JPH06261411A - 内燃機関の制動および補助動力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄電池の充電量を正確に検出して減速モード
および加速モードをできるだけ有効に実行し燃料の消費
を少なくするとともに、蓄電池が過充電状態または過放
電状態になることを防止する。 【構成】 制御回路の制御にしたがって、インバータ回
路が回転軸に連結されたかご形誘導機の多相交流回路と
多数のセルが直列接続された蓄電池の直流回路との双方
向に電気エネルギを変換して制動力および補助動力を与
える内燃機関の制動および補助動力装置において、蓄電
池の端子にスイッチ回路を介して接続された負荷抵抗器
と、この負荷抵抗器に流れる電流を検出して制御回路に
与える電流センサとを備え、制御回路に電池充電量測定
モードを設けて、このモードのときにインバータ回路の
制御を一時的に停止し、スイッチ回路を導通させて大電
流を流し、電流センサの検出値および蓄電池の端子電圧
を記録し、記録された検出値および端子電圧から電池充
電量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関を制動すると
きに発生する機械的エネルギを電気的エネルギに変換し
て蓄積し、内燃機関を加速するときに蓄積された電気的
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
７（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ／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製造販売
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】本発明は、電池の現時点の充電量を正確に
測定するための装置を付加した補助加速および補助制動
装置に関する。

【０００４】

【従来の技術】本願出願人は、国際公表公報ＷＯ８８／
０６１７（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ／００１５７）に
自動車の電気制動および補助加速装置を開示した。この
装置は図５に示すように、内燃機関１にその回転子部が
直結されたかご形誘導機２と、多数のセルが直列に接続
された蓄電池３と、この蓄電池３の直流電圧をかご形誘
導機２の軸回転速度より低い回転速度の回転磁界を誘起
するのに適合した周波数の交流電圧に変換して、これを
かご形誘導機２に与え、またかご形誘導機２からの交流
電力を直流電力に変換するインバータ回路４と、このイ
ンバータ回路４の交流側電圧の周波数を設定する制御信
号を生成する制御回路５とを備える。この制御回路５に
は自動車の運転に応じて運転者により制御指令を発生す
る手段を含む。

【０００５】また、内燃機関には回転センサ６が取付け
られていて、この回転センサ６からの信号は制御回路５
に与えられ、さらに蓄電池３の充電状態に関する情報が
入力する。

【０００６】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、これを消散させるように構成されている。

【０００７】さらに、蓄電池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１３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が備えられる。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。

【０００８】この装置は自動車に搭載して、自動車の制
動時には制動により発生するエネルギを電気エネルギと
して回収して蓄電し、自動車の加速時にはその蓄電され
た電気エネルギを機械エネルギに変換して、車軸駆動用
の内燃機関に補助動力を与えるものである。

【０００９】すなわち、制御回路５は、かご形誘導機２
を内燃機関１の補助動力装置とする加速モードでは、か
ご形誘導機２に内燃機関１の回転速度を越える速度の回
転磁界を与え、かご形誘導機２を内燃機関１の制動装置
とする減速モードでは、かご形誘導機２に内燃機関１の
回転速度を下回る速度の回転磁界を与えるようにそのイ
ンバータ回路４を制御する手段を含む。またインバータ
回路４は、加速モードでは蓄電池３に蓄積された電気エ
ネルギの直流出力をかご形誘導機２に多相交流出力とし
て与え、減速モードではかご形誘導機２の多相交流出力
エネルギを直流出力として蓄電池３に与える回路手段を
含む。

【００１０】このような装置の蓄電池３は、インバータ
回路４の直流側の定格電圧に対応するセルが多数直列に
接続された構造に構成されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のような制御を行
うことにより、減速モードでは蓄電池に電気エネルギが
蓄積され、加速モードでは蓄電池から電気エネルギが放
出される。できる限り内燃機関による加速や摩擦制動に
よる減速を避けて、減速モードおよび加速モードを使用
することが経済的な運転になる。しかし、自動車の走行
状態にしたがって、例えば長い下り坂を走行する場合に
は、減速モードが連続的に実行される。そうすると蓄電
池が過充電になるおそれがある。逆に、長い上り坂を走
行する場合には加速モードが連続的に実行されて、蓄電
池が過放電になるおそれがある。このために、蓄電池が
蓄えている電気エネルギの量にしたがって、減速モード
あるいは加速モードが過剰に連続することがないように
適切に制御することが必要である。

【００１２】それには、蓄電池の現時点の充電量を正し
く検出しなければならない。つまり、現時点でその蓄電
池に充電可能な最大容量（アンペア・アワー）の何％の
充電量であるのかを正確に知ることが必要である。充電
量が小さいときには減速モードはどんどん利用できる
が、加速モードは制限しなければならない。充電量が大
きいときには加速モードを利用することが有効である
が、減速モードは制限しなければならない。従来からこ
のために、蓄電池の端子電圧を測定することが上記国際
公表公報に開示されているが、蓄電池の端子電圧は充電
量以外の要素でも変化することから、単に蓄電池の端子
電圧を測定してその特性マップと対応させても、その充
電量を正確に求めることはできない。

【００１３】本発明はこれを改良するもので、蓄電池の
充電量を正確に検出して、減速モードおよび加速モード
をできるだけ有効に実行して、燃料エネルギの消費を小
さくするように、しかも蓄電池が過充電状態になったり
過放電状態になったりすることのないように制御を行う
ことができる装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の回
転軸に連結されたかご形誘導機と、多数のセルが直列接
続された蓄電池と、前記かご形誘導機の多相交流回路と
前記蓄電池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た内燃機関の制動および補助
動力装置において、所定値の負荷抵抗器と、前記蓄電池
の端子にこの負荷抵抗器を接続するスイッチ回路と、こ
の負荷抵抗器に流れる電流を検出し前記制御回路に与え
る電流センサとを設け、前記制御回路に、電池充電量測
定モードを設け、前記制御回路は、前記電池充電量測定
モードでは、前記インバータ回路の制御を停止し、前記
スイッチ回路を導通させ、前記電流センサの検出値およ
び前記蓄電池の端子電圧を記録し、記録されたこの検出
値および端子電圧から電池充電量を演算する制御手段を
備えたことを特徴とする。

【００１５】温度センサを備え、前記制御回路は、前記
電池充電量測定モードをタイマにより短時間だけ設定す
る手段と、前記電池充電量測定モードを内燃機関の始動
時に始動動作に先立って自動的に起動する手段と、前記
温度センサの出力にしたがって前記電池充電量の演算結
果を補正する手段とを含むことが望ましい。

【００１６】

【作用】蓄電池は、その端子に比較的小さい抵抗値の負
荷を接続して大きい電流を一時的に流す場合に、その端
子電圧の変化特性がその蓄電池の充電量にしたがって異
なる。本発明は、この性質に着目して蓄電池の充電量を
正確に測定するものである。

【００１７】制御回路の記憶回路には、あらかじめその
装置に搭載している蓄電池の放電特性から、その蓄電池
の現時点の充電量を演算するための特性マップが記録さ
れている。電池充電量測定モードでは、蓄電池から一時
的に大電流を放電させて、その時の電流値およびその変
化特性を観測記録し、上記特性マップと対応させてその
充電量の値を演算する。最も簡単には所定の抵抗値の負
荷抵抗器を接続してから所定時間（例えば５秒に固定し
た時間）経過後の電流値からただちに充電量を算出する
ものである。さらに正確には、その蓄電池の放電特性の
パターンを充電量をパラメタとして多数測定しておき、
放電特性のパターンからその充電量は判定するものであ
る。

【００１８】その蓄電池の充電量が正確に検出できる
と、その検出値を利用して可能な限り減速モードあるい
は加速モードを利用して、燃料エネルギの消費量を抑え
るように制御を行うことができる。

【００１９】電池充電量測定モードは、できるかぎり短
時間だけ設定されることがよい。このモードの実行中は
大きいエネルギを失うことになるからである。原則的に
この電池充電量測定モードは車両が停止状態にあるとき
に設定される。特に、車両の運転を開始しようとすると
きに、すなわち、内燃機関を始動させるときに実行する
ことが適切なタイミングである。電池充電量測定モード
がきわめて短時間である場合には、内燃機関の始動後
に、あるいは車両の走行時にこれを設定実行することも
可能である。

【００２０】

【実施例】次に、本発明実施例装置を図面に基づいて説
明する。図１は本発明実施例装置に係わる全体構成を示
すブロック図である。

【００２１】本発明実施例装置は、内燃機関１の回転軸
に連結されたかご形誘導機２と、多数のセルが直列接続
された蓄電池３と、かご形誘導機２の多相交流回路と蓄
電池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、内燃機関１の回転速度を検出し
その検出出力を制御回路５に送出する回転センサ６と、
インバータ回路４の出力側に接続されたコンデンサ７お
よび半導体スイッチ回路１２と、この半導体スイッチ回
路１２に接続された抵抗器１１と、インバータ回路４の
出力電圧を検出する検出回路１３と、半導体スイッチ回
路１２を制御するスイッチ制御回路１４と、抵抗器１１
の電流変化を検出する電流検出器１５とを備える。さら
に、本発明の特徴として、所定値の負荷抵抗器２１と、
蓄電池３の端子にこの負荷抵抗器２１を接続するスイッ
チ回路２２と、この負荷抵抗器２１に流れる電流を検出
し制御回路５に与える電流センサ２３とを設け、かご形
誘導機２および蓄電池３に温度センサ２４および２５を
それぞれ備え、制御回路５に、電池充電量測定モードを
設けるとともに、電池充電量測定モードでは、インバー
タ回路４の制御を停止し、スイッチ回路２２を導通さ
せ、電流センサ２３の検出値および蓄電池３の端子電圧
を記録し、記録されたこの検出値および端子電圧から電
池充電量を演算する制御手段と、電池充電量測定モード
をタイマにより短時間だけ設定する手段と、電池充電量
測定モードを内燃機関１の始動時に始動動作に先立って
自動的に起動する手段と、温度センサ２４および２５の
出力にしたがって電池充電量の演算結果を補正する手段
とを含む。

【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は本発明実施例の動作の
流れを示すフローチャートである。

【００２３】キースイッチ２６が閉成されると、制御回
路５が起動され立上げ手順が実行される。この直後に自
動的に電池充電量測定モードが設定される。制御回路５
は、タイマを所定の時間（例えば５秒）に設定し、イン
バータ回路４に対する制御をすべてオフ状態にするとと
もに、スイッチ回路２２に導通制御電圧を付与して閉状
態にする。このとき蓄電池３から流れる電流を電流セン
サ２３が検出してその値を制御回路５に送出する。制御
回路５はこの電流センサ２３の検出電流値を経時的にサ
ンプリングして保持する。

【００２４】制御回路５は、このときの端子Ｄと端子Ｅ
との間の電圧を併せて取込み、電流センサ２３からの検
出値とともに記録し、タイマがタイムアウトするまで繰
り返す。タイマがタイムアウトしたときに、スイッチ回
路２２への導通制御電圧の付与を停止しスイッチ回路２
２を開放状態にする。

【００２５】次いで、記録した端子Ｄ、Ｅ間の電圧と電
流センサ２３からの検出値をあらかじめ記憶している特
性マップ上のパターンと比較し充電量を演算する。この
とき温度センサ２５（または２４）の出力にしたがって
演算値を補正する。その演算結果を蓄電池の現在の電池
充電量としてメモリに設定する。以降、運転モードに切
換えられると、その値にしたがって減速モードあるいは
加速モードで燃料エネルギの消費量を抑えるように制御
を行う。

【００２６】図３は本発明実施例における蓄電池の特性
マップの一例を示す図、図４は蓄電池の放電特性の一例
を示す図である。図３に示すような放電特性をもつ蓄電
池３の場合に、図４に示すようにタイマ設定から５秒後
の電圧が例えば２９２．５Ｖであり、そのとき検出され
た放電電流が１００Ａであったとすると、特性マップの
パターンから２５％の放電状態にあることがわかる。

【００２７】このように、電池充電量測定モードでは、
蓄電池３から一時的に（例えば５秒間）大電流を負荷抵
抗器２１に放電させ、そのときの電流値およびその変化
特性を観測記録し、特性マップと対応させて充電量の値
を演算することにより、その時点における充電量を正確
に知ることができる。蓄電池３の放電特性のパターンを
充電量パラメータとして多数測定し特性マップ上に記録
しておけば、さらに正確に充電量を演算することができ
る。

【００２８】電池充電量測定モードでは、大きいエネル
ギを失うのでできるだけ短時間にモードを終了すること
が望ましい。このモードは車両が停車状態にあるときに
設定され、特に、内燃機関を始動させるときに実行する
のが最も適切なタイミングである。必要な場合には、内
燃機関の運転中にも短く電池充電量測定モードを設定す
ることができる。

【００２９】また、蓄電池３の放電特性は温度により異
なり変化するので、かご形誘導機２に既に備えられた温
度センサ２４または、蓄電池３に設けた温度センサ２５
からその時点の温度検出出力を取込み、その値を用いて
演算結果を補正することによって、そのときの温度に対
応した充電量を演算することが可能になる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蓄
電池の充電量を正確に検出して減速モードおよび加速モ
ードをできるだけ有効に実行することができる。これに
より、燃料の消費を少なくすることができるとともに、
蓄電池が過充電状態または過放電状態になることを防止
することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体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蓄電池の特性マップの一
例を示す図。

【図４】蓄電池の放電特性の一例を示す図。

【図５】従来例の全体構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ かご形誘導機 ３ 蓄電池 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 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 ２１ 負荷抵抗器 ２２ スイッチ回路 ２３ 電流センサ ２４、２５ 温度センサ ２６ キースイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 孝幸 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内

Claims (4)

【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誘
   導機と、多数のセルが直列接続された蓄電池と、前記か
   ご形誘導機の多相交流回路と前記蓄電池の直流回路とを
   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
   た内燃機関の制動および補助動力装置において、 所定値の負荷抵抗器と、前記蓄電池の端子にこの負荷抵
   抗器を接続するスイッチ回路と、この負荷抵抗器に流れ
   る電流を検出し前記制御回路に与える電流センサとを設
   け、 前記制御回路に、電池充電量測定モードを設け、 前記制御回路は、前記電池充電量測定モードでは、前記
   インバータ回路の制御を停止し、前記スイッチ回路を導
   通させ、前記電流センサの検出値および前記蓄電池の端
   子電圧を記録し、記録されたこの検出値および端子電圧
   から電池充電量を演算する制御手段を備えたことを特徴
   とする内燃機関の制動および補助動力装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、前記電池充電量測定モ
   ードをタイマにより短時間だけ設定する手段を含む請求
   項１記載の内燃機関の制動および補助動力装置。
3. 【請求項３】 前記制御回路は、前記電池充電量測定モ
   ードを内燃機関の始動時に始動動作に先立って自動的に
   起動する手段を含む請求項１または２記載の内燃機関の
   制動および補助動力装置。
4. 【請求項４】 温度センサを備え、前記制御回路にはこ
   の温度センサの出力にしたがって前記電池充電量の演算
   結果を補正する手段を含む請求項１記載の内燃機関の制
   動および補助動力装置。