JP2018134927A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置１６の発電力を小さくしても走行性能を維持する。
【解決手段】ハイブリッド車両は、発電装置１６と、車両の走行および回生を担うモータジェネレータＭＧ２と、発電装置１６およびモータジェネレータＭＧ２で発電した電力を充電できるバッテリ１０と、を含み、発電装置１６の発電出力がモータジェネレータＭＧ２の出力より小さい。車両の走行状況についての時系列データである走行データを蓄積し、蓄積された走行データの自己相関に基づいて出力維持時間を算出し、算出された出力維持時間についてモータジェネレータにて走行した場合の消費電力に対応するバッテリの充電確保量を決定し、バッテリの充電量が充電確保量を満たさない場合には、発電装置１６を起動しバッテリ１０への充電を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置、特にバッテリの充電量制御に関する。

モータおよび発電装置を搭載するハイブリッド車両において、基本的にモータの出力のみで走行するＥＶモード、発電装置を適宜駆動して走行するＨＶモードを利用可能な車両がある。また、ＨＶモードについては、発電電力はバッテリの充電のみに用いるシリーズモード、発電のためのエンジンの出力を駆動にも用いるパラレルモードが切替可能なハイブリッド車両も提案されている。

特許文献１では、走行モード選択を車両の速度に応じて行い、その切り換え車両速度Ｖを設定し、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）に応じて切り換え車両速度Ｖを変化させる技術が提案されている。

特開２０１４−１２１９６２号公報

ここで、特許文献１では、比較的低出力の発電装置を用いることについて考慮しておらず、ＳＯＣが低い場合に十分な走行性能が維持できない場合も発生する。

本発明は、発電装置と、車両の走行および回生を担うモータジェネレータと、発電装置およびモータジェネレータで発電した電力を充電できるバッテリと、を含み、発電装置の発電出力がモータジェネレータの出力より小さいハイブリッド車両において、車両の走行状況についての時系列データである走行データを蓄積し、蓄積された走行データの自己相関に基づいて出力維持時間を算出し、算出された出力維持時間についてモータジェネレータにて走行した場合の消費電力に対応するバッテリの充電確保量を決定し、バッテリの充電量が充電確保量を満たさない場合には、発電装置を起動しバッテリへの充電を行う。

また、走行データは、走行に要求される走行要求出力の時系列データである。

また、自己相関関数の大きな期間τに対して調整係数αをかけた時間を出力維持時間とし、この出力維持時間においてモータジェネレータが最大出力で運転できる電力をバッテリの充電確保量とする。

また、ドライバーの操作によって走行モードをエコノミーモードとするか、パワーモードとするかを選択できるモード選択スイッチを含み、αは、エコノミーモードでは標準よりも小さくし、パワーモードでは標準よりも大きくする。

また、αを、ナビゲーションを用いた車両の走行計画に基づいて決定し、発電装置を起動しても充電量が不足することが予想される場合に、αを標準よりも大きくする。

十分な車両走行性能を維持するためのＳＯＣを維持するように制御するため、比較的低出力の発電装置においても、十分な車両走行性能を確保することができる。

システムの全体構成を示すブロック図である。 走行要求出力の頻度分布を示す図である。 走行要求出力の時系列データを示す図である。 走行要求出力の時系列データの自己相関関数を示す図である。 システムの他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

＜全体構成＞
図１にハイブリッド車両のパワートレインシステムの構成例を示す。バッテリ１０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であり、２００Ｖ〜３００Ｖ程度の出力を有する。バッテリ１０には、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）１２が接続されている。ＰＣＵ１２は、昇圧コンバータと、２つのインバータを有し、バッテリ１０の出力を最大７００Ｖ程度まで昇圧し、これを交流電圧に変換して出力するとともに、出力側からの交流電力を直流電力に変換しバッテリ１０側に戻す。

ＰＣＵ１２には、モータジェネレータＭＧ１が接続され、このモータジェネレータＭＧ１には内燃機関であるエンジン１４が接続され、モータジェネレータＭＧ１とエンジン１４で発電装置１６が構成されている。エンジン１４を駆動することによって、モータジェネレータＭＧ１から交流電力が出力され、これがＰＣＵ１２で直流電力に変化され、バッテリ１０が充電される。ＰＣＵ１２には、モータジェネレータＭＧ２が接続されており、ＰＣＵ１２の出力によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２の出力軸は、車軸とつながっており、モータジェネレータＭＧ２によってハイブリッド車両が走行する。また、車軸側からの動力によってモータジェネレータＭＧ２が発電することによって、ハイブリッド車両を回生制動し、その際の回生電力によってバッテリ１０が充電される。

また、制御装置１８は、アクセル操作、ブレーキの操作、車速、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態、バッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）などの車両情報が供給され、これに基づき、ＰＣＵ１２を制御する。なお、制御装置１８はエンジン１４の運転も制御するとよい。

本実施形態では、発電装置１６はエンジン１４とそれに結合されたモータジェネレータＭＧ１により構成されており、エンジン１４は直接車軸とはつながっておらず、いわゆるシリーズハイブリッドに分類される。

ここで、発電装置１６の発電出力は、パワートレインの小型高効率化のためにモータジェネレータＭＧ２の駆動出力よりも小さくなるように選択してある。

このようなハイブリッド車両は、ドライバーによるアクセル、ブレーキ操作などに応じた車両の出力要求に応じてモータジェネレータＭＧ２を駆動して走行する。また、バッテリ１０のＳＯＣに応じて、必要な場合に発電装置１６を駆動して、バッテリ１０を充電する。

＜充電量制御＞
図２は、ハイブリッド車両の典型的な走行時における走行データ（走行要求出力）の頻度分布を示す。発電装置１６の発電出力は、走行要求出力の平均値程度とすることが望ましい。このようなシステムにおいて、モータジェネレータＭＧ２の出力に応じた走行性能を確保するためには、走行に必要な消費電力に対応するバッテリ１０の充電量を確保しておく必要がある。

本実施形態においては、この充電量を、車両情報に含まれる走行要求出力の時系列データをもとに決定する。すなわち、走行要求出力の時系列データから確保すべきモータジェネレータＭＧ２の出力維持時間を見積もり、バッテリ１０にそれに見合う充電量を常に維持する。なお、本実施形態では、出力維持時間をモータジェネレータＭＧ２の最大出力を維持するため最大出力維持時間とみなす。このために、制御装置１８には、メモリ２０が接続され、このメモリ２０に車両の走行状況に関する走行データが所定時間、時系列データとして記憶される。この例において、走行データは、走行要求出力の時系列データである。

図３は、走行要求出力の時系列データ（走行データ）の例を示す。図において縦軸の中心が０であり、プラス側が力行の要求出力で、マイナス側が制動の要求出力である。このように、走行中の車両状態に応じて走行要求出力は変化する。

図４はこのデータ列の自己相関関数を示す。このように、自己相関関数は、時間の経過とともに小さくなるが、自己相関関数が高い期間（自己相関関数の値がしきい値以上の期間）τでは、同じような出力要求が継続すると考えられる。そして、このτに調整係数αをかけたατをＭＧ２の最大出力維持時間とする。ここで、τを決定する自己相関関数のしきい値は、例えば時間方向の最大値で無次元化した場合、０．５程度にすればよい。特に、後述するように、ατが適切な値となるように設定するため、τを決定する自己相関関数のしきい値を厳密に決定する必要はない。

このようにして、ατが決定された場合には、充電確保量Ｑを、
Ｑ＝（Ｐ_ＭＧ２−Ｐ_ＭＧ１）×ατ
で算出する。ここで、Ｐ_ＭＧ２はモータジェネレータＭＧ２の最大出力、Ｐ_ＭＧ１は発電装置１６、すなわちモータジェネレータＭＧ１の最大発電出力である。通常αは１〜５程度とするとよい。

これによって、発電装置１６を起動しても、モータジェネレータＭＧ２の駆動によって充電量が減少する可能性のある電力（電荷量）について、車両の走行状態により決定することができる。

そして、バッテリ１０の充電量がＱを下回れば、発電装置１６を起動してバッテリ１０の充電を行う。充電確保量Ｑが維持されていれば、それ以上充電の必要はないが、一旦充電を始めた場合には、ある程度（例えば、ＳＯＣが１０％程度増加するまで）充電量が増加するまで充電を継続するとよい。なお、充電は、充電量がその最大許容値以上となれば、Ｑの如何にかかわらず停止する。最大許容量は、回生電力の回収を考慮して、適切な値に設定する。従って、本実施形態では、それまでの走行状態に応じて、充電確保量Ｑを決定するので、モータジェネレータＭＧ２の電力消費が発電装置１６の発電量を上回る状態での所定期間の走行が担保される。

このように、本実施形態では、発電装置１６を起動するバッテリ１０の下限充電量（充電確保量Ｑ）を、出力要求の時系列データについての自己相関関数を用いて算出する。従って、実際の走行に応じて必要な充電量が大きければ早めに発電装置１６を起動でき、充電量を確保することができ、走行性能を維持することができる。また、必要な充電量が小さければ、小さな充電量まで発電装置１６を起動しないで走行でき、バッテリ１０の容量を十分に利用した効果的な走行が行える。特に、外部電力によってバッテリ１０を充電すれば、燃費を改善することができる。

ここで、図３に示した走行要求出力は、モータジェネレータＭＧ２の最大出力で無次元化しておくと、出力レベルが異なるパワートレインに対しても同様の自己相関関数のしきい値を設けることができ望ましい。また、メモリ２０に蓄積するデータ時間は、τの５倍以上とすることが望ましい。これによって、十分な自己相関関数の計算が行える。

また、本実施形態では、車両走行中において逐次走行要求出力を取り込み記憶し、現時点でのτを計算する。従って、その時の走行状態に応じて適切な充電確保量Ｑの設定が行える。

なお、τを決定するためのしきい値や、調整係数αなどは、予め車両走行試験などを行って決定するとよい。さらに、過去の走行履歴に応じて、学習して適切な値に変更することも好適である。

＜その他の構成＞
また、ハイブリッド車両に走行モードを選択するモード選択スイッチを設け、ドライバーがαを選択できるようにしてもよい。すなわち、エコノミーモードでは、高い走行出力を必要とする頻度が小さいためαを標準（通常）より小さくし、パワーモードでは、高負荷頻度が高くなることが予想されるためαを標準より大きくすることができる。これによって、より適切な充電確保量Ｑを設定することができる。

さらに、αをナビゲーションシステムを活用した車両の走行計画を基に調整してもよい。すなわち、発電装置１６を起動しても目的地到達までに充電量が不足することが予想される場合には、αを標準より大きくすることが望ましい。

以上は、内燃機関を用いたシリーズハイブリッドシステムを例に説明したが、図５に示すようなパラレルモードが選択できるハイブリッドシステムでもよい。このシステムでは、エンジン１４およびモータジェネレータＭＧ１の出力軸が変速機２２、クラッチ２４を介し、車軸に接続されている。従って、エンジン１４の駆動力によって、車両を走行することができる。また、モータジェネレータＭＧ１を用いて回生制動することもできる。このようなシステムでも上述のような充電量制御によって同様の効果が得られる。なお、エンジン１４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の機械的接続については従来知られている各種の構造を採用することができる。さらに、発電装置１６として燃料電池を用いてもよい。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、走行要求出力の時系列データに対し、自己相関関数を取ることにより、同じ運転状態を続ける期間（出力維持時間）τの目安が得られる。そして、少なくともこの期間τについて、モータジェネレータＭＧ２の最大出力を維持できるように、バッテリ１０の充電量を確保する。従って、モータジェネレータＭＧ１の発電量がモータジェネレータＭＧ１の最大出力より小さい状況でも、走行状況に応じて充電量を確保でき、走行性能を十分なものに維持しつつ、燃費の悪化を防止することができる。

１０ バッテリ、１４ エンジン、１６ 発電装置、１８ 制御装置、２０ メモリ、２２ 変速機、２４ クラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (5)

1. 発電装置と、車両の走行および回生を担うモータジェネレータと、発電装置およびモータジェネレータで発電した電力を充電できるバッテリと、を含み、発電装置の発電出力がモータジェネレータの出力より小さいハイブリッド車両において、
   車両の走行状況についての時系列データである走行データを蓄積し、
   蓄積された走行データの自己相関に基づいて出力維持時間を算出し、算出された出力維持時間についてモータジェネレータにて走行した場合の消費電力に対応するバッテリの充電確保量を決定し、バッテリの充電量が充電確保量を満たさない場合には、発電装置を起動しバッテリへの充電を行う、
   ハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   走行データは、走行に要求される走行要求出力の時系列データである、
   ハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   自己相関関数の大きな期間τに対して調整係数αをかけた時間を出力維持時間とし、この出力維持時間においてモータジェネレータが最大出力で運転できる電力をバッテリの充電確保量とする、
   ハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   ドライバーの操作によって走行モードをエコノミーモードとするか、パワーモードとするかを選択できるモード選択スイッチを含み、
   αは、エコノミーモードでは標準よりも小さくし、パワーモードでは標準よりも大きくする、
   ハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項３または４に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
   αを、ナビゲーションを用いた車両の走行計画に基づいて決定し、発電装置を起動しても充電量が不足することが予想される場合に、αを標準よりも大きくする、
   ハイブリッド車両の制御装置。