JP5141417B2

JP5141417B2 - 蓄電装置充放電制御システム

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Publication number: JP5141417B2
Application number: JP2008188689A
Authority: JP
Inventors: 紀彦加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: JP2010023715A

Description

本発明は、蓄電装置充放電制御システムに係り、特に、蓄電装置と回転電機で走行するＥＶモードを有する車両における蓄電装置充放電制御システムに関する。

エンジンと回転電機を搭載し、走行状態に応じて動力源としてエンジンを主に用いるときと、回転電機を主に用いるときを使い分けることができる車両は、ハイブリッド車両と呼ばれることがある。

例えば、特許文献１には、ハイブリッド自動車として、蓄電装置とモータジェネレータのみを動力源としエンジンを動力源とせずに走行するＥＶモードと、エンジンとモータジェネレータとを動力源として走行するＨＶモードとを備え、蓄電装置の容量が大きくてエンジンの使用頻度が低い場合に、ＨＶモード移行スイッチをオン操作することで、ＥＶモードからＨＶモードに切り替えられることが開示されている。また、エンジン停止時間が所定の時間を超すと、ＨＶモード移行スイッチが点灯し、ユーザにその旨を知らせるが、さらにＨＶモード移行スイッチが操作されないときは、自動的にＨＶモードに移行することも述べられている。

ハイブリッド車両には、回転電機に電力を供給するための蓄電装置が搭載され、エンジンによって回転電機を発電機として用いて駆動し、その電力で充電が行われる。また、外部の商用電源から回転電機とインバータを介して蓄電装置に充電を行う外部充電方式も行われている。蓄電装置は、過充電も過放電も特性劣化につながることがあるので、蓄電装置の充電状態値であるＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を監視しながら充放電制御が行われる。

例えば、特許文献２には、ハイブリッド自動車として、目的地での必要電力量に応じて運転者によって目標ＳＯＣが設定でき、目標ＳＯＣに至るまではエンジンを停止させてモータジェネレータのみで走行するＥＶモードとし、ＳＯＣが目標ＳＯＣに達した後はエンジンおよびモータジェネレータを用いて走行するＨＶモードに移行することが述べられている。

特開２００７−６２６３９号公報特開２００７−６２６４０号公報

このように、ハイブリッド車両に搭載される蓄電装置は、ＳＯＣを利用して充放電制御が行われる。一般的には、蓄電装置と回転電機のみを動力源として用い、エンジンを動力源として用いないで走行するＥＶモードの場合、蓄電装置のＳＯＣにおける充電限界値を充電制御のためのＳＯＣ制御中心に用い、放電限界値を放電制御のためのＳＯＣ制御中心に用いることが行われる。

そして、蓄電装置に対して要求される充電パワーの大きさは、蓄電装置の現在のＳＯＣと充電限界値との差に基いて定めることができ、要求される放電パワーの大きさは、蓄電装置の現在のＳＯＣと放電限界値との差に基いて定めることができる。このように、蓄電装置に対する要求パワーをＰ_chgと呼ぶこととし、放電側を正（＋）、充電側を負（−）とすれば、＋Ｐ_chgが要求放電パワーである。上記のように、ＥＶモードの場合、放電限界値が放電制御のためのＳＯＣ制御中心として用いられるので、基本的にＰ_chgは正（＋）となる。

このように、ＥＶモードにおいて制御中心ＳＯＣが充電限界値と放電限界値に設定されることが一般的であるが、この場合以下のような現象が生じえる。

ここで、車両の走行に必要なパワーは、エンジンに対する要求パワーと、蓄電装置に対する要求パワーとでまかなわれているので、エンジンに対する要求パワー＝（車両の走行に必要なパワー）−Ｐ_chgの関係がある。

したがって、エンジンに対する要求パワーは車両の走行に必要なパワーよりも少ないので、エンジンが始動しても蓄電装置の放電が進み、ＳＯＣが低下を続けることになる。例えば、ＥＶモードで高速道路に入った場合等に、車両の走行に必要なパワーが大きくなり、ＥＶモードのままで一時的にエンジンが始動してしまうことが生じえる。この場合でも、放電限界値が制御中心ＳＯＣであるのでＰ_chgは正（＋）のままで、エンジンが始動しているにもかかわらず蓄電装置の放電が進み、ＳＯＣの低下が進み、エンジン走行中に蓄電装置が過放電となることが生じえる。

また、外部電源充電可能な蓄電装置の場合、充電中は充電限界値が制御中心ＳＯＣとなってＰ_chgが負（−）となっているが、充電を停止したとたんに、放電限界値が制御中心ＳＯＣとなってＰ_chgが正（＋）に急変する。これによって、エンジンに対する要求パワーが急変し、例えばエンジン回転数の急変が生じえる。

このように、ＥＶモードにおいて制御中心ＳＯＣが充電限界値と放電限界値に設定されると、一時的にエンジンを始動しても蓄電装置の放電が進むことが生じ、また、強制充電を停止してＥＶモードに復帰するときにエンジンの回転数の急変が生じる。

本発明の目的は、ＥＶモードを主とする車両において、エンジンの一時的な始動の際に蓄電装置の放電が進むことを抑制できる蓄電装置充放電システムを提供することである。また、他の目的は、ＥＶモードを主とする車両において、強制充電が停止した際に、エンジンの回転数が急変することを抑制できる蓄電装置充放電制御システムを提供することである。

本発明に係る蓄電装置充放電制御システムは、蓄電装置と回転電機のみを動力源としてエンジンを動力源とせずに走行するＥＶモードから、エンジンと回転電機とを動力源として走行するＨＶモードへ切替を行う切替手段と、蓄電装置の現在の充電状態値である現在ＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段と、蓄電装置の充放電を制御する際の制御中心となるＳＯＣである制御中心ＳＯＣの設定について、切替手段によってＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間は、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心ＳＯＣに設定し、蓄電装置に対する充放電要求を無効化する設定手段と、蓄電装置の現在のＳＯＣと制御中心ＳＯＣとを比較し、制御中心ＳＯＣよりも蓄電装置の現在のＳＯＣが大きいときは蓄電装置の放電要求を行い、制御中心ＳＯＣよりも現在のＳＯＣが小さいときは蓄電装置に対する充電要求を行う充放電要求手段と、を備え、蓄電装置は、インバータ回路を介して回転電機に接続され、回転電機とインバータ回路を介して外部商用電源から充電される外部充電可能蓄電装置であり、設定手段は、切替手段によってＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間に、外部充電が停止した場合に、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心に設定し、切替手段によってＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間に、動力源に対する要求パワーに基いて一時的にエンジンが始動された場合に、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心に設定されたままとすることを特徴とする。

また、本発明に係る蓄電装置充放電制御システムにおいて、設定手段は、切替手段によってＥＶモードからＨＶモードに切り替えられたときは、切り替えられたその時の蓄電装置のＳＯＣを制御中心ＳＯＣとして、ＨＶモードの間はそのまま固定値として設定することが好ましい。

また、本発明に係る蓄電装置充放電制御システムにおいて、充放電要求手段および設定手段は、蓄電装置が複数用いられる場合に、複数の蓄電装置のそれぞれの現在ＳＯＣの平均値を、制御中心ＳＯＣに対する現在ＳＯＣとして用いることが好ましい。

上記構成により、蓄電装置充放電制御システムは、ＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間は、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心ＳＯＣに設定し、蓄電装置に対する充放電要求を無効化する。すなわち、蓄電装置に対する要求パワーをＰ_chgとして、ＥＶモード中はＰ_chg＝０とされる。これによって、ＥＶモード中にエンジンが一時的に始動してもＳＯＣが低下することがなく、また、強制充電からＥＶモードに復帰しても、Ｐ_chgは負（−）からゼロとなるだけで、負（−）から正（＋）に変化する場合に比べその変化が少なく、エンジンの回転数の急変が抑制される。

また、蓄電装置充放電制御システムにおいて、ＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間に、動力源に対する要求パワーに基いて一時的にエンジンが始動された場合に、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心に設定されたままである。したがって、蓄電装置に対する要求パワーであるＰ_chg＝０とされる。これによって、ＥＶモード中にエンジンが一時的に始動してもＳＯＣが低下することがない。

また、蓄電装置充放電制御システムにおいて、蓄電装置が外部充電可能蓄電装置であるときに、ＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間に、外部充電が停止した場合に、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心に設定する。したがって、蓄電装置に対する要求パワーであるＰ_chg＝０とされる。これによって、強制充電からＥＶモードに復帰しても、Ｐ_chgは負（−）からゼロとなるだけで、負（−）から正（＋）に変化する場合に比べその変化が少なく、エンジンの回転数の急変が抑制される。

また、蓄電装置充放電制御システムにおいて、ＥＶモードからＨＶモードに切り替えられたときは、切り替えられたその時の蓄電装置のＳＯＣを制御中心ＳＯＣとして、ＨＶモードの間はそのまま固定値として設定する。これによってＨＶモードのときのＳＯＣ低下が抑制される。

また、蓄電装置充放電制御システムにおいて、蓄電装置が複数用いられる場合に、複数の蓄電装置のそれぞれの現在ＳＯＣの平均値を、制御中心ＳＯＣに対する現在ＳＯＣとして用いる。これによって複数の蓄電装置を用いる場合であっても現在ＳＯＣの取り扱いが容易となる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電源装置に接続される回転電機として、１台でモータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを２台用いるものとして説明するが、これをモータ機能のみを有する回転電機を１台、発電機機能のみを有する回転電機を１台用いるものとしてもよい。また、モータ・ジェネレータを２台以外の台数、例えば１台あるいは３台用いるものとしてもよい。回転電機に接続される電源回路の構成として、蓄電装置、電圧変換器、平滑コンデンサ、インバータを有するものとして説明するが、これらの要素の他の要素を適宜付加するものとしてもよい。例えば、適当な低電圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを設け、あるいはシステムメインリレーを設けるものとできる。

また、蓄電装置としては、マスタ蓄電装置（Ｍ蓄電装置）とスレーブ蓄電装置（Ｓ蓄電装置）の２台を並列的に用いるものとして説明するが、これは、ＥＶモードを主とする車両の場合、蓄電装置の容量が大きいのが好ましいことから２台としたもので、２台以外であってもよい。例えば１台の蓄電装置を用いるものとしてもよく、２台以外の複数の蓄電装置を用いるものであればよい。例えば３台以上の蓄電装置を用いるものとしてもよい。この場合には、３台以上を並列的に用いる形態であってもよく、１台をマスタ蓄電装置、２台以上をスレーブ蓄電装置とするが切替装置を介していずれか１台を選択して、使用上は１台のマスタ蓄電装置、１台のスレーブ装置として用いる形態とするものとできる。

また、以下では、蓄電装置充放電制御システムが適用されるものとして、回転電機とインバータを利用して外部の商用電源から蓄電装置に充電を行うことができるプラグイン機能を有する車両を説明するが、これは、蓄電装置に対する充電方法の一例を説明するためのものである。蓄電装置が備えられるものであれば、外部の商用電源からの充電を受けることができないものであってもよい。

なお、以下で述べるＳＯＣの値、ＳＯＣの時間経過の特性等は、説明のための一例であって、蓄電装置の特性によって適当に変更されるものである。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、ハイブリッド車両における蓄電装置充放電制御システム１０の構成を示す図である。このハイブリッド車両は、走行モードとして、蓄電装置と回転電機のみを動力源としてエンジンを動力源とせずに走行するＥＶモードと、エンジンと回転電機とを動力源として走行するＨＶモードとを有している。

蓄電装置充放電制御システム１０は、ハイブリッド車両の駆動源としてのエンジン１２および２台の回転電機１４，１６と、２台の蓄電装置であるＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２を含み回転電機１４，１６に接続される電源回路１８と、制御装置５０と、外部の商用電源から充電を行うためのプラグイン機構６０と、Ｍ蓄電装置２０のＳＯＣとＳ蓄電装置２２のＳＯＣの平均値を求める平均ＳＯＣ取得部４０と、ユーザの操作によってＥＶモードからＨＶモードに切替を指示することができる切替スイッチ４２とを備えて構成される。

この蓄電装置充放電制御システム１０は、２台の蓄電装置であるＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２の充放電制御を適切に実行する機能を有し、特に、エンジン１２の一時的な始動の際に蓄電装置の放電が進むことを抑制し、プラグイン機構６０によって強制充電が停止した際に、エンジン１２の回転数が急変することを抑制する機能を有する。

エンジン１２は、回転電機１４，１６とともに車両の駆動源を構成する内燃機関である。エンジン１２は、車両の車軸を駆動しタイヤを回転して走行を行わせる機能と共に、回転電機１４，１６を発電機として用いて発電を行わせ、電源回路１８に含まれる２つのＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２を充電する機能を有する。エンジン１２の制御は、図示されていないエンジン−ＥＣＵを介して制御装置５０によって行われる。

回転電機１４，１６は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２から電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。また、上記のようにエンジン１２によって駆動されるときは発電機として機能する。

回転電機１４，１６は区別しないで用いることもできるが、一方をＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２の充電のための発電機、他方を主として車両走行用としてのモータとして用いることができる。すなわち、エンジン１２によって一方の回転電機（ＭＧ１）１４を駆動して発電機として用い、発電された電力を電源回路１８を介してＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２に供給し、他方の回転電機（ＭＧ２）１６を車両走行のために用いて、力行時にはＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２から電力の供給を受けてモータとして機能して車両の車軸を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、電源回路１８を介してＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２に供給するものとできる。回転電機１４，１６の制御は、図示されていないＭＧ−ＥＣＵを介して制御装置５０によって行われる。

電源回路１８は、２つの蓄電装置であるマスタ蓄電装置（Ｍ蓄電装置）２０とスレーブ蓄電装置（Ｓ蓄電装置）２２、２つの蓄電装置側平滑コンデンサ２４，２６、２つの電圧変換器であるＭ電圧変換器２８とＳ電圧変換器３０、インバータ側平滑コンデンサ３２、２つのインバータであるＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータ３６を含んで構成される。

ここで、Ｍ蓄電装置２０とＭ電圧変換器２８とは、正極側母線を共通とし、負極側母線を共通として直列に接続される。蓄電装置側平滑コンデンサ２４は、この正極側母線と負極側母線を接続するように設けられ、Ｍ蓄電装置２０とＭ電圧変換器２８との間に配置される。同様に、Ｓ蓄電装置２２とＳ電圧変換器３０とは、正極側母線を共通とし、負極側母線を共通として直列に接続される。蓄電装置側平滑コンデンサ２６は、この正極側母線と負極側母線を接続するように設けられ、Ｓ蓄電装置２２とＳ電圧変換器３０との間に配置される。

また、Ｍ電圧変換器２８とＭＧ１インバータ３４とは、正極側母線を共通とし、負極側母線を共通として直列に接続される。そして、Ｓ電圧変換器３０とＭＧ１インバータ３４も、正極側母線を共通とし、負極側母線を共通として直列に接続される。つまり、Ｍ電圧変換器２８とＳ電圧変換器３０とは、ＭＧ１インバータ３４に対し、並列に接続される。

また、ＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータ３６とは、正極側母線を共通とし、負極側母線を共通として、互いに接続される。つまり、ＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータ３６とは、並列に接続される。

この接続関係は、電圧変換器側とインバータ側との間に設けられる１組の正極母線と負極母線に対し、電圧変換側は、マスタとスレーブの２系列の蓄電装置−電圧変換器が並列に接続され、インバータ側は、ＭＧ１とＭＧ２の２系列のインバータ−回転電機が並列に接続されるものである。換言すれば、２系列の蓄電装置が全体として１つの蓄電装置として機能しながら、２系列の回転電機に接続される接続関係である。

Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２は、実質的には同じ形状、同じ性能を有する充放電可能な２次電池である。したがって、２つの蓄電装置のうち、いずれをＭ蓄電装置としてもＳ蓄電装置としてもよい。もっとも、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２とを異なる性能、例えばアンペアアワー容量が異なるものとしてもよい。その場合には、アンペアアワー容量の大きい方をマスタ蓄電装置、小さい方をスレーブ蓄電装置とすることができる。かかるＭ蓄電装置２０、Ｓ蓄電装置２２としては、例えば、約２００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。

Ｍ電圧変換器２８とＳ電圧変換器３０は、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２とが同じ性能を有するものであるときは、同じ性能の電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器としては、リアクトルと制御装置５０の制御の下で作動するスイッチング素子等を含んで構成することができる。電圧変換機能としては、蓄電装置側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ側に供給する昇圧機能と、インバータ側からの電力を蓄電装置側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。

Ｍ蓄電装置２０とＭ電圧変換器２８の間に設けられる蓄電装置側平滑コンデンサ２４は、Ｍ蓄電装置２０とＭ電圧変換器２８との間における電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する。Ｓ蓄電装置２２とＳ電圧変換器３０の間に設けられる蓄電装置側平滑コンデンサ２６も同様の機能を有する。

ＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータ３６は、共に、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータとしては、制御装置５０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成される。上記の例で、回転電機（ＭＧ１）１４を発電機として機能させるときは、ＭＧ１インバータ３４は、回転電機（ＭＧ１）１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、ＭＧ２インバータ３６は、車両が力行のとき、蓄電装置側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機（ＭＧ２）１６に駆動電力として供給する直交変換機能と、車両が制動のとき、逆に回転電機（ＭＧ２）１６からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能とを有する。

上記のように、２つの電圧変換器と、２つのインバータの間に共通して設けられる１組の正極母線と負極母線との間に設けられるインバータ側平滑コンデンサ３２は、この１組の正極母線と負極母線との間における電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する。

Ｍ蓄電装置２０、Ｓ蓄電装置２２と制御装置５０との間に設けられる平均ＳＯＣ取得部４０は、Ｍ蓄電装置２０のＳＯＣとＳ蓄電装置２２のＳＯＣをそれぞれ取得し、その平均値を求めて制御装置５０に伝送する機能を有するものである。かかる平均ＳＯＣ取得部４０としては、それぞれの蓄電装置についての充電電流、放電電流を検出し、これらを逐次積算して、それぞれの蓄電装置の充電容量に対し現在どの程度が充電されているかを求めて、これをＭ蓄電装置２０のＳＯＣ、Ｓ蓄電装置２２のＳＯＣとし、その合計を２で除して平均ＳＯＣとする演算装置で構成することができる。平均ＳＯＣ取得部４０を制御装置５０の機能の一部として構成するものとしてもよい。

平均ＳＯＣを用いることで、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２の充放電制御を、あたかも１つの蓄電装置に対するものとして、全体としての充放電制御とできる。そこで、以下では、平均ＳＯＣを、Ｍ蓄電装置２０の現在のＳＯＣとＳ蓄電装置２２の現在のＳＯＣの情報として取り扱うものとする。したがって、以下では、特に断らない限り、蓄電装置の現在ＳＯＣといえば、Ｍ蓄電装置２０の現在のＳＯＣとＳ蓄電装置２２の平均ＳＯＣを指すものとする。

回転電機（ＭＧ１）１４の中性点と回転電機（ＭＧ２）１６の中性線に接続されるプラグイン機構６０は、ＰＩスイッチ６２、回転電機側コンセント６４、外部電源側プラグ６６、外部の商用電源６８を含んで構成される。ＰＩスイッチ６２は、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２への充電を、エンジン１２等を用いる内部充電とするか、外部の商用電源６８からの外部充電とするかの切替を行なうスイッチ素子である。ＰＩスイッチ６２の作動は制御装置５０の制御によって行われる。外部の商用電源は、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源を用いることができる。

ＰＩスイッチ６２が外部の商用電源６８を用いてＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２を充電するモードに切替を行うときは、外部の商用電源６８からの交流電力が外部電源側プラグ６６、回転電機側コンセント６４、ＰＩスイッチ６２を介して回転電機（ＭＧ１）１４の中性点と回転電機（ＭＧ２）１６の中性点に供給される。そして、制御装置５０の制御によってＭＧ１インバータ３４とＭＧ２インバータ３６が協働して、商用電源６８からの交流電力を直流電力に変換し、これをＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２に供給するものとできる。

なお、外部の商用電源６８に代えて、外部の電気機器を外部負荷として、回転電機側コンセント６４に接続することもできる。この場合には、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２の直流電力をインバータと回転電機とを介して交流電力に変換し、外部負荷である外部の電気機器に供給し、これを作動させることができる。このときは、Ｍ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２は外部の電気機器に対し放電を行うことに相当する。

切替スイッチ４２は、ユーザの操作によってＥＶモードからＨＶモードに切替を指示したことを制御装置５０に信号情報として伝達することができる切替素子である。切替スイッチ４２は、通常状態でＥＶモードが選択され、ユーザによって切替の指示がある間に限ってＨＶモードに切り替えるものとすることが好ましい。かかる切替スイッチとしては、押しボタン、自動復帰型スイッチ、ランプ付スイッチ等を用いることができる。もっとも、このようにするのが好ましいのは、主としてＥＶモードで走行する仕様の車両の場合であって、ＥＶモードとＨＶモードが対等の仕様とされる車両では、２方向切替スイッチとすることができる。また、ＨＶモードを主とする仕様の車両の場合は、通常状態でＨＶモードが選択される切替素子とすることができる。

制御装置５０は、上記の各要素の動作を全体として制御する機能を有し、上記のようにエンジン−ＥＣＵ、ＭＧ−ＥＣＵを介してエンジン１２、回転電機１４，１６の作動を制御し、またプラグイン機構６０におけるＰＩスイッチ６２の作動を制御し、切替スイッチ４２の操作による信号情報に応じて走行モードを切り替える機能も有するが、ここでは特に、ＥＶモードのときにおけるＭ蓄電装置２０とＳ蓄電装置２２の充放電を適切に制御する機能を有する。かかる制御装置５０としては、車両搭載に適した制御回路を用いることができ、また、車両搭載に適したコンピュータを用いることができる。

制御装置５０は、切替スイッチ４２からの信号情報を取得してＥＶモードからＨＶモードに切り替えるモード切替モジュール５２と、蓄電装置の充放電制御を行う際の制御目標ＳＯＣとなる制御中心ＳＯＣの設定を行う制御中心ＳＯＣ設定モジュール５４と、蓄電装置に対する充放電要求を行なう充放電要求モジュール５６とを含んで構成される。

かかる機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、対応する蓄電装置充放電制御プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成の作用、特に制御装置５０の各機能の詳細について、図２から図４を用いて説明する。図２は、ＥＶモードとＨＶモードにおける制御中心ＳＯＣの設定の手順を説明するフローチャートである。図３は、蓄電装置に対する充放電要求の大きさを示すＰ_chgと制御中心ＳＯＣとの関係を説明する図である。図４は、蓄電装置充放電制御システム１０を構成する各要素の状態変化を時系列で説明する図である。

図２は、上記のように、ＥＶモードからＨＶモードに切り替わるときにおける制御中心ＳＯＣの設定の様子を手順で示すフローチャートで、各手順は、蓄電装置充放電制御プログラムの各処理手順に対応する。ここで、切替スイッチ４２は、通常はＥＶモードとされているので、まずは、ＥＶモードの状態からスタートする（Ｓ１０）。そして、切替スイッチ４２が押しボタンであるときは、ユーザによって切替スイッチ４２が押されているか否かが判断される（Ｓ１２）。押されていなければＥＶモードのままで、押されていると、ＥＶモードからＨＶモード（Ｓ１４）に切替が行われる。この切替は、制御装置５０のモード切替モジュール５２の機能によって実行される。

Ｓ１２で判断が否定されると、ハイブリッド車両の走行モードの選択状態はＥＶモードのままで、そのときには、蓄電装置の現在ＳＯＣを制御中心ＳＯＣに設定することが行われる（Ｓ１６）。上記のように、蓄電装置の現在ＳＯＣとは、平均ＳＯＣのことである。この場合には、蓄電装置の時々刻々変化する現在ＳＯＣがそのまま制御中心ＳＯＣとなる。つまり制御中心ＳＯＣは、蓄電装置の現在ＳＯＣの変化に応じて変化することになる。

一方、Ｓ１２で判断が肯定されると、ハイブリッド車両の走行モードの選択状態がＨＶモードに切り替えられるので（Ｓ１４）、そのときには、切替時のＳＯＣを制御中心ＳＯＣとして、その切替によるＨＶモードの間は、固定した制御中心ＳＯＣが設定される（Ｓ１８）。例えば、切替スイッチ４２が押されたその時の蓄電装置のＳＯＣが４５％であるとすると、次にＥＶモードに復帰するまでの継続したＨＶモードの期間の間は、制御中心ＳＯＣは４５％のまま、蓄電装置の現在ＳＯＣの変化に関係なく固定される。Ｓ１６，Ｓ１８の工程は、制御装置５０の制御中心ＳＯＣ設定モジュール５４の機能によって実行される。

なお、図２には、ＥＶモードにおいて従来から行われている制御中心ＳＯＣの設定がＳ２として示されている。すなわち、従来は、ＥＶモードにおける制御中心ＳＯＣの設定として、充電限界値、放電限界値を制御中心ＳＯＣとすることが行われている。充電限界値とは、これ以上充電を続けると蓄電装置が過充電となって特性劣化等が生じる上限のＳＯＣで、例えば８０％等に設定することができる。放電限界値は、これ以上放電を続けると蓄電装置が過放電となって特性劣化等が生じる下限のＳＯＣで、例えば２０％等に設定することができる。

制御中心ＳＯＣが設定されると、蓄電装置の現在のＳＯＣと制御中心ＳＯＣとの差であるΔＳＯＣ＝（現在ＳＯＣ−制御中心ＳＯＣ）に応じた充放電要求パワーで、蓄電装置に対し充放電要求が行われる（Ｓ２０）。この工程は、制御装置５０の充放電要求モジュール５６の機能によって実行される。

図３は、ΔＳＯＣと、Ｐ_chgとの関係を説明する図である。Ｐ_chgは、蓄電装置から供給されるパワー、あるいは蓄電装置へ供給されるパワー、すなわち充放電電力であり、実質的には、蓄電装置に対して要求される充放電電力、すなわち充放電要求パワーと同じである。図３は、横軸にΔＳＯＣをとり、縦軸にＰ_chgをとって、ΔＳＯＣに対するＰ_chgがどのように設定されるかを模式的に示した図である。ここで、＋Ｐ_chgは、蓄電装置の放電パワーを示し、−Ｐ_chgは、蓄電装置の充電パワーを示す。

図３に示されるようにＰ_chgは、ΔＳＯＣがゼロのときにゼロである。そして、ΔＳＯＣが正（＋）、すなわち、現在ＳＯＣが制御中心ＳＯＣよりも高いときはＰ_chgが正（＋）となり、蓄電装置は放電を行う。また、ΔＳＯＣが負（−）、すなわち、現在ＳＯＣが制御中心ＳＯＣよりも低いときはＰ_chgが負（−）となり、蓄電装置に充電が行われる。このようにΔＳＯＣに対しＰ_chgを設定することで、蓄電装置のＳＯＣが制御中心ＳＯＣに向かうように充放電制御を行うことができる。なお、図２のＳ１６においては、蓄電装置の現在ＳＯＣを制御中心ＳＯＣとするので、時々刻々変化する現在ＳＯＣに対し、常にΔＳＯＣ＝０となる。したがって、Ｐ_chgも常にゼロとなり、蓄電装置が回転電機に電力を供給してＳＯＣが低下してもそのことに対する充放電要求がなされない。つまりＳ１６においては、Ｐ_chgの無効化が行われる。

図４は、ハイブリッド車両の運行における各要素の状態変化を時間経過に沿って説明する図である。ここでは、一例として、蓄電装置のＳＯＣが低いので外部の商用電源６８から強制充電を行い、蓄電装置を満充電にした後、ＥＶモードで走行を行う場合を説明する。このときに、切替スイッチ４２をある時間押してＨＶモードに切り替え、その後再びＥＶモードに復帰させるものとする。また、ＥＶモード中に、高速道路等に入ったため、ＨＶモードに切り替えはしないが、一時的にエンジンの始動が行われるものとする。

図４では、横軸に時間をとり、縦軸に沿って６つの要素の状態量が並べられている。紙面上で一番上から下に向かって、切替スイッチ４２の状態、ＰＩスイッチ６２の状態、エンジン１２の状態、蓄電装置の現在ＳＯＣの状態、制御中心ＳＯＣの状態、Ｐ_chgの状態が示される。

ここで、初期状態では、切替スイッチ４２は押されていない通常状態で、ＥＶモードである。エンジン１２は停止している。そして、蓄電装置の蓄電装置の現在ＳＯＣが低く、このままではＥＶモードでの走行に十分ではない状態である。そこで、時間ｔ₀において、プラグイン機構６０を用いて外部の商用電源６８から蓄電装置に強制充電が行われる。

ここでは、回転電機側コンセント６４に外部電源側プラグ６６が挿入され、制御装置５０によってＰＩスイッチ６２が外部充電側に切り替えられる。このとき、制御中心ＳＯＣは、蓄電装置の充電限界値ＳＯＣ−Ｕに設定される。ＳＯＣ−Ｕは上記の例で８０％であるので、ΔＳＯＣは負（−）となり、Ｐ_chgは負（−）となる。つまり、蓄電装置に充電が行われる。そして、時間経過と共に蓄電装置の現在ＳＯＣが制御中心ＳＯＣであるＳＯＣ−Ｕに向かって上昇する。

ここでは、時間ｔ₁で蓄電装置の現在ＳＯＣがＳＯＣ−Ｕに達し、満充電となってＰ_chgがゼロとなるので、充電停止となり、ＰＩスイッチ６２が外部充電側から通常のＥＶモードに復帰する。このとき、制御中心ＳＯＣは、いままでの充電限界値であるＳＯＣ−Ｕから、蓄電装置の現在ＳＯＣ，つまり蓄電装置の時々刻々変化する平均ＳＯＣに切り替わる。図４においては、時間ｔ₁の制御中心ＳＯＣ７２が、そのときの蓄電装置の現在ＳＯＣと同じ値、つまりＳＯＣ−Ｕに設定される様子が示されている。

このように、切替スイッチ４２がＥＶモードのときに強制充電が行われ、充電が進んである程度のところで充電停止となった場合でも、図２で説明したように、ＥＶモードの下では制御中心ＳＯＣが蓄電装置の現在ＳＯＣに設定される。これによって、ΔＳＯＣ＝０となり、図３で説明したようにＰ_chg＝０となる。したがって、強制充電停止の前後では、Ｐ_chgが負（−）からゼロに変化することになる。

これに対し、図２のＳ２で説明したように、制御中心ＳＯＣを充電限界値、放電限界値に設定する方法によると、充電中は制御中心ＳＯＣが充電限界値のＳＯＣ−Ｕに設定されるが、充電停止でＥＶモードに復帰すると、制御中心が放電限界値に設定変更される。図４において、放電限界値がＳＯＣ−Ｌで示されているが、上記の例で、この値は２０％である。充電停止のとき、蓄電装置の現在ＳＯＣは図４の例では８０％であるので、制御中心ＳＯＣをＳＯＣ−Ｌの２０％に設定すると、ΔＳＯＣは正（＋）となり、Ｐ_chgも正（＋）となる。充電中はＰ_chgが負（−）であったので、充電停止の前後でＰ_chgは負（−）から正（＋）に大きく変化することになる。

上記のように、エンジン１２に対する要求パワー＝（車両の走行に必要なパワー）−Ｐ_chgの関係があるので、Ｐ_chgが負（−）から正（＋）に大きく変化すると、車両の走行に必要なパワーが同じでも、エンジン１２に対する要求パワーが大きく変動し、例えばエンジン１２の回転数が大きく変動することが生じえる。Ｓ２で説明した従来技術の制御中心ＳＯＣの設定方法では、このような問題が生じえる。

現在ＳＯＣを制御中心ＳＯＣに設定する方法によれば、このような問題が生じることを抑制することができる。すなわち、図４で示されるように、充電停止の時間ｔ₁においては、制御中心ＳＯＣは蓄電装置の現在ＳＯＣとされるので、ΔＳＯＣ＝０、Ｐ_chg＝０である。したがって、強制充電停止の前後では、Ｐ_chgが負（−）からゼロに変化するだけで、Ｐ_chgが負（−）から正（＋）に大きく変化することに比べ、その変化幅が抑制される。これによって強制充電停止時におけるエンジン１２の回転変動等が抑制される。

図４において、時間ｔ₁以後は、ＥＶモードに従って車両の走行が行われる。ＥＶモードではエンジン１２を動力源として用いないので、蓄電装置に充電が行われず、もっぱら回転電機１４，１６の駆動のために蓄電装置から電力供給、すなわち放電が行われる。これにより、蓄電装置の現在ＳＯＣが時間経過と共に低下する。このとき、制御中心ＳＯＣは蓄電装置の現在ＳＯＣに設定されるので、制御中心ＳＯＣも蓄電装置の現在ＳＯＣの低下特性と同様に、時間経過と共に低下する。そして、ΔＳＯＣ＝０、Ｐ_chg＝０であるので、Ｐ_chgは無効化され、ＳＯＣが低下しても、そのことに起因する充放電制御は行われない。

ここで、車両が車速等の条件によって、エンジン１２の一時的始動が必要になったとする。例えば、車両がＥＶモードで走行し、高速道路に入って、やむを得ず加速したい場合に、ＥＶモードのままでエンジン１２を始動するような場合である。図４では、時間ｔ₂から時間ｔ₃の短時間、エンジン１２が始動されたとしてその様子が示される。この場合でも、制御中心ＳＯＣ７４は、平均ＳＯＣと同じ、つまり蓄電装置の現在ＳＯＣに設定されたままである。したがって、Ｐ_chgはゼロのままである。

これに対し、図２のＳ２で説明したように、制御中心ＳＯＣを充電限界値、放電限界値に設定する方法によると、走行中は制御中心ＳＯＣが放電限界値のＳＯＣ−Ｌに設定される。ＥＶモードで走行中のときは、蓄電装置の現在ＳＯＣはＳＯＣ−Ｌより高いので、ΔＳＯＣが正（＋）となり、図３で説明したように、Ｐ_chgは正（＋）である。そして、上記で説明したように、エンジンに対する要求パワー＝（車両の走行に必要なパワー）−Ｐ_chgの関係があるので、Ｐ_chgが正（＋）であると、エンジンに対する要求パワーは車両の走行に必要なパワーよりも少なくなる。

したがって、ＥＶモードのままでエンジンが始動すると、Ｐ_chgが正（＋）のままであるので、蓄電装置の放電が進み、ＳＯＣが低下を続けることになる。つまり、エンジンが始動しているにもかかわらず蓄電装置の放電が進み、ＳＯＣの低下が進み、エンジン走行中に蓄電装置が過放電となることが生じえる。

現在ＳＯＣを制御中心ＳＯＣに設定する方法によれば、このような問題が生じることを抑制することができる。すなわち、図４で示されるように、ＥＶモードの間においてエンジン１２が一時的に始動される場合は、切替スイッチ４２によってＨＶモードに切り替わっていない状態であるので、制御中心ＳＯＣ７４は現在ＳＯＣに設定されることになる。したがって、ΔＳＯＣ＝０、Ｐ_chg＝０であるので、エンジンに対する要求パワー＝（車両の走行に必要なパワー）となり、特に車両の走行に必要なパワーのために蓄電装置の電力が消費されない。これによって、車両の走行に必要なパワーが増加し、そのためにエンジンが始動しているにもかかわらず蓄電装置の放電が進むことが抑制される。

図４において時間ｔ₃の後は、一時的なエンジン１２の始動が終わって、再び通常のＥＶモードによる走行が続けられる。そして、時間ｔ₄において、ユーザによって切替スイッチ４２が押されると、ＥＶモードからＨＶモードに切り替わる。このとき、図２で説明したように、切替時のＳＯＣがその後再びＥＶモードに戻るまでの間の制御中心ＳＯＣとして固定値として設定される。

図４において、時間ｔ₄における蓄電装置の現在ＳＯＣ７０が４５％であれば、時間ｔ₅で切替スイッチ４２が押されることから解除されるまでのＨＶモードの走行の間、制御中心ＳＯＣ＝４５％に維持される。すなわち、時間ｔ₄における制御中心ＳＯＣ７６は４５％であり、時間ｔ₅における制御中心ＳＯＣ７８も４５％である。ｔ₄からｔ₅の間も、制御中心ＳＯＣは４５％のままである。これによって、平均ＳＯＣ４２は、制御中心ＳＯＣ＝４５％に向かって増加減少を繰り返し、ＨＶモードの走行の間、全体として平均ＳＯＣを４５％に維持される。この維持は、エンジン１２によって回転電機１４が発電機として利用されて駆動され、その発電電力で蓄電装置が充電されることで行われる。この期間のＰ_chgは、ΔＳＯＣに応じて変化して、制御中心ＳＯＣに現在ＳＯＣが向かうように充放電制御が行われることになる。

時間ｔ₅において切替スイッチ４２が押されることから解除されると、再びＥＶモードに復帰し、制御中心ＳＯＣが現在ＳＯＣに設定される。すなわち、ΔＳＯＣ＝０、Ｐ_chg＝０とされる。

このように、ＥＶモードにおいて制御中心ＳＯＣを蓄電装置の現在ＳＯＣと置くことで、制御中心ＳＯＣを放電限界値等に設定することで生じるいくつかの問題に対処することができる。

本発明に係る実施の形態における蓄電装置充放電制御システムの構成を示す図である。本発明に係る実施の形態において、ＥＶモードとＨＶモードにおける制御中心ＳＯＣの設定の手順を説明するフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、蓄電装置に対する充放電要求の大きさを示すＰ_chgと制御中心ＳＯＣとの関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態において、蓄電装置充放電制御システムを構成する各要素の状態変化を時系列で説明する図である。

符号の説明

１０蓄電装置充放電制御システム、１２エンジン、１４，１６回転電機、１８電源回路、２０Ｍ蓄電装置、２２Ｓ蓄電装置、２４，２６蓄電装置側平滑コンデンサ、２８Ｍ電圧変換器、３０Ｓ電圧変換器、３２インバータ側平滑コンデンサ、３４ＭＧ１インバータ、３６ＭＧ２インバータ、４０平均ＳＯＣ取得部、４２切替スイッチ、５０制御装置、５２モード切替モジュール、５４制御中心ＳＯＣ設定モジュール、５６充放電要求モジュール、６０プラグイン機構、６２ＰＩスイッチ、６４回転電機側コンセント、６６外部電源側プラグ、６８商用電源、７０蓄電装置の現在ＳＯＣ、７２，７４，７６，７８制御中心ＳＯＣ。

Claims

蓄電装置と回転電機のみを動力源としてエンジンを動力源とせずに走行するＥＶモードから、エンジンと回転電機とを動力源として走行するＨＶモードへ切替を行う切替手段と、
蓄電装置の現在の充電状態値である現在ＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段と、
蓄電装置の充放電を制御する際の制御中心となるＳＯＣである制御中心ＳＯＣの設定について、切替手段によってＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間は、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心ＳＯＣに設定し、蓄電装置に対する充放電要求を無効化する設定手段と、
蓄電装置の現在のＳＯＣと制御中心ＳＯＣとを比較し、制御中心ＳＯＣよりも蓄電装置の現在のＳＯＣが大きいときは蓄電装置の放電要求を行い、制御中心ＳＯＣよりも現在のＳＯＣが小さいときは蓄電装置に対する充電要求を行う充放電要求手段と、
を備え、
蓄電装置は、インバータ回路を介して回転電機に接続され、回転電機とインバータ回路を介して外部商用電源から充電される外部充電可能蓄電装置であり、
設定手段は、
切替手段によってＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間に、外部充電が停止した場合に、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心に設定し、
切替手段によってＨＶモードへの切替が行われるまでのＥＶモードの間に、動力源に対する要求パワーに基いて一時的にエンジンが始動された場合に、蓄電装置の現在のＳＯＣを制御中心に設定されたままとすることを特徴とする蓄電装置充放電制御システム。
請求項１に記載の蓄電装置充放電制御システムにおいて、
設定手段は、
切替手段によってＥＶモードからＨＶモードに切り替えられたときは、切り替えられたその時の蓄電装置のＳＯＣを制御中心ＳＯＣとして、ＨＶモードの間はそのまま固定値として設定することを特徴とする蓄電装置充放電制御システム。
請求項１に記載の蓄電装置充放電制御システムにおいて、
充放電要求手段および設定手段は、蓄電装置が複数用いられる場合に、複数の蓄電装置のそれぞれの現在ＳＯＣの平均値を、制御中心ＳＯＣに対する現在ＳＯＣとして用いることを特徴とする蓄電装置充放電制御システム。