JP2000040532A

JP2000040532A - ハイブリッド車の電池充電状態制御装置

Info

Publication number: JP2000040532A
Application number: JP10208028A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kobayashi; 幸男小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: JP4300600B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンおよび電池の暖機を効果的に行う。【解決手段】制御ＣＰＵ５６は、エンジン冷却水温を
検出する温度センサ７０および電池温度を検出する温度
センサ７２からの検出値により、温度が低い場合には、
目標ＳＯＣを上昇する。これによって、充電要求が生
じ、モータジェネレータ２６、２８により対応する発電
が行われ、発電電力が電池５０に充電される。また、エ
ンジン１０は、この発電に見合う負荷運転になる。これ
によって、エンジン１０の暖機が促進され、また電池５
０において充電による発熱が生じ電池５０の暖機が促進
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンにより駆
動される発電機と、車両を駆動するモータを有し、電池
の充電状態（以下ＳＯＣという）を目標ＳＯＣに一致さ
せるように発電機の発電量を制御するハイブリッド車の
充電状態制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジン駆動の発電機と車両
を駆動するモータを搭載するハイブリッド車が知られて
いる。このハイブリッド車では、発電機によって得られ
た電力により電池を充電をすると共に、電池からの放電
電力によってモータを駆動して走行する。なお、通常の
場合、エンジンの駆動力も直接車輪に伝達できるように
なっている。また、エンジンブレーキ相当の制動に回生
制動を用い、回生制動によってモータから発生する電力
も電池の充電に利用している。

【０００３】このようなハイブリッド車においては、電
池のＳＯＣを所定の範囲に収まるように、発電機の発電
を制御する。すなわち、電池のＳＯＣが０％になると走
行不能になってしまい、また１００％になると回生制動
により発生した電力を電池が受け入れられなくなる。こ
のため、適当な目標ＳＯＣ（例えば、５０％）を設定
し、電池ＳＯＣがこの目標ＳＯＣになるように、発電機
による発電を制御している。このような制御によって、
電池ＳＯＣは、常に５０％を中心とした所定の範囲（例
えば、２０％〜８０％の範囲）に収めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、エンジンは、
始動後にある程度の暖機運転が必要である。特に、外気
温が低い場合には、暖機運転の時間が長くなる。また、
電池もその温度が低いと能力が小さくなるため、暖機を
必要とする。

【０００５】ここで、上述のような制御により、電池の
ＳＯＣは、通常目標ＳＯＣに近い値にある。この場合に
は、発電機は運転されないか、運転されても発電量は非
常に少なく制御される。従って、エンジンに対する負荷
が小さく暖機に長い時間がかかるという問題があった。
また、電池についても充電が行われないと暖機に長い時
間がかかるという問題があった。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、エンジンや電池の暖機を促進することができるハ
イブリッド車の電池充電状態制御装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンによ
り駆動される発電機と、車両を駆動するモータを有し、
電池のＳＯＣを目標ＳＯＣに一致させるように前記発電
機の発電量を制御するハイブリッド車の充電状態制御装
置において、エンジンの冷却水の水温が低いときには、
高いときに比べて目標ＳＯＣを高く設定することを特徴
とする。このように、本発明では、エンジン冷却水温が
低いときに、目標ＳＯＣが上昇する。このため、充電要
求が発せられやすくなり、発電機による発電が行われ
る。そこで、エンジンに対する負荷が大きくなり、エン
ジンの暖機を促進することができる。

【０００８】また、本発明は、エンジンにより駆動され
る発電機と、車両を駆動するモータを有し、電池のＳＯ
Ｃを目標ＳＯＣに一致させるように前記発電機の発電量
を制御するハイブリッド車の充電状態制御装置におい
て、電池の温度が低いときは高いときに比べて目標ＳＯ
Ｃを高く設定することを特徴とする。これによって、電
池温度が低い場合に、目標ＳＯＣを上昇することで電池
への充電が行われ、電池の暖機を促進することができ
る。

【０００９】また、前記目標ＳＯＣは、イグニッション
スイッチをオンしたエンジンの始動直後に計算して設定
し、暖機終了時に目標ＳＯＣを通常の値に戻すことを特
徴とする。これによって、エンジン始動時において、確
実に暖機運転が行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１１】「全体構成」図１には、本発明の電池充電
状態制御装置が搭載されたハイブリッド車のパワープラ
ントの概略図が示されている。エンジン１０の出力軸１
２には、ねじれダンパ１４を介して遊星ギア機構１６の
プラネタリギア１８を支持するプラネタリキャリア２０
が接続されている。遊星ギア機構１６のサンギア２２と
リングギア２４は、それぞれ第１モータジェネレータ２
６と第２モータジェネレータ２８のロータ３０，３２に
接続されている。第１および第２モータジェネレータ２
６，２８は、三相交流発電機または三相交流電動機とし
て機能する。リングギア２４には、さらに動力取り出し
ギア３４が接続されている。動力取り出しギア３４は、
チェーン３６、ギア列３８を介してディファレンシャル
ギア４０と接続されている。ディファレンシャルギア４
０の出力側には、先端に図示しない駆動輪が結合された
ドライブシャフト４２が接続されている。以上の構造に
よって、エンジン１０または第１および第２のモータジ
ェネレータ２６，２８の出力が駆動輪に伝達され、車両
を駆動する。

【００１２】エンジン１０は、アクセルペダル４４の操
作量や、冷却水温、吸気管負圧などの環境条件、さらに
第１および第２モータジェネレータ２６，２８の運転状
態に基づきエンジンＥＣＵ４６によりその出力、回転数
などが制御される。また、第１および第２モータジェネ
レータ２６，２８は、制御装置４８により制御が行われ
る。制御装置４８は、二つのモータジェネレータ２６，
２８に電力を供給し、またこれらからの電力を受け入れ
る電池（二次電池）５０を含んでいる。電池５０と第１
および第２モータジェネレータ２６，２８との電力のや
りとりは、それぞれ第１および第２インバータ５２，５
４を介して行われる。二つのインバータ５２，５４の制
御は、制御ＣＰＵ５６が行い、この制御は、エンジンＥ
ＣＵ４６からのエンジン１０の運転状態の情報、アクセ
ルペダル４４の操作量、ブレーキペダル５８の操作量、
シフトレバー６０で定められるシフトレンジ、電池の蓄
電状態、さらに遊星ギア機構１６のサンギアの回転角θ
ｓ、プラネタリキャリアの回転角θｃ、リングギアの回
転角θｒなどに基づき、行われる。また、前記遊星ギア
機構１６の三要素の回転角は、それぞれプラネタリキャ
リアレゾルバ６２、サンギアレゾルバ６４およびリング
ギアレゾルバ６６により検出される。電池に蓄えられた
電力、すなわちＳＯＣはＳＯＣメータ６８により算出さ
れる。制御ＣＰＵ５６は、前述の諸条件や第１および第
２モータジェネレータ２６，２８のｕ相、ｖ相の電流Ｉ
ｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２さらには電池または他方
のインバータから供給される、または供給する電流Ｌ
１，Ｌ２などに基づき第１および第２インバータ５２，
５４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１
６を制御する。

【００１３】遊星ギア機構１６の、サンギアの回転数Ｎ
ｓ、プラネタリキャリアの回転数Ｎｃおよびリングギア
の回転数Ｎｒは、サンギアとリングギアのギア比ρとす
れば、

【数１】Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｃ）（１＋ρ）／ρ ・・・（１）で示される関係がある。すなわち、三つの回転数Ｎｓ，
Ｎｃ，Ｎｒのうちの二つが定まれば、もう一つの回転数
が決定する。リングギアの回転数Ｎｒは、車両の速度で
決定するので、プラネタリキャリアの回転数Ｎｃすなわ
ちエンジン回転数と、サンギアの回転数Ｎｓすなわち第
１モータジェネレータ回転数の一方の回転数が決定され
れば、他方が決定される。そして、第１および第２モー
タジェネレータ２６，２８の界磁電流をその時の回転数
に応じて制御して、これらのモータジェネレータを発電
機として作用させるか、電動機として作用させるかを決
定する。二つのモータジェネレータ２６，２８が、全体
として電力を消費している場合は電池５０から電力が持
ち出され、全体として発電している場合は電池５０に充
電が行われる。たとえば、電池５０のＳＯＣが少なくな
っていることがＳＯＣメータ６８により検出された場
合、エンジン１０の発生するトルクの一部により二つの
モータジェネレータ２６，２８の一方または双方により
発電を行い、電池５０への充電を行う。また、電池５０
のＳＯＣが多くなった場合、エンジン１０の出力を抑え
気味にして、第２モータジェネレータ２８を電動機とし
て作用させ、これの発生するトルクを車両走行用に用い
るように制御する。また、制動時においては、二つのモ
ータジェネレータ２６，２８の一方または双方を発電機
として動作させ、発生した電力を電池５０に充電する。

【００１４】自動車の制動は、いつ行われるか予測する
ことは困難であるから、電池５０は、回生制動によって
発生した電力を十分受け入れられるような状態にあるこ
とが望ましい。一方、エンジン１０の出力だけでは、運
転者の所望する加速を得られない場合、第２モータジェ
ネレータ２８を電動機として動作させるために、電池５
０はある程度ＳＯＣを確保していなければならない。こ
の条件を満たすために、電池５０のＳＯＣは、電池容
量、すなわち電池が蓄えられる最大の電力の半分程度と
なるように制御される。本実施形態の場合は、ＳＯＣが
約５０％となるように制御が行われる。

【００１５】「要部構成」そして、本実施形態の装置で
は、エンジン１０の冷却水温を検出する温度センサ７０
と、電池温度を検出する温度センサ７２を有している。
これら温度センサ７０、７２は、どのような形式のもの
でもよいが、検出結果を電気信号として出力するものが
好ましい。これら温度センサ７０、７２の出力は、制御
ＣＰＵ５６に供給され、この制御ＣＰＵ５６が温度セン
サ７０、７２の検出したエンジン冷却水温または電池温
度に基づき、モータジェネレータ２６、２８による発電
量およびエンジン１０の出力を制御する。すなわち、車
両の始動時などにおけるエンジン１０および電池５０の
暖機を効果的に行うための制御を実行する。

【００１６】エンジン暖機の際の動作を図２のフローチ
ャートに基づいて説明する。まず、目標ＳＯＣの基準値
であるＫＳＯＣＴを目標ＳＯＣであるＳＯＣＴに代入す
る（Ｓ１０１）。ＫＳＯＣＴは、電池５０のＳＯＣにつ
いての一般的な制御目標値であり、例えば５０％であ
る。次に、エンジン暖機完了フラグＳＸＯＣＲがオフか
否かを判定する（Ｓ１０２）。このエンジン暖機完了フ
ラグは、イグニッションスイッチがオンされたシステム
の立ち上げ時には自動的にオフに設定されている。従っ
て、処理の最初には必ずオフされている。このＳ１０２
の判定において、暖機完了フラグＳＸＯＣＲがオンであ
れば、暖機は終了しており、処理を終了する。Ｓ１０２
において、暖機完了フラグＳＸＯＣＲがオフであれば、
エンジン暖機中と判断し、エンジン水温ＴＨＷによる目
標ＳＯＣに対する加算値ＫＳＯＣをマップ（ｋｓｃｏ＿
ｍａｐ）より求める（Ｓ１０３）。このマップ（ｋｓｏ
ｃ＿ｍａｐ）の一例を図３に示す。このように、エンジ
ン水温ＴＨＷが低いほど加算値ＫＳＯＣは大きくなる。
例えば、加算値ＫＳＯＣは、エンジン水温ＴＨＷが０℃
以下場合に１０％、７０℃で０％のように設定される。
図３においては、グラフで示したが、実際には、この関
係を示すマップがＲＯＭに記憶されており、マップから
読み出した値を補間して、検出したエンジン温度ＴＨＷ
に対する加算値ＫＳＯＣを求める。そして、加算値ＫＳ
ＯＣをＳＯＣメータ６８で検出した現在のＳＯＣに加算
し、暖機用の目標ＳＯＣであるＳＯＣＲに代入する（Ｓ
１０３）。ここで、このＳＯＣＲには上限ＳＯＣＭＸを
定めておき、ＳＯＣＲがＳＯＣＭＸを超えないようにし
ている。このＳＯＣＭＸは、例えば７５％である。これ
によって、暖機運転終了時において電池５０のＳＯＣが
高くなりすぎ、回生制動が行えなくなるような事態の発
生を避けることができる。

【００１７】次に、暖機用の目標ＳＯＣであるＳＯＣＲ
が、Ｓ１０１において基準となるＫＳＯＣＴが代入され
ている目標ＳＯＣであるＳＯＣＴより大きいかを判定す
る（Ｓ１０４）。この判定において、ＹＥＳであれば、
ＳＯＣＲの方が現在設定されているＳＯＣＴより大き
い。そこで、ＳＯＣＴにＳＯＣＲを代入する（Ｓ１０
５）。例えば、現在のＳＯＣが５０％であり、加算値Ｋ
ＳＯＣが５％であれば、ＳＯＣＴが５０％に代えて、５
５％に設定される。Ｓ１０４において、ＮＯであれば、
ＳＯＣＴを下げる必要はないため、Ｓ１０４を実行しな
いで、ＳＯＣＴは変更しない。例えば、５０％のままと
する。

【００１８】そして、現状のＳＯＣが暖機用の目標ＳＯ
ＣであるＳＯＣＲ以上になったかまたはエンジン水温Ｔ
ＨＷが所定の暖機終了時の水温であるＫＴＨＷ（例えば
７０℃）に至ったかを判定する（Ｓ１０６）。この判定
で、ＮＯであれば、まだ暖機運転を継続すべきであり、
Ｓ１０１からの処理を繰り返す。一方、Ｓ１０６の判定
でＹＥＳであれば、暖機のための処理は終了であり、暖
機完了フラグＸＳＯＣＲをオンして（Ｓ１０７）、処理
を終了する。なお、この暖機完了フラグＸＳＯＣＲがオ
ンされた状態では、Ｓ１０１において、目標ＳＯＣであ
るＳＯＣＴには規定値であるＫＳＯＣＴがセットされる
ため、暖機終了後は通常の目標ＳＯＣであるＫＳＯＣＴ
を利用して発電量が制御され、またこれに見合ったエン
ジン１０の駆動制御が行われる。

【００１９】このように、本実施形態では、現在のＳＯ
Ｃに対し、エンジン冷却水温度に基づいた加算値を加算
して、目標ＳＯＣを決定する。従って、目標ＳＯＣが現
在のＳＯＣに比べ高い値になる。そこで、モータジェネ
レータ２６、２８が発電機として動作する。そこで、エ
ンジン１０に対する負荷が大きくなり、エンジン１０の
出力パワーが大きくなり、発生熱量も増加するため、暖
機を早めることができる。

【００２０】また、図２のフローチャートでは、温度セ
ンサ７０からのエンジン冷却水温度をパラメータとし
て、目標ＳＯＣを決定した。しかし、温度センサ７２か
らの電池５０の温度に基づいて、同様の制御を行うこと
もできる。フローチャートは図２のもので全く同一にな
る。すなわち、Ｓ１０３において、電池温度に対応する
ＫＳＯＣをマップから求めればよい。このマップも、図
３のマップと基本的に同一でよく、電池温度を横軸にと
ればよい。

【００２１】そして、目標ＳＯＣを高くすることによっ
て、モータジェネレータ２６、２８により充電要求は発
生し、これに応じた発電が行われ、電池５０に対する充
電が行われる。このため、充電による熱発生に基づい
て、電池５０の暖機が促進される。

【００２２】図４は、他の実施形態の動作を示すフロー
チャートである。この実施形態では、Ｓ１０２とＳ１０
３の間に、Ｓ２０１が挿入されている。このＳ２０１で
は、イグニッションスイッチがオフからオンに変わった
かを判定する。すなわち、イグニッションスイッチがオ
ンされてエンジンが始動される際の最初の処理か否かが
判定される。そして、このＳ２０１の判定において、Ｙ
ＥＳの場合にはＳ１０３に進むが、ＮＯの場合には、Ｓ
１０３を通らずにＳ１０４に移る。

【００２３】このような処理により、イグニッションス
イッチをオンしたエンジン始動時の１回だけ、暖機用の
目標ＳＯＣであるＳＯＣＲの算出が行われ、この値はそ
の後変更されない。このようにして、エンジン始動時に
おいて、エンジン冷却水温に応じて目標ＳＯＣを高めに
設定することができ、エンジン１０の負荷を大きくし
て、エンジン１０の暖機を早めることができる。更に、
この図４のフローチャートによる処理も電池５０の暖機
に適用することができる。

【００２４】次に、目標ＳＯＣの設定値であるＳＯＣＴ
が決定された場合のエンジンの駆動制御について、説明
する。

【００２５】まず、エンジン要求出力の算出について、
図５に基づいて説明する。まず、運転者による車両駆動
出力についての指令であるアクセル開度ＡＣＣと、その
ときの車速ＳＰＤとに応じて、車両の要求駆動力ＳＰＶ
を求める（Ｓ４０１）。制御ＣＰＵ５６が、要求駆動力
ＳＰＶの値について、アクセル開度ＡＣＣと車速ＳＰＤ
による２次元マップとして記憶しており、このマップか
ら補間によって要求駆動力ＳＰＶを求める。

【００２６】次に、目標ＳＯＣであるＳＯＣＴと、現在
のＳＯＣの差であるＤＳＯＣを求め、求められたＤＳＯ
Ｃより電池５０の充電要求値ＳＰＣＨＧを算出する（Ｓ
４０２）。なお、ＤＳＯＣとＳＰＣＨＧの関係は、予め
マップとして記憶しており、算出されたＤＳＯＣに基づ
いて、補間によってＳＰＣＨＧを求める。ＤＳＯＣと、
ＳＰＣＨＧの関係は、例えば図６に示すとおりであり、
ＤＳＯＣ＞０の時には、ＳＰＣＨＧとして充電側の正の
値が設定される。一方、ＤＳＯＣ＜０の場合には、ＳＰ
ＣＨＧとして放電側の負の値が設定される。

【００２７】そして、車両の要求駆動力ＳＰＶと充電要
求量ＳＰＣＨＧを加算することでエンジン１０への要求
出力値ＳＰＥを算出する（Ｓ４０３）。このＳＰＥは、
０以上の下限ガードした値とする。このようにして、電
池５０の充電要求量を考慮したエンジン１０への要求出
力値ＳＰＥが算出される。

【００２８】次に、エンジン１０のスロットル制御につ
いて、図７に基づいて説明する。まず、上述のようにし
て求めたエンジンへの要求出力値ＳＰＥと、現在のエン
ジン１０の回転数ＮＥからエンジンが出すべき目標トル
クＴＥＴＡＧを算出する（Ｓ６０１）。すなわち、要求
出力値ＳＰＥをエンジン回転数で除算し、これに換算係
数であるＫＴＥを乗算してＴＥＴＡＧとする。次に、目
標トルクＴＥＴＡＧとエンジン１０の回転数ＮＥから目
標スロットル開度ＴＡＴＡＧを算出する（Ｓ６０２）。
これもＴＥＴＡＧと値による２次元マップに基づき補間
により求める。そして、得られたＴＡＴＡＧによりエン
ジン１０のスロットル開度を調節し、エンジン１０の駆
動が制御される（Ｓ６０３）。また、モータジェネレー
タ２６、２８による発電量は、充電要求量ＳＰＣＨＧに
応じた値に制御され、これによって電池５０への充電が
行われる。なお、エンジン１０の制御は、制御ＣＰＵ５
６からの指令に基づき、エンジンＥＣＵ４６が行い、モ
ータジェネレータ２６、２８の発電量制御は、制御ＣＰ
Ｕ５６が第１および第２のインバータ５２、５４を制御
して行う。

【００２９】また、停車中はＳＰＶ＝０であり、ＳＰＣ
ＨＧのみでＳＰＥが決定され、これに応じたエンジン１
０のスロットル制御が行われ、ＳＰＣＨＧに対応した発
電が行われ、これが電池５０に充電される。このよう
に、エンジン１０を負荷運転とすることによって、エン
ジン１０の暖機を効果的に行うことができる。また、上
述のように、エンジン冷却水温度が低いほど目標ＳＯＣ
を高く設定でき、ＳＰＥが大きくなるため、それだけエ
ンジン負荷も大きくなり暖機性が向上する。

【００３０】一方、本実施形態のように、目標ＳＯＣを
上昇しないと、通常はＳＯＣが５０％程度であり、ＤＳ
ＯＣは０であり、その結果ＳＰＥ＝０になり、エンジン
１０は無負荷運転状態になり、効果的な暖機が行えな
い。

【００３１】また、このような発電制御により、電池５
０に対しても、積極的な充電が行え、電池の暖機性を向
上することができる。

【００３２】更に、Ｓ１０３において、エンジン冷却水
温によるＫＳＯＣと、電池温度によるＫＳＯＣを同時に
求め、その中の大きい方を採用することで、エンジンお
よび電池の暖機を同一のフローチャートで制御すること
も好適である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンジン冷却水温が低いときや、電池温度が低いとき
に、発電を行うことができる。これによって、エンジン
の負荷を大きくしてエンジンの暖機を効率的に行え、ま
た電池への充電により電池の暖機を促進することができ
る。特に、エンジン始動時において、暖機を効果的に行
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハイブリッド車のパワープラントの全体構成
を示す図である。

【図２】目標ＳＯＣの算出を示すフローチャートであ
る。

【図３】エンジン冷却水温ＴＨＷとＳＯＣへの加算値
ＫＳＯＣの関係を示す図である。

【図４】目標ＳＯＣの算出の他の例を示すフローチャ
ートである。

【図５】エンジン要求出力の算出を示すフローチャー
トである。

【図６】現在と目標のＳＯＣの差ＤＳＯＣと充電要求
値ＳＰＣＨＧの関係を示す図である。

【図７】エンジンのスロットル制御を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０エンジン、２６，２８モータジェネレータ、５
６制御ＣＰＵ、７０，７２温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H012 AA01 AA07 JJ08 5H028 AA01 5H030 AA03 AA04 AS08 BB01 BB10 FF21 FF41 5H115 PG04 PI16 PI22 PI29 PO17 PU08 PU24 PU28 PV10 PV23 QI04 QN03 QN06 RB08 RE02 RE03 SE04 SE05 TB01 TE02 TE03 TI01 TO05 TO21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンにより駆動される発電機と、車
両を駆動するモータを有し、電池の充電状態を目標充電
状態に一致させるように前記発電機の発電量を制御する
ハイブリッド車の充電状態制御装置において、エンジンの冷却水の水温が低いときには、高いときに比
べて目標充電状態を高く設定することを特徴とするハイ
ブリッド車の電池充電状態制御装置。
【請求項２】エンジンにより駆動される発電機と、車
両を駆動するモータを有し、電池の充電状態を目標充電
状態に一致させるように前記発電機の発電量を制御する
ハイブリッド車の充電状態制御装置において、電池の温度が低いときは高いときに比べて目標充電状態
を高く設定することを特徴とするハイブリッド車の電池
充電状態制御装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の装置におい
て、前記目標充電状態は、イグニッションスイッチをオンし
たエンジンの始動直後に計算して設定し、暖機終了時に
目標充電状態を通常の値に戻すことを特徴とするハイブ
リッド車の電池充電状態制御装置。