JP3917337B2

JP3917337B2 - シリーズハイブリッド式電動車両

Info

Publication number: JP3917337B2
Application number: JP27374499A
Authority: JP
Inventors: 朋寛小野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: JP2001103606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータによって車輪を駆動し、エンジン駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を備えたシリーズハイブリッド式電動車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動車両の充電装置は、バッテリーの残存容量が低下したときにエンジンを始動し、このエンジンが駆動する発電機の発電電力でバッテリーを充電している。エンジンの回転数は、バッテリーの残存容量に対応させて制御している。このエンジン回転数の制御は、車速とは無関係に実施されている。また、前記発電電力の制御は、バッテリーの残存容量の不足分を補うように実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように構成した従来の電動車両においては、バッテリーの残存容量が低下している状態では、車体が例えば信号で停止しているときであってもエンジンが高速で回転する。このため、エンジンで車輪を駆動する車両に較べると、停止時や低速走行時のエンジン音および駆動に伴なう振動が著しく増大してしまう。一般にエンジン駆動式の車両に乗り慣れている者がこの種の車両を運転すると、停止時や低速走行時にエンジンが高速で回転することによって違和感を与えてしまう。
また、従来の電動車両においては、大型で容量が大きいバッテリーを搭載しなければならず、コストアップになるとともに車重が重くなってしまうという問題があった。大容量のバッテリーを搭載しなければならないのは、例えば急峻な上り坂を登り始めたときなどでモータの負荷が急速に増大したときに、負荷の変動に発電電力が追従できなくなってバッテリーの放電電流が著しく増大したとしても、バッテリーの温度が過度に上昇することがないようにするためである。すなわち、モータの負荷が急増して大電流が流れたとしても、バッテリーの容量が大きければ、バッテリー温度は上昇し難くなるからである。
さらに、バッテリーの容量が少ないと、バッテリーの残存容量が下限値に近い状態でモータの負荷が急増することによってバッテリーが過放電になり易いし、残存容量が上限値に近い状態でモータの負荷が低減されることによって過充電になり易いから、このような過放電、過充電を起こすことがないように、バッテリーの容量を大きく設定している。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、車体が停止しているときや低速で走行しているときのエンジン音や振動を低減できるとともに、バッテリー温度が過度に上昇したり、過放電、過充電を起こすことがないようにしながら、小容量で小型のバッテリーを使用できるシリーズハイブリッド式電動車両を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両は、車速を検出する車速センサと、車速が大きくなるにしたがって増大するように目標充電電力を設定したマップと、前記車速センサが検出した車速に対応する目標充電電力を前記マップから読出す目標充電電力検出手段と、充電装置を充電電力が前記目標充電電力と一致するように制御する充電制御手段とを有する第１の制御手段を備えるとともに、モータの負荷に対応する目標発電電力を求める目標発電電力検出手段と、充電装置を発電電力が前記目標発電電力と一致するように制御する発電制御手段と、バッテリーの充放電電流を予め定めた最小値に設定する充放電制御手段とを有する第２の制御手段を備え、バッテリー温度が予め定めた上限値より低いときに前記第１の制御手段によって充電装置を制御し、バッテリー温度が前記上限値を上回っているときに前記第２の制御手段によって充電装置を制御する構成としたものである。
【０００６】
本発明によれば、バッテリー温度が予め定めた上限値より低いときには、停車時や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行するときにエンジンが運転されてバッテリーが充電される。また、バッテリー温度が前記上限値を上回っているときには、バッテリーの充放電電流が予め定めた最小値になった状態で、モータの負荷に対応する発電電力がモータに給電されるから、バッテリーの温度が低下する。
【０００７】
請求項２に記載した発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両は、車速を検出する車速センサと、車速が大きくなるにしたがって増大するように目標充電電力を設定したマップと、前記車速センサが検出した車速に対応する目標充電電力を前記マップから読出す目標充電電力検出手段と、充電装置を充電電力が前記目標充電電力と一致するように制御する充電制御手段とを有する第１の制御手段を備えるとともに、モータの負荷に対応する目標発電電力を求める目標発電電力検出手段と、充電装置を発電電力が前記目標発電電力と一致するように制御する発電制御手段と、バッテリーの充放電電流を予め定めた最小値に設定する充放電制御手段とを有する第２の制御手段を備え、バッテリーの残存容量が予め定めた上限値と下限値との間であるときに前記第１の制御手段によって充電装置を制御し、バッテリーの残存容量が前記上限値または下限値に達したときに前記第２の制御手段によって充電装置を制御する構成としたものである。
【０００８】
この発明によれば、バッテリーの残存容量が予め定めた上限値と下限値との間であるときには、停車時や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行するときにエンジンが運転されてバッテリーが充電される。また、バッテリーの残存容量が前記上限値または下限値に達したときには、バッテリーの充放電電流が予め定めた最小値になった状態で、モータの負荷に対応する発電電力がモータに給電されるから、バッテリーの充放電が徐々に実施されるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両の一実施の形態を図１ないし図１０によって詳細に説明する。ここでは、モータの動力で人力を助勢する電動補助自転車に本発明を適用した場合の形態について説明する。
図１は本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両の第１の制御手段の構成を示すブロック図、図２は同じく第２の制御手段の構成を示すブロック図、図３は充電時の動作を説明するためのフローチャート、図４はモード判定時の動作を説明するためのフローチャート、図５は目標充電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャート、図６は車速と発電量の関係を示すグラフである。図７は車速からエンジン回転数を求めるためのマップになるグラフ、図８はバッテリーの残存容量から最大発電電力を求めるためのマップになるグラフである。図９は目標発電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャート、図１０はスロットル弁を制御するときの動作を説明するためのフローチャートである。
【００１０】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による電動補助自転車である。この電動補助自転車１は、ペダルを踏込む力（踏力）と、モータ２の動力の合力によって後輪３を駆動して走行するものである。モータ２の動力は、踏力に比例して増減させている。また、この電動補助自転車１は、前記モータ２に給電するバッテリー４をエンジン駆動式のモータ発電機５によって充電する充電装置６を装備し、シリーズハイブリッド式の構造を採っている。前記モータ発電機５は、モータと発電機の両方の機能を有し、エンジン７を始動するときにスターターモータとして使用し、バッテリー４を充電するときに発電機として使用する。
【００１１】
また、この電動補助自転車１は、前記充電装置６を制御するために、図１に示す第１の制御手段Ａと、図２に示す第２の制御手段Ｂとを備えており、これら両制御手段Ａ，Ｂをバッテリーの状態に対応させて切替えて使用する構成を採っている。この実施の形態では、バッテリーの残存容量（ＳＯＣ）が予め定めた上限値と下限値との間にあるときであって、バッテリー温度が予め定めた上限値より低いときに第１の制御手段Ａが選択され、前記条件に当てはまらないときに第２の制御手段Ｂが選択される。
【００１２】
第１の制御手段Ａの構成を図１によって説明する。第１の制御手段Ａにおいては、前記モータ発電機５とバッテリー４との間にインバータ・コンバータ８を介装し、このインバータ・コンバータ８に接続した電流制御アンプ９と速度制御アンプ１０とによってモータ発電機５の使用形態を切替える回路を採っている。前記速度制御アンプ１０は、モータ発電機５の回転数を検出する回転数検出器１１の出力値（速度フィードバック値）が入力され、電流制御アンプ９にはモータ発電機５を流れる電流値（電流フィードバック値）が入力されるようにしている。これらのアンプ９，１０は、後述するモード判定部１２から送出された指令値に基づいてインバータ・コンバータ８を流れる電流を制御する。前記指令値は、エンジン始動時や停止時と、定常運転時とにそれぞれ送出される。エンジン始動用の指令値が速度制御アンプ１０に入力されると、インバータ・コンバータ８からモータ発電機５に電力を供給してモータ発電機５をスターターモータとして機能させる。このとき、電流制御アンプ９はモータ発電機５に流れる電流をフィードバック制御によって制御する。エンジン停止用の指令値が入力されたときには、インバータ・コンバータ８を流れる電流を遮断し、バッテリー電力でモータ発電機５が回転するのを阻止する。
【００１３】
また、定常運転用の指令値が入力されたときには、図１において符号１３で示す車速−発電機回転数マップ参照部から送出される発電機回転数データに対応する発電電力がモータ発電機５からバッテリー４に供給されるように、インバータ・コンバータ８を制御する。前記車速−発電機回転数マップ参照部１３は、図７に示す車速−回転数指令値マップから現在の車速に対応するモータ発電機５の回転数を読出し、発電機回転数データとして速度制御アンプ１０に送出する。このマップは、車速が予め定めた速度に達するまではモータ発電機５の回転数（目標充電電力）が車速に比例して増大し、車速が前記設定車速を上回った後はモータ発電機５の回転数が一定になるように設定してある。また、車速が予め定めたエンジン始動・停止速度より低いときには、モータ発電機５を回転させない、言い換えればエンジン７を停止させるように設定している。このマップは予めメモリ１４に記憶させておく。車速は、車速センサ１５によって検出する。
【００１４】
前記エンジン７は、図示していない燃料供給弁とスロットル弁を電動式のアクチュエータ１６，１７によって駆動するようにしている。これらのアクチュエータ１６，１７とエンジンの点火装置（図示せず）は、図１中に符号１８で示す出力要求生成部が生成した出力要求値（目標充電電力）と、モータ発電機５の発電電力（バッテリー４に供給される充電電力）とが一致するように制御する。出力要求生成部１８は、図７に示す車速−発電機回転数マップから現在の車速に対応するモータ発電機５の回転数を読出し、この回転数（目標充電電力）を示す出力要求信号を発電量制御アンプ１９に送出する。発電量制御アンプ１９は、出力要求生成部１８から送出された出力要求値を指令値としてバッテリー出力フィードバック値の差がなくなるようにＰＩ制御を実施し、アクチュエータ駆動部２０に制御信号を送出する。アクチュエータ駆動部２０は、前記制御信号に従って前記両アクチュエータ１６，１７と点火装置を駆動する。前記バッテリー出力フィードバック値は、バッテリー４の端子間電圧と充放電電流とに基づいて出力計算部２１が算出し、発電量制御アンプ１９に送出する。すなわち、発電量制御アンプ１９は、充電電力が前記目標充電電力と一致するように充電装置６を制御する。前記出力要求生成部１８が本発明に係る目標充電電力検出手段を構成し、前記発電量制御アンプ１９が本発明に係る充電制御手段を構成している。
【００１５】
出力要求生成部１８が出力要求信号を生成するときには、この実施の形態では、バッテリー４が過充電になるのを阻止するために、バッテリー４の残存容量（ＳＯＣ）が７０％を保つようにしている。前記残存容量は、バッテリー残量検出部２２がバッテリー４の端子間電圧、充放電電流およびバッテリー温度に基づいて求める。残存容量が７０％に満たない場合には、図８に示すバッテリー残存容量−発電出力指令値マップに基づいて充電電力を設定する。このマップは、残存容量に対する充電可能電力量を示すもので、前記メモリ１４に予め記憶させておく。この実施の形態では、バッテリー４の残存容量に基づいて求めた充電可能電力と、上述したように車速に基づいて求めた目標充電電力のうち小さい方を真の目標充電電力として採用し、この真の目標充電電力が発生するように充電装置６を制御する。
【００１６】
前記モード判定部１２は、電動補助自転車１の運転状態を複数の運転モードに分けてモード毎に前記速度制御アンプ１０と出力要求生成部１８に各種の指令値を送出する。モード判定部１２に入力されるデータは、前記車速センサ１５が検出した車速データと、バッテリー残量検出部２２が検出したバッテリー４の残存容量と、モータ発電機５の回転数検出器１１が検出した回転数データと、スタンドセンサ２３が検出したスタンド位置データなどである。スタンドセンサ２３は、スタンド２４を使用している状態であるか否かを検出する。また、モード判定部１２には、第１の制御手段Ａと第２の制御手段Ｂとを切替えるための制御系切替え判定部２５を接続している。
【００１７】
制御系切替え判定部２５は、バッテリー４の残存容量が予め定めた上限値と下限値との間にあるか否かと、バッテリー温度が予め定めた上限値を上回っているか否かとを判定し、残存容量が上限値と下限値の間にあるときであって、バッテリー温度が上限値より低いときに第１の制御手段Ａを選択し、前記条件が満たされないときに第２の制御手段Ｂを選択する回路を採っている。残存容量の上限値と下限値およびバッテリー温度の上限値は、ハンチングを起こして第１の制御手段Ａと第２の制御手段Ｂとが繰返し交互に切替えられるのを阻止するために、ヒステリシスをもたせている。
【００１８】
次に、第２の制御手段Ｂの構成を図２によって詳細に説明する。図２において、図１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。第２の制御手段Ｂは、モータ発電機５とバッテリー４との間にインバータ・コンバータ３１を介装し、このインバータ・コンバータ３１に電流制御アンプ３２と発電量制御アンプ３３とを接続しており、後述する出力要求生成部３４から前記発電量制御アンプ３３に送出された出力要求値（目標発電電力）に基づいてモータ発電機５の使用形態を切替えるとともに、発電電力を制御するようにしている。この実施の形態では、バッテリー４にモータ３とモータ発電機５を並列に接続するとともに、インバータ・コンバータ３１をモータ２に直接接続する給電線を設け、モータ発電機５が発電した電力をモータ３に直接給電できるようにしている。
【００１９】
前記電流制御アンプ３２には、モータ発電機５を流れる電流値（電流フィードバック値）が入力され、発電量制御アンプ３３には、出力計算部３５からバッテリー出力フィードバック値が入力される。前記出力計算部３５は、バッテリー４の端子間電圧と充放電電流とを乗算することによってバッテリー４の出力（充電電力）を求める。発電量制御アンプ３３は、出力要求生成部３４から送出された出力要求値とバッテリー出力フィードバック値との差がなくなるように、言い換えれば目標発電電力と発電電力とが一致するように、ＰＩ制御を実施する。この実施の形態では、インバータ・コンバータ３１がバッテリー４の充放電電流を予め定めた最小値に設定した状態で、発電電力を制御する回路を採っている。インバータ・コンバータ３１が本発明に係る充放電制御手段を構成している。
【００２０】
前記エンジン７のアクチュエータ１６，１７とエンジン７の点火装置（図示せず）の制御は、前記出力要求生成部３４から送出された指令値と、図２において符号３６で示すモード判定部から送出された指令値に基づいてスロットル開度制御アンプ３７とアクチュエータ駆動部３８が実施する。このエンジン７の制御は、前記発電量制御アンプ３３での発電電力の制御と同時に進行するようにしている。スロットル開度制御アンプ３７は、モータ発電機５の回転数（エンジン回転数）を検出する回転数検出器１１と、モード判定部３６と、前記出力要求生成部３４と、アクチュエータ駆動部３８とを接続し、出力要求生成部３４から送出されたスロットル開度増減指令値やモード判定部３６から送出された指令値に対応するスロットル弁開度に制御されるように、スロットル弁制御用の制御信号をアクチュエータ駆動部３８に送出する。このスロットル開度制御アンプ３７と、充電電力を制御する前記発電量制御アンプ３３とが本発明に係る発電制御手段を構成している。前記アクチュエータ駆動部３８は、前記制御信号に従って前記スロットル弁用アクチュエータ１６を駆動する。また、このアクチュエータ駆動部３８は、モード判定部３６から送出された燃料供給弁用のＯＮ，ＯＦＦ制御信号と、点火装置用のＯＮ，ＯＦＦ制御信号とに従って燃料供給弁と点火装置を駆動する。
【００２１】
前記モード判定部３６は、電動補助自転車１の運転状態を複数の運転モードに分けてモード毎に前記スロットル開度制御アンプ３７とアクチュエータ駆動部３８に各種の指令値を送出する。モード判定部３６に入力されるデータは、車速を検出する車速センサ１５が検出した車速データと、バッテリー残量検出部３９が検出したバッテリー４の残存容量（ＳＯＣ）と、モータ発電機５の回転数検出器１１が検出した回転数データと、スタンドセンサ２３が検出したスタンド位置データなどである。モード判定部３６は、上述した各データに基づいてエンジン７を制御する回路を採っている。前記バッテリー残量検出部３９は、バッテリー４の端子間電圧と、充放電電流と、バッテリー温度とに基づいてバッテリー４の残存容量を求める。また、このモード判定部３６に、前記制御系切替え判定部２５を接続している。
【００２２】
前記出力要求生成部３４は、前記回転数検出器１１と、前記バッテリー残量検出部３９と、前記スロットル開度制御アンプ３７とを接続し、モータ２の負荷に対応する出力要求値を発電量制御アンプ３３に送出するとともに、スロットル開度増減指令値を前記スロットル開度制御アンプ３７に送出する。モータ２の負荷は、この実施の形態では、バッテリー残量検出部３９から送出されるバッテリー４の出力電力に基づいて設定している。すなわち、出力要求生成部３４は、後輪駆動用のモータ２の負荷に対応する目標発電電力を出力要求値として求め、この値を発電量制御アンプ３３に出力する。この出力要求生成部３４が本発明に係る目標充電電力検出手段を構成している。
【００２３】
この出力要求生成部３４が出力要求値を生成するときには、この実施の形態では、エンジン７が過負荷になって停止してしまうのを阻止するために、現在の運転状態で発電が可能な最大電力を要求しないようにしている。また、バッテリー４が過充電になるのを阻止するために、バッテリー４の残存容量が７０％を越えないようにするとともに、バッテリー温度が予め定めた上限温度を上回っているときには、温度超過分に対応させて出力要求値を低減させる。前記現在の最大発電可能電力は、図示していない回転数−発電電力マップによって求める。このマップは、発電可能な電力をエンジン回転数とスロットル弁の開度とに割り付けることによって形成し、出力要求生成部３４に接続したメモリ３４ａに予め記憶させておく。バッテリー４の残存容量が７０％に満たない場合には、図８に示すバッテリー残存容量−発電出力指令リミット値マップに基づいて出力要求値を設定する。また、温度超過分に対応する減算値は、図示していない温度補正マップによって求める。このマップは、温度超過分が増大するにしたがって減算値が増大するように設定してあり、前記メモリ３４ａに予め記憶させておく。
【００２４】
次に、上述したように構成した電動補助自転車１の動作を第１の制御手段Ａと第２の制御手段Ｂのさらに詳細な構成の説明と合わせて図３ないし図５と図９および図１０に示すフローチャートによって説明する。
この電動補助自転車１の図示していないメインスイッチ（電源スイッチ）がＯＮ操作されると、先ず、図３に示すフローチャートのステップＳ１で初期設定を実施し、ステップＳ２で５ｍｓ待機した後にステップＳ３で制御系切替え判定部２５がバッテリー４の残存容量が予め定めた上限値と下限値の間にあるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合にはステップＳ４に進み、判定結果がＮＯの場合には、第２の制御手段Ｂを選択してステップＳ５に進む。
【００２５】
ステップＳ４では、バッテリー温度が予め定めた上限値を上回っているか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合には、第２の制御手段Ｂを選択してステップＳ５に進み、判定結果がＮＯの場合には、第１の制御手段Ａを選択してステップＳ６に進む。
第１の制御手段Ａが選択されると、ステップＳ６で第１の制御手段Ａのモード判定部１２が図４のフローチャートに示すようにモード判定を実施する。ここでのモード判定は、先ず、図４のステップ１００で示すように、スタンド２４が使用状態であるか否かと、バッテリー４の残存容量が８０％を越えているか否かを判定する。これらの条件のうち何れか一方が満たされている場合には、ＹＥＳと判定されてステップ１０１に進む。
ステップ１０１では、モータ発電機５の回転速度（回転数）を０に設定し、エンジン７の燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装置をＯＦＦに設定する。そして、ステップ１０２に進んで現在のモードをエンジン停止モードに設定する。前記ステップ１００でＮＯと判定された場合には、ステップ１０３で現在のモードがエンジン停止モードであるか否かを判定し、ＹＥＳと判定された場合にはステップ１０４に進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１０５へ進む。ステップ１０４では、モータ発電機５の回転速度を０に設定し、エンジン７の燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装置をＯＦＦに設定する。そして、ステップ１０６で現在の車速がエンジン始動速度を上回っているか否かを判定する。ＹＥＳと判定された場合にはステップ１０７へ進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１０２に進む。前記ステップ１０５では、現在のモードがエンジン始動中モードであるか否かを判定する。
【００２６】
ステップ１０５でＹＥＳと判定された場合にはステップ１０７へ進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１０８に進む。ステップ１０７では、モータ発電機５の回転数をエンジン始動時の回転数に設定し、エンジン７の燃料供給弁と点火装置をＯＮ状態に設定するとともに、スロットル弁の開度を始動時の開度に設定する。その後、ステップ１０９に進み、モータ発電機５を流れる電流を検出して発電しているか否かを判定する。モータ発電機５が発電している場合にはステップ１１０に進み、モータ発電機５がスターターモータとして機能している場合には、ステップ１１１に進んで現在のモードをエンジン始動中モードに設定する。
【００２７】
前記ステップ１０８では、現在のモードがエンジン定常モードであるか否かを判定し、ＹＥＳと判定された場合にはステップ１１０に進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１１２に進む。ステップ１１０では、モータ発電機５の回転数を図６に示す車速−モータ回転数マップに基づく回転数に設定し、エンジン７の燃料供給弁と点火装置をＯＮ状態に設定するとともに、スロットル弁の開度を出力要求値に対応する開度に設定する。その後、ステップ１１３で現在の車速がエンジン停止速度を下回っているか否かを判定する。ステップ１１３でＹＥＳと判定された場合にはステップ１１４に進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１１５に進んで現在のモードを定常モードに設定する。
【００２８】
前記ステップ１１２では、現在のモードがエンジン停止中モードであるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合にはステップ１１４に進み、ＮＯの場合にはステップ１１６に進む。ステップ１１４では、モータ発電機５の回転数を０に設定し、燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに点火装置をＯＦＦに設定する。そして、ステップ１１７に進んで現在のモードをエンジン停止中モードに設定する。
前記ステップ１１６では異常処理を実施する。この異常処理は、充電装置６の全てのアクチュエータと点火装置をＯＦＦにするとともに、車体に設けたアラームランプ（図示せず）を点灯させる。このように異常処理制御を実施した後、ステップ１１８で現在のモードを異常モードに設定する。
【００２９】
図４のフローチャートのステップ１０２，１１１，１１５，１１７，１１８においてそれぞれ現在のモードを設定した後、図３のフローチャートのステップＳ７に進み、速度制御アンプ１０と電流制御アンプ９がモータ発電機５の速度（充電電力）を制御する。次に、ステップＳ８で出力要求生成部１８が出力要求値を求める。出力要求値は、図５に示すフローチャートに示すように求める。先ず、図５に示すフローチャートのステップ２００でエンジン７を停止させる指令が発生しているか否かを判定する。ＹＥＳと判定された場合には、ステップ２０１に進んでモータ発電機５の出力要求値を０に設定し、ＮＯと判定された場合には、ステップ２０２に進んでバッテリー温度が上限値と下限値の間の温度であるか否かを判定する。
【００３０】
ステップ２０２でＮＯと判定された場合にはステップ２０１に進み、ＹＥＳと判定された場合には、ステップ２０３に進んでバッテリー４の残存容量が７０％を上回っているか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳである場合にはステップ２０１に進み、ＮＯである場合にはステップ２０４に進む。ステップ２０４では、モータ発電機５の出力要求値を図７に示す車速−モータ発電機回転数マップに基づいて決まる値と、図８に示すバッテリー残存容量−発電出力指令値マップに基づいて決まる値のうち小さい方に設定する。
【００３１】
このように出力要求値を設定した後、図３に示すフローチャートのステップＳ９において、前記出力要求値を目標として発電量制御アンプ１９がエンジン７の燃料供給弁、スロットル弁の開度と、点火装置での点火時期などの制御値を求め、ステップＳ１０でアクチュエータ駆動部２０に制御信号を送出してアクチュエータ１６，１７と点火装置を制御する。そして、ステップＳ２に戻り、上述した制御を繰返す。
【００３２】
上述したように第１の制御手段Ａが充電装置６を制御することによって、エンジン回転数と発電量は図６に示すように変化する。図６は、横軸に時間をとるとともに縦軸にエンジン回転数、車速、発電量、電力消費量をとっている。同図から分かるように、車速がエンジン始動・停止速度を上回っている状態でエンジン７が運転され、エンジン回転数が車速に対応して増減する。すなわち、エンジン回転数は、低速で走行しているときには、相対的に減少し、高速で走行しているときには、相対的に増大する。このエンジン回転数の変化に対応するように、モータ発電機５での発電量が増減する。電力消費量を示す曲線が波状になっているのは、ペダルを踏込むときにモータ２の動力で助勢しており、モータ２の出力が脈動するように増減するからである。
【００３３】
したがって、第１の制御手段Ａによって充電装置６を制御するときには、車速が大きくなるにしたがって増大するように設定した目標充電電力と、モータ発電機５が発電する充電電力とが一致するようにエンジン駆動式の充電装置６を制御しているから、停車時や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行するときにエンジン７が運転されてバッテリー４が充電される。このため、停車時や低速走行時のエンジン音や振動を低減することができる。
また、車速が予め定めたエンジン始動速度を上回ったときにエンジン７を始動し、車速が予め定めたエンジン停止速度を下回ったときにエンジン７を停止させる構成を採っているから、停止時や、車速が設定車速より下回る徐行時には、エンジン７が停止してエンジン音や振動が発生することがなくなる。
【００３４】
一方、図３に示すフローチャートのステップＳ３とステップＳ４で第２の制御手段Ｂが選択されたときには、ステップＳ５で第２の制御手段Ｂのモード判定部３６が前記図４のフローチャートに示すようにモード判定を実施する。図４のフローチャートのステップ１０２，１１１，１１５，１１７，１１８においてそれぞれ現在のモードを設定した後、図３のフローチャートのステップＳ１１で出力要求生成部３４が出力要求値を設定するとともにスロットル開度増減指令値を出力し、ステップＳ１２において、前記出力要求値とモータ発電機５の出力（発電電力）とが一致するように発電量制御アンプ３３がモータ発電機５を制御する。そして、ステップＳ９でスロットル開度制御アンプ３７がスロットル開度増減指令値とモード判定部３６からの指令値に基づいてエンジン７の燃料供給弁、スロットル弁の開度と、点火装置での点火時期などの制御値を求め、ステップＳ１０でアクチュエータ駆動部３８がアクチュエータ１６，１７および点火装置を駆動する。そして、ステップＳ２に戻り、上述した制御を繰返す。
【００３５】
前記ステップＳ１１で出力要求生成部３４が出力要求値を生成するときには、先ず、図９のフローチャートのステップ３００に示すように、現在のエンジン回転数と、スロットル開度制御アンプ３７でのスロットル開度指令値とを検出する。エンジン回転数は、モータ発電機５に接続した回転数検出器１１によって検出する。そして、ステップ３０１で前記検出データを回転数−発電電力マップに当てはめて現在発電可能な電力を求める。このように現在発電可能な電力を求めた後、ステップ３０２でバッテリー４の残存容量を検出し、発電電力の上限値を図８に示したバッテリー残存容量−発電出力指令リミット値マップによって求める。次いで、ステップ３０３でバッテリー温度が予め定めた温度を上回っているか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合、すなわちバッテリー温度が設定温度より高い場合には、ステップ３０４からステップ３０５に進み、判定結果がＮＯの場合にはステップ３０６に進む。
【００３６】
ステップ３０４では、温度補正マップによってバッテリー温度の温度超過分に対応する減算値を求め、ステップ３０５では、前記ステップ３０２で求めた発電電力の上限値から前記減算値を減算した値を真の出力上限値として設定する。ステップ３０６では、前記ステップ３０２で求めた発電電力の上限値を真の出力リミット値として設定する。このように真の出力リミット値を設定した後、ステップ３０７で前記ステップ３０１で求めた現在発電可能な電力が前記ステップ３０５，３０６で設定した真の出力リミット値を上回っているかを判定する。判定結果がＹＥＳである場合には、ステップ３０８からステップ３０９に進み、ＮＯである場合には、ステップ３１０からステップ３１１に進む。ステップ３０８では、真の出力リミット値を出力リミット値として設定し、ステップ３０９では、スロットル開度増減指令値をスロットル弁の開度が減少する値（負の設定値）に設定し、この値をスロットル開度制御アンプ３７に出力する。一方、ステップ３１０では、現在発電可能な電力を出力リミット値として設定し、ステップ３１１では、スロットル開度増減指令値をスロットル弁の開度が増大する値（正の設定値）に設定し、この値をスロットル開度制御アンプ３７に出力する。
【００３７】
このようにスロットル開度増減指令値を送出した後、ステップ３１２で現在のバッテリー４の出力電力に予め定めた一定値を加算する。この加算した値を出力Ｑとして設定し、ステップ３１３に進み、前記ステップ３０８とステップ３１０で設定した出力リミット値が前記出力Ｑより大きいか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合には、ステップ３１４に進み、前記出力Ｑを出力要求値として発電量制御アンプ３３に送出する。判定結果がＮＯの場合には、ステップ３１５において出力リミット値を出力要求値として発電量制御アンプ１０に送出する。ステップ３１４，２１５で出力要求値を送出した後、図３に示すフローチャートのステップＳ１２に進む。
【００３８】
図３に示すフローチャートのステップＳ９でスロットル弁の開度を設定するときには、先ず、図５のフローチャートのステップ４００に示すように、出力要求生成部１１，３４から送出されたスロットル開度増減指令値を読込み、ステップ４０１で前記指令値がスロットル弁の開度を増大させる値であるか否かを判定する。前記指令値がスロットル弁の開度を減少させる値の場合には、ステップ４０２に進み、現在のスロットル弁の開度から予め定めた値を減算して新たにスロットル弁の開度を設定し、このスロットル弁開度に対応する制御信号をアクチュエータ駆動部１７，３８に送出する。また、前記指令値がスロットル弁の開度を増大させる値の場合には、ステップ４０３で現在のスロットル弁の開度に予め定めた値を加算して新たにスロットル弁の開度を設定し、このスロットル弁開度に対応する制御信号をアクチュエータ駆動部１７，３８に送出する。次に、ステップ４０４でモード判定部１５，３６からエンジン停止指令が送出されているか否かを判定し、エンジン停止指令が送出されている場合には、ステップ４０５でスロットル弁が全閉になるようにアクチュエータ駆動部１７，３８に制御信号を送出し、図３に示すフローチャートのステップＳ１０に進む。エンジン停止指令が送出されていない場合には、スロットル弁開度を変更することなく前記ステップＳ１０に進む。
【００３９】
したがって、第２の制御手段Ｂによって充電装置６を制御する場合には、モータ２の負荷に対応する目標発電電力と発電電力とが一致するように充電装置６を制御するから、モータ３の負荷の増大に対応して充電装置６の発電電力が増大する。すなわち、バッテリー温度が前記上限値を上回っているときや、バッテリー４の残存容量が前記上限値または下限値に達したときには、バッテリー４の充放電電流が予め定めた最小値になった状態で、モータ２の負荷に対応する発電電力がモータ２に給電されるから、バッテリー４の充放電が徐々に実施されてバッテリー４の温度が低下するようになる。
【００４０】
また、この実施の形態では、バッテリー４の出力電力に基づいてモータ２の負荷を検出しているから、バッテリー４の残存容量が減少する元になる現象、すなわち放電を検出して発電電力を増大させることができ応答性がよい。モータ２の負荷を検出するためには、バッテリー４の出力電力の代わりに、モータ２の出力を制御するモータ用コントローラ２ａ（図２参照）でのモータ出力（目標値）を用いることができる。モータ出力に基づいてモータ２の負荷を検出する構成を採ることにより、モータ用コントローラ２ａからモータ２に制御信号が送出されるとき、すなわちモータ２の負荷が増大する以前に、発電電力を増大させることができる。
【００４１】
上述した実施の形態では本発明を電動補助自転車１に適用する例を示したが、本発明は、モータを動力源とするシリーズハイブリッド式電動車両であれば、電動自動二輪車や電動自動車など、どのような車両にも適用することができる。これらの電動車両において、アクセル操作子を操作することによってモータの出力が増減する構成を採る場合には、アクセル操作子の操作量に基づいてモータの負荷を検出することにより、モータ出力に基づいてモータの負荷を検出する構成を採るときと同等の効果を奏する。
また、上述した実施の形態では、バッテリー４の残存容量が上限値と下限値の間にない場合と、残存容量が上限値と下限値の間にあるときであってバッテリー温度が上限値を上回っている場合に第２の制御手段Ｂが選択される構成を採っているが、単にバッテリー温度が上限値を上回っている場合に第２の制御手段Ｂを選択してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、バッテリー温度が予め定めた上限値より低いときには、停車時や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行するときにエンジンが運転されてバッテリーが充電されるから、停車時や低速走行時のエンジン音や振動を低減することができる。このため、この種の電動車両に不慣れな者が運転したとしても違和感を感じることはない。また、バッテリー温度が前記上限値を上回っているときには、バッテリーの充放電電流が予め定めた最小値になった状態で、モータの負荷に対応する発電電力がモータに給電されてバッテリーの温度が低下するから、バッテリーの容量が少なくてもバッテリーの温度を低く維持することができる。したがって、車体が停止しているときや低速で走行しているときのエンジン音や振動を低減できるとともに、バッテリー温度が過度に上昇することがないようにしながら、小容量で小型のバッテリーを使用できるシリーズハイブリッド式電動車両を提供することができる。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、バッテリーの残存容量が予め定めた上限値と下限値との間であるときには、停車時や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行するときにエンジンが運転されてバッテリーが充電されるから、停車時や低速走行時のエンジン音や振動を低減することができる。このため、この種の電動車両に不慣れな者が運転したとしても違和感を感じることはない。また、バッテリーの残存容量が前記上限値または下限値に達したときには、バッテリーの充放電電流が予め定めた最小値になった状態で、モータの負荷に対応する発電電力がモータに給電されてバッテリーの充放電が徐々に実施されるから、バッテリーの容量が少なくても充放電が適切に実施される。したがって、車体が停止しているときや低速で走行しているときのエンジン音や振動を低減できるとともに、バッテリーが過放電や過充電を起こすことがないようにしながら、小容量で小型のバッテリーを使用できるシリーズハイブリッド式電動車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両の第１の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るシリーズハイブリッド式電動車両の第２の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図３】充電時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】モード判定時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】目標充電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】車速と発電量の関係を示すグラフである。
【図７】車速からエンジン回転数を求めるためのマップになるグラフである。
【図８】バッテリーの残存容量から最大発電電力を求めるためのマップになるグラフである。
【図９】目標発電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】スロットル弁を制御するときの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…電動補助自転車、２…モータ、４…バッテリー、５…モータ発電機、６…充電装置、７…エンジン、１５…車速センサ、１８，３４…出力要求生成部、１０，３３…発電量制御アンプ、２５…制御系切替え判定部２５、Ａ…第１の制御手段、Ｂ…第２の制御手段。

Claims

モータによって車輪を駆動し、エンジン駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を備えたシリーズハイブリッド式電動車両において、車速を検出する車速センサと、車速が大きくなるにしたがって増大するように目標充電電力を設定したマップと、前記車速センサが検出した車速に対応する目標充電電力を前記マップから読出す目標充電電力検出手段と、前記充電装置を充電電力が前記目標充電電力と一致するように制御する充電制御手段とを有する第１の制御手段を備えるとともに、前記モータの負荷に対応する目標発電電力を求める目標発電電力検出手段と、前記充電装置を発電電力が前記目標発電電力と一致するように制御する発電制御手段と、バッテリーの充放電電流を予め定めた最小値に設定する充放電制御手段とを有する第２の制御手段を備え、バッテリー温度が予め定めた上限値より低いときに前記第１の制御手段によって充電装置を制御し、バッテリー温度が前記上限値を上回っているときに前記第２の制御手段によって充電装置を制御する構成としたことを特徴とするシリーズハイブリッド式電動車両。
モータによって車輪を駆動し、エンジン駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を備えたシリーズハイブリッド式電動車両において、車速を検出する車速センサと、車速が大きくなるにしたがって増大するように目標充電電力を設定したマップと、前記車速センサが検出した車速に対応する目標充電電力を前記マップから読出す目標充電電力検出手段と、前記充電装置を充電電力が前記目標充電電力と一致するように制御する充電制御手段とを有する第１の制御手段を備えるとともに、前記モータの負荷に対応する目標発電電力を求める目標発電電力検出手段と、前記充電装置を発電電力が前記目標発電電力と一致するように制御する発電制御手段と、バッテリーの充放電電流を予め定めた最小値に設定する充放電制御手段とを有する第２の制御手段を備え、バッテリーの残存容量が予め定めた上限値と下限値との間であるときに前記第１の制御手段によって充電装置を制御し、バッテリーの残存容量が前記上限値または下限値に達したときに前記第２の制御手段によって充電装置を制御する構成としたことを特徴とするシリーズハイブリッド式電動車両。