JP3175431B2 - ハイブリッド電気自動車の発電制御装置 - Google Patents

ハイブリッド電気自動車の発電制御装置

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JP3175431B2 JP25804893A JP25804893A JP3175431B2 JP 3175431 B2 JP3175431 B2 JP 3175431B2 JP 25804893 A JP25804893 A JP 25804893A JP 25804893 A JP25804893 A JP 25804893A JP 3175431 B2 JP3175431 B2 JP 3175431B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24Energy storage means
    • B60W2510/242Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/244Charge state
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

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  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ハイブリッド電気自動
車に搭載される発電機を制御する装置、すなわちハイブ
リッド電気自動車の発電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電気自動車はモータを駆動源とする車両
であり、公害防止の観点から社会的に注目されている。
電気自動車に搭載されるモータは、通常、車載の電池、
例えば鉛電池によって駆動される。また、電気自動車と
しては、モータ駆動用の電源として電池の他に発電機を
備えた構成も知られている。
【0003】例えばシリーズハイブリッド電気自動車と
呼ばれる構成においては、車載のエンジンによって発電
機が駆動され、この発電機の発電出力が、電池の放電電
力と共に、モータの駆動に使用される。また、発電機の
発電出力は電池の充電にも使用される。従って、この種
の車両においては、電池の1充電当り走行可能距離が著
しく延長され、また電池も小型のもので足りることにな
る。加えて、このエンジンは、駆動輪と機械的に連結し
ていないため、燃費やエミッションが良好となる条件下
で運転することができ、また電池の充電等が必要でない
場合にはその運転を停止することができるから、エンジ
ンを搭載することに伴う排気ガスの放出を最小限に止め
ることができる。
【0004】特開平4−29504号公報には、車載の
電池の充電状態(SOC)に応じて車載の発電機を始動
させあるいは停止する構成が示されている。従って、こ
の構成を応用することにより、電池のSOCを所定範囲
内に管理することができる。電池の過充電や充電不足は
電池寿命の短縮を招くため、このような管理は有効であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
SOCに応じた発電機の制御を行うためには、電池のS
OCを検出する必要がある。このための手段として、従
来から、各種のSOCセンサが開発されている。SOC
センサは、例えば電池の電解液比重、充放電電流の積算
値などを用いて電池のSOCを検出する。しかしなが
ら、このようなSOCセンサを使用する場合、収集した
情報(電解液比重、電流等)に関する情報処理を行う必
要があり、そのために専用のCPUが必要となる。これ
は、電気自動車の駆動システムを安価に構成する上で支
障となる。また、SOCセンサが故障した場合には、発
電機の制御そのものが困難になるという問題もある。
【0006】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、電池のSOCに応
じた発電機の制御をSOCセンサ無しで実現することを
目的とする。
【0007】
【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、本発明に係る発電制御装置は、モータの出力
及び電池の電圧を検出する手段と、検出したモータの出
力及び検出した電池の電圧に基づき発電機の界磁電流
制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明においては、まず、モータの出力及び電
池の電圧が検出される。検出された量のうち電池の電圧
は、電池のSOCと相関関係を有している。また、検出
されたモータの出力は、電池の電圧或いはこれに基づき
推定されたSOCと共に、発電機の界磁電流の制御に用
いられる。すなわち、モータの出力に関する要求を満た
しつつ、電池のSOCが所定値となるまで充電動作を実
行できるよう、発電機の界磁電流が制御される。なお、
モータの出力は、車両操縦者によるアクセルペダルの踏
込みを示すアクセル開度とモータの回転数の組合わせに
より、あるいはモータに対するトルク指令とモータの回
転数の組合わせにより、検出することができる。従っ
て、本発明においては、SOCセンサを用いることなく
SOCに応じた発電制御を実行できるため、SOCセン
サを実現するためのECUが不要となり、またSOCセ
ンサが故障した場合にも対応できる。これにより、比較
的安価なシステム構成で電池のSOCが管理されること
となり、電池寿命が確保されるととともにシステム効率
が向上する。加えて、電池の電圧は温度特性を有してい
るため、電圧に基づく制御を行うことによりその温度特
性が制御内容に自動的に反映され、SOCの検出結果を
用いて制御を行う場合に必要となる温度補正処理が不要
となる。
【0009】
【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。
【0010】図1には、本発明の一実施例に係るハイブ
リッド電気自動車のシステム構成が示されている。この
図に示される車両は、三相交流モータ10を駆動源とし
ている。すなわち、モータ10の機械出力は減速機12
によって減速された上で駆動輪14に伝達され、これに
より車両が駆動される。
【0011】モータ10の駆動電力は、車載の電池16
又は発電機18から供給される。電池16は、例えば鉛
電池等、充放電可能な電池であり、その放電出力はイン
バータ20によって三相交流電力に変換されモータ10
に供給される。また、発電機18は交流発電機であり、
その発電出力は整流器22によって整流された上で、や
はりインバータ20に供給される。従って、モータ10
は、電池16の放電電力及び発電機18の発電出力によ
って駆動可能である。さらに、電池16は、モータ10
の回生電力の他、発電機18の発電出力によっても充電
可能である。
【0012】インバータ20の動作は、車両ECU(電
子制御ユニット)24によって制御される。車両ECU
24は、車両操縦者によるアクセルペダルやブレーキペ
ダルの操作を示す信号を入力すると共に、モータ10に
付設されその回転数を検出する回転数センサ26の出力
を用い、インバータ20の動作を制御する。具体的に
は、モータ10に対して要求される出力トルク(トルク
指令)を演算し、このトルク指令に基づき電流指令を演
算する。車両ECU24は、演算により得られた電流指
令に基づきインバータ20を構成する各スイッチング素
子の動作を制御することにより、電流指令に応じた電流
をモータ10に供給する。その結果、モータ10から
は、車両操縦者のアクセル操作等に相応した出力トルク
が得られる。
【0013】車両ECU24は、このようなインバータ
20の制御を行う一方で、発電機18の発電動作を制御
する。すなわち、車両ECU24は、発電コントローラ
28に対して指令を与え、必要な発電出力が発電機18
から得られるよう、発電機18及びこれを駆動するエン
ジン30を制御させる。エンジン30の出力軸は、回転
数を高める増速機32を介して発電機18に連結されて
いるため、エンジン30を所定の領域で運転しかつ発電
機18の界磁電流を適宜制御することにより、目標たる
発電出力を得ると共にエミッションや燃費を良好に制御
することができる。なお、車両ECU24は、その際、
電流センサ34及び電圧センサ36により、インバータ
20に供給される電流及び電圧をモニタする。
【0014】図2には、この実施例における車両ECU
の動作の流れが示されている。
【0015】この図に示されるように、車両ECU24
は、まず、アクセル開度、モータ回転数、電池電圧を読
み込む(100)。これらのうちアクセル開度はアクセ
ル信号として入力されており、モータ回転数及び電池電
圧はそれぞれ回転数センサ26又は電圧センサ36の出
力として入力されている。車両ECU24は、これらの
量に基づき、目標電池電圧Vi を決定する(102)。
その際、車両ECU24は、アクセル開度、モータ回転
数及び電池電圧を変数とするマップ又は関数を用いる。
【0016】図3には、ステップ102において使用し
得るマップの一例が示されている。この図に示されるマ
ップは、アクセル開度、モータ回転数及び電池電圧を発
電機18の発電出力と対応付けるマップであり、アクセ
ル開度に応じて発電出力が階段的に変化している。
【0017】一般に、電気自動車において用いられるモ
ータ10は、例えば図4に示されるような出力特性を有
している。この図から明らかなように、モータ10の出
力トルクは回転数によって変化し、またアクセル開度に
よっても変化する。従って、モータに要求される出力
(=トルク×回転数)は、モータ回転数及びアクセル開
度によって変化する。一方、電池16のSOCは、電池
電圧と相関関係を有している。従って、要求される出力
が得られるようモータ10に対して電力を供給すると共
に、必要な場合に電池16に対して充電電力を供給する
ためには、これらアクセル開度、モータ回転数及び電池
電圧に基づき発電機18を制御する必要がある。図3に
示されるマップは、そのため、これらの量を対応付けて
いる。なお、Va及びVbは電池電圧の一例であり、V
a>Vbの関係を有している。
【0018】一方で、電池16のSOCはその電圧と相
関関係を有しているから、電池16が所定のSOCとな
ったか否かは、その電池電圧により推定することができ
る。そこで、本実施例においては、図3に示されるよう
なマップを用いて得られる発電機出力を一旦目標電池電
圧Vi に変換している。このようにして得られた目標電
池電圧Vi は、検出される電池電圧と比較され(10
4)、電池電圧が目標電池電圧Vi に至っていない場合
には発電出力が増大するよう(106)、至っている場
合には低減するよう(108)、車両ECU24から発
電コントローラ28に対して指令が与えられる。この
後、動作はステップ100に戻る。
【0019】従って、本実施例によれば、モータ10に
要求される出力をアクセル開度及びモータ回転数により
評価すると共に、電池16のSOCを電池電圧により推
定し、このような評価及び推定の結果に基づき発電制御
を実行しているため、モータ10の出力に応じかつ電池
16のSOCに応じて発電出力を制御でき、従って、S
OCセンサ無しで電池16のSOCを所定範囲内に管理
することが可能となる。また、電池16の電池電圧は温
度特性を有しているため、温度補正処理が不要となる。
例えば低温時には電池電圧が下がるため、図3に示され
るマップによれば同じアクセル開度でも発電出力が上が
ることになる。その結果電池の温度が上昇していけば、
結果的に、発電出力が下がることとなり、いわゆる温度
補正を行わなくても、好適な充電が可能になる。
【0020】さらに、本実施例においては、システムの
電力効率を向上させることができる。すなわち、電池1
6のSOCに合わせて発電出力を制御できるため、マッ
プの内容の設定次第により、電池16の充電効率を高め
ることができる。
【0021】図5には、ステップ102において使用し
得るマップの他の一例が示されている。このマップにお
いては、目標たる発電出力がアクセル開度に対して直線
的に上昇している。また、この発電出力は、図4に示さ
れる定パワー領域に至った時点で一定値となる。このよ
うなマップを用いた場合でも、図3のマップを用いた場
合と同様の効果が得られる。
【0022】なお、モータ10に要求される出力を評価
するにあたって、以上の説明ではアクセル開度とモータ
回転数を用いていたが、インバータ20を制御する際車
両ECU24において求められるトルク指令とモータ回
転数を用いてもかまわない。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出した電池の電圧と検出したモータの出力に基づき発
電機の発電電力を制御するようにしたため、SOCセン
サを用いることなく、従ってそのためのECUを用いる
ことなく、SOCに応じた発電制御を実行することがで
きる。従って、発電制御をより安価に実現することがで
きる。加えて、SOCセンサが故障した場合にこのよう
な制御を行うようにすれば、SOCセンサの故障にもか
かわらず好適にSOCを管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るハイブリッド電気自動
車のシステム構成を示すブロック図である。
【図2】この実施例における車両ECUの動作の流れを
示すフローチャートである。
【図3】この実施例において使用し得るマップの一例を
示す図である。
【図4】モータの出力特性を示す図である。
【図5】この実施例において使用し得るマップの他の一
例を示す図である。
【符号の説明】
10 モータ 16 電池 18 発電機 24 車両ECU 26 回転数センサ 28 発電コントローラ 34 電流センサ 36 電圧センサ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の駆動源たるモータと、モータに電
    力を供給する充放電可能な電池と、モータに電力を供給
    する一方で電池に電力を供給可能な発電機と、発電機を
    駆動するエンジンと、を有するハイブリッド電気自動車
    に搭載されるハイブリッド電気自動車の発電制御装置に
    おいて、 モータの出力及び電池の電圧を検出する手段と、 検出したモータの出力及び電池の電圧に基づき発電機
    界磁電流を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とするハイブリッド電気自動車の発
    電制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のハイブリッド電気自動車
    の発電制御装置において、 検出した電池の電圧に基づき電池の充電状態を推定する
    手段を備え、 上記制御手段が、推定した充電状態に応じて上記制御を
    実行することを特徴とするハイブリッド電気自動車の発
    電制御装置。
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