JP2011162130A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停車時にバッテリを充電する際の充電電力の変動を抑制する。
【解決手段】モータＭＧ１を駆動するためのインバータをゲート遮断した状態でエンジンを目標回転数Ｎｓｅｔで自立運転してモータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力を用いてバッテリを充電する際には（Ｓ１５０〜Ｓ１７０）、目標充電電力Ｐｂ＊と充電電力Ｐｂとの差が小さくなるように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定し（Ｓ１８０）、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧回路５５を制御する（Ｓ１９０）。これにより、充電電力Ｐｂが目標充電電力Ｐｂ＊から大きく外れて変動するのを抑制することができる。この結果、バッテリの低温時などバッテリの入力制限が大きく制限されているときでも、充電電力Ｐｂが入力制限を超えてしまうのを抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンの回転数に応じた回転数で回転して発電する発電機（モータＭＧ１）と、モータＭＧ１を駆動する第１のインバータと、車軸に連結された電動機（モータＭＧ２）と、モータＭＧ２を駆動するための第２のインバータと、第１，第２のインバータを介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリと、を備えるものにおいて、エンジンが運転停止されている状態でシフトポジションがニュートラルポジションにシフト変更されたときに、エンジンを始動してからインバータをゲート遮断するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、インバータをゲート遮断した後、バッテリの残容量が閾値以上のときには比較的低い回転数でエンジンを自立運転し、バッテリの残容量が閾値未満のときにはモータＭＧ１で発生する逆起電力が第１，第２のインバータに作用する電圧よりも大きくなる回転数でエンジンを自立運転することにより、インバータのゲート遮断を継続した状態でのバッテリの充電を可能にしている。

特開２００９−１８４５００号公報

こうしたハイブリッド車では、エンジンの自立運転の回転数の増減によってモータＭＧ１の回転数が増減すると、バッテリを充電する際の充電電力が変動する。この充電電力の変動は、バッテリを充電してもよい最大許容電力が充電電力に対して十分に余裕があるときには許容するものとしてもよいが、バッテリの低温時など最大許容電力が大きく制限されているときには充電電力が最大許容電力を超えやすくなるため、できるだけ抑制することが好ましい。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、停車時にバッテリを充電する際の充電電力の変動を抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に応じた回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
前記発電機を駆動するための発電機用インバータ回路と、
走行用の動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機を駆動するための電動機用インバータ回路と、
充放電可能な二次電池と、
前記二次電池に接続された電池電圧系と前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路に接続された高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧回路と、
停車中に前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で前記内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して前記発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて前記二次電池を充電する際、前記二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と前記二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように前記高電圧系の目標電圧を設定し、前記高電圧系の電圧が前記設定した目標電圧になるよう前記昇降圧回路を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、停車中に発電機を駆動するための発電機用インバータ回路や電動機を駆動するための電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて二次電池を充電する際には、二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように高電圧系の目標電圧を設定し、高電圧系の電圧が目標電圧になるよう昇降圧回路を制御する。これにより、充電電力が目標充電力から大きく外れて変動するのを抑制することができる。この結果、二次電池の低温時など二次電池の最大許容電力が大きく制限されるときでも、充電電力が最大許容電力を超えるのを抑制することができる。

こうした本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記発電機の回転数が大きいほど大きくなる傾向に設定されるフィードフォワード項と、前記目標充電電力と前記充電電力との差が打ち消されるよう設定されるフィードバック項と、により前記高電圧系の目標電圧を設定する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、発電機の回転数を考慮して、高電圧系の目標電圧をより適正に設定することができる。

また、本発明のハイブリッド車において、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備え、前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能である、ものとすることもできる。

本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に応じた回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動するための発電機用インバータ回路と、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動するための電動機用インバータ回路と、充放電可能な二次電池と、前記二次電池に接続された電池電圧系と前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路に接続された高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧回路と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
停車中に前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で前記内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して前記発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて前記二次電池を充電する際、前記二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と前記二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように前記高電圧系の目標電圧を設定し、前記高電圧系の電圧が前記設定した目標電圧になるよう前記昇降圧回路を制御する、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド車の制御方法では、停車中に発電機を駆動するための発電機用インバータ回路や電動機を駆動するための電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて二次電池を充電する際には、二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように高電圧系の目標電圧を設定し、高電圧系の電圧が目標電圧になるよう昇降圧回路を制御する。これにより、充電電力が目標充電力から大きく外れて変動するのを抑制することができる。この結果、二次電池の低温時など二次電池の最大許容電力が大きく制限されるときでも、充電電力が最大許容電力を超えるのを抑制することができる。

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 モータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成図である。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停車時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 停車時充電を行なっているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、充放電可能なバッテリ５０と、バッテリ５０からの電力をその電圧を変換してインバータ４１，４２に供給可能な昇圧回路５５と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ４１，４２は、図２のモータＭＧ１，ＭＧ２を含む電機駆動系の構成図に示すように、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。正極母線５４ａと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５７が接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

昇圧回路５５は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとにはそれぞれバッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することによりバッテリ５０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給したり正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電したりすることができる。リアクトルＬと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５８が接続されている。以下、昇圧回路５５より電力ライン５４側を高電圧系といい、昇圧回路５５よりバッテリ５０側を低電圧系という。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサ５１ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてバッテリ５０に蓄えられている蓄電量の全容量（蓄電容量）に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図３に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。こうして設定される入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂが低いときに絶対値が小さくなる。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、コンデンサ５７の端子間に取り付けられた電圧センサ５７ａからのコンデンサ５７の電圧（以下、高電圧系の電圧という）ＶＨやイグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、昇圧回路５５のスイッチング素子へのスイッチング制御信号，各種情報を表示可能なディスプレイ８９への信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションセンサ８２により検出するシフトポジションＳＰとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）やニュートラルポジション（Ｎポジション），ドライブポジション（Ｄポジション），リバースポジション（Ｒポジション）などがある。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、停車時にバッテリ５０を充電する停車時充電を行なう際の動作について説明する。図５はハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される停車時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、停車中に繰り返し実行される。

停車時制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１や、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂや充放電電流Ｉｂ，蓄電割合ＳＯＣ，停車時充電を行なう際のバッテリ５０の目標充電電力Ｐｂ＊などのデータを入力し（ステップＳ１００）、入力したバッテリ５０の端子間電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとの積としてバッテリ５０を充電する充電電力Ｐｂを計算する（ステップＳ１１０）。ここで、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は、回転位置検出センサ４３により検出されたモータＭＧ１の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂや充放電電流Ｉｂは、それぞれ電圧センサ５１ａにより検出されたものや電流センサ５１ｂにより検出されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣは、電流センサ５１ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。さらに、目標充電電力Ｐｂ＊は、バッテリＥＣＵ５２から通信により入力されるバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに係数ｋ１（例えば、０．７や０．８など）を乗じた値と所定値Ｗｒｅｆ（例えば、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ（例えば、−２０℃や−１０℃など）で入力制限用補正係数が値１のときの入力制限Ｗｉｎに係数ｋ１を乗じた値など）とのうち絶対値が小さい方の値を用いるものとした。したがって、バッテリ５０の低温時など入力制限Ｗｉｎが大きく制限されているときには入力制限Ｗｉｎに係数ｋ１を乗じた値を目標充電電力Ｐｂ＊として設定し、入力制限Ｗｉｎの絶対値が比較的大きいときには所定値Ｗｒｅｆを目標充電電力Ｐｂ＊として設定することになる。なお、通常、電池温度Ｔｂや蓄電割合ＳＯＣが急変しないため、入力制限Ｗｉｎや目標充電電力Ｐｂ＊も急変しない。

こうしてデータを入力すると、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣを閾値Ｓｌｏおよび閾値Ｓｈｉと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｓｌｏは、停車時充電を開始するか否かの判定に用いられるものであり、例えば、３０％や３５％などを用いることができる。また、閾値Ｓｈｉは、停車時充電を終了するか否かの判定に用いられるものであり、例えば、４５％や５０％などを用いることができる。

バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏ未満のときには、停車時充電を開始すると判断し、エンジン２２が運転停止されているのを確認して（ステップＳ１３０）、エンジン２２を始動する制御信号である始動指令をモータＥＣＵ４０とエンジンＥＣＵ２４とに送信する（ステップＳ１４０）。始動指令を受信したモータＥＣＵ４０は、エンジン２２をモータリングするためのトルクがモータＭＧ１から出力されるようモータＭＧ１を制御し、始動指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングによってエンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ（例えば、８００ｒｐｍや１０００ｒｐｍなど）以上に至ったときにエンジン２２の点火制御や燃料噴射制御を開始する。なお、エンジン２２を始動する際において、駆動輪６３ａ，６３ｂがロックされているとき（シフトポジションＳＰが駐車ポジションであるときや、シフトポジションＳＰに拘わらず運転者によってブレーキペダル８５が踏み込まれているとき）には、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングに伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするためのトルク（以下、キャンセルトルクという）をモータＭＧ２からリングギヤ軸３２ａに作用させても作用させなくてもよいが、駆動輪６３ａ，６３ｂがロックされていないとき（例えば、シフトポジションＳＰがニュートラルポジションで運転者によってブレーキペダル８５が踏み込まれていないとき）には、キャンセルトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御する。

こうしてエンジン２２を始動すると、インバータ４１，４２をゲート遮断する（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のすべてをオフ状態にする）制御信号であるゲート遮断指令をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１５０）、エンジン２２の自立運転用の目標回転数Ｎｅ＊に予め定められた回転数Ｎｓｅｔ（例えば、バッテリ５０の定格電圧が１００Ｖで動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）が０．３８の場合には１３００ｒｐｍや１５００ｒｐｍなど）を設定してエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ１６０）、停車時充電を開始するときに値１が設定されると共に停車時になったとき（本ルーチンの繰り返しの実行を開始するとき）や停車時充電を終了するときに値０が設定される停車時フラグＦｃに値１を設定する（ステップＳ１７０）。ゲート遮断指令を受信したモータＥＣＵ４０は、インバータ４１，４２をゲート遮断する。また、自立運転用の目標回転数Ｎｅ＊を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で自立運転されるようエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。

続いて、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とバッテリ５０の端子間電圧Ｖｂと目標充電電力Ｐｂ＊と充電電力Ｐｂとを用いて次式（１）により高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定すると共に（ステップＳ１８０）、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧回路５５を制御して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。昇圧回路５５の制御としては、実施例では、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂを目標電圧ＶＨ＊で除してデューティ比Ｄを設定すると共に設定したデューティ比Ｄを用いて昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御するものとした。また、式（１）は、充電電力Ｐｂと目標充電電力Ｐｂ＊との差を打ち消すようにするためのフィードバック制御における関係式であり、右辺第１項および右辺第２項はフィードフォワード項であり、右辺第３項はフィードバック項である。式（１）中、「α」は、モータＭＧ１の逆起電力に関する電圧定数とインバータ４１のゲート遮断時に発生する全波整流波形の電圧定数との積などで表わされる定数であり、「Ｒ」は、インバータ４１，４２をゲート遮断した状態でバッテリ５０を充電する際に考慮すべき回路全体の抵抗であり、「ＫＰ」は、比例項のゲインである。前述したように、目標充電電力Ｐｂ＊は急変しないと考えられるため、式（１）中、目標充電電力Ｐｂ＊は、今回の本ルーチンの実行時にステップＳ１００の処理で入力した値を用いるものとしてもよいし、前回の本ルーチンの実行時にステップＳ１００の処理で入力した値を用いるものとしてもよい。以下、このように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定して昇圧回路５５を制御する理由について説明する。

VH*=α・Nm1-Pb*・R/Vb+KP・(Pb*-Pb) (1)

図６は、停車時充電を行なっているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係を示す共線図の一例示す説明図である。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。図６から明らかなように、エンジン２２が回転しているときには、動力分配統合機構３０の回転要素における回転数の関係に基づいてモータＭＧ１が回転するため、この回転によってモータＭＧ１では逆起電力が発生する。この逆起電力はモータＭＧ１の回転数が大きいほど大きくなるものであり、インバータ４１をゲート遮断している状態では、逆起電力が高電圧系の電圧ＶＨ以下のときにはこの逆起電力に基づく電流は電力ライン５４に流れないが、逆起電力が高電圧系の電圧ＶＨより大きいときにはインバータ４１のダイオードＤ１１〜Ｄ１６が全波整流回路として機能するため、逆起電力に基づく電流は電力ライン５４に流れて昇圧回路５５を介してバッテリ５０に充電される。しかしながら、このようにバッテリ５０を充電する際には、エンジン２２の回転数Ｎｅの変動によってモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が変動すると、バッテリ５０に充電される充電電力Ｐｂが変動する。特に、低温時には、空気密度が大きいために、エンジン２２での爆発燃焼によって発生するエネルギが大きくなりやすく、エンジン２２の回転数Ｎｅが変動しやすいため、充電電力Ｐｂが変動しやすい。これらの理由により、バッテリ５０の低温時などバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが大きく制限されている（絶対値が小さい）ときには、充電電力Ｐｂを適正に調整しないと、充電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを超えやすくなってしまう。したがって、実施例では、目標充電電力Ｐｂ＊と充電電力Ｐｂとの差が小さくなるように上述の式（１）により高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧回路５５を制御するものとした。これにより、充電電力Ｐｂが目標充電電力Ｐｂ＊から大きく外れて変動するのを抑制することができる。この結果、バッテリ５０の低温時など入力制限Ｗｉｎが大きく制限されているときでも、充電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを超えてしまうのを抑制することができる。しかも、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が大きいほど（モータＭＧ１の回転に伴って発生する逆起電力が高いほど）高くなる傾向に設定されるフィードフォワード項を用いて目標電圧ＶＨ＊を設定するから、逆起電力と高電圧系の電圧ＶＨとの差をより適正に調整することができ、充電電力Ｐｂをより適正に調整することができる。

ステップＳ１３０でエンジン２２が運転されていると判定されたときには、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で自立運転されていると考えられるから、ステップＳ１３０〜Ｓ１７０の処理を実行せずに、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定して昇圧回路５５を制御して（ステップＳ１８０，Ｓ１９０）、本ルーチンを終了する。

こうしてバッテリ５０が充電されてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ未満ではあるが閾値Ｓｌｏｗ以上になると（ステップＳ１２０）、停車時充電フラグＦｃの値を調べ（ステップＳ２００）、いま、停車時充電フラグＦｃが値１のときを考えているから、停車時充電を継続するために、ステップＳ１８０，Ｓ１９０の処理を実行して本ルーチンを終了する。

そして、バッテリ５０の充電が継続されている最中に、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｈｉ以上に至ると（ステップＳ１２０）、停車時充電を終了すると判断し、エンジン２２が運転されているのを確認して（ステップＳ２１０）、エンジン２２を停止する制御信号である停止指令をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２２０）、昇圧回路５５の駆動を停止し（ステップＳ２３０）、停車時充電フラグＦｃに値０を設定して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。停止指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の制御を停止する。これにより、停車時充電を終了する。

ステップＳ２１０でエンジン２２が運転停止されていると判定されたときには、既にエンジン２２が運転停止されていると共に昇圧回路５５が駆動停止されているから、そのまま本ルーチンを終了し、その後、バッテリ５０の放電によってバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｌｏ以上ではあるが閾値Ｓｈｉ未満になると（ステップＳ１２０）、停車時充電フラグＦｃの値を調べ（ステップＳ２００）、いま、停車時充電フラグＦｃが値０のときを考えているから、そのまま本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、インバータ４１，４２をゲート遮断した状態でエンジン２２を目標回転数Ｎｓｅｔで自立運転してモータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力を用いてバッテリ５０を充電する際には、目標充電電力Ｐｂ＊と充電電力Ｐｂとの差が小さくなるように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧回路５５を制御するから、充電電力Ｐｂが目標充電電力Ｐｂ＊から大きく外れて変動するのを抑制することができる。この結果、バッテリ５０の低温時など入力制限Ｗｉｎが大きく制限されているときでも、充電電力Ｐｂが入力制限Ｗｉｎを超えてしまうのを抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊の設定に用いるフィードバック制御の関係式において、前述の式（１）の右辺第１項および第２項に示すフィードフォワード項を用いるものとしたが、これに代えて、前回の高電圧系の目標電圧（前回ＶＨ＊）をフィードフォワード項として用いるものとしてもよいし、フィードフォワード項を用いない（式（１）の右辺第１項および第２項を値０とする）ものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊の設定に用いるフィードバック制御の関係式において、フィードバック項としては、比例項だけを用いるものとしたが、これに加えて、積分項や微分項も用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、停車時にバッテリ５０を充電する際には、電池温度Ｔｂに拘わらず、インバータ４１，４２をゲート遮断した状態でエンジン２２を目標回転数Ｎｓｅｔで自立運転してモータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力を用いてバッテリ５０を充電するものとしたが、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ以上のときや、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの絶対値が所定値Ｗｒｅｆの絶対値以上のときなどには、バッテリ５０の充電用に予め定められた目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントでエンジン２２が運転されるようエンジン２２を制御すると共にエンジン２２からの動力を用いてモータＭＧ１で発電が行なわれるようモータＭＧ１を制御し、即ち、エンジン２２からの動力を用いてモータＭＧ１で発電し、この発電電力によってバッテリ５０を充電するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２に発電用のモータＭＧ１が接続されていると共に駆動輪６３ａ，６３ｂにモータＭＧ２が接続され、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ４１，４２にバッテリ５０が接続されているものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としてもよい。また、ハイブリッド車の制御方法の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、インバータ４１が「発電機用インバータ回路」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４２が「電動機用インバータ回路」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、昇圧回路５５が「昇降圧回路」に相当し、インバータ４１，４２をゲート遮断した状態でエンジン２２を目標回転数Ｎｓｅｔで自立運転してモータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力を用いてバッテリ５０を充電する際には、目標充電電力Ｐｂ＊と充電電力Ｐｂとの差が小さくなるように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧回路５５を制御する図５の停車時制御ルーチンのステップＳ１８０，Ｓ１９０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「制御手段」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で内燃機関の回転数に応じた回転数で回転し回転に伴って逆起電力を発生するものであれば如何なるタイプの発電機であっても構わない。「発電機用インバータ回路」としては、インバータ４１に限定されるものではなく、発電機を駆動するためのものであれば如何なるタイプのインバータ回路としても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、走行用の動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「電動機用インバータ回路」としては、インバータ４２に限定されるものではなく、電動機を駆動するためのものであれば如何なるタイプのインバータ回路としても構わない。「二次電池」としては、バッテリ５０に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池，ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池，鉛蓄電池など、発電機用インバータ回路および電動機用インバータ回路を介して発電機や電動機と電力のやりとりが可能なものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「制御手段」としては、インバータ４１，４２をゲート遮断した状態でエンジン２２を目標回転数Ｎｓｅｔで自立運転してモータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力を用いてバッテリ５０を充電する際には、目標充電電力Ｐｂ＊と充電電力Ｐｂとの差が小さくなるように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるよう昇圧回路５５を制御するものに限定されるものではなく、発電機用インバータ回路や電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて二次電池を充電する際には、二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように高電圧系の目標電圧を設定し、高電圧系の電圧が目標電圧になるよう昇降圧回路を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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。

本発明は、ハイブリッド車の製造産業に利用可能である。

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇圧回路、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ、Ｌ リアクトル。

Claims (4)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に応じた回転数で回転し、該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、
   前記発電機を駆動するための発電機用インバータ回路と、
   走行用の動力を入出力可能な電動機と、
   前記電動機を駆動するための電動機用インバータ回路と、
   充放電可能な二次電池と、
   前記二次電池に接続された電池電圧系と前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路に接続された高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧回路と、
   停車中に前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で前記内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して前記発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて前記二次電池を充電する際、前記二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と前記二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように前記高電圧系の目標電圧を設定し、前記高電圧系の電圧が前記設定した目標電圧になるよう前記昇降圧回路を制御する制御手段と、
   を備えるハイブリッド車。
2. 請求項１記載のハイブリッド車であって、
   前記制御手段は、前記発電機の回転数が大きいほど大きくなる傾向に設定されるフィードフォワード項と、前記目標充電電力と前記充電電力との差が打ち消されるよう設定されるフィードバック項と、により前記高電圧系の目標電圧を設定する手段である、
   ハイブリッド車。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車であって、
   車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構を備え、
   前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能である、
   ハイブリッド車。
4. 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に動力を入出力可能で、前記内燃機関の回転数に応じた回転数で回転し該回転に伴って逆起電力を発生する発電機と、前記発電機を駆動するための発電機用インバータ回路と、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動するための電動機用インバータ回路と、充放電可能な二次電池と、前記二次電池に接続された電池電圧系と前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路に接続された高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧回路と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
   停車中に前記発電機用インバータ回路および前記電動機用インバータ回路をゲート遮断した状態で前記内燃機関を予め定められた回転数で自立運転して前記発電機の回転に伴って発生する逆起電力を用いて前記二次電池を充電する際、前記二次電池を充電する際の最大許容電力の範囲内で設定される目標充電電力と前記二次電池を充電する充電電力との差が小さくなるように前記高電圧系の目標電圧を設定し、前記高電圧系の電圧が前記設定した目標電圧になるよう前記昇降圧回路を制御する、
   ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。