JP2012201267A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、構造を簡素にすることができる、発電機と電動機とを備えるハイブリッド車を提供する。
【解決手段】ハイブリッド電気自動車１０は、エンジン７０と、モータジェネレータ６０と、後輪駆動用電動機２５と、モータジェネレータ用インバータ８０と、後輪駆動用電動機２５を制御するとともにモータジェネレータ用インバータ８０と電気的に接続される後輪電動機用インバータ５０とを備える。モータジェネレータ用インバータ８０は、平滑コンデンサ８３と、第１の抵抗８４とを備える。後輪電動機用インバータ５０は、平滑コンデンサ５３と、第２の抵抗５４とを備える。後輪電動機用インバータ５０は、さらに、平滑コンデンサ５３，８３に蓄電された電荷を強制的に放電させるべく第１，２の抵抗５４，８４の抵抗値よりも抵抗の小さい第３の抵抗５５ａを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機と発電機とを備えるハイブリッド車に関する。

電気自動車やハイブリッド電気自動車では、バッテリがインバータを介して電動機に接続されている。インバータは、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変更して電動機に供給する。

バッテリは、インバータとの電気的接続を解除可能なコンタクタを備えている。電気自動車またはハイブリッド電気自動車のメインスイッチがオフされると、このコンタクタがオフされることによって、バッテリとインバータとの電気的接続が解除される。メインスイッチがオンされている状態では、コンタクタがオンされ、それゆえ、バッテリとインバータとが電気的に接続される。

インバータは、平滑コンデンサを備えている。コンタクタがオフされてバッテリとインバータとの電気的接続が解除されても、平滑コンデンサには高電圧の電荷が蓄えられている。このため、インバータは、コンタクタがオフされたときに、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための強制放電回路を備えている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１９３６９１号公報

一方、車体前部に発電機を備え、車体後部に後輪を駆動する電動機を備えるハイブリッド電気自動車が提案されている。発電機も、インバータを介してバッテリに電気的に接続されている。このため、上記のようなハイブリッド電気自動車では、車体の前部と後部とに少なくとも１つずつインバータが設けられるので、構造が複雑になる傾向にある。

さらに、発電機を備える構造であると、発電機の入力軸を回転するためのエンジンが必要になる。このため、車体前部は、エンジンの熱によって温度が高くなるので、ジェネレータのインバータは、耐熱性を向上するための構造が必要になり、それゆえ、構造が複雑になる傾向にある。

本発明は、構造を簡素にすることができる、ジェネレータと電動機とを備えるハイブリッド電気自動車を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明のハイブリッド車は、車両に搭載されるエンジンと、エンジンにより駆動される発電機と、発電機を制御する発電機用インバータと、車両を駆動する電動機と、電動機を制御すると共に発電機用インバータと電気的に接続される電動機用インバータとを備えるハイブリッド車であって、発電機用インバータは、第１のコンデンサと、第１の抵抗とを有し、電動機用インバータは、第２のコンデンサと、第２の抵抗とを有し、更に、第１及び第２のコンデンサに蓄電された電荷を強制的に放電させるべく第１及び第２の抵抗の抵抗値よりも抵抗の小さい第３の抵抗を備える。

請求項２に記載の発明のハイブリッド車は、請求項１に記載のハイブリッド車であって、第３の抵抗を備える電動機用インバータは、発電機用インバータに比べてエンジンから遠方に配置される。

請求項３に記載の発明のハイブリッド車は、請求項１又は２に記載のハイブリッド車であって、電動機用インバータは、第１及び第２のコンデンサと第３の抵抗との電気的な接続を断接する断接手段を備える

本発明によれば、構造を簡素にすることができる、発電機と電動機とを備えるハイブリッド車を提供できる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車を示す概略図。 図１に示されたハイブリッド電気自動車の後輪駆動部と前輪駆動部とを示すブロック図。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車を、図１，２を用いて説明する。図１は、ハイブリッド車の一例であるハイブリッド電気自動車１０を示す概略図である。図１に示すように、ハイブリッド電気自動車１０は、一対の後輪１を駆動する後輪駆動部２０と、一対の前輪２を駆動する前輪駆動部３０と、後輪駆動部２０と前輪駆動部３０とに直流電流を供給するバッテリ４０と、ハイブリッド電気自動車１０の様々の制御を行うメイン制御部１００とを備えている。

メイン制御部１００は、アクセルペダル１０１の踏み込み量を検出するアクセルセンサ１０２の検出結果などに基づいて、後輪１と前輪２との回転を制御するべく、前輪駆動部３０と後輪駆動部２０とを制御する。メイン制御部１００については、後で詳細に説明する。

後輪駆動部２０は、後輪駆動用電動機２５と、減速機２６と、後輪電動機用インバータ(電動機用インバータ)５０とを備えている。後輪駆動用電動機２５は、ハイブリッド電気自動車１０の車体１１の後部に配置されている。後輪駆動用電動機２５は、減速機２６を介して後輪１に接続されている。後輪１は、減速機２６で減速された後輪駆動用電動機２５の回転が伝達されて回転する。後輪駆動用電動機２５は、本発明で言う電動機の一例である。

後輪電動機用インバータ５０は、車体１１の後部において、後輪駆動用電動機２５の近傍に配置されている。後輪電動機用インバータ５０は、バッテリ４０に接続されている。後輪電動機用インバータ５０は、バッテリ４０から供給される直流電流を交流電流に変化して、後輪駆動用電動機２５に供給する。

図２は、後輪駆動部２０と前輪駆動部３０を示すブロック図である。図２に示しように、後輪電動機用インバータ５０は、ケース５１と、インバータ変換器５２と、平滑コンデンサ(第２のコンデンサ)５３と、第２の抵抗５４と、強制放電部５５と、強制放電駆動回路５５ｃと、コンデンサ電圧読み込み回路５６と、インバータ用制御部５７と、インバータ用制御部５７の電源５８とを備えている。

インバータ変換器５２と、平滑コンデンサ(第２のコンデンサ)５３と、第２の抵抗５４と、強制放電部５５と、コンデンサ電圧読み込み回路５６と、インバータ用制御部５７と、電源５８とは、ケース５１内つまり電動機用インバータ５０内に収容されている。

インバータ変換器５２は、スイッチング素子５２ａとダイオード５２ｂとの並列回路を三相ブリッジ構成に接続したものである。インバータ変換器５２は、バッテリ４０から供給される直流電流を交流電流に変換して電動機２５に供給する。

平滑コンデンサ(第２のコンデンサ)５３は、バッテリ４０とインバータ変換器５２とを電気的に接続する第２の回路５９中にインバータ変換器５２に対して並列に電気的に接続されている。平滑コンデンサ５３は、本発明で言う第２の平滑コンデンサの一例である。第２の抵抗５４は、第２の回路５９中にインバータ変換器５２に対して並列に電気的に接続されている。

強制放電部５５は、第３の抵抗５５ａと、スイッチング素子(断接手段)５５ｂとを備えている。第３の抵抗５５ａとスイッチング素子(断接手段)５５ｂとは、互いに直列に電気的に接続されている。第３の抵抗５５ａの抵抗値は、第２の抵抗５４の抵抗値よりも小さい。

第３の抵抗５５ａとスイッチング素子(断接手段)５５ｂとが直列に電気的に接続されたものは、第２の回路５９中、インバータ変換器５２に対して並列に電気的に接続されている。

強制放電駆動回路５５ｃは、スイッチング素子(断接手段)５５ｂを駆動する。スイッチング素子(断接手段)５５ｂが駆動されると、第３の抵抗５５ａは、電流が流れる状態になる。スイッチング素子(断接手段)５５ｂが駆動されていない状態では、第３の抵抗５５ａには電流が流れない。

コンデンサ電圧読み込み回路５６は、第２の回路５９中において平滑コンデンサ(第２のコンデンサ)５３の両端に電気的に接続されており、平滑コンデンサ２３が蓄える電荷の電圧値を検出する。

インバータ用制御部５７は、インバータ変換器５２と、強制放電駆動回路５５ｃと、コンデンサ電圧読み込み回路５６と、メイン制御部１００に接続されている。インバータ用制御部５７は、後述されるメイン制御部１００から出力される出力トルク指令に基づいてインバータ変換器５２を制御し、後輪駆動用電動機２５に供給される電流を制御する。具体的には、インバータ用制御部５７は、インバータ変換器５２を構成する各スイッチング素子５２ａに接続されており、各スイッチング素子５２ａを制御する。

インバータ用制御部５７は、メイン制御部１００から強制放電の指令を受信すると、強制放電駆動回路５５ｃを制御してスイッチング素子(断接手段)５５ｂを駆動し、第３の抵抗５５ａに電流が流れる状態にする。コンデンサ電圧読み込み回路５６は、インバータ用制御部５７に検出結果を送信する。

バッテリ４０は、複数のバッテリセルが直列に電気的に接続されて構成されるバッテリ本体４１と、コンタクタ４２とを備えている。バッテリ本体４１は、コンタクタ４２を介して後輪電動機用インバータ５０に電気的に接続されている。コンタクタ４２は、オン状態であるとバッテリ本体４１と後輪電動機用インバータ５０との電気的接続を維持する。オフ状態であると、バッテリ本体４１と後輪電動機用インバータ５０との電気的接続を解除する。

図１に示すように、前輪駆動部３０は、モータジェネレータ６０と、エンジン７０と、モータジェネレータ用インバータ(発電機用インバータ)８０と、伝達機構９０とを備えている。モータジェネレータ６０は、ハイブリッド電気自動車１０の車体１１の前部に配置されている。モータジェネレータ６０は、軸６１が回転されることによって、発電する。モータジェネレータ６０は、交流電流を発生する交流発電機である。また、モータジェネレータ６０は、外部から交流電流が供給されると軸６１を回転する電動機として機能する。モータジェネレータ６０は、本発明で言う発電機の一例である。

エンジン７０は、一例としてガソリンを燃料として駆動するレシプロ式内燃機関である。エンジン７０は、車体１１の前部に配置されている。エンジン７０の出力軸７１は、伝達機構９０を介してモータジェネレータ６０の軸６１に連結されている。出力軸７１の回転は、伝達機構９０を介して軸６１に伝達される。

伝達機構９０は、エンジン７０の出力軸７１の回転をモータジェネレータ６０の軸６１に伝達する。また、伝達機構９０は、エンジン７０の出力軸７１の回転を減速して前輪２に伝達したり、または、モータジェネレータ６０の軸６１の回転を減速して前輪２に伝達する。

モータジェネレータ用インバータ８０は、車体１１の前部において、モータジェネレータ６０の近傍に配置されている。モータジェネレータ用インバータ８０は、エンジン７０に対して後輪電動機用インバータ５０よりも近い位置に配置されている。言い換えると、後輪電動機用インバータ５０は、エンジン７０から、モータジェネレータ用インバータ８０よりも遠い位置、つまり、遠方に配置されている。

モータジェネレータ用インバータ８０は、モータジェネレータ６０とバッテリ４０とに接続されている。モータジェネレータ用インバータ８０は、モータジェネレータ６０より供給される交流電流を直流電流に整流してバッテリ４０に充電する。また、モータジェネレータ用インバータ８０は、バッテリ４０から供給される直流電流を交流電流に変化して、モータジェネレータ６０に供給する
図２に示すように、モータジェネレータ用インバータ８０は、ケース８１と、インバータ変換器８２と、平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３と、第１の抵抗８４と、コンデンサ電圧読み込み回路８６と、インバータ用制御部８７と、インバータ用制御部８７の電源８８とを備えている。

インバータ変換器８２と、平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３と、第１の抵抗８４と、コンデンサ電圧読み込み回路８６と、インバータ用制御部８７と、電源８８とは、ケース８１内つまりモータジェネレータ用インバータ８０内に収容されている。

インバータ変換器８２はスイッチング素子８２ａとダイオード８２ｂとの並列回路を三相ブリッジ構成に接続したものである。インバータ変換器８２は、バッテリ４０から供給される直流電流を交流電流に変換してモータジェネレータ６０に供給する。また、インバータ変換器８２は、モータジェネレータ６０から供給される交流電流を直流電流に整流する。

平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３は、バッテリ４０とインバータ変換器８２とを電気的に接続する第１の回路８９中にインバータ変換器８２に対して並列に電気的に接続されている。平滑コンデンサ８３は、本発明で言う第１の平滑コンデンサの一例である。

コンデンサ電圧読み込み回路８６は、第１の回路８９中において平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３の両端に電気的に接続されており、平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３が蓄える電荷の電圧値を検出する。

インバータ用制御部８７は、インバータ変換器８２と、コンデンサ電圧読み込み回路８６と、メイン制御部１００に接続されている。インバータ用制御部８７は、後述されるメイン制御部１００から出力される出力トルク指令に基づいてインバータ８５を制御し、モータジェネレータ６０に供給される電流を制御する。または、モータジェネレータ６０から供給される交流電流を、バッテリ４０に充電するのに適した直流電流に変換する。具体的には、インバータ用制御部８７は、インバータ変換器８２を構成する各スイッチング素子８２ａに接続されており、各スイッチング素子８２ａを制御する。コンデンサ電圧読み込み回路５６は、出力結果をインバータ用制御部５７に送信する。

第１の回路８９は、第２の回路５９に対して並列になるように、バッテリ４０に電気的に接続されている。具体的には、第２の回路５９は、バッテリ４０のプラス端子４３とマイナス端子４４とに電気的に接続されている。第１の回路８９は、バッテリ４０のプラス端子４３とマイナス端子４４とに電気的に接続されている。

メイン制御部１００は、ハイブリッド電気自動車１０の全体の制御を行う。メイン制御部１００の機能の１つとして、モータジェネレータ６０と後輪駆動用電動機２５の動作の制御がある。メイン制御部１００は、アクセルペダル１０１の踏み込み量を検出するアクセルセンサ１０２の検出結果や、運転状態など様々な情報に基づいて、後輪駆動用電動機２５のみで走行する走行モードと、後輪駆動用電動機２５とモータジェネレータ６０との二つの駆動源を用いて走行する走行モード、後輪駆動用電動機２５によってのみ走行するとともにエンジン７０を駆動してモータジェネレータ６０で発電してバッテリ４０を充電する走行モードのいずれか１つを選択する。

そして、上記選択された走行モードに合わせて、エンジン７０と、インバータ用制御部５７，８７と、伝達機構９０を動作する。このことによって、ハイブリッド電気自動車１０は、選択された走行モードで走行できる。なお、伝達機構９０を動作するとは、伝達機構９０が備える、クラッチ機構を動作することである。このクラッチ機構によって、エンジン７０の出力軸７１の回転を前輪２に伝達する状態と、モータジェネレータ６０の軸６１の回転を前輪２に伝達する状態とを切り替える。

また、メイン制御部１００は、バッテリ４０のコンタクタ４２の動作を制御する。メイン制御部１００は、ハイブリッド電気自動車１０のメインスイッチのオン状態では、コンタクタ４２をオン状態にしてバッテリ４０からインバータ５０に電流を供給する状態にする。また、バッテリ４０からインバータ８０に電流を供給する状態またはインバータ８０からバッテリ４０に電流を供給できる状態にする。

メイン制御部１００は、メインスイッチがオフの状態では、コンタクタ４２をオフ状態として、バッテリ４０からインバータ５０に電流が供給できないようにする。また、バッテリ４０からインバータ８０に電流を供給できない状態またはインバータ８０からバッテリ４０に電流が供給できない状態にする。

ハイブリッド電気自動車１０のメインスイッチがオンされた状態は、アクセルペダル１０１を踏み込んだときにハイブリッド電気自動車１０が走行できるようにするために、つまり後輪駆動用電動機２５とモータジェネレータ６０とへ電流を供給するべく操作がなされた状態である。例えば、キーをハイブリッド電気自動車１０側のキーシリンダに挿入してさらにオン位置まで回転された状態である。押し釦式である場合は、走行するべく押し釦を押した状態である。メインスイッチがオフされた状態とは、後輪駆動用電動機２５とモータジェネレータ６０とへの電流の供給を停止するべく、キーがオフ位置まで回転された状態である。押し釦式の場合は、後輪駆動用電動機２５とモータジェネレータ６０とへの電流の供給を停止するべく押し釦が押された状態である。

メイン制御部１００は、メインスイッチがオフされると、インバータ用制御部５７に、強制放電指令を出力する。上記したように、インバータ用制御部５７は、メイン制御部１００から強制放電指令を受信すると、平滑コンデンサ(第２のコンデンサ)５３に蓄えられている電荷を強制放電するべく、強制放電駆動回路５５ｃを駆動してスイッチング素子(断接手段)５５ｂをオン状態にして第３の抵抗５５ａに電流が流れる状態にする。

コンタクタ４２がオフ状態となり、かつ、スイッチング素子(断接手段)５５ｂがオン状態となり第３の抵抗５５ａに電流が流れる状態になると、インバータ５０の平滑コンデンサ(第２のコンデンサ)５３と、インバータ８０の平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３と第３の抵抗５５ａとスイッチング素子(断接手段)５５ｂとを備える回路１１０が構成される。回路１１０が形成されると、平滑コンデンサ５３，８３に蓄えられる電荷は、第３の抵抗５５ａを流れることによって放電される。

第３の抵抗５５ａの抵抗値は、第２の抵抗５４の抵抗値と第１の抵抗８４の抵抗値よりも小さい。本実施形態では、第２の抵抗５４の抵抗値と、第１の抵抗８４の抵抗値とは、同じである。また、第３の抵抗５５ａの抵抗値の大きさは、平滑コンデンサ５３，８３に蓄えられる電荷を速やかに放電できる値である。

なお、スイッチング素子(断接手段)５５ｂがオフ状態であっても、平滑コンデンサ５３，８３に蓄えられる電荷は、第２の抵抗５４と第１の抵抗８４とを流れることによって常に放電されている。第２の抵抗５４と第１の抵抗８４とは、強制放電部５５が作動せず、つまり、強制放電指令が出力されたにも関わらず第３の抵抗５５ａに電流が流れない状態が生じたときに、平滑コンデンサ５３，８３に蓄えられた電荷を放電するために用いられる。このため、第２の抵抗５４との抵抗値と、第１の抵抗８４の抵抗値とは、平滑コンデンサ５３，８３に蓄えられる電荷が無駄に放電されることを防止するため、第３の抵抗５５ａの抵抗値よりも大きく設定されている。

ハイブリッド電気自動車１０では、インバータ(発電機用インバータ)８０の平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３に蓄えられる電荷を強制放電するために、インバータ５０の強制放電部５５を利用する。このため、インバータ８０は、平滑コンデンサ(第１のコンデンサ)８３が備える電荷を強制放電する強制放電部を備える必要がない。このため、ハイブリッド電気自動車１０の構造を簡素することができる。

さらに、強制放電部５５は、インバータ５０，８０のうち、モータジェネレータ６０の制御を行わない方に設けられている。本実施形態では、強制放電部５５は、後輪駆動用電動機２５を制御するインバータ５０内に設けられている。このため、強制放電部５５の耐熱性を向上する処理や構造が必要ないので、ハイブリッド電気自動車１０の構造を簡素にすることができる。この点について具体的に説明する。

モータジェネレータ６０を制御するインバータ８０は、エンジン７０の近傍に配置される。エンジン７０は、駆動することによって熱を発生する。このため、インバータ８０は、エンジン７０が発生する熱によって高温になる傾向にある。このため、強制放電部が高温になることを防止するために、強制放電部の耐熱性を向上する構造や処理が必要になる。この場合、インバータ８０の構造が複雑になる。つまり、ハイブリッド電気自動車１０の構造が複雑になる。

一方、後輪駆動用電動機２５を制御するインバータ５０は、周囲にエンジンが配置されないので、高温になることがない。

このため、強制放電部５５が、モータジェネレータ６０の制御を行わないインバータ５０内に設けられることによって、言い換えると、強制放電部５５がエンジン７０からインバータ８０よりも遠い位置に配置されるインバータ５０内に設けられることによって、ハイブリッド電気自動車１０の構造を簡素にすることができる。

また、強制放電部５５がスイッチング素子５５ｂを備えるので、強制放電が行われる状態と強制放電が行われない状態とを切り替えることができる。このため、バッテリ２２の充電率が低下することを抑制できる。

なお、本実施形態では、車体１１の前部にエンジン７０とモータジェネレータ６０とが配置され、かつ、車体１１の後部に電動機が配置されておりこの電動機によって後輪１が駆動可能である。しかしながら、例えば、モータジェネレータ６０とエンジン７０と車体１１の後部に配置され、電動機が車体１１の前部に配置されてこの電動機によって前輪２が駆動可能になってもよい。

要するに、ハイブリッド電気自動車において、エンジンに連結される発電機を制御するインバータではなく、車輪を駆動する電動機を制御するインバータ内に強制放電部を設けることによって、強制放電部はエンジンから発電機用インバータよりも遠方に配置される電動機用インバータ内に設けられるので、本実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、発電機の一例として、モータジェネレータ６０が用いられた。しかしながら、発電機としては、車輪を駆動する機能を有しておらず、発電機能のみを有しているものであってもよい。この場合であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、ハイブリッド車の一例として、ハイブリッド電気自動車１０を用いられ、ハイブリッド電気自動車１０に本発明が用いられた。しかしながら、例えば、線路を走行する車両に本発明が用いられてもよい。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

１０…ハイブリッド電気自動車（ハイブリッド車）、２５…後輪駆動用電動機（電動機）、５０…後輪電動機用インバータ（電動機用インバータ）、５３…平滑コンデンサ（第２のコンデンサ）、５４…第２の抵抗、５５ａ…第３の抵抗、５５ｂ…スイッチング素子(断接手段)、６０…モータジェネレータ（発電機）、７０…エンジン、８０…モータジェネレータ用インバータ（発電機用インバータ）、８３…平滑コンデンサ（第１のコンデンサ）。

Claims (3)

1. 車両に搭載されるエンジンと、該エンジンによって駆動される発電機と、該発電機を制御する発電機用インバータと、前記車両を駆動する電動機と、該電動機を制御すると共に前記発電機用インバータと電気的に接続される電動機用インバータとを備えるハイブリッド車であって、
   前記発電機用インバータは、
   第１のコンデンサと、第１の抵抗とを有し、
   前記電動機用インバータは、
   第２のコンデンサと、第２の抵抗とを有し、更に、前記第１及び第２のコンデンサに蓄電された電荷を強制的に放電させるべく前記第１及び第２の抵抗の抵抗値よりも抵抗の小さい第３の抵抗を備える
   ことを特徴とするハイブリッド車。
2. 前記第３の抵抗を備える前記電動機用インバータは、前記発電機用インバータより前記エンジンから遠方に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 前記電動機用インバータは、前記第１及び第２のコンデンサと前記第３の抵抗との電気的な接続を断接する断接手段を備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車。

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