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電動車両 - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 電動車両
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−14049(P2007−14049A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−188054(P2005−188054)
出願日 平成17年6月28日(2005.6.28)
代理人 【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
発明者 吉田 道雄
要約 課題
電気エネルギー源の異常発生をより確実に運転者に認識させることができる電動車両を提供する。

解決手段
電気エネルギーにより車輪を駆動させる走行駆動用モータ15と、駆動トルクの指令値に基づいて前記走行駆動用モータ15の作動を制御するコントロールユニット13と、を備えた電動車両において、コントロールユニット13は、走行駆動用モータ15を駆動するため車内に蓄えられた駆動用エネルギーの残量を検出する水素タンク圧力センサ20およびバッテリ充電残量検出センサ21の検出結果から、駆動用エネルギーの残量が所定の閾値以下になったことを検知すると、指令値に脈動成分を加える補正を行う。
特許請求の範囲
【請求項1】
電気エネルギー源の電気エネルギーにより車輪を駆動させる電動モータと、駆動トルクの指令値に基づいて前記電動モータの作動を制御する制御装置と、を備えた電動車両において、
前記制御装置は、前記電気エネルギー源の異常状態を検出する異常検出部と、異常検出時に前記車輪の駆動トルクに周期的な変化を設定する車輪トルク設定部と、を有することを特徴とする電動車両。
【請求項2】
前記電動モータを駆動するため車内に蓄えられた駆動用エネルギーの残量を検出する残量検出部を有し、
前記異常検出部は、前記残量検出部の検出結果から前記駆動用エネルギーの残量が所定の閾値以下になったことを検知した場合に、前記電気エネルギー源の異常状態を検出することを特徴とする請求項1記載の電動車両。
【請求項3】
前記車輪トルク設定部は、前記残量が前記所定の閾値以下の状態で、前記残量に応じて前記周期的な変化の振幅および周波数の少なくともいずれか一方を変化させることを特徴とする請求項2記載の電動車両。
【請求項4】
前記車輪トルク設定部は、前記残量が少なくなるほど、前記振幅を大きくする又は/及び前記周波数を高くすることを特徴とする請求項3記載の電動車両。
【請求項5】
前記車輪トルク設定部は、前記電動モータへの指令値を周期的に変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電動車両。
【請求項6】
前記車輪トルク設定部は、制動装置によって前記車輪に負のトルクを加えることで、該車輪の駆動力を周期的に変化させることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電動車両。
【請求項7】
前記電気エネルギー源は、燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とを備えてなることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電動車両。
【請求項8】
前記残量は、少なくとも水素タンクの残量であることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の電動車両。


発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動モータの駆動力で走行可能な電動車両に関する。
【背景技術】
【0002】
電動モータの駆動力で走行可能な電動車両として、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車等がある。そのうちの燃料電池自動車に関するものであって、電動モータを駆動するため車内に蓄えられた燃料(水素)の残量が少なくなると、電気エネルギー源の異常検出に係る警告をディスプレイ画面への表示等で行う技術が開示されている(例えば特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開2000−292195号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上記のように電気エネルギー源の異常検出に係る警告をディスプレイ画面への表示等で行うものであると、運転者が気付かない場合があり、気付かないで走行し続けると最終的には停止してしまうことになる。
【0004】
そこで、本発明は、電気エネルギー源の異常発生をより確実に運転者に認識させることができる電動車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明の電動車両は、電気エネルギー源の電気エネルギーにより車輪を駆動させる電動モータと、駆動トルクの指令値に基づいて前記電動モータの作動を制御する制御装置と、を備えた電動車両において、前記制御装置は、前記電気エネルギー源の異常状態を検出する異常検出部と、異常検出時に前記車輪の駆動トルクに周期的な変化を設定する車輪トルク設定部と、を有することを特徴とする。
【0006】
この構成によれば、電気エネルギー源の異常発生時に、車輪の駆動トルクが周期的に変化する、言い換えれば、車両に周期的な加減速が発生することにより、運転者にこれを体感させて異常発生を認識させることができる。
【0007】
この場合、前記電動モータを駆動するため車内に蓄えられた駆動用エネルギーの残量を検出する残量検出部を有し、前記異常検出部は、前記残量検出部の検出結果から前記駆動用エネルギーの残量が所定の閾値以下になったことを検知した場合に、前記電気エネルギー源の異常状態を検出することが好ましい。
【0008】
この構成によれば、駆動用エネルギーの残量が所定の閾値以下になると車輪の駆動トルクに周期的な変化が設定されるため、駆動用エネルギーの残量がなくなるという異常発生を運転者に体感で認識させることができる。
【0009】
ここで、「電動モータを駆動するため車内に蓄えられた駆動用エネルギー」とは、例えば燃料電池の発電電力で走行する燃料電池自動車においては、燃料ガスの残量(例えば、水素タンクの残量)による駆動用エネルギーのことをいい、走行駆動用バッテリの充電電力で走行する電気自動車においては、充電残量による駆動用エネルギーのことをいう。
【0010】
また、内燃機関と走行駆動用バッテリとを組み合わせたハイブリッド自動車においては、ガソリンの残量による駆動用エネルギーと充電残量による駆動用エネルギーとを加算した総駆動用エネルギーのことをいい、燃料電池と走行駆動用バッテリとを組み合わせた燃料電池自動車においては、燃料ガスの残量(例えば、水素タンクの残量)による駆動用エネルギーと充電残量による駆動用エネルギーとを加算した総駆動用エネルギーのことをいう。
【0011】
また、前記車輪トルク設定部は、前記残量が前記所定の閾値以下の状態で、前記残量に応じて前記周期的な変化の振幅および周波数の少なくともいずれか一方を変化させるのが好ましく、例えば、前記残量が少なくなるほど、前記振幅を大きくする又は/及び前記周波数を高くする。
【0012】
この構成によれば、電気エネルギー源の異常状態が継続している場合に、異常発生からの時間経過を段階的に認識させることができる。
【0013】
前記車輪トルク設定部は、前記電動モータへの指令値を周期的に変化させる構成や、制動装置によって前記車輪に負のトルクを加えることで該車輪の駆動力を周期的に変化させる構成や、これらを組合せた構成の採用が可能である。
【0014】
前記電気エネルギー源としては、燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とを備えてなるものが採用可能である。さらに、燃料ガス供給装置としては、例えば、水素タンク,改質器,及びメタノールタンク等の採用が可能である。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、電気エネルギー源の異常発生をより確実に運転者に認識させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の一実施形態に係る電動車両について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態に係る電動車両は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化ガスとしての空気との電気化学反応によって電気を発生させる燃料電池の電力によって走行する燃料電池自動車である。
【0017】
この自動車は、図1に概略的に示すシステム構成となっており、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する単セルを所定数積層した燃料電池スタック(燃料電池)11と、燃料電池スタック11に供給される燃料ガスとしての水素を貯留させる水素タンク12と、燃料電池スタック11が発電した電力が供給されるコントロールユニット13と、このコントロールユニット13からの駆動トルクの指令値が入力されるモータコントロールユニット14と、モータコントロールユニット14で発生させられる制御電流で制御されて走行用の駆動力を発生(車輪を駆動)させる走行駆動用モータ(電動モータ)15と、燃料電池スタック11が発電した電力や走行駆動用モータ15が発生させた回生電力などを蓄電する蓄電手段などが設けられている。蓄電手段としては、図1に示した走行駆動用バッテリ16の他に、キャパシタなどの採用が可能である。
【0018】
燃料電池スタック11と、該燃料電池スタック11に燃料ガスを供給する水素タンク(燃料ガス供給装置)12と、該水素タンク12と燃料電池スタック11とを連通する燃料ガス配管は、本発明に係る電気エネルギー源の一実施例を構成している。なお、本発明に係る燃料ガス供給装置は、水素タンク12の他に、例えば改質器やメタノールタンク等を採用することも可能である。
【0019】
コントロールユニット13は、乗員によるアクセルペダルの操作量等に応じて出力されるアクセル信号などの要求負荷を含む燃料電池システムの各部のセンサ(圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等)からの制御情報信号を受け取り、これらの制御情報信号に基づいて、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
【0020】
例えば、制御情報信号に基づいて予め設定されたマップから駆動トルクの指令値を求めてモータコントロールユニット14に出力し、モータコントロールユニット14はこの指令値に基づいて走行駆動用モータ15を制御する。さらに、コントロールユニット13は、各部のセンサの検出状況に基づいて、車室内に設けられた表示装置18に対し警告情報等を表示させる。
【0021】
つまり、コントロールユニット13とモータコントロールユニット14は、本発明に係る制御装置の一実施例を構成している。
【0022】
水素タンク12には、内部に貯留された水素の残量、つまり、走行駆動用モータ15を駆動するため車内に蓄えられた駆動用エネルギーの残量を検出する水素タンク圧力センサ(残量検出部)20が設けられており、この水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号がコントロールユニット13に入力されている。
【0023】
また、走行駆動用バッテリ16には、走行駆動用バッテリ16の充電残量、つまり、走行駆動用モータ15を駆動するため車内に蓄えられた駆動用エネルギーの残量を検出するバッテリ充電残量検出センサ(残量検出部)21が設けられており、このバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号がコントロールユニット13に入力されている。
【0024】
そして、コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号とバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号とから、走行駆動用モータ15を駆動するための駆動用エネルギーの残量を割り出し、この残量に応じて、上記した制御情報信号に基づいて求められた駆動トルクの指令値を必要により周期的に変化させる。
【0025】
ここで、コントロールユニット13は、水素の残量による駆動用エネルギーと走行駆動用バッテリ16の充電残量による駆動用エネルギーとを加算した総駆動用エネルギーの残量が「0」になる手前の所定の第1閾値(閾値)以下となる異常発生時に、制御情報信号に基づいて求められた駆動トルクの指令値に、例えば正弦波状の脈動成分を加える補正を行い、駆動トルクに周期的な変化を設定する。
【0026】
しかも、コントロールユニット13は、残量が所定の第1閾値以下になると、総駆動用エネルギーの残量が少なくなるほど大きな振幅となり、また総駆動用エネルギーの残量が少なくなるほど高い周波数となる脈動成分を、制御情報信号に基づいて求められた駆動トルクの指令値に加える補正を段階的に行う。
【0027】
つまり、コントロールユニット13は、本発明に係る車輪トルク設定部と異常検出部の一実施例を構成している。
【0028】
図2のタイミングチャート、図3の制御マップおよび図4のフローチャートを参照してさらに説明すると、コントロールユニット13は、まず、水素タンク圧力センサ20から出力される水素残圧信号から、水素タンク12内の残圧が水素の充填を促すべき所定の残圧閾値である例えば5〔MPa〕以下になると(図4のステップS1)、表示装置18に水素の充填を促す、例えば「水素充填」等のメッセージを表示させる(図4のステップS2)。
【0029】
コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号およびバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号から割り出される総駆動用エネルギーの残量が、第1閾値であるA値以下になると(図2のT1時点、図4のステップS3)、この条件下においては、図3の制御マップにしたがって第1振幅値である例えば20〔Nm〕の振幅かつ第1周波数である例えば2〔Hz〕の周波数の補正トルクの脈動成分を、制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加える(図4のステップS4)。
【0030】
これにより、図1に模式的に例示するように、走行駆動用モータ15の駆動トルクに脈動成分が含まれることになり、燃料電池自動車に運転者の操作とは無関係で運転に何ら支障をもたらさない揺れ(車両走行を阻害しない程度の小さな加減速)を生じさせる結果、運転者に違和感を感じさせて電気エネルギー源の異常発生(以下、単に「異常発生」という。)を認識させる。
【0031】
なお、総駆動用エネルギーの残量が第1閾値であるA値以下になった時点から所定の継続時間である例えば5秒間だけ、上記した脈動成分を制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加えるようにしても良い。これに加えて、例えば表示装置18の警告灯および警告音等で運転者に報知を行うようにしても良い。
【0032】
次に、コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号およびバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号から割り出される総駆動用エネルギーの残量が、第1閾値よりも低い第2閾値であるB値以下になると(図2のT2時点、図4のステップS5)、この条件下においては、図3の制御マップにしたがって第1振幅値である例えば20〔Nm〕の振幅かつ第1周波数よりも高い第2周波数である例えば5〔Hz〕の周波数の補正トルクの脈動成分を、制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加える(図4のステップS6)。
【0033】
これにより、走行駆動用モータ15の駆動トルクにさらに高い周波数の脈動成分が含まれることになり、燃料電池自動車に運転者の操作とは無関係で運転に何ら支障をもたらさない揺れをさらに高い周波数で生じさせる結果、運転者に上記よりも強い違和感を感じさせて異常発生を認識させる。
【0034】
なお、総駆動用エネルギーの残量が第2閾値であるB値以下になった時点から所定の継続時間である例えば5秒間だけ、上記した脈動成分を制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加えるようにしても良い。また、この場合も、上記に加えて表示装置18の警告灯および警告音等で報知を行うことができる。例えば警告灯の色を上記とは異ならせたり警告音を上記とは異ならせるようにしても良い。
【0035】
さらに、コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号およびバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号から割り出される総駆動用エネルギーの残量が、第2閾値よりも低い第3閾値であるC値以下になると(図2のT3時点、図4のステップS7)、この条件下においては、図3の制御マップにしたがって第1振幅値よりも大きい第2振幅値である例えば30〔Nm〕の振幅かつ第2周波数である例えば5〔Hz〕の周波数の補正トルクの脈動成分を、制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加える(図4のステップS8)。
【0036】
これにより、走行駆動用モータ15の駆動トルクにさらに大きな振幅の脈動成分が含まれることになり、燃料電池自動車に運転者の操作とは無関係で運転に何ら支障をもたらさない揺れをさらに大きな振幅で生じさせる結果、運転者に上記よりも更に強い違和感を感じさせて異常発生を認識させる。
【0037】
なお、総駆動用エネルギーの残量が第3閾値であるC値以下になった時点から所定の継続時間である例えば5秒間だけ、上記した脈動成分を制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加えるようにしても良い。また、この場合も、上記に加えて表示装置18の警告灯および警告音等で報知を行うことができる。例えば警告灯の色を上記とは異ならせたり警告音を上記とは異ならせるようにしても良い。
【0038】
さらに、コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号およびバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号から割り出される総駆動用エネルギーの残量が、第3閾値よりも低い第4閾値であるD値以下になると(図2のT4時点、図4のステップS9)、この条件下においては、図3の制御マップにしたがって第2振幅値である例えば30〔Nm〕の振幅かつ第2周波数よりも高い第3周波数である例えば10〔Hz〕の周波数の補正トルクの脈動成分を、制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加える(図2のステップS10)。
【0039】
これにより、走行駆動用モータ15の駆動トルクにさらに高い周波数の脈動成分が含まれることになり、燃料電池自動車に運転者の操作とは無関係で運転に何ら支障をもたらさない揺れをさらに高い周波数で生じさせる結果、運転者に上記よりも更に強い違和感を感じさせて異常発生を認識させる。
【0040】
なお、総駆動用エネルギーの残量が第4閾値であるD値以下になった時点から所定の継続時間である例えば5秒間だけ、上記の脈動成分を制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加えるようにしても良い。また、この場合も、上記に加えて表示装置18の警告灯および警告音等で報知を行うことができる。例えば警告灯の色を上記とは異ならせたり警告音を上記とは異ならせるようにしても良い。
【0041】
さらに、コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号およびバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号から割り出される総駆動用エネルギーの残量が、第4閾値よりも低い第5閾値であるE値以下になると(図2のT5時点、図4のステップS11)、この条件下においては、図3の制御マップにしたがって第2振幅値よりも大きい第3振幅値である例えば40〔Nm〕の振幅かつ第3周波数である例えば10〔Hz〕の周波数の補正トルクの脈動成分を、制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加える(図4のステップS12)。
【0042】
これにより、走行駆動用モータ15の駆動トルクにさらに大きな振幅の脈動成分が含まれることになり、燃料電池自動車に運転者の操作とは無関係で運転に何ら支障をもたらさない揺れをさらに大きな振幅で生じさせる結果、運転者に上記よりも更に強い違和感を感じさせて異常発生を認識させる。
【0043】
なお、総駆動用エネルギーの残量が第5閾値であるE値以下になった時点から所定の継続時間である例えば5秒間だけ、上記した脈動成分を制御情報信号に基づく駆動トルクの指令値に加えるようにしても良い。また、この場合も、上記に加えて表示装置18の警告灯および警告音等で報知を行うことができる。例えば警告灯の色を上記とは異ならせたり警告音を上記とは異ならせるようにしても良い。
【0044】
なお、上記制御中に、水素タンク12に水素が充填されて水素タンク12内の残圧が上記した所定の残圧閾値以上になると、コントロールユニット13は、上記したフローチャートに基づく制御を強制的にスタートに戻すことになる。
【0045】
以上に述べた本実施形態に係る燃料電池自動車によれば、異常発生時に、コントロールユニット13が走行駆動用モータ15の駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行うことになるため、走行駆動用モータ15の駆動トルクに脈動(周期的な変化)を生じることになり、運転者にこれを体感させて異常発生を認識させることができる。
【0046】
したがって、異常発生時に表示装置18への異常表示では気付かない場合でも、走行中に唐突に燃料電池自動車が走行不能になって停止してしまう前に、運転者に異常発生を確実に認識させることができる。これにより、運転者に対し、異常発生による停止前に他の交通手段や歩行者のじゃまにならない例えば路側帯等へ避難させる等の緊急処置をとらせることができる。
【0047】
つまり、コントロールユニット13は、水素タンク圧力センサ20からの水素残圧信号およびバッテリ充電残量検出センサ21からのバッテリ充電残量信号から割り出される総駆動用エネルギーの残量が所定の第1閾値以下になると走行駆動用モータ15の駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行うことになるため、総駆動用エネルギーの残量がなくなるという異常発生を加減速による車体の揺れによって運転者に認識させることができる。
【0048】
さらに、コントロールユニット13は、総駆動用エネルギーの残量が第1閾値以下の状態で、総駆動用エネルギーの残量が少なくなるほど大きな振幅かつ高い周波数の脈動成分を加える補正を段階的に行うため、停止時期に近づいていることを段階的に認識させることができる。なお、総駆動用エネルギーの残量に応じて振幅および周波数の少なくともいずれか一方を変化させるようにすれば、停止時期に近づいていることを段階的に認識させることができる。
【0049】
以上においては、総駆動用エネルギーの残量が少なくなるという異常発生時に、走行駆動用モータ15の駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行う場合を例にとり説明したが、他の種々の異常発生時に走行駆動用モータ15の駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行うことができる。例えば、走行駆動用バッテリ16の充電残量とは無関係に、水素タンク12の水素の残量の異常のみで脈動成分を加える補正を行っても良い。
【0050】
また、以上においては、燃料電池自動車の場合を例にとり説明したが、走行駆動用バッテリの電力のみで走行駆動用モータを駆動して走行する電気自動車にも適用可能である。その場合は、走行駆動用バッテリの充電残量の異常発生時に走行駆動用モータの駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行うことになる。
【0051】
加えて、内燃機関および走行駆動用モータの駆動力を組み合わせたハイブリッド自動車にも適用可能である。その場合は、ガソリンの残量および走行駆動用バッテリの充電残量を合わせた総駆動用エネルギーの残量の異常発生時に走行駆動用モータの駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行ったり、単にガソリンの残量の異常発生時に走行駆動用モータの駆動トルクの指令値に脈動成分を加える補正を行ったりすることが可能である。
【0052】
また、上記実施形態では、異常時に電動モータ(走行駆動用モータ15)による駆動トルクを変化(電動モータへの指令値を変化)させて、車輪の駆動トルクを変化させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、この他に、車両を制動させるブレーキ装置(制動装置)を利用して、車輪に負のトルクを加えることで、車輪の駆動力を周期的に変化させてもよい。また、異常時に電動モータ(正トルク発生装置)とブレーキ装置(負トルク発生装置)の両方を制御することで、車輪の駆動トルクを変化させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の一実施形態に係る燃料電池自動車を概略的に示すシステムブロック図である。
【図2】同実施形態に係る燃料電池自動車の制御時のタイミングチャートである。
【図3】同実施形態に係る燃料電池自動車の制御マップを示す図表である。
【図4】同実施形態に係る燃料電池自動車の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【0054】
11…燃料電池スタック(燃料電池)、12…水素タンク(燃料ガス供給装置)、13…コントロールユニット(制御装置、異常検出部、車輪トルク設定部)、14…モータコントロールユニット(制御装置)、15…走行駆動用モータ(電動モータ)、20…水素タンク圧力センサ(残量検出部)、21…バッテリ充電残量検出センサ(残量検出部)





 

 


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