JP2021088361A

JP2021088361A - プラグインハイブリッド車両

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Publication number: JP2021088361A
Application number: JP2021023818A
Authority: JP
Inventors: 渡邉雅弘; Masahiro Watanabe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2041-02-18
Also published as: JP6918261B2

Abstract

【課題】市街地走行を主目的とし、バッテリーへのプラグ充電電力を最大限生かし、かつエンジンによる発電電力を効果的に航続距離拡張に活かす簡易で高効率なプラグインハイブリッド車両の提供。【解決手段】プラグインハイブリッド車において、プラグ充電された比較的小容量のバッテリー、前記バッテリー電力で駆動されるモータ、および比較的小出力の発電用エンジンを搭載し、走行中はバッテリー残電力と、現地点から目的地点（次のプラグイン充電地点）到達に必要な電力量、を周期的に特定し、前記現地点から目的地点到達に必要な電力量が残電力で不足となる恐れがある場合は、その不足分を、惰性走行主体の減速走行あるいはその後の車両停止の間の比較的小出力のエンジンによる発電電力のバッテリーへの充電で補充する。【選択図】図２

Description

本願発明は、比較的小容量のバッテリーを搭載し、前記バッテリーへのプラグ充電電力を車両走行に最大限有効に活用すると同時に、走行中の車両の有する運動エネルギーを効率的に車両の減速走行に利用しつつ小出力エンジンによるバッテリー充電を効率的に行う、地球温暖化ガス排出量を最小限に抑えたプラグインハイブリッド車両に関する。

各種ハイブリッド車両中、ＥＶに近いＣＯ２排出量削減能力を有する車両としてプラグインハイブリッド車がある。
このプラグインハイブリッド車の駆動形態としては、
１）バッテリー電力によるモータ駆動での車両駆動
２）エンジンによる発電電力でのモータ駆動による車両駆動
３）エンジンによる車両駆動と、バッテリー電力でのモータ駆動による車両駆動の併用
がある。
これら駆動方法中最もエネルギー利用効率が高く、ＣＯ２排出量が少ないものは１）の駆動形態であるが、航続距離不足の場合は２）あるいは３）の駆動形態との併用形態をとらざるを得ない。
本願発明はプラグ充電された電力を最大限走行に有効活用するとともにエンジンによる発電電力でのモータ駆動による航続距離拡大を効率的に行うことによってプラグインハイブリッド車における省エネルギー／ＣＯ２削減走行を効果的に行おうとするものである。

電動車においては、エネルギー利用効率向上に関しては、回生制動方法の改良による燃費向上策（特許文献１）、あるいはモータ駆動領域の拡大による回生エネルギーの増大策（特許文献２）、等が考えられ、実行されている。
また走行中の車両の有する運動エネルギーの回生に代えての惰性走行の有効性も提案され、その実用化への取り組みもなされている。（特許文献３、４、５）

特開２００９−０２９３８８特開２００４−０２３９５９特開２０１３−１７７１２６特開２０１４−０００９４２特開２０１９−０３４７３４

本願発明は、前記プラグインハイブリッド車普及に際しての主たる問題であるモータ駆動用バッテリー容量不足従って航続距離不足に関し、車両の用途を明確化するとともにプラグ充電電源の利用効率、走行中の車両の有する運動エネルギーの有効利用、およびエンジンによるバッテリーへの充電効率の向上を図ることによって、車両に搭載するバッテリー容量値・重量の低減、エンジンの小出力化、その結果としての車両の航続距離問題の解決・コスト削減につなげ、省エネルギー・低排出ガス車両としてのプラグインハイブリッド車の普及促進を図ろうとするものである。

車両は、その主たる用途を市街地走行用とする。従って例えば車両の一日平均走行距離７０ｋｍをモータ駆動で可能とする容量１０ｋｗｈ程度のバッテリーを搭載するプラグインハイブリッド車を想定する。

また、図２に示す如く、プラグ充電後の車両走行の出発地から次のプラグ充電が可能な目的地まで間を、単位走行区間（停止状態から次の停止状態までの走行区間、例えば交差点間）距離を、市街地走行であることから平均１０００ｍに想定し、この単位走行区間走行は、基本的にはモータ駆動による加速走行・定速走行と、前記加速走行の結果車両に蓄積された運動エネルギーの有効利用による減速走行、即ち惰性走行主体で一部制動走行、とし、現状ＥＶあるいはＨＥＶ等の電動車で減速時利用されている回生（協調）制動走行は、前記運動エネルギーの利用効率の問題から、少なくとも航続距離拡張を目的としては、これは行わないこととする。

ここで、単位走行区間内定速走行に要する電力は、当該単位走行区間内の加速・定速走行および惰性走行主体の減速走行に要する電力にほぼ等しい。何故なら、前記加速走行の結果車両の蓄積される運動エネルギーは、前記加速・定速走行後の惰性走行主体の減速走行のエネルギーとなるからである。（特許文献４、５）

一方、バッテリーへの充電は、プラグ充電を基本とし、走行中のエンジンによる発電は、バッテリー蓄電量が所定のレベル範囲内（過放電領域上限レベル〜過充電領域下限レベル）の間の充電可能領域内において、バッテリー蓄電量および車両現在地点から走行の目的地点（プラグ充電が可能な地点）までの残距離を周期的に特定し、残電力（残バッテリー蓄電量）での残距離走行が可能である場合はバッテリー蓄電電力によるモータ走行（所謂ＥＶ走行）を行い、残電力での残距離走行が不可能と判定された時点から、車両の減速走行（惰性走行および制動走行）の間および停止の間、即ちバッテリー電力によるモータ駆動走行が行われていない間、車両に搭載されているエンジンによる発電によって、バッテリーに充電する（図１（Ｃ）、（Ｄ）参照）。

上記本願発明によって、主たる用途を市街地走行用に限定し、搭載する極小化された蓄電容量のバッテリーへの充電の主体はプラグ充電とした、省エネルギー・低排出ガス・低価格のプラグインハイブリッド車両においては、プラグ充電電力が車両の出発地点から目的地点までの走行に必要な電力以上あれば、エンジンによる発電電力のバッテリーへの補充はなくとも、車両は目的地到達が可能になる。

また、プラグイン電力が車両の出発地点から目的地点までの走行に必要な電力に不足の場合は、車両走行の出発地点から目的地点までの間の各単位走行区間内の減速走行（図２（Ｂ）参照）を惰性走行主体で行うと同時に前記減速走行およびその後の車両停止の間の比較的小出力のエンジンによる発電電力、即ち単位走行区間の加速・定速走行に要する電力（の一部）を前記加速・定速走行に継続する惰性走行主体の減速走行および車両停止の間のエンジンによる発電で補える電力、をバッテリーへ充電することで車両走行距離を伸ばすことができ、航続距離拡張即ち目的地点への到達が可能となる。

さらにくわえて、バッテリーへの充電は、減速走行時回生制動走行を行わないこと、およびエンジンによるバッテリーへの充電は車両が減速走行あるいは車両停止の間（の回生制動の場合に比べて長時間）に限定して行われることから、回生制動による減速走行／加速走行時のバッテリー充放電の短時間での高頻度繰り返しによるバッテリー寿命低下問題の改善、にも貢献できることになる。

本願発明によるプラグインハイブリッド車両の駆動形態およびその制御系の概念図本願発明による、（Ａ）出発地点−目的地点間およびその間の単位走行区間、（Ｂ）単走行区間走行形態、（Ｃ）モータ駆動タイミング（Ｄ）エンジンによるバッテリー充電タイミングの概念図。本願発明による、バッテリー充電、バッテリーによるモータ駆動、およびバッテリー充電用エンジン駆動、の各制御概念説明図である。

本願発明におけるハイブリッド車両形態は基本的にはプラグインハイブリッドである。
また本発明による走行においては、車両は上記単位走行区間走行開始時点で、車両の加速走行、定速走行、減速走行（惰性走行、および制動走行）の各走行の加速度、定速度、減速開始距離、制動開始速度、単位走行区間終了点、等を特定しその特定結果に基づいて単位走行区間開始点から終点までの間前記各走行を行ない、前記単位走行区間走行を目標地点到達までの間繰り返す。

図１に本願発明の駆動源形態を、
図２に本願発明による、
（Ａ）出発地点−目的地点間およびその間の単位走行区間例、
（Ｂ）単走行区間走行形態、
（Ｃ）モータ駆動タイミング
（Ｄ）エンジンによるバッテリー充電タイミング（但しバッテリー残電力＜残距離の場合）
を、
図３に図１に示す駆動形態、第２図に示す走行状態、でのバッテリー充電、バッテリーによるモータ駆動、およびバッテリー充電用エンジン駆動、制御の概念を、
各々示す。

図１において、
１１は、エンジン
１２は、エンジン１１によって駆動される発電機、
１３は、プラグ充電が可能であり、かつ発電機１２出力を直流変換して蓄電器に蓄積する、また、蓄電器出力を交流変換してモータ駆動電力とする蓄電装置、
１４は、蓄電装置出力で駆動される車両駆動用モータ、
１５は、モータ１４によって駆動される駆動輪、
１６は、車両のアクセル情報、速度情報、車両現位置情報（ＧＰＳ情報）、車両が次に停止すべき目標停止点位置情報、および蓄電装置１３からの蓄電器蓄電量情報を入力し、図３に示すエンジン駆動制御、モータ駆動制御、を行う、カーナビゲーション機能を併せ持ったエンジン／モータ駆動制御部、
である。

図３において、
３０１は、本願発明によるバッテリー充電、バッテリーによるモータ駆動、およびバッテリー充電用エンジン駆動、の制御手順例における制御開始点、
３０２は、車両に搭載されたバッテリーへのプラグ充電が完了しているか否かを問う、プラグ充電完了判定処理、
３０３は、処理３０２でプラグ充電が完了していないと判定された場合、プラグ充電を完了させるプラグ充電処理、
３０４は、処理３０２で、プラグ充電が完了していると判定された場合、車両の走行目的地を特定しての走行開始有無を打診する走行開始可否判定処理、
３０５は、車輛に搭載されているGPS受信機によって車両現在位置を特定する現地点特定処理、
３０６は、車両走行の目的地点、および走行開始地点から目的地点までの経路、を車両に搭載されたカーナビゲーション装置の地図データベース上で検索・特定する目的地点特定処理、
３０７は、処理３０５で特定された現地点位置と、処理３０６で特定された目的地点までの経路および位置情報から、現地点から目的地点まで走行すべき経路の残距離を算出・特定する残距離算出・特定処理、
３０８は、処理３０７によって残距離が０と特定された場合、即ち車両が目的地点に到着した場合、処理３０９に、残距離が０に未達の場合は処理３１０に、各々移行する目的地点到達判定処理、
３０９は、処理３０８によって残距離が０即ち車両が目的地点に到達したと判定された場合、本制御処理を終了する制御終了点、
３１０は、バッテリーの残電力を特定する残電力特定処理、
３１１は、処理３１０で特定された残電力での走行可能距離を特定する走行可能距離特定処理、

３１２は、車輛現在地点を含む次に走行すべき単位走行区間の加速／定速走行区間および惰性走行主体の減速走行区間を特定する単位走行区間内走行形態特定処理、
３１３は、バッテリー残電力での目的地点までの残距離走行が可能か否かを判定する残電力／残距離判定処理、
３１４は、車両現在地点（単位走行区間開始地点）からの加速／定速走行を行う加速／定速走行処理１
３１５は、処理３１４での加速定速走行を終了した後、惰性走行主体の減速走行あるいは停止処理を行う減速走行／停止処理１、（この間はエンジン駆動での発電によるバッテリー充電は行わない）
３１６は、車両現在地点（単位走行区間開始地点）からの加速／定速走行を行う加速／定速走行処理２、
３１７は、処理３１４での加速定速走行を終了した後、惰性走行主体の減速走行あるいは停止処理を行う減速走行／停止処理２、（この間はエンジン駆動での発電によるバッテリー充電を行う）

上記の如く構成・制御することによって、バッテリーに残電力がある場合は残電力によるモータ駆動によって車両を駆動する。ただし、バッテリー残電力による目的地点までの残距離走行に不足が判明した場合は、減速時および停止時にはエンジンによる発電電力をバッテリーに充電することによってバッテリー電力の不足をカバーして、車両の航続距離を必要量伸ばすことができる、小容量高効率なプラグインハイブリッド車両を構成することが可能となる。

また、エンジンによる発電は、単位走行区間走行時の惰性走行主体の減速走行の間に行うことによって、発電時間の比較的長時間化が可能である。従って単位時間当たりのエンジン発電電力は比較的少量で済む、すなわちエンジンは比較的小出力化が可能、となる。

上記は市街地走行への本願発明の適用に関するものであるが、都市間道路の如き交差点等の停止点が少ない道路区間にも本願発明は、下記の如き方法で、適用可能である。
例えば、平均速度５０ｋｍ／ｈの単位走行区間をモータ駆動による緩加速走行（時速４０ｋｍ／ｈ →６０ｋｍ／ｈ）区間と、その後のモータ駆動を停止した惰性走行（時速６０ｋｍ／ｈ →４０ｋｍ／ｈ）区間で構成し、緩加速走行区間走行に必要な電力（の一部）を惰性走行区間においてエンジンによる発電でのバッテリーへの充電で補うことで、本願発明を適用できる。

また本願発明は、エンジンによる発電電力でプラグ充電電力不足を補う代わりに、例えば単位走行区間内の交差点上流（惰性走行主体の）減速走行区間における道路側から車両に対しての無線給電による方法にも適用可能である。

図１、図２、図３において
１１：エンジン
１２：発電機
１３：蓄電装置（インバータ含む）
１４：モータ
１５：駆動輪
１６：カーナビゲーション機能を併せ持ったエンジン／モータコントローラ
Ｖs:定速走行速度
Ｖb：制動開始速度
αa：加速度
αi：惰性走行減速度
αb：制動減速度
３０１：エンジン／モータ制御開始点
３０２：プラグイン充電完了判定処理、
３０３：プラグイン充電処理、
３０４：走行開始可否判定処理
３０５：現地点特定処理、
３０６：目的地点特定処理、
３０７：残距離算出・特定処理、
３０８：目的地点到達判定処理、
３０９：制御終了点、
３１０：残電力特定処理、
３１１：走行可能距離特定処理、
３１２：単位走行区間内走行形態特定処理、
３１３：残電力／残距離判定処理、
３１４：加速／定速走行処理１、
３１５：減速走行／停止処理１、
３１６：加速／定速走行処理２、
３１７：減速走行／停止処理２

Claims

車両の減速走行を惰性走行主体で行うとともに、前記減速走行の間およびその後の車両停止の間のエンジン駆動による発電電力で、モータ駆動用バッテリー電力を補充することを特徴とするプラグインハイブリッド車。
バッテリーの残電力量と車両の現在地点−目的地点間残距離、を周期的に特定し、残電力量がモータ駆動による残距離走行可能な場合にはモータ駆動による走行を行い、残電力量がモータ駆動による残距離走行に不足の場合は、不足分を走行中の惰性走行主体の減速走行および車両停止の間のエンジンによる発電電力のバッテリーへの充電によって補充し、車両の航続距離拡大を図ることを特徴とする請求項１記載のプラグインハイブリッド車。
車両の走行開始地点から目的地点までの走行に際し、走行開始地点から目的地点間を複数の単位走行区間に分割し、各単位走行区間内のモータ駆動による加速・定速走行に要する電力を、前記加速・定速走行の後の惰性走行を主体とする減速走行および車両停止の間のエンジンによる発電電力で補うことによって車両の航続距離拡大を図ることを特徴とする請求項１記載のプラグインハイブリッド車。