(57)【要約】【課題】充放電電力の温度依存性を持つバッテリの性能を有効に引き出せるように改良された発電制御装置を提供する。【解決手段】低温時バッテリ温度上昇制御処理は、第一基準温度αよりもバッテリ１２の温度が低い場合には、予め設定されたバッテリ放電可能電力量（つまりＷｏｕｔ）と予め設定されたバッテリ充電可能電力量（つまりＷｉｎ）との範囲内において、バッテリ１２の充電と放電とを交互に繰り返すことができる。これによりバッテリ１２の温度を速やかに上昇させることができる。高温時バッテリ温度抑制制御処理によって第二基準温度βよりもバッテリ１２の温度が高い場合には、エンジン１０を予めた準定常運転とする。準定常運転は、エンジン１０の過渡運転を緩和させることでバッテリ１２の充放電を緩和する運転である。高温時バッテリ温度抑制制御処理によって、バッテリ温度が過剰に高くなることを抑制することができる。【選択図】図９
2020104646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと発電機とバッテリとを備えるハイブリッドシステムを制御する発電制御装置であって、
予め定めた第一基準温度よりも前記バッテリの温度が低い場合には、予め設定されたバッテリ放電電力量と予め設定されたバッテリ充電電力量との範囲内において前記バッテリの充電と放電とを交互に繰り返す低温制御手段と、
前記第一基準温度よりも高く予め定めた第二基準温度よりも前記バッテリの温度が高い場合には、前記エンジンを予め定めた所定運転とし、前記所定運転は前記バッテリの充放電変動量を抑制するように前記エンジンの発電量を調整する運転である高温制御手段と、
を備える発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平１０−１４２９６号公報に記載されているように、バッテリ保護動作を備えたハイブリッドシステムが知られている。上記公報にかかる技術は、シリーズ型ハイブリッドシステムで、通常発電時とバッテリ保護時とで場合分けがされ、それぞれの場合に応じて制御が実施される。
【０００３】
通常発電時は、発電機の発電量をモータ出力に追従させることが必要であれば発電機を定トルク制御とすることで、エンジン回転速度に基づいて発電量を制御する。バッテリ保護時には、バッテリの充放電を禁止する一方で、エンジンを定回転制御とすることで、発電機をモータ要求出力に応じた発電量にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、バッテリ温度を検出して保護が必要であればバッテリ充放電を禁止するにすぎない。また、バッテリ温度の上昇と下降の速度はその時点の成り行きになってしまう。また、バッテリが低温の場合については、上記公報には言及がない。このように、従来の技術は、充放電電力の温度依存性を持つバッテリの性能を有効に引き出すという観点から未だ改善の余地を残すものであった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、充放電電力の温度依存性を持つバッテリの性能を有効に引き出せるように改良された発電制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる発電制御装置は、
エンジンと発電機とバッテリとを備えるハイブリッドシステムを制御する発電制御装置であって、
予め定めた第一基準温度よりも前記バッテリの温度が低い場合には、予め設定されたバッテリ放電電力量と予め設定されたバッテリ充電電力量との範囲内において前記バッテリの充電と放電とを交互に繰り返す低温制御手段と、
前記第一基準温度よりも高く予め定めた第二基準温度よりも前記バッテリの温度が高い場合には、前記エンジンを予め定めた所定運転とし、前記所定運転は前記バッテリの充放電変動量を抑制するように前記エンジンの発電量を調整する運転である高温制御手段と、
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低温時にバッテリ温度を早期に昇温できるとともに、高温時にバッテリ温度の上昇を抑制することができる。その結果、バッテリ温度を適正範囲内に留めることで充放電可能範囲を確保することができ、バッテリの性能を有効に引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる発電制御装置が搭載されるハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図２】バッテリ出力可能範囲とバッテリ温度との関係を示すグラフである。
【図３】実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのグラフである。
【図４】実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】バッテリ入出力電力量とバッテリ温度との関係で生ずる問題を説明するための図である。
【図６】実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのタイムチャートである。
【図７】実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのグラフである。
【図８】実施の形態にかかる発電制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【図９】実施の形態にかかる発電制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【図１０】実施の形態にかかる発電制御装置におけるエンジン動作点を説明するためのグラフである。
【図１１】実施の形態にかかる発電制御装置におけるエンジン動作点を説明するためのグラフである。
【図１２】実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施の形態にかかる発電制御装置が搭載されるハイブリッド車両の構成を示す図である。図１は、ＳＨＥＶ（シリーズハイブリッド電気自動車）のシステム構成を模式的に示した説明図である。図１に示すように、ＳＨＥＶは、発電機１１を駆動するためのエンジン１０と、エンジン１０によって駆動して電力を発電する発電機１１と、電気エネルギを蓄積及び供給するバッテリ１２と、車両の駆動及び減速時のエネルギ回生に用いられる駆動のためのモータ１３と、モータ１３の回転を駆動輪１５に伝える変速機、減速機等の駆動系１４と、エンジン１０や発電機１１やモータ１３等を制御する制御部１６とから構成されている。
【００１１】
制御部１６は、各種センサ値などの入力値に基づいて、各種制御を実施する。制御部１６に入力される入力値には、車速を検知する車速センサ（図示せず）から読み込んだ車速、バッテリ１２に付加された電圧センサ（図示せず）から読み込んだバッテリ電圧、バッテリ１２に付加された温度センサ（図示せず）から読み込んだバッテリ１２の温度、エンジン１０からのクランク角信号、発電機１１からの発電機トルク、アクセル（図示せず）からのアクセル開度、および変速機からのシフト位置信号等が含まれる。制御部１６が実施する各種制御には、モータ１３の入出力、バッテリ１２の充放電、発電機１１の出力、及び発電機１１を駆動するためのエンジン１０の始動、停止、およびスロットルバルブによる回転速度等の制御が含まれる。
【００１２】
図２は、バッテリ入出力可能範囲とバッテリ１２の温度との関係を示すグラフである。図２の縦軸はバッテリ入出力可能範囲を表すためのものであり、バッテリ電力入出力がないゼロを基準として、図２上方のプラス側に出力つまり放電の電力量が、図２下方のマイナス側に充電の電力量が、それぞれ指し示されている。図２の横軸はバッテリ１２の温度であり、図２左側が極低温であり、図２右側へいくほど高温となる。
【００１３】
図２には、バッテリ１２の温度に応じたバッテリ放電可能電力量Ｗｏｕｔを示す実線グラフと、バッテリ１２の温度に応じたバッテリ充電可能電力量Ｗｉｎを示す実線グラフとが示されている。この２本のグラフによって挟まれる範囲が、バッテリ入出力可能な電力範囲となる。つまりある特定のバッテリ温度においてＷｏｕｔとＷｉｎとで挟まれる範囲内で、バッテリへの適正な電力入出力範囲が決まる。
【００１４】
図２から明らかな通り、極低温領域と高温領域とでは、ＷｏｕｔおよびＷｉｎがゼロ電力値に収束している。その結果、極低温領域と高温領域とではバッテリ入出力可能な電力範囲が極めて狭いという問題がある。ハイブリッドシステムにおいて、バッテリ１２の低温時または高温時に、バッテリ充電可能電力量Ｗｉｎまたはバッテリ放電可能電力量Ｗｏｕｔに制限がかかることで、十分な発電が困難となるおそれがある。
【００１５】
なお、シリーズ型ハイブリッドシステム車両では、エンジン１０、走行用のモータ１３およびバッテリ１２の間における電気の流れをより自由に設定変更することができる。エンジン１０の出力が駆動輪に直接には関与しないので、ドライバビリティへの影響がないからである。特にバッテリ温度を上げたり下げたりするコントロール自体も、エンジン１０による発電と充放電とにより制御が可能である。その結果、効果的な発電制御を実現しやすい利点がある。
【００１６】
バッテリ１２の温度が高温であるときに、エンジン１０による発電エネルギを駆動用のモータ１３に使用し、バッテリ充放電には使用しない。これによりバッテリ１２の劣化を抑制することもできる。
【００１７】
上記の制御が働くまで、運転条件によってはバッテリ１２の温度が上昇し続けることで、バッテリ１２の温度が保護温度に達してしまう可能性がある。問題の発生原因の一つは、バッテリ１２の温度を検出してその後に保護機能（つまり充放電禁止機能）が作動するからである。保護を必要とするほどにバッテリ１２の温度が高くなったことが検出されてからバッテリ充放電を禁止するという動作がなされるので、バッテリ１２が高温のときには遅れが生じる問題がある。また、バッテリ１２の温度の上昇と下降の速度はその時点の成り行きになってしまうので、この場合も遅れが生じる原因となる。
【００１８】
効率的にバッテリ１２のエネルギを利用できない問題もある。図２に示すように、極低温時と高温時とにおいて、バッテリ充電可能電力量Ｗｉｎとバッテリ放電可能電力量Ｗｏｕｔとの間の幅が狭くなる。これによりバッテリ温度の極低温時と高温時とにおいてバッテリ電力入出力量に制約が生じるので、常温時には可能であったはずの動力性能および応答性を極低温時と高温時とで実現することが困難であるという問題もある。極低温時および高温時にはバッテリ入出力可能範囲が狭いことから車両要求パワーをエンジン１０のパワーで実現しなければならず、エンジン１０を定点で運転できない問題もあった。
【００１９】
そこで、実施の形態では、図３に示す二つのアプローチによって、上記の問題に対処する。図３は、実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのグラフである。図３に２つの矢印で示すように、バッテリ１２が極低温であれば早くバッテリ１２の温度を上昇させるとともに、バッテリ１２が高温であればそれ以上温度が上昇しないようにする。特に、バッテリ１２の温度が高温の保護温度ＴＨに到達しないようにすることが好ましい。これにより、バッテリ１２の劣化を防ぎつつバッテリ１２を有効かつ効率的に使用することができる。
【００２０】
図４は、実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのタイムチャートである。図４は、バッテリ１２の温度を早く上昇させるための低温時バッテリ１２の温度上昇制御処理を説明するための図である。
【００２１】
バッテリ充放電は、エンジントルクの発生とモータリングとを交互に繰り返すことで実現できる。このとき、エンジン回転速度およびスロットル開度を一定にすることで、空燃比制御性の大きな悪化を回避することもできる。
【００２２】
図４で時間が経過するにつれてバッテリ１２の温度が上昇することで、バッテリ充電可能電力量Ｗｉｎとバッテリ放電可能電力量Ｗｏｕｔとの間隔が拡大している。実施の形態にかかる低温処理制御によれば、実線で示すように、バッテリ充電可能電力量Ｗｉｎとバッテリ放電可能電力量Ｗｏｕｔとの間隔を早期に拡大することができる。図４に矩形波状に示すように、エンジン１０においてＦＣ（燃料カット）と噴射及び点火とが所定周期で交互に繰り返されることによる周期的なバッテリ充放電が行われる。
【００２３】
なお、図４に点線で示すグラフは、比較例であり、実施の形態にかかる低温処理制御を未実施の場合のＷｉｎとＷｏｕｔである。この比較例の場合には、バッテリ入出力可能範囲が拡大してバッテリ１２を有効利用できるまでに時間がかかる。
【００２４】
図５は、バッテリ入出力電力量とバッテリ温度との関係で生ずる問題を説明するための図である。図５において、ｚはバッテリ入出力電力量である。ｘは駆動要求つまり駆動モータの出力である。ｙはエンジン発電量である。ｚ＝ｘ＋ｙの関係がある。
【００２５】
バッテリ入出力電力の変化が大きいと、バッテリ温度が上昇してしまう。バッテリ温度が上昇することで、図２などで説明したとおり、ＷｏｕｔとＷｉｎとの間の間隔が狭まる。図５の丸枠Ｑで指摘しているように、バッテリ入出力電力量が、一部、Ｗｏｕｔを超えてしまうことがある。
【００２６】
図５の白抜星印Ｐ１で示す時点ではバッテリ温度が高くなりすぎており、この時点から「駆動要求＝エンジン要求」というシステム運転状態になってバッテリ入出力がゼロとなっている。このような「駆動要求＝エンジン出力」というシステム運転状態は、エンジンの過渡運転が多くなり、空燃比制御性が悪化し、エミッションおよび燃費悪化を招く。その結果、シリーズハイブリッドシステムのメリットが損なわれてしまう。
【００２７】
図６は、実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのタイムチャートである。図６は、バッテリ１２の温度の上昇を抑制するための高温時バッテリ温度抑制制御処理を説明するための図である。図６においても、図５と同様にｘ，ｙ，ｚのグラフが図示されており、ｚ＝ｘ＋ｙの関係が成り立っている。
【００２８】
実施の形態では、バッテリ温度上昇推定によって、バッテリ温度が保護温度に達する前に、エンジンを定常運転から「準定常運転」とする。準定常運転の開始時点は、図６において黒星印Ｐ２で表現されている。準定常運転は、エンジンの出力変化が最小で、バッテリ入出力（充放電）を緩和し、バッテリ温度の上昇を緩和する運転である。
【００２９】
図５と図６を比較してみる。図５では、バッテリ入出力電力量（バッテリ充放電電力量）を示すグラフｚの変動幅が大きく、その一方でエンジン発電量ｙは、白抜星印Ｐ１にいたるまでの固定である。これとは対象的に、図６の黒星印Ｐ２から開始された準定常運転においては、バッテリ入出力電力量（バッテリ充放電電力量）を示すグラフｚの変動幅が小さく抑制されており、その一方でエンジン発電量ｙが変動させられている。
【００３０】
準定常運転とは、「駆動要求＝エンジン要求」とするのではなく、「過渡を緩和した運転」である。その結果、動力性能の保証、バッテリ劣化防止、およびエミッション悪化抑制を両立させることができる。空燃比制御性が大きく悪化することがないので、エミッションおよび燃費への悪影響を抑制することができる。従ってシリーズハイブリッドシステムのメリットが損なわれない利点がある。
【００３１】
次に、実施の形態において制御部１６が実施する具体的制御を説明する。図７は、実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのグラフである。図８および図９は、実施の形態にかかる発電制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。図８および図９のルーチンは、制御部１６において実行される。
【００３２】
図８のルーチンでは、まずバッテリ１２の温度が推定される（ステップＳ１００）。図８のルーチンにより、バッテリ１２の温度が、図７に示す極低温、常温、および高温の何れの領域に該当するかが判定される。極低温、常温、および高温は、予め定めた第一基準温度αおよび第二基準温度βによって規定される。まず、バッテリ１２の温度が予め定めた第一基準温度α以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。
【００３３】
バッテリ１２の温度が第一基準温度α以下であれば、バッテリ１２の温度が極低温であると判定され、Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｍｄフラグに１がセットされる（ステップＳ１０２）。バッテリ１２の温度が第一基準温度αを超えていれば、次に、バッテリ１２の温度が予め定めた第二基準温度β以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。βはαよりも高く設定された値であり、高温判定のための基準温度である。
【００３４】
バッテリ１２の温度が第二基準温度β以下であれば、バッテリ１２の温度が常温であると判定され、Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｍｄフラグとＢａｔｔｅｍｐ＿ｈフラグに０がセットされる（ステップＳ１０４）。バッテリ１２の温度が第二基準温度βを超えていれば、Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｈフラグに１がセットされる（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０５の何れかの実行後、図８のルーチンが終了する。
【００３５】
図９のルーチンでは、まず、バッテリ１２が極低温かどうかの判定をするために、Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｍｄフラグに１がセットされているかどうかが判定される（ステップＳ２００）。Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｍｄフラグが１であれば、図４で説明したようにバッテリ１２の温度上昇制御が実施される（ステップＳ２０１）。
【００３６】
Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｍｄフラグが１でなければ、続いて、バッテリ１２が常温かどうかの判定をするために、Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｈフラグに１がセットされているかどうかが判定される（ステップＳ２０２）。
【００３７】
（定常運転）
Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｈｄフラグが１でなければ、通常のシリーズハイブリッド制御を行うための「定常運転」が実施される（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３では、図１０に模式的に図示した定常エンジン要求ＰＥが算出される。図１０は、実施の形態にかかる発電制御装置におけるエンジン１０の動作点を説明するためのグラフである。これはシリーズハイブリッドシステムの基本的な制御である。ＳＯＣなどの各種条件に応じて、図１０の星印Ａおよび星印Ｂのような定点運転条件を算出し、その定点運転条件でエンジン１０の定常運転が行われる。
【００３８】
（準定常運転）
Ｂａｔｔｅｍｐ＿ｈｄフラグが１であれば、図５および図６で説明したように「準定常運転」が実施される（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４では、図１１に模式的に図示した準定常エンジン要求ＰＥが算出される。図１１は、実施の形態にかかる発電制御装置におけるエンジン１０の動作点を説明するためのグラフである。高温判定時において、温度係数θによってエンジン要求ＰＥを算出する。
【００３９】
図１２は、実施の形態にかかる発電制御装置が実施する動作を説明するためのグラフである。準定常運転と関連して、図１２には温度係数θと温度推定値との関係の一例が示されている。０から１．０の範囲内でθが決定され、温度推定値が高いほど温度係数θが高く算出される。準定常ＰＥ要求は、駆動力要求（車両要求パワー）に温度係数θを乗算したものである。
【００４０】
準定常運転では、図１１に示すように、星印Ｃの動作点とその両隣の矢印に示すように燃費ライン（燃費等高線）から外れない範囲でエンジン回転速度が決定される。ステップＳ２０１，Ｓ２３０，Ｓ２０４の何れかの実行後、図９のルーチンが終了する。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態にかかる低温時バッテリ温度上昇制御処理は、第一基準温度αよりもバッテリ１２の温度が低い場合には、予め設定されたバッテリ放電可能電力量（つまりＷｏｕｔ）と予め設定されたバッテリ充電可能電力量（つまりＷｉｎ）との範囲内において、バッテリ１２の充電と放電とを交互に繰り返すことができる。これによりバッテリ１２の温度を速やかに上昇させることができる。
【００４２】
さらに、実施の形態によれば、高温時バッテリ温度抑制制御処理によって第二基準温度βよりもバッテリ１２の温度が高い場合には、エンジン１０を予めた準定常運転とする。準定常運転は、エンジン１０の過渡運転を緩和させることでバッテリ１２の充放電を緩和する運転である。高温時バッテリ温度抑制制御処理によって、バッテリ温度が過剰に高くなることを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  エンジン
１１  発電機
１２  バッテリ
１３  モータ
１４  駆動系
１５  駆動輪
１６  制御部
Ｗｉｎ  バッテリ充電可能電力量
Ｗｏｕｔ  バッテリ放電可能電力量
α  第一基準温度
β  第二基準温度
ＴＨ  保護温度
【図１】
2020104646.tif 000003
【図２】
2020104646.tif 000004
【図３】
2020104646.tif 000005
【図４】
2020104646.tif 000006
【図５】
2020104646.tif 000007
【図６】
2020104646.tif 000008
【図７】
2020104646.tif 000009
【図８】
2020104646.tif 000010
【図９】
2020104646.tif 000011
【図１０】
2020104646.tif 000012
【図１１】
2020104646.tif 000013
【図１２】
2020104646.tif 000014