(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車を走行させる駆動源となる走行用電動機と、電池電源と、前記走行用電動機及び電池電源に発電電力を供給する発電装置とを備えたハイブリッド電気自動車において、前記電池電源の温度が所定温度以下である場合に、前記発電装置の停止するタイミングを早めて前記電池電源を昇温させるように前記発電装置を制御することを特徴とするハイブリッド電気自動車の発電機制御方法。
【請求項２】
前記電池電源の温度が所定温度以下である場合に、前記発電装置の停止を制御する放電深度を深くすることにより、前記発電装置の停止するタイミングを早めて前記電池電源を昇温させるように前記発電装置を制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法。
【請求項３】
自動車を走行させる駆動源となる走行用電動機と、電池電源と、前記走行用電動機及び電池電源に発電電力を供給する発電装置とを備えたハイブリッド電気自動車において、電池電源の適正温度と実際の電池電源の温度との差が大きい程、前記発電装置の停止を制御する放電深度を深く設定し、その放電深度で前記発電装置の停止を制御することを特徴とするハイブリッド電気自動車の発電機制御方法。
【請求項４】
前記発電装置は、燃料電池からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法。
【請求項５】
前記電池電源の温度は、前記電池電源の最大温度を採用することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法。
【請求項６】
前記電池電源は、リチウムイオン電池からなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走行用電動機と発電装置とを備えたハイブリット電気自動車の発電機制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の技術としては、例えば特開平６−２２５４０５号公報に開示されたハイブリット電気自動車の発電機制御方法が知られている。この発明では温度によって変化する電池の充電状態に応じて発電機の作動停止タイミングを制御するようにしており、電池の過充電，過放電を防止し、電池を保護するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のハイブリット電気自動車の発電機制御方法では、電池を有効に保護することはできるものの、電池が低温のときに電池の出力低下や充電の受入れが低下するといった問題点があった。
【０００４】
この点を解決するためには電池が低温の時には発電機のエンジンの排熱を利用するようにして電池を加熱することも考えられる。しかし走行開始直後にはエンジンが温まっておらず効果が得られないという不都合がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、電池電源の温度を早く適温に昇温させることができ、電池の性能低下を防止することができるハイブリット電気自動車の発電機制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法は、自動車を走行させる駆動源となる走行用電動機と、電池電源と、前記走行用電動機及び電池電源に発電電力を供給する発電装置とを備えたハイブリッド電気自動車において、前記電池電源の温度が所定温度以下である場合に、前記発電装置の停止するタイミングを早めて前記電池電源を昇温させるように前記発電装置を制御することを特徴とする。また、前記発明においては特に限定されないが、請求項２記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法は、前記電池電源の温度が所定温度以下である場合に、前記発電装置の停止を制御する放電深度を深くすることにより、前記発電装置の停止するタイミングを早めて前記電池電源を昇温させるように前記発電装置を制御することを特徴とする。
【０００７】
この請求項１及び２記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法では、電池電源の温度が適温以下である場合には、発電装置を停止するタイミングを早めるように制御する。これにより電池電源の温度を早く適温に昇温させることができ、電池の性能低下が防止される。しかもこれによればエンジンが冷えている状態で電池電源の加熱装置が機能しない場合でも、有効に電池電源の温度を上げることができ、電池の性能低下を防止できる。
【０００８】
請求項１及び２記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法において、発電装置の停止は電池電源の温度に応じて、換言すれば電池電源の温度と何らかの関係をもって制御されるが、その具体的内容は特に限定されず、搭載される電気自動車の使用環境等により決定することができる。請求項３記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法は、電池電源の適正温度と実際の電池電源の温度との差が大きい程、前記発電装置の停止を制御する放電深度を深く設定し、その放電深度で前記発電装置の停止を制御することを特徴とする。
【０００９】
この請求項３記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法は、発電装置を停止するタイミングを電池電源の温度に応じて変えることにより、発電装置の停止タイミングの急激な変化を抑える。これによりドライバーへ与える違和感や不安感をなくすことができる。
【００１０】
請求項１乃至３記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法において、発電装置の種類は特に限定されず、通常のエンジンを用いた発電装置を採用することができるが、請求項４記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法では、前記発電装置は燃料電池からなることを特徴とする。
この請求項４記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法は、発電装置が静粛なので、その停止タイミングを自由に変化させてもドライバーに違和感を与えることがない。
【００１１】
請求項１乃至４記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法において、前記電池電源の温度は、前記電池電源の最大温度を採用することがより好ましい。
また、前記電池電源は、リチウムイオン電池からなることがより好ましい。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１及び２記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法によれば、電池電源の温度が適温以下である場合には、発電装置を停止するタイミングを早めるように制御するので、電池電源の温度を早く適温に昇温させることができ、電池の性能低下を防止することができる。しかもエンジンが冷えている状態で電池電源の加熱装置が機能しない場合でも、有効に電池電源の温度を上げることができ、電池の性能低下を防止することができる。
【００１３】
請求項３記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法によれば、発電装置を停止するタイミングを電池電源の温度に応じて変えるので、発電装置の停止タイミングの急激な変化を抑えることができる。これによりドライバーへ与える違和感や不安感をなくすることができる。
【００１４】
請求項４記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御方法によれば、発電装置が静粛なので、ドライバーに違和感を与えることなく、その停止タイミングを自由に変化させることができる。したがって電池電源の温度を昇温させる上で最適なタイミングにあわせて発電装置の停止タイミングを制御することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るハイブリット電気自動車の発電機制御方法の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
（実施形態１）
【００１７】
図１は本発明が適用されるシリーズハイブリット車の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図においてモータ１０は自動車を走行させる駆動源となる走行用電動機であって、具体的には３相交流モータであり、インバータ１１から電力を供給されて回転駆動され、その出力軸はディファレンシャルギア１３を介して駆動輪１４へと連結されている。
【００１９】
発電装置２１は３相交流発電機であって、その入力軸はエンジン２３に直接または間接的に連結され、エンジン２３で回転駆動されるようになっており、エンジンの発停に応じて発電出力が得られるものである。そしてその発電出力はコンバータ２２を介してインバータ１１及びバッテリー３１に供給される。
【００２０】
バッテリー３１はモータ１０の電力源となる充放電可能な電池電源であって、具体的にはリチウムイオン電池を複数組合わせた組電池であり、充電時には前記発電装置２１の電力がコンバータ２２を介して供給され、放電時にはその放電電力がインバータ１１を介して３相交流電力に変換されてモータ１０に供給される。より詳しくはエンジン２３が回転し発電装置２１から発電出力が得られている状態では、発電電力はコンバータ２２によって整流されバッテリー３１に供給されるとともに、モータ１０にも供給されることになる。
【００２１】
バッテリー３１は電池ケース３６に収納されており、電池ケース３６には冷却ファン３７が備えられ、外気をバッテリー３１に導いて冷却するとともに、不図示の加熱装置によって暖められた空気をバッテリー３１に導いて加熱することもでき、これによりバッテリー３１の温度調節を行うことができるようになっている。冷却ファン３７の電源は補助バッテリー６１から供給され、補助バッテリー６１の電気エネルギーはバッテリー３１からＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介して蓄えられる。
【００２２】
モータコントローラ１２は、インバータ１１とモータ１０の制御を行うコントローラである。発電機コントローラ２４は、コンバータ２２，発電装置２１及びエンジン２３の制御を行うコントローラである。電池コントローラ３２は、バッテリー３１中の単電池の電圧及び温度３４と、電池の総電圧と、電流値３３及び冷却空気温度３５を取込み冷却ファンの作動信号を制御するコントローラである。車両コントローラ４１は、電池コントローラ３２で電池の電圧，電池の温度，電流値から演算された電池の容量、電池の出力可能パワー及び回生受入れパワー等を受取り、発電機コントローラ２４へ指令を送り、発電装置２１を発停させるコントローラである。
【００２３】
次に、上記構成からなる本実施形態のハイブリット電気自動車の作用を説明する。
【００２４】
充電放電可能な二次電池は化学反応を伴うため、ジュール発熱とその化学反応熱の和が充放電時に内部発熱となる。図２は横軸に充放電電力を縦軸に発熱量Ｑをプロットしたグラフである。図においてライン▲１▼は充電時の反応熱が吸熱反応となる電池の発熱量を示したもので、ライン▲２▼は充電時の反応熱が発熱反応となる電池の発熱量を示したものである。本実施形態ではバッテリー３１としてリチウムイオン電池を用いているので充電時の反応熱は吸熱反応となる。
【００２５】
ハイブリット車における放電電力は走行条件により０〜７０ｋＷであり、充電電力は発電装置の能力により０〜２０ｋＷである。よく使われる条件としては、放電電力は２０ｋＷ程度であり、発電装置の充電電力は発電機をまわすエンジン音のため１０ｋＷ程度が使用される。具体的にリチウムイオン電池で説明すると、電池の重量と電池のみの走行距離を考慮して、１０ｋＷｈｒの容量の電池を搭載するのがハイブリット車に好適である。
【００２６】
図３にこのときの発熱量をプロットした。２０ｋＷ放電時の発熱量は１．６ｋＷであり、１０ｋＷ充電時の発熱量は０．１５ｋＷである。このハイブリット電気自動車が走行したときの電池の温度上昇を図４に示す。領域▲１▼では電池のみで走行を続け、電池の内部発熱のため電池温度は上昇していく。この走行モードをここでは電池出力モード走行という。領域▲２▼では電池と発電機の出力による走行であり、発電機の出力以下の走行条件では、電池は充電されていることになるため、冷却能力が電池の発熱より上回るので温度は下がっていく。この走行モードをここでは電池＋発電機出力モード走行という。領域▲３▼は、領域▲１▼と同様に電池のみの出力で走行する領域である。領域▲４▼は、領域▲２▼と同様に電池と発電機の出力で走行する領域である。以降、領域▲１▼と領域▲２▼の繰返しである。
【００２７】
図５は電池の温度変化による性能特性の変化を示すグラフである。図示の通り低温時には出力特性及び充電特性ともに低下してしまう。そこで電池を使用する温度条件としてはＴＢ１＊〜ＴＢ２＊の間が好ましいこととなる。図６に示すように高温時（ＴＦ１以上）には冷却ファンを電池の温度に応じて制御し、外気で冷却を行って、電池の温度がＴＢ２＊以上にならないようにする。
【００２８】
一方、低温時（ＴＢ１＊以下）の時には、電池の性能を確保するため電池を加熱する必要がある。しかし走行開始直後にはエンジンが温まっていないため加熱効果が得られない。そこで本発明では、１回の電池出力モード走行が終了した後、電池＋発電機出力モード走行の時間を短くするように制御する。つまり発電機の停止タイミングを早めることにより電池の温度を上昇させＴＢ１＊以上にもっていく。図７に本発明による電池温度の上昇を示す。電池出力モード走行後、温度上昇が改善されていることがわかる。
【００２９】
エンジンの熱により外気を加熱して電池に導いて加熱する手段では、１回の電池出力モード走行終了前にエンジンの暖気が完了していなければならない。しかも空気による加熱では伝熱効率がわるく加熱時間がかかる。これに対して本発明では発電機の停止タイミングを制御するだけで電池の温度上昇がより効果的に行われる。
【００３０】
図８〜１０に制御のフローチャートを示す。図８はハイブリット車の走行モードのフローチャートである。
【００３１】
図において、ステップＳ１１で車両のキーがＯＮされ、フローチャートが開始される。ステップＳ１２において、前回の使用条件が記憶されていれば記憶装置からロードされる。ステップＳ１３では車両の走行モードを判別し、走行モードが電池出力モードならば、ステップＳ１４１の電池出力モードへ進む。電池出力モードとは電池の出力のみで車両走行を行うモードである。一方、走行モードが電池＋発電機出力モードならば、ステップＳ１４２の電池＋発電機出力モードへ進む。電池＋発電機出力モードとは、電池の充電を中心に考えた走行モードであり、発電機の出力電力を主に使用して走行するモードである。
【００３２】
図９はハイブリット車の電池出力モード走行時のフローチャートである。ステップＳ２１でフローが開始する。ステップＳ２２でドライバーによるキーＯＦＦが行われると、ステップＳ２２１で走行状態を記憶して動作を終了する。キーがＯＮの状態ではステップＳ２３で電池の放電深度ＤＯＤがあらかじめ設定されたＤＯＤ１に達したか否かが判定され、ＤＯＤ１に達したならばステップＳ２４でこのルーチンから抜け出して図８のステップＳ１４１に戻り、電池＋発電機出力モードへ移行する。ステップＳ２３で放電深度がＤＯＤ１に達していなければ電池出力モード走行を続ける。
【００３３】
図１０はハイブリット車の電池＋発電機出力モード走行時のフローチャートである。ステップＳ３２では、計測された電池の温度ＴＢがＴＢ１＊より高いか低いかが判定される。低ければ電池出力モードへ移行する電池の放電深度ＤＯＤをＤＯＤＣとする。放電深度ＤＯＤＣは放電、電池＋発電機出力モードを短くする。一方電池の温度が高ければ電池出力モードへ移行する電池の放電深度ＤＯＤをＤＯＤ０とする。放電深度ＤＯＤ０は電池が最も充電を受入れることができる放電深度である。キーがＯＦＦされるとステップＳ３３１でその時点での走行状態を記憶して終了する。ステップＳ３４では、電池の充電量が電池の放電深度ＤＯＤ２より小さくなったら、電池＋発電機出力モードを終了する。電池の充電量が電池の放電深度ＤＯＤ２より小さくなければステップＳ３２へ戻る。
【００３４】
図１１はハイブリッド車の電池＋発電機出力モード走行時の電池の状態を示した図である。図は停止，加速走行，定速走行，減速走行，停止を行ったときの電池の充放電状態を示している。停止時にはエンジン音や発電機効率を考慮した出力で電池は充電される。加速走行時や急な登坂走行時は、（発電機の最大出力＋電池出力）を必要とするため、電池は（車両出力−発電機の最大出力）で放電されることになる。定速走行時や緩やかな登坂走行時には発電機の出力だけでも足りるので、発電機の余裕の出力は電池の充電に使用されることになる。減速走行時にはモータからの回生電力を電池へ戻すことになるので、電池は回生電力と発電機の出力とで充電されることとなる。図中の破線は電池の充電量を示しており時間がたつにつれて充電量が増えていっている。つまり放電深度ＤＯＤは浅くなっている。このように電池＋発電機出力モードでは、発電機の出力に余裕がある時に電池を充電する制御を行っていく走行モードである。
【００３５】
（実施形態２）
【００３６】
次に、本発明の別例を説明すると、この実施形態では電池＋発電機出力モードから電池出力モードへ移行する電池の放電深度を図１２に示すように電池の適温ＴＢ１＊と実際の電池の温度ＴＢの差に応じて変えるようにした点を特徴としている。
【００３７】
電池の特性は、図５に示したように適温ＴＢ１＊を境に特性が急変するわけではなく滑らかに変化している。したがって電池の温度が低いときに電池＋発電機出力モードから電池出力モードへ移行する放電深度を深くするようにすれば、電池の温度が適温ＴＢ１＊に近づくほど電池＋発電機出力モードから電池出力モードへ移行する放電深度を浅くしても電池の性能が急に低下することはない。そこで電池＋発電機出力モードの時間が滑らかに増えていく制御を行うようにして、発電機の作動停止の不自然さがドライバーに与える違和感をなくすようにした。また発電機が作動してから時間がたつとエンジンの排熱により電池の加熱が可能になるのでこのように制御するのが好ましい。
【００３８】
（実施形態３）
【００３９】
次に、本発明のさらなる別例を図１３について説明すると、この実施形態の発電装置は燃料電池を用いるようにした点において前記実施形態のエンジンとは異なっている。燃料電池５１によって発電された直流電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２によって電圧を変換され、電池３１に供給されたり、インバータ１１を介してモータ１０に供給されたりする。燃料電池５１とＤＣ／ＤＣコンバータ５２は燃料電池コントローラ５３によって制御される。燃料電池を用いれば発電装置が静粛なので、ドライバーに違和感を与えることなく、その発停タイミングを自由に変化させることができる。したがって電池電源の温度を昇温させる上で最適なタイミングにあわせて発電装置の発停タイミングを制御することができる。
【００４０】
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリット電気自動車の発電機制御方法が適用されるシリーズハイブリット車の構成を示すブロック図である。
【図２】電池の内部発熱特性を示したグラフで、横軸に充放電電力を縦軸に発熱量Ｑをプロットしたグラフである。
【図３】電池の内部発熱特性を示したグラフで、横軸に充放電電力を縦軸に発熱量Ｑをプロットしたグラフである。
【図４】ハイブリット電気自動車が走行したときの電池の温度上昇を示すグラフである。
【図５】電池の温度変化による性能特性の変化を示すグラフである。
【図６】冷却ファンの制御特性を示すグラフである。
【図７】実施形態のハイブリット電気自動車の発電機制御方法を適用したときの電池の温度上昇のようすを示すグラフである。
【図８】実施形態のハイブリット車の走行モードのフローチャートである。
【図９】実施形態のハイブリット車の電池出力モード走行時のフローチャートである。
【図１０】実施形態のハイブリット車の電池＋発電機出力モード走行時のフローチャートである。
【図１１】実施形態のハイブリッド車の電池＋発電機出力モード走行時の電池の状態を示した図である。
【図１２】実施形態２における発電機を停止させる放電深度を示すグラフである。
【図１３】実施形態３に係るシリーズハイブリット車の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  モータ
１１  インバータ
１２  モータコントローラ
１３  ディファレンシャルギア
１４  駆動輪
２１  発電装置
２２  コンバータ
２３  エンジン
２４  発電機コントローラ
３１  バッテリー
３２  電池コントローラ
３６  電池ケース
３７  冷却ファン
４１  車両コントローラ
５１  燃料電池
６１  補助バッテリー
６２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003687270.tif 000013
【図１３】
0003687270.tif 000014