KR102345863B1

KR102345863B1 - 하이브리드 차량의 제어 방법, 및 제어 장치

Info

Publication number: KR102345863B1
Application number: KR1020207017404A
Authority: KR
Inventors: 신스케 히구치; 히데카츠 아키야마; 아즈사 고바야시; 게이스케 가와이
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: CN111479734A; MX2020006157A; RU2749440C1; US11577713B2; EP3725615A4; EP3725615B1; CN111479734B; BR112020011912A2; KR20200087829A; JP6919720B2; WO2019116586A1; US20210155218A1; EP3725615A1; JPWO2019116586A1

Abstract

하이브리드 차량의 제어 방법은, 엔진에 의한 발전 전력을 충전하는 배터리와, 구동원으로서의 모터를 구비하고, 모드 조작에 의해 선택 가능한 복수의 주행 모드를 갖는 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서, 주행 모드는, 주행 상태에 따라 배터리의 충전을 행하는 통상 모드와, 모드 조작에 따라 엔진에 의한 발전을 행하는 차지 모드를 포함하고, 발전 전력에 기초하는 배터리에 대한 충전을 허용하는 충전량 범위를 설정하고, 차지 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값을, 통상 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값보다 작게 한다.

Description

하이브리드 차량의 제어 방법, 및 제어 장치

본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법, 및 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 탑재된 엔진에 의해 구동되는 발전기와, 발전기에 의해 충전되는 배터리와, 배터리로부터 공급되는 전력에 의해 구동력을 발생시키는 모터를 구비하는 시리즈 하이브리드 전기 자동차가 알려져 있다. JP2016-159859A호에 개시된 시리즈 하이브리드 전기 자동차는, 배터리의 충전 비율이 소정의 비율 이하로 되면, 엔진에 의해 발전기를 구동시키는 발전 제어를 실행한다.

여기서, 예를 들어 운전자가 모터 구동에 의한 조용한 주행(매너 모드 주행)을 원하는 경우는, 사전에 배터리의 충전량을 높은 상태로 해 두는 것이 바람직하다. 그러나, 상기의 시리즈 하이브리드 전기 자동차는, 배터리의 충전 비율이 소정의 비율 이하가 되지 않으면 발전 제어가 실행되지 않으므로, 배터리의 충전량을 운전자의 요구에 따라 적극적으로 높은 상태로 제어할 수는 없다.

한편, 운전자의 요구에 따라 배터리의 충전량을 높은 상태로 제어하기 위해서는, 당해 요구에 따라 발전기를 적극적으로 구동시킬 필요가 있다. 그러나, 예를 들어 배터리의 충전량이 완전 충전 상태로 된 경우 등, 배터리의 충전량이 소정 비율 이상이 되면 발전이 제한되는 경우가 있다.

그렇게 하면, 운전자는 매너 모드 주행을 위해 충전량을 높이고 싶음에도 불구하고, 결과적으로 발전 제한을 위해 충전량이 부족한 경우가 생겨, 운전자의 요구에 반하여 매너 모드 주행을 계속할 수 없게 되어 버린다.

본 발명은 배터리의 충전량을 적절하게 제어함으로써, 운전자의 충전 요구에 따라 배터리의 충전량을 높이면서도, 배터리의 충전량에 기인하여 발전이 제한되는 것을 회피하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 있어서의 하이브리드 차량의 제어 방법은, 엔진에 의한 발전 전력을 충전하는 배터리와, 구동원으로서의 모터를 구비하고, 모드 조작에 의해 선택 가능한 복수의 주행 모드를 갖는 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서, 주행 모드는, 주행 상태에 따라 배터리의 충전을 행하는 통상 모드와, 모드 조작에 따라 엔진에 의한 발전을 행하는 차지 모드를 포함하고, 발전 전력에 기초하는 배터리로의 충전을 허용하는 충전량 범위를 설정하고, 차지 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값을, 통상 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값보다 작게 한다.

본 발명의 실시 형태에 대해서는, 첨부된 도면과 함께 이하에 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치가 적용되는 시리즈 하이브리드 차량의 개략 구성도이다.
도 2a는 통상 모드 시의 SOC 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 차지 모드 시의 SOC 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 형태의 SOC 제어의 거동을 나타내는 타임차트이다.

-실시 형태-

이하에서는, 본 발명의 하이브리드 차량 제어 장치를 시리즈 하이브리드 전기 자동차에 적용한 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 일 실시 형태에서의 하이브리드 차량의 제어 장치를 적용한 시리즈 하이브리드 차량의 시스템 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에서는, 발전용 모터(이하, 발전기(2)라고 함)와, 구동용 모터(이하 구동 모터(6)라고 함)를 탑재한 시리즈 하이브리드 차량이 도시되어 있다.

본 실시 형태의 시리즈 하이브리드 차량(이하 단순히 「차량」이라고 함)은, 엔진(1)과, 발전기(2)와, 발전기 인버터(3)와, 배터리(4)와, 구동 인버터(5)와, 구동 모터(6)와, 감속기(7)와, 차량 컨트롤러(10)와, 모드 SW(15)를 구비한다.

엔진(내연 기관)(1)은, 도시하지 않은 기어를 통하여 발전기(2)와 접속되어 있고, 발전기(2)가 발전하기 위한 동력을 발전기(2)로 전달한다. 또한, 본 실시 형태의 하이브리드 차량 제어 장치가 적용되는 차량은 시리즈 방식이기 때문에, 엔진(1)은, 주로 발전기(2)를 회전 구동시키기 위한 구동원으로서 사용된다.

발전기(2)는, 엔진(1)으로부터의 동력에 의해 회전함으로써 발전한다. 즉, 엔진(1)의 구동력은 발전기(2)로 전달되며, 발전기(2)는 엔진(1)의 구동력에 의해 발전한다. 또한, 발전기(2)는, 엔진(1)의 시동 시에는, 발전기(2)의 동력을 사용하여 엔진(1)을 크랭킹시키는 것이나, 엔진(1)을 발전기(2)의 동력을 사용하여 역행 회전시킴으로써 전력을 소비하는 모터링도 행한다.

발전기 인버터(3)는, 발전기(2), 배터리(4), 및 구동 인버터(5)에 접속되어 있고, 발전기(2)가 발전하는 교류의 전력을 직류의 전력으로 변환하여, 배터리(4)에 공급한다. 즉, 발전기(2)의 발전 전력은, 배터리(4)에 충전된다. 또한, 발전기 인버터(3)는, 배터리(4)로부터 공급되는 직류의 전력을 교류의 전력으로 변환하여, 발전기(2)에 공급한다.

배터리(4)는, 발전기(2)가 발전한 전력 및 구동 모터(6)의 회생 전력을 충전하는 한편, 발전기(2) 및 구동 모터(6)를 구동시키기 위한 구동 전력을 방전한다. 본 실시 형태의 배터리(4)는, 리튬 이온 배터리에 의해 구성된다. 배터리(4)의 충전 상태는, (SOC: State Of Charge)로 표시된다. 여기서의 SOC는, 배터리(4)의 충전량(잔여 충전 용량)을 완전 충전시에 대한 비율별로 나타내는 것이며, 배터리(4)의 충전량에 따라 0 내지 100[％]의 사이에서 값이 변화된다. 배터리(4)와 차량 전체의 에너지 매니지먼트는 차량 컨트롤러(10)로 행해진다. 차량 컨트롤러(10)는, 운전자의 요구에 따라 배터리(4)의 충방전 전력과 구동 모터(6)로 공급되는 전력을 산출하면서, 배터리(4)의 SOC가 소정 범위 내로 유지되도록 관리한다.

구동 인버터(5)는, 배터리(4) 또는 발전기 인버터(3)로부터 공급되는 직류의 전력을 교류의 전력으로 변환하여, 구동 모터(6)로 공급한다. 또한, 구동 인버터(5)는, 구동 모터(6)로 회생 발전된 교류의 전력을 직류의 전력으로 변환하여, 배터리(4)에 공급한다.

구동 모터(6)는, 구동 인버터(5)로부터 공급되는 교류 전류에 의해 구동력을 발생하고, 감속기(7)를 통하여 구동륜에 구동력을 전달한다. 또한, 차량의 감속 시나 코스트 주행 중 등에 구동륜에 동반 회전되어 회전할 때, 회생 구동력을 발생시킴으로써, 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회수한다. 회수한 전기 에너지는, 회생 전력으로서 배터리(4)에 충전된다.

차량 컨트롤러(10)는, 예를 들어 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)로 구성된다. 차량 컨트롤러(10)는, 액셀러레이터 개방도, 차속 및 노면 구배 등의 차량 상태 등의 정보에 따라, 구동 모터(6)에 대한 모터 토크 명령값을 연산한다.

또한, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리의 충전량을 검지, 혹은 추정하는 배터리 충전량 검출부로서의 기능을 갖는다. 배터리 충전량 검출부는, 배터리(4)에 충방전되는 전류나 전압에 기초하여 배터리(4)의 SOC를 계측한다.

또한, 차량 컨트롤러(10)는, 주행 상태 등에 따라 엔진에 의한 발전을 제어하는 발전 제어부로서의 기능을 갖는다. 발전 제어부는, 예를 들어 배터리(4)의 온도, 내부 저항, 및 SOC에 따라, 배터리(4)의 입력 가능 전력과 출력 가능 전력을 연산하여, 산출한 값을 배터리(4)의 충방전 가능 전력에 관한 기본 정보로서 취득한다. 그리고, 발전 제어부는, 후술하는 모드 SW(15)에 의해 선택된 모드 및 배터리(4)의 SOC 정보, 배터리(4)의 입력 가능 전력, 출력 가능 전력, 구동 모터(6)의 회생 전력량 등의 정보에 기초하여 배터리(4)의 목표 SOC를 연산하고, 연산한 목표SOC를 달성하기 위해 발전기(2)의 발전 전력량을 제어한다.

보다 상세하게는, 발전 제어부는, 발전기(2)로부터의 전력에 기초하는 배터리(4)의 충전 전력량을 조정하기 위해, 엔진(1), 발전기(2), 발전기 인버터(3) 및 배터리(4)를 제어한다. 예를 들어, 차량 컨트롤러(10)는, 발전기(2)의 목표 발전량을 달성하도록 엔진(1)을 제어하고, 스로틀 액추에이터에 의한 흡입 공기량과, 인젝터에 의한 연료 분사량과, 점화 플러그에 의한 점화 시기를 엔진(1)의 회전수나 온도 등의 상태 신호에 따라 조정한다. 배터리(4)의 SOC를 제어하는 구체적인 방법에 대해서는 후술한다.

또한, 차량 컨트롤러(10)는, 구동 모터(6)가 원하는 구동 토크를 달성하도록, 구동 모터(6)의 회전수나 전압 등의 상태에 따라, 구동 인버터(5)를 스위칭 제어한다.

또한, 상술한 차량 컨트롤러(10)의 각 기능은, 본 실시 형태와 같이 그 모두를 차량 컨트롤러(10)가 단독으로 실행하도록 구성될 필요는 없다. 예를 들어 엔진(1)을 제어하는 엔진 컨트롤러를 별개로 마련하는 등, 복수의 컨트롤러가 협조하여 각 기능을 실행하도록 구성해도 된다.

모드 선택 스위치(모드 SW)(15)는, 복수의 주행 모드를 운전자 혹은 탑승원이 택일적으로 선택하도록 마련된 모드 선택(전환)용 스위치이다. 모드 SW(15)에 의해 선택 가능한 주행 모드에는, 통상 모드와, 매너 모드와, 차지 모드가 적어도 포함된다. 이하, 각 모드에 대해 배터리(4)의 충방전에 관한 상이점을 중심으로 설명한다.

통상 모드는, 통상 주행 시의 모드이며, 배터리(4)의 충방전을 주행 상태에 따라 제어하는 모드이다. 여기서의 주행 상태란, 예를 들어 배터리(4)의 SOC 등이다. 통상 모드에서는, 예를 들어 SOC가 미리 정한 소정값 이하로 되면, 차량 컨트롤러(10)는, 엔진(1)에 의해 발전기(2)를 구동시켜, 배터리(4)의 충전을 행한다.

도 2a는, 통상 모드에 있어서의 배터리(4)의 충전량 제어(SOC 제어)를 설명하기 위한 도면이다. 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 배터리(4)의 SOC[％]를 나타내고 있다. 도면 중의 실선은, 배터리(4)의 SOC이다.

시각 t1에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 SOC가 소정 비율 이하인 것을 검지하고, 엔진(1)에 의한 발전을 개시한다. 여기서 비교 대상으로 되는 SOC의 소정 비율을, 이하에서는 「통상시 발전 개시 임계값」이라고 칭한다. 본 실시 형태에서의 통상시 발전 개시 임계값은, 예를 들어 45％이다.

시각 t2에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 SOC가 소정 비율에 도달한 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전을 정지한다. 여기서 비교 대상으로 되는 SOC의 소정 비율을, 이하에서는 「통상시 발전 제한 임계값」이라고 칭한다. 「통상시 발전 제한 임계값」은 배터리 보호의 관점에서, 배터리(4)가 과충전 상태가 되는 것을 방지하기 위해 적절하게 설정되는 것이며, 예를 들어 배터리(4)의 내부에서 리튬 이온이 석출되는 것을 회피할 수 있는 값 등이 설정된다. 본 실시 형태에서의 통상시 발전 제한 임계값은, 예를 들어 90％이다. 따라서, 배터리(4)를 보호하기 위해, 배터리(4)의 SOC가 90％를 초과하면 발전을 목적으로 한 엔진(1)의 구동이 제한됨과 함께, 배터리(4)에 대한 충전이 일정 기간 금지된다. 이와 같이 하여 배터리(4)의 충전이 정지되는 구간을, 이하에서는 「충전 금지 구간」이라고 칭한다.

도 2a에서 나타내는 「통상시 발전 개시 임계값」과 「통상시 발전 제한 임계값」의 사이의 영역이, 통상 모드 시에 있어서 엔진(1)에 의한 발전 전력에 기초하는 충전을 허용하는 충전량 범위(SOC 범위)가 된다. 환언하면, 엔진(1)에 의한 발전 전력의 충전이 허용되는 SOC는, 상한값으로서의 「통상시 발전 제한 임계값」과 하한값으로서의 「통상시 발전 개시 임계값」으로 규정된다.

또한, 도 2a에서는, SOC 범위 내에 있어서의 SOC의 변화가 선형으로 그려져 있지만, 반드시 선형인 거동을 나타내도록 제어할 필요는 없다. 통상 모드 시에 있어서의 SOC 범위가 「통상시 발전 제한 임계값」과 「통상시 발전 개시 임계값」으로 규정되는 한, 그 사이에 있어서의 SOC의 거동은 적절하게 설정되어도 된다. 또한, 애당초 회생 전력은 원칙 주행 상태에 따라 충전되므로, SOC의 거동이 회생 전력에 따라 비선형인 변위를 나타내는 경우는 자주 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, SOC 범위의 상한값으로서 상술한 90％가 설정되어 있기는 하지만, 회생 전력에 의한 충전량이 높아지는 것 등(회생 전력용 버퍼)을 고려하여, 배터리(4)의 SOC가 60％ 정도에 수렴하도록 엔진(1)의 발전을 제어하는 경우도 있다.

또한, 통상 모드 시에는, 회생 전력에 기초하는 충전량의 상한값도, 상술한 「통상시 발전 제한 임계값(90％)」과 동일 값이 설정되는 것으로 한다. 따라서, 통상 모드 시에 SOC가 90％를 초과한 경우에 구동 모터(6)에 의한 회생 전력이 생긴 경우는, 당해 회생 전력을 충전하지 않고, 발전기(2)를 구동시켜 엔진(1)의 모터링을 행하거나 하여 소비한다. 단, 회생 전력에 기초하는 충전량의 상한값을 반드시 「통상시 발전 제한 임계값」과 동일 값으로 할 필요는 없고, 예를 들어 「통상시 발전 제한 임계값」보다 약간 큰 값을 회생 전력에 기초하는 충전량의 상한값으로서 별개로 설정해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 통상 모드에서는, 일반적인 엔진 구동 차에 있어서의 엔진 브레이크에 상당하는 회생 제동력이 생성되는 것으로 한다.

매너 모드는, 통상 모드보다 소음을 저감한 주행을 가능하게 하는 모드이다. 매너 모드에서는, 발전기(2)가 발전하는 전력에 기초하는 배터리(4)의 충전은 행해지지 않는다. 따라서, 매너 모드 중의 차량은, 발전을 목적으로 하는 엔진(1)의 구동은 행하지 않고, 배터리(4)의 방전 전력만을 전력원으로 하는 구동 모터(6)에 의해 조용하게 주행한다. 즉, 운전자는, 매너 모드를 선택함으로써 차량을 의도적으로 조용하게 주행시킬 수 있다.

단, 본 실시 형태에서는, 매너 모드 중에 엔진(1)을 구동시킬 필요가 생긴 경우는, 운전자의 의도에 반하여 매너 모드가 해제되어, 엔진(1)을 구동시킨다. 매너 모드 중에 엔진(1)의 구동이 요구되는 경우에는, 주로, 안전 혹은 환경 보호의 측면으로부터의 요구 등이며, 예를 들어 엔진(1)의 배기 성능을 담보하기 위한 촉매 난기의 요구나, 브레이크 페달 어시스트용 부압 생성이 필요하게 된 경우 등이다.

차지 모드는, 배터리(4)의 충전을 통상 모드 시보다 적극적으로 행하는 모드이다. 차지 모드가 선택되면, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 충전량이 미리 설정한 기준값에 도달하도록 엔진(1)에 의한 발전을 우선적으로 실행한다. 즉, 통상 모드에서는 주행 상태에 따라 발전이 행해지는 것에 비해, 차지 모드에서는, 운전자 혹은 탑승원에 의한 모드 조작에 따라 엔진(1)에 의한 발전이 행해진다. 즉, 운전자는, 차지 모드를 선택함으로써 엔진(1)에 의한 발전을 실행시킴으로써, 배터리(4)의 SOC를 의도적으로 높일 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 매너 모드를 선택하기 전에 차지 모드를 선택함으로써, 그 후에 선택되는 매너 모드의 개시 시점에 있어서의 SOC를 높일 수 있으므로, 매너 모드에서의 주행 거리를 향상시킬 수 있다.

도 2b는, 차지 모드 시에 있어서의 배터리(4)의 충전량 제어(SOC 제어)를 설명하기 위한 도면이다. 횡축은 시간을 나타내며, 종축은 배터리(4)의 SOC[％]를 나타내고 있다. 도면 중의 실선은, 배터리(4)의 SOC이다.

시각 t1에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 모드 SW를 통하여 차지 모드가 선택된 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전을 개시한다. 즉, 차지 모드에서는, 운전자가 차지 모드를 선택한 것에 따라 강제적으로 엔진(1)에 의한 발전이 행해져서, 배터리(4)의 충전이 개시된다.

시각 t2에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 SOC가 소정 비율에 도달한 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전을 정지한다. 또한, 여기서 비교 대상으로 되는 SOC의 소정 비율을, 이하에서는 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」이라고 칭한다. 차지 모드 시 발전 제한 임계값은, 상술한 통상시 발전 제한 임계값보다 작은 값이 설정된다. 본 실시 형태의 차지 모드 시 발전 제한 임계값은, 예를 들어 75％이다.

「차지 모드 시 발전 제한 임계값」이 이와 같이 규정되는 이유에 대해 설명한다. 차지 모드 시는, 전술한 바와 같이, 운전자의 요구에 따라 엔진(1)에 의한 발전을 적극적으로 실행하여, 배터리(4)의 SOC를 의도적으로 높일 수 있는 모드이다. 이와 같은 차지 모드가 선택되는 상황의 일례로서, 상술한 바와 같이 매너 모드를 선택하기 전이 상정된다.

여기서, 상술한 바와 같이, 배터리의 충전량이 완전 충전 상태가 된 경우 등이나, 배터리(4)의 충전량이 소정 비율 이상이 되면 발전이 제한되는 경우가 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는, 배터리 보호의 관점에서 배터리(4)에 대한 충전을 금지하는 상한 임계값이 규정되고, 당해 상한 임계값을 초과하면 적어도 엔진(1)의 발전이 금지되는 「충전 금지 구간」에 돌입한다. 본 실시 형태에 있어서 이 충전 금지 구간에 돌입하는 임계값이 90％인 것은, 상술한 통상 모드의 설명시에 설명하였지만, 해당 임계값은 차지 모드 시에도 적용된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 배터리 보호의 관점에서, 선택된 모드에 상관없이, 배터리(4)에 대한 충전을 금지하는 상한 임계값(여기서는 90％, 이하, 「충전 제한 상한값」이라고 함)이 설정된다.

한편, 차량에 탑재된 엔진(1)은, 소정의 레벨 이상의 배기(배 가스) 성능을 담보하기 위해 엔진(1)의 배기 촉매를 데워 둘 필요가 있다. 또한, 배기 촉매는, 엔진(1)이 구동함으로써 엔진(1)의 회전수와 토크의 크기에 따라 데워지도록 구성되어 있다. 따라서, 배기 촉매의 온도가 소정 레벨 이상의 배기 성능을 담보할 수 없는 온도까지 저하되면, 배기 촉매를 데우기 위해 엔진(1)을 구동시키는 촉매 난기가 요구되는 경우가 있다.

여기서, 적극적으로 발전을 실행하는 차지 모드에서의 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」을 통상 모드 시와 마찬가지로 「충전 제한 상한값」과 동일 값으로 설정하면, 차지 모드 중에 SOC가 「충전 제한 상한값」을 초과하여, 충전 금지 구간에 들어가기 쉬워진다. 예를 들어, 차지 모드에서 SOC가 89.9％까지 강제적으로 높여진 경우, 그 상태에서 회생 전력이 발생함으로써 SOC가 충전 제한 상한값을 간단하게 초과되어 버린다. 그 결과, 차지 모드 중에 충전 금지 구간에 돌입하고, 발전이 잠시동안 제한되어 버리므로, 그 후 매너 모드 주행을 개시한 직후에 촉매 난기가 요구되어 버리는 경우가 있다. 또한, 충전 금지 구간의 길이에 따라서는, 충전 금지 구간 중에 전력이 소비됨으로써 배터리(4)의 SOC가 내려가고, 그 후의 매너 모드 주행 개시 시점에서의 SOC가 도리어 작아져 버리는 경우가 있다.

즉, 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」을 「통상시 발전 제한 임계값」과 마찬가지로 설정하면, 매너 모드 주행 중에 촉매 난기 요구에 따라 엔진(1)이 구동될 가능성이 향상되거나, SOC가 도리어 작아지거나 하여, 운전자가 조용하게 주행하고 싶은 요구를 만족시킬 수 없는 상태가 발생하기 쉬워져 버린다.

그래서, 본 실시 형태에서의 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」은, 상술한 「통상시 발전 제한 임계값」보다 작은 값이 설정된다. 이에 의해, 배터리 보호의 관점에서 설정된 상한값(본 예에서는 90％)에 대해, 회생 전력용 버퍼를 마련할 수 있으므로, 차지 모드 중에 충전 금지 구간에 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또한, 차지 모드 중에 달성되는 SOC 범위에 있어서, 회생 전력용 버퍼가 마련됨으로써, 그 후의 매너 모드 중에 있어서 감속도 확보를 위한 엔진 모터링이 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 차속에 따라 회생 전력량은 변화되므로, 회생 전력용 버퍼의 크기를 차속에 따라 증감시켜도 된다. 구체적으로는, 회생 전력량은 차속이 클수록 커지는 경향이 있으므로, 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」은, 차속이 커질수록 보다 작은 값으로 설정된다.

또한, 본 실시 형태의 엔진(1)은, 배터리(4)의 SOC 등에 따라 보다 효율적인 동작점(운전점)을 선택하도록 구성된다. 따라서, 촉매 난기 시 등에 있어서도 엔진(1)은 촉매 난기에 의해 적합한 동작점으로 구동하도록 제어되는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에서의 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」은, 「통상시 발전 제한 임계값」보다 작은 값이 설정됨으로써, 엔진(1)에 의한 촉매 난기를 보다 효율적인 동작점에 있어서 실행할 수 있다. 이에 따라, 엔진(1)을 촉매 온도 승온에 적합한 동작점으로 발전할 수 있으므로, 촉매 난기의 빈도를 억제할 수 있다. 단, 여기서 나타낸 차지 모드 시 발전 제한 임계값의 값인 75％는 예시이며, 엔진(1), 배터리(4) 등의 특성 등에 따라 적절하게 적용되어도 된다.

도 2b로 되돌아가서 설명을 계속한다. 시각 t2에 있어서 엔진(1)에 의한 발전이 제한되어 이후, 배터리(4)의 SOC는, 구동 모터(6)를 구동시키는 것 등에 의해 점차 저하된다. 그리고, SOC가 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」을 하회하면, 차량 컨트롤러(10)는, 엔진(1)에 의한 발전을 개시한다. 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」은, 차지 모드 시의 SOC 범위의 하한을 규정하는 값이며, 「통상시 발전 개시 임계값」보다 큰 값이 설정된다. 일례로서, 본 실시 형태에서의 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」은 70％이다. 또한, 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」은, 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」에 대한 히스테리시스 폭을 규정하는 값이라고도 할 수 있다.

즉, 본 실시 형태의 차지 모드에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 SOC가 일단 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」을 초과한 이후는, 해당 SOC가 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」을 하회하는 일이 없도록 엔진(1)의 발전을 제어한다. 이에 의해, 차지 모드가 선택되어 있는 동안은 배터리(4)의 SOC를 높은 상태(여기서는 70％ 이상)로 유지할 수 있으므로, 차지 모드를 선택한 타이밍에 구애되지 않고(가령 너무 빨랐다고 해도), 그 후에 선택되는 매너 모드에서의 주행 거리를 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 차지 모드 시에 있어서의 SOC 제어에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은, 차지 모드 시에 있어서의 SOC의 거동을 나타내는 타임차트이다. 횡축은 시간을 나타내며, 종축은 배터리(4)의 SOC[％]를 나타내고 있다. 도면 중의 실선은 배터리(4)의 SOC이다. 또한, 도면 중의 t1 내지 t3은, 도 2b 중의 t1 내지 t3과 대응하고 있다.

시각 t1에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 모드 SW를 통하여 차지 모드가 선택된 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전을 강제적으로 개시한다. 시각 t1에서 개시된 엔진(1)에 의한 발전은, 원칙으로서 SOC가 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」(시각 t2)에 도달하기까지 계속된다. 단, 도시하지 않았지만, 차지 모드 시에도, 특히 안전면으로부터의 요구에 따라 예외적으로 엔진(1)에 의한 발전이 정지되는 경우도 있다. 예를 들어, 브레이크 페달 어시스트용 부압 생성이 필요하게 된 경우에는, 엔진의 흡기 통로에 부압을 생성하기 위해, 차지 모드 시에도 배터리 전력에 의해 발전기(2)를 구동하여 엔진(1)을 작동시키는 모터링 제어가 실행되는 경우도 있다.

시각 t2에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 SOC가 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」에 도달한 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전을 정지한다. 엔진(1)에 의한 발전이 정지된 이후는, 구동 모터(6)를 구동시키거나, 도시하지 않은 보조 기기류를 동작시키거나 하는 것에 의해서 배터리(4)의 전력이 소비되어, SOC가 점차 저하되어 간다.

시각 t3에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 배터리(4)의 SOC가 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」을 하회한 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전을 개시한다. 시각 t3에 의해 개시된 엔진(1)에 의한 발전은, 원칙으로서 SOC가 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」(시각 t4)에 도달하기까지 계속된다.

시각 t4에서는, 시각 t2와 마찬가지로 배터리(4)의 SOC가 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」에 도달한 것을 검지하여, 엔진(1)에 의한 발전이 금지된다. 또한, 시각 t5에 있어서도, 시각 t3과 마찬가지로 엔진(1)에 의한 발전이 개시된다. 그리고, 시각 t5 이후에 있어서도, 차지 모드가 선택되어 있는 한, 시각 t2 내지 t5까지와 마찬가지로, 배터리(4)의 SOC가 SOC 범위 내로 유지되도록 제어된다.

이와 같이, 본 실시 형태의 차지 모드에서는, 차량 컨트롤러(10)는, 차지 모드를 선택하는 모드 조작에 따라 엔진(1)에 의한 발전을 개시하여, 배터리(4)의 SOC를 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」에 도달하기까지 강제적으로 증대시킨다. 그리고, 배터리(4)의 SOC가 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」에 달하여 이후는, 배터리(4)의 SOC가, 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」과 「차지 모드 시 발전 개시 임계값」으로 규정되는 SOC 범위 내에 들어가도록, 엔진(1)에 의한 발전을 제어한다.

이에 의해, 차지 모드 중의 SOC를 높은 상태(여기서는 70％ 이상)로 유지할 수 있으므로, 차지 모드를 선택하는 타이밍에 상관없이, 그 후의 매너 모드 주행에 있어서의 주행 거리를 향상시킬 수 있다.

또한, 차지 모드 중의 SOC를 「충전 제한 상한값」보다 낮은 값으로 설정된 「차지 모드 시 발전 제한 임계값」 이하로 제한함으로써 회생 전력용 버퍼를 확보할 수 있으므로, 운전자의 충전 요구에 따라 배터리(4)의 충전량을 높이면서도, 회생 전력이 충전되는 것에 기인하여 일정 기간 발전이 금지되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 차지 모드 오프 후에 매너 모드 주행을 개시하였을 때, 촉매 난기의 요구에 따라 엔진(1)을 구동시킬 필요가 생길 우려를 저감할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 배터리(4)의 SOC 범위의 상한값을 엔진(1)의 효율 좋은 동작점을 고려하여 설정하고 있으므로, 차지 모드 후에 예를 들어 촉매 난기의 요구에 따라 엔진(1)을 구동시키는 경우가 생겨도, 보다 효율적인 소정의 동작점에서 엔진(1)을 구동시킬 수 있다.

이상, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치는, 엔진(1)의 동력을 사용하여 배터리(4)를 충전 가능한 발전기(2)를 구비하고, 배터리(4)로부터 구동원으로서의 모터(6)에 구동 전력을 공급하는 하이브리드 차량의 제어 장치이다. 이 하이브리드 차량의 제어 장치는, 통상 모드와 차지 모드를 선택 가능한 주행 모드 선택 스위치(모드 SW(15))와, 배터리(4)의 충전량(SOC)을 검지, 혹은 추정하는 배터리 충전량 검출부(차량 컨트롤러(10))와, 주행 상태에 따라 엔진(1)에 의한 발전을 제어하는 발전 제어부(차량 컨트롤러(10))를 구비하고, 발전 제어부(차량 컨트롤러(10))는, 통상 모드가 선택되어 있을 때, 미리 설정된 배터리(4)에 대한 충전을 허용하는 충전량 범위 내에서, 주행 상태에 따라 배터리(4)의 충전을 행하기 위해 엔진에 의한 발전을 실시한다. 또한, 발전 제어부는, 차지 모드가 선택되어 있을 때, 통상 모드 시에는 엔진(1)에 의한 발전을 실시하지 않는 주행 상태여도 엔진(1)에 의한 발전을 실시함과 함께, 차지 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값(차지 모드 시 발전 제한 임계값)을 통상 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값(통상시 발전 제한 임계값)보다 작게 한다.

이에 의해, 차지 모드 중의 SOC를 충전 제한 상한값(통상 모드 시의 SOC 범위의 상한값)보다 낮은 값으로 설정된 상한값(차지 모드 시 발전 제한 임계값) 이하로 제한할 수 있으므로, 운전자의 충전 요구에 따라 배터리(4)의 충전량을 높이면서도, 충전 금지 구간에 돌입하여 발전이 제한되는 것을 회피할 수 있다. 결과로서, 매너 모드 주행 중에 엔진을 구동할 필요가 생기는 것이나, 감속도를 확보하기 위한 엔진 모터링이 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 운전자의 의사에 기초하여 사전에 배터리의 충전량을 높였음에도 불구하고, 운전자가 조용하게 주행하고 싶은 요구를 만족시킬 수 없는 장면을 제공해 버릴 우려를 저감할 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치에 따르면, 발전 제어부(차량 컨트롤러(10))는, 배터리(4)의 충전량이, 통상 모드 시에 있어서의 충전량 범위 내의 상한값 이상으로 충전된 경우, 소정 시간 배터리(4)에 대한 충전을 금지한다(충전 금지 구간). 이에 의해, 배터리(4)가 과충전에 의해 열화 등을 하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치에 따르면, 발전 제어부(차량 컨트롤러(10))는, 모터(6)의 회생 전력이 발생하였을 때, 당해 회생 전력을 사용하여 발전기(2)에 의해 엔진(1)을 모터링 한다. 이에 의해, 예를 들어 주행 상태에 따라 발생되는 회생 전력에 의해 배터리(4)의 충전량이 충전량 범위 내의 상한값을 초과해 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치는, 차지 모드 시에 있어서의 충전량 범위(충전량 범위)의 하한값(차지 모드 시 발전 개시 임계값)을 통상 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 하한값(통상시 발전 개시 임계값)보다 크게 한다. 이에 의해, 차지 모드 중의 SOC를 통상 모드 시보다 높은 상태로 유지할 수 있다. 결과로서, 예를 들어 차지 모드 후에 매너 모드가 선택된 경우에, 매너 모드 시의 주행 가능 거리를 향상시킬 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치는, 차지 모드 시에 있어서의 충전량 범위의 상한값(차지 모드 시 발전 제한 임계값)을 차속이 커질수록 작게 한다. 이에 의해, 차속에 따라 변화되는 회생 전력량을 고려한 후, 보다 적절한 SOC 제어를 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다. 예를 들어, 발전 제어에 있어서의 지표 또는 제어 대상으로 되는 각 값은 상술한 것에 한하지 않는다.

예를 들어, 상술한 설명에서 예시한 각 임계값의 숫자는 어디까지나 예시이며, 나타낸 수치에 한정되는 것은 아니다. 예시한 각 수치는, 명세서 중에 기재한 각 조건, 예를 들어 차지 모드 시 발전 제한 임계값은 통상시 발전 제한 임계값보다 작게 설정되는 등의 조건을 따르는 한 적절하게 조정되어도 된다.

Claims

엔진에 의한 발전 전력을 충전하는 배터리와, 구동원으로서의 모터를 구비하고, 모드 조작에 의해 선택 가능한 복수의 주행 모드를 갖는 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서,
상기 주행 모드는,
주행 상태에 따라 상기 배터리의 충전을 행하는 통상 모드와,
모드 조작에 따라 상기 엔진에 의한 발전을 행하는 차지 모드를 포함하고,
상기 발전 전력에 기초하는 상기 배터리에 대한 충전을 허용하는 충전량 범위를 설정하고,
상기 차지 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 상한값을 상기 통상 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 상한값보다 작게 하고,
상기 차지 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 상한값을 차속이 커질수록 작게 하는,
하이브리드 차량의 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 차지 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 하한값을 상기 통상 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 하한값보다 크게 하는,
하이브리드 차량의 제어 방법.
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엔진의 동력을 사용하여 배터리를 충전 가능한 발전기를 구비하고, 상기 배터리로부터 구동원으로서의 모터에 구동 전력을 공급하는 하이브리드 차량의 제어 장치에 있어서,
통상 모드와 차지 모드를 선택 가능한 주행 모드 선택 스위치와,
배터리의 충전량을 검지, 혹은 추정하는 배터리 충전량 검출부와,
주행 상태에 따라 엔진에 의한 발전을 제어하는 발전 제어부를 구비하고,
상기 발전 제어부는,
상기 통상 모드가 선택되어 있을 때, 미리 설정된 상기 배터리에 대한 충전을 허용하는 충전량 범위 내에서, 주행 상태에 따라 상기 배터리의 충전을 행하기 위해 엔진에 의한 발전을 실시하고,
상기 차지 모드가 선택되어 있을 때, 상기 통상 모드 시에는 상기 엔진에 의한 발전을 실시하지 않는 주행 상태여도 상기 엔진에 의한 발전을 실시함과 함께, 상기 차지 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 상한값을 상기 통상 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 상한값보다 작게 하고,
상기 차지 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 상한값을 차속이 커질수록 작게 하는,
하이브리드 차량의 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 발전 제어부는,
상기 배터리의 충전량이, 상기 통상 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위 내의 상한값 이상으로 충전된 경우, 소정 시간 상기 배터리에 대한 충전을 금지하는,
하이브리드 차량의 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 발전 제어부는,
상기 모터의 회생 전력이 발생하였을 때, 당해 회생 전력을 사용하여 상기 발전기에 의해 상기 엔진을 모터링하는,
하이브리드 차량의 제어 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전 제어부는, 상기 차지 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 하한값을 상기 통상 모드 시에 있어서의 상기 충전량 범위의 하한값보다 크게 하는,
하이브리드 차량의 제어 장치.
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