JP4071223B2

JP4071223B2 - 動力出力装置

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Publication number: JP4071223B2
Application number: JP2004218633A
Authority: JP
Inventors: 正彦三井; 勇二西; 哲郎小林; 厳佐々木; 滋博川内
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2006042497A

Description

この発明は、動力出力装置に関し、より特定的には、二次電池によって駆動される動力源と、当該二次電池とは独立の駆動源によって駆動される動力源とを備えた動力出力装置に関する。

ハイブリッド自動車のように、二次電池（バッテリ）によって駆動される動力源である電動機と、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギによって駆動される動力源であるエンジンとの両方によって動力を発生する動力出力装置（以下、「ハイブリッド動力出力装置」と称する）を備えたシステムが用いられている。

特に、ハイブリッド自動車では、エンジンからの駆動力をアシストするように電動機から駆動力が発生される。この際に、電動機からの駆動力は、充電可能な二次電池からの供給電力によって発生される。したがって、ハイブリッド車両では、当該二次電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を常時監視し、ＳＯＣを一定の制御範囲に維持する制御を行なうとともに、電動機への出力要求パワーが、ＳＯＣから決定される出力上限値を超えないように、エンジンおよび電動機の間の駆動力配分を決定する必要がある。

このような観点から、低温時あるいは低ＳＯＣ時において、バッテリの出力制限を最小限に抑制しつつ寿命低下を防止するために、ＳＯＣに応じて出力制限値を可変にする技術が開示されている（たとえば特許文献１）。

また、二次電池の残存容量（すなわちＳＯＣ）の推定精度を向上させる技術については、電流積算に基づく残存容量推定を電池起電力および充電効率に応じて補正する構成が開示されている（たとえば特許文献２）。あるいは、二次電池の内部状態に基づいて残存容量（ＳＯＣ）を精度よく推定する手法としては、たとえばリチウムイオン電池において、リチウムイオンの濃度分布を推定するモデリングに基づいた局所的ＳＯＣ（以下、「ローカルＳＯＣ」と称する）を評価する手法が提案されている（たとえば非特許文献１）。

さらに、二次電池の内部抵抗に関連する内部抵抗関連値を用いて、事前に把握しておいた当該内部抵抗関連値と電池状態との対応関係に照らし合わせて二次電池の電池状態を判定する手法も提案されている（特許文献３）。
特開２０００−９２６０３号公報特開２００３−１９７２７２号公報特開２０００−２９９１３７号公報グおよびワン（W.B.Gu and C.Y.Wang）著、「リチウムイオン電池の熱−電気化学結合モデリング（THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF A LITHIUM-ION CELL）」、ECS Proceedings Vol.99-25 (1),2000、（米国）、電気化学学会(ECS)、２０００年、pp 743-762

上記のようなハイブリッド動力出力装置では、動力源間の駆動力配分を適切にするために、二次電池の残存容量（ＳＯＣ）を適切に推定することが必要となる。しかしながら、従来のＳＯＣ推定手法では、二次電池からの入出力電流の積算をベースとした、二次電池全体のマクロな残存容量を推定する手法であったため、その推定精度に限界があった。

特に、非特許文献１にも開示されるように、リチウムイオン電池では、電流積算等に基づく電池全体での平均的なマクロＳＯＣ（以下、「全体ＳＯＣ」とも称する）が同じレベルである場合にも、リチウムイオン濃度の分布状態によっては出力特性が異なってくる。

しかしながら、非特許文献１にも示されるローカルＳＯＣは、電池の内部状態モデリングに基づいて算出されるため、実使用時にはモデル誤差やＣＰＵでの演算制約による推定誤差が発生する可能性がある。このため、ハイブリッド動力出力装置の駆動力配分制御に
ローカルＳＯＣのみを反映することにはリスクが存在する。

したがって、駆動力配分制御をより適切に行なうには、全体ＳＯＣおよびローカルＳＯＣの両者を反映させるかが問題となる。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的はリチウムイオン電池等の二次電池について、電池全体での平均的な全体ＳＯＣおよび電池内部でのリチウムイオン濃度分布に基づいたローカルＳＯＣの両者を反映して、複数の動力源の間での駆動力配分制御を適正化する動力出力装置を提供することである。

この発明による動力出力装置は、二次電池によって駆動される第１の動力源と、二次電池とは独立の駆動源によって駆動される第２の動力源とによって動力を発生する動力出力装置であって、第１の残存容量推定手段と、第２の残存容量推定手段と、駆動力配分決定手段と、判定手段と、駆動力配分修正手段とを備える。第１の残存容量推定手段は、二次電池全体での平均的な残存容量の推定に基づき、二次電池についての第１の残存容量推定値を算出する。第２の残存容量推定手段は、二次電池の電極におけるイオン濃度分布の推定に基づき、二次電池についての第２の残存容量推定値を算出する。駆動力配分決定手段は、当該動力出力装置全体で要求される出力パワーについて、第１の動力源への出力要求パワーが第１の残存容量推定値に対応する第１の出力可能上限値を超えない範囲で、第２の動力源の効率を高くするように考慮して定められた所定条件に基づいて、第１および第２の動力源の間での出力配分を決定する。判定手段は、第２の残存容量推定値が第１の残存容量推定値と比較して小さい場合に、駆動力配分決定手段によって決定された第１の動力源への出力要求パワーが、第２の残存容量推定値に対応する第２の出力可能上限値を超えているかどうかを判定する。駆動力配分修正手段は、判定手段によって、第１の動力源への出力要求パワーが第２の出力可能上限値を超えていると判定された場合に、第１の動力源への出力要求パワーを第２の出力可能上限値以下に修正する。

上記動力出力装置によれば、第１および第２の駆動源との間での出力パワー配分の際に必要となる、二次電池状態に基づく第１の駆動源での出力上限値設定について、二次電池全体での平均的な残存容量推定（全体ＳＯＣ）をベースとして用いることにより安定性を確保した上で、二次電池内部のイオン濃度分布推定に基づく残存容量（ローカルＳＯＣ）をさらに用いることでより細密に推定できる。したがって、実際には出力不能な出力を第２の駆動源へ要求することによって、全体で要求する出力パワーが得られずに性能を損なうような現象をより確実に回避できる。

好ましくは、この発明による動力出力装置は、充電手段と、第１の充電制御手段と、第２の充電制御手段とをさらに備える。充電手段は、二次電池を充電するために設けられる。第１の充電制御手段は、第１の残存容量推定値が基準範囲の下限を外れたときに二次電池の充電を指示する一方で、基準範囲の上限を外れたときに二次電池の充電を禁止する。第２の充電制御手段は、第１の残存容量推定値が基準範囲内であっても、第２の残存容量推定値が基準値に至らないときは二次電池の充電を指示する。

上記動力出力装置によれば、従来充電要求がなされなかった第１の残存容量推定値（全体ＳＯＣ）が基準範囲内にある場合であっても、第２の残存容量推定値（ローカルＳＯＣ）が下限以下であり、イオン濃度の分布状況に基づき出力が不足することが懸念されるときには、充電指示がなされる。したがって、二次電池をさらに有効に活用することが可能となる。

また好ましくは、第１の残存容量推定手段は、二次電池へ入出力される電流の積算値に基づいて第１の残存容量推定値を算出する。

上記動力出力装置によれば、二次電池全体での平均的な残存容量推定（全体ＳＯＣ）を簡易に算出できる。

さらに好ましくは、この発明による動力出力装置はハイブリッド車両に搭載され、第１の動力源は、車輪駆動用の電動機であり、第２の動力源は、燃料の燃焼エネルギーを源に車輪駆動力を発生する内燃機関である。

このような構成とすることにより、内燃機関および電動機を動力源とするハイブリッド車両における出力パワー配分の際に必要となる、二次電池状態に基づく電動機の出力上限値設定について、二次電池全体での平均的な残存容量推定（全体ＳＯＣ）をベースとして用いることにより安定性を確保した上で、二次電池内部のイオン濃度分布推定に基づく残存容量（ローカルＳＯＣ）をさらに用いることでより細密に推定できる。したがって、実際には出力不能な出力を電動機へ要求することにより、車両全体での要求出力パワーが得られずに運転性を損なうような現象をより確実に回避できる。

特にこのような構成において、駆動力配分決定手段は、第１の動力源を構成する内燃機関の運転点が最高効率点に近づくように、第１および第２の動力源の間での出力配分を決定する。

このような構成とすることにより、基本的に内燃機関の効率を重視して燃費の高い運転を指向するとともに、電動機の出力上限値を適切に設定することにより車両全体での要求出力パワーを安定的に確保することができる。

この発明による動力出力装置では、電池全体での平均的な全体ＳＯＣおよび電池内部でのリチウムイオン濃度分布に基づいたローカルＳＯＣの両者を反映して二次電池からの出力可能パワーを正確に把握することによって、複数の動力源の間での駆動力配分制御を適正化することができる。

以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、この発明の実施の形態による動力出力装置の代表例として示される、ハイブリッド車両のハイブリッド動力出力装置５の全体構成を示すブロック図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置５は、エンジン１０と、バッテリ２０と、インバータ３０と、車輪４０ａと、トランスアクスル５０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９０とを備える。

エンジン１０は、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギを源として駆動力を発生する。バッテリ２０は、電力ライン５１へ直流電力を供給する。バッテリ２０は、充電可能な二次電池で構成され、この発明の実施の形態においては代表的にリチウムイオン二次電池が適用される。

図２は、リチウムイオン二次電池で構成されたバッテリ２０を構成する電池セル２０♯の概略構成を示す概念図である。実際には、図２に示した電池セルの集合体によってバッテリ２０が形成される。

図２を参照して、電池セル２０♯は、正極１００、負極１１０およびセパレータ１２０を含む。セパレータ１２０は、正極１００および負極１１０の間に設けられた樹脂に電解液を浸透させることで構成される。正極１００に対しては電流コレクタ１０２が設けられ、負極１１０に対しては電流コレクタ１１２が設けられる。電流コレクタ１０２および１１２は、バッテリ２０の正電極端子１０５および負電極端子１１５とそれぞれ電気的に接続されている。

セパレータ１２０を介したリチウムイオンＬｉ⁺の授受によって、リチウムイオン二次電池セルでは充放電が実行される。したがって、その充放電状態、すなわち残存容量は、電極（特に負極１１０）におけるリチウムイオン濃度の分布によって変化する。

上記非特許文献１では、このようなリチウムイオン濃度の分布状況に対応したローカルＳＯＣに着目して、リチウムイオン電池のモデリングを行なっている。すなわち、ローカルＳＯＣを示すパラメータθは、（１）式で定義される。

θ＝（Ｃ_se／Ｃ_smax） …（１）
ここで、Ｃ_smaxは、電極全体に仕込まれたリチウムイオン濃度を示し、Ｃ_seは、電極の活物質界面のリチウムイオン濃度を示している。両者の比によって示されるパラメータθは、０〜１．０の間で変化する。

非特許文献１によれば、このパラメータθは、正電極端子１０５および負電極端子１１５間の開放電圧、電極温度および電極電流に応じて、予め求められた電極温度の変化に対する開放電圧の変化比率（∂Ｕ／∂Ｔ）に基づいて算出することが可能である。

図３の（ａ）に示すように、ローカルＳＯＣが大きい、すなわちパラメータθが１．０に近い状態では、リチウムイオン濃度の高い領域２１が電極の活物質界面に存在するため、高出力が可能である。

反対に、図３の（ｂ）に示すように、ローカルＳＯＣが小さい、すなわちパラメータθが０に近い場合には、リチウムイオン濃度の高い領域２１が電極の中心部分に存在するため、活物質界面でのリチウムイオン濃度は低くなっている。この状態では、供給可能な電力量は小さくなる。

再び図１を参照して、インバータ３０は、電力ライン５２、バッテリ２０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン５３へ出力する。あるいは、インバータ３０は、電力ライン５２，５３に供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５１へ出力する。

トランスアクスル５０は、トランスミッションとアクスル（車軸）とを一体構造として備えており、動力分割機構６０と、減速機７０と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２とを有する。

動力分割機構６０は、エンジン１０によって生じた駆動力を、減速機７０を介して車輪４０ａ駆動用の駆動軸４５へ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達経路とに分割可能である。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構６０を介して伝達されたエンジン１０からの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、電力ライン５２を介してインバータ３０に供給され、バッテリ２０の充電電力として、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から電力ライン５３に供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、減速機７０を介して駆動軸４５へ伝達される。また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪４０ａの減速に伴って回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力（交流電力）が電力ライン５３へ供給される。この場合は、インバータ３０が電力ライン５３へ供給された交流電力を直流電力に変換して電力ライン５１へ出力することによりバッテリ２０が充電される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は概ね発電機として動作することが多く、モータジェネレータＭＧ２は主として電動機として動作することが多い。

図１に示した構成とこの発明の構成と対応関係を説明すれば、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「第１の動力源」および「電動機」に相当し、エンジン１０は、この発明における「第２の動力源」および「内燃機関」に相当する。また、上記のように主としてモータジェネレータＭＧ１がこの発明における「充電手段」に相当するが、第２のモータジェネレータＭＧ２も、回生制動動作時にはこの発明における「充電手段」に相当する。

ＥＣＵ９０は、ハイブリッド動力出力装置５が搭載された自動車を運転者の指示に応じて運転させるために、自動車に搭載された機器・回路群の全体動作を制御する。ＥＣＵ９０は、代表的には予めプログラムされた所定シーケンスおよび所定演算を実行するためのマイクロコンピュータおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）で構成される。

上記のように、ハイブリッド動力出力装置では、エンジン１０によって発生された駆動力と、バッテリ２０からの電気エネルギを源としてモータジェネレータＭＧ２によって駆動された駆動力との組合せによって、燃費を向上させた車両運転を行なう。

発進時ならびに低速走行時あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、ハイブリッド動力出力装置５は、エンジン効率の悪い領域を避けるために、基本的にはエンジンを作動させることなくモータジェネレータＭＧ２による駆動力のみで走行する。

通常走行時には、エンジン１０から出力された駆動力は、動力分割機構６０によって、車輪４０ａの駆動力とモータジェネレータＭＧ１での発電用駆動力とに分化される。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、モータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。したがって、通常走行時には、エンジン１０による駆動力をモータジェネレータＭＧ２による駆動力でアシストして、車輪４０ａが駆動される。ＥＣＵ９０は、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ２間での駆動力分担割合を制御する。

全開加速時には、バッテリ２０からの供給電力が第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動にさらに用いられて車輪４０ａの駆動力がさらに増加する。

減速および制動時には、モータジェネレータＭＧ２は車輪４０ａによって回転駆動されて発電機として作用する。モータジェネレータＭＧ２の回生発電によって回収された電力は、電力ライン５３、インバータ３０および電力ライン５１を介してバッテリ２０の充電に用いられる。さらに、車両停止時にはエンジン１０は自動的に停止される。

このように、運転状況に応じて車両全体での出力要求パワーに対するエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ２の間での駆動力配分が決定される。具体的には、ＥＣＵ９０は、燃費の面からエンジン１０の効率を考慮して、運転状況に応じて上記駆動力配分を決定する。すなわち、ＥＣＵ９０は、エンジン１０でのエンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯およびモータジェネレータＭＧ２でのモータ出力パワー指令値Ｐｍ♯を決定する。

ＥＣＵ９０は、エンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯に応じた燃料噴射量やスロットル弁開度等の指令値をエンジン１０に与える。同様に、ＥＣＵ９０は、モータ出力パワー指令値Ｐｍ♯に対応したトルクが出力されるように、インバータ３０を構成する半導体スイッチング素子のスイッチング制御信号を生成する。インバータ３０は、当該スイッチング制御信号に従った電力変換により、上記トルクの発生に必要な交流出力をモータジェネレータＭＧ２へ供給する。

図４は、この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置における駆動力配分制御システムを説明するブロック図である。

図４を参照して、この発明の実施の形態による駆動力配分制御システムは、全体ＳＯＣ算出部１５０と、ローカルＳＯＣ算出部１６０と、駆動力配分決定部１７０と、駆動力配分修正部１８０と、メモリ１９０とを有する。図４に示した駆動力配分制御システムは、図１に示したＥＣＵ９０内にプログラムされた制御処理として実行される。

全体ＳＯＣ算出部１５０は、代表的にはバッテリ２０の出力電流の積算値に基づいて、バッテリ２０全体での平均的な残存容量を示す全体ＳＯＣを算出する。

ローカルＳＯＣ算出部１６０は、上述したように、電極温度、開放電圧や電流等の電池状態パラメータを用いて、バッテリ内部でのイオン濃度分布の推定に基づいたローカルＳＯＣ（パラメータθ）を算出する。駆動力配分決定部１７０は、アクセル開度や車速勾配等の車両状況に応じて車両トータル要求パワーＰｔｔｌを算出するとともに、エンジン出力パワーＰｅおよびモータ出力パワーＰｍの間の一次的な配分を決定する。

上述のように、一次的な駆動力配分決定では、エンジン１０（図１）によるエンジン出力パワーＰｅは、エンジンの効率（すなわち燃費）を高くするように考慮して決定される。具体的には、図５に示すように、エンジン回転数およびエンジントルクで示される平面上に予め設定されたエンジン運転域に沿ってエンジンの運転点が決定される。さらに、決定されたエンジン運転点に対応してエンジン出力パワーＰｅが決定される。

一次的な駆動力配分決定では、トータル要求パワーＰｔｔｌに対する不足分を、モータジェネレータＭＧ２（図１）によるモータ出力パワーＰｅとする。すなわち、基本的には下記（２）式に示すような駆動力配分が行なわれる。

Ｐｍ＝Ｐｔｔｌ−Ｐｅ …（２）
この際に、モータ出力パワーＰｍは、バッテリ能力を反映して、全体ＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌ０を超えない範囲に決定される。

もし、（２）式によるモータ出力パワーＰｍが出力上限値Ｐｍｌ０より大きい場合には、Ｐｍ＝Ｐｍｌ０に修正され、かつ、Ｐｅ＝Ｐｔｔｌ−Ｐｍｌ０に修正されて、車両全体での要求パワーを満足させる。

一方、（２）式によるモータ出力パワーＰｍが出力上限値Ｐｍｌ０以下である場合には、（２）式に従って、駆動力配分が決定される。

駆動力配分修正部１８０は、ローカルＳＯＣ算出部によって算出されたローカルＳＯＣ（θ）を考慮して、駆動力配分決定部１７０によって決定されたエンジン出力パワーＰｅおよびモータ出力パワーＰｍを必要に応じて見直す。

具体的には、まず、ローカルＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌと、駆動力配分決定部１７０で決定されたモータ出力パワーＰｍとを比較して、モータ出力パワーＰｍがローカルＳＯＣに照らして出力可能であるかがチェックされる。

図６に示すように、一次的に決定されたモータ出力パワーＰｍがローカルＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌを超える場合には、最終的なモータ出力パワー指令値Ｐｍ♯およびエンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯は、下記（３），（４）式に従って修正される。

Ｐｍ♯＝Ｐｍｌ …（３）
Ｐｅ♯＝Ｐｔｔｌ−Ｐｍｌ …（４）
すなわち、ローカルＳＯＣを考慮すればバッテリからはモータ出力パワーＰｍを出力不能であると推定される場合には、エンジン出力パワーＰｅを増加させて、車両トータル要求パワーを発生する。

一方、一次的に決定されたモータ出力パワーＰｍがローカルＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌ以下である場合には、一次的に決定されたモータ出力パワーＰｍおよびエンジン出力パワーＰｅが最終的なモータ出力パワー指令値Ｐｍ♯およびエンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯とされる。すなわち、（５），（６）式が成立する。

Ｐｍ♯＝Ｐｍ …（５）
Ｐｅ♯＝Ｐｅ＝Ｐｔｔｌ−Ｐｍ …（６）
なお、全体ＳＯＣ算出部１５０、ローカルＳＯＣ算出部１６０、駆動力配分決定部１７０および駆動力配分修正部１８０での演算に必要なデータは、メモリ１９０に予め格納されており、メモリ１９０内のテーブル等を逐次参照することによって、上記の動作が実行される。

図７には、図４に示したブロック図による駆動力配分制御のフローチャートが示される。

図７を参照して、駆動力配分設定制御ルーチンが開始されると、図４の駆動力配分決定部１７０によって、アクセル開度、車速等により、車両トータル要求パワーＰｔｔｌが算出される（ステップＳ１００）。

さらに、駆動力配分決定部１７０によって、図５に示されるエンジン運転域に対応させて、かつ、さらにバッテリ状態、具体的には全体トータルＳＯＣに応じたモータの出力上限値Ｐｍｌ０を考慮して、エンジンおよびモータ間の駆動力配分が決定される。これにより、図６に示されるエンジン出力パワーＰｅおよびモータ出力パワーＰｍの一次配分が実行される（ステップＳ１１０）。

次に、駆動力配分修正部１８０によって、図４の全体ＳＯＣ算出部１５０およびローカルＳＯＣ算出部にとってそれぞれ求められる全体ＳＯＣおよびローカルＳＯＣが比較される（ステップＳ１２０）。

ローカルＳＯＣが全体ＳＯＣ以上である場合（ステップＳ１２０におけるＮＯ判定）には、全体トータルＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌ０はバッテリより供給可能と判断する。したがって、上記式（５），（６）に従って、一次配分によるモータ出力パワーＰｍおよびエンジン出力パワーＰｅが最終的なモータ出力パワー指令値Ｐｍ♯およびエンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯とされる（ステップＳ１５０）。

これに対して、ローカルＳＯＣが全体ＳＯＣよりも小さい場合（ステップＳ１２０におけるＹＥＳ判定）には、全体トータルＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌ０を実際にはリチウムイオン二次電池から出力できない危険性があると判断する。

したがって、ローカルＳＯＣに対応する出力上限値Ｐｍｌを算出し（ステップＳ１３０）、さらに、ステップＳ１１０で決定されたモータ出力パワーＰｅとステップＳ１３０で求めた出力上限値Ｐｍｌとが比較される（ステップＳ１４０）。

一次配分によるモータ出力パワーＰｍが出力上限値Ｐｍｌ以下である場合（ステップＳ１４０でのＮＯ判定）には、一次配分でのモータ出力パワーＰｍが維持されて、すなわち、上記式（５），（６）に従って、最終的なモータ出力パワー指令値Ｐｍ♯およびエンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯が設定されて、駆動力配分制御ルーチンが終了される。

一方、一次配分によるモータ出力パワーＰｍが出力上限値Ｐｍｌより大きい場合（ステップＳ１４０でのＮＯ判定）には、駆動力配分修正部１８０によって、モータ出力パワー値指令値Ｐｍ♯が出力上限値へＰｍｌに修正される。すなわち、上記式（３），（４）に従って、最終的なモータ出力パワー指令値Ｐｍ♯およびエンジン出力パワー指令値Ｐｅ♯設定されて（ステップＳ１６０）、駆動力配分制御ルーチンが終了される。

図４および図７に示された構成とこの発明との対応関係を説明すれば、全体ＳＯＣ算出部１５０（図４）はこの発明における「第１の残存容量推定部」に対応し、ローカルＳＯＣ算出部１６０（図４）はこの発明における「第２の残存容量推定部」に対応する。さらに、駆動力配分決定部１７０（図４）はこの発明における「駆動力配分決定手段」に対応し、駆動力配分修正部１８０（図４）はこの発明における「判定手段」および「駆動力配分修正手段」に対応する。

また、図７に示されたフローチャートのうち、ステップＳ１１０がこの発明における「駆動力配分決定手段」に対応し、一連のステップＳ１２０〜Ｓ１４０がこの発明における「判定手段」に対応し、ステップＳ１６０がこの発明における「駆動力配分修正手段」に対応する。

このような構成とすることにより、この発明の実施の形態の動力出力装置では、エンジンおよびモータ間での駆動力配分に必要なモータ出力の上限値設定について、全体ＳＯＣをベースとして用いることにより安定性を確保した上で、ローカルＳＯＣを用いることでバッテリ（リチウムイオン電池）の出力可能電力をより細密に推定して、適切な駆動力配分を行なうことができる。このため、実際には出力不能な出力をモータへ要求する危険性が抑制され、車両要求パワーの確保がより安定化される。これにより、車両全体で運転者の要求する出力パワーが得られずに運転性を損なうような現象をより確実に回避できる。

なお、ローカルＳＯＣは、駆動力配分制御のみならず、バッテリの充電制御にも反映することが可能である。

図８は、この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置におけるバッテリ充電制御を示すフローチャートである。

図８を参照して、この発明の実施の形態によるバッテリ充電制御では、図４に示した全体ＳＯＣ算出部１５０によって全体ＳＯＣが算出され（ステップＳ２００）、図４に示した局所ＳＯＣ算出部１６０によって、ローカルＳＯＣが算出される（ステップＳ２１０）。

通常のバッテリ充電制御として、全体ＳＯＣが基準範囲内であるかどうかが判定される（ステップＳ２２０）。

基準範囲を外れている場合（ステップＳ２２０におけるＮＯ判定）には、上限外れであるかの判定（ステップＳ２３０）および下限外れであるかの判定（ステップＳ２４０）が実行される。全体ＳＯＣが基準範囲の上限を外れている場合には充電が禁止され（ステップＳ２４０）、下限を外れている場合には充電指示がなされる（ステップＳ２６０）。

これに対して、全体ＳＯＣが基準範囲内（ステップＳ２２０におけるＹＥＳ判定）である場合にも、ローカルＳＯＣに応じて、さらにきめ細かいバッテリ充電制御が実行される。

具体的には、ローカルＳＯＣが下限以下であるかどうかがさらに判定される（ステップＳ２７０）され、ローカルＳＯＣが下限以下である場合（ステップＳ２７０におけるＹＥＳ判定）には、全体ＳＯＣが基準範囲内であっても充電指示が出される（ステップＳ２８０）。一方、ローカルＳＯＣが基準範囲内である場合（ステップＳ２７０におけるＮＯ判定）には、充電指示は出されない。

充電指示が出された場合には、エンジン１０（図１）の始動によるモータジェネレータＭＧ１による発電、あるいはモータジェネレータＭＧ２に負のトルク指令値を出すことによる回生制動電力の回収が指示される。一方、充電が禁止される場合には、モータジェネレータＭＧ１は起動されず、かつ、モータジェネレータＭＧ２に対しても回生制動動作が指示されず、トルク指令値ＴｓはＴｓ≧０に制限される。

なお、図８に示されたフローチャートのうち、一連のステップＳ２２０〜Ｓ２６０がこの発明における「第１の充電制御手段」に対応し、一連のステップＳ２７０，Ｓ２８０がこの発明における「第２の充電制御手段」に対応する。

このように、この発明の実施の形態におけるバッテリ充電制御では、従来充電要求がなされなかった全体ＳＯＣが基準範囲内にある場合であっても、ローカルＳＯＣが下限以下であり、リチウムイオン濃度の分布により出力が不足することが懸念されるときには、充電指示がなされるので、さらに有効にバッテリ２０を活用することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置の全体構成を示すブロック図である。バッテリの構成を説明する概念図である。ローカルＳＯＣとリチウムイオン濃度分布との対応を示す概念図である。この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置における駆動力配分制御を説明するブロック図である。エンジン運転点の設定を説明する概念図である。図４に示した駆動力配分修正部による駆動力配分の修正を説明する概念図である。この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置における駆動力配分制御のフローチャートである。この発明の実施の形態によるハイブリッド動力出力装置におけるバッテリ充電制御を示すフローチャートである。

符号の説明

５ハイブリッド動力出力装置、１０エンジン、２０バッテリ、２０♯ 電池セル、３０インバータ、４０ａ車輪、４５駆動軸、５０トランスアクスル、５１〜５３電力ライン、６０動力分割機構、１００正極、１０２，１１２電流コレクタ、１０５，１１５電極端子、１１０負極、１１０駆動力配分制御システム、１２０セパレータ、１５０全体ＳＯＣ算出部、１６０ローカルＳＯＣ算出部、１７０駆動力配分決定部、１８０駆動力配分修正部、１９０メモリ、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｐｅエンジン出力パワー（一次決定）、Ｐｅ♯ エンジン出力パワー指令値、Ｐｍモータ出力パワー（一次決定）、Ｐｍ♯ モータ出力パワー指令値、Ｐｍｌ出力上限値（ローカルＳＯＣ対応）、Ｐｍｌ０出力上限値（全体ＳＯＣ対応）、Ｐｔｔｌ車両トータル要求パワー。

Claims

動力出力装置であって、
複数の単位セルの集合体によって構成された二次電池と、
当該二次電池によって駆動される第１の動力源と、
前記二次電池とは独立の駆動源によって駆動される第２の動力源と、
前記二次電池全体へ入出力される電流の積算値に基づいて、当該二次電池全体での平均的な残存容量を示す第１の残存容量推定値を算出する第１の残存容量推定手段と、
前記単位セル内でのイオン濃度分布の推定に基づき、前記二次電池についての第２の残存容量推定値を算出する第２の残存容量推定手段と、
当該動力出力装置全体で要求される出力パワーについて、前記第１および第２の動力源の間での出力配分を決定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１および前記第２の残存容量推定値のうちの最小値に基づいて前記第１の動力源の出力可能上限値を設定するとともに、前記第１の動力源への出力要求パワーが前記出力可能上限値を超えないように前記出力配分を決定する、動力出力装置。
前記制御手段は、
当該動力出力装置全体で要求される出力パワーについて、前記第１の動力源への出力要求パワーが前記第１の残存容量推定値に対応する第１の出力可能上限値を超えない範囲で、前記第２の動力源の効率を高くするように考慮して定められた所定条件に基づいて、前記第１および第２の動力源の間での出力配分を決定する駆動力配分決定手段と、
前記第２の残存容量推定値が前記第１の残存容量推定値と比較して小さい場合に、前記駆動力配分決定手段によって決定された前記第１の動力源への出力要求パワーが、前記第２の残存容量推定値に対応する第２の出力可能上限値を超えているかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記第１の動力源への出力要求パワーが前記第２の出力可能上限値を超えていると判定された場合に、前記第１の動力源への出力要求パワーを前記第２の出力可能上限値以下に修正する駆動力配分修正手段とを含む、請求項１記載の動力出力装置。
複数の単位セルの集合体によって構成された二次電池と、
当該二次電池によって駆動される第１の動力源と、
前記二次電池とは独立の駆動源によって駆動される第２の動力源と、
前記二次電池全体へ入出力される電流の積算値に基づいて、当該二次電池全体での平均的な残存容量を示す第１の残存容量推定値を算出する第１の残存容量推定手段と、
前記単位セル内でのイオン濃度分布の推定に基づき、前記二次電池についての第２の残存容量推定値を算出する第２の残存容量推定手段と、
前記二次電池を充電するための充電手段と、
前記第１の残存容量推定値が基準範囲の下限を外れたときに前記二次電池の充電を指示する一方で、前記基準範囲の上限を外れたときに前記二次電池の充電を禁止する第１の充電制御手段と、
前記第１の残存容量推定値が基準範囲内であっても、前記第２の残存容量推定値が基準値に至らないときは前記二次電池の充電を指示する第２の充電制御手段とを備える、動力出力装置。
当該動力出力装置は、ハイブリッド車両に搭載され、
前記第１の動力源は、車輪駆動用の電動機であり、
前記第２の動力源は、燃料の燃焼エネルギーを源に車輪駆動力を発生する内燃機関である、請求項１から３のいずれか１項に記載の動力出力装置。
駆動力配分決定手段は、前記第１の動力源を構成する内燃機関の運転点が最高効率点に近づくように、前記第１および第２の動力源の間での出力配分を決定する、請求項４記載の動力出力装置。