JP2012116411A - Battery charging and discharging controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド電気自動車に用いるバッテリ充放電制御装置に関するものである。 The present invention relates to a battery charge / discharge control device used in a hybrid electric vehicle.
近年、自動車の走行駆動源として、内燃機関(以下、エンジンとも言う)と電動発電機(以下、電動モータ、又は単に、モータとも言う)とを搭載したハイブリッド電気自動車が実用化されている。このハイブリッド電気自動車では、電動モータの力行時の電力供給のためや、モータの回生制動時の発電電力による充電(エネルギ回収)を行なうために、バッテリが装備される。特に、モータの回生電力によるバッテリの充電は、燃費向上に寄与する。 2. Description of the Related Art In recent years, hybrid electric vehicles equipped with an internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) and a motor generator (hereinafter also referred to as an electric motor or simply as a motor) have been put into practical use as travel driving sources of the vehicle. This hybrid electric vehicle is equipped with a battery in order to supply power when the electric motor is powered, or to perform charging (energy recovery) using generated power during regenerative braking of the motor. In particular, the charging of the battery with the regenerative electric power of the motor contributes to the improvement of fuel consumption.
このようなバッテリには、リチウムイオン電池等の二次電池が用いられるが、リチウムイオン電池等、二次電池の多くは、大電流で放電した場合には発熱を生じる。一方、充電した場合には吸熱反応を生じるが、自動車に搭載されるバッテリの場合は、通常、単電池を多数直列に接続した電池群(電池パック)として構成しているので、単電池以外の他の直列接続を行なうための金属部が発熱を生じる可能性がある。繰り返し大きな充放電電流を流した場合には、電池群を構成する各単電池の温度が連続的に上昇してしまう。 For such a battery, a secondary battery such as a lithium ion battery is used. However, many secondary batteries such as a lithium ion battery generate heat when discharged with a large current. On the other hand, an endothermic reaction occurs when charged, but in the case of a battery mounted on an automobile, it is usually configured as a battery group (battery pack) in which a large number of single cells are connected in series. There is a possibility that the metal part for performing other series connection generates heat. When a large charge / discharge current is repeatedly applied, the temperature of each unit cell constituting the battery group is continuously increased.
かかる二次電池は、過剰に放電したり過剰に充電したりする場合だけでなく、高温で連続的に使用される場合に、劣化が加速する。
このため、このような二次電池に対しては、その充電量(SOC:State Of Charge)が所定の範囲に維持されるように制御するだけでなく、その温度状態が過剰に高温にならないように制御することが必要になる。
Such secondary batteries are accelerated not only when excessively discharged or excessively charged, but also when used continuously at high temperatures.
For this reason, such a secondary battery is controlled not only to maintain its state of charge (SOC) within a predetermined range, but also to prevent the temperature state from becoming excessively high. Need to be controlled.
これに関し、特許文献1には、電池群(電池パック)に流れる充放電電流から電池群を構成する各単電池の所定時間経過後の発熱量を推定し、この推定した発熱量が予め定められた設定値を越えるか否かを判断し、設定値を越えると判断したときには、電池群に流れる充放電電流を抑制して、使用中の単電池の温度上昇を抑制し、その結果として発熱による単電池の劣化を防止する技術が提案されている。
In this regard,
ところで、ハイブリッド電気自動車の場合、エンジンを運転すると共に電動モータを力行運転することにより大きな駆動トルクを得ることができる。登坂路を走行する際には、大きな車両駆動トルクが必要になるが、このようにエンジンと電動モータとを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、車速の低下を招くことなく走行することができる。 By the way, in the case of a hybrid electric vehicle, a large driving torque can be obtained by operating the engine and powering the electric motor. When traveling on an uphill road, a large vehicle driving torque is required. By driving the vehicle by using both the engine and the electric motor in this way, a large vehicle driving torque can be obtained and the vehicle speed can be reduced. The vehicle can travel without causing a drop.
また、観点を変えれば、電動モータの駆動トルクの分だけ、エンジンの駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの運転状態を最良燃費点に近づけることができる。これにより、エンジンの燃料消費を節約することができる。
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
Also, from a different perspective, the engine driving torque burden can be reduced by the driving torque of the electric motor, and the engine operating state can be brought close to the best fuel efficiency point. Thereby, the fuel consumption of the engine can be saved.
In particular, in the case of large commercial vehicles such as trucks and buses where the vehicle weight greatly increases depending on the load and passengers, the fact that a large vehicle driving torque can be obtained and that the fuel consumption of the engine can be reduced is advantageous from the viewpoint of commercial operation. large.
ところが、登坂路を走行する際に、上述のように、バッテリの温度が高くバッテリの温度上昇を抑制するために、バッテリの充放電電流を抑制或いは規制しなくてはならない場合が考えられる。この場合には、電動モータの力行運転による出力トルクを抑制すべき状況や、モータトルクを発生させること自体ができない状況が考えられ、車速の低下を招いたり、エンジンの駆動トルク負担の増大による燃料消費の増大を招いたりしてしまう。特許文献1等の従来技術では、このような課題に関する対策はなされていない。
However, when traveling on an uphill road, as described above, there may be a case where the charge / discharge current of the battery must be suppressed or regulated in order to suppress the rise in the battery temperature because the battery temperature is high. In this case, there are conceivable situations where the output torque due to the power running operation of the electric motor should be suppressed, or a situation where the motor torque cannot be generated itself, leading to a decrease in vehicle speed or fuel due to an increase in the engine driving torque burden. It will increase consumption. The conventional technology such as
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたものであり、登坂路を走行する際に、バッテリの温度上昇に起因したバッテリの充放電電流の抑制を不要にすることができるようにした、バッテリ充放電制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been devised in view of such problems, and it is possible to eliminate battery charge / discharge current suppression caused by a rise in battery temperature when traveling on an uphill road. It aims at providing a discharge control device.
上記の目的を達成するために、本発明のバッテリ充放電制御装置は、車両の走行用トルクを出力しうるエンジンと、前記車両の走行用トルクを出力しうると共に前記エンジンの駆動による発電及び制動時のエネルギ回生による発電が可能な電動発電機と、前記電動発電機による発電電力によって充電可能なバッテリと、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、前記車両の前方の道路状況を取得する道路状況取得手段と、前記道路状況取得手段により取得された前記車両前方の道路状況に基づいて、前記車両の前方に登坂路があるか否かを判定する登坂路判定手段と、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定しない限り、前記バッテリの温度が前記バッテリの上限温度又は該上限温度近傍の温度である第1の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限し、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定したら、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第1の所定温度よりも所定温度差だけ低い第2の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する制御手段と、を備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a battery charge / discharge control device according to the present invention includes an engine that can output a traveling torque of a vehicle, a power generation and braking that can output the traveling torque of the vehicle and that drives the engine. A battery temperature detecting means for detecting the temperature of the battery, which is provided in a hybrid electric vehicle comprising a motor generator capable of generating power by energy regeneration at the time, and a battery that can be charged by power generated by the motor generator; Determining whether there is an uphill road ahead of the vehicle based on the road condition acquisition means for acquiring the road condition in front of the vehicle and the road condition in front of the vehicle acquired by the road condition acquisition means Uphill road determining means and the uphill road determining means determine that there is an uphill road, the temperature of the battery is the upper limit temperature of the battery or above When charging and discharging of the battery is limited when the temperature becomes higher than a first predetermined temperature that is a temperature near the temperature, and the uphill road determination means determines that there is an uphill road, until the vehicle enters the uphill road Comprises a control means for restricting charging / discharging of the battery when the temperature of the battery becomes higher than a second predetermined temperature which is lower than the first predetermined temperature by a predetermined temperature difference. It is a feature.
前記バッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記充電量が所定充電量(SOC下限側の値)未満の場合には、前記バッテリの放電を制限すると共に前記バッテリの充電を前記バッテリの温度が前記第1の所定温度よりも高くなった場合に制限し、前記充電量が前記所定充電量以上の場合には、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第2の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限することが好ましい。 Battery charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery is further provided, and the control means detects when the charge amount detected by the battery charge amount detection means is less than a predetermined charge amount (value on the SOC lower limit side). Restricts the discharging of the battery and limits the charging of the battery when the temperature of the battery becomes higher than the first predetermined temperature, and when the charging amount is equal to or higher than the predetermined charging amount, Until the vehicle enters the uphill road, it is preferable to limit charging / discharging of the battery when the temperature of the battery becomes higher than the second predetermined temperature.
前記車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速と、前記道路状況取得手段により取得された前記前方の道路状況とに基づいて、前記電動発電機の出力トルクを用いて前記登坂路を走行する際に前記電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて前記所定温度差を設定することが好ましい。 Further comprising vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the vehicle, the control means based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means and the road condition in front of the road acquired by the road condition acquisition means, It is preferable that the amount of heat generated in the motor generator when traveling on the uphill road is calculated using the output torque of the motor generator, and the predetermined temperature difference is set based on the amount of heat generated.
本発明のバッテリ充放電制御装置によれば、車両の前方に登坂路がある場合、バッテリの温度が、バッテリの上限温度又はこの上限温度近傍の温度である第1の所定温度よりも所定温度だけ低い第2の所定温度に到達したら、車両が登坂路に進入するまではバッテリの充放電を制限するので、車両が登坂路に進入した際に、バッテリの温度は上限温度よりも低い状態になり、バッテリ温度に起因したバッテリの充放電制限は行なわれないので、バッテリの電力を用いて電動発電機により発生する駆動トルクを用いて登坂路を走行することができる。 According to the battery charge / discharge control device of the present invention, when there is an uphill road ahead of the vehicle, the battery temperature is a predetermined temperature higher than the first predetermined temperature which is the upper limit temperature of the battery or a temperature in the vicinity of the upper limit temperature. When the low second predetermined temperature is reached, charging / discharging of the battery is restricted until the vehicle enters the uphill road, so that when the vehicle enters the uphill road, the battery temperature becomes lower than the upper limit temperature. Since the charging / discharging limitation of the battery due to the battery temperature is not performed, it is possible to travel on the uphill road using the driving torque generated by the motor generator using the electric power of the battery.
したがって、エンジンと電動発電機とを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、登坂路における車速の低下を防止することができる。
また、電動発電機による駆動トルクの分だけ、エンジンの駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの運転状態を最良燃費点に近づけることができる。これにより、エンジンの燃料消費を節約することができる。
Therefore, by driving the vehicle using both the engine and the motor generator, a large vehicle driving torque can be obtained, and a decrease in the vehicle speed on the uphill road can be prevented.
Further, the driving torque burden of the engine can be reduced by the amount of driving torque generated by the motor generator, and the engine operating state can be brought close to the best fuel consumption point. Thereby, the fuel consumption of the engine can be saved.
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
また、バッテリの充電量が、所定充電量未満の場合には、登坂路走行時にバッテリの放電を許容できるようにするよりもバッテリの充電量の回復が急務であり、この場合には、バッテリの放電を制限すると共にバッテリの充電をバッテリの温度が第1の所定温度よりも高くなった場合に制限するので、バッテリの充電がバッテリの温度が第1の所定温度に上昇するまでは制限されず、バッテリの温度を管理しながらその充電量を回復させることができる。
In particular, in the case of large commercial vehicles such as trucks and buses where the vehicle weight greatly increases depending on the load and passengers, the fact that a large vehicle driving torque can be obtained and that the fuel consumption of the engine can be reduced is advantageous from the viewpoint of commercial operation. large.
In addition, when the battery charge is less than the predetermined charge, recovery of the battery charge is more urgent than allowing the battery to discharge when traveling on an uphill road. Since discharging is restricted and charging of the battery is restricted when the temperature of the battery becomes higher than the first predetermined temperature, charging of the battery is not restricted until the temperature of the battery rises to the first predetermined temperature. The amount of charge can be recovered while managing the temperature of the battery.
車速と車両前方の道路状況とに基づいて、電動発電機の出力トルクを用いて登坂路を走行する際に電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて第1の所定温度と第2の所定温度との温度差(所定温度差)を設定すれば、登坂路において電動発電機を利用して車両を走行駆動した場合にもバッテリの温度が過剰に上昇しないように管理することが可能になる。 Based on the vehicle speed and the road conditions ahead of the vehicle, the amount of heat generated in the motor generator when traveling on the uphill road using the output torque of the motor generator is obtained, and the first predetermined amount is determined based on the amount of heat generated. If a temperature difference (predetermined temperature difference) between the temperature and the second predetermined temperature is set, the battery temperature is managed not to rise excessively even when the vehicle is driven using a motor generator on the uphill road. It becomes possible to do.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図1は本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の動力系の構成図、図2は本バッテリ充放電制御装置による制御を説明するタイムチャート、図3は本バッテリ充放電制御装置による制御を説明するフローチャートである。これらの図を参照して説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a power system of a hybrid electric vehicle according to the present embodiment, FIG. 2 is a time chart for explaining control by the battery charge / discharge control device, and FIG. 3 is a flowchart for explaining control by the battery charge / discharge control device. It is. This will be described with reference to these drawings.
〔動力系の構成〕
まず、本実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成を説明する。
本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車は、例えば、トラック又はバスといった商用車であり、ディーゼルエンジンを搭載している。
図1に示すように、車両の前部には、駆動系として、エンジン(内燃機関)1,クラッチ2,モータ(電動発電機)3及び変速機(トランスミッション)4を備えている。
クラッチ2は、エンジン1とモータ3との間に介装され、クラッチ2を遮断すれば、エンジン1は車両の駆動系から切り離されて動力伝達はなされず、クラッチ2を接続すれば、エンジン1は車両の駆動系に加わり動力伝達がなされる。
[Configuration of power system]
First, a configuration of a power system of a hybrid electric vehicle to which the battery charge / discharge control device according to the present embodiment is applied will be described.
The hybrid electric vehicle according to the present embodiment is a commercial vehicle such as a truck or a bus, and is equipped with a diesel engine.
As shown in FIG. 1, an engine (internal combustion engine) 1, a clutch 2, a motor (motor generator) 3, and a transmission (transmission) 4 are provided as a drive system at the front portion of the vehicle.
The clutch 2 is interposed between the
モータ3は、その直下流側の変速機4と常時接続されており、インバータ41によって作動を制御される。インバータ41は、力行時には、バッテリ(例えば、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池の単電池(セル)が複数個直列接続された電池群)40からモータ3に電力を供給して出力トルクを発生させる電動機として機能させ、回生制動時には、車両の運動エネルギを用いて電力を発電(回生発電)する発電機としてモータ3を機能させ、回生発電による電力をバッテリ40の充電に用いるよう構成される。
The motor 3 is always connected to the transmission 4 immediately downstream thereof, and its operation is controlled by an
変速機4は、その入力軸がモータ3の回転軸に接続されており、この変速機4の出力軸は、プロペラシャフト5,ディファレンシャル6,ドライブシャフト7等を備えた動力伝達系を介して、駆動輪(ここでは、左右の後輪)8に接続されている。
したがって、車両の力行時には、変速機4の入力軸に入力された駆動トルクを、選択された変速段に応じた変速比で変速して動力伝達系に出力する。この場合、クラッチ2を接続すれば、このクラッチ2を介して伝達されたエンジン1およびモータ3の両出力トルクが変速機4に入力され、クラッチ2を遮断すれば、モータ3のみの出力トルクが変速機4に入力される。
The input shaft of the transmission 4 is connected to the rotating shaft of the motor 3, and the output shaft of the transmission 4 is connected via a power transmission system including a
Therefore, during power running of the vehicle, the drive torque input to the input shaft of the transmission 4 is shifted at a gear ratio corresponding to the selected gear and output to the power transmission system. In this case, if the clutch 2 is connected, both the output torques of the
また、回生制動時には、車両の運動エネルギによる回転トルクが駆動輪8から動力伝達系7,6,5を経て変速機4に入力され、駆動輪8からの入力回転が変速機4の変速段に応じた変速比で変速されて、発電機として機能するモータ3を回転駆動し、車両の制動と共に回生発電を実施することができる。この場合、クラッチ2を遮断すれば、車両の運動エネルギが発電機としてのモータ3の駆動のみに利用され、効率よくエネルギ回収を行なうことができる。また、クラッチ2を接続すれば、インバータ41によるモータ3の制御による回生ブレーキとエンジンブレーキとの併用や、エンジンブレーキのみの作動を行なうことができる。
At the time of regenerative braking, the rotational torque due to the kinetic energy of the vehicle is input from the drive wheels 8 through the
〔制御系の構成〕
エンジン1,クラッチ2,モータ3,バッテリ40及びインバータ41の制御又は管理は、コンピュータを用いた電子制御によって行なわれるようになっている。
エンジン1を制御するためにエンジンECU31が、モータ3の作動を操作するインバータ41を制御するためにインバータECU32が、バッテリ40を管理するためにバッテリECU33が、それぞれ設けられ、これらのエンジンECU31,インバータECU32,バッテリECU33及びクラッチ2を制御するために、車両ECU30が設けられている。
[Control system configuration]
Control or management of the
An
これらの各ECU30,31,32,33は、CPU,ROM,RAM,入出力回路等からなるコンピュータであって、適宜の機器類が付設又は接続されている。
車両ECU30は、車両の走行状態(例えば、車速),車両への駆動又は制動指令の状態(例えば、アクセル操作量やブレーキ操作量)や、バッテリ40の充電量(以下、充電量の値を「SOC」で示す),バッテリ40の温度状態等に基づいて、エンジンECU31,インバータECU32,バッテリECU33及びクラッチ2を制御する。
Each of the
The
また、バッテリECU33には、バッテリ40の充放電電流を検出するバッテリ電流センサ51と、バッテリ40の充放電電圧を検出するバッテリ電圧センサ52と、バッテリ40の充放電回数を検出するバッテリ充放電カウンタ54とが接続されており、バッテリ40の充電量SOCは、このバッテリECU33によって、バッテリ40の充放電時の電流,電圧に基づいて算出される。したがって、バッテリECU33は、バッテリ充電量検出手段に相当する。
The
これらの各センサ51,52やカウンタ54は、バッテリ40の各セルに接続され、この各セルの電流,電圧,充放電回数を検出してもよいし、幾つかのセルに対して一つのセンサが接続され、この幾つかのセルの電流,電圧,温度,充放電回数を検出してもよいし、これらの各セルに対してまたは幾つかのセルに対して1つのセンサを接続することを適宜組み合わせて各センサを配設してもよい。
These
また、インバータECU32は、インバータ41を制御することにより、インバータ41に接続されたモータ3及びバッテリ40の電力の授受を管理する。例えば、モータ3の回生発電による発電電力をバッテリ40の充電にあてる。
車両ECU30は、駆動時には、アクセル操作量に基づいて、車両に必要な駆動トルクを設定すると共に、エンジン1とモータ3との何れを使用するか或いは両方を使用するかを設定し、エンジン1とモータ3との両方を使う場合には駆動トルクの配分を行なう。エンジンECU31やインバータECU32は、車両ECU30により設定された駆動トルクを出力するようにエンジン1又はモータ3の作動を制御する。
In addition, the
When driving, the
例えば車両の発進時には、基本的には、クラッチ2を切ってモータ3のみの駆動トルクを用い、その後の走行時には、エンジン1を始動させてクラッチ2を接続して、エンジン1の駆動トルクを主体に、モータ3の駆動トルクを補助的に用いて走行する。ただし、バッテリ40の充電量が不足している場合や、バッテリ40の温度が所定温度以上に昇温している場合には、発進時や走行時にモータ3を用いずエンジン1のみを用いて走行する。
For example, when the vehicle starts, the clutch 2 is basically disengaged and the driving torque of only the motor 3 is used, and during the subsequent driving, the
また、制動時には、基本的には、クラッチ2を切って駆動輪8の回転エネルギをモータ3のみに送って回生発電を行なう。この回生発電による電力は、通常は、バッテリ40の充電に用いられる。
ただし、バッテリ40の充電量SOCが上限(満充電)又は上限の近傍(略満充電)に達している場合や、バッテリ40の温度が所定温度以上に昇温している場合には、回生発電による電力をバッテリ40の充電に用いることはできない。
Further, at the time of braking, basically, the clutch 2 is disengaged and the rotational energy of the drive wheels 8 is sent only to the motor 3 to perform regenerative power generation. The electric power generated by the regenerative power generation is normally used for charging the
However, when the charge amount SOC of the
つまり、バッテリ40は充電量が過剰に高くなると発熱を伴いながら劣化が促進される。また、充電量が過剰に低下しても劣化を招く。そこで、車両ECU30は、バッテリ40の充電量も管理する。
さらに、バッテリ40は温度が過剰に高くなると劣化が促進される。そこで、車両ECU30は、バッテリ40の温度も管理する。
That is, when the amount of charge of the
Furthermore, when the temperature of the
特に、この温度管理に関しては、重量の大きな商用車の場合特に重要である。
つまり、前述のように、本ハイブリッド電気自動車は、重量の大きな商用車であり、輸送可能な重量を確保することや積載スペースを確保することが重要であり、更には、車両コストの高騰を抑えることも重要である。また、ハイブリッド自動車を適用する第1の目的は燃費改善効果である。したがって、このような商用車に必要な条件とのバランスを考慮して、このバッテリ40は、車両の大きさに対するバッテリ容量(充電容量,熱容量)が、通常のハイブリッド電気自動車の乗用車の場合よりも相対的に小さいものが搭載されている。
In particular, this temperature management is particularly important for heavy commercial vehicles.
In other words, as described above, this hybrid electric vehicle is a heavy commercial vehicle, and it is important to secure a transportable weight and a loading space, and further suppress an increase in vehicle cost. It is also important. The first purpose of applying the hybrid vehicle is to improve the fuel consumption. Therefore, in consideration of the balance with the conditions necessary for such a commercial vehicle, the
さらに、商用車の場合、積載重量を確保し効率良く輸送をする観点から、乗用車に比べて大型車両が多く、このため、モータ3の高トルクの力行運転や回生制動を行なう場合も多い。つまり、限られた容量のバッテリ40で、力行運転のためのモータの放電や回生制動によるモータの充電を大電流で行う場合が多く発生する。バッテリ40は小容量なので熱容量も小さいため、バッテリ40で大きな熱量の発熱を伴うモータ3の高トルクの力行運転や回生制動を行なうと、バッテリ40の各単電池自体の発熱や単電池間を接する金属部の発熱によるバッテリ40の温度上昇も著しくなる。
Furthermore, in the case of commercial vehicles, there are many large vehicles compared to passenger cars from the viewpoint of securing the loaded weight and efficient transportation. For this reason, high-torque powering operation and regenerative braking of the motor 3 are often performed. That is, there are many cases where the
バッテリ40は高温状態になると劣化が促進するので、車両ECU30が、バッテリ40の温度が過剰に上昇しないようにするバッテリ40の温度管理は極めて重要である。
このバッテリ40の温度管理のために、バッテリ40には、バッテリ40の温度を検出するバッテリ温度センサ53が装備され、このバッテリ温度センサ53が、検出したバッテリ温度TB情報が車両ECU30に入力されるように接続される。
Since the deterioration of the
For temperature control of the
また、バッテリ40の充電量の管理のために、車両ECU30に接続されたバッテリECU33から算出されたバッテリ40の充電量SOCが入力されるように接続される。
さらに、本装置の場合、単に、バッテリ40の充電量や温度を管理するだけでなく、車両の前方に登坂路がある場合に、この登坂路の走行に可能な限りバッテリ40の電力を利用して発生するモータ2の出力トルクを利用して走行することができるように、車両ECU30は、特有のバッテリ管理を行なうようになっている。
Further, in order to manage the charge amount of the
Further, in the case of this apparatus, not only the charge amount and temperature of the
このようなバッテリ40の管理のために、車両ECU30には、登坂路判定手段30aと、発熱量推定手段30bと、温度設定手段30cと、充放電制限手段30dとが、何れもコンピュータソフトウェアによる機能要素として設けられている。以下、これらを説明する。
In order to manage the
〔バッテリ管理の制御〕
登坂路判定手段30aは、道路状況取得手段60から車両ECU30に入力される車両前方の道路状況の情報に基づいて、自車両の前方に登坂路があるか否かを判定する。本実施形態では、道路状況取得手段60に、車両に搭載されたナビゲーションシステムが流用されている。
つまり、この車載ナビゲーションシステムは、各地点の位置情報に高度情報が付加された地図データが登録された地図データベース(記憶装置)と、自車両の現在位置を判定する現在位置判定機能とを備え、自車両の走行予定ルートを設定すれば、上記地図データと判定した自車両の現在位置とから、自車両が走行しようとしている前方の道路を特定することができるので、この自車両の前方の道路各点の、自車両の現在位置からの距離と高度とを情報として取得し出力することができ、道路状況取得手段60として機能する。
[Control of battery management]
The uphill
That is, this in-vehicle navigation system includes a map database (storage device) in which map data in which altitude information is added to position information of each point is registered, and a current position determination function for determining the current position of the host vehicle, By setting the planned travel route of the host vehicle, the road ahead of the host vehicle can be identified from the map data and the current position of the host vehicle determined. The distance and altitude of each point from the current position of the host vehicle can be acquired and output as information, and functions as road condition acquisition means 60.
登坂路判定手段30aは、自車両の現在位置から予め設定された距離(道のり)の範囲内の道路の各点の高度を検出して、予め定められた距離(道のり)以上にわたって高度が連続的に上昇する箇所を登坂路であると判定する。そして、自車両の前方における設定距離(道のり)の範囲内に登坂路があれば、「自車両の前方に登坂路がある」と判定し、自車両前方の設定距離範囲内に登坂路がなければ、「自車両の前方に登坂路がない」と判定する。 The ascending road determination means 30a detects the altitude of each point on the road within a predetermined distance (distance) from the current position of the host vehicle, and the altitude is continuous over a predetermined distance (distance). It is determined that the part that rises is an uphill road. If there is an uphill road within the range of the set distance (road) in front of the host vehicle, it is determined that “the uphill road is in front of the host vehicle”, and there is no uphill road within the set distance range in front of the host vehicle. For example, it is determined that “there is no uphill road ahead of the host vehicle”.
発熱量推定手段30bは、登坂路判定手段30aにより「自車両の前方に登坂路がある」と判定されると、この登坂路において、バッテリ40を放電させて発生するモータ2の出力トルクを利用して走行する場合のバッテリ40の発熱量QBを推定する。なお、ここでは、バッテリ40の各セルの放電に応じた発熱量QBIN1及び各セル間の金属部分の通電による発熱量QBIN2から、下式(1)のようにバッテリ40の発熱量QBを推定する。
QB=QBIN1+QBIN2・・・(1)
The calorific value estimating means 30b uses the output torque of the motor 2 generated by discharging the
Q B = Q BIN1 + Q BIN2 (1)
なお、セルの放電に応じた発熱QBIN1は各セルの内部抵抗R1(既知の値)と瞬時瞬時の電流値Iの二乗I2との乗算値RI2を時間積分した値∫R1I2dtに比例するので、登坂路走行時の電流値Iを一定値IUSとし登坂路走行時間をt1として下式(2)により算出できる。また、各セル間の金属部分の通電による発熱QBIN2は金属部分の抵抗R2(既知の値)と瞬時瞬時の電流値Iの二乗I2との乗算値R2I2を時間積算した値R2I2tに比例するので、登坂路走行時の電流値Iを一定値IUSとし登坂路走行時間をt1として下式(3)により算出できる。なお、登坂路走行時間t1は登坂路の長さLと登坂路を走行する想定車速Vとから下式(4)により算出できる。
QBIN1=C1・R1I2t1 C1:比例乗数・・・(2)
QBIN2=C2・R2I2t1 C2:比例乗数・・・(3)
t1=L/V ・・・(4)
The heat generation Q BIN1 corresponding to the cell discharge is a value ∫R 1 I obtained by time-integrating a multiplication value RI 2 of the internal resistance R 1 (known value) of each cell and the square I 2 of the instantaneous current value I. is proportional to 2 dt, the constant value I US Shun uphill travel time a current value I during uphill road travel can be calculated by the following equation (2) as t1. Further, the heat generation Q BIN2 caused by energization of the metal part between the cells is a value obtained by time-integrating the product value R 2 I 2 of the resistance R 2 (known value) of the metal part and the square I 2 of the instantaneous current value I. Since it is proportional to R 2 I 2 t, it can be calculated by the following equation (3), where the current value I during traveling on the uphill road is a constant value I US and the traveling time on the uphill road is t1. The uphill traveling time t1 can be calculated from the length L of the uphill road and the assumed vehicle speed V traveling on the uphill road by the following equation (4).
Q BIN1 = C1 · R 1 I 2 t1 C1: proportional multiplier (2)
Q BIN2 = C2 · R 2 I 2 t1 C2: proportional multiplier (3)
t1 = L / V (4)
温度設定手段30cは、第1設定温度TB1から所定の温度差ΔTBを減算して第2設定温度TB2を設定する。なお、第1設定温度TB1は、バッテリ40の温度TBをこれ以上に上昇させるとバッテリ40の劣化が許容限度以上に促進されると推定されるバッテリ40の管理上の上限温度又は上限温度付近(上限温度よりもマージン分だけ低い)温度である。
The temperature setting means 30c sets the second set temperature T B2 by subtracting a predetermined temperature difference ΔT B from the first set temperature T B1 . The first set temperature T B1 is administrative of Raising the temperature T B of the
また、所定の温度差ΔTBは、車両がモータ2の出力トルクを利用して登坂路を走行する際にバッテリ40の発熱によってバッテリ40の温度が上昇する温度上昇分であって、この温度上昇分(所定の温度差)ΔTBは上記の発熱量推定手段30bによって推定される発熱量QBと比例するので、下式(5)により算出できる。したがって、第2設定温度TB2は下式(6)により算出できる。
ΔTB=C・QB C:比例乗数 ・・・(5)
TB2=TB1−ΔTB ・・・(6)
The predetermined temperature difference ΔT B is a temperature increase in which the temperature of the
ΔT B = C · Q B C: Proportional multiplier ... (5)
T B2 = T B1 −ΔT B (6)
充放電制限手段30dは、バッテリECU(充電量検出手段)33により算出(検出)された充電量SOCが所定充電量SOCmin未満の場合には、充電は制限しないが放電は制限する。なお、所定充電量SOCminは、充電量SOCが過剰に低下するとバッテリ40の劣化を招くので、充電量SOCを管理する許容下限値として設定される値である。なお、充電や放電の制限とは、ここでは充電や放電を完全に禁止するものとする。
When the charge amount SOC calculated (detected) by the battery ECU (charge amount detection means) 33 is less than the predetermined charge amount SOC min , the charge /
充放電制限手段30dは、バッテリECU(充電量検出手段)33により算出された充電量SOCが所定充電量SOCmin以上あっても、バッテリ40の温度TBが判定基準温度TBSよりも高くなった場合には、バッテリの充電も放電も制限する。ただし、通常は、判定基準温度TBSを、バッテリ40の上限温度又は該上限温度近傍の温度である第1の所定温度TB1とするが、登坂路判定手段30aが登坂路ありと判定したら、車両が登坂路に進入するまでは、判定基準温度TBSを、上記のように第1の所定温度TB1よりも所定温度差ΔTBだけ低い第2の所定温度TB2として判定し、バッテリ40の充放電を制限する。
Discharge restriction means 30d is even state of charge SOC calculated by the battery ECU (charge amount detection means) 33 is more than a predetermined charge amount SOC min, the temperature T B of the
〔作用、効果〕
本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置は、上述のように構成されるので、例えば、図2,図3に示すように、車両ECU30がバッテリ40の充放電を制御する。
つまり、図3に示すように、まず、道路状況取得手段60からの自車両の前方の道路状況の情報と、バッテリECU(バッテリ充電量検出手段)33からのバッテリ充電量SOCと、バッテリ温度センサ53からのバッテリ温度TBとを取得する(ステップS10)。
(Action, effect)
Since the battery charge / discharge control device according to the embodiment of the present invention is configured as described above, for example, as shown in FIGS. 2 and 3, the
That is, as shown in FIG. 3, first, information on road conditions ahead of the host vehicle from the road condition acquisition means 60, battery charge SOC from the battery ECU (battery charge detection means) 33, and battery temperature sensor. It obtains the battery temperature T B from 53 (step S10).
そして、バッテリ充電量SOCが所定充電量SOCmin未満か否かを判断し(ステップS20)、バッテリ充電量SOCが所定充電量SOCmin未満の場合には、放電を制限する(ステップS80)。したがって、バッテリ40への充電がなくてもバッテリ充電量SOCは所定充電量SOCminの付近に保持される。
一方、充電はバッテリ温度TBに応じて制限する。つまり、判定基準温度TBSをバッテリ40の管理上の上限温度又は上限温度付近の温度である第1設定温度TB1に設定し(ステップS90)、バッテリ40の温度TBがこの判定基準温度TBS以上か否かを判断し(ステップS100)、バッテリ40の温度TBが判定基準温度TBS(=第1設定温度TB1)以上に上昇したら、充電も制限する。
Then, it is determined whether or not the battery charge amount SOC is less than the predetermined charge amount SOC min (step S20). If the battery charge amount SOC is less than the predetermined charge amount SOC min , discharging is limited (step S80). Therefore, even if the
Meanwhile, the charge is limited according to the battery temperature T B. That is, the determination reference temperature T BS of the set to the first set temperature T B1 is the temperature of the vicinity of the upper limit temperature or the upper limit temperature administrative of the battery 40 (step S90), the temperature T B is the determination reference temperature T of the
このように、バッテリ40の温度TBが第1設定温度TB1以上に上昇しない限り、充電は制限されないので、回生制動によるバッテリ40の充電を行って、バッテリ充電量SOCを回復させることができる。
これに対して、バッテリ充電量SOCが所定充電量SOCmin未満でなければ、自車両が登坂路走行中ではなく且つ自車両前方に登坂路がある状態か否かを判断し(ステップS30)、自車両が登坂路走行中ではなく且つ自車両前方に登坂路がある場合には、判定基準温度TBSを第2設定温度TB2に設定し(ステップS40)、バッテリ40の温度TBがこの判定基準温度TBS以上か否かを判断し(ステップS60)、バッテリ40の温度TBが判定基準温度TBS(=第2設定温度TB2)以上に上昇したら、充放電を制限する(ステップS70)。
Thus, as long as the temperature T B of the
On the other hand, if the battery charge amount SOC is not less than the predetermined charge amount SOC min , it is determined whether or not the host vehicle is traveling on an uphill road and there is an uphill road ahead of the host vehicle (step S30). If the vehicle is uphill path and the vehicle ahead rather than during uphill traveling, and sets the determination reference temperature T BS in the second set temperature T B2 (step S40), the temperature T B of the
第2設定温度TB2は車両がモータ2の出力トルクを利用して登坂路を走行する際にバッテリ40の発熱によってバッテリ40の温度が上昇する温度上昇分だけバッテリ上限温度である第1設定温度TB1よりも低い温度なので、車両がその後、登坂路に進入して以降(この段階では、判定基準温度TBは第1設定温度TB1に設定される)は、バッテリ40の温度をバッテリ上限温度である第1設定温度TB1以内に保持しながらモータ2の出力トルクを利用して登坂路を走行することができる。
The second set temperature TB2 is the first set temperature that is the upper limit temperature of the battery by the amount of the temperature rise when the temperature of the
また、ステップS30において、登坂路走行中であるか、又は、自車両前方に登坂路がない場合には、判定基準温度TBが第1設定温度TB1に設定されるので(ステップS40)、バッテリ40の温度TBが第1設定温度TB1以上に上昇しない限り、充放電は制限されず、支障なくバッテリ40の充電や放電を行なうことができる。
例えば図2は、バッテリ充電量SOCが所定充電量SOCmin以上確保されている状況下で、車両Cの前方に登坂路usがある状況で車両Cが登坂路usの手前の降坂路dsを下っていて、バッテリ40の温度が第2設定温度TB2まで上昇した場合を示している。
Further, in step S30, whether being uphill road, or, if there is no uphill in front of the vehicle, since the determination reference temperature T B is set to the first set temperature T B1 (step S40), As long as the temperature T B of the
For example, FIG. 2 shows that in a situation where the battery charge amount SOC is ensured to be equal to or greater than the predetermined charge amount SOC min and the uphill road us is ahead of the vehicle C, the vehicle C goes down the downhill road ds before the uphill road us. In this case, the temperature of the
従来技術であれば、バッテリ40の温度が第1設定温度TB1まで上昇しない限りバッテリの充放電は規制しないため、車両Cが降坂路dsを下っていてバッテリ40の温度が第2設定温度TB2まで上昇しても、回生発電による充電が続行される。しかし、この充電の続行によって、バッテリ40の温度は上昇を続けていくことになり、車両Cが登坂路usの入口us1に進入してモータ2の出力トルクを利用して登坂路usを走行すると、途中で、バッテリ40の温度が第1設定温度TB1まで上昇し、バッテリの充放電が規制される。このため、モータ2の出力トルクを利用できなくなり、その分だけ車両駆動トルクが減少し、登坂路usにおける車速の低下を招くおそれもある。また、電動発電機による駆動トルクの減少分だけ、エンジンの駆動トルク負担が増大し、燃料消費効量が増大する。
If the prior art, since the temperature of the
これに対して、本発明の装置では、車両Cが降坂路dsを下っていてバッテリ40の温度が第2設定温度TB2まで上昇した段階で回生発電による充電が停止される。したがって、回生発電によるバッテリ40の充電ができない分だけエネルギを電力として回収することができない(ただし、回生発電による電力はバッテリ40の充電以外に利用することができる)が、その後、車両Cが登坂路入口us1に進入してから、バッテリ40の温度をバッテリ上限温度である第1設定温度TB1以内に保持しながらモータ2の出力トルクを利用して登坂路usを走行しきることができる。
On the other hand, in the apparatus of the present invention, charging by regenerative power generation is stopped when the vehicle C is going down the downhill road ds and the temperature of the
したがって、エンジン1とモータ2とを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、登坂路における車速の低下を防止することができる。
また、モータ2による駆動トルクを確保できる分だけ、エンジン1の駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの燃料消費量を節約することができる。
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
Therefore, by using both the
Further, the driving torque burden of the
In particular, in the case of large commercial vehicles such as trucks and buses where the vehicle weight greatly increases depending on the load and passengers, the fact that a large vehicle driving torque can be obtained and that the fuel consumption of the engine can be reduced is advantageous from the viewpoint of commercial operation. large.
〔その他〕
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施形態の一部を変更したり、かかる実施形態の一部のみを適用したりして、実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、充電や放電の制限を充電や放電を完全に禁止するものとしているが、充電や放電の制限を、充電や放電の予め設定したレベル(電流値)よりも低いレベルに抑えることとすることも考えられる。
[Others]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and a part of the embodiment may be changed or the implementation may be performed without departing from the spirit of the present invention. It can be implemented by applying only a part of the form.
For example, in the above embodiment, charging and discharging restrictions are completely prohibited from being charged and discharged, but charging and discharging restrictions are set to a level lower than a preset level (current value) of charging and discharging. It may be possible to keep it at a minimum.
また、上記の実施形態では、重量の大きな商用車への適用例を説明したが、本発明の対象はかかる自動車に限定されず、また、自動車以外の車両(鉄道車両)への適用も可能である。
また、車両に搭載されるエンジンもディーゼルエンジンに限定されない。
In the above embodiment, an example of application to a heavy commercial vehicle has been described. However, the object of the present invention is not limited to such an automobile, and can be applied to a vehicle other than an automobile (railway vehicle). is there.
Further, the engine mounted on the vehicle is not limited to the diesel engine.
1 エンジン
2 クラッチ
3 モータ(電動発電機)
4 変速機
5 プロペラシャフト
6 ディファレンシャル
7 ドライブシャフト
8 駆動輪
30 車両ECU
30a 登坂路判定手段
30b 発熱量推定手段
30c 温度設定手段
30d 充放電制限手段
31 エンジンECU
32 インバータECU
33 バッテリECU(バッテリ充電量検出手段)
40 バッテリ
41 インバータ
51 バッテリ電流センサ
52 バッテリ電圧センサ
53 バッテリ温度センサ
54 バッテリ充放電カウンタ
60 ナビゲーションシステム(道路状況取得手段)
1 Engine 2 Clutch 3 Motor (motor generator)
4
30a Uphill road judging means 30b Heat generation amount estimating means 30c Temperature setting means 30d Charge /
32 Inverter ECU
33 battery ECU (battery charge detection means)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
前記車両の前方の道路状況を取得する道路状況取得手段と、
前記道路状況取得手段により取得された前記車両前方の道路状況に基づいて、前記車両の前方に登坂路があるか否かを判定する登坂路判定手段と、
前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定しない限り、前記バッテリの温度が前記バッテリの上限温度又は該上限温度近傍の温度である第1の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限し、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定したら、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第1の所定温度よりも所定温度差だけ低い第2の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する制御手段と、を備えている
ことを特徴とする、バッテリ充放電制御装置。 An engine capable of outputting a running torque of the vehicle, a motor generator capable of outputting the running torque of the vehicle and capable of generating power by driving the engine and generating power by energy regeneration during braking, and the motor generator Equipped on a hybrid electric vehicle equipped with a battery that can be recharged by generated power,
Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the battery;
Road condition acquisition means for acquiring the road condition ahead of the vehicle;
Uphill road determination means for determining whether there is an uphill road ahead of the vehicle based on the road situation ahead of the vehicle acquired by the road condition acquisition means;
Charging / discharging of the battery when the temperature of the battery becomes higher than a first predetermined temperature that is the upper limit temperature of the battery or a temperature in the vicinity of the upper limit temperature, unless the climbing path determination means determines that there is an uphill path When the uphill road determination means determines that there is an uphill road, the battery temperature is lower by a predetermined temperature difference than the first predetermined temperature until the vehicle enters the uphill road. A battery charge / discharge control device comprising: control means for restricting charge / discharge of the battery when the temperature becomes higher than a predetermined temperature.
前記制御手段は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記充電量が所定充電量未満の場合には、前記バッテリの放電を制限すると共に前記バッテリの充電を前記バッテリの温度が前記第1の所定温度よりも高くなった場合に制限し、前記充電量が前記所定充電量以上の場合には、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第2の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する
ことを特徴とする、請求項1記載のバッテリ充放電制御装置。 Battery charge amount detecting means for detecting the charge amount of the battery,
When the charge amount detected by the battery charge amount detection means is less than a predetermined charge amount, the control means restricts discharging of the battery and charges the battery at a temperature of the first battery. The battery is limited to a temperature higher than a predetermined temperature. When the charge amount is equal to or higher than the predetermined charge amount, the battery temperature is higher than the second predetermined temperature until the vehicle enters the uphill road. 2. The battery charge / discharge control device according to claim 1, wherein charge / discharge of the battery is restricted when the value becomes higher.
前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速と、前記道路状況取得手段により取得された前記前方の道路状況とに基づいて、前記電動発電機の出力トルクを用いて前記登坂路を走行する際に前記電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて前記所定温度差を設定する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のバッテリ充放電制御装置。 Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle,
The control means uses the output torque of the motor generator based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means and the road condition ahead of the road acquired by the road condition acquisition means. The battery charge / discharge control device according to claim 1, wherein the heat generation amount generated in the motor generator when traveling is obtained, and the predetermined temperature difference is set based on the heat generation amount.
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