JP6768813B2 - 車両 - Google Patents
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Description
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動システムにおける概念的な構成を示すブロック図である。本実施形態の車両は、内燃機関及び主回路バッテリーにより駆動されるモータを動力源とし、サンギアを含む遊星ギア機構の動力分割結合機構を備えるハイブリッド車両である。
この動力結合機構14により結合された機械エネルギーは、車軸5を介してホイール6を回転させる。尚、以下の説明において、機械エネルギー及び電気エネルギーは、区分の必要が無い場合には、動力又はパワーと称して説明する。
トルク指令演算部27は、バッテリー温度制御部28を含み、前述したバッテリー温度、SOC推定値、バッテリー出力検出値及び、補機消費電力検出値の他に、モータ回転数、発電機回転数、内燃機関最大出力超過値、車両要求トルク及び補機消費電力検出値が入力され、後述する演算処理により、発電機トルク指令、モータトルク指令及び発電機トルク指令補正値を演算出力する。
図7は、バッテリー最大放電電力マップの一例を示す図である。バッテリー温度(−30℃〜+50℃)とバッテリーSOC(10%〜100%)の関係に対して、主回路バッテリー15の最大放電電力(Pbat_max_XX、XX:11〜A9)が設定されている。図7における最大放電電力の設定は、バッテリー温度−30℃から+40℃に向かい、電力値が大きくなり、且つバッテリーSOCが10%から100%に向かい電力値が大きくなるように設定される。つまり、電力値の設定例としては、バッテリー温度においては、Pbat_max_59<Pbat_max_52(SOC50%)となり、バッテリーSOCにおいては、Pbat_max_14<Pbat_max_A4(20℃)の関係となる。
図8は、主回路バッテリー15の昇温特性(℃)に対するバッテリーSOC(%)の上限値と下限値の一例を示している。後述する手法により時間経過と共に主回路バッテリー15が−20℃〜30℃に昇温した際のバッテリーSOC(%)の上限値と下限値の変化を時系列的に示している。図9は、図8の特性において、任意のバッテリー温度に対する主回路バッテリー15のSOC下限値とSOC上限値による使用可能な範囲を数値的に示すSOC使用可能範囲マップである。この例では、バッテリーSOCの範囲が主回路バッテリー15の昇温と共に、SOC下限値が下がり、SOC上限値が上がることから、SOCの範囲が昇温と共に広がる傾向が読み取れる。
まず、除算部61は、リミッタ部24から出力された補正された燃料機関出力要求を、内燃機関2から出力された内燃機関回転数で除算して、内燃機関トルク要求として算出する。次に、乗算部62は、この内燃機関トルク要求に対して、−Gs/(Gr+Gs)の比を乗算して発電機トルク指令1を算出する。ここで、Gs:サンギアのギア数、Gr:リングギアのギア数とする。
まず、駆動システム1の起動に際して、主回路バッテリー15の温度検出を行い、昇温が必要な温度か否かを判断し、昇温が必要と判断した場合には、主回路バッテリー15に対して、後述する放電電圧及び充電電圧による放電及び充電を繰り返し行い、主回路バッテリー15の温度上昇又は抑制して好適な温度に制御する。主回路バッテリー15の昇温作業が必要となる温度は、一例として、次のように決定する。
また、可能な限り早く昇温したい場合は、急速昇温要求信号を発して、バッテリー温度における最大充電電力と最大放電電力の和が最大となるSOCを目標値に設定し、そのSOC目標値を中心として、前述したΔSOCとなる1%の固定値を増減した微小なSOC範囲で、最大充電電力と最大放電電力を繰り返してもよい。さらに、バッテリー温度とSOC推定値より、前述した図3及び図7に示したバッテリー最大放電電力マップ51とバッテリー最大充電電力マップ52を用いて、主回路バッテリー15の最大放電電力と、最大充電電力を決定する。
第2の実施形態は、前述した第1の実施形態と同等の構成であり、同じ参照符号を用いて説明する。
本実施形態においては、駆動システム1は、主回路バッテリー15を所望のバッテリー出力が出力可能となるまで昇温させて、内燃機関効率が優先するように制御する。このとき、車両要求出力(トルク要求・解除指令)と内燃機関出力の差は、主回路バッテリー15が補完する。しかし、外気温や主回路バッテリー15の冷却性能、バッテリー出力パターンによっては、バッテリー温度が徐々に上がり、保護温度まで到達する可能性がある。これを防ぐため、バッテリー温度が設定温度よりも高温時には、バッテリー出力を制限する。この設定温度は、システムの設計時に適宜、決定される値であり、例えば、40℃に設定される。
Claims (4)
- 機械エネルギーを出力する内燃機関と、
サンギア及びリングギアを含むギア機構を備え、前記機械エネルギーを分割して出力する動力分割機構と、
前記機械エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の動作を制御するコンバータと、
前記コンバータと直流リンクを介して電気的に接続されるインバータと、
前記直流リンクに電気的に接続した少なくとも1つの主回路バッテリーと、
前記インバータから供給された電気エネルギーにより駆動されるモータと、
前記モータの回転軸と機械的に接続され、該モータが発生した機械エネルギーと前記動力分割機構から分割され伝達部材を介して伝達された機械エネルギーとを結合する動力結合機構と、
前記動力結合機構により結合された機械エネルギーにより駆動される車軸と、
前記主回路バッテリーの温度を制御する制御部と、
を含む駆動システムを具備し、
前記制御部は、
予め設定された、前記主回路バッテリーから検出されたバッテリー温度とバッテリーSOC(State Of Charge)推定値とに対応して定義されたバッテリー最大放電電力及びバッテリー最大充電電力のそれぞれの電力マップと、
予め設定された、前記主回路バッテリーのバッテリー温度に対応して定義されたSOC上限値とSOC下限値を有するSOC使用可能範囲マップと、
検出されたバッテリー温度から前記SOC使用可能範囲マップを用いて設定されたSOC上限値及びSOC下限値に対して、前記バッテリーSOC推定値が前記SOC上限値以上の場合は、バッテリー放電指令を出し、前記バッテリーSOC推定値が前記SOC下限値以下の場合は、バッテリー充電指令を出す充放電指令部と、
前記バッテリー放電指令が出された場合は、前記電力マップから選択された前記バッテリー最大放電電力を昇温時のバッテリー出力目標値に設定し、前記バッテリー充電指令が出された場合は、前記電力マップから前記バッテリー最大充電電力を昇温時のバッテリー出力目標値に設定するバッテリー出力目標設定部と、
前記昇温時のバッテリー出力目標値と、前記主回路バッテリーから検出されたバッテリー出力検出値との差から、昇温時のバッテリー出力補正値を算出するバッテリー出力補正部と、
前記バッテリー出力補正値にPI制御を行い、発電機トルクを補正するための直流リンクパワー補正値を演算するPI制御部と、
前記直流リンクパワー補正値と前記動力分割機構の前記サンギアのギア数及び前記リングギアのギア数と、前記モータ及び発電機の回転数にて発電機トルク補正値を演算するトルク補正部と、
前記発電機トルク補正値と、前記サンギアのギア数及び前記リングギアのギア数と、前記モータ及び発電機の回転数にて内燃機関出力を補正する内燃機関出力補正部と、
を備え、
前記制御部は、
前記SOC上限値及び前記SOC下限値と前記バッテリー最大放電電力及び前記バッテリー最大充電電力を決定する際に、前記駆動システム内で検出される最低温度を判断基準として、入力するバッテリー温度が前記判断基準よりも低温時は、車両内の最低バッテリー温度を使用し、前記バッテリー温度が前記判断基準よりも高温時は、前記車両内の最高バッテリー温度を使用することで、前記駆動システム内で複数の前記主回路バッテリーが設置された際に、冷却条件の違いによるバッテリー温度のばらつきによる、保護温度までの到達、又は保護電圧までの到達を防止することで前記駆動システムの停止を防止し、車両要求トルクを満たしつつ、前記主回路バッテリーの出力を目標値に制御して、前記主回路バッテリーを昇温する、車両。 - 前記制御部は、さらに、
検出されたバッテリー温度より、バッテリー最大放電電力とバッテリー最大充電電力の和が最大となるSOCを目標値に決定し、該目標値を中心として微小な固定値を増減した範囲を設定して、前記バッテリー最大放電電力にて放電及び、前記バッテリー最大充電電力の充電を繰り返し行い、
車両要求トルクを満たしつつ、前記主回路バッテリーの出力を前記目標値に制御して、前記主回路バッテリーを昇温する、請求項1に記載の車両。 - 前記制御部は、
前記主回路バッテリーが設定温度よりも高温時に、
前記バッテリー出力検出値から前記バッテリー最大放電電力及び前記バッテリー最大充電電力に基づき範囲制限を受けたバッテリー出力制限値を減算して温度上昇抑制時のバッテリー出力補正値を求め、該バッテリー出力補正値に前記PI制御を行い、前記直流リンクパワー補正値を演算し、
前記直流リンクパワー補正値と前記サンギアのギア数及び前記リングギアのギア数と、前記モータの回転数及び発電機の回転数と、から発電機トルク補正値を演算し、
前記発電機トルク補正値と前記サンギアのギア数及び前記リングギアのギア数と、前記モータ及び発電機の回転数にて内燃機関出力を補正することで、
車両要求トルクを満たしつつ、前記主回路バッテリーの出力を目標値に制御して、主回路バッテリーの温度上昇を抑制する、請求項1に記載の車両。 - 前記制御部は、
トルク要求及びモータ回転数から算出したシステムパワー要求より内燃機関出力要求を決定し、内燃機関出力補正値を加算した値が、前記内燃機関の最大出力を超過した場合、内燃機関最大出力超過値を前記バッテリー出力補正値に加算することで、前記PI制御の飽和を防止する、請求項1に記載の車両。
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