JP2005073467A - ハイブリッド移動体システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ハイブリッド移動体システムの小型軽量化、低コスト化を実現する。
【解決手段】 内燃機関1と、高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧を発生する発電機として動作するとともに、少なくとも最も高い前記高電圧にて駆動する電動機として動作する発電電動機3と、内燃機関1と発電電動機3とを接続し、一方の動力を他方に伝達するとともに、それぞれの動力を移動体の駆動力として伝達させる動力伝達機構2と、前記高電圧の充放電が行われる第1の電力変換装置4および高電圧バッテリ6と、前記低電圧の少なくとも充電が行われる第2の電力変換装置5および補機7バッテリとを備えたハイブリッド移動体システム。
【選択図】 図1
【解決手段】 内燃機関1と、高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧を発生する発電機として動作するとともに、少なくとも最も高い前記高電圧にて駆動する電動機として動作する発電電動機3と、内燃機関1と発電電動機3とを接続し、一方の動力を他方に伝達するとともに、それぞれの動力を移動体の駆動力として伝達させる動力伝達機構2と、前記高電圧の充放電が行われる第1の電力変換装置4および高電圧バッテリ6と、前記低電圧の少なくとも充電が行われる第2の電力変換装置5および補機7バッテリとを備えたハイブリッド移動体システム。
【選択図】 図1
Description
本発明は動力としてエンジンと発電電動機を備えるハイブリッド移動体システムに関するものである。
第1の従来技術として、従来のハイブリッド自動車は、ガソリン車と同様にワイパや各種ランプ、オーディオ、パワーウィンドウあるいは各種コントロール装置などの補機類の電源となる補機バッテリを搭載している。図4にその構成例を示す。図4において、101は内燃機関、102は動力伝達機構、103は発電電動機、104は電力変換装置、105は第1の蓄電装置(高電圧バッテリと称す)、106は第2の蓄電装置(補機バッテリと称す)、111は発電機(オルタネータと称す)である。
補機バッテリ106は、内燃機関101によりベルト駆動されるオルタネータ111により充電されるよう構成されている。このような構成は、従来のガソリン車と同じ構成であるため、従来技術がそのまま流用できる(例えば特許文献1参照)。
第2の従来技術として、前述の補機バッテリは、車両の駆動力となる発電電動機の電源である主バッテリの高電圧直流源からDC−DCコンバータを介して充電されるように構成されているものがある。図5にその構成例を示す。
図5において、内燃機関101、動力伝達機構102、発電電動機103、電力変換装置104、第1の蓄電装置105、第2の蓄電装置106は第1の従来技術と同様である。コンバータ108と高周波トランス109とインバータ110で構成される絶縁型DC−DCコンバータ107が高電圧バッテリ105と補機バッテリ106の間に備わっている点が第1の従来技術と異なる。
このような構成にすることにより、補機バッテリ106の蓄電量が少なくなった場合、高電圧バッテリ105から絶縁型DC−DCコンバータ107を介して充電することができるため、内燃機関101の始動回数が少なくなり低燃料消費および低公害が実現できる。また、このような構成による充電は、オルタネータによる発電・充電よりもエネルギー効率が高い(例えば特許文献2参照)。
特開平8−79915号公報
特公平7−57041号公報
第1の従来技術では、高電圧バッテリ105だけでなく補機バッテリ106の蓄電量が少なくなった場合でも内燃機関を駆動する必要があるため、内燃機関始動回数が増え、燃料の消費量が増加し、排出ガスの量も増加する。また、オルタネータ111の発電制御は界磁電流により行なわれるが、内燃機関101とベルトで直結されているため、発電する必要がない場合でも内燃機関はオルタネータ111を駆動しなければならない。従って、発電する必要がない場合でもオルタネータ111による内燃機関駆動力の損失が発生していた。
第2の従来技術では、第1の従来技術の問題点は解決できるものの以下のような問題がある。補機バッテリ106の充電用のDC−DCコンバータ107は、高電圧バッテリ105に接続されるため、スイッチング素子の耐電圧が高いものが必要となる。一般にスイッチング素子の抵抗成分は耐電圧に比例して大きくなるため、DC−DCコンバータ107における損失が大きくなり効率低下を招く。またその損失による発熱量も大きくなるため、冷却系統も大型になる。また、このような高電圧系と低電圧系の電気系統が混在するハイブリッド自動車システムにおいては、低電圧系で使用される機器の過電圧レベルを超えないようにするためや感電の危険性を最小限にする必要があるため、高電圧系と低電圧系は電気的に絶縁する必要がある。従って、従来のハイブリッド自動車におけるDC−DCコンバータ107は上記目的を達成するため、サイズ、重量が大きな高周波トランス109によって高電圧系と低電圧系を絶縁している。このため、高電圧バッテリの高電圧直流源から直接低電圧直流源に変換できず、その間に一端高周波電圧源に変換する必要があるため、その段階における変換損失も存在する。
以上のように、第2の従来技術におけるハイブリッド自動車においては、絶縁型のDC−DCコンバータ107が必要となるため、損失が大きくなり、装置全体としてサイズ、重量が大きくなるだけでなく、価格も高価になる。ハイブリッド自動車は搭載スペースが限られるだけでなく、コストダウン要求が非常に強いため、このような絶縁型DC−DCコンバータの搭載は不利となる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、小型、軽量、安価なハイブリッド移動体システムを提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、第1の本発明は、エンジンと、
高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧を発生する発電機として動作するとともに、少なくとも最も高い前記高電圧にて駆動する電動機として動作する発電電動機と、
前記エンジンと前記発電電動機とを接続し、一方の動力を他方に伝達するとともに、それぞれの動力を移動体の駆動力として伝達させる動力伝達機構と、
前記高電圧の充放電が行われる第1の蓄電手段と、
前記低電圧の少なくとも充電が行われる第2の蓄電手段とを備えたハイブリッド移動体システムである。
高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧を発生する発電機として動作するとともに、少なくとも最も高い前記高電圧にて駆動する電動機として動作する発電電動機と、
前記エンジンと前記発電電動機とを接続し、一方の動力を他方に伝達するとともに、それぞれの動力を移動体の駆動力として伝達させる動力伝達機構と、
前記高電圧の充放電が行われる第1の蓄電手段と、
前記低電圧の少なくとも充電が行われる第2の蓄電手段とを備えたハイブリッド移動体システムである。
また、第2の本発明は、前記発電電動機は、前記高電圧および低電圧にて駆動する電動機としても動作し、
前記第2の蓄電手段には前記発電電動機に対する放電も行われる第1の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電手段には前記発電電動機に対する放電も行われる第1の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第3の本発明は、前記発電電動機は交流電圧にて動作し、
前記第1の蓄電手段は、前記発電電動機を前記電動機として機能させる場合は前記交流電圧を印加するインバータとして動作し、前記発電機として機能させる場合は電力を整流するコンバータとして動作する第1の電力変換装置と、前記第2の電力変換装置により充放電される第1の蓄電装置とを有し、
前記第2の蓄電手段は、前記発電電動機を前記発電機として機能させる場合は電力を整流するコンバータとして動作する第2の電力変換装置と、前記第2の電力変換装置により充電される第2の蓄電装置とを有する第1または第2の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電手段は、前記発電電動機を前記電動機として機能させる場合は前記交流電圧を印加するインバータとして動作し、前記発電機として機能させる場合は電力を整流するコンバータとして動作する第1の電力変換装置と、前記第2の電力変換装置により充放電される第1の蓄電装置とを有し、
前記第2の蓄電手段は、前記発電電動機を前記発電機として機能させる場合は電力を整流するコンバータとして動作する第2の電力変換装置と、前記第2の電力変換装置により充電される第2の蓄電装置とを有する第1または第2の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第4の本発明は、前記第2の電力変換手段は、前記発電電動機を前記電動機として機能させる場合は前記交流電圧を印加するインバータとして動作し、
前記第2の蓄電装置は前記第2の電力変換装置により前記発電電動機に対する放電が行われる第4の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置は前記第2の電力変換装置により前記発電電動機に対する放電が行われる第4の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第5の本発明は、前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置の蓄電量に基づいて、前記エンジン、前記動力伝達機構、前記第1の電力変換装置および前記第2の電力変換装置の動作を制御する制御部を備えた第3または第4の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第6の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記エンジンの動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、前記第1の電力変換装置が前記第1の蓄電装置を充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記エンジンの動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、前記第1の電力変換装置が前記第1の蓄電装置を充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第7の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記エンジンの動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、前記第2の電力変換装置が前記第2の蓄電装置を充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記エンジンの動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、前記第2の電力変換装置が前記第2の蓄電装置を充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第8の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動させ、これにより発電される電力を前記第1の電力変換装置により第1の蓄電装置に充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動させ、これにより発電される電力を前記第1の電力変換装置により第1の蓄電装置に充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第9の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動させ、これにより発電される電力を前記第2の電力変換装置により第2の蓄電装置に充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動させ、これにより発電される電力を前記第2の電力変換装置により第2の蓄電装置に充電する制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第10の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を前記電動機として動作させ、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を前記電動機として動作させ、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第11の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を前記電動機として動作させ、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を前記電動機として動作させ、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第12の本発明は、前記制御部は、
前記第1および第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1および第2の電力変換装置により前記第1および第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1および第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1および第2の電力変換装置により前記第1および第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第13の本発明は、前記制御部は、
前記移動体の減速時には、前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に駆動力を伝達させ、前記発電電動機を前記発電機として動作させ、前記高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧の全部または一部の電力を発電させ、前記第1および/または前記第2の電力変換装置により、それぞれ直流に変換し、前記第1および/または前記第2の蓄電装置に充電させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記移動体の減速時には、前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に駆動力を伝達させ、前記発電電動機を前記発電機として動作させ、前記高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧の全部または一部の電力を発電させ、前記第1および/または前記第2の電力変換装置により、それぞれ直流に変換し、前記第1および/または前記第2の蓄電装置に充電させる制御を行う第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第14の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第15の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第16の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第1の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第1の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第17の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第2の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第2の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第18の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第19の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第20の本発明は、前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第1の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第1の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
また、第21の本発明は、前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第2の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第2の電力変換装置を制御する第5の本発明のハイブリッド移動体システムである。
本発明によれば、小型、軽量、安価なハイブリッド移動体システムを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における、ハイブリッド自動車システムの構成を示すブロック図である。図1において、1は車両の内燃機関、2は動力伝達機構、3は発電電動機、4は第1の電力変換装置、5は第2の電力変換装置、6は第1の蓄電装置(以下、高電圧バッテリと称す)、7は第2の蓄電装置(以下、補機バッテリと称す)、8は制御部である。尚、例えば第1の蓄電装置には電動エアコンや電動パワーステアリング等、第2の蓄電装置にはオーディオ、各種ランプ等の負荷(図示しない)が接続されている。
図1は本発明の実施の形態1における、ハイブリッド自動車システムの構成を示すブロック図である。図1において、1は車両の内燃機関、2は動力伝達機構、3は発電電動機、4は第1の電力変換装置、5は第2の電力変換装置、6は第1の蓄電装置(以下、高電圧バッテリと称す)、7は第2の蓄電装置(以下、補機バッテリと称す)、8は制御部である。尚、例えば第1の蓄電装置には電動エアコンや電動パワーステアリング等、第2の蓄電装置にはオーディオ、各種ランプ等の負荷(図示しない)が接続されている。
発電電動機3の好適な構造例を図6および図7を用いて説明する。図6はモータ主要部を説明するための回転中心軸に垂直な面で断面にした主要部断面図である。図6において、電磁鋼板を積層して構成したステータコア201は、第1の巻線群204を卷回したティース2と第2の巻線群205を卷回したティース203とを具備している。一方、電磁鋼板を積層して構成したロータコア206に永久磁石207が埋め込まれており、ロータを構成しており、回転中心Oの周りに自由に回転可能な状態で第1および第2のティース202,203と僅かなギャップを介して配置されている。このとき、永久磁石207の向きは、それぞれ隣り合うものと異なる磁界方向を向くようにそれぞれ配置されている。そして、第1の巻線群204を卷回した第1のティース202は全部で9個あるが、U相の電圧が印加されるグループI、V相の電圧が印加されるグループII、W相の電圧が印加されるグループIIIに分けられており、各グループI,II,IIIにはそれぞれ3個の第1のティース202が設けられている。また、各グループI,II,IIIの間には、第2の巻線群205を卷回した第2のティース203が設けられている。第2の巻線群205は、第1の巻線群204の各相の間に電気角で120度の位相差で配置され、スター結線がなされており、第1の巻線群204とは独立した状態で、こちらも3相巻線を形成している。その巻線仕様は第1の巻線群204とは相違なる仕様とし、ターン数を第1の巻線群204よりも少なくする。例えば、第1の巻線群204のターン数を200ターン、第2の巻線群205のターン数を12ターンとすれば、第1の巻線群204からは200Vが、第2の巻線群205からは12Vが出力される。
第1の巻線群204および第2の巻線群205の結線状態を図7に示す。図7において、15u・15v・15wはそれぞれ第1の巻線群204のU・V・W相の各出力点であり、15r・15s・15tはそれぞれ第2の巻線群205のU・V・W相の各出力点である。第1の巻線群204は、第1の巻線群204同士が配線17aで接続され、第2の巻線群205は、第2の巻線群205同士が配線17bで接続されていることにより、第1の巻線群204と第2の巻線群205はそれぞれ機械的にも電気的にも独立した構成となる。本実施例では第1の巻線群204が高電圧系統に接続される入出力端子、第2の巻線群205が低電圧系統に接続される入出力端子に該当する。
従って、それぞれの端子(単独または両方)に交流電圧を印加すると、発電電動機3は電動機として機能し、その軸が回転し駆動力を発生させる。逆に、発電電動機3の軸を動力伝達機構2からの動力により回転させると、発電機として機能し、それぞれの端子(単独または両方)に電力を発生させる。また、高電圧端子に交流電圧を印加し発電電動機3を駆動し、低電圧端子に電力を発生させることも可能であり、その逆も可能である。
第1の電力変換装置4は、発電電動機3の高電圧端子に接続され、この高電圧端子により発電電動機3を電動機として機能させる場合は、高電圧バッテリ6の直流電圧を交流電圧に変換し高電圧端子に印加する。逆に、この高電圧端子により発電電動機3を発電機として機能させる場合は、高電圧端子に発生する交流電圧を直流電圧に変換し高電圧バッテリ6を充電する。
第2の電力変換装置5は、発電電動機3の低電圧端子に接続され、この低電圧端子により発電電動機3を電動機として機能させる場合は、補機バッテリ7の直流電圧を交流電圧に変換し低電圧端子に印加する。逆に、この低電圧端子により発電電動機3を発電機として機能させる場合は、低電圧端子に発生する交流電圧を直流電圧に変換し補機バッテリ7を充電する。
動力伝達機構2には、内燃機関1と発電電動機3のそれぞれの軸と、自動車の車軸が接続され、内燃機関1と発電電動機3の動力を車軸に伝達したり、車軸からの動力を内燃機関1と発電電動機3に伝達する機能を有する。また、内燃機関1の動力を発電電動機3に伝達したり、発電電動機3の動力を内燃機関1に伝達する機能も有する。
以上のように、高電圧、低電圧をそれぞれ独立して印加または発生可能であり、系統が内部で絶縁された発電電動機3を用い、それぞれの電圧に応じて独立して電力変換装置を備えるようにしたことにより、高電圧系と低電圧系とをそれぞれ絶縁して各系統を構成することができる。第1の電力変換装置4,第2の電力変換装置5はいずれも従来例のような高周波トランスを有したりする必要はなく、また第2の電力変換装置5は耐電圧の高いスイッチング素子を用いる必要が無いため、システム全体の小型化、軽量化、および低価格化を実現することができる。
図2は、高電圧バッテリ6と補機バッテリ7の蓄電状態について所望の値を示した図である。図2において、SOC1は望ましい蓄電状態の最小値であり、SOC2は望ましい蓄電状態の最大値である。従って、蓄電状態がSOC1とSOC2の間にあれば、所望の蓄電状態、SOC1以下であれば蓄電量が不足した状態、SOC2以上であれば満充電状態と判定される。
以下、内燃機関1と動力伝達機構2と第1の電力変換装置4と第2の電力変換装置5の動作を決める制御部10の動作を中心に、本発明の実施の形態1のハイブリッド自動車システムの動作について説明する。
まず、車両の停止時における動作について説明する。制御部8は、高電圧バッテリ6と補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以上でかつ車両が停止中の場合、アイドルストップが可能であると判断し、内燃機関を停止する。この間、高電圧バッテリおよび低電圧バッテリに接続されているエアコン、オーディオ、各種ランプ、各種コントロール装置等の負荷(図示しない)は、高電圧バッテリ6と補機バッテリ7に蓄電されている電力で駆動するため、それぞれのバッテリの蓄電量は徐々に減少していく。
ここでまず、高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1を下回ったとする。この時、制御部8は高電圧バッテリ6の蓄電状態を充電不足であると判断し、内燃機関1を始動し、その動力により発電電動機3を駆動し、高電圧端子に発生した交流電圧を第1の電力変換装置4により直流電圧に変換し高電圧バッテリ6を充電する。この時、動力伝達機構2は、蓄電状態がSOC1に近いほど内燃機関1から発電電動機3への動力の伝達量を大きくするよう制御し、充電量を制御する。また、そのような充電量の制御は第1の電力変換装置4が行なうことも可能であり、動力伝達機構2と協調して行なうことも可能である。
やがて、蓄電状態がSOC2に達すると制御部8は満充電と判断するとともに、動力伝達機構2による動力の伝達量を減少させ過充電にならないよう充電量を制御する。また、そのような充電量の制御は第1の電力変換装置4が行なうことも可能であり、動力伝達機構2と協調して行なうことも可能である。その後、制御部8が高電圧バッテリ6と補機バッテリ7ともに所望の蓄電状態であると判断すると、内燃機関1を停止し再びアイドリングストップ状態に移行する。
次に、補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1を下回ったとする。この時、制御部8は補機バッテリ7の蓄電状態を充電不足であると判断し、内燃機関1を始動し、その動力により発電電動機3を駆動し、低電圧端子に発生した交流電圧を第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し補機バッテリ7を充電する。この時、動力伝達機構2は、蓄電状態がSOC1に近いほど内燃機関1から発電電動機3への動力の伝達量を大きくするよう制御し、充電量を制御する。また、そのような充電量の制御は第2の電力変換装置5が行なうことも可能であり、動力伝達機構2と協調して行なうことも可能である。やがて、蓄電状態がSOC2に達すると制御部8は満充電と判断するとともに、動力伝達機構2による動力の伝達量を減少させ過充電にならないよう充電量を制御する。また、そのような充電量の制御は第2の電力変換装置5が行なうことも可能であり、動力伝達機構2と協調して行なうことも可能である。
その後、制御部8が高電圧バッテリ6と補機バッテリ7ともに所望の蓄電状態であると判断すると、内燃機関1を停止し再びアイドリングストップ状態に移行する。
次に、高電圧バッテリ6充電中に補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以下になったとする。このような場合は、低電圧端子に発生している交流電圧を第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し補機バッテリ7を充電する。すなわち、この時発電電動機3は高電圧端子および低電圧端子両方で発電し、それぞれ第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5を介して高電圧バッテリ6と補機バッテリ7を充電する。このときの充電量の制御は主に第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5により前述のように行なう。
逆に、補機バッテリ7充電中に高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以下になったとする。このような場合は、高電圧端子に発生している交流電圧を第1の電力変換装置4により直流電圧に変換し高電圧バッテリ6を充電する。すなわち、この時発電電動機3は高電圧端子および低電圧端子両方で発電し、それぞれ第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5を介して高電圧バッテリ6と補機バッテリ7を充電する。このときの充電量の制御は主に第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5により前述のように行なう。
次に、高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以上かつ、補機バッテリ7がSOC1を下回った場合、第1の電力変換装置4により高電圧バッテリ6の直流電圧を交流電圧に変換し、発電電動機3の高電圧端子に印加することにより発電電動機3を駆動し、低電圧端子に発生する交流電圧を第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し補機バッテリ7に充電することもできる。すなわち、高電圧バッテリ6の電力を発電電動機3を介して補機バッテリ7に送電することができる。逆に、補機バッテリ7がSOC1以上かつ、高電圧バッテリ6がSOC1を下回った場合、第2の電力変換装置5により補機バッテリ7の直流電圧を交流電圧に変換し、発電電動機3の低電圧端子に印加することにより発電電動機3を駆動し、高電圧端子に発生する交流電圧を第1の電力変換装置4により直流電圧に変換し高電圧バッテリ6に充電することもできる。すなわち、補機バッテリ7の電力を発電電動機3を介して高電圧バッテリ6に送電することができる。
車両走行中に高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以下になった場合は、動力伝達機構2により内燃機関1の動力を車軸を回す動力と発電電動機3を回す動力に分配し、その分配された動力により発電電動機3を駆動し、高電圧端子に交流電圧を発生させ、第1の電力変換装置4により直流電圧に変換し、高電圧バッテリ6を充電する。
また、車両走行中に補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以下になった場合は、動力伝達機構2により内燃機関1の動力を車軸を回す動力と発電電動機3を回す動力に分配し、その分配された動力により発電電動機3を駆動し、低電圧端子に交流電圧を発生させ、第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し、補機バッテリ7を充電する。また、車両走行中に高電圧バッテリ6と補機バッテリ7の蓄電状態がそれぞれSOC1以下になるような場合は、分配された動力により発電電動機3を駆動し高電圧端子と低電圧端子両方に発生する交流電圧をそれぞれ、第1の電力変換装置4と第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し、高電圧バッテリ6と補機バッテリ7両方を充電する。充電量の制御は前述したように、動力伝達機構2および第1の電力変換装置4と第2の電力変換装置5を制御することにより行なう。
次に、車両の始動時の動作を説明する。始動時のような低回転領域では、内燃機関1のエネルギー効率は極端に低いため、内燃機関1による始動は燃料消費量が増加するだけでなく、排出ガスの量も増加する。従って、始動時はエネルギー効率のいい発電電動機3により始動する。
始動時において、制御部8は高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以上であると判別した場合、動力伝達機構2により内燃機関1を切り離し、高電圧バッテリ6の直流電圧を第1の電力変換装置4により交流電圧に変換し発電電動機3の高電圧端子に印加することにより発電電動機3を電動機として機能させ、車両を始動させる。また、補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以上であれば、補機バッテリ7の直流電圧を第2の電力変換装置5により交流電圧に変換し、発電電動機3の低電圧端子に印加することによっても発電電動機3を電動機として機能させ、車両を始動させることもできる。また、高電圧バッテリ6および補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以上であれば、それぞれの直流電圧を第1の電力変換装置5および第2の電力変換装置6により交流電圧に変換し、発電電動機3の高電圧端子および低電圧端子にそれぞれ印加することによりさらに大きな始動力が得られる。すなわち、始動時のような大きな駆動力が必要な場合、高電圧バッテリ6または補機バッテリ7またはその両方のバッテリからの電力により発電電動機3を駆動することができる。発電電動機3の駆動力はそれぞれの蓄電状態により、第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5が高電圧端子および低電圧端子に印加する交流電圧を制御することにより調整する。
次に、車両の減速時の動作を説明する。減速時において、制御部8が高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC2以下と判定した場合、動力伝達機構2を介して車軸からの動力が発電電動機3に伝達され、高電圧端子に発生する交流電圧を第1の電力変換装置4により直流電圧に変換し、高電圧バッテリ6に充電することにより運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。また、制御部8が補機バッテリ7の蓄電状態がSOC2以下と判定した場合、動力伝達機構2を介して車軸からの動力が発電電動機3に伝達され、低電圧端子に発生する交流電圧を第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し、補機バッテリ7に充電することにより運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。また、制御部8が両バッテリともにSOC2以下と判定した場合、動力伝達機構2を介して車軸からの動力が発電電動機3に伝達され、高電圧端子および低電圧端子に発生する交流電圧をそれぞれ第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5によりそれぞれ直流電圧に変換し、高電圧バッテリ6および補機バッテリ7それぞれに充電することにより運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。また、それぞれのバッテリの蓄電状態がSOC2に達した場合は、動力伝達機構2、第1の電力変換装置4、第2の電力変換装置5によりそれぞれの充電量を減少させるように制御する。
尚、本実施例では、上記複数の電圧を車両駆動用の高電圧と補機類駆動用の低電圧の2つの電圧により電動機および発電機として機能できるとしたが、いうまでもなく2つ以上の電圧系統にも適用可能であり、例えば車両駆動用の高電圧と、重負荷用の42Vと補機類駆動用の14Vといった複数の電圧系統にも適用できる。
また、第1の蓄電装置は電気2重層キャパシタのような大容量のコンデンサであってもよい。
また、第1の電力変換装置4には、発電電動機3および高電圧バッテリ6とを接続・切断するためのリレーが備わっていてもよい。
また、第2の電力変換装置5には、発電電動機3および補機バッテリ7とを接続・切断するためのリレーが備わっていてもよい。
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2における、ハイブリッド自動車システムの構成を示すブロック図である。図3において、内燃機関1、動力伝達機構2、発電電動機3、第1の電力変換装置4、第1の蓄電装置6(以下、高電圧バッテリと称す)、第2の蓄電装置7(以下、補機バッテリと称す)、制御部8は実施の形態1と同様である。第2の電力変換装置9がダイオード整流回路で構成され、電力の流れが発電電動機3から補機バッテリへの単方向である点が実施の形態1と異なる。尚、例えば第1の蓄電装置には電動エアコンや電動パワーステアリング等、第2の蓄電装置にはオーディオ、各種ランプ等の負荷(図示しない)が接続されている。
図3は本発明の実施の形態2における、ハイブリッド自動車システムの構成を示すブロック図である。図3において、内燃機関1、動力伝達機構2、発電電動機3、第1の電力変換装置4、第1の蓄電装置6(以下、高電圧バッテリと称す)、第2の蓄電装置7(以下、補機バッテリと称す)、制御部8は実施の形態1と同様である。第2の電力変換装置9がダイオード整流回路で構成され、電力の流れが発電電動機3から補機バッテリへの単方向である点が実施の形態1と異なる。尚、例えば第1の蓄電装置には電動エアコンや電動パワーステアリング等、第2の蓄電装置にはオーディオ、各種ランプ等の負荷(図示しない)が接続されている。
第2の電力変換装置9は、発電電動機3の低電圧端子に接続され、この低電圧端子に発生する交流電圧を直流電圧に変換し補機バッテリ7を充電する。
まず、車両の停止時における動作について説明する。制御部8は、高電圧バッテリ6と補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以上でかつ車両が停止中の場合、アイドルストップが可能であると判断し、内燃機関1を停止する。この間、高電圧バッテリ6および補機バッテリ7に接続されているエアコン、オーディオ、各種ランプ、各種コントロール装置等の負荷(図示しない)は、高電圧バッテリ6と補機バッテリ7に蓄電されている電力で駆動するため、それぞれのバッテリの蓄電量は徐々に減少していく。
ここでまず、高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1を下回ったとする。この場合は実施の形態1で説明した動作となる。
次に、補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1を下回ったとする。この時、制御部8は補機バッテリ7の蓄電状態を充電不足であると判断し、内燃機関1を始動し、その動力により発電電動機3を駆動し、低電圧端子に発生した交流電圧を第2の電力変換装置5により直流電圧に変換し補機バッテリ7を充電する。この時、動力伝達機構2は、蓄電状態が、SOC2側から見てSOC1に近いほど内燃機関1から発電電動機3への動力の伝達量を大きくするよう制御し、充電量を制御する。やがて、蓄電状態がSOC2に達すると制御部8は満充電と判断するとともに、動力伝達機構2による動力の伝達量を減少させ過充電にならないよう充電量を制御する。その後、制御部8が高電圧バッテリ6と補機バッテリ7ともに所望の蓄電状態であると判断すると、内燃機関1を停止し再びアイドリングストップ状態に移行する。
次に、高電圧バッテリ6の充電中に補機バッテリ7の蓄電状態がSOC1以下になったとする。このような場合は、低電圧端子に発生している交流電圧を第2の電力変換装置9により直流電圧に変換し補機バッテリ7を充電する。すなわち、この時発電電動機3は高電圧端子および低電圧端子両方で発電し、それぞれ第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置9を介して高電圧バッテリ6と補機バッテリ7を充電する。このとき、第2の電力変換装置9は充電量の制御はできないため補機バッテリ7の充電量の制御は、動力伝達機構2によって前述のように行なう。高電圧バッテリ6への充電量の制御は第1の電力変換装置4により行なう。
逆に、補機バッテリ7充電中に高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以下になったとする。このような場合は、高電圧端子に発生している交流電圧を第1の電力変換装置4により直流電圧に変換し高電圧バッテリ6を充電する。すなわち、この時発電電動機3は高電圧端子および低電圧端子両方で発電し、それぞれ第1の電力変換装置4および第2の電力変換装置5を介して高電圧バッテリ6と補機バッテリ7を充電する。このとき、第2の電力変換装置5は充電量の制御はできないため補機バッテリ7の充電量の制御は、動力伝達機構2によって前述のように行なう。高電圧バッテリ6への充電量の制御は第1の電力変換装置4により行なう。
次に、高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以上かつ、補機バッテリ7がSOC1を下回った場合、第1の電力変換装置4により高電圧バッテリ6の直流電圧を交流電圧に変換し、発電電動機の高電圧端子に印加することにより発電電動機を駆動し、低電圧端子に発生する交流電圧を第2の電力変換装置9により直流電圧に変換し補機バッテリ7に充電することもできる。すなわち、高電圧バッテリ6の電力を発電電動機3を介して補機バッテリ7に送電することができる。
車両走行中に高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以下になった場合またはその逆の場合については実施の形態1と同様である。
次に、車両の始動時の動作を説明する。始動時のような低回転領域では、内燃機関1のエネルギー効率は極端に低いため、内燃機関1による始動は燃料消費量が増加するだけでなく、排出ガスの量も増加する。従って、始動時はエネルギー効率のいい発電電動機3により始動する。
始動時において、制御部は高電圧バッテリ6の蓄電状態がSOC1以上であると判別した場合、動力伝達機構2により内燃機関1を切り離し、高電圧バッテリ6の直流電圧を第1の電力変換装置4により交流電圧に変換し発電電動機3の高電圧端子に印加することにより発電電動機を電動機として機能させ、車両を始動させる。
車両の減速時の動作は、実施の形態1と同様である。
尚、本実施例では、上記複数の電圧を車両駆動用の高電圧と補機類駆動用の低電圧の2つの電圧により電動機および発電機として機能できるとしたが、いうまでもなく2つ以上の電圧系統にも適用可能であり、例えば車両駆動用の高電圧と、重負荷用の42Vと補機類駆動用の14Vといった複数の電圧系統にも適用できる。特にこの場合、少なくとも車両駆動用の高電圧のみ電力変換装置4と対応したバッテリを備え、重負荷用の42Vに対しては電力変換装置4と同等の電力変換装置を用意してもよいし、電力変換装置9と同等の電力変換装置を用意してもよい。要するに、高電圧の系統のうち、もっとも高い電圧のものさえ充放電制御可能な構成とすれば、後は充電のみの制御であってもよいし、任意に充放電制御を交えた構成とすればよい。
また、第1の蓄電装置は電気2重層キャパシタのような大容量のコンデンサであってもよい。
また、第1の電力変換装置4には、発電電動機3および高電圧バッテリ6とを接続・切断するためのリレーが備わっていてもよい。
また、第2の電力変換装置9には、発電電動機3および補機バッテリ7とを接続・切断するためのリレーが備わっていてもよい。
なお、上記の各実施の形態において、ハイブリッド自動車システムは本発明のハイブリッド移動体システムに相当し、内燃機関1は本発明のエンジンに相当し、動力伝達機構2は本発明の動力伝達機構に相当し、第1の電力変換装置4および高電圧バッテリ6は本発明の第1の蓄電手段に相当し、第2の電力変換装置5および補機バッテリ7は本発明の第2の蓄電手段に相当し、また第2の電力変換装置9および補機バッテリ7も本発明の第2の蓄電手段に相当する。また第1の電力変換装置4は本発明の第1の電力変換装置に相当し、第2の電力変換装置7,9は本発明の第2の電力変換装置に相当する。
また高電圧バッテリ6は本発明の第1の蓄電装置に相当し、補機バッテリ7は本発明の第2の蓄電装置に相当する。また制御部8は本発明の制御部に相当する。
またSOC1は本発明の第1の所定の蓄電量に相当し、SOC2は本発明の第2の所定の蓄電量に相当する。また自動車の車両は本発明の移動体に相当する。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。本発明は制御部8を省いて、外部制御により動作させる構成としてもよい。
また上記各実施の形態においては、発電電動機6は交流電圧で動作するものとして説明を行ったが、直流電圧で動作するものとしてもよい。この場合、本発明の第1の蓄電手段、第2の蓄電手段は、直流電圧の充放電のみを行う機能を有するものとすることができる。
また、内燃機関1の代わりに本発明のエンジンとしては、スターリングエンジン等の外燃機関を用いてもよい。この場合、外燃機関を用いた自動車にも本発明を適用することができる。
また、上記各実施の形態においては、本発明はハイブリッド自動車を例として説明を行ったが、本発明の移動体は、自動車の他、船舶、機関車等のエンジンを用いて駆動する移動体を含み、これら移動体において実施するものとしてもよい。
なお、以上のような本発明は、その一例として、第1の従来技術に対して、以下の効果を有する。本発明の発電電動機はそれぞれが絶縁された2つ以上の異なる電圧により、電動機および発電機として機能することができるため、例えば前記電圧が車両駆動用の高電圧と車両の補機駆動用の12Vの低電圧の2電圧とした場合、この発電電動機1つでオルタネータとして機能することができるため、第1の従来技術では必要であったオルタネータを搭載する必要がなくなり、ハイブリッド自動車の限られたスペースを有効に利用できる。またこのオルタネータはエンジンにより常にベルト駆動されているため、定常的にエンジン駆動力の損失となっていたが、これを省略できるため、より効率的なエンジン駆動力の利用が図れる。
次に、以上のような本発明は、その一例として、第2の従来技術に対して、本発明は以下の効果を有する。例えばこの従来技術のように車両駆動用の高電圧と車両の補機駆動用の12Vの低電圧が混在するハイブリッド自動車であれば、それぞれの電圧系統を絶縁するためにサイズ、重量が大きく、価格も高価な絶縁型のDC−DCコンバータを搭載する必要があったが、前述したように本発明の発電電動機は高電圧と低電圧の2つの電圧を絶縁処理し入出力できるため、その搭載が不要となり、ハイブリッド自動車の限られたスペースを有効に利用できる。
また、本発明の発電電動機の入出力電圧が前述のような高電圧と低電圧の2電圧とすると、低電圧側は前述したように発電電動機内で絶縁処理されるため、この端子に接続される電力変換装置はサイズ、重量が小さく、価格も安価な非絶縁型のAC−DCコンバータが使用できる。そのため、それに使用されるスイッチング素子の耐電圧も小さなものを使用できるため、電力損失を低く抑えることができ、それに伴う発熱も抑えることができるため、冷却系統の小型化も可能であり、全体としてのサイズ、重量を小さくできる。
以上のように、本発明に係るハイブリッド自動車システムによれば、その一例として、内燃機関と、それぞれが絶縁された2つ以上の異なる電圧により、電動機および発電機として機能する発電電動機と、前記内燃機関と前記発電電動機との間に接続され、それぞれの動力を伝達する動力伝達機構と、前記発電電動機の第1の端子に接続され、前記発電電動機を電動機として機能させる場合は第1の端子に交流電圧を印加するインバータ、発電機として機能させる場合は第1の端子から発電された電力を整流するコンバータとして動作する第1の電力変換装置と、前記発電電動機の第2の端子に接続され、前記発電電動機を電動機として機能させる場合は第2の端子に交流電圧を印加するインバータ、発電機として機能させる場合は第2の端子から発電された電力を整流するコンバータとして動作する第2の電力変換装置と、前記第1の電力変換装置に接続される第1の蓄電装置と、前記第2の電力変換装置に接続される第2の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置の蓄電量に基づいて前記内燃機関と前記動力伝達機構と前記第1の電力変換装置と前記第2の電力変換装置を制御する制御部とを備えた、ことを特徴とするので、従来必要であったオルタネータや絶縁型のDC−DCコンバータが不要となり、ハイブリッド自動車システムの簡略化、小型軽量化、低コスト化が実現できる。
また、本発明によれば、その一例として、内燃機関と、それぞれが絶縁された2つ以上の異なる電圧により、電動機および発電機として機能する発電電動機と、前記内燃機関と前記発電電動機との間に接続され、それぞれの動力を伝達する動力伝達機構と、前記発電電動機の第1の端子に接続され、前記発電電動機を電動機として機能させる場合は第1の端子に交流電圧を印加するインバータ、発電機として機能させる場合は第1の端子から発電された電力を整流するコンバータとして動作する第1の電力変換装置と、前記発電電動機の第2の端子に接続され、前記発電電動機を発電機として機能させる場合は第2の端子から発電された電力を整流するコンバータとしてのみ動作する第2の電力変換装置と、前記第1の電力変換装置に接続される第1の蓄電装置と、前記第2の電力変換装置に接続される第2の蓄電装置と、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置の蓄電量に基づいて前記内燃機関と前記動力伝達機構と前記第1の電力変換装置を制御する制御部とを備えた、ことを特徴とするので、前記第2の電力変換装置は、複雑な制御を必要とせず、非常に簡単な回路となるため、ハイブリッド自動車システムの簡略化、小型軽量化、低コスト化が実現できる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記内燃機関の動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、第1の端子から発電される電力が前記第1の電力変換装置により直流に変換され、第1の蓄電装置を充電する、ことを特徴とするので、第1の蓄電装置の蓄電量は常に所定の範囲に維持されるため、始動時等の発電電動機のトルクアシストに必要な電力を常に確保することができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記内燃機関の動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、第2の端子から発電される電力が前記第2の電力変換装置により直流に変換され、第2の蓄電装置を充電する、ことを特徴とするので、第2の蓄電装置の蓄電量は常に所定の範囲に維持されるため、各種ランプ、オーディオ等の補機類を駆動するために必要な電力を常に確保することができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動し、第1の端子から発電される電力が前記第1の電力変換装置により直流に変換され、第1の蓄電装置を充電する、ことを特徴とするので、内燃機関を始動することなく第1の蓄電装置の蓄電量を調節できるため、燃料消費量、排出ガスを抑えることができる。また、内燃機関を駆動して発電・充電を行なうよりもエネルギー効率の高い充電が可能となる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動し、第2の端子から発電される電力が前記第2の電力変換装置により直流に変換され、第2の蓄電装置を充電する、ことを特徴とするので、内燃機関を始動することなく第2の蓄電装置の蓄電量を調節できるため、燃料消費量、排出ガスをおさえることができる。また、内燃機関を駆動して発電・充電を行なうよりもエネルギー効率の高い充電が可能となる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動し、前記動力伝達機構を介して車両の駆動力とするまたは前記内燃機関の駆動力を補助する、ことを特徴としているので、始動時等の大きな駆動力を必要とする場合に、第1の蓄電装置の電力により発電電動機で走行または内燃機関のトルクアシストが行なえるため、内燃機関効率の悪い低回転域での使用を極力避けることができるため、燃料消費量、排出ガスを抑えることができるだけでなく、トルク不足によるドライバーの不快感をなくすことができる。
また、本発明によれば、その一例として、記制御部は、前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動し、前記動力伝達機構を介して車両の駆動力とするまたは前記内燃機関の駆動力を補助する、ことを特徴としているので、始動時等の大きな駆動力を必要とする場合に、第2の蓄電装置の電力により発電電動機で走行または内燃機関のトルクアシストが行なえるため、内燃機関効率の悪い低回転域での使用を極力避けることができるため、燃料消費量、排出ガスを抑えることができるだけでなく、トルク不足によるドライバーの不快感をなくすことができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1および第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1および第2の電力変換装置により前記第1および第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動し、前記動力伝達機構を介して車両の駆動力とするまたは前記内燃機関の駆動力を補助する、ことを特徴としているので、始動時等の大きな駆動力を必要とする場合に、第1と第2の蓄電装置両方の電力によって発電電動機で走行または内燃機関のトルクアシストが行なえるため、内燃機関効率の悪い低回転域での使用を極力避けることができるため、燃料消費量、排出ガスを抑えることができるだけでなく、トルク不足によるドライバーの不快感をなくすことができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、減速時には、前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に駆動力が伝達され、前記発電電動機により前記第1か第2またはその両方の電力を発電し、前記第1か第2またはその両方の電力変換装置によりそれぞれ直流に変換し、前記第1か第2またはその両方の蓄電装置に充電する、ことを特徴としているので、減速時の運動エネルギーを電気エネルギーとして第1または第2またはその両方の蓄電装置に回収できるため、車両全体のエネルギー効率を高めることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する、ことを特徴としているので、第1の蓄電装置の過充電を防止することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第2の蓄電装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する、ことを特徴としているので、第2の蓄電装置の過充電を防止することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第1の電力変換装置を制御する、ことを特徴としているので、第1の蓄電装置の過充電を防止することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記第2の電力変換装置は、前記発電電動機が発電機として機能させる場合は前記第2の端子から発電された電力を整流するコンバータとしてのみ動作するものであって、前記制御部は、前記第2の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第2の電力変換装置を制御する、ことを特徴としているので、第2の蓄電装置の過充電を防止することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する、ことを特徴としているので、第1の蓄電装置において、過充電・放電することなく所定範囲の蓄電状態を維持することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する、ことを特徴としているので、第2の蓄電装置において、過充電・放電することなく所定範囲の蓄電状態を維持することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記制御部は、前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第1の電力変換装置を制御する、ことを特徴としているので、第1の蓄電装置において、過充電・放電することなく所定範囲の蓄電状態を維持することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
また、本発明によれば、その一例として、前記第2の電力変換装置は、前記発電電動機が発電機として機能させる場合は前記第2の端子から発電された電力を整流するコンバータとしてのみ動作するものであって、前記制御部は、前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第2の電力変換装置を制御する、ことを特徴としているので、第2の蓄電装置において、過充電・放電することなく所定範囲の蓄電状態を維持することができるため、蓄電装置の劣化を抑え、寿命を長くすることができる。
本発明にかかるハイブリッド移動体システムは、小型、軽量、安価という効果を有し、動力としてエンジンと発電電動機を備えるハイブリッド移動体システム等として有用である。
1 内燃機関
2 動力伝達機構
3 発電電動機
4 第1の電力変換装置
5、9 第2の電力変換装置
6 第1の蓄電装置
7 第2の蓄電装置
8 制御部
2 動力伝達機構
3 発電電動機
4 第1の電力変換装置
5、9 第2の電力変換装置
6 第1の蓄電装置
7 第2の蓄電装置
8 制御部
Claims (21)
- エンジンと、
高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧を発生する発電機として動作するとともに、少なくとも最も高い前記高電圧にて駆動する電動機として動作する発電電動機と、
前記エンジンと前記発電電動機とを接続し、一方の動力を他方に伝達するとともに、それぞれの動力を移動体の駆動力として伝達させる動力伝達機構と、
前記高電圧の充放電が行われる第1の蓄電手段と、
前記低電圧の少なくとも充電が行われる第2の蓄電手段とを備えたハイブリッド移動体システム。 - 前記発電電動機は、前記高電圧および低電圧にて駆動する電動機としても動作し、
前記第2の蓄電手段には前記発電電動機に対する放電も行われる請求項1に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記発電電動機は交流電圧にて動作し、
前記第1の蓄電手段は、前記発電電動機を前記電動機として機能させる場合は前記交流電圧を印加するインバータとして動作し、前記発電機として機能させる場合は電力を整流するコンバータとして動作する第1の電力変換装置と、前記第2の電力変換装置により充放電される第1の蓄電装置とを有し、
前記第2の蓄電手段は、前記発電電動機を前記発電機として機能させる場合は電力を整流するコンバータとして動作する第2の電力変換装置と、前記第2の電力変換装置により充電される第2の蓄電装置とを有する請求項1または2に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記第2の電力変換手段は、前記発電電動機を前記電動機として機能させる場合は前記交流電圧を印加するインバータとして動作し、
前記第2の蓄電装置は前記第2の電力変換装置により前記発電電動機に対する放電が行われる請求項4に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置の蓄電量に基づいて、前記エンジン、前記動力伝達機構、前記第1の電力変換装置および前記第2の電力変換装置の動作を制御する制御部を備えた請求項3または4に記載のハイブリッド移動体システム。
- 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記エンジンの動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、前記第1の電力変換装置が前記第1の蓄電装置を充電する制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記エンジンの動力を前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に伝達し、前記発電電動機は発電機として機能し、前記第2の電力変換装置が前記第2の蓄電装置を充電する制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動させ、これにより発電される電力を前記第1の電力変換装置により第1の蓄電装置に充電する制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以下の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を駆動させ、これにより発電される電力を前記第2の電力変換装置により第2の蓄電装置に充電する制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1の電力変換装置により前記第1の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を前記電動機として動作させ、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第2の電力変換装置により前記第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、前記発電電動機を前記電動機として動作させ、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1および第2の蓄電装置の蓄電量が第1の所定の蓄電量以上の場合、前記第1および第2の電力変換装置により前記第1および第2の蓄電装置の直流電圧を交流電圧に変換し、これにより得られた駆動力を前記動力伝達機構を介して、前記移動体の駆動力の全部または一部として伝達させる制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記移動体の減速時には、前記動力伝達機構を介して前記発電電動機に駆動力を伝達させ、前記発電電動機を前記発電機として動作させ、前記高電圧および低電圧の少なくとも2種類の電圧の全部または一部の電力を発電させ、前記第1および/または前記第2の電力変換装置により、それぞれ直流に変換し、前記第1および/または前記第2の蓄電装置に充電させる制御を行う請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記動力伝達機構を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第1の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第1の電力変換装置を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置装置の蓄電量が第2の所定の蓄電量以上と判定した場合、前記第2の蓄電装置への充電量を減少させるように前記第2の電力変換装置を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記動力伝達機構の伝達量を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第1の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第1の電力変換装置を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。 - 前記制御部は、
前記第2の蓄電装置の蓄電量が前記第1の所定の蓄電量以上で、かつ前記第2の所定の蓄電量以下である場合には、前記第2の蓄電装置への充電量が、前記蓄電量が小さいときほど多く、大きいときほど小さくするように前記第2の電力変換装置を制御する請求項5に記載のハイブリッド移動体システム。
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