JP4710188B2 - 発電機の発電制御装置及び発電制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の発電制御装置及び発電制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、車載内燃機関においては、車両停止時に内燃機関を自動停止することにより燃費を改善するエコノミーランニングシステム(以下、「エコランシステム」と称する)が行われている。このエコランシステムは、自動車が交差点等で走行停止した時に内燃機関を自動停止するとともに、発進操作時にスタータを回転させて内燃機関を自動始動して車両を発進可能とさせる自動停止始動システムである。このような内燃機関の自動停止始動装置として特開2000−192830公報に開示されたものがある。
【0003】
この内燃機関の自動停止始動装置は、発電電圧を所定値に制御する、いわゆる電圧フィードバック制御が行われる発電機を備え、この発電機にて電源を供給するバッテリを充電するようにしている。ところで、発電機の発電に伴う発熱を制限する必要があるため、発電機の発電電力には電力上限値を設定することが考えられる。
【0004】
発電機による発電において、バッテリ電圧と目標電圧との差が大きな場合には、バッテリの電流の受け入れ性は高くなる。発電機の発電制御は電圧フィードバック制御であるため、発電機の発電は電力上限値付近にて行われることとなるが、フィードバックゲインの値や発電電力の制限の仕方によって発電電力が常に電力上限値付近の値を採るとは限らない。そのため、バッテリ電圧の目標電圧への収束性が悪化するという問題がある。
【0005】
本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであって、その目的は、フィードバック制御の目標値への収束性が低いときに目標電力によるフィードバック制御に切り替えることにより、発電機を許容され得る発電能力の範囲内において最大限に稼働させて、発電機の発電電圧又は発電電流を早期に目標値に収束させることができる発電機の発電制御装置及び発電制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、負荷に対して電力を供給するための発電機と、前記発電機による発電電圧又は発電電流が所定の目標値になるようにフィードバックするフィードバック発電制御手段と、前記発電機による発電電力を所定電力以下に制限する発電電力制御手段と、前記フィードバック発電制御手段の動作中に前記目標値への収束性が低下したことを判定する判定手段と、前記収束性が低下したときには前記発電機の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標を切り替える発電切替手段と、を備えることを特徴とする。
【0007】
請求項1の構成によれば、発電機による発電電圧又は発電電流は所定の目標値となるようにフィードバック制御手段により制御される。発電電圧又は発電電流の目標値への収束性が低下すると、発電機の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標が切り替えられるので、発電機を許容され得る発電能力の範囲内において最大限に稼働させることができ、発電機の発電電圧又は発電電流を早期に目標値に収束させることができる。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発電機の発電制御装置において、前記判定手段は、前記所定の目標値と実際の発電電圧値又は発電電流値との差が所定値以上である状態が所定時間以上継続したことに基づいて前記収束性の低下を判定することを特徴とする。
【0009】
請求項2の構成によれば、所定の目標値と実際の発電電圧値又は発電電流値との差が所定値以上であること、及びその状態が所定時間以上継続したことに基づいて収束性の低下を判定することができる。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1及び2のいずれかに記載の発電機の発電制御装置において、前記負荷は前記発電機によって発電された電力を蓄えるバッテリを含むことを特徴とする。
【0011】
請求項3の構成によれば、発電機による発電電圧又は発電電流によって負荷としてのバッテリの充電量を早期に所定の目標値にすることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発電機の発電制御装置において、前記発電機は車両に搭載された内燃機関によって回転されるものであり、前記内燃機関を車両停止中には停止制御し前記停止制御の終了条件が成立した際には前記内燃機関を前記バッテリからの電力により自動再始動するエコラン制御手段を備え、前記エコラン制御手段は前記バッテリの残量が所定値以下のときには前記内燃機関の自動停止を禁止するようにしたことを特徴とする。
【0012】
請求項4の構成によれば、バッテリの残量が所定値以下のときにはエコラン制御手段によって内燃機関の自動停止が禁止されるが、バッテリの充電量を早期に所定の目標値にすることができるため、エコラン制御を実行し得る期間を長くすることができる。
【0013】
請求項5に記載の発明は、発電機による発電をフィードバック制御し負荷に供給する電力を制御するようにした発電機の発電制御方法であって、前記発電機による発電電圧又は発電電流が所定の目標値になるようにフィードバックするフィードバックステップと、前記発電機による発電電力を所定電力以下に制限する電力制御ステップと、前記フィードバックステップの動作中に前記目標値への収束性が低下したことを判定する判定ステップと、前記フィードバックステップの動作中に前記目標値への収束性が低下したときには前記発電機の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標を切り替える発電切替ステップと、を備えることを特徴とする。
【0014】
請求項5の構成によれば、請求項1と同様の作用及び効果がある。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発電機の発電制御方法において、前記判定ステップは、前記所定の目標値と実際の発電電圧値又は発電電流値との差が所定値以上である状態が所定時間以上継続したことに基づいて前記収束性の低下を判定することを特徴とする。
【0015】
請求項6の構成によれば、請求項2と同様の作用及び効果がある。
請求項7に記載の発明は、請求項5及び6のいずれかに記載の発電機の発電制御方法において、前記負荷は前記発電機によって発電された電力を蓄えるバッテリを含むことを特徴とする。
【0016】
請求項7の構成によれば、請求項3と同様の作用及び効果がある。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発電機の発電制御方法において、前記発電機は車両に搭載された内燃機関によって回転されるものであり、前記内燃機関を車両停止中には停止制御し前記停止制御の終了条件が成立した際には前記内燃機関を前記バッテリからの電力により自動再始動するエコラン制御手段を備え、前記エコラン制御手段は前記バッテリの残量が所定値以下のときには前記内燃機関の自動停止を禁止するようにしたことを特徴とする。
【0017】
請求項8の構成によれば、請求項4と同様の作用及び効果がある。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、内燃機関及び発電機を備える車両に具体化した実施の形態を図1〜図4に従って説明する。
【0019】
図1は、上述した発明が適用された内燃機関、発電機及びそれらの制御装置のシステム構成図である。ここでは内燃機関としてガソリン式エンジン(以下、「エンジン」と称す)2が用いられている。このエンジン2は自動車駆動用として車両に搭載されている。
【0020】
エンジン2の出力は、エンジン2のクランク軸2aからトルクコンバータ4及びオートマチックトランスミッション(自動変速機:以下「A/T」と称す)6を介して、出力軸6a側に出力され、最終的に車輪に伝達される。これとは別にエンジン2の出力は、クランク軸2aに接続されているプーリ10を介して、ベルト14に伝達される。そして、このベルト14により伝達された出力により、別のプーリ16,18が回転される。なお、プーリ10には電磁クラッチ10aが備えられており、必要に応じてオン(接続)オフ(遮断)されて、プーリ10とクランク軸2aとの間で出力の伝達・非伝達を切り替え可能としている。
【0021】
上記プーリ16,18の内、プーリ16には補機22の回転軸が連結されて、ベルト14から伝達される回転力により駆動可能とされている。補機22としては、例えば、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、エンジン冷却用ウォータポンプ等が該当する。尚、図1では1つの補機22として示しているが、実際にはエアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、エンジン冷却用ウォータポンプ等の1つ又は複数が存在する。そして、それぞれプーリを備えることによりベルト14に連動して回転するように構成されている。本実施形態では、補機22として、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ及びエンジン冷却用ウォータポンプが設けられているものとする。
【0022】
又、プーリ18によりモータジェネレータ(以下、「M/G」と称す)26がベルト14に連動している。このM/G26は必要に応じて発電機として機能(以下「発電モード」あるいは「回生モード」と称する)することで、プーリ18を介して伝達されるエンジン2の回転力あるいは車輪からの回転力を電気エネルギーに変換する。さらにM/G26は、必要に応じてモータ(電動機)として機能(以下「駆動モード」と称する)することでプーリ18とベルト14とを介してエンジン2及び補機22の一方あるいは両方を回転させる。
【0023】
M/G26はインバータ28に電気的に接続されている。M/G26を発電モード又は回生モードにする場合には、インバータ28はスイッチングにより発電量(発電負荷)を調整することにより、M/G26が、高圧電源(ここでは36V)用バッテリ30に対して、及びDC/DCコンバータ32を介して低圧電源(ここでは12V)用バッテリ34に対して、電気エネルギーの充電を行うよう、更に点火系、メータ類あるいは各ECUその他に対する電源となるように切替える。M/G26による発電がなされていない場合においては、高圧電源用バッテリ30と低圧電源用バッテリ34とがDC/DCコンバータ32を介して接続されていることにより、高圧電源用バッテリ30側から供給される電力により低圧電源用バッテリ34を常に蓄電率を100%まで上げるように構成している。
【0024】
M/G26を駆動モードにする場合には、インバータ28は電力源である高圧電源用バッテリ30からM/G26へ電力を供給することで、M/G26を駆動する。このことでプーリ18及びベルト14を介して、エンジン停止時においては補機22の回転や、そして自動始動時、自動停止時あるいは車両発進時においては必要に応じてクランク軸2aを回転させる。なお、この時、インバータ28は高圧電源用バッテリ30からの電気エネルギーの供給を調整することで、M/G26の回転数を調整することができる。
【0025】
又、冷間始動時にエンジン2を始動するためにスタータ36が設けられている。このスタータ36は低圧電源用バッテリ34から電力を供給されて、リングギアを回転させてエンジン2を始動させることができる。
【0026】
A/T6には、低圧電源用バッテリ34から電力を供給される電動油圧ポンプ38が設けられており、A/T6内部の油圧制御部に対して作動油を供給している。この作動油を利用して、油圧制御部内のコントロールバルブが、A/T6内部のクラッチ、ブレーキ及びワンウェイクラッチの作動状態を調整し、シフト状態を必要に応じて切り替えている。
【0027】
上述した電磁クラッチ10aのオン−オフの切り替え、M/G26及びインバータ28のモード制御、M/G26の発電モードにおける発電制御、スタータ36の制御、各バッテリ30,34に対する蓄電量制御等の制御はエコランECU40によって実行される。又、ウォータポンプを除く補機22の駆動オン−オフ、電動油圧ポンプ38の駆動制御、A/T6の変速制御、燃料噴射弁42による燃料噴射制御、電動モータ44によるスロットルバルブ46の開度制御、排気再循環(EGR)バルブの開度制御、その他のエンジン制御は、エンジンECU48により実行される。
【0028】
エコランECU40は、M/G26に内蔵されている回転数センサからM/G26の回転軸の回転速度、エコランスイッチから運転者によるエコランシステムの起動有無、その他のデータを入力している。エコランシステムとは、交差点等での車両停車状態において、燃料供給を停止してエンジン2を停止させることにより燃料消費を低減し、排気ガスの排出量を低減する運転制御システムである。
【0029】
又、エンジンECU48は、水温センサからエンジン冷却水温THW、アクセル開度センサからアクセル開度ACCP、舵角センサからステアリングの操舵角θ、車速センサから車速SPD、スロットル開度センサからスロットル開度TA、シフト位置センサからシフト位置SHFT、エンジン回転数センサからエンジン回転速度NE、吸気圧センサから吸気圧PM、オートエアコンから作動状態、空燃比センサから排気成分に現れる空燃比A/F、その他のデータをエンジン制御等のために検出している。
【0030】
これら各ECU40,48は、マイクロコンピュータを中心として構成されており、内部のROMに書き込まれているプログラムに応じてCPUが必要な演算処理を実行し、その演算結果に基づいて各種制御を実行している。これらの演算処理結果及び前述のごとく検出されたデータは、ECU40,48間で相互に通信して交換することが可能となっており、相互に連動して制御を実行することが可能となっている。
【0031】
エコランECU40は、スタータスイッチによるエンジン2の始動後や車両が交差点にて信号待ちのため停止した場合等のように自動停止条件が成立した場合には自動停止処理を実行してエンジン2を自動停止する。そして、エンジン2の自動停止中は、電磁クラッチ10aを遮断すると共に、エアコン駆動要求あるいはパワーステアリング駆動要求に応じて、高圧電源用バッテリ30に蓄電されている電気エネルギーを用いてM/G26を駆動させて、エアコン用コンプレッサやパワーステアリングポンプを回転させる。又、このような自動停止中に自動始動条件が成立した場合には、自動始動処理を実行して、電磁クラッチ10aを接続すると共に、高圧電源用バッテリ30の電気エネルギーを用いたM/G26の駆動により車両を発進させ、かつエンジン2を自動始動させる。
【0032】
エンジン2の自動停止処理に際して、エコランECU40は車両の運転状態、例えば、水温センサにて検出されるエンジン冷却水温THW、アイドルスイッチにて検出されるアクセルペダルの踏み込み有無、高圧電源用バッテリ30の電圧、ブレーキスイッチから検出されるブレーキペダルの踏み込み有無、及び出力軸回転数センサの検出値から換算して得られる車速SPD等に基づいて自動停止条件が成立したか否かを判定する。例えば、(1)エンジン2が暖機後でありかつ過熱していない状態(エンジン冷却水温THWが水温上限値THWmaxよりも低く、かつ水温下限値THWminより高い)、(2)アクセルペダルが踏まれていない状態(アイドルスイッチ・オン)、(3)高圧電源用バッテリ30の充電量(SOC)がある程度以上である状態(バッテリ電圧が基準電圧以上)、(4)ブレーキペダルが踏み込まれている状態(ブレーキスイッチ・オン)、及び(5)車両が停止している状態(車速SPDが0km/h)であるとの条件(1)〜(5)がすべて満足された場合に自動停止条件が成立したと判定する。
【0033】
一方、運転者が交差点等にて自動車を停止させたことにより、自動停止条件が成立した場合には、エコランECU40はエンジン停止処理を実行する。例えば、燃料噴射弁42からの燃料噴射が停止され、更に点火プラグによるエンジン2の燃焼室内の混合気への点火制御も停止される。このことにより燃料噴射と点火とが停止して、直ちにエンジン2の運転は停止する。
【0034】
エンジン2の自動始動処理に際して、エコランECU40は車両の運転状態、ここでは、例えば、自動停止処理にて読み込んだデータと同じ、エンジン冷却水温THW、アクセル開度ACCP、高圧電源用バッテリ30の電圧、ブレーキスイッチの状態及び車速SPD等に基づいて自動始動条件が成立したか否かを判定する。例えば、自動停止処理によるエンジン停止状態にあるとの条件下で、(1)エンジン2が暖機後でありかつ過熱していない状態(エンジン冷却水温THWが水温上限値THWmaxよりも低く、かつ水温下限値THWminより高い)、(2)アクセルペダルが踏まれていない状態(アイドルスイッチ・オン)、(3)高圧電源用バッテリ30の充電量(SOC)がある程度以上である状態(バッテリ電圧が基準電圧以上)、(4)ブレーキペダルが踏み込まれている状態(ブレーキスイッチ・オン)、及び(5)車両が停止している状態(車速SPDが0km/h)であるとの条件(1)〜(5)の内の1つでも満足されなかった場合に自動始動条件が成立したと判定する。上述した自動始動条件の(1)〜(5)は、自動停止条件にて用いた各条件と同じ内容であったが、これに限る必要はなく、条件(1)〜(5)以外の条件を設定しても良く。また条件(1)〜(5)の内のいくつかに絞っても良い。
【0035】
自動停止処理によるエンジン停止状態において上記条件(1)〜(5)の一つでも満足されなくなった場合にはエコランECU40はエンジン2の自動始動処理を行う。この自動始動処理において、エコランECU40は、電磁クラッチ10aを接続するとともに、インバータ28に電流司令を出力してM/G26を回転させることによりエンジン2をクランキングする。このクランキング時においてエンジン回転速度が所定回転速度に達すると、エンジンECU48は、始動時の燃料噴射処理と点火時期制御処理とを実行して、エンジン2を自動始動する。そして、エンジン2の始動が完了すれば、エンジンECU48は通常の燃料噴射量制御処理、点火時期制御処理、その他のエンジン運転に必要な処理を開始する。
【0036】
エンジン2の運転状態において、エコランECU40は電磁クラッチ10aを接続してエンジン2の回転動力によりM/G26を回転させることにより発電を行わせる。この際、エコランECU40はバッテリ30の充電状態(SOC)に応じた要求発電量を算出し、この要求発電量に応じた発電指令をインバータ28に出力する。この発電司令に基づいてインバータ28によりM/G26の発電量が制御され、その発電エネルギーによってバッテリ30が充電される。なお、M/G26における発電は、そのロータ側に発電指令としての励磁電流が供給され、ステータ側からその励磁電流及びM/G26の回転速度に応じた発電電力が取り出される。
【0037】
次に、エコランECU40が実行する発電制御処理について詳細に説明する。
M/G26による発電制御において、エコランECU40は、基本的にはM/G26の発電電圧、すなわち高圧電源用バッテリ30の端子電圧が所定の目標電圧になるようにフィードバックするようにしている。しかしながら、M/G26の発電による発熱を制限する必要があるため、エコランECU40はM/G26の発電電力には電力上限値を設けている。
【0038】
図3(a)に示すように、M/G26による発電において、高圧電源用バッテリ30の端子電圧Vnは目標電圧Vt付近の値を採っている。この場合には、高圧電源用バッテリ30の電流の受け入れ性は低いものの、端子電圧Vnの目標電圧Vtへの収束性は良い。そのため、M/G26の発電制御として上記目標電圧制御を設定することによって、高圧電源用バッテリ30の端子電圧Vnを容易に目標電圧Vtに収束させることができる。このとき、M/G26の発電電力は電力上限値未満の値となるため、M/G26の発熱を抑制することができる。
【0039】
これに対して、図3(b)に示すように、高圧電源用バッテリ30の残量がなくなるなどして、高圧電源用バッテリ30の受け入れ性が高くなると、M/G26の発電は上限値付近で連続して行われることになる。その結果として端子電圧Vnは目標電圧Vtに達することができずに目標電圧Vtよりも低い状態になる。
【0040】
そこで、高圧電源用バッテリ30の回復を早めるために、M/G26の発電電力が一定になるようにM/G26の発電制御として目標電力制御を設定するほうがよい。この目標電力制御は、電力上限値を目標電力とし、それと現在の発電電力とをパラメータとして用い、励磁電流を制御量とするフィードバック制御を行う。M/G26の発電制御が目標電力制御に切り替えられると、発電状態は図3(b)に示す状態から図4(a)に示されるように変化し、発電電力は常に電力上限値付近の値を採るようになり、M/G26の発電能力を許容された範囲内において最大限に使用することができる。M/G26の発電制御の目標電力制御への切替は、発電電力Wnが目標電力Wtを超えておりかつ端子電圧Vnが目標電圧Vt未満である状態が所定時間Ta以上継続していると判定されたときに行えばよい。
【0041】
また、M/G26の発電制御を目標電力制御で実行している状態において、図4(b)に示すように、高圧電源用バッテリ30の端子電圧Vnが目標電圧Vtに達するか目標電圧Vtに十分近い値になった時点でM/G26の発電制御を目標電圧制御に切り替える。このように、M/G26の発電制御を再び目標電圧制御に切り替えることによって、高圧電源用バッテリ30の端子電圧Vnを容易に目標電圧Vtに収束させることができる。
【0042】
図2はエコランECU40が実行する発電制御処理を示すフローチャートである。本処理はエンジン2の運転中及び車両の減速中において、予め設定されている短時間毎に周期的に繰り返し実行される処理である。
【0043】
本処理が開始されると、まず、ステップ100で電力制御フラグがONかどうかが判定される。この電力制御フラグはM/G26の発電電圧のフィードバック制御を目標電力制御に切り替えるためのフラグである。電力制御フラグがOFFであると判定されると(ステップ100で「NO」)、処理はステップ110に進み、電力制御フラグがONであると判定されると(ステップ100で「YES」)、処理はステップ140に進む。
【0044】
ステップ110ではM/G26の発電制御は目標電圧制御に設定され、M/G26のロータ側に供給される励磁電流指令値が以下の式に基づいて算出される。この励磁電流指令値に基づいてM/G26の発電電力が制御される。
【0045】
【数1】
If=Pv*(Vt−Vn)+Iv*Σ(Vt−Vn)
なお、If:M/G26への励磁電流指令値
Pv:電圧制御時の比例係数
Iv:電圧制御時の積分係数
Vt:目標電圧
Vn:現在電圧(バッテリ端子電圧)
ステップ110に続くステップ120において、M/G26の発電制御の目標電力制御への切替条件が成立したかどうかが判定される。ここでは、(1)目標電力Wtが発電電力Wn未満の状態、(2)目標電圧Vtが端子電圧Vnを超えている状態、及び(3)目標電力Wtが発電電力Wn未満であり目標電圧Vtが端子電圧Vnを超えている継続時間Twが所定時間Ta以上であるとの条件(1)〜(3)のすべてが満足される場合に切替条件が成立したと判定する。ステップ120において、目標電力制御への切替条件が成立したと判定されるとステップ130に進み、そうでなければ本ルーチンを一旦終了する。
【0046】
ステップ130では電力制御フラグがONに設定され、処理はステップ140に進む。
ステップ100及びステップ130に続くステップ140では、M/G26の発電制御は目標電力制御に設定され、M/G26のロータ側に供給される励磁電流指令値が以下の式に基づいて算出される。この励磁電流指令値に基づいてM/G26の発電電力が制御される。
【0047】
【数2】
If=Pw*(Wt−Wn)+Iw*Σ(Wt−Wn)
なお、If:M/G26への励磁電流指令値
Pw:電力制御時の比例係数
Iw:電力制御時の積分係数
Wt:目標電力
Wn:発電電力
次のステップ150において、M/G26の発電制御の目標電圧制御への切替条件、すなわち目標電力制御の終了条件が成立したかどうかが判定される。ここでは、(1)端子電圧Vnが目標電圧Vt以上である状態、及び(2)端子電圧Vnが目標電圧Vt以上である継続時間Tvが所定時間Tb以上であるとの条件(1)、(2)がともに満足される場合に目標電圧制御への切替条件が成立したと判定する。ステップ150において、目標電圧制御への切替条件が成立したと判定されるとステップ160に進み、そうでなければ本ルーチンを一旦終了する。
【0048】
ステップ160では電力制御フラグがOFFに設定され、本処理は一旦終了する。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【0049】
・ 本実施形態では、エコランECU40は、M/G26に発電において発電電圧が所定の目標値となるようにフィードバック制御するが、発電電圧の目標値への収束性が低下すると、M/G26の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標を切り替える。そのため、M/G26を許容され得る発電能力の範囲内において最大限に稼働させることができ、M/G26の発電電圧を早期に目標値に収束させることができ、高圧電源用バッテリ30を早期に充電することができる。
【0050】
・ 本実施形態では、エコランECU40は、所定の目標値と実際の発電電圧値との差が所定値以上である状態が所定時間以上継続したことに基づいて発電電圧の目標値への収束性の低下を判定することができる。
【0051】
・ 本実施形態では、エコランECU40は車両停止中にはエンジン2を自動停止制御し停止制御の終了条件が成立した際にはエンジン2を高圧電源用バッテリ30からの電力により自動再始動するようにしている。エコランECU40は高圧電源用バッテリ30の残量が所定値以下のときにはエンジン2の自動停止を禁止するが、高圧電源用バッテリ30の充電量を早期に所定の目標値にすることができるため、エンジン2の自動停止制御を実行し得る期間を長くすることができる。
【0052】
なお、実施の形態は以下のように変更することも可能である。
(イ)上記実施形態では、M/G26による発電制御において、M/G26の発電電圧が所定の目標電圧になるようにフィードバック制御したが、M/G26が負荷に供給する発電電流が所定の目標値になるようにフィードバック制御するようにしてもよい。
【0053】
エコランECU40が実行するこの場合の発電制御処理について詳細に説明する。M/G26による発電制御において、エコランECU40は、基本的にはM/G26の発電電流、すなわちM/G26の出力電流が所定の目標電流になるようにフィードバックするようにしている。しかしながら、M/G26の発電による発熱を制限する必要があるため、エコランECU40はM/G26の発電電力には電力上限値を設けている。
【0054】
図6(a)に示すように、M/G26による発電において、M/G26の発電電流Inは目標電流It付近の値を採っているため、発電電流Inの目標電流Itへの収束性は良い。そのため、M/G26の発電制御として上記目標電流制御を設定することによって、M/G26の発電電流Inを容易に目標電流Itに収束させることができる。このとき、M/G26の発電電力は電力上限値未満の値となるため、M/G26の発熱を抑制することができる。
【0055】
これに対して、図6(b)に示すように、M/G26による発電において、M/G26の発電電流Inと目標電流Itとの差が大きな場合にはM/G26の発電は電力上限値付近にて連続して行われることになる。その結果として発電電流Inは目標電流Itに達することができずに目標電流Itよりも常に低い状態になる。
【0056】
そこで、M/G26の発電電流Inを安定させるために、発電電力が一定になるようにM/G26の発電制御として目標電力制御を設定するほうがよい。この目標電力制御は、電力上限値を目標電力とし、それと現在の発電電力とをパラメータとして用い、励磁電流を制御量とするフィードバック制御を行う。M/G26の発電制御が目標電力制御に切り替えられると、発電状態は図6(b)に示す状態から図7(a)に示されるように変化し、発電電力は常に電力上限値付近の値を採るようになり、M/G26の発電能力を許容された範囲内において最大限に使用することができる。M/G26の発電制御の目標電力制御への切替は、発電電力Wnが目標電力Wtを超えておりかつ発電電流Inが目標電流It未満である状態が所定時間Tc以上継続していると判定されたときに行えばよい。
【0057】
また、M/G26の発電制御を目標電力制御で実行している状態において、図7(b)に示すように、M/G26の発電電流Inが目標電流Itに達するか目標電流Itに十分近い値になった時点でM/G26の発電制御を目標電流制御に切り替える。このように、M/G26の発電制御を再び目標電流制御に切り替えることによって、M/G26の発電電流Inを容易に目標電流Itに収束させることができる。
【0058】
図5は上記の場合におけるエコランECU40が実行する発電制御処理を示すフローチャートである。本処理はエンジン2の運転中及び車両の減速中において、予め設定されている短時間毎に周期的に繰り返し実行される処理である。
【0059】
本処理が開始されると、まず、ステップ200で電力制御フラグがONかどうかが判定される。この電力制御フラグはM/G26の発電電流のフィードバック制御を目標電力制御に切り替えるためのフラグである。電力制御フラグがOFFであると判定されると(ステップ200で「NO」)、処理はステップ210に進み、電力制御フラグがONであると判定されると(ステップ200で「YES」)、処理はステップ240に進む。
【0060】
ステップ210ではM/G26の発電制御は目標電流制御に設定され、M/G26のロータ側に供給される励磁電流指令値が以下の式に基づいて算出される。この励磁電流指令値に基づいてM/G26の発電電力が制御される。
【0061】
【数3】
If=Pi*(It−In)+Ii*Σ(It−In)
なお、If:M/G26への励磁電流指令値
Pi:電流制御時の比例係数
Ii:電流制御時の積分係数
It:目標電流
In:現在電流
ステップ210に続くステップ220において、M/G26の発電制御の目標電力制御への切替条件が成立したかどうかが判定される。ここでは、(1)目標電力Wtが発電電力Wn未満の状態、(2)目標電流Itが発電電流Inを超えている状態、及び(3)目標電力Wtが発電電力Wn未満であり目標電流Itが発電電流Inを超えている継続時間Tiが所定時間Tc以上であるとの条件(1)〜(3)のすべてが満足される場合に切替条件が成立したと判定する。ステップ220において、目標電力制御への切替条件が成立したと判定されるとステップ230に進み、そうでなければ本ルーチンを一旦終了する。
【0062】
ステップ230では電力制御フラグがONに設定され、処理はステップ240に進む。
ステップ200及びステップ230に続くステップ240では、M/G26の発電制御は目標電力制御に設定され、M/G26のロータ側に供給される励磁電流指令値が以下の式に基づいて算出される。この励磁電流指令値に基づいてM/G26の発電電力が制御される。
【0063】
【数4】
If=Pw*(Wt−Wn)+Iw*Σ(Wt−Wn)
なお、If:M/G26への励磁電流指令値
Pw:電力制御時の比例係数
Iw:電力制御時の積分係数
Wt:目標電力
Wn:発電電力
次のステップ250において、M/G26の発電制御の目標電流制御への切替条件、すなわち目標電力制御の終了条件が成立したかどうかが判定される。ここでは、(1)発電電流Inが目標電流It以上である状態、及び(2)発電電流Inが目標電流It以上である継続時間Tiが所定時間Td以上であるとの条件(1)、(2)がともに満足される場合に目標電流制御への切替条件が成立したと判定する。ステップ250において、目標電流制御への切替条件が成立したと判定されるとステップ260に進み、そうでなければ本ルーチンを一旦終了する。
【0064】
ステップ260では電力制御フラグがOFFに設定され、本処理は一旦終了する。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ このM/G26の発電電流のフィードバック制御においては、エコランECU40は、M/G26に発電において発電電流が所定の目標値となるようにフィードバック制御するが、発電電流の目標値への収束性が低下すると、M/G26の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標を切り替える。そのため、M/G26を許容され得る発電能力の範囲内において最大限に稼働させることができ、M/G26の発電電流を早期に目標値に収束させることができる。
【0065】
・ 本実施形態では、エコランECU40は、所定の目標値と実際の発電電流との差が所定値以上である状態が所定時間以上継続したことに基づいて発電電流の目標値への収束性の低下を判定することができる。
【0066】
(ロ)上記実施形態では、エンジン2の自動停止後の自動始動をM/G26により行うエコランシステムを備えた車両に具体化したが、エンジン2の自動停止後の自動始動をスタータ36により行うエコランシステムを備えた車両に具体化してもよい。この場合にも、上記と同様の作用及び効果を得ることができる。
【0067】
(ハ)上記実施形態では、車両停止中にはエンジン2を自動停止させ停止制御の終了条件が成立した際にはエンジン2をM/G26により自動再始動する車両におけるM/G26の発電制御に実施したが、通常の車両における発電機の発電制御に実施してもよい。
【0068】
(ニ)上記実施形態では、エンジン2の回転力によりM/G26(発電機)を備えた車両におけるM/G26の発電制御に実施したが、車両以外における発電機の発電制御に実施してもよい。
【0069】
次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
・ 請求項4に記載の発電機の発電制御装置において、前記発電機は、前記バッテリの電気エネルギーにより作動するモータ機能を備えることを特徴とする発電機の発電制御装置。
【0070】
・ 請求項8に記載の発電機の発電制御方法において、前記発電機は、前記バッテリの電気エネルギーにより作動するモータ機能を備えることを特徴とする発電機の発電制御方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態の内燃機関及びその制御装置のシステム構成図。
【図2】実施の形態の発電制御処理を示すフローチャート。
【図3】実施の形態の発電制御の一例を示す説明図。
【図4】実施の形態の発電制御の一例を示す説明図。
実施の形態の制御の一例を示すタイムチャート。
【図5】別例の発電制御処理を示すフローチャート。
【図6】別例の発電制御の一例を示す説明図。
【図7】別例の発電制御の一例を示す説明図。
【符号の説明】
2…エンジン、2a…クランク軸、4…トルクコンバータ、6…A/T、6a…出力軸、10…プーリ、10a…電磁クラッチ、14…ベルト、16,18…プーリ、22…補機、26…モータジェネレータ(M/G)、28…インバータ、30…高圧電源用バッテリ、34…低圧電源用バッテリ、36…スタータ、40…エコランECU、42…燃料噴射弁、44…電動モータ、46…スロットルバルブ、48…エンジンECU。
Claims (8)
- 負荷に対して電力を供給するための発電機と、
前記発電機による発電電圧又は発電電流が所定の目標値になるようにフィードバックするフィードバック発電制御手段と、
前記発電機による発電電力を所定電力以下に制限する発電電力制御手段と、
前記フィードバック発電制御手段の動作中に前記目標値への収束性が低下したことを判定する判定手段と、
前記収束性が低下したときには前記発電機の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標を切り替える発電切替手段と、
を備えることを特徴とする発電機の発電制御装置。 - 請求項1に記載の発電機の発電制御装置において、
前記判定手段は、前記所定の目標値と実際の発電電圧値又は発電電流値との差が所定値以上である状態が所定時間以上継続したことに基づいて前記収束性の低下を判定する
ことを特徴とする発電機の発電制御装置。 - 請求項1及び2のいずれかに記載の発電機の発電制御装置において、
前記負荷は前記発電機によって発電された電力を蓄えるバッテリを含む
ことを特徴とする発電機の発電制御装置。 - 請求項3に記載の発電機の発電制御装置において、
前記発電機は車両に搭載された内燃機関によって回転されるものであり、
前記内燃機関を車両停止中には停止制御し前記停止制御の終了条件が成立した際には前記内燃機関を前記バッテリからの電力により自動再始動するエコラン制御手段を備え、
前記エコラン制御手段は前記バッテリの残量が所定値以下のときには前記内燃機関の自動停止を禁止するようにした
ことを特徴とする発電機の発電制御装置。 - 発電機による発電をフィードバック制御し負荷に供給する電力を制御するようにした発電機の発電制御方法であって、
前記発電機による発電電圧又は発電電流が所定の目標値になるようにフィードバックするフィードバックステップと、
前記発電機による発電電力を所定電力以下に制限する電力制御ステップと、
前記フィードバックステップの動作中に前記目標値への収束性が低下したことを判定する判定ステップと、
前記フィードバックステップの動作中に前記目標値への収束性が低下したときには前記発電機の目標電力を所定値に制御する電力フィードバック制御を行うように発電目標を切り替える発電切替ステップと、
を備えることを特徴とする発電機の発電制御方法。 - 請求項5に記載の発電機の発電制御方法において、
前記判定ステップは、前記所定の目標値と実際の発電電圧値又は発電電流値との差が所定値以上である状態が所定時間以上継続したことに基づいて前記収束性の低下を判定する
ことを特徴とする発電機の発電制御方法。 - 請求項5及び6のいずれかに記載の発電機の発電制御方法において、
前記負荷は前記発電機によって発電された電力を蓄えるバッテリを含む
ことを特徴とする発電機の発電制御方法。 - 請求項7に記載の発電機の発電制御方法において、
前記発電機は車両に搭載された内燃機関によって回転されるものであり、
前記内燃機関を車両停止中には停止制御し前記停止制御の終了条件が成立した際には前記内燃機関を前記バッテリからの電力により自動再始動するエコラン制御手段を備え、
前記エコラン制御手段は前記バッテリの残量が所定値以下のときには前記内燃機関の自動停止を禁止するようにした
ことを特徴とする発電機の発電制御方法。
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