ハイブリッド電気自動車の制御装置

トップ :: B 処理操作運輸 :: B60 車両一般

【発明の名称】	ハイブリッド電気自動車の制御装置
【発明者】	【氏名】堀井裕介【氏名】武田信章
【要約】	【課題】バッテリ６１とインバータ６５との間に介装されたジャンクションボックス７５の小型化を図る。【解決手段】エンジン５９駆動に伴うジェネレータ６３の発電出力により、コンデンサ７９の予備充電を行うと共に、該予備充電が終了したと判定されたときにメインコンタクタ７３を切り替えて、バッテリ６１とインバータ６５とを接続する制御手段を備えたため、プリチャージ回路が省略されジャンクションボックス７５の小型化が図られる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンと、前記エンジンにより駆動されるジェネレータと、前記ジェネレータと電力伝達可能に接続されたバッテリと、少なくとも前記バッテリから入力される直流電流を交流電流に変換するインバータと、前記バッテリと前記インバータとを断接するスイッチ手段と、前記インバータに接続された平滑用のコンデンサと、前記インバータから出力される交流電流によって駆動されるモータとを有し、前記エンジン作動に伴う前記ジェネレータの発電出力により前記コンデンサの予備充電が行なわれる共に、該予備充電が終了したときに前記スイッチ手段により前記バッテリと前記インバータとを接続する制御手段を備えたことを特徴としたハイブリッド電気自動車の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電流を交流電流に変換するインバータを備えたハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に従来のシリーズ式ハイブリッド電気自動車の全体構成図を示す。
【０００３】従来から図４に示すように、エンジン１と機械的に連結されたジェネレータ３と、同ジェネレータ３によって充電されるバッテリ５とがインバータ７に接続されることにより、ジェネレータ３及びバッテリ５から入力される直流電流がインバータ７のスイッチング動作によって交流電流に変換された後に、モータ９に供給されている。
【０００４】尚、上記インバータ７には平滑用のコンデンサ１１が並列に接続され、電圧変動が該コンデンサ１１によって抑制される。このため、インバータ７へは整流された電流が入力され、インバータ７の作動の安定化が図られている。
【０００５】また、インバータ７とバッテリ５との間にはコンタクタ１５、１７が備えられ、車両のキー操作に応じてバッテリ５とインバータ７との断接が行なわれる。詳しくは、バッテリ５とインバータ７との間に介在されたジャンクションボックス１３に、メイン回路１９と、プリチャージ抵抗２１が直列に接続されたプリチャージ回路２３とが形成されると共に、それぞれの回路にメインコンタクタ１５及びプリチャージコンタクタ１７が設けられている。
【０００６】そして、車両運転時にはメインコンタクタ１５がＯＮ（接続状態）とされ、プリチャージコンタクタ１７がＯＦＦ（断状態）とされるため、メイン回路１９を通ってバッテリ５の電力がインバータ７に入力される。また、乗員によってキーＯＦＦ操作が行なわれると、該操作と連動してメインコンタクタ１５がＯＦＦされる。これにより、非走行時にはバッテリ５とインバータ７との接続が断ち切られるため、バッテリ５の電圧がインバータ７を介してモータ９に伝達されることは防止され、車両の安全性が確保されている。尚、メインコンタクタ１５がＯＦＦにされると、インバータ７に接続されたコンデンサ１１は放電されて略０Ｖとなる。
【０００７】その後、乗員によってキーＯＮ操作が行なわれると、まずプリチャージ回路２３に設けられたプリチャージコンタクタ１７がＯＮ（接続状態）にされる。この結果、バッテリ５の電圧がプリチャージ抵抗２１によって低下された後にインバータ７に入力され、インバータ７に接続されたコンデンサのプリチャージ（予備充電）が行なわれる。そして、コンデンサ１１の電圧が所定値以上となって該コンデンサ１１のプリチャージが終了したと判定されたときに、メインコンタクタ１５がＯＮされると共にプリチャージコンタクタ１７がＯＦＦされ、バッテリ５の電力がメイン回路１９を通ってインバータ７に入力される。
【０００８】従って、キーＯＮ時には、上述のプリチャージ回路２３に接続されたプリチャージ抵抗２１の作用によって、低い電流値で予めコンデンサ１１が所定電圧となるまで充電されるため、高電圧のバッテリ５とインバータ７に接続されたコンデンサ１１との電位差は低下され、メインコンタクタ１５をＯＮとしてバッテリ５とインバータ７とを接続したときに回路に大電流が流れることが防止される。この結果、回路に大電流が流れることによるメインコンタクタ１５の接点の溶着が回避される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる従来のハイブリッド電気自動車の制御装置では、上述のようにコンタクタの接点を保護するために、バッテリとインバータとの間にメイン回路とプリチャージ回路の両方が必要とされると共に、乗員のキーＯＮ、ＯＦＦ動作に応じてメイン回路及びプリチャージ回路に備えられたメインコンタクタ及びプリチャージコンタクタの両方を作動させる必要があるため、装置の構造が複雑となると共に大型化するといった問題があった。
【００１０】本発明は係る課題を解決するもので、装置の小型化をはかり設計自由度を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するために本発明では、エンジン作動に伴うジェネレータの発電出力によりコンデンサの予備充電が行なわれると共に、該予備充電が終了したときにスイッチ手段によりバッテリとインバータとを接続する制御手段を備えたため、プリチャージ回路及びプリチャージコンタクタがなくてもインバータに接続されたコンデンサの予備充電が適切に行なわれる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図１～図３に基づいて、本発明の一実施形態例に係るシリーズ式ハイブリッド電気自動車の制御装置を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態例の全体構成図、図２は本発明の実施形態例の要部拡大図、図３は本発明の実施形態例の作動状態を示すフローチャートである。
【００１３】図１に示すように、車両に搭載された車輪駆動用のモータ５１は、車輪駆動系部材５３に機械的に接続され、ディファレンシャル５５を介して左右の駆動輪５７，５７に動力を伝達している。そして、車両には上記モータ５１への動力供給源として、エンジン５９及びバッテリ６１が搭載されている。
【００１４】上記エンジン５９はジェネレータ６３と機械的に連結され、エンジン５９の動力がジェネレータ６３により電力に変換されると共に、該ジェネレータ６３はインバータ６５を介してモータ５１及びバッテリ６１に接続され、ジェネレータ６３で発生した電力をモータ５１及びバッテリ６１に供給することを可能としている。
【００１５】また、バッテリ６１はインバータ６５を介してモータ５１に接続され、乗員のペダル操作に応じた電力がバッテリ６１からモータ５１に供給される。さらに、補機類を駆動するサブバッテリ６７がＤＣ／ＤＣコンバータ６９を介してバッテリ６１に接続され、サブバッテリ６７の充電量が低下すると上記バッテリ６１によって充電が行なわれる。
【００１６】ジェネレータ６３及びバッテリ６１に接続されたインバータ６５は、コントローラ７１によってそのスイッチング作動を制御され、ジェネレータ６３及びバッテリ６１から入力される直流電流を上記スイッチング作動によって交流電流に変換した後に、該交流電流をモータ５１に供給している。また、図２に示すように、インバータ６５とバッテリ６１との間にはメインコンタクタ７３（スイッチ手段）が備えられ、インバータ６５とバッテリ６１との断接が可能とされている。即ち、インバータ６５とバッテリ６１との間に介装されたジャンクションボックス７５内にメインコンタクタ７３を備えたメイン回路７７が形成されると共に、メインコンタクタ７３のＯＮ、ＯＦＦ作動がコントローラ７１によって制御される。従って、車両走行時には、メインコンタクタ７３はＯＮ（接続状態）とされ、バッテリ６１とインバータ６５とが接続されて電力供給が可能とされる一方、乗員のキーＯＦＦ操作と連動してメインコンタクタ７３はＯＦＦ（断状態）とされ、車両の非走行時にはバッテリ６１とインバータ６５とは切断されるようになっている。
【００１７】さらに、インバータ６５にはコンデンサ７９が並列に接続され、車両走行時にインバータ６５に入力される電圧に急激な変動があっても、該コンデンサ７９によって電圧の変動は抑制されてインバータ６５の作動の安定化が図られている。また、上記コンデンサ７９には図示しない電圧計が配設され、コンデンサ７９の電圧が所定の予備充電電圧Ｖpに達したか否かが検出されると共に、検出結果がコントローラ７１に入力される。
【００１８】また、上述のエンジン５９、ジェネレータ６３、バッテリ６１、インバータ６５、モータ５１はそれぞれコントローラ７１に接続され、該コントローラ７１によって各作動が統合的に制御されている。詳しくは、乗員のアクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、及びバッテリ充電量等がそれぞれに対応したセンサからコントローラ７１に入力されると、目標エンジン回転数、目標ジェネレータ発電量が演算され、エンジン５９の実エンジン回転数、ジェネレータ６３の実ジェネレータ発電量が該目標値に近づくように、燃料噴射量、スロットル開度等がフィードバック制御される。また、コントローラ７１において乗員のアクセルペダル、ブレーキペダル等の操作量に応じた出力トルクが演算されると共に、該出力トルクに基づいてパルス幅変調信号が生成される。そして、インバータ６５を構成するスイッチング素子に該パルス幅変調信号が入力されることにより、該インバータ６５に接続されたモータ５１に所望の出力トルクが発生されるように、インバータ６５のスイッチング動作がフィードバック制御される。
【００１９】次にかかる構成とした本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置の作動状態を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２０】まず、乗員のキーＯＮ操作を検出することにより制御が開始されると、ステップＳ１０でエンジン５９が作動されているか否かが判定される。ここで判断されるエンジン作動とは、バッテリ６１の充電量に関わらず、エンジン５９の作動チェックのためキーＯＮ時に行なわれるエンジン作動のことであり、ここでエンジン５９が作動されていないと判定された場合には、本発明の制御を行なうことができないため制御を終了する。一方、ステップＳ１０でエンジン５９が作動されていると判定された場合は、ステップＳ２０へ進む。
【００２１】ステップＳ２０では、ジェネレータ６３において発電制御が行なわれる。上記発電制御とは、所望の電力が得られるようにジェネレータ６３における発電量を制御することであり、ここでは従来装置におけるプリチャージ電流（例えば２０Ａ）に相当する電流値が得られるように、発電制御時のジェネレータ６３の励磁電流等が予め設定されている。
【００２２】そして、ステップＳ２０でジェネレータ６３における発電が行なわれると、上述したように該ジェネレータ６３はインバータ６５と電気的に接続されているため、ジェネレータ６３での発電出力はインバータ６５に接続されたコンデンサ７９に供給され、同コンデンサ７９の予備充電が行なわれる。尚、ここで予備充電とは、放電されて略０Ｖとなったコンデンサ７９と高電圧のバッテリ６１とをメインコンタクタ７３をＯＮとすることによって接続する前に、予め上記コンデンサ７９を所定電圧まで充電しておくことをいい、本装置では上述したようにエンジン５９の作動に伴うジェネレータ６３の発電出力により上記予備充電が行なわれることとなる。また、上記発電制御におけるジェネレータ６３での発電量はコンデンサ７９の容量等に応じて適当に定めれば良く、また一定の値でなくコンデンサ７９の電圧値に応じて可変としても良い。そして、ステップＳ２０でジェネレータ６３における発電が行なわれると、ステップＳ３０へ進む。
【００２３】次に、ステップＳ３０では、コンデンサ７９に設置された電圧計によってコンデンサ７９の電圧が所定の予備充電電圧Ｖｐに到達したか否かが判定される。ここで、コンデンサ７９の電圧が予備充電電圧Ｖｐに達していないと判定された場合にはステップＳ２０へ戻り、ステップＳ３０でコンデンサ電圧が予備充電電圧Ｖｐに到達したと判定されるまでは、ステップＳ２０における発電制御を継続する。そして、ステップＳ３０でコンデンサ電圧がＶｐに達したと判定された場合にステップＳ４０へ進む。尚、上記予備充電電圧Ｖｐとは、後述のステップＳ４０でメインコンタクタ７３をＯＮすることによってバッテリ６１とインバータ６５とが接続状態とされた場合でも、コンデンサ７９とバッテリ６１との電位差が十分に低く、メイン回路７７に大電流が流れるのを防止できるようなコンデンサ電圧のことを言い、バッテリ６１及びコンデンサ７９の容量等に応じて適当に定めれば良いものである。
【００２４】そして、ステップＳ３０でコンデンサ電圧が予備充電電圧Ｖｐに達したと判定されてステップＳ４０へ進んだ時に、コントローラ７１からメインコンタクタ７３に対して接続指令が出力される。これにより、メインコンタクタ７３はＯＦＦからＯＮに切り替ってバッテリ６１とインバータ６５とが接続され、バッテリ６１の電圧がインバータ６５に入力される。
【００２５】そして、ステップＳ４０でメインコンタクタ７３がＯＮされると、ステップＳ５０へ進み、ステップＳ２０で行なわれた発電制御が終了された後に制御が終了する。
【００２６】上記のように、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置では、キーＯＮ時の作動チェックのために作動されるエンジン５９の動力を用いてステップＳ２０でジェネレータ６３による発電制御を行い、該発電制御によって得られる電力をインバータ６５に接続されたコンデンサ７９の予備充電のために用いた。この結果、従来必要であったプリチャージ回路、同プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗、及びプリチャージコンタクタ等がなくても、コンデンサ７９の予備充電が適切に行なわれるため、高電圧のバッテリ６１とコンデンサ７９との電位差が低下し、キーＯＮ時にメイン回路７７に大電流が流れることは防止され、メインコンタクタ７３の接点の溶着は回避される。そして、上記プリチャージ回路等が不要となった分、ジャンクションボックス７５の小型化が図られる。
【００２７】尚、上述の制御において、ステップＳ５０で発電制御は終了するが、アクセルペダル操作量、バッテリ充電量等を検出することにより、エンジン５９の駆動及びジェネレータ６３での発電が継続して必要であると判断された場合には、該エンジン５９の駆動及びジェネレータ６３での発電は継続して行なわれる。
【００２８】また、上記実施形態例では、本装置をシリーズ式のハイブリッド電気自動車に適用した場合について説明したが、パラレル式等の他の方式のハイブリッド自動車でも当然に適用可能であり、この場合、エンジンに接続されるジェネレータと、インバータに接続されるモータとを、ジェネレータ機能とモータ機能とを切換可能な一つの部品（モータ／ジェネレータ）としても良い。
【００２９】尚、上記実施形態例では、コンデンサ７９に電圧計を配設し、該コンデンサ７９の電圧が所定値に達した場合に予備充電終了したと判断してメインコンタクタ７３をＯＮすることとしたが、これに限定されるものではなく、発電制御開始からの時間を計測しておき、所定時間に達した場合に予備充電が終了したと判断してメインコンタクタ７３をＯＮする構成としても良い。
【００３０】
【発明の効果】以上、実施の形態と共に詳細に説明したように、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置では、エンジン作動に伴うジェネレータの発電出力によりコンデンサの予備充電を行なうと共に、該予備充電が終了したときにスイッチ手段によりバッテリとインバータとを接続する制御手段を備えたため、比較的簡単な構成でコンデンサの予備充電が適切に行なわれると共に、プリチャージ回路が省略された分、装置の小型化が図られ設計自由度が向上する。
【００３１】

【出願人】	【識別番号】０００００６２８６【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
【出願日】	平成１３年３月１２日（２００１．３．１２）
【代理人】
【公開番号】	特開２００２－２７１９０７（Ｐ２００２－２７１９０７Ａ）
【公開日】	平成１４年９月２０日（２００２．９．２０）
【出願番号】	特願２００１－６７９１９（Ｐ２００１－６７９１９）