JP6410757B2 - 動力システム及び輸送機器、並びに、電力伝送方法 - Google Patents
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Description
前記第1蓄電装置よりも出力密度が高く、且つ、エネルギー密度が低い第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の少なくとも一方の蓄電装置からの給電に応じて被動負荷を駆動する動力を出力するアクチュエータと、
前記被動負荷を駆動する動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の動力により発電電力を出力可能な発電機と、
前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置と前記アクチュエータと前記発電機との間の電力伝送を行う機能を有する電力伝送回路部と、
前記電力伝送回路部を制御する機能を有する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記発電機の発電電力を前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のうちの少なくとも第2蓄電装置に充電するように前記電力伝送回路部を制御する発電制御処理を実行する機能と、前記第1蓄電装置の充電率である第1充電率が所定の第1閾値よりも小さい場合に、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への充電を行うように前記電力伝送回路部を制御する充電制御処理を実行する機能とを有するように構成されていることを基本構成とする。
さらに、第1発明では、前記制御装置は、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーを消費していくように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記アクチュエータの動力を使用するCDモードで前記電力伝送回路部を制御することを、前記第1充電率が前記第1閾値よりも小さい所定の第2閾値よりも低くなるまで実行し、次いで、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーの消費が前記CDモードよりも抑制されるように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記内燃機関の動力を使用するCSモードで前記電力伝送回路部を制御することを実行するように構成されており、さらに、前記発電制御処理及び前記充電制御処理を前記CSモードにおいてのみ、実行するように構成されていると共に、前記CSモードは、前記第2蓄電装置の充電率である第2充電率に応じて選択的に切換えられる2つのモードを有し、前記充電制御処理を前記2つのモードのうちの一方のモードである第1CSモードでのみ実行し、前記発電制御処理を前記2つのモードのうちの他方のモードである第2CSモードでのみ実行するように構成されていることを特徴とする。
さらに、前記CSモードにおける前記第1CSモードから前記第2CSモードへの切換えを、前記第2充電率が所定の第3閾値まで低下したときに行い、前記第2CSモードから前記第1CSモードへの切換えを、前記第2充電率が前記第3閾値よりも大きい所定の第4閾値まで増加したときに行うように構成されていることを特徴とする(第2発明)。
さらに、CDモードでは、内燃機関の運転を行わないか、もしくは、極力行わなわいようにしつつ(ひいては、内燃機関の排気が発生しないか、もしくは極力発生しないようにしつつ)、アクチュエータを主たる動力源として、前記被動負荷を駆動することができる。その結果、動力システムの環境性能を高めることができる。また、前記CSモードでは、前記発電制御処理により第1蓄電装置の充電率を回復させることができるため、CDモードでの動力システムの作動と、CSモードでの動力システムの作動とを交互に繰り返すことが可能となる。
ひいては、内燃機関の運転を行うことを極力抑制しつつ、被動負荷を駆動し得る動力システムを実現することが可能となる。
差分に対応する給電量を前記第2蓄電装置から前記アクチュエータに給電し、且つ、前記要求出力から前記第2蓄電装置の出力を差し引いた差分の給電量を前記第1蓄電装置から前記アクチュエータに給電するように前記電力伝送回路部を制御するように構成されていることが好ましい(第9発明)。
前記第1蓄電装置よりも出力密度が高く、且つ、エネルギー密度が低い第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の少なくとも一方の蓄電装置からの給電に応じて被動負荷を駆動する動力を出力するアクチュエータと、
前記被動負荷を駆動する動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の動力により発電電力を出力可能な発電機とを備える動力システムにおいて、
前記第1蓄電装置の充電率である第1充電率が所定の第A閾値よりも低くなるまで、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーを消費していくように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記アクチュエータの動力を使用するCDモードのステップと、
次いで、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーの消費が前記CDモードよりも抑制されるように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記内燃機関の動力を使用するCSモードのステップとを有すると共に、前記CSモードのステップは、前記第2蓄電装置の充電率である第2充電率に応じて選択的に切換えられる2つのモードのステップを有し、
前記第1蓄電装置の充電率である第1充電率が所定の第1閾値よりも小さい場合に、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への充電を行うことを前記2つのモードのうちの一方のモードである第1CSモードのステップでのみ実行し、前記発電機の発電電力を前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のうちの少なくとも第2蓄電装置に充電することを前記2つのモードのうちの他方のモードである第2CSモードのステップでのみ実行することを特徴とする(第14発明)。
まず、制御装置8が実行する制御処理の概要を説明しておく。制御装置8が実行する制御処理は、CDモード(CD:Charge Depleting)の制御処理と、CSモード(CS:Charge Sustaining)の制御処理との2種類に大別される。該CDモード及びCSモードは、車両の走行時における動力システム1の動作態様の種別を表している。
以上を踏まえて、制御装置8の制御処理を詳細に説明する。制御装置8は、車両の起動状態において、図3のフローチャートに示すメインルーチン処理を所定の制御処理周期で逐次実行する。
次に、前記STEP4でのCDモードの制御処理を詳細に説明する。
CDモードにおける電動モータ3の力行運転時に電力伝送制御部32が実行する制御処理を、図4〜図8を参照して以下に詳説する。
次に、CDモードにおける電動モータ3の回生運転時に電力伝送制御部32が実行する制御処理を、図9及び図10参照して以下に詳説する。
次に、前記STEP6での第1CSモードの制御処理を、図11〜図15を参照しつつ詳細に説明する。
第1CSモードにおける電動モータ3の力行運転時に電力伝送制御部32が実行する制御処理を、図11〜図13を参照して以下に詳説する。
次に、第1CSモードにおける電動モータ3の回生運転時に電力伝送制御部32が実行する制御処理を、図14及び図15参照して以下に詳説する。
次に、前記STEP8での第2CSモードの制御処理を、図16〜図20を参照しつつ詳細に説明する。
第2CSモードにおける電動モータ3の力行運転時に電力伝送制御部32が実行する制御処理を、図16及び図17を参照して以下に詳説する。
次に、第2CSモードにおける電動モータ3の回生運転時に電力伝送制御部32が実行する制御処理を、図18及び図19参照して以下に詳説する。
次に、以上説明した実施形態に関連する変形態様をいくつか説明する。
Claims (14)
- 第1蓄電装置と、
前記第1蓄電装置よりも出力密度が高く、且つ、エネルギー密度が低い第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の少なくとも一方の蓄電装置からの給電に応じて被動負荷を駆動する動力を出力するアクチュエータと、
前記被動負荷を駆動する動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の動力により発電電力を出力可能な発電機と、
前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置と前記アクチュエータと前記発電機との間の電力伝送を行う機能を有する電力伝送回路部と、
前記電力伝送回路部を制御する機能を有する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記発電機の発電電力を前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のうちの少なくとも第2蓄電装置に充電するように前記電力伝送回路部を制御する発電制御処理を実行する機能と、前記第1蓄電装置の充電率である第1充電率が所定の第1閾値よりも小さい場合に、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への充電を行うように前記電力伝送回路部を制御する充電制御処理を実行する機能とを有するように構成されていると共に、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーを消費していくように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記アクチュエータの動力を使用するCDモードで前記電力伝送回路部を制御することを、前記第1充電率が前記第1閾値よりも小さい所定の第2閾値よりも低くなるまで実行し、次いで、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーの消費が前記CDモードよりも抑制されるように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記内燃機関の動力を使用するCSモードで前記電力伝送回路部を制御することを実行するように構成されており、さらに、前記発電制御処理及び前記充電制御処理を前記CSモードにおいてのみ、実行するように構成されていると共に、前記CSモードは、前記第2蓄電装置の充電率である第2充電率に応じて選択的に切換えられる2つのモードを有し、前記充電制御処理を前記2つのモードのうちの一方のモードである第1CSモードでのみ実行し、前記発電制御処理を前記2つのモードのうちの他方のモードである第2CSモードでのみ実行するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項1記載の動力システムにおいて、
前記CSモードにおける前記第1CSモードから前記第2CSモードへの切換えを、前記第2充電率が所定の第3閾値まで低下したときに行い、前記第2CSモードから前記第1CSモードへの切換えを、前記第2充電率が前記第3閾値よりも大きい所定の第4閾値まで増加したときに行うように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項1又は2記載の動力システムにおいて、
前記充電制御処理には、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への充電と並行して、前記第2蓄電装置から前記アクチュエータへの給電を行うように前記電力伝送回路部を制御する給電・充電並行処理が含まれることを特徴とする動力システム。 - 請求項3記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記給電・充電並行処理において、前記第2蓄電装置から所定の給電量を出力させつつ、該所定の給電量のうちの前記アクチュエータの要求出力に対応する給電量を該アクチュエータに給電し、且つ、前記所定の給電量から前記要求出力に対応する給電量を差し引いた差分の給電量を前記第1蓄電装置に充電するように前記電力伝送回路部を制御するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項3又は4記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第1CSモードにおいて、前記第1充電率が前記第1閾値よりも小さく、且つ、前記アクチュエータの要求出力が所定の第A閾値よりも小さい場合に、前記給電・充電並行処理を実行するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項5記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第1CSモードにおいて、前記第1充電率が前記第1閾値よりも小さく、且つ、前記要求出力が前記第A閾値よりも大きい場合には、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への充電を行わずに、前記1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のうちの少なくとも第2蓄電装置を含む一方又は両方の蓄電装置から前記要求出力に対応する給電量を前記アクチュエータに給電するように前記電力伝送回路部を制御するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第1CSモードにおいて、前記第1充電率が前記第1閾値よりも大きく、且つ、前記アクチュエータの要求出力が所定の第B閾値よりも小さい場合に、前記要求出力に対応する給電量を前記第1蓄電装置だけから前記アクチュエータに給電するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項7記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第1CSモードにおいて、前記第1充電率が前記第1閾値よりも大きく、且つ、前記アクチュエータの要求出力が前記第B閾値よりも大きく、且つ、該要求出力が該第B閾値よりも大きい所定の第C閾値よりも小さい場合に、前記第B閾値に対応する給電量を前記第1蓄電装置から前記アクチュエータに給電し、且つ、前記要求出力から前記第1蓄電装置の出力を差し引いた差分の給電量を前記第2蓄電装置から前記アクチュエータに給電するように前記電力伝送回路部を制御するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項8記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第1CSモードにおいて、前記第1充電率が前記第1閾値よりも大きく、且つ、前記要求出力が前記第C閾値よりも大きい場合に、前記第C閾値と前記第B閾値との差分に対応する給電量を前記第2蓄電装置から前記アクチュエータに給電し、且つ、前記要求出力から前記第2蓄電装置の出力を差し引いた差分の給電量を前記第1蓄電装置から前記アクチュエータに給電するように前記電力伝送回路部を制御するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第1CSモードにおいて、前記アクチュエータの回生運転時に、前記第1蓄電装置の充電量を所定値以下に制限しつつ、前記アクチュエータから出力される回生電力を、前記第2蓄電装置よりも優先的に前記第1蓄電装置に充電するように前記電力伝送回路部を制御する処理を実行する機能をさらに有するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の動力システムにおいて、
前記第2CSモードは、前記第2蓄電装置の放電が禁止されると共に、前記発電制御処理と、前記アクチュエータの要求出力に対応する給電量を前記第1蓄電装置から前記アクチュエータに給電するように前記電力伝送回路部を制御する処理とを実行可能なモードであることを特徴とする動力システム。 - 請求項1〜11記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第2CSモードでの前記発電制御処理において、前記発電電力を前記第2蓄電装置に充電することを、前記第1蓄電装置に充電することよりも優先的に実行するように構成されていることを特徴とする動力システム。 - 請求項1〜12のいずれか1項の動力システムを備えることを特徴とする輸送機器。
- 第1蓄電装置と、
前記第1蓄電装置よりも出力密度が高く、且つ、エネルギー密度が低い第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置の少なくとも一方の蓄電装置からの給電に応じて被動負荷を駆動する動力を出力するアクチュエータと、
前記被動負荷を駆動する動力を出力する内燃機関と、
前記内燃機関の動力により発電電力を出力可能な発電機とを備える動力システムにおいて、
前記第1蓄電装置の充電率である第1充電率が所定の第A閾値よりも低くなるまで、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーを消費していくように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記アクチュエータの動力を使用するCDモードのステップと、
次いで、前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のトータルの蓄電エネルギーの消費が前記CDモードよりも抑制されるように、前記被動負荷を駆動する動力として、少なくとも前記内燃機関の動力を使用するCSモードのステップとを有すると共に、前記CSモードのステップは、前記第2蓄電装置の充電率である第2充電率に応じて選択的に切換えられる2つのモードのステップを有し、
前記第1蓄電装置の充電率である第1充電率が所定の第1閾値よりも小さい場合に、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への充電を行うことを前記2つのモードのうちの一方のモードである第1CSモードのステップでのみ実行し、前記発電機の発電電力を前記第1蓄電装置及び前記第2蓄電装置のうちの少なくとも第2蓄電装置に充電することを前記2つのモードのうちの他方のモードである第2CSモードのステップでのみ実行することを特徴とする動力システムの電力伝送方法。
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