JP2013112098A - Hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輪駆動用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle including a wheel driving motor and an engine.
車輪駆動用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車は、エンジンを使わずにモータのみで走行するEVモードと、エンジンとモータの双方を使って走行するHVモードを切り換えながら走行する。エンジンは、走行用の動力源としてだけでなく、モータを発電機として利用するときの動力源としても使われる。ハイブリッド車は、モータで発電した電力でバッテリを充電することができるため、エンジンを備えない純粋な電気自動車に比べて、搭載バッテリの容量が小さい。即ち、ハイブリッド車は、EVモードだけではそう長い距離は走れない。 A hybrid vehicle including a wheel driving motor and an engine travels while switching between an EV mode that travels using only the motor without using the engine and an HV mode that travels using both the engine and the motor. The engine is used not only as a driving power source but also as a power source when the motor is used as a generator. Since the hybrid vehicle can charge the battery with the electric power generated by the motor, the capacity of the mounted battery is smaller than that of a pure electric vehicle without an engine. That is, the hybrid vehicle cannot run so long in the EV mode alone.
そこで、2個のモータを備え、バッテリの不具合(バッテリの電力を取り出す給電線の断線など、バッテリ周辺の部品の不具合を含む)が生じたときに、エンジンの駆動力を使って一方のモータで発電し、その電力で他方のモータを駆動してバッテリに頼らずに走行する技術が特許文献1や特許文献2にて提案されている。
Therefore, two motors are provided, and when a battery malfunction (including malfunctions in parts around the battery, such as disconnection of the power supply line for extracting battery power), one motor uses the driving force of the engine. Patent Document 1 and
なお、以下では、上記のごとくバッテリに頼らずに走行することをバッテリレス走行と表現することにする。また、バッテリを使ってモータを駆動して走行することを、「バッテリレス走行」に対する表現として「通常走行」と表現する。また、説明を簡単にするため、モータに電力を供給し車輪の駆動力を得ることを「力行」と表現し、車両の運動エネルギを利用してモータで発電することを「回生」と表現する。 In the following, running without relying on the battery as described above is expressed as battery-less running. In addition, driving by driving a motor using a battery is expressed as “normal driving” as an expression for “battery-less driving”. In addition, for the sake of simplicity, supplying power to the motor to obtain the driving force of the wheels is expressed as “powering”, and generating electricity with the motor using the kinetic energy of the vehicle is expressed as “regeneration”. .
バッテリの不具合は、典型的には、バッテリの出力電圧を計測する電圧センサの計測値に基づいて判断される。具体的には、電圧センサの計測値が予め定められた閾値電圧を下回った場合に、バッテリに不具合が生じていると判断し、通常走行からバッテリレス走行に移行する。ところが、バッテリ自体に不具合はなく、電圧センサが故障している可能性もある。その場合には、バッテリレス走行でなく通常走行することが好ましい。本明細書は、バッテリの出力電圧を計測する電圧センサの計測値に基づいて一旦バッテリレス走行に移行した後に、電圧センサ自体が故障しているか否かをチェックし、電圧センサ自体が故障している蓋然性が高い場合にはバッテリレス走行から通常走行に戻すハイブリッド車を提供する。 A battery failure is typically determined based on a measurement value of a voltage sensor that measures the output voltage of the battery. Specifically, when the measured value of the voltage sensor falls below a predetermined threshold voltage, it is determined that a problem has occurred in the battery, and the normal traveling is shifted to the batteryless traveling. However, the battery itself is not defective and the voltage sensor may be broken. In that case, it is preferable to run normally instead of batteryless running. This specification is based on the measurement value of the voltage sensor that measures the output voltage of the battery. After the transition to battery-less running, the voltage sensor itself is checked to see if it has failed. Provided is a hybrid vehicle that returns from batteryless running to normal running when there is a high probability.
ハイブリッド車のなかには、バッテリの出力電圧を昇圧してインバータに供給するコンバータ(DCDCコンバータ)を備えるタイプがある。その場合、コンバータの低圧側端子間の電圧を計測する低圧側電圧センサ(バッテリの出力電圧を計測する電圧センサに相当する)のほかに、コンバータの高圧側端子間の電圧を計測する高圧側電圧センサを備える。本明細書は、それら2個の電圧センサを利用して低圧側電圧センサが正常であるか否かを判断する。その結果、電圧センサが故障している蓋然性が高い場合にバッテリレス走行から通常走行に戻す。なお、高圧側電圧センサが計測する電圧は、インバータの直流側端子間の電圧に相当する。インバータの直流側端子間の電圧は、力行時はインバータへの入力電圧に相当し、回生時はインバータの直流出力電圧に相当する。 Some hybrid vehicles include a converter (DCDC converter) that boosts the output voltage of a battery and supplies the boosted voltage to an inverter. In that case, in addition to the low-voltage side voltage sensor that measures the voltage between the low-voltage side terminals of the converter (corresponding to the voltage sensor that measures the output voltage of the battery), the high-voltage side voltage that measures the voltage between the high-voltage side terminals of the converter A sensor is provided. This specification uses these two voltage sensors to determine whether or not the low-voltage side voltage sensor is normal. As a result, when there is a high probability that the voltage sensor has failed, the batteryless running is returned to the normal running. Note that the voltage measured by the high voltage side voltage sensor corresponds to the voltage between the DC side terminals of the inverter. The voltage between the DC side terminals of the inverter corresponds to the input voltage to the inverter during power running, and corresponds to the DC output voltage of the inverter during regeneration.
本明細書が開示する技術の一実施形態を説明する。本明細書が開示する技術は、エンジンを使わずにモータのみで走行するEVモードとエンジンとモータを使って走行するHVモードを切り換え可能なハイブリッド車を対象とする。そのハイブリッド車は、モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリ、第1及び第2モータ、第1及び第2インバータ、コンバータ、及び、コントローラを備える。コンバータは、バッテリの出力電圧を昇圧して第1及び第2インバータへ供給する。コンバータは、回生時は、第1インバータが出力する直流電力の電圧をバッテリ充電に適した電圧まで降圧する機能も備える。第1モータは、車輪を駆動する駆動力を出力することと、エンジンの駆動力又は車両の減速エネルギによって発電することの双方に用いられる。第2モータは、車輪を駆動する駆動力を出力する。もちろん、第2モータも発電機として用いられてもよい。第1インバータは、第1モータに駆動力を出力させる場合にはコンバータの出力電力を交流に変換して第1モータへ供給し、第1モータが発電する場合には第1モータが発電した交流電力を直流に変換しコンバータを介してバッテリに供給し、及び/又は、第2モータを含む電気デバイスに供給する。第2インバータは、コンバータの出力電力を交流に変換して第2モータへ供給する。本明細書が開示するハイブリッド車はさらに、前述したように、コンバータの低圧側端子間の電圧を計測する低圧側電圧センサと、コンバータの高圧側端子間の電圧を計測する高圧側電圧センサを備える。低圧側電圧センサが、バッテリの電圧を計測する電圧センサに相当する。 An embodiment of the technology disclosed in this specification will be described. The technology disclosed in this specification is intended for a hybrid vehicle that can switch between an EV mode that travels using only a motor without using an engine and an HV mode that travels using the engine and motor. The hybrid vehicle includes a battery that stores electric power for driving the motor, first and second motors, first and second inverters, a converter, and a controller. The converter boosts the output voltage of the battery and supplies it to the first and second inverters. The converter also has a function of stepping down the voltage of the DC power output from the first inverter to a voltage suitable for battery charging during regeneration. The first motor is used both for outputting a driving force for driving the wheels and for generating electric power by the driving force of the engine or the deceleration energy of the vehicle. The second motor outputs a driving force for driving the wheels. Of course, the second motor may also be used as a generator. The first inverter converts the output power of the converter into alternating current when the driving power is output to the first motor and supplies the alternating current to the first motor. When the first motor generates power, the first inverter generates alternating current. The electric power is converted into direct current and supplied to the battery via the converter and / or supplied to the electric device including the second motor. A 2nd inverter converts the output electric power of a converter into alternating current, and supplies it to a 2nd motor. As described above, the hybrid vehicle disclosed in the present specification further includes a low voltage side voltage sensor that measures a voltage between the low voltage side terminals of the converter and a high voltage side voltage sensor that measures a voltage between the high voltage side terminals of the converter. . The low voltage side voltage sensor corresponds to a voltage sensor that measures the voltage of the battery.
コントローラは、以下の処理を実行する。
(1)低圧側電圧センサの計測値が予め定められた閾値電圧を下回った場合にはEVモードを禁止するとともに、エンジンの駆動力で第1モータを回転させその発電により得られる電力と、第2モータを含む電気デバイスの消費電力との電力収支がバランスするように第1インバータを制御する処理。なお、EVモードを禁止するとは、エンジンを駆動したままとすることに相当する。
(2)コンバータの低圧側端子と高圧側端子を短絡し、低圧側電圧センサの計測値と高圧側電圧センサの計測値が一致する場合はEVモード禁止を維持する処理。
(3)コンバータの低圧側端子と高圧側端子を短絡したにも関わらず低圧側電圧センサの計測値が高圧側電圧センサの計測値よりも低い場合はEVモード禁止を解除する処理。
The controller executes the following processing.
(1) When the measured value of the low-voltage side voltage sensor falls below a predetermined threshold voltage, the EV mode is prohibited, and the first motor is rotated by the driving force of the engine, The process which controls a 1st inverter so that the electric power balance with the power consumption of the electric device containing 2 motors may be balanced. Note that prohibiting the EV mode corresponds to keeping the engine driven.
(2) A process of maintaining the EV mode inhibition when the low-voltage side terminal and the high-voltage side terminal of the converter are short-circuited and the measured value of the low-voltage side voltage sensor matches the measured value of the high-voltage side voltage sensor.
(3) Processing for canceling the EV mode prohibition when the measured value of the low-voltage side voltage sensor is lower than the measured value of the high-voltage side voltage sensor despite the short circuit between the low-voltage side terminal and the high-voltage side terminal of the converter.
上記(1)の処理が、バッテリレス走行に相当する。(2)と(3)の処理が、低圧側電圧センサ(即ちバッテリの出力電圧を計測する電圧センサ)が故障しているか否かをチェックする処理に相当する。(2)の処理は、低圧側電圧センサは正常であると判定したときにバッテリレス走行を維持する処理である。(3)の処理は、低圧側電圧センサが故障している蓋然性が高いとしてバッテリレス走行から通常走行に戻す処理に相当する。 The process (1) corresponds to battery-less travel. The processes (2) and (3) correspond to the process of checking whether or not the low-voltage side voltage sensor (that is, the voltage sensor that measures the output voltage of the battery) has failed. The process (2) is a process for maintaining battery-less travel when it is determined that the low-voltage side voltage sensor is normal. The process (3) corresponds to a process of returning from the batteryless travel to the normal travel on the assumption that there is a high probability that the low voltage side voltage sensor has failed.
本明細書が開示する技術は、コンバータの低圧側端子と高圧側端子を短絡し、低圧側電圧センサと高圧側電圧センサの値が一致すれば両電圧センサは正常であると判断し、そうでない場合は、バッテリ電圧出力の低下を検知した低圧側電圧センサが故障していると判断する。低圧側電圧センサが故障していると判断した場合は、バッテリレス走行から通常走行に戻す。これは、同時に2箇所が故障する確率は極めて低く、電圧センサが故障しているならばバッテリは故障していない蓋然性が高い、という知見に基づく。 The technology disclosed in this specification short-circuits the low-voltage side terminal and the high-voltage side terminal of the converter, and if the values of the low-voltage side voltage sensor and the high-voltage side voltage sensor match, it is determined that both voltage sensors are normal. In this case, it is determined that the low-voltage side voltage sensor that has detected a decrease in the battery voltage output has failed. When it is determined that the low-voltage side voltage sensor has failed, the batteryless traveling is returned to the normal traveling. This is based on the knowledge that the probability of failure of two locations at the same time is extremely low, and that if the voltage sensor is faulty, there is a high probability that the battery is not faulty.
なお、低圧側電圧センサの計測値が高圧側電圧センサの計測値に一致するか否かをコントローラが判定する際、当然ながら、2個の電圧センサの計測値の差が両センサの誤差の加算値程度の範囲内であれば「一致している」と判定してよい。判断の確実性を向上させるため、コントローラは、両電圧センサの計測値の差が、誤差の加算値に所定のマージンを加えた範囲内であれば「一致する」と判断するようにプログラムされていてもよい。 When the controller determines whether the measured value of the low-voltage side voltage sensor matches the measured value of the high-voltage side voltage sensor, naturally, the difference between the measured values of the two voltage sensors is the sum of the errors of both sensors. If it is within the range of about the value, it may be determined as “match”. In order to improve the certainty of judgment, the controller is programmed to judge “match” if the difference between the measured values of both voltage sensors is within the range of the error plus the specified margin. May be.
ハイブリッド車のギアトレインの典型例は、以下の接続関係を有するプラネタリギアである。即ち、サンギアが第1モータの出力軸に連結している。プラネタリキャリアがエンジンの出力軸に連結している。リングギアが第2モータの出力軸に連結している。また、リングギア(第2モータの出力軸)は、車軸にも連結している。 A typical example of a gear train of a hybrid vehicle is a planetary gear having the following connection relationship. That is, the sun gear is connected to the output shaft of the first motor. A planetary carrier is connected to the output shaft of the engine. A ring gear is connected to the output shaft of the second motor. The ring gear (the output shaft of the second motor) is also connected to the axle.
また、コンバータの典型例は、2個のスイッチング回路とリアクトルで構成される。具体的には、2個のスイッチング回路は、コンバータの高圧側の端子間に直列に接続されている。リアクトルは、その一端が低圧側の正極端子に接続しており、他端が2個のスイッチング回路の中間点に接続している。スイッチング回路の典型は、IGBTなどのスイッチングトランジスタとダイオードが逆並列に接続した回路である。そのようなコンバータを有する場合、ハイブリッド車のコントローラは、コンバータの高圧側の正極端子とリアクトルとの間のスイッチング回路を閉じることにより低圧側端子と高圧側端子を短絡することができる。なお、コンバータの高圧側の正極端子とリアクトルとの間のスイッチング回路は、上アームと呼ばれることがある。 A typical example of a converter is composed of two switching circuits and a reactor. Specifically, the two switching circuits are connected in series between the high-voltage side terminals of the converter. One end of the reactor is connected to the positive terminal on the low voltage side, and the other end is connected to the midpoint of the two switching circuits. A typical switching circuit is a circuit in which a switching transistor such as an IGBT and a diode are connected in antiparallel. In the case of having such a converter, the controller of the hybrid vehicle can short-circuit the low-voltage side terminal and the high-voltage side terminal by closing the switching circuit between the high-voltage side positive electrode terminal of the converter and the reactor. A switching circuit between the positive terminal on the high voltage side of the converter and the reactor may be called an upper arm.
本明細書が開示する技術は、バッテリレス走行に移行した後、バッテリの出力電圧を計測する電圧センサが故障している蓋然性が高い場合は通常走行に戻し、安定して走行することのできるハイブリッド車を提供する。 The technology disclosed in this specification is a hybrid that can return to normal driving and stably run when there is a high probability that the voltage sensor that measures the output voltage of the battery has failed after shifting to battery-less driving. Provide a car.
図1に、実施例のハイブリッド車100の模式的ブロック図を示す。ハイブリッド車100は、車輪駆動用のエンジン21と2個のモータ(第1モータ8、及び、第2モータ18)を有する。ハイブリッド車100は、第1モータ8と第2モータ18のそれぞれに対して第1インバータ7、第2インバータ17を備える。いずれのインバータも、バッテリ(メインバッテリ2)から電力の供給を受ける。いずれのインバータも、PWM駆動型であり、そのPWM信号は、コントローラ9が供給する。コントローラ9は、車速、アクセル開度、メインバッテリ2の残量(SOC:State Of Charge)などから、車輪25が出力すべき駆動力を算出し、その駆動力を得るためのモータとエンジンの出力分担を算出する。さらにコントローラ9は、モータへは出力分担に応じたPWM信号を与え、エンジンには出力分担に応じた燃料噴射量を指令する。なお、コントローラ9は、場合によっては、エンジン21の駆動力の一部を第1モータ8に加えて発電し、その電力でメインバッテリ2を充電するように各デバイスを制御することもある。
In FIG. 1, the typical block diagram of the
第1モータ8は主にセルモータ及び発電機として機能する。第2モータ18は主として駆動力を発生する。ただし、高い駆動力が必要とされる場合は第1モータ8も駆動力を供給し、また、回生時は第2モータ18も発電機として機能する。
The
第1モータ8の出力(駆動トルク)と第2モータ18の出力(駆動トルク)とエンジン21の出力(駆動トルク)は、動力分配機構22で合成/分配され、車軸23(車軸)に伝えられる。車軸23は、デファレンシャルギア24を介して車輪25に繋がっている。第1モータ8と第2モータ18は、車軸23及びエンジン21と連動して回転する。
The output (drive torque) of the
動力分配機構22について説明する。動力分配機構22は、主としてプラネタリギアで構成されている。図2に、動力分配機構22を構成するプラネタリギア50のスケルトン図を示す。プラネタリギア50は、サンギア51、プラネタリキャリア52、及び、リングギア53が組み合わさったギアセットである。プラネタリキャリア52は、エンジン21の出力軸に連結している。サンギア51は、第1モータ8(M1)の出力軸に連結している。リングギア53は、第2モータ18(M2)に連結している。なお、リングギア53の一部が第2モータ18のロータを構成している。また、リングギア53は、リングギア53に同軸に固定されているアウトプットギア54と、アイドルギア55を介して車軸23と係合している。なお、図2の符号56は、車軸23に固定された伝達ギアである。上記構成の動力分配機構22により、エンジン21と第1モータ8、及び、第2モータ18の出力の合計によって車軸23の出力トルクが定まる。場合によっては、エンジン21と第2モータ18の出力で車軸23を駆動するとともに、エンジン21の駆動力で第1モータ8を回転させて電力を得る。あるいは、エンジン21と第1モータ8及び第2モータ18の全てが出力を出し、大きな駆動力を得る場合もある。以上の場合がエンジンとモータを使うHVモードである。また、エンジン21を停止しておくと、第1モータ8、第2モータ18のいずれの出力も車軸23へ伝達できる。エンジン21を停止し、第1モータ8と第2モータ18の少なくとも一方の駆動力で走行する状態がEVモードである。
The
プラネタリギア50の構造と機能は良く知られているので詳しい説明は省略する。図2から明らかなとおり、第1モータ8と第2モータ18は共に、エンジン21と車軸23に連動して回転する。即ち、走行中にアクセルがOFFされてもモータは回転し続ける。このとき、モータ8、18が発生する逆起電力は、夫々のインバータ7、17を介して直流電力に変換され、メインバッテリ2に蓄えられる。あるいは、発電した電力の一部は直接に他の電気デバイスへ供給される。即ち、ハイブリッド車100は、車両の運動エネルギを電気エネルギに回生してバッテリ2に蓄えることもできる。回生電力によってメインバッテリ2を充電することができるので、メインバッテリ2の容量は、エンジンを備えない電気自動車のバッテリに比べると小さい。
Since the structure and function of the
図1に戻り、ハイブリッド車100の電気系統を説明する。ハイブリッド車100は、2個のバッテリ2、27を備える。メインバッテリ2は、モータ8、18に供給する電力を蓄える高出力高容量のバッテリである。サブバッテリ27は、モータ以外の電気デバイス、例えば、カーナビゲーション装置28や、ルームランプなど、12ボルトで駆動する電気デバイスに電力を供給するためのバッテリである。なお、本実施例ではサブバッテリ27の出力電圧は12ボルトであるが、サブバッテリの出力電圧は、12ボルトに限られない。メインバッテリ2の出力電圧が一般に100ボルト以上であるのに対して、サブバッテリの出力電圧は一般に50V以下である。サブバッテリ27の電力で作動する電気デバイスを補機と称することがある。なお、後述するインバータやコンバータも補機の一つである。また、メインバッテリ2の電力は、降圧コンバータ26を介して補機にも供給されるので、サブバッテリ27は、メインバッテリ2からの電力供給がストップした場合に補機に電力を供給する。
Returning to FIG. 1, the electrical system of the
メインバッテリ2は、システムメインリレー3を介して昇降圧コンバータ5に接続している。システムメインリレー3は、メインバッテリ2と車両の電気系を接続したり切断したりする、いわゆるメインスイッチに相当する。システムメインリレー3はコントローラ9によって制御される。
The
昇降圧コンバータ5の先には第1インバータ7と第2インバータ17が並列に接続されている。第1インバータ7の先には第1モータ8が接続されており、第2インバータ17の先には第2モータ18が接続されている。昇降圧コンバータ5は、DCDCコンバータであり、メインバッテリ2の出力電圧を、第1及び第2モータ8、18の駆動に適した電圧まで昇圧する機能と、第1モータ8の回生電力(交流)を入力として第1インバータ7が出力する直流電力をメインバッテリ2の充電に適した電圧まで降圧する機能を備える。同様に昇降圧コンバータ5は、第2モータ18の回生電力(交流)を入力として第2インバータ17が出力する直流電力をメインバッテリ2の充電に適した電圧まで降圧する機能を備える。
A
昇降圧コンバータ5の低圧側(バッテリ側)には、平滑化コンデンサ15が接続されており、高圧側(インバータ側)には、平滑化コンデンサ16が接続されている。平滑化コンデンサ15、16は、昇降圧コンバータ5の入力電流と出力電流を平滑化するために挿入されている。昇降圧コンバータ5にはモータを駆動するための大電流が流れるため、平滑化コンデンサ15、16も大容量である。
A smoothing
昇降圧コンバータ5の回路の一例を図3に示す。昇降圧コンバータ5は、高圧側(インバータ側)の端子間に直列に接続されている2個のスイッチング回路SW1、SW2と、一端が低圧側(バッテリ側)の正極(P1)に接続しており、他端が2個のスイッチング回路の中間点に接続しているリアクトル31で構成されている。リアクトル31と高圧側の正極端子P2との間のスイッチング回路SW1は、IGBT32とダイオード33の逆並列回路で構成されている。また、リアクトル31と高圧側の負極端子Nとの間のスイッチング回路SW2は、IGBT34とダイオード35の逆並列回路で構成されている。よく知られているように、IGBT32を開放し(オフ状態とし)、IGBT34に所定のPWM信号を加えると、リアクトル31とダイオード33を通じてバッテリ2の電圧よりも高い電圧を高圧側に出力することができる。また、IGBT34を開放し(オフ状態とし)、IGBT32に所定のPWM信号を加えると、リアクトル31とダイオード35を通じ、回生時に第1インバータ7が出力する電圧よりも低い電圧を低圧側(バッテリ側)に出力することができる。IGBT32は上アームと、IGBT34は下アームと呼ばれることがある。
An example of the circuit of the buck-
図1に戻って説明を続ける。第1インバータ7は、昇降圧コンバータ5によって昇圧されたメインバッテリ2の直流電力を、第1モータ8の駆動に適した交流電力に変換して第1モータ8へ出力する。モータへの出力はUVW3相の交流電力である。また、第1インバータ7は、第1モータ8が生成した回生電力(交流)を直流に変換する機能も有する。即ち、第1インバータ7は、第1モータ8に駆動力を出力させる場合にはメインバッテリ2の出力電力を交流に変換して第1モータ8へ供給し、第1モータ8が発電する場合には第1モータ8が発電した交流電力を直流に変換してバッテリ2、及び/又は、カーナビゲーション装置28などの補機(電気デバイス)に直流電力を供給する。第2インバータ17の機能も、第1インバータ7と同じである。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The
第1インバータ7と第2インバータ17は、PWM信号で作動する。昇降圧コンバータ5も、同様に、PWM信号で作動する。さらに、降圧コンバータ26もPWM信号で作動する。それらPWM信号はコントローラ9が生成し、各デバイスへ送信する。
The
メインバッテリ2と昇降圧コンバータ5の間、別言すれば、昇降圧コンバータ5の低圧側の2個の端子の間に、電圧センサ(低圧側電圧センサ4)が備えられている。また、昇降圧コンバータ5と第1インバータ7の間、別言すれば、昇降圧コンバータ5の高圧側の端子の間にも、電圧センサ(高圧側電圧センサ6)が備えられている。低圧側電圧センサ4は、メインバッテリ2の出力電圧を計測する。高圧側電圧センサ6は、力行時の昇降圧コンバータ5の出力、即ち、第1インバータ7の入力電圧を計測する。高圧側電圧センサ6が計測する電圧は、回生時には、第1インバータ7の直流出力電圧に相当する。電圧センサ4と6の計測値はコントローラ9に送られる。
A voltage sensor (low voltage side voltage sensor 4) is provided between the
コントローラ9は、低圧側電圧センサ4が計測するバッテリ電圧が所定の閾値電圧よりも低くなると、メインバッテリ2あるいはその周辺の部品に故障が生じている可能性が高いとして、エンジンを始動してHVモードに移行する。バッテリ電圧が閾値電圧よりも低い間は、コントローラ9はEVモードへの移行を禁止する。別言すれば、このとき、コントローラ9は、エンジン21の稼働を維持する。EVモードへの移行を禁止している間、コントローラ9は、低圧側電圧センサ4が故障しているか否かをチェックし、もし低圧側電圧センサ4が故障しているのであれば、メインバッテリ2は正常である蓋然性が高いとしてEVモードの禁止を解除する。なお、2箇所で同時に故障が発生する確率は極めて小さいので、低圧側電圧センサ4が故障している蓋然性が高い場合には、メインバッテリ2は正常であると判定しても差し支えない。次に、低圧側電圧センサ4の計測値に基づくコントローラ9の処理を詳しく説明する。
When the battery voltage measured by the low-voltage
図4にコントローラ9が実行する処理のフローチャートを示す。なお、以下では、低圧側電圧センサ4が計測する電圧値をVL(低圧側電圧VL)で表し、高圧側電圧センサ6が計測する電圧値をVH(高圧側電圧VH)で表す。低圧側電圧VLと高圧側電圧VHは図3にも図示してあるので参照されたい。
FIG. 4 shows a flowchart of processing executed by the
コントローラ9は、常に低圧側電圧VLを監視しており、低圧側電圧VLが予め定められた閾値電圧VLthを下回ると、図4のフローチャートの処理(バッテリ異常時処理)を開始する。なお、閾値電圧VLthは、メインバッテリ2が正常であるときのメインバッテリ2の出力電圧範囲の下限値に設定される。より厳密には、閾値電圧VLthは、前述の下限値からさらに幾らかのマージンの分だけ下げた値である。マージンは、電圧センサの計測誤差などである。閾値電圧VLthは、メインバッテリ2の性能やハイブリッド車100の電気系統の特性により予め定められ、コントローラ9に記憶されている。
The
バッテリ異常時処理が開始されると、コントローラ9は、まず、そのときにエンジン21が稼働中であるか否かをチェックする(S3)。エンジン21が停止している場合(S3:NO)、コントローラ9は、エンジン21を始動する(S4)。エンジン21を始動するので以後はHVモードとなる。コントローラ9は、以後、ステップS12(後述)を実施するか、あるいは、運転者によって車両のメインスイッチがOFFに切り換えられるまでは、エンジンを停止しない。即ち、コントローラ9は、以後、EVモードへの移行を禁止する(S5)。EVモードへの移行が禁止されている間、第1モータ8はエンジンの駆動力により発電する。なお、このとき、ハイブリッド車100は、エンジン21と第2モータ18の駆動力により走行を続ける。
When the battery abnormality process is started, the
第1モータ8が発電した交流電力は、第1インバータ7によって直流に変換される。第1インバータ7の直流側は第2インバータ17の直流側と並列に接続されているから、第1モータ8が発電した電力の一部は第1インバータ7から第2インバータ17へと流れ、第2モータ18を駆動する電力となる。また、第1インバータ7の直流側には昇降圧コンバータ5が接続している。それゆえ、第1モータ8が発電した電力の他の一部は、昇降圧コンバータ5、及び、降圧コンバータ26を通じてカーナビゲーション装置28などの電気デバイスへ供給される。コントローラ9は、第2モータ18の消費電力とサブバッテリ27に繋がっている電気デバイス群の消費電力を加算した値が、第1モータ8が発電する電力とほぼ等しくなるように、第1インバータ7を制御する。電力収支をバランスさせるために、コントローラ9は、場合によっては第1インバータ7だけでなく、第1モータ8の回転を決めるエンジン21、及び/又は、第2モータ18の出力を決める第2インバータ17も制御する。電力収支をバランスさせることは、別言すれば、コントローラ9が、高圧側電圧VHが一定となるように第1インバータ7等を制御することに相当する(S6)。具体的には、コントローラ9は、高圧側電圧センサ6の計測値VHをモニタし、計測値VHが一定となるように、第1インバータ7(及びエンジン21や第2インバータ17)を制御する。高圧側電圧VHを一定に維持することができれば、即ち、第1モータ8が発電する電力と、第2モータ18及び車載の電気デバイスの消費電力が釣り合えば、メインバッテリ2から電力の供給を受けることなく、エンジン21と第2モータ18の駆動力で車両を走行させ続けることができる。これが、バッテリレス走行である。なお、高圧側電圧VHを一定に維持することは、厳密には、第1モータ8が発電した電力と、第2モータ18と他の電気デバイスの消費電力にインバータやコンバータのロスを加えた電力を釣り合わせることである。
The AC power generated by the
ステップS6が実行された場合は、力行に使える電力が第1モータ8の発電量で制約されるので、第2モータ18の定格最大出力を出すことはできない。即ち、このとき、ハイブリッド車100は、正常時の最大出力を出すことができないことに留意されたい。具体的には、運転者が強くアクセルペダルを踏み込んでも、ハイブリッド車100の出力(駆動トルク)は、本来予定されている出力よりも低い値に制限される。
When step S6 is executed, the power that can be used for powering is limited by the amount of power generated by the
次のステップS7で昇降圧コンバータ5の入出力端子を短絡するので、コントローラ9は、ステップS6において高圧側電圧VH(第1モータ8の発電による電圧)を一定に維持する際、その電圧VHが、メインバッテリ2の許容電圧以下となるように、第1モータ8を駆動するエンジン21の回転数や、発電された交流電力を直流電力に変換する第1インバータ7などを制御する。
Since the input / output terminal of the step-up / step-down
次にコントローラ9は、昇降圧コンバータ5の上アーム(スイッチング回路SW1)のトランジスタ(IGBT32)を閉じ、昇降圧コンバータ5の低圧側の正極端子P1と高圧側の正極端子P2を短絡させる(S7)。P1、P2は図3に図示しているので参照されたい。なお、低圧側の負極端子と高圧側の負極端子は元々繋がっている。次いで、コントローラ9は、低圧側電圧VLが高圧側電圧VHに一致しているか否かをチェックする(S8)。ここで、電圧センサの計測値には誤差があるので、ステップS8の処理は、より詳しくは、次のとおりである。即ち、コントローラ9は、低圧側電圧VLと高圧側電圧VHの差が、予め定められた誤差範囲内であるか否かをチェックする。この既定の誤差範囲には、計測誤差のほかマージンが含まれていてもよい。昇降圧コンバータ5の入出力端子を短絡するのであるから、電圧センサが故障していない限り、低圧側電圧VLは高圧側電圧VHに一致する(S8:YES)。この場合は、メインバッテリ2あるいはメインバッテリ2からの電力供給ラインに異常(例えば断線や接触不良など)が生じている可能性が高いので、コントローラ9は、システムメインリレー3(図1参照)を開放し、メインバッテリ2を回路から切り離す(S9)。以後、ハイブリッド車100は、バッテリレス走行を続ける。
Next, the
逆に、低圧側電圧VLが高圧側電圧VHに一致しない場合(S8:NO)、電圧センサが故障している蓋然性が高い。一般に、2箇所が同時に故障する確率は極めて低いから、電圧センサが故障している場合は(即ち、S8の判断がNOの場合は)、メインバッテリ2は故障していない蓋然性が極めて高いと判断できる。その場合は、エンジン停止を禁止する必要がなくなるから、コントローラ9は、ステップS5で設定したエンジン停止禁止を解除する(S12)。別言すれば、コントローラ9は、EVモードへの移行を許容する。ステップS12の後は、コントローラ9は、EVモードとHVモードを適宜に切り換える通常走行に戻る。
Conversely, when the low voltage side voltage VL does not coincide with the high voltage side voltage VH (S8: NO), there is a high probability that the voltage sensor has failed. In general, since the probability that two locations will fail simultaneously is extremely low, if the voltage sensor is faulty (ie, if the determination in S8 is NO), it is determined that the probability that the
実施例のハイブリッド車100の利点を説明する。ハイブリッド車100は、メインバッテリ2あるいはその周辺で異常が発生すると、エンジンの稼働を維持しつつバッテリの電力に頼らないバッテリレス走行に移行する。なお、メインバッテリ2あるいはその周辺に不具合が生じたとき、モータを使わずにエンジンだけで走行することも可能である。しかしながら、ハイブリッド車は元々エンジン出力とモータ出力を合わせて高い駆動力を得ることを前提としているため、エンジンだけでは十分な駆動力が出せない。本明細書が開示するハイブリッド車100は、メインバッテリ2あるいはその周辺に故障が発生しても、バッテリに頼ることなくエンジンとモータを使って走行することができるので、メインバッテリ2が故障しても相応の駆動力で走行することができる。
Advantages of the
メインバッテリ2あるいはその周辺の異常の例には、メインバッテリ2の内部、あるいは、メインバッテリ2から昇降圧コンバータ5への電力供給ラインの切断や接触不良がある。なお、昇降圧コンバータ5の低圧側と高圧側には大容量の平滑化コンデンサ15、16が並列に接続されているため、メインバッテリ2からの電力供給ラインが切断しても、それら平滑化コンデンサが電力を供給するため、瞬時には電力ゼロとはならない。
Examples of abnormalities in the
ハイブリッド車100のコントローラ9は、低圧側電圧センサ4の計測値VLが電圧閾値VLthを下回ると、一旦EVモードを禁止するが、その後、低圧側電圧センサ4が故障していないか否かを確かめる。低圧側電圧センサ4が故障していない場合は(低圧側電圧VLと高圧側電圧VHが一致している場合)、メインバッテリ2あるいはその周辺で故障が発生していると判断し、システムメインリレー3を開放し、バッテリレス走行を続ける。他方、低圧側電圧センサ4が故障している場合は(低圧側電圧VLと高圧側電圧VHが一致しない場合)、メインバッテリ2あるいはその周辺で故障が発生している蓋然性は低いので、ステップS12にて、通常の走行に戻る。即ち、ステップS5で設定したエンジン停止禁止を解除し、EVモードへの移行を許容する。
When the measured value VL of the low-voltage
また、実施例のハイブリッド車100は、図4のステップS7で昇降圧コンバータ5の入出力端を短絡させるのに先立って、高圧側電圧VHがメインバッテリ2の許容電圧内となるように調整する。そうすることによって、昇降圧コンバータ5の入出力端を短絡したときでもメインバッテリ2が保護される。
Further, the
実施例の技術に関する留意点を述べる。メインバッテリ2が着脱式である場合など、メインバッテリ2の内部に独自の電圧センサが備えられていることがある。そこで、ステップS12において(即ち、低圧側電圧センサ4が故障している可能性が高い場合)、コントローラ9は、メインバッテリ内の電圧センサの計測値を、低圧側電圧センサ4の計測値の代わりに利用することも好適である。
Points to be noted regarding the technology of the embodiment will be described. When the
図4のフローチャートの処理は、コントローラ9に実装されたプログラムに記述されている。
The process of the flowchart of FIG. 4 is described in a program installed in the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:メインバッテリ
3:システムメインリレー
4:低圧側電圧センサ
5:昇降圧コンバータ
6:高圧側電圧センサ
7:第1インバータ
8:第1モータ
9:コントローラ
15、16:平滑化コンデンサ
17:第2インバータ
18:第2モータ
21:エンジン
22:動力分配機構
23:車軸
26:降圧コンバータ
27:サブバッテリ
31:リアクトル
32、34:IGBT
33、35:ダイオード
50:プラネタリギア
51:サンギア
52:プラネタリキャリア
53:リングギア
100:ハイブリッド車
VH:高圧側電圧
VL:低圧側電圧(バッテリ出力電圧)
2: main battery 3: system main relay 4: low voltage side voltage sensor 5: buck-boost converter 6: high voltage side voltage sensor 7: first inverter 8: first motor 9:
33, 35: Diode 50: Planetary gear 51: Sun gear 52: Planetary carrier 53: Ring gear 100: Hybrid vehicle VH: High voltage side voltage VL: Low voltage side voltage (battery output voltage)
Claims (3)
モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリと、
バッテリの出力電圧を昇圧するコンバータと、
車輪を駆動する駆動力を出力することと、エンジンの駆動力又は車両の減速エネルギによって発電することの双方に用いられる第1モータと、
車輪を駆動する駆動力を出力する第2モータと、
第1モータに駆動力を出力させる場合にはコンバータの出力電力を交流に変換して第1モータへ供給し、第1モータが発電する場合には第1モータが発電した交流電力を直流に変換してバッテリ、又は、第2モータを含む電気デバイスに直流電力を供給する第1インバータと、
コンバータの出力電力を交流に変換して第2モータへ供給する第2インバータと、
コンバータの低圧側端子間の電圧を計測する低圧側電圧センサと、
コンバータの高圧側端子間の電圧を計測する高圧側電圧センサと、
コントローラと、を備えており、コントローラは、以下の処理、即ち、
(1)低圧側電圧センサの計測値が予め定められた閾値電圧を下回った場合にEVモードを禁止するとともに、第1モータの発電により得られる電力と、前記電気デバイスの消費電力との電力収支がバランスするように第1インバータを制御し、
(2)コンバータの低圧側端子と高圧側端子を短絡し、低圧側電圧センサの計測値と高圧側電圧センサの計測値が一致する場合はEVモード禁止を維持し、
(3)コンバータの低圧側端子と高圧側端子を短絡したにも関わらず低圧側電圧センサの計測値が高圧側電圧センサの計測値よりも低い場合はEVモード禁止を解除する、
処理を実行することを特徴とするハイブリッド車。 It is a hybrid vehicle that can switch between EV mode, which uses only the motor without using the engine, and HV mode, which runs using the engine and motor,
A battery for storing electric power for driving the motor;
A converter that boosts the output voltage of the battery;
A first motor used for both outputting a driving force for driving wheels and generating electric power by driving force of an engine or deceleration energy of a vehicle;
A second motor that outputs a driving force for driving the wheels;
When outputting driving force to the first motor, the output power of the converter is converted to alternating current and supplied to the first motor. When the first motor generates power, the alternating current power generated by the first motor is converted to direct current. A first inverter for supplying direct current power to an electric device including a battery or a second motor;
A second inverter that converts the output power of the converter into alternating current and supplies the second motor;
A low voltage side voltage sensor for measuring the voltage between the low voltage side terminals of the converter;
A high voltage sensor that measures the voltage between the high voltage terminals of the converter;
A controller, and the controller performs the following processing:
(1) The EV mode is prohibited when the measured value of the low-voltage side voltage sensor falls below a predetermined threshold voltage, and the power balance between the power obtained by the power generation of the first motor and the power consumption of the electrical device. Control the first inverter so that
(2) When the low voltage side terminal and the high voltage side terminal of the converter are short-circuited and the measured value of the low voltage side voltage sensor matches the measured value of the high voltage side voltage sensor, the EV mode prohibition is maintained.
(3) Cancel the EV mode prohibition when the measured value of the low voltage side voltage sensor is lower than the measured value of the high voltage side voltage sensor despite the short circuit between the low voltage side terminal and the high voltage side terminal of the converter.
A hybrid vehicle characterized by executing processing.
コントローラは、コンバータの高圧側の正極端子とリアクトルとの間のスイッチング回路を閉じることにより低圧側端子と高圧側端子を短絡させることを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車。 The converter has two switching circuits connected in series between the high-voltage side terminals, one end connected to the positive terminal on the low-voltage side, and the other end connected to an intermediate point between the two switching circuits. It consists of a reactor,
3. The hybrid vehicle according to claim 1, wherein the controller short-circuits the low-voltage side terminal and the high-voltage side terminal by closing a switching circuit between the high-voltage side positive electrode terminal of the converter and the reactor.
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