JP2010143310A - シリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動モータを効率よく動作させて燃費の向上を図ることができるシリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置を提供する。
【解決手段】シリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて、低速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に低く、高速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に高くなるように、強電バッテリ3の目標SOCを設定する。そして、この車速に応じた目標SOCが達成されるように発電機2による発電電力目標値を算出し、この発電電力目標値に見合う電力が発電機2から出力されるように内燃機関1及び発電機2を駆動制御する。
【選択図】図1
【解決手段】シリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて、低速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に低く、高速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に高くなるように、強電バッテリ3の目標SOCを設定する。そして、この車速に応じた目標SOCが達成されるように発電機2による発電電力目標値を算出し、この発電電力目標値に見合う電力が発電機2から出力されるように内燃機関1及び発電機2を駆動制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関により駆動される発電機からの電力及びバッテリからの電力により駆動モータを駆動して走行するシリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置に関する。
従来、ハイブリッド車両に搭載されるバッテリの充放電を制御する技術として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1に記載の技術は、将来の車両走行に伴うバッテリ充放電の要求状態を予測して、その予測結果に基づきバッテリの目標SOCを変更するというものである。具体的には、例えば、ハイブリッド車両が所定時間以上継続して低速走行している場合に、将来大きな放電要求があると予測してバッテリの目標SOCを高い値に設定し、逆に、ハイブリッド車両が所定時間以上継続して高速走行している場合には、将来大きな回生電力が発生して充電が要求されると予測してバッテリの目標SOCを低い値に設定するようにしている。
特開2001−268719号公報
しかしながら、特許文献1に記載されている従来の技術は、変速機を持たない電動車両、つまり車両の駆動トルクを発生する駆動モータの回転速度が車速に比例する電動車両に適用した場合に、以下のような問題が生じる。すなわち、特許文献1に記載されている従来の技術では、車両の低速走行時にバッテリSOCが高くなるためにバッテリ電圧が高くなり、逆に、車両の高速走行時にはバッテリSOCが低くなるためにバッテリ電圧が低くなる。ここで、電動車両の駆動モータは全般的に、低回転時には電圧が低いほうが効率がよく、高回転時には電圧が高いほうが効率がよいため、特許文献1に記載されている従来の技術では、車両の低速走行時と高速走行時の双方において、駆動モータを効率のよい領域で動作させることができないという問題があった。
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みて創案されたものであって、駆動モータを効率よく動作させて、燃費の向上を図ることができるシリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置を提供することを目的としている。
本発明に係るシリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置は、バッテリの目標SOCを設定して、設定した目標SOCに基づいて発電機による発電電力目標値を算出し、この発電電力目標値に基づいて内燃機関及び発電機を制御する構成において、シリーズハイブリッド電気自動車の車速を算出して、シリーズハイブリッド電気自動車の低速走行時にバッテリの目標SOCを高速走行時よりも低い値に設定することにより、上述した課題を解決する。
本発明に係るシリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置によれば、シリーズハイブリッド電気自動車の低速走行時には高速走行時よりもバッテリの目標SOCが低い値に設定されるので、駆動モータが低回転となる低速走行時には駆動モータを低い電圧で効率よく動作させることができる。また、駆動モータが高回転となる高速走行時には駆動モータを高い電圧で効率よく動作させることができる。その結果、シリーズハイブリッド電気自動車の燃費向上を実現することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明が適用されるシリーズハイブリッド電気自動車の駆動系の一例を示す構成図である。このシリーズハイブリッド電気自動車は、内燃機関1により駆動される発電機2からの電力及び強電バッテリ3からの電力により駆動モータ4を駆動して走行するものであり、内燃機関1の出力軸に、その原動回転力が伝達されるように発電機2が接続されている。発電機2は、内燃機関1の回転によって駆動され、三相交流電流を発電する。発電機2の出力側にはインバータ5が設けられており、発電機2の発電する出力はインバータ5により交直変換される。また、インバータ5は、内燃機関1の始動時においては強電バッテリ3からの出力を直交変換して発電機2に供給し、発電機2をモータとして機能させて内燃機関1を始動する。
図1は、本発明が適用されるシリーズハイブリッド電気自動車の駆動系の一例を示す構成図である。このシリーズハイブリッド電気自動車は、内燃機関1により駆動される発電機2からの電力及び強電バッテリ3からの電力により駆動モータ4を駆動して走行するものであり、内燃機関1の出力軸に、その原動回転力が伝達されるように発電機2が接続されている。発電機2は、内燃機関1の回転によって駆動され、三相交流電流を発電する。発電機2の出力側にはインバータ5が設けられており、発電機2の発電する出力はインバータ5により交直変換される。また、インバータ5は、内燃機関1の始動時においては強電バッテリ3からの出力を直交変換して発電機2に供給し、発電機2をモータとして機能させて内燃機関1を始動する。
インバータ5の直流出力側には強電バッテリ3と駆動インバータ6とが並列に接続されている。インバータ5により交直変換された発電機2の出力は、強電バッテリ3に充電され、また駆動インバータ6に供給される。駆動インバータ6は、インバータ5により直交変換された発電機2の出力、または強電バッテリ3からの出力を直交変換する。
駆動インバータ6の交流出力側は駆動モータ4に接続されており、駆動インバータ6により所定電圧、所定周波数の交流に変換された電力が駆動モータ4に供給されることで、駆動モータ4がシリーズハイブリッド電気自動車を走行させる駆動トルクを出力する。駆動モータ4から出力されるトルクは減速機7により増幅され、ドライブシャフトを介して駆動輪8に伝達される。また、シリーズハイブリッド電気自動車の減速時に駆動モータ4が発生する回生電力は、駆動インバータ6により交直変換されて強電バッテリ3に充電される。
強電バッテリ3には、強電バッテリ3の状態を監視するバッテリコントローラ9が設けられている。バッテリコントローラ9は、強電バッテリ3のバッテリ電圧・電流などを取得して、強電バッテリ3の状態、具体的には強電バッテリ3の現在のSOC(State of Charge;充電状態)、温度、最大充電電力、最大放電電力などを把握する。
また、シリーズハイブリッド電気自動車には、駆動系の動作を統括的に制御する制御装置10が搭載されている。この制御装置10は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成され、シリーズハイブリッド電気自動車からの入力(例えば、アクセル開度など)やバッテリコントローラ9、駆動インバータ6、インバータ5、内燃機関1からの情報(例えば、バッテリSOC、駆動モータ回転数など)をもとに、駆動モータ4や発電機2、内燃機関1の動作制御を行う。本発明は、この制御装置10による発電制御の機能として実施される。つまり、本実施形態の制御装置10は、シリーズハイブリッド電気自動車が低速走行しているときは強電バッテリ3のSOCが相対的に低く、高速走行しているときは強電バッテリ3のSOCが相対的に高くなるように内燃機関1や発電機2を制御することにより、駆動モータ4や駆動インバータ6を効率のよい領域で動作させて、燃費向上を実現できるようにしている。
図2は、強電バッテリ3のバッテリ電圧と駆動モータ4及び駆動インバータ6の効率ηとの関係を示す図である。この図2に示すように、モータ回転数が低い領域ではバッテリ電圧が低い方が高いときより高効率となり、逆に、モータ回転数が高い領域ではバッテリ電圧が高いほうが低いときより高効率となる。したがって、シリーズハイブリッド電気自動車が低速走行しているときは強電バッテリ3のSOCを低目にしてバッテリ電圧が低い状態とし、逆に、高速走行しているときは強電バッテリ3のSOCを高めにしてバッテリ電圧が高い状態とすることで、低速走行時と高速走行時との双方において駆動モータ4及び駆動インバータ6を効率よく動作させることができる。なお、発電機2やインバータ5においてもバッテリ電圧に応じた効率の変化は存在するが、発電機2及びインバータ5の効率変化は、駆動モータ4及び駆動インバータ6の効率変化に対して変化の度合いが小さくなる傾向にあるため、駆動モータ4及び駆動インバータ6の高効率点で運転することで、システム全体としての効率が向上することになる。
図3は、本実施形態の制御装置10の発電制御に関わる機能構成を示すブロック図である。本実施形態の制御装置10は、発電制御を実行するための機能構成として、図3に示すように、車速低周波成分演算部11、最大充放電電力演算部12、目標SOC演算部13、発電電力演算部14、電圧補完発電電力演算部15、発電制御部16を備える。
車速低周波成分演算部11は、駆動インバータ6からの駆動モータ回転数に基づいてシリーズハイブリッド電気自動車の車速を随時算出し、その低周波成分を算出する。ここで車速低周波成分演算部11が算出する車速の低周波成分は、例えば、過去300秒の間の走行時車速の時間平均などである。
最大充放電電力演算部12は、バッテリコントローラ9からバッテリ電流、バッテリ電圧、バッテリ温度を取得し、最大充放電電力マップ21を参照してバッテリSOCごとのバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を算出する。現在のバッテリ状態に応じたバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力は、上述したようにバッテリコントローラ9により把握されるが、バッテリSOCやバッテリ温度が変化すると、そのときのバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力も変ってくる。そこで、本実施形態では、例えば図4のようなバッテリ温度とバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力の関係を示す最大充放電電力マップ21をバッテリSOCごとに記憶しておき、最大充放電電力演算部12が、この最大充放電電力マップ21を参照してバッテリSOCごとのバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を事前に算出できるようにしている。
目標SOC演算部13は、車速低周波成分演算部11で算出された現在の車速の低周波成分を取得し、車速−目標SOCマップ22を参照して、現在の車速の低周波成分(以下、単に車速という。)に対応する強電バッテリ3の目標SOCを設定する。ここで用いる車速−目標SOCマップ22は、現在の車速が低速走行の領域にある場合には目標SOCが低めに設定され、現在の車速が高速走行の領域にある場合には目標SOCが高めに設定されるように、車速と目標SOCとの関係を定めている。具体的には、車速が15km/h以下の場合を低速走行、100km/h以上の場合を高速走行、これらの間を中速走行とした場合、車速−目標SOCマップ22は、例えば図5に示すように、低速走行の領域では強電バッテリ3の目標SOCを30%、高速走行の領域では強電バッテリ3の目標SOCを70%とするように、車速と目標SOCとの関係を定めている。なお、図5のマップイメージでは、中速走行の領域における目標SOCの一例として、車速30km/hから車速70km/hの間で目標SOCが30%から70%へと線形に変化する例を示しているが、中速走行の領域における目標SOCは低速走行時の目標SOC(例えば30%)と高速走行時の目標SOC(例えば70%)との間で設定されればよく、変化のパターンは任意に設定可能である。また、低速走行時の目標SOC及び高速走行時の目標SOCは、低速走行時の目標SOCが高速走行時の目標SOCよりも低い値となっていればよく、図5のマップイメージで例示した30%、70%に限らず任意の値に設定可能である。
また、目標SOC演算部13は、車速−目標バッテリ電圧マップ23を参照して、ハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて設定した目標SOCに対応する目標バッテリ電圧を算出する。ここで用いる車速−目標バッテリ電圧マップ23は、例えば図6に示すように、車速−目標SOCマップ22に対応した変化パターン(図5参照)で目標バッテリ電圧が変化するように、車速と目標バッテリ電圧との関係を定めている。
ところで、以上のようにハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて目標SOCを設定した場合、この目標SOCを達成したときの強電バッテリ3のバッテリ最大充電電力が駆動モータ4の最大回生電力よりも小さいと、シリーズハイブリッド電気自動車の急減速時などに駆動モータ4が発生する回生電力の全てを強電バッテリ3に充電できない場合があり、エネルギロスが生じて効率の低下につながることになる。また、目標SOCを達成したときの強電バッテリ3のバッテリ最大放電電力が駆動モータ4の最大力行電力よりも小さいと、シリーズハイブリッド電気自動車の急加速時などに駆動電力不足が生じる場合があり、加速性能の低下を招く虞がある。
そこで、本実施形態では、目標SOC演算部13が、ハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて強電バッテリ3の目標SOCを設定する際に、バッテリSOCごとのバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を最大充放電電力演算部12から取得して、目標SOC達成後の強電バッテリ3の最大充電電力が駆動モータ4の最大回生電力以上となり、且つ、目標SOC達成後の強電バッテリ3の最大放電電力が駆動モータ4の最大力行電力以上となる範囲で、強電バッテリ3の目標SOCを設定するようにしている。なお、最大回生電力及び最大力行電力は、駆動モータ4や駆動インバータ6の能力などの車両パラメータに応じて定められる値であり、予め車種ごとに固定値として記憶しておけばよい。
発電電力演算部14は、目標SOC演算部13で設定された目標SOCを取得するとともに、バッテリコントローラ9から強電バッテリ3の現在のSOC(実SOC)を取得して、目標SOCと実SOCとの差分ΔSOCを算出する。そして、発電電力演算部14は、例えば図7に示すようなΔSOC−発電電力マップ24を参照し、算出したΔSOCに対応する発電電力(発電電力初期値)を算出する。
電圧補完発電電力演算部15は、目標SOC演算部13で算出された目標バッテリ電圧を取得するとともに、バッテリコントローラ9から現在のバッテリ電圧を取得して、目標バッテリ電圧と現在のバッテリ電圧との差分ΔVbattを算出する。そして、電圧補完発電電力演算部15は、例えば図8に示すようなΔVbatt−電力補完値マップ25を参照し、算出したΔVbattに対応する電力補完値を算出する。この電力補完値は、強電バッテリ3の充放電に伴うバッテリ電圧の大きな変動を抑制し、電圧変化による駆動モータ4の効率低下を抑制するためのものである。
発電制御部16は、発電電力演算部14で算出された発電電力初期値に電圧補完発電電力演算部15で算出された電力補完値を加算した値を発電電力目標値として取得し、この発電電力目標値に見合う電力を発電機2で発電させるための内燃機関トルク指令値及び発電機回転数指令値を算出する。そして、算出した内燃機関トルク指令値に基づいて内燃機関1を駆動制御するとともに、算出した発電機回転数指令値をインバータ5に供給して発電機2を駆動制御する。
図9は、本実施形態の制御装置10による発電制御の処理の流れを示すフローチャートである。制御装置10は、この図9のフローチャートで示す処理を所定周期で繰り返し実行することで、シリーズハイブリッド電気自動車が低速走行しているときは強電バッテリ3のSOCが低い状態となり、高速走行しているときは強電バッテリ3のSOCが高い状態となるように内燃機関1や発電機2を制御する。
図9のフローが開始されると、制御装置10は、まずステップS101において、駆動インバータ6からの駆動モータ回転数を取得し、シリーズハイブリッド電気自動車の車速の低周波成分を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS102において、ステップS101で算出したシリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて、低速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に低く、高速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に高くなるように、強電バッテリ3の目標SOCを設定する。このステップS102における目標SOC設定処理については、図10を用いて詳細を後述する。
次に、制御装置10は、ステップS103において、ステップS102で設定した目標SOCに対応する目標バッテリ電圧、つまり、シリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じた目標バッテリ電圧を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS104において、ステップS102で設定した目標SOCを達成するための発電電力目標値を算出する。このステップS104における発電電力目標値算出処理については、図11を用いて詳細を後述する。
次に、制御装置10は、ステップS105において、ステップS104で算出した発電電力目標値が正の値かどうか、つまり発電機2に発電要求を行うかどうかを判断する。そして、ステップS104で算出した発電電力目標値が正の値であれば、ステップS106において、発電機2から発電電力目標値に見合う電力が出力されるように、内燃機関1及び発電機2を駆動制御する。なお、ステップS104で算出した発電電力目標値が負の値の場合には、そのまま処理を終了する。
図10は、制御装置10による目標SOC設定処理(図9のステップS102)の詳細を示すフローチャートである。
制御装置10は、強電バッテリ3の目標SOCを設定する際、まずステップS201において、バッテリコントローラ9からバッテリ電流、バッテリ電圧、バッテリ温度を取得し、バッテリSOCごとのバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS202において、駆動モータ4の最大回生電力を取得し、ステップS201で算出したバッテリSOCごとのバッテリ最大充電電力をもとに、バッテリ最大充電電力が駆動モータ4の最大回生電力と等しくなるバッテリSOCを求めて、これを目標SOCの上限に設定する。
次に、制御装置10は、ステップS203において、駆動モータ4の最大力行電力を取得し、ステップS201で算出したバッテリSOCごとのバッテリ最大放電電力をもとに、バッテリ最大放電電力が駆動モータ4の最大力行電力と等しくなるバッテリSOCを求めて、これを目標SOCの下限に設定する。
次に、制御装置10は、ステップS204において、ステップS202で設定した上限とステップS203で設定した下限との範囲内で、図9のステップS101で算出したシリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じた強電バッテリ3の目標SOCを設定する。すなわち、上述した車速−目標SOCマップ22に基づいて車速に応じた目標SOCを求め、この車速に応じた目標SOCがステップS202で設定した上限値を超えていれば目標SOCを上限値で制限し、車速に応じた目標SOCがステップS203で設定した下限値未満であれば目標SOCを下限値で制限する。
図11は、制御装置10による発電電力目標値算出処理(図9のステップS104)の詳細を示すフローチャートである。
制御装置10は、目標SOCを達成するための発電電力目標値を算出する際、まずステップS301において、バッテリコントローラ9から強電バッテリ3の現在のSOC(実SOC)を取得する。
次に、制御装置10は、ステップS302において、図9のステップS102で設定した目標SOCとステップS301で取得した実SOCとの差分ΔSOCを算出する。
次に、制御装置10は、ステップS303において、上述したΔSOC−発電電力マップ24に基づいて、ステップS302で算出したΔSOCに対応する発電電力初期値を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS304において、バッテリコントローラ9から強電バッテリ3の現在のバッテリ電圧を取得する。
次に、制御装置10は、ステップS305において、図9のステップS103で算出した目標バッテリ電圧とステップS304で取得した現在のバッテリ電圧との差分ΔVbattを算出する。
次に、制御装置10は、ステップS306において、上述したΔVbatt−電力補完値マップ25に基づいて、ステップS305で算出したΔVbattに対応する電力補完値を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS307において、ステップS303で算出した電力初期値にステップS306で算出した電力補完値を加算した値を発電電力目標値として算出する。
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の制御装置10は、シリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じて、低速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に低く、高速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に高くなるように、強電バッテリ3の目標SOCを設定するようにしている。そして、この車速に応じた目標SOCが達成されるように発電機2による発電電力目標値を算出し、この発電電力目標値に見合う電力が発電機2から出力されるように内燃機関1及び発電機2を駆動制御するようにしている。したがって、駆動モータ4が低回転となる低速走行時には駆動モータ4を低い電圧で効率よく動作させ、また、駆動モータ4が高回転となる高速走行時には駆動モータ4を高い電圧で効率よく動作させることができ、その結果、シリーズハイブリッド電気自動車の燃費向上を実現することができる。
また、本実施形態の制御装置10は、シリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速に応じた強電バッテリ3の目標SOCを設定する際に、目標SOC達成後の強電バッテリ3の最大充電電力が駆動モータ4の最大回生電力以上となり、且つ、目標SOC達成後の強電バッテリ3の最大放電電力が駆動モータ4の最大力行電力以上となる範囲で、強電バッテリ3の目標SOCを設定するようにしている。したがって、シリーズハイブリッド電気自動車の急減速時などに駆動モータ4の回生を制限する必要がないため、運動エネルギを電気エネルギに効率よく変換して更なる燃費向上を図ることができるとともに、シリーズハイブリッド電気自動車の急減速時などに駆動モータ4の力行を制限する必要がないため、運転性能の向上を実現することができる。
また、本実施形態の制御装置10は、目標バッテリ電圧と現在のバッテリ電圧との差分に応じて電力補完値を求め、目標SOCに対応する発電電力初期値に電力補完値を加算した値を発電電力目標値として算出するようにしているので、強電バッテリ3の充放電に伴うバッテリ電圧の大きな変動を抑制し、電圧変化による駆動モータ4の効率低下を抑制して、更なる燃費向上を図ることができる。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、駆動モータ4の回生や力行が制限されないように発電を制御する具体的手法が第1の実施形態と異なるものである。すなわち、第1の実施形態では、駆動モータ4の最大回生電力及び最大力行電力に基づいて目標SOCを調整することで駆動モータ4の回生や力行が制限されないようにしていたが、本実施形態では、駆動モータ4の最大回生電力及び最大力行電力に基づいて発電電力目標値を調整することで駆動モータ4の回生や力行が制限されないようにしている。なお、シリーズハイブリッド電気自動車の駆動系の構成(図1参照)や制御装置10による発電制御の基本的な処理の流れ(図9参照)は上述した第1の実施形態と同様であるので、以下、第1の実施形態と重複する説明は省略し、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、駆動モータ4の回生や力行が制限されないように発電を制御する具体的手法が第1の実施形態と異なるものである。すなわち、第1の実施形態では、駆動モータ4の最大回生電力及び最大力行電力に基づいて目標SOCを調整することで駆動モータ4の回生や力行が制限されないようにしていたが、本実施形態では、駆動モータ4の最大回生電力及び最大力行電力に基づいて発電電力目標値を調整することで駆動モータ4の回生や力行が制限されないようにしている。なお、シリーズハイブリッド電気自動車の駆動系の構成(図1参照)や制御装置10による発電制御の基本的な処理の流れ(図9参照)は上述した第1の実施形態と同様であるので、以下、第1の実施形態と重複する説明は省略し、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明する。
図12は、本実施形態の制御装置10の発電制御に関わる機能構成を示すブロック図である。本実施形態の制御装置10は、第1の実施形態で説明した最大充放電電力演算部12(図3参照)を備えておらず、その代わりに発電電力制限値演算部17が付加されている。その他の機能構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態の制御装置10において、目標SOC演算部13は、車速低周波成分演算部11で算出されたシリーズハイブリッド電気自動車の現在の車速のみに基づいて、強電バッテリ3の目標SOCを設定する。すなわち、第1の実施形態では、目標SOC演算部13が強電バッテリ3の目標SOCを設定する際に、目標SOC達成後の強電バッテリ3の最大充電電力が駆動モータ4の最大回生電力以上となり、且つ、目標SOC達成後の強電バッテリ3の最大放電電力が駆動モータ4の最大力行電力以上となるように、設定する目標SOCに上限及び下限を設けていたが、本実施形態では、このような目標SOCに対する制限は行わない。その代わりに、本実施形態の制御装置10では、発電電力制限値演算部17において発電電力目標値の上限値及び下限値を設定して、発電電力目標値に対して制限を行うようにしている。
発電電力制限値演算部17は、バッテリコントローラ9から現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を取得するとともに、駆動モータ4の最大回生電力及び最大力行電力を取得する。そして、駆動モータ4の最大力行電力から現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大放電電力を減算した値を発電電力目標値の下限値に設定し、現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力から駆動モータ4の最大回生電力を減算した値を発電電力目標値の上限値に設定する。また、発電電力制限値演算部17は、発電電力演算部14で算出された発電電力初期値に電圧補完発電電力演算部15で算出された電力補完値を加算した値を発電電力目標値として取得する。そして、取得した発電電力目標値が下限値と上限値との間であれば、その発電電力目標値を最終発電電力目標値とし、取得した発電電力目標値が上限値を超えていればその上限値、取得した発電電力目標値が下限値未満であればその下限値を最終発電電力目標値とする。
本実施形態の制御装置10では、発電電力制限値演算部17で算出された最終発電電力目標値を発電制御部16が取得する。そして、発電制御部16は、この最終発電電力目標値に見合う電力を発電機2で発電させるための内燃機関トルク指令値及び発電機回転数指令値を算出し、算出した内燃機関トルク指令値に基づいて内燃機関1を駆動制御するとともに、算出した発電機回転数指令値をインバータ5に供給して発電機2を駆動制御する。
図13は、本実施形態の制御装置10による発電電力目標値算出処理の詳細を示すフローチャートである。本実施形態では、制御装置10が発電電力目標値を算出する際(図9のステップS104)、第1の実施形態で説明した図11のフローに代えて、この図13のフローに従った処理を行う。なお、図9のステップS102における目標SOC設定処理では、駆動モータ4の最大回生電力及び最大力行電力に基づく目標SOCの制限は行わず、シリーズハイブリッド電気自動車の車速に対応する目標SOCをそのまま設定している。
本実施形態の制御装置10は、目標SOCを達成するための発電電力目標値を算出する際、まずステップS401において、バッテリコントローラ9から強電バッテリ3の現在のSOC(実SOC)を取得する。
次に、制御装置10は、ステップS402において、図9のステップS102においてシリーズハイブリッド電気自動車の車速に応じて設定した目標SOCとステップS401で取得した実SOCとの差分ΔSOCを算出する。
次に、制御装置10は、ステップS403において、ステップS402で算出したΔSOCに対応する発電電力初期値を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS404において、バッテリコントローラ9から強電バッテリ3の現在のバッテリ電圧を取得する。
次に、制御装置10は、ステップS405において、図9のステップS103で算出した目標バッテリ電圧とステップS404で取得した現在のバッテリ電圧との差分ΔVbattを算出する。
次に、制御装置10は、ステップS406において、ステップS405で算出したΔVbattに対応する電力補完値を算出する。
次に、制御装置10は、ステップS407において、ステップS403で算出した電力初期値にステップS406で算出した電力補完値を加算した値を発電電力目標値として算出する。
次に、制御装置10は、ステップS408において、バッテリコントローラ9から現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を取得する。
次に、制御装置10は、ステップS409において、現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力から駆動モータ4の最大回生電力を減算して、その値を発電電力上限値に設定する。
次に、制御装置10は、ステップS410において、駆動モータ4の最大力行電力から現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大放電電力を減算して、その値を発電電力下限値に設定する。
次に、制御装置10は、ステップS411において、ステップS407で算出した発電電力目標値がステップS410で設定した発電電力上限値を超えているかどうかを判断する。そして、ステップS407で算出した発電電力目標値が発電電力上限値を超えている場合には、ステップS412において、発電電力上限値を最終発電電力目標値として算出する。
一方、ステップS407で算出した発電電力目標値が発電電力上限値以下であれば、制御装置10は、ステップS413において、ステップS407で算出した発電電力目標値がステップS411で設定した発電電力下限値未満となっているかどうかを判断する。そして、ステップS407で算出した発電電力目標値が発電電力下限値未満の場合には、ステップS414において、発電電力下限値を最終発電電力目標値として算出する。一方、ステップS407で算出した発電電力目標値が発電電力下限値以上の場合、すなわち発電電力下限値から発電電力上限値までの間であれば、ステップS415において、ステップS407で算出した発電電力目標値をそのまま最終発電電力目標値として算出する。
以上のように、本実施形態においても、第1の実施形態と同様、シリーズハイブリッド電気自動車の低速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に低く、高速走行時には強電バッテリ3のSOCが相対的に高くなるように強電バッテリ3の目標SOCを設定して、この目標SOCが達成されるように内燃機関1及び発電機2を駆動制御しているので、駆動モータ4を効率よく動作させて、シリーズハイブリッド電気自動車の燃費向上を実現することができる。また、目標バッテリ電圧と現在のバッテリ電圧との差分に応じて電力補完値を求め、目標SOCに対応する発電電力初期値に電力補完値を加算した値を発電電力目標値として算出するようにしているので、強電バッテリ3の充放電に伴うバッテリ電圧の大きな変動を抑制し、電圧変化による駆動モータ4の効率低下を抑制して、更なる燃費向上を図ることができる。
また、本実施形態の制御装置10は、駆動モータ4の最大力行電力から現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大放電電力を減算した値を発電電力目標値の下限値に設定し、現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力から駆動モータ4の最大回生電力を減算した値を発電電力目標値の上限値に設定して、発電電力目標値をこの下限値から上限値の間で算出するようにしている。したがって、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、シリーズハイブリッド電気自動車の急減速時などに駆動モータ4の回生を制限する必要がなく、運動エネルギを電気エネルギに効率よく変換して更なる燃費向上を図ることができるとともに、シリーズハイブリッド電気自動車の急減速時などに駆動モータ4の力行を制限する必要がなく、運転性能の向上を実現することができる。
なお、上記の各実施形態は本発明の一適用例を例示的に示したものであり、本発明の技術的範囲がこれらの実施形態として説明した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、上記の各実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
1 内燃機関
2 発電機
3 強電バッテリ
4 駆動モータ
10 制御装置
11 車速低周波成分演算部
12 最大充放電電力演算部
13 目標SOC演算部
14 発電電力演算部
15 電圧補完発電電力演算部
16 発電制御部
17 発電電力制限値演算部
2 発電機
3 強電バッテリ
4 駆動モータ
10 制御装置
11 車速低周波成分演算部
12 最大充放電電力演算部
13 目標SOC演算部
14 発電電力演算部
15 電圧補完発電電力演算部
16 発電制御部
17 発電電力制限値演算部
Claims (4)
- 内燃機関により駆動される発電機の発電電力及びバッテリの放電電力により駆動モータを駆動して走行するシリーズハイブリッド電気自動車の発電制御装置であって、
前記バッテリの目標SOCを設定する目標SOC設定手段と、
前記目標SOCに基づいて前記発電機による発電電力目標値を算出する発電電力目標値算出手段と、
前記発電電力目標値に基づいて前記内燃機関及び前記発電機を制御する制御手段と、
前記シリーズハイブリッド電気自動車の車速を算出する車速算出手段と、を備え、
前記目標SOC設定手段は、前記シリーズハイブリッド電気自動車の低速走行時に前記バッテリの目標SOCを高速走行時よりも低い値に設定することを特徴とする発電制御装置。 - バッテリ温度とバッテリ電流及びバッテリ電圧をモニタリングして、バッテリSOCごとのバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を算出するバッテリ最大充放電電力算出手段をさらに備え、
前記目標SOC設定手段は、目標SOC達成後のバッテリ最大充電電力が前記駆動モータの最大回生電力以上となり、且つ、目標SOC達成後のバッテリ最大放電電力が前記駆動モータの最大力行電力以上となる範囲で、前記バッテリの目標SOCを設定することを特徴とする請求項1に記載の発電制御装置。 - 前記発電電力目標値算出手段は、現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力及びバッテリ最大放電電力を取得し、前記駆動モータの最大力行電力から現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大放電電力を減算した値を下限値とし、現在のバッテリSOCに応じたバッテリ最大充電電力から前記駆動モータの最大回生電力を減算した値を上限値として、前記発電機による発電電力目標値を算出することを特徴とする請求項1に記載の発電制御装置。
- 前記発電電力目標値算出手段は、前記目標SOCに対応する目標バッテリ電圧と現在のバッテリ電圧との差分に応じて電力補完値を求め、前記目標SOCに対応する電力値を前記電力補完値で補完した値を前記発電機による発電電力目標値として算出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の発電制御装置。
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