JP2015214194A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置が故障した場合に、低圧バッテリの電力の消費を抑制すること。【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジンとＭＧとを備え、エンジンおよびＭＧの少なくとも一方によって走行可能であり、ＭＧに電力を供給する高圧バッテリと、高圧バッテリによって供給される電力よりも低い電圧の電力を供給する低圧バッテリと、低圧バッテリから供給される電力によって作動し、エンジンをクランキングすることが可能なスタータと、高圧バッテリから低圧バッテリに供給される電力の電圧を変換する電力変換装置と、低圧バッテリから供給される電力によって作動し、エンジン、ＭＧおよびスタータを制御する制御装置とを備える。ＭＧは、エンジンをクランキングすることが可能である。制御装置は、電力変換装置の非故障時には、スタータを用いてエンジンをクランキングし、故障時には、ＭＧを用いてエンジンをクランキングする（Ｓ１２３）。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンとモータジェネレータ（以下、ＭＧ（Moter Generator）という）とを備え、エンジンおよびモータジェネレータの少なくとも一方によって走行可能なハイブリッド車両に関する。

従来、エンジンとＭＧとを備え、エンジンおよびＭＧの少なくとも一方によって走行可能なハイブリッド車両があった。このようなハイブリッド車両において、高圧バッテリと低圧バッテリとを備えるものがあった（たとえば、特許文献１参照）。

高圧バッテリは、ＭＧに電力を供給する。低圧バッテリは、ＭＧ以外の機器、たとえば、スタータおよび制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）に電力を供給する。スタータは、エンジンをクランキングする。ＥＣＵは、ハイブリッド車両に備えられる各機器、たとえば、スタータ、エンジンおよびＭＧを制御する。

特許文献１のハイブリッド車両においては、高圧バッテリから電力変換装置であるＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータを介して低圧バッテリに電力が供給されて、低圧バッテリが充電される。

特開２００３−７０１０３号公報

しかし、特許文献１のようなハイブリッド車両においては、ＤＣ／ＤＣコンバータが故障すると、低圧バッテリが充電されなくなる。このため、たとえば、エンジンによる駆動を開始する際にスタータによってエンジンをクランキングすると、スタータによって多くの電力が消費されるため、低圧バッテリに蓄積されている電力の減少が早くなり、ＥＣＵへの電力が早々に供給できなくなってしまう。その結果、ハイブリッド車両が走行不能となってしまう。

この発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力変換装置が故障した場合に、低圧バッテリの電力の消費を抑制することが可能なハイブリッド車両を提供することである。

この発明によるハイブリッド車両は、エンジンとＭＧとを備え、エンジンおよびＭＧの少なくとも一方によって走行可能である。ハイブリッド車両は、ＭＧに電力を供給する高圧バッテリと、高圧バッテリによって供給される電力よりも低い電圧の電力を供給する低圧バッテリと、低圧バッテリから供給される電力によって作動し、エンジンをクランキングすることが可能なスタータと、高圧バッテリから低圧バッテリに供給される電力の電圧を変換する電力変換装置と、低圧バッテリから供給される電力によって作動し、エンジン、ＭＧおよびスタータを制御する制御装置とを備える。

ＭＧは、エンジンをクランキングすることが可能である。制御装置は、電力変換装置が故障していないときには、スタータを用いてエンジンをクランキングし、電力変換装置が故障しているときには、ＭＧを用いてエンジンをクランキングする。

この発明に従えば、電力変換装置が故障しているときには、低圧バッテリの電力を消費するスタータではなく、高圧バッテリの電力を消費するＭＧによってエンジンがクランキングされる。その結果、電力変換装置が故障した場合に、低圧バッテリの電力の消費を抑制することが可能なハイブリッド車両を提供することができる。

ハイブリッド車両の構成を示す図である。 ＥＣＵにより実行されるフェールセーフのための処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両である車両１は、エンジン１０と、Ｋ０クラッチ１２と、スタータ１４と、ＭＧ２２と、変速機２３と、ＰＣＵ（Power Control Unit）４０と、高圧バッテリ４２と、低圧バッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６と、ハイブリッドシステムＥＣＵ（以下「ＨＶ（Hybrid Vehicle）＿ＥＣＵ」という）１００と、エンジンＥＣＵ１０１と、モータジェネレータＥＣＵ（以下「ＭＧ＿ＥＣＵ」という）１０２とを含む。

エンジン１０の出力軸であるクランク軸と、ＭＧ２２の回転軸とは、Ｋ０クラッチ１２を介在して連結される。ＭＧ２２の回転軸は、変速機２３の入力軸に連結される。変速機２３の出力軸は、駆動輪（不図示）に連結される。

Ｋ０クラッチ１２は、油圧回路から循環される油圧により作動する。Ｋ０クラッチ１２は、エンジン１０とＭＧ２２との間を動力伝達状態にする場合に係合され、エンジン１０とＭＧ２２との間を動力遮断状態にする場合に解放される。エンジン１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。スタータ１４は、エンジン１０をクランキングするためのモータである。変速機２３は、エンジン１０およびＭＧから入力された回転数を駆動輪の駆動に適した回転数に減速する。

ＭＧ２２は、たとえば、三相交流回転電機である。ＭＧ２２は、高圧バッテリ４２からＰＣＵ４０を経由して供給される電力によって駆動される。ＭＧ２２は、車両１の駆動力を発生させるモータとしての機能と、エンジン１０の駆動力および車両１の慣性力により発電する発電機としての機能とを有する。

エンジンＥＣＵ１０１は、エンジン１０およびエンジン１０の補機（たとえば、スタータ１４）を制御する制御装置である。ＭＧ＿ＥＣＵ１０２は、ＰＣＵ４０を制御することによって、間接的にＭＧ２２を制御する制御装置である。ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジンＥＣＵ１０１およびＭＧ＿ＥＣＵ１０２などを制御することによって車両１を駆動させるためのハイブリッドシステム全体を制御する制御装置である。なお、本実施の形態においては、各ＥＣＵが別体であることとするが、これに限定されず、各ＥＣＵのうち少なくとも２つが１つのＥＣＵに置換えられるようにしてもよい。

高圧バッテリ４２は、ＭＧ２２および低圧バッテリ４４に電力を供給するために電力を蓄積する。低圧バッテリ４４は、高圧バッテリ４２から供給される電圧と比較して低圧の電力を、ＭＧ２２以外の低圧で動作する機器（たとえば、各ＥＣＵ、スタータ１４）に供給するために電力を蓄積する。

ＰＣＵ４０は、ＭＧ＿ＥＣＵ１０２に制御されて、高圧バッテリ４２からの直流電力を交流電力に変換してＭＧ２２に供給したり、ＭＧ２２によって発電された交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリ２２に充電したりする。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、電力変換装置の一例であり、高圧バッテリ４２からの高圧の直流電力を低圧の直流電力に変換して低圧バッテリ４４に充電する。

ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、アクセルペダルの操作量および車両１の速度などに応じてエンジン１０およびＭＧ２２などを制御するためにエンジンＥＣＵ１０１およびＭＧ＿ＥＣＵ１０２に制御信号を出力する。エンジンＥＣＵ１０１は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいてエンジン１０および補機を制御する。ＭＧ＿ＥＣＵ１０２は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいてＰＣＵ４０を制御する。

具体的には、次のような動作を行なう。ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＭＧ２２の駆動力で車両１を駆動する場合、エンジン１０を停止させ、Ｋ０クラッチ１２を解放するとともに、ＭＧ２２を所定態様で回転させる。

また、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジン１０の駆動力で車両１を駆動する場合、ＭＧ２２を停止させるとともに、エンジン１０を所定態様で回転させ、Ｋ０クラッチ１２を係合する。さらに、高圧バッテリ４２の充電も行なう場合、ＭＧ２２へ供給する駆動力を車両１の駆動に用いる駆動力に上乗せしてエンジン１０に出力させる。

ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジン１０から動力を出力させる場合に、エンジン１０が始動していない場合は、スタータ１４を回転させてエンジン１０をクランキングして始動させる。

以上のような構成を有する車両１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障した場合、高圧バッテリ４２からの電力による低圧バッテリ４４の充電が不能となる。各ＥＣＵおよびスタータ１４などのエンジン１０の補機は、低圧バッテリ４４からの電力によって動作している。特に、スタータ１４は比較的多くの電力を消費する。

このため、たとえば、エンジン１０による駆動を開始する際にスタータ１４によってエンジン１０をクランキングすると、スタータ１４によって多くの電力が消費されるため、低圧バッテリ４４に蓄積されている電力の減少が早くなる。これにより、各ＥＣＵおよびエンジン１０の補機への電力が早々に供給できなくなってしまう。その結果、車両１が走行不能となってしまう。

そこで、本実施の形態においては、ＭＧ２２が、エンジン１０をクランキングするモータとしての機能をさらに有する。そして、各ＥＣＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障していないときには、前述したように、スタータ１４を用いてエンジン１０をクランキングし、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障しているときには、ＭＧ２２を用いてエンジン１０をクランキングする。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障しているときには、低圧バッテリ４４の電力を消費するスタータ１４ではなく、高圧バッテリ４２の電力を消費するＭＧ２２によってエンジン１０がクランキングされる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障した場合に、低圧バッテリ４４の電力の消費を抑制することができる。

したがって、低圧バッテリ４４の電力で動作するすべての補機（ここでは、各ＥＣＵおよびエンジン１０の補機）が動作不能となるまでの時間を長くすることができる。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障した場合であっても、車両１を極力長く走行させることができる。

このような制御を実現するために、具体的には以下の処理が実行される。図２を参照して、この実施の形態において、フェールセーフモード（以下「ＦＳＭ」という）の値は、その値によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の故障時または非故障時におけるエンジン１０およびＭＧ２２の制御方法の種類を示す。

ＦＳＭ＝０の場合は、正常な場合である。この場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、通常の条件に従ってエンジン１０およびＭＧ２２の少なくとも一方を用いて車両１を駆動し、エンジン１０を始動する場合は、スタータ１４を用いてエンジン１０をクランキングする。

ＦＳＭ＝１の場合は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジン１０は用いずＭＧ２２のみを用いて車両１を駆動する。

ＦＳＭ＝２の場合は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジン１０を主体として車両１を駆動するとともに、ＭＧ２２により高圧バッテリ４２を強制的に充電する。

ＦＳＭ＝３の場合は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジン１０は用いずＭＧ２２のみで車両１を駆動するとともに、エンジンＥＣＵ１０１を停止させて、エンジンＥＣＵ１０１およびエンジン１０の補機（スタータ１４など）への電力の供給を停止させる。

ＦＳＭ＝４の場合は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステム全体を停止させる。

図２の処理は、ＨＶ＿ＥＣＵ１００によって実行されるメイン処理から呼出されて実行される。まず、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が異常であるか否かを判断する（ステップ１０１）（以下、ステップをＳと記載する）。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が異常でない（Ｓ１０１でＮＯである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値を０にして（Ｓ１０２）、実行する処理をメイン処理に戻す。つまり、通常の条件に従ってエンジン１０およびＭＧ２２の少なくとも一方を用いて車両１を駆動し、エンジン１０を始動する場合は、スタータ１４を用いてエンジン１０をクランキングするモードとする。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が異常である（Ｓ１０１でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値が０であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。

ＦＳＭの値が０である（Ｓ１０３でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、エンジン１０が停止中であるか否かを判断する（Ｓ１１１）。

エンジン１０が停止中でない（Ｓ１１１でＮＯである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、実行する処理をメイン処理に戻す。

一方、エンジン１０が停止中である（Ｓ１１１でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値を１にする（Ｓ１１２）。つまり、エンジン１０は用いずＭＧ２２のみを用いて車両１を駆動するモードとする。

Ｓ１１２の後、または、ＦＳＭの値が０でないと（Ｓ１０３でＮＯである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値が１であるか否かを判断する（Ｓ１２１）。

ＦＳＭの値が１である（Ｓ１２１でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、低圧バッテリ４４の電圧Ｖが所定電圧ａ以上かつ高圧バッテリ４２のＳＯＣ（State Of Charge）が所定値Ａ以下であるか否かを判断する（Ｓ１２２）。

Ｖがａ以上かつＳＯＣがＡ以下である（Ｓ１２２でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＭＧ２２を用いてエンジン１０をクランキングさせて始動させ、Ｋ０クラッチ１２を係合させるための制御信号をエンジンＥＣＵ１０１に出力し（Ｓ１２３）、ＦＳＭの値を２にする（Ｓ１２４）。つまり、エンジン１０を主体として車両１を駆動するとともに、ＭＧ２２により高圧バッテリ４２を強制的に充電するモードとする。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障しているときには、低圧バッテリ４４の電力を消費するスタータ１４ではなく、高圧バッテリ４２の電力を消費するＭＧ２２によってエンジン１０がクランキングされる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障した場合に、低圧バッテリ４４の電力の消費を抑制することができる。

ＦＳＭの値が１でない（Ｓ１２１でＮＯである）場合、Ｖがａ以上でないもしくはＳＯＣがＡ以下でない（Ｓ１２２でＮＯである）場合、または、Ｓ１２４の後、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値が２であるか否かを判断する（Ｓ１３１）。

ＦＳＭの値が２である（Ｓ１３１でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、低圧バッテリ４４の電圧Ｖがｂ以下または高圧バッテリ４２のＳＯＣがＢ以上であるか否かを判断する（Ｓ１３２）。

ｂはａよりも小さい値である。ＢはＡよりも大きく、蓄電量に余裕があることを示す比較的大きい値である。つまり、ＦＳＭの値を２にする場合よりも低圧バッテリ４４の電圧は小さい、または、高圧バッテリ４２の蓄電量に余裕があるか否かを判断する。

Ｖがｂ以下またはＳＯＣがＢ以上である（Ｓ１３２でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値を３にする（Ｓ１３３）。つまり、エンジン１０は用いずＭＧ２２のみで車両１を駆動するとともに、エンジンＥＣＵ１０１を停止させて、エンジンＥＣＵ１０１およびエンジン１０の補機（スタータ１４など）への電力の供給を停止させるモードとする。

これにより、低圧バッテリ４４の消費を最低限まで抑え、低圧バッテリ４４の電圧がＨＶ＿ＥＣＵ１００およびＭＧ＿ＥＣＵ１０２を動作させることができない電圧になるまで、高圧バッテリ４２の電力を用いて可能な限り車両１を走行させることができる。

ＦＳＭの値が２でない（Ｓ１３１でＮＯである）場合、Ｖがｂ以下またはＳＯＣがＢ以上でない（Ｓ１３２でＮＯである）、つまり、Ｖがｂ超かつＳＯＣがＢ未満である場合、または、Ｓ１３３の後、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、低圧バッテリ４４の電圧Ｖがｃ以下または高圧バッテリ４２のＳＯＣがＣ以下であるか否かを判断する（Ｓ１４１）。

ｃはｂよりも小さい値であり、ＥＣＵ等の動作に支障を来さない最低限度の値である。ＣはＡよりも小さく、蓄電量に余裕がないことを示す比較的小さい値である。つまり、ＦＳＭの値を２または３にする場合よりも低圧バッテリ４４の電圧は小さい、または、ＦＳＭの値を２にする場合よりも高圧バッテリ４２の蓄電量に余裕がないか否かを判断する。

Ｖがｃ以下またはＳＯＣがＣ以下である（Ｓ１４１でＹＥＳである）場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、ＦＳＭの値を４にする（Ｓ１４２）。つまり、ハイブリッドシステム全体を停止させるモードとする。

一方、Ｖがｃ以下またはＳＯＣがＣ以下でない（Ｓ１４１でＮＯである）、つまり、Ｖがｃ超かつＳＯＣがＣ超である場合、ＨＶ＿ＥＣＵ１００は、実行する処理をメイン処理に戻す。

このように、ＦＳＭを切替えながら、低圧バッテリ４４の電力の消費を抑制することができるので、車両１を極力長く走行させることができる。

［実施の形態のまとめ］
以上、説明したように、この実施の形態のハイブリッド車両である車両１は、エンジン１０とＭＧ２２とを備え、エンジン１０およびＭＧ２２の少なくとも一方によって走行可能である。

車両１は、ＭＧ２２に電力を供給する高圧バッテリ４２と、高圧バッテリ４２によって供給される電力よりも低い電圧の電力を供給する低圧バッテリ４４と、低圧バッテリ４４から供給される電力によって作動しエンジン１０をクランキングすることが可能なスタータ１４と、高圧バッテリ４２から低圧バッテリ４４に供給される電力の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４６と、低圧バッテリ４４から供給される電力によって作動しエンジン１０、ＭＧ２２およびスタータ１４を制御するＨＶ＿ＥＣＵ１００，エンジンＥＣＵ１０１，ＭＧ＿ＥＣＵ１０２とを備える。

ＭＧ２２は、エンジン１０をクランキングすることが可能である。ＨＶ＿ＥＣＵ１００，エンジンＥＣＵ１０１，ＭＧ＿ＥＣＵ１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障していないときには、スタータ１４を用いてエンジン１０をクランキングし（ＦＳＭ＝０での制御を行なう）、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障しているときには、ＭＧ２２を用いてエンジン１０をクランキングする（図２のＳ１２３）。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障しているときには、低圧バッテリ４４の電力を消費するスタータ１４ではなく、高圧バッテリの電力を消費するＭＧ２２によってエンジン１０がクランキングされる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障した場合に、低圧バッテリ４４の電力の消費を抑制することができる。

［変形例］
次に上述した実施の形態の変形例を説明する。

（１） 前述した実施の形態においては、車両１は、図１で示した構成のハイブリッド車両であることとした。しかし、これに限定されず、車両１は、図１で示した構成と異なる構成のハイブリッド車両であってもよい。

（２） 前述した実施の形態においては、車両１は、低圧バッテリ４４の電力を消費するスタータ１４または高圧バッテリ４６の電力を消費するＭＧ２２を用いてクランキングされるエンジン１０を備えるハイブリッド車両であることとした。しかし、これに限定されず、車両は、ハイブリッド車両以外の方式の自動車、たとえば、電気自動車または燃料電池自動車であってもよい。具体的には、高圧バッテリ４２と低圧バッテリ４４とを備える車両において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が故障したときに、低圧バッテリ４４の電力を用いる機器の機能であって高圧バッテリ４２の電力で代用できる機能は高圧バッテリ４２の電力で賄うようにすればよく、車両の駆動のための制御においても、低圧バッテリ４４を極力長く持たせるように制御すればよい。

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。

１ 車両、１０ エンジン、１２ Ｋ０クラッチ、１４ スタータ、２２ モータジェネレータ、２３ 変速機、４０ ＰＣＵ、４２ 高圧バッテリ、４４ 低圧バッテリ、４６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１００ ＨＶ＿ＥＣＵ、１０１ エンジンＥＣＵ、１０２ ＭＧ＿ＥＣＵ。

Claims (1)

1. エンジンとモータジェネレータとを備え、前記エンジンおよび前記モータジェネレータの少なくとも一方によって走行可能なハイブリッド車両であって、
   前記モータジェネレータに電力を供給する高圧バッテリと、
   前記高圧バッテリによって供給される電力よりも低い電圧の電力を供給する低圧バッテリと、
   前記低圧バッテリから供給される電力によって作動し、前記エンジンをクランキングすることが可能なスタータと、
   前記高圧バッテリから前記低圧バッテリに供給される電力の電圧を変換する電力変換装置と、
   前記低圧バッテリから供給される電力によって作動し、前記エンジン、前記モータジェネレータおよび前記スタータを制御する制御装置とを備え、
   前記モータジェネレータは、前記エンジンをクランキングすることが可能であり、
   前記制御装置は、前記電力変換装置が故障していないときには、前記スタータを用いて前記エンジンをクランキングし、前記電力変換装置が故障しているときには、前記モータジェネレータを用いて前記エンジンをクランキングする、ハイブリッド車両。

Images