JP5071068B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

従来、モータジェネレータによってエンジンを始動させた時に、エンジンの回転数が急激に増加する、いわゆるオーバーシュートを防ぐために、エンジンの始動完了後に、モータジェネレータを回生運転させる技術が知られている（特許文献１参照）。モータジェネレータの回生運転により発電された電力は、モータジェネレータと接続されているバッテリの充電に用いられる。
特開平０７−１１９５９４号公報

しかしながら、従来の技術では、劣化等によるバッテリの状態によっては、回生発電時の電力をバッテリで受け入れることができず、エンジンの回転オーバーシュートを防ぐことができなくなる可能性があった。

本発明による車両の制御装置は、エンジンによりモータジェネレータを回生運転させる制御装置であって、モータジェネレータを回生運転させた時の第１の蓄電手段の電圧の時間変化が所定のしきい値より大きい場合に、電圧変換手段を作動させて、回生運転による発電電力を第２の蓄電手段にも供給させる。第１の蓄電手段の状態に基づいて、第１の蓄電手段の電圧の時間変化と比較するしきい値を変更することを特徴とする。

本発明による車両の制御装置によれば、回生発電時における第１の蓄電手段の電圧の時間変化の大きさに基づいて、第１の蓄電手段で回生発電電力を受け入れることができるか否かを判定し、受け入れることができないと判定した場合でも、第２の蓄電手段で回生発電電力を受け入れることができる。

本発明は、交差点等で車両が一時停止する状況において、エンジンの自動停止・自動再始動を行うアイドルストップ車両に適用される。以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図である。バッテリ１は、例えば、リチウム電池であり、インバータ５を介して、モータジェネレータ６に電力を供給する。バッテリ２は、例えば、鉛酸バッテリであり、電力負荷４に電力を供給する。バッテリ１の開放電圧とバッテリ２の開放電圧とは異なる。電力負荷４は、ライト、ワイパー等である。

バッテリ１とバッテリ２との間に設けられている電力変換装置３は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、図示しない電圧平滑回路を備えており、後述する電圧変換処理を行う。

インバータ５は、バッテリ１からの直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ６に供給する。モータジェネレータ６は、モータプーリー９、ベルト８、クランクプーリー１０を介して、エンジン７と接続されている。すなわち、モータジェネレータ６とエンジン７とは、同期回転するように構成されている。

モータジェネレータ６は、電動機および発電機の両機能を有する。すなわち、バッテリ１からインバータ５を介して電力が供給されると、エンジン７を始動させる電動機（スターター）として機能し、エンジン７の回転による回生運転時には、発電機として機能する。回生運転時に発電された三相交流電力は、インバータ５で直流電力に変換されて、バッテリ１に充電される。

電圧センサ１１は、バッテリ１の電圧を検出して、電力コントロールユニット１３に出力する。電圧センサ１２は、バッテリ２の電圧を検出して、電力コントロールユニット１３に出力する。

エンジンコントロールユニット１４は、車両の一時停止時に所定のエンジン停止条件が成立すると、エンジン７を一時的に停止させる制御を行うとともに、所定のエンジン再始動条件が成立すると、電力コントロールユニット１３にエンジン再始動要求信号を出して、エンジン７を再始動させる制御を行う。また、エンジン７の再始動が完了すると、エンジン回転数のオーバーシュート防止要求信号を電力コントロールユニット１３に出力する。

電力コントロールユニット１３は、車両の一時停止時に、エンジンコントロールユニット１４から、エンジン７の再始動要求信号が入力されると、インバータ５を介して、バッテリ１からモータジェネレータ６に電流を流すことにより、モータジェネレータ６を回転駆動させて、エンジン７の再始動を行う。また、エンジン７の再始動処理を行った後に、エンジンコントロールユニット１４から、エンジン回転数のオーバーシュート防止要求信号が入力されると、エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐために、モータジェネレータ６が回生運転するように制御する。この時、後述する方法によってバッテリ１の状態を判定し、モータジェネレータ６によって回生発電された電力をバッテリ１が受け入れることができないと判定すると、電力変換装置３を作動させて、回生電力をバッテリ２でも受け入れるように制御する。

図２は、バッテリ１の充放電電流の時間変化、バッテリ１の電圧の時間変化、および、バッテリ２の電圧の時間変化を示す図である。上述したように、所定のエンジン停止条件が成立すると、エンジン７のアイドルストップ、すなわち、エンジン７を一時的に停止させる制御を行う。この後、所定のエンジン再始動条件が成立すると、インバータ５を介して、バッテリ１からモータジェネレータ６に電流を流す。これにより、バッテリ１の電圧は低下する。

エンジン７の回転数が所定回転数以上となり、エンジン再始動が完了すると、エンジン７の回転数のオーバーシュートを防止するために、モータジェネレータ６の力行運転を停止して、回生運転に切り換える。これにより、バッテリ１には充電電流が流れ、バッテリ１の電圧は上昇する。

図３は、第１の実施の形態における車両の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。電力コントロールユニット１３は、エンジン７の一時停止制御が行われたことを示す信号がエンジンコントロールユニット１４から入力されると、ステップＳ１０の処理を開始する。

ステップＳ１０では、エンジンコントロールユニット１４から、エンジン７の再始動要求信号が入力されたか否かを判定する。エンジン７の再始動要求信号が入力されていないと判定するとステップＳ１０で待機し、入力されたと判定すると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、インバータ５を制御して、バッテリ１からモータジェネレータ６に電流を流すことにより、モータジェネレータ６を回転駆動させて、エンジン７の再始動を行う。なお、この時、電力変換装置３は作動していない。

ステップＳ３０では、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御を実施するか否か、すなわち、エンジンコントロールユニット１４から、エンジン回転数のオーバーシュート防止要求信号が入力されたか否かを判定する。エンジンコントロールユニット１４から、エンジン回転数のオーバーシュート防止要求信号が入力されていないと判定するとステップＳ３０で待機し、入力されたと判定すると、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、電圧センサ１１によって検出されるバッテリ１の電圧に基づいて、バッテリ１の電圧の時間変化ΔＶ／Δｔを算出する。これは、図２のバッテリ１の電圧の時間変化を示すグラフにおいて、オーバーシュート防止制御を行っている時の電圧の傾きと等しい。バッテリ１の電圧の時間変化ΔＶ／Δｔを算出すると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、バッテリ１がモータジェネレータ６の回生発電電力を十分に受け入れることができるか否かを判定する。この判定は、ステップＳ４０で算出したΔＶ／Δｔが所定のしきい値ＴＨより大きいか否かに基づいて行う。

バッテリの劣化が進行すると、ΔＶ／Δｔの値が大きくなる。従って、ΔＶ／Δｔが所定のしきい値ＴＨより大きい場合には、バッテリ１の劣化度が大きく、回生発電電力を十分に受け入れることができないと判定する。逆に、ΔＶ／Δｔが所定のしきい値ＴＨ以下の場合には、回生発電電力を十分に受け入れることができると判定する。バッテリ１がモータジェネレータ６の回生発電電力を十分に受け入れることができないと判定すると、ステップＳ６０に進み、十分に受け入れることができると判定すると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ６０では、モータジェネレータ６の回生発電電力をバッテリ２にも供給させるために、電力変換装置３を作動させる。すなわち、回生発電電力は、バッテリ１に供給されるとともに、電力変換装置３で、バッテリ２の定格電圧に応じた電圧に昇圧または降圧されて、バッテリ２に供給される。バッテリ２は充電されるので、図２の点線で示すように、バッテリ２の電圧は上昇する。

なお、上述したように、電力変換装置３は、電圧平滑回路を備えているので、回生発電電力が供給されるバッテリ２の電圧変動は抑えられる。従って、バッテリ２が充電されている際に、電力負荷４への供給電圧が変動することもない。

ステップＳ７０では、エンジンコントロールユニット１４から入力されるエンジン７の回転数に基づいて、オーバーシュート防止制御が完了したか否かを判定する。例えば、エンジン回転数が一定時間連続して目標回転数（アイドル回転数）を保った場合に、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御が完了したと判定する。オーバーシュート防止制御が完了していないと判定するとステップＳ４０に戻り、完了したと判定すると、図３に示すフローチャートの処理を終了する。

第１の実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐためにモータジェネレータ６を回生運転させた時のバッテリ１の電圧の時間変化が所定のしきい値ＴＨより大きい場合に、回生運転による発電電力をバッテリ２にも供給させるために、電力変換装置３を作動させた。これにより、バッテリ１が回生発電電力を受け入れることができない場合でも、バッテリ２で回生発電電力を受け入れることができる。また、オーバーシュート防止制御時のバッテリ１の電圧の時間変化が所定のしきい値ＴＨより大きいか否かを判定することにより、バッテリ１が回生発電電力を受け入れることができるか否かを簡易かつ正確に判定することができる。

−第２の実施の形態−
図４は、第２の実施の形態における車両の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。図４に示すフローチャートの処理のうち、図３に示すフローチャートの処理と異なるのは、ステップＳ６０の処理の後に行われるステップＳ１００の処理である。

ステップＳ１００では、バッテリ１の電力受け入れ能力に応じて、モータジェネレータ６の回生発電電力を縮小する制御を行う。図５は、バッテリ１の電力受け入れ能力と、モータジェネレータ６の許容回生発電電力との関係を示す図である。図５に示すように、バッテリ１の電力受け入れ能力が低いほど、モータジェネレータ６の回生発電電力が小さくなるようにし、バッテリ１の電力受け入れ能力が所定以上の場合には、回生発電電力を制限しないようにする。

図６は、バッテリ１の電圧と、バッテリ１の電力受け入れ能力との関係を示す図である。図６に示すように、バッテリ１の電圧が低い程、電力受け入れ能力は高く、バッテリ１の電圧が高いほど、電力受け入れ能力は低い。

すなわち、図４に示すフローチャートのステップＳ５０において、バッテリ１が回生発電電力を十分に受け入れることができないと判定すると、ステップＳ６０で電力変換装置３を作動させて、回生発電電力をバッテリ２でも受け入れるようにする。さらに、ステップＳ１００において、バッテリ１の電力受け入れ能力に応じて、モータジェネレータ６の回生発電電力を制限する制御を行う。これにより、バッテリ１に対して、電力受け入れ能力に応じた適切な電圧を印加することができるので、バッテリ１の過充電等を防止することができる。

第２の実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐためにモータジェネレータ６を回生運転させる際に、バッテリ１の電力受け入れ能力に応じて、回生運転による発電電力を制限する。これにより、バッテリ１の電力受け入れ能力に応じた適切な電圧を印加することができるので、バッテリ１の過充電等を防止することができる。

−第３の実施の形態−
第１および第２の実施の形態における車両の制御装置では、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御を行っている時のバッテリ１の電圧の時間変化ΔＶ／Δｔと所定のしきい値ＴＨとを比較することにより、バッテリ１が回生発電電力を十分に受け入れることができるか否かを判定した。第３の実施の形態における車両の制御装置では、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御を行っている時に流れるバッテリ１の充電電流の大きさに基づいて、ΔＶ／Δｔと比較するしきい値ＴＨの大きさを変更する。

図７は、第３の実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図である。図１に示す第１の実施の形態における車両の制御装置の構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。第３の実施の形態における車両の制御装置は、第１の実施の形態における車両の制御装置の構成に対して、電流センサ２０が追加されている。電流センサ２０は、バッテリ１の充放電電流を検出して、電力コントロールユニット１３に出力する。

図８は、バッテリ１の充電電流と、しきい値ＴＨとの関係を示す図である。バッテリ１の充電電流が大きいほど、バッテリ１の電圧上昇速度も速くなるので、ΔＶ／Δｔと比較するしきい値ＴＨの値を大きくする。

電力コントロールユニット１３は、図８に示すようなバッテリ１の充電電流としきい値ＴＨとの関係を定めたデータを有しており、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御時に電流センサ２０によって検出される充電電流と上述したデータとに基づいて、しきい値ＴＨを求める。しきい値ＴＨを求める処理は、例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ３０の処理の後に行う。

第３の実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐためにモータジェネレータ６を回生運転させた時に流れるバッテリ１の充電電流を検出し、検出した充電電流が大きいほど、しきい値ＴＨを大きくする。充電電流の大きさに応じてしきい値ＴＨを変化させることにより、バッテリ１が回生発電電力を受け入れることができるか否かをより正確に判定することができる。

−第４の実施の形態−
充電時のバッテリ１の電圧上昇速度は、バッテリ1の充電電流の大きさだけでなく、バッテリ１の温度によっても変化する。従って、第４の実施の形態における車両の制御装置では、バッテリ1の充電電流およびバッテリ１の温度に基づいて、ΔＶ／Δｔと比較するしきい値ＴＨの大きさを変更する。

図９は、第４の実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図である。図７に示す第３の実施の形態における車両の制御装置の構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。第４の実施の形態における車両の制御装置は、第３の実施の形態における車両の制御装置の構成に対して、温度センサ３０がさらに追加されている。温度センサ３０は、バッテリ１の温度を検出して、電力コントロールユニット１３に出力する。

図１０は、バッテリ１の充電電流およびバッテリ１の温度と、しきい値ＴＨとの関係を示す図である。第３の実施の形態で説明したように、バッテリ１の充電電流が大きいほど、しきい値ＴＨの値を大きくする。また、バッテリ１の温度が低いほど、しきい値ＴＨの値を大きく、バッテリ１の温度が高いほど、しきい値ＴＨの値を小さくする。

電力コントロールユニット１３は、図１０に示すようなバッテリ１の充電電流およびバッテリ１の温度としきい値ＴＨとの関係を定めたデータを有しており、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御時に電流センサ２０によって検出される充電電流、および、温度センサ３０によって検出されるバッテリ１の温度と上述したデータとに基づいて、しきい値ＴＨを求める。しきい値ＴＨを求める処理は、例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ３０の処理の後に行う。

第４の実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐためにモータジェネレータ６を回生運転させた時に流れるバッテリ１の充電電流を検出するとともにバッテリ１の温度を検出し、検出した充電電流が大きいほど、また、バッテリ１の温度が低いほど、しきい値ＴＨを大きくする。バッテリ１の充電電流および温度に応じてしきい値ＴＨを変化させることにより、バッテリ１が回生発電電力を受け入れることができるか否かをより正確に判定することができる。

−第５の実施の形態−
充電時のバッテリの電圧上昇速度は、バッテリ１の充電電流の大きさだけでなく、バッテリ１のＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）によっても変化する。従って、第５の実施の形態における車両の制御装置では、バッテリ1の充電電流およびバッテリ１のＳＯＣに基づいて、ΔＶ／Δｔと比較するしきい値ＴＨの大きさを変更する。

バッテリ１のＳＯＣは、既知の方法により、電力コントロールユニット１３によって求められる。なお、図示しないバッテリコントローラでバッテリ１のＳＯＣを求めて、電力コントロールユニット１３に送信するようにしてもよい。

図１１は、バッテリ１の充電電流およびバッテリ１のＳＯＣと、しきい値ＴＨとの関係を示す図である。第３の実施の形態で説明したように、バッテリ１の充電電流が大きいほど、しきい値ＴＨの値を大きくする。また、バッテリ１のＳＯＣが小さいほど、しきい値ＴＨの値を大きく、バッテリ１のＳＯＣが大きいほど、しきい値ＴＨの値を小さくする。

電力コントロールユニット１３は、図１１に示すようなバッテリ１の充電電流およびバッテリ１のＳＯＣとしきい値ＴＨとの関係を定めたデータを有しており、エンジン回転数のオーバーシュート防止制御時に電流センサ２０によって検出される充電電流、および、バッテリ１のＳＯＣと上述したデータとに基づいて、しきい値ＴＨを求める。しきい値ＴＨを求める処理は、例えば、図３に示すフローチャートのステップＳ３０の処理の後に行う。

第５の実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐためにモータジェネレータ６を回生運転させた時に流れるバッテリ１の充電電流を検出するとともにバッテリ１の充電状態を検出し、検出した充電電流が大きいほど、また、バッテリ１の充電状態が低いほど、しきい値ＴＨを大きくする。バッテリ１の充電電流および充電状態に応じてしきい値ＴＨを変化させることにより、バッテリ１が回生発電電力を受け入れることができるか否かをより正確に判定することができる。

本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、バッテリ１として、リチウム電池以外の電池を用いても良いし、バッテリ２として、鉛酸バッテリ以外の電池を用いてもよい。

第４の実施の形態における車両の制御装置では、バッテリ1の充電電流およびバッテリ１の温度に基づいて、しきい値ＴＨの大きさを変更したが、バッテリ１の温度のみに基づいて、しきい値ＴＨの大きさを変更することもできる。すなわち、バッテリ１の温度が低いほど、しきい値ＴＨの値を大きく、バッテリ１の温度が高いほど、しきい値ＴＨの値を小さくすればよい。

また、第５の実施の形態における車両の制御装置では、バッテリ1の充電電流およびバッテリ１のＳＯＣに基づいて、しきい値ＴＨの大きさを変更したが、バッテリ１のＳＯＣのみに基づいて、しきい値ＴＨの大きさを変更することもできる。すなわち、バッテリ１のＳＯＣが小さいほど、しきい値ＴＨの値を大きく、バッテリ１のＳＯＣが大きいほど、しきい値ＴＨの値を小さくすればよい。

さらに、バッテリ１の充電電流、バッテリ１の温度およびバッテリ１のＳＯＣに基づいて、しきい値ＴＨの大きさを変更することもできる。すなわち、バッテリ１の充電電流が大きいほど、また、バッテリ１の温度が高いほど、しきい値ＴＨの値を大きくするとともに、バッテリ１のＳＯＣが小さいほど、しきい値ＴＨの値を大きくする。この場合、バッテリ１の充電電流、バッテリ１の温度、および、バッテリ１のＳＯＣと、しきい値ＴＨとの関係を定めたデータを予め用意して、電力コントロールユニット１３に格納させておけばよい。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、バッテリ１が第１の蓄電手段を、バッテリ２が第２の蓄電手段を、電力変換装置３が電圧変換手段を、電力コントロールユニット１３が制御手段、電力受け入れ能力判定手段、電力制限手段、および、充電状態検出手段を、電流センサ２０が電流検出手段を、温度センサ３０が温度検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

第１の実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図 バッテリの充放電電流の時間変化、バッテリの電圧の時間変化、および、バッテリの電圧の時間変化を示す図 第１の実施の形態における車両の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第２の実施の形態における車両の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート バッテリの電力受け入れ能力と、モータジェネレータの許容回生発電電力との関係を示す図 バッテリの電圧と、バッテリの電力受け入れ能力との関係を示す図 第３の実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図 バッテリの充電電流と、しきい値ＴＨとの関係を示す図 第４の実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図 バッテリの充電電流およびバッテリの温度としきい値ＴＨとの関係を示す図 バッテリの充電電流およびバッテリのＳＯＣと、しきい値ＴＨとの関係を示す図

符号の説明

１…バッテリ
２…バッテリ
３…電力変換装置
４…電力負荷
５…インバータ
６…モータジェネレータ
７…エンジン
１１，１２…電圧センサ
１３…電力コントロールユニット
１４…エンジンコントロールユニット
２０…電流センサ
３０…温度センサ

Claims (6)

1. エンジンによりモータジェネレータを回生運転させる車両の制御装置において、
   前記モータジェネレータと接続され、前記モータジェネレータの回生運転による発電電力を受け入れる第１の蓄電手段と、
   開放電圧が前記第１の蓄電手段とは異なる第２の蓄電手段と、
   前記第１の蓄電手段および前記第２の蓄電手段の間に設けられ、電圧の昇圧および降圧のうちの少なくとも一方の動作を行う電圧変換手段と、
   前記第１の蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記モータジェネレータを回生運転させた時の前記第１の蓄電手段の電圧の時間変化が所定のしきい値より大きい場合に、前記電圧変換手段を作動させて、前記回生運転による発電電力を前記第２の蓄電手段にも供給させる制御手段と、
   前記第１の蓄電手段の状態に基づいて、前記第１の蓄電手段の電圧の時間変化と比較するしきい値を変更するしきい値変更手段と、
   を備えることを特徴とする車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記第１の蓄電手段の電力受け入れ能力を判定する電力受け入れ能力判定手段と、
   前記エンジン回転数のオーバーシュートを防ぐために前記モータジェネレータを回生運転させる際に、前記第１の蓄電手段の電力受け入れ能力に応じて、前記回生運転による発電電力を制限する電力制限手段と、
   をさらに備えることを特徴とする車両の制御装置。
3. 請求項２に記載の車両の制御装置において、
   前記電力受け入れ能力判定手段は、前記第１の蓄電手段の電圧が高いほど、前記電力受け入れ能力が低いと判定することを特徴とする車両の制御装置。
4. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記モータジェネレータの回生運転時に前記第１の蓄電手段に流れる充電電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
   前記しきい値変更手段は、前記電流検出手段によって検出される充電電流が大きいほど、前記しきい値を大きくすることを特徴とする車両の制御装置。
5. 請求項１または請求項４に記載の車両の制御装置において、
   前記第１の蓄電手段の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記しきい値変更手段は、前記温度検出手段によって検出される温度が低いほど、前記しきい値を大きくすることを特徴とする車両の制御装置。
6. 請求項１、請求項４または請求項５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
   前記第１の蓄電手段の充電状態を検出する充電状態検出手段をさらに備え、
   前記しきい値変更手段は、前記充電状態検出手段によって検出される充電状態が低いほど、前記しきい値を大きくすることを特徴とする車両の制御装置。

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