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JPH10304511A - ハイブリット電気自動車の発電機制御方法 - Google Patents

ハイブリット電気自動車の発電機制御方法

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JPH10304511A
JPH10304511A JP12025897A JP12025897A JPH10304511A JP H10304511 A JPH10304511 A JP H10304511A JP 12025897 A JP12025897 A JP 12025897A JP 12025897 A JP12025897 A JP 12025897A JP H10304511 A JPH10304511 A JP H10304511A
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JP
Japan
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battery
generator
power source
temperature
electric vehicle
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Takaaki Abe
孝昭 安部
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 自動車を走行させる駆動源となる走行用
電動機１０と、電池電源３１と、走行用電動機１０及び
電池電源３１に発電電力を供給する発電装置２１とを備
えたハイブリット電気自動車において、発電装置２１の
発停を制御する放電深度を電池電源３１の温度に応じて
変更する。

Description

【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】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載のハイブリット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ト電気自
動車において、前記発電装置の発停を制御する放電深度
を前記電池電源の温度に応じて変更することを特徴とす
る。
【０００７】この請求項１記載のハイブリット電気自動
車の発電機制御方法では、電池電源の温度に応じて発電
装置の発停を制御する。つまり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記載のハイブリット電気自動車の
発電機制御方法において、発電装置の発停は電池電源の
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。なかでも、請求項２記載のハイブリッ
ト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から放電深度を演算し、
その放電深度で前記発電装置の発停を制御することを特
徴とする。
【０００９】この請求項２記載のハイブリット電気自動
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
の発停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及び２記載のハイブリット電気自
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３記載のハイブリット電気自
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３記載のハイブリ
ット電気自動車の発電機制御方法は、発電装置が静粛な
ので、その発停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１〜３記載のハイブリット電気自動
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記載のハイブリット電気自動車
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２記載のハイブリット電気自動車の
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、発電装置の発
停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こと
ができる。
【００１４】請求項３記載のハイブリット電気自動車の
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。
【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１
１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
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、１０ｋＷ
ｈｒ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。領域は、領域と同様に電池のみの出力で走
行する領域である。領域は、領域と同様に電池と発
電機の出力で走行する領域である。以降、領域と領域
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Ｓ
１２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Ｏ
ＦＦ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Ｓ
２３で電池の放電深度ＤＯＤがあらかじめ設定されたＤ
ＯＤ１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Ｓ３
２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ＤＯＤ
０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Ｔ
Ｂ１＊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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 10/44 １０１ Ｈ０１Ｍ 10/44 １０１ Ｈ０２Ｊ 7/04 Ｈ０２Ｊ 7/04 Ｑ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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ト
    電気自動車において、前記発電装置の発停を制御する放
    電深度を前記電池電源の温度に応じて変更することを特
    徴とするハイブリット電気自動車の発電機制御方法。
  2. 【請求項２】 電池電源の適正温度と実際の電池電源の
    温度との差から放電深度を演算し、その放電深度で前記
    発電装置の発停を制御することを特徴とする請求項１記
    載のハイブリット電気自動車の発電機制御方法。
  3. 【請求項３】 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又は２記載のハイブリット電気自
    動車の発電機制御方法。
  4. 【請求項４】 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１〜３の何
    れかに記載のハイブリット電気自動車の発電機制御方
    法。
  5. 【請求項５】 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１〜４の何れかに記載の
    ハイブリット電気自動車の発電機制御方法。
JP12025897A 1997-04-23 1997-04-23 ハイブリット電気自動車の発電機制御方法 Expired - Fee Related JP3687270B2 (ja)

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