JP2003009307A

JP2003009307A - ハイブリッド車両のジェネレータ制御装置

Info

Publication number: JP2003009307A
Application number: JP2001190900A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yanase; 尚志梁瀬; Hirota Susuki; 裕太須々木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP3726885B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度上昇による破損等のトラブルを確実に防
止した上で、要求発電量に対して可能な限り容量の小さ
いジェネレータを適用して、燃費及び排ガス特性を向上
できるハイブリッド車両のジェネレータ制御装置を提供
する。【解決手段】過熱によりジェネレータ温度Ｔが上昇す
ると、それに応じてジェネレータの運転領域を短時間定
格域から連続定格域へと低発熱運転側に制限して、温度
上昇を抑制すると共に、これに伴ってジェネレータ回転
速度をＮ１からＮ２へと増加させて要求発電量を確保す
る。短時間定格域の利用によりジェネレータの容量を縮
小可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド車両
に備えられたジェネレータを制御する制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【関連する背景技術】例えば特開２０００−２２７１５
０号公報に記載されたハイブリッド車両では、エンジン
と変速機のトルクコンバータとの間に配置したモータを
駆動してモータ走行を可能とすると共に、エンジン走行
時や減速時には、逆にモータをジェネレータとして機能
させて回生電流をバッテリに充電している。作動時のモ
ータは発熱することから、熱対策としてトルクコンバー
タのオイルが利用されており、油温が所定値以上になる
と、ポンプによりオイルをラジエータの冷却回路に流通
させて冷却し、これによりトルクコンバータと共に近接
位置にあるモータの温度上昇を抑制している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報に記載のハイブリッド車両では、モータの冷却制
御をトルクコンバータの油温に基づいて間接的に行って
いるに過ぎず、モータ温度が実際にどの程度を上限とし
て抑制できるかについて確証はない。よって、モータ容
量を設定する際には、車両側から要求される発電量を連
続定格（連続運転してもモータの上限温度を越えること
がない運転領域）で確保できるように、容量の上で十分
に余裕をもった設定が行われるため、必然的にモータが
大型化する傾向にある。その結果、要求発電量が比較的
低い通常時には、効率が悪い領域でモータを運転させる
ことになり、ひいてはモータを駆動するエンジンの燃費
や排ガス特性を悪化させてしまうという問題がある。

【０００４】本発明の目的は、温度上昇による破損等の
トラブルを確実に防止した上で、要求発電量に対して可
能な限り容量の小さいジェネレータを適用して、燃費及
び排ガス特性を向上させることができるハイブリッド車
両のジェネレータ制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、エンジンにより駆動されるジ
ェネレータと、ジェネレータの温度を検出する温度検出
手段と、温度検出手段にて検出されたジェネレータ温度
の上昇に応じて、ジェネレータの運転領域を低発熱運転
側に変更し、更には低発電量側に制限する運転領域可変
手段とを備えた。

【０００６】従って、ジェネレータ温度の上昇に応じ
て、ジェネレータの運転領域が低発熱運転側に変更さ
れ、更には低発電量側に制限されるため、ジェネレータ
の発熱量が減少して温度上昇が抑制される。そして、こ
のようにジェネレータの温度上昇を確実に防止可能であ
ることから、より発電量の大きな運転領域、換言すれ
ば、発熱量が多くて従来は運転を避けていた短時間定格
域等の運転領域も使用可能となる。その結果、ジェネレ
ータの容量を縮小しても要求発電量を賄うことができ、
小型化されたジェネレータはシステム効率の良好な領域
で運転可能であることから、エンジンの燃費や排ガス特
性が向上される。

【０００７】又、請求項２の発明では、ジェネレータの
温度上昇率を判定する温度上昇率判定手段を有し、運転
領域可変手段が、温度上昇率判定手段にて判定されたジ
ェネレータの温度上昇率が大きいときに、ジェネレータ
の運転領域の制限量を増加させるものである。従って、
温度上昇率が大きくてジェネレータに過熱の兆候がある
ときには、その時点のジェネレータ温度に関わらず、ジ
ェネレータの運転領域の制限量が増加されて、より低発
熱運転側でジェネレータが運転される。その結果、ジェ
ネレータ温度に基づく制御のみの場合に比較して、より
確実にジェネレータの温度上昇が抑制可能となる。

【０００８】一方、上記請求項１の発明は好適には、エ
ンジンにより駆動されるジェネレータと、ジェネレータ
の温度を検出する温度検出手段と、ジェネレータを短時
間定格域で運転させると共に、温度検出手段にて検出さ
れたジェネレータ温度の上昇に伴ってジェネレータの運
転領域を低発熱運転側に制限する運転領域可変手段と、
運転領域可変手段の制御に基づくジェネレータの発電量
の低下に応じて、エンジンの回転速度を増加させる回転
速度制御手段とを備えたハイブリッド車両のジェネレー
タ制御装置として具体化できる。

【０００９】この場合には、請求項１の発明に加えて、
ジェネレータの運転領域が低発熱運転側に制限されて
も、その発電量に応じて回転速度制御手段によりエンジ
ンの回転速度が増加されるため、要求される発電量を確
実に確保可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をハイブリッド車両
のジェネレータ制御装置に具体化した一実施形態を説明
する。本実施形態のハイブリッド車両はエンジンを発電
専用に用いるシリーズ式のハイブリッド車両として構成
されており、例えば、都市部で低速走行を多用する乗合
バス等の大型車両に適用される。図１は本実施形態のハ
イブリッド車両のジェネレータ制御装置を示す全体構成
図である。この図に示すように、車両には駆動源として
走行モータ１が搭載されており、走行モータ１は変速機
２及び差動装置３を介して左右の駆動輪（後輪）４に連
結されている。走行モータ１は誘導型モータ、或いは永
久磁石同期型モータとして構成され、駆動用のバッテリ
５がインバータ回路６を介して電気的に接続されてい
る。インバータ回路６は、モータ駆動による走行時には
バッテリ５又は後述するジェネレータ８からの電力を走
行モータ１に供給して駆動制御し、車両の減速時には走
行モータ１にて回生された電力をバッテリ５に充電す
る。

【００１１】又、バッテリ５にはインバータ回路７を介
してジェネレータ８が電気的に接続され、このジェネレ
ータ８は発電用のエンジン９の出力軸９ａに連結されて
回転駆動される。インバータ回路７は、上記インバータ
回路６と同様に、ジェネレータ８によって発電された電
力を供給して走行モータ１の駆動制御及びバッテリ５の
充電を行う。又、図示はしないが、インバータ回路７は
補機モータにも電気的に接続され、この補機モータに電
力を供給することによりエアブレーキ用のエアコンプレ
ッサやパワステポンプ等の補機類を駆動する。

【００１２】一方、車室内には図示しない入出力装置、
制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装
置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置
（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制
御ユニット）１１が設置されており、このＥＣＵ１１に
より本実施形態のジェネレータ制御装置が制御される。
ＥＣＵ１１には上記したバッテリ５及びインバータ回路
６，７が相互通信可能に接続されると共に、エンジン９
を運転するための図示しない燃料噴射弁や点火コイル等
の各種アクチュエータ、センサが接続されている。又、
ＥＣＵ１１には運転者のアクセル操作量を検出するアク
セルセンサ１２、Ｄ（ドライブ）、Ｎ（ニュートラ
ル）、Ｒ（リバース）等の運転者によるシフト位置を検
出するシフト位置センサ１３、車速を検出する車速セン
サ１４、ジェネレータ８の温度Ｔを検出する温度センサ
１５（温度検出手段）等の各種センサ類が接続されてい
る。

【００１３】そして、ＥＣＵ１１はハイブリッド車両を
走行させるための一般的な制御を実行する。即ち、車両
の走行時においては、アクセル操作量に基づいて所定の
マップから要求モータトルクを算出し、インバータ回路
６によりバッテリ５からの電力を走行モータ１に供給し
て要求モータトルクを発生させる。又、インバータ回路
７によりバッテリ５からの電力を補機モータに供給し
て、必要に応じてコンプレッサやパワステポンプ等を駆
動する。

【００１４】又、アクセル操作量や車速から車両の減速
を判定したときには、走行モータ１にて回生された電力
をインバータ回路７によりバッテリ５に充電する。一
方、バッテリ５の充電レベル（ＳＯＣ：State Of Charg
e）が所定値を下回ったときには、エンジン９を始動し
てジェネレータ８による発電を開始し、充電レベルに応
じてバッテリ５を充電する。

【００１５】加えて本実施形態では、発電時のジェネレ
ータ８の運転領域をジェネレータ温度Ｔに基づいて制御
している。そこで、ＥＣＵ１１により行われるジェネレ
ータ８の制御について詳述する。このジェネレータ制御
には、ジェネレータ８の容量が密接に関係するため、ま
ず、容量の設定状態について述べる。ジェネレータ８に
要求される発電量は、走行モータ１や補機モータの運転
状態、バッテリ５の充電レベル等に応じて変化し、従来
技術として説明した特開２０００−２２７１５０号公報
に記載されたハイブリッド車両等では、要求される最大
発電量を連続定格域での発電で賄うことが可能なよう
に、ジェネレータの容量が設定される。これに対して本
実施形態では、要求される最大発電量を短時間定格域で
の発電で賄うように、ジェネレータ８の容量が設定され
ている。勿論、発電量はジェネレータ８の回転速度によ
って異なるため、これらの設定は、エンジン９の燃費、
排ガス特性、騒音等を考慮した適切なエンジン回転速度
（例えば、後述する図３に示すＮ１）を前提としたもの
である。

【００１６】図２はハイブリッド車両における発電タイ
ミングの一例を示しており、ジェネレータ８の発電は断
続的になされて、その発電の継続時間はかなり短時間
（例えば、２００sec）となっている。周知のように連
続運転可能な連続定格域に対して、短時間定格域ではジ
ェネレータ８の過熱による破損防止のために運転時間を
制限する必要があるが、このように実際の発電の継続時
間が限られているため、最大の継続時間以上でもジェネ
レータ温度Ｔがジェネレータ８の上限温度に達しない運
転領域であれば、必ずしも連続定格域に抑制する必要は
なく、短時間定格域で発電を実施可能なことがわかる。

【００１７】図３は連続定格域と短時間定格域との発電
特性を示しているが、同一のジェネレータ回転速度にお
いて、連続定格域に比較して短時間定格域ではより大き
な発電量が得られることがわかる。結果として、短時間
定格域を利用する本実施形態のジェネレータ８は、公報
に記載のものに比較してかなり小さな容量のものが適用
されている。

【００１８】一方、ＥＣＵ１１は図４に示す運転領域設
定ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。予め
ジェネレータ８の上限温度以下の領域には、４つの設定
値Ｔ１〜Ｔ４（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）が定められて
おり、これらの設定値に基づいて、本実施形態では図３
に示すように、短時間定格域（最終ゲインＦgain＝１０
０％）を上限として連続運転域の下側の領域（Ｆgain＝
６０％）まで、ジェネレータ８の運転領域を連続可変す
ると共に、それに伴う発電量の低下を補うために、例え
ば要求発電量としてＷを達成するときには、ジェネレー
タの回転速度をＮ１（Ｆgain＝１００％）〜Ｎ２（Ｆga
in＝６０％）の範囲で制御する。

【００１９】まず、ＥＣＵ１１はステップＳ２でジェネ
レータ温度Ｔを第１及び第２の設定値Ｔ１,Ｔ２と比較
し、その比較結果に応じて図５に示すマップから温度Ｔ
に応じたジェネレータ８の運転領域ゲインＧgainを設定
する（運転領域可変手段）。即ち、ジェネレータ温度Ｔ
が第１の設定値Ｔ１未満（Ｔ＜Ｔ１）のときには、ステ
ップＳ４で運転領域ゲインＧgainを１００％に設定し、
ジェネレータ温度Ｔが第２の設定値Ｔ１を越えている
（Ｔ＞Ｔ２）のときには、ステップＳ６で運転領域ゲイ
ンＧgainを６０％に設定し、ジェネレータ温度Ｔが第１
及び第２の設定値Ｔ１,Ｔ２の間（Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）の
ときには、ステップＳ８でマップの勾配に倣って次式
（1）より運転領域ゲインＧgainを設定する。

【００２０】Ｇgain＝40T/（T1−T2）−40T1/（T1−T2）+100 ………（1）次いで、ステップＳ１０でジェネレータ温度Ｔから時間
当たりの温度上昇率ΔＴを算出し（温度上昇率判定手
段）、続くステップＳ１２で上昇率ΔＴが上昇率許容値
ΔＴmax以上か否かを判定する。ステップＳ１２の判定
がＹＥＳ（肯定）のときには、ステップＳ１４で運転領
域ゲインＧgainを６０％に設定した後にステップＳ１６
に移行し、又、ステップＳ１２の判定がＮＯ（否定）の
ときには直接ステップＳ１６に移行する。

【００２１】ステップＳ１６ではジェネレータ温度Ｔを
第３及び第４の設定値Ｔ３,Ｔ４と比較し、その比較結
果に応じて図６に示すマップからジェネレータ８の発電
量抑制ゲインＰgainを設定する。即ち、ジェネレータ温
度Ｔが第３の設定値Ｔ３未満（Ｔ＜Ｔ３）のときには、
ステップＳ１８で発電量抑制ゲインＰgainを１００％に
設定し、ジェネレータ温度Ｔが第４の設定値Ｔ４を越え
ている（Ｔ＞Ｔ４）ときには、ステップＳ２０で発電量
抑制ゲインＰgainを０％に設定し、ジェネレータ温度Ｔ
が第３及び第４の設定値Ｔ３,Ｔ４の間（Ｔ３≦Ｔ≦Ｔ
４）のときには、ステップＳ２２でマップの勾配に倣っ
て次式（2）より発電量抑制ゲインＰgainを設定し、そ
の後にルーチンを終了する。

【００２２】Ｐgain＝100T/（T3−T4）−100T1/（T3−T4）+100 ………（2）そして、ＥＣＵ１１は、このようにして得られた運転領
域ゲインＧgainと発電量抑制ゲインＰgainに基づき、図
３に示すようにジェネレータ８の運転領域を決定し、そ
の運転領域に従ってインバータ回路７を制御してジェネ
レータ８を運転させる。一方、ＥＣＵ１１は、エンジン
９側ではエンジン回転速度（即ち、ジェネレータ８の回
転速度）を制御しており、図３のマップの特性に基づ
き、ジェネレータ８の運転領域の低発熱運転側への移行
に伴ってジェネレータ回転速度を増加させ、これにより
要求発電量の確保を図っている（回転速度制御手段）。

【００２３】以上の制御の結果、ジェネレータ８は以下
に述べるように制御される。まず、ジェネレータ温度Ｔ
が第１の設定温度Ｔ１未満で、ジェネレータ８が過熱し
ておらず、且つ、温度Ｔの上昇率ΔＴが上昇率許容値Δ
Ｔmax未満で、過熱の兆候もないときには、例えば図３
に示すように、ジェネレータ回転速度をＮ１に維持した
上で、短時間定格域でジェネレータ８が運転される。上
記したように本実施形態では比較的小型のジェネレータ
８が選択されているが、大きな発電量が得られる短時間
定格域で運転されるため、車両側の要求発電量は十分に
確保される。そして、このようにジェネレータ８が小型
化されているため、要求発電量が低い場合でもジェネレ
ータ８はシステム効率の良好な領域で運転され、結果と
してジェネレータ８を駆動するエンジン９の燃費や排ガ
ス特性が向上される。

【００２４】又、ジェネレータ８が過熱して、図５に示
すようにジェネレータ温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１を越
え、或いは更に第２の設定温度Ｔ２を越えると、温度Ｔ
に基づき運転領域ゲインＧgainが６０％を下限として減
少設定される。運転領域ゲインＧgainに応じてジェネレ
ータ８の運転領域が低発熱運転側に制限されると、ジェ
ネレータ８の発熱量は減少する。又、このときには要求
発電量を確保すべくジェネレータ回転速度が増加される
ため、ジェネレータ８の冷却が促進される。よって、ジ
ェネレータ８の温度上昇が抑制され、上限温度を超えた
ときの破損等のトラブルが確実に防止される。

【００２５】更に、譬えジェネレータ温度Ｔが第１の設
定値Ｔ１未満の場合であっても、上昇率ΔＴが上昇率許
容値ΔＴmax以上となって、過熱の兆候があるときに
は、運転領域ゲインＧgainが６０％に設定される。この
運転領域は連続定格域より低いため、ジェネレータ８の
発熱量が急減すると共に、ジェネレータ回転速度の増加
により冷却が促進され、上記と同様にジェネレータ８の
温度上昇が抑制されて破損等のトラブルが確実に防止さ
れる。

【００２６】一方、ジェネレータ８の発電が図２のよう
に断続することなく連続的に行われた場合（例えば、走
行モータ１の消費電力が増加する急登坂路が続いた場合
等）には、上記運転領域ゲインＧgainに基づく対策にも
拘わらず温度上昇が抑制されない可能性がある。この場
合、図６に示すようにジェネレータ温度Ｔが第３の設定
温度Ｔ３を越えて更に第４の設定温度Ｔ４を越えると、
発電量抑制ゲインＰgainは急減して０に設定される。つ
まり、要求発電量の確保よりジェネレータ８の保護が優
先され、実質的にジェネレータ８の発電が中断されて発
熱量が０となり、ジェネレータ８の破損防止が図られ
る。

【００２７】以上のように本実施形態のハイブリッド車
両のジェネレータ制御装置では、ジェネレータ８を短時
間定格域で運転させて、車両側の要求発電量を確保した
上でジェネレータ８の小型化を実現する一方、短時間定
格域での運転によりジェネレータ温度Ｔが上昇したとき
には、温度Ｔから求めた運転領域ゲインＧgain及び発電
量抑制ゲインＰgainに基づいてジェネレータ８の運転領
域を低発熱運転側に制限し、これにより温度上昇を抑制
している。その結果、温度上昇による破損等のトラブル
を確実に防止した上で、要求発電量に対して可能な限り
容量の小さいジェネレータ８を適用して、燃費及び排ガ
ス特性を大幅に向上させることができる。

【００２８】又、温度上昇率ΔＴが上昇率許容値ΔＴma
x以上となって過熱の兆候があると判定したときには、
その時点のジェネレータ温度Ｔに関わらず、上記運転領
域ゲインＧgainを連続定格域より低い下限値の６０％に
設定するようにした。そして、このように温度上昇率Δ
Ｔを考慮することにより、上記ジェネレータ温度Ｔに基
づく制御のみの場合に比較して、より確実にジェネレー
タ８の破損等のトラブルを防止することができる。

【００２９】以上で実施形態の説明を終えるが、本発明
の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例え
ば、上記実施形態では、エンジン９を発電専用に用いる
シリーズ式のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置
として具体化したが、エンジンを走行用にも使用するパ
ラレル式のハイブリッド車両に具体化してもよい。又、
上記実施形態では、運転領域ゲインＧgainを図５のマッ
プに従ってジェネレータ温度Ｔ１，Ｔ２間で変化させ、
発電量抑制ゲインＰgainを図６にマップに従ってジェネ
レータ温度Ｔ３，Ｔ４間で変化させたが、マップの特性
はこれらに限ることはない。例えば、温度Ｔの上昇に伴
って運転領域ゲインＧgainをジェネレータ温度Ｔの全域
に亘ってゆるやかに減少させたり、或いは、発電量抑制
ゲインＰgainをジェネレータ温度Ｔ３で１００％から０
％にステップ状に減少させたりしてもよい。

【００３０】更に、上記実施形態では、ジェネレータ８
の運転領域の下限を連続定格域より下側の６０％に設定
したが、温度上昇を抑制可能であれば、必ずしも連続定
格以下の領域まで制限する必要はなく、例えば連続定格
域より上側の領域を下限としてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置によれ
ば、温度上昇による破損等のトラブルを確実に防止した
上で、要求発電量に対して容量の小さいジェネレータを
適用して、燃費及び排ガス特性を向上させることができ
る。

【００３２】又、請求項２の発明のハイブリッド車両の
ジェネレータ制御装置によれば、請求項１に加えて、温
度上昇率が大きくてジェネレータの過熱の兆候があると
きに、ジェネレータの運転領域の制限量を増加するた
め、より確実にジェネレータの破損等のトラブルを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のハイブリッド車両のジェネレータ制
御装置を示す全体構成図である。

【図２】ハイブリッド車両における発電タイミングの一
例を示すタイムチャートである。

【図３】ジェネレータの運転領域を示す説明図である。

【図４】ＥＣＵが実行する運転領域設定ルーチンを示す
フローチャートである。

【図５】運転領域ゲインＧgainを設定するためのマップ
を示す説明図である。

【図６】発電量抑制ゲインＰgainを設定するためのマッ
プを示す説明図である。

【符号の説明】

８ジェネレータ９エンジン１１ＥＣＵ（運転領域可変手段、温度上昇率判定手
段、回転速度制御手段）１５温度センサ（温度検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H115 PA08 PG04 PI22 QN08 RE11 SE02 TO05 TU12 5H590 AA01 CA07 CA23 HA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンにより駆動されるジェネレータ
と、上記ジェネレータの温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段にて検出されたジェネレータ温度の上
昇に応じて、上記ジェネレータの運転領域を低発熱運転
側に変更し、更には低発電量側に制限する運転領域可変
手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車両のジ
ェネレータ制御装置。
【請求項２】上記ジェネレータの温度上昇率を判定す
る温度上昇率判定手段を有し、上記運転領域可変手段
は、上記温度上昇率判定手段にて判定されたジェネレー
タの温度上昇率が大きいときに、上記ジェネレータの運
転領域の制限量を増加させることを特徴とする請求項１
に記載のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置。