JP2018144809A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
内燃機関(例えば、後述の実施形態でのエンジンENG)と、
前記内燃機関の動力によって発電する第1モータジェネレータ(例えば、後述の実施形態での第1モータジェネレータMG1)と、
蓄電器(例えば、後述の実施形態での高圧バッテリBATh)と、
前記蓄電器及び前記第1モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する第2モータジェネレータ(例えば、後述の実施形態での第2モータジェネレータMG2)と、
前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータの入出力電圧(例えば、後述の実施形態でのV2電圧)を昇圧する昇圧器(例えば、後述の実施形態でのVCU101)と、
を備えたハイブリッド車両の制御装置(例えば、後述の実施形態でのコントローラ部103)であって、
前記ハイブリッド車両の制動時に前記第2モータジェネレータを発電機として作動して得られた回生電力によって前記第1モータジェネレータを電動機として駆動し、前記第1モータジェネレータの負荷を前記内燃機関とする際、前記昇圧器が前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータの入出力電圧を昇圧することによって拡大した非効率的な動作点で前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータが駆動するよう前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータを制御する。
前記第1モータジェネレータを電動機として、前記第2モータジェネレータを発電機として駆動する際、前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータに対し強め界磁制御を行う。
前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータの各々の入力電圧は、供給可能な最大電流による制約及び印加される電圧による制約の範囲内で取り得る最大の電圧である。
前記ハイブリッド車両の制御装置は、前記蓄電器及び前記第1モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する補機(例えば、後述の実施形態での補機105)を備え、
前記回生電力のうち、前記補機に供給される電力と、前記蓄電器に供給される電力と、前記第2モータジェネレータを非効率な動作点で駆動する電力と、前記内燃機関を負荷として前記第1モータジェネレータを駆動する電力と、で消費しきれない分の電力を、前記第1モータジェネレータを非効率な動作点で駆動することによって消費する。
前記ハイブリッド車両の制御装置は、前記蓄電器及び前記第1モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する補機(例えば、後述の実施形態での補機105)と、運転者によるブレーキペダルの操作に応じて前記ハイブリッド車両を制動する電動サーボブレーキ(例えば、後述の実施形態での電動サーボブレーキESB)と、を備え、
前記回生電力のうち、前記補機に供給される電力と、前記蓄電器に供給される電力と、前記第2モータジェネレータを非効率な動作点で駆動する電力と、前記内燃機関を負荷として前記第1モータジェネレータを駆動する電力と、前記第1モータジェネレータを非効率な動作点で駆動する電力と、で消費しきれない分の電力を、前記電動サーボブレーキに供給することによって消費する。
さらに、非効率的な動作点で前記第2モータジェネレータが駆動するよう制御することにより、第2モータジェネレータでの電力消費が発生し、回生電力を効率的に消費することができる。
図1は、シリーズ方式のHEVの内部構成を示すブロック図である。図1に示すように、シリーズ方式のHEV(以下、「ハイブリッド車両」という)は、エンジンENGと、第1モータジェネレータMG1と、第2モータジェネレータMG2と、高圧バッテリBAThと、コンバータCONVと、低圧バッテリBATlと、VCU(Voltage Control Unit)101と、第1インバータINV1と、第2インバータINV2と、電動サーボブレーキESBと、コントローラ部103とを備える。なお、図1中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線は制御信号を示す。
本実施形態では、ハイブリッド車両の制動時に、第2モータジェネレータMG2を発電機として作動する回生ブレーキを利用する。但し、高圧バッテリBAThが満充電であるために、第2モータジェネレータMG2が発生した回生電力を高圧バッテリBAThに充電できない場合には、この回生電力によって第1モータジェネレータMG1を電動機として駆動し、第1モータジェネレータMG1の負荷をエンジンENGとする。図3は、ハイブリッド車両の制動時に、第2モータジェネレータMG2が発生した回生電力によって第1モータジェネレータMG1を電動機として駆動する場合のエネルギーの流れを示す説明図である。
但し、Ld,Lq:dq軸インダクタンス、ω:モータジェネレータの角速度、ψa:鎖交磁束である。
式(2)よりdq誘起電圧(d軸電機子に生じる誘起電圧とq軸電機子に生じる誘起電圧のベクトル和の大きさ)Voは、式(3)で表せる。
このとき、図2に示したV2電圧の制限電圧をVom(VomはV2電圧によって決まり、関係式はVCU101の制御の変調方式によって変わる)とすると、式(4)に示すように、dq誘起電圧Voは制限電圧Vom以下である必要がある。
すなわち、式(3)と式(4)により、モータジェネレータの動作点の範囲には電圧による制約があるため、式(5)を満たす必要がある。
一方、モータジェネレータのトルクTは式(6)で表される。
但し、Pn:モータジェネレータの極対数である。
この式(6)を変形した定トルク曲線を表す式は、式(7)で表される。
この式(7)は、Id=ψa/(Lq−Ld),Iq=0を漸近線とする双曲線である。
さらに、エンジンENGの目標回転数をNe_cとし、目標回転数Ne_cから換算されるモータジェネレータの目標角速度をω_cとすると、図6に示した定電圧楕円は式(9)によって表される。
また、非効率制御を行うことによるモータジェネレータでの銅損による消費電力P_cは、式(11)で表される。
但し、Ra:モータジェネレータの相巻線抵抗である。
Id_i2+Iq_i2=Imax2 …(1´)
式(1´)は定電流円の円周を表すため、変更後の目標動作点(Id_i,Iq_i)は、式(10)と式(1´)の交点として表される。式(10)と式(1´)の交点は、これら2式による四次方程式の解であり、代数的に求められるが、モータジェネレータが逆突極型であれば、図9に示すように、力行時にはq軸電流が最大となる解(Id_i,Iq_i)であり、回生時にはq軸電流が最小となる解(Id_i,Iq_i)が、非効率制御を行う際のモータジェネレータが最大限に電力を消費するためのdq電流として表される。この交点によって表されるモータジェネレータの変更後の目標動作点は、変更後の目標定電圧楕円によって制約を受ける。したがって、この交点を動作点とする電流ベクトルを与えるためのV2電圧が必要である。このときのV2電圧が、最大電流Imaxの定電流円による制約及び目標定電圧楕円による制約の範囲内で取り得る最大の電圧、すなわち目標V2電圧V2_cである。
図1に示したハイブリッド車両には、シフトレバー111の位置によって選択されるシフトレンジとして、駐車レンジに駐車レンジに対応する「Pレンジ」と、ニュートラルレンジに対応する「Nレンジ」と、後退走行レンジに対応する「Rレンジ」と、第1前進走行レンジに対応する「Dレンジ」と、第2前進走行レンジに対応する「Bレンジ」とが設けられている。Dレンジ及びBレンジは、いずれもシフトレンジとしての前進走行レンジである。Dレンジは、通常走行時(Bレンジ以外の走行時)に用いられる。Bレンジは、運転者がハイブリッド車両における回生量を大きくしたいと望む場合において回生量をDレンジのときよりも大きくするシフトレンジである。したがって、ハイブリッド車両の降坂時には、Dレンジのときよりも大きな回生量が得られるための制御をコントローラ部103は行う。
図1に示したハイブリッド車両には、第1モータジェネレータMG1及び第2モータジェネレータMG2が搭載されている。また、ハイブリッド車両の制動時には、第2モータジェネレータMG2を発電機として作動する回生ブレーキを利用する。したがって、上記説明した非効率制御は、第1モータジェネレータMG1だけでなく、第2モータジェネレータMG2に対しても行うことができる。第2モータジェネレータMG2に対して非効率制御を行えば、第2モータジェネレータMG2の主に銅損による発熱量が増加して、第2モータジェネレータMG2での電力消費が発生する。
回生電力≦補機消費電力
ケース1では、上記の関係が成立しているため、図12の矢印で示される回生電力を補機105が消費する。
補機消費電力≦回生電力≦[補機消費電力+バッテリ受入可能電力]
ケース2では、上記の関係が成立しているため、図13の矢印で示される回生電力のうち、補機105で消費しきれない分の電力(バッテリ充電電力Cbc)を、高圧バッテリBAThに充電する。
[補機消費電力+バッテリ受入可能電力]≦回生電力≦[補機消費電力+バッテリ受入可能電力+MG2非効率制御消費電力]
ケース3では、上記の関係が成立しているため、図14の矢印で示される回生電力のうち、[補機消費+バッテリ充電]で消費しきれない分の電力(MG2非効率制御消費電力Cmg2)を、第2モータジェネレータMG2の非効率制御によって消費する。
[補機消費電力+バッテリ受入可能電力+MG2非効率制御消費電力]≦回生電力≦[補機消費電力+バッテリ受入可能電力+MG2非効率制御消費電力+エンジン逆駆動消費電力]
ケース4では、上記の関係が成立しているため、図15の矢印で示される回生電力のうち、[補機消費+バッテリ充電+MG2非効率制御消費]で消費しきれない分の電力(エンジン逆駆動消費電力Ceng)を、エンジンENGを負荷とした非効率制御を行わない第1モータジェネレータMG1の力行運転によって消費する。
なお、ケース4の回生電力の一部は、エンジンENGの回転数によるNV性能の観点から、後述のケース5によって消費されても良い。
[補機消費電力+バッテリ受入可能電力+MG2非効率制御消費電力+エンジン逆駆動消費電力]≦回生電力≦[補機消費電力+バッテリ受入可能電力+MG2非効率制御消費電力+エンジン逆駆動消費電力+MG1非効率制御消費電力]
ケース5では、上記の関係が成立しているため、図16の矢印で示される回生電力のうち、[補機消費+バッテリ充電+MG2非効率制御消費+エンジン逆駆動消費電力]で消費しきれない分の電力(MG1非効率制御消費電力Cmg1)を、第1モータジェネレータMG1の非効率制御によって消費する。
(ケース4を行わない場合⇒[補機消費+バッテリ充電+MG2非効率制御消費]で消費しきれない分の電力(エンジン逆駆動消費電力Ceng+MG1非効率制御消費電力Cmg1)を、エンジンENGを負荷とした第1モータジェネレータMG1の力行運転と第1モータジェネレータMG1の非効率制御によって消費する。)
[補機消費電力+バッテリ受入可能電力+MG2非効率制御消費電力+エンジン逆駆動消費電力+MG1非効率制御消費電力]≦回生電力
ケース6では、上記の関係が成立しているため、図17に示すように、[補機消費+バッテリ充電+MG2非効率制御消費+エンジン逆駆動消費+MG1非効率制御消費]で消費しきれない分の電力(熱消費電力Cesb)を、電動サーボブレーキESBが消費する。
103 コントローラ部
105 補機
BATh 高圧バッテリ
BATl 低圧バッテリ
CONV コンバータ
ENG エンジン
ESB 電動サーボブレーキ
INV1 第1インバータ
INV2 第2インバータ
MG1 第1モータジェネレータ
MG2 第2モータジェネレータ
Claims (5)
- 内燃機関と、
前記内燃機関の動力によって発電する第1モータジェネレータと、
蓄電器と、
前記蓄電器及び前記第1モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する第2モータジェネレータと、
前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータの入出力電圧を昇圧する昇圧器と、
を備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
前記ハイブリッド車両の制動時に前記第2モータジェネレータを発電機として作動して得られた回生電力によって前記第1モータジェネレータを電動機として駆動し、前記第1モータジェネレータの負荷を前記内燃機関とする際、前記昇圧器が前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータの入出力電圧を昇圧することによって拡大した非効率的な動作点で前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータが駆動するよう前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータを制御する、ハイブリッド車両の制御装置。 - 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、
前記第1モータジェネレータを電動機として、前記第2モータジェネレータを発電機として駆動する際、前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータに対し強め界磁制御を行う、ハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1又は2に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記第1モータジェネレータ及び前記第2モータジェネレータの各々の入力電圧は、供給可能な最大電流による制約及び印加される電圧による制約の範囲内で取り得る最大の電圧である、ハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記ハイブリッド車両の制御装置は、前記蓄電器及び前記第1モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する補機を備え、
前記回生電力のうち、前記補機に供給される電力と、前記蓄電器に供給される電力と、前記第2モータジェネレータを非効率な動作点で駆動する電力と、前記内燃機関を負荷として前記第1モータジェネレータを駆動する電力と、で消費しきれない分の電力を、前記第1モータジェネレータを非効率な動作点で駆動することによって消費する、ハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両の制御装置であって、
前記ハイブリッド車両の制御装置は、前記蓄電器及び前記第1モータジェネレータの少なくとも一方からの電力供給によって駆動する補機と、運転者によるブレーキペダルの操作に応じて前記ハイブリッド車両を制動する電動サーボブレーキと、を備え、
前記回生電力のうち、前記補機に供給される電力と、前記蓄電器に供給される電力と、前記第2モータジェネレータを非効率な動作点で駆動する電力と、前記内燃機関を負荷として前記第1モータジェネレータを駆動する電力と、前記第1モータジェネレータを非効率な動作点で駆動する電力と、で消費しきれない分の電力を、前記電動サーボブレーキに供給することによって消費する、ハイブリッド車両の制御装置。
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