JP2006180658A - 電圧可変バッテリを備えたハイブリッド車両 - Google Patents

電圧可変バッテリを備えたハイブリッド車両 Download PDF

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Abstract

【課題】バッテリ電圧を変更するときの急激な電圧変化を抑制し、急激な電圧変化に起因する異常電流からインバータ、モータジェネレータ等を保護する。
【解決手段】エンジン１と、エンジン１で駆動されるか車両の運動エネルギを回生することで発電することができる第１及び第２のモータジェネレータ１１、１２と、第１のモータジェネレータ１１と第２のモータジェネレータ１２とを接続する電力供給線２５と、スイッチ２４を介して電力供給線２５の途中に接続されるバッテリ２３とを備える。バッテリ２３の電圧を変更する場合、スイッチ２４を切ってからバッテリ２３の電圧を変更し、第１及び第２のモータジェネレータ１１、１２の少なくとも一方を発電あるいは力行動作させることにより電力供給線２５とバッテリ２３の電圧差を縮小してからスイッチ２４を接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、電圧を段階的に変更することができるバッテリを備えたものに関する。
インバータ制御されるモータジェネレータにおいて、トレードオフの関係にある高効率と大出力を両立させる方法として、モータジェネレータに電力を供給するバッテリの電圧を可変にする方法がある。この方法によれば、低負荷時にバッテリを低電圧とすることでインバータの損失を低減し、効率を高めることができる。また、大出力が必要な場合にバッテリを高電圧とすることで、逆起電圧を抑制しつつモータジェネレータに電流を流すことができ、大出力を発生させることができる。
このように電圧を可変にする方法としては、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる方法があるが、リアクトルが必要であり、また、スイッチ損失が発生するため、搭載性や効率の面で課題がある。
特開平５-２３６６０８号公報では、バッテリの接続状態（直列接続、並列接続）を切り換えることによってバッテリ電圧を可変にする方法を提案している。
特開平５−２３６６０８号公報
しかしながら、上記従来技術のように、バッテリの接続状態を切り換えるだけでは、電圧の急激な変化を受けて異常電流が発生し、インバータ、モータジェネレータ等を傷める可能性があった。
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、バッテリ電圧を変更するときの急激な電圧変化を抑え、急激な電圧変化に起因する異常電流からインバータ、モータジェネレータ等を保護することを目的とする。
本発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと、エンジンで駆動されるか車両の運動エネルギを回生することで発電することができる第１及び第２のモータジェネレータと、第１のモータジェネレータと第２のモータジェネレータとを電気的に接続する電力供給線と、スイッチを介して電力供給線の途中に接続されるバッテリとを備える。バッテリの電圧を変更する場合、前記エンジンの出力を補正するとともに、スイッチを切ってからバッテリの電圧を変更し、第１及び第２のモータジェネレータの少なくとも一方を発電あるいは力行動作させることにより電力供給線とバッテリの電圧差を縮小してからスイッチを接続する。
本発明によれば、バッテリ電圧の変更は前記エンジンの出力を補正するとともに、第１及び第２のモータジェネレータとバッテリが電気的に切り離された状態で行われ、かつ、両者の再接続は第１及び第２のモータジェネレータを結ぶ電力供給線とバッテリの電圧差を低減してから行われるので、駆動力の変動や急激な電圧変化を抑え、異常電流の発生を防止することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係るハイブリッド車両の概略構成を示している。エンジン１０は内燃機関などの原動機であり、車両を駆動するための駆動力を発生する。モータジェネレータ（以下、「ＭＧ」）１１および１２は電動機であり、エンジン１０で駆動されることによって、あるいは車両の運動エネルギを回生することによって発電動作することができる。また、ＭＧ１１、１２は、バッテリ２３、あるいは、発電動作状態にある一方のＭＧから電力供給を受けて力行動作し、車両を駆動することもできる。ＭＧ１１、１２はインバータ２１、２２により制御される。
エンジン１０およびＭＧ１１の駆動力は変速機１３により走行状況に応じた駆動力に変更され、車両駆動軸１４、駆動輪１５へと伝達される。車両駆動軸１４には、さらに、ＭＧ１２の駆動力も伝達される。これらエンジン１０、ＭＧ１１、１２、変速機１３はコントローラ１により協調制御される。
バッテリ２３は、ＭＧ１１、１２との間で電力の受け渡しを行い、後述するように出力端２６の電圧を段階的に切り換えることができるバッテリである。バッテリ２３の出力端２６は、インバータ２１とインバータ２２を接続する直流ライン（電力供給線）２５の途中にスイッチ２４を介して接続されている。このスイッチ２４を開放すれば、システム（ＭＧ１１、１２、インバータ２２、２２等）からバッテリ２３を電気的に切り離すことができる。なお、図１ではスイッチ２４は模式的に描かれており、具体的には図２示すように構成される。
図２はバッテリ２３、スイッチ２４の具体的な構成を示したものである。
バッテリ２３は、２つのバッテリモジュール２３ａと２３ｂで構成される。スイッチ２４は２種類のスイッチ２４ｓ、２４ｐで構成される。スイッチ２４ｓ、２４ｐをいずれも開放すればスイッチ２４が開放された状態となり、上記の通り、システムからバッテリ２３を電気的に切り離すことができる。スイッチ２４ｐを構成する２つのスイッチは同期して接続状態、開放状態を切り換えられる。
スイッチ２４は、バッテリ２３の出力端電圧ＶBを変更する手段をも兼ねている。スイッチ２４ｓを接続してスイッチ２４ｐを開放すれば、バッテリモジュール２３ａと２３ｂが直列接続となり、バッテリ２３の電圧ＶBは高くなる。また、スイッチ２４ｐを接続してスイッチ２４ｓを開放すれば、バッテリモジュール２３ａと２３ｂは並列接続となり、バッテリ２３の電圧ＶBは低くなる。スイッチ２４ｓと２４ｐは同時に接続されないようにする必要があり、半導体スイッチで構成されるのが望ましい。
なお、以下の説明では、簡略化のため、バッテリモジュール２３ａ、２３ｂを並列接続にすることを、「バッテリ２４を並列接続にする」と表現し、直列状態にすることを「バッテリ２４を直列接続にする」と表現する。
図３はコントローラ１の制御ブロック図のうち、特に、バッテリ２３の電圧ＶBを変更する可変電圧制御に関する部分を抽出したものである。
可変電圧制御指令部５０では、運転者の要求駆動力、バッテリ状態推定部５１からの情報、ＭＧ１１およびＭＧ１２の回転速度の状態などから、バッテリ電圧の変更の必要性を判断し、電圧変更が必要であると判断されたときはエンジン制御部５２、ＭＧ１１の制御部６１、ＭＧ１２の制御部、スイッチ制御部６３に必要な指令を発する。
一般的に、磁石モータは回転速度が高くなると逆起電力が発生し、電圧が低いままだと出力を出せなくなる。そのため、ＭＧ１１およびＭＧ１２の回転速度が所定値を超える場合は昇圧するのが望ましい。逆に、半導体スイッチからなるインバータを用いたシステムでは、低回転時はシステム電圧を下げたほうが高効率となる。これは、インバータの損失が、システム電圧とＭＧへの供給電流で決まるためである。このため、ＭＧ１１およびＭＧ１２の回転速度が所定値を下回る場合は降圧するのが望ましい。
バッテリ状態推定部５１では、バッテリ２３の状態を検出し、並列状態および直列状態での最大充放電電力や効率を推定し、可変電圧指令部５０へ情報を伝える。一般的にバッテリは、充電状態や劣化などにより出力特性が異なるため、現状のバッテリの状態に応じた最大充放電電力や効率を推定が必要である。
昇圧することが決まると、可変電圧指令部５０は、エンジン制御部５２へ出力補正指令を発する。このとき、補正量は出力を増加させる方向である。また、ＭＧ１１の制御部６１およびＭＧ１２の制御部６２にバッテリ２３の充放電電力がほぼゼロになるように指令を発する。
バッテリ２３の充放電電力がほぼゼロになったら、スイッチ制御部６３にスイッチ２４を開放するよう指令を発し、スイッチ２４を切った状態で、スイッチ制御部６３に、バッテリ２３の接続方式を変更するよう指令を発し、バッテリ２３の電圧を変更する。さらに、ＭＧ１１制御部６１およびＭＧ１２制御部６２に対し、直流ライン２５の電圧ＶDCが昇圧後のバッテリ電圧ＶBとなるようにＭＧ１１、ＭＧ１２の運転状態を制御するよう指令を発する。
一方、降圧することが決まると、ＭＧ１１の制御部６１およびＭＧ１２の制御部６２にバッテリ２３の充放電電力がほぼゼロになるように指令を発し、バッテリ２３の充放電電力がほぼゼロになったら、スイッチ制御部６３にスイッチ２４を開放してバッテリ２３をシステムから切り離すよう指令を発する。さらに、エンジン制御部５２にエンジン出力低下させるよう指令を発し、このエンジン１０の出力低下に同調してＭＧ１１の制御部６１およびＭＧ１２の制御部６２にシステムに残留している電力を用いてＭＧ１１もしくはＭＧ１２の出力を増加するよう指令を発する。このとき、直流ライン２５の電圧ＶDCが降圧後の電圧ＶBとなるようにＭＧ１１もしくはＭＧ１２の出力が制御される。
いずれの場合も、バッテリ２３の出力を変更する場合は、バッテリ２４の充放電電力をゼロに近づけてからスイッチ２４を切り、スイッチ２４を切ってからバッテリ２３の電圧ＶBを変更する。そして、ＭＧ１１、ＭＧ１２の少なくとも一方を発電あるいは力行動作させることにより、直流ライン２５とバッテリ２３との電圧差を縮小し、その状態でスイッチ２４を接続することでバッテリ２３の電圧変更を完了するようにしている。
コントローラ１の上記可変電圧制御の内容をタイムチャートと制御フローを参照しながらさらに詳しく説明する。
図４は昇圧制御時の動作を示すタイムチャートである。図４は、運転者が要求駆動力を増やし、バッテリ２３の大電力によりアシストが必要となる場合を示している。
運転者からの要求駆動力の指令であるアクセルペダルの操作量ＡＰＯが大きく変化し、大きな駆動力が要求されると、可変電圧制御指令部５０では昇圧判定を発し、エンジン１０には過渡的にトルクが増すように指令を発する。エンジン１０のトルクを過渡的に増す方法としては、点火時期を変える方法や燃料増量を行う方法、過給機付エンジンの場合では過給圧を増す方法等がある。モータに比べ、エンジン１０は応答性が遅いため、エンジン１０の駆動力が立ち上がるまでは、低電圧のままＭＧ１２でアシストを行う。
エンジン１０の駆動力の立ち上がってくると、それに同期して、ＭＧ１２のアシストを減少させる。さらに、車両の駆動力を推定し、エンジン１０のトルクが過渡的に過剰となる時期を予想して、過剰となる時期よりＭＧ１１による発電制御を開始する。このとき、ＭＧ１１の発電量の上限値はエンジン１０の過剰トルクの総和より決まる。ＭＧ１１の発電量増加に伴い、バッテリ２３からの放電電力は小さくなる。そして、バッテリ２３からの放電電力がゼロ近傍となったとき、スイッチ２４を制御して、バッテリ２３をシステムから切離す。バッテリ２３からの電力供給が少ない状態でバッテリ２３を切離すので、切離し後、直流ラインの極端な電圧低下や異常な電流は発生しない。
バッテリ２３を切離した後、ＭＧ１１の発電量を増し、ＭＧ１２での駆動量を減らすことで、ＭＧ１１の余剰発電電力で直流ライン２５の電圧を上昇させる。インバータ２１および２２は平滑コンデンサを有しているため、発電量増大により電荷が増し、互いのインバータの端子電圧は上昇する。この間、バッテリ２３では、並列接続から直列接続に変更する準備をする。
直流ライン２５の電圧がバッテリ２３の直列接続時の電圧に近くなったとき、スイッチ２４を動作させて、バッテリ２３をシステムと接続を開始する。直流ライン２５とバッテリ２３の電圧差は小さくなっているので、接続時にシステムを損傷するような過大な電流は発生しない。さらに、スイッチ２４をスイッチング動作させることで、微小な電圧差を補正する電圧調整ができるので、より安全にバッテリ２３を接続することができる。
バッテリ２３接続後は、直列接続となったバッテリ２３から高い電圧でもってＭＧ１２に電力が供給されるので、十分なアシスト力を発揮できる。
図５、図６は図４に示した昇圧制御の内容を示した制御フローであり、コントローラ１において実行される。このフローは、アクセル操作量ＡＰＯの増大を受けて、可変電圧制御指令部５０より昇圧要求が発せられたときに実行される。
これによると、まず、ステップＳ１０１では、アクセル操作量ＡＰＯの増大量に応じて、エンジン１０の駆動力をどれだけ増大させるかを示す駆動力補正値を設定する。
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で設定した補正量により、エンジン１０の過剰駆動力の発生時期およびエネルギを推定する。
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２での推定値より、ＭＧ１１の発電量の上限値を演算する。
ここまでは、ＭＧ１２が低電圧でアシストを行っているものとする。
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で求めたエンジン１０の過剰駆動力が発生する時期に合わせて、ＭＧ１１での発電制御を開始し、ＭＧ１１の発電量を増大させる。
ステップＳ１０５では、ＭＧ１２のアシスト力を調整する。このとき、ＭＧ１２のトルクはバッテリ２３からの電流がゼロとなるように制御される。
ステップＳ１０６ではバッテリ２３からの電流がゼロ程度であるかを判定する。判定がＹｅｓの場合はステップＳ１０７へ移行する。
ステップＳ１０７では、スイッチ２４を制御して、バッテリ２３をシステムから切離す。このとき、バッテリ２３とシステムとの電力の受け渡しはほとんど無い状態なので、スイッチ２４で切離しても異常電流は発生しない。
ステップＳ１０７でのバッテリ２３の切離し後、図６のステップＳ１１０へ移行し、ＭＧ１１の発電量を増加させる。
ステップＳ１１１では、ＭＧ１１の発電量を確認し、ステップＳ１０３で定めたＭＧ１１の発電量の上限値に達していないかを判断する。ＭＧ１１の発電量が上限値以下のときはステップＳ１１２へ移行する。上限値となった場合は、ステップＳ１１４へ移行する。
ステップＳ１１２では、ＭＧ１２の駆動力を調整する。このとき、ＭＧ１２のトルクは直流ライン２５の電圧が目標値まで上昇するように制御される。直流ライン２５の電圧の目標値はバッテリ２３を直列接続に切り換えた後の出力端電圧に設定される。
ステップＳ１１３では、直流ライン２５の電圧を判断する。直流ライン２５の電圧が目標値程度となったとき、ステップＳ１１４へ移行する。このとき、既にバッテリ２３は直列接続に変更されている。
ステップＳ１１４では、スイッチ２４を制御し、バッテリ２３とシステムとの接続を開始する。エンジン１０とＭＧ１１、１２の協調制御により、直流ライン２５の電圧は既に上げられ、バッテリ２３の出力端電圧と同程度となっているので、スイッチ２４の接続を開始してもシステムを損傷するような異常電流は発生しない。
ステップＳ１１５では直流ライン２５とバッテリ２３との電圧を比較し、スイッチ２４のスイッチング動作の制御を行う。電圧が等しくなったところでスイッチング動作を止めてスイッチ２４を完全接続とし、昇圧制御を終了する。
このようなエンジン１０とＭＧ１１および１２の協調制御を用いた昇圧制御を行うことで、大型のコンデンサやＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いなくても安全にバッテリ２３の昇圧が可能である。なお、本制御を行うことでＭＧ１１とＭＧ１２間での電力変換に伴う損失が発生するものの、ＭＧ１１、１２の応答性が高いため、運転者に違和感を与えない程度の車両駆動力の変化に抑えることができる。
また、図７は別の状況における昇圧制御時の動作概要を示したタイムチャートである。ここでは、ＭＧ１２の回転速度が上昇し、バッテリを高電圧化して逆起電力を抑えることが必要となる場合について説明する。
図７は、緩い一定加速度で車両が走行している状態である。車速の上昇に伴い、車両駆動軸１４に接続するＭＧ１２の回転速度も上昇する。ＭＧ１２の回転速度上昇に伴い、逆起電力も大きくなるため、ゼロトルクを維持するための弱め界磁電流が大きくなり、効率が低下する。そこで、このような状態ではバッテリ２３を高電圧化し、システム効率を向上させる。
運転者の加減速要求が無い状態であるため、運転者に違和感を与えないように昇圧制御を行う必要がある。定常的な状態では、直流ライン２５の電圧を上げるために必要なエネルギは、インバータ２１および２２が有するコンデンサの特性などから比較的容易に推定することができる。
可変電圧制御指令部５０より昇圧要求が発せられると、バッテリ２３からの充放電電力がゼロとなるようにエンジン１０、ＭＧ１１、および、ＭＧ１２の出力を調整する。その後、バッテリ２３からの放電電力がゼロ近傍となったとき、スイッチ２４を制御して、バッテリ２３をシステムから切離す。バッテリ２３からの電力供給が少ない状態でバッテリ２３を切離すので、切離し後、直流ラインの極端な電圧低下や異常な電流は発生しない。
バッテリ２３を切離し後、エンジン１０のトルクを上昇させながら、ＭＧ１１の発電量を増すことにより、直流ライン２５の電圧は上昇する。このとき、ＭＧ１２はトルクゼロ制御とする。この間、バッテリ２３では、並列接続から直列接続に変更する。
直流ライン２５の電圧がバッテリ２３の直列接続時の電圧に近くなったとき、スイッチ２４を動作させて、バッテリ２３をシステムと接続を開始する。直流ライン２５とバッテリ２３の電圧差が小さいため、接続時にシステムを損傷するような過大な電流は発生しない。さらに、スイッチ２４をスイッチング動作させることで、微小な電圧差を補正する電圧調整ができるので、より安全にバッテリ２３を接続可能である。
電圧調整の実施とともに、エンジン１０のトルクを低下し、ＭＧ１１の発電を停止する。バッテリ２３接続後は、バッテリ２３は高圧な状態となり、高効率な走行が可能となる。
図８は図７に示した昇圧制御の内容を示した制御フローであり、コントローラ１において実行される。このフローは、ＭＧ１２の回転速度が上昇して可変電圧制御指令部５０より昇圧要求が発せられたときに実行されるものである。
これによると、まず、ステップＳ３０１で、バッテリ２３の充放電電流がゼロ程度であるか判定する。ゼロ程度ではない場合はステップＳ３０２に移行し、エンジン１０、ＭＧ１１、ＭＧ１２の出力調整を行うことで、バッテリ２３の充放電電流をゼロに近づける。
ステップＳ３０３では、スイッチ２４を制御して、バッテリ２３をシステムから切離す。
ステップＳ３０４では、エンジン１０の出力を上昇させる。
ステップＳ３０５では、エンジン１０の出力上昇と同期して、ＭＧ１１での発電制御を開始し、ＭＧ１１の発電量を増大させる。このとき、応答の遅いエンジン１０の出力変化量を運転者に違和感を与えない程度とすることで、滑らかな発電状態への推移が可能である。また、バッテリ２３を並列接続から直列接続に変更する。
ステップＳ３０６では、直流ライン２５の電圧が目標値程度かを判定する。目標値は直列接続時の電圧に設定される。直流ライン２５の電圧がバッテリ２３の目標値よりも低い場合は、ステップＳ３０４へ戻り、エンジン１０の出力を増加させる。直流ライン２５の電圧が目標値程度となったとき、ステップＳ３０７へ移行する。
ステップＳ３０７では、エンジン１０の出力とＭＧ１１の発電の減少を開始する。
ステップＳ３０８では、スイッチ２４を制御し、バッテリ２３の接続を開始する。
ステップＳ３０９では、直流ライン２５とバッテリ２３との電圧を比較し、スイッチ２４のスイッチング動作の制御を行い、電圧が等しくなったとき、スイッチ２４を完全接続し、昇圧制御を完了する。
また、図９は降圧制御時の動作を示したタイムチャートである。ここでは、運転者からの要求駆動力が低下したため、低電圧の高効率状態に移行する場合について説明する。
運転者の要求駆動力が減少し、ＭＧ１１およびＭＧ１２の回転速度が低い状態であるときは、インバータ損失を減らすために、システム電圧を低電圧に変更する。運転者の要求駆動力の低下を受け、エンジン１０、ＭＧ１１、および、ＭＧ１２の駆動力が要求値まで低下した後、降圧制御を開始する。
可変電圧制御指令部５０より降圧要求が発せられると、バッテリ２３からの充放電電力がゼロとなるようにエンジン１０、ＭＧ１１、１２の出力を調整する。その後、バッテリ２３からの放電電力がゼロ近傍となったとき、スイッチ２４を開放して、バッテリ２３をシステムから切離す。
バッテリ２３を切離した後、エンジン１０のトルクを低下させながら、ＭＧ１１の駆動力を増すことにより、インバータ２１および２２のコンデンサ等に貯まった電荷が消費され、直流ライン２５の電圧は低下する。このとき、ＭＧ１２はトルクゼロ制御とする。
この間、バッテリ２３では、直列接続から並列接続に変更する。
直流ライン２５の電圧がバッテリ２３の並列接続時の電圧に近くなったとき、スイッチ２４を動作させて、バッテリ２３をシステムと接続を開始する。直流ライン２５とバッテリ２３の電圧差が小さいため、接続時にシステムを損傷するような過大な電流は発生しない。さらに、スイッチ２４をスイッチング動作させることで、微小な電圧差を補正する電圧調整ができるので、より安全にバッテリ２３を接続可能である。
電圧調整の実施とともに、エンジン１０のトルクを上昇させ、ＭＧ１１の駆動を停止する。バッテリ２３接続後は、低圧な状態で、高効率な走行が可能となる。
図１０は図９に示した降圧制御の内容を示した制御フローであり、コントローラ１において実行される。このフローは、運転者からの要求駆動力が低下して可変電圧制御指令部５０より降圧要求が発せられたときに実行される。
これによると、まず、ステップＳ４０１では、バッテリ２３からの電流がゼロ程度であるかを判定する。ゼロ程度ではない場合はステップＳ４０２に移行し、バッテリ２３からの電流がゼロ程度になるまでエンジン１０、ＭＧ１１、ＭＧ１２の出力調整を行う。
ステップＳ４０３では、スイッチ２４を開放し、バッテリ２３をシステムから切離す。
ステップＳ４０４では、エンジン１０の出力を低下させる。
ステップＳ４０５では、エンジン１０の出力低下と同期して、ＭＧ１１の駆動力を増加させ、直流ライン２５の電圧ＶDCを低下させる。スイッチ２４が開放されているのでバッテリ２４からＭＧ１１に電力を供給することはできないが、インバータ２１内のコンデンサに貯まった電荷を消費することによってＭＧ１１を駆動し、直流ライン２５の電圧ＶDCを低下させることができる。また、バッテリ２３の接続状態を直列接続から並列接続に変更し、バッテリ２３の電圧ＶBを低下させる。
ステップＳ４０６では、直流ライン２５の電圧が目標値程度かを判定する。目標値は降圧後のバッテリ２３の電圧に設定される。直流ライン２５の電圧ＶDCが目標値よりも高い場合は、ステップＳ４０４へ戻り、エンジン１０の出力をさらに低下させるとともにＭＧ１１の駆動力をさらに増大させて直流ライン２５の電圧ＶDCをさらに低下させる。直流ライン２５の電圧ＶDCが目標値程度となったとき、ステップＳ４０７へ移行する。
ステップＳ４０７では、エンジン１０の出力上昇とＭＧ１１の駆動減少を開始する。
ステップＳ４０８では、スイッチ２４を制御し、バッテリ２３の接続を開始する。
ステップＳ４０９では、直流ライン２５とバッテリ２３との電圧を比較し、スイッチ２４のスイッチング動作の制御を行い、電圧が等しくなったとき、スイッチ２４を完全接続とし、降圧制御を完了する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の作用効果をまとめると次のようになる。
本発明に係るハイブリッド車両では、バッテリ２３の電圧を変更する場合、スイッチ２４を切ってからバッテリ２３の電圧を変更し、ＭＧ１１、１２の少なくとも一方の出力を調整することにより直流ライン２５の電圧を電圧変更後のバッテリ２３の電圧に近づけ、直流ライン２５とバッテリ２３の電圧差を縮小してからスイッチ２４を接続する。バッテリ電圧の変更はＭＧ１１、１２とバッテリ２３が電気的に切り離された状態で行われ、かつ、両者の再接続は直流ライン２５とバッテリ２３の電圧差が小さくなってから行われるので、急激な電圧変化を抑え、異常電流の発生等からインバータ２１、２２、ＭＧ１１、１２を保護することができる。
電圧を高圧側に変更する場合は、エンジン１の出力を増大するとともにＭＧ１１、１２の少なくとも一方を発電動作させる。逆に、低圧側に変更する場合は、エンジン１の出力を減少させるとともにＭＧ１１、１２の少なくとも一方を力行動作させる。これにより、バッテリ電圧切換え時の駆動力の変動を抑えることができる。
また、電圧を変更する場合、スイッチ２４を切る前にＭＧ１１、１２の少なくとも一方の出力を調整してバッテリ２３の充放電電流を減少させるようにしたことにより、スイッチ２４を切ってバッテリ２３をシステムから切り離すときの電圧変化も抑えることができる。
このような電圧可変のバッテリ２３は、例えば、直列接続、並列接続を切り換えることができる複数のバッテリモジュール２３ａ、２３ｂで構成することができ、この構成によれば、リアクトルが必要でかつスイッチ損失が発生するＤＣ−ＤＣコンバータを用いる構成に比べて搭載性や効率の面で有利である。
また、スイッチ２４を半導体スイッチで構成し、スイッチ２４を締結する際に、スイッチング動作させるようにすれば、電力差が残っていてもスイッチングで電圧を制御し、急激な電圧変動を抑えることができる。
なお、上記構成は本発明が適用可能な構成の一例を示したものに過ぎず、本発明を上記構成に限定する趣旨ではない。
例えば、図１１の構成では、ＭＧ１１のＭＧ１２の間にクラッチ１６が設けられている。クラッチ１６はエンジン１０とＭＧ１１の駆動力を伝達もしくは遮断する。このような構成でも、本発明の電圧可変制御を適用することができる。特に、図１１に示す構成では、ＭＧ１１とＭＧ１２が同じ回転速度となるため、ＭＧ１１、１２を発電動作させて直流ライン２５を昇圧する場合、ＭＧ１１、１２の回転速度から昇圧を判定することができ、かつ、昇圧効果も大きい。
また、図１２は、ＭＧ１２は第２の車両駆動軸１７を介して、第２の車両駆動輪１８へ駆動力を伝達する電動４輪駆動車両である。このような構成でも、本発明の電圧可変制御を適用することができる。例えば、エンジン１０が駆動する第１の車両駆動輪１７がスリップした場合、ＭＧ１１の発電制御で伝達する駆動力を低下させ、発電した電力の一部で直流ライン２５の昇圧を行い、バッテリ２３の電圧を高圧側に変更する。昇圧後、ＭＧ１２にバッテリ２３出力とＭＧ１１発電電力を供給できるため、大出力で第２の車両駆動輪１８を駆動可能である。
図１３は、ＭＧ１１とＭＧ１２との間に機械的な伝達経路を持たないシリーズハイブリッドである。このような構成でも、本発明の電圧可変制御を適用することができる。特に、エンジン１０の駆動力が車両に直接影響しないため、エンジン１０の過剰駆動力の設定自由度が高く、直流ライン２５の電圧を自由に制御できる。
本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 バッテリ、スイッチの具体的な構成を示した図である。 コントローラの制御ブロック図である。 昇圧制御時の動作を示したタイムチャートである。 昇圧制御の内容を示したフローチャートである。 同じく、昇圧制御の内容を示したフローチャートである。 別の状況での昇圧制御時の動作を示したタイムチャートである。 昇圧制御の内容を示したフローチャートである。 降圧制御時の動作を示したタイムチャートである。 降圧制御の内容を示したフローチャートである。 本発明を適用可能なハイブリッド車両の別の例を示した図である。 本発明を適用可能なハイブリッド車両の別の例を示した図である。 本発明を適用可能なハイブリッド車両の別の例を示した図である。
符号の説明
１ コントローラ
１０ エンジン
１１ モータジェネレータ
１２ モータジェネレータ
１３ 変速機
２３ バッテリ
２３ａ バッテリモジュール
２３ｂ バッテリモジュール
２４ スイッチ
２１ インバータ
２２ インバータ
２５ 直流ライン（電力供給線）

Claims (8)

  1. エンジンと、
    前記エンジンによって駆動されるか車両の運動エネルギを回生することによって発電動作することができる第１及び第２のモータジェネレータと、
    前記第１のモータジェネレータと第２のモータジェネレータの間を電気的に接続する電力供給線と、
    スイッチを介して前記電力供給線の途中に接続され、電圧を段階的に変更することができるバッテリと、
    前記バッテリの電圧を変更する場合、前記バッテリの電圧の変更に応じて前記エンジンの出力を補正するとともに、前記スイッチを切ってから前記バッテリの電圧を変更し、前記第１及び第２のモータジェネレータの少なくとも一方の出力を調整して前記電力供給線とバッテリの電圧差を縮小した後に前記スイッチを接続する可変電圧制御手段と、
    を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 前記可変電圧制御手段は、前記電力供給線とバッテリの電圧差を縮小する際、前記電力供給線の電圧が電圧変更後の前記バッテリの電圧になるように前記第１及び第２のモータジェネレータの少なくとも一方の出力を調整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。
  3. 前記可変電圧制御手段は、前記バッテリの電圧を高圧側に変更する場合、前記エンジンの出力を増大するとともに前記第１及び第２のモータジェネレータの少なくとも一方を発電動作させることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
  4. 前記可変電圧制御手段は、前記バッテリの電圧を低圧側に変更する場合、前記エンジンの出力を減少させるとともに前記第１及び第２のモータジェネレータの少なくとも一方を力行動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
  5. 前記可変電圧制御手段は、前記バッテリの電圧を変更する場合、前記スイッチを切る前に前記第１及び第２のモータジェネレータの少なくとも一方の出力を調整して前記バッテリの充放電電流をゼロに近づけることを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両。
  6. 前記バッテリは複数のバッテリモジュールで構成され、
    前記バッテリは、前記複数のバッテリモジュールを直列接続にすることで電圧が高圧側に変更され、前記複数のバッテリモジュールを並列接続にすることで電圧が低圧側に変更されることを特徴とする請求項１から５のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両。
  7. 前記スイッチが半導体スイッチであることを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両。
  8. 前記可変電圧制御手段は、前記スイッチを接続する際、前記半導体スイッチをスイッチング動作させることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車両。
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