JPWO2012111087A1 - 電動車両およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
電動車両は、電動機と、内燃機関と、電動機との間で電力を入出力するように構成された蓄電装置と、内燃機関の出力を用いた発電によって蓄電装置の充電電力を発生する電力発生機構と、蓄電装置の状態値に基づいて蓄電装置の残容量を推定するための充電状態推定部と、充電状態推定部による残容量推定値に基づいて蓄電装置の充放電を制御するための充放電制御部とを備える。充放電制御部は、残容量推定値が予め定められた下限値よりも低下した場合には、内燃機関を負荷運転状態に制御することにより充電電力を発生させるとともに、所定の充電終了条件が成立したと判定されたときに内燃機関を無負荷運転状態または停止状態に制御するための充電指示部を含む。充電指示部は、蓄電装置の現在の状態における受入れ可能な充電電力が小さくなるほど、蓄電装置の充電時間がより短くなるように、充電終了条件を設定する。
Description
この発明は、電動車両およびその制御方法に関し、より特定的には、内燃機関の出力を用いて車載蓄電装置を充電する機構を備えた電動車両における蓄電装置の充電制御に関する。
従来より、車載蓄電装置からの電力によって車両駆動力を発生可能な電動車両において、内燃機関の出力を用いて車載蓄電装置の充電電力を発生する電力発生機構を備えたものが使用されている。この種の電動車両の一例として、特開2004−003460号公報(特許文献1)には、予め定められた条件に従って、車両の停車中にエンジンを一時的に停止するエコノミーランニングシステムを搭載したハイブリッド自動車が開示される。
特許文献1によれば、車載蓄電装置である二次電池(バッテリ)の温度が予め定められた温度よりも高いとき、あるいはバッテリの充電量が予め定められた充電量よりも低い場合には、車両が停車してもエンジンの一時的な停止を禁止することによりエンジンを停止させない。そして、バッテリの温度が予め定められた温度より高いときには、バッテリへの充電を抑制するように充電電圧値または充電電流値を調整する。これにより、一時的な停止を禁止しないような充電量を維持しつつ、充電によるバッテリ内部の化学反応による反応熱およびバッテリの内部抵抗によるジュール熱の発生によってバッテリの温度が過度に上昇するのを抑制する。
特許文献1では、バッテリの温度が高い場合には、充電によるバッテリの過度の温度上昇を抑制するように、バッテリへの充電電力が制限される。これにより、エンジンの一時的な停止を出来るだけ禁止させないようにしている。
ここで、車載蓄電装置として代表的に使用される二次電池の性能は、温度依存性を有することが知られている。二次電池は、特に低温時に内部抵抗が上昇する温度依存性を有する。このため、高温時に限らず低温時においても、車載蓄電装置への充電電力を制限することが求められる。
その一方で、車載蓄電装置の低温時に車載蓄電装置の充電電力を制限した場合には、車載蓄電装置の充電を行なうためにエンジンを作動させても、一向に車載蓄電装置の充電が進まない虞がある。このような事態となると、車載蓄電装置の充電量が予め定められた充電量に到達するまでに長時間エンジンを作動し続ける必要が生じてしまい、エネルギ効率(燃費)が悪化する可能性がある。また、エンジンが長時間作動し続けることによって、ハイブリッド車両の停車中においては、エンジンの駆動音が運転者に騒音として感知されてしまい、運転者に不快感を与える虞もある。
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の出力を用いて車載蓄電装置の充電電力を発生する電動車両において、車載蓄電装置の受入れ可能な充電電力が制限される場面におけるエネルギ効率の低下を抑制することである。
この発明のある局面に従えば、電動車両は、車両の駆動力を発生するための電力を蓄える蓄電装置と、内燃機関と、内燃機関の出力を用いた発電によって蓄電装置の充電電力を発生するための電力発生機構と、蓄電装置の状態値に基づいて蓄電装置の残容量を推定するための充電状態推定部と、充電状態推定部による残容量推定値に基づいて蓄電装置の充放電を制御するための充放電制御部とを備える。充放電制御部は、残容量推定値が予め定められた下限値よりも低下した場合には、内燃機関を負荷運転状態に制御することにより充電電力を発生させるとともに、所定の充電終了条件が成立したと判定されたときに内燃機関を無負荷運転状態または停止状態に制御するための充電指示部を含む。充電指示部は、蓄電装置の現在の状態における受入れ可能な充電電力が小さくなるほど、蓄電装置の充電時間がより短くなるように、充電終了条件を設定する。
好ましくは、充電指示部は、残容量推定値が充電終了閾値に達したときに充電終了条件が成立したと判定する。充電終了閾値は、蓄電装置の現在の状態における受入れ可能な充電電力が小さくなるほど、小さい値に設定される。
好ましくは、電動車両は、残容量推定値および蓄電装置の温度に少なくとも基づいて、蓄電装置の現在の状態における充電電力上限値を設定するための上限値設定部をさらに備える。充電終了閾値は、充電電力上限値が小さくなるほど、小さい値に設定される。
好ましくは、蓄電装置は、蓄電装置の温度が低くなるほど充電電力上限値が低下する特性を有する。充電指示部は、蓄電装置の温度が所定温度よりも低いという第1の条件が成立すると、充電終了閾値を第1の値から第2の値へ低下させる。
好ましくは、充電指示部は、第1の条件が成立した場合に、電動車両の車速が所定速度よりも低いときには、充電終了閾値を第1の値から第2の値へ低下させる。
好ましくは、充電指示部は、蓄電装置の充電開始から所定時間が経過したときに充電終了条件が成立したと判定する。所定時間は、蓄電装置の現在の状態における充電電力上限値が小さくなるほど、小さい値に設定される。
好ましくは、蓄電装置は、蓄電装置の温度が低くなるほど充電電力上限値が低下する特性を有する。充電指示部は、蓄電装置の温度が所定温度よりも低いという第1の条件が成立すると、所定時間を第1の値から第2の値へ低下させる。
好ましくは、充電指示部は、第1の条件が成立した場合に、電動車両の車速が所定速度よりも低いときには、所定時間を第1の値から前記第2の値へ低下させる。
好ましくは、充電指示部は、予め定められた内燃機関の間欠運転を許可するための間欠運転許可条件が成立していないと判定されたときには、間欠運転許可条件の成立時と比較して、蓄電装置の充電時間がより短くなるように、充電終了条件を変更する。
好ましくは、充電指示部は、残容量推定値が充電終了閾値に達したときに充電終了条件が成立したと判定する。蓄電装置は、蓄電装置の温度が低くなるほど充電電力上限値が低下する特性を有する。充電指示部は、蓄電装置の温度が所定温度よりも低いという第1の条件が成立した場合に、間欠運転許可条件が成立するときには、充電終了閾値を第1の値から第2の値へ低下させる一方で、間欠運転許可条件が成立しないときには、充電終了閾値を第1の値から第2の値よりも小さい第3の値へ低下させる。
好ましくは、充電指示部は、蓄電装置の現在の状態における放電電力上限値が、停止状態の内燃機関を始動するのに必要な消費電力以上となることに少なくとも基づいて、間欠運転許可条件が成立したと判定する。
好ましくは、電力発生機構は、内燃機関の出力を用いた発電によって充電電力を発生するように構成された第1の電動機を含む。電動車両は、蓄電装置から電力の供給を受けて駆動軸に動力を出力可能に構成された第2の電動機と、内燃機関の動力を駆動軸および第1の電動機の回転軸に分割するための動力分割機構とをさらに備える。
好ましくは、電力発生機構は、内燃機関の出力を用いた発電によって充電電力を発生するように構成された発電機を含む。電動車両は、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力を発生するように構成された電動機をさらに備える。
好ましくは、電動車両は、蓄電装置からの電力の供給を受けて車両の駆動力を発生するように構成された電動発電機をさらに備える。電動発電機は、車両の駆動力を発生していない状態で内燃機関の出力を用いて発電する発電機として動作することにより、電力発生機構を構成する。
この発明の他の局面では、電動車両の制御方法であって、電動車両は、車両の駆動力を発生するための電力を蓄える蓄電装置と、内燃機関と、内燃機関の出力を用いた発電によって蓄電装置の充電電力を発生するための電力発生機構とを搭載する。制御方法は、蓄電装置の状態値に基づいて蓄電装置の残容量を推定するステップと、推定するステップによる残容量推定値に基づいて蓄電装置の充放電を制御するステップとを備える。制御するステップは、残容量推定値が予め定められた下限値よりも低下した場合には、内燃機関を負荷運転状態に制御することにより充電電力を発生させるとともに、所定の充電終了条件が成立したと判定されたときに内燃機関を無負荷運転状態または停止状態に制御するステップと、蓄電装置の現在の状態における受入れ可能な充電電力上限値が小さくなるほど、蓄電装置の充電時間がより短くなるように、充電終了条件を設定するステップとを含む。
本発明によれば、内燃機関の出力を用いて車載蓄電装置の充電電力を発生する電動車両において、車載蓄電装置の受入れ可能な充電電力が制限される場面におけるエネルギ効率の低下を抑制することができる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両5の概略構成図である。
図1は、本発明の実施の形態1による電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両5の概略構成図である。
図1を参照して、ハイブリッド車両5は、エンジン(内燃機関)18とモータジェネレータMG1,MG2とを搭載する。さらに、ハイブリッド車両5は、モータジェネレータMG1,MG2に対して電力を入出力可能な蓄電装置10を搭載する。
蓄電装置10は、再放電可能な電力貯蔵要素であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素などの二次電池が適用される。あるいは、電気二重層キャパシタなどの電池以外の電力貯蔵要素によって、蓄電装置10を構成してもよい。図1には、ハイブリッド車両5のうちの蓄電装置10の充放電制御に関連するシステム構成が記載されている。
監視ユニット11は、蓄電装置10に設けられた温度センサ12、電圧センサ13および電流センサ14の出力に基づいて、蓄電装置10の「状態値」を検出する。すなわち、「状態値」は、少なくとも蓄電装置10の温度Tbを含み、必要に応じて、蓄電装置10の電圧Vbおよび/または電流Ibをさらに含む。上述のように、蓄電装置10として代表的には二次電池が用いられるため、蓄電装置10の温度Tb、電圧Vbおよび電流Ibについて、以下では、電池温度Tb、電池電圧Vbおよび電池電流Ibとも称する。また、電池温度Tb、電池電圧Vbおよび電池電流Ibを包括的に「電池データ」とも総称する。
なお、温度センサ12、電圧センサ13および電流センサ14については、蓄電装置10に設けられる温度センサ、電圧センサ、および電流センサのそれぞれを包括的に示すものである。すなわち、実際には、温度センサ12、電圧センサ13および電流センサ14の少なくとも一部については、複数個設けられることが一般的である点について確認的に記載する。
エンジン18、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2は、動力分割機構22を介して機械的に連結される。
図2を参照して、動力分割機構22についてさらに説明する。動力分割機構22は、サンギヤ202と、ピニオンギヤ204と、キャリア206と、リングギヤ208とを含む遊星歯車によって構成される。
ピニオンギヤ204は、サンギヤ202およびリングギヤ208と係合する。キャリア206は、ピニオンギヤ204が自転可能であるように支持する。サンギヤ202はモータジェネレータMG1の回転軸に連結される。キャリア206はエンジン18のクランクシャフトに連結される。リングギヤ208はモータジェネレータMG2の回転軸および減速機95に連結される。
エンジン18、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2が、遊星歯車からなる動力分割機構22を介して連結されることで、エンジン18、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2の回転速度は、図3に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
この結果、ハイブリッド車両5の走行時において、動力分割機構22は、エンジン18の作動によって発生する駆動力を二分割し、その一方をモータジェネレータMG1側へ配分するとともに、残部をモータジェネレータMG2へ配分する。動力分割機構22からモータジェネレータMG1側へ配分された駆動力は、発電動作に用いられる。一方、モータジェネレータMG2側へ配分された駆動力は、モータジェネレータMG2で発生した駆動力と合成されて、駆動輪24Fの駆動に使用される。
このように、ハイブリッド車両5の走行状況に応じて、動力分割機構22を介して上記3者の間で駆動力の分配および結合が行なわれ、その結果として、駆動輪24Fが駆動される。また、ハイブリッド車両5の走行中において、蓄電装置10は、エンジン18の出力を源とした、モータジェネレータMG1の発電電力により充電可能である。すなわち、エンジン18は「内燃機関」に対応し、モータジェネレータMG2は「第2の電動機」に対応する。また、モータジェネレータMG1は、「電力発生機構」および「第1の電動機」に対応する。
再び図1を参照して、ハイブリッド車両5は、電力制御ユニット50をさらに備える。電力制御ユニット50は、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2と、蓄電装置10との間で双方向に電力変換するように構成される。電力制御ユニット50は、コンバータ(CONV)6と、モータジェネレータMG1およびMG2にそれぞれ対応付けられた第1インバータ(INV1)8−1および第2インバータ(INV2)8−2とを含む。
コンバータ(CONV)6は、蓄電装置10と、インバータ8−1,8−2の直流リンク電圧を伝達する正母線MPLとの間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。すなわち、蓄電装置10の入出力電圧と、正母線MPLおよび負母線MNL間の直流電圧とは、双方向に昇圧または降圧される。コンバータ6における昇降圧動作は、制御装置100からのスイッチング指令PWCに従ってそれぞれ制御される。また、正母線MPLおよび負母線MNLの間には、平滑コンデンサCが接続される。そして、正母線MPLおよび負母線MNL間の直流電圧Vhは、電圧センサ16によって検知される。
第1インバータ8−1および第2インバータ8−2は、正母線MPLおよび負母線MNLの直流電力と、モータジェネレータMG1およびMG2に入出力される交流電力との間の双方向の電力変換を実行する。主として、第1インバータ8−1は、制御装置100からのスイッチング指令PWM1に応じて、エンジン18の出力によってモータジェネレータMG1が発生する交流電力を直流電力に変換し、正母線MPLおよび負母線MNLへ供給する。これにより、車両走行中にも、エンジン18の出力によって蓄電装置10を能動的に充電できる。
また、第1インバータ8−1は、エンジン18の始動時には、制御装置100からのスイッチング指令PWM1に応じて、蓄電装置10からの直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータMG1へ供給する。これにより、エンジン18は、モータジェネレータMG1をスタータとして始動することができる。
第2インバータ8−2は、制御装置100からのスイッチング指令PWM2に応じて、正母線MPLおよび負母線MNLを介して供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータMG2へ供給する。これによりモータジェネレータMG2は、ハイブリッド車両5の駆動力を発生する。
一方、ハイブリッド車両5の回生制動時には、モータジェネレータMG2は、駆動輪24Fの減速に伴って交流電力を発電する。このとき、第2インバータ8−2は、制御装置100からのスイッチング指令PWM2に応じて、モータジェネレータMG2が発生する交流電力を直流電力に変換し、正母線MPLおよび負母線MNLへ供給する。これにより、減速時や降坂走行時に蓄電装置10が充電される。
蓄電装置10と電力制御ユニット50との間には、正線PLおよび負線NLに介挿接続されたシステムメインリレー7が設けられる。システムメインリレー7は、制御装置100からのリレー制御信号SEに応答して、オンオフされる。システムメインリレー7は、蓄電装置10の充放電経路を遮断可能な開閉装置の代表例として用いられる。すなわち、任意の形式の開閉装置をシステムメインリレー7に代えて適用することができる。
制御装置100は、代表的には、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリ領域と、入出力インターフェイスとを主体として構成された電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)により構成される。そして、制御装置100は、予めROMなどに格納されたプログラムをCPUがRAMに読出して実行することによって、車両走行および充放電に係る制御を実行する。なお、ECUの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
制御装置100に入力される情報として、図1には、監視ユニット11からの電池データ(電池温度Tb、電池電圧Vbおよび電池電流Ib)や、正母線MPLと負母線MNLとの線間に配置された電圧センサ16からの直流電圧Vhを例示する。図示しないが、モータジェネレータMG1,MG2の各相の電流検出値やモータジェネレータMG1,MG2の回転角検出値についても、制御装置100に入力される。
図4は、本発明の実施の形態1による電動車両における車載蓄電装置の充放電制御を説明する機能ブロック図である。なお、図4を始めとする以下の各ブロック図に記載された各機能ブロックについては、予め設定されたプログラムに従って制御装置100がソフトウェア処理を実行することにより実現することができる。あるいは、制御装置100の内部に、当該機能ブロックに相当する機能を有する回路(ハードウェア)を構成することも可能である。
図4を参照して、状態推定部110は、監視ユニット11からの電池データ(Ib,Vb,Tb)に基づいて、蓄電装置10のSOCを推定する。SOCは、満充電容量に対する現在の残容量を百分率(0〜100%)で示したものである。たとえば、状態推定部110は、蓄電装置10の充放電量の積算値に基づいて蓄電装置10のSOC推定値(♯SOC)を順次演算する。充放電量の積算値は、電池電流Ibおよび電池電圧Vbの積(電力)を時間的に積分することで得られる。あるいは、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)とSOCとの関係に基づいてSOC推定値(♯SOC)を算出してもよい。
状態推定部110によって求められたSOC推定値(♯SOC)は、充放電制御部150へ伝達される。
充放電制御部150は、蓄電装置10の状態に基づいて、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを設定する。また、充放電制御部150は、蓄電装置10の充電要否を判定するとともに、蓄電装置10の充電電力指令値Pchを設定する。充電電力指令値Pchは、蓄電装置10の充電不要時にはPch=0に設定される。一方、充電電力指令値Pchは、蓄電装置10の充電が必要と判定されると、Pch>0に設定される。
充放電制御部150は、さらに、蓄電装置10のSOC推定値(♯SOC)が予め定められた下限値を下回った場合には、蓄電装置10を強制的に充電するための強制充電実施フラグをオンに設定する。この強制充電実施フラグは、初期状態においてオフに設定されており、蓄電装置10に対する強制充電の実施が必要であるときにオンに設定される。また、強制充電の実施によって蓄電装置10のSOC推定値(♯SOC)が予め定められた強制充電終了閾値に達したときには、蓄電装置10に対する強制充電を終了するために、強制充電実施フラグがオフに設定される。
走行制御部200は、ハイブリッド車両5の車両状態およびドライバ操作に応じて、ハイブリッド車両5全体で必要な車両駆動力や車両制動力を算出する。ドライバ操作には、アクセルペダル(図示せず)の踏込み量、シフトレバー(図示せず)のポジション、ブレーキペダル(図示せず)の踏込み量等が含まれる。
そして、走行制御部200は、要求された車両駆動力あるいは車両制動力を実現するように、モータジェネレータMG1,MG2への出力要求およびエンジン18への出力要求を決定する。ハイブリッド車両5は、エンジン18を停止したままでモータジェネレータMG2の出力のみで走行することができる。したがって、燃費が悪い領域を避けてエンジン18を動作させるように、各出力要求を決定することによって、エネルギ効率を高めることができる。さらに、モータジェネレータMG1,MG2への出力要求は、蓄電装置10の充放電可能な電力範囲内(Win〜Wout)で蓄電装置10の充放電が実行されるように制限した上で設定される。すなわち、蓄電装置10の出力電力が確保できないときには、モータジェネレータMG2による出力が制限される。
配分部250は、走行制御部200によって設定されたモータジェネレータMG1,MG2への出力要求に応じて、モータジェネレータMG1,MG2のトルクや回転速度を演算する。そしてトルクや回転速度についての制御指令をインバータ制御部260へ出力すると同時に、直流電圧Vhの制御指令値をコンバータ制御部270へ出力する。
一方、配分部250は、走行制御部200によって決定されたエンジンパワーおよびエンジン目標回転速度を示すエンジン制御指示を生成する。このエンジン制御指示に従って、図示しないエンジン18の燃料噴射、点火時期、バルブタイミング等が制御される。
インバータ制御部260は、配分部250からの制御指令に応じて、モータジェネレータMG1およびMG2を駆動するためのスイッチング指令PWM1およびPWM2を生成する。このスイッチング指令PWM1およびPWM2は、それぞれインバータ8−1および8−2へ出力される。
コンバータ制御部270は、配分部250からの制御指令に従って直流電圧Vhが制御されるように、スイッチング指令PWCを生成する。このスイッチング指令PWCに従ったコンバータ6の電圧変換によって、蓄電装置10の充放電電力が制御されることになる。
このようにして、車両状態およびドライバ操作に応じて、エネルギ効率を高めたハイブリッド車両5の走行制御が実現される。
図5には、充放電制御部150(図4)のさらに詳細な構成が示される。
図5を参照して、充放電制御部150は、充放電上限値設定部160と、充電指示部170とを含む。
図5を参照して、充放電制御部150は、充放電上限値設定部160と、充電指示部170とを含む。
充放電上限値設定部160は、電池温度TbおよびSOC推定値(♯SOC)に少なくとも基づいて、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを設定する。SOC推定値(♯SOC)が低下すると、放電電力上限値Woutは徐々に低く設定される。反対に、SOC推定値(♯SOC)が高くなると、充電電力上限値Winは徐々に低下するように設定される。
また、二次電池を始めとする蓄電装置10は、特に低温時に内部抵抗が上昇する温度依存性を有する。また、高温時には、さらなる発熱によって温度が過上昇することを防止する必要がある。このため、低温時および高温時には、充放電電力を制限することが好ましい。
図6は、蓄電装置10の充放電特性を示す図である。図6において、横軸は電池温度(単位は℃)を示し、縦軸は、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Wout(単位はいずれもW(ワット))を示す。縦軸の「0[W]」よりも上側の領域に放電電力上限値Woutが示され、縦軸の「0[W]」よりも下側の領域に充電電力上限値Winが示される。なお、図6では、リチウムイオン二次電池の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを実線で示すとともに、ニッケル水素二次電池の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを破線で示す。
蓄電装置10に二次電池を用いた場合には、電池温度が低くなるにつれて、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutが小さくなる。リチウムイオン二次電池を用いる場合(図6の実線参照)には、ニッケル水素二次電池を用いる場合(図6の破線参照)と比較して、放電電力上限値Woutが大きな値となる一方で、充電電力上限値Winが小さい値となる。特に、電池温度が極低温である場合(たとえばマイナス10℃よりも低い場合)には、充電電力上限値Winは微小な値となる。すなわち、電池温度が極低温である場合、蓄電装置10への充電電力は微小な値に制限されることになる。
充電指示部170は、SOC推定値(♯SOC)が予め定められたSOCの制御範囲よりも低下した場合、すなわち、SOC推定値(♯SOC)がSOCの制御範囲の下限値よりも低下した場合には、充電指示部170は、蓄電装置10の強制充電を指示する。なお、SOC制御範囲は、制御中心値に対して上限側および下限側にそれぞれ制御幅を有するように設定される。以下では、SOCの制御範囲の下限を制御下限値と称し、SOCの制御範囲の上限を制御上限値と称することとする。
充電指示部170は、SOC推定値(♯SOC)が制御下限値よりも低下した場合には、強制充電実施フラグをオンに設定する。さらに、充電指示部170は、充電電力指令値Pch>0に設定する。Pch>0となると、エンジン18の作動が要求される。エンジン18の停止時には、エンジン18が始動される。そして、エンジン出力要求に充電電力指令値Pchが上乗せされる。また、エンジン18が実質的にトルクを出力せずに運転しているときには、トルクを出力する運転に切換える。以下では、実質的にトルクを出力しない運転を「無負荷運転」と称し、これに対して、トルクを出力する運転を「負荷運転」と称する。
無負荷運転時には、制御装置100は、エンジン18をアイドル状態とする。具体的には、制御装置100は、エンジン回転速度が予め定められた目標アイドル回転速度に維持されるようにスロットル開度をフィードバック制御する。一方、負荷運転時では、制御装置100は、エンジン18をアイドル状態よりも大きいエネルギを出力する状態に制御するように、エンジン18から出力すべきエンジン要求パワーに応じてスロットル開度を制御する。この際、制御装置100は、エンジン実パワーがハイブリッド車両5から出力すべき車両要求パワーを超える場合には、エンジン実パワーのうち車両要求パワーを超える分(過剰パワー)をモータジェネレータMG1で電力に変換して蓄電装置10へ供給する。したがって、「負荷運転」では、蓄電装置10の充電が可能となる。
反対に、SOC推定値(♯SOC)が低下していないときには、充電指示部170は、Pch=0に設定する。このときには、蓄電装置10の充電を目的にエンジン18が作動することはない。また、SOC推定値(♯SOC)が制御中心値よりも大きく、かつ制御上限値よりも小さいときには、Pchを放電側に設定することによって、蓄電装置10の放電が指定される。
このように、蓄電装置10の現在の状態値を反映して、SOC推定および、これに基づく充放電電力上限値Win,Woutが設定される。また、SOC推定値に基づいて、強制充電実施フラグが設定される。
しかしながら、図6で説明したように電池温度が極低温である場合には、蓄電装置10の充電電力上限値Winが微小な値に制限される。そのため、蓄電装置10に対する強制充電を行なうためにエンジン18を作動させても、蓄電装置10への充電電力が制限されているために、一向に蓄電装置10の充電が進まない可能性がある。このような事態となると、蓄電装置10のSOC推定値(♯SOC)が強制充電終了閾値に到達するまでに長時間エンジン18を作動し続ける必要が生じることによって、エネルギ効率(燃費)が悪化する虞がある。また、エンジン18が長時間作動し続けることによって、ハイブリッド車両5の停止中においては、エンジン18の駆動音が運転者に騒音として感知されてしまい、運転者に不快感を与える虞もある。
したがって、本実施の形態1による電動車両では、通常時と、充電電力上限値Winの制限時との間で、蓄電装置10の強制充電制御を以下のように切換える。
図7を用いて、充電指示部170による強制充電実施フラグの設定を詳細に説明する。
図7(a)を参照して、SOC制御範囲は、制御中心値(図示せず)に対して、上限側および下限側に制御幅を持つように設定される。上述のように、制御上限値Suおよび制御下限値S1の間にSOC推定値(♯SOC)が維持されるように、蓄電装置10の充放電が制御される。
図7(a)を参照して、SOC制御範囲は、制御中心値(図示せず)に対して、上限側および下限側に制御幅を持つように設定される。上述のように、制御上限値Suおよび制御下限値S1の間にSOC推定値(♯SOC)が維持されるように、蓄電装置10の充放電が制御される。
蓄電装置10のSOCについては、管理上限値Sminおよび管理下限値Smaxがさらに設定されている。管理上限値Smaxおよび管理下限値Sminは、これ以上の過充電あるいは過放電が進行すると劣化が急激に進行する虞があるような、スペック上の充放電限界値に相当する。したがって、SOC制御範囲は、管理下限値Smin〜管理上限値Smaxの範囲内に設定される必要がある。
充電指示部170は、上述したように、SOC推定値(♯SOC)が制御下限値S1よりも低下した場合、すなわち、♯SOC<S1となったときには、強制充電実施フラグをオンに設定する。さらに、充電指示部170は、Pch>0に設定する。Pch>0となると、エンジン18の作動が要求される。上述したように、エンジン18の停止時には、エンジン18が始動される。また、エンジン18の無負荷運転時には、エンジン18の運転状態を負荷運転とする。エンジン出力要求に充電電力指令値Pchが上乗せされる。
そして、蓄電装置10に対する強制充電が行なわれることによってSOC推定値(♯SOC)が強制充電終了閾値S2に到達すると、充電指示部170は、強制充電実施フラグをオフに設定する。強制充電実施フラグがオフに設定されると、エンジン18の運転状態は停止状態に制御される。これにより、蓄電装置10の強制充電が終了する。すなわち、強制充電終了閾値S2は、蓄電装置10の強制充電を終了させるか否かを判定するための閾値に相当する。なお、強制充電終了閾値S2は、強制充電を終了した時点での蓄電装置10の放電電力上限値Woutが、エンジン18を始動、あるいは停止後に再始動するのに必要となる蓄電装置10からの出力電力を上回るように設定される。
充電指示部170は、充電電力上限値Winが制限される、蓄電装置10の低温時には、図7(a)に示される通常時(蓄電装置10の常温時)の強制充電終了閾値S2から、図7(b)に示される強制充電終了閾値S3に低下させる。強制充電終了閾値S3は、SOC推定値(♯SOC)の増減によって強制充電の実行/停止、すなわちエンジン18の作動/停止を繰り返すハンチング現象が発生するのを未然に防止するように、制御下限値S1に対する上昇量が予め定められている。
図7(a)と図7(b)とを比較すると、蓄電装置10の低温時においては、SOC推定値(♯SOC)が常温時の強制充電終了閾値S2よりも小さい強制充電終了閾値S3に達した場合に、強制充電を終了する。これにより、蓄電装置10の低温時において、常温時と比較して、蓄電装置10の充電時間が長くなるのを抑制することができる。この結果、蓄電装置10が受入れ可能な充電電力が制限される、低温時において、長時間エンジン18が作動し続けることによってエネルギ効率(燃費)が悪化するのを回避することができる。
上記のように、充電電力上限値Winの制限時(低温時)には、強制充電終了閾値を通常時(常温時)よりも低下させたことにより、強制充電の終了後においても蓄電装置10は低SOC状態に留まるため、蓄電装置10の出力可能な電力の低下が懸念される。しかしながら、蓄電装置10が低SOC状態のときには、蓄電装置10の出力電力が制限される一方で、蓄電装置10の受入れ可能な充電電力が増加するため、充電電力上限値Winの制限を受けながら蓄電装置10の強制充電を継続させる場合と比較して、効率的に蓄電装置10のSOCを上昇させることができる。
なお、充電電力上限値Winの制限時(低温時)の強制充電終了閾値S3(図7(b))は、蓄電装置10が受入れ可能な充電電力が小さくなるほど、小さい値となるように設定することが可能であれば、上述の例に限定されるものではない。たとえば、強制充電終了閾値S3を、充電電力上限値Winに応じて可変の値としてもよい。この場合、充電電力上限値Winが小さくなるほど小さい値となるように強制充電終了閾値S3を設定すれば、エネルギ効率の悪化を効果的に回避することができる。この際、電池温度Tbが低くなるほど小さい値となるように強制充電終了閾値S3を設定する態様としてもよい。
あるいは、通常時(常温時)に蓄電装置10を強制充電するための充電時間をデフォルト値とし、充電電力上限値Winの制限時(低温時)には、蓄電装置10の充電時間を、このデフォルト値よりも短くなるように設定してもよい。この際、充電時間を、充電電力上限値Winに応じて可変の値としてもよい。たとえば、電池温度Tbが低くなるほど短くなるように充電時間を設定する構成とすれば、エネルギ効率の悪化を効果的に回避することができる。
次に、制御装置100が行なう蓄電装置10の強制充電について説明する。
図8は、本実施の形態1による蓄電装置10の強制充電を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
図8は、本実施の形態1による蓄電装置10の強制充電を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。
図8を参照して、制御装置100は、ステップS01により、監視ユニット11から電池データ(Tb,Ib,Vb)を取得する。そして、制御装置100は、ステップS02により、蓄電装置10のSOCを推定する。すなわち、ステップS02の処理は図4に示した状態推定部110の機能に対応する。
制御装置100は、ステップS03により、ステップS02で算出されたSOC推定値(♯SOC)および電池温度Tbに基づいて、蓄電装置10の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを設定する。ステップS03の処理は、図5の充放電上限値設定部160の機能に相当する。すなわち、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutの設定は、図5の充放電上限値設定部160によるのと同様である。
制御装置100は、ステップS04では、ステップS02で算出されたSOC推定値(♯SOC)に基づいて蓄電装置10の充電要否を判定する。SOC推定値(♯SOC)が制御下限値S1(図7(a),(b))よりも低い場合には、制御装置100は、強制充電実施フラグをオンに設定する。また、蓄電装置10の強制充電によってSOC推定値(♯SOC)が強制充電終了閾値S2(図7(a))または強制充電終了閾値S3(図7(b))に達した場合には、制御装置100は、強制充電実施フラグをオフに設定する。ステップS04の処理は、図5の充電指示部170の機能に相当する。
図9は、図8のステップS04の処理をさらに詳細に説明するフローチャートである。
図9を参照して、制御装置100は、ステップS11では、監視ユニット11から電池温度Tbを取得する。
図9を参照して、制御装置100は、ステップS11では、監視ユニット11から電池温度Tbを取得する。
制御装置100は、ステップS12では、電池温度Tbと所定温度Tthとを比較する。そして、電池温度Tbが所定温度Tthよりも高いとき(S12のNO判定時)には、制御装置100は、ステップS14により、強制充電終了閾値をS2(図7(a))に設定する。一方、電池温度Tbが所定温度Tth以下のとき(S12のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS13により、強制充電終了閾値をS2からS3(<S2)へ低下させる。
すなわち、所定温度Tthは、充電電力上限値Winが制限されているか否かを判別するための閾値である。蓄電装置10が常温(Tb>Tth)の場合には、強制充電終了閾値がS2となる。一方、蓄電装置10が低温(Tb≦Tth)の場合には、強制充電終了閾値はS2よりも小さいS3に設定される。この結果、蓄電装置10が低温状態、すなわち、蓄電装置10が受入れ可能な充電電力が制限される場合に、蓄電装置10が常温状態の場合と比較して強制充電時間が長くなるのを抑制できる。
そして、制御装置100は、ステップS15では、ステップS13,S14で設定された強制充電終了閾値と、ステップS02で求めたSOC推定値(♯SOC)とに基づいて強制充電実施フラグを設定する。
再び図8を参照して、制御装置100は、ステップS05により、ステップS15で設定された強制充電実施フラグおよびステップS03で設定された充電電力上限値Winに基づいて、充電電力指令値Pchを設定する。具体的には、制御装置100は、強制充電実施フラグがオンのときには、Pch>0に設定する。一方、強制充電実施フラグがオフのときには、制御装置100は、Pch=0に設定する。ステップS05の処理は、図5の充電指示部170の機能に相当する。
このように実施の形態1による蓄電装置の強制充電制御によれば、蓄電装置10が受入れ可能な充電電力が制限される場合には、蓄電装置10の充電時間が短くなるように、充電終了条件が設定される。これにより、長時間エンジン18が作動し続けることによってエネルギ効率(燃費)が悪化するのを回避できる。
(変更例)
図10は、図8のステップS04の処理の変更例を説明するフローチャートである。
図10は、図8のステップS04の処理の変更例を説明するフローチャートである。
図10を参照して、制御装置100は、ステップS110では、監視ユニット11から電池温度Tbを取得する。また、制御装置100は、ハイブリッド車両5の車両状態を取得する。車両状態には、ハイブリッド車両5の車速が含まれる。
制御装置100は、ステップS12では、電池温度Tbと所定温度Tthとを比較する。そして、電池温度Tbが所定温度Tthよりも高いとき(S12のNO判定時)には、制御装置100は、ステップS14により、強制充電終了閾値をS2(図7(a))に設定する。一方、電池温度Tbが所定温度Tth以下のとき(S12のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS120により、ハイブリッド車両5の車速Vと所定速度Vthとを比較する。そして、車速Vが所定速度Vthよりも高いとき(S120のNO判定時)には、制御装置100は、ステップS14により、強制充電終了閾値をS2(図7(a))に設定する。
これに対して、車速Vが所定速度Vth以下のとき(S120のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS13により、強制充電終了閾値をS2からS3(<S2)へ低下させる。
そして、制御装置100は、ステップS15では、ステップS13,S14で設定された強制充電終了閾値と、ステップS02で求めたSOC推定値(♯SOC)とに基づいて強制充電実施フラグを設定する。
本変更例において、所定速度Vthは、エンジン18の運転状態を負荷運転として蓄電装置10を充電した場合に、エンジン18の駆動音が騒音として運転者に感知されるか否かを判別するための閾値である。ハイブリッド車両5が中車速〜高車速で走行中(V>Vth)の場合には、車両の走行に伴なって発生する車室内騒音が大きくなるため、エンジン18の駆動音が騒音として運転者に感知されにくい。この場合、強制充電終了閾値はS2に設定される。
これに対して、ハイブリッド車両5が低車速で走行中もしくは停止中(V≦Vth)の場合には、車室内騒音が小さいため、エンジン18の駆動音が騒音として運転者に不快感を与える虞がある。この場合、強制充電終了閾値はS2よりも小さいS3に設定される。
このように実施の形態1の変更例による蓄電装置の強制充電制御では、蓄電装置10が受入れ可能な充電電力が制限される場合に、エンジン18の駆動音が運転者に不快感を与える虞があるときには、蓄電装置10の充電時間が短くなるように、充電終了条件が変更される。これにより、エネルギ効率の悪化を回避するとともに、蓄電装置10の充電中にエンジン18からの騒音が運転者に不快感を与えるのを抑制できる。
一方、蓄電装置10が受入れ可能な充電電力が制限される場合であっても、エンジン18の駆動音が騒音として運転者に感知されにくいときには、強制充電時間に対する制限が解除される。これにより、エンジン始動に必要な電力が蓄電装置10に確保されるまで、蓄電装置10を充電することができる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、蓄電装置10の低温時の強制充電終了閾値S3(図7(b))を、強制充電の実行/停止(エンジン18の作動/停止)を繰り返すハンチング現象の発生を防止するように設定した。実施の形態2では、このようなハンチング現象の発生を防止しながら、ハイブリッド車両5のエネルギ効率の更なる向上を実現するための強制充電制御を説明する。
実施の形態1では、蓄電装置10の低温時の強制充電終了閾値S3(図7(b))を、強制充電の実行/停止(エンジン18の作動/停止)を繰り返すハンチング現象の発生を防止するように設定した。実施の形態2では、このようなハンチング現象の発生を防止しながら、ハイブリッド車両5のエネルギ効率の更なる向上を実現するための強制充電制御を説明する。
図11は、本発明の実施の形態2による充放電制御部150Aの構成を説明する機能ブロック図である。
図11を参照して、本実施の形態2による充放電制御部150Aは、充放電上限値設定部160と、充電指示部170Aとを含む。
充放電上限値設定部160は、電池温度TbおよびSOC推定値(♯SOC)に少なくとも基づいて、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを設定する。
充電指示部170Aは、SOC推定値(♯SOC)が制御下限値よりも低下した場合には、強制充電実施フラグをオンに設定する。さらに、充電指示部170Aは、充電電力指令値Pch>0に設定する。Pch>0となると、エンジン18の作動が要求される。エンジン18の停止時には、エンジン18が始動される。そして、エンジン出力要求に充電電力指令値Pchが上乗せされる。また、エンジン18が無負荷運転状態にあるときには、エンジン18を負荷運転状態に切替える。
反対に、SOC推定値(♯SOC)が低下していないときには、充電指示部170Aは、強制充電実施フラグをオフに設定するとともに、Pch=0に設定する。
図12を用いて、充電指示部170Aによる強制充電実施フラグの設定を詳細に説明する。
図12において、図12(a)および(b)は、上述した図7(a)および(b)と同じである。すなわち、蓄電装置10の通常時(蓄電装置10の常温時)においては、図12(a)に示すように、充電指示部170Aは、SOC推定値(♯SOC)が制御下限値S1よりも低下した場合、すなわち、♯SOC<S1となったときには、強制充電実施フラグをオンに設定するとともに、Pch>0に設定する。そして、蓄電装置10に対する強制充電が行なわれることによってSOC推定値(♯SOC)が強制充電終了閾値S2に到達すると、充電指示部170Aは、強制充電実施フラグをオフに設定する。強制充電実施フラグがオフに設定されると、エンジン18の運転状態は負荷運転状態から停止状態に制御される。これにより、蓄電装置10の強制充電が終了する。
一方、充電電力上限値Winが制限される、蓄電装置10の低温時には、図12(b)に示すように、通常時(蓄電装置10の常温時)の強制充電終了閾値S2から、強制充電終了閾値S3に低下させる。
本実施の形態2においては、充電指示部170Aは、さらに、エンジン18の状態に基づいて、エンジン18の間欠運転を許可するための間欠運転許可条件が成立しているか否かを判断する。そして、間欠運転許可条件が成立していないと判断された場合には、充電指示部170Aは、蓄電装置10の低温時の強制充電終了閾値S3から、図12(c)に示す強制充電終了閾値S4にさらに低下させる。
エンジン18およびモータジェネレータMG2を駆動力源として搭載したハイブリッド車両5においては、所定のエンジン停止条件が成立するとエンジン18は一時的に停止され、さらにエンジン停止解除条件の成立に応答してエンジン18が再始動される「エンジン間欠運転制御」が行なわれる。このような車両では、エンジン間欠運転制御によるエンジン一時停止時には、エンジン再始動時の速やかな始動性を確保する必要がある。
しかしながら、停止中のエンジン18を再始動するのに必要な電力を、蓄電装置10が確実に出力することができなければ、エンジン18を確実に始動することが困難となる。その一方で、蓄電装置10を走行中に充電するためには、エンジン18を作動する必要がある。
したがって、蓄電装置10の強制充電中においても、停止中のエンジン18の始動、あるいは、作動中のエンジン18を停止した後に再始動するのに必要な電力が、蓄電装置10に確保されていない状態であれば、エンジン間欠運転制御を実行することが困難となる。また、上記のエンジン停止条件またはエンジン停止解除条件が成立していないときにおいても、エンジン間欠運転制御を実行することができない。
実施の形態2では、充電指示部170Aは、間欠運転許可条件が成立しているか否かを判断することにより、エンジン間欠運転制御が実行可能か否かを判断する。間欠運転許可条件には、上記のエンジン停止条件およびエンジン停止解除条件に加えて、蓄電装置10の放電電力上限値Woutがエンジン始動に要する電力よりも大きいことが含まれる。
そして、間欠運転許可条件の不成立時、すなわち、エンジン間欠運転制御を実行できないときには、強制充電実施フラグがオフに設定されると、エンジン18の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に制御する。したがって、蓄電装置10の強制充電が終了しても、エンジン18は作動し続けることとなる。
さらに、充電指示部170Aは、間欠運転許可条件の不成立時には、強制充電終了閾値をS3からS4に低下させる。これは、上記のように、蓄電装置10のSOC推定値(♯SOC)が強制充電終了閾値に到達してもエンジン18が作動し続けていることから、強制充電終了閾値を低下させたことによって、強制充電の実行/停止(エンジン始動/停止)を繰り返すハンチング現象が生じることはないことに基づいている。
このように、間欠運転許可条件の不成立時には、間欠運転許可条件の成立時のようにハンチング現象の防止を考慮することなく、強制充電終了閾値を設定することができる。これにより、間欠運転許可条件の成立時と比較して、蓄電装置10の充電時間をさらに短くすることができる。この結果、エンジン18が作動し続けることによるエネルギ効率の悪化をさらに確実に回避することができる。
次に、制御装置100が行なう蓄電装置10の強制充電について説明する。
図13は、本実施の形態2による蓄電装置10の強制充電を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。実施の形態2による蓄電装置10の強制充電制御では、図8のフローチャートにおけるステップS04(強制充電実施フラグの設定)が、図13のフローチャート従って実行される。その他の制御動作については、実施の形態1と同様とすればよいので詳細な説明は繰り返さない。
図13は、本実施の形態2による蓄電装置10の強制充電を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。実施の形態2による蓄電装置10の強制充電制御では、図8のフローチャートにおけるステップS04(強制充電実施フラグの設定)が、図13のフローチャート従って実行される。その他の制御動作については、実施の形態1と同様とすればよいので詳細な説明は繰り返さない。
図13を参照して、制御装置100は、ステップS21では、監視ユニット11から電池温度Tbを取得する。また、制御装置100は、ハイブリッド車両5の車両状態を取得する。車両状態には、ハイブリッド車両5の車速Vが含まれる。制御装置100は、ステップS22では、エンジン18の状態をさらに取得する。
制御装置100は、ステップS23では、電池温度Tbと所定温度Tthとを比較する。そして、電池温度Tbが所定温度Tthよりも高いとき(S23のNO判定時)には、制御装置100は、ステップS28により、強制充電終了閾値をS2(図12(a))に設定する。一方、電池温度Tbが所定温度Tth以下のとき(S23のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS24により、ハイブリッド車両5の車速Vと所定速度Vthとを比較する。そして、車速Vが所定速度Vthよりも高いとき(S120のNO判定時)には、制御装置100は、ステップS28により、強制充電終了閾値をS2(図12(a))に設定する。
これに対して、車速Vが所定速度Vth以下のとき(S24のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS25により、現在のエンジン18の状態に基づいて、所定の間欠運転許可条件が成立しているか否かを判定する。所定の間欠運転許可条件が成立しているとき(S25のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS27により、強制充電終了閾値をS2からS3(図12(b))へ低下させる。
一方、所定の間欠運転許可条件が成立しているとき(S25のYES判定時)には、制御装置100は、ステップS26により、強制充電終了閾値をS2からS4(図12(c))へ低下させる。
そして、制御装置100は、ステップS29では、ステップS26,S27,S28で設定された強制充電終了閾値と、ステップS02で求めたSOC推定値(♯SOC)とに基づいて強制充電実施フラグを設定する。
なお、実施の形態1,2では、蓄電装置10が受入れ可能な電力(充電電力上限値Win)が制限される場面として、蓄電装置10の電池温度が低いときを例示するとともに、蓄電装置10の低温時には、常温時よりも強制充電時間を短くする構成について説明した。しかしながら、充電電力上限値Winは、電池温度以外にも、蓄電装置10の劣化度合いによっても変化する。具体的には、蓄電装置10の劣化の進行に応じて充電電力上限値Winが低下する。本発明の適用は、蓄電装置10の低温時に限らず、蓄電装置10の劣化時においても本発明の適用が可能である。すなわち、蓄電装置10が受入れ可能な電力が制限される場面において、本発明を適用することが可能である。
また、実施の形態1,2では、電動車両の一例として、エンジン18を駆動力源として搭載し、かつエンジン18の出力によって蓄電装置10の充電電力を発生することが可能な車両の構成について説明したが、本発明の適用はこのような電動車両に限定されるものではない。具体的には、エンジン18の出力を用いた発電によって蓄電装置10を充電するための電力発生機構が搭載されていれば、本発明を適用することが可能である。たとえば、実施の形態1,2では、ハイブリッド車両5として、動力分割機構22によりエンジン18の動力を分割して駆動輪24FとモータジェネレータMG1とに伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。
一例として、図14に示すように、発電用モータジェネレータMG1を駆動するためにのみエンジン18を用い、駆動用モータジェネレータMG2でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車にもこの発明は適用可能である。
また、図15に示すように、エンジン18を主動力として必要に応じてモータジェネレータMGがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車にもこの発明は適用可能である。なお、図15のハイブリッド車では、モータジェネレータMGは、エンジン18が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみを電気エネルギーとして回収するように構成される。さらに、モータジェネレータMGは、駆動力を発生していない場面においてエンジン18の出力を用いて発電する発電機として動作することにより、本発明における「電力発生機構」を構成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、車載蓄電装置と、内燃機関の出力を用いて車載蓄電装置の充電電力を発生するための電力発生機構とを搭載した電動車両に適用することができる。
5 ハイブリッド車両、6 コンバータ、7 システムメインリレー、8−1,8−2 インバータ、10 蓄電装置、11 監視ユニット、12 温度センサ、13,16 電圧センサ、14 電流センサ、18 エンジン、22 動力分割機構、24F 駆動輪、50 電力制御ユニット、95 減速機、100 制御装置、110 状態推定部、150,150A 充放電制御部、160 充放電上限値設定部、170,170A 充電指示部、200 走行制御部、202 サンギヤ、204 ピニオンギヤ、206 キャリア、208 リングギヤ、250 配分部、260 インバータ制御部、270 コンバータ制御部、C 平滑コンデンサ、MG1,MG2 モータジェネレータ、MNL 負母線、MPL 正母線、NL 負線、PL 正線。
Claims (15)
- 車両の駆動力を発生するための電力を蓄える蓄電装置(10)と、
内燃機関(18)と、
前記内燃機関(18)の出力を用いた発電によって前記蓄電装置(10)の充電電力を発生するための電力発生機構と、
前記蓄電装置(10)の状態値に基づいて前記蓄電装置(10)の残容量を推定するための充電状態推定部(110)と、
前記充電状態推定部(110)による残容量推定値に基づいて前記蓄電装置(10)の充放電を制御するための充放電制御部(150,150A)とを備え、
前記充放電制御部(150,150A)は、
前記残容量推定値が予め定められた下限値よりも低下した場合には、前記内燃機関(18)を負荷運転状態に制御することにより前記充電電力を発生させるとともに、所定の充電終了条件が成立したと判定されたときに前記内燃機関(18)を無負荷運転状態または停止状態に制御するための充電指示部(170,170A)を含み、
前記充電指示部(170,170A)は、前記蓄電装置(10)の現在の状態における受入れ可能な充電電力が小さくなるほど、前記蓄電装置(10)の充電時間がより短くなるように、前記充電終了条件を設定する、電動車両。 - 前記充電指示部(170,170A)は、前記残容量推定値が充電終了閾値に達したときに前記充電終了条件が成立したと判定し、
前記充電終了閾値は、前記蓄電装置(10)の現在の状態における受入れ可能な充電電力が小さくなるほど、小さい値に設定される、請求項1に記載の電動車両。 - 前記残容量推定値および前記蓄電装置(10)の温度に少なくとも基づいて、前記蓄電装置(10)の現在の状態における充電電力上限値を設定するための上限値設定部(160)をさらに備え、
前記充電終了閾値は、前記充電電力上限値が小さくなるほど、小さい値に設定される、請求項2に記載の電動車両。 - 前記蓄電装置(10)は、前記蓄電装置(10)の温度が低くなるほど前記充電電力上限値が低下する特性を有し、
前記充電指示部(170)は、前記蓄電装置(10)の温度が所定温度よりも低いという第1の条件が成立すると、前記充電終了閾値を第1の値から第2の値へ低下させる、請求項3に記載の電動車両。 - 前記充電指示部(170)は、前記第1の条件が成立した場合に、前記電動車両の車速が所定速度よりも低いときには、前記充電終了閾値を前記第1の値から前記第2の値へ低下させる、請求項4に記載の電動車両。
- 前記充電指示部(170)は、前記蓄電装置(10)の充電開始から所定時間が経過したときに前記充電終了条件が成立したと判定し、
前記所定時間は、前記蓄電装置(10)の現在の状態における充電電力上限値が小さくなるほど、小さい値に設定される、請求項1に記載の電動車両。 - 前記蓄電装置(10)は、前記蓄電装置(10)の温度が低くなるほど前記充電電力上限値が低下する特性を有し、
前記充電指示部(170)は、前記蓄電装置(10)の温度が所定温度よりも低いという第1の条件が成立すると、前記所定時間を第1の値から第2の値へ低下させる、請求項6に記載の電動車両。 - 前記充電指示部(170)は、前記第1の条件が成立した場合に、前記電動車両の車速が所定速度よりも低いときには、前記所定時間を前記第1の値から前記第2の値へ低下させる、請求項7に記載の電動車両。
- 前記充電指示部(170A)は、予め定められた前記内燃機関(18)の間欠運転を許可するための間欠運転許可条件が成立していないと判定されたときには、前記間欠運転許可条件の成立時と比較して、前記蓄電装置(10)の充電時間がより短くなるように、前記充電終了条件を変更する、請求項1に記載の電動車両。
- 前記充電指示部(170A)は、前記残容量推定値が充電終了閾値に達したときに前記充電終了条件が成立したと判定し、
前記蓄電装置(10)は、前記蓄電装置(10)の温度が低くなるほど充電電力上限値が低下する特性を有し、
前記充電指示部(170A)は、前記蓄電装置(10)の温度が所定温度よりも低いという第1の条件が成立した場合に、前記間欠運転許可条件が成立するときには、前記充電終了閾値を第1の値から第2の値へ低下させる一方で、前記間欠運転許可条件が成立しないときには、前記充電終了閾値を前記第1の値から前記第2の値よりも小さい第3の値へ低下させる、請求項9に記載の電動車両。 - 前記充電指示部(170A)は、前記蓄電装置(10)の現在の状態における放電電力上限値が、停止状態の前記内燃機関(18)を始動するのに必要な消費電力以上となることに少なくとも基づいて、前記間欠運転許可条件が成立したと判定する、請求項10に記載の電動車両。
- 前記電力発生機構は、前記内燃機関(18)の出力を用いた発電によって前記充電電力を発生するように構成された第1の電動機(MG1)を含み、
前記蓄電装置(10)から電力の供給を受けて駆動軸に動力を出力可能に構成された第2の電動機(MG2)と、
前記内燃機関(18)の動力を前記駆動軸および前記第1の電動機(MG1)の回転軸に分割するための動力分割機構(22)とをさらに備える、請求項1から11のいずれか1項に記載の電動車両。 - 前記電力発生機構は、前記内燃機関(18)の出力を用いた発電によって前記充電電力を発生するように構成された発電機(MG1)を含み、
前記蓄電装置(10)から電力の供給を受けて前記車両の駆動力を発生するように構成された電動機(MG2)をさらに備える、請求項1から11のいずれか1項に記載の電動車両。 - 前記蓄電装置(10)からの電力の供給を受けて前記車両の駆動力を発生するように構成された電動発電機(MG)をさらに備え、
前記電動発電機(MG)は、前記車両の駆動力を発生していない状態で前記内燃機関(18)の出力を用いて発電する発電機として動作することにより、前記電力発生機構を構成する、請求項1から11のいずれか1項に記載の電動車両。 - 車両の駆動力を発生するための電力を蓄える蓄電装置(10)と、内燃機関(18)と、前記内燃機関(18)の出力を用いた発電によって前記蓄電装置(10)の充電電力を発生するための電力発生機構とを搭載した電動車両(5)の制御方法であって、
前記蓄電装置(10)の状態値に基づいて前記蓄電装置(10)の残容量を推定するステップと、
前記推定するステップによる残容量推定値に基づいて前記蓄電装置(10)の充放電を制御するステップとを備え、
前記制御するステップは、
前記残容量推定値が予め定められた下限値よりも低下した場合には、前記内燃機関(18)を負荷運転状態に制御することにより前記充電電力を発生させるとともに、所定の充電終了条件が成立したと判定されたときに前記内燃機関(18)を無負荷運転状態または停止状態に制御するステップと、
前記蓄電装置(10)の現在の状態における受入れ可能な充電電力上限値が小さくなるほど、前記蓄電装置の充電時間がより短くなるように、前記充電終了条件を設定するステップとを含む、電動車両の制御方法。
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