JP3047741B2 - シリーズハイブリッド車における発電制御方法 - Google Patents

シリーズハイブリッド車における発電制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン、発電機、電
池及びモータを搭載するシリーズハイブリッド車（ＳＨ
Ｖ）に関し、特にその発電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車の１種として走行用モータの
他にエンジンを搭載したシステム構成が知られている。
この種の構成はハイブリッド車と呼ばれる。ハイブリッ
ド車のうち、エンジンにより発電機を駆動しその発電出
力及び電池の放電出力を走行用モータの駆動電力として
使用する構成を、ＳＨＶと呼ぶ。ＳＨＶにおいては、発
電機の出力がモータの駆動及び電池の充電に使用され
る。
【０００３】ＳＨＶに搭載される発電機を制御するに当
たっては、いくつかの基本的要請が提示されている。第
１の要請は、電池の充電状態（ＳＯＣ）を所定の範囲内
に収める又は所定値に維持するという要請である。従来
から、鉛電池等の寿命を延長する手段としてＳＯＣを所
定範囲内に収めることが知られており、また電池の充放
電による損失を防ぐことで車両全体の電力効率を改善で
きることが知られている。ＳＨＶにおいてはモータの回
生電力や外部電力の他に発電機の出力によっても電池を
充電できるから、原理的にはこの要請に応え電池の寿命
を延長することができる。
【０００４】第２の要請は、エンジンのエミッションや
燃費を劣化させないという要請である。ＳＨＶに搭載さ
れるエンジンは、通常、エミッションや燃費が良好とな
るようスロットル全開（ＷＯＴ）にて運転されている
が、ＷＯＴ運転している場合であってもエンジン回転数
が急激に変化するとこの変化に応じてエミッションや燃
費が悪化する。従って、発電機出力を制御するに当たっ
ては、発電機出力の変化に伴うエンジン回転数の変化を
抑制し比較的緩慢な変化とすることにより、エミッショ
ンや燃費の劣化を防止乃至抑制することが求められる。
【０００５】第３の要請は、アクセル操作とエンジン回
転数の変化を一致させるという要請である。ガソリン車
等、エンジンのみを搭載する車両が広く普及している今
日では、アクセルを踏んでいないのにエンジン回転数が
高まっていくとか、車両が停止しているのにエンジンが
高速回転しているとかいった現象が現れると、操縦者に
は違和感が生じる。このような違和感を解消すべく、ア
クセル操作、従ってモータトルクの変化とエンジン回転
数の変化をほぼ一致させることが要求されている。
【０００６】本願出願人は、特願平５−２９０８５号に
て、各周期におけるモータ出力の時間平均を逐次求め、
ある周期の発電機出力をその前の周期の平均モータ出力
に応じて制御する方法を提案している。この方法によれ
ば、モータ出力の時間変化が平均演算により平滑される
ため、発電機出力の変化に伴うエンジン回転数の変化を
緩慢にすることができ、第２の要請に応えることができ
る。さらに、瞬時のモータ出力と平均モータ出力の差に
相当する分は電池の充放電により賄われることになる
が、平均モータ出力に基づき発電機出力が制御されてい
るため、電池の充放電を抑制し第１の要請に応えること
ができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本願出願人が
先に提案している方法には、第３の要請に関する問題が
ある。すなわち、前の周期で求めた平均モータ出力を用
いて次の周期の発電機出力を制御しているため遅れが生
じ、その結果、アクセル操作からやや遅れて発電機出
力、すなわちエンジン回転数が変化することになり、ド
ライブフィーリング上違和感が生じる。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、モータ出力の変化
をより迅速に発電制御に反映させることによりドライブ
フィーリングを改善すると共に、第１乃至第３の要請全
てに応えることが可能な発電制御を実現することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の発電制御方法は、エンジン、エンジ
ンにより駆動される発電機、発電機の出力により充電可
能な電池、並びに発電機の出力及び電池の放電出力によ
り駆動可能なモータを搭載するＳＨＶにおいて、モータ
の出力変化の低周波成分を検出しこの低周波成分に基づ
き目標発電量を決定するステップと、電池のＳＯＣ変化
の低周波成分を検出しこの低周波成分に基づき目標発電
量を修正するステップと、発電機の出力が目標発電量と
なるようエンジンの回転数を制御するステップと、を有
し、エンジンの回転数の制御によって、モータの出力を
発電機の出力により賄うと共に電池のＳＯＣを所定範囲
内に制御しながら、エンジンの回転数変化を抑制するこ
とを特徴とする。
【００１０】本発明は、また、モータが停止した時点の
ＳＯＣに関する情報を収集記憶し、収集記憶した情報か
ら電池のＳＯＣ変化の低周波成分を検出することを特徴
とする。
【００１１】本発明は、さらに、モータの出力変化の低
周波成分を検出する際の遮断周波数に比べ、電池のＳＯ
Ｃ変化の低周波成分を検出する際の遮断周波数が低いこ
とを特徴とする。
【００１２】本発明は、そして、モータの出力変化の低
周波成分を検出する際の遮断周波数を、モータの出力変
化が急峻である場合には高くし、緩慢である場合には低
くするステップを有することを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明においては、モータの出力変化の低周波
成分に基づき目標発電量が決定され、決定された目標発
電量に基づき発電機出力、ひいてはエンジン回転数が目
標制御される。従って、前の周期で求めた平均モータ出
力を次の周期にて制御目標として使用する場合と異な
り、アクセル操作に伴うモータ出力変化がより迅速に発
電制御に反映する。この結果、ドライブフィーリングが
改善され、第３の要請が満足される。また、モータの出
力変化の高周波成分は発電制御に関係しないから、エン
ジン回転数の急激な変化が防がれ、第２の要請が満足さ
れる。さらに、目標発電量は、制御に使用するのに先立
ちＳＯＣ変化の低周波成分に基づく修正を受ける。従っ
て、ＳＯＣの変化に応じて発電機出力が変化するから、
第１の要請が満足される。
【００１４】本発明においては、モータが停止した時点
のＳＯＣに関する情報が収集記憶され、その情報からＳ
ＯＣの変化の低周波成分が検出される。すなわち、モー
タが停止していればＳＯＣに変化は生じないから、モー
タが停止した時点のＳＯＣに基づき低周波成分を、比較
的簡素な構成にて検出することが可能である。
【００１５】本発明においては、さらに、モータの出力
変化の低周波成分を検出する際の遮断周波数に比べ、電
池のＳＯＣ変化の低周波成分を検出する際の遮断周波数
が低く設定される。すなわち、ＳＯＣの変化に対しては
発電機出力が鈍感となりモータ出力の変化に対しては敏
感となるよう、各遮断周波数が設定される。このよう
に、ＳＯＣの変化に対する発電機出力の応答を鈍くする
ことにより、ドライブフィーリングを損なうことなく、
ＳＯＣに応じた発電制御を実行可能になる。
【００１６】本発明においては、そして、モータの出力
変化の低周波成分を検出する際の遮断周波数が、モータ
の出力変化が急峻である場合には高く、緩慢である場合
には低く設定される。すなわち、モータの出力変化が急
峻である場合にも発電機出力がこれに追従していけるよ
う、上記遮断周波数が変更設定される。このような設定
により、瞬時のモータ出力と発電機出力の差が生じにく
くなり、第１の要請に応える発電制御となる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。
【００１８】図１には、本発明の実施に適するシステム
の構成が示されている。この図に示されるシステムはＳ
ＨＶの駆動装置及びその制御回路である。車両走行用の
モータ１０は三相交流モータであり、その出力軸は減速
機１２等を介してタイヤ１４に連結されている。モータ
１０の電力源は電池１６及び発電機１８であり、電池１
６の放電出力及び発電機１８の発電出力はいずれもイン
バータ２０により三相交流に変換された上でモータ１０
に供給され、駆動電力となる。
【００１９】インバータ２０の動作は、ＥＶＥＣＵ（車
両電子制御ユニット）２２により制御されている。すな
わち、ＥＶＥＣＵ２２は車両操縦者のアクセル操作やブ
レーキ操作に応じて、またモータ１０の回転数を監視し
ながら、モータ１０に対するトルク指令を決定し、決定
したトルク指令に基づきインバータ２０にスイッチング
信号を与える。この制御の結果、モータ１０の出力トル
クはトルク指令、すなわちアクセル操作等に応じた値と
なり、モータ１０の出力はトルク指令に回転数を乗じた
値となる。
【００２０】一方、発電機１８は、エンジン２４によっ
て駆動される。発電機ＥＣＵ２６は、通常のエンジン回
転数では、発電機１８の発電出力をその界磁電流の制御
により制御する。エンジン２４はＷＯＴにて運転される
ため、発電機１８の発電出力が変化するとこれに応じて
エンジン回転数が直線的に変化する。発電機ＥＣＵ２６
は、ＷＯＴラインから外れたほうがエンジン２４の効率
がよくなるような出力領域では、発電機１８の界磁電流
と共にエンジン２４のスロットル２８の開度を制御す
る。ＥＦＩＥＣＵ３０は、エンジン２４のＥＦＩ（電子
燃料噴射）装置３２の動作を制御し、エンジン回転数等
の情報を発電機ＥＣＵ２６に供給する。
【００２１】発電機ＥＣＵ２６は、ＥＶＥＣＵ２２が求
めたモータ出力ＰＭ及び電池ＥＣＵ３４が求めた電池１
６の充電状態（ＳＯＣ）ＢＳに基づき、エンジン回転数
の制御目標値（エンジン回転数指令値）ＮＥやスロット
ル開度の制御目標値（スロットル開度指令値）θＳＬＴ
を決定する。発電機ＥＣＵ２６は、決定したＮＥに応じ
た値の界磁電流を発電機３４に供給し、決定したθ
ＳＬＴに基づきスロットル２８の開度を制御する。な
お、ＥＶＥＣＵ２２は、アクセル開度又はトルク指令と
モータ回転数を乗ずることにより、あるいはモータ１０
の電圧及び電流を検出し両者を乗ずることにより、ＰＭ
を求める。電池ＥＣＵ３４は、電池１６の充放電電流量
の積算等によりＢＳを求める。
【００２２】図２には、図１の構成における発電機ＥＣ
Ｕ２６の動作の流れが示されている。この図に示される
ように、発電機ＥＣＵ２６は、所定の初期化処理を実行
した後（１０１）、エンジン２４を起動し（１０２）、
発電制御を開始する。電池ＥＣＵ３４により検出される
ＢＳが所定の上限値より大きい場合や（１０３）、モー
タ回転数として検出される車速Ｖが微小値Ｖ０より小さ
い場合には（１０４）、発電機ＥＣＵ２６は電池１６が
過充電状態である又は車両が停止中であるとみなし、エ
ンジン２４の回転数がアイドル回転数となるよう界磁電
流等の制御を行う（１０９）。
【００２３】電池１６が過充電状態でもなく車両が停止
中でもない場合、発電機ＥＣＵ２６は、ＰＭを実現する
ための目標発電量ＰＡの演算（１０５）及びＢＳを維持
するための目標発電量ＰＢの演算（１０６）を実行し、
目標発電量ＰＧＥＮ＝ＰＡ＋ＰＢを決定する（１０
７）。発電機ＥＣＵ２６は、決定したＰＧＥＮを、マッ
プ等を用いてＮＥ及びθＳＬＴに変換し（１０８）、こ
れを出力する（１１０）。発電機ＥＣＵ２６は、この後
図示しないキースイッチが操縦者等によりオフされるま
では以上の動作を繰り返し（１１１）、キースイッチが
オフされると所定の終了処理を実行する（１１２）。
【００２４】本発明において特徴的な構成は、ステップ
１０５〜１０８の処理にある。図３には、本発明の第１
実施例における発電機ＥＣＵ２６の機能の概要が示され
ている。
【００２５】この実施例においては、発電機ＥＣＵ２６
は、図４（ａ）に示されるように激しく時間変動するＰ
Ｍを例えば３Ｈｚ程度の遮断周波数にて低域通過瀘波す
る（２０１）。これにより得られるのは図４（ｂ）に示
されるような低周波成分ＰＭ ＊である。発電機ＥＣＵ２
６は、図５に示されるマップをＰＭ ＊にて参照すること
により、ＰＡを決定する（２０２）。このようにして、
ステップ１０５の処理が実行される。
【００２６】発電機ＥＣＵ２６は、一方で、図４（ｃ）
に示されるように緩やかに時間変動するＢＳを例えば
０．００１Ｈｚ程度の遮断周波数にて低域通過瀘波する
（２０３）。これにより得られるのは図４（ｄ）に示さ
れるような低周波成分ＢＳ ＊である。発電機ＥＣＵ２６
は、図６に示されるマップをＢＳ ＊にて参照することに
より、ＰＢを決定する（２０４）。このようにして、ス
テップ１０６の処理が実行される。
【００２７】発電機ＥＣＵ２６は、このようにして得ら
れるＰＡにＰＢを加算しＰＧＥＮを決定する（２０
５）。これによりステップ１０７の処理が実現される。
発電機ＥＣＵ２６は、図７に示されるマップをＰＧＥＮ
にて参照することによりＮＥを決定し、ＰＧＥＮが６ｋ
Ｗ以下の場合には同時にθＳＬＴをも決定する（２０
６）。これによりステップ１０８が実現され、エンジン
回転数は図４（ｅ）に示されるような変動を見せる。
【００２８】従って、本実施例によれば、前述の第１乃
至第３の要請をいずれも満たすことができる。すなわ
ち、ＢＳを低域通過瀘波した結果に基づきＰＢを決定し
ているため、ＢＳの変化を発電制御に反映でき、第１の
要請に応えＢＳを所定範囲内に管理できまた電力効率を
改善できる。その際、ＢＳの遮断周波数がＰＭの遮断周
波数より十分低いため、ＢＳ変化によるエンジン回転数
の急変、ひいてはエミッションや燃費の劣化や、ドライ
ブフィーリングの悪化も生じない。また、ＰＭを低域通
過瀘波した結果に基づきＰＡを決定しているため、エン
ジン回転数の変化を緩慢にすることができ、第２の要請
に応えエミッションや燃費を改善すると共に、第３の要
請に応えドライブフィーリングを改善できる。
【００２９】図８には、本発明の第２実施例における発
電機ＥＣＵ２６の機能構成が示されている。この実施例
では、車両が停止したときのＢＳが発電機ＥＣＵ２６に
より記憶され（２０７）、その時系列的変化からＢＳ ＊
が検出される。このような処理を採用することにより、
発電機ＥＣＵ２６において実行すべき低域通過瀘波処理
を第１実施例に比べ少なくすることができるから、発電
機ＥＣＵ２６の処理負担が軽減され、より簡素な装置構
成及び処理機能となる。また、このような処理は、都市
内走行のように比較的頻繁に停車する際有効である。な
お、車両が停止した時のＢＳとしては、電池１６への充
放電電流の積算以外に、その時の電池の電圧値で代用す
ることも可能である。
【００３０】図９には、本発明の第３実施例における発
電機ＥＣＵ２６の機能構成が示されている。この実施例
では、ＰＭの時間変化ｄＰＭ／ｄｔが発電機ＥＣＵ２６
により検出され、ｄＰＭ／ｄｔが小さい場合には遮断周
波数が低くなるよう、大きい場合には高くなるよう、Ｐ
Ｍを瀘波する際のフィルタ係数ｋＡが設定される（２０
８）。このようにすると、ＰＭが急激に変化した場合に
これに追従し、電池１６からの持ち出しを防ぐことがで
きる。
【００３１】なお、各マップの内容は任意に設計でき
る。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータの出力変化の低周波成分に基づき目標発電量を決
定し、ＳＯＣ変化の低周波成分に基づく修正を施した上
で目標発電量に基づき発電機出力、ひいてはエンジン回
転数を目標制御するようにしたため、アクセル操作に伴
うモータ出力変化がより迅速に発電制御に反映し、ドラ
イブフィーリングがよくなる。また、モータの出力変化
の高周波成分は発電制御に関係しないから、エンジン回
転数が急激に変化せず、エミッションや燃費を改善でき
る。さらに、ＳＯＣの変化に応じて発電機出力が変化す
るから、電池のＳＯＣを維持して寿命を延長し、また電
池の充放電の頻度を低減して電力効率を改善できる。
【００３３】また、本発明によれば、モータが停止した
時点のＳＯＣに関する情報を収集記憶し、その情報から
ＳＯＣの変化の低周波成分を検出するようにしたため、
比較的簡素な構成乃至処理にて当該低周波成分を検出で
きる。
【００３４】本発明によれば、さらに、モータの出力変
化の低周波成分を検出する際の遮断周波数に比べ、電池
のＳＯＣ変化の低周波成分を検出する際の遮断周波数を
低く設定したため、ＳＯＣの変化に対する発電機出力の
応答を鈍くすることができ、ドライブフィーリングを損
なうことなくＳＯＣに応じた発電制御を実行可能にな
る。
【００３５】本発明によれば、そして、モータの出力変
化の低周波成分を検出する際の遮断周波数を、モータの
出力変化が急峻である場合には高く、緩慢である場合に
は低く設定するようにしたため、このような設定によ
り、瞬時のモータ出力と発電機出力の差が生じにくくな
り、電池のＳＯＣを維持して寿命を延長し、また電池の
充放電の頻度を低減して電力効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】システム構成の一例を示すブロック図である。
【図２】発電機ＥＣＵの動作の流れを示すフローチャー
トである。
【図３】第１実施例における発電機ＥＣＵの機能構成を
示すブロック図である。
【図４】この実施例の効果を示す図である。
【図５】モータ出力を賄うための目標発電量を決定する
マップの一例を示す図である。
【図６】電池の充電状態を維持するための目標発電量を
決定するマップの一例を示す図である。
【図７】目標発電量をエンジン回転数に変換するマップ
の一例を示す図である。
【図８】第２実施例における発電機ＥＣＵの機能構成を
示すブロック図である。
【図９】第３実施例における発電機ＥＣＵの機能構成を
示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ モータ １６ 電池 １８ 発電機 ２４ エンジン ２６ 発電機ＥＣＵ ＰＭ モータ出力 ＢＳ 電池の充電状態 ＰＭ ＊ ＰＭの低周波成分 ＢＳ ＊ ＢＳの低周波成分 ＰＡ，ＰＢ，ＰＧＥＮ 目標発電量 ＮＥ エンジン回転数指令値 ｋＡ フィルタ係数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 11/00 - 11/14 F02D 29/02 - 29/06 H02P 9/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジン、エンジンにより駆動される発
    電機、発電機の出力により充電可能な電池、並びに発電
    機の出力及び電池の放電出力により駆動可能なモータを
    搭載するシリーズハイブリッド車における発電制御方法
    において、 モータの出力変化の低周波成分を検出しこの低周波成分
    に基づき目標発電量を決定するステップと、 電池の充電状態変化の低周波成分を検出しこの低周波成
    分に基づき目標発電量を修正するステップと、 発電機の出力が目標発電量となるようエンジンの回転数
    を制御するステップと、 を有し、 エンジンの回転数の制御によって、モータの出力を発電
    機の出力により賄うと共に電池の充電状態を所定範囲内
    に制御しながら、エンジンの回転数変化を抑制すること
    を特徴とするシリーズハイブリッド車における発電制御
    方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のシリーズハイブリッド車
    における発電制御方法において、 モータが停止した時点の充電状態に関する情報を収集記
    憶し、収集記憶した情報の時系列的変化から電池の充電
    状態変化の低周波成分を検出することを特徴とするシリ
    ーズハイブリッド車における発電制御方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のシリーズハイブリ
    ッド車における発電制御方法において、 モータの出力変化の低周波成分を検出する際の遮断周波
    数に比べ、電池の充電状態変化の低周波成分を検出する
    際の遮断周波数が低いことを特徴とするシリーズハイブ
    リッド車における発電制御方法。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載のシリーズハイブリ
    ッド車における発電制御方法において、 モータの出力変化の低周波成分を検出する際の遮断周波
    数を、モータの出力変化が急峻である場合には高くし、
    緩慢である場合には低くするステップを有することを特
    徴とするシリーズハイブリッド車における発電制御方
    法。
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