JP2005261151A

JP2005261151A - ハイブリッドゴルフカーの充電制御装置

Info

Publication number: JP2005261151A
Application number: JP2004072381A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Miyata; 彰一郎宮田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】現在容量を求めるための電流検出センサに誤差があった場合でもバッテリ充電状態が目標容量許容幅から大きくずれるのを回避できるハイブリッドゴルフカーの充電制御装置を提供する。
【解決手段】車輪１ａを駆動する駆動用モータ２と、該駆動用モータ２に電源を供給する駆動用バッテリ３と、エンジン５で駆動される発電機４からの電力により上記駆動用バッテリ３を充電する充電機構とを備えたハイブリッドゴルフカー１において、上記駆動用バッテリ３からの放電電流を積算することにより該駆動用バッテリ３の現在容量を推定するとともに該現在容量が予め設定された目標容量許容幅ｗ内に一致するように上記充電機構の運転状態を制御し、かつ所定の現在容量リセット条件に達したとき現在容量リセット動作を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動用モータを走行の駆動源とするとともに、該駆動用モータに電源を供給する駆動用バッテリをエンジン駆動式発電機で充電するようにしたハイブリッドゴルフカーの充電制御装置に関する。

駆動用モータを走行駆動源とするハイブリッドカーの充電制御装置として、従来例えば、駆動用バッテリをこれの充電率に基づいて充電するようにしたものがある。しかしバッテリの温度が低い場合やバッテリが劣化した場合、充電率が予め設定された値を超えていてもバッテリの出力が低下し、駆動用モータの出力が低下し、加速及び速度等の動力性能が低下するといった問題がある。

このような問題を回避できる充電制御装置として、移動平均車速等に基づいてバッテリの目標充電状態ＳＯＣ(state of charge) を求め、バッテリの充電状態がこの目標ＳＯＣとなるように制御するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−１５０７０１号公報

ところで上記従来の充電制御装置における目標ＳＯＣをバッテリの全容量に対する放電可能な容量の比（％）でもって設定する場合があり、そのためにはバッテリの現在容量を検出することが必要となる。そしてバッテリ現在容量を検出する方法として、バッテリからの放電電流値を検出する電流検出センサを設置し、該電流検出センサの出力の積算値によりバッテリ消費容量を求め、これに基づいてバッテリ現在容量を求めるのが一般的である。

しかし上記バッテリ電流の積算値によりバッテリ現在容量を求めるようにした場合、電流検出センサに誤差があると、バッテリ現在容量に誤差が生じ、バッテリの充電状態が目標ＳＯＣからずれるといった問題が生じる。

本発明は、現在容量を求めるための電流検出センサに誤差があった場合でもバッテリ充電状態が目標容量許容幅から大きくずれるのを回避できるハイブリッドゴルフカーの充電制御装置を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、車輪を駆動する駆動用モータと、該駆動用モータに電源を供給する駆動用バッテリと、エンジンで駆動される発電機からの電力により上記駆動用バッテリを充電する充電機構とを備えたハイブリッドゴルフカーにおいて、上記駆動用バッテリからの放電電流を積算することにより該駆動用バッテリの現在容量を推定するとともに該現在容量が予め設定された目標容量許容幅内に一致するように上記充電機構の運転状態を制御し、かつ所定の現在容量リセット条件に達したとき現在容量リセット動作を行なうことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記現在容量の大きさに応じて上記エンジンの回転速度を複数段階に変化させて上記現在容量が上記目標容量許容幅内に一致するように上記充電機構の運転状態を制御することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記現在容量リセット条件は、実使用時間が設定時間に達したとき、充電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以上であるとき、実使用時間が設定時間以内の場合に放電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以下であるとき、の何れかで成立したと判断されることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１又は２において、上記現在容量リセット条件は、上記発電機駆動用エンジンを停止した状態で駆動用モータにより走行する電気車走行を所定時間行い、この時の放電電流値とバッテリ電圧値とから求めた現在容量が目標容量以下であるとき成立したと判断されることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れかにおいて、上記現在容量リセット動作は、上記駆動用バッテリを一旦満充電時容量に充電した後、現在容量を上記目標容量許容幅内に一致させることにより実行されることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項５において、駆動用バッテリを一旦満充電時容量に充電した後、駆動モータの電機子コイルへの通電、駆動用モータの電磁コイルへの通電、駆動用モータのみでの走行の何れかを行なうことにより現在容量を目標容量許容幅内に一致させるようにしたことを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項１ないし６の何れかにおいて、ゴルフカーをゴルフコースで使用している間に上記現在容量リセット動作の大部分を行なうことを特徴としている。

請求項８の発明は、請求項１ないし６の何れかにおいて、ゴルフカーを車庫に駐車している間に上記現在容量リセット動作の大部分を行なうことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、駆動用バッテリの現在容量が予め設定された目標容量許容幅内に一致するように充電機構の運転状態を制御し、もって該駆動用バッテリを充電するようにしたので、上記目標容量許容幅を、例えば内部抵抗が最小となるように設定することによりハイブリッド駆動システムの効率アップが可能であり、また必要なエンジン出力を小さくでき、システムの小型化を図ることができる。

また所定の現在容量リセット条件に達したとき現在容量リセット動作を行なうようにしたので、現在容量を求めるための電流検出センサに誤差があった場合でもこの誤差が蓄積されて大きくなる前に現在容量がリセットされ、バッテリ充電状態が目標容量許容幅から大きくずれるのを回避できる。

請求項２の発明によれば、上記現在容量の大きさに応じて上記エンジンの回転速度を複数段階に変化させて上記現在容量が上記目標容量許容幅内に一致するよう充電機構の運転状態を制御するようにしたので、例えば現在容量が目標容量を僅かに下回った場合にはエンジン回転速度の低い低速充電を行い、目標容量を大きく下回った場合にはエンジン回転速度の高い高速充電を行なうことにより、現在容量を短時間で目標容量許容幅内に一致させることができる。

請求項３の発明によれば、上記現在容量リセット条件を、実使用時間が設定時間に達したとき、充電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以上であるとき、実使用時間が設定時間以内の場合に放電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以下であるとき、の何れかで成立したと判断したので、電流検出センサの誤差が蓄積されて大きくなる前に現在容量をリセットできる。

また請求項４の発明では、発電機駆動用エンジンを停止した状態で駆動用モータにより走行する電気車走行を所定時間行い、この時の放電電流値とバッテリ電圧値とから求めた現在容量が目標容量以下であるとき現在容量リセット条件が成立した判断したので、電流検出センサの誤差の蓄積に影響されることなく、精度良く現在容量リセット条件の成立を検出できる。

請求項５の発明によれば、上記現在容量リセット動作を、上記駆動用バッテリを一旦満充電時容量に充電した後、現在容量を上記目標容量許容幅内に一致させることにより実行するようにしたので、簡単な動作によりかつ確実に現在容量をリセットできる。

請求項６の発明によれば、駆動用バッテリを一旦満充電時容量に充電した後、駆動モータの電機子コイルへの通電、駆動用モータの電磁コイルへの通電、駆動用モータのみでの走行の何れかを行なうことにより現在容量を目標容量許容幅内に一致させるようにしたので、駆動用バッテリの現在容量をリセットし、直ちに目標容量許容幅内に一致させることができ、制御の空白期間が生じるのを回避できる。

請求項７の発明によればゴルフカーをゴルフコースで使用している間に上記現在容量リセット動作の大部分を行ない、また請求項８の発明によればゴルフカーを車庫に駐車している間に上記現在容量リセット動作の大部分を行なうようにしたので、現在容量リセット動作を付加したことによる問題の発生を回避できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って説明する。
図１〜図５は本発明の第１実施形態によるハイブリッドゴルフカーのバッテリ充電制御装置を説明するための図であり、図１はハイブリッドゴルフカーの概略構成図、図２は充電制御装置のブロック構成図、図３はバッテリの充電状態を説明するための図、図４，図５はバッテリの充電状態を説明するための時間−バッテリ容量特性図である。

図において、１はハイブリッド駆動式のゴルフカーであり、該ゴルフカー１は駆動輪１ａを駆動する駆動用モータ２と、該駆動用モータ２に電源を供給する駆動用バッテリ３と、該駆動用モータ２の動作を制御するＭＣＵ２ａとを備えている。また本ゴルフカー１は、上記駆動用バッテリ３を充電する充電機構を備えており、該充電機構は、エンジン５により回転駆動される発電機４と、該発電機４の動作を制御するＧＣＵ４ａとを備えている。また６は上記各機器に制御用電源を供給する制御用バッテリであり、７はゴルフカー１の走行制御や充放電動作等の制御を行なうＥＣＵである。なお、２ｂ，２ｃ，４ｂ，４ｃ，６ｂは各種リレー、６ａはＤＣ−ＤＣコンバータである。また８は駆動用バッテリ３への充電電流値及び該バッテリ３からの放電電流値を検出する電流検出センサである。

本実施形態のゴルフカー１では、運転者がアクセルペダル９を踏み込むと、駆動用バッテリ３からの電力が放電リレー２ｃ及びＭＣＵ２ａにより制御されつつ駆動用モータ２に供給され、該駆動用モータ２が駆動輪１ａを回転駆動し、もって該ゴルフカー１が走行する。なお、１０はブレーキペダルである。

そして上記駆動用バッテリ３は所定の充電状態となるように上記エンジン５で駆動される発電機４により充電される。即ち上記駆動用バッテリ３は、これの現在容量Ｑｐが制御目標容量Ｑｔ以下でかつ目標容量許容幅ｗ内に保持されるようにその充放電が制御される。具体的には、新品時の満充電時容量Ｑｏの８０％が制御目標容量Ｑｔとされ、該８０％直下の３％が目標容量許容幅ｗとされる。つまり駆動用バッテリ３は、新品時の容量の８０〜７７％を制御目標容量として充電される。

本実施形態では、バッテリ現在容量Ｑｐが、上記制御目標容量Ｑｔより高くなると過剰充電状態と判断され、バッテリ回生制御及び発電機４による充電が禁止される。一方、バッテリ現在容量Ｑｐが上記制御目標容量Ｑｔより上記許容幅ｗ以上に低くなると過剰放電状態と判断され、バッテリ放電電流値が制限されるとともに発電機４による充電が開始される。

そして上記バッテリ現在容量Ｑｐの検出は、上記電流検出センサ８による検出電流値の積算に基づいて行なわれる。即ち、本実施形態の駆動用バッテリ３の現在容量Ｑｐは、該バッテリ３が新品時の満充電状態での容量Ｑｏ（例えば５５Ａｈ）から、上記電流検出センサ８により検出された放電電流値Ａと放電時間ｈとの積により求めた消費容量Ｑｃを減じるとともに、上記電流センサ８により検出された充電電流値Ａ′と充電時間ｈ′との積により求めた充電容量Ｑｃ′を加えることにより求められ、
Ｑｐ＝Ｑｏ−Ｑｃ＋Ｑｃ′
となる。この現在容量Ｑｐが上記制御目標容量Ｑｔ−許容幅ｗの範囲内になるように上記エンジン５ひいては発電機４の運転が制御される。

図４は、前半部では消費電流が大きいためエンジン５により発電機４が駆動されて発電量が増加し、後半部では消費電流が小さいため発電量が減少していることを示している。

より詳細には、図５に示すように、現在容量Ｑｐが、減少していって制御目標容量Ｑｔを下回ると（点ａ）上記エンジン５が低速（例えば２５００ｒｐｍ）で回転して低速充電が行なわれる。そして現在容量Ｑｐが上記目標容量許容幅ｗ（例えば上記容量Ｑｏの３％）を下回ると（点ｂ）上記エンジン５が高速（例えば３５００ｒｐｍ）で回転して高速充電が行なわれる。上記現在容量Ｑｐが増加していって上記制御目標容量Ｑｔ−２％を上回ると（点ｃ）上記低速充電に切り換えられる。そしてさらに現在容量が増加して上記制御目標Ｑｔ＋１％を上回ると上記エンジン５は停止し、上記発電機４による発電は行なわれない。

一方、仮に上記電流検出センサ８による検出電流値に誤差があると、これに伴って上記現在容量Ｑｐに誤差が生じ、結局現在容量Ｑｐを上記制御目標値Ｑｐの許容幅ｗに制御することができなくなる。

そこで本実施形態では、所定の現在容量リセット条件に達したとき現在容量リセット動作を行ない、もって現在容量の補正を行なうようにしている。ここで上記現在容量リセット条件としては、（ａ）駆動用バッテリ３の前回の現在容量リセット動作後の実際の使用時間が設定時間（例えば５０時間）に達したとき、（ｂ）充電電流が基準電流値（例えば５０Ａ）以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値（例えば８６．４Ｖ）以上であるとき、あるいは（ｃ）前回の現在容量リセット動作後の実際の使用時間が設定時間（例えば５０時間）以内の場合に放電電流が基準電流値（例えば５０Ａ）以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値（例えば７２ボルト）以下であるとき、の何れかが採用される。

ここで上記（ｂ）の場合には、現在容量Ｑｐが低い側に誤差をもって、つまり低い目に検出され、そのため制御目標容量Ｑｔが高い側にずれたのと同様の結果となる。また上記（ｃ）の場合には、現在容量Ｑｐが高い側に誤差をもって、つまり高い目に検出され、そのため制御目標容量Ｑｔが低い側にずれたのと同様の結果となる。

また上記現在容量リセット動作は、上記駆動用バッテリ３を一旦満充電時容量（例えば５５Ａｈ）に充電した後、(i) 上記駆動用モータ２の電機子コイルへの通電、(ii)駆動用モータ２の電磁コイルへの通電、あるいは(iii) 駆動用モータ２のみでの走行の何れかを行なうことにより、現在容量Ｑｐを上記制御目標容量Ｑｔかつ容量変化許容幅ｗ内に一致させることにより実行される。

そして上記現在容量リセット動作の大部分は、ゴルフカー１をゴルフコースで使用している間に、又はゴルフカー１を車庫に駐車している間に行なわれる。

以上のように本実施形態によれば、駆動用バッテリ３の現在容量Ｑｐが予め設定された目標容量Ｑｔ直下の許容幅ｗ内に一致するように充電機構の運転状態を制御するようにしたので、上記目標容量Ｑｔを内部抵抗が最小となる例えば満充電時容量の８０％に設定したので、駆動用バッテリ３を効率良く充電できるとともに該バッテリの寿命を延長でき、その結果該ハイブリッド駆動システムの効率アップを図ることができる。また充電効率が良いので必要なエンジン出力を小さくでき、システムの小型化を図ることができる。

また所定の現在容量リセット条件に達したとき現在容量リセット動作を行なうようにしたので、現在容量Ｑｐを求めるための電流検出センサ８に誤差があった場合でもこの誤差が蓄積されて大きくなる前に現在容量をリセットでき、バッテリ充電状態が目標容量許容幅から大きくずれるのを回避できる。

そして上記現在容量リセット条件として、実使用時間が設定時間に達したとき、充電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以上であるとき、実使用時間が設定時間以内の場合に放電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以下であるとき、の何れかから採用したので、現在容量リセット動作のタイミングを簡単な構成で把握でき、電流検出センサ８の誤差が蓄積されて大きくなる前に現在容量をリセットできる。

さらにまた上記現在容量リセット動作を実行するにあたり、上記駆動用バッテリ３を一旦満充電時容量に充電した後、駆動用モータ２の電機子コイルへの通電、駆動用モータ２の電磁コイルへの通電、駆動用モータ２のみでの走行の何れかを行なうことにより現在容量Ｑｐを目標容量許容幅ｗ内に一致させるようにしたので、駆動用バッテリ３の現在容量を容易確実にリセットし、短時間後に目標容量許容幅ｗ内に一致させることができ、制御の空白期間が生じるのを回避できる。

また上記現在容量リセット動作の大部分を、ゴルフカー１をゴルフコースで使用している間に、又はゴルフカー１を車庫に駐車している間に行なうようにしたので、現在容量リセット動作を付加したことによる問題の発生を回避できる。

図６，図７は駆動用バッテリの現在容量検出方法に関する第２実施形態を説明するための図である。上記第１実施形態では、駆動用バッテリが新品時の満充電状態での容量Ｑｏから、消費容量Ｑｃを減じるとともに、充電容量Ｑｃ′を加えることにより現在容量Ｑｐを求めたが、本第２実施形態では、車両発進時に発電機駆動用エンジン５を停止した状態で駆動用モータ２により走行する電気車走行を例えば５秒間行い、この時の放電電流値Ｉとバッテリ電圧値Ｖとからバッテリの現在容量を求めるようにしている。

本第２実施形態では予め図６に示すＩ−Ｖ特性（Ｚカーブ）を内蔵しておき、車両発進条件が成立すると（ステップＳ１）、バッテリ充電状態の如何に関わらず発電機駆動用エンジン５を停止した状態で駆動用モータ２により走行する電気車走行を行い、その時に検出した電流値，及び電圧値を上記Ｚカーブに適用して現在容量を求める（ステップＳ２）。この動作を例えば５秒経過するまで繰り返し、５秒経過すると（ステップＳ３）、現在容量の減少増加状況に応じてエンジン５を始動させるエンジン始動指令を出力する（ステップＳ４）。なお、現在容量の確定については、例えば５回分の発進時毎の現在容量の平均値をもって現在容量とする（ステップＳ５〜Ｓ７）。

上記ステップＳ２において、例えば検出電流値Ｉが５０Ａ、検出電圧が７０Ｖである場合には現在容量は、図６からＳＯＣ７０％、即ち満充電時の７０％であり、目標容量８０〜７７％に対して低いことが判る。従ってこの場合、現在容量リセット条件が成立したと判断され、現在容量リセット動作が開始される。

なお、上記電気車走行によるＩ−Ｖ特性から現在容量を求める場合、バッテリ劣化時の内部抵抗の影響を避けるために、電流値ができるだけ小の電流領域でかつ補正可能なバッテリ温度範囲内で現在容量を求めるのが好ましい。

本発明の第１実施形態によるハイブリッドゴルフカーの概略構成図である。上記ゴルフカーの充電制御装置のブロック構成図である。上記充電制御装置のバッテリの充電状態を示す模式図である。上記バッテリの充電状態を示す時間−現在容量特性図である。上記バッテリの充電状態を示す時間−現在容量特性図である。本発明の第２実施形態によるバッテリ充電制御を説明するためのＩ−Ｖ特性図である。上記第２実施形態の動作を説明するためのフローチャート図である。

符号の説明

１ハイブリッドゴルフカー
１ａ車輪
２駆動用モータ
３駆動用バッテリ
４発電機
５エンジン
Ｑｐ現在容量
Ｑｔ目標容量
ｗ目標容量許容幅

Claims

車輪を駆動する駆動用モータと、該駆動用モータに電源を供給する駆動用バッテリと、エンジンで駆動される発電機からの電力により上記駆動用バッテリを充電する充電機構とを備えたハイブリッドゴルフカーにおいて、上記駆動用バッテリからの放電電流を積算することにより該駆動用バッテリの現在容量を推定するとともに該現在容量が予め設定された目標容量許容幅内に一致するように上記充電機構の運転状態を制御し、かつ所定の現在容量リセット条件に達したとき現在容量リセット動作を行なうことを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項１において、上記現在容量の大きさに応じて上記エンジンの回転速度を複数段階に変化させて上記現在容量が上記目標容量許容幅内に一致するように上記充電機構の運転状態を制御することを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項１又は２において、上記現在容量リセット条件は、実使用時間が設定時間に達したとき、充電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以上であるとき、実使用時間が設定時間以内の場合に放電電流が基準電流値以上でかつバッテリ電圧が基準電圧値以下であるとき、の何れかで成立したと判断されることを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項１又は２において、上記現在容量リセット条件は、上記発電機駆動用エンジンを停止した状態で駆動用モータにより走行する電気車走行を所定時間行い、この時の放電電流値とバッテリ電圧値とから求めた現在容量が目標容量以下であるとき成立したと判断されることを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項１ないし４の何れかにおいて、上記現在容量リセット動作は、上記駆動用バッテリを一旦満充電時容量に充電した後、現在容量を上記目標容量許容幅内に一致させることにより実行されることを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項５において、駆動用バッテリを一旦満充電時容量に充電した後、駆動モータの電機子コイルへの通電、駆動用モータの電磁コイルへの通電、駆動用モータのみでの走行の何れかを行なうことにより現在容量を目標容量許容幅内に一致させるようにしたことを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項１ないし６の何れかにおいて、ゴルフカーをゴルフコースで使用している間に上記現在容量リセット動作の大部分を行なうことを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。
請求項１ないし６の何れかにおいて、ゴルフカーを車庫に駐車している間に上記現在容量リセット動作の大部分を行なうことを特徴とするハイブリッドゴルフカーの充電制御装置。