CN103097219B - 电动车辆的发电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动车辆的发电控制装置（11），包括：发电机（4），其由内燃机驱动；驱动电池（5），其能够存储由所述发电机（4）产生的电力并且探测作为充电状态的SOC；以及驱动电动机（6），其能够使用由所述发电机（4）产生的电力或者存储在所述驱动电池（5）中的电力推进车辆，其中，所述发电控制装置（11）控制所述发电机（4）的发电扭矩，以对应于作为驱动请求输出和电池请求输出之和的输出，其中，驱动请求输出是独立于所述驱动电动机（6）的驱动扭矩而基于人为操纵计算出的，电池请求输出是根据所述SOC计算出的。

Description

电动车辆的发电控制装置
技术领域
本发明涉及电动车辆的发电控制装置，尤其涉及考虑电动车辆的驱动扭矩和对驱动电池的充电量，对由安装在串联式混合动力电动车辆中的内燃机驱动的发电机进行发电控制的电动车辆的发电控制装置。
背景技术
串联式混合动力电动车辆包括由内燃机驱动的发电机、能够存储由该发电机产生的电力并且探测作为充电状态的SOC的驱动电池，以及能够使用由该发电机产生的电力或者存储在该驱动电池中的电力来推进车辆的驱动电动机，并且通过发电控制装置控制该内燃机的操作和该驱动电池的充电/放电。
对由内燃机驱动的发电机的发电控制的实例包括：根据对电池状态的判断确定产生的电力并且根据最大再生电力和最大产生电力判断电池状态的控制（日本特开1999-136808号公报）；根据作为电池充电状态的SOC执行/停止发电的控制，其中发电时间根据车辆速度而变化（日本专利3200493号公报）；以及根据行驶状态设定目标SOC并且使SOC收敛为该目标SOC的控制（日本特开1998-150701号公报）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开1999-136808号公报
专利文献2：日本专利3200493号公报
专利文献3：日本特开1998-150701号公报
发明内容
发明要解决的问题
操作点间歇性地操作发电机以将SOC保持在固定范围的类型(在下文中称为“固定点操作”)；以及控制驱动电动机和其它电负载，使得驱动电动机和其它电负载的电力消耗与所产生的电力一致的类型。
然而，作为固定点操作类型的前者的缺点在于，由于内燃机始终以固定的转数操作而与驾驶者的意图如加速器操作无关，所以驾驶者有异样感。作为电负载控制类型的后者的缺点在于，由于电力消耗由所产生的电力决定，所以当简单地根据电力不平衡限制驱动电动机输出时，行驶性能受到发电能力限制。
本发明的目的是在确保行驶性能的同时发电而又不产生异样感。
用于解决问题的方案
本发明是一种电动车辆的发电控制装置，包括：发电机，其由内燃机驱动；驱动电池，其能够存储由所述发电机产生的电力并且探测作为充电状态的SOC；以及驱动电动机，其能够使用由所述发电机产生的电力或者存储在所述驱动电池中的电力推进车辆，所述发电控制装置还包括：车速传感器，其检测所述电动车辆的车速；以及加速器传感器，其检测由驾驶者导致的加速器开度，其中，所述发电控制装置基于所述车速和所述加速器开度计算所述驱动电动机的驱动扭矩，基于所述驱动扭矩控制所述驱动电动机，根据所述加速器开度计算驾驶者请求发电量并且基于所述驱动电池的所述SOC计算电池请求发电量，并且基于与所述驾驶者请求发电量和所述电池请求发电量之和对应的发电扭矩控制所述发电机。
发明效果
本发明的电动车辆的发电控制装置可以确保遵照驾驶者的意图的驱动电动机的驱动力和行驶性能。
本发明的电动车辆的发电控制装置可以确保用于将驱动电池充电的发电机的发电量。
本发明的电动车辆的发电控制装置可以将驱动电池保持在接近优选SOC的状态。
附图说明
图1是电动车辆的发电控制装置的发电控制的框图。(实施方式）
图2是电动车辆的发电控制装置的系统配置图。（实施方式）
图3是示出驱动扭矩计算的第一映射的图。（实施方式）
图4是示出驾驶者请求发电量计算的第二映射的图。（实施方式）
图5是示出发电修正量（电池请求输出）的第三映射的图。（实施方式）
图6是示出内燃机特性映射上的最大内燃机扭矩曲线和发电机操作曲线的图。（实施方式）
具体实施方式
下面根据附图描述本发明的实施方式。
图1至图6示出本发明的实施方式。在图2中，附图标记1表示串联式混合动力电动车辆，附图标记2表示发电控制装置。电动车辆1的发电控制装置2配置为由内燃机3驱动的发电机4、驱动电池5和驱动电动机6通过高压电缆（HV+/HV-）7相互连接。此外，其它电负载8连接到高压电缆7。其它电负载8是由高电压驱动的电负载，如A/C压缩机、空调加热器等。
驱动电池5能够存储由发电机4产生的电力并且能够探测充电状态（在下文中称为“SOC”）。使用由发电机4产生的电力或者存储在驱动电池5中的电力来驱动驱动电动机6，并且驱动电动机6能够通过经由驱动轴9驱动驱动轮10来推进车辆。
内燃机3、发电机4、驱动电池5和驱动电动机6连接到发电控制装置2的驱动控制单元11。检测加速器开度的加速器传感器12和检测车速的车速传感器13连接到驱动控制单元11。内燃机3的内燃机转数信息、驱动电池5的SOC、由加速器传感器12检测到的加速器开度信号和由车速传感器13检测到的车辆信号输入到驱动控制单元11。加速器开度信号是表示由作为驾驶者的人为操纵的加速器操作导致的加速器开度的信号。车速信号是表示电动车辆1的车速的信号。
发电控制装置2根据由驱动控制单元11计算出的驱动扭矩命令驱动驱动电动机6，并且经由驱动轴9驱动驱动轮10。另一方面，发电控制装置2将内燃机控制命令（例如，节气门开度命令）从驱动控制单元11发送到内燃机3以产生要由驱动电动机6和其它电负载8消耗的电力，并且向发电机4发送发电扭矩命令来控制发电量，从而在整体上，电力消耗=所产生的电力。然而，所产生的电力的瞬时值不总是需要与电力消耗一致，因为驱动电池5被用作电力缓冲器。
在发电控制装置2中，如图1中所示，驱动控制单元11决定所产生的电力。在驱动控制单元11中，由驱动扭矩计算部14（参考对稍后描述的图3的说明）根据加速器开度和车速计算电动车辆1的行驶所需的对驱动电动机6的驱动扭矩命令。在此情况下，为了提供行驶所需的电力，由驾驶者请求发电量计算部15执行驾驶者请求发电量（参考对稍后描述的图4的说明）的计算，但是驾驶者请求发电量的计算结果不总是需要与驱动电动机6消耗的电力一致。由于驾驶者请求发电量与内燃机操作条件密切相关，所以如果内燃机操作条件与通过驾驶操作所预期的不同，则驾驶者会有异样感。
因此，驱动控制单元11根据主要包括由人为操纵决定的加速器开度的内燃机操作条件，着重于尽可能地防止驾驶者有异样感，来决定驾驶者请求发电量（驱动请求输出）。当根据该驾驶者请求发电量进行电力控制时，驱动电池5进入电流流入状态或者电流流出状态，并且导致过充电或过放电状态。因此，在驱动控制单元11中，由SOC偏差计算部16计算作为SOC和SOC目标值之间的差的SOC偏差，所述SOC目标值是SOC的收敛目标，由发电修正量计算部17（参考对稍后描述的图5的说明）根据该SOC偏差计算发电修正量（电池请求输出），并且由发电请求计算部18将发电修正量计算部17的计算结果与上述驾驶者请求发电量相加。
驱动电池5的SOC和SOC目标值之间的SOC偏差被反馈（倾向于通过发电充电），从而SOC落在一定的范围内。在发电控制部19中，根据作为驾驶者请求发电量和发电修正量之和的发电请求，进行发 电控制（参考对稍后描述的图6的说明），从而计算出对内燃机3的内燃机控制命令和对发电机4的发电扭矩命令。驱动控制单元11将该内燃机控制命令发送到内燃机3，并且将该发电扭矩命令发送到发电机4，从而控制发电量。
在此，驾驶者的人为操纵是指加速器操作。由于根据加速器操作量决定加速器开度，所以可以通过由加速器传感器12检测加速器开度来检测加速器操作量。此外，根据驱动电池5的SOC计算出的电池请求输出是发电修正量。通过将作为发电修正量的电池请求输出与根据由人为操纵（加速器开度）决定的驾驶者请求发电量的发电量相加获得的结果是最终实际发电量。
在此情况下，驾驶者请求发电量和实际驱动电动机输出在某些时候被认为近似相等，但不是在任意瞬间都相互一致，类似地，驱动电池5的充电/放电量和发电修正量在某些时候被认为近似相等，但不是在任意瞬间都相互一致。
即使将收支原样累积并且累积它们之间的差，也没有问题的理由是，所述差在驱动电池5的充电/放电量中出现并且在SOC偏差中出现，因此作为SOC偏差的反馈结果，所述差被修正。因此，收支相互一致，从而在整体上，电力消耗=所产生的电力。因此，电池请求输出可以是发电修正量。
图3是驱动扭矩计算部14计算驱动扭矩用的第一映射的实例。如图3中所示，根据加速器开度和车速并且使用第一映射来设定驱动电动机6的驱动扭矩。具体地，驱动电动机6的驱动扭矩设定为使得驱动扭矩随着加速器开度增加而增加，并且在车速的高速侧，驱动扭矩随着车速增加而逐渐减小。
在此情况下，根据车速和加速器开度决定驱动扭矩命令。所要关注的是如下事实：此时决定的驱动扭矩命令不受发电量或发电机4的发电量预测值限制。即使发电机4的上升特性由于将发电效率置于高优先级而响应性低，也能够独立于该上升特性地设定驱动扭矩特性。
图4是驾驶者请求发电量计算部15计算驾驶者请求发电量用的 第二映射的实例。如图4中所示，仅根据加速器开度来设定基于人为操纵的驾驶者请求发电量（驱动请求输出）。具体地，驾驶者请求发电量设定为使得驾驶者请求发电量随着加速器开度增加而增加，并且驾驶者请求发电量的增加率随着加速器开度增加而下降。
驾驶者请求发电量（驱动请求输出）不需要与根据图3中的驱动扭矩命令预测的驱动电动机6的电力消耗一致，而是根据由驾驶者通过驾驶操作所预期的内燃机操作条件设定的。一般来说，通过下压加速器踏板来预期内燃机转数的增加。在本实施方式中，驱动请求发电量设定为相对于加速器开度单调地增加。
图5是发电修正量计算部17计算发电修正量用的第三映射的实例。如图5中所示，根据驱动电池5的SOC和SOC目标值之间的SOC偏差设定发电修正量（电池请求输出）。具体地，发电修正量的绝对值随着SOC偏差增加而增加，并且发电修正量的绝对值的增加率随着SOC偏差增加而逐渐降低。
当作为驱动电池5的SOC和SOC目标值之间的差的SOC偏差为正时，通过将发电修正量设定为负值来抑制发电请求，从而降低SOC。当SOC偏差为负时，通过将发电修正量设定为正值来增加发电请求，从而增加SOC。由此，围绕SOC目标值来控制驱动电池5的SOC。发电修正量起到相对于上述驾驶者请求发电量的偏置的作用，因此能够使内燃机操作条件给驾驶者带来的异样感最小化。
图6示出用于表示发电控制部19的发电控制实例的内燃机特性（最大内燃机扭矩曲线）和发电机操作曲线。在内燃机特性的映射上，绘出根据内燃机转数和内燃机产生扭矩决定的等效输出曲线，并且连接所述等效输出曲线上内燃机效率最佳的点而成的曲线被确定为发电机4的操作曲线。该操作曲线上的发电机操作点（内燃机转数、内燃机产生扭矩）相对于上述发电请求被唯一确定，并且可以从该内燃机特性预先找到此时对内燃机3的内燃机控制请求值（例如，节气门开度）。对于特定操作点的发电控制，内燃机产生扭矩和发电扭矩需要相等，从而例如在图6中，在发电请求为10kW的情况下，可以确定发电扭矩命令=内燃机产生扭矩=35Nm，并且 节气门开度（内燃机控制命令）=40%。
描述内燃机3的输出控制。控制内燃机3的输出的发电控制装置2计算“驾驶者请求发电量”、“SOC（充电状态）”和“目标SOC的请求电力”。通过作为驾驶者的人为操纵的加速器操作计算“驾驶者请求发电量”。可以通过车速和作为驾驶者的人为操纵的加速器操作计算驱动电动机的“驱动扭矩”。
将设定值a设定为作为驱动电池5的常用范围而容许的范围的下限，即，SOC的可容许下限值。在当前时间（计算时间）的SOC为该设定值a以上时，该SOC被判断为相对于该可容许下限值具有余量。由于驱动电池5的常用范围被设定为比驱动电池5的可用范围窄的范围，所以与驱动电池5的可用范围的下限值相比，该可容许下限值是具有余量宽度的大值。
如果当前时间的SOC小于设定值a，则该SOC不能再降低，并且被判断为需要恢复状态。然后，将a（“驾驶者请求发电量”+“目标SOC的请求电力”）作为“内燃机的目标输出”并且改善该SOC，同时保持基于人为操纵的驱动输出。内燃机3的操作（燃烧）处于浓缩区域（enrich region）。
在内燃机3的操作（燃烧）中，设定与对应于理想配比区域（stoichiometric region）和浓缩区域之间边界的发动机输出相对应的阈值b。在当前时间的SOC为设定值a以上时，将用于产生（“驾驶者请求发电量”+“针对目标SOC的请求电力”）的内燃机3的输出与阈值b相比较。
当用于产生（“驾驶者请求发电量”+“针对目标SOC的请求电力”）的内燃机3的输出为阈值b以下时，将“内燃机的目标输出”设定为（“驾驶者请求发电量”+“针对目标SOC的请求电力”）。由此，改善SOC，同时保持基于人为操纵的驱动输出。内燃机3的操作（燃烧）处于理想配比区域。
当用于产生（“驾驶者请求发电量”+“针对目标SOC的请求电力”）的内燃机3的输出超过阈值b时，将“内燃机的目标输出”设定为与阈值b相等的值。由此，优先地尽可能确保基于人为操纵的 驱动输出，同时如果有余量则改善SOC。此时，与SOC偏差相对应的发电不是被原样充电，而是被抑制。当只产生“驾驶者请求发电量”所需的内燃机3的输出超过阈值b时，限制电动车辆1的驱动扭矩，从而不进行SOC的改善（对驱动电池5的充电）。此时内燃机3的操作（燃烧）也处于理想配比区域。
如上所述，发电控制装置2控制发电机4的发电扭矩，以对应于作为驾驶者请求发电量（驱动请求输出）和发电修正量（电池请求量）之和的输出，其中，驾驶者请求发电量（驱动请求输出）是独立于驱动电动机6的驱动扭矩而基于人为操纵计算出的，发电修正量（电池请求量）是根据驱动电池5的SOC计算出的。
由此，电动车辆1的发电控制装置2可以确保遵照驾驶者的意图的驱动电动机6的驱动力和行驶性能。此外，发电控制装置2可以确保用于将驱动电池5充电的发电机4的发电量。此外，发电控制装置2可以将驱动电池5保持在接近优选SOC的状态。
此外，发电控制装置2预先设定作为驱动电池5的SOC的收敛目标的SOC目标值，并且根据驱动电池5的SOC和SOC目标值之间的偏差计算发电修正量（电池请求输出）。
由此，电动车辆1的发电控制装置2增减发电机4的发电量，以使驱动电池5的SOC收敛到期望的SOC目标值，从而进行伴随该收敛的充电/放电，由此使驱动电池5的实际SOC收敛到期望的SOC目标值。换句话说，发电控制装置2可以关于驱动电池5的充电/放电进行反馈控制。
此外，由发电控制装置2向驱动电动机6提供的驱动扭矩与基于人为操纵的驾驶者请求发电量（驱动请求输出）相对应，并且不依存于大致同时的发电机4的发电扭矩。
由此，电动车辆1的发电控制装置2可以确保遵照驾驶者的意图的足够的驱动力和高行驶性能。
此外，发电控制装置2根据加速器开度和车速并且使用第一映射（图3）设定驱动电动机6的驱动扭矩，在该第一映射中，驱动扭矩随着加速器开度增加而增加，并且在高速度侧，驱动扭矩随着车 速增加而逐渐降低。此外，发电控制装置2仅根据加速器开度并且使用第二映射（图4）设定基于人为操纵的驾驶者请求发电量（驱动请求输出），在该第二映射中，驾驶者请求发电量（驱动请求输出）随着加速器开度增加而增加，并且驾驶者请求发电量（驱动请求输出）的增加率随着加速器开度增加而降低。此外，发电控制装置2根据驱动电池的SOC和SOC目标值之间的SOC偏差并且使用第三映射（图5）设定发电修正量（电池请求输出），在该第三映射中，作为发电修正量的电池请求输出的绝对值随着SOC偏差增加而增加，并且作为发电修正量的电池请求输出的绝对值的增加率随着SOC偏差增加而逐渐降低。
由此，电动车辆1的发电控制装置2可以充分地发电，同时确保遵照驾驶者的意图的行驶性能，而不会带来异样感。此外，电动车辆1的发电控制装置2可以使驱动电池5的实际SOC收敛到接近期望的SOC目标值的值，并且保持该SOC，同时确保行驶性能。
工业上的可利用性
根据本发明的电动车辆的发电控制装置不仅适用于串联式混合动力电动车辆，而且还适用于串并联式混合动力电动车辆。

Claims (4)

1.一种电动车辆的发电控制装置，包括：发电机，其由内燃机驱动；驱动电池，其能够存储由所述发电机产生的电力并且探测作为充电状态的SOC；以及驱动电动机，其能够使用由所述发电机产生的电力或者存储在所述驱动电池中的电力推进车辆，所述发电控制装置还包括：
车速传感器，其检测所述电动车辆的车速；以及
加速器传感器，其检测由驾驶者导致的加速器开度，
其中，所述发电控制装置基于所述车速和所述加速器开度计算所述驱动电动机的驱动扭矩，基于所述驱动扭矩控制所述驱动电动机，根据所述加速器开度计算驾驶者请求发电量并且基于所述驱动电池的所述SOC计算电池请求发电量，并且基于与所述驾驶者请求发电量和所述电池请求发电量之和对应的发电扭矩控制所述发电机。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的发电控制装置，
其中，所述发电控制装置预先设定作为所述驱动电池的所述SOC的收敛目标的SOC目标值，并且根据所述驱动电池的所述SOC和所述SOC目标值之间的偏差计算所述电池请求输出。
3.根据权利要求1所述的电动车辆的发电控制装置，
其中，所述驱动扭矩不依存于与所述驱动扭矩大致同时计算的所述发电扭矩。
4.根据权利要求1所述的电动车辆的发电控制装置，
其中，所述发电控制装置根据所述加速器开度和所述车速并且使用第一映射来设定所述驱动扭矩，在所述第一映射中，所述驱动扭矩随着所述加速器开度增加而增加，并且在所述车速的高速侧，所述驱动扭矩随着所述车速增加逐渐降低，
仅根据所述加速器开度并且使用第二映射来设定所述驾驶者请求发电量，在所述第二映射中，所述驾驶者请求发电量随着所述加速器开度增加而增加，并且所述驾驶者请求发电量的增加率随着所述加速器开度增加而降低，并且
使用第三映射来设定所述电池请求发电量，在所述第三映射中，所述电池请求发电量的绝对值随着所述驱动电池的检测到的SOC和目标SOC之间的偏差增加而增加，并且所述电池请求发电量的所述绝对值的增加率随着所述偏差增加而逐渐降低。
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