JP3055748B2 - 自動車の電気制動および補助動力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関と電気動力装
置とを備えたハイブリッド自動車に利用する。本発明
は、主動力を内燃機関とする自動車の制動により発生す
る機械的エネルギを電気的エネルギに変換して大型の蓄
電手段（二次電池または静電容量）に蓄積し、内燃機関
を加速するときに蓄電された電気的エネルギを補助加速
装置に供給して機械的エネルギを発生させる装置に利用
する。

【０００２】本発明は、国際公表公報ＷＯ８８／０６１
０７（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ８８／００１５７）に
開示された自動車の電気制動および補助加速装置の改良
に関する。本発明は、ＨＩＭＲの名称で本願出願人が販
売している補助加速および補助制動装置を備えた自動車
に搭載するに適する装置である。

【０００３】

【従来の技術】自動車の主動力源である内燃機関の回転
軸にかご形多相誘導機の回転軸を直結し、そのかご形多
相誘導機を電動機に設定することにより補助動力として
利用し、そのかご形多相誘導機を発電機に設定すること
により制動機として動作させる装置が知られている。す
なわち、かご形多相誘導機にその回転子の実回転速度を
越える回転速度の回転磁界を与えるとそのかご形多相誘
導機は電動機として動作し、実回転速度を下回る回転速
度の回転磁界を与えるとそのかご形多相誘導機は電動機
として動作する。そして、その自動車に大型の直流蓄電
池（または静電容量）を搭載し、かご形多相誘導機が電
動機として動作するときにはこの蓄電池からエネルギを
取り出して交流に変換してかご形多相誘導機に供給し、
発電機として動作するときにはかご形多相誘導機の出力
交流電力を整流して蓄電池に回生させるためのインバー
タ回路を備えている。このインバータ回路は、運転操
作、かご形多相誘導機の回転速度、その他情報を入力と
するプログラム制御回路により制御される。

【０００４】本願出願人は、このような自動車をＨＩＭ
Ｒの名称で製造販売し、路線用定期バスの車両、環境保
全が優先される山岳道路を走行する自動車などで継続的
に試験を行っている。

【０００５】上記のような装置は、試験の結果多くの改
良が加えられて、かご形多相誘導機を発電機とするモー
ドは、回生モードと発電モードとの二つのモードを備え
ることになった。すなわち、回生モードは、自動車が制
動減速するときにかご形多相誘導機を発電機として運動
エネルギを電気エネルギに変換して蓄電池に回生充電す
るモードである。発電モードは、蓄電池の蓄電量が不足
した状態のときに自動車の定常走行時あるいは自動車が
停車中であって内燃機関がアイドリング状態にあるとき
に、かご形多相誘導機を発電機として蓄電池に強制的に
充電を行うモードである。

【０００６】回生モードおよび補助加速モードが繰り返
し有効に利用されると、内燃機関の燃料消費量を小さく
することができて経済的な運転を行うことができる。し
かし、上記試験の中で運転者による運転操作のばらつき
が大きいことがわかっている。回生モードおよび補助加
速モードは、ハンドルに取付けられた従来の排気ブレー
キと同様な操作レバーにより運転者により操作されて設
定される。すなわち、自動車を減速させるときには回生
モード側にそのレバーを操作し、加速させるときには補
助加速モードの側にそのレバーを操作する。そうする
と、ある運転者は減速時に回生モードを多く操作設定
し、加速時に補助加速モードを巧みに設定して有効にそ
の特性を利用するように操作するが、ある運転者は回生
モードの操作が遅く、蓄電池の蓄電量がしだいに減って
しまうことになる。

【０００７】このために、蓄電池の蓄電量がある限界を
越えて少なくなると、これを回復するために操作によら
ずに自動的に発電モードを設定して、自動車の定常走行
時あるいは停車アイドリング状態にあるときに、かご形
多相誘導機を発電機として動作させて内燃機関の回転エ
ネルギにより蓄電池を充電させている。これは、燃料を
消費することになるから、経済的な運転には発電モード
はできるだけ使われない方がよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような試験の結
果から、運転者の運転操作のばらつきを救済するために
発電モードを設けたが、自動的に発電モードを設定する
ための条件は運転操作が上手でない運転者にあわせるこ
とになる。すなわち、回生モードの操作が遅れて蓄電池
の蓄電量がしだいに減って行くような運転をする運転者
にあわせて、発電モードが自動的に起動されるように設
定することになる。そうすると、上手な運転者にとって
も燃料消費を少なくする運転ができなくなり、全体とし
てこの装置の特長を生かすことができなくなり不経済な
ことになる。

【０００９】上記のようなハイブリッド自動車では、蓄
電池の蓄電量は最大値の５０〜７０％を維持するように
運転することがよい。これより大きい例えば１００％に
近い蓄電量を維持していると、補助加速を行うことがで
きても減速時の回生エネルギを有効に利用することがで
きない。またこれより小さい例えば３０％程度の蓄電量
を維持することになると、有効な補助加速を行うことが
できなくなる。

【００１０】一般に、蓄電池の現在の蓄電量をその端子
電圧から計測することはむつかしい。蓄電池の蓄電量が
少なくなると端子電圧は下がるが、ある程度放電した状
態で短い時間でもいったん充電が行われると、その充電
量にかかわらず端子電圧は上昇してしまうから、端子電
圧に対応させて蓄電量を計測することはできない。この
ために、蓄電池の蓄電量を計測するために、蓄電池に一
時的に抵抗器を接続して大きい放電電流を発生させて、
そのときの端子電圧を測定することにより蓄電量を計測
することなどが考えられた。しかし、この方法によると
かなり大きい放電電流を数秒間にわたり蓄電池に接続す
ることが必要であり、蓄電量を計測するためにせっかく
蓄電された電気エネルギをむだに放電することになっ
て、全体として経済的な運転を行うことにはならない。

【００１１】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、運転者の運転操作のばらつきがあっても巧みな
運転操作を行う場合と同様に経済的な運転を可能とし、
蓄電手段の蓄電量をほぼ望ましい範囲に維持することが
できる装置を提供することを目的とする。本発明は、蓄
電量を端子電圧から正確に計測することができる装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、主動力を内燃
機関とする自動車の制動により発生する機械的エネルギ
を電気的エネルギに変換して大型の蓄電手段に蓄積し、
内燃機関を加速するときに蓄電された電気エネルギを補
助加速装置に供給して機械的エネルギを発生させる装置
の改良に関するものであって、内燃機関の回転軸に連結
されたかご形多相誘導機と、蓄電手段と、前記かご形多
相誘導機の多相交流回路と前記蓄電手段の直流回路とを
双方向に電気エネルギを変換して結合するインバータ回
路と、このインバータ回路を制御する制御回路とを備
え、この制御回路は、そのかご形多相誘導機を電動機と
する補助加速モード、自動車の制動時にそのかご形多相
誘導機を発電機として前記蓄電手段に充電を行う回生モ
ード、および前記蓄電手段の蓄電量が不足するときその
かご形多相誘導機を発電機として内燃機関の駆動力によ
り前記蓄電手段に充電を行う発電モードを備えた自動車
の制動および補助動力装置において、前記蓄電手段の蓄
電量を段階的に判定する判定手段を備え、前記制御回路
は、この判定手段の判定結果に対応して前記かご形多相
誘導機の発電モードにおける出力を調節する手段とを備
えたことを特徴とする。

【００１３】前記判定手段は、蓄電手段の放電電流に対
する電圧特性があらかじめ記録されたマップと、補助加
速モードが所定時間継続したときに前記蓄電手段の放電
電流および端子電圧を計測し前記マップを参照して前記
蓄電手段の蓄電量を段階的に判定する手段と、この判定
した結果を次の補助加速モード時の計測時まで保持する
手段とを含むことが望ましい。

【００１４】

【作用】発電モードは蓄電手段の蓄電量が小さくなると
自動的に設定されるが、そのときの蓄電量の大きさによ
り、発電モードにおける充電電流の大きさは適応的に制
御される。すなわち、蓄電手段の蓄電量が小さいときに
は、かご形多相誘導機のスリップ量を大きく制御して充
電電流を大きくし、蓄電量が大きいときにはかご形多相
誘導機のスリップ量を小さく制御して充電電流を小さく
する。

【００１５】これにより、運転者の運転操作にばらつき
があってもこれには無関係に経済的な運転を行うことが
でき、蓄電量をほぼ望ましい範囲に維持することができ
る。

【００１６】蓄電手段の端子電圧を補助加速モードを実
行中に、つまり電池から電流を取出している状態で計測
し、あらかじめ保持しているマップを参照してその蓄電
量を求め、その蓄電量の結果を次の補助加速モードが発
生するまで「フラグ」として保持する。したがってエネ
ルギを無駄にすることなく蓄電量を適正に計測すること
ができる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【００１８】本発明実施例は、内燃機関１の回転軸に連
結されたかご形多相誘導機２と、蓄電手段３と、かご形
多相誘導機２の多相交流回路と蓄電手段３の直流回路と
を双方向に電気エネルギを変換して結合するインバータ
回路４と、このインバータ回路４を制御する制御回路５
とを備え、この制御回路５は、かご形多相誘導機２を電
動機とする補助加速モード、自動車の制動時にかご形多
相誘導機２を発電機として蓄電手段３に充電を行う回生
モード、および蓄電手段３の蓄電量が不足するときかご
形多相誘導機２を発電機として内燃機関１の駆動力によ
り蓄電手段３に充電を行う発電モードを備え、本発明の
特徴として、蓄電手段３の蓄電量を段階的に判定する判
定手段８を備え、制御回路５は、この判定手段８の判定
結果に対応してかご形多相誘導機２の発電モードにおけ
る出力を調節する手段とを備える。

【００１９】また、判定手段８は、蓄電手段３の放電電
流に対する電圧特性があらかじめ記録されたマップと、
制御回路５が補助加速モードが所定時間継続したときに
蓄電手段３の放電電流値および蓄電手段３の端子電圧を
計測する手段と、その計測値から前記マップを参照して
蓄電量を段階的に判定する手段とを含む。蓄電手段３は
この例では二次電池、さらに具体的には鉛蓄電池であ
る。

【００２０】さらに、内燃機関１には回転センサ６が取
付けられ、この回転センサ６からの信号は制御回路５に
与えられる。また、インバータ回路４の出力側にはコン
デンサ７および半導体スイッチ回路１２が接続され、こ
の半導体スイッチ回路１２を介して抵抗器１１が接続さ
れる。この抵抗器１１は自動車に大きい制動が行われ回
生することができないほどの過剰な電気エネルギが発生
したときに、これを熱エネルギに変換して消散させる。

【００２１】蓄電手段３および半導体スイッチ回路１２
にはインバータ回路４の出力電圧を検出する検出回路１
３が接続され、抵抗器１１には電流の変化を検出する電
流検出器１５が備えられ、この電流検出器１５にはその
検出信号にしたがって半導体スイッチ回路１２を制御す
るスイッチ制御回路１４が接続される。このスイッチ制
御回路１４には検出回路１３が接続される。

【００２２】次に、このように構成された本発明実施例
の動作について説明する。図２は本発明実施例における
動作の流れを示すフローチャート、図３は本発明実施例
における図２に示すバッテリ状態チェック処理の動作の
流れを示すフローチャート、図４は本発明実施例におけ
る図２に示す発電モードランク分け処理の動作の流れを
示すフローチャート、図５は本発明実施例における蓄電
手段の放電電流に対する電圧特性が記録されたマップの
例を示す図である。

【００２３】制御回路５は、内燃機関１の始動操作が行
われると、回転センサ６から内燃機関の回転速度を取り
込み、その値が所定値（例えば２１０ｒｐｍ）以下であ
るか否かを判定する。所定値以下であれば始動状態と判
定して、インバータ回路４によりかご形多相誘導機２を
電動機として低速に駆動し内燃機関１の始動ルーチンを
実行して回転速度を所定値以上に上昇させる。

【００２４】回転速度が所定値以上になり走行可能状態
になったときに、運転操作によりこの装置にブレーキま
たは補助加速の指示操作が行われたか否かを判断し、い
ずれかの操作がなされていれば、その操作が補助加速モ
ード指示であるか否かを判断する。補助加速モードの指
示であれば補助加速モードを実行し、バッテリ状態をチ
ェックする。

【００２５】このバッテリ状態チェックは、図３に示す
ように、補助加速が１秒以上続いたか否かを判断して、
１秒以上続いていれば蓄電手段３の充電状態の判定を行
い、図５に示す充電状態が６０％以下のＡゾーン内であ
るか否かを判定して、Ａゾーン内であれば電圧低下チェ
ックフラグＦ＝１をたてる。

【００２６】Ａゾーン内でなければ充電状態が６０％〜
７５％のＢゾーン内であるか否かを判定し、Ｂゾーン内
であればチェックフラグＦはその前の状態「１」または
「０」を保持する。Ｂゾーン内でなければ７５％充電状
態にあるＣゾーン内にあるものとして、電圧チェックフ
ラグをキャンセル（Ｆ＝０）する。

【００２７】補助加速モード指示でなければ、回生モー
ド指示であるか否かを判断し、回生モード指示であれば
回生モードを実行する。回生モードでない場合、および
ブレーキまたは加速操作がなされていない場合には発電
モードを設定する。本発明ではこの発電モードについて
ランク分けを行う。

【００２８】この発電モードのランク分けは、図４に示
すように、まず、クーラ信号がＯＮか否かを判断し、Ｏ
Ｎであれば“ランク１”の強化発電モードにしてかご形
多相誘導機２の発電量を強化する。クーラ信号がＯＮで
なければ電圧チェックフラグＦを調べてＦ＝１であるか
否かを判断し、Ｆ＝１であれば“ランク２”の標準発電
モードを設定し、かご形多相誘導機２に通常の発電を実
行させる。Ｆ＝１でなければ（Ｆ＝０）“ランク３”の
省燃費発電モードを設定する。すなわち、ランク２の発
電モードでは、蓄電池の通常の消費電流程度の発電を行
い、ランク３の発電モードでは通常の消費電流を下回る
充電電流を供給する発電を行う。

【００２９】これは、かご形多相誘導機の回線磁界のス
リップ量を調節して行う。スリップ量を大きくすると発
電電流は大きくなり、内燃機関から大きいエネルギが供
給される。スリップ量を小さく、つまり実回転と回転磁
界の回転速度の差を小さくすると、発電電流は小さくな
り、内燃機関から供給されるエネルギは小さくなり、燃
料消費を経済化した運転となる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蓄
電量を計測するための電気エネルギのむだな放電をする
ことなく、蓄電量を端子電圧から正確に計測することが
できる。これにより、運転者の運転操作のばらつきに無
関係に経済的な運転を行うことが可能となり、蓄電手段
の蓄電流を常時ほぼ望ましい範囲に維持して燃料消費量
の小さい運転を実行し、大気汚染も小さくすることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の構成を示すブロック図。

【図２】本発明実施例における動作の流れを示すフロー
チャート。

【図３】本発明実施例における図２に示すバッテリ状態
チェック処理の動作の流れを示すフローチャート。

【図４】本発明実施例における図２に示す発電モードラ
ンク分け処理の動作の流れを示すフローチャート。

【図５】本発明実施例における蓄電手段の放電電流に対
する電圧特性が記録されたマップの例を示す図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ かご形多相誘導機 ３ 蓄電手段 ４ インバータ回路 ５ 制御回路 ６ 回転センサ ７ コンデンサ ８ 判定手段 １１ 抵抗器 １２ 半導体スイッチ回路 １３ 検出回路 １４ スイッチ制御回路 １５ 電流検出器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−199609（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−207907（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−155309（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−178405（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−207908（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 11/02 - 11/14 B60K 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の回転軸に連結されたかご形多
   相誘導機と、蓄電手段と、前記かご形多相誘導機の多相
   交流回路と前記蓄電手段の直流回路とを双方向に電気エ
   ネルギを変換して結合するインバータ回路と、このイン
   バータ回路を制御する制御回路とを備え、 この制御回路は、そのかご形多相誘導機を電動機とする
   補助加速モード、自動車の制動時にそのかご形多相誘導
   機を発電機として前記蓄電手段に充電を行う回生モー
   ド、および前記蓄電手段の蓄電量が不足するときそのか
   ご形多相誘導機を発電機として内燃機関の駆動力により
   前記蓄電手段に充電を行う発電モードを備えた自動車の
   電気制動および補助動力装置において、 前記蓄電手段の蓄電量を段階的に判定する判定手段を備
   え、前記判定手段は、蓄電手段の放電電流に対する電圧特性
   があらかじめ記録されたマップと、補助加速モードが所
   定時間継続したときに前記蓄電手段の放電電流および端
   子電圧を計測し前記マップを参照して前記蓄電手段の蓄
   電量を段階的に判定する手段と、この判定した結果を次
   の補助加速モード時の計測時まで保持する手段とを含
   み、 前記制御回路は、前記判定手段の判定結果の蓄電量に対
   応して前記かご形多相誘導機の発電モードにおける出力
   を調節する手段とを備えたことを特徴とする自動車の電
   気制動および補助動力装置。