JP2008238856A - モータ発電機の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アイドル時におけるバッテリの劣化を防止する。
【解決手段】エンジン20のアイドル時に、モータ発電機22からPDU32を通じて供給される発電電流Igの値を補機電流Iaの値に等しくなるように、換言すれば、バッテリ28の入出力電流Ibinがゼロ値となるように、通電制御ECU10は、PDU32を進角・遅角制御する。このため、アイドル時におけるバッテリ28の充放電がなくなり、バッテリ28の劣化を防止することができる。
【選択図】図1

Description

この発明は、車両走行用の駆動源としてのエンジンにモータ発電機を一体的に備え、前記モータ発電機のモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両に適用されるモータ発電機の制御装置に関する。
ハイブリッド車両では、発進加速時、又は走行中の急加速時にはモータ発電機をモータとして駆動しエンジン出力を補助するように構成されている。この場合、モータ発電機は車載のバッテリにより駆動される(特許文献1)。
一般に、バッテリは、充放電電力量が大きいほど及び充放電繰り返し回数が多いほど性能の低下が促進されると考えられている。
このため、上記特許文献1に係る技術では、バッテリが許容する範囲内における繰り返しの充放電による劣化を軽減するために、車速が高いときにはエンジンのアイドル回転数を上げ、かつバッテリ温度が高いときにはさらにエンジン回転数を上げるように制御することで、アクセルペダルの急な踏み込みや急な戻しによる要求トルクの急変に対してエンジンからの出力を迅速に対応させ、バッテリの充放電負荷を低減するようにしている。
この発明が利用する技術として、多相(例えば、三相)永久磁石同期モータを多相(この場合、三相)交流発電機として駆動する際に、効率を上げるために進角通電制御を行う技術が提案されている(特許文献2)。
特開2005−344605号公報(図8、図9) 特開2002−159164号公報(図13)
しかしながら、上記特許文献1には、車両の停止時における始動後の暖機運転中、あるいは暖機運転終了後の車両の停止時におけるバッテリの充放電による劣化については考慮されていない。
暖機運転終了後の車両の停止時にエンジンをストップさせると、メータ、オーディオ機器、ライト等の補機に対して、バッテリから電力が供給される。これによってバッテリは放電され、バッテリ残容量が少ないとバッテリが過放電になる可能性がある。バッテリは過放電されると劣化する。
この過放電によるバッテリの劣化を防止するために、車両の停止時における始動後の暖機運転中、及び暖機運転終了後の車両の停止時には、エンジンをアイドル回転数(アイドル時のエンジン回転数)で運転することが考えられる。
一般に、商品性向上等の観点から、車両におけるエンジンのアイドル回転数は、一定に制御されるが、暖機運転時におけるアイドル回転数は、暖機運転終了後におけるアイドル回転数よりも高回転数に設定される。
しかしながら、アイドル回転数を一定に制御した場合、モータ発電機のロータ軸がエンジンのクランク軸と同軸とされているハイブリッド車両においては、モータ発電機もエンジンと同一のアイドル回転数で回転することとなることから、発電量が一定になる。
この結果、バッテリの残容量が少ない場合、アイドル回転数での発電量より補機負荷が大きい場合には、バッテリの過放電が発生する可能性がある。また、アイドル回転数での発電量より補機負荷が小さい場合には、バッテリの過充電が発生する可能性がある。この場合、エンジンの次回の始動性が低下し、またバッテリが劣化する可能性がある。
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、車両の停止中のアイドル時(アイドル中)におけるバッテリの充放電電力量を小さくし、かつ充放電繰り返し回数を少なくすることを可能とするモータ補助型ハイブリッド車両におけるモータ発電機の制御装置を提供することを目的とする。
この発明に係るモータ発電機の制御装置は、バッテリから供給される電力によりエンジンによる駆動力を補助するモータ発電機を備えるモータ補助型ハイブリッド車両における前記モータ発電機の制御装置において、前記エンジンのアイドル中に前記モータ発電機の発電機としての動作を制御するアイドル中発電制御手段と、前記エンジンがアイドル中であるか否かを検出するアイドル検出手段と、前記バッテリの入出力電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記アイドル中発電制御手段は、前記アイドル検出手段によりアイドル中であることを検出したとき、前記電流検出手段により検出される前記バッテリの入出力電流がゼロ値となるように、前記モータ発電機の出力通電制御を行うことを特徴とする。
この発明によれば、アイドル中発電制御手段は、アイドル検出手段によりアイドル中であることを検出したとき、電流検出手段により検出されるバッテリの入出力電流がゼロ値となるように、モータ発電機の発電制御を行うようにしているので、車両の停止中のアイドル時(アイドル中)におけるバッテリの充放電電力量が可及的に小さくなり、かつ充放電繰り返し回数も少なくなる。結果、バッテリの劣化を防止できる。
この場合、前記アイドル中発電制御手段は、前記モータ発電機の出力通電制御を、進角・遅角制御により行うようにすることで、アイドル回転を一定に保持したまま発電機の効率制御を行うことができる。
具体的には、前記アイドル中発電制御手段は、前記バッテリに電流が流れ込んでいる場合には遅角通電制御を行い、前記バッテリから電流が流れ出ている場合には進角通電制御を行うようにすればよい。
このように制御を行うことにより、エンジン暖機運転中のアイドル回転数を略一定に保持することができる。結果、商品性を維持することができる。同様に、エンジン暖機運転終了中のアイドル回転数も略一定に保持することができ、商品性を維持することができる。
この発明によれば、車両の停止中のアイドル時(アイドル中)におけるバッテリの充放電電力量を小さくでき、かつ充放電繰り返し回数を少なくすることができる。結果として、バッテリの劣化を防止することができる。
また、アイドル回転数を一定に保持しながらモータ発電機の出力通電制御を行うことで、商品性を維持することができる。
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ発電機の制御装置としての通電制御ECU(電子制御ユニット)10が搭載されたモータ補助型ハイブリッド車両12の模式的な構成を示している。なお、図1では、4輪自動車に適用した例を示しているが、自動二輪車にも適用できる。
通電制御ECU10は、マイクロコンピュータを含み、このマイクロコンピュータは計算機であり、CPU(中央処理装置)、メモリであるROM(EEPROMも含む。)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、その他、A/D変換器、D/A変換器等の入出力装置、計時手段としてのタイマ等を有しており、CPUがROMに記録されているプログラムを読み出して実行することで、通電制御ECU10は各種機能実現部、この実施形態では、アイドル中発電制御手段、アイドル検出手段として機能する。
モータ補助型ハイブリッド車両12は、車体フレーム上に内燃機関であるエンジン(ディーゼルエンジンも含む)20が支持されている。エンジン20の回転は、エンジンECU16により制御される。この実施形態において、エンジンECU16は、アイドル時(アイドル中)において、通電制御ECU10で算出された設定アイドル回転数(仮アイドル回転数)NEiiの指令に応じてエンジン20の回転数を制御する。
このエンジン20に、モータ(電動機)及び発電機(発電機)として機能するモータ発電機22と、自動あるいは手動のトランスミッション24とがクランク軸30(出力軸)を介して一体的に連結されており、トランスミッション24の出力により駆動輪26が駆動される。
例えば、公称出力電圧値37[V]のリチウムイオン電池等のバッテリ28は、通常走行時に、モータ発電機22がモータとして機能するときにモータ発電機22にPDU32を介して電気を供給し、ブレーキング時等、発電機として機能するときにPDU32を介して電気が回生されバッテリ28が充電される。
この実施形態において、モータ発電機22は、モータとして機能するとき、三相永久磁石同期モータとして作動し、発電機として機能するとき、三相交流発電機として作動する。
図2の上部の一部側面断面図に示すように、三相永久磁石同期モータであるモータ発電機22は、ステータ72の円周方向に放射状に設けられた複数の突起にコイル74が巻かれ、ロータ76の円周方向に沿って磁極が相反するように複数の永久磁石78が固定された構造を有する。
モータ発電機22は、要求電力に基づき通電制御ECU10を通じて駆動信号Sdにより駆動されるPDU(電力駆動ユニット)32に接続されている。PDU32は、ハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子の組からなるU相、V相、W相の各相のスイッチング素子を、それぞれ、駆動信号Sdにより例えば電気角での180度UVW相通電制御又は120度UVW相通電制御を行って切り替えることで、バッテリ28からの直流を3相交流に変換してコイル74に電流を流しモータ発電機22をモータとして駆動する。その一方、モータ発電機22からの回生時には、図示しない磁極センサによりロータ76の回転位置を検出して通電制御ECU10に送ると、通電制御ECU10は、PDU32を構成する上記スイッチング素子を、駆動信号Sdにより、例えば、180度UVW通電制御を行って切り替えることで、コイル74に流れる電流をPDU32の入力側に回生して発電電流igとなるよう発電機として駆動する。
図2は、図示しないUVW各磁極センサの検知信号に基づいて誘起電圧1周期に対応するロータ76の60°(機械角)を電気角の360°とし、これを6つのステージ(#0〜#5)に分割している。したがって、1ステージは機械角の10°に相当する。
そして、通電制御ECU10による通電制御では、図2に波形として示すように、例えば、電気角で120°の通電を5°(機械角)進角で実行する例、電気角で180°の通電を10°(機械角)進角で実行する例を示している。同様に、遅角制御を行うことができる。モータ発電機22の出力通電制御は、通電制御ECU10によりPDU32を通電制御することで達成される。
PDU32を構成するスイッチング素子としては、公知の電力用MOSFETあるいは逆耐圧を有するIGBTを逆並列に接続した素子を使用することができる。
モータ発電機22を発電機として駆動するとき、ロータ76の回転数、換言すればエンジン回転数NEが一定の状態で進角制御を行うことで発電効率を高くでき、遅角制御を行うことで発電効率を低くできる(特許文献2参照)。なお、進角量と発電効率(発電電流Ig)の関係、及び遅角量と発電効率(発電電流Ig)の関係は、ロータ76の回転数(エンジン回転数NE)をパラメータとして、予め測定しROM中に、進角・遅角参照テーブル34として格納しておく。計算式でROMに格納しておいてもよい。
PDU32の入口側とバッテリ28とは配線36を通じて接続され、配線36中に電流センサ(電流検出手段)38が挿入されている。電流センサ38は、バッテリ28の入出力電流(単に、電流ともいう。)Ibinを検出し、通電制御ECU10に供給する。バッテリ28に電流が流れ込むとき(充電のとき)、電流Ibinの値は正とされ(Ibin>0)、バッテリ28から電流が流れ出すとき(放電のとき)、電流Ibinの値は負とされる(Ibin<0)。
配線36は分岐し、バッテリ28の電圧を12[V]に降圧して補機42及び通電制御ECU10に供給するDC/DCコンバータ40に接続される。補機42は、モータ補助型ハイブリッド車両12に備えられている、例えばメータ、オーディオ・ビジュアル機器、ライト等の電力消費機器を指している。
DC/DCコンバータ40は、出力電流(主に、補機電流であるので、以下補機電流という。)Iaの値を検出して通電制御ECU10に供給する。後述するように通電制御ECU10は、エンジン20のアイドル時において、PDU32から出力される発電電流Igの値が補機電流Iaの値に等しくなるようにPDU32の通電制御を行う。すなわち、アイドル時に、バッテリ28の入出力電流Ibinがゼロ値になるように通電制御を行う。
通電制御ECU10には、補機42からの各種補機オンオフ情報Sa、車速センサ44からの車速Sv、ブレーキセンサ46からのブレーキ情報(ブレーキペダル及びパーキングブレーキの作動情報)Sb、エンジン20の水温センサ48からの水温Tw、クランク軸(出力軸)30に取り付けられたクランク角センサ50からのエンジン回転数NEに対応するクランクパルスが供給される。なお、クランク角センサ50は、クランク軸30の1回転につき、例えば24個、つまりクランクアングルの15゜毎に1個、クランクパルス(エンジンパルス)を出力するので、通電制御ECU10は、1分間当たりのクランクパルス数を24で割ることによりエンジン回転数(アイドル時のエンジン回転数をアイドル回転数という。)NEを算出することができる。ここでは、理解の容易化のためにクランク角センサ50からエンジン回転数NEが通電制御ECU10に供給されるものとする。
以上のように構成されるモータ補助型ハイブリッド車両12の一般的な動作について説明すれば、例えば、発進加速時にはエンジン20を上回る力でモータ発電機22がエンジン20を補助する。また、低速クルーズ時にはエンジン20の気筒を全て停止しモータ発電機22だけで走行する。さらに、ゆっくりした加速時又は高速クルーズ時はエンジン20の燃費がよくなるためモータ発電機22を休止してエンジン20のみで走行し、さらに急加速時にはエンジン20とモータ発電機22の両方で走行する。また、減速時にはエンジン20を停止しモータ発電機22を発電機として動作させバッテリ28に対する充電(回生)を行うように制御される。
次に、この発明の要旨に係わる、アイドル中発電制御手段及びアイドル検出手段として機能する通電制御ECU10のエンジン20のアイドル中におけるモータ発電機22の出力通電制御動作について、図3のフローチャートを参照して説明する。
ステップS1において、通電制御ECU10は、車速センサ44からの車速Sv及びブレーキセンサ46からのブレーキ情報Sbに基づきエンジン20がアイドル中であるかどうかを判断し、車速Sv=0、パーキングブレーキ作動又はブレーキペダル作動によりエンジン20がアイドル中であると判断した場合には、ステップS2において、補機オンオフ情報Saから補機電流Iaを算出し、対応する要求発電電流量Iarを算出する(Ia=Iar)。
この場合、この実施形態では、上述したように、エンジン20がアイドル中には、要求発電電流量Iarに応じてエンジン20が回転され同時にモータ発電機22が回転され、PDU32を通じて回収される発電電流Igの値が補機電流Iaの値と等しくなるように制御される。結果、バッテリ28に対する入出力電流Ibinの値がゼロ値となるように制御され(Ibin=0)、アイドル時におけるバッテリ28の充放電作用を可及的に抑制し、最適な場合、充放電電力をゼロ(0[kW])としてバッテリ28の劣化を防止する。
この出力通電制御を行うために、ステップS2において、水温センサ48からの水温Twを参照して暖機運転中か暖機終了後かを判断して設定アイドル回転数NEiiを算出し、エンジンECU16に供給する。
これにより、設定アイドル回転数NEiiによりエンジンECU16を通じてエンジン20が回転される。
次に、ステップS3、S4において、バッテリ28の入出力電流Ibinがゼロ値となっているかどうかを確認し、ステップS3において、入出力電流IbinがIbin>0(正)となっていた場合には、バッテリ28に電流が流れ込んでいるので、ステップS5でエンジン回転数NEを変化させることなく、駆動信号SdによりPDU32を通じてモータ発電機22に対して所定量の遅角制御を行い発電電流Igを小さくし(発電量を減少し)、ステップS6においてバッテリ28の入出力電流Ibinがゼロ値となるまでステップS5、S6を繰り返す。
また、ステップS3において、入出力電流IbinがIbin>0となっていなかった場合には、さらに、ステップS4において、入出力電流IbinがIbin<0(負)となっているかどうかを確認し、入出力電流IbinがIbin<0となっていた場合にはバッテリ28から電流が流れ出しているので、ステップS7でエンジン回転数NEを変化させることなく駆動信号SdによりPDU32を通じてモータ発電機22の所定量の進角制御を行い発電電流Igを大きくし(発電量を増加し)、ステップS8においてバッテリ28の入出力電流Ibinがゼロ値となるまでステップS7、S8を繰り返す。
ステップS3〜S8の制御中には、アイドル回転数NEが変化しないので、ドライバ等の乗員に違和感を与えることがなく商品性を高くできる。
以上説明したように、上述した実施形態によれば、アイドル中発電制御手段として機能する通電制御ECU10は、車速Sv及びブレーキ情報Sbによりモータ補助型ハイブリッド車両12がアイドル中であることを検出したとき、電流センサ38により検出されるバッテリ28の入出力電流Ibinがゼロ値となるように、PDU32によりモータ発電機22(PDU32)の出力通電制御を行うようにしている。このため、車両停止中のアイドル時(アイドル中)におけるバッテリ28の充放電電力量が可及的に小さくなり、かつ充放電繰り返し回数も少なくなる。結果、バッテリ28の劣化を防止することができる。
また、アイドル中におけるモータ発電機22の出力通電制御では、遅角制御(発電量減少)又は進角制御(発電量増加)によりモータ発電機22の発電効率を制御しているのでアイドル回転数NEを一定に保持することができ商品性を低下させることがない。
実際上、ステップS2において、水温センサ48からの水温Twを参照して暖機運転中か暖機運転終了後(エンジン20をかけたときに暖機運転が終了しているとみなされる場合も含む)かを判断して設定アイドル回転数NEiiを算出する際、暖機運転中に設定される設定アイドル回転数NEii(暖機運転設定アイドル回転数NEiihとする。)は、暖機運転を短時間に終了させるために、暖機運転終了後に設定されるアイドル回転数NEii(通常設定アイドル回転数又は暖機運転終了後設定アイドル回転数NEiilとする。)より高い回転数に設定される(NEiih>NEiil)。
このように設定する場合におけるステップS2の詳細な処理を図4のフローチャートに示す。
上述したように、ステップS2aにおいて、水温センサ48からの水温Twを参照して暖機運転中か暖機終了後かを判断する。なお、暖機運転中か暖機運転終了後かの判断は、水温Twに限らず、エンジンオイルの油温により判断することもできる。
ステップS2aにおいて暖機運転中であると判断した場合には、ステップS2bにおいて、設定アイドル回転数NEiiを上記の暖機運転設定アイドル回転数NEiihに設定する。
次いで、ステップS2cの判断において、通電制御ECU10は、エンジン20の実際の回転数であるエンジン回転数(実エンジン回転数)NEを検出し、このエンジン回転数NEが暖機運転上限アイドル回転数NEiih+ΔEより大きくなっていた場合には、ステップS2dにおいて所定量遅角制御を行い、ステップS2cの判断において、暖機運転下限アイドル回転数NEiih−ΔEより小さくなっていた場合にはステップS2eにおいて所定量進角制御を行い、ステップS2cの判断において、それらの間の値である場合(NEiih+ΔE>E>NEiih−ΔE)には通常制御(進角・遅角ゼロ値)に設定する。
一方、ステップS2aにおいて暖機運転終了後であると判断した場合には、ステップS2fにおいて、設定アイドル回転数NEiiを上記の通常設定アイドル回転数NEiilに設定する。
次いで、ステップS2gにおいて、通電制御ECU10は、エンジン20の実際の回転数であるエンジン回転数NEを検出し、このエンジン回転数NEが通常運転上限アイドル回転数NEiil+ΔEより大きい場合にはステップS2hにおいて所定量遅角制御を行い、通常運転下限アイドル回転数NEiil−ΔEより小さい場合にはステップS2iにおいて所定量進角制御を行い、それらの間の値(NEiil+ΔE>E>NEiil−ΔE)である場合には通常制御(進角・遅角ゼロ値)に設定する。
実際上、暖機運転下限アイドル回転数NEiih−ΔE≫通常上限アイドル回転数NEiil+ΔEの関係になっている。
このように、アイドル中発電制御手段としての通電制御ECU10は、モータ発電機22の出力通電制御(発電制御)を、モータ発電機22の進角・遅角通電制御により行う際に、実アイドル回転数NEが設定アイドル回転数より高い場合には遅角制御を行い、実アイドル回転数NEが設定アイドル回転数より低い場合には進角制御を行うようにしている。
このような制御を行うことにより、エンジン暖機運転中又はエンジン暖機運転終了後のアイドル回転数を略一定に保持しながらバッテリ28の入出力電流(充放電電流)Ibinをゼロ値とすることができ、結果、バッテリ28の劣化が防止されるとともに商品性も維持される。
この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
この発明の一実施形態に係るモータ発電機の制御装置が搭載されたモータ補助型ハイブリット車両の模式的な構成を示す説明図である。 モータ発電機の進角・遅角通電制御の説明図である。 図1例の動作説明に供されるフローチャートである。 図3のフローチャート中、要求アイドル回転数の設定処理の詳細なフローチャートである。
符号の説明
10…通電制御ECU(モータ発電機の制御装置)
12…モータ補助型ハイブリッド車両 16…エンジンECU
20…エンジン 22…モータ発電機
24…トランスミッション 28…バッテリ
30…クランク軸 32…PDU
42…補機 72…ステータ
74…コイル 78…永久磁石

Claims (3)

  1. バッテリから供給される電力によりエンジンによる駆動力を補助するモータ発電機を備えるモータ補助型ハイブリッド車両における前記モータ発電機の制御装置において、
    前記エンジンのアイドル中に前記モータ発電機の発電機としての動作を制御するアイドル中発電制御手段と、
    前記エンジンがアイドル中であるか否かを検出するアイドル検出手段と、
    前記バッテリの入出力電流を検出する電流検出手段と、を備え、
    前記アイドル中発電制御手段は、
    前記アイドル検出手段によりアイドル中であることを検出したとき、前記電流検出手段により検出される前記バッテリの入出力電流がゼロ値となるように、前記モータ発電機の出力通電制御を行う
    ことを特徴とするモータ発電機の制御装置。
  2. 請求項1記載のモータ発電機の制御装置において、
    前記アイドル中発電制御手段は、
    前記モータ発電機の出力通電制御を、進角・遅角制御により行う
    ことを特徴とするモータ発電機の制御装置。
  3. 請求項2記載のモータ発電機の制御装置において、
    前記アイドル中発電制御手段は、
    前記バッテリに電流が流れ込んでいる場合には遅角通電制御を行い、前記バッテリから電流が流れ出ている場合には進角通電制御を行う
    ことを特徴とするモータ発電機の制御装置。
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