JP5322994B2

JP5322994B2 - ハイブリッド車両の発電制御装置

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Publication number: JP5322994B2
Application number: JP2010103436A
Authority: JP
Inventors: 健太郎牧; 篤横山
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP2011230671A

Description

本発明はハイブリッド車両の発電制御装置に関するものである。

地球環境への配慮から，駆動力源としてエンジンとモータを備えたハイブリッド自動車の開発が進められている。ハイブリッド自動車は，エンジンの低効率運転領域におけるモータ走行や，エンジンの高効率運転，および制動エネルギーの回収などにより，低燃費を実現し，温室効果ガスの低減に効果がある。

ハイブリッド自動車におけるバッテリの充電機会として，減速時のエネルギー回生の他に，エンジンの駆動余力を用いた発電（以下，発電走行という）が挙げられる。発電走行では，ドライバーが要求する駆動トルク以上のトルクをエンジンで出力し，図１に示す駆動余力にあたるエンジントルクの余剰分を発電トルクにまわしてモータにおける発電に用いる。

発電走行時のエンジンおよびモータの動作点（回転数，トルク）の例を図２と図３に示す。両図において，エンジン，モータのそれぞれについて等効率線を示す。ここで，エンジンの効率とは，投入したガソリンがもつ熱量のうちエンジン軸における動力として出力可能な割合であり，モータの効率（発電側）とは，外部からモータ軸に与えられた回転エネルギーのうち電力として蓄電可能な割合である。図中の点Ｐ１，Ｑ１は発電未実施時のエンジン，モータそれぞれの動作点であり，発電実施時は，動作点が点Ｐ２，Ｑ２に移動する。一般的に，発電走行時のエンジンの動作点は高効率運転可能なトルク付近に設定され，走行に必要なトルクとの差分で発電に充てられるトルク（以下，発電トルクという）の大きさが決まる。図２における破線は，各回転数において最高効率運転が可能な動作点を結んだ線（以下，燃費最適線という）である。発電走行時のエンジン動作点は燃費最適線付近に設定されることが知られている（例えば，特許文献１参照）。

パラレルハイブリッド自動車におけるエンジンおよびモータ動作点は走行条件（車速・負荷）と関係がある。発電走行時の発電効率（エンジン効率とモータ効率との積）は，車速から決まるエンジンおよびモータの回転数ならびに発電トルクの大きさによって左右されるため，多様な走行条件が混在する実走行において，常に高効率な発電が可能とは限らない。また，バッテリの蓄電量は，効率的なエネルギーマネジメントを行う観点から，過充電状態でも過放電状態でもない適正な範囲に制御する必要があり，充電が必要な状態にあるときには，目標とする蓄電量まで速やかに回復することが望ましい。

エネルギー効率の向上を実現するためには，高効率な発電を選択的に行いつつ，バッテリの蓄電量を速やかに回復する必要がある。蓄電装置が充電が必要な所定の状態にあるとき，ナビ情報を取得する。現在はエンジンを効率よく運転可能な高効率走行条件下でなく，近い将来に高効率走行条件を満たすことが予測されている場合には，高効率走行条件に至ってから蓄電装置が充電されるように，現在の発電を禁止する自動車制御方法が知られている（例えば，特許文献２参照）。

特開２００４−１４４０４１号公報特開２００８−９４２３３号公報

特許文献１および２に開示された発明によると，エンジンとモータとを駆動力源とするハイブリッド車両のエンジン駆動力を用いた発電において，高効率な発電を優先的に行いつつ，蓄電量を速やかに回復するよう，バッテリの蓄電量に応じた柔軟な制御ができないという問題がある。

請求項１に記載の発電制御装置は，ハイブリッド車両に搭載し、エンジンが発生する発電トルクに応じてバッテリを充電するためのモータによる発電を制御する発電制御装置であって、ハイブリッド車両の車速とアクセル開度とに基づきハイブリッド車両の駆動に必要な要求駆動トルクを演算するとともに、車速と要求駆動トルクとに基づき発電トルクを演算するトルク演算手段と、車速と要求駆動トルクと発電トルクとに基づき、発電トルクに応じたバッテリの充電効率に関する物理量を演算する物理量演算手段と、バッテリの充電に必要な充電量を演算する充電量演算手段と、物理量が所定の下限値を下回るとき、発電を禁止する発電禁止手段と、バッテリの蓄電量の蓄電量時間変化率が第１の所定範囲に含まれないとき、所定の下限値を補正する補正手段とを備え、所定の下限値は、必要な充電量が大きいほど小さいことを特徴とする。

本発明によれば，バッテリの蓄電量に応じて高効率な発電を優先的に行い，蓄電量を速やかに回復することが可能となる。

発電走行時のトルク配分を表す図である。発電走行実施時の発電トルクとエンジン動作点変化を表す図である。発電走行実施時の発電トルクとモータ動作点変化を表す図である。第１の実施の形態におけるハイブリッド車両のハード構成図である。第１の実施の形態における制御全体の流れを表す図である。発電許可下限効率の算出方法を表す図である。発電目標蓄電量の設定例を表す図である。発電許可下限効率線の補正方法を表す図である。蓄電量時間変化率の算出方法を表す図である。発電許可効率範囲の補正例を表す図である。発電許可効率範囲の補正解除条件の設定方法を表す図である。発電走行時の転がり抵抗による損失を表す図である。第２の実施の形態における制御全体の流れを表す図である。発電時効率向上量の大小を表す図である。発電許可下限効率向上量の算出方法を表す図である。発電許可下限効率向上量線の補正方法を表す図である。発電許可効率向上量範囲の補正例を表す図である。低蓄電量停車に関係する発電許可効率範囲の補正方法を表す図である。エンジン水温に関係する発電許可効率範囲の補正方法を表す図である。

−−−第１の実施の形態−−−
以下，本発明のハイブリッド車両の発電制御装置として，ハイブリッド自動車における実施形態を，図面を用いて説明する。以下に示す各実施形態において，ハイブリッド自動車は，前輪をエンジンによって駆動し，後輪をモータによって駆動する構成とする。ただし，実用的には，エンジン，モータの配置に関わらず，エンジンとモータが共に駆動に用いられるいわゆるパラレルハイブリッド自動車の構成において，同様の制御が適用可能である。また，シリーズ・パラレルハイブリッド自動車におけるパラレルモードでの走行時にも適用可能である。さらに，本発明のハイブリッド車両には，上記ハイブリッド自動車のほかに同様の構成を有する産業車両も含まれる。

図４を用いて，本発明の対象となるハイブリッド自動車を構成する各装置を説明する。本発明のハイブリッド自動車の発電制御装置は，例えばＥＣＵ４１１に適用される。エンジン４０１による駆動力は，クラッチ４０２，トランスミッション４０３，およびフロントディファレンシャルギア４０４を通して，前輪４０５に伝達され，路面４１３に対し駆動力を生む。後輪側の駆動力源であるモータ４０８は，インバータ４０７によって制御されるバッテリ４０６の電力を使用してトルクを発生する。モータ４０８のトルクはリアディファレンシャルギア４０９を通して，後輪４１０に伝達され，路面４１３に対し駆動力を生む。ＥＣＵ４１１は，エンジン状態検知手段４１２からエンジン回転数とエンジン推定トルクとエンジン冷却水温度等の温度情報とを，インバータ４０７からモータ回転数とモータトルクを，ＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）４１６からタイヤ空気圧を得ることができる。さらに，バッテリコントローラ４１５からバッテリ４０６の蓄電量および電流値，温度情報を得ることができる。ＥＣＵ４１１は，そのようにして取得した各種情報に基づいてエンジン出力およびモータ出力を決定し，エンジン４０１，クラッチ４０２，およびインバータ４０７に指令を送る。また，補機類４１４はバッテリ４０６から電力を供給される。図４において，各装置間を結ぶ実線は各種情報が転送される制御バスを表し，破線は電荷の流れを表し，二重線は力の伝導を表している。

次に，本発明の制御の全体概要を図５を用いて説明する。本制御は，ＥＣＵ４１１によって実行される。ステップＳ５０１で充電要求がある場合，ステップＳ５０２で，車両状態として，車速，エンジン回転数，蓄電量およびアクセル開度を取得する。蓄電量が，所定の許容下限蓄電量を下回っているかまたは等しい場合は，発電の許可／禁止を判断する制御を実施せず，強制発電を実施する（ステップＳ５１３）。許容下限蓄電量は，バッテリのサイクル寿命よりも必要とされる寿命が短くならないように決定される。許容下限蓄電量が小さいと，バッテリ充放電深度が深くなるために，バッテリのサイクル寿命が必要とされる寿命よりも短くなってしまう。ステップＳ５１１で強制発電を実施したときおよびステップＳ５０１で充電要求が無いときは本制御を終了する。

ステップＳ５０３において，蓄電量が許容下限蓄電量より大きい場合には，発電トルクΔＴｅを演算する（ステップＳ５０４）。発電トルクとは，発電実施時のエンジントルクＴｅＧｅｎと，発電未実施時のエンジントルクＴｅＤｒｖとの差である。発電未実施時のエンジントルクＴｅＤｒｖは，車軸における要求駆動トルクＴａｘｓＤｒｖとトランスミッション４０３の変速比（減速比）とに基づき算出される。要求駆動トルクＴａｘｓＤｒｖおよびトランスミッションの変速比は，予め用意されたマップを参照して，車速ＶＳＰとアクセル開度ＡＰＯとに基づき算出される。
TeDrv = TaxsDrv(VSP, APO) / (RatioTm(VSP, APO) * GfF) （１）
TeDrv 発電未実施時エンジントルク
TaxsDrv 車軸における要求駆動トルク
VSP 車速
APO アクセル開度
RatioTm トランスミッションの減速比
GfF フロントファイナルギア減速比

発電実施時のエンジントルクＴｅＧｅｎは，発電未実施時のエンジン回転数Ｎｅを保ったまま，理想的にはエンジンの燃費最適線上に設定される。エンジン回転数Ｎｅは車速ＶＳＰとトランスミッション４０３の変速比とに基づいて求められる。そのようにして決められた発電実施時のエンジントルクＴｅＧｅｎに基づき，上述したように発電トルクΔＴｅが求められる。発電トルクΔＴｅがモータの発電トルク限界を上回る場合は，発電トルク限界の値で制限される。発電トルク限界は，回転数Ｎｍに応じて定格として定められている他，バッテリの温度によって小さく設定される。

次に，ステップＳ５０５において，発電トルクΔＴｅによる発電走行を仮定した場合のバッテリ４０６の充電効率に関する物理量として，発電動作点効率を演算する。発電動作点効率は，以下の式（２）に示すように発電実施時の式（３）に示すエンジン動作点効率ηＥｎｇＧｅｎと式（４）に示すモータ動作点効率ηＭｏｔＧｅｎとの積で定義する。式（３）および（４）において，右辺のｆ（ｘ，ｙ）は，左辺がｘおよびｙの関数であることを意味する。
ηGen = ηEngGen * ηMotGen （２）
ηEngGen = f(Ne, TeDrv + ΔTe) （３）
ηMotGen = f(Nm, TmGen) （４）
TmGen = (-1) * TeGen * RatioTm * GfF / GfR （５）
ηGen 発電動作点効率
ηEngGen 発電実施時のエンジン動作点（図２に示す点Ｐ２）効率
ηMotGen 発電実施時のモータ動作点（図３に示す点Ｑ２）効率
Ne エンジン回転数
Nm モータ回転数
TmGen 発電トルク（モータ軸での値）
GfR リアファイナルギア減速比

続いて，ステップＳ５０６において，発電の許可／禁止の閾値効率である発電許可下限効率線を設定する。発電許可下限効率線の設定については後述する。ステップＳ５０７において，ＥＣＵ４１１が予め記憶している目標蓄電量と，ＥＣＵ４１１がステップＳ５０２にて取得した現在の蓄電量との差分として求められる，バッテリ４０６の充電に必要な充電量（以下，必要充電量という）が演算される。ステップＳ５０８において，ステップＳ５０７にて演算された必要充電量と，ステップＳ５０６にて設定された発電許可下限効率線とに基づいて，発電許可下限効率が演算される。ステップＳ５０９で，発電動作点効率が発電許可下限効率を上回れば，ステップＳ５１０に進む。発電動作点効率が発電許可下限効率を下回った場合または等しい場合は，発電を禁止し（ステップＳ５１２），本制御を終了する。

ステップＳ５１０では，ＥＣＵ４１１に蓄積された現在までの所定時間における走行履歴（車速，負荷）あるいはカーナビゲーションなどの外部情報による走行予測（車速，負荷）に基づき，発電走行がエネルギー効率の改善に有効か否かを判定する。高速巡航が継続する場合は，発電走行で蓄えた蓄電エネルギーを放電する機会に乏しい。また，高速巡航におけるエンジントルクＴｅＧｅｎはエンジンの燃費最適線付近にあり，放電時のエンジン走行に対する効率向上代が小さいため，発電走行の許可がエンジン効率の低下を招き，エネルギー効率の改善にマイナスの効果を及ぼすことがある。この傾向は，エンジン排気量が小さい場合に顕著である。ステップＳ５１０における判定の基準は車両出荷時にエンジンおよびモータの体格に合わせて設定されているものとする。ステップＳ５１０で発電走行がエネルギー効率の改善に有効と判定された場合は，発電を許可して（ステップＳ５１１）本制御を終了し，そうでなければステップＳ５１２で発電を禁止して本制御を終了する。

発電許可下限効率の演算（ステップＳ５０６）について詳細を説明する。ステップＳ５０８において，発電許可下限効率は，図６に示すように，ステップＳ５０７にて演算された必要充電量を入力とし，ステップＳ５０６にて設定された発電許可下限効率線に基づいて決められる。必要充電量の演算に用いられる目標蓄電量は，上述したようにＥＣＵ４１１によって予め記憶されている。現在の蓄電量は上述したようにステップＳ５０２においてＥＣＵ４１１によって取得される。目標蓄電量の設定は許容される上限蓄電量以下で一定値とする他に，図７に示す発電目標蓄電量のように高車速で低い値とすることも考えられる。高車速のときは，減速回生で得られるエネルギーが大きくなる。発電目標蓄電量と上限蓄電量との差が小さいと，その減速回生で得られるエネルギーすべてをバッテリ４０６の充電に用いるということができずに一部を無駄にすることとなるため，エネルギー効率が低くなる。発電目標蓄電量は，所定の停車時目標蓄電量に対し，停車までに減速回生で得られると予測される蓄電量分の余裕を持たせた設定となっている。

発電許可下限効率線は，必要充電量と発電を許可／禁止する閾値効率との関係を表す。図６に示すように，必要充電量が小さいほど，すなわち発電の緊急性が低いほど，低効率での発電を禁止し，必要充電量が大きい，すなわち発電の緊急性が高い場合には，いかなる効率での発電も許可するように設定される。上述した高速巡航における発電走行については，エネルギー効率の改善に有効なときに許可されることとなる。このような設定とすることで，発電の緊急性に応じて柔軟な発電制御が可能であり，ハイブリッド自動車のエネルギー効率向上に寄与する。

発電許可下限効率線は図６の形状に限定されず，必要充電量が小さいときに低効率発電を禁止する形状であることを特徴とし，ＥＣＵ４１１に入力される各種入力情報に基づいて決定する。各種入力情報とは，例えばエンジン４０１およびモータ４０８のコンポーネント特性，ならびにバッテリ４０６の容量および充放電サイクル数である。本発明の制御ではさらに，発電許可下限効率線を，別途計算される蓄電量時間変化率に基づき補正する。

ＥＣＵ４１１によって行われる発電許可下限効率線の補正方法について，図８により説明する。ステップＳ８０１において，発電許可下限効率線として，ＥＣＵ４１１が記憶している発電許可下限効率基準線を読み出して仮設定し，ステップＳ８０２の蓄電量時間変化率の算出へ進む。

ステップＳ８０２の蓄電量時間変化率算出について図９を用いて説明する。蓄電量時間変化率は，本制御実行タイミング以前の所定時間Δｔにおける蓄電量増加量である。ただし，車速が大きくなるとモータ回転数が大きくなるために蓄電量時間変化率が大きくなり，車速が小さくなるとモータ回転数が小さくなるために蓄電量時間変化率が小さくなる。後述するステップＳ８０４における判定処理を簡便にするため，ここでは蓄電量時間変化率が大きくなり過ぎず，かつ小さくなり過ぎないよう，所定の参照車速範囲を定めることとする。所定時間Δｔは，車速が所定の参照車速範囲に含まれており，かつ，アクセル開度が正である時間について，カウントされる。図９では，本制御実行タイミング直前は車速が参照車速範囲の上限である参照上限速度を上回っているため，所定時間Δｔには含めない。また，車速が，参照車速範囲を頻繁に逸脱する場合は，逸脱していない部分について所定時間Δｔ分のデータを集計し，蓄電量時間変化率を算出する。本制御実行タイミングから遡って所定時間Δｔまでの間で車速が参照車速範囲を逸脱した部分を控除することとしても良いが，蓄電量時間変化率の算出にはΔｔ≠０である必要がある。

ステップＳ８０３では，ステップＳ８０２で算出した蓄電量時間変化率を予め用意された蓄電量時間変化率上限および蓄電量時間変化率下限と比較し，異常の有無を判定する。異常が発生する理由は，たとえばバッテリＳＯＨの低下，タイヤ空気圧の低下，路面摩擦係数の低下または補機使用電力の増加である。蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率上限を超えていた場合，もしくは，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率下限未満であった場合には，ステップＳ８０４において異常ありと判定し，発電許可下限効率線の補正を実施する（ステップＳ８０５）。図１０に示すように，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率上限を超えていた場合，発電が開始されるとバッテリ４０６の蓄電量が早く上限蓄電量に達する可能性があるため，発電許可下限効率線として，発電許可下限効率上方補正線を採用することにより低効率での発電走行を防止する。蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率下限未満であった場合，発電が開始されてもバッテリ４０６の蓄電量が上限蓄電量に達するのが遅くなる可能性があるため，発電許可下限効率線として，発電許可下限効率下方補正線を採用することによりバッテリ４０６の蓄電量不足を防止する。発電許可下限効率基準線と発電許可下限効率上方補正線と発電許可下限効率下方補正線は，図１０の形状に限定されず，効率の高い方から発電許可下限効率上方補正線，発電許可下限効率基準線，発電許可下限効率下方補正線の順であり，いずれの線も交差することが無いように予め設定される。

ステップＳ８０５のように発電許可下限効率線を設定することにより，上述した理由で異常が発生して蓄電量の増加速度が鈍くなっている（すなわち蓄電量時間変化率が小さい）場合には，発電許可効率範囲が通常より低効率側に拡大され，走行中の発電機会が増加する。したがって，通常よりも低効率でも発電を優先させることで蓄電量を速やかに回復することができる。また，上述した理由で異常が発生して蓄電量の増加速度が速くなっている（すなわち蓄電量時間変化率が大きい）場合には，発電許可効率範囲が通常より狭く設定され，走行中の発電機会が高効率側に限定される。蓄電量時間変化率が大きいので，たとえ必要充電量が大きくても発電走行が開始されれば通常よりも短時間で蓄電量を速やかに回復することができる。したがって，通常よりも高効率の場合に限って発電を許可するので，低効率での発電走行を防止することができる。こうして，蓄電量の速やかな回復と，発電走行の効率が両立される。

発電許可下限効率線に上方または下方の補正が実施された場合，ステップＳ８０６において，発電許可下限効率線の補正解除条件の設定を行う。補正解除条件の設定については後述する。ステップＳ８０７で補正解除条件が成立するまで補正を維持し，補正解除条件が成立した場合は，ステップＳ８０８において補正を解除する。ここで補正の解除とは，発電許可下限効率線の設定を，発電許可下限効率基準線に戻すことを意味する。

ここで，図８ステップＳ８０６の発電許可下限効率線補正解除条件の設定について，図１１を用いて説明する。ステップＳ１１０１で，発電中蓄電量時間変化率を算出する。発電中蓄電量時間変化率は，蓄電量時間変化率のうち発電走行を実施している時間のみについて蓄電量変化分を累積し，蓄電量変化分の累積値と発電走行を実施している時間の合計値とに基づいて蓄電量の時間変化率を計算したものである。続いて，発電中蓄電量時間変化率が理想変化率範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップＳ１１０２）。理想変化率範囲とは，一時的な走行条件の変化によって発電中蓄電量時間変化率が変化する範囲をいう。理想変化率範囲は，例えば車速，走行負荷，エンジン４０１およびモータ４０８ののコンポーネント特性，ならびにバッテリ４０６の容量に基づき，理論的に，または実験によって求められる。

ステップＳ１１０２において，逸脱がない場合には，蓄電量時間変化率の異常は，発電系の異常ではなく，一時的な走行条件の変化によるものであると言えるので，補正の解除条件として発電許可下限効率線の補正が実施されてからの所定時間の経過を設定する（ステップＳ１１０７）。例えば追い越し走行の際，アクセル開度が増加してモータが強制駆動されるため，バッテリ４０６の放電量が増加して蓄電量時間変化率が異常となる可能性があるが，追い越し走行に必要な所定時間（例えば３０秒）の経過後には通常の走行条件に復帰していることが推定される。このように推定される一時的な走行条件の変化に応じて所定時間が設定される。発電中蓄電量時間変化率が理想変化率範囲から逸脱している場合は，蓄電量時間変化率の異常は発電系の異常によるものと推定する。後述する表１参照に示す発電中蓄電量時間変化率の異常に影響し得るパラメータのそれぞれが，表１に示す想定範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップＳ１１０３および１１０４）。表１に示す想定範囲はＥＣＵ４１１によって予め記憶されている。

ステップＳ１１０４において，想定範囲を逸脱したパラメータが発見された場合には，ステップＳ１１０５で，補正解除条件を，該当パラメータが対応する想定範囲に復帰すること，と設定する。複数のパラメータについて，想定範囲を逸脱したパラメータが発見された場合には，いずれかひとつのパラメータが想定範囲に復帰することを，発電許可効率線補正解除条件とする。ステップＳ１１０４で，想定範囲を逸脱したパラメータが発見されなかった場合には，ステップＳ１１０６において，発電中蓄電量時間変化率の理想変化率範囲復帰を補正解除条件に設定する。

ここで，ステップＳ１１０３でチェックを行うパラメータの例について説明する。表１は，発電中蓄電量時間変化率に影響を与えるパラメータの例を示す表である。なお，ステップＳ１１０３でチェックを行うパラメータは表１のパラメータに限定されることなく，発電中蓄電量時間変化に影響を与え得るもので，かつセンサ等で監視可能なものであればよい。

バッテリ４０６の劣化に関係するパラメータであるＳＯＨ（State Of Health）は，バッテリコントローラ４１５における計測値（電流，温度など）を用いた推定で値を得ることができ，ＳＯＨの低下はバッテリ４０６の劣化が進んでいることを示す。バッテリ４０６の使用履歴，すなわち充放電電流履歴，温度履歴，経時履歴などとＳＯＨとの関係を表す計算式またはデータテーブルを予め実験で求めておき，その計算式またはデータテーブルを参照してＳＯＨを推定する。バッテリは劣化が進むと電極表面に電気伝導性およびイオン電導性が少ない電解液・電極間物質が成長し，充放電時の抵抗が増加するため，発電走行による蓄電量増加速度が鈍くなる。ＳＯＨの閾値として例えば８０％と設定し，推定されたＳＯＨがそれ以下であれば，想定範囲逸脱と判定する。

タイヤ空気圧は，ＴＰＭＳ４１６でモニタリングされる。本実施形態の発電制御装置を有するハイブリッド自動車４００の構成は，フロントにエンジン４０１，リアにモータ４０８が配置され，モータ４０８の発電によってバッテリ４０６が充電されるというものである。図１２に示すように，エンジン４０１で発生した発電トルクをモータ４０８に伝える間に，エンジン４０１によって駆動される前輪４０５，路面４１３，路面４１３との間の転がり抵抗によって駆動されてモータ４０８を駆動する後輪４１０を経由する。したがって，タイヤ空気圧が低下し，前輪４０５および後輪４１０と路面４１３との間の転がり抵抗が増加すると，発電トルクが損失し，発電走行による蓄電量増加速度が鈍くなる。タイヤ空気圧の閾値として，例えば対象車両の標準空気圧の８０％と設定し，ＴＰＭＳでモニタリングされるタイヤ空気圧がそれ以下であれば，想定範囲逸脱と判定する。

路面摩擦係数は，ＡＢＳ（Antilock Brake System）やＶＤＣ（Vehicle Dynamics Control）といった不図示の車両運動に関する安全装置で推定が行われる。路面摩擦係数が低下し，前輪４０５および後輪４１０と路面４１３との間における駆動力の伝達率が悪化すると，発電トルクが損失し，発電走行による蓄電量増加速度が鈍くなる。路面摩擦係数の閾値として，例えば濡れたアスファルトと同程度の０．８と設定し，推定された路面摩擦係数がそれ以下であれば，想定範囲逸脱と判定する。

補機使用電力は，バッテリコントローラ４１５における電流計測値から得られる。補機類４１４はエアコン，カーオーディオ，および冷却用の電動ウォーターポンプなどであり，これらが多くの電力を消費している場合には，発電走行中の蓄電量増加速度が鈍くなる。補機使用電力の閾値として，予め実験等で決めた閾値を設定し，補機使用電力がそれを上回っていれば，想定範囲逸脱と判定する。

第１の実施の形態の発電制御装置は，以下の作用効果を奏する。
（１）本実施の形態の発電制御装置は，ハイブリッド自動車４００の車速Ｖｓｐとアクセル開度ＡＰＯとに基づき，ハイブリッド自動車４００の駆動に必要な発電未実施時エンジントルクＴｅＤｒｖを演算する。車速Ｖｓｐに対応するエンジン回転数Ｎｅと発電未実施時エンジントルクＴｅＤｒｖとに基づき発電トルクΔＴｅを演算する。車速Ｖｓｐに対応するエンジン回転数Ｎｅと発電未実施時エンジントルクＴｅＤｒｖと発電トルクΔＴｅとに基づき，発電トルクΔＴｅに応じた発電動作点効率ηＧｅｎを演算する。バッテリの充電に必要な必要充電量を演算し，発電動作点効率ηＧｅｎが発電を許可／禁止する閾値効率を下回るとき，発電を禁止する。発電を許可／禁止する閾値効率と必要充電量との関係は発電許可下限効率線で表され，発電を許可／禁止する閾値効率は必要充電量が大きいほど小さい値をとる。バッテリ４０６の蓄電量の蓄電量時間変化率が，蓄電量時間変化率上限と蓄電量時間変化率下限との間の範囲に含まれないとき，発電を許可／禁止する閾値効率を補正する。こうしたバッテリの蓄電量に応じた柔軟な発電制御により，蓄電量に余裕があるときは高効率な発電を優先的に行いつつ，蓄電量に余裕が無いときは蓄電量を速やかに回復することを両立できるという作用効果を奏する。

（２）本実施の形態の発電制御装置は，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率上限を上回るとき，発電を許可／禁止する閾値効率を引き上げ，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率下限を下回るとき，発電を許可／禁止する閾値効率を引き下げる。こうしたバッテリの蓄電量時間変化率に応じた柔軟な発電制御により，蓄電量時間変化率が大きいときは高効率な発電を優先的に行いつつ，蓄電量時間変化率が小さいときは蓄電量を速やかに回復することを両立できるという作用効果を奏する。

−−−第２の実施の形態−−−
第１の実施の形態では，発電制御の許可／禁止を判定するために，図５のステップＳ５０７に示すような発電動作点効率と発電許可下限効率との比較を実施するが，代わりに，図１３に示す処理手順に従って発電時効率向上量と発電許可下限効率向上量との比較に基づき判定してもよい。発電時効率向上量は，発電走行を仮定した場合のバッテリ４０６の充電効率に関する物理量であり，その詳細は後述する。図１３について以下にて説明するが，図５と異なるステップＳ１３０５，Ｓ１３０６，Ｓ１３０７，Ｓ１３０８およびＳ１３０９についてのみ説明する。

発電時効率向上量は，発電実施時のエンジン効率と発電未実施時のエンジン効率との差として与えられる。発電実施時のエンジン効率は，図１４に示す発電実施時動作点（点Ｐ１ｂまたはＰ２ｂ）におけるエンジン効率であり，発電未実施時のエンジン効率は，図１４に示す発電未実施時動作点（点Ｐ１ａまたはＰ１ｂ）におけるエンジン効率である。発電未実施時動作点から，ステップＳ１３０４で演算された発電トルクΔＴｅに応じて定まる発電実施時動作点へ，動作点が移動する。ステップＳ１３０５では以下の式（６）および（７）に従って発電時効率向上量ΔηＧｅｎを算出する。図１４の左側のグラフ（ａ）に示すように，発電時効率向上量が小さいときは発電時効率向上量ΔηＧｅｎも小さく，図１４の右側のグラフ（ｂ）に示すように，発電時効率向上量が大きいときは発電時効率向上量ΔηＧｅｎも大きくなる。
ΔηGen = ηEngGen - ηEngNoGen =f(Ne, ΔTe) （６）
ηEngNoGen = f(Ne, TeDrv) （７）
ηEngNoGen 発電未実施時エンジン効率

続いて，ステップＳ１３０６において，発電の許可／禁止の閾値である発電許可下限効率向上量線を設定する。発電許可下限効率向上量線の設定については後述する。ステップＳ１３０７において，ＥＣＵ４１１が予め記憶している目標蓄電量と，ＥＣＵ４１１がステップＳ１３０２にて取得した現在の蓄電量との差分として求められる必要充電量が演算される。ステップＳ１３０８において，ステップＳ１３０７にて演算された必要充電量と，ステップＳ１３０６にて設定された発電許可下限効率向上量線とに基づいて，発電許可下限効率向上量が演算される。ステップＳ１３０９で，発電時効率向上量が発電許可下限効率向上量を上回れば，ステップＳ１３１０に進む。発電時効率向上量が発電許可下限効率向上量を下回った場合または等しい場合は，発電を禁止する（ステップＳ１３１２）。

ステップＳ１３０８において，発電許可下限効率向上量は，図１５に示すように，ステップＳ１３０７にて演算された必要充電量を入力とし，ステップＳ１３０６にて設定された発電許可下限効率向上量線に基づいて決められる。発電許可下限効率向上量線は，必要充電量と発電を許可／禁止する閾値である効率向上量との関係を表す図１５に示すように，必要充電量が小さいほど，すなわち発電の緊急性が低いほど，効率向上量が小さい発電を禁止し，必要充電量が所定の値より大きい，すなわち発電の緊急性が高い場合には，いかなる効率向上量の発電も許可するように設定される。このような設定とすることで，発電の緊急性に応じて柔軟な発電制御が可能であり，ハイブリッド自動車のエネルギー効率向上に寄与する。発電許可下限効率向上量線は図１５の形状に限定されず，必要充電量が小さいときに効率向上量の小さな発電を禁止する形状であることを特徴とし，ＥＣＵ４１１に入力される各種入力情報に基づいて決定する。各種入力情報とは，例えばエンジン４０１およびモータ４０８のコンポーネント特性，ならびにバッテリ４０６の容量および充放電サイクル数である。本発明の制御では，発電許可下限効率向上量線を，別途計算される蓄電量時間変化率に基づき補正する。

発電許可下限効率向上量線の補正方法について，図１６により説明する。ステップＳ１６０１において，発電許可下限効率向上量線として，ＥＣＵ４１１が記憶している発電許可下限効率向上量基準線を読み出して仮設定し，ステップＳ１６０２の蓄電量時間変化率の算出へ進む。ステップＳ１６０２の蓄電量時間変化率算出については第１の実施の形態のステップＳ８０２と共通であるため省略する。

ステップＳ１６０３では，ステップＳ１６０２で算出した蓄電量時間変化率を予め用意された蓄電量時間変化率上限および蓄電量時間変化率下限と比較し，異常の有無を判定する。異常が発生する理由は，たとえばバッテリＳＯＨの低下，タイヤ空気圧の低下，路面摩擦係数の低下または補機使用電力の増加である。蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率上限を超えていた場合，もしくは，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率下限未満であった場合には，ステップＳ１６０４において異常ありと判定し，発電許可下限効率向上量線の補正を実施する（ステップＳ１６０５）。図１７に示すように，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率上限を超えていた場合，発電許可下限効率向上量線として，発電許可下限効率向上量上方補正線を採用し，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率下限未満であった場合，発電許可下限効率向上量線として，発電許可下限効率向上量下方補正線を採用する。発電許可下限効率向上量基準線と発電許可下限効率向上量上方補正線と発電許可下限効率向上量下方補正線は，図１７の形状に限定されず，効率の高い方から発電許可下限効率向上量上方補正線，発電許可下限効率向上量基準線，発電許可下限効率向上量下方補正線の順であり，いずれの線も交差することが無いように予め設定される。

ステップＳ１６０５のように発電許可下限効率向上量線を設定することにより，上述した理由で異常が発生して蓄電量の増加速度が鈍くなっている（すなわち蓄電量時間変化率が小さい）場合には，発電許可効率範囲が通常より低効率側に拡大され，走行中の発電機会が増加する。したがって，通常よりも低効率でも発電を優先させることで蓄電量を速やかに回復することができる。また，上述した理由で異常が発生して蓄電量の増加速度が速くなっている（すなわち蓄電量時間変化率が大きい）場合には，発電許可効率範囲が通常より狭く設定され，走行中の発電機会が高効率側に限定される。蓄電量時間変化率が大きいので，たとえ必要充電量が大きくても発電走行が開始されれば通常よりも短時間で蓄電量を速やかに回復することができる。したがって，通常よりも高効率の場合に限って発電を許可するので，低効率での発電走行を防止することができる。こうして，蓄電量の速やかな回復と，発電走行の効率が両立される。

発電許可下限効率向上量線に上方または下方の補正が実施された場合，ステップＳ１６０６において，発電許可下限効率向上量線の補正解除条件の設定を行う。補正解除条件の設定については第１の実施の形態と共通であるため説明を省略する。ステップＳ１６０７で補正解除条件が成立するまで補正を維持し，補正解除条件が成立した場合は，ステップＳ１６０８において補正を解除する。ここで補正の解除とは，発電許可下限効率向上量線の設定を，発電許可下限効率向上量基準線に戻すことを意味する。

第２の実施の形態の発電制御装置は，以下の作用効果を奏する。
（１）本実施の形態の発電制御装置は，ハイブリッド自動車４００の車速Ｖｓｐとアクセル開度ＡＰＯとに基づき，ハイブリッド自動車４００の駆動に必要な発電未実施時エンジントルクＴｅＤｒｖを演算する。車速Ｖｓｐに対応するエンジン回転数Ｎｅと発電未実施時エンジントルクＴｅＤｒｖとに基づき発電トルクΔＴｅを演算する。車速Ｖｓｐに対応するエンジン回転数Ｎｅと発電未実施時エンジントルクＴｅＤｒｖと発電トルクΔＴｅとに基づき，発電トルクΔＴｅに応じた発電時効率向上量ΔηＧｅｎを演算する。バッテリの充電に必要な必要充電量を演算し，発電時効率向上量ΔηＧｅｎが発電を許可／禁止する閾値である効率向上量を下回るとき，発電を禁止する。発電を許可／禁止する閾値である効率向上量と必要充電量との関係は発電許可下限効率向上量線で表され，発電を許可／禁止する閾値である効率向上量は必要充電量が大きいほど小さい値をとる。バッテリ４０６の蓄電量の蓄電量時間変化率が，蓄電量時間変化率上限と蓄電量時間変化率下限との間の範囲に含まれないとき，発電を許可／禁止する閾値である効率向上量を補正する。こうしたバッテリの蓄電量に応じた柔軟な発電制御により，蓄電量に余裕があるときは高効率な発電を優先的に行いつつ，蓄電量に余裕が無いときは蓄電量を速やかに回復することを両立できるという作用効果を奏する。

（２）本実施の形態の発電制御装置は，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率上限を上回るとき，発電を許可／禁止する閾値である効率向上量を引き上げ，蓄電量時間変化率が蓄電量時間変化率下限を下回るとき，発電を許可／禁止する閾値である効率向上量を引き下げる。こうしたバッテリの蓄電量時間変化率に応じた柔軟な発電制御により，蓄電量時間変化率が大きいときは高効率な発電を優先的に行いつつ，蓄電量時間変化率が小さいときは蓄電量を速やかに回復することを両立できるという作用効果を奏する。

−−−変形例−−−
以上で説明した実施の形態の発電制御装置を，次のように変形することもできる。
（１）第１の実施の形態の発電許可下限効率線の補正に，蓄電量情報以外の情報を加味することも考えられる。経路誘導情報を利用する変形例を示す。発電許可下限効率の演算（図５，ステップＳ５０６）における発電許可下限効率線の補正としては，蓄電量時間変化率と蓄電量時間変化率上限および蓄電量時間変化率下限との比較結果による補正（図８，ステップＳ８０４〜８０８）に加え，図１８に示すような補正を行うこともできる。すなわち，近い将来に停車する際に必要な蓄電量を下回る蓄電量での停車が経路誘導情報などにより予測される場合には（ステップＳ１８０１，１８０２），発電許可下限効率下方補正線を採用（ステップＳ１８０３）する。

本補正は，停車時に必要な蓄電量以下の蓄電量で停車すると，停車の間に補機消費電力によって蓄電量が減少し，許容下限蓄電量を下回ることにより，次回発進時に強制発電を実施せざるを得なくなることを抑制する目的で実行される。停車する際に必要な蓄電量は，許容下限蓄電量より大きく，目標蓄電量より小さい値であり，許容下限蓄電量との差分は，補機消費電力が大きいほど大きく設定されるべきである。ステップＳ１８０３で発電許可下限効率下方補正線を採用した場合には，ステップＳ１８０４で補正解除条件が設定される。補正解除条件は，例えば蓄電量が停車時に必要な蓄電量より大きくなることか，または停車予定が取り消されることである。

なお当該補正は，第２の実施の形態の発電許可下限効率向上量の演算（図１３，ステップＳ１３０６）における発電許可下限効率向上量の補正に関しても適用可能である。

変形例（１）の発電制御装置は，ハイブリッド自動車４００の停車の予定があり、停車が予定されている停車予定地にハイブリッド自動車４００が停車する際のバッテリ４０６の蓄電量の予測値が，ハイブリッド自動車４００が近い将来に停車する際に必要な蓄電量を下回るとき，発電を許可／禁止する閾値効率または効率向上量を引き下げる。これにより，ハイブリッド自動車４００の停車中にバッテリ４０６の蓄電量が許容下限蓄電量を下回る可能性を低減し，強制発電の実施を抑制することができるという作用効果がある。

（２）第１の実施の形態の発電許可下限効率線の補正に，蓄電量情報および経路誘導情報以外の情報を加味することも考えられる。エンジン４０１の状態を考慮する例を示す。発電許可下限効率の演算（図５，ステップＳ５０６）における発電許可下限効率線の補正としては，蓄電量時間変化率と蓄電量時間変化率上限および蓄電量時間変化率下限との比較結果による補正（図８，ステップＳ８０４〜８０８）に加え，図１９に示すような補正を行うこともできる。すなわち，エンジン水温が，ＥＣＵ４１１が予め記憶する所定の既定水温よりも低い場合には（ステップＳ１９０１），発電許可下限効率下方補正線を採用（ステップＳ１９０２）する。本補正は，エンジンを高負荷で使用する発電走行を許可されやすくし，エンジン水温が低いことで排気触媒の温度が低下して排気効率が悪化することを抑制する目的で実行される。ステップＳ１９０２で発電許可下限効率下方補正線を採用した場合には，ステップＳ１９０３で補正解除条件が設定される。補正解除条件は，例えばエンジン水温が既定水温以上となることである。

変形例（２）の発電制御装置は，エンジンを冷却する冷却水温度が，ＥＣＵ４１１が予め記憶する所定の既定水温よりも低いとき，発電を許可／禁止する閾値効率または効率向上量を引き下げる。これにより，エンジンを高負荷で使用する発電走行を許可されやすくし，エンジン水温が低いことで排気触媒の温度が低下して排気効率が悪化することを抑制するという作用効果がある。

４００ハイブリッド自動車
４０１エンジン
４０２クラッチ
４０３トランスミッション
４０４フロントディファレンシャルギア
４０５前輪
４０６バッテリ
４０７インバータ
４０８モータ
４０９リアディファレンシャルギア
４１０後輪
４１１ＥＣＵ
４１２エンジン状態検知手段
４１３路面
４１４補機類
４１５バッテリコントローラ
４１６ＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）

Claims

ハイブリッド車両に搭載し、エンジンが発生する発電トルクに応じてバッテリを充電するためのモータによる発電を制御する発電制御装置であって、
前記ハイブリッド車両の車速とアクセル開度とに基づき前記ハイブリッド車両の駆動に必要な要求駆動トルクを演算するとともに、前記車速と前記要求駆動トルクとに基づき前記発電トルクを演算するトルク演算手段と、
前記車速と前記要求駆動トルクと前記発電トルクとに基づき、前記発電トルクに応じた前記バッテリの充電効率に関する物理量を演算する物理量演算手段と、
前記バッテリの充電に必要な充電量を演算する充電量演算手段と、
前記物理量が所定の下限値を下回るとき、前記発電を禁止する発電禁止手段と、
前記バッテリの蓄電量の蓄電量時間変化率が第１の所定範囲に含まれないとき、前記所定の下限値を補正する補正手段とを備え、
前記所定の下限値は、前記必要な充電量が大きいほど小さい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において、
前記補正手段は、前記蓄電量時間変化率が前記第１の所定範囲の上限を上回るとき、前記所定の下限値を引き上げ、前記蓄電量時間変化率が前記第１の所定範囲を下回るとき、前記所定の下限値を引き下げることを特徴とする発電制御装置。
請求項２に記載の発電制御装置において、
前記補正手段による前記所定の下限値の補正を解除する補正解除手段をさらに備え、
前記補正手段が前記所定の下限値を補正したときであって、前記発電時における前記蓄電量の発電中蓄電量時間変化率が第２の所定範囲を逸脱した場合においては、前記発電中蓄電量時間変化率が前記第２の所定範囲内へ回復した時、前記補正解除手段は前記補正を解除することを特徴とする発電制御装置。
請求項２に記載の発電制御装置において、
前記ハイブリッド車両の動作状態を示すセンサ情報を取得する取得手段と、
前記補正手段による前記所定の下限値の補正を解除する補正解除手段とをさらに備え、
前記補正手段が前記所定の下限値を補正したときであって、前記発電時における前記蓄電量の発電中蓄電量時間変化率が第２の所定範囲を逸脱し、かつ前記センサ情報が示す前記動作状態が所定のレベルを逸脱した場合においては、前記動作状態が前記所定のレベルへの復帰した時、前記補正解除手段は前記補正を解除することを特徴とする発電制御装置。
請求項２に記載の発電制御装置において、
前記補正手段による前記所定の下限値の補正を解除する補正解除手段をさらに備え、
前記補正手段が前記所定の下限値を補正したときであって、前記発電時における前記蓄電量の発電中蓄電量時間変化率が第２の所定範囲内にある場合においては、前記補正手段が前記所定の下限値を補正してから所定時間が経過した時、前記補正解除手段は前記補正を解除することを特徴とする発電制御装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電制御装置において、
前記ハイブリッド車両の停車の予定があるとき、前記停車が予定されている停車予定地に前記ハイブリッド車両が停車する際の前記蓄電量の予測値が所定の蓄電量を下回るか否かを検出する検出手段をさらに備え、
前記検出手段が、前記予測値が前記所定の蓄電量を下回ることを検出したとき、前記補正手段は、前記所定の下限値を引き下げることを特徴とする発電制御装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電制御装置において、
前記エンジンを冷却する冷却水温度が所定温度よりも低いとき、前記補正手段は、前記所定の下限値を引き下げることを特徴とする発電制御装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電制御装置において、
前記物理量は、前記発電トルクに応じた前記発電時の発電動作点効率であることを特徴とする発電制御装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電制御装置において、
前記物理量は、前記発電トルクに応じて前記モータが発電する時の前記エンジンの動作点効率と、前記モータが発電しない時の前記エンジンの動作点効率との差であることを特徴とする発電制御装置。