(57)【要約】【課題】車両の快適な乗り心地を確保しつつ、車両の航続距離を延ばすことが可能な車載用エンジン発電機を提供する。【解決手段】車載用エンジン発電機１００は、交流電力を出力する発電機３２と、発電機３２を駆動し且つ車両の駆動源とは異なるエンジン３１と、エンジン３１の出力トルクの変動を補正する発電機３２のトルクマップが記憶されたマップ記憶部６２と、エンジン３１の出力トルクの変動を補正する補正レベルを設定する補正レベル設定部６４と、トルクマップと設定された補正レベルとに基づき、エンジン３１の出力トルクの変動を打ち消す補正トルク値を演算する補正トルク値演算部６３と、発電機３２の出力トルクを補正トルク値に基づき制御すると共に、交流電力を直流電力に変換する第１電力変換部３３と、直流電力を、他の電池５０を充電する充電電力に変換する第２電力変換部３４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を出力する発電機と、
前記発電機を駆動し且つ車両の駆動源とは異なるエンジンと、
前記エンジンのクランク角に対応して規定され、前記エンジンの出力トルクの変動を補正する発電機のトルクマップが記憶されたマップ記憶部と、
前記エンジンの出力トルクの変動を補正する補正レベルを設定する補正レベル設定部と、
前記トルクマップと前記設定された補正レベルとに基づき、前記エンジンの出力トルクの変動を打ち消す補正トルク値を演算する補正トルク値演算部と、
前記発電機の出力トルクを前記補正トルク値に基づき制御すると共に、前記交流電力を直流電力に変換する第１電力変換部と、
前記直流電力を、他の電池を充電する充電電力に変換する第２電力変換部と、
を備える車載用エンジン発電機。
【請求項２】
前記他の電池が電気自動車に搭載され、
前記電気自動車の振動を検出する振動検出部が備えられ、
前記補正レベル設定部は、前記検出された振動に応じて補正レベルを設定する請求項１に記載の車載用エンジン発電機。
【請求項３】
前記補正レベルは、ユーザが変更可能である請求項１又は２に記載の車載用エンジン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される充電電池を充電する車載用エンジン発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気エネルギーを動力源とする電気自動車の実用化が始まっている。一方、電気自動車の航続距離を延ばすべく、電気自動車に搭載される電池の改良も進められている。他方、更に航続距離を延ばすべく、電気自動車にエンジン発電機を搭載し、当該エンジン発電機により発電した電気エネルギーで電池を充電することが考えられている。しかしながら、エンジンの出力トルクは燃焼行程においてピークとなる脈動成分を有し、これによりエンジン発電機が振動する。このような振動が電気自動車の車内に伝達されると、乗員にとって乗り心地の悪いものになる。そこで、このような振動を抑制する技術として下記に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の車両は、エンジンと電動モータとを備えたハイブリッド車両であり、エンジンの動力によって発電する発電機を備えて構成される。また、ハイブリッド車両には、蓄電ユニットも備えられ、発電機により発生した電力を蓄積するよう構成されている。この車両には、エンジンの動力変動を補償するように発電機の負荷及び電動モータの発生トルクを制御する。
【０００４】
特許文献２に記載の電動機の制御装置は、内燃機関及び電動機を駆動源とする車両に搭載され、内燃機関のクランク軸に生じるトルク脈動成分により、車両の駆動軸に発生する振動を低減するよう電動機を制御する。この制御装置は、トルク脈動成分を演算する。そして、このトルク脈動成分と駆動源から駆動軸へのトルク伝達関数とに基づいて、トルク脈動成分を除去する補償トルクを演算し、トルク指令値を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３７９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−３６８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、一般的に、エンジンのトルク成分を除去するには、フライホイール等を付設して慣性を大きくすることが考えられる。しかしながら、重量の増加に伴い燃費が悪化する。また、コストアップの要因ともなる。また、発電機の出力トルクを変化させることは、発電機を効率の良い状態で動作させることができないので、電池の充電に急を要する場合には不適切である。したがって、電気自動車の航続距離を延ばしきれないといった問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、車両の快適な乗り心地を確保しつつ、車両の航続距離を延ばすことが可能な車載用エンジン発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るエンジン発電機の特徴構成は、交流電力を出力する発電機と、前記発電機を駆動し且つ車両の駆動源とは異なるエンジンと、前記エンジンのクランク角に対応して規定され、前記エンジンの出力トルクの変動を補正する発電機のトルクマップが記憶されたマップ記憶部と、前記エンジンの出力トルクの変動を補正する補正レベルを設定する補正レベル設定部と、前記トルクマップと前記設定された補正レベルとに基づき、前記エンジンの出力トルクの変動を打ち消す補正トルク値を演算する補正トルク値演算部と、前記発電機の出力トルクを前記補正トルク値に基づき制御すると共に、前記交流電力を直流電力に変換する第１電力変換部と、前記直流電力を、他の電池を充電する充電電力に変換する第２電力変換部と、を備えている点にある。
【０００９】
このような特徴構成とすれば、エンジンの出力トルクの変動（特に、燃焼行程で生じるトルクの変動）をキャンセルするように発電機の出力トルクを変動させることができる。これにより、エンジンの出力トルクの変動に起因する振動を防止することができるので、車両の快適な乗り心地を確保することが可能となる。また、エンジン発電機により発電した電気エネルギーで、他の電池（例えば車両が備える電池）を充電することができるので、車両の航続距離を延ばすことができる。また、エンジンの出力トルクの変動に起因する振動の低減を重視するか、或いは航続距離の延長を重視するかにより、補正レベルを適宜、設定することができるので、状況に応じた充電を行うことができる。
【００１０】
また、前記他の電池が電気自動車に搭載され、前記電気自動車の振動を検出する振動検出部が備えられ、前記補正レベル設定部は、前記検出された振動に応じて補正レベルを設定すると好適である。
【００１１】
このような構成とすれば、例えば、ロードノイズに起因して電気自動車に作用する振動に基づき、補正レベルを設定することができる。したがって、走行状態に応じて自動的に補正レベルを設定することができる。
【００１２】
また、前記補正レベルは、前記電気自動車の乗員が変更可能であると好適である。
【００１３】
このような構成とすれば、例えば電池の蓄電状態に応じてユーザが強制的に振動の低減を重視するか、或いは航続距離の延長を重視するかを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電気自動車に搭載されるエンジン発電機を模式的に示した図である。
【図２】エンジン発電機の構成を模式的に示したブロック図である。
【図３】本実施形態に係る合成トルクの一例を示した図である。
【図４】トルクマップの一例を示した図である。
【図５】発電効率マップの一例を示した図である。
【図６】補正トルクの導出について模式的に示した図である。
【図７】補正レベルマップの一例について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る車載用エンジン発電機１００（以下、「エンジン発電機１００」とする）は、図１に示されるような車両１（本実施形態では「電気自動車１」とする）の動力源となる電気エネルギーが蓄電されてある電池５０を充電する機能を備えている。
【００１６】
まず、本実施形態における電気自動車１の全体構成を説明する。電気自動車１の前後には、図示されないサスペンションを介して組み付けられた前輪２と後輪３とが、それぞれ左右一対配設されている。ここでは前輪２が駆動輪であり、電動モータ１０が駆動すると、その動力がドライブシャフト４を介して前輪２に伝達される。尚、電気自動車１は前輪駆動車に限らず、後輪駆動車や四輪駆動車であっても良い。
【００１７】
電気自動車１の下部には電動モータ１０に電力供給をする電池５０が搭載され、その後方に充電器５１が備わっている。充電器５１は、例えば一般家庭用のコンセントと接続できるように構成されており、充電器５１を介して電池５０が充電される。尚、充電器５１の接続先は一般家庭用のコンセントに限られるものではなく、高速充電用の専用装置等に接続する形態としても良い。
【００１８】
電池５０と電動モータ１０との間には、インバータや昇圧回路を備えたパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」とする）１１が電気的に接続される。電池５０の出力は直流電圧及び直流電流（以下「直流電力」とする）であり、ＰＣＵ１１により昇圧されると共に、交流電圧及び交流電流（以下「交流電力」とする）に変換される。電動モータ１０は、このような交流電力が供給され、駆動される。また、電気自動車１の減速時やアクセルＯＦＦ時に、電動モータ１０が発電機として機能し、電動モータ１０で発電された電気がＰＣＵ１２を介して電池５０に回生充電されるように構成することも可能である。
【００１９】
本発明に係るエンジン発電機１００は、電池５０と電気的に接続された状態で設置される。エンジン発電機１００は、詳細は後述するが、エンジン３１により発電機３２が駆動され、発電する。このエンジン発電機１００は、電気自動車１の航続距離を延ばしたい場合に電気自動車１に搭載すれば良く、常設されていなくても良い。すなわち、エンジン発電機１００は、ユーザにより電気自動車１から脱着することが可能である。
【００２０】
次に、エンジン発電機１００の構成について図２を用いて説明する。図２に示されるように、エンジン発電機１００は、エンジン３１、発電機３２、第１電力変換部３３、第２電力変換部３４、エンジン発電機ＥＣＵ３５を備えて構成される。また、エンジン発電機ＥＣＵ３５は、エンジン制御部６１、マップ記憶部６２、補正トルク値演算部６３、補正レベル設定部６４、第１制御部６５、第２制御部６６の各機能部を備えて構成される。各機能部はＣＰＵを中核部材として電池５０を充電する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【００２１】
エンジン３１は、エンジン発電機ＥＣＵ３５の上位システムから電池５０に対する充電要求があった場合に駆動され、エンジン制御部６１により制御される。エンジン３１は、燃料を燃焼させることにより運転される。このような燃料の供給も、エンジン制御部６１により制御される。エンジン３１の出力トルクは、エンジン３１が有するクランク軸を出力軸として出力される。この出力トルクは、発電機３２を駆動する。したがって、エンジン３１は、電気自動車１の駆動源とは異なり、当該電気自動車１を直接駆動させるものではない。
【００２２】
発電機３２は、交流電力を出力する。発電機３２の回転軸は、エンジン３１のクランク軸と連結駆動される。したがって、エンジン３１の出力トルクは、発電機３２に伝達される。これにより、発電機３２はエンジン３１と同期して回転駆動され、交流電力を出力する。
【００２３】
第１電力変換部３３は、発電機３２から出力される交流電力を直流電力に変換する。第１電力変換部３３は、３相インバータやダイオードブリッジを用いて構成することが可能である。このような３相インバータやダイオードブリッジは、公知であるので説明は省略する。この第１電力変換部３３の制御は、第１制御部６５により行われる。
【００２４】
第２電力変換部３４は、第１電力変換部３３により変換された直流電力を、他の電池５０、本実施形態では電気自動車１に搭載される電池５０を充電する充電電力に変換する。具体的には、第２電力変換部３４は、昇圧回路や降圧回路、或いは昇降圧回路により構成され、第１電力変換部３３により変換された直流電力に係る直流電圧の電圧値を変更する。このような電圧値は、第２制御部６６により制御される。
【００２５】
第２制御部６６は、電池５０を充電する充電電流を制御する。このような充電電流の制御は、第１電力変換部３３により変換された直流電力の昇圧比（降圧比）を変更することによりに行われる。
【００２６】
このようなエンジン発電機１００が有するエンジン３１の出力トルク（エンジントルク）は、図３（ａ）に示されるように燃焼行程において発生し、他の行程（排気行程、吸気行程、及び圧縮行程）では殆ど発生しない。したがって、エンジントルク及び発電機トルクの合成トルクは、エンジントルクと同様に、燃焼行程時にピークを有するものとなる。
【００２７】
このような、合成トルクはエンジン発電機１００の振動源となる。したがって、電気自動車１にエンジン発電機１００を搭載した場合には電気自動車１に振動が伝達され、当該電気自動車１の車内にも伝達される。したがって、電気自動車１の乗員にとって、乗り心地が悪いものとなる。そこで、本発明に係るエンジン発電機１００は、電気自動車１の乗員に快適な乗り心地を提供可能とすべく、エンジン発電機１００からの振動を抑制する機能を備えている。
【００２８】
エンジン発電機１００は、このような振動抑制を実現すべく、マップ記憶部６２、補正トルク値演算部６３、補正レベル設定部６４が備えられている。マップ記憶部６２は、エンジン３１の出力トルクの変動を補正する発電機３２のトルクマップが記憶されている。このようなトルクマップの一例が、図４に示される。図４に示されるように、トルクマップは、エンジン３１のクランク角に対応して規定される。トルクマップは、発電機３２の固有のものであり、設計値として予めわかっている。もちろん、発電機３２毎にデータを取得して作成しても良い。また、図４に示されるような線図のようなマップではなく、表の形態で記憶しておいても良い。
【００２９】
補正レベル設定部６４は、エンジン３１の出力トルクの変動を補正する補正レベルを設定する。エンジン３１の出力トルクの変動とは、上述した図３（ａ）に示されるようなエンジントルクの変動である。本エンジン発電機１００は、このようなエンジントルクの変動を抑制するにあたり補正レベルが設定される。この補正レベルは、エンジントルクの変動を補正する補正係数に相当する。エンジントルクの変動を最大限に低減する場合には補正レベルが大きく設定される。
【００３０】
ここで、補正レベルと発電機３２の発電効率はトレードオフの関係にある。図５には、発電機３２の発電効率マップの一例が示される。発電効率マップは、ｘ軸を発電機３２の回転数、ｙ軸を発電機３２の出力トルク（発電機トルク）、ｚ軸を発電効率としたマップからなる。図５中の矢印で示されるように、発電機３２の回転数が一定の場合であっても、発電機トルクを変化させることにより、効率が変化する。したがって、例えば補正レベルを大きく設定するとエンジントルクの変動は抑制されるが発電効率が悪くなる。一方、補正レベルを小さく設定するとエンジントルクの変動は大きくなるが発電効率が良くなる。補正レベルは、このような関係を鑑み設定される。本実施形態では、補正レベルは、電気自動車１のユーザにより変更可能に構成される。補正レベルは連続的に変更可能なように構成しても良いし、補正を行うか否かの２段階で変更可能なように構成しても良い。更には、補正レベルを大小の２段階で変更可能なように構成しても良い。
【００３１】
補正トルク値演算部６３は、トルクマップと設定された補正レベルとに基づき、エンジン３１の出力トルクの変動を打ち消す補正トルク値を演算する。発電効率マップは上述のマップ記憶部６２に記憶されている。補正レベルは補正レベル設定部６４により設定される。エンジン３１の出力トルクを打ち消す補正トルク値とは、エンジントルクのピークを打ち消すように、エンジントルクを反転させたようなトルク値である。具体的には、図３（ｂ）に示されるようなエンジントルクのピーク値を有する燃焼行程において、発電機３２が回転をし難くする負のトルクである。
【００３２】
このような補正トルク値に基づき、第１電力変換部３３が発電機３２の出力トルクを制御する。すなわち、燃焼行程において、発電機３２のコイルに通電し、ロータが回転し難いように制御する。なお、エンジン３１が燃焼行程にあるか否かはエンジン３１のクランク角を検出することにより特定される。このようなクランク角は図示しないクランク角検出部により検出される。
【００３３】
このように、エンジントルクにピーク値を有する燃焼行程において、発電機３２を回転し難くするように発電機トルクを制御することにより、図３（ｂ）に示されるようにエンジントルクと発電機トルクとの合成トルクが一定なものとなる。したがって、電気自動車１の車内に伝達される振動が抑制され、乗員に快適な乗り心地を提供することが可能となる。
【００３４】
次に、補正トルク値の演算について図６を用いて説明する。まず、充電要求があると、エンジン３１のクランク角に基づき、トルクマップから補正ベーストルクを導出する。トルクマップはマップ記憶部６２に記憶されている。一方、補正レベル設定部６４により設定された補正レベルを導出する。例えば、この補正レベルは、発電機３２の発電効率を高め、積極的に電池５０を充電する「省燃費モード（補正係数Ｋ１）」と、発電機３２に発電効率を犠牲にし、積極的にエンジントルクの変動を抑える「制振モード（補正係数Ｋ２）」とがあるとする。このような補正レベルは、図６に示されるようにユーザの入力により設定可能である。
【００３５】
上述のように導出された補正ベーストルクと、設定された補正レベルに応じた補正係数とを乗算して、抑制用トルクを演算する。充電要求と当該充電要求と共に伝達される発電機３２の回転数とに応じてマップから充電用ベーストルクを導出し、当該導出した充電用ベーストルクから前記演算して求めた抑制用トルクの平均値を減算して充電用トルクを求める。この充電用トルクと抑制用トルクと充電用トルクとを加算し、発電機トルクを導出する。このような発電機トルクに基づき、発電機３２を制御することで、エンジントルクの変動を低減することが可能となる。したがって、電気自動車１の車内に伝達される振動が抑制され、乗員に快適な乗り心地を提供することが可能となる。
【００３６】
このように、本エンジン発電機１００によれば、エンジン３１の燃焼行程で発生するトルクの変動をキャンセルするように発電機３２の出力トルクを変動させることができる。これにより、エンジン３１の出力トルクの変動に起因する振動を防止することができるので、電気自動車１の快適な乗り心地を確保することが可能となる。また、エンジン発電機１００により発電した電気エネルギーで、電気自動車１が備える電池５０を充電することができるので、電気自動車１の航続距離を延ばすことができる。また、エンジン３１の出力トルクの変動に起因する振動の低減を重視するか、或いは航続距離の延長を重視するかにより、補正レベルを適宜、設定することができるので、状況に応じた充電を行うことができる。
【００３７】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、補正レベルは「省燃費モード」又は「制振モード」に設定可能であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、補正レベルを連続的に変更可能な構成とすることも可能である。係る場合、図７に示されるような補正レベルマップを備えると好適である。このような補正レベルマップに基づき、振動抑制効果と効率とに鑑み、補正係数を設定すると好適である。更には、電池５０の残量に応じて補正係数を設定する構成とすることも可能である。
【００３８】
上記実施形態では、補正レベルは電気自動車１の乗員が変更可能であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、電気自動車１に、当該電気自動車１の振動を検出する振動検出部を備えて構成され、補正レベル設定部６４は、検出された振動に応じて補正レベルを設定する構成とすることも可能である。このような構成とすれば、電気自動車１の振動に応じて補正レベルを設定できるので、必要以上にエンジントルクの変動を抑制することを防止できる。したがって、エンジントルクの変動の補正と、発電効率とを両立し得る。
【００３９】
本発明は、電気自動車に搭載される充電電池を充電する車載用エンジン発電機に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
３１：エンジン
３２：発電機
３３：第１電力変換部
３４：第２電力変換部
６２：マップ記憶部
６３：補正トルク値演算部
６４：補正レベル設定部
１００：車載用エンジン発電機
【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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