JP2016037177A - ハイブリッド自動車および給電時におけるショック低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停車中の外部給電時に、エンジンと電動発電機とがクラッチを介して接続されるときの振動を低減させること。【解決手段】本発明のハイブリッド自動車１は、バッテリ２０の電力を外部に給電する給電手段として外部給電端子２２と、バッテリ２０の電力を外部に給電する場合に、バッテリ２０のＳＯＣに応じてクラッチ１３を接に制御してエンジン１１の動力により電動発電機１９を駆動させる発電制御手段としての制御装置２４と、を有し、制御装置２４は、クラッチ１３を接に制御するのに先立って、電動発電機１９の動力により変速機１４の入力軸５１をエンジン１１の回転速度と同期するように回転させるものである。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車および給電時におけるショック低減方法に関する。

特許文献１には、外部へ電力の供給が可能な車両であって、バッテリによる外部給電に加え、バッテリの電位が低下した場合には、エンジンにより回転電機（電動発電機）を駆動させて発電を行いながら外部給電を行うことができるハイブリッド自動車が開示されている。

特開２０１３−５１７７２号公報

しかしながら、特許文献１に示されているハイブリット自動車では、電動発電機による発電を行う場合、エンジンの動力を電動発電機に伝えるために、クラッチを接続するが、そのとき、停止状態の電動発電機をエンジンに繋げるため、エンジンの回転速度が落ちることから車両が振動するなどの不具合が発生する。このような振動の発生は、騒音の原因になる場合がある。また、運転者が車両に乗り込んでいる場合には、運転者にとって不快なものとなる。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、停車中の外部給電時に、エンジンと電動発電機とがクラッチを介して接続されるときの振動を低減させることができるハイブリッド自動車および給電時におけるショック低減方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンと、エンジンの出力を変速する変速機と、変速機とエンジンとの間に配設されるクラッチと、変速機を介してエンジンの出力軸に接続された電動発電機と、電動発電機に電力を給電するバッテリと、を有するハイブリッド自動車において、バッテリの電力を外部に給電する給電手段と、バッテリの電力を外部に給電する場合に、バッテリの充電状態に応じてクラッチを接に制御してエンジンの動力により電動発電機を駆動させる発電制御手段と、を有し、発電制御手段は、クラッチを接に制御するのに先立って、電動発電機の動力により変速機の入力軸をエンジンの回転速度と同期するように回転させるものである。

本発明の他の観点は、エンジンと、エンジンの出力を変速する変速機と、変速機とエンジンとの間に配設されるクラッチと、変速機を介してエンジンの出力軸に接続された電動発電機と、電動発電機に電力を給電するバッテリと、を有するハイブリッド自動車の制御装置が実行する給電時におけるショック低減方法において、バッテリの電力を外部に給電する給電ステップと、バッテリの電力を外部に給電する場合に、バッテリの充電状態に応じてクラッチを接に制御してエンジンの動力により電動発電機を駆動させる発電制御ステップと、を有し、発電制御ステップは、クラッチを接に制御するのに先立って、電動発電機の動力により変速機の入力軸をエンジンの回転速度と同期するように回転させるステップを有するものである。

本発明によれば、停車中の外部給電時に、エンジンと電動発電機とがクラッチを介して接続されるときの振動を低減させることができる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車の要部構成図である。 図１の制御装置の動作を示すフローチャートであり、外部給電の開始から終了までの処理を示すフローチャートである。 図１の制御装置の動作を示すフローチャートであり、外部給電時の発電制御処理を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車１について図１〜図３を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態のハイブリッド自動車１の構成例を示す図である。ハイブリット自動車１は、外部へ電力の供給が可能な車両であって、バッテリ２０による外部給電に加え、バッテリ２０の電位が低下した場合には、エンジン１１により電動発電機１９を駆動させて発電を行い、バッテリ２０を充電することができる。

エンジン１１は、ガソリン、軽油、またはＣＮＧ(Compressed Natural Gas)などを燃料とする内燃機関である。なお、適用が可能であれば、エンジン１１を内燃機関に限定するものではない。

スタータ１２は、制御装置２４の制御にしたがって、エンジン１１を始動させるための電動機である。

クラッチ１３は、エンジン１１の出力軸４１と共に回転するフライホイールｆと変速機１４の入力軸５１と共に回転するクラッチ板ｃとを接続または切り離す。クラッチ１３を接に制御するとは、制御装置２４がクラッチ１３のクラッチ板ｃでエンジン１１のフライホイールｆを押圧することによりクラッチ板ｃとフライホイールｆとを接続するように制御することである。クラッチ１３が切り離されており、クラッチ７３が接続されていると、ハイブリッド自動車１は、電動発電機１９のみによる電動発電機走行となる。クラッチ１３と共にクラッチ７３が接続されていると、ハイブリッド自動車１は、エンジン１１のみによるエンジン走行モード、またはエンジン１１と電動発電機１９とが協働するアシスト走行モードのいずれかが選択可能になる。また、クラッチ７３が切り離され、クラッチ１３のみが接続されていると、ハイブリッド自動車１は、エンジン１１により、停車中に電動発電機１９を発電機として動作させることができる。

変速機１４は、エンジン１１の出力を変速する。変速機１４は、この例においてはＡＭＴ(Automated Manual Transmission)であり、ハイブリッド自動車１の走行中には、車速や要求トルクなどに応じて自動的に変速される機械式の変速機構である。

トランスファ１５は、変速機１４の出力軸５２に接続される歯車７１と、電動発電機１９の入出力軸６１に接続される歯車７２と、歯車７２の回転軸とプロペラシャフト１６とを接断するクラッチ７３とを有する。クラッチ７３は、電動発電機１９の入出力軸６１とプロペラシャフト１６とを接続または切り離すことができる。すなわちトランスファ１５を介して、エンジン１１の動力を電動発電機１９に伝え、電動発電機１９を発電機として駆動させることができる。またエンジン１１の動力および／または電動発電機１９の動力を、プロペラシャフト１６およびデファレンシャルギヤ１７を介して駆動輪１８に伝えることができる。

電動発電機１９は、バッテリ２０からインバータ２１を介して供給される電力によって、ハイブリッド自動車１の走行用の動力を発生する。またエンジン１１の動力で駆動することによって、バッテリ２０に充電を行う発電機としても動作する。またハイブリッド自動車１の減速時や下り勾配路の走行中などに、駆動輪１８の回転がデファレンシャルギア１７、プロペラシャフト１６、およびクラッチ７３（接続状態）を介して電動発電機１９に伝達されることでも電動発電機１９は発電機として動作し、回生が行われる。

バッテリ２０は、電動発電機１９に電力を供給する。またバッテリ２０は、電動発電機１９が発電機として動作する際には、電動発電機１９が発電した電力によって充電される。ここでは、バッテリ２０の充電状態を示す値はＳＯＣ(state of charge)と称し、０％〜１００％で示される。なお、バッテリ２０のＳＯＣの下限値は、およそ２０％〜３０％の範囲内にあり、上限値は、およそ８０％〜９０％の範囲内にある。たとえば、バッテリ２０のＳＯＣが８０％以上になると、バッテリ２０は、満充電状態になる。また、バッテリ２０のＳＯＣが３０％以下になると、バッテリ２０は、それ以上の放電を停止し、充電が必要な状態になる。

インバータ２１は、バッテリ２０の直流電力を３相交流電力に変換して電動発電機１９に供給すると共に、電動発電機１９が発電機として動作する際には、電動発電機１９が発電する３相交流電力を直流電力に変換してバッテリ２０に供給するための整流器としても動作する。

外部給電端子２２（給電手段）は、バッテリ２０の電力をハイブリッド自動車１の外部に給電するための端子である。図１の例では、外部給電端子２２に外部給電器２が接続されている。外部給電器２にインバータ２３を配置し、バッテリ２０の直流電力をインバータ２３によって交流電力に変換して不図示の電化製品等に供給している。たとえば、バッテリ２０は、電圧が数百ボルトの直流電源であるが、インバータ２３は、これを一般家庭用の交流１００ボルトあるいは２００ボルトなどに変換することができる。

制御装置２４は、エンジン１１、電動発電機１９、バッテリ２０、クラッチ１３、変速機１４、インバータ２１、スタータ１２、およびクラッチ７３の動作を制御する。たとえば、制御装置２４は、外部機器２に対する給電において後述す給電制御処理を行う。なお、実際には、エンジン１１、電動発電機１９、バッテリ２０、クラッチ１３、変速機１４、インバータ２１、スタータ１２、またはクラッチ７３のいずれか、または全部に、それぞれ個別のＥＣＵ(Electric Control Unit)が配置され、これらが互いにＣＡＮ(Controller Area Network)通信を行いながら協働して制御を実施している場合があるが、ここでは１つの制御装置２４として説明する。

ハイブリッド自動車１は、停車中には、バッテリ２０の電力を外部に給電が可能であり、バッテリ２０の電力を外部に給電中のバッテリ２０の充電状態（ＳＯＣ）に応じ、クラッチ１３を接続状態として、エンジン１１の動力により電動発電機１９に発電させた電力をバッテリ２０に充電することができる。このとき、制御装置２４は、エンジン１１により電動発電機１９を発電機として駆動するためにクラッチ板ｃをフライホイールｆに接続するが、その接続に先立って、電動発電機１９の動力により変速機１４の入力軸５１をエンジン１１の回転速度と同期するように回転させる。これにより、変速機１４の入力軸５１に設けられるクラッチ板ｃの回転速度とエンジン１１の出力軸４１に設けられるフライホイールｆの回転速度とを同期させることができる。

図２は、外部へ電力給電処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートを参照して、外部へ電力給電処理を説明する。図２のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴの条件は、ハイブリッド自動車１が停車中であるという条件である。

ステップＳ１において、制御装置２４は、外部機器２への給電を開始する。具体的には、トランスファ１５のクラッチ７３が切断状態であり、外部給電端子２２には、外部給電器２が接続されている状態において、バッテリ２０からの直流電力が外部給電器２に供給される。

次に、ステップＳ２において、制御装置２４は、バッテリ２０のＳＯＣが所定値以下か否かを判定し、バッテリ２０のＳＯＣが所定値以下と判定した場合、処理を、ステップＳ３に進める。一方、バッテリ２０のＳＯＣが所定値を超えていると判定されると、処理は、ステップＳ５に進む。前述したように、ＳＯＣの下限値は、およそ２０％〜３０％の範囲内なので、たとえば、ＳＯＣが３０％〜４０％くらいの範囲の値を所定値とすることが好ましい。

ステップＳ３において、制御装置２４は、電動発電機１９による発電が行われているか否かを判定する。電動発電機１９の発電はエンジン１１の動力によって行われるので、ここではエンジン１１が駆動している否かが判定される。ステップＳ３で、電動発電機１９による発電が行われていないと判定されると、処理は、ステップＳ４に進む。一方、電動発電機１９による発電が行われていると判定されると、処理は、ステップＳ７に進む。

次に、ステップＳ４において、制御装置２４は、電動発電機１９による発電を開始する。この処理については発電制御処理として、図３のフローチャートを参照して後述する。

ステップＳ５において、制御装置２４は、電動発電機１９による発電が行われているか否かを判定し、行われていると判定した場合、ステップＳ６において、バッテリ２０のＳＯＣが充電終了値以上であれば、ステップＳ７において、電動発電機１９による発電を終了する。具体的の処理は、後述するステップＳ４の処理の詳細説明に合わせて説明する。ステップＳ５で、電動発電機１９による発電が行われていないと判定された場合、処理は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ４で、電動発電機１９による発電が開始され、またはステップＳ７で電動発電機１９による発電が終了すると、ステップＳ８において、制御装置２４は、給電終了の指示の有無を判定する。たとえば、不図示の外部給電スイッチがＯＮ状態からＯＦＦ状態に操作されたとき、または、外部給電端子２２２３から外部給電器２が取り外されたときなどは、給電終了の指示有と判定する。給電終了の指示が有ると判定されると、処理は、ステップＳ９に進み、給電処理を終了する。具体的には、制御装置２４は、バッテリ２０からの電力の供給を停止する。一方、ステップＳ８において、給電終了の指示が無いと判定されると、処理は、ステップＳ２に戻りそれ以降の処理が同様に行われる。

次に、図３のフローチャートを参照して、図２のステップＳ４の発電制御処理を説明する。図２のステップＳ３で、発電が行われていないと判定されると（Ｎｏ）、処理は、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、制御装置２４は、エンジン１１を始動し、ステップＳ１２において、エンジン１１の回転速度が安定するまで待機する（アイドリング状態になるまで待機する）。アイドリング状態になると、ステップＳ１３において、制御装置２４は、エンジン１１の回転速度に対応する電動発電機１９の回転速度（以下、必要回転速度という）を算出する。具体的には、電動発電機１９の入出力軸６１の回転によって、トランスファ１５および変速機１４を介して回転させられる変速機１４の入力軸５１の回転速度と、エンジン１１の回転速度とが同期するために必要な電動発電機１９の回転速度（必要回転速度）を算出する。

次に、ステップＳ１４において、制御装置２４は、ステップＳ１３で算出した必要回転速度を電動発電機１９に指示する。その指示により、バッテリ２０からインバータ２１を介して電力が電動発電機１９に供給され、電動発電機１９は回転を開始する。

ステップＳ１５において、制御装置２４は、電動発電機１９の回転速度が指示した必要回転速度になるまで待機し、電動発電機１９の回転速度が指示した必要回転速度になったととき、ステップＳ１６において、変速機１４に対してギヤ入れの指示を行う。指示されるギヤ段は、ステップＳ１３で必要回転速度を算出する際に用いた変速比となるギヤ段である。なお、このギヤ段は、電動発電機１９の発電効率が最も高いギヤ段としている。たとえば、電動発電機１９の発電効率を高めるためには、変速機１４の変速比の低いギヤ段を使用することが好ましい。

次に、ステップＳ１７において、制御装置２４は、変速機１４のギヤ段が指示したギヤ段に入るまで待機し、指示したギヤ段に入ったとき、ステップＳ１８において、クラッチ１３が接続状態に遷移するように指示する。その指示により、クラッチ１３は接続状態に遷移する。

ステップＳ１９において、制御装置２４は、クラッチ１３が接続状態になるタイミングに合わせて、ステップＳ１４で開始されたバッテリ２０から電動発電機１９への電力供給は停止させる。これにより、エンジン１１の動力によって電動発電機１９による発電が開始され、電動発電機１９において発生した電力がバッテリ２０に供給される。なお図１において図示は省略した回路を通じ、バッテリ２０が充電されている間、電動発電機１９において発生した電力を外部給電器２に供給することもできる。ステップＳ１９で電動発電機１９による発電が開始されると、処理は、図２のフローチャートのステップＳ７に戻る。

以上のような発電制御処理により電動発電機１９による発電が開始される。電動発電機１９による発電が開始されると、バッテリ２０に充電が開始される。これにより、バッテリ２０のＳＯＣの値は上昇し、やがて充電終了値以上に達すると（図２のステップＳ６でＹｅｓ）、電動発電機１９による発電を終了する（図２のステップＳ７）。なお、ＳＯＣの充電終了値は、たとえば、バッテリ２０が満充電状態である８０％などとする。

以上のように、バッテリ２０の電力を外部に給電中のバッテリ２０のＳＯＣに応じ、電動発電機１９をエンジン１１により発電機として駆動するためにクラッチ板ｃをフライホイールｆに接続するが、それに先立って、電動発電機１９の動力によりクラッチ板ｃが設けられている変速機１４の入力軸５１をエンジン１１の回転速度（すなわちフライホイールｆの回転速度）と同期するように回転させるので、エンジン１１と電動発電機１９とがクラッチ１３を介して接続されるときの振動を低減させることができる。

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態は、その要旨を逸脱しない限りにおいて、様々に変更が可能である。たとえば、図１に示すトランスファ１５を省略し、エンジン１１、変速機１４、電動発電機１９が直列に並ぶようにしてもよい。

また、インバータ２３は、ハイブリッド自動車１が有するようにしてもよい。この場合には、外部給電端子２２に、直接、不図示の電化製品等を接続することができるようにする。

また、制御装置２４は、情報処理装置が予めインストールされている所定のプログラムを実行することによって実現することができる。このような情報処理装置は、たとえば、不図示のメモリ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、入出力ポートなどを有する。情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、情報処理装置には、制御装置２４の機能が実現される。なお、ＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。

また、上述の所定のプログラムは、制御装置２４の出荷前に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、制御装置２４の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、プログラムの一部が、制御装置２４の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。制御装置２４の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。

また、上述の所定のプログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。

このように、情報処理装置とプログラムによって制御装置２４を実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。

なお、情報処理装置が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

１…ハイブリッド自動車、１１…エンジン、１３…クラッチ、１４…変速機、１９…電動発電機、２０…バッテリ、２１…インバータ、２２…外部給電端子、２４…制御装置（バッテリ充電制御手段）

Claims (2)

1. エンジンと、前記エンジンの出力を変速する変速機と、前記変速機と前記エンジンとの間に配設されるクラッチと、前記変速機を介して前記エンジンの出力軸に接続された電動発電機と、前記電動発電機に電力を給電するバッテリと、を有するハイブリッド自動車において、
   前記バッテリの電力を外部に給電する給電手段と、
   前記バッテリの電力を外部に給電する場合に、前記バッテリの充電状態に応じて前記クラッチを接に制御して前記エンジンの動力により前記電動発電機を駆動させる発電制御手段と、
   を有し、
   前記発電制御手段は、前記クラッチを接に制御するのに先立って、前記電動発電機の動力により前記変速機の入力軸を前記エンジンの回転速度と同期するように回転させる、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. エンジンと、前記エンジンの出力を変速する変速機と、前記変速機と前記エンジンとの間に配設されるクラッチと、前記変速機を介して前記エンジンの出力軸に接続された電動発電機と、前記電動発電機に電力を給電するバッテリと、を有するハイブリッド自動車の制御装置が実行する給電時におけるショック低減方法において、
   前記バッテリの電力を外部に給電する給電ステップと、
   前記バッテリの電力を外部に給電する場合に、前記バッテリの充電状態に応じて前記クラッチを接に制御して前記エンジンの動力により前記電動発電機を駆動させる発電制御ステップと、
   を有し、
   前記発電制御ステップは、前記クラッチを接に制御するのに先立って、前記電動発電機の動力により前記変速機の入力軸を前記エンジンの回転速度と同期するように回転させるステップを有する、
   ことを特徴とする給電時におけるショック低減方法。

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