JP2013079608A - 車両搭載用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置において、エンジンおよびジェネレータを適切に制御すると共に、その制御を容易化することを目的とする。
【解決手段】発電コントロールユニット３４は、エンジン１２が停止している状態において二次電池１８の充電電荷量が減少し、電力経路電圧値Ｖｐが第１閾値としての始動閾値ＶＬに達したときに、エンジン１２に対する始動制御を実行する。エンジン１２の始動によってモータジェネレータＭＧ１は発電を行い、その発電電力によって二次電池１８が充電される。モータジェネレータＭＧ１の発電電力によって二次電池１８が充電されることにより電力経路電圧値Ｖｐは増加する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが第２閾値としての停止閾値ＶＨに達すると、発電コントロールユニット３４は、エンジン１２に対する停止制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両搭載用発電装置に関し、特に、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う装置の改良に関する。

モータの駆動力によって走行する電気自動車が広く用いられている。電気自動車には、繰り返し充放電が可能な二次電池が搭載される。二次電池とモータとの間には、これらの間で授受される電力を制御する電力制御回路が設けられる。モータは、二次電池から供給され電力制御回路によって制御された電力に基づいて車両を駆動する。また、電力制御回路は、モータが回生制動によって発電した電力を二次電池に供給して二次電池を充電する。一般に、電気自動車には外部充電装置が搭載される。外部充電装置は、一般家庭で用いられる商用電源コンセント等から電力を取得し、二次電池を充電する。

このような電気自動車の他、自ら発電を行うためのエンジンおよびジェネレータを搭載したシリーズハイブリッド自動車がある。シリーズハイブリッド自動車は、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行い、発電電力によってモータを駆動して走行する。ジェネレータによる発電電力のうち車両の走行に用いられない電力、およびモータによる回生電力は二次電池に供給される。二次電池に充電された電力は、走行制御に応じてモータに供給され、走行電力として用いられる。シリーズハイブリッド自動車によれば、エンジンによる発電電力およびモータによる回生電力を走行電力として用いることができる。

以下の特許文献１には、シリーズハイブリッド自動車について記載されている。このシリーズハイブリッド自動車においては、ジェネレータが出力する交流発電電圧を整流する整流器が設けられている。整流器が出力する直流電圧は、昇圧チョッパ回路によって電圧値が調整された後、二次電池（バッテリ）に印加される。特許文献１には、さらに、昇圧チョッパ回路の制御によりバッテリの電圧制御を行う旨が記載されている。

特開平６−２４５３２２号公報

シリーズハイブリッド自動車は、電気自動車にエンジンおよびジェネレータを追加した構成を有する。そこで、シリーズハイブリッド自動車の回路構成の一部を、既存の電気自動車と同一とすることで、シリーズハイブリッド自動車の設計および製造が容易となるとも考えられる。しかし、既存の電気自動車で採用されている電気回路と、エンジンおよびジェネレータとを組み合わせた場合、エンジンおよびジェネレータの制御が複雑になることがある。

本発明は、このような課題に対してなされたものである。すなわち、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置において、エンジンおよびジェネレータを適切に制御すると共に、その制御を容易化することを目的とする。

本発明は、エンジンと、前記エンジンを制御する制御部と、前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部と二次電池との間の電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、前記電力経路に現れる電圧を表す制御用値を取得する制御用値取得部と、を備え、前記制御部は、前記制御用値に基づいて前記エンジンの始動制御および停止制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発明に係る車両搭載用発電装置は、望ましくは、前記制御部は、前記制御用値が第１閾値から増加して第２閾値に達したときに前記エンジンの停止制御を行い、その後、前記制御用値が前記第２閾値から減少し前記第１閾値に達したときに前記エンジンの始動制御を行う。

また、本発明に係る車両搭載用発電装置は、望ましくは、前記制御部は、前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、前記目標値決定手段は、前記制御用値が大きい程、前記発電電力目標値を小さい値に決定し、前記エンジンの駆動中に前記制御部は、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づける。

また、本発明に係る車両搭載用発電装置は、望ましくは、前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定する。

また、本発明に係る車両搭載用発電装置は、望ましくは、前記制御部は、前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定し、前記エンジンの駆動中に前記制御部は、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づける。

また、本発明は、エンジンと、前記エンジンを制御する制御部と、前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部と二次電池との間の電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、前記電力経路に現れる電圧を表す制御用値を取得する制御用値取得部と、を備え、前記制御部は、前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づけ、前記目標値決定手段は、前記制御用値が大きい程、前記発電電力目標値を小さい値に決定する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る車両搭載用発電装置は、望ましくは、前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定する。

また、本発明は、エンジンと、前記エンジンを制御する制御部と、前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部と二次電池との間の電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、前記電力経路に現れる電圧を表す制御用値を取得する制御用値取得部と、を備え、前記制御部は、前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づけ、前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置において、エンジンおよびジェネレータを適切に制御すると共に、その制御を容易化することができる。

シリーズハイブリッド車両駆動システムの構成を示す図である。 シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例を示す図である。 発電電力目標値と電力経路電圧値との関係を示す図である。 ＳＯＣと電力経路電圧値との関係を示す図である。 電力経路電圧値と発電電力目標値との関係を示す図である。 モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性を示す図である。

１．シリーズハイブリッド車両駆動システムについての概要
図１には本発明の実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムの構成が示されている。このシステムは、モータジェネレータＭＧ２を走行用のモータジェネレータとし、モータジェネレータＭＧ１を発電用のモータジェネレータとするものである。シリーズハイブリッド車両駆動システムが備える構成要素のうち、二次電池１８、キャパシタ２０、車両駆動回路２６、モータジェネレータＭＧ２、運転操作部３２、およびＥＶ（Electric Vehicle）コントロールユニット３０は、電気自動車と同様の構成を有する。また、エンジン１２、モータジェネレータＭＧ１、整流回路１４、および発電コントロールユニット３４は、車両搭載用の発電装置としての機能を有する。このように、シリーズハイブリッド自動車駆動システムは、電気自動車の駆動システムに発電装置を付加した構成を有する。

発電コントロールユニット３４は、二次電池１８と車両駆動回路２６とを接続する正極伝送線２２および負極伝送線２４に現れる電圧、および、モータジェネレータＭＧ１の回転状態に基づいて、エンジン１２を制御する。エンジン１２は、モータジェネレータＭＧ１にトルクを与える。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１２からトルクを与えられることで発電を行う。整流回路１４は、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を二次電池１８および車両駆動回路２６に出力する。

ＥＶコントロールユニット３０は、アクセルペダル、ブレーキペダル、運転席の操作パネル等を含む運転操作部３２における操作に基づいて、車両駆動回路２６を制御する。車両駆動回路２６は、車両を加速するときは、整流回路１４から出力される直流電力、または二次電池１８から出力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータＭＧ２に供給する。そして、車両を回生制動するときは、モータジェネレータＭＧ２の交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力を二次電池１８に出力して二次電池１８を充電する。

２．シリーズハイブリッド車両駆動システムの構成および動作
シリーズハイブリッド車両駆動システムの具体的な構成および動作について説明する。発電コントロールユニット３４は、エンジン制御部３６を備え、エンジン１２のスロットルを制御することで、エンジン１２のトルクおよび回転数を制御する。スロットルの開度が大きい程、エンジン１２の出力パワー（トルクと回転数との積に比例する量）は増加し、スロットルの開度が小さい程、エンジン１２の出力パワーは減少する。また、エンジン制御部３６は、エンジン１２に取り付けられたセルモータの制御、およびエンジンプラグの制御を行い、エンジン１２の始動制御および停止制御を行う。

モータジェネレータＭＧ１のシャフトは、エンジン１２のシャフトに取り付けられている。エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１は互いにトルクを作用し合う。すなわち、エンジン１２は出力パワーに応じた駆動トルクをモータジェネレータＭＧ１に与え、モータジェネレータＭＧ１は、発電電力に応じた反作用トルクをエンジン１２に与える。

モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は、整流回路１４に接続されている。整流回路１４は、整流素子として６個のダイオード１６を備える。整流回路１４には、上下のダイオード１６の組が、電力伝送線Ｕ１，Ｖ１およびＷ１に対応して設けられている。上下のダイオード１６の組においては、上側のダイオード１６のアノード端子が下側のダイオード１６のカソード端子に接続されている。また、各組の上側のダイオード１６のカソード端子は、二次電池１８と車両駆動回路２６とを接続する正極伝送線２２に接続され、各組の下側のダイオード１６のアノード端子は二次電池１８と車両駆動回路２６とを接続する負極伝送線２４に接続されている。

各ダイオード１６は、アノード端子の電位がカソード端子の電位よりも高いときに導通する。これによって、整流回路１４は、３相交流電力を直流電力に変換する。すなわち、整流回路１４は、各ダイオード１６の整流作用により、電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の相互間の交流電圧を直流電圧に変換し、正極伝送線２２および負極伝送線２４に出力する。

二次電池１８の正極には、正極伝送線２２の一端が接続され、正極伝送線２２の他端は車両駆動回路２６に接続されている。二次電池１８の負極には、負極伝送線２４の一端が接続され、負極伝送線２４の他端は車両駆動回路２６に接続されている。二次電池１８には、キャパシタ２０が並列に接続されている。キャパシタ２０は、二次電池１８と共に電荷を蓄える。

発電コントロールユニット３４は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバ４０から、モータジェネレータＭＧ１の回転数の検出値を読み込む。また、発電コントロールユニット３４は、モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｖ１およびＷ１の各電流を検出する電流センサ４２から、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の各電流検出値を読み込み、さらに、正極伝送線２２と負極伝送線２４との線の電圧を検出する電圧計４４から検出値を電力経路電圧値Ｖｐとして読み込む。そして、回転数の検出値、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の電流検出値、ならびに電力経路電圧値Ｖｐに基づいてモータジェネレータＭＧ１のトルクを求める。また、発電コントロールユニット３４は、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の電流検出値と、電力経路電圧値Ｖｐとに基づいてモータジェネレータＭＧ１の発電電力を求める。

発電コントロールユニット３４は、モータジェネレータＭＧ１の発電電力目標値を決定する発電目標値決定部３８を備える。発電目標値決定部３８は、モータジェネレータＭＧ１の回転数の検出値、トルクおよび発電電力に基づいて、発電電力目標値を決定する。発電コントロールユニット３４は、エンジン１２を制御し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力を発電電力目標値と一致させる。

なお、本願明細書において、「一致」とは、２つの値の差異が所定の誤差範囲内であることをいうものとする。すなわち、２つの値を一致させる過程においては、一方の値を、他方の値の誤差範囲内に近づけることとなる。

車両駆動回路２６には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２が接続されている。車両駆動回路２６は、正極伝送線２２および負極伝送線２４から与えられる直流電力を３相交流電力に変換し、その３相交流電力をモータジェネレータＭＧ２に出力する。また、車両駆動回路２６は、モータジェネレータＭＧ２から与えられる３相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を正極伝送線２２および負極伝送線２４に出力する。車両駆動回路２６が正極伝送線２２および負極伝送線２４側からモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するか、モータジェネレータＭＧ２から正極伝送線２２および負極伝送線２４側に電力を供給するかは、正極伝送線２２および負極伝送線２４の線間電圧、モータジェネレータＭＧ２の回転状態、車両駆動回路２６の動作状態等によって定まる。

モータジェネレータＭＧ２のシャフトには、車輪にトルクを伝達するトルク伝達機構２８が取り付けられている。車両を加速するときは、車両駆動回路２６からモータジェネレータＭＧ２に電力が供給される。これによって、モータジェネレータＭＧ２は加速トルクを発生し、車両を加速する。また、車両を回生制動するときは、モータジェネレータＭＧ２から車両駆動回路２６に発電電力が供給される。これによって、モータジェネレータＭＧ２は制動トルクを発生し、車両を制動する。

３．シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例
図２には、シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例が示されている。図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

車両駆動回路２６は、インバータ回路４６によって構成されている。インバータ回路４６は、それぞれが上側ＩＧＢＴ４８および下側ＩＧＢＴ５０を含む３組のＩＧＢＴ組４６ｕ、４６ｖおよび４６ｗを備える。各ＩＧＢＴ組における上側ＩＧＢＴ４８のエミッタ端子は同じ組の下側ＩＧＢＴ５０のコレクタ端子に接続されている。また、各ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようダイオード５２が接続されている。

各ＩＧＢＴ組の上側ＩＧＢＴ４８のコレクタ端子は共通に接続され正極伝送線２２に接続されている。また、各ＩＧＢＴ組の下側ＩＧＢＴ５０のエミッタ端子は共通に接続され負極伝送線２４に接続されている。

ＩＧＢＴ組４６ｕの上側ＩＧＢＴ４８と下側ＩＧＢＴ５０の接続節点には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｕ２が接続されている。また、ＩＧＢＴ組４６ｖの上側ＩＧＢＴ４８と下側ＩＧＢＴ５０の接続節点には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｖ２が接続され、ＩＧＢＴ組４６ｗの上側ＩＧＢＴ４８と下側ＩＧＢＴ５０の接続節点には、ＭＧ２の電力伝送線Ｗ２が接続されている。

ここでは、インバータ回路４６のスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示しているが、スイッチング素子としては、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。

ＥＶコントロールユニット３０は、各ＩＧＢＴ組が備える上側ＩＧＢＴ４８および下側ＩＧＢＴ５０に対しスイッチング制御を行う。インバータ回路４６は、このスイッチング制御によって、二次電池１８および整流回路１４と、モータジェネレータＭＧ２との間で直流交流変換を行うと共に、モータジェネレータＭＧ２との間で授受される電力を調整する。

４．シリーズハイブリッド車両駆動システムにおける発電制御
次に、モータジェネレータＭＧ１の発電制御について説明する。本実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムにおいては、発電コントロールユニット３４は、電力経路電圧値Ｖｐを制御に用いる値（制御用値）として取得する。そして、電力経路電圧値Ｖｐに基づいてエンジン１２の制御を行う。この制御には、エンジン１２に対する始動制御および停止制御を行う始動・停止制御、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数を安定化させる回転数安定化・発電制御、ならびに、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数を安定化させる時間変化率・発電制御がある。

（１）始動・停止制御
始動・停止制御においては、次のような制御が実行される。最初にエンジン１２は停止しているものとする。発電コントロールユニット３４は、モータジェネレータＭＧ２によって二次電池１８の充電電力が消費されることにより二次電池１８の充電電荷量が減少し、電力経路電圧値Ｖｐが第１閾値としての始動閾値ＶＬに達したときに、エンジン１２に対する始動制御を実行する。エンジン１２が始動した後、発電コントロールユニット３４は、エンジン１２のトルクおよび回転数を制御し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力を予め定められた発電電力目標値Ｐｔに一致させる。これによって、モータジェネレータＭＧ１は発電を行い、その発電電力によって二次電池１８が充電される。

モータジェネレータＭＧ１の発電電力によって二次電池１８が充電されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは増加する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが第２閾値としての停止閾値ＶＨに達すると、発電コントロールユニット３４は、エンジン１２に対する停止制御を行う。

図３には、電力経路電圧値Ｖｐと発電電力目標値Ｐとの関係が示されている。横軸は電力経路電圧値Ｖｐを示し、縦軸は発電電力目標値Ｐを示す。エンジン１２が停止している状態において、Ｖｐ−Ｐ平面上の発電目標点は点Ｑ０（Ｖ０，０）にあるものとする。ここで、電力経路電圧値Ｖ０は、電力経路電圧値ＶＨより大きい値である。

モータジェネレータＭＧ２によって、二次電池１８の充電電力が消費されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは減少する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが始動閾値ＶＬに達すると、発電目標点は点Ｑ１（ＶＬ，０）に至り、エンジン１２に対する始動制御が行われる。モータジェネレータＭＧ１の発電電力は、発電電力目標値Ｐｔに合わせられ、発電目標点は点Ｑ２（ＶＬ，Ｐｔ）に至る。

モータジェネレータＭＧ１の発電電力によって二次電池１８が充電されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは増加する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが停止閾値ＶＨに達すると、発電目標点は点Ｑ３（ＶＨ，Ｐｔ）に至り、エンジン１２に対する停止制御が行われる。モータジェネレータＭＧ１の発電電力は０となり、発電目標点は、点Ｑ４（ＶＨ，０）に至る。

その後、モータジェネレータＭＧ２によって、二次電池１８の充電電力が消費されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは減少する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが始動閾値ＶＬに達すると、発電目標点は点Ｑ１（ＶＬ，０）に至り、エンジン１２に対する始動制御が行われる。

このような制御によって、発電目標点は、点Ｑ１、点Ｑ２、点Ｑ３、点Ｑ４、点Ｑ１・・・・・の順に巡回する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐは、始動閾値ＶＬ以上、停止閾値ＶＨ以下の範囲に維持され、二次電池１８の充電電荷量は所定の範囲内に維持される。

図４には、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と電力経路電圧値Ｖｐとの関係が示されている。横軸はＳＯＣを示し、縦軸は電力経路電圧値Ｖｐを示す。ここで、ＳＯＣは、二次電池１８が満充電状態であるときの充電電荷量に対する、現時点における充電電荷量の割合を示す。図４に示されているように、電力経路電圧値Ｖｐは、ＳＯＣの増加に従って増加し、ＳＯＣの減少に従って減少する。始動閾値ＶＬおよび停止閾値ＶＨに対応するＳＯＣをそれぞれ、ＳＯＣＬおよびＳＯＣＨとすれば、ＳＯＣＬ＜ＳＯＣＨの関係が成立する。

シリーズハイブリッド車両駆動システムにＳＯＣ、または充電電荷量等のＳＯＣに応じた量（以下、両者を含めてＳＯＣ相当量とする。）を測定する装置が搭載されているのであれば、発電コントロールユニット３４は、図４に示される関係を用いて、測定されたＳＯＣ相当量から電力経路電圧値Ｖｐを求めてもよい。また、電力経路電圧値Ｖｐを制御用値として始動・停止制御を行う代わりに、測定されたＳＯＣ相当量を制御用値として始動・停止制御を行ってもよい。これは、以下に説明する回転数安定化・発電制御、および時間変化率・発電制御についても同様である。

（２）回転数安定化・発電制御
上述の始動・停止制御においては、エンジン１２が駆動中であるときの発電電力目標値ＰをＰｔで一定とした。ここで、発電電力目標値Ｐを適宜変化させることで、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の変動が抑制され、回転状態が良好になることがある。そこで、以下に述べる回転数安定化・発電制御においては、発電電力目標値Ｐを電力経路電圧値Ｖｐに応じて変化させる。

発電コントロールユニット３４は、エンジン１２が停止した状態において二次電池１８の充電電荷量が減少し、電力経路電圧値Ｖｐが始動閾値ＶＬに達したときに、エンジン１２に対する始動制御を実行する。エンジン１２が始動した後、発電コントロールユニット３４は、エンジン１２のトルクおよび回転数を制御し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力を発電電力目標値Ｐに一致させる。この際、発電コントロールユニット３４は、電力経路電圧値Ｖｐの増加に応じて発電電力目標値Ｐを減少させる。

図５には、電力経路電圧値Ｖｐと発電電力目標値Ｐとの関係が示されている。図３に示される符号と同一の符号は、同一の事項を示す。エンジン１２が停止している状態において、発電目標点は点Ｑ０（Ｖ０，０）にあるものとする。

モータジェネレータＭＧ２によって、二次電池１８の充電電力が消費されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは減少する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが始動閾値ＶＬに達すると、発電目標点は点Ｑ１（ＶＬ，０）に至り、エンジン１２に対する始動制御が行われる。モータジェネレータＭＧ１の発電電力は、発電電力目標値Ｐｔ１に合わせられ、発電目標点は点Ｑ５（ＶＬ，Ｐｔ１）に至る。

エンジン１２が駆動中であるときに、発電コントロールユニット３４は、電力経路電圧値Ｖｐに対する減少特性線５４に基づき発電電力目標値Ｐを決定する。すなわち、電力経路電圧値Ｖｐが大きいほど発電電力目標値Ｐを小さい値とし、電力経路電圧値Ｖｐが小さいほど発電電力目標値Ｐを大きい値とする。この減少特性線５４は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。

モータジェネレータＭＧ１の発電電力によって二次電池１８が充電されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは増加する。これによって発電目標点は、減少特性線５４に沿って点Ｑ６（ＶＨ，Ｐｔ２）に至り、エンジン１２に対する停止制御が行われる。モータジェネレータＭＧ１の発電電力は０となり、発電目標点は点Ｑ４（ＶＨ，０）に至る。

その後、モータジェネレータＭＧ２によって、二次電池１８の充電電力が消費されることにより、電力経路電圧値Ｖｐは減少する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐが始動閾値ＶＬに達すると、発電目標点は点Ｑ１（ＶＬ，０）に至り、エンジン１２に対する始動制御が行われる。

このような制御によって、発電目標点は、点Ｑ１、点Ｑ５、点Ｑ６、点Ｑ４、点Ｑ１・・・・・の順に巡回する。これによって、電力経路電圧値Ｖｐは、始動閾値ＶＬ以上、停止閾値ＶＨ以下の範囲に維持され、二次電池１８の充電電荷量は所定の範囲内に維持される。

回転数安定化・発電制御によれば、次のような原理によって、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が安定化される。図１に示されるハイブリッド車両駆動システムでは、モータジェネレータＭＧ１による発電電力が一定であるという条件の下で、電力経路電圧値Ｖｐが変動すると、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数もまた変動する。このような回転数変動は、車両の走行状態に関わらず生じ得るため、車両搭乗者に違和感を与えることがある。

図６は、この現象を説明するために、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性を示したものである。横軸は回転数Ｎを示し、縦軸はモータジェネレータＭＧ１からエンジン１２に与えられるトルクＴを示す。このトルクＴは、エンジン１２に対する反作用トルクである。図６には、電力経路電圧値ＶｐがＶｐＬ、およびＶｐＨで一定である場合のそれぞれにつき、回転数ＮとトルクＴとの関係がＮＴ特性曲線ＶｐＬ、およびＶｐＨとして示されている。ここで、電力経路電圧値ＶｐＨは、電力経路電圧値ＶｐＬよりも大きい。また、図６には、発電電力がＰ１であることを示す等電力線Ｐ１、および、発電電力がＰ２であることを示す等電力線Ｐ２が示されている。ここで、発電電力Ｐ１は、発電電力Ｐ２よりも大きい。

電力経路電圧値ＶｐがＶｐＬであり、モータジェネレータＭＧ１の発電電力がＰ１である状態において発電電力目標値ＰをＰ１で一定とし、電力経路電圧値ＶｐがＶｐＨに達した場合には、ＮＴ平面上の動作点は、等電力線Ｐ１に沿って点Ａから点Ｂに移動する。ここで、点Ａは、ＮＴ特性曲線ＶｐＬと等電力線Ｐ１との交点であり、点Ｂは、ＮＴ特性曲線ＶｐＨと等電力線Ｐ１との交点である。この場合、回転数は、点Ａに対応する回転数ＮＡから点Ｂに対応するＮＢまで増加する。

このように、モータジェネレータＭＧ１による発電電力がＰ１で一定であるという条件の下で、電力経路電圧値Ｖｐが変動すると、電力経路電圧値Ｖｐに対応するＮＴ特性曲線が横軸方向に移動し、回転数が変動する。

そこで、回転数安定化・発電制御においては、次のように電力経路電圧値Ｖｐの増加に伴い発電電力目標値Ｐを減少させることで、回転数の変動を抑制する。すなわち、発電コントロールユニット３４は、モータジェネレータＭＧ１の発電電力がＰ１である状態において、発電電力目標値ＰをＰ１からＰ２まで減少させる。これによって、電力経路電圧値ＶｐがＶｐＬからＶｐＨに達した場合には、ＮＴ平面上の動作点は、ＮＴ特性曲線ＶｐＨと等電力線Ｐ２との交点である点Ｃに移動する。点Ｃに対応する回転数ＮＣは、点Ｂに対応する回転数ＮＢよりも回転数ＮＡからの増加が少ない。そのため、回転数の増加が抑えられ、回転数の変動が抑制される。

このように、回転数安定化・発電制御によれば、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の変動が抑制される。これによって、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１から発せられる回転音や振動の変動が抑えられ、車両搭乗者に違和感を与えることを回避することができる。

また、回転数安定化・発電制御によれば、次のような原理に基づき、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の発散が回避される。まず、初期の状態において、電力経路電圧値ＶｐがＶｐＬであり、モータジェネレータＭＧ１の発電電力がＰ１であるものとする。この状態から発散領域Ｒに動作点を移動させると回転数が発散する。ここで、発散領域Ｒは、ＮＴ特性曲線ＶｐＬのトルク極大点Ｋより左側における、トルク極大点より上側の領域、および、トルク極大点Ｋより右側における、ＮＴ特性曲線ＶｐＬより上側の領域を合わせた領域である。発散領域Ｒにおいては、エンジン１２からモータジェネレータＭＧ１に与えられる駆動トルクが、モータジェネレータＭＧ１からエンジン１２に与えられる反作用トルクよりも大きくなり、動作点が右側方向に移動する。これによって、回転数が正帰還となり発散する。

回転数安定化・発電制御においては、発電コントロールユニット３４は、電力経路電圧値Ｖｐの増加に応じて発電電力目標値Ｐを減少させる。これによって、動作点は現時点のＮＴ特性曲線の下側に移動することとなり、回転数の発散が回避される。

（３）時間変化率・発電制御
シリーズハイブリッド車両駆動システムにおいては、発電電力目標値Ｐの時間変化率を適宜変化させることで、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の変動が抑制され、回転状態が良好になることがある。そこで、以下に述べる時間変化率・発電制御においては、発電電力目標値Ｐを電力経路電圧値Ｖｐの時間変化率に応じて変化させる。

発電コントロールユニット３４は、エンジン１２が停止した状態において二次電池１８の充電電荷量が減少し、電力経路電圧値Ｖｐが始動閾値ＶＬに達したときに、エンジン１２に対する始動制御を実行する。エンジン１２が始動した後、発電コントロールユニット３４は、エンジン１２のトルクおよび回転数を制御し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力を発電電力目標値Ｐに一致させる。この際、発電コントロールユニット３４は、電力経路電圧値Ｖｐの時間変化率が正であるときは、発電電力目標値Ｐの時間変化率が負となり、電力経路電圧値Ｖｐの時間変化率が負であるときは、発電電力目標値Ｐの時間変化率が正となるよう発電電力目標値Ｐを決定する。この制御は、発電電力目標値ＰをＰ１からＰ２に変化させる過程において行われる。

具体的には、電力経路電圧値Ｖｐが、所定の時間Δｔの間にΔＶだけ変化し、ΔＶが正の値であるときは、先に決定された発電電力目標値Ｐに対し、次に決定する発電電力目標値Ｐを減少させる。他方、ΔＶが負の値であるときは、先に決定された発電電力目標値Ｐに対し、次に決定する発電電力目標値Ｐを増加させる。

時間変化率・発電制御によれば、次のような原理によって、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数を安定化することができる。図１に示されるハイブリッド車両駆動システムでは、モータジェネレータＭＧ１による発電電力が一定であるという条件の下で、電力経路電圧値Ｖｐの時間変化率が変動すると、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数もまた変動する。このような回転数変動は、車両の走行状態に関わらず生じ得るため、車両搭乗者に違和感を与えることがある。さらには、エンジン１２のハンチングの原因となることがある。

上述の回転数安定化・発電制御においては、発電電力目標値ＰをＰ１からＰ２に変化させる過程において、発電電力目標値Ｐの時間変化率については制御を行わないものとしている。そのため、図６における発電目標点が点Ａから点Ｃに至るまでの間、発電目標点の軌跡が横軸方向に膨らむことがある。この場合、横軸方向に発電目標点が変動した分だけエンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が過渡的に変動する。

そこで、時間変化率・発電制御においては、電力経路電圧値Ｖｐの時間変化率が正であるときは、発電電力目標値Ｐの時間変化率が負となり、電力経路電圧値Ｖｐの時間変化率が負であるときは、発電電力目標値Ｐの時間変化率が正となるよう発電電力目標値Ｐが決定される。これによって、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の過渡的な変動が抑制され、車両搭乗者に違和感を与えるという問題や、ハンチング等の問題が回避される。

５．シリーズハイブリッド車両駆動システムの設計
シリーズハイブリッド車両駆動システムが備える構成要素のうち、二次電池１８、キャパシタ２０、車両駆動回路２６、モータジェネレータＭＧ２、運転操作部３２およびＥＶコントロールユニット３０は、一般の電気自動車と同様の構成を有する。また、エンジン１２、モータジェネレータＭＧ１、整流回路１４、および発電コントロールユニット３４は、車両搭載用の発電装置としての機能を有する。このように、シリーズハイブリッド自動車駆動システムは、電気自動車の駆動システムに発電装置を付加した構成を有する。

したがって、二次電池１８、車両駆動回路２６、モータジェネレータＭＧ２、運転操作部３２およびＥＶコントロールユニット３０を備える電気自動車の設計が既に完了している場合、その電気自動車に、エンジン１２、モータジェネレータＭＧ１、整流回路１４、および発電コントロールユニット３４を追加搭載（アドオン）するという設計が可能となる。

モータジェネレータＭＧ１の発電制御は、電力経路電圧値ＶｐまたはＳＯＣ相当量を制御用値として実行される。そのため、電気自動車の走行制御とは独立に発電制御を行うことができるため、発電制御に関する設計が容易となる。

１２ エンジン、１４ 整流回路、１６，５２ ダイオード、１８ 二次電池、２０ キャパシタ、２２ 正極伝送線、２４ 負極伝送線、２６ 車両駆動回路、２８ トルク伝達機構、３０ ＥＶコントロールユニット、３２ 運転操作部、３４ 発電コントロールユニット、３６ エンジン制御部、３８ 発電目標値決定部、４０ レゾルバ、４２ 電流センサ、４４ 電圧計、４６ インバータ回路、４６ｕ，４６ｖ，４６ｗ ＩＧＢＴ組、４８ 上側ＩＧＢＴ、５０ 下側ＩＧＢＴ、５４ 減少特性線、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｒ 発散領域。

Claims (8)

1. エンジンと、
   前記エンジンを制御する制御部と、
   前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、
   前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部と二次電池との間の電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、
   前記電力経路に現れる電圧を表す制御用値を取得する制御用値取得部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記制御用値に基づいて前記エンジンの始動制御および停止制御を行う、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
2. 請求項１に記載の車両搭載用発電装置において、
   前記制御部は、前記制御用値が第１閾値から増加して第２閾値に達したときに前記エンジンの停止制御を行い、その後、前記制御用値が前記第２閾値から減少し前記第１閾値に達したときに前記エンジンの始動制御を行う、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
   前記制御部は、前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、
   前記目標値決定手段は、前記制御用値が大きい程、前記発電電力目標値を小さい値に決定し、
   前記エンジンの駆動中に前記制御部は、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づける、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
4. 請求項３に記載の車両搭載用発電装置において、
   前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定する、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
   前記制御部は、前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、
   前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定し、
   前記エンジンの駆動中に前記制御部は、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づける、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
6. エンジンと、
   前記エンジンを制御する制御部と、
   前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、
   前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部と二次電池との間の電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、
   前記電力経路に現れる電圧を表す制御用値を取得する制御用値取得部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づけ、
   前記目標値決定手段は、前記制御用値が大きい程、前記発電電力目標値を小さい値に決定する、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
7. 請求項６に記載の車両搭載用発電装置において、
   前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定する、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
8. エンジンと、
   前記エンジンを制御する制御部と、
   前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、
   前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部と二次電池との間の電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、
   前記電力経路に現れる電圧を表す制御用値を取得する制御用値取得部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記制御用値に基づいて、前記ジェネレータに対する発電電力目標値を決定する目標値決定手段を備え、前記エンジンを制御して前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力目標値に近づけ、
   前記目標値決定手段は、前記制御用値の時間変化率に基づいて前記発電電力目標値を決定する、ことを特徴とする車両搭載用発電装置。

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