JP4550987B2 - ハイブリッド自動車の発電装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車の発電制御に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来のハイブリッド自動車では、発電電動機による発電制御は、バッテリのSOC（残存容量）に基づいて行われている。
【０００３】
しかしながら、発電電動機が発電モードで動作する場合に上記したSOCによる発電制御を行うと、小発電時の発電効率が悪く、その分だけ燃費が低下する問題があった。なお、この小発電時の発電効率の低下は、主に発電トルクに無関係に回転数によりほぼ一義的に決定される鉄損に起因している。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ハイブリッド自動車の発電効率を向上して燃費改善することをその目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のハイブリッド自動車の発電装置は、内燃機関からなる原動機とトルク授受する発電電動機と、この発電電動機を制御する制御装置とを備えるハイブリッド自動車の発電装置において、
前記制御装置は、発電が要求されている所定期間において、要求発電量とエンジン回転数とから、前記発電電動機による前記要求発電量の発電により前記原動機が負担するエンジン出力トルクの増加量であるエンジン平均トルクアップ量を求め、
該エンジン平均トルクアップ量に相当する前記所定期間の前記発電電動機の平均発電トルクで連続発電動作させる時の前記発電電動機の効率よりも高い動作範囲である高効率動作範囲にて、所定期間の平均発電量が前記要求発電量と略一致する条件で前記平均発電量よりも大きい発電量で、前記発電電動機を発電動作させる所定長さの発電期間と、前記発電電動機の発電を停止させる所定長さの発電休止期間とを交互に設定することにより、前記発電期間と前記発電休止期間との比率を調節して、前記平均発電量と前記要求発電量との略一致を行うことを特徴としている。
【０００６】
これにより、要求発電量（本明細書では充電要求ともいう）を満足する平均発電量を確保しつつ、発電電動機の損失を低減して燃費を改善することができる。また、要求発電量の変動にもかかわらず、発電電動機の効率向上と原動機の効率運転とを両立させることができる。
【０００７】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載のハイブリッド自動車の発電装置において更に、前記制御装置は、前記発電期間と前記発電休止期間とで前記原動機トルクを変更することを特徴としている。
【０００８】
これにより、原動機の効率も向上することができるので、一層の燃費改善を実現することができる。
【０００９】
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載のハイブリッド自動車の発電装置において更に、前記発電電動機のトルク指令を徐々に変化させることを特徴としている。
【００１０】
これにより、トルクの段階的な変化を解消できるので、運転フィーリングを悪化させることなく高効率運転を実施することができる。
【００１１】
請求項４記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれか記載のハイブリッド自動車の発電装置において更に、前記原動機及び発電電動機は変速機を通じて車輪に結合され、前記制御装置は、前記バッテリの充電要求量に相当する前記要求発電量に基づいて前記変速機の変速比を変更することを特徴としている。
【００１２】
これにより、必要な発電量を確保したり、発電効率を改善したりすることができる。
【００１７】
【発明を実施する形態】
本発明のハイブリッド自動車の発電装置の好適な態様を以下の実施例に基づいて説明する。
【００１８】
【実施例】
この実施例のハイブリッド自動車の駆動装置の構成を図１を参照して以下に説明する。なお、よく知られているように、ハイブリッド自動車の駆動装置の構成には種々のものが知られており、本発明はこの実施例の構成に限定されるものではない。
（全体構成の説明）
内燃機関からなる原動機１の出力軸１１は、三相同期機からなる発電電動機２のロータ２１に機械的に結合され、ロータ２１は発電電動機２のステータ２２に対面している。ロータ２１はトランスミッション３、ディファレンシャルギヤ４を通じて車輪５に連結されている。
【００１９】
６はエンジン制御装置、７は発電電動機２のステータ２２とバッテリ８との電力授受を中継するインバータ（図示せず）を制御するインバータ制御装置、９は変速機すなわちトランスミッション３のシフトを制御する変速制御装置である。
１０は、これらエンジン制御装置６、インバータ制御装置７、バッテリ８、変速制御装置９を制御する車両制御装置（本発明でいう制御装置）である。トランスミッション３はクラッチを内蔵している。
【００２０】
上記構成において更に、トランスミッション３の入力軸又は出力軸に機械的に連結されてたとえばトルクアシストなどのトルク授受を車輪と行う第二の回転電機を追加することも当然可能である。
（制御動作の説明）
次に、図１に示されたハイブリッド自動車の駆動装置の制御動作を図２に示すフローチャートを参照して以下に説明する。この制御動作は上記車両制御装置により実施される。
【００２１】
まず、制御開始とともにリセットを行い（ST１００）、ここでは現在のSOCであるバッテリ状態Bsocを検出し（ST１０２）、それに基づいて充電要求量（要求発電量）Pchgを演算する（ST１０４）。
【００２２】
次に、エンジン回転数を読み込み（ST１０６）、この回転数に基づいて発電電動機２が発電可能な発電能力Pmg（Ne）を求め、発電能力Pmg（Ne）が充電要求量（要求発電量）Pchg以下かどうかを判定する（ST１０８）。
【００２３】
発電能力Pmg（Ne）が要求発電量Pchg以上であれば、この要求発電量の発電により原動機１が負担するエンジン出力トルクの増加量であるエンジン平均トルクアップ量ΔTeを求め（ST１１０）、ST１１６に進む。なお、この実施例では、エンジン平均トルクアップ量ΔTeは、要求発電量Pchgを回転数（角速度換算）で割った値すなわちトルク増加量の平均値とする。
【００２４】
発電能力Pmg（Ne）が要求発電量Pchg未満であれば、バッテリ８の残存容量Bsocが所定値Bcrit以上かどうかを判定し（ST１１２）、そうであれば要求発電量Pchgを現在の回転数で最大限発電可能な発電能力Pmg（Ne）に制限し（ST１１４）てST１１０に進み、そうでなければトランスミッション３の変速比を大きく（シフトダウン）して最大発電量をアップして（ST１２４）、図示しないメインルーチンにリターンする。
【００２５】
ST１１６では、ST１１０でのエンジン平均トルクアップ量ΔTeがエンジンの最大トルクTemax（Ne）より小さいかどうかを調べ（ST１１６）、そうであれば次回のエンジン出力トルクTecomを今回のエンジン出力トルクTeに上記増加量ΔTeを加算した値に設定し（ST１１８）てST１５０に進み、そうでなければ、バッテリの残存容量Bsocが所定値Bcritより大きいかどうかを調べ（ST１２０）、以上であればエンジン平均トルクアップ量ΔTeをエンジンの最大トルクの範囲内に制限し（ST１２２）、以下であればST１２４に進んで変速比を変更する。
【００２６】
ST１５０では、発電電動機２の次回のトルクTmgcomを、この発電電動機２の効率が最大である最高効率トルク値Tmghigheff（Ne）に設定し、この時の発電量の平均値が上記要求発電量一致するように、発電期間Tonを図２に示す計算式で算出する（ST１５２）。なお、図２において、Tinterは、交互に実施される発電期間と発電休止期間の一対からなるPWM周期である。この周期Tinterはこの実施例では１秒以下とされるので、乗員により発電電動機のトルク変動の感知がほとんどなくなる。
【００２７】
次のST１２６では、発電期間の最初からカウントする発電タイマが、ST１５２で設定した発電期間Tonに達したかどうかを調べ（ST１２６）、達していなければ発電電動機のトルクをST１５２で求めたトルク指令値Tmgcomに書き換えて（ST１２８）、ST１３２に進み、達していたら発電電動機のトルク指令値Tmgcomを０にリセットして、発電を休止して（ST１３０）、ST１３２に進む。
【００２８】
ST１３２では、図示しない上記タイマにより発電期間の最初からカウントした時間tがあらかじめ設定した一周期Tinterに達したかどうかを調べ、達していなければリターンし、達したら、このタイマを０にリセットして（ST１３４）、リターンする（ST１３６）。これにより、所定の繰り返し周期かつ上記デューティ比で発電電動機２の発電を指令し、発電電動機２が断続発電する。
【００２９】
なお、上記実施例では、発電電動機２によるバッテリ８の送電、充電における損失分は、ST１５２で織り込んだが、発電電動機２の動作点における発電効率に送電、充電効率を乗算して織り込んでもよい。また、トルク指令をローパスフィルタを通すことにより、トルク変化を徐々に行って、トルクの段階変化による運転フィーリングの悪化を防止してもよい。
【００３０】
以上の動作により、たとえば図３に示すように要求発電量が２０００ワットであり、エンジン回転数が１０００rpmである場合、従来は、動作点A（２０Nm）で連続していた場合に比較して、この実施例では、最高効率点B（７０Nm）での発電を断続的に行うために、平均的な発電損失を低減することができる。たとえば上記の場合、動作点Aにおける発電損失は平均して５５０ワットであるが、動作点Bにおける発電損失は平均４３０ワット（発電損失１５００ワット×デューティ比２／７）となり、１２０ワットの損失を低減することができる。
【００３１】
（変形態様）
実施例１の変形態様を図４を参照して以下に説明する。
【００３２】
この実施例は、図２のフローチャートのST１１０、ST１１６、ST１２０、ST１２２を、ST２１１０、ST２１１６、ST２１２２に変更し、更に、ST１２８とST１１３２との間にST２１１８を追加したものである。
【００３３】
すなわち、上記説明した実施例１では、エンジン出力トルクは要求発電量Pchgに基づくエンジン平均トルクアップ量ΔTeと前回のエンジントルクとの合計に一致するように制御することにより、発電トルクの平均値の増加量だけエンジントルクの増加量を加算していたが、この変形態様では、発電期間の発電機駆動トルク要求値と走行トルク要求値との合計に一致するだけ、発電期間にエンジントルクを増加させる制御を行う。すなわち、発電期間には要求発電量発電に必要なエンジン出力トルクの増加量を含んでエンジン出力トルクを発生し、発電休止期間には、発電に伴うエンジン出力トルクの増加量を０としてエンジン出力トルクを発生する。
【００３４】
更に具体的に説明すると、ST２１１０にて、エンジントルクアップ量ΔTeは、Teng（現在の回転数におけるエンジン効率最高点におけるエンジントルク）からTebase（前回のエンジントルク（発電電動機駆動トルクを含まない値であり、例えばアクセル開度、車度、変速比などで決定される））を差し引いた値とする。
すなわち、このエンジントルクアップ量ΔTeが発電電動機が追加吸収すべきトルク増加分となる。
【００３５】
次のST２１１６では、このエンジントルクアップ量ΔTeに回転数Neを掛けたエンジン出力増加量が、発電電動機の最大可能発電量Pmg（Ne）より小さいかどうかを調べ（ST２１１６）、小さければ、発電電動機の発電トルクTmgcomを上記エンジントルクアップ量ΔTeに設定する（ST２１５０）。
【００３６】
そして、ST２１１８にて、次回のエンジントルク（発電電動機駆動トルクを含む）Tecombaseを、前回のエンジントルク（発電電動機駆動トルクを含まない）Tebaseに、発電電動機の駆動トルクΔTeを加算した値に設定する。
【００３７】
これにより、発電期間に、エンジン及び発電電動機の両方を高効率運転することができるので、効率を更に一層向上することができる。また、発電期間において、発電トルクと原動機トルクとを同時期に同じだけ変化させるので、駆動軸でのトルクは一定となり、トルク変動が発生せず、運転フィーリングの悪化を防止することができる。
【００３８】
なお、エンジン出力トルクの調節は、従来同様、スロットル開度の制御の他、減筒運転を採用して行うことができる。また、この実施例では、駆動軸上に発電電動機を配置しているが、従来の内燃機関自動車におけるオルタネータの代わりに配置することも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッド自動車の発電装置の一実施例を示すブロック回路図である。
【図２】図１の発電装置の時分割運転動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の発電装置の発電電動機の損失とトルクと回転数との関係を示す特性図である。
【図４】変形態様の発電装置の時分割運転動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン（原動機）
２ 発電電動機
６ エンジン制御装置（本発明でいう制御装置）
７ インバータ制御装置（本発明でいう制御装置）
９ 変速制御装置（本発明でいう制御装置）
１０ エンジン制御装置（本発明でいう制御装置）

Claims (4)

  1. 内燃機関からなる原動機とトルク授受する発電電動機と、この発電電動機を制御する制御装置とを備えるハイブリッド自動車の発電装置において、
    前記制御装置は、発電が要求されている所定期間において、要求発電量とエンジン回転数とから、前記発電電動機による前記要求発電量の発電により前記原動機が負担するエンジン出力トルクの増加量であるエンジン平均トルクアップ量を求め、
    該エンジン平均トルクアップ量に相当する前記所定期間の前記発電電動機の平均発電トルクで連続発電動作させる時の前記発電電動機の効率よりも高い動作範囲である高効率動作範囲にて、所定期間の平均発電量が前記要求発電量と略一致する条件で前記平均発電量よりも大きい発電量で、前記発電電動機を発電動作させる所定長さの発電期間と、前記発電電動機の発電を停止させる所定長さの発電休止期間とを交互に設定することにより、前記発電期間と前記発電休止期間との比率を調節して、前記平均発電量と前記要求発電量との略一致を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の発電装置。
  2. 請求項１記載のハイブリッド自動車の発電装置において、
    前記制御装置は、前記発電期間と前記発電休止期間とで前記原動機トルクを変更することを特徴とするハイブリッド自動車の発電装置。
  3. 請求項１又は２記載のハイブリッド自動車の発電装置において、
    前記発電電動機のトルク指令を徐々に変化させることを特徴とするハイブリッド自動車の発電装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか記載のハイブリッド自動車の発電装置において、
    前記原動機及び発電電動機は変速機を通じて車輪に結合され、前記制御装置は、前記バッテリの充電要求量に相当する前記要求発電量に基づいて前記変速機の変速比を変更することを特徴とするハイブリッド自動車の発電装置。
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