JP2005110479A - ハイブリッド車両の発電量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力性能を低下させることがないように発電電力を適切に制限する。
【解決手段】エンジン８と、エンジン８により駆動され発電するとともに、車両の駆動源として機能するモータジェネレータ１１と、モータジェネレータ１１との間で充放電を行なうバッテリ２と、モータジェネレータ１１に対する発電もしくは駆動力の出力を判断する発電・出力要求判断手段３と、モータジェネレータ３が発電時に発生する熱量を推定する熱量推定手段３と、前記発電・出力要求判断手段３により発電が要求された場合であっても、前記熱量推定手段３で推定された熱量が所定値以上の場合には、モータジェネレータ１１による発電を制限する発電制限手段３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両走行用の駆動源としてエンジンとモータを備えるハイブリッド車両の発電量制御装置に関する。

エンジンにより駆動されて発電し、バッテリとの間で充放電を行うモータジェネレータ（以下、ＭＧという）を備えたハイブリッド車両において、バッテリの充電量や走行条件に応じて発電電力を適切に制限する技術として、特許文献１には、ＭＧの巻線温度が所定値以上になった場合には、ＭＧ保護のためにＭＧによる出力を制限する制御装置が開示されている。
特開平１１−１０３５０４号

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、ＭＧの巻線温度が所定値以上となりＭＧによる出力制限を行っている間は、ドライバーの要求や車両の要求を満足する出力が得られず、動力性能が低下するという問題があった。

そこで、本発明ではＭＧの巻線温度が所定値以上になった場合であっても、動力性能を低下させることがないように発電電力を適切に制限する制御装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、発電要求時にモータジェネレータが発生する熱量を推定し、推定された熱量が所定値以上の場合には発電を制限するようにした。

本発明によれば、発電要求時にモータジェネレータが発生する熱量を推定し、推定された熱量が所定値以上の場合には発電を制限するので、モータジェネレータ本体の温度上昇が抑制される。これにより車両の走行駆動力が要求されるモータジェネレータの出力要求時にモータジェネレータが高温になり、保護のために出力制限を受ける可能性を低くすることができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態のシステム構成を表したものである。

１１はエンジン８に駆動されて発電を行うモータジェネレータ（以下、ＭＧという）、２はＭＧ１１からの電力を充電するバッテリ、１はバッテリ２の電圧、電流、温度等の情報に基づいて充電量（以下、ＳＯＣという）や入出力可能電力等を演算するバッテリコントローラ、３は車両の状態や要求に応じてＭＧ１１とエンジン８の駆動配分等を決定し、制御するハイブリッドコントローラ、１０はハイブリッドコントローラ３からの指令に基づいてＭＧを制御するモータコントローラ、７はハイブリッドコントローラ３からのトルク指令値に基づいてエンジン８の吸入空気量、燃料噴射量、点火時期などを制御するエンジンコントローラである。

ＭＧ１１にはＭＧ１１の回転数を検出する回転センサ１２、コイル温度を検出するコイル温度センサ１３、ＭＧ１１本体の温度を検出する本体温度センサ１４が接続されている。

上記のように構成された本システムにおいて、ＭＧコントローラ１０はインバータと制御装置とを備え、三相同期電動機もしくは三相誘導電動機であるＭＧ１１の各相に通電するために、直流電流を交流電流に変換してＭＧ１１に供給し、後述するハイブリッドコントローラ３から受信するトルク指令値に対して電流値と通電角度を演算し、ＭＧ１１を制御する。また、各センサによって検出したＭＧ１１の実回転数、コイル温度、本体温度、および実回転数と消費電力から算出する実トルク推定値をハイブリッドコントローラ３へ送信する。

ハイブリッドコントローラ３は車速を検出する車速センサ４、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ５、ＭＧ周辺の雰囲気温度を検出する雰囲気温センサ６からの検出信号に基いて目標駆動力を算出し、この目標駆動力を実現するためのエンジン８、ＭＧ１１の配分をエネルギー効率などに応じて算出して、エンジンコントローラ７、モータコントローラ１０にトルク指令値を送信する。

また、ＭＧコントローラ１０から送信されたＭＧ１１の実回転数、実トルク推定値、コイル温度のデータと、バッテリコントローラ１から送信されたバッテリ２のＳＯＣのデータと、車速センサ４、アクセルポジションセンサ５からのデータ等に基づいて、ＭＧ１１の発生熱量、ＭＧ本体の温度を算出し、これらに応じてＭＧ１１の発電量の制御を行う。

図２はハイブリッドコントローラ３が実行する上記発生熱量の算出方法のフローチャートであり、所定時間毎にこの計算を実行する。

ステップＳ１では、車速センサ４から車速Ｖ、アクセルポジションセンサ５からアクセル開度Ａを読込み、また、バッテリコントローラ１からバッテリ出力可能電力を読込む。

ここで、バッテリ出力可能電力およびバッテリＳＯＣの算出方法について説明する。

まず、バッテリ２の電圧、電流を複数時点で検出し、これらの電圧、電流を直線回帰する。そして予め実験等により定めた放電終止電圧との交点から出力可能電力が、同じく充電終止電圧との交点から入力可能電力が求まる。バッテリＳＯＣは、電流センサ等の電流検出手段により検出される電流値を累積することによって求まる。

上記の各値を読込んだらステップＳ２に進み、目標ＭＧ出力Ｐを算出する。目標ＭＧ出力Ｐの算出方法は、まず、ステップＳ１で読込んだ車速Ｖ、アクセル開度Ａ、およびエンジン回転数センサ等で検出したエンジン回転数を用いて、予め作成しておいた前記各値と駆動力との関係を示すマップにしたがって車両の目標駆動力を算出する。次に、ステップＳ１で算出したバッテリＳＯＣと入出力可能電力を用いて、予め作成しておいたバッテリＳＯＣ、入出力可能電力と充放電電力との関係を示すマップにしたがってバッテリ充放電電力を算出する。そして、算出された充放電電力を得るためにＭＧ１１が発生する出力Ｐを、予め作成しておいたエンジン回転数、前回のトルク指令値とバッテリ充放電電力との関係を示すマップにしたがって算出する。

目標ＭＧ出力Ｐを算出したらステップＳ３に進み、目標ＭＧ出力Ｐがゼロより大きいか否かの判定を行なう。

目標ＭＧ出力Ｐがゼロより大きい場合には、ステップＳ４に進み、目標ＭＧ出力Ｐをトルク指令値としてモータコントローラ１０に出力する。モータコントローラ１０では、トルク指令値に対する電流量と通電角度を演算し、この演算結果に基づいてＭＧ１１を制御する。また、エンジンコントローラ７には、ステップＳ２で算出した車両の目標駆動力を出力する。

目標ＭＧ出力Ｐがゼロ以下の場合、すなわちＭＧ１１が発電を行う場合にはステップＳ３１に進み、発電制御を行う。このとき、エンジン８は車両の駆動の他にＭＧ１１の駆動も行なうことになるので、エンジンコントローラ７にはステップＳ２で算出した車両の目標駆動力にＭＧ１１を駆動するための出力分を加えた値、つまり車両の目標駆動力に目標ＭＧ出力Ｐの絶対値を加えた値が出力される。

以下、発電制御について説明する。

ステップＳ３１では、モータコントローラ１０からＭＧ１１の回転数Ｎ、トルクＴｍ、コイル温度Ｔｒのデータを読込む。また、バッテリコントローラ１からはバッテリＳＯＣのデータを読込む。また、車速センサ４、アクセルポジションセンサ５の検出値を読込む。

ステップＳ３２では、ＭＧ１１の温度上昇に使われる熱量Ｑを算出する。算出方法は以下のとおりである。

まず、ＭＧ１１の回転数Ｎ、実トルク推定値Ｔｍに応じた効率ηを予めマップ化しておき、このマップから回転数Ｎ、実トルク推定値Ｔｍに基づいて効率ηを算出する。そして、効率ηについて温度補正をおこなって温度補正後効率ηｔとする。

次に、ＭＧ１１の出力Ｐｍを回転数Ｎと実トルク推定値Ｔｍとから下式（１）を用いて算出する。

Ｐｍ［Ｗ］＝２πＮ［ｒｐｓ］×Ｔｍ［Ｎｍ］ ・・・（１）
この出力Ｐｍを下式（２）を用いて仕事Ｗｍに換算する。

Ｗｍ［ｋＷｈ］＝Ｐｍ［Ｗ］×３．６ ・・・（２）
そして、仕事Ｗｍを下式（３）を用いて熱量に換算することによって、ＭＧ１１での仕事に変えられた熱量Ｑ１を算出する。

Ｑ１［ｋｃａｌ］＝Ｗｍ［ｋＷｍ］×８６０ ・・・（３）
前記Ｑ１と温度補正後ηｔからＭＧ１１の仕事により発熱に使われる熱量Ｑ２が下式（４）により求まる。

Ｑ２［ｋｃａｌ］＝（１−ηｔ）Ｑ１／ηｔ ・・・（４）
また、ＭＧ１１外部の温度Ｔａを検出する雰囲気温度センサ６とＭＧ１１本体の温度Ｔｂを検出する本体温度センサ１４の検出値を読込む。そして雰囲気温度Ｔａと本体温度Ｔｂとの差ＴｃとＭＧ１１から外気への放熱量Ｑ３との関係を予めテーブル化しておき、読込んだ雰囲気温度Ｔａと本体温度Ｔｂから放熱量Ｑ３を算出する。

上記のように算出した発熱に用いられる熱量Ｑ２とＭＧ１１から外気へ放出される熱量Ｑ３とから、ＭＧ１１の温度上昇に用いられる熱量Ｑは下式（５）のように算出される。

Ｑ［ｋｃａｌ］＝Ｑ２−Ｑ３ ・・・（５）
ステップＳ３２で温度上昇に用いられる熱量Ｑを算出したら、ステップＳ３３に進み、以下に記載するようにＭＧ１１本体温度推定値Ｔｐを算出する。

まず、ステップＳ３２で算出した熱量ＱによるＭＧ１１の温度上昇ΔＴを下式（６）から求める。

ΔＴ［℃］＝Ｑ／（ｍ×ｃ） ・・・（６）
ｍ：ＭＧ全体としての質量
ｃ：比熱
この温度上昇ΔＴと本体温度センサ１４から読込んだＭＧ本体温度Ｔｂとを用いて、ＭＧ本体温度推定値Ｔｐは下式（７）のように求めることができる。

Ｔｐ［℃］＝Ｔｂ＋ΔＴ ・・・（７）
本体温度推定値Ｔｐを算出したらステップＳ３４に進み、温度設定値Ｔｐ１を下式（８）のように算出する。

Ｔｐ１＝Ｔｐ２＋Ｔｐ３ ・・・（８）
Ｔｐ２：ＭＧの駆動に対して出力制限がかからない上限温度
Ｔｐ３：バッテリＳＯＣに基づいて定まる設定温度
上記Ｔｐ３は、バッテリＳＯＣ低下時には小さな値を、バッテリＳＯＣが十分な場合には大きくな値をとるよう設定する。これにより、ＭＧ１１はバッテリＳＯＣが低下したときには発電する温度範囲が拡大され、バッテリＳＯＣが十分なときは高温まで発電せずに駆動することが可能となる。なお、バッテリＳＯＣと温度Ｔｐ３の関係は予めテーブル化しておく。

ステップＳ３５では、ＭＧ本体温度推定値Ｔｐが温度設定値Ｔｐ１を超えているか否かの判定を行う。

ＭＧ本体温度推定値Ｔｐが温度設定値Ｔｐ１を超えていない場合には、これ以降の発電により熱量が発生してＭＧ本体温度が上昇してもＭＧ１１に出力制限はかからないと判断して、ステップＳ３９に進み発電を行う。なお、ステップＳ３９では、ハイブリッドコントローラ３は発電制限をかけずに、ＭＧ出力Ｐをそのままモータコントローラ１０に出力する。

ＭＧ本体温度推定値Ｔｐが温度設定値Ｔｐ１を超えている場合には、これ以降の発電により熱量が発生して温度が上昇し、ＭＧ１１に出力制限がかかると判断して、ステップＳ３６以降のステップを実行する。

ステップＳ３６ではバッテリ電圧Ｖが設定値Ｖｍｉｎより大きいか否かの判定を行う。設定値Ｖｍｉｎはバッテリ２の最低電位であり、これ以下になった場合には充電を行なわなければならない値を設定する。

ステップＳ３６でバッテリ電圧Ｖが設定値Ｖｍｉｎより小さい場合にはステップＳ３９に進む。これは、バッテリ電圧Ｖが小さい場合には、発電を制限することによってＭＧ本体温度Ｔｂの上昇を抑制して出力制限を回避しても、バッテリＳＯＣ不足により駆動に使用できる電力が足りなくなり、結果的に出力制限を受けたのと同様の結果になってしまうので、これを防止するために発電を優先するためである。

バッテリ電圧Ｖが設定値Ｖｍｉｎより大きい場合にはステップＳ３７に進み、ＭＧ１１の発電制限値ＴＰＵＰ１を算出する。発電制限値ＴＰＵＰ１は設定値Ｔｐ１とＭＧ１１本体温度推定値Ｔｐとの差から式（１）〜（７）を用いて算出する。また、前記温度差Ｔｐ１−Ｔｐに対するＭＧ１１の発電制限値ＴＵＰＵ１の値を予めテーブルとして作成しておき、これを参照してもよい。

ステップＳ３８では、ＭＧ本体温度Ｔｐが設定値Ｔｐ１以下の状態を保つようにＭＧ出力値Ｐに制限を加える。制限後のＭＧ出力Ｐ１は以下のように決定する。

Ｐ１＝Ｐ＋｜ＴＰＵＰ１｜
この制御後ＭＧ出力Ｐ１をモータコントローラ１０に出力する。これにより発電時の温度上昇を防止するための出力制限がかかることを防止できる。

以上のように、本制御では目標ＭＧ出力Ｐを算出し、これに応じてＭＧ１１の駆動、発電制御を行い、発電制御時にはＭＧ１１の発熱量Ｑを推定し、推定した熱量が所定値以上、かつ、バッテリＳＯＣが所定値以下の場合には発電を制限する。

上記制御を行った場合について図３、図４を参照して説明する。

図３は従来の制御を行った場合の、図５は本実施形態の制御を実行した場合のＭＧ１１出力Ｐ、熱量Ｑ、モータ本体温度Ｔｂ、ＭＧ実出力Ｐｃのタイムチャートである。

図３において、ｔ０からｔ１に向けて目標ＭＧ出力がゼロから低下し続けており、発電状態となっている。また、発電に伴って熱量Ｑが上昇している。そして熱量ＱによってＭＧ１１本体の温度が上昇している。

ｔ１でアクセルが踏み込まれてＭＧ１１の目標出力Ｐｔがゼロを超えて力行状態となり、これとほぼ同時にＭＧ本体温度Ｔｂが温度設定値Ｔｐ１を超えてしまうので、ＭＧ１１に出力制限がかけられてＭＧ１１は実出力Ｐｃを出力できない。

ｔ２でＭＧ本体温度Ｔｂが温度設定値Ｔｐ１以下となると出力制限が解除され、ＭＧ１１の実出力Ｐｃは目標ＭＧ出力Ｐに応じて増加している。

その後ｔ３〜ｔ４についてはｔ１〜ｔ２と同様である。

上記のように、従来の制御ではＭＧ本体温度Ｔｂが温度設定値Ｔｐ１を超えている間は、ＭＧ１１に出力制限がかかり、目標ＭＧ出力ＰとＭＧ実出力Ｐｃとで異なる波形となる。つまり、アクセル操作に対して応答できない状態となっている。

次に、図４の本実施形態の制御を行う場合について説明する。

本実施形態では前述したようにＭＧ１１の本体温度の推定値Ｔｐを算出しており、ＭＧ１１がゼロ以下、すなわち発電状態にあるｔ５でＭＧ本体温度推定値Ｔｐは設定値温度Ｔｐ１に達している。なお、このときＭＧ本体温度Ｔｂは温度設定値Ｔｐ１を超えていない。

ｔ５で本体温度推定値Ｔｐが温度設定値Ｔｐ１に達すると、ＭＧ１１の発電量、つまりＭＧ実出力Ｐｃを制限して熱量Ｑの上昇を抑制している。

ｔ６でアクセルが踏み込まれて制御後ＭＧ出力Ｐ１がゼロを超えるが、ＭＧ本体温度Ｔｂはｔ５〜ｔ６間で熱量Ｑを抑制したことにより温度設定値Ｔｐ１を超えないので、ＭＧ１１に出力制限はかからず、ＭＧ実出力Ｐｃはアクセル開度等から算出される制御後ＭＧ出力Ｐ１に応じた変化をしている。

上記のように、本実施形態の制御ではＭＧ本体温度推定値Ｔｐが温度設定値Ｔｐ１を超えたときにＭＧ１１の発電量を制限することによって熱量Ｑの増大を抑制し、ＭＧ本体温度Ｔｂが過剰に高温になることを防止するので、ＭＧ１１の出力に制限がかかることが防止され、ＭＧ１１はアクセル操作に対応した出力を行うことができる。

以上により、本実施形態ではハイブリッド車両において発電が要求される場合に、ＭＧ１１が発生する熱量Ｑ、および熱量Ｑに基づいて算出されるＭＧ１１本体の温度Ｔｐを推定し、ＭＧ本体の推定温度Ｔｐが温度設定値Ｔｐ１を超えた場合にはＭＧ１１の発電量を制限することによってＭＧ本体温度の上昇を抑制するので、加速要求等によりＭＧ１１に出力が要求されたときに、ＭＧ本体温度が過剰に高温になり出力制限がかかることを防止できる。これによりアクセル操作におうじた出力を行うことが可能となる。

なお、ＭＧ１１が発生する熱量Ｑが所定値以上である場合でも、バッテリＳＯＣが所定値以下である場合には発電量の制限を禁止する。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両に適用することができる。

本実施形態のシステムの構成を表す図である。 本実施形態の制御のフローチャートである。 従来の制御について説明するためのタイムチャートである。 本実施形態の制御について説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ バッテリコントローラ
２ バッテリ
３ ハイブリッドコントローラ
４ 車速センサ
５ アクセルポジションセンサ
６ 雰囲気温度センサ
７ エンジンコントローラ
８ エンジン
９ エンジン回転数センサ
１０ モータコントローラ
１１ モータジェネレータ
１２ 回転数センサ
１３ コイル温度センサ
１４ 本体温度センサ

Claims (5)

1. エンジンと、
   前記エンジンにより駆動され発電するとともに、車両の駆動源として機能するモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータとの間で充放電を行うバッテリと、
   前記モータジェネレータを発電させるか力行させるかを判断する発電・力行要求判断手段と、
   前記モータジェネレータが発電時に発生する熱量を推定する熱量推定手段と、
   前記発電・力行要求判断手段により発電させると判断した場合であっても、前記熱量推定手段で推定された熱量が所定値以上の場合には、前記モータジェネレータによる発電を制限する発電制限手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。
2. 前記発電制限手段は、前記熱量推定手段に推定された熱量が所定値以上であっても、前記バッテリの充電量が所定値以下である場合には発電の制限を解除する請求項１に記載のハイブリッド車両の発電制御装置。
3. 前記熱量推定手段は、前記モータジェネレータの回転数に対応する効率に応じて熱量の推定を行う請求項１または２に記載のハイブリッド車両の発電制御装置。
4. 前記熱量推定手段による推定熱量に基づいて前記モータジェネレータの温度を推定し、前記モータジェネレータの推定温度が所定値以上の場合に発電を制限する請求項１〜３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の発電制御装置。
5. エンジンと、
   前記エンジンにより駆動され発電するとともに、車両の駆動源として機能するモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータとの間で充放電を行うバッテリと、
   前記モータジェネレータを発電させるか力行させるかを判断する発電・出力要求判断手段と、を備えたハイブリッド車両において、
   前記モータジェネレータが発電時に発生する熱量を推定し、
   発電させると判断した場合であっても、前記推定された熱量が所定値以上の場合には、前記モータジェネレータによる発電を制限するハイブリッド車両の発電制御方法。

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