JPWO2013018208A1 - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

ハイブリッド車(10)は、走行電動機(300A)と、走行用電動機(300A)に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置(310)と、エンジン(100)と、エンジン(100)の出力によって蓄電装置(310)の充電電力を発生するための発電機構(300A)とを搭載する。ECU(400)は、エンジン(100)を作動した走行モードにおいて、蓄電装置(310)のSOCを、SOC制御目標を中心とする所定範囲内に制御するための、蓄電装置の充放電電力を設定する。エンジン(100)の出力は、充放電電力を確保するように設定される。ECU(400)は、さらに、SOCがSOC制御目標より低い場合であっても、車両走行に必要な要求パワーに応じて、下限SOCよりも高い所定SOCまでを限度に蓄電装置(310)を放電するように、充放電電力を設定する。

Description

この発明は、ハイブリッド車両およびその制御方法に関し、より特定的には、エンジンの出力によって蓄電装置の充電電力を発生することが可能なハイブリッド車両における蓄電装置の充放電制御に関する。
エンジンおよび電動機を車両駆動力源として搭載したハイブリッド車両では、エンジンを作動した走行モードにおいて、蓄電装置(代表的にはバッテリ)のSOC(State of Charge)を所定の制御範囲内に維持するように、蓄電装置の充放電を制御することが行なわれている。
特開2002−51405号公報(特許文献1)には、車両の状況に応じて、蓄電装置(バッテリ)の充放電を許容する残存容量(SOC)の設定範囲を変更することが記載されている。具体的には、3Dジャイロセンサから入力される信号に基づいて、SOCの制御範囲を変更する制御、および、ユーザスイッチやアクセルまたはブレーキ操作に応答して、SOCの制御範囲を変更する制御が記載されている。
特許第3827980号明細書(特許文献2)には、アシストトルクを発生する電動機を搭載したハイブリッド車両において、蓄電装置の残容量(SOC)に対して設けられた領域区分毎に異なる制御形態でアシスト量を設定することが記載されている。特に、充放電許可領域および放電抑制領域との間に所定の暫定使用領域を設けるとともに、当該暫定使用領域においては、SOCに応じて電動機によるアシスト量を可変とする制御が記載されている。
特開2001−69602号公報(特許文献3)には、エンジンと、エンジンの出力を補助する補助駆動力を発生するモータと、当該モータによる補助駆動力が必要ないときにモータを発電機として作動させて得られた電気エネルギを充電するバッテリとを備えたハイブリッド車両でのバッテリ充放電制御が記載されている。具体的には、バッテリの温度が所定温度以上である場合に、バッテリのSOCが所定値になるまで放電のみを許可する制御が記載されている。これにより、充電効率が低下する温度領域での充電を禁止することによって、バッテリの劣化を防止することができる。
さらに、特開2001−169408号公報(特許文献4)では、ハイブリッドへの回生充電および放電を効率よく行なうための制御が記載されている。特に、バッテリSOCと、車両の現在値情報および走行経路中の高度情報を含む道路情報とに基づいて、走行経路での最大高度点においてバッテリのSOCが最小値となるように、バッテリ放電量の許容できる上限値を設定することが記載されている。
特開2002−51405号公報 特許第3827980号明細書 特開2001−69602号公報 特開2001−169408号公報
エンジンが作動する走行モードにおいて蓄電装置のSOCを所定の制御範囲に制御するハイブリッド車両では、蓄電装置の充放電のためのパワーと、車両走行に必要なパワーとの和をエンジンによって出力することになる。このため、通常は、蓄電装置のSOCを目標SOCに制御するように、目標SOCよりも高SOC領域では蓄電装置の放電を促進する一方で、目標SOCよりも低SOC領域では蓄電装置の充電を促進するように、エンジンの出力が制御される。
しかしながら、SOCのみを考慮した充放電制御では、加減速が激しい走行が行なわれたときに、効率的に蓄電装置を充放電できなくなる可能性がある。たとえば、高SOC領域では、SOC制御の観点からは放電が要求されないため、激しい加減速の結果、減速時に発生する回生電力によって高SOC状態が継続する虞がある。高SOC状態が継続すると、蓄電装置の内圧の上昇により発熱量が増加することによって、充電効率が低下することが危惧される。さらに、高SOC状態が著しいと、蓄電装置の充電が制限あるいは禁止される。これらの要因によって、回生エネルギの回収が不十分になると、車両のエネルギ効率、すなわち燃費が悪化する。
この点について、特許文献1,4は、走行状況に基づいてSOCの制御範囲を変更することは記載しているが、蓄電装置の充放電電力の設定を走行状況に応じて変更する制御については特に言及していない。同様に、特許文献2,3についても、蓄電装置の実際の充放電電力の設定については詳細に言及していない。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、エンジンを作動した走行モードにおいて蓄電装置のSOCを制御するハイブリッド車両において、蓄電装置のSOCおよび車両の走行状態の両方に基づいて蓄電装置の充放電電力を適切に設定することによって、車両のエネルギ効率を高めることである。
この発明のある局面では、ハイブリッド車両は、蓄電装置と、エンジンと、エンジンの出力によって蓄電装置の充電電力を発生するための発電機構と、制御部とを備える。制御部は、エンジンを作動した走行モードにおいて、SOC制御目標を含む下限SOCから上限SOCの範囲内に蓄電装置のSOCを制御するための蓄電装置の充放電電力を設定するための制御部とを含む。さらに、制御部は、SOCがSOC制御目標より低い場合であっても、車両走行に必要な要求パワーに応じて、下限SOCよりも高い第1のSOCまでを限度に蓄電装置を放電するように充放電電力を設定する。
好ましくは、制御部は、SOCがSOC制御目標より低く、かつ、要求パワーが大きいために蓄電装置を放電する際に、高車速時には、低車速時よりも放電電力が大きくなるように、充放電電力を設定する。
さらに好ましくは、高車速時における第1のSOCは、低車速時における第1のSOCよりも低く設定される。
また好ましくは、制御部は、SOCがSOC制御目標より高い場合であっても、要求パワーに応じて、上限SOCよりも低い第2のSOCまでを限度に蓄電装置を充電するように、充放電電力を設定する。
さらに好ましくは、制御部は、SOCがSOC制御目標より高く、かつ、要求パワーが小さいために蓄電装置を充電する際に、高車速時には、低車速時よりも充電電力が小さくなるように充放電電力を設定する。
さらに好ましくは、高車速時における第2のSOCは、低車速時における第2のSOCよりも低く設定される。
好ましくは、制御部は、蓄電装置の低温時には、蓄電装置の高温時と比較して、充放電電力の設定範囲を拡大する。
あるいは好ましくは、制御部は、ハイブリッド車両の積載重量が大きいときには、積載重量が小さいときと比較して、蓄電装置が放電され易くなるように蓄電装置の充放電を制御する。
この発明の他の局面では、蓄電装置と、エンジンと、エンジンの出力によって蓄電装置の充電電力を発生するための発電機構とを搭載したハイブリッド車両の制御方法であって、エンジンを作動した走行モードにおいて、SOC制御目標を含む下限SOCから上限SOCの範囲内に蓄電装置のSOCを制御するための蓄電装置の充放電電力を設定するステップを含む。設定するステップは、SOCがSOC制御目標より低い場合であっても、車両走行に必要な要求パワーに応じて、下限SOCよりも高い第1のSOCまでを限度に、蓄電装置を放電するステップを含む。
好ましくは、放電するステップは、SOCがSOC制御目標より低く、かつ、要求パワーが大きいために蓄電装置を放電する際に、高車速時には、低車速時よりも放電電力が大きくなるように、充放電電力を設定する。
さらに好ましくは、高車速時における第1のSOCは、低車速時における第1のSOCよりも低く設定される。
また好ましくは、設定するステップは、SOCがSOC制御目標より高い場合であっても、要求パワーに応じて、上限SOCよりも低い第2のSOCまでを限度に、蓄電装置を充電するステップをさらに含む。
さらに好ましくは、充電するステップは、SOCがSOC制御目標より高く、かつ、要求パワーが小さいために蓄電装置を充電する際に、高車速時には、低車速時よりも充電電力が小さくなるように、充放電電力を設定する。
好ましくは、設定するステップは、蓄電装置の低温時には、蓄電装置の高温時と比較して、充放電電力の設定範囲を拡大するステップをさらに含む。
また好ましくは、制御方法は、ハイブリッド車両の積載重量が大きいときには、積載重量が小さいときと比較して、蓄電装置が放電され易くなるように蓄電装置の充放電を制御するステップをさらに含む。
この発明によれば、エンジンを作動した走行モードにおいて蓄電装置のSOCを制御するハイブリッド車両において、蓄電装置のSOCおよび車両の走行状態の両方に基づいて蓄電装置の充放電電力を適切に設定することによって、車両のエネルギ効率を高めることができる。
本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の構成例を説明するブロック図である。 本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両の走行制御のための制御処理を説明するためのフローチャートである。 エンジン動作点の設定を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両における充放電パワーを設定するための制御処理の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態1によるハイブリッド車両における充放電パワーの設定範囲を説明するための概念図である。 充放電パワーの設定とエンジン熱効率との関係を説明する概念図である。 実施の形態1によるハイブリッド車両における要求パワーに応じた充放電パワーの設定を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両における高SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両における低SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移の例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態2によるハイブリッド車両における充放電パワーを設定するための制御処理の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態2によるハイブリッド車両における充放電パワーの設定範囲を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態2によるハイブリッド車両における高車速かつ高SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態2によるハイブリッド車両における高車速かつ低SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態3によるハイブリッド車両における充放電パワーを設定するための制御処理の詳細を説明するフローチャートである。 実施の形態3によるハイブリッド車両における充放電パワーの設定範囲を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態4によるハイブリッド車両における充放電制御の制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態4によるハイブリッド車両における充放電パワーの設定範囲を説明するための概念図である。 実施の形態4によるハイブリッド車両における要求パワーに応じた充放電パワーの設定を説明するための概念図である。 ハイブリッド車両における走行モードの遷移図である。 走行モードの遷移を判定するパワー閾値の設定を説明するための概念図である。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両10の構成例を説明するブロック図である。
図1を参照して、ハイブリッド車両10は、駆動輪12と、減速機14と、駆動軸16と、エンジン100と、動力分割機構250と、モータジェネレータ300A(MG(1))およびモータジェネレータ300B(MG(2))と、モータジェネレータ300A,300Bの駆動電力を蓄積するメインバッテリ310とを含む。
モータジェネレータ300A,300Bの各々は、代表的には、永久磁石型の三相交流同期機で構成され、トルク制御によって電動機としても発電機としても動作可能に構成される。
動力分割機構250は、エンジン100の出力軸、モータジェネレータ300Aの出力軸および、出力軸252と連結される。出力軸252は、モータジェネレータ300Bの出力軸と連結される。さらに、駆動輪12を駆動する駆動軸16と、出力軸252との間には、減速機14が設けられる。これにより、所定の減速比を介して、エンジン100やモータジェネレータ300A,300Bによる出力軸252の回転力を駆動輪12へ伝達することや、反対に、駆動輪12の回転力を、出力軸252を介してモータジェネレータ300Bへ伝達することができる。
エンジン100の出力は、動力分割機構250によって、出力軸252への出力とモータジェネレータ300Aへの出力とに分配される。モータジェネレータ300Aは、回転方向と反対方向のトルクを出力するように制御されることによって、エンジン100からの動力を用いた発電機として動作できる。モータジェネレータ300Aによる発電電力は、メインバッテリ310の充電および/またはモータジェネレータ300Bの駆動に用いることができる。すなわち、モータジェネレータ300Aは、「発電機構」に対応する。
また、モータジェネレータ300Aは、エンジン100の始動時には、電動機として動作することによって、エンジン100のスタータとしても機能できる。
さらに、モータジェネレータ300Bは、回生制動時には発電機として動作して、メインバッテリ310の充電電力を発生することができる。このとき、車両の運動エネルギが電気エネルギに変換されて、回生制動力が発生することにより、ハイブリッド車両10は減速される。
また、動力分割機構250を介して、エンジン100、モータジェネレータ300A、および、モータジェネレータ300Bの出力軸間が連結されているため、走行中には、モータジェネレータ300Aの回転数制御によって、エンジン100の回転数と、出力軸252の回転数との比(変速比)を無段階に制御することも可能である。
ハイブリッド車両10は、エンジン100およびモータジェネレータ300Bの少なくともいずれかの動力で走行する。すなわち、モータジェネレータ300Bは、車両駆動力を発生するための走行用電動機に相当する。ハイブリッド車両10は、エンジン100を停止させて、電動機として動作するモータジェネレータ300Bの出力のみで走行することが可能である。一般的には、低速または低負荷の走行において、エンジン100を停止した走行モード(以下では、「EVモード」とも称する)が選択される。
一方で、ハイブリッド車両10の走行に必要なパワーが高くなると、エンジン100を作動した走行モード(以下、「HVモード」とも称する)が選択される。HVモードでは、エンジン100の出力は、車両走行のためのパワーと、メインバッテリ310の充電電力を発生するためのパワーとの両方に使用できる。HVモードでは、エンジン100の出力のみによって走行してもよく、エンジン100およびモータジェネレータ300Aの出力の和によって走行してもよい。
また、メインバッテリ310のSOCが低下すると、モータジェネレータ300Bの出力のみで走行可能な状態であっても、メインバッテリ310を強制的に充電するためにエンジン100が始動される。この場合にも、HVモードが選択される。
このように、ハイブリッド車両10では、車両状態に応じて、エンジン100を停止したEVモードと、エンジン100の作動を伴うHVモードとが、選択的に適用される。EVモードからHVモードへの遷移が指示されると、モータジェネレータ300Aによるモータリングを伴って、エンジン100は始動する。一方で、HVモードからEVモードへの遷移が指示されると、エンジン100は停止する。この際に、モータジェネレータ300Aがエンジン100を速やかに停止させるための減速トルクを出力してもよい。
ハイブリッド車両10は、さらに、メインバッテリ310の監視ユニット340と、昇圧コンバータ320と、インバータ330と、MG(Motor Generator)_ECU(Electronic Control Unit)402と、HV(Hybrid Vehicle)_ECU404と、エンジンECU406とを含む。
メインバッテリ310は、「蓄電装置」の代表例として示され、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から構成される。なお、二次電池に代えて電気二重層キャパシタ等の他の二次電池以外の蓄電要素を「蓄電装置」として用いることも可能である。監視ユニット340は、メインバッテリ310の状態(端子間電圧(バッテリ電圧)Vb、バッテリ電流Ib、バッテリ温度Tbなど)を監視する。
インバータ330は、モータジェネレータ300A,300Bに入出力される交流電力と、メインバッテリ310に入出力される直流電力との間の双方向の電力変換を行う。なお、インバータ330は、モータジェネレータ300A,300Bのそれぞれに対応して別個に設けられるインバータを包括的に1つのブロックで記載したものである。
昇圧コンバータ320は、インバータ330の直流リンク電圧(モータジェネレータ300A,300Bの交流電圧振幅に相当)と、メインバッテリ310の出力電圧との間で双方向の直流電圧変換を実行する。この結果、メインバッテリ310の定格電圧よりもモータジェネレータ300A,300Bの定格電圧を高くできるので、モータ駆動制御を高効率化できる。
MG_ECU402は、ハイブリッド車両10の状態に応じてモータジェネレータ300A,300B、インバータ330およびメインバッテリ310の充放電状態等を制御する。エンジンECU406は、エンジン100の動作状態を制御する。HV_ECU404は、エンジンECU406およびMG_ECU402等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両10が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御する。
各ECUは、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ECUの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
図1においては、各ECUを別構成としているが、2個以上のECUを統合したECUとして構成してもよい。たとえば、図1に、点線で示すように、MG_ECU402、HV_ECU404およびエンジンECU406を統合したECU400とすることがその一例である。以下の説明においては、MG_ECU402、HV_ECU404およびエンジンECU406を区別することなく、包括的にECU400と記載する。
ECU400には、車速センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、モータジェネレータ300A,300Bの回転数センサおよび電流センサ、エンジン回転数センサ(いずれも図示せず)、および監視ユニット340からの、メインバッテリ310の状態値(バッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ib、バッテリ温度Tbなど)、あるいは、異常発生を知らせる信号が入力されている。
なお、ECU400は、メインバッテリ310のバッテリ温度Tb、バッテリ電流Ibおよびバッテリ電圧Vbの少なくとも一部に基づいて、メインバッテリ310の残容量を示すSOCを算出する。SOCは、通常、満充電状態に対する現在の残容量を百分率で示したものである。
また、メインバッテリ310については、車両外部の電源によって充電可能なように構成することも可能である。この場合には、外部電源からの電力によるメインバッテリ310の充電を制御するための充電器(図示せず)を設けることが必要になる。外部電源からの給電は、充電ケーブル等を用いた接触充電および、コイル等を介した非接触充電のいずれを適用することも可能である。
図2は、本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両の走行制御のための制御処理を説明するためのフローチャートである。図2を始めとする各フローチャートの各ステップの処理は、ECU400によるソフトウェア処理および/またはハードウェア処理によって実現されるものとする。
ECU400は、ステップS100により、車両状態から要求駆動トルクTr*を算出する。たとえば、アクセル開度(Acc)および車速(V)と要求駆動トルクTr*との関係を予め定めたマップ(図示せず)が予めECU400の内部に記憶されている。そして、ECU400は、現在のアクセル開度および車速に基づいて、当該マップを参照することによって要求駆動トルクTr*を算出することができる。
続いて、ECU400は、ステップS200により、メインバッテリ310の充放電パワーPchgを求める。充放電パワーPchgは、充電要求時には正値(Pchg>0)に設定され、放電要求時には負値(Pchg<0)に設定される。なお、充放電パワーPchgの設定手法については、後ほど詳細に説明する。充放電パワーPchgを決定することによって、蓄電装置(メインバッテリ310)の充放電電力が設定される。
さらに、ECU400は、ステップS300により、エンジン100への要求パワーPe(以下、エンジン要求パワーPeとも称する)を算出する。たとえば、下記(1)式に従って、エンジン要求パワーPeが算出される。なお、式(1)において、Nrは出力軸252の回転数を示し、Lossは損失項である。
Pe=Tr*・Nr+Pchg+Loss …(1)
ECU400は、ステップS400では、ステップS300によって算出されたエンジン要求パワーPeに応じて、エンジン100の動作点を決定する。
図3は、エンジン動作点の設定を説明するための概念図である。
図3を参照して、エンジン動作点は、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTeの組み合わせで定義される。エンジン回転数NeおよびエンジントルクTeの積は、エンジン出力パワーに相当する。
動作ライン110は、エンジン100を高効率で動作することができるエンジン動作点の集合として予め決定される。動作ライン110は、同一パワー出力時の燃料消費量を抑制するための最適燃費ラインに相当する。
ECU400は、ステップS400では、予め定められた動作ライン110と、ステップS300で算出されたエンジン要求パワーPeに対応する等パワー線120との交点をエンジン動作点(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)に決定する。
再び図2を参照して、ECU400は、ステップS500により、エンジン100およびモータジェネレータ300A,300Bの動作指令値を生成する。
この際に、モータジェネレータ300Aの出力トルクは、動力分割機構250によってエンジン100と機械的に連結されるモータジェネレータ300Aの出力トルクによってエンジン回転数を目標回転数Ne*に制御するように決められる。
さらに、ECU400は、上述のように決定されたエンジン動作点に従ってエンジン100を動作させたときに出力軸252に機械的に伝達される駆動トルク(直達トルク)Tepを算出する。たとえば、直達トルクTepは、動力分割機構250のギヤ比を考慮して設定される。
そして、ECU400は、要求駆動トルクTr*に対する直達トルクTepの過不足分(Tr*−Tep)を補償するように、モータジェネレータ300Bの出力トルクを算出する。すなわち、モータジェネレータ300Bの出力トルクをTm2とすると、下記(2)式が成立する。なお、Tm2*は、モータジェネレータ300Bの出力によって出力軸252に作用するトルクである。
Tr*=Tep+Tm2* …(2)
ステップS500では、上述のように決定された、エンジン100の動作点およびモータジェネレータ300A,300Bの出力トルクに基づいて、エンジン100およびモータジェネレータ300A,300Bの動作指令値を設定する。そして、エンジン100およびモータジェネレータ300A,300Bは、これらの動作指令値に従って制御される。
このような走行制御により、エンジン作動を伴う走行モード(HVモード)では、エンジン100を高効率の動作ライン上で動作させながら、要求駆動トルクTr*が駆動軸に作用するように、エンジン100、モータジェネレータ300A,300Bの間のトータル要求パワーに対するパワー配分を決定することができる。さらに、充放電パワーPchgに従ってメインバッテリ310を充放電することによって、SOCを制御することができる。
次に、充放電パワーPchgの設定について詳細に説明する。
図4は、充放電パワーPchgを設定するための制御処理(S200)の詳細を説明するためのフローチャートである。
図4を参照して、ECU400は、ステップS210により、メインバッテリ310の現在のSOCに基づいて、基本的な充放電パワーPchg*を算出する。上述のように、SOCは、メインバッテリ310のバッテリ温度Tb、バッテリ電流Ibおよびバッテリ電圧Vbの少なくとも一部に基づいて、逐次算出されている。
さらに、ECU400は、ステップS220により、現在のSOCに基づいて、充放電パワーPchgの範囲を示す、充電上限値Pcmaxおよび放電上限値Pdmaxを設定する。
なお、放電上限値Pdmaxは、充放電パワーPchgとは反対に、放電時に正値(Pdmax>0)であり、充電時に負値(Pdmax<0)であるものとする。一方で、充電上限値Pcmaxは、充放電パワーPchgと同様に、放電時に負値(Pcmax<0)であり、充電時に正値(Pcmax>0)である。すなわち、充放電パワーPchgは、Pcmax≧Pchg≧−Pdmaxの範囲内に設定される。
図5の概念図を用いて、充放電パワーの設定範囲について詳細に説明する。
図5を参照して、基本的な充放電パワーPchg*は、特性線201に従ったマップ(以下、基本マップ201とも称する)の参照により設定される。基本マップ201によって、SOC制御目標Srに対して、SOC=SrのときにPchg*=0となり、SOC>Srのときには、メインバッテリ310を放電するようにPchg*<0に設定される。一方で、SOC<Srのときは、メインバッテリ310を充電するようにPchg*<0に設定される。なお、図8の例では、制御目標Srを単一のSOC値としているが、一定のSOC範囲を制御目標としてもよい。
SOCが、SOC制御範囲の下限(下限SOC)Sminよりも低くなると、Pchg*は最大充電値Pc0(Pc0>0)に設定される。同様に、SOCが上限SOC(Smx)よりも高くなると、SOC制御範囲の上限(上限SOC)Smaxよりも低くなると、Pchg*は最大放電値Pd0(Pd0<0)に設定される。
放電上限値Pdmaxは、特性線202に従ったマップ(以下、放電上限マップ202とも称する)の参照により設定される。放電上限マップ202は、SOCに応じて充電上限値Pcmaxを求めるように設定される。
SOC<S1の範囲では、最低限でもPchg*に従った充電がなされるように、Pchg*(Pchg*>0)に従って、放電上限値Pdmaxが設定される(Pdmax=−Pchg*)。S1<SOC<S2の領域では、Pchg*よりも小さい電力での充電を許容するように、Pdmaxが設定される(Pdmax<0)。
さらに、SOC=S2ではPdmax=0に設定され、S2<SOC<Srの範囲では、Pchg*>0(充電)に設定される一方で、メインバッテリ310の放電を許容するべく、Pdmax>0に設定される。SOC>Srの領域でも、Pchg*よりも大きい電力での放電が可能となるように、たとえば、最大放電値Pd0までの放電を許容するように、Pdmaxが設定される(Pdmax>0)。
同様に、充電上限値Pcmaxは、特性線203に従ったマップ(以下、充電上限マップ203とも称する)の参照により設定される。充電上限マップ203は、SOCに応じて充電上限値Pcmaxを求めるように設定される。
SOC>S4の範囲では、最低限でもPchg*に従った放電がなされるように、Pchg*(Pchg*<0)に従って、充電上限値Pcmaxが設定される(Pcmax<0)。S3<SOC<S4の領域では、Pchg*よりも小さい電力での放電を許容するように、Pdmaxが設定される(Pcmax<0)。
さらに、SOC=S3ではPcmax=0に設定され、Sr<SOC<S3の範囲では、Pchg*<0(放電)に設定される一方で、メインバッテリ310の充電を可能とするべく、Pcmax>0に設定される。SOC<Srの領域でも、Pchg*よりも大きい電力での充電が可能となるように、たとえば、最大充電値Pc0までの充電を許容するように、Pcmaxが設定される(Pcmax>0)。
このようにして、図5に示した、放電上限マップ202および充電上限マップ203に従って、充放電パワーPchgの設定範囲(Pcmax≧Pchg≧−Pdmax)が決められる。
再び図4を参照して、ECU400は、ステップS230により、ステップS220によって設定された充放電パワーの範囲内で、エンジン効率を考慮して充放電パワーPchgを決定する。
図6には、充放電パワーの設定とエンジン熱効率との関係が概念的に示される。
図6を参照して、図3で説明した、動作ライン110は、それぞれのエンジン要求パワーPeにおける最高効率となる動作点の集合である。しかしながら、動作点に応じて、エンジン100の熱効率が異なってくる。図6には、熱効率が等しい動作点同士を結んだ等熱効率線が、点線によってさらに示されている。
したがって、動作ライン上110上に、熱効率が最も高くなる動作点113が存在することが理解される。このため、動作点111については、可能であれば、充電要求を高めることによってエンジン要求パワーPeを増やすことにより、エンジン100の効率が向上する。同様に、動作点112については、可能であれば、放電要求を高めることによってエンジン要求パワーPeを減らすことにより、エンジン100の効率が向上する。
このため、充放電パワーPchgは、図7に示された特性線(マップ)に従って、要求パワーに応じて設定される。
図7を参照して、図7の横軸に示される要求パワーPr*は、ステップS100(図2)によって求められた要求駆動トルクTr*に基づく、車両走行のために要求されるパワー(たとえば、Pr*=Tr*・Nr+Loss)を示すものである。そして、図7中のパワーP0は、図7における動作点113に対応するエンジン要求パワーPe*である。
Pr*=P0のときには、エンジン100がPr*を出力するように動作することにより、エンジン100は動作点113で動作することを意味する。このときは、Pchg=0に設定することにより、エンジン100の効率を最大にした上で、要求駆動トルクTr*に基づく要求パワーPr*を出力することができる。したがって、ステップS230では、Pr*=P0のとき、充放電パワーPchgについて、PChg=0と設定される。
Pr*>P0のときには、図7の動作点112から動作点113へ近付けるようにエンジン要求パワーPeを減少することが好ましい。したがって、放電方向に充放電パワーPchgが設定される。すなわち、Pcmax>Pchg>−Pdmaxの範囲で、効率上最適となる充放電パワーPchgが設定される。Pr*とP0との差分が大きいほど、充放電パワーPchgは、−Pdmaxに近付くように設定される。Pr*>P2の領域では、放電上限値Pdmaxに従って、Pchg=−Pdmaxに設定される。
一方、Pr*<P0のときには、図7の動作点111から動作点113へ近付けるようにエンジン要求パワーPeを増加することが好ましい。したがって、充電方向に充放電パワーPchgが設定される。すなわち、−Pdmax<Pchg<Pcmaxの範囲で、効率上最適となる充放電パワーPchgが設定される。Pr*とP0との差分が大きいほど、充放電パワーPchgは、Pcmaxに近付くように設定される。Pr*<P1の領域では、充電上限値Pcmaxに従って、Pchg=Pcmaxに設定される。
このようにして、ステップS230により、図5に示されたPcmax〜−Pdmaxの範囲内で、エンジン100の効率、ひいてはシステム全体の効率を向上させるように、要求パワーPr*に応じて充放電パワーPchgが決定される。
これにより、実施の形態1によるハイブリッド車両では、制御目標Srを中心とする所定の制御範囲内にSOCを維持するための基本充放電パワーPchg*を設定するとともに、エンジン100の効率を高めて燃費を向上するように、基本充放電パワーPchg*よりも充電側あるいは放電側にも充放電パワーPchgを設定することができる。
メインバッテリ310の放電を許容するように放電上限マップ202を設定することにより、要求パワーPr*が大きくなる高負荷走行時には、メインバッテリ310を放電するように充放電パワーPchgを設定することができる。また、メインバッテリ310の充電を許容するように充電上限マップ203が設定されることにより、要求パワーPr*が小さくなる低負荷走行時には、メインバッテリ310を充電するように充放電パワーPchgを設定することができる。
高負荷走行時には車両が加速されるので、加速終了後に回生エネルギによる充電電力が発生する。したがって、高負荷走行中にSOCを予め低下させることによって、SOCが高い状態から回生発電によってメインバッテリ310がさらに充電されることを防止できる、これにより、メインバッテリ310の高SOC状態が継続することを防止できる。
この結果、充電効率の低下を抑制して回生エネルギを有効に回収することにより、車両のエネルギ効率を高めることができる。特に、図5に示されるように、SOC<Srの領域においてもメインバッテリ310の放電を許容するように放電上限マップ202を構成することによって、上記効果をさらに高めることができる。
図8には、本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両における高SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移の一例が示される。
図8を参照して、高負荷走行時には、要求パワーPr*が大きいため、充放電パワーPchgは、放電上限値Pdmaxに従って設定される。したがって、上限SOC(Smax)近傍で高負荷走行が開始されると(状態211)、放電上限マップ202(図5)に沿って、メインバッテリ310を放電するように充放電パワーPchgが設定される。これにより、SOCが徐々に低下する。
そして、SOCがS2(第1のSOC)に達すると(状態212)、Pdmax=0に設定されることにより、メインバッテリ310の放電が停止される。したがって、高負荷走行がさらに継続されても、充放電パワーPchgが充電側(Pchg>0)に設定されるので、SOCがS2よりも低下することはない。すなわち、放電上限マップ202は、SOC=S2までを限界としてメインバッテリ310の放電を許可するように構成されている。そして、加速後の減速時には、回生充電によってSOCは再び上昇するので、SOCが制御目標Srへ復帰することが期待できる。すなわち、高負荷走行中に制御目標よりも低い領域までSOCを低下させても、回生エネルギによる充電が見込めるので、メインバッテリ310が過放電となることを回避できる。
図9には、本発明の実施の形態1によるハイブリッド車両における低SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移の一例が示される。
図9を参照して、低負荷走行時には、要求パワーPr*が小さいため、充放電パワーPchgは、充電上限値Pcmaxに従って設定される。したがって、下限SOC(Smin)近傍で低負荷走行が開始されると(状態213)、充電上限マップ203(図5)に沿って、メインバッテリ310を充電するように充放電パワーPchgが設定される。これにより、SOCが徐々に上昇する。
そして、SOCがS3(第2のSOC)に達すると(状態214)、Pcmax=0に設定されるので、メインバッテリ310の充電が停止される。
したがって、低負荷走行がさらに継続されても、充放電パワーPchgが放電側(Pchg<0)に設定されるので、SOCがS3よりも上昇することはない。すなわち、充電上限マップ203は、SOC=S3までを限界としてメインバッテリ310の充電を許可するように構成されている。
このように、低負荷走行時の充電を抑制することによって、加速後の減速時に、回生エネルギによってメインバッテリが充電されても、SOCが上昇し過ぎることを防止できる。すなわち、低負荷走行時には、SOCが高くなり過ぎないようにした上で、エンジン100の熱効率を上昇させるようにエンジン100の動作点(出力パワー)を設定することができる。
以上説明したように、実施の形態1によるハイブリッド車両によれば、エンジンの作動を伴う走行モードにおいて、蓄電装置のSOCおよび車両の走行状態(要求パワーPr*)の両方に基づいて充放電パワーPchgを適切に設定することによって、車両のエネルギ効率を向上させつつ、SOCを制御範囲内に維持することができる。
[実施の形態2]
以降で説明する各実施の形態では、主に、充放電パワーPchgの設定手法が実施の形態1と異なる。以下の実施の形態では、実施の形態1とは異なる部分のみを説明する一方で、実施の形態1と共通の部分については原則的には説明を繰返さない。
図10には、図4に代えて実行される、実施の形態2によるハイブリッド車両における、充放電パワーPchgを設定するための制御処理が示される。
図10を参照して、ECU400は、図4と同様のステップS210の処理後、ステップS225により、現在のSOCおよび車速に基づいて、充放電パワーPchgの範囲を示す、充電上限値Pcmaxおよび放電上限値Pdmaxを設定する。さらに、ECU400は、図4と同様のステップS230により、ステップS225で設定されたPcmax〜−Pdmaxの範囲内で、エンジン100の熱効率を向上させるように、充放電パワーPchgを決定する。実施の形態2では、実施の形態1と比較して、充放電上限値Pcmax,Pdmaxの設定が異なる。
図11の概念図を用いて、ステップS225における充放電上限値Pcmax,Pdmaxの設定について説明する。
図11を図5と比較して、実施の形態2においても、基本的な充放電パワーPchg*は、図5と同様の基本マップ201に従って設定される。一方で、実施の形態2では、実施の形態1とは異なり、放電上限マップおよび充電上限マップが、ハイブリッド車両10の車速に応じて切換えられる。
放電上限マップ202および充電上限マップ203は、図5に示したのと同様である。ハイブリッド車両10が高車速状態ではないとき、たとえば、車速が所定の閾値以下であるときには、全SOC領域に亘って、放電上限マップ202および充電上限マップ203に従って、充放電上限値Pcmax,Pdmaxが設定される。
一方で、ハイブリッド車両10が高車速状態であるとき、たとえば、車速が所定の閾値より高いときには、一部のSOC領域において、放電上限マップ202に代えて放電上限マップ204に従って、放電上限値Pdmaxが設定される。同様に、ハイブリッド車両10が高車速状態であるときには、一部のSOC領域において、充電上限マップ203に代えて充電上限マップ205に従って、充電上限値Pcmaxが設定される。
放電上限マップ204は、放電上限マップ202と比較して、同一のSOCに対して放電上限値Pdmaxを増加するように設定されていることが理解される。これにより、高車速時の高負荷走行では、SOC=S2♯(S2♯<S2)までの放電が許可される。
同様に、充電上限マップ205は、充電上限マップ203と比較して、同一のSOCに対して充電上限値Pcmaxを減少するように設定されていることが理解される。これにより、高車速時の低負荷走行では、SOC=S3♯(S3♯<S3)までしか充電が許可されない。すなわち、充電が抑制される。
このように、実施の形態2では、高車速時において、同一のSOCに対してメインバッテリ310の放電が促進されるように、充放電パワーPchgが設定されることになる。
図12には、本発明の実施の形態2によるハイブリッド車両における高車速かつ高SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移の一例が示される。
図12を参照して、高負荷走行時には、要求パワーPr*が大きいため、充放電パワーPchgは、放電上限値Pdmaxに従って設定される。したがって、高車速時に、上限SOC(Smax)近傍で高負荷走行が開始されると(状態214)、放電上限マップ204(図11)に沿って、メインバッテリ310を放電するように充放電パワーPchgが設定される。この結果、SOCが徐々に低下する。
そして、SOCがS2♯(第1のSOC)に達すると(状態215)、Pdmax=0に設定されるので、メインバッテリ310の放電が停止される。したがって、高負荷走行がさらに継続されても、充放電パワーPchgが充電側(Pchg>0)に設定されるので、SOCがS2♯よりも低下することはない。すなわち、放電上限マップ204は、SOC=S2♯までを限界としてメインバッテリ310の放電を許可するように構成されている。これにより、高車速時には、非高車速時と比較して、より低いSOCまで放電が促進される。
そして、加速後の減速時には、回生発電によってSOCは再び上昇するので、SOCが状態216へ復帰することが期待できる(状態216)。高車速時には、回生ブレーキによって回収されるエネルギが多いので、非高車速時よりも低い領域までSOCを低下させても、メインバッテリ310のSOCが低下し過ぎることを防止できる。
図13には、本発明の実施の形態2によるハイブリッド車両における高車速かつ低SOC状態からの高負荷走行時のSOC推移の一例が示される。
図13を参照して、低負荷走行時には、要求パワーPr*が小さいため、充放電パワーPchgは、充電上限値Pcmaxに従って設定される。したがって、高車速時に下限SOC(Smin)近傍で低負荷走行が開始されると(状態217)、充電上限マップ205(図11)に沿って、メインバッテリ310を充電するように充放電パワーPchgが設定されることにより、SOCが徐々に上昇する。
そして、SOCがS3♯(第2のSOC)に達すると(状態218)、Pcmax=0に設定されるので、メインバッテリ310の充電が停止される。
したがって、低負荷走行がさらに継続されても、充放電パワーPchgが放電側(Pchg<0)に設定されるので、SOCがS3♯よりも上昇することはない。すなわち、充電上限マップ203は、SOC=S3♯(S3♯<S3)までを限界としてメインバッテリ310の充電を許可するように構成されている。これにより、高車速時には、非高車速時と比較して、低いSOCまでに充電が抑制される。
そして、加速後の減速時には、回生発電によってメインバッテリ310が充電されても、SOCはそれほど上昇しない(状態219)。高車速時には、回生ブレーキによって回収されるエネルギが多いので、非高車速時よりも低い領域までの充電に止めることによって、加速終了後にメインバッテリ310のSOCが上昇し過ぎることを防止できる。
以上説明したように、実施の形態2によるハイブリッド車両によれば、実施の形態1での効果に加えて、高車速時には、減速時における回生エネルギが大きくなることを考慮してメインバッテリ310の充放電をさらに適切に制御することができる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、メインバッテリ310の温度に応じて充放電パワー範囲Pcmax〜−Pdmaxを変更する制御についてさらに説明する。
図14には、図4に代えて実行される、実施の形態3によるハイブリッド車両における、充放電パワーPchgを設定するための制御処理が示される。
図14を参照して、ECU400は、図4と同様のステップS210の処理後、ステップS227により、メインバッテリ310の温度(バッテリ温度)を反映して、充電上限値Pcmaxおよび放電上限値Pdmaxを設定する。さらに、ECU400は、図4と同様のステップS230により、ステップS227で設定されたPcmax〜−Pdmaxの範囲内で、エンジン100の熱効率を向上させるように、要求パワーPr*に応じて充放電パワーPchgを決定する。実施の形態3では、実施の形態1と比較して、充放電上限値Pcmax,Pdmaxの設定が異なる。
図15の概念図を用いて、ステップS227における充放電上限値Pcmax,Pdmaxの設定について説明する。
図15を図5と比較して、実施の形態3においても、基本的な充放電パワーPchg*は、図4と同様のマップ201に従って設定される。一方で、実施の形態3では、実施の形態1,2とは異なり、放電上限マップ202および充電上限マップ203における最大充電値および最大放電値がバッテリ温度に応じて変化する。
メインバッテリ310の非低温時、たとえば、バッテリ温度が所定の閾値より高いときには、放電上限マップ202は、図5と同様に、最大放電値がPd0となるように設定される。同様に、充電上限マップ203は、図5と同様に、最大充電値がPc0となるように設定される。
これに対して、メインバッテリ310の低温時、たとえば、バッテリ温度が所定の閾値より低いときには、放電上限マップ206および充電上限マップ207が適用される。放電上限マップ206により、全SOC領域を通じた最大放電値がPd0♯(Pd0♯>Pd0)に高められる。同様に、充電上限マップ207により、最大充電値はPc0♯(Pc0♯>Pc0)に高められる。
このように、メインバッテリ310の低温時には、充放電パワーPchgの設定範囲(Pcmax〜−Pdmax)が拡大されるので、メインバッテリ310を大きい電力で充放電することができる。この結果、メインバッテリ310の発熱量を増加させることによって、メインバッテリ310を効率的に昇温することができる。また、メインバッテリ310の温度が上昇して低温状態を脱した後は、通常の最大充電値Pc0および最大放電値Pd0が設定される。これにより、メインバッテリ310の過放電あるいは過充電を抑制することができる。
なお、実施の形態2(図11)における充電上限マップおよび放電上限マップに対して、メインバッテリ310の低温時に最大充電値および最大放電値を高めるように充放電上限値Pcmax,Pdmaxを設定することも可能である。
さらに、高SOC状態での高負荷走行時に、一時的に放電上限マップ206および/または充電上限マップ207を適用するように、充放電上限値Pcmax,Pdmaxを設定することも可能である。このようにすると、一時的に放電量あるいは充電量を拡大することにより、充放電の際のエンジン効率をさらに高めることが可能になるので、車両のエネルギ効率を向上することができる。
[実施の形態4]
実施の形態4では、ハイブリッド車両の積載重量に応じた充放電制御について説明する。以下に説明する実施の形態4による充放電制御は、実施の形態1〜3で説明した充放電制御と適宜組合せることができる。
図16は、実施の形態4によるハイブリッド車両の充放電制御の制御処理を説明するためのフローチャートである。
図16を参照して、ECU400は、ステップS270により、ハイブリッド車両10の積載重量を推定する。
たとえば、積載重量は、乗員数やその体格を識別するセンサの出力に基づいて推定できる。あるいは、シートフレーム上の歪ゲージ式荷重センサやクッションパッド上に組込まれた加圧センサマットによって検出された、シートに加わる荷重に基づいて、乗員重量を推定してもよい。また、クッションパッド下のジェルを封入したマットに加わる圧力に基づいて、乗員重量を推定することも可能である。
あるいは、画像センサにより乗員の体格姿勢を検知するシステムの出力に基づいて、乗員重量を推定することができる。また、加速度センサ、ヨーレートセンサ、サスペンスポジショニングセンサや、トランクルーム内の積載重量を検知するためのセンサの出力等を用いて、ハイブリッド車両10の積載重量を推定してもよい。ステップS270による積載重量の推定は、センサ類を適宜配置することによって、任意に行うことができる。
ECU400は、ステップS280により、ステップS270で推定された積載重量を、所定の判定値と比較する。そして、ECU400は、積載重量が判定値よりも小さいとき(S280のNO判定時)には、ステップS290に処理を進めて、通常の充放電制御を行う。
これに対して、ECU400は、積載重量が判定値よりも大きいとき(S280のNO判定時)には、ステップS295に処理を進めて、通常の充放電制御(ステップS290)よりも、メインバッテリ310の放電が相対的に促進されるように充放電パワーPchgを設定する。これにより、積載重量が大きいときには、積載重量が小さいときと比較して、メインバッテリ310が放電され易くなるように、充放電制御が実行される。
たとえば、メインバッテリ310の放電を促進するための充放電制御の例として、充放電パワーPchgの設定を修正する手法について、図17および図18を用いて説明する。
図17は、実施の形態4によるハイブリッド車両における充放電パワーの設定範囲を説明するための概念図である。
図17を参照して、ステップS290による通常の充放電制御では、制御中心をSrとして充放電が制御される。たとえば、実施の形態1(図5)による特性線201、放電上限マップ202および充電上限マップ203に従って設定されたPcmax〜−Pdmaxの範囲内で、要求パワーPr*に応じて充放電パワーPchgが設定される。
これに対して、ステップS295による充放電制御では、制御中心をSr♯(Sr♯<Sr)として充放電が制御される。たとえば、特性線201、放電上限マップ202および充電上限マップ203を低SOC側にシフトした、特性線201♯、放電上限マップ202♯および充電上限マップ203♯に従って設定されたPcmax〜−Pdmaxの範囲内で、要求パワーPr*に応じて充放電パワーPchgが設定される。
この結果、積載重量が大きいときには、積載重量が小さいときと比較して、SOCの制御中心を低SOC側にシフトするように、メインバッテリ310の充放電が制御される。これにより、メインバッテリ310が放電が促進される。
積載重量が大きいときには、減速時に回収される回生エネルギが大きくなる。したがって、回生エネルギの回収に備えて、メインバッテリ310の放電を促進するようにSOCを低めに制御することによって、回生発電時に高SOC状態が継続することを抑制できる。
図18は、実施の形態4によるハイブリッド車両における要求パワーに応じた充放電パワーの設定を説明するための概念図である。図18には、図7と同様に、Pcmax〜−Pdmaxの範囲内で要求パワーPr*に応じて充放電パワーPchgを設定するためのマップが示される。
図18を参照して、点線で示されたマップ301は、図7に示されたマップと同様である。ステップS290による通常の充放電制御では、マップ301に従って、充放電パワーPchgが設定される。
これに対して、ステップS295による充放電制御では、マップ301に代えてマップ302が適用される。マップ302は、マップ301と比較して、同一の要求パワーPr*に対して、放電電力が大きくなるように、あるいは、充電電力が小さくなるように設定されている。すなわち、マップ302によって充放電パワーPchgを設定することにより、マップ301の適用時よりも、放電側に充放電パワーPchgを設定することができる。この結果、図17と同様に、積載重量が大きいときに、メインバッテリ310の放電を促進するようにSOCを低めに制御することが可能となる。
このように、図17および/または図18を用いて充放電パワーPchgを設定することにより、積載重量が大きいときに、回生エネルギの回収に備えて、メインバッテリ310の放電を促進するようにSOCを低めに制御することが可能となる。
あるいは、図1に示したハイブリッド車両10のように、エンジンを停止した走行(EVモード)およびエンジン作動を伴う走行(HVモード)を選択的に実行できる場合には、走行モードの遷移条件を変更することによっても、積載重量が大きいときにメインバッテリ310の放電を促進することができる。
図19には、ハイブリッド車両10における走行モードの遷移図が示される。
図19を参照して、ハイブリッド車両10は、EVモードでは、モータジェネレータ300Bの出力によって走行する。EVモードでは、車両走行のための要求パワーPr*が、エンジン100の出力を必要としない範囲内であることが必要である。また、EVモードでは、エンジン出力によるメインバッテリ310の充電が実行されないので、SOCは徐々に減少する。
したがって、EVモードは、SOCが所定の下限値Stlより高く、かつ、要求パワーPr*がパワー閾値Pth1よりも低いことを条件に選択される。したがって、EVモードにおいて、Pr*>Pth1またはSOC>Stlが成立すると、走行モードは、HVモードへ遷移する。
要求パワーPr*の増大またはSOC低下によって、HVモードが適用されると、エンジン100が始動される。エンジン100が始動すると、実施の形態1〜3あるいは、実施の形態4の図17および/または図18に従って、エンジン100の出力による発電を伴ってメインバッテリ310の充放電が制御される。また、エンジン100の出力によって、要求パワーPr*が確保される。
HVモードにおいて、エンジン要求パワーPeが低下すると、エンジン100を停止することが可能となる。したがって、HVモードにおいて、エンジン要求パワーPeがパワー閾値Pth2よりも低いときには、EVモードへの遷移が指示される。ただし、この際には、EVモードをある程度の期間継続するためのSOCが必要となる。このため、HVモードにおいて、Pe<Pth2かつSOC<Stl♯(Stl♯>Stl)が成立すると、走行モードは、EVモードへ遷移する。
図20には、走行モードの遷移を判定するためのパワー閾値Pth1,Pth2の設定を説明するための概念図が示される。
図20を参照して、閾値Pth1およびPth2は、車速に応じて設定される。概略的には、低車速になるほどパワー閾値Pth1,Pth2は高く設定される。
閾値Pth1およびPth2は、積載重量が小さいときは(ステップS290)、マップ401および402にそれぞれ従って設定される。一方で、積載重量が大きいときは(ステップS295)、点線で示されたマップ401♯および402♯にそれぞれ従って、パワー閾値Pth1,Pth2が設定される。
図20から理解されるように、マップ401♯および402♯では、マップ401および402と比較して、パワー閾値Pth1,Pth2は高く設定される。パワー閾値Pth1が高く設定されると、EVモードからHVモードへ遷移し難くなる。同様に、パワー閾値Pth2が高く設定されると、HVモードからEVモードへ遷移し易くなる。
したがって、マップ401♯および402♯が適用されると、マップ401および402が適用されるときと比較して、エンジン100の作動時間が短くなる。この結果、積載重量が大きいときに、メインバッテリ310の放電を促進するようにSOCを低めに制御することができる。
このように実施の形態4による充放電制御によれば、積載重量が大きいときには、比較的大きな回生エネルギの回収に備えてメインバッテリ310の放電を促進するようにSOCを低めに制御することができる。この結果、車両積載重量が大きいときに、回生発電時に高SOC状態が継続することを抑制できる。
なお、実施の形態1〜4を通じて、ハイブリッド車両のパワートレーン構成は図1の例示に限定されないことを確認的に記載する。図1では、エンジン100の出力によってメインバッテリ310の充電電力を発生するモータジェネレータ300A(発電機構)と、車両駆動力を発生するモータジェネレータ300B(走行用電動機)とを別個のモータジェネレータとする構成例を示した。しかしながら、本発明の適用はこのようなハイブリッド車両の構成に限定されるものではない。
たとえば、特許文献3に示されるように、単一のモータジェネレータによって、エンジン出力によってメインバッテリ310の充電電力の発電と、エンジン出力をアシストするための車両駆動力との発生とを、別個の期間に実行するような構成を有するハイブリッド車両に対しても、エンジン作動時における蓄電装置の充放電制御について、実施の形態1〜4と同等に実行することが可能である。すなわち、「発電機構」および「走行用電動機」は、別個のモータジェネレータによって構成されてもよく、単一のモータジェネレータが時分割で両者の機能を発揮するように構成されてもよい。
また、図1では、EVモードおよびHVモードを選択できるハイブリッド車両を例示したが、実施の形態4の図19および図20で説明した充放電制御を除いては、エンジンを停止して走行するEVモードを有しないハイブリッド車両に対しても適用することが可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、エンジンの出力によって蓄電装置の充電電力を発生することが可能なハイブリッド車両に適用することができる。
10 ハイブリッド車両、12 駆動輪、14 減速機、16 駆動軸、100 エンジン、110 動作ライン(エンジン)、111,112,113 エンジン動作点、120 等パワー線、201 基本マップ(充放電パワー)、202 放電上限マップ、203 充電上限マップ、211〜219 状態、250 動力分割機構、252 出力軸、300,300A,300B モータジェネレータ、310 メインバッテリ、320 昇圧コンバータ、330 インバータ、340 監視ユニット、400 ECU、402 MG_ECU、404 HV_ECU、406 エンジンECU、Ib バッテリ電流、Ne エンジン回転数、Ne* エンジン目標回転数、Pc0,Pc0♯ 最大充電値、Pchg 充放電パワー、Pchg* 基本充放電パワー、Pcmax 充電上限値、Pd0,Pd0♯ 最大放電値、Pdmax 放電上限値、Pcmax 充電上限値、Pe エンジン要求パワー、Pr* 要求パワー(車両走行)、Pth1,Pth2 パワー閾値、Sr,Sr♯ SOC制御目標、Tb バッテリ温度、Te エンジントルク、Te* エンジン目標トルク、Vb バッテリ電圧。
この発明のある局面では、ハイブリッド車両は、蓄電装置と、エンジンと、エンジンの出力によって蓄電装置の充電電力を発生するための発電機構と、制御部とを備える。制御部は、エンジンを作動した走行モードにおいて、SOC制御目標を含む下限SOCから上限SOCの範囲内に蓄電装置のSOCを制御するための蓄電装置の充放電電力を設定する。さらに、制御部は、SOCがSOC制御目標より低い場合であっても、車両走行に必要な要求パワーに応じて、下限SOCよりも高い第1のSOCまでを限度に蓄電装置を放電するように充放電電力を設定する。
図5の概念図を用いて、充放電パワーの設定範囲について詳細に説明する。
図5を参照して、基本的な充放電パワーPchg*は、特性線201に従ったマップ(以下、基本マップ201とも称する)の参照により設定される。基本マップ201によって、SOC制御目標Srに対して、SOC=SrのときにPchg*=0となり、SOC>Srのときには、メインバッテリ310を放電するようにPchg*<0に設定される。一方で、SOC<Srのときは、メインバッテリ310を充電するようにPchg*0に設定される。なお、図8の例では、制御目標Srを単一のSOC値としているが、一定のSOC範囲を制御目標としてもよい。
SOCが、SOC制御範囲の下限(下限SOC)Sminよりも低くなると、Pchg*は最大充電値Pc0(Pc0>0)に設定される。同様に、SOCが上限SOC(Smx)よりも高くなると、Pchg*は最大放電値Pd0(Pd0<0)に設定される。
さらに、SOC=S2ではPdmax=0に設定され、S2<SOC<Srの範囲では、Pchg*>0(充電)に設定される一方で、メインバッテリ310の放電を許容するべく、Pdmax>0に設定される。SOCSrの領域でも、Pchg*よりも大きい電力での放電が可能となるように、たとえば、最大放電値Pd0までの放電を許容するように、Pdmaxが設定される(Pdmax>0)。
さらに、SOC=S3ではPcmax=0に設定され、Sr<SOC<S3の範囲では、Pchg*<0(放電)に設定される一方で、メインバッテリ310の充電を可能とするべく、Pcmax>0に設定される。SOCSrの領域でも、Pchg*よりも大きい電力での充電が可能となるように、たとえば、最大充電値Pc0までの充電を許容するように、Pcmaxが設定される(Pcmax>0)。
これに対して、ECU400は、積載重量が判定値よりも大きいとき(S280のYES判定時)には、ステップS295に処理を進めて、通常の充放電制御(ステップS290)よりも、メインバッテリ310の放電が相対的に促進されるように充放電パワーPchgを設定する。これにより、積載重量が大きいときには、積載重量が小さいときと比較して、メインバッテリ310が放電され易くなるように、充放電制御が実行される。
閾値Pth1およびPth2は、積載重量が小さいときは(ステップS290)、マップ401および40にそれぞれ従って設定される。一方で、積載重量が大きいときは(ステップS295)、点線で示されたマップ401♯および40♯にそれぞれ従って、パワー閾値Pth1,Pth2が設定される。
図20から理解されるように、マップ401♯および40♯では、マップ401および40と比較して、パワー閾値Pth1,Pth2は高く設定される。パワー閾値Pth1が高く設定されると、EVモードからHVモードへ遷移し難くなる。同様に、パワー閾値Pth2が高く設定されると、HVモードからEVモードへ遷移し易くなる。
したがって、マップ401♯および40♯が適用されると、マップ401および40が適用されるときと比較して、エンジン100の作動時間が短くなる。この結果、積載重量が大きいときに、メインバッテリ310の放電を促進するようにSOCを低めに制御することができる。

Claims (15)

  1. 蓄電装置(310)と、
    エンジン(100)と、
    前記エンジンの出力によって前記蓄電装置の充電電力を発生するための発電機構(300A)と、
    前記エンジンを作動した走行モードにおいて、SOC制御目標(Sr,Sr♯)を含む下限SOC(Smin)から上限SOC(Smax)の範囲内に前記蓄電装置のSOCを制御するための前記蓄電装置の充放電電力(Pchg)を設定するための制御部(400)とを備え、
    前記制御部は、前記SOCが前記SOC制御目標より低い場合であっても、車両走行に必要な要求パワー(Pr*)に応じて、前記下限SOC(Smin)よりも高い第1のSOC(S2,S2♯)までを限度に前記蓄電装置を放電するように、前記充放電電力を設定する、ハイブリッド車両。
  2. 前記制御部(400)は、前記SOCが前記SOC制御目標(Sr,Sr♯)より低く、かつ、前記要求パワー(Pr*)が大きいために前記蓄電装置(310)を放電する際に、高車速時には、低車速時よりも放電電力が大きくなるように、前記充放電電力(Pchg)を設定する、請求項1記載のハイブリッド車両。
  3. 前記高車速時における前記第1のSOC(S2♯)は、前記低車速時における前記第1のSOC(S2)よりも低く設定される、請求項2記載のハイブリッド車両。
  4. 前記制御部(400)は、前記SOCが前記SOC制御目標(Sr,Sr♯)より高い場合であっても、前記要求パワー(Pr*)に応じて、前記上限SOC(Smax)よりも低い第2のSOC(S3,S3♯)までを限度に前記蓄電装置(310)を充電するように、前記充放電電力を設定する、請求項1記載のハイブリッド車両。
  5. 前記制御部(400)は、前記SOCが前記SOC制御目標(Sr,Sr♯)より高く、かつ、前記要求パワー(Pr*)が小さいために前記蓄電装置(310)を充電する際に、高車速時には、低車速時よりも充電電力が小さくなるように前記充放電電力(Pchg)を設定する、請求項4記載のハイブリッド車両。
  6. 前記高車速時における前記第2のSOC(S3♯)は、前記低車速時における前記第2のSOC(S3)よりも低く設定される、請求項5記載のハイブリッド車両。
  7. 前記制御部(400)は、前記蓄電装置(310)の低温時には、前記蓄電装置の高温時と比較して、前記充放電電力(Pchg)の設定範囲を拡大する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のハイブリッド車両。
  8. 前記制御部(400)は、前記ハイブリッド車両の積載重量が大きいときには、前記積載重量が小さいときと比較して、前記蓄電装置(310)が放電され易くなるように前記蓄電装置の充放電を制御する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のハイブリッド車両。
  9. 蓄電装置(310)と、エンジン(100)と、前記エンジンの出力によって前記蓄電装置の充電電力を発生するための発電機構(300A)とを搭載したハイブリッド車両の制御方法であって、
    前記エンジンを作動した走行モードにおいて、SOC制御目標(Sr,Sr♯)を含む下限SOC(Smin)から上限SOC(Smax)の範囲内に前記蓄電装置のSOCを制御するための前記蓄電装置の充放電電力(Pchg)を設定するステップ(S200)を備え、
    前記設定するステップは、
    前記SOCが前記SOC制御目標より低い場合であっても、車両走行に必要な要求パワー(Pr*)に応じて、前記下限SOC(Smin)よりも高い第1のSOC(S2,S2♯)までを限度に、前記蓄電装置を放電するステップ(S220,S225)を含む、ハイブリッド車両の制御方法。
  10. 前記放電するステップ(S225)は、前記SOCが前記SOC制御目標(Sr,Sr♯)より低く、かつ、前記要求パワー(Pr*)が大きいために前記蓄電装置(310)を放電する際に、高車速時には、低車速時よりも放電電力が大きくなるように、前記充放電電力(Pchg)を設定する、請求項9記載のハイブリッド車両の制御方法。
  11. 前記高車速時における前記第1のSOC(S2♯)は、前記低車速時における前記第1のSOC(S2)よりも低く設定される、請求項10記載のハイブリッド車両の制御方法。
  12. 前記設定するステップ(S200)は、前記SOCが前記SOC制御目標(Sr,Sr♯)より高い場合であっても、前記要求パワー(Pr*)に応じて、前記上限SOC(Smax)よりも低い第2のSOC(S3,S3♯)までを限度に、前記蓄電装置(310)を充電するステップ(S220,S225)をさらに含む、請求項9記載のハイブリッド車両の制御方法。
  13. 前記充電するステップ(S220,S225)は、前記SOCが前記SOC制御目標(Sr,Sr♯)より高く、かつ、前記要求パワー(Pr*)が小さいために前記蓄電装置(310)を充電する際に、高車速時には、低車速時よりも充電電力が小さくなるように、前記充放電電力(Pchg)を設定する、請求項12記載のハイブリッド車両の制御方法。
  14. 前記設定するステップ(S200)は、前記蓄電装置(310)の低温時には、前記蓄電装置の高温時と比較して、前記充放電電力(Pchg)の設定範囲を拡大するステップ(S227)をさらに含む、請求項9〜13のいずれか1項に記載のハイブリッド車両の制御方法。
  15. 前記ハイブリッド車両(10)の積載重量が大きいときには、前記積載重量が小さいときと比較して、前記蓄電装置(310)が放電され易くなるように前記蓄電装置の充放電を制御するステップ(S295)をさらに備える、請求項9〜13のいずれか1項に記載のハイブリッド車両の制御方法。
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