JP2002271908A

JP2002271908A - シリーズハイブリッド電気自動車

Info

Publication number: JP2002271908A
Application number: JP2001069843A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Nosaka; 克紀野坂; Terukazu Hiroe; 輝一廣江; Tadashi Ashikaga; 正足利
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動モータの回生電力と発電機の発電出力に
よる過電圧を抑制できるシリーズハイブリッド電気自動
車を提供するにある。【解決手段】エンジンにより発電機を駆動し、前記発
電機の出力によってバッテリを充電しつつ、前記発電機
の出力及び前記バッテリの放電出力により駆動モータを
駆動するシリーズハイブリッド電気自動車において、発
電ＰＩ制御による発電トルク指令により、前記発電機は
駆動させられることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリーズハイブリ
ッド電気自動車に関する。特に、回生電力によるバッテ
リ過電圧を防止するよう改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】バッテリを電源としてモータを駆動する
ことで走行する電気自動車（ＥＶ）の短所である充電走
行距離を改善するために、発電機を搭載した電気自動車
がシリーズハイブリッド電気自動車（Ｓ−ＨＥＶ）であ
る。シリーズハイブリッド電気自動車は、市街地ではＥ
Ｖ走行（発電機を停止させ、バッテリのみを電源にして
走行すること）を行い、郊外又はバッテリ残存容量が減
少したときには発電機による発電電力によりバッテリに
充電しながら走行を行う。この方式には比較的小容量の
バッテリで走行できるという特長もある。

【０００３】シリーズハイブリッド電気自動車のシステ
ム構成を図９に示す。このシリーズハイブリッド電気自
動車は、図９に示すように、エンジン０１によりギア０
８を介して駆動される発電機０２と、発電機０２の出力
によって充電されるバッテリ０３と、発電機０２の出力
及びバッテリ０３の放電出力により駆動される駆動モー
タ（ＰＭモータ）０５とを備える。

【０００４】更に、発電機０２の出力のみを電源として
駆動モータ０５を駆動し、また、発電機０２の出力をバ
ッテリ０３へ充電もしながら駆動モータ０５を駆動して
走行できるような制御を行うために、モータコントロー
ラ０６及び発電機コントローラ０７を備える。モータコ
ントローラ０６は、インバータ主回路０６ａ及び制御ユ
ニット０６ｂよりなり、アクセル踏み込み量に対応した
モータトルク指令に基づき、駆動モータ０５を制御す
る。発電機コントローラ０７は、インバータ主回路０７
ａ及び制御ユニット０７ｂよりなり、上位コントローラ
からの発電機出力指令に基づき発電機０２を制御する。

【０００５】ここで、駆動モータ０５による回生電力が
発生した場合、シリーズハイブリッド電気自動車では、
この回生電力に加えて発電機０２による発電電力もバッ
テリ０３ヘ充電されており、前述のようにバッテリ０３
の容量も小さいため、すぐに過電圧状態となってしま
う。そのため、モータ回生時には発電機０２の発電を停
止したり、モータ０５の回生トルクを抑えたりすること
で、バッテリ０３の過電圧状態を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シリーズハイブリッド
電気自動車において、発電しながら走行している時のモ
ータ回生時のバッテリ過電圧防止策としては、次の二つ
の手法が挙げられる。発電機の発電を停止する。モータ回生トルクを抑えて過電圧を防止する。ここで、モータ回生時に発電機０２の発電を停止したと
しても、バッテリ電圧が少し高い状態だとモータ回生電
力だけで過電圧になる場合がある。そのときにモータ回
生トルクを抑えて過電圧を防ごうとすると、回生による
ブレーキ力が低下し、ブレーキフィーリングが悪くな
る。

【０００７】そのために、回生トルクが制限された場合
に機械ブレーキの効きを強くするといったブレーキコン
トローラを用いたシステムも考えられるが構成が複雑に
なってしまう。また、トラック、バスのような大型車で
は、制動に要するエネルギーが大きいことから機械ブレ
ーキのみではブレーキが加熱する恐れがあるため、制動
力の大半を回生ブレーキに頼ることになり、このような
場合に回生トルクを制限すると安全性の上でも問題とな
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１に係るシリーズハイブリッド電気自動車
は、エンジンにより発電機を駆動し、前記発電機の出力
によってバッテリを充電しつつ、前記発電機の出力及び
前記バッテリの放電出力により駆動モータを駆動するシ
リーズハイブリッド電気自動車において、前記発電機は
発電ＰＩ制御による発電トルク指令により駆動させられ
ることを特徴とする。

【０００９】上記課題を解決する本発明の請求項２に係
るシリーズハイブリッド電気自動車は、請求項１におい
て、前記駆動モータの回生状態を計測値又は推定値で判
断し、発電ＰＩ制御の他にフィードフォワード的に駆動
トルクを得ることを特徴とする。

【００１０】上記課題を解決する本発明の請求項３に係
るシリーズハイブリッド電気自動車は、請求項１におい
て、前記駆動モータの回生出力相当を前記発電機で負荷
として駆動させることにより前記バッテリ電圧の上昇を
抑制することを特徴とする。

【００１１】上記課題を解決する本発明の請求項４に係
るシリーズハイブリッド電気自動車は、請求項１におい
て、前記バッテリのみを電源にして走行する状態でも前
記発電機を前記バッテリの負荷として駆動させることに
より、前記駆動モータの回生によるバッテリ電圧上昇を
抑制することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面に示
す実施例を参照して詳細に説明する。以下の実施例は、
下記内容を前提とする。・発電機出力指令に対して、目標エンジン回転速度（発
電機回転速度）となるように、発電機負荷とスロットル
開度を同時に制御する。・発電機とエンジンは、ギアで接続されるので、ギア比
を考慮することで、エンジン回転速度＝発電機回転速度
とする。・発電機は永久磁石式同期発電機とする。・発電機出力特性は、定速走行などの軽負荷時には発電
機出力電圧を一定とする定電圧運転を、急加速などの重
負荷時には発電機出力を一定とする定出力運転を行うよ
うな、シリーズハイブリッド電気自動重の運転に適した
特性を実現する。・インバータ主回路は、モータ制御と同じ制御電流源電
圧形インバータを採用し、非同期式正弦波近似ＰＷＭ
（Pulse Width Modulation）方式で制御する。

【００１３】〔実施例１〕本発明の一実施例に係るシリ
ーズハイブリッド電気自動車の制御ブロックの要部を図
１に示す。図１は、図３に示すシリーズハイブリッド電
気自動車の制御回路のうち発電機コントローラ７を主に
示すものである。図３に示すように、シリーズハイブリ
ッド電気自動車は、エンジン１によりギア８を介して駆
動される発電機２と、発電機２の出力によって充電され
るバッテリ３と、発電機２の出力及びバッテリ３の放電
出力により駆動される駆動モータ５とを備える。

【００１４】発電機２の出力のみを電源として駆動モー
タ５を駆動し、また、発電機２の出力をバッテリ３へ充
電もしながら駆動モータ５を駆動して走行できるような
制御を行うために、モータコントローラ６及び発電機コ
ントローラ７を備える。モータコントローラ６は、イン
バータ主回路６ａ及び制御ユニット６ｂよりなり、アク
セル踏み込み量に対応したモータトルク指令に基づき、
駆動モータ５を制御する。発電機コントローラ７は、イ
ンバータ主回路７ａ及び制御ユニット７ｂよりなり、上
位コントローラからの発電機出力指令に基づき発電機２
を制御する。

【００１５】本実施例では、駆動モータ５の回生電力が
発生した場合、バッテリ３の過電圧状態を防止すべく、
制御ユニット７ｂは、図１に示す構成を備える。即ち、
制御ユニット７ｂは、スロットル開度設定器１０１、目
標発電機回転速度設定器１０２、発電機出力リミット器
１０３、スロットル開度指示値補正器１０４、リミット
ゲイン制御器１０５、発電機出力指令調整器１０６、発
電機出力指令値設定器１０７、発電機出力指令補正器１
０８、発電機トルク指令変換器１０９、駆動動作判定器
１１０、定格リミット器１１１、トルク制御部１１２、
電流制御系１１３、座標変換部１１４及びレゾルバ変換
器１１５よりなり、下記の機能を発揮する。

【００１６】スロットル開度設定器１０１は、発電機出
力指令Ｐ_dc-ref ^*に応じた目標発電機回転速度となるよ
うなスロットル開度Ｖ_Oを設定する。ここで設定するス
ロットル開度Ｖ_Oは、発電機回転速度ωｒが定常状態に
なる値にする。目標発電機回転速度設定器１０２は、発
電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に応じた目標発電機回転速度ω
ｒ^*を設定する。ここで設定される目標発電機回転速度
ωｒ^*は、発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に対して、エンジン
効率と発電機効率が良い発電機回転速度ωｒとなるよう
に、予め効率マップを利用して設定する。

【００１７】発電機出力リミット器１０３は、発電機出
力指令Ｐ_dc-ref ^*を発電機特性でリミットする。ここで
設定する発電機特性は、エンジン出力に合わせて設定す
る。発電機制御の方が、エンジン制御よりも応答が早い
ので、予め発電機出力（負荷）をリミットすることで、
エンジンストールを防止できる。スロットル開度指示値
補正器１０４は、目標発電機回転速度設定器１０２で設
定された目標発電機回転速度ωｒ^*と検出された発電機
回転速度ωｒの偏差Δωｒ（＝ωｒ^*−ωｒ）を入力と
し、ＰＩ（比例積分）制御によりスロットル開度補正値
を設定する。ＰＩ制御には、エンジン回転が余り変動し
ないようなリミット幅を設けておく。ここで設定された
補正値は、スロットル開度設定器１０１の定常状態に対
するスロットル開度指示の補正を行うような処理とな
る。

【００１８】リミットゲイン制御器１０５は、目標発電
機回転速度設定器１０２で設定された目標発電機回転速
度ωｒ^*と検出された発電機回転速度ωｒの偏差Δωｒ
（＝ωｒ^*−ωｒ）に応じて、発電機出力指令リミット
の調整を行うゲインＧ（≦１）を設定する。このゲイン
Ｇの設定により、発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*により設定
された目標発電機回転速度への移行がスムーズに行える
ように発電機負荷を調整する。発電機出力指令調整器１
０６は、リミットゲイン制御器１０５で設定されたリミ
ットゲインＧを発電機出力リミット器１０３の発電機出
力指令値に乗じて発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*を調整す
る。ここで調整された発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*は、発
電機出力のＰＩ制御のリミット値Ｐ_dc-LIMとして使用す
る。

【００１９】発電機出力指令値設定器１０７は、定電圧
指令Ｖ_dc-ref ^*とバッテリ電圧検出値Ｖ_bat-detの偏差Δ
Ｖ_dc（＝Ｖ_dc-ref ^*−Ｖ_bat-det）を入力とし、ＰＩ制御
により発電機出力指令値Ｐ_dc-refを設定する。ここで、
ＰＩ制御による発電機出力指令値Ｐ_dc-refは、発電機出
力指令調整器１０６で設定された発電機出力指令Ｐ
_dc-LIMでリミットされ定出力運転が行われる。また、Ｐ
Ｉ制御による発電機出力指令値Ｐ_dc-refがリミットされ
ない場合は定電圧運転が行われる。発電機出力指令補正
器１０８は、ＰＩ制御により設定された発電機出力指令
Ｐ _dc-refと発電機出力検出値（バッテリ電圧検出値Ｖ
_bat-detと発電機出力電流検出値Ｉ_gen-detを乗じた値）
Ｐ_dcの誤差にゲインＧを乗じて、ＰＩ制御により設定さ
れた発電機出力指令Ｐ_dc-refを補正し、発電機出力指令
Ｐ_dc ^*とする。このゲイン調整は、実際の運転に合わせ
て行う。

【００２０】発電機トルク指令変換器１０９は、モータ
制御と同じ制御構成が使えるように、発電機出力指令Ｐ
_dc ^*を発電機回転速度ωｒで割ることで発電機トルク指
令Ｔ^*に変換する。ＰＩ制御によって決定された発電ト
ルク指令Ｔ^*は符号付きのトルク指令であり、この符号
によって、駆動動作判定器１１０は、発電機２の駆動と
発電動作の判断を行う。ここで、駆動動作判定器１１０
により、発電機２の駆動と判定された場合は、スロット
ル全閉を指示することで、スロットル開度Ｖ^*としてス
ロットル全閉がエンジン１に設けられている電子スロッ
トル（図示省略）へ出力され、エンジン回転の吹き上が
りを防止する。

【００２１】つまり、電子スロットルを全閉にして駆動
トルクを出力することによりエンシンブレーキと同じ動
作にすることで、バッテリエネルギーを消費し、バッテ
リ電圧を下げることができる。駆動動作は、定電圧指令
Ｖ_dc-ref ^*に対して高くなっているバッテリ電圧検出値
Ｖ_bat-detを下げるために行う動作になる。一方、駆動
動作判定器１１０により、発電動作と判定された場合
は、スロットル全閉ではなく、スロットル開度設定器１
０１により設定されたスロットル開度指示値Ｖ_Oとスロ
ットル開度指示値補正器１０４により設定されたスロッ
トル開度指示値の和がスロットル開度Ｖ^*として電子ス
ロットルへ出力される。

【００２２】定格リミット器１１１は、発電機トルク指
令変換器１０９で設定された発電機トルク指令Ｔ^*を、
定格トルク特性や温度条件等によりリミットし、最終の
指令Ｔ^*を作成する。トルク制御部１１２は、発電機軸
トルク指令Ｔ^*とモータ回転速度を入力として、最適な
電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）を演算する。電流制御系
１１３は、同期回転座標（ｄｑ座標）系で行っており、
トルク制御部からの電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）にｄ
−ｑ軸に座標変換された検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）が一致す
るようにフィードバック演算を行い、電圧指令値（Ｖｄ
＊，Ｖｑ＊）を出力する。

【００２３】座標変換部１１４は、位置検出値（θ’）
と同期して回転する制御上の座標（ｄ−ｑ座標）と実際
の３相交流座標との相互変換を行う。この座標変換部１
１４において、３相交流電流の２相分（Ｉｕ，Ｉｗ）は
同期回転座標上の電流（Ｉｄ，Ｉｑ）に変換される。同
様に電圧指令値（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）は３相交流電圧指令
値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に変換され、制御指令値
として出力される。レゾルバ変換器１１５は、発電機２
に取り付けてあるレゾルバ（磁極位置検出器）ＲＳから
磁極の位置と、発電機回転速度ωｒを検出する。レゾル
バＲＳに代えて、光学式のエンコーダに変更しても良
い。

【００２４】〔実施例２〕実施例１では、ＰＩ制御の結
果により発電機２の駆動と発電制御とを切り替え、発電
機駆動時にはスロットル全閉を指示していたが、発電状
態から駆動状態への移行或いはスロットル全閉動作が遅
いとすぐに過電圧になってしまう。そこで、発電ＰＩ制
御の他にフィードフォワード的に駆動トルクを得るべ
く、次のようなシーケンス〜を組む。

【００２５】駆動モータ５の回生によりインバータ
入力電圧が設定値Ｖ₁を越えた場合、図２（ｂ）（ｄ）
に示すように発電機２による発電を停止（０ｋＷ指示）
する。モータコントローラ６には、図３に示すように、
電圧Ｖ_DCと電流Ｉ_DCの積を計測することにより、図２
（ａ）に示すように駆動モータ５の駆動／回生状態を判
定するコンパレータ６ｃが設けられている。コンパレー
タ６ｃにより駆動モータ５が回生状態と判定されると、
発電機コントローラ７の制御ユニット７ｂへ駆動モータ
回生信号αが出力される。

【００２６】提案している制御では、図２（ｄ）に
示すように発電指令が０ｋＷ指示（リミット）される
と、電子スロットルを閉じてエンジンの回転数を下げる
制御が働く。発電機２による発電を停止後、さらにインバータ入
力電圧が設定値Ｖ₂を越えた場合は、図２（ｃ）に示す
ように、スロットル全閉状態にして発電機２をモータと
して駆動制御する状態とする。図２（ａ）（ｃ）に示すように、駆動モータ５が駆
動状態になった時点で、発電機２のモータとしての駆動
制御を解除すると同時に、発電機２を通常の発電制御へ
復帰する。

【００２７】上記シーケンス〜を実施するための本
実施例に係るシリーズハイブリッド電気自動車の制御回
路を図４に示す。スロットル開度設定器２０１は、発電
機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に応じた目標発電機回転速度とな
るようなスロットル開度Ｖ_Oを設定する。ここで設定す
るスロットル開度Ｖ_Oは、発電機回転速度ωｒが定常状
態になる値にする。目標発電機回転速度設定器２０２
は、発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に応じた目標発電機回転
速度ωｒ^*を設定する。ここで設定される目標発電機回
転速度ωｒ^*は、発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に対して、エ
ンジン効率と発電機効率が良い発電機回転速度ωｒとな
るように、予め効率マップを利用して設定する。

【００２８】発電機出力リミット器２０３は、発電機出
力指令Ｐ_dc-ref ^*を発電機特性でリミットする。ここで
設定する発電機特性は、エンジン出力に合わせて設定す
る。発電機制御の方が、エンジン制御よりも応答が早い
ので、予め発電機出力（負荷）をリミットすることで、
エンジンストールを防止できる。スロットル開度指示値
補正器２０４は、目標発電機回転速度設定器２０２で設
定された目標発電機回転速度ωｒ^*と検出された発電機
回転速度ωｒの偏差Δωｒ（＝ωｒ^*−ωｒ）を入力と
し、ＰＩ（比例積分）制御によりスロットル開度補正値
を設定する。ＰＩ制御には、エンジン回転が余り変動し
ないようなリミット値を設けておく。ここで設定された
補正値は、スロットル開度設定器２０１の定常状態に対
するスロットル開度指示の補正を行うような処理とな
る。

【００２９】リミットゲイン制御器２０５は、目標発電
機回転速度設定器２０２で設定された目標発電機回転速
度ωｒ^*と検出された発電機回転速度ωｒの偏差Δωｒ
（＝ωｒ^*−ωｒ）に応じて、発電機出力指令リミット
の調整を行うゲインＧ（≦１）を設定する。このゲイン
Ｇの設定により、発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*により設定
された目標発電機回転速度への移行がスムーズに行える
ように発電機負荷を調整する。発電機出力指令調整器２
０６は、リミットゲイン制御器２０５で設定されたリミ
ットゲインを発電機出力リミット器２０３の発電機出力
指令値に乗じて発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*を調整する。
ここで設定された発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*は、発電機
出力のＰＩ制御のリミット値Ｐ_dc-LIMとして使用する。

【００３０】発電機駆動トルク設定器２０７は、発電機
回転速度ωｒに対する発電機駆動トルクＴ_refを設定す
る。ここで設定されたトルクパターンに応じて発電機２
をモータとして駆動運転させる。ゲイン設定器２０８
は、検出されたバッテリ電圧Ｖ_bat-detに対するゲイン
Ｇ（≦１）を設定する。ここで設定したゲインＧによ
り、バッテリ電圧が低いときは発電機駆動トルクを小さ
く、バッテリ電圧が高いときには発電機駆動トルクを大
きくなるように調整する。

【００３１】発電機駆動トルク指令調整器２０９は、発
電機駆動トルク設定器２０７のトルクパターンにゲイン
設定器２０８のゲインＧを乗じて発電機駆動トルク指令
をバッテリ電圧に応じて調整する。発電機駆動制御器２
１０は、発電機２をモータとして駆動させる条件が成立
した場合、発電機２をモータとして駆動させる指令を出
力すると同時に、スロットル開度Ｖ^*としてスロットル
全閉の指令を電子スロットルへ出力する。発電機２をモ
ータとして駆動させる条件は、上述したように、コンパ
レータ６ｃから駆動モータ回生信号αに基づき、上述し
たようにインバータ入力電圧が設定値Ｖ₂を越えたとき
に成立する。一方、発電機駆動制御器２１０により、発
電機２をモータとして駆動させるべき条件が成立しない
と判断されたときは、スロットル全閉ではなく、スロッ
トル開度設定器２０１により設定されたスロットル開度
指示値Ｖ_Oとスロットル開度指示値補正器２０４により
設定されたスロットル開度指示値の和がスロットル開度
Ｖ^*として電子スロットルへ出力される。

【００３２】発電機出力指令設定器２１１は、定電圧指
令Ｖ_dc-ref ^*とバッテリ電圧検出値Ｖ_bat-detの偏差を入
力とし、ＰＩ制御により発電機出力指令値を設定する。
ここで、ＰＩ制御による発電機出力指令値は、発電機出
力指令調整器２０６で設定された発電機出力指令Ｐ
_dc-ref ^*でリミットされ定出力運転が行われる。また、
ＰＩ制御による発電機出力指令値がリミットされない場
合は定電圧運転が行われる。発電機出力指令補正器２１
２は、ＰＩ制御により設定された発電機出力指令Ｐ
_dc-ref ^*と発電機出力検出値（バッテリ電圧検出値Ｖ
_bat-detと発電機出力電流検出値Ｉ_gen-detを乗じた値）
の誤差にゲインを乗じて、ＰＩ制御により設定された発
電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*の補正を行う。このゲイン調整
は、実際の運転に合わせて行う。

【００３３】発電機トルク指令変換器２１３は、モータ
制御と同じ制御構成が使えるように、発電機出力指令Ｐ
_dc-ref ^*を発電機回転速度で割ることで発電機トルク指
令に変換する。定格リミット器２１４は、発電機トルク
指令変換器２１３で設定された発電機トルク指令を、定
格トルク特性や温度条件、駆動条件等によりリミット
し、最終の指令値を作成する。トルク制御部２１５は、
発電機軸トルク指令とモータ回転速度を入力として、最
適な電流指令値（Ｉｄ＊、Ｉｑ＊）を演算する。電流制
御系２１６は、同期回転座標（ｄ−ｑ座標）系で行って
おり、トルク制御部からの電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ
＊）にｄ−ｑ軸に座標変換された検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）
が一致するようにフィードバック演算を行い、電圧指令
値（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を出力する。

【００３４】座標変換部２１７は、位置検出値（θ’）
と同期して回転する制御上の座標（ｄ−ｑ座標）と実際
の３相交流座標との相互変換を行う。この座標変換部２
１７において、３相交流電流の２相分（Ｉｕ，Ｉｗ）は
同期回転摩擦上の電流（Ｉｄ，Ｉｑ）に変換される。同
様に電圧指令値（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）は３相交流電圧指令
値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に変換され、制御指令値
として出力される。レゾルバ変換器２１８は、発電機２
に取り付けてあるレゾルバ（磁極位置検出器）ＲＳから
磁極の位置と、発電機回転速度ωｒを検出する。レゾル
バＲＳに代えて、光学式のエンコーダに変更してもよ
い。

【００３５】発電量指示切替器２１９は、発電機出力指
令Ｐ_dc-ref ^*が制御演算により算出された発電機リミッ
ト出力Ｐ_-LIMを越えるときは、発電機出力指令Ｐ_dc-ref
^*に代えて発電機リミット出力Ｐ_-LIMをスロットル開度
設定器２０１、目標発電機回転速度設定器２０２、発電
機出力リミット器２０３へ出力する。一方、発電機出力
指令Ｐ_dc-ref ^*が制御演算により算出された発電機リミ
ット出力Ｐ_-LIM以下のときは、発電機出力指令Ｐ_dc-ref
^*がスロットル開度設定器２０１、目標発電機回転速度
設定器２０２、発電機出力リミット器２０３へ出力され
る。発電機リミット出力Ｐ_-LIMは、定格リミット器２１
４のリミットトルクＴ_-LIMに発電機回転速度ωｒを乗じ
て算出されたものである。

【００３６】〔実施例３〕実施例２では、駆動モータ５
の回生状態を計測結果から判断しているが、電圧電流検
出にも遅れがあるため、回生判定を行う前にバッテリ電
圧が過電圧になる場合がある。そのため、図５に示す本
実施例では、駆動モータ５の回生状態の判定を推定値を
用いて行う。即ち、モータコントローラ６には、モータ
回転速度とモータ実トルク指令の積を入力とするコンパ
レータ６ｃが設けられている。

【００３７】このコンパレータ６ｃは、次式に示すよう
に、更に、モータ回転速度、モータ実トルク指令に効率
を積算して、駆動モータ５の駆動／回生状態を推定し、
駆動モータ５が回生状態と判定されると、発電機コント
ローラ７の制御ユニット７ｂへ駆動モータ回生信号αが
出力される。（出力）＝（モータ回転速度）×（トルク指令）×（効
率）尚、本実施例における制御方式は、実施例２と同じであ
り、コンパレータ６ｃからの駆動モータ回生信号αによ
り、発電機２の駆動と発電制御を切り換える等上記実施
例と同様な作用効果を奏する。

【００３８】〔実施例４〕本発明の更に他の実施例に係
るシリーズハイブリッド電気自動車の制御ブロックを図
６に示す。本実施例では、駆動モータ回生時のバッテリ
の過電圧を防ぐため、モータ回生出力推定値の電力を発
電機２で常に負荷させるため、モータコントローラ６と
発電機コントローラ７が通信を行ない、発電機コントロ
ーラ７の制御ユニット７ｂが駆動モータ出力βを得るも
のとする。本実施例に係る発電機コントローラ７は、図
７に示すように、上記実施例３における発電機駆動トル
ク設定器２０７、ゲイン設定器２０８、発電機駆動トル
ク指令調整器２０９、発電機駆動制御器２１０に代え
て、駆動モータ回生制御器３０７を設けたものである。

【００３９】スロットル開度設定器３０１は、発電機出
力指令Ｐ_dc-ref ^*に応じた目標発電機回転速度となるよ
うなスロットル開度Ｖ_Oを設定する。ここで設定するス
ロットル開度Ｖ_Oは、発電機回転速度ωｒが定常状態に
なる値にする。目標発電機回転速度設定器３０２は、発
電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に応じた目標発電機回転速度ω
ｒ^*を設定する。ここで設定される目標発電機回転速度
ωｒ^*は、発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*に対して、エンジン
効率と発電機効率が良い発電機回転速度ωｒとなるよう
に、予め効率マップを利用して設定する。

【００４０】発電機出力リミット器３０３は、発電機出
力指令Ｐ_dc-ref ^*を発電機特性でリミットする。ここで
設定する発電機特性は、エンジン出力に合わせて設定す
る。発電機制御の方が、エンジン制御よりも応答が早い
ので、予め発電機出力（負荷）をリミットすることで、
エンジンストールを防止できる。スロットル開度指示値
補正器３０４は、目標発電機回転速度設定器３０２で設
定された目標発電機回転速度ωｒ^*と検出された発電機
回転速度ωｒの偏差Δωｒ（＝ωｒ^*−ωｒ）を入力と
し、ＰＩ制御によりスロットル開度補正値を設定する。
ＰＩ制御には、エンジン回転が余り変動しないようなリ
ミット幅を設けておく。ここで設定された補正値は、ス
ロットル開度設定器３０１の定常状態に対するスロット
ル開度指示の補正を行うような処理となる。

【００４１】リミットゲイン制御器３０５は、目標発電
機回転速度設定器３０２で設定された目標発電機回転速
度ωｒ^*と検出された発電機回転速度ωｒの偏差Δωｒ
（＝ωｒ^*−ωｒ）に応じて、発電機出力指令リミット
の調整を行うゲインＧ（≦１）を設定する。このゲイン
の設定により、発電機出力指令により設定された目標発
電機回転速度への移行がスムーズに行えるように発電機
負荷を調整する。発電機出力指令調整器３０６は、リミ
ットゲイン制御器３０５で設定されたリミットゲインＧ
を発電機出力リミット器３０３の発電機出力指令値に乗
じて発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*を調整する。ここで設定
された発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*は、発電機出力のＰＩ
制御のリミット値Ｐ_dc-LIMとして使用する。

【００４２】駆動モータ回生制御器３０７は、モータコ
ントローラ６より駆動モータ出力βを得て、駆動モータ
回生／駆動の判定を行う。駆動モータ回生と判定される
ときは、駆動モータ回生時のバッテリの過電圧を防ぐた
め、モータ回生出力推定値の電力を発電機２で常に負荷
させるべく、発電機出力を駆動モータ回生出力相当の駆
動方向の出力とする。一方、駆動モータ駆動と判定され
るときは、通常の発電制御を行う。発電機出力指令値設
定器３０８は、定電圧指令Ｖ_dc-ref ^*とバッテリ電圧
検出値Ｖ_bat-detの偏差ΔＶ_dc（＝Ｖ_dc-ref ^*−Ｖ
_bat-det）を入力とし、ＰＩ制御により発電機出力指令
値Ｐ_dc-refを設定する。ここで、ＰＩ制御による発電機
出力指令値は、発電機出力指令調整器３０６で設定され
た発電機出力指令Ｐ_dc-ref ^*でリミットされ定出力運転
が行われる。また、ＰＩ制御による発電機出力指令値が
リミットされない場合は定電圧運転が行われる。

【００４３】発電機出力指令補正器３０９は、ＰＩ制御
により設定された発電機出力指令Ｐ _dc-refと発電機出力
検出値（バッテリ電圧検出値Ｖ_bat-detと発電機出力電
流検出値Ｉ_gen-detを乗じた値）Ｐ_dcの誤差にゲインＧ
を乗じて、ＰＩ制御により設定された発電機出力指令Ｐ
_dc-refを補正し、発電機出力指令Ｐ_dc ^*とする。このゲ
イン調整は、実際の運転に合わせて行う。発電機トルク
指令変換器３１０は、モータ制御と同じ制御構成が使え
るように、発電機出力指令Ｐ_dc ^*を発電機回転速度ωｒ
で割ることで発電機トルク指令Ｔ^*に変換する。定格リ
ミット器３１１は、発電機トルク指令変換器３１０で設
定された発電機トルク指令Ｔ^*を、定格トルク特性や温
度条件、駆動条件等によりリミットし、最終の指令値Ｔ
^*を作成する。トルク制御部３１２は、発電機軸トルク
指令Ｔ^*とモータ回転速度を入力として、最適な電流指
令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）を演算する。

【００４４】電流制御系３１３は、同期回転座標（ｄ−
ｑ座標）系で行っており、トルク制御部からの電流指令
値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）にｄ−ｑ軸に座標変換された検出
値（Ｉｄ，Ｉｑ）が一致するようにフィードバック演算
を行い、電圧指令値（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を出力する。座
標変換部３１４は、位置検出値（θ’）と同期して回転
する制御上の座標（ｄ−ｑ座標）と実際の３相交流座標
との相互変換を行う。この座標変換部３１４において、
３相交流電流の２相分（Ｉｕ，Ｉｗ）は同期回転座標上
の電流（Ｉｄ，Ｉｑ）に変換される。同様に電圧指令値
（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）は３相交流電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖ
ｖ＊，Ｖｗ＊）に変換され、制御指令値として出力され
る。レゾルバ変換器３１５は、発電機２に取り付けてあ
るレゾルバ（磁極位置検出器）ＲＳから磁極の位置と、
発電機回転速度ωｒを検出する。レゾルバＲＳに代え
て、光学式のエンコーダに変更しても良い。

【００４５】発電量指示切替器３１６は、発電機出力指
令Ｐ_dc-ref ^*が制御演算により算出された発電機リミッ
ト出力Ｐ_-LIMを越えるときは、発電機出力指令Ｐ_dc-ref
^*に代えて発電機リミット出力Ｐ_-LIMをスロットル開度
設定器３０１、目標発電機回転速度設定器３０２、発電
機出力リミット器３０３へ出力する。一方、発電機出力
指令Ｐ_dc-ref ^*が制御演算により算出された発電機リミ
ット出力Ｐ_-LIM以下のときは、発電機出力指令Ｐ_dc-ref
^*がスロットル開度設定器３０１、目標発電機回転速度
設定器３０２、発電機出力リミット器３０３へ出力され
る。発電機リミット出力Ｐ_-LIMは、定格リミット器３１
１のリミットトルクＴ_-LIMに発電機回転速度ωｒを乗じ
て算出されたものである。

【００４６】〔実施例５〕実施例２の制御ブロックに
て、シリーズハイブリッド電気自動車がＥＶ走行（発電
機２が停止し、バッテリのみを電源にして走行）を行っ
ている場合の過電圧抑制を行うために、フィードフォワ
ード的に駆動トルクを得るべく、次のようなシーケンス
〜を組む。図８（ａ）に示すように、駆動モータ５の回生によ
りインバータ入力電圧が設定値を越えた場合、発電機２
を駆動制御状態にする。図８（ｂ）に示すように、駆動モータ５が駆動状態
になった時点で発電機２の駆動制御を解除する。

【００４７】駆動状態の判定は、実施例２，３と同様、
駆動モータ回生信号αの推定値又は計測値を使用する。
ＥＶ走行時では、発電機２の発電制御、スロットル制御
は動作していないので、図７のブロック図のスロットル
開度設定器２０１、目標発電機回転速度設定器２０２、
発電機出力リミット器２０３、スロットル開度指示値補
正器２０４、リミットゲイン制御器２０５、発電機出力
指令調整器２０６、発電機出力指令値設定器２１１、発
電機出力指令補正器２１２、発電機トルク指令変換器２
１３、発電量指示切替器２１９は使用しない。ＥＶ走行
時では、スロットルは全閉のため発電機２が駆動状態で
あるとき、エンジンブレーキと同様の動作をするので、
バッテリエネルギーを消費し、バッテリ電圧を下げるこ
とができる。

【００４８】〔実施例６〕シリーズハイブリッド電気自
動車がＥＶ走行（発電機２が停止し、バッテリのみを電
源にして走行）を行っている場合の過電圧抑制を行うた
めに、実施例５を行う場合は、駆動モータ５が回生状態
になった時に発電機駆動制御を始めるため、電圧抑制が
間に合わない可能性がある。そこで、図８に示すように
実施例５のシーケンスを組むが、発電機２のトルク指令
は図７の制御回路より得る（実施例４と同様のトルク指
令）。

【００４９】ＥＶ走行時では、発電機２の発電制御、ス
ロットル制御は動作していないので、図７のブロック図
のスロットル開度設定器３０１、目標発電機回転速度設
定器３０２、発電機出力リミット器３０３、スロットル
開度指示値補正器３０４、リミットゲイン制御器３０
５、発電機出力指令調整器３０６、発電機出力指令値設
定器３０８、発電機出力指令補正器３０９、発電量指示
切替器３１６は使用しない。

【００５０】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、以下の効果を奏する。（１）駆動モータの回生電力と発電機の発電出力による
過電圧を抑制できる。（２）発電機を駆動状態にして、エンシンブレーキと同
様の効果を得ることで、バッテリ負荷となるため、駆動
モータの回生トルクを制限しなくてすむ。（３）駆動モータの回生トルクを制限しなくてすむよう
になるので、回生ブレーキを有効に利用することがで
き、機械ブレーキの負担も減らすことができる。（４）ＥＶ走行においても、同じ様な過電圧抑制、回生
ブレーキ有効利用の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るシリーズハイブリッド
電気自動車の制御回路の要部を示すブロック図である。

【図２】発電機及び駆動モータのシーケンスを示すグラ
フである。

【図３】本発明の一実施例に係るシリーズハイブリッド
電気自動車の制御回路を示すブロック図である。

【図４】本発明の他の実施例に係るシリーズハイブリッ
ド電気自動車の制御回路の要部を示すブロック図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例に係るシリーズハイブリッ
ド電気自動車の制御回路を示すブロック図である。

【図６】本発明の更に他の実施例に係るシリーズハイブ
リッド電気自動車の制御回路を示すブロック図である。

【図７】本発明の更に他の実施例に係るシリーズハイブ
リッド電気自動車の制御回路の要部を示すブロック図で
ある。

【図８】発電機及び駆動モータのシーケンスを示すグラ
フである。

【図９】従来技術に係るシリーズハイブリッド電気自動
車の制御回路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１スロットル開度設定器１０２，２０２，３０２目標発電機回転速度設定器１０３，２０３，３０３発電機出力リミット器１０４，２０４，３０４スロットル開度指示値補正器１０５，２０５，３０５リミットゲイン制御器１０６，２０６，３０６発電機出力指令調整器１０７，２１１，３０８発電機出力指令値設定器１０８，２１２，３０９発電機出力指令補正器１０９，２１３，３１０発電機トルク指令変換器１１０駆動動作判定器１１１，２１４，３１１定格リミット器１１２，２１５，３１２トルク制御部１１３，２１６，３１３電流制御系１１４，２１７，３１４座標変換部１１５，２１８，３１５レゾルバ変換器２０７発電機駆動トルク設定器２０８ゲイン設定器２０９発電機駆動トルク指令調整器２１０発電機駆動制御器２１９，３１６発電量指示切替器３０７駆動モータ回生制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足利正東京都品川区大崎二丁目１番17号株式会社明電舎内Ｆターム(参考） 3G093 AA07 AA16 BA05 DB19 EA09 EB09 EC02 FA03 5H115 PA11 PA15 PC06 PG04 PI16 PI24 PI29 PO02 PO06 PO17 PU08 PU24 PU26 PV09 QE08 QE10 QI03 QI04 QI09 QN09 QN22 QN23 QN27 RB22 RE02 RE06 RE13 SE02 SE03 SE05 SE06 TB01 TI05 TO05 TO13 TO21 TR19 TU05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンにより発電機を駆動し、前記発
電機の出力によってバッテリを充電しつつ、前記発電機
の出力及び前記バッテリの放電出力により駆動モータを
駆動するシリーズハイブリッド電気自動車において、前
記発電機は発電ＰＩ制御による発電トルク指令により駆
動させられることを特徴とするシリーズハイブリッド電
気自動車。
【請求項２】請求項１において、前記駆動モータの回
生状態を計測値又は推定値で判断し、発電ＰＩ制御の他
にフィードフォワード的に駆動トルクを得ることを特徴
とするシリーズハイブリッド電気自動車。
【請求項３】請求項１において、前記駆動モータの回
生出力相当を前記発電機で負荷として駆動させることに
より前記バッテリ電圧の上昇を抑制することを特徴とす
るシリーズハイブリッド電気自動車。
【請求項４】請求項１において、前記バッテリのみを
電源にして走行する状態でも前記発電機を前記バッテリ
の負荷として駆動させることにより、前記駆動モータの
回生によるバッテリ電圧上昇を抑制することを特徴とす
るシリーズハイブリッド電気自動車。