JP3687276B2 - ハイブリッド電気自動車の発電機制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、車両の駆動源としてモータとエンジンとを備えたハイブリッド電気自動車の発電機制御装置に関し、特にモータの電力源である充放電可能な電池の充電用発電機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド電気自動車に搭載された充放電可能な電池の充電用発電機即ちエンジン駆動発電機の制御装置としては、例えば特開平６−１７８４０５号公報に開示のものや、特開平６−１７８４０６号公報に開示のものがある。
前者の制御装置は、エンジン駆動発電機の作動中に電池の残存放電容量（ＳＯＣ）が所定値まで低下した場合にはモータの出力をエンジン駆動発電機の発電電力に制限し、他の所定値まで低下した場合にはエンジン駆動発電機の発電電力を増大させる等の制御を行うもので、要するに電池の充電状態に応じてエンジン駆動発電機の動作開始を制御するものである。
【０００３】
また、後者の制御装置は、駆動開始以後についてモータやインバータ等の駆動手段による消費電力の平均値を求め、この求めた平均値が比較的大きい場合に発電開始ポイントを比較的高く設定し、かつ求めた平均値に応じてエンジン駆動発電機の出力電力を制御するもので、要するに消費電力に応じて発電機の動作開始を行うＳＯＣを変化させて制御を行うものである。
【０００４】
これら従来の制御装置は、上記のように電池の充電状態に基づいて発電機を制御するもので、電池の深い放電を防止し寿命を長期化するという効果を奏するが、電池温度が変化したり、電池が劣化すると発電機の動作開始ポイントがずれ、電池の過放電または駆動手段の出力が制限されるという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする第１の課題は、電池温度が変化したり電池が劣化した場合においても、エンジン駆動発電機の動作開始ポイントがずれることなく発電機の制御を行うことである。本発明が解決しようとする第２の課題は、第１の課題に加えて最適の発電出力を得るように発電機の制御を行うことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の課題を解決するために、サンプリングで検出された電池の充放電電流と端子電圧の値、及び例えば予め定められた電池の最大電圧と最小電圧とから最大受入可能電流と最大放電可能電流をそれぞれ算出し、最大受入可能電流が最大放電可能電流と同じになった時点で発電機を起動させるように制御する。これにより過放電に至る前に充電が開始される。
その際さらに、第２の課題を解決するために、算出された最大受入可能電流に基づいて目標発電電力を算出して、この算出した目標発電電力になるように発電機を制御することにより、広い範囲でモータに必要な電力を供給することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、本発明の第１の実施例におけるハイブリッド電気自動車の構成を示す。 ハイブリッド電気自動車は、駆動源としてモータ（ＭＴＲ）１０とエンジン（ＥＮＧ）１とを備えている。モータ１０は、例えば３相交流モータである。充放電可能な電池５からの直流電力は、インバータ（ＩＮＶ）９で３相交流電力に変換されて３相交流モータ１０に供給される。エンジン１は車両の駆動源であると同時に、発電機２の駆動源でもある。即ちエンジン１の出力軸は発電機２に直接または間接に連結されており、エンジン１が回転すると発電機２からは発電電力が出力される。従って、エンジン１と発電機２はエンジン駆動発電機を構成している。発電機２は、例えば３相交流発電機である。発電機２の出力、即ち３相交流電力は整流器３によって直流電力に変換され、充放電可能な電池５に供給される。
【０００８】
車両コントローラ１１は、インバータ９の制御等を行うコントローラである。車両コントローラ１１は、操縦者のアクセル操作やブレーキ操作等を示す車両信号と共に、電池コントローラ８からの電池状態を表す信号を入力し、これらの信号に基づいてインバータ９の動作を制御する。インバータ９は所定個数のスイッチング素子から構成されており、当該スイッチング素子を制御することによって、モータ１０の出力トルクを制御することができる。車両コントローラ１１は、このような制御を行うことにより、操縦者のアクセル操作やブレーキ操作に応じた出力トルクをモータ１０に発生させる。
【０００９】
電池コントローラ８は、電流検出器（Ｉ検出）６及び電圧検出器（Ｖ検出）７によりそれぞれ検出された電池５の充放電電流と端子間電圧を入力し、これらの値から電池状態を表す信号を算出し、所定の条件が満たされた場合に発電コントローラ４を介してエンジン駆動発電機の発電を開始させる。エンジン駆動発電機が動作している状態では電池５への充電が行われているため、電池５の放電がある程度進行した時点でエンジン駆動発電機を動作させることにより走行距離を延長させることができる。
【００１０】
発電コントローラ４は、エンジン駆動発電機を動作させている場合に、これらエンジン１の回転数や発電機２の出力電圧、電流等をモニタしつつ、発電機２の出力電力が一定となるよう制御する。この制御は、例えばエンジン１のスロットル開度の制御や、発電機２の界磁電流の制御等により行う。
【００１１】
図２は、本実施例の制御動作を示すフローチャートである。図２に示された動作は、主に電池コントローラ８により実行される。電池コントローラ８は先ず図示していないイグニッションスイッチがオンされると、ステップ１０１で電池５の充放電電流Ｉと端子電圧Ｖが所定時間毎、即ちサンプリング時間毎に検出される。
【００１２】
次にステップ１０２で、検出された充放電電流Ｉと端子電圧Ｖを基に最大放電可能電流と最大受入可能電流が算出される。
図３を参照しながら、これら電流の算出方法を説明する。
或る一定時間内に検出された複数の充放電電流Ｉと端子電圧Ｖの値を縦軸を電圧軸、横軸を電流軸としたグラフ上にプロットすると左肩上がりの斜め楕円の中に分布する。これを一次式に近似すると左肩上がりの斜線が得られる。この場合、放電電流はプラス、充電電流ないし受入電流はマイナスで与えられる。そして、上記サンプリングが行われた状態における電池の内部抵抗をＲとし、Ｋを電池の特性から与えられる定数とすると、電池の端子電圧Ｖと充放電電流Ｉとの関係は式（１）のようになる。
Ｖ＝−ＩＲ＋Ｋ （１）
【００１３】
図３において、電流軸に平行な上方の破線は電池の満充電電圧即ち最大電圧Ｖｍｘを示し、下方の破線は電池の放電下限電圧即ち最小電圧Ｖｍｎを示す。従って、式（１）を表す斜線が最大電圧Ｖｍｘを示す線に達した点に対応する電流軸上の点が最大受入可能電流Ｉｃであり、式（１）を表す斜線が最小電圧Ｖｍｎを示す線に達した点に対応する電流軸上の点が最大放電可能電流Ｉｄである。それ故、最大受入可能電流Ｉｃは式（２）で表され、最大放電可能電流Ｉｄは式（３）で表される。
Ｉｃ＝（Ｋ−Ｖｍｘ）／Ｒ （２）
Ｉｄ＝（Ｋ−Ｖｍｎ）／Ｒ （３）
【００１４】
ところで、電池の内部抵抗Ｒは図３の左肩上がりの斜線の傾きであるから、簡単に算出される。抵抗Ｒの値が決まれば、或るサンプリング時における電圧と電流の値を式（１）に当てはめることによって、定数Ｋの値も簡単に算出される。従って、電池コントローラ８は、式（２）と（３）に内部抵抗Ｒと定数Ｋの値を当てはめることによって、最大受入可能電流Ｉｃと最大放電可能電流Ｉｄを算出する。
【００１５】
ステップ１０３では、ステップ１０２で算出された最大放電可能電流と最大受入可能電流が比較される。最大受入可能電流は、式（２）のＩｃがマイナスの値で算出されるから、Ｉｃの絶対値とＩｄが比較されることになる。
比較の結果、最大受入可能電流、即ちＩｃの絶対値が最大放電可能電流Ｉｄと同じか又はそれ以上であればステップ１０５へ進むが、そうでない場合は最初のステップ１０１に戻る。
【００１６】
ステップ１０５では、電池コントローラ８は発電コントローラ４に発電開始指令信号を送る。すると、発電コントローラ４はエンジン１を起動させ、スロットルの制御を行うとともに、発電機２の界磁電流を調整して所定の発電出力Ｗをエンジン駆動発電機が出力するように制御する。従って、ハイブリッド電気自動車は、エンジン１で発電機２を駆動して発電出力Ｗを発生し、電池５を充電しながら走行する。
【００１７】
この実施例では、電流検出器（Ｉ検出）６と電圧検出器（Ｖ検出）が本発明における電池の充放電電流と端子電圧を検出する手段を構成し、ステップ１０１及びステップ１０２が検出された電池の充放電電流と端子電圧からその状態での電池の最大放電可能電流および最大受入可能電流を算出する手段を、ステップ１０３及び１０５が最大放電可能電流及び最大受入可能電流の値が等しくなった時点で発電機の発電を開始する手段をそれぞれ構成している。
【００１８】
本実施例は以上のように、最大放電可能電流が最大受入可能電流に等しくなった時点で発電を開始して電池を充電するようにしたので、電池の温度変化や劣化状態によらず、発電機の最適な発電開始ポイントを設定することができるという効果を有する。
【００１９】
次に本発明の第２の実施例を、図４の制御動作のフローチャートを参照して説明する。
図４に示される動作は、本発明の第１実施例の制御動作を示す図２のフローチャートのステップ１０１から１０３までは全く同じである。しかし、図２の場合と異なり、ステップ１０３で最大受入可能電流が最大放電可能電流と同じか又はそれ以上であれば、ステップ１０４に進む。このステップ１０４では、電池コントローラ８は図５に示すような最大充放電可能電流（最大受入可能電流＝最大放電可能電流）と発電機出力との既知の関係から、エンジン発電機の目標出力Ｗを算出する。
【００２０】
すなわち、図５に示すように、最大受入可能電流が最大放電可能電流と同じ状況における電池の充放電電流、即ち最大充放電可能電流が０（Ａ）から３００（Ａ）までの範囲で変わるような電池５と発電機２の組合せにおいて、最大充放電可能電流が小さい場合は目標発電機出力は３０（ＫＷ）の最大出力とされ、３００（Ａ）に近い範囲では太い斜線を表す関係式である一次式に従って対応する発電機出力即ち目標発電電力Ｗが算出される。
図５に基づいて目標発電電力Ｗが算出されると、このあと発電ステップ１０５に進む。これにより、ハイブリッド電気自動車はエンジン１で発電機２を駆動して発電出力Ｗを発生し、電池５を充電しながら走行する。
その他の構成は、前実施例と同じである。
この実施例では、ステップ１０４と１０５が本発明の発電出力を最大放電可能電流と最大受入可能電流が等しくなった時点における最大充放電可能電流により制御する手段を構成している。
【００２１】
本実施例では、第１の実施例と同様の効果に加え、充放電可能電力が小さいときに発電機出力を大きくすることにより、電池のＳＯＣに広い範囲において、モータに必要な電力を供給することが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、電池の充放電電流と端子電圧に基づいて最大放電可能電流と最大受入可能電流を算出し、これらの値が等しい時点で発電機の発電を開始するように制御するものとしたので、最適な発電開始ポイントが設定されるため電池の過放電が防止できる。また、電池温度や電池の劣化状態によらず電池の残存放電容量ＳＯＣが顕著に低下したりすることが抑制される。
この結果、電池充電による走行距離延長を、操縦者の如何、走行環境の如何にかかわらず、安定的に実施でき、また、電池のいわゆる深い放電が防止されるため、電池の寿命が長くなる。更に加えれば、発電機の制御が電池の温度や劣化状態によらないため、電池の温度や劣化状態を測定する必要がない。
【００２３】
更にまた、例えば最大充放電可能電流が小さいときは目標発電電力を大きくすることなど、電流値に基づいて発電出力を制御することにより、電池の残存放電容量の広い範囲で、モータに必要な電力を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施例の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】電池の充放電電流と端子電圧の関係、及び最大受入可能電流並びに最大放電可能電流の算定方法を示す図である。
【図４】第２の実施例の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施例における最大充放電可能電流と発電機出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電機
３ 整流器
４ 発電コントローラ
５ 充放電可能な電池
６ 電流検出器
７ 電圧検出器
８ 電池コントローラ
９ インバータ
１０ モータ
１１ 車両コントローラ

Claims (2)

1. 充放電可能な電池と、電池から電力の供給を受けて車両の駆動力を発生させる駆動手段と、指令に応じて動作を開始しその出力電力により電池を充電する発電機とを備えるハイブリッド電気自動車の発電機制御装置において、電池の充放電電流と端子電圧を検出する手段、検出された電池の充放電電流と端子電圧からその状態での電池の最大放電可能電流および最大受入可能電流を算出する手段、及び最大放電可能電流及び最大受入可能電流の値が等しくなった時点で発電機の発電を開始する手段とを有することを特徴とするハイブリッド電気自動車の発電機制御装置。
2. 発電機の発電出力を最大放電可能電流及び最大受入可能電流値が等しくなった時点における最大受入可能電流値により制御する手段を更に含むことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車の発電機制御装置。

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