JP2005245086A - ハイブリッド車両の電力変換制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換時にエネルギー損失が増大することを防止する。
【解決手段】 制御装置１６は車両の運転状態に応じて自動的に内燃機関１１のアイドル運転を停止するアイドル停止を実行し、アイドル停止の実行毎にＤＣ−ＤＣコンバータ１９の入力電圧Ｖ１および入力電流Ｉ１および出力電圧Ｖ２および出力電流Ｉ２に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作に対する変換効率Ｅ＝（Ｖ１×Ｉ１）／（Ｖ２×Ｉ２）を算出し、制御装置１６に具備される不揮発性メモリ等の記憶装置に効率データとして累積的に格納する。制御装置１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作を制御する際に、記憶装置に格納されている効率データを参照し、変換効率が所定値以上となる車両の状態およびタイミングにてＤＣ−ＤＣコンバータ１９を作動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の電力変換制御装置に関する。

従来、例えば、駆動源としての内燃機関およびモータを備え、少なくとも内燃機関またはモータの何れか一方の駆動力を駆動輪に伝達して走行するハイブリッド車両において、モータを含む高圧電装系に電力供給を行う高圧バッテリの端子電圧を降圧して、各種補機類を駆動する低圧バッテリを充電するＤＣ−ＤＣコンバータに対して、電力変換時のエネルギー損失が過剰に増大することを抑制するために、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が所定値以下の場合にはＤＣ−ＤＣコンバータからの出力を禁止する給電システム（例えば、特許文献１参照）が知られている。
特開平１１―３４１６０１号公報

しかしながら、上記従来技術に係る給電システムにおいては、単に、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流と低圧バッテリの端子電圧とに応じてＤＣ−ＤＣコンバータの出力可否を判定しているだけであり、例えば車両の運転状態等に応じて高圧バッテリの蓄電状態が変化するとＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が低下してしまう場合がある。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率は、ＤＣ−ＤＣコンバータに対する入力電流および入力電圧と出力電流および出力電圧とに応じて変動し、特に、ハイブリッド車両においては、モータと電気エネルギーの授受を行う高圧バッテリの蓄電状態がモータの駆動および回生作動に応じて相対的に大きく変動することから、車両の状態に応じてＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換効率が低下する場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換時のエネルギー損失が増大することを防止することが可能なハイブリッド車両の電力変換制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のハイブリッド車両の電力変換制御装置は、車両の動力源としての内燃機関およびモータを備え、少なくとも前記内燃機関または前記モータの何れか一方の駆動力を駆動輪に伝達して走行可能なハイブリッド車両の電力変換制御装置であって、前記モータの作動状態を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのパワードライブユニット（ＰＤＵ）１４）と、前記モータ制御手段を介して前記モータと電気エネルギーの授受を行う蓄電装置（例えば、実施の形態での高圧バッテリ１５）と、少なくとも前記蓄電装置の端子電圧または前記モータの出力電圧を降圧して出力する変圧手段（例えば、実施の形態でのＤＣ−ＤＣコンバータ１９）と、前記変圧手段の変換効率を算出し、算出した変換効率を効率データとして記憶手段（例えば、実施の形態での記憶装置）に累積的に格納する効率データ更新手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４およびステップＳ０５）とを備えることを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両の電力変換制御装置によれば、効率データ更新手段は、例えば車両の状態等に応じた適宜のタイミングで変圧手段の変換効率を算出し、この算出結果を記憶手段に累積的に格納する。この記憶手段に格納された効率データを参照して変圧手段の出力可否を判定することにより、車両の状態等に応じて変換効率が過剰に低くなってしまうことを防止することができる。
しかも、個々の変圧手段毎に変換効率を実際に算出して効率データを更新することから、例えば複数の車両に搭載される複数の変圧手段同士の間で変換動作のばらつきが大きい場合であっても、個々の変圧手段を適切に作動させることができる。

また、請求項２に記載の本発明のハイブリッド車両の電力変換制御装置は、前記内燃機関を車両の運転状態に応じて自動的に停止および始動させる自動停止始動手段（例えば、実施の形態での制御装置１６）を備え、前記効率データ更新手段は前記自動停止始動手段によって前記内燃機関が自動的に停止する停止時毎に前記効率データを更新することを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両の電力変換制御装置によれば、車両が自動的に停止している状態で蓄電装置から取り出される電力は、この状態で変圧手段にて変換される電力と同等であるとみなすことができ、変圧手段の電力変換効率を精度良く算出することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のハイブリッド車両の電力変換制御装置では、前記効率データ更新手段は、前記内燃機関の停止中において作動状態の前記変圧手段に対する入力電圧および入力電流および出力電圧および出力電流に基づき前記変換効率を算出することを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両の電力変換制御装置によれば、変圧手段に電力を供給する高圧電装系および変圧手段から電力が供給される低圧電装系の各蓄電状態に応じた変圧手段の電力変換効率を精度良く算出することができる。

請求項１に記載の本発明のハイブリッド車両の電力変換制御装置によれば、車両の状態等に応じて変換効率が過剰に低くなってしまうことを防止することができ、個々の変圧手段を適切に作動させることができる。
さらに、請求項２または請求項３に記載の本発明のハイブリッド車両の電力変換制御装置によれば、変圧手段の電力変換効率を精度良く算出することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の電力変換制御装置ついて添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態に係るハイブリッド車両の電力変換制御装置１０が搭載されるパラレルハイブリッド車両１（以下、単に、ハイブリッド車両１と呼ぶ）は、例えば図１に示すように、内燃機関（ＥＮＧ）１１と、モータ（ＭＯＴ）１２と、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１３とを直列に直結した構造のものである。内燃機関１１およびモータ１２の両方の駆動力は、例えばオートマチックトランスミッション（ＡＴ）あるいはマニュアルトランスミッション（ＭＴ）等のトランスミッション１３から左右の駆動輪（前輪あるいは後輪）Ｗ，Ｗ間で駆動力を配分するディファレンシャル（図示略）を介して車両の駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。また、ハイブリッド車両１の減速時に駆動輪Ｗ側からモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ１２は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。さらに、ハイブリッド車両１の運転状態に応じて、モータ１２は内燃機関１１の出力によって発電機として駆動され、発電エネルギーを発生するようになっている。

例えば３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のＤＣブラシレスモータ等からなるモータ１２は、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１４に接続されている。パワードライブユニット１４は、トランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備えて構成されている。
パワードライブユニット１４にはモータ１２と電力（例えば、モータ１２の駆動またはアシスト動作時にモータ１２に供給される供給電力や回生動作時にモータ１２から出力される回生電力）の授受を行う高圧系のニッケル−水素バッテリ（高圧バッテリ）１５が接続されている。
そして、パワードライブユニット１４は、制御装置１６からの制御指令を受けてモータ１２の駆動及び回生作動を制御する。例えばモータ１２の駆動時には、制御装置１６から出力されるトルク指令に基づき、高圧バッテリ１５から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１２へ供給する。一方、モータ１２の回生動作時には、モータ１２から出力される３相交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリ１５を充電する。
このパワードライブユニット１４の電力変換動作は、制御装置１６からＰＷＭインバータの各スイッチング素子に入力されるパルス、つまりパルス幅変調（ＰＷＭ）により各スイッチング素子をオン／オフ駆動させるためのパルスに応じて制御され、このパルスのデューティ、つまりオン／オフの比率のマップ（データ）は予め制御装置１６に記憶されている。

また、各種補機類からなる電気負荷１７を駆動するための１２Ｖバッテリ１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９を介して、パワードライブユニット１４および高圧バッテリ１５に対して並列に接続されている。
制御装置１６により電力変換動作が制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ１９は、例えば双方向のＤＣ−ＤＣコンバータであって、高圧バッテリ１５の端子電圧（蓄電電圧ＶＢ）あるいはモータ１２を回生作動または昇圧駆動した際のパワードライブユニット１４の端子電圧を所定の電圧値まで降圧して１２Ｖバッテリ１８を充電すると共に、高圧バッテリ１５の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が低下している場合には、１２Ｖバッテリ１８の端子電圧を昇圧して高圧バッテリ１５を充電可能である。

制御装置１６は、内燃機関１１の運転状態や、パワードライブユニット１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１９の各電力変換動作や、電気負荷１７の作動状態等を制御する。
このため、制御装置１６には、例えばパワープラント（つまり内燃機関１１およびモータ１２）の状態を検出する各種のセンサ（例えば、内燃機関１１の回転数を検出する回転数センサや、モータ１２のロータの磁極位置（位相角）を検出する回転角センサ等）から出力される信号およびハイブリッド車両１の状態を検出する各種のセンサ（例えば、速度を検出する車速センサ等）から出力される信号に加えて、高圧バッテリ１５の蓄電電圧ＶＢを検出するバッテリ電圧センサ２１から出力される信号と、高圧バッテリ１５の充電電流および放電電流を検出するバッテリ電流センサ２２から出力される信号と、高圧バッテリ１５の温度（バッテリ温度）ＴＢを検出するバッテリ温度センサ２３から出力される信号と、パワードライブユニット１４の温度（ＰＤＵ温度）ＴＰを検出するＰＤＵ温度センサ２４から出力される信号と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の温度（ＤＣ−ＤＣコンバータ温度）ＴＤを検出するＤＣ−ＤＣコンバータ温度センサ２５から出力される信号と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の高圧側の電圧（例えば、入力電圧）Ｖ１を検出する第１電圧センサ２６から出力される信号と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の高圧側の電流（例えば、入力電流）Ｉ１を検出する第１電流センサ２７から出力される信号と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の低圧側の電圧（例えば、出力電圧）Ｖ２を検出する第２電圧センサ２８から出力される信号と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の低圧側の電流（例えば、出力電流）Ｉ２を検出する第２電流センサ２９から出力される信号とが入力されている。

例えば、制御装置１６がパワードライブユニット１４を制御して高圧バッテリ１５を充電する際には、制御装置１６は回転角センサの出力波形に基づいてＰＷＭインバータへ送出するパルスの同期をとりつつ、ＰＷＭインバータによって所定の電圧値まで昇圧を行う。すなわち、制御装置１６は、所定の電圧値を得るためのモータ１２の回転数に応じたデューティのマップ（データ）等を予め記憶しており、制御装置１６は、このマップ（データ）を参照して、ＰＷＭインバータの各スイッチング素子をオン／オフ駆動させるためのパルスのデューティを制御する。
また、制御装置１６は、例えば電流積算法等により高圧バッテリ１５の残容量を算出する。この電流積算法では、制御装置１６は、電圧センサ２１により検出される高圧バッテリ１５の充電電流及び放電電流を所定期間毎に積算して積算充電量及び積算放電量を算出し、これらの積算充電量及び積算放電量を初期状態あるいは充放電開始直前の残容量に加算又は減算することで残容量を算出する。このとき、制御装置１６は、例えばバッテリ温度ＴＢによって変化する内部抵抗等に対する所定の補正処理や高圧バッテリ１５の蓄電電圧ＶＢに応じた所定の補正処理を行う。

そして、制御装置１６は、車両の運転状態に応じて自動的に内燃機関１１の停止および再始動を実行するようになっており、例えば内燃機関１１のアイドル運転状態においては、不要なアイドル運転を禁止して燃料の節減を図るアイドル停止を車両の状態に応じて自動的に実行する。さらに、制御装置１６は、このアイドル停止の実行毎に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の入力電圧Ｖ１および入力電流Ｉ１および出力電圧Ｖ２および出力電流Ｉ２に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作に対する変換効率Ｅ（例えば、Ｅ＝（Ｖ１×Ｉ１）／（Ｖ２×Ｉ２）等）を算出し、制御装置１６に具備される記憶装置（例えば、不揮発性メモリ等）に効率データとして、例えばマップ等の形式で累積的に格納する。
なお、本実施の形態において、高圧バッテリ１５とＤＣ−ＤＣコンバータ１９とは並列に接続されていることから、第１電圧センサ２６にて検出される入力電圧Ｖ１と、バッテリ電圧センサ２１にて検出される蓄電電圧ＶＢとは同等の値となり、さらに、アイドル停止の実行状態においては、第１電流センサ２７にて検出される入力電流Ｉ１と、バッテリ電流センサ２２にて検出される放電電流ＩＢとは同等の値となる。つまり、入力電圧Ｖ１の代わりに蓄電電圧ＶＢを用いて、さらには、入力電流Ｉ１の代わりに放電電流ＩＢを用いてＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作に対する変換効率Ｅを算出することができる。
そして、制御装置１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作を制御する際に、記憶装置に格納されている効率データのマップ等を参照し、変換効率が所定値以上となる車両の状態およびタイミングにてＤＣ−ＤＣコンバータ１９を作動させるようになっている。

本実施の形態によるハイブリッド車両の電力変換制御装置は上記構成を備えており、次に、このハイブリッド車両の電力変換制御装置の動作、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の効率を算出し、記憶する処理について説明する。

先ず、例えば図２に示すステップＳ０１においては、アイドル停止の実行中であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０３に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
ステップＳ０２においては、第１電流センサ２７により検出される入力電流Ｉ１またはバッテリ電流センサ２２により検出される放電電流ＩＢと、第１電圧センサ２６により検出される入力電圧Ｖ１またはバッテリ電圧センサ２１により検出される蓄電電圧ＶＢとの各検出値を取得する。そして、後述するステップＳ０４に進む。
一方、ステップＳ０３においては、第１電流センサ２７により検出される入力電流Ｉ１と、第１電圧センサ２６により検出される入力電圧Ｖ１またはバッテリ電圧センサ２１により検出される蓄電電圧ＶＢとの各検出値を取得する。そして、ステップＳ０４に進む。
次に、ステップＳ０４においては、第２電流センサ２９により検出される出力電流Ｉ２と、第２電圧センサ２８により検出される出力電圧Ｖ２との各検出値を取得する。
次に、ステップＳ０５においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作に対する変換効率Ｅ（例えば、Ｅ＝（Ｖ１×Ｉ１）／（Ｖ２×Ｉ２））を算出する。
次に、ステップＳ０６においては、算出した変換効率を制御装置１６に具備される記憶装置（例えば、不揮発性メモリ等）に効率データとして累積的に格納し、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態によるハイブリッド車両の電力変換制御装置によれば、アイドル停止状態において高圧バッテリ１５から取り出される電力は、各種補機類（電気負荷１７）を駆動する電力、あるいは、これらの電気負荷１７に電力を供給する１２Ｖバッテリ１８に充電される電力と同等であるとみなすことができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換効率を精度良く算出することができる。
また、アイドル停止の実行毎に変換効率を算出し、制御装置１６の記憶装置に累積的に格納することにより、高圧バッテリ１５を含む高圧電装系の状態および各種補機類の作動状態や１２Ｖバッテリ１８の状態に応じた多様な効率データを蓄積することができ、これらの効率データに基づきＤＣ−ＤＣコンバータ１９を効率よく作動させることができる。しかも、制御装置１６に記憶している効率データを実際の車両の状態に応じて更新することから、各車両に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータ１９毎に固有の効率データを蓄積することができ、例えば複数の車両に搭載される複数のＤＣ−ＤＣコンバータ１９同士の間で電力変換動作のばらつきが大きい場合であっても、個々のＤＣ−ＤＣコンバータ１９を適切に作動させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、ステップＳ０１に示すようにアイドル停止の実行中であるか否かを判定したが、これに限定されず、アイドル停止の実行中であるか否かを判定する処理を省略してもよい。
この変形例においては、先ず、例えば図３に示すステップＳ１１において、第１電流センサ２７により検出される入力電流Ｉ１と、第１電圧センサ２６により検出される入力電圧Ｖ１またはバッテリ電圧センサ２１により検出される蓄電電圧ＶＢとの各検出値を取得する。
次に、ステップＳ１２においては、第２電流センサ２９により検出される出力電流Ｉ２と、第２電圧センサ２８により検出される出力電圧Ｖ２との各検出値を取得する。
次に、ステップＳ１３においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９の電力変換動作に対する変換効率Ｅ（例えば、Ｅ＝（Ｖ１×Ｉ１）／（Ｖ２×Ｉ２））を算出する。
次に、ステップＳ１４においては、算出した変換効率を制御装置１６に具備される記憶装置（例えば、不揮発性メモリ等）に効率データとして累積的に格納し、一連の処理を終了する。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の構成図である。 図１に示すハイブリッド車両の電力変換制御装置の動作を示すフローチャートである。 本実施形態の変形例に係るハイブリッド車両の電力変換制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 内燃機関
１２ モータ
１４ パワードライブユニット（モータ制御手段）
１５ 高圧バッテリ（蓄電装置）
１６ 制御装置（自動停止始動手段）
１９ ＤＣ−ＤＣコンバータ（変圧手段）
ステップＳ０４およびステップＳ０５ 効率データ更新手段

Claims (3)

1. 車両の動力源としての内燃機関およびモータを備え、少なくとも前記内燃機関または前記モータの何れか一方の駆動力を駆動輪に伝達して走行可能なハイブリッド車両の電力変換制御装置であって、
   前記モータの作動状態を制御するモータ制御手段と、前記モータ制御手段を介して前記モータと電気エネルギーの授受を行う蓄電装置と、少なくとも前記蓄電装置の端子電圧または前記モータの出力電圧を降圧して出力する変圧手段と、
   前記変圧手段の変換効率を算出し、算出した変換効率を効率データとして記憶手段に累積的に格納する効率データ更新手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の電力変換制御装置。
2. 前記内燃機関を車両の運転状態に応じて自動的に停止および始動させる自動停止始動手段を備え、
   前記効率データ更新手段は前記自動停止始動手段によって前記内燃機関が自動的に停止する停止時毎に前記効率データを更新することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の電力変換制御装置。
3. 前記効率データ更新手段は、前記内燃機関の停止中において作動状態の前記変圧手段に対する入力電圧および入力電流および出力電圧および出力電流に基づき前記変換効率を算出することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の電力変換制御装置。
   
   

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