JP3668819B2 - 電気自動車 - Google Patents
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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
【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
Claims (6)
- 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、
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
電気自動車。 - 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請求項１記載の電気自動車。
- 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請求項１または２記載の電気自動車。
- 請求項１ないし３いずれか記載の電気自動車であって、
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
電気自動車。 - 請求項１ないし４いずれか記載の電気自動車であって、
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
電気自動車。 - 請求項１ないし５いずれか記載の電気自動車であって、
前記燃料電池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
電気自動車。
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