(57)【要約】【課題】電池の充電状態を一定に維持しつつ、かつ回生電力、放電電力を予測しながら入出力を制御するハイブリッド自動車において、走行のパターンによっては、走行アシスト能力が不足したり、回生電力を受け入れる能力が低下することがある。【解決手段】ハイブリッド自動車において、電池の充電状態を高めに維持する状態と、低めに維持する状態と、それらの中間的な状態のうち少なくとも２つ以上の状態を設定する設定手段を有する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力源と、モーターと、発電機と蓄電池から構成され、駆動力源からの出力の一部と回生電力の少なくとも一方で該蓄電池を充電し、該蓄電池を放電することによって駆動力を得るハイブリッド自動車において、蓄電池の充電状態を高めに維持する状態と、低めに維持する状態と、それらの中間的な状態のうち少なくとも２つ以上の状態を設定する設定手段を有するハイブリッド自動車。
【請求項２】
設定手段が運転手の操作可能な部位に設置されている請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
蓄電池の充電状態を表示する表示手段を有する請求項１に記載のハイブリッド自動車。
【請求項４】
選択される状態が燃費優先状態から駆動力を優先する状態まで連続的に設定可能な請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項５】
蓄電池の充電状態が設定手段と、電池温度もしくは／及び車速により決定される請求項１記載のハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンを主たる駆動力源としモーターより補助的な駆動力を得るハイブリッド自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モーターにより補助的な駆動力を得るハイブリッド自動車に搭載された蓄電池は、一般的に、なるべく一定の充電状態を維持しつつ電池が受け入れ可能な回生電力、放電電力を予測しながら入出力を制御する。
【０００３】
例えば、特開平１１−１２１０４８号公報に示されるように、該一定の充電状態として５０％前後の値を採用するのが一般的である。これは電池の充電状態（以降ｓ．ｏ．ｃ．と呼ぶ）が概ね２０％以下では十分なアシスト力が得られず、ｓ．ｏ．ｃ．が８０％以上であると制動時の回生電力を電池が受け入れることが出来なくなるので上下限より均等に離れている５０％前後を管理の中心としているためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御では走行時の走行パターンによっては、走行アシスト能力が不足したり、回生電力を受け入れる能力が低下する場合がある。これは車両に搭載される電池が、体積、重量、コストの点で容量が規制される為と、走行パターンによってはアシストや回生が短時間に集中しｓ．ｏ．ｃ．が大きく低下または上昇する為である。
【０００５】
さらに、電池温度が低下した場合や、電池が劣化した場合には、このような傾向はより顕著なものとなる。特に、ｓ．ｏ．ｃ．が低下している状況で高速登坂走行時の追い越し加速等を行うと、アシスト力が不足する問題が生じていた。このような加速性能の低下は車両を安全に運行する上で大きな問題となる。
【０００６】
また、高速道路から離れて料金所へ向かう場合等は、大きな回生電力を得ることが可能だが、ｓ．ｏ．ｃ．が上昇していた場合、回生電力を蓄電池が受け入れる事が出来ず、本来回収できるエネルギーをメカニカルブレーキで熱に代えて捨てることとなり、燃費に悪影響を及ぼしていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決する為に、本発明は、ハイブリッド自動車において、蓄電池の充電状態を高めに維持する状態と、低めに維持する状態と、それらの中間的な状態のうち少なくとも２つ以上の状態を設定する設定手段を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、駆動力源と、モーターと、発電機と蓄電池から構成され、駆動力源からの出力の一部と回生電力の少なくとも一方で該蓄電池を充電し、該蓄電池を放電することによって駆動力を得るハイブリッド自動車において、蓄電池の充電状態を高めに維持する状態と、低めに維持する状態と、それらの中間的な状態のうち少なくとも２つ以上の状態を設定する設定手段を有するものであって、、予めｓ．ｏ．ｃ．とアシスト性能や回生受け入れ性能を種々の条件で調べておき必要とされるｓ．ｏ．ｃ．を求め、それに基いて運転の状況に応じた蓄電池のｓ．ｏ．ｃ．を任意に設定することによって、充電状態を高めに設定した場合では駆動力を優先させ、充電状態を低めに設定した場合では燃費を優先させることができ、効率的な走行が可能となる。なお、発電機を兼ねるモーターを使用しても同様の効果を得ることができる。
【０００９】
例えば高速度で追い越しを行う場合には予めｓ．ｏ．ｃ．を高めに設定し、実際に蓄電池のｓ．ｏ．ｃ．が設定レベルにあることを確認した後、追い越し操作を行えば、期待通りのアシスト性能で追い越しを完了する事が可能となる。また、高速道路の料金所の手前など大きな回生エネルギーの発生が予測される場合はｓ．ｏ．ｃ．を予め低めに設定し、効率良く回生電力を受け入れることも可能となる。
【００１０】
また本発明は、設定手段が運転手の操作可能な部位に設置されており、さらには、蓄電池の充電状態を表示する表示手段を有することによって、運転者が容易に操作、視認することが可能となる。
【００１１】
また本発明は、選択される状態が燃費優先状態から駆動力を優先する状態まで連続的に設定可能であるものであって、よりきめ細かく運転手が充電状態を設定することが可能となる。
【００１２】
また本発明は、蓄電池の充電状態が設定手段と、電池温度もしくは／及び車速もしくは／及び電池の劣化状況により決定されるものであって、正確な駆動力の確保や燃費の向上を達成することが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【００１４】
まず一般的なハイブリッド電気自動車の構成を図１に示す。動作としてはエンジン４を主たる駆動力源とし、モーター６と組電池システム２によりエンジン出力のアシストや回生制動のエネルギー回収を行う。エンジン４は変速機５を介してモーター６に接続され、さらにデファレンシャルギヤ８を介して車輪７に動力を伝達する。また、加速時は組電池システム２よりインバーター３を介してモーター６に電力が供給され、エンジン出力をアシストし、減速時は逆にモーター６で制動力を発生しながら発電を行い、発電した電力をインバーター３を介して組電池システム２に戻す。
【００１５】
制御ＥＣＵ１は、アクセル開度情報やその他車両情報、エンジン４からの情報、電池ＥＣＵ９からの情報に基き、エンジン４及びインバータ３を制御すると共にバッテリーの過充電や過放電、過負荷等を防止する。
【００１６】
電池ＥＣＵ９は、制御ＥＣＵ１より信号を受けて、車両が走行中、駐車中あるいは停車中かを判断し、各状態に応じて制御ＥＣＵ１は組電池システム２からの情報に基きエンジン４やインバータ３、モーター６を制御する。これは電池を過充電や過放電から守るためである。
【００１７】
なお、本実施例での組電池システムは一般的なＬｉイオン二次電池容量６Ａｈ、公称電圧３．６Ｖを８０セル直列に構成したものであり、本車両は車体重量が１．２ｔである。
【００１８】
図２には本実施例の組電池システムの詳細図が示されており、Ｃ１〜Ｃ８０は該Ｌｉイオン二次電池８０セルであり、個々の電池毎にｓ．ｏ．ｃ．バラツキ補正用の抵抗Ｒ１〜Ｒ８０が備えられ、またスイッチ１１および表示器１２も備えられている。
【００１９】
なお、スイッチ１１を操作することにより制御ＥＣＵ１に充電状態を高めに維持する状態か、充電状態を低めに維持する状態か、それらの中間的な状態いずれを選択したか伝達する。
【００２０】
また、表示器１２は電池が設定した状態になったことを運転手に連絡する手段である。
【００２１】
なお、スイッチ１１及び表示器１２は運転席１０に搭乗した運転者が容易に操作、視認出来る位置に取り付けられる。
【００２２】
電池ＥＣＵ９は電圧検出手段１５、温度検出手段１６、電流検出手段１７からの電池電圧情報、電池温度情報、充放電電流情報を得て制御ＥＣＵへ充電許可信号、放電許可信号、推奨処置に関する情報を出力する。充電許可信号とは組電池が充電可能な状態であることを示す信号であり電池電圧が３２０Ｖ以下の時に出力される。また、放電許可信号とは組電池が放電可能な状態に有ることを示す信号であり電池電圧が２００Ｖ以上の時に出力される。また、推奨処置とは管理目標のｓ．ｏ．ｃ．に対し現在のｓ．ｏ．ｃ．が低い場合は充電を、高い場合は放電を指示する情報である。
【００２３】
更に本発明では制御ＥＣＵからスイッチ１１の設定に関する情報を得て表示器１２に出力する信号を制御ＥＣＵへ出力する。
【００２４】
次いで、図３（ａ）に本実施例で使用した組電池２の使用開始初期の電池温度毎のｓ．ｏ．ｃ．に対するアシスト能力をアシスト可能電力量として、図３（ｂ）に本実施例で使用した組電池２の５万ｋｍ走行後の電池温度毎のｓ．ｏ．ｃ．に対するアシスト能力をアシスト可能電力量として、図４（ａ）に本実施例で使用した組電池２の使用開始初期の電池温度毎のｓ．ｏ．ｃ．に対する回生能力を回生可能電力量として、図４（ｂ）に本実施例で使用した組電池２の５万ｋｍ走行後のｓ．ｏ．ｃ．に対する回生能力を回生可能電力量として示す。
【００２５】
アシスト能力は、各々の電池温度、充電状態においてモーターの最大負荷３０ｋＷ一定電力で放電を行い電池電圧が２００Ｖ以下にならず電池温度が５０℃を越えない電力量を最大電力量として求めた。なお、２００Ｖは単セル当たりに換算すると２．５ＶでありＬｉイオン電池の場合には、これ以下の電圧まで放電すると負極の腐食等、電池寿命上好ましくない現象が生じる。
【００２６】
一方、回生能力は、最大回生能力２４ｋＷ定電力で充電を行い３２０Ｖを越えず、電池温度が５０℃を越えない電力量を最大電力量として求めた。なお、３２０Ｖは単セル当たりに換算すると４Ｖであり、Ｌｉイオンの場合にはこの電圧を越えると電解液の分解反応など電池寿命に好ましくない現象が起きる。
【００２７】
また、上限温度５０℃は電池の構成部品の熱劣化を防止すると共に活物質が電解液と反応して電池が発火するのを防止するために設けた温度上限であり、定電力放電３０ｋＷと定電力充電２４ｋＷは車両の駆動モーター、インバーターにより決定される値である。
【００２８】
これら上限電圧や下限電圧、上限温度は電池設計によって変化する値であり、また充放電の電力はモーターやインバーターの設計によって決まるものであるが、本実施例では上述の値を採用した。
【００２９】
また図３に示されたアシスト能力は駆動力を優先する場合に必要とされるものであり、図４に示された回生能力は燃費優先とした場合に必要とされるものである。
【００３０】
次に駆動力を優先した場合に必要とされるアシスト能力、燃費を優先させた場合に必要とされる回生能力を求めた根拠について説明する。本実施例で用いたハイブリッド車の車両重量は１．２ｔエンジン出力は６０ｋＷ、モーター出力は３０ｋＷである。
【００３１】
ここで、低速から時速１００ｋｍ／ｈまで加速した場合、モーター出力は３０ｋＷであり加速に２０秒要すると仮定すると、アシストが必要なのは２０秒×３０ｋＷで１６６Ｗｈとなり、モーターの最大能力を２０秒間維持する為には２０秒間で１６６Ｗｈの出力が必要となる。
【００３２】
一方、減速の場合は（減速時間を十分に長く取れば）モーターの回生出力は約２４ｋＷである。ここで、車両の運動エネルギー１．３ｋＷの２０％程度（２６０ｗｈ）は回生が可能であることから、回生出力が２４ｋＷであれば４０秒かけて減速する状況となる。なお、回生されないエネルギーは熱に変換される。
【００３３】
この様にして、駆動力を優先する状態では２０秒で１６６Ｗｈのアシスト能力、燃費を優先するモードでは４０秒間で２６０Ｗｈの回生能力が必要とされる。
【００３４】
次に、このようなｓ．ｏ．ｃ．毎、電池温度毎、電池の劣化状態毎のアシスト能力、回生能力に関する情報を基に、駆動力を優先する状態でのアシスト能力を確保する方法、および燃費を優先する状態での回生能力を確保する方法について述べる。
【００３５】
図２に示した通り電池ＥＣＵ９は走行中に電圧検出手段１５より電池電圧情報を、温度検出手段１６より電池温度情報を、電流検出手段１７より充放電電流情報を得ることによって電池ｓ．ｏ．ｃ．、電池劣化の状況を推定し、電池温度情報、ｓ．ｏ．ｃ．推定値、電池劣化に関する推定値を用いてｓ．ｏ．ｃ．を制御する。
【００３６】
具体的には、例えば図３（ａ）の電池が劣化していない状態で電池温度２０℃、駆動力優先の場合ｓ．ｏ．ｃ．は５５％付近に設定する必要がある。ここで、運転手が燃費と駆動力を調和させる状態から駆動力を優先する状態にスイッチ１１を切り替えた場合、電池ＥＣＵ９はその情報を制御ＥＣＵ１から受け取り状態の変更を認識する。
【００３７】
次に電池ＥＣＵ９はそれらに先立って車両の走行距離、電池の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性の変化、電池温度、負荷電流、充放電電量の積算量から電池の劣化状態、推定ｓ．ｏ．ｃ．を求める。この場合劣化はほとんどなく電池温度は２０℃なので図３（ａ）が適用され目標ｓ．ｏ．ｃ．は５５％となる。
【００３８】
電池ＥＣＵはその時点の推定ｓ．ｏ．ｃ．と目標ｓ．ｏ．ｃ．を比較して目標が低い場合には制御ＥＣＵに充電を推奨する信号を出し、推定ｓ．ｏ．ｃ．が目標ｓ．ｏ．ｃ．を上回る場合は表示器１２により駆動優先状態に有ることを運転手に伝達する。以上が駆動優先の場合の具体的な動作であるが、燃費優先の場合も同様に達成できる。
【００３９】
次に０℃、２０℃において車両が余り走行していない初期状態と５万ｋｍ走行した状態での本発明による駆動力優先状態、燃費優先状態と従来例としてｓ．ｏ．ｃ．を５０％に固定した状態での回生能力、アシスト能力を示す。
【００４０】
ここで、図５は２０℃、初期の、図６は２０℃、５万ｋｍ走行後の、図７は０℃、初期の、図８は０℃、５万ｋｍの本発明による駆動力優先の状態、燃費優先の状態および従来例として燃費と駆動性を調和させた状態を示す。
【００４１】
これらの図からも明らかな様に駆動力と燃費を調和させた状態に比べ、本発明による駆動力優先ではアシスト能力の確保が確実に達成され、本発明による燃費優先では回生能力の確保が確実に達成されている。
【００４２】
なお、上記の条件では必要な回生能力やアシスト能力を確保するｓ．ｏ．ｃ．が存在したのでこうした結果となったが、−２０℃などの条件下で必要な回生能力やアシスト能力を確保するｓ．ｏ．ｃ．が存在しない場合には、表示装置により条件が達成されていないことを運転手は知ることが可能である。
【００４３】
一方、従来例ではｓ．ｏ．ｃ．を５０％に維持する為、電池温度や電池の劣化状況によりアシスト能力や回生能力が変動して一定とならず、更に現在のアシスト能力や回生能力を知る手段を有しておらず、また、ｓ．ｏ．ｃ．５０％に維持する制御を行っているが、回生が集中した場合やアシストが集中した場合には、ｓ．ｏ．ｃ．のずれが生じるものの、それらによるアシスト力の低下や回生能力の低下を知る手段を有していない。
【００４４】
更に従来例と本実施例の燃費優先モードでの燃費の比較を表１に示す。なお、燃費評価は気温５℃、市街地の走行を１０ｋｍ、都市高速の走行を４０ｋｍ、山岳道の走行を１５ｋｍとして行った。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１から明らかなように、優先的に回生エネルギーを利用することにより燃費向上を達成できる。なお、この評価では燃費優先の状態で計測したが運転者の判断で適宜駆動優先と切りかえることにより駆動性能と燃費向上を両立させることが可能である。
【００４７】
また、本実施例では駆動力優先状態、燃費優先状態の２ポジションを有するものとしたが、回生能力とアシスト能力が２６０：１６６になる点を燃費と駆動を両立する点として加えて３ポジションとしても良い。なお、この比率は任意に設定が可能である。
【００４８】
また、設定スイッチをスライド式のボリュームにして、回生能力を任意に設定できる機能や、アシスト能力を任意に設定できる機能により、利便性をより高めることが可能である。
【００４９】
さらに加速が完了して高速走行に入った場合、加速性能を要求する確率が減るため、車速に基いてアシスト優先から燃費優先へ自動的に切りかえる機能を付与することでより利便性を向上する。
【００５０】
【発明の効果】
このような構成により追い越し時のアシスト能力の確保と、運転手による確認、燃費の向上を達成でき、ハイブリッド自動車の利便性を改善することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のハイブリッド電気自動車の構成図
【図２】本実施例の組電池システムの構成図
【図３】（ａ）本実施例における組電池の初期のｓ．ｏ．ｃ．とアシスト能力の関係図
（ｂ）本実施例における組電池の５万ｋｍ走行後のｓ．ｏ．ｃ．とアシスト能力の関係図
【図４】（ａ）本実施例における組電池の初期の回生能力を示す図
（ｂ）本実施例における組電池の５万ｋｍ走行後の回生能力を示す図
【図５】２０℃、初期における本実施例及び従来例の回生能力とアシスト能力を示す図
【図６】２０℃、５万ｋｍ走行後における本実施例及び従来例の回生能力とアシスト能力を示す図
【図７】０℃、初期における本実施例及び従来例の回生能力とアシスト能力を示す図
【図８】０℃、５万ｋｍ走行後における本実施例及び従来例の回生能力とアシスト能力を示す図
【符号の説明】
１　　　　制御ＥＣＵ
２　　　　組電池システム
３　　　　インバーター
４　　　　エンジン
５　　　　変速機
６　　　　モーター
７　　　　車輪
８　　　　デファレンシャルギア
９　　　　電池ＥＣＵ
１０　　運転席
１１　　モード切り替えスイッチ
１２　　表示器
１３　　マルチプレクサ
１４　　抵抗放電器
１５　　電圧検出手段
１６　　温度検出手段
１７　　電流検出手段
【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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【図８】
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