JPH07236203A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

電気自動車の制御装置

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JPH07236203A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に、シリーズ形ハイブリッド電気自動車の
制御装置において、エンジンのエネルギー効率、振動騒
音の抑制、安全性、バッテリの充電効率、および寿命を
向上させる。 【構成】 発電機駆動手段により駆動され電力を発生す
る発電機と、この発電機から発生する電力により充電さ
れる蓄電手段と、前記発電機あるいは前記蓄電手段、も
しくはその両方から供給される電力を変換する電力変換
手段と、この電力変換手段の出力を受け電気自動車を走
行させる電動機と、前記電気自動車の走行情報を検出す
る走行情報検出手段と、前記走行情報に基づき前記電力
変換手段を制御する走行制御手段と、前記蓄電手段の蓄
電量を検出する蓄電量検出手段と、前記走行情報と前記
蓄電量検出手段の出力とに基づき前記発電機駆動手段と
前記発電機とを制御する発電量制御手段とを備え、前記
発電量制御手段は、前記電動機が回生状態にあるとき
は、前記発電機から発生する発電量と前記電動機からの
回生電力量との和が所定値になるよう前記発電量を制御
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車の制御装
置に関し、特にシリーズ形ハイブリッド電気自動車の発
電機を駆動するエンジンのエネルギー効率を向上させる
とともに、振動や騒音を低減することができる電気自動
車の制御装置を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば図7に示すようなシリ
ーズ形ハイブリッド電気自動車が提案されている。この
シリーズ形ハイブリッド電気自動車というものは、エン
ジン1と、このエンジン1に駆動されて電力を発生する
発電機2と、この発電機2から発生する電力により充電
されるバッテリ3と、発電機2あるいはバッテリ3、も
しくはその両方から供給される電力を変換するコントロ
ールユニット4と、このコントロールユニット4の出力
を受け電気自動車を走行させるモータ5とを備えたもの
であって、エンジンは発電機2の駆動専用に、モータ5
は電気自動車の走行専用に設けられたものである。図1
は、図7のシリーズ形ハイブリッド電気自動車をブロッ
ク図で示したものである。図において、1は発電機駆動
手段であるエンジン、2はエンジン1によって駆動され
電力を発生する発電機、3は発電機2から発生する電力
により充電される蓄電手段であるバッテリ、5は電気自
動車を走行させるモータ、6は発電機2あるいはバッテ
リ3もしくはその両方から供給される電力を変換する電
力変換手段であるインバータであって前記モータ5に電
力を供給する。7は走行情報を検出する図示しない走行
情報検出手段であるセンサ類からの走行情報を受け、運
転者の所望する通りに電気自動車を走行させるべくイン
バータ6を制御する走行制御手段である走行制御器、8
はバッテリ3の蓄電量を検出する蓄電量検出手段である
残存容量検出器、9は走行制御器7と残存容量検出器8
との出力を受け、エンジン1と発電器2とからなる発電
ユニットの発電を制御する発電量制御手段である発電ユ
ニット制御器である。
【0003】上記のように構成された電気自動車の制御
装置は、図示しないセンサ類によりアクセル踏込量、モ
ータ5の駆動状態(力行、停止あるいは回生)などの走
行情報を検出し、この走行情報に基づき運転者の所望す
る通りに電気自動車を走行させるべく走行制御器7でイ
ンバータ6を駆動する。なお、上述したモ−タ5の制御
技術は既に公知のものであるため詳細な動作説明は省略
する。
【0004】次に、発電ユニットの制御について、図5
を用いて説明する。ステップ41では、残存容量検出器
8によりバッテリ3の残存容量が検出される。この残存
容量は、例えばバッテリ3の満充電を零点とし、バッテ
リ3の入出力電流を検出する電流センサの出力を所定時
間毎にサンプリングし、これを積算することにより検出
できる。ステップ42では、ステップ41で検出した残
存容量が、満充電に対し50%未満になっているか否かを
判定する。ここで50%以上であれは充電の必要なしとし
てステップ41に戻る。50%未満であれば充電の必要有
りとしてステップ43に進む。ステップ43ではエンジ
ン1を始動させ、所定時間暖機運転を行う。この時点で
は発電機2の界磁電流は発電ユニット制御器9により遮
断されている。従って、発電機2は単に空転しているに
過ぎず、電力を発生しない。ステップ44では走行制御
器7からモータ5の駆動状態(力行、停止あるいは回
生)を読み出し、ステップ45でモータ5が回生状態で
あるか否かを判定する。もし回生状態であれば、電気自
動車の制動力を確保するために発電機2の発電を禁止す
べく、ステップ46に進む。ステップ46では、エンジ
ン1をアイドル回転数に保持し、発電機2の界磁電流を
遮断したままとし、ステップ44へ戻る。
【0005】ここで、回生状態では発電を禁止しなけれ
ばならないという理由を簡単に述べる。モータ5が回生
状態にあるということは、電気自動車が制動状態にある
ということである。この時の制動力の大きさは、モータ
5からインバータ6を介してバッテリ3に回生される電
力量によって決定される。ところでバッテリには充電受
入適正値(換言すればバッテリが受け入れられる電力量
の上限値)というものがある。従って、モータ5が回生
状態にあるときに発電機2が発電を行った場合のモータ
5の回生電力量は式(1)で示される通りになる。 回生電力量=充電受入適正値−発電機発電量 (1) 即ち、式(1)で理解されるように、回生状態において
発電機が発電を行っている場合、その発電量が大きくな
るほどモータ5の回生電力量が制限され電気自動車の制
動力を低下させてしまうのである。
【0006】ステップ45でモータ5が回生状態にない
と判定した場合には、電気自動車の制動力を損なう心配
が無いのでステップ47に進み、発電を開始する。ステ
ップ47では、エンジン1の回転数を所定回転数まで上
昇させ発電機2に所定の界磁電流を供給する。このエン
ジン回転数は、エンジンの種類、排気量などにより予め
定められている。ステップ48ではステップ41と同様
にバッテリ3の残存容量を検出し、ステップ49に進
む。ステップ49では、バッテリ3の残存容量が70%以
上か否かを判定し、70%未満であればステップ44に戻
る。70%以上であればステップ50に進み、ここではエ
ンジン1を停止するとともに発電機2への界磁電流を遮
断して処理を終了する。
【0007】図6に、図5のフローチャートを実行した
ときの発電機2およびモータ5の動作をタイムチャート
で示す。図6から明らかなように、モータ5が回生状態
にあるときは発電機2の発電が禁止されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電気自動車の制御装置は、モータ5が回生状態になる度
にエンジン1を無負荷アイドル運転としていたので、エ
ンジン1のエネルギー効率が悪かった。
【0009】また、モータ5が回生状態になるとエンジ
ン1を所定回転数からアイドル回転数に、力行状態にな
るとアイドル回転数から所定回転数に急変させていたの
で、エンジン1から振動や騒音が発生し自動車の快適性
を損なっていた。
【0010】この発明は、かかる問題点を解決するため
に為されたものであり、エンジンのエネルギー効率の向
上、エンジン1からの振動や騒音の抑制、モータ回生に
よる制動力を確保することによる安全性の向上、バッテ
リの充電効率の向上、およびバッテリの長寿化が可能な
電気自動車の制御装置を得ることを目的としている。
【0011】また、この発明は、走行情報に基づいて、
その状態における最も適切な発電量で蓄電手段を充電す
ることができる電気自動車の制御装置を得ることを目的
としている。
【0012】また、この発明は、蓄電手段の状態によっ
て発電量を変化させることにより蓄電手段の充電効率を
向上させるとともに寿命を延ばすことができる電気自動
車の制御装置を得ることを目的としている。
【0013】また、この発明は、蓄電手段の温度によっ
て発電量を変化させることにより蓄電手段の充電効率を
向上させるとともに寿命を延ばすことができる電気自動
車の制御装置を得ることを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明の電気自動車の
制御装置は、電気自動車の走行情報を検出する走行情報
検出手段と、蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手
段と、走行情報と蓄電量検出手段の出力とに基づき発電
機駆動手段と発電機とを制御する発電量制御手段を備
え、発電量制御手段は、電動機が回生状態にあるとき
は、発電機から発生する発電量と電動機からの回生電力
量との和が所定値になるよう発電量を制御するようにし
たものである。
【0015】また、この発明の電気自動車の制御装置
は、走行情報に基づいて所定値を補正する補正手段を備
えたものである。
【0016】また、この発明の電気自動車の制御装置
は、蓄電量を示す情報に略反比例して所定値を補正する
補正手段を備えたものである。
【0017】また、この発明の電気自動車の制御装置
は、蓄電手段の温度を示す情報に略比例して所定値を補
正する補正手段を備えたものである。
【0018】
【作用】この発明の電気自動車の制御装置は、電動機が
回生状態にあるときは、発電機から発生する発電量と電
動機からの回生電力量との和が所定値になるよう発電量
を制御する。
【0019】また、この発明の電気自動車の制御装置
は、電気自動車の走行情報に基づいて所定値を補正す
る。
【0020】また、この発明の電気自動車の制御装置
は、蓄電量を示す情報に略反比例して所定値を補正す
る。
【0021】また、この発明の電気自動車の制御装置
は、蓄電手段の温度を示す情報に略比例して所定値を補
正する。
【0022】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例1を図によって説明
する。実施例1のブロック構成は図1と同様のものであ
るため、これを援用して説明する。実施例1では、従来
装置のフローチャートである図5に代えて、図2のフロ
ーチャートを使用する。また、この図2のフローチャー
トによる発電機2およびモータ5の動作を図3にタイム
チャートで示す。なお、実施例1の基本的な動作は従来
装置と同様であるため、ここでは省略する。
【0023】まず、実施例1の詳細な説明をする前に、
基本的な概念を説明する。上述では、回生電力量と発電
機の発電量との和が充電受入適正値以上になるとバッテ
リ3がこれを受け入れることができなくなり、回生によ
る制動力を損なってしまう旨述べたが、厳密に言うと、
回生電力量と発電機発電量との和が充電受入適正値より
も大きくてもこれをバッテリ3に流入させることはでき
る。しかしながら、この場合はバッテリ3に負担がかか
るため寿命が短くなり、最悪の場合は破損にいたる。ま
た、回生電力量と発電機発電量との和が充電受入適正値
を越えてもこれをバッテリで受け入れることができると
は言うものの、あまりその値が大きくなるとバッテリで
受け入れることができなくなり、上述したように回生に
よる制動量を損なってしまう。従って、式(1)が成立
するように発電機2の発電量を制御することが最も望ま
しい。以下に、その具体的な構成と動作を説明する。
【0024】図2において、ステップ11、12、13
は、それぞれ図5のステップ41、42、43に対応し
ている。ステップ11では残存容量検出器8でバッテリ
3の蓄電量を検出し、ステップ12でその蓄電用が満充
電の50%未満か否かを判定し、50%未満であればステッ
プ13にてエンジン1を始動してアイドル回転数で所定
時間暖機運転を行う。なお、上記蓄電量の検出は、バッ
テリ3にどれ位の電力量が残っているかという残存容量
を検出することにより行っているが、満充電からどの位
の電力量を消費したかという消費容量を検出してもよ
い。
【0025】ステップ14では、走行制御器7からモー
タ5の駆動状態(力行、停止あるいは回生)を読み取
る。ステップ15では、ステップ14で読み取った情報
に基づいて、モータ5が回生状態にあるか否かを判定す
る。モータ5の回生状態の判定は、走行制御器7がイン
バータ6に力行運転を指令しているか、回生運転を指令
しているか、あるいは停止を指令しているかを検出すれ
ばよい。ステップ15においてモータ5が回生状態にあ
ると判定されるとステップ16に進む。ステップ16で
は走行制御器7から回生電力量を読み取る。ステップ1
7では、モータ5の回生電力量と発電機2の発電量との
和が、所定値である充電受入適正値になるように発電量
を制御する。このステップでは、バッテリ3の充電受入
適正値からステップ16で読み取った回生電力量を差し
引いて、モータ5の回生による制動力を損なわない発電
量を演算する。また、この発電量に見合った発電機2の
界磁電流の通電率を演算する。なお、上記充電受入適正
値は、バッテリの方式(例えば、鉛酸バッテリ、ニッケ
ル・カドミウムバッテリなど)と、その容量(通常、放
電能力の目安として定められているAH(アンペア・ア
ワー)容量)の大きさとによって予め定められている。
ステップ18では、ステップ17で得られた界磁電流の
通電率の制御と、発電機2の駆動トルクの変動にともな
うエンジン回転数の変動を所定の回転数に制御する定速
回転制御とを発電ユニット制御器9により同時に実行す
る。ステップ14から18においては、モータ5が回生
状態にあるときはその回生電力量に応じて制動力を損な
わない発電量だけ発電するよう制御が継続される。その
様子を図3に示す。図3ではモータ5が回生状態にある
とき、その回生電力量が増加すれば発電量が減少し、回
生電力量が減少すれば発電量が増加することが示されて
いる。
【0026】ステップ15において、モータ5が回生状
態ではないと判定されるとステップ19の定量発電モー
ドに進む。ステップ19、20、21、22は図5のス
テップ47、48、49、50にそれぞれ対応してい
る。これらのステップでは、モータ5の力行電力量に拘
らず、一定の電力を発電機2から発生させる。ステップ
19では発電ユニット制御器9によりエンジン1の回転
数を所定回転数に制御する定速回転制御を行うととも
に、発電機2に所定の界磁電流を供給する。ステップ2
0ではステップ12と同様にバッテリ3の残存容量を検
出し、ステップ21で残存容量が70%未満であればステ
ップ14に戻り、70%以上であればステップ22に進ん
で発電ユニット制御器9によりエンジン1を停止すると
ともに、発電ユニット制御器9から発電機2に与えてい
た界磁電流を遮断する。
【0027】以上のように、上記実施例1によれば、従
来装置に比し図3の斜線部分に相当する電力量が増加し
ており、この分だけ多くバッテリ3に充電する。従っ
て、モータ5の回生状態においても、エンジン1を無駄
に回してエネルギー効率を悪化させることがない。
【0028】また、図3において、エンジン1の回転数
は、モータ5が力行状態であるか回生状態であるかに拘
らず常に所定回転数となるよう制御されているので、モ
ータ5の駆動状態に応じてエンジン1の回転数が急変す
るようなことがなく、振動、騒音が抑制される。
【0029】また、回生電力量に応じて発電量を増減し
ているので、モータ5の回生による制動力を損なうこと
がない。
【0030】また、式(1)が成立するように発電機の
発電量を決定しているので、バッテリ3は充電受入適正
値で充電されることになり、バッテリ3の充電効率が向
上するとともに、過大な電力が流入することがないため
バッテリ3の寿命が短くなることがない。
【0031】実施例2.上記実施例1では、バッテリ3
の充電受入適正値をバッテリ3の方式および容量により
一義的に定めたが、この値を電気自動車の走行情報に基
づいて補正することにより、その状態におけるエンジン
のエネルギー効率、振動騒音の抑制、安全性、バッテリ
の充電効率、および寿命を最も向上するようにすること
ができる。
【0032】バッテリの充電受入適正値は、上述した如
くその方式および容量により基準的な値が一義的に定め
られる。しかしながら、この充電受入適正値は、例えば
バッテリの残存容量あるいはバッテリ温度により変動す
る。図4に鉛酸バッテリにおける残存容量とバッテリ温
度とに対する充電受入適正値の特性を例示する。図4に
示されるようにバッテリの充電受入適正値は、バッテリ
の残存容量に略反比例し、バッテリ温度に略比例してい
る。ところで電気自動車を運転した場合、バッテリの残
存容量は、そのときの使用条件(モータ5の負荷状態、
ヘッドライトあるいはエアコンなどの電気負荷の状態)
によって刻々と変化する。また、バッテリ温度も、バッ
テリの使用状態あるいはバッテリの周囲温度などにより
これも刻々と変化する。従って、バッテリの残存容量お
よびバッテリ温度を監視して、その変化に対応して充電
受入適正値を補正することが望ましい。
【0033】実施例2では、図2のステップ14におい
て、モータ5の駆動状態だけではなく、図示しないセン
サによりバッテリ3の残存容量およびバッテリ3の温度
も検出している。ステップ17では、基準的な充電受入
適正値に代えて、走行情報に基づいて補正された充電受
入適正値を使用する。本実施例はステップ17におい
て、ステップ14で得たバッテリ3の残存容量およびバ
ッテリ温度の情報に基づいて図4に示すようなマップを
照合し、充電受入適正値を演算する。なお、実施例2に
おいて、ステップ17は所定値である充電受入適正値を
補正する補正手段を含んでいる。また、実施例2の上記
以外の動作は、実施例1の動作と同様のものである。
【0034】従って、上記実施例2によれば、バッテリ
3の残存容量および温度に対応して充電受入適正値を補
正し、その補正した値から回生電力量を差し引くように
しているので、そのときの使用条件やバッテリ温度に対
応した充電受入適正値でバッテリ3を充電することがで
きる。
【0035】実施例3.なお、上記実施例では、シリー
ズ形ハイブリッド電気自動車の制御装置について述べた
が、自動車の走行駆動にエンジンとモータを併用、ある
いは選択的に使用するパラレル形ハイブリッド電気自動
車にも適用することができる。但し、その場合には、エ
ンジンでバッテリを充電しモータで電気自動車を駆動す
る状態でのみ上記制御を行うようにする配慮が必要であ
る。
【0036】実施例4.上記実施例では、インバータと
交流モータとを組み合せたものについて説明したが、直
流モータのドライバーと直流モータを使用してもよい。
【0037】実施例5.上記実施例では、走行情報を走
行制御器7から読み取っていたが、図示しないセンサ類
の信号を発電ユニット制御器9に直接与えてもよい。こ
の場合、モータ5の駆動状態を発電ユニット制御器9で
判定することになるが、その判定方法としてはモータ5
のすべりを検出してそれが正か負かにより判定する方
法、バッテリ3からインバータ6への電力供給経路(い
わゆるDCリンク)の電流がバッテリ3からインバータ
6に向かって流れているかそれとも逆方向に流れている
かにより判定する方法、あるいは運転者がアクセルを戻
したか否かにより判定する方法などが挙げられる。
【0038】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電動
機が回生状態にあるときは発電機からの発電量と電動機
からの回生電力量との和が所定値になるよう発電量を制
御するので、エンジンのエネルギー効率、振動騒音の抑
制、安全性、蓄電手段の充電効率、および蓄電手段の寿
命を向上させることができる。
【0039】また、この発明によれば、刻々と変化する
走行情報に基づいて所定値を補正するようにしたので、
その状態において最も適切な発電量で蓄電手段を充電す
ることができる。
【0040】また、この発明によれば、蓄電手段の状態
によって発電量を変化させることにより蓄電手段の充電
効率を向上させるとともに寿命を延ばすことができる。
【0041】また、この発明によれば、蓄電手段の温度
によって発電量を変化させることにより蓄電手段の充電
効率を向上させるとともに寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の従来の電気自動車の制御装置および
実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施例の動作を示すフローチャート
である。
【図3】この発明の、実施例の動作を示すタイムチャー
トである。
【図4】鉛酸バッテリの残存容量とバッテリ温度とに対
する充電受入適正値の特性を示す特性図である。
【図5】従来の電気自動車の制御装置の動作を示すフロ
ーチャートである。
【図6】従来の電気自動車の制御装置の動作を示すタイ
ムチャートである。
【図7】一般的なシリーズ形ハイブリッド電気自動車を
示す構成図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 発電機 3 バッテリ 4 コントロールユニット 5 モータ 6 インバータ 7 走行制御器 8 残存容量検出器 9 発電ユニット制御器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機駆動手段により駆動され電力を発
    生する発電機と、この発電機から発生する電力により充
    電される蓄電手段と、前記発電機あるいは前記蓄電手
    段、もしくはその両方から供給される電力を変換する電
    力変換手段と、この電力変換手段の出力を受け電気自動
    車を走行させる電動機と、前記電気自動車の走行情報を
    検出する走行情報検出手段と、前記走行情報に基づき前
    記電力変換手段を制御する走行制御手段と、前記蓄電手
    段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、前記走行情報
    と前記蓄電量検出手段の出力とに基づき前記発電機駆動
    手段と前記発電機とを制御する発電量制御手段とを備
    え、前記発電量制御手段は、前記電動機が回生状態にあ
    るときは、前記発電機から発生する発電量と前記電動機
    からの回生電力量との和が所定値になるよう前記発電量
    を制御することを特徴とする電気自動車の制御装置。
  2. 【請求項2】 走行情報に基づいて所定値を補正する補
    正手段を備えたことを特徴とする請求項1の電気自動車
    の制御装置。
  3. 【請求項3】 補正手段は、蓄電量を示す情報に略反比
    例して所定値を補正することを特徴とする請求項2の電
    気自動車の制御装置。
  4. 【請求項4】 補正手段は、蓄電手段の温度を示す情報
    に略比例して所定値を補正することを特徴とする請求項
    2の電気自動車の制御装置。
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