電気自動車

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【発明の名称】	電気自動車
【発明者】	【氏名】原浩二【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
【要約】	【課題】車両の動力性能の向上と車両全体のエネルギ効率の向上を図る。【解決手段】車軸に動力を出力可能なモータとこのモータに電力を供給可能なバッテリとモータとバッテリとに電力を供給可能な燃料電池とからなる前輪駆動系１２０と後輪駆動系２２０とを前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸と後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸とに接続する。アクセルペダル１６２の踏み込み量に基づいて設定される要求パワーを前輪駆動系１２０のモータ１２４と後輪駆動系２２０のモータ２２４とから出力することができるから、モータとバッテリと燃料電池とからなる駆動系を一つしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、一方の燃料電池に異常が生じても、正常な燃料電池からの電力を用いてバッテリ１３０，２３０を充電して走行することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも一つの燃料電池と、該燃料電池により発電される電力により充電可能な少なくとも一つの二次電池と、該二次電池からの電力または前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な複数の電動機と、運転者が要求する要求動力により走行するよう前記複数の電動機を駆動制御する制御手段と、を備える電気自動車。
【請求項２】前記複数の電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなる請求項１記載の電気自動車。
【請求項３】前記複数の電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸に動力を出力可能に接続されてなる請求項１記載の電気自動車。
【請求項４】前記複数の電動機の少なくとも一つは、他の電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなる請求項１記載の電気自動車。
【請求項５】前記複数の電動機の少なくとも一つは、前輪または後輪の車軸のうち他の電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなる請求項１記載の電気自動車。
【請求項６】請求項１ないし５いずれか記載の電気自動車であって、前記燃料電池と前記二次電池とを前記電動機の数と同数備え、前記複数の燃料電池と前記複数の二次電池と前記複数の電動機とを各々一つずつからなる独立した複数の系統として構成してなる電気自動車。
【請求項７】前記制御手段は、前記複数の燃料電池のいずれかに異常が生じているときには、該異常に係る系統以外の系統における余剰の電力または動力を用いて該異常に係る系統の二次電池が充電されるよう制御する手段である請求項６記載の電気自動車。
【請求項８】前記制御手段は、前記異常に係る系統の二次電池が充電されるよう該異常に係る系統の電動機を発電機として駆動制御する手段である請求項７記載の電気自動車。
【請求項９】前記制御手段は、前記異常に係る系統以外の系統からの動力では前記要求動力に不足するときには、前記異常に係る系統の二次電池からの電力を用いて該異常に係る系統の電動機から不足する動力が出力されるよう該電動機を駆動制御する手段である請求項７または８記載の電気自動車。
【請求項１０】燃料電池と、前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの第１電動機と、二次電池と、該二次電池と電力のやり取りが可能で該二次電池からの電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの第２電動機と、運転者が要求する要求動力により走行するよう前記第１電動機と前記第２電動機とを駆動制御する制御手段と、を備える電気自動車。
【請求項１１】前記第１電動機と前記第２電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなる請求項１０記載の電気自動車。
【請求項１２】前記第１電動機と前記第２電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸のうち同一の車軸に動力を出力可能に接続されてなる請求項１０記載の電気自動車。
【請求項１３】前記第２電動機は、前記第１電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなる請求項１０記載の電気自動車。
【請求項１４】前記第２電動機は、前輪または後輪の車軸のうち前記第１電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなる請求項１０記載の電気自動車。
【請求項１５】前記制御手段は、前記要求動力に対して前記燃料電池からの電力に余剰が生じるときには、該余剰の電力を用いて前記二次電池が充電されるよう前記第２電動機を駆動制御する手段である請求項１０ないし１４いずれか記載の電気自動車。
【請求項１６】請求項１０ないし１４いずれか記載の電気自動車であって、前記燃料電池により発電される電力を前記二次電池と前記第２電動機とに供給可能な電力供給手段と、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記要求動力と前記電池状態検出手段により検出される前記二次電池の状態とに基づいて前記二次電池と前記第２電動機とに電力が供給されるよう前記電力供給手段を制御する手段である電気自動車。
【請求項１７】前記制御手段は、前記要求動力に対して前記燃料電池からの電力に余剰が生じるときには、該余剰の電力を用いて前記二次電池が充電されるよう前記電力供給手段を制御する手段である請求項１６記載の電気自動車。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に関し、詳しくは、燃料電池と二次電池と電動機とを備える電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の電気自動車としては、燃料電池と蓄電池と電動機とを一つずつ備えるものが提案されている（例えば、特開昭５０－８２５３２号公報など）。この電気自動車では、走行中に蓄電池に蓄電した電力により走行に必要な電動機への電力の燃料電池からの出力応答遅れを補うことにより、応答遅れなしに走行できるものとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした電気自動車では、燃料電池と蓄電池と電動機とが一つずつしか搭載されていないため、十分な動力性能を発揮することができないと共に各部を効率よく運転することができない。自動車に必要な動力は、停車状態や低速走行時における加速状態、高速走行における加速状態、巡航状態、制動状態などの各状態により大きく異なる。こうした変動の大きな動力を一つの燃料電池と一つの蓄電池と一つの電動機とから出力するためには、大きな負荷変動に追従可能な燃料電池と比較的大容量の電力を蓄電可能な蓄電池と性能の高い電動機とを用いる必要が生じる。こうした燃料電池と蓄電池と電動機とを大きな負荷変動に対して効率よく運転するのは困難である。また、燃料電池に異常が生じたときには、蓄電池に蓄電している電力量に相当する分の短距離しか走行することができない。さらに、電動機に異常が生じたときには、走行することができない。
【０００４】本発明の電気自動車は、車両の動力性能を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の電気自動車は、車両全体のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。さらに、本発明の電気自動車は、燃料電池や電動機に異常が生じても比較的長距離の走行を可能に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】本発明の電気自動車は、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】本発明の第１の電気自動車は、少なくとも一つの燃料電池と、該燃料電池により発電される電力により充電可能な少なくとも一つの二次電池と、該二次電池からの電力または前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な複数の電動機と、運転者が要求する要求動力により走行するよう前記複数の電動機を駆動制御する制御手段と、を備えることを要旨とする。
【０００７】この本発明の第１の電気自動車では、要求動力に応じて複数の電動機を駆動制御するから、車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、複数の電動機のうちいずれかの電動機に異常が生じても、走行性能の低下が生じるものの正常な電動機により走行することができる。
【０００８】こうした本発明の第１の電気自動車において、前記複数の電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前記複数の電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【０００９】また、本発明の第１の電気自動車において、前記複数の電動機の少なくとも一つは、他の電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前記複数の電動機の少なくとも一つは、前輪または後輪の車軸のうち他の電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【００１０】さらに、本発明の電気自動車において、前記燃料電池と前記二次電池とを前記電動機の数と同数備え、前記複数の燃料電池と前記複数の二次電池と前記複数の電動機とを各々一つずつからなる独立した複数の系統として構成してなるものとすることもできる。こうすれば、いずれかの系統の燃料電池に異常が生じても、他の系統の燃料電池により発電される電力により走行することができる。
【００１１】この複数系統の態様の本発明の第１の電気自動車において、前記制御手段は、前記複数の燃料電池のいずれかに異常が生じているときには、該異常に係る系統以外の系統における余剰の電力または動力を用いて該異常に係る系統の二次電池が充電されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、いずれかの系統の燃料電池に異常が生じても、異常系統の二次電池を充電することができる。したがって、この異常系統の二次電池から必要に応じて電力を異常系統の電動機に供給することができる。この結果、走行性能の低下をほとんど伴うことなく走行することができる。
【００１２】この余剰の電力または動力を用いて異常系統の二次電池を充電する態様の本発明の第１の電気自動車において、前記制御手段は、前記異常に係る系統の二次電池が充電されるよう該異常に係る系統の電動機を発電機として駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、他系統の電力を用いて異常系統の二次電池を充電するための回路を備える必要がない。
【００１３】また、余剰の電力または動力を用いて異常系統の二次電池を充電する態様の本発明の第１の電気自動車において、前記制御手段は、前記異常に係る系統以外の系統からの動力では前記要求動力に不足するときには、前記異常に係る系統の二次電池からの電力を用いて該異常に係る系統の電動機から不足する動力が出力されるよう該電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
【００１４】本発明の第２の電気自動車は、燃料電池と、前記燃料電池により発電される電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの第１電動機と、二次電池と、該二次電池と電力のやり取りが可能で該二次電池からの電力を用いて走行に必要な動力を出力可能な少なくとも一つの第２電動機と、運転者が要求する要求動力により走行するよう前記第１電動機と前記第２電動機とを駆動制御する制御手段と、を備えることを要旨とする。
【００１５】この本発明の第２の電気自動車では、要求動力に応じて第１電動機と第２電動機とを駆動制御するから、車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、第１電動機か第２電動機のいずれかの電動機に異常が生じても、走行性能の低下が生じるものの正常な電動機により走行することができる。
【００１６】こうした本発明の第２の電気自動車において、前記第１電動機と前記第２電動機は、いずれも同一の駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前記第１電動機と前記第２電動機は、いずれも前輪または後輪の車軸のうち同一の車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【００１７】また、本発明の第２の電気自動車において、前記第２電動機は、前記第１電動機から出力可能な駆動輪とは異なる駆動輪に動力を出力可能に接続されてなるものとしたり、前輪または後輪の車軸のうち前記第１電動機から出力可能な車軸とは異なる車軸に動力を出力可能に接続されてなるものとすることもできる。
【００１８】さらに、本発明の第２の電気自動車において、前記制御手段は、前記要求動力に対して前記燃料電池からの電力に余剰が生じるときには、該余剰の電力を用いて前記二次電池が充電されるよう前記第２電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池を効率よく運転できると共に必要に応じて二次電池から第２電動機に電力を供給することにより大きな要求動力にも対応することができる。
【００１９】また、本発明の第２の電気自動車において、前記燃料電池により発電される電力を前記二次電池と前記第２電動機とに供給可能な電力供給手段と、前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記要求動力と前記電池状態検出手段により検出される前記二次電池の状態とに基づいて前記二次電池と前記第２電動機とに電力が供給されるよう前記電力供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池により発電される電力を二次電池や第２電動機に供給することができる。この態様の本発明の第２の電気自動車において、前記制御手段は、前記要求動力に対して前記燃料電池からの電力に余剰が生じるときには、該余剰の電力を用いて前記二次電池が充電されるよう前記電力供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【００２０】
【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２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、前輪１２１ａ，１２１ｂを駆動する前輪駆動系１２０と、後輪２２１ａ，２２１ｂを駆動する後輪駆動系２２０と、前輪駆動系１２０および後輪駆動系２２０を駆動制御する電子制御ユニット１５０とを備える。
【００２１】前輪駆動系１２０と後輪駆動系２２０は、それぞれ、ディファレンシャルギヤ１２２，２２２を介して前輪１２１ａ，１２１ｂや後輪２２１ａ，２２１ｂに動力を出力するモータ１２４，２２４と、モータ１２４，２２４にＤＣ／ＤＣコンバータ１３４，２３４とインバータ１３６，２３６とを介して電力を供給可能なバッテリ１３０，２３０と、モータ１２４，２２４とバッテリ１３０，２３０とに電力を供給可能な燃料電池１４０，２４０とを備える。
【００２２】モータ１２４，２２４は、共に発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、電子制御ユニット１５０による駆動制御により、インバータ１３６，２３６およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３４，２３４を介してバッテリ１３０，２３０と電力のやりとりを行なう。
【００２３】バッテリ１３０，２３０は、例えばニッケル水素型の二次電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）１３２により管理されると共に電子制御ユニット１５０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１３４，２３４の制御により充放電される。バッテリＥＣＵ１３２には、バッテリ１３０，２３０を管理するのに必要な信号、例えば，バッテリ１３０，２３０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ１３０，２３０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ１３０，２３０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ１３０，２３０の状態に関するデータを通信により電子制御ユニット１５０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ１３２では、バッテリ１３０，２３０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量ＳＯＣ（ｆ），ＳＯＣ（ｒ）も演算している。
【００２４】燃料電池１４０，２４０は、例えば固体高分子型燃料電池として構成されており、燃料電池用電子制御ユニット（以下、ＦＣＥＣＵという）１４２，２４２によりその運転、例えば水素含有ガスや酸素含有ガスの供給量や冷却水の供給量などが制御されている。ＦＣＥＣＵ１４２，２４２は、電子制御ユニット１５０と通信可能に接続されており、必要に応じて燃料電池１４０，２４０の状態に関するデータを電子制御ユニット１５０に出力する。
【００２５】電子制御ユニット１５０は、ＣＰＵ１５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ１５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ１５６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット１５０には、モータ１２４，２２４を駆動制御するために必要な信号、例えばモータ１２４，２２４の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ１２６，２２６からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータ１２４，２２４に印加される相電流，シフトレバー１６０の操作位置を検出するシフトポジションセンサ１６１からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル１６２の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｃｃを検出するアクセル開度センサ１６３からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル１６４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１６５からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ１６８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。電子制御ユニット１５０からは、インバータ１３６，２３６へのスイッチング制御信号やＤＣ／ＤＣコンバータ１３４，２３４へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット１５０は、前述したように、バッテリＥＣＵ１３２やＦＣＥＣＵ１４２，２４２と通信ポートを介して接続されており、バッテリＥＣＵ１３２やＦＣＥＣＵ１４２，２４２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２６】次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作について説明する。図２は、実施例の電気自動車２０の電子制御ユニット１５０により実行される出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２７】出力処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット１５０のＣＰＵ１５２は、まず、アクセル開度センサ１６３からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ１６８からの車速ＶとバッテリＥＣＵ１３２から通信により得られるバッテリ１３０，２３０の残容量ＳＯＣ（ｆ），ＳＯＣ（ｒ）とを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて運転者が要求する要求トルクＴ＊を設定すると共に（ステップＳ１０２）、次式（１）に示すように計算した要求トルクＴ＊と車速Ｖとに基づいて運転者が要求する要求パワーＰ＊を計算する（ステップＳ１０４）。要求トルクＴ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め定めて要求トルク設定マップとしてＲＯＭ１５４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると要求トルク設定マップから対応する要求トルクＴ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定マップの一例を示す。なお、式（１）中、ｋは車速Ｖをモータ１２４，２２４の回転軸の回転数に変換する比例定数である。
【００２８】
【数１】Ｐ＊＝ｋ・Ｖ・Ｔ＊（１）
【００２９】要求パワーＰ＊を計算すると、この要求パワーＰ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１０６）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、燃料電池１４０，２４０から出力される電力を用いて要求トルクＴ＊をモータ１２４，２２４から出力すると共にバッテリ１３０，２３０を充電することが可能か否かを判定するために設定されるパワー値であり、燃料電池１４０，２４０から出力可能な最大パワーより小さな値として設定される。要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆより大きいときには、バッテリ１３０，２３０を充電することができないと判断し、要求トルクＴ＊を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ１１６）、本ルーチンを終了する。要求トルクＴ＊の両モータ１２４，２２４への分配に用いる配分比は、実施例では、車両の走行状態や運転者の操作などにより予め定められたものを用いるものとした。なお、この配分比は要求トルクＴ＊が両モータ１２４，２２４から出力されれば如何なる比率としてもよいことと、配分比が本発明の説明に重要な意味を持たないことから、これ以上の説明は冗長となるため、その説明は省略する。
【００３０】一方、要求パワーＰ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときには、バッテリ１３０，２３０の充電が可能と判断し、前輪駆動系１２０のバッテリ１３０の残容量ＳＯＣ（ｆ）が閾値Ｓｒｅｆ（ｆ）未満のときには燃料電池１４０，２４０からの余剰のパワーを用いてバッテリ１３０を充電し（ステップＳ１０８，Ｓ１１０）、後輪駆動系２２０のバッテリ２３０の残容量ＳＯＣｒが閾値Ｓｒｅｆ（ｒ）未満のときには燃料電池１４０，２４０からの余剰のパワーを用いてバッテリ２３０を充電し（ステップＳ１１２，Ｓ１１４）、要求トルクＴ＊を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ１１６）、本ルーチンを終了する。ここで、閾値Ｓｒｅｆ（ｆ）および閾値Ｓｒｅｆ（ｒ）は、バッテリ１３０，２３０の充電の必要性を判定するために用いられる残容量であり、６０％や７０％などの種々の値に設定することができる。
【００３１】以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、燃料電池１４０，２４０とバッテリ１３０，２３０とモータ１２４，２２４とからなる前輪駆動系１２０と後輪駆動系２２０とにより運転者が要求する要求トルクＴ＊を出力して走行するから、燃料電池と蓄電池とモータとを一つずつしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、要求トルクＴ＊の前後輪への配分を自由に設定することができるから、車両の動力性能をより高めることができる。
【００３２】次に、こうした実施例の電気自動車２０における燃料電池１４０，２４０の一方に異常が生じたときの動作について説明する。図４は、電子制御ユニット１５０により実行されるＦＣ異常時出力処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、燃料電池１４０，２４０の一方に異常が生じたときに図２の出力処理ルーチンに代えて所定時間毎（例えば２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３３】ＦＣ異常時出力処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット１５０のＣＰＵ１５２は、まず、図２に例示した出力処理ルーチンと同様にアクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，残容量ＳＯＣ（ｆ），ＳＯＣ（ｒ）を読み込み（ステップＳ１２０）、図３に例示した要求トルク設定マップを用いて要求トルクＴ＊を設定すると共に（ステップＳ１２２）、要求パワーＰ＊を計算する処理を実行する（ステップＳ１２４）。
【００３４】そして、計算した要求パワーＰ＊を異常が生じていない系統、即ち正常な系統の燃料電池から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘ（ｘ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１２６）。ここで、（ｘ）は正常系統のものを意味し、（ｙ）は異常系統のものを意味する。要求パワーＰ＊が正常系統の燃料電池から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘ（ｘ）より大きいときには、要求パワーＰ＊を正常系統のモータから出力可能な最大パワーＰｍｍａｘ（ｘ）より大きいか否かを判定する。ここで、モータから出力可能な最大パワーＰｍｍａｘ（ｘ）は、実施例では、燃料電池から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘ（ｘ）より大きな値に設定されている。これは、モータで使用可能な電力としては、燃料電池からの電力の他にバッテリからの電力もあるため、必要に応じて燃料電池とバッテリの双方から電力の供給を受けることができるものとすることができるからである。要求パワーＰ＊が正常系統のモータから出力可能な最大パワーＰｍｍａｘ（ｘ）以下のときには、正常系統のモータから要求パワー、即ち要求トルクを出力すると共に以上系統のモータを停止して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。
【００３５】一方、要求パワーＰ＊が正常系統のモータから出力可能な最大パワーＰｍｍａｘ（ｘ）より大きいときには、異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）が閾値Ｓｒ１（ｙ）以上あるか否かを判定する（ステップＳ１３２）。ここで、閾値Ｓｒ１（ｙ）は、異常系統のバッテリが過放電にならないようバッテリの出力下限を設定するものであり、１０％や１５％などのように種々の値に設定することができる。異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）が閾値Ｓｒ１（ｙ）未満のときには正常系統のモータから最大パワーを出力すると共に異常系統のモータを停止し（ステップＳ１３４）、異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）が閾値Ｓｒ１（ｙ）以上のときには正常系統のモータから最大パワーを出力すると共に異常系統のモータから不足分のパワーを出力して（ステップＳ１３６）、本ルーチンを終了する。
【００３６】ステップＳ１２６で要求パワーＰ＊が正常系統の燃料電池から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘ（ｘ）以下のときには、異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）が閾値Ｓｒ２（ｙ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３８）。ここで、閾値Ｓｒ２（ｙ）は、異常系統のバッテリの充電の必要性を判定するために用いられる残容量であり、８０％や９０％などの種々の値に設定することができる。なお、このルーチンは燃料電池１４０，２４０の一方に異常が生じている状態に実行されるため、異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）をなるべく高くする必要から、図２に例示した出力処理ルーチンにおけるバッテリの充電の必要性の判定に用いた閾値Ｓｒｅｆ（ｆ）や閾値Ｓｒｅｆ（ｒ）より大きな値として設定されている。異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）が閾値Ｓｒ２（ｙ）以上のときには、異常系統のバッテリの充電は不要と判断して正常系統のモータから要求パワー（要求トルク）を出力すると共に異常系統のモータを停止して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。異常系統のバッテリの残容量ＳＯＣ（ｙ）が閾値Ｓｒ２（ｙ）未満のときには、異常系統のバッテリの充電が必要と判断して正常系統のモータから最大パワーを出力すると共に異常系統のモータを発電機として駆動して余剰のパワーを用いて異常系統のバッテリを充電して（ステップＳ１４２）、本ルーチンを終了する。
【００３７】以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、前輪駆動系１２０または後輪駆動系２２０の燃料電池１４０，２４０のいずれか一方に異常が生じても若干の走行性能の低下が生じるものの走行することができる。しかも、異常が生じている系統のバッテリをできるだけ充電するように制御するから、必要に応じて必要なパワーを出力することができる。
【００３８】実施例の電気自動車２０では、前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸に動力を出力する前輪駆動系１２０と後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力する後輪駆動系２２０とにより４輪駆動車として構成したが、二つの駆動系から同一の車軸に動力を出力する構成としてもよい。例えば、図５に例示する変形例の電気自動車２０Ｂのように、両モータ１２４，２２４とも前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。この変形例の電気自動車２０Ｂでも図２の出力処理ルーチンや図４のＦＣ異常時出力処理ルーチンを実行することができるから、変形例の電気自動車２０Ｂでも実施例の電気自動車２０と同様な効果を奏することができる。もとより、両モータ１２４，２２４とも後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。また、実施例の電気自動車２０では、前輪駆動系１２０と後輪駆動系２２０の２つの駆動系を備える構成としたが、３以上の複数の駆動系を備える構成としても差し支えない。
【００３９】次に本発明の第２実施例としての電気自動車２０Ｃについて説明する。図６は、第２実施例の電気自動車２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。第２実施例の電気自動車２０Ｃは、後輪駆動系２２０Ｃが燃料電池２４０を備えていない点と後輪駆動系２２０のＤＣ／ＤＣコンバータ２３４が前輪駆動系１２０に接続されている点を除いて第１実施例の電気自動車２０と同一の構成をしている。したがって、第２実施例の電気自動車２０Ｃの構成のうち第１実施例の電気自動車２０の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】第２実施例の電気自動車２０Ｃは、図示するように、後輪駆動系２２０Ｃは燃料電池を備えず、後輪駆動系２２０ＣのＤＣ／ＤＣコンバータ２３４は、前輪駆動系１２０Ｃの燃料電池１４０から見てＤＣ／ＤＣコンバータ１３４と並列になるように接続されている。したがって、後輪駆動系２２０ＣのＤＣ／ＤＣコンバータ２３４を制御することにより前輪駆動系１２０Ｃの燃料電池１４０からの電力を用いて後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０を充電することができる。
【００４１】こうして構成された第２実施例の電気自動車２０Ｃでは、図７に例示する出力処理ルーチンにより走行する。この出力処理ルーチンも所定時間毎（例えば２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。出力処理ルーチン実行されると、第２実施例の電子制御ユニット１５０のＣＰＵ１５２は、まず、図２の出力処理ルーチンと同様に、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，残容量ＳＯＣ（ｆ），ＳＯＣ（ｒ）を読み込み（ステップＳ２００）、図３に例示した要求トルク設定マップを用いて要求トルクＴ＊を設定すると共に（ステップＳ２０２）、要求パワーＰ＊を計算する処理を実行する（ステップＳ２０４）。
【００４２】そして、計算した要求パワーＰ＊を燃料電池１４０から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘと比較する（ステップＳ２０６）。要求パワーＰ＊が最大パワーＰｆｃｍａｘより大きいときには、後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０の残容量ＳＯＣ（ｒ）がバッテリ２３０の過放電を防止するための閾値Ｓｒ１（ｒ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０の残容量ＳＯＣ（ｒ）が閾値Ｓｒ１（ｒ）以上のときには、バッテリ２３０の過放電は生じないと判断し、要求パワーＰ＊（要求トルクＴ＊）を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。一方、残容量ＳＯＣ（ｒ）が閾値Ｓｒ１（ｒ）未満のときには、バッテリ２３０の過放電が生じる可能性があると判断し、前輪駆動系１２０Ｃのモータ１２４から最大パワーを出力すると共に後輪駆動系２２０Ｃのモータ２２４を停止して（ステップＳ２１２）、本ルーチンを終了する。
【００４３】ステップＳ２０６で要求パワーＰ＊が燃料電池１４０から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘ以下のときには、後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０の残容量ＳＯＣ（ｒ）がバッテリ２３０の充電の必要性を判定するための閾値Ｓｒ２（ｒ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１４）。後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０の残容量ＳＯＣ（ｒ）が閾値Ｓｒ２（ｒ）以上のときには、バッテリ２３０の充電は不要と判断し、要求パワーＰ＊（要求トルクＴ＊）を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ２１６）、本ルーチンを終了する。一方、残容量ＳＯＣ（ｒ）が閾値Ｓｒ２（ｒ）未満のときには、バッテリ２３０の充電が必要と判断し、前輪駆動系１２０Ｃのモータ１２４から要求パワーＰ＊（要求トルクＴ＊）を出力すると共に燃料電池１４０からの余剰のパワーを用いて後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０を充電し（ステップＳ２１８）、本ルーチンを終了する。
【００４４】以上説明した第２実施例の電気自動車２０Ｃによれば、燃料電池１４０とバッテリ１３０とモータ１２４とからなる前輪駆動系１２０Ｃとバッテリ２３０とモータ２２４とからなる後輪駆動系２２０Ｃとにより運転者が要求する要求トルクＴ＊を出力して走行するから、燃料電池と蓄電池とモータとを一つずつしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、後輪駆動系２２０Ｃのバッテリ２３０の残容量ＳＯＣ（ｒ）が十分な状態のときには、要求トルクＴ＊の前後輪への配分を自由に設定することができるから、車両の動力性能をより高めることができる。
【００４５】第２実施例の電気自動車２０Ｃでは、後輪駆動系２２０Ｃは燃料電池を備えず、後輪駆動系２２０ＣのＤＣ／ＤＣコンバータ２３４を前輪駆動系１２０Ｃの燃料電池１４０から見てＤＣ／ＤＣコンバータ１３４と並列になるように接続するものとしたが、前輪駆動系１２０Ｃは燃料電池を備えず、前輪駆動系１２０ＣのＤＣ／ＤＣコンバータ１３４を後輪駆動系２２０Ｃの燃料電池２４０から見てＤＣ／ＤＣコンバータ２３４と並列になるように接続するもの、即ち、前輪駆動系１２０Ｃと後輪駆動系２２０Ｃとを入れ替えるものとしても差し支えない。
【００４６】また、第２実施例の電気自動車２０Ｃでは、前輪駆動系１２０Ｃでもバッテリ１３０を備えるものとしたが、前輪駆動系１２０Ｃではバッテリを備えないものとしても構わない。
【００４７】第２実施例の電気自動車２０Ｃでは、前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸に動力を出力する前輪駆動系１２０Ｃと後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力する後輪駆動系２２０Ｃとにより４輪駆動車として構成したが、二つの駆動系から同一の車軸に動力を出力する構成としてもよい。例えば、図８に例示する変形例の電気自動車２０Ｄのように、両モータ１２４，２２４とも前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。この変形例の電気自動車２０Ｄでも図７の出力処理ルーチンを実行することができるから、変形例の電気自動車２０Ｄでも第２実施例の電気自動車２０Ｃと同様な効果を奏することができる。もとより、両モータ１２４，２２４とも後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。また、第２実施例の電気自動車２０Ｃでは、前輪駆動系１２０Ｃと後輪駆動系２２０Ｃの２つの駆動系を備える構成としたが、３以上の複数の駆動系を備える構成としても差し支えない。
【００４８】次に、本発明の第３実施例としての電気自動車２０Ｅについて説明する。図９は、第３実施例の電気自動車２０Ｅの構成の概略を示す構成図である。第３実施例の電気自動車２０Ｅは、図示するように、後輪駆動系２２０Ｅが燃料電池もバッテリも備えない点と後輪駆動系２２０Ｅのインバータ２３６が前輪駆動系１２０Ｅに接続されている点を除いて第１実施例の電気自動車２０と同一の構成をしている。したがって、第３実施例の電気自動車２０Ｅの構成のうち第１実施例の電気自動車２０の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４９】第３実施例の電気自動車２０Ｅは、図示するように、後輪駆動系２２０Ｃは燃料電池もバッテリも備えず、後輪駆動系２２０Ｅのインバータ２３６は、前輪駆動系１２０Ｅの燃料電池１４０から見てインバータ１３６と並列になるように接続されている。したがって、後輪駆動系２２０Ｅのインバータ２３６をスイッチング制御することにより前輪駆動系１２０Ｅの燃料電池１４０からの電力やバッテリ１３０からの電力を後輪駆動系２２０Ｅのモータ２２４に供給することができる。
【００５０】こうして構成された第３実施例の電気自動車２０Ｅでは、図１０に例示する出力処理ルーチンにより走行する。この出力処理ルーチンも所定時間毎（例えば２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。出力処理ルーチン実行されると、第３実施例の電子制御ユニット１５０のＣＰＵ１５２は、まず、図２の出力処理ルーチンと同様に、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，残容量ＳＯＣを読み込み（ステップＳ３００）、図３に例示した要求トルク設定マップを用いて要求トルクＴ＊を設定すると共に（ステップＳ３０２）、要求パワーＰ＊を計算する処理を実行する（ステップＳ３０４）。
【００５１】そして、計算した要求パワーＰ＊を燃料電池１４０から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘと比較する（ステップＳ３０６）。要求パワーＰ＊が最大パワーＰｆｃｍａｘより大きいときには、バッテリ１３０の残容量ＳＯＣがバッテリ１３０の過放電を防止するための閾値Ｓｒ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。バッテリ１３０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒ１以上のときには、バッテリ１３０の過放電は生じないと判断し、要求パワーＰ＊（要求トルクＴ＊）を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。一方、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒ１未満のときには、バッテリ１３０の過放電が生じる可能性があると判断し、燃料電池１４０から出力可能な最大パワーを設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ３１２）、本ルーチンを終了する。
【００５２】ステップＳ３０６で要求パワーＰ＊が燃料電池１４０から出力可能な最大パワーＰｆｃｍａｘ以下のときには、バッテリ１３０の残容量ＳＯＣがバッテリ１３０の充電の必要性を判定するための閾値Ｓｒ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ３１４）。バッテリ１３０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒ２以上のときには、バッテリ１３０の充電は不要と判断し、要求パワーＰ＊（要求トルクＴ＊）を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力し（ステップＳ３１６）、本ルーチンを終了する。一方、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒ２未満のときには、バッテリ１３０の充電が必要と判断し、要求パワーＰ＊（要求トルクＴ＊）を設定された配分比によって分配して両モータ１２４，２２４から出力すると共に燃料電池１４０からの余剰のパワーを用いてバッテリ１３０を充電し（ステップＳ３１８）、本ルーチンを終了する。
【００５３】以上説明した第３実施例の電気自動車２０Ｅによれば、燃料電池１４０とバッテリ１３０とモータ１２４とからなる前輪駆動系１２０Ｅとモータ２２４からなる後輪駆動系２２０Ｅとにより運転者が要求する要求トルクＴ＊を出力して走行するから、燃料電池と蓄電池とモータとを一つずつしか備えない電気自動車に比して車両の動力性能を向上させることができると共に車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、バッテリ１３０の残容量ＳＯＣが十分な状態のときには、要求トルクＴ＊の前後輪への配分を自由に設定することができるから、車両の動力性能をより高めることができる。
【００５４】第３実施例の電気自動車２０Ｅでは、後輪駆動系２２０Ｅは燃料電池もバッテリも備えず、後輪駆動系２２０Ｅのインバータ２３６を前輪駆動系１２０Ｃの燃料電池１４０から見てインバータ１３６と並列になるように接続するものとしたが、前輪駆動系１２０Ｅは燃料電池もバッテリも備えず、前輪駆動系１２０Ｅのインバータ１３６を後輪駆動系２２０Ｅの燃料電池２４０から見てインバータ２３６と並列になるように接続するもの、即ち、前輪駆動系１２０Ｅと後輪駆動系２２０Ｅとを入れ替えるものとしても差し支えない。
【００５５】第３実施例の電気自動車２０Ｅでは、前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸に動力を出力する前輪駆動系１２０Ｅと後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力する後輪駆動系２２０Ｅとにより４輪駆動車として構成したが、二つの駆動系から同一の車軸に動力を出力する構成としてもよい。例えば、図１１に例示する変形例の電気自動車２０Ｆのように、両モータ１２４，２２４とも前輪１２１ａ，１２１ｂの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。この変形例の電気自動車２０Ｆでも図１０の出力処理ルーチンを実行することができるから、変形例の電気自動車２０Ｆでも第３実施例の電気自動車２０Ｅと同様な効果を奏することができる。もとより、両モータ１２４，２２４とも後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力するよう構成してもよい。また、第３実施例の電気自動車２０Ｅでは、前輪駆動系１２０Ｅと後輪駆動系２２０Ｅの２つの駆動系を備える構成としたが、３以上の複数の駆動系を備える構成としても差し支えない。
【００５６】以上説明した各実施例やその変形例では、モータ１２４，２２４をディファレンシャルギヤ１２２，２２２を介して前輪１２１ａ，１２１ｂや後輪２２１ａ，２２１ｂの車軸に動力を出力可能に取り付けるものとしたが、第１実施例の電気自動車２０の変形例として図１２に例示する変形例の電気自動車２０Ｇのように、前輪１２１ａ，１２１ｂや後輪２２１ａ，２２１ｂの各々に直接モータ１２４Ｇａ，１２４Ｇｂ，２２４Ｇａ，２２４Ｇｂを取り付けるものとしてもよい。この場合、前輪駆動系１２０Ｇを、モータ１２４Ｇａ，１２４Ｇｂに対して２個のインバータ１３６Ｇａ，１３６Ｇｂを用いて燃料電池１４０やバッテリ１３０に接続するものとし、後輪駆動系２２０Ｇを、モータ２２４Ｇａ，２２４Ｇｂに対して２個のインバータ２３６Ｇａ，２３６Ｇｂを用いて燃料電池２４０やバッテリ２３０に接続すればよい。このように各駆動系を複数のモータにより構成するものとしてもよいのである。なお、図示しないが、第２実施例や第３実施例の電気自動車２０Ｃ，３０Ｅに対しても、図１２に例示するように、前輪１２１ａ，１２１ｂや後輪２２１ａ，２２１ｂの各々に直接モータを取り付けるものとしてもよいのは勿論である。
【００５７】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。

【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
【出願日】	平成１４年５月１３日（２００２．５．１３）
【代理人】	【識別番号】１１０００００１７【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所
【公開番号】	特開２００３－３３３７０７（Ｐ２００３－３３３７０７Ａ）
【公開日】	平成１５年１１月２１日（２００３．１１．２１）
【出願番号】	特願２００２－１３７０２６（Ｐ２００２－１３７０２６）