JP3019682B2 - ハイブリッド車における発電制御方法 - Google Patents

ハイブリッド車における発電制御方法

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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、いわゆるハイブリッド
車に搭載される発電機の発電量を制御する方法、すなわ
ちハイブリッド車における発電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車は、モータを駆動源とする車
両であり、その一種として、いわゆるハイブリッド車が
知られている。ハイブリッド車は、モータの他にエンジ
ンを搭載した電気自動車であり、そのうちエンジンによ
って発電機を駆動しその発電出力をモータの駆動に使用
できる構成はシリーズハイブリッド車と呼ばれている。
図６には、シリーズハイブリッド車の一例構成が示され
ている。この図に示される車両は、ＡＣ誘導モータ１０
を駆動源としている。すなわち、モータ１０の出力はト
ランスアクスル１２等を介して駆動輪１４に伝達され、
車両の駆動力となる。
【０００３】また、この車両には、鉛電池等の充放電可
能な電池１６が搭載されている。電池１６の放電出力
は、複数のスイッチング素子から構成されるインバータ
１８によって三相交流電力に変換され、モータ１０に供
給される。その際、インバータ１８は、ＥＣＵ（電子制
御ユニット）２０による制御を受ける。すなわち、ＥＣ
Ｕ２０は、車両操縦者によるアクセルやブレーキの踏込
みに応じ、モータ１０から出力させるべきトルクを示す
トルク指令値を演算し、得られたトルク指令値に応じて
インバータ１８を制御する。これにより、モータ１０に
供給される電力が制御され、モータ１０から、トルク指
令値に対応したトルクが出力されることになる。
【０００４】インバータ１８を介してモータ１０に電力
を供給する手段としては、電池１６の他に、発電機２２
が搭載されている。この発電機２２は、増速機２４を介
してエンジン２６と連結されている。すなわち、ＥＣＵ
２０がエンジン２６を動作させると、エンジン２６の出
力が増速機２４を介して発電機２２に伝達されるから、
ＥＣＵの制御の下に発電機２２に界磁電流が供給される
と、この発電機２２から発電出力が得られる。この図に
示される発電機２２は三相交流発電機であり、その出力
は整流器２８によって整流され、インバータ１８及び電
池１６に供給される。従って、モータ１０は、電池１６
及び発電機２２双方の出力によって駆動することがで
き、また電池１６は、モータ１０の回生のみならず発電
機２２の出力によっても充電することができる。なお、
増速機２４は、エンジン２６の回転数を発電機２２に適
する値まで高める機構である。
【０００５】また、ＥＣＵ２０は、エンジン２６を運転
するにあたって、例えば図７に示されるような燃費最良
域で回転するようエンジン２６の運転条件を制御する。
制御の対象となる運転条件として、例えば燃料噴射量、
点火時期、スロットル開度等がある。燃費最良域は例え
ば４気筒エンジンでは１２００ｒｐｍ〜２８００ｒｐｍ
の範囲である。この領域では、通常、エンジン２６のエ
ミッションも良好となる。
【０００６】エンジン２６にこのような高効率運転を行
わせつつ発電機２２から所要の電力を得ようとする場
合、例えば、ＥＣＵ２０によって発電機２２の界磁電流
を制御する。このようにすると、エンジン２６を燃費最
良域で駆動しつつ発電機２２からの発電量を目標値に制
御することができる。このような制御は、例えば特開昭
５１−３９８１３号公報等に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発電機
の発電量の制御をエンジンの運転条件の制御及び発電機
の界磁電流の制御により実行した場合、エンジンの回転
数が必ずしも燃費最良域内に収まる値とならないことが
ある。すなわち、エンジン、発電機の個体特性は、量産
等においてばらつき、またエンジンと発電機の個体間差
は経時的要因によって変化する。このようなばらつきや
経時変化が生ずると、界磁制御によって発電機から目標
値に係る発電量を得ている場合であっても、エンジンの
回転数がばらついてしまうこととなる。
【０００８】また、エンジンの回転数は、発電機の界磁
電流が小さい場合には高くなり、逆に大きい場合には低
くなる。さらに、エンジン回転数が変化すると、これに
応じてエンジンの出力、ひいては発電機の発電量も変化
する。しかし、この特性は、エンジンの負荷が高い時と
低い時（例えばスロットル開度が大きい時と小さい時）
とで異なる特性となる。すなわち、例えば、ガソリンエ
ンジンでは、高負荷時における等スロットルエンジン出
力特性は、図８（ａ）に示されるように、エンジン回転
数に対して右上りとなり、低負荷時には右下りとなる。
従って、上述の従来技術のように、発電機の界磁電流を
変化させることによってその発電量を制御しようとして
も、エンジンの負荷が高い時と低い時とで、発電量が異
なる傾向で変化してしまう。
【０００９】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、発電機の発電量制
御に係る手順を改良することにより、エンジン回転数及
び発電機の発電量を共に好適に目標制御することを可能
にすることを目的とする。また、本発明は、エンジンの
負荷に影響されることなくこのような制御を実現するこ
とを目的とする。そして、本発明は、上述の制御を実現
することにより、エンジン、発電機の個体特性の量産ば
らつきや、これらの個体間差の経時変化による制御結果
の変動を防ぎ、エンジンを高効率運転しかつそのエミッ
ションを改善することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の発電制御方法は、エンジンの回転数
及び発電機の発電量双方について制御目標範囲を決定
し、エンジンの回転数及び発電機の発電量を検出し、検
出されたエンジンの回転数が決定された制御目標範囲よ
り低い側にある場合にはより小さな値へと、逆に高い側
にある場合にはより大きな値へと、発電機の界磁電流を
補正し、検出されたエンジンの回転数が決定された制御
目標範囲内にある場合に、検出された発電機の発電量が
決定された制御目標範囲より小さい側にある場合にはエ
ンジンの負荷がより高くなるよう、逆に大きい側にある
場合にはエンジンの負荷がより低くなるよう、エンジン
のスロットル開度を補正することにより、エンジンの回
転数及び発電機の発電量を共に制御範囲内に制御するこ
とを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明において、まず、エンジンの回転数及び
発電機の発電量双方について、制御目標範囲が決定され
る。例えば、発電量の制御目標範囲は、電池容量、触媒
床温、モータの負荷等に応じて決定することができ、エ
ンジン回転数の制御目標範囲は発電量の制御目標範囲に
応じて決定することができる。さらに、エンジンの回転
数及び発電機の発電量が検出される。後者は、発電機の
出力電圧及び電流の積として検出することができる。
【００１２】本発明においては、まず、検出されたエン
ジンの回転数がその制御目標範囲と比較される。この比
較の結果、前者が後者より低い側にあるとされた場合に
は、発電機の界磁電流がより小さな値へと補正され、高
い側にあるとされた場合にはより大きな値へと補正され
る。すなわち、エンジンの回転数は、界磁電流が小さく
なると高くなり、大きくなると低くなるから、このよう
な関係に基づき、発電機の界磁電流の補正によってエン
ジン回転数の目標制御が行われることとなる。さらに、
この比較の結果、検出されたエンジンの回転数がその制
御目標の範囲内にあるとされた場合には、検出された発
電機の発電量とその制御目標範囲の比較が行われる。こ
の比較の結果、発電機の発電量がその制御目標範囲より
小さい側にあるとされた場合には、エンジンの負荷がよ
り高くなるよう、エンジンのスロットル開度が補正さ
れ、逆に大きい側にあるとされた場合には、エンジンの
負荷がより低くなるようエンジンのスロットル開度が補
正される。ここに、図８（ａ）と図８（ｂ）との比較で
明らかなように、エンジンの負荷が低い場合には同一の
エンジン回転数であっても発電機の発電量はより小さな
値となる。本発明においては、この関係に基づき、制御
目標範囲内の発電量が得られるよう、エンジンのスロッ
トル開度の制御によるエンジン負荷の制御が行われてい
る。
【００１３】従って、本発明においては、エンジンの回
転数及び発電機の発電量が、共に制御目標範囲内に制御
されることとなり、エンジンや発電機の個体特性の量産
ばらつきや、その個体間差の経時変化等による制御誤差
が発生することなく、エンジン回転数及び発電量の目標
制御を行うことが可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図６〜図８に示される従来例と
同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１５】図１には、本発明の第１実施例に係るシリ
ーズハイブリッド車の構成が示されている。この図に示
されるように、本実施例においては、後述する目標発電
量ＰT の計算のために、電池容量（充電状態：ＳＯＣ）
を検出するＳＯＣセンサ３０や、エンジン２６の排気管
３２内に設けられた図示しない触媒の触媒床温のＴhwを
検出する温度センサ３４が設けられている。さらに、後
述する基本スロットル開度Ｓ0 を計算するために、エン
ジン水温Ｔe を検出する温度センサ３６がエンジン２６
に付設されている。さらには、エンジン回転数Ｎe の目
標制御のため、当該エンジン回転数Ｎe を検出する回転
数センサ３８がエンジン２６に付設されており、発電機
２２の発電量を目標制御するため、整流器２８から出力
される電圧及び電流を検出する電圧センサ４０及び電流
センサ４２が設けられている。ＥＣＵ４４は、これらの
センサ３０及び３４〜４２の出力に基づき、次に説明す
る図２の制御を実行する。
【００１６】図２に示されるのは、ＥＣＵ４４によって
実行される発電制御ルーチンの流れである。この図に示
されるように、本ルーチンにおいては、まず、ＳＯＣセ
ンサ３０によって検出されるＳＯＣ及び温度センサ３４
によって検出される触媒床温Ｔhwによりテーブルｆが参
照され、これによって目標発電量ＰT がＥＣＵ４４によ
り計算される（１００）。例えば、ＳＯＣやＴhwが低い
場合には、電池１６の充電を進めあるいは触媒を活性化
すべく、ＰT が大きくなるよう、当該目標発電量ＰT が
計算される。続いて、ＥＣＵ４４は、ステップ１００に
おいて得られた目標発電量ＰT でテーブルｇを参照する
ことにより、目標エンジン回転数ＮT を計算する（１０
２）。このようにして、目標発電量ＰT 及び目標エンジ
ン回転数ＮT が決定される。続いて、ＥＣＵ４４は、基
本スロットル開度Ｓ0 を計算する（１０４）。この計算
にあたっては、ステップ１００において決定した目標発
電量ＰT と、温度センサ３６によって検出されるエンジ
ン水温Ｔe とにより、テーブルｈが参照される。なお、
この計算にあたってエンジン水温Ｔe を用いるのは、エ
ンジン２６の暖機状態を反映させるためである。
【００１７】ＥＣＵ４４は、続いて、回転数センサ３８
によって検出されるエンジン２６の回転数Ｎe が、ステ
ップ１０２において決定した目標エンジン回転数ＮT に
よって定まる制御目標範囲内にあるか否かを判定する
（１０６，１０８）。ＥＣＵ４４は、この判定の結果に
応じ、発電機２２の界磁電流の制御を実行する（１１
０，１１２）。すなわち、図３（ａ）に示されるよう
に、検出されたエンジン回転数Ｎe が制御目標範囲の下
限ＮT −ΔＮより小さい場合には（１０６）、発電機２
２の界磁電流を小さくし（１１０）、回転数Ｎe が制御
目標範囲の上限ＮT ＋ΔＮより大きい場合には（１０
８）、発電機２２の界磁電流を大きくする（１１２）。
界磁電流の大小は、そのオン期間、オフ期間の長短によ
り、又は振幅により、制御できる。なお、ΔＮは、回転
数Ｎe の制御目標範囲を定める微小値である。
【００１８】さらに、ステップ１０６及び１０８の判定
の結果、検出された回転数Ｎe が、目標エンジン回転数
ＮT に応じて定まる制御目標範囲内にあるとされた場合
には、続いて、発電機２２の発電量Ｐに係る判定が実行
される（１１４，１１６）。すなわち、電圧センサ４０
によって検出される電圧と電流センサ４２によって検出
される電流の積は発電機２２の発電量Ｐを表しており、
このＰが、目標発電量ＰT に応じて定まる制御目標範囲
と比較される。この比較の結果、検出された発電量Ｐが
制御目標範囲の下限ＰT −ΔＰより小さいとされた場合
には（１１４）、図３（ｂ）に示されるように、スロッ
トル開度の補正量ΔＳに１が加算され（１１８）、逆
に、発電量Ｐが制御目標範囲の上限ＰT ＋ΔＰより大き
いとされた場合には（１１６）、スロットル開度の補正
量ΔＳから１が減ぜられる（１２０）。
【００１９】なお、ΔＳは、ステップ１０２におけるＳ
0 の設定と同時に、又はこれに先立ち、リセットされて
いる。
【００２０】ステップ１１０又は１１２により界磁電流
が補正されたとき、ステップ１１８又は１２０によりス
ロットル開度の補正量ΔＳが補正された時、並びにステ
ップ１１４及び１１６により発電量Ｐが制御目標範囲内
にあるとされたとき、ＥＣＵ４４は、ステップ１２２を
実行する。ステップ１２２においては、ステップ１１８
又は１２０によって設定されたスロットル開度の補正量
ΔＳが、ステップ１０４において求められた基本スロッ
トル開度Ｓ0 に加算され、続くステップ１２４において
はステップ１２２において得られたスロットル開度Ｓが
エンジン２６に出力される。これにより、スロットル開
度が、発電量Ｐに係る判定結果に応じて補正されること
となる。
【００２１】このように、本実施例においては、検出さ
れたエンジン回転数Ｎe がその制御目標範囲と比較さ
れ、その比較の結果に応じて発電機２２の界磁電流が補
正されている。先にも述べたように、発電機２２の界磁
電流の値を小さくするとエンジン２６の回転数Ｎe は高
くなり、小さくなると低くなる。従って、ステップ１０
６〜１１２の処理により、エンジン２６の回転数Ｎ
e は、図３（ａ）に示される制御目標範囲内に制御され
ることとなる。
【００２２】また、本実施例においては、発電量Ｐとそ
の制御目標範囲の比較結果に応じてエンジン２６のスロ
ットル開度Ｓが補正されている。ここに、スロットル開
度Ｓが大きくなるとエンジン２６の負荷が高くなり、小
さくなると低くなるから、ステップ１１４〜１２０の処
理の結果に基づくスロットル開度Ｓの補正により、エン
ジン２６の出力、ひいては発電機２２の発電量が、図３
（ｂ）に示される制御目標範囲となるよう制御されるこ
ととなる。
【００２３】加えて、この実施例においては、エンジン
２６の回転数Ｎe の制御が行われた上で、発電機２２の
発電量Ｐの制御が行われている。従って、これらの順序
を逆にした場合と異なり、エンジン２６の回転数Ｎe と
発電機２２の発電量Ｐとを、エンジン２６の負荷の高低
によらず、共に好適に目標制御することが可能となる。
すなわち、発電量Ｐの制御を先に行った場合には、図８
（ａ）及び（ｂ）に示されるように、エンジン２６の回
転数Ｎe とその出力との関係が高負荷時と低負荷時で異
なるため、その後に実行される回転数Ｎe の制御の結
果、発電機２２の発電量Ｐが目標制御範囲からずれるこ
ととなる。本実施例においては、このような不具合が生
じることなく、すなわちエンジン２６の負荷に左右され
ることなく、上述した回転数Ｎe 及び発電量Ｐの目標制
御を好適に実行することができる。
【００２４】このように、本実施例によれば、エンジン
２６や発電機２２の個体特性の量産ばらつきやその個体
間差の経時変化によらず、またエンジン２６の負荷によ
らず、エンジン２６の回転数Ｎe や発電機２２の発電量
Ｐを共に目標制御することができる。また、エンジン２
６の回転数Ｎe の制御目標を、エンジン２６が高効率運
転できかつエミッションが良好な回転数に設定しておけ
ば、エンジン２６の高効率運転やエミッションの改善
が、好適に実現されることになる。
【００２５】なお、上述した制御に用いる発電量Ｐは、
電圧センサ４０によって得られる電圧と電流センサ４２
によって得られる電流の積の平均値とするのが好まし
い。また、発電量Ｐを制御するために調整するエンジン
２６の運転条件としては、スロットル開度Ｓ以外の条件
を用いてもかまわない。
【００２６】図４には、本発明の第２実施例に係るシリ
ーズハイブリッド車、特にＥＣＵ４４の動作の流れが示
されている。本実施例は、装置構成としては図１に示さ
れる第１実施例と同様の構成で実施することができる。
この実施例が第１実施例と相違する点は、発電機２２の
界磁電流の制御をそのオン、オフ期間や振幅の制御によ
ってではなくデューティの指令・出力によって行ってい
る点にある。
【００２７】すなわち、図４においては、ステップ１０
４実行後、基本デューティＤ0 の計算が実行される（１
２６）。すなわち、ステップ１０２において求めた目標
エンジン回転数ＮT をテーブルｊに参照することによ
り、基本デューティＤ0 が計算される。また、界磁電流
を小さくするステップ１１０においては、デューティの
補正量ΔＤから１が減ぜられ、界磁電流を大きくするス
テップ１１２においては１が加算される。このようにし
て得られた補正量ΔＤは、ステップ１２２直後に実行さ
れるステップ１２８において基本デューティＤ0 に加算
される。このようにしてデューティＤが得られると、ス
テップ１２４実行後に実行されるステップ１３０におい
て、デューティＤを有する界磁電流が発電機２２に出力
されることになる。このような動作によっても、前述の
効果を得ることができる。なお、ΔＤも、ΔＳと同様リ
セットされる。
【００２８】図５には、本発明の第３実施例に係るシリ
ーズハイブリッド車の構成が示されている。この実施例
においては、第１実施例において用いられていたＳＯＣ
センサ３０や温度センサ３４に代え、モータ１０に供給
される電圧を検出する電圧センサ４６や電流センサ４８
が用いられている。すなわち、この実施例においては、
目標発電量ＰT を計算するにあたって、ＳＯＣやＴhwに
代え、モータ１０の負荷を表す値、すなわち電圧センサ
４６の出力と電流センサ４８の出力の積が用いられる。
このようにしても、前述の効果を好適に実現することが
できる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電機の界磁電流及びエンジンのスロットル開度をエン
ジンの回転数及び発電機の発電量の検出結果に応じて補
正するようにしたため、エンジンの回転数及び発電機の
発電量を共に好適に目標制御することができる。従っ
て、エンジンや発電機の特性の量産ばらつきや、これら
の経時変化に伴う制御誤差の発生を防止することができ
る。また、まず界磁電流の補正によるエンジン回転数の
目標制御を行った上で、エンジンのスロットル開度の補
正による発電機の発電量の目標制御を行うようにしてい
るため、エンジンの負荷の高低によらず、上述した目標
制御を好適に実行することができる。さらに、このよう
な制御の実現により、エンジンを高効率運転すると共に
そのエミッションを低減することができ、発電機の発電
効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るシリーズハイブリッ
ド車のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】この実施例におけるＥＣＵの動作の流れを示す
フローチャートである。
【図３】この実施例における制御目標範囲の設定を示す
図であり、図３（ａ）は特にエンジンの回転数の制御目
標範囲を、図３（ｂ）発電機の発電量の制御目標範囲
を、それぞれ示す図である。
【図４】本発明の第２実施例におけるＥＣＵの動作の流
れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施例に係るシリーズハイブリッ
ド車のシステム構成を示すブロック図である。
【図６】シリーズハイブリッド車の一例構成を示すブロ
ック図である。
【図７】エンジンの燃費最良制御を示すエンジン回転数
対燃費率特性図である。
【図８】エンジン負荷が近い時と低い時におけるエンジ
ン出力特性の差を示す図であり、特に図８（ａ）は高負
荷時におけるエンジン回転数対エンジン出力の関係を、
図８（ｂ）は低負荷時におけるエンジン回転数対エンジ
ン出力の関係を、それぞれ示す図である。
【符号の説明】
１０ モータ １６ 電池 ２２ 発電機 ２６ エンジン ３０ ＳＯＣセンサ ３４，３６ 温度センサ ３８ 回転数センサ ４０，４６ 電圧センサ ４２，４８ 電流センサ ４４ ＥＣＵ（電子制御ユニット） ＰT 目標発電量 ＮT 目標エンジン回転数 Ｓ0 基本スロットル開度 ΔＳ スロットル開度の補正量 Ｓ スロットル開度 Ｄ0 基本デューティ ΔＤ デューティの補正量 Ｄ デューティ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 11/12 F02D 29/06 H02P 9/04 H02P 9/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両の駆動源たるモータと、モータにそ
    の発電出力を供給する発電機と、発電機を回転駆動する
    エンジンと、発電機の界磁電流及びエンジンのスロット
    ル開度を制御する手段と、を搭載するハイブリッド車に
    おいて実行される発電制御方法であって、 エンジンの回転数及び発電機の発電量双方について制御
    目標範囲を決定し、 エンジンの回転数及び発電機の発電量を検出し、 検出されたエンジンの回転数が決定された制御目標範囲
    より低い側にある場合にはより小さな値へと、逆に高い
    側にある場合にはより大きな値へと、発電機の界磁電流
    を補正し、 検出されたエンジンの回転数が決定された制御目標範囲
    内にある場合に、検出された発電機の発電量が決定され
    た制御目標範囲より小さい側にある場合にはエンジンの
    負荷がより高くなるよう、逆に大きい側にある場合には
    エンジンの負荷がより低くなるよう、エンジンのスロッ
    トル開度を補正することにより、 エンジンの回転数及び発電機の発電量を共に制御目標範
    囲内に制御することを特徴とする発電制御方法。
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