JP2002506340A - 燃料電池車のためのハイブリッド駆動装置 - Google Patents
燃料電池車のためのハイブリッド駆動装置Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、燃料電池、エネルギー蓄積装置、電動モーター及び電気補助負荷を有する電気自動車のためのハイブリッド駆動装置に関する。本発明は、電動モーター及び電気補助負荷を燃料電池またはエネルギー蓄積装置に選択的に接続するために、スイッチ装置を設けた2つの独立した回路を備え、そして燃料電池とエネルギー蓄積装置との間を切り替え可能に接続するラインを備えることを提案するものである。
Description
【0001】 本発明は、請求項1の前提部分に記載の、燃料電池とエネルギー蓄積装置を有
する電気自動車のハイブリッド駆動装置に関する。
する電気自動車のハイブリッド駆動装置に関する。
【0002】 US5,334,463A1には、燃料電池、バッテリー、電動モーター及び電
気補助負荷を有し、前記燃料電池とバッテリーが共通の回路により電動モーター
と電気補助負荷に並列に接続されたハイブリッド駆動装置が開示されている。充
分な電圧により、このバッテリーは燃料電池によって充電されることができる。
気補助負荷を有し、前記燃料電池とバッテリーが共通の回路により電動モーター
と電気補助負荷に並列に接続されたハイブリッド駆動装置が開示されている。充
分な電圧により、このバッテリーは燃料電池によって充電されることができる。
【0003】 このような唯一の回路を有する構造は、異なる電圧を有する2つの電流源を1
つの負荷に接続することができないので、2つの電圧源、すなわち燃料電池また
はバッテリーのいずれか大きいほうが最大駆動電力を決定するという欠点を有し
ている。このことは、全負荷時に、電動モーターが、燃料電池により、またはバ
ッテリーにより、これら2つの電圧源のうちより大きな電力を与える方に依存し
て、電力供給されることを意味する。
つの負荷に接続することができないので、2つの電圧源、すなわち燃料電池また
はバッテリーのいずれか大きいほうが最大駆動電力を決定するという欠点を有し
ている。このことは、全負荷時に、電動モーターが、燃料電池により、またはバ
ッテリーにより、これら2つの電圧源のうちより大きな電力を与える方に依存し
て、電力供給されることを意味する。
【0004】 本発明の目的は、改良された駆動電源を有する電気自動車のためのハイブリッ
ド駆動装置を提供することにある。
ド駆動装置を提供することにある。
【0005】 上記目的は、請求項1の特徴部分によって達成される。
【0006】 本発明によるハイブリッド駆動装置は、種々の制御状態を可能にすることがで
き、特に、最大駆動電力を改善することができるという利点を有する。第1具体
例において、補助負荷は、全負荷時に、エネルギー蓄積装置によって電力供給さ
れることができる。このことは、最大燃料電池電力が車両の駆動に利用され得る
ことを意味している。その他の全ての具体例において、電動モーターは、全負荷
時に、燃料電池及びエネルギー蓄積装置によって駆動されることができるが、こ
のことは、最大駆動電力が、燃料電池及びエネルギー蓄積装置の合計電力として
付与されることを意味している。
き、特に、最大駆動電力を改善することができるという利点を有する。第1具体
例において、補助負荷は、全負荷時に、エネルギー蓄積装置によって電力供給さ
れることができる。このことは、最大燃料電池電力が車両の駆動に利用され得る
ことを意味している。その他の全ての具体例において、電動モーターは、全負荷
時に、燃料電池及びエネルギー蓄積装置によって駆動されることができるが、こ
のことは、最大駆動電力が、燃料電池及びエネルギー蓄積装置の合計電力として
付与されることを意味している。
【0007】 さらに、制動モードにおいて、電気補助負荷は、燃料電池によって電力供給さ
れることができるが、このことは、エネルギー蓄積装置が、低制動力、すなわち
電気補助負荷の電力要求量より低い値によっても充電され得ることを意味してい
る。
れることができるが、このことは、エネルギー蓄積装置が、低制動力、すなわち
電気補助負荷の電力要求量より低い値によっても充電され得ることを意味してい
る。
【0008】 2つの回路間の接続ラインにおいてDC/DCコンバーターを使用することに
より、燃料電池の電圧または負荷状態とは無関係に、車両が停止しているときに
エネルギー蓄積装置を充電することも可能になる。さらに、エネルギー蓄積装置
は、燃料電池の電圧または負荷状態とは無関係に、車両が動いている間に充電及
び放電されることも可能である。それにもかかわらず、エネルギー蓄積装置が充
電されている場合または電動モーターがエネルギー蓄積装置によって駆動されて
いる場合にのみ、DC/DCコンバーターを介して不要な損失が生じる。燃料電
池は、DC/DCコンバーターを間に設けることなく電動モーターに接続されて
いるので、電動モーターが燃料電池によって駆動されているときには、そのよう
な損失は生じない。
より、燃料電池の電圧または負荷状態とは無関係に、車両が停止しているときに
エネルギー蓄積装置を充電することも可能になる。さらに、エネルギー蓄積装置
は、燃料電池の電圧または負荷状態とは無関係に、車両が動いている間に充電及
び放電されることも可能である。それにもかかわらず、エネルギー蓄積装置が充
電されている場合または電動モーターがエネルギー蓄積装置によって駆動されて
いる場合にのみ、DC/DCコンバーターを介して不要な損失が生じる。燃料電
池は、DC/DCコンバーターを間に設けることなく電動モーターに接続されて
いるので、電動モーターが燃料電池によって駆動されているときには、そのよう
な損失は生じない。
【0009】 本発明の有利な点及び改良点は、従属請求項及び本明細書の開示の中で明らか
とされる。以下、図面を参照しながら本発明をより詳しく説明する。
とされる。以下、図面を参照しながら本発明をより詳しく説明する。
【0010】 図1に示す駆動装置は、燃料電池1、エネルギー蓄積装置2、電動モーター3
、及び全体が4で示される電気補助負荷を有している。燃料電池1は、任意の燃
料の化学転化反応によって電気エネルギーを生じさせる、いずれの所望の装置で
あってもよい。例えばプロトン交換膜を有する燃料電池のように、車両に利用さ
れるこのような燃料電池は、当業者には既知であるので、これ以上の詳しい説明
は行わない。
、及び全体が4で示される電気補助負荷を有している。燃料電池1は、任意の燃
料の化学転化反応によって電気エネルギーを生じさせる、いずれの所望の装置で
あってもよい。例えばプロトン交換膜を有する燃料電池のように、車両に利用さ
れるこのような燃料電池は、当業者には既知であるので、これ以上の詳しい説明
は行わない。
【0011】 エネルギー蓄積装置2は、電気エネルギーを蓄積するためのバッテリーである
ことが好ましい。しかしながら、例えば、蓄電器やはずみ車式蓄積装置のような
その他のエネルギー蓄積装置も使用することができる。例えば、非同期モーター
または反作用モーターのような、いずれの所望の電気モーターも電動モーター3
として使用することができる。好ましくは、電動モーター3は、発電機として作
用することができるものでなければならない。電気補助負荷4という語句は、車
両の駆動には直接使用されない車両電源を包含する、全ての電気負荷を含むもの
である。
ことが好ましい。しかしながら、例えば、蓄電器やはずみ車式蓄積装置のような
その他のエネルギー蓄積装置も使用することができる。例えば、非同期モーター
または反作用モーターのような、いずれの所望の電気モーターも電動モーター3
として使用することができる。好ましくは、電動モーター3は、発電機として作
用することができるものでなければならない。電気補助負荷4という語句は、車
両の駆動には直接使用されない車両電源を包含する、全ての電気負荷を含むもの
である。
【0012】 電気負荷3、4に電力を供給するために、2つの別個の回路5a、5bが設け
られている。第1回路5aは、燃料電池1と電動モーター3の間でスイッチ装置
S6を有するライン7と、燃料電池1とスイッチ装置S6の間でライン7から分
岐しているライン8とを有している。第2回路5bは、さらにライン10を有し
ており、ライン10は、スイッチ装置S9を有し、エネルギー蓄積装置2に接続
されている。ライン8、10は、切替装置S11によって、電気補助負荷4に選
択的に接続されることができる。さらに、第2回路5bはライン13を有してお
り、ライン13は、その他のスイッチ装置S12を有し、スイッチ装置S9と切
替装置S11の間でライン10から分岐しており、第2回路5bを、スイッチ装
置S6と電動モーター3の間で第1回路5aに接続している。
られている。第1回路5aは、燃料電池1と電動モーター3の間でスイッチ装置
S6を有するライン7と、燃料電池1とスイッチ装置S6の間でライン7から分
岐しているライン8とを有している。第2回路5bは、さらにライン10を有し
ており、ライン10は、スイッチ装置S9を有し、エネルギー蓄積装置2に接続
されている。ライン8、10は、切替装置S11によって、電気補助負荷4に選
択的に接続されることができる。さらに、第2回路5bはライン13を有してお
り、ライン13は、その他のスイッチ装置S12を有し、スイッチ装置S9と切
替装置S11の間でライン10から分岐しており、第2回路5bを、スイッチ装
置S6と電動モーター3の間で第1回路5aに接続している。
【0013】 スイッチ装置S6、S9、S11、S12を制御するために、入力データとし
ての車両の作動状態に関する多数の情報項目を受容する制御装置14が追加的に
設けられている。そのような情報は、例えば、燃料電池1の電圧または負荷状態
、電動モーター3の速度、電気補助負荷4のエネルギー要求量、エネルギー蓄積
装置2の電圧もしくは充電状態、制動作動を検出する信号、または燃料電池もし
くはエネルギー蓄積装置の温度に関するものである。制御装置14は、車両の作
動状態を確認するために、この情報及び可能であればその他の情報を使用する。
図1に示すハイブリッド駆動装置のためのスイッチ位置に関する可能な作動状態
の選択(FC=燃料電池1、AL=補助負荷4、store=エネルギー蓄積装
置2)を表1に示す。
ての車両の作動状態に関する多数の情報項目を受容する制御装置14が追加的に
設けられている。そのような情報は、例えば、燃料電池1の電圧または負荷状態
、電動モーター3の速度、電気補助負荷4のエネルギー要求量、エネルギー蓄積
装置2の電圧もしくは充電状態、制動作動を検出する信号、または燃料電池もし
くはエネルギー蓄積装置の温度に関するものである。制御装置14は、車両の作
動状態を確認するために、この情報及び可能であればその他の情報を使用する。
図1に示すハイブリッド駆動装置のためのスイッチ位置に関する可能な作動状態
の選択(FC=燃料電池1、AL=補助負荷4、store=エネルギー蓄積装
置2)を表1に示す。
【0014】 駆動モードにおいて、低及び中負荷状態における電動モーター3及び電気補助
負荷4が第1回路5aによって燃料電池1に接続される3つの状態を区別するこ
とが可能である。この場合(状態参照)、スイッチ装置S6が閉じ、電気補助 負荷4は、切替装置S11とライン8によって燃料電池1に接続されている。ス
イッチ装置S12は開いており、そのことは、電動モーター3、燃料電池1及び
電気補助負荷4がエネルギー蓄積装置2から分離されていることを意味している
。スイッチ装置S9の位置は任意である。スイッチ装置S9は、臨界的作動状態
においてエネルギー蓄積装置2を電力供給から分離させるために、分離スイッチ
として追加的に使用することができる。
負荷4が第1回路5aによって燃料電池1に接続される3つの状態を区別するこ
とが可能である。この場合(状態参照)、スイッチ装置S6が閉じ、電気補助 負荷4は、切替装置S11とライン8によって燃料電池1に接続されている。ス
イッチ装置S12は開いており、そのことは、電動モーター3、燃料電池1及び
電気補助負荷4がエネルギー蓄積装置2から分離されていることを意味している
。スイッチ装置S9の位置は任意である。スイッチ装置S9は、臨界的作動状態
においてエネルギー蓄積装置2を電力供給から分離させるために、分離スイッチ
として追加的に使用することができる。
【0015】
【表1】
【0016】 全負荷時(状態参照)、スイッチ装置S6は同様に閉じ、そのことは、燃料 電池1がライン7によって電動モーター3に接続されることを意味している。第
1の場合とは対照的に、電気補助負荷4はライン8によって燃料電池1に接続さ
れないが、切替装置S11、ライン10及び閉じられたスイッチ装置S9によっ
てエネルギー蓄積装置2に接続される。スイッチ装置S12は開いており、その
ことは、回路5a、5bが互いに分離されていることを意味している。この状態
は、燃料電池1が電気補助負荷4によって負荷されないという利点を有する。そ
の代わり、全燃料電池電力が電動モーター3に利用可能である。電気補助負荷4
の電力供給は、エネルギー蓄積装置2によって行われる。従って、この配列にお
いて、与えられた燃料電池電力についての最大駆動電力は、電気補助負荷4の必
要とされない電力によって増大される。
1の場合とは対照的に、電気補助負荷4はライン8によって燃料電池1に接続さ
れないが、切替装置S11、ライン10及び閉じられたスイッチ装置S9によっ
てエネルギー蓄積装置2に接続される。スイッチ装置S12は開いており、その
ことは、回路5a、5bが互いに分離されていることを意味している。この状態
は、燃料電池1が電気補助負荷4によって負荷されないという利点を有する。そ
の代わり、全燃料電池電力が電動モーター3に利用可能である。電気補助負荷4
の電力供給は、エネルギー蓄積装置2によって行われる。従って、この配列にお
いて、与えられた燃料電池電力についての最大駆動電力は、電気補助負荷4の必
要とされない電力によって増大される。
【0017】 その他の可能な駆動状態、例えば、車両がスタートするとき、または負荷が非
常に低いときは、状態を示す。この状態において、電動モーター3及び電気補 助負荷4の両者は、エネルギー蓄積装置2によって電圧を与えられる。状態の 場合とは対照的に、この場合においてはスイッチ装置S6のみが開かれ、スイッ
チ装置S12は閉じている。この状態は、燃料電池1が、まだ作動されていない
とき、または、効率向上のために停止されるときに有効である。
常に低いときは、状態を示す。この状態において、電動モーター3及び電気補 助負荷4の両者は、エネルギー蓄積装置2によって電圧を与えられる。状態の 場合とは対照的に、この場合においてはスイッチ装置S6のみが開かれ、スイッ
チ装置S12は閉じている。この状態は、燃料電池1が、まだ作動されていない
とき、または、効率向上のために停止されるときに有効である。
【0018】 制動モードにおいては、4つの作動状態を区別することができる。制動モード
においてエネルギーを取り戻すことができるように、電動モーター3は発電機と
して作動され得るものでなければならない。しかしながら、本明細書において以
下、電動モーター/発電機装置は、常に、電動モーター3としてのみ言及する。
状態において、電気補助負荷4は、切替装置S11によって燃料電池1に接続 される。スイッチ装置S6及びS12は開き、スイッチ装置S9の位置は任意で
ある。状態において、制動エネルギーは利用されない。低制動力、すなわち電 気補助負荷4の電力要求量未満にもかかわらずエネルギー蓄積装置2を充電する
ために、状態に変更することが可能である。この目的のために、スイッチ装置 S9及びS12は閉じられ、このことは、電気補助負荷4がいまだ燃料電池1に
接続されているが、電動モーター3は第2回路5bによってエネルギー蓄積装置
2に追加的に接続されることを意味している。
においてエネルギーを取り戻すことができるように、電動モーター3は発電機と
して作動され得るものでなければならない。しかしながら、本明細書において以
下、電動モーター/発電機装置は、常に、電動モーター3としてのみ言及する。
状態において、電気補助負荷4は、切替装置S11によって燃料電池1に接続 される。スイッチ装置S6及びS12は開き、スイッチ装置S9の位置は任意で
ある。状態において、制動エネルギーは利用されない。低制動力、すなわち電 気補助負荷4の電力要求量未満にもかかわらずエネルギー蓄積装置2を充電する
ために、状態に変更することが可能である。この目的のために、スイッチ装置 S9及びS12は閉じられ、このことは、電気補助負荷4がいまだ燃料電池1に
接続されているが、電動モーター3は第2回路5bによってエネルギー蓄積装置
2に追加的に接続されることを意味している。
【0019】 状態において、好ましくは激しい制動作動の間、エネルギー蓄積装置2は、 スイッチ装置S9とS12が閉じられている時、第2回路5bを介して電動モー
ター3により充電されることができる。同時に、電気補助負荷4は、切替装置S
11によって、電動モーター3またはエネルギー蓄積装置2に接続される。スイ
ッチ装置S6は開いており、そのことは、燃料装置1が第2回路5bから完全に
切り離されていることを意味している。状態において、スイッチ装置S6及び S9は最終的に開かれるが、そのことは、燃料電池1とエネルギー蓄積装置2が
電源から切り離されていることを意味している。電気補助負荷4は、切替装置S
11及びスイッチ装置S12によって、電動モーター3に直接接続される。
ター3により充電されることができる。同時に、電気補助負荷4は、切替装置S
11によって、電動モーター3またはエネルギー蓄積装置2に接続される。スイ
ッチ装置S6は開いており、そのことは、燃料装置1が第2回路5bから完全に
切り離されていることを意味している。状態において、スイッチ装置S6及び S9は最終的に開かれるが、そのことは、燃料電池1とエネルギー蓄積装置2が
電源から切り離されていることを意味している。電気補助負荷4は、切替装置S
11及びスイッチ装置S12によって、電動モーター3に直接接続される。
【0020】 車両が停止状態にあるときには、電気補助負荷4は、最終的に、燃料電池1に
接続されるか(状態)、またはエネルギー蓄積装置2に接続される(状態) ことができる。状態において、燃料電池1は切替装置S11及びライン8によ って、電気補助負荷4に接続される。スイッチ装置S6及びS12は開いており
、スイッチ装置S9の位置は任意である。燃料電池1が、車両が停止していると
きに切り離されるようになっている場合は、電気補助負荷4は、切替装置S11
、ライン10及びスイッチ装置S9によってエネルギー蓄積装置2に接続される
(状態)。燃料電池1及び電動モーター3は作動状態にないので、スイッチ装 置S6及びS12は開いていることが好ましい。
接続されるか(状態)、またはエネルギー蓄積装置2に接続される(状態) ことができる。状態において、燃料電池1は切替装置S11及びライン8によ って、電気補助負荷4に接続される。スイッチ装置S6及びS12は開いており
、スイッチ装置S9の位置は任意である。燃料電池1が、車両が停止していると
きに切り離されるようになっている場合は、電気補助負荷4は、切替装置S11
、ライン10及びスイッチ装置S9によってエネルギー蓄積装置2に接続される
(状態)。燃料電池1及び電動モーター3は作動状態にないので、スイッチ装 置S6及びS12は開いていることが好ましい。
【0021】 本明細書の開示が示すように、2つの別個の回路5a、5bを有する配列は、
異なる電圧基準を有する2つの別個の回路5a、5bが同時に作動されることを
可能にする適当なスイッチ位置により、種々のスイッチ状態を生じさせることが
できる。この配列において、燃料電池1は、それぞれの場合において、電動モー
ター3及び/または電気補助負荷4に接続されることができる。同じことがエネ
ルギー蓄積装置2にも当てはまる。さらに、燃料電池1及びエネルギー蓄積装置
2は、例えば充電操作のために、互いに接続されることができる。
異なる電圧基準を有する2つの別個の回路5a、5bが同時に作動されることを
可能にする適当なスイッチ位置により、種々のスイッチ状態を生じさせることが
できる。この配列において、燃料電池1は、それぞれの場合において、電動モー
ター3及び/または電気補助負荷4に接続されることができる。同じことがエネ
ルギー蓄積装置2にも当てはまる。さらに、燃料電池1及びエネルギー蓄積装置
2は、例えば充電操作のために、互いに接続されることができる。
【0022】 図2は、図1に示されるハイブリッド駆動装置の変形例を示すが、同じ部品は
同じ参照符号で示している。図1と比べて、DC/DCコンバーター15がライ
ン13上に追加的に設けられている。このようなDC/DCコンバーター15の
使用は、2つの回路5a、5bの電圧がDC/DCコンバーター15によって互
いに調整され得るので、燃料電池1の電圧及び負荷状態とは無関係に、エネルギ
ー蓄積装置2を充電したり放電したりすることができる(状態aまたはa、 下記参照)という利点を有する。従って、車両が停止状態にあるときは、エネル
ギー蓄積装置2を、燃料電池1を介して充電することも可能である(状態a、 下記参照)。
同じ参照符号で示している。図1と比べて、DC/DCコンバーター15がライ
ン13上に追加的に設けられている。このようなDC/DCコンバーター15の
使用は、2つの回路5a、5bの電圧がDC/DCコンバーター15によって互
いに調整され得るので、燃料電池1の電圧及び負荷状態とは無関係に、エネルギ
ー蓄積装置2を充電したり放電したりすることができる(状態aまたはa、 下記参照)という利点を有する。従って、車両が停止状態にあるときは、エネル
ギー蓄積装置2を、燃料電池1を介して充電することも可能である(状態a、 下記参照)。
【0023】
【表2】
【0024】 DC/DCコンバーター15の使用は本来効率の損失を意味している。しかし
ながら、DC/DCコンバーター15は燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2の
間に配置されるが、燃料電池1と電動モーター3の間には配置されないので、こ
れらのコンバーターの損失は、エネルギー蓄積装置2が充電されているときにの
み生じ、燃料電池1により駆動されているときには生じない。しかしながら、こ
の配列の重要な利点は、いずれの負荷状態においても、各負荷が、物理的限界内
において互いに独立に、燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2によって調整され
得ることにある。さらに、全負荷時において、最大駆動電力は、燃料電池1及び
エネルギー蓄積装置2の電力の合計から算出される。この状態aにおいて、ス イッチ装置S6、S9及びS12は閉じられ、それは、燃料電池1及びエネルギ
ー蓄積装置2の両者が電動モーター3に接続されることを意味している。切替装
置S11の位置は任意である。DC/DCコンバーター15の使用により、第2
回路5bの電圧は第1回路5aの電圧に合わされるが、それは、燃料電池1とエ
ネルギー蓄積装置2の異なる電圧基準が問題を呈さないことを意味している。
ながら、DC/DCコンバーター15は燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2の
間に配置されるが、燃料電池1と電動モーター3の間には配置されないので、こ
れらのコンバーターの損失は、エネルギー蓄積装置2が充電されているときにの
み生じ、燃料電池1により駆動されているときには生じない。しかしながら、こ
の配列の重要な利点は、いずれの負荷状態においても、各負荷が、物理的限界内
において互いに独立に、燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2によって調整され
得ることにある。さらに、全負荷時において、最大駆動電力は、燃料電池1及び
エネルギー蓄積装置2の電力の合計から算出される。この状態aにおいて、ス イッチ装置S6、S9及びS12は閉じられ、それは、燃料電池1及びエネルギ
ー蓄積装置2の両者が電動モーター3に接続されることを意味している。切替装
置S11の位置は任意である。DC/DCコンバーター15の使用により、第2
回路5bの電圧は第1回路5aの電圧に合わされるが、それは、燃料電池1とエ
ネルギー蓄積装置2の異なる電圧基準が問題を呈さないことを意味している。
【0025】 状態aにおいて、スイッチ装置S6、S9及びS12は同様に閉じているが 、このことは電動モーター3及びエネルギー蓄積装置2の両者が燃料電池1に接
続されていることを意味している。切替装置S11の位置もまた任意である。し
かしながら、DC/DCコンバーター15は、このとき、電流がエネルギー蓄積
装置2から電動モーター3へではなく、燃料電池1からエネルギー蓄積装置2へ
流れるように作動される。さらに、これらのスイッチ位置は、車両が停止状態の
ときは状態aにまさに対応している。スイッチ装置S12はこの配列において は全く不要であり、適当な場合には省略することさえできる。
続されていることを意味している。切替装置S11の位置もまた任意である。し
かしながら、DC/DCコンバーター15は、このとき、電流がエネルギー蓄積
装置2から電動モーター3へではなく、燃料電池1からエネルギー蓄積装置2へ
流れるように作動される。さらに、これらのスイッチ位置は、車両が停止状態の
ときは状態aにまさに対応している。スイッチ装置S12はこの配列において は全く不要であり、適当な場合には省略することさえできる。
【0026】 図3は、ハイブリッド駆動装置のその他の具体例を示しており、同じ部品は同
じ参照記号で示されている。
じ参照記号で示されている。
【0027】 この具体例において、車両駆動装置は、2つの電動モーター3、3’を有して
いる。この図において、これらは共通の駆動軸17上に配置されており、適当な
場合には、共通のハウジング内で一体化されることもできる。しかしながら、そ
れぞれ別個の駆動軸17を備える2つまたはそれ以上の電動モーター3、3’を
設けることもできる。これとは無関係に、同じかまたは異なる電気的装置、例え
ば、反作用モーターまたは非同期モーターを組み合わせることができる。電動モ
ーター3、3’は負荷依存ベースで制御される。低モーメントの場合、好ましく
は最大モーメントの50%までの場合には、駆動は電動モーター3、3’のうち
1つだけを使用して行われる。他方の電動モーター3、3’はそれぞれ、負荷な
しで同時に一定に作動する。より高いモーメントの場合は、電動モーター3、3
’の両者が用いられ、モーメントは、例えば制御装置14によって、2つの電動
モーター3、3’に分配されることができる。
いる。この図において、これらは共通の駆動軸17上に配置されており、適当な
場合には、共通のハウジング内で一体化されることもできる。しかしながら、そ
れぞれ別個の駆動軸17を備える2つまたはそれ以上の電動モーター3、3’を
設けることもできる。これとは無関係に、同じかまたは異なる電気的装置、例え
ば、反作用モーターまたは非同期モーターを組み合わせることができる。電動モ
ーター3、3’は負荷依存ベースで制御される。低モーメントの場合、好ましく
は最大モーメントの50%までの場合には、駆動は電動モーター3、3’のうち
1つだけを使用して行われる。他方の電動モーター3、3’はそれぞれ、負荷な
しで同時に一定に作動する。より高いモーメントの場合は、電動モーター3、3
’の両者が用いられ、モーメントは、例えば制御装置14によって、2つの電動
モーター3、3’に分配されることができる。
【0028】
【表3】
【0029】 図1及び図2とは異なり、スイッチ装置S12は、オン/オフスイッチの形態
ではなく、切替装置の形態をしている。さらに、その他のライン16が切替装置
S12と第2電動モーター3’の間に設けられている。第2電動モーター3’は
、切替装置S12によって、エネルギー蓄積装置2または燃料電池1に選択的に
接続されることができる。このことは、全負荷時に、第1電動モーター3が燃料
電池1に接続されることができ、一方、第2電動モーター3’がエネルギー蓄積
装置2に接続されることができることを意味している。したがって、利用可能な
最大駆動電力は、燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2の合計電力である。しか
しながら、図2とは対照的に、この場合において、エネルギー蓄積装置2が充電
されるとき、コンバーターの損失を引き受ける必要がない。この場合(状態a )、車両が動いている間、第1電動モーター3は燃料電池1を用いて駆動され、
一方、第2電動モーター3’はエネルギー蓄積装置2を発電機モードで充電する
。しかしながら、駆動系に結合を有しないこの配列は、車両が停止状態にあると
きは、エネルギー蓄積装置2を充電するために用いることができない(表2中の
状態a)。
ではなく、切替装置の形態をしている。さらに、その他のライン16が切替装置
S12と第2電動モーター3’の間に設けられている。第2電動モーター3’は
、切替装置S12によって、エネルギー蓄積装置2または燃料電池1に選択的に
接続されることができる。このことは、全負荷時に、第1電動モーター3が燃料
電池1に接続されることができ、一方、第2電動モーター3’がエネルギー蓄積
装置2に接続されることができることを意味している。したがって、利用可能な
最大駆動電力は、燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2の合計電力である。しか
しながら、図2とは対照的に、この場合において、エネルギー蓄積装置2が充電
されるとき、コンバーターの損失を引き受ける必要がない。この場合(状態a )、車両が動いている間、第1電動モーター3は燃料電池1を用いて駆動され、
一方、第2電動モーター3’はエネルギー蓄積装置2を発電機モードで充電する
。しかしながら、駆動系に結合を有しないこの配列は、車両が停止状態にあると
きは、エネルギー蓄積装置2を充電するために用いることができない(表2中の
状態a)。
【0030】 図4は、DC/DCコンバーターを有するハイブリッド駆動装置のその他の具
体例を示すものであり、同じ部品は同じ参照記号により示している。燃料電池1
は再びスイッチ装置S6が備えられたライン7によって電動モーター3に接続さ
れている。さらに、エネルギー蓄積装置2は、スイッチ装置S9が備えられたラ
イン10によって電気補助負荷4に接続されている。さらに、2つのライン8、
13は、スイッチ装置S9と電気補助負荷4の間でライン10から分岐しており
、前記ライン8、13は、切替装置S11によって、スイッチ装置S6と電動モ
ーター3の間でライン7に選択的に接続されることができる。DC/DCコンバ
ーター15は追加的にライン13上に設けられている。
体例を示すものであり、同じ部品は同じ参照記号により示している。燃料電池1
は再びスイッチ装置S6が備えられたライン7によって電動モーター3に接続さ
れている。さらに、エネルギー蓄積装置2は、スイッチ装置S9が備えられたラ
イン10によって電気補助負荷4に接続されている。さらに、2つのライン8、
13は、スイッチ装置S9と電気補助負荷4の間でライン10から分岐しており
、前記ライン8、13は、切替装置S11によって、スイッチ装置S6と電動モ
ーター3の間でライン7に選択的に接続されることができる。DC/DCコンバ
ーター15は追加的にライン13上に設けられている。
【0031】
【表4】
【0032】 駆動モードにおいて、複数のスイッチ状態が再び与えられる。状態において 、スイッチ装置S9は開いており、それは、エネルギー蓄積装置が回路5a、5
bから切り離されていることを意味している。スイッチ装置S6は閉じており、
それは、電動モーター3が燃料電池1を用いて駆動されることを意味している。
電気補助負荷4は、また燃料電池1によって電力供給されるが、このとき、切替
装置S11は位置0であること、すなわちDC/DCコンバーター15が間に入
らないことが好ましい。このことにより、コンバーターの不要な損失を避けるこ
とができる。
bから切り離されていることを意味している。スイッチ装置S6は閉じており、
それは、電動モーター3が燃料電池1を用いて駆動されることを意味している。
電気補助負荷4は、また燃料電池1によって電力供給されるが、このとき、切替
装置S11は位置0であること、すなわちDC/DCコンバーター15が間に入
らないことが好ましい。このことにより、コンバーターの不要な損失を避けるこ
とができる。
【0033】 状態において、スイッチ装置S6は開いており、そのことは、燃料電池1が 回路5a、5bから切り離されていることを意味している。スイッチ装置S9は
閉じており、そのことは、電動モーター3がエネルギー蓄積装置2を使用して駆
動されることを意味している。電気補助負荷4はまたエネルギー蓄積装置2から
電力供給される。切替装置S11は位置1であることが好ましく、そのことは、
DC/DCコンバーター15を、エネルギー蓄積装置2の電圧とは無関係に、電
動モーター3に必要な電圧を設定するために使用することができることを意味し
ている。その他の駆動状態、a、aにおいて、スイッチ装置S6及びS9 は各場合において閉じており、そのことは、燃料電池1とエネルギー蓄積装置2
が回路5a、5bに接続されていることを意味している。切替装置S11は位置
1であり、そのことは、2つの回路5a、5bがライン13とその上に配置され
ているDC/DCコンバーター15によって接続されていることを意味している
。その他の具体例におけるように、好ましくは制御装置14により実施されるD
C/DCコンバーター15の制御は、車両が動いているときにエネルギー蓄積装
置2が燃料電池1により充電されるか(状態a)、電動モーター3または電気 補助負荷4が燃料電池1またはエネルギー蓄積装置2によって電力供給されるか
(状態)、または、全負荷時に、電動モーター3が燃料電池1及びエネルギー 蓄積装置2によって電力供給されるか(状態a)を決定し、そのため、最大駆 動電力が燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2のエネルギー量の合計によって再
び決定される。さらに、DC/DCコンバーター15は、車両が燃料電池1の電
圧または負荷状態とは無関係に動いているとき、エネルギー蓄積装置2が充電/
放電されることを可能にする。
閉じており、そのことは、電動モーター3がエネルギー蓄積装置2を使用して駆
動されることを意味している。電気補助負荷4はまたエネルギー蓄積装置2から
電力供給される。切替装置S11は位置1であることが好ましく、そのことは、
DC/DCコンバーター15を、エネルギー蓄積装置2の電圧とは無関係に、電
動モーター3に必要な電圧を設定するために使用することができることを意味し
ている。その他の駆動状態、a、aにおいて、スイッチ装置S6及びS9 は各場合において閉じており、そのことは、燃料電池1とエネルギー蓄積装置2
が回路5a、5bに接続されていることを意味している。切替装置S11は位置
1であり、そのことは、2つの回路5a、5bがライン13とその上に配置され
ているDC/DCコンバーター15によって接続されていることを意味している
。その他の具体例におけるように、好ましくは制御装置14により実施されるD
C/DCコンバーター15の制御は、車両が動いているときにエネルギー蓄積装
置2が燃料電池1により充電されるか(状態a)、電動モーター3または電気 補助負荷4が燃料電池1またはエネルギー蓄積装置2によって電力供給されるか
(状態)、または、全負荷時に、電動モーター3が燃料電池1及びエネルギー 蓄積装置2によって電力供給されるか(状態a)を決定し、そのため、最大駆 動電力が燃料電池1及びエネルギー蓄積装置2のエネルギー量の合計によって再
び決定される。さらに、DC/DCコンバーター15は、車両が燃料電池1の電
圧または負荷状態とは無関係に動いているとき、エネルギー蓄積装置2が充電/
放電されることを可能にする。
【0034】 制動中、電気補助負荷4は燃料電池1によって電力供給されることができるが
(状態)、この場合、スイッチ装置S6はそのとき閉じ、スイッチ装置S9は 開く。切替装置S11は位置0にあり、このことはDC/DCコンバーター15
が切り離されていることを意味している。加えて、エネルギー蓄積装置が充電さ
れる場合には(状態)、切替装置S11は位置1に切り替えられ、スイッチ装 置S9は閉じる。間に配置されたDC/DCコンバーター15は、電圧を充電操
作に必要なレベルに設定することを可能にする。
(状態)、この場合、スイッチ装置S6はそのとき閉じ、スイッチ装置S9は 開く。切替装置S11は位置0にあり、このことはDC/DCコンバーター15
が切り離されていることを意味している。加えて、エネルギー蓄積装置が充電さ
れる場合には(状態)、切替装置S11は位置1に切り替えられ、スイッチ装 置S9は閉じる。間に配置されたDC/DCコンバーター15は、電圧を充電操
作に必要なレベルに設定することを可能にする。
【0035】 スイッチ装置S6を開くことにより、燃料電池1は切り離されることができる
。同時に、スイッチ装置S9はそのとき閉じられ、切替装置S11は位置0に切
り替えられるが、このことはDC/DCコンバーター15が切り離されることを
意味している。この状態において、電気補助負荷4はエネルギー蓄積装置2に より電力供給される。同時に、エネルギー蓄積装置2はコンバーターの損失なし
に充電されることができる。状態において、スイッチ装置S6及びS9は最終 的に開き、そのことは、燃料電池1とエネルギー蓄積装置2の両者が回路5a、
5bから切り離されることを意味している。切替装置S11は位置0にあり、そ
のことは、電気補助負荷4が、DC/DCコンバーター15の介在なしに、電動
モーター3から直接電流を供給されることを意味している。
。同時に、スイッチ装置S9はそのとき閉じられ、切替装置S11は位置0に切
り替えられるが、このことはDC/DCコンバーター15が切り離されることを
意味している。この状態において、電気補助負荷4はエネルギー蓄積装置2に より電力供給される。同時に、エネルギー蓄積装置2はコンバーターの損失なし
に充電されることができる。状態において、スイッチ装置S6及びS9は最終 的に開き、そのことは、燃料電池1とエネルギー蓄積装置2の両者が回路5a、
5bから切り離されることを意味している。切替装置S11は位置0にあり、そ
のことは、電気補助負荷4が、DC/DCコンバーター15の介在なしに、電動
モーター3から直接電流を供給されることを意味している。
【0036】 車両が停止しているときには、電気補助負荷4は、燃料電池1(状態)また はエネルギー蓄積装置2(状態)のいずれかによって電力供給されることがで き、この場合、スイッチ装置S6(状態))またはスイッチ装置S9(状態 )のいずれかが閉じられる。切替装置S11は再び位置が0となり、そのことは
、DC/DCコンバーター15が切り離されることを意味している。車両が停止
しているときにエネルギー蓄積装置2が追加的に充電されるようになっていると
きは(状態a)、スイッチ装置S6、S9は閉じ、切替装置S11が追加的に 位置1に切り替えられる。このことはエネルギー蓄積装置2がDC/DCコンバ
ーター15によって燃料電池1に再び接続されることを意味しており、DC/D
Cコンバーター15の制御は、電圧を充電操作に必要とされるレベルに設定する
ことを可能にする。
、DC/DCコンバーター15が切り離されることを意味している。車両が停止
しているときにエネルギー蓄積装置2が追加的に充電されるようになっていると
きは(状態a)、スイッチ装置S6、S9は閉じ、切替装置S11が追加的に 位置1に切り替えられる。このことはエネルギー蓄積装置2がDC/DCコンバ
ーター15によって燃料電池1に再び接続されることを意味しており、DC/D
Cコンバーター15の制御は、電圧を充電操作に必要とされるレベルに設定する
ことを可能にする。
【0037】 具体例及び表を使用して説明したスイッチ状態は、決定的なリストを示すもの
ではない。その他のスイッチ状態も可能である。
ではない。その他のスイッチ状態も可能である。
【図1】 2つの回路を有するハイブリッド駆動装置の基本構造を示す。
【図2】 燃料電池及びエネルギー蓄積装置の間にDC/DCコンバーターを有する、図
1のハイブリッド駆動装置を示す。
1のハイブリッド駆動装置を示す。
【図3】 第2電動モーターを有する、図1のハイブリッド駆動装置を示す。
【図4】 DC/DCコンバーターを有する、その他のハイブリッド駆動装置の基本構造
を示す。
を示す。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成11年11月15日(1999.11.15)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】 このような唯一の回路を有する構造は、異なる電圧を有す
る2つの電流源を1つの負荷に接続することができないので、2つの電圧源、す
なわち燃料電池またはバッテリーのいずれか大きいほうが最大駆動電力を決定す
るという欠点を有している。このことは、全負荷時に、電動モーターが、燃料電
池により、またはバッテリーにより、これら2つの電圧源のうちより大きな電力
を与える方に依存して、電力供給されることを意味する。 加えて、US5,519,312A1には、コンバーターにより電気負荷に接続
される燃料電池及び超伝導磁石蓄積装置(SMES)を有するハイブリッド装置
が開示されている。適当なスイッチ及び制御装置が、燃料電池をSMES蓄積装
置に接続するために、そして、燃料電池及び/またはSMES蓄積装置を電気負
荷に接続するために用いられ得る。 燃料電池及びそれと並列接続された2つのバッテリーを有する他のハイブリッ
ド装置が、EP0136187A2に開示されている。適当なスイッチが、燃料
電池及びバッテリーを回路から分離、及び回路に接続するために用いられ得る。 最後に、US5,166,584A1には、バッテリー及び電気発電機を有する
ハイブリッド装置を備えた電気自動車が開示されており、そこでは、過負荷モー
ドにおいて、トラクション駆動のための充分な電流供給を確保するために、補助
負荷のための電流供給が減ぜられる。
る2つの電流源を1つの負荷に接続することができないので、2つの電圧源、す
なわち燃料電池またはバッテリーのいずれか大きいほうが最大駆動電力を決定す
るという欠点を有している。このことは、全負荷時に、電動モーターが、燃料電
池により、またはバッテリーにより、これら2つの電圧源のうちより大きな電力
を与える方に依存して、電力供給されることを意味する。 加えて、US5,519,312A1には、コンバーターにより電気負荷に接続
される燃料電池及び超伝導磁石蓄積装置(SMES)を有するハイブリッド装置
が開示されている。適当なスイッチ及び制御装置が、燃料電池をSMES蓄積装
置に接続するために、そして、燃料電池及び/またはSMES蓄積装置を電気負
荷に接続するために用いられ得る。 燃料電池及びそれと並列接続された2つのバッテリーを有する他のハイブリッ
ド装置が、EP0136187A2に開示されている。適当なスイッチが、燃料
電池及びバッテリーを回路から分離、及び回路に接続するために用いられ得る。 最後に、US5,166,584A1には、バッテリー及び電気発電機を有する
ハイブリッド装置を備えた電気自動車が開示されており、そこでは、過負荷モー
ドにおいて、トラクション駆動のための充分な電流供給を確保するために、補助
負荷のための電流供給が減ぜられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Epplestrasse 225 Stu ttgart Germany Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 DD03 MM26 5H115 PA11 PC06 PG04 PI18 PI22 PO01 PU01 PV02 QE01 QE05 QE10 QI03 RE01 SE04 SE06 SJ11 TI01 TI05 TO13 TR19 TU04 TU07
Claims (8)
- 【請求項1】 燃料電池、エネルギー蓄積装置、電動モーター、電気補助負
荷、及び前記電動モーターと前記電気補助負荷に電気エネルギーを供給する回路
を有する電気自動車のためのハイブリッド駆動装置であって、 2つの独立した回路(5a、5b)が設けられていて、 第1回路(5a)は、燃料電池(1)、電動モーター(3)及び電気補助負荷
(4)を有しており、電動モーター(3)及び/または電気補助負荷(4)は、
各スイッチ装置(S6、S11)によって燃料電池(1)に接続されることがで
き、 第2回路(5b)は、エネルギー蓄積装置(2)、電動モーター(3)及び電
気補助負荷(4)を有しており、電動モーター(3)及び/または電気補助負荷
(4)は、各スイッチ装置(S12、S11)によってエネルギー蓄積装置(2
)に接続されることができ、 切り替え可能な接続ライン(13)が、燃料電池(1)とエネルギー蓄積装置
(2)の間に設けられており、 そして、装置(14)が、作動パラメーターの関数として、スイッチ装置(S
6、S11、S12)を制御するために設けられていること を特徴とする前記装置。 - 【請求項2】 第1回路(5a)が、燃料電池(1)と電動モーター(3)
の間、及び燃料電池(1)と電気補助負荷(4)の間にそれぞれ設けられる、2
つのライン(7、8)を有しており、スイッチ装置(S6)がライン(7)上に
設けられており、ライン(8)が、燃料電池(1)とスイッチ装置(S6)の間
でライン(7)から分岐しており、第2回路(5b)が、エネルギー蓄積装置(
2)と電気補助負荷(4)の間、及びエネルギー蓄積装置(2)と電動モーター
(3)の間にそれぞれ設けられる、さらに2つのライン(10、13)を有して
おり、スイッチ装置(S9)がライン(10)上に設けられており、スイッチ装
置(S12)を有する第4ライン(13)が、スイッチ装置(S9)と電気補助
負荷(4)の間の第2回路(5b)を、スイッチ装置(S6)と電動モーター(
3)の間の第1回路(5a)に接続しており、電気補助負荷(4)が、切替装置
(S11)によって、ライン(8)またはライン(10)に選択的に接続される
ことができること を特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 DC/DCコンバーター(15)が、スイッチ装置(S12
)とエネルギー蓄積装置(2)の間で、ライン(13)上に設けられていること
を特徴とする請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 第2電動モーター(3’)と、第2電動モーター(3’)及
び切替スイッチの形態を有するスイッチ装置(S12)の間の第5ライン(16
)とが、第2電動モーター(3’)が第1または第2回路(5a、5b)に選択
的に接続され得るように設けられていることを特徴とする請求項2記載の装置。 - 【請求項5】 スイッチ装置(S6)を有するライン(7)が、燃料電池(
1)と電動モーター(3)の間に配置されており、スイッチ装置(S9)を備え
たライン(10)が、電気蓄積装置(2)と電気補助負荷(4)の間に配置され
ており、ライン(8)と、DC/DCコンバーター(15)を有するライン(1
3)とが、スイッチ装置(S9)と電気補助負荷(4)の間でライン(10)か
ら分岐しており、ライン(7)が、切替装置(S11)によって、ライン(8)
またはライン(13)に選択的に接続され得ること を特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項6】 エネルギー蓄積装置(2)がバッテリーであることを特徴と
する請求項1記載の装置。 - 【請求項7】 第1電動モーター(3)が、発電機として作用することがで
きることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項8】 第2電動モーター(3’)が、発電機として作用することが
できることを特徴とする請求項1記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19810467A DE19810467C1 (de) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | Hybrid-Antriebskonzept für Brennstoffzellen-Fahrzeuge |
DE19810467.7 | 1998-03-11 | ||
PCT/EP1999/000879 WO1999046140A1 (de) | 1998-03-11 | 1999-02-10 | Hybrid-antriebskonzept für brennstoffzellen-fahrzeuge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002506340A true JP2002506340A (ja) | 2002-02-26 |
Family
ID=7860470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000535532A Pending JP2002506340A (ja) | 1998-03-11 | 1999-02-10 | 燃料電池車のためのハイブリッド駆動装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6380638B1 (ja) |
EP (1) | EP1062115A1 (ja) |
JP (1) | JP2002506340A (ja) |
DE (1) | DE19810467C1 (ja) |
WO (1) | WO1999046140A1 (ja) |
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