JP2009248644A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラグインハイブリッド車両において、バッテリの充電をエンジンで行うか、家庭用電源を使用して行うかをコストにより決定する制御装置を提供する。
【解決手段】動力装置として、ガソリンエンジンとバッテリ駆動の電気モータとを搭載するハイブリッド車両であって、バッテリが家庭用電源から充電できるハイブリッド車両において、バッテリ充電時に、現時点のガソリンの単価から、エンジンで発電機を駆動してバッテリを満充電する場合のコストと、家庭用電源を用いてバッテリを満充電する場合のコストとを計算し、両者を比較して、コストの安い方でバッテリを充電するように決定してこれを車両の乗員に通知することができるハイブリッド車両の制御装置である。
【選択図】図４

Description

本発明はハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、プラグインハイブリッド車両における、電気モータの電源である２次電池の充電を、ガソリン等の燃料でエンジンを駆動することによって行うか、或いは車両の外部に設けられた外部充電装置、例えば家庭用電源を用いて行うかを、燃料の価格、電力価格に基づいて決定して乗員に伝え、車両の燃費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に関する。

従来、自動車に代表される路上を走行する車両は、内燃機関であるエンジンを動力源としていた。このエンジンを駆動するための燃料は、一般乗用車ではガソリンが主流であり、工業用車両や商用車両では軽油が主流であった。また、タクシーでは、ＬＰＧを燃料とするものもあり、更にはバイオ燃料として、とうもろこし等の植物を原料とするガソリン代替燃料も実用化が進んでいる。なお、以後の説明では、燃料としてガソリンを例にとって説明する。

一方、近年の技術革新により、モータの高出力化と小型化、及びバッテリの高容量化と小型化が進んだことにより、動力源としてエンジンの他に電気モータを搭載して、両者を使い分けながら走行するハイブリッド車両が実用化されている。このようなハイブリッド車両には、電気モータを駆動するためのバッテリがあり、このバッテリはエンジンに駆動されて回転する発電機（ジェネレータ）からの電力で充電されていた。従って、従来のハイブリッド車両への動力用エネルギの補給はガソリンだけであった。これに対して、電気自動車は、特許文献１に示されるように、専用の充電施設にてバッテリを充電するようになっている。

このように、従来のハイブリッド車両では、エンジンを始動し、ガソリンを使用しないとバッテリに充電を行うことができなかった。これに対して、ハイブリッド車両にバッテリ充電用のプラグを搭載し、このプラグを家庭用電源に差し込むことにより、車両の外部に設けられた外部充電装置、例えば１００Ｖ等の家庭用の電源からバッテリの充電を行うことが可能なプラグインハイブリッド車両が開発されている。

このプラグインハイブリッド車両は、従来のハイブリッド車両と電気自動車の長所を合わせ持ち、ガソリンだけを使用するよりも二酸化炭素の排出量を抑えることができるので環境に対する影響が少ない。そして、バッテリの充電を家庭用の電源から行うことができるので、電気自動車では必要であった専用の充電施設が不要であり、ガソリンのみで走行するハイブリッド車両に比べて燃料費が抑えられる。また、充電に安い深夜電力を使用すれば、更に燃料費を抑えることができる。

また、従来のハイブリッド車両は、発進、低速走行時には電気モータで走行し、通常走行時にはエンジンで走行し、急加速時にはエンジンと電気モータを併用して強い駆動力を得て走行し、バッテリ充電容量低下時にはエンジンで走行すると共にエンジンの駆動力でバッテリを充電していた。プラグインハイブリッド車両は、このような従来のハイブリッド車両の走行モードに加えて、走行前に自宅で予めバッテリを十分に充電しておくことにより、自宅からの走行可能距離内の短距離走行の際は、ガソリンを全く消費しないで電気モータだけで走行して用事を済ませ、帰宅する走行モードが可能である。

特開２００６−３３１４０５号公報

これまでのハイブリッド車両では、燃費を考慮して前述の走行モードの切り替えを実施していたが、バッテリの充電もエンジンによって行っていたために、ガソリン代と電気代の考慮は不要であった。しかしながら、プラグインハイブリッド車両では、バッテリの充電を、ガソリンで駆動されるエンジンと家庭用電源のどちらでも行うことができるので、どちらでバッテリを充電した方が安価であるかを考慮しなければならないが、どちらで充電した方が得策であるかの指標が存在しなかった。

そこで、本発明は、プラグインハイブリッド車両において、バッテリを充電するためには、ガソリンを使用した場合の金額と家庭用電源の電気を使用した場合の金額のどちらが安価であるかを、充電時のガソリンの単価の情報、家庭用電源における使用電力の費用の情報を、ハイブリッド車両の制御手段に与えることにより決定す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を目的としている。

前記目的を達成する本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、動力装置として、燃料で動力を発生するエンジンと、２次電池で動力を発生する電気モータとを搭載し、２次電池が車両の外部に設けられた外部充電装置から充電可能に構成されたハイブリッド車両の制御装置であって、外部充電装置を用いて２次電池を充電する第１の充電方法において、取得している最新の電力価格から２次電池を所定量充電するのに必要な金額を算出する第１の金額算出手段と、エンジンで駆動した発電機の出力で２次電池を充電する第２の充電方法において、取得している最新の燃料単価から２次電池を所定量充電するのに必要な金額を算出する第２の金額算出手段と、２次電池を所定量充電する場合に、第１の金額算出手段で算出された金額と、第２の金額算出手段で算出された金額とを比較し、当該比較の結果から、２次電池の充電方法を決定する充電方法決定手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、プラグインハイブリッド車両において、バッテリを充電するためにはガソリンを使用した金額と家庭用電源の電気を使用した金額のどちらが安価であるかを、充電時のガソリンの単価の情報、家庭用電源における使用電力の費用の情報を外部から取得して制御装置に与えることによって決定することができるので、一層燃費の良い走行が可能になるという効果がある。

以下、添付図面を用いて本発明に係る実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。まず、図１から図３を用いて本発明が適用されるハイブリッド車両の構成、充電部分の構成、及びハイブリッド車両の制御装置の構成について説明し、次いで、この構成におけるハイブリッド車両の制御装置が実行可能なバッテリの充電方法、及び走行モードの選択について、いくつかの実施例をフローチャートを用いて説明する。

図１（ａ）はハイブリッド車両において本発明を適用するハイブリッドシステム１０の一例を示すものであり、（ｂ）は（ａ）のハイブリッドシステム１０の構成をブロックで示すブロック構成図である。図１に示すハイブリッドシステムは、パラレルハイブリッドシステムにシリーズハイブリッドシステムを組み合わせた複合型パラレルハイブリッドシステムである。

従って、この実施例のハイブリッドシステム１０は、バッテリ１で駆動されるモータ２とエンジン３の２種類の動力源と、発電機４と、エンジン３の出力を車両の駆動輪８の駆動力と発電機４の駆動力に分割する動力分割機構５と、直流電流を交流電流に変換したり交流電流を直流に変換するインバータ６、バッテリ１の力流電圧を昇圧する昇圧コンバータ７、及びモータ２或いはエンジン３の回転を、駆動輪８の駆動軸１８に伝達する減速機１９を備えている。この減速機１９には変速機が使用されることもある。９は従動輪である。また、バッテリ１は、通常のエンジンに搭載される１２Ｖのバッテリ（鉛蓄電池）とは別に設けられるハイブリッド車両用の高出力バッテリであり、例えばニッケル水素バッテリ等が使用される。この実施例では、バッテリといえばこの高出力バッテリを示すものとする。

バッテリ１の直流電圧は、車両の発進時、加速時、登坂時等に、昇圧コンバータ７で昇圧され、インバータ６で交流に変換されてモータ２に供給される。逆に、制動時等には発電機４で発電された交流電圧が、インバータ６で直流電圧に変換され、昇圧コンバータ７で降圧されてバッテリ１が充電される。モータ２の回転軸１２は減速機１９に接続されており、モータ２には小型で軽量、且つ高効率の交流同期電動機等が使用される。従って、モータ２は、回転時にエンジン３の出力を補助して駆動力を高めると共に、車両の制動時には減速機１９からの駆動力で発電を行い、バッテリ１を充電する。発電機４は、主にエンジン３の出力によって高電圧の発電を行う。また、エンジン始動のスタータの機能を持つ。発電機４にはモータ２と同様に交流同期電動機が使用される。

動力分割機構５には、エンジン３の動力軸１３、発電機４の回転軸１４、及び減速機１９に接続する中継軸１７が接続されている。動力分割機構５は、エンジン３の動力軸１３の駆動力を、発電機の回転軸１４の駆動力と、中継軸１７の駆動力に適切に分割する。即ち、動力分割機構５は、エンジン３の駆動力を、発電機４と駆動軸１８に適切に分割して伝える。動力分割機構５はオイルポンプＰ１から吐出される油圧によって動作する。

また、この実施例のハイブリッドシステム１０には、バッテリ１を外部の電源によって充電することができるプラグイン充電装置２０が搭載されている。プラグイン充電装置２０には、充電コード２１とプラグ２２とが設けられており、車両の停車時に、充電コード２１を引き出して家庭用の電源、或いは充電施設の電源に接続することにより、バッテリ１が充電できるようになっている。充電コード２１は車両の走行中に邪魔にならないように巻き取り式になっており、車両の走行中はプラグイン充電装置２０の中に収納されている。

図２は、プラグイン充電装置２０の内部の構成、及びエンジン３によるバッテリ１の充電経路を示すものである。充電用のプラグ２２に接続する充電コード２１は、充電時にはプラグ２２を車両から図示しない家庭用コンセントや充電ステーションのコンセントまで伸ばさなければならないので所定の長さが必要である。しかし、車両の走行中はかえって邪魔になる。そこで、この実施例の充電コード２１は、プラグ２２と共に通常はコード収納部２３の中に巻き取っておき、充電時に電源まで引き伸ばせる長さを備えている。

ところで、ハイブリッド車両におけるバッテリ１は、モータ２の定格電圧である２８８Ｖを出力するために高電圧であるが、家庭用の商用電源は一般に交流１００Ｖである。そこで、プラグイン充電装置２０の内部には、交流１００Ｖを直流２８８Ｖに変換するためのＡＣ−ＤＣ変換回路と昇圧回路２４が設けられている。このＡＣ−ＤＣ変換回路と昇圧回路２４の入力ライン２９に印加される入力電圧は、プラグ２２が家庭用コンセントに接続された場合は交流１００Ｖであり、プラグ２２が充電施設に設けられたコンセントに接続された場合は、例えば交流２４０Ｖである。また、ＡＣ−ＤＣ変換回路と昇圧回路２４の出力ラインの出力電圧はバッテリ１を充電できる直流２８８Ｖである。

そして、ＡＣ−ＤＣ変換回路と昇圧回路２４の出力ライン２８及び入力ライン２９には、これらのラインを流れる電圧と電流を検出するためのセンサ２６，２７が設けられており、これらセンサ２６，２７の出力は充電制御コンピュータ２５に入力される。充電制御コンピュータ２５は、センサ２６，２７からの検出出力に基づいて充電制御信号をＡＣ−ＤＣ変換回路と昇圧回路２４に送り、昇圧動作とＡＣ−ＤＣ変換動作を行わせる。

バッテリ１は、プラグイン充電装置２０によって充電される他に、エンジン３によっても充電される。この場合は、燃料タンク３０から供給される燃料でエンジン３が回転し、発電機４を駆動して交流電圧を発生させる。発電機４で発電した交流電圧はインバータ６によって６５０Ｖの直流電圧に落とされ、更に昇圧コンバータ７で２８８Ｖの直流電圧に降圧されてバッテリ１を充電する。この構成では、バッテリ１でモータ（図示せず）が駆動される場合に、バッテリの定格電圧である直流２８８Ｖが昇圧コンバータ７によって最大直流６５０Ｖまで引き上げられ、モータの高回転化を図ることができるので、高トルク、高出力化が実現できる。

以上のように構成されたハイブリッドシステム１０には、充電制御コンピュータ２５のほかに、図３に示すように、制御装置としてハイブリッドＥＣＵ（電子制御ユニット）４０、エンジンＥＣＵ５０、モータＥＣＵ６０、バッテリＥＣＵ７０や、スキッド制御（ブレーキ制御）コンピュータ４３が設けられている。ハイブリッドＥＣＵ４０には、シフト位置センサ４１、アクセル位置センサ４２、通信装置４４、カーナビゲーション装置４５、データ入力装置４６が接続されている。前述のエンジンＥＣＵ５０、モータＥＣＵ６０、バッテリＥＣＵ７０や、スキッド制御コンピュータ４３もハイブリッドＥＣＵ４０に接続されている。

ハイブリッドＥＣＵ４０は、アクセル開度、シフト位置から必要なエンジン出力、モータトルク、発電機のトルクを求め、各ＥＣＵに要求値を出力し、駆動力を制御する。モータＥＣＵ６０（ハイブリッドＥＣＵ４０と一体になっている場合もある）はハイブリッドＥＣＵ４０からの駆動要求値に従い、インバータ６を通じてモータ２、発電機４を制御する。エンジンＥＣＵ５０は、ハイブリッドＥＣＵ４０からの指令に従い、エンジン３を制御する。バッテリＥＣＵ７０は、バッテリ１（図３にはＨＶバッテリと記載）の充電状態の監視を行う。このバッテリＥＣＵ７０には図２で説明した充電制御コンピュータ２５も含まれる。また、スキッド制御コンピュータ４３はブレーキを制御するものであり、全制動力が一般の油圧ブレーキだけの車両と同等になるように、モータ２が行う回生ブレーキと油圧ブレーキの協調制御を行う。

図２で説明したように、バッテリ１の充電方法には、車両を停止状態にしてプラグ２２を家庭用電源（コンセント）に差し込み、プラグイン充電装置２０を用いて充電する第１の充電方法と、燃料タンク３０内のガソリンでエンジン３を駆動し、発電機４を動作させて交流電圧を発生させ、インバータ６で直流電圧に変換、昇圧コンバータ７で充電電圧に降圧して充電する第２の充電方法がある。第１の充電方法では電気代が必要であり、第２の充電方法ではガソリン代が必要である。電気代は昼間と夜間で値段に差があるが、日本全国の価格は共通である。一方、ガソリン代は、原油価格の変動により上下動し、また、地域やガソリンスタンドによっても値段に格差がある。

ここで、図３で説明したハイブリッドＥＣＵ４０によるバッテリの充電制御、及び走行時の駆動源の選択について説明する。まず、図４に示すフローチャートにより、バッテリの充電制御について説明する。この手順は、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が所定容量以下、例えば６０％以下の場合に実行される。

ステップ４０１では、ＳＯＣが６０％以下か否かが判定される。ＳＯＣが６０％より大きい時にはバッテリの充電が不要であるので、このルーチンを終了する。一方、ステップ４０１でＳＯＣが６０％以下と判定された場合はステップ４０２に進み、バッテリの充電必要量Ｍを算出する。続くステップ４０３では、充電必要量Мだけ充電するための電力量を算出し、次のステップ４０４で充電必要量Мだけ充電するための発電機の発電量Ｎを算出し、ステップ４０５で発電機の発電量Ｎを得るためのガソリン量を算出する。

そして、ステップ４０６では、家庭用電力料金とガソリン単価を入手し、ステップ４０７で充電必要量Мだけバッテリを充電するための電気代Ｅとガソリン代Ｇを算出する。なお、ステップ４０６における家庭用電力料金とガソリン単価の入手は、図３に示した通信装置４４でインターネットに接続し、電力料金やガソリン価格を表示するホームページ（自動車会社が独自に用意したホームページもある）等から入手することができる。また、通信装置４４以外にも、乗員が所持する携帯電話でインターネットに接続して電力料金やガソリン価格の情報を入手することもできる。更に、ガソリン単価に関しては、乗員が現在走行中の地域のガソリンスタンドの表示価格を、図３に示したデータ入力装置４６から入力することによっても入手することができる。

以上のようにしてステップ４０６において充電必要量Мだけバッテリを充電するための電気代Ｅとガソリン代Ｇが算出されると、ステップ４０８において電気代Ｅがガソリン代Ｇ以下か否かが判定される。そしてＥ≦Ｇの場合はステップ４０９に進み、プラグで充電する第１の充電方法を決定してこれを乗員に伝えてこのルーチンを終了する。一方、Ｅ＞Ｇの場合はステップ４１０に進み、エンジンで充電する第２の充電方法を決定してこれを乗員に伝えてこのルーチンを終了する。乗員に伝える方法は、図３に示したカーナビゲーション装置４５の表示器に表示するか、或いは専用の表示器を用意する、或いは音声で伝える等の方法がある。

次に、図３で説明したハイブリッドＥＣＵ４０によるバッテリの走行時の駆動源の選択について、図５に示すフローチャートにより説明する。なお、ここで説明する手順は、車両停止時に、図３に示したカーナビゲーション装置４５を用いて目的値、走行経路が入力された場合に、ハイブリッド車両が、電気モータによる走行（ＥＶ走行）が得策であるのか、或いはエンジンによる走行（ＥＧ走行）と電気モータによる走行（ＥＶ走行）を組み合わせたＨＶ制御が得策であるのかを決定する手順である。

ステップ５０１では図３に示したカーナビゲーション装置４５を用いて目的値が入力され、続くステップ５０２では走行経路が入力される。次のステップ５０３ではガソリン単価及び電力料金が入力される。この状態で、ステップ５０４において、全走行経路を電気モータ、或いはエンジンで走行した場合のバッテリの充電代金を算出する。バッテリの充電代金の算出は、図４で説明した充電制御に記載されているので、ここでは説明を省略する。

続くステップ５０５では１円当たりの電気モータによる走行距離ＤＭを算出し、次のステップ５０６では１円当たりのエンジンによる走行距離ＤＥを算出する。ある走行状態（例えば、車速１０ｋｍ以下）では図６（ａ）に示すような関係が成立するので、電気代情報、ガソリン代情報によって、１円当たりの走行距離を求めることができる。そして、ステップ５０７では、１円当たりの電気モータによる走行距離ＤＭが１円当たりのエンジンによる走行距離ＤＥ以上か否かを判定し、ＤＭ≧ＤＥの場合は電気モータによる走行を優先して行うＥＶ走行を選択してこのルーチンを終了し、ＤＭ＜ＤＥの場合は走行状態に応じて電気モータによる走行とエンジンによる走行とを組み合わせるＨＶ制御を選択してこのルーチンを終了する。

ここで、図５のステップ５０８でＥＶ走行が選択された場合と、ステップ５０９でＨＶ制御が選択された場合について、車両の走行状態において、どのような動力源が選択されるのかを、図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）は、ハイブリッドシステム１０を備えた車両が走行する際に、ハイブリッドＥＣＵ４０が行う、ＨＶ制御とＥＶ走行を、車両の走行状態別に示すテーブルである。このテーブルでは、ＥＧがエンジン３を動力源として走行（ＥＧ）する場合を示しており、ＥＶが電気モータ２を動力源として走行する場合を示しており、（ＥＧ＋ＥＶ）がエンジン３とモータ２の両方を動力源として走行する場合を示している。

このように、この実施例では、ハイブリッド車両の走行時の制御モード（動力源の選択）が、１円当たりの走行距離に応じて、ＥＶ走行（モータによる走行）優先にするのか、ＨＶ制御（車両の走行状態に応じてエンジンとモータを使い分ける走行）優先にするのかが切り換えられる。

なお、以上説明した実施例はあくまでも一例であり、本発明はガソリンを燃料とするエンジンが搭載されたハイブリッド車両以外にも、ディーゼルエンジンや、バイオ燃料で稼動するエンジンが搭載されたハイブリッド車両にも適用が可能である。

また、以上説明した実施例では、２次電池の充電時に外部から直接電力を供給して充電を行うか、エンジンを駆動させて充電を行うために燃料の補給を行うかを判断する構成を説明したが、車両を駆動（走行）させるための動力を、モータによって発生させるか、エンジンによって発生させるかを、電力と燃料の価格に応じて判断するような構成にすることも可能である。

更に、エンジンの代わりに他のエネルギ発生装置（燃料電池など）を備えている車両（エンジンを備えていても良い）では、水素等の他の燃料の価格についても判断の対象に含めても良い。

（ａ）は本発明に係るハイブリッド車両の制御装置を搭載したハイブリッドシステムの一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のハイブリッドシステムの構成をブロックで示すブロック構成図である。 図１（ａ）、（ｂ）に示した制御装置の充電部分の構造を示すブロック構成図である。 本発明に係る制御装置とハイブリッドシステムとの接続関係を示すブロック構成図である。 本発明に係る第１の実施例の制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る第２の実施例を示すものであり、ハイブリッド車両の制御モードを決定する手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は図５で説明したフローチャートにおいて、１円当たりの走行距離をガソリンエンジンと電動モータで比較する特性図、（ｂ）は図５のフローチャートで決定される制御モードの内容を車両の走行状態に対応させて示すテーブルである。

符号の説明

１ バッテリ
２ 電気モータ（モータ）
３ エンジン
４ 発電機
５ 動力分割機構
６ インバータ
７ 昇圧コンバータ
１０ ハイブリッドシステム
１９ 減速機又は変速機
２０ プラグイン充電装置
２１ 巻き取りコード
２２ プラグ
２４ ＡＣ−ＤＣ変換・昇圧回路
２５ 充電制御コンピュータ
２６，２７ 電圧・電流センサ
３０ 燃料タンク
４０ ハイブリッドＥＣＵ
４４ 通信装置
４５ カーナビゲーション装置（カーナビ）
４６ データ入力装置

Claims (5)

1. 動力装置として、燃料で動力を発生するエンジンと、２次電池で動力を発生する電気モータとを搭載し、前記２次電池が車両の外部に設けられた外部充電装置から充電可能に構成されたハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記外部充電装置を用いて前記２次電池を充電する第１の充電方法において、取得している最新の電力価格から前記２次電池を所定量充電するのに必要な金額を算出する第１の金額算出手段と、
   前記エンジンで駆動した発電機の出力で前記２次電池を充電する第２の充電方法において、取得している最新の燃料単価から前記２次電池を所定量充電するのに必要な金額を算出する第２の金額算出手段と、
   前記２次電池を前記所定量充電する場合に、前記第１の金額算出手段で算出された金額と、前記第２の金額算出手段で算出された金額とを比較し、当該比較の結果から、前記２次電池の充電方法を決定する充電方法決定手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記最新の燃料単価の取得は、前記車両に搭載された通信装置によって行われることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記最新の燃料単価の取得は、車両のインストルメントパネルに設けられた手動入力部を用いて、前記車両の乗員が走行中に目視したガソリンスタンドの看板に表記の単価を手動で入力することによって行われることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記充電方法決定手段によって決定した前記２次電池の充電方法を、前記車両に搭載された表示器に表示する表示手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 入力された走行予定距離、走行経路に基いて前記走行経路の予測車速を算出し、この予測車速から前記電気モータによって前記走行予定距離を走行した場合の使用電力量を算出する予測使用電力量算出手段と、
   前記予測使用電力量に必要な金額から、１円当たりの前記電気モータによる前記ハイブリッド車両の走行距離を算出する第１の走行距離算出手段と、
   入力された走行予定距離、走行経路に基づいて算出した前記走行経路の予測車速とこれまでの燃費データとから、前記エンジンによって前記走行予定距離を走行する場合の使用燃料量を算出し、算出した使用燃料量に必要な金額から、１円当たりの前記エンジンによる前記ハイブリッド車両の走行距離を算出する第２の走行距離算出手段と、
   前記第１の走行距離算出手段で算出された走行距離の方が、前記第２の走行距離算出手段で算出された走行距離よりも長い場合に、前記電気モータによる走行を優先させる動力装置の優先順位決定手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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