(57)【要約】  本発明は、エンジンと発電電動機とバッテリと発電装置から構成される車両の駆動装置に関する。エンジンは車両の駆動力を発生する。発電電動機はエンジンの出力軸に連結するとともに駆動輪にも連結する。発電装置はエンジンの燃焼排ガスを用いて発電され、発電された電力はバッテリに蓄えられる。エンジンの出力が車両の駆動に必要な出力を下回るときには、発電電動機はバッテリからの電力供給を受けてエンジンの出力を補助する。車両が制動するとき、及びエンジンの出力が車両の駆動に必要な出力を上回るときには、発電電動機によって発電を行って、発電した電力をバッテリに充電する。
2008020502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動輪に連結し車両の駆動力を発生するエンジンと、
前記エンジンの出力軸に連結するとともに前記駆動輪に連結する発電電動機と、
バッテリと、
前記発電電動機を発電機として動作させ、前記発電電動機が発電した電力で前記バッテリを充電する充電モードと、前記バッテリから前記発電電動機に電力を供給し、前記発電電動機を電動機として動作させて、前記エンジンの出力を補助するアシストモードとを選択するパワーコントロールユニットと、
前記バッテリに電気的に接続され、前記エンジンの排ガス流路に配置された発電装置とを有することを特徴とする車両の駆動装置。
【請求項２】
前記パワーコントロールユニットは、
車両を制動するとき、及びエンジンが車両の駆動に必要な出力以上の出力を発生するときには、前記充電モードを選択し、
エンジンの出力が車両の駆動に必要な出力を下回るときには、前記アシストモードを選択することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動装置。
【請求項３】
前記発電装置が燃料電池あるいは熱発電手段のいずれか一方もしくは双方を有することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動装置。
【請求項４】
前記燃料電池が単室型固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする請求項３に記載の車両の駆動装置。
【請求項５】
前記熱発電手段がＰ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材とを接合した接合部を有してゼーベック効果による発電を行うことを特徴とする請求項３に記載の車両の駆動装置。
【請求項６】
前記車両は、４輪駆動車であって、
前輪駆動輪または後輪駆動輪の一方の駆動輪が前記エンジンにより駆動され、他方の駆動輪が前記発電電動機によって駆動されるものである請求項１に記載の車両の駆動装置。
【請求項７】
前記車両は、４輪駆動車であって、
前輪駆動輪または後輪駆動輪の一方の駆動輪が前記エンジンにより駆動され、他方の駆動輪が前記発電電動機によって駆動されるものである請求項２に記載の車両の駆動装置。
【請求項８】
前記車両は、該車両の進行方向を定める操舵輪及び一対の駆動輪を備えた三輪車であって、
一対の前記駆動輪の一方が前記エンジンにより駆動され、他方の前記駆動輪が前記発電電動機によって駆動されるものである請求項１に記載の車両の駆動装置。
【請求項９】
前記車両は、該車両の進行方向を定める操舵輪及び一対の駆動輪を備えた三輪車であって、
一対の前記駆動輪の一方が前記エンジンにより駆動され、他方の前記駆動輪が前記発電電動機によって駆動されるものである請求項２に記載の車両の駆動装置。
【請求項１０】
前記車両は、該車両の進行方向を定める操舵輪及び駆動輪を備えた二輪車である請求項１に記載の車両の駆動装置。
【請求項１１】
前記車両は、該車両の進行方向を定める操舵輪及び駆動輪を備えた二輪車である請求項２に記載の車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置として内燃機関（エンジン）及び発電電動機を併用するいわゆるハイブリッド車両の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
駆動装置としてエンジン及び発電電動機を併用するハイブリッド車両（以下、「車両」と表示することがある）は、制動時に発電電動機を発電機として動作させる回生制動を行って、回生制動で発電した電力をバッテリに蓄える。一方、走行時及び加速時に発電電動機は、バッテリから電力の供給を受けて電動機（モータ）として動作しエンジン出力の不足を補助する（例えば、特許文献１）。こうした従来の駆動装置は、制動時の回生エネルギーを熱として放出せずに電力としてバッテリに蓄えて、走行時及び加速時における駆動エネルギーとしている。このためハイブリッド車両は、燃費を改善し、燃焼排ガスの総量を低減することができる。
なお本明細書においては、発電機として動作する発電電動機を単に発電機と、またモータとして動作する発電電動機を単にモータと称することがある。
【特許文献１】特開２００５−１５１６３３号公報
【０００３】
しかし、従来の駆動装置は、制動時にバッテリを充電することができても、モータがエンジンを補助しているときには、発電機を回転駆動して電力を得ることができない。またアイドリング時には、バッテリを充電するための電力を得ることもできない。加えてハイブリッド車両は、走行を維持するため、あるいは加速等のため、モータがエンジンを補助することが多い。したがって車両の運動エネルギーを電力に変換して蓄える従来の駆動装置は、モータの駆動に必要な電力を十分に蓄えることができるとはいえない。また従来の駆動装置は、燃料として利用し得る物質を含み且つ熱エネルギーを有する燃焼排ガスを放出してしまうため、車両の燃費改善及び燃焼排ガスの総量（燃焼排ガスに含まれる有害物質の総量）の低減が不十分であった。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、上述した不具合を解決するべくなされたもので、燃焼排ガスを燃料ガスとする発電装置と、燃焼排ガスの熱エネルギーを用いる発電装置のいずれか一方もしくは双方によって得た電力を、モータに供給するとともに、その電力をバッテリに蓄えることができ、さらなる燃費改善及び燃焼排ガスの総量低減を実現できる車両の駆動装置の提供を目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明にかかる車両の駆動装置は、車両の駆動輪に連結し車両の駆動力を発生するエンジン、エンジンの出力軸に連結するとともに駆動輪に連結する発電電動機、バッテリ、パワーコントロールユニット及びバッテリに電気的に接続され、エンジンから排出される燃焼排ガスの流路（排ガス流路）に配置された発電装置とを備えて提供される。ここでパワーコントロールユニットは、車両を制動するとき、及びエンジンが車両の駆動に必要な出力以上の出力を発生するときに充電モードを選択して、発電機が発電する電力をバッテリに蓄える。またパワーコントロールユニットは、エンジンの出力が車両の駆動に必要な出力を下回るとき、アシストモードを選択してバッテリでモータを駆動し、エンジンの出力不足を補う。
【０００５】
また本発明にかかる車両の駆動装置は、排ガス流路に配置された発電装置として、燃焼排ガスを燃料ガスとする燃料電池と、燃焼排ガスの熱エネルギーで発電する熱発電手段のいずれか一方もしくは双方を用いて、バッテリとともにモータを駆動し、また発電機がバッテリを充電できないアシストモード及びアイドリング状態においてもバッテリを充電する構成としてもよい。ここで燃料電池として単室型固体酸化物型燃料電池を使用すれば、高温の燃焼排ガスで発電開始温度まで加熱された固体酸化物型燃料電池セルが、燃焼排ガス中に含まれるＣＨｘやＣＯｘを燃料ガスとして発電するので、簡易な構成で燃焼排ガスから電力を得ることができる。また本発明にかかる車両の駆動装置は、熱発電手段として、ゼーベック効果による熱発電手段を使用すれば、簡易な構成で高温の燃焼排ガスが有する熱エネルギーを電力に変換することができる。ここで熱発電手段は、例えば、Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材とを接合した接合部を用いて実現することができる。
特に本発明にかかる車両の駆動装置を適用する車両は、４輪駆動車であって、駆動輪または後輪駆動輪の一方の駆動輪がエンジンにより駆動され、他方の駆動輪が発電電動機によって駆動されることを特徴とする。
あるいは本発明にかかる車両の駆動装置を適用する車両は、車両の進行方向を定める操舵輪及び一対の駆動輪を備えた三輪車であって、一対の駆動輪の一方がエンジンにより駆動され、他方の駆動輪が発電電動機によって駆動されるものとして提供される。
【０００６】
このように本発明にかかる車両の駆動装置によれば、モータがエンジンを補助しているときや発電機がバッテリを充電できないときでも、エンジンの排ガス流路に配置された発電装置は燃焼排ガスから電力を得てバッテリを充電することができる。また本発明にかかる車両の駆動装置は、アシストモードにおいてより多くの電力をバッテリからモータに供給することができ、さらなる燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することができる。加えて本発明にかかる車両の駆動装置は、発電装置として単室型固体酸化物型燃料電池とゼーベック効果による熱発電手段のいずれか一方もしくは双方を用いた発電装置を使用することで、簡易な構成でありながら上述した効果を得る車両の駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例における駆動装置の概略構成の一例を示す図、
【図２】図１の駆動装置において使用される発電装置の概略構成の一例を示す図、
【図３】図１の駆動装置を搭載した車両の各運転状態における発電電動機の出力電流と駆動電流との関係を示す図、
【図４Ａ】図１の駆動装置において車両の減速時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
【図４Ｂ】図１の駆動装置において車両の加速時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
【図４Ｃ】図１の駆動装置において車両の走行時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
【図４Ｄ】図１の駆動装置において車両のアイドリング時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
【図５】図１の駆動装置の各運転状態を判断する手順を示すフローチャート、
【図６】発電装置の変形例の概略構成を示す図、
【図７】本発明の駆動装置を適用した４輪駆動車の概略構成を示す図、
【図８】本発明の駆動装置を適用した３輪車の概略構成を示す図、
【図９】本発明の駆動装置を適用した２輪車の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明にかかる車両の駆動装置を図面を参照しながら説明する。図１〜図５は、本発明にかかる車両の駆動装置の一実施例であり、これらの図面によって本発明が限定されるものではない。【０００９】
＜駆動装置の構成＞
図１は駆動装置１０の概略構成例を示す図である。詳細は後述するが駆動装置１０は、車両の動力源であるエンジン１１、このエンジン１１の出力軸に連結するとともに駆動輪３０に連結する発電電動機１２、バッテリ１３、パワーコントロールユニット１４、及びエンジン１１の排ガス流路２１に配置された発電装置２０を備える。ここで発電電動機１２の回転軸は、任意の動力伝達装置を介してエンジン１１の出力軸に連結したものであればよく、また駆動輪３０に任意の動力伝達装置を介して連結するものであれば特に限定されるものではない。また本実施例でエンジン１１の出力軸は、発電電動機１２の回転軸と機械的動力伝達装置を介して連結されている。この発電電動機１２の回転軸には、変速機３１を介して駆動輪３０が連結される。【００１０】
したがってエンジン１１は、発電機として作動するときの発電電動機１２を駆動するとともに、変速機３１を介して駆動輪３０を駆動する。またモータとして作動するときの発電電動機１２は、バッテリ１３からの電力供給を受けて、エンジン１１とともに変速機３１を介して駆動輪３０を駆動する。一方、駆動輪３０は、変速機３１を介して発電機として作動する発電電動機１２を駆動する。
パワーコントロールユニット１４は、第１のポート１４ａが発電電動機１２に接続され、第２のポート１４ｂがバッテリ１３に接続される。したがって、発電機として作動するときの発電電動機１２は、パワーコントロールユニット１４を介しバッテリ１３を充電する。また電動機として作動するときの発電電動機１２は、パワーコントロールユニット１４を介しバッテリ１３から電力供給を受ける。さらに発電装置２０は、バッテリ１３に電気的に接続されてバッテリ１３を充電し、バッテリ１３とともにモータとして作動するときの発電電動機１２に電力を供給する。【００１１】
ちなみにバッテリ１３を低電圧のバッテリセルを複数個、直列に接続し、例えば１４４ボルトの出力電圧（充電電圧）とするときには、低電圧（例えば１２ボルト）で動作する電装品に電力を供給するための降圧装置４０が必要である（図１）。なお図１は、複数の駆動輪を模式的に１つの駆動輪３０で表示したものであり、駆動輪を１つに限定するものではない。【００１２】
＜発電装置＞
図２に示す発電装置２０は、排ガス流路２１に固体酸化物型燃料電池セル２２（以下、燃料電池セル２２と称する）を配置した単室型固体酸化物型燃料電池を用いたものである。排ガス流路２１は、燃料電池セル２２を収納して燃焼排ガス２３が通流する主流路２１ａ、エンジン１１から排出される燃焼排ガス２３を主流路２１ａに導入する導入部２１ｂ、及び主流路２１ａを通流した燃焼排ガス２３を排出する排出部２１ｃを有している。燃料電池セル２２は、例えば、長方形の平板状に形成された固体酸化物電解質２２ａを備え、固体酸化物電解質２２ａの一方の表面に空気極２２ｂが形成され、他方の表面に燃料極２２ｃが形成される。
固体酸化物電解質２２ａは、例えば、８ｍｏｌ−ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、５ｍｏｌ−ＹＳＺ、ＳＤＣ（スカンジナドープドセリア）、ＧＤＣ（ガドリウムドープドセリア）、またはＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）等で形成する。空気極２２ｂは、例えば、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト）やＬＳＣ（ランタンストロンチウムコバルタイト）等で形成する。燃料極２２ｃは、例えば、ＮｉＯ＋ＹＳＺ、ＮｉＯ＋ＳＤＣ、ＮｉＯ＋ＧＤＣ、ＬＳＣＭ（ランタンストロンチウムコバルトマンガナイト）、またはＦｅＯ３等で形成する。【００１３】
燃焼排ガス２３は、ＣＨｘ、ＣＯｘ、Ａｉｒ等を含む。そして、例えば摂氏５００〜１０００℃の高温状態の燃焼排ガス２３が排ガス流路２１へと導入されると、燃料電池セル２２は、発電開始温度以上の温度に加熱される。このとき空気極２２ｂには、燃焼排ガス２３中の空気（Ａｉｒ）から酸素イオン（Ｏ２−）が生成される。こうして生成された酸素イオンは、燃料電池セル２２の固体酸化物電解質２２ａ内を空気極２２ｂから燃料極２２ｃへと移動し、燃料極２２ｃにおいて燃焼排ガス２３に含まれるＣＨｘやＣＯｘと反応して二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。ここで空気極２２ｂと燃料極２２ｃとの間に電気的負荷（図示せず）を接続すると、酸素イオンによって運ばれた電子は、燃料極２２ｃ（負極）から空気極２２ｂ（正極）へと流れる。なお空気極２２ｂ及び燃料極２２ｃは、それぞれの表面に導体を蒸着するなどして電極を形成してもよい。【００１４】
発電装置２０は、このように燃焼排ガス２３を利用して発電する。また発電装置２０は、燃焼排ガス２３に含まれるＣＨｘやＣＯｘを、燃料電池セル２２における化学変化によって、二酸化炭素や水（水蒸気）にして排出する。このため発電装置２０は、燃焼排ガス２３を浄化することもできる。なお発電装置２０は、複数の燃料電池セル２２を直並列接続して、発電装置２０の出力電圧とバッテリ１３の充電電圧とを一致するように構成してもよい。あるいは発電装置２０は、その出力を図示しない電圧昇圧装置によって、バッテリ１３の充電電圧まで昇圧してもよい。【００１５】
＜駆動装置の作用＞
駆動装置１０の作用を図３、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄを用いて説明する。ここで図３は、駆動装置１０を搭載した車両の各運転状態における発電電動機の出力電流と駆動電流を示す図である。また図４Ａは、車両の減速時、図４Ｂは、車両の加速時、図４Ｃは、車両の走行時及び図４Ｄは、車両のアイドリング時のそれぞれにおける発電電動機１２、バッテリ１３及び発電装置２０等の電流が示されている。これらの図においてＪ１は、発電機として作動しているときの発電電動機１２の出力電流、Ｊ２は、モータとして作動しているときの発電電動機１２の駆動電流、Ｊ３は、バッテリ１３の充電電流、Ｊ４は、バッテリ１３の放電電流、Ｊ５は、降圧装置４０の消費電流であり、そしてＪ６は、発電装置２０の出力電流である。
なおパワーコントロールユニット１４は、降圧装置４０から供給される電力で作動する。また第１のポート１４ａに流入した電流は、全て第２のポート１４ｂから出力されるものとする。さらにパワーコントロールユニット１４の第２のポート１４ｂに流入した電流は、全て第１のポート１４ａから出力されるものとする。また第１のポート１４ａと第２のポート１４ｂとの間の電圧降下は、無視できるものとする。【００１６】
＜減速時＞
図３中、Ｄa1〜Ｄa4で示す各期間は、駆動装置１０を搭載した車両を回生制動で減速中の期間である。車両は、減速期間Ｄa1に速度Ｖ１から速度ゼロ（停車）まで減速される。また車両は、減速期間Ｄa2に速度Ｖ３から速度Ｖ２まで減速される。次いで車両は、減速期間Ｄa3及びＤa4に速度Ｖ３から速度ゼロ（停車）まで減速される。
これらの減速期間Ｄa1〜Ｄa4において駆動装置１０は、充電モードを選択する。すると図４Ａに示すようにパワーコントロールユニット１４を介して出力される発電電動機１２（発電機）の出力電流Ｊ１（図３に含まれる回生出力電流Ｊ1a〜Ｊ1d）は、発電装置２０の出力電流Ｊ６とともに、バッテリ１３を充電しつつ（充電電流Ｊ３）、降圧装置４０の消費電流Ｊ５を賄う（Ｊ３＋Ｊ５＝Ｊ１＋Ｊ６）。したがってバッテリ１３は、より多くの電力を蓄えることができる。すなわちバッテリ１３は、アシストモードにおいて、電動機として作動しているときの発電電動機１２により多くの電力を供給することができる。
なお車両の減速が緩やかなとき、発電電動機１２（発電機）の出力電流Ｊ１は、少なくなる。つまり、図３に示したように出力電流Ｊ1a及びＪ1bの最大値は、出力電流Ｊ1c及びＪ1dの最大値よりも小さくなる。【００１７】
＜加速時＞
図３中、Ａc1〜Ａc4で示す各期間は、駆動装置１０が車両を加速している期間である。駆動装置１０は、加速期間Ａc1で速度ゼロ（停車）から速度Ｖ１まで車両を加速する。また駆動装置１０は、加速期間Ａc2で速度ゼロ（停車）から速度Ｖ３からまで加速する。次いで駆動装置１０は、加速期間Ａc3で速度Ｖ２から速度Ｖ３まで加速し、加速期間Ａc4で速度ゼロ（停車）から速度Ｖ３からまで加速する。
加速期間Ａc1〜Ａc4で駆動装置１０は、駆動輪３０を大きな駆動力で駆動する必要がある。このとき駆動装置１０は、発電電動機１２をモータとして作動させ、エンジン１１が低燃費で且つ燃焼排ガス２３中の有害物質が少なくなる状態で運転されるようにエンジン１１の出力を補う。また駆動装置１０は、加速時にアシストモードが選択される。したがって、図４Ｂに示すようにモータとして作動している発電電動機１２の駆動電流Ｊ２（図３中の駆動電流Ｊ2a〜Ｊ2d）と降圧装置４０の消費電流Ｊ５は、バッテリ１３の放電電流Ｊ４と発電装置２０の出力電流Ｊ６によってそれぞれ賄われる（Ｊ２＋Ｊ５＝Ｊ４＋Ｊ６）。【００１８】
ちなみに加速時にモータとして作動する発電電動機１２が必要とする駆動電流Ｊ2a〜Ｊ2dは、その多くをバッテリ１３からの供給によっている。一方、発電装置２０の出力電流Ｊ６の一部（Ｊ6a）は、駆動電流Ｊ2a〜Ｊ2dの一部を賄う。したがって本発明にかかる車両の駆動装置は、バッテリ１３の電力消費を低減することができる（図３及び図４Ｂ）。すなわちこのように電力消費を低減することによってバッテリ１３は、より長い時間に亘りモータとして作動する発電電動機１２を駆動することができる。
なお加速が急峻なとき、モータとして作動している発電電動機１２の駆動電流Ｊ２は、大きくなる。つまり、図３に示すように駆動電流Ｊ2b及びＪ2dの最大値は、駆動電流Ｊ2a及びＪ2cの最大値よりも大きくなる。
しかしパワーコントロールユニット１４が充電モードを選択した場合であっても、発電機として作動している発電電動機１２の出力電流Ｊ１と燃料電池の出力電流Ｊ６の合計電流が、降圧装置４０の消費電流Ｊ５より少ないとき、バッテリ１３は、充電されない。
なお本実施例においては、発電電動機１２（発電機）の出力電流Ｊ１をバッテリ１３側に流すときを充電モードとする。【００１９】
＜走行時＞
図３中、Ｃ１で示した期間は、駆動装置１０が車両を低速走行中の期間である。この低速走行期間Ｃ１中、車両は、エンジン１１の出力に加え、モータとして作動させた発電電動機１２の出力によって走行を維持する駆動力を確保する。このとき駆動装置１０は、アシストモードが選択される。したがって図４Ｃに示すように、モータとして作動している発電電動機１２（モータ）の駆動電流Ｊ２（図３中の駆動電流Ｊ2e）と降圧装置４０の消費電流Ｊ５は、バッテリ１３の放電電流Ｊ４と発電装置２０の出力電流Ｊ６によってそれぞれ賄われる（Ｊ２＋Ｊ５＝Ｊ４＋Ｊ６）。こうして発電装置２０は、バッテリ１３とともに駆動電流Ｊ２を賄いつつ（図３中のＪ6a及び図４ＣのＪ6a）、降圧装置４０に消費電流Ｊ５を供給する。したがって本発明にかかる車両の駆動装置は、バッテリ１３の電力消費を低減することができる。【００２０】
次に図３中、Ｃ２〜Ｃ４で示す期間は、駆動装置１０が車両を中速〜高速走行させている期間である。中速〜高速走行期間Ｃ２〜Ｃ４中、車両は、走行を維持する低速走行時より大きな駆動力を確保するため、モータとして作動させた発電電動機１２の出力によってエンジン１１の出力を補う。したがってこのときも駆動装置１０は、アシストモードが選択される。つまり発電装置２０は、バッテリ１３とともに駆動電流Ｊ２（図３中の駆動電流Ｊ2f〜Ｊ2h）を賄いつつ、降圧装置４０に消費電流Ｊ５を供給する。このため駆動装置１０は、バッテリ１３の電力消費を低減することができる。
しかしながら走行期間中であっても、慣性などで車両が走行するとき、駆動装置１０は、アシストモードを選択する必要がない。また例えば下り坂を走行するときなどエンジン１１の出力が車両の駆動に必要な出力以上となったとき、駆動装置１０は、充電モードを選択することができる。【００２１】
＜アイドリング時＞
図３中、Ｉd1〜Ｉd4で示す期間は、車両が停車して駆動装置１０がアイドリング状態にあることを示す。アイドリング期間Ｉd1〜Ｉd4中にエンジン１１は、比較的低回転で運転される。したがって発電機として作動する発電電動機１２によるバッテリ１３の充電が困難である。しかし、図４Ｄに示すように、発電装置２０の出力電流Ｊ６は、バッテリ１３の放電電流Ｊ４を補って、降圧装置４０の消費電流Ｊ５を供給する（Ｊ５＝Ｊ４＋Ｊ６）。よって発電装置２０は、アイドリング期間Ｉd1〜Ｉd4におけるバッテリ１３の電力消費を低減することができる。なおアイドリング時に駆動装置１０は、アシストモードはもとより、充電モードも通常選択されない。つまりパワーコントロールユニット１４の第１のポート１４ａと第２のポート１４ｂとの間は、電気的に遮断されている。但し車両に搭載させた図示しない電装品の消費電力を低減し、あるいは発電装置２０の発電能力を高めれば、アイドリング期間Ｉd1〜Ｉd4中であっても発電装置２０によるバッテリ１３の充電が可能になる。【００２２】
＜パワーコントロールユニットによる制御＞
図５は、駆動装置１０を搭載した車両の運転状態を判断して、充電モードとアシストモードを選択する手順を示したフローチャートである。パワーコントロールユニット１４は、車両に搭載された制御コンピュータ（図示せず）から、運転状態の情報を受けてモードを選択する。そして車両が起動されると駆動装置１０は、充電モードとアシストモードとの選択を開始する（図５中のモード選択開始）。
まずパワーコントロールユニット１４は、車両が制動状態（減速状態）にあるか否かを判断する（ステップ１）。パワーコントロールユニット１４は、ステップ１で制動状態と判断したときには（ステップ１のＹｅｓ）、充電モードを選択して発電電動機１２を発電機として動作させるとともに、発電電動機１２（発電機）の出力電流Ｊ１を第１のポート１４ａから第２のポート１４ｂへと導き、バッテリ１３を充電しつつステップ１に戻る。一方、パワーコントロールユニット１４は、ステップ１で車両が制動状態でないと判断したときには（ステップ１のＮｏ）、ステップ２に進む。【００２３】
次いでパワーコントロールユニット１４は、ステップ２においてエンジン１１が車両の駆動に必要な出力以上の出力を発生しているか（すなわち、充電可能か）否かを判断する。ステップ２でパワーコントロールユニット１４は、充電可能と判断したとき（ステップ２のＹｅｓ）、充電モードを選択・維持してステップ１に戻る。またステップ２において、パワーコントロールユニット１４は、充電可能ではないと判断したとき（ステップ２のＮｏ）、ステップ３に進む。
このステップ３においてパワーコントロールユニット１４は、車両の駆動がエンジン１１の出力で十分賄われているか（すなわち、駆動力が十分か）否かを判断する。そしてパワーコントロールユニット１４は、ステップ３で駆動力が十分であると判断したとき（ステップ３のＹｅｓ）、ステップ１に戻る。一方、パワーコントロールユニット１４は、ステップＳ３で駆動力が十分でないと判断したとき（ステップ３のＮｏ）、アシストモードを選択する。そしてパワーコントロールユニット１４は、バッテリ１３及び発電装置２０を発電電動機１２に接続し、電動機として作動させた発電電動機１２に駆動電流Ｊ２を供給しつつステップ１に戻る。【００２４】
ちなみにパワーコントロールユニット１４が、駆動力が十分でないと判断するケースは、例えばドライバーが減速操作を行わないにも拘らず、車速が低下したときなどである。なおエンジン１１の運転が停止されるとパワーコントロールユニット１４は、第１のポート１４ａと第２のポート１４ｂの間の電気的接続を遮断する。
以上説明したとおり、パワーコントロールユニット１４は、充電モードとアシストモードを必要に応じて選択する。つまりパワーコントロールユニット１４がアシストモードを維持していたとしても発電装置２０は、バッテリ１３を充電する。したがってバッテリ１３は、より多くの電力を発電電動機１２（モータ）に供給することができ、燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することができる。【００２５】
＜発電装置の変形例＞
図６は、発電装置の変形例であり、燃料電池セル２２Ａ及び熱発電手段２６により構成される発電装置２０Ａを示している。発電装置２０Ｂには、燃料電池セル２２Ａの空気極２２ｂの表面にプラス電極２２ｄが、燃料極２２ｃの表面にマイナス電極２２ｅが、それぞれ形成されている。Ｐ型熱電変換部材２４とＮ型熱電変換部材２５とを接合して構成された熱発電手段２６は、電気絶縁層２７を介してマイナス電極２２ｅに接している。図６において２４ａはＰ部材電極であり、２５ａはＮ部材電極である。
これらＰ部材電極２４ａとＮ部材電極２５ａとの間に電気的負荷（図示せず）を接続すれば、熱発電手段２６は、ゼーベック効果による発電をする。ここで燃料電池セル２２Ａは、前述したとおり排ガス流路２１の主流路２１ａに収容され単室型固体酸化物型燃料電池を構成して燃焼排ガスを燃料ガスとして発電する。また熱発電手段２６は、燃焼排ガスが有する熱エネルギーと燃料電池セル２２Ａの燃料極２２ｃにおける反応熱によって加熱されてゼーベック効果による発電を行う。すなわち発電装置２０Ａは、燃料電池セル２２Ａ及び熱発電手段２６のそれぞれが電力を発生する。【００２６】
ここで熱発電手段２６は、燃料電池セル２２Ｂの空気極２２ｂ側に電気絶縁層２７を介して接するものであってもよい。また熱発電手段２６は、燃料電池セル２２Ａに接していなくても燃焼排ガスが有する熱エネルギーによって電力を発生することができる。さらに発電装置２０Ａが熱発電手段２６のみで構成されるものであっても、発電装置２０Ａはバッテリ１３を充電することができる。したがってバッテリ１３は、より多くの電力を発電電動機１２（モータ）に供給することができ、燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することができる。
なお本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変形して実施できる。【００２７】
＜四輪駆動車＞
例えば、本発明にかかる車両の駆動装置は、図７に示すような四輪駆動車（４ＷＤ車）にも適用可能である。なお、図７において前述した実施例と同一の部位には同符号を付し、その説明を省略する。
この四輪駆動車１は、前輪３８が変速機３１及び前輪駆動軸３２を介してエンジン１１によって回転駆動される。一方、この四輪駆動車１は、後輪３９が、それぞれ後輪駆動軸４１を介して発電電動機１２によって回転駆動されるようになっている。
この発電電動機１２は、前述したようにアシストモードのときバッテリ１３から供給される電力を受けてモータとして作動する発電電動機１２によって後輪３９を駆動する。一方、四輪駆動車１が制動状態（減速状態）にあるとき、パワーコントロールユニット１４は、充電モードとして作動する。このときパワーコントロールユニット１４は、後輪３９によって回転駆動されて発電機として作動する発電電動機１２が発生した電力をバッテリ１３に蓄える。【００２８】
またこの四輪駆動車１は、エンジン１１の排ガス流路２１に配置された発電装置２０を備え、排ガス流路２１（図７には図示せず）を流れる高温の排ガスによって発電してバッテリ１３を充電するよう構成される。
したがって本発明の車両の駆動装置を適応した四輪駆動車（４ＷＤ車）は、電動機として作動している発電電動機１２がエンジン１１をアシストしているとき等のように発電電動機１２が発電状態になくバッテリ１３を充電できないときでも、エンジン１１の排ガス流路に配置された発電装置２０によって燃焼排ガスから電力を得てバッテリ１３を充電することができる。【００２９】
また本発明にかかる車両の駆動装置を適用した四輪駆動車は、前述した実施例で説明したようにアシストモードにおいてより多くの電力をバッテリからモータに供給することができ、さらなる燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することができる。
さらに発電装置２０として単室型固体酸化物型燃料電池とゼーベック効果による熱発電手段のいずれか一方もしくは双方を用いた発電装置２０を使用することで、簡易な構成でありながら燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現可能である。
なお、この四輪駆動車は、前輪３８を発電電動機１２によって回転駆動し、後輪３９をエンジン１１によって回転駆動するように構成してもよい。【００３０】
＜三輪車＞
次に本発明のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態が上述した実施形態と異なるところは、図８に示すように車両の進行方向を定める操舵輪５０及び一対の駆動輪６０，６３を備えた三輪車に本発明の車両の駆動装置を適用した点にある。また、図８において前述した実施例と同一の部位には同符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態において操舵輪５０は、車両１の運転者が該車両１の進行方向を操作するハンドル５１と連動している。一方の駆動輪６０は、この駆動輪６０の回転軸に取り付けられた歯車６１及びこの歯車６１と係合し、エンジン１１が発生した動力を伝達するチェーン６２によって回転駆動される。また他方の駆動輪６３には、この駆動輪６３の駆動軸に接続されて駆動輪６０を回転駆動させるモータ６４が接続されている。【００３１】
またバッテリ１３は、エンジン１１に接続されて、このエンジン１１の回転駆動力によって電力を発生する発電機１８によって充電される。
加えてエンジン１１の排ガス流路２１には、この排ガス流路２１を流れる高温の排ガスによって発電し、その電力によってバッテリ１３を充電する発電装置２０が備えられている。したがってバッテリ１３は、発電機１８の他、発電装置２０が発電した電力によって充電される。【００３２】
モータ６４は、バッテリ１３に蓄えられた電力によって駆動され、駆動輪６３を回転させる。このとき駆動輪６３を回転駆動するモータ６４は、エンジン１１によって回転駆動される他方の駆動輪６０と同一の回転速度を維持するようパワーコントロールユニット１４によって制御される。
したがって本発明の車両の駆動装置を適応した三輪車は、エンジン１１の排ガス流路２１に配置された発電装置２０によって燃焼排ガスから電力を得てバッテリ１３を充電すると共に、エンジン１１の出力をモータ６４によってアシストするので、燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することが可能となる。【００３３】
＜二輪車＞
あるいは本発明にかかる車両の駆動装置は、図９に示すように一般の二輪車にも発電装置２０を取り付け、排ガス流路２１を流れる高温の排ガスによって発電してバッテリ１３を充電するように構成してもよい。なお、前述した実施例と同一の部位には同符号を付し、その説明を省略する。
さて、この二輪車には、エンジン１１の排ガス流路２１に発電装置２０が取り付けられている。そしてエンジン１１の回転によって駆動されて電力を発生する発電機１８の電力と共に発電装置２０が発生した電力もバッテリ１３に蓄えるように構成する。このように構成した本発明の車両の駆動装置は、エンジン１１の排ガス流路２１に配置された発電装置２０によって燃焼排ガスから電力を得てバッテリ１３を充電することができるので、燃焼排ガスとして排出されるエネルギーを効果的に再利用することが可能となる等の実用上多大なる効果を奏する。
【図４Ｂ】
2008020502.tif 000003
【図４Ｃ】
2008020502.tif 000004
【図４Ｄ】
2008020502.tif 000005
【図１】
2008020502.tif 000006
【図２】
2008020502.tif 000007
【図３】
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【図４Ａ】
2008020502.tif 000009
【図５】
2008020502.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月3日(2008.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
車両の駆動輪に連結し車両の駆動力を発生するエンジンと、
前記エンジンの出力軸に連結するとともに前記駆動輪に連結する発電電動機と、
バッテリと、
前記発電電動機を発電機として動作させ、前記発電電動機が発電した電力で前記バッテリを充電する充電モードと、前記バッテリから前記発電電動機に電力を供給し、前記発電電動機を電動機として動作させて、前記エンジンの出力を補助するアシストモードとを選択するパワーコントロールユニットと、
前記バッテリ及びパワーコントロールユニットに電気的に接続され、前記エンジンの排ガス流路に配置されて燃焼排ガスを燃料とする燃料電池を備えた発電装置とを有することを特徴とする車両の駆動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
請求項１に記載の車両の駆動装置において、前記発電装置がさらに熱発電手段を有することを特徴とする車両の駆動装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［０００４］
本発明は、上述した不具合を解決するべくなされたもので、燃焼排ガスを燃料ガスとする燃料電池を備えた発電装置によって得た電力を、或いはさらに燃焼排ガスの熱エネルギーを用いて得た電力を、モータに供給するとともに、こうして得た電力をバッテリに蓄えることができ、さらなる燃費改善及び燃焼排ガスの総量低減を実現できる車両の駆動装置の提供を目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明にかかる車両の駆動装置は、車両の駆動輪に連結し車両の駆動力を発生するエンジン、エンジンの出力軸に連結するとともに駆動輪に連結する発電電動機、バッテリ、パワーコントロールユニット及びバッテリに電気的に接続され、エンジンから排出される燃焼排ガスの流路（排ガス流路）に配置されて燃焼排ガスを燃料とする燃料電池を備えた発電装置とを備えて提供される。ここでパワーコントロールユニットは、車両を制動するとき、及びエンジンが車両の駆動に必要な出力以上の出力を発生するときに充電モードを選択して、発電機が発電する電力をバッテリに蓄える。またパワーコントロールユニットは、エンジンの出力が車両の駆動に必要な出力を下回るとき、アシストモードを選択してバッテリでモータを駆動し、エンジンの出力不足を補う。
［０００５］
また本発明にかかる車両の駆動装置は、排ガス流路に配置された発電装置として、燃焼排ガスを燃料ガスとする燃料電池及び燃焼排ガスの熱エネルギーで発電する熱発電手段を有する発電装置を用いて、バッテリとともにモータを駆動し、また発電機がバッテリを充電できないアシストモード及びアイドリング状態においてもバッテリを充電する構成としてもよい。ここで燃料電池として単室型固体酸化物型燃料電池を使用すれば、高温の燃焼排ガスで発電開始温度まで加熱された固体酸化物型燃料電池セルが、燃焼排ガス中に含まれるＣＨｘやＣＯｘを燃料ガスとして発電するので、簡易な構成で燃焼排ガスから電力を得ることができる。また本発明にかかる車両の駆動装置は、熱発電手段として、ゼーベック効果による熱発電手段を使用すれば、簡易な構成で高温の燃焼排ガスが有する熱エネルギーを電力に変換することができる。ここで熱発電手段は、例えば、Ｐ型熱電変換部材とＮ型熱電変換部材とを接合した接合部を用いて実現することができる。
特に本発明にかかる車両の駆動装置を適用する車両は、４輪駆動車であって、駆動輪または後輪駆動輪の一方の駆動輪がエンジンにより駆動され、他方の駆動輪が
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
発電電動機によって駆動されることを特徴とする。
あるいは本発明にかかる車両の駆動装置を適用する車両は、車両の進行方向を定める操舵輪及び一対の駆動輪を備えた三輪車であって、一対の駆動輪の一方がエンジンにより駆動され、他方の駆動輪が発電電動機によって駆動されるものとして提供される。
［０００６］
このように本発明にかかる車両の駆動装置によれば、モータがエンジンを補助しているときや発電機がバッテリを充電できないときでも、エンジンの排ガス流路に配置された発電装置は燃焼排ガスから電力を得てバッテリを充電することができる。また本発明にかかる車両の駆動装置は、アシストモードにおいてより多くの電力をバッテリからモータに供給することができ、さらなる燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することができる。加えて本発明にかかる車両の駆動装置は、発電装置として単室型固体酸化物型燃料電池を用いた発電装置を使用することで、あるいは単室型固体酸化物型燃料電池とゼーベック効果による熱発電手段を用いた発電装置を使用することで、簡易な構成でありながら上述した効果を得る車両の駆動装置を実現することができる。
［図面の簡単な説明］
［０００７］
［図１］本発明の一実施例における駆動装置の概略構成の一例を示す図、
［図２］図１の駆動装置において使用される発電装置の概略構成の一例を示す図、
［図３］図１の駆動装置を搭載した車両の各運転状態における発電電動機の出力電流と駆動電流との関係を示す図、
［図４Ａ］図１の駆動装置において車両の減速時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
［図４Ｂ］図１の駆動装置において車両の加速時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
［図４Ｃ］図１の駆動装置において車両の走行時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
［図４Ｄ］図１の駆動装置において車両のアイドリング時における発電電動機、バッテリ、及び発電装置等の動作とそれらに流れる電流を示した図、
［図５］図１の駆動装置の各運転状態を判断する手順を示すフローチャート、
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
動軸４１を介して発電電動機１２によって回転駆動されるようになっている。
この発電電動機１２は、前述したようにアシストモードのときバッテリ１３から供給される電力を受けてモータとして作動する発電電動機１２によって後輪３９を駆動する。一方、四輪駆動車１が制動状態（減速状態）にあるとき、パワーコントロールユニット１４は、充電モードとして作動する。このときパワーコントロールユニット１４は、後輪３９によって回転駆動されて発電機として作動する発電電動機１２が発生した電力をバッテリ１３に蓄える。
［００２８］
またこの四輪駆動車１は、エンジン１１の排ガス流路２１に配置された発電装置２０を備え、排ガス流路２１（図７には図示せず）を流れる高温の排ガスによって発電してバッテリ１３を充電するよう構成される。
したがって本発明の車両の駆動装置を適応した四輪駆動車（４ＷＤ車）は、電動機として作動している発電電動機１２がエンジン１１をアシストしているとき等のように発電電動機１２が発電状態になくバッテリ１３を充電できないときでも、エンジン１１の排ガス流路に配置された発電装置２０によって燃焼排ガスから電力を得てバッテリ１３を充電することができる。
［００２９］
また本発明にかかる車両の駆動装置を適用した四輪駆動車は、前述した実施例で説明したようにアシストモードにおいてより多くの電力をバッテリからモータに供給することができ、さらなる燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現することができる。
さらに発電装置２０として単室型固体酸化物型燃料電池を用いた発電装置２０を使用することで、あるいは単室型固体酸化物型燃料電池とゼーベック効果による熱発電手段を用いた発電装置２０を使用することで、簡易な構成でありながら燃費低減及び燃焼排ガスの総量低減を実現可能である。
なお、この四輪駆動車は、前輪３８を発電電動機１２によって回転駆動し、後輪３９をエンジン１１によって回転駆動するように構成してもよい。
［００３０］
＜三輪車＞
次に本発明のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態が上述した実施形態と異なるところは、図８に示すように車両の進行方向を定める操舵輪５０及び一対の駆動輪６０，６３を備えた三輪車に本発明の車両の駆動装置を適用した点にある。また、図８において前述した実施例と同一の部位には同符号を付し、その説明
【国際調査報告】
2008020502.tif 000015
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