JPH09331601A - 自動車、特にハイブリッド電力使用車両における電力分配を調節する方法および装置 - Google Patents

自動車、特にハイブリッド電力使用車両における電力分配を調節する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流センサの使用をできる限り避けて、安定
で信頼性のあるハイブリット自動車の制御方法を提供す
る。 【解決手段】 供給回路における電力の消費及び／又は
生成を行うことができる電気的な要素（３，６，７，
８）の一つが、前記供給回路（２）と調節された電力を
交換する電力平衡要素として定義され、供給回路の所望
の電圧（Ｕ0c）が決定され、供給回路実効電圧（Ｕ0）
が継続的に監視され、平衡要素調節電力が所望の電圧の
レベルに実効電圧を維持するように調節される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、供給回路の中で電
力を消費するか生成できる又はその双方ができる幾つか
の電気的な要素を有する自動車の直流電圧供給回路にお
ける電力分配を調節する方法に関する。前記電気的な要
素の一つは、前記車両の少なくとも一つの駆動輪を駆動
することができる電気的な駆動セットである。さらに、
本発明は、そのような方法を適用することができる駆動
システムに関する。本発明は、発電機を駆動するサーマ
ルエンジンを有する発電機セットが備えられた、直列型
のハイブリッド電力使用車両に特に適合するが、さらに
それは、並列あるいは直列−並列が混じったハイブリッ
ド電力使用車両にも適用され得るとともに、走行のため
に必要な電力が発電機セットとは違う供給源、例えば、
蓄電池、燃料電池、あるいは光電池によって提供される
純粋に電気的な車両にも適用され得る。
【０００２】
【従来の技術】直列型のハイブリッド電力使用自動車
は、一般に直流電圧供給回路である供給回路に電力を供
給する発電機に結合されたサーマルエンジンを備えた発
電機セットを有する。そのような回路に蓄電池が接続さ
れている。１あるいはそれ以上の電気的モータを有する
駆動セットは、前記車両の駆動輪を駆動するために、供
給回路によって供給される。大部分の適用において、前
記駆動セットは、また、電気的な回生制動を実行でき、
電気的なエネルギを供給回路に戻す。このエネルギは、
供給回路に接続された他の要素によって消費されてもよ
く、例えば、化学的な形で蓄電池の中に格納され、ある
いは、運動エネルギ蓄積器の中に格納されてもよく、過
剰エネルギを吸収するように意図された安全要素の中で
熱的に浪費させられてもよい。このように、直流電圧供
給回路は、それに接続された要素と、各瞬間において、
異なる電力をやりとりする。これらの流れは、自動車駆
動システムにおける過渡状態の優勢の故に、時間が経つ
に従って特に変化する。そのような流れの算術的な合計
は、回路自身の中の消失は別として、各瞬間においてゼ
ロであらねばならないので、その車両の運転者によって
所望される牽引力あるいは制動力を少なくともほぼ得て
いる間において、１あるいはそれ以上のこれらの流れが
平衡状態を達成するように調節することが必要である。
【０００３】これらの力を制御する従来の方法は、前記
システムの全ての要素によって作り出され、消費される
力についての正確な知識を用いる。この方法は、各要素
がその回路の平衡状態を得るために生成し、消費する電
力を計算することを必要とする。適切な全体の調節を達
成するために、システムの各構成要素を調節するための
方法を正確に知ることがこのように必要である。たと
え、ある要素がシステムの動作において著しくない電力
を消費するとしても、そのことは知られていなければな
らず、しかも正確な方法で知られていなければならな
い。したがって、Ｎ要素が供給回路に接続されている場
合のシステムを制御するためのこの方法の適用は、少な
くともＮ−１の電流センサの使用を必要とする。そのよ
うなセンサは広い測定範囲にわたって高精度を維持でき
ず、前記調節の中に誤りの余地を持ち込み、安定性を確
実にするための追加の調節を必要とする。蓄電池が供給
回路に接続されるときには、調節プロセスにおいて、そ
れが電流の変化に非常によくは耐えられず、それは壊れ
やすく比較的に高価であるので、それに優先権を与える
必要がある。調節方法においてそのような優先権を実行
することは、追加の複雑さをもたらす。
【０００４】過剰な電力を吸収するための緩衝用蓄電池
無しにおよび安全要素無しに動作するシステムにおいて
は、生成された全ての電力は直ちに消費されなければな
らないので、電力測定調節方法は不可能である。したが
って、そのシステムの全体の調節は、それぞれに、特に
運転モードにおいては、サーマルエンジンと一般の発電
機セットの電力と、駆動セットの電力とは各瞬間におい
て同じであるように扱われなければならない。
【０００５】自動車の直列ハイブリッド駆動システムを
調節する方法と装置は、特許出願ＷＯ９３／０７０２
２、ＥＰ−Ａ−０４６０８５０、ＥＰ−Ａ−０５４３３
９０、ＥＰ−Ａ−０６４５２７８、ＤＥ−Ａ−４１１６
８９９で開示されている。これらの装置は、供給回路に
入り、あるいは出て行く１あるいはそれ以上の電力の流
れの計算を可能にするために、運転者によって与えられ
るアクセルあるいは制動設定信号に加えて、１あるいは
それ以上のセンサから常に構成される種々のセンサか
ら、そのシステムの状態を表す種々な信号を受け取る中
央調節ユニットを有する。
【０００６】例えば、資料ＥＰ−Ａ−０５４３３９０
は、供給回路に接続された、サーマルエンジンと直流発
電機とを有する直列ハイブリッド車両における駆動制御
装置を開示している。この回路は、ＤＣ／ＡＣコンバー
タと３相電動モータとを有する駆動セットに供給を行
う。このモータは、差動ギアを介して２つの駆動輪を駆
動する。供給回路に直接接続された蓄電池は、駆動セッ
トから要求された電力に従って、駆動セットに供給する
３つのモードが、すなわち、低電力範囲においては蓄電
池のみによって供給を行い、良好なサーマルエンジン効
率に対応する中電力範囲においては発電機セットのみに
よって供給を行い、高電力範囲においては発電機セット
と蓄電池とによって供給を行うことを可能にする。全体
の調節は、運転者から設定点信号を受け取り、システム
の状態を表す信号、すなわち、直流発電機によって生成
された電流、蓄電池の入力電流あるいは出力電流、供給
回路の電圧、および電動モータの速度を受け取る電気的
なユニットによって確実にされる。この情報に基づい
て、その調節ユニットは、サーマルエンジンの燃料供給
に作用し、供給回路の決定された電圧を得るために発電
機の励起電流に作用し、駆動セットのＤＣ／ＡＣ変換器
に作用することによってそれぞれの電力の流れを決定す
る。このように、同時に、それは、発電機セットによっ
て生成された電力と駆動セットによって消費された電力
とを制御し、それは、蓄電池の端子と発電機の出力端子
とにおいてそのうちの２つを監視することによって、関
係する３つの電力の流れの平衡を調節する。そのような
方法によると、調節品質および平衡は、電流測定の精度
に実質的に依存する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そのような自動車駆動
システムにおいては、直流電流強度が非常に大きな範囲
で変化するので精度は良好でない。これは、蓄電池の端
子における電流の望ましくない変動を生じ、不正確で不
安定な調節となり、ひいては蓄電池の寿命を縮めること
になる。そのような方法のもう一つの不利な点は、もし
も、他の電気的な装置、例えば、運動エネルギ蓄積器、
空調装置等が供給回路に接続されるならば、あるいは、
もしも、緩衝用蓄電池が無いならば、それは根本的に変
形されなければならないということである。要約して言
えば、供給回路へのあるいは供給回路からの電力の流れ
の追加あるいは除去は全て調節方法および装置の著しい
修正を必要とする。
【０００８】同じ問題は、純粋に電気的な車両の場合に
も発生する。なぜならば、その車両は、牽引エネルギが
調節可能か調節不可能な電源によって与えられといいう
ように、その発電機セットが動作停止させられたハイブ
リッド電力使用車両のように動作するからである。一つ
のシステムからもう一つのシステムに移行するための基
本的な調節における過激な変更を必要とすること無し
に、特に供給回路に接続された、蓄電池が備えられてい
ようがいまいが、安全要素が備えられていようがいまい
が、異なる構成の駆動システムに有利に適用され得る、
簡素で信頼性があり経済的な方法で実現されるべき前記
システムの種々の要素の間の電力の流れの調節を可能に
する方法の結果として、従来技術の前述の不利な点を回
避することが本発明の目的である。もう一つの目的は、
電流センサの使用をできる限り避けて、安定で信頼性の
あるシステムの調節を得ることにある。
【０００９】もう一つの目的は、蓄電池の寿命を延ばす
ために、蓄電池の端子における電流中のリップルを除去
しつつ、蓄電池を制御することができるようになること
である。最後に、その方法は、電力の流れの調節におい
て最大の柔軟性を提供すべきであり、すなわち、それ
は、システムの最適効率および有利な車両人間工学を得
るために広い範囲の組み合わせを可能にすべきである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このように、本発明は、
上述した種類の方法に関係し、前記電気的な要素の一つ
は、前記供給回路と調節された電力を交換する電力平衡
要素として定義され、供給回路の所望の電圧が決定さ
れ、供給回路実効電圧が継続的に監視され、さらに前記
平衡要素の調節電力が前記所望の電圧のレベルに前記実
効電圧を維持するように調節されることを特徴とする。
【００１１】前記平衡要素は、好ましくは前記駆動セッ
トであるが、以下に記載されるように、他の選択も可能
である。前記電気的な要素の一つは、要求によっては、
前記供給回路と第１の電力を交換できる発電機セットで
あってもよく、前記平衡要素は前記電気的な要素のもう
一つである。
【００１２】このように、制御手段は、供給回路におけ
る電力の流れの分布に基づいて実時間でそのような電力
を調整する必要無しに、運転者によってなされた電力あ
るいはトルク要求に実質的に従って前記発電機セットに
よって提供されるべき前記第１の電力を決定できる。電
子的なユニットによって実行されるべき調節は、消費が
不十分であれば上昇し、消費が高すぎると下降する供給
回路電圧を実質的には監視し、この実効電圧を所望の電
圧と比較し、差がある場合には、その電圧を所望の値に
戻すように平衡要素の電力を調整することにある。運転
モードにおいて、駆動セットの上でこの調節を実行する
ことは容易である。なぜならば、それがしばしば主たる
消費装置であり、ほとんどの場合、それは、広い範囲の
調節可能性を与えるＤＣ／ＡＣ変換器を有しているから
である。
【００１３】基本的な調節パラメータとしての供給回路
電圧の選択は、多くの方法において有利である。それは
回路の数や性質が何であれ、前記回路に接続された全て
の要素に対する共通のパラメータに関係する。そのよう
な電圧は小さな範囲内で変化し、正確に測定される。制
御ユニットは、電力の流れの所望の分布の関数として所
望の電圧を定義し、次に調節がこれらの流れを測定する
こと無しに、したがって電流センサを用いること無しに
実行され得る。蓄電池および安全要素が存在するか否か
によって、第１に高レベルの調節の安定性と信頼性と、
第２に調節ユニットを異なる構成の駆動システムに適用
することに対する並外れた容易さとが結果としてもたら
される。
【００１４】蓄電池が供給回路に接続されている場合に
は、電圧に基づいた調節が、所望の電圧が蓄電池の特徴
と特にそれの充電の状態の関数として選択されてもよ
く、その選択は、蓄電池によって消費されあるいは吸収
された電力が予め決定することができるので特に有利で
ある。それは、以下において説明されるように、特に電
流が蓄電池の端子におけるゼロ値に容易に安定化され
る。
【００１５】本発明による方法は、電気的な制動モード
および運転モードに対して、必要な場合には、同じよう
に適合するとともに、異なる構成の駆動システムにも適
合するという有利な点をさらに有している。そこで、駆
動セットは、平衡要素として選択されることができ、そ
のような場合、前記駆動セットは、電力に関する供給回
路、あるいは安全要素のような消費要素を設ける。
【００１６】資料ＥＰ−Ａ−０６４５２７８は、供給回
路に接続された緩衝用蓄電池を備える直列型のハイブリ
ッド車両に対する制御方法を開示しており、この場合、
電子的な制御ユニットは電力の流れを制御するために蓄
電池の電圧と充電状態とを監視していることに留意され
るべきである。しかしながら、この方法による調節は本
発明のものより簡単でなく、また安定でもない。その理
由は、この方法は、そのトルクおよび速度の測定から、
あるいは、モータの電流および電圧から駆動セットの実
効電力を計算することを必要とし、蓄電池の充電の状態
を所定の範囲に維持するために、この電力と蓄電池の充
電の状態との関数として発電機セットに反作用を及ぼす
からである。このように、電力の流れの正確な平衡を確
実にするのは蓄電池である。
【００１７】本発明は、さらに自動車駆動システム、特
に本発明による方法の実行のための自動車駆動システム
に関する。そのシステムは、供給回路において電力を消
費し、または生成を行うことができる幾つかの電気的な
要素を有する。その電気的な要素の一つは、前記車両の
少なくとも一つの駆動輪を駆動することができる電気的
な駆動セットである。また本システムは、前記供給回路
と第２の電力を交換する電力平衡要素として定義され、
前記電気的な要素のうちの一つの電力を制御するように
配置された制御手段を有する。その制御手段は供給回路
の実効電圧を継続的に監視できるように配置されてい
る。その制御手段は、平衡要素に関連づけられていて、
その制御手段によって規定された所望の電圧に基づいて
平衡要素の電力を調節するように配置された電気的な調
節ユニットを有し、前記実効電圧を前記所望の電圧のレ
ベルに維持するようにしたことを特徴とする。本発明の
他の特徴および有利な点は、添付の図面を参照しての例
証によって提供される異なる実施形態についての後続の
説明で明かになろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、ここに記載さ
れた例は、直列型のハイブリッド電力使用車両の駆動シ
ステムにである。そのシステムは、２本線の供給回路２
に対して電圧Ｕ0の直流電流ＩＧを供給するように配置
された発電機セット１を有する。このような回路は、シ
ャフト５を介しあるいは何らかの他の機械的な伝達手段
を介して車両の少なくとも一つの駆動輪を駆動する駆動
セット３に電流を供給する。もちろん、その車両は、共
通の電動モータあるいは個別な電動モータによって駆動
される幾つかの駆動輪を通常有する。
【００１９】ここで見られる一般の場合、供給回路２
も、バッファとして働く蓄電池６、過剰なエネルギを吸
収するように意図された安全要素７、および１あるいは
それ以上の消費要素８、例えば、乗客用空間加熱および
空調の装置に接続される。要素６，７および８は、場合
に応じて設けられることを示すために、図１においては
点線で描かれている。
【００２０】示された実施形態において、発電セット１
は、例えば、非同期型あるいはブラシレス型の３相発電
機を駆動する、例えば、オットー、ディーゼルあるいは
ガスタービンの型のサーマルエンジン１１、および、供
給回路２に直流電流ＩＧを供給するＡＣ／ＤＣ変換器１
３を従来同様に備えている。他の実施形態においては、
発電セット１は、直流発電機を有することもでき、ある
いは、例えば、燃料電池、ＤＣ／ＤＣ変換器に接続され
た光電池等のような何か他の車上調節可能な電力源を備
えることも可能である。
【００２１】図１において略図的に示されている駆動セ
ット３は、３相回路網１５を介して１あるいはそれ以上
の電気機械、例えば、非同期あるいはブラシレスの型の
ものに結合されている電子的なＤＣ／ＡＣ変換器１４を
有する。各電気機械１６は、好ましくはシャフト５を介
して単一の駆動輪４に結合されている。それは、牽引モ
ータとして動作するとともに電気的な回生制動発電機と
しても動作する。したがって共通変換器１４を介して供
給回路２に電力を供給できる。
【００２２】駆動システムの動作は、システムの状態の
関数として、また、運転者によって与えられるコマンド
の関数として電子的な制御ユニット２０によって制御さ
れ、それらは、ここでは、牽引コマンド信号Ｔを供給す
るアクセスペダル２１と、電気的なブレーキコマンド信
号Ｆを供給するブレーキペダル２２によって模式的に示
されている。コマンド信号ＴおよびＦは、好ましくは、
運転者によって望まれた動作を表す可変の振幅をそれぞ
れ有している。信号ＴおよびＦの両方が同じペダルから
もたらされてもよい。
【００２３】システムの状態を知るために、制御ユニッ
ト２０は、説明を簡略化するためにここでは図示されて
いないセンサによって供給される信号を受け取る。その
ような信号の最も重要なものは、供給回路２の実効電圧
Ｕ0、すなわち、本発明による方法における本質的な役
目を果たす変数である。ユニット２０によって受け取ら
れたその他の状態信号２３は、電気的な駆動機械１６の
シャフト５の速度、および、例えば、安全要素７の存
在、消費装置８等のオンあるいはオフの切換状態を示す
ことができる信号Ｘのグループを示している信号Ｖによ
り図の中で模式的に示されている。
【００２４】図２によって示されているように、ユニッ
ト２０は、少なくとも２つの設定点信号ＰGcおよびＵ0c
によって駆動システムを制御する。信号ＰGcは、発電機
セット１に対して、それが供給回路２に供給しなければ
ならない電力を継続的に指示する。公知のように、セッ
ト１は、セットの出力、特に電流ＩGを、この場合にお
いては、エンジン１１の空気と燃料との供給、およびそ
の抵抗トルクを調節するための発電機１２に作用を及ぼ
すことによって調節する電子的な制御ユニットを有す
る。信号Ｕ0cは、駆動セット３にだけ作用を及ぼす。本
例においては、それは、供給回路２の実効電圧Ｕ0を表
す信号をさらに受け取る電子的な調節ユニット２４に伝
達される。調節ユニット２４は、値Ｕ0を値Ｕ0cと比較
し、このような比較の結果に従って、変換器１４の電力
の増大あるいは減少に対応し、さらに、このようにモー
タあるいは発電機として機能する電気機械１６の機械力
の変化に対応する信号ＳTによって、牽引変換器１４を
調節する。公知の方法で、変換器１４の調節は、３相回
路網１５上の電圧、電流および／または供給周波数を変
更してもよい。
【００２５】信号Ｆによって制御される電気的な制動が
用意されている実施形態において、制御ユニット２０
は、調節ユニット２４に対して制動トルク指令Ｆｃを供
給することができ、したがって、以降に記載されるよう
に、駆動セット３の動作を修正することができる。同様
に、安全要素７が設けられている場合においては、ユニ
ット２０は、以降に記載されるように、信号Ｓｃによっ
てその要素を制御することができる。蓄電池６を有する
実施形態において、制御ユニット２０は、蓄電池６の充
電の状態（ＳＯＣ）を監視し、対応する信号を出力する
ブロック２７と、その蓄電池の特徴データを含む読み出
し専用メモリあるいはファジイ論理装置のようなブロッ
ク２８とを特に有する蓄電池管理ユニット２６と接続あ
るいは組み合わされる。ユニット２０と２６とは、以降
に記載される信号２９を交換する。
【００２６】電流測定は、本発明による方法においては
好ましくも回避されるが、全ての場合に排除されるもの
でなく、特に安全検査あるいは蓄電池の充電の状態を計
算するためには用いられてもよい。しかしながら、電流
センサを用いること無しに充電の状態を決定する方法は
公知である。
【００２７】図１は、正方向を示す矢印によって、供給
回路２に出入りする直流電流を示している。示された一
般的な場合において、回路の平衡は、算術的に記載する
ことができ、ＩG＝ＩT＋ＩC＋ＩB＋ＩSであって、この
場合、ＩTは駆動セット３に向かって流れる電流、ＩCは
消費要素８に向かって流れる電流、ＩBは蓄電池６に向
かって流れる電流、およびＩSは安全要素７に向かって
流れる電流である。共通な電圧Ｕ0を乗算することによ
り、電力の平衡に対して同様な式が得られる。もしも平
衡が達せられないと、供給回路の電圧Ｕ0は、電力消費
が生成よりも少ない場合には増大し、消費が生成よりも
多い場合には減少するということを当業者は理解するで
あろう。次に、図１は、本発明による方法は、Ｕ0とＵ
0cとの間の比較に基づき、主に駆動セット３の調節によ
って、平衡を再構築するということを示している。これ
とは逆に、運転モードにおける主たる電力供給源である
発電機セット１は、駆動セット３の反動を受けることな
く、運転者によって与えられるコマンドＴ（あるいは
Ｆ）の関数として直接制御される。換言すれば、運転モ
ードにおいては、発電機セットによって回路の中に導入
される電力は、予め決定されており、その回路は、実効
電圧Ｕ0を所望の電圧Ｕ0cのレベルに維持できるよう
に、消費要素のうちの一つの調節によって平衡がとられ
る。このように、システムの状態と運転者によって与え
られるコマンドとの関数として、そのような所望の電圧
を決定することは、制御ユニット２０の義務である。電
気的な制動モードにおいて、同じような方法が適用可能
であるが、供給される電力は駆動セット３から生じるの
で、多分異なるやり方で適用可能である。このことは、
図２ないし図１０を参照して、駆動システムの異なる構
成および異なる動作モードに対して以降で説明される。
【００２８】第１の特に簡潔な構成では、図１において
示される駆動システム１は、要素６，７および８を有し
ていない。運転モードにおいては、発電機セット１によ
って生成された電力は、駆動セット３によって完全に消
費されなければならない。信号ＦC，ＵCおよびＳC、並
びに蓄電池管理ユニット２６のようなものは、この場合
に存在しない。図２は、そのような構成に対する制御ユ
ニット２０の単純化されたブロック図を示している。ユ
ニット２０は、運転者によって与えられたコマンド信号
ＴおよびＦを受け取り、発電機セット１に電力設定点信
号ＰGcを供給する負荷計算ユニット３０を有する。ユニ
ット３０は、駆動セットの状態を表す少なくとも一つの
信号、例えば、信号Ｖを好ましくもさらに受け取る。こ
れは、電気機械１６が比較的に低速で回転するとき、駆
動セットにおける過剰な強さを回避するように電力を制
限するためである。
【００２９】駆動セット３の電力調節に作用するため
に、ユニット２０は、一定であってもよい所望の電圧を
決める信号Ｕ0cを出力する所望の電圧ユニット３１を有
する。このように、ユニット３１は、例えば、配線回路
の形で達成されてもよい。しかしながら、また、チェー
ン効果（chain efficiency）が最適であるように選択さ
れた、所望の電圧Ｕ0cが可変値を有する代わりの実施形
態が提供されてもよい。次に、例えば、サーマルエンジ
ンが良好な効率と低い汚染率を有する比率をえるため
に、駆動システムの特徴と状態とが考慮に入れられるで
あろう。そこで、ユニット３１は、読み出し専用メモリ
の中にＵ0cの範囲を含んでいてもよく、この場合、それ
は、信号Ｔ，Ｆ，Ｖ、および可能性があるならばそれが
受け取ることができるその他の信号の現在の状態の関数
として適切な値を選択するであろう。
【００３０】また、上述の簡潔な構成は、エンジン−ブ
レーキとして機能するサーマルエンジン１１を駆動する
ために、車両が電気的に制動を行うこと、すなわち、駆
動機械１６を発電機として、“発電機”１２をモータと
して使用し、それの速度を低下させることを可能にす
る。次に、発電機セット１は、信号ＰGcによって決定さ
れた電力を消費するが、駆動セット３は、上述のよう
に、Ｕ0をＵ0cのレベルに維持することによって、自動
的にそのような電力に調節されるであろう。
【００３１】蓄電池６が供給回路２に接続されている構
成においては、電圧Ｕ0は、蓄電池の電圧特徴に直接依
存する。本発明による方法がそのような駆動システムに
適用されるとき、適切な方法で所望の電圧Ｕ0cを選択す
ることによって、システムにおける電力の流れを監視す
るために、そのような蓄電池の特徴が考慮される。先ず
第１に、図３および４を参照すると従来の蓄電池の幾つ
かの公知の特徴が思い出されよう。図３は、そのような
蓄電池の充電ＳＯＣの種々の状態に対する、蓄電池６の
端子における電圧ＵBの関数としての電流ＩB（あるいは
電力ＰB）を示す概略図である。電流は、もしもそれが
蓄電池に入ってくるならば正記号を有し、それがそこか
ら出ていくのならば負記号を有している。電流がゼロで
あるときは、蓄電池は、充電ＳＯＣの状態とともに変化
する無負荷電圧ＵB0を有する。例によりおよびＳＯＣ＝
６０％として、蓄電池が電圧ＵB1で電流ＩB1を供給する
動作点Ｐ1が示され、蓄電池が電圧ＵB2で電流ＩB2を吸
収するもう一つの動作点Ｐ2が示されている。実際にお
いては、図３の曲線の束は、例えば、３次元テーブルの
形で電子的なユニットの中に格納されている。そのよう
なテーブルは、特に、蓄電池の経年変化あるいはその他
のパラメータを考慮して、定期的に更新されてもよい。
他の公知の方法は、前記曲線の内の一つの上の一点を知
って、適切なアルゴリズムの助けを借りてそのような曲
線の上のもう一つの点を計算することにある。
【００３２】図４は、図を非常に大きく拡大して、充電
ＳＯＣnの状態に対する図３のいずれかの曲線の垂直軸
ＵBの近辺、すなわち、無負荷電圧ＵB0の近辺を模式的
に示している。正極性あるいは負極性の電流ＩBを蓄電
池の端子において確立するために、バイアス電圧ＵBpol
が開回路電圧ＵB0にそれぞれ加算され、あるいは減算さ
れなければならない。したがって、曲線は、電圧ＵB0−
ＵBpolおよび電流−ＩBpolに対応する点Ｐ3と、電圧Ｕ
B0＋ＵBpolおよび電流＋ＩBpolに対応する点Ｐ4との間
の非常に急峻な傾斜を有する。値±ＩBpolは、ゼロに近
く、図４の尺度は、図３のそれに関連して、非常に大き
く拡大されているということが留意されるであろう。
【００３３】本発明においては、この特徴は、所望の電
圧Ｕ0cの適切な選択により蓄電池電流ＩBを打ち消すこ
とが望まれているとき、電力の分配を安定化させるため
に特に有用である。図４の場合において、充電の状態は
ＳＯＣnであって、Ｕ0c＝ＵB0nを選択するのが適切であ
る。しかしながら、選択された所望の電圧Ｕ0cは、例え
ば、ＵB0nよりもいくらか大きいように、充電の状態の
計算に小さな誤りがある可能性がある。そこで、蓄電池
に入る電流ＩB5に対応する動作点Ｐ5がそこからもたら
される。この電流は、ＩBpolよりも少ないので、非常に
弱く、電力の流れの所望の分配に実際的には影響を与え
ない。それの唯一の影響は、充電ＳＯＣn+1の若干高い
状態に蓄電池を充電することであり、電流は、ＩB＝０
である動作点Ｐ6まで徐々に低減される。システムは、
蓄電池が電流変動を受けることなく、所望の安定状態に
向かおうとする。このように、本発明による方法は、蓄
電池６における電流の低い値あるいはゼロの値を保つこ
とが望まれているとき、特に正確で安定な調節を可能に
する。
【００３４】逆に、電流測定に基づく調節を用いる先行
技術による方法によると、電流の一つに対する測定の何
らかの誤りが、電力の流れの分配に誤りを導入し、その
誤りは、自動的には取り除かれることは不可能であっ
た。そこで、所定の制限内に蓄電池の充電状態を保つた
めに蓄電池の充電状態を監視することに基づく、扱いの
難しい追加の調節を用意することが必要であった。本発
明による方法に関して、蓄電池６から決定された電力を
引き出すことを望むならば、曲線ＳＯＣの中の各対応す
る点は単一の方法で電力ＰB＝ＵB・ＩBを表すので、図
３によって表された値を充電ＳＯＣの現在の状態に用い
ることができる。
【００３５】例えば、もしも、所望の電力がＳＯＣ＝６
０％の曲線の上の点Ｐ1に対応するならば、その点に対
応する値ＵB1に指令Ｕ0cを固定することで充分である。
そこで、蓄電池６は、供給回路２に電流ＩB1を供給する
であろう。同様に、もしも、点Ｐ2に対応する電力で蓄
電池６を充電しようと望むならば、所望の電圧ＵOcは、
値ＵB2に固定され、蓄電池は、ＩB2を吸収するであろ
う。もしも、車両の運転に影響を与える他のパラメータ
を考慮すること無しに、例えば、その充電ＳＯＣの状態
を所望の値の８０％にさせるように蓄電池を充電しよう
と望むならば、ＵOcは、ＳＯＣ＝８０％に対する蓄電池
の無負荷電圧ＵB07に等しい値に理論的に固定され得
る。かくして、初期の動作点Ｐ7と、ＳＯＣ＝６０％に
おける充電電流ＩB7とを得る。この電流は、充電状態に
おける上昇とともに徐々に減少する。もちろん、電流Ｉ
B7が最大許容値を越えていないことを検査する必要はあ
り、さもなくば、所望のＳＯＣは、８０％より下に選択
されるであろう。同じような方法は、現在の充電状態よ
りも低い充電状態まで蓄電池を放電するのに適用可能で
ある。
【００３６】各場合において、駆動セット上の調節ユニ
ット２４の動作を介しての電圧Ｕ0の調節は、蓄電池電
流および電力の流れ一般の分配における実質的な変動を
回避する非常に狭い制限内にＵ0を維持する。図５は、
蓄電池６の動作を制御することによって、上述の方法を
適用するための制御ユニット２０の配置を示している。
図２のユニット３１は、信号Ｐcを受け取り、図１で示
された信号２９のグループを蓄電池管理ユニット２６と
交換する電力の流れ分配ユニット３２によって置き換え
られている。ユニット２６によって供給された信号は、
蓄電池６の充電の現在の状態を示す信号ＳＯＣ、充電の
この状態における蓄電池の動作範囲の制限を常に示して
いる２つの信号ＰchargeとＰdischarge、すなわち、蓄
電池をそれぞれ充電および放電するための最大許容電
力、および、ユニット３２によって伝達された要求され
た電力信号ＰBdemに応答する信号ＵBを含んでいる。こ
の電力は、蓄電池を充電する場合には正極性であり、そ
れを放電させる場合には負極性であり、現在の充電の状
態を維持しようと望むならば、ゼロである。信号Ｕ
Bは、上で説明されたように、要求された電力ＰBde mに
対応する電圧を示す。
【００３７】ユニット３２は、供給回路２に接続された
要素間の電力の最適な分配の選択あるいは図２の場合の
ように、所望の駆動あるいは制動電力を示す信号ＰBdem
を信号Ｐcの関数として計算する。この計算は、ＳＯ
Ｃ、ＰchargeおよびＰdischargeを考慮に入れる。そこ
で、ユニット３２は、ユニット２６によって与えられた
値ＵBに所望の電圧ＵOcを固定するとともに、それは、
それの電力設定点信号ＰGcを発電機セット１に対して供
給する。蓄電池６は、ＰBdemによって示された電力を吸
収あるいは供給するであろうし、駆動セットは、ＰGc−
ＰBdemに等しい値にそれの電力を維持するであろう。
【００３８】図６は、図５のブロック図の改良された修
正を示しており、この場合、電力の流れの分配ユニット
３２は、さらに、車両の種々の要素の現在の動作状態と
して、実時間における電力の分配を最適化することを可
能にさせる信号ＲｅｎｄおよびＤｙｎを受け取る。制御
ユニット２０は、車両効率管理ユニット３３と車両動力
管理ユニット３４とを有する。ユニット３３は、関係す
る要素の状態あるいは効率の現在のパラメータを示す信
号３５を受け取るとともに、それは、最適な全体の効率
に対応する好ましい電力の分配を規定するために、これ
らの信号および関数あるいはアルゴリズムに基づいて、
信号Ｒｅｎｄを計算する。ユニット３４は、車両の現在
の動力パラメータを示す信号３６を受け取るとともに、
最適な電力分配が選択されているとき、ユニット３２が
システムの将来の状態を予想できるように、信号Ｄｙｎ
を続けて計算する。
【００３９】図７のグラフは、アクセルペダル２１に対
する運転者の動作が発電機セット１によってカバーされ
る駆動電力の増大を命令しているとき、図５による構成
を有するシステムにおける時間ｔの関数としてあるパラ
メータの進行を示している。簡略化のために、エネルギ
の喪失と過渡的な動力効果は無視されている。グラフ
（ａ）は、運転者によって望まれ、かつ駆動セットによ
って消費された電力ＰTは、運転者がアクセルを押圧す
る瞬間ｔ1においてＰT1からＰT2に向かって上昇すると
いうことを示している。そこで、設定点信号ＰGcに一致
している発電機セット１によって与えられた電力Ｐ
Gは、瞬間ｔ2においてＰT2に等しい値まで次第に上昇す
る。ｔ1とｔ2との間において、電力ＰB＝ＰG−ＰTにお
ける差分は、グラフ（ｂ）によって示されるように、蓄
電池の範囲内である。蓄電池からこの電力を引き出すた
めに、ユニット３２は、グラフ（ｃ）に示されるよう
に、対応する所望の電圧ＵOcを与えることにより、供給
回路の電圧Ｕ0を一時的に低下させる。
【００４０】図８のグラフ（ａ），（ｂ）および（ｃ）
は、図７のそれらに対応しているが、発電機セットの電
力ＰGがＰT2よりも小さな値ＰG3を越えることができな
い場合に対応している。以前にはゼロであって、蓄電池
によって与えられた電力ＰBは、瞬間ｔ1において値ＰB1
に行き、次に、瞬間ｔ2からＰB2＝ＰG3−ＰT2で安定す
るように徐々に減少する。これらのＰB値は、上で説明
されたように、ＵB＝ＵOcの対応する値によって決定さ
れる。
【００４１】図９は、駆動システムにおける本発明に従
った電気的な制動の場合をを示しており、図５のブロッ
ク図に従って制御される蓄電池６と、安全要素７とを図
１に従って有する。グラフ（ａ），（ｂ），（ｅ），
（ｆ）は、既に上で述べられたパラメータの進行を示し
ている。グラフ（ｃ）は、安全要素７を制御する設定点
信号Ｓcを示し、グラフ（ｄ）は、そのような要素によ
って吸収された電力ＰSを示している。
【００４２】瞬間ｔ0の前では、車両は運転モードにあ
り、信号Ｔによって制御される（図１および５）が、運
転者は、アクセルを解放し、信号Ｔは、瞬間ｔ0におい
て消失する。瞬間ｔ1において、アクセルの追加の解放
によるかあるいは制動ペダルの動作によって生成された
制動コマンド信号Ｆが現れる。そこで、制御ユニット２
０は、ゼロ蓄電池電流に対応するその値ＵO1から、瞬間
ｔ2における蓄電池の最大充電電力ＰBcharge（あるいは
より低い電力）に対応する値ＵO2に達するまで、所望の
電圧ＵOcを増加させる。これを越えると、追加の制動電
力は、決定された電力ＰSに達成するために信号Ｓcによ
って制御される安全要素７によって吸収されるであろ
う。電力の平衡は、最大充電電力の近辺で動作する蓄電
池６によって確実にされるように継続する。
【００４３】同じ現象は、信号Ｆによって要求された制
動電力あるいはトルク（負極性の電力ＰT）が減少し始
める瞬間ｔ4から逆の順序で繰り返される。この電力
は、制動要求が停止するｔ5とｔ6との間の蓄電池によっ
てのみ吸収される。そこで、所望の電圧ＵOcは、それの
初期の値ＵO1に戻る。
【００４４】運転モードあるいは制動モードにおいて、
上に記載されたような電力の流れの平衡は、図１におい
て示された消費要素８のスイッチ投入によって影響され
ないであろうということは留意されるべきである。制御
ユニット２０のみが、運転モードにおいては発電機セッ
ト１あるいは蓄電池６によって出力される電力を増加さ
せることにより、あるいは、制動モードにおいては蓄電
池６あるいは安全要素７によって吸収されるべき電力を
低減させることにより、電力分配の計算において、その
ようなスイッチの投入を考慮に入れるであろう。この目
的のために、図１において示された信号Ｘは、ユニット
２０に対して、スイッチ投入時の消費要素８の公称電力
を、そのような要素によって吸収される正確な電力を測
定することが必要となること無しに、示すことができる
であろう。
【００４５】図１０は、図９のそれに対する同じような
表現であるが、それは、蓄電池６と安全要素７とによる
電気的な制動モードにおける本発明による方法のもう一
つの実行を示している。この場合、電圧ＵOを調節する
ことによる電力の平衡は、駆動セット３の上で実行され
ておらず、安全要素７の上で実行されている。図１にお
いて観察されるごとく、運転モードにおいて調節ユニッ
ト２４が駆動セット３を制御するように、制動モードに
おいて安全要素７の電力を制御する第２の電子工学的調
節装置３８が設けられている。
【００４６】制動モードにおいて、ユニット２４は、所
望の電圧信号ＵOcをもはや受け取らずに、制動トルク設
定点信号Ｆcを受け取る。そこで、それは、電圧調節を
“忘却”し、Ｆcの関数として直接駆動セットの負極性
の電力ＰTを制御する。そこで、制御ユニット２０は、
調節ユニット３８に対して電圧設定点信号ＵOcを供給
し、調節ユニットは、さらに値ＵOを受け取り、したが
って、信号ＳFを介して安全要素７の電力における増加
あるいは減少を制御する。
【００４７】図１０は、図９におけるのと同様な環境に
おけるシステムのパラメータの時間的な進行を示してい
る。グラフ（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｅ）および
（ｆ）は、図９のそれらと同じである。グラフ（ｃ）
は、制動電力に匹敵する進行を行う制動トルク設定点信
号Ｆcの進行を示している。瞬間ｔ2まで、示されたパラ
メータは図９におけるように変化する。この瞬間から、
設定点信号ＵOcは、蓄電池６を過充電できないように、
もはや増大することができないので、電気的な制動電力
ＰTにおける増加は、供給回路の電圧ＵOを増加させよう
とし、したがって、調節回路３８は、反応して、その電
圧を値ＵOcに自動的に安定化させるために、安全要素７
の電力ＰSを増加させる。瞬間ｔ6において、制動コマン
ド信号Ｆは消えてしまい、システムは、運転モードにお
ける調節に戻り、ＵOcはその最初の値を取り戻す。
【００４８】当業者は、本発明による方法は、電力の流
れ分布の計算が発電機セット１によって実際に生成され
た電力を考慮しないで、そのようなセットに予め決めら
れた電力を付加するので、並列あるいは混合のハイブリ
ッド電力使用車両に対して同じ方法において適用可能で
あるということを理解するであろう。図１１は、本発明
による並列ハイブリッド車両の駆動システムの例を示し
ており、この場合、発電機セット１は、電気的な駆動セ
ット３と並列に、その出力シャフト４０、ギアボックス
４１およびトランスミッションシャフト４２により駆動
輪を機械的に駆動するサーマルエンジン１１によって置
き換えられている。エンジン１１の動力（電力）は、制
御ユニット２０からの設定点信号ＰＧｃによって制御さ
れる。供給電圧ＵOの調節によるそのようなセットの電
力の調整は、上に記載されたように実行されてもよい。
同じことは混合の駆動システムについても真実であり、
例えば、機械的な駆動リンクが図１のシステムのエンジ
ン１１のシャフトと駆動輪４を駆動するシャフト５との
間に追加された場合である。
【００４９】もちろん、本発明による方法は、また、図
１２によって示されるように、それの駆動システムが完
全に電気的であって牽引モードにおいて蓄電池６により
供給を受ける車両の中で使用され得る。このことは、図
１において示されたシステムに関連して、発電機セット
１と対応する信号ＰＧｃを削除することを意味する。そ
のようなセットは、さらに、その電力が信号ＰＧｃによ
って制御される燃料電池のような他の調節可能な電力源
によって置き換え可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法が適用されている直列型のハイ
ブリッド電力使用車両の駆動システム全体のブロック図
である。
【図２】 蓄電池と安全要素とが設けられていない場合
における図１のシステムの制御ユニットのブロック図で
ある。
【図３】 蓄電池の端子における電流／電圧特性の略図
である。
【図４】 拡大した尺度での図３の曲線の詳細図であ
る。
【図５】 システムが蓄電池を有する場合の図１のシス
テムの制御ユニットのブロック図である。
【図６】 図５のブロック図の代わりのものを示してい
る。
【図７】 発電機セットの範囲内である電力要求におけ
る増加に対し、時間の関数として、システムにおけるあ
る変数の進行を示している。
【図８】 発電機セットの完全な範囲内ではない電力要
求における増加に対し、図７と同じ変数を示している。
【図９】 蓄電池と安全要素とに供給を行う電気的な制
動の場合に対して、時間の関数としてシステムにおける
ある変数の進行を示している。
【図１０】 図９に類似してはいるが、本方法の他の実
行の場合を示している。
【図１１】 図１に類似しており、並列型のハイブリッ
ド電力使用車両の場合のものである。
【図１２】 図１に類似しており、純粋に電気的に動力
を与えられる車両の場合のものである。
【符号の説明】
１ 発電機セット ２ 供給回路 ３ 駆動セット ５ シャフト ６ 蓄電池 ７ 安全要素 ８ 消費要素 １１ サーマルエンジン １２ 発電機 １３ ＡＣ／ＤＣ変換器 １４ ＤＣ／ＡＣ変換器 １５ ３相回路網 １６ 電気機械 ２０ 制御ユニット ２４ 調節ユニット ２６ 蓄電池管理ユニット ２９ 信号 ３８ 第２の電子工学的調節装置 ４０ 出力シャフト ４１ ギヤボックス ４２ トランスミッションシャフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｐ 7/10 7/10 Ｈ Ｂ (72)発明者 ジャンニ・フランチェスカット スイス国 シイエイチ−2504 ビエンヌ・ シュマン デ ラ シェリエ・37 (72)発明者 ロベール・アプター スイス国 シイエイチ−1400 イバードン −レ−バイン・リュウ ジェイ エイ ベ ネル ３

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 供給回路において電力を消費したり電力
    を生成することができる、一つは前記車両の少なくとも
    一つの駆動輪（４）を駆動することができる電気的な駆
    動セット（３）である、幾つかの電気的な要素（１，
    ３，６，７，８）を有する自動車の直流電圧供給回路へ
    の電力分配を調節する方法において、 前記電気的な要素（３，６，７，８）の一つは前記供給
    回路（２）と調節された電力を交換する電力平衡要素で
    あり、供給回路の所望の電圧（Ｕ0c）が決定され、供給
    回路実効電圧（Ｕ0）が継続的に監視され、さらに前記
    平衡要素調節電力が前記所望の電圧のレベルに前記実効
    電圧を維持するように調節されることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 前記電気的な要素の一つは、要求に応じ
    て第１の電力を前記供給回路（２）と交換できる発電機
    セット（１）であるとともに、前記第１の電力は、その
    車両の運転者によって与えられた電力あるいはトルクコ
    マンド（Ｔ，Ｆ）に基づいて制御され、前記平衡要素
    （３，７）は前記電気的な要素のもう一つであることを
    特徴とする請求項１による方法。
  3. 【請求項３】 前記平衡要素は、前記駆動セット（３）
    であることを特徴とする請求項１または２による方法。
  4. 【請求項４】 前記電気的な要素は、さらに前記平衡要
    素に対して、蓄電池（６）の充電状態が監視され、所望
    の電圧（Ｕ0c）が前記充電の状態の関数として決定され
    ることに特徴づけられた蓄電池（６）を有する請求項１
    ないし３のいずれかによる方法。
  5. 【請求項５】 充電の状態の関数として所望の電圧を決
    定するために、蓄電池の端子における電流（ＩB）と電
    圧（ＵB）との間の予め決められた特徴的な関係が各充
    電の状態に対して用いられることを特徴とする請求項４
    による方法。
  6. 【請求項６】 蓄電池（６）と供給回路（２）との間で
    交換された電力のゼロの値を決定するために、前記所望
    の電圧（Ｕ0c）は、充電の現在の状態に対する蓄電池の
    無負荷電圧（ＵB0）に等しいと決定されることを特徴と
    する請求項５による方法。
  7. 【請求項７】 現在の充電の状態よりも低いあるいは高
    い望ましい充電状態に蓄電池をもっていくために、前記
    所望の電圧（Ｕ0c）は、充電の所望の状態における蓄電
    池の無負荷電圧（ＵB07）に等しいように決定されるこ
    とを特徴とする請求項５による方法。
  8. 【請求項８】 前記電気的な要素は、前記駆動セット
    （３）が電気的な制動のために用いられるとき、過剰な
    電力を消費することを意図された安全要素（７）を有す
    るとともに、電気的な制動の場合において、前記安全要
    素が決定された電力において動作するようにされ、前記
    駆動セット（３）は、前記供給回路に電力を供給する平
    衡要素として用いられることを特徴とする請求項１ない
    し４のいずれかによる方法。
  9. 【請求項９】 前記電気的な要素は、前記駆動セット
    （３）が電気的な制動に用いられるとき、過剰な電力を
    消費することを意図された安全要素（７）を有するとと
    もに、電気的な制動の場合において、前記駆動セット
    （３）が決定された電気的な制動の電力において動作す
    るようにさせられ、前記安全要素（７）は、もし蓄電池
    （６）が前記供給回路に接続されているならば、前記電
    力を消費、あるいは前記決定された電気的な制動電力の
    少なくとも一部分として使用する平衡要素として用いら
    れることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかによ
    る方法。
  10. 【請求項１０】 特に請求項１による方法の実行のため
    の自動車の駆動システムであって、前記システムは、供
    給回路において電力を消費したり電力を生成することが
    でき、一つは前記車両の少なくとも一つの駆動輪（４）
    を駆動することができる電気的な駆動セット（３）であ
    る、幾つかの電気的な要素（１，３，６，７，８）と、
    前記供給回路（２）と第２の電力を交換する電力平衡要
    素として定義され、前記電気的な要素（３，７）のうち
    の一つの電力を制御するようにに配置されるとともに、
    供給回路の実効電圧（Ｕ0）を継続的に監視できるよう
    に配置された制御手段とを有する駆動システムにおい
    て、 前記制御手段（２０−３８）は、平衡要素（３，７）に
    関連づけられ、前記所望の電圧のレベルに前記実効電圧
    を維持するように、前記制御手段によって規定された所
    望の電圧（Ｕ0c）に基づいた平衡要素の電力の調節のた
    めに配置された電気的な調節ユニット（２４，３８）を
    有することを特徴とする自動車の駆動システム。
  11. 【請求項１１】 前記電気要素の一つは、要求に基づい
    て、直流電圧供給回路（２）に対して第１の電力を供給
    できる発電機セット（１）であり、前記制御手段（２０
    −３８）はその車両の運転者によって与えられる電力コ
    マンドに基づいて前記第１の電力を制御するように配置
    され、平衡要素（３，７）は前記要素のもう一つである
    ことを特徴とする請求項１０による駆動システム。
  12. 【請求項１２】 前記平衡要素は、前記駆動セット
    （３）であることを特徴とする請求項１０または１１に
    よる駆動システム。
  13. 【請求項１３】 前記電気的な要素は、前記平衡要素に
    対してさらに、前記供給回路（２）に接続された蓄電池
    （６）を有することを特徴とする請求項１０ないし１２
    のいずれかによる駆動システム。
  14. 【請求項１４】 前記電気的な要素は、前記駆動セット
    （３）が電気的な制動に用いられるとき、過剰電力を消
    費することを意図する安全要素（７）を有することを特
    徴とする請求項１０ないし１３のいずれかによる駆動シ
    ステム。
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