JP2002345109A - ハイブリッド車両 - Google Patents

ハイブリッド車両

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JP2002345109A
JP2002345109A JP2001145719A JP2001145719A JP2002345109A JP 2002345109 A JP2002345109 A JP 2002345109A JP 2001145719 A JP2001145719 A JP 2001145719A JP 2001145719 A JP2001145719 A JP 2001145719A JP 2002345109 A JP2002345109 A JP 2002345109A
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electric machine
rotating electric
vehicle
engine
power
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JP2001145719A
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Shinichiro Kitada
真一郎 北田
Masaaki Uchida
正明 内田
Noboru Hattori
昇 服部
Toshio Kikuchi
俊雄 菊池
Yutaro Kaneko
雄太郎 金子
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • Y10S903/952—Housing details

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリーズハイブリッド車両のコストを低減
し、シリーズハイブリッド車両の普及を容易にする。 【解決手段】 エンジン１と、エンジン１の出力軸１ａ
に連結される第１回転電機５と、第１回転電機５と電気
的に接続されると共に車両の駆動輪３に連結される第２
回転電機６とを備えるハイブリッド車両において、第１
回転電機５の最大発電電力と第２回転電機６の最大出力
とを略等しく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の動力源を搭
載したハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動モータによって車両を駆動する電気
自動車の航続距離を延ばす方策として、車両にエンジン
と発電機を搭載し、車載されたバッテリを充電しながら
走行するいわゆるシリーズハイブリッド車両が公知であ
る。このようなシリーズハイブリッド車両では、バッテ
リの充電状態が十分であるときはエンジンを停止状態と
し、バッテリの充電状態が不足し始めるとエンジンを運
転して発電機を駆動するのが一般的である。この場合、
エンジンは基本的に定格で運転されるので、比較的小さ
い出力のエンジンが使用され、それと同時に、発電機も
エンジン出力に見合うだけの比較的小さい発電能力のも
のが使用される。すなわち、従来のシリーズハイブリッ
ド車両では、エンジンと発電機を小型化することで車両
コストの増加を抑えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなシリーズハイブリッド車両は、他の一般的な車
両、すなわち、機械式トランスミッションを搭載する車
両とは全く異なる仕様のエンジンを必要とし、特別仕様
のエンジンを少量生産することのデメリットが大きくな
る。また、異なる特性を有するシリーズハイブリッド車
両を複数種用意しようとする場合、それぞれの特性に合
ったエンジンと発電機とを用意することになり、シリー
ズハイブリッド車両のコスト低減はさらに困難となる。
【０００４】本発明は、かかる従来の課題に鑑みなされ
たものであり、量産効果によってシリーズハイブリッド
車両のコストを低減し、シリーズハイブリッド車両の普
及を容易にすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明では、エンジンと、前記エンジンの
出力軸に連結される第１回転電機と、前記第１回転電機
と電気的に接続されると共に車両の駆動輪に連結される
第２回転電機と、を備えるハイブリッド車両において、
前記第１回転電機の最大発電電力と前記第２回転電機の
最大出力とを略等しく設定することを特徴としている。
【０００６】また、請求項２の発明では、前記第１回転
電機と前記第２回転電機との間で電力の授受を行なう異
なる仕様の蓄電装置を搭載可能としたことを特徴として
いる。
【０００７】かかる構成によれば、主に車両駆動力を発
生する第２回転電機の最大出力と主に発電を行う第１回
転電機の最大発電電力とが略等しいので、２つの回転電
機の間に介装する蓄電装置の蓄電状態に関わらず、車両
を最大出力で駆動する（第２回転電機に最大出力を発揮
させる）ことが常に可能となり、蓄電装置の容量や最大
出力をいかようにも設定することができる。例えば、蓄
電装置を車両に搭載しないようにしたり、容量や最大出
力が極めて小さい蓄電装置を搭載することもできる。こ
れは、第１回転電機と第２回転電機のセットを単なる変
速機として使用することを意味しており、機械式トラン
スミッションを搭載していた車両をこのようなシリーズ
ハイブリッド車両で代替することが可能である。一方、
この車両に比較的大容量で最大出力も大きい蓄電装置を
搭載すれば、従来のシリーズハイブリッド車両と同様の
燃費改善効果を得ることができる。さらに、搭載する蓄
電装置の容量と最大出力とを異ならせることにより、シ
リーズハイブリッド車両の特性を容易に変更することが
可能となる。結局、従来の機械式トランスミッション搭
載車両に相当する車両と燃費改善効果を狙ったいわゆる
シリーズハイブリッド車両とを同一仕様のエンジンと回
転電機を使用して用意することが可能となり、燃費改善
のために必要となるコスト増加を蓄電装置搭載のための
コスト増加だけに抑制することができる。
【０００８】また、請求項３の発明では、前記第１回転
電機と第２回転電機とが単一のケース内に収納されてい
ることを特徴としている。
【０００９】かかる構成によれば、第１回転電機と第２
回転電機とが収納されたケースを従来の機械式トランス
ミッションユニットと同様に扱うことが可能となり、車
両製造工程の大幅な変更を避けることができる。また、
蓄電装置の有無や容量に応じてケース形状を変更する必
要はないので、全ての車種でケースを共用化することも
可能であり、さらにはケースが取付けられる車両側の構
造も全ての車種で共通となることから、さらなるコスト
低減を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１から図３を参照して本発明の
実施の形態を説明する。
【００１１】図１は従来の機械式トランスミッション搭
載車両に相当する特性を有するハイブリッド車両（車種
Ａ）の駆動系を示す図である。
【００１２】図１において、エンジン１の出力軸１ａは
電気式トランスミッション２の入力軸２ａに連結されて
おり、電気式トランスミッション２の出力軸２ｂはファ
イナルギヤ等を介して車両の駆動輪３に連結されてい
る。
【００１３】電気式トランスミッション２は、ケース４
内に第１回転電機５と第２回転電機６を収納し、第１回
転電機５のロータ回転軸を入力軸２ａに、第２回転電機
６のロータ回転軸を出力軸２ｂにしたものである。これ
らの回転電機は、ロータ回転軸の回転位相に応じた３相
交流電流がステータコイルを流れるようにして発電や力
行を行なわせる同期電動機であり、第１回転電機５の最
大発電電力と第２回転電機６の最大出力とが略等しくな
るよう設計されている。第１回転電機５の配線７ａと第
２回転電機６の配線７ｂは、ケース４の外部へ引き出さ
れて電流制御用のインバータ８（第１回転電機５用のイ
ンバータと第２回転電機６用のインバータとをまとめて
図示している）に接続されている。すなわち、第１回転
電機５と第２回転電機６とはインバータ８を介して電気
的に接続されている。
【００１４】このような電気式トランスミッション２で
は、エンジン１の出力Ｐｅ（＝回転速度Ｎｅ×トルクＴ
ｅ）が第１回転電機５によって電力Ｐｇに変換され、こ
の発電電力Ｐｇがそのまま第２回転電機６に供給されて
第２回転電機６の出力Ｐｍ（＝回転速度Ｎｍ×トルクＴ
ｍ）に変換される。このとき、エンジン１の出力Ｐｅと
第２回転電機６の出力Ｐｍとが等しくなり、エンジン１
のトルクＴｅと第２回転電機のトルクＴｍとの間には以
下の関係が成立する。
【００１５】Ｔｍ＝（Ｎｅ／Ｎｍ）×Ｔｅ すなわち、電気式トランスミッション２は従来の機械式
トランスミッションと同等の機能を有している。なお、
実際には、第１回転電機５と第２回転電機６のエネルギ
変換効率が１００％ではないので、エネルギ変換時の損
失分だけＴｍがＴｅより小さくなるが、このような動力
伝達時の損失は、機械式トランスミッションを使用する
場合でも発生する（ギヤの噛み合い部分における摩擦損
失等）ものである。
【００１６】この車両の制御は、例えば次のようにして
行われる。まず、車両運転者のアクセル踏込み量と車速
とに基づいて第２回転電機６の目標出力を決定し、この
目標出力に応じて第１回転電機５の目標発電電力を決定
し、この目標発電電力に応じてエンジン１の目標出力を
決定し、この目標出力が得られるようにエンジン１の吸
入空気量と燃料噴射量を制御する。第１回転電機５の最
大発電電力と第２回転電機６の最大出力とを略等しく設
定しておくことにより、第１回転電機５は常に第２回転
電機の目標出力に見合う発電を行うことが可能となる。
また、エンジン１の出力が車両運転者のアクセル踏込み
量と車速とに応じたものとなるので、特殊な車両を運転
している感覚を車両運転者に与えることがない。
【００１７】なお、上記の制御を行なうにはエンジン１
の吸入空気量を任意に調整可能とする必要があり、電子
制御スロットル装置を備えることが必須となる。ただ
し、アクセルペダルとエンジン１のスロットルとを機械
的に連結するようにしてもよく、その場合はエンジン１
の実出力に合わせて第１回転電機５の発電電力と第２回
転電機６の出力とを制御する。
【００１８】図２は従来の機械式トランスミッション搭
載車両と燃費改善効果を狙ったいわゆるシリーズハイブ
リッド車両との中間的な特性を有するハイブリッド車両
（車種Ｂ）の駆動系を示す図である。
【００１９】図２において車種Ａと異なるのは、インバ
ータ８に比較的小容量で最大出力も小さいバッテリ９が
接続されている点だけであり、その他の部分は車種Ａと
全く同一である。
【００２０】この車両の制御は、基本的には車種Ａの制
御と同様に実施され、この状態では、バッテリ９におけ
る電力の出入りはほとんど発生しない。
【００２１】また、車両を制動する際に第２回転電機６
で発電を行い、得られた電力をバッテリ９に充電してお
くことが可能である。搭載するバッテリ９の容量が小さ
いため、制動時に回生する電力をあまり大きくすること
は出来ないが、ここで回生した電力を有効に活用するこ
とで燃費を多少向上させることができる。例えば、一般
的なエンジンは負荷が低いときほど熱効率が悪化するの
で、必要な駆動力が小さい低車速運転時にエンジン１の
運転を停止してバッテリ９の電力だけで車両を駆動する
ようにすれば、バッテリ９の容量が小さくてもある程度
の燃費改善効果を期待することができる。車速が一定以
上に上昇したら第１回転電機５を力行させて容易にエン
ジン１を始動することができる。
【００２２】このような運転を機械式トランスミッショ
ン搭載車両で実施しようとした場合、専用の小出力回転
電機を新たに開発する必要があるうえ、この回転電機を
車両駆動系の適当な位置に連結する構造が必要となり、
場合によっては専用のトランスミッションケースを用意
することとなる。これに対し、本実施形態の車種Ｂは第
１実施形態の車種Ａに小容量のバッテリ９を搭載するだ
けで実現可能であり、車種Ａに加えて車種Ｂを用意する
ための新たな開発・設備投資を最小限に抑えることがで
きる。
【００２３】図３は燃費改善効果を狙ったいわゆるシリ
ーズハイブリッド車両（車種Ｃ）の駆動系を示す図であ
る。
【００２４】図３において車種Ａと異なるのは、インバ
ータ８に比較的大容量で最大出力も大きいバッテリ９ｂ
が接続されている点だけであり、その他の部分は車種Ａ
と全く同一である。
【００２５】この車両の制御は、通常のシリーズハイブ
リッド車両と同じであり、例えば、車両制動時に十分な
回生発電を行ってバッテリ９ｂの充電を行うと共に、バ
ッテリ９ｂに十分な電力が蓄えられているときはエンジ
ン１の運転を停止してバッテリ９ｂの電力だけで車両を
駆動し、バッテリ９ｂの充電が必要なときは熱効率が最
も良くなる運転条件でエンジン１を運転して第１回転電
機５に発電を行わせる。このような運転を行うことで、
最大の燃費改善効果を得ることができる。さらこの車両
では、上記の制御から車種Ａと同様の制御へ制御方法を
切り替えることで、バッテリ９ｂの充電状態が低くなっ
ているときでも第２回転電機６を最大出力で運転するこ
とができる。
【００２６】この車種Ｃについても、専用の駆動系部品
は大容量のバッテリ９ｂのみであり、さらにこのバッテ
リ９ｂを搭載するスペースさえ確保できれば、車種Ａや
車種Ｂと同じ車体を使用することもできる。
【００２７】以上説明した通り、主に車両駆動力を発生
する第２回転電機６の最大出力と主に発電を行う第１回
転電機５の最大発電電力とを略等しくした電気式トラン
スミッション２を１種類だけ用意しておけば、機械式ト
ランスミッションを搭載する従来の車両と同じ特性を有
する車両から大幅な燃費改善効果を期待できる車両ま
で、様々な特性を有する複数の車種からなる車種群を最
小限の開発コストと設備投資で提供することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の車種Ａを示す図。
【図２】同じく車種Ｂを示す図。
【図３】同じく車種Ｃを示す図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 電機式トランスミッション ３ 駆動輪 ４ ケース ５ 第１回転電機 ６ 第２回転電機 ７ 配線 ８ インバータ ９ バッテリ（蓄電装置）
フロントページの続き (72)発明者 菊池 俊雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 金子 雄太郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA04 AA07 AA16 EB09 5H115 PC06 PG04 PI13 PI24 PO02 PO06 PO17 PU10 PU23 PU24 PU26 PV09 PV21 QE02 RB11 RB21 RE04 SE01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンと、前記エンジンの出力軸に連
    結される第１回転電機と、前記第１回転電機と電気的に
    接続されると共に車両の駆動輪に連結される第２回転電
    機と、を備えるハイブリッド車両において、 前記第１回転電機の最大発電電力と前記第２回転電機の
    最大出力とを略等しく設定することを特徴とするハイブ
    リッド車両。
  2. 【請求項２】 前記第１回転電機と前記第２回転電機と
    の間で電力の授受を行なう異なる仕様の蓄電装置を搭載
    可能としたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリ
    ッド車両。
  3. 【請求項３】 前記第１回転電機と第２回転電機とが単
    一のケース内に収納されていることを特徴とする請求項
    １または２に記載の車両用駆動力伝達装置。
  4. 【請求項４】 同一仕様のエンジンと、前記エンジンの
    出力軸に連結される同一仕様の第１回転電機と、前記第
    １回転電機と電気的に接続されると共に車両の駆動輪に
    連結される同一仕様の第２回転電機と、を備え、前記第
    １回転電機と前記第２回転電機との間で電力の授受を行
    なう異なる仕様の蓄電装置を搭載した複数の車種からな
    るハイブリッド車両群。
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