JP2023043213A - ハイブリッド車両の回生制御方法および回生制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行経路に降坂路が予測されるときのＳＯＣ低下制御を、バッテリ温度に応じて適切に行う【解決手段】ハイブリッド車両は、内燃機関によって駆動される発電用モータジェネレータと、バッテリによって駆動される走行用モータジェネレータと、を備える。降坂路では回生により電力が回収される。走行経路に降坂路が予測されたら、予めＥＶ走行等によりＳＯＣを目標ＳＯＣまで低下させ、降坂路での回生電力を最大に確保する。バッテリ温度が低いときには、降坂路での回生量が少なくなるので、ＳＯＣ低下制御のＳＯＣ低下量を小さくし、目標ＳＯＣを相対的に高く設定する。【選択図】図４

Description

この発明は、降坂路において効率よく電力回生を行うハイブリッド車両の回生制御技術に関する。

駆動輪をモータジェネレータによって駆動するハイブリッド車両においては、降坂路を走行する際に電力の回生が行われ、バッテリに充電される。バッテリには過充電による劣化を回避するために使用上限となるＳＯＣ（state of charge）が定められており、回生中にＳＯＣが使用上限に達すると、それ以上の充電はなされず、何らかの形で回生電力が消費される。

特許文献１には、降坂路走行によるエネルギ回収をできるだけ大きくするために、予定される経路上に降坂路がある場合に、降坂路にさしかかる前にモータ走行等を行ってＳＯＣを積極的に低下させておく技術が開示されている。ＳＯＣを予め低下させておくことで、使用上限までの余裕が大となり、降坂路での効率的なエネルギ回収が図れる。

特開２０００－３３３３０５号公報

寒冷地などでバッテリの温度が低い場合、基本的に、バッテリの性能低下により降坂路での回生によるＳＯＣの回復が低下しがちとなる。

また、一般に、バッテリ温度が極端に低いときに、過大な電流の入出力によるバッテリの劣化を回避する目的で、バッテリコントローラによって入出力電流が制限される。このような場合には、バッテリの低温時に、電流制限に起因して、降坂路での回生によるＳＯＣの上昇が相対的に小さくなる。

従って、バッテリ温度が低いときにバッテリ温度が高いときと同様に降坂路前にＳＯＣを低下させてしまうと、降坂路終了段階でＳＯＣが十分に回復しないことが生じる。

特許文献１には、このようなバッテリ温度が低いときの対応についての記載はない。

この発明は、車両の走行経路にある降坂路を予め検出し、降坂路の開始前に降坂路での回生に備えてバッテリのＳＯＣを予め低下させるＳＯＣ低下制御を行うハイブリッド車両の回生制御において、
バッテリの温度を検出ないし推定により求め、このバッテリ温度が低いほどＳＯＣ低下制御におけるＳＯＣ低下量を少なくする。

この発明によれば、バッテリ温度が低いときに、降坂路の開始前にバッテリのＳＯＣを予め低下させるＳＯＣ低下制御によって過度にＳＯＣを低下させてしまうことがなくなり、降坂路終了時点でのＳＯＣを適切なものとすることができる。

一実施例のハイブリッド車両の構成説明図。 降坂路前のＳＯＣ低下制御の第１実施例の処理の流れを示すフローチャート。 第２実施例の処理の流れを示すフローチャート。 一実施例の動作を説明するためのタイムチャート。

図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ１と、この発電用モータジェネレータ１を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関２と、主にモータとして動作して駆動輪３を駆動する走行用モータジェネレータ４と、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリ５と、を備えて構成されている。一実施例では、発電用モータジェネレータ１はギヤ列１０を介して内燃機関２によって駆動される。また駆動輪３はギヤ列１１を介して走行用モータジェネレータ４によって駆動される。内燃機関２が発電用モータジェネレータ１を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。走行用モータジェネレータ４は、バッテリ５の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ４の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。

モータジェネレータ１，４の動作やバッテリ５の充放電および内燃機関２の運転は、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、モータジェネレータ１，４を制御するモータコントローラ７や、内燃機関２を制御するエンジンコントローラ８、バッテリ５を管理するバッテリコントローラ９など、互いに通信可能なように接続された複数のコントローラによって構成されている。コントローラ６には、アクセルペダル１３の開度（踏込量）やブレーキペダル１４の操作量、車速検出手段１５により検出される車速、等の情報が入力される。またバッテリコントローラ９は、バッテリ５の電圧・電流に基づいてバッテリ５のＳＯＣを求める。基本的には、ＳＯＣが所定の下限レベルまで低下したときに、エンジンコントローラ８を介して内燃機関２が始動され、発電が行われる。そして、ＳＯＣが所定レベルに達したら内燃機関２が停止する。このようなシリーズハイブリッド車両の運転モードとしては、内燃機関２の燃焼運転を伴わずにバッテリ５の電力でもって走行するＥＶモードと、内燃機関２の燃焼運転による発電を行いながら走行を行うＨＥＶモードと、があるが、ＳＯＣが下限レベル以上であっても、車両の要求駆動力が比較的大きいときには、ＨＥＶモードでの走行となる。

バッテリ５はバッテリ温度を検出するための温度センサ１６を備えている。バッテリ５に含まれるバッテリモジュールそのものの温度や、複数のバッテリモジュールを収容したパックケース内の雰囲気温度、などがバッテリ温度として用いられ得る。そのほか、温度センサを用いた検出によらずに、充放電量の監視などによりバッテリ温度を推定するようにしてもよい。

バッテリコントローラ９は、バッテリ温度が低いときに過大な電流が充放電されることによるバッテリ５の劣化を抑制するために、バッテリ温度に応じた充電電流および放電電流の制限を行う。例えば、バッテリ温度がある所定温度よりも低い場合に、バッテリ温度が低いほど、許容される充電電流および放電電流がそれぞれ低い値に設定される。

また、一実施例の車両は、比較的に高精度な地図情報およびＧＰＳシステムを用いたナビゲーションシステム１７を備えている。このナビゲーションシステム１７の地図情報は、道路の三次元的な情報つまり道路の勾配情報を含んでいる。この地図情報は、ナビゲーションシステム１７のハードディスク等の記憶装置に格納されているものであってもよく、例えば５Ｇ通信等を介して車両の外部から走行中にナビゲーションシステム１７に与えられるものであってもよい。このナビゲーションシステム１７により、車両の走行経路にある降坂路を予め検出することが可能であり、さらには、その降坂路の勾配や降坂路の長さ等の情報を取得することができる。なお、ナビゲーションシステム１７に目的地が登録されていない場合であっても、現在走行中の走行経路の先にある降坂路の検出ないし予測は可能である。

次に、上記のように構成されたシリーズハイブリッド車両の降坂路に対する回生制御およびＳＯＣ低下制御について説明する。降坂路においては、走行用モータジェネレータ４が駆動輪３によって駆動されることで、回生がなされる。回生中にバッテリ５のＳＯＣが許容される使用上限を越えることは望ましくないので、降坂路走行によるエネルギ回収をできるだけ大きくするために、予定される経路上に降坂路がある場合には、降坂路にさしかかる前にＥＶモード走行等を行ってＳＯＣを積極的に低下させておくＳＯＣ低下制御が実行される。降坂路の勾配および降坂路の長さ、あるいは、降坂路の始点と終点との標高差、などの条件から降坂路走行で期待される回生量が求められるので、これに対応して、降坂路終点でＳＯＣが使用上限ＳＯＣとなるように降坂路の始点での目標のＳＯＣが定められる。

ここで、本実施例では、基本的に、バッテリ温度が低いほどＳＯＣ低下制御におけるＳＯＣ低下量を少なくする。つまり、寒冷地などでバッテリ温度が低いときには、バッテリ温度が高いときに比較して、降坂路の始点での目標のＳＯＣが相対的に高く保たれる。これは、上述したようにバッテリ温度が低いときには降坂路での回生時にバッテリ５への入力電流（充電電流）が相対的に小さく制限されることから、降坂路での回生によるＳＯＣ増加量（回復量）が少なくなることを考慮したものである。

図２は、降坂路が予測されたときにコントローラ６によって実行されるＳＯＣ低下制御の第１実施例の処理の流れを示すフローチャートである。降坂路が予測されたときにルーチンが開始し、最初のステップ１では、バッテリ温度がある閾値温度よりも低いかどうかを判定する。閾値温度は、上述したバッテリ温度に基づく入力電流の制限を行うか否かの境界となる温度であり、閾値温度以上であれば入力電流の制限は行わず、閾値温度よりも低いときは温度に応じた入力電流の制限がなされる。換言すれば、ステップ１では、入力電流の制限が行われるような低温状態であるかどうかを判定する。入力電流の制限を開始する温度閾値が何らかのパラメータで変化する場合には、これに応じてステップ１の判定閾値も変化する。

ステップ１でＮＯであれば、ステップ２へ進み、予測された降坂路で期待される回生量を算出する。換言すれば降坂路走行によって上昇することとなるバッテリＳＯＣの増加量を算出する。ここでは、バッテリ温度が通常温度である場合の通常の入力電流の制限に基づいて算出を行う。

そして、ステップ５へ進み、降坂路で期待される回生量（ＳＯＣ増加量）に基づき、降坂路の直前位置（つまり降坂路の始点）における目標ＳＯＣを決定する。

このようにして決定された目標ＳＯＣに沿って、例えば車両のＥＶモードでの走行や適当な補機の駆動などによりバッテリ５のＳＯＣの低下を行うことで、降坂路直前位置では、バッテリ５のＳＯＣが目標ＳＯＣ付近まで低下していることとなる。そのため、その後の降坂路走行では、バッテリ５の使用上限ＳＯＣを越えることなく最大限のエネルギ回収が図れる。

一方、ステップ１でバッテリ温度が閾値温度よりも低いと判定した場合は、ステップ１からステップ３へ進み、バッテリコントローラ９により行われるバッテリ温度に基づく入力電流の制限のデータを読み込む。この入力電流の制限は、上述したように温度が低いほど最大入力電流が小さくなるように設定される。

次に、ステップ４において、ステップ２と同様に、予測された降坂路で期待される回生量を算出する。換言すれば降坂路走行によって上昇することとなるバッテリＳＯＣの増加量を算出する。ここでは、ステップ３で読み込んだバッテリ温度に応じた入力電流の制限に基づいて算出を行う。従って、バッテリ温度が低いほど、降坂路で期待される回生量は小さくなる。

そして、ステップ５へ進み、降坂路で期待される回生量（ＳＯＣ増加量）に基づき、降坂路の直前位置（つまり降坂路の始点）における目標ＳＯＣを決定する。バッテリ温度が低いときには、降坂路で期待される回生量が小さいことから、目標ＳＯＣは相対的に高い値となる。つまり、ＳＯＣ低下制御におけるＳＯＣ低下量は、バッテリ温度が低いほど小さくなる。

図４は、（ａ）走行経路の標高変化、（ｂ）走行用モータジェネレータ４の電力消費量／回生量、（ｃ）バッテリ５のＳＯＣの変化、について、（Ａ）バッテリ温度が通常温度（つまり上述した閾値温度以上）の場合と、（Ｂ）バッテリ温度が低温（上述した閾値温度よりも低い温度）の場合と、で対比して示した特性図である。

降坂路の条件つまり勾配や長さは（Ａ），（Ｂ）のいずれも同じである。（Ａ）の場合は、（ｂ）に示すように降坂路での回生量が比較的に大きい。従って、（ｃ）に示すように降坂路直前の目標ＳＯＣが低く設定される。このように十分にＳＯＣを低下させておくことで、降坂路において最大限のエネルギ回収が可能である。

一方、バッテリ温度が低い（Ｂ）の場合は、バッテリ温度に基づく入力電流の制限により（ｂ）に示すように降坂路での回生量が比較的小さい。従って、（ｃ）に示すように降坂路直前の目標ＳＯＣが相対的に高く設定される。このように降坂路前に過度にＳＯＣを低下させないことで、降坂路終了段階で適当なレベルにＳＯＣを保つことができる。なお、図４の（Ｂ）の例では、バッテリ温度が低いことに関連して降坂路終点で到達するＳＯＣが使用上限ＳＯＣよりも低く設定されているが、（Ａ）の場合と同じく使用上限ＳＯＣに達するようにしてもよい。

次に、図３は、第２実施例のフローチャートを示す。第２実施例は、走行中のバッテリ温度の上昇をも考慮したものである。すなわち、ある時点で走行経路にある降坂路を検出してＳＯＣ低下制御を開始するとした場合に、この時点から降坂路の始点に至るまでのＳＯＣ低下制御を伴う走行中、ならびに、回生を伴う降坂路走行中に、主にバッテリ５の充放電に伴い、バッテリ温度の変化が生じ得る。降坂路での回生によってバッテリ５のＳＯＣが使用上限に接近するのは降坂路の終点近くであるから、仮に上記のある時点でバッテリ温度が低いと判断しても降坂路終点までにバッテリ温度の上昇が見込まれる場合には、降坂路走行で期待される回生量が相対的に大きくなる（換言すれば、バッテリ温度が通常の温度である場合の回生量に近付く）。この場合は、降坂路検出時点でバッテリ温度が低いと判断しても、バッテリ温度に基づくＳＯＣ低下量の縮小を抑制することが好ましい。従って、第２実施例では、このような走行中のバッテリ温度の上昇をも考慮して、バッテリ温度に応じたＳＯＣ低下量の設定を行うのである。

降坂路が予測されたときにルーチンが開始し、第１実施例と同じく、最初のステップ１で、バッテリ温度がある閾値温度よりも低いかどうかを判定する。閾値温度は、上述したバッテリ温度に基づく入力電流の制限を行うか否かの境界となる温度である。

ステップ１でＮＯであれば、ステップ２へ進み、予測された降坂路で期待される回生量を算出する。換言すれば降坂路走行によって上昇することとなるバッテリＳＯＣの増加量を算出する。ここでは、バッテリ温度が通常温度である場合の通常の入力電流の制限に基づいて算出を行う。

そして、ステップ５へ進み、降坂路で期待される回生量（ＳＯＣ増加量）に基づき、降坂路の直前位置（つまり降坂路の始点）における目標ＳＯＣを決定する。

このようにして決定された目標ＳＯＣに沿って、例えば車両のＥＶモードでの走行や適当な補機の駆動などによりバッテリ５のＳＯＣの低下が行われる。

一方、ステップ１でバッテリ温度が閾値温度よりも低いと判定した場合は、ステップ１からステップ３Ａへ進み、この先の走行によるバッテリ温度の上昇を予測する。バッテリ温度の上昇は、主にバッテリ５の充放電によって生じるので、充放電の予測に基づいてバッテリ温度の上昇を予測することができる。例えば、現時点から降坂路においてバッテリ５のＳＯＣが使用上限ＳＯＣに到達すると予測される地点（例えば降坂路終点）までの区間におけるバッテリ５の入出力電流を地図情報等に基づいて予測し、この入出力電流の積算値に応じてバッテリ温度の上昇を予測することができる。

なお、現時点から降坂路始点までの走行区間（ＳＯＣ低下制御を伴う走行区間）と、降坂路始点から降坂路終点までの回生を伴う走行区間と、に区分して各々のバッテリ温度上昇を算出し、両者から全区間でのバッテリ温度上昇を求めるようにしてもよい。

降坂路始点までのＳＯＣ低下制御を伴う走行区間でのバッテリ温度上昇に関しては、例えば、現時点のＳＯＣと降坂路始点（つまり降坂路直前）での目標ＳＯＣとの差を求め、この差に基づいて予測することができる。つまり、ＳＯＣ差が大であるほど放電量が大となり、バッテリ５の温度が上昇する。なお、現時点のＳＯＣおよび目標ＳＯＣの双方とも時間経過に伴って変化するパラメータであるので、この演算は、例えば微小時間毎に繰り返し実行される。

次にステップ３Ｂへ進み、バッテリ温度に基づく入力電流の制限を求める。ここでは、バッテリ温度として、ステップ３Ａにおける走行中のバッテリ温度上昇を考慮したバッテリ温度を用い、このバッテリ温度に対応した入力電流の制限を演算する。この入力電流の制限は、第１実施例と同様にバッテリ温度が低いほど最大入力電流が小さくなるように設定されるが、走行中のバッテリ温度上昇を考慮することで、予測される入力電流の制限は相対的に緩くなる。つまり、通常温度の温度の下での入力電流の制限に近付く。

次に、ステップ４において、ステップ２と同様に、予測された降坂路で期待される回生量を算出する。換言すれば降坂路走行によって上昇することとなるバッテリＳＯＣの増加量を算出する。ここでは、ステップ３Ｂで求めたバッテリ温度に応じた入力電流の制限に基づいて算出を行う。従って、予測される最終的なバッテリ温度が低いほど、降坂路で期待される回生量は小さくなる。

そして、ステップ５へ進み、降坂路で期待される回生量（ＳＯＣ増加量）に基づき、降坂路の直前位置（つまり降坂路の始点）における目標ＳＯＣを決定する。バッテリ温度が低いときには、降坂路で期待される回生量が小さいことから、目標ＳＯＣは相対的に高い値となる。但し、走行中のバッテリ温度上昇を考慮することで、目標ＳＯＣは、走行中のバッテリ温度上昇を考慮しない場合よりも相対的に低い値となる。つまりＳＯＣ低下制御における低下量は、走行中のバッテリ温度上昇が見込まれる場合には、相対的に大きくなる方向に修正される。

従って、図４の例では、降坂路があると予測した時点のバッテリ温度が低くても走行中のバッテリ温度上昇が大である場合には、図４（Ａ）に近い特性となる。

なお、上述した走行中のバッテリ温度上昇の予測を繰り返し実行する場合には、ステップ３Ｂ，４，５の演算も繰り返し実行される。従って、ＳＯＣ低下制御の目標ＳＯＣは逐次変化することとなる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、この発明はシリーズハイブリッド車に限らず、シリーズ・パラレルハイブリッド車やプラグインハイブリッド車など、降坂路での回生が可能なハイブリッド車両に広く適用が可能である。

１…発電用モータジェネレータ
２…内燃機関
４…走行用モータジェネレータ
５…バッテリ
６…コントローラ
１６…温度センサ

Claims (7)

1. 車両の駆動輪に接続されたモータジェネレータと、バッテリと、を備えたハイブリッド車両の回生制御方法であって、車両の走行経路にある降坂路を予め検出し、降坂路の開始前に降坂路での回生に備えてバッテリのＳＯＣを予め低下させるＳＯＣ低下制御を行う回生制御方法において、
   バッテリの温度を検出ないし推定により求め、このバッテリ温度が低いほどＳＯＣ低下制御におけるＳＯＣ低下量を少なくする、
   ハイブリッド車両の回生制御方法。
2. 上記バッテリ温度に対応したバッテリ入力電流の制限を求め、
   予測される降坂路での回生によるバッテリのＳＯＣ増加量を、この入力電流の制限を考慮して算出し、
   このＳＯＣ増加量に対応してＳＯＣ低下制御におけるＳＯＣ低下量を決定する、
   請求項１に記載のハイブリッド車両の回生制御方法。
3. 降坂路に至るまでのＳＯＣ低下制御を伴う走行中のバッテリ温度の上昇を予測し、
   この予測されるバッテリ温度の上昇が大であるほど最終的なＳＯＣ低下量が大きくなる方向に修正を加える、
   請求項１または２に記載のハイブリッド車両の回生制御方法。
4. 降坂路での回生を伴う走行中のバッテリ温度の上昇を予測し、
   この予測されるバッテリ温度の上昇が大であるほど最終的なＳＯＣ低下量が大きくなる方向に修正を加える、
   請求項１～３のいずれかに記載のハイブリッド車両の回生制御方法。
5. 現時点から降坂路においてバッテリのＳＯＣが所定の使用上限ＳＯＣに到達すると予測される地点までの区間におけるバッテリの入出力電流を予測し、
   この入出力電流の積算値が大であるほど最終的なＳＯＣ低下量が大きくなる方向に修正を加える、
   請求項１または２に記載のハイブリッド車両の回生制御方法。
6. 上記のバッテリ温度の上昇の予測を、現時点のＳＯＣと、ＳＯＣ低下制御による降坂路直前の目標ＳＯＣと、の差に基づいて行う、
   請求項３に記載のハイブリッド車両の回生制御方法。
7. 車両の駆動輪に接続されたモータジェネレータと、バッテリと、を備えたハイブリッド車両の回生制御装置であって、
   車両の走行経路にある降坂路を予め検出する降坂路検出部と、
   バッテリの温度を検出ないし推定により求めるバッテリ温度検出部と、
   降坂路の開始前に降坂路での回生に備えてバッテリのＳＯＣを予め低下させるＳＯＣ低下制御を、バッテリ温度が低いほどＳＯＣ低下量を少なくして実行する制御部と、
   を備えるハイブリッド車両の回生制御装置。

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