JP2020111114A - 車両の発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンにより発電機を駆動する発電と、車両減速時のモータによる回生とが重複する場合にも、バッテリの充電制限の超過を回避して、回生電力の回収と、エンジンにより発電機を駆動する発電とを維持する。【解決手段】本発明の車両の発電制御装置は、メインバッテリと、車両を駆動するモータジェネレータと、サブバッテリと、エンジンと、エンジンの駆動力により発電する発電機と、制御装置とを備える、シリーズ式ハイブリッド車両に適用される。制御装置は、車両の減速時におけるモータジェネレータによる回生中ではない場合は、エンジンにより発電機を駆動して得られた電力を、メインバッテリに充電する。一方、モータジェネレータによる回生中である場合は、回生による電力をメインバッテリに充電し、エンジンにより前記発電機を駆動して得られた電力を前記サブバッテリに充電する。【選択図】図２

Description

本発明は車両の発電制御装置に関する。

特許文献１には、エンジンにより発電機を駆動して得られた電力を、バッテリとモータとに給電可能なシリーズ式ハイブリッド車両の制御装置に適用される発電制御が記載されている。この発電制御では、バッテリの入力量と出力量が比較され、その比較結果に基づいて、発電機による発電量とモータによる回生量とが制御される。

特開平１１−０８９００７号公報

シリーズ式ハイブリッド車両において、減速時のモータによる回生と、エンジン駆動による発電機による発電とが重複する場合に、電力供給がバッテリの充電制限を超える場合があり、この場合には、充電制限を超える余剰電力を充電できないこととなる。

本発明は上記の課題に鑑みて、エンジンにより発電機を駆動する発電と、車両減速時のモータによる回生とが重複する場合にも、バッテリの充電制限の超過を回避して、回生電力の回収と、エンジンにより発電機を駆動する発電との両者を維持できるように改良された車両の発電制御装置を提供するものである。

本発明の車両の発電装置は、メインバッテリと、車両を駆動するモータジェネレータと、サブバッテリと、エンジンと、エンジンの駆動力により発電する発電機と、制御装置とを備える、シリーズ式ハイブリッド車両に適用される。制御装置は、車両の減速時におけるモータジェネレータによる回生中ではない場合は、エンジンにより発電機を駆動して得られた電力を、メインバッテリに充電する。一方、モータジェネレータによる回生中である場合は、回生による電力をメインバッテリに充電し、エンジンにより前記発電機を駆動して得られた電力を前記サブバッテリに充電する。

本発明によればメインバッテリの充電制限の超過を回避しつつ、減速回生時の回生電力を回収することができ、かつ、発電システムによる発電を維持することができる。また、仮に減速回生がすぐ終了した場合であっても、発電システムを再始動させる必要がないため、発電システムの停止及び始動の頻度を低減することができ、燃費の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態の車両の構成を模式的に示した図である。 本発明の実施の形態の車両の発電制御装置が実行する制御のルーチンを示した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の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

図１は、本発明の実施の形態の発電制御装置が適用される車両の構成を模式的に示した図である。図１の発電制御装置は、電動自動車のＥＶシステムに、エンジンによる発電システムをアドオンしたＲＥＥＶ（航続距離延長型電気自動車）に適用される。この発電制御装置は、ベースＥＶシステム（以下、単に「ＥＶシステム」と称する）１０と発電システム２０とを有している。

ＥＶシステム１０は、第２モータジェネレータ（以下「ＭＧ２」）の回転を駆動源とする車両のＥＶ走行を制御する制御装置であるが、ここでは第２モータジェネレータへの電力供給に関連する部分のみを記載する。ＥＶシステム１０は、駆動用のメインバッテリ１１とインバータ（以下ＩＮＶ）１２とを有している。メインバッテリ１１の電力は、ＩＮＶ１２を介して、ＭＧ２に供給され、これによりＭＧ２が駆動する。ＭＧ２の駆動力は、車両の駆動輪に伝達される。

発電システム２０は、エンジン２１の動力を、バッテリに充電し、又は、ＭＧ２に供給するシステムである。発電システム２０は、エンジン２１に接続された発電機である第１モータジェネレータ（以下「ＭＧ１」）を有している。ＭＧ１は、エンジン２１の始動時にスタータモータとして機能してエンジン２１を駆動させるとともに、エンジン２１の駆動力により回転して発電する機能を有している。

ＭＧ１には、高圧バッテリであるサブバッテリ２２が、ＩＮＶ２３及び昇圧コンバータ２４を介して接続されると共に、ＥＶシステム１０のメインバッテリ１１が、ＩＮＶ２３及び昇圧コンバータ２４及び２５を介して接続されている。ＭＧ２には、ＩＮＶ１２を介してメインバッテリ１１が接続されると共に、昇圧コンバータ２５及びＩＮＶ１２を介して、サブバッテリ２２が接続されている。

車両減速時におけるＭＧ２の回生電力は、原則として、メインバッテリ１１に充電される。また、エンジン２１の駆動によりＭＧ１において発電した電力は、通常時は、メインバッテリ１１に充電される。但し、以下に説明する特定の条件下で、エンジン２１の駆動によりＭＧ１において発電した電力は、サブバッテリ２２に充電される。

図１の発電制御装置は、ベースＥＶシステムを制御するＥＶ−ＥＣＵ１４と、発電システムを制御する発電ＥＣＵ２７と、を備えている。ＥＶ−ＥＣＵ１４と発電ＥＣＵ２７とは通信システムを介してデータの送受信が可能であり、ＥＶ−ＥＣＵ１４からは、例えば、ＭＧ２のパワーＰｍ、メインバッテリ１１の最大充電量Ｍｗｉｎ、メインバッテリ１１の現在の充電状態であるＭＳＯＣ、メインバッテリ１１のバッテリ電流Ｉｂｍ、およびメインバッテリ１１のバッテリ電圧Ｖｂｍ等、本実施の形態の制御に必要なＥＶシステム１０に関する種々のデータが送信される。また、本発明の車両のＥＶシステム１０はＥＶ−ＥＣＵ１４の他にも、複数のＥＣＵを有し、発電システム２０は、発電ＥＣＵ２７の他にも、複数のＥＣＵを有している。

ところで、本実施の形態における発電システム２０において、エンジン２１の定常運転で充電を行っているときに、車両の減速によって回生電力の充電が重複して発生した場合、メインバッテリ１１への充電を継続すると、メインバッテリ１１の最大充電量Ｍｗｉｎを超過し、充電制限がかかる恐れがある。ここで、充電制限により回生発電を停止し、あるいは回生パワーを減らすことは可能であるが、回生電力の一部または全ての回収をしないことは、燃費改善の観点から望ましいことではない。

また、充電制限がかかるのを回避するための制御として、回生パワーに応じてエンジン２１からの発電量を減らすことや、車両の減速によって回生電力の充電が発生した場合に、エンジン２１を停止することが考えられる。しかし、回生パワーの変動に応じて、エンジン２１の発電量を変動させる制御では、エンジン２１の動作点を頻繁に変動させることになる。また、回生電力の充電時にエンジン２１を停止させる制御では、エンジン２１の停止と再始動の頻度を増加させることになる。エンジン動作点の頻繁な変動や、エンジン２１の停止と始動回数の増加は、エミッションの低減、燃費の低減、及び、スロットルバルブの電子制御の簡素化の観点からは好ましいものではなく、エンジン２１の定常運転による発電は、できるだけ継続することが望ましい。

このため、本実施の形態では車両の減速時の回生とエンジン定常運転での充電とが重複した場合にも、エンジン定常運転を維持しつつ、回生電力を回収するべく、以下の制御を実行する。

図２は、本実施の形態において発電ＥＣＵ２７が実行する制御のルーチンをフローチャートに示した図である。図２のルーチンでは、まずステップＳ１０２において発電システム２０に要求される発電パワーＰｅｎｇが算出される。発電パワーＰｅｎｇは、現在のメインバッテリ１１の充電状態ＭＳＯＣ及び車速をパラメータとするマップに従って算出される。

次に、ステップＳ１０４において、発電パワーＰｅｎｇのパワー制限が設定される。ここでは、発電パワーＰｅｎｇのパワー制限は、発電パワーＰｅｎｇの反数として表される充電量−Ｐｅｎｇが、メインバッテリ１１への最大充電量Ｍｗｉｎより大きく、０ｋｗより小さい範囲に制限される。

次に、ステップＳ１０６において、発電システム２０の発電指令パワーＰｇｅｎの値が、発電パワーＰｅｎｇに設定される。次に、ステップＳ１０８に進み、エンジン２１を始動するか否かが判別される。ここでは、ステップＳ１０６で算出された発電指令パワーＰｇｅｎが、エンジン２１の始動判定のために予め設定されたエンジン始動閾値より大きいか否かに基づいて、エンジン２１を始動するか否かが判別される。

ステップＳ１０８において、エンジン２１を始動すると判別した場合、すなわち、ステップＳ１０６で算出された発電指令パワーＰｇｅｎがエンジン始動閾値より大きいと判別された場合、次に、ステップＳ１１０に進み、エンジン始動フラグがＯＮとされる。エンジン始動フラグは、エンジンを始動させる場合にＯＮとされ、エンジン停止により解除されＯＦＦとされるフラグである。

次に、ステップＳ１１２に進み、サブバッテリ２２の電力を使って、エンジン２１の始動が実行される。エンジン２１の始動に際しては、サブバッテリ２２の電力がＭＧ１に供給され、ＭＧ１の回転によりクランクシャフトを駆動させることで、エンジン２１が始動される。

次に、ステップＳ１１４に進み、アクセルＯＦＦの回生判定が行われる。この判定は、ＥＶシステム１０のＭＧ２のパワーＰｍが負の値である所定値より低下しているか否かに基づいて行われる。

ステップＳ１１４において、アクセルＯＦＦの回生中であること、即ち、回生電力が発生していると判別された場合には、次に、ステップＳ１１６に進み、昇圧コンバータ２５への電力指令値Ｐｂ２ｒｅｑが０ｋＷに設定される。つまり、エンジン２１の発電電力のメインバッテリ１１への充電が停止され、エンジン２１の運転より発電した電力は、サブバッテリ２２に充電される。

次に、処理は、ステップＳ１１８に進み、発電パワーＰｅｎｇから、ＭＧ１のトルクが算出され、今回の処理は終了する。その後の制御は、従来の例えばシリーズパラレル方式における発電制御と同様であり、説明を省略する。

一方、ステップＳ１１４の処理において、アクセルＯＦＦの回生判定がＮＯと判別された場合、即ち、回生電力が発生していないと判別された場合には、次に、ステップＳ１２０に進み、昇圧コンバータ２５への電力指令値Ｐｂ２ｒｅｑが、ステップＳ１０６で設定された発電指令パワーＰｇｅｎに設定される。

次に、ステップＳ１２２に進み、昇圧コンバータ２５の電流制御が実行される。具体的には、電流目標値ＩＬｔａｇが、ステップＳ１２０で設定された電力指令値Ｐｂ２ｒｅｑを、電圧ＶＬ２で除算した値に設定されるとともに、電流目標値ＩＬｔａｇを用いて、以下の式に従って、指令ＤＵＴＹが決定される。
指令ＤＵＴＹ＝ＦＦ+ＦＢ（ＩＬｔａｇ−ＩＬ）

ステップＳ１２０〜Ｓ１２２の処理により、エンジン２１の運転により発電した電力は、メインバッテリ１１に充電されることとなる。その後、ステップＳ１１８に進み、発電パワーＰｅｎｇからＭＧ１のトルクが算出され、今回の処理が終了する。

一方、ステップＳ１０８において、エンジン２１を始動させないと判別された場合、次に、ステップＳ１２４に進み、エンジン２１を停止させるか否かが判別される。ステップＳ１２４の処理では、ステップＳ１０６において算出された発電指令パワーＰｇｅｎが、エンジン２１の停止を判定するための停止閾値より小さいか否かが判別される。

ステップＳ１２４において、エンジン２１を停止させないと判別された場合には、処理は、ステップＳ１２０に進み、ステップＳ１２０とＳ１２２との処理が実行される。即ち、エンジン２１の運転により発電された電力は、メインバッテリ１１に充電される。

一方、ステップＳ１２４において、エンジン２１を停止させると判別された場合には、ステップＳ１２６に進み、エンジン２１の停止処理が実行される。なお、この際に発生した余剰電力はサブバッテリ２２に回収される。その後、ステップＳ１１８に進み、発電パワーに応じてＭＧ１のトルクが算出される。

以上説明した通り、本実施の形態の発電制御では、アクセルＯＦＦ時の回生とエンジン２１による発電が重複した場合、エンジン２１による発電分は、サブバッテリ２２に充電される。従って、回生発電と、エンジン２１による発電とが重複した場合でも、エンジン２１の運転を直ちに停止させる必要はなく、エンジン２１の定常運転による発電を長く継続することができる。特に、アクセルＯＦＦ時の回生が短時間で終了した場合には、エンジン２１を停止させずに、エンジン２１の定常運転をそのまま継続することができる。従って、エンジン２１の停止及び始動の頻度を低減することができ、エミッションを改善することができる。また、エンジン２１の始動頻度の低減により、エンジン２１の始動のための電力消費が低減され、燃費の改善を図ることができる。また、アクセルＯＦＦ時の回生と重複した場合にも、エンジン２１の継続運転中の発電は、サブバッテリ２２に回収される。したがって、エネルギ回収を改善することができ、燃費の改善を図ることができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１０ ＥＶシステム
１１ メインバッテリ
１２ インバータ
１４ ＥＶ−ＥＣＵ
２０ 発電システム
２１ エンジン
２２ サブバッテリ
２３ インバータ
２４、２５ 昇圧コンバータ
２７ 発電ＥＣＵ

Claims (1)

1. メインバッテリと、
   車両を駆動するモータジェネレータと、
   サブバッテリと、
   エンジンと、
   前記エンジンの駆動力により発電する発電機と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記車両の減速時における前記モータジェネレータによる回生中ではない場合は、前記エンジンにより前記発電機を駆動して得られた電力を、前記メインバッテリに充電し、
   前記モータジェネレータによる回生中である場合は、回生による電力を前記メインバッテリに充電し、前記エンジンにより前記発電機を駆動して得られた電力を前記サブバッテリに充電する、
   ように構成されたことを特徴とする、車両の制御装置。

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