(57)【要約】【課題】燃料電池の過渡応答性をより良くして電力不足が生じるのを抑止する。【解決手段】走行用モータの駆動制御については、アクセル開度Ａｃｃに対して駆動系のハンチングを防止するために「なまし処理」を行ない、このなまし処理後の値と走行用モータの回転数Ｎｍとに基づいて要求トルクを設定して行ない、燃料電池の運転制御については、「なまし処理」を介さずに入力されるアクセル開度Ａｃｃと走行用モータの回転数Ｎｍとによって行なう。この結果、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込んだときに、走行用モータの要求トルクに対してはその増加が急峻になりすぎないようにすると共に燃料電池の運転に対しては空気を供給するエアコンプレッサの回転数に立ち上がりの遅れが生じないようにして、一時的な電力不足が生じるのを抑止する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に動力を出力可能な駆動装置であって、
少なくとも一つのエネルギ源と、
該エネルギ源からのエネルギの少なくとも一部を利用して前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって前記電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
前記駆動軸への出力指示に対して前記所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって前記エネルギ源を制御するエネルギ源制御手段と、
を備える駆動装置。
【請求項２】
前記エネルギ源の一つとして燃料電池を備える請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記第２の処理は、前記駆動軸への出力指示を直接入力して行なう処理である請求項１または２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記第１の処理は、前記電動機をスムースに駆動するためのなまし処理である請求項１ないし３いずれか記載の駆動装置。
【請求項５】
前記駆動軸への出力指示は、少なくとも前記駆動軸の回転を正の方向に加速する出力指示である請求項１ないし４いずれか記載の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動軸への出力指示は、最大加速の出力指示である請求項５記載の駆動装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の駆動装置であって、
前記エネルギ源は複数であり、
前記複数のエネルギ源の一つとして充放電が可能で少なくとも前記電動機に放電による電力を供給可能な蓄電手段を備える
駆動装置。
【請求項８】
前記蓄電手段は、キャパシタである請求項７記載の駆動装置。
【請求項９】
前記蓄電手段は、前記電動機に対して他のエネルギ源に並列接続されてなる請求項７または８記載の駆動装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか記載の駆動装置を備え、車軸に前記駆動軸が接続されてなる自動車。
【請求項１１】
前記駆動軸への出力指示は、運転者によるアクセル操作である請求項１０記載の自動車。
【請求項１２】
少なくとも一つのエネルギ源と、該エネルギ源からのエネルギの少なくとも一部を利用して前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって前記電動機を駆動制御し、
前記駆動軸への出力指示に対して前記所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって前記エネルギ源を制御する
駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置およびこれを備える自動車並びに駆動装置の制御方法に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力可能な駆動装置およびこれを備える自動車並びに駆動軸に動力を出力可能な駆動装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の駆動装置としては、燃料電池からの電力を用いて動力を出力する駆動ユニットを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、アクセルペダルの踏み込み量から得られる出力要求に対して駆動ユニットがそのときに燃料電池から供給できる出力より大きな出力となるのを防止するために補正された値（補正値）を用いて駆動ユニットと燃料電池とを運転制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした駆動装置では、燃料電池の応答性より駆動ユニットの応答性を遅くする必要から、アクセルペダルの踏み込み量に応じた駆動力、即ち操作者の意志を迅速に反映した駆動力を出力することができない。応答性の向上を図るため、燃料電池と並列してキャパシタを備えるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）が、燃料電池の応答性が悪い結果、容量の大きなキャパシタを必要とする。
【０００４】
本発明の駆動装置およびこれを備える自動車並びに駆動装置の制御方法は、装置の過渡応答性をより良くすることを目的の一つとする。また、本発明の駆動装置およびこれを備える自動車並びに駆動装置の制御方法は、燃料電池と並列して接続されるキャパシタなどの蓄電装置の容量を小さく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】
本発明の駆動装置およびこれを備える自動車並びに駆動装置の制御方法は、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】
本発明の駆動装置は、
駆動軸に動力を出力可能な駆動装置であって、
燃料電池と、
該燃料電池からの電力の少なくとも一部を用いて前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって前記電動機を駆動制御する電動機制御手段と、
前記駆動軸への出力指示に対して前記所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって前記燃料電池を運転制御する燃料電池制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の駆動装置では、駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって駆動軸に動力を出力する電動機を駆動制御し、駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって電動機にエネルギを供給可能なエネルギ源を制御する。この結果、エネルギ源の過渡応答性を良好にすることができるから、駆動軸への出力指示に対する応答性を良好なものにすることができる。ここで、エネルギ源としては、燃料電池や内燃機関などを挙げることができる。
【０００８】
こうした本発明の駆動装置において、前記第２の処理は、前記駆動軸への出力指示を直接入力して行なう処理であるものとすることもできる。こうすれば、第２の処理の過渡応答を良好なものにすることができる。
【０００９】
また、本発明の駆動装置において、前記第１の処理は、前記電動機をスムースに駆動するためのなまし処理であるものとすることもできる。こうすれば、電動機をスムースに駆動することができる。
【００１０】
さらに、本発明の駆動制御において、前記駆動軸への出力指示は、少なくとも前記駆動軸の回転を正の方向に加速する出力指示であるものとすることもできる。この場合、駆動軸への出力指示は、最大加速の出力指示であるものとすることもできる。こうした出力指示のときに特に良好な過渡応答性が必要となるからである。
【００１１】
あるいは、本発明の駆動装置において、前記エネルギ源は複数であり、前記エネルギ源の一つとして充放電が可能で少なくとも前記電動機に放電による電力を供給可能な蓄電手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、他のエネルギ源の応答遅れに対しても電動機への電力供給を行なうことができる。ここで、蓄電手段としてはキャパシタを用いることができ、蓄電手段を電動機に対して他のエネルギ源に並列接続するものとすることもできる。
【００１２】
本発明の自動車は、
上述のいずれかの態様の本発明の駆動装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力可能な駆動装置であって、少なくとも一つのエネルギ源と、該エネルギ源からのエネルギの少なくとも一部を利用して前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって前記電動機を駆動制御する電動機制御手段と、前記駆動軸への出力指示に対して前記所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって前記エネルギ源を制御するエネルギ源制御手段とを備える駆動装置を備え、
車軸に前記駆動軸が接続されてなる
ことを要旨とする。
【００１３】
この本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の駆動装置を備えるから、本発明の駆動装置が奏する効果、例えば、エネルギ源の過渡応答性を良好にすることができる効果や駆動軸への出力指示に対する応答性を良好なものにすることができる効果などの効果と同様な効果を奏することができる。ここで、駆動軸への出力指示としては、運転者によるアクセル操作であるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の駆動装置の制御方法は、
少なくとも一つのエネルギ源と、該エネルギ源からのエネルギの少なくとも一部を利用して前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、を備える駆動装置の制御方法であって、
前記駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって前記電動機を駆動制御し、
前記駆動軸への出力指示に対して前記所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって前記エネルギ源を制御する
ことを要旨とする。
【００１５】
この本発明の駆動装置の制御方法によれば、駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性の第１の処理をもって駆動軸に動力を出力する電動機を駆動制御し、駆動軸への出力指示に対して所定の過渡応答性より高い応答性の第２の処理をもって電動機にエネルギを供給可能なエネルギ源を運転制御するから、エネルギ源の過渡応答性を良好にすることができると共に駆動軸への出力指示に対する応答性を良好なものにすることができる。
【００１６】
【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１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車１０は、図示するように、水素高圧タンク２２から供給され循環ポンプ２６により循環される燃料ガスとしての水素ガスとエアコンプレッサ２８やアキュムレータ２４から切替バルブ５０を介して供給される空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、この燃料電池３０に遮断器５６を介して並列に接続されたキャパシタ３２と、燃料電池３０およびキャパシタ３２からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ３４と、インバータ３４により変換された三相交流電力により駆動しデファレンシャルギヤ１４を介して駆動輪１２に動力を出力する走行用モータ３６と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
【００１７】
燃料電池３０は、図示しないが、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とからなる単セルをセル間の隔壁をなすセパレータと共に複数積層してなる燃料電池スタックにより構成されており、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極に供給された水素ガスとカソード電極に供給された空気による電気化学反応により発電する。燃料電池３０には、図示しないが、冷却媒体（例えば、冷却水）が循環可能な循環路が形成されており、この循環路内の冷却媒体の循環により燃料電池３０内の温度が適温（例えば、６５℃〜８５℃）に保持されるようになっている。
【００１８】
キャパシタ３２は、例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）として構成されており、実施例の電気自動車１０には、使用電圧の最大値が燃料電池３０の開放端子間電圧より高いものが用いられている。
【００１９】
走行用モータ３６は、例えば、電動機として機能すると共に発電機として機能する周知の同期発電電動機として構成されており、運転者のアクセルペダル８３やブレーキペダル８５の踏み込み量や車速Ｖに応じて電動機として又は発電機として駆動する。走行用モータ３６にデファレンシャルギヤ１４を介して接続された駆動輪１２には、ディスクブレーキなどの機械的な作用により制動力を付与することができる機械ブレーキ１３が取り付けられている。
【００２０】
燃料電池３０およびキャパシタ３２からの電力ラインには燃料電池３０およびキャパシタ３２からの高電圧を低電圧（例えば、１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５４が取り付けられており、１２Ｖ電源としての２次電池６０や車両に搭載された補機６２に電力を供給している。また、電力ラインには、燃料電池３０からのキャパシタ３２への充電が可能な方向にダイオード５８が取り付けられており、キャパシタ３２側が高電圧になったときでも燃料電池３０には逆電流が流れないようになっている。
【００２１】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラム等が記憶されたＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートとを備える。この電子制御ユニット７０には、キャパシタ３２とインバータ３４との間に並列に取り付けられた電圧センサ５２からの電源電圧Ｖｐや走行用モータ３６の回転子の回転数を検出する回転数センサ３７からの回転数Ｎｍ，シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジション，アクセルペダル８３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８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５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８６からのブレーキポジションＢＰ，車両の走行速度を検出する車速センサ８８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。また、電子制御ユニット７０からは、機械ブレーキ１３への駆動信号や循環ポンプ２６への駆動信号，エアコンプレッサ２８への駆動信号，インバータ３４へのスイッチング信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ５４への直流電力変換信号，遮断器５６への開閉信号，切替バルブ５０への切替信号等が出力ポートを介して出力されている。
【００２２】
図２は、電子制御ユニット７０における走行用モータ３６の駆動制御と燃料電池３０の運転制御の概念図である。実施例では、図示するように、走行用モータ３６の駆動制御については、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出されたアクセル開度Ａｃｃに対して駆動系のハンチングを防止するために「なまし処理」を行ない、このなまし処理後の値と回転数センサ３７により検出された走行用モータ３６の回転数Ｎｍとに基づいて要求トルクを設定して行なっており、燃料電池３０の運転制御については、「なまし処理」を介さずに入力されるアクセル開度Ａｃｃと走行用モータ３６の回転数Ｎｍとによって行なわれている。即ち、走行用モータ３６の駆動制御に対しては「なまし処理」を行ない、燃料電池３０の運転制御に対しては「なまし処理」を行なわないのである。これは、運転者がアクセルペダル８３を急激に踏み込んだときに、走行用モータ３６の要求トルクに対してはその増加がステップ応答的に急峻になりすぎないようにするためであり、燃料電池３０の運転に対しては燃料電池３０に空気を供給するエアコンプレッサ２８の回転数に立ち上がりの遅れが生じないようにして一時的な電力不足が生じないようにするためである。
【００２３】
ここで、燃料電池３０の運転制御において、走行用モータ３６の駆動制御と同様に「なまし処理」を介在させた場合と、実施例のように「なまし処理」を介在させない場合とについて比較する。燃料電池３０の運転制御に「なまし処理」を介在させた場合、運転者がアクセルペダル８３を急激に踏み込んだときには、走行用モータ３６の要求トルクの立ち上がりと同様に燃料電池３０の発電要求も立ち上がることになる。燃料電池３０の発電要求に対しては水素高圧タンク２２からの水素の供給の増加とアキュムレータ２４またはエアコンプレッサ２８からの空気の供給の増加とにより対処することになる。このとき、アキュムレータ２４に十分な圧力が確保されていない場合には、エアコンプレッサ２８の回転数の立ち上がりが走行用モータ３６の要求トルクの立ち上がりに遅れるため、燃料電池３０から供給できる電力と走行用モータ３６が消費する電力とにズレが生じる。実施例では、この電力のズレは、キャパシタ３２から放電される電力により賄われるが、キャパシタ３２の容量が小さいときやキャパシタ３２が十分に充電されていないときには、一時的な電力不足となる。一方、実施例では、燃料電池３０の運転制御に「なまし処理」を介在させないから、走行用モータ３６の要求トルクの立ち上がりに対してエアコンプレッサ２８の回転数の立ち上がりの遅れは生じないか或いは遅れが生じたとしてもその程度は小さい。このため、燃料電池３０から供給できる電力と走行用モータ３６が消費する電力とにはズレが生じないか生じたとしても僅かなズレに止まる。この結果、キャパシタ３２から放電すべき電力も発生しないか僅かなものとなるため、一時的な電力不足が生じるのを防止することができる。また、キャパシタ３２の充放電の依存度が小さくなるから、キャパシタ３２の容量を小さくすることができる。
【００２４】
以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、燃料電池３０の運転制御については、「なまし処理」を介さずに入力されるアクセル開度Ａｃｃと走行用モータ３６の回転数Ｎｍとによって行なうことにより、運転者がアクセルペダル８３を急激に踏み込んだときでも、走行用モータ３６の要求トルクの立ち上がりに比して燃料電池３０に空気を供給するエアコンプレッサ２８の回転数の立ち上がりが遅れるのを防止して、車両に一時的な電力不足が生じないようにすることができる。即ち、燃料電池３０の運転制御における過渡応答性をより良くすることができる。この結果、燃料電池３０と並列して接続されるキャパシタ３２の容量を小さくすることができる。
【００２５】
実施例の電気自動車２０では、走行用モータ３６の駆動制御に対しては「なまし処理」を行ない、燃料電池３０の運転制御に対しては「なまし処理」を行なわないものとしたが、走行用モータ３６の要求トルクの立ち上がりに比して燃料電池３０に空気を供給するエアコンプレッサ２８の回転数の立ち上がりが遅れるのを抑止すればよいから、走行用モータ３６の駆動制御における「なまし処理」の過渡応答性より高い応答性を有する「なまし処理」を燃料電池３０の運転制御に介在させるものとしてもよい。
【００２６】
実施例の電気自動車２０では、燃料電池３０に空気を供給するものとしてアキュムレータ２４とエアコンプレッサ２８とを備えるものとしたが、アキュムレータ２４を備えないものとしてもよい。この場合、燃料電池３０の運転制御に「なまし処理」を介在させないことにより生じる効果は更に顕著なものとなる。
【００２７】
実施例の電気自動車２０では、走行用モータ３６に電力を供給可能なものとして燃料電池３０の他に燃料電池３０に並列に接続されたキャパシタ３２を備えるものとしたが、キャパシタ３２以外の蓄電装置を備えるものとしたり、キャパシタ３２を備えないものとしてもかまわない。
【００２８】
実施例の電気自動車２０では、燃料電池３０として固体高分子型の燃料電池を搭載するものとしたが、固体高分子型の燃料電池に限られず、例えばリン酸型の燃料電池など異なるタイプの燃料電池を搭載するものとしてもかまわない。
【００２９】
実施例では、走行用モータ３６に電力を供給するエネルギ源として燃料電池３０を搭載し、燃料電池３０の制御に「なまし処理」を介在させないものとしたが、エネルギ源としては、燃料電池に限られず、内燃機関などの他の動力源などを用いることもできる。この場合、複数のエネルギ源を搭載するものとし、その複数のエネルギ源の少なくとも一つに対する制御に「なまし処理」を介在させないものとすればよい。
【００３０】
実施例では、燃料電池３０と走行用モータ３６と電子制御ユニット７０とを搭載する電気自動車２０として説明したが、燃料電池３０や走行用モータ３６や電子制御ユニット７０を自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載するものとしてもよく、燃料電池３０とモータと電子制御ユニット７０とを備える駆動装置としてもよい。
【００３１】
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１０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７０における走行用モータ３６の駆動制御と燃料電池３０の運転制御の概念図である。
【符号の説明】
１０  電気自動車、１２  駆動輪、１３  機械ブレーキ、１４  デファレンシャルギヤ、２２  水素高圧タンク、２４  アキュムレータ、２６  循環ポンプ、２８  エアコンプレッサ、３０  燃料電池、３２  キャパシタ、３２Ｂ  キャパシタ装置、３４  インバータ、３６  走行用モータ、３７  回転位置検出センサ、５４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、６０  ２次電池、６２  補機、７０  電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ。
【図１】
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【図２】
2004289924.tif 000004