JP5454588B2

JP5454588B2 - 制御装置及びハイブリット車両

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Publication number: JP5454588B2
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Inventors: 厚渡辺
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Description

本発明は、起電力装置に係り、特に、ハイブリッド車両などに搭載される起電力装置に関する。

近年、環境対策などとして、内燃機関に蓄電装置となる二次電池と電動機を組み合わせたハイブリッド車両の開発が盛んとなってきている。ハイブリッド車両には、いわゆるシリーズ方式（直列方式）のものとパラレル方式（並列方式）のものがある。このうち、シリーズ方式のハイブリッド車両は、内燃機関を発電に使用し、電動機を車軸の駆動と回生に使用するものである。

シリーズ方式のハイブリッド車両として、従来、二次電池の充電量の減少に応じて、内燃機関の駆動状態を制御するハイブリッド自動車が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、蓄電装置の充電状態が制御目標よりも高い状態から走行を開始した後、充電状態が制御目標に至るまではエンジンを停止させて走行し、充電状態が制御目標に達した後は、エンジンおよびモータジェネレータを用いて走行を行うというものである。

特開２００７−６２６４０号公報

この種のシリーズ方式のハイブリッド車両においては、二次電池の充電状態（State of Charge、以下「ＳＯＣ」という）が低くなると、車速を減速させるなどの走行制限を受けることとなる。走行制限を受けることとなると、車両の走行性能を十分に発揮できないことがある。しかし、上記特許文献１に開示されたハイブリッド自動車においては、ハイブリッドが目的地に到達したときに、二次電池の充電状態が目的に応じて残存しているための制御を行っている。このため、内燃機関の駆動を抑制する必要が生じて、走行制限を受けることにより、ハイブリッド車両の効率的な走行を行うことができなくなってしまうことがあるという問題があった。

そこで、本発明の課題は、ハイブリッド自動車などに搭載することにより、内燃機関を有効的に駆動することにより、効率的な走行を行うことができる起電力装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る起電力装置は、電気を発電する内燃機関を備え、内燃機関で発電した電気を車両に搭載された二次電池に供給する起電力装置であって、車両に搭載された二次電池のＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段と、車両の運転終了時における目標ＳＯＣを取得する目標ＳＯＣ取得手段と、車両走行に必要となる電力である必要電力を取得する走行必要電力取得手段と、内燃機関の起電力値を取得する起電力値取得手段と、内燃機関による二次電池への充電の開始タイミングを決定する充電開始タイミング決定手段と、を備え、充電開始タイミング決定手段は、ＳＯＣ取得手段で取得された二次電池のＳＯＣ、目標ＳＯＣ取得手段で取得された目標ＳＯＣ、走行必要電力取得手段で取得された必要電力、および起電力値取得手段で取得された内燃機関の起電力値に基づいて、充電開始タイミングを決定することを特徴とする。

本発明に係る起電力装置においては、ＳＯＣ取得手段で取得された二次電池のＳＯＣ、目標ＳＯＣ取得手段で取得された目標ＳＯＣ、走行必要電力取得手段で取得された必要電力、および起電力値取得手段で取得された内燃機関の起電力値に基づいて、充電開始タイミングを決定している。このため、二次電電池における充電状態やハイブリッドの走行に必要な電力に応じて充電開始タイミングが決定される。したがって、ハイブリッド自動車などに搭載することにより、内燃機関を有効的に駆動することにより、効率的な走行を行うことができる。

ここで、車両の平均要求出力を取得する平均要求出力取得手段をさらに備え、走行必要電力取得手段は、車両の平均要求出力に基づいて、走行必要電力を取得する態様とすることができる。このように、車両の走行必要電力は、車両における平均要求出力の平均要求出力に基づいて取得することができる。

このとき、目標ＳＯＣおよび内燃機関の起電力値に基づいて、平均要求出力およびＳＯＣの関係についてのしきい値を設定し、充電開始タイミング決定手段は、平均要求出力およびＳＯＣの関係がしきい値を超えたときに、充電開始タイミングと決定する態様とすることができる。かかる態様とすることにより、充電開始タイミングを容易かつ確実に決定することができる。

また、二次電池の平均出力である二次電池平均出力値を取得する二次電池平均出力取得手段をさらに備え、走行必要電力要求手段は、二次電池平均出力に基づいて走行必要電力を取得する態様とすることができる。このように、車両の走行必要電力は、車両における平均要求出力の二次電池平均出力に基づいて取得することができる。

このとき、目標ＳＯＣおよび内燃機関の起電力値に基づいて、二次電池平均出力およびＳＯＣの関係についてのしきい値を設定し、充電開始タイミング決定手段は、二次電池平均出力およびＳＯＣの関係がしきい値を超えたときに、充電開始タイミングと決定する態様とすることができる。かかる態様とすることにより、充電開始タイミングを容易かつ確実に決定することができる。

また、二次電池平均出力は、二次電池から出力される電流の電流値である態様とすることができる。このように、二次電池平均出力は、二次電池からの電流値とすることが好適となる。

さらに、車両の外部から二次電池に対して充電を行う充電地までの道路情報を取得する道路情報取得手段をさらに備え、充電開始タイミング決定手段は、道路情報取得手段が取得した道路情報に応じて、充電したタイミングを調整する態様とすることができる。

このように、道路情報取得手段が取得した道路情報に応じて、充電したタイミングを調整することにより、二次電池における将来の充電状態を予測することができるので、さらに内燃機関を有効的に駆動することができ、効率的な走行を行うことができる。

また、道路情報取得手段が取得した道路情報に基づいて、充電地に到達するまでの電力消費計画を生成する電力消費計画生成手段をさらに備え、充電開始タイミング決定手段は、電力消費計画に基づいて、充電開始タイミングを調整する態様とすることができる。

このように、電力消費計画を生成し、この電力消費計画に基づいて充電開始タイミングを調整することにより、将来の充電状態の予測をさらに効果的に活かすことができ、さらに内燃機関を有効的に駆動することができ、効率的な走行を行うことができる。

さらに、ＳＯＣ取得手段で取得された二次電池のＳＯＣが所定の走行制限開始ＳＯＣに到達することにより、車両に対する走行制限を行う走行制限手段をさらに備え、充電開始タイミング決定手段は、二次電池のＳＯＣが、走行制限開始ＳＯＣを下回る際の許容度に応じて、充電開始タイミングを調整する態様とすることができる。

このように、二次電池のＳＯＣが、走行制限開始ＳＯＣを下回る際の許容度に応じて、充電開始タイミングを調整することにより、目的地に到達するまでに使用する二次電池のエネルギの量を多くすることができる。したがって、内燃機関の駆動を極力抑えながら、効率的な走行を行うことができる。

また、充電開始タイミング決定手段は、二次電池のＳＯＣが、走行制限開始ＳＯＣ以上となる範囲で、充電開始タイミングを調整する態様とすることができる。

このように、二次電池のＳＯＣが、走行制限開始ＳＯＣ以上となる範囲で、充電開始タイミングを調整することにより、走行制限を受けることなく、車両を走行させることができる。したがって、効率的にエネルギを利用することができる。

さらに、乗員が操作可能とされた充電開始スイッチが車両に設けられており、充電開始タイミング決定手段は、充電開始スイッチがＯＮとされたときを充電開始タイミングとして優先的に決定する態様とすることができる。

このように、乗員が操作可能とされた充電開始がＯＮとされたときを充電開始タイミングとすることにより、充電開始タイミングを乗員の意図に応じたタイミングとすることができる。

そして、上記のいずれかの起電力装置と、二次電池と、前記二次電池から供給される電気によって駆動輪を駆動する電動機と、を備えるハイブリッド車両とすることもできる。

本発明に係る起電力装置によれば、ハイブリッド自動車などに搭載することにより、内燃機関を有効的に駆動することにより、効率的な走行を行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る起電力装置を含む車両の構成図である。図２は、本実施形態に係る起電力装置のブロック構成図である。図３は、起動タイミング設定マップを示すグラフである。図４は、ガスタービン始動までのＥＶ走行距離と平均要求出力との関係を示すグラフである。図５は、ガスタービンの出力を大きくした際のガスタービン始動までのＥＶ走行距離と平均要求出力との関係を示すグラフである。図６は、起動制御装置の処理手順を示すフローチャートである。図７（ａ）は、ＳＯＣの経時変化を示すグラフ、（ｂ）は、バッテリ出力の経時変化を示すグラフである。図８は、第２の実施形態に係る起電力装置における起動制御装置のブロック構成図である。図９は、第２の実施形態に係る起電力装置における起動タイミング設定マップを示すグラフである。図１０は、第３の実施形態に係る起電力装置における起動制御装置のブロック構成図である。図１１（ａ）は、走行計画において目的地に到達する際のＳＯＣが最低ＳＯＣにまでならない場合のＳＯＣの経時変化を示すグラフ、（ｂ）は、そのバッテリ出力の経時変化を示すグラフである。図１２（ａ）は、走行計画において目的地に到達する際のＳＯＣが最低ＳＯＣになる場合のＳＯＣの経時変化を示すグラフ、（ｂ）はそのバッテリ出力の経時変化を示すグラフである。図１３は、ガスタービンの始動タイミングを早めることにより目的地に到達する際のＳＯＣが最低ＳＯＣになる場合のＳＯＣの経時変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一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、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る起電力装置を含む車両の構成図、図２は、本実施形態に係る起電力装置のブロック構成図である。図１に示すように、ハイブリッド車両は、起電力装置１を備えている。また、起電力装置１には、二次電池であるバッテリ２が接続されており、起電力装置１およびバッテリ２は、インバータ３を介して電動機であるモータ４が接続されている。モータ４は、図示しない車輪と接続されており、モータ４が駆動することにより、車輪が回転してハイブリッド車両が走行する。また、モータ４では、回生によって発電した電気をバッテリ２に充電している。

起電力装置１は、内燃機関であるガスタービン１０を備えている。ガスタービン１０は、タービン１１を備えている。タービン１１には、燃焼器１２が接続され燃焼器１２にはコンプレッサ１３が接続されている。コンプレッサ１３は、外気を吸気して燃焼器１２に対して圧縮空気を供給する。コンプレッサ１３は、タービン１１に直結しており、タービン１１の回転によってコンプレッサに動力が供給される。このガスタービン１０は、定格で１０ｋＷの電力を発電する。

燃焼器１２では、供給された圧縮空気を燃焼させて高温高圧ガスを発生する。圧縮空気の燃焼によって発生した高温高圧ガスは、燃焼器１２からタービン１１に供給される。この高温高圧ガスによりタービン１１が回転する。タービンを回転させたガスは排出ガスとしてタービン１１から排出される。

さらに、ガスタービン１０には、熱交換器１４が設けられている。熱交換器１４は、コンプレッサ１３が燃焼器１２に供給する圧縮空気と、タービン１１から排出される排出ガスとの間で熱交換を行い、圧縮空気の加温および排出空気の冷却を行う。熱交換器１４によって熱交換された排出ガスは、そのまま排気される。

さらに、起電力装置１は、発電機１７および整流器１８を備えている。ガスタービン１０におけるタービン１１には、回転軸１１Ａが接続されており、発電機１７は、ガスタービン１０における回転軸１１Ａに接続されている。タービン１１の回転は、回転軸１１Ａを介して発電機１７に伝達する。タービン１１の回転によって発電機１７は電気を発電する。

発電機１７によって発電する電気は、交流電流であり、整流器１８によって直流電流直流電流に変換された電気は、整流器１８からバッテリ２やインバータ３に供給される。また、バッテリ２からもインバータ３を介して直流電流が供給される。インバータ３では、整流器１８およびバッテリ２から供給される直流電流を交流電流に変換してモータ４に供給する。

さらに、起電力装置１は、ＥＣＵ[Electronic Control Unit]２０を備えており、ＥＣＵ２０には起動制御装置３０が接続されている。また、ＥＣＵ２０は、燃焼器１２および整流器１８に接続されている。ＥＣＵ２０は、起動制御装置３０から起動信号が送信された場合に、整流器１８に対してモータ信号を送信して、整流器１８をインバータとして作動させる。整流器１８がインバータとして作動することにより、バッテリ２の電力を入力にして発電機１７に交流電圧を印加し、発電機１７をモータとしてガスタービン１０を起動させる。このように、起動制御装置３０が起動信号を送信し、ＥＣＵ２０がその起動信号を受信したときが、本発明の充電開始タイミングとなる。

同時に、ＥＣＵ２０は、ガスタービン１０に供給する燃料の流量を制御してガスタービン１０を加速して定格回転数まで上昇させる。ガスタービン１０の回転数が定格回転数の約１／２となったときに、整流器１８は、発電機１７の起動を停止する。ＥＣＵ２０は、また、ガスタービン１０が定格回転数となったときに、燃料流量を制御してガスタービン１０を定格出力で運転して、発電機１７によって発電する。

他方、バッテリ２には、バッテリ電圧計２１、バッテリ電流計２２、およびバッテリ温度計２３が取り付けられている。また、図２に示すように、起電力装置１における起動制御装置３０は、バッテリ平均出力計算部３１、充電状態ＳＯＣ計算部３２、および起動タイミング設定部３３を備えている。さらに、ハイブリッド車両における運転席の近傍は、手動計算期間設定ダイヤル４１および手動起動スイッチ４２が設けられている。

バッテリ平均出力計算部３１には、バッテリ電圧計２１、バッテリ電流計２２、および手動計算期間設定ダイヤル４１が接続されている。手動計算期間設定ダイヤル４１では、バッテリ平均出力を計算するためのバッテリ電流およびバッテリ電圧の計測時間を設定可能とされている。

バッテリ平均出力計算部３１では、手動計算期間設定ダイヤル４１によって設定された時間のバッテリ電圧計２１から送信されるバッテリ電圧およびバッテリ電流計２２から送信されるバッテリ電流を用いてバッテリ平均出力を算出する。バッテリ平均出力計算部３１は、算出したバッテリ平均出力を起動タイミング設定部３３に出力する。

ＳＯＣ計算部３２には、バッテリ電圧計２１、バッテリ電流計２２、バッテリ温度計２３が接続されている。ＳＯＣ計算部３２では、バッテリ電圧計２１で計測されたバッテリ電圧、バッテリ電流計２２で計測されたバッテリ電流、およびバッテリ温度計２３で計測されたバッテリ温度に基づいて、バッテリのＳＯＣを算出する。ＳＯＣ計算部３２は、算出したバッテリ２のＳＯＣを起動タイミング設定部３３に出力する。

起動タイミング設定部３３は、図３に示す起動タイミング設定マップを記憶している。起動タイミング設定マップでは、起動タイミングとなっているか否かを判断するための判断基準線Ｊが設けられている。平均要求出力とＳＯＣとからプロットされる点が、判断基準線Ｊよりも右上側にある場合にガスタービン１０を起動すると判断する。

また、起動タイミング設定部３３は、バッテリ平均出力計算部３１から出力されるバッテリ平均出力に基づいて、平均要求出力を取得する。本実施形態では、バッテリ平均出力をそのまま平均要求出力としている。起動タイミング設定部３３は、取得した平均要求出力およびＳＯＣ計算部３２から出力されるバッテリ２の現在のＳＯＣを起動タイミング設定マップに参照して、ガスタービン１０の起動タイミングを設定する。このとき、バッテリ２のＳＯＣが所定の最低ＳＯＣである場合には、ガスタービン１０を自動起動させる。

また、手動起動スイッチ４２がＯＮにされた場合には、設定した起動タイミングに優先させてガスタービン１０を起動させる。起動タイミング設定部３３は、起動タイミングを設定した後、起動タイミングとなった際には、起動信号をＥＣＵ２０に送信する。また、自動起動させる際にも起動信号をＥＣＵ２０に送信する。

さらに、起動制御装置３０では、バッテリ２のＳＯＣが最低状態となったときに、ハイブリッド車両の走行制限を行う。走行制限を行う際には、図示しない加減速装置を用いてハイブリッド車両の速度を減じるとともに、ＥＣＵ２０に対して、ガスタービン１０の駆動を継続させる。

次に、本実施形態に係る起電力装置１における動作について説明する。起電力装置１における動作の説明に先立ち、まず、ガスタービン１０を起動せずに、バッテリ２に充電された電気を用いた走行（以下「ＥＶ走行」という）と、ガスタービン１０を起動した走行との関係について説明する。

ここでは、ＥＶ走行によって２５０ｋｍ走行可能なハイブリッド車両について、２５０ｋｍ走行できる燃料を搭載した１０ｋＷのガスタービン１０を搭載し、航続距離が５００ｋｍとなるハイブリッド車両について説明する。また、このハイブリッド車両では、バッテリ電力量が１ｋＷｈで１０ｋｍの走行が可能であると仮定する。このとき、ＥＶ走行で２５０ｋｍするために、バッテリ２は、２５ｋＷｈの使用可能なエネルギを持っていることとなる。

ハイブリッド車両を含む電気自動車におけるバッテリでは、ＥＶ走行を行う際にＳＯＣの１００％〜０％の範囲すべてを使用するものではなく、たとえば８０％〜３０％の範囲を使用している。そのため、本実施形態においても、ＳＯＣを８０％〜３０％の範囲を使用する例について説明する。したがって、ここでのバッテリ２の実際のエネルギは５０ｋＷｈとなり、そのうちの２５ｋＷｈをＥＶ走行に使用することとなる。

また、バッテリ２のＳＯＣが３０％未満となると、ハイブリッド車両が走行制限を受けるので、バッテリ２およびガスタービン１０による走行性能のすべてを発揮することができず、航続距離が短くなってしまう。したがって、最長の航続距離を得るためには、走行制限を受けることなく、ハイブリッド車両の走行を行うことが必要となる。したがって、本実施形態では、目標ＳＯＣは、バッテリ２における最低量の充電状態である３０％としている。この目標ＳＯＣを下回らないようにで、ガスタービン１０の起動タイミングを設定する。

次に、ガスタービン１０の起動タイミングを設定する際の前提事項について図４を参照して説明する。図４における縦軸には、ガスタービン１０を起動するまでにＥＶ走行できる距離を示し、横軸には平均要求出力を示す。本実施形態では、平均要求出力に基づいて車両走行に必要となる走行必要電力が取得される。走行必要電力は、平均要求出力に置き代えることができるので、ここでは、平均要求出力を走行必要電力としている。

図４に示すように、平均要求出力が１０ｋＷ以下の場合には、ＥＶ走行によって２５０ｋｍ走行することができる。たとえば、ＬＡ４モードの平均要求出力は約４ｋＷであるので、ＬＡ４モードで走行する場合には、２５０ｋｍのＥＶ走行後にガスタービンを起動しても走行制限を受けることなく走行することができる。

また、平均要求出力が１０ｋＷを超えて２０ｋＷ以下となる場合について説明する。たとえば、この車両が１００ｋｍ／ｈの定常走行を行うと、約１４ｋＷの平均要求出力となる。この場合には、ＥＶ走行で１５０ｋｍ走行した後にガスタービンを起動することにより、走行制限を受けることなく、車両を走行させることができる。このとき、実は、１５０ｋｍ走行できるのではなく、１５ｋＷｈのバッテリ電力を消費してから起動することで、航続５００ｋｍのＥＶ車（以下「ｐｕｒｅＥＶ車」という）と同等の走行性能を示すものである。

たとえば、航続５００ｋｍのｐｕｒｅＥＶ車では、バッテリの使用可能なエネルギが５０ｋＷｈであることから、１４ｋＷで走行する場合、下記（１）式から分かるように、３．５７時間の走行が可能となる。

５０ｋＷｈ／１４ｋＷ＝３．５７ｈ・・・（１）

一方、ガスタービン１０を搭載したハイブリッド車両では、まず、ＥＶ走行によって、バッテリ２のエネルギのうち１５ｋＷｈを使用して１５０ｋｍ走行し、その後ガスタービン１０を起動して走行する。この場合の走行時間は、下記（２）式から分かるように、ＥＶ走行で１．０７時間、下記（３）式から分かるように、ガスタービン１０を起動した後に２．５時間となる。よって、走行可能時間は３．５７時間となり、航続５００ｋｍのｐｕｒｅＥＶ車と同等となる。

１５ｋＷｈ／１４ｋＷ＝１．０７ｈ・・・（２）

（２５−１５）ｋＷｈ／（１４−１０）ｋＷ＝２．５０ｈ・・・（３）

このとき、平均要求出力が１０ｋＷを超え２０ｋＷ未満の場合に、平均要求出力Ｄを用いてガスタービン始動までのＥＶ走行距離Ｌを一般式で示すと、下記（４）式のようになる。

Ｌ＝−２５Ｄ＋５００・・・（４）

他方、平均要求出力が２０ｋＷを超えると、ハイブリッド車両が走行を開始した直後からガスタービン１０を起動したとしても、走行制限を受けることとなる。たとえば、平均要求出力が２５ｋＷである場合、ＰｕｒｅＥＶ車では、下記（５）式より、２時間走行可能であることが分かる。

５０ｋＷｈ／２５ｋＷ＝２．００ｈ・・・（５）

一方、ガスタービン１０を搭載したハイブリッド車両では、走行開始直後からガスタービン１０を起動したとしても、２５ｋＷで走行できる時間は、下記（６）式より１．６７時間となる。したがって、その後は走行制限を受けることとなる。

２５ｋＷｈ／（２５−１０）ｋＷ＝１．６７ｈ・・・（６）

ここで、走行制限を受けないようにするためには、ガスタービン１０として、出力するエネルギが大きくなるものを用いることもできる。たとえば、平均要求出力が３１ｋＷである場合、１５．５ｋＷのガスタービンを搭載することにより、図５に示すように、航続５００ｋｍのＰｕｒｅＥＶ車と同等の性能を得ることもできる。ただし、この場合には、ガスタービンが大型化してしまうこととなるので、ガスタービンの小型化を重視する場合には、走行制限を受けることを許容する態様とすることもできる。

このように、平均要求出力とガスタービン始動までのＥＶ走行距離との関係により、ＰｕｒｅＥＶ車と同等の航続距離を得ることができる。このため、ガスタービン１０を有効的に駆動することにより、ハイブリッド車両の効率的な走行を行うことができることとなる。

かかる前提の下、本実施形態に係る起電力装置１における起動制御装置３０の処理手順について説明する。図６は、起動制御装置の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すように、起動制御装置３０では、まず、バッテリ電圧計２１から供給されるバッテリ電圧、バッテリ電流計２２から供給されるバッテリ電流、およびバッテリ温度計２３から供給されるバッテリ温度を取得する（Ｓ１）。

次に、バッテリ平均出力計算部３１において、手動計算期間設定ダイヤル４１によって設定された手動計算期間を取得する（Ｓ２）。続いて、バッテリ平均出力計算部３１において、バッテリ平均出力を算出する（Ｓ３）。バッテリ平均出力を算出するにあたり、バッテリ平均出力計算部３１では、バッテリ電流およびバッテリ電圧からバッテリ出力を算出し、設定された手動計算期間の間のバッテリ出力の平均値をバッテリ出力平均として算出する。バッテリ出力平均は、力行と回生を含めて計算される。

手動設定時間としては、たとえば、キーオンして走行開始した時点から現在までとしたり、現在から所定の一定時間前までとしたりすることができる。図７（ｂ）に示すようにバッテリ出力が変化したとする。ここで、設定された手動計算期間が、キーオンして走行開始した時点から現在までである場合には、第１計算期間Ｐ１の間におけるバッテリ出力の平均値をバッテリ出力平均として算出する。また、設定された手動計算期間が現在から数時間前までのである場合には、第２計算期間Ｐ２におけるバッテリ出力の平均値をバッテリ出力平均として算出する。

こうして、バッテリ出力平均を算出したら、ＳＯＣ計算部３２において、バッテリ２のＳＯＣを算出する（Ｓ４）。バッテリ２のＳＯＣは、バッテリ電圧計２１、バッテリ電流計２２、およびバッテリ温度計２３から送信されるバッテリ電圧、バッテリ電流、およびバッテリ温度に基づいて算出される。バッテリ２のＳＯＣは、ハイブリッド車両の走行やモータ４による回生により、たとえば図７（ａ）に示すように、微少に増減を繰り返しながら、全体として徐々に減少していく。

バッテリ２のＳＯＣを算出したら、ガスタービン１０の起動タイミングの設定を行う（Ｓ５）。ガスタービン１０の起動タイミングの設定を行う際には、図３に示す起動タイミング設定マップにＳ３で算出されたバッテリ平均出力およびステップＳ４で算出されたＳＯＣを参照する。そして、起動タイミングとなっているか否かを判断する（Ｓ６）。起動タイミングとなっているか否かの判断において、バッテリ平均出力（平均要求出力）とＳＯＣとからプロットされる点が、判断基準線Ｊよりも右上側にある場合にガスタービン１０を起動すると判断する。

その結果、起動タイミングとなっている場合には、ＥＣＵ２０に対して起動信号を送信して（Ｓ７）、起動制御装置３０における処理を終了する。起動制御装置３０から起動信号を送信されたＥＣＵ２０では、ガスタービン１０を起動させる。こうして、バッテリ２およびインバータ３に対して電気を供給する。

一方、起動タイミングとなっていない場合には、手動起動スイッチ４２がＯＮとなっているか否かを判断する（Ｓ８）。ここで、手動起動スイッチがＯＮとなっている場合には、ドライバの意図を優先させるため、起動タイミングとなっていないにも係わらず、起動信号をＥＣＵ２０に送信する。こうして、起動制御装置３０における処理を終了する。一方、手動起動スイッチ４２がＯＮとなっていない場合には、そのまま起動制御装置３０における処理を終了する。

このように、本実施形態に係る起電力装置１においては、バッテリ２のＳＯＣ、予め設定される目標ＳＯＣ、ハイブリッド車両の平均要求出力から求められる走行必要電力、およびガスタービン１０の定格である電力に基づいてガスタービン１０の起動タイミングを設定している。このため、バッテリ２のＳＯＣやハイブリッドの走行に必要な電力に応じてガスタービン１０の起動によるバッテリ２に対する充電開始タイミングが決定される。したがって、ハイブリッド自動車などに搭載することにより、ガスタービン１０を有効的に駆動することにより、効率的な走行を行うことができる。

また、走行必要電力を平均要求出力から求めているので、走行必要電力を容易に求めることができる。さらに、バッテリ平均出力平均要求出力とＳＯＣとからプロットされる点が、判断基準線Ｊよりも右上側にある場合にガスタービン１０を起動する起動タイミングと判断している。このため、起動タイミングを容易に設定することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る起電力装置における起動制御装置のブロック構成図である。図８に示すように、本実施形態に係る起動制御装置３０は、上記第１の実施形態と比較して、バッテリ平均出力計算部３１に代えてバッテリ平均電流計算部３４が設けられている点において主に異なっている。本実施形態に係る起電力装置では、バッテリの出力としてバッテリ電流値を取得している。

バッテリ平均電流計算部３４には、バッテリ電流計２２および手動計算期間設定ダイヤル４１が接続されている。手動計算期間設定ダイヤル４１では、バッテリ平均電流を計算するためのバッテリ電流の計測時間を設定可能とされている。バッテリ平均電流計算部３４では、手動計算期間設定ダイヤル４１によって設定された時間のバッテリ電流計２２から送信されるバッテリ電流を用いてバッテリ平均電流を算出する。バッテリ平均電流計算部３４は、算出したバッテリ平均電流を起動タイミング設定部３３に出力する。

起動タイミング設定部３３では、上記第１の実施形態に係るバッテリ平均出力をバッテリ平均電流に置き換えて、同様の処理を行う。本実施形態において、起動制御装置３０における起動タイミング設定部３３は、図９に示す起動タイミング設定マップを記憶している。図９に示す起動タイミング設定マップは、図３に示す起動タイミング設定マップにおける横軸を平均要求出力からバッテリ平均電流に代えたものである。

また、第１の実施形態と同様、ハイブリッド車両が走行制限を受けないようにするためには、ガスタービン１０として、出力するエネルギが大きくなるものを用いることもできる。たとえば、平均要求出力が３１ｋＷである場合、１５．５ｋＷのガスタービンを搭載することにより、航続５００ｋｍのＰｕｒｅＥＶ車と同等の性能を得ることもできる。

本実施形態に係る起電力装置では、バッテリ平均電流とＳＯＣに基づいて、バッテリの起動タイミングを設定している。本実施形態における起電力装置において、走行必要電力は、バッテリ平均電流に置き代えることができる。したがって、本実施形態では、平均要求出力を走行必要電力としている。

また、本実施形態に係る起動制御装置３０における処理についても、上記第１の実施形態に係る起動制御装置３０について、平均要求出力からバッテリ平均電流と置き換えて、同様の手順で行われる。

このように、本実施形態に係る起電力装置においては、上記第１の実施形態と同様、バッテリ２のＳＯＣ、予め設定される目標ＳＯＣ、ハイブリッド車両の平均要求出力から求められる必要電力、およびガスタービン１０の定格である電力に基づいてガスタービン１０の起動タイミングを取得している。このため、バッテリ２のＳＯＣやハイブリッドの走行に必要な電力に応じてガスタービン１０の起動によるバッテリ２に対する充電開始タイミングが決定される。したがって、ハイブリッド自動車などに搭載することにより、ガスタービン１０を有効的に駆動することにより、効率的な走行を行うことができる。

なお、本実施形態では、バッテリの出力値としてバッテリ出力値を取得しているが、バッテリの出力値としては、電圧値や電力値を取得する態様とすることもできる。

続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る起電力装置における起動制御装置のブロック構成図である。図１０に示すように、本実施形態に係る起電力装置１は、ナビゲーション装置５および起動制御装置５０を備えており、起動制御装置５０には、ナビゲーション装置５が接続されている。

また、起動制御装置５０は、走行道路情報解析部５１、ＳＯＣ計算部５２、将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３、および起動タイミング設定部５４が設けられている。さらに、起動制御装置５０には、上記第１の実施形態と同様、バッテリ電圧計２１、バッテリ電流計２２、およびバッテリ温度計２３、および手動起動スイッチ４２が接続されている。これらの構成については、上記第１の実施形態と同様である。

ナビゲーション装置５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）等によって、自車両の現在位置を測定する装置である。また、ナビゲーション装置５は、地図情報を記憶しているとともに、自車両が走行した後の目的地を設定する目的地設定手段を備えている。ナビゲーション装置５は、目的地が設定されている場合に、現在位置から目的地までの地図情報を起動制御装置５０に送信する。ナビゲーション装置５から送信される地図情報には、現在位置から目的地までの距離、上り坂や下り坂といった道路勾配、カーブの際のカーブＲ、あるいは高速道路か一般道路かといった道路種別などの道路の形状に関する情報が含まれている。

起動制御装置５０における走行道路情報解析部５１は、ナビゲーション装置５から送信される地図情報に基づいて、ハイブリッド車両が目的地まで到達するまでの道路の形状を解析する。走行道路情報解析部５１は、解析した道路の形状に関する道路形状情報を将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３に出力する。

将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３には、走行道路情報解析部５１から出力される道路形状情報のほか、ＳＯＣ計算部５２で算出されたＳＯＣが出力される。将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３は、出力された道路形状情報およびＳＯＣに基づいて、走行計画を生成する。

将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３は、走行道路情報解析部５１から出力された道路形状情報に基づいて将来バッテリ出力を推定する。さらに、将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３は、推定した将来バッテリ出力およびＳＯＣ計算部５２から出力されたＳＯＣに基づいて、ハイブリッド車両の将来ＳＯＣを推定する。

将来バッテリ出力としては、たとえば、図１１（ｂ）示すように、現在位置から目的地までのバッテリ出力の経時変化を推定する。ここで、バッテリ出力がマイナスとなる部分については、モータ４による回生が寄与している。また、ここで設定されるバッテリ出力の経時変化に応じてＳＯＣの減少分を推定することができ、ＳＯＣ計算部５２から出力されるＳＯＣの現在値からこの減少分を差し引いていくことによって、将来ＳＯＣを推定する。将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３は、推定した将来ＳＯＣを起動タイミング設定部５４に出力する。

起動タイミング設定部５４は、将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部５３から出力された将来ＳＯＣに基づいて、ガスタービン１０の起動タイミングを設定する。起動タイミング設定部５４は、ガスタービン１０の起動タイミングを設定する。ここで、たとえば図１１（ｂ）に示すように、バッテリ出力が経時変化する場合のＳＯＣの経時変化を図１１（ａ）に示す。このように、目的地に到達するまでに将来ＳＯＣが最低ＳＯＣとならない場合には、ガスタービン１０を起動させることはない。

また、図１２（ｂ）に示すようにバッテリ出力が経時変化する場合、図１２（ａ）に実線で示すように、ガスタービン１０を起動させることなくハイブリッド車両が目的地に到達するまでに将来ＳＯＣが最低ＳＯＣに到達する場合がある。この場合には、ハイブリッド車両は走行制限を受けてしまうこととなる。ハイブリッド車両が走行制限を受けると、走行性能を十分に発揮することができなくなる。

そこで、たとえば第２タイミングＴ２でガスタービン１０を起動させるとして改めて将来ＳＯＣを算出する。この場合、図１２（ａ）に一点鎖線で示すように、将来ＳＯＣが最低ＳＯＣに到達してしまうこととなる。この場合には、さらに第１タイミングＴ１でガスタービン１０を起動させるとして改めて将来ＳＯＣを算出する。この場合には、この場合、図１２（ａ）に破線で示すように、将来ＳＯＣが最低ＳＯＣに到達することなく、ハイブリッド車両が目的地に到達することとなる。

また、目的地では、たとえば家庭用電源や商用施設における充電設備が設けられていると想定される。この場合、目的地に到達した時点でＳＯＣが最低ＳＯＣとなっていない場合には、バッテリ２に充電されたＳＯＣによる走行の余地を残していることとなり、エネルギの有効活用の面で不利となる。このため、目的地に到達した時点でバッテリ２のＳＯＣが最低ＳＯＣとなるようにガスタービン１０の起動タイミングを設定する。

そして、起動タイミング設定部５４は、ガスタービン１０を起動させるタイミングとなったと判断した場合に、起動信号をＥＣＵ２０に送信する。また、ＳＯＣ計算部５２から出力された現在のＳＯＣが既に最低ＳＯＣ以下となっている場合、あるいは手動起動スイッチ４２がＯＮとなっている場合には、即座に起動信号をＥＣＵ２０に送信する。その他の点については、上記第１の実施形態と同様の構成を有している。

以上の構成を有する本実施形態に係る起電力装置においては、道路形状情報に基づく走行計画に応じて設定される将来ＳＯＣに基づいて、ガスタービン１０の起動タイミングを設定している。このため、このため、バッテリ２のＳＯＣやハイブリッドの走行に必要な電力に応じてガスタービン１０の起動によるバッテリ２に対する充電開始タイミングが決定される。したがって、ハイブリッド自動車などに搭載することにより、ガスタービン１０を有効的に駆動することにより、効率的な走行を行うことができる。

また、本実施形態に係る起電力装置においては、将来ＳＯＣが最低ＳＯＣとならないように、ガスタービン１０の起動タイミングを設定している。このため、ハイブリッド車両の走行性能を十分に発揮させることができる。さらに、本実施形態に係る起電力装置においては、バッテリ２に対する充電設備が設けられた目的地に到達したときにＳＯＣが最低ＳＯＣとなるようにガスタービン１０の起動タイミングを設定している。バッテリ２のエネルギの有効活用を行うことができる。

ここで、ガスタービン１０を起動させない場合との比較を、図１３を参照して説明する。図１３に実線で示すように、ＥＶ走行のみでハイブリッド車両を走行させた場合、時刻Ｔ３でバッテリ２のＳＯＣが最低ＳＯＣとなり、時刻Ｔ４で目的地に到達するとする。この場合、時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４までの平均走行要求動力がガスタービン１０の定格出力より大きい仮定すると、時刻Ｔ３でガスタービン１０を起動したのでは、時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４の間で走行制限を受けることとなる。このように、時刻Ｔ３でガスタービン１０を起動したのでは、走行性能を十分に発揮させることができないことが考えられる。

これに対して、本実施形態に係る起電力装置では、図１３に破線で示すように目的地までの走行計画に基づいてバッテリ出力を計算し、目的地で最低ＳＯＣとなるようにガスタービン１０の起動タイミングを決定している。このため、走行性能を十分に発揮させるとともに、バッテリ２のエネルギの有効活用を行うことができる。ただし、本実施形態においても、時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４までの平均走行要求動力がガスタービン１０の定格出力よりも小さい場合には、ガスタービン１０の起動タイミングは時刻Ｔ３となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、内燃機関としたガスタービン１０を用いているが、レシプロエンジンなどの他の内燃機関を用いることもできる。また、上記実施形態では、手動起動スイッチ４２を設けているが、手動起動スイッチ４２が設けられていない態様とすることもできる。さらに、上記第３の実施形態において、道路計画を生成して将来バッテリ出力および将来ＳＯＣを算出しているが、将来バッテリ出力からバッテリ平均出力算出して、第１の実施形態と同様の手順によってガスタービンの起動タイミングを設定する態様とすることもできる。

本発明は、起電力装置に係り、特に、ハイブリッド車両などに搭載される起電力装置利用することができる。

１…起電力装置、２…バッテリ、３…インバータ４…モータ、５…ナビゲーション装置、１０…ガスタービン、１１…タービン、１１Ａ…回転軸、１２…燃焼器、１３…コンプレッサ、１４…熱交換器、１７…発電機、１８…整流器、２０…ＥＣＵ、２１…バッテリ電圧計、２２…バッテリ電流計、２３…バッテリ温度計、３０，５０…起動制御装置、３１…バッテリ平均出力計算部、３２，５２…ＳＯＣ計算部、３３，５４…起動タイミング設定部、３４…バッテリ平均電流計算部、４１…手動計算期間設定ダイヤル、４２…手動起動スイッチ、５１…走行道路情報解析部、５３…将来バッテリ出力・ＳＯＣ推定部、Ｊ…判断基準線、Ｐ１…第１計算期間、Ｐ２…第２計算期間、Ｔ１…第１タイミング、Ｔ２…第２タイミング。

Claims

内燃機関と、前記内燃機関の駆動により電気を発電する発電機と、前記発電機により発電された電気が供給される二次電池と、前記二次電池から供給される電気によって車輪を回転させる電動機と、を備える車両に設けられ、前記内燃機関の起動を制御する制御装置であって、
前記車両の目的地を取得する目的地取得手段と、
前記二次電池のＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段と、
前記二次電池に充電された電気を用いた走行を行う際に、走行制限を受けることなく走行することができる前記二次電池のＳＯＣの最低量である目標ＳＯＣを取得する目標ＳＯＣ取得手段と、
前記車両走行に必要となる電力である必要電力を取得する走行必要電力取得手段と、
前記内燃機関の起動タイミングを決定する起動タイミング決定手段と、を備え、
前記起動タイミング決定手段は、前記ＳＯＣ取得手段で取得された二次電池のＳＯＣ、前記目標ＳＯＣ取得手段で取得された目標ＳＯＣ、前記走行必要電力取得手段で取得された必要電力、および前記内燃機関の駆動による定格出力に基づいて、前記目的地に到達したときに前記二次電池のＳＯＣが前記目標ＳＯＣとなるように、前記起動タイミングを決定することを特徴とする制御装置。
前記車両の平均要求出力を取得する平均要求出力取得手段をさらに備え、
前記走行必要電力取得手段は、前記車両の平均要求出力に基づいて、走行必要電力を取得する請求項１に記載の制御装置。
前記起動タイミング決定手段は、起動タイミング設定マップを記憶しており、該起動タイミング設定マップには、前記目標ＳＯＣおよび前記定格出力に基づいて、前記平均要求出力および前記ＳＯＣの関係についての前記内燃機関の起動の判断基準線が設定されており、
前記起動タイミング決定手段は、前記平均要求出力および前記ＳＯＣの関係が前記判断基準線を下回ったときに、前記起動タイミングと決定する請求項２に記載の制御装置。
前記二次電池の平均出力である二次電池平均出力値を取得する二次電池平均出力取得手段をさらに備え、
前記走行必要電力取得手段は、前記二次電池平均出力に基づいて走行必要電力を取得する請求項１に記載の制御装置。
前記起動タイミング決定手段は、起動タイミング設定マップを記憶しており、該起動タイミング設定マップには、前記目標ＳＯＣおよび前記定格出力に基づいて、前記二次電池平均出力および前記ＳＯＣの関係についての前記内燃機関の起動の判断基準線が設定されており、
前記起動タイミング決定手段は、前記二次電池平均出力および前記ＳＯＣの関係が前記判断基準線を下回ったときに、前記起動タイミングと決定する請求項４に記載の制御装置。
前記二次電池平均出力は、前記二次電池から出力される電流の電流値である請求項４または請求項５に記載の制御装置。
前記目的地に到達するまでの道路情報を取得する道路情報取得手段をさらに備え、
前記起動タイミング決定手段は、前記道路情報取得手段が取得した道路情報に応じて、前記起動タイミングを調整する請求項１に記載の制御装置。
前記道路情報取得手段が取得した道路情報および前記二次電池のＳＯＣに基づいて、前記目的地に到達するまでの走行計画を生成すると共に、該走行計画に基づいて将来ＳＯＣを推定し、
前記起動タイミング決定手段は、前記将来ＳＯＣに基づいて、前記起動タイミングを設定する請求項７に記載の制御装置。
前記車両には、手動起動スイッチが設けられており、
前記起動タイミング決定手段は、前記手動起動スイッチがＯＮとされたときには、前記起動タイミングでない場合であっても前記内燃機関を起動させる請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の制御装置。
請求項１〜請求項９のうちのいずれか１項に記載された制御装置と、
前記内燃機関と、
前記発電機と、
前記二次電池と、
前記電動機と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両。