JP4977915B2

JP4977915B2 - 発電制御装置

Info

Publication number: JP4977915B2
Application number: JP2007335118A
Authority: JP
Inventors: 幸裕福嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: JP2009154715A

Description

本発明は、内燃機関（以下「エンジン」という。）の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機（以下「モータ」という。）からの動力によって走行する車両の発電制御装置に関する。

シリーズ方式のＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）はモータ及びエンジンを備え、蓄電器を電源として駆動するモータの動力を利用して走行する。エンジンは発電のためだけに用いられ、エンジンの動力によって発電された電力は蓄電器に充電されるか、モータに供給される。蓄電器への充電は、蓄電器の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を常に同じレベルに保つため、図９に示すように、蓄電器のＳＯＣが固定値である最小基準値未満になると開始される。また、蓄電器のＳＯＣが最大基準値より大きくなると、蓄電器への充電は終了される。この結果、エンジンの動力による間欠発電が行われる。

図８は、シリーズ方式のＨＥＶの走行試験で得られた、発電のためにエンジンが始動された時点をプロットしたグラフである。図８の横軸は車速（ＶＰ）を示し、縦軸はエンジン回転数（ＮＥ）を示す。図８中の観測点から、発電のためにエンジンが始動された時点の車速とエンジン回転数を把握することができる。なお、シリーズ方式のＨＥＶでは、発電のために駆動されるエンジンは、最も燃費の良い一定の回転数で定点運転される。

図８に示されているように、発電のためにエンジンが駆動されるときの車速の分布は、大きく分けて２つのグループに分かれる。一つは車速が４０〜６０km/hのグループＡであり、もう一つは車速が０〜１０km/hのグループＢである。グループＡに示される車両の走行状態であれば、エンジンが駆動していてもドライバがその駆動による音や振動を感じることはあまりない。しかし、グループＢに示される車両の走行状態は、車両が停止している状態又は低速走行している状態であるため、エンジンが駆動するとその駆動による音や振動をドライバは感じる。このように、車両が停止しているとき又は低速走行しているときにエンジンが駆動していると、ドライバにとっての車両の快適性の評価基準であるＮＶ（Noise Vibration）性能が下がる。

本発明の目的は、高いＮＶ性能を維持しつつ発電のためのエンジン駆動を行う発電制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の発電制御装置は、内燃機関の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機からの動力によって走行する車両の発電制御装置であって、前記車両の車速が所定しきい値より大きいとき、前記内燃機関の動力によって発電された電力を充電する蓄電器の充電状態値が、高車速ほど高い値が設定された第１しきい値以下であれば、発電のために前記内燃機関を始動すると判断し、前記車速が前記所定しきい値以下のとき、前記蓄電器の充電状態値が、前記第１しきい値の最小値以下に設定された第２しきい値以下であれば、発電のために前記内燃機関を始動すると判断する発電要求判断部と、前記車両の車速情報及びドライバ操作情報に基づいて、前記電動機に供給する電力として前記車両のドライバが要求するドライバ要求値を導出する要求出力導出部と、前記車両の車速に応じた前記内燃機関の許容回転数、及び当該許容回転数に応じた許容発電出力値を導出する許容値導出部と、前記発電要求判断部が発電のために前記内燃機関を始動すると判断したとき、前記ドライバ要求値と前記許容発電出力値を比較して、前記ドライバ要求値が前記許容発電出力値以下であれば、前記内燃機関を前記許容回転数で稼動して前記許容発電出力値の電力を出力するよう制御する内燃機関制御部と、を備え、前記発電要求判断部は、前記車速が前記所定しきい値より大きいとき、当該車速に対応する前記第１しきい値と前記蓄電器の充電状態値を比較し、前記許容値導出部は、高車速ほど高い許容回転数が設定されたテーブル又は計算式を用いて前記許容回転数を導出し、高回転数ほど高い許容発電出力値が設定されたテーブル又は計算式を用いて前記許容発電出力値を導出することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の発電制御装置では、前記発電要求判断部は、前記車速が前記所定しきい値以下のとき、前記蓄電器の充電状態値が前記第２しきい値より大きい場合であっても、前記蓄電器が出力可能な最大電力値よりも前記ドライバ要求値が大きければ、発電のために前記内燃機関を始動すると判断することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の発電制御装置では、前記内燃機関制御部は、前記発電要求判断部が発電のために前記内燃機関を始動すると判断したとき、前記ドライバ要求値が前記許容発電出力値より大きければ、前記内燃機関を前記許容回転数以上の回転数で稼動して前記許容発電出力値以上の電力を出力するよう制御することを特徴としている。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明の発電制御装置によれば、車速が所定しきい値より大きいときは、蓄電器の充電状態値が高車速ほど高い値が設定された第１しきい値以下であれば内燃機関を始動する一方、車速が所定しきい値以下のときは、第１しきい値の最小値以下に設定された第２しきい値以下のときに内燃機関を始動する。この結果、高車速のときほど内燃機関が始動されるため、高いＮＶ性能を維持しつつ、発電のために内燃機関を稼動することができる。

さらに、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の発電制御装置によれば、発電を行う際に、車速に応じた許容回転数及び許容発電出力値を導出し、ドライバ要求値が許容発電出力値以下であれば、許容回転数で内燃機関を稼動する。許容回転数は高車速ほど高い値が設定されるため、ドライバによる急激な加速操作等がなければ、車速に応じて高いＮＶ性能を実現するための回転数で内燃機関を運転することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下説明する実施形態では、本発明に係る発電制御装置が、シリーズ方式のＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）の車両に搭載されている。

図１は、シリーズ方式のＨＥＶの動力系及び電源系を示すブロック図である。図１に示すように、シリーズ方式のＨＥＶは、蓄電器(BATT)１０１と、第１インバータ(第１INV)１０３と、モータ(TR Mot)１０５と、エンジン(ENG)１０７と、ジェネレータ(GEN)１０９と、第２インバータ(第２INV)１１１と、バッテリＥＣＵ(BATT ECU)１１３と、マネジメントＥＣＵ(MG ECU)１１５と、エンジンＥＣＵ(ENG ECU)１１７とを備える。

蓄電器１０１は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。第１インバータ１０３は、蓄電器１０１からの直流電圧を交流電圧に変換して、３相電流をモータ１０５に供給する。なお、第１インバータ１０３内には、蓄電器１０１からモータ１０５への電流供給を制御するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が設けられている。このＦＥＴのゲートは、マネジメントＥＣＵ１１５からのゲート信号によって制御される。モータ１０５は、車両を走行させるための動力を発生する。モータ１０５によって発生するトルクは、第１インバータ１０３を介して供給された３相電流の値によって変化する。

エンジン１０７は、発電のためだけに用いられ、エンジン１０７の動力によって発電された電力は蓄電器１０１に充電されるか、モータ１０５に供給される。ジェネレータ１０９は、エンジン１０７の駆動によって電力を発生する。第２インバータ１１１は、ジェネレータ１０９で発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第２インバータ１１１によって変換された電力は蓄電器１０１に充電されるか、第１インバータ１０３を介してモータ１０５に供給される。なお、モータ１０５には、通常、蓄電器１０１からの電力が供給されるが、ドライバがアクセルを全開したときなど、蓄電器１０１が出力可能な電力以上の電力が必要な場合には、蓄電器１０１からの電力に加えて、エンジン１０７の動力によって発電された電力も供給される。

バッテリＥＣＵ１１３は、蓄電器１０１から得られた情報（以下「バッテリ情報」という。）をマネジメントＥＣＵ１１５に送る。バッテリ情報には、蓄電器１０１のＳＯＣ及び蓄電器１０１が出力可能な最大電力値（以下「バッテリ出力制限値」という。）等に関する情報が含まれる。マネジメントＥＣＵ１１５には、バッテリＥＣＵ１１３からのバッテリ情報の他、車速情報及びドライバ操作情報（アクセル開度及びブレーキ踏力）が入力される。マネジメントＥＣＵ１１５は、バッテリ情報、車速情報及びドライバ操作情報に基づいて決定した指令値（発電出力指令値及びエンジン回転数指令値）をエンジンＥＣＵ１１７に出力する。マネジメントＥＣＵ１１５の詳細については後述する。エンジンＥＣＵ１１７は、マネジメントＥＣＵ１１５出力された指令値に応じて、エンジン１０７の始動及び停止、並びに、エンジン回転数を制御する。

図２は、マネジメントＥＣＵ１１５の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、マネジメントＥＣＵ１１５は、要求出力演算部１５１と、エンジン稼動判断部１５３と、ＮＶ許容値決定部１５５と、指令値決定部１５７とを有する。要求出力演算部１５１は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力された車速、アクセル開度及びブレーキ踏力に基づいて、モータ１０５に供給する電力としてドライバが要求する値（以下「ドライバ要求値」という。）を演算によって求める。なお、要求出力演算部１５１は、ドライバ要求値を演算ではなく、車速、アクセル開度及びブレーキ踏力とドライバ要求値とが対応したテーブルを参照して求めても良い。

エンジン稼動判断部１５３は、要求出力演算部１５１によって算出されたドライバ要求値と、バッテリＥＣＵ１１３から入力されたバッテリ情報に含まれる蓄電器１０１のＳＯＣとバッテリ出力制限値とに基づいて、エンジン１０７を駆動して発電を行うか否かを判断する。

図３は、マネジメントＥＣＵ１１５が有するエンジン稼動判断部１５３が行う発電判断処理を示すフローチャートである。図３に示すように、エンジン稼動判断部１５３は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力されたバッテリ情報に基づいて、蓄電器１０１のＳＯＣが固定しきい値（例えば３０％）以下か否かを判断する（ステップＳ１０１）。蓄電器１０１のＳＯＣが当該固定しきい値以下と判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３は、発電を行う旨を示す発電要求フラグを立てる（ステップＳ１０３）。一方、蓄電器１０１のＳＯＣが固定しきい値より大きいと判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３は、車速が所定しきい値（例えば４０ｋｍ／ｈ）より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

車速が当該所定しきい値より大きいと判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３はステップＳ１０７を行い、車速が所定しきい値以下と判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３はステップＳ１０９を行う。ステップＳ１０７では、エンジン稼動判断部１５３は、蓄電器１０１のＳＯＣが車速によって値が異なる可変しきい値以下か否かを判断する。なお、当該可変しきい値は、ステップＳ１０１で用いられた固定しきい値よりも高い値である。ステップＳ１０７で蓄電器１０１のＳＯＣが可変しきい値以下と判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３は、ステップＳ１０３に進み、発電要求フラグを立てる（発電要求フラグ←１）。一方、蓄電器１０１のＳＯＣが可変しきい値より大きいと判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３は、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０７で蓄電器１０１のＳＯＣと比較される可変しきい値は、図４に示すように、車速によって値が異なり、高車速ほど高い値が設定されている。なお、車速と当該可変しきい値との関係は、計算式又はテーブルによって表わされる。ステップＳ１０９では、エンジン稼動判断部１５３は、要求出力演算部１５１によって算出されたドライバ要求値がバッテリ出力制限値より大きいか否かを判断する。ドライバ要求値がバッテリ出力制限値より大きいと判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３は、ステップＳ１０３に進み、発電要求フラグを立てる。一方、ドライバ要求値がバッテリ出力制限値以下と判断されたとき、エンジン稼動判断部１５３は、ステップＳ１１１に進み、発電要求フラグを降ろしたままにする（発電要求フラグ←０）。

ＮＶ許容値決定部１５５は、エンジン稼動判断部１５３が発電要求を行うと判断したとき、所定のＮＶ性能を満たすエンジン回転数（以下「ＮＶ許容回転数」という。）ＮＥｎｖを車速に応じて決定し、かつ当該ＮＶ許容回転数ＮＥｎｖに対応した発電出力値（以下「ＮＶ許容発電出力値」という。）Ｐｎｖを決定する。なお、ＮＶ性能は、車速が上がるほどエンジン回転数を上げても維持される。このため、ＮＶ許容回転数ＮＥｎｖ及びＮＶ許容発電出力値Ｐｎｖは、車速によって異なり、高車速ほど高い値が設定される。なお、ＮＶ許容発電出力値は電力値によって示される。

図５は、マネジメントＥＣＵ１１５が有するＮＶ許容値決定部１５５が行うＮＶ許容値決定処理を示すフローチャートである。図５に示すように、ＮＶ許容値決定部１５５は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力された車速に応じてＮＶ許容回転数ＮＥｎｖを決定する（ステップＳ２０１）。次に、ＮＶ許容値決定部１５５は、ステップＳ２０１で求められたＮＶ許容回転数ＮＥｎｖに対応したＮＶ許容発電出力値Ｐｎｖを決定する（ステップＳ２０３）。

なお、ＮＶ許容値決定部１５５がステップＳ２０１を行う際、ＮＶ許容値決定部１５５は、車速とＮＶ許容回転数とが対応したテーブルを参照する。当該テーブルでは、高車速ほどＮＶ許容回転数が高く設定されている。また、ＮＶ許容値決定部１５５がステップＳ２０３を行う際、ＮＶ許容値決定部１５５は、ＮＶ許容回転数とＮＶ許容発電出力値とが対応したテーブルを参照する。当該テーブルでは、高回転数ほどＮＶ許容発電出力値が高く設定されている。

指令値決定部１５７は、要求出力演算部１５１によって算出されたドライバ要求値とＮＶ許容値決定部１５５によって決定されたＮＶ許容発電出力値Ｐｎｖとに基づいて、エンジンＥＣＵ１１７に出力する発電出力指令値を決定する。

図６は、マネジメントＥＣＵ１１５が有する指令値決定部１５７が行う指令値決定処理を示すフローチャートである。図６に示すように、指令値決定部１５７は、エンジン稼動判断部１５３から出力された発電要求フラグが立っている（発電要求フラグ＝１）か否（発電要求フラグ＝０）かを判断する（ステップＳ３０１）。発電要求フラグ＝０のとき、指令値決定部１５７は、発電出力指令値＝０及びエンジン回転数指令値＝０を含む指令値Ｔ＝０を出力する（ステップＳ３０３）。一方、発電要求フラグ＝１のとき、指令値決定部１５７は、要求出力演算部１５１によって算出されたドライバ要求値がＮＶ許容値決定部１５５によって決定されたＮＶ許容発電出力値Ｐｎｖより大きいか否かを判断する（ステップＳ３０５）。

ドライバ要求値がＮＶ許容発電出力値より大きいと判断されたとき、指令値決定部１５７は、発電出力指令値＝Ｐｂｔｍ及びエンジン回転数指令値＝ＮＥｂｔｍを含む指令値Ｔｂｔｍを出力する（ステップＳ３０７）。一方、ドライバ要求値がＮＶ許容発電出力値以下と判断されたとき、指令値決定部１５７は、発電出力指令値＝Ｐｎｖ及びエンジン回転数指令値＝ＮＥｎｖを含む指令値Ｔｎｖを出力する（ステップＳ３０９）。

指令値Ｔｂｔｍを受け取ったエンジンＥＣＵ１１７は、通常発電を行うようエンジン１０７を制御する。通常発電とは、エンジン１０７を最も燃費の良い一定の回転数で定点運転するか、当該定点運転によって得られる発電量以上の電力がモータ１０５にとって必要な場合は、さらに回転数を上げて運転することによって行う発電である。また、指令値Ｔｎｖを受け取ったエンジンＥＣＵ１１７は、ＮＶ許容運転を行うようエンジン１０７を制御する。ＮＶ許容運転とは、通常発電時に定点運転されるエンジンの回転数よりも低いＮＶ許容回転数ＮＥｎｖでエンジン１０７が稼動し、発電量が通常発電時の発電量よりも低い運転である。

以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電器１０１のＳＯＣが固定しきい値（例えば３０％）より大きく、車速が所定しきい値（例えば４０ｋｍ／ｈ）より大きいとき、蓄電器１０１のＳＯＣが高車速ほど高く設定された可変しきい値（例えば３０〜９０％）以下であれば、発電を行うためにエンジン１０７を始動する。また、蓄電器１０１のＳＯＣが固定しきい値（例えば３０％）より大きく、車速が所定しきい値以下のときは、ドライバ要求値がバッテリ出力制限値より大きいときに、発電を行うためにエンジン１０７を駆動する。このため、蓄電器１０１のＳＯＣが固定しきい値より大きいとき、低車速時にはドライバによる急激な加速操作等がなければエンジン１０７は駆動されず、図７に示すように、高車速のときほどエンジン１０７が駆動される。したがって、高いＮＶ性能を維持しつつ、発電のためにエンジン１０７を稼動することができる。なお、図７に示すグラフで、エンジン回転数が３５００回転の観測点は、ドライバによる急激な加速操作等によるエンジン駆動によるものである。

さらに、本実施形態によれば、発電を行う際に、車速に応じたＮＶ許容出力値を決定し、ドライバ要求値とＮＶ許容出力値の大小関係に応じて、通常発電によるエンジン１０７の運転を行うかＮＶ許容運転を行うかを決定する。このため、ドライバによる急激な加速操作等がなければ、車速に応じて高いＮＶ性能を実現するための回転数でエンジン１０７を運転することができる。

シリーズ方式のＨＥＶの動力系及び電源系を示すブロック図マネジメントＥＣＵの内部構成を示すブロック図マネジメントＥＣＵが有するエンジン稼動判断部１５３が行う発電判断処理を示すフローチャート蓄電器のＳＯＣと比較される可変しきい値と車速との関係を示すグラフマネジメントＥＣＵが有するＮＶ許容値決定部が行うＮＶ許容値決定処理を示すフローチャートマネジメントＥＣＵが有する指令値決定部が行う指令値決定処理を示すフローチャート本発明に係るシリーズ方式のＨＥＶの走行試験で得られた、発電のためにエンジンが始動された時点をプロットしたグラフ従来のシリーズ方式のＨＥＶの走行試験で得られた、発電のためにエンジンが始動された時点をプロットしたグラフ従来の発電判断処理を示すフローチャート

符号の説明

１０１蓄電器
１０３第１インバータ
１０５モータ
１０７エンジン
１０９ジェネレータ
１１１第２インバータ
１１３バッテリＥＣＵ
１１５マネジメントＥＣＵ
１１７エンジンＥＣＵ
１５１要求出力演算部
１５３エンジン稼動判断部
１５５ＮＶ許容値決定部
１５７指令値決定部

Claims

内燃機関の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機からの動力によって走行する車両の発電制御装置であって、
前記車両の車速が所定しきい値より大きいとき、前記内燃機関の動力によって発電された電力を充電する蓄電器の充電状態値が、高車速ほど高い値が設定された第１しきい値以下であれば、発電のために前記内燃機関を始動すると判断し、前記車速が前記所定しきい値以下のとき、前記蓄電器の充電状態値が、前記第１しきい値の最小値以下に設定された第２しきい値以下であれば、発電のために前記内燃機関を始動すると判断する発電要求判断部と、
前記車両の車速情報及びドライバ操作情報に基づいて、前記電動機に供給する電力として前記車両のドライバが要求するドライバ要求値を導出する要求出力導出部と、
前記車両の車速に応じた前記内燃機関の許容回転数、及び当該許容回転数に応じた許容発電出力値を導出する許容値導出部と、
前記発電要求判断部が発電のために前記内燃機関を始動すると判断したとき、前記ドライバ要求値と前記許容発電出力値を比較して、前記ドライバ要求値が前記許容発電出力値以下であれば、前記内燃機関を前記許容回転数で稼動して前記許容発電出力値の電力を出力するよう制御する内燃機関制御部と、を備え、
前記発電要求判断部は、前記車速が前記所定しきい値より大きいとき、当該車速に対応する前記第１しきい値と前記蓄電器の充電状態値を比較し、
前記許容値導出部は、高車速ほど高い許容回転数が設定されたテーブル又は計算式を用いて前記許容回転数を導出し、高回転数ほど高い許容発電出力値が設定されたテーブル又は計算式を用いて前記許容発電出力値を導出することを特徴とする発電制御装置。
請求項１に記載の発電制御装置であって、
前記発電要求判断部は、前記車速が前記所定しきい値以下のとき、前記蓄電器の充電状態値が前記第２しきい値より大きい場合であっても、前記蓄電器が出力可能な最大電力値よりも前記ドライバ要求値が大きければ、発電のために前記内燃機関を始動すると判断することを特徴とする発電制御装置。
請求項１又は２に記載の発電制御装置であって、
前記内燃機関制御部は、前記発電要求判断部が発電のために前記内燃機関を始動すると判断したとき、前記ドライバ要求値が前記許容発電出力値より大きければ、前記内燃機関を前記許容回転数以上の回転数で稼動して前記許容発電出力値以上の電力を出力するよう制御することを特徴とする発電制御装置。