(57)【要約】ハイブリッド電気自動車の駆動列（１１０）を動作する方法、及び駆動列が開示される。駆動列は、内燃機関（１２０）、第１の電気機械（１３０）及び電気エネルギ蓄積手段（１５０）を含む。内燃機関は、発電機として第１の電気機械を駆動するために結合され、第１の電気機械は、電気エネルギ蓄積手段に電気エネルギを供給するために接続される。電気エネルギ蓄積手段は、ハイブリッド電気自動車のホイール（１８０）を駆動するために少なくとも第２の電気機械（１７０）に電気エネルギを供給するために配置される。方法は、電気エネルギ蓄積手段全体で電圧を示すパラメータを検知するステップであって、この検知したパラメータに応じて、電気エネルギ蓄積手段がパワー・エレクトロニクスの必要なく充電されるように、第１の電気機械は、第１の電気機械の電圧出力を生じさせるように動作するように、内燃機関及び／または第１の電気機械を制御するステップを含む。
2014519434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド電気自動車の駆動列を動作する方法であって、前記駆動列は、内燃機関、第１の電気機械、及び電気エネルギ蓄積手段を含み、前記内燃機関は、発電機として第１の電気機械を駆動するために結合され、前記第１の電気機械は、前記電気エネルギ蓄積手段に電気エネルギを供給するために接続され、前記電気エネルギ蓄積手段は、ハイブリッド電気自動車のホイールを駆動するために少なくとも第２の電気機械に電気エネルギを供給するために配置され、前記電気エネルギ蓄積手段全体の電圧を示すパラメータを検知するステップであって、この検知したパラメータに応じて、前記電気エネルギ蓄積手段がパワー・エレクトロニクスの必要なく充電されるように、前記第１の電気機械は、前記第１の電気機械の電圧出力を生じさせるように動作するように、前記内燃機関及び／または前記第１の電気機械を制御するステップを含む方法。
【請求項２】
前記検知したパラメータに応じて前記内燃機関を制御するため、前記第１の電気機械は、前記第１の電気機械の所望の電圧出力を生じさせる速度で動作するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記内燃機関を制御するステップは、前記内燃機関の電力出力を制御するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の電気機械を制御するステップは、前記第１の電気機械の界磁電流を制御するステップを含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記内燃機関及び／または前記第１の電気機械を制御するステップは、前記電気エネルギ蓄積手段の目標電圧を識別するステップの後に行われる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
目標電圧を識別するステップは、前記電気エネルギ蓄積手段を前記目標電圧へと充電する第１の電気機械からの電圧出力を生じさせる前記電気機械及び／または前記内燃機関の速度を決定するステップに続く請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記内燃機関を制御するステップは、前記エンジン及び／または前記電気機械の決定された速度を生じさせる前記エンジンの電力出力を決定するステップを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電気エネルギ蓄積手段全体の電圧を示すパラメータを検知するステップは、前記電気エネルギ蓄積手段の電圧を検知するステップを含み、その電圧が前記目標電圧を下回って落ちるのに応じて、前記内燃機関を制御するステップは、前記第１の電気機械を実質的に前記目標電圧に前記電気エネルギ蓄積手段を充電する速度で回転させ、実質的に前記目標電圧に前記電気エネルギ蓄積手段を充電する電圧で発電させる、より高いレベルへと前記内燃機関の電力出力を上昇させるステップを含む請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記電気エネルギ蓄積手段全体の電圧を示すパラメータを検知するステップは、前記電気エネルギ蓄積手段の電圧を検知するステップを含み、その電圧が前記目標電圧を上回るのに応じて、前記内燃機関を制御するステップは、前記第１の電気機械を実質的に前記目標電圧に前記電気エネルギ蓄積手段を放電する速度で回転させ、実質的に前記目標電圧に前記電気エネルギ蓄積手段を充電する電圧で発電させる、より低いレベルへと前記内燃機関の電力出力を低下させるステップを含む請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記内燃機関の制御に対応する方法で前記第１の電気機械の界磁電流を制御するため、前記第１の電気機械は、前記目標電圧に前記電気エネルギ蓄積手段を実質的に（場合に応じて）充電または放電する電圧で発電する請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の電気機械及び／または前記内燃機関の速度をさらに検知するステップであって、これ／これら、及び前記内燃機関の現在の電力出力に基づいて、場合に応じてより高いまたはより低いレベルの電力出力を識別するステップをさらに含む請求項８または９に記載の方法。
【請求項１２】
前記識別は、前記第１の電気機械の電圧と速度との関係、及び前記内燃機関の電力と速度との関係を示す格納された情報を調べるステップを含む請求項１１に記載の方法。前記識別は、これらの関係を示すアルゴリズムを実行してもよい。前記格納された情報は、ルックアップ・テーブルを含んでもよい。
【請求項１３】
複数の目標電圧があり、オプションとして、これを下回ると前記エンジンの電力出力が上昇する低目標電圧、及びこれを上回ると前記エンジンの電力出力が低下する高目標電圧がある請求項５から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
その目標電圧または各目標電圧は、運転者によって選択可能である請求項５から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
運転者によって選択された目標電圧を示すモード入力を受け取るステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記モード入力は、より高い目標電圧に対応するスポーツ・モードを示すか、または前記モード入力は、より低い目標電圧に対応するエコノミー・モードを示す請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
運転者が望む車両の速度及び／または電力出力を示す前記運転者によって提供される運転者入力を受け取るステップを含む請求項５から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記運転者入力は、加速装置の位置を示す加速装置入力である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記運転者が望む車両の速度及び／または電力出力の上昇を示す運転者入力に応じて前記エンジンの電力出力を上昇させるステップを含み、かつ／または前記運転者が望む車両の速度及び／または電力出力の低下を示す運転者入力に応じて前記エンジンの電力出力を低下させるステップを含む請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記運転者によって提供される入力に応じて前記エンジンの電力出力を変動させるステップと、請求項６または請求項６に従属している場合は請求項７から請求項１５のいずれか１項に規定した電気エネルギ蓄積手段の検知された電圧に応じて前記エンジンの電力出力を変動させるステップとを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記車両が遭遇する、または遭遇するであろう道路事情を示す条件入力を受信するステップと、その入力に応じて前記エンジンの電力出力を制御するステップとを含む請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記エンジンの電力出力及び／または前記状態入力に応じて前記電気エネルギ蓄積手段のその目標電圧または各目標電圧を変動させるステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記状態入力を受信するステップは、道路事情を示す情報を含むカーナビ・システムからの入力を受信するステップを含む請求項２１または請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ハイブリッド電気自動車の駆動列であって、前記駆動列は、内燃機関、第１の電気機械、及び電気エネルギ蓄積手段を含み、前記内燃機関は、前記第１の電気機械を駆動するために結合され、前記第１の電気機械は、前記電気エネルギ蓄積手段に電気エネルギを供給するために接続され、前記電気エネルギ蓄積手段は、ハイブリッド電気自動車のホイールを駆動するために少なくとも第２の電気機械に電気エネルギを供給するために配置され、前記駆動列は、請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載の方法のステップを実行するために配置された制御手段をさらに含むハイブリッド電気自動車の駆動列。
【請求項２５】
それらの手段に請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載の方法のステップを実行させるための処理手段によって実行可能なコード部分を含むコンピュータ・プログラム。
【請求項２６】
それらの手段に請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の方法のステップを実行させるための処理手段によって実行可能なコード部分を含むコンピュータ・プログラム製品。
【請求項２７】
請求項２１に記載の駆動列を含むハイブリッド電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気自動車の駆動列、及びそのような駆動列を操作する方法に関する。実施形態は、駆動列及びモータ・スポーツの用途で使用するための関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車では２つの既存の駆動列構成として「並列」構成及び「直列」構成が知られている。
【０００３】
並列構成では、内燃機関は、ホイールを駆動し、かつまた電気機械を駆動するために機械的に結合される。電気機械は、パワー・エレクトロニクスによって、バッテリまたはスーパー・キャパシタもしくはウルトラ・キャパシタの構成物など、電気エネルギ蓄積手段に接続される。電気機械は、発電機またはモータとして選択的に動作することができる。発電機として動作する場合、電気機械は、バッテリを充電するためにエンジンによって駆動される。ホイールを駆動するためにモータとして動作する場合、電気機械は、エンジンとともに、またはエンジンの代わりに、バッテリから放電する。
【０００４】
直列構成では、エンジンは、代わりにモータとして動作する電気機械によって常に駆動されるホイールに機械的に結合されない。既存の直列構成１０の一例を図面の図１に示す。図１に見られるように、直列駆動列１０は、発電機として動作する、第１の電気機械３０を駆動するために機械的に結合された内燃機関２０を含む。第１の電気機械３０の出力は、第１のパワー・エレクトロニクス４０を介して電気エネルギ蓄積手段５０に接続される。電気エネルギ蓄積手段５０は、また、第２のパワー・エレクトロニクス６０を介して第２の電気機械７０に接続される。第２の電気機械７０は、モータとして動作し、またホイール８０に機械的に結合される。バッテリ及び／またはスーパー・キャパシタもしくはウルトラ・キャパシタは、この構成において蓄積手段として使用できるが、エネルギをキャパシタに蓄積し、そこから解放することができる速度は、少なくとも一部の用途における蓄積手段として使用する際にこれらをより魅力的なものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
動作において、様々な構成要素が車両制御ユニット（ＶＣＵ）９０の制御下で動作する。エンジン２０は、蓄積手段５０を充電するために発電機３０を駆動するために動作する。しかし、蓄積手段５０がスーパー・キャパシタまたはウルトラ・キャパシタを含む場合、これらのキャパシタの充電の状態は、電圧の２乗に比例することが理解されるだろう（Ｅ＝１／２ＣＶ２）。キャパシタ全体の電圧は、したがって、充電の状態によって大きく変化する。この電圧の変化に備えるために、蓄積手段５０を充電するために使用できるように、発電機３０の出力電圧を制御するために第１のパワー・エレクトロニクス４０が提供される。第１のパワー・エレクトロニクスは、通常、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、これは、駆動列構成要素のコストの大きな割合（及び重量のかなりの部分）を占めることがある。これはスーパー・キャパシタまたはウルトラ・キャパシタを使用する際の短所であり、それほどではないにせよ、バッテリなど電気化学的な蓄積手段の短所である。
【０００６】
ホイール８０は、蓄積手段５０を放電するように動作するモータ７０によって駆動される。ここでも、蓄積手段５０の出力をモータ７０を動作するのに必要な入力に変換するために第２のパワー・エレクトロニクス６０が提供される。蓄積手段５０の電圧は、通常、モータ７０を動作するために必要とされる電圧より高いため、簡単な低電圧化のみが必要であり、このため第２のパワー・エレクトロニクスは、一般的に、第１のパワー・エレクトロニクスほど高価でなく、またより軽量である。
【０００７】
ハイブリッド電気自動車は、たとえば燃料効率の向上などを通じて、環境に対する自動車の環境的な影響を減らす可能な方法として大きく注目されているが、そのような車両は、現在、自動車の販売全体においてわずかな割合しか占めていない。この主な理由の１つは、従来の自動車と比較した現在のハイブリッド車のコストの高さである。
【０００８】
ハイブリッド駆動列は、また、モータ・スポーツ用途で使用されている。そのような駆動列のコストの高さは、モータ・スポーツにおいては妨げになりにくいが、大きな重量は大きな欠点として見なされる。
【０００９】
したがって、ハイブリッド電気自動車用に改善された駆動列を提供することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によると、ハイブリッド電気自動車の駆動列を動作させる方法が提供され、駆動列は、内燃機関、第１の電気機械、及び電気エネルギ蓄積手段を含み、内燃機関は、発電機として第１の電気機械を駆動するために結合され、第１の電気機械は、電気エネルギ蓄積手段に電気エネルギを供給するために接続され、電気エネルギ蓄積手段は、ハイブリッド電気自動車のホイールを駆動するために少なくとも第２の電気機械に電気エネルギを供給するために配置され、前記方法は、電気エネルギ蓄積手段全体で電圧を示すパラメータを検知するステップであって、この検知したパラメータに応じて、電気エネルギ蓄積手段がパワー・エレクトロニクスの必要なく充電されるように、第１の電気機械が、第１の電気機械の電圧出力を生じさせるように動作するように、内燃機関及び／または第１の電気機械を制御するステップを含む。
【００１１】
前記方法は、検知したパラメータに応じて内燃機関を制御するステップを含んでもよいため、第１の電気機械は、第１の電気機械の所望の電圧出力を生じさせる速度で動作する。
【００１２】
前記方法は、検知したパラメータに応じて第１の電気機械を制御することを含んでもよいため、第１の電気機械は、第１の電気機械の所望の電圧出力を生じさせるように動作する。これは、第１の電気機械の界磁電流の制御によってもよい。そのような状況では、第１の電気機械は、電流が制御可能な界磁巻線を含む。
【００１３】
少なくとも特定の実施形態では、内燃機関は、第１の電気機械の速度を制御するように制御してもよく、かつ第１の電気機械は、たとえば、界磁電流を制御することによって制御してもよい。
【００１４】
検知されるパラメータは、第１の電気機械及び／または内燃機関の速度、ならびに第１の電気機械及び／または電気エネルギ蓄積手段の電圧を含んでもよい。
【００１５】
上記のように、パワー・エレクトロニクスは、現在、第１の電気機械の出力から電気エネルギ蓄積手段を充電するために使用される。蓄積手段の電圧は充電の状態に応じて変動するため、蓄積手段を充電するために第１の電気機械の電圧出力を変換するためにパワー・エレクトロニクスが必要である。これは、充電の状態に応じて電圧が大幅に変動する、スーパー・キャパシタ型の蓄積手段、及び応答がより均一である、バッテリ型の蓄積手段の両方の場合に当てはまる。第１のパワー・エレクトロニクスは、たとえば、複雑なＤＣ／ＤＣコンバータの形でもよく、駆動列の構成要素のコストのかなりの割合（及び重量のかなりの部分）を占めることがあるため、これらの構成要素の必要性を取り除くか、少なくともその単純形を提供する構成物を提供することで、かなりのコスト削減及び軽量化をすることができる。民生用途においては、コスト削減は、上記のものなど、駆動列を組み込んだ車両の商業上の成功に貢献する可能性がある。モータ・スポーツ用途においては、かなりの軽量化によって車両の性能に大きく貢献するであろう。すべての用途において、これらのパワー・エレクトロニクスを取り除くことで、潜在的な信頼性の欠如の原因が取り除かれ、車両に信頼性がもたらされる。
【００１６】
第１の電気機械と電気エネルギ蓄積手段との間にパワー・エレクトロニクスは必要ではないが、特定の実施形態では、電気エネルギ蓄積手段に第１の電気機械を制御可能に接続するために、電気接触手段を提供してもよい。電気接触手段は、主接触器が閉じられる前に電圧を等化するために、制御可能な接触器及びオプションとして充電回路及びより小型の接触器を含んでもよい。前記方法は、その継続的な使用に備えて駆動列の始動の後に電気接触手段を閉じるステップを含んでもよい。前記方法は、電気機械の電圧を検知するステップと、電気エネルギ蓄積手段の電圧を検知するステップと、２つの電圧が実質的に同じである場合に、電気接触手段を閉じるステップとを含んでもよい。
【００１７】
内燃機関を制御するステップは、内燃機関の電力出力を制御するステップを含んでもよい。これは、たとえば、エンジンへの取り入れ口の絞り弁を変動させることによって、及び／またはエンジンに噴射される燃料の量及び／または頻度を変動させることによって、及び／またはエンジンのスパークの頻度を制御することなどによって、エンジンに供給される燃料及び／または空気の量を変動させることによって行ってもよい。
【００１８】
内燃機関を制御するステップは、電気エネルギ蓄積手段の目標電圧を識別するステップの後でもよい。内燃機関を制御するステップは、電気エネルギ蓄積手段の目標電圧に実質的に対応する第１の電気機械から電圧出力を生じさせる電気機械及び／または内燃機関の速度を決定するステップの後でもよい。
【００１９】
電気エネルギ蓄積手段の目標電圧に実質的に対応する第１の電気機械の電圧出力は、電気エネルギ蓄積手段を目標電圧まで充電するであろう電圧出力である。第１の電気機械の電圧出力は、目標電圧と実質的に等しくてもよい。
【００２０】
電気エネルギ蓄積手段全体の電圧を示すパラメータを検知するステップは、電気エネルギ蓄積手段の電圧を検知するステップを含んでもよい。その電圧が目標電圧を下回って落ちるのに応じて、内燃機関を制御するステップは、第１の電気機械を、電気エネルギ蓄積手段を実質的に目標電圧に充電する電圧で発電させる速度で回転させ、より高いレベルへと内燃機関の電力出力を上昇させるステップを含んでもよい。
【００２１】
電気エネルギ蓄積手段全体の電圧を示すパラメータを検知するステップは、電気エネルギ蓄積手段の電圧を検知するステップを含んでもよく、その電圧が目標電圧を上回るのに応じて、内燃機関を制御するステップは、第１の電気機械を実質的に目標電圧に電気エネルギ蓄積手段を放電する、より低速及びよってより低電圧で回転させる、より低いレベルへと内燃機関の電力出力を低下させるステップを含んでもよい。
【００２２】
いずれか、またはそれぞれの場合において、これは、第１の電気機械及び／または内燃機関の速度をさらに検知することによって行ってもよく、これ／これら、及び内燃機関の現在の電力出力に基づいて、場合によっては、より高いまたはより低いレベルの電力出力を識別する。識別は、第１の電気機械の電圧と速度との関係、及び内燃機関の電力と速度との関係、及び充電の状態、温度、履歴、及び他のパラメータを含んでもよいエネルギ蓄積手段の電圧との様々な条件との関係を示す格納された情報を調べることを含んでもよい。識別は、これらの関係を示すアルゴリズムを実行することを含んでもよい。格納された情報は、ルックアップ・テーブル、簡素化された縮小次元モデル、または完全な物理ベースのモデルを含んでもよい。
【００２３】
内燃機関とともに、かつ上で規定したものに対応する方法で、第１の電気機械の出力電圧を制御するために、界磁電流を制御してもよい。
【００２４】
複数の目標電圧があってもよく、これを下回るとエンジンの電力出力が上昇する低目標電圧及びこれを上回るとエンジンの電力出力が低下する高目標電圧があってもよい。
【００２５】
その目標電圧または各目標電圧は、運転者によって選択可能であってもよい。前記方法は、運転者によって選択された目標電圧を示すモード入力を受信するステップを含んでもよい。たとえば、運転者は、より高い目標電圧に対応するスポーツ・モードを選択してもよく、また運転者は、より低い目標電圧に対応するエコノミー・モードを選択してもよい。
【００２６】
前記方法は、運転者によって提供される入力を検知するステップと、その入力に応じてエンジンの電力出力を変動させるステップとを含む。入力は、運転者が望む車両の速度及び／または電力出力を示す入力であってもよい。入力は、加速装置の位置を示すものでもよい。前記方法は、運転者が望む車両の速度及び／または電力出力の上昇を示す入力に応じてエンジンの電力出力を上昇させるステップを含んでもよい。前記方法は、運転者が望む車両の速度及び／または電力出力の低下を示す入力に応じてエンジンの電力出力を低下させるステップを含んでもよい。前記方法は、運転者によって提供される入力に応じてエンジンの電力出力を変動させるステップと、上で規定した電気エネルギ蓄積手段の検知された電圧に応じてエンジンの電力出力を変動させるステップとを含む。
【００２７】
前記方法は、車両が遭遇する、または遭遇するであろう道路事情を示す条件入力を受信するステップと、その入力に応じてエンジンの電力出力を制御するステップとを含んでもよい。前記方法は、状態入力に応じて、エンジンの電力出力及び／または電気エネルギ蓄積手段のその目標電圧または各目標電圧を変動させるステップを含んでもよい。状態入力の受信は、道路事情を示す情報を含むカーナビ・システムからの入力を受信するステップを含んでもよい。前記方法は、そのようなシステムを調べるステップを含んでもよい。
【００２８】
前記方法は、運転者の運転スタイルを示す運転者識別入力を受信するステップと、その入力に応じてエンジンの電力出力及び／または目標電圧を制御するステップとを含んでもよい。
【００２９】
本発明の第２の態様によると、ハイブリッド電気自動車の駆動列が提供され、駆動列は、内燃機関、第１の電気機械、及び電気エネルギ蓄積手段を含み、内燃機関は、第１の電気機械を駆動するために結合され、第１の電気機械は、電気エネルギ蓄積手段に電気エネルギを供給するために接続され、電気エネルギ蓄積手段は、ハイブリッド電気自動車のホイールを駆動するために少なくとも第２の電気機械に電気エネルギを供給するために配置され、駆動列は、上で規定した方法のステップを実行するために配置された制御手段をさらに含む。
【００３０】
制御手段は、処理手段を含んでもよい。処理手段は、マイクロプロセッサを含んでもよい。制御手段は、車両の車両制御ユニット（ＶＣＵ）を含んでもよい。制御手段は、それらの手段に前記方法のステップを実行させるために制御手段によって実行可能な命令の記録を含む蓄積手段を含み、またはそれと通信してもよい。
【００３１】
本発明の第３の態様によると、それらの手段に上で規定した方法のステップを実行させるために処理手段によって実行可能なコード部分を含むコンピュータ・プログラムが提供される。
【００３２】
本発明の第４の態様によると、それらの手段に上で規定した方法のステップを実行させるために処理手段によって実行可能なコード部分を含むコンピュータ・プログラム製品が提供される。
【００３３】
本発明の第５の態様によると、第２の態様に規定される駆動列を含むハイブリッド電気自動車が提供される。
【００３４】
内燃機関は、少なくとも１つのギヤボックスを含む機械的結合手段によって第１の電気機械に結合してもよい。機械的結合手段は、また、第１の電気機械に内燃機関を制御可能に結合するためにクラッチを含んでもよい。そのようなクラッチは、上で規定した電気接触器と機能的に類似しているであろうことが理解されるであろう。
【００３５】
電気エネルギ蓄積手段は、ファラデー、擬似ファラデー、及び／または非ファラデーの電気エネルギ蓄積手段を含んでもよい。電気エネルギ蓄積手段は、１つまたは複数のスーパー・キャパシタを含んでもよい。電気エネルギ蓄積手段は、１つまたは複数のバッテリを含んでもよい。電気エネルギ蓄積手段は、１つまたは複数のハイブリッドのスーパー・キャパシタ／バッテリを含んでもよい。
【００３６】
車両は、電気エネルギ蓄積手段から電気エネルギを受け取るために接続され、車両の駆動輪に結合された少なくとも１つの第２の電気機械を含んでもよい。複数の第２の電気機械があってもよく、それぞれは車両のそれぞれのホイールを駆動するために結合される。
【００３７】
一実施形態では、ハイブリッド電気自動車の駆動列を動作する方法が提供され、駆動列は、内燃機関、第１の電気機械、及び電気エネルギ蓄積手段を含み、内燃機関は、発電機として第１の電気機械を駆動するために結合され、第１の電気機械は、電気エネルギ蓄積手段に電気エネルギを供給するために接続され、電気エネルギ蓄積手段は、ハイブリッド電気自動車のホイールを駆動するために少なくとも第２の電気機械に電気エネルギを供給するために配置され、前記方法は、電気エネルギ蓄積手段がパワー・エレクトロニクスの必要なく充電されるように、第１の電気機械は、第１の電気機械の電圧出力を生じさせる速度で動作するように、内燃機関を制御するステップを含む。この実施形態の特徴は、本明細書に規定された任意の態様の特徴を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の特定の実施形態について、例示のみを目的として、添付図面を参照して以下に詳述する。
【図１】ハイブリッド電気自動車の既存の駆動列を示す概略図である。
【図２】ハイブリッド電気自動車の改善された駆動列を示す概略図である。
【図３】図２の駆動列の動作を示す様々なグラフを示す図である。
【図４Ａ】記述された実施形態の基礎をなす概念を証明するために、実験室レベルのテストで得られた実験的なプロットを示す図である。
【図４Ｂ】記述された実施形態の基礎をなす概念を証明するために、実験室レベルのテストで得られた実験的なプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図２は、本発明の実施形態の一例であるハイブリッド電気自動車の駆動列１１０を図式的に示している。本実施形態では、駆動列１１０は、４ドアまたは５ドアのファミリー・カー（図示せず）などのハイブリッド電気乗用自動車で使用することが意図される。しかし、本明細書に開示された原理は、他の用途にも同様に適しており、特に、モータ・スポーツ用途に適している場合がある。駆動列１１０は、「直列」構成を有している。以下では最初に駆動列１１０の構成について記述し、続いてその動作について記述する。
【００４０】
続いて図２を参照すると、駆動列１１０は、第１の電気機械１３０を駆動するため、及び特定の状況下では、第１の電気機械１３０によって駆動されるために、機械的に結合された内燃機関（ＩＣＥ）１２０を含む。第１の電気機械１３０は、パワー・エレクトロニクス１６０の入力にも電気的に接続されたスーパー・キャパシタ１５０のバンクの形で電気エネルギ蓄積手段に電気的に結合される。パワー・エレクトロニクス１６０の出力は、第２の電気機械１７０に電力を供給するために電気的に接続され、次に車両の駆動輪１８０に機械的に結合される。これらの構成要素は、車両制御ユニット（ＶＣＵ）１９０の制御下で動作するように配置される。構成要素のそれぞれ、及びそれらの間の接続について、ここでより詳細に記述する。
【００４１】
ＩＣＥ１２０は、ほぼ任意の内燃機関の形であってもよいことが意図される。ただし、本実施形態では、ＩＣＥ１２０は燃料噴射火花点火機関である。第１の電気機械１３０も、多くの形を取るものであってもよいが、この実施形態では、永久磁石ブラシ型の直流機である。第１の電気機械１３０は、主にＩＣＥ１２０によって駆動される発電機として使用されるが、ＩＣＥ１２０を始動するためのモータとしても使用される。ＩＣＥ１２０は、エンジンのクランクシャフトと電気機械１３０のシャフトとの間の直接的な機械的継手によって第１の電気機械１３０に結合される。一部の実施形態では、これら２つの間にギヤボックス及び／またはクラッチが使用される。
【００４２】
スーパー・キャパシタ１５０は、エンジンが高能率で継続的に動作できるように、ピークと最小電圧との間のエネルギ差が負荷サイクルの過渡状態を平滑化するのに十分なように、直列に接続されたＭａｘｗｅｌｌ  ＢＣＡＰ３０００スーパー・キャパシタのバンクである。スーパー・キャパシタの最小電圧は、車両のトップ速度を維持するために第２の電気機械１７０に電力を供給するために電気的に接続されたパワー・エレクトロニクス１６０に必要な電圧より高い。しかし、他の実施形態では、電気エネルギ蓄積手段は他の形を取るものでもよいことが意図される。たとえば、ウルトラ・キャパシタ及び／または１つもしくは複数のバッテリを使用してもよい。
【００４３】
パワー・エレクトロニクス１６０は、それらの入力側から低電圧化の機能を実行するために配列され、これはスーパー・キャパシタ１５０及びそれらの出力側に接続され、これは第２の電気機械１７０に接続される。パワー・エレクトロニクス１６０は、また、第２の電気機械１７０のモータ・コントローラとして機能するように配置される。本実施形態では、したがって、パワー・エレクトロニクス１６０は簡素かつ従来型である。回生制動が提供される他の実施形態では、パワー・エレクトロニクスは、発電機として動作する第２の電気機械１７０からスーパー・キャパシタ１５０を充電するようにさらに動作する。
【００４４】
第２の電気機械１７０は、また、永久磁石ブラシ型の直流機である。この電気機械１７０は、主にホイール１８０を駆動するためにモータとして使用される。他の実施形態では、第２の電気機械は、また、スーパー・キャパシタ１５０を充電し、回生制動によってエネルギを回復するために発電機として使用されてもよい。本実施形態に戻ると、第２の電気機械１７０は、パワー・エレクトロニクス１６０によって電力が供給されるように接続される。
【００４５】
すでに述べたように、ホイール１８０は、それによって駆動される第２の電気機械１７０に機械的に結合される。本実施形態では、第２の電気機械１７０は、差動歯車によって２つの駆動輪１８０を駆動するために結合される単一の機械である。しかしながら、他の実施形態では、他の構成を使用してもよいことが意図される。たとえば、車両の各ホイールを駆動するように配置されたそれぞれのホイール・ハブ取り付け型の機械など、２つ以上の第２の電気機械があってもよい。
【００４６】
ＶＣＵ１９０は、多くの現代の車両の制御に使用される従来のＶＣＵに構造上類似している。しかし、駆動列１００の動作に関する下の記述から明らかになるように、ＶＣＵ１９０は、実行するように配置された動作の方法が異なる。
【００４７】
ＶＣＵ１９０は、そこに制御信号を提供し、様々な構成要素の動作を示す入力をそこから受け取るために、駆動列１１０の様々な構成要素に接続される。特に、ＶＣＵ１９０は、ＩＣＥ１２０の回転速度を示す入力をそこから受け取り、（自動車エンジンの制御における従来の他の入力及び制御信号だけでなく）燃料噴射を制御するための制御信号をＩＣＥ１２０に提供するために、ＩＣＥ１２０に接続される。
【００４８】
第１の電気機械１３０の速度及び電圧を検知するために、ＶＣＵ１９０は、また、第１の電気機械１３０に接続される。
【００４９】
ＶＣＵ１９０とスーパー・キャパシタ１５０との間の接続は、ＶＣＵ１９０がその電圧を検知できるような状態である。他の実施形態では、ＶＣＵ１９０は、また、エネルギ蓄積手段１５０の状態の他の態様を監視し、バッテリ管理システムとして機能してもよい。
【００５０】
ＶＣＵ１９０は、スーパー・キャパシタ１５０から第２の電気機械１７０に提供される電圧を減らし、ホイール１８０を所望のとおり駆動するために、第２の電気機械１７０にモータ制御を実施し、その構成要素を操作するためにパワー・エレクトロニクス１６０に接続される。他の実施形態では、回生制動によってスーパー・キャパシタ１５０の充電を可能にし、その構成要素を動作するために、ＶＣＵ１９０は、また、パワー・エレクトロニクス１６０に接続される。
【００５１】
ＶＣＵ１９０は、入力を受け取り、かつＶＣＵによる駆動列の制御では従来型の制御信号を提供するためにさらに接続を有することが意図される。ＶＣＵ１９０は、この実施形態ではソリッドステート記憶装置の形を取る蓄積手段に、この実施形態ではマイクロプロセッサの形を取るＶＣＵ１９０の処理手段によって実行可能な命令を格納し、下記の方法でＶＣＵ１９０を動作させる。
【００５２】
［一般的な動作］
【００５３】
ここで動作の一般的な方法の概要について記述する。この後に、加速イベントの間の動作の方法に関するより詳細な説明、及び次に動作の他の態様が続く。
【００５４】
動作において、ＶＣＵ１９０は、スーパー・キャパシタから電気エネルギを供給することによって所望の方法でホイール１８０を駆動するために、従来の方法で、パワー・エレクトロニクス１６０及び第２の電気機械１７０を制御するように動作する（他の実施形態では、ＶＣＵ１９０は、加速及び回生制動の両方の間に牽引制御及びトルク・ベクタリングを導入するために、トルク制御アルゴリズムを実装するように動作することができる）。しかし、ＩＣＥ１２０及び第１の電気機械１３０を制御するためにＶＣＵ１９０が動作する方法、ならびに、これらがスーパー・キャパシタ１５０とともに動作する方法は従来型ではない。これについてここで記述する。
【００５５】
図３の右上のグラフからわかるように、スーパー・キャパシタ１５０全体の電圧は、スーパー・キャパシタ１５０の充電の状態に応じて大幅に変動し、その関係はＥ＝１／２ＣＶ２である。したがって、たとえば、第２の電気機械による高出力需要の間またはその直後に、スーパー・キャパシタ１５０が低い充電状態にある場合、スーパー・キャパシタ１５０全体の電圧は低くなり、たとえば、第２の電気機械１７０による低出力需要の期間の間または直後に、スーパー・キャパシタ１５０が高い充電状態にある場合、スーパー・キャパシタ１５０全体の電圧は高くなる。
【００５６】
動作の間にスーパー・キャパシタ１５０の充電を可能にするために、ＶＣＵ１９０は、駆動列１１０を制御するため、第１の電気機械１３０は、スーパー・キャパシタ１５０全体の目標電圧に対応する、または少なくとも実質的に対応する電圧出力を生じさせる回転速度で動作する。第１の電気機械の出力電圧がスーパー・キャパシタ全体の瞬間電圧より高い場合、電流とエネルギとは、これにより第１の電気機械１３０からスーパー・キャパシタ１５０に流れる。これによりスーパー・キャパシタ１５０を充電し、スーパー・キャパシタ１５０全体の電圧を上げる。第１の電気機械が同じ回転速度に維持される場合、または実質的に維持される場合、目標電圧に到達するまで、スーパー・キャパシタは充電され続ける。他の実施形態におけるこの方法の変形形態では、目標電圧を継続的に上昇できるため、充電の速さは安定して継続的な速さに維持されるか、または充電の速さを制御するために変動してもよい。
【００５７】
第１の電気機械１３０の回転速度と出力電圧との関係は、図３の左上のグラフに示している。
【００５８】
このように第１の電気機械１３０を制御するために、第１の電気機械１３０は、ＩＣＥ１２０の電力出力を制御することによって動作する。ＩＣＥ１２０の電力出力は制御されるため、第１の電気機械１３０は、スーパー・キャパシタ１５０全体の目標電圧に実質的に対応する第１の電気機械１３０の出力全体に電圧を生じさせる速度で動作する。
【００５９】
ＩＣＥ１２０の電力出力と速度との関係は、図３の下部のグラフに示している。
【００６０】
一部の実施形態では、ＩＣＥ１２０の電力出力は、電子的に動作可能な絞り弁を制御するように動作するＶＣＵ１９０によって、及びこの弁を変動させることによって制御されるため、ＩＣＥ１９０、及び第１の電気機械１３０はこれにより所望の速度で動作することが意図される。しかし、本実施形態では、ＩＣＥ１２０の電力出力は、燃料がＩＣＥ１２０に噴射される頻度を制御することによって制御される。たとえば、燃料は、従来型のようにサイクルごとに噴射しても、または特定数のサイクルの後にだけ噴射してもよい。燃料が噴射される頻度を制御することによって、エンジンの電力出力は、エンジン・スピードと無関係に制御される。他の実施形態では、噴射される燃料の量も制御されるか、またはその代わりに制御されることが意図される。
【００６１】
本実施形態では、燃料噴射の制御によるＩＣＥ１２０の電力出力の制御が好ましい。これはエンジンの既存の構成要素を利用することによって行うことができるためである。現在、電気的に動作される絞り弁は広く使用されていないため、そのような弁の使用によるＩＣＥ１２０の速度の制御は意図されるが、この実施形態では使用しない。他の実施形態では、絞り制御及び燃料噴射制御の両方を使用してもよい。
【００６２】
したがって、ＶＣＵ１９０は、スーパー・キャパシタ１５０、及びまた第１の電気機械１３０全体で電圧を検知し、図３に示した関係に基づいて、出力電圧を用いて発電機として動作する第１の電気機械に対応する速度でＩＣＥ１２０、及び第１の電気機械１３０を回転させるＩＣＥ１２０への燃料噴射を制御するように動作するため、スーパー・キャパシタ１５０は、それらの目標電圧に維持される。
【００６３】
［加速イベント］
【００６４】
上では本実施形態の動作の一般的な原理について記述している。ここでは、たとえば、加速装置を押下することによって、ホイールにより多くの電力が送られることを運転者が要求する車両の加速イベントの間の動作について記述する。
【００６５】
まず、図３に関して、駆動列は定常状態で動作しており、スーパー・キャパシタ１５０は、たとえば充電の最大状態の４分の３である充電Ａという目標状態に充電されていると考える。これは、スーパー・キャパシタ１５０の目標電圧と考えることができる電圧Ｂに対応する。第１の電気機械１３０は、Ｂの電圧でも実質的に発電しており、電力出力ＤでＩＣＥ１２０によって速度Ｃで駆動される（実際には、もちろん、第１の電気機械１３０からスーパー・キャパシタ１５０までの接続全体で小さな電圧降下がある場合がある）。そのような構成であるため、発電された電気エネルギは、ホイール１８０を駆動するために第２の電気機械１７０に電力を供給する必要がある電気エネルギに実質的に等しい。したがって、スーパー・キャパシタ１５０の充電の状態は安定した状態であり、スーパー・キャパシタ１５０の電圧は目標電圧Ｂの状態であり、構成は定常状態である。
【００６６】
加速装置のペダルを介してなど、ＶＣＵ１９０が運転者から入力を受け取り、ホイール１８０に対してより多くの電力が要求される場合、ＶＣＵ１８０は、車両を加速するために第２の電気機械１７０を駆動し、スーパー・キャパシタ１５０から、より多くの電力を取り出すためにパワー・エレクトロニクス１６０を制御するように動作する。これにより、ＡからＡ’へとスーパー・キャパシタ１５０の充電の状態が減り、よってスーパー・キャパシタ１５０の電圧はＢからＢ’に下がる。これが次に意味するのは、第１の電気機械１３０とスーパー・キャパシタ１５０との間にある電圧差は、電気機械１３０に適用される負荷となるため、より多くの電力がスーパー・キャパシタ１５０に供給されるということである。これにより、第１の電気機械がＣ’へと減速し、これが次に意味するのは、電気機械１３０に機械的に結合されたＩＣＥ１２０もＣ’へと減速するということである。しかし現在、ＩＣＥ１２０の電力出力はＤで不変であるため、第１の電気機械１３０、及びＩＣＥ１２０にかかったより高い負荷の結果として、エンジンは、低負荷の電力速度カーブＣＵＲＶＥ１からより高負荷の電力速度カーブＣＵＲＶＥ２へと移ったことがわかる。
【００６７】
ＶＣＵ１９０は、スーパー・キャパシタ１３０の電圧が、目標電圧ＢからＢ’に低下したことを検知し、これに応じて、図３に示す関係を示すルックアップ・テーブルに問い合わせる。これらのルックアップ・テーブルから、並びに第１の電気機械１３０及び／またはエンジンの速度を検知することから（これら２つは動作の間に機械的に結合されるため、その速度は同じであるか、または２つの間にギヤボックスが使用される場合は比例する）、及び現在の電力出力Ｄについての情報から、ＶＣＵ１９０は、第１の電気機械に、実質的に目標電圧Ｂで発電させる新しい電力速度カーブＣＵＲＶＥ２で速度Ｃに対応する電力Ｄ’を決定する。この電力レベルが決定されると、ＶＣＵ１９０は、ＩＣＥ１２０の電力出力をこの新しいレベルに上昇させる。これにより、ＩＣＥ１２０、及び第１の電気機械が速度Ｃまで加速し、このため、次に第１の電気機械が実質的に目標電圧Ｂで発電するため、スーパー・キャパシタは、目標電圧Ｂへと充電される。
【００６８】
したがって、ＩＣＥ１２０の電力出力を制御し、電力のこの流れを制御するためにパワー・エレクトロニクスの使用を回避することによって、スーパー・キャパシタ１５０の充電の状態と無関係に、かつＩＣＥ１２０及び電気機械１３０の速度と無関係に、ＩＣＥ１２０及び電気機械１３０からスーパー・キャパシタ１５０への電力の流れを制御することが可能である。ＩＣＥ１２０の電力出力は、ＩＣＥ１２０への燃料及び／または空気の流れを制御することによって制御することができる。
【００６９】
［減速イベント］
【００７０】
たとえば、加速装置をリフトオフすることにより、ホイール１８０に対してより少ない電力を送ることを運転者が要求する場合、ＶＣＵ１９０は、第２のパワー・エレクトロニクス１６０を動作するために、これを示す信号に応答するため、第２の電気機械１７０に電力を供給するためにスーパー・キャパシタ１５０からより小さな電力が取り出される。これにより、第１の電気機械１３０及びＩＣＥ１２０へと、スーパー・キャパシタ１５０によってかけられる負荷が軽減し、より低負荷の電力速度カーブＣＵＲＶＥ１へとＩＣＥ１２０の動作が戻る。ＩＣＥはまだ電力出力Ｄ’で動作しているため、ＩＣＥ１２０は加速して、第１の電気機械１３０が加速され、上昇した出力電圧で発電するため、それによって目標電圧Ｂを超える電圧へとスーパー・キャパシタ１５０が充電される傾向がある。
【００７１】
したがって、ＶＣＵ１９０は、ルックアップ・テーブルに基づいて、ＩＣＥ１２０の電力出力を減らすために、スーパー・キャパシタ１５０の電圧において検知された上昇ならびに第１の電気機械１３０及びＩＣＥ１２０の検知された速度に応答するため、第１の電気機械は、実質的に目標電圧の電圧で発電する。
【００７２】
簡潔さのために、単一の加速イベント及び単一の減速イベントについて、それぞれ２つだけの動作ポイントについて記述したことが理解されるだろう。実際には、駆動列の制御は、加速及び減速の間に多数の異なる電力速度カーブの多数の異なるポイントを通じて移動することが意図される。短期間を除いて、スーパー・キャパシタ１５０の電圧が目標電圧から大きく逸脱するのを回避するために、ＶＣＵ１９０は、運転条件を絶えず検知し、それに応じてＩＣＥ１９０の電力出力を制御するためである。
【００７３】
ＩＣＥ１２０の効率は、速度及び電力に応じて変動し、実施形態は最適化されるため、システムの典型的な運転域は、車両の最適な効率及び電力でＩＣＥ１２０が動作するような状態である。
【００７４】
［予測制御］
【００７５】
ＩＣＥ１２０の電力出力を制御する前に、電圧及び／または速度が変化するのを待つのではなく、他の実施形態では、ＶＣＵ１９０は、目標電圧を上回ったり、または下回ったりするスーパー・キャパシタ１５０全体の電圧を予測して、ＩＣＥ１２０の電力出力を上昇させるために、運転者によって要求された電力の変化に応答する。ＩＣＥ１２０の電力出力は、駆動列の応答を加速するため、及び目標電圧に近似する第１の電気機械１３０の電圧出力を達成するために、運転者によって要求された電力に最初に基づいて制御してもよい。次に、スーパー・キャパシタ１５０全体の電圧を検知することに基づいて、上に記述した方法は、目標電圧をより正確に達成することができる。
【００７６】
他の実施形態では、将来を見通した機能を持つ、かつ／または過去の経験から学習する、より高度な制御の方法が意図される。たとえば、将来を見通すことについて、ＶＣＵ１９０で実行する方法は、すべての運転者の入力を検知することができ、これらに基づいて、電圧が低すぎる場合は、予期される加速イベントを予期して電力を高め、予期される加速イベントが発生しない場合は、電圧が上昇すると低下させる。ＶＣＵ１９０によって実行される方法は、また、異なる運転者に何を期待するべきかを認識できるため、効率を最適化することが可能になる。たとえば、緩やかな運転者であると知られている運転者Ａに対して、前記方法は、加速イベントを予期した電力の上昇を避けてもよく、より軽快な運転者であることが知られている運転者Ｂに対しては、より多く電力を上昇させてもよい。
【００７７】
前記方法は、また、運転者がたどるルート上の車両の位置についてカーナビ・システムから入力を受け取るステップを含んでもよく、道路事情の変化を予期してＩＣＥ１２０の電力出力を上昇または低下させてもよい。たとえば、高速道路への合流または傾斜への接近を予期して電力を上昇させてもよい。交通情報もまた、前記方法への入力となる場合があるため、ＩＣＥ１２０の電力出力は、たとえば、交通の待ち行列に近づくと低下する。
【００７８】
［始動］
【００７９】
かなりの休止期間の後に駆動列１１０を始動する場合、スーパー・キャパシタ１５０の充電の状態はゼロ、またはゼロに近い。したがって、ＶＣＵ１９０は、ＩＣＥ１２０を始動するときに、スーパー・キャパシタ１５０全体の検知した電圧から、ＩＣＥ１２０及び第１の電気機械１３０の制御を「分離する」ように動作する。これは、スーパー・キャパシタ１５０から第１の電気機械１３０を分離し、スーパー・キャパシタ１５０全体の検知された電圧と無関係にＩＣＥ１２０を制御することによって行われる。これにより、第２の電気機械１７０の動作を可能にするのに十分な充電の初期状態をスーパー・キャパシタ１５０に提供するために、スーパー・キャパシタ１５０に第１の電気機械１３０を接続する前に、ＶＣＵ１９０が、ＩＣＥ１３０及び第１の電気機械１３０を適切な動作ポイントで始動し維持することが可能になる。これが終わると、ＶＣＵは、スーパー・キャパシタ１５０全体で検知された電圧へとＩＣＥ１２０、及び第１の電気機械１３０の動作を結合することによって、上に概説した方法で駆動列１１０を制御する。
【００８０】
この準備のために、車両は、動作の間にバッテリを充電した状態に維持するために小型で従来型のＤＣ／ＤＣコンバータを必要とする、低電圧システムを含む。始動の間に低電圧バッテリは、ＩＣＥ１２０を始動し、低電圧に対応する最小速度にＩＣＥ１２０及び第１の電気機械１３０を維持するために使用される。第１の電気機械１３０を使用してエンジンを始動することが意図される。あるいは、専用の始動モータ（図示せず）を使用することができる。低電圧バッテリは、また、スイッチ及び抵抗器を直列に備えた充電回路を介して、スーパー・キャパシタ１５０を事前に充電するために使用されるため、ＩＣＥ１２０及び電気機械１３０は、低電圧バッテリを放電せずに、その速度を維持する低電圧及び電力入力に対応する速度で回転し、スーパー・キャパシタ１５０は低電圧に対応する充電の状態にあり、この時点で、ＶＣＵ１９０は、電気機械とスーパー・キャパシタとの間の主接触器を閉じる。次に、低電圧バッテリは両方から分離され、ＶＣＵ１９０は、目標電圧までスーパー・キャパシタ１５０を充電するためにＩＣＥ１２０の電力を上昇させる。ここで、バッテリはＤＣ／ＤＣコンバータを介してスーパー・キャパシタから継続的に充電され、車両の付属物及びＶＣＵ１２０に電力を供給し続ける。
【００８１】
［他の実施形態］
【００８２】
別の実施形態では、変更された駆動列及び動作の方法が提供される。変更された駆動列は、一般的に上に記述した１１０のものと同じであるが、第１の電気機械が永久磁石機械でなく、その代わり、機能する磁界を作るために励磁できる界磁巻線がある点が異なる。さらに、界磁巻線を通じた電流は、ＶＣＵの制御下で制御可能である。この実施形態では、界磁巻線の電流は、所望の電圧で発電するように第１の電気機械を動作させるために、ルックアップ・テーブル及び第１の電気機械の回転速度など他のパラメータに基づいて制御される。したがって、図２の概略図は、当該他の実施形態を示すだけでなく、上に記述した第１の実施形態を示しているが、当該他の実施形態の第１の電気機械について記述した違いがあり、図２のＶＣＵと第１の電気機械との間に示した制御線は、第１の電気機械の界磁巻線の電流を制御する信号を含む（本実施形態では、第１の電気機械は、電力を受け取るために接続され、ＶＣＵからの制御信号に応じて界磁巻線で電流を提供し制御するように配置された電流制御器を備えていることが理解される）。
【００８３】
この他の実施形態に関して、発電機の出力電圧は、鎖交磁束の変化の速さに正比例することが注目される。これが意味するのは、出力電圧は、発電機の磁束及び回転数に依存するということである。永久磁石発電機では、磁束の制御は可能でないため、出力電圧は発電機の速度に正比例する。これに加えて、発電機によって生じたトルクは出力電流に正比例し、これはまた発電機の磁束に依存している。上に記述した駆動列１１０の場合には、常にその最も効率的な動作ポイントでエンジンを動かすことができるように、発電機の速度を非常に注意深く制御することが好ましい場合がある。発電機の出力には実質的にパワー・エレクトロニクスがないため、出力電圧、及び出力電流は直接的に制御されない。この結果として、エンジンの動作ポイントが変動するとともに、発電機を駆動するのに必要なトルクが変動する。別に励磁された発電機は、この他の実施形態のように、発電機の界磁電流を調整することによって、発電機の磁束を直接的に制御することが可能になる。これにより、動力伝達系の制御システムの自由度が増す。発電機の磁束を調整することによって、発電機の出力電圧及び電流（よってトルク）をある程度まで制御することが可能であり、動力伝達系の制御において柔軟性が増す。これによって、次に、動力伝達系の動作範囲のより大きな割合でエンジンがより効率的に動作するようになる。したがって、当該他の実施形態において、エンジン及び第１の電気機械の界磁電流の両方が制御されることが意図される。
【００８４】
上に記述した実施形態の構築について特定の構成要素について記述したが、明示的に上に記述していない場合でも、それについて他の構成要素で代用してもよく、それらの他の構成要素は、上に記述したものと実質的に機能的に等価であることが意図される。
【００８５】
［概念実証］
【００８６】
上に記述した実施形態の基礎となる概念を証明するために、研究室で実験室レベルのテストを行った。このテストでは、電気機械の回転子を駆動するために、内燃機関はギヤボックスを通じて結合された。電気機械の出力は、制御可能な接触器を通じてスーパー・キャパシタのバンクに電気的に接続され、これは、また負荷バンクによって制御可能に負荷をかけるために接続された。他の構成要素を制御するためにコントローラが提供された。
【００８７】
図４Ａ及び図４Ｂは、テストの結果を示している。図４Ａは、テストの間の電気機械の出力電流及び負荷バンクの電流のプロットを示している。図４Ｂは、その同じ時間フレームを通じた電気機械及びスーパー・キャパシタの電圧を示し、またエンジンの絞り位置を示している。
【００８８】
テスト結果について以下に説明する。
【００８９】
Ａ．領域Ａ：スーパー・キャパシタは、事前に充電されているか、または以前の動作からの残留電荷がある。１０％ほど絞りを開いてエンジンが始動されるまで、電気機械の電圧は最初はゼロである。
【００９０】
Ｂ．領域Ｂ：エンジンが加速すると、事前定義された安全限界内で電圧がスーパー・キャパシタの電圧と一致するまで、電気機械の電圧は上昇する（この例では、＋／−０．５Ｖ）。電圧が一致することをコントローラが検知した場合、電気機械とスーパー・キャパシタとの間の接触器が閉じられる。
【００９１】
Ｃ．領域Ｃ：ここで目標電圧が設定され、コントローラは、ここで、スーパー・キャパシタを充電するためにエンジンの電力を制御することによってその電圧を達成することを試みる（この場合、絞り位置だが、他の実施形態では、スパークまたはイグニッションの制御でもよい）。これは、電気機械の電流の上昇と見なすことができる。
【００９２】
Ｄ．領域Ｄ：コントローラは、ここで、スーパー・キャパシタの電圧を調整するためにエンジンの電力（この場合、絞り位置）を制御することによって、最小及び最大の電圧内に電圧を維持することを積極的に試みる。これは最初に、絞りがゆっくり閉じるときに、減少する電流と見なすことができ、次に絞りが完全に閉じられると、エンジンによって電力は作られないため、エンジンはここで速度を落とし始め、これが電気機械の抵抗として機能し、したがって、スーパー・キャパシタを放電する電流はマイナスである。一定のしきい値電圧で、コントローラは絞りを開き、再びスーパー・キャパシタを充電し始める。注記−このテストの時点で、コントローラはまだ開発中であった。実施形態は、実質的に一定の電圧を調節することができるだろう。
【００９３】
Ｅ．領域Ｅ：ここで、スーパー・キャパシタを放電するために負荷バンクを使用し、車両に起こることをシミュレーションする。つまり、ホイールに電力を提供するために、電力をシステムから取り出す。この例では、大きさ１２ｋＷ及び周波数０．５Ｈｚの方形波が、負荷バンクを使用するシステムに適用される。これは、加速及び減速のイベントは互いに非常に急速に続く、モータ・スポーツ用途の車両で起こる可能性があることを表している。負荷バンクの電流及び電気機械の電流が示されている。重要なのは、電気機械の電流は、多かれ少なかれ平滑化され、（一部はシステム、一部はコントローラによって引き起こされる）最小限のノイズがあるため、電気機械は、０．５Ｈｚで平均１２ｋＷの方形波である約６ｋＷの平均電力を提供する。これは、ハイブリッド・システムは、運転者からの電力需要を平滑化し、エンジンが一定の電力モード（つまり６ｋＷ）で動作することを可能にしながら、システムの様々な静電容量及び慣性はピーク電力需要を提供するという、概念の背後にある原理を非常によく示している。電圧を観察すると、電源をオンまたはオフにしたときに、瞬間的な電圧の低下と上昇を見ることができ、スーパー・キャパシタからの正味電流が−６ｋＷと＋６ｋＷとの間で交番するときに、電圧の小さな低下及び上昇を見ることができる。
【００９４】
Ｆ．領域Ｆ：システムは、接触器を開きエンジンの絞りを閉じることによって安全に停止されるため、エンジン及び電気機械は、内部損失の下で速度を落とし、外部に放電されないかぎりスーパー・キャパシタの電圧は保たれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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