JP7432896B2 - 電動車両 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 （公開１：学会資料ｗｅｂ配信） 論文名：Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｕｓｉｎｇ ＤＣ－ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ（和名：スーパーキャパシタとＤＣ－ＤＣコンバータを組合わせて用いた電動車用エネルギー回生システム） ダウンロードＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｐ／ｋｎｔ／ｉｃｅｍｓ２０２０／ｒｅｇ／ｍｏｄ２．ｐｈｐ ダウンロード開始日：令和０２年１１月２０日 （公開２：学会） 開催名：ＩＣＥＭＳ２０２０－Ｈａｍａｍａｔｓｕ 開催日：令和０２年１１月２４日 開催ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｅｍｓ２０２０．ｃｏｍ／

本発明は、力行及び回生可能なモータと当該モータにエネルギ供給可能な蓄電装置とを具備した電動車両に関するものである。

力行及び回生可能なモータと当該モータにエネルギ供給可能な蓄電装置とを具備し、モータの駆動力で推力を得るとともに、駆動輪の制動トルクを調整して蓄電装置にエネルギを回収可能な電動車両として、例えば特許文献１に記載されたものが挙げられる。かかる電動車両によれば、制動時に回収したエネルギを蓄電装置（電池）に蓄電させて力行時に駆動エネルギとして使用することができる。

特開２０１８－１６６３６７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、インバータの直流電圧の設定下限値又はそれより低い値に蓄電装置の電圧が設定されており、蓄電装置の出力電圧を昇圧することによりインバータの直流電圧の設定に合致するよう調整されていたので、インバータの直流電圧の設定下限値より高い出力電圧の蓄電装置を用いた場合、蓄電装置の出力電圧を降圧することができず、インバータの直流電圧の設定値に、実際のインバータ直流電圧を調整できない領域が生じてしまう。したがって、モータ仕様の変更等でインバータの直流電圧の設定下限値を蓄電装置の電圧より低い電圧に変更する場合、電圧が専用設計の蓄電池を使用せざるを得ず、 電圧が規格品の蓄電装置を使用することができないという不具合がある。

一方、蓄電装置の出力電圧を降圧することによりインバータの直流電圧設定値に合致するよう調整することも考えられるが、その場合は蓄電装置の出力電圧を昇圧することができないので、インバータの直流電圧の設定値に実際のインバータ直流電圧を調整できない領域が生じてしまい、上記従来技術と同様、電圧が専用設計の蓄電池を使用せざるを得ず、電圧が規格品の蓄電池を使用することができないといった不具合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、インバータの直流電圧の設定値が変化した場合でも、電圧が規格品の蓄電池を用いることができ、製造コストの増加を防止させることができる電動車両を提供することにある。

請求項１記載の発明は、力行及び回生可能なモータと、直流電流から交流電流に変換可能なインバータとを有する電動車両であって、高容量型の特性を有する第１蓄電装置と、
高出力型の特性を有する第２蓄電装置と、力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能とを有する電力変換器と、前記第１蓄電装置に力行時に降圧する機能を有する前記電力変換器が接続され、前記電力変換器のリアクトルと前記インバータの間に前記第２蓄電装置が直列に接続された回路とを具備し、前記モータの力行時に前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動車両において、前記モータの回生時、前記第２蓄電装置の出力電圧を昇圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置でエネルギを回収することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の電動車両において、前記第２蓄電装置を介さずに前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第１スイッチと、前記第２蓄電装置を介して前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第２スイッチとを有し、前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの力行時、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の下限値以下の場合、前記第１スイッチをオン、且つ、前記第２スイッチをオフとし、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の電動車両において、前記第２蓄電装置を介さずに前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第１スイッチと、前記第２蓄電装置を介して前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第２スイッチとを有し、前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの回生時、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の上限値以上の場合、前記第１スイッチをオン、且つ、前記第２スイッチをオフとし、前記インバータの直流電圧を昇圧しつつ前記第１蓄電装置で回生エネルギを蓄積することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１～４の何れか１つに記載の電動車両において、前記インバータの電流制御時、前記インバータの直流電圧を前記モータの回転数に応じて制御可能とされるとともに、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記モータの回転数が低いほど前記インバータの直流電圧を低く制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１～４の何れか１つに記載の電動車両において、前記インバータの電流制御時、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記インバータの直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１～６の何れか１つに記載の電動車両において、前記第１蓄電装置は、高容量リチウムイオン電池又は高容量ニッケル水素電池から成り、前記第２蓄電装置は、高出力リチウムイオン電池、高出力ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタの何れかであることを特徴とする。

本発明によれば、力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能を有する電力変換器と、前記第１蓄電装置に力行時に降圧する機能を有する前記電力変換器が接続され、前記電力変換器のリアクトルと前記インバータの間に前記第２蓄電装置が直列に接続された回路とを具備し、モータの力行時に第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置及び第２蓄電装置からインバータにエネルギを供給するので、第２蓄電装置による電圧上昇と併せることにより、インバータ直流電圧は、第１蓄電装置の出力電圧に対し降圧及び昇圧可能とされる。したがって、第１蓄電装置の出力電圧を昇圧及び降圧することによりインバータの設定電圧領域に合致させて調整することができるので、インバータの直流電圧の設定値が変化した場合でも、電圧が規格品の蓄電池を用いることができ、製造コストの増加を防止させることができる。

本発明の実施形態に係る電動車両を示す模式図 同電動車両の電力変換装置を示す回路図 同電動車両の電力変換装置を示す概念図 同電動車両の制御関係を示す概略図 同電動車両の電力制御を示すタイムチャート 同電動車両の電力制御の全体を示すフローチャート 同電動車両の要求特性（駆動輪の車両要求）を示すグラフ 同電動車両の要求特性（駆動輪のモータ要求）を示すグラフ 同電動車両の要求特性（従動輪の車両要求）を示すグラフ 同電動車両の要求特性（従動輪のブレーキ要求）を示すグラフ 同電動車両の電力制御の要求処理制御を示すフローチャート 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル１）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル２）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル３）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル４）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル５）を示すグラフ 同電動車両の運転者要求テーブル（テーブル６）を示すグラフ 同電動車両の電力制御のモータ制御を示すフローチャート 同電動車両の電力変換回路制御を示す表 同電動車両の電圧要求テーブル（ＰＷＭの場合のテーブルＡ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（ＰＷＭの場合のテーブルＢ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（ＰＷＭの場合のテーブルＣ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（モータ線間電圧波高値依存型の場合のテーブルＡ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（モータ線間電圧波高値依存型の場合のテーブルＢ）を示すグラフ 同電動車両の電圧要求テーブル（モータ線間電圧波高値依存型の場合のテーブルＣ）を示すグラフ 他の実施形態に係る電動車両のモータ線間電圧波高値依存型の動作例を示すタイムチャート 同電動車両の第１蓄電装置の蓄電状態を示すグラフ 同電動車両の第２蓄電装置の蓄電状態を示すグラフ 同電動車両の蓄電装置の組み合わせを示す表

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る電動車両は、モータの駆動力により走行可能な自動二輪車等の鞍乗り型車両から成るもので、図１～４に示すように、モータ１と、インバータ２と、メカブレーキ（３ａ、３ｂ）と、第１蓄電装置４と、第２蓄電装置５と、アクセル操作手段６と、メカブレーキ操作手段７と、回生ブレーキ操作手段８と、電力変換器１０と、ＥＣＵ１１と、スタートスイッチ１２と、モニタ１３（補助装置）とを主に具備している。

モータ１（Motor）は、エネルギ供給により駆動力を得るための電磁モータから成り、図２、３に示すように、インバータ２を介して第２蓄電装置５、電力変換器１０及び第１蓄電装置４と電気的に接続可能とされ、力行及び回生可能とされている。インバータ２（DC-AC Inverter）は、直流電流から交流電流に変換可能なもので、本実施形態においては、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の直流電流を交流電流に変換してモータ１に供給可能とされている。

メカブレーキは、ディスクブレーキやドラムブレーキ等のエネルギを放出して制動可能な制動装置から成り、駆動輪Ｔａの運動エネルギを放出して制動する駆動輪メカブレーキ３ａと、従動輪Ｔｂの運動エネルギを放出して制動する従動輪メカブレーキ３ｂとを有して構成されている。これら駆動輪メカブレーキ３ａ及び従動輪メカブレーキ３ｂは、ブレーキアクチュエータ９を介してメカブレーキ操作手段７と接続されている。

かかるメカブレーキ操作手段７は、メカブレーキ（従動輪メカブレーキ３ｂ）を制御して制動トルクを調整可能な部品（本実施形態においては、ハンドルバーの右側端部に取り付けられた操作レバー）から成り、その操作量に応じてメカブレーキ制御部１８（図４参照）がブレーキアクチュエータ９を作動させ、従動輪メカブレーキ３ｂを動作させ得るよう構成されている。

アクセル操作手段６は、モータ１を制御して駆動輪Ｔａの駆動トルクを調整可能な部品（本実施形態においては、ハンドルバーの右側端部に取り付けられたアクセルグリップ）から成り、図４に示すように、その操作量に応じてインバータ制御部１６によりトルク要求を推定してモータ１を作動させることにより、所望の駆動力を得るよう構成されている。なお、インバータ制御部１６は、ＥＣＵ１１に形成された制御部の一つである。

蓄電装置は、モータ１にエネルギを供給可能なもので、本実施形態においては、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５を有して構成されている。第１蓄電装置４は、高容量型の特性を有する蓄電池から成り、図２９に示すように、例えば高容量リチウムイオン電池又は高容量ニッケル水素電池を使用することができる。第２蓄電装置５は、高出力型の特性を有する蓄電池から成り、図２９に示すように、例えば高出力リチウムイオン電池、高出力ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタの何れかを使用することができる。

回生ブレーキ操作手段８は、モータ１を制御して、駆動輪Ｔａの制動トルクを調整し、蓄電装置（第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５）にエネルギを回収可能な部品（本実施形態においては、ハンドルバーの左側端部に取り付けられた操作レバー）から成り、その操作量に応じてモータ１の回生を行わせて所望の制動力が得られるよう構成されている。かかるモータ１の回生により、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５にエネルギを回収することができる。

電力変換器１０は、モータ１の力行時（モータ１へのエネルギ供給時）に電圧を降圧する機能とモータ１の回生時（モータ１からのエネルギ回収時）に電圧を昇圧する機能を有するもので、図２、３に示すように、電気回路における第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の間に接続されている。より具体的には、電力変換器１０は、図２に示すように、スイッチＳ１、Ｓ２及び整流器としてのダイオードを有する２つの半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）１０ａ、１０ｂと、リアクトル１０ｃ（コイル）とを有して構成されている。

そして、本実施形態に係る電力変換器１０によれば、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２を高速スイッチング（ｄｕｔｙ制御）することにより、モータ１の力行時（図３において右側に向かって電流が流れるとき）には、リアクトル１０ｃが半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂの下流側に位置するため、電圧を降圧し得るとともに、モータ１の回生時（図３において左側に向かって電流が流れるとき）には、リアクトル１０ｃが半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂの上流側に位置するため、電圧を昇圧し得るようになっている。

より具体的には、本実施形態においては、図２、３に示すように、第１蓄電装置４に力行時に降圧する機能を有する電力変換器１０が接続され、電力変換器１０のリアクトル１０ｃとインバータ２の間に第２蓄電装置５が直列に接続された回路を有しており、モータ１の力行時に電力変換器１０によって第１蓄電装置４の出力電圧（Ｖｄｃ）を降圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するとともに、モータ１の回生時、電力変換器１０によって第２蓄電装置５の出力電圧（Ｖｉｎｖ－Ｖｃ）を昇圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５でエネルギを回収するよう構成されている。

また、本実施形態においては、図２に示すように、第２蓄電装置５を介さずに電力変換器１０とインバータ２とを接続する回路を形成する第１スイッチＳ３と、第２蓄電装置５を介して電力変換器１０とインバータ２とを接続する回路を形成する第２スイッチＳ４とを有している。かかる回路には、電力変換器１０がオフ時にオン状態とされるスイッチＳａが形成されるとともに、安定化のためのコンデンサＣａ、Ｃｂが接続されている。なお、本実施形態に係る第１スイッチＳ３及び第２スイッチＳ４は、半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）１４、１５（半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂと同様、整流器としてのダイオードを有している）に構成されている。

ＥＣＵ１１は、入力された運転者の要求に応じてモータ１等を制御するためのもので、図４に示すように、インバータ制御部１６、回路制御部１７及びメカブレーキ制御部１８を有するとともに、インバータ２、電力変換器１０、第１蓄電装置４、第２蓄電装置５及びブレーキアクチュエータ９と接続されている。また、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の各電圧が検出可能とされており、それら電圧に基づいて第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５の蓄電状態をそれぞれ判断可能とされている。なお、第１蓄電装置４の蓄電状態を図２７、第２蓄電装置５の蓄電状態を図２８にそれぞれ示している。

しかるに、モータ１の力行時、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の下限値以下（図２８参照）の場合、第１スイッチＳ３をオン、且つ、第２スイッチＳ４をオフとし、第１蓄電装置４の出力電圧（Ｖｄｃ）を降圧しつつ当該第１蓄電装置４からインバータ２にエネルギを供給するとともに、モータ１の回生時、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の上限値以上（図２８参照）の場合、第１スイッチＳ３をオン、且つ、第２スイッチＳ４をオフとし、インバータ２の直流電圧（Ｖｉｎｖ）を昇圧しつつ第１蓄電装置４で回生エネルギを蓄積するようになっている。

スタートスイッチ１２は、車両の走行を可能にする操作スイッチから成り、かかるスタートスイッチ１２を操作した後、アクセル操作手段６を操作することにより、モータ１を作動させて走行し得るようになっている。モニタ１３は、車両に取り付けられた液晶モニタ等の補助装置から成り、例えば車両の状態（速度、蓄電状態又は故障の有無等）やナビゲーションシステムの地図等を表示させ得るようになっている。

ここで、本実施形態においては、図４に示すように、モータ１の回転数を検知するセンサから成る検知手段１９を具備しており、検知手段１９で検知されたモータ１の回転数が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じた所定制動トルクを回生ブレーキにより発生（特に、本実施形態においては、回生ブレーキのみにより発生）するよう構成されている。また、モータ１の回生時、その所定制動トルクの最大値は、モータ１の定格トルクとされている。

さらに、検知手段１９で検知されたモータ１の回転数が所定値未満のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じてメカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させるようになっている。加えて、第１蓄電装置４の充電量が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じて、メカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させるよう構成されている。

図５は、上記実施形態に係る電動車両において、スタートスイッチ１２をオンした後、アクセル操作手段６及び回生ブレーキ操作手段８の操作を行った場合の各パラメータの変化を示している。特に、キャパシタ電流（Ｉｃ）及びキャパシタ容量（ＳＯＣ２）は、本実施形態の第２蓄電装置５の電流及び容量、電池電流（Ｉｄｃ）及び電池容量（ＳＯＣ１）は、本実施形態の第１蓄電池４の電流及び容量を示している。なお、同図の表における「ＦＣＣＮＯ」（function circuit control number）は、図４、１８、１９で示される「ＦＣＣＮＯ」と対応するものである。

次に、本実施形態に係る電動車両の制御（メイン制御）について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、Ｓ１にてスタートスイッチ１２がオンしたか否か判定され、スタートスイッチ１２がオンしたと判断されると、Ｓ２にて第１蓄電装置４の充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値（図２７参照）より大きいか否か判定される。そして、充電状態（Ｓｏｃ１）が所定下限値より大きいと判断されると、要求処理（Ｓ３）、モータ制御（Ｓ４）及びメカブレーキ制御（Ｓ５）が順次行われることとなる。

次に、本実施形態に係る電動車両の要求特性について、図７～１０に基づいて説明する。
駆動輪Ｔａにおける駆動トルク及び制動トルクと車速との関係は、図７に示すような特性とされ、駆動輪Ｔａにおけるモータトルクとモータ１の回転数（ω）との関係は、図８に示すような特性とされる。特に、図７において、高速走行の場合、駆動トルクが車速に対して漸減関係にあるのに対し、制動トルクは一定関係となっている。なお、図８においては、縦軸のプラス側（上半分）がアクセル操作手段６の操作量に応じた駆動トルクを示しており、縦軸のマイナス側（下半分）が回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じた制動トルクを示している。同図中の符号Ｔｍ１は、モータ１の定格トルクを示している。

また、従動輪Ｔｂにおける制動トルクと車速との関係は、図９に示すような特性とされ、従動輪Ｔｂにおける制動トルク（メカ制動トルク（Ｔｂｍｆ）とモータ１の回転数（ω）との関係は、図１０に示すような特性とされる。なお、図９、１０においては、従動輪Ｔｂの特性を示すものであるため、縦軸のマイナス側（下半分）のみの特性（制動トルク）のみが示されている。

次に、本実施形態に係る電動車両の制御（要求処理制御）について、図１１のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、Ｓ１にて故障信号の有無に基づいて回生システムが正常か否か判定され、故障信号がないと判断された場合、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作の有無（アクセル操作量Ａｐが０より大きいか否か）が判定され、アクセル操作手段６の操作があると判断されると、Ｓ５に進み、図１２に示すテーブル１に基づいてアクセル操作手段６の操作量に応じたモータトルク（Ｔｍ）が算出される。

そして、Ｓ５の算出の後、Ｓ９に進み、図１６に示すテーブル５に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が算出され、その後、Ｓ１３に進み、図１７に示すテーブル６に基づいてメカブレーキ操作手段７の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｆ）が算出される。なお、Ｓ９で算出されたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）は、駆動輪Ｔａの制動トルクとされるとともに、Ｓ１３で算出されたメカ制動トルク（Ｔｂｍｆ）は、従動輪Ｔｂの制動トルクとされる。

また、Ｓ２にてアクセル操作手段の操作がないと判断されると、Ｓ３にてモータ１の回生が可能か否か判定される。かかる判定は、第１蓄電装置４の蓄電状態（Ｓｏｃ１）が所定上限値以下（図２７参照）であり、且つ、モータの回転数がω１（図８参照）以上である場合、モータ１の回生が可能であると判断されるものである。そして、モータ１の回生が可能であると判断されると、Ｓ４にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２８参照）より大きいか否か判定される。

Ｓ４にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２８参照）より大きいと判断されると、Ｓ６に進み、図１３に示すテーブル２に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたモータトルク（Ｔｍ）が算出される。ここで、テーブル２に基づくモータトルク（Ｔｍ）の算出においては、モータ１の回転数が図８で示す所定回転数（ω２）以下の場合、Ｔｍ＝Ｔｍ（ω－ω１）／（ω２－ω１）なる補正が行われる。なお、Ｓ６の算出後、Ｓ１０に進み、図１５に示すテーブル４に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が算出され、その後、既述のＳ１３が順次行われることとなる。

さらに、Ｓ４にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２８参照）より大きくないと判断されると、Ｓ７に進み、図１４に示すテーブル３に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたモータトルク（Ｔｍ）が算出される。ここで、テーブル３に基づくモータトルク（Ｔｍ）の算出においては、テーブル２と同様、モータ１の回転数が図８で示す所定回転数（ω２）以下の場合、Ｔｍ＝Ｔｍ（ω－ω１）／（ω２－ω１）なる補正が行われる。なお、Ｓ７の算出後、Ｓ１１にてメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が０に設定された後、既述のＳ１３が行われることとなる。

一方、Ｓ１にて故障信号があると判断された場合やＳ３にて回生可能でないと判断された場合、Ｓ８に進み、モータトルク（Ｔｍ）＝０に設定された後、Ｓ１２に進み、図１６に示すテーブル５に基づいて回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じたメカ制動トルク（Ｔｂｍｒ）が算出される。これにより、回生システムに故障があると判断されたときや回生可能でないと判断されたとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じてメカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させることができる。なお、Ｓ１２の算出後、既述のＳ１３が行われることとなる。

次に、本実施形態に係る電動車両の制御（モータ制御）について、図１８のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、Ｓ１にて故障信号の有無に基づいて回生システムが正常か否か判定され、故障信号がないと判断された場合、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作の有無（アクセル操作量Ａｐが０より大きいか否か）が判定され、アクセル操作手段６の操作があると判断されると、Ｓ３にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２８参照）より大きいか否か判定される。

そして、Ｓ３にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２８参照）より大きくないと判断されると、Ｓ６にてモータ１の回転数（ω）がω３（図２０、２３参照）より小さいか否か判定され、モータ１の回転数（ω）がω３より小さくない（高回転）と判断されると、Ｓ７に進み、ＦＣＣ（function circuit control）＝１とする。また、Ｓ６にてモータ１の回転数（ω）がω３より小さい（低回転）と判断されると、Ｓ８に進み、ＦＣＣ＝２とする。

さらに、Ｓ３にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定下限値（図２８参照）より大きいと判断されると、Ｓ９に進み、ＦＣＣ＝３とする。またさらに、Ｓ２にてアクセル操作手段６の操作がないと判断されると、Ｓ４にてモータ１の回生が可能か否か判定される。かかる判定は、第１蓄電装置４の蓄電状態（Ｓｏｃ１）が所定上限値以下（図２７参照）であり、且つ、モータの回転数がω１（図８参照）以上である場合、モータ１の回生が可能であると判断されるものである。

そして、Ｓ４にてモータ１の回生が可能であると判断されると、Ｓ５にて第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値（図２８参照）より大きいか否か判定され、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より大きいと判断されると、Ｓ１０に進んでＦＣＣ＝４とし、第２蓄電装置５の蓄電状態（Ｓｏｃ２）が所定上限値より大きくないと判断されると、Ｓ１１に進んでＦＣＣ＝５とする。一方、Ｓ１にて故障信号があると判断された場合、又はＳ４にてモータ１の回生が可能でないと判断されると、Ｓ１２に進み、ＦＣＣ＝６とする。

上記の如くモード（ＦＣＣ）１～６が決定した後、Ｓ１３にて前回処理で決定したモード（ＦＣＣＯ）に対し、今回処理で決定したモード（ＦＣＣ）の変更有無について判定され、モード変更がないと判断された場合、Ｓ１４に進み、Ｓ７～１２で決定されたＦＣＣを維持するとともに、モード変更があると判断された場合、Ｓ１５に進み、ＦＣＣ＝７とする。その後、Ｓ１６にてＦＣＣＮＯに応じた制御が行われ、続いて、Ｓ１７にて今回処理決定されたモード（ＦＣＣ）をＦＣＣＯに記憶し、Ｓ１８にてインバータ制御が行われる。

ここで、Ｓ１６の制御は、図１９の制御表に基づいて行われる。かかる制御表による制御内容について以下に説明する。
ＦＣＣＮＯ＝１のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２がオフ状態（電力変換器１０がオフ状態）とされるとともに、第１スイッチＳ３及び第２スイッチ素子Ｓ４がオフ状態、及びスイッチＳａがオン状態とされる。なお、当該制御表の「キャパシタ直列接続」とは、「電力変換器１０のリアクトル１０ｃとインバータ２の間に第２蓄電装置５が直列に接続」された状態を意味している。

ＦＣＣＮＯ＝２のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が力行時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第１蓄電装置４の出力電圧を降圧するとともに、第１スイッチＳ３がオン状態及び第２スイッチＳ４がオフ状態とされ、且つ、スイッチＳａがオフ状態とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝２のとき、インバータ２の電流制御は、図２０に示すテーブルＡに基づいて行われる。

かかるテーブルＡによれば、ＰＷＭ制御でインバータ２の電流制御が行われる場合、図２０に示すように、インバータ２の直流電圧をモータ１の回転数（ω）に応じて制御可能とされるとともに、モータ１の回転数が所定の回転数（ω３）以下の場合、モータ１の回転数が低いほどインバータ２の直流電圧を低く制御することとなる。なお、後述するテーブルＢ、Ｃについても、ＰＷＭ制御でインバータ２の電流制御が行われることを前提としている。

ＦＣＣＮＯ＝３のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が力行時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第１蓄電装置４の出力電圧を降圧するとともに、第１スイッチＳ３がオフ状態及び第２スイッチＳ４がオン状態とされ、且つ、スイッチＳａがオフ状態とされる。なお、ＦＣＣＮＯ＝３のとき、インバータ２の電流制御は、ＦＣＣＮＯ＝２のときと同様、図２０に示すテーブルＡに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝４のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が回生時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０がインバータ直流電圧を昇圧するとともに、第１スイッチＳ３がオン状態及び第２スイッチＳ４がオフ状態とされ、且つ、スイッチＳａがオフ状態とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝４のとき、インバータ２の電流制御は、図２１に示すテーブルＢに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝５のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２が回生時にＤｕｔｙ制御されて電力変換器１０が第２蓄電装置５の出力電圧を昇圧するとともに、第１スイッチＳ３がオフ状態及び第２スイッチＳ４がオン状態とされ、且つ、スイッチＳａがオフ状態とされる。そして、ＦＣＣＮＯ＝５のとき、インバータ２の電流制御は、図２２に示すテーブルＢに基づいて行われる。

ＦＣＣＮＯ＝６のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２がオフ状態（電力変換器１０がオフ状態）とされるとともに、第１スイッチＳ３、第２スイッチＳ４、及びスイッチＳａがオフ状態とされる。ＦＣＣＮＯ＝７のとき、半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂのスイッチＳ１、Ｓ２がＤｕｔｙ制御されるとともに、第１スイッチＳ３、第２スイッチＳ４、及びスイッチＳａがオフ状態とされる。

さらに、上記実施形態においては、テーブルＡ～Ｃを適用するにあたり、ＰＷＭ（pulse width modulation：パルス幅変調）制御でインバータ２の電流制御が行われることを前提としているが、これに代えて、インバータ２の電流制御をモータ線間電圧波高値依存型制御としてもよい。すなわち、ＰＷＭ制御は、所定のインバータ直流電圧に対して、スイッチング周波数の幅（パルス幅）を変える（インバータの電流流通率を変える）制御であるのに対し、モータ線間電圧波高値依存型制御は、図２３～２６に示すように、前記インバータの直流電圧そのものをモータ線間電圧の波高値に応じて変える制御である。

しかるに、モータ線間電圧波高値依存型制御でインバータ２の電流制御が行われる場合、テーブルＡにおいては、図２３に示すように、モータ１の回転数が所定の回転数（ω３）以下の場合、インバータ２の直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御する。また、テーブルＢにおいては、図２４に示す制御、及びテーブルＣにおいては、図２５に示す制御とされる。図２６は、図２３～２５のいずれかのテーブル（インバータ直流電圧とモータ線間電圧波高値が同じ電圧の場合）において電流制御した場合の、インバータ回路のスイッチ動作とモータ線間電圧とモータ線間電圧の基本波の動作例を示すタイムチャートを示す。このタイムチャートにおいて、インバータ直流電圧（Ｖｉｎｖ）とモータ線間電圧の基本波の波高値が一致している。

上記実施形態に係る電動車両によれば、モータ１の回転数が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じた所定制動トルクを回生ブレーキにより発生するので、モータ１の広い回転領域に亘って運転者の意図した回生ブレーキによる制動トルクを生じさせることができる。

すなわち、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じて回生ブレーキのみで所定制動トルクを発生するので、モータの高回転時回生ブレーキとメカブレーキを併用して所定制動トルクを発生するものに比べ、ブレーキ作動特性（応答性、効き具合）の違和感がなく、運転者の意図した制動力を安定して得ることができる。また、回生ブレーキの使用速度域が広いため、エネルギ回生効率が高くなるとともに、メカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）の使用頻度が低減するため、メカブレーキ部品の耐久劣化を減少させることができる。

また、モータ１の回生時、所定制動トルクの最大値は、モータ１の定格トルクであるので、所定回転数以上で運転者の意図した十分な制動トルクが得られるとともに、回生エネルギを増大させることができる。さらに、力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能を有する電力変換器１０を具備するとともに、回生時に電力変換器１０を介してエネルギを回収するので、回生時に昇圧しないシステムに比べて、より低回転まで所定制動トルクを回生ブレーキのみで発生することができ、回生エネルギを増加させることができる。

またさらに、モータ１の回転数が所定値未満のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じてメカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させるので、極めて低いモータ１の回転域では、昇圧制御しても回生ブレーキを車両が停止するまで作動させることは難しいため、車速が所定値未満の時、回生ブレーキに変えてメカブレーキにより、確実に制動トルクを発生することできる。

また、蓄電装置は、高容量型の特性を有する第１蓄電装置４と、高出力型の特性を有する第２蓄電装置５とを有して構成されるとともに、第１蓄電装置４に力行時に降圧する機能を有する電力変換器が接続され、電力変換器１０のリアクトル１０ｃとインバータ２の間に第２蓄電装置５が直列に接続された回路を有し、モータ１の回生時に当該回路を使ってエネルギを第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５に回収するので、モータ１の回生時、第１蓄電装置４のみで定格トルクを発生できるモータ回転数に比べ、より高回転まで定格トルクを回生ブレーキのみで発生することができる。

さらに、第１蓄電装置４の充電量が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段８の操作量に応じて、メカブレーキ（駆動輪メカブレーキ３ａ）により制動トルクを発生させるので、第１蓄電装置４の充電量が所定値以上でそれ以上充電できないと判定され、回生ブレーキを作動させることは難しい場合であっても、回生ブレーキに変えてメカブレーキにより、確実に制動トルクを発生することできる。またさらに、本実施形態においては、鞍乗り型車両に適用されているため、回生ブレーキ操作手段８とメカブレーキ操作手段７の２つのブレーキ操作手段を備えても、別個の新しい操作手段を増設する必要がなく、コストが嵩んでしまうのを回避できる。

加えて、モータの力行時に第１蓄電装置４の出力電圧を降圧し、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５からインバータ２にエネルギを供給するので、第２蓄電装置５による昇圧機能と併せることにより、降圧及び昇圧可能とされる。したがって、第１蓄電装置４の出力電圧を昇圧及び降圧することによりインバータ２の直流電圧設定に合致させて調整することができるので、インバータ２の直流電圧の設定値が変化した場合でも、電圧が規格品の蓄電池を用いることができ、製造コストの増加を防止させることができる。

特に、本実施形態によれば、力行時、電力変換器１０の半導体スイッチ素子１０ａ、１０ｂにおけるスイッチＳ１、Ｓ２をｄｕｔｙ制御することにより、モータ１のインバータ直流電圧を第１蓄電装置４の電圧に対して最適に昇降圧制御できる。また、第１蓄電装置４及び第２蓄電装置５で力行用エネルギを分担して供給するので、第１蓄電装置４のみで同量の力行用エネルギを供給するものに比べて、第１蓄電装置４の電流が小さくなり、力行エネルギが大きい場合であっても第１蓄電装置４の電流を小さくすることができ、第１蓄電装置４の寿命を向上させることができる。

さらに、第１スイッチＳ３と、第２スイッチＳ４とを有し、第２蓄電装置５の電圧に基づいて当該第２蓄電装置５の蓄電状態を判断可能とされるとともに、モータ１の力行時、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の下限値以下の場合、第１スイッチＳ３をオン、且つ、第２スイッチＳ４をオフとし、第１蓄電装置４の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置４からインバータ２にエネルギを供給するので、第２蓄電装置５が空充電になっても、第１蓄電装置４のエネルギを使ってモータ１の力行を継続させて車両を走行させることができる。

またさらに、第１スイッチＳ３と、第２スイッチＳ４とを有し、第２蓄電装置５の電圧に基づいて当該第２蓄電装置５の蓄電状態を判断可能とされるとともに、モータ１の回生時、第２蓄電装置５の蓄電状態が所定の上限値以上の場合、第１スイッチＳ３をオン、且つ、第２スイッチＳ４をオフとし、インバータ２の直流電圧を昇圧しつつ第１蓄電装置４で回生エネルギを蓄積するので、第２蓄電装置５が満充電になっても、第１蓄電装置４にエネルギを蓄積し、モータ１の回生を継続させることができる。

また、インバータ２の電流制御時、インバータ２の直流電圧をモータ１の回転数に応じて制御可能とされるとともに、モータ１の回転数が所定の回転数以下の場合、モータ１の回転数が低いほどインバータ２の直流電圧を低く制御するので、低回転時におけるインバータ２の直流電圧を低くすることができ、スイッチの瞬時電力を低くすることができ、低回転時のスイッチング損失を低減できる。

さらに、インバータ２の電流制御時、モータ１の回転数が所定の回転数以下の場合、インバータ２の直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御するので、スイッチングパターンを基本波周波数の３倍程度の低次高調波低減の固定パターンを使用できる。これにより、ＰＷＭ制御（インバータ直流電圧一定でのＤＵＴＹ制御）のスイッチング周波数に対し、スイッチング周波数を１／３０以下の周波数とすることができ、スイッチング損失をＰＷＭ制御に比べて１／３０以下とすることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば第１蓄電装置４を第２蓄電装置５より高容量型の特性を有した他の形態の蓄電装置とし、或いは第２蓄電装置５を第１蓄電装置４より高出力型の特性を有した他の形態の蓄電装置としてもよい。また、半導体スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴに代えてＩＧＢＴとしてもよい。また、モニタ１３を具備しないもの、或いはバギー等の３輪車両又は４輪車両に適用してもよい。

モータの回転数が所定値以上のとき、回生ブレーキ操作手段の操作量に応じた所定制動トルクを回生ブレーキにより発生する電動車両であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

１ モータ
２ インバータ
３ａ 駆動輪メカブレーキ
３ｂ 従動輪メカブレーキ
４ 第１蓄電装置（電池）
５ 第２蓄電装置（キャパシタ）
６ アクセル操作手段
７ メカブレーキ操作手段
８ 回生ブレーキ操作手段
９ ブレーキアクチュエータ
１０ 電力変換器
１０ａ、１０ｂ 半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１０ｃ リアクトル（コイル）
１１ ＥＣＵ
１２ スタートスイッチ
１３ モニタ（補助装置）
１４、１５ 半導体スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１６ インバータ制御部
１７ 回路制御部
１８ メカブレーキ制御部
１９ 検知手段
Ｔａ 駆動輪
Ｔｂ 従動輪
Ｓ３ 第１スイッチ
Ｓ４ 第２スイッチ
Ｃａ 平滑コンデンサ
Ｃｂ 平滑コンデンサ
Ｖｄｃ 第一蓄電装置（電池）電圧
Ｖｃ 第二蓄電装置（キャパシタ）電圧
Ｖｉｎｖ インバータ直流電圧
Ｖ１ Ｓ２端子平均電圧

Claims (7)

1. 力行及び回生可能なモータと、
   直流電流から交流電流に変換可能なインバータと、
   を有する電動車両であって、
   高容量型の特性を有する第１蓄電装置と、
   高出力型の特性を有する第２蓄電装置と、
   力行時に降圧する機能と回生時に昇圧する機能とを有する電力変換器と、
   前記第１蓄電装置に力行時に降圧する機能を有する前記電力変換器が接続され、前記電力変換器のリアクトルと前記インバータの間に前記第２蓄電装置が直列に接続された回路と、
   を具備し、前記モータの力行時に前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする電動車両。
2. 前記モータの回生時、前記第２蓄電装置の出力電圧を昇圧し、前記第１蓄電装置及び第２蓄電装置でエネルギを回収することを特徴とする請求項１記載の電動車両。
3. 前記第２蓄電装置を介さずに前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第１スイッチと、
   前記第２蓄電装置を介して前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第２スイッチと、
   を有し、前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの力行時、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の下限値以下の場合、前記第１スイッチをオン、且つ、前記第２スイッチをオフとし、前記第１蓄電装置の出力電圧を降圧しつつ当該第１蓄電装置から前記インバータにエネルギを供給することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動車両。
4. 前記第２蓄電装置を介さずに前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第１スイッチと、
   前記第２蓄電装置を介して前記電力変換器と前記インバータとを接続する回路を形成する第２スイッチと、
   を有し、前記第２蓄電装置の電圧に基づいて当該第２蓄電装置の蓄電状態を判断可能とされるとともに、前記モータの回生時、前記第２蓄電装置の蓄電状態が所定の上限値以上の場合、前記第１スイッチをオン、且つ、前記第２スイッチをオフとし、前記インバータの直流電圧を昇圧しつつ前記第１蓄電装置で回生エネルギを蓄積することを特徴とする請求項２記載の電動車両。
5. 前記インバータの電流制御時、前記インバータの直流電圧を前記モータの回転数に応じて制御可能とされるとともに、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記モータの回転数が低いほど前記インバータの直流電圧を低く制御することを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載の電動車両。
6. 前記インバータの電流制御時、前記モータの回転数が所定の回転数以下の場合、前記インバータの直流電圧をモータ線間電圧の波高値に応じて制御することを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載の電動車両。
7. 前記第１蓄電装置は、高容量リチウムイオン電池又は高容量ニッケル水素電池から成り、前記第２蓄電装置は、高出力リチウムイオン電池、高出力ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ又は電気二重層キャパシタの何れかであることを特徴とする請求項１～６の何れか１つに記載の電動車両。

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