JP2004048987A

JP2004048987A - ハイブリッド電気自動車の制御方法

Info

Publication number: JP2004048987A
Application number: JP2003169618A
Authority: JP
Inventors: David Crist Gabriel; デイヴィッド　クリスト　ガブリエル; Renuka Vikram Gokhale; レヌーカ　ヴィクラム　ゴーカレー
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-02-12
Also published as: US6664751B1; US20030230996A1; DE10335684B4; DE10335684A1

Abstract

【課題】ハイブリッド電気自動車における不利な点を解消する、電子構成部品のための冷却構成を制御する方法を提供する。
【解決手段】この方法は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４及び電子機器用ラジエーター８０５が、一方が残りのものに流体連通されした状態で配置され、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５及びＤＣ／ＡＣインバーター５３４を冷却する、電子機器用冷却ループ８００をハイブリッド電気自動車に搭載する工程と、電子機器用冷却ループ８００内の温度状態を検出する工程と、及び、電子機器用冷却ループ８００内で所定の上限温度条件が検出されるときに、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を中断する工程と、を含む。１２ボルト・バッテリーの電圧状態を検出しても良く、そして、検出された電圧状態が所定の下限電圧を下回るとき、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を再開することが出来る。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ハイブリッド電気自動車は、燃料経済性の向上及び排出量の低減の少なくとも一つを得るために、電気推進力を伝統的な内燃機関推進力と組合わせるものである。電気推進力は、バッテリー及び電気モーターの使用を通じて、生成されるのが典型的であった。そのような電気推進システムは、低速での高トルク、高効率、そして、本来なら失われる制動エネルギーを回収する機会、という望ましい特性を提供する。内燃機関からの推進力は、高エネルギー密度を提供し、既存の構造基盤を活用でき、そして、そのスケールメリット故にコストを低下させることが出来る。２つの推進システムを適切な制御と組合わせることにより、それぞれのシステムが比較的効率の低い領域で用いられるという機会が減少する。更にまた、図１に示されるようなパラレル式ハイブリッド構成においては、小型エンジンを最小限のハイブリッド電気自動車の中で電気推進システムと組合わせる結果として、エンジンが更に活用され、それが燃料経済性を向上する。更にまた、電気モーターとバッテリーは、エンジンの小型化により生じる問題を相殺することが出来る。
【０００３】
典型的には、上記２つの形式の推進システム（内燃機関と電気機関）は、シリーズ・ハイブリッド・システム又はパラレル・ハイブリッド・システムのいずれかとして、特徴付けられる。純粋なシリーズ・ハイブリッド推進システムにおいて、電気モーターのみが、ドライブトレインと直接結合されており、そして、エンジンは、電気モーターに供給される電気を発生する。この形式のシステムの利点は、エンジンが運転状態と独立して制御され得て、それで、エンジンの最適効率と低排出量領域で一貫して運転され得る、ということである。シリーズ構成の不利な点は、エンジン出力を全て電気に変換することに伴う非効率のために経験される、エネルギーの損失である。純粋なパラレル・ハイブリッド推進システムにおいては、エンジンと電気モーターの両方が、ドライブ・トレインへ直接結合され、いずれか一方が独立して車両を駆動することも出来る。パラレル・ハイブリッド推進システムにおいては、エンジンとドライブトレインとの間に直接的な機械結合があるので、シリーズ・ハイブリッド推進システムと比較して、電気への変換を通じて失われるエネルギーは小さい。しかしながら、エンジンの動作点を完全に自由に常時選ぶことは出来ない。
【０００４】
二つのハイブリッド推進システムを組合わせて、切換ハイブリッド推進システムとスプリット（ｓｐｌｉｔ）ハイブリッド推進システムのいずれかとすることが出来る。切換えハイブリッド推進システムは一般的に、エンジン、発電機、モーター及びクラッチを含む。エンジンが発電機に結合されるのが典型的である。この発電機は、クラッチを介してドライブトレインに結合される。モーターは、クラッチとドライブトレインとの間でドライブトレインに結合される。クラッチは、シリーズ又はパラレルのハイブリッド推進を可能とするように、作動され得る。
【０００５】
スプリット・ハイブリッド・システムは、本発明について例示的に用いられているが、エンジン、発電機及びモーターを含む。エンジン出力は、遊星歯車機構により、エンジンから発電機へのシリーズ経路と、エンジンから直接パワートレインへのパラレル経路とに「スプリット（分配）」される。スプリット・ハイブリッド・システムにおいて、パラレル経路を介してのエンジンとドライブトレインとの間の機械結合を維持しながら、シリーズ経路による発電機への動力分配量を変更することにより、エンジン速度は制御され得る。モーターは、純粋なパラレル・ハイブリッド推進システムにおける推進モーターと同じ様に、パラレル経路上でエンジンを補助し、それと共に、シリーズ経路を用いて直接エネルギーを利用する機会を提供し、それにより、バッテリーにおける化学エネルギーとの間で電気エネルギーを変換することに伴う損失を低減する。
【０００６】
典型的なスプリット・ハイブリッド・システムにおいて、発電機は、遊星歯車機構のサン・ギアに結合されるのが通常である。エンジンは、遊星歯車のキャリアーに接続され、そして出力歯車（出力軸及び、モーターと車輪駆動用最終ドライブトレインとの相互接続のための歯車機構を通常含む）はリング・ギアに接続される。そのような構成において、スプリット・ハイブリッド・システムは、４つの異なるモード、すなわち１つの電気モードと３つのハイブリッドモードで作動され得るのが、通常である。
【０００７】
電気モードにおいて、スプリット・ハイブリッド・システムは、蓄積された電気エネルギーのみを用いて車両を推進し、エンジンは停止している。推進トルクは、モーター、発電機又はその両方の組合せから供給される。これは、エンジンによるよりも電気システムによる方がエネルギー発生効率が高くなる程度に所望のエネルギーが低く、かつ、バッテリーが十分に充電されるているときには、上記のモードが好ましい。また、エンジンは後退トルクをパワートレインに供給することが出来ないので、上記モードは後退走行に望ましい。
【０００８】
パラレル・ハイブリッド・モードにおいて、エンジンは動作しており、発電機はロックされている。こうすることにより、エンジンの速度と車速との関係が固定される。モーターは、エンジンの動力を補助するように推進トルクを供給するモーターとして動作することも、発電機として電気を発生するように運転されることも、あり得る。これは、動力要求が、エンジン動作を必要としており、要求動力がエンジンの理想的な動作状態にほぼ等しいときにはいつも、好ましいモードである。このモードは特に、ハイブリッド電気自動車に適合された小型内燃機関だけで維持可能な巡航速度において、特に適している。
【０００９】
ポジティブ・スプリット・ハイブリッド・モードにおいて、エンジンは動作しており、その出力は、ドライブトレインへの直接の機械的経路と発電機を介しての電気経路との間で分配される。このモードにおけるエンジン速度は、パラレル・モードにおけるエンジン速度よりも高いのが一般的であり、それで、より高いエンジン出力を引き出す。発電機が発生する電気エネルギーは、蓄電のためにバッテリーへ流れることも、ただちに利用するためにモーターへ流れることも出来る。ポジティブ・スプリット・モードにおいて、モーターは、エンジンの動力を補助するための推進トルクを提供するモーターとして、又は発電機を補助して電気を発生する発電機としての、いずれかで、運転することが出来る。このモードは、追い越しや登坂などのように、大きな加速が求められるときなどに、車両の推進動力のために高いエンジン動力が必要とされるときにはいつでも、好ましい。これはまた、バッテリー充電中にも、好ましいモードである。
【００１０】
ネガティブ・スプリット・ハイブリッド・モードにおいて、エンジンは動作中であり、発電機がエンジンに対してその速度を落とすためのモーターとして用いられている。その結果、エンジン速度及びそれによるエンジン動力は、パラレル・モードの場合よりも低くなる。必要な場合には、モーターはまた、ドライブトレインへ推進トルクを供給するためか、又はそこから電力を発生するために、運転することが出来る。このモードは、発電機や遊星歯車機構の損失の増大故に好ましくないのが普通であるが、パラレル・モードにおいて発生する動力よりもエンジン動力を小さくすることが要求されるときには、用いられることになる。この状況は、バッテリーが十分に充電されているとき及び要求推進動力が小さいときの少なくとも一方で、生じるのが一般的である。この点に関し、発電機として動作しようと、モーターとして動作しようが、発電機のトルク出力は、同じ符号（＋／−）を持つ。つまり、エンジンのそれとは、常時方向が反対である。しかしながら、発電機の速度の符号は、発電機モードとモーター・モードに対応する、発電機の回転軸の回転方向に応じて、負と正の値の間で変化する。動力は速度の符号に応じて変わるので（トルクは同じ符号を持つとしても）、発電機が発電機として機能するときには、動力は正とみなされることになり、発電機がモーターとして機能するときには、負とみなされることになる。
【００１１】
エンジンの速度を低下させることが望まれるとき、発電機に供給される電流が変化させられて、発電機の速度を低下させる。遊星歯車機構を介して、これが次にエンジンを減速する。発電機のトルクに作用する反力が、車輪に接続され、車両全体の質量に影響されているドライブ・シャフトよりも、エンジンの方が小さいので、上記の作用が得られる。発電機の速度の変化は一律ではないが、その代わり、関係する減速比のために、エンジンの速度に比例することが、理解されるはずである。
【００１２】
一般的な車両において、冷却システムは、流体冷却システム、ラジエーター及びファンによる冷却を必要とする種々の構成部品を持つ。流体冷却部品には、エンジン及び変速機が含まれるのが一般的である。流体冷媒が、冷却閉ループを循環し、熱を吸収するために各構成部品を通り抜け、それから、ラジエーターを通り抜ける。ラジエーターは、冷媒をファンの空気流に晒し、そして熱を放出する。制御器が、エンジンと変速機の温度を監視し、そして、冷却ループについて許容可能な冷媒温度を維持するためにファン速度を調整する。流体冷却される構成部品に加えて、空調（ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ：　Ａ／Ｃ）用コンプレッサーが、Ａ／Ｃコンプレッサーの上部圧力を許容レベルに維持するために、ファンから来る空気流による冷却を必要としている。
【００１３】
電気自動車とハイブリッド電気自動車において、そのような車両に特有の高電圧システム他の電子機器が、冷却を必要とする。しかしながら、上述の通常の冷却システムは、電子機器内に蓄積する熱を取り除くのに適した温度差を提供することが出来ない。それで、電気自動車又はハイブリッド電気自動車の電子機器を冷却するために、別個の冷却システムが用いられるのが、一般的である。
【００１４】
例えば、一般的なハイブリッド電気自動車において、ＤＣ／ＡＣインバーター及びＤＣ／ＤＣコンバーターは、通常の内燃機関の冷却システムでの一般的な温度範囲よりも低い温度による冷却を必要とする。適切な冷却システムなしでは、コンバーター及びインバーターの少なくとも一方が動作している間の熱負荷の蓄積が、これら電気機器の動作及び効率、そして、車両自体の動作に悪影響を及ぼす。熱の蓄積を無くす、若しくは少なくとも低減するための現在の取組みとしては、車両の内燃機関を冷却するのに用いられる液体冷媒よりも大幅に温度が低い液体冷媒を持つ別の放射冷却システムの使用が含まれる。
【００１５】
インバーター及びコンバーターの少なくとも一方のための別個の冷却システムを使用したとしても、高温雰囲気状態又は極端な運転状態においては、電気構成部品は熱の蓄積による影響を受ける。そのような状態が起こるときに、現在の電子機器用冷却制御は、電子機器に自身の温度を監視させ、過熱している場合には、電子機器を遮断し、それにより損傷を防止する。そのような遮断は、ユーザーから、ハイブリッド電気自動車の完全な機能を奪うことになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
既知のハイブリッド電気自動車の構成及びその運転方法に伴ういくつかの欠点について上述してきた。本発明は、公知の構成のこれらの欠点を最小にし、又は改善し、及び／又は、それらをユーザーにとって有利なものとするハイブリッド電気自動車の構成とその運転方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点において、ハイブリッド電気自動車における電子構成部品のための冷却構成が開示される。この構成は、ＤＣ／ＤＣコンバーター、ＤＣ／ＡＣインバーター及び電子機器用ラジエーターが、コンバーター及びインバーターを冷却するために互いに流体連通され、ハイブリッド電気自動車に搭載された電子機器用冷却ループを含む。好ましい実施形態において、電子機器用ラジエーター・ファンが、電子機器用ラジエーター近くに配置され、電子機器用ラジエーターを越えて空気流を生じさせ又は促進させる。更に別の実施形態において、流体循環を生じさせるために、電子機器用冷却ループに、冷媒ポンプが流体結合される。冷却ループ内の温度センサーが、監視モジュールに伝達される温度を検出する。温度センサーは、ＤＣ／ＤＣコンバーターの冷却用入口又はその近くに、又はＤＣ／ＤＣコンバーターとＤＣ／ＡＣインバーターとの間に、配置され得る。温度入力に基づき、監視モジュールは、ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を制御する。好ましい実施形態において、監視モジュールは、周囲外気温、ラジエーター・ファン速度、空調システムの動作モード、照明システムの動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバーターを制御する。ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を制御することにより、コンバーターから電子機器用冷却ループへの熱の伝達を、低減又は無くすことが出来る。電子機器用冷却システムの熱負荷を低減又は無くすためにＤＣ／ＤＣコンバーターが遮断されている間、電力は、１２ボルトのバッテリー及び内燃機関により駆動される通常のオルタネーターの少なくとも一方により、供給され得る。好ましい実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバーターは、電子機器用冷却ループにおけるＤＣ／ＡＣインバーターの上流に配置される。
【００１８】
また別の好ましい実施形態において、監視モジュールは更に、電子機器用冷却ループにおける温度に基づき、ＤＣ／ＡＣインバーターの動作容量を制御する。ＤＣ／ＡＣインバーターに対する監視モジュールの制御は、電子機器用冷却システムの温度に応じて、インバーターの動作能力が変更されるのを可能とし、それにより、インバーターから電子機器用冷却ループへの熱伝達量を変更する。インバーターの動作能力を低減することにより、対応する熱負荷の低減が電子機器用冷却ループにおいて起こり、それにより、極端な動作条件、特に高温雰囲気環境でのハイブリッド電気自動車の運転時間を延ばす。
【００１９】
別の観点において、ハイブリッド電気自動車における電子構成部品用冷却装置を制御する方法が開示される。最も基本的な形態において、この制御方法は、上記ＤＣ／ＤＣコンバーター及び上記ＤＣ／ＡＣインバーターを冷却するために、ＤＣ／ＤＣコンバーター、ＤＣ／ＡＣインバーター及び電子部品用ラジエーターが互いに流体連通された状態で配置されている、電子部品冷却ループをハイブリッド電気自動車に搭載する工程と、上記電子部品冷却ループ内の温度状態を検出する工程と、上記電子部品冷却ループ内で検出される温度に基づいて、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターを選択的に運転する工程と、を含む。好ましい制御方法は、流体の流れを変更するために上記電子機器用冷却ループに流体結合されたポンプを制御する工程と、動作中に、上記電子機器用ラジエーターを通る空気流を生じる電子機器用ラジエーター・ファンを制御する工程と、を含む。上述の制御方法に加えて、又はそれから離れるが、ＤＣ／ＤＣコンバーターの選択動作は、検出された冷却ループの温度、周囲外気温、照明システムの動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量、に基づく。冷却ループの過熱負荷を変更するためにＤＣ／ＤＣコンバーターを制御すると共に、電子機器用ラジエーター・ファンの速度を制御することが出来る。上述の制御方法に加えて、又はそれから離れるが、ＤＣ／ＡＣインバーターの動作能力の選択的変動は、電子機器用冷却ループにおいて検出される温度に基づき、生じる。当業者には判るように、上述のコンバーター及びインバーターの少なくとも一方を制御する基本的方法及び代替方法が、電子機器用冷却ループの熱負荷を低減する。そうすることにより、より小さな電子機器用ラジエーターを利用することが出来、それにより、ハイブリッド電気自動車における空間と重量を節約する。
【００２０】
上述の概略的な作用効果は、ここに開示の装置、機構及び方法の例示的な説明に全体として適用される。これらの利点を引き出す特定の構造及び工程は、以下に詳細に述べられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細な実施形態がここに開示されている。しかしながら、開示された実施形態は本発明の単なる例示であり、本発明は、種々の代替形態で実施可能であることが、理解されるはずである。図面は、必ずしも縮尺を合わせておらず、特定の構成部分の詳細を示すために、一部の構成が強調されたり、小さくされたりし得る。そのため、ここに開示の構造的及び機能的詳細は、限定的なものとして理解されるべきではなく、むしろ、特許請求範囲の基礎として、また、当業者が本発明を種々の態様で実施するように教示するための基礎として、理解されるべきである。
【００２２】
図２及び３に示されるように、ハイブリッド電気自動車１０はその中に、推進力を提供すると共にここで詳細に述べられる補助機能を実行するためのパワートレイン・システム（５００番台の符号で示された構成部品を持つ）を含む。通常、パワートレイン・システムは、車両１０の客室１２近くに配置されるエンジン・ルーム１１内に配置される。これもまた客室１２近くに配置されるバッテリー・コンパートメント若しくはハウジング１４が、一つ又は複数のバッテリー４１０を保持する。当業者に理解されるように、エンジン・ルーム１１とバッテリー・ハウジング１４の配置は、図２に示される位置に限定されるものではない。例えば、エンジン・ルーム１１は、客室１２の前に配置しても、後ろに配置しても良い。
【００２３】
図２に示されるように、ハイブリッド電気自動車１０の全体システム構成は、エンジン・システム５１０を有し、それは、内燃機関（ガソリン、ディーゼル若しくはそれらに類似のもの）５１１を含み、該内燃機関５１１は出力軸システム５２０によりトランスアクスル・システム５３０へ機械的に結合される。トランスアクスル・システム５３０は更に、ハイブリッド電気自動車１０を推進する一つ又は複数の駆動輪２０を回転するために、用いられる。好ましい実施形態において、内燃機関５１１は、そこへの空気量、燃料流量及び点火時期の少なくとも一つを含むパラメーターの調整を行なうことの出来るエンジン制御モジュール（ｅｎｇｉｎｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｕｌｅ：　ＥＣＭ）若しくはエンジン制御ユニット２２０により制御される。エンジン５１１は、出力軸５２２を介してトランスアクスル・システム５３０へ機械的に結合される。遊星歯車機構５３５が、（出力軸５２２を介して）エンジン５１１と、発電機５３２と、そして、（トランスアクスル・システム５３０を介して）ドライブ・シャフト・システム５４０との間の相互接続を確立する。また、モータ５３１は、トランスアクスル・システム５３０を介してドライブ・シャフト・システム５４０と接続されている。
【００２４】
実施形態の一つにおいて、それは図３に示されているが、ワンウェイ・クラッチ５２１は、エンジン５１１と遊星歯車機構５３５とに順に接続される出力軸５２２に締結可能である。ワンウェイ・クラッチ５２１の機能は、回転方向を一方向に限定し、エンジンが遊星歯車機構５３５に動力／トルクの入力のみを行うように制限することである。結果として、ワンウェイ・クラッチ５２１は、遊星歯車機構５３５からエンジン５１１へ戻る方向に動力又はトルクが伝達されるのを防止する。
【００２５】
上記のシステム構成に基き、エネルギー管理制御の実行が、図４、５乃至６に概略的に示される車両制御ユニット又は車両システム制御器（ｖｅｈｉｃｌｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：　ＶＣＵ）１００内の高いレベルにおいて開始される。車両システム制御器１００は、ドライブトレイン・システムとバッテリーシステムのための、そしてその他のもののための制御方法を用いて、プログラムされる。車両システム制御器１００は、ドライバーの入力を判断し、各構成部品の制御器を調整し、そして、車両システムの動作状態を判定する機能を担う。ＶＣＵ　１００はまた、定義された車両システム制御器１００の機能に基づき、適切なサブ・システムへ命令を発し、そして、それらに基づき適切な動作を行なうように、各構成部品の制御器（サブシステム制御器）へ命令を送る。車両システム制御器１００は、サブシステム制御器に対する基準信号発生器としても機能する。車両システム制御器１００は、単一の集積型のマイクロプロセッサーの形態を採っても良いし、適切に相互接続され、協調する複数のマイクロプロセッサーからなっていても良い。
【００２６】
車両システム制御器１００の主要な機能は、車両モードのプロセスやタスク（シーケンス制御プロセスとしても知られる）の実行と共に、トルク判定、基準値の設定及び全てのエネルギー管理プロセスの実行である。車両１０のシステムのうちあるものは、車両管理（ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：　ＶＭ）ユニット又は制御器１０５により管理又は監視される。ＶＭ制御器１０５は、車両キー位置及び変速段位置の確認などを含むシーケンス制御プロセスを実行する。このレベルにおいて、ドライバーからの入力と車両の状態とは、サブシステム制御器への命令入力として利用されるために統合される。
【００２７】
ＶＣＵ　１００の低レベルにおいて、３つのサブコンポーネント制御器が、図６に示されている。第１のものが高電圧ＤＣ制御器（ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ＤＣ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：　ＨＤＶＣ）１１５であり、第２のものがバッテリー管理ユニット（ｂａｔｔｅｒｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｕｎｉｔ：　ＢＭＵ）又は制御器１１０、そして第３のものがドライブトレイン制御器（ｄｒｉｖｅ　ｔｒａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：　ＤＴＣ）１２０である。前述のように、入力やプロセスはドライバーや車両管理ユニット１０５の車両システムから得られる。反対に、ドライバーにとって重要な出力は、ＶＣＵ　１００又はＶＭ　１０５から、ダッシュボード表示ユニット１０７へ伝達され、表示されることになる。
【００２８】
ＨＶＤＣ　１１５は、高電圧構成部品の動作を調整する役割を担う。この制御器の位置付けが、図６に示されている。ＨＶＤＣは、そこを越えて電気が流れるのを防ぐ開位置に通常置かれる接触器若しくはブレーカーを含む。しかし、動作やバッテリー４１０の接続を要求されるときには、例えばエンジン５１１の始動が要求されるとき、これらの接触器（通常は一対）が閉じて、適切な閉回路を形成する。
【００２９】
図５に示される様に、ＨＶＤＣは、高電圧バッテリー４１０と、インバーター５３４と同様に、該バッテリー４１０の電力とは離れて運転される補助負荷との間でもシールド又はバッファーとして機能する。そのような高電圧補助負荷の例には、電気駆動の空調用コンプレッサー・システムが含められ得る。そのようなバッファーとして機能するために、バッテリー４１０からの高電圧出力は、インバーター５３４及び補助負荷の少なくとも一方における動作レベルまで比較的穏やかに「持ち上げ」られなければならない。この電圧の「持ち上げ」を受入れるために、比較的小型の接触器が最初に閉じられており、そのことで、バッテリーからの電圧が、インバーター５３４又は適切な補助負荷のいずれかにおけるコンデンサーへ、抵抗回路（バッファー抵抗を含む回路）を越えて流れる。適切な予充電がコンデンサー内に蓄積すると、一次接触器が閉じられ、バッテリー４１０と、例えばＤＣ／ＡＣインバーター５３４又は先に示された電動空調システムのような補助負荷である受け側の構成部品が持つコンデンサーと、の間の高電圧回路を完成する。このようにして、構成部品の損傷を起こす可能性のある電圧が、受け側の構成部品に過剰に急激に印可されるのが、防止される。
【００３０】
ＨＶＤＣ　１１５はまた、それ自身の接触器などＨＶＤＣ　１１５の構成部品に関する、そしてまた、例えば、バッテリー４１０、インバーター５３４又は電気駆動空調コンプレッサー（図示省略）などＨＶＤＣを介して相互接続された複数のシステムに関する、一定の診断機能を実行する。このような診断は、他のパラメーターと共に、電圧及び電流の少なくとも一方の計測値に基づき、実行することが出来る。
【００３１】
ＨＶＤＣ　１１５はまた、外部充電器（図５）との接続部を提供し、それにより、バッテリー４１０が外部電源からの充電のために「プラグ・イン（ｐｌｕｇ−ｉｎ）」されるのを可能とする。
【００３２】
バッテリー管理制御器（ＢＭＵ）１１０は、バッテリー・システム４１０に対する制御タスクを取扱う。他の特性値と共に、ＢＭＵ　１１０は、充電状態（ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｃｈａｒｇｅ：　ＳＯＣ）レベル、そして電圧及び電流パラメーター、を推定及び計測することが出来る。それはまた、バッテリー４１０に関する最大と最小の電圧及び電流レベルを、検出／判定そして維持することが出来る。この判定又は検出される量／質に基づき、ＶＭ　１０５は、ＤＴＣ　１２０のような制御モジュールを介して、バッテリー４１０のＳＯＣの変化に影響する一定の動作を指示することが出来る。監視され得る他の特性には、バッテリー４１０の動作温度、及び個々のバッテリー・セルにおける電圧が、含まれる。同様に、セル内の圧力もまた、監視され得る。故障が検出されると、少なくともＶＣＵへ報告され得る。しかし、その情報がダッシュボード表示ユニット１０７を介してドライバーに伝えられる可能性もある。
【００３３】
ＤＴＣ　１２０は、複数の動力の構成要素が協働する下でモードの選択を行なう。それには、パラレル・モードとスプリット・モードとの間の選択、そしてポジティブ・スプリット・モードとネガティブ・スプリット・モードとの間の選択が含まれる。また、ドライブトレインの複数の構成要素の動作点は、ＤＴＣ　１２０によって特定される。更にまた、トランスアクスル管理ユニット（ＴＭＵ）２３０及びエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）２２０を含む複数のサブシステムのためにＤＴＣ　１２０によって基準値が提供される。ＤＴＣ　１２０により確立される設定に応じて、バッテリーの充電／放電モードが選択され得ると共に、発電機５３２及びモーター５３１の少なくとも一方が、モーターとしてその駆動能力内で、又は発電機としてその発電能力内で、用いられるべきかが決定される。発電機やモーターのトルク基準値もまた、ＴＭＵ　２３０から発せられる。
【００３４】
ＴＭＵ　２３０の下のサブコンポーネントとして、トランスアクスル制御ユニット（ｔｒａｎｓａｘｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔ：　ＴＣＵ）２３２がエンジン５１１を始動及び停止させるときの、トルクの補償に関して、トランスアクスル５３０を制御する。ＴＣＵ　２３２は、発電機制御ユニット（ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔ：　ＧＣＵ）２３６及びモーター制御ユニット（ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔ：　ＭＣＵ）２３４として特徴づけられる二つのスレーブ・プロセッサーを用い、そして制御する。ＧＣＵ　２３６は、発電機５３２の電流とトルクの制御を、典型的にはインバーター５３４を介して、取扱う。ＴＣＵ　２３２は、トランスアクスル５３０に対する総トルク基準値とエンジン５１１の速度基準値を、パラレル・モード、ポジティブ・スプリット・モード又はネガティブ・スプリット・モードが想定されるかといった、エンジン５１１と発電機５３２との間の協働に関するモード基準情報と共に、受ける。ＴＣＵ　２３２は、発電機５３２及びモーター５３１についてのトルク基準パラメーターを発生し、パラメーターはそれぞれ、ＧＣＵ　２３６とＭＣＵ　２３４の制御の下で、導かれる。具体的なトルク設定は、対応する発電機／モーターの制御器２３６及び２３４に供給される電流を制御することにより、なされる。
【００３５】
エンジン・トルクと速度との関係のマップに基づき、エンジン・システム５１０が目標エンジン出力を供給することが出来、同時にエンジンの最適効率曲線の一つに留まるように、エンジン速度とトルクがＤＴＣ　１２０により選択される。ＤＴＣ　１２０がエンジン５１１の速度が効率的な作動には低すぎると判断するとき、エンジン５１１はエンジン制御ユニット２２０により停止（又は停止したままと）される。パワートレイン制御モジュール１２０が、エンジン５１１の速度が発電機５３２により制御されるには（ＳＯＣと発電機の各種制約に基づき）高すぎると判断するとき、エンジン５１１はＥＣＭ　２２０により作動速度が低速とされる。
【００３６】
エンジン５１１の速度、トルク及び動力が、車両システム制御器１００、具体的には制御器１００のＤＴＣ　１２０において判定されると、ＤＴＣ　１２０は更にエンジン５１１を制御するために発電機５３２の必要速度とトルクを判定する。ＤＴＣ　１２０は、この情報を用いて、ドライバーの動力（トルク）要求とエンジン動力（トルク）との間の差があれば、それを満たすために必要なモーター５３１の速度とトルクを判定する。
【００３７】
トルク判定と監視もまた、ＶＣＵ　１００において実行される。この機能は更に、駆動輪２０に送られるトルクがドライバーが要求するトルク（加速度）に実質的に等しいということを、確実なものとする。ＶＣＵ　１００はまた、ドライバーにより要求されるトルクに対して検出されたトルクを比較することにより、エンジン５１１やトランスアクスル５３０からのトルクを監視し制御する。ＶＣＵ　１００によるトルク管理は、ドライバー入力と速度制御要求から、回生制動トルクと目標出力軸トルクを決定する。
【００３８】
ＶＣＵ　１００から、制御器エリア・ネットワーク（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋ：　ＣＡＮ）３００上を、２００番台の図示符号を用いて示される構成部品制御器へ、命令と基準値が配送される。上述のように、これらの制御器は、ＥＣＭ　２２０及びＴＭＵ　２３０を含み、それらは、効率的なエネルギー管理を達成し、トルクを分配し、エンジン５１１の動作点を判定し、そして、エンジン５１１の始動／停止を判定及び調整するために、共同でパワートレイン・システムを制御する。ＶＣＵ　１００から連続の回生制動制御器への命令及び基準値は、回生トルク限界値、目標回生トルク及びゼロ車速制御を判断する。
【００３９】
最終的に、個々のシステム制御器が動作不能とみなされるとき、例えばモーター５３１が動作不能になるとき、ＶＣＵ　１００は、ハイブリッド電気自動車１０がリンプ・ホーム（ｌｉｍｐ　ｈｏｍｅ）走行するのを可能とするために、パワートレイン・システムへの限定的な動作制御を行なうように構成される。
【００４０】
図４に示されるように、電子機器用冷却システム８００の好ましい実施形態には、互いに流体連通された、電子機器用冷却ループ８０３、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５、電子機器用冷媒ポンプ８２０及び電子機器用ラジエーター８０５を含む。電子機器用冷媒ポンプ８２０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の上流に配置され得る。電子機器用冷却ループ８０３を流れる電子機器用冷媒が、インバーター５３４及びコンバーター４０５の少なくとも一方から電子機器用ラジエーター８０５へ熱を伝達する。電子機器用冷媒が電子機器用ラジエーター８０５を通り抜けるとき、熱は電子機器用冷却ループ８０３から取り出される。代替構成においては、電子機器用冷却ループ８０３からの熱の取り出しを促進するために、電子機器用ラジエーター・ファン８１０が電子機器用ラジエーター８０５を通り抜ける空気を吸引する。
【００４１】
当業者には判るように、電子機器用冷却システム８００からの熱負荷のかなりの割合を、ハイブリッド電気自動車１０の１２ボルト電気システムにおけるオルタネーター（内燃機関５１１により駆動される）を含めることにより、内燃機関５１１の冷却システムへ移すことが出来る。オルタネーターの動作（そして１２ボルト電力の供給）は、熱によるＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の停止により、影響を受けることはない。そのような独立した１２ボルトシステムへの供給源が、電子機器用冷却システム８００から、オルタネーターの駆動源である内燃機関５１１の冷却システムへ、熱を効率的に移動させる。ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５と共にオルタネーターを使用することで、１２ボルト電気システムにおける余裕を生じる。更に、オルタネーターの使用は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の小型化若しくは省略を可能とする。充分に小さい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５を、電子機器用冷却システム８００から、取り外すことが出来る。オルタネーターを利用すること及び、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５、ラジエーター８０５をエンジン・ルーム１１内に適切に配置することの少なくとも一方により、電子機器用冷却システム８００の冷却能力を妥協することなしに、電子機器用冷媒ポンプ８２０及び電子機器用ラジエーター・ファン８１０の少なくとも一方を小型化することが出来、さらには、電子機器用冷却ループから省略できる可能性もある。例えば、電子機器用ラジエーター８０５を、内燃機関５１１のためのラジエーター又はラジエーター・ファン近くに配置することにより、電子機器用ラジエーター・ファン８１０を省略することが出来る。そのような構成部品の小型化又は省略は、車両重量を低減し、ハイブリッド電気自動車１０の他の構成部品のために利用可能な容積を増大する。
【００４２】
上述の実施形態のいずれにおいても、電子機器用冷却ループ８０３における温度状態を検出するために、温度センサー８１５が電子機器用冷却システム８００内に配置される。温度センサー８１５は、温度状態を監視モジュールに伝達する。好ましい実施形態において、温度センサー８１５は、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４の冷媒入口８１７に配置される。別の実施形態においては、電子機器用冷媒がＤＣ／ＤＣコンバーター４０５からＤＣ／ＡＣインバーター５３４へ流れるときに、電子機器用冷却ループ８０３における温度状態を検出するために、温度センサー８１５は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５とＤＣ／ＡＣインバーター５３４との間に配置される。
【００４３】
電子機器用冷却ループ８０３の検出された温度状態に基づき、監視モジュールはＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を制御する。好ましい実施形態において、監視モジュールはまた、電子機器用冷却ループ８０３の検出された温度状態に基づき、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４の動作能力を制御する。監視モジュールはまた、電子機器用冷却ループ８０３の検出された温度状態に基づき、電子機器用ラジエーター・ファン８１０及び電子機器用冷媒ポンプ８２０の少なくとも一方を制御しても良い。
【００４４】
好ましい実施形態において、ＶＣＵ　１００が監視モジュールであり、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４、電子機器用冷媒ポンプ８２０及び電子機器用ラジエーター・ファン８１０の制御を実行する。冷却ループ８０３の検出温度を受けて、それに応じた制御を行なうのに加えて、ＶＣＵ　１００（監視モジュール）が、周囲外気温、電子機器用ラジエーター・ファン８１０の速度、空調システムの動作モード、照明システムの動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量と充電状態の少なくとも一つを考慮しても良い。これらの観点のそれぞれが、独立してそして集合的に冷却ループ８０３の熱負荷に寄与する。最も好ましい実施形態において、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４の制御が、ＶＣＵ　１００の低いレベル、つまりＴＭＵ　２３０において実行される。
【００４５】
本発明の別の観点は、電子制御システム８００を制御する方法である。この冷却方法は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４及び電子機器用ラジエーター８０５が、互いに流体連通状態で配置され、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５とＤＣ／ＡＣインバーター５３４を冷却するための電子機器用冷却ループ８０３をハイブリッド電気自動車１０に搭載すること、電子機器用冷却ループ８０３における温度状態を検出すること、及び、所定の上限温度が電子機器用冷却ループ８０３において検出されるときに、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を中断すること、を含む。代替方法において、冷却方法は更に、所定の上限温度状態が検出されるときに、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４の動作能力を低減することを含む。好ましい代替方法において、ＤＣ／ＡＣインバーター５３４の動作能力の段階的な低減が、所定の上限温度状態が検出されるまで、継続する。最も好ましい代替方法においては、段階的低減の結果として、所定の上限温度状態が検出されるときに、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を中断する。この制御方法は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５とＤＣ／ＡＣインバーター５３４との間を流れる電子機器用冷媒を計測するときに、下限の温度を約５７℃と想定する。この制御方法は更に、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５とＤＣ／ＡＣインバーター５３４との間を流れる電子機器用冷媒を計測するときに、上記上限温度を約６０℃と想定する。
【００４６】
この制御方法は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を中断した時点から所定時間が経過した後で、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を再開する工程、を含んでも良い。この方法はまた、所定時間の経過前に、電子機器用冷却ループ８０３において所定の再開温度状態が検出されるとき、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を再開する工程、を含んでも良い。この制御方法は、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５とＤＣ／ＡＣインバーター５３４との間を流れる電子機器用冷媒を計測するときに、所定再開温度を約５５℃と想定する。この制御方法は、周囲外気温、電子機器用ラジエーター・ファン８１０の速度、空調システム動作モード、照明システム動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量の少なくとも一つに基づいて所定温度が計算されるものとする。この制御方法は、所定の再開温度が所定の下限温度よりも低いときに、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を再開する再開工程を含んでも良い。この制御方法はまた、１２ボルト・バッテリーの所定の再開電圧（エネルギー）の限界値が、所定の下限電圧（エネルギー）よりも低いときに、ＤＣ／ＤＣコンバーター４０５の動作を再開する再開工程、を含んでも良い。最も一般的な形態において、最も好ましい制御方法は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５３４の動作を中断そして再開するヒステリシス型の制御方法を想定する。
【００４７】
本発明を詳細に説明してきたが、説明したものは、例示目的であって、限定するものとして捉えるべきではない、ことは明らかである。本発明の思想及び範囲は、添付の請求項のいずれかによってのみ、限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】バラレル・ハイブリッド・システムと、エンジン又はモーターのいずれかを持つシステムとの比較を示すグラフである。
【図２】車両におけるシステム構成部品の配置の例を示すハイブリッド電気自動車の斜視図である。
【図３】スプリット・ハイブリッド電気自動車の構成を示す概略図である。
【図４】電子機器用冷却ループのレイアウトと、車両制御ユニットと電子機器用冷却ループとの間の制御関係を示す、概略図である。
【図５】ＣＡＮを用いて協調されている、ハイブリッド電気自動車の種々のシステムの間の制御関係を示す概略図である。
【図６】一例としてのハイブリッド電気自動車の種々のシステムの、プロセス、タスク及び制御、を示す概略機能図である。
【符号の説明】
４０５　　ＤＣ／ＤＣコンバーター
５３４　　ＤＣ／ＡＣインバーター
８００　　電子機器用冷却ループ
８０５　　電子機器用ラジエーター

Claims

ハイブリッド電気自動車における電子機器用冷却装置を制御するハイブリッド電気自動車の制御方法であって、
ＤＣ／ＤＣコンバーター及びＤＣ／ＡＣインバーターを冷却するために、上記ＤＣ／ＤＣコンバーター、ＤＣ／ＡＣインバーター及び電子機器用ラジエーターを流体連通の状態にするように電子機器用冷却ループを設けるとともに、
該電子機器用冷却ループをハイブリッド電気自動車に搭載し、
上記電子機器用冷却ループ内の温度状態を検出して、
上記電子機器用冷却ループ内で所定の上限温度状態を検出したときに、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を中断することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記ＤＣ／ＡＣインバーターへ流れる冷媒の温度を検出するために、
上記冷媒が流入する上記ＤＣ／ＡＣインバーターの入口にセンサーを設けたことを特徴とする請求項１のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記電子機器用冷却ループ内で上記ＤＣ／ＡＣインバーターの上流に上記ＤＣ／ＤＣコンバーターを配置することを特徴とする請求項１又は２のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターから上記ＤＣ／ＡＣコンバーターへ流れる冷媒の温度を検出するために、
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターと上記ＤＣ／ＡＣインバーターとの間にセンサーを設けたことを特徴とする請求項３のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定の上限温度状態が検出されたときに、
上記ＤＣ／ＡＣインバーターの動作能力を低減することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定の上限温度状態が検出されるまで、
上記ＤＣ／ＡＣインバーターの動作能力の低減を継続することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定の上限温度状態が検出されたとき、
上記ＤＣ／ＡＣインバーターの動作を中断することを特徴とする請求項６のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定の上限温度状態は、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターから上記ＤＣ／ＡＣインバーターへ流れる冷媒の温度が略６０℃の状態であることを特徴とする請求項７のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定の上限温度状態は、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターから上記ＤＣ／ＡＣインバーターへ流れる冷媒の温度が略５７℃の状態であることを特徴とする請求項７のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記電子機器用冷却ループ内で上記上限温度状態が検出された後、
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作が中断してから、所定時間が経過した後に、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を再開することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定時間が経過する前に、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターが動作を再開する再開温度状態を検出する場合には、
上記電子機器用冷却ループで所定の下限温度状態よりも低い所定の再開温度状態が検出されたときに、
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を再開することを特徴とする請求項１０のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記所定の再開温度状態は、上記ＤＣ／ＤＣコンバーターから上記ＤＣ／ＡＣインバーターへ流れる冷媒の温度が略５５℃の状態であることを特徴とする請求項１１のハイブリッド電気自動車の制御方法。
周囲外気温度、ラジエーター・ファン速度、空調システムの動作モード、照明システムの動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量のうち少なくとも一つの特性を考慮して、上記所定時間を計算することを特徴とする請求項１０のハイブリッド電気自動車の制御方法。
周囲外気温度、ラジエーター・ファン速度、空調システムの動作モード、照明システムの動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量のうち少なくとも二つの特性を考慮して、上記所定時間を計算することを特徴とする請求項１０のハイブリッド電気自動車の制御方法。
周囲外気温度、ラジエーター・ファン速度、空調システムの動作モード、照明システムの動作モード及びバッテリー・システムのエネルギー容量のうち少なくとも三つの特性を考慮して、所定時間を計算することを特徴とする請求項１０のハイブリッド電気自動車の制御方法。
所定の下限温度状態よりも低い所定の再開温度状態が上記電子機器用冷却ループ内で検出されたとき、
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を再開することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作の中断と再開を、ヒステリシス型制御手法によって制御することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記ハイブリッド電気自動車に搭載された車両システム制御器によって、上記ＤＣ／ＡＣインバーター及び上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作制御を行うことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記電子機器用ラジエーター及び内燃機関用ラジエーターの空気が共通のファンによって吸引されるように、
上記電子機器用ラジエーターを上記内燃機関用ラジエーターの近傍に配置することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
ハイブリッド電気自動車における電子機器用冷却装置を請求項１〜１９に示す制御方法で制御することにより、上記電子機器用ラジエーターの容量を最小にし、
それにより、上記上記電子機器用ラジエーターを小型化することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記電子機器用ラジエーターの小型化により、
上記ハイブリッド電気自動車内の空間に、上記電子機器用ラジエーターの配置を行うことを特徴とする請求項２０のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記電子機器用ラジエーターをエンジン・ルーム内の内燃機関用ラジエーターに付随させることを特徴とする請求項２１のハイブリッド電気自動車の制御方法。
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの上流にポンプを配置して、上記電子機器用冷却ループ内の冷媒を循環させることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。
ＤＣ電圧の電源における電圧状態を検出するとともに、
上記ＤＣ電圧の電源において、所定の下限再開電圧よりも低い所定の再開電圧状態が検出されたとき、
上記ＤＣ／ＤＣコンバーターの動作を再開することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一つのハイブリッド電気自動車の制御方法。