JP2018034542A

JP2018034542A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2018034542A
Application number: JP2016167039A
Authority: JP
Inventors: 寛史吉田; Hiroshi Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: JP6696358B2

Abstract

【課題】極低温時においてもモータジェネレータ（ＭＧ）を発電機として機能させてエンジン回転数を低下可能とする。
【解決手段】エンジン５８と、第１、第２ＭＧ５２，５４とバッテリ１０とを備え、エンジン５８を停止させる際に、第１ＭＧ５２を発電機として機能させてエンジン５８の回転数を低下させるハイブリッド車両１００の制御装置２０であって、バッテリ１０の充放電履歴に基づいてバッテリ１０の入力電力制限値を算出し、バッテリ１０への入力許可電力を調整する入力許可電力調整部４０と、バッテリ温度に基づいて、回生制動によりバッテリ１０に入力される回生電力の回生禁止閾値を設定する回生電力制限値設定部４６と、バッテリ温度が所定値以下の場合で、入力電力制限値の絶対値が回生禁止閾値の絶対値より小さい場合に回生制動を禁止する回生制動禁止部４８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンとモータジェネレータとバッテリとを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンとモータジェネレータによって駆動されるハイブリッド車両が多く用いられている。このようなハイブリッド車両では、エンジンの始動停止が頻繁に繰り返される。エンジンの停止に際しては、モータジェネレータを発電機として機能させてエンジン回転数を低下させる方法が用いられる。この際、モータジェネレータで発電した電力は、バッテリに充電される（例えば、特許文献１参照）。

一方、ハイブリッド車両に搭載されるバッテリとして、リチウムイオン二次電池の適用が進められている。リチウムイオン二次電池は、エネルギ密度が高く、出力電圧が高いことから、大きな電池容量および高電圧を必要とする車載バッテリに適している。

しかしながら、リチウムイオン二次電池は、使用態様（例えば、ハイレートで充電、高充電状態（高ＳＯＣ）からの充電、長時間充電継続、低温での充電（抵抗が高い状態での充電））において、リチウムイオン二次電池の負極表面にリチウム（Ｌｉ）金属が析出するおそれがあり、結果として、リチウムイオン二次電池の劣化あるいは性能低下を招くおそれがある。そのため、充放電時の履歴に基づきバッテリへの入力許可電力を調整し、リチウムイオン二次電池の負極でのリチウム金属の析出を抑制する制御が提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、バッテリの電流に基づいて、リチウム金属が析出しない最大電流値を逐次算出するとともに、バッテリ電流が当該最大電流値を超えないように、バッテリへの入力許可電力を調整する。

この制御では、バッテリへの充電電力が高いレート（時間変化率）で制限されるため、これに応じて回生制動力も制限されることになる。そこで、リチウムイオン二次電池を搭載したハイブリッド車両において、リチウム金属の析出を抑制するように充電電流を制限する制御を実行した上で、油圧制動と回生制動との間のブレーキ協調制御を両立することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１４−１１３８６９号公報国際公開第２０１０／００５０７９号パンフレット特開２０１２−２２３０４４号公報

ところで、リチウムイオン二次電池は、温度が低いほど負極表面にリチウム（Ｌｉ）金属が析出しやすくなるので、極低温時に回生制動を長時間継続するとバッテリへの入力許可電力が大きく制限される。このため、エンジン停止の際にモータジェネレータで発電した電力をバッテリに充電できず、モータジェネレータを発電機として機能させてエンジン回転数を低下させられない場合がある。この場合、エンジンの回転数を低下させるのに時間がかかってしまい、エンジンと周辺部品との共振帯での時間が長くなることにより、音や振動が発生してしまう場合がある。

そこで、本発明は、極低温時においても、モータジェネレータを発電機として機能させてエンジン回転数を低下可能とすることを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、リチウムイオン二次電池からなるバッテリとを備え、前記エンジンを停止させる際に、前記モータジェネレータを発電機として機能させて発電電力を前記バッテリに入力し、前記エンジンの回転数を低下させるハイブリッド車両の制御装置であって、前記バッテリの充放電履歴に基づいて、前記バッテリへの入力電力の制限値を算出し、前記バッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整部と、前記バッテリの温度に基づいて、前記モータジェネレータの回生制動により前記モータジェネレータから前記バッテリに入力される回生電力の制限値を設定する回生電力制限値設定部と、前記バッテリの温度が所定値以下の場合で、前記入力許可電力調整部によって算出された入力電力の制限値の絶対値が、前記回生電力制限値設定部により設定された回生電力の制限値の絶対値より小さい場合には、前記モータジェネレータによる回生制動を禁止する指令を出力する回生制動禁止部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、極低温時においてバッテリへの入力可能電力が大きく制限されることを抑制することができる。これにより、極低温時においてもモータジェネレータを発電機として機能させてエンジン回転数を低下させることが可能となる。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置の構成及びハイブリッド車両の構成を示す構成図である。リチウムイオン二次電池の充電時間と正極電位および負極電位の推移を示す説明図である。リチウムイオン二次電池の構成の一例を示す模式図である。許容入力電流値を算出するにあたりリチウムイオン二次電池の放置による電流回復量を説明するための図である。本発明の実施形態のハイブリッド車両の制御装置におけるバッテリへの入力電力の制限値を求める式（ＩＶ）の構成を説明するための図である。本発明の実施形態のハイブリッド車両の制御装置における充放電制御のフローチャートである。本発明の実施形態のハイブリッド車両の制御装置における回生制動禁止部の回生禁止動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態のハイブリッド車両の制御装置における回生制動禁止部の回生制動禁止解除動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態のハイブリッド車両の回生電力制限値設定部に格納されている回生電力の制限値（回生禁止閾値）と回生許可閾値のマップである。本発明の実施形態のハイブリッド車両の制御装置におけるバッテリの入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の変化とバッテリ電力の変化とを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。最初に図１を参照しながら、本実施形態の制御装置２０が搭載されるハイブリッド車両１００について説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両１００は、エンジン５８と、第１モータジェネレータ５２と、第２モータジェネレータ５４と、リチウム二次電池で構成されたバッテリ１０と、バッテリ１０の直流電力を第１、第２モータジェネレータ駆動用の交流電力に変換すると共に、第１、第２モータジェネレータが発電した交流電力をバッテリ１０への充電用の直流電力に変換するインバータ５０と、を備えている。エンジン５８の出力軸と第１、第２モータジェネレータ５２，５４の出力軸は、動力分配統合機構５６に接続されている。動力分配統合機構５６は、エンジン５８の出力トルクを、駆動輪６０を駆動するトルクと、第１、第２モータジェネレータを発電機として機能させるためのトルクと、に分配すると共に、第１、第２モータジェネレータ５２，５４の出力トルクとエンジン５８の出力トルクとを統合して駆動輪６０に伝達することができる。バッテリ１０とインバータ５０との間には、バッテリ１０の電圧を検出する電圧センサ１６が取り付けられている。また、バッテリ１０の出力端子に接続された電力ラインにはバッテリ１０の充放電電流（以下「バッテリ電流」ともいう）を検出する電流センサ１４が取り付けられている。また、バッテリ１０には、バッテリ１０の温度を検出する温度センサ１２が取り付けられている。電圧センサ１６、電流センサ１４、温度センサ１２は、後述する制御装置２０のバッテリＥＣＵ２２に接続されている。なお、本実施形態のようにモータジェネレータを２つ設けず、１つのモータジェネレータによってハイブリッド車両を構成してもよい。

上記のように構成されたハイブリッド車両１００のエンジン５８、第１、第２モータジェネレータ５２，５４は、後述する制御装置２０によって回転数、トルク等が調整される。エンジン５８を始動する際には、第１モータジェネレータ５２を電動機として機能させてエンジン５８を駆動方向に回転させる。逆にエンジン５８を停止させる際には、第１モータジェネレータ５２を発電機として機能させてエンジン５８に回転方向と逆方向のトルクを加える。この際、第１モータジェネレータ５２で発電された電力は、インバータ５０を介してバッテリ１０に充電される。

図１に示すように、本実施形態における制御装置２０は、バッテリ１０の状態を監視するバッテリ用電子制御ユニット２２（以下「バッテリＥＣＵ２２」という）と、バッテリ１０の充電状態を推定するＳＯＣ推定部２４と、第１モータジェネレータ５２および第２モータジェネレータ５４を駆動制御するモータ用電子制御ユニット２８（以下「モータＥＣＵ２８」という）と、エンジン５８の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するとともにエンジン５８に対して燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を行うエンジン用電子制御ユニット２６（以下「エンジンＥＣＵ２６」という）と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット３０（以下「ＨＶＥＣＵ３０」という）と、充放電時に充放電履歴に基づき、リチウムイオン二次電池からなるバッテリ１０の負極電位がリチウム基準電位まで低下しないようにバッテリ１０への入力許可電力を調整する入力許可電力調整部４０と、バッテリ１０の温度に応じて回生電力の制限値を設定する回生電力制限値設定部４６と、第１、第２モータジェネレータ５２、５４による回生制動を禁止する指令を出力する回生制動禁止部４８と、を備えている。

図２に示すように、バッテリ１０として用いるリチウムイオン二次電池は、充電の継続により、正極平均電位が上昇する一方、負極平均電位が下降することで正負極間の電位差（Ｖａｖ）が大きくなる。ここで、負極電位がＬｉ基準電位（０Ｖ）以下となると負極表面にＬｉ金属が析出することが知られている。そのため、従来からリチウムイオン二次電池を充電する際には、正負極間の平均電位の電位差である正負極間の端子電圧を所定電位（例えば、４．１Ｖ）以内に抑制することで負極表面のＬｉ金属の析出を回避している。

しかしながら、電池のセル内部（正負極表面）には反応バラツキがあるため、図２における時刻ｔ０以降のように、例え正負極平均電位の電位差（Ｖａｖ）が所定電位（Ｖｌｉｍ）以内であったとしても、負極における局所的な部位の負極電位（負極局所電位と称す）としては、Ｌｉ基準電位（０Ｖ）以下に達し、該当する負極表面にはＬｉ金属が析出する場合がある。また、このようなＬｉ金属の析出プロセスは、ハイレート（例えば２０Ｃ以上）での充電、高充電状態（高ＳＯＣ）からの充電、長時間の充電継続、低温（電池セルの内部抵抗が高い状態）での充電などにおいて発生しやすい。

なお、図３に示すように、セル電位は、リチウムイオン二次電池のセルにおける正極７４と負極７６との電位差であり、負極電位は、負極７６とＬｉ基準電極７８（電位０Ｖ）との電位差であり、また正極電位は、正極７４とＬｉ基準電極７８（電位０Ｖ）との電位差である。また、Ｌｉ基準電位以下にならないように、正極平均電位を引き下げることも考えられるが、かかる場合には、バッテリ１０に対する要求性能を満足できない場合が生じる。

そこで、本実施の形態における制御装置２０は、局所的にも負極電位が、Ｌｉ基準電位０Ｖに達するのを抑制するため、入力許可電力調整部４０を有している。

次に、上述した制御装置２０の各構成について詳細に説明する。図１に示すように、バッテリＥＣＵ２２には、バッテリ１０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ１０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、電流センサ１４からの充放電電流、温度センサ１２からのバッテリ温度ＴＢなどが入力され、記憶される。また、ＳＯＣ推定部２４では、バッテリＥＣＵ２２に入力された電流センサ１４から実測される時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を積算して充電状態（ＳＯＣ、残容量）も推定している。なお、積算には、実測された時間ｔのバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）により補正された推定電流値を用いることが好適である。また、バッテリ起電圧など他の情報を利用してより正確なＳＯＣ推定を採用することができる。

ＨＶＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３２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、ＣＰＵ３２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ３４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ３６と、タイマー３８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。ＨＶＥＣＵ３０には、図示しないイグニッションスイッチからのイグニッション信号や、図示しないアクセルセンサからの信号や、その他センサからの信号を受け、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報が入力される。ここで、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報に基づき、ＨＶＥＣＵ３０においてトルク指令が決定され、ＨＶＥＣＵ３０からモータＥＣＵ２８、エンジンＥＣＵ２６にトルク指令が出力され、このトルク指令に合致するように第１、第２モータジェネレータ５２、５４及びエンジン５８の駆動が制御される。また、ＨＶＥＣＵ３０は、エンジンＥＣＵ２６やモータＥＣＵ２８、バッテリＥＣＵ２２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２６やモータＥＣＵ２８、バッテリＥＣＵ２２と各種制御信号やデータのやりとりを行っている。また、ＲＯＭ３４には、後述する入力許可電力調整部４０において算出される許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）、Ｉ_lim’（ｔ）及びバッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を算出するためのプログラムが格納され、一方、ＲＡＭ３６には、バッテリＥＣＵ２２から出力されたバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）及びバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）を一時的に記憶するとともに、入力許可電力調整部４０にて算出された許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）、Ｉ_lim’（ｔ）及びバッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）も一時的に記憶するとともに、各種演算に必要なデータを記憶する。

また、入力許可電力調整部４０は、許容入力電流値算出部４２と入力電力制限値算出部４４とを備え、例えば１００ｍｓｅｃ毎に得られるバッテリ１０の入力電力制限値Ｗｉｎ（ｔ）を基にバッテリ１０への入力許可電力を調整している。

許容入力電流値算出部４２は、バッテリＥＣＵ２２より出力されＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６に一時記憶された時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）（以下「ＩＢ［ｔ］」ともいう）とバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）（以下「ＴＢ［ｔ］」ともいう）と、ＳＯＣ推定部２４において推定された時間ｔにおける充電容量値ＳＯＣ（ｔ）とを用い、ＨＶＥＣＵ３０のＲＯＭ３４に格納されているプログラムに基づき、充電時における単位時間当たりの許容入力電流値減少量Ｆ又はｆ、又は放電時の単位時間当たりの許容入力電流値回復量Ｆ’又はｆ’（後述する式（Ｉ’）のＦと（ＩＩ’）のｆに相当）を求めるとともに、放置による単位時間当たりの許容入力電流値回復量Ｇ又はｇを求め、これに基づいてバッテリへの許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）を算出する。ここで、許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）は、前回算出した前回算出許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ−１）に基づいて算出するが、初回のみ設定許容入力電流値Ｉ_lim（０）を用いる。この初回のみ用いる設定許容入力電流値Ｉ_lim（０）は、充放電履歴の影響がない状態から充電した場合に、単位時間以内にＬｉ金属が析出しない最大電流値として求められる。

本実施の形態において、充電中の場合、許容入力電流値算出部４２は、以下に示す式を用いて許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）（以下、「Ｉ_lim［Ｔ］」、「Ｉ_lim［ｔ］」ともいう）を算出する。まず、充放電履歴がない場合は、すなわち初回のみ以下の式（Ｉ）により求められる。すなわち、充放電履歴がない状態における許容入力電流値Ｉ_lim（０）から、充放電継続による許容入力電流値減少量Ｆまたは許容入力電流値回復量Ｆ’、放置による許容入力電流値回復量Ｇを減算する。

式（Ｉ）中において、以下の通りである。

：充放電履歴の影響がない状態から充電した場合に、単位時間以内にＬｉ金属が析出しない最大電流

：履歴なしの状態から時間Ｔまで継続された充電による許容電流値減少項
（放電の場合は正となるため、回復項）

：時間による回復項

また、充電中であって、充放電履歴がある場合は、以下の式（ＩＩ）により求められる。

式中、Ｉ_lim［Ｔ］及びＩ_lim［ｔ］：時間Ｔ，ｔにおける許容入力電流値
ＩＢ［ｔ］：時間ｔにおけるバッテリ電流値
ＴＢ［ｔ］：時間ｔにおけるバッテリ温度値
ＳＯＣ［ｔ］：時間ｔにおけるバッテリＳＯＣ値
ｆ（）関数：単位時間当たりの充電による許容電流減少項
ｇ（）関数：放置による単位時間当たりの許容電流回復項

Ｉ_lim［ｔ］＝０の場合、バッテリ１０の負極活物質中のＬｉイオンが飽和状態になることを示すことから、Ｉ_lim［０］−Ｉ_lim［ｔ］は、バッテリ１０の負極活物質中のＬｉイオン量を示す。一方、図４に示すように、時間による許容入力電流値の回復量は、負極活物質中のＬｉイオンが減少することによって得られ、その大きさはＬｉイオンの量に比例する。したがって、単位時間（ｄｔ）前の時間（ｔ−１）におけるＩ_lim［ｔ−１］の関係は、Ｉ_lim［０］とＩ_lim［ｔ−１］との差に比例し、さらに差を無次元化するためにＩ_lim［０］で除すことにより得ることができる。

一方、放電中の場合には、それぞれ上記式（Ｉ）及び（ＩＩ）の式中のＦ（）の関数及びｆ（）の関数における符号がマイナスからプラスに変わり、以下のようになる。

式中、Ｆ（）関数及びｆ（）関数：単位時間当たりの放電による許容電流回復項を示す以外は、上述同様であるためここでは説明を省略する。

さらに、本実施の形態において、許容入力電流値算出部４２では、使用により性能低下することを考慮し、さらにＬｉ金属析出を経時劣化を考慮して、上述の式より得られたＩ_lim［Ｔ］及びＩ_lim［ｔ］に劣化係数ηを乗じ、二次電池の経時劣化を考慮したＩ_lim’［Ｔ］及びＩ_lim’［ｔ］を求めている。

Ｉ_lim’［Ｔ］＝Ｉ_lim［Ｔ］×η 、又は、
Ｉ_lim’［ｔ］＝Ｉ_lim［ｔ］×η ・・・ (III)
式中、η：劣化係数。

上記劣化係数ηは、一定の値であっても、またＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６に予め格納された二次電池の充放電頻度と劣化係数との関係からなるマップに基づき変化する変数でもよい。

また、本実施の形態の入力電力制限値算出部４４は、フィードバック制御の制御遅れなどによりバッテリ電流値ＩＢが、Ｉ_lim’（ｔ）を超えて流れることを防止することを目的とし、バッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を算出する。すなわち、バッテリＥＣＵ２２より出力されＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６に一時記憶された時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）と許容入力電流値算出部４２において算出された許容入力電流値Ｉ_lim’（ｔ）に基づき、例えばＩ_lim（ｔ）に対して所定量オフセットさせるようにして入力電流制限目標値Ｉ_tagを一旦算出する（図５参照）。そして、得られたＩ_tagに基づいて下式（ＩＶ）によりバッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を算出する。

入力電力制限値算出部４４は、図５に示すように、式（ＩＶ）で求められる入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）により充電を制御することで、バッテリ電流値ＩＢをＩ_lim’（ｔ）以下にして、負極７６においてＬｉ金属が析出することを抑制することが可能となる。

Ｗ_in（ｔ）＝ＳＷ_in（ｔ）
−Ｋ_p×｛ＩＢ（ｔ）−Ｉ_tag1（ｔ）｝
−Ｋ_i×∫｛ＩＢ（ｔ）−Ｉ_tag2（ｔ）｝ｄｔ・・・（ＩＶ）

式中、Ｗ_in（ｔ）：時間ｔにおけるバッテリ入力電力制限値（Ｗ）
ＳＷ_in（ｔ）：予め設定されたバッテリ入力電力制限規定値（例えば、バッテリ温度から定められたバッテリ１０のベース入力電力制限規定値）
Ｋ_p：ｐ項フィードバックゲイン
Ｋ_i：ｉ項フィードバックゲイン
Ｉ_tag1（ｔ）：ｐ項フィードバック制御による電流制限目標値
Ｉ_tag2（ｔ）：ｉ項フィードバック制御による電流制限目標値
ＩＢ（ｔ）：時間ｔにおけるバッテリ電流値

なお、ＳＷ_in（ｔ）は、例えば、予め設定された、バッテリ１０の温度などと入力電力制限規定値との関係のマップにより求められる。

また、上記Ｉ_tag1（ｔ）及びＩ_tag2（ｔ）は以下の式（Ｖ）により得られる。

Ｉ_tag1（ｔ）＝Ｆ_p（Ｉ_lim’（ｔ））、及び、
Ｉ_tag2（ｔ）＝Ｆ_i（Ｉ_lim’（ｔ））・・・（Ｖ）

式（Ｖ）において、Ｉ_tag1（ｔ）及びＩ_tag2（ｔ）は、上述のようにＩ_lim’（ｔ）に対し、それぞれ所定量だけオフセットさせた量として求められる。従って、Ｉ_tag1，Ｉ_tag2と、Ｉ_lim’（ｔ）の関係をＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６にマップとして予め格納しておき、これを参照してＩ_tag1，Ｉ_tag2を求めるとよい。なお、二次電池の劣化や二次電池の制御を考慮して、マップを作成しておくことにより、さらに局所的な負極電位低下によるＬｉ金属析出を抑制することができる。

また、本実施の形態における制御装置２０は、バッテリ１０の使用による性能低下を抑制するために、リチウムイオン二次電池の上限電圧が予め設定された上限電圧を超えないように制御する上限電圧制御部をさらに有してもよい。上限電圧制御部としては、例えば、ＨＶＥＣＵ３０において、予め設定された上限電圧値と、図示しない電圧センサから出力される実際のバッテリ電圧値とを比較して、充電量を制御する。このように、充電電圧に上限値を設定することで、セルに不当に大きな電圧が印加されることを防止することが可能となる。

次に、本実施の形態における制御装置２０を有するハイブリッド車両１００におけるバッテリ１０の充放電制御の動作について、図１と図６を用い、以下に説明する。まず、温度センサ１２にて時間ｔにおけるバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）が測定され、電流センサ１４にて時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）が測定される（図６のステップＳ１１０）。バッテリＥＣＵ２２は、温度センサ１２から出力された時間ｔにおけるバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）と、電流センサ１４から出力された時間ｔにおけるバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を記憶するとともに、ＳＯＣ推定部２４に時間ｔにおけるバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）及びバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を出力し、さらに、時間ｔにおけるバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）及びバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）をＨＶＥＣＵ３０に出力する。ＨＶＥＣＵ３０のＲＡＭ３６は、入力された時間ｔにおけるバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）及びバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を一時的に記憶する。ＳＯＣ推定部２４では、入力された時間ｔにおけるバッテリ温度値ＴＢ（ｔ）及びバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）を基に、時間ｔにおける充電容量値ＳＯＣ（ｔ）を推定する（図６のステップＳ１１２）。

次いで、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などからＨＶＥＣＵ３０が回生中であると判定した場合（図６のステップＳ１１４）、回生エネルギのバッテリ１０への充電が開始される。許容入力電流値算出部４２は、上述した式（Ｉ）又は式（ＩＩ）を用いて許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）を算出し（図６のステップＳ１１８）、さらに、式（ＩＩＩ）を用いて、二次電池の経時劣化を考慮した許容入力電流値Ｉ_lim’（ｔ）を算出する（図６のステップＳ１２０）。

さらに、許容入力電流値算出部４２により出力された許容入力電流値Ｉ_lim’（ｔ）と時間ｔにおける実際のバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）とを基に、入力電力制限値算出部４４において、式（ＩＶ）及び式（Ｖ）を用い、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を算出する（図６のステップＳ１２２）。すなわち、充電継続による許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）の減少分（Ｆ項による減少分）を更新する。そして、バッテリ１０への入力電力を算出された入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）に制限する（図６のステップＳ１２４）。すなわち、ＨＶＥＣＵ３０は、モータトルク指令を決定し、モータＥＣＵ２８を介してインバータ５０を制御するが、この際にバッテリ１０への入力電力がＷ_in（ｔ）以下になるように、モータトルク指令（充電するための負のトルク指令）を調整する。

また、回生中ではないが、バッテリ１０のＳＯＣに基づき充電要求が発生した場合にも、上述した図６のステップＳ１１８からステップＳ１２４の動作を行う。なお、この場合には、通常第２モータジェネレータ５４からの発電電力がバッテリ１０に供給される。

また、回生中ではなく、走行に際してバッテリ１０が充電中でない場合には、許容入力電流値算出部４２において、上述した式（Ｉ’）又は式（ＩＩ’）を用いて許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）が算出され（図６のステップＳ１２６）、さらに、式（ＩＩＩ）を用いて、二次電池の経時劣化を考慮した許容入力電流値Ｉ_lim’（ｔ）が算出される（図６のステップＳ１２８）。すなわち、放電継続による許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）の回復分（Ｆ項による回復分）または放置による増加分（Ｇ項による回復分）を更新する。

また、許容入力電流値算出部４２により出力された放電時または放置時の更新をした許容入力電流値Ｉ_lim’（ｔ）と時間ｔにおける実際のバッテリ電流値ＩＢ（ｔ）とを基に、入力電力制限値算出部４４において、式（ＩＶ）及び式（Ｖ）を用い、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を算出する（図６のステップＳ１２２）。さらに、算出された入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を基に、バッテリ１０への入力許可電力を制限する（図６のステップＳ１２４）。ここで、放電時または放置時は、バッテリ１０への充電が行われないので、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）が更新されるだけで、第１、第２モータジェネレータ５２，５４の駆動（出力トルク）制御は、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）と無関係に行われる。

上述のように制御されることにより、バッテリ１０への入力電力は、入力電力制限規定値のベース電力値であるＳＷ_in（ｔ）に対し、バッテリ電流値ＩＢに応じたフィードバック制御を行ったものになる。そして、このフィードバック制御においては、金属リチウムを析出させないための許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）またはこれに電池劣化を考慮したＩ_lim’（ｔ）に対し所定のオフセット（制御マージン）を付与したＩ_tag1（ｔ）またはＩ_tag2（ｔ）に応じたものであり、フィードバック制御による制御遅れなどにより、バッテリ電流値ＩＢがＩ_tag1（ｔ）またはＩ_tag2（ｔ）を超えてしまうことを効果的に防止することができる。さらに、Ｉ_tag1（ｔ）（またはＩ_tag2（ｔ））は、充放電の履歴を考慮している。すなわち、式（Ｉ）、（ＩＩ）、（Ｉ’）（ＩＩ’）、（ＩＩＩ）に示すように、充放電継続時間に基づく許容入力電流の減少、回復や、放置に許容入力電流の回復を考慮している。従って、その時のバッテリ１０の状態に応じた金属リチウム析出防止を図ることができる。

ここで、図１０を参照しながら、以上のような動作によるバッテリ１０の出力電力（放電電力）、入力電力（充電電力）の変化、すなわち、バッテリ電力（充放電電力）の時間変化とバッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の時間変化の一例について説明する。図１０において実線ｃはバッテリ電力（充放電電力）の時間変化を示し、一点鎖線ｄはバッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の時間変化を示す。なお、ここでは、時刻０〜時刻ｔ２の直前までの変化について説明する。時刻ｔ２以降の変化については後述する。

図１０の時刻０近傍では、バッテリ１０は、充放電を繰り返しており、許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）は、減少と回復を交互に繰り返す。このため、バッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）は、バッテリ１０の温度等から予め定められたバッテリ入力電力制限規定値ＳＷ_in（ｔ）となっている。そして、図１０に示すように、回生制動等により、バッテリ１０に電力が継続的に入力されると、図５を参照して説明したように、許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）、Ｉ_tag（ｔ）の絶対値が小さくなり、図５、図１０に示す時刻ｔ１以降、図１０の一点鎖線ｄに示すように、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値はバッテリ入力電力制限規定値ＳＷ_in（ｔ）の絶対値よりも小さく制限される。

図１０に示す時刻ｔ１以降も回生制動等によるバッテリ１０への電力の入力が継続すると、許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）の絶対値は継続的に減少していくので、図１０の一点鎖線ｄに示すように、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値は時間とともに減少していく。図１０の実線ｃに示すように、バッテリ電力（充放電電力）は制御装置２０によって入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を超えないように制御されるので、バッテリ１０に入力可能な回生電力の絶対値は次第に減少してくる。

次に、本実施形態の制御装置２０の回生電力制限値設定部４６について説明する。回生電力制限値設定部４６は、図９に実線ａで示すようなバッテリ温度ＴＢに応じた回生電力の制限値である回生禁止閾値（ｋＷ）と、図９に一点鎖線ｂで示すようなバッテリ温度ＴＢに応じて回生制動の禁止解除を行う回生許可閾値（ｋＷ）のマップを格納している。回生禁止閾値（ｋＷ）、回生許可閾値（ｋＷ）ともマイナスの数値である。図９に示す温度Ｔ０は、例えば、−１０〜−１５℃程度である。図１に示すように、回生電力制限値設定部４６はバッテリＥＣＵ２２、回生制動禁止部４８と接続されており、バッテリＥＣＵ２２から入力されるバッテリ温度ＴＢに応じて回生禁止閾値（ｋＷ）と回生許可閾値（ｋＷ）を回生制動禁止部４８に出力する。

回生禁止閾値は、バッテリ１０が−１０〜−１５℃以下の極低温状態にある場合に、エンジン停止の際に第１モータジェネレータ５２から入力される最大電力値に所定の余裕を加えた数値であり、例えば、−数ｋＷの値であってよい。また、図９の実線ａ、一点鎖線ｂに示すように、回生禁止閾値（ｋＷ）、回生許可閾値（ｋＷ）の各設定値は、バッテリ１０の温度が低くなるほど、その絶対値が大きくなる。これは、リチウム二次電池は温度が低くなるほど、リチウム金属の析出が起こりやすいので、バッテリ１０の温度が低くなるほど、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が大きい間に回生制動を禁止して、バッテリ１０の入力可能電力の余裕を大きくするためである。

回生許可閾値は、その絶対値が回生禁止閾値の絶対値よりも少し大きく、回生禁止による放置状態、あるいは、放電等により、バッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が大きくなってきた場合に、回生制動禁止指令を解除するための閾値である。

回生制動禁止部４８は、バッテリＥＣＵ２２、回生電力制限値設定部４６、入力許可電力調整部４０の中の入力電力制限値算出部４４と接続されており、バッテリＥＣＵ２２から入力されるバッテリ温度ＴＢに応じて、回生電力制限値設定部４６から入力される回生禁止閾値、回生許可閾値と入力電力制限値算出部４４から入力される入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）とを比較し、回生制動を禁止する指令及び、回生制動禁止を解除する指令をＨＶＥＣＵ３０に出力する。

以下、図７、図８を参照しながら、回生制動禁止部４８の動作について説明する。

回生制動禁止部４８は、バッテリＥＣＵ２２を介してバッテリ温度ＴＢを測定する（図７のステップＳ２１０）。そして、バッテリ温度ＴＢが所定の閾値以下、例えば、−１０〜−１５℃程度の極低温状態にあるかどうか判断する（図７のステップＳ２１２）。そして、図７のステップＳ２１２でＹｅｓと判断した場合には、図７のステップＳ２１４に進み、回生電力制限値設定部４６から、回生電力の制限値である回生禁止閾値を取得する。そして、図７のステップＳ２１６に進み、入力電力制限値算出部４４からバッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を取得する。そして、図７のステップＳ２１８に進み、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値と回生禁止閾値の絶対値とを比較し、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が回生禁止閾値の絶対値よりも小さい場合には、図７のステップＳ２２０に進み、第１、第２モータジェネレータ５２，５４による回生制動を禁止する指令をＨＶＥＣＵ３０に出力する。これにより、ＨＶＥＣＵ３００は、第１、第２モータジェネレータ５２，５４による回生制動を禁止し、油圧ブレーキによる制動に切換える。

一方、バッテリ温度ＴＢが所定の閾値以下でない場合には、バッテリ１０は極低温状態ではなく図７のステップＳ２１２でＮｏと判断した場合には、通常の回生制動が可能と判断して回生制動を禁止せずルーチンを終了する。また、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が回生禁止閾値の絶対値よりも小さくなっていない場合には、バッテリ１０は、エンジン停止の際に第１モータジェネレータ５２から入力される電力を受け入れ可能と判断して回生制動の禁止を行わずルーチンを終了する（図７のステップＳ２１８）。

また、図８に示すように、回生制動禁止部４８は図７を参照して説明したルーチンによって出力した回生制動禁止を解除する指令を出力する。図８に示すように、回生制動禁止部４８は、バッテリ温度ＴＢを取得し、バッテリ温度ＴＢが所定の閾値以下の場合（図８のステップＳ３１０，Ｓ３１２）には、回生電力制限値設定部４６から回生許可閾値（ｋＷ）を取得し、入力電力制限値算出部４４から入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を取得する（図８のステップＳ３１４，Ｓ３１６）。そして、図８のステップＳ３１８に進み、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値と回生許可閾値の絶対値とを比較し、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が回生許可閾値の絶対値よりも大きい場合には、図８のステップＳ３２０に進み、第１、第２モータジェネレータ５２，５４による回生制動を禁止する指令を解除する指令をＨＶＥＣＵ３０に出力する。

また、回生制動禁止部４８は、バッテリ温度ＴＢが所定の閾値を超える場合には、図８のステップＳ３１２でＮｏと判断して図８のステップＳ３２０に進み、第１、第２モータジェネレータ５２，５４による回生制動を禁止する指令を解除する指令をＨＶＥＣＵ３０に出力する。

次に図１０を参照しながら、回生制動禁止部４８と、入力許可電力調整部４０の動作による、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の変化と、バッテリ電力の変化について説明する。以下、バッテリ１０の温度は、所定の閾値（例えば、−１０〜−１５℃）以下の極低温状態であるとして説明する。

先に説明したように、図１０に示す時刻ｔ１まで回生制動等によるバッテリ１０への電力の入力が継続すると、許容入力電流値Ｉ_lim（ｔ）の絶対値は継続的に減少していくので、図１０の一点鎖線ｄに示すように、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値は時間とともに減少していく。バッテリ１０の温度が所定の以下の極低温状態なので、回生制動禁止部４８は、回生電力制限値設定部４６から回生禁止閾値（ｋＷ）を、入力電力制限値算出部４４から入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を取得し、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値と回生禁止閾値の絶対値とを比較している。図１０に示す時刻ｔ２以前は、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値は回生禁止閾値の絶対値よりも大きいので、回生制動禁止部４８はＨＶＥＣＵ３０に対して回生制動を禁止する指令を出力しない。このため、ＨＶＥＣＵ３０は、第１、第２モータジェネレータ５２、５４による回生制動を継続している。

さらに、回生制動を継続すると、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値は時間とともに更に減少し、時刻ｔ２において、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が回生禁止閾値の絶対値よりも小さくなる。このため、回生制動禁止部４８は、図７のステップＳ２１８でＹｅｓと判断して、図７のステップＳ２２０に示すように、ＨＶＥＣＵ３０に対して回生制動を禁止する指令を出力する。

ＨＶＥＣＵ３０は、この指令が入力されたら、第１、第２モータジェネレータ５２，５４による回生制動を行わず、油圧ブレーキのみで制動を行うように制御する。このため、図１０の実線ｃに示すように、時刻ｔ２以降、バッテリ１０への入力電力がゼロとなる。バッテリ１０への入力電力がゼロとなると、バッテリ１０は放置状態となり、時間による許容電力の回復項（式（ＩＩ）におけるｇ（）関数）の絶対値が大きくなるので、図１０の一点鎖線ｄに示すように、時刻ｔ２以降、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値も大きくなっていく。

また、バッテリ１０の温度が所定の閾値以下の極低温なので、回生制動禁止部４８は、図８のステップＳ３１８に示すように、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値と回生許可閾値の絶対値とを比較している。そして、図１０の時刻ｔ３に入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が回生許可閾値の絶対値よりも大きくなると、回生制動禁止部４８は、図８のステップＳ３２０に示すように、回生制動禁止を解除する指令をＨＶＥＣＵ３０に出力する。この指令が入力されるとＨＶＥＣＵ３０は、第１、第２モータジェネレータ５２，５４による回生制動の要求があった場合には、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）を超えない範囲で回生制動を行う。回生制動を再開し、バッテリ１０に電力が入力されると、再び、入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が小さくなって来る。

このように、回生制動禁止部４８が回生制動の禁止指令を出力することにより、バッテリ１０の入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値は回生禁止閾値を大きく下回ることがない。回生禁止閾値は、バッテリ１０が−１０〜−１５℃以下の極低温状態にある場合に、エンジン停止の際に第１モータジェネレータ５２から入力される最大電力値に所定の余裕を加えた数値であるから、図１０の時刻ｔ５に開始されるエンジン５８の停止動作の際に、図１０に示す時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間、第１モータジェネレータ５２を発電機として機能させ、この間の発電電力をバッテリ１０に入力し、エンジン５８の回転速度を低下させることが可能となる。なお、エンジン停止動作では、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間、第１モータジェネレータ５２を電動機として機能させてエンジン５８に回転方向と同方向のトルクを加えてエンジン５８が逆回転しないようにする。そして、図１０の時刻ｔ７にエンジン５８は停止する。

このように、本実施形態の制御装置２０は、極低温時において、エンジン停止の際に第１モータジェネレータ５２から入力される最大電力値以上にバッテリ１０への入力可能電力が制限されることを抑制し、極低温時においても第１モータジェネレータ５２を発電機として機能させてエンジン５８の回転数を低下させることが可能となる。これにより、エンジン５８の回転数を低下させる時間を短縮し、エンジン５８と周辺部品との共振帯での時間を短くすることが可能となり音や振動の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、図９のマップに示すように、回生禁止閾値、回生許可閾値は、バッテリ温度ＴＢが低いほど、その絶対値が大きくなるように設定される。これにより、バッテリ温度ＴＢが低いほど入力電力制限値Ｗ_in（ｔ）の絶対値が大きくなるように制御され、バッテリ１０への入力電力の余力が大きくなる。これにより、バッテリ１０のリチウム金属の析出をより有効に抑制しつつ、エンジン停止の際に第１モータジェネレータ５２を発電機として機能させてエンジン５８の回転数を低下させることが可能となる。

１０バッテリ、１２温度センサ、１４電流センサ、１６電圧センサ、２０制御装置、２２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、２４ＳＯＣ推定部、２６エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、
２８モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、３０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、４０入力許可電力調整部、４２許容入力電流値算出部、４４入力電力制限値算出部、４６回生電力制限値設定部、４８回生制動禁止部、５０インバータ、５２第１モータジェネレータ、５４第２モータジェネレータ、５６動力分配統合機構、５８エンジン、６０駆動輪、７４正極、７６負極、７８基準電極、１００ハイブリッド車両。

Claims

エンジンと、モータジェネレータと、リチウムイオン二次電池からなるバッテリとを備え、前記エンジンを停止させる際に、前記モータジェネレータを発電機として機能させて発電電力を前記バッテリに入力し、前記エンジンの回転数を低下させるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記バッテリの充放電履歴に基づいて、前記バッテリへの入力電力の制限値を算出し、前記バッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記バッテリへの入力許可電力を調整する入力許可電力調整部と、
前記バッテリの温度に基づいて、前記モータジェネレータの回生制動により前記モータジェネレータから前記バッテリに入力される回生電力の制限値を設定する回生電力制限値設定部と、
前記バッテリの温度が所定値以下の場合で、前記入力許可電力調整部によって算出された入力電力の制限値の絶対値が、前記回生電力制限値設定部により設定された回生電力の制限値の絶対値より小さい場合には、前記モータジェネレータによる回生制動を禁止する指令を出力する回生制動禁止部と、を備えるハイブリッド車両の制御装置。