(57)【要約】【課題】発電機の大型化を抑制しつつ低バッテリ電圧でも回生出力が確保されるように改良された発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１は、発電用エンジン２と、発電用モータジェネレータ３と、発電用インバータ４と、降圧回路５と、を備えている。発電用エンジン２は、内燃機関である。発電用モータジェネレータ３は、発電用エンジン２からの回転動力を受けて発電する。発電用インバータ４は、発電機が出力する交流電圧を第一直流電圧（すなわちインバータ内部電圧Ｖｈ）に変換する。降圧回路５は、発電用インバータ４が出力した第一直流電圧を降圧することで第二直流電圧（すなわちバッテリ電圧Ｖｂ）を生成する。降圧回路５を設けることで、インバータ内部電圧Ｖｈによって発電用モータジェネレータ３を動作させることができる。これによりバッテリ電圧Ｖｂに制限を受けずに最大発電出力を実現することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド車両に搭載される発電装置であって、
内燃機関と、
前記内燃機関からの回転動力を受けて発電するモータジェネレータと、
前記モータジェネレータが出力する交流電圧を第一直流電圧に変換するインバータと、
前記インバータが出力した前記第一直流電圧を降圧することで第二直流電圧を生成する降圧回路と、
前記降圧回路と接続されて前記第二直流電圧が印加されるバッテリと、
を備える発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平１１−１０３５０３号公報に記載されているように、ＳＯＣとＳＯＣ変化率とから発電機の発電量を決定する発電制御装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０３５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリ電圧が低下すると、これに応じて発電用モータジェネレータの回生出力が低下する。バッテリ電圧が低い場合であっても十分な回生出力を確保することを前提に発電機の仕様を決定すると、発電機が大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、発電機の大型化を抑制しつつ低バッテリ電圧でも回生出力が確保されるように改良された発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる発電装置は、
ハイブリッド車両に搭載される発電装置であって、
内燃機関と、
前記内燃機関からの回転動力を受けて発電するモータジェネレータと、
前記モータジェネレータが出力する交流電圧を第一直流電圧に変換するインバータと、
前記インバータが出力した前記第一直流電圧を降圧することで第二直流電圧を生成する降圧回路と、
前記降圧回路と接続されて前記第二直流電圧が印加されるバッテリと、
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
降圧回路が介在することで、バッテリに印加される第二直流電圧とは無関係に第一直流電圧を決めることができる。つまり降圧回路が降圧動作を実施するので、発電用インバータで生成される第一直流電圧が高くとも、バッテリに印加される第二直流電圧を好適なレベルまで降圧することができる。従って、バッテリ電圧が低くとも、インバータ内部電圧を高くした状態で発電を行うことができ、発電用モータジェネレータの回生出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】発電用モータジェネレータと発電用エンジンとの特性の関係を説明するためのグラフである。
【図２】バッテリ出力とバッテリ電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図３】発電用モータジェネレータ出力とバッテリ電圧との関係を説明するためのグラフである。
【図４】実施の形態にかかる発電装置を示す構成図である。
【図５】実施の形態にかかる発電装置におけるバッテリ出力とバッテリ電圧とインバータ内部電圧との関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態にかかる発電装置で実行される制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施の形態にかかる発電装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施の形態にかかる発電装置における発電用モータジェネレータの好ましい特性を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
回生出力とバッテリ電圧との関係．
図１は、発電用モータジェネレータと発電用エンジンとの特性の関係を説明するためのグラフである。発電用モータジェネレータと発電用エンジンとの間に直達（他の要素を介さずに直接に伝達すること）がないシステムの場合には、発電用モータジェネレータの回生出力は発電用エンジンの出力を全て受け止められるだけの出力性能、つまり十分に回生をできるだけの出力性能が求められる。そのような出力性能を満たす方法の一つは、発電用モータジェネレータとして高出力で大型のものを用いることである。
【００１０】
図１における実線グラフ１０は「バッテリ電圧が２５０Ｖのときの発電用モータジェネレータ特性」である。破線グラフ１１は、「バッテリ電圧が３５０Ｖのときの発電用モータジェネレータ特性」である。実線グラフ１２は、発電用エンジンの出力特性である。発電用モータジェネレータ特性に関し、実線グラフ１０と破線グラフ１１とを比較するとわかるように、発電用モータジェネレータの最大回生出力はバッテリ電圧の影響を受ける。
【００１１】
図２は、バッテリ出力とバッテリ電圧との関係を説明するためのグラフである。ハイブリッド車両においてドライバの加速要求があった場合、バッテリ出力が高められると、これに応じて図２の特性に従ってバッテリ電圧は低下する。
【００１２】
バッテリ電圧が低い場合には、発電用モータジェネレータの回生出力が低下する。このような傾向への対策の一つは、バッテリ電圧の低下時であっても発電用エンジンの出力を回生しきることができる程度の発電用モータジェネレータをシステムに搭載することである。
【００１３】
他の対策としては、バッテリ電圧の低下を抑制する目的で、バッテリのＳＯＣ（State of Charge）が低くならないようにバッテリ電力を節約するＳＯＣマネジメントをする方法もある。しかしこのようなＳＯＣマネジメントは、せっかくバッテリに蓄えられた電気エネルギーを使い切ることができないという背反を招く。
【００１４】
図３は、発電用モータジェネレータとバッテリ電圧の関係を説明するためのグラフである。前述の図２に示したようにバッテリ電圧はバッテリ出力によって変動するので、ユーザの加速要求などがあるとバッテリ電圧は変動する。図１および図３で図示したように、発電用モータジェネレータの最大回生出力は、バッテリ電圧に応じて変化する。
【００１５】
本願発明者は、上述したような回生出力とバッテリ電圧との関係を考慮して、下記に述べる新規な発電装置を見出した。
【００１６】
実施の形態の発電装置の構成および動作．
図４は、実施の形態にかかる発電装置１を示す構成図である。発電装置１は、ハイブリッド車両（エンジン搭載型電動車両）に搭載されている。ハイブリッド車両は、発電装置１と、バッテリ６と、駆動システム７と、を備えている。実施の形態にかかるハイブリッド車両は、シリーズ方式（直列方式）のハイブリッド車両である。
【００１７】
発電装置１は、発電用エンジン２と、発電用モータジェネレータ３と、発電用インバータ４と、降圧回路５と、を備えている。発電用エンジン２は、内燃機関である。発電用モータジェネレータ３は、発電用エンジン２からの回転動力を受けて発電する。発電用インバータ４は、発電機が出力する交流電圧を第一直流電圧（すなわちインバータ内部電圧Ｖｈ）に変換する。降圧回路５は、発電用インバータ４が出力した第一直流電圧を降圧することで第二直流電圧（すなわちバッテリ電圧Ｖｂ）を生成する。
【００１８】
バッテリ６は、降圧回路５と接続されて降圧回路５の出力電圧が印加される。バッテリ６の端子電圧であるバッテリ電圧Ｖｂと降圧回路５の出力電圧とが一致している。
【００１９】
駆動システム７は、駆動用モータジェネレータと、駆動用インバータとを備えている。駆動用インバータは、バッテリ６と降圧回路５との接続点から第二直流電圧（すなわちバッテリ電圧Ｖｂ）を受け取りこれを変換することで駆動用交流電圧を生成する。駆動用モータジェネレータは、駆動用インバータから駆動用交流電圧を受け取ることで駆動する。
【００２０】
発電用エンジン２の始動時（つまりクランキング時）には、バッテリ電圧Ｖｂに依存した回生出力となる。その一方で、発電開始後には降圧回路５が降圧動作を実施可能となるので、発電用インバータ４のインバータ内部電圧Ｖｈをバッテリ電圧Ｖｂとは無関係に高めることができ、発電用モータジェネレータ３を高いインバータ内部電圧Ｖｈで動作させることができる。従って発電用モータジェネレータ３は小型であっても十分に高出力な発電を実現することができる。
【００２１】
このように、降圧回路５を設けることで、インバータ内部電圧Ｖｈを高めた発電状態で発電用モータジェネレータ３を動作させることが可能となる。これによりバッテリ電圧Ｖｂに制限を受けずに最大発電出力を実現することができる。
【００２２】
図５は、実施の形態にかかる発電装置１におけるバッテリ出力とバッテリ電圧Ｖｂとインバータ内部電圧Ｖｈとの関係を示すグラフである。バッテリ６の持つ特性に従ってバッテリ６出力が大きいほどバッテリ電圧Ｖｂが低下する。
【００２３】
降圧回路５はインバータ内部電圧Ｖｈを降圧することでそのようなバッテリ電圧Ｖｂの変動に対応する役割を担う。つまり降圧回路５が介在することでインバータ内部電圧Ｖｈをバッテリ電圧Ｖｂとは独立に決めることができ、インバータ内部電圧Ｖｈを図５のように一定の高電圧としつつ高効率の発電を行うことができる。
【００２４】
図６は、実施の形態にかかる発電装置１で実行される制御動作を説明するためのフローチャートである。図６のルーチンでは、まず、始動要求があるか否かが判定される（ステップＳ１００）。始動要求がない場合には、今回のルーチンが終了する。
【００２５】
ステップＳ１００で始動要求があった場合には、発電用エンジン２のクランキングが実施される（ステップＳ１０２）。
【００２６】
続いて、発電が開始される（ステップＳ１０４）。発電用モータジェネレータ３が回転され、発電用インバータ４のインバータ制御（スイッチング制御）も実施される。
【００２７】
続いて、インバータ内部電圧Ｖｈが降圧開始閾値Ｖｔｈよりも高いか否かが判定される（ステップＳ１０６）。
【００２８】
ステップＳ１０６でＶｈ≦Ｖｔｈであった場合には、今回のルーチンが終了して処理がリターンする。その後、再度図６のルーチンが開始されて処理がステップＳ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０４を経てステップＳ１０６に進むことが繰り返されていき、最終的にはステップＳ１０６でＶｈ＞Ｖｔｈとなる時点が到来する。なお、この繰り返し期間中においてステップＳ１００のクランキングはすでに実施済であるためスキップされ、ステップＳ１０２の発電開始もすでに発電中であることからスキップされる。
【００２９】
ステップＳ１０６でインバータ内部電圧Ｖｈが降圧開始閾値Ｖｔｈよりも高いと判定された場合には（つまりＶｈ＞Ｖｔｈとなった場合には）、降圧制御が開始される（ステップＳ１０８）。その後、降圧回路５はインバータ内部電圧Ｖｈを降圧した電圧を出力し、これがバッテリ６へと印加されるバッテリ電圧Ｖｂとなる。
【００３０】
図７は、実施の形態にかかる発電装置１の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６におけるステップＳ１０２のクランキングが時刻Ｔ１で開始されている。図６におけるステップＳ１０４の発電開始が時刻Ｔ２で開始されている。図６におけるステップＳ１０８の降圧制御が時刻Ｔ３で開始されている。
【００３１】
以上説明したように、実施の形態によれば、降圧回路５が介在することで、バッテリ６に印加されるバッテリ電圧Ｖｂ（すなわち第二直流電圧）とは異なる電圧にインバータ内部電圧Ｖｈ（すなわち第一直流電圧）を決めることができる。
【００３２】
つまり降圧回路５が降圧動作を実施するので、発電用インバータ４で生成されるインバータ内部電圧Ｖｈが高くとも、バッテリ６の端子電圧（つまりバッテリ電圧Ｖｂ）を好適なレベルまで降圧することができる。従って、バッテリ電圧Ｖｂが低くとも、インバータ内部電圧Ｖｈを高くした状態で発電を行うことができ、発電用モータジェネレータ３の回生出力を確保することができる。
【００３３】
図８は、発電用モータジェネレータ３の好ましい特性を説明するためのグラフである。
発電用モータジェネレータ３には、図８の符号Ｑ１で示すように、バッテリ電圧Ｖｂの特性によっても発電用エンジン２を確実にクランキングできるだけの性能つまりトルク・出力特性をもたせることが好ましい。
【００３４】
その一方で、発電用モータジェネレータ３には、図８の矢印Ｑ２で示すように、インバータ内部電圧Ｖｈが高い電圧で発電用エンジン２の出力を受けきれるような特性を持たせることが好ましい。
【００３５】
この点、実施の形態では、回生開始後に降圧回路５が発電用インバータ４とバッテリ６との間の電圧変換を仲介することができる。従って、インバータ内部電圧Ｖｈが高い状態で発電が行われることで破線１１１のモータジェネレータ（ＭＧ）特性を得ることができ、回生時には矢印Ｑ２に示すごとく特性を拡大することができる。
【００３６】
従って、矢印Ｑ１で示したようにクランキング確保の要求を満たすことができれば、発電用モータジェネレータ３として小型なものを選定してもよい。その結果、軽量化および省コストと高効率とを両立することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  発電装置
２  発電用エンジン
３  発電用モータジェネレータ
４  発電用インバータ
５  降圧回路
６  バッテリ
７  駆動システム
Ｖｂ  バッテリ電圧
Ｖｈ  インバータ内部電圧
【図１】
2020116977.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020116977.tif 000009
【図８】
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