JP2017206046A - 充電状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が停止状態でなくてもバッテリの開放電圧を検出することができ、開放電圧からＳＯＣを算出することができる充電状態推定装置を提供すること。
【解決手段】エンジン２とモータ３とを駆動源とする車両１であって、モータ３に電力を供給するバッテリ５と、エンジン２のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ２３と、エンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２４と、車両１の走行中にエンジン２の効率が良好であると判定した場合、モータ３の電力制限を行なって、バッテリ５の開放電圧を検出し、解放電圧からＳＯＣを算出するＥＣＵ６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電状態推定装置に関する。

車両、特にエンジンとモータを駆動源とするハイブリッド車両に備えられたバッテリは、モータによる走行などを確実に行なうことができるように、その充電状態が監視されている。

バッテリの充電状態は、ＳＯＣ（State Of Charge）を用いて判断される。ＳＯＣは、バッテリの開放電圧に基づいて算出される。

例えば、特許文献１に記載のように、車両の停止時のバッテリ電圧により開放電圧が検出され、開放電圧とＳＯＣとのマップに基づいてＳＯＣが算出される。

特許第４７８００４５号公報

しかしながら、開放電圧は、バッテリからの充放電電流があると、なかなか安定せず、検出が難しい。このため、開放電圧の検出は、車両が停止している状態で行なっていた。

このため、車両の走行中においては、開放電圧を検出できず、バッテリのＳＯＣが算出できなかった。

そこで、本発明は、車両が停止状態でなくてもバッテリの開放電圧を検出することができ、開放電圧からＳＯＣを算出することができる充電状態推定装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、エンジンと、バッテリから供給される電力で駆動されるモータとを駆動源とするハイブリッド車両に備えられ、前記ハイブリッド車両の走行中に前記エンジンの効率が良好であると判定した場合、前記モータの電力制限を行なって、前記バッテリの開放電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を算出する制御部を有するものである。

このように本発明によれば、車両が停止状態でなくてもバッテリの開放電圧を検出することができ、開放電圧からＳＯＣを算出することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る充電状態推定装置のブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る充電状態推定装置のエンジン効率マップの例を示すグラフである。 図３は、本発明の一実施形態に係る充電状態推定装置のＳＯＣマップの例を示すグラフである。 図４は、本発明の一実施形態に係る充電状態推定装置の走行中ＳＯＣ演算処理の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る充電状態推定装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る充電状態推定装置を搭載した車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、モータ３と、インバータ４と、バッテリ５と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６と、を含んで構成されている。

エンジン２は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルのエンジンによって構成されている。

エンジン２は、不図示の燃料供給装置を備えている。燃料供給装置は、各気筒に対応するインジェクタ２１を有する。インジェクタ２１は、ＥＣＵ６に接続され、燃料噴射タイミング、燃料噴射量がＥＣＵ６によって制御される。

エンジン２は、外気を気筒内に吸入するための不図示の吸気通路を有している。吸気通路には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２は、ＥＣＵ６からの要求に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン２の吸入空気量を調整するようになっている。スロットルバルブ２２には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ２３が設けられている。

モータ３は、例えば、複数の永久磁石が埋め込まれたロータと、ステータコイルが巻きつけられたステータと、を備えた同期型モータで構成される。モータ３は、ステータコイルに三相交流電圧が印加されることでステータに回転磁界が形成され、この回転磁界によりロータが回転して駆動力を生成する。インバータ４は、ＥＣＵ６の制御により三相交流電力をモータ３に供給する。ＥＣＵ６は、トルク指令信号をインバータ４に送信して、モータ３の出力トルクがトルク指令信号に設定された指令トルクになるような三相の交流電力をモータ３に供給させる。

また、モータ３は、発電時における回転抵抗を車両１の制動に利用するように駆動される。これにより、モータ３は、回生によって発電できる機能を有する。このように、モータ３は、発電機としても機能し、バッテリ５を充電するための電力を生成できるようになっている。ＥＣＵ６は、電力指令信号をインバータ４に送信して、モータ３の出力電力が電力指令信号に設定された指定電力になるような三相の交流電力をモータ３に供給させる。

バッテリ５は、例えば、ニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等からなり、複数のセルを直列に接続して構成されている。バッテリ５は、インバータ４を介してモータ３に電力を供給する。バッテリ５には、バッテリ状態センサ５１が設けられている。バッテリ状態センサ５１は、バッテリ５の充放電電流、電圧及びバッテリ温度を検出する。バッテリ状態センサ５１は、ＥＣＵ６に接続されている。ＥＣＵ６は、バッテリ状態センサ５１の出力によりバッテリ５の充電状態や充放電電流を検知できるようになっている。

ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ６として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ６として機能する。

ＥＣＵ６の入力ポートには、上述したスロットル開度センサ２３と、バッテリ状態センサ５１とに加え、エンジン回転数センサ２４と、車速センサ２５と、アクセル開度センサ２６と、を含む各種センサ類が接続されている。

エンジン回転数センサ２４は、エンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を検出する。車速センサ２５は、車両１の車速を検出する。アクセル開度センサ２６は、不図示のアクセルペダルの操作量を表すアクセル開度を検出する。

一方、ＥＣＵ６の出力ポートには、インバータ４と、インジェクタ２１と、スロットルバルブ２２とを含む各種制御対象類が接続されている。

このような車両１において、ＥＣＵ６は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御するようになっている。例えば、ＥＣＵ６は、アクセル開度センサ２６によって検出されたアクセル開度やエンジン回転数センサ２４によって検出されたエンジン回転数などに基づいて目標駆動トルクを算出し、目標駆動トルクを車輪７に出力させるようにエンジン２、インバータ４を制御する。

ＥＣＵ６は、エンジン２およびモータ３の少なくともいずれか一方で車両１を駆動する制御を実行する。

例えば、ＥＣＵ６は、バッテリ状態センサ５１の検出結果により求められたバッテリ５の残容量が所定容量値より低い場合は、エンジン２の燃料噴射を行なわせてエンジン２を駆動させる。一方、ＥＣＵ６は、バッテリ５の残容量が所定容量値以上の場合は、エンジン２の燃料噴射を停止させ、モータ３により車両１を駆動させるモータ走行を行なう。

また、ＥＣＵ６は、車両１の走行中に、エンジン２の効率が良好であると判定した場合、エンジン２により車両１を走行させ、モータ３への供給電力を制限して、開放電圧を検出する。ＥＣＵ６は、開放電圧からＳＯＣを算出する。

ＥＣＵ６は、例えば、エンジン回転数とエンジントルクでエンジン２の効率が決まるエンジン効率マップによりエンジン２の効率を求める。エンジン効率マップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ６は、例えば、図２に示すようなエンジン効率マップによりエンジン２の効率を求める。

図２に示すように、エンジン効率マップは、エンジン回転数とエンジントルクに対応してエンジン動作点が決まる。図２には、エンジンの効率が等しいエンジン動作点を結んだ等効率線Ｌ１からＬ４が示されている。Ｌ１は、エンジン効率５０％の等効率線を示している。Ｌ２は、エンジン効率４０％の等効率線を示している。Ｌ３は、エンジン効率３０％の等効率線を示している。Ｌ４は、エンジン効率２０％の等効率線を示している。すなわち、Ｌ１からＬ４へ行くにしたがってエンジン効率が低下する。

ＥＣＵ６は、例えば、エンジン効率が４０％以上の場合、エンジン２の効率が良好であると判定する。すなわち、図２において、エンジン動作点が、Ｌ２の等効率線の内側にある場合、エンジン２の効率が良好であると判定される。

図２において、Ａで示したエンジン動作点は、エンジン２の効率が良好と判定されるが、Ｂで示したエンジン動作点は、エンジン２の効率が良好と判定されない。

ＥＣＵ６は、例えば、エンジン回転数とスロットル開度に基づいてエンジントルクを算出する。

ＥＣＵ６は、エンジン２の効率が良好であると判定した場合、インバータ４に電力指令信号またはトルク指令信号を送信して、モータ３の電力制限を行なって、バッテリ５の充放電が発生しないようにする。

ＥＣＵ６は、電力制限を行なった後、バッテリ５の開放電圧が安定したと判定したとき、ＳＯＣ演算条件が成立したとして、開放電圧を検出し、開放電圧からＳＯＣを演算する。エンジン２の効率が良好でないと判定した場合でも、ＳＯＣ演算条件が成立した場合は、開放電圧を検出しＳＯＣを演算するようにしてもよい。

ＥＣＵ６は、例えば、バッテリ５の電流値や電圧変化量が所定の状態を規定時間以上継続していた場合、バッテリ５の開放電圧が安定したと判定し、ＳＯＣ演算条件が成立したとする。規定時間は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ６は、例えば、バッテリ５の電流値が予め設定された電流上限値以下かつ電流下限値以上である状態が規定時間以上継続していた場合、バッテリ５の開放電圧が安定したと判定する。電流上限値及び電流下限値は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されている。

また、ＥＣＵ６は、例えば、バッテリ５の電圧変化量が予め設定された電圧変化量上限値以下かつ電圧変化量下限値以上である状態が規定時間以上継続していた場合、バッテリ５の開放電圧が安定したと判定する。電圧変化量上限値及び電圧変化量下限値は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されている。

電圧変化量は、予め設定された時間間隔のバッテリ５の電圧値の変化量であり、ＥＣＵ６が予め設定された時間間隔でバッテリ５の電圧値を読み込み、前回読み込んだ電圧値との減算により求める。

ＥＣＵ６は、例えば、開放電圧からＳＯＣが決まるＳＯＣマップにより開放電圧からＳＯＣを演算する。

ＥＣＵ６は、例えば、図３に示すようなＳＯＣマップによりＳＯＣを演算する。ＳＯＣマップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されている。

なお、車両１の走行中のＳＯＣ演算を行なった後は、所定時間の間は走行中のＳＯＣ演算を行なわないようにするとよい。このようにすることで、モータ３の不要な電力制限を行なうことを防ぎ、走行性能が低下することを防ぐことができる。

以上のように構成された本実施形態に係る充電状態推定装置による走行中ＳＯＣ演算処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する走行中ＳＯＣ演算処理は、車両１が走行を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行され、車両１が停車すると実行が停止される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ６は、前回走行中のＳＯＣ演算を行なってから所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過していないと判定した場合、ＥＣＵ６は、処理を終了する。

所定時間が経過したと判定した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ６は、上述したようにエンジン２の効率が良好か否かを判定する。エンジン２の効率が良好でないと判定した場合、ＥＣＵ６は、ステップＳ４に処理を進める。

エンジン２の効率が良好であると判定した場合、ステップＳ３において、ＥＣＵ６は、バッテリ５の電力制限を行なう。

ステップＳ４において、ＥＣＵ６は、上述したようにＳＯＣ演算条件が成立したか否かを判定する。ＳＯＣ演算条件が成立していないと判定した場合、ＥＣＵ６は、処理を終了する。

ＳＯＣ演算条件が成立したと判定した場合、ステップＳ５において、ＥＣＵ６は、開放電圧を検出し、開放電圧からＳＯＣを演算して、処理を終了する。

このように、上述の実施形態では、ＥＣＵ６は、車両１の走行中にエンジン２の効率が良好であると判定した場合、モータ３の電力制限を行なって、バッテリ５の開放電圧を検出し、解放電圧からＳＯＣを算出する。

これにより、走行中にエンジン２の効率が良好である場合、バッテリ５の充放電を制限したバッテリ５の電圧が安定した状態で開放電圧が検出され、ＳＯＣが演算される。このため、車両１が停止状態でなくてもバッテリ５の開放電圧を検出することができ、開放電圧からＳＯＣを算出することができる。

また、エンジン効率の良好な場合にモータ３の電力制限を行なっているので、燃費への悪影響を抑えながらバッテリ５のＳＯＣ算出を実施することができる。

また、ＥＣＵ６は、車両１の走行中にモータ３の電力制限を行なってバッテリ５のＳＯＣを算出してから、所定時間が経過するまで、車両１の走行中にモータ３の電力制限を行なってバッテリ５のＳＯＣを算出しない。

これにより、モータ３の電力制限を行なってバッテリ５のＳＯＣを算出してから、所定時間経過するまでモータ３の電力制限は行なわれない。このため、モータ３の不要な電力制限を行なうことを防ぎ、走行性能が低下することを防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、エンジン２とモータ３の二つの駆動源を搭載した車両１について示したが、駆動源を二つ以上搭載し、そのうちの少なくとも一つがバッテリ５を使用しない駆動源であり、そのうちの少なくとも一つがバッテリ５を使用する駆動源であれば、本実施形態と同様に実施可能である。

また、本実施形態においては、車両１の走行中にモータ３の電力制限を行なってバッテリ５のＳＯＣを算出してから、所定時間が経過するまで次のＳＯＣの算出を行なわないこととしたが、バッテリ５の放電電流容量や充電電流容量の積算値を閾値と比較して次の実施を判定してもよい。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ モータ
４ インバータ
５ バッテリ
６ ＥＣＵ（制御部）
２３ スロットル開度センサ
２４ エンジン回転数センサ
５１ バッテリ状態センサ

Claims (2)

1. エンジンと、バッテリから供給される電力で駆動されるモータとを駆動源とするハイブリッド車両に備えられ、
   前記ハイブリッド車両の走行中に前記エンジンの効率が良好であると判定した場合、前記モータの電力制限を行なって、前記バッテリの開放電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を算出する制御部を有する充電状態推定装置。
2. 前記制御部は、前記ハイブリッド車両の走行中に前記モータの電力制限を行なって前記バッテリの充電状態を算出した後、所定時間が経過するまで前記ハイブリッド車両の走行中に前記モータの電力制限を行なって前記バッテリの充電状態を算出しない請求項１に記載の充電状態推定装置。

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