JPH06261419A - 電気自動車用エンジン駆動発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン駆動発電機の発電機をエンジンのス
タータとして用いる場合に、エンジン始動の際のショッ
クの発生を防止し走行フィーリングの悪化を防止する。 【構成】 エンジンを始動する際にモータの負荷変動が
小さいことを始動条件として用いる（１１８）。モータ
の負荷変動を示す情報としては、モータの回転数変動Δ
Ｎ、トルク指令値の変化分ΔＴ等を用いることができ
る。エンジン始動条件が成立した場合にのみコンタクタ
の制御を実行し（１０２）、発電機をエンジンのスター
タとして用い（１０４）、エンジンが始動した後に（１
０６，１０８）、インバータの出力をモータに供給する
（１１０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車に搭載する
エンジン駆動発電機を制御する装置、すなわち電気自動
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】電気自動車はモータを駆動源とする車両
である。モータの電力源としては、車載の電池の他、い
わゆるエンジン駆動発電機を用いることができる。エン
ジン駆動発電機は、エンジン及びこのエンジンの機械出
力により駆動される発電機から構成される装置であり、
その発電出力は、モータの駆動に使用される他、電池の
充電にも使用される。

【０００３】図３には、一従来例に係る電気自動車のシ
ステム構成が示されている。この図に示されるシステム
は、エンジン、発電機及びモータを直列に設置している
ため、シリーズハイブリッド車（ＳＨＶ）と呼ばれる。

【０００４】この図に示されるシステムは、車両の駆動
源としてモータ１０を備えている。モータ１０は例えば
三相交流誘導モータであり、その出力軸は、図示しない
トランスミッション、ディファレンシャルギア等を介し
て駆動輪に連結されている。従って、モータ１０が回転
すると、駆動輪が回転し、車両が駆動されることにな
る。

【０００５】モータ１０に前置されたインバータ１２
は、主電池１４及びエンジン駆動発電機１６の出力を三
相交流電力に変換し、モータ１０に供給する。すなわ
ち、車載の主電池１４のみでモータ１０を駆動する場合
には、インバータ１２はこの主電池１４から供給される
直流電力をモータコントローラ１８の制御のもとに三相
交流電力に変換しモータ１０に供給する。また、エンジ
ン駆動発電機１６を用いてモータ１０を駆動する場合に
は、インバータ１２は、整流器２０を介してエンジン駆
動発電機から供給される直流電力を、やはりモータコン
トローラ１８の制御のもとに三相交流電力に変換し、モ
ータ１０に供給する。ここに、モータコントローラ１８
は、車両操縦者のアクセル操作、ブレーキ操作等を示す
車両信号や、モータ１０に付設された回転数センサ２２
によって得られるモータ１０の回転数Ｎを入力し、これ
らに基づきインバータ１２を制御する。すなわち、モー
タコントローラ１８は、車両信号や回転数Ｎに基づきト
ルク指令値を演算決定し、決定したトルク指令値に基づ
きモータ１０に供給する一次電流をベクトル制御する。
その際、モータコントローラ１８は、インバータ１２を
構成する各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）
信号により制御する。このようにして、トルク指令値に
相当するトルクがモータ１０から出力されることにな
る。

【０００６】モータコントローラ１８は、例えば、通常
はモータ１０を主電池１４の出力のみにより動作させ、
主電池１４の充電状態（ＳＯＣ）が所定値以下に低下し
た場合にエンジン駆動発電機１６を始動させる。車載の
主電池１４は、例えば鉛電池等のように充放電可能な電
池として構成されており、モータコントローラ１８は、
この主電池１４に付設したＳＯＣメータ２４により当該
主電池１４のＳＯＣを検出し、検出結果に基づきエンジ
ン駆動発電機１６を適宜始動させる。

【０００７】このような条件下で始動されるエンジン駆
動発電機１６は、図に示されるように、エンジン２６及
び発電機２８を有している。エンジン２６の出力軸は、
発電機２８の入力軸に連結しており、従ってエンジン２
６が回転すると発電機２８も回転する。エンジン２６が
回転している状態で発電機２８の界磁巻線（図示せず）
に界磁電流Ｉ_f が供給されると、発電機２８は発電状態
となる。この状態では、発電機２８から発電出力として
得られる三相交流電力が整流器２０に供給される。整流
器２０は、前述のように、発電機２８の出力たる三相交
流電力を直流電力に変換し（整流）、インバータ１２及
び主電池１４に供給する。主電池１４のＳＯＣが低下し
ている状態で発電を実行させると、発電出力により主電
池１４が充電され、そのＳＯＣが回復する。従って、上
述の制御動作により、主電池１４のＳＯＣを所定範囲内
に保つことができる。

【０００８】エンジン２６は、その始動のための装置と
して、スタータ３０を備えている。すなわち、モータコ
ントローラ１８からエンジンコントローラ３２にエンジ
ン２６を始動する旨の指令が与えられると、当該エンジ
ンコントローラ３２はスタータ３０を回転させ、エンジ
ン２６を始動させる。エンジンコントローラ３２は、エ
ンジン２６が回転している状態では、そのスロットル開
度等の制御を実行する。このような制御により、エンジ
ン２６の回転数を所定の回転数に保つことができる。制
御目標たるエンジン２６の回転数を、例えばエミッショ
ン良好・燃費良好の回転数とすることにより、エンジン
２６を常に良好なエミッションかつ燃費で動作させるこ
とができる。

【０００９】また、発電機２８の界磁電流Ｉ_f を制御す
る手段としては、界磁コントローラ３４が設けられてい
る。界磁コントローラ３４は、エンジンコントローラ３
２と同様、モータコントローラ１８と種々の情報を授受
しつつ、発電機２８の界磁電流Ｉ_f を制御する。この界
磁電流Ｉ_f の制御により、エンジン駆動発電機１６か
ら、所望の発電電力を得ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成においては、エンジン２６を始動するためにス
タータ３０が必要である。このため、従来のＳＨＶにお
いては、スタータ３０を設置するための搭載スペースを
確保する必要があり、また、製造にあたってスタータ３
０を設けるためのコストが発生していた。

【００１１】このような問題点を解決するための手段と
しては、発電機２８をエンジン２６のスタータとして用
いるという手法がある。特開昭５０−６３６１２号公報
には、エンジン駆動発電機を構成するエンジンを始動す
る際に、発電機をスタータとして使用し、モータを駆動
するためのインバータの出力を発電機の駆動に用いる構
成が開示されている。図３に示される従来例の構成に、
このような技術を組合わせると、例えば図４に示される
ようなシステム構成が得られる。

【００１２】この図に示されるシステムにおいては、ス
タータ３０を用いないエンジン駆動発電機３６が使用さ
れている。エンジン駆動発電機３６においてスタータ３
０を廃止可能であるのは、発電機２８と整流器２０の間
にコンタクタＡを、インバータ１２とモータ１０の間に
コンタクタＢを、そしてインバータ１２と発電機２８の
間にコンタクタＣを、それぞれ設け、モータコントロー
ラ３８が、前述の各部制御の他にこれらコンタクタＡ〜
Ｃの制御を行うようにしたためである。なお、図４に示
される参考例においては、図３に示される従来例と同様
の部材には同様の符号を用いている。

【００１３】図５には、この参考例におけるエンジン２
６の始動フローが示されている。

【００１４】この図に示されるように、モータコントロ
ーラ３８は、まず、主電池１４のＳＯＣがＳＯＣ＜ａの
条件を満たすか否かを判定する。ここに、ａは、例えば
３０％程度の値に設定する。すなわち、ステップ１００
に係る判定は、主電池１４の放電が進んでおり充電を必
要とする状態となっているか否かの判定である。この判
定の結果、ＳＯＣ≧ａ、すなわち主電池１４の充電の必
要がないとされた場合には、モータコントローラ３８の
動作はメインルーチンに戻る。逆に、ＳＯＣ＜ａと判定
された場合、すなわち主電池１４の充電の必要があると
された場合には、モータコントローラ３８の動作はステ
ップ１０２以降の動作に移行する。

【００１５】ステップ１０２においては、モータコント
ローラ３８は、コンタクタＢをオフ、コンタクタＣをオ
ンさせる。初期的にコンタクタＡ及びＣがオフしてお
り、コンタクタＢがオンしているとすると、このステッ
プ１０２を実行することにより、コンタクタＡ及びＢが
オフし、コンタクタＣがオンした状態となる。従って、
この状態では、主電池１４への充電電力の供給や、モー
タ１０への駆動電力の供給は実行されず、インバータ１
２の出力は発電機２８の出力側に供給される状態とな
る。このときインバータ１２によって交流電力に変換さ
れるのは、主電池１４から供給される直流電力である。

【００１６】このような状態では、発電機２８は、発電
機としてではなくモータとして動作する。このとき、発
電機２８の入力軸はエンジン２６の出力軸と連結されて
いるため、コンタクタＣを介しインバータ１２から電力
供給を受けモータとして動作することにより、エンジン
２６の始動動作が開始する（１０４）。すなわち、発電
機２８がエンジン２６のスタータとして機能する。モー
タコントローラ３８は、かかる機能を実現するため、イ
ンバータ１２の制御を実行する。

【００１７】発電機２８が数回転した後、モータコント
ローラ３８は、コンタクタＡをオン、コンタクタＣをオ
フさせ（１０６）、さらにエンジン２６に点火させる
（１０８）。すなわち、ステップ１０６を実行すること
により、コンタクタＡがオン、コンタクタＢ及びＣがオ
フした状態となる。さらに、ステップ１０８の実行によ
り、発電機２８は発電機としての機能を開始し、その発
電出力は、オンしているコンタクタＡを介して整流器２
０に供給される。この時点で、主電池１４の充電が開始
される。

【００１８】モータコントローラ３８は、その後、イン
バータ１２とモータ１０の間に設けられたコンタクタＢ
をオンさせる（１１０）。すると、インバータ１２の出
力がモータ１０に駆動電力として供給される。従って、
この状態では、エンジン駆動発電機３６の出力により主
電池１４が充電されるとともにモータ１０が駆動され
る。

【００１９】なお、上述のエンジン２６の点火動作（１
０８）や、エンジン始動フロー実施後のエンジン駆動発
電機３６の発電出力の制御等は、モータコントローラ３
８とエンジンコントローラ３２又は界磁コントローラ３
４との通信に基づきつつ、これらエンジンコントローラ
３２又は界磁コントローラ３４により実行される。

【００２０】図６には、この参考例におけるエンジン停
止フローが示されている。前述した図５に係るエンジン
始動を実行した後の状態では、コンタクタＡ及びＢがオ
ンしており、コンタクタＣがオフしている。このエンジ
ン停止フローは、かかる状況下で実行される。

【００２１】このフローにおいては、モータコントロー
ラ３８は、まず、主電池１４のＳＯＣがＳＯＣ＞ｂの条
件を満たすか否かを判定する（１１２）。ここに、ｂは
例えば８０％程度の値に設定しておく。従って、ステッ
プ１１２に係る判定は、主電池１４の充電が進み十分高
いＳＯＣに至ったか否かの判定に相当する。この判定の
結果、ＳＯＣ≦ｂとされた場合には、主電池１４のＳＯ
Ｃはａ≦ＳＯＣ≦ｂの範囲に属しているため、モータコ
ントローラ３８の動作はメインルーチンに戻る。逆に、
ＳＯＣ＞ｂとされた場合には、モータコントローラ３８
は、続くステップ１１４及び１１６を実行する。

【００２２】すなわち、モータコントローラ３８は、コ
ンタクタＡをオフさせ（１１４）、コンタクタＢのみが
オンした状態とする。この状態では、エンジン駆動発電
機３６の出力は整流器２０に供給されず、主電池１４の
みによってモータ１０の駆動が実行される。モータコン
トローラ３８は、続いて、エンジン２６を停止させる
（１１６）。これにより、エンジン駆動発電機３６が停
止した状態となる。

【００２３】このように、前述した従来例に特開昭５０
−６３６１２号公報に係る技術を適用することにより、
エンジン２６を始動するために使用するスタータ３０を
廃止することができる。また、これに伴い、エンジン２
６のフライホイールとスタータ３０のギアのかみ合いが
なくなるため、ギア騒音の発生や、ギア破損による信頼
性上の問題もなくなり、かつ、発電機２８の出力がスタ
ータ３０より大であるため冷間時始動が容易となる。し
かし、図４に示される構成においては、発電機２８をス
タータとして機能させるためにコンタクタＡ〜Ｃが使用
されている。エンジン２６を始動する際には、特に、こ
れらのコンタクタのうちコンタクタＢをオフさせコンタ
クタＣをオンさせる必要がある。コンタクタＢをオフさ
せると、インバータ１２からモータ１０への駆動電力の
供給が断たれるため、例えば車両の加速中においてこの
ような切替が実行されると、ショックの発生に伴い走行
フィーリングが悪化してしまう。

【００２４】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、エンジンを始動す
るためにモータへの駆動電力供給を一旦停止するシステ
ム構成において、この電力遮断に伴うショックを軽減し
走行フィーリングの悪化を防ぐことを目的とする。

【００２５】

【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、本発明の制御装置は、モータの負荷変動が小
さいことを検出する手段と、モータの負荷変動が小さい
ことが検出された場合に発電機をスタータとして用いる
エンジン始動を許可し、それ以外の場合には禁止する手
段と、を備えることを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明においては、エンジンを始動させるのに
先立ちモータの負荷変動が例えば車速等の情報に基づき
検出される。モータの負荷変動が小さいことが検出され
た場合には、発電機をスタータとして用いるエンジン始
動が許可され、それ以外の場合には禁止される。従っ
て、比較的大きなショックが発生する可能性がある状
況、すなわちモータの負荷変動が大きい状況下では、発
電機をスタータとして用いるエンジン始動が禁止される
こととなるため、ショックの発生に伴う走行フィーリン
グの悪化等が防止される。

【００２７】

【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、図３乃至図６に示される従来例
又は参考例と同様の構成には同一の符号を付し説明を省
略する。

【００２８】図１には、本発明の一実施例に係るＳＨ
Ｖ、特にそのエンジン始動フローが示されている。この
実施例は、装置構成としては図４に示される装置構成で
実施でき、エンジン始動フローも本実施例の特徴に係る
部分を除き図４に示されるフローと同様であり、そして
エンジン停止フローも図６に示されるフローと同様であ
る。そこで、以下、図４に示される装置構成を全体とし
て、本実施例におけるエンジン始動フローについて説明
する。

【００２９】本実施例においては、図１に示されるよう
に、ＳＯＣに係る判定（１００）実行後、さらにモータ
１０の回転数変動ΔＮに係る判定（１１８）が実行され
る。すなわち、ステップ１００においてＳＯＣ＜ａと判
定された後、｜ΔＮ｜≦δであるか否かの判定が実行さ
れる。この判定が成立しない場合にはモータコントロー
ラ３８の動作はメインルーチンに戻り、成立した場合に
はステップ１０２以降の動作に移行する。

【００３０】従って、この実施例においては、エンジン
２６を始動する条件として、ＳＯＣに係るステップ１０
０の条件の他、モータ１０の回転数変動ΔＮに係るステ
ップ１１８の条件が使用される。モータの回転数変動Δ
Ｎは、モータ１０が駆動輪に連結されている状態では、
図４に示されるＳＨＶの車速の変動を表している。言い
換えれば、ステップ１１８の判定を実行することによ
り、モータ１０の負荷変動の大小を判定することができ
る。

【００３１】このように、本実施例によれば、回転数変
動ΔＮに基づきモータ１０の負荷変動に係る判定を実行
し、負荷変動が小さいと判定された場合にエンジン２６
を始動させるようにしたため、ショックが小さい状況下
でコンタクタＢがオフされ、走行フィーリングの悪化が
防止される。ここに、ステップ１１８において用いる判
定しきい値δは、モータ１０の負荷変動が十分小さいと
みなされる値に設定する必要がある。なお、モータ１０
の回転数変動ΔＮの他、車速、モータ１０の一次電流
値、トルク指令値変動等、モータ１０の負荷変動を示す
他の数値をステップ１１８においてエンジン２６の始動
条件として用いることができる。

【００３２】図２には、モータ１０の負荷変動が十分小
さいか否かの判定を、トルク指令値の変化ΔＴに基づき
実行した例が示されている。すなわち、この図に示され
る実施例においては、ステップ１００においてＳＯＣ＜
ａと判定された後、例えば数十秒間におけるトルク指令
値の変化ΔＴが算出され（１２０）、トルク指令値変化
ΔＴの絶対値｜ΔＴ｜がδと比較される。（１２２）。
この比較の結果、｜ΔＴ｜≦δとされた場合のみ、ステ
ップ１２４を経て、ステップ１０２の動作に移行する。
ステップ１２４においては、車両停止状態を排除すべ
く、トルク指令値Ｔの絶対値｜Ｔ｜が｜Ｔ｜≦Ｔ₀ を満
たすか否かが判定される。

【００３３】なお、モータ１０の回転数の変動ΔＮとト
ルク指令値変化ΔＴの両者に係る判定を、併せ実行する
ようにしても構わない。

【００３４】なお、ステップ１００においてＳＯＣに係
る判定を実行しているが、これは他の条件と置き替えて
も良い。また、発電機２８をスタータとして用いる際に
主電池１４の電力が用いられるが、エンジン２６の始動
に要する時間は短時間であるため、この動作による主電
池１４の放電は特に問題とならない。さらに、発電機２
８をスタータとして機能させる時間をできるだけ短くす
るため、エンジン２６の始動に失敗した場合には所定時
間の経過後に再び発電機２８をスタータとして用いた始
動を実行するようにするのが好ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電機をスタータとして用いるエンジン始動を、モータ
の負荷変動が小さいことを条件として実行するようにし
たため、モータへの電力供給が断たれることによるショ
ックの発生、ひいては走行フィーリングの負荷が防止さ
れることとなり、前より良好な走行フィーリングが実現
される。また、スタータの廃止により、搭載スペースが
節約されるとともに低コスト化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＳＨＶにおけるエンジ
ン始動フローを示すフローチャートである。

【図２】本発明の他の実施例に係るＳＨＶにおけるエン
ジン始動フローを示すフローチャートである。

【図３】一従来例に係るＳＨＶのシステム構成を示すブ
ロック図である。

【図４】参考例及び本発明の一実施例に係るＳＨＶのシ
ステム構成を示すブロック図である。

【図５】参考例におけるエンジン始動フローを示すフロ
ーチャートである。

【図６】参考例及び実施例におけるエンジン停止フロー
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ モータ １２ インバータ １４ 主電池 ２６ エンジン ２８ 発電機 ３２ エンジンコントローラ ３４ 界磁コントローラ ３６ エンジン駆動発電機 ３８ モータコントローラ Ａ，Ｂ，Ｃ コンタクタ Ｎ モータの回転数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン及びこのエンジンの機械出力に
   より駆動される発電機を備えたエンジン駆動発電機と、
   充放電可能な電池と、発電機の発電出力及び電池の電力
   を交流電力に変換するインバータと、インバータによっ
   て得られる交流電力により駆動されるモータと、を有す
   る電気自動車に搭載され、エンジン駆動発電機を始動す
   る際、インバータによって得られる交流電力により発電
   機をエンジンのスタータとして動作させる制御装置にお
   いて、 モータの負荷変動が小さいことを検出する手段と、 モータの負荷変動が小さいことが検出された場合に発電
   機をスタータとして用いるエンジン始動を許可し、それ
   以外の場合には禁止する手段と、 を備えることを特徴とする制御装置。