JP4691961B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池と蓄電装置とを備える燃料電池車両に関し、特に、燃料電池車両のエネルギ効率の低下を抑制する技術に関する。

ＤＣ／ＤＣコンバータを介して互いに接続された燃料電池と二次電池などの蓄電装置とを備える燃料電池車両が知られている。このような燃料電池車両には、車輪を駆動するモータがＤＣ／ＤＣコンバータの燃料電池側に配置されているもの（例えば、特許文献１）と、モータがＤＣ／ＤＣコンバータの蓄電装置側に配置されているもの（例えば、特許文献２）とがある。

特開２００３−３３３７０７号公報 特開２００３−９３１３号公報 特開２００１−３０７７５８号公報 特開２００３−７７５１４号公報

また、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えることなく燃料電池と蓄電装置とを備える燃料電池車両も提案されている。例えば、燃料電池からの電力が供給される第１のコイルと蓄電装置からの電力が供給される第２のコイルとが１つのモータのステータに捲回され、燃料電池と蓄電装置とのそれぞれが、１つのモータを独立して駆動することができる燃料電池車両が知られている（例えば、特許文献５）。

特開平８−３３１７０５号公報

上記した燃料電池と蓄電装置とがＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続された従来の燃料電池車両では、エネルギ効率が低下する場合があるという問題があった。例えば、従来の燃料電池車両においてモータが燃料電池側に配置されているものでは、燃料電池を停止し蓄電装置からの放電によってモータを駆動する間欠運転の際に、蓄電装置からモータへの電力の供給がＤＣ／ＤＣコンバータを介して行われる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失によって燃料電池車両のエネルギ効率が低下する。また、従来の燃料電池車両においてモータが蓄電装置側に配置されているものでは、燃料電池からモータへの電力の供給がＤＣ／ＤＣコンバータを介して行われるため、同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失によって燃料電池車両のエネルギ効率が低下する。

他方、上記した燃料電池と蓄電装置とのそれぞれが１つのモータを独立して駆動することができる従来の燃料電池車両では、モータの駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失が発生することはない。しかし、この燃料電池車両では、蓄電装置に接続された第２のコイルで発生する回生電力のみ蓄電装置に充電することができ、燃料電池に接続された第１のコイルで発生する回生電力は蓄電装置に供給することができないため、やはり燃料電池車両のエネルギ効率が低下する場合があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池車両において、エネルギ効率の低下を抑制することを可能とする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池車両は、ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して互いに接続された燃料電池および蓄電装置と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく前記燃料電池と接続された第１のモータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく前記蓄電装置と接続された第２のモータと、
前記燃料電池車両の運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第２のモータによる回生電力を前記蓄電装置に供給すると共に前記第１のモータによる回生電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電装置に供給する回生運転モードを有する。

この燃料電池車両では、ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく燃料電池から第１のモータに電力を供給できると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく蓄電装置から第２のモータに電力を供給できる。そのため、モータの駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失を抑制することができる。また、この燃料電池車両では、第２のモータによる回生電力を蓄電装置に供給すると共に、第１のモータによる回生電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電装置に供給することができる。そのため、モータの回生電力の蓄電装置への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失を抑制できると共に、第１のモータの回生電力も蓄電装置に供給して有効に利用できる。従って、この燃料電池車両では、エネルギ効率の低下を抑制することができる。

上記燃料電池車両において、前記制御部は、さらに、
前記燃料電池車両が要求する回生量が所定の回生閾値より小さい時に、前記第１のモータによる回生を行わず、前記第２のモータによる回生電力を前記蓄電装置に供給する低回生運転モードを有するとしてもよい。

この構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく回生電力を蓄電装置へ供給できる第２のモータのみで回生を行うことができる。そのため、モータの回生電力の蓄電装置への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失を最小化することができ、燃料電池車両のエネルギ効率の低下をさらに抑制することができる。

また、上記燃料電池車両において、前記制御部は、さらに、
前記燃料電池車両が要求する出力が所定の第１の出力閾値より小さい時に、前記燃料電池の発電を行わず、前記第１のモータを駆動せず、前記蓄電装置から電力を供給して前記第２のモータを駆動する低出力運転モードを有するとしてもよい。

この構成によれば、燃料電池のシステム効率が比較的低くなる出力範囲では燃料電池の運転を行わないこととすることができ、燃料電池車両のエネルギ効率の低下をさらに抑制することができる。

また、上記燃料電池車両において、前記制御部は、さらに、
前記燃料電池車両が要求する出力が、前記第１の出力閾値以上で、かつ、所定の第２の出力閾値より小さい時に、前記第２のモータを駆動せず、前記燃料電池から電力を供給して前記第１のモータを駆動する中出力運転モードと、
前記燃料電池車両が要求する出力が、前記第２の出力閾値以上の時に、前記蓄電装置から電力を供給して前記第２のモータを駆動すると共に、前記燃料電池から電力を供給して前記第１のモータを駆動する高出力運転モードと、を有するとしてもよい。

この構成によれば、燃料電池車両の要求する出力に応じて、モータの駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータにおけるエネルギ損失を抑制することができ、広い要求出力範囲において、燃料電池車両のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

また、上記燃料電池車両において、前記第１のモータは、前記燃料電池車両の後輪を駆動し、
前記第２のモータは、前記燃料電池車両の前輪を駆動するとしてもよい。

この構成によれば、燃料電池車両の要求する出力が小さい低出力運転時には前輪駆動運転の状態となり、要求出力が中程度の中出力運転時には後輪駆動運転の状態となり、要求出力が大きい高出力運転時には四輪駆動運転の状態となる。そのため、出現頻度の多い中出力運転時に後輪駆動の自然なハンドリングを得ることができると共に、急加速時などの高出力運転時の走行安定性を得ることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池車両、燃料電池自動車、燃料電池車両の制御装置および制御方法等の態様で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池自動車の構成を概略的に示す説明図である。この燃料電池自動車１００は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池３００と、充放電可能な二次電池４００と、電圧変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２００とを備えている。燃料電池３００と二次電池４００とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介して互いに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、燃料電池３００または二次電池４００から入力された電圧を、目標電圧に変換して出力する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。燃料電池３００としては、例えば固体高分子型燃料電池が用いられ、二次電池４００としては、例えば鉛蓄電池やニッケル−水素蓄電池が用いられる。

燃料電池３００とＤＣ／ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、インバータ３１０を介して、第１モータ３２０が接続されている。同様に、二次電池４００とＤＣ／ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、インバータ４１０を介して、第２モータ４２０が接続されている。第１モータ３２０および第２モータ４２０は、共に、回生機能を有する三相同期モータである。第１モータ３２０は、その出力軸が差動ギア３３０を介して後輪駆動軸３４０と接続されており、第１モータ３２０の出力軸の回転によって後輪駆動軸３４０および後輪駆動軸３４０に接続された後輪３７０が駆動される。一方、第２モータ４２０は、その出力軸が差動ギア４３０を介して前輪駆動軸４４０と接続されており、第２モータ４２０の出力軸の回転によって前輪駆動軸４４０および前輪駆動軸４４０に接続された前輪４７０が駆動される。インバータ３１０，４１０は、燃料電池３００や二次電池４００から出力される直流電力を三相交流電力へと変換して、第１モータ３２０および第２モータ４２０へと供給する。

燃料電池３００とＤＣ／ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、さらに、例えば改質器やエアコンプレッサを含む燃料電池補機類３５０が接続されている。燃料電池補機類３５０は、燃料電池３００での発電に要する水素を含む燃料ガスと酸素を含む空気とを、燃料電池３００に供給する。また、二次電池４００とＤＣ／ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、さらに、例えば照明機器やオーディオ機器を含む車両補機類４５０が接続されている。

燃料電池自動車１００は、さらに、ＥＣＵ５００を備えている。ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ５１０と、ＲＯＭ５２０と、ＲＡＭ５３０と、入出力ポート５４０とを有している。ＥＣＵ５００には、燃料電池自動車１００の各部に配されたセンサからの検出信号が、入出力ポート５４０を介して入力される。ＥＣＵ５００は、これらの検出信号を基に、以下に説明する運転モードの１つを選択し、選択した運転モードに応じて、燃料電池自動車１００の各構成要素の動作を制御する。ＥＣＵ５００は、燃料電池自動車１００の各構成要素の動作を制御するために、入出力ポート５４０を介して、各構成要素との間で制御信号のやりとりを行う。なお、燃料電池自動車１００の各部に配されたセンサとしては、例えば、アクセルペダル６１０の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６１２、ブレーキペダル６２０の踏み込み量を検出するプレーキペダルポジションセンサ６２２、ステアリング６３０の操舵角を検出する操舵角センサ６３２、後輪駆動軸３４０および前輪駆動軸４４０の回転数を検出する駆動軸センサ６４０、車速を検出するスピードセンサ６５０、車両の回転モーメントを検出するモーメントセンサ６６０、燃料電池３００の運転状態を検出する図示しない温度センサおよび電圧計、二次電池４００の状態を検出する図示しない充電容量センサおよび電圧計がある。また、ＥＣＵ５００による燃料電池自動車１００の各構成要素の動作の制御は、例えば、ＣＰＵ５１０が、ＲＯＭ５２０に格納された動作制御プログラムをＲＡＭ５３０上に読み出して実行することにより行われる。

図２は、第１実施例の燃料電池自動車の各駆動運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図である。ここで、燃料電池自動車１００の駆動運転モードとは、第１モータ３２０と第２モータ４２０との内の少なくとも一方が駆動されている運転モードを意味している。ＥＣＵ５００は、燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒよって区分される各駆動運転モードに応じて、燃料電池自動車１００の各構成要素（二次電池４００、第２モータ４２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００、第１モータ３２０、燃料電池３００）が図２に示す状態となるように、各構成要素の制御を行う。なお、図２には、燃料電池自動車１００が走行停止状態のときの燃料電池自動車１００の各構成要素の状態も併せて示している。また、燃料電池補機類３５０は、図２に示した燃料電池３００の状態と同じ状態に制御される。

燃料電池自動車１００が走行停止状態（車速ゼロの状態）のときには、第１モータ３２０および第２モータ４２０は、共に停止状態となる。このとき、燃料電池３００は発電停止状態となり、二次電池４００は車両補機類４５０に電力を供給するために放電状態となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介した電力のやりとりの必要が無いため、停止状態となる。なお、燃料電池自動車１００の走行停止状態において、二次電池４００の充電容量によっては、二次電池４００を充電するために燃料電池３００が発電状態となる場合もある。

燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒが所定の出力閾値Ａより小さい低出力運転時には、第１モータ３２０は停止状態となる一方、第２モータ４２０は駆動状態となる。そのため、燃料電池自動車１００は、前輪４７０が駆動される前輪駆動運転の状態となる。このとき、燃料電池３００は発電停止状態となり、二次電池４００は第２モータ４２０に電力を供給するために放電状態となる。すなわち、第２モータ４２０には、二次電池４００からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介さずに電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介した電力の供給の必要が無いため、停止状態となる。以上のことから、燃料電池自動車１００の低出力運転時には、モータ（第２モータ４２０）の駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、本実施例によれば、燃料電池自動車１００の低出力運転時のエネルギ効率の低下を抑制することができる。なお、所定の出力閾値Ａについては、後述する。また、燃料電池自動車１００の低出力運転時において、二次電池４００の充電容量によっては、二次電池４００を充電するために燃料電池３００が発電状態となる場合もある。

燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒが、所定の出力閾値Ａ以上で、かつ、所定の出力閾値Ｂより小さい中出力運転時には、低出力運転時とは反対に、第１モータ３２０が駆動状態となる一方、第２モータ４２０が停止状態となる。そのため、燃料電池自動車１００は、後輪３７０が駆動される後輪駆動運転の状態となる。このとき、燃料電池３００は第１モータ３２０に電力を供給するために発電状態となる。すなわち、第１モータ３２０には、燃料電池３００からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介さずに電力が供給される。また、二次電池４００は、車両補機類４５０に電力を供給するための放電と、二次電池４００の充電容量に応じて燃料電池３００から電力の供給を受ける充電とを適宜実行する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、燃料電池３００の電力を二次電池４００へと供給するために電圧変換を行う運転状態となる。以上のことから、燃料電池自動車１００の中出力運転時には、モータ（第１モータ３２０）の駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、本実施例によれば、燃料電池自動車１００の中出力運転時のエネルギ効率の低下を抑制することができる。なお、所定の出力閾値Ｂについては、後述する。

燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒが所定の出力閾値Ｂ以上である高出力運転時には、第１モータ３２０および第２モータ４２０は、共に駆動状態となる。そのため、燃料電池自動車１００は、前輪４７０および後輪３７０が共に駆動される四輪駆動運転の状態となる。このとき、燃料電池３００は発電状態となり、二次電池４００は放電状態となる。第１モータ３２０は、燃料電池３００の発電電力によって、出力が第１モータ３２０の最大出力となるように駆動される。すなわち、第１モータ３２０には、燃料電池３００からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介さずに電力が供給される。一方、第２モータ４２０の出力は、燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒから第１モータ３２０の最大出力を引いた残りの出力となる。第２モータ４２０は、二次電池４００の充電容量に応じて、二次電池４００からの供給電力によって駆動されたり、燃料電池３００からの供給電力によって駆動されたり、その双方によって駆動されたりする。すなわち、第２モータ４２０には、燃料電池３００からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介して電力が供給される場合がある。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、燃料電池３００の電力を第２モータ４２０へ供給するために電圧変換を行う運転状態となる。以上のことから、燃料電池自動車１００の高出力運転時には、第２モータ４２０の駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生する場合があるものの、第１モータ３２０の駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、本実施例によれば、燃料電池自動車１００の高出力運転時のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

ここで、上述の所定の出力閾値Ａの値は、燃料電池３００のシステム効率に基づき設定される。図３は、第１実施例の燃料電池の出力とシステム効率との関係を概略的に示す説明図である。なお、燃料電池３００のシステム効率Ｅｓは、下記の式（１）で表される。
Ｅｓ＝（Ｐｆ−Ｌａ−Ｌｄ）／Ｃｈ・・・（１）
Ｐｆ：燃料電池３００の出力
Ｌａ：燃料電池補機類３５０および車両補機類４５０の負荷
Ｌｄ：ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の損失
Ｃｈ：燃料電池３００の水素消費量のエネルギ換算値

図３に示すように、燃料電池３００のシステム効率Ｅｓは、燃料電池３００の出力Ｐｆがゼロから増加するのに伴い急激に向上し、出力Ｐｆの値がｐとなるときに最大となる。そして、システム効率Ｅｓは、出力Ｐｆが値ｐを超えると、出力Ｐｆの増加に伴い緩やかに低下する。本実施例では、出力閾値Ａの値を、システム効率Ｅｓが最大となる燃料電池３００の出力Ｐｆの値ｐよりも小さく、かつ、システム効率Ｅｓが比較的高いときの出力Ｐｆの値ａに設定している。

また、上述の所定の出力閾値Ｂの値は、第１モータ３２０の最大出力の値に設定される。

本実施例の燃料電池自動車１００では、上述したように、低出力運転時には、燃料電池３００は発電停止状態となる。また、中出力運転時には、燃料電池３００は第１モータ３２０を駆動するために発電状態となる。このとき、第２モータ４２０は停止状態であるため、第１モータ３２０が燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒのすべてを出力する。ここで、中出力運転時には、要求出力Ｐｒは出力閾値Ａ以上であるため、燃料電池３００の出力Ｐｆの値はａ以上となる。さらに、高出力運転時には、燃料電池３００は第１モータ３２０を駆動するために発電状態となる。このとき、第１モータ３２０は、その出力が第１モータ３２０の最大出力となるように駆動される。ここで、第１モータ３２０の最大出力の値は、出力閾値Ａよりも大きい出力閾値Ｂと同じ値であるため、燃料電池３００の出力Ｐｆの値はａ以上となる。以上のことから、燃料電池３００は、比較的システム効率Ｅｓが低くなる出力Ｐｆがゼロからａまでの出力範囲では発電を行わないこととなる。従って、本実施例では、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下をさらに抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池自動車１００では、中出力運転と高出力運転とを切り替える出力閾値Ｂの値を、第１モータ３２０の最大出力の値に設定している。そのため、中出力運転を行う燃料電池自動車１００の要求出力Ｐｒの範囲が最大化される。中出力運転時は、高出力運転時と異なり、モータの駆動に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失が発生しないため、中出力運転を行う要求出力Ｐｒの範囲を最大化することによって、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下をさらに抑制することができる。

さらに、本実施例の燃料電池自動車１００では、第１モータ３２０と第２モータ４２０との２つの駆動用のモータを備えているため、モータを効率の良い出力範囲で駆動させることができ、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下をさらに抑制することができる。図４は、モータ出力とモータ効率との関係の一例を概略的に示す説明図である。一般にモータは、モータ出力が小さいほどモータ効率は低く、モータ出力が最大出力（Ｔ）に近い最適出力（Ｓ）のときにモータ効率は最大となる。本実施例の燃料電池自動車１００は、２つの駆動用のモータを備えているため、１つのみのモータを備えている場合と比較して、モータを効率の良い出力範囲で駆動させる頻度が多くなり、エネルギ効率の低下を抑制することができる。

また、上述したように、本実施例の燃料電池自動車１００では、低出力運転時に前輪駆動運転の状態となり、中出力運転時に後輪駆動運転の状態となり、高出力運転時に四輪駆動運転の状態となる。そのため、出現頻度の多い中出力運転時に後輪駆動の自然なハンドリングを得ることができると共に、急加速時などの高出力運転時の走行安定性を得ることができる。

図５は、第１実施例の燃料電池自動車の各回生運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図である。ここで、燃料電池自動車１００の回生運転モードとは、第１モータ３２０と第２モータ４２０との内の少なくとも一方が回生を行っている運転モードを意味している。ＥＣＵ５００は、燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒによって区分される各回生運転モードに応じて、燃料電池自動車１００の各構成要素が図５に示す状態となるように、各構成要素の制御を行う。なお、燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒとは、プレーキペダルポジションセンサ６２２の検出するブレーキペダル６２０の踏み込み量等から算出される要求制動力の大きさを意味している。

燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒが所定の回生閾値Ｃより小さい低回生運転時には、第１モータ３２０は停止状態となる一方、第２モータ４２０は回生状態となる。そのため、燃料電池自動車１００は、前輪４７０が制動される前輪制動の状態となる。ここで、回生運転モードにおけるモータの停止状態とは、モータが回生を行わず空回りしている状態を意味している。このとき、二次電池４００は第２モータ４２０から回生電力の供給を受ける充電状態となる。すなわち、二次電池４００には、第２モータ４２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介さずに回生電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介した電力の供給の必要が無いため、停止状態となる。以上のことから、燃料電池自動車１００の低回生運転時には、モータ（第２モータ４２０）の回生電力の二次電池４００への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、本実施例によれば、燃料電池自動車１００の低回生運転時のエネルギ効率の低下を抑制することができる。なお、所定の回生閾値Ｃについては、後述する。

燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒが所定の回生閾値Ｃ以上である高回生運転時には、第１モータ３２０および第２モータ４２０は、共に回生状態となる。そのため、燃料電池自動車１００は、前輪４７０および後輪３７０が共に制動される四輪制動の状態となる。このとき、第２モータ４２０の回生量は、第２モータ４２０の最大回生能力となり、第１モータ３２０の回生量は、燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒから第２モータ４２０の最大回生能力を引いた残りの回生量となる。また、二次電池４００は、第１モータ３２０および第２モータ４２０から回生電力の供給を受ける充電状態となる。すなわち、二次電池４００には、第１モータ３２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介して回生電力が供給されると共に、第２モータ４２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２００を介さずに回生電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、第１モータ３２０の回生電力を二次電池４００へ供給するために電圧変換を行う運転状態となる。以上のことから、燃料電池自動車１００の高回生運転時には、第１モータ３２０の回生電力の二次電池４００への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生するものの、第２モータ４２０の回生電力の二次電池４００への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、本実施例によれば、燃料電池自動車１００の高回生運転時のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

ここで、本実施例の燃料電池自動車１００では、上述の所定の回生閾値Ｃの値を、第２モータ４２０の最大回生能力の値に設定している。そのため、低回生運転を行う燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒの範囲が最大化される。低回生運転時には、モータの回生電力の二次電池４００への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失が発生しないため、低回生運転を行う要求回生量Ｂｒの範囲を最大化することによって、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下をさらに抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例の燃料電池自動車の各回生運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図である。図５に示した第１実施例との違いは、第２実施例では、低回生運転時に、第２モータ４２０に加えて第１モータ３２０も回生状態となる点だけであり、その他の点は第１実施例と同じである。

第２実施例の燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒが所定の回生閾値Ｃより小さい低回生運転時には、第１モータ３２０および第２モータ４２０は共に回生状態となる。ここで、各モータの回生量は、燃料電池自動車１００の要求回生量Ｂｒを所定の分配比率で第１モータ３２０と第２モータ４２０とに分配した値となる。この分配比率は、ドライバビリティ上好ましい制動配分となるように設定される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、第１モータ３２０の回生電力を二次電池４００へ供給するために電圧変換を行う運転状態となる。

第２実施例の燃料電池自動車１００では、低回生運転時に、第１モータ３２０の回生電力の二次電池４００への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生するものの、第２モータ４２０の回生電力の二次電池４００への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、第２実施例の燃料電池自動車１００でも、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

さらに、第２実施例の燃料電池自動車１００では、低回生運転時に、第１モータ３２０および第２モータ４２０の回生量が、ドライバビリティ上好ましい制動配分となるように設定される。そのため、燃料電池自動車１００の制動時に、好ましい制動配分を得ることができる。

なお、第２実施例において、燃料電池自動車１００は、各モータの回生量の分配比率をオーバーステア傾向やアンダーステア傾向といった好みに応じてユーザが設定できるように、図示しないユーザ設定部を備えるとしてもよい。

Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例の燃料電池自動車の各駆動運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図である。図２に示した第１実施例との違いは、第３実施例では、中出力運転中における後輪３７０のスリップ検知時に、第１モータ３２０に加えて第２モータ４２０も駆動状態となる点だけであり、その他の点は第１実施例と同じである。

第３実施例の燃料電池自動車１００では、中出力運転時に、ＥＣＵ５００が後輪３７０のスリップを検出すると、第２モータ４２０を駆動することによって前輪４７０を駆動する。そのため、後輪３７０がスリップしたときにも、前輪４７０によってトラクションを得ることができる。なお、ＥＣＵ５００による後輪３７０のスリップの検出は、例えば、駆動軸センサ６４０によって検出される後輪駆動軸３４０の回転数の微分を基に行う。また、後輪３７０のスリップの検出を、後輪駆動軸３４０の回転数と前輪駆動軸４４０の回転数との差を基に行ってもよい。

第３実施例の燃料電池自動車１００では、中出力運転中における後輪３７０のスリップ検知時に、燃料電池３００の発電電力の第２モータ４２０への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生するものの、燃料電池３００の発電電力の第１モータ３２０への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、第３実施例の燃料電池自動車１００でも、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

Ｄ．第４実施例：
図８は、第４実施例の燃料電池自動車の各駆動運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図である。図２に示した第１実施例との違いは、第４実施例では、中出力運転中において旋回補助が必要なときに、第１モータ３２０に加えて第２モータ４２０も駆動状態となる点だけであり、その他の点は第１実施例と同じである。

具体的には、第４実施例の燃料電池自動車１００では、中出力運転中にオーバーステア傾向を検知すると、第１モータ３２０によって供給していた出力の一部が第２モータ４２０へと配分される。第２モータ４２０への出力の配分量は、オーバーステア傾向の程度に応じてＥＣＵ５００が設定する。そのため、第４実施例の燃料電池自動車１００では、オーバーステア傾向になったときに、第２モータ４２０へと出力を配分することによって、オーバーステア傾向を解消することができる。なお、ＥＣＵ５００によるオーバーステア傾向の検出は、例えば、操舵角センサ６３２の検出する操舵角とスピードセンサ６５０の検出する車速とから算出した回転モーメントの計算値と、モーメントセンサ６６０の検出する回転モーメントの実測値とを比較することによって行う。

第４実施例の燃料電池自動車１００では、中出力運転中におけるオーバーステア傾向検出時に、燃料電池３００の発電電力の第２モータ４２０への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生するものの、燃料電池３００の発電電力の第１モータ３２０への供給に伴うＤＣ／ＤＣコンバータ２００におけるエネルギ損失は発生しない。従って、第４実施例の燃料電池自動車１００でも、燃料電池自動車１００のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｅ１．変形例１：
上記各実施例において、燃料電池自動車１００は、第１モータ３２０が後輪駆動軸３４０を駆動し、第２モータ４２０が前輪駆動軸４４０を駆動する構成であるとしているが、燃料電池自動車１００を他の構成とすることもできる。例えば、燃料電池自動車１００は、第１モータ３２０が前輪駆動軸４４０を駆動し、第２モータ４２０が後輪駆動軸３４０を駆動する構成であるとしてもよい。また、燃料電池自動車１００は、第１モータ３２０と第２モータ４２０とが、共に前輪駆動軸４４０を駆動する構成であるとしたり、共に後輪駆動軸３４０を駆動する構成であるとしたりしてもよい。また、燃料電池自動車１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００と燃料電池３００との間に第３のモータを備えると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００と二次電池４００との間に第４のモータを備え、合計４つのモータが、それぞれ後輪３７０および前輪４７０の内の１つの車輪を駆動する構成であるとしてもよい。この場合に、各モータをインホイールモータとして構成することも可能である。また、燃料電池自動車１００の車輪の数は、４輪に限らず、例えば６輪や８輪としてもよく、各車輪が第１モータ３２０に駆動される系統と第２モータ４２０に駆動される系統とに系統分けされていればよい。また、燃料電池自動車１００は、二次電池４００の代わりに、二次電池４００以外の蓄電装置（例えばキャパシタ）を備えるとしてもよい。

Ｅ２．変形例２：
上記各実施例で説明した燃料電池自動車１００の駆動運転モードや回生運転モードは、あくまで一例であり、燃料電池自動車１００が他の運転モードに従って運転されるとしてもよい。例えば、図２に示した燃料電池自動車１００の高出力運転時に、第１モータ３２０は最大出力で駆動されるとしているが、第１モータ３２０は最高効率点で駆動されるとしてもよい。また、上記各実施例で説明した各運転モードにおける出力閾値や回生閾値の設定方法は、あくまで一例であり、他の方法によって閾値を設定してもよい。例えば、図２に示した燃料電池自動車１００の出力閾値Ｂは、第１モータ３２０の最大出力の値に設定されるとしているが、出力閾値Ｂは第１モータ３２０の最高効率点における出力の値に設定されるとしてもよい。

Ｅ３．変形例３：
上記各実施例では、燃料電池自動車１００を例に用いて説明したが、本発明は、燃料電池自動車１００以外の燃料電池車両にも適用可能である。

本発明の第１実施例としての燃料電池自動車の構成を概略的に示す説明図。 第１実施例の燃料電池自動車の各駆動運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図。 第１実施例の燃料電池の出力とシステム効率との関係を概略的に示す説明図。 モータ出力とモータ効率との関係の一例を概略的に示す説明図。 第１実施例の燃料電池自動車の各回生運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図。 第２実施例の燃料電池自動車の各回生運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図。 第３実施例の燃料電池自動車の各駆動運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図。 第４実施例の燃料電池自動車の各駆動運転モードにおける各構成要素の状態を示す説明図。

符号の説明

１００...燃料電池自動車
２００...ＤＣ／ＤＣコンバータ
３００...燃料電池
３１０...インバータ
３２０...第１モータ
３３０...差動ギア
３４０...後輪駆動軸
３５０...燃料電池補機類
３７０...後輪
４００...二次電池
４１０...インバータ
４２０...第２モータ
４３０...差動ギア
４４０...前輪駆動軸
４５０...車両補機類
４７０...前輪
５００...ＥＣＵ
５１０...ＣＰＵ
５２０...ＲＯＭ
５３０...ＲＡＭ
５４０...入出力ポート
６１０...アクセルペダル
６１２...アクセルペダルポジションセンサ
６２０...ブレーキペダル
６２２...プレーキペダルポジションセンサ
６３０...ステアリング
６３２...操舵角センサ
６４０...駆動軸センサ
６５０...スピードセンサ
６６０...モーメントセンサ

Claims (5)

1. 燃料電池車両であって、
   ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して互いに接続された燃料電池および蓄電装置と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく前記燃料電池と接続された第１のモータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく前記蓄電装置と接続された第２のモータと、
   前記燃料電池車両の運転を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第２のモータによる回生電力を前記蓄電装置に供給すると共に前記第１のモータによる回生電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記蓄電装置に供給する回生運転モードを有し、
   前記第１のモータおよび前記第２のモータは前記燃料電池車両の車輪を駆動するモータである、燃料電池車両。
2. 請求項１記載の燃料電池車両であって、
   前記制御部は、さらに、
   前記燃料電池車両が要求する回生量が所定の回生閾値より小さい時に、前記第１のモータによる回生を行わず、前記第２のモータによる回生電力を前記蓄電装置に供給する低回生運転モードを有する、燃料電池車両。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
   前記制御部は、さらに、
   前記燃料電池車両が要求する出力が所定の第１の出力閾値より小さい時に、前記燃料電池の発電を行わず、前記第１のモータを駆動せず、前記蓄電装置から電力を供給して前記第２のモータを駆動する低出力運転モードを有する、燃料電池車両。
4. 請求項３記載の燃料電池車両であって、
   前記制御部は、さらに、
   前記燃料電池車両が要求する出力が、前記第１の出力閾値以上で、かつ、所定の第２の出力閾値より小さい時に、前記第２のモータを駆動せず、前記燃料電池から電力を供給して前記第１のモータを駆動する中出力運転モードと、
   前記燃料電池車両が要求する出力が、前記第２の出力閾値以上の時に、前記蓄電装置から電力を供給して前記第２のモータを駆動すると共に、前記燃料電池から電力を供給して前記第１のモータを駆動する高出力運転モードと、を有する、燃料電池車両。
5. 請求項４記載の燃料電池車両であって、
   前記第１のモータは、前記燃料電池車両の後輪を駆動し、
   前記第２のモータは、前記燃料電池車両の前輪を駆動する、燃料電池車両。

Images