JP2000291461A - シリーズハイブリッド車回生電力消費制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 シリーズハイブリッド車のエンジン７におい
て、排気量が小さくても、充分な回生制動力を得るこ
と。 【解決手段】 エンジンの排気管９内にエキゾースト弁
２０を設けると共に、その開度を制御するエキゾースト
弁制御部２１を設ける。発電機をモータ運転して回生電
力を消費する場合、エンジン回転数が第１所定回転数よ
り大になると、エキゾースト弁の開度を徐々に減少さ
せ、第２所定回転数より大になると閉じるようにする。
モータ運転している発電機は、より多くの回生電力を消
費するので従来より大きな制動力が得られる。また、開
度の変化が徐々にされるので、エンジンの負荷トルクの
変化が滑らかにされ、運転フィーリングに違和感を生じ
させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンを発電機
駆動のためにのみ使用するようにしているハイブリッド
車であるシリーズハイブリッド車における、回生電力消
費制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド車には、エンジン，車両駆
動用のモータ，モータ給電用のバッテリが搭載されてい
るが、エンジンの使い方によって種々の種類がある。エ
ンジンは発電機のみを駆動することとし、その発電電力
でバッテリの充電およびモータへの給電を行うようにし
た種類のものは、シリーズハイブリッド車と呼ばれてい
る。シリーズハイブリッド車では、制動力の確保，燃費
向上のために、制動時にモータを発電機とし動作させる
回生制動が行われている。

【０００３】図７は、従来のシリーズハイブリッド車回
生電力消費制御装置である。図７において、１はアクセ
ルセンサ、２はブレーキスイッチ、３はシフトレバー、
４は車速センサ、５は車両コントローラ、６はエンジン
コントローラ、７はエンジン、８はエンジン回転数セン
サ、９は排気管、１０は発電機、１１は発電機インバー
タ検出部、１２は発電機インバータ、１３はバッテリ、
１４はバッテリ状態検出部、１５はモータインバータ、
１６はモータインバータ検出部、１７はモータ、１８は
差動歯車部、１９は車輪である。エンジン７で発電機１
０を駆動し、交流電力を発電する。発電機インバータ１
２は、その交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１３
を充電すると共にモータインバータ１５へ供給する。モ
ータインバータ１５は、直流電力を交流電力に変換し、
モータ１７に給電する。モータ１７の回転力は差動歯車
部１８を介して車輪１９に伝えられ、車両を駆動する。

【０００４】なお、シリーズハイブリッド車に搭載され
るエンジンは、エンジンで車輪を直接駆動する車両に搭
載されているエンジンより、排気量が小さいものとされ
ている（約半分程度の排気量）。その理由は、シリーズ
ハイブリッド車では、モータ１７が大パワーを必要とす
る場合はバッテリからも給電を受けるようになっている
ので、エンジンによる発電は、車両走行負荷の平均電力
をまかなう程度でよいとされているからである。また、
一般にエンジンの出力効率は、ある程度高負荷をかけた
状態で運転した方が高いので、この点からも小さ目のエ
ンジンが搭載される。

【０００５】ドライバーの運転操作に関する情報は、ア
クセルセンサ１，ブレーキスイッチ２，シフトレバー３
等により車両コントローラ５に伝えられる。また、車速
は車速センサ４より、エンジン回転数はエンジン回転数
センサ８より伝えられる。更に、バッテリ１３の状態
（残存容量，電圧，電流，温度等）はバッテリ状態検出
部１４より伝えられる。発電機インバータ検出部１１
は、発電機インバータ１２における電圧，電流，および
電力を検出するためのものであり、モータインバータ検
出部１６は、モータインバータ１５における電圧，電
流，および電力を検出するためのものである。

【０００６】車両コントローラ５は、コンピュータ的に
構成されている。即ち、ＣＰＵ（中央演算処理装置），
ＲＯＭ，ＲＡＭ，入力インターフェース，出力インター
フェース等により構成されている。車両コントローラ５
は、入力されてくる前記情報に基づき、エンジン７，発
電機インバータ１２，モータインバータ１５の制御を行
う。エンジン７はエンジンコントローラ６を介して制御
されるが、例えばエンジン回転数を上げたい場合には、
噴射燃料を増大するような制御が行われる。また、モー
タ１７の回転力を大にしたい場合には、バッテリ１３か
らの電流が大となるようモータインバータ１５が制御さ
れる。

【０００７】さて、回生制動をするとの指令はドライバ
ーの操作により出されるが、その制動の強さは、例え
ば、アクセルペダルを放した場合は弱い回生、ブレーキ
ペダルを踏んだ場合は中程度の回生、シフトレバーをＤ
ｂレンジに入れた場合は強い回生という具合に、何段階
かに定めておくことが出来る（なお、Ｄｂレンジは、急
勾配の長い下り坂等で、制動力を確保したい場合に使用
するために設けられているレンジである。）。回生制動
は、車両の走行慣性力を車輪１９→差動歯車部１８→モ
ータ１７と伝え、モータ１７を発電機として動作させ、
その発電電力（回生電力）を何らかの形で消費なり吸収
なりしてやることにより行われる。回生制動時には、モ
ータインバータ１５は、直流→交流への変換器としてで
はなく、逆方向に交流→直流へと変換する変換器として
制御され、モータ１７の発電電力（交流電力）は直流電
力に変換される。

【０００８】この直流電力は、まずバッテリ１３に供給
され、バッテリ１３を充電（回生充電）する。しかし、
限度を超えてバッテリを充電しようとすると、電解液の
分解，ガスの発生，発熱の増大等の問題が生じ、バッテ
リの寿命を極端に短くしてしまう。そこで、バッテリ１
３だけではモータ１７の発電電力を吸収し切れない場合
には、発電機インバータ１２にも供給する。そのような
場合としては、バッテリ１３が満充電の場合とか、回生
電力がバッテリの受入れ可能な最大電力（＝バッテリ回
生可能最大電力）を超える場合（車速が大である場合や
減速度が大である場合に起きる）とかがある。

【０００９】この場合、発電機インバータ１２は、交流
→直流への変換器としてではなく、逆方向に直流→交流
へと変換する変換器として制御され、モータインバータ
１５から供給された直流電力を、交流電力に変換する。
この交流電力で発電機１０はモータ運転され、エンジン
７を回転させる。この時のエンジン７へは、燃料を供給
する必要がないので、燃料を供給しないようにエンジン
コントローラ６で制御する。従って、その分だけ燃料が
節約され、燃費が向上する。発電機インバータ１２に供
給された回生電力は、エンジン７を回転させる力として
消費される。

【００１０】なお、ハイブリッド車回生電力消費制御装
置に関する従来の文献としては、例えば、特許公報第２
８００４５１号（特開平４−３２２１０５号公報），特
開平８−７９９１４号公報等がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】（問題点）しかしなが
ら、前記した従来のシリーズハイブリッド車回生電力消
費制御装置では、発電機をモータ運転してエンジンを回
転させても、消費し得る回生電力が少なく、充分な回生
制動力を得ることが出来ないという問題点があった。

【００１２】（問題点の説明）シリーズハイブリッド車
に搭載されているエンジンは、既に述べたように、比較
的排気量が小さいエンジンであり、それを回転負荷とし
て回転させる場合の負荷トルクも小さい。そのため、エ
ンジンを回転させて回生電力を消費しようとしても、回
生電力が大である場合には消費し切れない。消費しない
ことには制動力が確保できない。

【００１３】回生電力を消費する他の方法としては、放
電抵抗を設け、そこで消費する方法もある。しかし、そ
のような放電抵抗は相当大型となり、重量も大であるの
で、設置スペースが限られ重量軽減を目指している車両
に搭載するには、望ましくない。また、回生電力が消費
し切れない程に大きくならないようにするには、出来る
だけ機械的なサービスブレーキを使用するという手もあ
るが、それでは周知のように、長い下り坂ではブレーキ
が加熱して制動力が低下するとか、ブレーキパッドが早
く磨耗してしまう等の不都合が生ずる。本発明は、以上
のような問題点を解決することを課題とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、回生制動時に発電機運転される車両駆
動用のモータと、エンジンと直結され、回生制動時にモ
ータ運転され得る発電機と、回生制動時に充電される車
両駆動用のバッテリとを具え、前記モータからの回生電
力がバッテリ充電能力を超える場合に、前記発電機をモ
ータ運転しエンジンを回して回生電力を消費するシリー
ズハイブリッド車回生電力消費制御装置において、前記
エンジンの排気管内にエキゾースト弁と、該エキゾース
ト弁の開閉を制御するエキゾースト弁制御部と、エンジ
ン回転数センサとを更に具え、回生制動時にエンジン回
転数が、第１の所定回転数に増大するまでは前記エキゾ
ースト弁を開き、該第１の所定回転数からそれより大の
第２の所定回転数までは、前記エキゾースト弁の開度を
エンジン回転数に応じて変え、該第２の所定回転数より
増大すると前記エキゾースト弁を閉じるよう制御するこ
ととした。

【００１５】（解決する動作の概要）回生電力が大の場
合、エンジンの排気管内に設けたエキゾースト弁の開度
を減少させると、減少の程度に応じてエンジンの負荷ト
ルクが増大するので、エンジンを回すためにモータ運転
している発電機は、より多くの電力を必要とする。その
ため、エキゾースト弁を開いている場合よりも多くの回
生電力を消費させることが可能となるので、従来より大
きな制動力を得ることが出来る。エキゾースト弁を閉じ
始めるエンジン回転数と、閉じ終わるエンジン回転数と
を予め定めておき、その間はエンジン回転数に応じて開
度を制御するようにすると、負荷トルクの変化は滑らか
となる。そのため、エキゾースト弁の制御を、全開と全
閉の２つの位置のみをとる制御とした場合に比べ、エン
ジン回転数の変化も滑らか（従って、エンジン騒音の変
化も滑らか）となり、ドライバーの運転フィーリングも
違和感のないものとなる。なお、従来、シリーズハイブ
リッド車のエンジンは、車輪を直接駆動するのではな
く、発電機を駆動するために設けられているので、本
来、ブレーキ用のエキゾースト弁を設ける必要がなかっ
た。そのため、排気管の状態は、エキゾースト弁が開か
れているのと同じ状態であった。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のシリーズハ
イブリッド車回生電力消費制御装置を示す図である。符
号は図７のものに対応し、２０はエキゾースト弁、２１
はエキゾースト弁制御部である。図７と同じ符号のもの
は、同じものであるので、その説明は省略する。エキゾ
ースト弁２０は、エンジン７の排気管９内に設けられた
弁であり、エキゾースト弁制御部２１は、車両コントロ
ーラ５からの指令により、エキゾースト弁２０の開閉量
（開度）を任意の値に制御する（言い換えれば、エキゾ
ースト弁２０の絞り量を制御する）ために設けられてい
る。

【００１７】本発明では、回生制動に入った場合、回生
電力をバッテリ１３に吸収させたり、回生電力で発電機
１０をモータ運転し、エンジン７を回転させて消費した
りするが（ここまでは従来と同じ）、エンジン７の回転
数が第１の所定値（Ｎ₁ ）に増大するまではエキゾース
ト弁２０を開いておき、第２の所定値（Ｎ₂ ）より増大
すると閉じておく（但し、閉じるといっても完全に閉じ
てしまうわけではない。完全に排気を遮断すると、排気
管９のガスケットやエキゾースト弁２０に過大な圧力が
かかって破損する恐れがあるので、少しは開いてお
く。）。そして、第１の所定値（Ｎ₁ ）と第２の所定値
（Ｎ₂ ）との間では、エンジン回転数に応じて開度（絞
り量）を制御する。

【００１８】図４は、エキゾースト弁２０のそのような
開閉制御を示す図である。横軸はエンジン回転数を表
し、縦軸はエキゾースト弁の開閉量（絞り量）を表して
いる。Ｎ₁ の時には開かれており（開度１００％）、Ｎ
₂ の時には閉じられており（開度０％）、Ｎ₁ とＮ₂ の
間のＮ_M の時には中間の開度Ｑ％とされる。エンジン７
の負荷トルクは、エキゾースト弁２０の開度が小さいほ
ど大となり、従来より多くの回生電力を消費することが
出来るようになる。次にそれを説明する。

【００１９】図５は、エンジンを回転負荷として回す場
合に必要とされる負荷トルクの変化を示す図である。横
軸はエンジン回転数を表し、縦軸は負荷トルクを表して
いる。曲線イは、エキゾースト弁２０を開いている場合
の負荷トルクを示し、曲線ロは、エキゾースト弁２０を
閉じている場合の負荷トルクを示している。いずれも、
エンジン回転数が大になるにつれて負荷トルクも大とな
っているが、エキゾースト弁２０を閉じると排気管９内
の圧力が高くなるので、エンジン７は回りにくくなる。
従って、曲線ロの方が全体として大となっている。

【００２０】エキゾースト弁２０が開と閉の中間の位置
にされている場合（つまり、中間閉の場合）の曲線は、
曲線イとロとの間の範囲であるハの範囲に存在すること
になる。曲線ニは、その一例である。エンジン回転数が
Ｎである場合を例にとってみると、曲線イの場合（全開
の場合）の負荷トルクはＴ₁ であり、曲線ロの場合（全
閉の場合）はＴ₃ であり、曲線ニの場合（中間閉の或る
場合）はＴ₂ である（但しＴ₁ ＜Ｔ₂ ＜Ｔ₃ ）。

【００２１】図６は、発電機をモータ運転した場合の消
費電力の変化を示す図である。横軸はエンジン回転数を
表し、縦軸はモータ運転発電機の消費電力を表してい
る。曲線イは、エキゾースト弁２０を開いている場合の
消費電力を示し、曲線ロは、エキゾースト弁２０を閉じ
ている場合の消費電力を示している。いずれも、エンジ
ン回転数が大になるにつれて消費電力も大となっている
が、エキゾースト弁２０を閉じると負荷トルクが大とな
るから、消費電力も曲線ロの方が全体として大となって
いる。

【００２２】曲線ハは、曲線イのエンジン回転数Ｎ₁ の
時の動作点Ｄと、曲線ロのエンジン回転数Ｎ₂ の時の動
作点Ｅとの間を結ぶ曲線である。この曲線は、エンジン
回転数Ｎ₁ 〜Ｎ₂ の間で、エンジン回転数が増大するに
つれ、徐々にエキゾースト弁２０の開度を減少させてい
った（絞り量を大にしていった）場合の消費電力を示し
ている。開度を徐々に変化させるから、消費電力の変化
は滑らかとなる。発電機１０をモータ運転してエンジン
７を回転させるとき、最初、エキゾースト弁２０を開い
た状態で回転させ、エンジン回転数が所定のＮ₁ 以上に
増大すると、エンジン回転数がＮ₂ になったところで丁
度閉じられるように、エンジン回転数に応じてエキゾー
スト弁２０の開度を徐々に減少させてゆく。そして、エ
ンジン回転数がＮ₂ より大となると、エキゾースト弁２
０は閉じたままとする。エンジン回転数が減少する場合
は、その逆を辿るようにエキゾースト弁２０を制御す
る。

【００２３】即ち、回生電力が大である場合の回生動作
中には、図６での動作点は、エンジン回転数が増大する
過程では、Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆと変化し、エンジン回転数が
減少する過程では、その逆を辿る（但し、Ｃは曲線イの
エンジン回転数がＮ₁ より小の位置にある点、Ｆは曲線
ロのエンジン回転数がＮ₂ より大の位置にある点であ
る。）。なお、回転数Ｎ₁ ，Ｎ₂ の値は、モータ１７か
らの回生電力の大きさや、図６の消費電力の大きさ等を
考慮し、適宜設定しておく（但し、エンジンの回転数で
あることより、小さい方のＮ₁ の値は、少なくともエン
ジンのアイドリング回転数よりは大（例、１０００ｒｐ
ｍ）に設定しておく。）。

【００２４】次に、本発明での制御動作を説明する。図
２は、本発明の回生電力消費制御を説明するフローチャ
ートである。この制御は、車両コントローラ５を中心と
して行われる。 ステップ１…モータ１７は回生制動中かどうかチェック
する。これはモータ１７を流れる電流を調べることによ
りチェック出来る。回生制動中でない場合には、ステッ
プ２へ進む。 ステップ２…このステップでは、エキゾースト弁制御部
２１に指令して、エキゾースト弁２０を開く（あるい
は、開いたままにしておく）。 ステップ３…ステップ１で回生制動中であった場合に
は、モータインバータ検出部１６より検出されてくる回
生電力が、バッテリ１３の回生可能最大電力より大かど
うか調べる。大でない場合はステップ２へ進む。なお、
バッテリ回生可能最大電力については、図３に示す。

【００２５】図３は、バッテリへ回生可能な最大電力を
示す図であり、横軸はバッテリ残存容量を表し、縦軸は
バッテリ回生可能最大電力を表す。車両コントローラ５
の中に、このようなマップを保持しておき、バッテリ状
態検出部１４からの検出信号によりバッテリ残存容量を
求め、それをこのマップに当てはめて、その時のバッテ
リ回生可能最大電力を知ることが出来る。例えば、バッ
テリ残存容量がＢ₁ ％の時のグラフ上の点はＫ₁ であ
り、その点Ｋ₁ に対応するバッテリ回生可能最大電力は
Ｐ_BMと求められる。なお、このマップは、いつも同じも
のを使用するのではなく、バッテリ温度やバッテリの劣
化状態に応じて、それに対応したマップを使用すること
にすれば、より一層適切なバッテリ回生可能最大電力を
求めることが出来、バッテリの寿命を長くすることが出
来る。

【００２６】ステップ４…バッテリ１３では回生不可の
回生電力（超過電力）を算出する。これは、モータイン
バータ検出部１６で検出された回生電力から、図３のバ
ッテリ回生可能最大電力を差し引くことにより算出され
る。 ステップ５…算出した超過電力で発電機１０をモータ運
転するよう、発電機インバータ１２を制御する。その場
合、エンジン７への燃料供給は、減少ないしは停止され
る（燃費向上）。 ステップ６…エンジン回転数センサ８から検出されてく
るエンジン回転数が、第１の所定回転数Ｎ₁ より大とな
ったかどうか調べる。まだＮ₁ より大でなければ、ステ
ップ２へ進み、エキゾースト弁２０は開いたままとす
る。

【００２７】ステップ７…エンジン回転数がＮ₁ より大
となった場合は、それより大きい第２の所定回転数Ｎ₂
より大となったかどうか調べる。 ステップ８…ステップ７でエンジン回転数がＮ₂ より大
でない場合とは、Ｎ₁〜Ｎ₂ の間の回転数ということに
なるが、その場合はエンジン回転数に応じて、エキゾー
スト弁２０の開度を調節する（絞る）。これにより、エ
ンジン回転数に応じて発電機１０での消費電力が滑らか
に変化する。

【００２８】ステップ９…エンジン回転数が増大して来
てＮ₂ より大となった場合（ステップ７でＹＥＳ）に
は、エキゾースト弁２０を閉じる。閉じると、図５，図
６で説明したように、負荷トルクが更に増大し、エンジ
ンを回転させるに要する電力（消費電力）も更に増大す
る。つまり、従来より回生電力を多く消費することが出
来るので、回生制動で従来より大きな制動力を確保する
ことが出来る。なお、エンジンは、ガソリンエンジンで
もディーゼルエンジンでも構わない。ただ、ガソリンエ
ンジンの場合には、エキゾースト弁を閉じる際には負荷
が少なくなるのを防止するため、スロットル弁は全開に
する。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のシリーズハイ
ブリッド車回生電力消費制御装置によれば、回生電力が
大の場合、エンジンの排気管内に設けられたエキゾース
ト弁を、第１の所定回転数よりエンジン回転数に応じて
徐々に絞ってゆき、第２の所定回転数より大の範囲では
閉じるよう制御するので、エンジンを回すためにモータ
運転している発電機に、エキゾースト弁を設けていない
従来に比べ、より多くの回生電力を消費させることが出
来る。そのため、回生制動時に従来より大きな制動力を
得ることが出来る。また、エキゾースト弁を徐々に絞る
よう制御するので、全開と全閉の２位置制御をする場合
に比べ、エンジンの負荷トルク，発電機の消費電力，エ
ンジン回転数等の変化が滑らかになり、運転フィーリン
グの面で、ドライバーに違和感を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のシリーズハイブリッド車回生電力消
費制御装置を示す図

【図２】 本発明の回生電力消費制御を説明するフロー
チャート

【図３】 バッテリへ回生可能な最大電力を示す図

【図４】 エキゾースト弁の開閉制御を示す図

【図５】 エンジンを回転負荷として回す場合に必要と
される負荷トルクの変化を示す図

【図６】 発電機をモータ運転した場合の消費電力の変
化を示す図

【図７】 従来のシリーズハイブリッド車回生電力消費
制御装置を示す図

【符号の説明】

１…アクセルセンサ、２…ブレーキスイッチ、３…シフ
トレバー、４…車速センサ、５…車両コントローラ、６
…エンジンコントローラ、７…エンジン、８…エンジン
回転数センサ、９…排気管、１０…発電機、１１…発電
機インバータ検出部、１２…発電機インバータ、１３…
バッテリ、１４…バッテリ状態検出部、１５…モータイ
ンバータ、１６…モータインバータ検出部、１７…モー
タ、１８…差動歯車部、１９…車輪、２０…エキゾース
ト弁、２１…エキゾースト弁制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｌ 11/08 Ｆ０２Ｄ 9/06 Ｄ Ｆ０２Ｄ 9/06 Ｂ 29/06 Ｄ 29/06 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ Ｆターム(参考） 3G065 AA01 AA09 AA10 BA06 CA00 DA04 EA05 GA10 GA17 3G093 AA07 AA16 AB01 BA17 CB07 DA01 DB00 EA09 EA11 EC01 FA11 5H115 PA08 PA15 PG04 PI16 PI24 PO17 PU08 PU24 PU26 PV09 QI04 QN03 RB08 SE04 SE05 TB01 TE02 TI02 TI05 TI06 TI10 TO12 TO13 TO14 TR19 TR20 TU16

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回生制動時に発電機運転される車両駆動
   用のモータと、エンジンと直結され、回生制動時にモー
   タ運転され得る発電機と、回生制動時に充電される車両
   駆動用のバッテリとを具え、前記モータからの回生電力
   がバッテリ充電能力を超える場合に、前記発電機をモー
   タ運転しエンジンを回して回生電力を消費するシリーズ
   ハイブリッド車回生電力消費制御装置において、前記エ
   ンジンの排気管内にエキゾースト弁と、該エキゾースト
   弁の開閉を制御するエキゾースト弁制御部と、エンジン
   回転数センサとを更に具え、回生制動時にエンジン回転
   数が、第１の所定回転数に増大するまでは前記エキゾー
   スト弁を開き、該第１の所定回転数からそれより大の第
   ２の所定回転数までは、前記エキゾースト弁の開度をエ
   ンジン回転数に応じて変え、該第２の所定回転数より増
   大すると前記エキゾースト弁を閉じるよう制御すること
   を特徴とするシリーズハイブリッド車回生電力消費制御
   装置。