JP2015505778A - ハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイブリッド車両の電気的駆動部の電力管理のための方法及び装置であって、上記方法は、以下の工程、即ち、電気的駆動装置のための設定可能な電力要求と、電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力と、を検出ユニット（２１）により検出する工程（Ｓ１）と、検出された設定可能な電力要求と、検出された利用可能なバッテリ電力と、を制御ユニット（２２）によって比較する工程（Ｓ２）と、比較の結果、設定可能な電力要求よりも利用可能なバッテリ電力が小さい場合には、電気消費機器のうちの少なくとも１つを、制御ユニットにより予め設定された基準に従って、１以上の設定可能な時間間隔のうち設定された時間間隔の間、制御ユニット（２２）によって停止する工程（Ｓ３）と、を含む、上記方法及び上記装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法及び装置に関する。

米国特許出願公開第２００５０１３７７６４号明細書には、電気システムを制御するためのエネルギー管理システムが記載されている。例えばセンサのような、このエネルギー管理システムは、現在状態ベクトルを形成するための定量化された変数を伝達するためのデータ収集要素を備える。時系列予測器は、現在状態ベクトルに基づいて、推定される将来ベクトル値を生成する。電気的なシステムマネージャ（Ｓｙｓｔｅｍｍａｎａｇｅｒ）は所定の決定規則を含んでおり、この決定規則は、予期される電気的な条件に電気システムを調整するために、上記推定される将来ベクトル値に応じて呼び出される。

ここで記載されるエネルギー管理システムは、マイクロコントローラの形態による独立したエネルギー管理ユニットと、ドライバモジュール／切り替えモジュールと、をさらに備える。その際に、独立したエネルギー管理ユニットは、電気化学的なバッテリ及び発電機を含めた複数のエネルギー源からの電力入力を制御する。

米国特許出願公開第２００３０２０００１７号明細書には、車両内の電力系統内で電流源と電気消費機器とが間接的に結合されて使用される場合に、スーパーキャパシタ及びウルトラキャパシタに優先度を付けて始動順序を付ける（Ｓｔａｒｔ−Ｓｅｑｕｅｎｚｉｅｒｕｎｇ）ための車両内の装置が記載されている。この装置はさらに、電力開閉器と、ＣＡＮ（ＣＡＮ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスと、車両内に存在するエネルギー源又は電流源との更なる別のインタフェースと、を備える。さらに、ここで記載される装置は、制御電子回路に実装される負荷制限部と温度補正部とを利用する。

米国特許出願公開第２００５０１３７７６４号明細書 米国特許出願公開第２００３０２０００１７号明細書

本発明は、ハイブリッド車両の電気的なパワートレインのシステム性能を制限することなく、電気的エネルギー貯蔵器のコスト効率の良い設計を実現する、ハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法を創出する。

本発明は、ハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法を創出する。本方法は、以下の工程、即ち、電気的駆動装置のための設定可能な電力要求と、電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力と、を検出ユニットにより検出する工程と、検出された設定可能な電力要求と、検出された利用可能なバッテリ電力と、を制御ユニットによって比較する工程と、比較の結果、設定可能な電力要求よりも利用可能なバッテリ電力が小さい場合には、電気消費機器のうちの少なくとも１つを、制御ユニットにより予め設定された基準に従って、１以上の設定可能な時間間隔のうち設定された時間間隔の間制御ユニットによって停止する工程と、を含む。

本方法は、ハイブリッド電気自動車では走行駆動の間、電源と電気消費機器との間の電力の流れを制御し、調整する必要があるという基本思想に基づいている。電気消費機器の電力要求の合計が、電源の利用可能な電力よりも大きい場合には、電気消費機器に優先度を付けて、特定の電気消費機器が利用しうる電力を制限する必要がある。

運転者がハイブリッド車両に最大走行電力を要求し、同時に、例えば電気的な内部空間空調部、電気的なバッテリ加熱部、電気的な内部空間加熱部、又は電気的なＤＣ／ＤＣ変換器のような更なる別の電気消費機器が稼働状態である場合には、制御ユニットは、電気走行のために全電力を利用できるように、電気消費機器の評価又は優先度に従って、上記更なる別の電気消費機器の電力を短時間の間制限する必要がある。

本発明に係る方法には、ハイブリッド車両の電気的なパワートレインのシステム性能を制限することなく、電気的エネルギー貯蔵器のコスト効率の良い設計を実現するという更なる別の利点がある。

本発明の一実施形態によれば、電気的駆動装置のための設定可能な電力要求は、運転者により選択された走行モードによって定められる。これにより、簡単なやり方で運転者によって直接的に、電気による走行パフォーマンスに対する影響を与えることができるという利点がある。

本発明の更なる別の実施形態によれば、電気的駆動装置のための設定可能な電力要求は、制御ユニットによって、車両パラメータ又は走行パラメータを用いて定められる。このことによって、性能向上のために方法を手軽に利用することが可能となる。

本発明の更なる別の実施形態によれば、電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力は、検出ユニットの電力センサによって検出される。

本発明の更なる別の実施形態によれば、検出された調整可能な電力要求と検出されたバッテリ電力との比較の際には、差分合計が制御ユニットにより求められ、制御ユニットは、求めた差分合計を、特定の電気消費機器の停止のために予め設定された基準のうちの１つとして利用する。この場合差分合計の値によって、電気消費機器のうちのどれが停止されるのか、又は、複数の電気消費機器が同時に停止されるのかが定められうる。従って、ハイブリッド車両の効率の良い駆動形態が与えられる。

本発明の更なる別の実施形態によれば、電気消費機器として、内部空間空調ユニット、バッテリ空調ユニット、直流電圧変換ユニット、又は、内部空間加熱ユニットが利用される。

本発明の更なる別の実施形態によれば、設定可能な時間間隔は、１２０秒まで、好適に６０秒まで、特に好適に３０秒までの時間である。このことによって、電気消費機器のニーズに適った、各電気消費機器に対する様々な停止間隔の割り当てが可能となった。

本発明の更なる別の実施形態によれば、設定された時間間隔の間の電気消費機器の停止の後で、電気消費機器に、設定された時間間隔の経過後に、設定された作動間隔の間再び電力が提供される。このことによって、有利なやり方で消費機器の安全な駆動が可能となり、さらに、走行快適性を損なう、個々の消費機器の長期の停止が回避される。

本発明の更なる別の実施形態によれば、電気消費機器の停止は、電気消費機器に供給される電力が絶えず減らされることにより行われる。本実施形態は、ハイブリッド車両の電気消費機器及び電気系統が大切に利用されるという利点を有する。なぜならば、設備の構成要素にとって有害な電力ピーク又は電圧ピークが回避されるからである。

本発明は、電気消費機器と、電気エネルギー貯蔵器と、を備えたハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための装置であって、上記装置は、検出ユニットと制御ユニットとを備え、検出ユニットは、電気的駆動装置のための設定可能な電力要求と、電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力と、を検出するよう構成され、制御ユニットは、検出された設定可能な電力要求と、検出された利用可能なバッテリ電力と、を比較し、比較の結果、設定可能な電力要求よりも利用可能なバッテリ電力が小さい場合には、電気消費機器のうちの少なくとも１つを、制御ユニットにより予め設定された基準に従って、各消費電気器について制御ユニットにより定められる１以上の設定可能な時間間隔のうち設定された時間間隔の間停止するよう構成される、上記装置も創出する。

その際に、制御ユニットと検出ユニットとは、１つのユニットにより、例えば、マイクロコントローラ又はそれ以外のワンチップコンピュータシステムの形態により実現されてもよい。

本発明の更なる別の利点は、添付の図面に関する以下の明細書の以下の記載から明らかになろう。

本発明の可能な一実施形態に係るハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法の概略的なフローチャートを示す。 本発明の可能な一実施形態に係るハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための装置の概略的なブロック図を示す。 本発明の可能な一実施形態に係るハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のためのパワートレイン及びハイブリッドパワートレイン（Ｈｙｂｒｉｄｓｔｒａｎｇ）のトポロジの概略的なブロック図を示す。

図面は、同一の構成要素及び機能が同一の構成要素には、これらと異なるものが実現されていない限り、同じ符号が付される。さらに、図面の構成要素及び要素は、見易さ及び分かり易さの理由から、必ずしも縮尺に忠実には互いに再現されていない。

ハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法及び装置は、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ−Ｈｙｂｒｉｄ）、マイクロハイブリッド（Ｍｉｋｒｏｈｙｂｒｉｄ）、マイルドハイブリッド（Ｍｉｌｄｈｙｂｒｉｄ）、又はフルハイブリッド（Ｖｏｌｌｈｙｂｒｉｄ）で利用されうる。プラグインハイブリッド（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ−Ｈｙｂｒｉｄ）は、プラグインハイブリッド電気自動車又はＰＨＥＦ又はプラグインハイブリッド（Ｓｔｅｃｋｄｏｓｅｎｈｙｒｉｄ）とも呼ばれるが、ハイブリッド駆動部を備えた車両であり、ハイブリッド駆動部の電気的エネルギー貯蔵器は追加的に、ハイブリッド車両に接続可能な電力ネットワークを介して外部から充電することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法の概略的なフローチャートを示す。

本方法の第１の工程では、電気的駆動装置のための設定可能な電力要求と、電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力と、の検出Ｓ１が、検出ユニット２１によって行われる。

続いて、本方法の第２の工程では、検出された設定可能な電力要求と、検出された利用可能なバッテリ電力と、の比較Ｓ２が、制御ユニット２２によって行われる。

第３の工程では、比較の結果、設定可能な電力要求よりも利用可能なバッテリ電力が小さい場合には、制御ユニット２２により予め設定された基準に従った、１以上の設定可能な時間間隔から設定された時間間隔の間での電気消費機器のうちの少なくとも１つの停止Ｓ３が、制御ユニット２２によって行われる。

その際に、個々の処理工程は任意の順序で実現されてもよい。さらに、想定可能な形態のループによる個々の処理工程の反復、又は、複数の中断条件下での、任意の形態の反復機能としての個々の処理工程の反復が構想されうる。

例えば、各電気消費機器の効果的な作動時間への要求が予め設定される基準となりうる。例えば、直流電圧変換器は２５％まで停止されてもよく、内部空間空調装置は走行中に７５％まで停止されてもよい。

例えば、プラグインハイブリッドの場合の電気的駆動装置の出力向上のための方法が利用されないと、走行のための最大機械動力として、６５ｋＷが電気的駆動装置によって生成され、その際、７ｋＷの電力損失が発生する。しかしながら、電気的なエネルギー貯蔵器によって、総計９０．６ｋＷのバッテリ電力が提供される。なぜならば、１．６ｋＷの電力系統の電力、空調部のための７ｋＷ、及び、電気的な内部空間加熱部のための１０ｋＷが発生するからである。

同一のプラグインハイブリッド内で電気的駆動装置の出力向上のための方法を使用することによって、同様に６５ｋＷの機械動力が生成される際に、７ｋＷの電力損失が発生する。但し、本方法を使用した際に調達されるバッテリ電力は、全ての消費機器を完全に停止した状態で７２ｋＷである。この場合には、電力系統、電気的な空調部、及び、電気的な内部空間加熱部が停止される。その際に、電気消費機器の停止による機能の制限は、当該電気消費機器が停止される時間間隔が制限されているため、ほとんど気付かれない。

図２は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための装置の概略的なブロック図を示す。装置１０は、検出ユニット２１と制御ユニット２２とを有する走行管理装置２０を備える。装置１０の下位管理ユニットは、その制御タスクに従って構成されてもよい。従って例えば、図２には、バッテリ管理ユニット３１と、駆動管理ユニット３２と、電気走行（Ｅ−Ｆａｈｒｔ）管理ユニット３３と、変換管理ユニット３４と、減速管理ユニット３５と、が構成されている。下位管理ユニット３１〜３５はそれぞれ、走行管理装置２０と接続され、それぞれが固有のセンサユニット５１〜５５及びアクチュエータユニット４１〜４５を有し、このセンサユニット５１〜５５及びアクチュエータユニット４１〜４５によって、下位管理ユニットの各測定タスク及び制御タスクが遂行される。

図３は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための装置のパワートレイン及びハイブリッドパワートレインのトポロジを示す。

充電ソケット１０１が、充電インバータ１０２と接続されている。充電ソケット１０１は、充電プラグを閉鎖するための手段と、充電状態表示のための発行ダイオードと、を有する。ハイブリッドＣＡＮバス１０７を介して、充電インバータ１０２は、充電管理部１０４を備えたエンジン制御装置１０３と接続される。さらに、ハイブリッドＣＡＮバス１０７は、バッテリ管理部１０５と、パワーエレクトロニクス１０６ａと、直流電圧変換器１０６ｂと、接続される。

エンジン制御装置１０３は、例えば、近代的なエンジン制御部（エンジン制御装置又はエンジン制御ユニット（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））として設計され、ハイブリッド車両のエンジン機能の制御、調整、及び監視を行う特に開発されたコンピュータである。

駆動ＣＡＮバス１０８は、充電インバータ１０２と、エンジン制御装置１０３と、バッテリ管理部１０５と、パワーエレクトロニクス１０６ａと、直流電圧変換器１０６ｂと、の接続線を有する。さらに、駆動ＣＡＮバス１０８は、高電圧空調装置１０９と、運転者情報システム１１０と、接続される。

例えば、パワーエレクトロニクス１０６ａは、電気走行（Ｅ−Ｆａｈｒｔ）管理ユニット３３により予め設定されるハイブリッド車両の走行動作を、電動発電機システムで誘導される電圧の導入を介して実現し、電動発電機の固定子の電流の適切な選択によって、出力軸上で可変的な回転トルクを生成するよう構成される。

直流電圧変換器１０６ｂは、例えば、ハイブリッド車両の１４Ｖの電気系統又はその他の低電圧ネットワークとハイブリッド車両の高電圧ネットワークとを結合するために、入力口に供給される直流電圧をより高い電圧レベル、より低い電圧レベル、又は変換された電圧レベルの直流電圧に変換する電気回路として設計される。

駆動ＣＡＮバス１０８及びハイブリッドＣＡＮバスは、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスとして、又は、それ以外の非同期型の直列バスシステムとして、又は、それ以外のフィールドバスとして設計される。

Claims (11)

1. 電気消費機器と、電気エネルギー貯蔵器と、を備えたハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための方法において、前記方法は、以下の工程、即ち、
   −前記電気的駆動装置のための設定可能な電力要求と、前記電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力と、を検出ユニット（２１）により検出する工程（Ｓ１）と、
   −検出された前記設定可能な電力要求と、検出された前記利用可能なバッテリ電力と、を制御ユニット（２２）によって比較する工程（Ｓ２）と、
   −前記比較の結果、前記設定可能な電力要求よりも利用可能なバッテリ電力が小さい場合には、前記電気消費機器のうちの少なくとも１つを、前記制御ユニット（２２）により予め設定された基準に従って、１以上の設定可能な時間間隔のうち設定された時間間隔の間、前記制御ユニット（２２）によって停止する工程（Ｓ３）と、
   を含む、方法。
2. 前記電気的駆動装置のための前記設定可能な電力要求は、運転者により選択された走行モードによって定められる、請求項１に記載の方法。
3. 前記電気的駆動装置のための前記設定可能な電力要求は、前記制御ユニット（２２）によって、車両パラメータ又は走行パラメータを用いて定められる、請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記電気エネルギー貯蔵器の前記利用可能なバッテリ電力は、前記検出ユニット（２１）の電力センサによって検出される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記検出された調整可能な電力要求と前記検出されたバッテリ電力との前記比較（Ｓ２）では、前記制御ユニット（２２）は、これらの差分合計を求め、求めた前記差分合計を、特定の電気消費機器の停止（Ｓ３）のために前記予め設定された基準のうちの１つとして利用する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 電気消費機器は、内部空間空調ユニット、バッテリ空調ユニット、直流電圧変換ユニット、又は、内部空間加熱ユニットである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記設定可能な時間間隔は、１２０秒まで、好適に６０秒まで、特に好適に３０秒までの時間である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 設定された時間間隔の間の電気消費機器の前記停止（Ｓ３）の後、前記電気消費機器に、前記設定された時間間隔の経過後に、設定された作動間隔の間再び電力が提供される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記停止する工程（Ｓ３）では、前記電気消費機器に供給される電力が絶えず減らされる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 電気消費機器と、電気エネルギー貯蔵器と、を備えたハイブリッド車両の電気的駆動装置の電力管理のための装置において、前記装置は、検出ユニット（２１）と制御ユニット（２２）とを備え、
    ‐前記検出ユニット（２１）は、前記電気的駆動装置のための設定可能な電力要求と、前記電気エネルギー貯蔵器の利用可能なバッテリ電力と、を検出するよう構成され、
    −前記制御ユニット（２２）は、検出された前記設定可能な電力要求と、検出された前記利用可能なバッテリ電力と、を比較し、前記比較の結果、前記設定可能な電力要求よりも利用可能なバッテリ電力が小さい場合には、前記電気消費機器のうちの少なくとも１つを、前記制御ユニット（２２）により予め設定された基準に従って、１以上の設定可能な時間間隔のうち設定された時間間隔の間停止するよう構成される、装置。
11. 電気消費機器として、内部空間空調ユニット、バッテリ空調ユニット、直流電圧変換ユニット、又は、内部空間加熱ユニットが設けられる、請求項１０に記載の装置。
    

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