JP2009286337A

JP2009286337A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2009286337A
Application number: JP2008142991A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ichikawa; 真士市川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP5098819B2

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路にＥＨＣが設けられたハイブリッド車両において、ＥＨＣへ大電力を供給することによりＥＨＣの昇温速度を高める。
【解決手段】エンジン１０の排気通路に設けられるＥＨＣ１００は、第１ＭＧ２０の中性点Ｎ１と第２ＭＧ３０の中性点Ｎ２との間に電気的に接続される。ＥＨＣ１００への給電は、中性点Ｎ１，Ｎ２の電位を調整することによって行なわれる。このハイブリッド車両１は、蓄電装置７０の電圧を昇圧して各インバータへ出力する昇圧コンバータ６２を備える。そして、ＥＣＵ１１０は、ＥＨＣ１００への給電を加味して電圧ＶＨの目標値を設定し、電圧ＶＨが目標値に一致するように昇圧コンバータ６２を制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関および車両走行用の電動機の少なくとも一方から出力される動力によって走行するハイブリッド車両に関し、特に、内燃機関の排気通路に電気加熱式触媒装置（以下「ＥＨＣ（Electrical Heating Catalyzer）」とも称する。）が設けられたハイブリッド車両に関する。

特開２００４−２４５１３５号公報（特許文献１）は、内燃機関の排気ガス浄化装置を備えたハイブリッド車両の電力制御装置を開示する。この電力制御装置においては、バッテリの充電可能電力が検出され、車両の減速時にモータジェネレータにより発電された電力のうち、上記充電可能電力分がバッテリに供給され、余剰分がＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）のヒータへ供給される。

この電力制御装置によれば、車両の減速時に回生されるエネルギーのうちバッテリに受入れられない分をＤＰＦの再生または活性エネルギーとして効果的に使用することができる（特許文献１参照）。
特開２００４−２４５１３５号公報特開２００７−８９２８９号公報特開２００６−１３２３９４号公報

内燃機関の始動直後からＥＨＣが十分に機能するためには、ＥＨＣへ大電力を供給可能な電気システムを構成して昇温速度を高める必要がある。上記の特開２００４−２４５１３５号公報に開示される電力制御装置は、回生エネルギーをＥＨＣの動作電力として有効利用できる点で有用であるが、ＥＨＣへの電力供給は車両の減速時に限定され、また、その供給電力量は回生エネルギー量に制限されるので、十分な昇温速度を得られない可能性がある。

それゆえに、この発明の目的は、内燃機関の排気通路にＥＨＣが設けられたハイブリッド車両において、ＥＨＣへ大電力を供給することによりＥＨＣの昇温速度を高めることである。

この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関および車両走行用の交流電動機の少なくとも一方から出力される動力によって走行するハイブリッド車両であって、蓄電装置と、昇圧コンバータと、インバータと、コンバータ制御部と、インバータ制御部と、ＥＨＣとを備える。蓄電装置は、交流電動機へ供給される電力を蓄える。昇圧コンバータは、蓄電装置の電圧を昇圧する。インバータは、昇圧コンバータによって昇圧された電圧を受けて交流電動機を駆動する。コンバータ制御部は昇圧コンバータを制御し、インバータ制御部はインバータを制御する。ＥＨＣは、内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒または触媒に導入される排気ガスを電気加熱可能に構成される。ＥＨＣは、交流電動機の中性点に電気的に接続される。ＥＨＣへの給電時、インバータ制御部は、ＥＨＣへ給電されるように、インバータを制御することによって中性点の電位を調整する。コンバータ制御部は、ＥＨＣへの給電を加味して昇圧コンバータの出力電圧目標値を設定し、昇圧コンバータの出力電圧がその目標値に一致するように昇圧コンバータを制御する。

好ましくは、ハイブリッド車両は、受電部と、充電装置とをさらに備える。受電部は、車両外部の電源から供給される電力を受ける。充電装置は、受電部から入力される電力を電圧変換して蓄電装置を充電する。コンバータ制御部は、電源から蓄電装置の充電時、ＥＨＣへの給電を加味して昇圧コンバータの出力電圧目標値を設定し、出力電圧がその目標値に一致するように昇圧コンバータを制御する。

さらに好ましくは、充電装置は、蓄電装置と昇圧コンバータとの間に接続される。
好ましくは、ハイブリッド車両は、制御モード設定部をさらに備える。制御モード設定部は、インバータの電圧変調率に基づいて交流電動機の制御モードを設定する。インバータ制御部は、制御モード設定部により設定された制御モードで交流電動機を駆動するようにインバータを制御する。そして、制御モード設定部は、ＥＨＣへの給電を加味せずに算出される電圧変調率に基づいて、制御モードを設定する。

好ましくは、ハイブリッド車両は、温度センサをさらに備える。温度センサは、ＥＨＣの温度を検出する。コンバータ制御部は、ＥＨＣに印加する電圧値を所定の設定値に加えることによって昇圧コンバータの出力電圧目標値を設定する。ＥＨＣに印加する電圧値は、温度センサの検出値に基づいて設定される。

この発明においては、ＥＨＣは、交流電動機の中性点に電気的に接続される。ＥＨＣへの給電は、インバータ制御部により中性点の電位を調整することによって行なわれる。そして、蓄電装置の電圧を昇圧してインバータへ出力する昇圧コンバータが備えられ、ＥＨＣへの給電時、ＥＨＣへの給電を加味して昇圧コンバータが制御されるので、昇圧コンバータを用いてＥＨＣへ大電力を供給することが可能である。したがって、この発明によれば、ＥＨＣの昇温速度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるハイブリッド車両の全体ブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１０と、第１ＭＧ（Motor Generator）２０と、第２ＭＧ３０と、動力分割装置４０と、減速機５０と、モータ駆動装置６０と、蓄電装置７０と、駆動輪８０とを備える。また、ハイブリッド車両１は、排気通路９０と、ＥＨＣ１００と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０と、温度センサ１１８とをさらに備える。

エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、動力分割装置４０に連結される。そして、このハイブリッド車両１は、エンジン１０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン１０が発生する動力は、動力分割装置４０によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機５０を介して駆動輪８０へ伝達される経路であり、もう一方は第１ＭＧ２０へ伝達される経路である。

第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、交流電動機であり、たとえば、三相交流同期電動機である。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、モータ駆動装置６０によって駆動される。第１ＭＧ２０は、動力分割装置４０によって分割されたエンジン１０の動力を用いて発電する。第１ＭＧ２０によって発電された電力は、モータ駆動装置６０により交流から直流に変換され、蓄電装置７０に蓄えられる。

第２ＭＧ３０は、蓄電装置７０に蓄えられた電力および第１ＭＧ２０により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第２ＭＧ３０の駆動力は、減速機５０を介して駆動輪８０に伝達される。なお、図１では、駆動輪８０は前輪として示されているが、前輪に代えて、または前輪とともに、第２ＭＧ３０によって後輪を駆動してもよい。

なお、車両の制動時等には、駆動輪８０により減速機５０を介して第２ＭＧ３０が駆動され、第２ＭＧ３０が発電機として動作する。これにより、第２ＭＧ３０は、車両の運動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとしても機能する。そして、第２ＭＧ３０により発電された電力は、蓄電装置７０に蓄えられる。

また、第１ＭＧ２０の中性点と第２ＭＧ３０の中性点との間には、ＥＨＣ１００が電気的に接続される。そして、後述のように、ＥＨＣ１００への給電が要求されると、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０からＥＨＣ１００へ動作電力が供給される。

動力分割装置４０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第１ＭＧ２０の回転軸に連結される。リングギヤは第２ＭＧ３０の回転軸および減速機５０に連結される。

そして、エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０が、遊星歯車から成る動力分割装置４０を介して連結されることによって、図２に示すように、エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

再び図１を参照して、モータ駆動装置６０は、蓄電装置７０から電力を受け、ＥＣＵ１１０からの制御信号に基づいて第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動する。また、モータ駆動装置６０は、ＥＣＵ１１０からの制御信号に基づいて、第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０によって発電される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置７０へ出力する。

蓄電装置７０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置７０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置７０には、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０によって発電された電力が蓄えられる。なお、蓄電装置７０として大容量のキャパシタも採用可能である。

ＥＨＣ１００は、エンジン１０の排気通路９０に設けられ、エンジン１０から排出される排気ガスを浄化する触媒またはその触媒に導入される排気ガスを電気加熱可能に構成される。ＥＨＣ１００は、第１ＭＧ２０の中性点と第２ＭＧ３０の中性点との間に電気的に接続され、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０から動作電力を受ける。なお、ＥＨＣ１００には、種々の公知のＥＨＣを適用することができる。

温度センサ１１８は、ＥＨＣ１００の温度を検出し、その検出値をＥＣＵ１１０へ出力する。ＥＣＵ１１０は、モータ駆動装置６０を制御するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をモータ駆動装置６０へ出力する。また、ＥＣＵ１１０は、温度センサ１１８からの温度検出値に基づいて、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０からＥＨＣ１００への給電を制御する。

図３は、図１に示したハイブリッド車両１の電気システムの構成図である。図３を参照して、ハイブリッド車両１の電気システムは、蓄電装置７０と、昇圧コンバータ６２と、第１インバータ６４と、第２インバータ６６と、第１ＭＧ２０と、第２ＭＧ３０と、ＥＣＵ１１０と、電圧センサ１２０，１２２とを含む。また、この電気システムは、電力線ＰＳＬ１，ＰＳＬ２と、ＥＨＣ１００と、リレー１０２と、温度センサ１１８とをさらに含む。

昇圧コンバータ６２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬは、蓄電装置７０の正極に接続される正極線ＰＬ１とｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードとの間に接続される。

そして、昇圧コンバータ６２は、ＥＣＵ１１０からの信号ＰＷＣ１に基づきｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフさせることによって、リアクトルＬを用いて正極線ＰＬ２の電圧を正極線ＰＬ１の電圧（すなわち蓄電装置７０の電圧）以上の電圧に調整する。

第１インバータ６４は、Ｕ相アーム１３２、Ｖ相アーム１３４およびＷ相アーム１３６を含む。Ｕ相アーム１３２、Ｖ相アーム１３４およびＷ相アーム１３６は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム１３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム１３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６から成る。ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６には、それぞれダイオードＤ１１〜Ｄ１６が逆並列に接続される。

第１ＭＧ２０は、三相コイル２２をステータコイルとして含む。三相コイル２２はＹ結線され、中性点Ｎ１が形成される。そして、三相コイル２２は第１インバータ６４に接続され、中性点Ｎ１には電力線ＰＳＬ１が接続される。

第２インバータ６６は、Ｕ相アーム１４２、Ｖ相アーム１４４およびＷ相アーム１４６を含む。第２ＭＧ３０は、三相コイル３２をステータコイルとして含む。第２インバータ６６および第２ＭＧ３０の構成は、それぞれ第１インバータ６４および第１ＭＧ２０と同様である。

そして、第１インバータ６４は、ＥＣＵ１１０からの信号ＰＷＩ１に基づいて、正極線ＰＬ２から受ける直流電圧を三相交流電圧に変換して第１ＭＧ２０へ出力する。また、第１インバータ６４は、エンジン１０の動力を用いて第１ＭＧ２０が発電した三相交流電圧を信号ＰＷＩ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極線ＰＬ２へ出力する。

また、第２インバータ６６は、ＥＣＵ１１０からの信号ＰＷＩ２に基づいて、正極線ＰＬ２から受ける直流電圧を三相交流電圧に変換して第２ＭＧ３０へ出力する。また、第２インバータ６６は、車両の制動時、駆動輪８０の回転力を受けて第２ＭＧ３０が発電した三相交流電圧を信号ＰＷＩ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極線ＰＬ２へ出力する。

なお、この第１インバータ６４、第２インバータ６６および昇圧コンバータ６２は、図１に示したモータ駆動装置６０を形成する。

電力線ＰＳＬ１の一端は、第１ＭＧ２０の中性点Ｎ１に接続される。電力線ＰＳＬ２の一端は、第２ＭＧ３０の中性点Ｎ２に接続される。そして、電力線ＰＳＬ１，ＰＳＬ２の間にＥＨＣ１００およびリレー１０２が直列に接続される。リレー１０２は、ＥＣＵ１１０からの信号ＥＮに基づいてオン／オフされる。

電圧センサ１２０は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間の電圧ＶＬを検出し、その検出値をＥＣＵ１１０へ出力する。電圧センサ１２２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間の電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ１１０へ出力する。

ＥＣＵ１１０は、昇圧コンバータ６２を駆動するための信号ＰＷＣ１、ならびに第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成された信号ＰＷＣ１，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ６２、第１インバータ６４および第２インバータ６６へ出力する。

また、ＥＣＵ１１０は、温度センサ１１８により検出されるＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣが所定値よりも低いとき、リレー１０２をオンさせるための信号ＥＮを生成してリレー１０２へ出力する。そして、ＥＣＵ１１０は、後述のように第１インバータ６４および第２インバータ６６を制御することによってＥＨＣ１００の通電制御を実行するとともに、ＥＨＣ１００への給電を加味して電圧ＶＨ（すなわち、昇圧コンバータ６２の出力電圧であり、また、第１インバータ６４および第２インバータ６６の入力電圧に相当する。）の目標値を設定し、その目標値に電圧ＶＨが一致するように昇圧コンバータ６２を制御する。以下、ＥＣＵ１１０の構成について詳しく説明する。

図４は、ＥＣＵ１１０の機能ブロック図である。図４を参照して、ＥＣＵ１１０は、コンバータ制御部１１１と、第１インバータ制御部１１２と、制御モード設定部１１３と、第２インバータ制御部１１４と、ＥＨＣ制御部１１５とを含む。

コンバータ制御部１１１は、電圧ＶＬ，ＶＨ、第１ＭＧ２０のモータ電圧ＶＭ１、第２ＭＧ３０のモータ電圧ＶＭ２、ＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣ、および後述のＥＨＣ制御部１１５からリレー１０２（図３）へ出力される信号ＥＮに基づいて、後述の方法により昇圧コンバータ６２を駆動するための信号ＰＷＣ１を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１を昇圧コンバータ６２へ出力する。なお、モータ電圧ＶＭ１は、後述の第１インバータ制御部１１２において算出される第１ＭＧ２０の電圧指令値であってもよいし、電圧センサによる検出値であってもよい。モータ電圧ＶＭ２についても同様である。

また、コンバータ制御部１１１は、電圧ＶＬ，ＶＨおよびモータ電圧ＶＭ１，ＶＭ２に基づいて制御モード設定用の電圧指令値ＶＣＲを算出し、その算出した電圧指令値ＶＣＲを制御モード設定部１１３へ出力する。さらに、コンバータ制御部１１１は、ＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣに基づいて、ＥＨＣ１００に印加する電圧ＶＥＨＣを算出し、その算出した電圧ＶＥＨＣをＥＨＣ制御部１１５へ出力する。

図５は、図４に示したコンバータ制御部１１１の詳細な機能ブロック図である。図５を参照して、コンバータ制御部１１１は、最大値選択部２０２と、ＥＨＣ電圧算出部２０４と、加算部２０６と、目標電圧制限部２０８と、減算部２１０，２１６と、比例積分制御部２１２と、除算部２１４と、変調部２１８とを含む。

最大値選択部２０２は、電圧ＶＬおよびモータ電圧ＶＭ１，ＶＭ２のうちの最大値を電圧指令値ＶＣＲとして加算部２０６へ出力する。この電圧指令値ＶＣＲは、ＥＨＣ１００への給電が加味されていない電圧ＶＨの目標値に相当する。なお、この電圧指令値ＶＣＲは、図４に示される制御モード設定部１１３へも出力される。

ＥＨＣ電圧算出部２０４は、信号ＥＮによりリレー１０２（図３）がオンされているとき、温度センサ１１８（図３）により検出されるＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣに基づいて、ＥＨＣ１００に印加する電圧ＶＥＨＣを算出する。一例として、ＥＨＣ電圧算出部２０４は、図６に示すような温度ＴＥＨＣと電圧ＶＥＨＣとの関係を用いて、温度センサ１１８からの温度ＴＥＨＣの検出値に基づいて電圧ＶＥＨＣを算出する。一方、信号ＥＮによりリレー１０２がオフされているときは、ＥＨＣ電圧算出部２０４は、電圧ＶＥＨＣを零とする。なお、この電圧ＶＥＨＣは、図４に示されるＥＨＣ制御部１１５へも出力される。

加算部２０６は、最大値選択部２０２から出力される電圧指令値ＶＣＲにＥＨＣ電圧算出部２０４より算出された電圧ＶＥＨＣを加算し、その演算結果を目標電圧制限部２０８へ出力する。

目標電圧制限部２０８は、加算部２０６からの出力を所定のしきい値と比較し、加算部２０６からの出力がしきい値よりも小さい場合には、そのしきい値を昇圧コンバータ６２の出力電圧目標値ＶＨ＊として出力する。なお、加算部２０６からの出力がしきい値以上の場合には、目標電圧制限部２０８は、加算部２０６からの出力を出力電圧目標値ＶＨ＊として出力する。

減算部２１０は、目標電圧制限部２０８から出力される出力電圧目標値ＶＨ＊から電圧ＶＨの検出値を減算し、その演算結果を比例積分制御部２１２へ出力する。比例積分制御部２１２は、出力電圧目標値ＶＨ＊と電圧ＶＨの検出値との偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部２１６へ出力する。

除算部２１４は、電圧ＶＬの検出値を出力電圧目標値ＶＨ＊で除算し、その演算結果を減算部２１６へ出力する。なお、除算部２１４の演算結果であるＶＬ／ＶＨ＊は、昇圧コンバータ６２の理論昇圧比の逆数である。減算部２１６は、除算部２１４の出力から比例積分制御部２１２の出力を減算し、その演算結果をデューティー指令ＤＴとして変調部２１８へ出力する。

そして、変調部２１８は、デューティー指令ＤＴと図示されない発振部により生成される搬送波（キャリア波）とに基づいて信号ＰＷＣ１を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１を昇圧コンバータ６２のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

このように、コンバータ制御部１１１によりＥＨＣ１００への給電を加味して昇圧コンバータ６２の出力電圧目標値ＶＨ＊が設定され、その設定された出力電圧目標値ＶＨ＊に電圧ＶＨが一致するように昇圧コンバータ６２が制御される。

再び図４を参照して、第１インバータ制御部１１２は、第１ＭＧ２０のトルク目標値ＴＲ１、モータ電流Ｉ１およびモータ回転角θ１、ならびに電圧ＶＨに基づいて、第１ＭＧ２０を駆動するための信号ＰＷＩ１を生成し、その生成された信号ＰＷＩ１を第１インバータ６４へ出力する。ここで、第１インバータ制御部１１２は、後述のＥＨＣ制御部１１５から零相電圧指令値ＶＺ１を受けると、その受けた零相電圧指令値ＶＺ１を各相電圧指令値に重畳することによって、第１ＭＧ２０のトルクに影響を与えることなく第１ＭＧ２０の中性点Ｎ１の電位を零相電圧指令値ＶＺ１に制御する。

第２インバータ制御部１１４は、第２ＭＧ３０のトルク目標値ＴＲ２、モータ電流Ｉ２およびモータ回転角θ２、ならびに電圧ＶＨに基づいて、制御モード設定部１１３から受けるモード信号ＭＤに示される制御モードで第２ＭＧ３０を駆動するための信号ＰＷＩ２を生成し、その生成された信号ＰＷＩ２を第２インバータ６６へ出力する。一例として、第２インバータ６６の出力電圧波形を正弦波とする正弦波制御モードをモード信号ＭＤが示しているとき、第２インバータ制御部１１４は、正弦波制御モードで第２ＭＧ３０を駆動するための信号ＰＷＩ２を生成する。また、第２インバータ６６の出力電圧波形を矩形波とする矩形波制御モードをモード信号ＭＤが示しているとき、第２インバータ制御部１１４は、矩形波制御モードで第２ＭＧ３０を駆動するための信号ＰＷＩ２を生成する。ここで、第２インバータ制御部１１４は、後述のＥＨＣ制御部１１５から零相電圧指令値ＶＺ２を受けると、その受けた零相電圧指令値ＶＺ２を各相電圧指令値に重畳することによって、第２ＭＧ３０のトルクに影響を与えることなく第２ＭＧ３０の中性点Ｎ２の電位を零相電圧指令値ＶＺ２に制御する。

また、第２インバータ制御部１１４は、トルク目標値ＴＲ２、モータ電流Ｉ２、モータ回転角θ２、および電圧ＶＨに基づいて算出した第２ＭＧ３０の電圧指令値Ｖ＊を制御モード設定部１１３へ出力する。

なお、トルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２は、アクセル開度や車両速度、蓄電装置７０の充電状態（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称する。）等に基づいて、図示されない他のＥＣＵにおいて算出される。また、モータ電流Ｉ１，Ｉ２およびモータ回転角θ１，θ２は、図示されない各センサによって検出される。

制御モード設定部１１３は、コンバータ制御部１１１からの電圧指令値ＶＣＲおよび第２インバータ制御部１１４からの電圧指令値Ｖ＊に基づいて第２インバータ６６の変調率を算出し、その算出された変調率に基づいて第２ＭＧ３０の制御モードを設定する。一例として、変調率が第１の所定値よりも小さいとき、制御モード設定部１１３は、第２ＭＧ３０の制御モードを正弦波制御モードに設定し、変調率が第２の所定値よりも大きいとき、制御モード設定部１１３は、第２ＭＧ３０の制御モードを矩形波制御モードに設定する。そして、制御モード設定部１１３は、設定された制御モードに応じたモード信号ＭＤを第２インバータ制御部１１４へ出力する。

ＥＨＣ制御部１１５は、ＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣの検出値を温度センサ１１８から受ける。そして、ＥＨＣ制御部１１５は、温度ＴＥＨＣが所定値よりも低いとき、リレー１０２をオンさせるための信号ＥＮをリレー１０２へ出力する。一方、温度ＴＥＨＣが所定値よりも高いときは、ＥＨＣ制御部１１５は、リレー１０２をオフさせるための信号ＥＮをリレー１０２へ出力する。

また、ＥＨＣ制御部１１５は、ＥＨＣ１００に印加する電圧ＶＥＨＣをコンバータ制御部１１１から受ける。そして、ＥＨＣ制御部１１５は、リレー１０２がオンされているとき、第１ＭＧ２０の中性点Ｎ１と第２ＭＧ３０の中性点Ｎ２との間に電圧ＶＥＨＣを生じるように電圧ＶＥＨＣに基づいて零相電圧指令値ＶＺ１，ＶＺ２を生成し、その生成した零相電圧指令値ＶＺ１，ＶＺ２をそれぞれ第１インバータ制御部１１２および第２インバータ制御部１１４へ出力する。

図７は、図３に示した第１および第２インバータ６４，６６ならびに第１および第２ＭＧ２０，３０の零相等価回路を示した回路図である。図７を参照して、第１インバータ６４および第２インバータ６６の各々は、図３に示したように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。したがって、この図７では、第１インバータ６４の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム６４Ａとしてまとめて示され、第１インバータ６４の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム６４Ｂとしてまとめて示されている。同様に、第２インバータ６６の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム６６Ａとしてまとめて示され、第２インバータ６６の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム６６Ｂとしてまとめて示されている。

そして、図７に示されるように、この零相等価回路は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬから供給される直流電圧を変換してＥＨＣ１００へ出力する電圧コンバータとみることができる。そこで、第１インバータ６４および第２インバータ６６において、零相電圧指令値ＶＺ１，ＶＺ２に基づいて零電圧ベクトルを変化させ、第１インバータ６４および第２インバータ６６を電圧コンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、中性点Ｎ１，Ｎ２間に接続されたＥＨＣ１００へ給電することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、ＥＨＣ１００は、第１ＭＧ２０の中性点Ｎ１と第２ＭＧ３０の中性点Ｎ２との間に電気的に接続される。ＥＨＣ１００への給電は、中性点Ｎ１，Ｎ２の電位を調整することによって行なわれる。そして、蓄電装置７０の電圧を昇圧して各インバータへ出力する昇圧コンバータ６２が備えられ、ＥＨＣ１００への給電時、ＥＨＣ１００への給電を加味して昇圧コンバータ６２が制御されるので、昇圧コンバータ６２を用いてＥＨＣ１００へ大電力を供給することが可能である。したがって、この実施の形態１によれば、ＥＨＣ１００の昇温速度を高めることができる。

また、この実施の形態１においては、ＥＨＣ１００に印加する電圧ＶＥＨＣを電圧指令値ＶＣＲに加えることによって昇圧コンバータ６２の出力電圧目標値ＶＨ＊が設定されるところ、電圧ＶＥＨＣは、温度センサ１１８により検出されるＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣに基づいて設定される。したがって、この実施の形態１によれば、ＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣに応じて、昇圧コンバータ６２を用いて適切な電力をＥＨＣ１００へ供給することができる。

また、この実施の形態１においては、第２ＭＧ３０の制御モードの設定については、ＥＨＣ１００への給電を加味していない電圧指令値ＶＣＲに基づいて行なわれる。したがって、この実施の形態１によれば、ＥＨＣ１００への給電に伴ない第２ＭＧ３０の制御モードが不必要に切替わることはない。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）から蓄電装置７０を充電可能なハイブリッド車両において、外部電源から蓄電装置７０の充電時にもＥＨＣ１００へ大電力を給電可能な構成が示される。

図８は、実施の形態２によるハイブリッド車両の電気システムの構成図である。図８を参照して、このハイブリッド車用１Ａの電気システムは、図３に示した実施の形態１によるハイブリッド車両１の電気システムの構成において、充電器１５０および充電インレット１６０をさらに含み、ＥＣＵ１１０に代えてＥＣＵ１１０Ａを含む。

充電器１５０は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬに接続される。そして、外部電源１７０から蓄電装置７０の充電時、充電器１５０は、ＥＣＵ１１０Ａからの信号ＰＷＣ２に基づいて、充電インレット１６０から入力される外部電源１７０からの電力を蓄電装置７０の電圧レベルに電圧変換し、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬへ出力する。そして、蓄電装置７０は、充電器１５０から出力される電力を正極線ＰＬ１および負極線ＮＬを介して受けて充電される。充電インレット１６０は、外部電源１７０から受電するための電力インターフェースである。

ＥＣＵ１１０Ａは、外部電源１７０から蓄電装置７０の充電時、充電器１５０を駆動するための信号ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ２を充電器１５０へ出力する。ここで、ＥＣＵ１１０Ａは、温度センサ１１８により検出されるＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣが所定値よりも低く、かつ、蓄電装置７０の充電状態（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称し、たとえば満充電状態に対する百分率で示される。）が所定値よりも高いとき、リレー１０２をオンさせるための信号ＥＮを生成してリレー１０２へ出力する。そして、ＥＣＵ１１０Ａは、第１インバータ６４および第２インバータ６６を制御することによってＥＨＣ１００の通電制御を実行するとともに、ＥＨＣ１００への給電を加味して電圧ＶＨの目標値を設定し、その目標値に電圧ＶＨが一致するように昇圧コンバータ６２を制御する。

なお、蓄電装置７０のＳＯＣは、蓄電装置７０の電圧および充放電電流に基づいて図示されない電池ＥＣＵによって算出されるものとするが、蓄電装置７０の電圧および充放電電流に基づいてＥＣＵ１１０Ａによって算出してもよい。なお、蓄電装置７０のＳＯＣの算出方法としては、種々の公知の手法を用いることができる。

図９は、図８に示したＥＣＵ１１０Ａの機能ブロック図である。図９を参照して、ＥＣＵ１１０Ａは、図４に示した実施の形態１におけるＥＣＵ１１０の構成において、充電制御部１１６をさらに含み、ＥＨＣ制御部１１５に代えてＥＨＣ制御部１１５Ａを含む。

充電制御部１１６は、外部電源１７０から蓄電装置７０の充電時、充電器１５０を駆動するための信号ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ２を充電器１５０へ出力する。また、充電制御部１１６は、蓄電装置７０のＳＯＣが所定値よりも高いとき、ＥＨＣ制御部１１５Ａへ出力される信号ＣＴＬを活性化する。

ＥＨＣ制御部１１５Ａは、ＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣが所定値よりも低く、かつ、充電制御部１１６からの信号ＣＴＬが活性化されているとき、リレー１０２（図８）をオンさせるための信号ＥＮをリレー１０２へ出力する。一方、温度ＴＥＨＣが所定値よりも高いか、または信号ＣＴＬが非活性化されているときは、ＥＨＣ制御部１１５Ａは、リレー１０２をオフさせるための信号ＥＮをリレー１０２へ出力する。

なお、ＥＨＣ制御部１１５Ａのその他の機能は、図４に示したＥＨＣ制御部１１５と同じである。

以上のように、この実施の形態２においては、充電器１５０を用いて外部電源１７０から蓄電装置７０を充電可能である。そして、外部電源１７０から蓄電装置７０の充電中、ＥＨＣ１００の温度ＴＥＨＣが所定値よりも低く、かつ、蓄電装置７０のＳＯＣが所定値よりも高いとき、ＥＨＣ１００への給電が行なわれるとともに、ＥＨＣ１００への給電を加味して昇圧コンバータ６２が駆動される。この場合、ＥＨＣ１００への給電量によっては、蓄電装置７０からも電力が持出されてＥＨＣ１００への給電に充てられる。したがって、この実施の形態２によれば、外部電源１７０から蓄電装置７０の充電時においてもＥＨＣ１００へ大電力を供給することが可能であり、ＥＨＣ１００の昇温速度を高めることができる。

なお、上記の各実施の形態においては、ＥＨＣ１００は、第１ＭＧ２０の中性点Ｎ１と第２ＭＧ３０の中性点Ｎ２との間に接続されるものとしたが、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に互いに同容量の２つのコンデンサを直列に接続することによって正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの中間点を形成し、中性点Ｎ１，Ｎ２のいずれか一方にＥＨＣ１００の一端を接続し、ＥＨＣ１００の他端を正極線ＰＬ２および負極線ＮＬの中間点に接続してもよい。但し、ＥＨＣ１００を中性点Ｎ１，Ｎ２間に接続する構成とする方が、中性点Ｎ１，Ｎ２双方の電位を調整することによりＥＨＣ１００の印加電圧を大きくできるので、ＥＨＣ１００へより大電力を供給することが可能である。

なお、上記の各実施の形態においては、動力分割装置４０によりエンジン１０の動力を分割して駆動輪８０と第１ＭＧ２０とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、第１ＭＧ２０を駆動するためにのみエンジン１０を用い、第２ＭＧ３０でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジン１０が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車両、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車両などにもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、エンジン１０は、この発明における「内燃機関」に対応し、第２ＭＧ３０は、この発明における「交流電動機」に対応する。また、第２インバータ６６は、この発明における「インバータ」に対応し、第２インバータ制御部１１４は、この発明における「インバータ制御部」に対応する。さらに、ＥＨＣ１００は、この発明における「電気加熱式触媒装置」に対応する。また、さらに、充電インレット１６０は、この発明における「受電部」に対応し、充電器１５０は、この発明における「充電装置」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１によるハイブリッド車両の全体ブロック図である。動力分割装置の共線図を示す図である。図１に示すハイブリッド車両の電気システムの構成図である。ＥＣＵの機能ブロック図である。図４に示すコンバータ制御部の詳細な機能ブロック図である。ＥＨＣの温度とＥＨＣに印加する電圧との関係を示した図である。図３に示す第１および第２インバータならびに第１および第２ＭＧの零相等価回路を示した回路図である。実施の形態２によるハイブリッド車両の電気システムの構成図である。図８に示すＥＣＵの機能ブロック図である。

符号の説明

１，１Ａハイブリッド車両、１０エンジン、２０，３０ＭＧ、２２，３２三相コイル、４０動力分割装置、５０減速機、６０モータ駆動装置、６２昇圧コンバータ、６４，６６インバータ、６４Ａ，６６Ａ上アーム、６４Ｂ，６６Ｂ下アーム、７０蓄電装置、８０駆動輪、９０排気通路、１００ＥＨＣ、１０２リレー、１１０，１１０ＡＥＣＵ、１１１コンバータ制御部、１１２第１インバータ制御部、１１３制御モード設定部、１１４第２インバータ制御部、１１５，１１５ＡＥＨＣ制御部、１１６充電制御部、１１８温度センサ、１２０，１２２電圧センサ、１３２，１４２Ｕ相アーム、１３４，１４４Ｖ相アーム、１３６，１４６Ｗ相アーム、１５０充電器、１６０充電インレット、１７０外部電源、２０２最大値選択部、２０４ＥＨＣ電圧算出部、２０６加算部、２０８目標電圧制限部、２１０，２１６減算部、２１２比例積分制御部、２１４除算部、２１８変調部、ＰＬ１，ＰＬ２正極線、ＮＬ負極線、Ｌリアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ダイオード、Ｎ１，Ｎ２中性点、ＰＳＬ１，ＰＳＬ２電力線。

Claims

内燃機関および車両走行用の交流電動機の少なくとも一方から出力される動力によって走行するハイブリッド車両であって、
前記交流電動機へ供給される電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータによって昇圧された電圧を受けて前記交流電動機を駆動するインバータと、
前記昇圧コンバータを制御するコンバータ制御部と、
前記インバータを制御するインバータ制御部と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒または前記触媒に導入される前記排気ガスを電気加熱可能に構成された電気加熱式触媒装置とを備え、
前記電気加熱式触媒装置は、前記交流電動機の中性点に電気的に接続され、
前記電気加熱式触媒装置への給電時、
前記インバータ制御部は、前記電気加熱式触媒装置へ給電されるように、前記インバータを制御することによって前記中性点の電位を調整し、
前記コンバータ制御部は、前記電気加熱式触媒装置への給電を加味して前記昇圧コンバータの出力電圧目標値を設定し、前記昇圧コンバータの出力電圧が前記目標値に一致するように前記昇圧コンバータを制御する、ハイブリッド車両。
車両外部の電源から供給される電力を受ける受電部と、
前記受電部から入力される電力を電圧変換して前記蓄電装置を充電する充電装置とをさらに備え、
前記コンバータ制御部は、前記電源から前記蓄電装置の充電時、前記電気加熱式触媒装置への給電を加味して前記目標値を設定し、前記出力電圧が前記目標値に一致するように前記昇圧コンバータを制御する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記充電装置は、前記蓄電装置と前記昇圧コンバータとの間に接続される、請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記インバータの電圧変調率に基づいて前記交流電動機の制御モードを設定する制御モード設定部をさらに備え、
前記インバータ制御部は、前記制御モード設定部により設定された制御モードで前記交流電動機を駆動するように前記インバータを制御し、
前記制御モード設定部は、前記電気加熱式触媒装置への給電を加味せずに算出される前記電圧変調率に基づいて、前記制御モードを設定する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記電気加熱式触媒装置の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記コンバータ制御部は、前記電気加熱式触媒装置に印加する電圧値を所定の設定値に加えることによって前記目標値を設定し、
前記電圧値は、前記温度センサの検出値に基づいて設定される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。