JP2001224103A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車両において、バッテリの充電
状態をより的確に把握して制御する。 【解決手段】 バッテリへの充放電電流を時間積算して
バッテリの充電量を算出する。そして、バッテリの所定
の初期容量に対する現在の充電量の割合として、第１充
電率を算出すると共に、バッテリの満充電量に対する現
在の充電量の割合として、第２充電率を算出する。ま
た、バッテリの大放電時に、このときの放電時特性から
バッテリの充電量を求めて、充電量を更新（初期化）す
ると共に、定期的にバッテリの過充電を行って、このと
きの充電量を満充電量として学習する。そして、前記第
１充電率に基づいてアイドルストップ制御の許可判定を
行い、前記第２充電率に基づいて減速時回生制御（発電
量制御）を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両走行用の駆動
源として、内燃機関と、バッテリを電力源とする電気モ
ータとを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両走行用の駆動源として、内燃
機関（ガソリンエンジン）と、高電圧バッテリにつなが
れた電気モータ（モータジェネレータ）とを備えるハイ
ブリッド車両の開発が進められている（特開平１１−２
２５０１号公報等参照）。

【０００３】かかるハイブリッド車両として、燃費向上
のため、所定のアイドルストップ条件（停止条件）にて
内燃機関を自動的に停止させ、所定のアイドルストップ
解除条件（始動条件）にて電気モータにより内燃機関を
自動的に始動させるものがある。

【０００４】また、減速運転時には、電気モータを発電
機として用いて発電を行わせることによりバッテリに充
電するようにしている。このような制御を行う場合、バ
ッテリの充電量若しくは充電率を検出し、これに基づい
て制御している。

【０００５】すなわち、アイドルストップ制御を行う場
合は、バッテリの充電量が不足している状態で、内燃機
関を停止すると、再始動が困難となることから、バッテ
リの充電状態に基づいてアイドルストップ許可判定を行
い、充電量が不足しているときはアイドルストップを禁
止するようにしている。

【０００６】また、減速時回生制御（発電量制御）を行
う場合は、バッテリの過充電防止等のため、バッテリの
充電状態に基づいて電気モータの発電量を制御してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来におい
ては、バッテリの充電状態に基づいて各種制御を行う場
合、バッテリの充電状態として、バッテリの充電量（絶
対値；残存容量）、又は充電率として初期容量に対する
現在の充電量の割合を検出していた。

【０００８】しかるに、残存容量を示す充電量のみで
は、あとどの位の空き容量があるのかが良くわからな
い。また、例えば初期容量に対する充電率が例えば８０
％と検出されても、残りの２０％は充電可能であるの
か、劣化によって既に充電できない領域になっているか
をはっきりさせなければ、特に減速時回生制御に際し、
回生時の充電可能容量を確保しておいて回生効率を高め
たり、回生時の過充電防止を図ることができず、減速時
回生制御を適切に行うことができない。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、ハイブリッド車両において、バッテリの充電状態を
より的確に把握できるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、車両走行用の駆動源として、内燃機関と、
バッテリを電力源とする電気モータとを備えるハイブリ
ッド車両の制御装置において、図１に示すように、バッ
テリへの充放電電流を時間積算してバッテリの充電量を
算出する充電量算出手段と、バッテリの所定の初期容量
に対する現在の充電量の割合として、第１充電率を算出
する第１充電率算出手段と、バッテリが過充電状態のと
きの充電量を満充電量とし、この満充電量に対する現在
の充電量の割合として、第２充電率を算出する第２充電
率算出手段と、を有することを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明では、バッテリの放電
時に、このときの放電時特性からバッテリの充電量を求
め、前記充電量算出手段により算出される充電量を更新
する放電時充電量初期化手段を有することを特徴とす
る。

【００１２】請求項３に係る発明では、前記放電時充電
量初期化手段は、始動時又は始動後の所定期間経過毎
に、強制的にバッテリの放電を行わせることを特徴とす
る。請求項４に係る発明では、所定の条件にて、強制的
にバッテリの過充電を行って、このときに前記充電量算
出手段により算出される充電量を満充電量として学習す
る強制過充電時満充電量学習手段を有することを特徴と
する。

【００１３】請求項５に係る発明では、前記強制過充電
を行う所定の条件は、始動直後の暖機運転中又は暖機運
転終了後の所定期間経過毎とすることを特徴とする。請
求項６に係る発明では、所定のアイドルストップ条件に
て内燃機関を停止させ、所定のアイドルストップ解除条
件にて電気モータにより内燃機関を始動するアイドルス
トップ制御手段を備え、前記第１充電率に基づいてアイ
ドルストップ許可判定を行うことを特徴とする。

【００１４】請求項７に係る発明では、減速運転時に電
気モータを発電機として用いて発電を行わせることによ
りバッテリに充電する減速時回生制御手段を備え、前記
第２充電率に基づいて発電量制御を行うことを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、バッテリ
の所定の初期容量に対する現在の充電量の割合としての
第１充電率と、バッテリの現在の満充電量に対する現在
の充電量の割合としての第２充電率とを持つことで、現
在の残存容量のみならず、充電可能容量を知ることがで
き、各種制御を的確に行うことができる。

【００１６】請求項２，３に係る発明によれば、バッテ
リの充電量は放電時特性から積算誤差のイニシャライズ
が可能であるので、バッテリの放電時に、又は強制的に
バッテリの放電を行って、バッテリの充電量を求め、イ
ニシャライズを行うことで、充放電電流の時間積算によ
る誤差の累積を防ぎ、充電量の算出精度が向上すること
で、第１及び第２充電率の算出精度も向上する。

【００１７】請求項４，５に係る発明によれば、所定の
条件にて、強制的に過充電を行って、満充電量を学習す
ることで、第２充電率の算出精度が向上する。請求項６
に係る発明によれば、アイドルストップ制御の許可判定
は、再始動可能な残存容量との比較で行うことが求めら
れるので、残存容量に対応する第１充電率を用いること
で、アイドルストップ制御の信頼性が向上する。

【００１８】請求項７に係る発明によれば、減速時回生
制御のための発電量制御は、充電可能容量を基に行うこ
とが求められるので、充電可能容量を知ることができる
第２充電率を用いることで、減速時回生制御の信頼性が
向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図２は本発明の一実施形態を示すハイブリ
ッド車両のシステム図である。

【００２０】内燃機関（以下エンジンという）１の出力
側に、発電機を兼ねる電気モータ（以下モータジェネレ
ータという）２を直結し、このモータジェネレータ２に
変速機３を接続して、この変速機３の出力側の駆動軸４
によりデフ５を介して駆動輪側の車軸６を駆動するよう
にしてある。

【００２１】ここにおいて、モータジェネレータ２は、
エンジンの始動又は車両の発進時にエンジン１のクラン
キングを行う始動手段として使用し、特に、所定のアイ
ドルストップ条件にてエンジン１を自動的に停止させる
アイドルストップ装置を装備する場合に、アイドルスト
ップ後に、所定のアイドルストップ解除条件にてエンジ
ン１を自動的に始動する時に使用する。そして、減速運
転時には、発電機として、駆動軸４側からのエネルギー
を回生して、発電を行い、バッテリへの充電のために使
用する。

【００２２】図３は上記ハイブリッド車両における電力
供給系のシステム図である。高電圧バッテリ１１は、定
格４２Ｖ程度の、モータジェネレータ２の電力源となる
充放電可能な電池電源であって、具体的には鉛酸バッテ
リ（lead-acid battery ；充放電中に組成が変わる酸化
鉛を含む鉛の格子を電極とし、希硫酸を電解質とする鉛
蓄電池）を用いている。

【００２３】ここで、高電圧バッテリ１１の充電時に
は、すなわち、モータジェネレータ２から発電電力が得
られている状態では、モータジェネレータ２より発生す
る３相交流電力が、インバータ１２により直流電力に変
換されて、ジャンクションボックス１３を介して、供給
され、放電時には、その放電電力がジャンクションボッ
クス１３及びインバータ１２を介して３相交流電力に変
換されて、モータジェネレータ２に供給される。

【００２４】低電圧バッテリ１４は、エンジン補機負荷
を含む車載電気負荷の電力源として一般的に用いられて
いる定格１４Ｖ程度の鉛酸電池で、その電気エネルギー
はモータジェネレータ２からインバータ１２及びジャン
クションボックス１３を経由した後、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１５を介して蓄えられる。

【００２５】また、必要により、モータジェネレータ２
の発電電力を強制的に消費させるため、インバータ１２
により変換した直流電力を、強制放電スイッチ１６を介
して、車両用のリアウィンドウに設けられる曇り止め用
の熱線ヒータなどの放電用抵抗１７に供給し得るように
してある。

【００２６】コントロールユニット１８は、車両の各種
運転条件が入力される他、モータジェネレータ２より発
生しインバータ１２により変換された発電電流ＩＭＧの
検出、高電圧バッテリ１１への充電電流（又は放電電
流）ＩＨ及びその端子電圧ＶＨの検出等を行って、これ
らを基に、エンジン１及びモータジェネレータ２の作動
を制御する機能を有している。

【００２７】次に前記コントロールユニット１８の制御
内容を図４〜図７のフローチャートにより説明する。図
４は充電量及び充電率算出ルーチンのフローチャートで
あり、所定の時間隔毎に実行される。

【００２８】ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同
様）では、電流センサにより、高電圧バッテリ１１への
充放電電流ＩＨを検出し、これを次式のごとく時間積算
して、高電圧バッテリ１１の充電量ＳＯＣ（絶対量Ａ・
Ｈｒ）を算出する。この部分が充電量算出手段に相当す
る。

【００２９】ＳＯＣ＝ＳＯＣ＋ＩＨ・Δｔ Δｔは本ルーチンの実行時間隔である。尚、充電量ＳＯ
Ｃは、電源ＯＦＦ時にバックアップメモリに書込まれ
て、次回の電源投入時まで記憶保持される。また、充電
量ＳＯＣは、後述する図５の学習ルーチンによって、定
期的により正確な演算方法で演算され、これにより更新
（初期化）されて、積算のズレが補正される。

【００３０】ステップ２では、次式のごとく、高電圧バ
ッテリ１１の所定の初期容量に対する現在の充電量ＳＯ
Ｃの割合（％）として、第１充電率ＳＯＣＡを算出す
る。この部分が第１充電率算出手段に相当する。

【００３１】ＳＯＣＡ＝ＳＯＣ／初期容量 初期容量は、予め固定値として記憶させておくことはも
ちろんである。ステップ３では、次式のごとく、高電圧
バッテリ１１の満充電量に対する現在の充電量ＳＯＣの
割合（％）として、第２充電率ＳＯＣＢを算出する。こ
の部分が第２充電率算出手段に相当する。

【００３２】ＳＯＣＢ＝ＳＯＣ／満充電量 満充電量は、後述する図５の学習ルーチンによって、定
期的に学習され、バックアップメモリに書込まれて、記
憶保持されている。

【００３３】図５は学習ルーチンのフローチャートであ
る。ステップ１１では、第１の所定条件か否かを判定す
る。この第１の所定条件は、始動時、及びこれ以降の所
定時間毎に成立するものとする。

【００３４】第１の所定条件の場合は、ステップ１２へ
進み、強制的に高電圧バッテリ１１の放電を行わせる。
すなわち、強制放電スイッチ１６をＯＮにして、強制放
電を行わせる。

【００３５】但し、始動時は大放電がなされるので、電
力消費を考えて、特に強制放電を行わせなくてもよく、
この場合は、ステップ１１にて始動時等の大放電時か否
かを判定するようにして、ステップ１２を省略する。

【００３６】次のステップ１３では、電圧センサ及び電
流センサにより、放電中の高電圧バッテリ１１の端子電
圧ＶＨ及び放電電流ＩＨを検出する。次のステップ１４
では、検出した端子電圧ＶＨ及び放電電流ＩＨから、充
電量ＳＯＣ（又は第１充電率ＳＯＣＡ）を算出する。

【００３７】ここで、放電時の充電量ＳＯＣ（第１充電
率ＳＯＣＡ）は、バッテリの電解液比重により知ること
ができ、電解液比重は起電力（開放端電圧）Ｅ０と相関
がある。そこで、電圧センサ及び電流センサにより検出
した放電中の端子電圧ＶＨ及び放電電流ＩＨから起電力
Ｅ０を演算し、これにより電解液比重を演算し、更に充
電量ＳＯＣを演算することができる。

【００３８】すなわち、放電時Ｉ−Ｖ特性を図８（ａ）
に示すように、放電中のバッテリ電圧は次式により表さ
れる。 ＶＨ＝Ｅ０−ＩＨ・Ｒ０ ＶＨは放電中の端子電圧、Ｅ０は起電力（開放端電
圧）、ＩＨは放電電流、Ｒ０はバッテリ内部抵抗であ
る。

【００３９】従って、先ず、電圧センサ及び電流センサ
により放電中の端子電圧ＶＨ及び放電電流ＩＨを複数点
で計測し、これらより起電力Ｅ０及び内部抵抗Ｒ０を演
算する。

【００４０】次に、起電力Ｅ０と電解液比重とには、図
８（ｂ）に示すような相関関係があることから、起電力
Ｅ０から電解液比重を演算する。次に、電解液比重と充
電量ＳＯＣ（第１充電率ＳＯＣＡ）とには、図８（ｃ）
に示すような関係がある。すなわち、放電量に比例して
電解液比重が直線的に低下する。よって、電解液比重か
ら充電量ＳＯＣ（第１充電率ＳＯＣＡ）を演算すること
ができる。

【００４１】以上より、端子電圧ＶＨ及び放電電流ＩＨ
から、充電量ＳＯＣ（第１充電率ＳＯＣＡ）を算出する
ことができるのである。このようにして、放電時特性か
ら充電量ＳＯＣを算出することができ、これにより、図
４の充電量及び充電率算出ルーチンにより充放電電流の
時間積算から求められる充電量ＳＯＣを更新（初期化）
して、積算のずれを補正することができる。ここで、ス
テップ１１〜１４の部分が放電時充電量初期化手段に相
当する。

【００４２】ステップ１５では、第２の所定条件か否か
を判定する。この第２の所定条件は、始動直後の暖機運
転中、及びこれ以降の所定時間毎に成立するものとす
る。第２の所定条件の場合は、ステップ１６へ進み、強
制的に高電圧バッテリ１１の過充電を行わせる。具体的
には、後述する図７の発電量制御ルーチンにおいて、目
標充電率ＴＳＯＣＢを過充電状態に相当する値に設定す
る。

【００４３】次のステップ１７では、電圧センサによ
り、過充電中の高電圧バッテリ１１の端子電圧ＶＨを検
出する。次のステップ１８では、検出した端子電圧ＶＨ
が所定値（定格電圧４２Ｖに対し、４６Ｖ程度）に達し
たか否かを判定し、ＶＨ≧所定値となった場合に、ステ
ップ１９へ進む。

【００４４】ステップ１９では、図４の充電量及び充電
率算出ルーチンにより算出される最新の充電量ＳＯＣを
読込み、次のステップ２０で、このときの充電量ＳＯＣ
を満充電量として学習する（満充電量＝ＳＯＣ；ＳＯＣ
Ｂ＝１００％に相当）。学習した満充電量は、バックア
ップメモリに書込んで、満充電量のデータを更新する。

【００４５】尚、ＶＨ≧所定値となった後、充電量ＳＯ
Ｃの変化が無くなったときの充電量ＳＯＣを満充電量と
して学習するようにすると、満充電量の検出精度がより
向上する。

【００４６】これにより、図４の充電量及び充電率算出
ルーチンにおいて、満充電量に対する現在の充電量の割
合である第２充電率ＳＯＣＢを正確に算出できる。ここ
で、ステップ１５〜２０の部分が強制過充電時満充電量
学習手段に相当する。

【００４７】図６はアイドルストップ制御ルーチンのフ
ローチャートであり、アイドルストップ制御手段に相当
する。ステップ２１では、所定のアイドルストップ条件
か否かを判定する。ここで、アイドルストップ条件と
は、例えば、アイドルスイッチＯＮで、エンジン回転数
Ｎｅがアイドル回転数付近で、車速ＶＳＰ＝０のアイド
ル運転時で、ブレーキスイッチＯＮのときとする。

【００４８】アイドルストップ条件が成立した場合は、
ステップ２２へ進んで、第１充電率ＳＯＣＡを読込み、
次のステップ２３で、これを所定値（再始動可能ＳＯＣ
値）と比較し、ＳＯＣＡ＜所定値の場合は、アイドルス
トップを不許可とする。

【００４９】ＳＯＣＡ≧所定値の場合は、アイドルスト
ップを許可して、ステップ２４へ進み、アイドルストッ
プのため、エンジン１を停止させる。アイドルストップ
後は、ステップ２５にて、所定のアイドルストップ解除
条件が成立したか否かを判定する。アイドルストップ解
除条件とは、例えば、アイドルスイッチＯＦＦ（アクセ
ル踏込み）で、ブレーキスイッチＯＦＦのときとする。

【００５０】アイドルストップ解除条件が成立した場合
は、ステップ２６へ進み、モータジェネレータ２により
エンジン１を始動する。以上のように、アイドルストッ
プ制御の許可判定は、再始動可能な残存容量との比較で
行うことが求められるので、残存容量に対応する第１充
電率ＳＯＣＡを用いることで、アイドルストップ制御の
信頼性が向上する。

【００５１】図７は発電量制御（減速時回生制御）ルー
チンのフローチャートであり、減速時回生制御手段に相
当する。ステップ３１では、高電圧バッテリ１１の目標
充電率（目標第２充電率）ＴＳＯＣＢを設定する。ここ
で、目標充電率ＴＳＯＣＢは、満充電状態に対する割合
で、通常運転時は減速回生時に余裕を残すように例えば
８０％に設定し、減速運転時は回生のため例えば９０〜
９５％に設定する。また、強制過充電時は例えば９５％
に設定する。

【００５２】ステップ３２では、図４の充電量及び充電
率算出ルーチンにより算出される最新の第２充電率ＳＯ
ＣＢを読込む。ステップ３３では、目標充電率ＴＳＯＣ
Ｂと実際の第２充電率ＳＯＣＢとを比較し、その差分
（ＴＳＯＣＢ−ＳＯＣＢ）に比例積分制御に基づくゲイ
ンを乗じるなどして、充電率のフィードバック制御量を
算出し、これを電流変換して、高電圧バッテリ１１への
目標充電電流＝ｆ（ＴＳＯＣＢ−ＳＯＣＢ）を算出す
る。

【００５３】ステップ３４では、電流センサにより、モ
ータジェネレータ２の実際の発電電流ＩＭＧを検出し、
また、高電圧バッテリ１１への実際の充電電流ＩＨを検
出する。

【００５４】ステップ３５では、モータジェネレータ２
の発電電流ＩＭＧから、高電圧バッテリ１１への充電電
流ＩＨを減算して、車載電気負荷に供給されている電気
負荷電流（＝ＩＭＧ−ＩＨ）を算出する。すなわち、モ
ータジェネレータ２の発電電流ＩＭＧから、高電圧バッ
テリ１１への充電電流ＩＨを減算して、低電圧バッテリ
１４への充電電流ＩＬ＝ＩＭＧ−ＩＨを求め、この低電
圧バッテリ１４への充電電流ＩＬを、電気負荷電流（＝
ＩＬ）と推定するのである。

【００５５】ステップ３６では、目標充電電流に、電気
負荷電流を加算して、モータジェネレータ２の目標発電
電流（＝目標充電電流＋電気負荷電流）を算出する。ス
テップ３７では、バッテリ放電時か否かを判定し、バッ
テリ充電時ではなく、バッテリ放電時の場合は、ステッ
プ３８にて、バッテリ放電時のバッテリ劣化を防止すべ
く、バッテリ放電時にモータジェネレータ２より微量の
発電電流を得るために、目標発電電流を１〜２Ａ程度
（定数）に設定する。

【００５６】すなわち、バッテリ充電中は、ステップ３
６にて算出されたバッテリ充電時目標発電電流を、目標
発電電流として決定し、バッテリ放電中は、ステップ３
８にて設定されたバッテリ放電時目標発電電流（微量発
電電流）を、目標発電電流として決定する。

【００５７】ステップ３９では、現在のモータ発電電流
が目標発電電流と等価になるように、モータジェネレー
タ２への目標トルクを制御する。以上のように、減速時
回生制御のための発電量制御は、充電可能容量を基に行
うことが求められるので、充電可能容量を知ることがで
きる第２充電率ＳＯＣＢを用いることで、減速時回生制
御の信頼性が向上する。

【００５８】尚、本実施形態では、強制的な過充電のた
めに、充電量フィードバック制御における目標充電率Ｔ
ＳＯＣＢを過充電状態に相当する値に設定するようにし
たが、図７のフィードバック制御を停止し、別途大きな
発電電流を供給するように制御してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】 本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両
のシステム図

【図３】 同上のハイブリッド車両における電力供給系
のシステム図

【図４】 充電量及び充電率算出ルーチンのフローチャ
ート

【図５】 学習ルーチンのフローチャート

【図６】 アイドルストップ制御ルーチンのフローチャ
ート

【図７】 発電量制御ルーチンのフローチャート

【図８】 放電時の特性図

【符号の説明】

１ エンジン ２ モータジェネレータ ３ 変速機 １１ 高電圧バッテリ １２ インバータ １３ ジャンクションボックス １４ 低電圧バッテリ １５ ＤＣ−ＤＣコンバータ １６ 強制放電スイッチ １７ 放電用抵抗 １８ コントロールユニット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両走行用の駆動源として、内燃機関と、
   バッテリを電力源とする電気モータとを備えるハイブリ
   ッド車両の制御装置において、 バッテリへの充放電電流を時間積算してバッテリの充電
   量を算出する充電量算出手段と、 バッテリの所定の初期容量に対する現在の充電量の割合
   として、第１充電率を算出する第１充電率算出手段と、 バッテリが過充電状態のときの充電量を満充電量とし、
   この満充電量に対する現在の充電量の割合として、第２
   充電率を算出する第２充電率算出手段と、 を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装
   置。
2. 【請求項２】バッテリの放電時に、このときの放電時特
   性からバッテリの充電量を求め、前記充電量算出手段に
   より算出される充電量を更新する放電時充電量初期化手
   段を有することを特徴とする請求項１記載のハイブリッ
   ド車両の制御装置。
3. 【請求項３】前記放電時充電量初期化手段は、始動時又
   は始動後の所定期間経過毎に、強制的にバッテリの放電
   を行わせることを特徴とする請求項２記載のハイブリッ
   ド車両の制御装置。
4. 【請求項４】所定の条件にて、強制的にバッテリの過充
   電を行って、このときに前記充電量算出手段により算出
   される充電量を満充電量として学習する強制過充電時満
   充電量学習手段を有することを特徴とする請求項１〜請
   求項３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御
   装置。
5. 【請求項５】前記強制過充電を行う所定の条件は、始動
   直後の暖機運転中又は暖機運転終了後の所定期間経過毎
   とすることを特徴とする請求項４記載のハイブリッド車
   両の制御装置。
6. 【請求項６】所定のアイドルストップ条件にて内燃機関
   を停止させ、所定のアイドルストップ解除条件にて電気
   モータにより内燃機関を始動するアイドルストップ制御
   手段を備え、前記第１充電率に基づいてアイドルストッ
   プ許可判定を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５
   のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 【請求項７】減速運転時に電気モータを発電機として用
   いて発電を行わせることによりバッテリに充電する減速
   時回生制御手段を備え、前記第２充電率に基づいて発電
   量制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項６のい
   ずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。