JP2007161249A - 電気自動車およびハイブリッド自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動輪の少なくとも一つを原動機により駆動し、他の駆動輪を電動機により駆動する車両において、前記電動機による駆動を必要としないときに、当該電動機が発電機として機能しないように制御する。
【解決手段】上記他の駆動輪を駆動する電動機54を非駆動状態に制御する際には、電動機54とこれに電力を供給するバッテリ50とを、インバータ52をシャットダウン制御することにより電気的に遮断する。一方、電動機の回転速度が前記の所定値以上となった時に、前記の電気的遮断を禁止し、弱め界磁制御を行う。
【選択図】図3
【解決手段】上記他の駆動輪を駆動する電動機54を非駆動状態に制御する際には、電動機54とこれに電力を供給するバッテリ50とを、インバータ52をシャットダウン制御することにより電気的に遮断する。一方、電動機の回転速度が前記の所定値以上となった時に、前記の電気的遮断を禁止し、弱め界磁制御を行う。
【選択図】図3
Description
本発明は、複数の駆動輪を別個の原動機により駆動する車両であって、少なくとも一つの原動機が電動機である電気自動車およびハイブリッド自動車の前記電動機の制御に関する。
前輪と後輪を別個の原動機で駆動する車両が公知である。例えば、特開平9−175203号公報においては、前輪を内燃機関と電動機のハイブリッド原動機により駆動し、後輪を永久磁石を用いた電動機で駆動する車両が開示されている。この車両は、通常の走行時には、前輪のみの駆動力により走行し、より大きな駆動力が必要な場合や、路面の摩擦係数が低い場合などに後輪を併せて駆動して走行する。
前記公報に記載された車両などにおいて、前輪のみによる走行中は、後輪と共に回転する永久磁石電動機が発電機となり、前輪側の原動機の駆動力の一部を消費してしまい効率が悪くなるという問題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、使用しない電動機に消費される電力が低減される電気自動車およびハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明にかかる電気自動車またはハイブリッド自動車は、駆動輪の少なくとも一つを原動機により駆動し、他の駆動輪を電動機により駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車であって、前記電動機により駆動される駆動輪を非駆動状態に制御する際に、電動機と、これに電力を供給する電源とを電気的に遮断する。電源と電動機を電気的に遮断することにより、回路が遮断され、電動機が発電機として作用することがなくなり、効率が改善される。
電動機の回転速度が所定値以上となったときには、前記の電動機と電源を遮断する制御を禁止する。電源としてのバッテリの直流電力を電動機に供給する交流電力へと変換するインバータを有する電気自動車等では、インバータをシャットダウンすることにより前記の遮断制御を行う。前記の遮断制御を禁止する回転速度は、電動機の逆起電圧がインバータの耐電圧を超えるような速度域を含むものとすることができる。また、この禁止領域では、インバータを保護するために逆起電圧を減少させるための弱め界磁制御が行われる。
本発明によれば、電動機により駆動される駆動輪を非駆動状態に制御する際に、電動機とこれに電力を供給する電源とを電気的に遮断することにより、前記電動機が発電機として作用すること、または発電機として作用しないように制御電流を印加する必要がなくなり、効率の低下を防止することができる。
インバータをシャットダウン制御することによりバッテリと電動機とを電気的に遮断することにより、リレーなどの遮断用の追加の構成部品が不要である。しかし、この場合には逆起電圧がバッテリ端子電圧を超える場合があるので、そのときにはシャットダウン制御を禁止し、発電状態とならないように制御する。
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。図1には、本実施形態のハイブリッド自動車の駆動機構の概略図が示されている。前輪側原動機10は、内燃機関12と前輪側電動機14が組み合わせられたハイブリッド原動機である。原動機10の出力は、変速機または減速機16およびドライブシャフト18を介して前輪20に伝達される。後輪側原動機22は、電動機である。以下、これを後輪側電動機22と記す。後輪側電動機22の出力は減速機24およびドライブシャフト26を介して後輪28に伝達される。前輪側および後輪側電動機14,22は、電動機の回転子に永久磁石が用いられた、いわゆる永久磁石電動機であり、バッテリ30からの直流電力をインバータ(図2参照)により交流に変換して電動機14,22に供給している。
内燃機関12と前輪側および後輪側電動機14,22の出力分担は、車両の走行状態等に基づきあらかじめ定められたプログラムによって決定され、運転者の要求に応じた出力を発生する。後輪側電動機22は、特に高出力を得たいときや、路面の摩擦係数が低く前輪のみでは効率よく駆動力を路面に伝えられないときに駆動制御される。これ以外の状況では、後輪側電動機22は、ほとんど駆動制御されない。したがって、前輪のみで走行しているときに、後輪側電動機22は、後輪から回転子が回転駆動されることによって逆起電圧を発生する。これに対し何ら対策を行わなければ、逆起電圧がバッテリ30の端子電圧を超えると、後輪側電動機22は、バッテリ30へ充電を行う発電機として機能する。すなわち、前輪側原動機10にとって後輪側電動機22は負荷となる。発電された電力をバッテリ30に充電するにしても、発電効率、充電効率が1ではないので、車両全体としての効率が悪化する。また、逆起電圧を低下させるために、後輪側電動機22の固定子に逆起電圧を打ち消す界磁を発生させると、この界磁を発生させるための電力が必要となり、やはり車両全体の効率が低下する。
図2には、本発明に関連する技術として、前輪側および後輪側電動機14,22へ電力を供給する回路が示されている。前輪側電動機14には、バッテリ30から前輪側インバータ32を介して電力が供給される。一方、後輪側電動機22には、バッテリ30から後輪側インバータ34を介して電力が供給される。前述のように、後輪側電動機22は、前輪側原動機10を補助するかたちで制御され、発生トルクがゼロに制御される期間がかなり存在する。発生トルクをゼロにするために、この例の回路においては、電源であるバッテリ30と後輪側電動機22を電気的に遮断する遮断手段として、リレー36が設けられている。リレー36を開放することにより、後輪側電動機22が発電機として作用することがなくなり、車両全体の効率が向上する。言い換えれば、後輪側電動機22を発電機として作用しないように制御するための電力消費を抑えることができ、車両全体の効率が向上する。
さらに、リレー36を挟んで二つのコンデンサ38,40が、後輪側インバータ34および電源30(バッテリ30)に並列に配置されている。リレー36より後輪側インバータ34側に配置された第1のコンデンサ38は、後輪側インバータ34のトランジスタがオンオフするときに生じるリップル電流を補償している。すなわち、トランジスタがオンとなったときに電流を補給し、電流の速やかな立ち上がりを確保し、オフとなったときには余剰の電流を吸収する。第1のコンデンサ38には、リレー36を開放したときにも、後輪側電動機22の逆起電圧が作用するため、この逆起電圧に耐える必要がある。そのため、本実施形態においては、小型でも高い耐電圧を有するセラミック製コンデンサが用いられている。
リレー36よりバッテリ30側に配置された第2のコンデンサ40は、電源より供給される電圧を平滑化している。第2のコンデンサ40は、十分な容量を確保するために、この例においては電解コンデンサが用いられている。また、リレー36を開放すれば後輪側電動機22の逆起電圧は作用しないので耐電圧性はさほど要求されず電解コンデンサを用いることができる。
なお、リップル電流用の第1のコンデンサ38は、後輪側インバータ34の直近に配置する必要があり、リレー36を介して配置される第2のコンデンサ40により代用することはできない。また、セラミック製コンデンサである第1のコンデンサ38の容量を大きくするためには、体格が大型となり、後輪側インバータ34の近傍に配置することが困難となる。そこで、この例においては、入力側のコンデンサを機能ごとに二つに分離し、それぞれの機能を達成するのに適した仕様として、入力側のコンデンサの体格を総合的に小型化している。
また、リレー36を遮断する条件は、後輪の駆動が不要と判断されている場合の他に、車両の走行速度が所定速度以上となったときとすることも可能である。例えば、ある車両速度以上では4輪駆動走行を行わない車両においては、逆起電圧がバッテリ端子電圧を超える車両速度のときに、リレー36の遮断を行うようにすることができる。
図3には、本発明にかかる、電動機に電力を供給する回路の概略構成の一例が示されている。バッテリ50からの電力は、インバータ52を介して後輪側電動機54に供給される。インバータ52は、電動機54の三相に、一相当たり2個ずつ設けられたトランジスタと、これらの各々に並列に配置される計6個のダイオードを含む。各トランジスタは、ECU(電子制御装置)56の指令により動作するゲート制御回路58によりオンオフの制御が行われる。
本回路においては、インバータ52をシャットダウン制御した場合、すなわち6つのトランジスタの信号を全てオフした場合、バッテリ50と電動機54が電気的に遮断状態となる。シャットダウン制御は、前述のリレーを有する回路の場合と同様に電動機54による駆動が不要と判断された場合に実行される。インバータ52のシャットダウン制御により電気的遮断が実行されるので、前述の回路のようにリレーを設ける必要がない。
しかし、電動機54の逆起電圧が高くなり、バッテリ50の端子電圧を超えるようになると、インバータ52のダイオードを通って電流が流れる、すなわち電動機54が発電をしている状態となる。電動機54の逆起電圧は回転速度に比例して増加するので、前記の発電状態となる回転速度が一つ存在し、それ以上の回転速度では常に発電状態となる。このように、電動機54が発電を行うと、これが走行抵抗となり、効率を低下させることは前にも述べた。そこで、逆起電圧がバッテリの端子電圧を超える電動機回転速度以上では、インバータ52のシャットダウン制御を行わず、逆起電圧を打ち消すような制御、すなわち弱め界磁制御を行う。
インバータのシャットダウン制御と弱め界磁制御の境界となる回転速度ω1は、
ω1=VB/(√2・Ke)
Ke:電動機の逆起定数
VB:バッテリ端子電圧
である。この回転速度以上であると、電動機54の逆起電圧がバッテリ端子電圧を上回り、発電状態となるので、これを防止するために弱め界磁制御が実行される。
ω1=VB/(√2・Ke)
Ke:電動機の逆起定数
VB:バッテリ端子電圧
である。この回転速度以上であると、電動機54の逆起電圧がバッテリ端子電圧を上回り、発電状態となるので、これを防止するために弱め界磁制御が実行される。
前述の実施形態においては、主の原動機を内燃機関と電動機からなるハイブリッド原動機としたが、他の組合せの原動機であっても、単一の種類の原動機であってもかまわない。また、主の原動機が前輪を、補助の原動機が後輪を駆動する場合について説明したが、これを逆とすることも可能であるし、左右一方の車輪を主、他方を補助とすることもできる。さらに、4輪車の総輪を駆動する場合について説明したが、さらに多数の車輪を有する車両に適用することもできる。例えば、大型車など後輪を2軸有する車両の場合、一方の軸の車輪を本実施形態の前輪に相当する主駆動輪とし、他方を本実施形態の後輪に相当する補助駆動輪とすることができる。
[付記]
駆動輪の少なくとも一つを原動機により駆動し、他の駆動輪を電動機により駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車において、前記電動機により駆動される駆動輪を非駆動状態に制御する際に、電動機と、これに電力を供給する電源とを電気的に遮断する。電源と電動機を電気的に遮断することにより、回路が遮断され、電動機が発電機として作用することがなくなり、効率が改善される。
駆動輪の少なくとも一つを原動機により駆動し、他の駆動輪を電動機により駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車において、前記電動機により駆動される駆動輪を非駆動状態に制御する際に、電動機と、これに電力を供給する電源とを電気的に遮断する。電源と電動機を電気的に遮断することにより、回路が遮断され、電動機が発電機として作用することがなくなり、効率が改善される。
さらに、前記電動機は、電源からの直流電力をインバータにより変換された交流電力により駆動される交流電動機とすることができ、前記インバータと並列に配置された第1のコンデンサと、前記インバータと並列に、かつ前記第1のコンデンサより電源側に配置された第2のコンデンサと、前記第1および第2のコンデンサの間に設けられ、前記電動機と電源を遮断可能な遮断手段と、を有するものとすることができる。このとき、前記第1のコンデンサは前記第2のコンデンサより高い耐電圧性を有し、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサより大きな容量を有する。
すなわち、電動機と発電機の前記の遮断を行う遮断手段の電動機側、電源側にそれぞれコンデンサを配置し、その特性を別個のものとした。電動機側の第1のコンデンサは、発電機の逆起電圧に耐えられるように、かつインバータのトランジスタの直近に配置できるように、小型であっても耐電圧の高い種類のものを採用した。一方、電源側の第2のコンデンサは、小型であっても容量の大きなものを採用した。
具体的には前記第1のコンデンサをセラミック製コンデンサとし、前記第2のコンデンサを電解コンデンサとすることができる。
遮断手段よりインバータ側に配置される第1のコンデンサは、インバータの制御トランジスタのオンオフに伴い発生するリップル電流の補給、吸収を行う。また、インバータに近接配置されるために小型で高い耐電圧が要求されるため、セラミック製コンデンサが使用される。遮断手段より電源側に配置される第2のコンデンサは、電源電圧の平滑化を行う。また、電圧平滑用として使用されるために容量の大きな電解コンデンサが使用される。
10 前輪側原動機、12 内燃機関、14 前輪側電動機、22 後輪側原動機(後輪側電動機)、50 バッテリ、52 インバータ、56 ECU(電子制御装置)、58 ゲート制御回路。
Claims (2)
- 駆動輪の少なくとも一つを原動機により駆動し、他の駆動輪を電動機により駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車であって、
電源の直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給するインバータと、
前記電動機により駆動される駆動輪を非駆動状態に制御する際に、前記電動機と前記電源を、インバータをシャットダウン制御することにより電気的に遮断する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電動機の回転速度が所定値以上の場合には、インバータのシャットダウン制御を禁止し、前記電動機の逆起電圧を打ち消す弱め界磁制御を行う、電気自動車またはハイブリッド自動車。 - 請求項1に記載の電気自動車またはハイブリッド自動車であって、前記電動機の回転速度の所定値は、前記電動機の逆起電圧が前記電源の端子電圧を超える回転速度である、電気自動車またはハイブリッド自動車。
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