JP3668819B2

JP3668819B2 - Electric car

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Publication number: JP3668819B2
Application number: JP16001895A
Authority: JP
Inventors: 正一佐々木; 成之河津
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JPH08331705A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、モータ駆動装置および電気自動車に関し、詳しくは、直流電圧発生手段により発生した直流電圧を電源としてモータを駆動するモータ駆動装置、および燃料電池と充放電可能な二次電池とを備え該燃料電池から生じる電気エネルギにより駆動する電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモータ駆動装置および電気自動車としては、図１３の従来例のモータ駆動装置１１０に示すように、燃料電池１１２の出力端子と充放電可能な二次電池１２２とをＤＣ／ＤＣコンバータ１１４を介して接続し、燃料電池１１２から見てＤＣ／ＤＣコンバータ１１４の下流側にＤＣモータ１３０を接続するものが提案されている（例えば、特開平３−２７６５７３号公報や特開平２−１６８８０２号公報，特開昭６３−４８７７０号公報等）。
【０００３】
燃料電池１１２と二次電池１２２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１１４を介在させるのは、燃料電池１１２と二次電池１２２の出力特性が異なることによる。図１４は、燃料電池１１２および二次電池１２２の出力特性の一例を示したグラフである。グラフ中、直線Ａは燃料電池１１２の出力特性であり、直線Ｂは二次電池１２２の出力特性である。いま、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４がない状態を考える。燃料電池１１２からの出力を大きくするために、その電流を値Ｉ１から値Ｉ２にすると、燃料電池１１２の出力端子間電圧は値Ｖ１から値Ｖ２に下がる。このとき、燃料電池１１２と二次電池１２２が並列に接続されているから、二次電池１２２の出力端子間電圧も値Ｖ２となり、その電流値は値Ｉ３から値Ｉ４となる。グラフから解るように、燃料電池１１２の電流値の変化（値Ｉ１と値Ｉ２との差）に比して二次電池１２２の電流値の変化（値Ｉ３と値Ｉ４との差）の方が明らかに大きいから、燃料電池１１２から大きな出力を得ようとすると、二次電池からはそれ以上の大きな出力となってしまう。
【０００４】
このことは、二次電池１２２の出力は容易に大きく変えることができるが、燃料電池１１２の出力は容易には大きく変えることができないことを意味する。したがって、燃料電池１１２と二次電池１２２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１１４を備え、これにより燃料電池１１２からの出力と二次電池１２２からの出力とを調整する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを備えるモータ駆動装置およびこのモータ駆動装置を備える電気自動車では、ＤＣ／ＤＣコンバータのエネルギ変換効率が１００％でないことから、装置全体としての効率が低くなるという問題があった。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを設置するスペースも必要であり、装置をコンパクトにできないという問題もあった。
【０００６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池からの入力電圧の範囲を広げると、その寸法が大きくなる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータは、通常、入力電圧範囲を定格入力電圧に対して±２０％程度に設計している。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いても燃料電池からの出力は制限されてしまう。
【０００７】
本発明のモータ駆動装置は、こうした問題を解決し、出力特性が異なる２つの直流電圧発生手段から取り出し可能な出力範囲に制限を設けることなく出力を取り出してモータを駆動すると共に、装置全体としてのエネルギ効率をより良くすることを目的とし、本発明の電気自動車は、こうしたモータ駆動装置を搭載した車両において、モータ駆動装置を車両の運転状態に応じてより効率よく運転することを目的とする。こうした目的を達成するために、次の構成を採った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ駆動装置は、
直流電圧を発生する第１直流電圧発生手段と、
該第１直流電圧発生手段により発生した直流電圧を第１の所定相数の交番する交流電圧に変換する第１変換手段と、
前記第１直流電圧発生手段と異なる特性を備え、直流電圧を発生する第２直流電圧発生手段と、
該第２直流電圧発生手段により発生した直流電圧を第２の所定相数の交番する交流電圧に変換する第２変換手段と、
前記第１変換手段に接続され該第１変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生する第１コイルと、前記第２変換手段に接続され該第２変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生する第２コイルとを有するモータと、
前記第１変換手段および前記第２変換手段の変換を制御して前記モータを駆動制御する制御手段と
を備えたことを要旨とする。
【０００９】
ここで、前記モータ駆動装置において、
前記モータは、前記第２コイルを、前記第１コイルが発生する磁界により交番する誘導電圧を生じるよう配置してなり、
前記第２直流電圧発生手段は、充放電可能な二次電池であり、
前記第２変換手段は、前記第２直流電圧発生手段により発生した直流電圧を前記第２の所定相数の交番する交流電圧に変換する直交変換と、前記第２コイルが生じる前記誘導電圧を所定の直流電圧に変換する交直変換とを切り換えて行なう手段である構成とすることもできる。
【００１０】
本発明の電気自動車は、
燃料電池と、充放電可能な二次電池とを備え、該燃料電池から生じる電気エネルギにより駆動する電気自動車であって、
前記燃料電池から出力された直流電圧を第１の所定相数の交番する交流電圧に変換する第１変換手段と、
前記二次電池から出力された直流電圧を第２の所定相数の交番する交流電圧に変換する直交変換と、該第２の所定相数の交番する交流電圧を所定の直流電圧に変換する交直変換とを切り換えて行なう第２変換手段と、
前記第１変換手段に接続され該第１変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生する第１コイルと、該第１コイルが発生する磁界により交番する誘導電圧を生じるよう配置され前記第２変換手段に接続されて該第２変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生可能な第２コイルとを有するモータと、
車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該検出された運転状態に基づいて、前記第１変換手段および前記第２変換手段の変換を制御して前記モータを駆動制御する制御手段と
を備えたことを要旨とする。
【００１１】
前記電気自動車において、
前記制御手段は、
前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基づいて前記モータからの出力の目標値を演算する目標値演算手段と、
該演算された目標値の所定時間内の推移に基づいて、前記燃料電池からの出力の指令値である燃料電池出力指令値を演算する燃料電池出力指令値演算手段と、
該演算された燃料電池出力指令値と前記目標値とに基づいて、前記二次電池からの出力の指令値である二次電池出力指令値を演算する二次電池出力指令値演算手段と、
前記演算された燃料電池出力指令値および二次電池出力指令値に基づいて前記第１変換手段および前記第２変換手段の変換を制御する変換制御手段とを備えた構成とすることもできる。
【００１２】
また、こうした前記電気自動車において、前記燃料電池出力指令値演算手段は、前記演算された燃料電池出力指令値が第１の所定範囲内にないとき、該演算結果に拘わらず前記第１の所定範囲内の所定値を前記燃料電池出力指令値とする手段である構成とすることもできる。あるいは、前記電気自動車において、前記二次電池出力指令値演算手段は、前記演算された二次電池出力指令値が第２の所定範囲内にないとき、該演算結果に拘わらず前記第２の所定範囲内の所定値を前記二次電池出力指令値とする手段である構成とすることもできる。
【００１３】
これらの前記電気自動車において、
前記燃料電池の運転状態を検出する燃料電池状態検出手段を備え、
前記燃料電池出力指令値演算手段は、前記燃料電池状態検出手段により検出された運転状態が第３の所定範囲内にないとき、前記演算結果に拘わらず第３の所定値を前記燃料電池出力指令値とする手段である構成とすることもできる。
【００１４】
また、前記電気自動車において、
前記二次電池の運転状態を検出する二次電池状態検出手段を備え、
前記二次電池出力指令値演算手段は、前記二次電池状態検出手段により検出された運転状態が第４の所定範囲内にないとき、前記演算結果に拘わらず第４の所定値を前記二次電池出力指令値とする手段である構成とすることもできる。
【００１５】
さらに、前記電気自動車において、
前記燃料電池の運転状態を検出する燃料電池状態検出手段を備え、
前記燃料電池出力指令値演算手段は、前記燃料電池を起動してから前記燃料電池状態検出手段により検出された運転状態が所定状態になるまで、前記演算結果に拘わらず第５の所定値を前記燃料電池出力指令値とする手段である構成とすることもできる。
【００１６】
【作用】
以上のように構成された本発明のモータ駆動装置は、第１変換手段が、第１直流電圧発生手段により発生した直流電圧を第１の所定相数の交番する交流電圧に変換し、第２変換手段が、第１直流電圧発生手段と異なる特性を備えた第２直流電圧発生手段により発生した直流電圧を第２の所定相数の交番する交流電圧に変換する。モータは、第１変換手段に接続されこの第１変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生する第１コイルと、第２変換手段に接続されこの第２変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生する第２コイルとがそれぞれ発生する磁界により駆動する。制御手段は、第１変換手段および第２変換手段の変換を制御して第１コイルおよび第２コイルに生じる磁界により駆動するモータの駆動を制御する。
【００１７】
こうしたモータ駆動装置において、第２コイルを、第１コイルが発生する磁界により交番する誘導電圧を生じるよう配置し、第２直流電圧発生手段を充放電可能な二次電池とし、第２変換手段を、第２直流電圧発生手段により発生した直流電圧を第２の所定相数の交番する交流電圧に変換する直交変換と、第２コイルが生じる誘導電圧を所定の直流電圧に変換する交直変換とを切り換えて行なう手段とすれば、第２コイルに生じる誘導電圧を第２変換手段で所定の直流電圧に変換して二次電池を充電することが可能となる。
【００１８】
本発明の電気自動車は、第１変換手段が、燃料電池から出力された直流電圧を第１の所定相数の交番する交流電圧に変換し、第２変換手段が、二次電池から出力された直流電圧を第２の所定相数の交番する交流電圧に変換する直交変換と、第２の所定相数の交番する交流電圧を所定の直流電圧に変換する交直変換とを切り換えて行なう。モータは、第１変換手段に接続されこの第１変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生する第１コイルと、第１コイルが発生する磁界により交番する誘導電圧を生じるよう配置され第２変換手段に接続されてこの第２変換手段から供給される交流電圧により交番する磁界を発生可能な第２コイルとがそれぞれ発生する磁界により駆動する。運転状態検出手段は、車両の運転状態を検出し、制御手段は、この検出された運転状態に基づいて、第１変換手段および第２変換手段の変換を制御してモータを駆動制御する。
【００１９】
こうした電気自動車において、制御手段が、目標値演算手段と燃料電池出力指令値演算手段と二次電池出力指令値演算手段と変換制御手段とを備えれば、目標値演算手段は、運転状態検出手段により検出された運転状態に基づいてモータからの出力の目標値を演算する。そして、燃料電池出力指令値演算手段は、この演算された目標値の所定時間内の推移に基づいて、燃料電池からの出力の指令値である燃料電池出力指令値を演算し、二次電池出力指令値演算手段は、この演算された燃料電池出力指令値と前記目標値とに基づいて、二次電池からの出力の指令値である二次電池出力指令値を演算する。変換制御手段は、これら演算された燃料電池出力指令値および二次電池出力指令値に基づいて第１変換手段および第２変換手段の変換を制御する。
【００２０】
また、こうした電気自動車において、燃料電池出力指令値演算手段を、演算された燃料電池出力指令値が第１の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第１の所定範囲内の所定値を燃料電池出力指令値とする手段とすれば、燃料電池出力指令値の第１の所定範囲内での制御が可能となる。ここで、第１の所定範囲内の所定値は、第１の所定範囲内のある特定の一つの値のみに限られるものではなく、例えば、燃料電池出力指令値が第１の所定範囲の上限を越えたときにはこの上限であり燃料電池出力指令値が第１の所定範囲の下限を下回ったときにはこの下限である場合のように２以上とした場合も含まれる。この構成では、例えば、第１の所定範囲を燃料電池の能力範囲に設定する場合や燃料電池の運転効率が比較的高い範囲に設定する場合など、所望の燃料電池の運転範囲として設定される場合も含まれる。
【００２１】
これら電気自動車において、二次電池出力指令値演算手段を、演算された二次電池出力指令値が第２の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第２の所定範囲内の所定値を二次電池出力指令値とする手段とすれば、二次電池出力指令値の第２の所定範囲内での制御が可能となる。ここで、第２の所定範囲内の所定値も、前記第１の所定範囲内の所定値と同様に、第２の所定範囲内のある特定の一つの値のみに限られるものではなく、二次電池出力指令値が第２の所定範囲の上限を越えたときにはこの上限であり二次電池出力指令値が第２の所定範囲の下限を下回ったときにはこの下限である場合のように２以上とした場合も含まれる。また、第２の所定範囲も、第１の所定範囲と同様に、二次電池の出力可能範囲に設定する場合や二次電池のある特定の出力範囲に設定する場合など、所望の出力範囲として設定される場合も含まれる。
【００２２】
こうした電気自動車において、燃料電池状態検出手段を備え、燃料電池出力指令値演算手段を、燃料電池状態検出手段により検出された運転状態が第３の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第３の所定値を燃料電池出力指令値とする手段とすれば、燃料電池の運転状態が第３の所定範囲内にないときには燃料電池出力指令値を第３の所定値とする制御、例えば、燃料電池の運転状態が定常運転状態として許容する範囲内にないときには燃料電池出力指令値を値０とする制御等が可能になる。
【００２３】
また、これら電気自動車において、二次電池状態検出手段を備え、二次電池出力指令値演算手段を、二次電池状態検出手段により検出された運転状態が第４の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第４の所定値を二次電池出力指令値とする手段とすれば、二次電池の運転状態が第４の所定範囲内にないときには二次電池出力指令値を第４の所定値とする制御、例えば、二次電池の状態が適正な状態として定めた範囲内にないときには二次電池出力指令値を値０とするといった制御等が可能になる。
【００２４】
さらに、これら電気自動車において、燃料電池状態検出手段を備え、燃料電池出力指令値演算手段を、燃料電池を起動してから燃料電池状態検出手段により検出された運転状態が所定状態になるまで、演算結果に拘わらず第５の所定値を燃料電池出力指令値とする手段とすれば、燃料電池の起動直後から定常運転状態に至るまでは、燃料電池出力指令値を第５の所定値とするといった制御が可能となる。この結果、燃料電池のより適正な運転が可能となる。
【００２５】
【実施例】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。図１は、本発明の好適な一実施例であるモータ駆動装置１０の概略を示したブロック図である。
【００２６】
図示するように、モータ駆動装置１０は、水素と酸素とを燃料として電気化学反応により化学エネルギを直接電気エネルギに変換する燃料電池１２と、燃料電池１２から出力される直流電圧を三相の交流電圧に変換する第１インバータ１４と、充放電可能な二次電池２２と、二次電池２２から出力される直流電圧を三相の交流電圧に変換する第２インバータ２４と、第１インバータ１２および第２インバータ２４からの三相の交流電圧の供給を受けて駆動するモータ３０と、これらの機器を駆動制御する制御装置４０とを備える。
【００２７】
燃料電池１２は、例えば、固体高分子型の燃料電池であり、図示しない燃料ガス供給装置および酸化ガス供給装置から水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとの供給を受けて、水素と酸素から水を生成する電気化学反応により物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換して出力する。燃料電池１２には、その運転状態を示すセンサ、例えば、燃料電池１２内部の温度を検出する温度センサや出力端子間の電圧を検出する電圧計などが並設されている。これらのセンサは、導電ラインにより制御装置４０に接続されている。
【００２８】
第１インバータ１４は、６個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））を主回路素子として構成されており、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により燃料電池１２から供給される直流電圧を任意の振幅および周波数の三相交流電圧に変換する。第１インバータ１４の各スイッチング素子は、導電ラインにより制御装置４０に接続されており、制御装置４０からの信号によりそのスイッチングのタイミングの制御を受ける。
【００２９】
二次電池２２は、充放電可能な二次電池、例えば鉛蓄電池として構成される。この二次電池２２には、その状態を検出するセンサ、例えば、二次電池２２に出入りする電流の電流値を検出し積算してその充電状態を演算する充電容量計や二次電池２２の出力端子間の電圧を検出する電圧計などが並設されている。これらのセンサは、導電ラインにより制御装置４０に接続されている。
【００３０】
第２インバータ２４は、第１インバータ１４と同様に、６個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））を主回路素子として構成されており、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により二次電池２２から供給される直流電圧を任意の振幅および周波数の三相交流電圧に変換する。また、第２インバータ２４は、逆にモータ３０側から供給される三相交流電圧を所定の直流電圧にも変換する。第２インバータ２４の各スイッチング素子も、導電ラインにより制御装置４０に接続されており、制御装置４０からの信号によりそのスイッチングのタイミングの制御を受ける。
【００３１】
図２は、モータ３０の構造の概略を示す説明図である。図示するように、モータ３０は、例えば、パーマネント・マグネット形モータ（ＰＭモータ）であり、１８個のスロット３４（すなわち１８個のティース３５）を備えるステータ３２と、ステータ３２の中央に嵌挿され複数の図示しない磁石を外周上に取付固定されたロータ３９とから構成される。ステータ３２の１８個のティース３５の根本側には、第１インバータ１４に接続されるＵ相，Ｖ相およびＷ相の各々６個（計１８個）の第１コイル３６が捲回されており、ティース３５の先端側には、第２インバータ２４に接続されるＵ相，Ｖ相およびＷ相の各々６個（計１８個）の第２コイル３８が第１コイル３６のＵ相，Ｖ相およびＷ相の各コイルと整合するよう捲回されている。また、モータ３０には、その回転数を検出するモータスピードセンサが並設されている。このモータスピードセンサは、導電ラインにより制御装置４０に接続されている。
【００３２】
制御装置４０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ４２、ＣＰＵ４２で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ４４、同じくＣＰＵ４２で各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ４６、燃料電池１２の運転状態を検出するセンサ，二次電池２２の状態を検出するセンサおよびモータスピードセンサからの検出信号やモータ駆動装置１０の外部から出力されたモータ３０のトルク指令信号を入力すると共に第１インバータ１４および第２インバータ２４に駆動信号を出力する入出力ポート４８を備える。また、図示しないが、制御装置４０は、定電圧電源回路を備えており、制御装置４０内の各部に必要な電源を供給している。
【００３３】
こうして構成された制御装置４０は、燃料電池１２の運転状態や二次電池２２の状態，モータ３０の回転スピードおよびモータ駆動装置１０の外部からのモータ３０のトルク指令信号を入出力ポート４８を介して入力し、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力の和が入力したトルク指令と等しくなるよう第１インバータ１４および第２インバータ２４の各スイッチング素子のスイッチングを制御して、モータ３０を駆動制御する。
【００３４】
モータ駆動装置１０の動作には、燃料電池１２および二次電池２２からの出力によりモータ３０を駆動する動作、燃料電池１２からの出力のみによりモータ３０を駆動する動作、二次電池２２からの出力のみによりモータ３０を駆動する動作、二次電池２２の充電動作がある。以下に各動作について説明する。
【００３５】
まず、燃料電池１２および二次電池２２からの出力によりモータ３０を駆動する動作について説明する。モータ３０のステータ３２の各ティース３５には、第１インバータ１４に接続された第１コイル３６と第２インバータ２４に接続された第２コイル３８との各相のコイルが整合するよう捲回されているから、第１コイル３６および第２コイル３８に同位相の三相交流電圧を加えれば、ステータ３２の各ティース３５には、第１コイル３６が生じる磁界と、この磁界と同方向の第２コイル３８が生じる磁界とが重畳した磁界が生じ、この重畳した磁界がロータ３９を回転させる。すなわち、第１インバータ１４からの三相交流電圧と第２インバータ２４からの三相交流電圧とが同位相となるよう第１インバータ１４および第２インバータ２４のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力とによりモータ３０を駆動することができる。
【００３６】
このとき、燃料電池１２からの直流電圧と二次電池２２からの直流電圧は、互いに独立に第１インバータ１４および第２インバータ２４により任意の振幅の三相交流に変換されて第１コイル３６および第２コイル３８に供給されるから、燃料電池１２および二次電池２２からは各々任意の出力を取り出すことができる。したがって、燃料電池１２を最も運転効率のよい運転条件で運転することができる。このことについて、図１３に示した従来例のモータ駆動装置１１０と比較しながらもう少し述べる。
【００３７】
図３は、燃料電池と二次電池の出力の関係を示すグラフである。図中直線Ｃは、図１３に示すモータ駆動装置１１０からＤＣ／ＤＣコンバータ１１４を取り除いた構成、すなわち燃料電池１１２と二次電池１２２とを並列に直接接続した構成のときの燃料電池１１２からの出力と二次電池１２２からの出力との関係を示したものである。図１３中直線Ｃを含んでハッチングされた領域は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４を燃料電池１１２と二次電池１２２とに介在させることにより、出力の組み合わせとして取ることが可能になる範囲である。上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４がない構成では、燃料電池１１２からの出力を少し大きくしようとすると、二次電池１２２からの出力がそれ以上に大きくなってしまうが（図１４参照）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４を備えることで、二次電池１２２の出力はそのままで燃料電池１１２の出力だけを大きくすることができる。こうした燃料電池１１２からの出力と二次電池１２２からの出力との取りうる組合せの範囲（ハッチングした範囲）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４の性能によって変わるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４の入力電圧範囲を広げるとその寸法が大きくなることから、通常、定格入力電圧に対して±２０％程度に設計されている。
【００３８】
一方、実施例のモータ駆動装置１０では、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力はそれぞれ独立に取り出すことができるから、燃料電池１２からの出力がその最大値を超えない範囲であって同時に二次電池２２からの出力がその最大値を超えない範囲であれば、いかなる組み合わせとしてもよい。ここで、燃料電池１２からの出力の最大値および二次電池２２からの出力の最大値とは、各電池からそれぞれ出力可能な最大の出力値を意味する。
【００３９】
燃料電池１２からの出力のみによりモータ３０を駆動する動作および二次電池２２からの出力のみによりモータ３０を駆動する動作は、上述の説明により燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力が独立に扱うことができることから、燃料電池１２および二次電池２２からの出力によりモータ３０を駆動する動作のうち、いずれか一方の出力が値０のときという特別な場合として説明される。すなわち、第１インバータ１４または第２インバータ２４のいずれか一方で変換される三相交流電圧の振幅を値０とすればよい。このように、燃料電池１２と二次電池２２のいずれか一方の出力のみでもモータ３０を駆動することができるから、不慮の事故等により燃料電池１２または二次電池２２が故障し動作しないときでも、出力は低下するもののモータ３０を駆動することができる。
【００４０】
次に、二次電池２２の充電動作について説明する。二次電池２２の充電は、モータ３０のステータ３２の各ティース３５とこれに捲回された第１コイル３６および第２コイル３８とをトランス（第２コイル３８を二次側のコイルとするトランス）として動作させると共に第２インバータ２４を第２コイル３８で生じる誘導起電力を二次電池２２の出力端子間の電圧より高い所定の電圧の直流電圧に変換する整流器として動作させることにより行なう。すなわち、ティース３５の根本側には第１コイル３６が、先端側には第２コイル３８が捲回されているから、第１インバータ１４から第１コイル３６に三相交流電圧が加えられると、第１コイル３６が生じる交番する磁界により第２コイル３８には誘導起電力が生じる。この誘導起電力は、振幅と位相は異なるが第１インバータ１４からの三相交流電圧と同相の交流電圧である。二次電池２２は、この誘導された交流電圧を第２インバータ２４により整流すると共に二次電池２２の出力端子間の電圧より高い電圧であって二次電池２２がその充電電圧として許容する範囲内の所定電圧に変換することにより充電される。
【００４１】
二次電池２２の充電動作は、上述したようにトランス機能を用いるから、燃料電池１２からの出力によりモータ３０を駆動しながら、またはモータ３０を停止した状態で行なうことができる。こうした二次電池２２の充電動作と、二次電池２２からの出力によるモータ３０の駆動動作とを組み合わせることにより、例えば、燃料電池１２からの出力が一定となるよう燃料電池１２および第１インバータ１４を運転し、二次電池２２からの出力および二次電池２２への充電電圧を第２インバータ２４で調整することによりモータ３０の出力を幅広く調整するといった制御等が可能となる。
【００４２】
また、二次電池２２の充電は、モータ３０を発電機として動作させたときに生じる電気エネルギ（回生エネルギ）により行なうこともできる。モータ３０は、電動機として動作すると共に逆に外部から回転エネルギ（仕事）を受けることにより発電する発電機としても動作する。したがって、モータ３０により発生した電気エネルギを第２コイル３８から三相交流電圧として取り出し、これを第２インバータ２４で所定の直流電圧に変換するば、二次電池２２を充電することができる。こうした回生エネルギからの充電は、上述したトランス機能に基づく充電と重畳することも可能である。
【００４３】
以上説明した実施例のモータ駆動装置１０によれば、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力とによりモータ３０を駆動することができる。しかも、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力とを独立に扱うことができる。この結果、例えば、燃料電池１２を運転効率のより良い条件で定常運転し、モータ３０の出力変動に対しては、二次電池２２で対応するといった運転や、その逆の運転等の幅の広いモータ３０への出力制御が可能となる。また、燃料電池１２から出力される直流電圧は任意であるから、燃料電池１２の構成はいかなる構成でもよく、その積層の程度も任意となる。したがって、モータ３０の出力や二次電池２２の電圧等に拘わらず、より効率の良い燃料電池１２を採用することができる。
【００４４】
また、実施例のモータ駆動装置１０によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータが不要なので、従来例のＤＣ／ＤＣコンバータを備えるモータ駆動装置に比してエネルギ効率を高めることができる。
【００４５】
実施例のモータ駆動装置１０によれば、モータ３０の各ティース３５に第１コイル３６と第２コイル３８とが捲回されているから、これらがトランスとして作用し、燃料電池１２からの出力により二次電池２２を充電することができる。しかも、二次電池２２の充電は、燃料電池１２からの出力によりモータ３０を駆動しながら、あるいはモータ３０を停止した状態で行なうことができる。この結果、例えば、燃料電池１２を運転効率のより良い条件で定常運転し、モータ３０の出力変動に対しては、二次電池２２からの出力および二次電池２２への充電電圧を調整することより対応するといった運転も可能となる。
【００４６】
実施例のモータ駆動装置１０によれば、モータ３０は外部からエネルギ（仕事）が与えられたときには発電機としても動作可能だから、そのエネルギを第２コイルにより三相交流電圧として取り出し、第２インバータ２４で所定の直流電圧に変換することにより二次電池２２を充電することができる。しかも、燃料電池１２からの出力による充電と重畳的に行なうことができる。
【００４７】
実施例のモータ駆動装置１０では、燃料電池１２を固体高分子形の燃料電池としたが、リン酸形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池等いかなる燃料電池であってもかまわない。同様に、実施例では二次電池２２を鉛蓄電池としたが、二次電池２２は、充放電可能な二次電池であればいかなる電池であってもかまわない。
【００４８】
実施例のモータ駆動装置１０では、直流電圧を生じる２つの電源手段として燃料電池１２と二次電池２２とを用いたが、出力特性の異なる２つの燃料電池に適用する構成、出力特性の異なる２つの二次電池に適用する構成、燃料電池や二次電池以外の直流電源に適用する構成等、いかなる２つの直流電源に適用する構成であっても差し支えない。
【００４９】
実施例のモータ駆動装置１０では、ティース３５の根本側に第１コイル３６を捲回し先端側に第２コイル３８を捲回したが、ティース３５の根本側に第２コイル３８を捲回し先端側に第１コイル３６を捲回する構成、ティース３５に第１コイル３６を捲回しその外側に第２コイル３８を捲回する構成、あるいは逆にティース３５に第２コイル３８を捲回しその外側に第１コイル３６を捲回する構成、第１コイル３６と第２コイル３８とが混在するよう捲回する構成等も好適である。
【００５０】
実施例のモータ駆動装置１０では、各ティース３５に第１コイル３６および第２コイル３８を捲回したが、第１コイル３６または第２コイル３８を一部のティース３５にのみ捲回する構成でも差し支えない。また、実施例のモータ駆動装置１０では、第１インバータ１４および第２インバータ２４により変換される交流電圧をいずれも三相交流電圧としたが、いかなる相数の交流電圧としてもよい。さらに第１インバータ１４および第２インバータ２４により変換される交流電圧は、各ティース３５に捲回された第１コイル３６により生じる磁界と第２コイル３８により生じる磁界が同方向となれば、同相の交流電圧でなくても差し支えない。
【００５１】
さらに、実施例のモータ駆動装置１０では、モータ３０のステータ３２に１８個のティース３５（１８個のスロット３４）を設けたが、ティース３５の数は、第１インバータ１４または第２インバータ２４により変換される交流電圧の相数などにより定められるものであり、この数に限られるものでないことは勿論である。
【００５２】
次に、こうしたモータ駆動装置１０の変形例であるモータ駆動装置１０Ｂを搭載した電気自動車５について説明する。図４は、本発明の好適な一実施例であるモータ駆動装置１０Ｂを搭載した電気自動車５の概略を示すブロック図である。なお、説明の容易のため、モータ駆動装置１０Ｂの構成のうち前述のモータ駆動装置１０と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５３】
図示するように、電気自動車５は、モータ駆動装置１０Ｂと、モータ駆動装置１０Ｂが備える燃料電池１２に水素を含有する燃料ガスを供給する燃料供給装置５０と、同じくモータ駆動装置１０Ｂが備える燃料電池１２に酸化ガスである空気を供給するブロワ５２と、各部の駆動制御を行なう制御装置（ＥＣＵ）６０とを備える。
【００５４】
モータ駆動装置１０Ｂは、前述したモータ駆動装置１０と同一の構成の燃料電池１２，第１インバータ１４，二次電池２２，第２インバータ２４およびモータ３０からなる。燃料電池１２には、内部の温度を検出する温度センサ１２Ｔと、出力端子間の電圧を検出する燃料電池電圧計１２Ｖとが並設されている。二次電池２２には、二次電池２２の充電状態を検出する充電容量計２２Ｓと、端子間電圧を検出する二次電池電圧計２２Ｖとが並設されている。モータ３０には、モータスピード（回転スピード）Ｎｍを検出するモータスピードセンサ３０Ｎが設置されている。これらの各センサは、導電ラインによりＥＣＵ６０に接続されている。また、第１インバータ１４および第２インバータ２４が備える各スイッチング素子も導電ラインによりＥＣＵ６０に接続されており、ＥＣＵ６０からの駆動信号によりそのスイッチング動作の制御を受ける。
【００５５】
この他、電気自動車５には、車両の操作のためにアクセルペダル５３とブレーキペダル５５とが設けられており、アクセルペダル５３およびブレーキペダル５５には、各々そのポジションを検出するアクセルポジションセンサ５４およびブレーキポジションセンサ５６が取り付けられている。また、電気自動車５には、その車速を検出するスピードセンサ５８等の各種センサおよびモータ駆動装置１０Ｂの状態等を表示する表示装置５９等が設置されている。これらのスピードセンサ５８や表示装置５９等は、導電ラインによりＥＣＵ６０に接続されている。
【００５６】
図５は、ＥＣＵ６０の電気的な構成の概略を例示するブロック図である。図示するように、ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ６２、ＣＰＵ６２で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ６３、同じくＣＰＵ６２で各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ６４、各種センサからの検出信号を入力する入力処理回路６６、第１インバータ１４，第２インバータ２４，表示装置５９，燃料供給装置５０およびブロワ５２等の各種駆動機器に駆動信号を出力する出力処理回路６７、ＥＣＵ６０内の各部に必要な定電圧を供給する定電圧電源回路６８を備える。
【００５７】
こうして構成されたＥＣＵ６０によりモータ３０の駆動制御がなされ、電気自動車５は駆動する。以下に、ＥＣＵ６０によるモータ３０の駆動制御について説明する。まず、電気自動車５の通常運転時におけるモータ３０のトルク制御について、図６および図７に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。このトルク制御ルーチンは、電気自動車５の運転が開始された直後から所定時間毎、例えば１００ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００５８】
本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ６２は、まず、アクセルポジションセンサ５４により検出されるアクセルペダル５３のポジションＡＰと、ブレーキポジションセンサ５６により検出されるブレーキペダル５５のポジションＢＰと、モータスピードセンサ３０Ｎにより検出されるモータスピードＮｍとを入力処理回路６６を介して読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、アクセルポジションＡＰおよびブレーキポジションＢＰは、共に全く踏み込まれていないときには値０、完全に踏み込まれたときには値１をとり、中間の踏み込みのときには、その踏み込みの程度に応じて値０から値１の間の値をとる。
【００５９】
次に、読み込んだアクセルポジションＡＰからブレーキポジションＢＰを減じて運転状態指示値Ｃを算出し（ステップＳ１１０）、算出した運転状態指示値ＣとステップＳ１００で読み込んだモータスピードＮｍとからモータトルク指令値Ｔｍを求める（ステップＳ１２０）。モータトルク指令値Ｔｍは、ＲＯＭ６３に予め記憶されている運転状態指示値ＣとモータスピードＮｍとモータトルク指令値Ｔｍとの関係を示すマップを用いて求める。図８に、運転状態指示値ＣとモータスピードＮｍとモータトルク指令値Ｔｍとの関係を表わすマップの一例を示す。なお、運転状態指示値ＣとモータスピードＮｍとモータトルク指令値Ｔｍとの関係は図８に示す関係に限られるものではなく、モータ３０の特性などによって定められるものである。
【００６０】
続いて、こうして求めたモータトルク指令値ＴｍにモータスピードＮｍを乗じてモータ出力Ｐｍを算出する（ステップＳ１３０）。そして、燃料電池初期動作判定フラグＦＳおよび燃料電池異常判定フラグＦ１の値を調べる（ステップＳ１４０）。ここで、燃料電池初期動作判定フラグＦＳは、電気自動車５を駆動した直後で、まだ燃料電池１２が定常運転状態に至っていないときに、後述する起動時処理ルーチン（図１０）により値１に設定されるフラグである。また、燃料電池異常判定フラグＦ１は、燃料電池１２に何らかの異常が検出されたときに、例えば、後述する燃料電池異常チェックルーチン（図１１）により値１に設定されるフラグである。燃料電池初期動作判定フラグＦＳおよび燃料電池異常判定フラグＦ１は、通常、共に値０がセットされている。
【００６１】
ステップＳ１４０で、燃料電池初期動作判定フラグＦＳおよび燃料電池異常判定フラグＦ１が共に値０のときには、燃料電池１２は正常に定常運転状態にあると判断し、次のステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、本ルーチンが実行される毎にステップＳ１３０で算出されるモータ出力Ｐｍの所定時間（所定回数ｎ）に亘る平均の出力（移動平均出力）Ｐｍａｖｅを求める。ここで、所定時間（所定回数ｎ）は、燃料電池１２の応答性能や燃料供給装置５０の性能，モータ３０の性能などによって定められるものである。実施例では、１０秒ないし２００秒程度に設定されている。
【００６２】
こうして移動平均出力Ｐｍａｖｅを求めると、ＣＰＵ６２は、この移動平均出力ＰｍａｖｅをモータスピードＮｍで除して燃料電池１２からの出力指令値である燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を算出する（ステップＳ１６０）。ここで、移動平均出力Ｐｍａｖｅからまず燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を算出するのは、モータトルク指令値Ｔｍのうちなるべく多くを燃料電池１２からの出力でまかない、二次電池２２を補助的に用いるためである。これは、二次電池２２が主に燃料電池１２からの出力によって充電されており、この充電の際にエネルギ損失を伴うため、二次電池２２からの出力は、燃料電池１２からの出力に比してエネルギ効率が低いものとなるからである。また、モータトルク指令値Ｔｍではなく移動平均出力Ｐｍａｖｅから燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を求めているのは、燃料電池１２は、燃料供給装置５０等と共にシステムとして運転されており、その出力の急変は困難だからである。
【００６３】
こうして燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を算出すると、この算出した燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が閾値Ｔｒ１ないし閾値Ｔｒ２の範囲であるかを検討する（ステップＳ１７０，Ｓ１９０）。ここで、閾値Ｔｒ１および閾値Ｔｒ２は、燃料電池１２から出力可能な最大出力および最小出力として設定されるものである。燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が閾値Ｔｒ１ないし閾値Ｔｒ２の範囲内になく、閾値Ｔｒ１より大きいときには燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１に閾値Ｔｒ１を代入し（ステップＳ１８０）、閾値Ｔｒ２より小さいときには燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１に閾値Ｔｒ２を代入する（ステップＳ２００）。すなわち、ステップＳ１７０ないしＳ２００の処理は、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を燃料電池１２から出力可能な範囲内に補正する処理である。なお、閾値Ｔｒ２は、通常、燃料電池１２の運転の停止が許容される場合には値０をとり、燃料電池１２の運転停止が許容されない場合には燃料電池１２への燃料ガスや酸化ガスの最低供給量など燃料供給装置５０の性能等により定められる。
【００６４】
次に、二次電池異常判定フラグＦ２の値を調べる（ステップＳ２３０）。二次電池異常判定フラグＦ２は、二次電池２２に何らかの異常が検出されたときに、例えば、後述する二次電池異常チェックルーチン（図１２）により値１に設定されるフラグである。二次電池異常判定フラグＦ２にも、通常、値０がセットされている。
【００６５】
二次電池異常判定フラグＦ２が値０のときには、二次電池２２に異常が生じていないと判断して、モータトルク指令値Ｔｍから燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を減じて二次電池２２からの出力指令値である二次電池側トルク指令値Ｔｍ２を算出する（ステップＳ２４０）。そして、算出した二次電池側トルク指令値Ｔｍ２が閾値Ｔｒ３ないし閾値Ｔｒ４の範囲内であるかを検討する。（ステップＳ２５０，Ｓ２７０）。ここで、閾値Ｔｒ３および閾値Ｔｒ４は、二次電池２２から出力可能な最大出力および最小出力として設定されるものである。二次電池側トルク指令値Ｔｍ２が閾値Ｔｒ３ないし閾値Ｔｒ４の範囲内になく、閾値Ｔｒ３より大きいときには二次電池側トルク指令値Ｔｍ２に閾値Ｔｒ３を代入し（ステップＳ２６０）、閾値Ｔｒ４より小さいときには、二次電池側トルク指令値Ｔｍ２に閾値Ｔｒ４を代入する（ステップＳ２８０）。すなわち、ステップＳ２５０ないしＳ２８０の処理は、ステップＳ１７０ないしＳ２００の処理と同様に、二次電池側トルク指令値Ｔｍ２を二次電池２２から出力可能な範囲内に補正する処理である。なお、閾値Ｔｒ４は、二次電池２２が充電可能な蓄電池であるから負の値である。この閾値Ｔｒ４は、二次電池２２の充電可能な最大電流等によって定められる。
【００６６】
こうして、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２を求めると、ＣＰＵ６２は、燃料電池１２および二次電池２２からの出力がこの燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２に応じた値となるよう第１インバータ１４および第２インバータ２４のスイッチング素子のスイッチング動作を制御し（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。
【００６７】
燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２の設定について図９を用いて更に説明する。図９は、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２を設定する様子を説明する説明図である。図中、直線ＤないしＧは、モータトルク指令値Ｔｍが値Ｔαないし値Ｔδと算出されたときの「Ｔｍ＝Ｔｍ１＋Ｔｍ２＝一定」となる直線である。また、図中、破線Ｔｍ１＝Ｔｒ１およびＴｍ１＝ＴＲ２の直線は燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１の取りうる上限値および下限値であり、破線Ｔｍ２＝Ｔｒ３およびＴｍ２＝Ｔｒ４の直線は二次電池側トルク指令値Ｔｍ２の取りうる上限値および下限値である。したがって、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２の取りうる組合せは、この４つの破線に囲まれた領域（組合せ可能領域）内の点として表わされる。
【００６８】
いま、ステップＳ１２０で求めたモータトルク指令値Ｔｍが値Ｔαであるとき（直線Ｄ）を考える。このモータトルク指令値Ｔｍに対して、ステップＳ１５０およびＳ１６０により算出される燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１がモータトルク指令値Ｔｍに等しければ（Ｔｍ１＝Ｔα）、点Ｔαは組合せ可能領域内にあるから、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２は、点ＴαのＴｍ１軸座標およびＴｍ２軸座標で与えられる値（Ｔα，０）となる。燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が点α１のＴｍ１軸座標で与えられる値であれば、同様に燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２は、点α１のＴｍ１軸座標およびＴｍ２軸座標で与えられる値となる。また、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が点α２のＴｍ１軸座標で与えられる値であれば、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２は、点α２のＴｍ１軸座標およびＴｍ２軸座標で与えられる値となる。このとき、二次電池側トルク指令値Ｔｍ２は負の値となるから二次電池２２は充電されることになる。
【００６９】
モータトルク指令値Ｔｍが値Ｔβとして求められたとき（直線Ｅ）を考える。このとき、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が点β１のＴｍ１軸座標で与えられる値であれば、この値は閾値Ｔｒ１より大きいから、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１には閾値Ｔｒ１が代入され（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１と二次電池側トルク指令値Ｔｍ２との取りうる組合せ点（以降、単に「組合せ点」という）は、直線Ｅ上のＴｍ１軸座標が閾値Ｔｒ１となる点β２に移動する。すなわち、この点β２のＴｍ１軸座標およびＴｍ２軸座標で与えられる値が燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２となる。
【００７０】
モータトルク指令値Ｔｍが値Ｔβより更に大きな値Ｔγとして求められたとき（直線Ｆ）を考える。燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が点γ１のＴｍ１軸座標で与えられる値であれば、この値は閾値Ｔｒ１より大きいから、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１には閾値Ｔｒ１が代入され（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、組合せ点は直線Ｅ上のＴｍ１軸座標が閾値Ｔｒ１となる点γ２に移動する。この点γ２のＴｍ２軸座標で与えられる値は、閾値Ｔｒ３より大きいから、二次電池側トルク指令値Ｔｍ２には閾値Ｔｒ３が代入され（ステップＳ２５０，Ｓ２６０）、組合せ点は、更に直線Ｔｍ１＝Ｔｒ１上のＴｍ２軸座標が閾値Ｔｒ３となる点γ３まで移動する。この場合、この点γ３の座標（Ｔｒ１，Ｔｒ３）が燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２となる。
【００７１】
運転状態指示値Ｃが負の値に急変したとき、すなわち、アクセルペダル５３を離してブレーキペダル５５を踏み込んだときには、モータトルク指令値Ｔｍも負の値に急変するが、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１は、モータ出力Ｐｍからでなく移動平均出力Ｐｍａｖｅから求められるから、直ちに負の値とはならない。この状態（図中では直線Ｇで表わされる状態）を考える。モータトルク指令値Ｔｍが値Ｔδ（負の値）で、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が点δ１のＴｍ１軸座標で与えられる値であれば、組合せ点δ１は組合せ可能領域内となるから、点δ１のＴｍ１軸座標およびＴｍ２軸座標で与えられる値が燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２となる。この状態では、二次電池２２は、モータ３０からの回生エネルギと燃料電池１２からの出力とによって充電される。燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１が点δ２のＴｍ１軸座標で与えられる値であれば、点δ２のＴｍ２軸座標で与えられる値は閾値Ｔｒ４より小さくなるから、二次電池側トルク指令値Ｔｍ２には閾値Ｔｒ４が代入され（ステップＳ２７０，Ｓ２８０）、組合せ点は、点δ２からＴｍ２軸に平行にＴｍ２軸座標で与えられる値が閾値Ｔｒ４となる点δ３まで移動する。この点δ３のＴｍ１軸座標およびＴｍ２軸座標で与えられる値が燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２となる。
【００７２】
図６および図７のトルク制御ルーチンのステップＳ１４０で、燃料電池初期動作判定フラグＦＳまたは燃料電池異常判定フラグＦ１のいずれかが値１のときには、燃料電池１２がまだ定常運転状態に至っていないか、あるいは燃料電池１２に何らかの異常が生じていると判断し、燃料電池１２からの出力を値０とするため燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１に値０をセットする（ステップＳ２１０）。そして、燃料電池１２の状態をフラグに基づいて判断して表示装置５９に表示し（ステップＳ２２０）、ステップＳ２３０に進む。
【００７３】
また、ステップＳ２３０で、二次電池異常判定フラグＦ２が値１のときには、二次電池２２に何らかの異常が生じていると判断し、二次電池２２からの出力を値０とするため二次電池側トルク指令値Ｔｍ２に値０をセットする（ステップＳ２９０）。そして、二次電池２２に異常が生じていることを表示装置５９に表示し（ステップＳ３００）、ステップＳ３１０に進む。
【００７４】
以上説明した図６および図７のトルク制御ルーチンをＥＣＵ６０で実行することにより、電気自動車５ではモータ駆動装置１０Ｂをより高いエネルギ効率で運転することができる。しかも、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を滑らかに変化させるので、燃料電池１２を滑らかに運転することができる。
【００７５】
次に、電気自動車５の起動時におけるモータ３０のトルク制御について、図１０に例示する起動時処理ルーチンに基づき説明する。このルーチンは、電気自動車５が起動されてから所定時間（例えば１０分間）あるいは本ルーチンにより燃料電池初期動作判定フラグＦＳに値０がセットされるまで、所定時間毎、例えば１００ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００７６】
本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ６２は、まず、燃料電池電圧計１２Ｖにより検出される燃料電池１２の出力端子間の電圧（燃料電池電圧ＶＦ）と、温度センサ１２Ｔにより検出される燃料電池１２内の温度（燃料電池温度ＴＦ）とを入力処理回路６６を介して読み込む処理を実行する（ステップＳ４００）。そして、読み込んだ燃料電池電圧ＶＦおよび燃料電池温度ＴＦをそれぞれ閾値ＶＦＲおよび閾値ＴＦＲと比較する（ステップＳ４１０）。ここで、閾値ＶＦＲおよび閾値ＴＦＲは、燃料電池１２が、ほぼ定常運転状態となり出力を取り出してもよい状態であるかを判定するための閾値で、閾値ＶＦＲは燃料電池１２が許容する最小電圧程度の値に定められ、閾値ＴＦＲは燃料電池１２が許容する最低温度程度の値に定められる。この閾値ＶＦＲおよび閾値ＴＦＲは、燃料電池１２の種類およびその特性に応じて定められるものでる。
【００７７】
ステップＳ４１０で、燃料電池電圧ＶＦが閾値ＶＦＲより小さいか、あるいは燃料電池温度ＴＦが閾値ＴＦＲより小さいときには、まだ燃料電池１２はまだ定常運転状態に至っていないと判断し、燃料電池初期動作判定フラグＦＳに値１をセットして（ステップＳ４２０）、本ルーチンを終了する。燃料電池電圧ＶＦが閾値ＶＦＲ以上で、かつ燃料電池温度ＴＦが閾値ＴＦＲ以上のときには、燃料電池１２は、定常運転状態に至ったと判断し、燃料電池初期動作判定フラグＦＳに値０をセットして（ステップＳ４３０）、本ルーチンを終了する。
【００７８】
本ルーチンでは、このように燃料電池１２が定常運転状態に至ったかの結果を燃料電池初期動作判定フラグＦＳにセットする。すると、次にトルク制御ルーチンが起動されたときに、トルク制御ルーチンのステップＳ１４０で燃料電池初期動作判定フラグＦＳの値が調べられ、その値に応じた制御（ステップＳ２１０等）がなされる。
【００７９】
次に燃料電池１２に異常が生じているかを判断する処理について、図１１に例示する燃料電池異常チェックルーチンに基づき説明する。本ルーチンは、燃料電池１２の起動後に定常運転状態に至ったと判断された後、すなわち起動されてから所定時間（例えば１０分間）経過した後、あるいは図１０にしめす起動処理ルーチンにより燃料電池初期動作判定フラグＦＳに値０がセットされた後に、所定時間毎（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００８０】
本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ６２は、まず、燃料電池電圧計１２Ｖにより検出される燃料電池電圧ＶＦと、温度センサ１２Ｔにより検出される燃料電池温度ＴＦとを入力処理回路６６を介して読み込む処理を実行する（ステップＳ５００）。続いて、読み込んだ燃料電池電圧ＶＦが閾値ＶＦＲ１ないし閾値ＶＦＲ２内にあるか、および燃料電池温度ＴＦが閾値ＴＦＲ１ないし閾値ＴＦＲ２内にあるかを検討する（ステップＳ５１０）。ここで、閾値ＶＦＲ１および閾値ＶＦＲ２は、定常状態にある燃料電池１２の許容される出力端子電圧の範囲の下限値および上限値であり、燃料電池１２の種類および性能により定められる。また、閾値ＴＦＲ１および閾値ＴＦＲ２は、定常状態にある燃料電池１２の内部について許容される温度範囲の下限値および上限値であり、燃料電池１２の種類および性能により定められる。
【００８１】
燃料電池電圧ＶＦが閾値ＶＦＲ１ないし閾値ＶＦＲ２内にあり、かつ燃料電池温度ＴＦが閾値ＴＦＲ１ないし閾値ＴＦＲ２内にあるときには、燃料電池１２は正常な定常運転状態にあると判断して、燃料電池異常判定フラグＦ１に値０をセットして（ステップＳ５２０）、本ルーチンを終了する。一方、燃料電池電圧ＶＦが閾値ＶＦＲ１ないし閾値ＶＦＲ２内にないか、あるいは燃料電池温度ＴＦが閾値ＴＦＲ１ないし閾値ＴＦＲ２内にないときには、燃料電池１２は正常な定常運転状態になく、何らかの異常が生じていると判断し、燃料電池異常判定フラグＦ１に値１をセットして（ステップＳ５３０）、本ルーチンを終了する。
【００８２】
本ルーチンでは、このように燃料電池１２に異常が生じているかの結果を燃料電池異常判定フラグＦ１にセットする。すると、次にトルク制御ルーチンが起動されたときに、トルク制御ルーチンのステップＳ１４０で燃料電池異常判定フラグＦ１の値が調べられ、その値に応じた制御（ステップＳ２１０等）がなされる。
【００８３】
次に、二次電池２２に異常が生じているかを判断する処理について、図１２に例示する二次電池異常チェックルーチンに基づき説明する。本ルーチンは、電気自動車５が起動された直後から所定時間毎（例えば、１００ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００８４】
本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ６２は、まず、二次電池電圧計２２Ｖにより検出される二次電池２２の出力端子間の電圧（二次電池電圧ＶＢ）と、充電容量計２２Ｓにより検出される二次電池２２の充電状態（二次電池充電容量ＳＯＣ）とを入力処理回路６６を介して読み込む処理を実行する（ステップＳ６００）。続いて、読み込んだ二次電池電圧ＶＢが閾値ＶＢＲ１ないし閾値ＶＢＲ２内にあるか、および二次電池充電容量ＳＯＣが閾値ＳＲ１ないし閾値ＳＲ２内にあるかを検討する（ステップＳ６１０）。
【００８５】
ここで、閾値ＶＢＲ１および閾値ＶＢＲ２は、二次電池２２の出力端子電圧の許容範囲の下限値および上限値であり、例えば、定格１２Ｖの二次電池２２の場合には、閾値ＶＢＲ１には値８、閾値ＶＢＲ２には値１６が設定される。なお、この閾値ＶＢＲ１および閾値ＶＢＲ２は、二次電池２２の特性によって定められるものであり、上記の値に限られるものではない。また、閾値ＳＲ１および閾値ＳＲ２は、二次電池２２の充電状態として許容される範囲の下限値および上限値であり、値０のときを完全放電、値１のときを満充電とすれば、例えば、閾値ＳＲ１には値０．２、閾値ＳＲ２には通常満充電の値１が設定される。なお、この閾値ＳＲ１および閾値ＳＲ２は二次電池２２の放充電特性により定められるものであり、上記の値に限られるものではない。
【００８６】
二次電池電圧ＶＢが閾値ＶＢＲ１ないし閾値ＶＢＲ２内にあり、かつ二次電池充電容量ＳＯＣが閾値ＳＲ１ないし閾値ＳＲ２内にあるときには、二次電池２２は正常であると判断して、二次電池異常判定フラグＦ２に値０をセットして（ステップＳ６２０）、本ルーチンを終了する。一方、二次電池電圧ＶＢが閾値ＶＢＲ１ないし閾値ＶＢＲ２内にないか、あるいは二次電池充電容量ＳＯＣが閾値ＳＲ１ないし閾値ＳＲ２内にないときには、二次電池２２に何らかの異常が生じていると判断し、二次電池異常判定フラグＦ２に値１をセットして（ステップＳ６３０）、本ルーチンを終了する。
【００８７】
本ルーチンでは、このように二次電池２２に異常が生じているかの結果を二次電池異常判定フラグＦ２にセットする。すると、次にトルク制御ルーチンが起動されたときに、トルク制御ルーチンのステップＳ２３０で二次電池異常判定フラグＦ２の値が調べられ、その値に応じた制御（ステップＳ２９０等）がなされる。
【００８８】
以上説明した実施例の電気自動車５によれば、まず燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１をモータトルク指令値Ｔｍから算定し、二次電池側トルク指令値Ｔｍ２をモータトルク指令値Ｔｍと燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１との差として求めるから、モータ３０を主として燃料電池１２からの出力により駆動することができる。すなわち、二次電池２２は補助的に用いられるから、モータ駆動装置１０Ｂをより高いエネルギ効率で運転することができる。
【００８９】
また、実施例の電気自動車５によれば、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１をモータ出力Ｐｍからでなくその移動平均である移動平均出力Ｐｍａｖｅから求めるから、燃料電池１２からの出力の急変を防止することができる。このため、燃料電池１２を滑らかに運転することができ、より運転効率を上げることができる。しかも、燃料電池１２からの出力が許容範囲内になるよう燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１を補正するから、より適正に燃料電池１２を運転することができる。また、二次電池２２からの出力が許容範囲内になるよう二次電池側トルク指令値Ｔｍ２を補正するから、より適正に二次電池２２を運転することができる。
【００９０】
実施例の電気自動車５によれば、電気自動車５の起動直後には、燃料電池１２が定常運転状態に至っているかを検出し、定常運転状態に至っていないときには燃料電池１２からの出力を値０とする等の調整をするから、燃料電池１２をより適正に運転することができる。
【００９１】
実施例の電気自動車５によれば、燃料電池１２および二次電池２２に異常が生じていないかを検出することができる。燃料電池１２または二次電池２２に異常を検出した場合には、燃料電池１２または二次電池２２からの出力を値０とする等の調整をするから、より適正に燃料電池１２および二次電池２２を運転することができる。燃料電池１２または二次電池２２に異常を検出したときでも、燃料電池１２および二次電池２２が同時に異常を生じない限り、出力が低下するものの電気自動車５を駆動することができる。
【００９２】
もとより、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力とによりモータ３０を駆動することができる。しかも、燃料電池１２からの出力と二次電池２２からの出力とを独立に扱うことができる。このため、例えば、燃料電池１２を運転効率のより良い条件で定常運転し、モータ３０の出力変動に対しては、二次電池２２で対応するといった運転や、その逆の運転等の幅の広い運転が可能となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータが不要なので、従来例のＤＣ／ＤＣコンバータを備えるモータ駆動装置に比してエネルギ効率を高めることができる。モータ３０の各ティース３５に第１コイル３６と第２コイル３８とが捲回されているから、これらがトランスとして作用し、燃料電池１２からの出力により二次電池２２を充電することができる。しかも、二次電池２２の充電は、燃料電池１２からの出力によりモータ３０を駆動しながら、あるいはモータ３０は駆動せずに行なうことができる。さらに、ブレーキペダル５５が踏まれたときには、回生エネルギにより二次電池２２を充電することができる。
【００９３】
なお、実施例の電気自動車５では、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１をモータ出力Ｐｍの移動平均（移動平均出力Ｐｍａｖｅ）から求めたが、移動平均出力Ｐｍａｖｅに二次電池２２の充電容量に係る補正を加える構成（例えば、二次電池充電容量ＳＯＣから目標二次電池充電容量を減じたものを補正項として移動平均出力Ｐｍａｖｅに加える構成）や、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１をモータ出力Ｐｍの重み付き移動平均から求める構成、燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１をモータ出力Ｐｍの相乗平均から求める構成等としてもよい。
【００９４】
また、実施例の電気自動車５では、閾値Ｔｒ１および閾値Ｔｒ２を燃料電池１２から出力可能な最大出力および最小出力として設定したが、燃料電池１２を効率よく運転可能な出力範囲の上限値および下限値として設定する構成も好適である。この構成とすれば、燃料電池１２をより効率よく運転することができる。なお、燃料電池１２を効率よく運転可能な出力範囲は、予め実験などにより定めておくことができる。また、閾値Ｔｒ１および閾値Ｔｒ２は、こうした燃料電池１２から出力可能な範囲の上下限値や効率よく運転可能な出力範囲の上下限値に限られるものではなく、燃料電池１２の特性に応じて自由に定められるものである。
【００９５】
以上本発明の実施例について説明したが、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、例えば、モータ駆動装置１０を自動車以外の移動車両に搭載する構成やモータ駆動装置１０を移動車両以外の駆動機器に搭載する構成など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のモータ駆動装置によれば、第１直流電圧発生手段からの直流電圧と第２直流電圧発生手段からの直流電圧と基づいてモータを駆動することができる。しかも、第１変換手段および第２変換手段が第１直流電圧発生手段からの直流電圧および第２直流電圧発生手段からの直流電圧を独立に変換し、モータが第１コイルおよび第２コイルにより独立に駆動可能であるから、第１直流電圧発生手段からの出力と第２直流電圧発生手段からの出力とを独立に扱うことができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えないので、従来例のＤＣ／ＤＣコンバータを備えるモータ駆動装置に比してエネルギ効率を高めることができる。
【００９７】
モータ駆動装置において、第２コイルを、第１コイルが発生する磁界により交番する誘導電圧を生じるよう配置し、第２直流電圧発生手段を充放電可能な二次電池とし、第２変換手段を、第２コイルが生じる誘導電圧を所定の直流電圧に変換しうるものとすれば、第１直流電圧発生手段からの出力に基づき第１コイルに生じる交番する磁界により第２コイルに生じる誘導電圧を、第２変換手段で所定の直流電圧に変換し、二次電池を充電することができる。しかも、二次電池の充電は、第１直流電圧発生手段による直流電圧に基づいてモータを駆動しながら、あるいはモータを停止した状態で行なうことができる。この結果、第１直流電圧発生手段が、例えば燃料電池のように運転状態を急変できないものなどであっても、モータへの出力の変動を、二次電池からの出力および二次電池への充電を調整することより吸収するといった制御も可能となる。また、この構成のモータ駆動装置において、モータを外部から仕事が与えられたときには発電機として作動するものとすれば、その仕事を第２コイルにより第２の所定相数の交番する交流電圧として取り出し、第２変換手段で所定の直流電圧に変換することにより二次電池を充電することができる。しかも、第１直流電圧発生手段からの出力による充電と重畳的に行なうことができる。
【００９８】
本発明の電気自動車によれば、車両の運転状態に基づいて燃料電池からの出力と二次電池からの出力とによりモータを駆動することができる。しかも、第１変換手段および第２変換手段が燃料電池からの直流電圧および二次電池からの直流電圧を独立に変換し、モータが第１コイルおよび第２コイルにより独立に駆動可能であるから、燃料電池からの出力と二次電池からの出力とを独立に扱うことができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えないので、従来例のＤＣ／ＤＣコンバータを備える電気自動車に比してエネルギ効率を高めることができる。
【００９９】
本発明の電気自動車において、制御手段が目標値演算手段と燃料電池出力指令値演算手段と二次電池出力指令値演算手段と変換制御手段とを備えるものとすれば、モータへの出力の主たる出力を燃料電池でまかない、二次電池を補助的に運転することができる。しかも、燃料電池出力指令値は、目標値の所定時間内の推移に基づいて演算されるから、燃料電池からの出力変動を小さくすることができる。
【０１００】
本発明の電気自動車において、燃料電池出力指令値演算手段を、演算された燃料電池出力指令値が第１の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第１の所定範囲内の所定値を燃料電池出力指令値とする手段とすれば、燃料電池の出力指令値を第１の所定範囲内で制御することができる。例えば、第１の所定範囲を燃料電池の能力範囲に設定すれば、燃料電池の能力範囲外の出力指令値が設定されるといった不都合を回避することができ、第１の所定範囲を燃料電池の運転効率が比較的高い範囲に設定すれば、燃料電池をより効率よく運転することができる。
【０１０１】
本発明の電気自動車において、二次電池出力指令値演算手段を、演算された二次電池出力指令値が第２の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第２の所定範囲内の所定値を二次電池出力指令値とする手段とすれば、二次電池の出力指令値を第２の所定範囲内で制御することができる。
【０１０２】
本発明の電気自動車において、燃料電池状態検出手段を備え、燃料電池出力指令値演算手段を、燃料電池状態検出手段により検出された運転状態が第３の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第３の所定値を燃料電池出力指令値とする手段とすれば、燃料電池の運転状態が第３の所定範囲内にないときには燃料電池出力指令値を第３の所定値とする制御、例えば、燃料電池の運転状態が定常運転状態として許容する範囲内にないときには燃料電池出力指令値を値０とする制御等をすることができる。この結果、予定されていない状態の燃料電池から出力を得るのを防止することができる。
【０１０３】
本発明の電気自動車において、二次電池状態検出手段を備え、二次電池出力指令値演算手段を、二次電池状態検出手段により検出された運転状態が第４の所定範囲内にないとき、演算結果に拘わらず第４の所定値を二次電池出力指令値とする手段とすれば、二次電池の運転状態が第４の所定範囲内にないときには二次電池出力指令値を第４の所定値とする制御、例えば、二次電池の状態が適正な状態として定めた範囲内にないときには二次電池出力指令値を値０とするといった制御等をすることができる。この結果、予定されていない状態の二次電池から出力を得るのを防止することができる。
【０１０４】
本発明の電気自動車において、燃料電池状態検出手段を備え、燃料電池出力指令値演算手段を、燃料電池を起動してから燃料電池状態検出手段により検出された運転状態が所定状態になるまで、演算結果に拘わらず第５の所定値を燃料電池出力指令値とする手段とすれば、燃料電池の起動直後から定常運転状態に至るまでは、燃料電池出力指令値を第５の所定値とするといった制御をすることができる。この結果、燃料電池をより適正に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例であるモータ駆動装置１０の概略を示したブロック図である。
【図２】モータ３０の構造の概略を示す説明図である。
【図３】燃料電池と二次電池の出力の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の好適な一実施例であるモータ駆動装置１０Ｂを搭載した電気自動車５の概略を示すブロック図である。
【図５】電気自動車５の電気的な構成をＥＣＵ６０を中心として例示するブロック図である。
【図６】電気自動車５のＥＣＵ６０により実行されるトルク制御ルーチンの前半部の一例を示すフローチャートである。
【図７】電気自動車５のＥＣＵ６０により実行されるトルク制御ルーチンの後半部の一例を示すフローチャートである。
【図８】運転状態指示値ＣとモータスピードＮｍとモータトルク指令値Ｔｍとの関係の一例を示すマップである。
【図９】燃料電池側トルク指令値Ｔｍ１および二次電池側トルク指令値Ｔｍ２を設定する様子を例示する説明図である。
【図１０】電気自動車５のＥＣＵ６０により実行される起動時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１１】電気自動車５のＥＣＵ６０により実行される燃料電池異常チェックルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１２】電気自動車５のＥＣＵ６０により実行される二次電池異常チェックルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１３】従来例のモータ駆動装置１１０の概略を示すブロック図である。
【図１４】燃料電池１１２および二次電池１２２の出力特性の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
５…電気自動車
１０…モータ駆動装置
１０Ｂ…モータ駆動装置
１２…燃料電池
１２Ｔ…温度センサ
１２Ｖ…燃料電池電圧計
２２…二次電池
２２Ｓ…充電容量計
２２Ｖ…二次電池電圧計
３０…モータ
３０Ｎ…モータスピードセンサ
３２…ステータ
３４…スロット
３５…ティース
３９…ロータ
４０…制御装置
４２…ＣＰＵ
４４…ＲＯＭ
４６…ＲＡＭ
４８…入出力ポート
５０…燃料供給装置
５２…ブロワ
５３…アクセルペダル
５４…アクセルポジションセンサ
５５…ブレーキペダル
５６…ブレーキポジションセンサ
５８…スピードセンサ
５９…表示装置
６０…ＥＣＵ
６２…ＣＰＵ
６３…ＲＯＭ
６４…ＲＡＭ
６６…入力処理回路
６７…出力処理回路
６８…定電圧電源回路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a motor drive device and an electric vehicle, and more specifically, includes a motor drive device that drives a motor using a DC voltage generated by a DC voltage generation unit as a power source, and a fuel cell and a chargeable / dischargeable secondary battery. The present invention relates to an electric vehicle driven by electric energy generated from a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of motor drive device and electric vehicle, as shown in the conventional motor drive device 110 of FIG. 13, an output terminal of the fuel cell 112 and a rechargeable secondary battery 122 are connected to a DC / DC converter. 114, and a DC motor 130 connected to the downstream side of the DC / DC converter 114 when viewed from the fuel cell 112 has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-276573 and 2-168802). No., JP-A 63-48770, etc.).
[0003]
The reason why the DC / DC converter 114 is interposed between the fuel cell 112 and the secondary battery 122 is that the output characteristics of the fuel cell 112 and the secondary battery 122 are different. FIG. 14 is a graph showing an example of output characteristics of the fuel cell 112 and the secondary battery 122. In the graph, the straight line A is the output characteristic of the fuel cell 112, and the straight line B is the output characteristic of the secondary battery 122. Consider a state where there is no DC / DC converter 114 now. When the current is changed from the value I1 to the value I2 in order to increase the output from the fuel cell 112, the voltage between the output terminals of the fuel cell 112 decreases from the value V1 to the value V2. At this time, since the fuel cell 112 and the secondary battery 122 are connected in parallel, the voltage between the output terminals of the secondary battery 122 also becomes the value V2, and the current value changes from the value I3 to the value I4. As can be seen from the graph, the change in the current value of the secondary battery 122 (the difference between the value I3 and the value I4) is greater than the change in the current value of the fuel cell 112 (the difference between the value I1 and the value I2). Since it is obviously large, when a large output is obtained from the fuel cell 112, the secondary battery produces a larger output than that.
[0004]
This means that the output of the secondary battery 122 can be easily changed greatly, but the output of the fuel cell 112 cannot be changed easily. Therefore, it is necessary to provide the DC / DC converter 114 between the fuel cell 112 and the secondary battery 122, thereby adjusting the output from the fuel cell 112 and the output from the secondary battery 122.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the motor drive apparatus including the DC / DC converter and the electric vehicle including the motor drive apparatus have a problem that the efficiency of the entire apparatus is low because the energy conversion efficiency of the DC / DC converter is not 100%. It was. In addition, a space for installing the DC / DC converter is necessary, and there is a problem that the apparatus cannot be made compact.
[0006]
In addition, when the range of the input voltage from the fuel cell is expanded, the size of the DC / DC converter increases. Therefore, the DC / DC converter is usually designed so that the input voltage range is about ± 20% with respect to the rated input voltage. For this reason, even if a DC / DC converter is used, the output from the fuel cell is limited.
[0007]
The motor drive device of the present invention solves such problems, drives the motor by taking out the output without limiting the output range that can be taken out from the two DC voltage generating means having different output characteristics, An object of the present invention is to improve energy efficiency, and an electric vehicle of the present invention aims to drive the motor drive device more efficiently in accordance with the driving state of the vehicle in a vehicle equipped with such a motor drive device. In order to achieve these objectives, the following structure was adopted.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The motor drive device of the present invention is
First DC voltage generating means for generating a DC voltage;
First conversion means for converting the DC voltage generated by the first DC voltage generation means into alternating AC voltage having a first predetermined number of phases;
Second DC voltage generating means for generating a DC voltage having different characteristics from the first DC voltage generating means;
Second conversion means for converting the DC voltage generated by the second DC voltage generation means into alternating AC voltage having a second predetermined number of phases;
A first coil that is connected to the first conversion means and generates a magnetic field alternating with an AC voltage supplied from the first conversion means; and an AC voltage connected to the second conversion means and supplied from the second conversion means A motor having a second coil that generates a magnetic field alternating with
Control means for controlling the drive of the motor by controlling the conversion of the first conversion means and the second conversion means;
The main point is that
[0009]
Here, in the motor driving device,
The motor is configured such that the second coil generates an induced voltage that alternates with a magnetic field generated by the first coil,
The second DC voltage generating means is a rechargeable secondary battery,
The second converting means converts the direct current voltage generated by the second direct current voltage generating means into alternating alternating voltage having the second predetermined number of phases, and the induced voltage generated by the second coil is predetermined. It is also possible to adopt a configuration that is a means for switching between AC / DC conversion for conversion to a direct current voltage.
[0010]
The electric vehicle of the present invention is
An electric vehicle comprising a fuel cell and a chargeable / dischargeable secondary battery, driven by electric energy generated from the fuel cell,
First conversion means for converting a DC voltage output from the fuel cell into an alternating AC voltage having a first predetermined number of phases;
Orthogonal transformation that converts a DC voltage output from the secondary battery into an alternating AC voltage having a second predetermined number of phases; A second conversion means for switching the conversion;
A first coil connected to the first conversion means and generating a magnetic field alternating with an alternating voltage supplied from the first conversion means; and an induction voltage alternating with a magnetic field generated by the first coil. A motor having a second coil connected to the second conversion means and capable of generating a magnetic field alternating with an alternating voltage supplied from the second conversion means;
Driving state detection means for detecting the driving state of the vehicle;
Control means for controlling the drive of the motor by controlling the conversion of the first conversion means and the second conversion means based on the detected operating state;
The main point is that
[0011]
In the electric vehicle,
The control means includes
Target value calculating means for calculating a target value of the output from the motor based on the operating state detected by the operating state detecting means;
Fuel cell output command value calculating means for calculating a fuel cell output command value, which is a command value of output from the fuel cell, based on a transition of the calculated target value within a predetermined time;
Based on the calculated fuel cell output command value and the target value, a secondary battery output command value calculation means for calculating a secondary battery output command value that is a command value of the output from the secondary battery;
A conversion control unit that controls the conversion of the first conversion unit and the second conversion unit based on the calculated fuel cell output command value and the secondary battery output command value may be employed.
[0012]
Further, in such an electric vehicle, the fuel cell output command value calculating means is configured such that, when the calculated fuel cell output command value is not within the first predetermined range, the first predetermined range regardless of the calculation result. The fuel cell output command value may be used as a predetermined value. Alternatively, in the electric vehicle, when the calculated secondary battery output command value is not within a second predetermined range, the secondary battery output command value calculation means is configured to perform the second predetermined output regardless of the calculation result. A configuration in which a predetermined value within the range is used as the secondary battery output command value may be employed.
[0013]
In these electric vehicles,
Comprising a fuel cell state detecting means for detecting an operating state of the fuel cell;
The fuel cell output command value calculation means, when the operating state detected by the fuel cell state detection means is not within a third predetermined range, outputs a third predetermined value regardless of the calculation result. It is also possible to adopt a configuration that is a means for obtaining a value.
[0014]
In the electric vehicle,
A secondary battery state detecting means for detecting an operating state of the secondary battery;
The secondary battery output command value calculation means calculates the secondary predetermined value regardless of the calculation result when the operation state detected by the secondary battery state detection means is not within the fourth predetermined range. The battery output command value may be used as a configuration.
[0015]
Furthermore, in the electric vehicle,
Comprising a fuel cell state detecting means for detecting an operating state of the fuel cell;
The fuel cell output command value calculation means sets the fifth predetermined value regardless of the calculation result until the operating state detected by the fuel cell state detection means reaches a predetermined state after the fuel cell is started. The fuel cell output command value may be used as a configuration.
[0016]
[Action]
In the motor drive device of the present invention configured as described above, the first conversion unit converts the DC voltage generated by the first DC voltage generation unit into an alternating voltage having an alternating number of first predetermined phases, The converting means converts the DC voltage generated by the second DC voltage generating means having characteristics different from those of the first DC voltage generating means into an alternating voltage alternating with a second predetermined number of phases. The motor is connected to the first conversion means and generates a magnetic field alternating with the alternating voltage supplied from the first conversion means. The motor is connected to the second conversion means and supplied from the second conversion means. The second coil that generates a magnetic field that alternates according to voltage is driven by the generated magnetic field. The control means controls the conversion of the first conversion means and the second conversion means to control the driving of the motor driven by the magnetic field generated in the first coil and the second coil.
[0017]
In such a motor drive device, the second coil is arranged so as to generate an induced voltage that is alternated by the magnetic field generated by the first coil, the second DC voltage generating means is a rechargeable secondary battery, and the second converting means is , An orthogonal transformation for converting the DC voltage generated by the second DC voltage generating means into an alternating voltage having a second predetermined number of phases, and an AC / DC conversion for converting the induced voltage generated by the second coil into a predetermined DC voltage. If the switching means is used, it is possible to charge the secondary battery by converting the induced voltage generated in the second coil into a predetermined DC voltage by the second conversion means.
[0018]
In the electric vehicle of the present invention, the first converter converts the DC voltage output from the fuel cell into an alternating AC voltage having the first predetermined number of phases, and the second converter outputs from the secondary battery. An orthogonal transformation that converts the DC voltage to an alternating AC voltage having a second predetermined number of phases and an AC / DC conversion that converts the alternating AC voltage having the second predetermined number of phases to a predetermined DC voltage are switched. The motor is arranged to generate a first coil that is connected to the first conversion means and generates a magnetic field alternating with the alternating voltage supplied from the first conversion means, and an induced voltage that is alternating with the magnetic field generated by the first coil. A second coil connected to the second conversion means and capable of generating a magnetic field alternating with an AC voltage supplied from the second conversion means is driven by a magnetic field generated. The driving state detection means detects the driving state of the vehicle, and the control means controls the drive of the motor by controlling the conversion of the first conversion means and the second conversion means based on the detected driving state.
[0019]
In such an electric vehicle, if the control means includes target value calculation means, fuel cell output command value calculation means, secondary battery output command value calculation means, and conversion control means, the target value calculation means is the driving state detection means. The target value of the output from the motor is calculated based on the operating state detected by. Then, the fuel cell output command value calculating means calculates a fuel cell output command value that is a command value of the output from the fuel cell based on the transition of the calculated target value within a predetermined time, and outputs the secondary battery output The command value calculation means calculates a secondary battery output command value, which is a command value for output from the secondary battery, based on the calculated fuel cell output command value and the target value. The conversion control means controls the conversion of the first conversion means and the second conversion means based on the calculated fuel cell output command value and secondary battery output command value.
[0020]
In such an electric vehicle, when the calculated fuel cell output command value is not within the first predetermined range, the fuel cell output command value calculating means can calculate a predetermined value within the first predetermined range regardless of the calculation result. If the means for setting the fuel cell output command value is used, the fuel cell output command value can be controlled within the first predetermined range. Here, the predetermined value within the first predetermined range is not limited to a specific value within the first predetermined range. For example, the fuel cell output command value is the upper limit of the first predetermined range. The upper limit is exceeded when the value exceeds the upper limit, and when the fuel cell output command value falls below the lower limit of the first predetermined range, the upper limit is also set to 2 or more as in the lower limit. In this configuration, for example, when the first predetermined range is set as the fuel cell capacity range or when the fuel cell operation efficiency is set as a relatively high range, the desired fuel cell operation range is set. Is also included.
[0021]
In these electric vehicles, when the calculated secondary battery output command value is not within the second predetermined range, the secondary battery output command value calculating means is operable to set the predetermined value within the second predetermined range regardless of the calculation result. If the secondary battery output command value is used as the means, the secondary battery output command value can be controlled within the second predetermined range. Here, like the predetermined value in the first predetermined range, the predetermined value in the second predetermined range is not limited to only one specific value in the second predetermined range. When the secondary battery output command value exceeds the upper limit of the second predetermined range, the upper limit is set. When the secondary battery output command value falls below the lower limit of the second predetermined range, the upper limit is 2 or higher. This is also included. The second predetermined range is also set as a desired output range, such as when setting the output range of the secondary battery or setting a specific output range of the secondary battery, like the first predetermined range. The case where it is set is also included.
[0022]
In such an electric vehicle, the fuel cell state detection means is provided, and the fuel cell output command value calculation means is provided regardless of the calculation result when the operation state detected by the fuel cell state detection means is not within the third predetermined range. If the predetermined value of 3 is used as the fuel cell output command value, control for setting the fuel cell output command value to the third predetermined value when the operating state of the fuel cell is not within the third predetermined range, for example, fuel When the operating state of the battery is not within the range allowed as the steady operating state, control or the like for setting the fuel cell output command value to 0 becomes possible.
[0023]
Further, these electric vehicles are provided with a secondary battery state detecting means, and the secondary battery output command value calculating means is operated when the driving state detected by the secondary battery state detecting means is not within the fourth predetermined range. If the fourth predetermined value is used as the secondary battery output command value regardless of the result, the secondary battery output command value is set to the fourth predetermined value when the operating state of the secondary battery is not within the fourth predetermined range. For example, when the state of the secondary battery is not within the range determined as an appropriate state, control such that the secondary battery output command value is set to 0 is possible.
[0024]
Further, these electric vehicles are provided with a fuel cell state detecting means, and the fuel cell output command value calculating means is operated until the operation state detected by the fuel cell state detecting means after the start of the fuel cell becomes a predetermined state. If the fifth predetermined value is used as the fuel cell output command value regardless of the result, the fuel cell output command value is set to the fifth predetermined value immediately after starting the fuel cell until the steady operation state is reached. Control becomes possible. As a result, the fuel cell can be operated more appropriately.
[0025]
【Example】
In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, preferred embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a motor driving apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention.
[0026]
As shown in the figure, the motor drive device 10 includes a fuel cell 12 that directly converts chemical energy into electrical energy through an electrochemical reaction using hydrogen and oxygen as fuel, and a DC voltage output from the fuel cell 12 as a three-phase alternating current. A first inverter 14 that converts voltage, a chargeable / dischargeable secondary battery 22, a second inverter 24 that converts a DC voltage output from the secondary battery 22 into a three-phase AC voltage, the first inverter 12, and A motor 30 that is driven by receiving a three-phase AC voltage supplied from the second inverter 24 and a control device 40 that drives and controls these devices are provided.
[0027]
The fuel cell 12 is, for example, a solid polymer type fuel cell, which is supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen from a fuel gas supply device and an oxidizing gas supply device (not shown). The chemical energy of the substance is directly converted into electrical energy and output by an electrochemical reaction that generates water from oxygen and oxygen. The fuel cell 12 is provided with a sensor that indicates its operating state, for example, a temperature sensor that detects the temperature inside the fuel cell 12 and a voltmeter that detects a voltage between output terminals. These sensors are connected to the control device 40 by conductive lines.
[0028]
The first inverter 14 is composed of six switching elements (for example, bipolar MOSFET (IGBT)) as a main circuit element, and the DC voltage supplied from the fuel cell 12 by the switching operation of these switching elements is arbitrarily set. Convert to three-phase AC voltage with amplitude and frequency of. Each switching element of the first inverter 14 is connected to the control device 40 by a conductive line, and the switching timing is controlled by a signal from the control device 40.
[0029]
The secondary battery 22 is configured as a chargeable / dischargeable secondary battery, for example, a lead storage battery. The secondary battery 22 includes a sensor for detecting the state, for example, a charge capacity meter that detects and integrates the current value of the current flowing into and out of the secondary battery 22 and calculates the state of charge, and the output of the secondary battery 22. A voltmeter for detecting the voltage between the terminals is arranged in parallel. These sensors are connected to the control device 40 by conductive lines.
[0030]
Similar to the first inverter 14, the second inverter 24 includes six switching elements (for example, bipolar MOSFET (IGBT)) as main circuit elements, and the secondary battery is switched by the switching operation of these switching elements. The DC voltage supplied from 22 is converted into a three-phase AC voltage having an arbitrary amplitude and frequency. Conversely, the second inverter 24 converts the three-phase AC voltage supplied from the motor 30 side into a predetermined DC voltage. Each switching element of the second inverter 24 is also connected to the control device 40 by a conductive line, and the switching timing is controlled by a signal from the control device 40.
[0031]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the structure of the motor 30. As shown in the figure, the motor 30 is, for example, a permanent magnet type motor (PM motor), and is inserted into the stator 32 having 18 slots 34 (that is, 18 teeth 35) and the center of the stator 32. The rotor 39 includes a plurality of magnets (not shown) attached and fixed on the outer periphery. On the root side of the 18 teeth 35 of the stator 32, six U-phase, V-phase, and W-phase first coils 36 connected to the first inverter 14 (18 in total) are wound. On the tip side of the teeth 35, there are six U-phase, V-phase and W-phase second coils 38 connected to the second inverter 24 (18 in total), and the U-phase and V-phase of the first coil 36. And wound to match each coil of the W phase. Further, the motor 30 is provided with a motor speed sensor for detecting the number of rotations. This motor speed sensor is connected to the control device 40 by a conductive line.
[0032]
The control device 40 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU 42 that executes predetermined calculations in accordance with a preset control program, and a control program necessary for the CPU 42 to execute various arithmetic processes. ROM 44 in which control data and the like are stored in advance, RAM 46 in which various data necessary for executing various arithmetic processes by CPU 42 are temporarily read and written, sensor for detecting the operating state of fuel cell 12, secondary battery 22 A detection signal from the sensor for detecting the state of the motor and a motor speed sensor and a torque command signal for the motor 30 output from the outside of the motor drive device 10 are input and a drive signal is output to the first inverter 14 and the second inverter 24. An input / output port 48 is provided. Although not shown, the control device 40 includes a constant voltage power supply circuit and supplies necessary power to each part in the control device 40.
[0033]
The control device 40 configured in this way receives the operating state of the fuel cell 12, the state of the secondary battery 22, the rotational speed of the motor 30, and the torque command signal of the motor 30 from the outside of the motor driving device 10 via the input / output port 48. The switching of each switching element of the first inverter 14 and the second inverter 24 is controlled so that the sum of the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22 becomes equal to the input torque command, and the motor 30 is driven and controlled.
[0034]
The operation of the motor drive device 10 includes an operation of driving the motor 30 by the output from the fuel cell 12 and the secondary battery 22, an operation of driving the motor 30 only by the output from the fuel cell 12, and an output from the secondary battery 22. There is an operation for driving the motor 30 only by this, and a charging operation for the secondary battery 22. Each operation will be described below.
[0035]
First, the operation of driving the motor 30 by the outputs from the fuel cell 12 and the secondary battery 22 will be described. The coils of the respective phases of the first coil 36 connected to the first inverter 14 and the second coil 38 connected to the second inverter 24 are wound around the teeth 35 of the stator 32 of the motor 30 so as to be aligned. Therefore, if a three-phase AC voltage having the same phase is applied to the first coil 36 and the second coil 38, each tooth 35 of the stator 32 has a magnetic field generated by the first coil 36 and a first direction in the same direction as this magnetic field. A magnetic field superimposed with the magnetic field generated by the two coils 38 is generated, and the superimposed magnetic field rotates the rotor 39. That is, by controlling the switching operation of the switching elements of the first inverter 14 and the second inverter 24 so that the three-phase AC voltage from the first inverter 14 and the three-phase AC voltage from the second inverter 24 have the same phase. The motor 30 can be driven by the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22.
[0036]
At this time, the direct current voltage from the fuel cell 12 and the direct current voltage from the secondary battery 22 are converted into a three-phase alternating current of arbitrary amplitude by the first inverter 14 and the second inverter 24 independently of each other, and the first coil 36 and Since it is supplied to the second coil 38, it is possible to take out any output from the fuel cell 12 and the secondary battery 22. Therefore, the fuel cell 12 can be operated under the operating conditions with the highest operating efficiency. This will be described a little while comparing with the conventional motor driving device 110 shown in FIG.
[0037]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output of the fuel cell and the secondary battery. The straight line C in the figure is from the fuel cell 112 in the configuration in which the DC / DC converter 114 is removed from the motor drive device 110 shown in FIG. 13, that is, the configuration in which the fuel cell 112 and the secondary battery 122 are directly connected in parallel. The relationship between the output and the output from the secondary battery 122 is shown. A hatched region including the straight line C in FIG. 13 is a range that can be taken as a combination of outputs by interposing the DC / DC converter 114 between the fuel cell 112 and the secondary battery 122. As described above, in the configuration without the DC / DC converter 114, if the output from the fuel cell 112 is slightly increased, the output from the secondary battery 122 becomes larger than that (see FIG. 14). By providing the DC / DC converter 114, it is possible to increase only the output of the fuel cell 112 without changing the output of the secondary battery 122. The range of possible combinations of the output from the fuel cell 112 and the output from the secondary battery 122 (hatched range) varies depending on the performance of the DC / DC converter 114, but the input voltage range of the DC / DC converter 114 is Since the dimensions increase when it is expanded, it is usually designed to be about ± 20% of the rated input voltage.
[0038]
On the other hand, in the motor drive device 10 of the embodiment, the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22 can be taken out independently, so that the output from the fuel cell 12 does not exceed the maximum value. Any combination may be used as long as the output from the secondary battery 22 does not exceed the maximum value at the same time. Here, the maximum value of the output from the fuel cell 12 and the maximum value of the output from the secondary battery 22 mean the maximum output value that can be output from each battery.
[0039]
The operation of driving the motor 30 only by the output from the fuel cell 12 and the operation of driving the motor 30 only by the output from the secondary battery 22 are the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22 as described above. Can be handled independently of each other, the operation of driving the motor 30 by the output from the fuel cell 12 and the secondary battery 22 will be described as a special case in which one of the outputs is 0. That is, the amplitude of the three-phase AC voltage converted by either the first inverter 14 or the second inverter 24 may be 0. As described above, since the motor 30 can be driven by only one of the outputs of the fuel cell 12 and the secondary battery 22, even when the fuel cell 12 or the secondary battery 22 fails and does not operate due to an unexpected accident or the like. The motor 30 can be driven although the output is reduced.
[0040]
Next, the charging operation of the secondary battery 22 will be described. The secondary battery 22 is charged by translating each tooth 35 of the stator 32 of the motor 30 and the first coil 36 and the second coil 38 wound around the stator 35 with the second coil 38 as a secondary coil. And the second inverter 24 is operated as a rectifier that converts the induced electromotive force generated in the second coil 38 into a DC voltage having a predetermined voltage higher than the voltage between the output terminals of the secondary battery 22. That is, since the first coil 36 is wound on the root side of the tooth 35 and the second coil 38 is wound on the tip side, when a three-phase AC voltage is applied from the first inverter 14 to the first coil 36, An induced electromotive force is generated in the second coil 38 by the alternating magnetic field generated by the first coil 36. This induced electromotive force is an AC voltage having the same phase as the three-phase AC voltage from the first inverter 14 although the amplitude and the phase are different. The secondary battery 22 rectifies the induced AC voltage by the second inverter 24 and is higher than the voltage between the output terminals of the secondary battery 22 and is within a range that the secondary battery 22 allows as its charging voltage. It is charged by converting to a predetermined voltage.
[0041]
Since the secondary battery 22 is charged using the transformer function as described above, it can be performed while the motor 30 is driven by the output from the fuel cell 12 or while the motor 30 is stopped. By combining the charging operation of the secondary battery 22 and the driving operation of the motor 30 by the output from the secondary battery 22, for example, the fuel cell 12 and the first inverter 14 so that the output from the fuel cell 12 becomes constant. , And the output from the secondary battery 22 and the charging voltage to the secondary battery 22 are adjusted by the second inverter 24, thereby making it possible to control the output of the motor 30 widely.
[0042]
The secondary battery 22 can also be charged by electric energy (regenerative energy) generated when the motor 30 is operated as a generator. The motor 30 operates as an electric motor and also operates as a generator that generates electric power by receiving rotational energy (work) from the outside. Therefore, if the electric energy generated by the motor 30 is taken out from the second coil 38 as a three-phase AC voltage and converted into a predetermined DC voltage by the second inverter 24, the secondary battery 22 can be charged. Charging from such regenerative energy can be superimposed on charging based on the above-described transformer function.
[0043]
According to the motor drive device 10 of the embodiment described above, the motor 30 can be driven by the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22. In addition, the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22 can be handled independently. As a result, for example, the fuel cell 12 is steadily operated under conditions with better operating efficiency, and the output of the motor 30 is handled by the secondary battery 22 and the reverse operation is wide. Output control to the motor 30 is possible. Further, since the DC voltage output from the fuel cell 12 is arbitrary, the configuration of the fuel cell 12 may be any configuration, and the degree of stacking thereof is also arbitrary. Therefore, a more efficient fuel cell 12 can be employed regardless of the output of the motor 30, the voltage of the secondary battery 22, or the like.
[0044]
Further, according to the motor drive device 10 of the embodiment, since a DC / DC converter is not required, energy efficiency can be increased as compared with a motor drive device including a conventional DC / DC converter.
[0045]
According to the motor drive device 10 of the embodiment, since the first coil 36 and the second coil 38 are wound around each tooth 35 of the motor 30, these act as a transformer, and the output from the fuel cell 12 The secondary battery 22 can be charged. In addition, the secondary battery 22 can be charged while driving the motor 30 with the output from the fuel cell 12 or with the motor 30 stopped. As a result, for example, the fuel cell 12 is steadily operated under conditions of better operating efficiency, and the output from the secondary battery 22 and the charging voltage to the secondary battery 22 are adjusted for output fluctuations of the motor 30. It is also possible to drive more appropriately.
[0046]
According to the motor drive device 10 of the embodiment, since the motor 30 can operate as a generator when energy (work) is given from the outside, the energy is taken out as a three-phase AC voltage by the second coil, and the second inverter The secondary battery 22 can be charged by converting into a predetermined DC voltage at 24. In addition, charging with the output from the fuel cell 12 can be performed in a superimposed manner.
[0047]
In the motor drive device 10 of the embodiment, the fuel cell 12 is a solid polymer fuel cell, but any fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell or a molten carbonate fuel cell may be used. Similarly, in the embodiment, the secondary battery 22 is a lead storage battery, but the secondary battery 22 may be any battery as long as it is a chargeable / dischargeable secondary battery.
[0048]
In the motor driving apparatus 10 of the embodiment, the fuel cell 12 and the secondary battery 22 are used as two power supply means for generating a DC voltage. However, the configuration applied to two fuel cells having different output characteristics and the output characteristics differing 2 A configuration applied to any two DC power sources, such as a configuration applied to two secondary batteries, a configuration applied to a DC power source other than a fuel cell or a secondary battery, and the like may be used.
[0049]
In the motor drive device 10 of the embodiment, the first coil 36 is wound on the root side of the tooth 35 and the second coil 38 is wound on the tip side. However, the second coil 38 is wound on the root side of the tooth 35 and the tip side is wound. The first coil 36 is wound around the teeth 35, the first coil 36 is wound around the teeth 35 and the second coil 38 is wound outside the teeth 35, or conversely, the second coil 38 is wound around the teeth 35 and outside the teeth. A configuration in which the first coil 36 is wound, a configuration in which the first coil 36 and the second coil 38 are mixed, and the like are also suitable.
[0050]
In the motor drive device 10 of the embodiment, the first coil 36 and the second coil 38 are wound around each tooth 35, but the first coil 36 or the second coil 38 is wound only on a part of the teeth 35. There is no problem. In the motor drive device 10 of the embodiment, the AC voltage converted by the first inverter 14 and the second inverter 24 is a three-phase AC voltage, but may be an AC voltage having any number of phases. Further, the AC voltage converted by the first inverter 14 and the second inverter 24 is in phase if the magnetic field generated by the first coil 36 wound around each tooth 35 and the magnetic field generated by the second coil 38 are in the same direction. It does not matter if it is not an AC voltage.
[0051]
Furthermore, in the motor drive device 10 of the embodiment, 18 teeth 35 (18 slots 34) are provided in the stator 32 of the motor 30, but the number of teeth 35 is determined by the first inverter 14 or the second inverter 24. Of course, it is determined by the number of AC voltage phases to be converted and the like, and is not limited to this number.
[0052]
Next, an electric vehicle 5 equipped with a motor drive device 10B which is a modification of the motor drive device 10 will be described. FIG. 4 is a block diagram showing an outline of an electric vehicle 5 equipped with a motor drive device 10B according to a preferred embodiment of the present invention. For ease of explanation, the same reference numerals are given to the same components of the motor drive device 10B as those of the motor drive device 10 described above, and the description thereof is omitted.
[0053]
As shown in the figure, an electric vehicle 5 includes a motor drive device 10B, a fuel supply device 50 that supplies a fuel gas containing hydrogen to a fuel cell 12 provided in the motor drive device 10B, and a fuel cell provided in the motor drive device 10B. 12 includes a blower 52 that supplies air, which is an oxidant gas, and a control unit (ECU) 60 that controls the driving of each unit.
[0054]
The motor drive device 10B includes a fuel cell 12, a first inverter 14, a secondary battery 22, a second inverter 24, and a motor 30 having the same configuration as the motor drive device 10 described above. The fuel cell 12 is provided with a temperature sensor 12T that detects an internal temperature and a fuel cell voltmeter 12V that detects a voltage between output terminals. The secondary battery 22 is provided with a charge capacity meter 22S for detecting the charge state of the secondary battery 22 and a secondary battery voltmeter 22V for detecting the voltage between terminals. The motor 30 is provided with a motor speed sensor 30N that detects a motor speed (rotational speed) Nm. Each of these sensors is connected to the ECU 60 by a conductive line. Each switching element included in the first inverter 14 and the second inverter 24 is also connected to the ECU 60 by a conductive line, and the switching operation is controlled by a drive signal from the ECU 60.
[0055]
In addition, the electric vehicle 5 is provided with an accelerator pedal 53 and a brake pedal 55 for operation of the vehicle. The accelerator pedal 53 and the brake pedal 55 are respectively provided with an accelerator position sensor 54 for detecting their positions, and A brake position sensor 56 is attached. Further, the electric vehicle 5 is provided with various sensors such as a speed sensor 58 for detecting the vehicle speed, a display device 59 for displaying the state of the motor driving device 10B, and the like. The speed sensor 58, the display device 59, and the like are connected to the ECU 60 by conductive lines.
[0056]
FIG. 5 is a block diagram illustrating an outline of an electrical configuration of the ECU 60. As shown in the figure, the ECU 60 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, it is necessary for the CPU 62 to execute predetermined calculations in accordance with a preset control program, and to execute various arithmetic processes by the CPU 62. ROM 63 in which various control programs and control data are stored in advance, RAM 64 in which various data necessary for executing various arithmetic processes in CPU 62 are temporarily read and written, and input processing circuit for inputting detection signals from various sensors 66, the first inverter 14, the second inverter 24, the display device 59, the fuel supply device 50, the output processing circuit 67 that outputs drive signals to various drive devices such as the blower 52, and the constant voltage required for each part in the ECU 60. The constant voltage power supply circuit 68 is provided.
[0057]
The drive control of the motor 30 is performed by the ECU 60 configured in this way, and the electric vehicle 5 is driven. Below, the drive control of the motor 30 by ECU60 is demonstrated. First, torque control of the motor 30 during normal operation of the electric vehicle 5 will be described based on a torque control routine illustrated in FIGS. 6 and 7. This torque control routine is repeatedly executed every predetermined time, for example, every 100 msec, immediately after the operation of the electric vehicle 5 is started.
[0058]
When this routine is executed, the CPU 62 first uses the position AP of the accelerator pedal 53 detected by the accelerator position sensor 54, the position BP of the brake pedal 55 detected by the brake position sensor 56, and the motor speed sensor 30N. A process of reading the detected motor speed Nm through the input processing circuit 66 is executed (step S100). Here, the accelerator position AP and the brake position BP both have a value of 0 when not fully depressed, a value of 1 when completely depressed, and a value from 0 depending on the degree of depression when intermediately depressed. A value between 1 is assumed.
[0059]
Next, a driving position instruction value C is calculated by subtracting the brake position BP from the read accelerator position AP (step S110), and a motor torque command value is calculated from the calculated driving state instruction value C and the motor speed Nm read in step S100. Tm is obtained (step S120). The motor torque command value Tm is obtained using a map indicating the relationship among the operation state instruction value C, the motor speed Nm, and the motor torque command value Tm stored in advance in the ROM 63. FIG. 8 shows an example of a map representing the relationship among the operation state instruction value C, the motor speed Nm, and the motor torque command value Tm. The relationship among the operation state instruction value C, the motor speed Nm, and the motor torque command value Tm is not limited to the relationship shown in FIG. 8, but is determined by the characteristics of the motor 30 and the like.
[0060]
Subsequently, the motor output Pm is calculated by multiplying the motor torque command value Tm thus obtained by the motor speed Nm (step S130). Then, the values of the fuel cell initial operation determination flag FS and the fuel cell abnormality determination flag F1 are examined (step S140). Here, immediately after the electric vehicle 5 is driven, the fuel cell initial operation determination flag FS is set to a value of 1 by a startup processing routine (FIG. 10) described later when the fuel cell 12 has not yet reached a steady operation state. Flag to be The fuel cell abnormality determination flag F1 is a flag that is set to a value of 1, for example, by a fuel cell abnormality check routine (FIG. 11) described later when any abnormality is detected in the fuel cell 12. The fuel cell initial operation determination flag FS and the fuel cell abnormality determination flag F1 are normally set to 0.
[0061]
When the fuel cell initial operation determination flag FS and the fuel cell abnormality determination flag F1 are both 0 in step S140, it is determined that the fuel cell 12 is normally in a steady operation state, and the process proceeds to the next step S150. In step S150, every time this routine is executed, an average output (moving average output) Pmave over a predetermined time (predetermined number of times n) of the motor output Pm calculated in step S130 is obtained. Here, the predetermined time (predetermined number of times n) is determined by the response performance of the fuel cell 12, the performance of the fuel supply device 50, the performance of the motor 30, and the like. In the embodiment, it is set to about 10 seconds to 200 seconds.
[0062]
When the moving average output Pmave is thus obtained, the CPU 62 divides the moving average output Pmave by the motor speed Nm to calculate a fuel cell side torque command value Tm1 that is an output command value from the fuel cell 12 (step S160). Here, the fuel cell side torque command value Tm1 is first calculated from the moving average output Pmave, and the secondary battery 22 is supplementarily used because only the motor torque command value Tm is output from the fuel cell 12 as much as possible. Because. This is because the secondary battery 22 is charged mainly by the output from the fuel cell 12, and energy loss occurs during this charging, so the output from the secondary battery 22 is higher than the output from the fuel cell 12. This is because energy efficiency is low. The reason why the fuel cell side torque command value Tm1 is obtained from the moving average output Pmave instead of the motor torque command value Tm is that the fuel cell 12 is operated as a system together with the fuel supply device 50 and the like, and its output changes suddenly. Because it is difficult.
[0063]
When the fuel cell side torque command value Tm1 is thus calculated, it is examined whether the calculated fuel cell side torque command value Tm1 is within the range of the threshold value Tr1 or the threshold value Tr2 (steps S170 and S190). Here, the threshold value Tr1 and the threshold value Tr2 are set as the maximum output and the minimum output that can be output from the fuel cell 12. When the fuel cell side torque command value Tm1 is not within the range of the threshold value Tr1 or the threshold value Tr2 and is larger than the threshold value Tr1, the threshold value Tr1 is substituted for the fuel cell side torque command value Tm1 (step S180). A threshold value Tr2 is substituted for the torque command value Tm1 (step S200). That is, the processes in steps S170 to S200 are processes for correcting the fuel cell side torque command value Tm1 within a range in which the fuel cell 12 can output. The threshold value Tr2 normally takes a value of 0 when the operation stop of the fuel cell 12 is permitted, and when the operation stop of the fuel cell 12 is not permitted, the threshold value Tr2 of the fuel gas or the oxidizing gas to the fuel cell 12 is assumed. It is determined by the performance of the fuel supply device 50 such as the minimum supply amount.
[0064]
Next, the value of the secondary battery abnormality determination flag F2 is examined (step S230). The secondary battery abnormality determination flag F2 is a flag that is set to a value of 1, for example, by a secondary battery abnormality check routine (FIG. 12) described later when any abnormality is detected in the secondary battery 22. The secondary battery abnormality determination flag F2 is normally set to a value of 0.
[0065]
When the secondary battery abnormality determination flag F2 has a value of 0, it is determined that no abnormality has occurred in the secondary battery 22, and the fuel cell side torque command value Tm1 is subtracted from the motor torque command value Tm to obtain a value from the secondary battery 22. A secondary battery side torque command value Tm2 which is an output command value is calculated (step S240). Then, it is examined whether the calculated secondary battery side torque command value Tm2 is within the range of the threshold value Tr3 to the threshold value Tr4. (Steps S250 and S270). Here, the threshold value Tr3 and the threshold value Tr4 are set as the maximum output and the minimum output that can be output from the secondary battery 22. When the secondary battery side torque command value Tm2 is not within the range of the threshold value Tr3 or the threshold value Tr4 and is larger than the threshold value Tr3, the threshold value Tr3 is substituted for the secondary battery side torque command value Tm2 (step S260). The threshold value Tr4 is substituted into the secondary battery side torque command value Tm2 (step S280). That is, the processes in steps S250 to S280 are processes for correcting the secondary battery side torque command value Tm2 within a range that can be output from the secondary battery 22 as in the processes in steps S170 to S200. The threshold value Tr4 is a negative value because the secondary battery 22 is a rechargeable storage battery. The threshold value Tr4 is determined by the maximum current that can be charged by the secondary battery 22 or the like.
[0066]
In this way, when the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 are obtained, the CPU 62 outputs the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side as outputs from the fuel cell 12 and the secondary battery 22, respectively. The switching operation of the switching elements of the first inverter 14 and the second inverter 24 is controlled so as to become a value corresponding to the torque command value Tm2 (step S310), and this routine is finished.
[0067]
The setting of the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 will be further described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining how the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 are set. In the figure, straight lines D to G are straight lines that become “Tm = Tm1 + Tm2 = constant” when the motor torque command value Tm is calculated as a value Tα or a value Tδ. Also, in the figure, the straight lines of the broken lines Tm1 = Tr1 and Tm1 = TR2 are the upper and lower limits that the fuel cell side torque command value Tm1 can take, and the straight lines of the broken lines Tm2 = Tr3 and Tm2 = Tr4 are the secondary battery side torque. It is an upper limit value and a lower limit value that can be taken by the command value Tm2. Therefore, possible combinations of the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 are represented as points within the region (combination possible region) surrounded by the four broken lines.
[0068]
Consider the case where the motor torque command value Tm obtained in step S120 is the value Tα (straight line D). If the fuel cell side torque command value Tm1 calculated in steps S150 and S160 is equal to the motor torque command value Tm with respect to the motor torque command value Tm (Tm1 = Tα), the point Tα is within the combinable region. The fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 are values (Tα, 0) given by the Tm1 axis coordinate and the Tm2 axis coordinate of the point Tα. If the fuel cell side torque command value Tm1 is a value given by the Tm1 axis coordinate of the point α1, the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 are similarly set to the Tm1 axis coordinate and Tm2 of the point α1. The value given in the axis coordinates. If the fuel cell side torque command value Tm1 is a value given by the Tm1 axis coordinate of the point α2, the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary cell side torque command value Tm2 are the Tm1 axis coordinate and Tm2 of the point α2. The value given in the axis coordinates. At this time, since the secondary battery side torque command value Tm2 becomes a negative value, the secondary battery 22 is charged.
[0069]
Consider the case where the motor torque command value Tm is obtained as the value Tβ (straight line E). At this time, if the fuel cell side torque command value Tm1 is a value given by the Tm1 axis coordinate of the point β1, this value is larger than the threshold value Tr1, and therefore the threshold value Tr1 is substituted for the fuel cell side torque command value Tm1 (step S170, S180), possible combination points of the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 (hereinafter, simply referred to as “combination points”) have a Tm1 axis coordinate on the straight line E as the threshold value Tr1. It moves to the point β2. That is, the values given by the Tm1 axis coordinate and the Tm2 axis coordinate of the point β2 are the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2.
[0070]
Consider the case where the motor torque command value Tm is obtained as a value Tγ that is larger than the value Tβ (straight line F). If the fuel cell side torque command value Tm1 is a value given by the Tm1 axis coordinate of the point γ1, this value is larger than the threshold value Tr1, and therefore the threshold value Tr1 is substituted for the fuel cell side torque command value Tm1 (steps S170 and S180). ), The combination point moves to the point γ2 where the Tm1 axis coordinate on the straight line E becomes the threshold value Tr1. Since the value given by the Tm2 axis coordinate of this point γ2 is larger than the threshold value Tr3, the threshold value Tr3 is substituted for the secondary battery side torque command value Tm2 (steps S250 and S260), and the combination point is further a straight line Tm1 = Tr1. The upper Tm2 axis coordinate moves to a point γ3 where the threshold value Tr3 is reached. In this case, the coordinates (Tr1, Tr3) of this point γ3 become the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2.
[0071]
When the operating state instruction value C suddenly changes to a negative value, that is, when the accelerator pedal 53 is released and the brake pedal 55 is depressed, the motor torque command value Tm also suddenly changes to a negative value, but the fuel cell side torque command value Since Tm1 is obtained not from the motor output Pm but from the moving average output Pmave, it does not immediately take a negative value. Consider this state (state represented by a straight line G in the figure). If the motor torque command value Tm is a value Tδ (negative value) and the fuel cell side torque command value Tm1 is a value given by the Tm1 axis coordinate of the point δ1, the combination point δ1 falls within the combinable region. Values given by the Tm1-axis coordinates and the Tm2-axis coordinates of δ1 are the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2. In this state, the secondary battery 22 is charged by the regenerative energy from the motor 30 and the output from the fuel cell 12. If the fuel cell side torque command value Tm1 is a value given by the Tm1 axis coordinate of the point δ2, the value given by the Tm2 axis coordinate of the point δ2 is smaller than the threshold value Tr4, so that the secondary battery side torque command value Tm2 is The threshold value Tr4 is substituted (steps S270 and S280), and the combination point moves from the point δ2 to the point δ3 where the value given by the Tm2 axis coordinate is the threshold value Tr4 in parallel to the Tm2 axis. The values given by the Tm1 axis coordinate and the Tm2 axis coordinate of the point δ3 are the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2.
[0072]
In step S140 of the torque control routine of FIGS. 6 and 7, when either the fuel cell initial operation determination flag FS or the fuel cell abnormality determination flag F1 is 1, the fuel cell 12 has not yet reached the steady operation state. Alternatively, it is determined that some abnormality has occurred in the fuel cell 12, and the value 0 is set to the fuel cell side torque command value Tm1 in order to set the output from the fuel cell 12 to 0 (step S210). Then, the state of the fuel cell 12 is determined based on the flag and displayed on the display device 59 (step S220), and the process proceeds to step S230.
[0073]
In step S230, when the secondary battery abnormality determination flag F2 has the value 1, it is determined that some abnormality has occurred in the secondary battery 22, and the output from the secondary battery 22 is set to the value 0, so that the secondary battery 22 has the value 0. A value 0 is set to the side torque command value Tm2 (step S290). Then, the display device 59 displays that an abnormality has occurred in the secondary battery 22 (step S300), and the process proceeds to step S310.
[0074]
6 and 7 is executed by the ECU 60, the electric vehicle 5 can drive the motor drive device 10B with higher energy efficiency. Moreover, since the fuel cell side torque command value Tm1 is changed smoothly, the fuel cell 12 can be operated smoothly.
[0075]
Next, torque control of the motor 30 when the electric vehicle 5 is started will be described based on a start-up processing routine illustrated in FIG. This routine is repeatedly executed every predetermined time, for example, every 100 msec, for a predetermined time (for example, 10 minutes) after the electric vehicle 5 is started or until the value 0 is set to the fuel cell initial operation determination flag FS by this routine. The
[0076]
When this routine is executed, the CPU 62 firstly detects the voltage between the output terminals of the fuel cell 12 (fuel cell voltage VF) detected by the fuel cell voltmeter 12V and the inside of the fuel cell 12 detected by the temperature sensor 12T. The temperature (fuel cell temperature TF) is read through the input processing circuit 66 (step S400). Then, the read fuel cell voltage VF and fuel cell temperature TF are compared with the threshold value VFR and the threshold value TFR, respectively (step S410). Here, the threshold value VFR and the threshold value TFR are threshold values for determining whether or not the fuel cell 12 is almost in a steady operation state and the output may be taken out. The threshold value VFR is about the minimum voltage allowed by the fuel cell 12. The threshold value TFR is set to a value of the lowest temperature allowed by the fuel cell 12. The threshold value VFR and the threshold value TFR are determined according to the type and characteristics of the fuel cell 12.
[0077]
In step S410, when the fuel cell voltage VF is smaller than the threshold value VFR or the fuel cell temperature TF is smaller than the threshold value TFR, it is determined that the fuel cell 12 has not yet reached the steady operation state, and the fuel cell initial operation determination flag FS. Is set to 1 (step S420), and this routine is terminated. When the fuel cell voltage VF is equal to or higher than the threshold value VFR and the fuel cell temperature TF is equal to or higher than the threshold value TFR, it is determined that the fuel cell 12 has reached a steady operation state, and a value 0 is set to the fuel cell initial operation determination flag FS. (Step S430), this routine is finished.
[0078]
In this routine, the result of whether or not the fuel cell 12 has reached the steady operation state is set in the fuel cell initial operation determination flag FS. Then, when the torque control routine is started next, the value of the fuel cell initial operation determination flag FS is checked in step S140 of the torque control routine, and control according to the value (step S210 and the like) is performed.
[0079]
Next, a process for determining whether an abnormality has occurred in the fuel cell 12 will be described based on a fuel cell abnormality check routine illustrated in FIG. This routine is the initial operation of the fuel cell after it is determined that the steady operation state has been reached after the fuel cell 12 is started, that is, after a predetermined time (for example, 10 minutes) has elapsed since the start, or by the startup processing routine shown in FIG. After the value 0 is set in the determination flag FS, it is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 100 msec).
[0080]
When this routine is executed, the CPU 62 first reads the fuel cell voltage VF detected by the fuel cell voltmeter 12V and the fuel cell temperature TF detected by the temperature sensor 12T via the input processing circuit 66. Is executed (step S500). Subsequently, it is examined whether the read fuel cell voltage VF is within the threshold value VFR1 to the threshold value VFR2 and whether the fuel cell temperature TF is within the threshold value TFR1 to the threshold value TFR2 (step S510). Here, the threshold value VFR1 and the threshold value VFR2 are the lower limit value and the upper limit value of the allowable output terminal voltage range of the fuel cell 12 in the steady state, and are determined by the type and performance of the fuel cell 12. Further, the threshold value TFR1 and the threshold value TFR2 are a lower limit value and an upper limit value of a temperature range allowed for the inside of the fuel cell 12 in a steady state, and are determined by the type and performance of the fuel cell 12.
[0081]
When the fuel cell voltage VF is within the threshold value VFR1 to the threshold value VFR2 and the fuel cell temperature TF is within the threshold value TFR1 to the threshold value TFR2, it is determined that the fuel cell 12 is in a normal steady operation state, and the fuel cell abnormality determination A value 0 is set in the flag F1 (step S520), and this routine ends. On the other hand, when the fuel cell voltage VF is not within the threshold value VFR1 or threshold value VFR2, or when the fuel cell temperature TF is not within the threshold value TFR1 or threshold value TFR2, the fuel cell 12 is not in a normal steady operation state, and some abnormality has occurred. Is determined, the fuel cell abnormality determination flag F1 is set to 1 (step S530), and this routine is terminated.
[0082]
In this routine, the result of whether or not an abnormality has occurred in the fuel cell 12 is set in the fuel cell abnormality determination flag F1. Then, when the torque control routine is started next, the value of the fuel cell abnormality determination flag F1 is checked in step S140 of the torque control routine, and control according to the value (step S210 and the like) is performed.
[0083]
Next, a process for determining whether an abnormality has occurred in the secondary battery 22 will be described based on a secondary battery abnormality check routine illustrated in FIG. This routine is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 100 msec) immediately after the electric vehicle 5 is activated.
[0084]
When this routine is executed, the CPU 62 first detects the voltage between the output terminals of the secondary battery 22 (secondary battery voltage VB) detected by the secondary battery voltmeter 22V and the charge capacity meter 22S. A process of reading the state of charge of the secondary battery 22 (secondary battery charge capacity SOC) through the input processing circuit 66 is executed (step S600). Subsequently, it is examined whether the read secondary battery voltage VB is within the threshold value VBR1 or threshold value VBR2 and whether the secondary battery charge capacity SOC is within the threshold value SR1 or threshold value SR2 (step S610).
[0085]
Here, the threshold value VBR1 and the threshold value VBR2 are the lower limit value and the upper limit value of the allowable range of the output terminal voltage of the secondary battery 22. For example, in the case of the secondary battery 22 having a rated voltage of 12V, the threshold value VBR1 has a value of 8. The value 16 is set in the threshold value VBR2. The threshold value VBR1 and the threshold value VBR2 are determined by the characteristics of the secondary battery 22, and are not limited to the above values. Further, the threshold value SR1 and the threshold value SR2 are the lower limit value and the upper limit value of the range allowed as the charged state of the secondary battery 22, and if the value 0 is full discharge and the value 1 is full charge, for example, The threshold value SR1 is set to the value 0.2, and the threshold value SR2 is set to the normal full charge value 1. The threshold value SR1 and the threshold value SR2 are determined by the discharge / charge characteristics of the secondary battery 22, and are not limited to the above values.
[0086]
When secondary battery voltage VB is within threshold value VBR1 or threshold value VBR2 and secondary battery charge capacity SOC is within threshold value SR1 or threshold value SR2, it is determined that secondary battery 22 is normal, and the secondary battery is abnormal. A value 0 is set to the determination flag F2 (step S620), and this routine is terminated. On the other hand, when the secondary battery voltage VB is not within the threshold value VBR1 or threshold value VBR2, or when the secondary battery charge capacity SOC is not within the threshold value SR1 or threshold value SR2, it is determined that some abnormality has occurred in the secondary battery 22. Then, a value 1 is set to the secondary battery abnormality determination flag F2 (step S630), and this routine is finished.
[0087]
In this routine, the result of whether or not an abnormality has occurred in the secondary battery 22 is set in the secondary battery abnormality determination flag F2. Then, when the torque control routine is started next, the value of the secondary battery abnormality determination flag F2 is checked in step S230 of the torque control routine, and control according to the value (step S290, etc.) is performed.
[0088]
According to the electric vehicle 5 of the embodiment described above, the fuel cell side torque command value Tm1 is first calculated from the motor torque command value Tm, and the secondary battery side torque command value Tm2 is calculated as the motor torque command value Tm and the fuel cell side torque. Since the difference from the command value Tm1 is obtained, the motor 30 can be driven mainly by the output from the fuel cell 12. That is, since the secondary battery 22 is used auxiliary, the motor drive device 10B can be operated with higher energy efficiency.
[0089]
Further, according to the electric vehicle 5 of the embodiment, since the fuel cell side torque command value Tm1 is obtained not from the motor output Pm but from the moving average output Pmave which is the moving average thereof, the sudden change of the output from the fuel cell 12 is prevented. be able to. For this reason, the fuel cell 12 can be operated smoothly, and the operating efficiency can be further increased. Moreover, since the fuel cell side torque command value Tm1 is corrected so that the output from the fuel cell 12 falls within the allowable range, the fuel cell 12 can be operated more appropriately. Further, since the secondary battery side torque command value Tm2 is corrected so that the output from the secondary battery 22 is within the allowable range, the secondary battery 22 can be operated more appropriately.
[0090]
According to the electric vehicle 5 of the embodiment, immediately after the electric vehicle 5 is started, it is detected whether the fuel cell 12 has reached the steady operation state. If the fuel cell 12 has not reached the steady operation state, the output from the fuel cell 12 is 0. Therefore, the fuel cell 12 can be operated more appropriately.
[0091]
According to the electric vehicle 5 of the embodiment, it is possible to detect whether an abnormality has occurred in the fuel cell 12 and the secondary battery 22. When an abnormality is detected in the fuel cell 12 or the secondary battery 22, the output from the fuel cell 12 or the secondary battery 22 is adjusted to 0 or the like, so that the fuel cell 12 and the secondary battery are more appropriately adjusted. 22 can be driven. Even when an abnormality is detected in the fuel cell 12 or the secondary battery 22, the electric vehicle 5 can be driven although the output is reduced as long as the fuel cell 12 and the secondary battery 22 are not abnormal at the same time.
[0092]
Of course, the motor 30 can be driven by the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22. In addition, the output from the fuel cell 12 and the output from the secondary battery 22 can be handled independently. For this reason, for example, the fuel cell 12 is steadily operated under conditions of better operating efficiency, and the output variation of the motor 30 is dealt with by the secondary battery 22 and the reverse operation is wide. Driving is possible. Moreover, since a DC / DC converter is unnecessary, energy efficiency can be improved compared with the motor drive device provided with the conventional DC / DC converter. Since the first coil 36 and the second coil 38 are wound around each tooth 35 of the motor 30, these act as a transformer, and the secondary battery 22 can be charged by the output from the fuel cell 12. Moreover, the secondary battery 22 can be charged while driving the motor 30 by the output from the fuel cell 12 or without driving the motor 30. Further, when the brake pedal 55 is depressed, the secondary battery 22 can be charged with regenerative energy.
[0093]
In the electric vehicle 5 of the embodiment, the fuel cell side torque command value Tm1 is obtained from the moving average (moving average output Pmave) of the motor output Pm. However, the correction relating to the charging capacity of the secondary battery 22 is added to the moving average output Pmave. (For example, a configuration in which the target secondary battery charge capacity SOC is subtracted from the secondary battery charge capacity SOC is added to the moving average output Pmave as a correction term), and the fuel cell side torque command value Tm1 is weighted to the motor output Pm It is good also as a structure calculated | required from an attached moving average, a structure calculated | required from the geometric mean of the fuel cell side torque command value Tm1.
[0094]
Further, in the electric vehicle 5 of the embodiment, the threshold value Tr1 and the threshold value Tr2 are set as the maximum output and the minimum output that can be output from the fuel cell 12, but the upper limit value and the lower limit value of the output range in which the fuel cell 12 can be efficiently operated. The configuration set as is also preferable. With this configuration, the fuel cell 12 can be operated more efficiently. Note that the output range in which the fuel cell 12 can be efficiently operated can be determined in advance by experiments or the like. Further, the threshold value Tr1 and the threshold value Tr2 are not limited to the upper and lower limit values of the range that can be output from the fuel cell 12 and the upper and lower limit values of the output range that can be efficiently operated, and can be freely set according to the characteristics of the fuel cell 12. It is stipulated in.
[0095]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the configuration in which the motor driving device 10 is mounted on a moving vehicle other than an automobile or the motor driving device 10 is a moving vehicle. Needless to say, the present invention can be implemented in various modes within a range that does not depart from the gist of the present invention, such as a configuration that is mounted on a drive device other than the above.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, according to the motor driving apparatus of the present invention, the motor can be driven based on the DC voltage from the first DC voltage generating means and the DC voltage from the second DC voltage generating means. Moreover, the first conversion means and the second conversion means independently convert the DC voltage from the first DC voltage generation means and the DC voltage from the second DC voltage generation means, and the motor is independent by the first coil and the second coil. Therefore, the output from the first DC voltage generating means and the output from the second DC voltage generating means can be handled independently. In addition, since no DC / DC converter is provided, energy efficiency can be increased as compared with a motor drive device including a conventional DC / DC converter.
[0097]
In the motor drive device, the second coil is arranged so as to generate an induced voltage that is alternated by the magnetic field generated by the first coil, the second DC voltage generating means is a rechargeable secondary battery, and the second converting means is If the induced voltage generated by the second coil can be converted into a predetermined DC voltage, the induced voltage generated in the second coil by the alternating magnetic field generated in the first coil based on the output from the first DC voltage generating means, The secondary battery can be charged by being converted into a predetermined DC voltage by the second conversion means. Moreover, the secondary battery can be charged while driving the motor based on the DC voltage generated by the first DC voltage generating means or in a state where the motor is stopped. As a result, even if the first DC voltage generating means cannot change the operation state suddenly, for example, like a fuel cell, the fluctuation of the output to the motor can be detected by the output from the secondary battery and the charging to the secondary battery. It is also possible to perform control such as absorption by adjusting the value. Further, in the motor driving device having this configuration, if the motor is operated as a generator when work is given from the outside, the work is taken out as an alternating voltage having a second predetermined number of phases by the second coil. The secondary battery can be charged by converting to a predetermined DC voltage by the second conversion means. In addition, charging with the output from the first DC voltage generating means can be performed in a superimposed manner.
[0098]
According to the electric vehicle of the present invention, the motor can be driven by the output from the fuel cell and the output from the secondary battery based on the driving state of the vehicle. Moreover, since the first conversion means and the second conversion means independently convert the DC voltage from the fuel cell and the DC voltage from the secondary battery, the motor can be driven independently by the first coil and the second coil. The output from the fuel cell and the output from the secondary battery can be handled independently. In addition, since no DC / DC converter is provided, energy efficiency can be increased as compared with an electric vehicle provided with a conventional DC / DC converter.
[0099]
In the electric vehicle of the present invention, if the control means includes target value calculation means, fuel cell output command value calculation means, secondary battery output command value calculation means, and conversion control means, the main output of output to the motor The secondary battery can be operated in an auxiliary manner. Moreover, since the fuel cell output command value is calculated based on the transition of the target value within a predetermined time, output fluctuation from the fuel cell can be reduced.
[0100]
In the electric vehicle of the present invention, when the calculated fuel cell output command value is not within the first predetermined range, the fuel cell output command value calculating means is configured to set the predetermined value within the first predetermined range regardless of the calculation result. If the fuel cell output command value is used, the output command value of the fuel cell can be controlled within the first predetermined range. For example, if the first predetermined range is set to the fuel cell capacity range, the inconvenience of setting an output command value outside the fuel cell capacity range can be avoided. If the operating efficiency is set in a relatively high range, the fuel cell can be operated more efficiently.
[0101]
In the electric vehicle of the present invention, when the calculated secondary battery output command value is not within the second predetermined range, the secondary battery output command value calculating means has a predetermined value within the second predetermined range regardless of the calculation result. If the value is used as the secondary battery output command value, the output command value of the secondary battery can be controlled within the second predetermined range.
[0102]
In the electric vehicle of the present invention, the fuel cell state detection means is provided, and the fuel cell output command value calculation means is responsive to the calculation result when the operation state detected by the fuel cell state detection means is not within the third predetermined range. If the third predetermined value is used as the fuel cell output command value, control for setting the fuel cell output command value to the third predetermined value when the operating state of the fuel cell is not within the third predetermined range, for example, When the operating state of the fuel cell is not within the range allowed as the steady operating state, control for setting the fuel cell output command value to 0 can be performed. As a result, it is possible to prevent an output from being obtained from the fuel cell in an unscheduled state.
[0103]
In the electric vehicle of the present invention, the secondary battery state detection means is provided, and the secondary battery output command value calculation means is operated when the driving state detected by the secondary battery state detection means is not within the fourth predetermined range. If the fourth predetermined value is used as the secondary battery output command value regardless of the result, the secondary battery output command value is set to the fourth predetermined value when the operating state of the secondary battery is not within the fourth predetermined range. For example, when the state of the secondary battery is not within the range determined as an appropriate state, control such that the secondary battery output command value is 0 can be performed. As a result, it is possible to prevent an output from being obtained from the secondary battery in an unscheduled state.
[0104]
In the electric vehicle of the present invention, the fuel cell state detection means is provided, and the fuel cell output command value calculation means is operated until the operation state detected by the fuel cell state detection means after the start of the fuel cell becomes a predetermined state. If the fifth predetermined value is used as the fuel cell output command value regardless of the result, the fuel cell output command value is set to the fifth predetermined value immediately after starting the fuel cell until the steady operation state is reached. You can control. As a result, the fuel cell can be more appropriately operated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a motor driving apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the structure of a motor 30. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output of a fuel cell and a secondary battery.
FIG. 4 is a block diagram showing an outline of an electric vehicle 5 equipped with a motor drive device 10B according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the electric vehicle 5 with an ECU 60 as a center. FIG.
6 is a flowchart showing an example of the first half of a torque control routine executed by the ECU 60 of the electric vehicle 5. FIG.
7 is a flowchart showing an example of the latter half of a torque control routine executed by the ECU 60 of the electric vehicle 5. FIG.
FIG. 8 is a map showing an example of a relationship among an operation state instruction value C, a motor speed Nm, and a motor torque command value Tm.
FIG. 9 is an explanatory view exemplifying how the fuel cell side torque command value Tm1 and the secondary battery side torque command value Tm2 are set.
10 is a flowchart showing an example of a startup processing routine executed by the ECU 60 of the electric vehicle 5. FIG.
11 is a flowchart showing an example of a fuel cell abnormality check routine executed by the ECU 60 of the electric vehicle 5. FIG.
12 is a flowchart showing an example of a secondary battery abnormality check routine executed by the ECU 60 of the electric vehicle 5. FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing an outline of a conventional motor driving device 110;
14 is a graph showing an example of output characteristics of the fuel cell 112 and the secondary battery 122. FIG.
[Explanation of symbols]
5 ... Electric car
10 ... Motor drive device
10B ... Motor drive device
12. Fuel cell
12T ... Temperature sensor
12V ... Fuel cell voltmeter
22 ... Secondary battery
22S ... Charging capacity meter
22V ... Secondary battery voltmeter
30 ... Motor
30N ... Motor speed sensor
32 ... Stator
34 ... Slot
35 ... Teeth
39 ... Rotor
40 ... Control device
42 ... CPU
44 ... ROM
46 ... RAM
48 ... I / O port
50 ... Fuel supply device
52 ... Blower
53 ... Accelerator pedal
54 ... Accelerator position sensor
55 ... Brake pedal
56 ... Brake position sensor
58 ... Speed sensor
59 ... Display device
60 ... ECU
62 ... CPU
63 ... ROM
64 ... RAM
66. Input processing circuit
67. Output processing circuit
68. Constant voltage power supply circuit

Claims

An electric vehicle comprising a fuel cell and a chargeable / dischargeable secondary battery, driven by electric energy generated from the fuel cell,
First conversion means for converting a DC voltage output from the fuel cell into an alternating AC voltage having a first predetermined number of phases;
Orthogonal transformation that converts a DC voltage output from the secondary battery into an alternating AC voltage having a second predetermined number of phases; A second conversion means for switching the conversion;
A first coil connected to the first conversion means and generating a magnetic field alternating with an alternating voltage supplied from the first conversion means; and an induction voltage alternating with a magnetic field generated by the first coil. A motor having a second coil connected to the second conversion means and capable of generating a magnetic field alternating with an alternating voltage supplied from the second conversion means;
Driving state detection means for detecting the driving state of the vehicle;
Control means for controlling the drive of the motor by controlling the conversion of the first conversion means and the second conversion means based on the detected operating state ;
The control means includes
Target value calculating means for calculating a target value of the output from the motor based on the operating state detected by the operating state detecting means;
Fuel cell output command value calculating means for calculating a fuel cell output command value, which is a command value of output from the fuel cell, based on a transition of the calculated target value within a predetermined time;
Based on the calculated fuel cell output command value and the target value, a secondary battery output command value calculation means for calculating a secondary battery output command value that is a command value of the output from the secondary battery;
An electric vehicle comprising: conversion control means for controlling conversion of the first conversion means and the second conversion means based on the calculated fuel cell output command value and secondary battery output command value .

When the calculated fuel cell output command value is not within the first predetermined range, the fuel cell output command value calculating means calculates a predetermined value within the first predetermined range regardless of the calculation result. The electric vehicle according to claim 1 , wherein the electric vehicle is a means for setting an output command value.

When the calculated secondary battery output command value is not within the second predetermined range, the secondary battery output command value calculating means calculates the predetermined value within the second predetermined range regardless of the calculation result. 3. The electric vehicle according to claim 1 , wherein the electric vehicle is a means for setting a secondary battery output command value.

An electric vehicle according to any one of claims 1 to 3 ,
Comprising a fuel cell state detecting means for detecting an operating state of the fuel cell;
The fuel cell output command value calculation means, when the operating state detected by the fuel cell state detection means is not within a third predetermined range, outputs a third predetermined value regardless of the calculation result. An electric vehicle that is a means of value.

An electric vehicle according to any one of claims 1 to 4 ,
A secondary battery state detecting means for detecting an operating state of the secondary battery;
The secondary battery output command value calculation means calculates the secondary predetermined value regardless of the calculation result when the operation state detected by the secondary battery state detection means is not within the fourth predetermined range. An electric vehicle, which is a means for setting the battery output command value.

An electric vehicle according to any one of claims 1 to 5 ,
Comprising a fuel cell state detecting means for detecting an operating state of the fuel cell;
The fuel cell output command value calculation means sets the fifth predetermined value regardless of the calculation result until the operating state detected by the fuel cell state detection means reaches a predetermined state after the fuel cell is started. An electric vehicle, which is a means for setting the fuel cell output command value.