車両搭載用発電装置

【課題】エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置におけるエネルギー損失を抑制することを目的とする。
【解決手段】シリーズハイブリッド車両駆動システムは、発電の際のエネルギー損失を抑制するという観点から求められた第１電圧目標値、およびユーザの運転操作に応じた走行制御を確保するという観点から求められた第２電圧目標値のうち、値が大きい方に昇圧電圧Ｖｈを一致させる制御を実行する。昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値とする制御を実行した場合には、発電の際のエネルギー損失が増大することがある。そこで、シリーズハイブリッド車両駆動システムにおいては間欠発電制御が行われる。間欠発電制御は、エンジン１２の始動および停止の繰り返しにより、間欠的にモータジェネレータＭＧ１を駆動する制御である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両搭載用発電装置に関し、特に、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリーズハイブリッド自動車につき広く研究開発が行われている。シリーズハイブリッド自動車は、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行い、発電電力によって走行用モータを駆動して車両を走行させる。ジェネレータによる発電電力のうち車両の走行に用いられない電力、および走行用モータによる回生電力は、繰り返して充放電が可能な二次電池に供給される。二次電池に充電された電力は、走行制御に応じて走行用モータに供給され、走行電力として用いられる。シリーズハイブリッド自動車によれば、エンジンによる発電電力および回生電力を走行電力として用いることができる。
【０００３】
図９には、シリーズハイブリッド自動車に搭載される車両駆動システムが示されている。このシリーズハイブリッド車両駆動システムは、二次電池１８、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０、車両駆動回路２６、走行用モータＭ、エンジン１２、ジェネレータＧ、整流回路１４およびコントロールユニット３０を備える。
【０００４】
エンジン１２は、ジェネレータＧにトルクを与え、ジェネレータＧはそのトルクによって発電を行う。整流回路１４は、ジェネレータＧの交流発電電力を直流電力に変換し、車両駆動回路２６に至る電力経路にその直流電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、二次電池１８の出力電圧を昇圧し、整流回路１４と車両駆動回路２６との間の電力経路に昇圧後の電圧Ｖｈを出力する。コントロールユニット３０は、エンジン１２、車両駆動回路２６およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。
【０００５】
特許文献１には、シリーズハイブリッド自動車について記載されている。このシリーズハイブリッド自動車においては、ジェネレータが出力する交流発電電圧を整流する整流器が設けられている。整流器が出力する直流電圧は、昇圧チョッパ回路によって電圧値が調整された後、二次電池（バッテリ）に印加される。特許文献１には、さらに、昇圧チョッパ回路の制御によりバッテリの電圧制御を行う旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図９に示されるシリーズハイブリッド車両駆動システムには、コントロールユニット３０が、次のような制御を実行するものがある。すなわち、コントロールユニット３０は、ジェネレータＧに対する発電電力要求値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０から出力される昇圧電圧Ｖｈに対する仮の目標値として第１電圧目標値を求める。さらに、走行用モータＭの制御に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０から出力される昇圧電圧に対する仮の目標値として第２電圧目標値を求める。そして、第２電圧目標値が第１電圧目標値より大きいときは、ユーザの運転操作に応じた走行制御を確保するため、コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈが第２電圧目標値となるようＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。他方、第２電圧目標値が第１電圧目標値以下であるときは、整流回路１４に流れる電流を抑制するため、コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈが第１電圧目標値となるようＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。
【０００８】
しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０の昇圧電圧Ｖｈを、ただ単に第１電圧目標値または第２電圧目標値のいずれか一方に設定したのでは、シリーズハイブリッド車両駆動システムにおけるエネルギー損失を抑制することが困難となる場合があった。
【０００９】
本発明は、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置におけるエネルギー損失を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エンジンと、前記エンジンを制御するエンジン制御部と、前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部に至る電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路と前記車両駆動部との間の電力経路に、二次電池の出力電圧を調整した電力経路電圧を出力すると共に、前記電力経路と前記二次電池との間で電力を伝達するコンバータ回路と、前記コンバータ回路を制御し、前記電力経路電圧を調整する電圧制御部と、前記二次電池の充電状態に基づいて前記ジェネレータに対する発電電力要求値を決定する発電電力要求値決定部と、を備え、前記電圧制御部は、前記車両駆動部の動作に応じて前記電力経路電圧の目標値を決定し、前記電力経路電圧を前記目標値に調整し、前記エンジン制御部は、前記発電電力要求値に基づいて前記エンジンを制御する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記エンジン制御部は、前記発電電力要求値の変化に基づいて前記エンジンの始動制御または停止制御を行う。
【００１２】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記エンジン制御部は、前記発電電力要求値が第１閾値から増加して第２閾値に達したときに前記エンジンの始動制御を行い、その後、前記発電電力要求値が前記第２閾値から減少し前記第１閾値に達したときに前記エンジンの停止制御を行う。
【００１３】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記電圧制御部は、前記二次電池の充電状態に応じて前記電力経路の第１目標値を決定し、前記車両駆動部の動作に応じて前記電力経路電圧の第２目標値を決定する電圧目標値決定手段を備え、前記第２目標値が前記第１目標値を超えるときに、前記電力経路電圧を前記第２目標値に調整する。
【００１４】
また、本発明は、エンジンと、前記エンジンを制御するエンジン制御部と、前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部に至る電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路と前記車両駆動部との間の電力経路に、二次電池の出力電圧を調整した電力経路電圧を出力すると共に、前記電力経路と前記二次電池との間で電力を伝達するコンバータ回路と、前記二次電池の充電状態に基づいて前記ジェネレータに対する発電電力要求値を決定する発電電力要求値決定部と、前記二次電池の充電状態に応じて前記電力経路電圧の第１目標値を決定し、前記車両駆動部の動作に応じて前記電力経路電圧の第２目標値を決定する電圧目標値決定部と、備え、前記エンジン制御部は、前記電力経路電圧を前記第１目標値に一致させ、さらに、前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力要求値に一致させた場合の前記エンジンおよび前記ジェネレータにおける第１発電効率と、前記電力経路電圧を前記第２目標値に一致させ、さらに、前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力要求値に一致させた場合の前記エンジンおよび前記ジェネレータにおける第２発電効率と、の差異に応じて前記エンジンを制御する、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記エンジン制御部は、前記第１発電効率から前記第２発電効率を減じた減算値が所定の閾値を超えるときに、前記エンジンを停止させ、前記減算値が前記所定の閾値以下であるときに、前記エンジンを駆動させる。
【００１６】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記コンバータ回路を制御し、前記第２目標値が前記第１目標値を超えるときに、前記電力経路電圧を前記第２目標値に調整する電圧制御部、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置におけるエネルギー損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムの構成を示す図である。
【図２】シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例を示す図である。
【図３】発電制御のフローチャートである。
【図４】モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性を示す図である。
【図５】要求電力依存・間欠制御のフローチャートである。
【図６】駆動電力Ｐｖ、二次電池１８のＳＯＣ、充電要求電力Ｐｂおよび発電電力要求値Ｐの時間変化を示す図である。
【図７】発電効率依存・間欠制御のフローチャートである。
【図８】モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性を示す図である。
【図９】シリーズハイブリッド車両駆動システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．シリーズハイブリッド車両駆動システムについての概要
図１には本発明の実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムの構成が示されている。このシステムは、モータジェネレータＭＧ２を走行用のモータジェネレータとし、モータジェネレータＭＧ１を発電用のモータジェネレータとするものである。シリーズハイブリッド車両駆動システムが備える構成要素のうち、エンジン１２、モータジェネレータＭＧ１、整流回路１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０およびコントロールユニット３０は、車両搭載用の発電装置としての機能を有する。
【００２０】
モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、二次電池１８またはモータジェネレータＭＧ２に供給される。モータジェネレータＭＧ２は、二次電池１８に充電された電力またはモータジェネレータＭＧ１の発電電力によって車両を駆動する。
【００２１】
エンジン１２は、モータジェネレータＭＧ１にトルクを与える。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１２からトルクを与えられることで発電を行う。整流回路１４は、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０または車両駆動回路２６に出力する。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、二次電池１８の出力電圧を昇圧し、昇圧して得られた昇圧電圧Ｖｈを整流回路１４および車両駆動回路２６に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０が昇圧電圧Ｖｈを変化させることで、整流回路１４から二次電池１８に供給される電力、整流回路１４から車両駆動回路２６に供給される電力、および二次電池１８と車両駆動回路２６との間で授受される電力が調整され得る。すなわち、昇圧電圧Ｖｈは、これらの電力を調整するための制御用電圧となり得る。
【００２３】
車両駆動回路２６は、車両を加速するときは、整流回路１４から出力される直流電力、またはＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０から出力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータＭＧ２に供給する。そして、車両を回生制動するときは、モータジェネレータＭＧ２の交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、車両駆動回路２６から出力された電力によって二次電池１８を充電する。
【００２４】
コントロールユニット３０は、アクセルペダル、ブレーキペダル、運転席の操作パネル等を含む運転操作部４４における操作に基づいて、エンジン１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０、および車両駆動回路２６を制御する。
【００２５】
２．シリーズハイブリッド車両駆動システムの構成および動作
シリーズハイブリッド車両駆動システムの具体的な構成および動作について説明する。コントロールユニット３０は、エンジン制御部３４を備え、エンジン１２のスロットルを制御することで、エンジン１２のトルクおよび回転数を制御する。スロットルの開度が大きい程、エンジン１２の出力パワー（トルクと回転数との積に比例する量）は増加し、スロットルの開度が小さい程、エンジン１２の出力パワーは減少する。また、エンジン制御部３４は、エンジン１２に取り付けられたセルモータの制御、およびエンジンプラグの制御を行い、エンジン１２の始動制御および停止制御を行う。
【００２６】
モータジェネレータＭＧ１のシャフトは、エンジン１２のシャフトに取り付けられている。エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１は互いにトルクを作用し合う。すなわち、エンジン１２は出力パワーに応じた駆動トルクをモータジェネレータＭＧ１に与え、モータジェネレータＭＧ１は、発電電力に応じたトルクをエンジン１２に与える。
【００２７】
モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は、整流回路１４に接続されている。整流回路１４は、整流素子として６個のダイオード１６を備える。整流回路１４には、上下のダイオード１６の組が、電力伝送線Ｕ１，Ｖ１およびＷ１に対応して設けられている。上下のダイオード１６の組においては、上側のダイオード１６のアノード端子が下側のダイオード１６のカソード端子に接続されている。また、各組の上側のダイオード１６のカソード端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０と車両駆動回路２６とを接続する正極伝送線２２に接続され、各組の下側のダイオード１６のアノード端子はＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０と車両駆動回路２６とを接続する負極伝送線２４に接続されている。
【００２８】
各ダイオード１６は、アノード端子の電位がカソード端子の電位よりも高いときに導通する。これによって、整流回路１４は、３相交流電力を直流電力に変換する。すなわち、整流回路１４は、各ダイオード１６の整流作用により、電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の相互間の交流電圧を直流電圧に変換し、正極伝送線２２および負極伝送線２４に出力する。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０には二次電池１８の正極および負極が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、二次電池１８の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧Ｖｈを正極伝送線２２および負極伝送線２４との間に出力する。コントロールユニット３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御して昇圧電圧Ｖｈを変化させる電圧制御部３２を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。
【００３０】
正極伝送線２２および負極伝送線２４には車両駆動回路２６が接続されている。また、車両駆動回路２６には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２が接続されている。車両駆動回路２６は、正極伝送線２２および負極伝送線２４から与えられる直流電力を３相交流電力に変換し、その３相交流電力をモータジェネレータＭＧ２に出力する。また、車両駆動回路２６は、モータジェネレータＭＧ２から与えられる３相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を正極伝送線２２および負極伝送線２４に出力する。車両駆動回路２６が正極伝送線２２および負極伝送線２４側からモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するか、モータジェネレータＭＧ２から正極伝送線２２および負極伝送線２４側に電力を供給するかは、正極伝送線２２および負極伝送線２４の線間電圧、モータジェネレータＭＧ２の回転状態、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０の動作状態、車両駆動回路２６の動作状態等によって決定される。
【００３１】
モータジェネレータＭＧ２のシャフトには、車輪にトルクを伝達するトルク伝達機構２８が取り付けられている。車両を加速するときは、車両駆動回路２６からモータジェネレータＭＧ２に電力が供給される。これによって、モータジェネレータＭＧ２は加速トルクを発生し、車両を加速する。また、車両を回生制動するときは、モータジェネレータＭＧ２から車両駆動回路２６に発電電力が供給される。これによって、モータジェネレータＭＧ２は制動トルクを発生し、車両を制動する。
【００３２】
コントロールユニット３０は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバ３８から、モータジェネレータＭＧ１の回転数の検出値を読み込む。また、コントロールユニット３０は、モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｖ１およびＷ１の各電流を検出する電流センサ４０から、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の各電流検出値を読み込み、さらに、昇圧電圧Ｖｈを検出する電圧計４２から検出値を読み込む。そして、回転数の検出値、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の電流検出値、ならびに昇圧電圧Ｖｈの検出値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のトルクを求める。また、コントロールユニット３０は、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の電流検出値と、昇圧電圧Ｖｈの検出値とに基づいてモータジェネレータＭＧ１の発電電力を求める。コントロールユニット３０は、回転数の検出値、求められたモータジェネレータＭＧ１のトルクおよび発電電力を、モータジェネレータＭＧ１の発電制御に用いる。
【００３３】
図２には、シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例が示されている。図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、インダクタ４８、第１ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）５０、第２ＩＧＢＴ５２、ダイオード５４、および出力コンデンサ５６を備える。ここで、ＩＧＢＴの代わりに、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００３４】
インダクタ４８の一端は二次電池１８の正極に接続されている。インダクタ４８の他端は、第１ＩＧＢＴ５０のエミッタ端子、および第２ＩＧＢＴ５２のコレクタ端子に接続されている。第１ＩＧＢＴ５０のコレクタ端子は正極伝送線２２に接続され、第２ＩＧＢＴ５２のエミッタ端子は負極伝送線２４に接続されている。第１ＩＧＢＴ５０および第２ＩＧＢＴ５２のそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようダイオード５４が接続されている。正極伝送線２２と負極伝送線２４との間には出力コンデンサ５６が接続されている。
【００３５】
第１ＩＧＢＴ５０および第２ＩＧＢＴ５２に対しては、コントロールユニット３０によって、電圧目標値に応じたデューティ比を以て交互にスイッチングが行われる。これによって、インダクタ４８にはデューティ比に応じた誘導起電力が発生する。そして、二次電池１８の出力電圧に誘導起電力を加えた電圧が昇圧電圧Ｖｈとして出力コンデンサ５６に充電され、正極伝送線２２および負極伝送線２４に昇圧電圧Ｖｈが出力される。
【００３６】
車両駆動回路２６は、インバータ回路５８によって構成されている。インバータ回路５８は、それぞれが上側ＩＧＢＴ６０および下側ＩＧＢＴ６２を含む３組のＩＧＢＴ組５８ｕ、５８ｖおよび５８ｗを備える。各ＩＧＢＴ組における上側ＩＧＢＴ６０のエミッタ端子は同じ組の下側ＩＧＢＴ６２のコレクタ端子に接続されている。また、各ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようダイオード６４が接続されている。
【００３７】
各ＩＧＢＴ組の上側ＩＧＢＴ６０のコレクタ端子は共通に接続され正極伝送線２２に接続されている。また、各ＩＧＢＴ組の下側ＩＧＢＴ６２のエミッタ端子は共通に接続され負極伝送線２４に接続されている。
【００３８】
ＩＧＢＴ組５８ｕの上側ＩＧＢＴ６０と下側ＩＧＢＴ６２の接続節点には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｕ２が接続されている。また、ＩＧＢＴ組５８ｖの上側ＩＧＢＴ６０と下側ＩＧＢＴ６２の接続節点には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｖ２が接続され、ＩＧＢＴ組５８ｗの上側ＩＧＢＴ６０と下側ＩＧＢＴ６２の接続節点には、ＭＧ２の電力伝送線Ｗ２が接続されている。
【００３９】
ここでは、インバータ回路５８のスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示しているが、スイッチング素子としては、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００４０】
コントロールユニット３０は、各ＩＧＢＴ組が備える上側ＩＧＢＴ６０および下側ＩＧＢＴ６２に対しスイッチング制御を行う。インバータ回路５８は、このスイッチング制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０および整流回路１４と、モータジェネレータＭＧ２との間で直流交流変換を行うと共に、モータジェネレータＭＧ２との間で授受される電力を調整する。
【００４１】
３．シリーズハイブリッド車両駆動システムにおける発電制御
（１）制御の概要
シリーズハイブリッド車両駆動システムは、発電の際のエネルギー損失を抑制するという観点から求められた第１電圧目標値、およびユーザの運転操作に応じた走行制御を実行するという観点から求められた第２電圧目標値のうち、値が大きい方に昇圧電圧Ｖｈを一致させる制御を実行する。
【００４２】
すなわち、コントロールユニット３０は、エネルギー損失を抑制するという条件（エンジン１２について最適燃費条件が満たされるという条件）の下、モータジェネレータＭＧ１に対する発電電力要求値に基づいて、昇圧電圧Ｖｈに対する仮の目標値として第１電圧目標値を求める。さらに、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御に応じて、昇圧電圧Ｖｈに対する仮の目標値として第２電圧目標値を求める。そして、第２電圧目標値が第１電圧目標値より大きいときは、コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈが第２電圧目標値となるようＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。他方、第２電圧目標値が第１電圧目標値以下であるときは、コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈが第１電圧目標値となるようＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。これによって、モータジェネレータＭＧ１による発電電力を低エネルギー損失の条件下で確保すると共に、ユーザの運転操作に応じた走行制御を実行することができる。
【００４３】
ここで、昇圧電圧Ｖｈが第２電圧目標値となるようＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御した場合には、発電の際のエネルギー損失が増大することがある。そこで、本実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムにおいては間欠発電制御が行われる。間欠発電制御は、エンジン１２の始動および停止の繰り返しにより、間欠的にモータジェネレータＭＧ１を駆動する制御である。
【００４４】
間欠発電制御には、要求電力依存・間欠制御および発電効率依存・間欠制御がある。要求電力依存・間欠制御は、モータジェネレータＭＧ１に対する発電電力要求値の変化に基づいて、エンジン１２の始動および停止を行う制御である。発電効率依存・間欠制御は、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御に伴って予測される発電効率に基づいて、エンジン１２の始動および停止を行う制御である。
【００４５】
（２）発電制御の具体例
図３には、発電制御のフローチャートが示されている。コントロールユニット３０は、運転操作部４４における操作、走行状態、二次電池１８の充電状態等に関する車両動作情報に基づいて二次電池１８の充電要求電力Ｐｂを求める。そして、充電要求電力Ｐｂに基づいてモータジェネレータＭＧ１の発電電力要求値Ｐを求める（Ｓ１０１）。コントロールユニット３０は、記憶部３６に予め記憶されているエンジン１２の最適燃費条件に関する情報を取得し（Ｓ１０２）、エンジン１２について最適燃費条件が満たされるという条件の下、発電電力要求値Ｐに基づいて第１電圧目標値Ｖ１を求める（Ｓ１０３）。具体的には、コントロールユニット３０は、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性に基づいて、次のように第１電圧目標値Ｖ１を決定する。
【００４６】
図４には、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性が示されている。この回転数対トルク特性は、予め記憶部３６に記憶され、モータジェネレータＭＧ１の制御においてコントロールユニット３０によって参照される。横軸は回転数Ｎを示し、縦軸はモータジェネレータＭＧ１からエンジン１２に与えられるトルクＴを示す。図４には、昇圧電圧をＶｈ１、Ｖｈｍ、およびＶｈ２で一定にした場合のそれぞれにつき、回転数ＮとトルクＴとの関係がＮＴ特性曲線Ｖｈ１、Ｖｈｍ、およびＶｈ２として示されている。ここで、昇圧電圧Ｖｈ１、Ｖｈｍ、およびＶｈ２には、Ｖｈ１＜Ｖｈｍ＜Ｖｈ２の関係がある。また、図４には、エンジン１２の最適燃費条件が成立するトルクＴおよび回転数Ｎを示す曲線が、最適燃費線ＯＰＴとして示されている。さらに、図４には、発電電力がＰ０、Ｐ１およびＰ２であることを示す等電力線Ｐ０、Ｐ１およびＰ２がそれぞれ示されている。発電電力要求値ＰをＰ０とした場合、最適燃費線ＯＰＴと等電力線Ｐ０との交点Ａを通るＮＴ特性曲線Ｖｈ１に対応する昇圧電圧Ｖｈ１が、第１電圧目標値Ｖ１として求められる。
【００４７】
次に、コントロールユニット３０は、運転操作部４４における操作、走行状態等に基づいてモータジェネレータＭＧ２のトルク要求値を求める（Ｓ１０４）。そして、トルク要求値に基づいて、昇圧電圧Ｖｈに対する仮の目標値として、第２電圧目標値Ｖ２を求める（Ｓ１０５）。
【００４８】
コントロールユニット３０は、第２電圧目標値Ｖ２が第１電圧目標値Ｖ１より大きいか否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、第２電圧目標値Ｖ２が第１電圧目標値Ｖ１以下であるときは、昇圧電圧Ｖｈを第１電圧目標値Ｖ１に一致させる（Ｓ１０７）。ここで、本願明細書における「一致」とは、２つの値の差異が所定の誤差範囲内であることをいうものとする。これによって、図４におけるＮＴ平面上の動作点は点Ａとなる。エンジン１２は、最適燃費条件が成立する状態でモータジェネレータＭＧ１にトルクを与え、モータジェネレータＭＧ１は発電電力要求値Ｐ０の電力を発電する。
【００４９】
コントロールユニット３０は、第２電圧目標値Ｖ２が第１電圧目標値Ｖ１より大きいときは、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２に一致させる（Ｓ１０８）。ここで、Ｖｈ２＝Ｖ２であるものとすると、図４におけるＮＴ平面上の動作点は点Ａから、第２電圧目標値Ｖ２に対応するＮＴ特性曲線Ｖｈ２と等電力線Ｐ０との交点Ｂ０に至る。その後、コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２に一致させた状態で、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１に対し、間欠発電制御（Ｓ１０９）として、要求電力依存・間欠制御を実行する。
【００５０】
（３）要求電力依存・間欠制御
要求電力依存・間欠制御は、モータジェネレータＭＧ２の制御を優先させて昇圧電圧Ｖｈが調整されるという条件の下、モータジェネレータＭＧ１に対する発電電力要求値の変化に基づいて、エンジン１２の始動および停止を行う制御である。
【００５１】
図５には、ステップＳ１０９で実行される間欠発電制御として要求電力依存・間欠制御のフローチャートが示されている。この制御においては、発電電力要求値Ｐに対する閾値として、Ｐ０より大きい第１閾値Ｐ１、および、第１閾値Ｐ１より大きい第２閾値Ｐ２が予め定められる。
【００５２】
コントロールユニット３０は、現時点においてエンジン１２が停止しているか否かを認識する（Ｓ２０１）。そして、エンジン１２が停止していると認識したときは、発電電力要求値Ｐが第２閾値Ｐ２未満であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。コントロールユニット３０は、発電電力要求値Ｐが第２閾値Ｐ２未満であるときは、エンジン１２が停止している状態を維持する（Ｓ２０３）。一方、発電電力要求値Ｐが第２閾値Ｐ２以上であるときは、エンジン１２の始動制御を実行する（Ｓ２０４）。
【００５３】
コントロールユニット３０は、エンジン１２が駆動状態にあると認識したときは、発電電力要求値Ｐが第１閾値Ｐ１を超えるか否かを判定する（Ｓ２０５）。そして、発電電力要求値Ｐが第１閾値Ｐ１を超えるときは、エンジン１２の駆動状態を維持する（Ｓ２０６）。一方、発電電力要求値Ｐが第１閾値Ｐ１以下であるときは、コントロールユニット３０は、エンジン１２の停止制御を実行する（Ｓ２０７）。コントロールユニット３０は、このような要求電力依存・間欠制御を実行した後、図３のステップＳ１０１、ステップＳ１０２、およびステップＳ１０４に戻る（Ｒ）。
【００５４】
このような処理によれば、第２電圧目標値Ｖ２が第１電圧目標値Ｖ１よりも大きい場合には、ステップＳ１０６の判定に基づき、ステップＳ１０８およびＳ１０９が繰り返し実行される（Ｒ）。これによって、コントロールユニット３０は次のような処理を実行する。すなわち、コントロールユニット３０は、発電電力要求値Ｐが、第１閾値Ｐ１から増加して第２閾値Ｐ２に達したときにエンジン１２の始動制御を実行し、その後、発電電力要求値Ｐが第２閾値Ｐ２から減少し第１閾値Ｐ１に達したときにエンジン１２の停止制御を実行する。
【００５５】
図６（ａ）〜（ｄ）には、それぞれ、（ａ）車両駆動回路２６からモータジェネレータＭＧ２に供給される駆動電力Ｐｖ、（ｂ）二次電池１８のＳＯＣ（State Of Charge）、（ｃ）充電要求電力Ｐｂ、および（ｄ）発電電力要求値Ｐの時間変化が示されている。ここでは、モータジェネレータＭＧ２に対するトルク要求値が一定であり、図６（ａ）に示されるように駆動電力Ｐｖもまた一定であるものとする。また、第１電圧目標値Ｖ１＜第２電圧目標値Ｖ２の関係が成立しているものとする。
【００５６】
図６（ｄ）に示されるように、図３のステップＳ１０８から間欠発電制御（Ｓ１０９）に移行した初期時刻ｔ０において、発電電力要求値ＰはＰ０である。発電電力要求値Ｐ０は、第１閾値Ｐ１より小さいため、コントロールユニット３０はエンジン１２を停止した状態を維持する。
【００５７】
図６に示される動作例では駆動電力Ｐｖが一定であるため、二次電池１８に充電された電力は、車両の走行によって消費される。時刻ｔ０においてエンジン１２は停止しており、モータジェネレータＭＧ１による発電が行われないため、ＳＯＣは時間の経過と共に減少する。これによって、初期時刻ｔ０以降、充電要求電力Ｐｂおよび発電電力要求値Ｐは増加する。
【００５８】
発電電力要求値Ｐが、時刻ｔ１において第２閾値Ｐ２に達すると、コントロールユニット３０は、エンジン１２の始動制御を行う。これによって、モータジェネレータＭＧ１による発電が行われ、ＳＯＣは時間の経過と共に増加し、充電要求電力Ｐｂおよび発電電力要求値Ｐは時間の経過と共に減少する。
【００５９】
発電電力要求値Ｐが、時刻ｔ２において第１閾値Ｐ１に達すると、コントロールユニット３０は、エンジン１２の停止制御を行う。これによって、モータジェネレータＭＧ１による発電が停止し、ＳＯＣは時間の経過と共に減少し、充電要求電力Ｐｂおよび発電電力要求値Ｐは時間の経過と共に増加する。
【００６０】
発電電力要求値Ｐが、時刻ｔ３において第２閾値Ｐ２に達すると、コントロールユニット３０は、エンジン１２の始動制御を行う。これによって、モータジェネレータＭＧ１による発電が行われ、ＳＯＣは時間の経過と共に増加し、充電要求電力Ｐｂおよび発電電力要求値Ｐは時間の経過と共に減少する。このように、時刻ｔ０〜ｔ１の時間、時刻ｔ１〜ｔ２の時間、時刻ｔ２〜ｔ３の時間、・・・・・で、エンジン１２は、停止状態および駆動状態を繰り返す。発電電力要求値Ｐが第１閾値Ｐ１に達したときは、動作点は図４の点Ｂ１となり、発電電力要求値Ｐが第２閾値Ｐ２に達したときは、動作点は図４の点Ｂ２となる。ここで、点Ｂ１は、等電力線Ｐ１とＮＴ特性曲線Ｖｈ２との交点であり、点Ｂ２は、等電力線Ｐ２とＮＴ特性曲線Ｖｈ２との交点である。
【００６１】
このような制御によれば、第２電圧目標値Ｖ２が第１電圧目標値Ｖ１以下であるときは、昇圧電圧Ｖｈを第１電圧目標値Ｖ１と一致させる制御が実行され、第２電圧目標値Ｖ２が第１電圧目標値Ｖ１よりも大きいときは、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２と一致させる制御が実行される。これによって、モータジェネレータＭＧ１による発電電力を低エネルギー損失の条件下で確保すると共に、ユーザの運転操作に応じた走行制御を実行することができる。
【００６２】
さらに、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２と一致させる制御が実行された場合には、要求電力依存・間欠発電制御が実行される。一般に、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１におけるエネルギー損失は、動作点を最適燃費線ＯＰＴ上に設定することで小さくなる。しかし、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２と一致させる制御が実行された場合には、最適燃費線ＯＰＴ上に動作点を設定することが困難となり、エネルギー損失を抑制することが困難となる。そこで、本実施形態に係る要求電力依存・間欠制御においては、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１を間欠的に停止し、エネルギー損失を抑制する。
【００６３】
（４）発電効率依存・間欠制御
発電効率依存・間欠制御は、モータジェネレータＭＧ２の制御を優先させて昇圧電圧Ｖｈが調整されるという条件の下、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御に伴って予測される発電効率に基づいて、エンジン１２の始動および停止を行う制御である。具体的には、昇圧電圧Ｖｈを第１電圧目標値Ｖ１に一致させ、さらに、発電電力を発電電力要求値Ｐに一致させた場合の第１発電効率を求め、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２に一致させ、さらに発電電力を発電電力要求値Ｐに一致させた場合の第２発電効率を求める。そして、第１発電効率と第２発電効率との差異に応じて間欠発電制御を行う。発電効率は、例えば、エンジン１２に供給された燃料を仕事率（単位はＪ／ｓ）に換算した値に対する、発電電力（単位はＪ／ｓ）の比率として定義される。
【００６４】
図７には、ステップＳ１０９で実行される間欠発電制御として発電効率依存・間欠制御のフローチャートが示されている。コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈを第１電圧目標値Ｖ１に一致させ、さらに、発電電力を発電電力要求値Ｐに一致させた場合の第１発電効率η１を求める（Ｓ３０１）。また、コントロールユニット３０は、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２に一致させ、さらに、発電電力を発電電力要求値Ｐに一致させた場合の第２発電効率η２を求める（Ｓ３０２）。これらの処理は、記憶部３６に記憶されている発電効率マップを参照することで行われる。発電効率マップは、昇圧電圧Ｖｈと、モータジェネレータＭＧ１による発電電力と、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１における発電効率とを対応付けたものである。発電効率マップは、シミュレーション、実験等によって作成され記憶部３６に記憶されている。
【００６５】
コントロールユニット３０は、第１発電効率η１から第２発電効率η２を減算した判定値Ｄを求める（Ｓ３０３）。そして、判定値Ｄが判定閾値Ｔよりも大きいか否かを判定する（Ｓ３０４）。コントロールユニット３０は、判定値Ｄが判定閾値Ｔよりも大きい場合には、発電停止制御を実行する（Ｓ３０５）。ここで発電停止制御は、エンジン１２が駆動状態にあるときはエンジン１２を停止させ、エンジン１２が停止した状態にあるときはその状態を維持する制御である。一方、判定値Ｄが判定閾値Ｔ以下であるときは、コントロールユニット３０は、発電駆動制御を実行する（Ｓ３０６）。ここで発電駆動制御は、エンジン１２が停止した状態にあるときはエンジン１２を始動し、エンジン１２が駆動状態にあるときはその状態を維持する制御である。コントロールユニット３０は、このような発電効率依存・間欠制御を実行した後、図３のステップＳ１０１、ステップＳ１０２、およびステップＳ１０４に戻る（Ｒ）。
【００６６】
発電効率依存・間欠制御によれば、昇圧電圧Ｖｈを第２電圧目標値Ｖ２と一致させる制御が実行された場合において、次のような原理に基づいてエネルギー損失を抑制することができる。図８には、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性が示されている。図４に示されている事項と同一の事項については同一の符号を付する。図８には、昇圧電圧をＶｈａ、Ｖｈｂ、およびＶｈｃで一定にした場合のそれぞれにつき、回転数ＮとトルクＴとの関係がＮＴ特性曲線Ｖｈａ、Ｖｈｂ、およびＶｈｃとして示されている。昇圧電圧Ｖｈａ、Ｖｈｂ、およびＶｈｃには、Ｖｈａ＜Ｖｈｂ＜Ｖｈｃの関係がある。
【００６７】
ここで、図３のフローチャートにおける最初の間欠発電制御（Ｓ１０９）において、発電電力要求値ＰがＰ０、第１電圧目標値Ｖ１がＶｈａ、第２電圧目標値Ｖ２がＶｈｃであったものとする。このとき、第１発電効率η１は動作点Ａ０に対して求められ、第２発電効率η２は動作点Ｃ０に対して求められる。ここで、動作点Ａ０は、等電力線Ｐ０と最適燃費線ＯＰＴとの交点であり、動作点Ｃ０は、等電力線Ｐ０とＮＴ特性曲線Ｖｈｃとの交点である。
【００６８】
動作点Ａ０および動作点Ｃ０における発電効率を、それぞれη１（Ａ０）およびη２（Ｃ０）とすると、判定値Ｄは、Ｄ＝η１（Ａ０）−η２（Ｃ０）である。この判定値Ｄが判定閾値Ｔよりも大きい場合には、コントロールユニット３０は、発電停止制御を実行し、判定値Ｄが判定閾値Ｔ以下である場合には、コントロールユニット３０は、発電駆動制御を実行する。
【００６９】
次に、繰り返し経路Ｒを経た第２回目の間欠発電制御（Ｓ１０９）において、発電電力要求値ＰがＰ１、第１電圧目標値Ｖ１がＶｈｂ、第２電圧目標値Ｖ２がＶｈｃであったものとする。このとき、第１発電効率η１は、動作点Ｂに対して求められ、第２発電効率η２は、動作点Ｃ１に対して求められる。ここで、動作点Ｂは、等電力線Ｐ１と最適燃費線ＯＰＴとの交点であり、動作点Ｃ１は、等電力線Ｐ１とＮＴ特性曲線Ｖｈｃとの交点である。動作点Ｂおよび動作点Ｃ１における発電効率を、それぞれη１（Ｂ）およびη２（Ｃ１）とすると、判定値Ｄは、Ｄ＝η１（Ｂ）−η２（Ｃ１）である。この判定値Ｄが判定閾値Ｔよりも大きい場合には、コントロールユニット３０は、発電停止制御を実行し、判定値Ｄが判定閾値Ｔ以下である場合には、コントロールユニット３０は、発電駆動制御を実行する。
【００７０】
判定値Ｄは、最適燃費線ＯＰＴから離れてエンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１を動作させた場合における、発電効率の低下の度合いを示す値である。判定値Ｄが大きい程、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１におけるエネルギー損失は大きくなる。
【００７１】
図８に示される例では、最初の判定値Ｄ＝η１（Ａ１）−η２（Ｃ０）は、第２回目の判定値Ｄ＝η１（Ｂ）−η２（Ｃ１）よりも大きい。ここで、判定閾値Ｔが、第２回目の判定値Ｄ＝η１（Ｂ）−η２（Ｃ１）以上の値、かつ、最初の判定値Ｄ＝η１（Ａ１）−η２（Ｃ０）よりも小さい値として設定されている場合には、最初の間欠発電制御では発電停止制御が実行され、第２回目の間欠発電制御では、発電駆動制御が実行されることとなる。これによって、最適燃費線ＯＰＴから大きく離れることが予測される最初の間欠発電制御においては、発電停止制御を実行し、エネルギー損失を抑制することができる。
【００７２】
判定閾値Ｔは、最適燃費線ＯＰＴから離れてエンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１を動作させる場合において、発電効率に対して許容され得る最大の低下を鑑みて、実験、シミュレーション等に基づいて決定すればよい。
【符号の説明】
【００７３】
１２エンジン、１４整流回路、１６，５４，６４ダイオード、１８二次電池、２０ＤＣ／ＤＣコンバータ回路、２２正極伝送線、２４負極伝送線、２６車両駆動回路、２８トルク伝達機構、３０コントロールユニット、３２電圧制御部、３４エンジン制御部、３６記憶部、３８レゾルバ、４０電流センサ、４２電圧計、４４運転操作部、４８インダクタ、５０第１ＩＧＢＴ、５２第２ＩＧＢＴ、５６出力コンデンサ、５８インバータ回路、５８ｕ，５８ｖ，５８ｗＩＧＢＴ組、６０上側ＩＧＢＴ、６２下側ＩＧＢＴ、Ｇジェネレータ、Ｍ走行用モータ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、
前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部に至る電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、
前記整流回路と前記車両駆動部との間の電力経路に、二次電池の出力電圧を調整した電力経路電圧を出力すると共に、前記電力経路と前記二次電池との間で電力を伝達するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路を制御し、前記電力経路電圧を調整する電圧制御部と、
前記二次電池の充電状態に基づいて前記ジェネレータに対する発電電力要求値を決定する発電電力要求値決定部と、を備え、
前記電圧制御部は、前記車両駆動部の動作に応じて前記電力経路電圧の目標値を決定し、前記電力経路電圧を前記目標値に調整し、
前記エンジン制御部は、前記発電電力要求値に基づいて前記エンジンを制御する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両搭載用発電装置において、
前記エンジン制御部は、前記発電電力要求値の変化に基づいて前記エンジンの始動制御または停止制御を行う、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記エンジン制御部は、
前記発電電力要求値が第１閾値から増加して第２閾値に達したときに前記エンジンの始動制御を行い、その後、前記発電電力要求値が前記第２閾値から減少し前記第１閾値に達したときに前記エンジンの停止制御を行う、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両搭載用発電装置において、
前記電圧制御部は、
前記二次電池の充電状態に応じて前記電力経路の第１目標値を決定し、前記車両駆動部の動作に応じて前記電力経路電圧の第２目標値を決定する電圧目標値決定手段を備え、
前記第２目標値が前記第１目標値を超えるときに、前記電力経路電圧を前記第２目標値に調整する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項５】
エンジンと、
前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、
前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部に至る電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、
前記整流回路と前記車両駆動部との間の電力経路に、二次電池の出力電圧を調整した電力経路電圧を出力すると共に、前記電力経路と前記二次電池との間で電力を伝達するコンバータ回路と、
前記二次電池の充電状態に基づいて前記ジェネレータに対する発電電力要求値を決定する発電電力要求値決定部と、
前記二次電池の充電状態に応じて前記電力経路電圧の第１目標値を決定し、前記車両駆動部の動作に応じて前記電力経路電圧の第２目標値を決定する電圧目標値決定部と、備え、
前記エンジン制御部は、
前記電力経路電圧を前記第１目標値に一致させ、さらに、前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力要求値に一致させた場合の前記エンジンおよび前記ジェネレータにおける第１発電効率と、
前記電力経路電圧を前記第２目標値に一致させ、さらに、前記ジェネレータの発電電力を前記発電電力要求値に一致させた場合の前記エンジンおよび前記ジェネレータにおける第２発電効率と、の差異に応じて前記エンジンを制御する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の車両搭載用発電装置において、
前記エンジン制御部は、
前記第１発電効率から前記第２発電効率を減じた減算値が所定の閾値を超えるときに、前記エンジンを停止させ、前記減算値が前記所定の閾値以下であるときに、前記エンジンを駆動させること、
を特徴とする、車両搭載用発電装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の車両搭載用発電装置において、
前記コンバータ回路を制御し、前記第２目標値が前記第１目標値を超えるときに、前記電力経路電圧を前記第２目標値に調整する電圧制御部、
を備えることを特徴とする車両搭載用発電装置。

【図１】