JP2015101305A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、バッテリの劣化を防止し得るハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明は、エンジンに接続され当該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モータまたは前記バッテリから電力を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前記バッテリの温度に応じて低下するように少なくとも前記エンジンまたは前記第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。
【選択図】図１

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つのモータとの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。

車両には、エンジンに接続され当該エンジンの動力によって発電する第１モータと、第１モータが発電した電力を貯留するバッテリと、第１モータまたはバッテリから電力を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がある。

従来、ハイブリッド車両においては、例えば、特許文献１のようにエンジンと発電機と強電バッテリとを有し、低温及び高温条件にて前記強電バッテリへの入力制限値を低く設定するバッテリ保護制御手段を備えたハイブリッド車両のバッテリ保護制御装置において、前記バッテリ保護制御手段は、前記強電バッテリへの入力制限値が低いとき、エンジン回転数が低いほど、前記発電機による発電量を減じる制限量を増すことを特徴とするハイブリッド車両のバッテリ保護制御装置が開示されている。

この特許文献１によれば、ハイブリッド車両のバッテリ保護制御装置にあっては、強電バッテリへ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。すなわち、強電バッテリへ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。

特許第４３８６００３号公報

ところで、特許文献１においては、バッテリの入力制限値が低く設定されているとき、発電機による発電量を減じるように制御するにあたって、エンジンの回転数が低いほど発電量を減じるように制御している。従って、特許文献１のハイブリッド車両においては、エンジン回転数が十分に速く低下しない場合に、発電機による発電電力がゆっくり減少するため、バッテリの入力制限値（充電可能電力）を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、劣化がし易くなる。このため、充電可能電力を超過するような場合は、バッテリの充電は制限される。特に、バッテリの温度が上昇して高温状態になっている場合は、充電可能電力が小さくなる。この場合、バッテリの充電可能電力は、常温時より低い値（図８：高温時充電可能電力）に制限される。

前記のように、バッテリの温度が上昇して充電可能電力が小さくなっている場合において、ハイブリッド車両の減速が行われると、図８に示すように、バッテリには走行用の第２モータからの回生出力と発電用の第１モータからの発電出力とが充電電力として供給される。このため、バッテリは、充電電力が高温時の充電可能電力を超過する問題があり、超過した充電によりバッテリ温度が上昇して温度上限を越える問題があり、この結果、バッテリの劣化を促進する問題があった。

そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、バッテリの劣化を防止し得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当該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モータまたは前記バッテリから電力を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前記バッテリの温度に応じて低下するように少なくとも前記エンジンまたは前記第１モータのいずれかを制御する制御装置備えることを特徴とする。

この発明は、バッテリが高温状態の時に、第１モータと第２モータとからバッテリへ電力を供給することによりバッテリの高温時の充電可能電力の超過を防止することにあたり、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低下するように制御する制御装置を備えている。
このため、この発明は、エンジンの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、これにより、バッテリへの充電電力が充電可能電力を超過することを防止でき、超過した充電によるバッテリ温度の上昇を回避でき、バッテリの劣化を防止することができる。また、この発明は、バッテリへの充電電力が充電可能電力を超過した場合に、減速時に回生が制限されることがなくなる。

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装置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電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はバッテリ高温時に減速した場合の車速とバッテリ出力と発電出力とバッテリ温度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電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電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、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はバッテリ高温時に減速した場合の車速とバッテリ出力と発電出力とバッテリ温度の関係を示す図である。（従来例）

以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。

図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。図１において、ハイブリッド車両１は、エンジン２と、エンジン２に駆動力伝達機構３により接続され当該エンジン２の動力によって発電する第１モータ４と、第１モータ４が発電した電力を貯留するバッテリ５と、第１モータ４またはバッテリ５から電力を供給されて駆動する第２モータ６とを備えている。よって、このハイブリッド車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを備えている。なお、第１モータ４および第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、電路７により相互に接続されている。第１モータ４は、発電した電力を電路７によりバッテリ５に供給し（矢印Ａ）、第２モータ６に供給する。また、第２モータ６は、回生により発電した電力を電路７によりバッテリ５へ供給する（矢印Ｂ）。バッテリ５は、貯留した電力を電路７により第２モータ６に供給する。また、バッテリ５には、電路８によりハイブリッド車両１の電気負荷部品９が接続されている。バッテリ５は、貯留した電力を電路８により電気負荷部品９に供給する。
ハイブリッド車両１は、制御装置１０を備えている。制御装置１０には、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とを、ＣＡＮなどの通信回線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。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と電気負荷部品９とから情報を入力して各種数値を算出し、算出した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と電気負荷部品９との制御を行う。
制御装置１０は、バッテリ５の充電状態や第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の目標発電電力を算出し、目標発電電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回転数およびトルクを算出する。制御装置１０は、目標発電電力を通信回線１１により第１モータ４へ指令して発電を行い、目標回転数およびトルクを通信回線１１によりエンジン２に指令して駆動を行う。

前記制御装置１０は、第１モータ４の目標発電電力を応答遅れをもって制御する。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放電可能電力（充電可能電力と放電可能電力）および充電状態を算出する。制御装置１０は、これらバッテリ温度、バッテリ電圧、充放電可能電力のいずれか１つ、あるいは、これらの組み合わせにより応答遅れ係数を設定し、目標発電電力の算出を行う。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。
制御装置１０は、前記算出されたバッテリ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５の温度に応じて低下するように、少なくともエンジン２または第１モータ４のいずれかを制御する。また、制御装置１０は、前記算出されたバッテリ５の充電可能電力が低下しているとき、第１モータ４の発電出力の減少速度を急になるように制御する。さらに、制御装置１０は、充電可能電力の低下を、バッテリ温度、または、バッテリ電圧に応じて推定する。この実施例においては、充電可能電力の低下をバッテリ温度に応じて推定する。

次に作用を説明する。
ハイブリッド車両１は、制御装置１０によって、図２に示すように、制御のプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、バッテリ５からバッテリ温度とバッテリ電圧を取得し（Ｓ０２）、バッテリ５の充電状態と充放電可能電力を算出し（Ｓ０３）、応答遅れ係数ｋ（０＜ｋ＜１）を算出する（Ｓ０４）。
応答遅れ係数ｋは、図３に示すようにバッテリ温度に応じて設定される。応答遅れ係数ｋは、大きいほど応答性が速い。バッテリ５は、温度が上昇している場合、充電可能電力が小さいので、バッテリ温度が高くなるほど応答遅れ係数ｋを大きくし、応答性を速くして第１モータ４の発電電力の減少速度を速くする。
続いて、制御装置１０は、基本発電電力Ｐｂを算出する（Ｓ０５）。基本発電電力Ｐｂは、バッテリ５の充電状態、第２モータ６の消費電力、電気負荷部品９の消費電力等に基づいて算出する。
制御装置１０は、応答遅れ係数ｋと基本発電電力Ｐｂとから目標発電電力Ｐｔを算出する（Ｓ０６）。目標発電電力Ｐｔは、Ｐｔ（ｎ）＝ｋ＊Ｐｂ（ｎ）＋（１−ｋ）＊Ｐｔ（ｎ−１）、の式より算出する。なお、Ｐｔ（ｎ−１）は前回算出された目標発電電力Ｐｔであり、Ｐｂ（ｎ）は今回算出された基本発電電力Ｐｂである。
制御装置１０は、算出した目標発電電力Ｐｔに基づいて、エンジン２と第１モータ４および第２モータ５を制御し（Ｓ０７）、プログラムをエンドする（Ｓ０８）。
エンジン２と第１モータ４および第２モータ５の制御（Ｓ０７）においては、目標発電電力Ｐｔに対してエンジン２および第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回転数およびトルクを算出し、算出した目標回転数およびトルクでエンジン２と第１モータ４および第２モータ５を制御する。
具体的には、エンジン１の回転数を増減させるために、例えば燃料噴射量などを制御する。また、第１モータ４の発電量を増減させるために、第１モータ４と第２モータ６の励磁電流を制御する。

ハイブリッド車両１は、バッテリ５の温度が上昇して充電可能電力が小さくなっている状態で減速すると、図１に矢印Ａ、Ｂで示すように、バッテリ５には発電用の第１モータ４からの発電出力と、走行用の第２モータ５からの回生出力とが充電電力として供給されるため、充電電力が充電可能電力を超過し、超過した充電によりバッテリ温度が上昇して温度上限を越える問題があった。
制御装置１０は、バッテリ温度により充電可能電力が低下していると判断すると、第１モータ４の発電出力がバッテリ５の温度に応じて低下するようにエンジン２または第１モータ４のいずれかを制御し、図４に示すように、第１モータ４による発電出力を減少させる。
このとき、制御装置１０は、バッテリ５の温度が高くなるほど応答遅れ係数ｋを大きくし、応答性を速くして第１モータ４の発電出力の減少速度を速くすることで、バッテリ５への充電電力を迅速に減少させることができる。

このように、ハイブリッド車両１は、制御装置１０によって、バッテリ５が高温状態の時に、第１モータ４と第２モータ６とからバッテリ５へ電力を供給することによりバッテリ５の高温時の充電可能電力の超過を防止することにあたり、バッテリ５が高温で充電可能電力が低下しているとき、第１モータ４の発電出力が低下するようにエンジン２または第１モータ４のいずれかを制御する。
このため、このハイブリッド車両１は、エンジン２の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、これにより、バッテリ５への充電電力が充電可能電力を超過することを防止でき、超過した充電によるバッテリ温度の上昇を回避でき、バッテリ５の劣化を防止することができる。また、このハイブリッド車両１は、減速時に第１モータ４の発電出力を低下させるので、バッテリ５への充電電力が充電可能電力を超過した場合に、減速時に回生が制限されることがなくなる。
また、ハイブリッド車両１は、制御装置１０によって、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の発電出力の減少速度を急になるように制御するため、バッテリ温度が高温になるほど、第１モータ４の発電出力が素早く低下する。従って、このハイブリッド車両１は、バッテリ温度が上昇した状態であっても、充電可能電力を超過することを確実に防止できる。

なお、上述実施例においては、バッテリ６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、バッテリ電圧に応じて推定し、応答遅れ係数ｋを設定することもできる。また、バッテリ６の充電可能電力の低下は、図６に示すように、バッテリ６の充放電可能電力に応じて推定し、応答遅れ係数ｋを設定することもできる。
ここで、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の充電状態とバッテリ温度より算出され、バッテリ温度に対して変化する。例えば、放電可能電力は、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、充電可能電力は、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、バッテリ温度が高温下（例えば、６０℃）では小さくなる傾向がある（Ｐ１３、Ｐ２３）。これに対して、充放電可能電力は、バッテリ温度が常温（例えば、２５℃以上）では充分な放電電力を確保でき、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）。
これより、バッテリ温度の高温時には、充電可能電力と放電可能電力が低下するので、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を急になるように制御することで、発電出力を素早く低下させ、バッテリ温度が上昇した状態であっても、充電可能電力を超過することを確実に防止できる。
また、上述実施例においては、エンジン２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。

この発明は、ハイブリッド車両において、バッテリの劣化を防止し得るものであり、エンジンによって発電するモータを備えた各種方式のハイブリッド車両や発電システムに適用することができる。

１ 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 電路
８ 電路
９ 電気負荷部品
１０ 制御装置
１１ 通信回線

Claims (3)

1. エンジンに接続され当該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モータまたは前記バッテリから電力を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前記バッテリの温度に応じて低下するように少なくとも前記エンジンまたは前記第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。
2. 前記制御装置は、前記第１モータの発電出力の減少速度を急になるように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。
3. 前記制御装置は、前記充電可能電力の低下を、バッテリ温度、または、バッテリ電圧に応じて推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両。

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