JP3772876B2

JP3772876B2 - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP3772876B2
Application number: JP2003373413A
Authority: JP
Inventors: 麻巳久保; 英之田村; 幹雄松本; 健一後藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2004112998A

Description

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、減速運転時に、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。

近年、特許文献１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。

かかるハイブリッド車両では、減速運転時に、前記電気モータを発電機として用いて、高電圧バッテリ及び車載電気負荷用の低電圧バッテリに充電するようにしている。

ここで、前記電気モータによる発電電流の制御は、高電圧バッテリの充電状態に応じて高電圧バッテリへの目標充電電流を算出し、また車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出し、これらを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出し、これに基づいて行う。

特開平１０−３０４５１１号公報

しかしながら、減速運転時に、エネルギー回生を行う際に、発電電流が大きくなりすぎると、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るという問題点がある。

そこで、発電電流の制御値（目標発電電流）に対して、リミッタを設定することが考えられるが、過充電や減速Ｇは条件によって異なるので、回生量を効率良くとるためには、適切に設定する必要がある。

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。

本発明は、このような実状に鑑み、バッテリに充電可能な分だけ充電することにより、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と共に、回生量を効率良くとることができるようにすることを目的とする。

このため、請求項１に係る発明では、減速運転時の電気モータによる発電電流の制御値（目標発電電流）に対し、リミッタ手段を設け、そのリミッタ値を、変速機の変速比に応じて、変速比小側（高速段側）で大きく、変速比大側（低速段側）で小さく、可変設定することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、前記リミッタ手段のリミッタ値を、機関回転数に応じて可変とすることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、高電圧バッテリの充電状態に応じて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、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を備え、前記目標発電電流に対して、前記リミッタ手段を設ける一方、前記目標充電電流に対して、別のリミッタ手段を設けたことを特徴とする。

請求項４に係る発明では、前記別のリミッタ手段は、一定のリミッタ値を持つことを特徴とする。

請求項５に係る発明では、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に係る発明によれば、減速運転時の電気モータによる発電電流の制御値（目標発電電流）に対し、リミッタ手段を設けることで、バッテリに充電可能な分だけ充電することにより、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と共に、そのリミッタ値を、変速機の変速比に応じて可変とすることで、変速比小の高速段側で回生量を効率良くとることができる。

請求項２に係る発明によれば、前記リミッタ手段のリミッタ値を、機関回転数に応じて可変とすることで、機関回転数に応じて、低回転側で小さく、高回転側で大きく設定し、現在の機関回転数よりモータへ吸収可能なトルク相当分をモータ発電電流のリミッタ値とするので、回生量を効率良くとることができる。

請求項３に係る発明によれば、高電圧バッテリの充電状態に応じて高電圧バッテリへの目標充電電流を算出し、また車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出し、これらを加算して電気モータによる目標発電電流を算出する際に、前記目標発電電流に対して、前記リミッタ手段を設ける一方、前記目標充電電流に対して、別のリミッタ手段を設けることで、より適切な設定が可能となる。

請求項４に係る発明によれば、前記別のリミッタ手段は、過充電、減速Ｇの特性値から充電可能許容値として一定のリミッタ値を持つことで、簡単に実施できる。

請求項５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、コストが安価となる。

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。
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。

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、減速運転時には、発電機として、駆動軸４側からのエネルギーを回生して、発電を行い、バッテリへの充電のために使用する。

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−ａｃｉｄｂａｔｔｅｒｙ；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。

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。

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程度の鉛酸バッテリで、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。

コントロールユニット１６は、エンジン回転数Ｎｅ、エアコンのＯＮ・ＯＦＦ、変速比を含む車両の各種運転条件が入力される他、高電圧バッテリ１１の実際の充電量（充電レベル）ＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）の検出、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の検出、高電圧バッテリ１１への充電電流Ｉ４２の検出等を行って、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ている。

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の発電電流制御の制御ブロック図である。

目標充電量設定手段２１は、高電圧バッテリ１１の目標充電量ＴＳＯＣを設定する。ここで、目標充電量ＴＳＯＣは、満充電状態に対する割合で、例えば９０％に設定する。

充電量検出手段２２は、高電圧バッテリ１１の実際の充電量ＳＯＣを検出する。具体的には、電流センサにより検出される高電圧バッテリ１１の充放電電流を時間積算して求めたり、充放電電流の変化割合から内部抵抗を推定し、この内部抵抗に基づいて求める。尚、充電量ＳＯＣは、満充電状態に対する割合（％）として求めてもよいし、絶対量（Ａ・Ｈｒ）として求めてもよい。

目標充電電流算出手段２３は、目標充電量ＴＳＯＣと実際の充電量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。

尚、高電圧バッテリ１１の目標充電量を得るようにフィードバック制御する他、高電圧バッテリ１１の目標電圧を得るようにフィードバック制御してもよい。すなわち、高電圧バッテリ１１の目標電圧（例えば４４Ｖ）を設定する一方、実際の電圧を検出し、目標電圧と実際の電圧との比較結果に基づいて電圧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ようにしてもよい。

第１リミッタ手段２４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を予め定められたリミッタ値（一定値で、例えば５０Ａ）と比較し、目標充電電流がリミッタ値以上の場合に、目標充電電流をリミッタ値に規制する。

具体的には、図４のフローチャートに示すように、リミッタ値ＬＴ１を読込み、目標充電電流≧ＬＴ１か否かを判定し、目標充電電流≧ＬＴ１の場合に、目標充電電流＝ＬＴ１に変更する。ここでのリミッタ値ＬＴ１は、過充電、減速Ｇの特性値から充電可能許容値として決定した値である。

一方、発電電流検出手段２５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２６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Ｉ４２を検出する。

電気負荷電流検出手段（推定手段）２７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Ｉ４２を減算して、車載電気負荷に供給されている電気負荷電流（＝ＩＭＧ−Ｉ４２）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Ｉ４２を減算して、低電圧バッテリ１４への充電電流Ｉ１４＝ＩＭＧ−Ｉ４２を求め、この低電圧バッテリ１４への充電電流Ｉ１４を、電気負荷電流（＝Ｉ１４）と推定するのである。

バッテリ充電時目標発電電流算出手段２８は、前記目標充電電流算出手段２３により算出されて前記第１リミッタ手段２４を経た目標充電電流に、前記電気負荷電流検出手段（推定手段）２７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。
バッテリ放電時目縹発電電流設定手段２９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。

目標発電電流決定手段３０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２８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２９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。

第２リミッタ手段３１は、前記目標発電電流決定手段３０により決定された目標発電電流を運転条件に応じて定められるリミッタ値と比較し、目標発電電流がリミッタ値以上の場合に、目標発電電流をリミッタ値に規制する。

具体的には、図５のフローチャートに示すように、変速比等に基づいてリミッタ値ＬＴ２を算出し、目標発電電流≧ＬＴ２か否かを判定し、目標発電電流≧ＬＴ２の場合に、目標発電電流＝ＬＴ２に変更する。

ここでのリミッタ値ＬＴ２は、具体的には、図６に示すように、変速比に応じて、変速比小側（高速段側）で大きく、変速比大側（低速段側）で小さく設定する。これは、変速比小（高速段側）のときに、回生量を多くとるためである。

又は、図７に示すように、リミッタ値ＬＴ２を、変速比に応じて、変速比小側（高速段側）で大きく、変速比大側（低速段側）で小さく設定する一方、エンジン回転数Ｎｅに応じて補正し、低回転側で小さく、高回転側で大きくする。これは、現在のエンジン回転数Ｎｅよりモータジェネレータ２へ吸収可能なトルク相当分をモータ発電電流のリミッタ値とするためである。

目標トルク算出手段３２は、前記目標発電電流決定手段３０により決定されて前記第２リミッタ手段３１を経た目標発電電流を、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制御手段（電流指令手段）３３は、この目標トルクとエンジン回転数Ｎｃとに基づき、図３中（ｂ）のマップを参照して、目標トルクを出すために必要なモータジェネレータ２への電流指令値を決定し、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。

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、これに充電可能な分だけ充電することにより、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と共に、回生量を効率良くとることができる。

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モータジェネレータの発電電流制御の制御ブロック図第１リミッタ手段のフローチャート第２リミッタ手段のフローチャート第２リミッタ手段のリミッタ値設定例（１）を示す図第２リミッタ手段のリミッタ値設定例（２）を示す図

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
１５ＤＣ−ＤＣコンバータ
１６コントロールユニット
２１目標充電量設定手段
２２充電量検出手段
２３目標充電電流算出手段
２４第１リミッタ手段
２５発電電流検出手段
２６充電電流検出手段
２７電気負荷電流検出手段（推定手段）
２８バッテリ充電時目標発電電流算出手段
２９バッテリ放電時目標発電電流設定手段
３０目標発電電流決定手段
３１第２リミッタ手段
３２目標トルク算出手段
３３モータジェネレータ制御手段（電流指令手段）

Claims

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、減速運転時に、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、
減速運転時の前記電気モータによる発電電流の制御値に対し、リミッタ手段を設け、そのリミッタ値を、変速機の変速比に応じて、変速比小側で大きく、変速比大側で小さく、可変設定することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記リミッタ手段のリミッタ値を、機関回転数に応じて可変と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。
前記高電圧バッテリの充電状態に応じ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、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を備え、
前記目標発電電流に対して、前記リミッタ手段を設ける一方、前記目標充電電流に対して、別のリミッタ手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記別のリミッタ手段は、一定のリミッタ値を持つことを特徴とする請求項３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４のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。