JP3644335B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行用の駆動源として、内燃機関と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータとを備え、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、前記高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するハイブリッド車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、特開平11−22501号公報等に示されているように、車両走行用の駆動源として、内燃機関(ガソリンエンジン)と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータと備えるハイブリッド車両の開発が進められている。
【0003】
かかるハイブリッド車両では、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するようにしている。
【0004】
ここで、前記電気モータによる発電量(発電電流)は、高電圧バッテリの充電レベルを検出し、満充電レベルとなるように制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速運転時に、エネルギー回生を行おうとしても、高電圧バッテリが既に満充電レベルであると、電力を受け付けないため、有効にエネルギー回生を行うことができないばかりか、高電圧バッテリが過充電状態となって、バッテリの劣化を早めたり、減速度(減速G)が大きくなりすぎ、運転者に違和感を与えたりする。
【0006】
また、高電圧バッテリとして、高価なリチウムイオンバッテリや、ニッケル・水素バッテリ等に代えて、安価な鉛酸バッテリを用いる場合、鉛酸バッテリは、特に過充電により劣化しやすいので、過充電を確実に防止するための対策が必要不可欠である。
【0007】
本発明は、このような実状に鑑み、減速運転時のエネルギー回生効率の向上を図り、また過充電を確実に防止できるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、車両走行用の駆動源として、内燃機関と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータとを備え、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、前記高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するハイブリッド車両の制御装置において、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように前記電気モータの発電量をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段を設け、前記発電量フィードバック制御手段は、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、実際の充電レベルを目標充電レベルと比較して前記高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する目標充電電流算出手段と、前記低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出する電気負荷電流検出手段と、前記目標充電電流と前記電気負荷電流とを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出する目標発電電流算出手段と、前記目標発電電流を得るように前記電気モータの発電量制御を行う発電量制御手段と、を含んで構成し、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、実際の充電レベルを目標充電レベルと比較して前記高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する目標充電電流算出手段と、前記低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出する電気負荷電流検出手段と、前記目標充電電流と前記電気負荷電流とを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出する目標発電電流算出手段と、前記目標発電電流により目標充電レベルとなるように前記電気モータの発電量をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段と、を含んで構成し、更に、定常運転時と減速運転時とで目標充電レベルを異ならせる目標充電レベル切換手段を設けたことを特徴とする。
【0009】
請求項2に係る発明では、定常運転時の目標充電レベルを減速運転時の目標充電レベルより低く設定することを特徴とする。
請求項3に係る発明では、減速運転時の目標充電レベルを満充電レベル相当に設定することを特徴とする。
【0011】
請求項4に係る発明では、前記高電圧バッテリとして、鉛酸バッテリを用いることを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように電気モータの発電量をフィードバック制御する際に、定常運転時と減速運転時とで目標充電レベルを異ならせることにより、特に請求項2に係る発明のように、定常運転時の目標充電レベルを減速運転時の目標充電レベルより低く設定することにより、定常運転時に満充電状態とならないように制御して、減速運転時のエネルギー回生分の空容量を確保しておくことができ、減速運転時のエネルギー回生をより効果的なものとすることができる。
また、高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する一方、低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出し、目標充電電流と電気負荷電流とを加算して電気モータによる目標発電電流を算出し、この目標発電電流により目標充電レベルとなるように電気モータの発電量をフィードバック制御することで、すなわち、低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を考慮して発電量制御を行うことで、充電効率が向上し、バッテリの能力をフルに使えるようになる。
【0013】
また、請求項3に係る発明のように、減速運転時の目標充電レベルを満充電レベル相当に設定することで、減速運転時に十分なエネルギー回生を行うことができる。
【0015】
請求項4に係る発明によれば、高電圧バッテリとして、鉛酸バッテリを用いることで、大幅なコスト低減が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両のシステム図である。
【0017】
内燃機関(以下エンジンという)1の出力側に、発電機を兼ねる電気モータ(以下モータジェネレータという)2を直結し、このモータジェネレータ2に変速機3を接続して、この変速機3の出力側の駆動軸4によりデフ5を介して駆動輪側の車軸6を駆動するようにしてある。
【0018】
ここにおいて、モータジェネレータ2は、エンジンの始動又は車両の発進時にエンジン1のクランキングを行う始動手段として使用し、特に、所定のアイドルストップ条件にてエンジン1を自動的に停止させるアイドルストップ装置を装備する場合に、アイドルストップ後に、所定のアイドルストップ解除条件にてエンジン1を自動的に始動する時に使用する一方、必要により、加速時などの所定の運転条件にて、エンジン1のトルクにモータ2のトルクを付加して、車両の加速等を円滑に行うために使用する。そして、減速運転時を含む所定の運転条件では、モータジェネレータ2を発電機として用いて、バッテリへの充電のために使用し、特に減速運転時には、駆動軸4側からのエネルギーを回生して、バッテリ充電のための発電を行わせる。
【0019】
図2は上記ハイブリッド車両における電力供給系のシステム図である。
高電圧バッテリ11は、定格42V程度の、モータジェネレータ2の電力源となる充放電可能な電池電源であって、具体的には鉛酸バッテリ(lead-acid battery ;充放電中に組成が変わる酸化鉛を含む鉛の格子を電極とし、希硫酸を電解質とする鉛蓄電池)を用いている。
【0020】
ここで、高電圧バッテリ11の充電時には、すなわち、モータジェネレータ2から発電電力が得られている状態では、モータジェネレータ2より発生する3相交流電力が、インバータ12により直流電力に変換されて、ジャンクションボックス13を介して、供給され、放電時には、その放電電力がジャンクションボックス13及びインバータ12を介して3相交流電力に変換されて、モータジェネレータ2に供給される。
【0021】
低電圧バッテリ14は、エンジン補機負荷を含む車載電気負荷の電力源として一般的に用いられている定格14V程度の鉛酸電池で、その電気エネルギーはモータジェネレータ2からインバータ12及びジャンクションボックス13を経由した後、DC/DCコンバータ15を介して蓄えられる。
【0022】
コントロールユニット16は、エンジン回転数Ne、車速VSP及びアイドルスイッチ信号を含む車両の各種運転条件が入力される他、電流センサ及び電圧センサを介して、モータジェネレータ2より発生しインバータ12により変換された発電電流IMG、高電圧バッテリ11への充電電流(又は放電電流)IH及びその端子電圧VHの検出を行う。そして、これらを基に、モータジェネレータ2の作動を制御する機能を有し、特に、高電圧バッテリ11の充電レベルSOC(State of Charge )を検出して、目標充電レベルTSOCとなるように、モータジェネレータ2の発電量(発電電流)をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段としての機能を有している。尚、充電レベルSOCの検出は、前記IH,VHに基づく推定により行う。
【0023】
図3は前記コントロールユニット16によるモータジェネレータ2の発電量(発電電流)制御の制御ブロック図であり、全体が発電量フィードバック制御手段に相当する。
【0024】
目標充電レベル切換手段21は、高電圧バッテリ11の目標充電レベルTSOCを設定するもので、切換スイッチ(SW)により、定常運転時は、減速運転(エネルギー回生時)に余裕を残すように、目標充電レベルTSOCを低めの所定値TSOCLに設定し、減速運転時は、十分なエネルギー回生のため、目標充電レベルTSOCを高めの所定値TSOCHに設定する。
【0025】
ここで、目標充電レベルTSOCは、満充電量(所定の初期容量又は満充電状態にて学習した満充電量)に対する目標充電量の割合で、定常運転時のTSOCLは例えば80%、減速運転時のTSOCHは例えば95%に設定する。
【0026】
具体的には、図4のフローチャートに示すように、S1にて、エンジン回転数Ne、車速VSP及びアイドルスイッチ信号から、減速運転時(Ne≧所定値、VSP≧所定値、かつアイドルスイッチON)か否かを判定する。この結果、減速運転時でない場合、すなわち、定常運転時の場合は、S2へ進んで、目標充電レベルTSOCを低めの所定値TSOCL(例えば80%)に設定する。また、減速運転時の場合は、S3へ進んで、目標充電レベルTSOCを高めの所定値TSOCH(例えば95%)に設定する。
【0027】
尚、減速運転時のTSOCHは満充電レベル相当に設定するが、実際の充電レベルSOCの検出誤差(推定誤差)を考慮し、検出誤差が±α(%)であるとすると、100−α(%)に設定する。従って、検出誤差が±5%であれば、95%に設定する。検出誤差による過充電を防止するためである。
【0028】
充電レベル検出手段22は、高電圧バッテリ11の実際の充電レベルSOCを検出(推定)する。
具体的には、先ず、始動時(大放電時)に、放電時特性VH=VH0−IH・R0(VHはバッテリ端子電圧、VH0は開放端電圧(起電力)、IHは放電電流、R0は内部抵抗)より、実際に検出した複数点でのVH、IHから、VH0、R0を求め、充電量=f(VH0)を推定する。その後は、電流センサにより検出される高電圧バッテリ11の充放電電流IHを時間積算して、充電量を更新する(充電量=充電量+IH・Δt;Δtは積算の時間隔)。そして、このようにして求められる充電量を満充電量(所定の初期容量又は満充電状態にて学習した満充電量)にて除算して、充電レベルSOC(%)を算出する。
【0029】
尚、ここでは充電レベルSOC及び目標充電レベルTSOCを満充電状態に対する割合(%)として検出、設定しているが、絶対量(A・Hr)である充電量として検出、設定するようにしてもよい。
【0030】
目標充電電流算出手段23は、目標充電レベルTSOCと実際の充電レベルSOCとを比較し、その差分(TSOC−SOC)に比例積分制御に基づくゲインKを乗じるなどして、充電量のフィードバック制御量を算出し、これを電流変換して、高電圧バッテリ11への目標充電電流を算出する。
【0031】
一方、発電電流検出手段24は、電流センサにより、モータジェネレータ2の実際の発電電流IMGを検出する。
充電電流検出手段25は、電流センサにより、高電圧バッテリ11への実際の充電電流IHを検出する。
【0032】
電気負荷電流検出手段26は、モータジェネレータ2の発電電流IMGから、高電圧バッテリ11への充電電流IHを減算して、エアコン、パワステ、ライト、ワイパー等の車載電気負荷に供給されている電気負荷電流(=IMG−IH)を算出する。すなわち、モータジェネレータ2の発電電流IMGから、高電圧バッテリ11への充電電流IHを減算して、低電圧バッテリ14への充電電流IL=IMG−IHを求め、この低電圧バッテリ14への充電電流ILを、電気負荷電流(=IL)と推定するのである。
【0033】
バッテリ充電時目標発電電流算出手段27は、前記目標充電電流算出手段23により算出された目標充電電流に、前記電気負荷電流検出手段26により求められた電気負荷電流を加算して、モータジェネレータ2の目標発電電流(=目標充電電流+電気負荷電流)を算出する。
【0034】
バッテリ放電時目標発電電流設定手段28は、バッテリ放電時のバッテリ劣化を防止すべく、バッテリ放電時にモータジェネレータ2より微量の発電電流を得るためのもので、目標発電電流を1〜2A程度(定数)に設定する。
【0035】
目標発電電流決定手段29は、選択スイッチ(SW)により、バッテリ充電中は、前記バッテリ充電時目標発電電流算出手段27により算出されたバッテリ充電時目標発電電流を、目標発電電流として決定し、バッテリ放電中は、前記バッテリ放電時目標発電電流算出手段28により設定されたバッテリ放電時目標発電電流(微量発電電流)を、目標発電電流として決定する。
【0036】
目標トルク算出手段30は、前記目標発電電流決定手段29により決定された目標発電電流を、図3中(a)のテーブルを参照して、目標トルクに変換する。モータジェネレータ駆動電流制御手段31は、この目標トルクとエンジン回転数Neとに基づき、図3中(b)のマップを参照して、現在のエンジン回転数Neで目標トルクを出すために必要なモータジェネレータ2への駆動電流を決定して出力し、これによりモータジェネレータ2の発電電流を制御する。ここで、目標トルク算出手段30及びモータジェネレータ駆動電流制御手段31が発電量制御手段に相当する。
【0037】
以上のような制御により、高電圧バッテリ11として鉛酸バッテリを用い、定常運転時は減速運転時(エネルギー回生時)に余裕を残すようにバッテリに充電することで、減速運転時に十分なエネルギー回生が可能となり、回生効率を大幅に向上することができる。また、過充電によるバッテリ劣化を防止し、併せて減速Gが大きくなり過ぎるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両のシステム図
【図2】 同上のハイブリッド車両における電力供給系のシステム図
【図3】 モータジェネレータの発電量制御の制御ブロック図
【図4】 目標充電レベル切換のフローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
2 モータジェネレータ
3 変速機
11 高電圧バッテリ
12 インバータ
13 ジャンクションボックス
14 低電圧バッテリ
15 DC−DCコンバータ
16 コントロールユニット
21 目標充電レベル切換手段
22 充電レベル検出手段
23 目標充電電流算出手段
24 発電電流検出手段
25 充電電流検出手段
26 電気負荷電流検出手段
27 バッテリ充電時目標発電電流算出手段
28 バッテリ放電時目標発電電流設定手段
29 目標発電電流決定手段
30 目標トルク算出手段(発電量制御手段)
31 モータジェネレータ駆動電流制御手段(発電量制御手段)
Claims (4)
- 車両走行用の駆動源として、内燃機関と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータとを備え、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、前記高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するハイブリッド車両の制御装置において、
前記高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように前記電気モータの発電量をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段を設け、
前記発電量フィードバック制御手段は、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、実際の充電レベルを目標充電レベルと比較して前記高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する目標充電電流算出手段と、前記低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出する電気負荷電流検出手段と、前記目標充電電流と前記電気負荷電流とを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出する目標発電電流算出手段と、前記目標発電電流を得るように前記電気モータの発電量制御を行う発電量制御手段と、を含んで構成し、
更に、定常運転時と減速運転時とで目標充電レベルを異ならせる目標充電レベル切換手段を設けたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 定常運転時の目標充電レベルを減速運転時の目標充電レベルより低く設定することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 減速運転時の目標充電レベルを満充電レベル相当に設定することを特徴とする請求項2記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 前記高電圧バッテリとして、鉛酸バッテリを用いることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
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