JP3726885B2 - ハイブリッド車両のジェネレータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両に備えられたジェネレータを制御する制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えば特開２０００−２２７１５０号公報に記載されたハイブリッド車両では、エンジンと変速機のトルクコンバータとの間に配置したモータを駆動してモータ走行を可能とすると共に、エンジン走行時や減速時には、逆にモータをジェネレータとして機能させて回生電流をバッテリに充電している。作動時のモータは発熱することから、熱対策としてトルクコンバータのオイルが利用されており、油温が所定値以上になると、ポンプによりオイルをラジエータの冷却回路に流通させて冷却し、これによりトルクコンバータと共に近接位置にあるモータの温度上昇を抑制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した公報に記載のハイブリッド車両では、モータの冷却制御をトルクコンバータの油温に基づいて間接的に行っているに過ぎず、モータ温度が実際にどの程度を上限として抑制できるかについて確証はない。よって、モータ容量を設定する際には、車両側から要求される発電量を連続定格（連続運転してもモータの上限温度を越えることがない運転領域）で確保できるように、容量の上で十分に余裕をもった設定が行われるため、必然的にモータが大型化する傾向にある。その結果、要求発電量が比較的低い通常時には、効率が悪い領域でモータを運転させることになり、ひいてはモータを駆動するエンジンの燃費や排ガス特性を悪化させてしまうという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、温度上昇による破損等のトラブルを確実に防止した上で、要求発電量に対して可能な限り容量の小さいジェネレータを適用して、燃費及び排ガス特性を向上させることができるハイブリッド車両のジェネレータ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、エンジンにより駆動され、要求される最大発電量を短時間定格域での発電で賄うように容量が設定されたジェネレータと、ジェネレータの温度を検出する温度検出手段と、ジェネレータを短時間定格域で運転すると共に、上記温度検出手段にて検出されたジェネレータ温度の上昇に応じて上記ジェネレータの発電量を制限して運転領域を連続定格域近傍まで可変にする運転領域可変手段とを備えた。
【０００６】
従って、運転領域可変手段によりジェネレータが短時間定格域で運転されると共に、ジェネレータ温度の上昇に応じてジェネレータの発電量が制限されて運転領域が連続定格域近傍まで可変されるため、ジェネレータの発熱量が減少して温度上昇が抑制される。そして、ジェネレータは要求される最大発電量を短時間定格域での発電で賄うように容量が設定されているため、最大発電量を連続定格域での発電で賄う場合に比較して容量を縮小可能となり、小型化されたジェネレータはシステム効率の良好な領域で運転可能であることから、エンジンの燃費や排ガス特性が向上される。
請求項２の発明では、請求項１において、運転領域可変手段によりジェネレータの運転領域が連続定格域近傍まで可変されたにも拘わらずジェネレータ温度が更に上昇したときに、ジェネレータの発電量を更に制限、又は０とするものである。
従って、ジェネレータの運転領域が連続定格域近傍まで可変されたにも拘わらずジェネレータ温度が更に上昇したときには、要求発電量の確保よりジェネレータの保護が優先されて、発電量が更に制限、又は０とされるため、より確実にジェネレータの温度上昇を抑制可能となる。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項１，２において、ジェネレータの温度上昇率を判定する温度上昇率判定手段を有し、運転領域可変手段が、温度上昇率判定手段にて判定されたジェネレータの温度上昇率が大きいときに、ジェネレータの運転領域の制限量を増加させるものである。
従って、温度上昇率が大きくてジェネレータに過熱の兆候があるときには、その時点のジェネレータ温度に関わらず、ジェネレータの運転領域の制限量が増加されて、より低発熱運転側でジェネレータが運転される。その結果、ジェネレータ温度に基づく制御のみの場合に比較して、より確実にジェネレータの温度上昇が抑制可能となる。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項１〜３において、運転領域可変手段の制御に基づくジェネレータの発電量の制限に応じて、エンジンの回転速度を増加させる回転速度制御手段を備えたものである。
【０００９】
従って、ジェネレータの発電量が制限されても、それに応じて回転速度制御手段によりエンジンの回転速度が増加されるため、要求される発電量を確実に確保可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をハイブリッド車両のジェネレータ制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
本実施形態のハイブリッド車両はエンジンを発電専用に用いるシリーズ式のハイブリッド車両として構成されており、例えば、都市部で低速走行を多用する乗合バス等の大型車両に適用される。図１は本実施形態のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置を示す全体構成図である。この図に示すように、車両には駆動源として走行モータ１が搭載されており、走行モータ１は変速機２及び差動装置３を介して左右の駆動輪（後輪）４に連結されている。走行モータ１は誘導型モータ、或いは永久磁石同期型モータとして構成され、駆動用のバッテリ５がインバータ回路６を介して電気的に接続されている。インバータ回路６は、モータ駆動による走行時にはバッテリ５又は後述するジェネレータ８からの電力を走行モータ１に供給して駆動制御し、車両の減速時には走行モータ１にて回生された電力をバッテリ５に充電する。
【００１１】
又、バッテリ５にはインバータ回路７を介してジェネレータ８が電気的に接続され、このジェネレータ８は発電用のエンジン９の出力軸９ａに連結されて回転駆動される。インバータ回路７は、上記インバータ回路６と同様に、ジェネレータ８によって発電された電力を供給して走行モータ１の駆動制御及びバッテリ５の充電を行う。又、図示はしないが、インバータ回路７は補機モータにも電気的に接続され、この補機モータに電力を供給することによりエアブレーキ用のエアコンプレッサやパワステポンプ等の補機類を駆動する。
【００１２】
一方、車室内には図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されており、このＥＣＵ１１により本実施形態のジェネレータ制御装置が制御される。ＥＣＵ１１には上記したバッテリ５及びインバータ回路６，７が相互通信可能に接続されると共に、エンジン９を運転するための図示しない燃料噴射弁や点火コイル等の各種アクチュエータ、センサが接続されている。又、ＥＣＵ１１には運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ１２、Ｄ（ドライブ）、Ｎ（ニュートラル）、Ｒ（リバース）等の運転者によるシフト位置を検出するシフト位置センサ１３、車速を検出する車速センサ１４、ジェネレータ８の温度Ｔを検出する温度センサ１５（温度検出手段）等の各種センサ類が接続されている。
【００１３】
そして、ＥＣＵ１１はハイブリッド車両を走行させるための一般的な制御を実行する。即ち、車両の走行時においては、アクセル操作量に基づいて所定のマップから要求モータトルクを算出し、インバータ回路６によりバッテリ５からの電力を走行モータ１に供給して要求モータトルクを発生させる。又、インバータ回路７によりバッテリ５からの電力を補機モータに供給して、必要に応じてコンプレッサやパワステポンプ等を駆動する。
【００１４】
又、アクセル操作量や車速から車両の減速を判定したときには、走行モータ１にて回生された電力をインバータ回路７によりバッテリ５に充電する。一方、バッテリ５の充電レベル（ＳＯＣ：State Of Charge）が所定値を下回ったときには、エンジン９を始動してジェネレータ８による発電を開始し、充電レベルに応じてバッテリ５を充電する。
【００１５】
加えて本実施形態では、発電時のジェネレータ８の運転領域をジェネレータ温度Ｔに基づいて制御している。そこで、ＥＣＵ１１により行われるジェネレータ８の制御について詳述する。
このジェネレータ制御には、ジェネレータ８の容量が密接に関係するため、まず、容量の設定状態について述べる。ジェネレータ８に要求される発電量は、走行モータ１や補機モータの運転状態、バッテリ５の充電レベル等に応じて変化し、従来技術として説明した特開２０００−２２７１５０号公報に記載されたハイブリッド車両等では、要求される最大発電量を連続定格域での発電で賄うことが可能なように、ジェネレータの容量が設定される。これに対して本実施形態では、要求される最大発電量を短時間定格域での発電で賄うように、ジェネレータ８の容量が設定されている。勿論、発電量はジェネレータ８の回転速度によって異なるため、これらの設定は、エンジン９の燃費、排ガス特性、騒音等を考慮した適切なエンジン回転速度（例えば、後述する図３に示すＮ１）を前提としたものである。
【００１６】
図２はハイブリッド車両における発電タイミングの一例を示しており、ジェネレータ８の発電は断続的になされて、その発電の継続時間はかなり短時間（例えば、２００sec）となっている。周知のように連続運転可能な連続定格域に対して、短時間定格域ではジェネレータ８の過熱による破損防止のために運転時間を制限する必要があるが、このように実際の発電の継続時間が限られているため、最大の継続時間以上でもジェネレータ温度Ｔがジェネレータ８の上限温度に達しない運転領域であれば、必ずしも連続定格域に抑制する必要はなく、短時間定格域で発電を実施可能なことがわかる。
【００１７】
図３は連続定格域と短時間定格域との発電特性を示しているが、同一のジェネレータ回転速度において、連続定格域に比較して短時間定格域ではより大きな発電量が得られることがわかる。結果として、短時間定格域を利用する本実施形態のジェネレータ８は、公報に記載のものに比較してかなり小さな容量のものが適用されている。
【００１８】
一方、ＥＣＵ１１は図４に示す運転領域設定ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。予めジェネレータ８の上限温度以下の領域には、４つの設定値Ｔ１〜Ｔ４（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）が定められており、これらの設定値に基づいて、本実施形態では図３に示すように、短時間定格域（最終ゲインＦgain＝１００％）を上限として連続運転域の下側の領域（Ｆgain＝６０％）まで、ジェネレータ８の運転領域を連続可変すると共に、それに伴う発電量の低下を補うために、例えば要求発電量としてＷを達成するときには、ジェネレータの回転速度をＮ１（Ｆgain＝１００％）〜Ｎ２（Ｆgain＝６０％）の範囲で制御する。
【００１９】
まず、ＥＣＵ１１はステップＳ２でジェネレータ温度Ｔを第１及び第２の設定値Ｔ１,Ｔ２と比較し、その比較結果に応じて図５に示すマップから温度Ｔに応じたジェネレータ８の運転領域ゲインＧgainを設定する（運転領域可変手段）。即ち、ジェネレータ温度Ｔが第１の設定値Ｔ１未満（Ｔ＜Ｔ１）のときには、ステップＳ４で運転領域ゲインＧgainを１００％に設定し、ジェネレータ温度Ｔが第２の設定値Ｔ２を越えている（Ｔ＞Ｔ２）のときには、ステップＳ６で運転領域ゲインＧgainを６０％に設定し、ジェネレータ温度Ｔが第１及び第２の設定値Ｔ１,Ｔ２の間（Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）のときには、ステップＳ８でマップの勾配に倣って次式（1）より運転領域ゲインＧgainを設定する。
【００２０】
Ｇgain＝40T/（T1−T2）−40T1/（T1−T2）+100 ………（1）
次いで、ステップＳ１０でジェネレータ温度Ｔから時間当たりの温度上昇率ΔＴを算出し（温度上昇率判定手段）、続くステップＳ１２で上昇率ΔＴが上昇率許容値ΔＴmax以上か否かを判定する。ステップＳ１２の判定がＹＥＳ（肯定）のときには、ステップＳ１４で運転領域ゲインＧgainを６０％に設定した後にステップＳ１６に移行し、又、ステップＳ１２の判定がＮＯ（否定）のときには直接ステップＳ１６に移行する。
【００２１】
ステップＳ１６ではジェネレータ温度Ｔを第３及び第４の設定値Ｔ３,Ｔ４と比較し、その比較結果に応じて図６に示すマップからジェネレータ８の発電量抑制ゲインＰgainを設定する。即ち、ジェネレータ温度Ｔが第３の設定値Ｔ３未満（Ｔ＜Ｔ３）のときには、ステップＳ１８で発電量抑制ゲインＰgainを１００％に設定し、ジェネレータ温度Ｔが第４の設定値Ｔ４を越えている（Ｔ＞Ｔ４）ときには、ステップＳ２０で発電量抑制ゲインＰgainを０％に設定し、ジェネレータ温度Ｔが第３及び第４の設定値Ｔ３,Ｔ４の間（Ｔ３≦Ｔ≦Ｔ４）のときには、ステップＳ２２でマップの勾配に倣って次式（2）より発電量抑制ゲインＰgainを設定し、その後にルーチンを終了する。
【００２２】
Ｐgain＝100T/（T3−T4）−100T3/（T3−T4）+100 ………（2）
そして、ＥＣＵ１１は、このようにして得られた運転領域ゲインＧgainと発電量抑制ゲインＰgainに基づき、図３に示すようにジェネレータ８の運転領域を決定し、その運転領域に従ってインバータ回路７を制御してジェネレータ８を運転させる。一方、ＥＣＵ１１は、エンジン９側ではエンジン回転速度（即ち、ジェネレータ８の回転速度）を制御しており、図３のマップの特性に基づき、ジェネレータ８の運転領域の低発熱運転側への移行に伴ってジェネレータ回転速度を増加させ、これにより要求発電量の確保を図っている（回転速度制御手段）。
【００２３】
以上の制御の結果、ジェネレータ８は以下に述べるように制御される。
まず、ジェネレータ温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１未満で、ジェネレータ８が過熱しておらず、且つ、温度Ｔの上昇率ΔＴが上昇率許容値ΔＴmax未満で、過熱の兆候もないときには、例えば図３に示すように、ジェネレータ回転速度をＮ１に維持した上で、短時間定格域でジェネレータ８が運転される。上記したように本実施形態では比較的小型のジェネレータ８が選択されているが、大きな発電量が得られる短時間定格域で運転されるため、車両側の要求発電量は十分に確保される。そして、このようにジェネレータ８が小型化されているため、要求発電量が低い場合でもジェネレータ８はシステム効率の良好な領域で運転され、結果としてジェネレータ８を駆動するエンジン９の燃費や排ガス特性が向上される。
【００２４】
又、ジェネレータ８が過熱して、図５に示すようにジェネレータ温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１を越え、或いは更に第２の設定温度Ｔ２を越えると、温度Ｔに基づき運転領域ゲインＧgainが６０％を下限として減少設定される。運転領域ゲインＧgainに応じてジェネレータ８の運転領域が低発熱運転側に制限されると、ジェネレータ８の発熱量は減少する。又、このときには要求発電量を確保すべくジェネレータ回転速度が増加されるため、ジェネレータ８の冷却が促進される。よって、ジェネレータ８の温度上昇が抑制され、上限温度を超えたときの破損等のトラブルが確実に防止される。
【００２５】
更に、譬えジェネレータ温度Ｔが第１の設定値Ｔ１未満の場合であっても、上昇率ΔＴが上昇率許容値ΔＴmax以上となって、過熱の兆候があるときには、運転領域ゲインＧgainが６０％に設定される。この運転領域は連続定格域より低いため、ジェネレータ８の発熱量が急減すると共に、ジェネレータ回転速度の増加により冷却が促進され、上記と同様にジェネレータ８の温度上昇が抑制されて破損等のトラブルが確実に防止される。
【００２６】
一方、ジェネレータ８の発電が図２のように断続することなく連続的に行われた場合（例えば、走行モータ１の消費電力が増加する急登坂路が続いた場合等）には、上記運転領域ゲインＧgainに基づく対策にも拘わらず温度上昇が抑制されない可能性がある。この場合、図６に示すようにジェネレータ温度Ｔが第３の設定温度Ｔ３を越えて更に第４の設定温度Ｔ４を越えると、発電量抑制ゲインＰgainは急減して０に設定される。つまり、要求発電量の確保よりジェネレータ８の保護が優先され、実質的にジェネレータ８の発電が中断されて発熱量が０となり、ジェネレータ８の破損防止が図られる。
【００２７】
以上のように本実施形態のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置では、ジェネレータ８を短時間定格域で運転させて、車両側の要求発電量を確保した上でジェネレータ８の小型化を実現する一方、短時間定格域での運転によりジェネレータ温度Ｔが上昇したときには、温度Ｔから求めた運転領域ゲインＧgain及び発電量抑制ゲインＰgainに基づいてジェネレータ８の運転領域を低発熱運転側に制限し、これにより温度上昇を抑制している。その結果、温度上昇による破損等のトラブルを確実に防止した上で、要求発電量に対して可能な限り容量の小さいジェネレータ８を適用して、燃費及び排ガス特性を大幅に向上させることができる。
【００２８】
又、温度上昇率ΔＴが上昇率許容値ΔＴmax以上となって過熱の兆候があると判定したときには、その時点のジェネレータ温度Ｔに関わらず、上記運転領域ゲインＧgainを連続定格域より低い下限値の６０％に設定するようにした。そして、このように温度上昇率ΔＴを考慮することにより、上記ジェネレータ温度Ｔに基づく制御のみの場合に比較して、より確実にジェネレータ８の破損等のトラブルを防止することができる。
【００２９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、エンジン９を発電専用に用いるシリーズ式のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置として具体化したが、エンジンを走行用にも使用するパラレル式のハイブリッド車両に具体化してもよい。
又、上記実施形態では、運転領域ゲインＧgainを図５のマップに従ってジェネレータ温度Ｔ１，Ｔ２間で変化させ、発電量抑制ゲインＰgainを図６にマップに従ってジェネレータ温度Ｔ３，Ｔ４間で変化させたが、マップの特性はこれらに限ることはない。例えば、温度Ｔの上昇に伴って運転領域ゲインＧgainをジェネレータ温度Ｔの全域に亘ってゆるやかに減少させたり、或いは、発電量抑制ゲインＰgainをジェネレータ温度Ｔ３で１００％から０％にステップ状に減少させたりしてもよい。
【００３０】
更に、上記実施形態では、ジェネレータ８の運転領域の下限を連続定格域より下側の６０％に設定したが、温度上昇を抑制可能であれば、必ずしも連続定格以下の領域まで制限する必要はなく、例えば連続定格域より上側の領域を下限としてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置によれば、温度上昇による破損等のトラブルを確実に防止した上で、要求発電量に対して容量の小さいジェネレータを適用して、燃費及び排ガス特性を向上させることができる。
【００３２】
又、請求項２の発明のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置によれば、請求項１に加えて、ジェネレータの運転領域が連続定格域近傍まで可変されたにも拘わらずジェネレータ温度が更に上昇したときに、ジェネレータの発電量を更に制限、又は０とするため、より確実にジェネレータの破損等のトラブルを防止することができる。
又、請求項３の発明のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置によれば、請求項１，２に加えて、温度上昇率が大きくてジェネレータの過熱の兆候があるときに、ジェネレータの運転領域の制限量を増加するため、より確実にジェネレータの破損等のトラブルを防止することができる。
又、請求項４の発明のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置によれば、請求項１〜３に加えて、ジェネレータの発電量の制限に応じてエンジンの回転速度を増加させるため、要求される発電量を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ハイブリッド車両における発電タイミングの一例を示すタイムチャートである。
【図３】ジェネレータの運転領域を示す説明図である。
【図４】ＥＣＵが実行する運転領域設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】運転領域ゲインＧgainを設定するためのマップを示す説明図である。
【図６】発電量抑制ゲインＰgainを設定するためのマップを示す説明図である。
【符号の説明】
８ ジェネレータ
９ エンジン
１１ ＥＣＵ
（運転領域可変手段、温度上昇率判定手段、回転速度制御手段）
１５ 温度センサ（温度検出手段）

Claims (4)

1. エンジンにより駆動され、要求される最大発電量を短時間定格域での発電で賄うように容量が設定されたジェネレータと、
   上記ジェネレータの温度を検出する温度検出手段と、
   上記ジェネレータを短時間定格域で運転すると共に、上記温度検出手段にて検出されたジェネレータ温度の上昇に応じて上記ジェネレータの発電量を制限して運転領域を連続定格域近傍まで可変にする運転領域可変手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両のジェネレータ制御装置。
2. 上記運転領域可変手段により上記ジェネレータの運転領域が連続定格域近傍まで可変されたにも拘わらず上記ジェネレータ温度が更に上昇したときに、上記ジェネレータの発電量を更に制限、又は０とすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置。
3. 上記ジェネレータの温度上昇率を判定する温度上昇率判定手段を有し、上記運転領域可変手段は、上記温度上昇率判定手段にて判定されたジェネレータの温度上昇率が大きいときに、上記ジェネレータの運転領域の制限量を増加させることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置。
4. 上記運転領域可変手段の制御に基づく上記ジェネレータの発電量の制限に応じて、上記エンジンの回転速度を増加させる回転速度制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のハイブリッド車両のジェネレータ制御装置。

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