| 【発明の名称】 |
電動機搭載車両 |
| 【発明者】 |
【氏名】菅野 善仁
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】電動機車両における機械式制動装置の負荷の軽減、減速時におけるドライバビリティの向上。
【解決手段】ＥＣＵ４０は、取得したアクセル開度θaccおよび車速Ｖｃから車両の制動要求が発生していると判断すると、第２、第３リレー３２，３３をオンし、第１リレー３１をオフして、駆動用モータ２１と可変抵抗器２５とを直列に接続する。駆動用モータ２１は車輪２４を介して入力される外部動力によって駆動され、発電ブレーキとして機能する。ＥＣＵ４０は、アクセル開度θaccおよび車速Ｖｃに基づき、可変抵抗値Ｒｖを設定する。したがって、駆動用モータ２１にて生成された電力はインバータ２２を介して適当な抵抗値Ｒｖに設定された可変抵抗器２５で消費される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電動機により車両に要求される車両要求出力を出力する車両であって、電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、電力を消費する電力消費手段と、前記燃料電池と前記電力消費手段とを接続する第１の接続状態と、前記電動機と前記電力消費手段とを接続する第２の接続状態と、前記燃料電池と前記電動機とを接続する第３の接続状態とに選択的に切り替えられる切替装置と、前記検出された燃料電池の温度が所定温度以下の場合には、前記切替装置を第１の接続状態に切り替える切替装置制御手段とを備える車両。
【請求項２】 請求項１に記載の車両において、前記電力消費手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記所定温度より低くなるにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体である車両。
【請求項３】 請求項１に記載の車両はさらに、前記車両要求出力の低減を検出する検出手段と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記電動機を制動手段として作動させる電動機制御手段とを備え、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記切替装置を第２の接続状態に切り替える車両。
【請求項４】 請求項３に記載の車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルと、前記車両の車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が所定値以下であると共に、前記検出された車両速度が所定値以上である場合に車両要求出力の低減を検出する車両。
【請求項５】 請求項４に記載の車両において、前記電力消費手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が前記所定値よりも小さくなるにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体である車両。
【請求項６】 請求項１に記載の車両はさらに、前記車両要求出力の低減を検出する検出手段を備え、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されないと共に、前記検出された燃料電池の温度が所定温度よりも高い場合には、前記切替装置を第３の接続状態に切り替える車両。
【請求項７】 電動機により車両に要求される車両要求出力を出力する車両であって、前記電動機に対して電力を供給する電源と、前記車両要求出力の低減を検出する低減検出手段と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記電動機を制動手段として作動させる電動機制御手段と、制動手段として作動する前記電動機により生成された電力を消費する電力消費手段と、前記電動機と前記電力消費手段とを接続する第１の接続状態と、前記電源と前記電動機とを接続する第２の接続状態とに選択的に切り替えられる切替装置と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記切替装置を第１の接続状態に切り替える切替装置制御手段とを備える車両。
【請求項８】 請求項７に記載の車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルを備え、前記低減検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が減少変化する場合に車両要求出力の低減を検出する車両。
【請求項９】 請求項８に記載の車両において、前記電力消費手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が減少するにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体である車両。
【請求項１０】 請求項８に記載の車両において、前記電力消費手段は、前記車両要求出力の低減が検出された場合に駆動される補記駆動用電動機である車両。
【請求項１１】 請求項７に記載の車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルを備え、前記車両の車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記低減検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が所定値以下であると共に、前記検出された車両速度が所定値以上である場合に車両要求出力の低減を検出する車両。
【請求項１２】 請求項１１に記載の車両において、前記電力消費手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が前記所定値よりも小さくなるにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体である車両。
【請求項１３】 請求項７に記載の車両において、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されない場合には、前記切替装置を第２の接続状態に切り替える車両。
【請求項１４】 請求項７ないし請求項１３のいずれかに記載の車両において、前記電源は燃料電池である車両。
【請求項１５】 請求項１４に記載の車両において、前記電源はさらに、二次電池を含む車両。
【請求項１６】 電動機により車両に要求される車両要求出力を出力する車両であって、電力を充放電する二次電池と、電力を消費する電力消費手段と、前記電動機と前記電力消費手段とを接続する第１の接続状態と、前記二次電池と前記電動機とを接続する第２の接続状態とに選択的に切り替えられる切替装置と、前記車両要求出力の低減を検出する低減検出手段と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記電動機を制動手段として作動させる電動機制御手段と、前記車両要求出力の低減が検出されると共に、前記二次電池の充電量が所定値以上の場合には、前記切替装置を第１の接続状態に切り替える切替装置制御手段とを備える車両。
【請求項１７】 請求項１６に記載の車両において、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されると共に、前記二次電池の充電量が所定値未満の場合には、前記切替装置を第２の接続状態に切り替える車両。
【請求項１８】 請求項１６または請求項１７に記載の車両はさらに、主電源としての燃料電池を備え、前記切替装置は、前記第１および第２の接続状態と選択的に切り替えられる、前記燃料電池と前記電動機とを接続する第３の接続状態を有し、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されない場合には、前記切替装置を前記第３の接続状態に切り替える車両。
【請求項１９】 請求項１６ないし請求項１８のいずれかに記載の車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルを備え、前記車両の車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記低減検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が所定値以下であると共に、前記検出された車両速度が所定値以上である場合に車両要求出力の低減を検出する車両。
【請求項２０】 請求項１９に記載の車両において、前記電力消費手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が前記所定値よりも小さくなるにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体である車両。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を駆動力源として備える車両における制動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、一般的に用いられてきた内燃機関を駆動力源として備える車両では、アクセルペダルの踏み込み量を減少させると、内燃機関内部の摩擦損失、ポンピングロス等に起因する、いわゆる、エンジンブレーキの効果が得られるため、車両速度を容易に微調整することができる。特に、車両速度が比較的高い領域では、エンジンブレーキによって車両速度を所望の車両速度まで減速させることができるため、機械的な制動装置に掛かる負荷を軽減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これに対して、電動機のみを駆動力源として備える車両では、アクセルペダルの踏み込み量が減少した場合であっても、内燃機関と比較して摩擦損失の少ない電動機は慣性によって駆動力を出力し続けるため、エンジンブレーキのような適当な制動力を得ることができない。したがって、内燃機関車両と比較して、アクセルペダルによる車両速度の調整が困難であり、ドライバビリティの点においても違和感があるという問題がある。
【０００４】さらに、適切な制動力を得るためには、機械的な制動装置に依存するしかなく、内燃機関車両と比較して制動装置に掛かる負荷が大きく、制動装置をそれなりに強化しなければならないという問題があった。この問題に対して、一部の電動機車両では、回生ブレーキを採用して制動力を得るものもあるが、二次電池が満充電状態となった後は、回生ブレーキを使用することはできなくなるため、以前として機械式ブレーキを強化しなければならないという問題が残る。
【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電動機車両における機械式制動装置の負荷を軽減することを目的とする。また、電動機車両において減速時におけるドライバビリティを向上させることを目的とする。さらに、燃料電池を電源とする電動機車両において機械式制動装置の負荷の軽減と、燃料電池の早期暖機完了とを両立させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、電動機により車両に要求される車両要求出力を出力する車両を提供する。本発明の第１の態様に係る車両は、電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、電力を消費する電力消費手段と、前記燃料電池と前記電力消費手段とを接続する第１の接続状態と、前記電動機と前記電力消費手段とを接続する第２の接続状態と、前記燃料電池と前記電動機とを接続する第３の接続状態とに選択的に切り替えられる切替装置と、前記検出された燃料電池の温度が所定温度以下の場合には、前記切替装置を第１の接続状態に切り替える切替装置制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】本発明の第１の態様に係る車両によれば、電力消費手段は燃料電池および電動機のいずれか一方と選択的に接続されるので、かかる電力消費手段によって燃料電池の暖機の促進および車両制動時における発電ブレーキの双方を実現することができる。燃料電池の温度が所定温度以下である場合には、電力消費手段は燃料電池と接続されるので、燃料電池は高負荷運転によって早期に暖機される。
【０００８】本発明の第１の態様に係る車両において、前記電力消費手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記所定温度より低くなるにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体であっても良い。かかる場合には、燃料電池の温度に応じて適切な負荷を燃料電池に付与することができるので、燃料電池の温度にかかわらず燃料電池の暖機時間を短縮することができる。
【０００９】本発明の第１の態様に係る車両はさらに、前記車両要求出力の低減を検出する検出手段と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記電動機を制動手段として作動させる電動機制御手段とを備え、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記切替装置を第２の接続状態に切り替えても良い。かかる場合には、電動機を制動手段として作動させることができるので、機械式ブレーキの負荷を軽減することができる。また、制動手段として作動する電動機によって生成された電力は電力消費手段によって消費されるので、回生不能の問題に陥ることなく、必要に応じて電動機によって車両を制動することができる。したがって、電動機車両のドライバビリティを向上させることができる。
【００１０】本発明の第１の態様に係る車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルと、前記車両の車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が所定値以下であると共に、前記検出された車両速度が所定値以上である場合に車両要求出力の低減を検出しても良い。かかる場合には、車両要求出力の低減をより的確に検出することができる。
【００１１】本発明の第１の態様に係る車両において、前記電力消費手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が前記所定値よりも小さくなるにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体であっても良い。かかる場合には、車両要求出力の低減の程度に応じて適切に電力を消費することができる。
【００１２】本発明の第１の態様に係る車両はさらに、前記車両要求出力の低減を検出する検出手段を備え、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されないと共に、前記検出された燃料電池の温度が所定温度よりも高い場合には、前記切替装置を第３の接続状態に切り替えても良い。かかる場合には、電動機車両を通常の運転状態にて運転させることができる。
【００１３】本発明の第２の態様は、電動機により車両に要求される車両要求出力を出力する車両を提供する。本発明の第２の態様に係る車両は、前記電動機に対して電力を供給する電源と、前記車両要求出力の低減を検出する低減検出手段と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記電動機を制動手段として作動させる電動機制御手段と、制動手段として作動する前記電動機により生成された電力を消費する電力消費手段と、前記電動機と前記電力消費手段とを接続する第１の接続状態と、前記電源と前記電動機とを接続する第２の接続状態とに選択的に切り替えられる切替装置と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記切替装置を第１の接続状態に切り替える切替装置制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】本発明の第２の態様に係る車両によれば、車両要求出力の低減を検出した場合には、電動機を制動手段として作動させることができるので、機械式ブレーキの負荷を軽減することができる。また、制動手段として作動する電動機によって生成された電力は電力消費手段によって消費されるので、回生不能の問題に陥ることなく、必要に応じて電動機によって車両の制動することができる。したがって、電動機車両のドライバビリティを向上させることができる。
【００１５】本発明の第２の態様に係る車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルを備え、前記低減検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が減少変化する場合に車両要求出力の低減を検出しても良い。かかる場合には、アクセルペダルの操作に伴う車両要求出力の低減を検出することができるので、電動機車両において内燃機関車両のドライバビリティと同等のドライバビリティを実現することができる。
【００１６】本発明の第２の態様に係る車両において、前記電力消費手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が減少するにつれて抵抗値が大きくなる可変抵抗体であっても良く、あるいは、前記車両要求出力の低減が検出された場合に駆動される補記駆動用電動機であっても良い。いずれの場合にも発電機として作動する電動機の負荷として機能するので、電動機の回転を低下させて、制動力を得ることができる。
【００１７】本発明の第２の態様に係る車両はさらに、前記車両要求出力を入力するアクセルペダルを備え、前記車両の車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記低減検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み量が所定値以下であると共に、前記検出された車両速度が所定値以上である場合に車両要求出力の低減を検出しても良い。かかる場合には、車両要求出力の低減をより的確に検出することができる。
【００１８】本発明の第２の態様に係る車両において、前記電源は燃料電池であっても良く、また、前記電源はさらに、二次電池を含んでも良い。前者の場合には、燃料電池のみを電源とする電動機車両となり、後者の場合には、例えば、燃料電池を主電源、二次電池を補助電源とする電動機車両となり得る。
【００１９】本発明の第２の態様に係る車両は、この他にも本発明の第１の態様に係る車両と同様にして種々の態様にて実現され得る。
【００２０】本発明の第３の態様は、電動機により車両に要求される車両要求出力を出力する車両を提供する。本発明の第３の態様に係る車両は、電力を充放電する二次電池と、電力を消費する電力消費手段と、前記電動機と前記電力消費手段とを接続する第１の接続状態と、前記二次電池と前記電動機とを接続する第２の接続状態とに選択的に切り替えられる切替装置と、前記車両要求出力の低減を検出する低減検出手段と、前記車両要求出力の低減が検出された場合には、前記電動機を制動手段として作動させる電動機制御手段と、前記車両要求出力の低減が検出されると共に、前記二次電池の充電量が所定値以上の場合には、前記切替装置を第１の接続状態に切り替える切替装置制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】本発明の第３の態様に係る車両によれば、車両要求出力の低減を検出したとき、二次電池の充電量が所定値以上の場合には、制動手段として作動する電動機によって生成された電力を電力消費手段によって消費させるので、回生不能の問題に陥ることなく、必要に応じて電動機によって車両を制動することができる。したがって、機械式ブレーキの負荷を軽減することができる。また、電力消費手段によって電力が消費されることによって、電動機の回転を低下させることができるので、電動機車両のドライバビリティを向上させることができる。
【００２２】本発明の第３の態様に係る車両において、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されると共に、前記二次電池の充電量が所定値未満の場合には、前記切替装置を第２の接続状態に切り替えても良い。かかる場合には、電動機によって消費された電力の一部を回収することができるので、車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２３】本発明の第３の態様に係る車両はさらに、主電源としての燃料電池を備え、前記切替装置は、前記第１および第２の接続状態と選択的に切り替えられる、前記燃料電池と前記電動機とを接続する第３の接続状態を有し、前記切替装置制御手段は、前記車両要求出力の低減が検出されない場合には、前記切替装置を前記第３の接続状態に切り替えても良い。かかる場合には、燃料電池によって電動機を作動させることができると共に、電動機によって消費された電力の一部を二次電池に蓄電することができる。
【００２４】本発明の第３の態様に係る車両は、この他にも本発明の第１の態様に係る車両と同様にして種々の態様にて実現され得る。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下、図面を参照しつついくつかの実施例に基づいて説明する。
【００２６】・第１の実施例：図１を参照して第１の実施例に係る電動機車両のシステム構成について説明する。図１は、第１の実施例に係る電動機車両システムの一構成例を示す説明図である。電動機車両１０は、電源としての燃料電池２０、電源から得た電力を駆動力に変換して出力する駆動用モータ（電動機）２１、駆動用モータ２１の動作を制御するインバータ２２、車両１０に対して要求する出力を入力するためのアクセルペダル２３、駆動用モータ２１によって駆動される車輪２４、抵抗値を連続的に変更可能な可変抵抗器２５を備えている。
【００２７】燃料電池２０、インバータ２２および可変抵抗器２５は、選択的に３種類の電気的な閉回路を形成するよう互いに電力線を介して接続されている。より具体的には、車両要求出力が減少した場合（制動力が要求される場合）には、第１リレー３１がオフされ、第２および第３のリレー３２，３３がオンされて、インバータ２２と可変抵抗器２５とが直列に接続される閉回路が形成される。通常運転時には、第２リレー３２がオフされ、第１および第３リレー３１，３３がオンされて、燃料電池２０とインバータ２２とが直列に接続される閉回路が形成される。燃料電池２０の暖機運転時には、第３リレー３３がオフされ、第１および第２にリレー３１，３２がオンされて、燃料電池２０と可変抵抗器２５とが直列に接続される閉回路が形成される。
【００２８】電動機車両１０は、燃料電池２０および駆動用モータ２１の運転、第１〜第３リレー３１，３２，３３のオン・オフ、可変抵抗器２５の抵抗値を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等が備えられている。
【００２９】ＥＣＵ４０には、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度θとして出力するアクセル開度センサ４１、車輪２４の近傍に配置され車両速度を検出する車速センサ４２、燃料電池２０の温度を検出する温度センサ４３といった車両１０の運転状態を検出する各種センサが信号線を介して接続されている。ＥＣＵ４０にはまた、第１〜第３リレー３１，３２，３３、インバータ２２、可変抵抗器２５が信号線を介して接続されている。
【００３０】燃料電池２０は、図示しない改質装置によって生成された水素を含有する改質ガス、あるいは、水素ガスを燃料として消費し、電力を発生する電池である。なお、本実施例では、改質ガス、空気等の燃料供給系については図示を省略した。
【００３１】駆動用モータ２１は、例えば、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータとを備える。駆動用モータ２１のロータは、ギヤ機構等を介して車輪２４と接続されている。駆動用モータ２１は、ロータに備えられた永久磁石による磁界とステータの三相コイルによって形成される磁界との相互作用によって回転して必要な駆動力を車輪２４に出力する。車速の減速要求（制動要求）が発生した場合には、ロータを外力によって駆動させることにより、駆動用モータ２１は、これら磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生成させる発電ブレーキとして機能させられる。
【００３２】図２および図３を参照して、第１の実施例に係る電動機車両１０において実行される燃料電池２０の暖機運転時処理について説明する。図２は第１の実施例に係る電動機車両において燃料電池を暖機運転する際に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図３は燃料電池の暖機運転時に、可変抵抗器２５の抵抗値を設定するために用いられるマップの一例を示す説明図である。
【００３３】本処理ルーチンは、例えば、電動機車両１０の始動要求が発生すると開始される。なお、本処理ルーチン開始時には、第１〜第３リレー３１，３２，３３はオフされている。ＥＣＵ４０は、燃料電池２０の温度Ｔfcを温度センサ４３を介して取得し（ステップＳ１００）、燃料電池２０の温度Ｔfcが所定温度Ｔref以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定温度Ｔrefは、例えば、摂氏０度であり、燃料電池２０の運転に伴い生成された生成水が凍結するおそれがあるか否かを判断する。ＥＣＵ４０は、燃料電池２０の温度Ｔfcが所定温度Ｔrefよりも高いと判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、生成水が凍結するおそれはないので、第１リレー３１および第３リレー３３をオンし、第２リレー３２をオフした後に本処理ルーチンを終了して通常の燃料電池の運転処理を実行する。
【００３４】ＥＣＵ４０は、燃料電池２０の温度Ｔfcが所定温度Ｔref以下であると判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、第１リレー３１および第２リレー３２をオンし、第３リレー３３をオフして、燃料電池２０と可変抵抗器２５とを直列に接続する（ステップＳ１２０）。ＥＣＵ４０は図３に示すマップを用いて、取得した燃料電池２０の温度Ｔfcに基づいて可変抵抗器２５の可変抵抗値Ｒｖを決定し、可変抵抗器２５の抵抗値を決定した可変抵抗値Ｒｖに設定して（ステップＳ１３０）本処理ルーチンを終了する。
【００３５】図３のマップは、横軸に検出された燃料電池温度Ｔfc、縦軸に可変抵抗値Ｒｖを示す。図３に示すように、可変抵抗値Ｒｖは、検出された温度Ｔfcが低くなるにつれて大きくなり、燃料電池２０は高負荷の下、運転される。この結果、燃料電池２０内部における反応が促進され、暖機運転時間を短縮することができる。よって、燃料電池２０の低温始動時、運転時に問題となる燃料電池２０の運転に伴い生成された生成水の凍結を防止することができる。
【００３６】図４〜図６を参照して、第１の実施例に係る電動機車両１０において実行される車両制動制御処理について説明する。図４は第１の実施例に係る電動機車両において実行される車両制動制御処理ルーチンを示すフローチャートである。図５は制動処理時に、アクセル開度θaccから基準抵抗値を求めるために用いられるマップの一例を示す説明図である。図６は制動処理時に、車速Ｖｃから基準抵抗値に対する補正値を求めるために用いられるマップの一例を示す説明図である。
【００３７】本処理ルーチンは、電動機車両１０における車両要求出力が減少している場合（車両速度の減速、制動が要求されている場合）に適切に実行される必要があるので、所定時間毎に繰り返し実行される。本処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ４０は、アクセル開度センサ４１からアクセル開度θaccを取得し、速度センサ４２から車速Ｖｃを取得する（ステップＳ２００）。
【００３８】ＥＣＵ４０は、取得したアクセル開度θaccが所定のアクセル開度θref以下であるか否かを判定し（ステップＳ２１０）、アクセル開度θaccが所定のアクセル開度θref以下であると判定した場合には（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、取得した車速Ｖｃが所定の車速Ｖref以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。
【００３９】ＥＣＵ４０は、車速Ｖｃが所定の車速Ｖref以上であると判定した場合には（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、第２リレー３２および第３リレー３３をオンし、第１リレー３１をオフして（ステップＳ２３０）、駆動用モータ２１と可変抵抗器２５とを直列に接続する、制動時の回路構成を形成する。この結果、電源である燃料電池２０と駆動用モータ２１（インバータ２２）との電気的な接続が遮断されるため、駆動用モータ２１は車輪２４を介して入力される外部動力によって駆動され、発電ブレーキとして機能する。車速Ｖｃがある程度高い領域で、アクセル開度θaccが小さい場合には、一般的に、アクセルペダル２３の操作による減速要求（制動要求）が発生していると考えられるからである。
【００４０】ＥＣＵ４０は、図５に示すマップを用いて取得したアクセル開度θaccに基づき、基準となる可変抵抗値Ｒｖbを決定し、図６に示すマップを用いて取得した車速Ｖｃに基づき、基準可変抵抗値Ｒｖbの補正値を決定する。設定すべき可変抵抗値Ｒｖは、基準可変抵抗値Ｒｖbに補正値を乗ずることによって求められる（ステップＳ２４０）。ＥＣＵ４０は、可変抵抗器２５の抵抗値を、求めた可変抵抗値Ｒｖに設定して本処理ルーチンを終了する。
【００４１】この結果、駆動用モータ２１にて生成された電流はインバータ２２を介して可変抵抗器２５を流れるので、駆動用モータ２１にて機械エネルギ（駆動力）から生成された電気エネルギ（電力）は熱エネルギとして消費される。したがって、駆動用モータ２１を回生ブレーキとして用いる場合に問題となる回生不能状態に陥ることなく、必要に応じて駆動用モータ２１による車両制動を実行することができる。
【００４２】また、駆動用モータ２１が外部抵抗を介して短絡される場合には、電流値の低下によって駆動用モータ２１のロータの回転速度が抑制されるため、駆動用モータ２１の慣性動作そのものを制動して内燃機関におけるエンジンブレーキと同様の制動力をえることができる。さらに、図５および図６から理解されるように、可変抵抗器２５の可変抵抗値Ｒｖは、要求される制動力が大きくなるにつれて高く設定されるので、駆動用モータ２１のロータの回転をより効果的に抑制することができる。
【００４３】ＥＣＵ４０は、アクセル開度θaccが所定のアクセル開度θrefより大きいと判定した場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、および、取得した車速Ｖｃが所定の車速Ｖref未満であると判定した場合（ステップＳ２２０：Ｎｏ）には、第１リレー３１および第３リレー３３をオンし、第２リレーをオフして燃料電池２０と駆動用モータ２１とを接続して（ステップＳ２５０）、本処理ルーチンを終了する。かかる場合には、駆動用モータ２１を用いた制動は不要であるから、各リレー３１，３２，３３の切替状態を通常の運転状態に対応する切替状態に切り替えるのである。
【００４４】以上説明したように、本発明の第１の実施例に係る電動機車両１０によれば、１つの可変抵抗器２５によって燃料電池２０の暖機運転の促進、および電気式ブレーキによる車両１０の制動を実現することができる。可変抵抗器２５を用いることによって、燃料電池２０の暖機運転を促進し、燃料電池２０の温度Ｔfcが低い場合に問題となる生成水の凍結を防止することができる。
【００４５】第１の実施例では、減速時および制動時に駆動用モータ２１にて生成された電力を可変抵抗器２５によって消費するので、回生不能によって電気式ブレーキが使用できないといった事態に陥ることなく、必要に応じて電気式ブレーキによって制動力を得ることができる。したがって、機械式ブレーキに掛かる負荷を低減することができるので、機械式ブレーキを強化することなく、従来の内燃機関車両と同等の制動力を得ることができる。
【００４６】さらに、可変抵抗器２５を介して駆動用モータ２１を短絡することによって駆動用モータ２１のロータの回転を制動することができるので、内燃機関車両におけるエンジンブレーキと同等の制動感を実現することが可能となり、電動機車両におけるドライバビリティを向上させることができる。
【００４７】・第２の実施例：図７および図８を参照して第２の実施例に係る電動機車両について説明する。図７は、第２の実施例に係る電動機車両システムの一構成例を示す説明図である。図８は第２の実施例に係る電動機車両において実行される車両制動制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００４８】第２の実施例に係る電動機車両１１は、二次電池２８、第４リレー３４、二次電池２８の充電状態を検知するＳＯＣセンサ４５を更に備える他は、基本的に第１の実施例に係る電動機車両１０と同様の構成要素を備えている。したがって、第１の実施例に係る電動機車両１０と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】第２の実施例では、燃料電池２０が主電源として用いられ、二次電池２８は、例えば、燃料電池２０の運転状態が安定するまでの期間等の燃料電池２０が十分な電力を供給できない時期に補助電源として機能すると共に、ＥＣＵ４０、その他の電装部品に対する補助電源として用いられる。また、二次電池２８は、駆動用モータ２１を用いた制動により発生する電力を蓄電し、回生ブレーキを実現する。なお、燃料電池２０と二次電池２８の切り替え（電源の切り替え）は、例えば、図示しないＤＣ／ＤＣコンバータの電圧制御によって判断・実現される。
【００５０】上記構成を備える電動機車両１１における車両制動制御処理について図８を参照して説明する。なお、第２の実施例における車両制動制御処理の実行ステップのうち、第１の実施例における車両制動制御処理の実行ステップと同一のステップについては同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
【００５１】本処理ルーチンは、電動機車両１１における車両要求出力が減少している場合（車両制動が要求されている場合）に適切に実行される必要があるので、所定時間毎に繰り返し実行される。本処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ４０は、アクセル開度センサ４１からアクセル開度θaccを取得し、速度センサ４２から車速Ｖｃを取得する（ステップＳ２００）。
【００５２】ＥＣＵ４０は、ステップ２１０およびステップＳ２２０における判定がいずれもＹｅｓの場合には、ＳＯＣセンサ４５によって検知された二次電池２８の充電量Ｂsが充電可能な所定量Ｂref以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２２）。ＥＣＵ４０は、二次電池２８の充電量Ｂsが所定量Ｂref未満であると判定した場合には（ステップＳ２２２：Ｎｏ）、第３および第４リレー３３，３４をオンし、第１および第２リレー３１，３２をオフして、駆動用モータ２１にて生成された電力を回生可能な状態にして本処理ルーチンを終了する。
【００５３】一方、ＥＣＵ４０は、二次電池２８の充電量Ｂsが所定量Ｂref以上であると判定した場合には（ステップＳ２２２：Ｙｅｓ）、第２および第３リレー３２，３３をオンし、第１および第４リレー３１，３４をオフする（ステップＳ２３０）。続いて可変抵抗値Ｒｖを設定して（ステップＳ２３０）、本処理ルーチンを終了する。この結果、駆動用モータ２１にて生成された電力は可変抵抗器２５にて消費され、駆動用モータ２１は発電ブレーキとして機能する。
【００５４】ＥＣＵ４０は、ステップ２１０およびステップＳ２２０における判定のいずれかがＮｏの場合には、ステップＳ２５０を実行して本処理ルーチンを終了する。
【００５５】以上説明したように、第２の実施例に係る電動機車両１１では、補助電源として二次電池２８を備えるので、ＳＯＣセンサ４５にて検出された二次電池の充電量が充電可能な充電量である場合には、駆動用モータ２１を回生ブレーキとして機能させることができる。したがって、制動時、減速時には、駆動用モータ２１にて消費された電力の一部を回収することが可能となり、車両１１全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
【００５６】一方、ＳＯＣセンサ４５にて検出された二次電池の充電量が充電不可能な充電量である場合には、第１の実施例にて説明したように、駆動用モータ２１を発電ブレーキとして機能させることができるので、機械式ブレーキに掛かる負荷を軽減することができる。さらに、駆動用モータ２１を回生ブレーキおよび発電ブレーキのいずれとして機能させる場合にも、必要に応じて電気式ブレーキにより制動力を得ることができるので、特に、減速時、制動時における電動機車両１１のドライバビリティを内燃機関車両のドライバビリティと同様にすることができる。
【００５７】以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る電動機車両を説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００５８】上記第１の実施例では、アクセル開度θaccが所定アクセル開度θref以下であると共に、車速Ｖｃが所定車速Ｖref以上である場合に、駆動用モータ２１による制動処理を実行しているが、この他にも、アクセル開度θaccが０度の時（アクセルペダル２３が開放された時）、アクセル開度θaccの時間変化を監視しておき、時間あたりのアクセル開度θaccの減少量が所定値以上となった場合に、制動処理を実行してもよい。
【００５９】第２の実施例では、燃料電池２０と二次電池２８とを備える場合について説明したが、第２の実施例は、二次電池２８のみを主電源として用いる電動機車両に対しても適用可能である。かかる場合には、回生ブレーキの使用が不可能となった場合であっても、発電ブレーキによって継続して電気式ブレーキを用いた制動処理を実行することが可能となり、機械式ブレーキを強化することなく所望の制動能力を得ることができる。また、第１の実施例においても燃料電池２０を用いて説明しているが、燃料電池２０の暖機に関する処理を除けば、二次電池２８等を用いる電動機車両に対しても適用可能である。
【００６０】上記各実施例では、主にアクセルペダル２３の操作に応じて減速、制動処理を実行しているが、ブレーキペダルが踏み込まれた場合にも、上記制動処理が実行され得ることはいうまでもない。
【００６１】上記各実施例では、電力消費手段として可変抵抗器２５を用いているが、抵抗値が一定の抵抗器を用いても良く、また、抵抗器に替えて、燃料電池２０に空気を送るエアブロワー、エアコン用コンプレッサといった電動補記類を作動させることによって、駆動用モータ２１によって生成された電力を消費しても良い。エアブロワーによって過剰に供給される空気は、例えば、外部に逃がすことによって適当な供給量に調整される。また、これら電気的な抵抗の他にも、駆動用モータ２１のロータと接続されているドライブシャフトによって機械的に駆動されるコンプレッサ等を備える場合には、これらコンプレッサと駆動用モータ２１とを結合状態として、機械的な摩擦によって制動力を得るようにしても良い。
【００６２】さらに、上記各実施例において用いられる可変抵抗値Ｒｖを決定するためのマップは例示に過ぎず、例えば、アクセル開度θacc、燃料電池温度Ｔfc等に対して抵抗値が線形変化しても良く、この他にも種々の態様を取り得る。
【００６３】上記各実施例では、可変抵抗器２５の抵抗値を検出する手段を備えていないが、抵抗値検出器を備えて、抵抗値を正確に変更するようにしてもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月２１日（２００１．１２．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１１０００００２８
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１８９４０９（Ｐ２００３−１８９４０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月４日（２００３．７．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３８８８５１（Ｐ２００１−３８８８５１） |
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