(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単コンデンサセルを備えた車両用蓄電装置と、車両の駆動源となるとともに前記車両用蓄電装置に回生出力を供給する電気モータと、前記車両用蓄電装置および電気モータに電力供給する発電機と、この発電機を駆動するエンジンとを備えた車両に備えられ、前記車両用蓄電装置への充放電を制御する充放電制御装置において、前記車両用蓄電装置の総電圧の充電状態を判定する総電圧状態判定手段と、前記車両用蓄電装置のいずれかのコンデンサセルが過充電であることを検出する単セル過充電信号に基づいて前記車両用蓄電装置に過充電のコンデンサセルがあるか否かを判定し、かつ前記車両用蓄電装置のいずれかのコンデンサセルが過放電であることを検出する単セル過放電信号に基づいて前記車両用蓄電装置に過放電の単コンデンサセルがあるか否かを判定する単コンデンサセル状態判定手段と備え、前記総電圧状態判定手段および前記単コンデンサセル状態判定手段の判定結果に基づいて前記発電機および前記電気モータの作動を制御することにより前記車両用蓄電装置への充放電を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方によって過放電の判定がなされた場合に、前記発電機の出力を最大出力値に切り換える発電機出力切換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
【請求項３】
前記発電機出力切換手段は、前記発電機の最大出力値での駆動時間が所定の制限時間以上となった場合に、前記発電機を所定のインターバル時間にわたって定格出力値で作動させることを特徴とする請求項２に記載の充放電制御装置。
【請求項４】
前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方による過放電の判定がなされた場合に、前記蓄電装置から前記電気モータへの放電を制限する放電制限手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の充放電制御装置。
【請求項５】
前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方による過充電の判定がなされた場合に、前記発電機を停止させる過充電時発電機停止手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の充放電制御装置。
【請求項６】
前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方による過充電の判定がなされた場合に、前記電気モータからの回生出力を制限する回生出力制限手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド電気自動車において、車両用蓄電装置への充放電を制御する充放電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−２０１０９１号公報には、複数の電気二重層コンデンサを用いた車両用蓄電装置（電源装置）において、各コンデンサセルにリレースイッチを介してバランス抵抗を接続することにより、各コンデンサセル毎の静電容量や内部抵抗のばらつきによる過充電を防止するとともに、長時間の蓄電を可能としたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この車両用蓄電装置では、リレースイッチとバランス抵抗を各コンデンサセル毎に設けるので、コンデンサセルの数が増加すると装置が大型化してしまう。
【０００４】
また、この車両用電源装置では、大電流での充放電を行う場合には、複数のコンデンサセル間のばらつきの影響が避けられず、コンデンサセルの中には過放電となって逆充電が発生してしまうものが生じる恐れがある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ハイブリッド電気自動車の車両用蓄電装置への充放電を制御する充放電制御装置において、大電流での充放電を行っても単コンデンサセルに逆充電が発生することがなく、また装置の小型化を図り得るものを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、複数の単コンデンサセルを備えた車両用蓄電装置と、車両の駆動源となるとともに前記車両用蓄電装置に回生出力を供給する電気モータと、前記車両用蓄電装置および電気モータに電力供給する発電機と、この発電機を駆動するエンジンとを備えた車両に備えられ、前記車両用蓄電装置への充放電を制御する充放電制御装置において、前記車両用蓄電装置の総電圧の充電状態を判定する総電圧状態判定手段と、前記車両用蓄電装置のいずれかのコンデンサセルが過充電であることを検出する単セル過充電信号に基づいて前記車両用蓄電装置に過充電のコンデンサセルがあるか否かを判定し、かつ前記車両用蓄電装置のいずれかのコンデンサセルが過放電であることを検出する単セル過放電信号に基づいて前記車両用蓄電装置に過放電の単コンデンサセルがあるか否かを判定する単コンデンサセル状態判定手段と備え、前記総電圧状態判定手段および前記単コンデンサセル状態判定手段の判定結果に基づいて前記発電機および前記電気モータの作動を制御することにより前記車両用蓄電装置への充放電を制御する。
【０００７】
第２の発明では、前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方によって過放電の判定がなされた場合に、前記発電機の出力を最大出力値に切り換える発電機出力切換手段を備えた。
【０００８】
第３の発明では、前記発電機出力切換手段は、前記発電機の最大出力値での駆動時間が所定の制限時間以上となった場合に、前記発電機を所定のインターバル時間にわたって定格出力値で作動させる。
【０００９】
第４の発明では、前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方による過放電の判定がなされた場合に、前記蓄電装置から前記電気モータへの放電を制限する放電制限手段を備えた。
【００１０】
第５の発明では、前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方による過充電の判定がなされた場合に、前記発電機を停止させる過充電時発電機停止手段を備えた。
【００１１】
第６の発明では、前記総電圧状態判定手段または前記単コンデンサセル状態判定手段の少なくとも一方による過充電の判定がなされた場合に、前記電気モータからの回生出力を制限する回生出力制限手段を備えた。
【００１２】
【発明の作用および効果】
本発明では、車両用蓄電装置の過充電状態および過放電状態を、蓄電装置の総電圧と、各単コンデンサセルの電圧の両方で判定し、この判定結果に基づいて、発電機および電気モータの作動を制御するので、車両用蓄電装置への充放電を適切に制御できる。例えば、第２の発明では、過放電時に発電機の出力を最大出力に切り換えることにより、車両用蓄電装置に迅速に充電がなされるようにする。また、第３の発明では、過放電時に車両用蓄電装置から電気モータへの放電を制限することにより、車両用蓄電装置からの放電を最小限に抑制する。また、第５の発明では、過充電時に発電機を停止することにより、車両用蓄電装置から電気モータに放電させ、過充電状態を迅速に解消する。また、第６の発明では、過充電時に電気モータの回生出力を制限することにより、車両用蓄電装置にさらに充電がなされることを防止する。このように本発明では、車両用蓄電装置を構成する各単コンデンサセル毎に過充電、過放電が管理されるので、大電流による充放電を行う場合でも、単コンデンサセルの中に逆充電されるものが生じる余地がない。また、リレースイッチ等の余分な構成を含まないので、装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００１３】
また、第３の発明では、発電機の最大出力での作動が制限時間以上となった場合には、インターバル期間にわたって発電機の作動を定格出力まで低下させるので、発電機の過熱を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、ハイブリッド電気自動車を示す構成図である。
【００１６】
図示されるように、ハイブリッド電気自動車はシリーズ型のもので、電気モータ１Ａ、１Ｂ、エンジン２、発電機３、コントローラ４、蓄電装置５等を備えている。
【００１７】
蓄電装置５は、主として車両の始動時に必要となる電力を蓄電しておくもので、複数の電気二重層コンデンサーを組み合わせて構成される。車両の始動時には、この蓄電装置５からの電力供給による発電機３の駆動を介してエンジン２が始動される。
【００１８】
内燃機関であるエンジン２は、発電機３を駆動する。発電機３により発電された電力は、コントローラ４を介して電気モータ１Ａ、１Ｂおよび蓄電装置５に振り分けられ、電気モータ１Ａ、１Ｂの駆動または蓄電装置５の充電に当てられる。なお、エンジン２は、各種補機（エアコンディショナー、パワーステアリング、エアコンプレッサー等）６の駆動源ともなる。
【００１９】
電気モータ１Ａ、１Ｂは、ギヤボックス７およびジョイント８を介して、自動車後輪の車軸９に連結されており、通常走行時に車軸９を回転駆動する。また、車両の制動時には回生ブレーキとなり、この回生出力はコントローラ４を介して蓄電装置５に蓄電される。
【００２０】
図２には、コントローラ４における発電機３の制御に関する構成を示す。
【００２１】
図示されるように、コントローラ４には、蓄電装置充電状態判別手段１１、単セル充電状態判別手段１２、発電指令値選択手段１３、定格出力発電時間連続カウント手段１４、最大出力発電時間累積カウント手段１５が備えられる
蓄電装置充電状態判別手段１１は、蓄電装置５からの総電圧信号に基づいて、蓄電装置５の総電圧（複数のコンデンサセルの電圧の総和）が過充電または過放電であるか否かを判定する手段である。また、単セル充電状態判別手段１２は、蓄電装置５からの単セル過充電信号（蓄電装置５内のいずれかの単コンデンサセルが過充電であることを検出する信号）に基づいて蓄電装置５に過充電のコンデンサセルがあるか否かを判定し、また単セル過放電信号（蓄電装置５内のいずれかの単コンデンサセルが過放電状態であることを検出する信号）に基づいて蓄電装置に過放電の単コンデンサセルがあるか否かを判定する手段である。
【００２２】
発電指令値選択手段１３は、蓄電装置充電状態判別手段１１および単セル充電状態判別手段１２による判定結果に基づいて、発電機３の発電指令値を、定格発電出力または最大発電出力または発電停止から選択する。発電機３は、発電指令値選択手段１３により選択された発電指令値に基づいて駆動される。
【００２３】
定格出力発電時間連続カウント手段１４は、発電指令値として定格発電出力が選択された場合に、この定格発電出力の連続継続時間をカウントする手段である。また、最大出力発電時間累積カウント手段１５は、発電指令値として最大発電出力が選択された場合に、この最大発電出力の累積時間をカウントする手段である。
【００２４】
発電指令値選択手段１３による発電指令値の選択は、定格出力発電時間連続カウント手段１４および最大出力発電時間累積カウント手段１５によるカウント結果に基づいても切り換えられる。具体的に、最大出力発電時間累積カウント手段１５による最大発電出力の累積時間が所定時間以上となった場合には、発電機３の過熱を防止するため、発電指令値は定格発電出力に切り換えられる。なお、定格発電出力が所定時間継続すると、最大出力発電時間累積カウント手段によるカウント値がリセットされ、再び最大発電出力による発電が可能となる。
【００２５】
図３には、コントローラ４における電気モータ１Ａ、１Ｂの制御に関する構成を示す。
【００２６】
図示されるように、コントローラ４には、モータ動作切換手段２１、モータ駆動力算出手段２２、モータ駆動力制限手段２３、モータ駆動指令値設定手段２４、モータ回生出力算出手段２５、モータ回生出力制限手段２６、モータ回生指令値設定手段２７を備えている。
【００２７】
モータ動作切換手段２１は、アクセル開度検出手段３１からのアクセル開度検出信号またはブレーキペダル圧検出手段３２からのブレーキペダル圧検出信号に基づいて、電気モータ１Ａ、１Ｂの動作モードを、力行モードまたは電気回生モードに切り換える。
【００２８】
力行モードにおいては、モータ駆動力算出手段２２により、アクセル開度に基づいて、電気モータ１Ａ、１Ｂに要求される駆動力が算出される。電気モータ１Ａ、１Ｂのモータ駆動指令値は、モータ駆動指令値設定手段２４において、この駆動力の要求値に基づいて設定される。この場合、蓄電装置充電状態判別手段１１により蓄電装置５の総電圧が過放電状態であると判定されたとき、あるいは単セル充電状態判別手段１２により蓄電装置５のいずれかの単コンデンサセルが過放電状態であると判定されたときには、モータ駆動力制限手段２３によりモータ駆動指令値には上限値が設定され、モータ駆動指令値設定手段２４は、モータ駆動指令値として、この上限値を考慮した値を設定する。これにより、蓄電装置５からの放電がなされないようにする。
【００２９】
また電気回生モードにおいては、モータ回生出力算出手段２５により、ブレーキペダル圧に基づいて、電気モータ１Ａ、１Ｂに要求される回生出力が算出される。電気モータ１Ａ、１Ｂのモータ回生指令値は、モータ回生指令値設定手段２７において、この回生力の要求値に基づいて設定される。この場合、蓄電装置充電状態判別手段１１により蓄電装置５の総電圧が過充電状態であると判定されたとき、あるいは単セル充電状態判別手段１２により蓄電装置５のいずれかの単コンデンサセルが過充電状態であると判定されたときには、モータ回生力制限手段２６によりモータ回生指令値は蓄電装置５への充電が中止されるような制限が設けられる。モータ回生指令値設定手段２７は、モータ回生指令値として、この制限を考慮した値を設定する。これにより、蓄電装置５への充電が中止されるようにする。
【００３０】
図４には、蓄電装置５の過放電に対応するための、発電機３の動作制御の処理手順をフローチャートで示す。なお、この制御は、コントローラ４において所定のタイミングで繰り返される。
【００３１】
ステップＳ１では、蓄電装置５からの総電圧信号の読込を行う。
【００３２】
ステップＳ２では、この総電圧信号に基づいて、蓄電装置５の総電圧が過放電状態か否かを判定し、過放電状態であればステップＳ３に進み、過放電状態でなければステップＳ４に進む。
【００３３】
ステップＳ３では、発電機３の発電指令値を最大出力値に設定して、ステップＳ６に進む。
【００３４】
一方、ステップＳ４では、単セル過放電信号が検出されているか否かの判定を行い、検出されていればステップＳ３に進み、検出されていなければステップＳ５に進む。ステップＳ５では、発電機３の発電指令値を定格出力値に設定して、ステップＳ６に進む。
【００３５】
ステップＳ６では、ステップＳ３またはステップＳ５で設定された発電指令値により発電機３を作動させる。
【００３６】
ステップＳ７では、発電機３の発電出力値が最大出力値であるか否かの判定を行い、最大出力値であればステップＳ８に進み、最大出力値でなければステップＳ１１に進む。
【００３７】
ステップＳ８では、発電機３の最大出力値での駆動時間（最大出力発電時間）を累積カウントする。続くステップＳ９では、この累積カウント値が、あらかじめ定められている設定時間（制限時間）以上となったか否かの判定を行い、設定時間以上でなければそのままルーチン終了し、設定時間以上となったならばステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、発電機３を定格出力発電に出力制限することにより、発電機を冷却し、ステップＳ１１に進む。このように、ステップＳ９で最大出力発電が累積で設定時間以上行われたと判定された場合には、発電機３の温度が上昇していると考えられるので、発電機３を定格出力発電に戻して冷却する。
【００３８】
ステップＳ１１では、定格出力での発電機３の駆動時間（定格出力発電時間）を連続カウントする。続くステップＳ１２では、この連続カウント値に基づいて、定格出力発電が設定時間（インターバル時間）以上連続して継続したか否かを判定し、設定時間以上連続して行われていなければそのままルーチン終了し、設定時間以上連続して行われていればステップＳ１３に進む。
【００３９】
ステップＳ１３では、定格出力発電時間の連続カウントと、最大出力発電時間の累積カウントを、ともにリセットする。続くステップＳ１４では、発電指令値が最大出力値であるか否かを判定し、最大出力値であれば、ステップＳ８に戻り、最大出力値でなければそのままルーチン終了する。
【００４０】
このように蓄電装置５の総電圧または単コンデンサセルが過放電である場合には、発電機３を最大出力値で駆動して、迅速に蓄電装置５への充電を行う。また、この発電機３の最大出力値での駆動時間をモニターし、その累積時間が制限時間となったならば、発電機３の出力を、インターバル時間の間、定格出力値まで低下させて、発電機３の過熱を防止する。
【００４１】
図５には、蓄電装置５の過放電に対応するための電気モータ１Ａ、１Ｂの動作制御の処理手順をフローチャートで示す。なお、この制御は、車両の発進時、走行時等、電気モータ１Ａ、１Ｂを駆動する場合に実行される。
【００４２】
ステップＳ２１では、アクセル開度から電気モータ１Ａ、１Ｂに要求される駆動出力を算出する。
【００４３】
ステップＳ２２では、蓄電装置５からの総電圧信号を読み込む。続くステップＳ２３では、この総電圧信号に基づいて、蓄電装置５の総電圧が過放電状態であるか否かを判定し、過放電状態でなければステップＳ２４に進み、過放電状態であればステップＳ２６に進む。
【００４４】
ステップＳ２４では、蓄電装置５からの単セル過放電信号が検出されているか否かを判定し、検出されていればステップＳ２６に進み、検出されていなければステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、電気モータ１Ａ、１Ｂのモータ駆動指令値を上記駆動出力の要求値に対応する値（アクセル開度に対応する値）に設定して、ステップＳ２８に進む。
【００４５】
一方、ステップＳ２６では、蓄電装置５から電気モータ１Ａ、１Ｂへの放電を制限するように、電気モータ１Ａ、１Ｂのシステム駆動可能電圧を、蓄電装置５の総電圧よりも小さく設定する。続くステップＳ２７では、電気モータ１Ａ、１Ｂのモータ駆動指令値を、蓄電装置５の電圧を考慮した計算値（上記システム駆動可能電圧を考慮した値）に設定して、ステップＳ２８に進む。
【００４６】
ステップＳ２８では、ステップＳ２５またはステップＳ２８で設定されたモータ駆動指令値に基づいて電気モータ１Ａ、１Ｂを駆動して、ルーチン終了する。
【００４７】
このように蓄電装置５の総電圧または単コンデンサセルが過放電である場合には、モータ駆動指令値を蓄電装置５の総電圧に見合った値まで低下させることにより、電気モータ１Ａ、１Ｂの作動を確保するとともに、蓄電装置５からの放電を最小限に抑制する。
【００４８】
図６には、蓄電装置５への充電のための、発電機３の動作制御の処理手順をフローチャートで示す。なお、この制御は、コントローラ４において所定のタイミングで繰り返される。
【００４９】
ステップＳ３１では、蓄電装置５からの総電圧信号を読み込む。続くステップＳ３２では、この総電圧信号に基づいて、蓄電装置５が満充電状態であるか否かを判定し、満充電状態でなければステップＳ３３に進み、満充電状態であればステップＳ３５に進む。
【００５０】
ステップＳ３３では、単セル過充電信号が検出されているか否かの判定がなされ、検出されていればステップＳ３５に進み、検出されていなければステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、発電機３への発電指令値に定格出力値を設定して、ステップＳ３７に進む。
【００５１】
一方、ステップＳ３５では発電停止要求がなされ、ステップＳ３６では、発電機３への発電指令値に０を設定して、ステップＳ３７に進む。
【００５２】
ステップＳ３７では、ステップＳ３４またはステップＳ３６で設定された発電指令値に基づいて発電機３を作動させ、ルーチン終了する。
【００５３】
このように、蓄電装置５の総電圧または単コンデンサセルが過充電である場合には、発電機３による発電が停止され、蓄電装置３に過充電された電力によって電気モータ１Ａ、１Ｂが駆動される結果、蓄電装置５の過充電状態が解消される。
【００５４】
図７には、電力回生モードにおける電気モータ１Ａ、１Ｂの動作制御の処理手段をフローチャートで示す。
【００５５】
ステップＳ４１では、ブレーキペダルの操作量に対応する電気モータ１Ａ、１Ｂの回生出力を算出する。
【００５６】
ステップＳ４２では、蓄電装置５の総電圧信号を読み込む。続くステップＳ４３では、この総電圧信号に基づいて、蓄電装置５の総電圧が過充電状態であるか否かを判定し、過充電であればステップＳ４４に進み、過充電なければステップＳ４６に進む。
【００５７】
ステップＳ４４では、蓄電装置５への回生出力の充電が中止されるように、電気モータ１Ａ、１Ｂの電力回生指令値の上限を設定する。具体的には、電気モータ１Ａ、１Ｂのシステム許容電圧を蓄電装置５の総電圧とする。続くステップＳ４５では、電気モータ１Ａ、１Ｂの回生指令値を、蓄電装置５の総電圧を考慮した計算値（上記システム許容電圧を考慮した値）に設定して、ステップＳ５０に進む。
【００５８】
一方、ステップＳ４６では、蓄電装置５からの単セル過充電信号が検出されているか否かを判定し、検出されていればステップＳ４７に進み、検出されていなければステップＳ４９に進む。
【００５９】
ステップＳ４７では、蓄電装置５への充電が中止されて、単セル過充電信号が停止するように、電気モータ１Ａ、１Ｂの回生指令値の上限値を決定する。続くステップＳ４８では、回生指令値に、単セル過充電信号の発生を考慮した計算値（上記回生指令値の上限値以下の値）を設定して、ステップＳ５０に進む。
【００６０】
一方、ステップＳ４９では、電気モータ１Ａ、１Ｂの回生指令値に、上記ブレーキペダルの操作量に対応して算出された回生出力に相当する計算値を設定して、ステップＳ５０に進む。
【００６１】
ステップＳ５０では、ステップＳ４５またはステップＳ４８またはステップＳ４９で設定された回生指令値に基づいて、電気モータ１Ａ、１Ｂを発電作動させて、この発電量の回生出力を得る。
【００６２】
このように蓄電装置５の総電圧または単コンデンサセルが過充電状態である場合には、モータ回生指令値を、蓄電装置５への充電がなされないような値に制限して対応する。
【００６３】
以上のように、本発明によれば、蓄電装置５の過充電状態および過放電状態を、蓄電装置５の総電圧と、各単コンデンサセルの電圧の両方で検出しているので、大電流による充放電を行う場合でも単コンデンサセルの中に逆充電されるものが生じる余地がない。また、リレースイッチ等の余分な構成を含まないので、装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるハイブリッド電気自動車の構成図である。
【図２】同じくコントローラの発電機制御に関連する構成図である。
【図３】同じくコントローラの電気モータ制御に関連する構成図である。
【図４】同じく蓄電装置の過放電に対応するための発電機制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】同じく蓄電装置の過放電に対応するための電気モータ制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】同じく蓄電装置への充電のための発電機制御の処理手順をしめるフローチャートである。
【図７】同じく電力回生モードにおける電気モータ制御の処理手段を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ  電気モータ
２  エンジン
３  発電機
４  コントローラ
５  蓄電装置
１１  蓄電装置充電状態判別手段
１２  単セル充電状態判別手段
１３  発電指令値選択手段
１４  定格出力発電時間連続カウント手段
１５  最大出力発電時間累積カウント手段
２３  モータ駆動力制限手段
２６  モータ回生出力制限手段
【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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