JP2008302763A - Drive unit of hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置に関し、特に、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりモータジェネレータを駆動してエンジンの始動を行うことが可能なハイブリッド車両の駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device for a hybrid vehicle, and more particularly to a drive device for a hybrid vehicle that can start an engine by driving a motor generator by supplying electric power from a power storage device to the motor generator.
従来の駆動装置として、直流電圧を出力する蓄電装置と、蓄電装置からの直流電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して出力するインバータと、インバータからの交流電力を利用して回転駆動するモータジェネレータと、を備えるものが提案されている(例えば下記特許文献1,2)。この駆動装置では、エンジンとモータジェネレータとの間で動力伝達を行うことができるように構成することで、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりモータジェネレータを駆動してエンジンの始動を行うことができる。 As a conventional drive device, a power storage device that outputs a DC voltage, a boost converter that boosts and outputs a DC voltage from the power storage device, an inverter that converts the DC voltage from the boost converter into an alternating current, and an inverter Have been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2 below). In this drive device, power transmission can be performed between the engine and the motor generator, so that the motor generator can be driven by power supply from the power storage device to the motor generator to start the engine. it can.
上記の駆動装置において、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりエンジンの始動を行う場合は、蓄電装置の放電電力がモータジェネレータの動力に変換されてエンジンに伝達されるまでに、昇圧コンバータ、インバータ、及びモータジェネレータで損失が生じる。そのため、エンジンに伝達される動力は、これらの損失分、蓄電装置の放電電力より小さくなる。さらに、極低温下の環境では、蓄電装置の出力(放電可能な電力)が低下するため、エンジンに伝達される動力も低下する。その結果、エンジンの始動性が低下する。エンジン始動可能な電力を確保するために蓄電装置の容量を増大させると、蓄電装置の重量増、搭載性悪化、及びコスト高を招くことになる。 In the above drive device, when the engine is started by supplying power from the power storage device to the motor generator, the boost converter, inverter, and so on until the discharge power of the power storage device is converted into the power of the motor generator and transmitted to the engine And loss in the motor generator. Therefore, the power transmitted to the engine is smaller than the discharge power of the power storage device by these losses. Furthermore, in an environment at an extremely low temperature, the output (electric power that can be discharged) of the power storage device is reduced, so that the power transmitted to the engine is also reduced. As a result, engine startability is reduced. If the capacity of the power storage device is increased in order to secure electric power that can start the engine, an increase in weight of the power storage device, deterioration in mountability, and cost increase are caused.
本発明は、蓄電装置の容量を増大させることなくエンジン始動可能な電力を安定して確保することができるハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a drive device for a hybrid vehicle that can stably secure electric power capable of starting an engine without increasing the capacity of a power storage device.
本発明に係るハイブリッド車両の駆動装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。 The drive device for a hybrid vehicle according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.
本発明に係るハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンと、直流電圧を出力する蓄電装置と、蓄電装置からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧コンバータと、前記スイッチング素子へのスイッチング制御信号のデューティ比を制御することで、昇圧コンバータの昇圧比を制御する昇圧コンバータ制御手段と、昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して出力するインバータと、インバータからの交流電力を利用してエンジンを始動可能なモータジェネレータと、を備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、蓄電装置の温度を検出する温度検出手段を備え、昇圧コンバータ制御手段は、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くすることを要旨とする。 A drive device for a hybrid vehicle according to the present invention includes an engine, a power storage device that outputs a DC voltage, a boost converter that boosts and outputs a DC voltage from the power storage device by a switching operation of the switching device, and a power supply to the switching device. Utilizes boost converter control means that controls the boost ratio of the boost converter by controlling the duty ratio of the switching control signal, an inverter that converts the DC voltage from the boost converter into an alternating current, and AC power from the inverter And a motor generator capable of starting the engine, comprising: a temperature detection means for detecting the temperature of the power storage device; and the boost converter control means when the engine is started by the motor generator. The temperature detected by the temperature detecting means is lower than the predetermined value. Time, and summarized in that the temperature is lower the switching frequency of the switching element than when it is the predetermined value or more.
本発明の一態様では、昇圧コンバータ制御手段は、デューティ比指令と基準キャリアとの比較結果に基づいて前記スイッチング制御信号を生成し、さらに、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が前記所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも基準キャリアの周波数を低くすることが好適である。 In one aspect of the present invention, the boost converter control means generates the switching control signal based on a comparison result between the duty ratio command and the reference carrier, and further, when the engine is started by the motor generator, the temperature detection means When the detected temperature is lower than the predetermined value, it is preferable to lower the frequency of the reference carrier than when the temperature is equal to or higher than the predetermined value.
本発明の一態様では、温度検出手段は、蓄電装置の温度に代えて、外気温度またはエンジン冷却液温度を検出することが好適である。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the temperature detection unit detects an outside air temperature or an engine coolant temperature instead of the temperature of the power storage device.
本発明によれば、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりエンジンの始動を行う場合に、蓄電装置の容量を増大させることなくエンジン始動可能な電力を安定して確保することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when starting an engine by the electric power supply from an electrical storage apparatus to a motor generator, the electric power which can start an engine can be ensured stably, without increasing the capacity | capacitance of an electrical storage apparatus.
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の概略構成を示す図である。動力を発生可能なエンジン(内燃機関)50の出力軸は、動力分配機構52に連結されている。動力分配機構52は、エンジン50の出力軸の他に、減速機14の入力軸及び発電可能なモータジェネレータ(第1のモータジェネレータ)54の回転子とも連結されている。ここでの動力分配機構52は、例えばリングギアとキャリアとサンギアとを有する遊星歯車機構により構成することができる。減速機14の出力軸は駆動輪19と連結されている。動力分配機構52は、エンジン50からの動力を駆動輪19及びモータジェネレータ54に分配する。動力分配機構52から駆動輪19に分配された動力は、車両の駆動に用いられる。一方、動力分配機構52からモータジェネレータ54に分配された動力は、モータジェネレータ54による発電電力に変換される。モータジェネレータ54による発電電力については、動力を発生可能なモータジェネレータ(第2のモータジェネレータ)10へインバータ12を介して供給可能である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a drive device for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention. An output shaft of an engine (internal combustion engine) 50 capable of generating power is connected to a
電気エネルギーを蓄える蓄電装置として設けられた二次電池16は、直流電圧を出力する。ここでの二次電池16は、例えばリチウムイオン電池等により構成することができ、二次電池16の温度τbを検出する温度センサ17が付設されている。昇圧コンバータ18は、二次電池16からの直流電圧を昇圧してインバータ12へ出力する。インバータ12は、スイッチング素子を含み、昇圧コンバータ18からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換してモータジェネレータ10,54へ出力する。モータジェネレータ10は、インバータ12から巻線に供給された交流電力を回転子の動力に変換する。モータジェネレータ10の回転子は減速機14の入力軸に連結されており、モータジェネレータ10の動力は、減速機14で減速されてから駆動輪19に伝達され、車両の駆動に用いられる。さらに、モータジェネレータ10の回生運転により、駆動輪19(車両)の動力をモータジェネレータ10の発電電力に変換し、インバータ12及び昇圧コンバータ18を介して二次電池16に回収することもできる。
The
また、モータジェネレータ54は、インバータ12から巻線に供給された交流電力を回転子の動力に変換することで、回転子の動力(インバータ12からの交流電力)を利用してエンジン50の始動を行うことが可能である。モータジェネレータ54によるエンジン50の始動の際には、モータジェネレータ54からのトルクを受けるために、モータジェネレータ10にもトルクを発生させる。さらに、モータジェネレータ54の発電運転により、モータジェネレータ54の発電電力をインバータ12及び昇圧コンバータ18を介して二次電池16に回収することもできる。
In addition, the
昇圧コンバータ18の構成例を図2に示す。図2に示すように、昇圧コンバータ18は、インバータ12の正側ラインと負側ラインに対してソース側とシンク側となるように直列接続された2個のトランジスタ(スイッチング素子)T1,T2と、このトランジスタT1,T2に各々逆並列接続された2個のダイオードD1,D2と、一端が二次電池16の一端に接続されるとともに他端がトランジスタT1,T2の接続点に接続されたリアクトルLとを備える。トランジスタT1はリアクトルLの他端と出力端との間に配置されており、トランジスタT2はリアクトルLの他端と二次電池16の他端との間に配置されている。この昇圧コンバータ18では、トランジスタT2をオンすると、二次電池16とリアクトルLとトランジスタT2とを結ぶ短絡回路が形成され二次電池16から流れる直流電流に応じてリアクトルLにエネルギが蓄積される。この状態でトランジスタT2をオンからオフすると、リアクトルLに蓄積されたエネルギは、ダイオードD1を介してコンデンサ26に蓄えられる。この際、コンデンサ26の直流電圧(昇圧コンバータ18の出力電圧)については、二次電池16の直流電圧(昇圧コンバータ18の入力電圧)よりも高くすることができる。このように、昇圧コンバータ18は、トランジスタT1,T2をオンオフ駆動するスイッチング動作により、二次電池16からの直流電圧を昇圧してインバータ12へ出力することができる。
A configuration example of the
電子制御ユニット42は、インバータ12のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、モータジェネレータ10,54の駆動制御を行う。さらに、電子制御ユニット42は、昇圧コンバータ18のトランジスタT1,T2をオンオフ駆動するスイッチング制御信号のデューティ比Dを制御することで、昇圧コンバータ18の昇圧比を制御する。ここでは、例えば図3に示すように、デューティ比指令(目標デューティ比)D0と基準キャリア(三角波キャリア)Vcとの比較結果に基づいて、デューティ比D=目標デューティ比D0となるスイッチング制御信号を生成することができる。図2に示す昇圧コンバータ18の構成例では、上側のトランジスタT1の導通期間(T1on)と下側のトランジスタT2の導通期間(T2on)との割合であるデューティ比Dは、D=T1on/(T1on+T2on)により表され、このデューティ比D(=T1on/(T1on+T2on))の減少に対して昇圧コンバータ18の昇圧比が増大する。
The
二次電池16からモータジェネレータ54への電力供給によりエンジン50の始動を行う場合は、図4に示すように、二次電池16の放電電力がモータジェネレータ54の動力(機械的動力)に変換されてエンジン50に伝達されるまでに、昇圧コンバータ18、インバータ12、及びモータジェネレータ54で損失が生じる。さらに、モータジェネレータ54からのトルクを受けるためにモータジェネレータ10にもトルクを発生させるので、モータジェネレータ10でも損失が生じる。そのため、エンジンに伝達される動力は、これらの損失分、二次電池16の放電電力より小さくなる。そして、極低温下の環境では、二次電池16の出力(放電可能な電力)が低下することでエンジンに伝達される動力が低下するのに加えて、エンジン50のフリクションも増大するため、エンジン50の始動性が低下する。そこで、本実施形態では、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、極低温時には、昇圧コンバータ18のトランジスタT1,T2のスイッチング周波数を下げることで、昇圧コンバータ18のスイッチング動作時の電力損失を低減する。これによって、エンジン50の始動に必要な二次電池16の要求出力を低減し、エンジン50の始動性の低下を抑止する。
When the
図5は、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、電子制御ユニット42により実行される処理を説明するフローチャートである。まずステップS101において、温度センサ17で検出された二次電池16の温度τbが読み込まれる。次に、ステップS102において、二次電池16の温度τbが所定値τ0よりも低いか否かが判定される。ここでの所定値τ0は、二次電池16の温度τbが極低温であるか否かを判定するための閾値として設定される。二次電池16の温度τbが所定値τ0以上である場合(ステップS102の判定結果がNOの場合)は、ステップS103に進む。一方、二次電池16の温度τbが所定値τ0よりも低い場合(ステップS102の判定結果がYESの場合)は、ステップS104に進む。
FIG. 5 is a flowchart for explaining processing executed by the
ステップS103では、基準キャリアVcの周波数fcがf1に設定されることで、昇圧コンバータ18のトランジスタT1,T2のスイッチング周波数fcがf1に設定される。ここでのf1は、例えば10kHz程度の値である。そして、周波数fc=f1の基準キャリアVcとデューティ比指令D0との比較結果に基づいてトランジスタT1,T2へのスイッチング制御信号が生成され、このスイッチング制御信号により昇圧コンバータ18の昇圧比が制御される。
In step S103, the frequency fc of the reference carrier Vc is set to f1, so that the switching frequency fc of the transistors T1 and T2 of the
一方、ステップS104では、基準キャリアVcの周波数fcがf1よりも低いf2に設定されることで、昇圧コンバータ18のトランジスタT1,T2のスイッチング周波数fcがf2に設定される。ここでのf2は、例えば5kHz程度の値である。そして、周波数fc=f2の基準キャリアVcとデューティ比指令D0との比較結果に基づいてトランジスタT1,T2へのスイッチング制御信号が生成され、このスイッチング制御信号により昇圧コンバータ18の昇圧比が制御される。例えば図6の昇圧コンバータ18の損失特性に示すように、基準キャリアVcの周波数fcが10kHzで損失が0.2kWである場合は、基準キャリアVcの周波数fcを5kHzに下げることで損失を0.12kWに下げることができる。
On the other hand, in step S104, the frequency fc of the reference carrier Vc is set to f2 lower than f1, so that the switching frequency fc of the transistors T1 and T2 of the
このように、本実施形態では、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、二次電池16の温度τbが所定値τ0よりも低いときは、二次電池16の温度τbが所定値τ0以上であるときよりも基準キャリアVcの周波数(トランジスタT1,T2のスイッチング周波数)fcを低くする。これによって、極低温時には、昇圧コンバータ18のスイッチング動作時の電力損失を低減することで、二次電池16の出力低下により生じるエンジン50への伝達動力の低下分を補償することができるので、エンジン50の始動に必要な二次電池16の要求出力を低減することができる。その結果、二次電池16の容量を増大させることなくエンジン50を始動可能な電力を安定して確保することができ、エンジン50の始動性を向上させることができる。一方、極低温でないときには、基準キャリアVcの周波数(トランジスタT1,T2のスイッチング周波数)fcを高くすることで、昇圧コンバータ18のスイッチング動作時のノイズ、及びリアクトルLに流れる電流のリップルを低減することができ、制御性を向上させることができる。
Thus, in this embodiment, when the
さらに、本実施形態では、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、二次電池16の温度τbが所定値τ0よりも低いときは、二次電池16の温度τbが所定値τ0以上であるときよりもインバータ12のスイッチング素子のスイッチング周波数(基準キャリア周波数)を低くすることもできる。これによって、極低温時には、インバータ12のスイッチング動作時の電力損失を低減することで、エンジン50の始動に必要な二次電池16の要求出力をさらに低減することができる。その結果、エンジン50の始動性をさらに向上させることができる。
Furthermore, in this embodiment, when the
以上の実施形態の説明では、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、二次電池16の温度τbに基づいて基準キャリアVcの周波数(トランジスタT1,T2のスイッチング周波数)fcを設定するものとした。ただし、本実施形態では、二次電池16の温度τbを検出する温度センサ17の代わりに、外気温度τgを検出する温度センサを設けることもできる。この例では、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、外気温度τgが所定値τ0よりも低いときは、外気温度τgが所定値τ0以上であるときよりも基準キャリアVcの周波数(トランジスタT1,T2のスイッチング周波数)fcを低くする。これによっても、極低温時には、二次電池16の出力低下により生じるエンジン50への伝達動力の低下分を補償することができるので、エンジン50の始動に必要な二次電池16の要求出力を低減することができる。また、本実施形態では、二次電池16の温度τbを検出する温度センサ17の代わりに、エンジン50の冷却液温度τeを検出する温度センサを設けることもできる。この例では、モータジェネレータ54の動力を利用してエンジン50を始動する場合に、エンジン50の冷却液温度τeが所定値τ0よりも低いときは、エンジン50の冷却液温度τeが所定値τ0以上であるときよりも基準キャリアVcの周波数(トランジスタT1,T2のスイッチング周波数)fcを低くする。これによっても、極低温時には、二次電池16の出力低下により生じるエンジン50への伝達動力の低下分を補償することができる。
In the above description of the embodiment, when the
また、以上の実施形態では、図1に示す構成のハイブリッド車両に対して本発明を適用した場合について説明した。ただし、本発明の適用が可能なハイブリッド車両の構成は図1に示す構成に限られるものではなく、例えばシリーズ型ハイブリッド車両やパラレル型ハイブリッド車両に対しても本発明の適用が可能である。また、本発明の適用が可能な昇圧コンバータ18の構成についても図2に示す構成に限られるものではなく、図2以外の構成の昇圧コンバータに対しても本発明の適用が可能である。
Moreover, the above embodiment demonstrated the case where this invention was applied with respect to the hybrid vehicle of the structure shown in FIG. However, the configuration of the hybrid vehicle to which the present invention can be applied is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and the present invention can also be applied to, for example, a series hybrid vehicle and a parallel hybrid vehicle. Further, the configuration of the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
10,54 モータジェネレータ、12 インバータ、14 減速機、16 二次電池、17 温度センサ、18 昇圧コンバータ、19 駆動輪、42 電子制御ユニット、50 エンジン、52 動力分配機構、T1,T2 トランジスタ。 10, 54 Motor generator, 12 inverter, 14 reducer, 16 secondary battery, 17 temperature sensor, 18 boost converter, 19 drive wheel, 42 electronic control unit, 50 engine, 52 power distribution mechanism, T1, T2 transistor.
Claims (3)
直流電圧を出力する蓄電装置と、
蓄電装置からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧コンバータと、
前記スイッチング素子へのスイッチング制御信号のデューティ比を制御することで、昇圧コンバータの昇圧比を制御する昇圧コンバータ制御手段と、
昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して出力するインバータと、
インバータからの交流電力を利用してエンジンを始動可能なモータジェネレータと、
を備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、
蓄電装置の温度を検出する温度検出手段を備え、
昇圧コンバータ制御手段は、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くする、ハイブリッド車両の駆動装置。 Engine,
A power storage device that outputs a DC voltage;
A boost converter that boosts and outputs a DC voltage from the power storage device by a switching operation of the switching element;
A boost converter control means for controlling a boost ratio of the boost converter by controlling a duty ratio of a switching control signal to the switching element;
An inverter that converts the DC voltage from the boost converter to AC and outputs,
A motor generator capable of starting the engine using AC power from the inverter;
A drive device for a hybrid vehicle comprising:
Temperature detecting means for detecting the temperature of the power storage device,
When the engine is started by the motor generator, the boost converter control means switches the switching element when the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined value than when the temperature is equal to or higher than the predetermined value. A drive device for a hybrid vehicle that lowers the frequency.
昇圧コンバータ制御手段は、
デューティ比指令と基準キャリアとの比較結果に基づいて前記スイッチング制御信号を生成し、
さらに、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が前記所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも基準キャリアの周波数を低くする、ハイブリッド車両の駆動装置。 The hybrid vehicle drive device according to claim 1,
The boost converter control means
Based on the comparison result between the duty ratio command and the reference carrier, the switching control signal is generated,
Further, when the engine is started by the motor generator, when the temperature detected by the temperature detecting means is lower than the predetermined value, the frequency of the reference carrier is made lower than when the temperature is equal to or higher than the predetermined value. Drive device for hybrid vehicle.
温度検出手段は、蓄電装置の温度に代えて、外気温度またはエンジン冷却液温度を検出する、ハイブリッド車両の駆動装置。 A drive device for a hybrid vehicle according to claim 1 or 2,
The temperature detecting means is a hybrid vehicle drive device that detects an outside air temperature or an engine coolant temperature instead of the temperature of the power storage device.
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