WO2006107109A1 - 複数の電源を備えた電源システム及びそれを備えた車両 - Google Patents

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Abstract

　複数の駆動用モータと、電力変換器と、駆動用モータに電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源と、を備え、電源の各々には、電力変換器を介さずに駆動用モータの少なくとも１つが接続されていると共に、電力変換器を介して駆動用モータの少なくとも１つが接続されている電源システムである。

Description

明 細 書 複数の電源を備えた電源システム及びそれを備えた車両 技術分野
本発明は、 複数の電源を備えた霉源システム及びそれを備えた車両に関する。 背景技術
近年、 燃料電池等の電源を利用したモー夕駆動の電気自動車やハイプリッ ド自 動車が開発されている。 例えば、 燃料電池は、 水素等の燃料ガスと酸素等の酸化 剤ガスとを電解質膜に供給することによって電気エネルギーを得る電池である。 燃料電池は、 発電効率が高く、 環境性に優れた電源として注目されている。
燃料電池を備えた車両では、 燃料電池からの電力の供給の遮断や燃料電池の応 答性の低下に備えて、 燃料電池の他に 2次電池等のバッテリを設けることがある。 例えば、 燃料電池と並列にバッテリをモータに接続した電源システムが開示され ている。 このように燃料電池とバッテリを並列に設ける場合、 ノ ッテリとモ一夕 との間に D C— D Cコンバータを設けて燃料電池とバッテリ間の電圧のマツチン グゃ回生エネルギーの回収等を行っている。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
上記従来技術では、 バッテリからモ一夕へ電力を供給する時には必ず D C— D Cコンパ一夕を介して電力が供給される。 また、 多くの場合、 モー夕からバッテ リへ回生エネルギーを回収する時にも D C— D Cコンパ一夕を介して電力が回収 される。 このような構成では、 D C— D Cコンバータにおいて電力の損失が発生 してしまい、 車両効率が低下する問題があった。
また、 D C— D Cコンバータの構成要素である半導体素子に異常が起きた場合、 燃料電池ゃバッテリの出力が異常に高くなり、 燃料電池ゃバッテリが異常状態と なる可能性が高い。 例えば、 バヅテリが D C— D Cコンバータを介してのみモー 夕に接続されている場合、 D C— D Cコンバータと燃料電池が同時に異常により 停止されるとモー夕に電力を供給することができなくなり、 車両の走行が不可能 となってしまう問題があつた。
本発明は、 上記従来技術の課題の少なくとも 1つを解決できる電源システム及 びそれを備えた車両を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
本発明は、 複数の駆動用モータと、 直流電圧を変換する電力変換器と、 前記複 数の駆動用モ一夕に電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源と、 を備 え、 前記複数の電源の各々は、 前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用モー 夕の少なくとも 1つに接続されると共に、 前記電力変換器を介して前記複数の駆 動用モー夕の少なくとも 1つに接続されていることを特徴とする電源システムで ある。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。 図 2は、 本発明の実施の形態における電源システムの制御のフローチャートを 示す図である。
図 3は、 一般的な電源における出力電力と効率との相関関係を示す図である。 図 4は、 本発明の実施の形態における電源システムの異常時におけるフローチ ヤートを示す図である。
図 5は、 本発明の実施の形態における電源システムの異常時におけるフロ一チ ヤートを示す図である。
図 6は、 本発明の実施の形態における変形例の構成を示す図である。
図 7は、 本発明の実施の形態における変形例の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
<構成 >
本発明の実施の形態における電源システム 1 0 0は、 図 1に示すように、 第 1 の電源 1 0、 第 2の電源 1 2、 電圧変換器 1 4、 第 1のインバ一夕回路 1 6、 第 1のモ一夕 1 8、 第 2のインバー夕回路 2 0、 第 2のモー夕 2 2及び制御回路 2 4を含んで構成される。 電源システム 1 0 0は、 第 1の電源 1 0及び第 2の電源 1 2により第 1のモー夕 1 8及び第 2のモー夕 2 2の少なくとも 1つを駆動源と して駆動される車両に適用することができる。 なお、 本実施の形態における構成 は、 さらにエンジンを備えたハイプリッ ド自動車に適用することも可能である。 第 1の電源 1 0は、 本実施の形態における電源システム 1 0 0の主電源となる 直流電源である。 第 1の電源 1 0は、 水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスと を電解質膜に供給することによって電気エネルギーを得る燃料電池とすることが できる。 燃料電池は、 固体高分子型、 燐酸型、 溶融炭酸塩型等のタイプを適用可 能である。 ただし、 これに限定されるものではなく、 第 1の電源 1 0としてはモ 一夕を安定に駆動できる容量を有する様々なタイプの発電手段 （例えば、 ェンジ ン駆動発電機等） を適用可能である。
第 1の電源 1 0は、 制御回路 2 4からの制御信号に応じて出力電力を調整可能 に構成される。 出力電力の調整は既存の制御方法により行うことができる。 例え ば、 第 1の電源 1 0に供給される燃料ガス又は酸化剤ガスの供給量、 燃料ガス又 は酸化剤ガスの含有水分等を調整すれば良い。 また、 第 1の電源 1 0には、 電圧 センサ、 電流センサ等が設けられる。 第 1の電源 1 0から出力されている電力は、 これらのセンサによって測定され、 測定信号として制御回路 2 4に出力される。 第 2の電源 1 2は、 本実施の形態における電源システム 1 0 0の補助電源とな る直流電源である。 第 2の電源 1 2は、 第 1の電源 1 0とは出力電圧が異なる電 源とされる場合が多い。 第 2の電源 1 2は、 モー夕からの回生エネルギーや第 1 の電源 1 0からの過剰電力を充放電可能な二次電池とすることが好適である。 二 次電池として、 ニッケル水素型、 リチウムイオン型等のタイプが適用可能である。 ただし、 これに限定されるものではなく、 第 2の電源 1 2としては様々なタイプ の電源を適用可能である。
また、 第 2の電源 1 2は、 制御回路 2 4からの制御信号に応じて出力電力を調 整可能に構成される。 出力電力の調整は既存の制御方法により行うことができる。 例えば、 第 2の電源 1 2に直列に接続された抵抗の抵抗値を調整すれば良い。 第 2の電源 1 2には、 電圧センサ、 電流センサ等が設けられる。 第 2の電源 1 2か ら出力されている電力は、 これらのセンサによって測定され、 測定信号として制 御回路 2 4に出力される。
第 1のィンバ一夕回路 1 6及び第 2のィンバ一夕回路 2 0は、 それそれ直流電 力を 3相交流に変換する回路を含んで構成される。 第 1のインバー夕回路 1 6及 び第 2のインバー夕回路 2 0は、 制御回路 2 4からの制御信号により直交流変換 の起動及び停止が可能となるように構成されている。 例えば、 第 1の電源 1 0の 出力電力に応じて第 1のインバー夕回路 1 6が起動又は停止される。 また、 第 2 の電源 1 2の出力電力に応じて第 2のィンバ一夕回路 2 0が起動又は停止される。 第 1のモー夕 1 8及び第 2のモータ 2 2は、 それそれ 3相交流電力を受けて駆 動される同期モー夕である。 第 1のモ一夕 1 8及び第 2のモ一夕 2 2は、 制御回 路 2 4からの制御信号により起動 ·停止が可能となるように構成されている。 例 えば、 第 1の電源 1 0の出力電力に応じて第 1のモー夕 1 8が起動又は停止され る。 また、 第 2の電源 1 2の出力電力に応じて第 2のモー夕 2 2が起動又は停止 される。
第 1の電源 1 0は、 第 1のインバ一夕回路 1 6を介して、 第 1のモー夕 1 8に 接続される。 第 1の電源 1 0から供給される直流電力は、 第 1のインバー夕回路 1 6で 3相交流に変換され、 第 1のモー夕 1 8に供給される。 同様に、 第 2の電 源 1 2は、 第 2のィンバ一夕回路 2 0を介して、 第 2のモー夕 2 2に接続される。 第 2の電源 1 2から供給される直流電力は、 第 2のィンバ一夕回路 2 0で 3相交 流に変換され、 第 2のモー夕 2 2に供給される。
第 1のモー夕 1 8及び第 2のモー夕 2 2の出力は、 回転比を変更するためのト ランスミッション、 クラッチ等を介して、 車両の車軸に伝達される。 例えば、 第 1のモー夕 1 8を前輪の駆動に用い、 第 2のモ一夕 2 2を後輪の駆動に用いるこ とによって、 四輪駆動の車両を構成することができる。
電圧変換器 1 4は、 接続される電源の種類及びモー夕の種類に応じて、 D C— D Cコンバータ等の直流の電圧変換回路、 又は、 D C— A Cコンパ一夕等の直交 流の電圧変換器を含んで構成される。 本実施の形態のように、 第 1の電源 1 0が 燃料電池であり、 第 2の電源 1 2が二次電池であり、 第 1のモー夕 1 8及び第 2 のモ一夕 2 2が直流モー夕である場合、 電圧変換器 1 4は D C— D Cコンバータ とする。 電圧変換器 1 4は、 制御回路 2 4からの制御信号により電圧変換の起動 •停止が可能となるように構成されている。 例えば、 第 1の電源 1 0又は第 2の 電源 1 2の出力電力に応じて電圧変換器 1 4は起動又は停止される。
第 1の電源 1 0と第 2の電源 1 2とは電圧変換器 1 4を介して接続される。 第 1の電源 1 0と第 2の電源 1 2とは互いに第 1のモー夕 1 8又は第 2のモ一夕 2 2と並列に接続された状態となるように電圧変換器 1 4を介して接続される。 電 圧変換器 1 4は、 第 1の電源 1 0の出力電圧を第 2の電源 1 2の出力電圧にマツ チングさせて第 2のインバー夕回路 2 0に供給する。 また、 電圧変換器 1 4は、 第 2の電源 1 2の出力電圧を第 1の電源 1 0の出力電圧にマッチングさせて第 1 のインバ一夕回路 1 6に供給する。 このように、 電圧変換器 1 4は互いに異なる 出力電圧である複数の電源を接続するために用いられる。
制御回路 2 4は、 電源システム 1 0 0を統合的に制御する。 制御回路 2 4は、 C P U , 記憶部 （半導体メモリ ； R A M , R O M等） を備えたマイクロコンビュ 一夕により構成することができる。 制御回路 2 4は、 第 1の電源 1 0及び第 2の 電源 1 2の出力電力を示す測定信号を受けて、 それらの信号に応じて各部の制御 を行う。 また、 アクセルペダル （図示しない） に取り付けられた位置センサ等か らの信号を受けて、 電源システム 1 0 0に必要とされている必要電力を算出する。 そして、 算出された必要電力に応じて、 第 1の電源 1 0、 第 2の電源 1 2及び電 圧変換器 1 4を制御して、 第 1のモ一夕 1 8及び第 2のモ一夕 2 2に供給される 電力を調整する。
<正常時の制御 >
次に、 駆動が正常に行われている場合の制御について、 図 2のフローチャート を参照して説明する。
ステップ S 1 0では、 制御回路 2 4は必要電力を取得する。 制御回路 2 4は、 位置センサ等によってアクセルペダル （図示しない） の踏み込み量を測定した信 号を受けて、 電源システム 1 0 0に必要とされる必要電力 Wxを算出する。 必要 電量 W xの算出は既存の技術を適用して行うことができる。
ステップ S 1 2では、 算出された必要電力 Wxが主電源となる第 1の電源 1 0 の高効率出力範囲内に収まっているか否かが判断される。 制御回路 2 4は、 記憶 部に格納及び保持された第 1の電源 1 0の出力一効率相関テーブルを参照して、 ステップ S 1 0で算出された必要電力 W xが所定の高効率出力範囲 WRNGにあるか 否かを調査する。 第 1の電源 1 0の出力一効率相関テーブルは、 予め測定して記 憶部に格納及び保持しておくことが好適である。
第 1の電源 1 0の出力電力と効率とは、 一般的に、 図 3のグラフに示すような 相関関係を示す。 すなわち、 最大効率点より低い出力電力範囲においては出力電 力が高くなるにつれて徐々に効率が高くなり、 最大効率点となる出力電力を超え ると出力電力が高くなるにつれて徐々に効率が低下する。 このとき、 所定の効率 77 T Hを超える出力電力の範囲を高効率出力範囲 WRNGとする。 第 1の電源 1 0が燃 料電池である場合、 高効率出力範囲 WRN Gは最大出力の 7 %〜3 0 %の範囲とする ことが好ましい。
制御回路 2 4は、 必要電力 W x.が所定の高効率出力範囲 WR NG内にあればステツ プ S 1 4に処理を移行させ、 必要電力 W xが所定の高効率出力範囲 WR NGよりも高 ければステップ S 1 6に処理を移行させ、 必要電力 W xが所定の高効率出力範囲 WR N (5よりも低ければステップ S 1 8に処理を移行させる。
ステップ S 1 4では、 第 1の電源 1 0から電力を供給して第 1のモー夕 1 8を 駆動する。 制御回路 2 4は、 必要電力 W xが第 1の電源 1 0の高効率出力範囲 W R N G内にあるので、 第 1の電源 1 0に制御信号を出力して第 1の電源 1 0から必要 電力 W xの直流電力を第 1のィンバ一夕回路 1 6へ供給させる。 第 1の電源 1 0 が燃料電池である場合には、 例えば、 燃料ガスや酸化剤ガスの流量をコント口一 ルすることによって必要電力 W Xが出力されるように制御を行うことができる。 第 1のインパー夕回路 1 6は、 直流を 3相交流に変換して、 第 1のモ一夕 1 8に 供給する。 これによつて、 第 1のモー夕 1 8から必要な駆動力が出力される。 このとき、 電圧変換器 1 4を介さずに電力を供給することができるので、 電圧 変換器 1 4における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、 四輪駆動を行う場合等は必要に応じて、 第 1の電源 1 0から電圧変換器 1 4を介して電力を供給して第 2のモータ 2 2を駆動してもよい。 制御回路 2 4 は、 電圧変換器 1 4の電圧変換を制御して、 第 1の電源 1 0からの出力電力を所 望の比率で第 1のインバー夕回路 1 6及び第 2のインバー夕回路 20へ分配する。 この場合、 電圧変換器 14を介して第 2のモー夕 2 2へ電力が供給されるので、 第 1のモータ 1 8のみを用いた場合に比べて全体的な効率は低下する。
また、 第 1の電源 1 0から過剰に供給された電力を、 電圧変換器 14を介して、 第 2の電源 1 2に充電してもよい。 また、 第 1のモー夕 1 8からの回生エネルギ 一を.、 電圧変換器 14を介して、 第 2の電源 1 2に充電してもよい。
ステップ S 1 6では、 第 1の電源 1 0及び第 2の電源 1 2の両方を用いて駆動 が行われる。 すなわち、 複数の電源の各々における最大出力電力を超えないよう に、 複数の電源から電圧変換器を介さずに複数の駆動用モータに電力を供給する。 制御回路 24は、 必要電力 Wxが第 1の電源 10の高効率出力範囲 WRNGよりも高 いので、 必要電力 Wxを第 1の電源 1 0及び第 2の電源 1 2に割り振って出力さ せる。
例えば、 制御回路 24は、 第 2の電源 1 2に対して制御信号を送信して、 第 2 の電源 1 2及び第 2のモ一夕 2 2の組み合わせで出力可能な最大出力値 W2MAXを 第 2の電源 1 2から第 2のィンバ一夕回路 20へ出力させる。 第 2の電源 1 2及 び第 2のモー夕 22の組み合わせで出力可能な最大出力値 W2MAXは、 予め測定し て制御回路 24の記憶部に格納及び保持しておくことが好適である。 第 2の電源 1 2が二次電池である場合、 最大出力値 W2MAXは充電状況に応じて変化するので、 充電状況に応じて最大出力値 W2MAXを決定することも好適である。 例えば、 出力 電圧に対する最大出力値 w2MAXの関係を予め測定して保持しておくことが好適で ある。 制御回路 24は、 第 2の電源 1 2の出力電圧に応じて最大出力値 W2MAXを 決定することができる。 第 2のインバー夕回路 20は、 直流を 3相交流に変換し て第 2のモータ 22へ供給する。 一方、 制御回路 24は、 第 1の電源 10に対し て制御信号を送信して、 必要電力 Wxから最大出力値 W2MAXを引いた電力 WD1を 第 1の電源 10に出力させる。 第 1のインパ一夕回路 1 6は、 直流を 3相交流に 変換して第 1のモー夕 1 8へ供給する。 これによつて、 第 1のモ一夕 18及び第 2のモー夕 22から必要電力 Wxに応じた駆動力が出力される。
また、 次のように制御を行うことも好適である。 制御回路 24は、 第 1の電源 10に対して制御信号を送信して、 第 1の電源 1 0が最大効率となる最大効率電 力 WHを第 1の電源 1 0から出力させる。 第 1のインバー夕回路 1 6は、 直流を 3 相交流に変換して第 1のモ一夕 1 8へ供給する。 一方、 制御回路 24は、 第 2の 電源 1 2に対して制御信号を送信して、 必要電力 Wxから最大効率電力 WHを引い た電力 WD2を第 2の電源 1 2に出力させる。 第 2のインバ一夕回路 20は、 直流 を 3相交流に変換して第 2のモー夕 2 2へ供給する。 これによつて、 第 1のモ一 夕 1 8及び第 2のモー夕 22から必要電力 Wxに応じた駆動力が出力される。 こ のとき、 電力 WD2が第 2の電源 1 2及び第 2のモ一夕 2 2の組み合わせで出力可 能な最大出力値 W2MAXを超えているなら超過分を第 1の電源 1 0及び第 1のモー 夕 1 8の組み合わせに負担させてもよい。
このとき、 電圧変換器 14を介さずに電力を供給することができるので、 電圧 変換器 14における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、 第 1の電源 1 0である燃料電池の単体効率、 第 2の電源 1 2である二次 電池の充放電効率、 電圧変換器 1 4の変換効率のそれそれに応じてシステム全体 として最高効率となるように制御を行うことが好適である。 すなわち、 電圧変換 器 14を介して電力を供給することによる効率の低下よりも、 第 1の電源 1 0や 第 2の電源 12の利用効率が高まる場合には電圧変換器 14を介して電力を供給 するようにすることが好ましい。
ステップ S 1 8では、 必要電力 Wxが第 2の電源 1 2及び第 2のモータ 22の 組み合わせで出力可能な最大出力値 W2MAX以下であるか否かが判断される。 制御 回路 24は、 ステップ S 10で算出された必要電力 Wxが最大出力値 W2MAX以下 であるか否かを調べる。 必要電力 Wxが最大出力値 W2MAX以下であればステツプ S 20に処理を移行させ、 必要電力 Wxが最大出力値 W2MAXよりも高ければステ ップ S 22に処理を移行させる。
ステップ S 20では、 第 2の電源 1 2から電力を供給して第 2のモータ 2 2を 駆動する。 制御回路 24は、 必要電力 Wxが最大出力値 W2MAX以下であるので、 第 2の電源 12に制御信号を出力して第 2の電源 1 2から必要電力 Wxの直流電 力を第 2のィンバ一夕回路 20へ供給させる。 第 2のィンバ一夕回路 20は、 直 流を 3相交流に変換して、 第 2のモー夕 2 2に供給する。 これによつて、 第 2の モー夕 2 2から必要な駆動力が出力される。 このとき、 電圧変換器 1 4を介さずに電力を供給することができるので、 電圧 変換器 1 4における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、 この場合も、 第 1の電源 1 0である燃料電池の単体効率、 第 2の電源 1 2である二次電池の充放電効率、 電圧変換器 1 4の変換効率のそれぞれに応じて システム全体として最高効率となるように制御を行うことが好適である。
また、 四輪駆動を行う場合等は必要に応じて、 第 2の電源 1 2から電圧変換器 1 4を介して電力を供給して第 1のモー夕 1 8を駆動してもよい。 制御回路 2 4 は、 電圧変換器 1 4の電圧変換を制御して、 第 2の電源 1 2からの出力電力を所 望の比率で第 1のィンバ一夕回路 1 6及び第 2のィンバ一夕回路 2 0へ分配する。 この場合、 電圧変換器 1 4を介して第 1のモ一夕 1 8へ電力が供給されるので、 第 2のモ一夕 2 2のみを用いた場合に比べて全体的な効率は低下することがある。 ステップ S 2 2では、 第 1の電源 1 0から電力を供給して第 1のモ一夕 1 8を 駆動する。 制御回路 2 4は、 必要電力 W xが最大出力値 W 2 MAXを超えているので、 第 1の電源 1 0に制御信号を出力して第 1の電源 1 0から必要電力 W xの直流電 力を第 1のインバ一夕回路 1 6へ供給させる。 第 1のインバー夕回路 1 6は、 直 流を 3相交流に変換して、 第 1のモ一夕 1 8に供給する。 これによつて、 第 1の モー夕 1 8から必要な駆動力が出力される。
このとき、 電圧変換器 1 4を介さずに電力を供給することができるので、 電圧 変換器 1 4における電力消費による効率の低下を避けることができる。
なお、 この場合も、 第 1の電源 1 0である燃料電池の単体効率、 第 2の電源 1 2である二次電池の充放電効率、 電圧変換器 1 4の変換効率のそれそれに応じて システム全体として最高効率となるように制御を行うことが好適である。
また、 ステップ S 1 4と同様に、 四輪駆動を行う場合等は必要に応じて、 第 1 の電源 1 0から電圧変換器 1 4を介して電力を供給して第 2のモータ 2 2を駆動 してもよい。
以上のように、 本実施の形態によれば、 必要電力 W xに応じていずれの状況下 においても電圧変換器を介さずにモー夕を駆動することができる。 すなわち、 複 数の電源の各々に対して、 電圧変換器を介して接続される駆動用モー夕と電圧変 換器を介さずに接続される駆動用モー夕とを設けることによって、 各電源から少 なく とも 1つの駆動用モー夕に電圧変換器を介さずに電力を供給することが可能 となる。 したがって、 各電源の高効率出力範囲や電圧変換器での損失を考慮した 負荷配分をすることができる。 電圧変換器を介した電力供給には損失が伴うので、 複数の電源の各々における最大出力電力を超えない限り、 複数の電源から電圧変 換器を介さずに電力を供給することによってシステムの効率を高めることができ る o
く異常時における処理 >
次に、 システムに異常が発生した場合の制御について、 図 4のフローチャート を参照して説明する。 制御回路 2 4は、 第 1の電源 1 0から電力の測定信号を受 けて、 第 1の電源 1 0の出力電力が所定の異常閾値 WA B 1以上である場合に以下の 制御を開始する。 このような異常は、 例えば、 電圧変換器 1 4に含まれる半導体 素子に異常が発生した場合に起こり得る。
ステップ S 3 0では、 第 1の電源 1 0の出力が停止される。 制御部 2 4は、 第 1の電源 1 0の出力電力が所定の異常閾値 WA B 1以上である場合には、 第 1の電源 1 0に異常が発生したものと判断し、 第 1の電源 1 0へ制御信号を送信して第 1 の電源 1 0への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なく とも 1つの供給を停止させる。 ステップ S 3 2では、 電圧変換器 1 4が停止される。 制御部 2 4は、 電圧変換 器 1 4に停止信号を送信し、 電圧変換器 1 4の電圧変換を停止させる。 これによ り、 電圧変換器 1 4を介さずに第 1の電源 1 0に接続されている第 1のモー夕 1 8が停止する。 ステップ S 3 4では、 第 1のィンバ一夕回路 1 6が停止される。 制御部 2 4は、 第 1のインバー夕回路 1 6に停止信号を送信し、 その機能を停止 させる。 - ステップ S 3 6では、 第 2の電源 1 2から電力を供給して第 2のモー夕 2 2を 駆動する。 制御回路 2 4は、 必要電力 W xが最大出力値 W 2 MAX以下であるか否か を調査する。 必要電力 W xが最大出力値 W 2 MAX以下である場合、 第 2の電源 1 2 に制御信号を出力して第 2の電源 1 2から必要電力 W xの直流電力を第 2のィン バー夕回路 2 0へ供給させる。 必要電力 W xが最大出力値 W2 MA Xより大きい場合、 第 2の電源 1 2に制御信号を出力して第 2の電源 1 2から最大出力値 W2 MAXの直 流電力を第 2のィンバ一夕回路 2 0へ供給させる。 第 2のィンバ一夕回路 2 0は、 直流を 3相交流に変換して、 第 2のモー夕 2 2に供給する。 これによつて、 第 2 の電源 1 2の容量が許す限り、 第 2のモー夕 2 2から少なくとも必要最低限の駆 動力を出力することができる。
このとき、 電圧変換器 1 4を介さずに電力が供給される。 したがって、 電圧変 換器 1 4における電力消費による効率の低下を避け、 異常時における緊急の処置 を効率的に行うことができる。
次に、 第 2の電源 1 2に異常が発生した場合の制御について、 図 5のフローチ ャ一トを参照して説明する。 制御回路 2 4は、 第 2の電源 1 2から受けた出力電 力の測定信号が所定の異常閾値 WA B 2以上である場合に以下の制御を開始する。 こ のような異常は、 例えば、 電圧変換器 1 4に含まれる半導体素子に異常が発生し た場合に起こり得る。
ステップ S 4 0では、 第 2の電源 1 2の出力が停止される。 制御部 2 4は、 第 2の電源 1 2の出力 力が所定の異常閾値 WA B 2以上である場合には、 第 2の電源 1 2に異常が発生したものと判断し、 第 2の電源 1 2へ制御信号を送信して第 2 の電源 1 2の出力を停止させる。
ステップ S 4 2では、 電圧変換器 1 4が停止される。 制御部 2 4は、 電圧変換 器 1 4に停止信号を送信し、 電圧変換器 1 4の電圧変換を停止させる。 これによ り、 電圧変換器 1 4を介さずに第 2の電源 1 2に接続されている第 2のモ一夕 2 2が停止する。 ステップ S 4 4では、 第 2のインバー夕回路 2 0が停止される。 制御部 2 4は、 第 2のインバー夕回路 2 0に停止信号を送信し、 その機能を停止 させる。
ステップ S 4 6では、 第 1の電源 1 0から電力を供給して第 1のモ一夕 1 8を 駆動する。 制御回路 2 4は、 必要電力 W xが第 1の電源 1 0の最大出力値 W 1 MA X 以下であるか否かを調査する。 必要電力 W xが最大出力値 W 1 MA X以下である場合、 第 1の電源 1 0に制御信号を出力して第 1の電源 1 0から必要電力 W xの直流電 力を第 1のインバー夕回路 1 6へ供給させる。 必要電力 W xが最大出力値 W 1 MA X より大きい場合、 第 1の電源 1 0に制御信号を出力して第 1の電源 1 0から最大 出力値 W 1 MA Xの直流電力を第 1のインバー夕回路 1 6へ供給させる。 第 1のイン バー夕回路 1 6は、 直流を 3相交流に変換して、 第 1のモータ 1 8に供給する。 これによつて、 第 1のモー夕 1 8から少なく とも必要最低限の駆動力を出力する ことができる。
このとき、 電圧変換器 1 4を介さずに電力が供給される。 したがって、 電圧変 換器 1 4における電力消費による効率の低下を避け、 異常時における緊急の処置 を効率的に行うことができる。 すなわち、 1つの電源に異常が生じた場合、 複数 の電源のうち正常に機能している電源から複数の駆動用モ一夕の少なくとも 1つ に電力を供給する。 このとき、 正常な電源に対して電圧変換器を介さずに接続さ れている駆動用モー夕に電力を優先的に供給する。 これによつて、 複数の電源を 停止しなくてはならなくなったとしても、 他の電源から電力を供給することによ つて少なくとも 1つの駆動用モータを駆動させ続けることができる。 この場合に おいても、 正常な電源に電圧変換器を介さずに接続された駆動用モー夕を駆動さ せることによって、 電圧変換器における損失を避けることができる。
<変形例 >
なお、 本発明は、 2つ以上の電源を有する電源システム及び車両に適用するこ ともできる。 例えば、 図 6に示すように、 3つの電源 1 0， 1 2 , 2 6を 2つの 電圧変換器 1 4 , 2 8を用いて相互に接続する電源システム 1 0 2に適用するこ とができる。
第 3の電源 2 6は、 電源システム 1 0 2の補助電源となる直流電源である。 第 3の電源 2 6は、 第 1の電源 1 0とは出力電圧が異なる電源とされる場合が多い。 第 3の電源 2 6は、 モ一夕からの回生エネルギーや第 1の電源 1 0からの過剰電 カを充放電可能な二次電池とすることが好適である。 第 3の電源 2 6は、 制御回 路 2 4からの制御信号に応じて出力電力を調整可能に構成される。 第 3の電源 2 6には、 電圧センサ、 電流センサ等が設けられる。 第 3の電源 2 6から出力され ている電力は、 これらのセンサによって測定され、 測定信号として制御回路 2 4 に出力される。
第 3のィンバ一夕回路 3 0は、 直流電力を 3相交流に変換する回路を含んで構 成される。 第 3のィンバ一夕回路 3 0は、 制御回路 2 4からの制御信号により直 交流変換の起動及び停止が可能となるように構成されている。 第 3のモー夕 3 2 は、 3相交流電力を受けて駆動される同期モー夕である。 第 3のモー夕 3 2は、 制御回路 2 4からの制御信号により起動 ·停止が可能となるように構成されてい る o
第 3の電源 2 6は、 第 3のインバー夕回路 3 0を介して、 第 3のモ一夕 3 2に 接続される。 第 3のモ一夕 3 2の出力は、 回転比を変更するための卜ランスミツ シヨン、 クラッチ等を介して、 車両の車軸に伝達される。 例えば、 第 1のモータ 1 8、 第 2のモー夕 2 2及び第 3のモー夕 3 2を用いて六輪駆動の車両を構成す ることができる。
電圧変換器 2 8は、 直流の電圧変換回路を含んで構成される。 電圧変換器 2 8 は、 制御回路 2 4からの制御信号により電圧変換の起動 ·停止が可能となるよう に構成されている。 第 1の電源 1 0と第 3の電源 2 6とは電圧変換器 2 8を介し て接続される。 電圧変換器 1 4は、 第 1の電源 1 0の出力電圧を第 3の電源 2 6 の出力電圧にマッチングさせて第 3のインバ一夕回路 3 0に供給する。 また、 電 圧変換器 2 8は、 第 3の電源 2 6の出力電圧を第 1の電源 1 0の出力電圧にマツ チングさせて第 1のィンバ一夕回路 1 6に供給する。
このような構成におい七、 第 1の電源 1 0を主電源として、 必要電力 W xが第 1の電源 1 0の高効率出力範囲 WH NG内にあれば第 1の電源 1 0を用いて第 1のモ —夕 1 8を駆動させる。 必要電力 W xが第 1の電源 1 0の高効率出力範囲 WR N G内 になければ、 第 2の電源 1 2及び第 3の電源 2 6の最大出力電力を超えない程度 において必要電力 W xの一部を第 2の電源 1 2及び第 3の電源 2 6に負荷分配す る。
また、 いずれかの電源に異常が発生した場合には、 残りの正常な電源を用いて モー夕を駆動する。 このとき、 正常な電源に電圧変換器を介さずに接続されたモ —夕を駆動することによって電圧変換器による損失を抑えることができる。
また、 2つの電源により 3つ以上のモー夕を駆動する構成としてもよい。 例え ば、 図 7に示すように、 2つの電源 1 0 , 1 2に 4つのインバー夕回路 1 6， 2 0 , 3 0， 3 4を介して 4つのモー夕 1 8， 2 2， 3 2 , 3 6が接続される電源 システム 1 0 4とすることができる。 図 7では、 第 1の電源 1 0に対して、 第 1 のモー夕 1 8及び第 3のモー夕 3 2が電圧変換器 1 4を介さずに接続され、 第 2 のモータ 2 2及び第 4のモー夕 3 6が電圧変換器 1 4を介して接続されている。 一方、 第 2の電源 1 2に対して、 第 2のモー夕 2 2及び第 4のモータ 3 6が電圧 変換器 1 4を介さずに接続され、 第 1のモー夕 1 8及び第 3のモ一夕 3 2が電圧 変換器 1 4を介して接続されている。
このような構成では、 第 1のモー夕 1 8と第 3のモー夕 3 2とを上記実施の形 態における第 1のモー夕 1 8と同様に扱い、 第 2のモ一夕 2 2と第 4のモー夕 3 6とを上記実施の形態における第 2のモー夕 2 2と同様に扱うことができる。 本 発明における電源システムを車両に適用することによって、 効率の良い電気自動 車又はハイブリッ ド自動車を実現することができる。 また、 走行の安定性及び信 頼性を高めることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数の駆動用モ一夕と、
直流電圧を変換する電力変換器と、
前記複数の駆動用モー夕に電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源 と、 を備え、
前記複数の電源の各々は、 前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用モー夕 の少なくとも 1つに接続されると共に、 前記電力変換器を介して前記複数の駆動 用モー夕の少なくとも 1つに接続されていることを特徴とする電源システム。
2 . 請求項 1に記載の電源システムにおいて、
前記複数の電源のうち少なくとも 1つは発電手段であり、
前記発電手段の出力電力が所定の高効率出力範囲となるように前記複数の電源 の各々に対する負荷配分を行う制御部を備えることを特徴とする電源システム。
3 . 請求項 1に記載の電源システムにおいて、
前記複数の電源のうち少なくとも 1つは燃料電池であり、
前記燃料電池の出力電力が所定の高効率出力範囲となるように前記複数の電源 の各々に対する負荷配分を行う制御部を備えることを特徴とする電源システム。
4 . 請求項 3に記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、 前記複数の駆動用モー夕に対する必要電力が前記高効率出力範 囲以上である場合、 前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源から前記複数 の駆動用モー夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させることを特徴とする電源 システム。
5 . 請求項 4に記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、 前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源から前記電力変 換器を介さずに前記複数の駆動用モー夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させ ることを特徴とする電源システム。
6 . 請求項 4に記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、 前記必要電力が前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源 の最大出力電力を超えていない場合には、 前記複数の電源のうち前記燃料電池以 外の電源のみから前記複数の駆動用モ一夕のうち少なくとも 1つに電力を供給さ せることを特徴とする電源システム。
7 . 請求項 4に記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、 前記必要電力が前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源 の最大出力電力を超えている場合には、 その超過分を前記燃料電池から前記複数 の駆動用モ一夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させることを特徴とする電源 システム。
8 . 請求項 7に記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、 前記燃料電池から前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用 モー夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させることを特徴とする電源システム。
9 . 請求項 1に記載の電源システムにおいて、
前記複数の電源のうち少なくとも 1っは充放電可能な二次電池であり、 前記二次電池の充電状態に応じて、 前記二次電池の最大出力電力を超えないよ うに前記複数の電源の各々からの出力電力に対する負荷分配を行うことを特徴と する電源システム。
1 0 . 請求項 1に記載の電源システムにおいて、
前記複数の電源のうち少なく とも 1つの出力に異常が生じた場合、 その異常が 生じた電源以外の電源から前記複数の駆動用モー夕の少なくとも 1つに電力を供 給させる制御部を備えることを特徴とする電源システム。
1 1 . 請求項 1 0に記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、 前記異常が生じた電源の出力を停止させると共に、 前記電力変 換器による電力の変換を停止させることによって、 前記異常が生じた電源以外の 電源から前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用モー夕のうち少なくとも 1 つに電力を供給させることを特徴とする電源システム。
1 2 . 複数の駆動用モー夕と、
直流電圧を変換する電力変換器と、
前記複数の駆動用モー夕に電力を供給する互いに出力電圧が異なる複数の電源 と、 を備える車両であって、
前記複数の電源の各々は、 前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用モー夕 の少なくとも 1つに接続されると共に、 前記電力変換器を介して前記複数の駆動 用モー夕の少なくとも 1つに接続されていることを特徴とする車両を備えること を特徴とする車両。
1 3 . 請求項 1 2に記載の車両であって、
前記複数の駆動用モー夕のうち少なくとも 1つを前輪駆動用とし、 前記複数の 駆動モー夕のうち少なくとも 1つを後輪駆動用とすることを特徴とする車両。
1 4 . 請求項 1 2に記載の車両であって、
前記複数の電源のうち少なく とも 1つは燃料電池であり、
前記燃料電池の出力電力が所定の高効率出力範囲となるように前記複数の電源 の各々に対する負荷配分を行う制御部を備えることを特徴とする車両。
1 5 . 請求項 1 4に記載の車両において、
前記制御部は、 前記複数の駆動用モータに対する必要電力が前記高効率出力範 囲以上である場合、 前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源から前記複数 の駆動用モータのうち少なくとも 1つに電力を供給させることを特徴とする車両。
1 6 . 請求項 1 5に記載の車両において、
前記制御部は、 前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源から前記電力変 換器を介さずに前記複数の駆動用モー夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させ ることを特徴とする車両。
1 7 . 請求項 1 5に記載の車両において、
前記制御部は、 前記必要電力が前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源 の最大出力電力を超えていない場合には、 前記複数の電源のうち前記燃料電池以 外の電源のみから前記複数の駆動用モー夕のうち少なくとも 1つに電力を供給さ せることを特徴とする車両。
1 8 . 請求項 1 5に記載の車両において、
. 前記制御部は、 前記必要電力が前記複数の電源のうち前記燃料電池以外の電源 の最大出力電力を超えている場合には、 その超過分を前記燃料電池から前記複数 の駆動用モー夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させることを特徴とする車両。
1 9 . 請求項 1 8に記載の車両において、
前記制御部は、 前記燃料電池から前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用 モ一夕のうち少なくとも 1つに電力を供給させることを特徴とする車両。
2 0 . 請求項 ¾ 2に記載の車両において、
前記複数の電源のうち少なく とも 1っは充放電可能な二次電池であり、 前記二次電池の充電状態に応じて、 前記二次電池の最大出力電力を超えないよ うに前記複数の電源の各々からの出力電力に対する負荷分配を行うことを特徴と する車両。
2 1 . 請求項 1 2に記載の車両において、
前記複数の電源のうち少なく とも 1つの出力に異常が生じた場合、 その異常が 生じた電源以外の電源から前記複数の駆動用モータの少なくとも 1つに電力を供 給させる制御部を備えることを特徴とする車両。
2 2 . 請求項 2 1に記載の車両において、
前記制御部は、 前記異常が生じた電源の出力を停止させると共に、 前記電力変 換器による電力の変換を停止させることによって、 前記異常が生じた電源以外の 電源から前記電力変換器を介さずに前記複数の駆動用モータのうち少なくとも 1 つに電力を供給させることを特徴とする車両。
PCT/JP2006/307511 2005-04-04 2006-04-03 複数の電源を備えた電源システム及びそれを備えた車両 WO2006107109A1 (ja)

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