WO2014013622A1 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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WO2014013622A1
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generator
control unit
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万基 岡田
康彦 和田
山崎 尚徳
啓太 畠中
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a hybrid vehicle.
  • a hybrid vehicle is a railway vehicle configured to convert the output of an engine into electric power by a generator, and drive and control the electric motor with the converted electric power and electric power from a power storage device such as a battery.
  • a direct-current voltage command value for the direct-current bus is set based on the target output of the battery and the charge rate of the battery, and from the battery to reach the target output.
  • a technique for controlling the output to the DC bus and controlling the output from the generator so that the DC voltage level of the converter approaches the DC voltage command value when the output from the battery to the DC bus reaches the target output is disclosed. Yes.
  • the following non-patent document 1 will be described later.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a hybrid vehicle control device that can prevent overcharging and overvoltage of a power storage device.
  • the present invention provides a generator connected to an engine, a converter that converts AC power output from the generator into DC power, and controls the converter to
  • a hybrid vehicle control device comprising: a power generation control unit that controls a power generation amount of a generator; a power storage device that is electrically connected to the converter; and a host control unit that controls at least the operation of the power generation control unit.
  • the power generation control unit based on information on a differential voltage value between a DC voltage command value for the electrical connection end of the power storage device and a DC voltage of the electrical connection end, a rotational speed for the generator A command value is calculated, and based on the rotation speed command value, the output of the converter is PWM-controlled so that the rotation speed of the generator follows the rotation speed command value and the DC voltage Characterized by comprising an overvoltage prevention portion for preventing the overvoltage be made to follow the DC voltage command value.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a hybrid vehicle system including a hybrid vehicle control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a power generation control unit constituting a main part of the hybrid vehicle control device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a more detailed configuration of the power generation control unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing input / output characteristics of the DC voltage command value generator.
  • FIG. 5 is a graph showing the input / output characteristics of the speed limiter.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a power generation control unit that constitutes a main part of a control device for a hybrid vehicle according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a more detailed configuration of the power generation control unit shown in FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing input / output characteristics of the torque corrector.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an overall configuration of a hybrid vehicle system including a hybrid vehicle control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a hybrid vehicle system including a hybrid vehicle control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the hybrid vehicle system includes an engine 1, a generator 2 driven by the engine 1, a converter 3 as a power converter, a load device 4 connected to the converter 3, and the load device 4.
  • a battery 5 as a power storage device connected to the converter 3, an engine control unit 6 that controls the engine 1, and a power generation control unit 7 that controls the engine 1 and the converter 3 in order to control the power generation amount of the generator 2, ,
  • a battery control unit 8 for adjusting the power of the battery 5
  • a load device control unit 9 for controlling the load device 4
  • an operation command Do_1 from a driver's cab (not shown)
  • various sensors from the voltage sensor 11, the speed sensor 12, and the like.
  • a high-order control unit 10 that controls the engine control unit 6, the power generation control unit 7, the battery control unit 8, and the load device control unit 9 is provided. Constructed.
  • the engine 1 is, for example, a diesel engine, and transmits a driving force for power generation to the generator 2.
  • the engine 1 closes the engine brake and a valve provided in the middle of the exhaust pipe to increase the exhaust pressure and increase the pumping loss of the engine 1. It is also possible to operate a so-called exhaust brake (enhanced engine brake) that suppresses the rotational speed.
  • the engine 1 can also switch between the engine brake and the exhaust brake by performing on / off control of the exhaust valve.
  • the generator 2 is, for example, a three-phase AC generator, and the rotor rotates by the driving force of the engine 1 to generate power.
  • the generated power (AC power) is supplied to at least one of the load device 4 and the battery 5.
  • the generator 2 can also operate as an electric motor, and consumes electric power by cranking the engine 1 when the engine 1 is started or by rotating the engine 1 using the driving force of the generator 2. Can do.
  • the converter 3 as a power conversion device is configured to include a plurality of switching elements and rectifying elements (not shown), and between the DC link unit 13 and the generator 2 to which both the battery 5 and the load device 4 are electrically connected.
  • the AC power generated by the generator 2 is converted into DC power based on a gate signal Gp_c from the generator control unit 7 described later. Further, when operating the generator 2 as an electric motor, the converter 3 performs an inverse conversion operation for converting DC power supplied from the battery 5 or the load device 4 into AC power.
  • the load device 4 connected to the DC link unit 13 decelerates the drive wheels 4a, the axle 4b, the inverter 4e as a power conversion device in the load device 4, the motor 4d for driving the vehicle, and the output of the motor 4d.
  • a reduction gear 4c that transmits to the axle 4b is provided.
  • Inverter 4e is configured to include a plurality of switching elements and rectifying elements (not shown), and converts DC power supplied from at least one of battery 5 and converter 3 into AC power and supplies it to motor 4d.
  • the inverter 4e when the inverter 4e performs a regenerative operation of the electric motor 4d in the load device 4, the inverter 4e can perform an inverse conversion operation for converting AC power regenerated by the electric motor 4d into DC power.
  • the electric motor 4d in the load device 4 is, for example, a three-phase AC electric motor.
  • the electric motor 4d generates a driving force and transmits the driving force to the driving wheels 4a via the speed reducer 4c.
  • this electric motor 4d can operate
  • the battery 5 connected to the DC link unit 13 as in the load device 4 is a lithium ion secondary battery, for example, and is charged by the output power of the generator 2 or the regenerative power of the motor 4d, while the generator 2 or Drive power for driving the electric motor 4d is supplied to the DC link unit 13.
  • the engine control unit 6 1 Based on the engine torque command value Te_ref commanded from the host control unit 10 and a signal such as the engine rotation speed detected by a sensor (not shown) provided in the engine 1, the engine control unit 6 1 is controlled such that the engine 1 generates torque corresponding to the engine torque command value Te_ref.
  • the power generation control unit 7 is a state of the rotational speed ⁇ c of the generator 2 detected by the speed sensor 12 attached to the generator 2 and the DC voltage value Vdc detected by the voltage sensor 11 provided in the DC link unit 13. Accordingly, the switching element constituting the converter 3 is subjected to switching control to control the voltage supplied to the generator 2. Further, the control state of the power generation control unit 7 is transmitted to the host control unit 10.
  • the battery control unit 8 is detected by a battery current value Ibat as a charging current or discharging current of the battery 5 detected by a current sensor (not shown) of the battery 5 and a voltage sensor (not shown) of the battery 5. Based on the measured battery voltage value Vbat, the state of charge (SOC) of the battery 5 is estimated and output to the upper control unit 10.
  • the battery current value Ibat and the battery voltage value Vbat may be detected by providing a current sensor and a voltage sensor in the DC link unit 13, and the detected values may be input to the battery control unit 8.
  • the load device control unit 9 generates a gate signal GP_i, which is a so-called PWM switching signal, for controlling the inverter 4e so that the torque of the motor 4d follows the motor torque command value Ti_ref commanded from the host control unit 10.
  • the generated gate signal GP_i is output to the load device 4 to control the inverter 4e.
  • the host control unit 10 has a function of managing and monitoring the entire operation of each component described above. More specifically, the host control unit 10 generates the control 2 based on the rotational speed ⁇ c of the generator 2, the DC voltage Vdc information acquired by the voltage sensor 11 of the DC link unit 13, and the input operation command Do_1. Based on the command Do_2, the generator 2 is controlled through the power generation control unit 7 and the converter 3, and the engine 1 is controlled through the engine control unit 6. Further, the host control unit 10 controls the engine 1 via the engine control unit 6 based on the engine brake signal EB from the power generation control unit 7, monitors the limit signal from the power generation control unit 7, and operates a cab (not shown). Notify necessary information.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the power generation control unit 7 constituting the main part of the hybrid vehicle control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power generation control unit 7 includes a rotation speed command value generation unit 7a, a speed control unit 7b, a voltage control unit 7c, and an exhaust valve operation control unit 7d.
  • the rotation speed command value generation unit 7a, the speed control unit 7b, and the voltage control unit 7c are configured to control the rotation speed of the generator 2 to follow the rotation speed command value for the generator 2.
  • the DC voltage of the DC link unit 13 is controlled to follow the command value of the DC voltage for the DC link unit 13, thereby operating as an overvoltage prevention unit 7A that prevents overvoltage.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a more detailed configuration of the power generation control unit 7 shown in FIG.
  • the rotational speed command value generation unit 7a includes a DC voltage command value generator 7a_1, a voltage PI controller 7a_2, and the like.
  • the DC voltage command value generator 7a_1 uses a DC voltage command value generator 7a_1.
  • a value Vdc_ref is generated, and the rotation speed command value ⁇ c_ref1 is calculated by the voltage PI controller 7a_2 based on the differential voltage value between the generated DC voltage command value Vdc_ref and the DC voltage Vdc.
  • FIG. 4 is a graph showing the input / output characteristics of the DC voltage command value generator 7a_1.
  • the horizontal axis represents the DC voltage Vdc and the vertical axis represents the DC voltage command value Vdc_ref.
  • an overvoltage limit voltage Vdc_max and an overvoltage threshold Vdc_lim are provided on the horizontal and vertical axes in FIG.
  • the voltage value is set in a range not exceeding the overvoltage limit value Vdc_max.
  • the DC voltage command value generator 7a_1 generates a DC voltage command value Vdc_ref corresponding to the DC voltage Vdc.
  • the DC voltage command value Vdc_ref is determined as follows.
  • Section (1) (section from the horizontal axis voltage 0 to overvoltage threshold Vdc_lim)
  • the DC voltage command value Vdc_ref output from the DC voltage command value generator 7a_1 is a value that matches the DC voltage Vdc.
  • Section (2) (section where the voltage on the horizontal axis is equal to or higher than the overvoltage threshold Vdc_lim)
  • the DC voltage command value Vdc_ref output from the DC voltage command value generator 7a_1 is the value of the overvoltage threshold Vdc_lim regardless of the DC voltage Vdc.
  • the DC voltage command value generator 7a_1 determines that the state of the battery 5 is overvoltage and starts engine brake control. A command value for causing the regenerative power from the load device 4 to be consumed by the rotational frictional force of the engine 1 is generated and output.
  • the DC voltage command value generator 7a_1 transmits information on the overvoltage threshold value Vdc_lim to an exhaust valve operation control unit 7d and a host control unit 10 which will be described later.
  • the overvoltage threshold value Vdc_lim may be calculated and set in advance within a range that does not exceed the overvoltage limit voltage Vdc_max based on the maximum regenerative power of the inverter power flowing from the inverter 4e to the DC link unit 13 for each route. Note that the overvoltage threshold Vdc_lim transmitted to the upper control unit 10 is stored in the upper control unit 10 for each elapsed time.
  • the voltage PI controller 7a_2 receives the differential voltage value ⁇ Vdc between the DC voltage command value Vdc_ref generated by the DC voltage command value generator 7a_1 and the DC voltage Vdc.
  • the voltage PI controller 7a_2 calculates and outputs the rotational speed command value ⁇ c_ref1 by performing, for example, a proportional integration operation on the differential voltage value ⁇ Vdc using a gain set in advance based on a desired voltage control response.
  • the calculated rotation speed command value ⁇ c_ref1 is input to the subsequent speed control unit 7b.
  • the speed controller 7b includes a speed limiter 7b_1, a speed PI controller 7b_2, and the like, and a speed limiter is added to the rotational speed command value ⁇ c_ref1 from the rotational speed command value generator 7a.
  • 7b_1 puts a limit, and based on the differential rotational speed between the limited output value and the generator rotational speed (synonymous with the generator rotational speed) ⁇ c, the torque command value Tc_ref1 for the generator 2 is set by the speed PI controller 7b_2. Is generated.
  • FIG. 5 is a graph showing the input / output characteristics of the speed limiter 7b_1.
  • the speed limiter 7b_1 performs at least one of an upper limit process and a lower limit process on the rotation speed command value ⁇ c_ref1 (first rotation speed command value) output from the voltage PI controller 7a_2.
  • the rotation speed command value ⁇ c_ref2 (second rotation speed command value) is output.
  • the speed limiter 7b_1 transmits information when the rotational speed command value ⁇ c_ref2 is subjected to the limit process to the upper control unit 10 as a generator limit signal ⁇ c_lim.
  • the speed PI controller 7b_2 receives a difference rotational speed value ⁇ c between the rotational speed command value ⁇ c_ref2 output from the speed limiter 7b_1 and the generator rotational speed ⁇ c acquired from the rotor shaft of the generator 2. Is entered.
  • the speed PI controller 7b_2 calculates and outputs a torque command value Tc_ref1 by, for example, performing a proportional integration operation on the differential rotational speed value ⁇ c using a gain set in advance based on a desired speed control response.
  • the calculated torque command value Tc_ref1 is input to the subsequent voltage control unit 7c.
  • the voltage control unit 7c outputs to the converter 3 based on control (so-called vector control) that causes the output torque of the generator 2 to follow the torque command value Tc_ref1 input from the speed PI controller 7b_2.
  • a voltage command value to be calculated is calculated, and a gate signal GP_c for PWM control of the converter 3 is generated based on the calculated voltage command value and output to the converter 3.
  • the converter 3 is PWM-controlled by a PWM control device (not shown) based on the gate signal GP_c from the voltage controller 7 c to control the output torque of the generator 2.
  • the torque control method based on vector control is a known technique. For example, see Non-Patent Document 1 described above.
  • the exhaust valve operation control unit 7d includes comparators 7d_1 to 7d_3, a power running / coiling / regeneration determining unit 7d_4, an engine brake determining unit 7d_5, an exhaust brake determining unit 7d_6, and the like.
  • the comparator 7d_1 compares the DC voltage Vdc of the DC link unit 13 with the overvoltage threshold value Vdc_lim generated by the rotation speed command value generation unit 7a. When the DC voltage Vdc exceeds the overvoltage threshold value Vdc_lim, the engine brake determination unit An ON signal of the signal Vdc_sig is output to 7d_5. Note that the overvoltage threshold Vdc_lim is determined within a range in which the battery 5 does not become overvoltage when the electric motor 4d of the load device 4 is regenerated as described above.
  • the comparator 7d_2 compares the generator rotational speed ⁇ c with the idling rotational speed ⁇ e_idol of the engine 1, and when the generator rotational speed ⁇ c exceeds the idling rotational speed ⁇ e_idol, the ON signal of the signal ⁇ c_sig is sent to the engine brake determination unit 7d_5. Output.
  • the comparator 7d_3 compares the generator rotational speed ⁇ c with the engine rotational speed ⁇ e_haiki when the exhaust brake of the engine 1 is executed.
  • the generator rotational speed ⁇ c exceeds the engine rotational speed ⁇ e_haiki
  • the exhaust brake determination device An ON signal of the signal ⁇ c_sig2 is output to 7d_6.
  • the engine speed ⁇ e_haiki when the exhaust brake is executed is a speed between the idling speed ⁇ e_idol and the allowable maximum speed ⁇ e_lim of the engine 1 as shown in FIG.
  • the engine speed ⁇ e_haiki at the time of exhaust braking is in the vicinity of 1200 rpm.
  • the power running / coasting / regeneration determination unit 7d_4 receives the driving operation signal Do_2 from the host controller 10, and outputs the information to the engine brake determination unit 7d_5 as a Mode (powering / coiling / regeneration) signal.
  • the engine brake determination unit 7d_5 can determine whether or not the engine brake operation can be performed from three signals based on the signal Vdc_sig from the comparator 7d_1, the Mode signal from the power running / collision / regeneration determination unit 7d_4, and the signal ⁇ c_sig1 from the comparator 7d_2.
  • the engine brake signal EB is output to the exhaust brake determination device 7d_6 and the host control unit 10.
  • this engine brake signal EB when the signal Vdc_sig is ON, the Mode signal is regenerated, and the signal ⁇ c_sig1 is ON, an ON signal is output to the exhaust brake determination unit 7d_6 and the upper control unit 10.
  • an OFF signal is output to the exhaust brake determination unit 7d_6 and the upper control 10.
  • the exhaust brake determination unit 7d_6 determines whether or not the exhaust brake is possible from two signals based on the engine brake signal EB from the engine brake determination unit 7d_5 and the signal ⁇ e_sig2 from the comparator 7d_3, and outputs a valve operation signal Bs. To do.
  • This valve operation signal Bs is output when the engine brake signal EB is ON and the signal ⁇ e_sig2 is ON.
  • an OFF signal is output except for the combination that becomes the ON signal.
  • the control sequence of the power generation control unit 7 is as described above. With this control sequence, the host control unit 10 performs the following operation when the engine brake is used to prevent overvoltage of the battery 5.
  • the host control unit 10 responds to the generator limit signal ⁇ c_lim from the speed limiter 7b_1 to control the load torque command from the load device control unit 9 so as to suppress the regenerative power from the load device 4.
  • the value Ti_ref (see FIG. 1) is narrowed down. Then, the mechanical brake force is increased according to the amount of decrease in the load torque command value Ti_ref, and surplus regenerative power is consumed by the mechanical brake. Further, the generator limit signal ⁇ c_lim is notified to a driver's cab or the like (not shown) via the host controller 10 and is notified to the driver by a lamp display or the like.
  • the power generation control unit 7 determines the differential voltage between the DC voltage Vdc and the DC voltage command value Vdc_ref. ⁇ Vdc is temporarily set to the rotational speed command value ⁇ c_ref1, and further, the speed limiter 7b_1 performs upper / lower limit processing to obtain the generator rotational speed ⁇ c_ref2.
  • the DC voltage command value generator 7a_1 of the power generation control unit 7 preferably sets the overvoltage threshold Vdc_lim in consideration of the voltage drop of the battery 5 at the time of maximum regeneration of the load device 4. Considering this point, there is an effect of reliably preventing the DC voltage Vdc from rising and entering the overvoltage region due to the internal resistance of the battery 5.
  • the speed limiter 7b_1 of the speed control system causes an abnormality in the rotational speed of the mechanical system composed of the generator 2 and the engine 1. This leads to the effect that can be prevented.
  • the maximum value of current that can be absorbed by the battery 5 maximum absorption current
  • the lower limit value X0 of the generator rotational speed of the speed limiter 7b_1 is set to be equal to or higher than the idling speed ⁇ e_idol of the engine 1.
  • the rotation speed command value ⁇ c_ref2 of the power generation control unit 7 is controlled so as not to fall below the idling speed ⁇ e_idol, so that there is an effect that the reverse rotation of the engine 1 can be prevented and stable operation can be continued.
  • the speed limiter 7b_1 provides a margin for the upper limit value Y0 of the generator rotational speed with respect to the allowable maximum rotational speed ⁇ e_max during engine braking / exhaust braking of the engine 1, and is slightly smaller than the allowable maximum rotational speed ⁇ e_max. It is preferable to set the value. By such setting, there is an effect that the engine 1 can be reliably prevented from being mechanically damaged due to high rotation.
  • the upper control unit 10 can suppress the regenerative power from the load device 4, so that the period of the battery 5 close to the overvoltage can be kept short, and the battery There is an effect that the deterioration of 5 can be delayed.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a power generation control unit 7 constituting a main part of the control device for a hybrid vehicle according to the second embodiment of the present invention.
  • the valve operation signal Bs is transmitted from the exhaust valve operation control unit 7d to the speed control unit 7b and the internal processing of the speed control unit 7b is compared with the power generation control unit 7 of the first embodiment. Is the difference.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a more detailed configuration of the power generation control unit 7 shown in FIG.
  • a torque corrector 7b_3 is newly installed as compared with the speed control unit 7b of the first embodiment.
  • the torque command value Tc_ref1 calculated from the speed PI controller 7b_2, Tc_ref2 that is referred to the map from the torque corrector 7b_3 based on the generator rotational speed ⁇ c and the valve operation signal Bs.
  • the differential torque command value ⁇ Tc_ref is calculated, and the calculated value is output to the voltage control unit 7c.
  • FIG. 8 is a graph showing the input / output characteristics of the torque corrector 7b_3.
  • the horizontal axis represents the rotational speed ⁇ c of the generator 2, and the vertical axis represents the torque correction value Tc_ref2 that is the output of the torque corrector 7b_3.
  • the friction torque command characteristic Teb_chara1 at the time of engine braking with respect to the engine 1 and the friction torque command characteristic Teb_chara2 at the time of exhaust brake are functions as a function of the generator rotational speed ⁇ c. Each is set.
  • the friction torque command characteristic Teb_chara1 is selected from the torque corrector 7b_3, and the friction torque command A torque correction value Tc_ref2 is output based on the characteristic Teb_chara1.
  • the friction torque command characteristic Teb_chara2 is selected from the torque corrector 7b_3, and the selected friction torque command characteristic Teb_chara2 is selected. Based on the torque correction value Tc_ref2. Switching between the engine brake and the exhaust brake is performed based on the ON / OFF signal of the exhaust valve operation signal Bs.
  • the lower limit value X0 of the generator rotational speed ⁇ c indicated by the alternate long and short dash line is set so that the generator rotational speed ⁇ c corresponds to the idling rotational speed ⁇ e_idol of the engine 1, and the torque
  • the correction value Tc_ref2 is set so that the engine brake is lower than the exhaust brake.
  • the upper limit value has a margin with respect to the allowable maximum rotational speed ⁇ e_lim which is a design limit value when the engine 1 applies the engine brake and the exhaust brake, and is a value slightly smaller than the allowable maximum rotational speed ⁇ e_lim ( Y0).
  • the engine brake / exhaust brake upper limit set value Y0 is set to be less than the allowable maximum rotational speed ⁇ e_lim so as to be, for example, 0.9 times the allowable maximum rotational speed.
  • the exhaust valve operation signal Bs is generated from the DC voltage command value generator 7a_1 based on the overvoltage threshold value Vdc_lim, so that the engine brake or This has the effect of simplifying the control sequence when using the exhaust brake.
  • the voltage control unit 7c uses the speed command value ⁇ c_ref2 input via the speed limiter 7b_1 and the torque command value Tc_ref1 output via the PI controller 7b_2 and the torque correction output from the torque corrector 7b_3. Since the output of the converter 3 is PWM-controlled based on the value Tc_ref2, the torque correction value Tc_ref2 from the torque corrector 7b_3 with respect to the response delay of the voltage PI controller 7a_2 that occurs when the DC voltage Vdc changes. Works as a feed-forward function, and there is an effect that regenerative power consumption from the load device 4 can be executed promptly.
  • the torque compensator 7b_3 includes a friction torque command characteristic Teb_chara1 during engine braking and a friction torque command characteristic Teb_chara2 during exhaust braking as a plurality of torque command characteristics based on the presence or absence of the exhaust valve operation command Bs. It is preferably set as a function with respect to the rotational speed ⁇ c.
  • the torque correction value Tc_ref2 is output based on the generated friction torque command characteristic Teb_chara2, the torque correction value Tc_ref2 has a stronger feedforward function than when the engine brake alone, and the regenerative power from the load device 4 has a quick response, And there is an effect that it can be consumed quickly.
  • the torque correction value Tc_ref2 output from the torque corrector 7b_3 is set to zero in a speed region that is equal to or greater than the allowable maximum rotational speed ⁇ e_lim of the engine 1. With this setting, even when the rotational speed ⁇ c of the generator 2 suddenly increases, the torque correction value Tc_ref2 from the torque corrector 7b_3 becomes zero, so that the control of the power generation control unit 7 is stabilized. .
  • FIG. 9 is a block diagram showing an overall configuration of a hybrid vehicle system including a hybrid vehicle control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the circuit breaker 14 is provided between the battery 5, the converter 3, and the inverter 4e of the load device 4, and the upper control. The difference is that a battery open control signal line is connected from the unit 10 to the battery 5.
  • any one of the power generation control units 7 used in the first and second embodiments can be applied to the power generation control unit 7 in the third embodiment.
  • the generator limit signal ⁇ c_lim is output from the speed limiter 7b_1 to the host control unit 10.
  • the host controller 10 monitors the generator limit signal ⁇ c_lim, and if the generator limit signal ⁇ c_lim exceeds the allowable value, outputs the battery open signal BATOPEN to the circuit breaker 14 and performs control to open the battery 5. .
  • the regenerative current does not flow to the battery 5 and the regenerative power from the load device 4 can be cut off, so that there is an effect of suppressing the overvoltage of the battery 5 and the excessive temperature rise of the battery 5.
  • Embodiment 1-3 is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined within the scope of the present invention. Needless to say, the configuration may be modified by omitting the unit.
  • the present invention is useful as a control device for a hybrid vehicle that can prevent overcharging and overvoltage of the power storage device.

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Abstract

 エンジンに連結される発電機が出力する交流電力を直流電力に変換するコンバータを制御して発電機の発電量を制御する発電制御部7は、電力貯蔵装置に対する直流電圧指令値Vdc_refと、直流リンク部の直流電圧Vdcとの差分電圧値ΔVdcに基づいて発電機に対する回転速度指令値ωc_ref1を算出し、この回転速度指令値ωc_ref1に基づいて、コンバータの出力をPWM制御して発電機の回転速度ωcを回転速度指令値ωc_ref1に追従させると共に直流電圧Vdcを直流電圧指令値Vdc_refに追従させることで過電圧を防止する。

Description

ハイブリッド車両の制御装置
 本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
 ハイブリッド車両は、エンジンの出力を発電機により電力に変換し、その変換した電力とバッテリなどの電力貯蔵装置からの電力により電動機を駆動して推進制御するように構成された鉄道車両である。
 このように構成されたハイブリッド車両において、例えば下記特許文献1には、バッテリの目標出力とバッテリの充電率に基づいて、直流バスに対する直流電圧指令値を設定し、目標出力に達するようにバッテリから直流バスに対する出力を制御し、直流バスへのバッテリからの出力が目標出力に達すると、直流電圧指令値にコンバータの直流電圧レベルが近づくように発電機からの出力を制御する技術が開示されている。なお、下記非特許文献1については、後述する。
特開2011-168226号公報
「ACサーボシステムの理論と設計の実際基礎からソフトウェアサーボまで」杉本英彦、小山正人、玉井伸三著、99~103ページ
 しかしながら、上記従来の技術では、例えば鉄道車両が長い下り坂を走行するときなどでは、負荷装置からの回生電力が電力貯蔵装置であるバッテリに充電され続けるため、バッテリが過充電および過電圧に至る恐れがあるという問題点があった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力貯蔵装置の過充電および過電圧を防止し得るハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、エンジンに連結される発電機と、発電機が出力する交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータを制御して前記発電機の発電量を制御する発電制御部と、前記コンバータと電気的に接続された電力貯蔵装置と、少なくとも前記発電制御部の動作を制御する上位制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、前記発電制御部は、前記電力貯蔵装置の電気的接続端に対する直流電圧指令値と、前記電気的接続端の直流電圧との差分電圧値の情報に基づいて前記発電機に対する回転速度指令値を算出し、この回転速度指令値に基づいて、前記コンバータの出力をPWM制御して前記発電機の回転速度を前記回転速度指令値に追従させると共に前記直流電圧を前記直流電圧指令値に追従させることで過電圧を防止する過電圧防止部を備えたことを特徴とする。
 この発明によれば、電力貯蔵装置の過充電および過電圧を防止し得るハイブリッド車両の制御装置を提供できるという効果を奏する。
図1は、この発明の実施の形態1に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両システムの全体構成を示すブロック図である。 図2は、この発明の実施の形態1に係るハイブリッド車両の制御装置の要部を成す発電制御部の構成を示すブロック図である。 図3は、図2に示す発電制御部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。 図4は、直流電圧指令値生成器の入出力特性を示すグラフである。 図5は、速度リミット器の入出力特性を示すグラフである。 図6は、この発明の実施の形態2に係るハイブリッド車両の制御装置の要部を成す発電制御部の構成を示すブロック図である。 図7は、図6に示す発電制御部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。 図8は、トルク補正器の入出力特性を示すグラフである。 図9は、この発明の実施の形態3に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両システムの全体構成を示すブロック図である。
 以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかるハイブリッド車両の制御装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両システムの全体構成を示すブロック図である。図1において、ハイブリッド車両システムは、エンジン1と、エンジン1によって駆動される発電機2と、電力変換装置としてのコンバータ3と、コンバータ3に接続された負荷装置4と、負荷装置4と同様にコンバータ3に接続された電力貯蔵装置としてのバッテリ5と、エンジン1を制御するエンジン制御部6と、発電機2の発電量を制御するためにエンジン1およびコンバータ3を制御する発電制御部7と、バッテリ5の電力調整を行うバッテリ制御部8と、負荷装置4を制御する負荷装置制御部9と、図示しない運転台からの運転指令Do_1や、電圧センサ11、速度センサ12などからの各種センサ出力に基づいて、エンジン制御部6、発電制御部7、バッテリ制御部8および負荷装置制御部9を制御する上位制御部10を備えて構成される。
 エンジン1は、例えばディーゼルエンジンであり、発電のための駆動力を発電機2へ伝達する。エンジン1は、負荷装置4の一構成要素である電動機4dの回生動作時に、エンジンブレーキや、排気管の途中に設けられたバルブを閉じることで排気圧力を高めてエンジン1のポンピングロスを大きくして回転速度を抑制する、所謂、排気ブレーキ(強化エンジンブレーキ)の動作を行なうことも可能である。また、エンジン1は、排気弁をオン/オフ制御することで、エンジンブレーキと排気ブレーキとの切り替えを行うことも可能である。
 発電機2は、例えば三相交流発電機であり、エンジン1の駆動力によって回転子が回転して発電し、この発電した電力(交流電力)を負荷装置4およびバッテリ5のうちの少なくとも一方に供給する電力供給源として機能する。発電機2は、電動機としても動作することができ、エンジン1の始動時にエンジン1をクランキングすることや、発電機2の駆動力を用いてエンジン1を回転させることで、電力を消費することができる。
 電力変換装置としてのコンバータ3は、図示しない複数のスイッチング素子および整流素子を備えて構成され、バッテリ5および負荷装置4の双方が電気的に接続される直流リンク部13と発電機2との間に接続され、後述する発電機制御部7からのゲート信号Gp_cに基づいて、発電機2が発電する交流電力を直流電力に変換する。また、コンバータ3は、発電機2を電動機として動作させる際には、バッテリ5もしくは負荷装置4から供給される直流電力を交流電力に変換する逆変換動作を行う。
 直流リンク部13に接続される負荷装置4は、図示のように駆動輪4a、車軸4b、負荷装置4における電力変換装置としてのインバータ4e、車両を駆動する電動機4dおよび、電動機4dの出力を減速して車軸4bに伝達する減速機4cを備えて構成されている。インバータ4eは、図示しない複数のスイッチング素子と整流素子とを備えて構成され、バッテリ5およびコンバータ3のうちの少なくとも一方から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機4dに供給する。また、インバータ4eは、負荷装置4における電動機4dを回生動作させる際には、電動機4dで回生される交流電力を直流電力に変換する逆変換動作を行うことが可能である。負荷装置4における電動機4dは、例えば三相交流電動機であり、駆動力を発生し減速機4cを介して駆動輪4aに駆動力を伝達する。また、この電動機4dは、発電機としても動作することができ、車両の減速時に駆動輪4aにより駆動されて回生電力を発生させることで車両の運動エネルギーを回生する。
 負荷装置4と同様に直流リンク部13に接続されるバッテリ5は、例えばリチウムイオン二次電池であり、発電機2の出力電力や電動機4dの回生電力により充電される一方で、発電機2や電動機4dを駆動するための駆動電力を直流リンク部13に供給する。
 エンジン制御部6は、上位制御部10から指令されるエンジントルク指令値Te_refと、エンジン1に設けられたセンサ(図示せず)により検出されるエンジンの回転速度等の信号とに基づいて、エンジン1のスロットル開度Stを制御し、エンジン1がエンジントルク指令値Te_refに対応するトルクを発生するようにエンジン1を制御する。
 発電制御部7は、発電機2に取り付けられた速度センサ12により検出された発電機2の回転速度ωcと、直流リンク部13に設けられた電圧センサ11により検出された直流電圧値Vdcの状態とに応じて、コンバータ3を構成するスイッチング素子をスイッチング制御して発電機2に供給する電圧を制御する。また、発電制御部7の制御状態を上位制御部10に伝送する。
 バッテリ制御部8は、バッテリ5の電流センサ(図示せず)により検出されたバッテリ5の充電電流もしくは放電電流としてのバッテリ電流値Ibatおよび、同じくバッテリ5の電圧センサ(図示せず)により検出されたバッテリ電圧値Vbatに基づいて、バッテリ5の充電状態SOC(State of Charge)を推定し、上位制御部10へ出力する。なお、バッテリ電流値Ibatおよびバッテリ電圧値Vbatは、電流センサおよび電圧センサを直流リンク部13に設けることで検出し、その検出値をバッテリ制御部8に入力してもよい。
 負荷装置制御部9は、上位制御部10から指令される電動機トルク指令値Ti_refに電動機4dのトルクを追従させるように、インバータ4eを制御するための、所謂、PWMスイッチング信号であるゲート信号GP_iを生成し、この生成したゲート信号GP_iを負荷装置4に出力してインバータ4eを制御する。
 上位制御部10は、前述の各構成要素の動作全体を管理およびモニタリングする機能を有する。より詳細に説明すると、この上位制御部10は、発電機2の回転数ωcや、直流リンク部13の電圧センサ11で取得した直流電圧Vdc情報、入力された運転指令Do_1に基づいて生成した制御指令Do_2に基づいて、発電制御部7およびコンバータ3を介して発電機2を制御すると共に、エンジン制御部6を介してエンジン1を制御する。さらに、上位制御部10は発電制御部7からのエンジンブレーキ信号EBに基づいて、エンジン制御部6を介してエンジン1を制御し、発電制御部7からの制限信号をモニタリングして図示しない運転台に必要な情報を通知する。
 以上の装置構成において、負荷装置4が回生中にエンジンブレーキを使用するときには、負荷装置4からの回生電力によりエンジン1が高回転となると共に、バッテリ5が過電圧になるという課題を解決するため、以下の発電機制御を実行し、エンジン1のオーバースピードを抑制しつつ、バッテリ5の過充電および過電圧を防止する制御を行う。
 図2は、この発明の実施の形態1に係るハイブリッド車両の制御装置の要部を成す発電制御部7の構成を示すブロック図である。図2において、発電制御部7は、回転速度指令値生成部7a、速度制御部7b、電圧制御部7cおよび排気弁操作制御部7dを備えて構成される。ここで、詳細な動作は後述するが、回転速度指令値生成部7a、速度制御部7bおよび電圧制御部7cは、発電機2の回転速度を発電機2に対する回転速度指令値に追従させる制御と、直流リンク部13の直流電圧をこの直流リンク部13に対する直流電圧の指令値に追従させる制御とを行うことで過電圧を防止する過電圧防止部7Aとして動作する。なお、過電圧防止部7Aの構成要素に排気弁操作制御部7dを含めてもよい。
 また、図3は、図2に示す発電制御部7のさらに詳細な構成を示すブロック図である。回転速度指令値生成部7aは、図3に示すように、直流電圧指令値生成器7a_1、電圧PI制御器7a_2などを備えて構成されており、直流電圧指令値生成器7a_1にて直流電圧指令値Vdc_refを生成し、生成した直流電圧指令値Vdc_refと直流電圧Vdcとの差分電圧値に基づいて、電圧PI制御器7a_2にて回転速度指令値ωc_ref1を演算する。
 直流電圧指令値生成器7a_1の更に詳細な動作については、図4を参照して説明する。図4は、直流電圧指令値生成器7a_1の入出力特性を示すグラフであり、横軸が直流電圧Vdc、縦軸が直流電圧指令値Vdc_refを表わしている。また、図4の横軸および縦軸には、過電圧限界電圧Vdc_maxと過電圧閾値Vdc_limとが設けられている。過電圧限界電圧Vdc_maxは、例えばバッテリ5の充電状態SOCが満充電(SOC=100%)のときのバッテリ5の電圧値であり、過電圧閾値Vdc_limは、負荷装置4の電動機4dが回生動作を行ったときに、過電圧限界値Vdc_maxを超えない範囲で設定される電圧値である。直流電圧指令値生成器7a_1は、直流電圧Vdcに応じた直流電圧指令値Vdc_refを生成するが、直流電圧Vdcが過電圧閾値Vdc_lim以上になるとエンジンブレーキで過剰となった回生電力を消費する。従って、負荷装置4の電動機4dが回生動作を行う場合、直流電圧指令値Vdc_refは以下のように決定される。
 (1)の区間(横軸の電圧が0から過電圧閾値Vdc_limまでの区間)
 この区間においては、直流電圧指令値生成器7a_1が出力する直流電圧指令値Vdc_refは、直流電圧Vdcと一致した値が出力される。
 (2)の区間(横軸の電圧が過電圧閾値Vdc_lim以上の区間)
 この区間においては、直流電圧指令値生成器7a_1が出力する直流電圧指令値Vdc_refは、直流電圧Vdcに依らず過電圧閾値Vdc_limの値が出力される。
 このようにして、直流電圧指令値生成器7a_1は、直流電圧Vdcの大きさが(2)の区間にあるときには、バッテリ5の状態が過電圧ぎみであると判定してエンジンブレーキ制御を開始し、負荷装置4からの回生電力をエンジン1の回転摩擦力で消費させるための指令値を生成して出力する。
 さらに、直流電圧指令値生成器7a_1は、過電圧閾値Vdc_limの情報を後述する排気弁操作制御部7dと、上位制御部10とに伝送する。この過電圧閾値Vdc_limは、予め路線ごとに、インバータ4eから直流リンク部13に流れるインバータ電力の最大回生電力に基づき、過電圧限界電圧Vdc_maxを超えない範囲で算出・設定してもよい。なお、上位制御部10に伝送された過電圧閾値Vdc_limは、経過時間ごとに上位制御部10に記憶される。
 図3に戻り、電圧PI制御器7a_2には、直流電圧指令値生成器7a_1が生成した直流電圧指令値Vdc_refと、直流電圧Vdcとの差分電圧値ΔVdcが入力される。電圧PI制御器7a_2は、予め所望の電圧制御応答に基づいて設定されたゲインを用いて、例えば比例積分演算を差分電圧値ΔVdcに施すことにより、回転速度指令値ωc_ref1を算出して出力する。なお、算出した回転速度指令値ωc_ref1は後段の速度制御部7bに入力される。
 つぎに、速度制御部7bについて説明する。速度制御部7bは、図3に示すように、速度リミット器7b_1、速度PI制御器7b_2などを備えて構成されており、回転速度指令値生成部7aからの回転速度指令値ωc_ref1に速度リミット器7b_1がリミットをかけ、このリミットされた出力値と発電機回転数(発電機回転速度と同義)ωcとの差分回転数に基づいて、速度PI制御器7b_2にて発電機2に対するトルク指令値Tc_ref1を生成する。
 速度リミット器7b_1の更に詳細な動作については、図5を参照して説明する。図5は、速度リミット器7b_1の入出力特性を示すグラフである。速度リミット器7b_1は、電圧PI制御器7a_2から出力された回転速度指令値ωc_ref1(第1の回転速度指令値)に対して、上限リミット処理と下限リミット処理とのうちの少なくとも一方の処理を行ない、回転速度指令値ωc_ref2(第2の回転速度指令値)として出力する。
 例えば、下限リミット処理を行う制限値(下限値)はエンジン1のアイドリング回転数ωe_idol(=X0)とし、回転速度指令値ωc_ref2がアイドリング回転数ωe_idol以下となることを防止する。その一方で、上限リミット処理を行う制限値(上限値)は、エンジン1のエンジンブレーキ・排気ブレーキ時の最大回転数ωe_maxにマージンを見積もったエンジン回転数ωe_lim(Y=0)とし、回転速度指令値ωc_ref2がエンジン回転数ωe_lim以上になることを防止する。加えて、速度リミット器7b_1は、回転速度指令値ωc_ref2がリミット処理されたときの情報を、発電機リミット信号ωc_limとして上位制御部10に伝送する。
 図3に戻り、速度PI制御器7b_2には、速度リミット器7b_1から出力された回転速度指令値ωc_ref2と、発電機2の回転子軸から取得した発電機回転速度ωcとの差分回転速度値Δωcが入力される。速度PI制御器7b_2は、予め所望の速度制御応答に基づいて設定されたゲインを用いて、例えば比例積分演算を差分回転速度値Δωcに施すことにより、トルク指令値Tc_ref1を算出して出力する。なお、算出したトルク指令値Tc_ref1は後段の電圧制御部7cに入力される。
 つぎに、電圧制御部7cについて説明する。図3において、電圧制御部7cは、発電機2の出力トルクが速度PI制御器7b_2から入力されたトルク指令値Tc_ref1に追従するようにする制御(所謂、ベクトル制御)に基づいてコンバータ3に出力する電圧指令値を演算し、この演算した電圧指令値に基づいてコンバータ3をPWM制御するためのゲート信号GP_cを生成してコンバータ3へ出力する。コンバータ3は、電圧制御部7cからのゲート信号GP_cに基づいて、PWM制御装置(図示せず)によりPWM制御され、発電機2の出力トルクを制御する。なお、ベクトル制御によるトルク制御方式は公知の技術であり、例えば上記した非特許文献1などを参照されたい。
 つぎに、排気弁操作制御部7dについて説明をする。排気弁操作制御部7dは、図3に示すように、比較器7d_1~7d_3、力行・惰行・回生判定器7d_4、エンジンブレーキ判定器7d_5、排気ブレーキ判定器7d_6などを備えて構成される。
 比較器7d_1は、直流リンク部13の直流電圧Vdcと、回転速度指令値生成部7aで生成された過電圧閾値Vdc_limとを比較し、直流電圧Vdcが過電圧閾値Vdc_limを上回った場合にエンジンブレーキ判定器7d_5に信号Vdc_sigのON信号を出力する。なお、過電圧閾値Vdc_limは、前述のように、負荷装置4の電動機4dが回生したときにバッテリ5が過電圧とならない範囲で決定される。
 比較器7d_2は、発電機回転数ωcとエンジン1のアイドリング回転数ωe_idolとを比較し、発電機回転数ωcがアイドリング回転数ωe_idolを上回った場合にエンジンブレーキ判定器7d_5に信号ωc_sigのON信号を出力する。
 比較器7d_3は、発電機回転数ωcと、エンジン1の排気ブレーキ実行時のエンジン回転数ωe_haikiとを比較し、発電機回転数ωcが、このエンジン回転数ωe_haikiを上回った場合に排気ブレーキ判定器7d_6に信号ωc_sig2のON信号を出力する。排気ブレーキ実行時のエンジン回転数ωe_haikiは、後述する図8のようにアイドリング回転数ωe_idolとエンジン1の許容最大回転数ωe_limとの間の回転数である。例えば、アイドリング回転数ωe_idolが600rpm近傍で許容最大回転数ωe_limが2000rpmなら排気ブレーキ時のエンジン回転数ωe_haikiは1200rpm近傍となる。
 力行・惰行・回生判定器7d_4は、上位制御部10からの運転動作信号Do_2を受け取って、その情報をMode(力行・惰行・回生)信号としてエンジンブレーキ判定器7d_5に出力する。
 エンジンブレーキ判定器7d_5は、比較器7d_1からの信号Vdc_sigと、力行・惰行・回生判定器7d_4からのMode信号と、比較器7d_2からの信号ωc_sig1とによる3つの信号からエンジンブレーキ動作が可能か否かを判定し、排気ブレーキ判定器7d_6と上位制御部10とに対しエンジンブレーキ信号EBを出力する。このエンジンブレーキ信号EBは、信号Vdc_sigがON、Mode信号が回生、信号ωc_sig1がONのときに、排気ブレーキ判定器7d_6および上位制御部10に対しON信号が出力される。一方、このON信号となる組み合わせ以外のときは、排気ブレーキ判定器7d_6および上位制御10とにOFF信号が出力される。
 排気ブレーキ判定器7d_6は、エンジンブレーキ判定器7d_5からのエンジンブレーキ信号EBと、比較器7d_3からの信号ωe_sig2とによる2つの信号から排気ブレーキが可能か否かを判定し、弁操作信号Bsを出力する。この弁操作信号Bsは、エンジンブレーキ信号EBがON、信号ωe_sig2がONのときにON信号が出力される。一方、このON信号となる組み合わせ以外はOFF信号が出力される。
 発電制御部7の制御シーケンスは以上の通りである。この制御シーケンスにより、上位制御部10はエンジンブレーキ使用時にて以下の動作を行い、バッテリ5の過電圧を防止する。
(エンジン制御部6に対する制御)
 電動機4dの回生動作時に直流電圧Vdcが過電圧閾値Vdc_lim以上となり、かつ、発電機回転数ωcがアイドリング回転数以上になると、エンジンブレーキ信号EBのON信号が上位制御部10に出力される。このとき、上位制御部10は、エンジン制御部6に「0(零)」のエンジントルク指令Te_ref(図1参照)を出力する。零のエンジントルク指令Te_refが出力されたエンジン制御部6は、エンジン1のスロットル開度St(図1参照)を閉じるようにエンジン1に指令を送り、エンジン1への燃料供給を停止させる。その後、負荷装置4からの回生電力はバッテリ5に充電されず、エンジン1の摩擦負荷によって消費され、バッテリ5が過電圧となるのを防止できる。
(負荷装置制御部9にする制御)
 上記の制御を行う一方で、上位制御部10は、速度リミット器7b_1からの発電機リミット信号ωc_limに応じて、負荷装置4からの回生電力を抑えるように負荷装置制御部9からの負荷トルク指令値Ti_ref(図1参照)を絞る。そして、負荷トルク指令値Ti_refの減少量に応じて、機械ブレーキ力を増大させ余剰な回生電力を機械ブレーキで消費する。また、発電機リミット信号ωc_limは、上位制御部10を介し図示しない運転台等に通知しランプ表示等にて運転手に報知する。
 以上説明したように、実施の形態1に係るハイブリッド車の制御装置によれば、発電制御部7は直流電圧Vdcが過電圧閾値Vdc_lim以上になると、直流電圧Vdcと直流電圧指令値Vdc_refとの差分電圧ΔVdcを一旦、回転速度指令値ωc_ref1とし、さらに速度リミット器7b_1で上・下限処理を施して発電機回転数ωc_ref2とする制御を行う。この制御により、余剰な回生電力をエンジンブレーキもしくは排気ブレーキで消費することができ、エンジンのオーバースピードを抑制しつつ、過充電および過電圧を防止できるという効果がある。
 なお、発電制御部7の直流電圧指令値生成器7a_1は、負荷装置4の最大回生時のバッテリ5の電圧降下を加味して過電圧閾値Vdc_limを設定することが好ましい。この点を考慮することにより、バッテリ5の内部抵抗により、直流電圧Vdcが上昇して過電圧領域に入ることを確実に防止する効果がある。
 また、電圧制御系の入力側に速度リミット器7b_1による上下制限を施した閉ループの速度制御系を設けることで、エンジン1の異常な回転を確実に防止できるという効果が得られる。具体的には、バッテリ5の内部抵抗による電圧降下により直流電圧Vdcが大幅に変化した場合においても、速度制御系の速度リミット器7b_1によって、発電機2およびエンジン1からなる機械系の回転数異常を防止できるという効果に繋がる。なお、バッテリ5の内部抵抗に加え、バッテリ5が吸収できる電流の最大値(最大吸収電流)を考慮すれば、更に好ましい。
 また、速度リミット器7b_1の発電機回転速度の下限値X0をエンジン1のアイドリング速度ωe_idol以上に設定することが好ましい。このような設定により、発電制御部7の回転速度指令値ωc_ref2がアイドリング速度ωe_idolを下回らないように制御されるため、エンジン1の逆転を防ぎ、安定した動作を続行できるという効果がある。
 また、速度リミット器7b_1により、発電機回転速度の上限値Y0をエンジン1のエンジンブレーキ・排気ブレーキ時の許容最大回転数ωe_maxに対してマージンを持たせ、この許容最大回転数ωe_maxよりも少し小さい値に設定することが好ましい。このような設定により、エンジン1が高回転となって機械的に破損することを確実に防止できるという効果がある。
 また、速度リミット器7b_1における発電機リミット信号ωc_limを上位制御部10に伝達することが好ましい。この制限情報は、上位制御部10から運転台を介して運転手に報知することができ、直流電圧指令値Vdc_refの生成に制限がかかっている状態であることを認識できるという効果がある。
 また、発電機リミット信号ωc_limを上位制御部10に伝達することにより、上位制御部10が負荷装置4からの回生電力を抑制できるので、バッテリ5の過電圧に近い状態の期間を短く抑えられ、バッテリ5の劣化を遅らせられるという効果がある。
実施の形態2.
 つぎに、この発明の実施の形態2に係るハイブリッド車両の制御装置について説明する。図6は、この発明の実施の形態2に係るハイブリッド車両の制御装置の要部を成す発電制御部7の構成を示すブロック図である。実施の形態2では、実施の形態1の発電制御部7と比較して、排気弁操作制御部7dから速度制御部7bに弁操作信号Bsが伝達されることと、速度制御部7bの内部処理とが相違点である。
 また、図7は、図6に示す発電制御部7のさらに詳細な構成を示すブロック図である。実施の形態2では、実施の形態1の速度制御部7bと比較して、新たにトルク補正器7b_3が設置されている。実施の形態2の速度制御部7bでは、速度PI制御器7b_2から算出したトルク指令値Tc_ref1と、発電機回転数ωcと弁操作信号Bsとに基づいてトルク補正器7b_3からマップ参照したTc_ref2とで差分トルク指令値ΔTc_refが算出され、その算出値が電圧制御部7cに出力される。
 新たに設けられたトルク補正器7b_3の更に詳細な動作については、図8を参照して説明する。図8は、トルク補正器7b_3の入出力特性を示すグラフであり、横軸が発電機2の回転速度ωc、縦軸がトルク補正器7b_3の出力となるトルク補正値Tc_ref2である。
 トルク補正器7b_3が参照するマップでは、図8のように、エンジン1に対するエンジンブレーキ時の摩擦トルク指令特性Teb_chara1と、排気ブレーキ時の摩擦トルク指令特性Teb_chara2とが、発電機回転数ωcに対する関数として夫々設定されている。
 ここで、発電制御部7の排気弁操作制御部7dの排気ブレーキ判定器7d_6から算出した排気弁操作信号BsがOFFなら、トルク補正器7b_3から摩擦トルク指令特性Teb_chara1が選択され、その摩擦トルク指令特性Teb_chara1に基づいてトルク補正値Tc_ref2が出力される。さらに、発電機回転数ωcが上昇し、排気弁操作信号BsからON信号が出力された場合には、トルク補正器7b_3から摩擦トルク指令特性Teb_chara2が選択され、その選択された摩擦トルク指令特性Teb_chara2に基づいてトルク補正値Tc_ref2が出力される。エンジンブレーキと排気ブレーキとの切替えは、排気弁操作信号BsのON/OFF信号に基づいて行われる。
 つぎに、トルク補正器7b_3のマップに規定されるパラメータ値の詳細な設け方について図8を参照して説明する。
 まず、下限値の設け方であるが、一点鎖線で示す発電機回転速度ωcの下限値X0は、発電機回転数ωcがエンジン1のアイドリング回転数ωe_idolに相当するように設定されており、トルク補正値Tc_ref2はエンジンブレーキの方が排気ブレーキより低く設定されている。
 一方、上限値は、エンジン1がエンジンブレーキおよび排気ブレーキをかけるときの設計上の限度値である許容最大回転数ωe_limに対してマージンを持たせ、この許容最大回転数ωe_limよりも少し小さい値(Y0)に設定している。このエンジンブレーキ・排気ブレーキ用上限設定値Y0は、例えば許容最大回転数の例えば0.9倍となるように許容最大回転数ωe_lim未満となるように設定される。
 なお、エンジン1の保護のため、許容最大回転数ωe_lim以上の回転数領域では、発電機トルクTc_ref2が零となるように上限値を設定することが好ましい。
 以上説明したように、実施の形態2に係るハイブリッド車の制御装置によれば、直流電圧指令値生成器7a_1から過電圧閾値Vdc_limに基づいて、排気弁操作信号Bsを生成することで、エンジンブレーキもしくは排気ブレーキを使用する際の制御シーケンスを簡略化できる効果がある。
 また、電圧制御部7cは、速度リミット器7b_1を介して入力された速度指令値ωc_ref2を用いてPI制御器7b_2を介して出力したトルク指令値Tc_ref1と、トルク補正器7b_3から出力されたトルク補正値Tc_ref2とに基づいてコンバータ3の出力をPWM制御することとしたので、直流電圧Vdcが変化したときに発生する電圧PI制御器7a_2の応答遅れに対し、トルク補正器7b_3からのトルク補正値Tc_ref2がフィードフォワード機能として働き、負荷装置4からの回生電力消費を速やかに実行できるという効果がある。
 なお、トルク補正器7b_3は、排気弁操作指令Bsの有無に基づいた複数のトルク指令特性として、エンジンブレーキ時の摩擦トルク指令特性Teb_chara1と、排気ブレーキ時の摩擦トルク指令特性Teb_chara2とが、発電機回転数ωcに対する関数として夫々設定されていることが好ましい。これら2つの摩擦トルク指令特性を有することにより、排気弁操作指令Bsが速度制御部7bのトルク補正器7b_3に出力されるとき、摩擦トルク指令特性Teb_chara1から摩擦トルク指令特性Teb_chara2が選択され、その選択された摩擦トルク指令特性Teb_chara2に基づいてトルク補正値Tc_ref2が出力されるので、トルク補正値Tc_ref2がエンジンブレーキ単体の時より強くフィードフォワード機能が働き、負荷装置4からの回生電力を速い応答で、かつ速く消費できるという効果がある。
 また、エンジン1の許容最大回転数ωe_lim以上の速度領域では、トルク補正器7b_3から出力されるトルク補正値Tc_ref2が零に設定されていることが好ましい。このような設定により、発電機2の回転数ωcが急激に上昇した場合も、トルク補正器7b_3からのトルク補正値Tc_ref2が零となるので、発電制御部7の制御が安定するという効果がある。
実施の形態3.
 つぎに、この発明の実施の形態3に係るハイブリッド車両の制御装置について説明する。図9は、この発明の実施の形態3に係るハイブリッド車両の制御装置を含むハイブリッド車両システムの全体構成を示すブロック図である。この実施の形態3では、実施の形態1のシステム制御部と比較して、バッテリ5と、コンバータ3と、負荷装置4のインバータ4eとの間に遮断器14を設けている点と、上位制御部10からバッテリ5に対しバッテリ開放制御信号線が結線されている点とが相違点である。
 実施の形態3の発電制御部7は、実施の形態1および実施の形態2で用いた発電制御部7のうちの何れかを適用することができる。実施の形態1および実施の形態2の何れの発電制御部7においても、速度リミット器7b_1から発電機リミット信号ωc_limが上位制御部10に出力される構成である。上位制御部10は、発電機リミット信号ωc_limを監視しており、発電機リミット信号ωc_limが許容値以上になれば、遮断器14にバッテリ開放信号BATOPENを出力し、バッテリ5を開放する制御を行う。この制御により、バッテリ5に回生電流が流れなくなり、負荷装置4からの回生電力を遮断できるので、バッテリ5の過電圧と、バッテリ5の過剰な温度上昇とを抑える効果がある。
 なお、以上の実施の形態1-3に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
 以上のように、本発明は、電力貯蔵装置の過充電および過電圧を防止し得るハイブリッド車両の制御装置として有用である。
 1 エンジン、2 発電機、3 コンバータ、4 負荷装置、4a 駆動輪、4b 車軸、4c 減速機、4d 電動機、4e インバータ、5 バッテリ、6 エンジン制御部、7 発電制御部、7a 回転速度指令値生成部、7a_1 直流電圧指令値生成器、7a_2 電圧PI制御器、7b 速度制御部、7b_1 速度リミット器、7b_2 速度PI制御器、7b_3 トルク補正器、7c 電圧制御部、7d 排気弁操作制御部、7d_1 比較器、7d_2 比較器、7d_3 比較器、7d_4 力行・惰行・回生判定器、7d_5 エンジンブレーキ判定器、7d_6 排気ブレーキ判定器、8 バッテリ制御部、9 負荷装置制御部、10 上位制御部、11 電圧センサ、12 速度センサ、13 直流リンク部、14 遮断器。

Claims (15)

  1.  エンジンで駆動される発電機と、前記発電機が出力する交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータを制御して前記発電機の発電量を制御する発電制御部と、前記コンバータと電気的に接続された電力貯蔵装置と、少なくとも前記発電制御部の動作を制御する上位制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
     前記発電制御部は、
     前記電力貯蔵装置の電気的接続端に対する直流電圧指令値と、前記電気的接続端の直流電圧との差分電圧値の情報に基づいて前記発電機に対する回転速度指令値を算出し、前記回転速度指令値に基づいて、前記コンバータの出力をPWM制御して前記発電機の回転速度を前記回転速度指令値に追従させると共に前記直流電圧を前記直流電圧指令値に追従させる過電圧防止部を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2.  前記過電圧防止部は、
     前記直流電圧指令値と前記直流電圧とを用いて前記回転速度指令値を算出する回転速度指令値算出部と、
     前記回転速度指令値と前記発電機の回転速度との差分値に基づいて、前記発電機に対するトルク指令値を生成する速度制御部と、
     前記トルク指令値に基づいて前記コンバータをPWM制御する電圧制御部と、
     を備えたことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3.  前記回転速度指令値算出部は、
     前記直流電圧指令値を生成する直流電圧指令生成器と、
     前記差分電圧値に基づいて前記回転速度指令値を算出する電圧PI制御器と、
     を備えたことを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  4.  前記直流電圧指令生成器には、前記直流電圧指令値の制限を開始する過電圧閾値が設定されていることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  5.  前記過電圧閾値は、バッテリの内部抵抗と、バッテリの最大吸収電流とから予め想定される電圧変動幅を加味して設定されていることを特徴とする請求項4に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  6.  前記速度制御部は、
     前記回転速度指令値に対する下限値と上限値とのうちの少なくとも一方をリミットする速度リミット器と、
     前記速度リミット器を介して入力された回転速度指令値に基づいて前記トルク指令値を算出する速度PI制御器と、
     を備えたことを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  7.  前記速度リミット器における前記回転速度指令値に対する下限値は、前記エンジンのアイドリング回転数以上に設定されていることを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  8.  前記速度リミット器における前記回転速度指令値に対する上限値は、エンジンブレーキ動作時の許容回転数以下に設定されていることを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  9.  前記速度リミット器のリミット処理情報を前記上位制御部に伝送することを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  10.  前記上位制御部は、前記リミット処理情報に基づいて、負荷装置が発生する回生電力を調整すること特徴とする請求項9に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  11.  前記上位制御部は、前記速度リミット器のリミット処理情報に基づいて、前記バッテリと前記コンバータとの電気的接続端を開放する信号を出力することを特徴とする請求項9に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  12.  前記発電制御部は、前記直流電圧、前記発電機の回転速度および前記過電圧閾値に基づいて、前記エンジンの排気弁操作指令を出力する排気弁操作制御部をさらに具備することを特徴とする請求項4に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  13.  前記エンジンのトルク指令特性を有し、前記発電機の回転速度に基づいてトルク補正値を出力するトルク補正器をさらに備え、
     前記電圧制御部は、前記速度リミット器を介して入力された前記回転速度指令値と、前記トルク補正器から出力された前記トルク補正値とに基づいて前記コンバータの出力をPWM制御することを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  14.  前記排気弁操作指令の有無に基づいた複数のトルク指令特性を有し、前記エンジンの排気弁操作に基づいて前記複数のトルク指令特性のうちの一つを選択し、この選択したトルク指令特性に基づいてトルク補正値を出力するトルク補正器をさらに備え、
     前記電圧制御部は、前記速度リミット器を介して入力された前記回転速度指令値と、前記トルク補正器から出力された前記トルク補正値とに基づいて、前記コンバータの出力をPWM制御することを特徴とする請求項12に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  15.  前記エンジンの許容最大回転数以上の速度領域では、前記トルク補正器から出力されるトルク補正値が零に設定されていることを特徴とする請求項13に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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