JP2015104927A

JP2015104927A - ハイブリッド車両及びその制御方法

Info

Publication number: JP2015104927A
Application number: JP2013246207A
Authority: JP
Inventors: 治雄鈴木; Haruo Suzuki; 芳久小泉; Yoshihisa Koizumi; 洋紀瀬戸; Hiroki Seto
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-06-08

Abstract

【課題】従来よりも製造コストを増加させることなく、インバータ及び電動発電機を冷却することができるバイブリッド車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ＨＥＶ１Ａの車体下面に設置されたインバータ７を収納するユニットボックス１３における前方側の端面１３ａにシャッタ２０を設置するとともに、インバータ７及び電動発電機６を冷却する冷却水１５が流れるラジエータ１４をシャッタ２０と並列に配置し、ＥＣＵ１９は、冷却水１５の温度を測定する冷却水温度センサ２４の測定値Ｔが予め設定されたしきい温度Ｔｐ超である場合には、シャッタ２０を開状態にする一方で、その測定値Ｔがしきい温度Ｔｐ以下である場合には、シャッタ２０を閉状態にする制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両及びその制御方法に関し、更に詳しくは、従来よりも低い製造コストでインバータ及び電動発電機を冷却することができるバイブリッド車両及びその制御方法に関する。

近年、燃費向上と環境対策などの観点から、エンジンが発生する駆動力の一部を、強電圧のバッテリーからインバータを通じて電力が供給される電動発電機で代替するハイブリッド車両が注目されている。

インバータは、バッテリーが発生する直流電力を交流電力に変換して電動発電機に供給するものであるが、高温になると半導体素子が損傷して機能が低下してしまうという問題があった。また、電動発電機についても、高温になるとマグネットの磁力が低下して、性能が低下してしまうという問題があった。

そのため、インバータ及び電動発電機を冷却水を用いて冷却する水冷冷却装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この水冷冷却装置においては、インバータ及び電動発電機を除熱した冷却水は、専用の電動ファンが組み付けられたラジエータで冷却されるようになっている。

しかしながら、このように専用の電動ファンを設置すると、ハイブリッド車両の製造コストが増加してしまうという問題があった。

特開平１１−１１７７４４号公報

本発明の目的は、従来よりも製造コストを増加させることなく、インバータ及び電動発電機を冷却することができるバイブリッド車両及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する第１発明のハイブリッド車両は、エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両において、前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水が流れるラジエータと、前記ラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタと、前記冷却水の温度を測定する冷却水温度センサと、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記冷却水温度センサの測定値が予め設定されたしきい温度超である場合には、前記シャッタを開状態にする一方で、該測定値が該しきい温度以下である場合には、該シャッタを閉状態にすることを特徴とするものである。

上記の目的を達成する第２発明のハイブリッド車両は、エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両において、前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水が流れるラジエータと、前記ラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタと、前記冷却水の温度を測定する冷却水温度センサと、前記ハイブリッド車両の車速を測定する車速センサと、該ハイブリッド車両の外気温を測定する外気温度センサと、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記冷却水温度センサ、車速センサ及び外気温度センサのそれぞれの測定値と、予め設定されたマップデータとに基づいて、前記シャッタの開度を制御することを特徴とするものである。

上記の目的を達成する第１発明のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両の制御方法であって、前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水の温度を測定し、その測定値を予め設定されたしきい温度と比較し、その測定値が前記しきい温度超である場合には、前記冷却水が流れるラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタを開状態にする一方で、該測定値が該しきい温度以下である場合には、前記シャッタを閉状態にすることを特徴とするものである。

上記の目的を達成する第２発明のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両の制御方法であって、前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水の温度、前記ハイブリッド車両の車速及び該ハイブリッド車両の外気温を測定し、それらの測定値を予め設定されたマップデータと照合し、その照合した結果に基づいて、前記冷却水が流れるラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタの開度を制御することを特徴とするものである。

本発明のバイブリッド車両及びその制御方法によれば、従来の電動ファンに比べて簡易な構造であって、電動ファンのような継続的かつ大きな駆動力を必要としないシャッタを通過した走行風を利用してインバータ及び電動発電機を冷却するようにしたので、従来よりも製造コストを増加させることなく、インバータ及び電動発電機を冷却することができる。

本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。ハイブリッド車両の側面図である。閉状態のシャッタを示す斜視図である。開状態のシャッタを示す斜視図である。本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。本発明の第２の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。本発明の第２の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。

このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）１Ａは、大型車両であるトラックであり、左右一対の駆動輪２、２に駆動力を伝達する出力軸３に、変速機４を介して連結するディーゼルエンジン５及び電動発電機６と、その電動発電機６にインバータ７を通じて電気的に接続するバッテリー８とを有するハイブリッドシステム９を備えている。このバッテリー８には、リチウムイオンバッテリーなどの高電圧バッテリーが好ましく用いられる。また、変速機４とディーゼルエンジン５との間には、湿式多板クラッチ１０及び流体継手１１が順に介設されている。

なお、ハイブリッドシステム９は、上記の構成に限定されるものではなく、例えばディーゼルエンジン５と電動発電機６とを直列に接続した構成や、電動発電機６を一対の駆動輪２、２にそれぞれ直接的に接続した構成などでもよい。

バッテリー８及びインバータ７は、例えば図２に示すように、ＨＥＶ１Ａの車体１２下面の側方に配置された、車体１２の長手方向に延びる略直方体状のユニットボックス１３内に収納されている。

このユニットボックス１３内にはラジエータ１４が設置されており、そのラジエータ１４からは、インバータ７及び電動発電機６を順に循環する冷却水１５が流れる水冷ライン１６が延びている。この水冷ライン１６には、冷却水１５を送出するポンプ１７と、冷却水１５から気泡を除去するキャッチタンク１８とが介設されている。

ＨＥＶ１Ａの制御手段であるＥＣＵ１９は、ＨＥＶ１Ａの走行時に出力軸３に加わる負荷等に応じて、ディーゼルエンジン５の駆動力を電動発電機６によりアシストする制御を行う。また、ＨＥＶ１Ａの通常走行時における余剰エネルギーや制動時における回生エネルギーを、電動発電機６を発電機として用いることで電力として回収し、インバータ７を通じてバッテリー８に充電する制御を行う。

このようなＨＥＶ１Ａにおいて、ユニットボックス１３における車両前方側（進行方向側）の端面１３ａには、シャッタ２０が設置されている。そして、そのシャッタ２０と並列になるようにラジエータ１４を配置している。また、ユニットボックス１３の端面１３ａに対向する端面１３ｂには、通気口２１が形成されている。

このシャッタ２０は、図３に示すように、板状のフレーム２２に上縁部を回動可能に支持された矩形平板状の複数のベーン２３（この例では７枚）を並設することで構成されている。シャッタ２０の開閉は、ＥＣＵ１９に遠隔操作されるアクチュエータ（図示せず）により、図４に示すように、各ベーン２３を前方へ向けて同時に所定の開度だけ回動させることにより行われる。

また、水冷ライン１６におけるラジエータ１４の入口近傍には、冷却水１５の温度を測定する冷却水温度センサ２４が取り付けられており、信号線（一点鎖線で示す）を通じてＥＣＵ１９に接続されている。

このようなＨＥＶ１Ａにおけるインバータ７及び電動発電機６の冷却に係る制御方法を図５に基づいて以下に説明する。

ＥＣＵ１９は、冷却水温度センサ２４の測定値Ｔを入力し（Ｓ１０）、その測定値Ｔが予め定められたしきい温度Ｔｐ超であるか否かを判定する（Ｓ１２）。このしきい温度Ｔｐとしては、５０〜７０℃の範囲の値、好ましくは６０℃が用いられる。

測定値Ｔがしきい温度Ｔｐよりも大きい場合には、インバータ７及び／又は電動発電機６の冷却が必要であると判断して、シャッタ２０を開状態（例えば、全開状態）にする（Ｓ１４）。これにより、ＨＥＶ１Ａの走行風Ａがシャッタ２０を通じてユニットボックス１３内に導入されてラジエータ１４内で冷却水１５が空冷され、その空冷された冷却水１５によりインバータ７及び電動発電機６が冷却される。

一方で、測定値Ｔがしきい温度Ｔｐ以下である場合には、シャッタ２０を閉状態にして（Ｓ１６）、走行風Ａのユニットボックス１３内への侵入を防ぐとともに、走行抵抗を減少させる。

ＨＥＶ１Ａの運転中は、上記のステップＳ１０〜Ｓ１６を繰り返し実施する。

以上のように、従来の専用の電動ファンに比べて簡易な構造であって、電動ファンのような継続的かつ大きな駆動力を必要としないシャッタ２０を用いることで、走行風Ａを利用してインバータ７及び電動発電機６を冷却するようにしたので、従来よりもＨＥＶ１Ａの製造コストを増加させることなく、インバータ７及び電動発電機６を冷却することができるのである。

また、電動ファンを駆動する必要がなくなるため、オルタネータによる発電が減少してディーゼルエンジン５の負荷が減るので、ＨＥＶ１Ａの燃費を向上することもできる。

なお、ユニットボックス１３の端面１３ａの周縁部に、前方斜め外側に拡がる笠状のスカート２５を設けることで、より大量の走行風Ａを集約してインバータ７及び電動発電機６の冷却効率を高めることができる。

図６は、本発明の第２の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。なお、図６においては、図１と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

このＨＥＶ１Ｂは、ＨＥＶ１Ｂの車速を測定する車速センサ２６と、外気温を測定する外気温度センサ２７を備えており、それらは信号線を通じてＥＣＵ１９に接続している。

このようなＨＥＶ１Ｂにおけるインバータ７及び電動発電機６の冷却に係る制御方法を図７に基づいて以下に説明する。

ＥＣＵ１９は、冷却水温度センサ２４、車速センサ２６及び外気温度センサ２７の測定値をそれぞれ入力し（Ｓ２０）、それら３つの測定値を予め設定されたマップデータと照合する（Ｓ２２）。マップデータは、冷却水１５の温度、車速、外気温度及びシャッタ２０のベーン２３の開度の相互関係を、予め実験又は計算により設定したものである。このマップデータにおいては、基本的にベーン２３の開度は、冷却水温度及び外気温度とは正の相関となる一方で、車速とは負の相関になる。

そして、マップデータから冷却水１５の温度がしきい温度Ｔｐ以下の適切な温度範囲、例えば２０〜６０℃の範囲に維持されるようにシャッタ２０のベーン２３を回動させて開度を調整する（Ｓ２４）。

ＨＥＶ１Ｂの運転中は、上記のステップＳ２０〜Ｓ２４を繰り返し実施する。

以上のように、ＨＥＶ１Ｂの運転状態に応じてシャッタ２０の開度を適切に制御して、インバータ７及び電動発電機６を冷却する走行風Ａの風量を調整するようにしたので、従来よりも製造コストを増加させることなく、かつより効率的にインバータ７及び電動発電機６を冷却することができるのである。

１Ａ、１ＢＨＥＶ
５ディーゼルエンジン
６電動発電機
８バッテリー
１３ユニットボックス
１３ａ、１３ｂ端面
１４ラジエータ
１５冷却水
１９ＥＣＵ
２０シャッタ
２４冷却水温度センサ
２６車速センサ
２７外気温度センサ

Claims

エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両において、
前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水が流れるラジエータと、前記ラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタと、前記冷却水の温度を測定する冷却水温度センサと、制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記冷却水温度センサの測定値が予め設定されたしきい温度超である場合には、前記シャッタを開状態にする一方で、該測定値が該しきい温度以下である場合には、該シャッタを閉状態にすることを特徴とするハイブリッド車両。
エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両において、
前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水が流れるラジエータと、前記ラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタと、前記冷却水の温度を測定する冷却水温度センサと、前記ハイブリッド車両の車速を測定する車速センサと、該ハイブリッド車両の外気温を測定する外気温度センサと、制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記冷却水温度センサ、車速センサ及び外気温度センサのそれぞれの測定値と、予め設定されたマップデータとに基づいて、前記シャッタの開度を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
前記ラジエータを前記ハイブリッド車両の車体下面に配置されたボックス内に車両前方に対向するように配置するとともに、前記ボックスにおける車両前方に向かう端面に前記シャッタを設置した請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。
前記ハイブリッド車両がトラック又はバスからなる大型車両である請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両。
エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両の制御方法であって、
前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水の温度を測定し、その測定値を予め設定されたしきい温度と比較し、その測定値が前記しきい温度超である場合には、前記冷却水が流れるラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタを開状態にする一方で、該測定値が該しきい温度以下である場合には、前記シャッタを閉状態にすることを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
エンジンが発生する駆動力の少なくとも一部を、バッテリーからインバータを通じて供給される電力で駆動する電動発電機で代替可能なハイブリッド車両の制御方法であって、
前記インバータ及び電動発電機を冷却する冷却水の温度、前記ハイブリッド車両の車速及び該ハイブリッド車両の外気温を測定し、それらの測定値を予め設定されたマップデータと照合し、その照合した結果に基づいて、前記冷却水が流れるラジエータに車両前方側から対向するように配置されたシャッタの開度を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。