JPH11252709A - シリーズ式ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、シリーズ式ハイブリッド電気自動
車に関し、ドライバビリティを極力損なうことなくエン
ジンのオーバランを確実に防止する。 【解決手段】 エンジン１７と、エンジン１７に駆動さ
れる発電機１６と、バッテリ１５と、バッテリ１５又は
発電機１６からの電力により作動する電動機１１と、バ
ッテリ１５の電圧を検出する電圧検出手段１９と、エン
ジン制御手段１８とをそなえ、電圧検出手段１９により
バッテリ１５の電圧が所定値以下であることが検出され
ると、エンジン制御手段１８によりエンジン１７の回転
数が上記一定回転数よりも低い回転数に制御されるよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンと電動機
（モータ）とをそなえたハイブリッド電気自動車に関
し、特に、エンジンを発電専用に用いる、シリーズ式ハ
イブリッド電気自動車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンと電動機（モータ）
とをそなえたいわゆるハイブリッド電気自動車が各種開
発されており、一部では既に実用化されている。このよ
うなハイブリッド電気自動車としては、エンジンを発電
機の駆動専用に設けたシリーズ式ハイブリッド電気自動
車や、エンジンの出力軸と車輪とが機械的に接続された
パラレル式ハイブリッド電気自動車があり、また、これ
ら以外にも、上記パラレル式ハイブリッド電気自動車と
上記シリーズ式ハイブリッド電気自動車との両方の特徴
を有するようなハイブリッド電気自動車も開発されてい
る。

【０００３】また、一般にハイブリッド電気自動車は、
走行モードとしてバッテリ走行モードとハイブリッド走
行モードとの２つの走行モードをそなえており、車両の
負荷やバッテリの蓄電状態等の条件に応じて、これらの
２つの走行モードを使い分けるようになっている。ここ
で、バッテリ走行モードとは、バッテリの残存容量が比
較的多い場合に用いられる走行モードであり、エンジン
を停止させてバッテリに蓄えられた電力をモータに供給
し、モータの駆動力のみで走行する走行モードをいう。

【０００４】また、ハイブリッド走行モードとは、バッ
テリの残存容量が比較的少ない場合に用いられる走行モ
ードであって、エンジンの作動を利用して走行するモー
ドをいう。したがって、シリーズ式ハイブリッド電気自
動車では、ハイブリッド走行モードは、エンジンにより
発電機を駆動して電力を発生し、この電力をモータに供
給することで走行するモードであり、パラレル式ハイブ
リッド電気自動車では、ハイブリッド走行モードは、エ
ンジンの駆動力をそのまま走行用駆動力として用いるモ
ードとなる。

【０００５】さて、図３は上述したようなハイブリッド
電気自動車のうち、シリーズ式ハイブリッド電気自動車
の要部構成を示す模式図であって、５１はモータ、５４
はインバータ、５５はバッテリ、５６は発電機、５７は
エンジンである。そして、このハイブリッド電気自動車
では、上述したように、バッテリ走行モード時には発電
専用のエンジン５７により発電機５６が駆動され、この
発電機５６で発電された電力によりモータ５１の駆動及
びバッテリ５５の充電が行なわれる。また、このときの
エンジン回転数は、発電機５６の発電効率が最も高くな
るような所定回転数に維持される。

【０００６】ところで、車両の急加速時や急勾配路の登
坂時等、モータ５１の負荷が急増した時には、バッテリ
５５が大電流を放電するためバッテリ５５の電圧が著し
く低下する。このとき、バッテリ電圧が所定値を下回る
と、発電機５６の特性上、発電機５６の負荷が急激に小
さくなり、シリーズ式ハイブリッド電気自動車のハイブ
リッド走行モードでは、エンジン５７がオーバラン（過
回転）するおそれがある。なお、このようなバッテリ電
圧の低下度合は、バッテリ５５の劣化度合に応じたもの
となり、バッテリ５５の劣化が激しいほど電圧値の低下
も大きくなる。

【０００７】このようなエンジン５７のオーバランにつ
いて図を用いて簡単に説明すると、図５は発電機負荷ト
ルクとエンジントルクとの関係を示す図であって、横軸
はエンジン回転数及び発電機回転数、縦軸は発電機５６
の負荷トルクである。また、図中、線ａはバッテリ電圧
が通常の電圧値（約３５０Ｖ）のときの特性線、線ｂは
バッテリ電圧が低下したとき（約２８０Ｖ）のときの特
性線、線ｃは発電時のエンジントルクの特性線である。

【０００８】まず、急発進時について説明すると、急発
進時には、バッテリ電圧が通常の出力電圧（約３５０
Ｖ）から低下して（約２８０Ｖ）、発電機５６の負荷ト
ルクは線ｂ上を移動する。ここで、エンジン５７及び発
電機５６が目標回転数まで上昇する際、Ｂ点までは発電
機５６の負荷トルク特性がエンジン５７のトルク特性と
同様に右上がりの特性となっているためエンジン回転数
は緩やかに上昇する。

【０００９】しかしながら、エンジン回転数（及び発電
機回転数）がＢ点を越えると、発電機５６の特性は右下
がりとなり、一方、エンジン５７のトルク特性は右上が
りの特性のままであるため、相対的に発電機５６の負荷
が減少してエンジン回転数が急上昇してしまうのであ
る。次に、ハイブリッド走行モード時に定常走行状態か
ら急加速した場合について説明する。まず、定常走行時
は、エンジン回転数が目標回転数に略一定に保持され、
通常の出力電圧（約３５０Ｖ）で運転が行なわれる（図
中Ａ点）。このとき、車両を急加速させると、バッテリ
電圧が低下（約２８０Ｖ）して（図中Ｃ点）、発電機５
６の負荷トルクが急激に減少するため、やはりエンジン
回転数が急上昇してしまうのである。

【００１０】そこで、従来では、このようなエンジン５
７のオーバランを防止すべく、シリーズ式ハイブリッド
電気自動車のハイブリッド走行モード時に、バッテリ電
圧が所定値以下になるとモータ５１の出力トルクを抑制
するような制御が行なわれていた。そして、モータ５１
の出力トルクを抑制することで、バッテリ電圧の急低下
を防止し、エンジン５７のオーバランを防止するように
していた。

【００１１】図４は上述のような従来の技術を簡単に説
明するためのフローチャートである。まず、シリーズ式
ハイブリッド電気自動車のハイブリッド走行モード時に
おいて、ステップＳ１０１でバッテリ５５の電圧値が所
定値以下まで低下したか否かが判定される。そして、電
圧値が所定値以下であれば、ステップＳ１０２に進みモ
ータ５１のトルク抑制制御が行なわれる。なお、このよ
うなトルク抑制制御は、モータ５１に供給される電力を
制限することで行なわれる。また、電圧値が所定値より
大きければ、トルク抑制制御は実行されない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、モータの出力を直接抑制してしま
うため車両の動力性能が著しく低下するという課題があ
った。特に、電圧低下が生じるのは、車両の急加速時や
急勾配路の登坂時等、ドライバが出力を要求している時
であり、このような場合にモータの出力を抑制するとド
ライバビリティが損なわれてしまうという課題もあっ
た。

【００１３】なお、特開平６−２２５４０３号公報に
は、車両負荷に応じて発電機の出力を変更するようにし
た技術が開示されている。すなわち、この技術では、車
両負荷が所定値以上であれば発電機の出力が高レベルに
制御され、車両負荷が所定値未満であれば所定の低レベ
ルに制御されるのである。しかしながら、この技術は、
パラレル式ハイブリッド電気自動車に対して適用される
技術であり、シリーズ式ハイブリッド電気自動車への適
用は困難である。また、上記の技術では、車両負荷が所
定値以上となると発電機の出力を高めるべくエンジン回
転数を上昇させるので、シリーズ式ハイブリッド電気自
動車へこの技術を適用しようとすると、エンジンのオー
バランを助長するような制御となってしまうという課題
がある。

【００１４】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、ドライバビリティを極力損なうことなくエン
ジンのオーバランを確実に防止するようにした、シリー
ズ式ハイブリッド電気自動車を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のシリーズ式ハイ
ブリッド電気自動車では、通常時には、エンジンは発電
機の発電効率が最も高くなるような略一定の回転数で回
転し、発電機で発電された電力がバッテリに供給され
る。また、電動機は、バッテリに供給された電力や発電
機から直接供給される電力により作動して、これにより
車両の駆動系が駆動される。

【００１６】そして、電圧検出手段によりバッテリの電
圧が所定値以下であることが検出されると、エンジン制
御手段によりエンジンの回転数が通常の回転数よりも低
い回転数に制御され、エンジンのオーバランが抑制され
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態としてのシリーズ式ハイブリッド電気自動車につ
いて説明すると、図１はその要部機能を示す模式的な機
能ブロック図、図２はその動作を説明するためのフロー
チャートである。まず、図１を用いてシリーズ式ハイブ
リッド電気自動車の要部構成について説明すると、図中
１１はモータ（原動機）、１３は車輪、１４はインバー
タ、１５はバッテリ、１６は発電機、１７はエンジンで
ある。

【００１８】また、このハイブリッド電気自動車は、シ
リーズ式ハイブリッド電気自動車として構成されてお
り、エンジン１７は、主に、発電機１６を駆動して電力
をバッテリ１５に供給するために設けられている。すな
わち、車両はモータ（電動機）１１の回転駆動力により
走行するように構成されている。また、このモータ１１
にはインバータ１４を介してバッテリ１５や発電機１６
が電気的に接続されており、モータ１１の出力軸には駆
動輪１３，１３が連結されている。

【００１９】さらに、インバータ１４，発電機１６及び
エンジン１７は、エンジン制御手段としてのコントロー
ラ１８に接続されており、このコントローラ１８により
インバータ１４，発電機１６及びエンジン１７の作動が
それぞれ制御されるようになっている。また、バッテリ
１５には、バッテリ１５の電力残存容量を検出しうる充
電容量センサ１９が付設されており、この充電容量セン
サ１９も図示するようにコントローラ１８に接続されて
いる。

【００２０】そして、コントローラ１８では、充電容量
センサ１９からの検出信号やその他の図示しないセンサ
類からの検出信号に基づいて、車両の走行モードをバッ
テリ走行モードとハイブリット走行モードとのいずれか
一方に切り替えるようになっている。すなわち、充電容
量センサ１９によりバッテリ１５に蓄電された電力の残
存容量が所定値以上であることが検出された場合には、
コントローラ１８はエンジン１７及び発電機１６の作動
を停止させて、バッテリ１５に蓄えられた電力によりモ
ータ１１を駆動するようになっている（バッテリ走行モ
ード）。

【００２１】また、バッテリ１５に蓄電された電力の残
存容量が低下して、残存容量が所定値以下であることが
検出されると、コントローラ１８はエンジン１７を作動
させる。そして、エンジン１７により発電機１６を作動
させて、この発電機１６により得られた電力をバッテリ
１５に蓄電するとともに、この電力をインバータ１４を
介してモータ１１に供給するようになっているのである
（ハイブリット走行モード）。

【００２２】なお、このハイブリッド走行モード時に
は、エンジン回転数はコントローラ１８により略一定の
回転数に制御されるようになっている。ここで、この一
定の回転数とは、発電機１６の効率が最も高くなるよう
な回転数である。そして、ハイブリッド走行モード時に
は、例えばコントローラ１８によりスロットル開度が目
標スロットル開度に制御され、エンジン１７の回転数が
目標回転数（上記の一定回転数）を維持するようにこの
スロットル開度がフィードバック制御されるようになっ
ている。

【００２３】ところで、バッテリ１５に付設された充電
容量センサ１９は、電力の残存容量以外にも、バッテリ
１５の電圧値を検出するようになっている。すなわち、
充電容量センサ１９はバッテリ電圧センサ（電圧検出手
段）としての機能を兼ね備えている。そして、本発明の
シリーズ式ハイブリッド電気自動車では、ハイブリッド
走行モード時に、バッテリ電圧センサ１９によりバッテ
リ１５の電圧値が所定値以下であることが検出される
と、コントローラ１８によりエンジン１７の回転数が通
常の回転数（上記の一定回転数）よりも低い所定回転数
に制御されるようになっている。

【００２４】なお、このような制御を行なうのは、主に
以下の理由によるものである。つまり、急加速時や急勾
配の登坂路の走行時等、モータ１１の負荷が急増した時
には、バッテリ１５が大電流を放電するためバッテリ１
５の電圧が著しく低下する。このとき、バッテリ電圧が
所定値を下回ると、ハイブリッド走行モードであれば発
電機１６の負荷が急に小さくなり、これによりエンジン
１７がオーバランするおそれがある。

【００２５】そこで、本発明のシリーズ式ハイブリッド
電気自動車では、上述したように、ハイブリッド走行モ
ード時にバッテリ１５の電圧値が所定値以下であること
が検出されると、エンジン１７の回転数を低下させ、こ
れによりエンジン１７のオーバランを防止するようにな
っているのである。この場合、具体的には、発電機１６
の励磁電流はオンのままにしておき、エンジン１７を強
制的にアイドル回転数まで低下させるのである。

【００２６】このような場合には、エンジン１７がアイ
ドル運転状態となるため発電機１６による発電が中止さ
れることになるが、このときにはバッテリ１５に蓄えら
れた電力によりモータ１１が駆動されるので、ドライバ
ビリティを損なうこともない。また、急加速等が終了し
てモータ１１の負荷が軽減されると、バッテリ１５の電
圧値は再び上昇してもとの値近傍に復帰するので、この
ような場合には、エンジン１７の回転数を再び上昇させ
て発電を再開するようになっている。

【００２７】また、上述のようなモータ１１への負荷が
急増するような運転状態は、一時的であることが多く、
したがって、エンジン１７をアイドル運転状態として発
電を中止しても、バッテリ１５に蓄えられた電力で十分
にモータ１１を駆動することができるのである。本発明
の一実施形態としてのシリーズ式ハイブリッド電気自動
車は、上述のように構成されているので、その動作の一
例を図２に示すフローチャートにしたがって説明する
と、以下のようになる。

【００２８】まず、ハイブリッド走行モード時におい
て、ステップＳ１においてバッテリ１５の電圧が所定値
以下まで低下したか否かが判定される。このとき、バッ
テリ電圧が所定値より大きければ、ステップＳ２に進
み、エンジン１７の運転状態を通常の発電運転状態に制
御する。また、ステップＳ１においてバッテリ電圧が所
定値以下であることが判定されると、ステップＳ３に進
んでエンジン１７を強制的にアイドル運転状態に制御し
てリターンする。そして、再びステップＳ１でバッテリ
電圧が所定値より大きくなったことが判定されるまで、
このアイドル運転を続行するのである。

【００２９】このように、本発明のシリーズ式ハイブリ
ッド電気自動車によれば、上述のような簡素な構成で、
車両の動力性能に影響を与えることなく、エンジン１７
のオーバランを確実に防止することができるという利点
がある。これにより、ドライバビリティの悪化を招くこ
ともなく、ドライバが違和感を感じることもない。ま
た、本発明によれば、新たな部品等を追加することな
く、コントローラ１８の制御ソフトを変更するだけで、
エンジン１７のオーバランを防止することができるの
で、コストの増加や重量の増加を招くこともないという
利点がある。

【００３０】なお、本発明のシリーズ式ハイブリッド電
気自動車は、上述の実施形態にのみ限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可
能である。例えば、本実施形態では、バッテリ１５の電
圧が所定値以下であることが検出されるとエンジン１７
の回転数をアイドル回転数に制御するように構成されて
いるが、このときのエンジン回転数はアイドル回転数に
限定されるものではなく、発電機１６の発電を中止する
ようなエンジン回転数であればよい。

【００３１】また、本実施形態では、バッテリ１５の電
圧値が所定値以下であるか否かを判定するようになって
いるが、バッテリ電圧値自体ではなく、電圧の低下率
（単位時間あたりの電圧低下量）を検出するようにし
て、この電圧の低下率が所定の低下率を越えた場合に、
エンジン回転数制御を行なうようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のシリーズ
式ハイブリッド電気自動車電によれば、電圧検出手段に
よりバッテリの電圧が所定値以下であることが検出され
ると、エンジン制御手段によりエンジンの回転数が通常
の回転数よりも低い回転数に制御されるので、ドライバ
ビリティの悪化を招くことなくエンジンのオーバランを
確実に防止することができるという利点がある。また、
本発明によれば、新たな部品等を追加する必要もなく、
制御ソフトを変更するだけで良いので、コストの増加や
重量の増加を招くこともないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのシリーズ式ハイブ
リッド電気自動車における要部機能を示す模式的な機能
ブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態としてのシリーズ式ハイブ
リッド電気自動車における動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図３】一般的なシリーズ式ハイブリッド電気自動車の
要部構成を示す模式的な機能ブロック図である。

【図４】シリーズ式ハイブリッド電気自動車におけるエ
ンジンのオーバランを防止するための従来技術を簡単に
説明するためのフローチャートである。

【図５】一般的なシリーズ式ハイブリッド電気自動車に
おける発電機負荷トルクとエンジントルクとの関係を示
す図である。

【符号の説明】

１１ モータ（電動機） １５ バッテリ １６ 発電機 １７ エンジン １８ エンジン制御手段（コントローラ） １９ 電圧センサ（電圧検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通常運転時に略一定回転数で回転するエ
   ンジンと、 該エンジンにより駆動される発電機と、 該発電機により発電された電力を蓄えるバッテリと、 該バッテリ又は該発電機から供給される電力により車両
   の駆動系を駆動する電動機と、 該バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、 該電圧検出手段により該バッテリの電圧が所定値以下で
   あることが検出されると、該エンジンの回転数を該一定
   回転数よりも低い回転数に制御するエンジン制御手段と
   をそなえていることを特徴とする、シリーズ式ハイブリ
   ッド電気自動車。