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【発明の名称】 ハイブリッド車両
【発明者】 【氏名】折口 正人
【要約】 【課題】本発明は、電池が劣化した場合でも、最大限の燃費性能を引き出すことができるハイブリッド車両を提供することにある。

【解決手段】電流センサ１７及び電圧センサ１５で検出された電流及び電圧に基づいて、ステップＳ２１０では、バッテリ１３が出力可能な現在の最大出力パワーＰmax を算出しておき、ステップＳ２２０では、現在の最大出力パワーＰmax と、新品時に満充電されたときの最大出力パワーの基準値Ｐref とを比較して最大出力パワーＰmax の劣化状態を表す出力低下率ｄｐを算出する。次に、ステップＳ２３０では、この出力低下率ｄｐに応じて電流容量の劣化状態を表す容量低下率ｄｃを算出し、ステップＳ２４０では、算出された容量低下率ｄｃに応じて目標ＳＯＣを修正する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行トルクを発生するエンジンと、電池と、電池より電力の供給を受けて走行トルクを発生するモータと、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、検出した電池の充電状態を所定の目標値と比較して走行トルクを発生させる動力源を配分する制御手段とを有するパラレル方式のハイブリッド車両において、電池の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、電池の劣化状態に基づいて前記目標値を修正する修正手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】 エンジンと、エンジンにより駆動される発電機構と、発電機構により充電される電池と、電池より電力の供給を受けて走行トルクを発生するモータと、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、検出した電池の充電状態を所定の目標値と比較して発電機構の作動を制御する制御手段とを有するシリアル方式のハイブリッド車両において、電池の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、電池の劣化状態に基づいて前記目標値を修正する修正手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】 前記劣化状態判断手段は、前記電池の電流及び電圧に基づいて、電池が出力可能な最大出力パワーを算出する最大出力パワー算出手段と、算出された最大出力パワーと、新品時に満充電されたときの最大出力パワーの基準値とを比較して最大出力パワーの劣化状態を表す出力低下率を算出する出力低下率算出手段と、この出力低下率に応じて電流容量の劣化状態を表す容量低下率を算出する容量低下率算出手段とを有し、前記修正手段は、算出された容量低下率に応じて前記目標値を修正することを特徴とする請求項１又は２項記載のハイブリッド車両。
【請求項４】 前記劣化状態判断手段は、前記算出された最大出力パワー、出力低下率、容量低下率に基づいて、最大出力パワーを引き出すことができる充電状態を表す最大出力可能充電状態値を算出する最大出力可能充電状態値手段と、この最大出力可能充電状態値から前記修正手段により修正された目標値を引いた値が所定値よりも大きいか否かを判断する判断手段とを有し、前記修正手段は、最大出力可能充電状態値から目標値を引いた値が所定値よりも小さい場合には、最大出力可能充電状態値からこの所定値を引いた値を目標充電状態値として修正することを特徴とする請求項３記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、リチウムイオン電池が劣化時でも、理想的な状態で制御することができるハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、パラレル方式のハイブリッド車両は、駆動トルクを発生して駆動軸に伝達するためにエンジン及びモータを備えており、走行状態に応じてエンジン及びモータに対する制御を切り替え、燃費性能の高効率化が図られた車両である。このようなハイブリッド車両には、バッテリとして高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が用いられている。
【０００３】また、ハイブリッド車両が減速時には、モータを回生状態に制御して駆動軸からモータに伝達される回転に応じて、その回生電力をバッテリに充電するようにしている。
【０００４】詳しくは、ハイブリッド車両に用いられている制御装置では、電池の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）に応じて発電量や駆動量や回生量を制御するようにしていた。
【０００５】例えば図７に示すように、新品時のバッテリに関する放電性能及び充電性能に対して、車両の最大充電電力１６（ｋＷ），最大放電出力２５（ｋＷ）としたとき、入出力可能パワーが１６〜２５（ｋＷ）の範囲に入る充電状態ＳＯＣの使用可能範囲は、１８〜８２％となっていた。このため、リチウムイオン電池の新品時の使用可能な充電状態範囲を表す所定の目標ＳＯＣを５０％の位置に設定して制御に用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、経年変化によりリチウムイオン電池が劣化した場合には、放電容量が低下するとともに、内部抵抗が上昇する傾向を示す。
【０００７】この結果、図７に示すように、劣化後のバッテリに関する放電性能及び充電性能に対して、入出力可能パワーが１６〜２５（ｋＷ）の範囲に入るＳＯＣの使用可能範囲は、５８〜６５％となり、著しく狭くなることがわかる。
【０００８】このため、新品時に設定された目標ＳＯＣを劣化後も用いて所定の制御を行った場合、新品時のように十分な充放電性能を発揮することができず、リチウムイオン電池を理想的状態で制御することができないといった問題があった。
【０００９】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、電池が劣化した場合でも、最大限の燃費性能を引き出すことができるハイブリッド車両を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、走行トルクを発生するエンジンと、電池と、電池より電力の供給を受けて走行トルクを発生するモータと、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、検出した電池の充電状態を所定の目標値と比較して走行トルクを発生させる動力源を配分する制御手段とを有するパラレル方式のハイブリッド車両において、電池の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、電池の劣化状態に基づいて前記目標値を修正する修正手段とを有することを要旨とする。
【００１１】請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、エンジンと、エンジンにより駆動される発電機構と、発電機構により充電される電池と、電池より電力の供給を受けて走行トルクを発生するモータと、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、検出した電池の充電状態を所定の目標値と比較して発電機構の作動を制御する制御手段とを有するシリアル方式のハイブリッド車両において、電池の劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、電池の劣化状態に基づいて前記目標値を修正する修正手段とを有することを要旨とする。
【００１２】請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記劣化状態判断手段は、前記電池の電流及び電圧に基づいて、電池が出力可能な最大出力パワーを算出する最大出力パワー算出手段と、算出された最大出力パワーと、新品時に満充電されたときの最大出力パワーの基準値とを比較して最大出力パワーの劣化状態を表す出力低下率を算出する出力低下率算出手段と、この出力低下率に応じて電流容量の劣化状態を表す容量低下率を算出する容量低下率算出手段とを有し、前記修正手段は、算出された容量低下率に応じて前記目標値を修正することを要旨とする。
【００１３】請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記劣化状態判断手段は、前記算出された最大出力パワー、出力低下率、容量低下率に基づいて、最大出力パワーを引き出すことができる充電状態を表す最大出力可能充電状態値を算出する最大出力可能充電状態値手段と、この最大出力可能充電状態値から前記修正手段により修正された目標値を引いた値が所定値よりも大きいか否かを判断する判断手段とを有し、前記修正手段は、最大出力可能充電状態値から目標値を引いた値が所定値よりも小さい場合には、最大出力可能充電状態値からこの所定値を引いた値を目標充電状態値として修正することを要旨とする。
【００１４】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、電池の劣化状態に基づいて目標値を修正し、電池の充電状態をこの目標値と比較して走行トルクを発生させる動力源を配分するようにしたので、電池が劣化した場合でも、最大限の燃費性能を引き出すことができる。
【００１５】また、請求項２記載の本発明によれば、電池の劣化状態に基づいて目標値を修正し、電池の充電状態をこの目標値と比較して発電機構の作動を制御するようにしたので、電池が劣化した場合でも、最大限の燃費性能を引き出すことができる。
【００１６】また、請求項３記載の本発明によれば、電池の電流及び電圧に基づいて、電池が出力可能な最大出力パワーを算出するようにしておき、現在の最大出力パワーと、新品時に満充電されたときの最大出力パワーの基準値とを比較して最大出力パワーの劣化状態を表す出力低下率を算出する。次に、この出力低下率に応じて電流容量の劣化状態を表す容量低下率を算出し、算出された容量低下率に応じて目標値を修正することで、電池の劣化状態に応じて目標充電状態値を修正することができる。
【００１７】また、請求項４記載の本発明によれば、算出された最大出力パワー、出力低下率、容量低下率に基づいて、最大出力パワーを引き出すことができる充電状態を表す最大出力可能充電状態値を算出し、この最大出力可能充電状態値から修正された目標充電状態値を引いた値が所定値よりも大きいか否かを判断する。ここで、最大出力可能充電状態値から目標充電状態値を引いた値が所定値よりも小さい場合には、最大出力可能充電状態値からこの所定値を引いた値を目標充電状態値として修正することで、電池の劣化状態がさらに大きくなった場合でも目標充電状態値を修正することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施の形態に係るパラレル方式のハイブリッド車両１のシステム構成を示す図である。
【００２０】ハイブリッド車両１は、駆動トルクを発生して駆動軸に伝達するためにエンジン３及びモータＡ５を備えており、走行状態に応じてエンジン３及びモータＡ５に対する制御を切り替え、燃費性能の高効率化が図られた車両である。
【００２１】エンジン３は、駆動トルクを発生する内燃機関であり、後述するＨＶＣＵ２３からのトルク指令により駆動トルクを制御される。
【００２２】モータＡ５は、駆動トルクを発生して駆動軸に伝達する３相交流モータであり、後述するインバータＡ９からの３相交流により駆動トルクを制御される。
【００２３】モータＢ７は、エンジン３を始動するとともに、エンジンの回転に応じて発電してバッテリに電力を供給する３相交流モータであり、後述するインバータＢ１１からの３相交流により駆動トルクを制御される。なお、モータＢ７はエンジン３の回転により発電を行い、一方、モータＡ５は減速時での回生により発電を行う。
【００２４】インバータＡ９は、内部に複数のスイッチング素子を有し、後述するＨＶＣＵ２３からのＰＷＭ信号に応じてこれらのスイッチング素子をオンオフ制御することで、バッテリ１３からの直流電力を交流電力に変換する。インバータＢ１１は、内部に複数のスイッチング素子を有し、後述するＨＶＣＵ２３からのＰＷＭ信号に応じてこれらのスイッチング素子をオンオフ制御することで、直流電力を交流電力に変換する。なお、インバータＡ９，Ｂ１１は、それぞれに接続されるモータＡ５，Ｂ７が回生時に交流電力を直流電力に変換してバッテリ１３に充電する。
【００２５】バッテリ１３は、高出力密度を有する２次電池としてリチウムイオン電池を搭載している。電圧センサ１５は、バッテリ１３の両端での直流電圧Ｖを検出する。電流センサ１７は、バッテリ１３とインバータＡ９，Ｂ１１との間に流れる直流電流Ｉを検出する。温度センサ１９は、バッテリ１３に付加され、バッテリ１３の温度Ｔを検出する。
【００２６】ＢＣＵ（バッテリコントロールユニット）２１は、電流センサ１７で検出されるバッテリ１３の直流電流Ｉ、温度センサ１９で検出されるバッテリ１３の温度Ｔ、電圧センサ１５で検出されるバッテリ１３両端の直流電圧Ｖに基づいて、後述する目標ＳＯＣ、回生及び出力制限値、現在のＳＯＣ等を演算してＨＶＣＵ２３に所定時間毎に設定する。
【００２７】ＨＶＣＵ２３（ハイブリッドビークルコントロールユニット）は、ＢＣＵ２１からの目標ＳＯＣ、回生／出力制限値、現在のＳＯＣや、アクセルペダル３１からのアクセル開度、車速センサ３３からの車速値に基づいて、モータＡ５による駆動アシスト量を表すＰＷＭ信号（又は減速時には回生発電量を制御するＰＷＭ信号）を生成しインバータＡ９に出力するとともに、エンジン３に出力させるべき駆動トルクを表す目標トルク値を生成してエンジン３に出力し、さらに、モータＢ７による発電量を制御する。ＨＶＣＵ２３では、バッテリの充電状態を検出し、バッテリの充電状態が目標値より低下するとバッテリの電力消費を抑えてエンジンの駆動力により走行し、バッテリの充電状態が目標値より上昇するとバッテリの電力消費の制限を解除するように制御している。
【００２８】なお、ＨＶＣＵ２３，ＢＣＵ２１はそれぞれにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等を有し、それぞれのＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って制御されることとする。また、エンジン３には、図示しないエンジンコントロールユニットを備えており、ＨＶＣＵ２３から受け取った目標トルク値に基づいて、エンジンに対して空燃比制御を行っていることとする。
【００２９】次に、図２，図３に示すフローチャートに基づいてＨＶＣＵ２３，ＢＣＵ２１の動作を説明する。なお、本フローチャートにより表される制御プログラムは、ＨＶＣＵ２３，ＢＣＵ２１内部に設けられたＲＯＭに記憶されており、所定時間毎に各コントローラは処理を実行することとする。
【００３０】まず、ＨＶＣＵ２３において、ステップＳ１０では、ＨＶＣＵ２３及びＢＣＵ２１に対して内部ＲＡＭの初期化等を含む起動処理を行わせる。この起動処理に応じて、ＨＶＣＵ２３及びＢＣＵ２１の内部ＲＡＭは初期化され、以後、各コントローラは起動されることとなる。
【００３１】そして、ステップＳ２０では、アクセルペダル３１からアクセル開度をＨＶＣＵ２３に入力するとともに、車速センサ３３から現在の車速値を入力する。そして、ステップＳ３０では、入力されたアクセル開度及び車速値、車両の重量やギヤ比等の車両諸元に基づいて、車両を駆動するのに必要となる駆動力トルクを算出する。
【００３２】そして、ステップＳ４０では、ＢＣＵ２１から後述するバッテリ回生及び出力制限値を入力する。
【００３３】そして、ステップＳ５０では、ＢＣＵ２１から後述する現在のＳＯＣ及び目標ＳＯＣを入力し、モータＡ５，Ｂ７に要求すべき発電要求度を算出する。なお、この発電要求度は、現在のＳＯＣから目標ＳＯＣを引いた値の関数として表すことができる。
【００３４】そして、ステップＳ６０では、算出した発電要求度に対して、モータＢによる発電電力量を決定する。
【００３５】そして、ステップＳ７０では、モータＡによる駆動（回生）電力量を決定する。なお、モータＡの駆動は、例えば車速とアクセル開度で予め定められたエンジンとの分配比で決定され、さらにバッテリ１３には出力制限が加わっている。また、減速時にはバッテリ１３の回生制限以内で最大の回生を行うこととする。
【００３６】そして、ステップＳ８０では、算出した発電要求度に応じてエンジン出力量を決定する。
【００３７】ここで、イグニツション・キーがオン状態に維持されている場合にはステップＳ２０に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００３８】次に、ＢＣＵ２１による処理について説明する。
【００３９】ＢＣＵ２１は、ＨＶＣＵ２３から起動されると、まず、内部ＲＡＭに初期化処理を施す。なお、ＢＣＵ２１にはバックアップ機能が付加された内部ＲＡＭを有しており、前回の車両運転を停止した時点での電流積算値Ｉや現在のＳＯＣ等は初期化処理の際にも保存されていることとする。
【００４０】そして、ステップＳ１１０では、電流センサ１７及び電圧センサ１５からそれぞれ電流値ｉ及び電圧値ｖをＢＣＵ２１に入力する。
【００４１】そして、ステップＳ１２０では、回生時や出力時にバッテリ１３に入出力可能なパワーの制限値を表すバッテリ回生制限値及び出力制限値を演算する。
【００４２】そして、ステップＳ１３０では、現在のＳＯＣを演算する。すなわち、新品時に満充電されたバッテリ１３が放電可能な電流容量Ｉref 、現在の電流積算値Ｉ、電流積算値のオフセット値Ｉ0 （バックアップされていた初期値）、電流センサ１７で検出された電流値ｉに基づいて、現在のＳＯＣは、【数１】
現在のＳＯＣ＝Ｉ／Ｉref ＝｛（Σｉ＋Ｉ0 ）／Ｉref ｝×１００ ［％］ （１）
となる。
【００４３】そして、ステップＳ１４０では、目標ＳＯＣを演算するために、図３に示すステップＳ２１０以降のサブルーチンをコールして実行させる。
【００４４】図３に移り、ステップＳ２１０では、電流センサ１７及び電圧センサ１５からそれぞれ入力される電流値ｉ及び電圧値ｖ、電流値ｉ及び電圧値ｖに基づいて演算される電池の開放電圧Ｅ、電池の内部抵抗ｒに基づいて、バッテリの出力パワーＰは、【数２】
Ｐ＝ｉｖ ＝ｉ（Ｅ−ｖ）／ｒ ＝−（ｖ2−Ｅｖ）／ｒ ＝｛−ｉ（ｖ−Ｅ／２）2 ／ｒ｝＋Ｅ2／4ｒ （２）
となる。
【００４５】なお、電池単独で引き出すことができる最大の出力パワーを表す最大出力パワーＰmax は、理論的にはｖ＝Ｅ／２となる時であり、【数３】
Ｐmax ＝Ｅ2／４ｒ （３）
となり、一義的に決定される。
【００４６】しかしながら、モータが正常に出力可能な最低保証電圧Ｖmin を用いて最大出力パワーＰmax を算出するのが一般的である。すなわち、最低保証電圧Ｖmin を上述した（２）式に代入して最大出力パワーＰmax を算出することとする。
【００４７】そして、ステップＳ２２０では、最大に出力可能なパワーを表す基準値ＰrefもＳＯＣに対するマップを有しており、ＳＯＣに対応する基準値Ｐref と、最大出力パワーＰmax を比較して出力低下率ｄｐを算出する。
【００４８】
【数４】
ｄｐ＝Ｐmax ／Ｐref ≦１ （４）
そして、ステップＳ２３０では、出力低下率ｄｐより電流容量の劣化状態を表す容量低下率ｄｃを算出する。すなわち、図４に示すように、新品時＝１として劣化時の容量比を容量低下率ｄｃとすると、【数５】
ｄｃ＝ｆ（ｄｐ） （５）
なお、ステップＳ２３０においては、温度状態に応じて参照可能な複数の相関マップを備えておけば、温度センサ１９から検出される温度ｔに応じて相関マップを選択させ、温度補正された容量低下率ｄｃを得ることができる。
【００４９】そして、ステップＳ２４０では、容量低下率ｄｃより目標ＳＯＣを補正して修正する。すなわち、バッテリ１３が新品時に有していたＳＯＣの使用可能な範囲の中央値を初期目標ＳＯＣとし、例えば５０％としておくと、目標ＳＯＣは、【数６】
目標ＳＯＣ＝１００−（１００−初期目標ＳＯＣ）× ｄｃ ＝５０×ｄｃ （６）
となる。
【００５０】そして、ステップＳ２５０では、最大出力パワーＰmax 、出力低下率ｄｐ、容量低下率ｄｃに基づいて、図５に示す新品時の出力パワー−ＳＯＣに関する基準マップを参照して、最大出力パワーを引き出すことができるＳＯＣを表す最大出力可能ＳＯＣを算出する。
【００５１】まず、ステップＳ２１０で求めておいた最大出力パワーＰmax を出力低下率ｄｐで割った値をＰ１として修正し、【数７】
Ｐ１＝Ｐmax ／ｄｐ （７）
を求める。ここで、図５に示す基準マップを参照してＰ１に対応するＳＯＣを求め、出力低下分が考慮されたＳＯＣ１が得られる。
【００５２】さらに、そのＳＯＣ１にｄｃを掛けて修正し、現在の劣化状態での最大出力可能ＳＯＣとして、【数８】
最大出力可能ＳＯＣ＝ＳＯＣ１×ｄｃ （８）
が得られる。
【００５３】なお、ステップＳ２５０においては、図５に示す基準マップを用いて最大出力パワーＰmax に対応する現在の劣化状態での最大出力可能ＳＯＣを求めたが、同様に、図６に示す新品時の充放電特性に対して、各点（ＳＯＣ，入出力可能パワーＰ）を式７，８を用いて修正すると、図６に示すように、劣化後の充放電特性を求めることができる。
【００５４】ここで、ステップＳ２６０では、バッテリ１３の劣化状態が所定の状態以上になっているか否かを判断するため、最大出力可能ＳＯＣから目標ＳＯＣを引いた差分値が所定値ｋよりも大きいか否かを判断する。なお、所定値ｋとしては例えば１５％を設定しておくこととする。この差分値が所定値ｋよりも大きい場合にはステップＳ２７０に進む。一方、この差分値が所定値ｋよりも大きくない場合にはステップＳ２８０に進む。
【００５５】そして、ステップＳ２７０では、バッテリ１３の劣化状態が新品時からあまり進行していない状態にあるので、ステップＳ２４０で求められた目標ＳＯＣをそのままＨＶＣＵ２３に出力する。
【００５６】一方、ステップＳ２８０では、バッテリ１３の劣化状態が進行しているので、目標ＳＯＣは、最大出力可能ＳＯＣ、所定値ｋに基づいて、【数９】
目標ＳＯＣ＝最大出力可能ＳＯＣ−ｋ （９）
と修正され、この目標ＳＯＣをＨＶＣＵ２３に出力する。以後、ステップＳ１１０に戻り、処理を繰り返す。
【００５７】従って、ステップＳ２７０及びＳ２８０を実行することで、最大出力可能ＳＯＣから目標ＳＯＣまでの範囲は、少なくとも１５％以上確保できるように設定される。
【００５８】図６に示すように、劣化後のバッテリ１３に関する放電性能及び充電性能に対して、入出力可能パワーが１６〜２５（ｋＷ）の範囲に入るＳＯＣの使用可能範囲は、４４〜７４％となり、従来に比較してＳＯＣの使用可能範囲を約３倍程度広くすることができる。
【００５９】この結果、パラレル方式のハイブリッド車両１が信号等で停止している場合に、アクセルペダル３１が踏み込まれたときでも、エンジン３を駆動して発進させる必要がなく、モータ５による駆動トルクのみでも発進できるだけの出力パワーを得ることができる。この結果、バッテリが劣化時でも最大限の燃費性能を引き出すことができる。
【００６０】なお、本実施の形態では、パラレル方式のハイブリッド車両に適応する場合について説明したが、本発明はこのような場合に限られることなく、シリアル方式のハイブリッド車両にも同様に適応することができる。シリアル方式のハイブリッド車両では、バッテリの充電状態を検出し、バッテリの充電状態が目標値より低下するとバッテリの電力消費を抑えて発電を行ってバッテリに充電し、バッテリの充電状態が目標値より上昇すると発電による充電を停止してバッテリの電力消費の制限を解除するように制御している。この場合、バッテリの劣化状態に基づいて目標値を修正し、バッテリの充電状態をこの目標値と比較して発電機構の作動を制御するようにしたので、バッテリが劣化した場合でも、最大限の燃費性能を引き出すことができる。
【出願人】 【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【出願日】 平成１０年１０月１５日（１９９８．１０．１５）
【代理人】 【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
【公開番号】 特開２０００−１２５４１５（Ｐ２０００−１２５４１５Ａ）
【公開日】 平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）
【出願番号】 特願平１０−２９４１７７