２インバータ用コントローラ（図示略）によって行われる。
【０００６】
また、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４は、変速機（図示略）を介して駆動輪（図示略）と機械的に接続されており、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４のそれぞれを第１インバータ１１１を介して供給される交流電力によって駆動することで車両が走行するようになっている。
発電機１１５は、エンジン（図示略）と機械的に接続されており、エンジンによって発電機１１５が駆動されることによって高電圧（例えば、約６００Ｖ）の三相交流電力が発電され、第２インバータ１１２に送給されるようになっている。
【０００７】
補機用モータ１１６は、パワーステアリング用ポンプ（図示略）やブレーキの作動流体等として用いられる空気を圧縮するためのエアーコンプレッサ（図示略）等の補機が機械的に接続されており、この補機用モータ１１６を第２インバータ１１２を介して送給される交流電力によって駆動することで、前記の補機が駆動されるようになっている。
また、上述の一般的な電源回路システム１０１とは別に、複数のモータのそれぞれに対応するインバータを設けた技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−１７６４１１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の一般的な電源回路システム１０１では、第１駆動モータ１１３と第２駆動モータ１１４とのそれぞれが、同一の第１インバータ１１１経由で電力を受けているため、第１インバータ１１１が故障などにより作動不能となった場合、２つのモータ１１３，１１４が同時に作動しなくなり、車両が走行不能となるおそれがある。
【００１０】
また、上述した特許文献１の技術は、複数のモータのうち、駆動されていないモータの回生電力によってバッテリを充電する技術であるため、上述のような課題を解決することはできない。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、ハイブリッド電気自動車の走行信頼性の向上を図るようにした、電源回路システムを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のハイブリッド電気自動車の電源回路システムは、車両の駆動輪に動力を伝達する駆動軸に機械的に接続された複数のモータと、発電機によって発電された電力を直流電力として蓄えるバッテリと、該発電機を駆動するエンジンと、該バッテリと該複数のモータの各々との間に別個に介装され、該バッテリに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して該各モータへ出力する複数のインバータとを有し、該複数のインバータのうち少なくとも１つに障害が発生したときは、該複数のモータのうち正常稼働中のインバータに接続されているモータの駆動力によって該車両を走行させることを特徴としている。
【００１３】
このため、複数のインバータのうちのいずれかにおいて障害が発生し作動しなくなった場合であっても、その障害発生中のインバータとは別の独立したインバータに接続された駆動用モータによって電気自動車は走行することが可能となるので、走行信頼性が向上する。また、発電機が接続されていないインバータにおいて障害が発生した場合には、エンジンによって駆動された発電機によって発電された電力を、正常運転中のインバータを介して、バッテリに入力することが可能となるので、インバータの障害に関わらずバッテリを充電しながら、障害の発生していないインバータに接続された駆動用モータによって電気自動車を走行させることが可能となり、電気自動車の走行信頼性向上にさらに寄与することが出来る。
【００１４】
また、請求項２記載のハイブリッド電気自動車の電源回路システムは、上記請求項１記載の構成において、該複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが該発電機と電気的に接続されており、該発電機と電気的に接続されているインバータに障害が発生した場合、残りの正常作動中のインバータに接続されているモータの駆動力を上昇させる制御を行なって該車両を走行させることを特徴としている。
また、請求項３記載のハイブリッド電気自動車の電源回路システムは、上記請求項１記載の構成において、該複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが該発電機と電気的に接続されており、該インバータのうち少なくとも１つのインバータに障害が発生し、且つ、該発電機と電気的に接続されている他のインバータは正常に作動している場合、該発電機によって発電した交流電力を該正常に作動している他のインバータを介して該モータに直接供給し、該車両を走行させることを特徴としている。
【００１５】
このため、複数のインバータの少なくとも１つに障害が発生した場合であっても、残りのモータの駆動力を上昇させる制御を行なうことで、モータの障害により損失した駆動力を補って車両を走行させることが出来、ドライブフィーリングの悪化を抑制することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるシリーズ式ハイブリッド電気自動車の電源回路システムについて、図１〜図３を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電源回路システムが適用されるシリーズ式ハイブリッド電気自動車の模式的なブロック図、図２はその構成を示すブロック図、図３はその電力フローを示す模式的なブロック図であって第２インバータにおいて障害が発生した場合を示す図である。
【００１７】
まず、図１に示すように、本発明が適用される車両は、ＨＥＶバス３０であって、モータ／ジェネレータ（発電機）１５，エンジン１７，駆動輪２０，変速機２１，第１駆動モータ１３，第２駆動モータ１４，第１インバータ１１，第２インバータ１２，バッテリ１０，補機用モータ１６，空調用コンプレッサ１８およびエアーコンプレッサ１９から構成される。以下、これらの構成要素について説明する。
【００１８】
エンジン１７はディーゼルエンジンであって、発電機１５と機械的に接続され、交流電力を発電させるために発電機１５を駆動するものである。
発電機１５は、エンジン１７と機械的に接続されるとともに、第１インバータ１１と電気的に接続されており、エンジン１７によって駆動されることで交流電力を発電し、第１インバータ１１経由でバッテリ１０や第１駆動モータ１３に対して発電された電力を送給するようになっている。また、この電力は、第１インバータ１１および第２インバータ１２経由で第２駆動モータ１４や補機用モータ１６に対して送給されるようになっている。
【００１９】
バッテリ１０は、第１インバータ１１と第２インバータ１２とのそれぞれに電気的に接続され、高電圧（例えば、約６００Ｖ）の直流電力を充放電可能に蓄えるものであって、リチウムイオンバッテリによって構成されている。
補機用モータ１６は、第２インバータ１２と電気的に接続されるとともに、パワーステアリング用ポンプ１８やエアーコンプレッサ１９等の補機に機械的に接続され、これらの補機を駆動するものである。
【００２０】
パワーステアリング用ポンプ１８は、パワーステアリング装置に用いられる作動流体を加圧するものであって、加圧された作動流体をギア機構（図示略）やリンク機構（図示略）に作用させて、ドライバの操舵を補助するようになっている。
エアーコンプレッサ１９は、空気を加圧してエアタンク（図示略）に供給するものであって、加圧された空気（加圧エア）は、例えば、図示しないエアブレーキの作動流体として用いられるようになっている。
【００２１】
第１インバータ１１は、バッテリ１０，発電機１５，第２インバータ１２および第１駆動モータ１３と電気的に接続され、発電機１５によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０へ送給して充電を行うとともに、第１駆動モータ１３へ発電された電力を送給して、第１駆動モータ１３を駆動するようになっている。また、発電機１５による発電が行われていない場合には、バッテリ１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、第１駆動モータ１３へ送給するようになっている。さらに、回生ブレーキシステムを使用した場合には、第１駆動モータ１３によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０へ送給する機能もそなえている。さらに、この第１インバータ１１には、第１インバータ制御部（図示略）が内蔵されており、この第１インバータ制御部により、第１インバータ１１の作動が制御されるようになっている。
【００２２】
第２インバータ１２は、バッテリ１０，発電機１５，第１インバータ１１および第２駆動モータ１４と電気的に接続され、発電機１５による発電が行われている場合には、第１インバータ１１を介して入力された電力を第２駆動モータ１４へ送給して、第２駆動モータ１４を駆動するようになっている。一方、発電機１５による発電が行われていない場合には、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を第２駆動モータ１４へ送給して第２駆動モータ１４を駆動させるとともに、補機用モータ１６へ送給して空調用コンプレッサ１８やエアーコンプレッサ１９などの補機を駆動させるようになっている。さらに、第２インバータ１２には、第２インバータ制御部（図示略）が内蔵されており、この第２インバータ制御部により第２インバータ１２の作動が制御されるようになっている。
【００２３】
第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４は、いずれもその駆動軸（図示略）が変速機２１に接続され、第１駆動モータ１３によって発生した駆動力と第２駆動モータ１４によって発生した駆動力とのそれぞれが変速機２１において合成され、駆動輪２０へと伝達されるようになっている。なお、本実施形態においては、第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４は、一方のみでもＨＥＶバス３０を走行させることが可能な駆動力（トルク）を出力することが出来るモータが適用されている。さらに、この第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４のそれぞれは、回生ブレーキシステム作動時に、駆動輪２０による運動エネルギ（回転力）を電気エネルギ（電力）に変換してバッテリ１０を充電するための発電機としても機能する。
【００２４】
変速機２１は、第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４の駆動軸の回転速度を適切な速度に変換してから駆動輪２０へ伝達し、また、回生ブレーキシステム作動時には、駆動輪２０の回転力を適切な速度に変速して第１駆動モータ１３もしくは第２駆動モータ１４へ入力するように機能するものである。また、上述の第１インバータ１１、第２インバータ１２には制御部（図示略；ＥＣＵ）が接続されている。
【００２５】
ここで、各機器とバッテリ１０との接続関係を簡単に説明すると、図２に示すように、第１インバータ１１に第１駆動モータ１３および発電機１５が接続され、また、第２インバータ１２に第２駆動モータ１４および補機用モータ１６とが接続され、さらに、第１インバータ１１と第２インバータ１２とにバッテリ１０が接続されている構成となっている。つまり、第１駆動モータ１３と第２駆動モータ１４とのそれぞれが別々のインバータを介して給電されるようになっている。
【００２６】
このため、図３に示すように、仮に第２インバータ１２において障害（故障）が発生し（図中×印Ａ参照）、第２駆動モータ１４が運転できない場合となっても、バッテリ１０に蓄えられた電力が第１インバータ経由で第１駆動モータ１３に入力することが出来、ＨＥＶバス３０は第１駆動モータ１３による駆動力のみで走行することが可能である。また、第１インバータ１１には発電機１５が接続されているため、発電機１５によって発電された交流電力を、第１インバータ１１から第１駆動モータ１３へ直接出力して駆動させることも可能である。
【００２７】
具体的には、ＥＣＵは、第１インバータ１１および第２インバータ１２の運転状態を監視することによって障害を検出し、その障害検出に応じて適切に第１インバータ１１や第２インバータ１２などを制御できるようになっている。例えば、第２インバータ１２において何らかの障害が発生し、正常に運転できなくなったことがＥＣＵにより検出されると、第１インバータ１１に対して、第１駆動モータ１３の出力を上げるように制御信号を出力するようになっている。逆に、第１インバータ１１において何らかの障害が発生した場合は、第２インバータ１２に対して、第２駆動モータ１４の出力を上げるようにＥＣＵが制御信号を出力するようになっている。
【００２８】
本発明の一実施形態としての電気自動車の電源回路システムは上述のように構成されるので、以下のような作用・効果が得られる。
図３に示すように、第２インバータ１２において障害が発生して第２駆動モータ１４が駆動できなくなると（図中×印Ａ参照）、図示しないＥＣＵにより、第２インバータ１２の故障が検出される。この検出に基づき、ＥＣＵは、運転者による駆動要求を、運転可能な第１駆動モータ１３による駆動力（トルク）のみによって満たすべく、第１駆動モータ１３に対して、大きな駆動力を出力するように制御する。
【００２９】
これにより、正常な第１インバータ１１に接続されている第１駆動モータ１３のみによって生じる駆動力によってＨＥＶバス３０は走行することが可能となる。
つまり、図４に示す一般的な電源回路システム１０１においては、第１インバータ１１１に第１駆動モータ１１３と第２駆動モータ１１４との双方が接続されていたので、第１インバータ１１１が作動不能となった場合には、すべての駆動用モータが停止することになってしまい、その結果、走行不能となっていたのであるが、本発明によれば、複数のインバータ（ここでは、第１インバータ１１および第２インバータ１２）のそれぞれに、駆動用モータ（ここでは、第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４）が少なくとも１つ接続されているので、複数のインバータ中、いずれかにおいて障害が発生したとしても、障害の発生していない残りのインバータに接続されている駆動用モータによって電気自動車（ここでは、ＨＥＶバス３０）は走行することが可能となり、走行信頼性が大幅に向上するのである。
【００３０】
また、複数のインバータ１１，１２の少なくとも１つが、発電機１５と電気的に接続されているので、発電機１５によって発電された電力を、発電機１５が接続されているインバータ１１に接続されているモータ１３へ直接出力することが出来るので、バッテリ１０内に蓄えられた電力だけに依存することなく、電気自動車を自走させることが出来る。
【００３１】
また、複数のインバータの少なくとも１つに障害が発生した場合であっても、残りのモータの駆動力を上昇させる制御を行なうことによって、モータの障害により損失した駆動力を補って車両を走行させることが出来、ドライブフィーリングの悪化を抑制することが可能となる。
【００３２】
なお、本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが出来る。
例えば、上述の実施形態においてはバスに本発明を適用した場合について説明したが、トラック、乗用車などのいずれの車両に本発明を適用してもよく、いずれの車両においても走行信頼性の向上が図られる。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、エンジン１７にディーゼルエンジンを適用したが、ガソリンエンジン、ガスタービンエンジン等、発電機を駆動できるエンジンであれば、どのようなエンジンであっても良い。
また、上述の実施形態においては、インバータが２台設けられ、且つ、この２台のインバータにそれぞれ１機づつモータがそなえられた場合を示したが、インバータが３台以上設けられていていてもよく、また、各インバータに２機以上のモータが接続されていてもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態においては、第１インバータ１１もしくは第２インバータ１２において障害が発生した場合のみを説明したが、この他にも、第１インバータ１１と第２インバータ１２との間の電源線が断線した場合や、バッテリ１０と第１インバータ１１もしくはバッテリ１０と第２インバータ１２との間の電源線が断線したことによって各インバータが運転不能となった場合などにおいても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００３５】
例えば、バッテリ１０と第２インバータ１２との間の電源線および第１インバータ１１と第２インバータ１２との間の電源線のそれぞれが断線した場合は、第２インバータ１２の機能そのものは正常であったとしても、第２インバータ１２に対して電力が供給されなくなるので運転不能となってしまう。このような場合であっても、本願発明によれば、図示しないＥＣＵが、第２インバータ１２が運転不能であることを検出し、正常運転可能な第１インバータ１１に接続されている第１駆動モータ１３によって発生する駆動力のみでＨＥＶバス３０を走行させることが出来る。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電気自動車の電源回路システムによれば、複数のインバータのうちいずれかが作動しなくなっても、独立した他の正常インバータに接続されたモータによって駆動輪を駆動させることによって電気自動車が自走することが出来るので、走行信頼性の向上に寄与することが出来る（請求項１）。
【００３７】
また、複数のインバータの少なくとも１つに障害が発生した場合であっても、残りのモータの駆動力を上昇させる制御を行なうことによって、モータの障害により損失した駆動力を補って車両を走行させることが出来、ドライブフィーリングの悪化を抑制することが可能となる。また、複数のインバータの少なくとも１つが、発電機と電気的に接続されているので、発電機によって発電された電力を、発電機が接続されているインバータに接続されているモータへ直接出力することが可能となり、バッテリ内に蓄えられた電力だけに依存することなく、電気自動車を走行させることが出来る。さらに、発電機が接続されていないインバータにおいて障害が発生した場合には、発電機によって発電された電力を、正常運転中のインバータを介してバッテリに入力することが可能となる。したがって、インバータの障害に関わらずバッテリを充電しながら、障害の発生していないインバータに接続された駆動用モータによって電気自動車を走行させることが可能となり、電気自動車の走行信頼性の更なる向上に寄与することが出来る（請求項２および３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源回路システムが適用されたＨＥＶバスを示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電源回路システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電源回路システムの模式的なブロック図であって、第２インバータに障害が発生した場合を示す図である。
【図４】一般的な電気自動車の電源回路システムの構成を示す模式的なブロック図である。
【符号の説明】
１０ バッテリ
１１ 第１インバータ（インバータ）
１２ 第２インバータ（インバータ）
１３ 第１駆動モータ（モータ）
１４ 第２駆動モータ（モータ）
１５ 発電機
１７ ディーゼルエンジン（エンジン）
２２ スイッチ（セレクタ）
３０ ＨＥＶバス
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の駆動用モータをそなえた、ハイブリッド電気自動車の電源回路システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染防止や騒音低減の観点から、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に関する技術が注目され、これらの技術は乗用車のみならず、トラックやバスなどの車両においても積極的に利用されるようになってきている。しかし、一般的にバスやトラックなどは乗用車等に比べ重量が重いため、走行に要する駆動力も当然に大きくなる。このような大きい駆動力を得るため、近年、駆動用のモータを複数そなえたＨＥＶバスが開発されている。ここで、上述のように複数の駆動用モータによって走行するＨＥＶにおける電源回路システムの一例について、図４を用いて説明する。
【０００３】
図４に示すように、ＨＥＶにおける一般的な電源回路システム１０１は、バッテリ１１０，第１インバータ１１１，第２インバータ１１２，第１駆動モータ１１３，第２駆動モータ１１４，発電機１１５，補機用モータ１１６によって構成されている。
バッテリ１１０は高電圧（例えば、約６００Ｖ）の直流電力を充放電可能に蓄えるものであり、バッテリ１１０内の電力は発電機１１５によって発電された電力によってチャージされ、一方、発電機１１５で発電された電力またはバッテリ１１０に蓄えられた電力により、第１駆動モータ１１３、第２駆動モータ１１４および補機用モータ１１６が駆動されるようになっている。
【０００４】
第１インバータ１１１は、バッテリ１１０と第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４との間に電気的に介装され、また、第２インバータ１１２は、バッテリ１１０と発電機１１５および補機用モータ１１６との間に電気的に介装されている。
第１インバータ１１１は、バッテリ１１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４へ送給するものである。また、第１インバータ１１１は、直流電力から交流電力への変換を行う際に、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４の回転数に応じた周波数の交流電力となるように調整してから送給したり、第１駆動モータ１１３と第２駆動モータ１１４とにバランスよく交流電力を送給したりする機能も有しており、これらの第１インバータ１１１における制御は、第１インバータ１１１に内蔵される第１インバータ用コントローラ（図示略）によって行われる。
【０００５】
一方、第２インバータ１１２も、第１インバータ１１１と同様に、バッテリ１１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換するものであって、変換した交流電力を補機用モータ１１６へ送給する。また、この第２インバータ１１２は、バッテリ１１０から受けた電力を補機用モータ１１６の回転数に応じた周波数の交流電力に調整してから送給する機能もそなえ、更に、第２インバータ１１２には、発電機１１５によって発電された電力を、バッテリ１１０に送給することによってバッテリ１１０を充電する機能や、また、発電機１１５によって発電された電力を、第１インバータ１１１経由で第１駆動モータ１１３、第２駆動モータ１１４、補機用モータ１１６へ送給する機能も有しており、これらのインバータ１１２における制御は、第２インバータ１１２に内蔵される第２インバータ用コントローラ（図示略）によって行われる。
【０００６】
また、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４は、変速機（図示略）を介して駆動輪（図示略）と機械的に接続されており、第１駆動モータ１１３および第２駆動モータ１１４のそれぞれを第１インバータ１１１を介して供給される交流電力によって駆動することで車両が走行するようになっている。
発電機１１５は、エンジン（図示略）と機械的に接続されており、エンジンによって発電機１１５が駆動されることによって高電圧（例えば、約６００Ｖ）の三相交流電力が発電され、第２インバータ１１２に送給されるようになっている。
【０００７】
補機用モータ１１６は、パワーステアリング用ポンプ（図示略）やブレーキの作動流体等として用いられる空気を圧縮するためのエアーコンプレッサ（図示略）等の補機が機械的に接続されており、この補機用モータ１１６を第２インバータ１１２を介して送給される交流電力によって駆動することで、前記の補機が駆動されるようになっている。
また、上述の一般的な電源回路システム１０１とは別に、複数のモータのそれぞれに対応するインバータを設けた技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−１７６４１１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の一般的な電源回路システム１０１では、第１駆動モータ１１３と第２駆動モータ１１４とのそれぞれが、同一の第１インバータ１１１経由で電力を受けているため、第１インバータ１１１が故障などにより作動不能となった場合、２つのモータ１１３，１１４が同時に作動しなくなり、車両が走行不能となるおそれがある。
【００１０】
また、上述した特許文献１の技術は、複数のモータのうち、駆動されていないモータの回生電力によってバッテリを充電する技術であるため、上述のような課題を解決することはできない。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、ハイブリッド電気自動車の走行信頼性の向上を図るようにした、電源回路システムを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のハイブリッド電気自動車の電源回路システムは、車両の駆動輪に動力を伝達する駆動軸に機械的に接続された複数のモータと、発電機によって発電された電力を直流電力として蓄えるバッテリと、該発電機を駆動するエンジンと、該バッテリと該複数のモータの各々との間に別個に介装され、該バッテリに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して該各モータへ出力する複数のインバータとを有し、該複数のインバータのうち少なくとも１つに障害が発生したときは、該複数のモータのうち正常稼働中のインバータに接続されているモータの駆動力によって該車両を走行させることを特徴としている。
【００１３】
このため、複数のインバータのうちのいずれかにおいて障害が発生し作動しなくなった場合であっても、その障害発生中のインバータとは別の独立したインバータに接続された駆動用モータによって電気自動車は走行することが可能となるので、走行信頼性が向上する。また、発電機が接続されていないインバータにおいて障害が発生した場合には、エンジンによって駆動された発電機によって発電された電力を、正常運転中のインバータを介して、バッテリに入力することが可能となるので、インバータの障害に関わらずバッテリを充電しながら、障害の発生していないインバータに接続された駆動用モータによって電気自動車を走行させることが可能となり、電気自動車の走行信頼性向上にさらに寄与することが出来る。
【００１４】
また、請求項２記載のハイブリッド電気自動車の電源回路システムは、上記請求項１記載の構成において、該複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが該発電機と電気的に接続されており、該発電機と電気的に接続されているインバータに障害が発生した場合、残りの正常作動中のインバータに接続されているモータの駆動力を上昇させる制御を行なって該車両を走行させることを特徴としている。
また、請求項３記載のハイブリッド電気自動車の電源回路システムは、上記請求項１記載の構成において、該複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが該発電機と電気的に接続されており、該インバータのうち少なくとも１つのインバータに障害が発生し、且つ、該発電機と電気的に接続されている他のインバータは正常に作動している場合、該発電機によって発電した交流電力を該正常に作動している他のインバータを介して該モータに直接供給し、該車両を走行させることを特徴としている。
【００１５】
このため、複数のインバータの少なくとも１つに障害が発生した場合であっても、残りのモータの駆動力を上昇させる制御を行なうことで、モータの障害により損失した駆動力を補って車両を走行させることが出来、ドライブフィーリングの悪化を抑制することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるシリーズ式ハイブリッド電気自動車の電源回路システムについて、図１〜図３を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電源回路システムが適用されるシリーズ式ハイブリッド電気自動車の模式的なブロック図、図２はその構成を示すブロック図、図３はその電力フローを示す模式的なブロック図であって第２インバータにおいて障害が発生した場合を示す図である。
【００１７】
まず、図１に示すように、本発明が適用される車両は、ＨＥＶバス３０であって、モータ／ジェネレータ（発電機）１５，エンジン１７，駆動輪２０，変速機２１，第１駆動モータ１３，第２駆動モータ１４，第１インバータ１１，第２インバータ１２，バッテリ１０，補機用モータ１６，空調用コンプレッサ１８およびエアーコンプレッサ１９から構成される。以下、これらの構成要素について説明する。
【００１８】
エンジン１７はディーゼルエンジンであって、発電機１５と機械的に接続され、交流電力を発電させるために発電機１５を駆動するものである。
発電機１５は、エンジン１７と機械的に接続されるとともに、第１インバータ１１と電気的に接続されており、エンジン１７によって駆動されることで交流電力を発電し、第１インバータ１１経由でバッテリ１０や第１駆動モータ１３に対して発電された電力を送給するようになっている。また、この電力は、第１インバータ１１および第２インバータ１２経由で第２駆動モータ１４や補機用モータ１６に対して送給されるようになっている。
【００１９】
バッテリ１０は、第１インバータ１１と第２インバータ１２とのそれぞれに電気的に接続され、高電圧（例えば、約６００Ｖ）の直流電力を充放電可能に蓄えるものであって、リチウムイオンバッテリによって構成されている。
補機用モータ１６は、第２インバータ１２と電気的に接続されるとともに、パワーステアリング用ポンプ１８やエアーコンプレッサ１９等の補機に機械的に接続され、これらの補機を駆動するものである。
【００２０】
パワーステアリング用ポンプ１８は、パワーステアリング装置に用いられる作動流体を加圧するものであって、加圧された作動流体をギア機構（図示略）やリンク機構（図示略）に作用させて、ドライバの操舵を補助するようになっている。
エアーコンプレッサ１９は、空気を加圧してエアタンク（図示略）に供給するものであって、加圧された空気（加圧エア）は、例えば、図示しないエアブレーキの作動流体として用いられるようになっている。
【００２１】
第１インバータ１１は、バッテリ１０，発電機１５，第２インバータ１２および第１駆動モータ１３と電気的に接続され、発電機１５によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０へ送給して充電を行うとともに、第１駆動モータ１３へ発電された電力を送給して、第１駆動モータ１３を駆動するようになっている。また、発電機１５による発電が行われていない場合には、バッテリ１０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、第１駆動モータ１３へ送給するようになっている。さらに、回生ブレーキシステムを使用した場合には、第１駆動モータ１３によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０へ送給する機能もそなえている。さらに、この第１インバータ１１には、第１インバータ制御部（図示略）が内蔵されており、この第１インバータ制御部により、第１インバータ１１の作動が制御されるようになっている。
【００２２】
第２インバータ１２は、バッテリ１０，発電機１５，第１インバータ１１および第２駆動モータ１４と電気的に接続され、発電機１５による発電が行われている場合には、第１インバータ１１を介して入力された電力を第２駆動モータ１４へ送給して、第２駆動モータ１４を駆動するようになっている。一方、発電機１５による発電が行われていない場合には、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を第２駆動モータ１４へ送給して第２駆動モータ１４を駆動させるとともに、補機用モータ１６へ送給して空調用コンプレッサ１８やエアーコンプレッサ１９などの補機を駆動させるようになっている。さらに、第２インバータ１２には、第２インバータ制御部（図示略）が内蔵されており、この第２インバータ制御部により第２インバータ１２の作動が制御されるようになっている。
【００２３】
第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４は、いずれもその駆動軸（図示略）が変速機２１に接続され、第１駆動モータ１３によって発生した駆動力と第２駆動モータ１４によって発生した駆動力とのそれぞれが変速機２１において合成され、駆動輪２０へと伝達されるようになっている。なお、本実施形態においては、第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４は、一方のみでもＨＥＶバス３０を走行させることが可能な駆動力（トルク）を出力することが出来るモータが適用されている。さらに、この第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４のそれぞれは、回生ブレーキシステム作動時に、駆動輪２０による運動エネルギ（回転力）を電気エネルギ（電力）に変換してバッテリ１０を充電するための発電機としても機能する。
【００２４】
変速機２１は、第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４の駆動軸の回転速度を適切な速度に変換してから駆動輪２０へ伝達し、また、回生ブレーキシステム作動時には、駆動輪２０の回転力を適切な速度に変速して第１駆動モータ１３もしくは第２駆動モータ１４へ入力するように機能するものである。また、上述の第１インバータ１１、第２インバータ１２には制御部（図示略；ＥＣＵ）が接続されている。
【００２５】
ここで、各機器とバッテリ１０との接続関係を簡単に説明すると、図２に示すように、第１インバータ１１に第１駆動モータ１３および発電機１５が接続され、また、第２インバータ１２に第２駆動モータ１４および補機用モータ１６とが接続され、さらに、第１インバータ１１と第２インバータ１２とにバッテリ１０が接続されている構成となっている。つまり、第１駆動モータ１３と第２駆動モータ１４とのそれぞれが別々のインバータを介して給電されるようになっている。
【００２６】
このため、図３に示すように、仮に第２インバータ１２において障害（故障）が発生し（図中×印Ａ参照）、第２駆動モータ１４が運転できない場合となっても、バッテリ１０に蓄えられた電力が第１インバータ経由で第１駆動モータ１３に入力することが出来、ＨＥＶバス３０は第１駆動モータ１３による駆動力のみで走行することが可能である。また、第１インバータ１１には発電機１５が接続されているため、発電機１５によって発電された交流電力を、第１インバータ１１から第１駆動モータ１３へ直接出力して駆動させることも可能である。
【００２７】
具体的には、ＥＣＵは、第１インバータ１１および第２インバータ１２の運転状態を監視することによって障害を検出し、その障害検出に応じて適切に第１インバータ１１や第２インバータ１２などを制御できるようになっている。例えば、第２インバータ１２において何らかの障害が発生し、正常に運転できなくなったことがＥＣＵにより検出されると、第１インバータ１１に対して、第１駆動モータ１３の出力を上げるように制御信号を出力するようになっている。逆に、第１インバータ１１において何らかの障害が発生した場合は、第２インバータ１２に対して、第２駆動モータ１４の出力を上げるようにＥＣＵが制御信号を出力するようになっている。
【００２８】
本発明の一実施形態としての電気自動車の電源回路システムは上述のように構成されるので、以下のような作用・効果が得られる。
図３に示すように、第２インバータ１２において障害が発生して第２駆動モータ１４が駆動できなくなると（図中×印Ａ参照）、図示しないＥＣＵにより、第２インバータ１２の故障が検出される。この検出に基づき、ＥＣＵは、運転者による駆動要求を、運転可能な第１駆動モータ１３による駆動力（トルク）のみによって満たすべく、第１駆動モータ１３に対して、大きな駆動力を出力するように制御する。
【００２９】
これにより、正常な第１インバータ１１に接続されている第１駆動モータ１３のみによって生じる駆動力によってＨＥＶバス３０は走行することが可能となる。
つまり、図４に示す一般的な電源回路システム１０１においては、第１インバータ１１１に第１駆動モータ１１３と第２駆動モータ１１４との双方が接続されていたので、第１インバータ１１１が作動不能となった場合には、すべての駆動用モータが停止することになってしまい、その結果、走行不能となっていたのであるが、本発明によれば、複数のインバータ（ここでは、第１インバータ１１および第２インバータ１２）のそれぞれに、駆動用モータ（ここでは、第１駆動モータ１３および第２駆動モータ１４）が少なくとも１つ接続されているので、複数のインバータ中、いずれかにおいて障害が発生したとしても、障害の発生していない残りのインバータに接続されている駆動用モータによって電気自動車（ここでは、ＨＥＶバス３０）は走行することが可能となり、走行信頼性が大幅に向上するのである。
【００３０】
また、複数のインバータ１１，１２の少なくとも１つが、発電機１５と電気的に接続されているので、発電機１５によって発電された電力を、発電機１５が接続されているインバータ１１に接続されているモータ１３へ直接出力することが出来るので、バッテリ１０内に蓄えられた電力だけに依存することなく、電気自動車を自走させることが出来る。
【００３１】
また、複数のインバータの少なくとも１つに障害が発生した場合であっても、残りのモータの駆動力を上昇させる制御を行なうことによって、モータの障害により損失した駆動力を補って車両を走行させることが出来、ドライブフィーリングの悪化を抑制することが可能となる。
【００３２】
なお、本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが出来る。
例えば、上述の実施形態においてはバスに本発明を適用した場合について説明したが、トラック、乗用車などのいずれの車両に本発明を適用してもよく、いずれの車両においても走行信頼性の向上が図られる。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、エンジン１７にディーゼルエンジンを適用したが、ガソリンエンジン、ガスタービンエンジン等、発電機を駆動できるエンジンであれば、どのようなエンジンであっても良い。
また、上述の実施形態においては、インバータが２台設けられ、且つ、この２台のインバータにそれぞれ１機づつモータがそなえられた場合を示したが、インバータが３台以上設けられていていてもよく、また、各インバータに２機以上のモータが接続されていてもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態においては、第１インバータ１１もしくは第２インバータ１２において障害が発生した場合のみを説明したが、この他にも、第１インバータ１１と第２インバータ１２との間の電源線が断線した場合や、バッテリ１０と第１インバータ１１もしくはバッテリ１０と第２インバータ１２との間の電源線が断線したことによって各インバータが運転不能となった場合などにおいても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００３５】
例えば、バッテリ１０と第２インバータ１２との間の電源線および第１インバータ１１と第２インバータ１２との間の電源線のそれぞれが断線した場合は、第２インバータ１２の機能そのものは正常であったとしても、第２インバータ１２に対して電力が供給されなくなるので運転不能となってしまう。このような場合であっても、本願発明によれば、図示しないＥＣＵが、第２インバータ１２が運転不能であることを検出し、正常運転可能な第１インバータ１１に接続されている第１駆動モータ１３によって発生する駆動力のみでＨＥＶバス３０を走行させることが出来る。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電気自動車の電源回路システムによれば、複数のインバータのうちいずれかが作動しなくなっても、独立した他の正常インバータに接続されたモータによって駆動輪を駆動させることによって電気自動車が自走することが出来るので、走行信頼性の向上に寄与することが出来る（請求項１）。
【００３７】
また、複数のインバータの少なくとも１つに障害が発生した場合であっても、残りのモータの駆動力を上昇させる制御を行なうことによって、モータの障害により損失した駆動力を補って車両を走行させることが出来、ドライブフィーリングの悪化を抑制することが可能となる。また、複数のインバータの少なくとも１つが、発電機と電気的に接続されているので、発電機によって発電された電力を、発電機が接続されているインバータに接続されているモータへ直接出力することが可能となり、バッテリ内に蓄えられた電力だけに依存することなく、電気自動車を走行させることが出来る。さらに、発電機が接続されていないインバータにおいて障害が発生した場合には、発電機によって発電された電力を、正常運転中のインバータを介してバッテリに入力することが可能となる。したがって、インバータの障害に関わらずバッテリを充電しながら、障害の発生していないインバータに接続された駆動用モータによって電気自動車を走行させることが可能となり、電気自動車の走行信頼性の更なる向上に寄与することが出来る（請求項２および３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源回路システムが適用されたＨＥＶバスを示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電源回路システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電源回路システムの模式的なブロック図であって、第２インバータに障害が発生した場合を示す図である。
【図４】一般的な電気自動車の電源回路システムの構成を示す模式的なブロック図である。
【符号の説明】
１０ バッテリ
１１ 第１インバータ（インバータ）
１２ 第２インバータ（インバータ）
１３ 第１駆動モータ（モータ）
１４ 第２駆動モータ（モータ）
１５ 発電機
１７ ディーゼルエンジン（エンジン）
２２ スイッチ（セレクタ）
３０ ＨＥＶバス
Claims (3)
- 車両の駆動輪に動力を伝達する駆動軸に機械的に接続された複数のモータと、
発電機によって発電された電力を直流電力として蓄えるバッテリと、
該発電機を駆動するエンジンと、
該バッテリと該複数のモータの各々との間に別個に介装され、該バッテリに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して該各モータへ出力する複数のインバータとを有し、
該複数のインバータのうち少なくとも１つに障害が発生したときは、該複数のモータのうち正常稼働中のインバータに接続されているモータの駆動力によって該車両を走行させる
ことを特徴とする、ハイブリッド電気自動車の電源回路システム。 - 該複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが該発電機と電気的に接続されており、
該発電機と電気的に接続されているインバータに障害が発生した場合、残りの正常作動中のインバータに接続されているモータの駆動力を上昇させる制御を行なって該車両を走行させる
ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の電源回路システム。 - 該複数のインバータのうち少なくとも１つのインバータが該発電機と電気的に接続されており、
該インバータのうち少なくとも１つのインバータに障害が発生し、且つ、該発電機と電気的に接続されている他のインバータは正常に作動している場合、該発電機によって発電した交流電力を該正常に作動している他のインバータを介して該モータに直接供給し、該車両を走行させる
ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の電源回路システム。
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