| 【発明の名称】 |
ハイブリッド型電気自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】竹内 清
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| 【要約】 |
【課題】蓄電器の容量を大きくせずに大量の回生電力が吸収可能なハイブリッド型電気自動車を提供する。
【解決手段】エンジン１と、このエンジン１に連結された発電機２と、電力を蓄える蓄電器３と、電力によって駆動力を発生する走行モータ４とを備え、車両減速時に生じるエネルギを上記走行モータ４の発電運転により電力エネルギに変換して上記蓄電器３に蓄えるエネルギ回生動作が可能なハイブリッド型電気自動車において、上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器３の充電量が所定値を越えた場合に電力エネルギを消費する電力消費装置２，７を二つ以上備えた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンと、このエンジンに連結された発電機と、電力を蓄える蓄電器と、電力によって駆動力を発生する走行モータとを備え、車両減速時に生じるエネルギを上記走行モータの発電運転により電力エネルギに変換して上記蓄電器に蓄えるエネルギ回生動作が可能なハイブリッド型電気自動車において、上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器の充電量が所定値を越えた場合に電力エネルギを消費する電力消費装置を二つ以上備えたことを特徴とするハイブリッド型電気自動車。
【請求項２】 上記電力消費装置の一つがエンジンの排ガスを浄化する排ガス浄化装置であることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型電気自動車。
【請求項３】 上記電力消費装置の一つが電動機運転される上記発電機であり、この発電機への電力エネルギ供給量を調整する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド型電気自動車。
【請求項４】 上記制御装置は、上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器の充電量が所定値を越えた場合に、上記発電機への通電を開始し、上記蓄電器への流入電流が渦流入しないように上記発電機の回転数を制御し、この発電機またはエンジンが許容回転数に達するようであれば、排ガス浄化装置に通電し、この排ガス浄化装置への通電量を加味して上記発電機の回転数を制御することを特徴とする請求項３記載のハイブリッド型電気自動車。
【請求項５】 上記制御装置は、排ガス浄化装置が排ガス浄化のために通電中であって上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器の充電量が所定値を越えた場合に、排ガス浄化装置への通電を継続し、それでも上記蓄電器への流入電流が必要以上にあるときには、上記発電機への通電を開始し、上記蓄電器への流入電流が渦流入しないように上記発電機の回転数を制御することを特徴とする請求項３又は４記載のハイブリッド型電気自動車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走行モータの発電運転により車両減速エネルギを回生するハイブリッド型電気自動車に係り、特に、蓄電器の容量を大きくせずに大量の回生電力が吸収可能なハイブリッド型電気自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッド型電気自動車（電気式ハイブリッド車；以下、ＨＥＶという）には、車両の駆動源としてエンジンと共に走行モータを設置し、これらエンジンと走行モータとで駆動力を複合させるタイプや、エンジンと走行モータとを設置するが、車両駆動は走行モータのみで行い、エンジンは発電機と直結させ発電のみを行うタイプ（シリーズハイブリッド車）がある。
【０００３】これらのＨＥＶは、減速時に生じるエネルギを用いて走行モータを発電運転することにより、上記減速時のエネルギを電力エネルギ（電力）に変換し、この電力エネルギを蓄電器にためるエネルギ回生動作が可能であり、この回生エネルギ（回生電力）を用いて燃費向上を図れることが利点の一つである。
【０００４】また、ディーゼルエンジンのＰＭ（パーティキュレート；カーボン等からなる）の低減手段として排気管にフィルタを付けて捕集するＤＰＦ（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）と呼ばれるものがある。このＤＰＦには電熱線等の熱源（ヒータ）が備わっており、フィルタに溜ったカーボンは熱源により燃焼させる。このように溜ったカーボンを燃焼させることを再生という。この再生のときの熱源のエネルギは蓄電器から供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＨＥＶの蓄電器（バッテリ、キャパシタ等）には、充電できる容量に限界（充電可能最大値）がある。また、急速に充電すると蓄電器の温度が上昇することなどから、一時に充電できる電力にも限界がある。
【０００６】回生電力を十分に吸収できるだけの容量を持つ蓄電器を車載することが望ましいが、蓄電器の容量を大きくすると、蓄電器の重量が重くなること、スペースを大きく占有することなどが問題となるので、蓄電器の容量は制限されることになる。
【０００７】このように、蓄電器の容量に制限があるため、高速走行時に最大減速で減速する場合や、降坂時に長時間にわたり減速する場合に、大量の電力が回生されると、その回生電力が蓄電器に充電しきれなくなる。
【０００８】回生電力が蓄電器に充電しきれないときに、エンジンと直結させた発電機をモータリング（電動機運転）させ、エンジンのフリクション（燃焼室内の空気圧抵抗などを含む負荷トルクを言う）によって電力消費を行う方法が考えられるが、シリーズハイブリッド車などでは小排気量のエンジンを積んでいるため、エンジンのフリクションが小さく、エンジンのフリクションのみでは吸収量（電力消費量）が少ないことがある。
【０００９】従来のハイブリッド型電気自動車は、蓄電器やモータリングで回生電力を十分に吸収しきれなくなると、減速力を下げねばならず、速やかな減速ができなくなるという問題が生じる。
【００１０】また、回生電力を消費するために放電装置（負荷抵抗器）を車載しているＨＥＶもあるが、この放電装置は冷却を行う必要があると共にスペースを要するため、小型の車両に車載するには問題がある。
【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、蓄電器の容量を大きくせずに大量の回生電力が吸収可能且つ減速力を確保したハイブリッド型電気自動車を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は、エンジンと、このエンジンに連結された発電機と、電力を蓄える蓄電器と、電力によって駆動力を発生する走行モータとを備え、車両減速時に生じるエネルギを上記走行モータの発電運転により電力エネルギに変換して上記蓄電器に蓄えるエネルギ回生動作が可能なハイブリッド型電気自動車において、上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器の充電量が所定値を越えた場合に電力エネルギを消費する電力消費装置を二つ以上備えたものである。
【００１３】上記電力消費装置の一つがエンジンの排ガスを浄化する排ガス浄化装置であってもよい。
【００１４】上記電力消費装置の一つが電動機運転される上記発電機であり、この発電機への電力エネルギ供給量を調整する制御装置を備えてもよい。
【００１５】上記制御装置は、上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器の充電量が所定値を越えた場合に、上記発電機への通電を開始し、上記蓄電器への流入電流が渦流入しないように上記発電機の回転数を制御し、この発電機またはエンジンが許容回転数に達するようであれば、排ガス浄化装置に通電し、この排ガス浄化装置への通電量を加味して上記発電機の回転数を制御してもよい。
【００１６】上記制御装置は、排ガス浄化装置が排ガス浄化のために通電中であって上記エネルギ回生動作時に上記蓄電器の充電量が所定値を越えた場合に、排ガス浄化装置への通電を継続し、それでも上記蓄電器への流入電流が適量以上に渦流入しているときには、上記発電機への通電を開始し、上記蓄電器への流入電流が渦流入しない程度の適量になるように上記発電機の回転数を制御してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】図１に示されるように、本発明に係るＨＥＶは、エンジン１と、このエンジン１に連結された発電機２と、電力を蓄える蓄電器（バッテリ）３と、電力によって駆動力を発生する走行モータ（電動機）４と、この走行モータ４に連結されたタイヤ５と、エンジン１からの排気管６に設けられた排ガス浄化装置（ＤＰＦ）７と、これらの各部間のエネルギの流れを制御するＨＥＶコントローラ（制御装置）８とを備える。９は、アクセルペダルの踏込み（オン／オフ及び踏込み量）を検出するアクセルセンサ、１０は、ブレーキペダルの踏込み（オン／オフ及び踏込み量）を検出するブレーキセンサ、１１は、シフトレバーの操作位置（ドライブＤ、ニュートラルＮ、リバースＲ）を検出するシフトレバースイッチ、１２は、車速センサ、１３は、エンジンを制御するエンジンコントローラ、１４は、発電機用インバータ、１５は、モータ用インバータ、１６は、蓄電器の状態を監視しているＢＭＵ（バッテリマネージメントユニット）である。
【００１９】ＨＥＶコントローラ８は、車両減速時に生じるエネルギを走行モータ４の発電運転により電力エネルギに変換して蓄電器３に蓄えるエネルギ回生動作を制御し、蓄電器３の充電量が所定値を越えた場合に、発電機、排ガス浄化装置等の電力消費装置に通電することにより、電力エネルギを消費することができる。各電力消費装置への通電の手順は、排ガス浄化装置が定期的に行っている再生動作（ＤＰＦ動作）とエネルギ回生動作とのタイミングの兼ね合いで異なる。
【００２０】図１に示したハイブリッド型電気自動車は、ディーゼルエンジンを使用したシリーズハイブリッド車であるものとする。また、エネルギ回生によるブレーキに機械ブレーキを併用したもので、ブレーキペダルの踏込み量に応じて回生電力を調整する機能を備えたものである。
【００２１】ＤＰＦ非動作時の通電手順を図２の流れ図により説明する。
【００２２】まず、走行時、シフトレバー１１の操作位置、アクセルペダルセンサ９のオン／オフ、ブレーキペダルセンサ１０のオン／オフから、回生モードに入るかどうかを判定する（Ｓ１）。シフトレバーの操作位置がＤであるとき、アクセルペダルセンサ９がオフになるか、又はブレーキペダルセンサ１０がオンになると、車両制御状態が回生モードに入る。これにより、走行モータ４が発電運転となる。この時に、蓄電器３の状態を監視しているＢＭＵ１６が出力する信号により、蓄電器３の充電態様（ＳＯＣ）を測定する。ＳＯＣは、残存容量を０から１００までの値で示したものである。また、ＢＭＵ１６は、蓄電器３の電圧、温度等の状態を測定し、ＳＯＣを算出する。これにより、蓄電器３への充電が可能かどうかを判定することができる。そこで、ＳＯＣを所定値と比較する（Ｓ２）。
【００２３】ＳＯＣが所定値より小さければ、蓄電器３への充電が可能であるから、充電を開始する。ＳＯＣが所定値より大きければ、蓄電器３への充電はできないので、まず、発電機２のモータリングを行う。このために、既にモータリング中かどうか調べる（Ｓ３）。
【００２４】既にモータリング中でなければ、モータリングを開始する（Ｓ４）。このとき、アクセルペダルセンサやブレーキペダルセンサにより出力するべきブレーキ力を求め、このブレーキ力に相応する回生トルクを決定する。このときのモータ回転数と回生トルクとから、得られる回生電力を算出し、この回生電力が発電機２で消費されるよう、モータリング指示値を決定する（Ｓ５）。既にモータリング中の場合は、Ｓ４、Ｓ５を行わない。
【００２５】次に、蓄電器３に通電している量が通電可能量以上かどうか調べる（Ｓ６）。蓄電器３に通電可能量以上通電していなければ、回生電力の適量がモータリングによって消費されていることが判るので、Ｓ７以降を行わない。
【００２６】蓄電器３に通電可能量以上に通電しているようであれば、モータリングによる消費量が不足していることが判るので、モータリング指示値を所定の単位量だけ増加させる（Ｓ７）。発電機２またはエンジン１が許容回転数に達してしまうと、モータリングによる消費量を増加させることができないので、発電機２またはエンジン１が許容回転数に達したかどうか調べる（Ｓ８）。許容回転数に達していなければ、Ｓ９以降を行わない。
【００２７】発電機２またはエンジン１が許容回転数に達している場合、別の電力消費装置を併用することになる。即ち、ＤＰＦ７に通電を開始する（Ｓ９）。このとき、ＤＰＦ７は、オンかオフかのいずれかに制御されるヒータであり、電流を調節することができず、ＤＰＦ通電電力Ｐｄは一定である。そこで、ＤＰＦ通電電力Ｐｄに見合うだけモータリング指示値を減少させる（Ｓ１０）。
【００２８】この通電手順は、常時、繰り返される。
【００２９】ＨＥＶコントローラ８は、具体的には、次のようにモータリング指示値を決定する。モータリング電力をＰｍ、回生電力をＰｒ、蓄電器３の充電可能電力をＰｂとすると、Ｐｍ＝Ｐｒ−Ｐｂ−Ｐｄ 式（１）という関係が成り立つようモータリング指示値を決定する。これにより、蓄電器充電可能電力Ｐｂが回生電力Ｐｒより大きければ、もっぱら蓄電器３への充電が行われ、蓄電器充電可能電力Ｐｂが回生電力Ｐｒより小さければ、その余剰分がモータリング電力Ｐｍとして消費され、モータリング能力が最大限になってからは、蓄電器３に充電されない余剰分がモータリング電力Ｐｍ及びＤＰＦ通電電力Ｐｄとして消費される。
【００３０】このように、本発明では、二つ以上の電力消費装置として、一方は通電量が調整可能な発電機、もう一方は通電量が固定のＤＰＦを使用し、最初は発電機のモータリングで電力を消費し、モータリング能力が最大限になればＤＰＦ通電により電力を消費するようにしたので、比較的小排気量のエンジンを積んだハイブリッド型電気自動車でも、蓄電器の容量を大きくせずに大量の回生電力が吸収可能となり、速やかな減速が達成される。しかも、モータリング電力を調整することにより、回生電力の余剰だけが消費されて蓄電器からの無駄な消費がないようにすることができる。
【００３１】ＤＰＦ７においては、再生時期でないときに通電されることになるが、モータリングによってエンジンが回転されているため、排気管６に排気ガスが流れており、この排気ガスによってＤＰＦ７は冷却される。従って、ＤＰＦ７が過度に熱されることはない。
【００３２】次に、ＤＰＦ動作時の通電手順を図３の流れ図により説明する。
【００３３】ＤＰＦ７が再生時期に入っており、通電されているとき、シフトレバー１１の操作位置、アクセルペダルセンサ９のオン／オフ、ブレーキペダルセンサ１０のオン／オフから、回生モードに入るかどうかを判定する（Ｓ２１）。シフトレバーの操作位置がＤであるとき、アクセルペダルセンサ９がオフになるか、又はブレーキペダルセンサ１０がオンになると、車両制御状態が回生モードに入る。これにより、走行モータ４が発電運転となる。この時に、蓄電器３の充電態様（ＳＯＣ）を測定する。このＳＯＣにより、蓄電器３への充電が可能かどうかを判定する（Ｓ２２）。ＳＯＣが所定値より小さければ、蓄電器３への充電が可能であるから、充電を開始する。なお、回生電力がＤＰＦ７への通電電力に満たない場合は、回生電力に蓄電器３からの放電電力を加えてＤＰＦ７に供給することになる。ＳＯＣが所定値より大きければ、蓄電器３への充電はできないので、既にＤＰＦ７に通電されていることを考慮しつつ、発電機２のモータリングを行う。このために、既にモータリング中かどうか調べる（Ｓ２３）。
【００３４】既にモータリング中でなければ、モータリングを開始する（Ｓ２４）。このとき、出力するべきブレーキ力を求め、このブレーキ力に相応する回生トルクを決定する。このときのモータ回転数と回生トルクとから、得られる回生電力を算出し、この回生電力がＤＰＦ７及び発電機２で消費されるよう、モータリング指示値を決定する（Ｓ２５）。既にモータリング中の場合は、Ｓ２４、Ｓ２５を行わない。
【００３５】次に、蓄電器３に通電している量が通電可能量以上かどうか調べる（Ｓ２６）。蓄電器３に通電可能量以上通電していなければ、回生電力の適量がＤＰＦ７の加熱及びモータリングによって消費されていることが判るので、Ｓ２７以降を行わない。
【００３６】蓄電器３に通電可能量以上通電しているようであれば、モータリングによる消費量が不足していることが判るので、モータリング指示値を所定の単位量だけ増加させる（Ｓ２７）。発電機２またはエンジン１が許容回転数に達してしまうと、モータリングによる消費量を増加させることができないので、発電機２またはエンジン１が許容回転数に達したかどうか調べる（Ｓ２８）。許容回転数に達していなければ、Ｓ３０を行わない。
【００３７】発電機２またはエンジン１が許容回転数に達している場合、エネルギ回生によるブレーキの限界となるので、機械ブレーキの比率を高めるなどして、制動力を確保し、モータリング指示値を減少させる（Ｓ３０）。
【００３８】この通電手順は、常時、繰り返される。
【００３９】ここでも、ＨＥＶコントローラ８は、前述の式（１）が成立するようモータリング指示値を決定する。ただし、ここでは、蓄電器３に充電されない余剰分がＤＰＦの再生動作の通電電力Ｐｄとして消費され、さらに余剰な回生電力があればモータリング電力Ｐｍとして消費される。
【００４０】このように、本発明では、ＤＰＦ動作時にエネルギ回生動作を行うときには、回生電力をＤＰＦ７に優先的に流すようにしたので、再生時期を逸することなくＤＰＦ７を本来の排ガス浄化目的で使用することができ、しかも、ＤＰＦ通電電力Ｐｄを回生電力Ｐｒでまかなうことができる。
【００４１】本発明は、重機を装備した車両等の建機（例えば、ショベルカー）にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４３】（１）電力消費装置を二つ以上備えたので、消費電力が大きく確保できると共に必要に応じて片方の電力消費装置のみによる電力消費が可能となる。
【００４４】（２）排ガス浄化装置、発電機を電力消費装置に用いることで、特別な放電装置を車載しなくてよいので、スペース効率がよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１７０
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年２月７日（２００１．２．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８０２１
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２３８１０５（Ｐ２００２−２３８１０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年８月２３日（２００２．８．２３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３１１４１（Ｐ２００１−３１１４１） |
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