JP4978735B2 - ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド車両およびハイブリッド車両の制御方法に関し、特に、搭載される蓄電部の充電状態値を最適に管理するための技術に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、エンジンとモータとを効率的に組み合わせて走行するハイブリッド車両が実用化されている。このようなハイブリッド車両は、駆動源であるモータに電力を供給するための蓄電部を搭載しており、発進時や加速時などにモータに電力を供給して駆動力を発生する一方で、下り坂や制動時などに車両の運動エネルギーを電力として回収する。

このような蓄電部からの放電や蓄電部への充電は、たとえば蓄電部の充電状態値（ＳＯＣ：State Of Charge）を考慮して行なわれる。ＳＯＣを適正な範囲に維持することで、蓄電部の過充電や過放電を回避することができる。

たとえば特開２００６−１０１６７４号公報（特許文献１）には、蓄電部を構成する二次電池のＳＯＣを適正な範囲に維持するために、二次電池の状態に基づいて充放電電力を制限する二次電池の充放電制御装置が開示される。これによれば、二次電池の充放電制御装置は、二次電池の温度を推定するための推定手段と、推定された二次電池の温度に基づいて、二次電池の充放電電力を制限するための制限手段とを含んでいる。そして、この二次電池の充放電制御装置は、センサによって検知された二次電池の状態に基づいて二次電池の推定温度を算出し、この推定温度に基づいて、二次電池が充電または放電するときの電力の制限値である制限電力を設定する。この制限電力に基づいて二次電池の充放電制御が実行される。
特開２００６−１０１６７４号公報

上述した特開２００６−１０１６７４号公報の二次電池の充放電制御装置によれば、二次電池の状態を正確に推定して、その状態に基づいて充放電制御を行なうことにより、二次電池の性能を最大限に発現させることができる。

しかしながら、二次電池の状態が変化したことに連動して充放電電力の制限値を変化させていることから、たとえば二次電池の温度が所定の閾値を超えたことに応じて充放電電力の制限値を減少させた場合には、二次電池の温度上昇を抑制できるものの、二次電池から出力可能な電力が急激に減少することとなる。そのため、車両の走行中においては、モータから発生する駆動力が急激に減少してしまうため、車両駆動力の変動を誘発してドライバビリティを悪化させる可能性がある。

その一方で、ハイブリッド車両のシステム起動時においては、エンジンやエンジンからの排気ガスを浄化するための触媒コンバータの暖機を促進するための暖機要求が与えられたことに応じて、エンジンを始動させる場合がある。この場合、モータは、二次電池から電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンをクランキングして始動させる。しかしながら、低温時において二次電池を用いる場合には、常温時に比べて充放電特性が低下しているため、モータへの電力供給によって二次電池の劣化が進行するおそれがある。そのため、二次電池保護の観点から速やかに充放電電力を制限することが求められる。したがって、二次電池の充放電制御においては、車両の状態に応じて、より適正に充放電電力の制限値を設定して二次電池からより適切に電力を出力することが望ましい。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ハイブリッド車両の状態に応じて適正に蓄電部の充放電制御を行なうことにより、ドライバビリティの確保と蓄電部の劣化抑制との両立を図ることである。

この発明のある局面に従うハイブリッド車両は、内燃機関と、内燃機関の作動により生じる動力を受けて発電可能な発電部と、発電部からの電力を受けて充電可能に構成された蓄電部と、蓄電部から電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部と、運転者要求に応じて発生させる車両駆動力を制御するとともに、蓄電部で充放電される電力を制御する制御装置とを備える。制御装置は、蓄電部の充電状態値および温度を検出する蓄電部状態検出部と、蓄電部状態検出部によって検出された蓄電部の充電状態値および温度に基づいて、蓄電部において許容される充放電電力を算出する充放電許容電力演算部と、充放電許容電力演算部によって算出された充放電許容電力に対して、所定の第１の変化速度で変化するように制限が課されるように補正を施して、制御用充放電許容電力を設定する充放電許容電力制御部と、充放電許容電力制御部によって設定された制御用充放電許容電力の範囲内で、運転者要求に応じた電力目標値を決定するとともに、該電力目標値に従って蓄電部で充放電される電力をフィードバック制御する充放電制御部とを含む。充放電許容電力制御部は、車両の起動時においては、蓄電部において許容される充放電電力の最大値を初期値とし、かつ、該初期値から第１の変化速度を上回る所定の第２の変化速度で減少するように、制御用充放電許容電力を設定する。

好ましくは、第１の変化速度は、電力目標値に従って蓄電部で充放電される電力の変化速度を超えないように設定される。第２の変化速度は、電力目標値に従って蓄電部で充放電される電力の変化速度よりも高くなるように設定される。

この発明の別の局面に従えば、ハイブリッド車両の制御方法であって、ハイブリッド車両は、内燃機関と、内燃機関の作動により生じる動力を受けて発電可能な発電部と、発電部からの電力を受けて充電可能に構成された蓄電部と、蓄電部から電力の供給を受けて車両駆動力を発生する駆動力発生部とを含む。ハイブリッド車両の制御方法は、蓄電部の充電状態値および温度を検出するステップと、検出するステップによって検出された蓄電部の充電状態値および温度に基づいて、蓄電部において許容される充放電電力を算出するステップと、算出するステップによって算出された充放電許容電力に対して、所定の第１の変化速度で変化するように制限が課されるように補正を施して、制御用充放電許容電力を設定するステップと、設定するステップによって設定された制御用充放電許容電力の範囲内で、運転者要求に応じた電力目標値を決定するとともに、該電力目標値に従って蓄電部で充放電される電力をフィードバック制御するステップとを備える。設定するステップは、ハイブリッド車両の起動時においては、蓄電部において許容される充放電電力の最大値を初期値とし、かつ、該初期値から第１の変化速度を上回る所定の第２の変化速度で減少するように、制御用充放電許容電力を設定する。

好ましくは、第１の変化速度は、電力目標値に従って蓄電部で充放電される電力の変化速度を超えないように設定される。第２の変化速度は、電力目標値に従って蓄電部で充放電される電力の変化速度よりも高くなるように設定される。

この発明によれば、ハイブリッド車両の状態に応じて蓄電部の充放電制御を適正に行なうことができるため、ドライバビリティの確保と蓄電部の劣化抑制との両立を図ることができる。

この発明の実施の形態に従う車両の概略構成図である。 この発明の実施の形態に従うＨＶ−ＥＣＵにおける制御構造を示すブロック図である。 蓄電部の充放電許容電力特性の一例を示す図である。 制御用充放電許容電力の時間的変化を示す図である。 蓄電部で発生する電力制限違反の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従う制御用充放電許容電力の時間的変化を示す図である。 この発明の実施の形態に従う制御用充放電許容電力の設定処理に係るフローチャートである。

符号の説明

２ ＨＶ−ＥＣＵ、４ 電池ＥＣＵ、６ 蓄電部、８ コンバータ、１０−１，１０−２ インバータ、１２ 電流検出部、１４ 電圧検出部、１６ 温度検出部、２０ エンジン、２２ 動力分割機構、２４Ｆ 駆動輪、１００ 車両、２００ 充放電許容電力演算部、２０２ 充放電許容電力制御部、２０４ 出力管理部、２０６ 配分部、２０８ コンバータ制御部、２１０ インバータ制御部、ＭＧ１ 第１モータジェネレータ、ＭＧ２ 第２モータジェネレータ、ＭＮＬ 負母線、ＭＰＬ 正母線、ＰＬ 正線、ＮＬ 負線。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う車両１００の概略構成図である。
図１を参照して、この発明の実施の形態に従う車両１００は、代表的にハイブリッド車両であり、内燃機関（エンジン）と電動機（モータジェネレータ）とを搭載し、それぞれからの駆動力を最適な比率に制御して走行する。

具体的には、車両１００は、エンジン（ＥＮＧ）２０と、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とを駆動力源として備え、これらは動力分割機構２２を介して機械的に連結される。一例として、動力分割機構２２は、プラネタリーキャリア、サンギヤ、リングギヤの三要素からなる遊星歯車機構からなり、それぞれの要素にエンジン２０、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２が連結される。そして、車両１００の走行状況に応じて、動力分割機構２２を介して上記３者の間で駆動力の分配および結合が行なわれ、その結果として駆動輪２４Ｆが駆動される。

車両１００の走行時において、動力分割機構２２は、エンジン２０の作動によって発生する駆動力を二分割し、その一方を第１モータジェネレータＭＧ１側へ配分するとともに、残部を第２モータジェネレータＭＧ２側へ配分する。動力分割機構２２から第１モータジェネレータＭＧ１側へ配分された駆動力は発電動作に用いられる一方、第２モータジェネレータＭＧ２側へ配分された駆動力は、第２モータジェネレータＭＧ２で発生した駆動力と合成されて、駆動輪２４Ｆの駆動に使用される。

このとき、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２にそれぞれ対応付けられた第１インバータ（ＩＮＶ１）１０−１および第２インバータ（ＩＮＶ２）１０−２は、直流電力と交流電力とを相互に変換する。主として、第１インバータ１０−１は、ＨＶ−ＥＣＵ２からのスイッチング指令ＰＷＭ１に応じて、第１モータジェネレータＭＧ１で発生する交流電力を直流電力に変換し、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬへ供給する。一方、第２インバータ１０−２は、ＨＶ−ＥＣＵ２からのスイッチング指令ＰＷＭ２に応じて、正母線ＭＰＬおよび負母線ＭＮＬを介して供給される直流電力を交流電力に変換して、第２モータジェネレータＭＧ２へ供給する。すなわち、車両１００は、負荷装置として、蓄電部６からの電力を受けて駆動力を発生可能な第２モータジェネレータＭＧ２を備えるとともに、エンジン２０からの駆動力を受けて発電可能な発電部である第１モータジェネレータＭＧ１を備える。

蓄電部６は、充放電可能な電力貯蔵要素であって、代表的にリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、もしくは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子で構成される。蓄電部６と第１インバータ１０−１との間には、直流電圧を相互に電圧変換可能なコンバータ（ＣＯＮＶ）８が配置されており、蓄電部６の入出力電圧と、正母線ＭＰＬと負母線ＭＮＬとの間の線間電圧とを相互に昇圧または降圧する。コンバータ８における昇降圧動作は、ＨＶ−ＥＣＵ２からのスイッチング指令ＰＷＣに従って制御される。

なお、図１には、蓄電部６を１個だけ搭載する車両を例示するが、蓄電部６の数は１個に限定されない。車両１００に要求される走行性能などに応じて、複数個の蓄電部を搭載するような構成を採用してもよい。このとき、各蓄電部に対応させて、同数のコンバータ８を搭載する構成が望ましい。

また、正線ＰＬに介挿された電流検出部１２が蓄電部６とコンバータ８との間で授受される電流値Ｉｂを検出し、正線ＰＬと負線ＮＬとの線間に接続された電圧検出部１４が蓄電部６の充電または放電に係る電圧値Ｖｂを検出する。さらに、蓄電部６を構成する電池セルに近接して、温度検出部１６が配置され、蓄電部６の温度Ｔｂを検出する。なお、温度検出部１６は、蓄電部６を構成する複数の電池セルに対応付けて配置された複数の温度検出素子による検出値から得られる代表値を出力するように構成してもよい。

車両１００を構成する各部位は、ＨＶ−ＥＣＵ２および電池ＥＣＵ４の連携制御によって実現される。ＨＶ−ＥＣＵ２と電池ＥＣＵ４とは、互いに通信線を介して接続され、各種情報や信号の授受が可能となっている。

電池ＥＣＵ４は、主として、蓄電部６の充電状態の管理や異常検出を司る制御装置であり、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。具体的には、電池ＥＣＵ４は、温度検出部１６で検出される温度Ｔｂ、電圧検出部１４で検出される電圧値Ｖｂ、および電流検出部１２で検出される電流値Ｉｂに基づいて、蓄電部６の充電状態値（ＳＯＣ：State Of Charge；以下、「ＳＯＣ」と記す）を算出する。充電状態値（ＳＯＣ）は、蓄電部６の満充電状態を基準にしたときの充電量（残存電荷量）を示すものであり、一例として、満充電容量に対する現在の充電量の比率（０〜１００％）で表わされる。電池ＥＣＵ４は、算出した蓄電部６のＳＯＣを、温度検出部１６で検出された温度ＴｂとともにＨＶ−ＥＣＵ２へ伝送する。

ＨＶ−ＥＣＵ２は、車両１００の走行時において、運転者要求に応じた車両駆動力を発生させるために、エンジン２０、コンバータ８、インバータ１０−１，１０−２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御するための制御装置であり、一例として、ＣＰＵと、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。この車両駆動力の制御に加えて、ＨＶ−ＥＣＵ２は、蓄電部６で充放電される電力を制御する。

特に本実施の形態に従う車両１００は、ハイブリッド車両であり、ＨＶ−ＥＣＵ２は、ＥＶ（Electric Vehicle）走行モードと、ＨＶ（Hybrid Vehicle）走行モードとを順次切替えて制御を行なう。すなわち、運転者の操作によってイグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられると、ＨＶ−ＥＣＵ２は、蓄電部６のＳＯＣが所定の範囲内に維持されるように、ＥＶ走行モードとＨＶ走行モードとを切替える。

ＥＶ走行モードでは、主として第２モータジェネレータＭＧ２からの駆動力のみで走行するように制御されるため、エンジン２０の動力を受けた第１モータジェネレータＭＧ１での発電動作は行なわれず、第１モータジェネレータＭＧ１による蓄電部６の充電は制限される。そのため、第２モータジェネレータＭＧ２の回生動作によって蓄電部６が充電される場合があるとしても、蓄電部６のＳＯＣが必然的に低下する。その結果、蓄電部６のＳＯＣが所定値を下回ると、ＨＶ−ＥＣＵ２は、第１モータジェネレータＭＧ１による蓄電部６の充電が許容されるＨＶ走行モードに移行する。

また、ＨＶ−ＥＣＵ２は、ＥＶ走行モードにおいて、運転者からの急加速などの駆動力要求が与えられた場合、触媒暖機や空調要求などの駆動力要求とは無関係な要求が与えられた場合、およびその他の条件が成立した場合などにおいても、エンジン２０を始動させてＨＶ走行モードに移行する。

ＨＶ走行モードでは、ＨＶ−ＥＣＵ２は、総合的な燃料消費効率が最適化されるように、各センサからの信号、走行状況、アクセル開度（いずれも図示しない）などに基づいて、エンジン２０の回転数、第１モータジェネレータＭＧ１の発電量、および第２モータジェネレータＭＧ２のトルクについての目標値を決定する。

この各目標値の決定にあたっては、蓄電部６のＳＯＣについても考慮され、蓄電部６のＳＯＣが所定の範囲内に維持されるように、蓄電部６で充放電される電力が管理される。すなわち、エンジン２０からの動力の一部を受けて第１モータジェネレータＭＧ１が発電する発電電力と、第２モータジェネレータＭＧ２が駆動力の発生に使用する消費電力との差が蓄電部６での充放電電力に相当するため、蓄電部６のＳＯＣの大きさに応じて、第１モータジェネレータＭＧ１の発電量、および第２モータジェネレータＭＧ２での消費電力が決定される。

（蓄電部の充放電管理）
以下、上述した蓄電部６のＳＯＣに応じてＨＶ走行モードにおける蓄電部６の充放電管理を行なうための制御構造について説明する。

図２は、この発明の実施の形態に従うＨＶ−ＥＣＵ２における制御構造を示すブロック図である。

図２を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ２における制御構造は、充放電許容電力演算部２００と、充放電許容電力制御部２０２と、出力管理部２０４と、配分部２０６と、コンバータ制御部２０８と、インバータ制御部２１０とを含む。

充放電許容電力演算部２００は、電池ＥＣＵ４から蓄電部６についてのＳＯＣおよび温度Ｔｂを受けると、蓄電部６で充放電が許容される電力（充電許容電力Ｗｉｎおよび放電許容電力Ｗｏｕｔ）を算出する。

具体的には、充放電許容電力演算部２００は、充電許容電力Ｗｉｎおよび放電許容電力Ｗｏｕｔを蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに対応付けて規定した充放電許容電力特性をマップ形式で格納する。図３は、充放電許容電力特性の一例を示す図である。そして、充放電許容電力演算部２００は、各時点における蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに基づいて格納するマップ（図３）を参照し、対応する充電許容電力Ｗｉｎおよび放電許容電力Ｗｏｕｔを充放電許容電力制御部２０２へ送出する。

充放電許容電力制御部２０２は、充電許容電力Ｗｉｎに応じて制御用充電許容電力Ｗｉｎ♯を設定する。また、充放電許容電力制御部２０２は、放電許容電力Ｗｏｕｔに応じて制御用放電許容電力Ｗｏｕｔ♯を設定する。なお、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯は、出力管理部２０４が第１モータジェネレータＭＧ１の発電量、および第２モータジェネレータＭＧ２での消費電力の目標値を決定する際に、蓄電部６の充放電許容電力として用いられるものである。本実施の形態においては、この制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯として、各時点における蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに基づいて算出された充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに対して、その変化速度を制限するための補正を施したものが設定される。

図４は、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の時間的変化を示す図である。なお、図中の実線は制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を示し、図中の一点鎖線は各時点における充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを示している。

図４を参照して、各時点における充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに応じて刻々と変化（増加または減少）する。たとえば蓄電部６の温度Ｔｂが所定の閾値を超えた場合には、充放電電流を小さくして蓄電部６の温度上昇を抑制するために、充電許容電力Ｗｉｎおよび放電許容電力Ｗｏｕｔは共に減少する。また、蓄電部６の温度Ｔｂが低い場合には、常温時に比べて充放電特性が低下していることから、過充電や過放電を回避するために、充電許容電力Ｗｉｎおよび放電許容電力Ｗｏｕｔは共に減少する。

そのため、この減少した充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する構成とした場合には、蓄電部６で充放電される電力が充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内に制限されるため、蓄電部６の温度上昇や過充電および過放電などを抑制することができる。その一方で、エンジン２０および第２モータジェネレータＭＧ２から発生する車両駆動力が急激に減少してしまうことから、運転者が違和感を感じる可能性がある。また、車両駆動力の変動が誘発されるために、ドライバビリティを悪化させるおそれがある。

そこで、このようなドライバビリティの悪化を防止することを目的として、充放電許容電力制御部２０２は、図４に示すように、蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに応じて充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが変化するときに、その変化速度を予め設定された所定の変化速度Ｖ１に制限するための補正を施して制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する。

なお、この所定の変化速度Ｖ１は、蓄電部６で充放電される電力が、エンジン２０の回転数、第１モータジェネレータＭＧ１の発電量、および第２モータジェネレータＭＧ２のトルクについての目標値に従ってフィードバック制御されることを考慮して、当該フィードバック制御における蓄電部６で充放電される電力の変化速度を超えないように設定されている。これによれば、充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの急激な変化に起因して車両駆動力が変動することを抑制できるため、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

再び図２を参照して、出力管理部２０４は、充放電許容電力制御部２０２から制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を受けると、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の範囲内で、運転者要求および走行状況に応じた電力目標値を決定し、配分部２０６へ与える。なお、運転者要求には、アクセルペダルの踏込量、ブレーキペダルの踏込量、シフトレバーのポジション（いずれも図示せず）などが含まれる。また、走行状況には、車両１００が加速中や減速中であることを示す情報などが含まれる。

さらに、出力管理部２０４は、運転者要求に応じた車両駆動力を発生させるために、電力目標値とともに、エンジン２０に対する出力指令Ｎｒｅｆを決定する。

配分部２０６は、エンジン２０の回転数ＮＥに基づいて、出力管理部２０４で決定された電力目標値を分配し、第１モータジェネレータＭＧ１に対するＭＧ１発電目標値および第２モータジェネレータＭＧ２に対するＭＧ２トルク目標値を算出する。そして、配分部２０６は、算出したＭＧ１発電目標値およびＭＧ２トルク目標値に応じた制御指令をインバータ制御部２１０へ出力すると同時に、車両１００内における電力需給に応じた制御指令をコンバータ制御部２０８へ出力する。

インバータ制御部２１０は、配分部２０６からの制御指令に応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのスイッチング指令ＰＷＭ１およびＰＷＭ２を生成する。このスイッチング指令ＰＷＭ１およびＰＷＭ２は、それぞれインバータ１０−１および１０−２へ出力される。

コンバータ制御部２０８は、配分部２０６からの制御指令に応じて、蓄電部６から第２モータジェネレータＭＧ２へ所定の放電電力が供給されるように、スイッチング指令ＰＷＣを生成する。このスイッチング指令ＰＷＣは、コンバータ８へ出力される。スイッチング指令ＰＷＣに従ってコンバータ８が電圧変換動作を行なうことで、蓄電部６の放電電力が制御される。

以上に述べたように、ＨＶ−ＥＣＵ２は、蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに応じた充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに対して、その変化速度に制限が課される方向への補正を施して制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ２は、その設定した制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の範囲内となるように、第１モータジェネレータＭＧ１の発電量および第２モータジェネレータＭＧ２の消費電力を制御する。このような制御構成とすることにより、ドライバビリティを確保しながら、蓄電部６のＳＯＣを所定の範囲を維持することによって蓄電部６の過放電や過充電を回避することができる。

しかしながら、車両１００のシステム起動時（ＩＧオン時）においても上記の制御構成を適用した場合には、以下に述べるように、エンジン２０の始動制御が実行されることに伴ない、蓄電部６で充放電される電力が、蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂによって制限される本来の蓄電部６の充放電許容電力を上回る、いわゆる電力制限違反が発生する可能性がある。

図５は、蓄電部６で発生する電力制限違反の一例を示す図である。
図５を参照して、時刻ｔ１において、運転者の操作によってイグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられたものとする。この時刻ｔ１においては、蓄電部６の制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯は、図３に示す充放電許容電力特性のうちの最大値に設定される。なお、図５では、充放電許容電力特性のうちの充電許容電力の最大値がＷｉｎ上限値と表記され、放電許容電力の最大値がＷｏｕｔ上限値と表記されている。

このように時刻ｔ１において蓄電部６で充放電される電力の制限を解除することとしたのは、通常、ＨＶ−ＥＣＵ２は、イグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられたタイミングからの一定期間内に各種センサの故障判定を行ない、各種センサが正常と判定されたことに応じて、該センサ出力に基づいて蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂなどを検出するように構成されているため、イグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられた時刻ｔ１では、正確な充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出することができないことによる。そのため、時刻ｔ１における制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を、一律に蓄電部６の充放電許容電力特性の最大値（Ｗｉｎ上限値およびＷｏｕｔ上限値）に固定することで、蓄電部６にＥＶ走行を行なうのに十分な電力が蓄えられているにも拘らず、誤って低充電状態であると判定されてエンジン２０が始動されるなどの不具合が発生するのを未然に防止している。

そして、時刻ｔ１以降において、ＨＶ−ＥＣＵ２は、Ｗｉｎ上限値およびＷｏｕｔ上限値を初期値として、上述した所定の変化速度Ｖ１で減少するように制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する。これにより、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯は、蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに基づいて算出された充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに達するまで所定の変化速度Ｖ１で減少する。

ここで、車両１００はハイブリッド車両であるため、従来のエンジンのみを駆動力源とする車両と同様に、エンジン２０からの排気ガスを浄化する触媒コンバータが搭載されている。そのため、低温環境下での車両１００のシステム起動時においては、エンジン２０や触媒コンバータの暖機を促進するための暖機要求が与えられる場合がある。この暖機要求に従ってエンジン２０の始動制御が開始されると、ＨＶ−ＥＣＵ２は、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の範囲内で、第１モータジェネレータＭＧ１のトルク、および第２モータジェネレータＭＧ２の発電量についての目標値を決定し、その決定した目標値に従って蓄電部６で充放電される電力をフィードバック制御する。

具体的には、エンジン２０の始動制御において、第１モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２０を始動する始動機として用いられる。そのため、ＨＶ−ＥＣＵ２は、制御用放電許容電力Ｗｏｕｔ♯の範囲内で、エンジン２０の回転数がアイドル回転数に設定されるように第１モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのトルク目標値を算出する。これにより、第１モータジェネレータＭＧ１は、蓄電部６から電力の供給を受けて電動機として駆動し、動力分割機構２２を介してエンジン２０をクランキングして始動させる。

ここで、エンジン２０の始動時においては、回転数が低いために比較的大きなトルク変動が生じる。このエンジン２０のトルク変動によって車両１００の駆動トルクがゼロ点を跨いで変化させられることにより、遊星歯車機構からなる動力分割機構２２では、歯車のバックラッシュにより歯打ち音が発生して快適性を損なう可能性がある。このため、ＨＶ−ＥＣＵ２は、そのような歯打ち音が発生する恐れがある場合には、歯打ち音の発生を防止するように第２モータジェネレータＭＧ２のトルクを変更する。

具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ２は、車両１００の駆動トルクが予め設定された歯打ち音発生トルク領域の範囲内にある場合には、駆動トルクが該歯打ち音発生トルク領域から外れるように、第２モータジェネレータＭＧ２のトルクを変更する。その一例として、ＨＶ−ＥＣＵ２は、歯車のバックラッシュが低減する方向に運転して歯打ち音を低減すべく、第２モータジェネレータＭＧ２を回生モードとなるように制御する。

このとき、ＨＶ−ＥＣＵ２は、制御用充電許容電力Ｗｉｎ♯の範囲内で、第２モータジェネレータＭＧ２に対するＭＧ２発電目標値を算出する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ２は、その算出した目標値に従って蓄電部６に充電される電力をフィードバック制御する。これにより、エンジン２０のトルク変動に起因して動力分割機構２２で歯打ち音が発生することが防止される。

上述した一連のエンジン２０の始動制御において、蓄電部６で充放電される電力（図５中のＰｍに相当）は、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯に従って制御される。しかしながら、車両１００のシステム起動時において、蓄電部６が低温または低充電状態である場合には、図３の充放電許容電力特性に従って蓄電部６の充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔが著しく制限される。図５では、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯（実線に相当）と、蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに応じた充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ（一点鎖線に相当）とが示されるが、蓄電部６が低温・低充電状態である場合には、両者の差が大きくなることは明らかである。そのため、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の範囲内で上述したエンジン２０の始動制御が行なわれると、蓄電部６では、本来の充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを上回る電力で充放電されることとなり、図５中に斜線で示される領域において電力制限違反が発生してしまう。これにより、蓄電部６の過充電や過放電が発生するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、このような不具合を回避するために、車両１００のシステム起動時においては、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の変化速度に対する制限を解除する構成とする。図６は、この発明の実施の形態に従う制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の時間的変化を示す図である。なお、図中の実線は制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を示し、図中の一点鎖線は各時点における充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを示す。

図６を参照して、時刻ｔ１において、運転者の操作によってイグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられたものとする。この時刻ｔ１において、蓄電部６の制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯は、図３に示す充放電許容電力特性のうちの最大値（Ｗｉｎ上限値およびＷｏｕｔ上限値）に設定される。なお、時刻ｔ１において蓄電部６で充放電される電力の制限を解除することとしたのは、図５で説明したのと同様の趣旨による。すなわち、時刻ｔ１における制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を一律に蓄電部６の充放電許容電力特性の最大値に固定することによって、蓄電部６にＥＶ走行を行なうのに十分な電力が蓄えられているにも拘らず、誤って低充電状態と判定されてエンジン２０が始動されるなどの不具合が発生するのを未然に防止している。

そして、時刻ｔ１以降において、ＨＶ−ＥＣＵ２は、Ｗｉｎ上限値およびＷｏｕｔ上限値を初期値として減少するように制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する。このとき、ＨＶ−ＥＣＵ２は、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯が上述した所定の変化速度Ｖ１を上回る所定の変化速度Ｖ２（＞Ｖ１）で減少するように、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する。なお、所定の変化速度Ｖ２は、運転者要求に応じた電力目標値に従ったフィードバック制御における蓄電部６で充放電される電力の変化速度よりも高い値に設定される。

この設定された制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯に従って蓄電部６で充放電される電力が制御されることにより、図６に示すように、一連のエンジン始動制御において蓄電部６で充放電される電力Ｐｍは、本来の充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内に維持されている。これによって蓄電部６の過充電や過放電を回避することができる。

このように、車両１００のシステム起動時において制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の変化速度への制限を解除することとしたのは、車両１００の走行中と比較して、システム起動時ではドライバビリティを確保する必要度合いが相対的に低いことによる。すなわち、車両１００の走行中においては、充放電許容電力の変化に起因した車両駆動力の急激な変動を防止するという観点から制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の変化速度を制限することは有効である。これに対して、車両１００のシステム起動時では、車両駆動力の急激な変動が生じることがないため、制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の変化速度を制限することの有効性が低い。したがって、このような場合には、変化速度の制限を解除することで、エンジン２０の始動制御に起因して蓄電部６に対する電力制限違反が発生するのを効果的に防止することができる。

図２に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、蓄電部６が「蓄電部」に相当し、エンジン２０が「内燃機関」に相当し、第１モータジェネレータＭＧ１が「発電部」に相当し、第２モータジェネレータＭＧ２が「駆動力発生部」に相当し、電池ＥＣＵ４およびＨＶ−ＥＣＵ２が「制御装置」に相当する。また、電池ＥＣＵ４が「蓄電部状態検出部」を実現し、ＨＶ−ＥＣＵ２が「充放電許容電力演算部」、「充放電許容電力制御部」および「充放電制御部」を実現する。

以上の処理は、図７に示すような処理フローにまとめることができる。
図７は、この発明の実施の形態に従う制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の設定処理に係るフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートは、ＨＶ−ＥＣＵ２および電池ＥＣＵ４において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。

図７を参照して、まず、ＨＶ−ＥＣＵ２は、車両１００がシステム起動時であるか否かを判断する。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ２は、運転者の操作によってイグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられたか否かを判断する（ステップＳ０１）。イグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられていない場合（ステップＳ０１においてＮＯ）、すなわち、車両１００がシステム起動時でない場合には、ＨＶ−ＥＣＵ２は、電池ＥＣＵ４から与えられる各時点における蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに基づいて格納するマップ（図３）を参照し、蓄電部６の充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出する（ステップＳ０２）。

次に、ＨＶ−ＥＣＵ２は、ステップＳ０２で算出した蓄電部６の充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに対して、その変化速度を予め設定された所定の変化速度Ｖ１に制限するための補正を施して制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する（ステップＳ０３）。

これに対して、ステップＳ０１においてイグニッションオン指令ＩＧＯＮが与えられている場合（ステップＳ０１においてＹＥＳ）、すなわち、車両１００がシステム起動時である場合には、ＨＶ−ＥＣＵ２は、電池ＥＣＵ４から与えられる各時点における蓄電部６のＳＯＣおよび温度Ｔｂに基づいて格納するマップ（図３）を参照し、蓄電部６の充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを算出する（ステップＳ０４）。そして、ＨＶ−ＥＣＵ２は、Ｗｉｎ上限値およびＷｏｕｔ上限値を初期値とし、ステップＳ０４で算出した充放電許容電力Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに向かって所定の変化速度Ｖ１を上回る所定の変化速度Ｖ２で減少するように制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯を設定する（ステップＳ０５）。

そして、ＨＶ−ＥＣＵ２は、ステップＳ０３およびＳ０５で設定した制御用充放電許容電力Ｗｉｎ♯，Ｗｏｕｔ♯の範囲内で、運転者要求および走行状況に応じた電力目標値を決定すると（ステップＳ０６）、決定した電力目標値を分配して第１モータジェネレータＭＧ１に対するＭＧ１発電目標値および第２モータジェネレータＭＧ２に対するＭＧ２トルク目標値を算出する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ２は、算出したＭＧ１発電目標値およびＭＧ２トルク目標値に応じた制御指令をインバータ制御部２１０へ出力すると同時に、車両１００内における電力需給に応じた制御指令をコンバータ制御部２０８へ出力する（ステップＳ０７）。

以上に述べたように、この発明の実施の形態によれば、蓄電部の状態に基づいて算出された充放電許容電力に対し、その変化速度についての補正を施して制御用充放電許容電力を設定する構成において、該変化速度は、車両の状態に応じて可変に設定される。これにより、車両の走行時においてはドライバビリティの悪化を抑制できるとともに、車両の起動時においては蓄電部の劣化を抑制することができる。この結果、ドライバビリティの確保と蓄電部の劣化抑制との両立を図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、請求の範囲によって示され、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。

この発明は、充放電可能な蓄電部を搭載したハイブリッド車両に利用することができる。

Claims (4)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の作動により生じる動力を受けて発電可能な発電部と、
   前記発電部からの電力を受けて充電可能に構成された蓄電部と、
   前記蓄電部から電力の供給を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部と、
   運転者要求に応じて発生させる車両駆動力を制御するとともに、前記蓄電部で充放電される電力を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記蓄電部の充電状態値および温度を検出する蓄電部状態検出部と、
   前記蓄電部状態検出部によって検出された前記蓄電部の充電状態値および温度に基づいて、前記蓄電部において許容される充放電電力を算出する充放電許容電力演算部と、
   前記充放電許容電力演算部によって算出された充放電許容電力に対して、第１の変化速度で変化するように制限が課されるように補正を施して、制御用充放電許容電力を設定する充放電許容電力制御部と、
   前記充放電許容電力制御部によって設定された前記制御用充放電許容電力の範囲内で、運転者要求に応じた電力目標値を決定するとともに、該電力目標値に従って前記蓄電部で充放電される電力をフィードバック制御する充放電制御部とを含み、
   前記充放電許容電力制御部は、前記車両の起動時においては、前記蓄電部において許容される充放電電力の最大値を初期値とし、かつ、該初期値から前記第１の変化速度を上回る第２の変化速度で減少するように、前記制御用充放電許容電力を設定する、ハイブリッド車両。
2. 前記第１の変化速度は、前記電力目標値に従って前記蓄電部で充放電される電力の変化速度を超えないように設定され、
   前記第２の変化速度は、前記電力目標値に従って前記蓄電部で充放電される電力の変化速度よりも高くなるように設定される、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. ハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の作動により生じる動力を受けて発電可能な発電部と、
   前記発電部からの電力を受けて充電可能に構成された蓄電部と、
   前記蓄電部から電力の供給を受けて車両駆動力を発生する駆動力発生部とを含み、
   前記制御方法は、
   前記蓄電部の充電状態値および温度を検出するステップと、
   前記検出するステップによって検出された前記蓄電部の充電状態値および温度に基づいて、前記蓄電部において許容される充放電電力を算出するステップと、
   前記算出するステップによって算出された充放電許容電力に対して、第１の変化速度で変化するように制限が課されるように補正を施して、制御用充放電許容電力を設定するステップと、
   前記設定するステップによって設定された前記制御用充放電許容電力の範囲内で、運転者要求に応じた電力目標値を決定するとともに、該電力目標値に従って前記蓄電部で充放電される電力をフィードバック制御するステップとを備え、
   前記設定するステップは、前記ハイブリッド車両の起動時においては、前記蓄電部において許容される充放電電力の最大値を初期値とし、かつ、該初期値から前記第１の変化速度を上回る第２の変化速度で減少するように、前記制御用充放電許容電力を設定する、ハイブリッド車両の制御方法。
4. 前記第１の変化速度は、前記電力目標値に従って前記蓄電部で充放電される電力の変化速度を超えないように設定され、
   前記第２の変化速度は、前記電力目標値に従って前記蓄電部で充放電される電力の変化速度よりも高くなるように設定される、請求項３に記載のハイブリッド車両の制御方法。

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