JP2012111381A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッテリ40の温度を検出するバッテリ温度検出手段53と、バッテリ温度検出手段53により、バッテリ40の温度が所定温度よりも高くなった場合、バッテリ40の充放電を制限するバッテリ充放電制限手段30と、ハイブリッド電気自動車のエネルギ回生による発電中に、バッテリ充放電制限手段30の作動によりバッテリ40の充放電が制限された場合には、電気ヒータ21の作動禁止条件が成立しない限り、電気ヒータ21に発電電力を供給する制御手段30とを備える。
【選択図】図1
Description
ハイブリッド電気自動車の場合、通常、バッテリを収納するバッテリケース内を冷却して、バッテリの過剰な温度上昇が生じないようにしている。しかし、例えば商用車の場合には、このようなバッテリを冷却する装置を装備したハイブリッド電気自動車においても、バッテリの過剰な温度上昇が起こりうる。もちろん、冷却能力を高めれば、かかる課題は解消できるが、車両価格の高騰を招く等の理由から、かかる手段にも限度がある。
すなわち、ハイブリッド電気自動車に搭載するバッテリは重量も重く容積も大きい。これに対して、商用車の場合、輸送可能な重量を確保することや積載スペースを確保することが重要であり、更には、車両コストの高騰を抑えることも重要である。また、現時点において、商用車にハイブリッド電気自動車を適用する第1の目的は燃費改善効果である。したがって、このような商用車に必要な条件とのバランスを考慮すると、搭載可能なバッテリの容量が限られ、車両の大きさに対して小容量のバッテリを搭載することになる。
したがって、バッテリの温度管理上からも回生制御の制限が必要になり、回生制御を通じて本来利用することが可能な回生電力を無駄にしてしまう場合が発生し、課題となる。
ただし、バッテリの充電が制限された場合であっても、排気浄化触媒の温度が第1上限温度以上であれば、触媒昇温用ヒータである電気ヒータに発電電力を供給しないため、排気浄化触媒の過昇温を防止し、排気浄化触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。
ただし、バッテリの充放電が制限された場合であっても、フィルタの温度が第2上限温度以上であれば、フィルタ再生用ヒータである電気ヒータに回生電力を供給しないため、フィルタの過昇温を防止して、フィルタの熱劣化や熱損傷を防止することができる。
ただし、フィルタに排気微粒物質が堆積していない場合、フィルタ再生用ヒータである電気ヒータへ発電電力を供給しないため、フィルタの過昇温を防止して、フィルタの熱劣化や熱損傷を防止することができる。
〔第1実施形態〕
図1〜図3は本発明の第1実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置を説明するもので、図1はその全体構成を示す図、図2,3はその制御のフローチャートである。
まず、本実施形態にかかる制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成を説明する。本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車は、例えば、トラック又はバスといった商用車であり、ディーゼルエンジンを搭載している。
図1に示すように、車両の前部には、駆動系として、エンジン(内燃機関)1,クラッチ2,モータ(電動発電機)3及び変速機(トランスミッション)4を備えている。
クラッチ2は、エンジン1とモータ3との間に介装され、クラッチ2を遮断すれば、エンジン1は車両の駆動系から切り離されて動力伝達はなされず、クラッチ2を接続すれば、エンジン1は車両の駆動系に加わり動力伝達がなされる。
したがって、車両の力行時には、変速機4の入力軸に入力された駆動トルクを、選択された変速段に応じた変速比で変速して動力伝達系に出力する。この場合、クラッチ2を接続すれば、このクラッチ2を介して伝達されたエンジン1およびモータ3の両出力トルクが変速機4に入力され、クラッチ2を遮断すれば、モータ3のみの出力トルクが変速機4に入力される。
この排気浄化装置20は、排気中のCO(一酸化炭素)やHC(炭化水素)を除去する排気浄化触媒としての酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)22と、排気中のPM(排気微粒物質)を捕捉するDPF(Diesel particulate filter:ディーゼルパティキュレータフィルタ)23とを一体のケース内に収納してそなえている。
電気ヒータ21は、酸化触媒22を昇温させて活性化するため、及び、DPF23に捕捉されたPMを燃焼させて除去しDPF23を再生するために設けられている。
エンジン1,クラッチ2,モータ3,バッテリ40及びインバータ41の制御又は管理は、コンピュータを用いた電子制御によって行なわれるようになっている。
エンジン1を制御するためにエンジンECU31が、モータ3及び電気ヒータ21を操作するインバータ41を制御するためにインバータECU32が、バッテリ40を管理するためにバッテリECU33が、それぞれ設けられ、これらのエンジンECU31,インバータECU32,バッテリECU33及びクラッチ2を制御するために、車両ECU30が設けられている。
車両ECU30は、車両の走行状態(例えば、車速),車両への駆動又は制動指令の状態(例えば、アクセル操作量やブレーキ操作量),バッテリ40の充電量(以下、充電量の値を「SOC」で示す)等に基づいて、エンジンECU31,インバータECU32,バッテリECU33及びクラッチ2を制御する。車両ECU30には、後述する制御手段30a,バッテリ充放電制限手段30b,排気微粒子検出手段30cの各機能がソフトウェアとして設けられている。
車両ECU30は、駆動時には、アクセル操作量に基づいて、車両に必要な駆動トルクを設定すると共に、エンジン1とモータ3との何れを使用するか或いは両方を使用するかを設定し、エンジン1とモータ3との両方を使う場合には駆動トルクの配分を行なう。エンジンECU31やインバータECU32は、車両ECU30により設定された駆動トルクを出力するようにエンジン1又はモータ3の作動を制御する。
また、バッテリ40は充電量が過剰に高くなると発熱し劣化を招くと共に、充電量が過剰に低下しても劣化を招く。そこで、車両ECU30は、バッテリ40の充電量も管理する。
これにより、車両ECU30のバッテリ充放電制限手段30bは、バッテリ温度センサ53により検出されたバッテリ40の温度TBが所定の温度(上限温度)TB1を超えたらバッテリ40の充放電を禁止し(または充放電量を減少させる)、また、バッテリ40の充電量SOCが上限値(所定の充電量)SOC1以上になったらバッテリ40の充放電を禁止する(または充放電量を減少させる)。この所定の温度TB1は、バッテリの充放電を制限しないと劣化が進んでしまう温度として設定されるもので、予め経験的、実験的に設定されるものである。また、バッテリ温度TBは、バッテリ電流センサ51により検出された電流、バッテリ電圧センサ52により検出された電圧に基づいて推定してもよく、バッテリ温度センサ53により検出された温度を各センサ51,52及びカウンタ54により検出された電流等により補正して算出するものとしてもよい。ここで、バッテリ充放電を禁止する条件に用いられる上限温度TB1よりも、バッテリ充放電量を減少させる条件に用いられる上限温度TB1のほうが低い温度に設定される。
本発明の第1実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置は、上述のように構成されるため、例えば、図2に示すような制御が車両ECU30により行なわれる。この制御フローは、例えば数10ms毎に、周期的に行なわれる。
まず、モータ3により回生発電を行なう条件が成立しているかを判定する(ステップS10)。例えば、車両減速時の制動力を、モータ3の回生制動により発生させようとする場合である。
次に、バッテリ温度センサ52により検出されたバッテリ40の温度TBが所定の温度TB1よりも高いかを判定する(ステップS14)。
バッテリ温度TBが所定の温度TB1よりも低いと判定されると、バッテリECU33により算出されたバッテリ40の充電量SOCが所定の充電量(上限値)SOC1よりも大きいかを判定する(ステップS16)。前述のように、所定の充電量SOC1は、これ以上の過剰な充電はバッテリ40の負担を大きくし劣化を招く充電量の上限として設定され、略満充電に相当する充電量として設定される。
そして、制御フローを終了する(リターン)。
一方、バッテリ40の温度TBが所定の温度TB1よりも高いと判定され、または、バッテリ40の充電量SOCが所定の充電量SOC1よりも大きいと判定されると、図3に示す電気ヒータ制御が行なわれる。まず、温度センサ15により検出された酸化触媒22の温度TAが第1上限温度TA1より高いかを判定する(ステップS120)。酸化触媒22の温度TAが第1上限温度TA1より低いと判定されると、電気ヒータ21に通電する(ステップS122)。これにより、酸化触媒22が電気ヒータ21により昇温される。そして、図2に示すメインルーチンに戻って制御フローを終了する(リターン)。
本発明の第1実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両ECU30により、モータ3の回生発電中にバッテリ温度TBが、バッテリ40の充放電を制限しないと劣化が進んでしまう温度所定の温度TB1よりも高いと判定されると、バッテリ40の充放電が制限されるため、バッテリ40の劣化を防止することができる。
すなわち、バッテリ温度TBがバッテリ温度TB1よりも低いと判定され、バッテリ40の充電量SOCが所定の充電量SOC1より小さいと判定されると、モータ3の回生発電による発電電力によりバッテリ40は充電されるため、バッテリ40の充電量を確保することができる。バッテリ温度TBがバッテリ温度TB1よりも高い、または、バッテリ40の充電量SOCが所定の充電量SOC1より高いと判定されると、モータ3の発電電力によりバッテリ40の充電は制限され、発電電力を電気ヒータ21に供給するため、モータ3の回生発電による発電電力を有効に利用することができる。つまり、回生電力を有効利用して酸化触媒22を活性温度に昇温させることができる。
ただし、バッテリ40の充電が制限された場合であっても、酸化触媒22の温度TAが第1上限温度TA1以上であれば、電気ヒータ21に発電電力を供給しないため、酸化触媒22の過昇温を防止し、酸化触媒22の熱劣化や熱損傷を防止することができる。さらに、酸化触媒22の直下流のDPF23の過昇温を防止し、熱劣化や熱損傷を防止することができる。DPF23の過昇温を防止することにより、DPF23に堆積したPMが連鎖燃焼することを防止することができる。この連鎖燃焼の防止により、DPF23の温度制御がしやすくなる。
図4は、第2実施形態にかかる電気ヒータ制御を説明するフローチャートである。この図4を用いるとともに、図1を流用して、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置の第2実施形態を説明する。
〔全体構成〕
本実施形態は、酸化触媒22及びDPF23の温度の何れか一方に着目して電気ヒータ21の作動を制御するものである。このため、排気浄化装置20には、酸化触媒22又はDPF23の温度を検出する温度センサ15が装備され、この温度センサ15は、検出した酸化触媒22又はDPF23の温度情報が車両ECU30に入力されるように接続される。
その他の構成は、図1に示す第1実施形態と同様である。
本発明の第2実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置は、上述のように構成されるため、例えば、図4に示すような電気ヒータ制御が車両ECU30により行なわれる。なお、第2実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御の図2に示すメインルーチンは、第1実施形態と同様である。
酸化触媒22又はDPF23の温度TAが第2上限温度TA2より低いと判定されると、電気ヒータ21に通電する(ステップS222)。これにより、酸化触媒22又はDPF23が電気ヒータ21により昇温される。そして、図2に示すメインルーチンに戻って制御フローを終了する(リターン)。
本発明の第2実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両ECU30は、バッテリ40の充電が制限された場合であっても、酸化触媒22又はDPF23の温度TAが第2上限温度TA2以上であれば、電気ヒータ21に発電電力を供給しないため、酸化触媒22又はDPF23の過昇温を防止することができる。酸化触媒22又はDPF23の過昇温を防止することにより、酸化触媒22又はDPF23の溶損等による破損を防止することができる。DPF23の過昇温を防止することにより、DPF23に堆積したPMが連鎖燃焼することを防止することができる。この連鎖燃焼の防止により、DPF23を適切に温度制御することができる。
図5は第3実施形態にかかる電気ヒータ制御を説明するフローチャートである。この図5を用いると共に、図1を流用して、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置の第3実施形態を説明する。
本実施形態では、電気ヒータ21が、フィルタ再生用ヒータとして装備され、インバータ41から電力を供給されうるように接続される。
また、車両ECU30の排気微粒子検出手段30cは、DPF23に捕捉されて堆積したPMの量を推定する。このPMの堆積量の推定は、PMの堆積量が大きくなるとDPF23の上下流差圧も大きくなり、PMの堆積量が所定量に達するとDPF23の上下流差圧もこれに応じた値になることに着目して、PMの堆積量が所定値に達したことを判定する。
その他の構成は図1に示す第1実施形態と同様である。
本発明の第3実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置は上述のように構成されるため、例えば図5に示すような電気ヒータ制御の制御フローが実行される。なお、第3実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御の図2に示すメインルーチンは、第1実施形態と同様である。
図6は第4実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置の要部の構成を示す図であり、図7は第4実施形態にかかる電気ヒータ制御を説明するフローチャートである。これらの図6,図7を用いると共に、図1を流用して、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置の第4実施形態を説明する。
本実施形態では、図6に示すように、排気浄化装置20にそなえられた酸化触媒22およびDPF23には、酸化触媒22を昇温する第1電気ヒータ21aと,DPF23を昇温する第2電気ヒータ21bがそれぞれ装備され、インバータ41から電力を供給されうるように接続される。
バッテリ40の温度TBが所定の温度TB1を超えてバッテリ40の充放電を禁止している状態や、バッテリ40の充電量SOCが上限値SOC1以上になってバッテリ40の充電を禁止している状態で、回生制動が行なわれる場合には、車両ECU30は、回生発電による電力をバッテリ40に供給することができないので、電気ヒータ21a,21bの作動禁止条件が成立しない限り、回生発電による電力を電気ヒータ21a,21bに供給するように制御する。
第1電気ヒータの作動禁止条件としては、例えば、予め試験等を実施して求められ、酸化触媒22の過昇温により酸化触媒22が熱損しない温度を第1上限温度TF1として設定してもよいし、触媒活性温度域(触媒が良好な活性状態である温度域)の上限温度を第1上限温度TF1として設定してもよい。また、第2電気ヒータの作動禁止条件としては、例えば、DPF23の過昇温により熱損しない第2上限温度TR1として設定する。
ここで、DPF23は、酸化触媒22の直下流にあるため、酸化触媒22の温度TFに影響を受ける。例えば、酸化触媒22の温度TFが昇温すれば、この昇温がDPF23に熱量が減衰し遅延して伝達し、DPF23の温度TRも昇温する。
その他の構成は、図1に示す第1実施形態と同様である。
本発明の第4実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置は、上述のように構成されるため、例えば、図7に示すような電気ヒータ制御が車両ECU30により行なわれる。なお、第4実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御の図2に示すメインルーチンは、第1実施形態と同様である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
2 クラッチ
3 モータ
4 変速機
5 プロペラシャフト
6 ディファレンシャル
7 ドライブシャフト
8 駆動輪
11 吸気管
12 排気管
15 温度センサ
20 排気浄化装置
21 電気ヒータ(触媒昇温用ヒータ,フィルタ再生用ヒータ)
22 酸化触媒(排気浄化触媒)
23 DPF(フィルタ)
30 車両ECU
30a 制御手段
30b バッテリ充放電制限手段
30c 排気微粒子検出手段
31 エンジンECU
32 インバータECU
33 バッテリECU
40 バッテリ
41 インバータ
51 バッテリ電流センサ
52 バッテリ電圧センサ
53 バッテリ温度センサ
54 バッテリ充放電カウンタ
Claims (5)
- 走行用トルクを出力しうるエンジンと、
上記エンジンから排出された排出ガスを浄化する排気浄化装置と、
上記排気浄化装置に設けられた電気ヒータと、
走行用トルクを出力しうると共に上記エンジンの駆動による発電及び制動時のエネルギ回生による発電が可能な電動発電機と、
上記電動発電機による発電電力によって充電可能なバッテリと、
をそなえたハイブリッド電気自動車において、
上記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
上記バッテリ温度検出手段により、上記バッテリの温度が予め設定された所定温度よりも高くなった場合、上記バッテリの充放電を制限するバッテリ充放電制限手段と、
上記ハイブリッド電気自動車のエネルギ回生による発電中に、上記バッテリ充放電制限手段の作動により上記バッテリの充放電が制限された場合には、上記電気ヒータの作動禁止条件が成立しない限り、上記電気ヒータに上記回生による発電電力を供給する制御手段とを備えた
ことを特徴とする、ハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 上記排気浄化装置は排気浄化触媒を備え、
上記電気ヒータは上記排気浄化触媒を活性温度に昇温させる触媒昇温用ヒータであって、
上記電気ヒータの作動禁止条件として、上記排気浄化触媒の温度が予め設定された第1上限温度以上であることが設定され、
上記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記触媒温度検出手段により検出された上記排気浄化触媒の温度を上記第1上限温度と比較して上記電気ヒータの作動禁止条件が成立しないか否かを判定する
ことを特徴とする、請求項1記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 上記排気浄化装置は、排気中の微粒物質を捕捉するフィルタを備え、
上記電気ヒータは上記フィルタに堆積した排気微粒物質を燃焼させ上記フィルタを再生するフィルタ再生用ヒータであって、
上記電気ヒータの作動禁止条件として、上記フィルタの温度が予め設定された第2上限温度以上であることが設定され、
上記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記フィルタ温度検出手段により検出された上記フィルタの温度を上記第2上限温度と比較して上記電気ヒータの作動禁止条件が成立しないか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1又は2記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 上記排気浄化装置は、排気中の微粒物質を捕捉するフィルタを備え、
上記電気ヒータは上記フィルタに堆積した排気微粒物質を燃焼させ上記フィルタを再生するフィルタ再生用ヒータであって、
上記電気ヒータの作動禁止条件として、上記フィルタに排気微粒物質が堆積していないことが設定され、
上記フィルタに堆積した排気微粒物質の堆積量を検出する排気微粒子検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記排気微粒子検出手段により検出された排気微粒物質の堆積量から上記電気ヒータの作動禁止条件が成立しないか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1又は2記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 上記バッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を更に備え、
上記制御手段は、
上記ハイブリッド電気自動車のエネルギ回生による発電中に、上記バッテリ充放電制限手段の作動により上記バッテリの充放電が制限されない場合には、
上記バッテリ充電量検出手段により検出されるバッテリ充電量が予め設定された所定充電量未満ならば、発電電力を上記バッテリに充電し、
上記バッテリ充電量検出手段により検出されるバッテリ充電量が上記所定充電量以上ならば、上記回生による発電電力を上記電気ヒータに供給する
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
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