JP2002199509A - ハイブリッド車両の駆動方法 - Google Patents

ハイブリッド車両の駆動方法

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JP2002199509A JP2000392910A JP2000392910A JP2002199509A JP 2002199509 A JP2002199509 A JP 2002199509A JP 2000392910 A JP2000392910 A JP 2000392910A JP 2000392910 A JP2000392910 A JP 2000392910A JP 2002199509 A JP2002199509 A JP 2002199509A
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Shigenori Kinoshita
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下り傾斜の多い走行路を持つ車両、主にハイ
ブリッド車両の運転システムにおいて、回生電力による
蓄電量を低減させ、蓄電装置の大型化を不要とする。 【解決手段】 第１の内燃機関エンジンと連結した第１
の電動発電機と第１の半導体電力変換器を介して直流電
力を発生しこの直流電力から第２の半導体電力変換器と
第２の発電動機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆
動システムで、前記第１の半導体電力変換器と第２の半
導体電力変換器の直流側に第１の蓄電装置を接続して車
両を駆動する車両駆動方法において、車両の走行状態に
応じて、前記第１のエンジンの作動状態とその出力及び
前記第１の電動発電機と第２の発電動機の出力を制御
し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関エンジンと
蓄電装置を動力源として走行するハイブリッド車両の駆
動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来のディーゼルエンジンによる
鉄道車両用の車両駆動システム構成図である。図６にお
いて、１はディーゼルエンジン、２はディーゼルエンジ
ン２の出力軸、３はトルクコンバータ、４はトルクコン
バータ３の出力軸、５は減速機、６Ｒ、６Ｌは機械ブレ
ーキ装置、７Ｒ、７Ｌは車輪、８はリターダである。
【０００３】力行時は、エンジン出力軸２の回転をトル
クコンバータ３で出力軸４を連続的に可変速制御して、
減速機５を介して車輪を駆動する。停止制動は、機械ブ
レーキ装置６Ｒ、６Ｌを作用させる。機械制動の動作説
明は本発明の主旨ではないので省略する。長い下り勾配
路を抑速走行するには、６Ｒ，６Ｌの機械ブレーキを連
続運転は出来ないのでリターダ８を作用させる。
【０００４】図７は従来のエンジン自動車の駆動システ
ム構成図である。同図において、図６と類似構成要素に
は図６に示した構成要素番号にａを付して示してある
（例、１ａはエンジン）。図７において、９はクラッ
チ、１０は変速機、１１はデフギアーである。図７に示
す、エンジン自動車の駆動システムは公知であり、その
説明も省略する。
【０００５】図８はシリーズハイブリッド自動車の駆動
システム構成図である。図８において、図７と類似構成
要素には、図６に示した構成要素番号にｂを付して示し
てある（例、１ｂはエンジン）。図８において、１２は
発電機、１３は整流器、１４はインバータ、１５は電動
機、１６は蓄電装置である。図８でシリーズハイブリッ
ド駆動システムの動作を概説する。エンジン１ｂ、発電
機１２、整流器１３で直流電力を発生させ、蓄電装置１
６を充電する。蓄電装置１６の直流電力からインバータ
１４と電動機１５で車輪７ｂＲ、７ｂＬを駆動する。車
両の制動時は、電動機１５とインバータ１４とで、車輪
に発生した制動動力を蓄電装置１６に回生する。
【０００６】図９はパラレルハイブリッド自動車の駆動
システム構成図である。図９において、図６〜図８まで
と類似構成要素は図６〜図８に示した構成要素番号にｃ
を付してある（例、エンジンは１ｃ）。図９において、
１７はエンジン出力軸２ｃと電動機１５ｃの出力軸（番
号図示せず）とを結合する装置で、一般に減速機で構成
されている。図９に示したパラレルハイブリッドシステ
ムはエンジン出力に対するトルクアシスト方式のもの
で、車両の加速時には、蓄電装置１６ｃの電力からイン
バータ１４ｃ、電動機１５ｃでエンジン出力軸２ｃをト
ルクアシストする。減速時は制動力を蓄電装置１６ｃに
回生する。
【０００７】図８及び図９のハイブリッド駆動システム
はいずれも、エンジンの燃料消費量の低減、即ち燃費向
上を図って地球環境改善を狙って実用化されている駆動
システムである。
【０００８】
【従来の技術】図１０はシリーズハイブリッド車両の運
転の一例を示したものである。同図で（１）は縦軸が走
行路の標高、横軸は距離を示したものでＡ〜Ｅは各区間
を示している。図１０の（２）は（１）の走行路を走行
した場合の車両の駆動動力で（＋）は駆動、（−）は制
動の場合を示している。又（３）は同じく蓄電装置の蓄
電エネルギー量を示したものである。
【０００９】図１０について更に説明する。区間Ａは急
勾配であるので、走行動力はＰAとなる。区間Ｂは区間
Ａより緩勾配であるので、所要動力はＰAより少ないＰB
となる。区間Ｄは緩勾配の下り走行で、制動動力は
ＰC、区間Ｅは急勾配走行で制動動力はＰDとなる。図１
０の例では、区間Ｂの走行動力に相当する出力をエンジ
ン、発電機の最大出力とし、この動力を越える走行動力
は蓄電装置から供給するシステムとしている。この場
合、同図に示したで示した部分が蓄電装置によって供
給され、 の部分はエンジンのみから供給される。走
行区間Ａを走行すると蓄電装置の蓄電エネルギー量はＱ
１からＱ２に減少する。
【００１０】さて、図１０で示した走行路を走行する鉄
道車両等でも、下り勾配運転では機械ブレーキは作用さ
せる事が出来ない。例えば下り勾配において８０ｋ／ｈ
程度の速度順行で機械ブレーキを作用させた場合、ほと
んどの機械ブレーキは摩擦により「焼きつき」等の消耗
を発生してしまう。このため、下り勾配の走行路の制動
電力を蓄電池に回生する運転で走行するのが普通であ
る。この場合、同図の電力を蓄電装置が吸収すること
になるので、区間Ｄ、Ｅを走行すると蓄電量はＱ３に達
する。Ｑ３の蓄電量は区間Ｂ走行の電力に相当するエ
ネルギーで、に比べ非常に大きなエネルギーとにな
り、蓄電装置が大型してしまい、結果費用増大等の問題
が生じていた。
【００１１】一方、蓄電装置の蓄電量を制限すると、下
り勾配走行時は機械制動装置（機械ブレーキ）を作用さ
せることになる。この場合、上記のように「焼きつき」
等を発生しないようにするには走行速度を大幅に下げな
ければならず（例えば１０ｋ／ｈ等の低速）、結果とし
て走行時間が増大してしまうという別の問題も生じる。
このような事から、下り勾配区間を走行可能で、しかも
燃費に良いハイブリッド駆動システムの実現が求められ
ていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の点に着眼
してなされたものである。 １）シリーズ、パラレルハイブリッド駆動システムはエ
ンジン動力と電動機動力は別個に且つ自由に制御でき
る。 ２）エンジンはエンジンブレーキがかかる。
【００１３】３）蓄電電力をエンジンブレーキの駆動電
力とすれば、回生による蓄電電力を放出することによ
り、蓄電量の容量を必要以上に大きくしなくてすむ。第
１の発明は、第１の内燃機関エンジンと連結した第１の
電動発電機と第１の半導体電力変換器を介して直流電力
を発生しこの直流電力から第２の半導体電力変換器と第
２の発電動機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動
システムで、前記第１の半導体電力変換器と第２の半導
体電力変換器の直流側に第１の蓄電装置を接続して車両
を駆動する車両駆動方法において、車両の走行状態に応
じて、前記第１のエンジンの作動状態とその出力及び前
記第１の電動発電機と第２の発電動機の出力を制御し、
前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する。
【００１４】第２の発明は、第１の発明において、前記
車両は予め記憶された走行路の距離及び標高の情報を含
む走行パターンに応じて、前記第１のエンジンの出力、
第１の発電動機の出力、第２の発電動機の出力を制御
し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する第
３の発明は、第２の発明において、前記車両が惰行走行
時、前記第１の発電動機は電動機運転し、前記第１のエ
ンジンを前記第１の蓄電装置の電力により駆動し、エン
ジンブレーキ動作をさせる。
【００１５】第４の発明は、第２の発明において、下り
勾配の走行路を制動走行する場合、第２の発電動機を発
電機運転して前記第１の蓄電装置に電力回生すると共
に、前記第１の電動発電機は前記第１の蓄電装置の電力
により電動機運転して前記第１のエンジンを駆動してエ
ンジンブレーキ動作をさせる。第５の発明は、第２の内
燃機関エンジンの出力軸と第２の蓄電装置の電力で第３
の半導体電力変換器を介して駆動される第３の電動発電
機の出力軸とを動力結合し、変速機を介して車輪を駆動
するハイブリッド駆動システムの車両駆動方法におい
て、車両の走行状態に応じて、前記第２のエンジンの作
動状態とその出力及び前記第３の電動発電機の出力を制
御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節す
る。
【００１６】第６の発明は、第５の発明において、前記
車両は予め記憶された走行路の距離及び標高の情報を含
む走行パターンに応じて、前記第２のエンジンの出力、
前記変速機の変速比及び前記第３の発電動機の出力を制
御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節す
る。第７の発明は、第６の発明において、車両が惰行走
行時、前記第３の発電動機は電動機運転し、前記第２の
エンジンを前記第２の蓄電装置の電力により駆動してエ
ンジンブレーキ動作をさせる。
【００１７】第８の発明は、第６の発明において、下り
勾配の走行路を制動走行する場合、前記第３の発電動機
を発電機運転して前記第２の蓄電装置に電力回生すると
共に、前記第２のエンジンは前記第２の蓄電装置の電力
により前記変速機を介してエンジンブレーキ動作をさせ
る。第９の発明は、第１の発明から第４の発明で、第1
の蓄電装置は電気二重層キャパシタとする。第１０の発
明は、第６の発明から第９の発明で、第２の蓄電装置は
電気二重層キャパシタとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態で
シリーズハイブリッド駆動システムに適用した駆動シス
テム構成図である。図１において、図８と同一構成要素
は同一番号を付してある。図１において、１００は蓄電
制御装置で、１０１は走行パターン指令装置である。車
両が走行するパターンは走行するルートの距離と標高の
推移等といった、回生動作による蓄電量に関わる情報が
記憶されたものであり、予め走行パターン指令装置に組
み込まれている。車両走行位置に対応した、蓄電装置１
６の蓄電量は予め設定されているので、この量になるよ
う、エンジン１ｂ、整流器１２、インバータ１４を個別
に制御する。
【００１９】図２は本発明の第２の実施形態でパラレル
ハイブリッド駆動システムに適用した駆動システム構成
図である。図２において、図９と同一構成要素は同一番
号を付してある。図２において、２００は蓄電制御装置
で、２０１は走行パターン指令装置である。車両が走行
するパターンは予め、走行パターン指令装置に組み込ま
れている。車両走行位置に対応した、蓄電装置１６ｃの
蓄電量は予め設定されているので、この量になるよう、
エンジン１ｃ、インバータ１４ｃ、変速機１０ｃを個別
に制御する。
【００２０】図３は図１の駆動システム動作を説明する
図で、請求項１から４に相当する動作説明図である。同
図で本発明の動作を説明する。（ａ）は惰行走行時に蓄
電装置１６の電力でエンジンブレーキを作用させて、蓄
電装置１６のエネルギーを放出する運転モードである。
（ｂ）は制動運転時に制動電力を全て、蓄電装置１６に
回収する運転モードである。この運転モードでは、発電
機１２の出力をゼロ又はエンジン１ｂを停止する。この
運転方法は、制動電力は小さいか又は蓄電装置１６に電
力回収余力が十分ある場合に適用する運転モードであ
る。
【００２１】（ｃ）は（ｂ）の運転方法にエンジンブレ
ーキを併用させた駆動方式で、制動電力が大きい場合、
蓄電装置１６の蓄電余力が少ない場合に適用する運転モ
ードである。（ｄ）はエンジンブレーキのみによる車両
の制動運転モードで、（ｃ）の運転方法で蓄電装置１６
への電力回生量をゼロにしたものである。
【００２２】（ｅ）は蓄電装置に蓄電された電力を出き
るだけ短時間に放出させる運転方法で、長い下り坂を抑
速制動運転に入る前の運転に適用する運転モードであ
る。次に本発明の駆動方法による車両走行例を図４を例
に説明する。図４において、（１）は図１０の（１）と
同じで走行路の標高を示したもので、ａ，ｂ・・ｇは走
行区間を示す。又同図（２）は蓄電装置１６の蓄電量を
示す。
【００２３】図４の（１）に示した走行路では、区間ｂ
は緩勾配の長い下り坂で、ｃは急勾配の下り坂を示して
いる。この走行路を走行する場合、点では、蓄電装置
は充分な充電余力が無くてはならない。下り坂開始点
から下り坂終了地点までの回生電力量ΔＥBは予め推
定でき、この地点での蓄積エネルギー量の蓄積可能最大
値をＥmax以下にするために、地点点での蓄電装置の
蓄電量Ｅ0を推定する。地点では、蓄電量がＥ1である
ので、地点に向かって減らすべき蓄電量ΔＥ1を推定
する。この結果、区間ａ（ここでは、平坦路で惰行運
転）では、エンジンブレーキを作用させて蓄電量をＥ0
まで放出する。
【００２４】このように、予め記憶された（標高情報を
含む）走行パターンと各走行地点に対応した蓄電量を所
定値に対応させるために、前述の（ａ）〜（ｅ）の各モ
ードを選択実行して蓄電量を蓄積可能最大値以下の値に
調節する。図５は図２の駆動システム動作を説明する図
で、請求項５から８に相当する動作説明図である。同図
で本発明の動作を説明する。
【００２５】（ａ）は惰行走行時に蓄電装置１６ｃの電
力でエンジンブレーキを作用させて、蓄電装置１６ｃの
エネルギーを放出する運転モードである。（ｂ）は制動
運転時に制動電力を全て、蓄電装置１６ｃに回収する運
転モードである。この運転モードでは、発電動機１５ｃ
の出力をゼロ又はエンジン１ｃを停止する。この運転方
法は、制動電力は小さいか又は蓄電装置１６ｃに電力回
収余力が十分ある場合に適用する運転モードである。
【００２６】（ｃ）は（ｂ）の運転方法にエンジンブレ
ーキを併用させた駆動方式で、制動電力が大きい場合、
蓄電装置１６ｃの蓄電余力が少ない場合に適用される運
転モードである。（ｄ）はエンジンブレーキのみによる
車両の制動運転モードで、（ｃ）の運転方法で、蓄電装
置１６ｃへの電力回生量をゼロにしたものである。
（ｅ）は蓄電装置１６ｃに蓄電された電力を出きるだけ
短時間に放出させる運転方法で、長い下り坂を抑速制動
運転する場合に適用される運転モードである。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、内燃機関エンジンと蓄電装置
を動力源とするハイブリッド駆動システムで、車両駆動
を走行路パターンに応じて蓄電装置の蓄電量を調節する
ようにした駆動方法であるので、以下種々の効果が得ら
れる。 １）下り勾配走行時でも、回生制動運転が可能となり、
機械ブレーキ作用が不要になる。これにより機械ブレー
キの寿命が延びると共に、機械ブレーキの保守が大幅に
軽減する。
【００２８】２）エンジン、電機品を始め、蓄電装置の
小型・軽量化が図れ、実用的なハイブリッド車両が実現
できる。特に勾配区間の多い鉄道車両へ適用した場合の
効果が大きくなる。 ３）１）から２）により、燃費向上が図れる。 ４）本発明で、蓄電装置を電気二重層キャパシタ電池に
すると電池寿命が大幅に伸び、更の実用的はソブリッド
車両が実現できる。
【００２９】５）本発明における内燃機関エンジンとし
てディーゼルエンジンで説明したが、ガソリンエンジン
は勿論のこと、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）エンジン、ＬＰ
Ｇ（液体プロパンガス）エンジン等のガスエンジンを始
め、メタノールエンジン等といった他の内燃機関エンジ
ンに適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの第１の
実施の形態を示す回路図である。
【図２】本発明の非絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの第２の
実施の形態を示す回路図である。
【図３】第１の実施の形態を説明するための動作図であ
る。
【図４】第１の実施の形態を説明するための動作図であ
る。
【図５】第２の実施の形態を説明するための動作図であ
る。
【図６】従来の内燃機関エンジン駆動の鉄道車両の駆動
システム構成図である。
【図７】従来の内燃機関エンジン駆動の自動車の駆動シ
ステム構成図である。
【図８】従来の内燃機関エンジンと蓄電装置を動力源と
するシリーズハイブリッド自動車の駆動システム構成図
である。
【図９】従来の内燃機関エンジンと蓄電装置を動力源と
するパラレルハイブリッド自動車の駆動システム構成図
である。
【図１０】勾配走行路を走行する車両の動作説明図であ
る。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 内燃機関エンジン ２、２ａ、２ｂ、２ｃ 内燃機関エンジン出力軸 ３ トルクコンバータ ４、４ａ 車輪駆動軸 ５ 減速機 ６R、６ａＲ、６ｂＲ、６ｃＲ、６Ｌ、６ａＬ ６ｂＬ、
６ｃＬ 機械式制動装置 ７Ｒ、７ａＲ、７ｂＲ、７ｃＲ、７Ｌ、７ａＬ、７ｂ
Ｌ、７ｃＬ 車輪 ８ リターダ ９、９ｃ クラッチ １０、１０ｃ 変速機 １１、１１ｃ デフギアー １２ 発電機 １３ 整流器 １４、１４ｃ インバータ １５、１５ｃ 電動機 １６、１６ｃ 蓄電装置 １７ 動力結合装置 １００、２００ 蓄電制御装置 １０１、２０１ 走行路パターン指令装置
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） Ｈ０２Ｊ 7/14 ＺＨＶ Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の内燃機関エンジンと連結した第１の
    電動発電機と第１の半導体電力変換器を介して直流電力
    を発生しこの直流電力から第２の半導体電力変換器と第
    ２の発電動機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動
    システムで、前記第１の半導体電力変換器と第２の半導
    体電力変換器の直流側に第１の蓄電装置を接続して車両
    を駆動する車両駆動方法において、車両の走行状態に応
    じて、前記第１のエンジンの作動状態とその出力及び前
    記第１の電動発電機と第２の発電動機の出力を制御し、
    前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節することを
    特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記車両は予め記憶さ
    れた走行路の距離及び標高の情報を含む走行パターンに
    応じて、前記第１のエンジンの出力、第１の発電動機の
    出力、第２の発電動機の出力を制御し、前記第１の蓄電
    装置の蓄電量を所定量に調節することを特徴とするハイ
    ブリッド車両の駆動方法。
  3. 【請求項３】請求項２において、前記車両が惰行走行
    時、前記第１の発電動機は電動機運転し、前記第１のエ
    ンジンを前記第１の蓄電装置の電力により駆動し、エン
    ジンブレーキ動作をさせることを特徴とするハイブリッ
    ド車両の駆動方法。
  4. 【請求項４】請求項２において、下り勾配の走行路を制
    動走行する場合、第２の発電動機を発電機運転して前記
    第１の蓄電装置に電力回生すると共に、前記第１の電動
    発電機は前記第１の蓄電装置の電力により電動機運転し
    て前記第１のエンジンを駆動してエンジンブレーキ動作
    をさせることを特徴とするハイブリッド車両の駆動方
    法。
  5. 【請求項５】第２の内燃機関エンジンの出力軸と第２の
    蓄電装置の電力で第３の半導体電力変換器を介して駆動
    される第３の電動発電機の出力軸とを動力結合し、変速
    機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動システムの
    車両駆動方法において、車両の走行状態に応じて、前記
    第２のエンジンの作動状態とその出力及び前記第３の電
    動発電機の出力を制御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量
    を所定量に調節することを特徴とするハイブリッド車両
    の駆動方法。
  6. 【請求項６】請求項５において、前記車両は予め記憶さ
    れた走行路の距離及び標高の情報を含む走行パターンに
    応じて、前記第２のエンジンの出力、前記変速機の変速
    比及び前記第３の発電動機の出力を制御し、前記第２の
    蓄電装置の蓄電量を所定量に調節することを特徴とする
    ハイブリッド車両の駆動方法。
  7. 【請求項７】請求項６において、車両が惰行走行時、前
    記第３の発電動機は電動機運転し、前記第２のエンジン
    を前記第２の蓄電装置の電力により駆動してエンジンブ
    レーキ動作をさせることを特徴とするハイブリッド車両
    の駆動方法。
  8. 【請求項８】請求項６において、下り勾配の走行路を制
    動走行する場合、前記第３の発電動機を発電機運転して
    前記第２の蓄電装置に電力回生すると共に、前記第２の
    エンジンは前記第２の蓄電装置の電力により前記変速機
    を介してエンジンブレーキ動作をさせることを特徴とす
    るハイブリッド車両の駆動方法。
  9. 【請求項９】請求項１乃至４において、第１の蓄電装置
    は電気二重層キャパシタとしたことを特徴とするハイブ
    リッド車両の駆動方法。
  10. 【請求項１０】請求項５乃至８において、第２の蓄電装
    置は電気二重層キャパシタとしたことを特徴とするハイ
    ブリッド車両の駆動方法。
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