DE112009005475T5

DE112009005475T5 - Elektromotorische kraftvorrichtung

Info

Publication number: DE112009005475T5
Application number: DE112009005475T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Watanabe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-10-31
Also published as: JP5454588B2; JPWO2011077528A1; US9132737B2; US20120249061A1; WO2011077528A1

Abstract

Es wird eine elektromotorische Kraftvorrichtung geschaffen, die in einem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem montiert ist, bewirkt, dass eine Brennkraftmaschine effektiv angetrieben wird, und somit bewirkt, dass das Fahrzeug effizient fährt. Eine Startsteuervorrichtung 30 beschafft einen Batteriestromausgang von einem Batterieamperemeter 21 und einen Batteriespannungsausgang von einem Batterievoltmeter 22 in einer eingestellten manuellen Berechnungsperiode, um einen mittleren Batterieausgang zu berechnen. Die Startsteuervorrichtung 30 stellt einen Startzeitpunkt einer Gasturbine 10 auf der Grundlage des mittleren Batterieausgangs, der von einer Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 berechnet wird, und des derzeitigen SOC, der von einer SOC-Berechnungseinheit 32 berechnet wird, ein.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromotorische Kraftvorrichtung und insbesondere eine elektromotorische Kraftvorrichtung, die in einem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem montiert ist.
Stand der Technik
In den vergangenen Jahren wurden Hybridfahrzeuge, in denen eine Brennkraftmaschine mit einer sekundären Batterie als einer elektrischen Speichervorrichtung und einem Elektromotor kombiniert wird, zur Verbesserung der Umwelt entwickelt. Als Hybridfahrzeuge gibt es sogenannte Serientypen und Paralleltypen. Unter diesen verwendet das Hybridfahrzeug vom Serientyp die Brennkraftmaschine zur Energieerzeugung und den Elektromotor zum Antreiben der Achse und zur Regeneration.
Als Hybridfahrzeug vom Serientyp ist ein Hybridkraftfahrzeug, das einen Antriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechend der Verringerung der Lademenge der sekundären Batterie steuert, bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Ein derartiges Hybridkraftfahrzeug startet die Fahrt, wenn der Ladungszustand der elektrischen Speichervorrichtung größer als ein Steuerziel ist, und fährt mit gestopptem Verbrennungsmotor, bis der Ladungszustand das Steuerziel erreicht. Nachdem der Ladungszustand das Steuerziel erreicht hat, fährt das Hybridkraftfahrzeug unter Verwendung des Verbrennungsmotors und eines Motor-Generators.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-62640

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn der Zustand der Ladung bzw. der Ladungszustand (im Folgenden als „SOC” bezeichnet) der sekundären Batterie niedrig ist, wird diese Art von Hybridfahrzeug vom Serientyp in seiner Fahrt beispielsweise durch Verzögern des Fahrzeugs eingeschränkt. Wenn das Fahrzeug in seiner Fahrt eingeschränkt ist, kann die Fahrleistung des Fahrzeugs nicht ausreichend erzielt werden. Das Hybridfahrzeug, das in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, wird jedoch derart gesteuert, dass der Zustand der Ladung der sekundären Batterie entsprechend dem Zweck verbleibt, wenn das Hybridfahrzeug an dem Ziel ankommt. Daher ist es notwendig, den Antrieb der Brennkraftmaschine zu unterdrücken, und das Fahrzeug in seiner Fahrt zu beschränken. Als Ergebnis besteht das Problem, dass das Hybridfahrzeug nicht effizient fahren kann.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromotorische Kraftvorrichtung zu schaffen, die an einem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem montiert ist, einen effektiven Antrieb einer Brennkraftmaschine bewirkt und somit bewirken kann, dass das Fahrzeug die Fahrt effizient durchführt.
Lösung für das Problem
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die das oben beschriebene Problem löst, wird eine elektromotorische Kraftvorrichtung geschaffen, die eine Brennkraftmaschine aufweist, die Elektrizität erzeugt, und die Elektrizität, die von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, einer sekundären Batterie, die in dem Fahrzeug montiert ist, zuführt, wobei die Vorrichtung enthält: eine SOC-Beschaffungseinrichtung zum Beschaffen des SOC der sekundären Batterie, die in dem Fahrzeug montiert ist; eine Soll-SOC-Beschaffungseinrichtung zum Beschaffen eines Soll-SOC, wenn das Fahrzeug die Fahrt beendet hat; eine Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie zum Beschaffen der benötigten elektrischen Energie, die die elektrische Energie ist, die das Fahrzeug zum Fahren benötigt; eine Elektromotorik-Kraftwertbeschaffungseinrichtung zum Beschaffen eines elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine; und eine Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Startzeitpunkts für die Brennkraftmaschine zum Laden der sekundären Batterie, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt auf der Grundlage des SOC der sekundären Batterie, der von der SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, des Soll-SOC, der von der Soll-SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, der benötigten elektrischen Energie, die von der Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie beschafft wird, und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine, der von der Elektromotorik-Kraftwertbeschaffungseinrichtung beschafft wird, bestimmt.
In der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ladestartzeitpunkt auf der Grundlage des SOC der sekundären Batterie, der von der SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, des Soll-SOC, der von der Soll-SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, der benötigten elektrischen Energie, die von der Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie beschafft wird, und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine, der von der Elektromotorik-Kraftwertbeschaffungseinrichtung beschafft wird, bestimmt. Als Ergebnis wird der Ladestartzeitpunkt entsprechend dem Zustand der Ladung der sekundären Batterie oder der elektrischen Energie, die für eine Hybridfahrt benötigt wird, bestimmt. Daher kann die Brennkraftmaschine durch Anbringen der elektromotorischen Kraftvorrichtung an dem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem effektiv angetrieben werden, und somit kann das Fahrzeug effizient fahren.
Hier kann gemäß einem Aspekt außerdem eine Anforderungsmittelausgangsbeschaffungseinrichtung zum Beschaffen eines mittleren Ausgangs, der für das Fahrzeug gefordert wird, bereitgestellt werden, wobei die Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie die benötigte elektrische Energie zum Fahren auf der Grundlage des mittleren Ausgangs, der für das Fahrzeug gefordert wird, beschafft. Wie es oben beschrieben wurde, kann die benötigte elektrische Energie für die Fahrt des Fahrzeugs auf der Grundlage des geforderten mittleren Ausgangs des Fahrzeugs beschafft werden.
Gemäß einem Aspekt kann ein Schwellenwert für die Beziehung zwischen dem geforderten mittleren Ausgang und dem SOC auf der Grundlage des Soll-SOC und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine eingestellt werden, und die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung kann einen Zeitpunkt, zu dem die Beziehung zwischen dem geforderten mittleren Ausgang und dem SOC den Schwellenwert überschreitet, als den Ladestartzeitpunkt bestimmen. Gemäß diesem Aspekt kann der Ladestartzeitpunkt einfach und zuverlässig bestimmt werden.
Gemäß einem Aspekt kann außerdem eine Sekundärbatteriemittelausgangsbeschaffungseinrichtung zum Beschaffen eines Sekundärbatteriemittelausgangswerts, der der mittlere Ausgang der sekundären Batterie ist, vorgesehen sein, wobei die Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie die benötigte elektrische Energie zum Fahren auf der Grundlage des Sekundärbatteriemittelausgangs beschafft. Wie es oben beschrieben wurde, kann die benötigte elektrische Energie für die Fahrt des Fahrzeugs auf der Grundlage des Sekundärbatteriemittelausgangs des geforderten mittleren Ausgangs in dem Fahrzeug beschafft werden
Gemäß einem Aspekt kann ein Schwellenwert für die Beziehung zwischen dem Sekundärbatteriemittelausgang und dem SOC auf der Grundlage des Soll-SOC und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine eingestellt werden, und die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung kann einen Zeitpunkt, zu dem die Beziehung zwischen dem Sekundärbatteriemittelausgang und dem SOC den Schwellenwert überschreitet, als den Ladestartzeitpunkt bestimmt. Gemäß diesem Aspekt kann der Ladestartzeitpunkt einfach und zuverlässig bestimmt werden.
Außerdem kann gemäß einem Aspekt der Sekundärbatteriemittelausgang ein Wert eines Stromausgangs der Sekundärbatterie sein. Wie es oben beschrieben wurde, ist der Sekundärbatteriemittelausgang vorzugsweise der Wert des Stromausgangs der Sekundärbatterie.
Außerdem kann gemäß einem Aspekt eine Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung zum Beschaffen von Straßeninformationen bis zu einem Ladebereich, in dem die Sekundärbatterie von außerhalb des Fahrzeugs geladen werden kann, bereitgestellt werden, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung einen Ladezeitpunkt entsprechend den Straßeninformationen, die von der Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung beschafft werden, einstellt bzw. anpasst.
Wie es oben beschrieben wurde, kann durch Anpassen des Ladezeitpunkts entsprechend den Straßeninformationen, die von der Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung beschafft werden, der zukünftige Zustand der Ladung der sekundären Batterie vorhergesagt werden. Daher kann die Brennkraftmaschine noch effektiver angetrieben werden, und das Fahrzeug kann effizient fahren.
Außerdem kann gemäß einem Aspekt eine Erzeugungseinrichtung für einen Verbrauchsplan für eine elektrische Energie zum Erzeugen eines Verbrauchsplans für eine elektrische Energie bis zur Ankunft an dem Ladebereich auf der Grundlage der Straßeninformationen, die von der Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung beschafft werden, vorgesehen werden, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt auf der Grundlage des Verbrauchsplans für eine elektrische Energie einstellt bzw. anpasst.
Wie es oben beschrieben wurde, kann durch Erzeugen des Verbrauchsplans für eine elektrische Energie und Einstellen bzw. Anpassen des Ladestartzeitpunkts auf der Grundlage des Verbrauchsplans für eine elektrische Energie der zukünftige Zustand der Ladung noch effektiver vorhergesagt werden, die Brennkraftmaschine kann noch effektiver angetrieben werden, und das Fahrzeug kann effizient fahren.
Außerdem kann gemäß einem Aspekt eine Fahrbeschränkungseinrichtung zum Beschränken der Fahrt des Fahrzeugs, wenn der SOC der sekundären Batterie, der von der SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, einen vorbestimmten Fahrbeschränkungsstart-SOC erreicht, vorgesehen sein, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt entsprechend einer Toleranz einstellt bzw. anpasst, wenn der SOC der sekundären Batterie auf unterhalb des Fahrbeschränkungsstart-SOC abfällt.
Wie es oben beschrieben wurde, kann durch Einstellen bzw. Anpassen des Ladestartzeitpunkts entsprechend der Toleranz, wenn der SOC der sekundären Batterie auf unterhalb des Fahrbeschränkungsstart-SOC abfällt, die Energiemenge der sekundären Batterie, die verwendet wird, bis das Fahrzeug an einem Ziel ankommt, groß gemacht werden. Daher kann das Fahrzeug effizient fahren, während so weit wie möglich der Antrieb der Brennkraftmaschine verhindert wird.
Außerdem kann gemäß einem Aspekt die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt in einem Bereich, in dem der SOC der sekundären Batterie gleich oder größer als der Fahrbeschränkungsstart-SOC ist, einstellen bzw. anpassen.
Wie es oben beschrieben wurde, kann das Fahrzeug durch Einstellen bzw. Anpassen des Ladestartzeitpunkts in einem Bereich, in dem der SOC der sekundären Batterie gleich oder größer als der Fahrbeschränkungsstart-SOC ist, fahren, ohne dass die Fahrt eingeschränkt wird. Daher kann die Energie effizient verwendet werden.
Außerdem kann das Fahrzeug gemäß einem Aspekt mit einem Ladestartschalter versehen sein, der von einem Insassen betätigt werden kann, und die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung kann vorzugsweise einen Zeitpunkt, zu dem der Ladestartschalter eingeschaltet wird, als den Ladestartzeitpunkt bestimmen.
Wie es oben beschrieben wurde, kann der Ladestartzeitpunkt durch Bestimmen eines Zeitpunkts, zu dem der Ladestartschalter, der von dem Insassen betätigt werden kann, eingeschaltet wird, entsprechend der Absicht des Insassen als der Ladestartzeitpunkt bestimmt werden.
Es kann ein Hybridfahrzeug, das irgendeine der oben beschriebenen elektromotorischen Kraftvorrichtungen, die sekundäre Batterie und einen Elektromotor, der ein Antriebsrad unter Verwendung von Elektrizität, die von der sekundären Batterie zugeführt wird, antreibt, enthält, vorgesehen sein.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem montiert sein, bewirken, dass eine Brennkraftmaschine effizient angetrieben wird, und somit bewirken, dass das Fahrzeug effizient fährt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs darstellt, das eine elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
3 ist eine Grafik, die eine Startzeitpunkteinstellkennlinie darstellt.
4 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen einer EV-Fahrstrecke und einem geforderten mittleren Ausgang, bis eine Gasturbine startet, darstellt.
5 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der EV-Fahrstrecke und dem geforderten mittleren Ausgang, bis die Gasturbine startet, in einem Fall darstellt, in dem sich der Ausgang der Gasturbine erhöht.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Prozedur einer Startsteuervorrichtung darstellt.
7(a) ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung eines SOC darstellt, und 7(b) ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung eines Batterieausgangs darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Startsteuervorrichtung einer elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
9 ist eine Grafik, die eine Startzeitpunkteinstellkennlinie der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
10 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen einer EV-Fahrstrecke und einem geforderten mittleren Ausgang, bis eine Gasturbine in der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform startet, in einem Fall darstellt, in dem sich der Ausgang der Gasturbine erhöht.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Startsteuervorrichtung einer elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
12(a) ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung eines SOC in einem Fall darstellt, in dem der SOC bei einem Ziel eines Fahrplans nicht der minimale SOC ist, und
12(b) ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung des Batterieausgangs darstellt.
13(a) ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung eines SOC in einem Fall darstellt, in dem der SOC bei einem Ziel eines Fahrplans gleich dem minimalen SOC ist, und 13(b) ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung des Batterieausgangs darstellt.
14 ist eine Grafik, die die zeitliche Änderung eines SOC in einem Fall darstellt, in der der SOC bei einem Ziel durch Vorverlegen eines Startzeitpunkts einer Gasturbine den minimalen SOC erreicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Hier werden in der Beschreibung der Zeichnungen dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten verwendet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Außerdem stimmen aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung der Zeichnungen die Abmessungsverhältnisse in den Zeichnungen nicht notwendigerweise mit denjenigen, die in der Beschreibung angegeben sind, überein.
Zunächst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs, das eine elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält, darstellt. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie es in 1 dargestellt ist, enthält ein Hybridfahrzeug eine elektromotorische Kraftvorrichtung 1. Außerdem ist eine Batterie 2 als eine sekundäre Batterie mit der elektromotorischen Kraftvorrichtung 1 verbunden. Ein Motor 4 als ein Elektromotor ist mit der elektromotorischen Kraftvorrichtung 1 und der Batterie 2 über einen Inverter 3 verbunden. Der Motor 4 ist mit einem Rad (nicht dargestellt) verbunden. Durch Antreiben des Motors 4 dreht sich das Rad und das Hybridfahrzeug fährt. Außerdem lädt der Motor 4 die Batterie 2 mit Elektrizität, die mittels Regeneration erzeugt wird.
Die elektromotorische Kraftvorrichtung 1 enthält eine Gasturbine 10 als eine Brennkraftmaschine. Die Gasturbine 10 enthält eine Turbine 11. Ein Combustor 12 ist mit der Turbine 11 verbunden, und ein Kompressor 13 ist mit dem Combustor 12 verbunden. Der Kompressor 13 saugt die externe Luft an und führt die komprimierte Luft dem Combustor 12 zu. Der Kompressor 13 ist direkt mit der Turbine 11 verbunden und führt die Energie dem Kompressor 13 mittels Drehung der Turbine 11 zu. Diese Gasturbine 10 erzeugt 10 kW an elektrischer Energie bei einem Nennausgang.
Der Combustor 12 verbrennt die zugeführte komprimierte Luft, um ein Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Das Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck, das mittels Verbrennung der komprimierten Luft erzeugt wird, wird der Turbine 11 von dem Combustor 12 zugeführt. Die Turbine 11 wird durch das Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck gedreht. Das Gas, das die Turbine gedreht hat, wird von der Turbine 11 als ein Abgas ausgelassen.
Außerdem ist die Gasturbine 10 mit einem Wärmetauscher 14 versehen. Der Wärmetauscher 14 führt den Wärmeaustausch zwischen der komprimierten Luft, die dem Combustor 12 durch den Kompressor 13 zugeführt wird, und dem Abgas, das von der Turbine 11 ausgelassen wird, durch, wodurch die komprimierte Luft aufgeheizt wird und das Abgas gekühlt wird. Das Abgas, das durch den Wärmetauscher 14 einem Wärmetauschprozess unterzogen wurde, wird ausgegeben, wie es ist.
Außerdem ist die elektromotorische Kraftvorrichtung 1 mit einem Energiegenerator 17 und einem Gleichrichter 18 versehen. Eine Drehwelle 11A ist mit der Turbine 11 der Gasturbine 10 verbunden. Der Energiegenerator 17 ist mit der Drehwelle 11A der Gasturbine 10 verbunden. Die Drehung der Turbine 11 wird an den Energiegenerator 17 über die Drehwelle 11A übertragen. Der Energiegenerator 17 erzeugt Elektrizität durch die Drehung der Turbine 11.
Die Elektrizität, die von dem Energiegenerator 17 erzeugt wird, ist ein Wechselstrom. Die Elektrizität, die von dem Gleichrichter 18 in Gleichstrom gewandelt wird, wird von dem Gleichrichter 18 der Batterie 2 und dem Inverter 3 zugeführt. Außerdem wird der Gleichstrom von der Batterie 2 dem Inverter 3 zugeführt. Der Inverter 3 wandelt den Gleichstrom, der von dem Gleichrichter 18 und der Batterie 2 zugeführt wird, in Wechselstrom um und führt den Wechselstrom dem Motor 4 zu.
Außerdem enthält die elektromotorische Kraftvorrichtung 1 eine ECU (elektronische Steuereinheit) 20. Eine Startsteuervorrichtung 30 ist mit der ECU 20 verbunden. Außerdem ist die ECU 20 mit dem Combustor 12 und dem Gleichrichter 18 verbunden. Wenn ein Startsignal von der Startsteuervorrichtung 30 übertragen wird, überträgt die ECU 20 ein Motorsignal an den Gleichrichter 18 und betreibt den Gleichrichter 18 als einen Inverter. Durch Betreiben des Gleichrichters 18 als ein Inverter wird die Wechselstromspannung an den Energiegenerator 17 angelegt, der die elektrische Energie der Batterie 2 als Eingang verwendet, und die Gasturbine 10 startet unter Verwendung des Energiegenerators 17 als Motor. Wie es oben beschrieben wurde, ist der Zeitpunkt, zu dem die Startsteuervorrichtung 30 das Startsignal überträgt und die ECU 20 dieses Startsignal empfängt, ein Ladestartzeitpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gleichzeitig steuert die ECU 20 die Fließrate des Kraftstoffs, der der Gasturbine 10 zuzuführen ist, und beschleunigt die Gasturbine 10, um die Drehzahl bis zu der Nenndrehzahl zu erhöhen. Wenn die Drehzahl der Gasturbine 10 etwa die Hälfte der Nenndrehzahl beträgt, stoppt der Gleichrichter 18 die Aktivierung des Energiegenerators 17. Wenn die Drehzahl der Gasturbine 10 gleich der Nenndrehzahl ist, steuert die ECU 20 die Fließrate des Kraftstoffs, um die Turbine 10 mit dem Nennausgang zu betreiben, und somit erzeugt der Energiegenerator 17 die Energie.
Andererseits sind ein Batterievoltmeter 21, ein Batterieamperemeter 22 und ein Batteriethermometer 23 an der Batterie 2 angebracht. Außerdem enthält die Startsteuervorrichtung 30 der elektromotorischen Kraftvorrichtung 1, wie es in 2 dargestellt ist, eine Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31, eine Ladungszustandsberechnungseinheit 32 (SOC-Berechnungseinheit) und eine Startzeitpunkteinstelleinheit 33. Außerdem sind eine manuelle Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 und ein manueller Startschalter 42 in der Nähe eines Fahrersitzes eines Hybridfahrzeugs vorgesehen.
Das Batterievoltmeter 21, das Batterieamperemeter 22 und die manuelle Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 sind mit der Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 verbunden. Die manuelle Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 kann die Messzeit eines Batteriestroms und einer Batteriespannung für die Berechnung eines mittleren Batterieausgangs einstellen.
Die Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 berechnet den mittleren Batterieausgang unter Verwendung der Batteriespannung, die von dem Batterievoltmeter 21 übertragen wird, und des Batteriestroms, der von dem Batterieamperemeter 22 übertragen wird, zu einem Zeitpunkt, der von der manuellen Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 eingestellt wird. Die Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 gibt den berechneten mittleren Batterieausgang an die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 aus.
Das Batterievoltmeter 21, das Batterieamperemeter 22 und das Batteriethermometer 23 sind mit der SOC-Berechnungseinheit 32 verbunden. Die SOC-Berechnungseinheit 32 berechnet den SOC der Batterie auf der Grundlage der Batteriespannung, die von dem Batterievoltmeter 21 gemessen wird, des Batteriestroms, der von dem Batterieamperemeter 22 gemessen wird, und der Batterietemperatur, die von dem Batteriethermometer 23 gemessen wird. Die SOC-Berechnungseinheit 32 gibt den berechneten SOC der Batterie 2 an die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 aus.
Die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 speichert eine Startzeitpunkteinstellkennlinie, wie sie in 3 dargestellt ist. Die Startzeitpunkteinstellkennlinie enthält eine Bestimmungsbezugslinie J zum Bestimmen, ob ein Zeitpunkt der Startzeitpunkt ist. Wenn ein Punkt des SOC über dem geforderten mittleren Ausgang auf der oberen rechten Seite der Bestimmungsbezugslinie J liegt, wird bestimmt, dass die Gasturbine 10 starten sollte.
Außerdem beschafft die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 den geforderten mittleren Ausgang auf der Grundlage des mittleren Batterieausgangs, der von der Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 ausgegeben wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der mittlere Batterieausgang als der geforderte mittlere Ausgang verwendet wie er ist. Die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 stellt den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 durch Bezugnahme auf den beschafften geforderten mittleren Ausgang und den derzeitigen SOC der Batterie 2, der von der SOC-Berechnungseinheit 32 ausgegeben wird, in der Startzeitpunkteinstellkennlinie ein. Zu diesem Zeitpunkt startet die Gasturbine 10 automatisch, wenn der SOC der Batterie 2 gleich einem vorbestimmten minimalen SOC ist.
Wenn der manuelle Startschalter 42 eingeschaltet wird, startet die Gasturbine 10 außerdem vorzugsweise zu dem eingestellten Startzeitpunkt. Die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 stellt den Startzeitpunkt ein und überträgt dann zu dem Startzeitpunkt das Startsignal an die ECU 20. Außerdem wird das Startsignal bei einem automatischen Start an die ECU 20 übertragen.
Wenn der SOC der Batterie 2 minimal ist, beschränkt die Startsteuervorrichtung 30 außerdem die Fahrt des Hybridfahrzeugs. Wenn die Fahrt beschränkt wird, wird das Hybridfahrzeug unter Verwendung einer Beschleunigungs- und Verzögerungsvorrichtung (nicht dargestellt) verzögert, und die ECU 20 setzt den Antrieb der Gasturbine 10 fort.
Im Folgenden wird der Betrieb der elektromotorischen Kraftvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Vor der Beschreibung des Betriebs der elektromotorischen Kraftvorrichtung 1 wird zunächst die Beziehung zwischen der Fahrt, bei der Elektrizität, die in der Batterie 2 geladen ist, verwendet wird, ohne die Gasturbine 10 zu starten (im Folgenden als „EV-Fahrt” bezeichnet), und einer Fahrt, bei der die Gasturbine 10 startet, beschrieben.
Hier wird ein Hybridfahrzeug beschrieben: In einem Hybridfahrzeug, das mittels EV-Fahrt in der Lage ist, 250 km zu fahren, ist die 10-kW-Gasturbine 10, die Kraftstoff enthält, der es dem Fahrzeug ermöglicht, 250 km zu fahren, montiert, und die Reichweite beträgt 500 km. Außerdem wird angenommen, dass das Hybridfahrzeug 10 km mit einer Batterieenergie von 1 kWh fahren kann. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Batterie 2 eine verwendbare Energiemenge von 25 kWh aufweisen, damit das Fahrzeug mittels EV-Fahrt 250 km fahren kann.
Wenn elektrische Fahrzeuge einschließlich des Hybridfahrzeugs mittels EV-Fahrt fahren, werden Batterien nicht in dem gesamten SOC-Bereich von 100% bis 0% verwendet, sondern nur beispielsweise in dem SOC-Bereich von 80% bis 30%. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die Batterie in dem SOC-Bereich von 80% bis 30% verwendet wird. Daher beträgt die tatsächliche Energiemenge der Batterie 2, die hier beschrieben ist, 50 kWh, und es werden 25 kWh für eine EV-Fahrt verwendet.
Wenn der SOC der Batterie 2 kleiner als 30% ist, wird außerdem die Fahrt des Hybridfahrzeugs beschränkt. Dementsprechend können die Batterie 2 und die Gasturbine 10 die Fahrleistung nicht vollständig erzielen, und somit verringert sich die Reichweite. Daher ist es, um die maximale Reichweite zu erzielen, notwendig, dass das Hybridfahrzeug ohne Einschränkung seiner Fahrt fährt. Daher beträgt in der vorliegenden Ausführungsform der Soll-SOC 30%, was der Minimalzustand der Ladung in der Batterie 2 ist. Der Startzeitpunkt der Gasturbine 10 wird derart eingestellt, dass der SOC nicht auf unterhalb des Soll-SOC abfällt.
Im Folgenden werden Vorbedingungen, wenn der Startzeitpunkt der Gasturbine 10 eingestellt wird, mit Bezug auf 4 beschrieben. In 4 repräsentiert die vertikale Achse eine Strecke, die das Fahrzeug mittels EV-Fahrt fahren kann, bis die Gasturbine 10 startet, und die horizontale Achse repräsentiert einen geforderten mittleren Ausgang. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine zum Fahren benötigte elektrische Energie, die für das Fahrzeug zum Fahren gefordert wird, auf der Grundlage des geforderten mittleren Ausgangs beschafft. Die zum Fahren benötigte elektrische Energie kann durch den geforderten mittleren Ausgang ersetzt werden. Daher wird hier der geforderte mittlere Ausgang als die zum Fahren benötigte elektrische Energie verwendet.
Wie es in 4 dargestellt ist, kann das Fahrzeug 250 km mittels EV-Fahrt fahren, wenn der geforderte mittlere Ausgang gleich oder kleiner als 10 kW ist. Der geforderte mittlere Ausgang in dem LA4-Modus beträgt etwa 4 kW. Daher kann das Fahrzeug in dem Fall, in dem es in dem LA4-Modus fährt, fahren, ohne dass seine Fahrt eingeschränkt wird, und zwar sogar dann, wenn die Gasturbine startet, nachdem das Fahrzeug 250 km mittels EV-Fahrt gefahren ist.
Außerdem wird ein Fall beschrieben, in dem der geforderte mittlere Ausgang mehr als 10 kW und gleich oder kleiner als 20 kW ist. Wenn dieses Fahrzeug beispielsweise normalerweise mit 100 km/h fährt, beträgt der geforderte mittlere Ausgang etwa 14 kW. In diesem Fall kann das Fahrzeug durch Starten der Gasturbine, nachdem das Fahrzeug 150 km mittels EV-Fahrt gefahren ist, fahren, ohne dass seine Fahrt eingeschränkt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann das Fahrzeug tatsächlich nicht 150 km fahren, und durch Starten der Gasturbine, nachdem 15 kWh der elektrischen Energie der Batterie verbraucht wurden, kann dasselbe Fahrvermögen wie dasjenige eines EV-Fahrzeugs mit einer Reichweite von 500 km (im Folgenden als „reines EV-Fahrzeug” bezeichnet) erzielt werden.
In dem reinen EV-Fahrzeug mit einer Reichweite von 500 km kann die Batterie beispielsweise eine Energiemenge von 50 kWh verwenden. Wenn daher das Fahrzeug mit 14 kW fährt, kann das Fahrzeug 3,57 Stunden fahren, wie es anhand der folgenden Gleichung (1) ersichtlich ist. 50 kWh/14 kW = 3,57 h (1)
Andererseits fährt das Hybridfahrzeug, in dem die Gasturbine 10 montiert ist, zunächst 150 km mittels EV-Fahrt unter Verwendung von 15 kWh der Energiemenge der Batterie 2 und fährt dann mittels Starten der Gasturbine 10. In diesem Fall beträgt die Fahrzeit 1,07 Stunden mittels EV-Fahrt, wie es anhand der folgenden Gleichung (2) ersichtlich ist, und 2,5 Stunden nach dem Starten der Gasturbine 10, wie es anhand der folgenden Gleichung (3) ersichtlich ist. Dementsprechend beträgt die Zeit, die das Fahrzeug fahren kann, 3,57 Stunden und ist dieselbe wie diejenige eines reinen EV-Fahrzeugs mit einer Reichweite von 500 km. 15 kWh/14 kW = 1,07 h (2) (25 – 15) kWh/(14 – 10) kW = 3,57 h (3)
Wenn zu diesem Zeitpunkt der geforderte mittlere Ausgang größer als 10 kW und kleiner als 20 kW ist, kann die EV-Fahrstrecke L, bis die Gasturbine startet, unter Verwendung des geforderten mittleren Ausgangs D in der folgenden Gleichung (4) ausgedrückt werden. L = –25 D + 500 (4)
Wenn andererseits der geforderte mittlere Ausgang größer als 20 kW ist, wird die Fahrt des Hybridfahrzeugs sogar dann eingeschränkt, wenn die Gasturbine 10 unmittelbar nach dem Start der Fahrt startet. Es ist beispielsweise anhand der folgenden Gleichung (5) ersichtlich, dass das reine EV-Fahrzeug zwei Stunden fahren kann, wenn der geforderte mittlere Ausgang 25 kW beträgt. 50 kWh/25 kW = 2,00 h (5)
Andererseits kann das Hybridfahrzeug, in dem die Gasturbine 10 montiert ist, 1,67 Stunden mit 25 kW sogar dann fahren, wenn die Gasturbine 10 unmittelbar nach dem Start der Fahrt startet, wie es anhand der folgenden Gleichung (6) ersichtlich ist. Daher wird die Fahrt des Fahrzeugs anschließend beschränkt. 25 kWh/(25 – 10) kW = 1,67 h (6)
Damit die Fahrt des Fahrzeug nicht eingeschränkt wird, kann hier eine Gasturbine, die eine große Ausgangsenergie erzeugt, als die Gasturbine 10 verwendet werden. Wie es beispielsweise in 5 dargestellt ist, kann, wenn der geforderte mittlere Ausgang 31 kW beträgt, durch Verwenden einer 15,5-kW-Gasturbine dasselbe Verhalten wie dasjenige eines reinen EV-Fahrzeugs mit einer Reichweite von 500 km erzielt werden. Die Größe der Gasturbine erhöht sich jedoch in diesem Fall. Wenn eine Verringerung der Größe der Gasturbine bevorzugt wird, kann daher ein Aspekt verwendet werden, bei dem die Fahrt des Fahrzeugs beschränkt werden darf.
Auf diese Weise kann durch Einhalten der Beziehung zwischen dem geforderten mittleren Ausgang und der EV-Fahrstrecke, bis die Gasturbine startet, dieselbe Reichweite wie diejenige eines reinen EV-Fahrzeugs erhalten werden. Daher kann das Hybridfahrzeug durch effektives Antreiben der Gasturbine 10 effizient fahren.
Unter diesen Vorbedingungen wird die Prozedur der Startsteuervorrichtung 30 der elektromotorischen Kraftvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das die Prozedur der Startsteuervorrichtung darstellt. Wie es in 6 dargestellt ist, beschafft die Startsteuervorrichtung 30 als Allererstes die Batteriespannung, die von dem Batterievoltmeter 21 zugeführt wird, den Batteriestrom, der von dem Batterieamperemeter 22 zugeführt wird, und die Batterietemperatur, die von dem Batteriethermometer 23 zugeführt wird (S1).
Anschließend beschafft die Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 eine manuelle Berechnungsperiode, die von der manuellen Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 eingestellt wird. (S2). Anschließend berechnet die Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 den mittleren Batterieausgang (S3). Wenn der mittlere Batterieausgang berechnet wird, berechnet die Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 den Batterieausgang anhand des Batteriestroms und der Batteriespannung und berechnet den mittleren Wert des Batterieausgangs während der eingestellten manuellen Berechnungsperiode als den mittleren Batterieausgang. Der mittlere Batterieausgang wird derart berechnet, dass er eine Energieverbrauchsfahrt und eine Regeneration von Energie enthält.
Als manuelle Einstellperiode kann eine Periode von dem Zeitpunkt, zu dem der Schlüssel umgedreht wird und das Fahrzeug die Fahrt startet, bis zu dem derzeitigen Zeitpunkt oder eine Periode von dem derzeitigen Zeitpunkt zu einem vorbestimmten gegebenen Zeitpunkt eingestellt werden. Es wird angenommen, dass sich der Batterieausgang wie in 7(b) dargestellt ändert. Wenn hier die eingestellte manuelle Berechnungsperiode die Periode von dem Zeitpunkt, zu dem der Schlüssel umgedreht wird und das Fahrzeug die Fahrt startet, bis zu dem derzeitigen Zeitpunkt ist, wird der mittlere Wert des Batterieausgangs in einer ersten Berechnungsperiode P1 als der mittlere Batterieausgang berechnet. Wenn die eingestellte manuelle Berechnungsperiode die Periode von dem derzeitigen Zeitpunkt zu dem vorbestimmten gegebenen Zeitpunkt ist, wird der Mittelwert des Batterieausgangs in einer zweiten Berechnungsperiode P2 als der mittlere Batterieausgang berechnet.
Nachdem der mittlere Batterieausgang auf diese Weise berechnet wurde, berechnet die SOC-Berechnungseinheit 32 den SOC der Batterie 2 (S4). Der SOC der Batterie 2 wird auf der Grundlage der Batteriespannung, des Batteriestroms und der Batterietemperatur, die von dem Batterievoltmeter 21, dem Batterieamperemeter 22 und dem Batteriethermometer 23 jeweils übertragen werden, berechnet. Der SOC der Batterie 2 verringert sich insgesamt graduell, wobei sich durch das Fahren des Hybridfahrzeugs und Regeneration des Motors 4 kleine Erhöhungen und Verringerungen wiederholen, wie es beispielsweise in 7(a) dargestellt ist.
Nach der Berechnung des SOC der Batterie 2 wird der Startzeitpunkt der Gasturbine 10 eingestellt (S5). Wenn der Startzeitpunkt der Gasturbine 10 eingestellt wird, wird auf den mittleren Batterieausgang, der in Schritt S3 berechnet wird, und den SOC, der in Schritt S4 berechnet wird, in der Startzeitpunkteinstellkennlinie, die in 3 dargestellt ist, Bezug genommen. Dann wird bestimmt, ob der Zeitpunkt der Startzeitpunkt ist (S6). Bei der Bestimmung, ob der Zeitpunkt der Startzeitpunkt ist, wird, wenn ein Punkt des SOC in Abhängigkeit von dem mittleren Batterieausgang (geforderter mittlerer Ausgang) auf der oberen rechten Seite der Bestimmungsbezugslinie J liegt, bestimmt, dass die Gasturbine 10 gestartet werden sollte.
Wenn der Zeitpunkt der Startzeitpunkt ist, wird das Startsignal an die ECU 20 übertragen (S7), um den Prozess der Startsteuervorrichtung 30 zu beenden. Die ECU 20, an die das Startsignal von der Startsteuervorrichtung 30 übertragen wird, startet die Gasturbine 10. Auf diese Weise wird der Batterie 2 und dem Inverter 3 Elektrizität zugeführt.
Wenn andererseits der Zeitpunkt nicht der Startzeitpunkt ist, wird bestimmt, ob der manuelle Startschalter 42 eingeschaltet ist (S8). Wenn hier der manuelle Startschalter eingeschaltet ist, wird der Absicht des Fahrers der Vorzug gegeben. Daher wird das Startsignal unabhängig von dem Startzeitpunkt an die ECU 20 übertragen. Auf diese Weise wird der Prozess der Startsteuervorrichtung 30 beendet. Wenn andererseits der manuelle Startschalter 42 nicht eingeschaltet ist, wird der Prozess der Startsteuervorrichtung 30 beendet wie er ist.
Auf diese Weise stellt die elektromotorische Kraftvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 auf der Grundlage des SOC der Batterie 2, des voreingestellten Soll-SOC, der zum Fahren benötigten elektrischen Energie, die anhand des geforderten mittleren Ausgangs des Hybridfahrzeugs berechnet wird, und der elektrischen Energie als Nennausgang der Gasturbine 10 ein. Daher wird der Startzeitpunkt zum Laden der Batterie 2 durch den Start der Gasturbine 10 entsprechend dem SOC der Batterie 2 und der elektrischen Energie, die für das Hybridfahren benötigt wird, bestimmt. Daher kann durch Verwenden der elektromotorischen Kraftvorrichtung in dem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem die Gasturbine 10 effektiv angetrieben werden, und somit kann das Fahrzeug effizient fahren.
Da die zum Fahren benötigte elektrische Energie anhand des geforderten mittleren Ausgangs berechnet wird, kann die zum Fahren benötigte elektrische Energie einfach berechnet werden. Wenn ein Punkt des SOC in Abhängigkeit von dem mittleren Batterieausgang und dem geforderten mittleren Ausgang auf der oberen rechten Seite von der Bestimmungsbezugslinie J liegt, wird bestimmt, dass der Zeitpunkt der Startzeitpunkt ist, zu dem die Gasturbine 10 gestartet werden sollte. Daher kann der Startzeitpunkt einfach eingestellt werden.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Startsteuervorrichtung einer elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie es in 8 dargestellt ist, unterscheidet sich die elektromotorische Kraftvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform hauptsächlich darin, dass eine Batteriemittelstromberechnungseinheit 34 anstelle der Batteriemittelausgangsberechnungseinheit 31 vorgesehen ist. In der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Batteriestromwert als der Batterieausgang beschafft.
Das Batterieamperemeter 22 und die manuelle Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 sind mit der Batteriemittelstromberechnungseinheit 34 verbunden. Die manuelle Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 kann die Messzeit eines Batteriestroms für die Berechnung eines mittleren Batteriestroms einstellen. Die Batteriemittelstromberechnungseinheit 34 berechnet den mittleren Batteriestrom unter Verwendung des Batteriestroms, der von dem Batterieamperemeter 22 übertragen wird, zu einem Zeitpunkt, der von der manuellen Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung 41 eingestellt wird. Die Batteriemittelstromberechnungseinheit 34 gibt den berechneten mittleren Batteriestrom an die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 aus.
Die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 führt denselben Prozess wie oben beschrieben unter Verwendung des mittleren Batteriestroms anstelle des mittleren Batterieausgangs gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform aus. In der vorliegenden Ausführungsform speichert die Startzeitpunkteinstelleinheit 33 der Startsteuervorrichtung 30 die Startzeitpunkteinstellkennlinie, die in 9 dargestellt ist. In der Zeichnung der 9 repräsentiert die horizontale Achse den mittleren Batteriestrom anstelle des geforderten mittleren Ausgangs in der Startzeitpunkteinstellkennlinie, die in 3 dargestellt ist.
Außerdem kann ähnlich wie in dem Fall der ersten Ausführungsform eine Gasturbine mit großer Ausgangsenergie als die Gasturbine 10 verwendet werden, damit die Fahrt des Hybridfahrzeugs nicht beschränkt wird. Wie es beispielsweise in 10 dargestellt ist, können, wenn der geforderte mittlere Ausgang 31 kW beträgt, durch Verwenden einer 15,5-kW-Gasturbine dieselben Eigenschaften wie diejenigen eines reinen EV-Fahrzeugs mit einer Reichweite von 500 km erhalten werden.
Die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt den Startzeitpunkt der Batterie auf der Grundlage des mittleren Batteriestroms und des SOC ein. In der elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die zum Fahren benötigte elektrische Energie durch den mittleren Batteriestrom ersetzt werden. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der geforderte mittlere Ausgang als die zum Fahren benötigte elektrische Energie verwendet.
Außerdem wird der Prozess der Startsteuervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf dieselbe Weise wie bei der Startsteuervorrichtung 30 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mit der Ausnahme durchgeführt, dass der geforderte mittlere Ausgang durch den mittleren Batteriestrom ersetzt wird.
Auf diese Weise beschafft die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie in dem Fall der oben beschriebenen ersten Ausführungsform den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 auf der Grundlage des SOC der Batterie 2, des voreingestellten Soll-SOC, der benötigten elektrischen Energie, die anhand des geforderten mittleren Ausgangs des Hybridfahrzeugs berechnet wird, und der elektrischen Energie als Nennausgang der Gasturbine 10. Daher wird der Startzeitpunkt zum Laden der Batterie 2 durch den Start der Gasturbine 10 entsprechend dem SOC der Batterie 2 und der elektrischen Energie, die für die Hybridfahrt benötigt wird, bestimmt. Daher kann durch Verwenden der elektromotorischen Kraftvorrichtung in dem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem die Gasturbine 10 effektiv angetrieben werden, und somit kann das Fahrzeug effizient fahren.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Batterieausgangswert als ein Ausgangswert der Batterie beschafft, aber es kann ein Spannungswert oder ein elektrischer Energiewert als ein Ausgangswert der Batterie beschafft werden.
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Startsteuervorrichtung einer elektromotorischen Kraftvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. Wie es in 11 dargestellt ist, enthält die elektromotorische Kraftvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Navigationsvorrichtung 5 und eine Startsteuervorrichtung 50, und die Navigationsvorrichtung 5 ist mit der Startsteuervorrichtung 50 verbunden.
Außerdem enthält die Startsteuervorrichtung 50 eine Straßeninformationsanalyseeinheit 51, eine SOC-Berechnungseinheit 52, eine Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 und eine Startzeitpunkteinstelleinheit 54. Außerdem sind ähnlich wie in dem Fall der oben beschriebenen ersten Ausführungsform das Batterievoltmeter 21, das Batterieamperemeter 22 und das Batteriethermometer 23 sowie der manuelle Startschalter 42 mit der Startsteuervorrichtung 50 verbunden. Diese Konfigurationen sind dieselben wie diejenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Die Navigationsvorrichtung 5 ist eine Vorrichtung zum Messen der derzeitigen Position eines Fahrzeugs mittels GPS (globales Positionierungssystem) und Ähnlichem. Außerdem speichert die Navigationsvorrichtung 5 Karteninformationen und enthält eine Zieleinstelleinrichtung zum Einstellen eines Ziels der Fahrt des Fahrzeugs. Wenn das Ziel eingestellt ist, überträgt die Navigationsvorrichtung 5 die Karteninformationen von der derzeitigen Position bis zu dem Ziel an die Startsteuervorrichtung 50. Die Karteninformationen, die von der Navigationsvorrichtung 5 übertragen werden, enthalten Informationen hinsichtlich der Gestalt und des Zustands einer Straße wie beispielsweise des Abstands von der derzeitigen Position zu dem Ziel, Aufwärts- und Abwärtssteigungen einer Straße, einer Kurve R, wenn eine Kurve vorhanden ist, eines Straßentyps einschließlich Schnellstraßen und öffentlicher Straßen.
Die Straßeninformationsanalyseeinheit 51 der Startsteuervorrichtung 50 analysiert die Gestalt und den Zustand einer Straße, bis das Hybridfahrzeug an dem Ziel ankommt, auf der Grundlage der Karteninformationen, die von der Navigationsvorrichtung 5 übertragen werden. Die Straßeninformationsanalyseeinheit 51 gibt eine Straßengestalts- und Zustandsinformationen hinsichtlich der analysierten Straßengestalt und des Zustands an die Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 aus.
Die Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 gibt den SOC, der von der SOC-Berechnungseinheit 52 berechnet wird, zusätzlich zu den Straßengestalts- und Zustandsinformationen, die von der Straßeninformationsanalyseeinheit 51 ausgegeben werden, aus. Die Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 erzeugt einen Fahrplan auf der Grundlage der ausgegebenen Straßengestalts- und Zustandsinformationen und des SOC.
Die Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 schätzt einen zukünftigen Batterieausgang auf der Grundlage der Straßengestalts- und Zustandsinformationen, die von der Straßeninformationsanalyseeinheit 51 ausgegeben werden. Außerdem schätzt die Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 einen zukünftigen SOC des Hybridfahrzeugs auf der Grundlage des geschätzten zukünftigen Batterieausgangs und des SOC-Ausgangs von der SOC-Berechnungseinheit 52.
Als zukünftiger Batterieausgang wird beispielsweise die zeitliche Änderung des Batterieausgangs von der derzeitigen Position bis zu dem Ziel geschätzt, wie es in 12(b) dargestellt ist. Hier trägt die Regeneration durch den Motor 4 zu einem Bereich bei, in dem der Batterieausgang einen negativen Wert annimmt. Außerdem kann eine Verringerungsmenge des SOC entsprechend der zeitlichen Änderung des Batterieausgangs geschätzt werden. Durch Subtrahieren der Verringerungsmenge von dem Stromwert des SOC-Ausgangs der SOC-Berechnungseinheit 52 wird der zukünftige SOC geschätzt. Die Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 gibt den geschätzten zukünftigen SOC an die Startzeitpunkteinstelleinheit 54 aus.
Die Startzeitpunkteinstelleinheit 54 stellt den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 auf der Grundlage des zukünftigen SOC-Ausgangs von der Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit 53 ein. Die Startzeitpunkteinstelleinheit 54 stellt den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 ein. Hier ist die zeitliche Änderung des SOC in einem Fall, in dem sich der Batterieausgang im Verlauf der Zeit wie beispielsweise in 12(b) dargestellt ändert, in 12(a) dargestellt. Wenn der zukünftige SOC bis zu dem Ziel den minimalen SOC, wie es oben beschrieben wurde, nicht erreicht, startet die Gasturbine 10 nicht.
Wenn sich der Batterieausgang zeitlich wie in 13(b) ändert, erreicht der zukünftige SOC ohne Starten der Gasturbine 10, bis das Hybridfahrzeug an dem Ziel ankommt, in einigen Fällen den minimalen SOC, wie es durch die durchgezogene Linie der 13(a) angegeben ist. In diesen Fällen wird die Fahrt des Hybridfahrzeugs eingeschränkt. Wenn die Fahrt des Hybridfahrzeugs eingeschränkt wird, kann die Fahrleistung nicht ausreichend erzielt werden.
Daher wird der zukünftige SOC erneut unter der Annahme berechnet, dass die Gasturbine 10 beispielsweise zu einem zweiten Zeitpunkt T2 startet. In diesem Fall erreicht der zukünftige SOC den minimalen SOC, wie es durch die Strich-Punkt-Linie in 13(a) angegeben ist. In diesem Fall wird der zukünftige SOC erneut unter der Annahme berechnet, dass die Gasturbine 10 beispielsweise zu einem ersten Zeitpunkt T1 startet. In diesem Fall kommt das Hybridfahrzeug an dem Ziel an, ohne dass der zukünftige SOC den minimalen SOC erreicht, wie es durch die gestrichelte Linie in 13(a) angegeben ist.
Außerdem wird angenommen, dass das Ziel beispielsweise mit einer Ladeausrüstung in einer Haushaltsenergieversorgung oder in kommerziellen Einrichtungen versehen ist. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass das Fahrzeug unter Verwendung des SOC, der in der Batterie 2 geladen ist, fährt und der SOC zu dem Zeitpunkt der Ankunft an dem Ziel nicht gleich dem minimalen SOC ist, was hinsichtlich einer effektiven Energieverwendung unvorteilhaft ist. Daher wird der Startzeitpunkt der Gasturbine 10 derart eingestellt, dass der SOC der Batterie 2 den minimalen SOC zu dem Zeitpunkt der Ankunft an dem Ziel erreicht.
Wenn bestimmt wird, dass der Zeitpunkt der Zeitpunkt ist, zu dem die Gasturbine 10 starten sollte, überträgt die Startzeitpunkteinstelleinheit 54 das Startsignal an die ECU 20. Wenn der derzeitige SOC-Ausgang der SOC-Berechnungseinheit 52 bereits gleich oder kleiner als der minimale SOC ist oder wenn der manuelle Startschalter 42 eingeschaltet ist, wird das Startsignal unmittelbar an die ECU 20 ausgegeben. Die weiteren Konfigurationen sind dieselben wie die in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die die oben beschriebenen Konfigurationen aufweist, stellt den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 auf der Grundlage des zukünftigen SOC, der entsprechend dem Fahrplan auf der Grundlage der Straßengestalts- und Zustandsinformationen eingestellt wird, ein. Dementsprechend wird der Startzeitpunkt zum Laden der Batterie 2 durch den Start der Gasturbine 10 entsprechend dem SOC der Batterie 2 und der elektrischen Energie, die für die Hybridfahrt benötigt wird, bestimmt. Durch Verwenden der elektromotorischen Kraftvorrichtung in dem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem kann die Gasturbine 10 effektiv angetrieben werden, und somit kann das Fahrzeug effizient fahren.
Außerdem stellt die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 derart ein, dass der zukünftige SOC nicht den minimalen SOC erreicht. Daher kann die Fahrleistung des Hybridfahrzeugs ausreichend erzielt werden. Außerdem stellt die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 derart ein, dass der SOC den minimalen SOC erreicht, wenn das Fahrzeug an dem Ziel, das mit einer Ladeausrüstung für die Batterie 2 versehen ist, ankommt. Die Energie der Batterie 2 kann somit effektiv verwendet werden.
Hier wird ein Vergleich mit einem Fall, in dem die Gasturbine 10 nicht startet, mit Bezug auf 14 beschrieben. Wie es durch die durchgezogene Linie der 14 angegeben ist, ist, wenn das Hybridfahrzeug nur mittels EV-Fahrt fährt, der SOC der Batterie 2 zu dem Zeitpunkt T3 gleich dem minimalen SOC, und das Fahrzeug kommt an dem Ziel zu einem Zeitpunkt T4 an. In diesem Fall wird unter der Annahme, dass die mittlere Energie, die zum Fahren von dem Zeitpunkt T3 zu dem Zeitpunkt T4 benötigt wird, größer als der Nennausgang der Gasturbine 10 ist, die Fahrt des Fahrzeugs von dem Zeitpunkt T3 zu dem Zeitpunkt T4 beschränkt, wenn die Gasturbine 10 zu dem Zeitpunkt T3 startet. Auf diese Weise kann es einen Fall geben, bei dem die Fahrleistung nicht ausreichend erzielt werden kann, wenn die Gasturbine 10 zu dem Zeitpunkt T3 startet.
Andererseits berechnet die elektromotorische Kraftvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Batterieausgang auf der Grundlage des Fahrplans bis zu dem Ziel, wie es durch die gestrichelte Linie der 14 angegeben ist, und bestimmt den Startzeitpunkt der Gasturbine 10 derart, dass der SOC den minimalen SOC an dem Ziel erreicht. Daher kann die Fahrleistung ausreichend erzielt werden, und die Energie der Batterie 2 kann effektiv verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch der Startzeitpunkt der Gasturbine 10 der Zeitpunkt T3, wenn die mittlere Energie, die zum Fahren von dem Zeitpunkt T3 zu dem Zeitpunkt T4 benötigt wird, kleiner als der Nennausgang der Gasturbine 10 ist.
Oben wurden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird beispielsweise die Gasturbine 10 als die Brennkraftmaschine verwendet, aber es können andere Brennkraftmaschinen wie beispielsweise eine Kolbenmaschine verwendet werden. Außerdem ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen der manuelle Startschalter 42 vorgesehen, aber der manuelle Startschalter 42 muss nicht vorgesehen sein. Außerdem wird in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform der Straßenplan erzeugt, um den zukünftigen Batterieausgang und den zukünftigen SOC zu berechnen. Es kann jedoch auch der mittlere Batterieausgang anhand des zukünftigen Batterieausgangs berechnet werden, und der Startzeitpunkt der Gasturbine kann entsprechend derselben Prozedur wie in der ersten Ausführungsform eingestellt werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromotorische Kraftvorrichtung und kann insbesondere als eine elektromotorische Kraftvorrichtung, die in einem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem montiert ist, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: elektromotorische Kraftvorrichtung
2: Batterie
3: Inverter
4: Motor
5: Navigationsvorrichtung
10: Gasturbine
11: Turbine
11A: Drehwelle
12: Combustor
13: Kompressor
14: Wärmetauscher
17: Energiegenerator
18: Gleichrichter
20: ECU
21: Batterievoltmeter
22: Batterieamperemeter
23: Batteriethermometer
30, 50: Startsteuervorrichtung
31: Batteriemittelausgangsberechnungseinheit
32, 52: SOC-Berechnungseinheit
33, 54: Startzeitpunkteinstelleinheit
34: Batteriemittelstromberechnungseinheit
41: manuelle Berechnungsperiodeneinstellwähleinrichtung
42: manueller Startschalter
51: Straßeninformationsanalyseeinheit
53: Zukunftsbatterieausgangs- und SOC-Schätzeinheit
J: Bestimmungsbezugslinie
P1: erste Berechnungsperiode
P2: zweite Berechnungsperiode
T1: erster Zeitpunkt
T2: zweiter Zeitpunkt

Claims

Elektromotorische Kraftvorrichtung, die eine Brennkraftmaschine, die Elektrizität erzeugt, aufweist und die Elektrizität, die von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, einer sekundären Batterie, die in einem Fahrzeug montiert ist, zuführt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine SOC-Beschaffungseinrichtung zum Beschaffen eines SOC der sekundären Batterie, die in dem Fahrzeug montiert ist; eine Soll-SOC-Beschaffungseinrichtung zum Beschaffen eines Soll-SOC, wenn das Fahrzeug die Fahrt beendet; eine Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie zum Beschaffen einer benötigten elektrischen Energie, die eine elektrische Energie ist, die für die Fahrt des Fahrzeugs benötigt wird; eine Beschaffungseinrichtung für einen elektromotorischen Kraftwert zum Beschaffen eines elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine; und eine Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Startzeitpunkts für die Brennkraftmaschine zum Laden der sekundären Batterie, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt auf der Grundlage des SOC der sekundären Batterie, der von der SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, des Soll-SOC, der von der Soll-SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, der benötigten elektrischen Energie, die von der Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie beschafft wird, und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine, der von der Beschaffungseinrichtung für einen elektromotorischen Kraftwert beschafft wird, bestimmt.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: eine Beschaffungseinrichtung für einen geforderten mittleren Ausgang zum Beschaffen eines mittleren Ausgangs, der für das Fahrzeug gefordert wird, wobei die Beschaffungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie die zum Fahren benötigte elektrische Energie auf der Grundlage des mittleren Ausgangs, der für das Fahrzeug gefordert wird, beschafft.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Schwellenwert für die Beziehung zwischen dem geforderten mittleren Ausgang und dem SOC auf der Grundlage des Soll-SOC und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine eingestellt wird, und die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung einen Zeitpunkt, zu dem die Beziehung zwischen dem geforderten mittleren Ausgang und dem SOC den Schwellenwert überschreitet, als den Ladestartzeitpunkt einstellt.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: eine Beschaffungseinrichtung für einen mittleren Ausgang einer sekundären Batterie zum Beschaffen eines mittleren Ausgangswerts einer sekundären Batterie, der der mittlere Ausgang der sekundären Batterie ist, wobei die Forderungseinrichtung für eine benötigte Fahrenergie die zum Fahren benötigte elektrische Energie auf der Grundlage des mittleren Ausgangs der sekundären Batterie beschafft.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Schwellenwert für die Beziehung zwischen dem mittleren Ausgang der sekundären Batterie und dem SOC auf der Grundlage des Soll-SOC und des elektromotorischen Kraftwerts der Brennkraftmaschine eingestellt wird, und die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung einen Zeitpunkt, zu dem die Beziehung zwischen dem mittleren Ausgang der sekundären Batterie und dem SOC den Schwellenwert überschreitet, als den Ladestartzeitpunkt bestimmt.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der mittlere Ausgang der sekundären Batterie ein Wert eines Stromausgangs der sekundären Batterie ist.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: eine Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung zum Beschaffen von Straßeninformationen bis zu einem Ladebereich hin, in dem die sekundäre Batterie von außerhalb des Fahrzeugs geladen werden kann, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung einen Ladezeitpunkt entsprechend den Straßeninformationen, die von der Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung beschafft werden, anpasst.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 7, die außerdem aufweist: eine Erzeugungseinrichtung für einen Verbrauchsplan für eine elektrische Energie zum Erzeugen eines Verbrauchsplans für eine elektrische Energie bis zu einer Ankunft an dem Ladebereich auf der Grundlage der Straßeninformationen, die von der Straßeninformationsbeschaffungseinrichtung beschafft werden, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt auf der Grundlage des Verbrauchsplans für eine elektrische Energie anpasst.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die außerdem aufweist: eine Fahrbeschränkungseinrichtung zum Beschränken der Fahrt des Fahrzeugs, wenn der SOC der sekundären Batterie, der von der SOC-Beschaffungseinrichtung beschafft wird, einen vorbestimmten Fahrbeschränkungsstart-SOC erreicht, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt entsprechend einer Toleranz anpasst, wenn der SOC der sekundären Batterie auf unterhalb des Fahrbeschränkungsstart-SOC abfällt.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung den Ladestartzeitpunkt in einem Bereich anpasst, in dem der SOC der sekundären Batterie gleich oder größer als der Fahrbeschränkungsstart-SOC ist.
Elektromotorische Kraftvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Fahrzeug mit einem Ladestartschalter, der von einem Insassen betätigt werden kann, versehen ist, und die Ladestartzeitpunktbestimmungseinrichtung vorzugsweise einen Zeitpunkt, zu dem der Ladestartschalter eingeschaltet wird, als den Ladestartzeitpunkt bestimmt.
Hybridfahrzeug, das aufweist: eine elektromotorische Kraftvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11; eine sekundäre Batterie; und einen Elektromotor, der ein Antriebsrad unter Verwendung von Elektrizität, die von der sekundären Batterie zugeführt wird, antreibt.