(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両走行用の駆動源として、内燃機関と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータとを備え、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、前記高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するハイブリッド車両の制御装置において、
前記高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように前記電気モータの発電量をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段を設け、
前記発電量フィードバック制御手段は、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、実際の充電レベルを目標充電レベルと比較して前記高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する目標充電電流算出手段と、前記低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出する電気負荷電流検出手段と、前記目標充電電流と前記電気負荷電流とを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出する目標発電電流算出手段と、前記目標発電電流を得るように前記電気モータの発電量制御を行う発電量制御手段と、を含んで構成し、
更に、定常運転時と減速運転時とで目標充電レベルを異ならせる目標充電レベル切換手段を設けたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
定常運転時の目標充電レベルを減速運転時の目標充電レベルより低く設定することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
減速運転時の目標充電レベルを満充電レベル相当に設定することを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
前記高電圧バッテリとして、鉛酸バッテリを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行用の駆動源として、内燃機関と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータとを備え、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、前記高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特開平１１−２２５０１号公報等に示されているように、車両走行用の駆動源として、内燃機関（ガソリンエンジン）と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータと備えるハイブリッド車両の開発が進められている。
【０００３】
かかるハイブリッド車両では、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するようにしている。
【０００４】
ここで、前記電気モータによる発電量（発電電流）は、高電圧バッテリの充電レベルを検出し、満充電レベルとなるように制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速運転時に、エネルギー回生を行おうとしても、高電圧バッテリが既に満充電レベルであると、電力を受け付けないため、有効にエネルギー回生を行うことができないばかりか、高電圧バッテリが過充電状態となって、バッテリの劣化を早めたり、減速度（減速Ｇ）が大きくなりすぎ、運転者に違和感を与えたりする。
【０００６】
また、高電圧バッテリとして、高価なリチウムイオンバッテリや、ニッケル・水素バッテリ等に代えて、安価な鉛酸バッテリを用いる場合、鉛酸バッテリは、特に過充電により劣化しやすいので、過充電を確実に防止するための対策が必要不可欠である。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑み、減速運転時のエネルギー回生効率の向上を図り、また過充電を確実に防止できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、車両走行用の駆動源として、内燃機関と、高電圧バッテリを電力源とする電気モータとを備え、減速運転時を含む所定の運転条件にて、前記電気モータを発電機として用いて、前記高電圧バッテリと車載電気負荷用の低電圧バッテリとに充電するハイブリッド車両の制御装置において、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように前記電気モータの発電量をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段を設け、前記発電量フィードバック制御手段は、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、実際の充電レベルを目標充電レベルと比較して前記高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する目標充電電流算出手段と、前記低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出する電気負荷電流検出手段と、前記目標充電電流と前記電気負荷電流とを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出する目標発電電流算出手段と、前記目標発電電流を得るように前記電気モータの発電量制御を行う発電量制御手段と、を含んで構成し、前記高電圧バッテリの充電レベルを検出する充電レベル検出手段と、実際の充電レベルを目標充電レベルと比較して前記高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する目標充電電流算出手段と、前記低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出する電気負荷電流検出手段と、前記目標充電電流と前記電気負荷電流とを加算して前記電気モータによる目標発電電流を算出する目標発電電流算出手段と、前記目標発電電流により目標充電レベルとなるように前記電気モータの発電量をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段と、を含んで構成し、更に、定常運転時と減速運転時とで目標充電レベルを異ならせる目標充電レベル切換手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、定常運転時の目標充電レベルを減速運転時の目標充電レベルより低く設定することを特徴とする。
請求項３に係る発明では、減速運転時の目標充電レベルを満充電レベル相当に設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、前記高電圧バッテリとして、鉛酸バッテリを用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように電気モータの発電量をフィードバック制御する際に、定常運転時と減速運転時とで目標充電レベルを異ならせることにより、特に請求項２に係る発明のように、定常運転時の目標充電レベルを減速運転時の目標充電レベルより低く設定することにより、定常運転時に満充電状態とならないように制御して、減速運転時のエネルギー回生分の空容量を確保しておくことができ、減速運転時のエネルギー回生をより効果的なものとすることができる。
また、高電圧バッテリの充電レベルを検出して、目標充電レベルとなるように高電圧バッテリへの目標充電電流を算出する一方、低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を検出し、目標充電電流と電気負荷電流とを加算して電気モータによる目標発電電流を算出し、この目標発電電流により目標充電レベルとなるように電気モータの発電量をフィードバック制御することで、すなわち、低電圧バッテリから車載電気負荷に供給されている電気負荷電流を考慮して発電量制御を行うことで、充電効率が向上し、バッテリの能力をフルに使えるようになる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明のように、減速運転時の目標充電レベルを満充電レベル相当に設定することで、減速運転時に十分なエネルギー回生を行うことができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、高電圧バッテリとして、鉛酸バッテリを用いることで、大幅なコスト低減が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両のシステム図である。
【００１７】
内燃機関（以下エンジンという）１の出力側に、発電機を兼ねる電気モータ（以下モータジェネレータという）２を直結し、このモータジェネレータ２に変速機３を接続して、この変速機３の出力側の駆動軸４によりデフ５を介して駆動輪側の車軸６を駆動するようにしてある。
【００１８】
ここにおいて、モータジェネレータ２は、エンジンの始動又は車両の発進時にエンジン１のクランキングを行う始動手段として使用し、特に、所定のアイドルストップ条件にてエンジン１を自動的に停止させるアイドルストップ装置を装備する場合に、アイドルストップ後に、所定のアイドルストップ解除条件にてエンジン１を自動的に始動する時に使用する一方、必要により、加速時などの所定の運転条件にて、エンジン１のトルクにモータ２のトルクを付加して、車両の加速等を円滑に行うために使用する。そして、減速運転時を含む所定の運転条件では、モータジェネレータ２を発電機として用いて、バッテリへの充電のために使用し、特に減速運転時には、駆動軸４側からのエネルギーを回生して、バッテリ充電のための発電を行わせる。
【００１９】
図２は上記ハイブリッド車両における電力供給系のシステム図である。
高電圧バッテリ１１は、定格４２Ｖ程度の、モータジェネレータ２の電力源となる充放電可能な電池電源であって、具体的には鉛酸バッテリ（lead-acid battery ；充放電中に組成が変わる酸化鉛を含む鉛の格子を電極とし、希硫酸を電解質とする鉛蓄電池）を用いている。
【００２０】
ここで、高電圧バッテリ１１の充電時には、すなわち、モータジェネレータ２から発電電力が得られている状態では、モータジェネレータ２より発生する３相交流電力が、インバータ１２により直流電力に変換されて、ジャンクションボックス１３を介して、供給され、放電時には、その放電電力がジャンクションボックス１３及びインバータ１２を介して３相交流電力に変換されて、モータジェネレータ２に供給される。
【００２１】
低電圧バッテリ１４は、エンジン補機負荷を含む車載電気負荷の電力源として一般的に用いられている定格１４Ｖ程度の鉛酸電池で、その電気エネルギーはモータジェネレータ２からインバータ１２及びジャンクションボックス１３を経由した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して蓄えられる。
【００２２】
コントロールユニット１６は、エンジン回転数Ｎｅ、車速ＶＳＰ及びアイドルスイッチ信号を含む車両の各種運転条件が入力される他、電流センサ及び電圧センサを介して、モータジェネレータ２より発生しインバータ１２により変換された発電電流ＩＭＧ、高電圧バッテリ１１への充電電流（又は放電電流）ＩＨ及びその端子電圧ＶＨの検出を行う。そして、これらを基に、モータジェネレータ２の作動を制御する機能を有し、特に、高電圧バッテリ１１の充電レベルＳＯＣ（State of Charge ）を検出して、目標充電レベルＴＳＯＣとなるように、モータジェネレータ２の発電量（発電電流）をフィードバック制御する発電量フィードバック制御手段としての機能を有している。尚、充電レベルＳＯＣの検出は、前記ＩＨ，ＶＨに基づく推定により行う。
【００２３】
図３は前記コントロールユニット１６によるモータジェネレータ２の発電量（発電電流）制御の制御ブロック図であり、全体が発電量フィードバック制御手段に相当する。
【００２４】
目標充電レベル切換手段２１は、高電圧バッテリ１１の目標充電レベルＴＳＯＣを設定するもので、切換スイッチ（ＳＷ）により、定常運転時は、減速運転（エネルギー回生時）に余裕を残すように、目標充電レベルＴＳＯＣを低めの所定値ＴＳＯＣＬに設定し、減速運転時は、十分なエネルギー回生のため、目標充電レベルＴＳＯＣを高めの所定値ＴＳＯＣＨに設定する。
【００２５】
ここで、目標充電レベルＴＳＯＣは、満充電量（所定の初期容量又は満充電状態にて学習した満充電量）に対する目標充電量の割合で、定常運転時のＴＳＯＣＬは例えば８０％、減速運転時のＴＳＯＣＨは例えば９５％に設定する。
【００２６】
具体的には、図４のフローチャートに示すように、Ｓ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、車速ＶＳＰ及びアイドルスイッチ信号から、減速運転時（Ｎｅ≧所定値、ＶＳＰ≧所定値、かつアイドルスイッチＯＮ）か否かを判定する。この結果、減速運転時でない場合、すなわち、定常運転時の場合は、Ｓ２へ進んで、目標充電レベルＴＳＯＣを低めの所定値ＴＳＯＣＬ（例えば８０％）に設定する。また、減速運転時の場合は、Ｓ３へ進んで、目標充電レベルＴＳＯＣを高めの所定値ＴＳＯＣＨ（例えば９５％）に設定する。
【００２７】
尚、減速運転時のＴＳＯＣＨは満充電レベル相当に設定するが、実際の充電レベルＳＯＣの検出誤差（推定誤差）を考慮し、検出誤差が±α（％）であるとすると、１００−α（％）に設定する。従って、検出誤差が±５％であれば、９５％に設定する。検出誤差による過充電を防止するためである。
【００２８】
充電レベル検出手段２２は、高電圧バッテリ１１の実際の充電レベルＳＯＣを検出（推定）する。
具体的には、先ず、始動時（大放電時）に、放電時特性ＶＨ＝ＶＨ０−ＩＨ・Ｒ０（ＶＨはバッテリ端子電圧、ＶＨ０は開放端電圧（起電力）、ＩＨは放電電流、Ｒ０は内部抵抗）より、実際に検出した複数点でのＶＨ、ＩＨから、ＶＨ０、Ｒ０を求め、充電量＝ｆ（ＶＨ０）を推定する。その後は、電流センサにより検出される高電圧バッテリ１１の充放電電流ＩＨを時間積算して、充電量を更新する（充電量＝充電量＋ＩＨ・Δｔ；Δｔは積算の時間隔）。そして、このようにして求められる充電量を満充電量（所定の初期容量又は満充電状態にて学習した満充電量）にて除算して、充電レベルＳＯＣ（％）を算出する。
【００２９】
尚、ここでは充電レベルＳＯＣ及び目標充電レベルＴＳＯＣを満充電状態に対する割合（％）として検出、設定しているが、絶対量（Ａ・Ｈｒ）である充電量として検出、設定するようにしてもよい。
【００３０】
目標充電電流算出手段２３は、目標充電レベルＴＳＯＣと実際の充電レベルＳＯＣとを比較し、その差分（ＴＳＯＣ−ＳＯＣ）に比例積分制御に基づくゲインＫを乗じるなどして、充電量のフィードバック制御量を算出し、これを電流変換して、高電圧バッテリ１１への目標充電電流を算出する。
【００３１】
一方、発電電流検出手段２４は、電流センサにより、モータジェネレータ２の実際の発電電流ＩＭＧを検出する。
充電電流検出手段２５は、電流センサにより、高電圧バッテリ１１への実際の充電電流ＩＨを検出する。
【００３２】
電気負荷電流検出手段２６は、モータジェネレータ２の発電電流ＩＭＧから、高電圧バッテリ１１への充電電流ＩＨを減算して、エアコン、パワステ、ライト、ワイパー等の車載電気負荷に供給されている電気負荷電流（＝ＩＭＧ−ＩＨ）を算出する。すなわち、モータジェネレータ２の発電電流ＩＭＧから、高電圧バッテリ１１への充電電流ＩＨを減算して、低電圧バッテリ１４への充電電流ＩＬ＝ＩＭＧ−ＩＨを求め、この低電圧バッテリ１４への充電電流ＩＬを、電気負荷電流（＝ＩＬ）と推定するのである。
【００３３】
バッテリ充電時目標発電電流算出手段２７は、前記目標充電電流算出手段２３により算出された目標充電電流に、前記電気負荷電流検出手段２６により求められた電気負荷電流を加算して、モータジェネレータ２の目標発電電流（＝目標充電電流＋電気負荷電流）を算出する。
【００３４】
バッテリ放電時目標発電電流設定手段２８は、バッテリ放電時のバッテリ劣化を防止すべく、バッテリ放電時にモータジェネレータ２より微量の発電電流を得るためのもので、目標発電電流を１〜２Ａ程度（定数）に設定する。
【００３５】
目標発電電流決定手段２９は、選択スイッチ（ＳＷ）により、バッテリ充電中は、前記バッテリ充電時目標発電電流算出手段２７により算出されたバッテリ充電時目標発電電流を、目標発電電流として決定し、バッテリ放電中は、前記バッテリ放電時目標発電電流算出手段２８により設定されたバッテリ放電時目標発電電流（微量発電電流）を、目標発電電流として決定する。
【００３６】
目標トルク算出手段３０は、前記目標発電電流決定手段２９により決定された目標発電電流を、図３中（ａ）のテーブルを参照して、目標トルクに変換する。モータジェネレータ駆動電流制御手段３１は、この目標トルクとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、図３中（ｂ）のマップを参照して、現在のエンジン回転数Ｎｅで目標トルクを出すために必要なモータジェネレータ２への駆動電流を決定して出力し、これによりモータジェネレータ２の発電電流を制御する。ここで、目標トルク算出手段３０及びモータジェネレータ駆動電流制御手段３１が発電量制御手段に相当する。
【００３７】
以上のような制御により、高電圧バッテリ１１として鉛酸バッテリを用い、定常運転時は減速運転時（エネルギー回生時）に余裕を残すようにバッテリに充電することで、減速運転時に十分なエネルギー回生が可能となり、回生効率を大幅に向上することができる。また、過充電によるバッテリ劣化を防止し、併せて減速Ｇが大きくなり過ぎるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両のシステム図
【図２】  同上のハイブリッド車両における電力供給系のシステム図
【図３】  モータジェネレータの発電量制御の制御ブロック図
【図４】  目標充電レベル切換のフローチャート
【符号の説明】
１  エンジン
２  モータジェネレータ
３  変速機
１１  高電圧バッテリ
１２  インバータ
１３  ジャンクションボックス
１４  低電圧バッテリ
１５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１６  コントロールユニット
２１  目標充電レベル切換手段
２２  充電レベル検出手段
２３  目標充電電流算出手段
２４  発電電流検出手段
２５  充電電流検出手段
２６  電気負荷電流検出手段
２７  バッテリ充電時目標発電電流算出手段
２８  バッテリ放電時目標発電電流設定手段
２９  目標発電電流決定手段
３０  目標トルク算出手段（発電量制御手段）
３１  モータジェネレータ駆動電流制御手段（発電量制御手段）
【図１】
0003644335.tif 000002
【図２】
0003644335.tif 000003
【図３】
0003644335.tif 000004
【図４】
0003644335.tif 000005