JP4400520B2 - ハイブリット電気自動車およびその駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリーズハイブリッド電気自動車などのハイブリッド電気自動車、およびその駆動制御方法に関するものである。

従来、シリーズハイブリッド自動車において、駆動モータの回生電力と発電機の発電出力による過電圧を抑制できるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１における発明は、発電モータを駆動制御することにより駆動モータの過出力を消費して電圧の上昇を防止するようにし、システム電源電圧が許容電圧以上になるのを防止している。
特開２００２−２７１９０８号公報

しかしながら、従来の発明では、発電機の制御応答特性を、エンジンストール、過回転防止のため、エンジンの応答特性に合わせて設定している場合、駆動モータの制御応答性が発電機の制御応答性よりも速いので、発電機の応答遅れの分、電圧は上昇してしまい、システム許容電圧を越えてしまうという不具合が考えらえる。
また、シリーズハイブリッド自動車では、バッテリを搭載している。バッテリは、温度により充電特性が変動してしまうので、バッテリの温度充電特性に合わせて過電圧防止制御を実施しない場合には、駆動モータの出力と、発電機および駆動モータの応答性とに基づいてあらかじめ上昇電圧値を算出しても、算出結果以上に電圧が上昇してしまい、システム許容電圧を越えてしまうという不具合が考えられる。

そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑みて創作されたものであり、駆動モータの制御応答性が発電機の制御応答性よりも相対的に速い場合において、駆動モータの出力を低下させるときに、システム電源電圧の上昇を抑制してシステム電源電圧の許容電圧以下に抑制できるようにしたハイブリット電気自動車、およびその駆動制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、本発明は、駆動モータの制御応答性が発電機の制御応答性よりも相対的に速いハイブリッド電気自動車において、システム制御器は、駆動モータの駆動出力を低下する場合に、その低下量およびそのときのシステム制御器の電源電圧を少なく参照して駆動モータの制御応答性を低下するようになっている。

本発明によれば、駆動モータの出力を低下させるときに、システム制御器が駆動モータの制御応答性を低下させるようにしたので、駆動モータの出力低下に伴う余剰電力を少なくしてシステム電源電圧の上昇を低くすることができ、これによりシステム電源電圧をシステム許容電圧以下にすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明のハイブリッド電気自動車の実施形態を上面から見た概略図である。
この実施形態は、シリーズハイブリッド電気自動車からなり、図１に示すように、発電用のエンジン１と、発電機２と、バッテリ３と、バッテリ温度センサ４と、４つの駆動モータ５ａ〜５ｄと、システム制御器６と、システム電源電圧センサ７と、ブレーキユニット８ａ〜８ｄとを備え、これらは車両に搭載されている。
エンジン１は、その出力軸が発電機２の回転軸に接続され、発電機２を駆動するようになっている。発電機２は、エンジン１によって発電し、その電力をバッテリ３、駆動モータ５ａ〜５ｄ、およびシステム制御器６などに供給するようになっている。

バッテリ３は、発電機２の出力により充電されるとともに、必要に応じて駆動モータ５ａ〜５ｄなどに駆動電力を供給するようになっている。バッテリ温度センサ４は、バッテリ３の使用中にその温度を検出し、検出温度をシステム制御器６に供給するものであり、バッテリ３に内蔵されている。
駆動モータ５ａ〜５ｄは、各車輪（図示せず）を回転させるようになっている。また、駆動モータ５ａ〜５ｄは、発電機２からの出力によりそれぞれ動作し、システム制御器６により出力制御がそれぞれ行われるようになっている。

システム制御器６は、発電機２からの出力により動作し、発電機２の発電電力が指令値になるように出力制御を行うとともに、駆動モータ５ａ〜５ｄの出力が指令値になるように駆動制御を行うようになっている。システム電源電圧センサ７は、発電機２と駆動モータ５ａ〜５ｂが動作中に、その発電電圧がシステム制御器６などにシステム電源電圧として供給される場合に、その電源電圧を検出するものである。その検出電圧は、システム制御器６に供給されるようになっている。
ブレーキユニット８ａ〜８ｄは、駆動モータ５ａ〜５ｄが駆動される各車輪に設けられて回転の制動を行うものであり、システム制御器６により後述のような制動制御が行われるようになっている。

次に、この実施形態の制御系の概略構成について、図２のブロック図を参照して説明する。なお、この例は、システム制御器６が、駆動モータ５ａの出力制御を行う場合の例であり、他の駆動モータ５ｂ〜５ｄについては省略されている。
システム制御器６は、後述のように、各種のセンサからの検出値を参照して、後述のように所定の演算や判断などを行い、その演算結果に従って、駆動モータ５ａの出力制御などや、ブレーキユニット８ａの制動制御などを行うようになっている。

このため、システム制御部６は、バッテリ温度センサ４、システム電源電圧センサ７の他に、アクセル量を検出するアクセルセンサ９を備え、これらセンサの各検出値をそれぞれ取り込むようになっている。また、システム制御部５は、上記の所定の演算や判断を行うための手順を予め格納するためのＲＯＭと、その演算や判断の際にデータを一時的に記憶しておくワークメモリ（ＲＡＭ）とを含んでいる。
ここで、システム制御部５による駆動モータ５ａ〜５ｄの出力制御の応答性は、システム制御部６による発電機２の出力制御の応答性よりも相対的に速くなるように構成（設定）されている。

次に、このような構成からなる実施形態におけるシステム制御器の制御例について、図３のフローチャートなどを参照して説明する。
いま、運転者のアクセル戻し操作があると、システム制御器６が取り込むアクセルセンサ９の検出値が変化し（ステップＳ１）、これに応じてシステム制御器６は、駆動モータ（例えば駆動モータ５ａなど）に対する駆動出力の低下指令（減少指令）を行う（ステップＳ２）。

このとき、システム制御器６は、バッテリ温度センサ４の検出温度を取り込み（ステップＳ３）、その検出温度に基づき、システム制御器６のメモリに予め記憶されている図４に示すようなバッテリ温度とバッテリ充電応答性（充電時の時定数）の関係から、現在のバッテリ３の充電応答性を算出する（ステップＳ４）。
例えば、電動自動車に多く使用されているリチウムイオンバッテリでは、一般的に６０℃〜８０℃程度が最も充電応答性が良く、それ以下あるいはそれ以上の温度では充電応答性は悪化する。

ここで、現在の駆動モータの出力値と低下指令後の出力値との差分は、駆動モータと発電機２の制御応答性の相違に起因して、余剰出力を発生させる。すなわち、発電機２の制御応答性は発電用エンジン１と同期させるため、駆動モータの応答性に比べ遅い応答性（大きい時定数）となっている。このため、駆動モータの出力を低下させた場合には、発電機２は発電出力を行っているので、電力消費を電力供給が上回る。換言すると、Ｗ（出力）＝Ｖ（電圧）×Ｉ（電流）の関係により、Ｉ（電流）、いわゆる負荷が一定の場合、Ｗ（出力）が発生すれば、システム電源電圧が上昇する。

この場合、そのシステム電源電圧の電圧上昇値は、バッテリ３の充電応答性の違いによって異なる。例えば、バッテリ３の充電応答性が速い場合は、電圧上昇は小さく、逆に充電応答性が遅い場合は、電圧上昇は大きい。
そこで、システム制御器６は、現在の駆動モータの出力値と低下指令後の出力値（指令値）との差分を求め（ステップＳ５）、その求めた差分とステップ４で算出したバッテリ３の充電応答性とに基づき、メモリに予め記憶される図５の関係を参照してシステム電源電圧の電圧上昇値Δｘを算出する（ステップＳ６）。

ここで、図５は、現在の駆動モータへの出力値と低下指令後の出力値の差分、電圧上昇値Δｘ、およびバッテリ充電応答性の関係を示したものである。図５において、バッテリ充電応答性ａ、ｂ、ｃの各曲線は、それぞれ、図４中のａ、ｂ、ｃの場合のバッテリ充電応答性である。これらの関係により、上記のシステム電源電圧の電圧上昇値Δｘを算出する。

次に、システム制御器６は、システム電源電圧センサ７の検出電圧Ｖ１を取り込み（ステップＳ７）、その取り込んだ検出電圧Ｖ１（現在のシステム電源電圧値）に、ステップＳ６で算出したシステム電源電圧の電圧上昇値Δｘを加算して、加算値（Ｖ１＋Δｘ）を求める（ステップＳ８）。
次に、その求めた加算値（Ｖ１＋Δｘ）がシステム許容電圧値Ｖ２以上か否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、そのシステム許容電圧値Ｖ２は、スイッチ用リレー、バッテリ、モータ素子等のユニットや電圧、電流センサの耐電圧仕様により決定される。

ステップＳ９の判定の結果、加算値（Ｖ１＋Δｘ）がシステム許容電圧値Ｖ２以上である場合には、その加算値（Ｖ１＋Δｘ）がシステム許容電圧値Ｖ２以上にならないように、以下のステップＳ１０〜Ｓ１２の各処理を行う。
ステップＳ１０では、システム許容上昇電圧値Δｙを算出する。このシステム許容上昇電圧値Δｙは、システム許容電源電圧値Ｖ２から現システム電源電圧値（検出電圧）Ｖ１を減算することにより算出する。

ステップＳ１１では、その算出したシステム許容上昇電圧値Δｙを参照してローパスフィルタのカットオフ周波数を算出する（図６参照）。ステップＳ１２では、システム制御器６は駆動モータの出力が指令値になるように出力駆動制御を行うが、その際に、ステップＳ１１で算出されたカットオフ周波数のローパスフィルタを挿入（使用）することにより行う。

すなわち、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求めたシステム許容上昇電圧値Δｙに適合するローパスフィルタを、駆動モータへの出力要求、いわゆる駆動モータ制御に挿入する。従って、ローパスフィルタの帯域は、システム許容上昇電圧値Δｙによって変化することになる（図６参照）。
ここで、この例のローパスフィルタは、図６に示すように、システム許容上昇電圧Δｙが小さい値の場合は、上昇を大きく抑えるため高いカットオフ周波数のローパスフィルタを、システム許容上昇電圧が大きい値の場合は、上昇を小さく抑えるため低いカットオフ周波数のローパスフィルタとなる。

ステップ１２による制御により、駆動モータには減速応答遅れ、すなわち車両減速応答遅れが発生する。そこで、ステップＳ１３では、その発生を防止するために、応答遅れ電力分に相当する動力（負の動力、すなわち車両減速力）を車両ブレーキユニットを操作する。ブレーキユニットが、一般的な油圧ブレーキユニットであれば、油圧バルブを制御する。
なお、ステップＳ９の判定の結果、加算値（Ｖ１＋ΔＶ）がシステム許容電圧値Ｖ２以下の場合には、システム制御器６は、駆動モータの出力が指令値になるように、通常の出力駆動制御を行う。

図７は、本実施形態に係る制御方法を実施した場合と実施しない場合の、発電機及び駆動モータの出力と時間の関係、およびシステム電源電圧と時間の関係を示す。
図７からわかるように、従来技術の制御方法では、図の下側、つまり出力と電圧の関係において、ある時間に出力減少がシステム制御器から指令された場合（図中の縦方向の破線のタイミング）に、駆動モータの応答性は発電モータの応答性と比較して高い。

このため、駆動モータは、駆動出力の低下開始の時間が発電機の出力低下の開始時間に比べ早く、かつ、目標低下後の出力値になるまでの時間が発電モータの目標低下後の出力値になるまでの時間に比べ早い。この結果、駆動電力（消費電力）を発電電力（供給電力）が上まわった場合、２次バッテリの許容充電量を超えた電力分、図の上側のように、システム電源電圧が上昇し、システム許容電圧を超えてしまう。

これに対して、この実施形態では、同様にある時間に出力減少がシステム制御器から指令された場合、応答性の差による電圧上昇がシステム許容電圧を超えないように駆動モータの応答性を低くするために、駆動モータへの出力制御部にローパスフィルタを挿入するようにした。次に、その挿入されたローパスフィルタによって発生する、駆動モータの減速応答遅れ、すなわち車両減速応答遅れを防止するため、車両ブレーキユニットを操作するようにした。

このため、この実施形態によれば、駆動モータの駆動出力の低下指令の場合に、発電機と駆動モータの制御応答性に相違がある場合でも、システム電源電圧をシステム許容電源電圧以下にすることができる。
また、この実施形態によれば、駆動モータの出力低下時において、温度特性によるバッテリの充電特性、すなわち、許容充電量が変化した場合においても、システムの電源電圧をシステム許容電圧以下にすることが出来る。

さらに、この実施形態によれば、駆動モータの出力低下時において、駆動モータの応答性を低くした場合、車両ブレーキユニットを動作させることにより、車両減速応答性を低時定数としない場合と同等にすることができる。
なお、上記の実施形態では、駆動モータが４個について説明したが、少なくとも２個の駆動モータが車両に搭載されていれば良い。

また、この場合に、システム制御器が、それらの駆動モータの一部について駆動出力を低下させ、その残りのものについては駆動出力を低下させない場合に、駆動モータの一部の駆動制御の応答性の低下に伴なって発生する余りの電力を、駆動出力を低下させない残りの駆動モータに供給するようにしても良い。この場合には、駆動モータのうちその駆動出力を低下させる場合に、その駆動モータにローパスフィルタを挿入しなくても、挿入したと同等の効果が実現できる。

本発明の実施形態の上面概略図である 実施形態の制御系の構成例を示すブロック図である。 実施形態の駆動制御の手順を説明するフローチャートである。 実施形態に係るバッテリの温度と充電応答性の関係を示す図である。 実施形態に係る現駆動モータ出力と減少指令の差分と電圧上昇値との関係を示す図である。 実施形態に係る許容上昇電圧値とローパスフィルタ周波数との関係を示す図である。 従来方法と実施形態と効果の違いを説明する図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電機
３ バッテリ
４ バッテリ温度センサ
５ａ〜５ｄ 駆動モータ
６ システム制御器
７ システム電源電圧センサ
８ａ〜８ｄ 車両ブレーキユニット
９ アクセルセンサ

Claims (7)

1. エンジンにより発電する発電機と、前記発電機の出力により車輪を駆動する駆動モータと、前記発電機の出力制御と前記駆動モータの駆動制御とをそれぞれ行うとともに前記発電機の発電に基づいて駆動されるシステム制御器とを備え、前記システム制御器による前記駆動モータの制御応答性が前記発電機の制御応答性よりも相対的に速いように構成されるハイブリッド電気自動車において、
   前記発電機から供給されるシステム電源電圧を検出する電圧センサを備え、
   前記システム制御器は、前記駆動モータの駆動出力を低下する場合に、その低下量および前記電圧センサの検出電圧を参照して前記駆動モータの駆動制御の応答性を低下するようになっていることを特徴とするハイブリッド電気自動車。
2. 前記発電機の出力に基づいて充電するバッテリと、
   前記バッテリの温度を計測するバッテリ温度センサとをさらに備え、
   前記システム制御器は、前記駆動モータの駆動出力を低下させる制御を行う場合に、その低下量、前記電圧センサの検出電圧、および前記バッテリ温度センサの検出温度を参照して、前記駆動モータの駆動制御の応答性を低下するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車。
3. 前記システム制御器は、前記駆動モータの駆動出力を現在値から指令値に低下させる制御を行う場合に、前記現在値と前記指令値との差、前記バッテリ温度センサの検出温度、前記電圧センサの検出電圧、および前記バッテリの温度特性を参照して、ローパスフィルタのカットオフ周波数を求め、この求めたカットオフ周波数のローパスフィルタを使用して前記駆動モータの駆動制御の応答性を低下させるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド電気自動車。
4. ブレーキユニットをさらに備え、
   前記システム制御器は、前記駆動モータの制御応答性を低下させた場合に、前記ブレーキユニットを動作させるようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載のハイブリッド電気自動車。
5. 前記駆動モータとは別に他の駆動モータを備え、前記発電機の発電電力の一部を前記他の駆動モータに供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載のハイブリッド電気自動車。
6. エンジンにより発電する発電機と、前記発電機の出力により車輪を駆動する駆動モータと、前記発電機の出力制御と前記駆動モータの駆動制御とをそれぞれ行うとともに前記発電機の発電に基づいて駆動されるシステム制御器とを備え、前記システム制御器による前記駆動モータの制御応答性が前記発電機の制御応答性よりも相対的に速いように構成されるハイブリッド電気自動車において、
   前記駆動モータの駆動出力を低下させる場合に、
   その低下量およびそのときに前記発電機から供給されるシステム電源電圧を少なくとも参照して前記駆動モータの駆動制御の応答性を低下させるようにしたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の駆動制御方法。
7. 前記発電機の出力に基づいて充電するバッテリをさらに備え、
   前記駆動モータの駆動出力を低下させる場合に、その低下量、そのときの前記システム電源電圧、前記バッテリの温度、および前記バッテリの温度特性を参照し、これらの参照に基づいて前記システム制御器はローパスフィルタの帯域を変化させて前記駆動モータの駆動制御の応答性を低下させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド電気自動車の駆動制御方法。

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