JP2016516629A - ハイブリッドモータ推進プラントにおけるエネルギー等価係数を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

バッテリーによって給電される少なくとも１つの電気モータとヒートエンジンとを備える自動車両のためのハイブリッドモータ推進プラントの全エネルギー消費量を、動作ポイントで最小限に抑えるために熱源のエネルギーの送り込みと電源のエネルギーの送り込みとの間で印加される重みを表す等価エネルギー係数（ｓ）を決定するための方法であって、この係数は、前記バッテリーの瞬間エネルギー状態（ｓｏｅｋ）に応じて、エネルギー目標（ｓｏｅｔａｒｇｅｔ）に応じて、および、車両走行状態に応じて離散態様で制御されることを特徴とする方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車両用のハイブリッドモータ推進プラントにおけるエネルギーフラックスの分布の管理に関する。

より正確には、本発明は、バッテリーによって給電される少なくとも１つの電気モータとヒートエンジンとを備えるタイプの自動車両のためのハイブリッドモータ推進プラントの全エネルギー消費量を動作ポイントで最小限に抑えるための、熱源のエネルギーの送り込みと電源のエネルギーの送り込みとの間で印加される重みを表すエネルギー等価係数の決定に関する。

ハイブリッド推進またはハイブリッドトラクションを伴う自動車両用のモータ推進プラントは、車両に搭載して設置される少なくとも１つのバッテリーにより給電される１つ以上の電気機械およびヒートエンジンを備える。

ハイブリッドモータ推進プラントを制御するためのシステムは、燃料消費量を制限するとともに汚染粒子の排出を最小限に抑えるために走行状態に基づいて様々なモータの動作および同期を管理するように設計されてきた。熱エネルギーのフラックスと電気エネルギーのフラックスとの間の電力の分配を最適化することを目的として、特に制御システムで実施される制御方法を定めるために、熱エネルギーフラックスおよび電気エネルギーフラックスの管理が引き合いに出される。最良の動作ポイントを選択するために実施される原理は、電源のエネルギーを重み係数または等価係数により重み付けることによって熱消費量と電気消費量との和を最小にすることから成る。

この係数は、熱エネルギーを用いて電気エネルギーを重み付ける。すなわち、この係数は、バッテリーに蓄えられる特定量の電気エネルギーを再充電するために必要な燃料の量を与える、あるいは逆に、バッテリーから生じる特定量のエネルギーを使用することによって節約され得る燃料の量を与える。行程中にエネルギー管理方法が最適であるように、この等価係数は、所定の走行状態に関して固有で且つ一定でなければならない。この係数は、継続期間、行程のキロメ−トル長さ、直面される標高プロファイル、運転モード、周囲状態（市街、郊外、地域、高速道路など）などのパラメータの数に依存する。

公開公報ＦＲ２９３５１２３は、最適な動作モードを決定するためのモジュールと、最適な動作モードでの１または複数のモータの動作ポイントを決定するためのモジュールと、を備えるハイブリッドモータ推進プラントを制御するためのシステムおよび方法を開示する。システムは、電気エネルギーの消費量に影響を与えることができる重み付け手段を備えるとともに、バッテリーが放電されるときに重み値を増大させる目的で、また、バッテリーが充電されるときに前記値を減少させる目的で、バッテリーの充電状態に反比例する態様で可変重み係数を使用する。

この方法によれば、等価係数または重み係数は、バッテリーの充電状態に線形的に依存する。バッテリーが空のときには、係数が高く、そのため、バッテリーを再充電するようになり、また、バッテリーが満杯のときには、係数が低く、そのため、バッテリーを放電するようになる。このタイプの制御の主な利点は、バッテリーの有効限度内、すなわち、バッテリーの充電状態、すなわち、“ＳＯＣ”の０％〜１００％内にとどまるようにすることである。しかしながら、この方法の不都合は以下の通りである。
− 環境およびドライバーに基づいて等価係数を適合させることが困難であること。
− バッテリーの全エネルギー使用範囲の過小評価。
− 走行状態などの他の周囲環境因子の考慮の欠如。

また、公開公報ＤＥ１０３２３７２２は、特定の走行状態に基づいて等価を変更することを開示する。しかしながら、記載される方法は、道路の勾配またはドライバーの運転スタイルを考慮に入れることができるようにせず、また、バッテリーの全エネルギー範囲を使用できるようにもしない。

公開公報ＦＲ２９３５１２３ 公開公報ＤＥ１０３２３７２２

本発明は、全ての影響因子を考慮に入れて、可能な限り最適な解決策に近づくことを目的として、等価係数の最適化された制御を確保する制御方法および装置を提案する。

この目的を伴う本発明は、バッテリーの瞬間エネルギー状態、および、車両走行状態に応じた目標エネルギー、および／または、走行状態に関する予測に基づいて離散態様で等価係数を制御することを提案する。

提案される装置は、特に、バッテリーの瞬間エネルギー状態と目標エネルギー状態との間の差分を表す項の積算器を備える。

本発明の更なる特徴および利点は、添付図面を参照しつつ本発明の非限定的な実施形態の以下の説明を読むと明らかになる。添付図面の唯一の図は、実施される装置を概略的に示す。

ハイブ リッドモータ推進プラントにおける、エネルギー等価係数を制御するための装置を示す図である。

この装置において、第１の比較器Ｃ１は、瞬間ｋにおけるバッテリーのエネルギー状態（ｓｏｅ_ｋ）と目標エネルギー状態値（ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}）とを入力値で受ける。差異（ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}−ｓｏｅ_ｋ）に補正ゲイン（Ｋ_ｐ）が乗じられる。第２の比較器Ｃ２は、結果［Ｋ_ｐ（ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}−ｓｏｅ_ｋ）］と積分型の補正項との和を求め、それにより、直面する走行状態に基づき等価係数の補正を確保する。この和が飽和器Ｓによって飽和させられ、それにより、等価係数が制御された制限内にとどまるようにする。最小飽和限界（ｓａｔ_ｍｉｎ−１／η）および最大飽和限界（ｓａｔ_ｍａｘ−１／η）は、強制再充電モードおよび強制放電モードが制御されるようにする。

最大飽和ｓａｔ_ｍａｘは、バッテリーのエネルギーが最大限まで再充電されるようにモータ推進グループの制御を確保する最大等価値である。飽和ｓａｔ_ｍｉｎは、バッテリーが最大限まで放電されるようにモータ推進グループの制御を確保する最小等価係数である。積算器Ｉは、飽和器Ｓの出力と比較器Ｃ３を用いて補正ゲインＫ_ｉが乗じられるそれ自体の積算値との間の差分を積算する。この差分を積算することによって、積算器は、システムが飽和されるときに制御から抜け出ることができない。この方法は、“アンチワインドアップ”またはアンチレーシングあるいは非飽和器の名によって知られる。飽和器の出力は、比較器Ｃ４を用いて“フィードフォワード”項またはプレポジショニング項タイプの項１／ηと加算される。この“フィードフォワード”項またはプレポジショニング項は、直面されるおよび／または予測される走行状況に基づいて等価係数を直接に適合させることができるようにする。

要約すると、提案される装置は、バッテリーのエネルギーの瞬間状態とアンチワインドアップ装置と組み合わされるバッテリーの目標エネルギー状態との間の差分を表す項のループ積算器を備える。また、提案される装置は比例補償項も備える。

この装置と共に実施される制御はフィードフォワード項も有する。等価係数は、以下の方程式にしたがって離散態様で制御される。

この方程式において、
ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}は、到達されるべき目標エネルギー状態であり、
ｓｏｅ_ｋは、瞬間ｋにおけるバッテリーのエネルギー状態である。
Ｋ_ｐおよびＫ_ｉはそれぞれ比例補正ゲインおよび積分補正ゲインであり、
η_ｃは、電気エネルギーから熱エネルギーへの変換の平均収率である。
このように、変換の平均収率η_ｃは、予測し得る走行状態の推測的な知識に基づいて、あるいは以前の走行状態の解析に基づいて状況に恒久的に適合させるべく計算されてもよい。積分補正は、エネルギー等価仮説の帰納的な補正をもたらす。

例えば、“混雑状態”走行のタイプが特定される場合には、混雑の状況に適した値を変換収率η_ｃに与えることができるとともに、高速道路における等価係数とは実質的に異なる等価係数を得ることができる。

また、走行状態に基づいて所望の目標エネルギーｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}を規定することができる。車両がナビゲーションシステムを有する場合には、それによって与えられる情報を利用して、目標を最適化することができる。

最後に、等価が飽和され、すなわち、等価係数ｓが限界値に達し、それにより、何があってもバッテリーの再充電または放電が強いられるときには、アンチワインドアップが積分項の任意の不時の高騰を回避するため、等価係数ｓが許容限度（下限および上限）を超えない。

結論として、本発明は、
− バッテリー内に含まれるエネルギーをより適切に使用できるようにするとともに、そこから全ての可能な利点を引き出して消費を減らすことができるようにする、
− 環境およびドライバーを考慮に入れることができるようにする、
− 情報がナビゲーションシステムによって与えられるときに標高プロファイルを考慮に入れることができるようにする、および、
− バッテリーの充填状態に基づくよりもバッテリーの“エネルギー状態”に基づいてエネルギーフラックスを管理できるようにし、これは、消費に関してより有益である。

Claims (8)

1. バッテリーによって給電される少なくとも１つの電気モータとヒートエンジンとを備える自動車両のためのハイブリッドモータ推進プラントの全エネルギー消費量を、動作ポイントで最小限に抑えるために熱源のエネルギーの送り込みと電源のエネルギーの送り込みとの間で印加される重みを表すエネルギー等価係数（ｓ）を決定するための方法であって、
   この係数は、前記バッテリーの瞬間エネルギー状態（ｓｏｅ_ｋ）に基づいて、目標エネルギー（ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}）に基づいて、および、車両の走行状態に基づいて、離散態様で制御されることを特徴とする方法。
2. 前記目標エネルギー（ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}）が走行状態に関する予測に依存することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー等価係数（ｓ）を決定するための方法。
3. 前記バッテリーのエネルギー状態の推定に関する積分項を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の等価係数（ｓ）を決定するための方法。
4. 前記積分項は、前記バッテリーの瞬間エネルギー状態と目標との間の差分（ｓｏｅ_{ｔａｒｇｅｔ}−ｓｏｅ_ｋ）に依存することを特徴とする請求項３に記載の等価係数（ｓ）を決定するための方法。
5. この項の計算は、前記バッテリーの充電状態に関する積分比例計算によってループされることを特徴とする請求項４に記載の等価係数（ｓ）を決定するための方法。
6. 前記積分項がアンチワインドアップ係数によってループされることを特徴とする請求項３、４または５に記載の等価係数（ｓ）を決定するための方法。
7. 機械エネルギーへの電気エネルギーの変換収率（η_ｃ）に依存する項によって予め補償されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の等価係数（ｓ）を決定するための方法。
8. 強制再充電モードおよび強制放電モードの制御を確保する最小飽和限界（ｓａｔ_ｍｉｎ−１／η）と最大飽和限界（ｓａｔ_ｍａｘ−１／η）との間の飽和器を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の等価係数（ｓ）を決定するための装置。

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