专利名称：驱动装置及装备该驱动装置的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置以及一种装备该驱动装置的汽车(车辆)。
背景技术：
迄今为止，已经提出了这样一种驱动装置，在该驱动装置中，一个燃料电池、一个二次电池、一个大电容电容器，以及一个电解装置被并联地连接至一用于不通过电压转换器来驱动一电动机的驱动电路，在该驱动装置中还装备有一用于从所述驱动电路断开所述燃料电池和所述二次电池的第一开关以及一用于断开该电解装置的第二开关(日本专利公开No.6-253409(图1和2，第4页))。所述第一和第二开关在该装置正常工作期间分别接通和断开。当执行电动机的再生控制时，所述第一开关断开以从驱动电路断开燃料电池和二次电池，以便利用再生电力给大电容电容器充电。如果大电容电容器的端子间电压(inter-terminal voltage)上升到二次电池的端子间电压以上，则第二开关接通，以便电解装置利用再生电力和从大电容电容器获得的电力电解水。通过电解水获得的氢气和氧气用作用于燃料电池的燃料。
但是，在如此构造的驱动装置中，每次执行电动机的再生控制都需要断开第一开关以从驱动电路断开燃料电池和二次电池。在频繁执行电动机的再生控制时，所述控制越复杂，则施加给第一开关的负荷越大。
该驱动装置装备有二次电池和电解装置。因此，如果该驱动装置变得复杂，则二次电池和电解装置二者均变得复杂。为减小该装置的尺寸或简化该装置，该装置可省去二次电池和电解装置。但是，在这种情况下，当在已经由第一开关断开后重新燃料电池连接时，如果假定大电容电容器的端子间电压为一定值，会有一大的电流在燃料电池和大电容电容器之间流过。该大电流会造成如开关寿命减小的不利情况。
发明内容
在一个装备有一充电/放电装置和一并联连接至一用于不通过一电压转换器而驱动一电动机的驱动电路的燃料电池的驱动装置中，以及在一装备有该驱动装置的汽车中，本发明的一个目的在于，即使该燃料电池在其再生控制期间不从所述驱动电路断开，仍保持该燃料电池的高工作效率。
本发明的驱动装置以及装备该驱动装置的汽车采用以下装置以便实现上述目的至少一部分。
根据本发明一个方面的驱动装置包括一个电动机、一个驱动电路、一个燃料电池、一个充电/放电装置、一个二极管，以及一个驱动控制装置。所述电动机可以向/从一驱动轴输入/输出动力。所述驱动电路执行所述电动机的驱动控制。所述燃料电池不通过一电压转换器来连接至所述驱动电路，以便能够输出电力。所述充电/放电装置并联地连接至所述燃料电池并且连接至所述驱动电路，以便能够输出电力，所述充电/放电装置具有至少一个电容器，该电容器在满充电状态时的电压高于所述燃料电池的开放端子间电压。所述二极管安置在所述燃料电池和所述充电/放电装置之间，以便仅可沿从所述燃料电池到所述充电/放电装置的方向输出电力。所述驱动控制装置控制所述驱动电路以便根据要传输给所述驱动轴的所需动力执行所述电动机的驱动控制。本发明此方面的要点在于所述驱动电路通过从所述充电/放电装置的电力输出或从所述充电/放电装置和所述燃料电池的电力输出来执行所述电动机的驱动控制。
在上述方面的驱动装置中，当执行所述电动机的再生控制时，用获得的再生电力给具有至少一个电容器的所述充电/放电装置充电，该电容器的工作电压设置成在满充电状态时的电压高于所述燃料电池的开放端子间电压。此时，所述充电/放电装置的端子间电压有时变得高于燃料电池的开放端子间电压。但是，因为所述二极管以能够使所述燃料电池给所述充电/放电装置充电的方向安装和定向，所以没有反向电流流过所述燃料电池。结果，在所述电动机的再生控制期间不需要从所述驱动电路断开所述燃料电池。在本发明的驱动装置中，当在上述电动机的再生控制之后执行所述电动机的动力运行控制(power running control)时，如果所述充电/放电装置的端子间电压高于所述燃料电池的开放端子间电压，则通过所述充电/放电装置的输出驱动所述电动机，以及如果所述充电/放电装置的端子间电压已经降低至所述燃料电池的开放端子间电压，则通过所述燃料电池和所述充电/放电装置的输出驱动所述电动机。也就是说，可避免当所述充电/放电装置的端子间电压小于所述燃料电池的开放端子间电压时所述燃料电池的接入所产生的现象，即一大电流在所述燃料电池和所述充电/放电装置之间流过的现象。
在上述方面的驱动装置中，所述燃料电池可连接成能够通过所述充电/放电装置给所述驱动电路输出电力。
此外，上述方面的驱动装置还包括一检测所述充电/放电装置的端子间电压的电压检测装置，并且所述驱动控制装置可以这样一种方式控制所述驱动电路，即如果由所述电压检测装置在所述电动机的再生控制期间检测到的所述端子间电压介于所述燃料电池的开放端子间电压和一低于该开放端子间电压的预定电压之间，则增大通过所述电动机的再生控制产生的再生电力。在该结构中，能够快速通过所述充电/放电装置的端子间电压介于所述燃料电池的开放端子间电压和所述预定电压之间的状态。因此，在要使用的所述燃料电池当在一介于所述燃料电池的开放端子间电压和所述预定电压之间的电压下工作时不具有特别高的工作效率的情况下，能够实现对所述燃料电池工作效率下降的抑制即能够实现所述燃料电池工作效率的提高。此外，上述方面的驱动装置还可包括制动力施加装置，该制动力施加装置通过机械操作向所述驱动轴施加制动力且由所述驱动控制装置驱动地控制，并且如果要传输给所述驱动轴的所需动力是一制动力，则所述驱动控制装置将该所需动力分成一个要通过所述电动机的再生控制产生的第一制动力和一个要通过所述制动力施加装置产生的第二制动力，并控制所述驱动电路和所述制动力施加装置以将该第一制动力和第二制动力施加给所述驱动轴；以及所述驱动控制装置然后控制所述驱动电路和所述制动力施加装置，以便如果由所述电压检测装置在所述电动机再生控制期间检测到的所述端子间电压位于一包括所述燃料电池的开放端子间电压的预定范围内，则增大所述第一制动力。在该结构中，可在不改变要施加给所述驱动轴的制动力的情况下增大再生电力。
此外，上述方面的驱动装置还包括一断路装置，该断路装置能够从所述驱动电路断开所述燃料电池，并且所述驱动控制装置控制所述断路装置，以便当由所述电动机向所述驱动轴输入动力或从所述驱动轴输出动力时所述燃料电池不从所述驱动电路断开。在该结构中，该断路装置能够抑制由于向其施加的负载的增加而造成的劣化。所述驱动控制装置还可控制所述断路装置，以便当执行所述电动机的再生控制时所述燃料电池也不从所述驱动电路断开。
此外，在上述方面的驱动装置中，所述充电/放电装置可包括并联连接的多个电容器。所述充电/放电装置可具有一用于连接或断开所述电容器中的至少一个的连接开关。在该结构中，仅可使用一个或一些电容器。另外，上述方面的驱动装置还包括一检测所述充电/放电装置的端子间电压的电压检测装置，并且所述驱动控制装置可以控制所述连接开关，以便如果执行所述电动机的再生控制，则断开所述电容器中的至少一个；和在所述电容器中的至少一个已经断开时，如果由所述电压检测装置检测到的端子间电压比所述燃料电池的开放端子间电压高出一预定电压，则连接所述已经断开的所述电容器中的至少一个。在该结构中，能够快速通过所述充电/放电装置的端子间电压介于所述燃料电池的开放端子间电压和所述预定电压之间的状态。因此，在要使用的所述燃料电池在一介于所述燃料电池的开放端子间电压和所述预定电压之间的电压下工作时不具有特别高工作效率的情况下，能够实现所述燃料电池工作效率下降的抑制即能够实现所述燃料电池工作效率的提高。
在本发明另一方面中，提供了一种控制一驱动装置的方法，该驱动装置具有一个可以向/从一驱动轴输入/输出动力的电动机；一个执行所述电动机的驱动控制的驱动电路；一个向所述驱动电路输出电力的燃料电池；一个并联地连接至所述燃料电池并向所述驱动电路输出电力的充电/放电装置；通过机械操作向所述驱动轴施加制动力的制动力施加装置；以及一个驱动控制装置，该驱动控制装置控制所述驱动电路和所述制动力施加装置，以便根据要传输给所述驱动轴的所需动力执行所述电动机的驱动控制。该方法包括以下步骤测量输入所述驱动电路的电力；确定要传输给所述驱动轴的所需动力是否是一制动力；以及如果该所需动力是一制动力同时所述电力在一预定范围内，则将一通过所述电动机的再生控制产生的制动力施加给所述驱动轴，作为大于由制动力施加装置产生的制动力的力。
上述方面的驱动装置不仅可安装在具有其中至少一个机械地连接至一驱动装置的一驱动轴的车轴的汽车中，还可安装在如火车、轮船、飞机等非汽车运动物体中。
图1为示出一个根据本发明的一个实施例的电动汽车10的总体结构的框图；图2为示出由该实施例的电子控制单元70所执行的一驱动控制程的示例的流程图；图3为示出一所需扭矩设置图的示例的说明图；图4为示出一电动机扭矩设置图的示例的说明图；图5为示出一燃料电池30的电流-电压特性曲线(IV特性曲线)的示例的说明图；图6为示出装备在根据本发明的第二实施例的电动汽车10B中的电容器单元32B总体结构的框图；图7为示出由该第二实施例的电子控制单元70所执行的驱动控制程序示例的流程图；图8为示出一充电管理程序的示例的流程图。
具体实施例方式
接下来，参考实施例说明实施本发明的方式。图1为示出根据本发明的一个实施例的电动汽车10的总体结构的框图。如图1所示，该实施例的所述电动汽车10装备有一个燃料电池30、一个电容器32、一个逆变器34、一个牵引电动机36和一个电子控制单元70。所述燃料电池30利用氢气和包含在空气中的氧气发电。氢气是从高压氢气罐22供应并通过一个循环泵26循环的燃料气体，氧气通过转换阀50由空气压缩机28和蓄气罐/蓄压器(accumulator)24供应。所述电容器32通过一个电路断路器56并联至燃料电池30。逆变器34将从燃料电池30和电容器32传送的直流电转换成三相交流电。牵引电动机36由逆变器34通过转换产生的三相交流电驱动，并输出动力以通过一差速器14驱动车轮12。电子控制单元70控制整个电动汽车10。
尽管未示出，燃料电池30是由通过层压多个单电池和隔板获得的燃料电池组构成。每个单电池由一个电解质膜以及夹持该电解质膜的一个阳极和一个阴极组成。每个隔板用作相邻单电池之间的隔离物。燃料电池30通过经由形成在隔板中的各气流通路供应至阴极的空气和供应至阳极的氢气的电化学反应发电。尽管未示出，在燃料电池30中形成有冷却介质(例如，冷却水)能够通过其循环的循环通路。因为冷却介质在循环通道内循环，因此燃料电池30中的温度可保持为适当温度(例如，65-85℃)。
电容器32构造为例如双电层电容器(EDLC)。该实施例的电动汽车10中所采用电容器32的工作电压的最大值高于燃料电池30的开放端子间电压。
牵引电动机构造为例如一种公知的同步发电电动机，该发电电动机不仅具有电动机的功能，还具有发电机的功能。作为电动机或作为发电机驱动牵引电动机36取决于车速V以及由驾驶员操作的加速器踏板83和制动踏板85的踏下量。能够通过盘式制动器等的机械操作施加制动力的机械式制动器13分别连接至通过差速器14连接至牵引电动机36的驱动轮12。
从燃料电池30和电容器32延伸的电力线装备有一将从燃料电池30和电容器32供应的高压转换成低压(例如12V)的DC-DC转换器54。DC-DC转换器54将电力供应至作为12V电源的二次电池60以及安装在汽车中的附件62。该电力线还装备有一二极管58，该二极管沿燃料电池30能够给电容器32充电的方向定向。因此，即使在电容器32侧存在高电压，也没有反向电流流过燃料电池30。
电子控制单元70构造为一主要包括一CPU72的微处理器。除了CPU72以外，电子控制单元70还包括一个在其中存储处理程序等的ROM 74，一个在其中临时存储数据的RAM 76和输入和输出端口(未示出)。从安置在电容器32和与电容器32并联的逆变器34之间的电压传感器52获得的电源电压Vp、从用于检测牵引电动机36的转子的位置的旋转位置检测传感器37获得的旋转位置、从用于检测换档杆81的位置的换档位置传感器82获得的换档位置、从用于检测加速器踏板83的踏下量的加速器踏板位置传感器84获得的加速器开度AP、从用于检测制动踏板85的踏下量的制动踏板位置传感器86获得的制动位置BP、从用于检测汽车运行速度的车速传感器88获得的车速V等等通过该输入端口输入电子控制单元70。用于机械式制动器13的驱动信号、用于循环泵26的驱动信号、用于空气压缩机28的驱动信号、用于逆变器34的转换信号、用于DC-DC转换器54的直流电转换信号、用于电路断路器56的开关信号、用于转换阀50的转换信号等等通过输出端口从电子控制单元70输出。
接下来，将说明上述构造的实施例的电动汽车10如何工作，尤其是在制动时如何工作。图2为示出由该实施例的电子控制单元70所执行的驱动控制程序的示例的流程图。该程序以预定时间间隔(例如，8msec)重复执行。
如果执行驱动控制程序，则电子控制单元70的CPU 72首先执行从加速器踏板位置传感器84获得的加速器开度AP、从制动踏板传感器86获得的制动位置BP、牵引电动机36的转速Nm、从电压传感器52获得的电源电压Vp、从车速传感器88获得的车速V等等的输入处理(步骤S100)。在该实施例中，牵引电动机36的转速Nm作为一个根据由旋转位置检测传感器37根据转速检测程序(未示出)检测到的转子旋转位置而计算出的值输入。但是，牵引电动机36的转速Nm还可作为通过转换由车速V获得的值或者由安装成用来直接检测牵引电动机36转速的传感器所检测的值输入。
接下来，根据已经读取的加速器开度AP、制动位置BP以及车速V设置汽车所需的所需扭矩T*(步骤S110)。在该实施例中，如下设置所需扭矩T*。将一个其中预先设有加速器开度AP、制动位置BP、车速V及所需扭矩T*之间关系的所需扭矩设置图存储进ROM 74。一旦加速器开度AP、制动位置BP及车速V给定，则可从所需扭矩设置图中导出与它们对应的所需扭矩T*并随后设定。图3示出该所需扭矩设置图的示例。
接下来，根据加速器开度AP、制动位置BP及电动机的转速Nm对要从牵引电动机36输出的扭矩Tm*(电动机扭矩)进行设置(步骤120)。在该实施例中，电动机扭矩Tm*如下设置。将其中预先设置加速器开度AP、制动位置BP、转速Nm及电动机扭矩Tm*之间关系的电动机扭矩设置图存储进ROM 74。一旦加速器开度AP、制动位置BP及转速Nm给定，则可从电动机扭矩设置图中导出与它们对应的电动机扭矩Tm*，并随后设置。图4示出该电动机扭矩设置图的示例。比较图3和图4可以看出，在设置正扭矩时，电动机扭矩Tm*设置为与所需扭矩T*相同的值，而设置负扭矩时，电动机扭矩Tm*设置为其绝对值小于所需扭矩T*的值。其原因在于，在该实施例中，牵引电动机36是给汽车施加正加速的唯一动力源，而机械式制动器13和牵引电动机36都用作给汽车施加负加速的动力源。也就是说，当以正加速驱动汽车时，从牵引电动机36输出等于正的所需扭矩T*的电动机扭矩Tm*，而当以负加速驱动汽车即制动汽车时，使用由牵引电动机36产生的制动力和由机械式制动器13产生的制动力。下面将说明施加给机械式制动器13的扭矩。
如果如上设置电动机扭矩Tm*，则判断如此设置的电动机扭矩Tm*是否为负(步骤S130)。该步骤等同于关于施加给汽车的是正加速还是负加速(制动力)的判断处理。如上所述，因为当施加给汽车制动力时，牵引电动机36和机械式制动器13均被使用，因此关于电动机扭矩Tm*是否为负的判断处理还可看作关于牵引电动机36和机械式制动器13是否均被使用的判断处理。如果电动机扭矩Tm*不为负，则将要施加给机械式制动器13的扭矩(制动扭矩)Tb*设置为0(步骤S140)以便防止机械式制动器13工作。然后，控制牵引电动机36和机械式制动器13(步骤S190)，本程序结束。更具体地说，通过由逆变器34的转换控制将燃料电池30和电容器32供应的电源电压为Vp的直流电转换成伪三相交流电—以便从牵引电动机36输出设定的电动机扭矩Tm*，以及通过将该伪三相交流电施加给牵引电动机36来控制牵引电动机36。通过取消该制动器的工作而控制机械式制动器13。
另一方面，如果电动机扭矩Tm*为负，则将制动扭矩Tb*设置成通过用所需扭矩T*减去电动机扭矩Tm*而获得的值(步骤S150)，并判断电源电压Vp是否在从阈值Vr1到燃料电池30的开放端子间电压VOCV的范围内(步骤S160)。如果电源电压Vp在此范围内，则将新的电动机扭矩Tm*设置成通过用所述设置的电动机扭矩Tm*减去一调整值ΔT而获得的值(步骤S170)，将制动扭矩Tb*设置为通过用所需扭矩T*减去重新设置的电动机扭矩Tm*而获得的值(步骤S180)。然后，控制牵引电动机36和机械式制动器13(步骤S190)，本程序结束。为了增大牵引电动机36产生的再生电力以及为了将电源电压Vp快速地升高到开放端子间电压VOCV之上，当电源电压Vp在阈值Vr1到开放端子间电压VOCV的范围内时如上重新设置电动机扭矩Tm*。其原因将在下文中说明。
图5示出燃料电池30的电流-电压特性曲线(IV特性曲线)的示例。在图5中，Vmax表示电容器32的工作电压的最大值，即电容器32满充电时的电压。将在后面说明电压Vr2。因为该实施例燃料电池30被构造为高分子电解质(固体高分子型)燃料电池，因而其工作效率在开放端子间电压VOCV附近的区域中要比在其它区域中低，通常高分子电解质燃料电池具有这种情况。因而，增大牵引电动机36产生的再生电力以便给电容器32快速充电，从而快速通过低工作效率区。燃料电池30在低工作效率区中不工作。因此，在相关技术中，如果电源电压Vp处于低工作效率区中，则电路断路器56断开燃料电池。但是，在提及的相关技术中，每次驾驶员踩制动踏板85，电路断路器56均会断开。因此，电路断路器56工作较频繁，因而会较频繁地发生故障。如果由于响应于加速器踏板83的踏下而执行的牵引电动机30的动力运行控制，电源电压Vp降低到阈值Vr1之下，则连接被电路断路器56断开的燃料电池。因此，有时候一过大的冲击电流会从燃料电池30流到电容器32，尽管燃料电池30连接时的电源电压Vp或多或少与该冲击电流的出现有关。在这种情况下，一大电流流过电路断路器56，并且还产生如电路断路器56固着等的不利情况。为了避免这种不利情况，该实施例设计为，即使燃料电池30处于电源电压Vp位于阈值Vr1到开放端子间电压VOCV的范围内的低工作效率区中，也保持电路断路器56不断开燃料电池30。代替地，增大牵引电动机36产生的再生电力以便在较短时间内通过该低工作效率区。如上所述，在电动机扭矩Tm*为正即执行牵引电动机36的动力运行控制时，也使用图2所示的驱动控制程序。因此，在该实施例中，无论牵引电动机36的控制或电源电压Vp情况如何，电路断路器56都不会断开燃料电池30。因而，尽管在现有技术中由于燃料电池30的连接，一冲击电流可能会产生并流入电容器32，但在该实施例中不会产生这种冲击电流。因此，该实施例的上述处理过程用于防止由在燃料电池30和电容器32之间不希望的大电流的流过而产生的如电路断路器56固着等的不利情况，并用于保持燃料电池30的高工作效率。如果电源电压Vp超过开放端子间电压VOCV，则电源电压Vp施加至电路断路器56侧(燃料电池30侧)。但是，因为在该实施例的电动汽车10中安装了二极管58，所以施加在燃料电池30一侧的电源电压Vp绝不会高于开放端子间电压VOCV。
如果在步骤S160的处理中确定电源电压Vp不在阈值Vr1到开放端子间电压VOCV的范围内，则不需要执行增大由牵引电动机36产生的再生电力的处理步骤。因而，控制牵引电动机36和机械式制动器13，以便分别从牵引电动机36和机械式制动器13输出在步骤S120中设置的电动机扭矩Tm*和在步骤S150中设置的制动扭矩Tb*(步骤S190)，本程序结束。控制机械式制动器13以便例如通过调节要施加给盘式制动器的制动片的力而向该制动器13施加制动扭矩Tb*。
根据上述实施例的电动汽车10，无论牵引电动机36的控制或电源电压Vp的情况如何，电路断路器56都不会断开燃料电池30，。因此，通过减少电路断路器56工作的频率，可减少电路断路器56发生故障的频率，并且可避免可能在燃料电池30连接时产生的例如电路断开器56固着等不利情况。另外，因为二极管58定向成使燃料电池30能够给电容器32充电的方向，所以施加到燃料电池30侧的电源电压Vp不会大于燃料电池30的开放端子间电压VOCV。如果燃料电池30处于电源电压Vp位于阈值Vr1到开放端子间电压VOCV的范围内的低工作效率区中，则增大牵引电动机36产生的再生电力并促进电容器32的充电以便在较短时间内通过该低工作效率区。这样就可保持燃料电池30的高工作效率。
在该实施例的电动汽车10中，电容器32与燃料电池30并联地连接至电力线。然而，可并联地连接多个电容器，并可在牵引电动机36的再生期间顺序地给这些电容器充电。这种情况将在下文中参照根据本发明的第二实施例的电动汽车10B进行说明。第二实施例的电动汽车10B除了电容器32以外在结构上与第一实施例的电动汽车10相同。因此，与电容器32的相应部分不相关的说明是多余的。为此，所有其它部分将不再说明或在附图中示出。在第二实施例的电动汽车10B的下列说明中，使用与第一实施例的电动汽车10相同的参考标号。
图6为示出设置在第二实施例的电动汽车10B中的电容器单元32B总体结构的框图。电容器单元32B对应于第一实施例的电容器32。如图6所示，第二实施例的电容器单元32B构造成两个相同的电容器(第一电容器132和第二电容器134)并联连接且一个开关元件135与第二电容器134串联连接。第一和第二电容器132和134的电容的和等于第一实施例的电容器32的电容。开关元件135通过一信号线连接至电子控制单元70的输出端口。电子控制单元70执行开关元件135的开关控制。
接下来将说明如上构造的第二实施例的电动汽车10B是如何工作的，特别是在制动时是如何工作的。图7为示出由第二实施例的电子控制单元70所执行的驱动控制程序的示例的流程图。通过从图2的驱动控制程序中删除处理步骤S160至S180而获得该驱动控制程序。即，不考虑电源电压Vp的值，控制牵引电动机36和机械式制动器13以便分别从牵引电动机36和机械式制动器13输出根据加速器开度AP、制动位置BP、车速V及电动机转速Nm设置的电动机扭矩Tm*和制动器扭矩Tb*。在第二实施例的电动汽车10B中，无论牵引电动机36的控制或电源电压Vp的情况如何，同样也保持电路断路器56不断开燃料电池30。
在第二实施例的电动汽车10B中，除了上述驱动控制程序以外，还执行图8中作为一示例示出的充电管理程序。当电动机扭矩Tm*为负即执行牵引电动机36的再生控制时执行该充电管理程序。如果执行所述充电管理程序，电子控制单元70的CPU 72首先读取从电压传感器52获得电源电压Vp(步骤S300)，并执行读取的电源电压Vp与开放端子间电压VOCV的比较处理(步骤S310)。如果电源电压Vp小于开放端子间电压VOCV，则开关元件135断开(步骤S320)。
然后，判断电源电压Vp是否等于或高于一个阈值Vr2(步骤S330)。如果电源电压Vp等于或高于阈值Vr2，则开关元件135接通(步骤S340)，本程序结束。阈值Vr2设置为大于开放端子间电压VOCV并且略小于电容器单元32B的最大工作电压Vmax。图5中所示的电压Vr2等于阈值Vr2。
因此，如果电源电压Vp低于开放端子间电压VOCV则通过断开开关元件135以及如果电源电压Vp等于或高于阈值Vr2则通过接通开关元件135结束该充电管理程序。也就是说，在牵引电动机再生期间，开关元件135首先断开，以便仅第一电容器132充电。如果第一电容器132已经满充电，则开关元件135接通，以便第二电容器134充电。因此，在第二实施例的电动汽车10B中，在其电容等于第一实施例电动汽车10的电容器32的电容一半的第一电容器132充电之后，向第二电容器134充电。因此，第一电容器132快速地充电。结果，能够很快通过燃料电池30的低工作效率的区域，即电源电压Vp位于阈值Vr1到开放端子间电压VOCV的范围内的区域。
根据上述第二实施例的电动汽车10B，为第一和第二电容器132和134而执行开关元件135的开关控制，以便在牵引电动机36再生期间仅第一电容器132充电，和在第一电容器132几乎满充电之后第二电容器134充电。因此，能够在较短的时间内通过燃料电池30的低工作效率区即电源电压Vp位于阈值Vr1到开放端子间电压VOCV的范围内的区域。这样，可以保持燃料电池30的高工作效率。首先，在第二实施例的电动汽车10B中，无论牵引电动机36的控制或电源电压Vp的情况如何，同样也保持电路断路器56不断开燃料电池30。因此，通过减少电路断路器56工作的频率，可减少电路断路器56发生故障的频率，并且可避免可能在燃料电池30连接时产生的例如电路断开器56固着等不利情况。另外，因为二极管58定向成使燃料电池30能够给电容器32充电的方向，所以施加给燃料电池30侧的电源电压Vp不会高于燃料电池30的开放端子间电压VOCV。
在第二实施例的电动汽车10B中，并联连接了两个具有相同电容的电容器。但是，还可以并联连接两个具有不同电容的电容器。要并联连接的电容器的数量不限于两个。即可并联连接三个或多个电容器。
在第一实施例的电动汽车10和第二实施例的电动汽车10B中，通过从高压氢气罐22供应的氢气发电的高分子电解质燃料电池被作为燃料电池30安装。但是，还可安装一配备有一改质器(reformer)的高分子电解质燃料电池，该重整器将碳氢化合物燃料改质为富含氢气的燃气并将该富含氢气的燃气供应给燃料电池30。也可安装一与高分子电解质燃料电池类型不同的燃料电池。
在第一实施例的电动汽车10和第二实施例的电动汽车10B中，采用了一个牵引电动机36。但是，毫无疑问，还可这样构造电动汽车10和电动汽车10B，即采用两个安置在驱动轮12中的轮内电动机或者将不同的电动机分别连接至不同的车轴即前轮车轴和后轮车轴。
已经说明了假定本发明的驱动装置安装在电动汽车中的实施例。但是，上述驱动装置不仅可安装在汽车中，还可安装在如火车、轮船、飞机等的运动物体中。例如，该驱动装置可用于驱动施工设备。
尽管已经结合其实施例说明了实施本发明的方式，但是毫无疑问，本发明不仅限于这些实施例，本发明可在不背离其精神的情况下以各种形式实施。
权利要求
1.一种能够向/从驱动轴输入/输出动力的驱动装置，其特征在于，包括可以向/从所述驱动轴输入/输出动力的电动机(36)；执行所述电动机(36)的驱动控制的驱动电路(34)；燃料电池(30)，该燃料电池(30)不通过电压转换器而连接至所述驱动电路(34)以便能够输出电力；充电/放电部分(32)，该充电/放电部分(32)与所述燃料电池(30)并联连接并且连接至所述驱动电路(34)以便能够输出电力，该充电/放电部分(32)具有至少一个电容器(32)，该电容器(32)在满充电状态时的电压高于所述燃料电池(30)的开放端子间电压；二极管(58)，该二极管(58)安置在所述燃料电池(30)和所述充电/放电部分(32)之间，以使电力仅可沿从所述燃料电池(30)到所述充电/放电部分(32)的方向输出；以及驱动控制部分(70)，该驱动控制部分(70)控制所述驱动电路(34)，以便根据要传输给所述驱动轴的所需动力执行所述电动机(36)的驱动控制，其中，所述驱动电路(34)通过从所述充电/放电部分(32)的电力输出或从所述充电/放电部分(32)和所述燃料电池(30)的电力输出来执行所述电动机(36)的驱动控制。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述燃料电池(30)连接成使电力能够通过所述充电/放电部分(32)输出至所述驱动电路(34)。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括检测所述充电/放电部分(32)的端子间电压的电压检测部分(52)，其中，所述驱动控制部分(70)以这样一种方式控制所述驱动电路(34)，即如果由所述电压检测部分(52)在所述电动机(36)的再生控制期间检测到的所述端子间电压介于所述燃料电池(30)的开放端子间电压和一低于该开放端子间电压的预定电压之间，则增大通过所述电动机(36)的再生控制产生的再生电力。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，还包括制动力施加部分(13)，该制动力施加部分(13)通过机械操作向所述驱动轴施加制动力并由所述驱动控制部分(70)驱动地控制，其中，如果要传输给所述驱动轴的所需动力是一制动力，则所述驱动控制部分(70)将该所需动力分成一要通过所述电动机(30)的再生控制产生的第一制动力和一要通过所述制动力施加部分(13)产生的第二制动力，并控制所述驱动电路(34)和所述制动力施加部分(13)以将该第一制动力和该第二制动力施加给所述驱动轴；以及所述驱动控制部分(70)然后控制所述驱动电路(34)和所述制动力施加部分(13)，以便如果由所述电压检测部分(52)在所述电动机(36)的再生控制期间检测到的所述端子间电压处于一包括所述燃料电池(30)的开放端子间电压的预定范围内，则增大所述第一制动力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动装置，其特征在于，还包括能够从所述驱动电路(34)断开所述燃料电池(30)的断路部分(56)，其中，所述驱动控制部分(70)控制所述断路部分(56)，以便当通过所述电动机(36)向所述驱动轴输入或从所述驱动轴输出动力时，所述燃料电池(30)不从所述驱动电路(34)断开。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动控制部分(70)控制所述断路部分(56)，以便当执行所述电动机(36)的再生控制时所述燃料电池(30)也不从所述驱动电路(34)断开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述充电/放电部分(32B)包括多个并联连接的电容器(132、134)。
8.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，所述充电/放电部分(32)具有用于连接或断开所述电容器(132、134)中的至少一个(134)的连接开关(135)。
9.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，还包括检测所述充电/放电部分(32B)的端子间电压的电压检测部分(52)，其中，所述驱动控制部分(70)控制所述连接开关(135)以便如果执行所述电动机(36)的再生控制，断开所述电容器中的至少一个(134)；和在所述电容器中的至少一个(134)已经断开的情况下，如果由所述电压检测部分(52)检测到的所述端子间电压比所述燃料电池(30)的开放端子间电压高出一预定的电压，则连接所述已经断开的所述电容器中的至少一个(134)。
10.一种包括权利要求1至9所述驱动装置的汽车，其特征在于，所述驱动装置的所述驱动轴机械地连接至所述汽车(10、10B)的车轴中的至少一个。
11.一种控制驱动装置的方法，该驱动装置具有能够向/从驱动轴输入/输出动力的电动机(36)；执行所述电动机(36)的驱动控制的驱动电路(34)；向所述驱动电路(34)输出电力的燃料电池(30)；并联地连接至所述燃料电池(30)并向所述驱动电路(34)输出电力的充电/放电部分(32)；通过机械操作向所述驱动轴施加制动力的制动力施加部分(13)；以及驱动控制部分(70)，该驱动控制部分(70)控制所述驱动电路(34)和所述制动力施加部分(13)，以便根据要传输给所述驱动轴的所需动力执行所述电动机(36)的驱动控制，该方法包括如下步骤测量输入所述驱动电路(34)的电力；判定要传输给所述驱动轴的所需动力是否是一制动力；以及如果该所需动力是一制动力同时所述电力在一预定范围内，则将一通过电动机(36)的再生控制产生的制动力施加给所述驱动轴，作为大于由所述制动力施加部分(13)产生的制动力的力。
全文摘要
本发明涉及一种驱动装置及装备该驱动装置的汽车，该驱动装置包括可向/从驱动轴输入/输出动力的电动机36；执行电动机36的驱动控制的驱动电路34；不通过一电压转换器来连接至驱动电路34以便能够输出电力的燃料电池30；并联地连接至燃料电池30并且连接至驱动电路34以便能够输出电力并具有至少一个电容器32的充电/放电装置32；安置在燃料电池30和充电/放电装置32之间以使电力仅可沿从燃料电池30到充电/放电装置32的方向输出的二极管58；和控制驱动电路34以便根据要传输给驱动轴的所需动力执行电动机36的驱动控制的驱动控制部分70。该驱动装置的特征在于，驱动电路34通过从充电/放电装置32的电力输出或从充电/放电装置32和燃料电池30的电力输出来执行电动机36的驱动控制。
文档编号H01M8/04GK1522888SQ200410004330
公开日2004年8月25日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年2月14日
发明者石川哲浩, 史, 吉田宽史, 佐藤仁 申请人:丰田自动车株式会社