JP2005137125A

JP2005137125A - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車。

Info

Publication number: JP2005137125A
Application number: JP2003370514A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakamura; 誠志中村; Shoichi Sasaki; 正一佐々木; Akira Nakano; 昭中野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】直流電動機に直流発電機からの発電電力より大きな電力を供給したり内燃機関を停止した状態でも直流電動機から十分な動力を出力する。
【解決手段】前輪に動力を出力する内燃機関からの動力を用いて発電する直流発電機３０と後輪に動力を出力する直流電動機３２とが接続された駆動系の電力ラインを昇降圧チョッパ３４を介してキャパシタ３６に接続し、昇降圧チョッパ３４を作動させてキャパシタ３６に蓄えた電力を用いて直流電動機３２に電力供給する。これにより、直流発電機３０からの発電電力以上の電力を直流電動機３２に供給したり、内燃機関を停止した状態のときでも直流電動機３２に電力供給を行なうことができる。また、制動時には直流電動機３２を発電機として駆動して車両の運動エネルギを電力としてキャパシタ３６に蓄えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、前輪または後輪の一方に動力を出力する内燃機関と、この内燃機関からの動力により直流電力を発電する直流発電機と、直流発電機からの電力を用いて前輪または後輪の他方に動力を出力する二つの電動機と、直流発電機の出力端子にトランジスタを介して接続された定格１２Ｖのバッテリとを搭載する自動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、トランジスタのゲートに対してパルス幅変調電圧（ＰＷＭ信号）を出力することにより、直流発電機や直流電動機側の電力によりバッテリを充電したり、逆にバッテリからの電力により直流電動機を駆動するものとしている。
特開平８−１２６１１７号公報（図１，図２）

しかしながら、上述の動力出力装置では、バッテリから直流電動機への電力供給についてはトランジスタのＰＭＷ制御によって行なわれるから、直流電動機側の電圧がバッテリ電圧を超えるときにはバッテリからの電力供給を行なうことはできない。このため、直流電動機側の電圧がバッテリ電圧より高いときには直流電動機に直流発電機により発電される電力以上の電力を供給することができない。また、バッテリからの電力だけで直流電動機を駆動する場合、バッテリ電圧が低いことから、直流電動機から十分な駆動力を出力することができず、内燃機関を停止した状態で直流電動機からの動力だけで走行するモータ走行を行なうことが困難になる。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、直流電動機に直流発電機による発電電力より大きな電力の供給することを可能とすることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、内燃機関を停止した状態でも直流電動機から十分な動力を出力することを目的の一つとする。さらに、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、全体としてのエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。あるいは、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、直流発電機による発電や直流電動機への電力供給に伴って生じ得る電圧変化により他の機器の耐久性が低下するのを抑止することを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の動力出力装置は、
駆動用の動力を出力する動力出力装置であって、
駆動用の動力を出力可能な内燃機関と、
該内燃機関からの動力を用いて発電する直流発電機と、
該直流発電機からの電力を用いて駆動用の動力を出力可能な直流電動機と、
充放電可能な蓄電手段と、
前記直流発電機からの電力を用いて前記蓄電手段を充電するための電圧調整と該蓄電手段からの電力を前記直流電動機へ供給するための電圧調整とが可能な電圧調整手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の動力出力装置では、電圧調整手段により直流発電機からの電力を用いて蓄電手段を充電するための電圧調整を行なうことにより蓄電手段を充電し、蓄電手段からの電力を直流電動機へ供給するための電圧調整を行なうことにより蓄電手段から直流電動機に電力供給する。このように電圧調整により蓄電手段からの電力を直流電動機に供給するから、蓄電手段から直流電動機への供給電圧を直流発電機による発電電圧に調整することにより、直流発電機からの電力と蓄電手段からの電力との和の電力を直流電動機に供給することができる。この結果、直流電動機に直流発電機による発電電力より大きな電力の供給することができる。また、電圧調整により蓄電手段からの電力を直流電動機に供給するから、蓄電手段から直流電動機への供給電圧を十分な電圧に調整することにより、直流電動機から十分な動力を出力することができる。この結果、内燃機関を停止した状態でも直流電動機から十分な動力を出力することができる。ここで、「電圧調整手段」としては昇降圧チョッパを考えることができる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記直流電動機は発電可能な電動機であり、前記電圧調整手段は前記直流電動機からの発電電力を用いて前記蓄電手段を充電するための電圧調整が可能な手段であるものとすることもできる。こうすれば、運動エネルギなどの状態エネルギを直流電動機によって電力として回収することができる。この結果、装置全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段は第１の電圧範囲で作動する第１蓄電手段であり、前記第１の電圧範囲とは異なる第２の電圧範囲で作動する第２蓄電手段と、前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間に配置され該第１蓄電手段側の電圧と該第２蓄電手段側の電圧との不均衡を補償する電圧不均衡補償手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、電圧不均衡補償手段を介して第１蓄電手段側と第２蓄電手段側との電力授受を行なうことができる。この結果、用途に応じた電力制御における自由度を高めることができる。もとより、電圧不均衡補償手段により第１蓄電手段側の電圧と第２蓄電手段側の電圧との不均衡を補償するから、第１蓄電手段側の直流発電機による発電や直流電動機への電力供給に伴って生じ得る電圧変化により第２蓄電手段やこの第２蓄電手段に接続されて駆動する他の機器の耐久性が低下するのを抑止することができる。

この電圧不均衡補償手段を介して第２蓄電手段を接続してなる態様の本発明の動力出力装置において、前記電圧不均衡補償手段は、前記第２蓄電手段を充電するときには前記第１蓄電手段側の電圧が前記第２の電圧範囲内における該第２蓄電手段を充電可能な電圧のときに前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段とを接続し、前記第２蓄電手段を放電するときには前記第１蓄電手段側の電圧が前記第２の電圧範囲内における該第２蓄電手段を放電可能な電圧のときに前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段とを接続する接続手段であるものとすることもできる。この場合、接続手段としてはリレーを備えるものを考えることができる。

また、電圧不均衡補償手段を介して第２蓄電手段を接続してなる態様の本発明の動力出力装置において、前記電圧不均衡補償手段は、前記第２蓄電手段側の電圧を該第２蓄電手段を充放電可能な電圧に調整可能な第２電圧調整手段であるものとすることもできる。この場合、第２電圧調整手段としてはＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いることができる。

電圧調整手段として昇降圧チョッパを用いる態様の本発明の動力出力装置において、前記蓄電手段は第１の電圧範囲で作動する第１蓄電手段であり、前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点に接続され前記第１の電圧範囲とは異なる第２の電圧範囲で作動する充放電可能な第２蓄電手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、第１蓄電手段の電圧と第２蓄電手段の電圧の不均衡を補償する手段なしに第２蓄電手段を接続することができる。

この昇降圧チョッパのリアクトル中間点に第２蓄電手段を接続する態様の本発明の動力出力装置において、前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点と前記第２蓄電手段との接続および接続の解除を行なう接続解除手段を備えるものとすることもできる。この場合、前記直流電動機の作動電圧が前記第２の電圧範囲を下回るときには前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点と前記第２蓄電手段との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御する第１接続制御手段を備えるものとすることもできるし、前記直流電動機により発電しているときには前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点と前記第２蓄電手段との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御する第２接続制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、第２蓄電手段や第２蓄電手段に接続された他の機器の保護をより確実に図ることができる。

電圧不均衡補償手段としての第２電圧調整手段を介して第２蓄電手段を接続する態様や昇降圧チョッパのリアクトル中間点に第２蓄電手段を接続する態様の本発明の動力出力装置において、前記第１蓄電手段は第１の電圧を定格とする二次電池であり、前記第２蓄電手段は第１の電圧より低い第２の電圧を定格とする二次電池であるものとすることもできる。こうすれば、異なる定格電圧の二次電池を第１蓄電手段と第２蓄電手段として用いることができる。

電圧不均衡補償手段を介して第２蓄電手段を接続する態様や昇降圧チョッパのリアクトル中間点に第２蓄電手段を接続する態様の本発明の動力出力装置において、前記第１蓄電手段はキャパシタであり、前記第２蓄電手段は所定の電圧を定格とする二次電池であるものとすることもできる。こうすれば、第１蓄電手段としてキャパシタを用いると共に第２蓄電手段として二次電池を用いることができる。

また、電圧不均衡補償手段を介して第２蓄電手段を接続する態様や昇降圧チョッパのリアクトル中間点に第２蓄電手段を接続する態様の本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の動力を用いて前記第２の電圧範囲内の直流電力を発電して前記第２蓄電手段を充電可能な第２直流発電機と、前記第２直流発電機からの電力供給と前記第２蓄電手段からの電力供給を受けて駆動する補機と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、第２蓄電手段の充電と補機への電力供給を第２直流発電機により行なうことができる。

本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動用の動力を出力する動力出力装置であって、駆動用の動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電する直流発電機と、該直流発電機からの電力を用いて駆動用の動力を出力可能な直流電動機と、充放電可能な蓄電手段と、前記直流発電機からの電力を用いて前記蓄電手段を充電するための電圧調整と該蓄電手段からの電力を前記直流電動機へ供給するための電圧調整とが可能な電圧調整手段と、を備える動力出力装置を搭載し、前記内燃機関からの動力と前記直流電動機からの動力を用いて走行することを要旨とする。

本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、直流発電機からの電力と蓄電手段からの電力との和の電力を直流電動機に供給することができることにより直流電動機に直流発電機による発電電力より大きな電力の供給することができる効果や直流電動機から十分な動力を出力することができることにより内燃機関を停止した状態でも直流電動機から十分な動力を出力することができる効果、運動エネルギなどの状態エネルギを直流電動機によって電力として回収することができることにより車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる効果などと同様な効果を奏することができる。

こうした本発明の自動車において、前記内燃機関からの動力を出力する車軸と前記直流電動機からの動力を出力する車軸とが異なることを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、いわゆる４輪駆動自動車とすることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の第１実施例としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は第１実施例のハイブリッド自動車２０に搭載した動力出力装置の電気的な接続関係を例示する接続関係図である。第１実施例のハイブリッド自動車２０は、図１および図２に示すように、ガソリンにより駆動するエンジン２２と、エンジンエンジン２２からの動力を変速してデファレンシャルギヤ５１を介して前輪５２ａ，５２ｂに出力するオートマチックトランスミッション２４と、エンジン２２の動力を用いて駆動用の直流電力を発電する直流発電機３０と、この直流発電機３０からの発電電力の供給を受けてデファレンシャルギヤ５３を介して後輪５４ａ，５４ｂに動力を出力する直流電動機３２と、直流発電機３０から直流電動機３２への駆動系の電力ラインに接続された昇降圧チョッパ３４と、この昇降圧チョッパ３４によって充放電されるキャパシタ３６と、エンジン２２からの動力を用いて補機４４ａ，４４ｂ等に供給する電力を発電するオルタネータ４０と、オルタネータ４０から補機４４ａ，４４ｂへの補機系の電力ラインに接続されて充放電する定格電圧が１２Ｖのバッテリ４２と、キャパシタ３６とバッテリ４２との接続および接続の解除を行なうリレー４６と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット６０と、を備える。

直流発電機３０は、周知の三相交流発電機に全波整流器が取り付けられて構成されており、その回転子の回転軸は図示しないプーリやベルトによりエンジン２２のクランクシャフトに接続されており、エンジン２２のクランクシャフトの回転に伴って回転する。第１実施例では、直流発電機３０としては最大発電電圧が６０Ｖのものを用いた。

直流電動機３２は、印加される電圧に応じたトルクを出力する発電機としても駆動可能な周知の直流発電電動機として構成されており、その出力軸（回転軸）はデファレンシャルギヤ５３を介して後輪５４ａ，５４ｂに接続されている。第１実施例では、直流電動機３２としては最大作動電圧６０Ｖのものを用いた。

昇降圧チョッパ３４は、図２に示すように、直列に接続された二個のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２およびＴｒ３，Ｔｒ４とこのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２およびＴｒ３，Ｔｒ４に対して対をなすように逆順方向に直列に接続された２個のダイオードＤ１，Ｄ２およびＤ３，Ｄ４の中間点を結ぶリアクトルＬとにより構成されており、直流発電機３０側の電力を昇圧または降圧してキャパシタ３６側に供給したり、逆にキャパシタ３６側の電力を昇圧または降圧して直流発電機３０側に供給することができるようになっている。

この他、第１実施例では、キャパシタ３６としては作動電圧が０Ｖ〜５０Ｖ程度のものを用い、オルタネータ４０としては発電電圧が１３．５Ｖのものを用い、バッテリ４２としては定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池を用いた。なお、補機４４ａ，４４ｂとしてはエンジン２２のスタータモータや前照灯など車両に搭載された種々の機器を挙げることができる。

電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ６２の他に、処理プログラムなどを記憶するＲＯＭ６４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ６６，図示しない入出力ポートなどを備える。電子制御ユニット６０には、直流発電機３０から直流電動機３２への駆動系の電力ラインに取り付けられた電圧センサ３３からの駆動系電圧Ｖｄやキャパシタ３６の入出力端子に取り付けられた電圧センサ３７からのキャパシタ３６の作動電圧Ｖｃ，補機系の電力ラインに取り付けられた電圧センサ４９からの補機系電圧Ｖｈなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット６０からは、直流発電機３０への駆動信号や昇降圧チョッパ３４へのスイッチング制御信号，オルタネータ４０への駆動信号，リレー４６のアクチュエータ４７への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

こうして構成された第１実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、エンジン２２からの動力がオートマッチックトランスミッション２４およびデファレンシャルギヤ５１を介して前輪５２ａ，５２ｂに出力可能に構成されていると共に直流電動機３２からの動力がデファレンシャルギヤ５３を介して後輪５４ａ，５４ｂに出力可能に構成されているから、エンジン２２からの動力だけにより走行する前輪駆動走行（エンジン走行）と、エンジン２２からの動力と直流電動機３２からの動力とにより走行する４輪駆動走行と、直流電動機３２からの動力だけにより走行する後輪駆動走行（モータ走行）とが可能である。第１実施例のハイブリッド自動車２０の走行状態と各機器の状態との一覧を次表１に示す。なお、表中、丸印は運転または駆動している状態を示し、バツ印は運転停止または駆動停止している状態を示し、三角印は運転または駆動している状態と運転停止または駆動停止している状態のいずれでも構わない状態を示し、黒丸印は回生制御により駆動している状態を示す。また、チョッパ（昇降圧チョッパ３４を意味する）の欄の矢印は、その方向への電力の供給が行なわれるよう電圧を昇降圧している状態を示す。キャパシタまたはバッテリの欄の「放電」や「充電」はキャパシタ３６やバッテリ４２の放電状態や充電状態を示し、「−」印は放電状態であっても充電状態であってもよい状態を示す。以下、この表を参照しながら第１実施例のハイブリッド自動車２０の走行状態について説明する。

前輪駆動走行（エンジン走行）は、表１の前輪駆動に示すように、直流発電機３０による発電を停止すると共に昇降圧チョッパ３４の作動を停止することにより直流電動機３２への電力供給をしない状態でエンジン２２を運転することにより行なうことができる。オルタネータ４０は、エンジン２２が運転されるから、これに伴って駆動する。リレー４６はオフされているから、バッテリ４２は、オルタネータ４０の発電電力と補機４４ａ，４４ｂの消費電力とに伴って放電状態となったり充電状態となったりする。なお、こうした前輪駆動走行の状態で直流発電機３０を駆動すると共に直流発電機３０からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧してキャパシタ３６を充電したり（表１の前輪駆動の２段目参照）、更に、リレー４６をオンとしてバッテリ４２を充電することもできる（表１の前輪駆動の３段目参照）。

４輪駆動走行は、表１の４輪駆動に示すように、エンジン２２を運転して前輪５２ａ，５２ｂに動力を出力し、直流発電機３０を駆動してエンジン２２からの動力の一部を用いて発電すると共にこの発電電力を用いて直流電動機３２を駆動することにより行なうことができる。このとき、キャパシタ３６からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧して直流電動機３２に供給することもできる（表１の４輪駆動の２段目参照）。この場合、直流電動機３２には直流発電機３０からの電力とキャパシタ３６からの電力が供給されることになる。逆に、直流発電機３０からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧してキャパシタ３６を充電することもできる（表１の４輪駆動の３段目参照）。さらに、リレー４６をオン（接続）として補機系の電力ラインを昇降圧チョッパ３４を介して駆動系の電力ラインに接続すれば、バッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して直流電動機３２に供給することもできる（表１の４輪駆動の４段目）。このとき、リレー４６をオンするタイミングとしては、電圧センサ３７により検出されるキャパシタ３６の作動電圧Ｖｃが電圧センサ４９により検出される補機系電圧Ｖｈに一致するタイミングとするのが好ましい。これにより、キャパシタ３６に蓄えられた電力だけでなく、補機系のバッテリ４２に蓄えられた電力をも直流電動機３２に供給することができる。この場合、キャパシタ３６は、リレー４６によりバッテリ４２に接続されるから、バッテリ４２の端子間電圧に保持される。なお、直流発電機３０からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧してバッテリ４２を充電することもできる（表１の４輪駆動の５段目参照）。

後輪駆動走行（モータ走行）は、表１の後輪駆動の上段に示すように、エンジン２２の運転を停止した状態でキャパシタ３６からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧して直流電動機３２に供給することにより行なうことができる。この場合、リレー４６をオン（接続）として補機系の電力ラインを昇降圧チョッパ３４を介して駆動系の電力ラインに接続すれば、バッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して直流電動機３２に供給することもできる（表１の後輪駆動の下段参照）。リレー４６をオンするタイミングとしては、電圧センサ３７により検出されるキャパシタ３６の作動電圧Ｖｃが電圧センサ４９により検出される補機系電圧Ｖｈに一致するタイミングとするのが好ましい。これにより、キャパシタ３６に蓄えられた電力だけでなく、補機系のバッテリ４２に蓄えられた電力を用いてモータ走行を行なうことができる。この場合も、キャパシタ３６は、リレー４６によりバッテリ４２に接続されるから、バッテリ４２の端子間電圧に保持される。後輪駆動走行では、エンジン２２はアイドリング運転状態などで運転されていてもよいし、その運転を停止していてもよい。オルタネータ４０は、こうしたエンジン２２の運転によりその駆動が決まる。

また、第１実施例のハイブリッド自動車２０は、制動時には、表１の制動時の上段に示すように、車両の運動エネルギを電力として回収してキャパシタ３６に蓄えることができる。このときには、直流電動機３２を発電機として駆動し、直流電動機３２からの発電電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧してキャパシタ３６に供給すればよい。昇降圧チョッパ３４の制御は、昇降圧チョッパ３４からキャパシタ３６へ供給しようとする電圧が電圧センサ３７により検出されるキャパシタ３６の作動電圧Ｖｃより若干高い電圧となるよう行なえばよい。更に、リレー４６をオン（接続）として補機系の電力ラインを昇降圧チョッパ３４を介して駆動系の電力ラインに接続すれば、直流電動機３２からの発電電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧してバッテリ４２を充電することもできる（表１の制動時の下段参照）。このとき、リレー４６をオンするタイミングとしては電圧センサ３７により検出されるキャパシタ３６の作動電圧Ｖｃが電圧センサ４９により検出される補機系電圧Ｖｈに一致するタイミングとするのが好ましく、リレー４６をオフするタイミングとしてはオルタネータ４０の調整電圧に一致するタイミングとするのが好ましい。この場合も、キャパシタ３６はバッテリ４２の端子間電圧に保持される。制動時には、エンジン２２はアイドリング運転状態などで運転されていてもよいし、その運転を停止していてもよい。オルタネータ４０は、こうしたエンジン２２の運転によりその駆動が決まる。

以上説明した第１実施例のハイブリッド自動車２０によれば、キャパシタ３６に蓄えられた電力やバッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して直流電動機３２に供給することができるから、直流電動機３２に直流発電機３０による発電電力より大きな電力を供給することができる。また、キャパシタ３６からの電力やバッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して直流電動機３２に供給することができるから、エンジン２２を停止した状態でも直流電動機３２に十分な電力を供給することができる。この結果、直流電動機３２からの動力だけにより走行することができる。更に、制動時には、直流電動機３２を発電機として駆動し、車両の運動エネルギを電力としてキャパシタ３６やバッテリ４２に蓄えることができるから、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。また、直流発電機３０による発電や直流電動機３２への電力供給によって駆動系の電力ラインの電圧が変化しても、昇降圧チョッパ３４により昇降圧された電圧によりキャパシタ３６の充放電を行なうと共にキャパシタ３６の作動電圧Ｖｃが補機系の電力ラインに適合する電圧のときにのみリレー４６をオン（接続）とするから、キャパシタ３６が破損したりバッテリ４２や補機４４ａ，４４ｂに高電圧が作用することにより破損するのを抑止することできる。

第１実施例のハイブリッド自動車２０では、昇降圧チョッパ３４を介してキャパシタ３６を駆動系の電力ラインに接続するものとしたが、図３の変形例に示すように、昇降圧チョッパ３４を介して充放電可能なバッテリ４２より定格電圧が高い二次電池３６ｂを駆動系の電力ラインに接続するものとしてもよい。この場合、リレー４６に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ４６ｂを用いるのが好ましい。こうすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６ｂを制御することより、補機系のバッテリ４２をより多くの頻度に亘って用いることができる。この変形例のハイブリッド自動車２０の走行状態と各機器の状態との一覧を次表２に示す。基本的には、上述した表１と同様である。なお、表２中、ＤＣ／ＤＣ（ＤＣ／ＤＣコンバータ４６ｂを意味する）の矢印はその方向への電力の供給が行なわれるよう電圧調整をしている状態を示し、「−」印は任意の状態を示す。

第１実施例のハイブリッド自動車２０では、昇降圧チョッパ３４とリレー４６とを介して補機系の電力ラインを駆動系の電力ラインに接続するものとしたが、補機系の電力ラインについては駆動系の電力ラインに接続しないものとしてもよい。

次に、本発明の第２実施例としてのハイブリッド自動車２０Ｂについて説明する。図４は、第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂに搭載した動力出力装置の電気的な接続関係を例示する接続関係図である。第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂは、図示するように、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点に補機系の電力ラインが接続されている点やキャパシタ３６に代えて二次電池３６ｂを備える点，リレー４６を備えない点を除いて図１および図２に例示した第１実施例のハイブリッド自動車２０と同一の構成をしている。第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂの構成のうち第１実施例のハイブリッド自動車２０の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点の電圧がバッテリ４２を充放電可能な範囲の電圧となるように昇降圧チョッパ３４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング制御が行なわれる。即ち、直流発電機３０の発電電力や直流電動機３２の発電電力あるいは二次電池３６ｂからの電力によりバッテリ４２を充電するときにはリアクトルＬの中間点の電圧がバッテリ４２の適正な充電電圧となるよう昇降圧チョッパ３４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング制御が行なわれ、バッテリ４２からの電力により直流電動機３２を駆動したり二次電池３６ｂを充電するときにはリアクトルＬの中間点の電圧がバッテリ４２の適正な放電電圧となるよう昇降圧チョッパ３４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング制御が行なわれるのである。

こうした第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでも第１実施例のハイブリッド自動車２０と同様に、エンジン２２からの動力だけにより走行する前輪駆動走行（エンジン走行）やエンジン２２からの動力と直流電動機３２からの動力とにより走行する４輪駆動走行，直流電動機３２からの動力だけにより走行する後輪駆動走行（モータ走行）が可能である。第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂの走行状態と各機器の状態との一覧を次表３に示す。

第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでも、前輪駆動走行（エンジン走行）は、直流発電機３０と直流電動機３２の接続関係が第１実施例のハイブリッド自動車２０と同一であることから、表３の前輪駆動に示すように、基本的には第１実施例のハイブリッド自動車２０と同様に行なわれる。直流発電機３０を駆動すると共に直流発電機３０からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧して二次電池３６ｂを充電する際やバッテリ４２を充電する際にはバッテリ４２の充放電の状態に基づいて昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点が適正な電圧になるよう昇降圧チョッパ３４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング制御が行なわれる。

４輪駆動走行は、表３の４輪駆動に示すように、第１実施例のハイブリッド自動車２０と同様に、エンジン２２を運転して前輪５２ａ，５２ｂに動力を出力し、直流発電機３０を駆動してエンジン２２からの動力の一部を用いて発電すると共にこの発電電力を用いて直流電動機３２を駆動することにより行なうことができる。この他、直流発電機３０からの発電電力に加えて二次電池３６ｂからの電力やバッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧して直流電動機３２に供給することにより行なうこともできる（表３の４輪駆動の２段目および４段目参照）。このとき、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点の電圧を調整することにより、バッテリ４２や二次電池３６ｂの一方または双方からの電力を直流電動機３２に供給することができる。また、直流発電機３０からの電力を直流電動機３２に供給しながら直流発電機３０からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧して二次電池３６ｂやバッテリ４２を充電することもできる（表３の４輪駆動の３段目および５段目参照）。このときも昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点の電圧を調整することにより、直流発電機３０からの発電電力を直流電動機３２に供給しながらバッテリ４２や二次電池３６ｂの一方または双方を充電することができる。

後輪駆動走行（モータ走行）は、表３の後輪駆動の１段目および２段目に示すように、エンジン２２の運転を停止した状態で二次電池３６ｂからの電力やバッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４によって昇降圧して直流電動機３２に供給することにより行なうことができる。このとき、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点の電圧を調整することにより、二次電池３６ｂからの電力とバッテリ４２からの電力を合わせて直流電動機３２に供給することもできるし（表３の後輪駆動の３段目参照）、二次電池３６ｂからの電力を直流電動機３２に供給すると共に二次電池３６ｂの電力の一部を用いてバッテリ４２を充電することもできる（表３の後輪駆動の４段目参照）。

また、第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、制動時には、表３の制動時に示すように、直流電動機３２を発電機として駆動し、直流電動機３２からの発電電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して二次電池３６ｂやバッテリ４２の一方または双方を充電することができる。このとき、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬを調整することによりバッテリ４２については充電されないようにすることもできる。

以上説明した第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂによれば、二次電池３６ｂからの電力やバッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して直流電動機３２に供給することができるから、直流電動機３２に直流発電機３０による発電電力より大きな電力を供給することができる。また、二次電池３６ｂからの電力やバッテリ４２からの電力を昇降圧チョッパ３４により昇降圧して直流電動機３２に供給することができるから、エンジン２２を停止した状態でも直流電動機３２に十分な電力を供給することができる。この結果、直流電動機３２からの動力だけにより走行することができる。更に、制動時には、直流電動機３２を発電機として駆動し、車両の運動エネルギを電力として二次電池３６ｂやバッテリ４２に蓄えることができるから、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。また、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点に補機系の電力ラインを接続すると共にリアクトルＬの中間点の電圧を調整することにより、バッテリ４２の充放電を自由に行なうことができると共に第１実施例のハイブリッド自動車２０が備えるリレー４６やその変形例が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ４６ｂなどの電圧の不均衡を補償する回路などを設ける必要がない。

第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、補機系の電力ラインを昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点に直接接続したが、図５の変形例に示すように、補機系の電力ラインをリレー４６を介して昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点に接続するものとしてもよい。この場合、表３に例示した状態に加えてリレー４６のオンオフの状態を考えることができる。この変形例のハイブリッド自動車では、第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂと異なり、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点の電圧を常にバッテリ４２の充放電可能な範囲の電圧になるように昇降圧チョッパ３４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をスイッチング制御する必要はない。即ち、昇降圧チョッパ３４のリアクトルＬの中間点の電圧がバッテリ４２の充放電可能な電圧範囲外となるときやその可能性があるときにはリレー４６により接続を解除すればよい。例えば、駆動系の電力ラインの電圧がバッテリ４２の電圧より低いときや直流電動機３２を発電機として駆動するときなどにはリレー４６をオフ（接続の解除）とすればよい。こうすることにより、補機系の電力ラインに接続された補機４４ａ，４４ｂなどを保護することができる。このように、リレー４６を設けることにより、電力制御の自由度が高くなると共に機器の保護を容易に且つ効果的に行なうことができる。

上述した第１実施例や第２実施例あるいはその変形例では、エンジン２２や直流発電機３０，直流電動機３２，昇降圧チョッパ３４，キャパシタ３６などにより構成される動力出力装置を自動車に搭載するものとしたが、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載するものとしてもよく、あるいは建設機械などの移動しない機器に適用するものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

本発明の第１実施例としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。第１実施例のハイブリッド自動車２０に搭載した動力出力装置の電気的な接続関係を例示する接続関係図である。第１実施例の変形例のハイブリッド自動車に搭載した動力出力装置の電気的な接続関係を例示する接続関係図である。第２実施例のハイブリッド自動車２０Ｂに搭載した動力出力装置の電気的な接続関係を例示する接続関係図である。第２実施例の変形例のハイブリッド自動車に搭載した動力出力装置の電気的な接続関係を例示する接続関係図である。

符号の説明

２０，２０Ｂハイブリッド自動車、２２エンジン、２４オートマチックトランスミッション、３０直流発電機、３２直流電動機、３３電圧センサ、３４昇降圧チョッパ、３６キャパシタ、３６ｂ二次電池、３７電圧センサ、４０オルタネータ、４２バッテリ、４４ａ，４４ｂ補機、４６リレー、４６ｂＤＣ／ＤＣコンバータ、４７アクチュエータ、４９電圧センサ、５１デファレンシャルギヤ、５２ａ，５２ｂ前輪、５３デファレンシャルギヤ、５４ａ，５４ｂ後輪、６０電子制御ユニット、６２ＣＰＵ、６４ＲＯＭ、６６ＲＡＭ。

Claims

駆動用の動力を出力する動力出力装置であって、
駆動用の動力を出力可能な内燃機関と、
該内燃機関からの動力を用いて発電する直流発電機と、
該直流発電機からの電力を用いて駆動用の動力を出力可能な直流電動機と、
充放電可能な蓄電手段と、
前記直流発電機からの電力を用いて前記蓄電手段を充電するための電圧調整と該蓄電手段からの電力を前記直流電動機へ供給するための電圧調整とが可能な電圧調整手段と、
を備える動力出力装置。
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記直流電動機は発電可能な電動機であり、
前記電圧調整手段は、前記直流電動機からの発電電力を用いて前記蓄電手段を充電するための電圧調整が可能な手段である
動力出力装置。
前記電圧調整手段は、昇降圧チョッパである請求項１または２記載の動力出力装置。
請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
前記蓄電手段は、第１の電圧範囲で作動する第１蓄電手段であり、
前記第１の電圧範囲とは異なる第２の電圧範囲で作動する第２蓄電手段と、
前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との間に配置され、該第１蓄電手段側の電圧と該第２蓄電手段側の電圧との不均衡を補償する電圧不均衡補償手段と、
を備える動力出力装置。
前記電圧不均衡補償手段は、前記第２蓄電手段を充電するときには前記第１蓄電手段側の電圧が前記第２の電圧範囲内における該第２蓄電手段を充電可能な電圧のときに前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段とを接続し、前記第２蓄電手段を放電するときには前記第１蓄電手段側の電圧が前記第２の電圧範囲内における該第２蓄電手段を放電可能な電圧のときに前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段とを接続する接続手段である請求項４記載の動力出力装置。
前記電圧不均衡補償手段は、前記第２蓄電手段側の電圧を該第２蓄電手段を充放電可能な電圧に調整可能な第２電圧調整手段である請求項４記載の動力出力装置。
請求項３記載の動力出力装置であって、
前記蓄電手段は、第１の電圧範囲で作動する第１蓄電手段であり、
前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点に接続され前記第１の電圧範囲とは異なる第２の電圧範囲で作動する充放電可能な第２蓄電手段を備える
動力出力装置。
前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点と前記第２蓄電手段との接続および接続の解除を行なう接続解除手段を備える請求項７記載の動力出力装置。
前記直流電動機の作動電圧が前記第２の電圧範囲を下回るときには前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点と前記第２蓄電手段との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御する第１接続制御手段を備える請求項８記載の動力出力装置。
前記直流電動機により発電しているときには前記昇降圧チョッパのリアクトル中間点と前記第２蓄電手段との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御する第２接続制御手段を備える請求項２に係る請求項８または９記載の動力出力装置。
請求項６ないし１０いずれか記載の動力出力装置であって、
前記第１蓄電手段は、第１の電圧を定格とする二次電池であり、
前記第２蓄電手段は、第１の電圧より低い第２の電圧を定格とする二次電池である
動力出力装置。
請求項４ないし１０いずれか記載の動力出力装置であって、
前記第１蓄電手段は、キャパシタであり、
前記第２蓄電手段は、所定の電圧を定格とする二次電池である
動力出力装置。
請求項４ないし１２いずれか記載の動力出力装置であって、
前記内燃機関の動力を用いて前記第２の電圧範囲内の直流電力を発電して前記第２蓄電手段を充電可能な第２直流発電機と、
前記第２直流発電機からの電力供給と前記第２蓄電手段からの電力供給を受けて駆動する補機と、
を備える動力出力装置。
請求項１ないし１３いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記内燃機関からの動力と前記直流電動機からの動力を用いて走行する自動車。
前記内燃機関からの動力を出力する車軸と前記直流電動機からの動力を出力する車軸とが異なることを特徴とする請求項１４記載の自動車。