JP2020121643A - 車両の発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電量不足を回避しつつ車両の駆動力を確保できるようにバッテリ出力と発電出力との配分を調整する。【解決手段】本発明は、車両の発電制御装置であって、エンジンと、エンジンの出力により駆動されて発電する発電モータと、バッテリと、駆動モータと、制御装置と、を備える。制御装置は、要求駆動出力が、バッテリの出力の制限値よりも大きく、かつ、システム最大出力が、車両に供給が必要な最低限の出力よりも大きい場合に、バッテリの電圧が、発電出力を出力できる電圧以上となる範囲内に、バッテリの出力を低下させるように構成されている。なお、ここで、要求駆動出力は、車両が要求する駆動出力であり、バッテリの出力の制限値は、バッテリの充電状態によって決定される値である。また、システム最大出力は、バッテリの出力の現在値と発電出力の現在値との合計値である。【選択図】図２

Description

本発明は車両の制御装置に関する。より具体的には、シリーズハイブリッド車両に搭載される車両の発電制御装置に関する。

エンジンにより発電モータ（発電機）を駆動して発電を行い、発電した電力を走行用の駆動モータ又はバッテリに供給するシリーズハイブリッド車両が知られている。一般に、シリーズハイブリッド車両では、バッテリの充電量が設定値よりも低下したときに、エンジンにより発電機を駆動して発電を行い、発電電力をモータ及びバッテリに供給することで、バッテリの充電量を設定値以上に保つようにしている。

また、これに関し、例えば特許文献１には、バッテリの充電収支を一定に保つことを目的とし、シリーズハイブリッド車両のバッテリの残存容量と、残存容量の変化率とに基づいて、発電モータの発電量を決定する制御が記載されている。より具体的に、特許文献１では、残存容量が小さい場合、残存容量が大きい場合に比べて、発電量を多くするとともに、残存容量の変化率が小さい場合には発電量を多くし、残存容量の変化率が大きい場合には発電量を少なくしている。

特開平１１−１０３５０３号公報

発電モータ及び駆動モータは、その出力が電圧によって変化する。すなわち、電圧が高い場合には、その出力が高くなり、電圧が低い場合、その出力が小さくなる。一方、バッテリ電圧は、バッテリの出力によって変動し、バッテリ出力が高い場合、電圧低下量が大きくなり、バッテリ出力が低い場合には、電圧低下量は小さくなる。

ここで加速要求など、バッテリ出力が大きくなる場合や、バッテリの充電量が低下したときには、発電用エンジンによって発電モータを駆動して、発電量を増加したい。そこで発電を優先すると、その発電量に応じたバッテリ電圧を確保するためにバッテリ電圧の低下を抑制する必要が生じ、バッテリ出力を制限することになる。しかし、バッテリ出力を制限すれば、駆動モータに十分な電力を供給できず、却って車両の駆動力が低下する虞がある。

一方、車両の駆動力確保を優先して、駆動モータに十分な電力を供給すると、バッテリ電圧が低下して、発電可能な出力も低下する。その結果、バッテリ出力が低下して、バッテリの充電量が低下し、電欠する虞がある。

この点、上記特許文献１の技術は、充電収支を一定に保つものであるが、加速時等の要求駆動出力増大時等における、バッテリ出力の増大と、バッテリ電圧の低下による車両の駆動力不足や電欠の問題を解決するものではない。

車両の駆動力確保や電欠回避のため、昇圧回路を設置する方法やバッテリ容量を増大化する方法、あるいは、大出力の発電モータの使用等により、バッテリ電圧の低下時にも発電出力を確保する方法等が考えられる。しかしながら、いずれの方法も高コスト化、ユニットの大型化、あるいは、ユニットの高重量化を伴うこととなる。

従って、本発明は、上記課題を解決することを目的として、バッテリ出力と発電出力との配分を調整することで、バッテリの充電量不足を回避しつつ車両の駆動力を確保できるよう改良した車両の発電制御装置を提供するものである。

本発明は、車両の発電制御装置であって、エンジンと、発電モータと、バッテリと、駆動モータと、制御装置と、を備える。発電モータは、エンジンの出力により駆動されて発電する。バッテリは、発電モータによって発電した発電出力を充電できる。駆動モータは、バッテリの出力、又は、バッテリの出力及び発電出力によって駆動され、車両を駆動する。

制御装置は、要求駆動出力が、バッテリの出力の制限値よりも大きく、かつ、システム最大出力が、車両に供給が必要な最低限の出力よりも大きい場合に、バッテリの電圧が、発電出力を出力できる電圧以上となる範囲内に、バッテリの出力を低下させるように構成されている。なお、ここで、要求駆動出力は、車両が要求する駆動出力であり、バッテリの出力の制限値は、バッテリの充電状態によって決定される値である。あるいは、バッテリの出力の制限値は、バッテリの充電状態とバッテリ温度とによって決定される値としてもよい。また、システム最大出力は、バッテリの出力の現在値と発電出力の現在値との合計値である。

本発明によれば、要求駆動出力が、バッテリ出力の制限値より大きく、かつ、車両に供給が必要な最低限の出力がシステム最大出力より小さい領域では、バッテリ電圧が発電出力を出力できる電圧より小さくならない範囲に、バッテリ出力が制限される。これにより、発電をある程度優先してバッテリの充電状態を維持しつつ、最低限必要となるバッテリ出力を確保するように調整することができる。

本発明の実施の形態の制御におけるバッテリ電圧とバッテリ出力と発電モータによる発電量との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態の制御の概要を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるバッテリ出力と、発電出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における領域Ｓ１〜Ｓ３と、バッテリの充電状態及び温度との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンをフローチャートに示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

本発明の実施の形態の発電制御装置は、シリーズ式ハイブリッド車両に適用される。本発明の発電制御装置は、バッテリと、駆動用のモータジェネレータ（以下「駆動ＭＧ」）と発電用のモータジェネレータ（以下「発電ＭＧ」）とエンジンとを有している。バッテリには、それぞれインバータ等を介して駆動ＭＧと発電ＭＧとが接続されている。

発電ＭＧのロータの回転軸には、エンジンの出力軸が連結されている。発電ＭＧは、エンジン出力を受けてロータが回転されることで、発電することができる。なお、発電ＭＧは、バッテリからの電力供給により回転駆動されることで、エンジンを始動するためのクランキングを行うこともできるように構成されているものとしてもよい。

駆動ＭＧのロータの回転軸の一端側は、車軸等を介して駆動輪に連結されている。駆動ＭＧは基本的に力行用のモータであり、駆動ＭＧの出力は、車両の走行用動力として駆動輪に伝達される。なお、車両の減速時又は下り坂走行時に、駆動輪から入力される動力により駆動ＭＧのロータを回転させることにより回生発電を行うことができる構成としてもよい。

この発電システムにおいて、エンジン及び発電ＭＧによって発電された電力は、バッテリに充電することができるともに、バッテリに充電せずに、バッテリ出力とともに、車両出力として用いて、駆動ＭＧに供給することができる。

本実施の形態の発電制御装置は、制御装置を有している。制御装置は例えばＣＰＵ、メモリ等を含むマイクロコンピュータによって構成される。制御装置は、インバータを制御することで駆動ＭＧ及び発電ＭＧの各動作を制御するとともに、エンジンに制御信号を送り、エンジンの動作を制御する。

本実施の形態において制御装置が実行する制御には、バッテリ出力と発電ＭＧの発電量（以下「発電出力」）との制御による車両出力の制御が含まれ、この制御には、特に、バッテリ出力と発電出力との配分をバッテリの充電状態（以下「ＳＯＣ」とも称する。ＳＯＣは「State of Charge」の略。）に応じて設定し、ＳＯＣの低下及び駆動出力の低下とのバランスをとる制御が含まれる。この制御について、以下、具体的に説明する。

図１は、バッテリ出力と、発電モータによる発電量と、バッテリ電圧との関係を説明するための図である。図１において、縦軸はバッテリ電圧を示し、横軸はバッテリ出力又は発電出力を示している。また、図１においては、バッテリ電圧とバッテリ出力制限値との関係を実線（ａ）で示し、バッテリ電圧と発電出力との関係を破線（ｂ）で示している。

発電ＭＧと駆動ＭＧは、ともに電圧によって出力が変化する特性を有し、バッテリ電圧が高い場合には、ＭＧの出力は高くなり、バッテリ電圧が低くなると、ＭＧの出力は低下する。従って、図１に示されるように、発電出力はバッテリ電圧が高い場合には高くなり、バッテリ電圧が低い場合には、低くなる。一方、バッテリ電圧は、図１に示されるように、バッテリ出力によって変動し、バッテリ出力が高い場合、電圧低下量が大きくなり、バッテリ出力が低い場合には、電圧低下量は小さくなる。

本実施の形態では、車両に供給する必要がある最低限の出力を確保できる状況下においては、現在の発電出力を出力できる電圧を維持できる最大のバッテリ出力（以下「電圧低下抑制出力」とする）以下に、バッテリ出力を制限する制御を行なう。ここで、図１に示されるような、電圧低下抑制出力と発電出力との配分は、バッテリのＳＯＣに応じて設定される。

図２は、本実施の形態の制御の概要を示す図であり、図２には、ＳＯＣごとのバッテリ出力と発電出力との関係が示されている。また、図２において、実線（ａ）は発電システムからの総出力であるシステム最大出力を示し、一点差線（ｂ）は、バッテリ出力制限値を示し、破線（ｃ）は、電圧低下抑制出力を示し、実線（ｄ）は、発電出力を示す。

図２に示されるように、ＳＯＣが比較的高く、車両が要求する駆動出力（以下「要求駆動出力」）が、バッテリ出力制限値より小さい領域Ｓ１では、発電出力に対する電圧が確保できるように、バッテリ出力を電圧低下抑制出力に制限して、発電を優先させる。

ＳＯＣが低く、システム最大出力が車両に供給が必要な最低限の出力（以下「必要出力」）を下まわるような領域Ｓ３では、電欠を回避するために、発電出力の確保を優先する。つまり、電圧低下抑制出力は、最大発電出力の発電量が確保されるよう、小さな出力に設定される。これにより、車両の駆動出力が制限されることになるが、少なくとも電欠を回避する。

システム最大出力が、必要出力以上である場合、バッテリ出力を優先するため、電圧低下抑制が弱められ、電圧低下抑制出力は、領域Ｓ３に比べて大きな出力に設定される。図３により、領域Ｓ２におけるバッテリ出力と発電出力との関係を説明する。図３に示されるように、領域Ｓ２では、電圧低下抑制が弱められ、バッテリ出力は、必要出力を確保できる、比較的高い出力（ａ）に設定される。これにより、バッテリ電圧が低下するため、発電出力は出力（ｂ）に低下する。つまり、領域Ｓ２では、駆動力を確保しつつ、可能な範囲で発電を行うことができるようになっている。

図４は、上記の領域Ｓ１〜Ｓ３と、ＳＯＣ及びバッテリ温度との関係を示す図である。バッテリ出力とバッテリ電圧との関係は、ＳＯＣ及びバッテリ温度によって変化する。従って、上記のバッテリ出力制限値はＳＯＣ及びバッテリ温度によって決定される値であり、システム最大出力もＳＯＣ及びバッテリ温度によって変化する。従って、上記の領域Ｓ１、Ｓ２、及び、Ｓ３も、図４に示されるように、バッテリ温度及びＳＯＣとの関係で変化する。

図５は、本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンをフローチャートに示した図である。図５のルーチンでは、ステップＳ１０２において、要求駆動出力が、バッテリ出力制限値より小さいか否かが判別される。ステップＳ１０２において、要求駆動出力がバッテリ出力制限値より小さいと判別された場合、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では現在の領域がＳ１であると判定され、駆動出力を確保かつ発電出力を優先する制御が実行される。即ち、上述したように、発電出力に対する電圧が確保できるように、バッテリ出力を電圧低下抑制出力に制限して、バッテリ電圧を高く維持し発電を優先させる。

一方、ステップＳ１０２において、要求駆動出力がバッテリ出力制限値以上であると判別された場合、ステップＳ１０６に進み、システム最大出力が必要出力より小さいか否かが判別される。ステップＳ１０６において、システム最大出力が必要出力より小さいと判別された場合、ステップＳ１０８に進み、システム最大出力が必要出力以上であると判別された場合にはステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０８では、現在の領域がＳ３であると判定され、バッテリ出力が制限され、最大発電出力が確保されるように制御される。つまり電圧低下抑制が弱められて、必要な発電出力の確保が優先され、バッテリ出力である電圧低下抑制出力は小さな出力に設定される。これにより、車両の駆動出力が制限されることになるが、少なくとも電欠が回避される。

ステップＳ１１０では、現在の領域がＳ２であると判定され、発電出力が制限されて、バッテリ出力が高められ、車両の駆動力が確保されるとともに、可能な範囲での発電が維持される。

以上説明したように、本発明の実施の形態の制御によれば、バッテリの充電状態に応じて、バッテリ出力と発電出力との配分が調整されることで、車両に必要な出力を確保しつつ、可能な範囲で発電を維持することができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンの出力により駆動されて発電する発電モータと、
   前記発電モータによって発電した発電出力を充電できるバッテリと、
   前記バッテリの出力、又は、前記バッテリの出力及び前記発電出力によって駆動され、車両を駆動するための駆動モータと
   制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記車両が要求する駆動出力である要求駆動出力が、前記バッテリの充電状態によって決定される前記バッテリの出力の制限値よりも大きく、前記バッテリの出力の現在値と前記発電出力の現在値との合計値であるシステム最大出力が、前記車両に供給が必要な最低限の出力よりも大きい場合、
   前記バッテリの電圧が、前記発電出力を出力できる電圧以上となる範囲内に、前記バッテリの出力を低下させる、
   ように構成されていることを特徴とする車両の発電制御装置。

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