JP3094701B2 - 電気自動車用エンジン駆動発電機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用エンジン
駆動発電機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車は、車載の電池等によりモー
タを駆動して走行する車両である。電池としては、充放
電可能な鉛電池等を使用し、その充電手段としては、車
外からの充電や、車載のエンジン駆動発電機の出力によ
る充電等の手法がある。

【０００３】図６には、エンジン駆動発電機を搭載した
電気自動車の構成が示されている。この図で示される車
両はいわゆるシリーズハイブリッド車として構成されて
いる。

【０００４】この図に示される車両は、駆動源としてモ
ータ１０を備えている。モータ１０は、３相交流電力の
供給を受け回転し、車両の駆動力を発生させる。インバ
ータ１２は、車載の電池１４の出力を３相交流電力に変
換し、モータ１０に供給して当該モータ１０を駆動す
る。

【０００５】エンジン駆動発電機１６は、エンジン１８
及びこのエンジン１８の機械出力により回転し発電する
発電機２０から構成されている。エンジン駆動発電機１
６の発電出力は、整流器２１によって整流される。整流
器２１の出力は電池１４の充電に用いられ、あるいはイ
ンバータ１２を介してモータ１０の駆動に用いられる。

【０００６】インバータ１２は、車両コントローラ２２
によって制御される。車両コントローラ２２は、操縦者
のアクセル操作、ブレーキ操作等を示す車両信号を入力
する一方で回転数センサ２６によりモータ１０の回転数
を検出して出力する。車両コントローラ２２は、アクセ
ル開度等に基づきトルク指令を演算する。車両コントロ
ーラ２２は、演算したトルク指令の値に応じ、インバー
タ１２にＰＷＭ信号を供給する。インバータ１２は、所
定個数のスイッチング素子から構成されており、車両コ
ントローラ２２からＰＷＭ信号を供給してこのスイッチ
ング素子のスイッチングを制御することにより、モータ
１０の出力トルクを制御することができる。車両コント
ーラ２２は、すなわち、操縦者がアクセル操作やブレー
キ操作等に応じた値の出力トルクをモータ１０により発
生させる機能を有している。

【０００７】車両コントローラ２２は、電池１４の充電
状態（ＳＯＣ）をモニタしつつ、発電コントローラ２４
に指令を与えてエンジン駆動発電機１６を起動／停止さ
せる。すなわち、車両コントローラ２２は、電池１４の
出力電圧及び出力電流を検出し、検出結果に基づき電池
１４のＳＯＣを求める。車両コントローラ２２は、ＳＯ
Ｃが所定値まで低下した場合に発電コントローラ２４に
指令を与え、エンジン駆動発電機１６による発電を開始
させる。発電コントローラ２４は、エンジン駆動発動機
１６を駆動させる他、エンジン１８のスロットル開度や
発電機２０の界磁電流を制御して、目標とする発電出力
を発生させる。

【０００８】エンジン駆動発電機１６を起動させないで
走行している場合には、電池１４のＳＯＣは、例えば図
７において曲線１００で示されるように走行に伴い減少
する。車両コントローラ２２は、電池１４のＳＯＣが所
定の値、例えば図７においてａで示される値に至ると、
発電コントローラ２４に対して指令を与える。これに応
じ、エンジン駆動発電機１６による発電が開始され、整
流器２１を介して電池１４が充電され、電池１４のＳＯ
Ｃは、図７において曲線１０２で示されるように上昇し
始めることとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
やインバータの消費電力が大きい場合、すなわち電池の
負荷が大きい場合には、エンジン駆動発電機の発電出力
により電池の充電を開始したとしても、発電出力がモー
タやインバータによって消費され電池１４の充電に向わ
ない結果、ＳＯＣが上昇に向わない場合がある。例えば
図７において曲線１０４で示されるように、ＳＯＣが低
下を続ける場合がある。このように電池が深く放電しＳ
ＯＣが顕著に低下する動作は、電池の寿命を短縮するお
それがある。 ところで、走行に伴う電池のＳＯＣの低
下を防ぐ手段としては、例えば電気動力車について特開
昭４９−１２５１５号公報に開示された方法がある。こ
の公報においては、高速走行時のモータ駆動電力とし
て、主として発電機の出力を用い、発電機出力の不足分
のみを電池の出力によって補っている。また、発電機が
単独で電力を供給するか、発電機及び電池の双方で電力
を供給するかを、車両走行状態に応じて適宜変化させて
いる。

【００１０】しかし、このような方法においても、モー
タの要求出力によっては電池からの放電量が多くなる場
合がある。この場合には、やはり過放電により電池の寿
命の短縮が生じるおそれがある。また、ＳＯＣが顕著に
低下した状態で走行を継続すると、電池の出力電圧が低
下する。電池の出力電圧が顕著に低下すると、発電コン
トローラの制御範囲から外れ、発電機の定出力運転が困
難になる。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、発電出力を低下さ
せることなく電池の過放電を防止し、これにより電池の
寿命を延長することを目的とする。また、本発明は、エ
ンジン駆動発電機を常に定パワー運転可能にすることを
目的とする。そして、本発明は、車両の走行状態等に応
じて上記目的を好適に達成することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の請求項１記載の制御装置は、エンジ
ン駆動発電機を作動させて走行中に、電池の残存放電容
量（ＳＯＣ）が所定値まで低下した場合にモータによる
消費電力をエンジン駆動発電機の発電電力以下に制限す
る出力制限手段を備えることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の請求項２記載の制御装置
は、エンジン駆動発電機を作動させて走行中に、電池の
ＳＯＣが所定値まで低下した場合にエンジン駆動発電機
の発電電力を増大させる発電増大手段を備えることを特
徴とする。

【００１４】そして、本発明の請求項３記載の制御装置
は、発電増大手段が、電池のＳＯＣが前記所定値まで低
下した場合にエンジン駆動発電機の発電電力を従前にお
けるモータの平均消費電力まで増大させることを特徴と
する。

【００１５】

【作用】本発明の請求項１においては、電池のＳＯＣが
所定値まで低下すると、モータによる消費電力がエンジ
ン駆動発電機の発電電力以下に制限される。このように
制限が施された状態では、モータにより消費される電力
は、エンジン駆動発電機の発電電力のみによって賄われ
る。従って、電池のＳＯＣがさらに低下することがなく
なり、電池の深い放電、ひいては寿命の短縮が防止され
る。また、電池電圧の低下が防止されエンジン駆動発電
機の定出力運転が確保される。

【００１６】また、本発明の請求項２においては、電池
のＳＯＣが所定値まで低下すると、モータの出力に対し
てエンジン駆動発電機の発電電力への制限が施されると
共に、エンジン駆動発電機の発電電力が増大する。エン
ジン駆動発電機の発電電力が増大すると、当該エンジン
駆動発電機の発電機電力によってモータによる消費電力
が賄われることとなり、電池のＳＯＣの低下が防止され
る。この結果、請求項１より好適に、電池の深い放電、
ひいては寿命の短縮が防止される。

【００１７】請求項３においては、電池のＳＯＣが低下
した場合に、エンジン駆動発電機の発電電力が従前にお
ける平均消費電力まで増大する。すなわち、エンジン駆
動発電機の発電電力を増大させ電池のＳＯＣの低下を防
止するにあたって、それ以前におけるモータの消費電力
が考慮される結果となる。これにより、発電増大による
ＳＯＣ低下防止の作用が車両の走行状況、操縦者等の特
性などに応じてより好適に得られることとなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、本発明は、装置構成としては図
６に示される構成により実施し得るものであるため、以
下、図６の装置構成を例として説明する。

【００１９】図１には、本発明の各実施例における走行
に伴うＳＯＣの変化動向が示されている。本発明は、図
１に示されるように、電池１４のＳＯＣが顕著に低下し
た場合にそれ以上の低下を防止すべく、モータ１０によ
る消費電力を制限し、あるいはエンジン駆動発電機１６
の発電出力を増大させる点を特徴としている。

【００２０】図２には、本発明の第１実施例に係る制御
動作の流れが示されている。この図に示される動作は、
例えば車両コントローラ２２によって実施される動作で
ある。

【００２１】車両コントローラ２２は、電池１４のＳＯ
Ｃが所定値、例えばａ％を下回るまでは（２００）、エ
ンジン駆動発電機１６を起動させず、電池１４の出力の
みによってモータ１０を駆動させる（２０２）。すなわ
ち、通常の電気自動車（ＥＶ）として、車両を走行させ
る。

【００２２】車両コントローラ２２は、電池１４の出力
電圧及び出力電流をモニタすることにより電池１４のＳ
ＯＣを検出する。検出したＳＯＣがａ％を下回ると、車
両コントローラ２２は発電コントローラ２４に指令を与
え、エンジン駆動発電機１６の運転を開始させる（２０
４）。発電コントローラ２４は、エンジン１８のスロッ
トル開度や発電機２０の界磁電流を制御することによ
り、エンジン駆動発電機１６の発電出力を所定値Ｇ（ｋ
Ｗ）に制御する。この発電出力Ｇ（ｋＷ）は、例えば、
エンジン１８のエミッションが良好になるよう設定され
る。この後、車両コントローラ２２は、車両をいわゆる
ハイブリッド車（ＨＶ）として走行させる制御を実行す
る（２０６）。

【００２３】車両コントローラ２２は、その後、電池１
４のＳＯＣに係る判定を実行する（２０８）。この判定
は、電池１４のＳＯＣがｃ％以上であるか、ｂ％を越え
ｃ％未満の状態であるか、ｂ％以下の状態であるか、に
係る判定である。

【００２４】ここに、ｂ及びｃは、ｃ＞ａ＞ｂに設定さ
れている。従って、エンジン駆動発電機１６が運転を開
始した直後は、ＳＯＣがａをわずかに下回った程度であ
るから、ステップ２０８においてはｃ＞ＳＯＣ＞ｂが成
立する。この場合には、動作はステップ２０６に戻る。
すなわち、ＨＶとしての走行が継続され、エンジン駆動
発電機１６による発電出力が継続される。

【００２５】このようなエンジン駆動発電機１６の発電
出力により電池１４が放電から充電に転じた場合、図１
において曲線１０６で示されるように、電池１４のＳＯ
Ｃは増大に転じ、ある時点でｃ％に至る。ステップ２０
８においてＳＯＣ＞ｃと判定された場合には、車両コン
トローラ２２はステップ２１０を実行する。ステップ２
１０においては、車両コントローラ２２は、発電コント
ローラ２４に指令を与えてエンジン駆動発電機１６、特
にそのエンジン１８を停止させる。これは、電池１４の
ＳＯＣが十分に回復しているためである。ステップ２１
０実行後は、ステップ２０２に戻る。

【００２６】逆に、エンジン駆動発電機１６が発電動作
を継続しているにもかかわらず、モータ１０等の消費電
力が大きいため電池１４の放電が引き続き生じＳＯＣが
低下を続けている場合、ある時点で、ＳＯＣ≦ｂ％とな
る。ステップ２０８においてこの条件が成立した場合、
車両コントローラ２２は、ステップ２１２を実行する。
ステップ２１２においては、モータ１０による消費電力
がエンジン駆動発電機１６の発電出力Ｇ（ｋＷ）に制限
される。

【００２７】このような消費電力制限は、車両コントロ
ーラ２２によるインバータ１２のＰＷＭ制御として実行
される。すなわち、車両コントローラ２２により演算決
定されるトルク指令と、回転数センサ２６により検出さ
れる回転数との積は、そのトルク指令に基づきＰＷＭ制
御を行った場合にインバータ１２を介してモータ１０に
与える電力を表している。車両コントローラ２２は、ス
テップ２１２を実行する際、検出した回転数に応じて最
大トルク指令値を制限し、これによってインバータ１２
を介したモータ１０への電力供給を制限している。な
お、このような方法に代え、モータ１０への出力電圧及
び出力電流を検出してフィードバック制御を行うという
手法を用いてもかまわない。

【００２８】このような制限が施されると、モータ１０
により消費される電力は、常に、エンジン駆動発電機１
６の発電電力Ｇ（ｋＷ）以下の値となる。従って、モー
タ１０の出力がその制限一杯まで上昇したとしても、電
池１４の放電はほぼ生じない。従って、電池１４のＳＯ
Ｃは、図１において曲線１１０で示されるように増加に
転ずるか、少なくともｂ％に維持される。すなわち、こ
のようなモータ１０への出力の制限により、電池１４の
ＳＯＣがさらに低下することが防止される。

【００２９】ステップ２１２は、電池１４のＳＯＣがｄ
％以上となるまで継続して実行される。すなわち、車両
コントローラ２２は、電池１４のＳＯＣがｄ％以上とな
ったか否かを判定し（２１４）、ｄ％以上となるまで
は、ステップ２１２を繰り返し実行する。電池１４のＳ
ＯＣがｄ％以上に至った場合、車両コントローラ２２
は、モータ１０消費電力の制限を解除する（２１６）。
この後、車両コントローラ２２の動作はステップ２０６
に戻る。

【００３０】モータ１０消費電力の制限が解除された時
点でモータ１０への出力がエンジン駆動発電機１６の発
電出力Ｇ（ｋＷ）を下回っている場合には、ステップ２
０６が繰り返し実行されると、図１において曲線１１２
で示されるように電池１４が充電に転じそのＳＯＣは増
加する。逆に、モータ１０消費電力の制限が解除された
時点でもなおモータ１０の要求出力がエンジン駆動発電
機１６の発電電力Ｇ（ｋＷ）を上回っている場合には、
電池１４のＳＯＣは図１において曲線１１４で示される
ように低下に転ずる。しかし、この場合にも、ステップ
２０６及び２０８を経て再びステップ２１２及び２１４
が実行されるため、電池１４のＳＯＣはｂ％以下に低下
することはない。

【００３１】このように、本実施例においては、電池１
４のＳＯＣの低下が防止され、いわゆる深い放電による
電池１４の寿命短縮が防止される。また、発電機２０の
定出力運転も継続できる。

【００３２】図３には、第１参考例に係る制御動作が示
されている。この図に示される動作も、図６の構成にお
いて車両コントローラ２２により実行される動作であ
る。

【００３３】この参考例においては、第１実施例のよう
に電池１４のＳＯＣがｂ％まで低下した時点でモータ１
０の消費電力を制限するのではなく、エンジン駆動発電
機１６の発電出力を増大させることにより、電池１４の
ＳＯＣの顕著な低下を防止している。

【００３４】この参考例においても、第１実施例と同
様、ステップ２００〜２１０が実行される。ステップ２
０８において電池１４のＳＯＣがｂ％以下に低下したと
判定された場合には、本実施例においては、ステップ２
１２ではなくステップ２１８が実行される。ステップ２
１８においては、車両コントローラ２２は、発電コント
ローラ２４に対しエンジン駆動発電機１６の発電出力を
Ｇ（ｋＷ）からＧＨ（ｋＷ）まで増加させる旨指令し、
発電コントローラ２４は、これに応じてエンジン駆動発
電機１６の出力を増加させる。ここに、Ｇ（ｋＷ）はス
テップ２０６において発電コントローラ２４の制御の下
にエンジン駆動発電機１６から得られる発電出力であ
る。ステップ２１８における発電出力ＧＨ（ｋＷ）は、
例えば高速走行時における発電出力に相当する値に設定
されており、少なくともＧＨ（ｋＷ）＞Ｇ（ｋＷ）に設
定される。エンジン駆動発電機１６の発電出力は、電池
１４のＳＯＣがｄ％以上となるまで（２１４）、増大し
た値に制御される。

【００３５】このようにエンジン駆動発電機１６の発電
出力が増大制御されると、モータ１０に対し比較的大き
な電力を供給しているにもかかわらず、電池１４の放電
が防止されることとなる。すなわち、図１において曲線
１１０で示されるように、電池１４のＳＯＣが増加に転
じ、あるいは少なくともｂ％以下への低下が防止され
る。

【００３６】本参考例においては、ステップ２１４にお
いて電池１４のＳＯＣがｄ％以上であると判定された場
合には、ステップ２１６に代えステップ２２０が実行さ
れる。ステップ２２０においては、車両コントローラ２
２は発電コントローラ２４に指令を与え、エンジン駆動
発電機１６の発電出力をステップ２１８において設定し
たＧＨ（ｋＷ）からＧ（ｋＷ）に戻す。この後、ステッ
プ２０６に戻る。

【００３７】従って、本参考例においても、第１実施例
と同様に電池１４の寿命短縮防止の効果が得られる。

【００３８】図４には、本発明の第２参考例に係る制御
動作の流れが示されている。この図に示される動作は、
第１参考例におけるステップ２１８をステップ２２２に
置き換えたものである。

【００３９】すなわち、この参考例においては、ステッ
プ２０８においてＳＯＣ≦ｂ％と判定された場合には、
車両コントローラ２２から発電コントローラ２４に指令
が与えられ、エンジン駆動発電機１６の発電出力が、そ
れ以前にモータ１０によって消費された電力の平均値に
制御される。例えば、車両コントローラ２２は、電池１
４のＳＯＣが１００％からａ％へ、１００％からｂ％へ
またはａ％からｂ％まで低下する期間におけるモータ１
０等による消費電力を平均し、求めた平均値を、電池１
４のＳＯＣがｂ％以下に低下した場合の目標発電出力と
して設定する。このような制御を行うことにより、電池
１４のＳＯＣがｂ％以下となった状態でもエンジン１８
のエミッションを良好に保つことができ、またエンジン
１８による電流消費量を最小値に制御することができ
る。

【００４０】図５には、本発明の第２実施例に係る制御
動作の流れが示されている。この参考例は、前述の第１
実施例及び第１参考例を組み合わせた参考例である。

【００４１】すなわち、この実施例においては、ステッ
プ２０８において電池１４のＳＯＣがｂ％以下であると
判定された場合には、前述のステップ２１２及びステッ
プ２１８が共に実行され、モータ１０消費電力がエンジ
ン駆動発電機１６の通常走行時の発電出力Ｇ（ｋＷ）に
制限されると共に、モータ１０の発電出力が高速走行時
の値ＧＨ（ｋＷ）に増大制御される。また、ステップ２
１４によりＳＯＣ＞ｄ％と判定された後は、前述のステ
ップ２１６及び２２０が実行され、モータ１０に対する
消費電力制限が解除されると共にエンジン駆動発電機１
４の発電出力が通常走行時の値Ｇ（ｋＷ）に戻される。
このような動作とすることにより、電池の効果をより顕
著なものとすることができる。なお、ステップ２１８に
代え、第２参考例のステップ２２２を実行してもかまわ
ない。

【００４２】以上の説明においては、ＳＯＣの判定に係
るポイントすなわちａ〜ｄについては何ら値を示してい
なかった。これらの値は任意の値に設定することができ
る。ａとして４０〜６０％を設定した場合には、例えば
ｂを２０％程度、ｃを６０〜８０％程度に設定するのが
好ましい。また、ｄ＝ａとしてもかまわないが、ｄ＞ａ
と設定することにより、図１において曲線１１０及び１
１４で示されるようなヒステリシス特性を実現すること
ができ、安定な制御を実現することができる。さらに、
モータ１０消費電力の制限／制限解除やエンジン駆動発
電機１６の発電電力の切換は、徐々に行うのが好まし
い。例えば、モータ１０消費電力を制限するにあたって
制限値を徐々にＧ（ｋＷ）まで低下させるような制御を
行い、またモータ１０消費電力の制限を解除する際にも
これを徐々に行うようにする方が好ましい。あるいは、
エンジン駆動発電機１６の出力を増大させあるいは低減
させる際にも、当該増大または低減を徐々に行うのが好
ましい。さらに、これらの制御をアクセル操作中に行う
ことを回避するようにしてもかまわない。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、電池のＳＯＣが所定値まで低下した場合にモ
ータ消費電力をエンジン駆動発電機の発電電力に制限す
るようにしたため、電池のＳＯＣが当該所定値を下回る
値に低下することがなくなり、いわゆる深い放電による
電池の寿命の短縮が防止される。また、その際、エンジ
ン駆動発電機の発電電力の低下も生じない。

【００４４】また、本発明の請求項２によれば、電池の
ＳＯＣが所定値まで低下した場合にエンジン駆動発電機
の発電電力を増大させるようにしたため、請求項１と同
様の効果をさらに顕著に得ることができる。

【００４５】そして、請求項３によれば、エンジン駆動
発電機の発電電力を増大制御する際の制御目標値を、従
前におけるモータの平均消費電力とするようにしたた
め、当該制御目標値が充電における車両の走行状況等に
応じて設定されることとなり、エンジン駆動発電機を構
成するエンジンのエミッションの増大や燃料消費量の増
大等が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各実施例における走行に伴うＳＯＣの
変化動向を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例における制御動作の流れを
示すフローチャートである。

【図３】第１参考例における制御動作の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図４】第２参考例における制御動作の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図５】本発明の第２実施例における制御動作の流れを
示すフローチャートである。

【図６】シリーズハイブリッド車として構成された電気
自動車の構成を示すブロック図である。

【図７】車両の走行に伴うＳＯＣの低下を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ モータ １２ インバータ １４ 電池 １６ エンジン駆動発電機 １８ エンジン ２０ 発電機 ２１ 整流器 ２２ 車両コントローラ ２４ 発電コントローラ ＳＯＣ 電池の充電状態 ａ エンジン駆動発電機が発電を開始するＳＯＣ ｂ モータへの出力が制限されまたはエンジン駆動発電
機の発電出力が増大制御されるＳＯＣ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 11/00 - 11/12 B60K 6/02 H02J 7/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充放電可能な電池と、電池の出力により
   駆動され車両の駆動力を発生させるモータと、その発電
   電力により電池を充電するエンジン駆動発電機と、を有
   する電気自動車に搭載され、少なくともエンジン駆動発
   電機を制御する電気自動車用エンジン駆動発電機の制御
   装置において、 エンジン駆動発電機を作動させて走行中、電池の残存放
   電容量が所定値まで低下した場合にモータによる消費電
   力をエンジン駆動発電機の発電電力以下に制限する出力
   制限手段を備えることを特徴とする電気自動車用エンジ
   ン駆動発電機の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気自動車用エンジン駆
   動発電機の制御装置において、 エンジン駆動発電機を作動させて走行中、電池の残存放
   電容量が所定値まで低下した場合にエンジン駆動発電機
   の発電電力を増大させる発電増大手段を備えることを特
   徴とする電気自動車用エンジン駆動発電機の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の電気自動車用エンジン駆
   動発電機の制御装置において、 発電増大手段が、電池の残存放電容量が前記所定値まで
   低下した場合にエンジン駆動発電機の発電電力を従前に
   おけるモータの平均消費電力まで増大させることを特徴
   とする電気自動車用エンジン駆動発電機の制御装置。