JP2001103607A - シリーズハイブリッド式電動車両 - Google Patents

シリーズハイブリッド式電動車両

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JP2001103607A JP27374999A JP27374999A JP2001103607A JP 2001103607 A JP2001103607 A JP 2001103607A JP 27374999 A JP27374999 A JP 27374999A JP 27374999 A JP27374999 A JP 27374999A JP 2001103607 A JP2001103607 A JP 2001103607A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 搭載するバッテリーが小型でよいシリーズハ
イブリッド式電動車両を提供する。 【解決手段】 電力消費量が少ない運転状態を検出する
エンジン始動時期検出手段(モード判定部12)を備え
る。バッテリー4の残存容量を検出するバッテリー残存
容量検出手段(バッテリー残量検出部22)を備える。
バッテリー残存容量検出手段が検出した残存容量が予め
定めた設定値より少ないときであって、電力消費量が少
ない運転状態にあるときにエンジン7を始動させる充電
制御手段(電流制御アンプ9、速度制御アンプ10)を
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータによって車
輪を駆動し、エンジン駆動式発電機によってバッテリー
を充電する充電装置を備えたシリーズハイブリッド式電
動車両に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の電動車両の充電装置は、
バッテリーの残存容量が低下したときにスターターモー
タによってエンジンを始動し、このエンジンによって駆
動される発電機の発電電力でバッテリーを充電してい
る。すなわち、一つのバッテリーで走行用のモータと前
記スターターモータとに給電している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように構成し
たシリーズハイブリッド式電動車両においては、バッテ
リーとして大型で容量が大きいものを搭載しなければな
らず、重量が重くなるとともにコストアップになってし
まうという問題があった。大容量のバッテリーを搭載し
なければならないのは、例えば発進時などで走行用モー
タの電力消費量が相対的に多くなるときに、エンジンを
始動するためにスターターモータに給電することがある
からである。すなわち、走行用モータとスターターモー
タの両方に同時に給電できるように、バッテリーの最大
放電電力を大きくしなければならないからである。
【0004】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、搭載するバッテリーが小型でよいシ
リーズハイブリッド式電動車両を提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両は、
電力消費量が少ない運転状態を検出するエンジン始動時
期検出手段と、電力消費量が少ない運転状態を前記エン
ジン始動時期検出手段が検出しているときにエンジンを
始動させる充電制御手段とを備えたものである。本発明
によれば、走行用モータの電力消費量が少ないときにス
ターターモータに給電されるから、バッテリーの最大放
電電力を低減することができる。
【0006】請求項2に記載した発明に係るシリーズハ
イブリッド式電動車両は、請求項1に記載した発明に係
るシリーズハイブリッド式電動車両において、電力消費
量が少ない運転状態を車速によって検出する構成とした
ものである。この発明によれば、発進時を避けてエンジ
ンを始動できる。請求項3に記載した発明に係るシリー
ズハイブリッド式電動車両は、請求項1または請求項2
に記載した発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両
において、バッテリーの残存容量を検出するバッテリー
残存容量検出手段を備え、このバッテリー残存容量検出
手段が検出した残存容量が予め定めた設定値より少ない
ときにも充電制御手段がエンジンを始動させる構成とし
たものである。この発明によれば、特にバッテリーの残
存容量が少ないときに大きな放電電力を出力するとバッ
テリーが痛み易いが、これを防止できる。
【0007】
【発明の実施の形態】第1の実施の形態 以下、本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両の
一実施の形態を図1ないし図8によって詳細に説明す
る。ここでは、モータの動力で人力を助勢する電動補助
自転車に本発明を適用した場合の形態について説明す
る。図1は本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車
両の充電系の構成を示すブロック図、図2は充電時の動
作を説明するためのフローチャート、図3はモード判定
時の動作を説明するためのフローチャート、図4は目標
充電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャー
ト、図5は車速と発電量の関係を示すグラフである。図
6は消費電力の変化を示すグラフ、図7は車速からエン
ジン回転数を求めるためのマップになるグラフ、図8は
バッテリーの残存容量から最大発電電力を求めるための
マップになるグラフである。
【0008】これらの図において、符号1で示すもの
は、この実施の形態による電動補助自転車である。この
電動補助自転車1は、ペダルを踏込む力(踏力)と、モ
ータ2の駆動力の合力によって後輪3を駆動して走行す
るものである。モータ2の動力は、踏力に比例して増減
させている。また、この電動補助自転車1は、前記モー
タ2に給電するバッテリー4をエンジン駆動式のモータ
発電機5によって充電する充電装置6を装備し、シリー
ズハイブリッド式の構造を採っている。
【0009】前記モータ発電機5は、モータと発電機の
両方の機能を有し、エンジン7を始動するときにスター
ターモータとして使用し、バッテリー4を充電するとき
に発電機として使用する。このモータ発電機5とバッテ
リー4との間にインバータ・コンバータ8を介装し、こ
のインバータ・コンバータ8に接続した電流制御アンプ
9と速度制御アンプ10とによってモータ発電機5の使
用形態を切替える回路を採っている。前記速度制御アン
プ10は、モータ発電機5の回転数を検出する回転数検
出器11の出力値(速度フィードバック値)が入力さ
れ、電流制御アンプ9にはモータ発電機5を流れる電流
値(電流フィードバック値)が入力されるようにしてい
る。これらのアンプ9,10は、後述するモード判定部
12から送出された指令値に基づいてインバータ・コン
バータ8を流れる電流を制御する。前記指令値は、エン
ジン始動時や停止時と、定常運転時とにそれぞれ送出さ
れる。エンジン始動用の指令値が速度制御アンプ10に
入力されると、インバータ・コンバータ8からモータ発
電機5に電力を供給してモータ発電機5をスターターモ
ータとして機能させる。このとき、電流制御アンプ9は
モータ発電機5に流れる電流をフィードバック制御によ
って制御する。エンジン停止用の指令値が入力されたと
きには、インバータ・コンバータ8を流れる電流を遮断
し、バッテリー電力でモータ発電機5が回転するのを阻
止する。前記速度制御アンプ10および電流制御アンプ
9が本発明に係る充電制御手段を構成している。
【0010】また、定常運転用の指令値が入力されたと
きには、図1において符号13で示す車速−発電機回転
数マップ参照部から送出される発電機回転数データに対
応する回転数でモータ発電機5が回転し、モータ発電機
5から発電電力がバッテリー4に供給されるように、イ
ンバータ・コンバータ8を制御する。前記車速−発電機
回転数マップ参照部13は、図7に示す車速−回転数指
令値マップから現在の車速に対応するモータ発電機5の
回転数を読出し、発電機回転数データとして速度制御ア
ンプ10に送出する。このマップは、車速が予め定めた
速度に達するまではモータ発電機5の回転数(目標充電
電力)が車速に比例して増大し、車速が前記設定車速を
上回った後はモータ発電機5の回転数が一定になるよう
に設定してある。また、車速が予め定めたエンジン始動
・停止速度より低いときには、モータ発電機5を回転さ
せない、言い換えればエンジン7を停止させるように設
定している。このマップは予めメモリ14に記憶させて
おく。車速は、車速センサ15によって検出する。
【0011】前記エンジン7は、図示していない燃料供
給弁とスロットル弁を電動式のアクチュエータ16,1
7によって駆動するようにしている。これらのアクチュ
エータ16,17とエンジンの点火装置(図示せず)
は、図1中に符号18で示す出力要求生成部が生成した
出力要求値(目標充電電力)と、モータ発電機5の発電
電力(バッテリー4に供給される充電電力)とが一致す
るように制御する。出力要求生成部18は、図7に示す
車速−発電機回転数マップから現在の車速に対応するモ
ータ発電機5の回転数を読出し、この回転数に対応した
目標充電電力を示す出力要求信号を発電量制御アンプ1
9に送出する。発電量制御アンプ19は、出力要求生成
部18から送出された出力要求値を指令値としてバッテ
リー出力フィードバック値の差がなくなるようにPI制
御を実施し、アクチュエータ駆動部20に制御信号を送
出する。アクチュエータ駆動部20は、前記制御信号に
従って前記両アクチュエータ16,17と点火装置を駆
動する。前記バッテリー出力フィードバック値は、バッ
テリー4の端子間電圧と充放電電流とに基づいて出力計
算部21が算出し、発電量制御アンプ19に送出する。
すなわち、発電量制御アンプ19は、充電電力が前記目
標充電電力と一致するように充電装置6を制御する。
【0012】出力要求生成部18が出力要求信号を生成
するときには、この実施の形態では、バッテリー4が過
充電になるのを阻止するために、バッテリー4の残存容
量(SOC)が70%を保つようにしている。前記残存
容量は、バッテリー残量検出部22がバッテリー4の端
子間電圧、充放電電流およびバッテリー温度に基づいて
求める。このバッテリー残量検出部22が本発明に係る
バッテリー残存容量検出手段を構成している。残存容量
が70%に満たない場合には、図8に示すバッテリー残
存容量−発電出力指令値マップに基づいて充電電力を設
定する。このマップは、残存容量に対する充電可能電力
量を示すもので、前記メモリ14に予め記憶させてお
く。
【0013】前記モード判定部12は、電動補助自転車
1の運転状態を複数の運転モードに分けてモード毎に前
記速度制御アンプ10と出力要求生成部18に各種の指
令値を送出する。モード判定部12に入力されるデータ
は、前記車速センサ15が検出した車速データと、バッ
テリー残量検出部22が検出したバッテリー4の残存容
量と、モータ発電機5の回転数検出器11が検出した回
転数データと、スタンドセンサ23が検出したスタンド
位置データなどである。このモード判定部12が本発明
に係るエンジン始動時期検出手段を構成している。前記
スタンドセンサ23は、スタンド24を使用している状
態であるか否かを検出する。
【0014】次に、上述したように構成した電動補助自
転車1の動作を前記モード判定部12のさらに詳細な構
成の説明と合わせて図2ないし図4に示すフローチャー
トによって説明する。この電動補助自転車1の図示して
いないメインスイッチ(電源スイッチ)がON操作され
ると、先ず、図2に示すフローチャートのステップS1
で初期設定を実施し、ステップS2で5ms待機した後
にステップS3でモード判定部12がモード判定を実施
する。
【0015】モード判定は、図3のフローチャートに示
すように実施する。先ず、同図のステップ100で示す
ように、スタンド24が使用状態であるか否かと、バッ
テリー4の残存容量が80%を越えているか否かを判定
する。これらの条件のうち何れか一方が満たされている
場合には、YESと判定されてステップ101に進む。
ステップ101では、モータ発電機5の回転速度(回転
数)を0に設定し、エンジン7の燃料供給弁とスロット
ル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装置をOF
Fに設定する。そして、ステップ102に進んで現在の
モードをエンジン停止モードに設定する。前記ステップ
100でNOと判定された場合には、ステップ103で
現在のモードがエンジン停止モードであるか否かを判定
し、YESと判定された場合にはステップ104に進
み、NOと判定された場合にはステップ105へ進む。
ステップ104では、モータ発電機5の回転速度を0に
設定し、エンジン7の燃料供給弁とスロットル弁の開度
を全閉に設定するとともに、点火装置をOFFに設定す
る。そして、ステップ106で現在の車速がエンジン始
動速度を上回っているか否かを判定する。YESと判定
された場合にはステップ107へ進み、NOと判定され
た場合にはステップ102に進む。
【0016】前記エンジン始動速度は、走行用モータ2
の電力消費量が少なくなるときの速度に設定している。
この実施の形態では、発進時において車輪が停止状態か
ら回転を開始し、車速が0から徐々に上昇するような運
転域での車速より高い車速であって、走行開始後にモー
タ4の電力消費量が一時的に減少するときの車速に設定
している。発進直後はモータ2の電力消費量が著しく増
加しているから、エンジン始動のためにモータ発電機5
(スターターモータ)に給電するとバッテリー4の放電
電流が過大になってしまうが、上述したように制御する
ことによって、バッテリー4の放電電流を必要最小限度
に抑えることができる。
【0017】前記ステップ105では、現在のモードが
エンジン始動中モードであるか否かを判定する。ステッ
プ105でYESと判定された場合にはステップ107
へ進み、NOと判定された場合にはステップ108に進
む。ステップ107では、モータ発電機5の回転数をエ
ンジン始動時の回転数に設定し、エンジン7の燃料供給
弁と点火装置をON状態に設定するとともに、スロット
ル弁の開度を始動時の開度に設定する。その後、ステッ
プ109に進み、モータ発電機5を流れる電流を検出し
て発電しているか否かを判定する。モータ発電機5が発
電している場合にはステップ110に進み、モータ発電
機5がスターターモータとして機能している場合には、
ステップ111に進んで現在のモードをエンジン始動中
モードに設定する。
【0018】前記ステップ108では、現在のモードが
エンジン定常モードであるか否かを判定し、YESと判
定された場合にはステップ110に進み、NOと判定さ
れた場合にはステップ112に進む。ステップ110で
は、モータ発電機5の回転数を図7に示す車速−モータ
回転数マップに基づく回転数に設定し、エンジン7の燃
料供給弁と点火装置をON状態に設定するとともに、ス
ロットル弁の開度を出力要求値に対応する開度に設定す
る。その後、ステップ113で現在の車速がエンジン停
止速度を下回っているか否かを判定する。ステップ11
3でYESと判定された場合にはステップ114に進
み、NOと判定された場合にはステップ115に進んで
現在のモードを定常モードに設定する。
【0019】前記ステップ112では、現在のモードが
エンジン停止中モードであるか否かを判定する。この判
定結果がYESの場合にはステップ114に進み、NO
の場合にはステップ116に進む。ステップ114で
は、モータ発電機5の回転数を0に設定し、燃料供給弁
とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに点火装
置をOFFに設定する。そして、ステップ117に進ん
で現在のモードをエンジン停止中モードに設定する。前
記ステップ116では異常処理を実施する。この異常処
理は、充電装置6の全てのアクチュエータと点火装置を
OFFにするとともに、車体に設けたアラームランプ
(図示せず)を点灯させる。このように異常処理制御を
実施した後、ステップ118で現在のモードを異常モー
ドに設定する。
【0020】図3のフローチャートのステップ102,
111,115,117,118においてそれぞれ現在
のモードを設定した後、図2のフローチャートのステッ
プS4に進み、速度制御アンプ10と電流制御アンプ9
がモータ発電機5の速度(充電電力)を制御する。次
に、ステップS5で出力要求生成部18が出力要求値を
求める。出力要求値は、図4に示すフローチャートに示
すように求める。先ず、図4に示すフローチャートのス
テップ200でエンジン7を停止させる指令が発生して
いるか否かを判定する。YESと判定された場合には、
ステップ201に進んでモータ発電機5の出力要求値を
0に設定し、NOと判定された場合には、ステップ20
2に進んでバッテリー温度が上限値と下限値の間の温度
であるか否かを判定する。
【0021】ステップ202でNOと判定された場合に
はステップ201に進み、YESと判定された場合に
は、ステップ203に進んでバッテリー4の残存容量が
70%を上回っているか否かを判定する。この判定結果
がYESである場合にはステップ201に進み、NOで
ある場合にはステップ204に進む。ステップ204で
は、モータ発電機5の出力要求値を図7に示す車速−モ
ータ発電機回転数マップに基づいて決まる値と、図8に
示すバッテリー残存容量−発電出力指令値マップに基づ
いて決まる値のうち小さい方に設定する。
【0022】このように出力要求値を設定した後、図2
に示すフローチャートのステップS6において、前記出
力要求値を目標として発電量制御アンプ19がエンジン
の燃料供給弁、スロットル弁の開度と、点火装置での点
火時期などの制御値を求め、ステップS7でアクチュエ
ータ駆動部20に制御信号を送出してアクチュエータ1
6,17と点火装置を制御する。そして、ステップS2
に戻り、上述した制御を繰返す。
【0023】上述したように充電装置6を制御すること
によって、エンジン回転数と発電量は図5に示すように
変化する。図5は、横軸に時間をとるとともに縦軸にエ
ンジン回転数、車速、発電量、電力消費量をとってい
る。同図から分かるように、車速がエンジン始動・停止
速度を上回っている状態でエンジン7が運転され、エン
ジン回転数が車速に対応して増減する。車速がエンジン
始動・停止速度に達したときのモータ2の電力消費量は
一時的に低下しており、このときにエンジン7を始動す
ることによって、バッテリー4の放電電流が過度に大き
くなるのを阻止することができる。発進後にエンジンを
始動するときの消費電力は、図6に示すように、車速が
エンジン始動速度に達する以前でモータ2の電力消費量
が急増するときの最大値に較べて小さくなる。エンジン
始動後のエンジン回転数は、低速で走行しているときに
は、相対的に減少し、高速で走行しているときには、相
対的に増大する。このエンジン回転数の変化に対応する
ように、モータ発電機5での発電量が増減する。図5に
おいて電力消費量を示す曲線が波状になっているのは、
ペダルを踏込むときにモータ2の動力で助勢しており、
モータ2の出力が脈動するように増減するからである。
【0024】したがって、この電動補助自転車1は、電
力消費量が少ない運転状態ときにエンジン7を始動させ
る構成を採っているから、モータ2の電力消費量が少な
いときにモータ発電機5(スターターモータ)に給電さ
れ、バッテリー4の最大放電電力を低減することができ
る。このため、バッテリー4として容量が少なく小型の
ものを用いることができる。また、電力消費量が少ない
運転状態を車速によって検出しているから、発進時を避
けてエンジン7を始動できる。このため、小容量のバッ
テリー4でも過放電になるのを確実に阻止することがで
きる。
【0025】この実施の形態では、車速が大きくなるに
したがって増大するように設定した目標充電電力と、モ
ータ発電機5が発電する充電電力とが一致するようにエ
ンジン駆動式の充電装置6を制御しているから、停車時
や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行す
るときにエンジン7が運転されてバッテリー4が充電さ
れる。このため、停車時や低速走行時のエンジン音や振
動を低減することができる。また、車速が予め定めたエ
ンジン始動速度を上回ったときにエンジン7を始動し、
車速が予め定めたエンジン停止速度を下回ったときにエ
ンジン7を停止させる構成を採っているから、停止時
や、車速が設定車速より下回る徐行時には、エンジン7
が停止してエンジン音や振動が発生することがなくな
る。
【0026】第2の実施の形態 エンジンの始動は走行を開始する以前に実施することが
できる。このように制御する場合の一実施の形態を図9
によって詳細に説明する。図9は発進前にエンジンを始
動する他の実施の形態の一例を示すフローチャートであ
る。この実施の形態において前記第1の実施の形態で説
明した部材と同一もしくは同等の部材については、同一
符号を示し詳細な説明は省略する。
【0027】走行を開始する以前にエンジンを始動する
シリーズハイブリッド式電動車両は、前記第1の実施の
形態を採るときのモード判定部12の構成を僅かに変更
することによって実現できる。すなわち、車体が停止し
ているときにエンジン7を始動するようにモード判定部
12の構成を変更する。また、図1中に二点鎖線で示す
ようにモード判定部12とモータ2(モータ用コントロ
ーラ)とを接続するとともに、モード判定部12にエン
ジン始動が完了するまでの間はモータ2に給電する電力
を制限する機能をもたせ、電力消費量が増大することが
ないようにする。
【0028】この形態を採るときのモード判定部12
は、図9に示すように、ステップ104でモータ発電機
5の回転速度を0に設定し、エンジン7の燃料供給弁と
スロットル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装
置をOFFに設定した後に、ステップ106aで車体が
停止しているか否かを判定する。停車中である場合に
は、ステップ106bでモータ2に給電する電力を制限
する。その後の制御は第1の実施の形態を採るときと同
等である。このように停車時にエンジン7を始動するこ
とによって、バッテリー4の放電電流が過大になるのを
確実に阻止することができる。
【0029】上述した第1および第2の実施の形態では
本発明を電動補助自転車1に適用する例を示したが、本
発明は、モータを動力源とするシリーズハイブリッド式
電動車両であれば、電動自動二輪車や電動自動車など、
どのような車両にも適用することができる。また、電力
消費量が少ない運転状態は、車速によって検出すること
に限定されることはなく、例えばバッテリー4の放電電
力やモータ2の出力などによって検出してもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、走
行用モータの電力消費量が少ないときにスターターモー
タに給電されるから、バッテリーの最大放電電力を低減
することができる。したがって、バッテリーとして容量
が少なく小型のものを用いることができるから、重量低
減およびコストダウンを図ることができる。また、バッ
テリーが小型になるため、バッテリーを搭載する位置の
自由度が増大する。しかも、バッテリーに接続する配線
も相対的に細くすることができる。
【0031】請求項2記載の発明によれば、走行用モー
タの電力消費量が多くなる発進時を避けてスターターモ
ータを作動させることができるから、小容量のバッテリ
ーでも過放電になるのを確実に阻止することができる。
請求項3記載の発明によれば、特にバッテリーの残存容
量が少ないときに大きな放電電力を出力するとバッテリ
ーが痛み易いが、これを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車
両の充電系の構成を示すブロック図である。
【図2】 充電時の動作を説明するためのフローチャー
トである。
【図3】 モード判定時の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図4】 目標充電電力検出手段の動作を説明するため
のフローチャートである。
【図5】 車速と発電量の関係を示すグラフである。
【図6】 消費電力の変化を示すグラフである。
【図7】 車速からエンジン回転数を求めるためのマッ
プになるグラフである。
【図8】 バッテリーの残存容量から最大発電電力を求
めるためのマップになるグラフである。
【図9】 発進前にエンジンを始動する他の実施の形態
の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…電動補助自転車、2…モータ、4…バッテリー、5
…モータ発電機、6…充電装置、7…エンジン、9…電
流制御アンプ、10…速度制御アンプ、12…モード判
定部、15…車速センサ、22…バッテリー残量検出
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) H01M 10/46 H01M 10/48 P 10/48 H02J 7/00 P H02J 7/00 7/14 C 7/14 B60K 9/00 E Fターム(参考) 3G093 AA07 AA16 BA32 BA33 CA01 DB00 DB01 DB05 EB00 FA10 FA11 5G003 AA07 BA01 DA04 DA17 EA05 FA06 FA08 GB06 GC05 5G060 AA20 CA21 DB07 5H030 AA03 AA04 AS08 BB10 DD20 FF41 FF51 5H115 PA11 PG04 PG10 PI16 PI22 PI29 PU01 PU24 PU26 QN03 QN06 QN09 QN12 QN22 QN23 RE01 SE02 SE05 TB01 TE01 TI02 TI05 TI06 TI10 TO12 TO14 TU16 TU17

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータによって車輪を駆動し、エンジン
    駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を
    備えたシリーズハイブリッド式電動車両において、電力
    消費量が少ない運転状態を検出するエンジン始動時期検
    出手段と、電力消費量が少ない運転状態を前記エンジン
    始動時期検出手段が検出しているときにエンジンを始動
    させる充電制御手段とを備えたことを特徴とするシリー
    ズハイブリッド式電動車両。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のシリーズハイブリッド式
    電動車両において、電力消費量が少ない運転状態を車速
    によって検出する構成としたことを特徴とするシリーズ
    ハイブリッド式電動車両。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載のシリーズ
    ハイブリッド式電動車両において、バッテリーの残存容
    量を検出するバッテリー残存容量検出手段を備え、この
    バッテリー残存容量検出手段が検出した残存容量が予め
    定めた設定値より少ないときにも充電制御手段がエンジ
    ンを始動させる構成としたことを特徴とするシリーズハ
    イブリッド式電動車両。
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