(57)【要約】【課題】車両駆動用の主動力源とバッテリーとを備えたハイブリッド車両の動力分配制御プログラム、及びこれを備えたハイブリッド車両を提供すること。【解決手段】動力分配制御プログラムは、コンピュータに以下の手順を実行させるためのものからなる。（Ａ）時刻ｔにおけるアクセル開度及び車速を検出し、これを車両の要求パワーＰreq(ｔ)に換算する。（Ｂ）主動力源のネット出力ＰPSを変数とする合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時の主動力源のネット出力ＰPS*を算出する。（Ｃ）ｆ(ＰPS)が最小となる時のバッテリーのネット出力ＰBAT*を算出する。（Ｄ）主動力源の出力がＰPS*となり、バッテリーの出力がＰBAT*となるようにこれらを作動させる。ハイブリッド車両は、主動力源と、モーターと、バッテリーと、制御装置とを備え、制御装置には、ハイブリッド車両の動力分配制御プログラムが格納されている。【選択図】図６
2020147256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに以下の手順を実行させるためのハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
（Ａ）車両駆動用の主たる動力を発生させるための主動力源と、車両駆動用のモーターと、前記主動力源が発生させた動力の一部又は前記モーターが回収した回生エネルギーを一時的に電力として蓄え、蓄えられた前記電力を前記モーターに供給するためのバッテリーとを備えたハイブリッド車両において、時刻ｔにおけるアクセル開度及び車速を検出し、これを車両の要求パワーＰreq(ｔ)に換算してメモリに記憶させる手順Ａ。
（Ｂ）次の式（２）で表される合成関数ｆ(ＰPS)（前記ｆ(ＰPS)を数学的に変形することにより得られる関数を含む）に前記Ｐreq(ｔ)を代入し、前記合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時の前記主動力源のネット出力ＰPS*を算出し、これを前記メモリに記憶させる手順Ｂ。
ｆ(ＰPS)＝fuel(ＰPS)＋γ(Ｐreq(ｔ)−ＰPS)2＋λ・ｋ(Ｐreq(ｔ)−ＰPS)  …（２）
但し、
fuel(ＰPS)は、前記主動力源の燃料消費関数、
ＰPSは、前記主動力源のネット出力、
γ（＞０）は、第１制御パラメータであって、前記バッテリー、又は、前記バッテリー及び前記主動力源の劣化の程度と相関があるもの、
λは、第２制御パラメータであって、前記バッテリーの充電率（ＳＯＣ）と相関があるもの、
ｋ（＜０）は、前記バッテリー固有の負の定数。
（Ｃ）次の式（１ａ）に基づいて、前記合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時の前記バッテリーのネット出力ＰBAT*を算出し、これを前記メモリに記憶させる手順Ｃ。
ＰBAT*＝Ｐreq(ｔ)−ＰPS*      …（１ａ）
（Ｄ）前記主動力源の出力が前記ＰPS*となるように前記主動力源を作動させ、前記バッテリーの出力が前記ＰBAT*となるように前記バッテリーを作動させる手順Ｄ。
【請求項２】
以下の手順をさらに含む請求項１に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
（Ｅ１）前記主動力源の作動履歴と前記主動力源の劣化指数ＤｅｔPSとの関係を表すデータベース（Ａ）を予め前記メモリに記憶させておき、前記主動力源の実際の作動履歴に対応する前記ＤｅｔPSを前記データベース（Ａ）から読み出し、読み出された前記ＤｅｔPSを前記メモリに記憶させる手順Ｅ１。
（Ｅ２）前記バッテリーの作動履歴と前記バッテリーの劣化指数ＤｅｔBATとの関係を表すデータベース（Ｂ）を予め前記メモリに記憶させておき、前記バッテリーの実際の作動履歴に対応する前記ＤｅｔBATを前記データベース（Ｂ）から読み出し、読み出された前記ＤｅｔBATを前記メモリに記憶させる手順Ｅ２。
（Ｅ３）次の式（３）及び式（４）に前記ＤｅｔFC及び前記ＤｅｔBATを代入することにより前記γを算出し、算出された前記λを前記メモリに記憶させる手順Ｅ３。
γ＝γ0＋Δγ      …（３）
Δγ＝α／ＤｅｔPS＋β・ＤｅｔBAT      …（４）
但し、
γ0は、ノミナル値（定数）、
ＤｅｔPSは、前記主動力源の劣化指標、
ＤｅｔBATは、前記バッテリーの劣化指標、
αは、ＤｅｔPSの逆数の換算係数（定数）であって、ゼロ（前記主動力源が内燃機関である場合）、又は正の値（前記主動力源が燃料電池である場合）、
βは、ＤｅｔBATの換算係数（定数）。
【請求項３】
以下の手順をさらに含む請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
（Ｆ１）前記バッテリーの充電率（ＳＯＣ）を検出し、これを前記メモリに記憶させる手順Ｆ１。
（Ｆ２）次の式（５）及び式（６）に前記ＳＯＣを代入することにより前記λを算出し、算出された前記λを前記メモリに記憶させる手順Ｆ２。
λ＝λ0＋ｇ・ΔＳＯＣ      …（５）
ΔＳＯＣ＝ＳＯＣ−ＳＯＣc      …（６）
但し、
λ0は、ノミナル値（定数）、
ｇは、ΔＳＯＣの換算係数（定数）、又は、ΔＳＯＣの換算係数になましフィルタ（ローパスフィルタ）を乗じた関数、
ＳＯＣcは、前記バッテリーの充電率の中心。
【請求項４】
前記手順Ｆ２に代えて、次の式（７）及び式（８）に前記ＳＯＣ代入することにより前記λを算出し、算出された前記λを前記メモリに記憶させる手順Ｆ３を備えている請求項３に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
λ＝λ0＋sign(ΔＳＯＣ)・ｈ(ΔＳＯＣ)      …（７）
ｈ(ΔＳＯＣ)＝ｈ(ＳＯＣ−ＳＯＣc)      …（８）
但し、
λ0は、ノミナル値（定数）、
sign(ｘ)は、符号関数、
ｈ(ｘ)は、前記バッテリーの充電率の中心（ＳＯＣc）付近ではゼロであり、前記ＳＯＣcから前記ＳＯＣが増加又は減少するに伴い前記ＳＯＣが指数関数的に増加する、前記ＳＯＣcを対称軸とする線対称な非線形関数。
【請求項５】
前記燃料消費関数は、次の式（９）で表されるものからなる請求項１から４までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
fuel(ＰPS)＝ａ・ＰPS2＋ｂ・ＰPS＋ｃ  …（９）
但し、
fuel(ＰPS)は、前記主動力源の燃料消費関数、
ＰPSは、前記主動力源のネット出力、
ａ（＞０）、ｂ、ｃは、それぞれ、前記主動力源の真の燃料消費特性と前記ＰPSとの関係をフィッティングすることにより得られる係数。
【請求項６】
前記手順Ｂは、次の式（１１）に前記Ｐreq(ｔ)を代入することにより、前記ＰPS*を算出する手順Ｂ’を備えている請求項１から５までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
ＰPS*＝(λ・ｋ＋２γ・Ｐreq(ｔ)−ｂ)／２(ａ＋γ)      …（１１）
【請求項７】
前記主動力源は、燃料電池である請求項１から６までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラム。
【請求項８】
車両駆動用の主たる動力を発生させるための主動力源と、
車両駆動用のモーターと、
前記主動力源が発生させた動力の一部又は前記モーターが回収した回生エネルギーを一時的に電力として蓄え、蓄えられた前記電力を前記モーターに供給するためのバッテリーと、
前記主動力源、前記モーター、及び前記バッテリーの動作を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置には、請求項１から６までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両の動力分配制御プログラムが格納されているハイブリッド車両。
【請求項９】
前記主動力源は、燃料電池である請求項８に記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両の動力分配制御プログラム及びハイブリッド車両に関し、さらに詳しくは、車両駆動用の主動力源とバッテリーとを備えたハイブリッド車両において、燃費が最適となるように主動力源とバッテリーとの間で動力分配を行うためのハイブリッド車両の動力分配制御プログラム、及びこれを用いたハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両とは、２つ以上の動力源を持つ自動車をいう。ハイブリッド車両は状況に応じて動力源を使い分けることができるため、１つの動力源を持つ通常車両に比べて燃費が高いという特徴がある。しかしながら、ハイブリッド車両において、燃費をさらに向上させるためには、状況に応じて動力源の動力分配を適切に行う必要がある。そのため、このようなハイブリッド車両の動力分配に関し、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内燃機関、モーター、及びバッテリーを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
（ａ）内燃機関の燃料消費量（第１燃料消費量）と、バッテリーの充電率の変化量を燃料消費量に換算した値（第２燃料消費量）との和が最小となる動作点を内燃機関の目標動作点に設定し、
（ｂ）バッテリーの充電率の変化量を燃料消費量に換算するための係数（換算係数）を、所定時間内における内燃機関の燃料消費量と当該所定時間内にバッテリーの充電に供されたモーターの発電量との比率に基づいて更新するもの
が開示されている。
同文献には、このような装置により、燃費をより向上させることができる点が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、内燃機関、モーター、及びバッテリーを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
（ａ）内燃機関の燃料消費量（第１燃料消費量）と、バッテリーの充電率の変化量を燃料消費量に換算した値（第２燃料消費量）との和が最小となる動作点を内燃機関の目標動作点に設定し、
（ｂ）バッテリーの充電率の変化量を燃料消費量に換算するための係数（換算係数）として、運転者により選択された走行モードに対応する値を選択するもの
が開示されている。
同文献には、このような装置により、燃費を向上させつつ、各走行モードの特性に合致した駆動力特性が得られる点が記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、内燃機関、モーター、及びバッテリーを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
（ａ）内燃機関の燃料消費量（第１燃料消費量）と、バッテリーの充電率の変化量を燃料消費量に換算した値（第２燃料消費量）との和が最小となる動作点を内燃機関の目標動作点に設定し、
（ｂ）バッテリーの充電率の変化量を燃料消費量に換算するための係数（換算係数）として、識別された運転者に対応する値を選択するもの
が開示されている。
同文献には、このような装置により、燃費を向上させつつ、運転者による燃費の差をより小さくすることができる点が記載されている。
【０００６】
特許文献１〜３には、内燃機関と、車両駆動用のバッテリーと、モーターとを備えたハイブリッド車両における動力分配制御の方法が記載されている。しかしながら、特許文献１〜３においては、バッテリーの劣化が考慮されていない。バッテリーは、充放電を繰り返すと、次第に性能が劣化する。そのため、バッテリーの劣化を考慮することなく動力分配制御を行うと、やがて実際の動力分配が最適値から乖離し、燃費が低下する。
さらに、燃料電池と、車両駆動用のバッテリーと、モーターとを備えたハイブリッド車両において、燃費を最適化するための動力分配制御の方法、あるいは、燃料電池及び／又はバッテリーの劣化を考慮した動力分配制御の方法が提案された例は、従来にはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−１５４６１９号公報
【特許文献２】特開２０１７−１５４６２０号公報
【特許文献３】特開２０１７−１５４６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、車両駆動用の主動力源とバッテリーとを備えたハイブリッド車両において、主動力源及び／又はバッテリーの劣化が進行した場合であっても、燃費を最適化することが可能なハイブリッド車両の動力分配制御プログラムを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このような動力分配制御プログラムを備えたハイブリッド車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係るハイブリッド車両の動力分配制御プログラムは、コンピュータに以下の手順を実行させるためのものからなる。
（Ａ）車両駆動用の主たる動力を発生させるための主動力源と、車両駆動用のモーターと、前記主動力源が発生させた動力の一部又は前記モーターが回収した回生エネルギーを一時的に電力として蓄え、蓄えられた前記電力を前記モーターに供給するためのバッテリーとを備えたハイブリッド車両において、時刻ｔにおけるアクセル開度及び車速を検出し、これを車両の要求パワーＰreq(ｔ)に換算してメモリに記憶させる手順Ａ。
（Ｂ）次の式（２）で表される合成関数ｆ(ＰPS)（前記ｆ(ＰPS)を数学的に変形することにより得られる関数を含む）に前記Ｐreq(ｔ)を代入し、前記合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時の前記主動力源のネット出力ＰPS*を算出し、これを前記メモリに記憶させる手順Ｂ。
ｆ(ＰPS)＝fuel(ＰPS)＋γ(Ｐreq(ｔ)−ＰPS)2＋λ・ｋ(Ｐreq(ｔ)−ＰPS)  …（２）
但し、
fuel(ＰPS)は、前記主動力源の燃料消費関数、
ＰPSは、前記主動力源のネット出力、
γ（＞０）は、第１制御パラメータであって、前記バッテリー、又は、前記バッテリー及び前記主動力源の劣化の程度と相関があるもの、
λは、第２制御パラメータであって、前記バッテリーの充電率（ＳＯＣ）と相関があるもの、
ｋ（＜０）は、前記バッテリー固有の負の定数。
（Ｃ）次の式（１ａ）に基づいて、前記合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時の前記バッテリーのネット出力ＰBAT*を算出し、これを前記メモリに記憶させる手順Ｃ。
ＰBAT*＝Ｐreq(ｔ)−ＰPS*      …（１ａ）
（Ｄ）前記主動力源の出力が前記ＰPS*となるように前記主動力源を作動させ、前記バッテリーの出力が前記ＰBAT*となるように前記バッテリーを作動させる手順Ｄ。
【００１０】
本発明に係るハイブリッド車両は、
車両駆動用の主たる動力を発生させるための主動力源と、
車両駆動用のモーターと、
前記主動力源が発生させた動力の一部又は前記モーターが回収した回生エネルギーを一時的に電力として蓄え、蓄えられた前記電力を前記モーターに供給するためのバッテリーと、
前記主動力源、前記モーター、及び前記バッテリーの動作を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置には、本発明に係るハイブリッド車両の動力分配制御プログラムが格納されている。
【発明の効果】
【００１１】
車両の要求パワーＰreq(ｔ)は、主動力源のネット出力ＰPS(ｔ)と、バッテリーのネット出力ＰBAT(ｔ)の和で表される。また、式（２）の右辺の第１項（主動力源の燃料消費関数）、第２項（バッテリーのネット出力の二乗に比例する関数）、及び第３項（バッテリーのネット出力に比例する関数）は、いずれもＰPS(ｔ）の関数となる。
【００１２】
これらの内、第１項は、主動力源のネット出力と燃料消費量との関係を表す関数である。そのため、第１項を最小化することは、燃料消費量を削減することに相当する。
第２項は、バッテリーのネット出力の二乗とγの積である。γは、バッテリーの劣化と正の相関があり、主動力源の劣化と負の相関がある。そのため、第２項を最小化することは、γが大きくなるほど（バッテリーの劣化が進行するほど）、主動力源のネット出力ＰPS(ｔ)を要求パワーＰreq(ｔ)により近づけ、バッテリーの出力分担比率を小さくすることに相当する。
さらに、第３項はバッテリーのネット出力とλの積に比例している。λは、ＳＯＣcからのＳＯＣの偏倚量と相関がある。そのため、第３項を最小化することは、ＳＯＣがＳＯＣcに近づくように、バッテリーを充電又は放電させることに相当する。
【００１３】
そのため、γ及びλにより重み付けされた合成関数を最小化することにより、主動力源及び／又はバッテリーの作動状況あるいは劣化状況に応じて、要求パワーＰreq(ｔ)を主動力源のネット出力ＰPS*及びバッテリーのネット出力ＰBAT*に分配することができる。その結果、燃料消費量を最適に削減することができる。これと同時に、バッテリー、又は、バッテリー及び主動力源の劣化も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】合成関数ｆ(ＰPS)の模式図である。
【図２】燃料消費関数fuel(ＰPS)の模式図である。
【図３】合成関数の第２項の模式図である。
【図４】合成関数の第３項の模式図である。
【図５】関数ｈ(ΔＳＯＣ) の模式図である。
【図６】燃料電池とバッテリーとを備えたハイブリッド車両の動力制御のブロック図である。
【図７】本発明に係るハイブリッド車両の動力分配制御プログラムのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  ハイブリッド車両］
本発明に係るハイブリッド車両は、
車両駆動用の主たる動力を発生させるための主動力源と、
車両駆動用のモーターと、
前記主動力源が発生させた動力の一部又は前記モーターが回収した回生エネルギーを一時的に電力として蓄え、蓄えられた前記電力を前記モーターに供給するためのバッテリーと、
前記主動力源、前記モーター、及び前記バッテリーの動作を制御する制御装置と
を備えている。
【００１６】
［１．１．  主動力源］
主動力源は、車両駆動用の主たる動力を発生させるためものである。主動力源としては、例えば、燃料電池、内燃機関などがある。
主動力源が燃料電池である場合、燃料電池で発生させた電力の大半が車両駆動用のモータに送られる。また、燃料電池で発生させた電力が要求パワーに比べて過剰である時には、電力の一部はバッテリーに蓄えられる。
一方、主動力源が内燃機関である場合、内燃機関で発生させた駆動力の大半が車軸に直接伝達される。また、内燃機関で発生させた駆動力が要求パワーに比べて過剰である時には、駆動力の一部は、車両駆動用のモータの回転軸に伝達され、電力に変換される。変換された電力は、バッテリーに蓄えられる。
【００１７】
［１．２．  モーター］
モーターは、主として車両を駆動するためのものである。本発明において、モーターの構造は、特に限定されない。
モーターは、燃料電池又はバッテリーから供給される電力により回転し、その回転力が車軸に伝達される。但し、内燃機関が過剰の駆動力を発生させている時、あるいは、車両が減速している時には、内燃機関の駆動力又は車軸の回転力がモーターの回転軸に伝達される。すなわち、モーターは、発電機としても用いられる。
【００１８】
［１．３．  バッテリー］
バッテリーは、主動力源が発生させた動力の一部又はモーターが回収した回生エネルギーを一時的に電力として蓄え、蓄えられた電力をモーターに供給するためのものである。本発明において、バッテリーの構造は、特に限定されない。
【００１９】
［１．４．  制御装置］
制御装置は、主動力源、モーター、及びバッテリーの動作を制御するためのものである。制御装置は、これらを制御するための一般的な手段に加えて、本発明に係るハイブリッド車両の動力分配制御プログラムが格納されている。動力分配制御プログラムの詳細については、後述する。
【００２０】
［２．  動力分配制御の方法］
［２．１．  合成関数］
ハイブリッド車両において、時刻ｔにおける車両の要求パワーＰreq(ｔ)は、時刻ｔにおける主動力源のネット出力ＰPS(ｔ)と、時刻ｔにおけるバッテリーのネット出力ＰBAT(ｔ)の和に等しくなるように、常に主動力源とバッテリーによって供給されなければならない。次の式（１）に、これらの関係式を示す。。
Ｐreq(ｔ)＝ＰPS(ｔ)＋ＰBAT(ｔ)      …（１）
【００２１】
本発明では、そのような条件下において、
（ａ）最小化することで主動力源の燃料消費量を抑制する効果のある主動力源の燃料消費関数（主動力源の出力と燃料消費量の関係を表す関数）と、
（ｂ）最小化することでバッテリー出力が抑制される効果のあるバッテリー出力の二次関数と、
（ｃ）最小化することでバッテリーの充填率ＳＯＣをＳＯＣ中心（ＳＯＣc）に維持する効果のあるバッテリー出力の一次関数と
の和で与えられる合成関数を最小化することによって、主動力源の出力を決定する。
【００２２】
合成関数ｆ(ＰPS)は、具体的には、次の式（２）で表される。
ｆ(ＰPS)＝fuel(ＰPS)＋γ(Ｐreq(ｔ)−ＰPS)2＋λ・ｋ(Ｐreq(ｔ)−ＰPS)  …（２）
但し、
fuel(ＰPS)は、前記主動力源の燃料消費関数、
ＰPSは、前記主動力源のネット出力、
γ（＞０）は、第１制御パラメータであって、前記バッテリー、又は、前記バッテリー及び前記主動力源の劣化の程度と相関があるもの、
λは、第２制御パラメータであって、前記バッテリーの充電率（ＳＯＣ）と相関があるもの、
ｋ（＜０）は、前記バッテリー固有の負の定数。
【００２３】
図１に、合成関数ｆ(ＰPS)の模式図を示す。図１において、ＰPS*は、式（２）で表される合成関数が最小となる時の主動力源のネット出力を表す。また、その時のバッテリーのネット出力ＰBAT*は、次の式（１ａ）で表される。
ＰBAT*＝Ｐreq(ｔ)−ＰPS*      …（１ａ）
【００２４】
図１に示す例において、主動力源のネット出力ＰPS*は、要求パワーＰreq(ｔ)より大きい。そのため、主動力源の余剰の出力（ＰPS*−Ｐreq(ｔ））がバッテリー充電パワーＰBAT*としてバッテリーに充電される。
一方、図示はしないが、主動力源のネット出力ＰPS*が要求パワーＰreq(ｔ)より小さい時には、不足分の出力（Ｐreq(ｔ)−ＰPS*）がバッテリー放電パワーＰBAT*としてバッテリーから放電される。
これにより、燃料消費量を最適に抑制しつつ、バッテリーのネット出力ＰBAT*の使用量を各種状況により調整することができる。
【００２５】
［２．２．  燃料消費関数］
［２．２．１．  概要］
式（２）の右辺第１項は、燃料消費関数fuel(ＰPS)であり、主動力源のネット出力ＰPSと燃料消費量との関係を表す関数である。
図２に、燃料消費関数fuel(ＰPS)の模式図を示す。図２に示すように、ＰPSと燃料消費量との間には正の相関があり、ＰPSが大きくなるほど燃料消費量が多くなる。すなわち、第１項を最小化することは、燃料消費量を削減することに相当する。
【００２６】
［２．２．２．  二次関数による近似］
fuel(ＰPS)の形状は、主動力源の種類や仕様により異なり、一般的には、単純な関数で表すことができない。そのため、ｆ(ＰPS)の最小値を求める場合において、計算精度を追求する時には、例えば、勾配法などの繰り返し演算により最適解を求めるのが好ましい。
一方、fuel(ＰPS)をＰPSの二次関数で近似しても良い。この場合、ｆ(ＰPS)の最小値の計算が簡単な演算で求められるため、演算時間を短縮することができる。
【００２７】
次の式（９）に、二次関数で近似された燃料消費関数を示す。
fuel(ＰPS)＝ａ・ＰPS2＋ｂ・ＰPS＋ｃ  …（９）
但し、
fuel(ＰPS)は、前記主動力源の燃料消費関数、
ＰPSは、前記主動力源のネット出力、
ａ（＞０）、ｂ、ｃは、それぞれ、前記主動力源の真の燃料消費特性と前記ＰPSとの関係をフィッティングすることにより得られる係数。
フィッティング方法としては、例えば、最小二乗法などがある。
【００２８】
係数ａは正の値であるため、これを式（２）に代入すると、ｆ(ＰPS)は、２次の凸関数となる。そのため、その最小値は、次の式（１０）の解として一意に求められる。
ｄｆ(ＰPS)／ｄＰPS＝０      …（１０）
よって、最適解ＰPS*は、次の式（１１）で与えられる。
ＰPS*＝(λ・ｋ＋２γ・Ｐreq(ｔ)−ｂ)／２(ａ＋γ)      …（１１）
式（１１）を用いると、計算精度は若干低下するが、最適化の繰り返し演算を回避できるので、計算負荷が少ないという利点がある。
【００２９】
［２．３．  第２項（バッテリー出力の二次関数）］
［２．３．１．  概要］
式（２）の第２項は、バッテリー出力の二乗に第１制御パラメータγを乗じた関数からなる。γは、主動力源の劣化指標及びバッテリーの劣化指標の関数であり、常に正の値を取る。また、γは、バッテリーの劣化が大きいほど、及び／又は、主動力源の劣化が小さいほど、大きな値となる係数である。
【００３０】
図３に、合成関数の第２項の模式図を示す。図３に示すように、Ｐreq(ｔ)とＰPSの差が大きくなるほど、第２項は大きくなる。すなわち、第１項を最小化することは、ＰPSをＰreq(ｔ)に近づけることに相当する。
また、γが大きくなるほど、放物線の傾きが大きくなるために、Ｐreq(ｔ)とＰPSとの差の僅かな増加が、第２項の大きな増加となって現れる。換言すれば、γが大きくなるほど、バッテリーの出力分担比率が小さくなるという性質がある。
【００３１】
すなわち、バッテリーの劣化が大きいほど、及び／又は、主動力源の劣化が小さいほど、γが大きくなる。また、その結果として主動力源の出力分担比率が大きくなるので、バッテリーの劣化を抑制することができる。
逆に、バッテリーの劣化が小さいほど、及び／又は、主動力源の劣化が大きいほど、γが小さくなる。また、その結果としてバッテリーの出力分担比率が大きくなるので、主動力源の劣化を抑制することができる。
【００３２】
［２．３．２．  第１制御パラメータγ］
第２項を確定するためには、第１制御パラメータγの値を知る必要がある。γは、具体的には、次の式（３）及び式（４）から算出することができる。
【００３３】
γ＝γ0＋Δγ      …（３）
Δγ＝α／ＤｅｔPS＋β・ＤｅｔBAT      …（４）
但し、
γ0は、ノミナル値（定数）、
ＤｅｔPSは、前記主動力源の劣化指標、
ＤｅｔBATは、前記バッテリーの劣化指標、
αは、ＤｅｔPSの逆数の換算係数（定数）であって、ゼロ（前記主動力源が内燃機関である場合）、又は正の値（前記主動力源が燃料電池である場合）
βは、ＤｅｔBATの換算係数（定数）。
【００３４】
ＤｅｔPSは、その値が大きくなるほど、主動力源の劣化が進行していることを表す指標である。ＤｅｔPSの大きさは、主動力源の作動履歴に依存する。主動力源が燃料電池（ＦＣ）である場合、ＤｅｔFCに影響を与える作動履歴としては、例えば、ＦＣの電流・電圧の履歴、電圧の時間変化率、電圧の時間変化率毎の頻度、電圧毎の頻度などがある。
なお、主動力源が内燃機関である場合には、劣化の影響を無視することができる。この場合、式（４）においてα＝０として、γからＤｅｔPSを排除する。
【００３５】
ＤｅｔBATは、その値が大きくなるほど、バッテリーの劣化が進行していることを表す指標である。ＤｅｔBATは、バッテリーの作動履歴に依存する。ＤｅｔBATに影響を与える作動履歴としては、例えば、バッテリーの温度、バッテリーの電流の履歴、バッテリーの充電率の履歴などがある。
【００３６】
γ0、α、及びβは、それぞれ、主動力源（すなわち、燃料電池）及び／又はバッテリーの仕様が決まると、一義的に定まる定数である。そのため、ＤｅｔPS及びＤｅｔBATが分かると、γが一義的に定まる。ＤｅｔPS及びＤｅｔBATの算出方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。
【００３７】
ＤｅｔPS及びＤｅｔBATの算出方法としては、例えば、
（ａ）主動力源及び／又はバッテリーの実際の作動履歴を記憶しておき、実際の作動履歴からγを推定する方法、
（ｂ）主動力源及びバッテリーの作動履歴以外のパラメータ（例えば、経年数など）に基づいて、そのパラメータに対しγを与えるマップからγを推定する方法、
（ｃ）基準の動作点（Ｉ−Ｖ）と、計測された動作点のずれからγを推定する方法、
などがある。
【００３８】
これらの中でも、実際の作動履歴に基づいてγを推定する方法は、主動力源及び／又はバッテリーの劣化の進行状況の推定精度が高いので、γの算出方法として好適である。γは、具体的には、以下の方法により算出するのが好ましい。
（１）主動力源の作動履歴と主動力源の劣化指数ＤｅｔPSとの関係を表すデータベース（Ａ）を予めメモリに記憶させておき、主動力源の実際の作動履歴に対応するＤｅｔPSをデータベース（Ａ）から読み出し、読み出されたＤｅｔPSをメモリに記憶させる（手順Ｅ１）。
（２）バッテリーの作動履歴とバッテリーの劣化指数ＤｅｔBATとの関係を表すデータベース（Ｂ）を予めメモリに記憶させておき、バッテリーの実際の作動履歴に対応するＤｅｔBATをデータベース（Ｂ）から読み出し、読み出されたＤｅｔBATをメモリに記憶させる（手順Ｅ２）。
（３）上述した式（３）及び式（４）にＤｅｔFC及びＤｅｔBATを代入することによりγを算出し、算出されたλをメモリに記憶させる（手順Ｅ３）。
【００３９】
［２．４．  第３項（バッテリー出力の一次関数）］
［２．４．１．  概要］
式（２）の第３項は、バッテリー出力に第２制御パラメータλ及び定数ｋを乗じた関数からなる。λは、バッテリーの充電率（ＳＯＣ）の関数であり、正の値を取る場合と、負の値を取る場合とがある。また、λは、バッテリーの充電率の中心（ＳＯＣc）からのＳＯＣの偏倚量が大きくなるほど、絶対値が大きな値となる係数である。
【００４０】
図４に、合成関数の第３項の模式図を示す。ｋは、バッテリー固有の負の値である。そのため、λが正の値である時には、第３項は、図４に示すように、右上がりの直線となる。λが正である場合において、第３項を最小化することは、主動力源の出力分担比率を小さくし、バッテリーの出力分担比率を大きくすることに相当する。
【００４１】
逆に、λが負である時には、第３項は、図示はしないが、右下がりの直線となる。λが負である場合において、第３項を最小化することは、主動力源の出力分担比率を大きくし、バッテリーの出力分担比率を小さくすることに相当する。
さらに、λはＳＯＣcと相関があるため、第３項を最小化することは、ＳＯＣがＳＯＣcに近づくように、バッテリーを充電又は放電させることに相当する。
【００４２】
［２．４．２．  λの算出方法］
第２制御パラメータλは、種々の方法により算出することができる。
【００４３】
［Ａ．  第１の方法］
第１の方法は、次の式（５）及び式（６）に基づいて、λを算出する方法である。
λ＝λ0＋ｇ・ΔＳＯＣ      …（５）
ΔＳＯＣ＝ＳＯＣ−ＳＯＣc      …（６）
但し、
λ0は、ノミナル値（定数）、
ｇは、ΔＳＯＣの換算係数（定数）、又は、ΔＳＯＣの換算係数になましフィルタ（ローパスフィルタ）を乗じた関数、
ＳＯＣcは、前記バッテリーの充電率ＳＯＣの中心。
【００４４】
λ0及びＳＯＣcは、バッテリーの仕様が決まると、一義的に定まる定数である。また、ｇは、目的に応じて任意に設定できる正の定数であり、その値が大きくなるほど、ΔＳＯＣの僅かな相違がλの大きな相違となって現れる。そのため、時々刻々と変化するＳＯＣが分かれば、λを知ることができる。
【００４５】
第１の方法において、λは、具体的には、以下の方法により算出するのが好ましい。
（１）バッテリーの充電率（ＳＯＣ）を検出し、これをメモリに記憶させる（手順Ｆ１）。
（２）上述した式（５）及び式（６）にＳＯＣを代入することによりλを算出し、算出されたλをメモリに記憶させる（手順Ｆ２）。
【００４６】
［Ｂ．  第２の方法］
第２の方法は、式（７）及び式（８）に基づいて、λを算出する方法である。
λ＝λ0＋sign(ΔＳＯＣ)・ｈ(ΔＳＯＣ)      …（７）
ｈ(ΔＳＯＣ)＝ｈ(ＳＯＣ−ＳＯＣc)      …（８）
但し、
λ0は、ノミナル値（定数）、
sign(ｘ)は、符号関数、
ｈ(ｘ)は、前記バッテリーの充電率の中心（ＳＯＣc）付近ではゼロであり、前記ＳＯＣcから前記ＳＯＣが増加又は減少するに伴い前記ＳＯＣが指数関数的に増加する、前記ＳＯＣcを対称軸とする線対称な非線形関数。
【００４７】
sing(ΔＳＯＣ)は、ΔＳＯＣの正負の符号を表す。
図５に、関数ｈ(ΔＳＯＣ)の模式図を示す。ｈ(ΔＳＯＣ)は、図５に示すように、ＳＯＣの上限近傍及び下限近傍においては大きな値となり、ＳＯＣc付近では小さな値となる任意の非線形関数である。ｈ(ΔＳＯＣ)は、特に限定されるものではなく、２次関数や４時間数などの偶数次関数や、偶関数特性を示す多項式関数でも良い。
【００４８】
第１の方法は、λがＳＯＣの一次関数で表されるため、計算負荷が少ないという利点がある。しかし、第１の方法は、ＳＯＣがＳＯＣcから僅かに偏倚しただけでも、λが大きな値となる。そのため、必要以上にバッテリーの充放電が繰り返されるおそれがある。
これに対し、第２の方法は、ＳＯＣがＳＯＣc付近にあるときには、λが相対的に小さな値に維持される。そのため、第２の方法は、必要以上にバッテリーの充放電が繰り返されることがない。
【００４９】
第２の方法において、λは、具体的には、以下の方法により算出するのが好ましい。
（１）バッテリーの充電率（ＳＯＣ）を検出し、これをメモリに記憶させる（手順Ｆ１）。
（２）上述した式（７）及び式（８）にＳＯＣ代入することによりλを算出し、算出されたλを前記メモリに記憶させる（手順Ｆ３）。
【００５０】
［３．  動力分配制御方法］
図６に、燃料電池とバッテリーとを備えたハイブリッド車両の動力制御のブロック図を示す。主動力源（ＰＳ）が燃料電池（ＦＣ）である場合、動力分配制御は、以下のようにして行われる。
【００５１】
まず、アクセル開度及び車速を検出し、これを車両の要求パワーＰreq(ｔ)に換算する。ここで、「車速」は、現時点における実際の車速である。ハイブリッド車両の仕様が決まると、アクセル開度及び車速から要求パワーＰreq(ｔ)を一義的に算出することができる。
次に、ＦＣの作動履歴（例えば、ＦＣの電流・電圧の履歴）、バッテリーの作動履歴（例えば、バッテリーの電流履歴）、ＳＯＣに基づいて、γ及びλを算出する。
次に、算出されたＰreq(ｔ)、γ、及びλを用いて、合成関数ｆ(ＰFC)が最小となる時のＦＣのネット出力ＰFC*、及びバッテリーのネット出力ＰBAT*を算出する。
さらに、主動力源の出力がＰPS*となるように主動力源を作動させ、バッテリーの出力がＰBAT*となるようにバッテリーを作動させる。
【００５２】
［４．  ハイブリッド車両の動力分配制御プログラム］
図７に、本発明に係るハイブリッド車両の動力分配制御プログラムのフロー図を示す。
まず、ステップ１（以下、単に「Ｓ１」という）において、時刻ｔにおけるアクセル開度及び車速を検出する。次いで、Ｓ２において、これを車両の要求パワーＰreq(ｔ)に換算してメモリに記憶させる（手順Ａ）。
【００５３】
次に、Ｓ３において、第１制御パラメータγを算出する。γの算出方法は、特に限定されないが、上述した式（３）及び式（４）を用いる方法（手順Ｅ１〜Ｅ３）が好ましい。手順Ｅ１〜Ｅ３の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５４】
次に、Ｓ４において、第２制御パラメータλを算出する。λの算出方法は、特に限定されないが、
（ａ）式（５）及び式（６）を用いる方法（手順Ｆ１、Ｆ２）、又は、
（ｂ）式（７）及び式（８）を用いる方法（手順Ｆ１、Ｆ３）
が好ましい。手順Ｆ１〜Ｆ３の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５５】
次に、Ｓ５において、上述した式（２）で表される合成関数ｆ(ＰPS)（ｆ(ＰPS)を数学的に変形することにより得られる関数を含む）にＰreq(ｔ)を代入し、合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時の主動力源のネット出力ＰPS*を算出し、これをメモリに記憶させる（手順Ｂ）。式（２）の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５６】
なお、Ｓ５においては、式（２）の燃料消費関数fuel(ＰPS)として、上述した式（９）で表される二次関数を用いても良い。この場合、ＰPS*は、上述した式（１１）にＰreq(ｔ)を代入することにより得られる（手順Ｂ’）。式（９）及び式（１１）の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５７】
次に、Ｓ６において、上述した式（１ａ）に基づいて、合成関数ｆ(ＰPS)が最小となる時のバッテリーのネット出力ＰBAT*を算出し、これをメモリに記憶させる（手順Ｃ）。式（１ａ）の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５８】
次に、Ｓ７において、主動力源の出力がＰPS*となるように主動力源を作動させ、バッテリーの出力がＰBAT*となるようにバッテリーを作動させる（手順Ｄ）。
次に、Ｓ８に進む。Ｓ８では、動力分配制御を継続するか否かが判断される。動力分配制御を継続する場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、Ｓ１に戻り、上述したＳ１からＳ８の各ステップを繰り返す。一方、動力分配制御を終了させる場合（Ｓ８：ＮＯ）には、そのままプログラムを終了させる。
【００５９】
［５．  作用］
車両の要求パワーＰreq(ｔ)は、主動力源のネット出力ＰPS(ｔ)と、バッテリーのネット出力ＰBAT(ｔ)の和で表される。また、式（２）の右辺の第１項（主動力源の燃料消費関数）、第２項（バッテリーのネット出力の二乗に比例する関数）、及び第３項（バッテリーのネット出力に比例する関数）は、いずれもＰPS(ｔ）の関数となる。
【００６０】
これらの内、第１項は、主動力源のネット出力と燃料消費量との関係を表す関数である。そのため、第１項を最小化することは、燃料消費量を削減することに相当する。
第２項は、バッテリーのネット出力の二乗とγの積である。γは、バッテリーの劣化と正の相関があり、主動力源の劣化と負の相関がある。そのため、第２項を最小化することは、γが大きくなるほど（バッテリーの劣化が進行するほど）、主動力源のネット出力ＰPS(ｔ)を要求パワーＰreq(ｔ)により近づけ、バッテリーの出力分担比率を小さくすることに相当する。
さらに、第３項はバッテリーのネット出力とλの積に比例している。λは、ＳＯＣcからのＳＯＣの偏倚量と相関がある。そのため、第３項を最小化することは、ＳＯＣがＳＯＣcに近づくように、バッテリーを充電又は放電させることに相当する。
【００６１】
そのため、γ及びλにより重み付けされた合成関数を最小化することにより、主動力源及び／又はバッテリーの作動状況あるいは劣化状況に応じて、要求パワーＰreq(ｔ)を主動力源のネット出力ＰPS*及びバッテリーのネット出力ＰBAT*に分配することができる。その結果、燃料消費量を最適に削減することができる。これと同時に、バッテリー、又は、バッテリー及び主動力源の劣化も抑制することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る動力分配制御プログラムは、燃料電池とバッテリーを備えたハイブリッド車両、あるいは、内燃機関とバッテリーを備えたハイブリッド車両の動力分配に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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