CN103747995B - 车辆、车辆的控制方法以及控制装置 - Google Patents

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Abstract

车辆具备：蓄积电力的行驶用电池；辅机电池，其连接于行驶用电池；DC/DC转换器，其从行驶用电池向辅机电池供给电力；以及发动机，其以与从行驶用电池供给到辅机电池的电力相应的负荷进行运转。在发动机的负荷运转期间，当发动机的负荷比阈值小时，DC/DC转换器从行驶用电池向辅机电池供给电力。

Description

车辆、车辆的控制方法以及控制装置
技术领域
本发明涉及车辆、车辆的控制方法以及控制装置，尤其涉及在搭载有第1蓄电装置和第2蓄电装置的车辆中从第1蓄电装置向第2蓄电装置供给电力的技术。
背景技术
已知除了发动机之外还搭载有电动马达作为驱动源的混合动力车或者具备续航距离延长功能（增程器）的电动汽车。在这样的车辆中，例如如日本特开2005-39886号公报（专利文献1）所记载的那样，通过从电动马达输出与能够从发动机输出的发动机转矩同等的马达转矩，从而减少向发动机的燃料供给量。
现有技术文献
专利文献1：2005-39886号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，例如，在混合动力车为比较小型的车辆的情况下，不能搭载大的电池、即容量大的电池，所以电池的充电电力比大型的混合动力车中的电池的充电电力小。因此，在搭载有小的电池的混合动力车中，为了产生充电到电池的大的电力，难以获得在发动机的效率高的高负荷区域使发动机运转的机会。其结果，不得不在发动机的效率低的低负荷区域使发动机运转。
本发明的目的在于提高发动机的效率。
用于解决问题的手段
在某实施例中，车辆具备：蓄积电力的第1蓄电装置；第2蓄电装置，其连接于第1蓄电装置；供给装置，其从第1蓄电装置向第2蓄电装置供给电力；以及发动机，其以与从第1蓄电装置供给到第2蓄电装置的电力相应的负荷进行运转。在发动机的负荷运转期间，当发动机的负荷比阈值小时，供给装置从第1蓄电装置向第2蓄电装置供给电力。
根据该结构，通过从第1蓄电装置向第2蓄电装置供给电力，能够增大发动机的负荷。由此，在具有在高负荷运转区域中效率高这一特性的发动机中，能够提高发动机的效率。
在另一实施例中，在发动机的无负荷运转期间，供给装置停止从第1蓄电装置向第2蓄电装置的电力供给。
根据该结构，在不能为了改善效率而增大发动机的负荷的情况下，能减少由从第1蓄电装置向第2蓄电装置的电力供给引起的损失。
在另一实施例中，在发动机的怠速运转期间，供给装置停止从第1蓄电装置向第2蓄电装置的电力供给。
根据该结构，在不能为了改善效率而增大发动机的负荷的情况下，能减少由从第1蓄电装置向第2蓄电装置的电力供给引起的损失。
在另一实施例中，车辆还具备发电机，该发电机由发动机驱动而进行发电，将与从第1蓄电装置供给到第2蓄电装置的电力相应的电力供给到第1蓄电装置。发动机以与发电机的发电电力相应的负荷进行运转。
根据该结构，在将使用发动机发电产生的电力蓄积于蓄电装置的车辆中，能够提高发动机的效率。
在另一实施例中，供给装置是转换器。
根据该结构，能够经由转换器从第1蓄电装置向第2蓄电装置以所希望的电压来供给电力。
发明的效果
因为增大了发动机的负荷，所以在具有在高负荷运转区域效率高这一特性的发动机中，能够提高发动机的效率。
附图说明
图1是表示混合动力车的概略结构图。
图2是表示动力分配机构的列线图的图。
图3是表示执行了用于启动发动机的控制时的列线图的图。
图4是表示执行了用于停止发动机的控制时的列线图的图。
图5是表示混合动力车的电系统的图。
图6是表示发动机启动阈值的图。
图7是表示燃料经济性最佳线的图。
图8是表示燃料经济性最佳线和等发动机效率线的图。
图9是表示ECU所执行的处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的部件标注有相同的标号。它们的名称和功能也相同。因此，不反复对其进行详细说明。
参照图1，混合动力车具备发动机100、第1电动发电机110、第2电动发电机120、动力分配机构130、减速器140以及电池150。
该车辆通过来自发动机100和第2电动发电机120中至少任一方的驱动力进行行驶。
发动机100、第1电动发电机110以及第2电动发电机120经由动力分配机构130连接。发动机100所产生的动力由动力分配机构130分配到两条路径。一条是经由减速器140驱动前轮160的路径。另一条是驱动第1电动发电机110来进行发电的路径。
第1电动发电机110是具备U相线圈、V相线圈以及W相线圈的三相交流旋转电机。第1电动发电机110通过由动力分配机构130分配的发动机100的动力进行发电。由第1电动发电机110发电产生的电力根据车辆的行驶状态、和/或电池150的剩余容量（SOC）的状态而分开使用。例如，在通常行驶时，由第1电动发电机110发电产生的电力直接成为驱动第2电动发电机120的电力。另一方面，在电池150的剩余容量比预先确定的值低的情况下，由第1电动发电机110发电产生的电力通过后述的变换器从交流变换为直流。然后，通过后述的转换器对电压进行调整并将其蓄积于电池150。
在第1电动发电机110作为发电机发挥作用的情况下，第1电动发电机110产生负转矩。在此，负转矩是指成为发动机100的负荷的转矩。在第1电动发电机110接受电力的供给而作为马达发挥作用的情况下，第1电动发电机110产生正转矩。在此，正转矩是指不成为发动机100的负荷的转矩、即辅助发动机100的旋转的转矩。此外，关于第2电动发电机120也是同样的。
在本实施方式中，当执行用于启动发动机100的控制时，第1电动发电机110作为马达发挥作用。通过第1电动发电机110使发动机100起转（cranking）。当执行用于停止发动机100的控制时，第1电动发电机110为了产生负转矩而作为发电机发挥作用。在用于通过第1电动发电机110来停止发动机100的控制中，控制第1电动发电机110，以使得曲轴角成为预先确定的角度。
第2电动发电机120是具备U相线圈、V相线圈以及W相线圈的三相交流旋转电机。第2电动发电机120通过电池150所蓄积的电力和由第1电动发电机110发电产生的电力中至少任一方的电力进行驱动。
第2电动发电机120设置成在与车轮之间传递转矩。第2电动发电机120的转矩经由减速器140传递到前轮160。由此，第2电动发电机120辅助发动机100，并通过来自第2电动发电机120的转矩使车辆行驶。此外，也可以设为取代前轮160而驱动后轮或者除了前轮160之外还驱动后轮。
在混合动力车的再生制动时，经由减速器140由前轮160驱动第2电动发电机120，第2电动发电机120作为发电机进行工作。由此，第2电动发电机120作为将制动能变换为电力的再生制动器进行工作。由第2电动发电机120发电产生的电力蓄积于电池150。
动力分配机构130由包括太阳轮、小齿轮、齿轮架以及齿圈的行星齿轮构成。小齿轮与太阳轮以及齿圈卡合。齿轮架将小齿轮支承为能够自转。太阳轮与第1电动发电机110的旋转轴连结。齿轮架与发动机100的曲轴连结。齿圈与第2电动发电机120的旋转轴以及减速器140连结。
发动机100、第1电动发电机110以及第2电动发电机120经由包括行星齿轮的动力分配机构130连结，由此发动机100、第1电动发电机110以及第2电动发电机120的转速如图2所示那样成为在列线图中用直线相连的关系。
当执行用于启动发动机100的控制时，如图3所示，通过第1电动发电机110使发动机100的转速上升。在执行了用于停止发动机100的控制以使曲轴角成为预先确定的角度时，如图4所示，通过第1电动发电机110使发动机100的转速下降。
返回图1，行驶用的电池150是将使多个电池单元一体化后的电池模块进一步串联连接而构成的电池组。电池150的电压例如是200V左右。从第1电动发电机110和第2电动发电机120供给的电力被充电到电池150。
向电池150的充电电力基于包括电池150的剩余容量和温度等的参数来确定。电池150所蓄积的电力除了供给到第1电动发电机110和第2电动发电机120之外，还在发动机100的负荷运转期间经由DC/DC转换器230供给到辅机电池240。当经由DC/DC转换器230从电池150向辅机电池240供给电力时，电池150的剩余容量根据供给到辅机电池240的电力而下降。其结果，在经由DC/DC转换器230从电池150向辅机电池240供给电力的情况下，从第1电动发电机110向电池150的充电电力根据从电池150供给到辅机电池240的电力来确定。
也可以始终考虑以从电池150向辅机电池240供给的电力为参数来确定从第1电动发电机110向电池150的充电电力。
发动机100、第1电动发电机110、第2电动发电机120、DC/DC转换器230由ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）170进行控制。此外，ECU170也可以分割为多个ECU。
参照图5，进一步对混合动力车的电系统进行说明。在混合动力车设置有转换器200、第1变换器（inverter）210、第2变换器220、DC/DC转换器230、辅机电池240以及SMR（System Main Relay：系统主继电器）250。
转换器200包括电抗器、两个npn型晶体管以及两个二极管。电抗器的一端连接于电池150的正极侧，另一端连接于两个npn型晶体管的连接点。
两个npn型晶体管串联连接。npn型晶体管由ECU170进行控制。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有二极管以使电流从发射极侧向集电极侧流动。
此外，作为npn型晶体管，例如可以使用IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管）。能够取代npn型晶体管而使用功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效晶体管）等电力开关元件。
在将从电池150放电的电力供给到第1电动发电机110或第2电动发电机120时，由转换器200对电压进行升压。相反，在将由第1电动发电机110或第2电动发电机120发电产生的电力充电到电池150时，由转换器200对电压进行降压。
转换器200与第1变换器210以及第2变换器220之间的系统电压VH由电压计180进行检测。电压计180的检测结果被发送到ECU170。
第1变换器210包括U相臂、V相臂以及W相臂。U相臂、V相臂以及W相臂并联连接。U相臂、V相臂以及W相臂分别具有串联连接的两个npn型晶体管。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管。并且，各臂的各npn型晶体管的连接点分别连接于第1电动发电机110的各线圈的与中性点112不同的端部。
第1变换器210将从电池150供给的直流电流变换为交流电流，并供给到第1电动发电机110。另外，第1变换器210将由第1电动发电机110发电产生的交流电流变换为直流电流。
第2变换器220包括U相臂、V相臂以及W相臂。U相臂、V相臂以及W相臂并联连接。U相臂、V相臂以及W相臂分别具有串联连接的两个npn型晶体管。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管。并且，各臂的各npn型晶体管的连接点分别连接于第2电动发电机120的各线圈的与中性点122不同的端部。
第2变换器220将从电池150供给的直流电流变换为交流电流，并供给到第2电动发电机120。另外，第2变换器220将由第2电动发电机120发电产生的交流电流变换为直流电流。
DC/DC转换器230在电池150与转换器200之间与转换器200并联连接。DC/DC转换器230对直流电压进行降压。从DC/DC转换器230输出的电力被充电到辅机电池240。充电到辅机电池240的电力被供给到电动油泵等辅机242和ECU170。
SMR（System Main Relay）250设置在电池150与DC/DC转换器230之间。SMR250是对将电池150与电系统连接的状态和切断的状态进行切换的继电器。当SMR250为断开状态时，电池150被从电系统切断。当SMR250为接通状态时，电池150与电系统连接。
即，当SMR250为断开状态时，电池150被从DC/DC转换器230、辅机电池240、辅机242以及ECU170等电切断。当SMR250为接通状态时，能够进行从电池150向DC/DC转换器230、辅机电池240、辅机242以及ECU170等的电力供给。
参照图6，进一步对发动机100的控制方式进行说明。如图6所示，当混合动力车的行驶功率比发动机启动阈值小时，停止发动机100，混合动力车仅使用第2电动发电机120的驱动力进行行驶。
另一方面，当混合动力车的行驶功率成为发动机启动阈值以上时，驱动发动机100。由此，混合动力车除了第2电动发电机120的驱动力之外还使用发动机100的驱动力、或者取代第2电动发电机120的驱动力而使用发动机100的驱动力进行行驶。另外，第1电动发电机110使用发动机100的驱动力而发电产生的电力被直接供给到第2电动发电机120。
行驶功率例如由ECU170按照具有由驾驶员操作的加速器踏板的开度（加速器开度）和车速等作为参数的映射来算出。即，在本实施方式中，混合动力车的行驶功率表示驾驶者所要求的功率。此外，算出行驶功率的方法不限于此。此外，在本实施方式中，功率的单位是kW（千瓦）。
混合动力车被控制成通过发动机100和第2电动发电机120来分担实现行驶功率。例如，在第1电动发电机110不发电的情况下，进行控制以使发动机100的输出功率与第2电动发电机120的输出功率之和变得与行驶功率大致相同。因此，当发动机100的输出功率为零时，进行控制以使第2电动发电机120的输出功率变得与行驶功率大致相同。当第2电动发电机120的输出功率为零时，进行控制以使发动机100的输出功率变得与行驶功率大致相同。
在使发动机100运转的情况下，例如，车速越高，第2电动发电机120的输出转矩越降低，发动机100的输出功率与行驶功率的的比例就越大。作为一例，在车速比阈值高的情况下，第2电动发电机120的输出转矩降低到零，混合动力车仅使用发动机100的驱动力进行行驶。此外，输出功率的控制方式不限于此。
另外，例如，在使第1电动发电机110作为发电机工作并将发电产生的电力从第1电动发电机110向电池150供给的情况下，发动机100被控制成额外输出与第1电动发电机110的发电电力相当的功率。
以下，将从混合动力车的行驶功率分担到发动机100的功率与为了使第1电动发电机110发电并对电池150充电而发动机100应输出的功率之和也记作发动机要求功率。
如图7所示，发动机100的工作点、即发动机转速NE和负荷（即输出转矩TE）通过发动机要求功率与燃料经济性最佳线的交点来确定。发动机要求功率由等功率线表示。由于发动机100的负荷通过发动机要求功率与燃料经济性最佳线的交点确定，所以在本实施方式中，发动机要求功率越低，则负荷越低。
如上所述，在使第1电动发电机110作为发电机工作并将发电产生的电力从第1电动发电机110向电池150供给的情况下，发动机100被控制成额外输出与第1电动发电机110的发电电力相当的功率。因此，其结果，发动机100以与第1电动发电机110的发电电力相应的负荷进行运转。
另外，在使第1电动发电机110作为发电机工作并将发电产生的电力从第1电动发电机110向电池150供给的情况下，第1电动发电机110的发电电力根据向电池150的充电电力来确定。作为一例，第1电动发电机110的发电电力与向电池150的充电电力一致或者大致一致。在此，从第1电动发电机110向电池150的充电电力根据从电池150向辅机电池240的供给电力来确定。因此，其结果，发动机100以与从行驶用的电池150经由DC/DC转换器230供给到辅机电池240的电力相应的负荷进行运转。
如图8所示，燃料经济性最佳线是将发动机100的效率高的工作点相连接得到的线。在图8中，用实线表示燃料经济性最佳线，用虚线的等发动机效率线表示各工作点的发动机100的效率。燃料经济性最佳线通过将各等功率线上的工作点中效率最高的工作点相连而得到。燃料经济性最佳线基于实验和模拟的结果而由开发者预先确定。
在图8中，作为效率的概括性特征而示出：当使工作点沿着燃料经济性最佳线向高旋转方向移动以使得负荷即转矩变高时，发动机的效率提高。即，在本实施方式中，效率伴随发动机100的负荷增大而增大。
从图8可知，在发动机100的负荷低的运转状态下，即在功率低的运转状态下，发动机100的效率存在改善的余地。在本实施中，为了提高负荷运转期间的发动机100的效率，在发动机100的负荷运转期间，当发动机100的负荷比阈值小时，DC/DC转换器230被ECU控制成从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。
更具体而言，在负荷运转期间，当作为发动机100应该输出的功率而确定的发动机要求功率比阈值小时，经由DC/DC转换器230从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。
例如，发动机100的效率成为预定值以下的值被确定为阈值。
另一方面，在发动机100的无负荷运转期间，DC/DC转换器230被控制成停止从行驶用的电池150向辅机电池240的电力供给。
作为一例，在发动机100的怠速运转期间，DC/DC转换器230被ECU170控制成停止从行驶用的电池150向辅机电池240的电力供给。在不是怠速运转的运转期间，当发动机100的负荷（发动机要求功率）比阈值小时，DC/DC转换器230被ECU170控制成从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。怠速运转是无负荷运转的一例。
参照图9，对在本实施方式中ECU170所执行的处理进行说明。以下处理可以设为通过软件来实现，也可以设为通过软件来实现，还可以设为通过软件与硬件的协作来实现。
在步骤（以下，将步骤省略为S）100中，判断发动机100是否处于负荷运转期间。作为一例，在加速器开度比零大的情况下以及在为了使第1电动发电机110作为发电机工作并对电池150进行充电而使发动机100运转的情况下，判断为发动机100处于负荷运转期间。对于发动机100是否处于负荷运转期间，利用周知的通常的技术即可，因而在此不重复进行详细说明。
在发动机100的负荷运转期间（在S100中为是），当发动机要求功率比阈值小时（在S102中为是），在S104中，经由DC/DC转换器230从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。
在发动机要求功率为阈值以上的情况下（在S102中为否），在S106中，根据需要，经由DC/DC转换器230从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。作为一例，当辅机电池240的电压低于预先确定的值时，经由DC/DC转换器230从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。
另一方面，在发动机100的无负荷运转期间，例如在怠速运转期间（在S100中为否），在S108中，以使从行驶用的电池150向辅机电池240的电力供给停止的方式对DC/DC转换器230进行控制。
同样，在发动机100停止期间（在S100中为否），在S108中，以使从行驶用的电池150向辅机电池240的电力供给停止的方式对DC/DC转换器230进行控制。
以上，在本实施方式中，在发动机100的负荷运转期间，当发动机100的负荷比阈值小时，经由DC/DC转换器230从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力。通过从行驶用的电池150向辅机电池240供给电力，结果能够增大发动机100的负荷。因此，在具有在高负荷运转区域中效率高这一特性的发动机100中，能够提高发动机100的效率。
应该认为，本次公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是通过上述说明来表示，而是通过权利要求书来表示，意在包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。
标号的说明
100发动机，110第1电动发电机，150电池，170ECU，230DC/DC转换器，240辅机电池。

Claims (7)

1.一种车辆，具备：
蓄积电力的第1蓄电装置；
第2蓄电装置，其连接于所述第1蓄电装置；
供给装置，其从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置供给电力；以及
发动机，其以与从所述第1蓄电装置供给到所述第2蓄电装置的电力相应的负荷进行运转，
在所述发动机的负荷运转期间，当所述发动机的负荷比阈值小时，所述供给装置从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置供给电力。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述发动机的无负荷运转期间，所述供给装置停止从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置的电力供给。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述发动机的怠速运转期间，所述供给装置停止从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置的电力供给。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，
还具备发电机，该发电机由所述发动机驱动而进行发电，将与从所述第1蓄电装置供给到所述第2蓄电装置的电力相应的电力供给到所述第1蓄电装置，
所述发动机以与所述发电机的发电电力相应的负荷进行运转。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述供给装置是转换器。
6.一种车辆的控制方法，所述车辆具备蓄积电力的第1蓄电装置、连接于所述第1蓄电装置的第2蓄电装置、从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置供给电力的供给装置、以及以与从所述第1蓄电装置供给到所述第2蓄电装置的电力相应的负荷进行运转的发动机，所述车辆的控制方法包括：
使所述发动机进行负荷运转的步骤；和
在所述发动机的负荷运转期间，当所述发动机的负荷比阈值小时，从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置供给电力的步骤。
7.一种车辆的控制装置，所述车辆具备蓄积电力的第1蓄电装置、连接于所述第1蓄电装置的第2蓄电装置、从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置供给电力的供给装置、以及以与从所述第1蓄电装置供给到所述第2蓄电装置的电力相应的负荷进行运转的发动机，所述车辆的控制装置具备：
用于使所述发动机进行负荷运转的单元；和
用于在所述发动机的负荷运转期间，当所述发动机的负荷比阈值小时，从所述第1蓄电装置向所述第2蓄电装置供给电力的单元。
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