JP2013005680A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電をより効率よく行なう。
【解決手段】１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓがエンジンの始動エネルギＥｅｓよりも大きくなるよう充電時間Ｔｏｎを設定しその充電時間Ｔｏｎと中断時間Ｔｏｆｆとの和を充電サイクルＴに設定して（Ｓ１３０〜１５０）、中断時間Ｔｏｆｆ中のエンジンの運転の停止を伴って充電サイクルＴの繰り返しによりバッテリを間欠充電する。これにより、バッテリを間欠充電する際に、中断時間Ｔｏｆｆ中はエンジンの運転を停止して無駄な燃料消費を抑制することができ、また、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓを超えるエネルギがエンジン２２の始動によって消費されるのを防止することができる。この結果、バッテリの充電をより効率よく行なうことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、充電制御装置に関する。

従来より、エンジンと、エンジンを始動させると共にエンジンからの動力を用いて発電する発電用モータと、発電用モータと電力をやり取りするバッテリと、を備える車両において、バッテリを充電する際には、バッテリに間欠的に電流を流して間欠充電するようエンジンと発電用モータとを制御する充電制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この充電制御装置では、間欠充電によりバッテリ流れる電流を一時的に中断することで、バッテリの内部抵抗を低下させて、発熱ロスを減少させている。これにより、バッテリを効率よく充電できるものとしている。

特開平９−７４６１１号公報

上述した充電制御装置のようにバッテリを間欠充電するものにおいて、充電の中断中にもエンジンを運転していると、その間に消費される燃料はバッテリの充電に何ら寄与しないため、燃料が無駄に消費されることになる。このため、充電の中断中にはエンジンの運転を停止して燃料消費を抑制することが考えられる。しかし、エンジンの運転を停止すると、充電の再開に合わせてエンジンを再始動しなければならず、その際のエンジンを始動するための始動エネルギは、バッテリの電気エネルギで賄われることになる。このため、始動エネルギの大きさやその頻度によっては、充電によりバッテリに蓄えられた電気エネルギの多くがエンジンの始動に用いられ、バッテリの効率的な充電が阻害されてしまう。

本発明の充電制御装置は、バッテリの充電をより効率よく行なうことを主目的とする。

本発明の充電制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の充電制御装置は、
バッテリと、該バッテリの電力を用いて始動されるエンジンと、該エンジンの動力を用いて発電し前記バッテリを充電する発電機と、を備える車両において、前記バッテリの充電と充電中断との間欠充電用のサイクルを定め、該サイクル当たりの充電電力量を前記バッテリを連続充電するとした場合に揃えて該サイクルの繰り返しにより該バッテリを間欠充電するよう前記エンジンと前記発電機とを制御する充電制御装置であって、
前記間欠充電の充電中断中に前記バッテリの内部抵抗が低下することに基づいて該間欠充電中のエネルギ損失が前記連続充電するとした場合のエネルギ損失よりも減少する分のエネルギが、前記エンジンの始動に要するエネルギよりも大きくなるよう前記サイクルを定め、前記間欠充電の充電中断中は前記エンジンの運転を停止するよう前記エンジンと前記発電機とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明の充電制御装置では、間欠充電の充電中断中にバッテリの内部抵抗が低下することに基づいて間欠充電中のエネルギ損失がバッテリを連続充電するとした場合のエネルギ損失よりも減少する分のエネルギが、エンジンの始動に要するエネルギよりも大きくなるようサイクルを定め、間欠充電の充電中断中はエンジンの運転を停止するようエンジンと発電機とを制御する。これにより、バッテリを間欠充電する際に、中断時間中にエンジンの運転を停止して無駄な燃料消費を抑制することができる。また、エンジンの始動に要するエネルギよりも間欠充電によってエネルギ損失が減少する分のエネルギを大きくするようサイクルを定めるから、エンジンの運転の停止により却ってエネルギ収支が悪化するのを防止することができる。この結果、バッテリの充電をより効率よく行なうことができる。

本発明の車両は、上述した本発明の充電制御装置と、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸とが共線図上で前記駆動軸，前記出力軸，前記回転軸の順に並ぶよう３つの回転要素が前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とにそれぞれ接続されたプラネタリギヤと、前記バッテリの電力を用いて前記駆動軸に動力を出力する電動機とを備え、前記エンジンは、前記発電機からのトルクにより始動され、前記充電制御装置は、車速に基づいて前記エンジンの始動に必要なエネルギを設定し、該設定したエネルギよりも前記エネルギ損失の減少分が大きくなるよう前記サイクルを定めるものであるものとすることもできる。ここで、エンジンの運転を停止して走行している場合には、エンジンの回転数は値０であるから、車速が高くなるほど共線図上では駆動軸の回転数が正側に大きくなって発電機の回転数は負側に大きくなる。また、エンジンを始動する場合には、エンジンの回転数を正側に上げるためのトルクが発電機から出力され、発電機の回転数は負側から正側に向かって変化する。このため、発電機の回転数が負側に大きくなるほど、エンジンの始動に利用できる発電機の回転エネルギが大きなものとなる。したがって、エンジンの始動によって消費されるバッテリのエネルギは、車速が高くなるほど小さくなる傾向にある。車速に基づいてエンジンの始動に必要なエネルギを設定することで、そのような傾向を踏まえて間欠充電用のサイクルを定めることができるから、車速に応じた適切なサイクルを設定してバッテリの充電を効率よく行なうことができる。

また、こうした本発明の車両において、前記充電制御装置は、車速が所定車速未満であることを条件として、前記間欠充電の充電中断中に前記エンジンの運転を中断するよう前記エンジンと前記発電機とを制御するものであるものとすることもできる。

本発明の一実施例の充電制御装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 充電電流を連続的に流したときのバッテリ５０の内部抵抗Ｒの時間変化の様子を示す説明図である。 間欠充電時のバッテリ５０の内部抵抗Ｒの時間変化の様子を示す説明図である。 充電サイクル設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジン始動エネルギ設定用マップの一例を示す説明図である。 充電時間Ｔｏｎの設定の考え方を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例の充電制御装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリであるバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。なお、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５０，ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、それぞれ、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。なお、本発明の充電制御装置は、主として、エンジンＥＣＵ２４と、モータＥＣＵ４０と、ＨＶＥＣＵ７０とにより構成されている。また、図示は省略するが、プラネタリギヤ３０には、リングギヤに駆動軸３６が接続されキャリアにエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されサンギヤにモータＭＧ１の回転軸が接続されるため、共線図上では駆動軸３６（リングギヤ），エンジン２２のクランクシャフト２６（キャリア），モータＭＧ１の回転軸（サンギヤ）の順に並ぶものとなる。

エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されており、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、図示しないスロットルバルブや燃料噴射弁，点火プラグなどへの駆動制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算する。

モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子をスイッチングするためのスイッチング制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算する。

バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧やバッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力ポートを介して入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度とに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりする。

ＨＶＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を計算し、この要求トルクＴｒ＊に対応する要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力を駆動軸３６に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードとは、いずれもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動力３６に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。

エンジン運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖを計算すると共に計算した走行用パワーＰｄｒｖからバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて得られるバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときを正の値とする）を減じてエンジン２２から出力すべきパワーとしての要求パワーＰｅ＊を設定する。次に、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

モータ運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

実施例のハイブリッド自動車２０は、モータ運転モードで運転している最中に、運転者のアクセルペダル８３の踏み込みが大きくなりバッテリ５０の電力で出力可能なパワーを超える走行用パワーＰｄｒｖが要求されたときやバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが低下して所定の閾値以下になってバッテリ５０の充電が要求されたときに、エンジン２２を始動してエンジン運転モードに移行する。エンジン２２の始動は、モータＭＧ１からトルクを出力してエンジン２２をモータリングし、エンジン２２の回転数Ｎｅが予め定められた制御開始回転数に至ったときに燃料噴射制御や点火制御などを開始することにより行なわれる。また、エンジン運転モードで運転している最中に、走行用パワーＰｄｒｖがバッテリ５０の電力で賄うことができるものになったときやバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが回復したとき，運転者により図示しないモータ走行スイッチが押されたときに、エンジン２２の運転を停止してモータ運転モードに移行する。エンジン２２の運転の停止は、燃料噴射制御や点火制御などを終了して、次回の始動時に始動性が良好となるクランク角位置でクランクシャフト２６が停止するようモータＭＧ１からトルクを出力して停止位置を調整することにより行なわれる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン運転モードにおけるバッテリ５０の充電は、充放電要求パワーＰｂ＊に応じた充電電流を流す充電時間Ｔｏｎと、充電電流を流さない中断時間Ｔｏｆｆとを充電サイクルＴとして、その充電サイクルＴを繰り返す間欠充電により行なわれる。なお、充放電要求パワーＰｂ＊は、充電時間Ｔｏｎ中はバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて充放電要求パワー設定用マップから導出した仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐを補正したパワーが設定され、中断時間Ｔｏｆｆ中は値０が設定される。充放電要求パワー設定用マップは、図示は省略するが、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが目標の蓄電割合となるよう、に蓄電割合ＳＯＣと、バッテリ５０に連続的に充電電流を流したときの充放電要求パワーである仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐとの関係が予め定められてＨＶＥＣＵ７０のＲＯＭに記憶されている。そして、次式（１），（２）に示すように、充電時間Ｔｏｎと中断時間Ｔｏｆｆとの和（充電サイクルＴ）を充電時間Ｔｏｎで除した値を補正係数αとして、仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐに補正係数αを乗じることにより仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐに対する補正を行なう。このように補正する理由は、中断時間Ｔｏｆｆ中も含めた間欠充電中の１サイクル当たりの充電電力量を、仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐと同じものとして、バッテリ５０に連続的に充電電流を流したときと充電ペースを合わせるためである。

Pb*=α・Pbtmp (1)
α=(Ton+Toff)/Ton (2)

ここで、連続的に充電電流を流したときのバッテリ５０の内部抵抗Ｒの時間変化の様子を図２に示し、間欠充電時のバッテリ５０の内部抵抗Ｒの時間変化の様子を図３に示す。なお、図２，３では、ある一定の充電電流でバッテリ５０を充電する場合を示す。図２に示すように、内部抵抗Ｒは、充電の開始と共に立ち上がり、時間の経過と共に増加して略一定の値（抵抗Ｒ０とする）で推移する。また、図３に示すように、内部抵抗Ｒは、充電時間Ｔｏｎの開始と共に立ち上がり、時間の経過と共に増加して中断時間Ｔｏｆｆで減少するため、抵抗Ｒ０よりも小さな値で増減を繰り返しながら推移する。なお、連続的に充電電流を流したときの内部抵抗Ｒの推移や間欠充電時の充電時間Ｔｏｎ中の内部抵抗Ｒの推移は、一次遅れで近似することができる。実施例では、充電時間Ｔｏｎを可変とし中断時間Ｔｏｆｆを固定として、いずれも数秒程度の時間とした。また、充電時間Ｔｏｎの設定は後述するが、中断時間Ｔｏｆｆは充電時間Ｔｏｎ中に増加した内部抵抗Ｒが十分に減少するのに必要な時間として固定されている。ここで、中断時間Ｔｏｆｆ中は、バッテリ５０の充電のためにエンジン２２を運転させる必要はないため、エンジン２２の停止許可条件が成立していれば、中断時間Ｔｏｆｆの開始時にエンジン２２を停止して中断時間Ｔｏｆｆの終了時（次の充電時間Ｔｏｎが始まるまで）にエンジン２２を再始動する。実施例では、走行用パワーＰｄｒｖが所定パワー未満となる条件や車速Ｖが高車速ではない条件（例えば６０ｋｍ／ｈ未満），図示しない暖房装置に対する暖房要求がなされていない条件などのいずれもが成立する場合に、停止許可条件が成立するものとした。なお、車速Ｖに着目すると、車速Ｖが高車速以上（６０ｋｍ／ｈ以上）のときにはエンジン２２を停止させることなく間欠充電を行ない、車速Ｖが高車速未満（６０ｋｍ／ｈ未満）のときにはエンジン２２の停止を伴って間欠充電を行なうから、車速Ｖが高車速未満（６０ｋｍ／ｈ未満）であることを条件としてエンジン２２の運転の停止を伴う間欠充電を行なうものとなる。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に充電サイクルＴを設定する際の動作について説明する。図４は、ＨＶＥＣＵ７０により実行される充電サイクル設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが所定の閾値以下になってバッテリ５０の充電が要求されたときや充電を開始してからは充電が完了するまで充電時間Ｔｏｎが終了する度に実行される。

この充電サイクル設定処理ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、車速センサ８８からの車速Ｖや仮の充電電流Ｉｂｔｍｐなどの処理に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、仮の充電電流Ｉｂｔｍｐは、充放電要求パワー設定用マップを用いて導出した仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐをバッテリＥＣＵ５２から入力したバッテリ５０の端子間電圧で除したものを入力するものとした。こうしてデータを入力すると、エンジン２２の上述した停止許可条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。エンジン２２の停止許可条件が成立していないときには、デフォルトの充電時間Ｔｏｎ（ｄｆ）とデフォルトの中断時間Ｔｏｆｆ（ｄｆ）との和を充電サイクルＴに設定して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。なお、例えば、デフォルトの充電時間Ｔｏｎ（ｄｆ）が４秒でデフォルトの中断時間Ｔｏｆｆ（ｄｆ）が１秒などに定められている。これにより、中断時間Ｔｏｆｆ中もエンジン２２の運転を継続しながら充電サイクルＴに基づいてバッテリ５０が間欠充電される。なお、エンジン２２からパワーの出力が要求されていないときには、エンジン２２はアイドル運転（自立運転）される。また、上述した式（１），（２）により、仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐを補正係数αで補正した充放電要求パワーＰｂ＊に基づいて間欠充電が行なわれる。

一方、ステップＳ１１０でエンジン２２の停止許可条件が成立しているときには、入力した車速Ｖに基づいてエンジン２２の始動に要するエネルギである始動エネルギＥｅｓを設定する（ステップＳ１３０）。ここで、始動エネルギＥｅｓは、実施例では、車速Ｖと始動エネルギＥｅｓとの関係を予め定めて始動エネルギ設定用マップとしてＨＶＥＣＵ７０のＲＯＭに記憶しておき、車速Ｖが与えられると、マップから対応する始動エネルギＥｅｓを導出することにより設定するものとした。この始動エネルギ設定用マップの一例を図５に示す。図示するように、始動エネルギＥｅｓは、車速Ｖが値０で最も大きく車速Ｖが高くなるほど小さくなるように定められている。ここで、上述したように、共線図上では駆動軸３６（リングギヤ），エンジン２２のクランクシャフト２６（キャリア），モータＭＧ１の回転軸（サンギヤ）の順に並んでいる。そして、エンジン２２の運転を停止して走行している場合には、エンジン２２（キャリア）の回転数は値０であるから、共線図上では車速Ｖが高くなるほど即ち駆動軸３６（リングギヤ）の回転数が大きくなるほどモータＭＧ１（サンギヤ）の回転数が負側に大きくなる。また、エンジン２２を始動する場合には、エンジン２２の回転数を正側に上げるためのトルクがモータＭＧ１から出力され、モータＭＧ１の回転数は負側から正側に向かって変化する。このため、モータＭＧ１の回転数が負側に大きくなるほど、エンジン２２の始動に利用できるモータＭＧ１の回転エネルギが大きなものとなる。したがって、車速Ｖが高くなるほどモータＭＧ１の回転エネルギをより多く利用してエンジン２２を始動することができ、エンジン２２の始動によって消費されるバッテリ５０のエネルギを小さなものとすることができる。これらのことから、車速Ｖが高くなるほどエンジン２２の始動エネルギＥｅｓが小さくなる傾向に始動エネルギ設定用マップが定められているのである。

次に、充電時間Ｔｏｎを設定する（ステップＳ１４０）。この充電時間Ｔｏｎの設定について説明する。図６は、充電時間Ｔｏｎの設定の考え方を示す説明図である。ここで、１サイクル当たりのエネルギ損失の減少量を損失減少量Ｅｌｏｓｓとし、単位時間当たりの熱損失の減少量を損失減少量Ｐｌｏｓｓとする。この損失減少量Ｐｌｏｓｓは、連続的に充電電流を流したときの充電電流の２乗に内部抵抗を乗じた単位時間当たりの熱損失と、間欠充電したときの充電電流の２乗に内部抵抗を乗じた単位時間当たりの熱損失との差分として求めることができる。ここで、間欠充電時の内部抵抗Ｒは、上述したように、中断時間Ｔｏｆｆ中には十分に減少し、充電時間Ｔｏｎ中の増加は一次遅れで近似することができる。このため、充電時間Ｔｏｎ中のある時刻における内部抵抗Ｒを抵抗Ｒ１とすると、抵抗Ｒ１は、充電時間Ｔｏｎの開始時の抵抗値（中断時間Ｔｏｆｆ中の減少による到達値）と、充電時間Ｔｏｎ中の経過時間とにより求めることができる。また、上述したように、充電時間Ｔｏｎ中は仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐに補正係数αを乗じた充放電要求パワーＰｂ＊が設定されるから、理論上は、仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐに基づいて算出した充電電流Ｉｂｔｍｐに補正係数αを乗じた電流が充電時間Ｔｏｎ中に流れることになる。このため、間欠充電時の熱損失は、充電電流Ｉｂｔｍｐに補正係数αを乗じた電流を２乗して抵抗Ｒ１を乗じたものとなる。一方、連続的に充電電流を流したときの熱損失は、充電電流Ｉｂｔｍｐの２乗に内部抵抗Ｒ０を乗じたものとなる。このため、次式（３）に示すように、単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓを算出することができる。また、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓは、次式（４）に示すように、単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓを充電時間Ｔｏｎに亘って即ち区間［０，Ｔｏｎ］で積分したものとなる。

Ploss=Ibtmp²・R0-(α・Ibtmp)²・R1 (3)
Eloss=∫Plossdt (［0,Ton］) (4)

実施例のように、エンジン２２の停止を伴ってバッテリ５０の間欠充電を行なう場合、エネルギ効率を向上させるためには、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓからエンジン２２の始動エネルギＥｅｓを減じたエネルギに充電サイクルＴの繰り返しの回数であるサイクル数を乗じた値が最も大きくなるようにすることが望ましい。ここで、式（４）に示すように、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓは、単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓを充電時間Ｔｏｎで積算したものであるから、充電時間Ｔｏｎが長くなるほど大きなものとなる。一方で、連続的に充電電流を流したときの抵抗Ｒ０と間欠充電時の抵抗Ｒ１との差分は、時間の経過と共に小さくなるから、充電時間Ｔｏｎが長くなるほど小さくなって値０に近付く。このため、単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓは、充電時間Ｔｏｎが長くなると頭打ちとなる。また、サイクル数は、充電時間Ｔｏｎが短いほど多いものとなる。以上のことから、充電時間Ｔｏｎを短く設定すると、サイクル数は多くなるものの１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓが小さくなるため、エネルギ効率が低下する可能性がある。一方、充電時間Ｔｏｎを長く設定すると、サイクル数は減少するものの１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓが大きくなるためエネルギ効率が向上する可能性があるが、充電時間Ｔｏｎを長くしすぎると単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓが頭打ちとなりサイクル数も大きく減少するから却ってエネルギ効率が低下する可能性がある。これらのことを踏まえて、実施例では、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓが始動エネルギＥｅｓよりも大きくなるような充電時間Ｔｏｎのうち、エネルギ効率が最もよくなるように充電時間Ｔｏｎを設定するものとした。なお、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓが始動エネルギＥｅｓよりも大きくなるような充電時間の範囲内であれば、少なくともエネルギ効率を向上させることができるから、そのような範囲内で任意の充電時間Ｔｏｎを設定するものとしてもよい。

こうして充電時間Ｔｏｎを設定すると、設定した充電時間Ｔｏｎとデフォルトの中断時間Ｔｏｆｆ（ｄｆ）との和を充電サイクルＴに設定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これにより、充電サイクルＴに基づいてバッテリ５０が間欠充電されると共に中断時間Ｔｏｆｆの開始に伴ってエンジン２２の運転を停止し中断時間Ｔｏｆｆの終了に伴ってエンジン２２が再始動される。また、上述した式（１），（２）により、仮の充放電要求パワーＰｂｔｍｐを補正係数αで補正した充放電要求パワーＰｂ＊に基づいて間欠充電が行なわれる。これらのことから、バッテリ５０を間欠充電する際に、中断時間Ｔｏｆｆ中にエンジン２２の運転を停止して無駄な燃料消費を抑制することができる。また、始動エネルギＥｅｓよりも１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓが大きくなるように充電時間Ｔｏｎを設定するから、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓを超えるエネルギがエンジン２２の始動によって消費されるのを防止することができる。したがって、バッテリ５０の充電をより効率よく行なうことができる。また、車速Ｖが高くなるほど始動エネルギＥｅｓが小さくなる傾向を踏まえて充電時間Ｔｏｎを設定するから、充電時間Ｔｏｎが必要以上に長くなったりするのを防止して、車速Ｖに応じた適切な充電時間Ｔｏｎを設定してバッテリ５０の充電を効率よく行なうことができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓがエンジン２２の始動エネルギＥｅｓよりも大きくなるよう充電時間Ｔｏｎを定め、充電時間Ｔｏｎと中断時間Ｔｏｆｆとの和である充電サイクルＴの繰り返しによりバッテリ５０を間欠充電すると共に中断時間Ｔｏｆｆ中にエンジン２２の運転を停止するから、中断時間Ｔｏｆｆ中のエンジン２２の無駄な燃料消費を抑制することができ、また、１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓを超えるエネルギがエンジン２２の始動によって消費されるのを防止することができる。この結果、バッテリ５０の充電をより効率よく行なうことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、中断時間Ｔｏｆｆを固定としたが、これに限られず、中断時間Ｔｏｆｆを可変としてもよい。この場合、例えば、充電時間Ｔｏｎの終了時の内部抵抗Ｒの到達値を求め、求めた到達値と単位時間当たりの内部抵抗Ｒの減少の度合いとから内部抵抗Ｒが充電開始前の初期値近傍まで減少するのに必要な時間を算出し、算出した時間を中断時間Ｔｏｆｆに設定するものとしてもよい。あるいは、設定した充電時間Ｔｏｎに対して所定値（例えば、４分の１や８分の１など）を乗じた時間を中断時間Ｔｏｆｆに設定するものなどとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動エネルギＥｅｓに車速Ｖに応じて変化する値を設定するものとしたが、これに限られず、一定の値を設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、車速Ｖが高車速以上のときにはエンジン２２を停止させることなく間欠充電を行ない車速Ｖが高車速未満のときにはエンジン２２の停止を伴って間欠充電を行なうものとしたが、これに限られず、車速Ｖに拘わらずエンジン２２の停止を伴って間欠充電を行なうものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓを区間［０，Ｔｏｎ］で積分したものを１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓとしたが、これに限られず、単位時間当たりの損失減少量Ｐｌｏｓｓを区間［０，Ｔ（＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）］で積分したものを１サイクル当たりの損失減少量Ｅｌｏｓｓとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を駆動軸３６に出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力を駆動軸３６が接続された車軸（駆動輪３８ａ，３８ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪３９ａ，３９ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力をプラネタリギヤ３０を介して駆動輪３８ａ，３８ｂに接続された駆動軸３６に出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ２３２と駆動輪３８ａ，３８ｂに動力を出力する駆動軸３６に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸３６に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動軸３６にプラネタリギヤ３０を介して接続されたエンジン２２およびモータＭＧ１と、駆動軸３６に動力を入出力するモータＭＧ２と、を備えるものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車３２０に例示するように、エンジン２２に発電用のモータＭＧ１が取り付けられると共に走行用のモータＭＧ２を備えるものとしてもよい。なお、このハイブリッド自動車３２０では、エンジン２２の始動エネルギＥｅｓは車速Ｖによらず一定となるから、始動エネルギＥｅｓに一定の値を設定して充電サイクルＴ（充電時間Ｔｏｎ）を設定するものとすればよい。

実施例では、充電制御装置をハイブリッド自動車２０に搭載するものとしたが、これに限られず、充電制御装置をハイブリッド自動車以外の車両に搭載するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、図４の充電サイクル設定処理ルーチンを実行し設定した充電サイクルＴの繰り返しによりバッテリ５０を間欠充電するようエンジン２２とモータＭＧ１とを制御するエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とＨＶＥＣＵ７０とが「充電制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、充電制御装置や車両の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０，２２０，３２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、３９ａ，３９ｂ 車輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ、２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. バッテリと、該バッテリの電力を用いて始動されるエンジンと、該エンジンの動力を用いて発電し前記バッテリを充電する発電機と、を備える車両において、前記バッテリの充電と充電中断との間欠充電用のサイクルを定め、該サイクル当たりの充電電力量を前記バッテリを連続充電するとした場合に揃えて該サイクルの繰り返しにより該バッテリを間欠充電するよう前記エンジンと前記発電機とを制御する充電制御装置であって、
   前記間欠充電の充電中断中に前記バッテリの内部抵抗が低下することに基づいて該間欠充電中のエネルギ損失が前記連続充電するとした場合のエネルギ損失よりも減少する分のエネルギが、前記エンジンの始動に要するエネルギよりも大きくなるよう前記サイクルを定め、前記間欠充電の充電中断中は前記エンジンの運転を停止するよう前記エンジンと前記発電機とを制御する
   充電制御装置。

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