專利名稱：混合動力行駛控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種搭載了充電電池的混合動力行駛控制系統(tǒng)。
技術背景在汽車或鐵路等中公知一種混合動力方式，即搭載了鉛、鎳氫、鋰電 池等的充電電池，對充電電池充電由再生制動器得到的電力，并在加速時 等利用該電力，來提高燃料利用率。例如，如專利文獻1所示可知以下方法為了進一步提高燃料利用率， 從導航裝置等得到地形信息，計算充電量的變化，控制充電量使得能夠在 不浪費由再生制動器得到的電力的情況下進行充電。另外，如專利文獻2所示，由于充電電池存在內(nèi)部電阻，所以隨著充 放電會發(fā)熱。因此，為了保護充電電池，若充電電池的溫度達到規(guī)定溫度 以上，則停止充放電。為了避免上述充放電停止，考慮充電電池的強制空 冷等冷卻構造，抑制充電電池的溫度上升。專利文獻l:特開2001 —197608號公報 專利文獻2:特開2005 — 168295號公報但是，充電電池的內(nèi)部電阻并不固定，除了充電量，尤其很大程度上 受到劣化、電池溫度等的充電電池狀態(tài)的影響。另外，由于制造時的偏差 還會產(chǎn)生內(nèi)部電阻的變動。因此，產(chǎn)生的問題是，在超過充電電池的冷卻 性能、充電電池的溫度上升到規(guī)定溫度以上，從而不能進行充電電池的充 放電。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種防止充電電池狀態(tài)變?yōu)橐?guī)定范圍外、避 免不能進行充電電池的充放電的技術。為了解決上述課題，在本發(fā)明中提供一種混合動力行駛控制系統(tǒng)，包括蓄電裝置；馬達；發(fā)電機；發(fā)動機；和制動機構，在通過所述馬達單 獨進行驅(qū)動和制動、或通過所述發(fā)電機和所述馬達進行驅(qū)動和制動時，單 獨通過由所述馬達實施的再生、或通過由所述馬達實施的再生和所述驅(qū)動 機構，來進行制動，所述蓄電裝置具有向所述馬達供給電力的功能；和 將由所述發(fā)動機驅(qū)動所述發(fā)電機而發(fā)出的電力、以及由所述馬達實施制動 時的再生電力充電的功能，所述混合動力行駛控制系統(tǒng)中，具備利用路徑信息以及行駛履歷，計算出所述發(fā)動機輸出以及所述制動機構的控制狀 態(tài)的行駛模式生成機構，并控制所述蓄電裝置，以使至少一個以上的所述 蓄電裝置的狀態(tài)在規(guī)定的范圍內(nèi)。由此，能防止蓄電裝置的充電電池狀態(tài) 在規(guī)定范圍外，充電電池停止充放電。另外，在本模式生成機構中，通過預測充電量和溫度作為充電電池的 狀態(tài)，從而能避免過充電過放電，并且防止因溫度上升而導致充放電停止， 從而能最大限度地發(fā)揮充電電池能力。另外，在本模式生成機構中，通過以星期幾或時間段為單位來收集行 駛履歷，由此來應對路徑的日常性的變化。另外，在本模式生成機構中，為了還對應于行駛時擁堵等難以預測的 狀況，逐次取得行駛路徑狀況和行駛狀況，當所得到的狀況偏離當初預測 的行駛模式時，重新計算發(fā)動機輸出以及制動控制量的時間序列，從而能 使與道路狀況對應的充電電池狀態(tài)在規(guī)定范圍內(nèi)。另外，在本模式生成機構中，當因信號燈停車等電池的充放電變小， 電池溫度變化時，通過重新計算發(fā)動機輸出以及制動控制量的時間序列， 從而能使與道路狀況對應的充電電池狀態(tài)在規(guī)定范圍內(nèi)。另外，在本模式生成機構中，當中途發(fā)生路徑改變時，根據(jù)新路徑信 息，重新計算發(fā)動機輸出以及制動控制量的時間序列，從而能使與道路狀 況對應的充電電池狀態(tài)在規(guī)定范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，關于所行駛的路徑，預測充電電池狀態(tài)，預先求得發(fā)動 機輸出以及制動控制量的時間序列，從而能使充電電池狀態(tài)始終在規(guī)定范 圍內(nèi)。由此能避免充電電池的充放電停止，能最大限度地發(fā)揮充電電池具 有能力，能最大限度提高混合動力控制系統(tǒng)的燃料利用率。另外，即使在行駛中路徑數(shù)據(jù)的收集或與預測有所差距的情況下，通 過重新進行預測，從而能改善燃料利用量使得行駛的路徑變長。


圖1是本發(fā)明所涉及的混合動力控制系統(tǒng)的框圖。 圖2是表示本發(fā)明所涉及的車輛中的能量流動。圖3是表示本發(fā)明所涉及的車輛所具有的能量的變化的圖。圖4是本發(fā)明所涉及的行駛數(shù)據(jù)保持機構的框圖。圖5是本發(fā)明所涉及的消耗能量預測控制裝置的框圖。圖6是本發(fā)明所涉及的計算機構進行的生成給各設備的模式的算法。圖7是表示馬達的再生特性的圖。圖8是表示本發(fā)明所涉及的充電電池的結構圖。圖9是表示構成充電電池的單元的結構圖。圖IO是表示對各設備的模式生成時刻的圖。圖中l(wèi)一混合動力行駛控制系統(tǒng)；IO —消耗能量預測控制裝置；21 一行駛數(shù)據(jù)保持機構；22 —行駛數(shù)據(jù)收集機構；30—N—設備模式保持機 構；41一充電電池；40—1一發(fā)動機；40—2—制動器；40 — 3 —馬達；100 一充電電池狀態(tài)預測機構；IOOO—模式生成系統(tǒng)；2000—車輛。
具體實施方式
下面，利用附圖對本發(fā)明的一實施例進行說明。下面，利用附圖對本發(fā)明所涉及的行駛模式生成方式的實施方式進行 說明。圖1表示混合動力行駛控制系統(tǒng)1的結構圖?；旌蟿恿π旭偪刂葡?統(tǒng)l，由模式生成系統(tǒng)1000和車輛2000構成，車輛2000根據(jù)由模式生成 系統(tǒng)1000生成的各模式來行駛。模式生成系統(tǒng)1000包括在內(nèi)部具備充電電池狀態(tài)預測機構100的消耗能量預測控制裝置10;行駛數(shù)據(jù)保持機構21;行駛數(shù)據(jù)收集機構22;和保持給各設備的模式的模式保持機構30。車輛2000，由充電電池41、以及作為各種設備的發(fā)動機40-l、制動 器40—2、馬達40—3等的N個設備(40 —1 N)構成，通過組合發(fā)動機40—1和馬達40—3進行加速，通過組合制動器40—2和由馬達40—3實 施的再生制動進行減速(制動)。此時，當進行加速/上坡時，馬達40—3 利用充電電池41中充電的電力，在減速/下坡時，對充電電池41充電由馬 達40 — 3產(chǎn)生的再生電力。這樣，充電電池41通過將在車輛能量減少時 得到的再生電路用于增加車輛能量，分擔發(fā)動機40—1的部分輸出，來實 現(xiàn)燃料利用率的提高。艮P，作為車輛具有的能量，可以表示為數(shù)學式1車輛具有的能量=動能+勢能 …式(1)<formula>formula see original document page 7</formula>數(shù)學式2加速/上坡車輛能量增加發(fā)動機輸出+馬達輸出(充電電池放電) 減速/下坡車輛能量減少 制動+馬達再生(充電電池充電)<formula>formula see original document page 7</formula>式(2)艮口，通過調(diào)整發(fā)電機和制動器，能控制充電電池的充放電量。 另一方面，充電電池41在充電量和溫度兩方面存在限制，需要控制 在規(guī)定的充電量范圍和溫度范圍。因此，在超過充電量上限時停止充電， 相反在下降到充電量下限時必須停止放電。另外，由于充電電池41的溫 度在充放電這兩過程中都上升，所以在充電電池41的溫度超過上限時， 必須停止充放電，直到充電電池41的溫度下降。由于充電電池41停止充 放電與燃料利用率惡化直接相關，所以要研究充電電池41的構造或通過 強制空冷等來提高冷卻性能，使充電電池41的溫度處于規(guī)定的范圍內(nèi)。但是，成為充電電池41的溫度上升的原因的內(nèi)部電阻，除了制造時 特性偏差外，還具有隨著不斷劣化而上升的性質(zhì)。因此，只是提高冷卻性 能的話存在極限。因此，在本發(fā)明中，從行駛數(shù)據(jù)保持機構取出與本次行駛的路徑對應 的行駛數(shù)據(jù)，求得車輛2000行駛所需的功率的時間序列，按照充電電池 41的充電量以及溫度處于規(guī)定范圍內(nèi)的方式，根據(jù)式(2)來生成發(fā)動機 40—1和制動器40—2的時間序列模式。由此，即使充電電池41的特性存 在偏差，也不會陷入充電電池41因溫度上升而停止充放電的局面，能夠 最大限度活用充電電池41，有利于提高燃料利用率。下面，利用附圖對模式生成系統(tǒng)iooo進行說明。行駛數(shù)據(jù)收集機構22，檢測行駛時的車輛能量的變化，并輸出時間序 列。具體而言，該車輛2000的行駛能量的變化如式(2)以及圖2所示， 能根據(jù)發(fā)動機40 — 1、制動器40—2、馬達40 — 3的輸入輸出來求得。另 外，在行駛數(shù)據(jù)保持機構21中沒有相應的行駛數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)在導 航裝置中設置的行駛路徑來得到行駛路徑的高低差信息，根據(jù)速度限制或 駕駛者的喜好或速度模式來導出速度變化模式。該速度模式中有動力模 式、緩慢模式、街道行駛模式等。對于該行駛數(shù)據(jù)，若將行駛數(shù)據(jù)的采樣 間隔設為At，則時間t中的行駛數(shù)據(jù)(車輛的能量的變化AE)根據(jù)圖3 如式(3)那樣來求得。數(shù)學式3<formula>formula see original document page 8</formula這樣得到的行駛數(shù)據(jù)保持在行駛數(shù)據(jù)保持機構21中。 另外，除了導航裝置之外還可以訪問位于車輛內(nèi)或車輛外的路徑數(shù)據(jù) 庫，得到速度變化模式。圖4表示行駛數(shù)據(jù)保持機構21的構成。行駛數(shù)據(jù)保持機構21，由行 駛數(shù)據(jù)表201和行駛數(shù)據(jù)組202構成。在行駛數(shù)據(jù)表201的各行210中， 保持著出發(fā)地和目的地、時刻、星期、表示走了幾次的次數(shù)標記(0:根 據(jù)由導航裝置等得到的信息而確定的暫定行駛數(shù)據(jù)，1以上行駛次數(shù))以 及指向行駛數(shù)據(jù)序列211的指針(pointer)。另外，行駛數(shù)據(jù)組202由多個 行駛數(shù)據(jù)序列211構成，各行駛數(shù)據(jù)序列211如上所述由以采樣間隔At 采樣的車輛能量變化的序列構成。下面表示行駛數(shù)據(jù)表201和行駛數(shù)據(jù)序列211的更新步驟。 首先在行駛的情況下，根據(jù)從導航裝置或路徑數(shù)據(jù)庫等得到的地形信 息生成暫定行駛數(shù)據(jù)，并將其登記在行駛數(shù)據(jù)表201以及行駛數(shù)據(jù)組202 中。然后，在開始行駛后，對來自行駛數(shù)據(jù)收集機構22的行駛數(shù)據(jù)輸出， 開始該行駛數(shù)據(jù)組202的更新。當該行駛數(shù)據(jù)表210的次數(shù)標記為0的情 況下，由于行駛數(shù)據(jù)是從導航裝置等生成的暫定行駛數(shù)據(jù)，所以使用來自行駛數(shù)據(jù)收集機構22的行駛數(shù)據(jù)將其覆蓋。另外，當該次數(shù)標記為1以上的情況下，由于是已經(jīng)走過的某個路徑，所以進行平均等的統(tǒng)計處理， 更新行駛數(shù)據(jù)。接著，對消耗能量預測控制裝置io進行說明。圖5表示消耗能量預測控制裝置10的構成。消耗能量預測控制裝置 10由計算機構110、模式設定寄存器120、和充電電池狀態(tài)預測機構100 構成。計算機構110，負責消耗能量預測控制裝置10的處理，從行駛數(shù)據(jù) 保持裝置21得到行駛數(shù)據(jù)，并生成輸出到模式保持裝置30的模式。另外， 模式設定寄存器120，由計算機構IIO的模式設定用的寄存器構成。進一 步，充電電池狀態(tài)預測機構100，根據(jù)由計算機構IIO生成的充電電池的 充放電模式，進行充電電池的充電量以及溫度的預測。圖6表示計算機構110中生成各種模式的算法。下面，對(a) (e) 的處理進行說明。關于初始化處理，(a)和(b)是初始化處理，(c)、 (d) 和(e)對每個循環(huán)進行各模式的生成。在電池溫度TB達到規(guī)定溫度范圍 以上時，重新評價充電電池41的最大充放電電流I^、Imax，再次反復各模 式的計算。a) 行駛數(shù)據(jù)的序列P』(t)的取得從導航裝置或路徑數(shù)據(jù)庫等得到行駛路徑，通過行駛數(shù)據(jù)保持機構21 讀出與該行駛路徑相應的行駛數(shù)據(jù)。此時，當在行駛數(shù)據(jù)保持機構21中 沒有相應的行駛數(shù)據(jù)的情況下，按照模式設定寄存器120的模式設定，請 求行駛數(shù)據(jù)收集機構22生成暫定行駛數(shù)據(jù)，或遵從所設定的充電電池利 用模式。b) 對馬達40—3的輸入輸出的電力P！ (t)以及對制動器40—2的制動控制量的初始值PMO (t)的計算對于行駛數(shù)據(jù)的時間序列P』(t)，加入馬達特性以及損失，求得馬達 40 — 3的輸入輸出能量P: (t)、對制動器40—2的制動控制量PMo (t)。在馬達40—3中，具有圖7所示的特性，若轉(zhuǎn)速超過定轉(zhuǎn)矩區(qū)域，則 輸出/再生電力會減少。因此，當P』(t)超過馬達40—3能再生的能量Pr^x (t)時，需要通過制動器40—2補償該差值，將其制動控制量設為PM0 (t)，如圖4所示。另外，式(5)表示馬達40—3的輸入輸出的電力Pj(t)的計算式。另外，設馬達40 — 3的轉(zhuǎn)換效率為TH。數(shù)學式4o ,t、 一 J — PR max — Pall")《Pall(t) < 一 PR max …: t1 n 、PM。(t)=lo others 式W在式(4)中，注意再生時PaU (t) <0。數(shù)學式5Pa (t)/ if Pan(t)》0輸出)! 1 "i(Paii(t)—PM0(t》others (再生}C)充電電池41的容許輸入輸出的電力PBn^ (t)、 PBmax (t)的計算充電電池41的構成如圖8所示，為由多個單元410組成的電池組的構成。這里，為了方便，設各單元性質(zhì)相同(各單元的電壓、電流、內(nèi)部電阻相等)，以單元為單位進行計算。圖9表示單元模塊。單元410，由內(nèi) 部電阻412和純電池411構成。式(6)表示求得充電電池能夠輸入輸出 的最大最小電量(容許輸入輸出電力)PBmin (t)、 PBmax (t)。另外，N是 單元數(shù)量，VB (t)、 RB (t)是單元電壓以及內(nèi)部電阻。數(shù)學式6P8min(t)=N{vB(t〉xlBmin+rB(t)IBmin2}…式(6)PB max(t)=N{vB(0 x IB max-rB(t)lB max2}另外，由于Vb (t)、 RB (t)取決于充電電池的充電量SOC (t)和溫 度Tb (t)，所以通過前循環(huán)所求得的SOC (t)和Tb (t)，來求得Vb (t)、 RB (t)。d)發(fā)動機40—1的瑜出Pe (t)、對制動器40—2的控制量Pm (t)的計算根據(jù)式(2)， PE (t)、 PB (t)、 PM (t)的關系如式(7)所示。另外， 設發(fā)動機40 — 1、制動器40—2以外的設備40中所需的電力的合計為Ps (t)。數(shù)學式7pB(t)-p￡(t)—(p!(t〉+Ps《t)+p;^t)) …式(7)其中.P;(t)- 7 ,(PM(t3— P柳《t》)通過PBmin (t)、 PBmax (t)以及前循環(huán)所求得的SOC (t)，來求得發(fā) 幼機瑜出Pe (t)以及制幼量Pm (t)。輸出時，通過發(fā)動機40—1輔助充 電電池41，再生時通過制動器40—2來輔助充電電池41。另外，為了使 充電電池41的充電量SOC (t)在規(guī)定范圍內(nèi)，設SOC (t) 〉SOC腿時 PB (t) <0 (僅放電)、SOC (t) 〈SOCmin時PB (t) 〉0 (僅充電)。式(8) 是表示求取PE (t)的式子，式(9)是表示求取PM(t)的式子。數(shù)學式8如果<formula>formula see original document page 11</formula>數(shù)學式9另外，如果
<formula>formula see original document page 11</formula>e)充電電池41的充電量SOC (t)和溫度Tb (t)的計算關于充電量SOC (t)和溫度Tb (t)，也與(C)的Psmin (t) 、 PBmax(t) 一樣，以單元單位計算出來。通過式(6) (7) (8)求得電池輸入 瑜出的能量Pb (t)，式(10)表示按照圖9所示的電池單元模型求取單 元電流IB (t)的式子。根據(jù)該單元電流IB (t)，能計算出充電量變化、 發(fā)熱量。式(11)是表示求取充電量SOC (t)的式子，式(12)是表示 求取溫度TB (t)的式子。另外，在各模塊中安裝冷卻用風扇，實施強制 空冷下的冷卻。數(shù)學式IO根據(jù)(<formula>formula see original document page 12</formula>數(shù)學式ll<formula>formula see original document page 12</formula>數(shù)學式12<formula>formula see original document page 12</formula>
另外，kB表示充電量SOC (t) =100%時蓄存在充電電池41中的總 電荷量，rB (t)表示充電電池41的內(nèi)部電阻，0B表示充電電池41的熱 容量，kT表示冷卻系數(shù)，fB表示冷卻風速，i;表示冷卻風溫度。通過以上步驟，能求得發(fā)動機模式30—UPE(t))、制動模式(PM(t)〉。另外，該算法在因施工導致的路徑變更或速度變更、擁堵、等信號燈 導致的停車，從而使充電電池溫度偏離預測模式時，重新進行計算。另外， 通過利用VICS等的擁堵信息，預測平均速度，從而即使在事故擁堵等的 難以預料的情況下，也能夠反復充電電池41的狀態(tài)機算，與現(xiàn)狀吻合， 所以充電電池41能始終保持可使用的狀態(tài)。進一步，作為能應用的車輛，除了上述的構成，也能對具有將發(fā)動機 產(chǎn)生的電力不通過蓄電池而直接向馬達供給電力的功能的車輛進行應用。另外，在上述的實施例中沒有必要將模式生成系統(tǒng)1000和車輛2000 放入相同的框體，也可以將模式生成系統(tǒng)1000配置在遠離車輛2000的位 置，通過通信線路連接模式生成系統(tǒng)1000和車輛2000，也能得到同樣的 結構和效果。 工業(yè)上的可利用性根據(jù)搭載本發(fā)明的充電電池的混合動力控制系統(tǒng)，通過由預測行駛模 式預測充電電池狀態(tài)即充電量和溫度，從而能避免充電量過于不足、以及 尤其避免由于溫度上升而導致充電電池不能使用的問題，能充分利用充電 電池的能力，有利于提高燃料利用率。
權利要求
1.一種混合動力行駛控制系統(tǒng)，包括蓄電裝置；馬達；發(fā)電機；發(fā)動機；和制動機構，在通過所述馬達單獨進行驅(qū)動和制動、或通過所述發(fā)電機和所述馬達進行驅(qū)動和制動時，單獨通過由所述馬達實施的再生來進行制動，或通過由所述馬達實施的再生和所述驅(qū)動機構來進行制動，所述蓄電裝置具有向所述馬達供給電力的功能；和將由所述發(fā)動機驅(qū)動所述發(fā)電機而發(fā)出的電力、以及由所述馬達實施制動時的再生電力充電的功能，所述混合動力行駛控制系統(tǒng)中，具備利用路徑信息以及行駛履歷，計算出所述發(fā)動機輸出以及所述制動機構的控制狀態(tài)的行駛模式生成機構，并控制所述蓄電裝置，以使至少一個以上的所述蓄電裝置的狀態(tài)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的混合動力行駛控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述行駛模式生成機構，預測充電量和溫度作為所述蓄電裝置的狀態(tài)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的混合動力行駛控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述行駛模式生成機構，在收集行駛履歷時，通過以星期幾或時間段加以區(qū)別來進行收集，由此來應對路徑的日常性的變化。
4. 根據(jù)權利要求1所述的混合動力行駛控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述行駛模式生成機構，為了還對應于擁堵、禁止通行等行駛時難以預測的狀況，逐次取得行駛路徑狀況和行駛狀況，當所得到的狀況偏離當 初預測的所述行駛模式時，重新生成行駛模式。
5. 根據(jù)權利要求1所述的混合動力行駛控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述行駛模式生成機構，在行駛路徑發(fā)生改變時，對新的路徑，根據(jù)路徑信息或行駛履歷重新生成行駛模式。
6. 根據(jù)權利要求l所述的混合動力行駛控制系統(tǒng)，其特征在于，所述行駛模式生成機構，在因等待信號燈充電電池溫度下降時，重新 生成行駛模式。
全文摘要
在搭載充電電池，將由再生得到的電力充電，并在加速時利用該電力的混合動力方式中，在現(xiàn)有技術中，由于隨著充放電而導致充電電池溫度上升，充電電池的溫度在規(guī)定范圍外的情況下，不得不停止充放電，從而燃料利用率降低。在本發(fā)明中，根據(jù)由路徑信息或行駛履歷求得的行駛所需的輸出功率，預測充電電池的充電量以及溫度，按照溫度在規(guī)定范圍內(nèi)的方式求得發(fā)動機輸出以及制動控制量的時間序列，從而防止充電電池的停止，提高燃料利用率。
文檔編號G01C21/34GK101234636SQ20081000406
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權日2007年1月31日
發(fā)明者有田裕, 石川勝美, 舟越砂穗, 長洲正浩 申請人:株式會社日立制作所