JP2012125027A

JP2012125027A - ２次電池の充電制御装置

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Publication number: JP2012125027A
Application number: JP2010272750A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Tani; 恵亮谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: US9252630B2; JP5541126B2; US9106102B2; US20120139481A1; US20150091526A1

Abstract

【課題】高電圧バッテリ２８の充電電力を増大させると、高電圧バッテリ２８の充電電流が大きくなり、ひいては高電圧バッテリ２８の内部抵抗による充電損失が大きくなる傾向がある。このため、特に、冬季等、高電圧バッテリ２８の温度が低いときには、内部抵抗が大きくなるため、充電損失が大きくなり、ひいては低コストでの発電による燃料消費低減効果を上回って燃料の利用効率の低下を招くおそれがあること。
【解決手段】高電圧バッテリ２８の温度Ｔｂａｔが低い場合、エンジン２０の動力をモータジェネレータ１０によって電気エネルギに変換して高電圧バッテリ２８を充電する充電電力量を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯蔵された燃料によって駆動される原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置に関する。

この種の充電制御装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、単位電力当たりの燃料増加量であるコストを目標コスト以下とすることのできる最大の電力に応じて、２次電池の充電電力を設定するものも提案されている。ここで、一般に、駆動輪に要求される動力が小さいときには、発電機の発電電力を増加させることでエンジンの動作点がより高負荷側にシフトするため、エンジンの燃料利用効率が向上する。このため、上記装置では、駆動輪に要求される動力が小さい場合に、発電電力を増大させてバッテリに充電することとなる。

特開２００６−１６６６３９号公報

ただし、バッテリの充電電力を増大させると、バッテリの充電電流が大きくなり、ひいてはバッテリの内部抵抗による充電損失が大きくなる傾向がある。特に、冬季等、２次電池の温度が低いときには、２次電池の内部抵抗値が大きくなるため、充電損失が大きくなり、ひいては低コストでの発電による燃料消費低減効果を上回って燃料の利用効率の低下を招くおそれのあることが発明者らによって見出された。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、車両に貯蔵された燃料によって駆動される原動機と、該原動機の動力を電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、貯蔵された燃料によって駆動される原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置において、前記２次電池の温度が低い場合、前記燃料から生じたエネルギを前記２次電池に充電することを制限する制限手段を備えることを特徴とする。

２次電池の温度が低いほど、充電に際して実際に蓄えられることなく熱エネルギとなる量（損失）が増加する。上記発明では、この点に鑑み、温度が低い場合に、燃料から生じたエネルギの２次電池への充電を制限することで、燃料の利用効率の低下を好適に抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記２次電池の充電状態および前記２次電池によって給電される負荷の要求電力の少なくとも一方に基づき、前記２次電池の充電要求度合いの指標を３段階以上または連続的な量として定量化する要求指標設定手段と、前記２次電池の充電電力の上限値を直接定めることなく前記２次電池の充電の制限要求度合いの指標を前記２次電池の温度に基づき３段階以上または連続的な量として定量化する制限指標設定手段とを備え、前記制限手段は、前記要求指標設定手段によって定量化された前記充電要求度合いの指標と前記制限指標設定手段によって定量化された前記制限要求度合いの指標との双方を用いた演算に基づき、前記２次電池の充電電力を可変設定することを特徴とする。

上記発明では、充電要求度合いの指標と制限要求度合いの指標との双方を用いた演算を行うことで、充電すべきとの要求と充電に伴う損失の観点から充電を制限すべきとの要求との双方が適切に反映された充電電力を設定することができる。しかも、制限要求度合いの指標を、充電電力の上限値を直接定めるものとしないことで、上記演算によって双方の要求を十分に反映することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記制限指標設定手段は、前記２次電池の温度に基づき、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際に熱として失われる損失を算出する損失算出手段を備え、前記算出される損失が大きいほど前記制限要求度合いが大きいとすることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記損失算出手段は、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を複数通りに仮設定した際のそれぞれについての前記損失を算出することを特徴とする。

２次電池に充電する際に熱として失われる損失は、充電電流に依存するため、充電電力に応じて変化しうる。上記発明では、この点に鑑み、充電電力を複数通りに仮設定することで、充電に伴う損失をいっそう適切に反映しつつ充電電力を設定することができる。

請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の発明において、前記制限指標設定手段は、前記制限要求度合いの指標として、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を生成するために要した前記原動機の燃料量を前記２次電池に実際に蓄えられる単位電力当たりの量に規格化したものであるコストを算出する手段を備え、前記要求指標設定手段は、前記充電要求度合いの指標として、前記コストの上限値を設定するものであり、前記制限手段は、前記コストが前記上限値以下となるように前記充電電力を設定することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、貯蔵された燃料によって駆動される原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置において、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を生成するために要した前記原動機の燃料量を前記２次電池に実際に蓄えられる単位電力当たりの量に規格化したものであるコストを算出する制限指標設定手段と、前記２次電池の充電状態および前記２次電池によって給電される負荷の要求電力の少なくとも一方に基づき、前記コストの上限値を設定する要求指標設定手段と、前記コストが前記上限値以下となるように前記２次電池の充電電力を設定する制限手段とを備えることを特徴とする。

２次電池に充電する際の充電電力と、２次電池に実際に蓄えられる電力との間には、相違が生じうる。具体的には、温度が低いほどまた充電電流が大きいほどこの差は大きくなり、燃料の利用効率が低下する。上記発明では、こうした事態をコストを用いて定量評価可能なため、燃料の利用効率の低下を好適に抑制することが可能な充電電力を設定することができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記制限指標設定手段は、前記２次電池の温度に基づき、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際に熱として失われる損失を算出する損失算出手段を備え、前記実際に蓄えられる電力を前記充電電力から前記損失を減算することで算出することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項３，４，７のいずれか１項に記載の発明において、前記損失算出手段は、前記２次電池の温度に応じた前記２次電池の内部抵抗に基づき前記損失を算出することを特徴とする。

上記発明では、２次電池が電気回路モデルを用いてモデル化されるため、損失を比較的簡易に算出することができる。

請求項９記載の発明は、請求項５〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記制限指標設定手段は、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を複数通りに仮設定する仮設定手段を備えて且つ、該仮設定された充電電力のそれぞれについてのコストを算出することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記原動機は、前記車両の駆動輪に機械的に連結されており、前記車両は、前記車両の駆動輪の回転速度と前記原動機の回転速度との比を可変とする変速手段を備え、前記仮設定手段は、前記複数通りに設定される充電電力毎に、前記駆動輪の回転速度を保ちつつ前記変速手段によって変更可能な前記原動機の回転速度領域の中から特定の回転速度を設定することで前記原動機の動作点を設定する動作点設定手段を備えることを特徴とする。

原動機のエネルギ利用効率がトルクおよび回転速度によって定まる動作点によって相違する場合、回転速度を変更することで燃料の利用効率を向上させることができることがある。上記発明では、この点に鑑み、変速手段を利用する。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記動作点設定手段は、前記複数通りに設定される充電電力毎に、前記原動機の燃料消費率が最小となる動作点である回転速度およびトルクの組を設定することを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、貯蔵された燃料によって駆動されて且つ駆動輪に機械的に連結されている原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置において、前記２次電池の充電状態、前記駆動輪に要求される動力、および前記発電手段から前記２次電池以外に出力される電力が同一である状況下、前記２次電池の温度と前記発電手段から前記２次電池への充電電力との間に正の相関関係を設定し、該正の相関関係は、前記２次電池の温度に応じて前記充電電力が３段階以上または連続的に変化しうる関係であることを特徴とする。

２次電池の温度が低いほど、充電に際して実際に蓄えられることなく熱エネルギとなる量（損失）が増加する。上記発明では、この点に鑑み、温度が低い場合に、燃料から生じたエネルギの２次電池への充電を制限することで、燃料の利用効率の低下を好適に抑制することができる。特に、２次電池の温度に応じて充電電力が３段階以上または連続的に別の値に設定可能とされるため、温度に応じた充電を制限すべきとの要求を適切に反映することもできる。

請求項１３記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記原動機は、前記車両の駆動輪に機械的に連結されていることを特徴とする。

原動機のエネルギ利用効率がトルクおよび回転速度によって定まる動作点によって相違する場合、回転速度を変更することで燃料の利用効率を向上させることができることがある反面、原動機の回転速度は駆動輪の回転速度によって規制されやすい。このため、上記発明は、請求項１０記載の動作点設定手段を備えるメリットが特に大きい。

請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記原動機は、内燃機関であることを特徴とする。

内燃機関は燃料利用効率が動作点に応じて大きく変化する。このため、制限要求度合いの指標を、たとえば請求項５，６のコスト等によって定量化することのメリットが特に大きい。

一実施形態にかかるシステム構成図。同実施形態にかかる充電制御の処理手順を示す流れ図。上記充電制御の詳細を示す図。上記充電制御の詳細を示す流れ図。上記充電制御の詳細を示す流れ図。上記充電制御の効果を示す図。

以下、本発明にかかる２次電池の充電制御装置をパラレルハイブリッド車に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図示されるモータジェネレータ１０は、車載主機であり、無段変速装置（ＣＶＴ；トランスミッション１２）およびディファレンシャルギア１４を介して駆動輪１６に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０には、クラッチ１８を介して内燃機関（エンジン２０）が機械的に連結されている。ここで、クラッチ１８は、モータジェネレータ１０およびエンジン２０間の締結および解除を行う電子制御式の締結手段である。

モータジェネレータ１０は、主機インバータ２２を介して高電圧バッテリ２８との間で電力の授受を行う。ここで、高電圧バッテリ２８は、その端子電圧がたとえば１００Ｖ以上の高電圧となるリチウムイオン２次電池である。主機インバータ２２は、モータジェネレータ用制御装置（ＭＧＥＣＵ２４）によって操作される。ＭＧＥＣＵ２４は、主機インバータ２２を操作することでモータジェネレータ１０の制御量を制御する制御装置である。

エンジントランスミッション用制御装置（ＥＧ／ＴＭＥＣＵ２６）は、エンジン２０の制御量を制御したり、トランスミッション１２の変速比を操作したりする制御装置である。

一方、ハイブリッド制御装置（ＨＶＥＣＵ３４）は、ＭＧＥＣＵ２４やＥＧ／ＴＭＥＣＵ２６よりも上位（ユーザインターフェースから入力されるユーザの要求からみて上流側）の制御装置である。ＨＶＥＣＵ３４は、ブレーキペダル４０の操作量の検出値や、アクセルペダル４２の操作量の検出値、さらには、電流センサ３６によって検出される高電圧バッテリ２８の充放電電流や温度センサ３８によって検出される高電圧バッテリ２８の温度等に基づき、モータジェネレータ１０やエンジン２０の制御量を算出する。そして、ＭＧＥＣＵ２４にモータジェネレータ１０の制御量指令値（要求される動力等）を指示したり、ＥＧ／ＴＭＥＣＵ２６にエンジン２０の制御量指令値（要求される動力）を指示したりする。

なお、高電圧バッテリ２８には、補機インバータ３０を介して空調装置３２のコンプレッサを駆動する電動機が接続されているが、図１では、補機インバータ３０の操作主体の記載を省略した。

上記ＨＶＥＣＵ３４は、駆動輪１６の動力源として、モータジェネレータ１０のみを用いるか、エンジン２０を用いるか等の選択を行う機能を有する。そして、エンジン２０を用いる場合には、所定の条件下、モータジェネレータ１０を発電機として用いて高電圧バッテリ２８を充電する。

図２に、ＨＶＥＣＵ３４によって行なわれる本実施形態にかかる充電制御の処理手順を示す。この処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、ブレーキペダル４０の操作量やアクセルペダル４２の操作量から、車両の走行動力である要求駆動動力Ｐｗを算出する。ここで、要求駆動動力Ｐｗは、駆動輪１６に正の動力を供給する場合を正とする。続くステップＳ１２においては、要求駆動動力Ｐｗがエンジン２０の最大動力Ｐｅｍａｘよりも大きいか否かを判断する。この処理は、車両の走行動力としてモータジェネレータ１０の動力が必須であるか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１４において、エンジン２０に対する指令動力Ｐｅｃｍｄとモータジェネレータ１０に対する指令動力Ｐｍｇとを算出する。ここでは、指令動力Ｐｍｇを、「Ｐｗ−Ｐｅｍａｘ」として且つ、指令動力Ｐｅｃｍｄを最大動力Ｐｅｍａｘとすればよい。ここで、指令動力Ｐｅｃｍｄは、ＥＧ／ＴＭＥＣＵ２６に出力され、ＥＧ／ＴＭＥＣＵ２６では、指令動力Ｐｅｃｍｄに基づきエンジン２０を制御する。また、指令動力Ｐｍｇは、ＭＧＥＣＵ２４に出力され、ＭＧＥＣＵ２４では、指令動力Ｐｍｇに基づきモータジェネレータ１０の制御量を制御すべく主機インバータ２２を操作する。

一方、上記ステップＳ１２において否定判断される場合、ステップＳ１６において、要求駆動動力Ｐｗが負であるかＥＶ走行条件が成立するかを判断する。ここで、ＥＶ走行条件が成立するのは、基本的には、図３（ａ）に示すように駆動輪１６に要求される駆動トルクが小さい領域である。図３（ａ）では、要求される駆動トルクが小さくなるほど車両の走行速度（車速）が大きい領域までＥＶ走行を行う例を示している。

上記ステップＳ１６において肯定判断される場合、ステップＳ１８において、エンジン２０に対する指令動力Ｐｅｃｍｄをゼロとして且つ、モータジェネレータ１０に対する指令動力Ｐｍｇを要求駆動動力Ｐｗとする。

一方、上記ステップＳ１６において否定判断される場合、ステップＳ２０において、発電電費Ｃｇｅｎを算出する。ここで、発電電費Ｃｇｅｎは、エンジン２０の動力をモータジェネレータ１０によって電気エネルギに変換した場合の単位電力の生成に必要なコストである。詳しくは、単位電力の生成に要するエンジン２０の燃料消費量の増加量「ｇ／ｋＷｈ」とされる。

図４に、発電電費Ｃｇｅｎの算出処理の詳細を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ２１において、負荷要求電力Ｐｒｅｑを取得する。ここで、負荷要求電力Ｐｒｅｑは、基本的には、高電圧バッテリ２８を直接の電源とする負荷（補機インバータ３０等）によって要求される動力のこととする。なお、こうした負荷としては、補機インバータ３０以外にもたとえば高電圧バッテリ２８の電圧を降圧して低電圧バッテリ（図示略）に出力するＤＣＤＣコンバータ等がある。

続くステップＳ２２においては、発電電力Ｐｇｅｎを、負荷要求電力Ｐｒｅｑに仮設定する。そして、ステップＳ２３では、発電電力Ｐｇｅｎを発電するうえでモータジェネレータ１０に要求される動力（発電要求動力Ｐｍｇｅｎ）を算出する。これは、発電電力Ｐｇｅｎを発電効率で除算することで算出する。

続くステップＳ２４では、エンジン２０の動力を要求駆動動力Ｐｗとする場合の燃料消費率ＦＡと、エンジン２０の動力を要求駆動動力Ｐｗに発電要求動力Ｐｍｇｅｎを加算したものとする場合の燃料消費率ＦＢと、を算出する。ここでは、図示されるように、トルクおよび回転速度によって定まる動作点と効率情報（燃料消費率）との関係が規定されるマップを用いて燃料消費率を算出する。なお、図において、実線は、燃料消費率が同一の動作点を示し、破線は、動力が同一の動作点を示している。

詳しくは、本実施形態では、図示されるように、駆動輪１６の回転速度を固定しつつもトランスミッション１２によってエンジン２０の回転速度を変化させた場合に燃料消費率が最小となる動作点群が規定されるＴＭ動作線上における燃料消費率として、上記燃料消費率ＦＡ，ＦＢを算出する。すなわち、要求駆動動力Ｐｗと動力が一致するＴＭ動作線上の点Ａの燃料消費率を、燃料消費率ＦＡとし、要求駆動動力Ｐｗに発電要求動力Ｐｍｇｅｎを加算した値に一致するＴＭ動作線上の点Ｂの燃料消費率を、燃料消費率ＦＢとする。

続くステップＳ２５においては、動作点Ａから動作点Ｂに移行することでエンジン２０によって消費される燃料増加量ΔＦを算出する。これは、以下の式（ｃ１）によって算出することができる。
ΔＦ＝ＦＢ・（Ｐｗ＋Ｐｍｇｅｎ）−ＦＡ・Ｐｗ …（ｃ１）
続くステップＳ２６では、仮設定された発電電力Ｐｇｅｎについての発電電費Ｃｇｅｎを「ΔＦ／Ｐｇｅｎ」として算出する。

続くステップＳ２７においては、仮設定されている発電電力Ｐｇｅｎが閾値電力Ｐｔｈ以上であるか否かを判断する。ここで閾値電力Ｐｔｈは、発電可能な上限値とされる。すなわち、モータジェネレータ１０の最大発電電力とエンジン２０の動力の余裕量（Ｐｅｍａｘ−Ｐｗ）とのうち小さい方とされる。ステップＳ２７において否定判断される場合、ステップＳ２８において発電電力Ｐｇｅｎを規定量Δだけ増加させた値に仮設定してステップＳ２３に戻る。これに対し、ステップＳ２７において肯定判断される場合、先の図３のステップＳ２０の処理が完了し、図３に示すステップＳ３０の処理に移行する。

ステップＳ３０においては、蓄電電費Ｃｃｈｇを算出する処理を行う。ここで蓄電電費Ｃｃｈｇは、エンジン２０の動力によって生じたエネルギが高電圧バッテリ２８に蓄えられる場合の単位蓄電電力の生成に必要なコストである。詳しくは、単位電力の生成に要するエンジン２０の燃料消費量の増加量「ｇ／ｋＷｈ」とされる。

図５に、蓄電電費Ｃｃｈｇの算出処理の詳細を示す。

この一連の処理では、ステップＳ３１において、温度センサ３８によって検出される高電圧バッテリ２８の温度Ｔｂａｔを取得する。続くステップＳ３２においては、温度Ｔｂａｔに基づき高電圧バッテリ２８の内部抵抗ｒを算出する。本実施形態では、温度Ｔｂａｔと内部抵抗ｒとの関係が予め実験によって求められることで作成されたマップを用いて内部抵抗ｒを算出する。ここで、マップは、温度Ｔｂａｔが低いほど内部抵抗ｒを大きい値に定めている。

続くステップＳ３３では、先の図４に示した処理において、仮設定された発電電力Ｐｇｅｎのそれぞれ毎に、充電電力Ｐｂａｔを算出する。ここで、充電電力Ｐｂａｔは、発電電力Ｐｇｅｎから負荷要求電力Ｐｒｅｑを減算した値とする。続くステップＳ３４では、充電電力Ｐｂａｔで高電圧バッテリ２８を充電する場合の充電電流Ｉｂａｔを算出する。ここでは、充電電流Ｉｂａｔを、以下の式（ｃ２）によって表現される２次方程式の正の解とする。

Ｐｂａｔ＝Ｉｂａｔ・（Ｉｂａｔ・ｒ＋ＯＣＶ） …（ｃ２）
ただし、上記の式（ｃ２）においては、高電圧バッテリ２８の開放端電圧（ＯＣＶ）を用いている。ＯＣＶは、高電圧バッテリ２８の充電率（ＳＯＣ）に基づきマップを用いて算出される。

続くステップＳ３５では、充電損失Ｌｂａｔを算出する。充電損失Ｌｂａｔは、内部抵抗ｒに充電電流Ｉｂａｔの２乗を乗算した値である。そして、ステップＳ３６では、仮設定された発電電力Ｐｇｅｎ毎に、蓄電電費Ｃｃｈｇを算出する。ここで、蓄電電費Ｃｃｈｇは、仮設定された発電電力Ｐｇｅｎに関する発電電費Ｃｇｅｎに仮設定された発電電力Ｐｇｅｎに対応する充電電力Ｐｂａｔを乗算したものを、この充電電力Ｐｂａｔから対応する充電損失Ｌｂａｔを減算したもので除算した値である。

なお、ステップＳ３６の処理が完了する場合、先の図２に示したステップＳ３０の処理が完了したとして、図２に示すステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０では、基準電費Ｃｒｅｆを算出する。基準電費Ｃｒｅｆは、高電圧バッテリ２８の充電要求度合いの指標となるパラメータである。ここでは、図３（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ２８のＳＯＣが小さいほど基準電費Ｃｒｅｆを大きい値とする。これは、高電圧バッテリ２８のＳＯＣが少ないほど高電圧バッテリ２８の充電要求度合いが大きいことを表現したものである。また、負荷要求電力Ｐｒｅｑが大きいほど基準電費Ｃｒｅｆを大きい値とする。これは、負荷要求電力Ｐｒｅｑが大きいほど高電圧バッテリ２８から持ち出される電力が大きくなると想定されることに鑑みたものであり、持ち出される電力が大きくなると想定されるほど充電要求度合いが大きいことを表現したものである。

先の図２に示すステップＳ４２においては、要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑを算出する。ここでは、図３（ｃ）に示すように、上記仮設定された発電電力Ｐｇｅｎ毎に定まる蓄電電費Ｃｃｈｇのうち基準電費Ｃｒｅｆ以下であって且つ高電圧バッテリ２８の充電電力の上限値Ｐｃｈｇｍａｘ以下となる最大の充電電力Ｐｂａｔを要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑとする。図では、仮設定された発電電力Ｐｇｅｎ毎に定まる蓄電電費Ｃｃｈｇを結んだ曲線と基準電費Ｃｒｅｆとの交点のうち、充電電力Ｐｂａｔが大きい方を要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑとする例を示した。ちなみに、上限値Ｐｃｈｇｍａｘは、高電圧バッテリ２８の温度ＴｂａｔおよびＳＯＣの関数である。

先の図２のステップＳ４４では、モータジェネレータ１０に対する指令動力Ｐｍｇと、エンジン２０に対する指令動力Ｐｅｃｍｄとを算出する。ここで、指令動力Ｐｍｇは、要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑを実現するための動力とされる。ここでは、指令動力Ｐｍｇが力行側を正として定義されている関係上、指令動力Ｐｍｇは、「（−１）・（Ｐｂａｔｒｅｑ＋Ｐｒｅｑ）／（発電効率）」とされる。一方、指令動力Ｐｅｃｍｄは、「Ｐｗ−Ｐｍｇ」とされる。

上記ステップＳ４４，Ｓ１４，Ｓ１６の処理が完了する場合、ステップＳ４６において、トランスミッション１２の変速比を設定する。ここで、ステップＳ４４からステップＳ４６に移行する場合には、最終的に採用された発電電力Ｐｇｅｎに対応する動作点となるように変速比を設定する。これに対し、ステップＳ１４，Ｓ１６からステップＳ４６に移行する場合、変速比は所定値に固定される。

図６に、本実施形態の効果を示す。

図６（ａ）に示されるように、基準電費Ｃｒｅｆが同一であっても、高電圧バッテリ２８の温度Ｔｂａｔが低くなるにつれて要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑは漸減する。これは、温度Ｔｂａｔが低くなるにつれて内部抵抗ｒが大きくなるためである。すなわち、充電損失Ｌｂａｔが大きくなると、単位電力を高電圧バッテリ２８に蓄える際に要する燃料増加量である蓄電電費Ｃｃｈｇが大きくなる。このため、基準電費Ｃｒｅｆが同一であったとしても要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑが小さくなる。このように、蓄電電費Ｃｃｈｇは、充電の制限要求度合いの指標となるパラメータである。しかも、この制限要求度合いは、連続的な量（実際にはデジタル処理に起因して離散化された量）として定量化されるため、温度Ｔｂａｔに応じて制限要求度合いを適切に表現することができる。しかも、制限要求度合いを単に充電電力の上限値として定量化することがないため、充電の要求度合いと充電の制限要求度合いとに鑑み、双方の要求の好適な両立を果たすことができる要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑを算出することができる。

なお、図６（ｂ）は、上限値Ｐｃｈｇｍａｘとなる際の充電電力Ｐｂａｔの方が基準電費Ｃｒｅｆと一致する充電電力Ｐｂａｔのうちの大きい方よりも小さい場合を示す。この場合、要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑは、上限値Ｐｃｈｇｍａｘとされる。また、図６（ｃ）は、基準電費Ｃｒｅｆ以下となる蓄電電費Ｃｃｈｇが存在しない場合を示す。この場合、要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑはゼロとされる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）充電損失Ｌｂａｔを考慮して蓄電電費Ｃｃｈｇを算出し、蓄電電費Ｃｃｈｇが基準電費Ｃｒｅｆ以下となるように高電圧バッテリ２８の要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑを設定した。これにより、燃料の利用効率の低下を好適に抑制することが可能な充電電力を設定することができる。

（２）高電圧バッテリ２８の温度Ｔｂａｔに基づき、充電損失Ｌｂａｔを算出した。これにより、温度Ｔｂａｔが低下するほど充電損失Ｌｂａｔが大きくなることを考慮して要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑを算出できる。

（３）高電圧バッテリ２８の温度Ｔｂａｔに応じた内部抵抗ｒに基づき充電損失Ｌｂａｔを算出した。これにより、高電圧バッテリ２８が電気回路モデルを用いてモデル化されるため、充電損失Ｌｂａｔを比較的簡易に算出することができる。

（４）モータジェネレータ１０の発電電力Ｐｇｅｎを複数通りに仮設定し、仮設定された各発電電力Ｐｇｅｎに対応する蓄電電費Ｃｃｈｇを算出した。これにより、充電に伴う損失をいっそう適切に反映しつつ要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑを設定することができる。

（５）発電電力Ｐｇｅｎの仮設定に応じたエンジン２０の動作点を、ＴＭ動作線上に設定した。これにより、回転速度の変更によって燃料の利用効率を極力高くした場合についての蓄電電費Ｃｃｈｇを算出することができる。

（６）エンジン２０が駆動輪１６に機械的に連結される構成とした。この場合、エンジン２０の回転速度が駆動輪１６の回転速度によって規制される傾向があるため、エンジン２０の燃料利用効率が制限されやすい。したがって、トランスミッション１２を用いてＴＭ動作線上で動作点を設定することの利用価値が特に大きい。
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

「制限指標設定手段について」
充電電力を複数通りに仮設定する仮設定手段を備えるものに限らない。たとえば、現在の充電電力から所定量だけ離間した充電電力に仮設定するものであってもよい。この場合、仮設定された充電電力に基づき算出された蓄電電費Ｃｃｈｇが基準電費Ｃｒｅｆ以下であることに基づきこの充電電力への変更を許可する一方、基準電費Ｃｒｅｆを上回る場合には、最終的な充電電力を現在の充電電力に維持し、次回の仮設定時における充電電力を現在の充電電力よりも小さい側の値とする旨を指示するものとすればよい。

制限指標設定手段としては、蓄電電費Ｃｃｈｇを算出するものに限らない。たとえば内部抵抗のとり得る最大値ｒｍａｘと最小値ｒｍｉｎと、現在の内部抵抗ｒとに基づき、「（ｒｍａｘ−ｒ）／（ｒｍａｘ−ｒｍｉｎ）」を制限要求度合いの指標として算出するものであってもよい。この際、要求指標設定手段が充電要求度合いの指標として要求充電電力量を算出するものとするなら、これに上記制限要求度合いの指標を乗算したものを最終的な充電電力量とすることができる。もっとも、充電に伴う損失が充電電流の２乗に比例することに鑑みれば、充電電流量をも加味することが望ましい。これはたとえば、適宜定められた充電電力としての最大値ＰＭＡＸと上記要求充電電力量Ｐｒとによって、「（ＰＭＡＸ−Ｐｒ）／ＰＭＡＸ」の２乗を算出し、これと「（ｒｍａｘ−ｒ）／（ｒｍａｘ−ｒｍｉｎ）」を乗算したものを最終的な指標とすることで行うことができる。さらに、エンジンのように動作点に応じて燃料の利用効率が大きく変化するものである場合、この燃料の利用効率をさらに加味し、利用効率が小さいほど制限要求度合いを大きくすることが望ましい。これは、たとえば、利用効率（燃料消費率の逆数等）の最大値Ｅｍａｘと最小値Ｅｍｉｎと充電時の動作点の利用効率Ｅとを用いて「（Ｅ−Ｅｍｉｎ）／（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）」によって定量化することができる。なお、充電時の動作点を定めるに当たっては、要求充電電力量Ｐｒ以下の電力量となるように充電電力を複数通りに仮設定し、これら各充電電力毎に上記実施形態の要領で動作点を設定することが望ましい。この場合、上記制限要求度合いの指標が乗算されることで算出される電力量の最大値を実際の充電電力として決定すればよい。

ちなみに、制限要求度合いの指標としては、連続的な量に限らず、３段階以上の離散的なものであってもよい。

「要求指標設定手段について」
基準電費Ｃｒｅｆとしては、負荷要求電力ＰｒｅｑとＳＯＣとの双方に基づき算出されるものに限らず、これら一方のみに基づき算出されるものであってもよい。また、基準電費Ｃｒｅｆを算出するうえで入力パラメータとなる充電状態としては、ＳＯＣに限らず、たとえば充電量であってもよい。さらに、基準電費Ｃｒｅｆを算出するための入力パラメータとしては、これらにも限らず、たとえばナビゲーションシステムからの情報をさらに加味してもよい。ここでは、たとえば現在地から近距離で下り坂となる場合には、基準電費Ｃｒｅｆを低下させることで燃料消費による発電の要求度合いを低減すればよい。

また、上記「制限指標設定手段について」の欄に記載したように、要求指標設定部としては、コストの上限値を算出する手段に限らない。たとえば、ＳＯＣと満充電時の充電率との差が大きいほど要求充電量を大きい値として算出するものであってもよい。

なお、充電要求度合いの指標としては、連続的な量に限らず、３段階以上の離散的なものであってもよい。

「制限手段について」
制限手段としては、充電要求度合いの指標と制限要求度合いの指標とを用いた演算に基づき充電電力量を算出するものに限らない。たとえば２次電池の温度が規定温度以下であるか否かで、充電電力量の上限値を可変とするものであってもよい。

もっとも、充電要求度合いの指標と制限要求度合いの指標とを用いた演算を制御装置（ＨＶＥＣＵ３４）上で行なわないものとしては、充電電力量の上限値を可変とするものに限らない。たとえば先の図２に示した処理によれば、その入力パラメータ群（温度Ｔｂａｔ，ＳＯＣ，負荷要求電力Ｐｒｅｑ，要求駆動動力Ｐｗ、駆動輪１６の回転速度）と要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑとの間に１対１の対応関係が存在することがわかる。このため、入力パラメータ群と要求充電電力Ｐｂａｔｒｅｑとについて上記関係を定めたマップを備えるなら、充電要求度合いの指標と制限要求度合いの指標とを用いた演算を制御装置で行うことなく、上記実施形態と同一の効果を奏することができる。

「損失算出手段について」
損失算出手段としては、２次電池の温度に応じた内部抵抗に基づき損失を算出するものに限らない。たとえば２次電池のモデルとして電気回路モデルに代えて化学反応モデルを用いるものにあっては、線形素子としての内部抵抗をモデル内において用いることが無いこともありうる。しかしこの場合であっても、２次電池の損失が温度の低下に応じて大きくなることを定量化することができるなら、このモデルに基づき損失を算出することも可能と考えられる。

「動作点設定手段について」
動作点設定手段としては、トランスミッション１２による変速処理によって実現可能なエンジン２０の回転速度領域のうち、燃料消費率が最小となる動作点である回転速度およびトルクの組を設定するものに限らない。たとえば上記回転速度領域のうち現在の回転速度との乖離量が規定値以下の領域の中から燃料消費率が最小となる動作点である回転速度およびトルクの組を設定するものであってもよい。また、回転速度が固定された状態で充電電力を生成可能な動力となるようにトルクを増大させるものであってもよい。

「変速手段について」
変速手段としては、ＣＶＴに限らず、有段変速装置であってもよい。また、回転体間の機械的な連結態様を変更する装置にも限らない。たとえば遊星歯車機構のサンギアにモータジェネレータを機械的に連結し、キャリアにエンジンを機械的に連結し、リングギアにモータジェネレータおよび駆動輪を機械的に連結することで実現してもよい。この場合であっても、エンジンから駆動輪までの変速比を可変とすることができる。

なお、変速手段を備えなくてもよい。

「２次電池について」
２次電池としては、リチウムイオン２次電池に限らない。たとえばニッケル水素２次電池であってもよい。また鉛蓄電池であってもよい。

２次電池としては、車載主機に電力を供給する電力変換回路（主機インバータ２２）に接続される高電圧バッテリ２８に限らない。たとえば車載主機として内燃機関のみを搭載する車両においては、補機バッテリを対象とすることもできる。

「燃料について」
燃料としては、内燃機関によって燃焼エネルギに変換されるものに限らない。たとえば車載電動機に電力を供給するための燃料電池内の燃料等であってもよい。この場合であっても、燃料電池から２次電池へと充電する要求がある場合、２次電池の温度に応じた充電時の損失に応じて充電電力を設定することは有効である。

「原動機について」
原動機としては、車載主機に限らない。たとえばシリーズハイブリッド車における内燃機関であってもよい。この場合であっても、２次電池の温度が低い場合には、充電電力を大きくすることで損失が増大し、燃料の利用効率が低下するおそれがあるため、本発明の適用は有効である。

なお、燃料を消費する原動機が内燃機関に限らないことについては、「燃料について」の欄を参照のこと。

「発電手段について」
発電手段としては、回転エネルギを電気エネルギに変換する手段に限らない。たとえば、内燃機関の廃熱を電気エネルギに変換する手段であってもよい。

「そのほか」
上記実施形態において、内部抵抗値を温度によらず一定としても、充電電流量に応じた損失の大小に基づき損失を抑制する充電電力を設定することは可能である。

１０…モータジェネレータ（発電手段の一実施形態）、２０…エンジン、２８…高電圧バッテリ、３４…ＨＶＥＣＵ（充電制御装置の一実施形態）。

Claims

貯蔵された燃料によって駆動される原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置において、
前記２次電池の温度が低い場合、前記燃料から生じたエネルギを前記２次電池に充電することを制限する制限手段を備えることを特徴とする２次電池の充電制御装置。
前記２次電池の充電状態および前記２次電池によって給電される負荷の要求電力の少なくとも一方に基づき、前記２次電池の充電要求度合いの指標を３段階以上または連続的な量として定量化する要求指標設定手段と、
前記２次電池の充電電力の上限値を直接定めることなく前記２次電池の充電の制限要求度合いの指標を前記２次電池の温度に基づき３段階以上または連続的な量として定量化する制限指標設定手段とを備え、
前記制限手段は、前記要求指標設定手段によって定量化された前記充電要求度合いの指標と前記制限指標設定手段によって定量化された前記制限要求度合いの指標との双方を用いた演算に基づき、前記２次電池の充電電力を可変設定することを特徴とする請求項１記載の２次電池の充電制御装置。
前記制限指標設定手段は、前記２次電池の温度に基づき、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際に熱として失われる損失を算出する損失算出手段を備え、前記算出される損失が大きいほど前記制限要求度合いが大きいとすることを特徴とする請求項２記載の２次電池の充電制御装置。
前記損失算出手段は、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を複数通りに仮設定した際のそれぞれについての前記損失を算出することを特徴とする請求項３記載の２次電池の充電制御装置。
前記制限指標設定手段は、前記制限要求度合いの指標として、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を生成するために要した前記原動機の燃料量を前記２次電池に実際に蓄えられる単位電力当たりの量に規格化したものであるコストを算出する手段を備え、
前記要求指標設定手段は、前記充電要求度合いの指標として、前記コストの上限値を設定するものであり、
前記制限手段は、前記コストが前記上限値以下となるように前記充電電力を設定することを特徴とする請求項３または４記載の２次電池の充電制御装置。
貯蔵された燃料によって駆動される原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置において、
前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を生成するために要した前記原動機の燃料量を前記２次電池に実際に蓄えられる単位電力当たりの量に規格化したものであるコストを算出する制限指標設定手段と、
前記２次電池の充電状態および前記２次電池によって給電される負荷の要求電力の少なくとも一方に基づき、前記コストの上限値を設定する要求指標設定手段と、
前記コストが前記上限値以下となるように前記２次電池の充電電力を設定する制限手段とを備えることを特徴とする２次電池の充電制御装置。
前記制限指標設定手段は、前記２次電池の温度に基づき、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際に熱として失われる損失を算出する損失算出手段を備え、前記実際に蓄えられる電力を前記充電電力から前記損失を減算することで算出することを特徴とする請求項６記載の２次電池の充電制御装置。
前記損失算出手段は、前記２次電池の温度に応じた前記２次電池の内部抵抗に基づき前記損失を算出することを特徴とする請求項３，４，７のいずれか１項に記載の２次電池の充電制御装置。
前記制限指標設定手段は、前記変換された電気エネルギを前記２次電池に充電する際の充電電力を複数通りに仮設定する仮設定手段を備えて且つ、該仮設定された充電電力のそれぞれについてのコストを算出することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の２次電池の充電制御装置。
前記原動機は、前記車両の駆動輪に機械的に連結されており、
前記車両は、前記車両の駆動輪の回転速度と前記原動機の回転速度との比を可変とする変速手段を備え、
前記仮設定手段は、前記複数通りに設定される充電電力毎に、前記駆動輪の回転速度を保ちつつ前記変速手段によって変更可能な前記原動機の回転速度領域の中から特定の回転速度を設定することで前記原動機の動作点を設定する動作点設定手段を備えることを特徴とする請求項９記載の２次電池の充電制御装置。
前記動作点設定手段は、前記複数通りに設定される充電電力毎に、前記原動機の燃料消費率が最小となる動作点である回転速度およびトルクの組を設定することを特徴とする請求項１０記載の２次電池の充電制御装置。
貯蔵された燃料によって駆動されて且つ駆動輪に機械的に連結されている原動機と、該原動機によって前記燃料から生じたエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、変換された電気エネルギを蓄える２次電池とを備える車両に適用される２次電池の充電制御装置において、
前記２次電池の充電状態、前記駆動輪に要求される動力、および前記発電手段から前記２次電池以外に出力される電力が同一である状況下、前記２次電池の温度と前記発電手段から前記２次電池への充電電力との間に正の相関関係を設定し、
該正の相関関係は、前記２次電池の温度に応じて前記充電電力が３段階以上または連続的に変化しうる関係であることを特徴とする２次電池の充電制御装置。
前記原動機は、前記車両の駆動輪に機械的に連結されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の２次電池の充電制御装置。
前記原動機は、内燃機関であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の２次電池の充電制御装置。