JP2015101303A

JP2015101303A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2015101303A
Application number: JP2013245569A
Authority: JP
Inventors: 輝明渡辺; Teruaki Watanabe; 樋口　徹; Toru Higuchi; 徹樋口
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】エンジンに接続された発電用の第１モータと、車両の走行に用いる駆動用の第２モータと、これら２つのモータ間で電力を授受するバッテリとを備えたハイブリッド車両において、バッテリの温度が低く且つ車両の減速時に、発電出力を素早く減少させ、減速回生時にバッテリの充電電力を減少させ、充電電力が充電可能電力を超えないようにしてバッテリの劣化を防止することにある。
【解決手段】制御装置（１０）は、バッテリ（５）の充電可能電力が低下しているとき、第１モータ（４）の発電出力がバッテリ温度に応じて低下するように、少なくともエンジン（２）又は第１モータ（４）のいずれかを制御する。
【選択図】図４

Description

この発明は、ハイブリッド車両に係り、特にエンジンに接続された発電用の第１モータと、車両の走行に用いる駆動用の第２モータと、これら２つのモータ間で電力を授受するバッテリとを備えたハイブリッド車両に関する。

従来、ハイブリッド車両において、動力を発生して出力するエンジンと、このエンジンに接続された発電用の第１モータと、車両の走行に用いる駆動用の第２モータと、これら第１モータと第２モータとの間で電力を授受するバッテリとを備えたものがある。
このようなハイブリッド車両としては、例えば、以下の先行技術文献がある。

特許第４３８６０００３号公報

特許文献１に係るハイブリッド車両のバッテリ保護制御装置は、エンジンと発電機（モータ）と強電バッテリ（バッテリ）とを備えるとともに、低温条件及び高温条件にて強電バッテリヘの入力制限値（充放電可能電力）を低く設定するバッテリ保護制御手段を備えたものである。このバッテリ保護制御手段は、強電バッテリヘの入力制限値が低いときに、エンジン回転数が低いほど、発電機による発電量を減じる制限量を増すものである。
この特許文献１によれば、強電バッテリヘの入力制限値が低いとき、バッテリ保護制御手段において、エンジンの応答遅れ分を考慮し、発電機による発電量が減じられる。即ち、強電バッテリヘの入力制限値が低いとき、発電機による発電量を減じることで、発電機を駆動させるエンジンの応答性が低いことを原因として発電を継続しても、強電バッテリが充電過多となることが抑えられる。この結果、発電機の発電量が強電バッテリの入力制限値を超過することがなくなり、強電バッテリの劣化を抑制することができるとしている。

ところが、上記の特許文献１では、強電バッテリの入力制限値（充放電可能電力）が低く設定されているとき、発電機（モータ）による発電量を減じるように制御するにあたって、エンジン回転数が低いほど、発電量を減じるように制御している。このため、エンジン回転数が十分に低下しない場合に、強電バッテリの入力制限値と超過する問題があった。

また、一般的に、バッテリは、充電電力が充電可能電力を超過すると、劣化しやすくなるものである。特に、バッテリ温度が低下している場合は、バッテリの充電可能電力が低下することが知られている。
しかし、発電用の第１モータと駆動用の第２モータとを備えているハイブリッド車両において、バッテリ温度が低下している場合に、減速が行われると、第１モータからの発電出力と第２モータからの回生電力とがバッテリへ供給されるため、バッテリでは充電電力が充電可能電力を超過する問題があった。
即ち、図８に示すように、バッテリ温度が低い減速時においては、バッテリ温度が低く、バッテリ電圧が上がりやすく（内部抵抗が大きい）、バッテリから充電可能電力が常温時に比べて小さい状況であり、バッテリの性能が低下しており、このため、減速回生時にバッテリ電圧が電圧上限値を超えてバッテリの劣化が促進されたり、又は第２モータでの回生電力が制限されてしまい、第１モータの発電出力の応答速度が遅くなるという不都合があった。

そこで、この発明は、バッテリの温度が低く且つ車両の減速時に、発電出力を素早く減少させ、減速回生時にバッテリの充電電力を減少させ、充電電力が充電可能電力を超えないようにしてバッテリの劣化を防止することができるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

この発明は、エンジンに接続されて前記エンジンの動力によって発電する第１モータと、前記第１モータが発電した電力を貯留するバッテリと、前記第１モータ又は前記バッテリから電力が供給されて駆動する第２モータとを備えるハイブリッド車両において、前記バッテリの充電可能電力が低下しているとき、前記第１モータの発電出力がバッテリ温度に応じて低下するように、少なくとも前記エンジン又は前記第１モータのいずれかを制御する制御装置を備えることを特徴とする。

この発明は、バッテリの温度が低く且つ車両の減速時に、発電出力を素早く減少させ、減速回生時にバッテリの充電電力を減少させ、充電電力が充電可能電力を超えないようにしてバッテリの劣化を防止することができる。

図１はハイブリッド車両のシステム構成図である。（実施例）図２はハイブリッド車両の制御のフローチャートである。（実施例）図３はバッテリの目標発電出力の応答遅れ係数をバッテリ温度により設定するテーブルを示す図である。（実施例）図４はバッテリの温度が低く且つ車両の減速時における車速と駆動出力と発電出力とバッテリ電圧との関係を示す図である。（実施例）図５はバッテリの目標発電出力の応答遅れ係数をバッテリ電圧により設定するテーブルを示す図である。（実施例）図６はバッテリの目標発電出力の応答遅れ係数をバッテリの充放電可能電力により設定するテーブルを示す図である。（実施例）図７（Ａ）は、バッテリ温度に対する放電可能電力の変化を示す図である。図７（Ｂ）は、バッテリ温度に対する充電可能電力の変化を示す図である。（実施例）図８はバッテリの温度が低く且つ車両の減速時において車速と駆動出力と発電出力とバッテリ電圧との関係を示す図である。（従来例）

この発明は、バッテリの温度が低く且つ車両の減速時に、発電出力を素早く減少させ、減速回生時にバッテリの充電電力を減少させ、充電電力が充電可能電力を超えないようにしてバッテリの劣化を防止する目的を、バッテリの充電可能電力が低下しているとき、第１モータの発電出力がバッテリ温度に応じて低下するように、少なくともエンジン又は第１モータのいずれかを制御して実現するものである。

図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、ハイブリッド車両（以下「車両」という）１は、例えば、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載するものであって、エンジン２と、駆動力伝達機構３と、第１モータ４と、バッテリ５と、第２モータ６とを備える。
エンジン２は、動力を発生して出力する。駆動力伝達機構３は、エンジン２と第１モータ４とを接続する。第１モータ４は、エンジン２に駆動力伝達機構３により接続されてエンジン２の動力によって発電する発電用のモータである。バッテリ５は、第１モータ４が発電した電力を貯留する。第２モータ６は、第１モータ４又はバッテリ５から電力が供給されて駆動する駆動用のモータである。
なお、第１モータ４及び第２モータ６は、発電機としても機能するとともに、電動機としても機能するモータジェネレータとすることができる。

第１モータ４とバッテリ５と第２モータ６とは、第１の電路７により相互に接続している。
バッテリ５は、第１モータ４と第２モータ６との間で第１の電路７により電力を授受するものである。バッテリ５には、第１モータ４からの電力と（図１の矢印Ａで示す）、第２モータ６からの電力（図１の矢印Ｂで示す）とが供給される。
また、バッテリ５には、第２の電路８により車両１の電気負荷部品９が接続している。

車両１は、制御装置１０を備えている。この制御装置１０においては、エンジン２と第１モータ４とバッテリ５と第２モータ６と電気負荷部品９とが、ＣＡＮ等の通信回線１１により接続している。なお、電気負荷部品９は、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータを含んで構成される。また、通信回線１１は、制御装置１０とエンジン２とを接続する第１の通信回線１１Ａと、制御装置１０と第１モータ４とを接続する第２の通信回線１１Ｂと、制御装置１０とバッテリ５とを接続する第３の通信回線１１Ｃと、制御装置１０と第２モータ６とを接続する第４の通信回線１１Ｄと、制御装置１０と電気負荷部品９とを接続する第５の通信回線１１Ｅとを備える。
制御装置１０は、通信回線１１によりエンジン２と第１モータ４とバッテリ５と第２モータ６とからの各種情報を入力して各種数値を算出し、この算出した各種数値を指令値として通信回線１１により出力し、エンジン２と第１モータ４とバッテリ５と第２モータ６との制御を行う。

制御装置１０は、バッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）や第２モータ６、電気負荷部品９の消費電力等に基づいて第１モータ４の目標発電出力を算出し、この算出された目標発電出力を満足しつつエンジン２の排気ガス値・燃費性能を最適化するような目標エンジン回転数及び目標トルクを算出する。また、制御装置１０は、目標発電出力を通信回線１１により第１モータ４へ指令して発電を行い、目標エンジン回転数及び目標トルクを通信回線１１によりエンジン２に指令して駆動を行う。

制御装置１０は、第１モータ４の目標発電出力を応答遅れを持って制御する。
制御装置１０は、バッテリ温度とバッテリ電圧と入出力電流等に基づいて、充電状態（ＳＯＣ）及び充放電可能電力（充電可能電力と放電可能電力）を算出する。
制御装置１０は、バッテリ温度とバッテリ電圧と充放電可能電力とのいずれか１つ、あるいは、これらの組み合わせにより応答遅れ係数ｋを設定し、目標発電出力の算出を行う。この実施例においては、図３に示すように、バッテリ温度により応答遅れ係数ｋを設定する。このため、制御装置１０には、図１に示すように、バッテリ温度に対応した応答遅れ係数ｋを予め記憶させたメモリ（記憶部）１０Ａが備えられている。

制御装置１０は、バッテリ５の充電可能電力が低下しているとき、第１モータ４の発電出力がバッテリ温度に応じて低下するように、少なくともエンジン２又は第１モータ４のいずれかを制御、つまり、この実施例では、エンジン２及び第１モータ４を制御する。このため、制御装置１０には、図１に示すように、充電可能電力推定部１０Ｂが備えられている。
また、制御装置１０は、第１モータ４の発電出力の減少速度が急になるように、少なくともエンジン２又は第１モータ４のいずれかを制御、つまり、この実施例では、エンジン２及び第１モータ４を制御する。
更に、制御装置１０は、バッテリ５の充電可能電力の低下を、充電可能電力推定部１０Ｂで、バッテリ温度又はバッテリ電圧に応じて推定する。

次に、この実施例に係る車両１の制御について、図２のフローチャートに沿って説明する。
図２に示すように、制御装置１０のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、制御装置１０は、バッテリ温度とバッテリ電圧を取得する（ステップＡ０２）。
また、制御装置１０は、バッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）と、バッテリ５の充放電可能電力とを算出する（ステップＡ０３）。
その後、制御装置１０は、応答遅れ係数ｋ（なまし係数）を算出する（ステップＡ０４）。具体的には、制御装置１０は、バッテリ温度を取得すると、メモリ１０Ａから応答遅れ係数ｋを求める。なお、この応答遅れ係数ｋに対応させる値は、バッテリ温度に代えて、バッテリ電圧、充放電可能電力、又はこれらの組み合わせた値であってもよい。
そして、基本発電出力Ｐｂを算出する（ステップＡ０５）。この基本発電出力Ｐｂは、第２モータ６の消費電力、バッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）、電気負荷部品９の消費電力等に基づいて算出される。
その後、制御装置１０は、目標発電出力Ｐｔを算出する（ステップＡ０６）。
この目標発電出力Ｐｔは、
Ｐｔ（ｎ）＝ｋ＊Ｐｂ（ｎ）＋（１−ｋ）＊Ｐｔ（ｎ−１）
で求められる。なお、Ｐｔ（ｎ−１）は、前回算出された目標発電出力Ｐｔを示す。
そして、エンジン２及び第１モータ４を制御する（ステップＡ０７）。このステップＡ０７におけるエンジン２及び第１モータ４の制御においては、目標発電出力Ｐｔに対してエンジン２及び第１モータ４の効率（排気ガス値・燃費性能）が最適化できる目標エンジン回転数及び目標トルクを算出し、この算出した目標エンジン回転数及び目標トルクでエンジン２及び第１モータ４を制御する。具体的には、制御装置１０は、エンジン回転数を増減させるために、燃料噴射量等でエンジン２を制御する。また、制御装置１０は、発電量を増減させるために、第１モータ４の励磁電流を増減させる。
その後、この制御のプログラムをエンドとする（ステップＡ０８）。

図４は、この車両１の制御のタイムチャートである。
図４に示すように、バッテリ５の温度が低く且つ車両１の減速時に、バッテリ電圧は、低温で内部抵抗が高いが、バッテリ５への出力（充電）が少ないので、バッテリ電圧が電圧上限値を超えない。これにより、第１モータ４の発電出力の応答速度が早いので、発電出力の減少が早くなる。従って、バッテリ５への出力（充電）は、駆動電力（回生）のみとなり、バッテリ温度が低く且つ減速時の充電電力が充電可能電力を超えることがない。この結果、バッテリ５が劣化することを防止することができる。

この結果、この実施例において、制御装置１０は、バッテリ５の充電可能電力が低下しているとき、第１モータ４の発電出力がバッテリ温度に応じて低下するように、少なくともエンジン２又は第１モータ４のいずれかを制御する。
このような構成すれば、バッテリ５が低温で且つ車両１の減速時に、充電電力が充電可能電力を超過するのを防止するにあたり、バッテリ５の充電可能電力が低下しているとき、発電出力が素早く低下するように制御するため、エンジン回転数が低下することを待たずに発電出力を低下させることができ、充電電力が充電可能電力を超えないようにし、バッテリ５の劣化を防止することができる。
また、制御装置１０は、第１モータ４の発電出力の減少速度が急になるように、少なくともエンジン２又は第１モータ４のいずれかを制御する。
このように構成すれば、第１モータ４の発電出力の減少速度をバッテリ５が低温状態でない場合と比較して、急になるように制御するため、バッテリ温度が低温になるほど、発電出力を素早く低下させる。従って、バッテリ温度が低下した状態であっても、充電電力が充電可能電力を超過することを確実に防止することができる。
さらに、制御装置１０は、バッテリ５の充電可能電力の低下を、バッテリ温度又はバッテリ電圧に応じて推定する充電可能電力推定部１０Ｂを備える。
これにより、制御装置１０において、バッテリ５の充電可能電力状態を、バッテリ温度又はバッテリ電圧に応じて容易に取得することができる。

なお、この実施例においては、バッテリ５の充電可能電力の低下を、バッテリ温度により推定したが、図５に示すように、バッテリ電圧により推定し、応答遅れ係数ｋを設定することも可能である。

また、応答遅れ係数ｋは、図６に示すように、バッテリ５の充放電可能電力（充電可能電力と放電可能電力）に応じて設定することも可能である。
ここで、上記の充放電可能電力（充電可能電力と放電可能電力）について説明する。
充放電可能電力は、バッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）とバッテリ温度（℃）とにより算出され、バッテリ温度に対して変化する。また、充放電可能電力は、低温（例えば、−２０℃）ではバッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）に対して変化が大きく、常温以上（例えば、２５℃以上）では、バッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）に対する変化がない。
例えば、充電可能電力は、図７（Ａ）に示すように、バッテリ温度に対して変化する（Ｐ１１〜Ｐ１４）。また、放電可能電力は、図７（Ｂ）に示すように、バッテリ温度に対して変化する（Ｐ２１〜Ｐ２４）。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、充放電可能電力は、バッテリ温度が低温下（例えば、−２０℃）では、低下する傾向があり、且つ満充電状態であっても十分な放電電力を確保できず、充電状態に対して放電能力が変化する（Ｐ１１〜Ｐ１３、Ｐ２１〜Ｐ２３）。これに対し、充放電可能電力は、バッテリ温度が常温以上（例えば、２５℃以上）では、十分な放電電力を確保することができ、しかも、充電状態に対して放電電力が変化することがない（Ｐ１４〜Ｐ２４）。
これにより、バッテリ温度が低いときに、充電可能電力と放電可能電力とが低下するので、図６に示すように、充放電可能電力に応じて応答遅れ係数ｋを設定し、第１モータ４の発電出力の減少速度が急になるように、エンジン２又は第１モータ４を制御することで、発電出力を素早く低下させ、バッテリ温度が低下した場合であっても、充電電力が充電可能電力を超過するのを確実に防止することができる。

なお、この実施例では、エンジンを発電のみに使用するシリーズ方式を例示したが、パラレル方式のハイブリッド車両にも適用が可能である。

この発明に係る制御装置を、ハイブリッド車両に限らず、電気自動車等の他の電動車両にも適用可能である。

１車両（ハイブリッド車両）
２エンジン
３駆動力伝達機構
４第１モータ
５バッテリ
６第２モータ
７第１の電路
８第２の電路
９電気負荷部品
１０制御装置
１０Ａメモリ
１０Ｂ充電可能電力推定部
１１通信回線

Claims

エンジンに接続されて前記エンジンの動力によって発電する第１モータと、前記第１モータが発電した電力を貯留するバッテリと、前記第１モータ又は前記バッテリから電力が供給されて駆動する第２モータとを備えるハイブリッド車両において、前記バッテリの充電可能電力が低下しているとき、前記第１モータの発電出力がバッテリ温度に応じて低下するように、少なくとも前記エンジン又は前記第１モータのいずれかを制御する制御装置を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
前記制御装置は、前記第１モータの発電出力の減少速度が急になるように、少なくとも前記エンジン又は前記第１モータのいずれかを制御す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。
前記制御装置は、前記バッテリの充電可能電力の低下を、バッテリ温度又はバッテリ電圧に応じて推定する充電可能電力推定部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両。