(57)【要約】      （修正有）【課題】非常時のバッテリ電力の遮断システムを不要にして、蓄電システムをシンプルな構成にすることができ、しかも、電線の切断故障に対しても冗長性を有すると共に、狭い所でも配線がし易くなりレイアウトの自由度を確保できる、安価で安全性の高い蓄電システムを備えたハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの電力供給方法を提供する。【解決手段】電動発電機２１と電動発電機で発生した電力を蓄電するバッテリ２５との間にインバータ２３を設けて、このインバータ２３経由で電力を移動するように構成すると共に、バッテリ２５を電圧が６０Ｖ以下のバッテリで形成し、更に、インバータ２３とバッテリ２５との間を接続する電力線２４を、プラス用電力線２４ａの２本とマイナス用電力線２４ｂの２本の計４本の電力線２４で、若しくは、プラス用電力線２４ａの３本とマイナス用電力線２４ｂの３本の計６本の電力線２４で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電動発電機の両方を備えたハイブリッドシステムにおいて、前記電動発電機と前記電動発電機で発生した電力を蓄電するバッテリとの間にインバータを設けて、該インバータ経由で電力を移動するように構成すると共に、前記バッテリを電圧が６０Ｖ以下のバッテリで形成し、更に、前記インバータと前記バッテリとの間を接続する電力線を、プラス用電力線の２本とマイナス用電力線の２本の計４本の電力線で、若しくは、プラス用電力線の３本とマイナス用電力線の３本の計６本の電力線で構成したことを特徴とするハイブリッドシステム。
【請求項２】
前記ハイブリッドシステムの制御装置が、前記インバータと前記バッテリとの間を接続する前記電力線の一部の本数が切断された場合には、故障による機能制限として、切断と診断された前記電力線への通電を停止し、残された本数に応じた出力に制限する請求項１に記載のハイブリッドシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のハイブリッドシステムを搭載したことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項４】
内燃機関と電動発電機の両方を備えたハイブリッドシステムの電力供給方法において、前記電動発電機で発生した電力をインバータを経由して、プラス用電力線の２本とマイナス用電力線の２本の計４本の電力線、若しくは、プラス用電力線の３本とマイナス用電力線の３本の計６本の電力線で、電圧が６０Ｖ以下の前記バッテリに供給して蓄電することを特徴とするハイブリッドシステムの電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と電動発電機の両方を搭載し、電動発電機で発電した電力をバッテリに蓄電するハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と電動発電機の両方を搭載し、電動発電機で発電した電力をバッテリに蓄電するハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両は、エンジンによって駆動される電動発電機で発電した電力や、車両の制動時に電動発電機で発電した回生電力をバッテリに蓄電し、このバッテリの電力を用いて車両走行したり、エンジン出力へのアシスト出力をしたりしている。
【０００３】
エンジンや電動発電機の出力が比較的小さい乗用車では、ハイブリッドシステムで使用されるバッテリは、比較的高い電圧、例えば２００Ｖ等に設定される。この高電圧を出力するバッテリは、感電に対する安全性の面から、バッテリの電力を外部から遮断できるようにする必要がある。
【０００４】
これに関連して、車両用電源システムにおいて、ニッケル水素、リチウムイオン等の高電圧を出力する二次電池およびキャパシタを外部から遮断するために、二次電池の正極とコンバータとの間、二次電池の負極とコンバータとの間、キャパシタの正極とインバータとの間、および、キャパシタの負極とインバータとの間のそれぞれに、少なくとも１つのシステムメインリレーを備える構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、車両の電源装置の小型化および低コスト化を可能とするために、電源システムと、駆動力発生部と、制御装置とを備えた車両で、電源システムが、第１蓄電装置と、第１コンバータと、この第１コンバータと第１蓄電装置との間に設けられた第１切替装置と、第２蓄電装置と、第２コンバータと、第２蓄電装置の負極と第２コンバータとの間に設けられた第２切替装置とを含み、第２蓄電装置は、互いに直列に接続された電気二重層キャパシタとヒューズとで構成されて、制御装置が、車両の衝突が生じた場合、ヒューズにその許容電流値を超える大電流を流してヒューズを溶断させるように、第２コンバータを制御する車両の電源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
このように、乗用車に搭載されるハイブリッドシステムで使用されるバッテリは、２００Ｖを超える高い電圧仕様であり、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池で構成されることが多いので、非常時に、安全のために、電源を遮断することが規則で決められており、上記のような様々な工夫がなされている。そのため、蓄電システムが複雑になるという問題がある。
【０００７】
また、これらの高い電圧までバッテリ電圧を上げる為には多くの単電池（セル）を直列で接続する必要があり、更にはセル数増加に伴う重量増加を抑制する為に、鉛二次電池ではなく高性能であるが高価なニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池を使用するので、コスト高になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３４５６０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２３６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、非常時のバッテリ電力の遮断システムを不要にして、蓄電システムをシンプルな構成にすることができ、しかも、予期せぬ電線の切断故障に対しても冗長性を有すると共に、狭いところでも配線の自由度を確保できる、安価で安全性の高い蓄電システムを備えたハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの電力供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明のハイブリッドシステムは、内燃機関と電動発電機の両方を備えたハイブリッドシステムにおいて、前記電動発電機と前記電動発電機で発生した電力を蓄電するバッテリとの間にインバータを設けて、該インバータ経由で電力を移動するように構成すると共に、前記バッテリを電圧が６０Ｖ以下のバッテリで形成し、更に、前記インバータと前記バッテリとの間を接続する電力線を、プラス用電力線の２本とマイナス用電力線の２本の計４本の電力線で、若しくは、プラス用電力線の３本とマイナス用電力線の３本の計６本の電力線で構成される。
【００１１】
この構成によれば、バッテリの電圧を６０Ｖ以下にしたので、緊急時においてバッテリからの電力が万一人体に流れても危険性が少ないので、バッテリからの電力を遮断する機構を備える必要が無くなり、蓄電システムをシンプルな構成にすることができる。
【００１２】
また、バッテリの電圧を６０Ｖ以下、例えば４８Ｖにすると、従来の２００Ｖを超えるようなシステムと同等の電動発電機の出力を維持又は増加させた場合、電圧が下がった分だけ、電流値が高くなり、電力線の抵抗が出力に与える影響、即ち、電力線の抵抗による電力ロスの問題が生じるが、電力線を４本若しくは６本にすることで、電力線の全体としての抵抗を低減できる。これにより、電流の増加による電力ロスの問題を解決でき、６０Ｖ以下の電圧のバッテリをハイブリッドシステムのバッテリにより効率良く（又はより高出力で）使用できるようにすることができる。
【００１３】
また、電力線を４本若しくは６本にすることで、予期せぬ電力線の切断故障に対しても冗長性を有することになる。その上、１本当たりの電力線の必要容量が小さくなり、１本の電力線の太さを細くできるので、曲げることが出来る曲率半径が小さくなり、狭い所でも配線がし易くなりレイアウトの自由度を確保できるようになる。
【００１４】
上記のハイブリッドシステムにおいて、前記ハイブリッドシステムの制御装置が、前記インバータと前記バッテリとの間を接続する前記電力線の一部の本数が切断された場合には、故障による機能制限（いわゆるリンプホーム機能）として、切断と診断された前記電力線への通電を停止し、残された本数に応じた出力に制限するように構成されると、電力線の一部の本数が切断されても、残りの電力線でバッテリとインバータの間の電力を支障なく移動でき、修理工場への移動を円滑に行うことができる。
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両は上記のハイブリッドシステムを搭載したことを特徴とするハイブリッド車両である。このハイブリッド車両によれば、上記のハイブリッドシステムと同様の効果を奏することができる。
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明のハイブリッドシステムの電力供給方法は、内燃機関と電動発電機の両方を備えたハイブリッドシステムの電力供給方法において、前記電動発電機で発生した電力をインバータを経由して、プラス用２電力線の２本とマイナス用電力線の２本の計４本の電力線、若しくは、プラス用電力線の３本とマイナス用電力線の３本の計６本の電力線で、電圧が６０Ｖ以下の前記バッテリに供給して蓄電することを特徴とする方法である。この方法によれば、上記のハイブリッドシステムと同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの電力供給方法によれば、６０Ｖ以下の電圧のバッテリを使用するので、緊急時においてバッテリからの電力が万一人体に流れても危険性が少ないので、バッテリからの電力を遮断する機構を備える必要が無くなり、蓄電システムをシンプルな構成にすることができる。
【００１８】
しかも、４本若しくは６本の電力線でインバータとバッテリの間を接続するように構成したので、予期せぬ電線の切断故障に対しても冗長性を有することになり、また、１本当たりの電力線の必要容量が小さくなり、１本の電力線の太さを細くできるので、曲げることが出来る曲率半径が小さくなるので、狭い所でも配線がし易くなりレイアウトの自由度を確保でき、安価で安全性の高い蓄電システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態のハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステム、ハイブリッド車両、及びハイブリッドシステムの電力供給方法について説明する。
【００２１】
この実施の形態のハイブリッドシステムは、エンジン（内燃機関）と電動発電機（Ｍ/Ｇ）を有するハイブリッドシステムである。なお、ここでは、このハイブリッドシステムはハイブリッド車両（ＨＥＶ：以下車両とする）に搭載されるものとして説明するが、ハイブリッドシステム自体は、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。
【００２２】
図１に例示するように、このハイブリッドシステム２は、エンジン（ＥＮＧ）１１と電動発電機２１の両方を備えて構成される。このハイブリッドシステム２は、エンジン１１のクランク軸１５に直結して設けたＣＶＴ（無段変速機構又は固定変速比動力伝達装置（滑車又はギヤ））１６に電動発電機２１を連結している。このＣＶＴ１６は、クランク軸１５側の第１プーリー１６ａと電動発電機２１側の第２プーリー１６ｂとの間に、無端状のベルト１６ｃを掛け回しており、これらを介してクランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行っているが、必ずしも無断変速機構を設ける必要はなく、滑車又はギヤによる固定変速比での動力伝達でも良い。
【００２３】
この電力システム２０の一部である電動発電機２１は、発電機として、エンジン１１の駆動力を受けて発電をしたり、又は、車両１のブレーキ力等の回生力発生による回生発電をしたりすると共に、モータとして駆動して、その駆動力をエンジン１１のクランク軸１５に伝達して、エンジン１１の駆動力（出力：トルク）をアシストしたりする。
【００２４】
この電動発電機２１で発電して得た電力は、電力線（バスバー）２２を経由してインバータ（ＩＮＶ）２３で変換して、電力線２４を経由してバッテリ２５に充電される。また、電動発電機２１を駆動するときは、バッテリ２５に充電された電力をインバータ２３で変換して電動発電機２１に供給する。
【００２５】
このように、電動発電機２１と、電動発電機２１で発生した電力を蓄電するバッテリ２５との間にインバータ２３を設けて、このインバータ２３経由で電力を移動するように構成される。
【００２６】
また、本発明に係る実施の形態のハイブリッド車両１は、図１に示すように、上記のハイブリッドシステム２を搭載して構成され、このハイブリッド車両１においては、エンジン１１の動力は、動力伝達システム３０の変速機３１、推進軸３２、差動装置３３、駆動軸３４を介して車輪３５に伝達され、車両１が走行する。なお、エンジン１１の搭載方法によっては、エンジン１１から車輪３５の動力の伝達経路は異なってもよい。
【００２７】
一方、電動発電機２１の動力に関しては、バッテリ２５に充電された電力がインバータ２３を介して電動発電機２１に供給され、この電力により発生した電動発電機２１の動力は、ＣＶＴ１６を介してクランク軸１５に伝達されて、エンジン１１の動力伝達経路を伝達して、車輪３５に伝達される。これにより、電動発電機２１の動力がエンジン１１の動力と共に車輪３５に伝達され、車両１が走行する。なお、回生時には、逆の経路で、車輪３５の回生力、又はエンジン１１の回生力が電動発電機２１に伝達されて、電動発電機２１で発電が可能となる。
【００２８】
また、ハイブリッドシステム用制御装置４１が設けられ、エンジン１１の回転数Ｎｅや負荷Ｑ等の運転状態や電動発電機２１の回転数Ｎａ等の運転状態やバッテリ２５の充電量（ＳＯＣ）の状態をモニターしながら、ＣＶＴ１６、電動発電機２１、インバータ２３等を制御する。このハイブリッドシステム用制御装置４１は、通常は、エンジン１１や車両１を制御する全体制御装置４０に組み込まれて構成される。
【００２９】
本発明においては、このバッテリ２５を電圧が６０Ｖ以下の４８Ｖのバッテリで形成する。また、更に、インバータ２３とバッテリ２５との間を接続する電力線２４を、プラス用電力線２４ａを２本とマイナス用電力線２４ｂを２本の計４本の電力線２４（２４ａと２４ｂを総称して２４とする）で構成する。あるいは、図示しないが、プラス用電力線２４ａを３本とマイナス用電力線２４ｂを３本の計６本の電力線２４で構成する。
【００３０】
そして、ハイブリッドシステムの制御装置であるハイブリッドシステム用制御装置４１は、インバータ２３とバッテリ２５との間を接続する電力線２４の一部の本数切断された場合には、切断と診断された電線への通電を停止し、残された本数に応じた出力に制限することで、電力線２４の一部の本数が切断されても、残りの電力線２４でバッテリ２５とインバータ２３の間の電力を支障なく移動でき、修理工場への移動を円滑に行うことができる。
【００３１】
次に、本発明に係る実施の形態のハイブリッドシステムの電力供給方法について説明する。この電力供給方法は、エンジン１１と電動発電機３１の両方を備えたハイブリッドシステム２の電力供給方法であり、電動発電機３１で発生した電力をインバータ２３を経由し、プラス用２電力線２４ａの２本とマイナス用電力線２４ｂの２本の計４本の電力線２４、若しくは、プラス用電力線２４ａの３本とマイナス用電力線２４ｂの３本の計６本の電力線２４で、電圧が６０Ｖ以下のバッテリ２５に供給して蓄電する方法である。
【００３２】
上記の構成のハイブリッドシステム２、ハイブリッド車両１、及びハイブリッドシステムの電力供給方法によれば、バッテリ２５の電圧を６０Ｖ以下にしたので、緊急時においてバッテリ２５からの電力が万一人体に流れても危険性が少ないので、バッテリ２５からの電力を遮断する機構を備える必要が無くなり、蓄電システムをシンプルな構成にすることができる。
【００３３】
また、バッテリ２５の電圧を６０Ｖ以下、例えば４８Ｖにすると電圧が下がった分だけ、電流が増すので、電流値が高くなり、電力線２４の抵抗が出力に与える影響、即ち、電力線２４の抵抗による電力ロスの問題が生じるが、電力線２４を４本若しくは６本にすることで、電力線２４の全体としての抵抗を低減できる。これにより、電流の増加による電力ロスの問題を解決でき、６０Ｖ以下の電圧のバッテリをハイブリッドシステム２のバッテリ２５に使用できるようにすることができる。
【００３４】
また、電力線２４を４本若しくは６本にすることで、予期せぬ電力線２４の切断故障に対しても冗長性を有することになる。その上、１本当たりの電力線２４の必要容量が小さくなり、１本の電力線２４の太さを細くできるので、曲げることが出来る曲率半径が小さくなり、狭い所でも配線がし易くなりレイアウトの自由度を確保できるようになる。
【符号の説明】
【００３５】
１  車両（ハイブリッド車両：ＨＥＶ）
２  ハイブリッドシステム
１１  エンジン（内燃機関）
１５  クランク軸
１６  ＣＶＴ（無段変速機構又は固定変速比動力伝達装置（滑車又はギヤ））
２０  電力システム
２１  電動発電機（Ｍ/Ｇ）
２２  電力線（バスバー）
２３  インバータ
２４  電力線
２４ａ  プラス用電力線
２４ｂ  マイナス用電力線
２５  バッテリ
３０  動力伝達システム
４０  全体制御装置
４１  ハイブリッドシステム用制御装置
【図１】
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