JP2007191088A - Hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輪を駆動する動力源としてエンジンとモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of a hybrid vehicle including an engine and a motor generator as a power source for driving wheels.
従来、この種のハイブリッド車両として、車両の加速時にモータジェネレータに電力を供給してエンジンの出力を補助し、減速時および制動時にエンジンへの燃料供給を停止するとともに、モータジェネレータを発電機として作動させて回生制動を行い、発生した電力で蓄電装置を充電するものがある。 Conventionally, as this type of hybrid vehicle, power is supplied to the motor generator to assist the engine output during vehicle acceleration, fuel supply to the engine is stopped during deceleration and braking, and the motor generator is operated as a generator. In some cases, regenerative braking is performed to charge the power storage device with the generated electric power.
特許文献3に開示されたハイブリッド車両は、蓄電装置としてキャパシタ、二次電池、燃料電池を備えている。
しかしながら、このような従来のハイブリッド車両にあっては、蓄電池としてリチウムイオン、ニッケル水素等の二次電池を用いた場合、車両の急停止時に発生する大電流を十分に吸収できない。また、急発進時に必要な大電流を十分に供給できないという問題点があった。 However, in such a conventional hybrid vehicle, when a secondary battery such as lithium ion or nickel metal hydride is used as a storage battery, a large current generated when the vehicle suddenly stops cannot be sufficiently absorbed. In addition, there is a problem that a large current necessary for sudden start cannot be sufficiently supplied.
また、蓄電池として電気二重層キャパシタを用いた場合、車両の急発進、急停止時における電流の出入りには対応できるが、十分な蓄電力を確保することが難しいという問題点があった。 In addition, when an electric double layer capacitor is used as a storage battery, it can cope with a current flowing in and out of the vehicle at the time of sudden start and stop, but there is a problem that it is difficult to secure sufficient power storage.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、急発進、急停止時に対応できるハイブリッド車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid vehicle that can cope with sudden start and sudden stop.
本発明では、車輪を駆動する動力源としてエンジンとモータジェネレータを備えるハイブリッド車両において、モータジェネレータの電力源として電気二重層キャパシタと二次電池を備え、車両の発進加速時に二次電池を遮断し電気二重層キャパシタの電力をモータジェネレータに供給する第一モータ加速制御手段を備える。 In the present invention, in a hybrid vehicle including an engine and a motor generator as a power source for driving wheels, an electric double layer capacitor and a secondary battery are provided as power sources for the motor generator, and the secondary battery is shut off when the vehicle is accelerated. First motor acceleration control means for supplying the electric power of the double layer capacitor to the motor generator is provided.
本発明によると、発進加速時に二次電池より放電電力が大きい電気二重層キャパシタを用いることにより発進加速時に必要なエネルギを確保するとともに、二次電池に急速な放電をさせることを回避し、二次電池の劣化を抑えられる。 According to the present invention, by using an electric double layer capacitor having a larger discharge power than the secondary battery at the time of starting acceleration, energy required for starting acceleration can be secured, and the secondary battery can be prevented from being rapidly discharged. Deterioration of the secondary battery can be suppressed.
本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、ハイブリッド車両のパワートレインは、動力源としてエンジン3とモータジェネレータ5を備え、エンジン3の出力がトランスミッション6、エンジン側クラッチ1を介してドライブシャフト4に伝えられる一方、モータジェネレータ5の出力がモータ側クラッチ2を介してドライブシャフト4に伝えられ、ドライブシャフト4の回転が図示しない車輪に伝達される。
As shown in FIG. 1, the power train of a hybrid vehicle includes an
エンジンは燃料を燃焼して出力を発生するものであり、例えばガソリンやガス燃料を燃焼する火花点火式エンジン、あるいはディーゼルエンジン等が用いられる。 The engine burns fuel and generates an output. For example, a spark ignition engine that burns gasoline or gas fuel, a diesel engine, or the like is used.
モータジェネレータ5は三相同期電動機または三相誘導電動機等の交流機が用いられる。蓄電部10に蓄えられた直流電流はインバータ(整流器)13を介して交流電力に変換してモータジェネレータ5へ供給するとともに、モータジェネレータ5の交流発電電力を直流電力に変換して蓄電部10に充電する。
The
モータジェネレータ5に供給される電力を蓄える蓄電部10として、電気二重層キャパシタ11と二次電池12を備える。
An electric
二次電池12はリチウムイオン、ニッケル水素等の化学反応を用いた各種蓄電池が用いられる。
As the
電気二重層キャパシタ11は静電容量により電荷(電気エネルギー)を蓄えたり、放出したりするものであり、界面現象を利用して蓄電容量を大きくしている。電気二重層キャパシタ11は二次電池12より蓄電容量は小さいが、二次電池12より大きい電流を入出力するようになっている。
The electric
蓄電部10はモータジェネレータ5に対してインバータ13を介して並列に接続される第一、第二蓄電回路14,15が設けられ、この第一、第二蓄電回路14,15に電気二重層キャパシタ11と二次電池12がそれぞれ介装されるとともに、第一、第二蓄電回路14,15を開閉する第一、第二スイッチSWc,SWbを備える。
The
第一、第二スイッチSWc,SWbは電界効果トランジスタ(FET)が用いられ、各ゲート電極に印加電圧が導かれるとONとなって第一、第二蓄電回路14,15をそれぞれ閉じる一方、ゲート電極に印加電圧が導かれないとOFFとなって第一、第二蓄電回路14,15をそれぞれ開く。
The first and second switches SWc and SWb use field effect transistors (FETs), which are turned on when an applied voltage is led to each gate electrode, and close the first and second
車両にはパワートレインの作動を制御するコントローラ20を備える。このコントローラ20は、車速信号、ブレーキ信号、アクセル信号、二次電池12の二次電池電圧Eb、電気二重層キャパシタ11のキャパシタ電圧Ecを入力し、エンジン側クラッチ1、モータ側クラッチ2、インバータ13、第一、第二スイッチSWc,SWb、トランスミッション6、エンジン3の作動をそれぞれ制御する。
The vehicle includes a
車両には図示しないブレーキペダルの踏み込み量を検出するポジションセンサ等が設けられ、このポジションセンサから運転者によって操作されるブレーキペダルの踏み込み量(要求制動力)に応じた前記ブレーキ信号を出力する。 The vehicle is provided with a position sensor or the like that detects the amount of depression of a brake pedal (not shown), and outputs the brake signal corresponding to the amount of depression of the brake pedal (required braking force) operated by the driver.
車両には図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するポジションセンサ等が設けられ、このポジションセンサから運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量(要求負荷)に応じた前記アクセル信号を出力する。 The vehicle is provided with a position sensor or the like that detects a depression amount of an accelerator pedal (not shown), and the accelerator signal corresponding to the depression amount (required load) of the accelerator pedal operated by the driver is output from the position sensor.
コントローラ20は図示しないエンジン制御コントローラ等と通信回線を介して情報を送受信し、互いに協調制御が行われる。
The
コントローラ20は車両の発進時および低速走行時にエンジン3の運転を停止しクラッチ1を切った状態でモータジェネレータ5を駆動するモータ走行制御を行う。
The
コントローラ20は、第一モータ加速制御手段として、車両の発進加速時に二次電池12を遮断し電気二重層キャパシタ11の電力をモータジェネレータ5に供給する制御を行う。
The
これにより、発進加速時に二次電池12より放電電力が大きい電気二重層キャパシタ11を用いることにより発進加速時に必要なエネルギを確保するとともに、二次電池12に急速な放電をさせることを回避し、二次電池12の劣化を抑えられる。
Thus, by using the electric
コントローラ20は、第二モータ加速制御手段として、車両の加速時に電気二重層キャパシタ11の蓄電圧Ecが二次電池12の蓄電圧Ebより低下するキャパシタ電位低下状態を判定し、このキャパシタ電位低下状態にて電気二重層キャパシタ11の電力に加えて二次電池12の電力をモータジェネレータ5に供給する制御を行う。
The
これにより、二次電池12の放電電力によってモータジェネレータ5による加速走行距離を延長できる。
Thereby, the acceleration travel distance by the
次に、コントローラ20で実行される車両の発進加速時における制御動作を図2のフローチャートにしたがって、さらに詳しく説明する。
Next, the control operation at the time of start acceleration of the vehicle executed by the
まずステップ1で電気二重層キャパシタ11のキャパシタ電圧Ecが二次電池12の二次電池電圧Ebより低い場合、ステップ2に進んで第一スイッチSWcと第二スイッチSWbをそれぞれONにし、二次電池12から電気二重層キャパシタ11に充電する。
First, when the capacitor voltage Ec of the electric
発進加速時に電気二重層キャパシタ11のエネルギを使いたいので、電気二重層キャパシタ11の電位は二次電池12の電位より高くなっていることが望ましいが、長期保管からの起動時等に電気二重層キャパシタ11の電位が低くなっていることが考えられる。
Since it is desired to use the energy of the electric
これに対処して車両が発進する前の停止時においてキャパシタ電位低下状態ならば、上記ステップ1、2の処理によって第一スイッチSWcと第二スイッチSWbをそれぞれONにすることにより、二次電池12から第二スイッチSWbと第一スイッチSWcを通って電気二重層キャパシタ11に充電される。
In response to this, if the capacitor potential is lowered when the vehicle is stopped before starting, the
なお、第二スイッチSWbをOFFにしてもその寄生ダイオードDcを通って電気二重層キャパシタ11に充電できるが、寄生ダイオードDcの順方向電圧降下分(Eb)だけキャパシタ電圧Ecが低下する。
Even if the second switch SWb is turned off, the electric
キャパシタ電圧Ecが二次電池電圧Eb以上に高い電気二重層キャパシタ充電状態において、ステップ3にて、アクセル信号に基づいてアクセルペダルが踏み込まれたことが判定されると、ステップ4に進んで第二スイッチSWbをOFFにし、第一スイッチSWcをONにし、ステップ5に進んでモータ側クラッチ2を接続する。
If it is determined in
そして続くステップ6〜8に進んで電気二重層キャパシタ11のみの出力によってモータジェネレータ5を駆動する第一モータ加速制御を行う。
Then, the process proceeds to
この第一モータ加速制御は、ステップ7にて車速が要求車速に達したことを判定するまで、ステップ6にてインバータ13をONにし、モータジェネレータ5をONにして、電気二重層キャパシタ11の出力によって走行する。
In this first motor acceleration control, the
この第一モータ加速制御が行われているとき、車速が要求車速に達する前に、ステップ8でキャパシタ電圧Ecが二次電池電圧Ebより低いキャパシタ電位低下状態を判定した場合、続くステップ9、10に進んで電気二重層キャパシタ11と二次電池12の両方の出力によってモータジェネレータ5を駆動する第二モータ加速制御を行う。
When the first motor acceleration control is performed, if it is determined in
この第二モータ加速制御は、ステップ10にて車速が要求車速に達したことを判定するまで、第一スイッチSWcと第二スイッチSWbをONにして、電気二重層キャパシタ11と二次電池12の出力によって走行する。
In this second motor acceleration control, the first switch SWc and the second switch SWb are turned ON until it is determined in
前記した起動時に二次電池電圧Ebよりキャパシタ電圧Ecが低く、二次電池12から電気二重層キャパシタ11へ充電した場合は、前記のステップ8からステップ7へのループを回らずにステップ9へ進む。この場合、速度0からの加速に伴う大電流を必要とするが、二次電池12の内部抵抗より電気二重層キャパシタ11の内部抵抗が小さいため、もっぱら電気二重層キャパシタ11からの電流がモータジェネレータ5に供給され、二次電池12の負荷が軽減される。
When the capacitor voltage Ec is lower than the secondary battery voltage Eb at the time of starting and the
一方、ステップ3にて、アクセル信号に基づいてアクセルペダルが踏み込まれたことが判定されると、ステップ12、13にて図示しないスタータモータを駆動してエンジン3を始動する。上記した第一、第二モータ加速制御によって車速が要求車速に達すると、ステップ13に進んで、エンジン側クラッチ1を接続し、モータ側クラッチ2を切ってエンジン走行に切り換える(制御1)。
On the other hand, if it is determined in
車速が要求車速に達する前にステップ11にて二次電池電圧Ebとキャパシタ圧Ecが使用限界値以下に低下した場合、モータ側クラッチ2を切ってエンジン側クラッチ1を半クラッチからつないでエンジン出力にて加速する(制御2)。
If the secondary battery voltage Eb and capacitor pressure Ec drop below the use limit values in
なお、ステップ1、8にて行われるキャパシタ電位低下状態の判定は、キャパシタ電圧Ecが二次電池電圧Ebと第二スイッチSWbの寄生ダイオードDbの電圧降下分EDの和(Eb+ED)以下か否かを判定している。
Incidentally, the determination of the capacitor potential drop which is carried out in
コントローラ20は、車両減速時の運動エネルギ回収(回生)の制御も行う。車両の制動に伴う高電流充電手段として、車両の制動時に二次電池12を遮断し、モータジェネレータ5の発電電力を電気二重層キャパシタ11のみに充電する制御を行うことができる。
The
制動に伴う大電流を二次電池12より電流密度が大きい電気二重層キャパシタ11に充電することにより制動時のエネルギを効率良く吸収するとともに、二次電池12への急速な充電を回避し、二次電池12の劣化を抑えられる。
By charging the electric
コントローラ20は、前記高速充電では制動エネルギによる発電電流を吸収しきれない場合、二次電池12に電力を制限しつつ充電する制御を行う。
電力制限充電手段として、車両の制動時にモータジェネレータ5の発電電力を電気二重層キャパシタ11と二次電池12に充電し、二次電池12に充電される電力を制限する制御を行う。
The
As power limiting charging means, control is performed so that the electric
これにより、急制動時に短時間に発生する大電流を電気二重層キャパシタ11と二次電池12に充電することができ、回生効率を高められる。
As a result, a large current generated in a short time during sudden braking can be charged to the electric
次に、コントローラ20で実行される車両の走行時の充電制御動作を図3のフローチャートにしたがって、さらに詳しく説明する。
Next, the charging control operation when the vehicle is running performed by the
まずステップ21にて、アクセル信号に基づいてアクセルペダルが初期位置に戻されたことが判定されると、ステップ22に進んでブレーキ信号に基づいてブレーキペダルが踏み込まれる制動時かどうかを判定する。
First, when it is determined in
ステップ22で非制動時と判定された場合、二次電池12への低電流充電を行うステップ23で、モータ側クラッチ2を接続し、ステップ24で、第一スイッチSWcをOFF、第二スイッチSWbをONとし、インバータ13の整流器を抵効率にてONとして、ステップ25にて二次電池12に低電流充電が行われる。
If it is determined in
こうしてステップ26にて二次電池12にフル充電が行われたことが判定されると、ステップ27に進んで第二スイッチSWbをOFF、インバータ13の整流器をOFFとし、モータ側クラッチ2を切り、二次電池12への低電流充電を終了する。
When it is determined in
ステップ22で制動時と判定された場合、ステップ28に進んで要求されるブレーキ力が所定値より大きいか否かを判定する。この所定値は制動エネルギを電気二重層キャパシタ11のみで回収できるように予め決められた値である。
If it is determined in
ステップ28にて要求されるブレーキ力が所定値以下と判定された場合、ステップ29に進んで、モータ側クラッチ2を接続し、ステップ30にて第一スイッチSWcをON、第二スイッチSWbをOFFとし、インバータ13の整流器をONとして、ステップ31にて電気二重層キャパシタ11に充電を行う。この際、インバータ13の変換効率は高効率とする。
If it is determined in
車両速度がモータジェネレータ5による発電を維持できない程低下した場合はステップ32でエンジン側クラッチ1を接続し、ステップ33の通常のブレーキにより停止する。
If the vehicle speed has fallen to such an extent that power generation by the
ステップ28にて要求されるブレーキ力が所定値より大きいと判定された場合、ステップ34に進んで、エンジン側クラッチ1とモータ側クラッチ2をそれぞれ接続し、ステップ35にて第一スイッチSWcをON、第二スイッチSWbのゲートにパルス信号を入力して間欠的にONする状態とし、インバータ13の整流器をONとする。この状態ではステップ36にて電気二重層キャパシタ11へは高電流充電が行われるとともに、二次電池12へはパルス信号に依存した低速充電が行われる。
If it is determined in
ステップ37では図示しないブレーキを作動させて電気二重層キャパシタ11と二次電池12への充電可能なエネルギを超える部分の制動力を付与する。
In
車両を停止するときは、ステップ32に進んでエンジン側クラッチ1を接続し、ステップ33に進んで図示しないブレーキを作動させる。 When stopping the vehicle, the routine proceeds to step 32 where the engine side clutch 1 is connected, and the routine proceeds to step 33 where a brake (not shown) is operated.
以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect will be described.
車輪を駆動する動力源としてエンジン3とモータジェネレータ5を備えるハイブリッド車両において、モータジェネレータ5の電力源として電気二重層キャパシタ11と二次電池12を備え、二次電池12を遮断し、電気二重層キャパシタ11の電力をモータジェネレータ5に供給する第一モータ加速制御手段を備えたため、発進加速時に二次電池12より電流密度が大きい電気二重層キャパシタ11を用いることにより特に短時間に大電流が必要な発進加速時に必要なエネルギをモータジェネレータ5に供給するとともに、二次電池12に急速な放電をさせることを回避し、二次電池12の劣化を抑えられる。
In a hybrid vehicle including an
車両の加速時に電気二重層キャパシタ11の蓄電圧Ecが二次電池12の蓄電圧Ebより低下することを判定し、電気二重層キャパシタ11の電力に加えて二次電池12の電力をモータジェネレータ5に供給する第二モータ加速制御手段を備えたため、二次電池12の放電電力によってモータジェネレータ5による加速走行距離を延長できる。
It is determined that the storage voltage Ec of the electric
二次電池12を遮断しモータジェネレータ5の発電電力を電気二重層キャパシタ11のみに充電する高電流充電手段を備えたため、車両の制動時に発生する大電流を電気二重層キャパシタ11へ急速充電することができるとともに、二次電池12に急速な充電をさせることを回避し、二次電池12の劣化を抑えられる。
Since the
車両の制動時にモータジェネレータ5の発電電力を電気二重層キャパシタ11に急速充電し、同時に二次電池12に充電される電力を制限しつつ充電する電力制限充電手段を備えたため、急制動時に電気二重層キャパシタ11の充電電力に二次電池12の充電電力が加わることによって回生効率が向上する。
Since the electric
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
1 エンジン側クラッチ
2 モータ側クラッチ
3 エンジン
5 モータジェネレータ
11 電気二重層キャパシタ
12 二次電池
13 インバータ
SWc 第一スイッチ
SWb 第二スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記モータジェネレータの電力源として電気二重層キャパシタと二次電池を備え、
車両の発進加速時に前記二次電池を遮断し前記電気二重層キャパシタの電力を前記モータジェネレータに供給する第一モータ加速制御手段を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。 In a hybrid vehicle including an engine and a motor generator as a power source for driving wheels,
An electric double layer capacitor and a secondary battery as a power source of the motor generator;
A hybrid vehicle comprising first motor acceleration control means for cutting off the secondary battery and supplying electric power of the electric double layer capacitor to the motor generator during acceleration of starting of the vehicle.
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