CN101272942A - 混合动力车辆及其控制方法 - Google Patents

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金田直哉
吉田宽史
茂刈武志
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Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆及其控制方法。控制装置从车辆导航装置获取从车辆的当前位置至预先设定的充电地点的预定行驶距离(S20)，并且基于所获取的预定行驶距离，随着车辆接近充电地点而降低用于控制蓄电装置的SOC的上/下限值(S30)。然后，控制装置将蓄电装置的SOC控制在所设定的上/下限值范围内(S40)。

Description

混合动力车辆及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力车辆，更具体地，涉及一种能够从车辆外部的电源为车辆的蓄电装置充电的混合动力车辆。
背景技术
近年来，混合动力车辆作为环境友好型车辆已经引起了关注。混合动力车辆除了具有传统的内燃机外，还具有诸如电池的蓄电装置以及利用来自所述蓄电装置的电力来产生车辆驱动力的电动机，作为动力源。
在这种混合动力车辆中，已知一种可以使用车辆外部的电源对蓄电装置充电的混合动力车辆。具有外部充电功能的混合动力车辆可以更少地依赖于内燃机，因此，能够达到更高的燃料经济性，对环境保护更有利。
日本专利未审定公报No.8-154307公开了一种具有这种外部充电功能的混合动力车辆。该混合动力车辆包括能够由外部充电器充电的电池、由来自电池的电力驱动车轮的电动机、用于控制电动机工作的控制装置、直接或间接用以驱动车轮的内燃机以及用于计算与由外部充电器对电池充电后的行驶时间相关的量的行驶时间相关量计算装置。当由所述行驶时间相关量计算装置算出的行驶时间相关量达到预定量时，控制装置限制电动机的输出。
在所述混合动力车辆中，当车辆在未进行外部充电的情况下行驶了较长时间时电动机的输出受到限制，自然地，当车辆通过内燃机消耗燃料而连续行驶时电动机的输出受到限制。因此，促使驾驶员进行外部充电。从而能够降低混合动力车辆对内燃机的依赖度。
根据上述日本专利未审定公报No.8-154307所公开的混合动力车辆，外部充电成为了驾驶员的日常作业，结果，能够降低对内燃机的依赖度。然而，在所述混合动力车辆中，仅基于由外部充电器对电池充电后的行驶时间来促使驾驶员进行外部充电。因此，如果在实际的外部充电开始前电池的充电状态(SOC)足够高，则不能够从外部充电器获取很多的充电量，便不能够充分享受该方法的优点。
发明内容
为了解决这些问题而提出了本发明，本发明目的是提供一种混合动力车辆，该车辆能够可靠地从外部充电器向蓄电装置提供充足的充电量。
本发明提供了一种安装有内燃机和电动机作为动力源的混合动力车辆，所述混合动力车辆包括：可再充电的蓄电装置，所述蓄电装置向电动机供给电力；发电装置，所述发电装置利用内燃机的输出产生电力并将所产生的电力供给至蓄电装置；电力输入单元，所述电力输入单元接收从车辆外部供给的电力，以便为蓄电装置充电；控制单元，所述控制单元用于控制从发电装置至蓄电装置的充电量，使得表示蓄电装置的充电状态的状态量被调整在预定的控制范围内或被调整至控制目标值；位置检测单元，所述位置检测单元用于检测混合动力车辆的当前位置；以及设定单元，随着从由位置检测单元测得的当前位置至预设充电地点的行驶距离越短，所述设定单元将限定预定控制范围的阈值或控制目标值设定得越低。
在根据本发明的混合动力车辆中，通过在电力输入单元接收从车辆外部供给的电力，蓄电装置能够被充电。另外，当蓄电装置的SOC在行驶期间降低时，可以通过驱动内燃机和发电机对蓄电装置充电。在车辆行驶时，控制单元控制蓄电装置的SOC，以使得SOC被保持在预定控制范围内或被保持为控制目标值。具体地，当蓄电装置的SOC降低时，控制装置通过驱动内燃机和发电机来为蓄电装置充电。这里，在混合动力车辆中，随着从车辆的当前位置至预设充电地点的距离越短，预定控制范围或控制目标值被设定得越低。因此，当混合动力车辆到达充电地点时，蓄电装置的SOC低于常态。
因此，通过本发明的混合动力车辆，能够从外部电源用充足的电量为蓄电装置充量。结果，车辆在行驶时可以更少地依赖内燃机，从而获得较高的燃料经济性。此外，更有利于环境保护。
优选地，从车辆外部供给的电力是来自商用电源的电力。充电地点是混合动力车辆的使用者的住宅。
对于所述混合动力车辆，充电地点是住宅，在所述住宅处驾驶员能够在返回住宅后以较低的成本、使用商用电源为蓄电装置充分充电。当充电地点在去往目的地的路上时，由于使用者希望早些到达目的地，所以他/她通常期望在短时间内充电。在混合动力车辆中，即使这种在去往目的地的路上的充电地点变近，设定单元也不会将预定的控制范围或控制目标值设定得更低。所以，在所述混合动力车辆中，当在去往目的地的路上的充电地点对蓄电装置充电时，可以避免不必要的长充电时间。
优选地，当内燃机停止时，发电装置能够利用来自蓄电装置的电力起动内燃机。设定单元设定阈值或控制目标值来使得所述状态量不低于由发电装置能够利用来自蓄电装置的电力起动内燃机的下限水平。
在混合动力车辆中，当车辆到达充电地点时，可靠地保留足以通过发电装置利用来自蓄电装置的电力起动内燃机的最小电力。因此，即使混合动力车辆到达充电地点并且必须在不充电的情况下起动，也能够在不失败的情况下起动内燃机。
优选地，设定单元根据充电地点所属的区域(地域)来改变所述下限水平。
通常地，当内燃机的温度降低时，油的粘度增加并且起转的阻力增加。此外，当蓄电装置的温度降低时，蓄电装置的容量减小。由于这些因素，内燃机的起动特性在寒冷的地域中比在温暖的地域中差。因此，在所述混合动力车辆中，基于内燃机的起动特性依赖于地域的差异，可根据充电地点所处的地域来改变下限水平。因此，在混合动力车辆中，可以根据充电地点所处的地域来适当地设定预定的控制范围或控制目标值的下限水平。
优选地，设定单元根据内燃机的温度改变所述下限水平。
如上所述，当内燃机的温度降低时，油的粘度升高并且起转的阻力增加，从而内燃机的起动特性恶化。因此，在所述混合动力车辆中，基于依赖于内燃机的温度的起动特性中的差异，可以根据内燃机的温度改变所述下限水平。所以，在所述混合动力车辆中，可以根据内燃机的温度来适当地设定预定的控制范围或控制目标值的下限水平。
优选地，设定单元根据蓄电装置的温度改变所述下限水平。
如上所述，当蓄电装置的温度降低时，蓄电装置的容量减小并且不能从蓄电装置向发电装置供给充足的转矩电流。结果，内燃机的起动特性恶化。因此，在混合动力车辆中，基于依赖于蓄电装置的温度的内燃机起动特性中的差异，可以根据蓄电装置的温度改变所述下限水平。所以，在混合动力车辆中，可以根据蓄电装置的温度来适当地设定预定的控制范围或控制目标值的下限水平。
优选地，发电装置包括旋转轴机械地连接至内燃机曲轴的另一个电动机，以及与所述另一个电动机相应地设置的第一逆变器。所述混合动力车辆还包括与电动机相应地设置的第二逆变器，以及用于控制第一和第二逆变器的逆变器控制单元。所述另一个电动机和所述电动机分别包括第一和第二多相绕组作为定子绕组。电力输入单元与第一多相绕组的第一中性点和第二多相绕组的第二中性点相连接，并将从车辆外部供给的交流电力供给至第一和第二中性点。逆变器控制单元以协调的方式控制第一和第二逆变器，使得当向第一和第二中性点供给交流电力时，交流电力被转换为直流电力并被输出至蓄电装置。
在混合动力车辆中，利用包括在发电装置中的另一个电动机、作为动力源的电动机、分别与这些电动机相应地设置的第一和第二逆变器以及逆变器控制单元，实现了由车辆外部的电源为蓄电装置充电。因此，不必单独设置用于混合动力车辆的外部充电装置，并且由于车辆可小型化并轻量化而能够得到更好的燃料效率。
如上所述，根据本发明，当混合动力车辆到达充电地点时，蓄电装置的SOC低于常态，因此，能够从外部电源以足够的电量为蓄电装置充电。结果，车辆在行驶时能够更少地依赖内燃机，得到更高的燃料经济性。此外，更有利于环境保护。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的混合动力车辆的整体框图。
图2是图1中所示的控制装置的功能框图。
图3是图2中所示的转换器控制部的功能框图。
图4是图2中所示的第一和第二逆变器控制部的功能框图。
图5是示出图1中所示的电动发电机和逆变器的零相等效回路的电路图。
图6的流程图表示与由图1中所示的控制装置判断开始充电相关的程序的控制结构。
图7示出了图1中所示的蓄电装置的SOC控制量的概念。
图8示出了蓄电装置的SOC变动。
图9是与由图1中所示的控制装置执行的蓄电装置的SOC控制相关的处理的流程图。
图10示出了与SOC控制目标的下限水平相对应的值的设定例。
图11示出了与SOC控制目标的下限水平相对应的值的另一设定例。
图12示出了蓄电装置容量的温度依赖性。
具体实施方式
下面，将参照附图详细说明本发明的实施例。在各附图中，相同的或相应的部分用相同的附图标记表示，并且不会重复对其的说明。
图1是根据本发明的实施例的混合动力车辆100的整体框图。参照图1，混合动力车辆100包括发动机4、电动发电机MG1和MG2、动力分配机构3和车轮2。此外，混合动力车辆100包括蓄电装置B、升压转换器(boost converter)10、逆变器20和30、控制装置60、车辆导航装置55、电容器C1和C2、电源线PL1和PL2、接地线SL、U相线UL1和UL2、V相线VL1和VL2、W相线WL1和WL2、电压传感器70和72以及电流传感器80和82。混合动力车辆100还包括电力输入线ACL1和ACL2、继电器回路40、输入端子50以及电压传感器74。
动力分配机构3连接至发动机4以及电动发电机MG1和MG2，并在发动机4以及电动发电机MG1和MG2之间分配动力。例如，作为动力分配机构3可以采用具有太阳齿轮、行星架和齿圈三个旋转轴的行星齿轮机构。这三个旋转轴分别与发动机4以及电动发电机MG1和MG2的各旋转轴相连接。例如，可以通过将电动发电机MG1的转子制成中空并且将发动机4的曲轴穿过该转子的中心，来将发动机4以及电动发电机MG1和MG2机械地连接至动力分配机构3。
电动发电机MG2的旋转轴通过未示出的减速齿轮装置或作动齿轮装置连接至车轮2。另外，用于电动发电机MG2的旋转轴的减速机构还可以被组装到动力分配机构3的内部。
电动发电机MG1被组装到混合动力车辆100中，作为由发动机4驱动的发电机而工作，并且作为能够起动发动机4的电动机而工作。电动发电机MG2被组装到混合动力车辆100中，用作驱动作为驱动轮的车轮2的电动机。
蓄电装置B的正极连接至电源线PL1，负极连接至接地线SL。电容器C1连接在电源线PL1与接地线SL之间。
升压转换器10包括电抗器L、npn型晶体管Q1和Q2以及二极管D1和D2。npn型晶体管Q1和Q2串联在电源线PL2与接地线SL之间。在npn型晶体管Q1和Q2的集电极与发射极之间分别连接有二极管D1、D2，用以引起从发射极侧至集电极侧的电流。电抗器L的一端连接至npn型晶体管Q1与Q2的接线点，另一端连接至电源线PL1。
可以使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为上文所述的npn型晶体管以及将在说明书的下文中说明的其它npn型晶体管。此外，可以使用诸如电力MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的电力切换元件来代替npn型晶体管。
电容器C2连接在电源线PL2与接地线SL之间。逆变器20包括U相臂22、V相臂24和W相臂26。U相臂22、V相臂24和W相臂26并联在电源线PL2与接地线SL之间。U相臂22包括串联的npn型晶体管Q11和Q12，V相臂24包括串联的npn型晶体管Q13和Q14，W相臂26包括串联的npn型晶体管Q15和Q16。在各npn型晶体管Q11-Q16的集电极和发射极之间分别连接有二极管D11-D16，用以引起从发射极侧至集电极侧的电流。
电动发电机MG1包括作为定子线圈的三相线圈12。形成三相线圈12的U相线圈U1、V相线圈V1和W相线圈W1的一端连接在一起以形成中性点N1，其另一端连接至逆变器20的U相臂22、V相臂24和W相臂26各自的npn型晶体管之间的接线点。
逆变器30包括U相臂32、V相臂34和W相臂36。电动发电机MG2包括作为定子线圈的三相线圈14。逆变器30和电动发电机MG2具有分别与逆变器20和电动发电机MG1相同的结构。
继电器回路40包括继电器RY1和RY2。可以使用机械触点式继电器或半导体式继电器作为继电器RY1和RY2。电力输入线ACL1的一端与继电器RY1的一端相连接，电力输入线ACL1的另一端与电动发电机MG1的三相线圈12的中性点N1相连接。另外，电力输入线ACL2的一端与继电器RY2的一端相连接，电力输入线ACL2的另一端与电动发电机MG2的三相线圈14的中性点N2相连接。继电器RY1和RY2的另一端与输入端子50相连接。
蓄电装置B是可再充电的直流电源，例如镍氢化物(nickel hydride)二次电池或锂离子二次电池。蓄电装置B向升压转换器10输出直流电力。另外，蓄电装置B被升压转换器10充电。注意，可以使用大电容量的电容器作为蓄电装置B。
电压传感器70检测蓄电装置B的电压VB，并将测得的电压VB输出至控制装置60。电容器C1使电源线PL1与接地线SL之间的电压变动平滑化。
根据来自控制装置60的信号PWC，升压转换器10利用电抗器L使从蓄电装置B接收的直流电压升压，并将被升压的电压输出至电源线PL2。具体地，根据来自控制装置60的信号PWC，升压转换器10将根据npn型晶体管Q2的切换操作而流动的电流累积成为电抗器L中的磁场能，从而使来自蓄电装置B的直流电压升压。然后，升压转换器10在npn型晶体管Q2断开定时的同时经由二极管D1向电源线PL2输出被升压的电压。
另外，升压转换器10基于来自控制装置60的信号PWC，将从逆变器20和/或30经电源线PL2供给的直流电压降低至蓄电装置B的电压水平，并为蓄电装置B充电。
电容器C2使电源线PL2与接地线SL之间的电压变动平滑化。电压传感器72检测电容器C2的端子之间的电压，即电源线PL2相对于接地线SL的电压VH，并向控制装置60输出测得的电压VH。
根据来自控制装置60的信号PWM1，逆变器20将从电源线PL2接收的直流电压转换为三相交流电压，并将转换后的三相交流电压输出至电动发电机MG1。因此，电动发电机MG1被驱动以产生指定的转矩。此外，逆变器20根据来自控制装置60的信号PWM1将电动发电机MG1通过接收发动机4的输出而产生的三相交流电压转换为直流电压，并将转换后的直流电压输出至电源线PL2。
根据来自控制装置60的信号PWM2，逆变器30将从电源线PL2接收的直流电压转换为三相交流电压，并将转换后的三相交流电压输出至电动发电机MG2。因此，电动发电机MG2被驱动以产生指定的转矩。此外，在车辆再生制动期间根据来自控制装置60的信号PWM2，逆变器30转换电动发电机MG2通过接收车轮2的旋转力而产生的三相交流电压，并将转换后的直流电压输出至电源线PL2。
这里的再生制动是指通过车辆驾驶员对脚制动器的操作产生的伴随再生发电的制动，或在不操作脚制动器的情况下，通过在行驶期间松开加速踏板产生的伴随再生发电的车辆减速(或停止加速)。
此外，当从与输入端子50相连接的商用电源90对蓄电装置B充电时，逆变器20和30将通过电力输入线ACL1和ACL2从商用电源90供给至三相线圈12和14的中性点N1和N2的交流电力转换为直流电力，并将该直流电力输出至电源线PL2。
电动发电机MG1、MG2是三相交流电动机，例如，由三相交流同步电动机实现。电动发电机MG1利用发动机4的输出产生三相交流电压，并将所产生的三相交流电压输出至逆变器20。另外，电动发电机MG1通过从逆变器20接收的三相交流电压产生驱动力，并起动发动机4。电动发电机MG2通过从逆变器30接收的三相交流电压产生车辆驱动转矩。另外，电动发电机MG2在车辆的再生制动期间产生三相交流电压，并将该电压输出至逆变器30。
当来自控制装置60的输入许可信号EN被激活时，继电器回路40将输入端子50与电力输入线ACL1和ACL2电连接。具体地，当输入许可信号EN被激活时，继电器回路40开启继电器RY1和RY2，而当输入许可信号EN被取消激活状态时，关闭继电器RY1和RY2。
输入端子50用于连接车辆外部的商用电源90与混合动力车辆100。混合动力车辆100可通过下文中说明的方法，从通过输入端子50连接的、车辆外部商用电源90对蓄电装置B充电。
车辆导航装置55检测混合动力车辆100的当前位置，并将该当前位置显示在未示出的显示部上。此外，车辆导航装置55计算从当前位置至充电地点(在该充电地点用商用电源90对蓄电装置B充电)的预定行驶距离，并将所算得的预定行驶距离输出至控制装置60。将住宅被设定为用商用电源90对蓄电装置B充电的充电地点，期望在返回住宅后充分地充电。车辆导航装置55可以允许由驾驶员来设定充电地点。
对于检测车辆的当前位置的方法，可利用已知的方法，例如利用人造卫星测定车辆位置的GPS(卫星定位系统)或利用设置在道路上的信标的方法。
电流传感器80检测流经电动发电机MG1的电机电流MCRT1，并将测得的电机电流MCRT1输出至控制装置60。电流传感器82检测流经电动发电机MG2的电机电流MCRT2，并将测得的电机电流MCRT2输出至控制装置60。电压传感器74检测连接至输入端子50的商用电源90的电压VAC，并将测得的电压VAC输出至控制装置60。
控制装置60产生用于驱动升压转换器10的信号PWC和分别用于驱动逆变器20和30的信号PWM1和PWM2，并将产生的信号PWC、PWM1和PWM2分别输出至升压转换器10以及逆变器20和30。
现在，当来自未示出的点火钥匙(或点火开关，以下相同)的信号IG指示关的位置，并且从商用电源90向输入端子50供给交流电力时，控制装置60激活被输出到继电器回路40的输入允许信号EN。然后，控制装置60产生用于控制逆变器20和30的信号PWM1和PWM2，使得从商用电源90通过电力输入线ACL1和ACL2供给至中性点N1和N2的交流电力被转换为直流电力并且被输出至电源线PL2。
另外，控制装置60控制蓄电装置B的SOC，以使蓄电装置B的SOC(用0至100％的值表示，完全充电状态为100％)处于规定的控制上、下限内。更具体地，当蓄电装置B的SOC达到低于控制下限时，控制装置60起动发动机4，以便通过电动发电机MG1发电，从而执行对蓄电装置B的充电。此外，当SOC超出蓄电装置B的SOC的控制上限时，控制装置60停止发动机4来停止由电动发电机MG1进行的发电。
这里，控制装置60从车辆导航装置55接收从混合动力车辆100的当前位置到由商用电源90对蓄电装置B充电的充电地点的预定行驶距离，并基于接收到的预定行驶距离设定蓄电装置B的SOC的控制上、下限。具体地，控制装置60将电动发电机MG1能够起动发动机4的SOC设定为下限水平，并设定SOC的控制上、下限，从而将SOC控制为随着到充电地点的预定行驶距离变短而降低。下文中将详细说明SOC的上、下限值的设定及控制。
下面，将说明由控制装置60对升压转换器10以及逆变器20和30的控制，以及从商用电源90对蓄电装置B的充电控制。在以下对图2至6的说明中，仅选出关于该控制的部分，而由控制装置60对蓄电装置B的SOC的上、下限值的设定及控制将参照图7及后面的图进行说明。
图2是图1所示的控制装置60的框图。参照图2，控制装置60包括转换器控制部61、第一逆变器控制部62、第二逆变器控制部63以及交流输入控制部64。
转换器控制部61基于来自电压传感器70的电压VB、来自电压传感器72的电压VH、从未示出的ECU(电子控制单元)输出的电动发电机MG1和MG2的转矩控制值TR1和TR2以及电机转数MRN1和MRN2，以及来自交流输入控制部64的控制信号CTL，产生用于开/关升压转换器10的npn型晶体管Q1和Q2的信号PWC，并且将所产生的信号PWC输出至升压转换器10。
第一逆变器控制部62基于电动发电机MG1的转矩控制值TR1和电机转数MRN1、电压VH、来自电流传感器80的电机电流MCRT1以及控制信号CTL，产生用于开/关逆变器20的npn型晶体管Q11至Q16的信号PWM1，并将所产生的信号PWM1输出至逆变器20。
第二逆变器控制部63基于电动发电机MG2的转矩控制值TR2和电机转数MRN2、电压VH、来自电流传感器82的电机电流MCRT2以及控制信号CTL，产生用于开/关逆变器30的npn型晶体管Q21至Q26的信号PWM2，并将所产生的信号PWM2输出至逆变器30。
交流输入控制部64基于来自ECU的信号IG和来自电压传感器74的电压VAC，判定是否应当从车辆外部的商用电源90对蓄电装置B进行充电。如果判定为应当充电，则交流输入控制部64激活输出至转换器控制部61以及第一和第二逆变器控制部62和63的控制信号CTL，并激活输出至继电器回路40的输入许可信号EN。
图3是图2所示的转换器控制部61的功能框图。参照图3，转换器控制部61包括逆变器输入指令电压计算部112、反馈指令电压计算部114、占空比计算部116以及PWM信号转换部118。
逆变器输入指令电压计算部112基于转矩控制值TR1和TR2以及电机转数MRN1和MRN2计算逆变器输入电压的最优值(目标值)，即指令电压VH_com，并将所计算出的指令电压VH_com输出至反馈指令电压计算部114。
反馈指令电压计算部114基于由电压传感器72测得的升压转换器10的输出电压VH和来自逆变器输入指令电压计算部112的指令电压VH_com，计算用于将输出电压VH调整至指令电压VH_com的反馈指令电压VH_com_fb，并将所计算出的反馈指令电压VH_com_fb输出至占空比计算部116。
占空比计算部116基于来自电压传感器70的电压VB和来自反馈指令电压计算部114的反馈指令电压VH_com_fb，计算用于将升压转换器10的输出电压VH调整至指令电压VH_com的占空比，并将所计算出的占空比输出至PWM信号转换部118。
PWM信号转换部118基于从占空比计算部116接收的占空比，产生用于开/关升压转换器10的npn型晶体管Q1和Q2的PWM(脉冲宽度调制)信号，并将所产生的PWM信号作为信号PWC输出至升压转换器10的npn型晶体管Q1和Q2。
当升压转换器10的下臂的npn型晶体管Q2的接通时间(工作时间，on-duty)被增加时，电抗器L中的电力累积增加，因此，能够获得较高电压的输出。另一方面，当上臂的npn型晶体管Q1的接通时间被增加时，电源线PL2上的电压降低。因此，通过调整npn型晶体管Q1和Q2的占空比，能够将电源线PL2的电压设定为不低于蓄电装置B的输出电压的任意电压。
另外，当控制信号CTL处于激活状态时，PWM信号转换部118不考虑占空比计算部116的输出，使npn型晶体管Q1处于导通状态而使npn型晶体管Q2处于非导通状态。因而，能够引起从电源线PL2至PL1的充电电流。
图4是图2所示的第一和第二逆变器控制部62和63的功能框图。参照图4，第一和第二逆变器控制部62和63分别包括用于电机控制的相电压计算部120和PWM信号转换部122。
用于电机控制的相电压计算部120基于来自ECU的转矩控制值TR1(或TR2)和电机转数MRN1(或MRN2)、来自电流传感器80(或82)的电机电流MCRT1(或MCRT2)以及来自电压传感器72的电压VH，计算要施加于电动发电机MG1(或MG2)的各相线圈上的电压，并将所计算出的各相线圈电压输出至PWM信号转换部122。
PWM信号转换部122基于从用于电机控制的相电压计算部120接收的各相线圈的指令电压，产生用于实际上开/关逆变器20(或30)的各npn型晶体管Q11至Q16(或Q21至Q26)的信号PWM1_0(信号PWM1的一种)(或PWM2_0(信号PWM2的一种))，并将所产生的信号PWM1_0(或PWM2_0)输出至逆变器20(或30)的各npn型晶体管Q11至Q16(或Q21至Q26)。
以此方式，各npn型晶体管Q11至Q16(或Q21至Q26)均被切换控制(switching-controlled)，控制流向电动发电机MG1(或MG2)的各相的电流，以使电动发电机MG1(或MG2)输出指定转矩。结果，输出与转矩控制值TR1(或TR2)相应的电机转矩。
当来自交流输入控制部64的控制信号CTL处于活性状态时，PWM信号转换部122在不考虑用于电机控制的相电压计算部120的输出的情况下，产生用于开/关npn型晶体管Q11至Q16(或Q21至Q26)以使同相的交流电流流过逆变器20(或30)的U相臂22(或32)、V相臂24(或34)和W相臂26(或36)的信号PWM1_1(信号PWM1的一种)(或PWM2_1(信号PWM2的一种))，并将所产生的信号PWM1_1(或PWM2_1)输出至逆变器20(或30)的npn型晶体管Q11至Q16(或Q21至Q26)。
当同相的交流电流流过U、V和W各相的线圈U1、V1和W1(或U2、V2和W2)时，在电动发电机MG1(或MG2)中不产生转矩。如下述说明，当逆变器20和30被协调控制时，从商用电源90作用到中性点N1和N2的交流电压VAC被转换为直流电压，并被供给至电源线PL2。
图5示出了图1所示的电动发电机MG1和MG2以及逆变器20和30的零相等效回路。在作为三相逆变器的每一逆变器20和30中，有六个npn型晶体管的8种开/关组合形式。在这八种开关形式中，两种形式的相间电压为零，这种电压状态被称为“零电压向量”。对于零电压向量，上臂的三个晶体管可被视为处于相同的开关状态(全开，或全关)，下臂的三个晶体管也可被视为处于相同的开关状态。因此，在图2中，逆变器20的npn型晶体管Q11、Q13和Q15被总体上表示为上臂20A，逆变器20的npn型晶体管Q12、Q14和Q16被总体上表示为下臂20B。类似地，逆变器30的npn型晶体管Q21、Q23和Q25被总体上表示为上臂30A，逆变器30的npn型晶体管Q22、Q24和Q26被总体上表示为下臂30B。
如图5所示，零相等效回路可被视为单相PWM转换器，该单相PWM转换器经由未示出的继电器回路40和输入端子50将单相商用电源90电连接到中性点N1和N2，作为输入。因此，通过进行逆变器20和30的切换控制以便通过改变各逆变器20和30中的零电压向量从而使逆变器20和30作为单相PWM转换器的各相的臂而工作，能够将来自商用电源90的单相交流电力转换为直流电力，并将电力供给至电源线PL2。
图6的流程图表示与由图1中示出的控制装置60做出的是否要开始充电的判断相关的程序的控制结构。该流程图的处理从主例程中调用，并每经过预定时间段或每当预定条件被满足时执行。
参照图6，控制装置60基于来自点火钥匙的信号IG判定点火钥匙是否被转到关闭位置(步骤S1)。如果控制装置60判定出点火钥匙未被转到关闭位置(步骤S1中为否)，则判定出将商用电源90与输入端子50连接用来为蓄电装置B充电是不合适的，因此，处理进行至步骤S6，控制返回至主例程。
如果在步骤S1中判定为点火钥匙被转到关闭位置(步骤S1中为是)，则控制装置60基于来自电压传感器74的电压VAC判定交流电力是否从商用电源90输入至输入端子50(步骤S2)。如果未观测到电压VAC，则控制装置60判定出交流电力未被输入至输入端子50(步骤S2中为否)，因此，处理进行至步骤S6，控制返回至主例程。
如果观测到电压VAC，则控制装置60判定出交流电力从商用电源90输入至输入端子50(步骤S2中为是)。然后，控制装置60判定蓄电装置B的SOC是否低于阈值Sth(F)(步骤S3)。这里，阈值Sth(F)是用于判定蓄电装置B的SOC是否足够的值。
如果判定出蓄电装置B的SOC低于阈值Sth(F)(步骤S3中为是)，则控制装置60激活将被输出至继电器回路40的输入许可信号EN。然后，控制装置60执行在两个逆变器20和30中的每个的各相的臂都以相同的切换状态工作的情况下将两个逆变器20和30视为单相PWM转换器的各相的臂的两逆变器20和30切换控制，从而执行对蓄电装置B的充电(步骤S4)。
如果在步骤S3中判定蓄电装置B的SOC不低于阈值Sth(F)(步骤S3中为否)，则控制装置60判定出不需要对蓄电装置B充电，并执行充电停止处理(步骤S5)。具体地，控制装置60停止逆变器20和30，并取消已经输入至继电器回路40的输入许可信号EN的激活状态。
然后，下面将说明由控制装置60执行的对用于蓄电装置B的SOC控制的上、下限值的设定控制。
图7示出了图1所示的蓄电装置B的SOC控制量的概念。参照图7，纵轴表示蓄电装置B的SOC控制的中心值(SOC控制的上、下限值的中值，该中值可以表示蓄电装置B的SOC的控制目标)，横轴表示从混合动力车辆100的当前位置至预设充电地点(例如住宅)的预定行驶距离。
值SC1表示通常水平的SOC的控制目标，该值SC1被设定为例如约60％。然后，控制装置60将小于值SC1的值SC2设定为下限，并随着从当前位置至充电地点的预定行驶距离变短而减小SOC控制的中心值。具体地，随着混合动力车辆100越靠近充电地点，控制装置60将SOC的控制目标(实际上是SOC的上、下限值)设定得越低。
随着混合动力车辆100越靠近充电地点而将SOC控制目标设定得越低的原因是，混合动力车辆100应当在不影响行驶的情况下以尽可能低的SOC到达充电地点，以使从商用电源90至蓄电装置B的充电量增加。通过这种方法，使得能够应用大量的来自商用电源90的电力来产生车辆驱动力，结果，能够减少对发动机4的依赖度。
值SC2被设定为下限水平的原因如下。如果当在到达诸如住宅的充电地点后期望通过商用电源90对蓄电装置B充电时，从商用电源90对蓄电装置B的充电失败(例如，必须在到达后马上离开，或商用电源90停电)，则必须在蓄电装置B中保留足够利用电动发电机MG1起动发动机4的电力。通过这种方法，即使当到达充电地点后就必须在未充电的情况下马上离开时，也能够避免起动发动机4的失败。
图8示出了蓄电装置B的SOC的变化。参照图8，纵轴表示蓄电装置B的SOC，横轴表示混合动力车辆100的行驶距离。虚线k1表示SOC控制的上限值，虚线k2表示SOC控制的下限值。此外，点划线k3表示控制的上、下限值的中心值，实线k4表示实际的SOC的变化。
控制装置60控制SOC以使SOC不超出上、下控制限值。如图所示，控制装置60随着越靠近充电地点而将用于SOC控制的上、下限值设定得越低。结果，随着充电地点的靠近，蓄电装置B的SOC降低，并且在充电地点附近，该SOC接近于下限值SC2。
图9是与由图1所示的控制装置60进行的蓄电装置B的SOC控制相关的处理的流程图。该流程图的处理从主例程中调用，并在每个预定时间或每次满足预定条件时执行。
参照图9，控制装置60基于来自点火钥匙的信号IG来判定点火钥匙是否转到打开的位置(步骤S10)。如果判定出点火钥匙未转到打开的位置(步骤S10中为否)，则控制装置60在不执行SOC控制的情况下进行至步骤S50，然后使控制返回至主例程。
如果在步骤S10中判定出点火钥匙转到打开的位置(步骤S10中为是)，则控制装置60从车辆导航装置55获取由车辆导航装置55算出的从混合动力车辆100的当前位置至预定的充电地点(例如住宅)的预定行驶距离(步骤S20)。
然后，基于由此获取的至充电地点的预定行驶距离，控制装置60设定用于控制SOC的上、下限值(步骤S30)。具体地，如图7和8所示，控制装置60基于表示至充电地点的预定行驶距离与用于控制SOC的上、下限值之间的关系的脉谱图或方程，设定用于控制SOC的上、下限值，使得所述限值随着至充电地点的预定行驶距离变短而降低。
然后，控制装置60调整电动发电机MG2的耗电量和电动发电机MG1的发电量，以使SOC处于所设定的用于控制的上、下限值之间的范围内，从而控制蓄电装置B的充电/放电电流量，并控制蓄电装置B的SOC。
在上文中，为了防止在充电地点对发动机4的起动失败，在设定SOC控制的上、下限值中设置下限水平，该下限水平在上、下限值之间的中心值(对应于SOC的控制目标)由SC2表示，值SC2优选可以根据发动机4或蓄电装置B的状况而增大/减小。
图10示出与SOC控制目标的下限水平相对应的值SC2的设定例。参照图10，值SC2根据为蓄电装置B充电的充电地点所属的地域而不同地设定。以示例性地方式，假定地域A和B是温暖的地域，C是寒冷的地域，D是极其寒冷的地域。如果充电地点属于地域A和B，则值SC2被设定为30％；如果充电地点属于地域C，则值SC2被设定为35％；如果充电地点属于地域D，则值SC2被设定为更高的40％。
以这种方式设定值SC2是因为，随着发动机4的温度降低，油的粘度升高，起转的动态阻力增加，从而利用电动发电机MG1起动发动机4需要较大的转矩电流，因此，有必要在较寒冷的地域确保较高的SOC。
基于来自车辆导航装置55的位置信息来判定充电地点所属的地域。
图11示出与SOC控制目标的下限水平相对应的值SC2的另一设定例。参照图11，横轴表示发动机4的温度。在该设定例中，如果由未示出的温度传感器测得的发动机4的温度变低，则值SC2被设定为更高。以这种方式设定值SC2的原因如上文所述。冷却发动机4的冷却水的温度可以用作发动机4的温度。
可替换地，可以考虑蓄电装置B的温度来设定值SC2。图12示出了蓄电装置B的容量对温度的依赖性。参照图12，纵轴表示蓄电装置B的容量，横轴表示温度。如图所示，蓄电装置B的容量随着温度的降低而减小。因此，在通常温度下足够向电动发电机MG1供给起动发动机4所需电力的SOC，在较低的温下会不够向电动发电机MG1供给起动发动机4所需要电力。因此，通过随着温度降低而将值SC2设定得更大，能够更可靠地避免起动发动机4的失败。
如上所述，在根据本实施例的混合动力车辆100中，随着从车辆的当前位置至预定的充电地点的预定行驶距离变短，用于SOC控制的上、下限值被设定得越低，因此，当车辆到达充电地点时，蓄电装置B的SOC达到低于通常的水平。从而，在充电地点，可以从商用电源90以充足的电量为蓄电装置B充电。结果，能够减小行驶期间对发动机4的依赖度，车辆达到更好的燃料经济性。此外，也更有利于环境保护。
另外，如果充电地点被设定为住宅，驾驶员能够在返回该住宅后以较低的成本使用商用电源90对蓄电装置B充分充电，则不需要在去往目的地的路上存在任何充电地点。因此，能够避免在这种充电地点的不必要的较长充电时间。
此外，在到达预定的充电地点时，在蓄电装置B中保留利用蓄电装置B的电力通过电动发电机MG1起动发动机4的最低必要电力，因此，即使当在到达充电地点后就必须在未充电的情况下马上离开时，也能够避免起动发动机4的失败。
另外，来自商用电源90的交流电力被作用在中性点N1和N2，通过逆变器20和30的协调控制，交流电力被转换为直流电力来为蓄电装置B充电。因此，不必提供单独的充电装置。从而，可实现车辆的小型化，并且由于轻量化可实现更好的燃料效率。
在以上的实施例中，所说明的控制装置60将蓄电装置B的SOC控制在预定的控制范围内。该控制装置60可以将蓄电装置B的SOC控制至预定的控制目标值。
此外，在以上的实施例中，来自商用电源90的交流电力被作用在电动发电机MG1和MG2的中性点N1和N2，并且利用电动发电机MG1和 MG2的各相的线圈以及逆变器20和30来为蓄电装置B充电。但是，本发明还适用于在车辆内部或外部具有单独的外部充电装置(AC/DC转换器)的混合动力车辆。但是，因为上述实施例不需要设置单独的外部充电装置，所以该实施例有利于降低车辆的成本和重量，。
在前述说明中，发动机4对应于本发明的“内燃机”，电动发电机MG2对应于本发明的“电动机”。此外，电动发电机MG1和逆变器20构成了本发明的“发电装置”，输入端子50对应于本发明的“电力输入单元”。另外，由控制装置60执行的步骤S30和S40的处理分别对应于由本发明的“设定装置”和“控制装置”执行的处理，车辆导航装置55对应于本发明的“位置检测单元”。
此外，电动发电机MG1对应于本发明的“另一个电动机”，逆变器20对应于本发明的“第一逆变器”。此外，逆变器30对应于本发明的“第二逆变器”，第一和第二逆变器控制部62和63以及交流输入控制部64构成了“逆变器控制单元”。另外，三相线圈12和14分别对应于本发明的“第一多相绕组”和“第二多相绕组”，中性点N1和N2分别对应于本发明的“第一中性点”和“第二中性点”。
这里所说明的实施例仅为示例而不应被理解为限制。本发明的范围在适当地考虑实施例的书面说明的情况下由各权利要求确定，并包括在权利要求的语言的意义之内的以及等同于权利要求的语言的变型。

Claims (14)

1.一种安装有内燃机和电动机作为动力源的混合动力车辆，包括：
可再充电的蓄电装置，所述蓄电装置向所述电动机供给电力；
发电装置，所述发电装置利用所述内燃机的输出产生电力，并将所产生的电力供给至所述蓄电装置；
电力输入单元，所述电力输入单元接收从车辆外部供给的电力，以便为所述蓄电装置充电；
控制装置，所述控制装置用于控制从所述发电装置至所述蓄电装置的充电量，使得表示所述蓄电装置的充电状态的状态量被调整在预定的控制范围内或被调整至控制目标值；
位置检测装置，所述位置检测装置用于检测所述混合动力车辆的当前位置；以及
设定装置，随着从由所述位置检测装置测得的所述当前位置至预设充电地点的行驶距离越短，所述设定装置将限定所述预定控制范围的阈值或所述控制目标值设定得越低。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中
从所述车辆外部供给的所述电力是来自商用电源的电力；并且
所述充电地点是所述混合动力车辆的使用者的住宅。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中
当所述内燃机停止时，所述发电装置能够利用来自所述蓄电装置的电力起动所述内燃机；并且
所述设定装置通过设定所述阈值或所述控制目标值来使所述状态量不低于由所述发电装置能够利用来自所述蓄电装置的电力起动所述内燃机的下限水平。
4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中
所述设定装置根据所述充电地点所属的区域改变所述下限水平。
5.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中
所述设定装置根据所述内燃机的温度改变所述下限水平。
6.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中
所述设定装置根据所述蓄电装置的温度改变所述下限水平。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的混合动力车辆，其中
所述发电装置包括
另一个电动机，所述另一个电动机具有机械地连接至所述内燃机的曲轴的旋转轴，以及
与所述另一个电动机相应地设置的第一逆变器；
所述混合动力车辆还包括
与所述电动机相应地设置的第二逆变器；以及
用于控制所述第一和第二逆变器的逆变器控制装置；其中
所述另一个电动机和所述电动机分别包括第一和第二多相绕组作为定子绕组；
所述电力输入单元与所述第一多相绕组的第一中性点和所述第二多相绕组的第二中性点相连接，并将从车辆外部供给的交流电力供给至所述第一和第二中性点；并且
所述逆变器控制装置以协调的方式控制所述第一和第二逆变器，使得当向所述第一和第二中性点供给所述交流电力时，所述交流电力被转换为直流电力并被输出至所述蓄电装置。
8.一种安装有内燃机和电动机作为动力源的混合动力车辆的控制方法，其中
所述混合动力车辆包括
可再充电的蓄电装置，所述蓄电装置向所述电动机供给电力；
发电装置，所述发电装置利用所述内燃机的输出产生电力，并将所产生的电力供给至所述蓄电装置；
电力输入单元，所述电力输入单元接收从车辆外部供给的电力，以便为所述蓄电装置充电；以及
位置检测单元，所述位置检测单元构造为能够检测所述混合动力车辆的当前位置；
所述控制方法包括：
从所述位置检测单元获取从所述混合动力车辆的当前位置至预设充电地点的预定行驶距离的第一步骤；
随着所述预定行驶距离越短，将限定表示所述蓄电装置的充电状态的状态量的控制范围的阈值或所述状态量的控制目标值设定得越低的第二步骤；以及
控制从所述发电装置至所述蓄电装置的充电量，使得所述状态量被调整在所述控制范围内或被调整至所述控制目标值的第三步骤。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中
从所述车辆外部供给的所述电力是来自商用电源的电力；并且
所述充电地点是所述混合动力车辆的使用者的住宅。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其中
当所述内燃机停止时，所述发电装置能够利用来自所述蓄电装置的电力起动所述内燃机；并且
在所述第二步骤中，所述阈值或所述控制目标值被设定为所述状态量不低于由所述发电装置能够利用来自所述蓄电装置的电力起动所述内燃机的下限水平。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其中
根据所述充电地点所属的区域来改变所述下限水平。
12.根据权利要求10所述的控制方法，其中
根据所述内燃机的温度来改变所述下限水平。
13.根据权利要求10所述的控制方法，其中
根据所述蓄电装置的温度来改变所述下限水平。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的控制方法，其中
所述发电装置包括
另一个电动机，所述另一个电动机具有机械地连接至所述内燃机的曲轴的旋转轴，以及
与所述另一个电动机相应地设置的第一逆变器；
所述混合动力车辆还包括与所述电动机相应地设置的第二逆变器；
所述另一个电动机和所述电动机分别包括第一和第二多相绕组作为定子绕组；
所述电力输入单元与所述第一多相绕组的第一中性点和所述第二多相绕组的第二中性点相连接，并将从车辆外部供给的交流电力供给至所述第一和第二中性点；并且
所述控制方法还包括第四步骤，所述第四步骤为，以协调的方式控制所述第一和第二逆变器，使得当向所述第一和第二中性点供给所述交流电力时，所述交流电力被转换为直流电力并被输出至所述蓄电装置。
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