JP3419304B2 - ハイブリッド車両の発電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンおよび／
またはモーターを車両の推進源とするハイブリッド車両
の発電制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】エンジンおよび／またはモ
ーターを車両の推進源とするハイブリッド車両が知られ
ている（例えば、特開平５−５０８６５号公報参照）。
この種のハイブリッド車両では、エンジンの出力軸に連
結されたジェネレーターにより発電を行い、エンジンの
出力軸にクラッチを介して連結されたモーターにより走
行を行っている。

【０００３】ところで、ハイブリッド車両では燃料消費
率の向上と排気の浄化を図るために、低速、軽負荷時に
は運転効率の悪いエンジンに代わってモーターの駆動力
により走行し、高速、高負荷時にはエンジンの駆動力に
より走行している。例えば、通常の発進時には、バッテ
リーから電力を供給してモーターの駆動力により発進
し、車速が増加するとクラッチを締結してエンジン走行
に切り換える。

【０００４】このように、ハイブリッド車両では、モー
ターのみによる走行モードがあり、バッテリーから多く
の電力を供給する必要がある。そのため、大型のジェネ
レーターが必要となって大きな設置スペースが必要とな
り、コストも増加するという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、発電用モーターの小型化
を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施の形態の構成を示
す図１に対応付けて本発明を説明すると、 （１） 請求項１の発明は、クラッチ３の入力軸にエン
ジン２と発電用モーター１を連結するとともに、クラッ
チ３の出力軸に走行用モーター４と変速機５の入力軸を
連結し、変速機５の出力軸から駆動輪８へ動力を伝達す
るハイブリッド車両の発電制御装置であって、クラッチ
３が締結されている時に、要求発電電力が発電用モータ
ー１の短時間定格の最大出力を越える場合は、その超過
分を走行用モーター４により発電し、要求発電電力が発
電用モーター１の短時間定格の最大出力以内であって
も、発電用モーター１のコイル温度が所定値を越えてい
る場合は、要求発電電力が発電用モーター１の連続定格
の最大出力を超える分を走行用モーター４で発電する。 （２） 請求項２のハイブリッド車両の発電制御装置
は、発電用モーター１と走行用モーター４とで発電を行
っても要求発電電力を満たせない場合は、車速を一定に
保ちながら変速機５の変速比を下げることによって発電
用モーター１と走行用モーター４の発電電力を増加す
る。 （３） 請求項３のハイブリッド車両の発電制御装置
は、クラッチ３が解放されている時に要求発電電力を満
たせない場合は、エンジン２の回転速度を増加する。

【０００７】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。

【０００８】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、クラ
ッチが締結されている時に、要求発電電力が発電用モー
ターの短時間定格の最大出力を越える場合は、その超過
分を走行用モーターにより発電し、要求発電電力が発電
用モーターの短時間定格の最大出力以内であっても、発
電用モーターのコイル温度が所定値を越えている場合
は、要求発電電力が発電用モーターの連続定格の最大出
力を超える分を走行用モーターで発電するようにしたの
で、発電用モーターを小型化することができ、その設置
スペースとコストを低減できる上に、発電用モーターの
加熱を防止できる。 （２） 請求項２の発明によれば、発電用モーターと走
行用モーターとで発電を行っても要求発電電力を満たせ
ない場合は、車速を一定に保ちながら変速機の変速比を
下げることによって発電用モーターと走行用モーターの
発電電力を増加するようにしたので、発電用モーターを
小型化することができ、その設置スペースとコストを低
減できる。 （３） 請求項３の発明によれば、クラッチが解放され
ている時に、要求発電電力が発電用モーターの短時間定
格の最大出力を越える場合は、エンジンの回転速度を増
加するようにしたので、発電用モーターを小型化するこ
とができ、その設置スペースとコストを低減できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の構成を示す
図である。図において、太い実線は機械力の伝達経路を
示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御
線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワー
トレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モ
ーター４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７およ
び駆動輪８から構成される。モーター１の出力軸、エン
ジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結
されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の
出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されて
いる。

【００１０】クラッチ３締結時はエンジン２とモーター
４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター
４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／また
はモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６お
よび差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変
速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのク
ランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ
（不図示）はモーター１０により駆動される。

【００１１】モータ１，４，１０は三相同期電動機また
は三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主
としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主
として車両の走行と制動に用いられる。そこで、この実
施の形態ではモーター１を”発電用”と呼び、モーター
４を”走行用”と呼ぶことにする。また、モーター１０
は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、モー
ター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を用い
ることもできる。また、クラッチ３締結時に、モーター
１を車両の推進と制動に用いることもでき、モーター４
をエンジン始動や発電に用いることもできる。

【００１２】クラッチ３はパウダークラッチであり、伝
達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ
３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いること
もできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式など
の無段変速機であり、変速比を無段階に調節することが
できる。

【００１３】モーター１，４，１０はそれぞれ、インバ
ーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モー
ター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、イン
バーターの代わりにＤＣチョッパーを用いる。インバー
ター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメイン
バッテリー１５に接続されており、メインバッテリー１
５の直流充電電力を交流電力に変換してモーター１，
４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の交流発
電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１５を充
電する。なお、インバーター１１〜１３は互いにＤＣリ
ンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモ
ーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を
介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することが
できる。メインバッテリー１５には、リチウム・イオン
電池、ニッケル・水素電池、鉛電池などの各種電池や、
電機二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターを
用いることができる。

【００１４】コントローラー１６は、マイクロコンピュ
ーターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備
え、エンジン２の回転速度や出力トルク、クラッチ３の
伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度や出力ト
ルク、無段変速機５の変速比などを制御する。

【００１５】コントローラー１６には、図２に示すよう
に、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、
アクセルセンサー２２、ブレーキスイッチ２３、車速セ
ンサー２４、バッテリー温度センサー２５、バッテリー
ＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転センサー２７、スロ
ットル開度センサー２８、モーターコイル温度センサー
２９が接続される。キースイッチ２０は、車両のキーが
ON位置またはSTART位置に設定されると閉路する（以
下、スイッチの閉路をオンまたはON、開路をオフまたは
OFFと呼ぶ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキ
ングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤ
を切り換えるセレクトレバー（不図示）の設定位置に応
じて、Ｐ、Ｎ、Ｒ、Ｄのいずれかのスイッチがオンす
る。

【００１６】アクセルセンサー２２はアクセルペダルの
踏み込み量（アクセル開度）θを検出し、ブレーキスイ
ッチ２３はブレーキペダルの踏み込み状態（この時、ス
イッチ オン）を検出する。車速センサー２４は車両の
走行速度Ｖを検出し、バッテリー温度センサー２５はメ
インバッテリー１５の温度Ｔbを検出する。また、バッ
テリーＳＯＣ検出装置２６はメインバッテリー１５の充
電状態（以下、ＳＯＣ（State Of Charge）と呼ぶ）を
検出する。さらに、エンジン回転センサー２７はエンジ
ン２の回転速度Ｎeを検出し、スロットル開度センサー
２８はエンジン２のスロットルバルブ開度θthを検出す
る。モーターコイル温度センサー２９は、発電用モータ
ー１のコイル温度Ｔcを検出する。

【００１７】コントローラー１６にはまた、エンジン２
の燃料噴射装置３０、点火装置３１、バルブタイミング
調節装置３２、スロットルバルブ開度調節装置３３など
が接続される。コントローラー１６は、燃料噴射装置３
０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃
料噴射量を調節するとともに、点火装置３１を制御して
エンジン２の点火を行う。また、コントローラー１６
は、バルブタイミング調節装置３２を制御してエンジン
２の吸気バルブの閉時期を調節し、スロットルバルブ開
度調節装置３３を制御してエンジン２のスロットルバル
ブ開度θthを調節する。なお、コントローラー１６には
低圧の補助バッテリー３４から電源が供給される。

【００１８】図３および図４はパワートレインの配置例
を示す図である。クラッチ３の入力側のモーター１とエ
ンジン２の配置は、図３に示すようにモーター１をエン
ジン２の上流に配置してもよいし、図４に示すようにモ
ーター１をエンジン２の下流に配置してもよい。図３に
示す配置例では、エンジン２の出力軸をクラッチ３の入
力軸と直結して１軸で構成するとともに、エンジン２の
出力軸をモーター１の出力軸とベルトや歯車により連結
する。また、図４に示す配置例では、エンジン２の出力
軸をモーター１のローターを貫通してクラッチ３の入力
軸と直結し、クラッチ３の入力側を１軸で構成する。

【００１９】一方、クラッチ３の出力側のモーター４と
無段変速機５の配置は、図３に示すようにモーター４を
無段変速機５の上流に配置してもよいし、図４に示すよ
うにモーター４を無段変速機５の下流に配置してもよ
い。図３に示す配置例では、クラッチ３の出力軸をモー
ター４のローターを貫通して無段変速機５の入力軸と直
結し、クラッチ３の出力側を１軸で構成する。また、図
４に示す配置例では、クラッチ３の出力軸を無段変速機
５の入力軸を貫通してモーター４の出力軸と直結し、ク
ラッチ３の出力側を１軸で構成する。いずれの場合でも
モーター４を無段変速機５の入力軸に連結する。

【００２０】なお、パワートレインの配置は図３および
図４に示す配置例に限定されず、クラッチ３の入力軸に
エンジン２とモーター１を連結するとともに、クラッチ
３の出力軸にモーター４と無段変速機５の入力軸を連結
し、無段変速機５の出力軸から減速装置６および差動装
置７を介して駆動輪８に動力を伝える推進機構であれ
ば、各機器がどのような配置でもよい。

【００２１】図５は、無段変速機にトロイダルＣＶＴを
用いたパワートレインの配置例を示す。無段変速機５に
トロイダルＣＶＴを用いた場合でも、モーター４とトロ
イダルＣＶＴ５のどちらをクラッチ３側に配置してもよ
い。しかし、いずれの場合でもモーター４を無段変速機
５の入力軸に連結する。

【００２２】この実施の形態では、次のような発電方法
により発電用モーター１の小型化を図る。すなわち、要
求発電電力が多い時は、発電用モーター１による発電は
もちろんのこと、走行用モーター４でも発電を行う。さ
らに、変速比を小さくしてエンジン回転速度Ｎeを高く
し、発電用モーター１の回転速度を上げて発電電力を増
やす。

【００２３】図６は、車速Ｖとエンジン回転速度Ｎeに
対する無段変速機５の変速比制御パターンを示す。例え
ば、通常の変速比により車速Ｖ１、エンジン回転速度Ｎ
e１で走行しているとする。要求発電電力が多い時は、
通常の変速比から破線で示す変速比へ変更し、車速Ｖ１
を維持しながらエンジン２の回転速度をＮe１からＮe２
へ上げる。これにより、発電用モーター１の回転速度が
増加し、発電電力を増すことができる。

【００２４】ここで、要求発電電力はメインバッテリー
１５のＳＯＣと車両の要求駆動力とに関係する。また、
この要求駆動力はエンジン回転速度Ｎeとアクセルペダ
ルの踏み込み量θとに比例する。したがって、あらゆる
走行パターンを考慮して最大要求発電電力と、最大要求
発電電力を必要とする最大時間とを推定し、発電用モー
ター１と走行用モーター４との協調発電と、変速比の変
更とを考慮して、発電用モーター１の定格を決定する。

【００２５】図７は発電用モーター１の定格出力と定格
トルクを示す図である。なお、モーター１を発電モード
で使用する場合にはモーター軸がエンジン２により駆動
され、出力およびトルクが負になる。この明細書では発
電時の負の出力およびトルクを発電出力および発電トル
クと呼ぶ。この実施の形態では、発電用モーター１を定
出力型とし、短時間定格はＮbを越えると一定の出力と
なる。一方、連続定格出力はＮbを越えても増加する。
要求発電電力が連続定格の最大出力Ｐrを越えたら変速
比を下げ、エンジン回転速度Ｎeすなわち発電用モータ
ー１の回転速度を上げて発電出力を増加する。なお、基
底回転速度Ｎbと最高回転速度Ｎtは、最大発電電力を必
要とする車速Ｖ、エンジン回転速度Ｎeなどを考慮して
決定する。

【００２６】また、最大要求発電電力を必要とする最大
時間に基づいて発電用モーター１の短時間定格を決定す
る。最大要求発電電力は常に必要とされる電力ではな
く、その上、この実施の形態では、走行用モーター４を
発電用として利用するとともに、変速比を変更して発電
電力を増加する発電方法を採用している。したがって、
最大要求発電電力を発電用モーター１の連続定格最大出
力Ｐrで満たす必要はない。つまり、最大要求発電電力
が発電用モーター１の短時間定格最大出力Ｐmax以内と
なるように、発電用モーター１の連続定格と短時間定格
を決定する。モーターの大きさは連続定格の最大出力に
比例するので、最大要求発電電力を短時間定格の最大出
力で満たすようにすれば、モーター１の小型化を図るこ
とができ、設置スペースの低減とコストダウンを達成で
きる。

【００２７】図８は一実施の形態の発電制御を示すフロ
ーチャートである。このフローチャートにより、一実施
の形態の動作を説明する。コントローラー１６は所定時
間ごとにこの発電制御プログラムを実行する。ステップ
１において、メインバッテリー１５のＳＯＣと、車両の
要求駆動力としてのエンジン回転速度Ｎeおよびアクセ
ルペダル踏み込み量θなどに基づいて要求発電電力を演
算する。

【００２８】ステップ２では、発電用モーター１の現在
の回転速度で要求電力を発電可能かどうか確認する。現
在の回転速度で要求電力を発電可能で、且つ発電用モー
ター１のコイル温度Ｔcが所定値以下の場合はステップ
３へ進み、発電用モーター１のみで要求電力を発電す
る。

【００２９】要求発電電力が発電用モーター１の連続定
格最大出力Ｐrを越える場合は、短時間定格最大出力Ｐm
axまで発電を行うが、発電用モーター１のコイル温度Ｔ
cが所定値を超えたら、連続定格最大出力Prを超える分
を走行用モーター４により発電する。現在の回転速度で
は発電用モーター１のみで要求発電電力を満たすことが
できない場合、または発電用モーター１のコイル温度Ｔ
cが所定値を越えている場合はステップ４へ進み、クラ
ッチ３が締結されているかどうかを確認する。クラッチ
３が締結されている時は、基本的にエンジン２の駆動力
により走行するモードであり、走行用モーター４を発電
に用いることができる。しかし、クラッチ３が解放され
ている時は、基本的に走行用モーター４の駆動力により
走行するモードであり、走行用モーター４を発電に用い
ることができない。

【００３０】クラッチ３が締結されている時はステップ
５へ進み、走行用モーター４との発電分担が可能かどう
かを確認する。クラッチ３が締結されていても、例えば
発進、加速時には走行用モーター４が力行運転状態にあ
り、エンジン２とモーター４の駆動力により車両が駆動
される。したがって、このような場合は走行用モーター
４を発電用に利用することができず、ステップ８へ進
む。

【００３１】一方、走行用モーター４を発電用に用いる
ことができる時はステップ６へ進み、発電用モーター１
で要求発電電力を満たすことができない分を、走行用モ
ーター４の発電により満たすことができるかどうか確認
する。なお、この時、発電用モーター１のコイル温度Ｔ
cが所定値を越えていたら、要求発電電力が発電用モー
ター１の連続定格最大出力Ｐrを超える分を走行用モー
ター４により発電する。発電電力不足分を走行用モータ
ー４との協調発電により満たすことができる場合はステ
ップ７へ進み、発電用モーター１と走行用モーター４と
により協調発電を行う。

【００３２】走行用モーター４との協調発電を行っても
要求発電電力を満たせない場合はステップ１１へ進み、
変速比を変更して走行用モーター４との協調発電を行
い、要求発電電力を満たせるかどうか確認する。現在の
車速を維持しながら変速比を小さくすると、エンジン２
とモーター１、４の回転速度が増加して発電出力が増加
する。変速比の変更で要求発電電力を満たすことができ
ればステップ１２へ進み、変速比を変更する。そして、
ステップ７へ進み、発電用モーター１と走行用モーター
４の協調発電を行う。一方、変速比の変更によっても要
求発電電力を満たせない場合はステップ１０へ進み、要
求発電電力を見直す。この時、所要電力が不足している
旨の警告を行い、アクセルペダル踏み込み量θに応じた
要求駆動力自体を低減させるようにしてもよい。

【００３３】ステップ４でクラッチが締結されていない
時はステップ８へ進み、エンジン回転速度Ｎeを上げて
要求発電電力が満たせるかどうか確認する。エンジン回
転速度Ｎeを上げて要求発電電力を満たすことができ、
且つ発電用モーター１のコイル温度Ｔcが所定値以下の
場合はステップ９へ進み、要求発電電力の不足分を満た
すだけエンジン２の回転速度Ｎeを増加する。一方、エ
ンジン回転速度Ｎeを増加しても要求発電電力を満たせ
ない場合、または発電用モーター１のコイル温度Ｔcが
所定値を越えている場合はステップ１０へ進み、上述し
たように要求発電電力自体を見直す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】 図１に続く、一実施の形態の構成を示す図で
ある。

【図３】 一実施の形態のパワートレインの配置例を示
す図である。

【図４】 一実施の形態のパワートレインの他の配置例
を示す図である。

【図５】 一実施の形態のパワートレインの他の配置例
を示す図である。

【図６】 無段変速機の変速非制御パターンを示す図で
ある。

【図７】 発電用モーターの出力とトルクの特性を示す
図である。

【図８】 一実施の形態の発電制御を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１、４、１０ モーター ２ エンジン ３ クラッチ ５ 無段変速機 ６ 減速装置 ７ 差動装置 ８ 駆動輪 ９ 油圧装置 １１〜１３ インバーター １４ ＤＣリンク １５ メインバッテリー １６ コントローラー ２０ キースイッチ ２１ セレクトレバースイッチ ２２ アクセルセンサー ２３ ブレーキスイッチ ２４ 車速センサー ２５ バッテリー温度センサー ２６ バッテリーＳＯＣ検出装置 ２７ エンジン回転センサー ２８ スロットル開度センサー ２９ モーターコイル温度センサー ３０ 燃料噴射装置 ３１ 点火装置 ３２ バルブタイミング調節装置 ３３ スロットルバルブ開度調節装置 ３４ 補助バッテリー

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｋ 41/02 Ｂ６０Ｋ 41/02 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ａ Ｆ１６Ｈ 9/00 Ｆ１６Ｈ 9/00 Ａ 61/02 61/02 (72)発明者 松尾 勇也 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−127221（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−322401（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−251708（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−98322（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−98321（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−98320（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−297330（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−102955（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 6/04 B60L 11/14 F02D 29/02 F16H 61/02 F16H 9/00 B60K 41/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クラッチの入力軸にエンジンと発電用モ
   ーターを連結するとともに、前記クラッチの出力軸に走
   行用モーターと変速機の入力軸を連結し、前記変速機の
   出力軸から駆動輪へ動力を伝達するハイブリッド車両の
   発電制御装置であって、 前記クラッチが締結されている時に、要求発電電力が前
   記発電用モーターの短時間定格の最大出力を越える場合
   は、その超過分を前記走行用モーターにより発電し、要
   求発電電力が前記発電用モーターの短時間定格の最大出
   力以内であっても、前記発電用モーターのコイル温度が
   所定値を越えている場合は、要求発電電力が前記発電用
   モーターの連続定格の最大出力を超える分を前記走行用
   モーターで発電することを特徴とするハイブリッド車両
   の発電制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のハイブリッド車両の発
   電制御装置において、前記発電用モーターと前記走行用モーターとで発電を行
   っても要求発電電力を満たせない場合は、車速を一定に
   保ちながら前記変速機の変速比を下げることによって前
   記発電用モーターと前記走行用モーターの発電電力を増
   加する ことを特徴とするハイブリッド車両の発電制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のハイブ
   リッド車両の発電制御装置において、 前記クラッチが解放されている時に要求発電電力を満た
   せない場合は、前記エンジンの回転速度を増加する こと
   を特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。