JP2004222433A

JP2004222433A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2004222433A
Application number: JP2003007845A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yuasa; 弘之湯浅; Yoshikazu Tanaka; 芳和田中
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】動力源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド車両において、前記モータに電力を供給するバッテリの充電量ＳＯＣを、応答良くかつ精度良く検出する。
【解決手段】バッテリの充放電電流の時間積算によって充電量ＳＯＣを更新する一方、バッテリの充放電の切り替わりタイミングにおいて、バッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断し、該遮断による無負荷状態でのバッテリ電圧に基づいて充電量ＳＯＣを推定し、該推定結果に基づいて前記充放電電流による充電量ＳＯＣをリセットさせる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源としてエンジン及びモータを備えると共に、モータに電力を供給するバッテリと、エンジンによって駆動され、バッテリに充電電力を供給するジェネレータとを備えるハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、動力源としてエンジン及びモータを備えるハイブリッド車両が知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００３】
前記ハイブリッド車両では、モータに電力を供給するバッテリと、エンジンによって駆動され、前記バッテリに充電電力を供給するジェネレータとを備える。ここで、前記バッテリの充電量ＳＯＣ（例えば、満充電電流量に対する残存電流量の比）を常にある特定の範囲内に維持することで、バッテリの寿命が延びることが知られており、従来から、前記充電量ＳＯＣを検出してジェネレータの発電電力を制御することが行われていた。
【０００４】
前記充電量ＳＯＣを検出する方法としては、バッテリの電解液の比重を測定する方法、充放電電流を積算する方法、無負荷状態のバッテリの電圧と充電量ＳＯＣとの相関を利用する方法などが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８８０２８号公報
【非特許文献１】
岡澤正之編集，「自動車工学１９９７年６月号」，株式会社鉄道日本社，１９９７年６月１日，ｐ３８−ｐ５２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バッテリの電解液の比重を測定することで充電量ＳＯＣを検出する方法では、電解液の比重を精密に測定する比重計が必要となるため、バッテリの構造を変更する必要が発生すると共に、システムコストが増大してしまうという問題があった。
【０００７】
また、充放電電流を積算することで充電量ＳＯＣを検出する方法は、バッテリの充放電電流を逐次検出し、これを充電量ＳＯＣの初期値に積算するため、積算によって誤差が累積し、充電量ＳＯＣを正確に検出することが困難であるという問題があった。
【０００８】
更に、無負荷状態でのバッテリの電圧と充電量ＳＯＣとの相関を利用して充電量ＳＯＣを検出する方法の場合、加速に伴うモータ駆動要求（放電要求）やバッテリ充電量の低下に伴う充電要求が頻繁に発生するため、無負荷状態を適度な頻度で発生させることができず、更新機会が確保できないことで充電量ＳＯＣの検出誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ハイブリッド車両におけるバッテリの充電量ＳＯＣを、簡便な構成で精度良く検出することが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】
そのため、請求項１記載の発明では、バッテリの充電量を充放電電流の積算に基づいて更新演算する一方、所定のタイミングでバッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断し、該遮断状態でのバッテリの電圧に基づいて充電量を推定し、該推定結果に基づいて前記充放電電流による充電量をリセットする構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、所定のタイミングになると、バッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断することで、バッテリの電圧から充電量を推定できる無負荷状態とし、それまでに充放電電流に基づき更新された充電量を、前記無負荷時の電圧から推定した充電量に基づいてリセットし、該リセット後の値を基準として、その後の充放電電流の積算による充電量の更新を行わせる。
【００１２】
従って、充放電電流の積算による充電量の検出誤差が、前記所定のタイミング毎に補正され、かつ、所定のタイミングの間は、充放電電流の積算により充電量が逐次更新され、充電量を応答良く更新させつつ、検出誤差が累積してしまうことを回避できる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、前記所定のタイミングを、バッテリにおける充放電の切り替わりタイミングとする構成とした。
かかる構成によると、ジェネレータの発電又はモータによるエネルギー回生によりバッテリに充電している状態から、モータへの電力供給のためにバッテリが放電する状態への切り替わりタイミング、及び／又は、モータへの電力供給のためにバッテリが放電する状態から、バッテリに充電する状態への切り替わりタイミングになると、バッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断し、該遮断状態（無負荷状態）でのバッテリの電圧に基づいて充電量を推定し、該推定結果に基づいて充電量をリセットする。
【００１４】
従って、バッテリからモータへの必要な電力供給及びバッテリへの必要な充電を行わせつつ、周期的にバッテリ充電量の検出結果を正確な値にリセットさせることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、前記所定のタイミングを、バッテリにおける充電要求及び放電要求がない状態での一定時間毎とする構成とした。
かかる構成によると、モータ駆動電力がジェネレータの発電電力以下で、バッテリに対する放電要求がなく、然も、バッテリの充電量が必要充分で充電要求がないときには、一定時間毎に、バッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断し、該遮断状態（無負荷状態）でのバッテリの電圧に基づいて充電量を推定し、該推定結果に基づいて充電量をリセットする。
【００１６】
従って、バッテリからモータへの必要な電力供給及びバッテリへの必要な充電を行わせつつ、より頻繁にバッテリ充電量の検出結果を正確な値にリセットさせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態におけるハイブリッドシステムの概略図である。
【００１８】
この図１において、ガソリンエンジン１の駆動力は、動力分割機構２によって駆動輪３の駆動力とジェネレータ４の駆動力とに分割される。
前記動力分割機構２としては、遊星歯車が用いられており、エンジン１の動力は、直結するプラネタリキャリアに伝達され、ピニオンギヤを通じてリングギヤとサンギヤとに分配される。
【００１９】
前記リングギヤの回転軸はモータ５と直結されており、減速機８を通じて駆動輪３に駆動力が伝達される一方、サンギヤの回転軸は、ジェネレータ４に直結している。
【００２０】
前記ジェネレータ４で発電された電力は、モータ５の駆動に直接利用されると共に、インバータ６で直流に変換されてバッテリ７に蓄えられる。
前記インバータ６は、バッテリ７の直流をモータ駆動用の交流に変換する機能と、ジェネレータ４の交流をバッテリ７の充電に必要な直流に変換するコンバータ機能を有すると共に、バッテリ７とモータ５及びジェネレータ４との接続・遮断を切り替えるリレーを備えたユニットである。
【００２１】
上記構成において、停車時には、エンジン１，ジェネレータ４，モータ５が共に停止していて、発進時及び軽負荷時には、モータ５のみで走行させる。
前記エンジン１は、発進後速やかにジェネレータ４をスタータとして用いて始動され、通常走行時には、エンジン１を主な駆動源として用い、加速する場合には、エンジン１の駆動力にモータ５の駆動力を加えて加速させる。
【００２２】
減速時には、駆動輪３がモータ５を駆動することで、モータ５が発電機として機能して回生発電が行われ、回生したエネルギーはバッテリ７に蓄えられる。
ここで、コントロールユニット９は、バッテリ７の充電量ＳＯＣ（例えば、満充電電流量に対する残存電流量の比）を検出して、該検出結果に基づいてジェネレータ４の発電電力を制御することで、前記バッテリ７の充電量ＳＯＣを特定の範囲内に維持する機能を有している。
【００２３】
即ち、図２に示すように、前記充電量ＳＯＣの目標値の前後に上限値及び下限値が設定され、前記充電量ＳＯＣが上限値に達すると、ジェネレータ４の発電電力を減らしてバッテリ７からの放電によってモータ５に駆動電力を供給し、逆に、前記充電量ＳＯＣが下限値に達すると、ジェネレータ４の発電電力を増やし、また、回生エネルギーによりバッテリ７への充電量の増大を図る。
【００２４】
図３のフローチャートは、前記充電量ＳＯＣの検出処理の様子を示すものであり、ステップＳ１では、バッテリ７の充放電電流を時間積算することで、前記充電量ＳＯＣを更新する。
【００２５】
ステップＳ２では、所定のリセットタイミングであるか否かを判別する。
ここで、前記所定のリセットタイミングを、バッテリ７の充電量ＳＯＣが極大値・極小値を示す、充電状態から放電状態への切り替わりタイミング、及び、放電状態から充電状態への切り替わりタイミングとする（図２参照）。
【００２６】
前記リセットタイミングにおいては、後述するように、バッテリ７とモータ５及びジェネレータ４とを遮断するが、バッテリ７における充放電の切り替わりタイミングにおける短時間の遮断は、前記充放電に影響を与えることがなく、モータ５への駆動電流の供給及びバッテリ７への充電を要求に応じて行わせることができる。
【００２７】
また、前記所定のリセットタイミングとしては、前記バッテリ７における充電要求及び放電要求がない状態での一定時間毎とすることができる。
放電要求がない状態とは、ジェネレータ４の発電量がモータ駆動に必要充分で、モータ５にバッテリ７の電力を供給する必要がない状態で、充電要求がない状態とは、充電量ＳＯＣが目標値を上回る状態である。
【００２８】
従って、バッテリ７における充電要求及び放電要求に影響を及ぼすことなく、充電量ＳＯＣのリセットを行わせることができ、かつ、リセットタイミングを、充電状態から放電状態への切り替わりタイミング、及び、放電状態から充電状態への切り替わりタイミングとする場合に比べて、リセットタイミングの頻度が増し、充電量ＳＯＣをより精度の高い状態に維持できる。
【００２９】
ここで、前記バッテリ７における充電要求及び放電要求がない状態を、モータ５の要求駆動力に相当する電力と、ジェネレータ４の発電電力とが略一致する状態として判断することができる。
【００３０】
即ち、モータ５の要求駆動力に相当する電力と、ジェネレータ４の発電電力とが略一致する状態は、バッテリ７からモータ５に電力を供給する必要がなく、然も、バッテリ７に対する充電も行われていないことになるので、これを、充電要求及び放電要求がない状態として、一定時間毎にリセットタイミングとすることができる。
【００３１】
ステップＳ２で、所定のリセットタイミングではないと判別されると、そのまま本ルーチンを終了させ、今回ステップＳ１で求めた充電量ＳＯＣを基準に、次回の充放電電流に基づく充電量ＳＯＣの更新が行われるようにする。
【００３２】
一方、ステップＳ２で、所定のリセットタイミングであると判別されると、ステップＳ３へ進み、前記インバータ６に備えられたリレーによって、バッテリ７とモータ５及びジェネレータ４との間を遮断する。
【００３３】
そして、次のステップＳ４では、バッテリ７とモータ５及びジェネレータ４との間を遮断したバッテリ７の無負荷状態でのバッテリ電圧を検出する。
前記無負荷状態でのバッテリ電圧と充電量ＳＯＣとの間には、一定の相関があるので、ステップＳ５では、前記無負荷状態でのバッテリ電圧に基づいて、バッテリ７の充電量ＳＯＣを推定する。
【００３４】
ステップＳ６では、ステップＳ５で無負荷状態でのバッテリ電圧に基づいて推定した充電量ＳＯＣに基づいて、充放電電流に基づき更新された充電量ＳＯＣをリセットし、その後は、無負荷状態でのバッテリ電圧に基づいて推定した充電量ＳＯＣを基準として、充放電電流に基づき充電量ＳＯＣを更新させるようにする。
【００３５】
ステップＳ７では、バッテリ７とモータ５及びジェネレータ４との間を接続状態に復帰させ、バッテリ７からの電力供給及びバッテリ７に対する充電が可能な状態にする。
【００３６】
上記構成によると、充放電電流に基づき更新される充電量ＳＯＣが、リセットタイミングになる毎に、無負荷状態でのバッテリ電圧に基づいて推定した正確な充電量ＳＯＣにリセットされるから、充放電電流の積算による誤差の累積が回避され、かつ、リセットタイミングの間は、バッテリ７の充放電電流に基づき充電量ＳＯＣを逐次更新させるから、応答良く充電量ＳＯＣを変化させることができる。
【００３７】
また、前記リセットタイミングにおけるバッテリ７とモータ５及びジェネレータ４との間の遮断により、バッテリ７からの必要な電力供給及びバッテリ７への必要な充電が行われなくなってしまうことがなく、モータに要求される駆動力を発生させ、かつ、バッテリ７の充電量ＳＯＣを所定範囲内に維持させることができる。
【００３８】
尚、充電量ＳＯＣは、満充電電流量に対する残存電流量の比とする他、充放電電流の時間積算値をそのまま充電量ＳＯＣとしても良い。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記所定のリセットタイミングを、モータの要求駆動力に相当する電力と、ジェネレータの発電電力とが略一致する状態での一定時間毎とすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【００３９】
かかる構成によると、モータの要求駆動力に相当する電力と、ジェネレータの発電電力とが略一致する状態は、バッテリからモータに電力を供給する必要がなく、然も、バッテリに対する充電も行われていない状態であり、このときに、一定時間毎に、バッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断し、該遮断状態（無負荷状態）でのバッテリの電圧に基づいて充電量を推定し、該推定結果に基づいて充電量をリセットする。
【００４０】
従って、バッテリからモータへの必要な電力供給及びバッテリへの必要な充電を行わせつつ、より頻繁にバッテリ充電量の検出結果を正確な値にリセットさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるハイブリッド車両のシステム構成図。
【図２】実施形態におけるバッテリの充電量ＳＯＣの挙動を示すタイムチャート。
【図３】実施形態におけるバッテリの充電量ＳＯＣの検出処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…動力分配機構、３…駆動輪、４…ジェネレータ、５…モータ、６…インバータ、７…バッテリ、８…減速機、９…コントロールユニット

Claims

動力源としてエンジン及びモータを備えると共に、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記エンジンによって駆動され、前記バッテリに充電電力を供給するジェネレータとを備えるハイブリッド車両において、
前記バッテリの充電量を検出して、前記バッテリの充放電を制御する制御装置であって、
前記バッテリの充電量を充放電電流の積算に基づいて更新演算する一方、
所定のタイミングで前記バッテリとモータ・ジェネレータとの間を遮断し、該遮断状態での前記バッテリの電圧に基づいて前記充電量を推定し、該推定結果に基づいて前記充放電電流による充電量をリセットすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記所定のタイミングを、前記バッテリにおける充放電の切り替わりタイミングと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。
前記所定のタイミングを、前記バッテリにおける充電要求及び放電要求がない状態での一定時間毎と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。