JP4048766B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機により発電した電力をバッテリに蓄積し、そのバッテリからの給電により作動する走行用モータを備えたハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンと電動モータを搭載し、状況に応じてそれらの動力源を同時に又は個々に作動させることで高効率や排出ガスの低減等を達成するハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両は、大別すると、シリーズ方式ハイブリッド自動車と、パラレル方式ハイブリッド自動車とに分類される。このうち、シリーズ方式ハイブリッド自動車では、車両の駆動源として電動モータが用いられる。この電動モータは、バッテリからの給電により作動されるが、１回の充電で連続走行できる距離に限界があることから、別途搭載したエンジンを作動させることで走行中でも充電を行えるようになっている。
【０００３】
シリーズ方式ハイブリッド自動車では、一般に、車両の走行中におけるバッテリの残量等が、ＥＣＵ等の制御装置により監視される。そして、バッテリの残量等に応じて、自動的に発電機の作動及び停止が行なわれる。例えば、車両の走行中において、バッテリの残量が一定値を下回った場合には、制御装置によりエンジンが作動され、これによって不足した電力が発電機により発電される。反対に、バッテリの残量が一定値を上回った場合には、制御装置によりエンジンが停止され、発電が行われなくなることで過充電等の不具合が防止されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシリーズ方式ハイブリッド車両では、車両の利用態様に応じた発電機の作動及び停止が適切に行なわれないことがあるので問題であった。
例えば、バッテリの残量が一定値を下回っている場合に、シリーズ方式ハイブリッド車両を発進させると、利用者の目的地が非常に近い場合であっても、発電をするためにエンジンが一律に起動されてしまう。しかし、目的地が非常に近い場合であれば、残り少ないバッテリ残量であっても電動モータのみで走行することが可能であり、利用者は、電動モータのみでクリーンでかつ静かに走行したいと考える場合がある。それにも拘わらず、車両を発進させる度にエンジンが起動されることとなると、利用者の希望した通りの走行にならないだけでなく、排出ガスの増加や、燃料効率悪化等の要因ともなるので問題であった。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するために創案されたものであり、車両の利用態様に応じてより適切に発電機を作動及び停止させることのできるハイブリッド車両を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために各請求項に記載された通りの発明が構成される。
請求項１に記載のハイブリッド車両は、エンジンと、エンジンによって駆動されて発電する発電機と、前記発電機により発電される電力を蓄積するバッテリと、前記バッテリからの電力供給により作動される走行用モータとを備えている。そして、前記発電機による発電を発電モード及び無発電モードとに切替える切替手段を備え、前記切替手段が無発電モードに切替えられた場合に、前記発電機による発電が停止される。これにより、利用者は、例えば切替スイッチで構成される切替手段の操作のみで、任意に発電機を停止させることができ、車両の利用態様に応じてより適切に発電機を作動及び停止させることができる。例えば、目的地までの距離が非常に近い場合には、発電機を作動させることなく、走行用モータのみで静かに車両を走行させることができる。
【０００７】
請求項２に記載のハイブリッド車両は、車両が走行中であるか否かを検出する走行状態検出手段を備えている。そして、切替手段が発電モードに切替えられ、かつ、前記走行状態検出手段により車両が走行中ではないと検出された場合に、制御手段等によって発電機による発電が停止される。
車両が走行中ではない場合、すなわち、車両が停止中の場合は、家庭用電源のコンセント等から電力を導くことによりバッテリを充電することができるので、わざわざ発電機までをも作動させておく必要がない。請求項２に記載のハイブリッド車両によれば、このような場合に発電機が自動的に停止されるので、排出ガスの無駄な発生や、燃料の無駄な消費等が防止される。
【０００８】
請求項３に記載のハイブリッド車両は、バッテリに外部から電力を充電する充電器が充電中であるか否かを検出する充電状態検出手段を備えている。そして、切替手段が発電モードに切替えられ、かつ、前記充電状態検出手段により充電器が充電中であると検出された場合に、制御手段等によって発電機による発電が停止される。充電器によりバッテリへの充電が行なわれている場合は、発電機による発電までをも必要としない。請求項３に記載のハイブリッド車両によれば、このような場合に発電機による発電が自動的に停止されるので、排出ガスの無駄な発生や、燃料の無駄な消費等が防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面にしたがって以下詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるハイブリッド車両１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態におけるハイブリッド車両１は、バッテリ１０からの給電により回転する走行用モータ１１を駆動源として備えている。走行用モータ１１の出力軸には、ディファレンシャルギヤ１６を介して車軸１２が連結されており、この車軸１２の両端に車輪１５が設けられてハイブリッド車両１の駆動系統が構成されている。
なお、ハイブリッド車両１には、必ずしも車軸１２やディファレンシャルギヤ１６が設けられなくてもよい。例えば、走行用モータ１１を車輪１５のハブに内蔵し、ホイールインモータとして構成した場合であっても、本発明を適用することができる。
【００１０】
走行用モータ１１には、直流モータが使用され、この走行用モータ１１の電源として、バッテリ１０が備えられている。バッテリ１０には、ニッケル水素電池や密閉型鉛電池等の充電可能な２次電池が用いられるが、他の種類の２次電池が用いられてもよい。バッテリ１０に蓄積された電力は、ハイブリッド車両１全体の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）４や、照明装置等の他の機器の電源として用いられる場合もある。
【００１１】
ハイブリッド車両１には、走行用モータ１１とは別個の動力源として、エンジン２０が搭載されている。エンジン２０は、通常のガソリンエンジンであるが、ディーゼルエンジンや、その他の燃料を燃焼させるエンジンが用いられてもよい。
本実施の形態におけるエンジン２０は、車軸１２を直接回転させるための動力源として働くのではなく、専ら発電機２１を回転させて発電を行わせるための動力源として働く。エンジン２０の出力軸には発電機２１が連結され、エンジン２０の運動エネルギーが発電機２１により電気的エネルギーとして取り出される。そして、発電機２１とバッテリー１０とは、インバータ（図示していない）を介して接続されており、発電機２１により発電された電力は、直流電流に変換された上でバッテリ１０に充電される。
なお、エンジン２０及び発電機２１は、ＥＣＵ４に電気的に接続されており、このＥＣＵ４から発せられる制御信号に基いて、発電機２１の作動及び停止のタイミングが制御されるようになっている。このＥＣＵ４が、本発明における「制御手段」に対応している。制御の詳細については後述する。
【００１２】
バッテリ１０には、電圧検出器１３と充電器３が電気的に接続されている。
電圧検出器１３は、バッテリ１０の出力電圧を検出してＥＣＵ４に送信する。ＥＣＵ４は、電圧検出器１３からの送信信号に基いて、バッテリ１０の出力電圧を監視する。また、ＥＣＵ４は、バッテリ１０の出力電圧を監視することにより、バッテリ１０の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）をも監視する。すなわち、バッテリ１０の充電状態が変化すると、バッテリ１０の出力電圧もそれに対応して変化するのであるが、この充電状態と出力電圧との間にある一定の相関関係に基いて、バッテリ１０の充電状態が演算等の手段を用いることにより判断されている。例えば、２次電池に充電されている電力が少なくなると、出力電圧の値もそれに伴なって低くなるのが一般的であるが、このような充電状態ＳＯＣと出力電圧との相関関係に基いて、バッテリ１０の充電状態がＥＣＵ４によって随時監視されるようになっている。
【００１３】
充電器３は、発電機２１により発電される電力ではなく、外部電源３０から導かれる電力をバッテリ１０に充電するための充電器である。充電器３には、例えば交流電流を直流電流に変換して充電することのできる公知の充電器が用いられる。外部電源３０には、例えば家庭用１００Ｖ電源のコンセントが用いられるが、その他の外部電源、例えば商業用電源のコンセント等が用いられてもよい。
充電器３と、ＥＣＵ４とは、電気的に接続されている。そして、このＥＣＵ４によって、充電器３が「充電中」であるか否かが判断される。具体的には、充電器３からバッテリ１０に向かって流れる電流値等がＥＣＵ４によって監視され、この電流値の大きさによって、充電器３による充電が行なわれているか否かが判断される。例えば、充電器３からバッテリ１０に向かって流れる電流値が「０」であれば、充電器３による充電が行なわれていないと判断される。つまり、このＥＣＵ４が、本発明における「充電状態検出手段」にも対応している。
【００１４】
走行用モータ１１の出力軸には、回転数検出器１７が接続されている。この回転数検出器１７は、走行用モータ１１の時間当たりの回転数や回転速度等を検出するために設けられるものであり、例えばエンコーダにより構成される。回転数検出器１７とＥＣＵ４とは電気的に接続されており、回転数検出器１７から送信される検出信号に基いて、走行用モータ１１の回転数がＥＣＵ４によって監視される。
また、ＥＣＵ４は、回転数検出器１７により検出された走行用モータ１１の回転数に基いて、ハイブリッド車両１が走行中であるか否かを判断する。例えば、走行用モータ１１の回転数が「０」、もしくは、「０」とみなせる程度に非常に低い値である場合には、ハイブリッド車両１が「停止中」であると判断する。つまり、このＥＣＵ４が、本発明における「走行状態検出手段」にも対応している。
【００１５】
本実施の形態におけるＥＣＵ４は、マイクロコンピュータで構成されており、エンジン２０、発電機２１、走行用モータ１１等に制御信号を送信し、これらの機器の作動状態を予め定められた条件に従って制御する。
ＥＣＵ４には、発電機２１による発電を、発電モード（以下、「ＨＥＶモード」という）、及び、無発電モード（以下、「ＰＥＶモード」という）とに切替えるための切替スイッチ６が接続されており、この切替スイッチ６によってＨＥＶモードが選択されると、予め定められた条件に従って発電機２１の作動状態が制御される。反対に、切替スイッチ６によってＰＥＶモードが選択されると、発電機２１は予め定められた条件等に従うことなく停止される。
ＥＣＵ４には、その他にも、ハイブリッド車両１全体を監視制御する車両システムを起動するためのシステム起動スイッチ５が接続されている。このシステム起動スイッチ５は、ハイブリッド車両１のキースイッチに連動しており、車両にキーが挿入されて「ＯＮ」の位置にまで回転されると、車両システムが起動してハイブリッド車両１が走行可能な状態となる。
なお、切替スイッチ６と、システム起動スイッチ５は、車両のキースイッチに連動して一体のスイッチとして設置されてもよいし、それぞれ別個のスイッチとして車室内等に設置されてもよい。
【００１６】
以上のように構成されるハイブリッド車両１について、発電機２１の作動状態がＥＣＵ４によってどのように制御されるのかを、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００１７】
図２のフローチャートに示す制御処理について以下詳細に説明する。
図２に示すフローチャートは、「走行用モータ１１の回転数」、及び、「充電器３の充電状態」が、ＥＣＵ４によって共に監視されている場合における制御処理の手順を示したものである。
まず、ステップＳ１１の処理では、ＥＣＵ４によってシステム起動スイッチ５が「ＯＮ」であるか否かが判断される。システム起動スイッチ５が「ＯＮ」であると判断された場合には（ＹＥＳ）、次のステップＳ１２の処理に進む。システム起動スイッチ５が「ＯＮ」ではないと判断された場合には（ＮＯ）、ステップＳ２０の処理に進み、「発電機停止状態」の処理が行なわれる。この「発電機停止状態」の処理では、発電機２１を停止したままの状態にしたり、あるいは、既に起動されている発電機２１を停止させるための処理が行われる。
【００１８】
次に、ステップＳ１２の「車両システム起動状態」の処理では、ハイブリッド車両１全体を監視制御するための車両システムを起動させるための処理が行なわれる。具体的には、車両システムを起動させるための電力をバッテリ１０等から給電したり、あるいは、車両に備えられた各種の機器を制御するための設定値等を初期化する処理が行われる。
「車両システム起動状態」の処理が終了すると、次に、ステップＳ１３の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ１３の「走行可能状態」の処理では、ハイブリッド車両１を実際に走行可能な状態とするための処理が行なわれる。具体的には、スピードメーターや燃料メーター、パワーウィンドシステム、パワーステアリングシステム等の各種の操作機器、センサー等に対して電力を供給したり、あるいは、起動信号を送ることで起動状態にするための処理等が行なわれる。
ステップＳ１３の「走行可能状態」の処理が終了すると、次に、ステップ１４の処理に進む。
【００２０】
ステップＳ１４の処理では、回転数検出器１７から送信される検出信号に基いて、走行用モータ１１の回転数が「０」であるか否かが判別される。走行用モータ１１の回転数が「０」であると判断された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２０の「発電機停止状態」の処理に進み、発電機２１が停止される。走行用モータ１１の回転数が「０」ではないと判断された場合には（ＮＯ）、次のステップＳ１５の処理に進む。なお、走行用モータ１１の回転数が「０」であるというのは、走行用モータ１１の出力軸の回転数が厳密に「０」でなければならないことを意味するものではない。例えば、ハイブリッド車両１が停止中であると認識し得る程度に「０」に近い回転数であれば、「０」であると判別してステップＳ２０の処理に進むこともできる。
【００２１】
ステップＳ１５の処理では、切替スイッチ６が「ＨＥＶモード」に切替えられているか否かが判断される。切替スイッチ６が「ＨＥＶモード」に切替えられている場合には（ＹＥＳ）、次のステップＳ１６の処理に進む。切替スイッチ６が「ＨＥＶモード」に切替えられていない場合（つまり、「ＰＥＶモード」である場合）には（ＮＯ）、ステップＳ２０の「発電機停止状態」の処理に進み、発電機２１が停止される。
【００２２】
ステップＳ１６の「発電機起動可能状態」の処理では、発電機２１を実際に起動できる状態とするための処理が行われる。具体的には、発電機２１に電力を供給して待機状態とし、エンジン２０により発電機２１が回転されたときにすぐに発電できる状態とするための処理が行われる。
ステップＳ１６の「発電機起動可能状態」の処理が終了すると、次に、ステップＳ１７の処理に進む。
【００２３】
ステップＳ１７の処理では、電圧検出器１３により送信される信号に基いて、バッテリ１０の充電状態ＳＯＣが「要電力供給レベル」以下であるか否かが判断される。「要電力供給レベル」とは、バッテリ１０に残された電力が少なくなり、充電を要すると判断される基準となるレベルのことを指している。例えば、バッテリ１０に蓄電可能な総電力量に対して、６０％の電力量を「要電力供給レベル」として設定することができる。
充電状態が「要電力供給レベル」以下であると判断された場合には（ＹＥＳ）、次のステップＳ１８の処理に進む。充電状態が「要電力供給レベル」以下ではないと判断された場合には（ＮＯ）、ステップＳ２０の「発電機停止状態」の処理に進み、発電機２１が停止される。
【００２４】
ステップＳ１８の処理では、充電器３が「充電中」であるか否かが判断される。充電器３が「充電中」であると判断された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２０の処理に進み、発電機２１が停止される。充電器３が「充電中」ではないと判断された場合には（ＮＯ）、次のステップＳ１９の処理に進む。
【００２５】
ステップＳ１９の処理では、エンジン２０に起動信号が送信される。これにより、エンジン２０が起動され、発電機２１により発電された電力がバッテリ１０へ供給される。
ステップＳ１９もしくはステップＳ２０の処理が終了すると、図２のフローチャートに示す制御処理が終了する〔リターン〕。なお、図２のフローチャートに示す制御処理は、例えば、このような制御処理を実行するためのプログラムが周期的にＥＣＵ４によって読み出されることによって、必要に応じて複数回実行されることもある。
【００２６】
以上説明したように、図２のフローチャートに示す制御処理によれば、切替スイッチ６が「ＰＥＶモード」に切替えられたときに、ＥＣＵ４によってその他の条件等が判断されることなく、発電機２１が停止されることになる。これにより、例えば移動する目的地が非常に近い場合であって、利用者がエンジン２０や発電機２１を起動させずに走行用モータ１１のみでハイブリッド車両１を走行させたいと考えた場合に、利用者は、切替スイッチ６を「ＰＥＶモード」に切替えるのみで、ハイブリッド車両１をそのように走行させることができる。反対に、遠くの目的地に移動する場合であって、エンジン２０や発電機２１を作動させて発電を行わせながらハイブリッド車両１を走行させたいと考えた場合に、利用者は、切替スイッチ６を「ＨＥＶモード」に切替えるのみで、ハイブリッド車両１をそのように走行させることができる。作動させる必要のないときは、エンジン２０や発電機２１を停止させておくことができるので、ＣＯ₂等の排出ガスの発生量や、燃料消費量等を削減できる効果もある。
【００２７】
また、図２のフローチャートに示す制御処理によれば、ステップＳ１４において走行用モータ１１の回転数が「０」である（ＹＥＳ）と判断された場合、すなわち、ハイブリッド車両１が停止中であると判断された場合に、ステップＳ２０の処理において発電機２１が停止される。
ハイブリッド車両１が停止中である場合は、一般に、外部電源３０（例えば家庭用電源のコンセント）に充電器３を接続してバッテリ１０を充電することができる。したがって、わざわざ発電機２１までをも作動させて、バッテリ１０を充電する必要がない。図２のフローチャートに示す制御処理によれば、このような発電機２１を作動させる必要がない場合に、ＥＣＵ４によって発電機２１が自動的に停止される。これにより、エンジン２０からの排出ガスの発生量や、燃料の消費量等を削減できる効果も期待できる。
【００２８】
さらに、図２のフローチャートに示す制御処理によれば、ステップＳ１８において充電器３が「充電中」である（ＹＥＳ）と判断された場合に、ステップＳ２０の処理において発電機２１が停止される。
充電器３が「充電中」である場合は、わざわざエンジン２０や発電機２１を作動させてまで二重にバッテリ１０を充電する必要がない。図２のフローチャートに示す制御処理によれば、このような発電機２１を作動させる必要がない場合に、ＥＣＵ４によって発電機２１が自動的に停止される。これにより、エンジン２０からの排出ガスの発生量や、燃料の消費量等を削減できる効果も期待できる。
【００２９】
なお、本発明は、図２のフローチャートに示す制御処理において、ステップ１４及びステップＳ１８のうちいずれか一方もしくは双方の処理が行われない場合であっても実施することができる。
例えば、図２のフローチャートに示す制御処理において、ステップＳ１４における、走行用モータ１１の回転数が「０」であるか否かの判断処理が行われない場合であっても、利用者は、切替スイッチ６を「ＰＥＶモード」に切替えるだけで、発電機２１による発電を行わせないでハイブリッド車両１を走行させることができる。これにより、ハイブリッド車両１を静かに走行させることが可能であり、排出ガスの発生量や、燃料の消費量を削減することもできる。
また、例えば、ステップＳ１８において、充電器３が「充電中」であるか否かの判断処理が行われない場合であっても、利用者は、切替スイッチ６を「ＰＥＶモード」に切替えるのみで、発電機２１を停止させた状態でハイブリッド車両１を走行させることができる。これにより、ハイブリッド車両１を静かに走行させることが可能であり、排出ガスの発生量や、燃料の消費量を削減することもできる。
【００３０】
実施の形態では、本発明がシリーズ方式のハイブリッド車両に適用された例を示したが、このように限定するものではない。本発明は、パラレル方式のハイブリッド車両にも適用可能であり、さらには、シリーズ方式及びパラレル方式を組み合わせたシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両にも適用可能である。
【００３１】
実施の形態では、本発明が、乗用車タイプもしくは電気自動車タイプのハイブリッド車両に適用された例を説明したが、このように限定するものではない。本発明は、その他の「車両」、例えば、トラックやオートバイ、列車等に対しても適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両の利用態様に応じてより適切に発電機を作動及び停止させることのできるハイブリッド車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。
【図２】「走行用モータの回転数」、及び、「充電器の充電状態」が、ＥＣＵによって共に監視されている場合における制御処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ … ハイブリッド車両
３ … 充電器
４ … ＥＣＵ（制御手段）
５ … システム起動スイッチ
６ … 切替スイッチ（切替手段）
１０ … バッテリ
１１ … 走行用モータ
１３ … 電圧検出器
１７ … 回転数検出器
２０ … エンジン
２１ … 発電機

Claims (3)

1. エンジンと、エンジンによって駆動されて発電する発電機と、前記発電機により発電される電力を蓄積するバッテリと、前記バッテリからの電力供給により作動される走行用モータと、前記バッテリの残存容量を所定レベルに維持するように発電機の発電を制御する制御手段と、を備えたハイブリッド車両であって、
   前記発電機による発電を発電モード及び無発電モードとに切替える切替手段を備え、前記切替手段が無発電モードに切替えられた場合に、前記制御手段はバッテリ容量に係わらず前記発電機による発電を停止することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   車両が走行中であるか否かを検出する走行状態検出手段を備え、
   切替手段が発電モードに切替えられ、かつ、前記走行状態検出手段により車両が走行中ではないと検出された場合に、発電機による発電が停止されることを特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両であって、
   バッテリに外部から電力を充電する充電器が充電中であるか否かを検出する充電状態検出手段を備え、
   切替手段が発電モードに切替えられ、かつ、前記充電状態検出手段により充電器が充電中であると検出された場合に、発電機による発電が停止されることを特徴とするハイブリッド車両。

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