JP5928683B2 - 電気自動車の電力供給制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気自動車の電力供給制御装置に係り、特にレンジエクステンデッド型電気自動車（プラグイン式シリーズ型ハイブリッド車）の運転モード制御を行う電気自動車の電力供給制御装置に関する。

レンジエクステンデッド型電気自動車では、外部から蓄電池に充電した電力で走行する「ＥＶモード」と、車載した内燃機関型エンジン（以下「エンジン」という）と発電モータである発電機とにより発電した電力を使い、蓄電池の蓄電池残量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定の制御目標値（ＳＯＣ−ＨＥＶ）に制御しながら走行する「ＨＥＶモード」との、２種類の運転モードに大別される。
さらに、この「ＨＥＶモード」は、車速が零（０）若しくは低車速のときに、エンジンを停止するアイドルストップ付き「ＨＥＶモード１」と、ＳＯＣが目標範囲よりも低くなり、規定値（ＳＯＣ−Ｈ１２）を下回った場合に、制御目標値（ＳＯＣ−ＨＥＶ）を回復するまでアイドルストップをせず、エンジンを運転し続ける「ＨＥＶモード２」とに分けられる。

図８において、ＳＯＣ−ＨＥＶは、ＨＥＶモード１で維持する蓄電池残量値である。ＳＯＣ−ＨＥは、ＨＥＶモード１からＥＶモードに変わる蓄電池残量値である。ＳＯＣ−ＥＨ１は、ＥＶモードからＨＥＶモード１に変わる蓄電池残量値である。ＳＯＣ−Ｈ２１は、ＨＥＶモード２からＨＥＶモード１に変わる蓄電池残量値である。ＳＯＣ−Ｈ１２は、ＨＥＶモード１からＨＥＶモード２に変わる蓄電池残量値である。
そして、説明を簡単にするため、ＳＯＣ−ＨＥＶとＳＯＣ−ＥＨ１とＳＯＣ−Ｈ２１とは、同じ値とする。
このような状態において、ＨＥＶモード１では、ＳＯＣ−ＨＥＶを中心にＳＯＣを維持する。
また、図９には、十分に高い充電量から車両を走行した場合のＳＯＣの変化例を示す。
図９に示すように、ＥＶモードでは、蓄電池の電力を消費しながら走行する（発電機からの回生はある）。そして、ＳＯＣ−ＨＥＶでＨＥＶモード１となり、そのＳＯＣを維持する。しかしながら、ＳＯＣ−Ｈ１２以下になると、ＨＥＶモード２となり、エンジンの発電が継続する。その後、ＳＯＣ−ＨＥＶになると、ＨＥＶモード１に変わる。
上記の内容に関連する先行技術としては、以下の特許文献１がある。

特許第３７３６４３７号

特許文献１に係るハイブリッド車用空調装置は、バッテリの充電残量（ＳＯＣ）が充電開始目標値以下になると、走行用エンジンにより電動発電手段を駆動してバッテリに充電を行うようにしたハイブリッド車両において、走行中における走行用エンジンの運転中は、走行中におけるエンジン停止中よりもバッテリの充電開始目標値を高く設定することで早めにバッテリの充電を開始するものである。
これにより、エンジン運転中にバッテリ充電要となりやすく、一方で、エンジン停止中は充電要となり難く、バッテリの充電のためだけにエンジン運転が開始される頻度を低減でき、燃費の向上や環境破壊物質排出量の低減を図るものである。

ところが、上記の特許文献１では、走行用エンジンの運転中である場合に有用であるが、レンジエクステンデッド型電気自動車（プラグイン式シリーズ型ハイブリッド車）では、問題が生ずる場合がある。
ＨＥＶモード１、ＨＥＶモード２における、発電用のエンジンの停止／作動を、図１０に示す。この図１０において、Ｖｓｔは、ＨＥＶモード１でエンジン始動開始車速である。
つまり、レンジエクステンデッド型電気自動車には、車速に応じてエンジンの始動／停止を制御しているものがある。ＨＥＶモード１において、エンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）未満の速度で車両が走行を続けている場合は、エンジンの始動がなされず、この場合、さらに走行用動力源として使用するＳＯＣが減って、蓄電池の充電のために、常時エンジンが作動し続けるＨＥＶモード２に移行してしまう。
ＨＥＶモード２では、車両停止中（Ｖ＝０）、低速走行中（０＜Ｖ＜Ｖｓｔ）である場合、風きり音やロードノイズ等の発生がなく、又は、少ない状況下であっても、蓄電池の充電のために、エンジンが作動することになる。すると、エンジンの作動音が際立って乗員に届くことになり、乗員がエンジンの作動音を騒音として不快に感じやすくなる。
特に、上記の低速走行中（０＜Ｖ＜Ｖｓｔ）における車両加速中では、必要な電力が大きいことから、車両の加速に伴ってエンジン回転数も大きくなり、車両運転時の快適性が損なわれる。例えば、中高速走行中（Ｖｓｔ≦Ｖ）では、ＨＥＶモード１、ＨＥＶモード２が、共に、必要な電力をエンジン発電するため、差異が小さい。また、車速の増大により外部からの風切り音やロードノイズが増えるため、エンジン騒音は相対的に気にならない傾向がある。
以上のように、ＨＥＶモード２は、ＨＥＶモード１に比べ、車両停止及び低速（加速）時に、静粛性ひいては商品性が劣るモードといえる。そのためには、ＨＥＶモード１を継続できることが望ましいものである。

そこで、この発明の目的は、所定の車速以上の場合に、エンジンを作動させて蓄電池の充電を行う走行モードの持続を図り、車速に関わらず、常に、エンジンが作動する走行モードヘの移行を抑制して車内の快適性を確保する電気自動車の電力供給制御装置を提供することにある。

この発明は、発電機を駆動するエンジンと、前記発電機から出力される電気エネルギを蓄え且つ車両の駆動源に電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池の蓄電池残量であるＳＯＣの検出を行うＳＯＣ検出手段と、車速の検出を行う車速検出手段と、前記エンジンの始動又は停止状態を検出するエンジン状態検出手段と、前記エンジンを始動させるエンジン始動手段と、前記蓄電池のＳＯＣが減少して第一ＳＯＣとなった場合に、車速がエンジン始動開始車速未満で前記エンジンを停止させる一方、車速がエンジン始動開始車速以上で前記エンジンを駆動させるＨＥＶモード１と、前記蓄電池のＳＯＣが減少して前記第一ＳＯＣよりも低い第二ＳＯＣとなった場合に常時前記エンジンを駆動させるＨＥＶモード２とを備える制御手段と、を備える電気自動車の電力供給制御装置において、前記制御手段は、エンジン停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間の車速平均値を算出し、エンジン停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間のＳＯＣの減少量から前記蓄電池のＳＯＣの減量分を算出し、前記車速平均値が所定の車速平均値よりも小さいほど、又は前記蓄電池のＳＯＣの減量分が所定量以上で且つその減量分が大きいほど、前記ＨＥＶモード１における前記エンジン始動開始車速を下げることを特徴とする。

この発明の電気自動車の電力供給制御装置は、所定の車速以上の場合に、エンジンを作動させて蓄電池の充電を行う走行モードの持続を図り、車速に関わらず、常に、エンジンが作動する走行モードヘの移行を抑制して車内の快適性を確保することができる。

図１は電力供給制御装置のシステム構成図である。（実施例） 図２は車両の概略平面図である。（実施例） 図３はＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速の制御のフローチャートである。（実施例） 図４はＨＥＶモード１における発電量を増大させる制御のフローチャートである。（実施例） 図５はＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速を示す図である。（実施例） 図６はＨＥＶモード１における発電量の増大を示す図である。（実施例） 図７は発電量の増量分に掛ける係数（ａ）と車速との関係を示す図である。（変形例） 図８は蓄電池残量の変化に伴う、ＥＶモード、ＨＥＶモード１、ＨＥＶモード２の各走行モードへの移行を示す図である。（従来例） 図９は十分に高い充電量から走行したＳＯＣの変化を示すタイムチャートである。（従来例） 図１０はエンジンの停止／作動を示す説明図である。（従来例）

この発明は、所定の車速以上の場合に、エンジンを作動させて蓄電池の充電を行う走行モードの持続を図り、車速に関わらず、常に、エンジンが作動する走行モードヘの移行を抑制して車内の快適性を確保する目的を、車速平均値又はＳＯＣの減量分に応じて、ＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速を変更して実現するものである。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。
図２において、１はレンジエクステンデッド型電気自動車（プラグイン式シリーズ型ハイブリッド車）（以下「車両」という）である。この車両１は、内燃機関型エンジン（以下「エンジン」という）２と、このエンジン２で駆動される発電モータである発電機３と、この発電機３から出力される電気エネルギを電力として蓄え且つ車両１の駆動源に電力を供給する蓄電池４とを備える。発電機３は、電力を発電する発電機能と、蓄電池４の電力を利用して車両１を駆動させる駆動機能とを備える装置であり、車両１の駆動源としても機能するものである。なお、この発電機能と駆動機能とは、発電機３が共に備えるのではなく、異なる複数の機器がそれぞれの機能を備える構成としても良い。
車両１には、電力供給制御装置５が設けられる。
この電力供給制御装置５には、図１に示すように、制御手段（ＥＣＵ）６が設けられているとともに、この制御手段６に連絡して、蓄電池残量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の検出を行うＳＯＣ検出手段７と、車速の検出を行う車速検出手段８と、エンジン２の始動又は停止状態を検出するエンジン状態検出手段９と、所定の車速（０ｋｍ／ｈ）以上でエンジン２を始動させるエンジン始動手段１０と、所定条件の下で発電量を増大させる発電量増大手段１１とが設けられている。
制御手段６は、蓄電池４のＳＯＣが第一ＳＯＣとなった場合に所定の車速（Ｖｓｔ−ｍｉｎ〜Ｖｓｔ０ｋｍ／ｈ）以上でエンジン２を駆動させるＨＥＶモード１と、蓄電池４のＳＯＣが第一ＳＯＣよりも低い第二ＳＯＣとなった場合に、常時、エンジン２を駆動させるＨＥＶモード２とを備える。
また、制御手段６には、車速平均値を算出する車速平均値算出手段１２と、ＳＯＣ変化量を算出するＳＯＣ変化量算出手段１３とが備えられている。
なお、制御手段６には、イグニションスイッチ１４が連絡している。

そして、制御手段６は、車速平均値（Ｖａｖｅ）が所定の車速平均値（Ｖａｖｅ−ｔｈ）よりも小さいほど、又は、ＳＯＣの減量分が所定量以上で且つその減量分が大きいほど、ＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）を下げるように制御、つまり、ＨＥＶモード１を持続させてＨＥＶモード２になりにくくする制御を行う。
このＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）の制御においては、図５に示すように、現在から過去に遡る所定期間における走行履歴により、車速平均値（Ｖａｖｅ）と、ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）を求める。つまり、車速（Ｖ）及びＳＯＣの移り変わりを所定時間ごとに記録しておき、そのフロー処理時から過去に遡る所定時間の間の車速の平均から車速平均値（Ｖａｖｅ）を求め、また、ＳＯＣの移り変わりからＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）を求める。
この図５においては、車速平均値（Ｖａｖｅ）が所定の車速平均値（Ｖａｖｅ−ｔｈ）よりも低いと、通常のエンジン始動開始車速（Ｖｓｔ０：イグニションスイッチ１４のオン後の初期値）よりも低い速度で、エンジン２を始動させる。
また、ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）が所定のＳＯＣ変化量（ΔＳＯＣ−ｔｈ）よりも低いと、つまり、ＳＯＣの減量分が所定値以上に大きいと、通常のエンジン始動開始車速（Ｖｓｔ０）よりも低い車速で、エンジン２を始動させる。
これにより、車速平均値（Ｖａｖｅ）又はＳＯＣの減量分に応じて、ＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）を変更でき、車両１が所定の速度以上の走行状態にある場合に、エンジン２を始動させて蓄電池４の充電を行うＨＥＶモード１をより持続させることができる。よって、常に、エンジン２による発電を実施するＨＥＶモード２に移行する頻度を下げることができるので、車内の快適性を確保することができる。

また、制御手段６は、車速平均値（Ｖａｖｅ）が所定の車速平均値（Ｖａｖｅ−ｔｈ）よりも小さいほど、又は、ＳＯＣの減量分が所定量以上で且つその減量分が大きいほど、ＨＥＶモード１における発電量を増大させるように制御する。
このＨＥＶモード１における発電量を増大させる制御においては、図６に示すように、現在から過去に遡る所定期間における走行履歴により、車速平均値（Ｖａｖｅ）とＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）とを求める。
この図６においては、車速平均値（Ｖａｖｅ）が所定の車速平均値（Ｖａｖｅ−ｔｈ）よりも低いと、通常の発電電力よりも大きい発電を行う。また、発電量は、その時の要求動力、電気負荷によって時時刻刻変化する。発電量の増量分（ΔＧｅｎ）は、それに対する増量した分である。なお、この発電量の増量分（ΔＧｅｎ）のイグニションスイッチ１４のオン後の初期値は、零（０）である。
また、ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）が所定のＳＯＣ変化量（ΔＳＯＣ−ｔｈ）よりも低いと、つまり、ＳＯＣの減量分が所定値以上に大きいと、通常の発電電力よりも大きい発電を行う。
これにより、車速平均値（Ｖａｖｅ）又はＳＯＣの減量分に応じて、ＨＥＶモード１における発電量を変更でき、車両１が所定の速度以上の走行状態にある場合に、エンジン２を始動させて蓄電池４の充電を行うＨＥＶモード１をより持続させることができる。よって、常に、エンジン２による発電を実施するＨＥＶモード２に移行する頻度を下げることができるので、車内の快適性を確保することができる。

更に、制御手段６は、車速平均値（Ｖａｖｅ）をエンジン２が停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間の車速平均値（Ｖａｖｅ）から算出し、また、ＳＯＣの減量分をエンジン２が停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間のＳＯＣの減少量から算出する。
これにより、ＨＥＶモード１においてエンジン２が停止していて、エンジン２の駆動による蓄電池４の充電ができておらず、さらに、蓄電池４の充電が期待できない車両１の走行状態にある場合を判別してＨＥＶモード２への移行を抑制することができる。

また、制御手段６は、エンジン始動後車速が大きいほど発電量を増大させる。
これにより、車速が増大することによって風きり音やロードノイズ等のエンジン作動音以外の音が大きくなることを利用して、乗員にエンジン２の作動音を気にさせることなくエンジン作動量を増大させることができる。従って、早期に蓄電池４を充電させることができる。

次に、ＨＥＶモード１におけるエンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）の制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
図３に示すように、プログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、ＨＥＶモード１且つエンジン停止か否かを判断し（ステップＡ０２）、このステップＡ０２がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、車速平均値（Ｖａｖｅ）とＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）とを算出し（ステップＡ０３）、Ｖａｖｅ＜Ｖａｖｅ−ｔｈ、又はΔＳＯＣ＜ΔＳＯＣ−ｔｈか否かを判断する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、ＶｓｔをＶｓｔ−ｍｉｎからＶｓｔ０の間でエンジン始動開始車速を設定する（ステップＡ０５）。この時、ＶａｖｅがＶａｖｅ−ｔｈよりも小さいほど、又はΔＳＯＣがΔＳＯＣ−ｔｈよりも小さいほど、ＶｓｔがＶｓｔ−ｍｉｎに近づくように設定される。そして、Ｖ＞Ｖｓｔか否かを判断し（ステップＡ０６）、このステップＡ０６がＮＯの場合には、前記ステップＡ０３に戻る。
一方、前記ステップＡ０４がＮＯの場合には、Ｖｓｔ０をエンジン始動開始車速に設定し（ステップＡ０７）、そして、Ｖ＞Ｖｓｔ０か否かを判断し（ステップＡ０８）、このステップＡ０８がＮＯの場合には、前記ステップＡ０３に戻る。
このステップＡ０８がＹＥＳの場合、又は、前記ステップＡ０６がＹＥＳの場合には、エンジン２を始動し（ステップＡ０９）、プログラムをエンドとする（ステップＡ１０）。

次いで、ＨＥＶモード１における発電量を増大させる制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
図４に示すように、プログラムがスタートすると（ステップＢ０１）、ＨＥＶモード１且つエンジン始動か否かを判断し（ステップＢ０２）、このステップＢ０２がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＢ０２がＹＥＳの場合には、車速平均値（Ｖａｖｅ）とＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）とを算出し（ステップＢ０３）、Ｖａｖｅ＜Ｖａｖｅ−ｔｈ、又はΔＳＯＣ＜ΔＳＯＣ−ｔｈか否かを判断する（ステップＢ０４）。
このステップＢ０４がＹＥＳの場合には、所定の増量分（ΔＧｅｎ）で発電量を増大させる（ステップＢ０５）。
一方、このステップＢ０４がＮＯの場合には、通常の発電制御で、発電量の増大を行わない（ステップＢ０６）。
このステップＢ０６の処理後、又は、前記ステップＢ０５の処理後は、ＳＯＣが所定値以上か否かを判断する（ステップＢ０７）。なお、この所定値とは、例えば、図８のＳＯＣ−ＨＥＶに相当する。このステップＢ０７がＮＯの場合には、前記ステップＢ０３に戻る。
このステップＢ０７がＹＥＳの場合には、エンジン２を停止し（ステップＢ０８）、プログラムをエンドとする（ステップＢ０９）。

なお、この発明においては、以下のように、種々応用改変が可能である。
例えば、エンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）と発電量の増量分（ΔＧｅｎ）とを、同時に制御することも可能である。
また、モード１の持続制御を、運転者が選択／非選択するスイッチを設け、その設定により制御の実施／非実施を行わせることも可能である。
更に、発電量の増量分（ΔＧｅｎ）は、車速平均値（Ｖａｖｅ）又はＳＯＣに依存する関数で、車速に関係なく決められる。ただし、車速が低く（必要発電量が低い）、発電量の増量分（ΔＧｅｎ）が大きいと、エンジン回転数の増加分がわかりやすく、乗員の快音性が低下する。そのため、図７に示すように、車速（Ｖ）に応じた係数（ａ）を発電量の増量分（ΔＧｅｎ）に掛けることも可能である。
更にまた、増量分（ΔＧｅｎ）を使った制御は、ＨＥＶモード２での発電量増量分にも応用可能である。
また、所定のＳＯＣ（絶対値）以上の場合、ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）の制御に基づいて、エンジン始動開始車速（Ｖｓｔ）の制御や、発電量の増量分（ΔＧｅｎ）の制御を実施しない構成としても良い。

この発明に係る電力供給制御装置を、各種車両に適用可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ 発電機
４ 蓄電池
５ 電力供給制御装置
６ 制御手段
７ ＳＯＣ検出手段
８ 車速検出手段
９ エンジン状態検出手段
１０ エンジン始動手段
１１ 発電量増大手段
１２ 車速平均値算出手段
１３ ＳＯＣ変化量算出手段
１４ イグニションスイッチ

Claims (3)

1. 発電機を駆動するエンジンと、
   前記発電機から出力される電気エネルギを蓄え且つ車両の駆動源に電力を供給する蓄電池と、
   前記蓄電池の蓄電池残量であるＳＯＣの検出を行うＳＯＣ検出手段と、
   車速の検出を行う車速検出手段と、
   前記エンジンの始動又は停止状態を検出するエンジン状態検出手段と、
   前記エンジンを始動させるエンジン始動手段と、
   前記蓄電池のＳＯＣが減少して第一ＳＯＣとなった場合に、車速がエンジン始動開始車速未満で前記エンジンを停止させる一方、車速がエンジン始動開始車速以上で前記エンジンを駆動させるＨＥＶモード１と、前記蓄電池のＳＯＣが減少して前記第一ＳＯＣよりも低い第二ＳＯＣとなった場合に常時前記エンジンを駆動させるＨＥＶモード２とを備える制御手段と、を備える電気自動車の電力供給制御装置において、
   前記制御手段は、
   エンジン停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間の車速平均値を算出し、エンジン停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間のＳＯＣの減少量から前記蓄電池のＳＯＣの減量分を算出し、
   前記車速平均値が所定の車速平均値よりも小さいほど、又は前記蓄電池のＳＯＣの減量分が所定量以上で且つその減量分が大きいほど、前記ＨＥＶモード１における前記エンジン始動開始車速を下げることを特徴とする電気自動車の電力供給制御装置。
2. 発電機を駆動するエンジンと、
   前記発電機から出力される電気エネルギを蓄え且つ車両の駆動源に電力を供給する蓄電池と、
   前記蓄電池の蓄電池残量であるＳＯＣの検出を行うＳＯＣ検出手段と、
   車速の検出を行う車速検出手段と、
   前記エンジンの始動又は停止状態を検出するエンジン状態検出手段と、
   前記エンジンを始動させるエンジン始動手段と、
   前記蓄電池のＳＯＣが減少して第一ＳＯＣとなった場合に、車速がエンジン始動開始車速未満で前記エンジンを停止させる一方、車速がエンジン始動開始車速以上で前記エンジンを駆動させるＨＥＶモード１と、前記蓄電池のＳＯＣが減少して前記第一ＳＯＣよりも低い第二ＳＯＣとなった場合に常時前記エンジンを駆動させるＨＥＶモード２とを備える制御手段と、を備える電気自動車の電力供給制御装置において、
   前記制御手段は、
   エンジン停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間の車速平均値を算出し、エンジン停止状態にあると検出された時点から過去に遡る所定期間のＳＯＣの減少量から前記蓄電池のＳＯＣの減量分を算出し、
   前記車速平均値が所定の車速平均値よりも小さいほど、又は前記蓄電池のＳＯＣの減量分が所定量以上で且つその減量分が大きいほど、前記ＨＥＶモード１における発電量を増大させることを特徴とする電気自動車の電力供給制御装置。
3. 前記制御手段は、エンジン始動後車速が大きいほど、発電量を増大させることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車の電力供給制御装置。
   

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