(57)【要約】【課題】コンデンサの劣化状態を適切に判定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、発電機３２の出力トルクを記憶しておくトルク記憶部７０と、交流電力を直流電力に変換する第１電力変換部３３と、直流電力を充電電力に変換する第２電力変換部３４と、第１電力変換部３３と第２電力変換部３４との間のコンデンサ４０の初期容量が記憶されてある容量記憶部７１と、発電機３２の出力トルクの変動に基づきコンデンサ４０の端子間電圧の変位量を演算する電圧変位量演算部７２と、発電機３２の出力トルクの変動とコンデンサ４０の端子間電圧の変位量とに基づいてコンデンサ４０の現在の容量を演算する容量演算部７３と、初期容量と現在の容量との偏差に基づき、コンデンサ４０の劣化状態を判定する判定部７４とを備える。【選択図】図２
2013048534.tif 000002
【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、
前記発電機の出力トルクを記憶しておくトルク記憶部と、
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、電池を充電する充電電力に変換する第２電力変換部と、
前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを接続する電源ラインと接地ラインとの間に設けられるコンデンサの初期容量が記憶されてある容量記憶部と、
所定時間内における前記発電機の出力トルクの変動に基づき、前記コンデンサの端子間電圧の変位量を演算する電圧変位量演算部と、
前記発電機の出力トルクの変動と前記コンデンサの端子間電圧の変位量とに基づいて、前記コンデンサの現在の容量を演算する容量演算部と、
前記初期容量と前記現在の容量との偏差に基づき、前記コンデンサの劣化状態を判定する判定部と、
を備える車載用エンジン発電機。
【請求項２】
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、を備え、
前記発電機の出力トルクは、前記第１電力変換部が前記補正トルク値に基づき前記発電機の出力トルクを制御して変動させる請求項１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する。これによりエンジン発電機が振動し、当該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。よって、特許文献１及び２に記載の技術のように、発電機の出力トルクを、エンジンの出力トルクの変動をキャンセルするように制御することで、エンジン発電機から発せられる振動が低減される。
【０００７】
一方、電気自動車の電池の充電を行うエンジン発電機においては、電池の劣化を防止するため一定の充電電流で充電することが望ましい。しかしながら、発電機の入力であるエンジントルクが脈動すると、発電機の出力トルクも脈動する。このため、コンデンサの端子間電圧も変動することになる。したがって、コンデンサが経年劣化などにより容量が低下している場合には、適切に電池の充電が行われないことがある。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、コンデンサの劣化状態を適切に判定する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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る車載用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、前記発電機の出力トルクを記憶しておくトルク記憶部と、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、電池を充電する充電電力に変換する第２電力変換部と、前記第１電力変換部と前記第２電力変換部とを接続する電源ラインと接地ラインとの間に設けられるコンデンサの初期容量が記憶されてある容量記憶部と、所定時間内における前記発電機の出力トルクの変動に基づき、前記コンデンサの端子間電圧の変位量を演算する電圧変位量演算部と、前記発電機の出力トルクの変動と前記コンデンサの端子間電圧の変位量とに基づいて、前記コンデンサの現在の容量を演算する容量演算部と、前記初期容量と前記現在の容量との偏差に基づき、前記コンデンサの劣化状態を判定する判定部と、を備えている点にある。
【００１０】
このような特徴構成とすれば、エンジン発電機が備える発電機の出力トルクを変動させ、それにより生じるコンデンサの端子間電圧の変位量を検出することで、コンデンサの容量を演算して求めることができる。したがって、求めた容量とコンデンサの劣化前の容量とを比較することにより、容易に劣化状態を適切に判定することが可能となる。また、コンデンサの容量を演算により求めるので、容量を測定しやすい場所にコンデンサを配置する必要が無いし、車載用エンジン発電機からコンデンサを取り外す必要も無い。したがって、設置場所の自由度が大きくなるので、車載用エンジン発電機の設計が容易に行うことができる。
【００１１】
また、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、を備え、前記発電機の出力トルクは、前記第１電力変換部が前記補正トルク値に基づき前記発電機の出力トルクを制御して変動させると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、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、このようなエンジンの出力トルクの変動を低減する際に発電機の出力トルクも変動するので、当該変動に基づきコンデンサの劣化判定を行うことができる。したがって、コンデンサの劣化判定のために別途出力トルクを変動させる処理を行う必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】コンデンサに作用する電力の関係を示した図である。
【図４】発電機の出力トルクの変動とコンデンサの端子間電圧との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、コンデンサ４０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、第１制御部６５、第２制御部６６、トルク記憶部７０、容量記憶部７１、電圧変位量演算部７２、容量演算部７３、判定部７４の各機能部を備えて構成される。各機能部はＣＰＵを中核部材としてコンデンサ４０の劣化状態を判定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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
コンデンサ４０は、第１電力変換部３３と第２電力変換部３４とを接続する電源ラインと接地ラインとの間に設けられる。したがって、コンデンサ４０は第１電力変換部３３の出力電力を平滑する。このコンデンサ４０の初期容量は容量記憶部７１に記憶されている。コンデンサ４０の初期容量とは、コンデンサ４０をエンジン発電機１００に搭載した際の容量である。したがって、劣化していない状態での容量に相当する。なお、下記に示す現在の容量は、所定のバイアスを印加している状態での静電容量であるので、初期容量も所定のバイアスを印加した状態での静電容量とされる。
【００２６】
トルク記憶部７０は、発電機３２の出力トルクが記憶される。特に、本実施形態では、トルク記憶部７０は、所定時間内における発電機３２の出力トルクの変動を記憶している。ここで、発電機３２の出力トルクは、第１制御部６５により制御される。したがって、発電機３２の出力トルクは、第１制御部６５からトルク記憶部７０に伝達され、記憶される。
【００２７】
電圧変位量演算部７２は、発電機３２の出力トルクの変動に基づき、コンデンサ４０の端子間電圧の変位量を演算する。すなわち、発電機３２の出力トルクの変動があった場合のコンデンサ４０の端子間電圧を検出し、その偏差を演算する。
【００２８】
容量演算部７３は、発電機３２の出力トルクの変動とコンデンサ４０の端子間電圧の変位量とに基づいて、コンデンサ４０の現在の容量を演算する。発電機３２の出力トルクの変動は、トルク記憶部７０に記憶されている。コンデンサ４０の端子間電圧の変位量は、電圧変位量演算部７２から伝達される。現在の容量とは、使用による劣化を含む容量である。容量演算部７３は、これらに基づきコンデンサ４０の現在の容量を演算する。
【００２９】
判定部７４は、初期容量と現在の容量との偏差に基づき、コンデンサ４０の劣化状態を判定する。初期容量は容量記憶部７１に記憶されている。現在の容量は、容量演算部７３により演算され、伝達される。このようなコンデンサ４０の初期容量と現在の容量との偏差を演算し、この偏差に基づきコンデンサ４０の劣化状態を判定する。
【００３０】
次に、本エンジン発電機１００によるコンデンサ４０の劣化状態の判定について数式を用いて説明する。
図３に示されるように、コンデンサ４０に流れ込む電流をＩｄｃ（ｔ）、静電容量をＣとすると、コンデンサ４０の端子間電圧Ｖｄｃ（ｔ）は以下の（１）式で示される。
【数１】
2013048534.tif 000003
【００３１】
（１）式の両辺を微分すると、以下の（２）式となる。
【数２】
2013048534.tif 000004
【００３２】
ここで、図３に示されるようにコンデンサ４０に対する入力電力をＰｃ（ｔ）とすると、Ｐｃ（ｔ）は（３）式で示される。
【数３】
2013048534.tif 000005
【００３３】
一方、電力変換効率を無視すると、Ｐｃ（ｔ）は（４）式の関係が成立する。
【数４】
2013048534.tif 000006
ここで、Ωは１分間あたりの発電機３２の回転数、Ｔ（ｔ）は発電機３２の出力トルク、Ｖｂは電池５０の電圧、Ｉｂは充電電流である。
【００３４】
また、Ｖｄｃ（ｔ）の変動量が、Ｖｄｃ（ｔ）の平均値Ｖｃよりも十分小さいとすると、（３）式及び（４）式より以下の(５)式が得られる。
【数５】
2013048534.tif 000007
【００３５】
（５）式より、発電機３２の出力トルクＴ（ｔ）の変化とコンデンサ４０の端子間電圧Ｖｄｃ（ｔ）の変化との間に相関関係があることがわかる。
【００３６】
図４のように、発電機３２の出力トルク（発電機トルク）を、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で変化させると、Ｖｄｃ（ｔ）の変化量ΔＶｄｃは以下の（６）式で示される。
【数６】
2013048534.tif 000008
【００３７】
ここで、現在のコンデンサ４０の容量をＣｎとすると、(７)式で示される。
【数７】
2013048534.tif 000009
【００３８】
（７）式で示されるように、所定時間内（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間）における発電機３２の出力トルクＴの変化に基づき、コンデンサ４０の容量を演算することができる。したがって、エンジン発電機１００からコンデンサ４０を取り出さなくても当該コンデンサ４０の容量（ただし、バイアス印加時）を導出できるので、手間が掛からない。初期容量をＣ０とすると、本エンジン発電機１００は、Ｃｎ／Ｃ０が所定の値を下回った場合に、コンデンサ４０の劣化が激しいと判定することが可能となる。したがって、ユーザに通知することにより、コンデンサ４０の交換時期を促進することができ、エンジン発電機１００の信頼性を維持することが可能となる。
【００３９】
このように本エンジン発電機１００によれば、当該エンジン発電機１００が備える発電機３２の出力トルクを変動させ、それにより生じるコンデンサ４０の端子間電圧の変位量を検出することで、コンデンサ４０の容量を演算して求めることができる。したがって、求めた容量とコンデンサ４０の劣化前の容量とを比較することにより、容易に劣化状態を適切に判定することが可能となる。また、コンデンサ４０の容量を演算により求めるので、容量を測定しやすい場所にコンデンサ４０を配置する必要が無いし、エンジン発電機１００からコンデンサ４０を取り外す必要も無い。したがって、設置場所の自由度が大きくなるので、エンジン発電機１００の設計が容易に行うことができる。
【００４０】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、電圧変位量演算部７２は、発電機３２の出力トルクの変動に基づき、コンデンサ４０の端子間電圧の変位量を演算するとして説明した。このような発電機３２の出力トルクの変動は、以下のように行うことが可能である。
【００４１】
例えば、エンジン発電機ＥＣＵ３５が、マップ記憶部、補正レベル設定部、補正トルク値演算部を有して構成されているとする。マップ記憶部は、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。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。
【００４２】
補正レベル設定部は、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、エンジントルクの変動である。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を設定すると好適である。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。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。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。このような補正レベルは、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。
【００４３】
補正トルク値演算部は、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に記憶されている。補正レベルは補正レベル設定部により設定される。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、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。
【００４４】
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。このようにして、発電機３２の出力トルクを変動させることが可能である。
【００４５】
本発明は、車両に搭載される電池を充電する車載用エンジン発電機に関する。
【符号の説明】
【００４６】
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
４０：コンデンサ
５０：電池
７０：トルク記憶部
７１：容量記憶部
７２：電圧変位量演算部
７３：容量演算部
７４：判定部
１００：エンジン発電機（車載用エンジン発電機）
【図１】
2013048534.tif 000010
【図２】
2013048534.tif 000011
【図３】
2013048534.tif 000012
【図４】
2013048534.tif 000013