JP2009005423A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリが高温になると、バッテリの充放電を制限するように制御するハイブリッド車両の制御装置において、バッテリの温度が高い温度領域にあっても、エネルギ効率の向上を図る。
【解決手段】充放電の上限値は、第一上限値７０と、この第一上限値７０より小さい第二上限値７２とを含む。制御装置は、モータの動作パターンが回生パターンであるとき、第一上限値７０を選択する。これにより、温度Ｔが高い温度領域であっても、モータの回生発電の動作が制限され難くなるので、エネルギ効率の向上を図ることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置、特にバッテリが高温になると、バッテリの充放電を制限するように制御する制御装置の改良に関するものである。

ハイブリッド車両は、原動機としてエンジンとモータを搭載し、これらの原動機の出力により走行する車両である。ハイブリッド車両には、モータに接続される電源として充放電可能なバッテリが搭載されている。一般的に、バッテリが高温になると、バッテリの劣化を促進することが知られている。したがって、バッテリが高温になると、充放電を制限してバッテリ自らのジュール熱を抑えることにより、バッテリの温度上昇を抑制し、バッテリの劣化を抑制している。

下記特許文献１には、バッテリの温度が所定値以上のときに、その温度が高くなるにつれて徐々に減少するように充放電の上限値を設定し、充放電を制限するように制御を行うハイブリッド車両の制御装置が開示されている。このハイブリッド車両の制御装置においては、徐々に減少するように充放電の上限値を設定することにより、充放電を制限するときに急激な変動が防止されるので、搭乗者に違和感を与えずに、バッテリの劣化を抑制することができる。

特開平１１−１８７５７７号公報

上記特許文献１のようなハイブリッド車両の制御装置においては、バッテリの温度が高い温度領域にあると、充放電の上限値を徐々に減少させてから充放電が制限される。つまり、バッテリに接続されたモータの出力を徐々に減少させてからモータの動作が制限される。例えば、バッテリの温度が高い温度領域にあるときにハイブリッド車両が減速する場合においては、ハイブリッド車両の運動エネルギでモータの回生発電を行うことも制限されてしまう。モータの回生発電が制限されると、本来利用することのできた回生発電による電気エネルギが得られなくなるので、エネルギ効率が低下してしまう。

本発明の目的は、バッテリの温度が高い温度領域にあっても、エネルギ効率の向上を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

本発明は、原動機としてエンジンとモータを含むハイブリッド車両に搭載され、モータに接続されたバッテリが高温になると、バッテリの充放電を制限するように制御を行うハイブリッド車両の制御装置において、充放電の第一上限値と、この第一上限値より小さい第二上限値とを含み、モータの動作パターンに応じて第一上限値と前記第二上限値のいずれか一方を選択する選択手段を有することを特徴とする。

また、前記モータの動作パターンは、モータが回生発電する回生パターンを含み、前記モータの動作パターンが回生パターンであるとき、前記選択手段が第一上限値を選択することができる。

また、前記第一上限値を、バッテリの温度が第一所定値以上のときに、バッテリの温度が高くなるにしたがい減少するように設定することもできる。

また、前記第二上限値を、バッテリの温度が前記第一所定値より低い第二所定値以上のときに、バッテリの温度が高くなるにしたがい減少するように設定することもできる。

また、第二上限値よりさらに小さい第三上限値と、乗員の動力性能の要求に応じて選択される動力性能モードと、を有し、前記選択手段は、前記動力性能モードに応じて第二上限値と前記第三上限値のいずれか一方を選択することもできる。

また、前記動力性能モードは、通常走行に対応したノーマルモードと、通常走行より高い動力性能が要求されたときのパワーモードと、を含み、前記選択手段は、前記選択された動力性能モードがノーマルモードであるとき、第二上限値を選択し、前記選択された動力性能モードがパワーモードであるとき、第三上限値を選択することもできる。

また、前記各上限値を、充電および放電に対してそれぞれ別個に設定することもできる。

さらに、バッテリの発熱量を算出する発熱量算出手段を有し、前記発熱量算出手段により算出された発熱量からバッテリの温度を決定することもできる。

また、前記発熱量算出手段は、バッテリの電流を二乗した値に基づいてバッテリの発熱量を算出することもできる。

また、前記発熱量算出手段は、バッテリの電力を二乗した値に基づいてバッテリの発熱量を算出することもできる。

本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、バッテリの温度が高い温度領域にあっても、エネルギ効率の向上を図ることができる。

以下、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施形態について、図に従って説明する。

まず、本実施形態に係る制御装置４０を搭載するハイブリッド車両１０の構成について、図１を用いて説明する。ハイブリッド車両１０は、原動機としてエンジン１２と、第一の電動機（以下、第一ＭＧと記す）１４と、第二の電動機（以下、第二ＭＧと記す）１６とを有する。原動機１２，１４，１６には、これらの動力を分配、統合する動力分配統合機構１８が接続されている。動力分配統合機構１８には、減速機構２０を介して駆動輪２２が接続されている。各原動機１２，１４，１６の動力は、動力分配統合機構１８により統合された後に、減速機構２０を介して駆動輪２２に伝達され、ハイブリッド車両１０が走行する。

ハイブリッド車両１０は、エンジン１２と第一及び第二ＭＧ１４，１６の出力を制御することにより、様々な態様の走行を行うことができる。例えば、エンジン１２または第二ＭＧ１６のどちらか一方で走行する、エンジン１２と第二ＭＧ１６とを協調して走行する、またエンジン１２の出力の一部により第一ＭＧ１４で発電を行うなど様々な態様の走行を行うことができる。さらに、減速時において、駆動輪２２から入力されるハイブリッド車両１０の運動エネルギにより第二ＭＧ１６で回生発電を行うこともできる。

第一及び第二ＭＧ１４，１６は、発電機として機能するとともに、電動機として機能する同期モータである。第一及び第二ＭＧ１４，１６は、第一及び第二インバータ３０，３２を介してバッテリ３４に接続される。バッテリ３４は、充放電可能な二次電池、例えばニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などで構成される。バッテリ３４に蓄えられる電力は、第一及び第二インバータ３０，３２により直流電流から三相交流電流に変換された後に、第一及び第二ＭＧ１４，１６に供給されて、これらのＭＧ１４，１６を駆動する。また、回生時に第一及び第二ＭＧ１４，１６で発電された電力は、第一及び第二インバータ３０，３２により三相交流電流から直流電流に変換された後に、バッテリ３４に送られて蓄えられる。このように、第一及び第二ＭＧ１４，１６は、電動機および発電機として機能することができる。

第一及び第二ＭＧ１４，１６の動作は、前述したハイブリッド車両１０の様々な態様の走行に基づいて次の４種の動作パターン（以降、モータの動作パターンと記す）に区別される。すなわち、第一ＭＧ１４がエンジン１２の出力で発電する発電パターン、第二ＭＧ１６が回生発電する回生パターン、第二ＭＧ１６のみの出力によりハイブリッド車両１０が走行するＥＶ走行パターン、および第二ＭＧ１６がエンジン１２の出力をアシストするアシスト走行パターンに区別される。

ハイブリッド車両１０は、車両の状態と乗員の要求とに基づき運転を行なうよう制御するハイブリッド用ＥＣＵ４０を有する。ハイブリッド用ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータで構成される。なお、ハイブリッド用ＥＣＵ４０は、本発明に係る制御装置に対応する装置であり、これを以降、単に制御装置４０と記す。

制御装置４０には、エンジンＥＣＵ４２、モータＥＣＵ４４、バッテリＥＣＵ４６、および車速センサ５８が接続されている。エンジンＥＣＵ４２には、エンジン１２の運転状態を検出するセンサ、例えば回転速度センサ（図示せず）が接続されており、そのセンサから信号がエンジンＥＣＵ４２を介して制御装置４０に入力される。モータＥＣＵ４４には、第一及び第二ＭＧ１４，１６の運転状態を検出するセンサ、例えば回転速度センサ（図示せず）が接続されており、そのセンサから信号がモータＥＣＵ４４を介して制御装置４０に入力される。バッテリＥＣＵ４６には、バッテリ３４の状態を検出する各種センサが接続されている。各種センサは、バッテリ３４の温度Ｔを検出する温度センサ３４ａ、バッテリ３４の電流を検出する電流センサ３４ｂ、およびバッテリ３４の端子間の電圧を検出する電圧センサ３４ｃを含む。これらの各種センサから信号がバッテリＥＣＵ４６を介して制御装置４０に入力される。車速センサ５８は、ハイブリッド車両１０の走行速度を検出する検出器であり、この検出器から信号が制御装置４０に入力される。制御装置４０は、各ＥＣＵ４２，４４，４６と車速センサ５８から送られてきた信号に基づき車両の状態を判断する。そして、制御装置４０は、この車両の状態と後述する乗員の要求とを総合して、エンジン１２と第一及び第二ＭＧ１４，１６の出力を決定し、エンジン１２と第一及び第二インバータ３０，３２を制御する。

また、制御装置４０には、イグニッションスイッチ５０、アクセルペダル５２、ブレーキペダル５４、およびシフトレバー５６が接続されている。これらは、乗員（運転者）が操作する入力手段であり、制御装置４０は、この入力手段の操作によって送られる信号に基づき乗員の要求を判断する。

本実施形態に係る制御装置４０は、バッテリ３４の温度Ｔと充放電の上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの対応関係が設定されたメモリを有している。バッテリ３４の温度Ｔと充放電の上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係について図２を用いて詳しく説明する。

まず、図２に示される、温度Ｔが低い温度領域について説明する。一般的に、バッテリは低温になると放電できる電力が低下する。このため、低温時に大きな電流を流そうとすると電圧が低下してしまう。この場合、本実施形態においては、第一及び第二ＭＧ１４，１６の運転ができなくなる可能性がある。したがって、低温時には、図示するように温度Ｔが低くなるにしたがい、例えば０℃から−２５℃になるにしたがい上限値Ｗｏｕｔが徐々に小さくなるように定められている。また、一般的に、バッテリが低温のときに充電する場合、大きな電流が流れることによりバッテリの端子電圧が上昇する。この電圧が回路上の電気部品の耐電圧を超えると、電気部品が破損してしまう可能性がある。よって、電気部品を保護するために、放電時と同様に、温度Ｔが低くなるにしたがい、例えば０℃から−２５℃になるにしたがい上限値Ｗｉｎが徐々に小さくなるように定められている。なお、温度Ｔが低い温度領域において、温度Ｔが低くなるにしたがい上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを徐々に小さくなるように制限しているのは、温度Ｔが−２５℃に達した時点でいきなり充放電を止める、すなわち０としてしまうことにより、制御が不連続となり、車両走行上、乗員に違和感を与えてしまうことを防ぐためである。

次に、図２に示される、温度Ｔが高い温度領域について説明する。背景技術で述べたように、バッテリが高温になると、バッテリの劣化を促進することが知られている。したがって、高温時においても、図示するように温度Ｔが高くなるにしたがい、例えば５０℃から６０℃になるにしたがい上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが小さくなるように定められている。このように、温度Ｔが５０℃から６０℃の温度領域において、徐々に小さくなるよう制限された上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔのことを、以降、第一上限値７０と記す。

本発明において特徴的なことは、図２から明らかなように、温度Ｔが高い温度領域において、第一上限値７０の他に、これより小さい第二上限値７２が含まれることである。この第二上限値７２は、例えば４０℃から５０℃になるにしたがい小さくなるように定められている。そして、本発明で特徴的なことは、第一及び第二上限値７０，７２を、モータの動作パターンに応じて選択することである。この選択の詳細について次に説明する。

本発明に係る実施形態であって、バッテリ３４の温度Ｔが高い温度領域にあるとき、モータの動作パターンに応じて第一及び第二上限値７０，７２を選択する制御装置４０の制御動作について図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、制御装置４０は、現在のモータの動作パターンを判定する（ステップＳ１００）。モータの動作パターンが回生パターンであるときには、制御装置４０が第一上限値７０を選択する（ステップＳ１０１）。そして、第一上限値７０に対応した第二ＭＧ１６のトルクを算出し（ステップＳ１０２）、モータＥＣＵ４４にその制御信号を出力する（ステップＳ１０３）。

一方、モータの動作パターンが回生パターン以外であるとき、すなわち発電パターン、ＥＶ走行パターンまたはアシスト走行パターンであるときには、制御装置４０が第二上限値７２を選択する（ステップＳ１０４）。そして、第二上限値７２に対応した第一又は第二ＭＧ１４，１６のトルクを算出し（ステップＳ１０５）、モータＥＣＵ４４にその制御信号を出力する（ステップＳ１０３）。

本実施形態によれば、温度Ｔが高い温度領域において、モータの動作パターンに応じて上限値７０，７２からいずれか一方が選択される。つまり、モータの動作パターンが回生パターンであるとき、第一上限値７０が選択され、一方、回生パターン以外であるときには、第二上限値７２が選択される。これにより、温度Ｔが高い温度領域において、まず回生パターン以外の動作が制限されるので、温度Ｔの上昇が抑制される。その結果、回生発電の動作が制限されにくくなり、エネルギ効率の向上を図ることが可能となる。

次に、別の実施形態について図を用いて説明する。図４は、バッテリ３４の温度Ｔと充放電の上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の他の例を示す図であり、図２に対応して描かれている。

この実施形態には、図４から明らかなように、温度Ｔが高い温度領域において、第一上限値７０の他に、これより小さい第二上限値７４と、これよりさらに小さい第三上限値７６とを含む。第二上限値７４は、例えば４５℃から５５℃になるにしたがい徐々に減少するように定められており、第三上限値７６は、第二上限値７４のときより低い温度領域、例えば４０℃から５０℃になるにしたがい徐々に減少するように定められている。第一上限値７０と、第二上限値７４及び第三上限値７６とは、上述のようにモータの動作パターンに応じて選択される。そして、この実施形態の特徴は、第二上限値７４と第三上限値７６とが、乗員が要求する動力性能モードに応じて選択されることである。この動力性能モードの詳細について次に説明する。

一般的に、乗員による入力手段の操作と原動機の制御パラメータの対応関係を複数設定しておき、これらのいずれかを選択してその設定された各動力性能モードに応じた制御を実行する制御技術が知られている。本実施形態の動力性能モードは、平均的な通常走行に対応し、エネルギ効率のよい原動機の出力特性を得ることができるノーマルモードと、これより高い出力特性を得ることができるパワーモードとを含む。これらの動力性能モードは、乗員の動力性能の要求に応じて選択される。具体的には、制御装置４０が、アクセル及びブレーキペダル５２，５４の単位時間あたりの変化量に基づいて乗員の要求を判断し、２つの動力性能モードからいずれか一方を選択する。例えば、単位時間当たりの変化量が所定値以上の場合、乗員がより高い動力性能を要求していると判断し、パワーモードを選択する。これにより、加速性を重視した走行が可能となる。一方、単位時間当たりの変化量が所定値未満の場合、通常走行に対応した動力性能を要求していると判断し、ノーマルモードを選択し、通常の走行が行なわれる。

次に、この実施形態であって、動力性能モードに応じて第二上限値７４と第三上限値７６を選択する制御装置４０の制御動作について図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、制御装置４０は、現在のモータの動作パターンを判定する（ステップＳ２００）。モータの動作パターンが回生パターンであるときには、制御装置４０が第一上限値７０を選択する（ステップＳ２０１）。そして、第一上限値７０に対応した第二ＭＧ１６のトルクを算出し（ステップＳ２０２）、モータＥＣＵ４４にその制御信号を出力する（ステップＳ２０３）。

一方、モータの動作パターンが回生パターン以外であるとき、すなわち発電パターン、ＥＶ走行パターンまたはアシスト走行パターンであるときには、現在の動力性能モードを判断する（ステップＳ２０４）。動力性能モードがノーマルモードであるときには、制御装置４０が第二上限値７４を選択する（ステップＳ２０５）。そして、第二上限値７４に対応した第一又は第二ＭＧ１４，１６のトルクを算出し（ステップＳ２０６）、モータＥＣＵ４４にその制御信号を出力する（ステップＳ２０３）。一方、動力性能モードがパワーモードであるときには、制御装置４０が第三上限値７６を選択する（ステップＳ２０７）。そして、第三上限値７６に対応した第一または第二ＭＧ１４，１６のトルクを算出し（ステップＳ２０８）、モータＥＣＵ４４にその制御信号を出力する（ステップＳ２０３）。

この実施形態によれば、動力性能モードに応じて第二上限値７４および第三上限値７６からいずれか一方が選択される。つまり、動力性能モードがノーマルモードであるとき、第二上限値７４が選択され、一方、パワーモードであるときには、第三上限値７６が選択される。これにより、温度Ｔが高い温度領域において、まずパワーモードによる第一又は第二ＭＧ１４，１６の動作が制限されるので、温度Ｔの上昇が抑制される。その結果、ノーマルモードによる第一又は第二ＭＧ１４，１６の動作が制限されにくくなり、エネルギ効率の向上を図ることが可能となる。

この実施形態においては、アクセル及びブレーキペダル５２，５４の単位時間あたりの変化量に基づいて動力性能モードを選択する場合について説明したが、乗員が操作可能な選択スイッチの操作により動力性能モードを選択することもできる。また、カーナビゲーションの予定走行路に基づいて動力性能モードを選択することもできる。例えば、予定走行路が山岳路の場合、より高い原動機の出力特性が必要な走行路であると判断し、そこに差し掛かったらパワーモードを選択することもできる。

上記各実施形態においては、温度Ｔが高い温度領域のときに、温度Ｔが高くなるにつれて徐々に減少するよう上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが定められていることについて説明したが、段階的に上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが減少してもよい。

本発明において、上限値Ｗｉｎと上限値Ｗｏｕｔをそれぞれ個別に設定、例えば制限温度がそれぞれ異なる値になるように設定してもよい。

上記各実施形態では、温度センサ３４ａで検出された温度Ｔに応じて上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを制限する場合について説明したが、温度Ｔと相関関係のあるバッテリ３４の発熱量に応じて上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを制限することもできる。バッテリ３４の発熱量は、電流センサ３４ｂで検出された電流を二乗した値に基づいて算出されてもよい。また、電流センサ３４ｂで検出された電流と電圧センサ３４ｃで検出された電圧とから電力を求め、この電力を二乗した値に基づいてバッテリ３４の発熱量が算出されてもよい。

本実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。 バッテリの温度Ｔと充放電の上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す図である。 制御装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。 バッテリの温度Ｔと充放電の上限値Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の他の例を示す図である。 制御装置の制御動作の他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１２ エンジン、１４ 第一ＭＧ、１６ 第二ＭＧ、３４ バッテリ、４０ 制御装置、７０ 第一上限値、７２，７４ 第二上限値、７６ 第三上限値。

Claims (10)

1. 原動機としてエンジンとモータを含むハイブリッド車両に搭載され、モータに接続されたバッテリが高温になると、バッテリの充放電を制限するように制御を行うハイブリッド車両の制御装置において、
   充放電の第一上限値と、この第一上限値より小さい第二上限値とを含み、
   モータの動作パターンに応じて第一上限値と前記第二上限値のいずれか一方を選択する選択手段を有する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記モータの動作パターンは、モータが回生発電する回生パターンを含み、
   前記モータの動作パターンが回生パターンであるとき、前記選択手段が第一上限値を選択する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記第一上限値は、バッテリの温度が第一所定値以上のときに、バッテリの温度が高くなるにしたがい減少するように設定される、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記第二上限値は、バッテリの温度が前記第一所定値より低い第二所定値以上のときに、バッテリの温度が高くなるにしたがい減少するように設定される、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項４記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   第二上限値よりさらに小さい第三上限値と、
   乗員の動力性能の要求に応じて選択される動力性能モードと、
   を有し、
   前記選択手段は、前記動力性能モードに応じて第二上限値と前記第三上限値のいずれか一方を選択する、
   こと特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
6. 請求項５記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記動力性能モードは、
   通常走行に対応したノーマルモードと、
   通常走行より高い動力性能が要求されたときのパワーモードと、
   を含み、
   前記選択手段は、前記選択された動力性能モードがノーマルモードであるとき、第二上限値を選択し、前記選択された動力性能モードがパワーモードであるとき、第三上限値を選択する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
7. 請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記各上限値は、充電および放電に対してそれぞれ別個に設定される、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
8. 請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   バッテリの発熱量を算出する発熱量算出手段を有し、
   前記発熱量算出手段により算出された発熱量からバッテリの温度を決定する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
9. 請求項８記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記発熱量算出手段は、バッテリの電流を二乗した値に基づいてバッテリの発熱量を算出する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
10. 請求項８記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記発熱量算出手段は、バッテリの電力を二乗した値に基づいてバッテリの発熱量を算出する、
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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