JP2020111281A - 車両の発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリーズハイブリッド車両の要求出力の増大時においても、エンジン及び発電用モータの過回転を抑制する。【解決手段】本発明の車両の発電制御装置は、エンジンと、エンジンの出力により駆動されて発電する発電用モータと、バッテリと、発電モータによる電力又はバッテリの出力により駆動する車両駆動用モータと、制御装置とを備える。制御装置は、車両要求出力の出力に必要なバッテリ出力を出力した場合におけるバッテリ電圧が、エンジンの現在の全出力を電力に変換するために必要なバッテリ電圧よりも小さい場合に、エンジン出力を徐々に低下させると共に、バッテリの電圧がエンジンの現在の全出力を電力に変換するために必要となる電圧以上となる範囲内で、バッテリの出力を徐々に上昇させる。【選択図】図２

Description

本発明は車両の発電制御装置に関する。より具体的には、シリーズハイブリッド車両の発電制御装置に関する。

特許文献１にはシリーズハイブリッド車両において、エンジンから駆動輪に至る駆動伝達経路のフリクションの経時変化に応じて、エンジントルクを制限することで、発電機の回転数がリミットライン以下となるようにすることが記載されている。

特開２０１０−１４３２９５号公報

シリーズハイブリッド車両では、車両が要求する出力が大きい場合、エンジンと発電用モータにより発電した電力を充電せず、発電した電力とバッテリ出力との両方を車両出力として用いて駆動用モータに供給する場合がある。

また、一般に、発電量モータ及び駆動用モータは共に、電圧によって出力が変動する特性があり、電圧が高くなると出力が高くなり、電圧が低下すると出力が低下する。一方、バッテリは、その出力によって電圧が変動する特性があり、バッテリ電圧の低下量は、バッテリ出力が高くなるほど大きくなる。つまりシリーズハイブリッド車両の発電システムでは、バッテリ出力を増大させると、バッテリ電圧の低下量が大きくなり、バッテリ電圧の低下により、発電用モータによって出力可能な発電量が低下する。

したがって、例えば、エンジンにより発電した電力を充電せずに、車両出力として用いている場合に、車両の要求出力の急増によりバッテリ出力を急激に増大させると、瞬時的なバッテリ電圧に伴い、発電用モータの発電可能な発電量も瞬時的に低下する。しかし、エンジン出力を瞬時的に低下させることは困難である。このため、エンジン出力が、発電用モータにて出力可能な発電量に対して過剰となり、エンジン及び発電機の過回転を起こすことが考えられ、これに対し、何らかの対策が望まれる。この点、特許文献１の技術は、フリクションの経時変化を考慮して過回転となる発電を予め制御するものであるが、上記のような瞬時的なバッテリ電圧の変化に対処できるものではない。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、車両の要求出力の増大時においても、エンジン及び発電用モータの過回転を抑制することが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。

本発明は、車両の発電制御装置であって、エンジンと、発電用モータと、バッテリと、駆動用モータと、制御装置とを備える。発電用モータは、エンジンの出力により駆動されて発電し、バッテリは、発電用モータによって発電した電力を充電できる。駆動用モータは、バッテリの出力及び発電用モータによって発電した電力のうち少なくとも一方により駆動され、車両を駆動する。

制御装置は、車両が要求する出力である要求出力を出力するために必要なバッテリの出力である必要出力を出力した場合におけるバッテリの電圧が、エンジンの現在の全出力を電力に変換するために必要となるバッテリの電圧よりも小さい場合に、バッテリと発電用モータによって発電した電力とによって出力できる最大出力が、要求出力となるように、バッテリの出力の目標値と、エンジンの出力の目標値と、を決定する。そして、エンジンの出力を、エンジンの出力の目標値にまで徐々に低下させると共に、バッテリの電圧が、出力低下時のエンジンの現在の全出力を電力に変換するために必要となる電圧以上となる範囲内で、バッテリの出力を、バッテリの出力の目標値に向けて徐々に上昇させる。

本発明によれば、車両の要求出力が増加して、バッテリ電圧が低下する虞がある場合、エンジン出力の低下にあわせて、発電用モータが過回転しないバッテリ電圧の範囲で、バッテリ出力を増加させていく。これにより、エンジン及び発電用モータの過回転を抑制しつつ、車両の要求出力の増加に対応することができる。

本発明の実施の形態の発電システムの全体構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態の制御の概要について説明する図である。 本発明の実施の形態の制御の概要について説明する図である。 本発明の実施の形態の制御の実行を判定するためのルーチンをフローチャートに示した図である。

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、実施の形態の車両にて搭載される発電システムの構成を模式的に示した図である。図１に示される発電システムは、バッテリ２を有している。バッテリ２には、インバータ４を介して駆動用モータ６が接続されるとともに、インバータ８を介して発電用モータ１０が接続されている。

発電用モータ１０のロータの回転軸には、エンジン１２の出力軸が連結されている。発電用モータ１０は、エンジン出力を受けてロータが回転されることで、発電することができる。なお、発電用モータ１０は、バッテリ２からの電力供給により回転駆動されることで、エンジン１２を始動するためのクランキングを行うこともできるように構成されている。

駆動用モータ６のロータの回転軸の一端側は、車軸等を介して駆動輪に連結されている。駆動用モータ６の出力は、走行用動力として駆動輪に伝達される。なお、車両の減速時又は下り坂走行時には、駆動輪から入力される動力により駆動用モータ６のロータを回転させることにより回生発電を行うこともできる。

この発電システムにおいて、エンジン１２及び発電用モータ１０によって発電された電力は、バッテリ２に充電することができる。また、この電力は、バッテリ２に充電せずに、バッテリ２の出力（以下「電池出力」とも称する）とともに、車両出力として用いて、駆動用モータ６に供給することもできる。

図示を省略するが発電システムは制御装置を有している。制御装置は例えばＣＰＵ、メモリ等を含むマイクロコンピュータによって構成される。制御装置は、インバータ４又は８を制御することで駆動用モータ６及び発電用モータ１０の各動作を制御するとともに、エンジン１２に制御信号を送り、エンジン１２の動作を制御する。

本実施の形態において制御装置が実行する制御には、電池出力とエンジン出力と発電量との制御による車両出力の制御が含まれ、この制御には、特に、電池出力と発電された電力とを共に車両出力として用いている場合において、車両要求出力が変動した場合における、以下の制御が含まれている。

図２は、制御装置が実行する制御の概要を説明するための図である。図２において、縦軸は出力、横軸はバッテリ２の電圧（以下「電池電圧」とも称する）を示している。図２に実線（ａ）で示される最大車両出力は、電池出力とエンジン１２による発電量とを加算した値である。

図２では、現在のエンジン出力をすべて発電した場合の発電量（以下「現在エンジン出力」とも称する）が（１）に示されている。また、電池電圧とエンジン１２による最大発電量との関係が、破線（ｂ）で示されている。図２において、現在エンジン出力（１）に対し、発電用モータ１０で最低限必要となる電池電圧はＶＬ１である。この電池電圧ＶＬ１における最大車両出力は（２）で示される。

ところで車両要求出力が、例えば（３）に示される出力にまで急増した場合、現在エンジン出力（１）との差分が、必要電池出力Ｐｂ＿ｒｅｑとなる。

図２では、電池出力と電池電圧との関係が、破線（ｃ）で示されている。破線（ｃ）によれば、必要電池出力Ｐｂ＿ｒｅｑ出力時における電池電圧はＶｂ＿ｒｅｑとなる。つまり、車両要求出力の変動に応じて直ちに電池出力を必要電池出力Ｐｂ＿ｒｅｑとした場合、電池電圧がＶｂ＿ｒｅｑまで低下する。その結果、発電用モータ１０によって出力可能な最大発電量（破線（ｂ））は低下して、現在のエンジン出力を、発電用モータ１０で受け止めきれない（つまり発電しきれない）差分（４）が発生し、エンジン１２及び発電用モータ１０の過回転が生じる恐れがある。

このため本実施の形態では、車両要求出力に応じた必要電池出力Ｐｂ＿ｒｅｑを出力する電池電圧Ｖｂ＿ｒｅｑが、現在のエンジン出力の発電に必要となる電池電圧ＶＬ１よりも小さい場合には、まずエンジン出力を低下させる制御を実行する（図２の（１０）の矢印参照）。低下後のエンジン出力の目標値は、最大車両出力が車両要求出力となる電池電圧Ｖｂ２におけるエンジン出力である。

エンジン出力を目標エンジン出力まで徐々に低下させることで、そのエンジン出力の発電に必要な電池電圧も徐々に低下する。従って、エンジン出力の低下にあわせて、電池出力を徐々に増加させていく（図２の（１１）の矢印参照）。電池出力の最終的な目標値は電池電圧Ｖｂ２における電池出力である。これにより、エンジン及び発電用モータの過回転を抑制しつつ、車両要求出力に応じた出力を確保することができる。

図３は、上記の制御を行なった場合における、車両出力、エンジン出力、電池出力及び電池電圧の変化を示す図である。比較のため、従来制御を行なった場合の例を破線で示している。

図３では、時点ｔ１において、車両要求出力が急増するため、エンジン出力を徐々に低下させる。エンジン出力を低下させる。そしてエンジン出力の低下にあわせて、電池出力を徐々に増加させる。これにより電池電圧が徐々に低下し、エンジン出力の低下にあわせて発電量も低下することになる。最終的に、電池出力は、最大車両出力が車両要求出力に達する電池電圧Ｖｂ２における最大発電量まで増加させる。電池電圧がＶｂ２となった時点ｔ２において、最大車両出力が車両要求出力に達し、本実施の形態の制御が終了する。このように、エンジン出力の低下にあわせて電池電圧が低下するため、エンジン１２及び発電用モータ１０の過回転を防止することができる。

なお、図３の破線に示されるように、車両要求出力にあわせて電池出力を急変させる従来の制御では、車両要求出力が急増した時点ｔ１において、電池電圧が瞬時的に急増し、電池電圧がＶｂ２にまで瞬時的に低下する。このためエンジン出力に対して発電用モータ１０への電池電圧が不足して、発電量が急激に低下している。破線に示す従来の制御では、この過剰なエンジン出力によって、エンジン１２及び発電用モータ１０が過回転を起こす虞がある。

図４は、本実施の形態おける上記の発電制御を行なうか否かを判定するルーチンをフローチャートに示した図である。図４に示されるルーチンでは、まず、ステップＳ１０２において、必要電池出力Ｐｂ＿ｒｅｑが算出される。必要電池出力は、車両要求出力から、現在エンジン出力を減算した値である。

次に、ステップＳ１０４において、算出された必要電池出力Ｐｂ＿ｒｅｑを出力した場合の電池電圧Ｖｂ＿ｒｅｑが、現在のエンジン出力の全てを発電可能な電池電圧ＶＬ１より小さいか否かが判別される。

ステップＳ１０４において、電池電圧Ｖｂ＿ｒｅｑが、発電可能な電池電圧ＶＬ１より小さいと判別された場合には、ステップＳ１０６に進み、上記の発電制御が実行される。即ち、エンジン出力を徐々に低下させ、これに伴い電池出力を徐々に増大させていく制御を実行する。

一方、ステップＳ１０４において、電池電圧Ｖｂ＿ｒｅｑが、発電可能な電池電圧ＶＬ１以上であると判別された場合には、ステップＳ１０８に進み、従来の制御に従って、車両要求出力に応じた必要な電池出力にまで電池出力を増大させる。

なお、本実施の形態における発電制御では、エンジン出力及び電池出力を徐々に低下させるとしているが、ここでいう「徐々に」には、エンジン出力及び電池出力を、無段階に変化させる場合、及び、所定の量ずつ段階的に変化させる場合の両方が含まれる。いずれにしても、電池出力の増加に伴う電池電圧の低下量が、エンジンの全出力を発電できる電池電圧の範囲内となるように、電池出力及びエンジン出力が制御される。

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。

２ バッテリ
４、８ インバータ
６ 駆動用モータ
１０ 発電用モータ
１２ エンジン

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンの出力により駆動されて発電する発電用モータと、
   前記発電用モータによって発電した電力を充電できるバッテリと、
   前記バッテリの出力及び前記電力のうち少なくとも一方により駆動され、車両を駆動するための駆動用モータと
   制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記車両が要求する出力である要求出力を出力するために必要な前記バッテリの出力である必要出力を出力した場合における前記バッテリの電圧が、前記エンジンの現在の全出力を電力に変換するために必要となる前記バッテリの電圧よりも小さい場合に、
   前記バッテリと前記発電用モータによって発電した電力とによって出力できる最大出力が、前記要求出力となるように、前記バッテリの出力の目標値と、前記エンジンの出力の目標値と、を決定し、
   前記エンジンの出力の目標値にまで、前記エンジンの出力を徐々に低下させ、
   前記バッテリの電圧が、出力低下時の前記エンジンの現在の全出力を電力に変換するために必要となる電圧以上となる範囲内で、前記バッテリの出力の目標値に向けて前記バッテリの出力を徐々に上昇させる、
   ように構成されていることを特徴とする発電制御装置。

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