JP2005151721A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料効率を向上できる車両の制御装置を提供する。
【解決手段】 発電装置と、駆動モータ４と、前記駆動モータに電力を供給する一方、駆動モータまたは前記発電装置が発電した電力を蓄電する蓄電装置３と、車両の走行状態と前記蓄電装置の蓄電状態に応じて運転効率の高い発電装置と蓄電装置の運転状態を選択するエネルギー管理手段と、を備える電動車両の制御装置において、前記蓄電装置の蓄電量が、所定の管理下限値まで低下した時に、前記エネルギー管理手段の選択にかかわらず前記蓄電装置の充電を開始するように前記発電機と前記駆動モータとを制御する管理下限値設定手段と、前記駆動モータが回生制動時に発生する発電量を推定する回生エネルギ予測手段Ｓ１と、予測された回生エネルギに応じて前記管理下限値を補正する管理下限値補正手段と
を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の制御装置に関するものである。

エンジンと発電機とを備えたハイブリッド車両において、蓄電装置の蓄電状態（以下、ＳＯＣという。）に管理目標を設定して、発電機の発電および、蓄電装置の充放電を制御する技術がある（特許文献１参照。）。

この従来技術では、回生制動時に得られる回生エネルギを予測する手段を備え、予測した回生エネルギに応じてＳＯＣの管理目標を変更して回生エネルギーの回収量を増大させて運転効率の向上を図ることがが開示されている。
特開平１１−００８９０９号公報

従来技術では、回生エネルギが多くなるほど、電力的に余裕ができるため発電を開始する基準であるＳＯＣ管理目標が低く補正される。しかしながら、ＳＯＣ管理目標は所定範囲で与えられるＳＯＣ幅内に設定される。ここでＳＯＣ管理目標とは、例えば、目標の運転効率を達成する為に蓄電装置の蓄電および放電を管理する目標であり、管理目標以下では充電を優先し、管理目標以上では放電を優先する管理目標である。このように管理目標を設定することにより所望の運転効率を達成しうるものであり、エネルギー管理を行う手段である。そしてこのエネルギー管理手段が利用可能な蓄電装置の量は、例えば特定のＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値の間で決定されており、上限値に過充電防止の上限値を設定し、下限値に回生エネルギーの回収が遅れた場合でもモータアシストが補償できるように最低限確保しておきたい下限値を設定する。また通常この下限値にはエンジン始動に必要なエネルギーや、過放電防止の下限値等が積算された上で決定されており、例えば従来技術では蓄電容量の５０％を下限値として設定している。エネルギー管理手段が利用可能な蓄電容量はＳＯＣ管理上限値とＳＯＣ管理下限値の間となる。
したがって、ＳＯＣ管理上限値以上では運転効率よく充電が行える状態であっても充電は行われず、ＳＯＣ管理下限値以下では運転効率が高くない運転状態を選択することになっても強制的に充電がなされるか、放電を禁止する。

したがって、従来技術ではＳＯＣ管理下限値を固定値として制御しているため、蓄電装置に余裕を持っていることになり、蓄電装置の蓄電容量を有効に活用できていないという問題がある。

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたもので、蓄電装置の容量を有効に活用するハイブリッド車両の制御装置を提供する。

本発明は、車両に搭載された発電装置と、車両の駆動源として機能するとともに、車両制動時に発電機として機能する駆動モータと、前記駆動モータに電力を供給する一方、駆動モータまたは前記発電装置が発電した電力を蓄電する蓄電装置と、車両の走行状態と前記蓄電装置の蓄電状態に応じて運転効率の高い発電装置と蓄電装置の運転状態を選択するエネルギー管理手段と、を備える電動車両の制御装置において、前記蓄電装置の蓄電量が、所定の管理下限値まで低下した時に、前記エネルギー管理手段の選択にかかわらず前記蓄電装置の充電を開始するように前記発電機と前記駆動モータとを制御する管理下限値設定手段を備え、前記駆動モータが回生制動時に発生する発電量を推定し、予測された回生エネルギに応じて前記管理下限値を補正する。

本発明によれば、蓄電量の管理下限値を固定値とすることなく、得られる回生エネルギに応じて蓄電装置の蓄電量の管理下限値を補正することにより、蓄電装置の持っている容量を十分に活用して、走行中に消費する燃料量を効果的に低減することができる。

図１は、本発明のハイブリッド車両のシステムを説明する構成図である。

このシステムは、いわゆるシリーズハイブリッドシステムの構成であるが、本発明は、後述するような燃料電池車両やパラレルハイブリッドシステムを搭載した車両にも適用可能である。

内燃機関１は、直結された発電機２を発電するために設けられており、内燃機関１と発電機２により発電装置を構成する。発電機２が発電した電力は蓄電装置３に充電される。一方、内燃機関１の始動時には、蓄電装置３からの電力により発電機２が内燃機関１のスタータを起動し、内燃機関１を始動する。なお、蓄電装置３は、ニッケル水素、リチウムイオン等の電池を用いてもよいし、キャパシタを用いてもよい。

蓄電装置３からの電力は駆動輪５を駆動するための駆動モータ４に供給され、駆動モータ４の回転は、ファイナルギア６を介して駆動輪５に伝達される。

このハイブリッドシステムを統合制御する統合コントローラ７を設置し、統合コントローラ７は、内燃機関１の出力トルクを蓄電装置３のＳＯＣ等から演算し、演算した出力トルクに対応した出力トルク指令値を内燃機関コントローラ８に出力する。内燃機関コントローラ８は、出力トルク指令値に基づいて内燃機関１のスロットル弁等を制御する。

また統合コントローラ７は、内燃機関１と発電機２の回転速度を制御するため、回転速度指令値を発電機コントローラ９に出力し、発電機コントローラ９は、指令値となるように発電機２を発電機２をベクトル制御する。

蓄電装置３は、蓄電装置コントローラ１０によって、電圧・電流を管理されており、蓄電装置コントローラ１０は、センサ１１によって検出される蓄電装置３の電圧・電流から蓄電装置３が入出力可能な電力量を演算して、統合コントローラ７にＳＯＣとして出力する。

統合コントローラ７は、運転者からの要求駆動信号（例えば、センサ１３が検出するスロットル弁開度の出力信号）や蓄電装置３の出力可能電力量等に基づいて要求駆動力を演算して、要求駆動力に対応するモータトルク指令値を駆動モータコントローラ１２に出力する。駆動モータコントローラ１２は、モータトルク指令値に基づき、駆動モータ４を制御する。また、駆動モータ４は、車両制動時に回生発電を行い、その回生電力（回生エネルギ）を蓄電装置３に充電する。

なお、車両にナビゲーションシステム１４を設け、統合コントローラ７にその情報を出力することで、統合コントローラ７は今後、発生する回生エネルギをナビゲーションシステム１４から得られる道路勾配、渋滞状況や道路の種別等の情報から精度よく予測することができる。

次に図を用いて、本発明の制御内容について説明する。

なお、本発明においてはＳＯＣ管理下限値の変更を趣旨としておりＳＯＣ管理下限値以上におけるエネルギー管理手段の制御は周知技術であるのでここでは詳細を省略するが、例えば一般的な制御としては、ＳＯＣに目標値を設定し、ＳＯＣ目標値にある程度の幅を持たせ、この範囲内で発電装置の効率を優先して充放電を繰り返す。例えば、要求動力と効率の高い発電装置の運転状態に差があるときは、当該差分を蓄電装置の充放電により補填する。補填状態が継続してＳＯＣが目標範囲から外れると発電装置の効率を多少犠牲にしてＳＯＣを範囲内に戻す。このようにして、極端にＳＯＣが高くなったり、ＳＯＣが低くなることを避けつつ運転効率を向上させる。よってエネルギー管理手段の利用できる蓄電容量が大きくなれば、エネルギー管理を十分に行え運転効率向上に寄与できることは容易に想定可能である。よってＳＯＣの目標値を従来技術のように回生エネルギー予測値に応じて増減させても良いし、ＳＯＣ下限値の低下によって広がった利用可能蓄電容量に応じてＳＯＣ管理目標の幅を広げるようにしてもよい。いずれにしろ、ＳＯＣ管理下限値が補正されて広がったエネルギー管理手段の利用可能蓄電容量は種々の方法で運転効率の向上に利用できる。

図２は制御内容のメインフローチャートで、この制御は一定周期毎、例えば、１０ｍｓｅｃ毎に実施される。まずステップ１で、駆動モータ４が制動時に発生する回生エネルギを予測する。回生エネルギの予測方法については、図３のフローチャートを用いて後述する。

続くステップ２で、蓄電装置３のＳＯＣ管理下限値を算出する。ここで、ＳＯＣ管理下限値とは、蓄電装置３の蓄電量がこの管理値以下になるとシステム支障が生じる値、例えば、回生エネルギの発生が遅れた場合でも要求駆動力が発生できるように設定した基準値であり、図４及び図５のフローチャートを用いてＳＯＣ管理下限値の算出法の一例を後述する。なお、このＳＯＣ管理下限値を算出するに当り、ステップ１で予測した回生エネルギ分を考慮することは言うまでもない。

ステップ３では、算出したＳＯＣ管理下限値と蓄電装置３の実ＳＯＣとを比較し、比較結果に基づいて内燃機関１、発電機２や駆動モータ４への指令値を設定、対応するコントローラに出力する。

次に図３のフローチャートを用いて前述のステップ１で実施する回生エネルギの予測方法について説明する。

まずステップ１１で、車両の走行速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）を図示しない車速センサから読み込む。続くステップ１２で、車速Ｖから車両の有する運動エネルギＥ_kin（ｋＪ）を式（１）を用いて算出する。

ここで、ｍ_veh（ｋｇ）は、車両重量である。

次のステップ１３では、図示しない高度計あるいはナビゲーションシステム１４を用いて車両位置の標高ｈ（ｍ）を読み込む。

ステップ１４では、ステップ１３で算出した標高ｈを用いて車両の有する位置エネルギＥ_pos（ｋＪ）を式（２）から算出する。

ここで、ｇ（ｍ／ｓｅｃ²）は重力加速度である。

ステップ１５では、算出した運動エネルギＥ_kinと位置エネルギＥ_posとを加算して車両の有する合計エネルギＥ_veh（ｋＪ）を算出する。

ここで算出されたエネルギＥ_vehは、そのすべてが回生エネルギとして蓄電装置３に蓄電されるものではなく、回生制動中に駆動モータ４で発生する損失、蓄電装置３へ蓄電する際に発生する損失や標高ｈの精度が低く位置エネルギが小さく算出される場合等、回生エネルギが減少する不確定要素が存在する。このためステップ１５では、車両の有するエネルギＥ_vehに対して所定の割合だけが回生エネルギとして蓄電できるとして回生エネルギＥ_rg（ｋＪ）を算出する。

このように回生エネルギを算出するに当り、車速から運動エネルギを算出し、標高から位置エネルギを算出し、運動エネルギと位置エネルギとを加算した値から回生エネルギの減少分を考慮して回生エネルギを算出するため、精度よく回生エネルギを算出することができる。

なお、回生エネルギを算出する際に走行抵抗を考慮すれば、回生エネルギの算出精度をさらに向上させることができる。走行抵抗Ｒは次式で算出できる。

式中、μ_r：転がり抵抗係数、ｇ（ｍ／ｓｅｃ²）：重力加速度、μ_l:空気抵抗係数、Ａ：前面投影面積（ｍ²）、θ（ｄｅｇ）：勾配を示す。

転がり抵抗係数μ_rは、０．０１０〜０．０１５など一般的な値の中から選択し、固定値で与えても良いし、晴天時、雨天時など道路状況を細かく判断して値を変更しても良い。空気抵抗係数、前面投影面積については、予め車両の仕様を測定し、統合コントローラ７に記憶しておく。勾配は、車速と駆動力の関係を種々の勾配について求め、マップとして記憶しておくことにより算出することができる。具体的には走行中の駆動モータ４で発生しているトルクから走行中の車速における駆動力を求め、マップを検索することによりを求められる。

また、ナビゲーションシステム１４を活用する場合には、目的地までの走行経路を取得し、その走行経路における道路種別、渋滞状況、勾配データが入手できるため、より精度の高い回生エネルギを得ることができる。

図４、図５に示すフローチャートは、前述のステップ２で実施するＳＯＣ管理下限値の算出方法について説明するフローチャートである。図４のフローチャートは、ＳＯＣ管理下限値をシステム始動時に必要な電力／エネルギに設定した場合の算出方法を説明する。また後述する図５のフローチャートは、ＳＯＣ管理下限値を運転者が要求する動力性能を満たす目標駆動力に対応する値とした場合の算出方法を説明する。

図４のステップ２１では、発電機２の冷却水温を温度センサ１５から読み込む。次にステップ２２では、始動時に必要な始動電力／始動エネルギを算出する。始動電力は、内燃機関１をクランキングするために発電機２に供給する電力等で、冷却水温との関係から図６に示すようなマップから算出することができる。また、始動エネルギは、始動電力と同様に、冷却水温との関係から図７に示すようなマップから算出することができる。始動電力及び始動エネルギは、冷却水温が低いほど必要となり、これらの特性は、予め実験等により算出しておく。また、冷却水温として車両所在地近郊の最低気温情報を入手して、この最低気温情報に基づいて始動時に必要な始動電力／エネルギを算出するようにしてもよい。

ステップ２３では、算出した始動電力及び始動エネルギを供給可能な始動可能ＳＯＣを算出する。算出方法としては、まず始動電力を供給できる始動電力ＳＯＣを算出する。始動電力ＳＯＣは図８に示すような出力可能電力とＳＯＣとの関係を示すマップから算出される。このマップは予め実験等により求めておく。

この時、蓄電装置３として電池を用いる場合には、このＳＯＣが使用する電池の使用下限電圧以上であることを確認する。使用下限電圧を下回る場合には、電池の過放電を生じて電池を著しく劣化させることになり、避けなければならないためである。また、蓄電池４としてキャパシタを用いる場合には、低電圧から放電を行うと始動電圧ＳＯＣを得るために大きな電流が流れ、損失が大きくなり、また大きな電流に対応するシステム構成とする必要が生じ、コストアップに繋がる。したがって、キャパシタを用いる場合であっても、所定効率以上となる使用下限電圧を設定することが望ましい。

次に図８に示すように、始動時に必要な始動エネルギと始動電力に対応する始動電力ＳＯＣを加算して始動可能ＳＯＣを算出する。

続くステップ２４で、算出した始動可能ＳＯＣからステップ１で算出した回生エネルギ相当のＳＯＣを減算してＳＯＣ管理下限値として設定する。この時、ステップ２３と同様に蓄電装置３として電池またはキャパシタを用いる場合には、このＳＯＣ管理下限値が使用下限電圧以上であることを確認する。

したがって、ＳＯＣ管理下限値を発電機２の始動時において必要な始動電力／エネルギを供給可能なＳＯＣから、回生制動終了時までに生じる予測回生エネルギに対応するＳＯＣを差し引いた値とした。これにより、回生制動終了時にＳＯＣが次回始動時に必要なＳＯＣを確保できるので、始動を可能とした範囲内で蓄電装置３の蓄電容量を十分に利用できるようになる。

また、エンジン冷機時においては潤滑油の粘性が高くなるため暖機時と比較して大きな始動電力／エネルギが必要となる。また、発電機２として燃料電池を用いた場合では、発電に伴い純水が生成される。０℃以下の環境下ではその純水が凍り、始動するには燃料電池内の氷を解かす必要がなる。このため、例えば氷を解かす熱源として電気ヒータを作動させる場合には蓄電装置３から多くの始動電力／エネルギを供給する必要がある。本発明によれば、上記のような環境を考慮に入れて始動電力／エネルギを演算するので、発電機２の状態に応じて次の始動を可能とする始動可能ＳＯＣを演算することができる。

次に図５を用いて、ＳＯＣ管理下限値を運転者が要求する動力性能を満たす目標駆動力を発生する値とした場合の算出方法を説明する。

まずステップ３１で、車両の車速Ｖを車速センサ１６から読み込み、ステップ３２で、要求動力性能を満たす動力性能要求電力／動力性能要求エネルギを算出する。要求電力は、車速との関係から図９に示すようなマップから算出される。同様に図１０に示すマップから車速に基づいて動力性能要求エネルギが算出される。図９や図１０のマップは、予め種々の車速から最大加速度を生じさせて、その時の電力およびエネルギを算出して求めたマップである。

図１１は、車両の停止状態から最大加速度を生じる全開加速を行った際の駆動モータ４で消費する駆動電力と、エンジン１と発電機２で発電する発電電力の時間推移を示している。駆動電力は全開加速開始直後に増加しているが、発電電力はエンジントルクの応答遅れのため駆動電力に対して遅れをもって追従している。要求された動力性能を満たすためには、両者の差にあたる図中のハッチング部分のエネルギを不足なく蓄電装置３から供給する必要がある。図９に示すマップは、図１１の駆動電力に対する発電電力の遅れの最大値を、図１０に示すマップは、図１１のハッチング部分に相当するエネルギを求めることによって作成できる。

ステップ３３において、ステップ３２で算出した動力性能要求電力／エネルギを供給できるＳＯＣを算出する。算出方法については、全開加速開始時に要求電力が供給できるように、またその後に要求エネルギが供給できるように、電力の要求から求まるＳＯＣとエネルギの要求から求まるＳＯＣのどちらか大きな方を動力性能要求ＳＯＣに設定する。

そしてステップ３４で、動力性能要求ＳＯＣから、ステップ１において予測した回生エネルギ相当のＳＯＣを差し引くことによりＳＯＣ管理下限値を求めることができる。この時、ステップ２４と同様に蓄電装置３として電池またはキャパシタを用いる場合には、このＳＯＣ管理下限値が使用下限電圧以上であることを確認する。

ステップ３３は、ＳＯＣがＳＯＣ管理値の上下限値の範囲内で推移するように駆動モータ、エンジン、発電機を制御するステップである。ＳＯＣがＳＯＣ管理上限値と等しくなれば充電電力を０とするし、ＳＯＣ管理下限値と等しくなれば放電電力を０として、発電装置の発電量を大きくする。その間であれば、前述のエネルギー管理手段に基づいて蓄電装置の充放電可能な電力にしたがって充放電電力を制御すればよい。

例えば、駆動電力が１０（ｋＷ）必要な走行状態であった場合、ＳＯＣがＳＯＣ管理上限値と等しい場合であれば発電電力を１０（ｋＷ）未満とし、駆動電力と発電電力の差分は蓄電装置から供給する。ＳＯＣがＳＯＣ管理下限値と等しい場合であれば発電電力を１０（ｋＷ）以上とし、発電電力が駆動電力を上回る分は蓄電装置に充電するように制御する。このように決定した駆動電力は駆動トルクに変換して駆動モータコントローラ１２へ、発電電力は内燃機関コントローラ８、発電機コントローラ９に送られ、それぞれの指令値を実現するように各コントローラが動作する。

したがって、ＳＯＣ管理下限値をドライバの要求する動力性能を実現するために必要な電力／エネルギを供給可能なＳＯＣから、回生制動終了時までに生じる予測回生エネルギに対応するＳＯＣを差し引いた値とした。これにより、ドライバの要求する動力性能を実現できる範囲内で蓄電装置３の容量を十分に利用できるようにすることができる。

本発明は、蓄電量の管理下限値を一定値とすることなく、得られる回生エネルギが大きいほど（例えば、車速が速いほど）蓄電装置３の蓄電量の管理下限値を低く設定することにより、蓄電装置の持っている容量を十分に活用して、走行中に消費する燃料量を効果的に低減することができる。また、従来と同等の燃費を得るための蓄電装置の容量という観点では、従来と比較して小さな容量ですむためコスト低減、車両への搭載スペース効率の向上を図ることができる。なお、ニッケル水素、リチウムイオン電池などのエネルギ密度の大きな蓄電装置を用いる場合よりも、エネルギ密度が小さなキャパシタなどを用いた方がこの効果は顕著に表れる。

図１２、１３を用いて本発明の効果を詳しく説明する。

図１２は、従来例における車両速度とＳＯＣ管理上下限値の関係を示す。一定値からなる管理上下限値の範囲内では、車両速度が高いほど回生エネルギが大きくなり、これに伴い発電開始ＳＯＣが低くなるが、ＳＯＣが管理下限値に達すると、車速が上昇してもＳＯＣはＳＯＣ管理下限値に制御される。したがって、従来技術においては、ＳＯＣ管理下限値以下の蓄電容量は、余裕代となり、蓄電装置の蓄電容量を十分に活用できていない。

一方、図１３に示すように本発明では、車両速度の上昇、言い換えると回生エネルギの増大に応じてＳＯＣ管理下限値が低く設定される。これにより、回生エネルギが大きくなるほどＳＯＣ許容範囲が広くなり、蓄電装置の持つ容量が広く利用できる。また、従来例にもあるように発電開始ＳＯＣを重ねた場合にはその値が制限される領域が小さくなり、従来例と比較してより多くの回生エネルギが回収できる。

この効果を運転領域毎に分けて詳しく説明する。

ハイブリッド車両、例えば発電機をエンジン１と発電機２で構成する場合においては、走行状況に応じて必要な駆動力をエンジン１と駆動モータ４で分担して走行することができる。燃費の観点では、
１）エンジン効率が悪い低負荷走行時では蓄電装置３から電力を供給し駆動モータで運転し、
２）同じくエンジン効率が悪い高負荷走行時ではエンジン１を高効率な動作点で運転し、エンジン１だけでは不足する駆動力分を駆動モータ４で補って運転し、
３）逆にエンジン効率が良い中負荷走行時ではエンジン１のみで運転し、
できる限りエンジン１を高効率な状態で運転させることが望ましい。

本発明では、回生エネルギが期待できる走行状況では、回生エネルギによりＳＯＣが上昇することを踏まえてＳＯＣ管理下限値を低く設定する。このため、従来技術のように、回生エネルギ無しでも車両の加速性能を維持できるようなＳＯＣ管理下限値相当のエネルギを常時確保していた場合と比較して、蓄電装置３の容量を十分に利用できるようになり、上記のようなエンジン高効率運転を行うことができる機会も増えるため、走行中に消費する燃料量を効果的に低減することができる。

図１４は前述の１）の走行、図１５は２）の走行における従来技術と本発明の比較を示す。

図１４は、車両が停止している状態から、加速する状況を示している。ここでは駆動電力をエンジン１と発電機２を動作させ電力を駆動モータ４に供給すると効率が悪いため、蓄電装置３から電力を供給し走行することで燃費を向上することができる。

従来技術において、ＳＯＣ管理下限値は一定値であるため、蓄電装置３からの電力供給を続けるとＳＯＣがＳＯＣ管理下限値に達してＳＯＣからの放電が禁止され、エンジン１と発電機２を作動させて効率が低い発電を行う必要がある。

一方、本発明ではＳＯＣ管理下限値を予想される回生エネルギに応じて低く設定するため、従来例と比較してＳＯＣ管理下限値を従来技術のＳＯＣ管理下限値より低く設定することができ、蓄電装置３からの電力供給を長い間行うことができる。このため、効率の低い発電を行う期間を短縮することができ、効率を向上することができる。

なお、図１４（ｄ）中の１線は駆動源としてモータとエンジンとを備えたシステムの場合であり、２線は駆動源としてモータのみを備えるシステムの場合を示す。

図１５は、前述の２）の状態、つまり中負荷状態から高負荷状態へ移行する加速走行を行った状況を示している。ここでは、中負荷であれば駆動電力はエンジン１と発電機２で効率の良い発電を行い、高負荷に移行する際にエンジン１と発電機２の運転点はそのままに、不足する分の電力供給を蓄電装置３から行うことで燃費を向上できる。

従来技術では、加速中にしばらく蓄電装置３から電力を供給するとＳＯＣがＳＯＣ管理下限値に達してＳＯＣからの放電が禁止され、駆動電力をエンジン１と発電機２を効率の低い高負荷で運転しなければならない。

一方、本発明では、従来例と比較して蓄電装置３からの電力供給を長い間行うことができる。このため、効率の悪い発電を行う期間を短縮することができ、効率を向上できる。

以上のことにより、本発明はすべての運転領域において従来技術より燃費を向上することができる。

さらに本発明は、シリーズハイブリッド車両の構成を用いて説明してきたが、これに限らず、下記のような燃料電池車両やパラレルハイブリッド車両にも適用できる。

図１６は、燃料電池車両の構成の一例を示す。

この燃料電池車両の構成は、水素と酸素とを用いて発電を行う燃料電池２０と、発電された電力を蓄電する蓄電装置２１と、燃料電池２０または蓄電装置２１から供給された電力により回転する駆動モータ２２で構成されている。駆動モータ２２はファイナルギヤ２３を介してタイヤ２４に駆動する。

燃料電池車両を統合制御する統合コントローラ２５が設置され、統合コントローラ２５は、燃料電池の目標発電電力指令値を燃料電池コントローラ２６に出力し、燃料電池２０の発電電力を制御する。蓄電装置２１を制御する蓄電装置コントローラ２７は蓄電装置２１の電流・電圧を検出し、蓄電装置２１のＳＯＣと充放電可能電力を算出し統合コントローラ２５に出力する。

また、駆動モータ２２を制御する駆動モータコントローラ２８は統合コントローラ２５から出力される目標駆動トルク指令値に基づき駆動モータ２５のトルクをベクトル制御する。

燃料電池２０は、例えば固体高分子形の燃料電池を用い、燃料電池２０に供給される燃料ガスである水素ガスは水素ボンベから供給することができる。なお、燃料電池としては、燐酸型、溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池が適用可能であるし、また改質器を用いて水素ガスをアルコール等の原料を改質して生成してもよい。

また、本発明は図１７に示すパラレルハイブリッド車両にも適用可能である。ここでは、変速機にベルト式の無段変速機を用いた場合を示す。

駆動源としての内燃機関３０と、内燃機関３０の駆動トルクを制御するクラッチ３１と、駆動源または発電機として機能するモータ３２と、内燃機関３０またはモータ３２の回転数を可変制御する無段変速機３３と、無段変速機３３の回転数を減速する減速装置３４と、差動装置３５および駆動輪３６から構成される。

内燃機関３０の出力軸３０ａおよびクラッチ３１の入力軸３１ａは互いに連結されており、またクラッチ３１の出力軸３１ｂ、およびモータ３２の出力軸３２ａおよび無段変速機３３の入力軸３３ａは互いに連結されている。

クラッチ３１締結時は内燃機関３０とモータ３２が車両の駆動源となり、クラッチ３１解放時はモータ３２のみが車両の駆動源となる。内燃機関３０および／またはモータ３２の駆動力は、無段変速機３３、減速装置３４および差動装置３５を介して駆動輪３６へ伝達される。

無段変速機３３には油圧装置３７から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置３７のオイルポンプ（不図示）はモータ３８により駆動される。モータ３２、３８には交流機に限らず直流電動機を用いることもできる。

クラッチ３１はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ３１に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いることもできる。

変速機は無段変速機３３のようにベルト式を用いる他に、トロイダル式や段階的に変速を行う有段変速機を用いても良い。また、遊星歯車機構を用いた構成でも良く、内燃機関をキャリアに、モータをサンギヤに、リングギヤは出力に結合し、サンギヤの回転数を変化させることにより、キャリヤとリングギヤの回転数を無段階に変化させる構成がその一例である。この場合には、内燃機関が動力を発生していても、変速比によってその動力を出力軸に伝達しない状態を作り出せることから、クラッチを必要としない構成となる。。

モータ３２、３８はそれぞれ、インバータ３９、４０により駆動される。なお、モータ３２、３８に直流電動機を用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。インバータ３９、４０は共通のＤＣリンク４２を介して蓄電装置４１に接続されており、蓄電装置４１の直流充電電力を交流電力に変換してモータ３２へ供給するとともに、モータ３２の交流発電電力を直流電力に変換して蓄電装置４１を充電する。蓄電装置４１には、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池、鉛電池などの各種電池や、電機二重層キャパシタいわゆるパワーキャパシタを用いることができる。

統合コントローラ４３は、ドライバーからのアクセル操作や、車輪速センサからの車速信号に基づいて、内燃機関３０の運転状態、モータ３２の運転状態をどうすべきか判断し、その判断結果とアクセル操作を介したドライバーからの要求に答えるべく、内燃機関３０、クラッチ３１、モータ３２、無段変速機３３に対する指令値を生成する。

このような燃料電池車両やパラレルハイブリッド車両にも、本発明の蓄電装置の制御を適用することで、蓄電装置の容量を幅広く活用することができ、走行中に消費する燃料量を効果的に低減することができる。また、従来と同等の燃費を得るための蓄電装置の容量という観点では、従来と比較して小さな容量ですむためコスト低減、車両への搭載スペース効率の向上を図ることができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。

本発明の蓄電装置の制御を適用したハイブリッド車両は、燃費の向上を図る移動体に適用可能である。

本発明を適用するシリーズハイブリッド車両の構成図である。 本発明の処理を示すメインフローチャートである。 同じく回生エネルギを予測するためのフローチャートである。 同じくＳＯＣ管理下限値を算出するためのフローチャートである。 同じくＳＯＣ管理下限値を算出するための他のフローチャートである。 始動電力を求めるテーブルの一例である。 始動エネルギーを求めるテーブルの一例である。 始動可能ＳＯＣについて説明する図である。 動力性能要求電力を求めるテーブルの一例である。 動力性能要求エネルギーを求めるテーブルの一例である。 動力性能電力/エネルギーの求め方を説明する図である。 従来例におけるＳＯＣ管理下限値の考え方を説明する図である。 本発明におけるＳＯＣ管理下限値の考え方を説明する図である。 低負荷走行時におけるＳＯＣ管理下限値を説明する図である。 中高負荷走行時におけるＳＯＣ管理下限値を説明する図である。 燃料電池車両の構成図である。 パラレルハイブリッド車両の構成図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電機
３ 蓄電装置
４ 駆動モータ
５ 駆動輪
６ デファレンシャルギア
７ 統合コントローラ
８ 内燃機関コントローラ
９ 発電機コントローラ
１０ 蓄電装置コントローラ
１１ 電圧・電流センサ
１２ 駆動モータコントローラ
１３ スロットル開度センサ
１４ ナビゲーションシステム
１５ 温度センサ
１６ 車速センサ

Claims (12)

1. 車両に搭載された発電装置と、
   車両の駆動源として機能するとともに、車両制動時に発電機として機能する駆動モータと、
   前記駆動モータに電力を供給する一方、駆動モータまたは前記発電装置機が発電した電力を蓄電する蓄電装置と、
   車両の走行状態と前記蓄電装置の蓄電状態に応じて運転効率の高い発電装置と蓄電装置の運転状態を選択するエネルギー管理手段と、
   を備える電動車両の制御装置において、
   前記蓄電装置の蓄電量が、所定の管理下限値まで低下した時に、前記エネルギー管理手段の選択にかかわらず前記蓄電装置の充電を開始するように前記発電機と前記駆動モータとを制御する管理下限値設定手段と、
   前記駆動モータが回生制動時に発生する発電量を推定する回生エネルギ予測手段と、
   予測された回生エネルギに応じて前記管理下限値を補正する管理下限値補正手段と
   を備えたことを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記管理下限値は、回生エネルギが大きくなるほど小さくなることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記発電機の始動時に必要な電力／エネルギを供給する始動可能蓄電量を演算する始動可能蓄電量演算手段を備え、
   前記管理下限値を演算した始動可能蓄電量と前記回生エネルギとに応じて前記管理下限値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記管理下限値を演算した始動可能蓄電量から前記回生エネルギを減算して算出することを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記始動可能蓄電量演算手段は、前記発電装置の冷媒温度が低いほど始動可能蓄電量を大きくすることを特徴とする請求項３または４に記載の車両の制御装置。
6. 前記制御手段は、目標駆動力を発生する電力／エネルギを供給する蓄電量を演算する目標駆動力発生蓄電量演算手段を備え、
   前記管理下限値を演算した目標駆動力発生蓄電量と前記回生エネルギとに応じて前記管理下限値を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記管理下限値を演算した目標駆動力発生蓄電量から前記回生エネルギを減算して算出することを特徴とする請求項６に記載の車両の制御装置。
8. 前記回生エネルギ推定手段は、車両の位置エネルギと運動エネルギとを演算し、演算した位置エネルギと運動エネルギに応じて回生エネルギを推定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
9. 前記回生エネルギ推定手段は、車両の走行抵抗を演算し、演算した走行抵抗と前記位置エネルギと前記運動エネルギに応じて回生エネルギを推定することを特徴とする請求項８に記載の車両の制御装置。
10. 前記発電装置は内燃機関と、内燃機関により回転される発電機とからなることを特徴とする請求項１〜9に記載の車両の制御装置。
11. 前記発電装置は、車両の駆動源として機能する内燃機関と、内燃機関により回転される発電機とからなることを特徴とする請求項１〜９に記載の車両の制御装置。
12. 前記発電装置は水素と酸素とを用いて発電する燃料電池であることを特徴とする請求項１〜９に記載の車両の制御装置。

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