JP2021095005A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回生電力を効率的に活用すること。【解決手段】実施形態に係る制御装置は、取得部と、充放電制御部とを備える。取得部は、車両の状況を取得する。充放電制御部は、取得部によって取得された車両の状況に応じ、主機系の二次電池である第１のバッテリと、かかる第１のバッテリよりも低電圧であり補機系の二次電池である第２のバッテリとの間で、主機系において生じた回生電力が分配されるよう制御する。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は、制御装置および制御方法に関する。

従来、エンジンの駆動をアシストするモータジェネレータへ電力を供給する主機バッテリと、主機バッテリを冷却するバッテリブロア、電動パワーステアリング装置、エアコンといった負荷へ電力を供給する補機バッテリとを備えるハイブリッドシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

かかるハイブリッドシステムでは、モータジェネレータは、車両の減速時に発生する回生エネルギーによって発電し、発電したその回生電力により主機バッテリを充電することができる。

特開２０１８−０６１３７０号公報

しかしながら、従来技術は、回生電力を効率的に活用するうえで、さらなる改善の余地がある。

具体的には、従来技術では、主機バッテリが満充電状態となった場合、モータジェネレータの発電した回生電力を取り込むことができず、電費やドライバビリティの悪化を招いてしまうおそれがあった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、回生電力を効率的に活用することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る制御装置は、取得部と、充放電制御部とを備える。前記取得部は、車両の状況を取得する。前記充放電制御部は、前記取得部によって取得された車両の状況に応じ、主機系の二次電池である第１のバッテリと、該第１のバッテリよりも低電圧であり補機系の二次電池である第２のバッテリとの間で、前記主機系において生じた回生電力が分配されるよう制御する。

実施形態の一態様によれば、回生電力を効率的に活用することができる。

図１Ａは、比較例に係る制御方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｂは、比較例に係る制御方法の概要説明図（その２）である。 図１Ｃは、比較例に係る制御方法の概要説明図（その３）である。 図１Ｄは、比較例に係る制御方法の概要説明図（その４）である。 図１Ｅは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｆは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その２）である。 図１Ｇは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その３）である。 図２は、実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。 図３Ａは、走行時における動作説明図（その１）である。 図３Ｂは、走行時における動作説明図（その２）である。 図４は、走行終了時における動作説明図である。 図５は、実施形態に係る制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、実施形態に係る制御方法の概要について、図１Ａ〜図１Ｇを用いて説明する。図１Ａ〜図１Ｄは、比較例に係る制御方法の概要説明図（その１）〜（その４）である。また、図１Ｅ〜図１Ｇは、実施形態に係る制御方法の概要説明図（その１）〜（その３）である。

比較例に係る制御方法から説明する。図１Ａに示すように、比較例に係る制御方法では、制御装置１が搭載される車両は、エンジンＥＮＧ、トランスミッションＴＭ、ＬｉＢ（lithium-ion rechargeable battery）２１、鉛バッテリ２２および負荷１０を備える。さらに、車両は、１つのモータジェネレータＭＧを備える。

エンジンＥＮＧは、車両を走行させる内燃機関である。トランスミッションＴＭは、エンジンＥＮＧの駆動力をプロペラシャフト１１へ伝達する装置である。なお、エンジンＥＮＧは、エンジンＥＮＧを始動させるセルモータであるスタータ（図示略）によって始動される。

負荷１０は、車両に搭載される各種の電装品である。ＬｉＢ２１は、たとえば、４８Ｖの二次電池であり、モータジェネレータＭＧへ電力を供給するとともに、モータジェネレータＭＧによって発電される電力を蓄電する。

鉛バッテリ２２は、たとえば、１２Ｖの二次電池であり、スタータおよび負荷１０へ電力を供給するとともに、モータジェネレータＭＧによって発電される電力を蓄電する。

モータジェネレータＭＧは、車両のエンジンＥＮＧ始動時や走行時にエンジンＥＮＧの駆動をアシストする電動機の機能と、車両の減速時に発生する回生エネルギーによって発電してＬｉＢ２１または鉛バッテリ２２を充電させる充電器の機能とを備える回転電機である。

エンジンＥＮＧのプロペラシャフト１１には、プーリ１５が取り付けられ、モータジェネレータＭＧの回転軸１２には、プーリ１６が取り付けられる。プーリ１５，１６には、ベルト１９が巻回される。

これにより、モータジェネレータＭＧは、回転軸１２を回転させることによって、エンジンＥＮＧ始動時や車両の走行時にエンジンＥＮＧの駆動をアシストすることができる。また、モータジェネレータＭＧは、車両の減速時に発生する回生エネルギーによって発電してＬｉＢ２１または鉛バッテリ２２を充電させることができる。

制御装置１は、モータジェネレータＭＧの充放電制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置１は、たとえば、図１Ａに示す２電源系統を統合的に制御する制御装置であり、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御する。

また、制御装置１は、車両全体を統括制御する上位の車両制御ＥＣＵ（以下、「上位ＥＣＵ」と記載する）からモータジェネレータＭＧの起動要求を受信した場合に、モータジェネレータＭＧを起動させる。また、制御装置１は、上位ＥＣＵからモータジェネレータＭＧの停止要求を受信した場合に、モータジェネレータＭＧを停止させる。

ここで、図１Ｂに示すように、モータジェネレータＭＧが発電する「回生時」においては、制御装置１は、モータジェネレータＭＧの発電した回生電力を、モータＭからインバータＩを介してＬｉＢ２１へ充電させる。また、このとき制御装置１は、回生電力の一部をＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、図中では「ＤＣ／ＤＣ」と記載する）４によって降圧させて、負荷１０へ供給させる。

また、図１Ｃに示すように、モータジェネレータＭＧがエンジンＥＮＧのアシストのために駆動する「駆動時」においては、制御装置１は、ＬｉＢ２１に蓄電された電力を、モータジェネレータＭＧへ向けて供給させる。また、このとき制御装置１は、ＬｉＢ２１に蓄電された電力の一部をＤＣ／ＤＣコンバータ４によって降圧させて、負荷１０へ供給させる。

また、図１Ｄに示すように、「停車時」においては、制御装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を停止させ、鉛バッテリ２２に蓄電された電力から、負荷１０へ向けて暗電流を供給させる。

図１Ａに戻る。こうした比較例に係る制御方法であるが、図１Ａに示すように、ＬｉＢ２１が満充電状態となった場合、モータジェネレータＭＧの発電した回生電力を取り込むことができず、電費やドライバビリティの悪化を招いてしまうおそれがあった。

そこで、実施形態に係る制御方法では、図１Ｅに示すように、制御装置１が、ＬｉＢ２１および鉛バッテリ２２の間において、状況に応じ、充放電制御により電力を分配することとした。

具体的には、図１Ｆに示すように、実施形態に係る制御方法では、走行時においては、制御装置１は、ＩＧ（イグニッション）オン直後の起動時に鉛バッテリ２２のＳＯＣ（State Of Charge）を所定値まで低下させて、鉛バッテリ２２に回生電力用にバッファを確保する。そのうえで、制御装置１は、走行時におけるＬｉＢ２１満充電時の回生電力をかかるバッファで吸収する。

一方、実施形態に係る制御方法では、走行終了時においては、制御装置１は、鉛バッテリ２２にバッファが確保されてＳＯＣが少ないままでは鉛バッテリ２２が長期の放置に耐えられないため、図１Ｇに示すように、ＬｉＢ２１から鉛バッテリ２２へ電力を供給し、鉛バッテリ２２を満充電状態とする。

このように、状況に応じ、充放電制御により電力を分配することによって、回生時にＬｉＢ２１が満充電状態であっても、回生電力を鉛バッテリ２２側で取り込むことが可能となる。すなわち、実施形態に係る制御方法によれば、回生電力を効率的に活用することができる。また、これにより、電費やドライバビリティを向上させることができる。

以下、上述した実施形態に係る制御方法を適用した制御装置１の構成例について、より具体的に説明する。

図２は、実施形態に係る制御装置１の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

また、図２を用いた説明では、既に説明済みの構成要素については、説明を簡略するか、説明を省略する場合がある。

図２に示すように、制御装置１は、記憶部２と、制御部３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とを備える。記憶部２は、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現され、図２の例では、ＳＯＣ情報２ａを記憶する。

ＳＯＣ情報２ａは、鉛バッテリ２２にバッファを確保する際に閾値となるＳＯＣに関する情報である。

制御部３は、コントローラ（controller）であり、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって、制御装置１内部の記憶デバイスに記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部３は、たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現することができる。

制御部３は、取得部３ａと、判定部３ｂと、充放電制御部３ｃとを有し、以下に説明する情報処理の機能や作用を実現または実行する。

取得部３ａは、車両に搭載された各種センサＳＲ、モータジェネレータＭＧ、ＬｉＢ２１および鉛バッテリ２２からの出力信号を随時受信し、これに基づいて車両の状況を取得する。各種センサＳＲには、たとえばカメラや、車速センサ、加速度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ、操舵角センサ、ＩＧセンサといった各種のセンサが含まれる。モータジェネレータＭＧからは、たとえば駆動時や回生時といった、モータジェネレータＭＧの状況を取得する。ＬｉＢ２１および鉛バッテリ２２からは、たとえばそれぞれのＳＯＣを取得する。

判定部３ｂは、取得部３ａによって取得された車両の状況を判定し、判定結果を充放電制御部３ｃへ通知する。

充放電制御部３ｃは、判定部３ｂによって判定された判定結果に応じ、ＬｉＢ２１および鉛バッテリ２２の間で電力が分配されるべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＬｉＢ２１および鉛バッテリ２２を制御する。

充放電制御部３ｃの制御内容については、具体的に図３Ａ〜図４を用いて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、走行時における動作説明図（その１）および（その２）である。また、図４は、走行終了時における動作説明図である。

まず、図３Ａの上段に示すように、起動時においては、充放電制御部３ｃは、上述のＳＯＣ情報２ａを参照しつつ、所定のＳＯＣへ低下するまで鉛バッテリ２２を放電させる。この間、充放電制御部３ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４については、鉛バッテリ２２が所定のＳＯＣへ低下するまでは降圧駆動させない。

そして、鉛バッテリ２２が所定のＳＯＣへ低下したならば、同図の下段に示すように、充放電制御部３ｃは、かかるＳＯＣが維持されるようＤＣ／ＤＣコンバータ４を降圧駆動する。これにより、鉛バッテリ２２に回生電力用のバッファが確保されることとなる。

また、図３Ｂに示すように、走行時のＬｉＢ２１満充電時においては、充放電制御部３ｃは、回生電力が発生した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を降圧駆動し、モータジェネレータＭＧからの回生電力を鉛バッテリ２２へ供給させる。これにより、回生時にＬｉＢ２１が満充電状態であっても、回生電力を無駄にすることなく、鉛バッテリ２２側で取り込ませることができる。

また、図４に示すように、走行終了時においては、充放電制御部３ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を降圧駆動し、鉛バッテリ２２が満充電状態となるまでＬｉＢ２１から鉛バッテリ２２へ電力供給させる。これにより、鉛バッテリ２２が長期の放置に耐えられる充電量を確保させることができる。

次に、実施形態に係る制御装置１が実行する処理手順について、図５を用いて説明する。図５は、実施形態に係る制御装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、まず取得部３ａが、車両の状況を取得する（ステップＳ１０１）。そして、判定部３ｂがかかる状況を判定する。

ここで、起動時であるならば（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、充放電制御部３ｃが、所定のＳＯＣへ低下するまで鉛バッテリ２２を放電させる（ステップＳ１０３）。そして、充放電制御部３ｃは、かかるＳＯＣが維持されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を降圧駆動する（ステップＳ１０４）。起動時でなければ（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０５へ移行する。

つづいて、走行終了時であるならば（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、充放電制御部３ｃが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を降圧駆動し、鉛バッテリ２２が満充電状態となるまで、ＬｉＢ２１から鉛バッテリ２２へ電力供給させる（ステップＳ１０６）。そして、処理を終了する。走行終了時でなければ（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ステップＳ１０７へ移行する。

つづいて、回生時であるならば（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、ＬｉＢ２１が満充電状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。そして、ＬｉＢ２１が満充電状態であるならば（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、充放電制御部３ｃが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を降圧駆動し、回生電力を鉛バッテリ２２へ供給させる（ステップＳ１０９）。そして、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。

また、ＬｉＢ２１が満充電状態でなければ（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、充放電制御部３ｃが、回生電力をＬｉＢ２１へ供給させる（ステップＳ１１０）。

また、回生時でなければ（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、充放電制御部３ｃが、ＬｉＢ２１からモータジェネレータＭＧへ電力供給させる（ステップＳ１１１）。そして、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。

上述してきたように、実施形態に係る制御装置１は、取得部３ａと、充放電制御部３ｃとを備える。取得部３ａは、車両の状況を取得する。充放電制御部３ｃは、取得部３ａによって取得された車両の状況に応じ、主機系の二次電池であるＬｉＢ２１（「第１のバッテリ」の一例に相当）と、かかるＬｉＢ２１よりも低電圧であり補機系の二次電池である鉛バッテリ２２（「第２のバッテリ」の一例に相当）との間で、主機系において生じた回生電力が分配されるよう制御する。

したがって、実施形態に係る制御装置１によれば、回生電力を効率的に活用することができる。また、これにより、電費やドライバビリティを向上させることができる。

また、充放電制御部３ｃは、ＬｉＢ２１が満充電状態である場合に、回生電力を鉛バッテリ２２へ供給させる。

したがって、実施形態に係る制御装置１によれば、ＬｉＢ２１が満充電状態となっても、回生電力を無駄にすることなく効率的に活用することができる。

また、充放電制御部３ｃは、車両の走行時に、鉛バッテリ２２が満充電状態ではない所定の充電状態に維持されるよう制御する。

したがって、実施形態に係る制御装置１によれば、ＬｉＢ２１が満充電状態となっても、回生電力を鉛バッテリ２２側で取り込むことを可能にすることができる。

また、充放電制御部３ｃは、車両の走行終了時に、鉛バッテリ２２が満充電状態となるまでＬｉＢ２１から鉛バッテリ２２へ電力供給させる。

したがって、実施形態に係る制御装置１によれば、長期の放置に耐えられる充電量を鉛バッテリ２２に確保させることができる。

なお、上述した実施形態では、ＬｉＢ２１が４８Ｖであり、鉛バッテリ２２が１２Ｖであることとしたが、鉛バッテリ２２の方が低電圧であればよく、電圧値を限定するものではない。

また、上述した実施形態では、補機系の二次電池が鉛バッテリ２２であることとしたが、鉛バッテリに限られるものではなく、たとえばＬｉＢであってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 制御装置
３ 制御部
３ａ 取得部
３ｂ 判定部
３ｃ 充放電制御部
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ ＬｉＢ
２２ 鉛バッテリ
ＭＧ モータジェネレータ

Claims (5)

1. 車両の状況を取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された車両の状況に応じ、主機系の二次電池である第１のバッテリと、該第１のバッテリよりも低電圧であり補機系の二次電池である第２のバッテリとの間で、前記主機系において生じた回生電力が分配されるよう制御する充放電制御部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記充放電制御部は、
   前記第１のバッテリが満充電状態である場合に、前記回生電力を前記第２のバッテリへ供給させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記充放電制御部は、
   車両の走行時に、前記第２のバッテリが満充電状態ではない所定の充電状態に維持されるよう制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記充放電制御部は、
   車両の走行終了時に、前記第２のバッテリが満充電状態となるまで前記第１のバッテリから前記第２のバッテリへ電力供給させる
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の制御装置。
5. 車両の状況を取得する取得工程と、
   前記取得工程において取得された車両の状況に応じ、主機系の二次電池である第１のバッテリと、該第１のバッテリよりも低電圧であり補機系の二次電池である第２のバッテリとの間で、前記主機系において生じた回生電力が分配されるよう制御する充放電制御工程と
   を含むことを特徴とする制御方法。

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