JP4609069B2 - 電気車両の充放電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力源として少なくとも１つのモータジェネレータを有し、該モータジェネレータへのトルク指令値を演算するモータジェネレータトルク演算手段を備えた電気車両の充放電制御装置に関する。

従来、燃料電池車両の充放電制御装置は、キャパシタの温度検出値に応じてキャパシタに通電可能なキャパシタ上限電力を算出し、燃料電池の出力電力と、走行用モータに実際に通電されるモータ実電力と、走行用モータ以外の電気的負荷に通電される負荷電力を算出する。そして、燃料電池の出力電力および走行用モータ以外の電気的負荷に通電される負荷電力と、キャパシタ上限電力と、に基づき、キャパシタ上限電力に対応するモータ電力であるモータ電力制限値を算出する。そして、モータ実電力がモータ電力制限値よりも大きい場合に、モータ実電力がモータ電力制限値となるように指示する。これにより、キャパシタを保護しつつ、燃料電池車両の走行性を向上させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１８５８２０号公報

上記従来の燃料電池車両の充放電制御装置にあっては、所定の演算タイミングで過充放電しないように、モータ実電力をモータ電力制限値となるように決めたとしても、次の演算タイミングまでの間に、モータ回転数が変化するため、モータ実電力がモータ電力制限値を超過してしまう可能性があり、バッテリの劣化を招く、という問題がある。一方、バッテリの劣化を確実に防止するには、電力超過を見越したマージンの設定が必要であり、この場合、キャパシタが大型化し、車両への搭載性が低下する、という問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、バッテリの小型化を図りながら、バッテリの劣化を確実に防止することができる電気車両の充放電制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、動力源として少なくとも１つのモータジェネレータと、放電して前記モータジェネレータに駆動電力を供給するとともに前記モータジェネレータから発電電力の供給を受けて充電するバッテリとを有し、前記モータジェネレータへのトルク指令値を演算するモータジェネレータトルク演算手段を備えた電気車両において、
前記モータジェネレータの現演算周期における回転数を検出するモータジェネレータ回転数検出手段と、
前記モータジェネレータの一演算周期後における回転数を予測するモータジェネレータ回転数予測手段と、を設け、
前記モータジェネレータトルク演算手段は、現演算周期と一演算周期後のモータジェネレータ回転数のどちらにおいても、前記バッテリの充放電電力がバッテリ劣化を防止する制限値以下となるように、前記モータジェネレータへのトルク指令値を演算することを特徴とする。

よって、本発明の電気車両の充放電制御装置にあっては、モータジェネレータトルク演算手段において、現演算周期と一演算周期後のモータジェネレータ回転数のどちらにおいても、バッテリの充放電電力がバッテリ劣化を防止する制限値以下となるように、モータジェネレータへのトルク指令値が演算される。よって、モータジェネレータトルクの更新が行われるまでの間にも、バッテリが過充放電しないので、バッテリの劣化を確実に防止できる。また、従来技術のように、電力超過を見越したマージンが要らないので、バッテリの小型化が可能になり、低コストにすることができると共に、車両への搭載性も向上する。

以下、本発明の電気車両の充放電制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例４に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車（電気車両の一例）の駆動系の構成を説明する。
図１は実施例１の充放電制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系を示す全体システム図である。実施例１のハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1（モータ）と、第２モータジェネレータMG2（モータ）と、出力軸OUTと、これらの入出力要素Ｅ，MG1，MG2，OUTが連結される差動装置（第１遊星歯車PG1、第２遊星歯車PG2、第３遊星歯車PG3）を有する駆動力合成変速機と、を備えている。

そして、選択された走行モードに応じ後述する油圧制御装置５からの制御油圧により締結・解放が制御される摩擦締結要素としては、ハイクラッチHCと、エンジンクラッチECと、シリーズクラッチSCと、モータジェネレータクラッチMGCと、ローブレーキLBと、ハイローブレーキHLBと、を備えている。

前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度などが制御される。

前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2は、永久磁石を埋設したロータと、ステータコイルが巻き付けられたステータと、を有する同期型モータジェネレータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流をそれぞれのステータコイルに印加することにより独立に制御される。

前記差動装置としての第１遊星歯車PG1と第２遊星歯車PG2と第３遊星歯車PG3は、何れも２自由度３要素のシングルピニオン型遊星歯車である。前記第１遊星歯車PG1は、第１サンギヤS1と、第１ピニオンP1を支持する第１ピニオンキャリアPC1と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、によって構成されている。前記第２遊星歯車PG2は、第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2を支持する第２ピニオンキャリアPC2と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2と、によって構成されている。前記第３遊星歯車PG3は、第３サンギヤS3と、第３ピニオンP3を支持する第３ピニオンキャリアPC3と、第３ピニオンP3に噛み合う第３リングギヤR3と、によって構成されている。

前記第１サンギヤS1と前記第２サンギヤS2とは第１回転メンバM1により直結され、前記第１リングギヤR1と第３サンギヤS3とは第２回転メンバM2により直結され、前記第２ピニオンキャリアPC2と前記第３リングギヤR3とは第３回転メンバM3により直結される。したがって、３組の遊星歯車PG1,PG2,PG3は、第１回転メンバM1と第２回転メンバM2と第３回転メンバM3と第１ピニオンキャリアPC1と第２リングギヤR2と第３ピニオンキャリアPC3との６つの回転要素を有する。

前記差動装置の６つの回転要素に対する動力源Ｅ,MG1,MG2と出力軸OUTと各係合要素LB,HC,HLB,EC,SC,MGCの連結関係について説明する。
前記第１回転メンバM1（S1,S2）には、第２モータジェネレータMG2が連結されている。
前記第２回転メンバM2（R1,R3）には、入出力要素の何れにも連結されていない。
前記第３回転メンバM3（PC2,R3）には、エンジンクラッチECを介してエンジンＥが連結されている。また、エンジンクラッチEC及びシリーズクラッチSCを介して第１モータジェネレータMG1が連結されている。つまり、前記エンジンＥと第１モータジェネレータMG1とは、シリーズクラッチSCを介して連結されている。
前記第１ピニオンキャリアPC1には、ハイクラッチHCを介して第２モータジェネレータMG2が連結されている。また、ローブレーキLBを介して変速機ケースTCに連結されている。
前記第２リングギヤR2には、モータジェネレータクラッチMGCを介して第１モータジェネレータMG1が連結されている。また、ハイローブレーキHLBを介して変速機ケースTCに連結されている。
前記第３ピニオンキャリアPC3には、出力軸OUTが連結されている。なお、出力軸OUTからは、図外のプロペラシャフトやディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右の駆動輪に駆動力が伝達される。

上記連結関係により、図２に示す共線図上において、第１モータジェネレータMG1(R2)、エンジンＥ(PC2,R3)、出力軸OUT(PC3)、第２モータジェネレータMG2(S1,S2)の順に配列され、遊星歯車列の動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデル（第１遊星歯車PG1のレバー(1)、第２遊星歯車PG2のレバー(2)、第３遊星歯車PG3のレバー(3)）を導入することができる。ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸にリングギヤ、キャリア、サンギヤ等の各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤとリングギヤの歯数比に基づく共線図レバー比（α、β、δ）になるように配置したものである。

前記ハイクラッチHCは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図６の共線図上において、第２モータジェネレータMG2の回転速度軸と一致する位置に配置され、図２及び図３の共線図に示すように、締結によりハイ側変速比を分担する「２速固定変速比モード」と「ハイ側無段変速比モード」と「ハイギヤ固定変速比モード」を実現する。

前記エンジンクラッチECは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図６の共線図上において、エンジンＥとの回転速度軸と一致する位置に配置され、締結によりエンジンＥの回転とトルクを、エンジン入力回転要素である第３回転メンバM3（PC2,R3）に入力する。

前記シリーズクラッチSCは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図６の共線図上において、エンジンＥと第１モータジェネレータMG1とを連結する位置に配置され、締結によりエンジンＥと第１モータジェネレータMG1とを連結する。

前記モータジェネレータクラッチMGCは、油圧により締結される多板摩擦クラッチであり、図６の共線図上において、第１モータジェネレータMG1と第２リングギヤR2を連結する位置に配置され、第１モータジェネレータMG1と第２リングギヤR2との締結解除を行う。

前記ローブレーキLBは、油圧により締結される多板摩擦ブレーキであり、図６の共線図上において、第２モータジェネレータMG2の回転速度軸より外側位置に配置され、図２及び図３の共線図に示すように、締結によりロー側変速比を分担する「ローギヤ固定変速比モード」と「ロー側無段変速比モード」を実現する。

前記ハイローブレーキHLBは、油圧により締結される多板摩擦ブレーキであり、図６の共線図上において、第１モータジェネレータMG1の回転速度軸と一致する位置に配置され、図２及び図３の共線図に示すように、ローブレーキLBと共に締結することにより変速比をアンダードライブ側の「ローギヤ固定変速比モード」とし、ハイクラッチHCと共に締結することにより変速比をオーバードライブ側の「ハイギヤ固定変速比モード」とする。

次に、ハイブリッド車の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、油圧制御装置５と、統合コントローラ６と、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、第３リングギヤ回転数センサ１２と、第２リングギヤ回転数センサ１３と、を有して構成されている。

前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。

前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０、１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ３へ出力する。なお、このモータコントローラ２からは、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報が統合コントローラ６に対して出力される。

前記インバータ３は、前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2との各ステータコイルに接続され、モータコントローラ２からの指令により独立した３相交流を作り出す。このインバータ３には、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続されている。

前記油圧制御装置５は、統合コントローラ６からの油圧指令に基づいて、ハイクラッチHCと、エンジンクラッチECと、シリーズクラッチSCと、モータジェネレータクラッチMGCと、ローブレーキLBと、ハイローブレーキHLBと、の締結油圧制御及び解放油圧制御を行う。この締結油圧制御及び解放油圧制御には、滑り締結制御や滑り解放制御による半クラッチ制御も含む。

前記統合コントローラ６は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APと、車速センサ８からの車速VSPと、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neと、第１モータジェネレータ回転数センサ１０からの第１モータジェネレータ回転数N1と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からの第２モータジェネレータ回転数N2と、第３リングギヤ回転数センサ１２からの駆動力合成変速機入力回転数Ni等の情報を入力し、所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ１、モータコントローラ２、油圧制御装置５に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。

なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、および、統合コントローラ６とモータコントローラ２とは、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線１４、１５により接続されている。

次に、ハイブリッド車の走行モードについて説明する。
走行モードとしては、ローギヤ固定変速比モード（以下、「Lowモード」という。）と、ロー側無段変速比モード（以下、「Low-iVTモード」という。）と、２速固定変速比モード（以下、「2ndモード」という。）と、ハイ側無段変速比モード（以下、「High-iVTモード」という。）と、ハイギヤ固定変速比モード（以下、「Highモード」という。）と、の５つの走行モードを有する。

前記５つの走行モードについては、エンジンＥを用いないで両モータージェネレータMG1,MG2のみで走行する電気自動車モード（以下、「EVモード」という。）と、エンジンＥと両モータージェネレータMG1,MG2を用いて走行するハイブリッド車モード（以下、「HEVモード」という。）とに分けられる。

よって、図２（EVモード関連の５つの走行モード）及び図３（HEVモード関連の５つの走行モード）に示すように、「EVモード」と「HEVモード」とを合わせると「１０の走行モード」が実現されることになる。
ここで、図２(a)は「EV-Lowモード」の共線図、図２(b)は「EV-Low-iVTモード」の共線図、図２(c)は「EV-2ndモード」の共線図、図２(d)は「EV-High-iVTモード」の共線図、図２(e)は「EV-Highモード」の共線図である。また、図３(a)は「HEV-Lowモード」の共線図、図３(b)は「HEV-Low-iVTモード」の共線図、図３(c)は「HEV-2ndモード」の共線図、図３(d)は「HEV-High-iVTモード」の共線図、図３(e)は「HEV-Highモード」の共線図である。

前記「Lowモード」は、図２(a)及び図３(a)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを締結し、シリーズクラッチSCを解放し、モータジェネレータクラッチMGCを締結することで得られるローギヤ固定変速比モードである。

前記「Low-iVTモード」は、図２(b)及び図３(b)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを解放し、ハイローブレーキHLBを解放し、シリーズクラッチSCを解放し、モータジェネレータクラッチMGCを締結することで得られるロー側無段変速比モードである。

前記「2ndモード」は、図２(c)及び図３(c)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放し、シリーズクラッチSCを解放し、モータジェネレータクラッチMGCを締結することで得られる２速固定変速比モードである。

前記「High-iVTモード」は、図２(d)及び図３(d)の共線図に示すように、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを解放し、シリーズクラッチSCを解放し、モータジェネレータクラッチMGCを締結することで得られるハイ側無段変速比モードである。

前記「Highモード」は、図２(e)及び図３(e)の共線図に示すように、ローブレーキLBを解放し、ハイクラッチHCを締結し、ハイローブレーキHLBを締結し、シリーズクラッチSCを解放し、モータジェネレータクラッチMGCを締結することで得られるハイギヤ固定変速比モードである。

そして、前記「１０の走行モード」のモード遷移制御は、統合コントローラ６により行われる。すなわち、統合コントローラ６には、要求駆動力Fdrv（アクセル開度APにより求められる。）と車速VSPとバッテリS.O.Cによる三次元空間に、例えば、図４に示すような前記「１０の走行モード」を割り振った走行モードマップが予め設定されていて、車両走行時等においては、要求駆動力Fdrvと車速VSPとバッテリS.O.Cの各検出値により走行モードマップが検索され、要求駆動力Fdrvと車速VSPにより決まる車両動作点やバッテリ充電量に応じた最適な走行モードが選択される。なお、図４は三次元走行モードマップをバッテリS.O.Cが充分な容量域のある値で切り取ることにより、要求駆動力Fdrvと車速VSPとの二次元によりあらわした走行モードマップの一例である。

さらに、シリーズクラッチSCとモータジェネレータクラッチMGCとを採用したことに伴い、上記「１０の走行モード」に加え、図５に示すように、発進時等で選択されるシリーズローギヤ固定変速比モード（以下、「S-Lowモード」という。）が追加される。この「S-Lowモード」は、ローブレーキLBとハイローブレーキHLBを締結し、エンジンクラッチECとハイクラッチHCとモータジェネレータクラッチMGCを解放し、シリーズクラッチSCを締結することで得られる。

つまり、上記「１０の走行モード」はパラレル型ハイブリッド車としての走行モードであるが、シリーズローギヤ固定変速比モードである「S-Lowモード」については、図６に示すように、エンジンＥと第１モータジェネレータMG1とを共線図から切り離し、エンジンＥにより第１モータジェネレータMG1を駆動して発電し、該第１モータジェネレータMG1による発電電力を受け入れて充電するバッテリ４と、該バッテリ４の充電電力を用いて第２モータジェネレータMG2を駆動するというシリーズ型ハイブリッド車としての走行モードということができる。

前記走行モードマップの選択により、「EVモード」と「HEVモード」との間においてモード遷移を行う場合には、図５に示すように、エンジンＥの始動・停止と、エンジンクラッチECを締結・解放する制御が実行される。また、「EVモード」の５つのモード間でのモード遷移や「HEVモード」の５つのモード間でのモード遷移を行う場合には、図５に示すON/OFF作動表にしたがって行われる。

これらのモード遷移制御のうち、例えば、エンジンＥの始動・停止とクラッチやブレーキの締結・解放が同時に必要な場合や、複数のクラッチやブレーキの締結・解放が必要な場合や、エンジンＥの始動・停止またはクラッチやブレーキの締結・解放に先行してモータジェネレータ回転数制御が必要な場合等においては、予め決められた手順にしたがったシーケンス制御により行われる。

次に、作用を説明する。
［ハイブリッド車での充放電制御の従来例］
ハイブリッド車では、バッテリの充放電電力が所定の制限値を越えた過充放電状態になると、バッテリが劣化してしまう。そこで、従来技術では、モータジェネレータの回転数やバッテリの制限電力に応じて、バッテリが過充放電しないように、モータジェネレータトルクを設定する。

従来例の詳細について、「HEV-2ndモード」を例にし、図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図７に示す制御は、マイコンを用いて所定の演算周期（例えば、10msec）毎に繰り返し実行される。

ステップS301では、車両状態の検出を行う。アクセル開度APO、車速VSP、第１モータジェネレータ回転数N1、バッテリS.O.C等を検出する。これらのパラメータを元に、車両の目標駆動力Ｆとバッテリの制限電力Pbmaxを決定し、ステップS302へ進む。

ステップS302では、目標駆動力を実現できる第１モータジェネレータトルクT1を決定する。以下に「HEV-2ndモード」の制御則を示す。
T1＝k1Ｆ＋k2Te …(1)
ここで、Ｆは目標駆動力、Teはエンジントルク、k1,k2は制御ゲインである。この制御則を用いて第１モータジェネレータトルクT1を決定し、ステップS303へ進む。

ステップS303では、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmaxよりも大きいか否かを判断する。まず、バッテリ充放電電力P(t)は、次式を用いて算出する。
P(t)＝T1×N1(t)＋P1 …(2)
ここで、P1はエアコン等の補機損失分である。このバッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmaxよりも大きい場合には、ステップS304へ進む。また、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmax以下の場合は、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないので、第１モータジェネレータトルクT1の制限を行わない。

ステップS304では、バッテリ充放電電力P(t)が、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないように、第１モータジェネレータトルクT1を制限する。ここで、バッテリ制限電力Pbmaxからの超過電力をΔP(t)とすると、
ΔP(t)＝P(t)−Pbmax …(3)
となる。この超過電力ΔP(t)に相当する、第１モータジェネレータトルクΔT1(t)は、
ΔT1(t)＝ΔP(t)／N1 …(4)
となる。次式に示すように、ΔT1(t)を第１モータジェネレータトルクT1から減じることで、第１モータジェネレータトルクT1'を算出することができることになる。
T1'＝T1−ΔT1(t) …(5)
すなわち、第１モータジェネレータから出力するトルクを、この第１モータジェネレータトルクT1'に制限することで、現演算時においてバッテリ充放電電力Pが、バッテリ制限電力Pbmaxを超過することがない。

しかし、所定の演算タイミングで過充放電しないように、トルクを決めたとしても、次の演算タイミングまでの間に、モータジェネレータの回転数が変化するために、所定の制限値を超過してしまう可能性がある。以下に、この「HEV-2ndモード」での従来制御の問題点を、図８に示すタイムチャートを使用して説明する。ここで、t-1,t,t+1は制御タイミングであり、tは現演算時、t-1は一演算周期前、t+1は一演算周期後を示す。

現演算時tでのバッテリ充放電電力P(t)は、次式で示される。
P(t)＝T1'(t)×N1(t)＋P1＝Pbmax …(6)
ここで、N1(t)は現時刻での第１モータジェネレータ回転数、T1'(t)は従来制御による制限後の第１モータジェネレータトルクである。

次に、現演算時ｔと一演算周期後t+1との間の時刻t+aでのバッテリ充放電電力P(t+a)は、以下のように示される。
P(t+a)＝T1'(t)×N1(t+a)＋P1 …(7)
ここで、N1(t+a)は、時刻t+aでの第１モータジェネレータ回転数である。また、第１モータジェネレータトルクは、一演算周期後の制御タイミングt+1まで更新されないため、時刻t+aにおいても第１モータジェネレータトルクはT1'(t)である。

これに対し、演算周期間でも、モータジェネレータの回転数は変化する。ここでは、
N1(t+a)>N1(t) …(8)
なので、
P(t+a)>Pbmax …(9)
となり、演算周期間において、バッテリ制限電力Pbmaxを超過してしまう。

この問題を解決しようとすると、バッテリ制限電力Pbmaxからの超過を見越して、バッテリの高性能化やマージンを考えたバッテリの大型化が必要となる。したがって、バッテリのコストや重量の増加、また、バッテリの大型化による車両への搭載性の悪化を招いてしまう可能性がある。

次に、従来例の詳細について、「HEV-High-iVTモード」を例にし、図９に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図９に示す制御は、マイコンを用いて所定の演算周期（例えば、10msec）毎に繰り返し実行される。

ステップS305では、車両状態の検出を行う。アクセル開度APO、車速VSP、第１モータジェネレータ回転数N1、バッテリS.O.C等を検出する。これらのパラメータを元に、車両の目標駆動力Ｆ、変速操作量ui、バッテリの制限電力Pbmaxを決定し、ステップS306へ進む。

ステップS306では、目標駆動力Ｆ、変速操作量uiを実現するような第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2を決定する。以下に「HEV-High-iVTモード」の制御則を示す。
T1＝k11ui＋k12Ｆ＋k13Te
T2＝k21ui＋k22Ｆ＋k23Te …(10)
ここで、k11,k12,k13,k21,k22,k23は制御ゲインである。ここで、変速操作量uiは、目標変速比を達成するように、変速機入力軸目標回転数Ni*と変速機入力軸実回転数Niとの偏差からPI制御器を用いて演算する。この式に従い、第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2を決定し、ステップS307へ進む。

ステップS307では、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmaxよりも大きいか否かを判断する。まず、バッテリ充放電電力P(t)は、次式を用いて算出する。
P(t)＝T1×N1(t)＋T2×N2(t)＋P1 …(11)
バッテリ制限電力Pbmaxをバッテリ充放電電力P(t)が超過しないときには、第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2との関係は、次式のように示される。
Pbmax≧P(t) …(12)
この式(12)に示される領域は、図１０において直線(1)で切り分けられた斜線領域である。図１０の横軸は第１モータジェネレータトルクT1、縦軸は第２モータジェネレータトルクT2である。そして、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmaxよりも大きい場合には、ステップS308へ進む。また、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmax以下の場合は、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないので、両モータジェネレータトルクT1,T2の制限を行わない。

ステップS308では、バッテリ充放電電力P(t)が、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないように、両モータジェネレータトルクT1,T2を制限する。
ここでは、両モータジェネレータトルクT1,T2を、変速操作量uiを維持する方法で制限する。変速操作量uiとT1,T2,Teの関係は、式(10)から目標駆動力Ｆを消去することで導出することができ、次式のように示される。
K5T1＋k6T2＋k7Te＝ui …(13)
ここで、k5,k6,k7は制御ゲインである。変速操作量uiを変えずに、バッテリ充放電電力を超過電力ΔP(t)だけ減らすような補正第１モータジェネレータトルクΔT1と補正第２モータジェネレータトルクΔT2は次式に示される。
K5ΔT1＋k6ΔT2＝０
N1(t)ΔT1＋N2(t)ΔT2＝ΔP(t) …(14)
この補正第１モータジェネレータトルクΔT1と補正第２モータジェネレータトルクΔT2とを用いて、制限後第１モータジェネレータトルクT1'と制限後第２モータジェネレータトルクT2'は、次式により算出される。
T1'＝T1−ΔT1 …(15)
T2'＝T2−ΔT2 …(16)

次に図１０を用いて、以上説明したモータジェネレータトルクの制限方法について説明する。
まず、図１０中の点Ａは式(10)により決定されたモータジェネレータトルク(T1,T2)であり、直線(2)は式(13)を表す直線である。次に、この点Ａ(T1,T2)を直線(2)に沿って、つまり、変速操作量uiを維持し、図１０の点Ｂ(T1',T2')に移動させる。点Ｂは、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmaxを超過しない斜線領域にある。
以上により、制限前の変速速度を維持したままで、バッテリ充放電電力P(t)がバッテリ制限電力Pbmaxを超過しない制限後第１モータジェネレータトルクT1'と制限後第２モータジェネレータトルクT2'を算出できる。

次に、「HEV-High-iVTモード」での従来制御の問題点を、図１１に示すタイムチャートを使用して説明する。ここで、t-1,t,t+1は制御タイミングであり、tは現演算時、t-1は一演算周期前、t+1は一演算周期後を示す。

現演算時tでのバッテリ充放電電力P(t)は、次式で示される。
P(t)＝T1'(t)×N1(t)＋T2'(t)×N2(t)＋P1＝Pbmax …(17)
ここで、N1(t),N2(t)はそれぞれ現時刻での第１,第２モータジェネレータ回転数、T1'(t),T2'(t)はそれぞれ従来制御による制限後の第１,第２モータジェネレータトルクである。

次に、現演算時ｔと一演算周期後t+1との間の時刻t+aでのバッテリ充放電電力P(t+a)は、以下のように示される。
P(t+a)＝T1'(t)×N1(t+a)＋T2'(t)×N2(t+a)＋P1 …(18)
ここで、N1(t+a),N2(t+a)は、時刻t+aでの第１,第２モータジェネレータ回転数である。また、第１モータジェネレータトルクと第２モータジェネレータトルクは、一演算周期後の制御タイミングt+1まで更新されないため、時刻t+aにおいても両モータジェネレータトルクはT1'(t),T2'(t)である。

これに対し、演算周期間でも、モータジェネレータの回転数は変化する。ここでは、
N1(t+a)>N1(t)、N2(t+a)>N2(t) …(19)
なので、
P(t+a)>Pbmax …(20)
となり、演算周期間において、バッテリ制限電力Pbmaxを超過してしまう。
［実施例１での充放電制御作用］
実施例１では、「HEV-2ndモード」を例にし、図１２に示すフローチャートを用いて説明する（モータジェネレータトルク演算手段）。なお、図１２に示す制御は、マイコンを用いて所定の演算周期（例えば、10msec）毎に繰り返し実行される。

ステップS401では、車両状態の検出を行う。アクセル開度APO、車速VSP、第１モータジェネレータ回転数N1、バッテリS.O.C等を検出する（モータジェネレータ回転数検出手段）。これらのパラメータを元に、車両の目標駆動力Ｆとバッテリの制限電力Pbmaxを決定し、ステップS402へ進む。

ステップS402では、目標駆動力を実現できる第１モータジェネレータトルクT1を決定する。つまり、上記式(1)に示した制御則を用いて第１モータジェネレータトルクT1を決定し、ステップS403へ進む。

ステップS403では、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を推定する（モータジェネレータ回転数予測手段）。
ここで、モータジェネレータ回転数予測手段であるステップS403は、第１モータジェネレータMG1の回転変化率を推定する回転変化率推定部と、推定された回転変化率から一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を推定するモータジェネレータ回転数推定部と、を有する。そして、前記回転変化率推定部は、一演算周期前の第１モータジェネレータ回転数N1(t-1)と現演算周期の第１モータジェネレータ回転数N1(t)との回転数差に基づき、第１モータジェネレータMG1の回転変化率を推定する。
つまり、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)は、現演算周期の第１モータジェネレータ回転数N1(t)と一演算周期前の第１モータジェネレータ回転数N1(t-1)との回転差から、
N1e(t+1)＝N1(t)＋｛N1(t)−N1(t-1)｝ …(21)
を用いて推定し、ステップS404へ進む。

ステップS404では、現演算周期のバッテリ充放電電力P(t)と、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)のいずれかが、バッテリ制限電力Pbmaxよりも大きいか否かを判断する。
まず、バッテリ充放電電力P(t)は、上記式(2)を用いて算出する。
また、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)は、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を用いて次式から演算される。
Pe(t+1)＝T1×N1e(t+1)＋P1 …(22)
このバッテリ充放電電力P(t)とPe(t+1)の両方が、バッテリ制限電力Pbmax以下の場合は、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないので、第１モータジェネレータトルクT1の制限を行わない。それ以外の場合には、ステップS405へ進む。

ステップS405では、現演算周期のバッテリ充放電電力P(t)と、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)のそれぞれが、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないように、第１モータジェネレータトルクT1を制限する。ここで、バッテリ制限電力Pbmaxからの超過電力をΔP(t)とすると、ΔP(t)は上記式(3)により演算され、この超過電力ΔP(t)に相当する第１モータジェネレータトルクΔT1(t)は、上記式(4)により演算される。
また、超過電力ΔP(t)は、バッテリ充放電電力P(t)のバッテリ制限電力Pbmaxに対する超過電力であるとすると、
ΔPe(t+1)＝Pe(t+1)−Pbmax …(23)
となる。この超過電力ΔPe(t+1)に相当する、第１モータジェネレータトルクΔT1(t+1)は、
ΔT1(t+1)＝{ΔPe(t+1)}／{N1e(t+1)} …(24)
となる。
次に、ΔT1(t)とΔT1(t+1)の大きい方を選択する。ここでは、ΔT1(t)<ΔT1(t+1)とすると、次式に示すように、ΔT1(t+1)を第１モータジェネレータトルクT1から減じることで、制限後の第１モータジェネレータトルクT1'を算出することができる。
T1'＝T1−ΔT1(t+1) …(25)
すなわち、第１モータジェネレータMG1から出力するトルクを、この第１モータジェネレータトルクT1'に制限することで、現演算周期の第１モータジェネレータ回転数N1(t)、並びに、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)のどちらの回転数の場合でも、バッテリ充放電電力Pがバッテリ制限電力Pbmaxを超過することがない。

次に、図１２のフローチャートに示す制御を行った場合の効果を、図１３に示すタイムチャートを使用して説明する。ここで、t-1,t,t+1は制御タイミングであり、tは現演算時、t-1は一演算周期前、t+1は一演算周期後を示す。

現演算時tでのバッテリ充放電電力P(t)は、次式で示される。
P(t)＝T1'(t)×N1(t)＋P1<Pbmax …(26)
ここで、N1(t)は現時刻での第１モータジェネレータ回転数、T1'(t)は現時刻での制限後の第１モータジェネレータトルクである。

また、第１モータジェネレータ回転数N1が、一演算周期後にN1e(t+1)に変化したときのバッテリ充放電電力Pe(t+1)は、次式で示される。
Pe(t+1)＝T1'(t)×N1e(t+1)＋P1＝Pbmax …(27)
ここで、N1e(t+1)は一演算周期後での第１モータジェネレータ回転数である。

次に、現演算時ｔと一演算周期後t+1との間の時刻t+aでのバッテリ充放電電力P(t+a)は、以下のように示される。
P(t+a)＝T1'(t)×N1(t+a)＋P1 …(28)
ここで、N1(t+a)は、時刻t+aでの第１モータジェネレータ回転数である。また、第１モータジェネレータトルクは、一演算周期後の制御タイミングt+1まで更新されないため、時刻t+aにおいても第１モータジェネレータトルクはT1'(t)である。

これに対し、演算周期間でも、モータジェネレータの回転数は変化する。ここでは、
N1(t)<N1(t+a)<N1e(t+1) …(29)
なので、
P(t+a)<Pbmax …(30)
となり、演算周期間において、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しない。

したがって、バッテリ制限電力Pbmaxからの超過を見越して、バッテリの高性能化やマージンを考えたバッテリ４を大型化することが必要なくなり、この結果、バッテリ４のコストや重量の低減、また、バッテリ４の小型化による車両への搭載性を向上させることができる。

次に、一演算周期前の第１モータジェネレータ回転数N1(t-1)と現演算周期の第１モータジェネレータ回転数N1(t)との回転数差に基づき、第１モータジェネレータMG1の回転変化率を推定し、推定された回転変化率から一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を推定する場合（ステップS403）の効果を、目標駆動力・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の関係を示した図１４のタイムチャートを用いて説明する。

図１４において、時刻t1では目標駆動力が、時刻t2では走行抵抗が、特に変化している。上記実施例１の一演算周期後における第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)の推定方法を用いると、式(21)に示したように、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)の推定に際し、一演算周期前の第１モータジェネレータ回転数N1(t-1)を使用するので、加減速が少ないときに推定精度がよくなる。

次に、効果を説明する。
実施例１のハイブリッド車の充放電制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 動力源として少なくとも１つのモータジェネレータを有し、該モータジェネレータへのトルク指令値を演算するモータジェネレータトルク演算手段を備えたハイブリッド車において、前記モータジェネレータの現演算周期における回転数を検出するモータジェネレータ回転数検出手段（ステップS401）と、前記モータジェネレータの一演算周期後における回転数を予測するモータジェネレータ回転数予測手段（ステップS403）と、を設け、前記モータジェネレータトルク演算手段（ステップS404、ステップS405）は、現演算周期と一演算周期後のモータジェネレータ回転数のどちらにおいても、バッテリの充放電電力がバッテリ劣化を防止する制限値以下となるように、モータジェネレータへのトルク指令値を演算するため、バッテリ４の小型化を図りながら、バッテリ４の劣化を確実に防止することができる。

(2) 前記モータジェネレータ回転数予測手段（ステップS403）は、モータジェネレータの回転変化率を推定する回転変化率推定部と、推定された回転変化率から一演算周期後のモータジェネレータ回転数を推定するモータジェネレータ回転数推定部と、を有するため、回転変化率の推定により、一演算周期後のモータジェネレータ回転数を精度良く推定することができる。

(3) 前記回転変化率推定部は、一演算周期前のモータジェネレータ回転数と現演算周期のモータジェネレータ回転数との回転数差に基づき、モータジェネレータの回転変化率を推定するため、現時刻における実際の回転変化による推定であることで、車両の加減速度の変化が無いとき、特に高い推定精度を得ることができる。

実施例２は、目標駆動力に基づき、一演算周期後のモータジェネレータの回転数を推定するようにした例である。

すなわち、実施例２の充放電制御を行う統合コントローラ６では、「HEV-2ndモード」等の固定変速比モードを選択しての走行時、車速VSPに対して、エンジン回転数Neと第１モータジェネレータ回転数N1（「HEV-2ndモード」の選択時）が一意に決まる駆動力合成変速機を搭載したハイブリッド車に適用したものであるため、目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後の第１モータジェネレータMG1の回転数N1e(t+1)を推定している。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。

次に作用を説明する。
［実施例２での充放電制御作用］
実施例２では、「HEV-2ndモード」を例にし、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図１２に示す制御は、マイコンを用いて所定の演算周期（例えば、10msec）毎に繰り返し実行される。図１２に示すフローチャートにおいて、ステップS403以外は、実施例１と同時処理を行うステップであるので、ステップS403についてのみ説明する。

ステップS403では、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を推定する。
ここで、モータジェネレータ回転数予測手段であるステップS403は、目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後の第１モータジェネレータMG1の回転数N1e(t+1)を推定する。
つまり、一演算周期後の車速VSPe(t+1)は、現演算周期の車速VSP(t)と目標駆動力Ｆとから、次式を用いて推定する。
VSPe(t+1)＝VSP(t)＋（Ｆ／Ｍ）×Ts …(31)
ここで、Tsは演算周期である。次に、次式を用いて一演算周期後の車速VSPe(t+1)を第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)に換算し、ステップS404へ進む。
N1e(t+1)＝VSPe(t+1)×α …(32)
ここで、αは第１モータジェネレータ回転数N1と車速VSP（＝出力軸回転数）の回転比（＝固定変速比）を表す定数である。

次に、目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を推定する場合（ステップS403）の効果を、目標駆動力・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の関係を示した図１５のタイムチャートを用いて説明する。

図１５において、時刻t1では目標駆動力が、時刻t2では走行抵抗が、特に変化している。上記実施例２の一演算周期後における第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)の推定方法を用いると、式(31),(32)に示したように、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)の推定に際し、目標駆動力Ｆを使用する。よって、時刻t1の目標駆動力Ｆの変化直後において、一演算周期後における第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)の推定精度がよくなる。

次に、効果を説明する。
実施例２のハイブリッド車の充放電制御装置にあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(4) 前記電気車両は、車速VSPに対して、エンジンＥ、第１モータジェネレータMG1の回転数が一意に決まる駆動力合成変速機を搭載したハイブリッド車であり、前記モータジェネレータ回転数予測手段は、目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後のモータジェネレータ回転数N1e(t+1)を推定するため、現時刻で目標駆動力Ｆが変わって、車速VSPの変化率が変わったとしても、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)を精度良く推定することができる。つまり、第１モータジェネレータMG1の回転数が車速VSPに比例する。また、走行抵抗を無視すると、車速VSPの変化率は車両の駆動力から推定できる。よって、現時刻以降の第１モータジェネレータMG1の回転数を、目標駆動力Ｆから予め予想できる。

実施例３は、変速操作量と目標駆動力に基づき、一演算周期後のモータジェネレータの回転数を推定すると共に、変速操作量を維持するようにモータジェネレータへのトルク指令値を演算するようにした例である。

すなわち、実施例３の充放電制御を行う統合コントローラ６では、車速VSPとエンジン回転の変速比、もしくは、車速VSPとモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる「HEV-High-iVTモード」等の無段変速比モードを有する駆動力合成変速機を搭載したハイブリッド車に適用したものであるため、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量uiを決定し、この変速操作量uiと目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後の第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2の回転数N1e(t+1),N2e(t+1)を推定している。そして、前記変速操作量uiを維持するように第１モータジェネレータMG1及び第２モータジェネレータMG2へのトルク指令値を演算している。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。

次に作用を説明する。
［実施例３での充放電制御作用］

実施例３では、「HEV-High-iVTモード」を例にし、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図１６に示す制御は、マイコンを用いて所定の演算周期（例えば、10msec）毎に繰り返し実行される。

ステップS501では、車両状態の検出を行う。アクセル開度APO、車速VSP、第１モータジェネレータ回転数N1、バッテリS.O.C等を検出する。これらのパラメータを元に、車両の目標駆動力Ｆ、変速操作量ui、バッテリの制限電力Pbmaxを決定し、ステップS502へ進む。

ステップS502では、上記ステップS306と同様に、式(10)を用いて目標駆動力Ｆ、変速操作量uiを実現するような第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2を決定し、ステップS503へ進む。

ステップS503では、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量uiを決定し、この変速操作量uiと目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)と第２モータジェネレータ回転数N2e(t+1)を推定し、ステップS504へ進む。
まず、一演算周期後の車速VSPe(t+1)は、現演算時の車速VSP(t)と目標駆動力Ｆとから、式(31)を用いて推定する。
次に、現演算時の入力軸回転数Ni(t)と変速操作量uiから一演算周期後の入力軸回転数Nie(t+1)を推定する。まず次式に「HEV-High-iVTモード」の変速操作量uiと入力軸回転数加速度dNi/dtの関係を示す。
dNi/dt＝ui＋k3Tr＋k4Te …(33)
ここで、k3,k4は制御ゲイン、Trは走行抵抗である。この入力軸回転数加速度dNi/dtと現演算時の入力軸回転数Ni(t)とから、一演算周期後の入力軸回転数Nie(t+1)は次式のように求められる。
Nie(t+1)＝Ni(t)＋dNi/dt×Ts …(34)
また、「HEV-High-iVTモード」には、次式に示すようなN1、N2、Ni、VSPの関係がある。

ここで、k31,k32,k33,k34は回転比を表す定数である。この関係式と、式(31)、式(34)から算出した一演算周期後の車速VSPe(t+1)および入力軸回転数Nie(t+1)から、一演算周期後の第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)、第２モータジェネレータ回転数N2e(t+1)の推定値は、

の式にて求められる。

ステップS504では、現演算周期のバッテリ充放電電力P(t)と、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)のいずれかが、バッテリ制限電力Pbmaxよりも大きいか否かを判断する。
バッテリ制限電力Pbmaxを現演算周期のバッテリ充放電電力P(t)と、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)のいずれもが超過しないときには、第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2との関係は、従来例の式(12)で示される。
まず、現演算周期のバッテリ充放電電力P(t)は、上記式(11)を用いて算出する。
一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)は、次式を用いて算出される。
Pe(t+1)＝T1×N1e(t+1)＋T2×N2e(t+1)＋P1 …(37)
次に、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)がバッテリ制限電力Pbmaxを超過しない場合、第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2との関係は、次式で示される。
Pbmax≧Pe(t+1) …(38)
この式(12)、式(38)が共に成立する領域は、図１７の斜線領域で示される。
ステップS502で決定した第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2が、図１７の斜線領域に含まれる場合は、現演算周期のバッテリ充放電電力P(t)と、一演算周期後のバッテリ充放電電力Pe(t+1)のいずれもが、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しない。従って、第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2の制限を行わない。一方、ステップS502で決定した第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2が、図１７の点Ａのように斜線領域に含まれない場合は、ステップS505へ進む。

ステップS505では、バッテリ充放電電力P(t)が、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しないように、変速操作量uiを維持したままで、両モータジェネレータトルクT1,T2を制限する。
以下に変速操作量uiを維持したまま、両モータジェネレータトルクT1,T2を制限する方法を、図１７を用いながら説明する。
変速操作量uiとT1,T2,Teの関係式は式(13)であり、図中の直線(2)で示される。
変速操作量uiを変えずに、バッテリ充放電電力を超過電力ΔP(t)だけ減らすような、補正第１モータジェネレータトルクΔT1、補正第２モータジェネレータトルクΔT2、第１モータジェネレータ回転数N1、第２モータジェネレータ回転数N2の関係は、上記式(14)に示される。このΔT1,ΔT2は図１７中の点Ａを点Ｂに移動させる際に必要なトルクの操作量である。
また、変速操作量uiを変えずに、バッテリ充放電電力を超過電力ΔPe(t+1)だけ減らすような、補正第１モータジェネレータトルクΔT1、補正第２モータジェネレータトルクΔT2、第１モータジェネレータ回転数N1、第２モータジェネレータ回転数N2の関係は次式に示される。
K5ΔT1＋k6ΔT2＝０
Ne1(t+1)ΔT1＋Ne2(t+1)ΔT2＝ΔPe(t+1) …(39)
このΔT1,ΔT2は図１７中の点Ａを点Ｃに移動させる際に必要なトルクの操作量である。次に、式(11)と式(3)から算出した超過電力ΔP(t)と、式(37)と式(23)から算出した超過電力ΔPe(t+1)とを比較する。ここでは、
ΔPe(t+1)>ΔP(t) …(40)
とすると、式(14)から算出した補正第１，第２モータジェネレータトルクΔT1，ΔT2分、両モータジェネレータMG1,MG2のトルクを操作しても、制限電力Pbmaxを超過してしまう。よって、式(39)から補正第１，第２モータジェネレータトルクΔT1，ΔT2を算出する必要がある。
図１７で説明すると、点Ｂでは、バッテリ充放電電力P(t)が制限電力Pbmaxを超過してしまうため、点Ｃまで制限する必要がある。
したがって、式(39)から算出した補正第１，第２モータジェネレータトルクΔT1，ΔT2を、第１モータジェネレータトルクT1と第２モータジェネレータトルクT2のそれぞれから減じることで、点Ｃ（T1'、T2'）に制限する。
T1'＝T1−ΔT1 …(41)
T2'＝T2−ΔT2 …(42)

次に、図１６に示すフローチャートの制御を行った場合の効果を、図１８に示すタイムチャートを使用して説明する。ここで、t-1,t,t+1は制御タイミングであり、tは現演算時、t-1は一演算周期前、t+1は一演算周期後を示す。

現演算時tでのバッテリ充放電電力P(t)は、次式で示される。
P(t)＝{T1'(t)×N1(t)＋T2'(t)×N2(t)}＋P1<Pbmax …(43)
ここで、N1(t),N2(t)はそれぞれ現時刻での第１,第２モータジェネレータ回転数、T1'(t),T2'(t)は図１６のフローチャートに示した制御により決定した制限後の第１,第２モータジェネレータトルクである。

また、第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2の回転数が、一演算周期後のN1e(t+1),N2e(t+1)に変化したときのバッテリ充放電電力Pe(t+1)は、
Pe(t+1)＝{T1'(t)×N1(t+1)＋T2'(t)×N2(t+1)}＋P1＝Pbmax …(44)
の式で示される。

次に、現演算時ｔと一演算周期後t+1との間の時刻t+aでのバッテリ充放電電力P(t+a)は、以下のように示される。
P(t+a)＝{T1'(t)×N1(t+a)＋T2'(t)×N2(t+a)}＋P1 …(45)
ここで、N1(t+a),N2(t+a)は、時刻t+aでの第１,第２モータジェネレータ回転数である。また、第１モータジェネレータトルクと第２モータジェネレータトルクは、一演算周期後の制御タイミングt+1まで更新されないため、時刻t+aでの両モータジェネレータトルクは、現時刻での第１モータジェネレータトルクT1(t)、第２モータジェネレータトルクT2(t)と同じである。

これに対し、演算周期間でも、モータジェネレータの回転数は変化する。ここでは、
N1(t)<N1(t+a)<N1e(t+1)、N2(t)<N2(t+a)<N2e(t+1) …(46)
なので、
P(t+a)<Pbmax …(47)
となり、演算周期間において、バッテリ制限電力Pbmaxを超過しない。

次に、変速操作量uiと目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後の両モータジェネレータMG1,MG2の回転数を推定する場合（ステップS503）の効果を、目標駆動力・変速操作量・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の関係を示した図１９のタイムチャートを用いて説明する。

図１９において、時刻t1では目標駆動力が、時刻t2では変速操作量が、時刻t3では走行抵抗が、特に変化している。上記実施例３の一演算周期後におけるモータジェネレータ回転数の推定方法を用いると、式(31),(36)に示したように、一演算周期後のモータジェネレータ回転数の推定に際し、目標駆動力Ｆを使用する。従って、時刻t1での目標駆動力の変化による加速直後において、一演算周期後におけるモータジェネレータ回転数の推定精度がよい。また、式(33),(34),(36)に示したように、一演算周期後のモータジェネレータ回転数の推定に際し、変速操作量uiを使用する。従って、時刻t2での変速開始時において、一演算周期後におけるモータジェネレータ回転数の推定精度がよい。

次に、効果を説明する。
実施例３の電気車両の充放電制御装置にあっては、実施例１，２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(5) 前記電気車両は、車速VSPとエンジン回転の変速比、もしくは、車速VSPとモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる無段変速比モードを有する変速機を搭載したハイブリッド車であり、前記モータジェネレータ回転数予測手段は、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量uiを決定し、この変速操作量uiと目標駆動力Ｆに基づき、一演算周期後のモータジェネレータの回転数を推定するため、現時刻での車速と変速比の変化率が変わったとしても、現時刻以降のモータジェネレータの回転数を目標駆動力Ｆと変速操作量uiとで予め予想できるので、一演算周期後のモータジェネレータの回転数を精度良く推定することができる。
すなわち、車速の変化率は車両の駆動力から推定できる。また、変速比の変化率は変速操作量から推定できる。モータジェネレータ回転数は、車速と変速比により決まるので、車速と変速比の変化率から、モータジェネレータの回転数を推定できる。

(7) 前記電気車両は、車速VSPとエンジン回転の変速比、もしくは、車速VSPとモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる無段変速比モードを有する変速機を搭載したハイブリッド車であり、前記モータジェネレータトルク演算手段は、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量uiを決定し、この変速操作量uiを維持するようにモータジェネレータへのトルク指令値を演算するため、変速操作量uiを一演算周期後の回転を予測したときの値に維持できるので、一演算周期後のモータジェネレータ回転数の推定精度を向上させることができる。

実施例４は、変速操作量と、一演算周期前と現演算周期の車速変化率に基づき、一演算周期後のモータジェネレータの回転数を推定するようにした例である。

すなわち、実施例４の充放電制御を行う統合コントローラ６では、車速VSPとエンジン回転の変速比、もしくは、車速VSPとモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる「HEV-High-iVTモード」等の無段変速比モードを有する駆動力合成変速機を搭載したハイブリッド車に適用したものであるため、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量uiを決定し、この変速操作量uiと、一演算周期前と現演算周期の車速変化率とに基づき、一演算周期後の両モータジェネレータMG1,MG2の回転数N1e(t+1),N2e(t+1)を推定している。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。

次に作用を説明する。
［実施例４での充放電制御作用］
実施例４では、「HEV-High-iVTモード」を例にし、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図１６に示す制御は、マイコンを用いて所定の演算周期（例えば、10msec）毎に繰り返し実行される。図１６に示すフローチャートにおいて、ステップS503以外は、実施例３と同時処理を行うステップであるので、ステップS503についてのみ説明する。

ステップS503では、一演算周期後のモータジェネレータ回転数を推定する。
ここで、モータジェネレータ回転数予測手段であるステップS503は、変速操作量uiと、一演算周期前と現演算周期の車速変化率に基づき、一演算周期後の第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2の回転数N1e(t+1),N2e(t+1)を推定する。
つまり、実施例３とは異なり、次式に示すように、現演算周期の車速VSP(t)と、一演算周期前の車速VSPe(t-1)の車速差から、一演算周期後の車速VSPe(t+1)を推定する。
VSPe(t+1)＝VSP(t)＋{VSP(t)−VSP(t-1)} …(48)
以降、一演算周期後の入力軸回転数Nie(t+1)、第１モータジェネレータ回転数N1e(t+1)、第２モータジェネレータ回転数N2e(t+1)の演算方法は実施例３と共通である。

次に、変速操作量uiと、一演算周期前と現演算周期の車速変化率に基づき、一演算周期後の両モータジェネレータ回転数N1e(t+1)、N2e(t+1)を推定する場合（ステップS503）の効果を、目標駆動力・変速操作量・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の関係を示した図２０のタイムチャートを用いて説明する。

図２０において、時刻t1では目標駆動力が、時刻t2では変速操作量が、時刻t3では走行抵抗が、特に変化している。上記実施例４の一演算周期後におけるモータジェネレータ回転数の推定方法を用いると、式(48)に示したように、一演算周期後のモータジェネレータ回転数の推定に際し、一演算周期前の車速を使用する。従って、時刻t1での目標駆動力の変化による加速直後、時刻t3での走行抵抗の変化直後を除いて、一演算周期後におけるモータジェネレータ回転数の推定精度がよい。また、式(33),(34),(36)に示したように、一演算周期後のモータジェネレータ回転数の推定に際し、変速操作量uiを使用する。従って、時刻t2での変速開始時において、一演算周期後におけるモータジェネレータ回転数の推定精度がよい。

次に、効果を説明する。
実施例４のハイブリッド車の充放電制御装置にあっては、実施例１の(1)、実施例３の(7)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(8) 前記電気車両は、車速VSPとエンジン回転の変速比、もしくは、車速VSPとモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる無段変速比モードを有する変速機を搭載したハイブリッド車であり、前記モータジェネレータ回転数予測手段は、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量uiを決定し、この変速操作量uiと、一演算周期前と現演算周期の車速変化率とに基づき、一演算周期後のモータジェネレータの回転数を推定するため、実際の車速変化と変速操作量uiからモータジェネレータの回転数を求めることで、より精度良く一演算周期後のモータジェネレータ回転数の推定を行うことができる。
すなわち、駆動力から車速を推定すると、走行抵抗が大きいときには、推定精度が悪化する。大部分の運転状態において、車速の変化は遅いので、一演算周期前の車速と現演算時の車速の差から車速の変化率を推定した方が精度の良い場面が多い。
一方、変速比の変化は速いので、一演算周期前と現演算時の変速比の差から変速比の変化率を推定すると精度は良くない。しかし、変速速度への走行抵抗の影響は非常に小さいので、検出の難しい走行抵抗の大小にかかわらず、変速操作量から精度良く変速比の変化率を推定できる。

以上、本発明の電気車両の充放電制御装置を実施例１〜実施例４に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１，２では、「HEV-2ndモード」へ本発明の充放電制御を適用する例を示したが、「HEV-Lowモード」や「HEV-Highモード」等、他の「固定変速比モード」へも適用できる。

実施例３，４では、「HEV-High-iVTモード」へ本発明の充放電制御を適用する例を示したが、「HEV-Low-iVTモード」等、他の「無段変速比モード」へも適用できる。

実施例１〜４の充放電制御装置は、３つのシングルピニオン型遊星歯車を差動装置とする駆動力合成変速機を搭載したハイブリッド車への適用例を示したが、例えば、特開２００３−３２８０８号公報等に記載されているように、ラビニョウ型遊星歯車を差動装置とする駆動力合成変速機を搭載したハイブリッド車等、「無段変速比モード」と「固定変速比モード」のうち、少なくとも一方の走行モードを有する他のハイブリッド車にも適用することができる。

さらに、本発明の充放電制御装置は、動力源として少なくとも１つのモータジェネレータを有する電気車両であれば、実施例１〜４に示したハイブリッド車に限らず、モータジェネレータのみを動力源とする電気自動車や燃料電池車等にも適用することができる。

実施例１の充放電制御装置が適用されたハイブリッド車を示す全体システム図である。 実施例１の充放電制御装置を搭載したハイブリッド車において電気自動車モードでの５つの走行モードをあらわす共線図である。 実施例１の充放電制御装置を搭載したハイブリッド車においてハイブリッド車モードでの５つの走行モードをあらわす共線図である。 実施例１の充放電制御装置を搭載したハイブリッド車において走行モードの選択に用いられる走行モードマップの一例を示す図である。 実施例１の充放電制御装置を搭載したハイブリッド車において「１０の走行モード」でのエンジン・エンジンクラッチ・モータジェネレータ・ローブレーキ・ハイクラッチ・ハイローブレーキ・シリーズクラッチ・モータジェネレータクラッチの作動表である。 実施例１の充放電制御装置を搭載したハイブリッド車において各係合要素との関係を示す共線図である。 従来例１のハイブリッド車の固定変速比モードでの充放電制御作動の流れを示すフローチャートである。 従来例１の制御を実行した場合に充放電電力がバッテリ電力制限値を超過する様子を示すタイムチャートである。 従来例２のハイブリッド車の無段変速比モードでの充放電制御作動の流れを示すフローチャートである。 従来例２における両モータジェネレータトルクによる動作点が制限領域から許可領域へ移動する作用説明図である。 従来例２の制御を実行した場合に充放電電力がバッテリ電力制限値を超過する様子を示すタイムチャートである。 実施例１の統合コントローラにて実行される充放電制御作動の流れを示すフローチャートである。 実施例１の制御を実行した場合に充放電電力がバッテリ電力制限値を超過しない様子を示すタイムチャートである。 実施例１での一演算周期後のモータジェネレータ回転数推定作用を表した目標駆動力・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の各特性を示すタイムチャートである。 実施例２での一演算周期後のモータジェネレータ回転数推定作用を表した目標駆動力・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の各特性を示すタイムチャートである。 実施例３の統合コントローラにて実行される充放電制御作動の流れを示すフローチャートである。 実施例３における両モータジェネレータトルクによる動作点が制限領域から許可領域へ移動する作用説明図である。 実施例３の制御を実行した場合に充放電電力がバッテリ電力制限値を超過しない様子を示すタイムチャートである。 実施例３での一演算周期後のモータジェネレータ回転数推定作用を表した目標駆動力・変速操作量・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の各特性を示すタイムチャートである。 実施例４での一演算周期後のモータジェネレータ回転数推定作用を表した目標駆動力・変速操作量・走行抵抗・モータジェネレータ回転数の各特性を示すタイムチャートである。

符号の説明

Ｅ エンジン
MG1 第１モータジェネレータ（モータ）
MG2 第２モータジェネレータ（モータ）
OUT 駆動出力軸
PG1 第１遊星歯車
PG2 第２遊星歯車
PG3 第３遊星歯車
HC ハイクラッチ
EC エンジンクラッチ
SC シリーズクラッチ
MGC モータジェネレータクラッチ
LB ローブレーキ
HLB ハイローブレーキ
１ エンジンコントローラ
２ モータコントローラ
３ インバータ
４ バッテリ
５ 油圧制御装置
６ 統合コントローラ
７ アクセル開度センサ
８ 車速センサ
９ エンジン回転数センサ
１０ 第１モータジェネレータ回転数センサ
１１ 第２モータジェネレータ回転数センサ
１２ 第３リングギヤ回転数センサ
１３ 第２リングギヤ回転数センサ

Claims (7)

1. 動力源として少なくとも１つのモータジェネレータと、放電して前記モータジェネレータに駆動電力を供給するとともに前記モータジェネレータから発電電力の供給を受けて充電するバッテリとを有し、前記モータジェネレータへのトルク指令値を演算するモータジェネレータトルク演算手段を備えた電気車両において、
   前記モータジェネレータの現演算周期における回転数を検出するモータジェネレータ回転数検出手段と、
   前記モータジェネレータの一演算周期後における回転数を予測するモータジェネレータ回転数予測手段と、を設け、
   前記モータジェネレータトルク演算手段は、現演算周期と一演算周期後のモータジェネレータ回転数のどちらにおいても、前記バッテリの充放電電力がバッテリ劣化を防止する制限値以下となるように、前記モータジェネレータへのトルク指令値を演算することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。
2. 請求項１に記載された電気車両の充放電制御装置において、
   前記モータジェネレータ回転数予測手段は、前記モータジェネレータの回転変化率を推定する回転変化率推定部と、推定された回転変化率から一演算周期後のモータジェネレータ回転数を推定するモータジェネレータ回転数推定部と、を有することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。
3. 請求項２に記載された電気車両の充放電制御装置において、
   前記回転変化率推定部は、一演算周期前のモータジェネレータ回転数と現演算周期のモータジェネレータ回転数との回転数差に基づき、前記モータジェネレータの回転変化率を推定することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。
4. 請求項１に記載された電気車両の充放電制御装置において、
   前記電気車両は、車速に対して、エンジン、前記モータジェネレータの回転数が一意に決まる変速機を搭載したハイブリッド車であり、
   前記モータジェネレータ回転数予測手段は、車両の目標駆動力に基づき、一演算周期後のモータジェネレータ回転数を推定することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。
5. 請求項１に記載された電気車両の充放電制御装置において、
   前記電気車両は、車速とエンジン回転の変速比、もしくは、車速とモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる無段変速比モードを有する変速機を搭載したハイブリッド車であり、
   前記モータジェネレータ回転数予測手段は、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量を決定し、この変速操作量と車両の目標駆動力に基づき、一演算周期後のモータジェネレータ回転数を推定することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。
6. 請求項１に記載された電気車両の充放電制御装置において、
   前記電気車両は、車速とエンジン回転の変速比、もしくは、車速とモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる無段変速比モードを有する変速機を搭載したハイブリッド車であり、
   前記モータジェネレータ回転数予測手段は、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量を決定し、この変速操作量と、一演算周期前と現演算周期の車速変化率とに基づき、一演算周期後のモータジェネレータ回転数を推定することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。
7. 請求項１に記載された電気車両の充放電制御装置において、
   前記電気車両は、車速とエンジン回転の変速比、もしくは、車速とモータジェネレータ回転の変速比を無段階に変更できる無段変速比モードを有する変速機を搭載したハイブリッド車であり、
   前記モータジェネレータトルク演算手段は、目標変速比と実変速比との偏差から変速操作量を決定し、この変速操作量を維持するように前記モータジェネレータへのトルク指令値を演算することを特徴とする電気車両の充放電制御装置。

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