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JP2013001264A - 車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンと、エンジンに連結された回転電機と、回転電機との間で電力を授受するバッテリとを備えた車両において、バッテリ低温時におけるバッテリ残存容量の低下を適切に抑制する。
【解決手段】エンジンと、エンジンに連結された第1MG(モータジェネレータ)と、第1MGとの間で電力を授受するバッテリとを備えた車両において、ECUは、停車中(S10にてYES)かつバッテリ低温時(S11にてYES)には、バッテリ放電許容電力Woutを所定レートで徐々に0キロワットまで低下させる(S12)。その後、ECUは、目標エンジン回転速度Netagを過渡的に所定量だけ低下させることによって、エンジン回転速度Neを過渡的に引き下げる(S13)。
【選択図】図6

Description

本発明は、車両に関し、特に、エンジンと、エンジンに連結されたモータと、モータとの間で電力を授受するバッテリとを備えた車両に関する。
特開2010−158137号公報(特許文献1)には、エンジンと、エンジンに連結されたモータと、モータを駆動させるための電力を蓄えるバッテリとを備えた車両において、バッテリ温度が低い場合に、バッテリの過放電が起こらないようにモータのパワーを制限する技術が開示されている。
特開2010−158137号公報
ところで、バッテリ低温時は、バッテリ残存容量を回復(増加)させにくい傾向にある。すなわち、バッテリ低温時は、バッテリ充電許容電力が絞られてバッテリの充電そのものが大きく制限されるため、バッテリ残存容量の回復に遅れが生じる。さらに、エンジンパワー過剰によるバッテリ過充電(エンジンパワーによるモータの発電電力がバッテリ充電許容電力を超える状態)を防止するためにエンジンパワーを制限する場合には、エンジンパワー制限によってエンジン回転速度が過渡的に落ち込む場合があり、このエンジン回転速度の落ち込みをモータのパワーで回復させようとすると、バッテリから放電させることになり、バッテリ残存容量の回復に更なる遅れが生じる。しかしながら、上述の特許文献1には、このような課題およびその対策について何ら具体的な言及はない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンと、エンジンに連結された回転電機と、回転電機との間で電力を授受するバッテリとを備えた車両において、バッテリ低温時におけるバッテリ残存容量の低下を適切に抑制することである。
この発明に係る車両は、エンジンと、エンジンに連結され、エンジンを回転させるためのトルクの発生およびエンジンの動力を用いた発電が可能な回転電機と、回転電機との間で電力を授受するバッテリと、エンジンおよび回転電機を制御する制御装置とを備える。制御装置は、バッテリの温度がしきい値未満である場合、バッテリの温度がしきい値以上である場合に比べて、エンジンの回転速度を増加させるために費やされる回転電機の出力を制限することによってバッテリの残存容量の低下を抑制する。
好ましくは、バッテリの充電許容電力は、バッテリの温度が低いほど低下する。制御装置は、バッテリの温度がしきい値未満である場合、エンジンの出力過剰によって回転電機の発電量が充電許容電力を超えることを抑制するためにエンジンの出力制限を行なうとともに、エンジンの出力制限によって低下したエンジンの回転速度を回復させるために費やされる回転電機の出力を制限する。
好ましくは、制御装置は、回転電機の出力を制限したことに応じて、エンジンの目標回転速度を低下させる。
好ましくは、制御装置は、バッテリの放電許容電力または回転電機の出力指令値を低下させることによって、回転電機の出力を制限する。
好ましくは、制御装置は、バッテリの温度がしきい値未満である場合に加えて、ユーザが節約運転を要求している場合に、回転電機の出力を制限する。
好ましくは、制御装置は、バッテリの温度がしきい値未満である場合に加えて、バッテリの残存容量が所定値未満である場合に、回転電機の出力を制限する。
本発明によれば、エンジンと、エンジンに連結された回転電機と、回転電機との間で電力を授受するバッテリとを備えた車両において、バッテリ低温時におけるバッテリ残存容量の低下を適切に抑制することができる。
車両の全体ブロック図である。 停車時の共線図を示す図(その1)である。 停車時の共線図を示す図(その2)である。 ECUの機能ブロック図である。 エンジンパワーおよびバッテリ電力の時間変化を示す図である。 ECUの処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、本発明の実施の形態に従う車両1の全体ブロック図である。図1を参照して、この車両1は、エンジン10と、第1MG(Motor Generator)20と、第2MG30と、動力分割装置40と、減速機50と、駆動輪51と、PCU(Power Control Unit)60と、バッテリ70と、ECU(Electronic Control Unit)200とを備える。
エンジン10、第1MG20および第2MG30は、動力分割装置40を介して連結される。そして、この車両1は、エンジン10および第2MG30の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン10が発生する動力は、動力分割装置40によって2経路に分割される。すなわち、一方は減速機50を介して駆動輪51へ伝達される経路であり、もう一方は第1MG20へ伝達される経路である。なお、本発明に係る車両は、図1に示すような、エンジンと2つのMGとを備えるタイプのハイブリッド車両に限定されるものではない。たとえば、エンジンと1つのMGとを備えるタイプのハイブリッド車両であってもよい。
エンジン10は、ECU200からの制御信号S1によって制御される。第1MG20および第2MG30は、交流の回転電機であり、たとえば、三相交流同期電動機である。第1MG20は、動力分割装置40によって分割されたエンジン10の動力を用いて発電する。第2MG30は、バッテリ70に蓄えられた電力および第1MG20により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第2MG30の駆動力は、減速機50を介して駆動輪51に伝達される。なお、車両の制動時等には、減速機50を介して駆動輪51により第2MG30が駆動され、第2MG30が発電機として動作する。これにより、第2MG30は、車両の運動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとしても機能する。第2MG30により発電された回生電力は、バッテリ70に蓄えられる。
動力分割装置40は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン10のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第1MG20の回転軸に連結される。リングギヤは第2MG30の回転軸および減速機50に連結される。このように、エンジン10、第1MG20および第2MG30が遊星歯車からなる動力分割装置40を介して連結されることで、エンジン回転速度Ne、第1MG回転速度Ngおよび第2MG回転速度Nmは、共線図において直線で結ばれる関係になる。
図2および図3は、いずれも停車時の共線図を示す図である。上述したように、エンジン回転速度Ne、第1MG回転速度Ng、第2MG回転速度Nmは、共線図において直線で結ばれる関係になる。なお、第2MG回転速度Nmは車速Vに対応する。停車時(車速Vが0のとき)には、第2MG回転速度Nmが0となり、エンジン回転速度Neはエンジン10のトルクあるいは第1MG20のトルクを用いて目標エンジン回転速度Netagにフィードバック制御される。
図2には、第1MG20のトルク(以下、「第1MGトルクTg」という)および第1MG20からエンジン10に伝達されるトルク(以下、「第1MG伝達トルクTge」という)が示されている。図2に示すように、バッテリ70から放電させて第1MGトルクTgを正トルクとすると、エンジン10には正方向の第1MG伝達トルクTge(Tge>0)が作用するため、エンジン回転速度Neを増加させることができる。一方、第1MG20で発電させて第1MGトルクTgを負トルクとすると、エンジン10には負方向の第1MG伝達トルクTge(Tge<0)が作用するため、エンジン回転速度Neを低下させることができる。
図3には、エンジン10のトルク(以下、「エンジントルクTe」という)およびエンジン10から第1MG20に伝達されるトルク(以下、「エンジン伝達トルクTeg」という)が示されている。図3に示すように、エンジントルクTeを正方向に増加させると、第1MG20には正方向のエンジン伝達トルクTegが作用するため、第1MG回転速度Ngが引き上げられる。この際、第1MG20では発電が行なわれる。
いずれの場合においても、第1MG20がモータとして機能する場合には、バッテリ70から第1MG20への放電が行なわれる。第1MG20がジェネレータとして機能する場合には、第1MG20が発電した電力がバッテリ70に充電されることになる。
図1に戻って、PCU60は、ECU200からの制御信号S2によって制御される。PCU60は、バッテリ70に蓄えられた直流電力を第1MG20および第2MG30を駆動可能な交流電力に変換して第1MG20および/または第2MG30に出力する。これにより、バッテリ70に蓄えられた電力で第1MG20および/または第2MG30が駆動される。また、PCU60は、第1MG20および/または第2MG30によって発電される交流電力をバッテリ70に充電可能な直流電力に変換してバッテリ70へ出力する。これにより、第1MG20および/または第2MG30が発電した電力でバッテリ70が充電される。
バッテリ70は、第1MG20および/または第2MG30を駆動するための電力を蓄える直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。バッテリ70の電圧は、たとえば200V程度である。
バッテリ70の実際の放電電力および充電電力は、バッテリ70の保護のために、それぞれバッテリ放電許容電力Woutおよびバッテリ充電許容電力Winを超えないように制御される。バッテリ放電許容電力Woutおよびバッテリ充電許容電力Winは、バッテリ残存容量SOCやバッテリ温度に応じて設定される。バッテリ温度が低いと、バッテリ放電許容電力Woutおよびバッテリ充電許容電力Winは共に小さい値に絞られる。特に、バッテリ温度がたとえばマイナス10℃未満の極低温時には、バッテリ充電許容電力Winは数キロワット程度の微小な値となる場合もある。
さらに、車両1は、エコスイッチ11、監視ユニット71を備える。エコスイッチ11は、ユーザが節約運転を要求する操作を入力するためのスイッチである。ユーザがエコスイッチ11を押すと、エコスイッチ11はユーザが節約運転を要求していることを表わす信号D1をECU200へ送信する。
監視ユニット71は、バッテリ70の状態(具体的にはバッテリ電流、バッテリ電圧、バッテリ温度)を監視し、監視結果を示す信号D2をECU200へ送信する。
ECU200は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサからの情報に基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。
ECU200は、バッテリ残存容量SOCやバッテリ温度に応じて上述したバッテリ放電許容電力Woutおよびバッテリ充電許容電力Winを設定し、バッテリ70の実際の放電電力および充電電力をそれぞれバッテリ放電許容電力Woutおよびバッテリ充電許容電力Winを超えないように制御する。
ECU200は、バッテリ低温時(バッテリ充電許容電力Winが小さい値に絞られるとき)には、エンジンパワーを用いた第1MG20の発電電力がバッテリ充電許容電力Winを超えないように(バッテリ70が過充電とならないように)、バッテリ充電許容電力Winに応じたエンジンパワー上限値を設定し、実際のエンジンパワーをエンジンパワー上限値を超えないように制御する。
ECU200は、アクセル操作量などに応じて目標エンジン回転速度Netagを設定し、エンジン回転速度Neを目標エンジン回転速度Netagに近づけるように、エンジン10および第1MG20をフィードバック制御する。この際、エンジンパワーが上述したエンジンパワー上限値未満に制限される場合には、第1MGトルクTgを用いてエンジン回転速度Neを目標エンジン回転速度Netagに近づける(図2参照)。
以上のような構成を有する車両1において、バッテリ低温時には、バッテリ残存容量SOCを回復(増加)させにくい傾向にある。すなわち、バッテリ低温時には、バッテリ充電許容電力Winが小さい値に設定されバッテリ70の充電そのものが大きく制限されるため、バッテリ残存容量SOCの回復に遅れが生じる。さらに、バッテリ充電許容電力Winが小さい値に設定されることに応じてエンジンパワー上限値も小さい値に設定される。そのため、エンジンパワーが過渡的に低下しエンジン回転速度Neが過渡的に目標エンジン回転速度Netagよりも落ち込むことが懸念されるが、落ち込んだエンジン回転速度Neを回復させるために第1MGトルクTgを増加させると、バッテリ70から放電させることになり、バッテリ残存容量SOCの回復に更なる遅れが生じる。
そこで、本実施の形態による車両1においては、バッテリ低温時には、エンジン回転速度Neの落ち込みを回復させるために費やされる第1MGトルクTg(バッテリ70の放電量)を制限することによってバッテリ残存容量SOCを極力低下させないようにする。この点が本発明の最も特徴的な点である。
図4は、バッテリ70の放電を制限する際のECU200の機能ブロック図である。図4に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
ECU200は、第1判定部210、第2判定部220、Tg制限部230、Ne低下部240を含む。
第1判定部210は、停車中であるか否かを判定する。この判定は、後述するTg制限部230によってバッテリ70の放電を制限しても車両1の挙動が急激に変化しない状態であるか否かを判定するための処理である。この判定は、たとえば、車速Vが略零であるか否か、あるいは、シフトレンジがP(駐車)レンジであるか否かによって行なうことができる。
第2判定部220は、バッテリ温度がしきい温度未満であるか否かを判定する。この判定は、バッテリ充電許容電力Winが所定値よりも小さい値に絞られているか否かを判定するための処理である。
Tg制限部230は、停車中でかつバッテリ温度がしきい温度未満である場合、バッテリ70の放電を制限することで第1MGトルクTgの出力を制限する。すなわち、バッテリ温度がしきい温度よりも低い場合、バッテリ充電許容電力Winの低下に応じてエンジンパワーもエンジンパワー上限値未満に制限されるためエンジンパワーのみではエンジン回転速度Neを目標エンジン回転速度Netagに維持することができなくなる場合があるが、本実施の形態においては、このパワー不足を許容し、パワー不足を第1MGトルクTgの出力(バッテリ70の放電)で補うことを意図的に制限する。これにより、バッテリ残存容量SOCの低下が抑制され、燃費を向上させることができる。
以下では、バッテリ70の放電制限(第1MGトルクTgの出力制限)を、バッテリ放電許容電力Woutを低下させることによって実現する場合について例示的に説明する。
Tg制限部230は、停車中でかつバッテリ温度がしきい温度未満である場合、バッテリ放電許容電力Woutを所定レート(所定変化率)で徐々に0キロワットまで低下させる。これにより、上述したようにバッテリ残存容量SOCの低下を抑えることができる。なお、バッテリ放電許容電力Woutを急激に低下させるのではなく所定レートで徐々に低下させるため、車両挙動への影響を最小限に抑えることができる。
Ne低下部240は、Tg制限部230によるバッテリ放電許容電力Woutの低下に応じて、目標エンジン回転速度Netagを過渡的に所定量だけ低下させることによって、エンジン回転速度Neを過渡的に引き下げる。これにより、エンジン回転速度Neを目標エンジン回転速度Netagに維持するために必要なパワー(イナーシャ消費パワー)が引き下げられ、パワー不足に対するエネルギ収支の調整が図られることになる。
図5は、バッテリ低温時のエンジンパワーおよびバッテリ電力の時間変化を示す図である。
バッテリ低温時には、バッテリ充電許容電力Winが小さい値に絞られる。さらに、エンジンパワー過剰によるバッテリ過充電を防止するために、エンジンパワーがエンジンパワー上限値未満に制限される。これにより、エンジンパワーがエンジンパワー上限値に達すると、エンジンパワーが過渡的に落ち込む(斜線部分A参照)。
従来においては、バッテリ放電許容電力Woutを0キロワットに低下させる処理を行なっていなかった(一点鎖線参照)。そのため、エンジンパワーの落ち込みに応じて、バッテリ70の放電(第1MGトルクTgの出力)が許容されていた(斜線部分B参照)。このバッテリ70の放電が、バッテリ残存容量SOCを低下させる要因となっていた。
これに対し、本実施の形態においては、時刻t1において、停車中でかつバッテリ温度がしきい温度未満であると判定されると、バッテリ放電許容電力Woutが所定レートで徐々に低下され、時刻t2で0キロワットまで低下される。そのため、エンジンパワーの過渡的な落ち込み時においても、バッテリ70の放電(第1MGトルクTgの出力)は行なわれない。これにより、バッテリ残存容量SOCの低下が抑制され、燃費が向上する。この際、上述したように、エンジンパワーの落ち込みに応じてエンジン回転速度Neを過渡的に引き下げる。このように、本実施の形態においては、エンジンパワーの過渡的な落ち込み時においてもエンジン回転速度Neを過渡的に引き下げることで、バッテリ70の放電を抑え、バッテリ残存容量SOCを低下させないようにすることを優先する。
図6は、上述の機能を実現するためのECU200の処理手順を示すフローチャートである。図6に示すフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU200は、停車中であるか否かを判定する。停車中でない場合(S10にてNO)、処理は終了される。
停車中である場合(S10にてYES)、ECU200は、処理をS11に移し、バッテリ低温時であるか否か(バッテリ温度がしきい温度未満であるか否か)を判定する。バッテリ低温時でない場合(S11にてNO)、処理は終了される。
バッテリ低温時である場合(S11にてYES)、ECU200は、処理をS12に移し、バッテリ70の放電を制限する。すなわち、バッテリ放電許容電力Woutを所定レートで徐々に0キロワットまで低下させる。その後、ECU200は、S13にて、目標エンジン回転速度Netagを過渡的に所定量だけ低下させることによって、エンジン回転速度Neを過渡的に引き下げる。
以上のように、本実施の形態に係る車両1においては、バッテリ低温時には、エンジン回転速度Neの落ち込みを回復させるために費やされる第1MG20の出力(バッテリ70の放電電力)を制限することによってバッテリ残存容量SOCを極力低下させないようにする。そのため、バッテリ低温時のバッテリ残存容量SOCの低下を適切に抑制することができる。
なお、本実施の形態は、たとえば以下のように変更することもできる。
本実施の形態では、バッテリの放電を制限する手法として、バッテリ放電許容電力Woutを低下させる手法を用いたが、バッテリの放電を制限する手法はこれに限定されない。たとえば、第1MGトルクTgの指令値を低下させることでバッテリ70の放電を制限するようにしてもよい。また、第1MGトルクTgを用いたエンジン回転速度Neのフィードバック制御時に、第1MGトルクTgの出力開始を判断するエンジン回転速度しきい値を低下させることによって、バッテリ70の放電開始時期を遅らせるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、「停車中」かつ「バッテリ低温時」にバッテリの放電を制限したが、バッテリの放電を制限する条件は変更することもできる。たとえば、「バッテリ低温時」との条件(図6のS11にてYESとなる条件)に代えてあるいは加えて、「エコモード中(ユーザがエコスイッチ11を押して節約運転を要求している場合)」という条件にしてもよい。エコモード中にバッテリの放電を制限するすることでユーザの要求に応じた燃費向上を図ることができる。また、「停車中」かつ「バッテリ低温時」という条件に加えて、さらに「バッテリ残存容量SOCが所定値未満である」という条件を加えてもよい。これにより、バッテリ残存容量SOCに余裕がある場合には、バッテリの放電を制限せずに、エンジンパワーの落ち込みを第1MGトルクTgで補うことが可能となる。
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
1 車両、10 エンジン、11 エコスイッチ、40 動力分割装置、50 減速機、51 駆動輪、60 PCU、70 バッテリ、71 監視ユニット、200 ECU、210 第1判定部、220 第2判定部、230 Tg制限部、240 Ne低下部。

Claims (6)

  1. エンジンと、
    前記エンジンに連結され、前記エンジンを回転させるためのトルクの発生および前記エンジンの動力を用いた発電が可能な回転電機と、
    前記回転電機との間で電力を授受するバッテリと、
    前記エンジンおよび前記回転電機を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記バッテリの温度がしきい値未満である場合、前記バッテリの温度が前記しきい値以上である場合に比べて、前記エンジンの回転速度を増加させるために費やされる前記回転電機の出力を制限することによって前記バッテリの残存容量の低下を抑制する、車両。
  2. 前記バッテリの充電許容電力は、前記バッテリの温度が低いほど低下し、
    前記制御装置は、前記バッテリの温度が前記しきい値未満である場合、前記エンジンの出力過剰によって前記回転電機の発電量が前記充電許容電力を超えることを抑制するために前記エンジンの出力制限を行なうとともに、前記エンジンの出力制限によって低下した前記エンジンの回転速度を回復させるために費やされる前記回転電機の出力を制限する、請求項1に記載の車両。
  3. 前記制御装置は、前記回転電機の出力を制限したことに応じて、前記エンジンの目標回転速度を低下させる、請求項2に記載の車両。
  4. 前記制御装置は、前記バッテリの放電許容電力または前記回転電機の出力指令値を低下させることによって、前記回転電機の出力を制限する、請求項2に記載の車両。
  5. 前記制御装置は、前記バッテリの温度が前記しきい値未満である場合に加えて、ユーザが節約運転を要求している場合に、前記回転電機の出力を制限する、請求項1に記載の車両。
  6. 前記制御装置は、前記バッテリの温度が前記しきい値未満である場合に加えて、前記バッテリの残存容量が所定値未満である場合に、前記回転電機の出力を制限する、請求項1に記載の車両。
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