JP2016022890A - プラグインハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】積載量及び／又は積載スペースを減少させることなく、プラグインによる燃費改善効果を得ることができ、プラグインハイブリッド用のバッテリの充電のために車両を待機させる必要もないプラグインハイブリッド車両を提供すること。
【解決手段】トラクタ（２）とトレーラ（３）とからなるプラグインハイブリッドの連結車両（１）であって、トラクタ（２）は、エンジン（１０）と、第１バッテリ（１８）と、第１モータ（１１）と、を有し、トレーラ（３）は、外部電源に接続可能な充電器（２４）と、前記充電器（２４）を介して充電可能な第２バッテリ（２３）と、を有し、トラクタ（２）とトレーラ（３）とが接続される場合において、第２バッテリ（２３）は第１バッテリ（１８）と電気的に接続され、第１モータ（１１）は、前記第２バッテリ（２３）の電力によっても駆動可能であるとともに、前記第２のバッテリ（２３）を充電するよう回生可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部電源から充電可能なプラグインハイブリッド車両に関する。

近年、環境保護の観点から、車両に搭載された内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ場合もある）からの排ガスの排出量低減や燃料消費率（燃費）の改善が望まれており、これらを満足する車両として、ハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両が実用化されている。このハイブリッド車両は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンと、このエンジンの出力により発電された電力や走行用バッテリに蓄えられた電力により駆動する走行用モータ（例えばモータジェネレータ又はモータにより構成される）とを備え、これらエンジン及び走行用モータのいずれか一方又は双方を走行駆動力源として利用しながら走行する。

このようなハイブリッド車両において、走行用モータに電力を供給する走行用バッテリに対し、車両外部の電源（外部電源）からの電力により充電することが可能なハイブリッド車両（いわゆるプラグインハイブリッド車両）が開発されている（例えば、特許文献１）。

また、近年、運送業界においても、環境に配慮した自動車として、車両の駆動力にエンジンと走行用モータとを利用するハイブリッドトラックが注目されている。

特開２０１３−１４７２０６号公報

しかしながら、プラグインハイブリッドをトラックに適用する場合、ＰＨＥＶ（Plug-inHybrid Electric Vehicle）コンポーネントの追加搭載による荷室スペースの縮小やコンポーネント自体による重量増加によって、トラックに積載可能な積載量及び／又は積載用のスペースが減少するという問題がある。

また、特に物流などを担う運送業者にとっては、競争力を高めるために、運行管理において配送車両の稼働率を高める必要がある。しかしながら、プラグインハイブリッドトラックを導入した場合、プラグインによる燃費改善効果を得るためには走行用バッテリを外部電源により充電する必要がある。従って、例えば配送を終えて走行用バッテリの充電量が低下したトラックは、充電のために充電基地に一定時間待機させなければならず、配送車両の稼働率の低下を招く。このように運送業者がプラグインハイブリッドトラックを導入した場合、運行管理計画において、充電による待機時間等を考慮する必要がある。

以上から、本発明の解決すべき課題は、牽引車側の積載量及び／又は積載用スペースを減少させることなく、プラグインによる燃費改善効果を得ることができ、プラグインハイブリッド用のバッテリの充電のために車両を待機させる必要もないプラグインハイブリッド車両を提供することである。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

（１）本適用例に係るプラグインハイブリッド車両は、牽引車と、前記牽引車と切り離し可能な被牽引車とからなるプラグインハイブリッド車両であって、前記牽引車は、車両の走行用駆動源としてのエンジンと、第１のバッテリと、走行用駆動源として搭載され前記第１のバッテリの電力により駆動可能であるとともに、前記第１のバッテリを充電するよう回生可能なモータと、を有し、前記被牽引車は、外部電源に接続可能な充電器と、前記充電器を介して充電可能な第２のバッテリと、を有し、前記牽引車と前記被牽引車とが接続される場合において、前記第２のバッテリは、前記第１のバッテリと電気的に接続され、前記モータは、前記第２のバッテリの電力によっても駆動可能であるとともに、前記第２のバッテリを充電するよう回生可能である。

（２）本適用例に係るプラグインハイブリッド車両において、前記第２のバッテリは前記第１のバッテリよりも容量が大きく、前記被牽引車は、前記第２のバッテリのみを搭載するものとしてもよい。

上記手段を用いる本発明によれば、牽引車側の積載量及び／又は積載用スペースを減少させることなく、プラグインによる燃費改善効果を得ることができ、プラグインハイブリッド用のバッテリの充電のために車両を待機させる必要もないプラグインハイブリッド車両を提供することができる。

本発明の第１実施形態におけるプラグインハイブリッド車両の概略構成図である。 本発明の第２実施形態におけるプラグインハイブリッド車両の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

まず、第１実施形態について、図１に本発明の第１実施形態におけるプラグインハイブリッド車両の概略構成が示されており、同図に基づき説明する。

図１に示すように、連結車両１は、牽引車であるトラクタ２と被牽引車であるトレーラ３とが、ドーリ等の連結器４を介して連結されて構成されている。トレーラ３及び連結器４は、トラクタ２から切り離し可能である。

第１実施形態におけるトラクタ２は荷台を備えたフルトラクタであり、トレーラ３はトラクタ２から分離した状態では自力で走行する機能のないいわゆるライトトレーラである。

まずトラクタ２の構成について詳しく説明する。

トラクタ２は、駆動源としてエンジン１０及び第１モータ１１を備えるハイブリッド電気自動車である。エンジン１０は、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の一般的に自動車に用いられる原動機であり、ここでは特にその種類を問わない。エンジン１０と第１モータ１１との間にはクラッチ１２が設けられており、当該クラッチ１２の入力軸（入力側）にはエンジン１０の出力軸が、当該クラッチ１２の出力軸（出力側）には第１モータ１１の回転軸がそれぞれ連結されている。

第１モータ１１は発電も可能な例えば永久磁石式同期電動機であり、第１モータ１１の回転軸は変速機１３の入力軸と連結されている。変速機１３は複数のギヤを備えており、選択された変速段に応じたギヤを介することで入力された駆動力を変速して、当該変速機１３の出力軸に伝達する。そして、変速機１３の出力軸からプロペラシャフト１４、差動装置１５、及び左右の車軸１６を介して左右の駆動輪１７ａ（後輪）へと駆動力が伝達されるよう構成されている。なお、トラクタ２は、非駆動輪１７ｂ（前輪）も有している。

また、第１モータ１１は、トラクタ２に搭載された第１バッテリ１８（第１のバッテリ）と第１インバータ１９を介して接続されており、当該第１バッテリ１８からの電力供給を受けて駆動可能である。第１バッテリ１８は例えばリチウムイオン、ニッケル水素等の二次電池であり、第１インバータ１９が第１バッテリ１８からの直流電力を交流電力に変換して第１モータ１１に電力を供給する。

一方、車両減速時等には、第１モータ１１が発電機（ジェネレータ）として機能し、回生駆動する。つまり、トラクタ２の駆動輪１７ａから逆に伝達される駆動力により第１モータ１１が交流電力を発電するとともに、このとき第１モータ１１が発生する回生トルクが駆動輪１７ａに対する制動トルクとして作用し、いわゆる回生ブレーキとして機能する。そして、この交流電力は、第１インバータ１９によって直流電力に変換された後、第１バッテリ１８に充電されることで、駆動輪１７ａの回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

当該構成のトラクタ２は、クラッチ１２が遮断状態にあるときには、第１モータ１１の回転軸のみが変速機１３を介して駆動輪１７ａと機械的に接続されることになる。つまり、第１モータ１１により発生するトルク（以下、第１モータトルクという）のみがトラクタ２の駆動トルク又は制動トルクとして駆動輪１７ａに伝達される。

一方、クラッチ１２が接続状態にあるときには、エンジン１０の出力軸が第１モータ１１の回転軸を介して変速機１３、駆動輪１７ａ等と機械的に接続されることとなる。つまり、このとき第１モータトルクを０として、エンジン１０のみを作動した場合にはエンジン１０により発生するトルク（以下、エンジントルクという）のみがトラクタ２の駆動トルク又は制動トルクとなる。

また、エンジン１０と同時に第１モータ１１も作動させればモータトルクとエンジントルクとの和がトラクタ２の駆動トルク又は制動トルクとなる。

次にトレーラ３について詳しく説明する。

トレーラ３は、差動装置２０、左右の車軸２１、及び左右の非駆動輪２２を有しているが、駆動源は有しておらず主に第２バッテリ２３（第２のバッテリ）のみを搭載している。そして、第２バッテリ２３は、外部電源に接続可能な充電器２４と電気的に接続されている。

第２バッテリ２３は、第１バッテリ１８と同様に、例えばリチウムイオン、ニッケル水素等の二次電池である。第２バッテリ２３のバッテリ容量は、第１バッテリ１８よりも大容量のものを搭載してもよい。

充電器２４は、外部電源と接続されることで、外部電源から電力供給を受けて第２バッテリ２３を充電するものである。充電器２４の形式は特に限定されず、外部電源が直流電力でも、交流電力でもよい。特に運送業者の充電基地に設けられる外部電源に適合したものを採用するのが好ましい。充電器２４は対応する外部電源に応じて、コンバータ又はインバータ等を有している。また、充電器２４は、外部電源と接続されるインレットだけでなく、第２バッテリ２３の電力を外部に供給可能なアウトレットを有していてもよい。

このように構成された連結車両１は、トラクタ２とトレーラ３とが連結されているとき、第１バッテリ１８と第２バッテリ２３とが電気的に接続されている。第１バッテリ１８と第２バッテリ２３とを電気的に接続する方法は特に限定されない。例えば、第１バッテリ１８と接続されたケーブル３０がトラクタ２から延びており、このケーブル３０がトレーラ３に設けられたコネクタ３１と接続されていてもよい。コネクタ３１は第２バッテリ２３と電気的に接続されている。ケーブル３０とコネクタ３１とは取り付け、取り外しが可能であり、トレーラ３を切り離してトラクタ２単体で走行する際にはケーブル３０とコネクタ３１とを取り外す。また、図示はされないが、連結器４とコネクタ３１とが一体的に設けられていてもよい。

ケーブル３０とコネクタ３１が接続状態にあるときには、第１バッテリ１８と第２バッテリ２３との間で互いに電力の供給が可能である。従って、第１モータ１１は第１バッテリ１８及び第１インバータ１９を介して、第２バッテリ２３の電力によっても駆動可能である。また、第１モータ１１が回生駆動することで、第１インバータ１９及び第１バッテリ１８を介して、第２バッテリ２３を充電可能である。

以上のように、第１実施形態の連結車１は、ハイブリッド車両のトラクタ２と、第２バッテリ２３及び充電器２４と有するトレーラ３とが連結されることでプラグインハイブリッド車両となる。

このような構成により、ＰＨＥＶコンポーネントの重量が積載量に影響を及ぼすトラクタ２ではなく、トレーラ３にプラグイン機構である充電器２４と第２バッテリ２３とを搭載することで、トラクタ２に積載可能な積載スペースを減少させることなく、プラグインによる燃費改善効果を得ることができる。

また、トレーラ３側の第２バッテリ２３のバッテリ容量を、第１バッテリ１８によりも大容量化してもよい。これによれば、連結車両１全体のバッテリ容量を維持、または増加させつつ、トラクタ２側の第１バッテリ１８のバッテリ容量を小さくすることができる。これにより、第１バッテリ１８の重量を軽量化することができることから、トラクタ２の車両総重量が減少し、トラクタ２に積載可能な積載スペースを増加させることができる。

また、切り離し可能なトレーラ３にプラグイン機構を備えることで、トラクタ２とプラグイン機構とを切り離すことが可能となる。これにより、例えば、上記構成のトレーラ３を複数用意し、そのうちの一つのトレーラ３をトラクタ２に連結して使用している間に、他のトレーラ３は外部電源を用いて充電しておくことができる。そして、トレーラ３の第２バッテリ２３を使用し充電量が低下している連結車両１については、次の運行に際し、充電し終えている他のトレーラ３と切り替えるだけで、再び十分な電力を確保することができることとなる。従って、外部電源を用いてバッテリを充電するのに、車両全体を待機させておく必要はなくなり、車両の稼働率の低下を防止することができる。

このように第１実施形態に係るプラグインハイブリッド車両によれば、積載量及び／又は積載スペースを減少させることなくプラグインによる燃費改善効果を得つつ、プラグインハイブリッド用のバッテリの充電のために車両を待機させる必要をなくすことができる。

次に、第２実施形態について、図２に本発明の第２実施形態におけるプラグインハイブリッド車両の概略構成図が示されており、同図に基づき説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明は省略する。

第２実施形態の連結車両１’は、第１実施形態と同じ構成のトラクタ２と、自力で走行可能ないわゆるフルトレーラであるトレーラ３’とが、連結器４を介して連結されて構成されている。

第２実施形態のトレーラ３’は、第１実施形態と同様の第２バッテリ２３と充電器２４を備えている上、第２モータ２５及び第２インバータ２６を備えている。

第２モータ２５は、第１モータ１１と同様に発電も可能な例えば永久磁石式同期電動機である。当該第２モータ２５の回転軸はプロペラシャフト２７と連結されており、当該プロペラシャフト２７、差動装置２０、及び左右の車軸２１を介して左右の駆動輪２２ａ（後輪）へと駆動力が伝達されるよう構成されている。なお、第２実施形態のトレーラ３’は、非駆動輪２２ｂ（前輪）も有している。

第２モータ２５は、第２インバータ２６を介して第２バッテリ２３と接続されており、当該第２バッテリ２３からの電力供給を受けて駆動可能である。第２インバータ２６は、第２バッテリ２３からの直流電力を交流電力に変換して第２モータ２５に電力を供給する。

一方、車両減速時等には、第２モータ２５が発電機（ジェネレータ）として機能し、回生駆動する。つまり、トレーラ３’の駆動輪２２ａから逆に伝達される駆動力により第２モータ２５が交流電力を発電するとともに、このとき第２モータ２５が発生する回生トルクが駆動輪２２ａに対する制動トルクとして作用し、回生ブレーキとして機能する。そして、この交流電力は、第２インバータ２６によって直流電力に変換された後、第２バッテリ２３に充電されることで、駆動輪２２ａの回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

このように第２実施形態のトレーラ３’は自力で走行も可能なプラグインの電気車両である。このように構成されたトレーラ３’がトラクタ２に連結されることで第２実施形態の連結車両１’はプラグインハイブリッド車両となる。

当該連結車両１’は、第１実施形態と同様にプラグイン機構がトレーラ３’に搭載されていることで、積載量及び／又は積載スペースを減少させることなくプラグインによる燃費改善効果を得つつ、プラグインハイブリッド用のバッテリの充電のために車両を待機させる必要をなくすことができる。さらにトレーラ３’は第２モータを有していることで、トレーラ３’でも駆動及び回生を行うことができ、より効率的な運行を実現することが可能となる。

以上で本発明に係るプラグインハイブリッド車両の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記各実施形態では、トラクタ２は駆動源としてエンジン１０及び第１モータ１１を搭載するハイブリッド電気自動車であるが、例えば第１モータのみを駆動源とする電気自動車としてもよい。

また、上記各実施形態では、トラクタ２の第１バッテリ１８とトレーラ３の第２バッテリ２４とが電気的に接続されているが、トラクタ２の第１モータとトレーラ３の第２バッテリ２４とを電気的に接続した構成としてもよい。その場合には、トラクタ２又はトレーラ３において、第１モータと第２バッテリとの間にインバータを介装させる。

また、上記各実施形態における連結車両１、１’は、トラクタ２に１台のトレーラ３が連結された構成であるが、連結されるトレーラの数はこれに限られるものではなく、複数のトレーラを連結してもよい。その場合、トレーラのバッテリ同士を電気的に接続するのが好ましい。

また、上記各実施形態において、トラクタ２をフルトラクタとし、第１実施形態のトレーラ３をライトトレーラ、第２実施形態のトレーラ３’をフルトレーラとしているが、連結車両の構成はこれに限られるものではなく、例えばセミトラクタ及びセミトレーラからなる連結車両にも適用することができる。

１、１’ 連結車両
２ トラクタ（牽引車）
３、３’ トレーラ（被牽引車）
４ 連結器
１０ エンジン
１１ 第１モータ
１２ クラッチ
１３ 変速機
１８ 第１バッテリ（第１のバッテリ）
１９ 第１インバータ
２３ 第２バッテリ（第２のバッテリ）
２４ 充電器
２５ 第２モータ
２６ 第２インバータ
３０ ケーブル
３１ コネクタ

Claims (2)

1. 牽引車と、前記牽引車と切り離し可能な被牽引車とからなるプラグインハイブリッド車両であって、
   前記牽引車は、車両の走行用駆動源としてのエンジンと、第１のバッテリと、走行用駆動源として搭載され前記第１のバッテリの電力により駆動可能であるとともに、前記第１のバッテリを充電するよう回生可能なモータと、を有し、
   前記被牽引車は、外部電源に接続可能な充電器と、前記充電器を介して充電可能な第２のバッテリと、を有し、
   前記牽引車と前記被牽引車とが接続される場合において、前記第２のバッテリは、前記モータ及び第１のバッテリのうち少なくともいずれか一方と電気的に接続され、
   前記モータは、前記第２のバッテリの電力によっても駆動可能であるとともに、前記第２のバッテリを充電するよう回生可能であることを特徴とするプラグインハイブリッド車両。
2. 前記第２のバッテリは前記第１のバッテリよりも容量が大きく、前記被牽引車は駆動源を持たず前記第２のバッテリのみを搭載する請求項１記載のプラグインハイブリッド車両。
   

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