JP2000291451A - シリーズハイブリッド車回生電力消費制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリーズハイブリッド車のエンジン７は、発
電機１０を駆動する発電専用である。回生制動時には、
車両駆動用のモータ１７からの回生電力がバッテリ１３
の充電能力を超える場合に、発電機１０をモータ運転し
エンジン７を回して回生電力を消費する。しかし、エン
ジン７は一般に排気量が小さいので消費し得る回生電力
が少なく、充分な回生制動力を得ることが出来なかっ
た。 【解決手段】 エンジン７の排気管９内にエキゾースト
弁２０を設け、回生電力が大の場合、エキゾースト弁２
０を閉じるようにする。すると、エンジン７の負荷トル
クが増大し、それを回すためにモータ運転している発電
機１０は、より多くの電力を必要とする。そのため、多
くの回生電力を消費させることが可能となり、従来より
大きな制動力を得ることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンを発電機
駆動のためにのみ使用するようにしているハイブリッド
車であるシリーズハイブリッド車における、回生電力消
費制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド車には、エンジン，車両駆
動用のモータ，モータ給電用のバッテリが搭載されてい
るが、エンジンの使い方によって種々の種類がある。エ
ンジンは発電機のみを駆動することとし、その発電電力
でバッテリの充電およびモータへの給電を行うようにし
た種類のものは、シリーズハイブリッド車と呼ばれてい
る。シリーズハイブリッド車では、制動力の確保，燃費
向上のために、制動時にモータを発電機とし動作させる
回生制動が行われている。

【０００３】図７は、従来のシリーズハイブリッド車回
生電力消費制御装置である。図７において、１はアクセ
ルセンサ、２はブレーキスイッチ、３はシフトレバー、
４は車速センサ、５は車両コントローラ、６はエンジン
コントローラ、７はエンジン、８はエンジン回転数セン
サ、９は排気管、１０は発電機、１１は発電機インバー
タ検出部、１２は発電機インバータ、１３はバッテリ、
１４はバッテリ状態検出部、１５はモータインバータ、
１６はモータインバータ検出部、１７はモータ、１８は
差動歯車部、１９は車輪である。エンジン７で発電機１
０を駆動し、交流電力を発電する。発電機インバータ１
２は、その交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１３
を充電すると共にモータインバータ１５へ供給する。モ
ータインバータ１５は、直流電力を交流電力に変換し、
モータ１７に給電する。モータ１７の回転力は差動歯車
部１８を介して車輪１９に伝えられ、車両を駆動する。

【０００４】なお、シリーズハイブリッド車に搭載され
るエンジンは、エンジンで車輪を直接駆動する車両に搭
載されているエンジンより、排気量が小さいものとされ
ている（約半分程度の排気量）。その理由は、シリーズ
ハイブリッド車では、モータ１７が大パワーを必要とす
る場合はバッテリからも給電を受けるようになっている
ので、エンジンによる発電は、車両走行負荷の平均電力
をまかなう程度でよいとされているからである。また、
一般にエンジンの出力効率は、ある程度高負荷をかけた
状態で運転した方が高いので、この点からも小さ目のエ
ンジンが搭載される。

【０００５】ドライバーの運転操作に関する情報は、ア
クセルセンサ１，ブレーキスイッチ２，シフトレバー３
等により車両コントローラ５に伝えられる。また、車速
は車速センサ４より、エンジン回転数はエンジン回転数
センサ８より伝えられる。更に、バッテリ１３の状態
（残存容量，電圧，電流，温度等）はバッテリ状態検出
部１４より伝えられる。発電機インバータ検出部１１
は、発電機インバータ１２における電圧，電流，および
電力を検出するためのものであり、モータインバータ検
出部１６は、モータインバータ１５における電圧，電
流，および電力を検出するためのものである。

【０００６】車両コントローラ５は、コンピュータ的に
構成されている。即ち、ＣＰＵ（中央演算処理装置），
ＲＯＭ，ＲＡＭ，入力インターフェース，出力インター
フェース等により構成されている。車両コントローラ５
は、入力されてくる前記情報に基づき、エンジン７，発
電機インバータ１２，モータインバータ１５の制御を行
う。エンジン７はエンジンコントローラ６を介して制御
されるが、例えばエンジン回転数を上げたい場合には、
噴射燃料を増大するような制御が行われる。また、モー
タ１７の回転力を大にしたい場合には、バッテリ１３か
らの電流が大となるようモータインバータ１５が制御さ
れる。

【０００７】さて、回生制動をするとの指令はドライバ
ーの操作により出されるが、その制動の強さは、例え
ば、アクセルペダルを放した場合は弱い回生、ブレーキ
ペダルを踏んだ場合は中程度の回生、シフトレバーをＤ
ｂレンジに入れた場合は強い回生という具合に、何段階
かに定めておくことが出来る（なお、Ｄｂレンジは、急
勾配の長い下り坂等で制動力を確保する場合等に使用す
るために設けられているレンジである。）。回生制動
は、車両の走行慣性力を車輪１９→差動歯車部１８→モ
ータ１７と伝え、モータ１７を発電機として動作させ、
その発電電力（回生電力）を何らかの形で消費なり吸収
なりしてやることにより行われる。回生制動時には、モ
ータインバータ１５は、直流→交流への変換器としてで
はなく、逆方向に交流→直流へと変換する変換器として
制御され、モータ１７の発電電力（交流電力）は直流電
力に変換される。

【０００８】この直流電力は、まずバッテリ１３に供給
され、バッテリ１３を充電（回生充電）する。しかし、
限度を超えてバッテリを充電しようとすると、電解液の
分解，ガスの発生，発熱の増大等の問題が生じ、バッテ
リの寿命を極端に短くしてしまう。そこで、バッテリ１
３だけではモータ１７の発電電力を吸収し切れない場合
には、発電機インバータ１２にも供給する。そのような
場合としては、バッテリ１３が満充電の場合とか、回生
電力がバッテリの受入れ可能な最大電力（＝バッテリ回
生可能最大電力）を超える場合（車速が大である場合や
減速度が大である場合に起きる）とかがある。

【０００９】この場合、発電機インバータ１２は、交流
→直流への変換器としてではなく、逆方向に直流→交流
へと変換する変換器として制御され、モータインバータ
１５から供給された直流電力を、交流電力に変換する。
この交流電力で発電機１０はモータ運転され、エンジン
７を回転させる。この時のエンジン７へは、燃料を供給
する必要がないので、燃料を供給しないようにエンジン
コントローラ６で制御する。従って、その分だけ燃料が
節約され、燃費が向上する。発電機インバータ１２に供
給された回生電力は、エンジン７を回転させる力として
消費される。

【００１０】なお、ハイブリッド車回生電力消費制御装
置に関する従来の文献としては、例えば、特許公報第２
８００４５１号（特開平４−３２２１０５号公報），特
開平８−７９９１４号公報等がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】（問題点）しかしなが
ら、前記した従来のシリーズハイブリッド車回生電力消
費制御装置では、発電機をモータ運転してエンジンを回
転させても、消費し得る回生電力が少なく、充分な回生
制動力を得ることが出来ないという問題点があった。

【００１２】（問題点の説明）シリーズハイブリッド車
に搭載されているエンジンは、既に述べたように、比較
的排気量が小さいエンジンであり、それを回転負荷とし
て回転させる場合の負荷トルクも小さい。そのため、エ
ンジンを回転させて回生電力を消費しようとしても、回
生電力が大である場合には、消費し切れない。消費しな
いことには制動力が確保できない。

【００１３】回生電力を消費する他の方法としては、放
電抵抗を設け、そこで消費する方法もある。しかし、そ
のような放電抵抗は相当大型となり、重量も大であるの
で、設置スペースが限られ重量軽減を目指している車両
に搭載するには、望ましくない。また、回生電力が消費
し切れない程に大きくならないようにするには、出来る
だけ機械的なサービスブレーキを使用するという手もあ
るが、それでは周知のように、長い下り坂ではブレーキ
が加熱して制動力が低下するとか、ブレーキパッドが早
く磨耗してしまう等の不都合が生ずる。本発明は、以上
のような問題点を解決することを課題とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、回生制動時に発電機運転される車両駆
動用のモータと、エンジンと直結され、回生制動時にモ
ータ運転され得る発電機と、回生制動時に充電される車
両駆動用のバッテリとを具え、前記モータからの回生電
力がバッテリ充電能力を超える場合に、前記発電機をモ
ータ運転しエンジンを回して回生電力を消費するシリー
ズハイブリッド車回生電力消費制御装置において、前記
エンジンの排気管内にエキゾースト弁と、該エキゾース
ト弁の開閉を制御するエキゾースト弁制御部と、エンジ
ン回転数センサとを更に具え、回生制動時にエンジン回
転数が第１の所定回転数まで増大したときに前記エキゾ
ースト弁を閉じ、エンジン回転数が第１の所定回転数よ
り小の第２の所定回転数まで減少して来た時に前記エキ
ゾースト弁を開くよう制御することとした。

【００１５】（解決する動作の概要）回生電力が大の場
合、エンジンの排気管内に設けたエキゾースト弁を閉じ
ると、エンジンの負荷トルクが増大するので、エンジン
を回すためにモータ運転している発電機は、より多くの
電力を必要とする。そのため、エキゾースト弁を開いて
いる場合よりも多くの回生電力を消費させることが可能
となるので、従来より大きな制動力を得ることが出来
る。なお、従来、シリーズハイブリッド車のエンジン
は、車輪を直接駆動するのではなく、発電機を駆動する
ために設けられているので、本来、ブレーキ用のエキゾ
ースト弁を設ける必要がなかった。そのため、排気管の
状態は、エキゾースト弁が開かれているのと同じ状態で
あった。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のシリーズハ
イブリッド車回生電力消費制御装置を示す図である。符
号は図７のものに対応し、２０はエキゾースト弁、２１
はエキゾースト弁制御部である。図７と同じ符号のもの
は、同じものであるので、その説明は省略する。エキゾ
ースト弁２０は、エンジン７の排気管９内に設けられた
弁であり、エキゾースト弁制御部２１は、車両コントロ
ーラ５からの指令により、エキゾースト弁２０の開閉を
制御するために設けられている。

【００１７】本発明では、回生制動に入った場合、回生
電力をバッテリ１３に吸収させたり、回生電力で発電機
１０をモータ運転し、エンジン７を回転させて消費した
りするが（ここまでは従来と同じ）、エンジン７の回転
数が増大して行って所定回転数（Ｎ₂ ）より大となった
ところで、エキゾースト弁２０を閉じる（但し、閉じる
といっても完全に閉じてしまうわけではない。完全に排
気を遮断すると、排気管９のガスケットやエキゾースト
弁２０に過大な圧力がかかって破損する恐れがあるの
で、少しは開いておく。）。すると、エンジン７の負荷
トルクは大となり、従来より多くの回生電力を消費する
ことが出来るようになる。一方、エンジン回転数が減少
して来て、前記所定回転数（Ｎ₂ ）より小さい所定回転
数（Ｎ₁ ）より小となったところで、エキゾースト弁２
０を開く。図４は、エキゾースト弁２０のそのような開
閉制御を示す図である。横軸はエンジン回転数を表し、
縦軸はエキゾースト弁の開閉状態を表している。

【００１８】図５は、エンジンを回転負荷として回す場
合に必要とされる負荷トルクの変化を示す図である。横
軸はエンジン回転数を表し、縦軸は負荷トルクを表して
いる。曲線イは、エキゾースト弁２０を開いている場合
の負荷トルクを示し、曲線ロは、エキゾースト弁２０を
閉じている場合の負荷トルクを示している。いずれも、
エンジン回転数が大になるにつれて負荷トルクも大とな
っているが、エキゾースト弁２０を閉じると排気管９内
の圧力が高くなるので、エンジン７は回りにくくなる。
従って、曲線ロの方が全体として大となっている。

【００１９】図６は、発電機をモータ運転した場合の消
費電力の変化を示す図である。横軸はエンジン回転数を
表し、縦軸はモータ運転発電機の消費電力を表してい
る。曲線イは、エキゾースト弁２０を開いている場合の
消費電力を示し、曲線ロは、エキゾースト弁２０を閉じ
ている場合の消費電力を示している。いずれも、エンジ
ン回転数が大になるにつれて消費電力も大となっている
が、エキゾースト弁２０を閉じると負荷トルクが大とな
るから、消費電力も曲線ロの方が全体として大となって
いる。

【００２０】発電機１０をモータ運転してエンジン７を
回転させるとき、エキゾースト弁２０を開いた状態でエ
ンジン７を回転させ、エンジン回転数が所定のＮ₂ まで
増大したところで、エキゾースト弁２０を閉じることと
する。すると、曲線上の動作点は、Ｎ₂ に対応する曲線
イ上の動作点Ｅから、曲線ロ上の消費電力が同じ動作点
Ｇに移る。また、エキゾースト弁２０を閉じた状態でエ
ンジン７を回転させていて、エンジン回転数がＮ₂ より
も小の所定のＮ₁ まで減少したところで、エキゾースト
弁２０を開くこととする。すると、曲線上の動作点は、
Ｎ₁ に対応する曲線ロ上の動作点Ｆから、曲線イ上の消
費電力が同じ動作点Ｄに移る。

【００２１】結局、回生電力が大である場合の回生動作
中には、図６での動作点は、エンジン回転数が増大する
過程では、Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｇ→Ｈと変化し、エンジン回転
数が減少する過程では、Ｈ→Ｇ→Ｆ→Ｄ→Ｃと変化す
る。なお、回転数Ｎ₁ ，Ｎ₂ の値は、モータ１７からの
回生電力の大きさや、図６の消費電力の大きさ等を考慮
し、適宜設定しておく（但し、エンジンの回転数である
ことより、小さい方のＮ₁ の値は、少なくともエンジン
のアイドリング回転数よりは大に設定しておく。）。

【００２２】次に、本発明での制御動作を説明する。図
２は、本発明の回生電力消費制御を説明するフローチャ
ートである。この制御は、車両コントローラ５を中心と
して行われる。 ステップ１…モータ１７は回生制動中かどうかチェック
する。これはモータ１７を流れる電流を調べることによ
りチェック出来る。回生制動中でない場合には、ステッ
プ２へ進む。 ステップ２…このステップでは、エキゾースト弁制御部
２１に指令して、エキゾースト弁２０を開く（あるい
は、開いたままにしておく）。 ステップ３…ステップ１で回生制動中であった場合に
は、モータインバータ検出部１６より検出されてくる回
生電力が、バッテリ１３の回生可能最大電力より大かど
うか調べる。大でない場合はステップ２へ進む。なお、
バッテリ回生可能最大電力については、図３に示す。

【００２３】図３は、バッテリへ回生可能な最大電力を
示す図であり、横軸はバッテリ残存容量を表し、縦軸は
バッテリ回生可能最大電力を表す。車両コントローラ５
の中に、このようなマップを保持しておき、バッテリ状
態検出部１４からの検出信号によりバッテリ残存容量を
求め、それをこのマップに当てはめて、その時のバッテ
リ回生可能最大電力を知ることが出来る。例えば、バッ
テリ残存容量がＢ₁ ％の時のグラフ上の点はＫ₁ であ
り、その点Ｋ₁ に対応するバッテリ回生可能最大電力は
Ｐ_BMと求められる。なお、このマップは、いつも同じも
のを使用するのではなく、バッテリ温度やバッテリの劣
化状態に応じて、それに対応したマップを使用すること
にすれば、より一層適切なバッテリ回生可能最大電力を
求めることが出来、バッテリの寿命を長くすることが出
来る。

【００２４】ステップ４…バッテリ１３では回生不可の
回生電力（超過電力）を算出する。これは、モータイン
バータ検出部１６で検出された回生電力から、図３のバ
ッテリ回生可能最大電力を差し引くことにより算出され
る。 ステップ５…算出した超過電力で発電機１０をモータ運
転するよう、発電機インバータ１２を制御する。その場
合、エンジン７への燃料供給は停止される。 ステップ６…エキゾースト弁２０が開いているか閉じて
いるかを調べる。

【００２５】ステップ７…開いている時は、エンジン回
転数が予め定めてある回転数Ｎ₂ より大きいかどうか調
べる。Ｎ₂ より大でない場合は、ステップ２へ進む（エ
キゾースト弁２０は開いたままとする）。 ステップ８…ステップ６でエキゾースト弁２０が閉じて
いる場合は、エンジン回転数が予め定めてある回転数Ｎ
₁ より小さいかどうか調べる。Ｎ₁ より小さい場合は、
ステップ２へ進む（エキゾースト弁２０を開く）。

【００２６】ステップ９…エキゾースト弁２０が開いて
エンジン回転数がＮ₂ より大きい場合（ステップ７でＹ
ＥＳ）とか、エキゾースト弁２０が閉じていてエンジン
回転数がＮ₁ より大きい場合（ステップ８でＮＯ）に
は、エキゾースト弁２０を閉じる。既に閉じていれば、
閉じたままとする。 閉じると、図５，図６で説明したように、負荷トルクが
増大し、エンジンを回転させるに要する電力（消費電
力）も増大する。つまり、従来より回生電力を多く消費
することが出来るので、回生制動で従来より大きな制動
力を確保することが出来る。なお、エンジンは、ガソリ
ンエンジンでもディーゼルエンジンでも構わない。た
だ、ガソリンエンジンの場合には、エキゾースト弁を閉
じる際には負荷が少なくなるのを防止するため、スロッ
トル弁は全開にする。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のシリーズハイ
ブリッド車回生電力消費制御装置によれば、回生電力が
大の場合、エンジンの排気管内に設けられたエキゾース
ト弁を閉じることにより、エンジンを回すためにモータ
運転している発電機に、より多くの回生電力を消費させ
ることが出来るようになる。そのため、回生制動時に従
来より大きな制動力を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のシリーズハイブリッド車回生電力消
費制御装置を示す図

【図２】 本発明の回生電力消費制御を説明するフロー
チャート

【図３】 バッテリへ回生可能な最大電力を示す図

【図４】 エキゾースト弁の開閉制御を示す図

【図５】 エンジンを回転負荷として回す場合に必要と
される負荷トルクの変化を示す図

【図６】 発電機をモータ運転した場合の消費電力の変
化を示す図

【図７】 従来のシリーズハイブリッド車回生電力消費
制御装置を示す図

【符号の説明】

１…アクセルセンサ、２…ブレーキスイッチ、３…シフ
トレバー、４…車速センサ、５…車両コントローラ、６
…エンジンコントローラ、７…エンジン、８…エンジン
回転数センサ、９…排気管、１０…発電機、１１…発電
機インバータ検出部、１２…発電機インバータ、１３…
バッテリ、１４…バッテリ状態検出部、１５…モータイ
ンバータ、１６…モータインバータ検出部、１７…モー
タ、１８…差動歯車部、１９…車輪、２０…エキゾース
ト弁、２１…エキゾースト弁制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｚ ３４１ Ｆターム(参考） 3G065 AA09 BA06 DA04 EA05 GA10 GA11 GA17 GA29 GA46 JA04 JA09 JA11 KA03 3G093 AA07 BA00 CA09 CB07 DA01 DA06 DB05 DB15 DB28 EA11 EB08 EC01 FA12 FB06 5H115 PA15 PG04 PI16 PI24 PO17 PU08 PU24 PU26 PV09 QE10 QI04 QN03 TB01 TE02 TI02 TI05 TI06 TI10 TO12 TO13 TO14 TO21 TU12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回生制動時に発電機運転される車両駆動
   用のモータと、エンジンと直結され、回生制動時にモー
   タ運転され得る発電機と、回生制動時に充電される車両
   駆動用のバッテリとを具え、前記モータからの回生電力
   がバッテリ充電能力を超える場合に、前記発電機をモー
   タ運転しエンジンを回して回生電力を消費するシリーズ
   ハイブリッド車回生電力消費制御装置において、前記エ
   ンジンの排気管内にエキゾースト弁と、該エキゾースト
   弁の開閉を制御するエキゾースト弁制御部と、エンジン
   回転数センサとを更に具え、回生制動時にエンジン回転
   数が第１の所定回転数まで増大したときに前記エキゾー
   スト弁を閉じ、エンジン回転数が第１の所定回転数より
   小の第２の所定回転数まで減少して来た時に前記エキゾ
   ースト弁を開くよう制御することを特徴とするシリーズ
   ハイブリッド車回生電力消費制御装置。