JP2008150014A - ハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】山岳地形が多い条件でＳＯＣ管理能力が向上し、過度な充電による燃費や排気性能の悪化を未然に防止することができ、エンストを効果的に予防することができるハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法を提供する。
【解決手段】現在の状態がアイドリング充電条件を満足するか否かを判断する段階と、アイドリング充電条件を満足する場合、エアコン作動可否、現在の変速段の位置、及びＳＯＣ量によるアイドリング充電パワー量を算出し、算出された前記充電パワー量に基づいて目標充電ＲＰＭを算出する段階と、大気圧センサーのシグナルに基づいて現在の大気圧状態による高地補正係数を算出し、算出された高地補正係数を前記充電パワー量に反映させて最終充電パワー量を算出する段階と、算出された最終充電パワー量により発電量及びバッテリー充電量を制御する段階と、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法に係り、更に詳しくは、高地補正係数を利用して算出された値に従って発電量を調整してエンジンの適正負荷が維持されるようにし、発電負荷量による騒音及び振動の改善のためにエアコン作動可否及び変速段の位置に従って発電負荷及びＲＰＭを制御し、実際のＲＰＭが目標充電ＲＰＭと対比して基準値以下に落ちる場合、発電量に対する補正値を入力してＲＰＭに対する補正をするハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法に関する。

一般的に広い意味のハイブリッド車両は、互いに異なる２種類以上の動力源を効率的に組み合わせて車両を駆動することを意味するが、殆どの場合、燃料を使用して駆動力を得るエンジンとバッテリーの電力にて駆動する電気モータにより駆動力を得る車両を意味し、これをハイブリッド電気車両（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）と呼んでいる。

最近、燃費を改善し、より環境に優しい製品を要請する時代の趨勢に対応して、ハイブリッド電気車両に関する研究が更に活発に行われている。
ハイブリッド電気車両は、エンジンと電気モータを動力源として多用な構造を形成することができるが、現在まで研究されている大部分の車両は並列型や直列型のうち一つを採択している。

この中で並列型はエンジンがバッテリーを充電するが、電気モータと共に車両を直接駆動させるようになっており、構造が直列型より相対的に複雑で制御ロジックが複雑になるという短所がある。しかし、エンジンの機械的エネルギーとバッテリーの電気エネルギーを同時に使用することができるため、エネルギー効率化の長所により乗用車などに広く採択されている構造である。

特に、エンジンと電気モータの最適作動領域を利用するため、駆動システム全体の燃費を向上させることはもちろん、制動時には電気モータにてエネルギーを回収するため効率的なエネルギー利用が可能である。
そして、ハイブリッド電気車両には、車両全般の制御を担当する車両制御装置（Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＨＣＵ）が搭載されており、また、システムを構成する各装置別に制御装置を備えている。

例えば、エンジン作動の全般を制御するエンジン制御装置（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＥＣＵ）、電気モータ作動の全般を制御するモータ制御装置（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）変速機を制御する変速機制御装置（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＴＣＵ）、バッテリーの作動を制御するバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）、室内温度の制御を担当するエアコン制御装置（Ｆｕｌｌ Ａｕｔｏ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＦＡＴＣ）などが装備されている。

このような制御装置は上位制御装置である車両制御装置を中心に高速ＣＡＮ通信線で連結され、制御装置間で情報を伝達し合いながら上位制御装置は下位制御装置に命令を伝達するようになっている。
また、ハイブリッド電気車両には電気モータの駆動電力を提供する高電圧バッテリー（メインバッテリー）が装着されるが、車両運行中に高電圧バッテリーは充および放電を繰り返しながら必要な電力を供給するようになっている。

モータ補助（Ｍｏｔｏｒ Ａｓｓｉｓｔ）時には高電圧バッテリーが電気エネルギーを供給（放電）し、回生制動時やエンジン駆動時に電気エネルギーを貯蔵（充電）し、この時ＢＭＳはバッテリー充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）、可用充電パワー、可用放電パワーなどをＨＣＵ、ＭＣＵに転送してバッテリーの安全及び寿命管理などを行う。

一方、ハイブリッド電気車両は山間地などを継続的に登板走行する際、モータ補助を持続するようになり、これにより高電圧バッテリーのＳＯＣは低くなる。
この時、ＳＯＣは高電圧バッテリーが制御可能な最適水準に低下するが、ＳＯＣが低下するのを防止するために発電をするようになり、ＳＯＣ充電程度に従ってモータ補助と充電を反復するが、最低水準のＳＯＣに到達するとＳＯＣ回復のために最小限の場合を除外して常に発電をしてＳＯＣを回復しようとする。
そこで、可能な限りＳＯＣ回復を早くするためにエンジンの最大能力に該当する動力を、高電圧バッテリーに供給する。
そして、停車時のアイドリング状態でもやはり発電をしてＳＯＣを回復するが、この場合アイドリングトルクの最大値に該当する動力を発電用として使用する。

しかし、従来法では下記問題点があった。
エンジンはモータの必要なパワーを予めＣＡＮ通信を通して転送され、モータが必要なパワーを生成するようになり、平地ではエンジンがこのようなパワーを余裕を持って制御する。
即ち、エアコンやその他の負荷が加わっても充分に供給可能な余裕を持ってパワーを伝達することができる。
問題は高地走行の場合であるが、高地走行時にはエンジンパワーが平地のように生成されない。

例えば、エアコンを付けた状態では大きな動力が必要となるが、この場合に平地での発電力をそのまま適用して発電するとエンジン許容パワーを越してしまうため、エンジンストール（以下、エンスト）が発生してしまう。
高地では空気量が希薄になると大気圧が落ちてエンジンパワーが低下する。
この時、平地でのように発電をすると、エンジン出力より高い負荷がかかってエンストの危険を伴う。
そこで、ハイブリッド電気車両の高電圧バッテリー充電時には、エンジン許容能力以内で発電量を設定する必要があり、特に高地での発電量の設定及び充電制御を改善する必要がある。
特開２００３−１６１３６４号公報

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、山岳地形が多い条件でＳＯＣ管理能力が向上し、過度な充電による燃費／排気性能の悪化を未然に防止することができ、エンストを効果的に予防することができるハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するために、本発明は、現在の状態がアイドリング充電条件を満足するか否かを判断する段階と、アイドリング充電条件を満足する場合、エアコン作動可否、現在の変速段の位置、及びＳＯＣ量によるアイドリング充電パワー量を算出し、算出された前記充電パワー量に基づいて目標充電ＲＰＭを算出する段階と、大気圧センサーのシグナルに基づいて現在の大気圧状態による高地補正係数を算出し、算出された高地補正係数を前記充電パワー量に反映させて最終充電パワー量を算出する段階と、算出された最終充電パワー量により発電量及びバッテリー充電量を制御する段階と、を含むことを特徴とする。

現在のＲＰＭから前記目標充電ＲＰＭ値との差異値を求めた後、その差異値による発電量の補正係数を算出し、算出された発電量の補正係数を前記アイドリング充電パワー量に追加して反映させ、最終充電パワー量を算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記最終充電パワー量と目標充電ＲＰＭから目標充電トルク値を算出する段階と、前記目標充電ＲＰＭと前記目標充電トルク値に基づいて発電負荷及びＲＰＭを制御する段階と、を更に含むことを特徴とする。

本発明によるハイブリッド電気車両のアイドリング時の充電方法によると、高地補正係数を利用して算出された値に従って発電量を調整し、エンジンの適正負荷が維持されるようにし、発電負荷量による騒音及び振動改善のためにエアコンの作動可否及び変速段の位置に従って発電負荷及びＲＰＭを制御し、実際のＲＰＭが目標充電ＲＰＭと対比して基準値以下に低下する場合、発電量に対する補正値を入力してＲＰＭに対する補正を行うことで、下記のような効果が得られる。

別にセンサーを追加することなく、車両に既に装着された大気圧センサーを利用して高地補正をするため、山岳地形が多い条件でＳＯＣ管理能力が向上し、過度な充電による燃費や排気性能の悪化を未然に防止できるとともに、エンストを効果的に予防することができる。
また、エアコンの作動可否及び変速段の位置に従って発電負荷及びＲＰＭを制御するため、車両で感じる騒音及び振動が改善できる。
更に、高地補正に対する発電パワーの分配及びＲＰＭ差の補正が可能となり、これはアイドリング充電の制御に有効に適用できる。

以下、本発明について図面を参照にして詳しく説明する。

従来技術で言及した通り、エンジンとモータを駆動源とするハイブリッド電気車両では、モータに電力を提供する高電圧バッテリーの充電量、即ち、ＳＯＣの回復のためにエンジンの駆動力を利用して高電圧バッテリーを充電するが、エンジンは高地で空気量が希薄になると大気圧が低下するため出力が低下される。
この時、平地と同じに発電すると、エンジン出力より高い負荷がかかり、エンストの危険を伴う。

本発明では前記のような状況を避けるために、エンジン制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）がエンジンに付着した大気圧センサーのシグナルに基づき現在の大気圧による高地補正係数を算出し、算出された高地補正係数を車両制御装置（ハイブリッド制御装置、以下、ＨＣＵと呼ぶ）に転送し、ＨＣＵは基準値以下の高地補正係数が入力された時、発電量を調整してエンジンの適正負荷が維持されるようにする。

また、本発明では発電量負荷による騒音及び振動改善のために、エアコンオン、及び変速段Ｄ、Ｒ、Ｌ、Ｐ、Ｎの位置により発電負荷及びＲＰＭを調整し、これと合わせて現在のＲＰＭ、即ち、実際のＲＰＭが目標ＲＰＭと対比して基準値以下に低下する場合、発電量に対する補正値を入力してＲＰＭに対する補正を行う。

図１は本発明による発電制御過程において、高地補正及び発電負荷量による目標充電ＲＰＭ及び充電トルク算出過程を表した順序図である。
まず、ＨＣＵが現在の状態がアイドリング充電条件を満足するかを判断する。
即ち、ＨＣＵは現在の状態がアイドリング充電が可能な状態であるかを判断し、アイドリング充電が可能な状態であれば現在の車速がアイドリング充電が許容される状態、即ち、予め設定された許容臨界車速以下の状態であるかを判断する。

ここで、アイドリング充電が許容される車速であれば現在のＳＯＣ量がアイドリングＳＯＣに該当するかを判断する。
ＳＯＣ量が設定値以下であるアイドリングＳＯＣであることを判断した場合は、負荷作動可否、例えば、エアコン作動可否を判断し、現在のエアコン作動可否、現在の変速段の位置、及びＳＯＣ量によるアイドリング充電パワー量を設定マップを通して算出する。

図１に示す通り、現在のエアコン作動可否により、即ち、エアコンがオンまたはオフ状態である時、現在の変速段の位置がＰ、Ｎ段である時とＤ、Ｒ、Ｌ段である時を区分し、現在の変速段の位置、及びＳＯＣ量により各々充電パワー量が算出される。
次に、各状況により算出された充電パワー量に基づき充電ＲＰＭを算出するが、まず、エアコンの作動可否と変速段の位置による充電ＲＰＭを算出する。

図１に示す通り、現在のエアコン作動可否、即ち、エアコンがオンまたはオフ状態である時、現在の変速段の位置がＰ、Ｎ段である時とＤ、Ｒ、Ｌ段である時を区分し、現在の変速段の位置及びＳＯＣ量による充電ＲＰＭが算出される。
その後、前記のように算出された充電ＲＰＭを目標充電ＲＰＭとし、これをＥＣＵに転送する。

一方、本発明ではＨＣＵが現在のＲＰＭの入力を受け、先に求めた目標充電ＲＰＭ値との差異値を求めた後、その差異値による発電量の補正係数を算出し、または、ＥＣＵから入力される大気圧センサーのシグナルに基づき高地補正係数を算出し、アイドリング時の充電パワー量に、前記発電量の補正係数と高地補正係数を順に乗算して最終充電パワー量を算出する。
そして、ＨＣＵは最終充電パワー量に従って、発電量及びバッテリー充電量を制御する。

また、前記のように算出された最終充電パワー量と目標充電ＲＰＭによる値である目標充電トルク値を最終的に算出し、算出された目標充電トルク値はＥＣＵに転送され、ＥＣＵはＨＣＵから転送された目標充電ＲＰＭと目標充電トルクに従って発電負荷及びＲＰＭを制御する。

このようにして、本発明では高地補正係数を利用して算出された値により発電量を調整してエンジンの適正負荷が維持されるようにし、発電負荷量による騒音及び振動改善のために、エアコンの作動可否及び変速段の位置に従って発電負荷及びＲＰＭを制御し、実際のＲＰＭが目標充電ＲＰＭと対比して基準値以下に低下する場合、発電量に対する補正値を入力してＲＰＭに対する補正を行なう。

本発明による発電制御過程において、高地補正及び発電負荷量による目標充電ＲＰＭ及び充電トルク算出過程を示した順序図である。

Claims (3)

1. 現在の状態がアイドリング充電条件を満足するか否かを判断する段階と、
   アイドリング充電条件を満足する場合、エアコン作動可否、現在の変速段の位置、及びＳＯＣ量によるアイドリング充電パワー量を算出し、算出された前記充電パワー量に基づいて目標充電ＲＰＭを算出する段階と、
   大気圧センサーのシグナルに基づいて現在の大気圧状態による高地補正係数を算出し、算出された高地補正係数を前記充電パワー量に反映させて最終充電パワー量を算出する段階と、
   算出された最終充電パワー量により発電量及びバッテリー充電量を制御する段階と、
   を含むことを特徴とするハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法。
2. 現在のＲＰＭから前記目標充電ＲＰＭ値との差異値を求めた後、その差異値による発電量の補正係数を算出し、算出された発電量の補正係数を前記アイドリング充電パワー量に追加して反映させ、最終充電パワー量を算出することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法。
3. 前記最終充電パワー量と目標充電ＲＰＭから目標充電トルク値を算出する段階と、
   前記目標充電ＲＰＭと前記目標充電トルク値に基づいて発電負荷及びＲＰＭを制御する段階と、
   を更に含むことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気車両のアイドリング充電時の発電制御方法。

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