JP2002218603A

JP2002218603A - 車両の発電、充電制御装置

Info

Publication number: JP2002218603A
Application number: JP2001010263A
Authority: JP
Inventors: Shuji Nagano; 周二永野; Kojiro Kuramochi; 耕治郎倉持; Hatsuo Nakao; 初男中尾; Hidenori Yokoyama; 英則横山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】車両に搭載された二次電池のＳＯＣの確保と
車両の走行性能の確保とを両立させることができる車両
の発電、充電制御装置を提供する。【解決手段】モータジェネレータ１８はエンジン１０
の動力または車両の運動エネルギで発電を行い高圧バッ
テリ３２の充電を行う。このモータジェネレータ１８及
び高圧バッテリ３２は発電、充電ＥＣＵ４２で制御さ
れ、発電、充電ＥＣＵ４２は、高圧バッテリ３２の充電
量（ＳＯＣ）とエンジンＥＣＵ４６からの車両の走行状
態に関する情報に基づき、インバータ３４を制御しつつ
高圧バッテリ３２の制御モードを変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載された
二次電池を発電機により充電するシステムにおいて、二
次電池の充電量に応じた発電制御を行う車両の発電、充
電制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンまたは車両の運動エネルギによ
り発電機を駆動して蓄電用の二次電池を充電するシステ
ムは、従来のエンジン駆動車やハイブリッド車の他複数
の電圧の二次電池が搭載された多重電源車等さまざまな
車両において使用されている。このような車両では、二
次電池の蓄電量（ＳＯＣ）が低下した場合に、発電機に
よる発電が行われ、二次電池の充電を行っている。

【０００３】また、上記の発電機による発電を常時行っ
たのでは、エンジンにかかる負荷が増え、加速性能が低
下することから、加速時には発電機による二次電池の充
電を停止し、加速性能を維持させるという技術も考案さ
れている。例えば、特開昭６４−１６２２７号公報に
は、エンジンのスロットル弁より下流側の吸気管負圧を
検出することにより、この負圧が一定レベル以下となっ
た場合に発電機による二次電池の充電停止を行う技術が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術においては、二次電池のＳＯＣを考慮せず、加速時に
は常に発電機による二次電池の充電を停止してしまうの
で、二次電池のＳＯＣが低くなっていた場合には、さら
にＳＯＣが低下してしまうという問題があった。また、
加速が終了して通常走行に移行したとたんに発電が再開
され、走行性能が著しく悪化するという問題もあった。

【０００５】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、車両に搭載された二次電池の
ＳＯＣの確保と車両の走行性能の確保とを両立させるこ
とができる車両の発電、充電制御装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、車両の発電、充電制御装置であって、エ
ンジン駆動源または車両の運動エネルギで発電を行う発
電機と、発電機で発電された電気エネルギを蓄電する二
次電池と、を備え、発電機による二次電池の充電が行わ
れる車両の走行状態が、二次電池の蓄電量に基づいて選
択されることを特徴とする。

【０００７】また、上記車両の発電、充電制御装置にお
いて、二次電池の蓄電量と車両の走行負荷とに基づいて
発電機による発電を行うことを特徴とする。

【０００８】また、上記車両の発電、充電制御装置にお
いて、二次電池の蓄電量が所定値より大きいときには、
車両の走行負荷が所定量より小さい場合に発電機による
発電を行うことを特徴とする。

【０００９】また、上記車両の発電、充電制御装置にお
いて、二次電池の蓄電量が満充電量に近いときには、減
速時の運動エネルギのみによって発電機による発電を行
うことを特徴とする。

【００１０】また、上記車両の発電、充電制御装置にお
いて、所定のエンジン停止条件が成立したときにエンジ
ンを自動停止する手段を備え、二次電池の蓄電量が所定
の下限値より低いときにはエンジンの自動停止を禁止す
ることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。

【００１２】図１には、本発明に係る車両の発電、充電
制御装置の一実施形態の構成例が示される。図１におい
て、エンジン１０のクランクシャフト１２は、クランク
プーリクラッチ１４を介してクランクプーリ１６と接続
され、クランクプーリ１６とモータジェネレータ（Ｍ／
Ｇ）１８のＭ／Ｇプーリ２０及び補機類２２を駆動する
ための補機用プーリ２４との間にベルト２６がかけられ
ている。本実施例では、モータジェネレータ１８は従来
のオルタネータの位置に搭載されており、クランクプー
リクラッチ１４を繋いで、ベルト２６を介してエンジン
１０の動力により発電を行う。また、エンジン１０の運
転停止状態から、モータジェネレータ１８によるエンジ
ン１０の始動と発進とを行うこともできる。さらに、エ
ンジン１０の停止中に、クランクプーリクラッチ１４を
切るとともにベルト２６により補機用プーリ２４を介し
て補機類２２を駆動することも可能である。また、モー
タジェネレータ１８は、クランクプーリクラッチ１４を
繋ぎ、アクセルペダルを踏まない状態での降坂時等に
は、車両の運動エネルギを回生し発電することもでき
る。

【００１３】上記モータジェネレータ１８は、さらに、
従来のオルタネータの位置だけではなく、エンジン１０
とオートマチックトランスミッション２８のトルクコン
バータ３０との間に設置し、図１においてその左方向側
（エンジン側）にクラッチを配置した構成としても同様
に作動することができる。

【００１４】係るモータジェネレータ１８は、高圧バッ
テリ３２の直流電源がインバータ３４により交流に変換
されるとともに周波数等も変化されて供給され、その回
転数が制御される。また、モータジェネレータ１８にお
ける発電電力は、インバータ３４により制御され、高圧
バッテリ３２に充電される。このモータジェネレータ１
８が、本発明にかかる発電機に相当し、高圧バッテリ３
２が、本発明にかかる二次電池に相当する。

【００１５】また、エンジン１０のスタータ３６、オー
トマチックトランスミッション２８等にオイルを供給す
る電動油圧ポンプ３１、その他点火系、メーター類、各
ＥＣＵ等の電源となる低圧バッテリ３８には、高圧バッ
テリ３２の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４０により降圧
して供電される。

【００１６】以上に述べたクランクプーリクラッチ１
４、モータジェネレータ１８、高圧バッテリ３２、イン
バータ３４、スタータ３６、低圧バッテリ３８、ＤＣ／
ＤＣコンバータ４０は、発電、充電ＥＣＵ４２により制
御される。この発電、充電ＥＣＵ４２は、高圧バッテリ
３２の充電量（ＳＯＣ）に応じてモータジェネレータ１
８からインバータ３４を介した充電を制御する。高圧バ
ッテリ３２のＳＯＣは、高圧バッテリ３２の温度を検出
する温度センサ４４及び高圧バッテリ３２に流れ込みあ
るいは流れ出す電流を検出する電流センサ４５の出力信
号並びに高圧バッテリ３２の電圧信号４８を発電、充電
ＥＣＵ４２に入力し、発電、充電ＥＣＵ４２が算出す
る。

【００１７】発電、充電ＥＣＵ４２では、上記のように
して求めた高圧バッテリ３２のＳＯＣが、高ＳＯＣであ
るか否かを判断するための基準値Ｓｍｉｄを超えている
場合に高ＳＯＣ状態であると判断する。この場合には、
高圧バッテリ３２が満充電量に近く、充電の必要性が低
いので、車両の減速時のみ車両の運動エネルギの回生に
よる発電をモータジェネレータ１８に行わせ、これによ
って高圧バッテリ３２の充電を行う。また、高圧バッテ
リ３２のＳＯＣが満充電に近い場合等には、必要に応じ
てモータジェネレータ１８の発電を休止したり、車載の
電気機器等により高圧バッテリ３２の電力を消費するこ
ともできる。

【００１８】次に、高圧バッテリ３２のＳＯＣが上記基
準値Ｓｍｉｄ以下であり、また低充電量側の基準値（本
発明に係る所定値に対応する）であるＳｌｏｗ以上であ
る場合には、発電、充電ＥＣＵ４２が中ＳＯＣ状態であ
ると判断する。この場合には、車両の走行負荷が所定量
より小さい場合のみ、エンジン駆動源または車両の運動
エネルギによりモータジェネレータ１８に発電させ、イ
ンバータ３４を介して高圧バッテリ３２を充電する。こ
れにより、例えば車両の加速時や登坂時等、車両に上記
所定量以上の大きな走行負荷がかかっている場合の発電
を中止し、加速、登坂時等における走行性能の低下を防
止できる。

【００１９】さらに、高圧バッテリ３２のＳＯＣが上記
Ｓｌｏｗ以下である場合には、発電、充電ＥＣＵ４２が
低ＳＯＣ状態であると判断し、エンジン１０の動力及び
運動エネルギの回生によりモータジェネレータ１８で積
極的に発電を行い、高圧バッテリ３２の充電を行う。こ
の場合には、モータジェネレータ１８による発電のため
の所定負荷をエンジンに付加して高圧バッテリ３２の充
電を行う。また、車両が停止中等所定のエンジン停止条
件が成立した時にエンジンを自動的に停止する手段を備
えるいわゆるエコランモードが採用されている車両にお
いても、発電、充電ＥＣＵ４２が高圧バッテリ３２を低
ＳＯＣ状態であると判定した場合には係るエンジンの自
動停止を禁止する信号を発電、充電ＥＣＵ４２から出力
する構成とするのが好適である。

【００２０】この場合の禁止信号は、エンジン１０の駆
動を制御するエンジンＥＣＵ４６に対して出力される。
エンジンＥＣＵ４６は、図１に示されるように、エンジ
ンの駆動を制御するために、水温センサ、アイドルスイ
ッチ、アクセル開度センサ、舵角センサ、車速センサ、
スロットル開度センサ、シフト位置センサ、エンジン回
転数センサ、エアコンスイッチ等から各種信号を入力し
て、エンジンのスロットルバルブ４９、燃料噴射弁５
０、各種補機類２２等の制御を行っている。従って、発
電、充電ＥＣＵ４２からエコラン禁止信号が出力される
と、エンジンＥＣＵ４６ではエコランモードを禁止し、
車両の停止中等本来であるならばエンジンを自動停止す
べき場合にもエンジンの駆動を継続させる。

【００２１】また、ＳＯＣが異常に低下した緊急状態で
あるか否かを判定するための基準値であるＳｅｍｇを高
圧バッテリ３２のＳＯＣが下回った場合には、発電、充
電ＥＣＵ４２は緊急ＳＯＣ状態であると判定し、上記低
ＳＯＣ状態の場合よりもモータジェネレータ１８による
発電電力が大きくなるようにインバータ３４を制御す
る。

【００２２】以上のように、発電、充電ＥＣＵ４２では
高圧バッテリ３２を充電するためにモータジェネレータ
１８を制御する必要があるが、このために、モータジェ
ネレータ１８の温度を温度センサ５２、回転数を回転数
センサ５４で検出し、それぞれの信号を発電、充電ＥＣ
Ｕ４２に入力する構成となっている。また、発電、充電
制御に必要な車両の走行状態を知るための情報、例えば
アクセル開度、スロットル開度、車速等は上記エンジン
ＥＣＵ４６から入力される。

【００２３】なお、低圧バッテリ３８の電圧信号５６が
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に入力されているので、低圧
バッテリ３８の電圧が低下した場合には、高圧バッテリ
３２から低圧バッテリ３８への充電がＤＣ／ＤＣコンバ
ータ４０を介して行われる。この場合のＤＣ／ＤＣコン
バータ４０の制御は発電、充電ＥＣＵ４２によって行わ
れる。この場合、低圧バッテリ３８を監視するために、
その温度が温度センサ５８により検出され、この検出信
号が発電、充電ＥＣＵ４２に入力される。

【００２４】以上のようにして、本実施形態において
は、発電、充電ＥＣＵ４２により、高圧バッテリ３２の
ＳＯＣの状態に応じてモータジェネレータ１８による高
圧バッテリ３２の充電が行われるので、ＳＯＣが低くな
りすぎることを防止できる。また、その場合の充電方法
の選択は、車両の走行状態例えば減速時であるか定速走
行時であるか加速時であるか登坂時であるか等を考慮し
つつ行われるので、車両の走行性能の低下も防止でき
る。このように、高圧バッテリ３２のＳＯＣと車両の走
行状態（走行負荷）とに基づいてモータジェネレータ１
８による発電を行うので、高圧バッテリ３２のＳＯＣの
確保と車両の走行性能の確保とを両立させることができ
る。

【００２５】図２には、図１に示された本実施形態に係
る車両の発電、充電制御装置の動作のフロー図が示され
る。図２において、発電、充電ＥＣＵ４２に上述した各
種の信号が入力されて、これらの信号が処理され、上述
したように高圧バッテリ３２のＳＯＣが算出される（Ｓ
１）。

【００２６】次に、発電、充電ＥＣＵ４２で求めた高圧
バッテリ３２のＳＯＣが緊急事態を示す基準値であるＳ
ｅｍｇより大きいか否かが判断され（Ｓ２）、ＳＯＣが
Ｓｅｍｇより小さい場合には発電、充電ＥＣＵ４２が高
圧バッテリ３２のＳＯＣを緊急ＳＯＣと判定し、発電制
御モードを緊急ＳＯＣ制御モードとする（Ｓ３）。緊急
ＳＯＣ制御モードでは、上述したように高圧バッテリ３
２のＳＯＣが非常に低くなっているので、エンジン１０
の動力及び運動エネルギの回生によりモータジェネレー
タ１８で積極的に発電を行い高圧バッテリ３２の充電を
行う必要がある。この場合には、発電、充電ＥＣＵ４２
がインバータ３４を制御して、例えばモータジェネレー
タ１８の最大発電電力付近での発電動作を行わせる。ま
た、この場合、走行性能の著しい低下を回避するため
に、スロットル弁の開度を大きく設定するように制御し
ても良い。

【００２７】次にＳ２において高圧バッテリ３２のＳＯ
ＣがＳｅｍｇ以上であると判定された場合には、このＳ
ＯＣが低ＳＯＣの基準値であるＳｌｏｗ以下であるか否
かが判断される（Ｓ４）。

【００２８】Ｓ４において高圧バッテリ３２のＳＯＣが
Ｓｌｏｗ以下であると判断された場合には、発電、充電
ＥＣＵ４２が高圧バッテリ３２のＳＯＣを低ＳＯＣと判
定し、低ＳＯＣ制御モードにより高圧バッテリ３２の充
電を行う（Ｓ５）。この低ＳＯＣ制御モードでは、上述
したように、エンジン１０の動力によりモータジェネレ
ータ１８で積極的に発電を行い、高圧バッテリ３２を充
電する。但し、この際の出力は、緊急ＳＯＣ制御モード
の場合よりも低い値でよい。従って、緊急ＳＯＣ制御モ
ードよりもエンジン１０にかかる発電用の負荷は低くて
済むので、その分走行性能と燃費の低下を回避すること
ができる。

【００２９】また、Ｓ４において高圧バッテリ３２のＳ
ＯＣがＳｌｏｗを超えると判断された場合には、このＳ
ＯＣが高ＳＯＣの基準値であるＳｍｉｄ以下であるかが
判断される（Ｓ６）。

【００３０】Ｓ６において高圧バッテリ３２のＳＯＣが
Ｓｍｉｄ以下であると判断された場合には、発電、充電
ＥＣＵ４２が高圧バッテリ３２のＳＯＣを中ＳＯＣと判
断し、中ＳＯＣ制御モードにより高圧バッテリ３２の充
電を行う（Ｓ７）。中ＳＯＣ制御モードでは、上述した
ように、車両の加速時以外の場合にエンジン１０の動力
または車両の運動エネルギによりモータジェネレータ１
８を駆動して発電を行う。また、この場合の発電電力と
しては、上記低ＳＯＣ制御モードの場合よりもさらに低
くすることができ、その分車両の走行性能と燃費の低下
を回避できる。この発電電力の制御は、上述したように
発電、充電ＥＣＵ４２によりインバータ３４を制御する
ことによって行われる。

【００３１】なお、車両が加速時であるか否かは、前述
したエンジンＥＣＵ４６に入力される車速センサからの
車速信号あるいはアクセル開度センサからのアクセル開
度信号等を発電、充電ＥＣＵ４２が受け取り判定を行う
ことができる。この場合、充電中に高圧バッテリ３２の
ＳＯＣが高ＳＯＣの基準値であるＳｍｉｄを超え、満充
電量に近づいた場合には、必要に応じモータジェネレー
タ１８による発電を休止する構成としてもよい。これに
より、さらにエンジン１０の動力を節約することができ
る。

【００３２】さらに、Ｓ６において高圧バッテリ３２の
ＳＯＣがＳｍｉｄを超えたと判定された場合には、発
電、充電ＥＣＵ４２により高圧バッテリ３２のＳＯＣを
高ＳＯＣと判断し、高ＳＯＣ制御モードにより充電を行
う（Ｓ８）。この高ＳＯＣ制御モードでは、上述したよ
うに、車両の減速時のみ車両の運動エネルギによりモー
タジェネレータ１８を駆動して高圧バッテリ３２の充電
を行う。なお、この場合にも、高圧バッテリ３２のＳＯ
Ｃが満充電量に近づく場合があるので、必要に応じモー
タジェネレータ１８による発電を休止する構成としてお
く。

【００３３】以上により本実施形態に係る車両の発電、
充電制御装置による高圧バッテリ３２の充電動作が行わ
れる。

【００３４】なお、高圧バッテリ３２のＳＯＣが所定の
制御モードにより充電されている途中でＳＯＣが徐々に
上昇し、上記各基準値を超える場合も考えられる。この
場合には、その基準値に応じて高圧バッテリ３２の制御
モードを変更しながら高圧バッテリ３２の充電を行う構
成とすることも好適である。これにより、車両の走行性
能と燃費への影響をより小さくすることが可能となる。

【００３５】以上に述べた本発明に係る車両の発電、充
電制御装置は、図１に示されるようにパラレルハイブリ
ッド車を例に説明したが、必ずしもこれに限られるもの
ではない。例えばシリーズハイブリッド車や従来のエン
ジンのみで駆動される車両等にも応用が可能である。ま
た、図１に示された例では、電圧の異なる複数のバッテ
リを使用する多重電源車が示されているが、単一のバッ
テリのみ搭載された車両に対しても適用が可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バッテリのＳＯＣに応じて充電制御モードを変更するの
で、車両の走行性能を確保しつつ二次電池のＳＯＣを確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両の発電、充電制御装置の一
実施形態の構成を示す図である。

【図２】図１に示された車両の発電、充電制御装置の
実施形態の動作を示すフロー図である。

【符号の説明】

１０エンジン、１２クランクシャフト、１４クラ
ンクプーリクラッチ、１６クランクプーリ、１８モ
ータジェネレータ、２０Ｍ／Ｇプーリ、２２補機類、
２４補機用プーリ、２６ベルト、２８オートマチ
ックトランスミッション、３０トルクコンバータ、３
２高圧バッテリ、３４インバータ、３６スター
タ、３８低圧バッテリ、４０ＤＣ／ＤＣコンバー
タ、４２発電、充電ＥＣＵ、４４，５２，５８温度セ
ンサ、４５電流センサ、４６エンジンＥＣＵ、４８，
５６電圧信号、４９スロットルバルブ、５０燃料
噴射弁、５４回転数センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中尾初男愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者横山英則愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5G060 AA04 AA05 AA08 DB07 DB08 5H115 PC06 PG04 PO02 PU08 PU25 PU26 PV02 PV09 QI03 SE02 TI01 TI02 TO05 TO12 TO13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン駆動源または車両の運動エネル
ギで発電を行う発電機と、前記発電機で発電された電気エネルギを蓄電する二次電
池と、を備え、前記発電機による前記二次電池の充電が
行われる車両の走行状態が、前記二次電池の蓄電量に基
づいて選択されることを特徴とする車両の発電、充電制
御装置。
【請求項２】請求項１記載の車両の発電、充電制御装
置において、前記二次電池の蓄電量と車両の走行負荷と
に基づいて前記発電機による発電を行うことを特徴とす
る車両の発電、充電制御装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の車両の発
電、充電制御装置において、前記二次電池の蓄電量が所
定値より大きいときには、車両の走行負荷が所定量より
小さい場合に前記発電機による発電を行うことを特徴と
する車両の発電、充電制御装置。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか一項記
載の車両の発電、充電制御装置において、前記二次電池
の蓄電量が満充電量に近いときには、減速時の運動エネ
ルギのみによって前記発電機による発電を行うことを特
徴とする車両の発電、充電制御装置。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか一項記
載の車両の発電、充電制御装置において、所定のエンジ
ン停止条件が成立したときにエンジンを自動停止する手
段を備え、前記二次電池の蓄電量が所定の下限値より低
いときには前記エンジンの自動停止を禁止することを特
徴とする車両の発電、充電制御装置。