JP3180304B2 - ハイブリット車の電源回路 - Google Patents

ハイブリット車の電源回路

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JP3180304B2 JP18738293A JP18738293A JP3180304B2 JP 3180304 B2 JP3180304 B2 JP 3180304B2 JP 18738293 A JP18738293 A JP 18738293A JP 18738293 A JP18738293 A JP 18738293A JP 3180304 B2 JP3180304 B2 JP 3180304B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はハイブリット車の電源回
路に係り、詳細には、エンジンの駆動を効率的に行うハ
イブリット車の電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車の開発と実用化が環境保護の
観点から、盛んに行われている。この電気自動車では、
バッテリの電力でモータを駆動して車両を走行させる
が、バッテリの容量には一定の限界があるため、走行距
離を長くするために、エンジンとモータを備えたハイブ
リット車も開発されている。このハイブリット車には、
エンジンを車両の駆動力発生源として使用することでバ
ッテリの消費を抑えるパラレル型と、エンジンで発電機
を駆動して発電し、バッテリを充電することで消費可能
なバッテリ量を増加させるシリアル型が存在する。ハイ
ブリット車では、エンジンを備えているため、エンジン
による排気ガスの発生をなるべく低下させることが必要
となる。このような技術として、特開昭５１−３９８１
３号公報に記載されたハイブリット車がある。このハイ
ブリッド車では、負荷の大小に限らずエンジンを一定の
回転数で運転して発電機で発電し、これをバッテリに充
電し、バッテリが充電満了になればエンジンを自動停止
する。このように、エンジン発電機の出力を電気的に略
一定に制御し、変動分はバッテリに負担させてエンジン
の燃焼効率を向上することで低公害、燃料節約を図るも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図６は、エンジン回転
数ＮｅとエンジントルクＴｅに対する、エンジン出力お
よびバッテリ１７に充電可能なバッテリ量Ｂの関係を表
したものである。この図６に示すように、エンジンを最
高効率点による発電量は、充電可能なバッテリ量Ｂ〔Ｋ
ｗ〕を一般に越えているため、上記従来のハイブリット
車ではバッテリの劣化を招くこととなる。一方、バッテ
リ１７の劣化を抑えるために、最高効率点以下の点、す
なわち、トルクと回転数の一方または双方を下げた点で
エンジン１７を駆動すると、エンジン１７の燃費が低下
する共に、排気ガスの排出が多くなる。
【０００４】そこで、本発明の目的は、エンジンを最高
効率点近傍で駆動して排気ガスを低下すると共に、バッ
テリの劣化を防止することが可能なハイブリット車の電
源回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、エンジンと、電力を蓄積するキャパシタおよびバッ
テリと、このバッテリに蓄積された充電量を検出する検
出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段
と、前記検出手段で所定値以下の充電量を検出し、前記
走行状態検出手段で走行停止状態を検出した場合、前記
エンジンを最高効率点近傍で駆動させるエンジン駆動手
段と、このエンジン駆動手段による前記エンジンの駆動
によって発電し、前記キャパシタに発電した電力を供給
する発電手段と、前記走行状態検出手段で走行停止状態
の終了を検出した場合、又は前記キャパシタの容量が所
定値以上に充電された場合に、前記エンジンの駆動を停
止するエンジン停止手段と、前記キャパシタに蓄積され
た電力を前記バッテリに充電する充電手段、とをハイブ
リット車の電源回路に具備させて前記目的を達成する。
【０００６】
【作用】請求項１記載のハイブリット車の電源回路で
は、バッテリに蓄積された充電量が所定値以下であるこ
とを検出手段で検出し、車両の走行停止状態を走行状態
検出手段で検出した場合に、エンジン駆動手段でエンジ
ンを最高効率点近傍で駆動させ、発電手段で発電する。
発電手段で発電された電力はキャパシタに供給され、キ
ャパシタに蓄積された電力が充電手段でバッテリに充電
される。エンジンは、走行停止状態が終了した場合、又
はキャパシタ容量が所定以上に充電された場合にエンジ
ン停止手段で停止される。
【０００７】
【実施例】以下、本発明のハイブリット車の電源回路に
おける一実施例を図１ないし図５を参照して詳細に説明
する。図１は、ハイブリット車の電源回路、およびその
周辺について表したものである。この実施例では、エン
ジンの駆動力を発電機の駆動にのみ使用するシリアル型
のハイブリッド車について表している。このハイブリッ
ト車の電源回路１０は、エンジン１１、および発電装置
１３を備えている。発電装置１３は、図示しない整流装
置を備えており、エンジンの駆動によって発電した電力
を整流して出力するようになっている。ハイブリット車
の電源回路１０は、また、キャパシタ１５とバッテリ１
７を備えており、発電装置１３で発電された電力を蓄積
するようになっている。キャパシタ１５およびバッテリ
１７は、発電装置１３に対して並列に接続されている。
なお、キャパシタ１５とバッテリ１７を充電するため、
これらと並列に図示しない燃料電池を接続するようにし
てもよい。燃料電池によるキャパシタ１５とバッテリ１
７の充電は、本実施例によるエンジン１１の駆動時間が
短い場合に、行われる。
【０００８】キャパシタ１５およびバッテリ１７は、検
出手段としての電力量検出部１９に続されており、電力
量および電荷量が検出されるようになっている。電力量
検出部１９は、図示しない電圧センサを備えており、キ
ャパシタ１５の端子電圧を測定することにより、電荷量
Ｑ＝静電容量Ｃ×電圧Ｖから算出する。また、バッテリ
１７の端子電圧を測定し、電圧と容量を示す曲線から、
バッテリ容量を導出するようになっている。
【０００９】バッテリ１７としては、鉛酸蓄電池、ニッ
ケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム２
次電池、水素２次電池、レドックス型電池等の各種２次
電池が使用される。このバッテリ１７は、複数台の２次
電池を直列に、又は直並列に接続することによって、例
えば２４０〔Ｖ〕の電圧となるように構成されている。
【００１０】一方、キャパシタ１５としては、例えば、
分極性電極と電解質界面で形成される電気二重層を利用
した電気二重層コンデンサが使用される。この電気二重
層コンデンサは、単位体積当たりの容量が大きく、更
に、低抵抗で出力密度が大きいコンデンサであり、その
容量は、その占有する体積とのバランスを考慮して決定
し、本実施例では、例えば９Ｆ以上の大容量のコンデン
サが使用される。また、電気二重層コンデンサは、発電
装置１３からの発電電力の電圧に耐え得るように、複数
段積層されている。
【００１１】ハイブリット車の電源回路１０は、また、
エンジン駆動手段として機能する制御部２１を備えてい
る。制御部２１は、電力量検出部１９から供給されるキ
ャパシタ１５およびバッテリ１７の電力量に応じて、エ
ンジン１１を最高効率点近傍で駆動させるようになって
いる。ここで、最高効率点とは、入力（ガソリンの消費
量）に対する出力（回転数×トルク）が最大の点をい
う。この制御部２１は、第１および第２のスイッチ２
３、２５の接続と開放を制御することで、充電手段とし
て機能し、発電装置１３からキャパシタ１５、バッテリ
１７への充電を制御するようになっている。第１および
第２のスイッチ２３、２５は、リレー等による有接点の
スイッチ、また、論理和等の論理回路素子やトランジス
タ等によるスイッチ回路が使用される。第１のスイッチ
２３は動作時に接点が開放するｂ接点に構成され、第２
のスイッチ２５は動作時に接点が接続されるａ接点に構
成されている。
【００１２】制御部２１には、センサ部２７が接続され
ている。センサ部２７は、シフトレバセンサ２７１、ア
クセルセンサ２７２、ブレーキセンサ２７３、図示しな
い速度センサ等の各種センサを備えている。センサ部２
７からは、シフトレバ２７１のポジションを示す信号、
アクセルセンサ２７２やブレーキの踏み込み量を示す信
号等の各種信号が、モータ指令値として制御部２１に供
給される。制御部２１は、センサ部２７から供給される
モータ指令値によって車両の走行状態を検出すること
で、センサ部２７と共に走行状態検出手段として機能す
る。制御部２１では、また、モータ指令値から、シフト
レバポジションに対応したアクセルやブレーキの踏み込
みによる運転者の走行要求に対応して、モータ３３の出
力を決定する。そして、決定したモータ３３の出力に対
応した電流信号Ｓをインバータ３１に供給するようにな
っている。インバータ３１では、電流制御信号に応じた
電流を供給してモータ３３を駆動するようになってい
る。
【００１３】この様に構成されたハイブリット車の電源
回路１０には、インバータ３１がバッテリ１７に対して
並列に接続されている。インバータ３１は、例えば、ト
ランジスタとダイオードを用いたブリッジ回路と平滑コ
ンデンサとを有し、バッテリ１７から供給される直流を
三相交流に変換してモータ３３に出力するようになって
いる。モータ３３としては、例えば、６極の永久磁石か
ら成るロータ、三相の巻線からなる電磁石コイルすなわ
ちステータコイルを備えた、ＤＣブラシレスモータが使
用される。
【００１４】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。図２は、ハイブリット車の電源回路
によるエンジン駆動による充電処理動作を表したもので
ある。制御部２１は、センサ部２７から供給される車速
信号やシフトポジション信号から、車両の走行状態を常
時監視しており、走行停止状態か否かを常時監視してい
る（ステップ１１）。ここで、走行停止状態とは、イグ
ニッションＯＮ状態で、サイドブレーキが引かれている
場合、および、シフトレバがパーキングまたはニュート
ラル位置にあって車速が０の場合をいう。
【００１５】走行停止状態を検出すると（ステップ１
１；Ｙ）、バッテリ充電量が所定値以下か否かを判断す
る（ステップ１２）。すなわち、電力量検出部１９は、
電圧センサからバッテリ１７の電圧を測定し制御部２１
に供給する。制御部２１では、電圧−容量曲線からバッ
テリ１７の充電量を導出する。この充電量が所定値以下
となっていない場合には（ステップ１２；Ｎ）、処理を
リターンする。一方、バッテリ１７の充電量が所定値以
下の場合（ステップ１２；Ｙ）、制御部２１は、エンジ
ン１１を最高効率点Ａ近傍で駆動させる（ステップ１
３）。エンジンが駆動すると発電装置１３によって発電
が開始され、その電力はキャパシタ１５に充電される。
【００１６】このキャパシタ１５への充電によってキャ
パシタ１５の容量が所定値（ほぼ満充電の状態）となっ
たか否かを、制御部２１は監視する（ステップ１４）。
所定値以下の場合（ステップ１４；Ｎ）、制御部は、セ
ンサ部２７から供給されるモータ指令値から走行停止状
態が終了したか否か、すなわち、車両が走行状態に移行
したか否かを判断する（ステップ１５）。走行停止状態
が継続していれば（ステップ１５；Ｙ）、ステップ１４
に戻り、キャパシタの容量が所定値以上になるまで、充
電を継続する。
【００１７】キャパシタ１５の容量が所定値以上まで充
電された場合（ステップ１４；Ｙ）、および、走行停止
状態が終了した場合（ステップ１５；Ｎ）、制御部２１
はエンジン１１の駆動を停止する（ステップ１６）。次
いで、制御部２１は、スイッチ２５を接続することでキ
ャパシタ１５からバッテリ１７への充電を行い充電が終
了すると制御部２１は、スイッチを元の状態に戻して
（ステップ１７）、処理をリターンする。
【００１８】以上説明したように、本実施例では、エン
ジン１１の駆動をオン、オフすることで間欠的に駆動制
御し、オンの場合、常に最高効率点近傍で駆動させるの
で、高い燃料消費率が確保できると共に、排気ガスをの
排出量を低く抑えることが可能となる。また、キャパシ
タ１５とバッテリ１７を備え、発電装置１３による発電
電力をキャパシタ１５に充電する構成としているので、
バッテリ１７の劣化を防止することができる。
【００１９】なお、スイッチ２５を動作時に開放するａ
接点に構成し、発電装置１３の発電電力をキャパシタ１
５とバッテリ１７の双方に充電するようにしてもよい。
この場合、キャパシタ１５の内部抵抗がバッテリ１７よ
りも低いため、主としてキャパシタ１５に優先的に充電
されることとなる。そして、バッテリ１７への充電は少
量であるため劣化が生じることはない。このように、発
電装置１３の発電電力の一部をバッテリ１７にも充電す
ることで、キャパシタ１５への充電時間、すなわち、エ
ンジン１１の駆動時間がながくなるため、エンジン１１
のオン、オフの回数が減り、さらに、燃費が向上する。
【００２０】次に第２の実施例について説明する。第１
の実施例では、車両の走行停止状態においてエンジン１
１を最高効率点近傍で駆動させていたが、この第２の実
施例では、車両の走行時においても最高効率点近傍でエ
ンジン１１を駆動させるように制御するものである。図
３は、図６に対応して、最高効率点近傍Ａにおける発電
電力Ａ′と、充電可能なバッテリ量Ｂ′、および車両走
行に必要とされる走行電力Ｄの関係を表したものであ
る。発電電力Ａ′からモータ駆動に使用される走行電力
Ｄを引いた実充電容量Ｈ＝Ａ′−Ｄがバッテリ量Ｂ′よ
りも大きい場合にバッテリ１７が劣化する。そこで、こ
の第２の実施例では、実充電量Ｈ≦バッテリ量Ｂ′の場
合、発電電力Ａ′をバッテリ１７に充電する。この場
合、制御部２１は、第１のスイッチ２３を開放すると共
に、第２のスイッチ２５を接続する。一方、実充電量Ｈ
＞バッテリ量Ｂ′の場合、発電電力Ａ′をキャパシタ１
５とバッテリ１７の双方に充電する。この場合、制御部
２１は、第１のおよび第２のスイッチ２３、２５を共に
接続する。なお、実充電量Ｈは、制御部２１において、
センサ部２７から供給されるモータ指令値に従って走行
電力Ｄを算出するとともに、バッテリ量Ｂ′を電力量検
出部１９から供給されるバッテリ１７の電圧から、それ
ぞれ算出する。
【００２１】図４は、実充電量Ｈの充電状態の一例と各
状態における第１および第２のスイッチ２３、３５の状
態を概念的に表したものである。この図４では、上か
ら、エンジンのオン・オフ状態Ｅ／Ｇ、最高効率点近傍
Ａにおける発電電力Ａ′、発電電力Ａ′を基準として下
方に充電可能なバッテリ量Ｂ′が表されている。横軸に
は時間軸がとられており、車両の走行に応じてモータ駆
動に使用される走行電力Ｄの曲線Ｄが表されている。車
両の走行は、時刻ｔ１でイグニッションがオンされ、時
刻ｔ２から加減速を繰り返し、時刻ｔ６以降、走行停止
状態を継続しているものとする。
【００２２】このような走行がなされると、まず時刻ｔ
１のイグニッションオンにより、エンジン１１が最高効
率点近傍Ａで駆動し、発電電力Ａ′を発電装置１３から
出力する。この時刻ｔ１から、時刻ｔ２までの間、実充
電量Ｈ２＞バッテリ量Ｂ′となるので、第１および第２
のスイッチ２３、２５を共に接続（ＯＮ）させ、発電電
力Ａ′を、バッテリ１７に充電する（斜線部分）と共
に、キャパシタ１５にも充電を行う（点々部分）。時刻
ｔ３になると、走行電力Ｄが大きくなり、実充電量Ｈ≦
バッテリ量Ｂ′となるので、第１スイッチ２３を開放
（ＯＦＦ）してバッテリ１７にのみ充電する。時刻ｔ４
〜ｔ５の間では、発電電力Ａ′よりも大きな走行電力Ｄ
が要求されているため、第１および第２のスイッチの双
方を接続することで、キャパシタ１５およびバッテリ１
７からインバータ３１を介してモータ３３に電力が供給
される。
【００２３】このように、エンジン１１を最高効率点近
傍Ａで駆動し、倉庫電力Ｄの変化に伴う実充電量Ｈの変
化によって、第１のスイッチ２３を接・断することで、
キャパシタ１５とバッテリ１７の充電を行う。そして、
時刻ｔ６で走行停止状態となった後も、エンジン１１は
最高効率点Ａ近傍で駆動し、キャパシタ１５の容量が所
定量以上になった時点ｔ７でエンジンをオフさせる。こ
のとき、第１のスイッチ２３は開放することなく、その
まま接続することで、以後、キャパシタ１５の充電電力
がバッテリ１７に充電されることとなる。なお、制御部
２１は、バッテリ１７の充電量も監視し、走行電力Ｄが
バッテリのみ充電する領域での走行が継続した場合のよ
うに、バッテリ１７がキャパシタ１５よりも先に所定量
以上充電された場合には、その時点でエンジン１１をオ
フさせる。
【００２４】以上説明した実施例では、シリアル型のハ
イブリット車について説明したが、図５に示すように、
パラレル型のハイブリット車についても本発明を適用す
ることが可能である。この場合、エンジン１１′はクラ
ッチ４１を介してモータ３３′と接続されおり、車両の
駆動力の一部または全部を負担する。そして、モータ３
３′はクラッチ４３を介してトランスミッテョン４５と
接続されており、クラッチ４３を開放することで、エン
ジン１１の駆動によって回転され発電機として機能す
る。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンジンを最高効率点近傍で駆動して排気ガスを低下す
ると共に、バッテリの劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるシリアル型ハイブリ
ット車の電源回路、およびその周辺について表した回路
図である。
【図２】同上、ハイブリット車の電源回路によるエンジ
ン駆動による充電処理動作を示す説明図である。
【図３】同上、第２の実施例において、発電電力Ａ′、
バッテリ量Ｂ′、および走行電力Ｄの関係を表した説明
図である。
【図４】同上、第２の実施例において、実充電量Ｈの充
電状態の一例と各状態における第１および第２のスイッ
チ２３、３５の状態を概念的示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施例で使用されるパラレル型ハ
イブリット車の電源回路、およびその周辺を表した回路
図である。
【図６】エンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅに対
する、エンジン出力およびバッテリに充電可能なバッテ
リ量Ｂの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ハイブリット車の電源回路 １１ エンジン １３ 発電装置 １５ キャパシタ １７ バッテリ １９ 電力量検出部 ２１ 制御部 ２３ 第１のスイッチ ２５ 第２のスイッチ ２７ センサ部 ３１ インバータ ３３ モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−157901（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−39813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 7/00 - 13/00 B60K 6/02 H02J 1/00 306 H02J 9/06 505

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンと、 電力を蓄積するキャパシタおよびバッテリと、 このバッテリに蓄積された充電量を検出する検出手段
    と、 車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、 前記検出手段で所定値以下の充電量を検出し、前記走行
    状態検出手段で走行停止状態を検出した場合、前記エン
    ジンを最高効率点近傍で駆動させるエンジン駆動手段
    と、 このエンジン駆動手段による前記エンジンの駆動によっ
    て発電し、前記キャパシタに発電した電力を供給する発
    電手段と、 前記走行状態検出手段で走行停止状態の終了を検出した
    場合、又は前記キャパシタの容量が所定値以上に充電さ
    れた場合に、前記エンジンの駆動を停止するエンジン停
    止手段と、 前記キャパシタに蓄積された電力を前記バッテリに充電
    する充電手段とを具備することを特徴とするハイブリッ
    ト車の電源回路。
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