JP2009248860A

JP2009248860A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2009248860A
Application number: JP2008101535A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Arakawa; 洋荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】全電動走行モードを備えるハイブリッド車両において、燃費をより向上させる。
【解決手段】制御部は、二次電池の残存容量を取得する残存容量取得手段と、残存容量取得手段によって取得した二次電池の残存容量が制御下限以上の場合には、エンジン温度にかかわらずエンジン始動を禁止し、全電動走行モードで走行するエンジン始動禁止手段と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両のエンジン制御に関する。

車両用ハイブリッドシステムは、エンジンとモータの２種類の動力源を組み合わせて走行するもので、エンジンで発電機を駆動し、発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッドシステムと、エンジンとモータが車輪を駆動する方式で、二つの駆動力を状況に応じて使うことができるパラレルハイブリッドシステムと、この双方の特徴を組み合わせたシリーズ・パラレルハイブリッドシステムがある。このような、ハイブリッド車両は、モータ又はモータジェネレータを駆動するために充電、放電の可能な二次電池を備えており、要求動力が小さいときや車速が低いときなどには、エンジンの運転を停止して二次電池の電力を用いてモータ又はモータジェネレータからの動力だけを駆動軸に出力する全電動走行モードにより走行を行うことができるものがある。

全電動走行モードによる走行中はエンジンを停止しているので、騒音は少ないものの、アクセルの踏みこみなどによって要求トルクが大きくなった際には、エンジンを始動してトルクを増加させることが必要となる場合がある。

しかし、エンジンは温度が低い場合には、良好な着火特性が得られなかったり、回転抵抗が大きく始動特性が良くなかったりすることから、エンジンを始動してもすぐに要求出力が得られないという問題があった。

このため、特許文献１に記載されているように、従来は、エンジンの暖機を優先して行い、エンジンが低温の場合には、車両の一旦停止時や低負荷走行の場合であっても、エンジン冷却水温が約６０℃以上となるまでエンジンを停止せずに作動させたままとしていた。しかし、この従来技術ではエンジンの暖機状態の維持のために燃料を消費してしまうので燃費が悪くなるという問題があった。

そこで、特許文献１では、エンジンが低温の場合には、モータの出力配分を大きくし、モータの発熱によってエンジン冷却水を加温してエンジンを暖機しておく方法が提案されている。

特開２００５−２９９４６９号公報

しかし、特許文献１に記載されたように、モータの熱によってエンジン冷却水を暖機しても、エンジンの暖機状態を維持するためにエネルギーを消費しているので、燃費が悪くなるという問題は解決されていない。

また、近年、より長い距離を全電動走行することができることが求められている。これに対応するために、車両に搭載したエンジンによる充電以外に、停車中に家庭用電源などの外部電源から二次電池を充電することが出来るようにしたり、搭載する二次電池の容量を大きくしたりすることが提案されている。このように長距離の全電動走行可能なハイブリッド車両では、エンジンは補助的な駆動源となるため、常に暖機状態を保持するためにエネルギーを消費することは単に損失を大きくし、燃費を低下させることになる場合がある。

本発明は、全電動走行モードを備えるハイブリッド車両の燃費をより向上させることを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジン及び車両駆動用モータと、車両駆動用モータに電力を供給する二次電池と、エンジンの起動停止を行う制御部と、を含み、エンジンを始動させずに車両駆動用モータにより走行する全電動走行モードを備えるハイブリッド車両であって、制御部は、二次電池の残存容量を取得する残存容量取得手段と、残存容量取得手段によって取得した二次電池の残存容量が所定の容量以上の場合には、エンジン温度にかかわらずエンジン始動を禁止し、全電動走行モードで走行するエンジン始動禁止手段と、を有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両において、所定の容量は、二次電池の制御下限値であること、としても好適である。

本発明は、全電動走行モードを備えるハイブリッド車両の燃費をより向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両１０は、エンジン１２と、第１モータジェネレータ１６と、第２モータジェネレータ２２と、動力分割機構２０および減速ギヤ２６，３０，３１を備えている。エンジン１２の出力は、動力分割機構２０により２分され、その出力の一方は第２モータジェネレータ２２と車輪に、他方は第１モータジェネレータ１６に伝達され、エンジン１２の動力は機械的なものと電気的なものとの２つの経路によって車輪３４に伝達される。

動力分割機構２０は、遊星歯車（プラネタリーギヤ）によって構成されており、各構成ギヤの比率でエンジン１２のトルクを動力出力軸１９と第１モータジェネレータ１６に分割している。歯車機構内部のキャリア２０ｃの回転軸は、回転変動を吸収するダンパ装置１４を介してエンジン１２と連結され、ピニオンギヤ２０ｐを通じて外周のリングギヤ２０ｒおよび内側のサンギヤ２０ｓに動力を伝達する。サンギヤ２０ｓの回転軸２４は第１モータジェネレータ１６に連結され、リングギヤ２０ｒは第２モータジェネレータ２２の回転子２２ｒに直結され、回転子２２ｒの回転軸１８は第２モータジェネレータ２２と動力出力軸１９に直結している。動力出力軸１９は減速ギヤ２６，３０，３１を介してディファレンシャル３３に駆動力を伝達するように構成され、ディファレンシャル３３は車両駆動軸であるドライブシャフト３２を介して車輪３４に接続されている。このように、第２モータジェネレータ２２の回転子２２ｒの回転が減速ギヤ２６，３０，３１を介しドライブシャフト３２と車輪３４を駆動している構成となっている。ハイブリッド車両１０の車室内には、ハイブリッド車両１０の起動スイッチであるイグニッションキー４７と、ハイブリッド車両１０の加速を調整するアクセル４６とが設けられている。

ハイブリッド車両１０は、充放電可能な二次電池４０の直流電力を各モータジェネレータ１６，２２駆動用の交流電力に変換すると共に、各モータジェネレータ１６，２２の交流の発電電力を二次電池４０に充電するために直流電力に変換する第１、第２インバータ３６，３７と、二次電池４０からの電圧を駆動用電圧に昇圧すると共に発電電圧を二次電池４０への充電電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３９と、電流を平滑化するコンデンサ３５，３８とが設けられている。各インバータ３６，３７は互いに２本の接続線で接続され、この２本の接続線の間にコンデンサ３５が設けられている。そして、これら２本の接続線にはＤＣ／ＤＣコンバータ３９が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３９にはコンデンサ３８と二次電池４０が並列に接続されている。

エンジン１２と第１モータジェネレータ１６、第２モータジェネレータ２２にはそれぞれの回転数を検出する回転数センサ４３，４４，４５が取付けられている。また、ハイブリッド車両１０には車速を検出する速度センサ４１が取り付けられている。速度センサ４１は車輪３４の回転数によって車速を検出するものであってもよいし、他の方法で車速を検出するものであっても良い。

ハイブリッド車両１０は、エンジン１２の出力と各モータジェネレータ１６，２２の回転数、トルクを設定する制御部９０を備えている。制御部９０は内部にＣＰＵとメモリ等の記憶装置とを備えるコンピュータである。そして、エンジン１２、回転数センサ４３，４４，４５、速度センサ４１、各インバータ３６，３７、二次電池４０、アクセル４６、イグニッションキー４７はそれぞれ制御部９０に接続され、二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）、各センサ４１〜４５の検出信号及びアクセル４６の踏み込み量の信号、イグニッションキー４７のポジション信号は制御部９０に入力され、エンジン１２及び第１、第２モータジェネレータ１６，２２は制御部９０の指令によって回転数、トルクの制御が行なわれるよう構成されている。なお、図１の一点鎖線は信号線を示している。

以上のように構成されたハイブリッド車両１０の動作について図２から図５を参照しながら説明する。

図２のステップＳ１０１に示すように、制御部９０はイグニッションキー４７のポジションを取得する。ハイブリッド車両１０が停止中は、イグニッションキー４７のポジションはオフの位置となっているが、運転者がキーを回転させるとハイブリッド車両１０の始動開始位置であるＲｅａｄｙＯＮのポジションとなる。図２のステップＳ１０２に示すように、イグニッションキー４７の位置がＲｅａｄｙＯＮの位置ではない場合には、制御部９０は図２のステップＳ１０１に戻ってイグニッションキー４７のポジションを取得し、イグニッションキー４７のポジションの監視を続ける。

図２のステップＳ１０３に示すように、イグニッションキー４７のポジションがＲｅａｄｙＯＮとなると、制御部９０は二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）を取得する。そして、図２のステップＳ１０４に示すように、制御部９０は図１に示す二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）が制御下限以上となっているかどうかを判断する。ここで、制御下限とは、二次電池４０の充電が必要となる残存容量（ＳＯＣ）であり、例えば、２０％、または３０％のように一定の数値としてもよいし、ハイブリッド車両１０の状態に応じて変化させる様にしても良い。例えば、二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）の低下が大きい低温状態の場合には制御下限を２０％から３０％に大きくしても良いし、二次電池４０をディープサイクルで使用する場合には、制御下限を２０％から１０％に小さくしてもよい。

図２のステップＳ１０５に示すように、制御部９０は取得した二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）が制御下限以上の場合には、二次電池４０に充電を行う必要がないと判断し、エンジン１２の始動禁止処理を行う。このエンジン始動禁止処理は、二次電池４０に残存容量（ＳＯＣ）が制御下限以上の場合には、エンジン１２の温度が低温状態であったり、エンジン冷却水の温度が低温であったりする場合でも、エンジン１２を始動しない処理である。この処理が実行されると、低温状態でハイブリッド車両１０が停止している場合にイグニッションキー４７がＲｅａｄｙＯＮの位置となってもエンジン１２は始動されない。また、ハイブリッド車両１０がエンジン１２を停止したまま走行している場合にエンジン１２の温度が低下した場合であっても二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）が制御下限以上の場合にはエンジン１２は始動されない。

図２のステップＳ１０６に示すように、イグニッションキー４７のポジションがＲｅａｄｙＯＮになった後、運転者がアクセル４６を踏み込んだ場合には、制御部９０は、取得したアクセル４６の踏み込み量から必要な駆動力を計算し、その駆動力に必要な電力を二次電池４０から第２インバータ３７に供給する指令を出力する。この指令によって二次電池４０から第２インバータ３７に電力が出力される。第２インバータ３７は、制御部９０の指令によって二次電池４０から供給された直流電力をハイブリッド車両１０の駆動に必要な周波数の三相交流電力に変換して第２モータジェネレータ２２に出力する。その電力によって第２モータジェネレータ２２の回転子２２ｒが回転し、動力出力軸１９から減速ギヤ２６，３０，３１を介して動力が車輪３４に出力され、ハイブリッド車両１０が走行を開始する。この走行においては、エンジン１２は停止したままである。

図３に示す時間ｔ_０においてハイブリッド車両１０が全電動走行を開始すると、二次電池４０は駆動用電力を出力するので残存容量（ＳＯＣ）は次第に低下していく。全電動走行を開始すると、制御部９０は、図２のステップＳ１０７に示すように、ハイブリッド車両１０が運転状態であるかどうかを判断する。この判断は、例えば、イグニッションキー４７のポジションを取得してそのポジションがオフの位置にあるかどうかで判断してもよい。この場合、イグニッションキー４７の位置がオフとなった際に運転が終了したものと判断し、ＲｅａｄｙＯＮの状態の場合には運転状態であると判断する。制御部９０はハイブリッド車両１０が運転状態にあると判断した際には、図２のステップＳ１０３に戻って二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）を取得し、図２のステップＳ１０４に示すように、取得した残存容量（ＳＯＣ）が制御下限以上かどうかを判断する。

そして、図２のステップＳ１０８に示すように、制御部９０は、二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）が制御下限以下となったと判断した場合には、エンジン１２を始動する指令を出力する。この指令によって、エンジン１２の始動に必要な電力が二次電池４０から第１インバータ３６に出力される。制御部９０の指令によって、第１インバータ３６は二次電池４０から出力された直流電力を第１モータジェネレータ１６でエンジン１２を始動するのに必要な回転数に対応する周波数の三相交流電力に変換して第１モータジェネレータ１６に供給する。

図４の実線ａに示すように、全電動走行状態では、第２モータジェネレータ２２は車輪３４を駆動してハイブリッド車両１０を走行させる力行状態であり、エンジン１２は停止状態にあり、第１モータジェネレータ１６は動力分割機構２０を構成するプラネタリーギヤのギヤ比によって決まる回転数で逆回転している。制御部９０の指令によって第１モータジェネレータ１６に電力が供給されると、第１モータジェネレータ１６は逆回転から正回転の方向に向かって回転を開始する。そして、図４の点線ｂに示すように第１モータジェネレータ１６の回転によってエンジン１２が回転を開始し、制御部９０は、エンジン１２が所定の回転数になったら、エンジン１２に燃料を供給すると共にエンジン１２の燃料に点火してエンジン１２の始動を行う。

エンジン１２が始動されると、図２のステップＳ１０９に示すように、制御部９０はエンジン１２の出力を動力出力軸１９と第１モータジェネレータ１６に分割して、第２モータジェネレータ２２とエンジン１２との出力でハイブリッド車両１０を駆動するハイブリッド走行を行う。ハイブリッド走行において、制御部９０は、エンジン１２の出力の一部によって第１モータジェネレータ１６を発電機として回転させ、発生した三相交流電力を第１インバータ３６で直流に変換して二次電池４０の充電を行う。図３に示す時間ｔ_１において、エンジン１２が始動され、二次電池４０の充電が開始されると、二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）は、次第に上昇していく。

上記の説明では、ハイブリッド車両１０が全電動走行中にエンジン１２を始動してハイブリッド走行を開始する場合について説明したが、ハイブリッド車両１０の始動の場合、イグニッションキー４７のポジションがＲｅａｄｙＯＮのポジションになった際に、二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）が制御下限よりも小さい場合には、図２のステップＳ１０８に示すように、制御部９０は、エンジン１２の始動を行う。この場合、図５の実線ｃに示すように、ハイブリッド車両１０は停止し、車輪３４は回転が停止しているので、第２モータジェネレータ２２の回転数はゼロに保たれている。そして、図５の点線ｄに示すように、第１モータジェネレータ１６の回転数を正回転させることによってエンジン１２を回転させ、エンジン１２を始動する。

以上説明した本実施形態のハイブリッド車両１０は、エンジン１２の温度にかかわらず、二次電池４０の残存容量（ＳＯＣ）が制限下限以上の場合にはエンジン１２を始動しないで全電動走行を行うので、低温環境においてもエンジン１２の暖機に使用するエネルギーを低減できる。このため、ハイブリッド車両１０の燃費を向上させることができるという効果を奏する。また、外部電源からハイブリッド車両１０の二次電池４０に充電することができる場合、エンジン１２の始動回数を低減することができ、エンジン１２の始動損失を低減し、燃費を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す系統図である。本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の走行状態と二次電池の残存容量の変化を示すグラフである。本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の走行中のエンジンの始動を示す共線図である。本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の停止からのエンジンの始動を示す共線図である。

符号の説明

１０ハイブリッド車両、１２エンジン、１４ダンパ装置、１６第１モータジェネレータ、１８回転軸、１９動力出力軸、２０ｃキャリア、２０ｓサンギヤ、２０ｐピニオンギヤ、２０ｒリングギヤ、２０動力分割機構、２２第２モータジェネレータ、２２ｒ回転子、２４回転軸、２６，３０，３１減速ギヤ、３２ドライブシャフト、３３ディファレンシャル、３４車輪、３５，３８コンデンサ、３６第１インバータ、３７第２インバータ、３９ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０二次電池、４１速度センサ、４３，４４，４５回転数センサ、４６アクセル、４７イグニッションキー、９０制御部。

Claims

エンジン及び車両駆動用モータと、
車両駆動用モータに電力を供給する二次電池と、
エンジンの起動停止を行う制御部と、
を含み、エンジンを始動させずに車両駆動用モータにより走行する全電動走行モードを備えるハイブリッド車両であって、
制御部は、
二次電池の残存容量を取得する残存容量取得手段と、
残存容量取得手段によって取得した二次電池の残存容量が所定の容量以上の場合には、エンジン温度にかかわらずエンジン始動を禁止し、全電動走行モードで走行するエンジン始動禁止手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
所定の容量は、二次電池の制御下限値であること、
を特徴とするハイブリッド車両。