JP2004064840A

JP2004064840A - 蓄電システムの制御装置

Info

Publication number: JP2004064840A
Application number: JP2002217539A
Authority: JP
Inventors: Takezo Yamaguchi; 山口　武蔵; Susumu Komiyama; 小宮山　晋; Hideaki Watanabe; 渡辺　英明
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】車両の所要制駆動力を満たす範囲内で、駆動モータの制動時に得られる回生エネルギーが最大限に充電できるようにする。
【解決手段】蓄電システムの制御装置は、車両走行用の駆動モータ（３）へ電力を供給するために２つの蓄電装置（６、８）を備えている。コントローラ（２０）は、駆動モータ（３）の制動時に得られる回生エネルギーを算出し、車両の所要制駆動力を実現するために必要な蓄電システムの入出力電力を算出する。そして、入出力電力を満たす範囲内で充電可能な回生エネルギーが最も多くなるよう各蓄電装置（６、８）への回生エネルギー分配率を設定し、設定されたエネルギー分配率に基づき回生エネルギーを分配する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
車両走行用の駆動モータへ電力を供給する少なくとも２種類の蓄電装置を備えた蓄電システムの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１３６８０８号は、バッテリと電気二重層コンデンサの２つの蓄電装置を含むハイブリッド車両用蓄電システムを開示している。この蓄電システムでは、駆動モータの制動時に得られる回生電力を、まずパワー密度の高い（＝内部抵抗が小さい）電気二重層コンデンサに充電し、その後、電気二重層コンデンサから小電力でエネルギー密度の高いバッテリに再充電する。
【０００３】
これにより、バッテリが苦手とする大電力の充電をそれを得意とする電気二重層コンデンサにまかせ、のちに電気二重層コンデンサが苦手とするエネルギー量の蓄電をそれを得意とするバッテリにまかせることができ、各蓄電装置の長所を有効に活用することで蓄電システムの充電効率を向上させることができる。さらに、バッテリと電気二重層コンデンサの充電状態の範囲（以下、ＳＯＣ範囲）を、車両の所要制駆動力を満たすために必要な入力電力と出力電力の双方を満たすように設定し、バッテリと電気二重層コンデンサの充電状態がこのＳＯＣ範囲に入るように充放電制御が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
ところで、上記蓄電システムでは、駆動モータの制動時に得られる回生電力を充電する場合、設定されたＳＯＣ範囲内で一旦電気二重層コンデンサに充電し、後に電気二重層コンデンサに蓄電した電力をバッテリに充電する。
【０００５】
しかしながら、電気二重層コンデンサはパワー密度が高く充電時に発生する電力損失が小さいものの、エネルギー密度が低く回生エネルギー全てを充電するには十分でない。このため、所要の制駆動力を満たすＳＯＣ範囲内で充電できる分を超える回生エネルギーについては、蓄電システム外で無駄に捨てなければならないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の技術的課題を鑑みてなされたもので、駆動モータへの電力供給源として少なくとも２種類の蓄電装置を備えた蓄電システムの制御装置において、車両の所要制駆動力を満たすＳＯＣ範囲内で、駆動モータの制動時に得られる回生エネルギーが最大限に充電できるようにし、さらには、充電時に蓄電システムで発生する電力損失を低減することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
駆動モータの制動時に得られる回生エネルギーを算出するとともに、車両の所要制駆動力を実現するために必要な蓄電システムの入出力電力を算出する。そして、この入出力電力を満たす範囲内で充電可能な回生エネルギーが最も多くなるよう各蓄電装置への回生エネルギー分配率を設定し、設定されたエネルギー分配率に基づき回生エネルギーを分配する。
【０００８】
【作用及び効果】
駆動モータの制動時に得られる回生エネルギーを演算し、所要の制駆動力を満たすＳＯＣ範囲内で充電される回生エネルギーが最も多くなるよう回生エネルギーを各蓄電装置へ分配するので、蓄電システムに充電できず無駄に消費される回生エネルギーを低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る蓄電システムの制御装置を備えたシリーズハイブリッド車両の概略構成を示している。エンジン１の出力軸には発電機２が接続されており、発電機２はエンジン１が発生する運動エネルギーを電力に変換する。また、図示しない駆動輪には車両駆動用の駆動モータ３が接続されている。
【００１１】
発電機２、モータ３はそれぞれインバータ４、５に接続されており、インバータ４、５の間には電気二重層コンデンサ（第１の蓄電装置）６、昇降圧コンバータ７、バッテリ（第２の蓄電装置）８が接続されている。図中１０、１１は電流検出回路であり、１２は電圧検出回路である。
【００１２】
発電機２は、例えば３相交流の回転電機であり、３相の発電コイルの出力端子は発電機２用のインバータ４に接続される。発電機２用のインバータ４の出力端子は直流端子であり、その電圧は電気二重層コンデンサ６と等しく揃えられている。出力端子の両端は電気二重層コンデンサ６に接続されると共に、昇降圧コンバータ７に接続される。発電機２の回転軸はエンジン１に直結されており、発電機２の界磁コイルに電流を流し、エンジン１により発電機２を回転させれば、発電機２は発電する。
【００１３】
駆動モータ３も発電機２と同じく３相交流の回転電機であり、駆動コイルの出力端子は駆動モータ３用のインバータ５に接続されている。駆動モータ３用のインバータ５の出力端子は直流端子であり、その電圧は電気二重層コンデンサ６と等しく揃えられている。出力端子の両端は電気二重層コンデンサ６に接続されると共に、昇降圧コンバータ７に接続されている。
【００１４】
バッテリ８は、電気二重層コンデンサ６との間に設けられた昇降圧コンバータ７を制御することにより充放電を調整することができる。
【００１５】
コントローラ２０には、電流検出回路１０、１１で検出された電流値、電圧検出回路１２で検出された電圧値の他、ブレーキペダルが踏み込まれたこと検出するブレーキセンサ３０（制動操作検出手段）、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ３１、車速を検出する車速センサ３２、電気二重層コンデンサ６の温度を検出する温度センサ３３、バッテリ８の温度を検出する温度センサ３４、外部から自車位置情報を受信するナビゲーションシステム４０（ナビゲーション手段）等からの信号が入力される。ナビゲーションシステム４０には、車両の目的地、走行経路、走行経路における道路勾配、標高等の道路環境情報が記憶されている。
【００１６】
コントローラ２０は、設定された回生エネルギーのバッテリ８と電気二重層コンデンサ６への分配率を実現するように昇降圧コンバータ７を動作させる。具体的には、分配率に応じた電気二重層コンデンサ６への目標充電電力が、それ相当の電流値Ｉ_Ｃに変換され、コントローラ２０は、電流検出回路１１の出力Ｉ_２［Ａ］が電気二重層コンデンサ６に流れる電流Ｉ_Ｃ［Ａ］になるように昇降圧コンバータ７を制御する。
【００１７】
なお、回生エネルギー以外に、発電機２からの発電電力を充電する場合には、例えばまず電気二重層コンデンサ６を充電し、満充電になったらバッテリ８に充電する方法がある。電気二重層コンデンサ６に充電する場合には、電流検出回路１１の出力Ｉ_２［Ａ］がＩ_１［Ａ］になるように、バッテリ８に充電する場合は電流検出回路１１の出力Ｉ_２［Ａ］が０［Ａ］になるように昇降圧コンバータ７を制御する。
【００１８】
一方、駆動モータ３に電力を供給する場合には、例えば必要とされる電力をまず電気二重層コンデンサ６から全面的に供給し、そこから供給できなくなったらバッテリ８から供給する。電気二重層コンデンサ６から供給する場合には、昇降圧コンバータ７により電気二重層コンデンサ６側をバッテリ８側の電圧より高い状態にすれば良く、また、バッテリ６から供給する場合には、より電気二重層コンデンサ６側をバッテリ８の開放電圧付近になるようにすれば良い。
【００１９】
図２は、コントローラ２０が行う回生エネルギーの分配処理の内容を示したフローチャートであり、所定の周期で繰り返し演算される。
【００２０】
これによると、まず、車両の所要制駆動力を満たすために必要な蓄電システムの入力電力と出力電力を算出し（ステップＳ１）、設置したセンサからの出力をもとに蓄電システムの状態を検出し（ステップＳ２）、所要制駆動力を満たすことが可能なＳＯＣ範囲を設定する（ステップＳ３）。
【００２１】
そして、駆動モータ３制動時に得られる回生エネルギーを算出し（ステップＳ４）、回生エネルギーをどのような配分でバッテリ８と電気二重層コンデンサ６に充電するかを設定し（ステップＳ５）、設定したエネルギー分配率が実現されるように充電制御を行う（ステップＳ６）。
【００２２】
以下、各ステップにおける処理について詳細に説明する。
【００２３】
＜所要制駆動力を満たす入出力電力の算出＞
まず、図２のステップＳ１では、車両の所要制駆動力を算出し、それを実現するために必要な蓄電システムの入力電力及び出力電力を算出する（入出力電力算出手段に対応）。運転者が要求する制駆動力はアクセル操作やブレーキ操作により時々刻々変化するが、この車両では、駆動モータ３で消費される電力は、発電機２から得られる発電電力と蓄電システムからの出力電力とで賄われる。このため、駆動モータ３の力行時に要求される出力電力はその時点の発電電力に応じて変化し、回生時に要求される入力電力は車両の速度などによって変化する。
【００２４】
そこで、このステップでは、これら時々刻々と変化する入力電力と出力電力の要求に備えて蓄電システムで予め確保すべき入力電力Ｐｃｈｇ［ｋＷ］と出力電力Ｐｄｉｓ［ｋＷ］を固定値（例えば、Ｐｃｈｇ＝Ｐｄｉｓ＝２０［ｋＷ］）として設定する。なお、この値は必ずしも固定値である必要はなく、時々刻々と変化する入力電力と出力電力の要求に応じて可変としても良い。但し、この設定を可変とする場合には、回生時に駆動モータ３で発生できる制動力が蓄電システムの状態に応じて変化するため、協調回生ブレーキなど運転者の要求する制駆動力を満たすように自動的にブレーキと駆動モータ３での制動力の配分が行われる機構がある場合にのみ可変とするのが良い。
【００２５】
＜蓄電システムの状態の検出＞
次に、図２のステップＳ２では蓄電システムの状態を検出する。バッテリ８と電気二重層コンデンサ６の各々に取り付けられた温度センサ３３、３４や、電流検出回路１０、１１、電圧検出回路１２の出力を基に求めた充電状態（ＳＯＣ）から、各々の内部抵抗や開放電圧を求める。内部抵抗と開放電圧は以下に示すテーブルを検索することにより算出することができる。これらテーブルは実験により求めた特性に基づき作成され、コントローラ２０のメモリに格納されている。
【００２６】
図３は、バッテリ８の充電状態ＳＯＣｂ［％］と内部抵抗の関係を示すテーブルである。このテーブルは、所定のバッテリ８の温度（例えば、２５［℃］）において、各充電状態における内部抵抗を算出したものである。また、図４は、バッテリ８の温度Ｔｂ［℃］と内部抵抗比の関係を示すテーブルである。このテーブルは、所定のバッテリの温度（例えば、２５［℃］）での内部抵抗を基準にとり、各温度において基準値に対する内部抵抗の比を算出したものである。これら２つのテーブルを検索して求められた値を掛け合わせれば、バッテリ８の内部抵抗Ｒｂ［Ω］を算出できる。
【００２７】
同様に、電気二重層コンデンサ６についても予め実験により求めた特性をテーブルとして記憶しておくことで、電気二重層コンデンサ６の内部抵抗Ｒｃ［Ω］を算出することができる。図５に電気二重層コンデンサ６の充電状態ＳＯＣｃ［％］と内部抵抗の関係を示すテーブル、図６に電気二重層コンデンサ６の温度Ｔｃ［℃］と内部抵抗比の関係を示したテーブルを示す。
【００２８】
図７は、バッテリ８の充電状態ＳＯＣｂ［％］と開放電圧Ｅｏｂ［Ｖ］の関係を示すテーブルであり、テーブルを検索することにより、バッテリ８の開放電圧Ｅｏｂを求めることができる。また、電気二重層コンデンサ６の開放電圧Ｅｏｃも図８のテーブルを検索するとことにより求めることができる。
【００２９】
＜ＳＯＣ範囲の設定＞
次に、図２のステップＳ３では要求制駆動力を満たすことが可能なバッテリ８と電気二重層コンデンサ６のＳＯＣ範囲を設定する。ＳＯＣ範囲は、図２のステップＳ１で設定されている蓄電システムで予め確保すべき出力電力Ｐｄｉｓ［ｋＷ］と入力電力Ｐｃｈｇ［ｋＷ］を満たすよう、以下の式（１）、（２）、
【００３０】
【数１】

【００３１】
【数２】

【００３２】
を用いて求める。
【００３３】
Ｐｄｉｓ＃は各蓄電装置毎の出力可能電力を示し、バッテリ８の出力可能電力はＰｄｉｓｂ、電気二重層コンデンサ６の出力可能電力はＰｄｉｓｃとなる。同様にＶｍｉｎ＃［Ｖ］は最低電圧、ＥｏＶ［Ｖ］は開放電圧、Ｒ＃［Ω］は内部抵抗を示し、各蓄電装置に応じた値を設定する。また、開放電圧Ｅｏ＃［Ｖ］と内部抵抗Ｒ＃［Ω］の値は蓄電システム状態を検出するステップで用いたテーブルを用いて算出する。
【００３４】
Ｐｃｈｇ＃は各蓄電装置の入力可能電力を示し、バッテリ８の可能出力はＰｃｈｇｂ、電気二重層コンデンサ６の出力可能電力はＰｃｈｇｃとなる。Ｖｍａｘ［Ｖ］は最高電圧を示し、出力可能電力を算出する場合と同様に、開放電圧Ｅｏ＃［Ｖ］と内部抵抗Ｒ＃［Ω］の値は蓄電システム状態を検出するステップで用いたテーブルやマップを用いて算出する。
【００３５】
要求制駆動力を満たすためには、バッテリ８と電気二重層コンデンサ６の出力可能電力の合計値、入力電力の合計値がそれぞれＰｄｉｓ［ｋＷ］、Ｐｃｈｇ［ｋＷ］を満たせば良く、以下の式（３）と式（４）、
【００３６】
【数３】

【００３７】
【数４】

【００３８】
の双方を満たす範囲が要求制駆動力を満たすことが可能なＳＯＣ範囲となる。
【００３９】
＜回生エネルギーの算出＞
図９は回生エネルギーを算出するステップＳ４における処理の内容を示したものである（回生エネルギー算出手段に対応）。これによると、まず、ステップＳ１１では、車速センサ３２より現在の車速を読み込む。そして、ステップＳ１２において、現在の車速とその前回値から減速中か否かを判断する。
【００４０】
ステップＳ１２で減速中であると判断された場合にはステップＳ１３に進み、減速中の速度パターンを次式（５）、
【００４１】
【数５】

【００４２】
により算出する。ＶＳＰｔ［ｋｍ／ｈ］は時刻ｔ［ｓｅｃ］における車速、ＶＳＰｔ−１［ｋｍ／ｈ］は時刻ｔ［ｓｅｃ］の１秒前における車速を示す。
【００４３】
ｇ［ｍ／ｓ^２］は重力加速度、ｉは総ギア比、ηは動力伝達効率、ｒ_Ｄ［ｍ］はタイヤ有効半径、μ_ｒは転がり抵抗、ｍ_ｖｅｈ［ｋｇ］は車両総重量、μ_ｌ［ｋＮ・ｈ^２／ｍ^２・ｋｍ^２］は空気抵抗係数、Ａ［ｍ^２］は前面投影面積、φは車両回転部を考慮した場合の見かけの重量増加分（車両内の回転部分慣性重量を車両総重量割り算し得られる）、ＧＲＤａｖｅ［ｄｅｇ］は登坂時の平均勾配（求め方は、後述）を示す。
【００４４】
ｔＴｍｇ［Ｎｍ］は減速時に駆動モータで発生する目標回生トルクを示し、図１０に示すテーブルを検索することにより求める。このテーブルは、各車速において、例えば一定減速度を得られるように目標回生トルクを求めても良いし、またエンジンを駆動源とする車両で減速時に発生するエンジンブレーキと同等の制動力が得られるよう求めても良い。
【００４５】
式（５）の計算を回生開始時刻ｔｓｔａｒｔ［ｓｅｃ］から繰り返すことにより、車両が停止するｔｅｎｄ［ｓｅｃ］までの車速パターンを得ることができる。
【００４６】
ステップＳ１４では回生エネルギーを算出する。車速ＶＳＰｔ［ｋｍ］と駆動モータ３の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］は、次式（６）、
【００４７】
【数６】

【００４８】
関係があるので、時刻ｔ［ｓｅｃ］における回生電力Ｐｒｇ［ｋＷ］は、次式（７）、
【００４９】
【数７】

【００５０】
により算出する。したがって、駆動モータ３が制動を開始してから車両が停止するまでに得られる回生エネルギーＥｒｇ［ｋＪ］は、次式（８）、
【００５１】
【数８】

【００５２】
により求めることができる。
【００５３】
ステップＳ１５において、アクセル操作量と車速から一定速走行か否かを判断する。アクセル操作量センサ３１や車速センサ３２からの微小な出力変化が判断に影響しないように、センサ出力に対しては不感帯を設ける処理をしておく。ステップＳ１５において一定走行であると判断した場合には、ステップＳ１６において登坂時か否かを判断し、その際の勾配を求める。勾配は、図１１に示すマップを検索することにより算出することができ、このマップは予め実験結果に基づき作成され、コントローラ２０のメモリに記憶されている。
【００５４】
図１１は、車速［ｋｍ／ｈ］と、駆動モータ３用のインバータ５に流れる電流検出値［Ａ］と、一定速走行時の勾配［％］との関係を示すマップである。インバータ５に流れる電流と駆動モータ３に与えるトルク指令値とは単調増加の関係にある。また、勾配とある車速で一定走行をするために必要な駆動モータトルクについても単調増加の関係にある。このマップは、これらの関係を示すデータを予め実験から取得することにより作成することができる。
【００５５】
ステップＳ１７おいて、ステップＳ１６で算出した勾配と前回の一定走行で算出した勾配とから平均勾配ＧＲＤａｖｅ［％］を求める。この平均勾配ＧＲＤａｖｅの値は、車両停止時に一旦クリアされる。
【００５６】
このようにして回生エネルギーが算出されるのであるが、回生エネルギーはナビゲーションシステム４から提供された道路環境情報に基づいて予測した走行パターンから回生エネルギーを算出することもできる。図１２に、回生エネルギーを算出するステップＳ４における処理の別の例を示す。
【００５７】
これによると、まず、ステップＳ２１では、ナビゲーションシステム４０によって現在の車両位置を示す座標位置（ｘ，ｙ）を演算する。そして、ステップＳ２２では、運転者により入力された目的地が読み込まれる。
【００５８】
ステップＳ２３では、現在位置（ｘ，ｙ）とナビゲーションシステム４０が有する道路情報から目的地までの誘導経路を自動的に決定し、ステップＳ２４では、決定した誘導経路における道路情報（経路距離、経路内平均勾配、交差点位置、カーブのきつさ、標高など）を抽出する。
【００５９】
ステップＳ２５では、ステップＳ２４において抽出した道路環境情報に基づいて、現在位置と目的地における予測車両速度ｐＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］と、予測制駆動力指令値ｐｔＴｄ［Ｎｍ］を予測する。車両速度ｐＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］の予測方法としては、誘導経路内において道路の規制速度を巡航速度として走ることを基本とし、曲がる交差点があれば、例えば減速度０．１［Ｇ］で車速がゼロになり、３秒停止後加速度０．１［Ｇ］で巡航速度に至るよう予測する。カーブ区間があれば予めカーブの曲率に応じた加減速度とカーブ通過速度に基づいて車速ｐＶＳＰを予測する。インフラ（ＶＩＣＳ等）から受信した渋滞区間にあっては、渋滞度合いに応じて渋滞度合いがひどいほど渋滞区間の平均車速が低くなるように予測する。
【００６０】
また、制駆動力指令値ｐｔＴｄ［Ｎｍ］としては経路の車速ｐＶＳＰに応じた走行抵抗分（＝空気抵抗分＋転がり抵抗分）の駆動力と、車両加減速度に応じた加減速分の制駆動力と、道路勾配による車両のポテンシャルエネルギー変化を実現する分の制駆動力との和の制駆動力として求められる。
【００６１】
ステップＳ２６において、ステップＳ２５において予測した予測車両速度ｐＶＳＰと予測駆動力指令値ｐｔＴｄに基づいて、経路区間内での回生区間毎に駆動モータ制動時に得られる回生エネルギーＱｒｇ［ｋＪ］を次式（９）、
【００６２】
【数９】

【００６３】
により算出する。ｉは駆動モータから車輪軸に至るまでの総減速比、ｒ_Ｄ［ｍ］はタイヤの有効半径、ｔｓｔａｒｔ［ｓｅｃ］は回生開始時刻、ｔｅｎｄ［ｓｅｃ］は回生終了時刻を示す。
【００６４】
なお、上記回生エネルギー算出処理において、ブレーキセンサ３０によりブレーキペダルが踏み込まれたこと（運転者の制動操作）を検出した場合は上記算出処理を再度実行し、回生エネルギーを再演算するようにする。これは、運転者の制動操作により回生エネルギーの一部が熱エネルギーとして消費され、車両の停止までに得られる回生エネルギーが減少するからであり、このような再演算を行うことで、回生エネルギーの予測精度をさらに向上させることができる。
【００６５】
＜回生エネルギー分配率の設定＞
図１３は、回生エネルギーの分配率を設定するステップＳ５における処理の内容を示したものである（エネルギー分配率設定手段に対応）。
【００６６】
これによると、まず、ステップＳ３１では、現在のバッテリ８と電気二重層コンデンサ６の充電状態から、ステップＳ４で求めた回生エネルギーＱｒｇ［ｋＪ］を受入れることができるバッテリ８と電気二重層コンデンサ６の充電状態の組合せを以下の関係式（１０）から（１２）、
【００６７】
【数１０】

【００６８】
【数１１】

【００６９】
【数１２】

【００７０】
を用いて算出する。
【００７１】
Ｑｒｇ［ｋＪ］は蓄電システム全体で充電される回生エネルギー、Ｑｃｈｇｂ［ｋＪ］はバッテリ８に充電される回生エネルギー、Ｑｃｈｇｃ［ｋＪ］は電気二重層コンデンサ６に充電されるエネルギーを示し、Ｃａｐｂ［Ａｈ］はバッテリ容量、Ｖａｖｅ［Ｖ］はバッテリ平均電圧、＃ＳＯＣｂ［％］は回生エネルギーを充電後のバッテリ８の充電状態、ＳＯＣｂ［％］は現在のバッテリ８の充電状態を示す。Ｃａｐｃ［Ｆ］は電気二重層コンデンサ６の容量、Ｖｍａｘｃ［Ｖ］は電気二重層コンデンサ６の最大電圧、＃ＳＯＣｃ［％］は回生エネルギーを充電後の電気二重層コンデンサ６の充電状態、ＳＯＣｃ［％］は現在の電気二重層コンデンサ６の充電状態を示す。
【００７２】
例えば、＃ＳＯＣｂを５０［％］に固定し、そのときの＃ＳＯＣｃを０［％］から１００［％］まで変化させた場合に式（１０）が満たされる＃ＳＯＣｃを見つけ出し、また、＃ＳＯＣｂが他の場合についても同様な処理を行うことにより、回生エネルギーＱｒｇ［ｋＪ］を充電できるバッテリ８と電気二重層コンデンサ６の充電状態の全組合せを見つけ出すことができる。
【００７３】
ステップＳ３２は、ステップＳ３１で見つけ出した充電状態の全組合せの中から、ステップＳ１で算出した要求制駆動力を満たすことが可能なバッテリ８と電気二重層コンデンサ６のＳＯＣ範囲となるものを抽出する。そして、ステップＳ３３では、ステップＳ３２で抽出した充電状態の組合せから最も電気二重層コンデンサ６の充電状態が高い組合せを抽出する。できるだけ電気二重層コンデンサに回生エネルギーが配分されるようにするのは、充電時の電力損失をなるべく小さくするためである。
【００７４】
ステップＳ３４は、回生エネルギーを充電後の充電状態がステップＳ３３で抽出した組み合わせとなるように回生エネルギーの分配率を決定し、その際の電気二重層コンデンサ６の充電電力を算出する。ここでは、ステップＳ３で求めた充電状態の組合せに対応するバッテリ８に充電されるエネルギーＱｃｈｇｂ［ｋＪ］と、電気二重層コンデンサ６に充電されるエネルギーＱｃｈｇｃ［ｋＪ］との比から、回生電力の分配率を求める。
【００７５】
図１４は、回生電力の分配率の設定例を示したものである。ｔｓｔａｒｔ［ｓｅｃ］は回生開始時刻、ｔｅｎｄ［ｓｅｃ］は回生終了時刻を示し、時刻ｔ［ｓｅｃ］における回生電力の分配率はバッテリ８に充電されるエネルギーＱｃｈｇｂ［ｋＪ］と、電気二重層コンデンサ６に充電されるエネルギーＱｃｈｇｃ［ｋＪ］との比から求められる。つまり、電気二重層コンデンサ６への充電電力Ｐｃｈｇｃは、次式（１３）、
【００７６】
【数１３】

【００７７】
により求めることができる。Ｐｃｈｇ［ｋＷ］は時刻ｔ［ｓｅｃ］における回生電力である。
【００７８】
なお、回生電力の分配率を求める別の方法としては、予測により求められた回生電力の大きい時刻から順に電気二重層コンデンサ６で充電するように分配するように求めていく方法でも良い。
【００７９】
ステップＳ３５では、ステップＳ３４で求めた電気二重層コンデンサ６への充電電力を実現するための電気二重層コンデンサ６に流れる電流値Ｉｃ［Ａ］を次式（１４）、
【００８０】
【数１４】

【００８１】
により求める。
【００８２】
Ｅｏｃ［Ｖ］は時刻ｔ［ｓｅｃ］における電気二重層コンデンサ６の開放電圧、Ｒｃ［Ω］は電気二重層コンデンサ６の内部抵抗を示す。これらの値は、時刻ｔ［ｓｅｃ］における電気二重層コンデンサ６の充電状態と温度に応じて、ステップＳ２で用いたテーブルを検索することにより算出する。時刻ｔ［ｓｅｃ］における充電状態は、ステップＳ３４で求めた電気二重層コンデンサ６への充電電力Ｐｃｈｇｃ［ｋＷ］を回生開始時刻ｔｓｔａｒｔ［ｓｅｃ］から時刻ｔ［ｓｅｃ］までの積算量に基づいて算出される充電状態を用いればよく、温度については、現時点の電気二重層コンデンサ６の温度を用いて算出すればよい。
【００８３】
ステップＳ６では、ステップＳ５において設定した電気二重層コンデンサ６の電流値となるように昇降圧コンバータ７を制御する。このステップＳ６における処理がエネルギー分配手段に対応する。
【００８４】
次に、上記処理を行うことによる作用について説明する。
【００８５】
本発明に係る蓄電システムの制御装置においては、駆動モータ３の制動時に得られる回生電力が電気二重層コンデンサ６、バッテリ８に配分され充電される。回生エネルギーの配分は、車両の所要制駆動力を満たすために必要な入力電力と出力電力の双方を満たすように設定される電気二重層コンデンサ６とバッテリ８のＳＯＣ範囲を満たすように充放電制御が行われるが、この際、駆動モータ３の制動時に得られる回生エネルギーを予測演算し、所要の制駆動力を満たすＳＯＣ範囲内で充電可能な回生エネルギーが最も多くなるよう回生エネルギーの配分が行われる。これにより、回生時に充電可能なエネルギーが多くなり、蓄電システムに充電できず無駄に消費される回生エネルギーを低減することができる。
【００８６】
図１５は、所要制駆動力を満たす範囲で電気二重層コンデンサに充電した場合に充電状態が推移する様子を示したものである。図中斜線領域はＳＯＣ領域を、等高線（等充電エネルギー線）は、電気二重層コンデンサ６、バッテリ８の充電状態の充電状態が１００［％］になるまでに充電可能なエネルギーが等しいラインを、黒丸は制動開始時の電気二重層コンデンサ６、バッテリ８の充電状態を示している。充電によって等充電エネルギー線が上側に推移する程、蓄電システムに充電される電力が大きいことになる。
【００８７】
図には本発明を適用した場合と適用しない場合それぞれについて制動開始時からの充電状態の動きが示されているが、本発明を適用せず、従来のように回生エネルギーをまず電気二重層コンデンサ６に充電する構成とした場合、所要の制動力を満たすＳＯＣ範囲内で充電可能な回生エネルギーは小さくなる。
【００８８】
これに対し、本発明を適用した場合は、予め回生エネルギーを算出し、充電可能な回生エネルギーが最も多くなるようエネルギー分配率を決定してからエネルギー分配を行う。これにより、ＳＯＣ範囲内で最も充電可能な回生エネルギーが最も多くなるようにエネルギー分配ができ、本発明を適用しない場合と比較して蓄電システムに充電できずに無駄に消費されるエネルギーを低減することができる。
【００８９】
なお、所要の制駆動力を満たすＳＯＣ範囲内で充電可能な回生エネルギーが最も多くなる回生エネルギー分配率が複数ある場合には、その中から単位回生エネルギー当たりの蓄電システムで生じる損失が最も少なくなるエネルギー分配率を選択、設定するので、充電時に生じる損失を低減し、より多くの回生エネルギーを蓄電システムに充電することが可能となる。
【００９０】
また、勾配と、車速と、予め車速と対応付けられた回生時の駆動モータトルクを基に回生エネルギーを算出するので、車速センサ以外の新たな装置を追加することなく、車両の停止までに得られる回生エネルギーを精度良く予測することができる。あるいは、ナビゲーション手段を用い、道路環境に基づいて算出された走行パターンから駆動モータの制動時に得られる回生エネルギーを算出することもでき、この方法によっても回生エネルギーを精度良く予測することができる。
【００９１】
さらに、運転者の制動操作により回生エネルギーの一部が熱エネルギーとして消費され、車両の停止までに得られる回生エネルギーが減少した場合には再度回生エネルギーが予測されるので、回生エネルギーの予測精度を確保することができる。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明を適用した構成の一例を示すに過ぎず、本発明の適用範囲を上記実施形態の構成に限定する趣旨ではない。
【００９３】
本発明は、エンジンと発電機から発電装置を構成するシリーズハイブリッド車両に蓄電システム制御装置を搭載する場合に限られず、発電装置に燃料電池を用いた場合でも良いし、また、車両はパラレルハイブリッド車両や電気自動車であっても良い。さらに、バッテリと電気二重層コンデンサで構成された蓄電システムに限らず、他の組合せで構成される場合でも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄電システムの制御装置を備えたシリーズハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】回生エネルギーの分配処理の内容を示したフローチャートである。
【図３】バッテリの充電状態とその内部抵抗の関係を示したテーブルである。
【図４】バッテリの温度とその内部抵抗比の関係を示したテーブルである。
【図５】電気二重層コンデンサの充電状態とその内部抵抗の関係を示したテーブルである。
【図６】電気二重層コンデンサの温度とその内部抵抗比の関係を示したテーブルである。
【図７】バッテリの充電状態とその開放電圧の関係を示したテーブルである。
【図８】電気二重層コンデンサの充電状態とその開放電圧の関係を示したテーブルである。
【図９】回生エネルギー算出処理の内容を示したフローチャートである
【図１０】車速と目標回生トルクの関係を示したテーブルである。
【図１１】車速とインバータ電流値と勾配の関係を示したマップである。
【図１２】回生エネルギー算出処理の別の例の内容を示したフローチャートである
【図１３】回生エネルギー分配率設定処理の内容を示したフローチャートである。
【図１４】回生電力の分配率の設定例を示した図である。
【図１５】従来と本発明とで充電できる回生エネルギーを比較した図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　発電機
３　駆動モータ
４、５　インバータ
６　電気二重層コンデンサ
７　昇降圧コンバータ
８　バッテリ
１０、１１　電流検出回路
１２　電圧検出回路
２０　コントローラ
３０　ブレーキセンサ
３１　アクセル操作量センサ
４０　ナビゲーションシステム

Claims

車両走行用の駆動モータへ電力を供給する少なくとも２種類の蓄電装置を含む蓄電システムの制御装置において、
駆動モータの制動時に得られる回生エネルギーを算出する回生エネルギー算出手段と、
車両の所要制駆動力を実現するために必要な蓄電システムの入出力電力を算出する入出力電力算出手段と、
前記算出された入出力電力を満たす範囲内で充電可能な回生エネルギーが最も多くなるように各蓄電装置への回生エネルギー分配率を設定するエネルギー分配率設定手段と、
設定されたエネルギー分配率に基づき回生エネルギーを各蓄電装置に分配するエネルギー分配手段と、
を備えたことを特徴とする蓄電システムの制御装置。
前記エネルギー分配率設定手段は、
前記充電可能な回生エネルギーが最も多くなる回生エネルギー分配率が複数ある場合には、その中で蓄電システムで生じる損失が最小になるエネルギー分配率を設定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システムの制御装置。
前記回生エネルギー算出手段は、
登坂時の勾配を算出する勾配算出手段と、
車両の速度を検出する車速検出手段と、
勾配と、車速と、予め車速と対応付けられた回生時の駆動モータトルクに基づき、車両が停止するまでに得られる回生エネルギーを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システムの制御装置。
走行経路における道路環境情報を提供するナビゲーション手段をさらに備え、前記回生エネルギー算出手段は、前記ナビゲーション手段から提供された道路環境情報に基づいて予測した走行パターンから回生エネルギーを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システムの制御装置。
運転者の制動操作を検出する制動操作検出手段をさらに備え、
前記回生エネルギー算出手段は、制動操作を検出した場合には回生エネルギーを再度算出することを特徴とする請求項３または４に記載の蓄電システムの制御装置。