JP3011511B2 - ハイブリッドカーの電源装置 - Google Patents

ハイブリッドカーの電源装置

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  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンによる発電電
力とバッテリーにより電動機を駆動して走行するハイブ
リッドカーの電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ハイブリッドカーは、エンジンによる発
電電力とバッテリーを電源として電動機を可変速制御し
て走行する自動車であり、実用的な低公害車を実現しよ
うとして研究されているものである。
【0003】バッテリーのみで走行する電気自動車はバ
ッテリーの容積と重量が大きく、一般に普及するまでに
至っていない。これに対してハイブリッドカーはエンジ
ンによる発電電力とバッテリーの電力を並用してバッテ
リーの容積と重量を小さくし、市街ではバッテリーの電
力を用い、郊外においてはエンジンを有害排気物が少な
い最良に状態で運転して発電を行うというものである。
ハイブリッドカーはまだ実用化されていないので従来の
考え方で設計した場合のハイブリッドカーの電源装置を
図4に示す。
【0004】エンジン1に結合した発電機2の出力から
高速ヒューズ3を介して整流器4の交流端子に接続し、
整流器4の直流端子から高速ヒューズ5を介してバッテ
リー6およびコンデンサ7に接続して直流電源を構成す
る。上記直流電源からインバータ8を介して電動機9を
可変速駆動する。
【0005】一方、上記直流電源からトランジスタ12、
ダイオード11から成る降圧チョッパを介し発電機2の界
磁巻線2aを可変励磁することにより発電機2の出力電
圧を制御する。制御用バッテリー13(一般に12V)から
DC/DCコンバータ14により制御電源を得て電圧設定
器15により直流電源電圧値基準を増幅器17へ入力する。
【0006】直流電源電圧は電圧検出器16により絶縁し
て検出し、フィードバック信号として増幅器17へ入力す
る。増幅器17の出力はPWM制御回路18によりオンデュ
ーティ時間を決定しトランジスタ12をPWM制御して界
磁2aの励磁電流を変化させる。このようにして設定器
15で設定した直流電源電圧になるよう発電機界磁を制御
することになる。
【0007】バッテリー6が放電していると過電流が流
れるので電流検出器10で検出したバッテリー充電電流が
所定値を越えるとき、電流制限回路19により電圧を低下
させる方向に増幅器17に入力しバッテリー充電電流を制
限する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来方式に
は、次のような問題点がある。 (1)ダイオード保護用高速ヒューズは一般のヒューズ
と比較して大形で重量が重く、コンパクトで軽量化が要
求される自動車には適していない。 (2)検出した信号を絶縁して出力する直流電圧検出器
16の外形が大きく高価であり、コンパクト化の上からも
問題がある。
【0009】(3)制御用バッテリー13はバッテリー6
から降圧して充電することが考えられる。しかし、制御
用バッテリーからDC/DCコンバータ14を介して制御
電源を得ることは変換器を2度通ることになり省エネル
ギー上好ましくない。 (4)市街地を走行する場合は排ガスを更に低下させる
ことが望ましい。しかし従来の回路では積極的に発電機
の出力電力制御は困難である。
【0010】本発明は、上述問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、小形軽量化と省エネルギ
ー化が第1であり、次に発電機出力を制限することによ
ガス量のリミット制御を行なうことである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達するため、
請求項1に係る発明は、エンジンに接続された発電機
と、この発電機の出力側に設けられた整流器とこの整流
器の出力側に設けられたバッテリーとから成る直流電源
と、この直流電源の出力側に設けられ、前記直流電源か
らの直流出力を交流に変換し、電動機に給電するインバ
ータとを有するハイブリッドカーの電源装置において、
前記発電機からの出力電流を検出する検出手段と、前記
発電機からの直流電圧により制御電源を生成すると共に
前記整流器からの直流電圧に比例する電圧を検出するフ
ライバック式DC/DCコンバータと、このフライバッ
ク式DC/DCコンバータからの検出電圧と前記検出手
段からの検出信号に基づき、前記発電機の界磁電流を制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする。 また、請
求項2に係る発明は、任意の電流値を設定する設定手段
と、この設定手段により設定された電流値と前記検出手
段からの検出信号とを比較して前記検出信号が前記電流
値を超えたことを検出する比較手段とを具備し、前記制
御手段は、前記比較手段からの検出結果に応じて、前記
発電機の界磁電流を抑制するように動作することを特徴
とする。
【0012】
【作用】請求項1に係る発明においては、前記発電機か
らの出力電流を検出し、前記発電機からの直流電圧によ
り制御電源を生成すると共に前記整流器からの直流電圧
に比例する電圧を検出し、更にフライバック式DC/D
Cコンバータからの検出電圧と前記検出手段からの検出
信号に基づき、前記発電機の界磁電流を制御する。従っ
て、従来用いられていた高速ヒューズや直流電圧検出器
が不要となり、小形軽量化と省エネルギー化を実現でき
る。 また、請求項2に係る発明においては、設定手段に
より設定された電流値と前記検出手段からの検出信号と
を比較して前記検出信号が前記電流値を超えた場合、前
記制御手段は、前記比較手段からの検出結果に応じて、
前記発電機の界磁電流を抑制するように動作する。従っ
て、電流値を適宜設定することにより、車速に応じて発
電機の出力量を制御できるので、排ガス量のリミット制
御を実現することができる。
【0013】
【実施例】本発明のハイブリッドカーの電源装置による
実施例の構成を図1に示す。従来と重複する部分は同一
番号を符し説明は省略する。発電機2の出力電流を検出
する変流器20,21を整流器4の交流側へ設ける。変流器
20,21の出力は整流器22で整流し抵抗23により直流電圧
として検出する。
【0014】DC/DC用制御Ic31、MOSFET3
2、変圧器33、ダイオード34, 35、コンデンサ36, 37か
ら成るフライバック式DC/DCコンバータを構成し、
整流器4の直流出力電圧V1 から制御回路電源P,Nを
得る。
【0015】変圧器33のフォワード電圧(MOSFET
32がオンしたときの変圧器33の誘起電圧)をダイオード
38で整流しコンデンサ39によりピーク充電する。この電
圧V2 が直流電源電圧V1 に比例するので直流電圧検出
器として利用し電圧フィードバック信号として増幅器17
に入力する。
【0016】電圧基準V3 は上記フライバック式DC/
DCコンバータで得た制御回路電源と設定器15で設定し
増幅器17に入力する。ダイオード24、抵抗25から電源N
に電流を流しダイオード24の電圧降下分V4 を温度補償
信号として増幅器17にバイアス入力する。
【0017】増幅器17の出力は発電機2の電流基準とし
て増幅器27に入力し、電流のフィードバックは抵抗23の
電圧を増幅器27に入力する。増幅器27の出力はPWM制
御回路18に入力し、その出力のPWM信号はアンド回路
29を介してトランジスタ12をPWM制御する。リミット
回路26は増幅器17の出力電圧と別に与えられる信号e1
を比較して増幅器17の最大出力即ち、電流制限値を可変
することができる構成とする。
【0018】抵抗23の電圧から過電流検出回路28を介し
て発電機2の過電流を検出しアンド回路29に入力するこ
とにより、過電流発生時はアンド回路29を閉じることに
より界磁電流を減少して発電機2の電流を減少させる。
【0019】電圧設定器15により設定した電圧V3 と直
流電源電圧V1 に比例するコンデンサ39の検出電圧V2
が増幅器17により比較され電圧制御を行う。バイアス電
圧V4 は、温度変化によりダイオード38の電圧降下が変
化し電圧検出の精度が低下するのを防ぐ目的で使用して
いる。今周囲温度が上昇するとダイオード38の電圧降下
が減少し、コンデンサ39の検出電圧が増加する。この増
加分はダイオード24の電圧降下分が減少することにより
相殺され、全体として変化しないよう作用する。V3
2 に電圧偏差が生じると増幅器17の出力(電流基準)
が変化し、発電機2の励磁電流が変化し、電圧偏差がな
くなるように制御される。本実施例によれば、 (1)整流器の交流側に従来挿入されていたダイオード
保護用高速ヒューズが不要となり小形、軽量化を図るこ
とができる。 (2)専用の絶縁形の直流電圧検出器を用いないので小
形化を図ることができると共に廉価となり経済性が向上
する。
【0020】(3)ピーク電圧整流回路のダイオードの
電圧降下を電圧制御増幅器の入力へ、別ダイオードの電
圧降下を加算することでダイオードの温度変化を補償し
自動車のように 100℃も変化する温度に対し精度を確保
できる。
【0021】(4)発電機の出力電流を外部信号により
制限することができ、発電機からのパワーと電池からの
パワーを自由に分担させることが可能となり、廃ガス量
の制御が可能となる。 図2(a)は外部信号により発電機の出力を制限した場
合の例を示したタイムチャートである。
【0022】すなわち、郊外では発電機の最大出力電流
を大きくし、市街地になるに従って発電機の最大出力電
流を低下させ、バッテリーより電力を供給するようにす
ることができる。これによりガスを市街地で減少させ
ることができる。なお出力電流ゼロではエンジンを停
止するシーケンスを追加すると更に有効である。また
市街地の判断は電波による情報を利用する方法も考えら
れる。
【0023】また、図2(b)に示すように車速のパタ
ーンから低速検出の出現割合などやファジー的判断をマ
イコンで行い郊外と市街の区別を行うこともできるのは
言うまでもない。なお、図1では、電流マイナー制御付
の電圧制御で電流基準を制限する構成としたが、図3に
示すように、電流制限付電圧制御でも同様に行うことが
できる。
【0024】すなわち、電流制限信号e1 と電流検出信
号(抵抗23の電圧)を増幅器40で比較増幅し、ダイオー
ド42を介して加算回路43に入力する。一方電圧制御増幅
器17の出力も加算回路43に入力する。電流制限が動作し
ない場合は増幅器40の出力は負となっていてダイオード
42は阻止状態でPWM回路18には増幅器17の出力のみが
入力される。
【0025】電流が増加して電流制限値e1 を越えると
増幅器40の出力が正となり、増幅器17の出力を打ち消す
方向にダイオード42を介して加算され、PWM制御回路
18の入力が低下し界磁電流を減少させて電流を制限する
よう動作する。
【0026】また、自動車が低速走行やスタート時、発
電電流を下げ、バッテリーから電力を得るよう制御して
ガスを低下させる効果が期待できる。なお、バッテ
リー電圧が低下した場合は、電流制限を下げる作用は中
止とすることもできる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、整流器交流側高速ヒュ
ーズを省略しても整流器保護ができ、電圧制御用の専用
の絶縁形電圧検出器を用いることなく高精度の電圧制御
が可能となり、小形、軽量、高信頼性の電源装置が得ら
れる。
【0028】さらに、発電機出力電流を自由に制限する
ことによりエンジン出力を制限し排ガス量をコントロー
ルすることが可能なハイブリッドカーの電源装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のハイブリッドカーの電源装置による実
施例。
【図2】上記実施例の作用を説明するためのタイムチャ
ート。
【図3】本発明の他の実施例。
【図4】従来の技術によるハイブリッドカーの電源装
置。
【符号の説明】
1…エンジン、2…発電機、4…整流器、5…高速ヒュ
ーズ、6…バッテリー、7,36, 37, 39…コンデンサ、
8…インバータ、9…電動機、11, 24, 34〜36, 42…ダ
イオード、12…トランジスタ、15…設定器、17…増幅
器、18…PWM回路、20, 21…変流器、22…整流器、2
3, 25…抵抗、26…リミット回路、27…増幅器、28…過
電流検出回路、29…アンド回路、31…DC/DC用制御
Ic、32…MOSFET、33…変圧器、40…増幅器、43
…加算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 11/12 H02J 7/16 B60K 6/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンに接続された発電機と、この発
    電機の出力側に設けられた整流器とこの整流器の出力側
    に設けられたバッテリーとから成る直流電源と、この直
    流電源の出力側に設けられ、前記直流電源からの直流出
    力を交流に変換し、電動機に給電するインバータとを有
    するハイブリッドカーの電源装置において、前記発電機
    からの出力電流を検出する検出手段と、前記発電機から
    の直流電圧により制御電源を生成すると共に前記整流器
    からの直流電圧に比例する電圧を検出するフライバック
    式DC/DCコンバータと、このフライバック式DC/
    DCコンバータからの検出電圧と前記検出手段からの検
    出信号に基づき、前記発電機の界磁電流を制御する制御
    手段とを具備したことを特徴とするハイブリッドカーの
    電源装置。
  2. 【請求項2】 任意の電流値を設定する設定手段と、こ
    の設定手段により設定された電流値と前記検出手段から
    の検出信号とを比較して前記検出信号が前記電流値を超
    えたことを検出する比較手段とを具備し、前記制御手段
    は、前記比較手段からの検出結果に応じて、前記発電機
    の界磁電流を抑制するように動作することを特徴とする
    請求項1記載のハイブリッドカーの電源装置。
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