JP2012131247A - ハイブリッド電気自動車の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧バッテリが故障した場合でも走行を継続することが可能なハイブリッド電気自動車の電源装置を提供する。
【解決手段】１２Ｖ負荷（４１）へ電力を供給可能な第１のバッテリ（３４）と、エンジン（１１）により駆動されるＨＥＶモータ（１２）と、ＨＥＶモータを駆動するために第１のバッテリの電圧よりも高電圧にされた高電圧バッテリ（３１）と、高電圧バッテリから供給される電圧を降圧するとともに第１のバッテリへ電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ（３３）と、エンジンに駆動されて発電するＨＥＶモータと、を備え、高電圧バッテリが故障した場合に、ＨＥＶモータによって発電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して第１のバッテリに供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電動機との少なくとも一方から出力される動力で走行するハイブリッド電気自動車の電源装置の技術分野に関する。

近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、及びバッテリに蓄えられた電力で駆動可能な電動機の少なくとも一方を動力源として走行可能なハイブリッド電気自動車が注目されている。この種のハイブリッド電気自動車では、必要な出力を確保するために、また、出力電流を小さくしてハーネス重量に寄与するために高電圧の電動機駆動用バッテリが採用されている。
このような高電圧の電動機駆動用バッテリは、例えば、特許文献１に開示された車両用電源装置に設けられている。

特許文献１の図２によれば、車両１の後部に高電圧バッテリ１２と補機用バッテリ１６とが配置され、高電圧バッテリ１２と補機用バッテリ１６との間の電圧変換がＤＣ／ＤＣコンバータ１４によって行われる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、電力線３８を介してヒュージブルリンクボックス１８に接続され、このヒュージブルリンクボックス１８に補機用バッテリ１６が接続されている。
また、ヒュージブルリンクボックス１８に電力線３６を介してヒュージブルリンクボックス２０が接続され、このヒュージブルリンクボックス２０に一般負荷２２が接続されている。更に、ヒュージブルリンクボックス１８には電力線３４を介してＥＦＩユニット２４が接続されている。

特開２００５−２９７８６０号公報

例えば、高電圧バッテリ１２が故障した場合には、高電圧バッテリ１２から補機用バッテリ１６に電力が供給されなくなり、この結果、補機用バッテリ１６から一般負荷２２、ＥＦＩユニット２４への電力の供給も行われなくなり、車両１の走行に支障をきたすおそれがある。

本発明の目的は、高電圧バッテリが故障した場合でも走行を継続することが可能なハイブリッド電気自動車の電源装置を提供することにある。

本発明のハイブリッド電気自動車の電源装置は上記課題を解決するために、エンジンと走行用モータとを有したハイブリッド電気自動車の電源装置であって、第１の電気負荷へ電力を供給可能な第１のバッテリと、該第１のバッテリと直列に接続されるとともに該第１のバッテリと共に第２の電気負荷へ電力を供給可能な第２のバッテリと、前記第１のバッテリと該第２のバッテリに接続されるとともに前記エンジンにより駆動される発電機と、前記走行用モータを駆動するために前記第１のバッテリ及び前記第２のバッテリの各電圧よりも高電圧にされた第３のバッテリと、該第３のバッテリから供給される電圧を降圧するとともに前記第１のバッテリへ電力を供給する電圧調整器と、前記エンジンに駆動されて発電することが可能な前記走行用モータと、からなり、前記第３のバッテリが故障した場合に、前記走行用モータによって発電された電力を前記電圧調整器を介して前記第１のバッテリに供給することを特徴とする。

本発明によれば、第３のバッテリが故障した場合に、走行用モータで発電された電力を電圧調整器に供給し、電圧調整器から第１のバッテリ及び第１の電気負荷へ電力を供給する。

好ましくは、ハイブリッド電気自動車の電源装置は、前記エンジンの出力トルクを制御するエンジントルク制御手段を備え、該エンジントルク制御手段は、前記第３のバッテリが故障し、前記走行用モータによって発電された電力を前記電圧調整器に供給する場合には、該発電される電力に応じた出力トルクを走行に必要な出力トルクに上乗せして前記エンジンから出力させる。
第３のバッテリの故障により走行用モータで発電される出力トルク分だけ上乗せした出力トルクを発生させて、走行に必要な出力トルクを確保する。

また、好ましくは、前記エンジントルク制御手段は、前記第１のバッテリの電圧が所定電圧を下回った場合に、該第１のバッテリの電圧と前記電圧調整器から前記第１のバッテリに流れる電流とによる電力の算出と、該電力及び前記エンジンの回転数による上乗せ出力トルクの算出とを行い、該上乗せ出力トルクを前記走行に必要な出力トルクに加えて前記エンジンから出力させる。
第１のバッテリの電圧値、電圧調整器から第１のバッテリに流れる電流値及びエンジンの回転数を検出して上乗せ出力を算出し、走行に必要な出力トルクに加えることで、エンジンに発生させるべき出力トルクを求める。

本発明によれば、第３のバッテリが故障した場合でも、走行用モータで発電された電力を電圧調整器に供給することで、電圧調整器から第１のバッテリ及び第１の電気負荷への電力供給を継続することができる。従って、第１のバッテリの過度の電圧降下や発電機による第２のバッテリの過充電を防ぐことができ、ひいては路上故障を避けることができて、ハイブリッド電気自動車の電源装置における信頼性を向上させることができる。

また、第３のバッテリの故障への対応のために、走行用モータで発電された出力トルク分だけ上乗せした出力トルクをエンジンで発生させるので、走行に必要なエンジンの出力トルクを確保することができ、ハイブリッド電気自動車のドライバビリティを確保することができる。

更に、第１のバッテリの電圧値、電圧調整器から第１のバッテリに流れる電流値及びエンジンの回転数を検出して上乗せ出力トルクを算出し、走行に必要な出力トルクに加えるだけの簡単な方法で第３のバッテリの故障に対応することができ、エンジントルク制御プログラム変更等のコストアップを抑えることができる。

本発明に係るハイブリッド電気自動車の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係るハイブリッド電気自動車の電源装置の作用を示す作用図であり、図２（ａ）は高電圧バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して第１のバッテリ及び１２Ｖ負荷に電力を供給する作用図、図２（ｂ）はＨＥＶモータからＤＣ／ＤＣコンバータを介して第１のバッテリ及び１２Ｖ負荷に電力を供給する作用図である。 本発明に係る電源装置の高電圧バッテリ故障時における第１のバッテリ及び１２Ｖ負荷への電力供給方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１に示すように、ハイブリッド電気自動車１０は、第１の動力源となるエンジン１１と、このエンジン１１にクラッチ（図示せず）を介して取付けられた第２の動力源となるハイブリッド電気自動車用モータ（以下では、単に「ＨＥＶモータ」と記す。）１２と、このＨＥＶモータ１２に一体的に取付けられた変速機１３と、この変速機１３の出力軸に連結されて後方に延びるプロペラシャフト１４と、このプロペラシャフト１４に終減速装置１６を介して接続された左右の駆動軸１７，１７と、これらの駆動軸１７，１７にそれぞれ取付けられた駆動輪１８，１８と、エンジン１１の運転を制御するエンジンコントロールユニット（以下では、単に「ＥＣＵ」と記す。）２１と、電気系統に電力を供給する電源装置３０と、を備える。

電源装置３０は、ＨＥＶモータ１２の駆動用電源となる高電圧バッテリ３１（第３のバッテリ）と、この高電圧バッテリ３１及びＨＥＶモータ１２のそれぞれに接続されて高電圧バッテリ３１からＨＥＶモータ１２に供給される電力を制御する、あるいはＨＥＶモータ１２が発電機として作用する際にはＨＥＶモータ１２が発電した電力を高電圧バッテリ３１に充電する充電量を制御するモータコントロールユニット（以下では、単に「ＭＣＵ」と記す。）３２と、このＭＣＵ３１に内蔵されて高電圧バッテリ３１の出力電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、このＤＣ／ＤＣコンバータ３３に接続された１２Ｖ仕様の第１のバッテリ３４と、この第１のバッテリ３４に直列接続された１２Ｖ仕様の第２のバッテリ３６と、エンジン１１の出力軸に連結されて発電するとともに発電した電力を第１のバッテリ３４及び第２のバッテリ３６に供給する２４Ｖ仕様のオルタネータ３７と、エンジン１１によって駆動されたときに発電機として機能する上記のＨＥＶモータ１２とからなる。

ＭＣＵ３２は、上記したように、高電圧バッテリ３１からＨＥＶモータ１２に供給する電力を制御するモータ供給電力制御手段と、ＨＥＶモータ１２が発電機として作用する際に発電された電力を高電圧バッテリ３１に充電する充電量を制御する充電量制御手段としての機能の他に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給する電力を制御する電力制御手段と、エンジン１１の出力トルクを制御するエンジントルク制御手段としての機能も備える。
このエンジントルク制御手段として機能するときには、エンジン１１が所定出力トルクを発生させるようにＥＣＵ２１に指令を発する。

第１のバッテリ３４は、１２Ｖ負荷４１に接続されて１２Ｖ負荷４１に電力を供給する、例えば鉛蓄電池である。第２のバッテリ３６は、第１のバッテリ３４と直列接続されて２４Ｖ負荷４２に電力を供給する、例えば鉛蓄電池である。

高電圧バッテリ３１は、第１のバッテリ３４及び第２のバッテリ３６のそれぞれの電圧より電圧が高い、例えばリチウムイオン電池である。

ＨＥＶモータ１２がエンジン１１に駆動されて発電機として機能する場合には、ＨＥＶモータ１２から交流が出力される。この交流はＭＣＵ３２に備える図示せぬ整流器によって直流に変換され、この直流はＤＣ／ＤＣコンバータ３３で降圧されて第１のバッテリ３４に供給される。

以上に述べた電源装置３０の作用を次に説明する。
図２（ａ）において、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１が１２Ｖを下回ると、ＭＣＵ３２は、矢印で示すように、高電圧バッテリ３１からＭＣＵ３２及びＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して第１のバッテリ３４に電力を供給する。この結果、第１のバッテリ３４からは１２Ｖ負荷４１に安定に電力を供給することが可能になる。そして、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１が所定電圧（例えば、１２Ｖ）以上になれば、ＭＣＵ３２は、高電圧バッテリ３１からの電力の供給を停止させる。

図２（ｂ）は高電圧バッテリ３１が故障した場合の電源装置３０の作用を示している。以下では図２（ｂ）及び図３を用いて説明する。なお、文中のＳ１、Ｓ２、・・・はステ
ップ番号を示し、図中の矢印は、以下に説明する電力の流れを示している。

高電圧バッテリ３１が故障した状態で、例えば、１２Ｖ負荷４１によって電力を消費したために、ステップＳ１のように、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１が所定電圧（例えば、１２Ｖ）を下回った場合（ＹＥＳ）には、ＭＣＵ３２は、その電圧Ｖ１を図示せぬ電圧センサから受けて、ステップＳ２に示すように、エンジン１１でＨＥＶモータ１２を駆動させ、ＨＥＶモータ１２を発電機として機能させる。
ステップＳ１で第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１が所定電圧（例えば、１２Ｖ）以上である場合（ＮＯ）には、再度ステップＳ１に進む。

ステップＳ３では、ＭＣＵ３２は、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１とＤＣ／ＤＣコンバータ３３から第１のバッテリ３４に流れる電流Ｉ１とから第１のバッテリ３４に供給される電力Ｐ１を求める。
即ち、電力Ｐ１は、Ｐ１＝Ｖ１・Ｉ１となる。ここで、各変数の単位はＰ１（Ｗ）、Ｖ１（Ｖ）、Ｉ１（Ａ）である。

ステップＳ４では、ＨＥＶモータ１２が発電するためのエンジン１１による上乗せ出力トルクＴ１を算出する。即ち、エンジン１１では、走行に必要な出力トルクＴＳに加えて上乗せ出力トルクＴ１を発生させる。
上乗せ出力トルクＴ１は、Ｔ１＝（６０・Ｐ１）／（２π・Ｒ）となる。
ここで、Ｒはエンジン回転数であり、各変数の単位は、Ｔ１（Ｎ・ｍ）、Ｐ１（Ｗ）、Ｒ（ｒｐｍ）である。

ステップＳ５では、エンジンの出力トルクＴ２を算出する。
エンジンの出力トルクＴ２は、Ｔ２＝ＴＳ＋Ｔ１である。ここで、ＴＳは走行に必要な出力トルクである。
算出された出力トルクＴ２は、ＭＣＵ３２からＥＣＵ２１に伝えられ、ＥＣＵ２１は、エンジン１１に出力トルクＴ２を発生させるようにする。

そして、ステップＳ６に示すように、ＨＥＶモータ１２からＤＣ／ＤＣコンバータ３３に電力を供給する。
ステップＳ７では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から第１のバッテリ３４に電力を供給する。
ステップ８では、第１のバッテリ３４から１２Ｖ負荷４１に電力を供給する、又はＤＣ／ＤＣコンバータ３３から直接に１２Ｖ負荷４１に電力を供給する。

以上の図１〜図３で説明したように、電源装置３０は、エンジン１１とＨＥＶモータ１２とを有したハイブリッド電気自動車１０の電源装置であって、第１の電気負荷としての１２Ｖ負荷４１へ電力を供給可能な第１のバッテリ３４と、この第１のバッテリ３４と直列に接続されるとともに第１のバッテリ３４と共に第２の電気負荷としての２４Ｖ負荷４２へ電力を供給可能な第２のバッテリ３６と、この第１のバッテリと第２のバッテリ３６に接続されるとともにエンジン１１により駆動される発電機としてのオルタネータ３７と、ＨＥＶモータ１２を駆動するために第１のバッテリ３４及び第２のバッテリ３６の各電圧よりも高電圧にされた第３のバッテリとしての高電圧バッテリ３１と、高電圧バッテリ３１から供給される電圧を降圧するとともに第１のバッテリ３４へ電力を供給する電圧調整器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、エンジン１１に駆動されて発電することが可能なＨＥＶモータ１２と、からなり、高電圧バッテリ３１が故障した場合に、ＨＥＶモータ１２によって発電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して第１のバッテリ３４に供給することを特徴とする。

上記構成により、高電圧バッテリ３１が故障した場合でも、ＨＥＶモータ１２で発電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から第１のバッテリ３４及び１２Ｖ負荷４１への電力供給を継続することができる。

従って、第１のバッテリ３４の過度の電圧降下やオルタネータ３７による第２のバッテリ３６の過充電を防ぐことができ、ひいては路上故障を避けることができて、ハイブリッド電気自動車１の電源装置３０における信頼性を向上させることができる。

また、電源装置３０は、エンジン１１の出力トルクを制御するエンジントルク制御手段としてのＥＣＵ２１を備え、このＥＣＵ２１は、高電圧バッテリ３１が故障し、ＨＥＶモータ１２によって発電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給する場合には、発電される電力に応じた出力トルクを走行に必要な出力トルクに上乗せしてエンジン１１から出力させることを特徴とする。

上記構成により、高電圧バッテリ３１の故障への対応のために、ＨＥＶモータ１２で発電された出力トルク分だけ上乗せした出力トルクＴ１をエンジン１１で発生させるので、走行に必要なエンジン１１の出力トルクＴＳを確保することができ、ハイブリッド電気自動車１０のドライバビリティを確保することができる。

更に、電源装置３０は、エンジン１１の出力トルクを制御するエンジントルク制御手段としてのＭＣＵ３２を備え、ＭＣＵ３２は、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１が所定電圧（例えば１２Ｖ）を下回った場合に、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１とＤＣ／ＤＣコンバータ３３から第１のバッテリ３４に流れる電流Ｉ１とによる電力Ｐ１の算出と、この電力Ｐ１及びエンジン回転数Ｒによる上乗せ出力トルクＴ１の算出とを行い、この上乗せ出力トルクＴ１を走行に必要な出力トルクＴＳに加えてエンジン１１から出力させる、詳しくは、上乗せ出力トルクＴ１に走行に必要な出力トルクＴＳを加えた出力トルクＴ２をＥＣＵ２１に伝えることで、ＥＣＵ２１は、エンジン１１から出力トルクＴ２を発生させる。

上記構成により、第１のバッテリ３４の電圧Ｖ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から第１のバッテリ３４に流れる電流Ｉ１及びエンジン回転数Ｒを検出して上乗せ出力Ｔ１を算出し、走行に必要な出力トルクＴＳに加えるだけの簡単な方法で高電圧バッテリ３１の故障に対応することができ、エンジントルク制御プログラム変更等のコストアップを抑えることができる。

尚、本実施形態では、図１で説明したように、エンジントルク制御手段としてのＭＣＵ３２が、ＥＣＵ２１を介してエンジン１１の出力トルクを制御するようにしたが、これに限らず、ＭＣＵ３２で直接にエンジン１１の出力トルクを制御してもよい。

本発明の電源装置は、ハイブリッド電気自動車に利用可能である。

１０ ハイブリッド電気自動車
１１ エンジン
１２ 走行用モータ（ハイブリッド電気自動車用モータ、ＨＥＶモータ）
２１ エンジンコントロールユニット、ＥＣＵ
３０ 電源装置
３１ 第３のバッテリ（高電圧バッテリ）
３２ エンジントルク制御手段（モータコントロールユニット、ＭＣＵ）
３３ 電圧調整器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
３４ 第１のバッテリ
３６ 第２のバッテリ
３７ 発電機（オルタネータ）
４１ 第１の負荷（１２Ｖ負荷）
４２ 第２の負荷（２４Ｖ負荷）
Ｖ１ 第１のバッテリの電圧
Ｉ１ ＤＣ／ＤＣコンバータから第１のバッテリに流れる電流
Ｐ１ 電力
Ｒ エンジンの回転数（エンジン回転数）
Ｔ１ 上乗せ出力トルク
Ｔ２ エンジンの出力トルク
ＴＳ 走行に必要な出力トルク

Claims (3)

1. エンジンと走行用モータとを有したハイブリッド電気自動車の電源装置であって、
   第１の電気負荷へ電力を供給可能な第１のバッテリと、
   該第１のバッテリと直列に接続されるとともに該第１のバッテリと共に第２の電気負荷へ電力を供給可能な第２のバッテリと、
   前記第１のバッテリと該第２のバッテリに接続されるとともに前記エンジンにより駆動される発電機と、
   前記走行用モータを駆動するために前記第１のバッテリ及び前記第２のバッテリの各電圧よりも高電圧にされた第３のバッテリと、
   該第３のバッテリから供給される電圧を降圧するとともに前記第１のバッテリへ電力を供給する電圧調整器と、
   前記エンジンに駆動されて発電することが可能な前記走行用モータと、からなり、
   前記第３のバッテリが故障した場合に、前記走行用モータによって発電された電力を、前記電圧調整器を介して前記第１のバッテリに供給することを特徴とするハイブリッド電気自動車の電源装置。
2. 前記エンジンの出力トルクを制御するエンジントルク制御手段を備え、
   該エンジントルク制御手段は、
   前記第３のバッテリが故障し、前記走行用モータによって発電された電力を前記電圧調整器に供給する場合には、該発電される電力に応じた出力トルクを走行に必要な出力トルクに上乗せして前記エンジンから出力させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の電源装置。
3. 前記エンジントルク制御手段は、前記第１のバッテリの電圧が所定電圧を下回った場合に、該第１のバッテリの電圧と前記電圧調整器から前記第１のバッテリに流れる電流とによる電力の算出と、該電力及び前記エンジンの回転数による上乗せ出力トルクの算出とを行い、該上乗せ出力トルクを前記走行に必要な出力トルクに加えて前記エンジンから出力させることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド電気自動車の電源装置。

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