JP6729221B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、リチウムイオンキャパシタを搭載するハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のリチウムイオンキャパシタとしては、正極と、リチウムイオンを吸蔵脱離できる負極活物質を含有する負極と、リチウム塩を含む非水電解液とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このリチウムイオンキャパシタでは、低温や高温で作動させたときの放電容量が高く、安全性に優れているとされている。

特開２０１５−１７３２０１号公報

ところで、リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンバッテリと同様に充放電により内部抵抗が増加するという劣化が認められる。リチウムイオンバッテリでは、大きな電流値による充電や放電が行なわれると、電池内部の電解液に面内方向の塩濃度のムラが生じ、内部抵抗を増加させると考えられる。こうした劣化は、早期に、ある程度の放置や低電流による充放電を行なうことにより回復することが知られている。リチウムイオンキャパシタでは、リチウムイオンバッテリと構造が異なるため、リチウムイオンバッテリと同様の劣化回復を行なうことができない。

本発明のハイブリッド自動車は、リチウムイオンキャパシタの劣化を回復すると共にリチウムイオンキャパシタの劣化を回復する際でも運転者の要求に応じて走行することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
駆動軸に動力を出力可能なモータと、
バッテリと、
リチウムイオンキャパシタと、
前記バッテリの充放電を制御する第１コンバータと、
前記リチウムイオンキャパシタの充放電を制御する第２コンバータと、
走行に要求される要求出力により走行するように前記エンジンと前記モータと前記第１コンバータと前記第２コンバータとを制御すると共に前記バッテリの入出力制限や蓄電割合を演算する制御装置と、
を搭載するハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記リチウムイオンキャパシタの劣化の程度が大きいほど大きな値として示す劣化指標を演算し、
前記制御装置は、前記劣化指標が閾値以上のときには、前記劣化指標が大きいほど放電出力が大きくなるように前記リチウムイオンキャパシタの劣化時放電出力を設定すると共に前記劣化指標が大きいほど充電出力が小さくなるように前記リチウムイオンキャパシタの劣化時充電出力を設定し、
（ａ）前記要求出力が前記劣化時充放電出力の範囲内のときには、前記要求出力が前記リチウムイオンキャパシタから出力されるように制御し、
（ｂ）前記要求出力が前記劣化時放電出力より大きいときには、前記要求出力と前記劣化時充放電出力との差分を残要求出力として計算すると共に、前記残要求出力と前記バッテリの出力制限の差分を前記エンジンの出力下限として演算し、前記出力下限以上で燃費が最適となる運転ポイントで前記エンジンを運転すると共に前記運転ポイントにより前記エンジンを運転したときに前記エンジンから出力されるエンジン出力と前記残要求出力との差分の差分出力が前記バッテリに入出力し、前記リチウムイオンキャパシタから前記劣化時放電出力が出力されるように制御する、
ことを特徴とする。

本発明のハイブリッド自動車では、エンジンと、駆動軸に動力を出力可能なモータと、バッテリと、リチウムイオンキャパシタと、バッテリの充放電を制御する第１コンバータと、リチウムイオンキャパシタの充放電を制御する第２コンバータと、走行に要求される要求出力により走行するようにエンジンとモータと第１コンバータと第２コンバータとを制御すると共にバッテリの蓄電割合や入出力制限を演算する制御装置と、を備える。また、リチウムイオンキャパシタの劣化の程度が大きいほど大きな値として示す劣化指標を演算し、劣化指標が閾値以上のときには、劣化指標が大きいほど放電出力が大きくなるようにリチウムイオンキャパシタの劣化時放電出力を設定すると共に劣化指標が大きいほど充電出力が小さくなるようにリチウムイオンキャパシタの劣化時充電出力を設定する。発明者の実験では、リチウムイオンキャパシタは、充電電流が大きく放電電流が小さいときに劣化が促進され、充電電流が小さく放電電流が大きいときに劣化が回復する。このため、劣化指標が大きいほど放電出力が大きくなるように劣化時放電出力を設定すると共に劣化指標が大きいほど充電出力が小さくなるようにリチウムイオンキャパシタの劣化時充電出力を設定することにより、リチウムイオンキャパシタの劣化を回復することできる。そして、要求出力が劣化時充放電出力の範囲内のときには、要求出力が前記リチウムイオンキャパシタから出力されるように制御する。一方、要求出力が劣化時放電出力より大きいときには、要求出力と劣化時充放電出力との差分を残要求出力として計算すると共に、残要求出力とバッテリの入出力制限の差分をエンジンの出力下限として演算し、エンジンを出力下限以上で燃費が最適となる運転ポイントでエンジンを運転すると共に運転ポイントによりエンジンを運転したときにエンジンから出力されるエンジン出力と残要求出力との差分の差分出力がバッテリに入出力し、リチウムイオンキャパシタから劣化時放電出力が出力されるように制御する。これにより、リチウムイオンキャパシタの劣化を回復することができると共に、リチウムイオンキャパシタの劣化を回復する際でも運転者の要求に応じて走行することができる。しかも、出力下限以上で燃費が最適となる運転ポイントでエンジンを運転するから、効率よく走行することができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、エンジンの出力下限が負の値のとき、即ち、バッテリの出力制限が残要求出力より大きいときには、エンジンから出力せずに、リチウムイオンキャパシタから劣化時放電出力が出力されると共にバッテリから残要求出力が出力されるように制御するものとしてもよい。こうすれば、エンジンの運転頻度を少なくすることができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０により実行される出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 劣化時放電出力設定用マップおよび劣化時充電出力設定用マップの一例を示す説明図である。 出力下限Ｐｅｍｉｎ以上で燃費が最適となる運転ポイントに基づいてエンジン出力Ｐｅを設定する様子を説明する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、リチウムイオンキャパシタ５１と、第１昇圧コンバータ５４と、第２昇圧コンバータ５５と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。入力ポートを介してエンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランクポジションθｃｒやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗｅを挙げることができる。また、吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθｃａ，スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジションＴＰ，吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａ，吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ｔａなども挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。出力ポートを介してエンジンＥＣＵ２４から出力される制御信号としては、例えば、燃料噴射弁への駆動信号やスロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号やイグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号，ＶＶＴ２３への制御信号などを挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３からの信号に基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２を制御することにより駆動する。インバータ４１，４２は、高電圧系電力ライン４６により第１昇圧コンバータ５４および第２昇圧コンバータ５５に接続されている。インバータ４１，４２は、６つのトランジスタと６つのダイオードとにより構成される周知のインバータとして構成されている。インバータ４１，４２は、高電圧系電力ライン４６により接続されているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。なお、高電圧系電力ライン４６の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４６ａが取り付けられている。

第１昇圧コンバータ５４は、インバータ４１，４２が接続された高電圧系電力ライン４６と、バッテリ５０が接続された第１電力ライン４７と、に接続されている。この第１昇圧コンバータ５４は、図示しないが２つのトランジスタと２つのダイオードとリアクトルとを有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。第１昇圧コンバータ５４は、モータＥＣＵ４０によって、２つのトランジスタのオン時間の割合が調節されることにより、第１電力ライン４７の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４６に供給したり、高電圧系電力ライン４６の電力を降圧して第１電力ライン４７に供給したりする。なお、第１電力ライン４７の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４７ａが取り付けられている。

第２昇圧コンバータ５５は、高電圧系電力ライン４６と、リチウムイオンキャパシタ５１が接続された第２電力ライン４８と、に接続されている。第２昇圧コンバータ５５は、第１昇圧コンバータ５４と同様に、２つのトランジスタと２つのダイオードとリアクトルとを有する周知の昇降圧コンバータとして構成されている。第２昇圧コンバータ５５は、モータＥＣＵ４０によって、２つのトランジスタのオン時間の割合が調節されることにより、第２電力ライン４８の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４６に供給したり、高電圧系電力ライン４６の電力を降圧して第２電力ライン４８に供給したりする。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２や第１，第２昇圧コンバータ５４，５５を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する図示しない電流センサからの相電流を挙げることができる。また、コンデンサ４６ａの端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからの高電圧系電力ライン４６の電圧ＶＨや、コンデンサ４７ａの端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからの第１電力ライン４７の電圧ＶＬ１なども挙げることができる。さらに、第１昇圧コンバータ５４に取り付けられた図示しない電流センサからのリアクトルの電流ＩＬ１や、第２昇圧コンバータ５５に取り付けられた図示しない電流センサからのリアクトルの電流ＩＬ２なども挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２や第１，第２昇圧コンバータ５４，５５を駆動制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、インバータ４１，４２のトランジスタへのスイッチング制御信号や、第１，第２昇圧コンバータ５４，５５のトランジスタへのスイッチング制御信号などを挙げることができる。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このモータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２や第１，第２昇圧コンバータ５４，５５を駆動制御する。また、モータＥＣＵ４０は、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２や第１，第２昇圧コンバータ５４，５５の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいて、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、第１電力ライン４７に接続されている。リチウムイオンキャパシタ５１は、例えば、正極と、リチウムイオンを吸蔵脱離できる負極活物質を含有する負極と、リチウム塩を含む非水電解液とを有する周知のリチウムイオンキャパシタとして構成されており、上述したように、第２電力ライン４８に接続されている。バッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２により管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１を管理するのに必要な信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５０ａからの電池電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５０ｂからの電池電流Ｉｂ、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５０ｃからの電池温度Ｔｂを挙げることができる。また、リチウムイオンキャパシタ５１の端子間に設置された電圧センサ５１ｂからのキャパシタ電圧Ｖｃや、リチウムイオンキャパシタ５１の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ａからのキャパシタ電流Ｉｃなどを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このバッテリＥＣＵ５２は、必要に応じてバッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１を管理するために、電池電流Ｉｂやキャパシタ電流Ｉｃの積算値に基づいて、蓄電割合ＳＯＣｂ，ＳＯＣｃを演算している。蓄電割合ＳＯＣｂ，ＳＯＣｃは、そのときのバッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１から放電可能な電力の容量の、全容量に対する割合である。また、バッテリＥＣＵ５２は、蓄電割合ＳＯＣｂ，ＳＯＣｃや電池温度Ｔｂに基づいてバッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１から放電可能な電力の許容最大値としての出力制限Ｗｏｕｔｂ，Ｗｏｕｔｃや、バッテリ５０およびリチウムイオンキャパシタ５１を充電可能な許容最大値（絶対値）としての入力制限Ｗｉｎｂ，Ｗｉｎｃを設定している。

また、バッテリＥＣＵ５２は、リチウムイオンキャパシタ５１の蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ未満でリチウムイオンキャパシタ５１を充電するときには、次式（１）によりリチウムイオンキャパシタ５１の劣化の程度が大きいほど大きな数値となる劣化指標としてのＤ値を計算し、蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ以上のときや蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ未満であってもリチウムイオンキャパシタ５１の放電のときには、そのときのＤ値に忘却係数αを乗じて新たなＤ値を計算する。リチウムイオンキャパシタ５１の蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ未満でリチウムイオンキャパシタ５１を充電するとき以外のときにはそのときのＤ値を初期値Ｄ（０）とする。閾値Ｓｒｅｆは、劣化が認められる充電開始時の蓄電割合ＳＯＣｃの上限値やその近傍の値（例えば５０％や４０％）を用いることができる。式（１）中、αは忘却係数であり、βは電流係数であり、ｃ０は限界閾値であり、Δｔは微小時間である。Ｄ（Ｎ），α（Ｎ）はＤ値，忘却係数の現在値である。忘却係数αと電流係数βはリチウムイオンキャパシタ５１の材料により定めるものであり、限界閾値ｃ０は残存容量や温度により定まるものである。Ｄ値は、式（１）から解るように、キャパシタ電流Ｉｃに比例する項の積算値となり、時間の経過により減衰する。一方、上述したように蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ以上のときや蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ未満であってもリチウムイオンキャパシタ５１の放電のときには、そのときのＤ値に忘却係数αを乗じて新たなＤ値を計算する。これらのことから、Ｄ値は、リチウムイオンキャパシタ５１の蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ未満の状態でリチウムイオンキャパシタ５１を充電するときに、充電電流値（キャパシタ電流Ｉｃ）が大きいほど大きくなり、蓄電割合ＳＯＣｃが閾値Ｓｒｅｆ以上のときやリチウムイオンキャパシタ５１の放電のときには減衰するものとなる。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖなどを挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。このＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）や、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）で走行する。

ＥＶ走行モードでの走行時には、基本的には以下のように制御される。ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に要求される走行用要求出力Ｐｄ＊を総要求出力Ｐ＊として設定する。続いて、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する。そして、総要求出力Ｐ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。次に、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣｂとリチウムイオンキャパシタ５１の蓄電割合ＳＯＣｃとに基づいて総要求出力Ｐ＊のうちバッテリ５０に分配される電力とリチウムイオンキャパシタ５１に分配される電力との比（分配比）ｋ１，ｋ２（ｋ２＝１−ｋ１）を定める。そして、総要求出力Ｐ＊に分配比ｋ２を乗じた電力（ｋ２・Ｐｄ＊）がリチウムイオンキャパシタ５１の入出力制限Ｗｉｎｃ，Ｗｏｕｔｃの範囲内でリチウムイオンキャパシタ５１から出力（入力）されるように第２昇圧コンバータ５５を制御すると共に、総要求出力Ｐ＊からリチウムイオンキャパシタ５１から入出力される電力を減じた電力がバッテリ５０から出力（入力）されるように第１昇圧コンバータ５４を制御する。なお、モータＭＧ２は、走行用要求出力Ｐｄ＊が出力されるようにモータＥＣＵ４０により制御される。

ＨＶ走行モードでの走行時には、基本的には以下のように制御される。ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に要求される走行用要求出力Ｐｄ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣｂに基づいて設定されるバッテリ充放電要求出力Ｐｂ＊（放電側の出力を正）とリチウムイオンキャパシタ５１の蓄電割合ＳＯＣｃに基づいて設定されるキャパシタ充放電要求出力Ｐｃ＊（放電側の出力を正）とを減じた値を総要求出力Ｐ＊として設定する。次に、総要求出力Ｐ＊がエンジン２２から出力されると共に走行用要求出力Ｐｄ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。続いて、モータＭＧ１の目標駆動点（トルク指令Ｔｍ１＊，回転数Ｎｍ１）とモータＭＧ２の目標駆動点（トルク指令Ｔｍ２＊，回転数Ｎｍ２）とに基づいて、高電圧系電力ライン４６の目標電圧ＶＨ＊を設定する。そして、モータＥＣＵ４０により、バッテリ５０とインバータ４１，４２との間でやりとりする電力Ｐｂがバッテリ充放電要求出力Ｐｂ＊となると共に高電圧系電力ライン４６の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊になるように第１昇圧コンバータ５４を制御すると共に、リチウムイオンキャパシタ５１とインバータ４１，４２との間でやりとりする電力Ｐｃがキャパシタ充放電要求出力Ｐｃ＊となるように第２昇圧コンバータ５５を制御する。なお、エンジン２２は目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで運転するようにエンジンＥＣＵ２４により制御され、モータＭＧ１，ＭＧ２は設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊のトルクを出力するようにモータＥＣＵ４０により制御される。

次に、こうして構成されたハイブリッド自動車２０の動作、特にリチウムイオンキャパシタ５１に劣化が生じたときの動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行される出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、シフトポジションＳＰがＤポジション（前進ポジション）で走行用要求出力Ｐｄ＊が正の値のときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

出力制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、総要求出力Ｐ＊やバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂ，Ｄ値など出力制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、総要求出力Ｐ＊は、前述したように、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて設定される走行用要求出力Ｐｄ＊からバッテリ充放電要求出力Ｐｂ＊とキャパシタ充放電要求出力Ｐｃ＊とを減じた値を総要求出力Ｐ＊として設定される。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂは、バッテリＥＣＵ５２によりバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣｂや電池温度Ｔｂに基づいて演算されたものを通信により入力するものとした。また、Ｄ値は、バッテリＥＣＵ５２により上述の式（１）を用いて演算されたものを通信により入力するものとした。

データを入力すると、Ｄ値を閾値Ｄｒｅｆと比較する（ステップＳ１１０）。閾値Ｄｒｅｆは、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化を回復する必要があると判断することができる程度のＤ値を用いることができ、実験などにより定めることができる。Ｄ値が閾値Ｄｒｅｆ未満のときには、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化の回復は不要と判断し、上述したＥＶ走行モードまたはＨＶ走行モードによる通常出力制御によりエンジン２２やインバータ４１，４２，第１昇圧コンバータ５４，第２昇圧コンバータ５５を制御し（ステップＳ１２０）。本ルーチンを終了する。通常出力制御については、上述しており、本発明の中核をなさないので、これ以上の詳細な説明は省略する。

Ｄ値が閾値Ｄｒｅｆ以上のときには、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化を回復する必要があると判断し、Ｄ値に基づいてリチウムイオンキャパシタ５１の劣化時放電出力Ｐｏｕｔを設定する（ステップＳ１３０）。劣化時放電出力Ｐｏｕｔは、実施例では、Ｄ値と劣化時放電出力Ｐｏｕｔとの関係を予め定めて劣化時放電出力設定用マップとして記憶しておき、Ｄ値が与えられるとマップから劣化時放電出力Ｐｏｕｔを導出することにより設定するものとした。劣化時放電出力設定用マップおよび劣化時充電出力設定用マップの一例を図３に示す。図中、上半分が劣化時放電出力設定用マップであり、下半分が劣化時充電出力設定用マップである。劣化時放電出力設定用マップでは、Ｄ値が大きいほど劣化時放電出力Ｐｏｕｔが大きくなるように設定されている。また、劣化時充電出力設定用マップは、Ｄ値が大きいほど劣化時充電出力Ｐｉｎが小さくなるように設定されている。これは、発明者の実験により、リチウムイオンキャパシタ５１は、充電電流が大きく放電電流が小さいときに劣化が促進され、充電電流が小さく放電電流が大きいときに劣化が回復することが認められたことに基づく。

続いて、設定した劣化時放電出力Ｐｏｕｔが総要求出力Ｐ＊以上であるか否かを判定し（ステップＳ１４０）、劣化時放電出力Ｐｏｕｔが総要求出力Ｐ＊以上であるときには、キャパシタ出力Ｐｃに総要求出力Ｐ＊を設定すると共にバッテリ出力Ｐｂとエンジン出力Ｐｅとに値０を設定し（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。値０のエンジン出力ＰｅはエンジンＥＣＵ２４に送信され、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２が運転されているときにはエンジン２２の運転が停止され、エンジン２２が運転されていないときには運転停止状態を維持する。値０のバッテリ出力Ｐｂとキャパシタ出力ＰｃはモータＥＣＵ４０に送信され、バッテリ５０の放電電力が値０となるように第１昇圧コンバータ５４が制御され、リチウムイオンキャパシタ５１の放電電力がキャパシタ出力Ｐｃとなるように第２昇圧コンバータ５５が制御される。なお、この場合、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊には値０が設定され、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には値０が設定され、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊には総要求出力Ｐ＊を駆動軸３６の回転数Ｎｄ（車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数でもよい）で除した値が設定され、モータＭＧ１から値０のトルク指令Ｔｍ１＊が出力されると共にモータＭＧ２からトルク指令Ｔｍ２＊が出力されるようにインバータ４１，４２のトランジスタがスイッチング制御される。

一方、劣化時放電出力Ｐｏｕｔが総要求出力Ｐ＊未満であるときには、総要求出力Ｐ＊から劣化時放電出力Ｐｏｕｔを減じたものを残要求出力ΔＰとして設定し（ステップＳ１６０）、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂが設定した残要求出力ΔＰ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂが残要求出力ΔＰ以上であるときには、キャパシタ出力Ｐｃに劣化時放電出力Ｐｏｕｔを設定すると共にバッテリ出力Ｐｂに残要求出力ΔＰを設定し、エンジン出力Ｐｅに値０を設定して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。キャパシタ出力Ｐｃとバッテリ出力ＰｂはモータＥＣＵ４０に送信され、モータＥＣＵ４０により、リチウムイオンキャパシタ５１の放電電力がキャパシタ出力Ｐｃとなるように第２昇圧コンバータ５５が制御されると共にバッテリ５０の放電電力がバッテリ出力Ｐｂとなるように第１昇圧コンバータ５４が制御される。なお、この場合も、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊には値０が設定され、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には値０が設定され、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊には総要求出力Ｐ＊を駆動軸３６の回転数Ｎｄ（車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数でもよい）で除した値が設定され、モータＭＧ１から値０のトルク指令Ｔｍ１＊が出力されると共にモータＭＧ２からトルク指令Ｔｍ２＊が出力されるようにインバータ４１，４２のトランジスタがスイッチング制御される。

バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂが残要求出力ΔＰ未満のときには、残要求出力ΔＰからバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂを減じて得られる値をエンジン２２の出力下限Ｐｅｍｉｎとして設定し（ステップＳ１９０）、出力下限Ｐｅｍｉｎ以上で燃費が最適となる運転ポイントをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊とし、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊で運転したときの出力をエンジン出力Ｐｅとして設定する（ステップＳ２００）。図４は、出力下限Ｐｅｍｉｎ以上で燃費が最適となる運転ポイントに基づいてエンジン出力Ｐｅを設定する様子を説明する説明図である。図中、右上がりの曲線はエンジン２２の燃費を最適にする運転ポイントを連続する曲線とする燃費最適動作ラインである。複数の略楕円は燃費による等高線を示し、内側ほど燃費が高くなっている。曲線のＰｅ１，Ｐｅ２はエンジン２２からの出力がＰｅ１，Ｐｅ２で一定の運転ポイントを示し、曲線のＰｅｏｐは燃費最適の最適回転数Ｎｅｏｐと最適トルクＰｅｏｐの運転ポイントで運転したときのエンジン２２からの出力がＰｅｏｐで一定の運転ポイントを示す。いま、出力下限Ｐｅｍｉｎが最適出力Ｐｅｏｐより小さい出力Ｐｅ１のときを考える。出力Ｐｅ１以上で燃費が最適となる運転ポイントの出力は最適出力Ｐｅｏｐとなるから、エンジン出力Ｐｅには最適出力Ｐｅｏｐが設定され、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊には最適回転数Ｎｅｏｐおよび最適トルクＴｅｏｐが設定される。出力下限Ｐｅｍｉｎが最適出力Ｐｅｏｐのときを考えれば、このときも同様に、エンジン出力Ｐｅには最適出力Ｐｅｏｐが設定され、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊には最適回転数Ｎｅｏｐおよび最適トルクＴｅｏｐが設定される。出力下限Ｐｅｍｉｎが最適出力Ｐｅｏｐより大きな出力Ｐｅ２のときは、出力Ｐｅ２以上で燃費が最適となる運転ポイントの出力は出力Ｐｅ２となるから、エンジン出力Ｐｅには出力Ｐｅ２が設定され、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊には燃費最適動作ラインと出力Ｐｅ２が一定の曲線との交点の回転数Ｎｅ２およびトルクＴｅ２が設定される。そして、キャパシタ出力Ｐｃに劣化時放電出力Ｐｏｕｔを設定すると共に（ステップＳ２１０）、バッテリ出力Ｐｂに総要求出力Ｐ＊からキャパシタ出力Ｐｃとエンジン出力Ｐｅとの和を減じて得られる値を設定し（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。なお、エンジン出力Ｐｅが大きくてバッテリ出力Ｐｂが負の値となると、バッテリ５０は充電される。

こうしてエンジン出力Ｐｅやキャパシタ出力Ｐｃ，バッテリ出力Ｐｂが設定されると、エンジン２２から目標トルクＴｅ＊が出力されてエンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊になるようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が設定され、走行用要求出力Ｐｄ＊を駆動軸３６の回転数Ｎｄ（車速Ｖに換算係数を乗じたものでもよい）で除した値からモータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊を出力したときに駆動軸３６に作用するトルクを減じたものとしてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が設定される。そして、このトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊がモータＥＣＵ４０に送信され、モータＥＣＵ４０によりモータＭＧ１，ＭＧ２からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊が出力されるようインバータ４１，４２のトランジスタがスイッチング制御される。一方、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊はエンジンＥＣＵ２４に送信され、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで運転するよう制御される。また、同時に、キャパシタ出力Ｐｃとバッテリ出力ＰｂはモータＥＣＵ４０に送信され、モータＥＣＵ４０により、リチウムイオンキャパシタ５１の放電電力がキャパシタ出力Ｐｃとなるように第２昇圧コンバータ５５が制御されると共にバッテリ５０の放電電力がバッテリ出力Ｐｂとなるように第１昇圧コンバータ５４が制御される。これにより、リチウムイオンキャパシタ５１から劣化時放電出力Ｐｏｕｔを出力してリチウムイオンキャパシタ５１の劣化を回復しつつ、運転者の要求する走行用要求出力Ｐｄ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化の程度が大きいほど大きな値となる指標としてのＤ値を演算し、Ｄ値が閾値Ｄｒｅｆ以上のときには、Ｄ値が大きいほど大きな値となるようにリチウムイオンキャパシタ５１の劣化時放電出力Ｐｏｕｔを設定する。劣化時放電出力Ｐｏｕｔが総要求出力Ｐ＊以上であるときには、キャパシタ出力Ｐｃに総要求出力Ｐ＊を設定して総要求出力Ｐ＊の全てをリチウムイオンキャパシタ５１からの放電により賄う。一方、劣化時放電出力Ｐｏｕｔが総要求出力Ｐ＊未満であるときには、総要求出力Ｐ＊から劣化時放電出力Ｐｏｕｔを減じて残要求出力ΔＰを計算し、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂが残要求出力ΔＰ以上のときには、キャパシタ出力Ｐｃに劣化時放電出力Ｐｏｕｔを設定すると共にバッテリ出力Ｐｂに残要求出力ΔＰを設定し、総要求出力Ｐ＊のうち劣化時放電出力Ｐｏｕｔ分をリチウムイオンキャパシタ５１からの放電により賄うと共に残余の出力（残要求出力ΔＰ）をバッテリ５０からの放電により賄う。これにより、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化を回復しつつ、運転者の要求する走行用要求出力Ｐｄ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。そして、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂが残要求出力ΔＰ未満のときには、残要求出力ΔＰからバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔｂを減じて出力下限Ｐｅｍｉｎを計算し、出力下限Ｐｅｍｉｎ以上で燃費が最適となるエンジン２２の運転ポイントにおける出力をエンジン出力Ｐｅとして設定し、キャパシタ出力Ｐｃに劣化時放電出力Ｐｏｕｔを設定すると共にバッテリ出力Ｐｂに総要求出力Ｐ＊からキャパシタ出力Ｐｃとエンジン出力Ｐｅとの和を減じて得られる値を設定し、総要求出力Ｐ＊をエンジン出力Ｐｅとキャパシタ出力Ｐｃとバッテリ出力Ｐｂとにより賄う。これにより、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化を回復しつつ、運転者の要求する走行用要求出力Ｐｄ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。

実施例では、シフトポジションＳＰがＤポジション（前進ポジション）で走行用要求出力Ｐｄ＊が正の値の場合の出力制御について説明したが、シフトポジションＳＰがＤポジションで走行用要求出力Ｐｄ＊が負の値の場合の出力制御は、以下のとおりである。なお、走行用要求出力Ｐｄ＊が負の値となるのは、アクセルオフ時であり、その場合、走行用要求出力Ｐｄ＊は、ブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に作用させる制動力として設定される。そして、この走行用要求出力Ｐｄ＊が総要求出力Ｐ＊とされる。

走行用要求出力Ｐｄ＊が負の値の場合の出力制御では、まず、Ｄ値と図３の劣化時充電出力設定用マップとを用いて劣化時充電出力Ｐｉｎを設定する。続いて、劣化時充電出力Ｐｉｎの絶対値が総要求出力Ｐ＊の絶対値以上であるか否かを判定し、劣化時充電出力Ｐｉｎの絶対値が総要求出力Ｐ＊の絶対値以上のときには、キャパシタ出力Ｐｃに総要求出力Ｐ＊を設定し、総要求出力Ｐ＊の全てをリチウムイオンキャパシタ５１からの充電により賄う。劣化時充電出力Ｐｉｎの絶対値が総要求出力Ｐ＊の絶対値未満のときには、総要求出力Ｐ＊から劣化時充電出力Ｐｉｎを減じて残要求出力ΔＰを計算し、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎｂの絶対値が残要求出力ΔＰの絶対値以上であるか否かを判定する。バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎｂの絶対値が残要求出力ΔＰの絶対値以上であるときには、キャパシタ出力Ｐｃに劣化時充電出力Ｐｉｎを設定すると共にバッテリ出力Ｐｂに残要求出力ΔＰを設定し、総要求出力Ｐ＊のうち劣化時充電出力Ｐｉｎ分をリチウムイオンキャパシタ５１への充電により賄うと共に残余の出力（残要求出力ΔＰ）をバッテリ５０への充電により賄う。バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎｂの絶対値が残要求出力ΔＰの絶対値未満であるときには、キャパシタ出力Ｐｃに劣化時充電出力Ｐｉｎを設定すると共にバッテリ出力Ｐｂに入力制限Ｗｉｎｂを設定し、残要求出力ΔＰから入力制限Ｗｉｎｂを減じた残余の出力については図示しない油圧駆動の機械ブレーキによるブレーキ出力に設定し、総要求出力Ｐ＊のうち劣化時充電出力Ｐｉｎ分をリチウムイオンキャパシタ５１への充電により賄うと共に入力制限Ｗｉｎｂをバッテリ５０への充電により賄い、残余の出力を油圧駆動の機械ブレーキによるブレーキ出力により賄う。これにより、走行用要求出力Ｐｄ＊が負の値の場合でも、リチウムイオンキャパシタ５１の劣化を回復しつつ、運転者の要求する走行用要求出力Ｐｄ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とプラネタリギヤ３０とバッテリ５０とリチウムイオンキャパシタ５１と第１昇圧コンバータ５４と第２昇圧コンバータ５５とを備える構成としたが、こうした構成に限定されるものではなく、エンジンと、駆動軸に動力を出力可能なモータと、バッテリと、リチウムイオンキャパシタと、バッテリの充放電を制御する第１コンバータと、リチウムイオンキャパシタの充放電を制御する第２コンバータと、を備えるハイブリッド自動車であれば如何なる構成としてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４６ 高電圧系電力ライン、４６ａ，４７ａ コンデンサ、４７ 第１電力ライン、４８ 第２電力ライン、５０ バッテリ、５０ａ，５１ａ 電圧センサ、５０ｂ，５１ｂ 電流センサ、５０ｃ 温度センサ、５１ リチウムイオンキャパシタ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 第１昇圧コンバータ、５５ 第２昇圧コンバータ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   駆動軸に動力を出力可能なモータと、
   バッテリと、
   リチウムイオンキャパシタと、
   前記バッテリの充放電を制御する第１コンバータと、
   前記リチウムイオンキャパシタの充放電を制御する第２コンバータと、
   走行に要求される要求出力により走行するように前記エンジンと前記モータと前記第１コンバータと前記第２コンバータとを制御すると共に前記バッテリの入出力制限や蓄電割合を演算する制御装置と、
   を搭載するハイブリッド自動車であって、
   前記制御装置は、前記リチウムイオンキャパシタの劣化の程度が大きいほど大きな値として示す劣化指標を演算し、
   前記制御装置は、前記劣化指標が閾値以上のときにのみ、前記劣化指標が大きいほど放電出力が大きくなるように前記リチウムイオンキャパシタの劣化時放電出力を設定すると共に前記劣化指標が大きいほど充電出力が小さくなるように前記リチウムイオンキャパシタの劣化時充電出力を設定し、
   （ａ）前記要求出力が前記劣化時放電出力の範囲内のときには、前記要求出力が前記リチウムイオンキャパシタから出力されるように制御し、
   （ｂ）前記要求出力が前記劣化時放電出力より大きいときには、前記要求出力と前記劣化時放電出力との差分を残要求出力として計算すると共に、前記残要求出力と前記バッテリの出力制限の差分を前記エンジンの出力下限として演算し、前記出力下限以上で燃費が最適となる運転ポイントで前記エンジンを運転すると共に前記運転ポイントにより前記エンジンを運転したときに前記エンジンから出力されるエンジン出力と前記残要求出力との差分の差分出力が前記バッテリに入出力し、前記リチウムイオンキャパシタから前記劣化時放電出力が出力されるように制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。
   

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