JP2016078750A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動性の悪化を抑制する車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ１１は、ステップＳ６として、低電圧バッテリの出力電力Ｗｓｕｂが低電圧バッテリの出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔより大きいか否かを判定する。出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔより大きければ、低電圧バッテリの出力可能な電力に余裕がないので、ＥＣＵ１１は、ステップＳ７として、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させる。出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔ以下であれば、低電圧バッテリの出力可能な電力に余裕が十分あると考えられるため、ＥＣＵ１１は、ステップＳ８として、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を停止させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両の制御装置に関する。

近年、車両の走行用の動力を提供するために、エンジンと走行用の駆動力を得るためのモータとの両方を備えるハイブリッド自動車（ＨＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両が普及してきている。これらのＨＶやＰＨＶには、モータを駆動させるための高電圧バッテリと、補機類に電力を供給する低電圧バッテリとが設けられている。高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間には、高電圧バッテリの電圧を低電圧バッテリの電圧に対応させるように調整して、低電圧バッテリを充電するための降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。

また、これらのＨＶやＰＨＶでは、エンジンの始動のためにエンジンのクランクシャフトを回転させるクランキングを実施するためのセルモータを設けずに、モータをクランキングに使用することが知られている。モータをエンジンのクランキングに使用する場合は、クランクシャフトとモータの駆動軸とが接続された状態で、モータを回転させてクランキングを開始してエンジンを始動する。その際になるべく高電圧バッテリの電力をモータの回転に用いたいが、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させていると、高電圧バッテリから降圧ＤＣ／ＤＣコンバータに電力が供給されて高電圧バッテリの電力が低下する。そのため、エンジンの始動時にはなるべく降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させたいが、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止すると低電圧バッテリの電圧が低下することがある。低電圧バッテリの電圧が低下すると、低電圧バッテリに接続されている、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等のエンジンの始動に必要な補機類が停止してエンジンの始動に支障をきたす可能性がある。

従来用いられていたこの種のモータ制御装置としては、例えば特許文献１に記載された構成を挙げることができる。このモータ制御装置は、エンジン始動時に低電圧バッテリの電圧値を測定する。低電圧バッテリの電圧値がエンジンの始動に必要な閾値未満の場合は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させる。低電圧バッテリの電圧値がエンジンの始動に必要な閾値以上の場合は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させる。これにより、モータ制御装置は低電圧バッテリの状態によって降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させるか停止させるかを切り替える制御を行う。

特開２００６−１１２３８６号公報

しかしながら、低電圧バッテリが劣化等の原因で内部抵抗が大きくなっている場合がある。このような場合は、低電圧バッテリの電圧を測定した時に電圧が必要な閾値以上であっても、低電圧バッテリから実際に電流を流した際に低電圧バッテリの電圧が低下し、十分な電力を供給できないことがある。特許文献１に記載の発明では、このような低電圧バッテリの電圧の測定値が必要な閾値以上であっても十分な電力を供給できない場合に、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させるか停止させるかの切り替え制御がうまくいかず、エンジンの始動性が悪化するという問題点があった。

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジンの始動性の悪化を抑制する車両の制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車両の制御装置は、第１の電源と、第１の電源よりも電圧が低い第２の電源と、エンジンと、第１の電源から電力を供給して、エンジンをクランキングしてエンジンを始動する回転電機と、第２の電源から電力を供給して、駆動される補機と、第１の電源と第２の電源との間に接続され、第１の電源の電圧を第２の電源に対応するように電圧を調整する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両の制御装置であって、第１の電源の出力電力の最大制限値である第１の電源の出力電力制限値と、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させても回転電機でエンジンをクランキングするには支障がない第１の電源の出力電力の閾値である第１の電源の出力電力閾値とを比較して、第１の電源の出力電力制限値が第１の電源の出力電力閾値未満であるか否かを制御装置が判定し、第１の電源の出力電力制限値が第１の電源の出力電力閾値未満である場合は、第２の電源の出力電力と、第２の電源の電圧から求めることができる第２の電源の出力電力閾値とを比較して、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値より大きいか否かを制御装置が判定し、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値より大きい場合に、制御装置が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させ、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値以下の場合には、制御装置が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させる。
第１の電源の出力電力制限値が第１の電源の出力電力閾値未満であるか否かを制御装置が判定した時に、第１の電源の出力電力制限値が第１の電源の出力電力閾値以上である場合は、制御装置が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させてもよい。

この発明によれば、車両の制御装置において、第１の電源の出力電力の最大制限値である第１の電源の出力電力制限値と、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させても回転電機でエンジンをクランキングするには支障がない第１の電源の出力電力の閾値である第１の電源の出力電力閾値とを比較して、第１の電源の出力電力制限値が第１の電源の出力電力閾値未満であるか否かを制御装置が判定し、第１の電源の出力電力制限値が第１の電源の出力電力閾値未満である場合は、第２の電源の出力電力と、第２の電源の電圧から求めることができる第２の電源の出力電力閾値とを比較して、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値より大きいか否かを制御装置が判定し、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値より大きい場合に、制御装置が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させ、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値以下の場合には、制御装置が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させ、第２の電源の出力電力が第２の電源の出力電力閾値以下の場合には、制御装置が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させることで、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させるか停止させるかを切り替えてエンジンの始動性の悪化を抑制することができる。

この発明の実施の形態に係る車両の制御装置の概略図である。 この発明の実施の形態に係る車両の制御装置の制御方法を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態に係る車両の制御装置に設けられた高電圧バッテリのＳＯＣと出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔとの関係を示すマップである。 この発明の実施の形態に係る車両の制御装置に設けられた高電圧バッテリの温度Ｔｏｕｔと出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔとの関係を示すマップである。 この発明の実施の形態に係る車両の制御装置に設けられた低電圧バッテリの電圧Ｖｓｕｂと出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔとの関係を示すマップである。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る車両の制御装置を図１に示す。ＰＨＶに、車両の制御装置１が設けられている。車両の制御装置１には、第１の電源である高電圧バッテリ３と、第２の電源であり、高電圧バッテリ３よりも電圧の低い低電圧バッテリ４とが設けられている。高電圧バッテリ３は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の化学電池である。低電圧バッテリ４は、例えば鉛蓄電池等の化学電池である。高電圧バッテリ３と低電圧バッテリ４とは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を介して電気的に接続されている。降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、高電圧バッテリ３の電圧を低電圧バッテリ４の電圧に対応するように調整する。つまり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、高電圧バッテリ３の出力でもって低電圧バッテリ４を充電する。なお、高電圧バッテリ３と低電圧バッテリ４とは、例えばキャパシタ等の化学電池以外の電源であってもよい。

高電圧バッテリ３に、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５が電気的に接続されている。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５に、インバータ６が電気的に接続されている。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、高電圧バッテリ３からの電圧がインバータ６の駆動に必要な電圧になるように電圧を調整する。インバータ６にはモータ７が電気的に接続されており、インバータ６の制御によってモータ７が駆動する。モータ７は接続部８を介してエンジン９に接続されている。つまり、モータ７とエンジン９とは接続部８を介して互いの回転軸の駆動力をやり取りする。また、モータ７とエンジン９とは共に、ＰＨＶが走行するための駆動力を提供する。また、エンジン９の始動時に、モータ７の駆動力によってエンジン９を回転させてクランキングすることができる。なお、この実施の形態の車両の制御装置１はＰＨＶに設けられているが、モータ７によりエンジン９を始動するためのクランキングができる車両であれば、例えばＨＶ等の他の種類の車両に設けられていてもよい。

低電圧バッテリ４に、補機類１０が電気的に接続されている。補機類１０は低電圧バッテリ４から電力を供給されて動作する機器類であり、制御装置であるＥＣＵ１１と、他には例えば図示しないエンジン冷却水ポンプ等とを含む。ＥＣＵ１１は、ＰＨＶに設けられた機器類の電子制御を行うもので、図１に示す機器類では、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２、低電圧バッテリ４、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５、インバータ６、エンジン９、補機類１０に電気的に接続されている。また、低電圧バッテリ４の電圧、電流、出力電力、温度等を測定または推定する低電圧バッテリ情報測定部１３が、低電圧バッテリ４とＥＣＵ１１との間に設けられ、それらに電気的に接続されている。さらに、高電圧バッテリ３の電圧、電流、出力電力、温度、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）等を測定する高電圧バッテリ情報測定部１２が、高電圧バッテリ３とＥＣＵ１１との間に設けられ、それらに電気的に接続されている。低電圧バッテリ情報測定部１３における低電圧バッテリ４の出力電力測定方法及び高電圧バッテリ情報測定部１２における高電圧バッテリ３の出力電力測定方法は、低電圧バッテリ４及び高電圧バッテリ３の電流値等の測定値から出力電力を推定する等の適当な方法を使用してよい。

次に、この実施の形態に係る車両の制御装置１がエンジン９をクランキングするために行う、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２の切り替え制御の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。
ユーザによって車両の始動スイッチが押される等の操作によって、ＥＣＵ１１は、車両の制御装置１が設けられたＰＨＶのエンジン９の始動操作を開始する。ＥＣＵ１１は、ステップＳ１として、高電圧バッテリ情報測定部１２による高電圧バッテリ３の情報と、ＥＣＵ１１内に記憶されているＰＨＶの使用状況、例えば、ＰＨＶの前回の走行終了時における高電圧バッテリ３のＳＯＣやＰＨＶの前回の充電情報等とから、高電圧バッテリ３の出力電力制限値Ｗｏｕｔを取得する。高電圧バッテリ３の出力電力制限値Ｗｏｕｔは、高電圧バッテリ３の出力電力の最大制限値である。高電圧バッテリ３の温度は周囲温度の影響を受け、一般的には周囲温度が低いほど、高電圧バッテリ３の温度が低くなる。そして、一般的には高電圧バッテリ３の温度が低いほど、出力電力制限値Ｗｏｕｔが小さくなる。

次に、ＥＣＵ１１は、ステップＳ２として、高電圧バッテリ３の出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔを取得する。ここで、高電圧バッテリ３の出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させても、インバータ６を駆動させてモータ７によりエンジン９をクランキングするには支障がない場合の高電圧バッテリ３の出力電力の閾値である。
高電圧バッテリ３の出力電力制限値Ｗｏｕｔが出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔよりも大きければ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させて、高電圧バッテリ３の出力電力を低電圧バッテリ４に電力供給するとともに、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５及びインバータ６を駆動させて、高電圧バッテリ３の出力電力をモータ７に電力供給して、モータ７を駆動させることによりエンジン９をクランキングすることができる。
つまり、高電圧バッテリ３の出力可能な電力に十分な余裕があるということである。
出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔは、図３に示すように高電圧バッテリ３のバッテリＳＯＣによって変化する。また、出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔは、図４に示すように高電圧バッテリ３の温度Ｔｏｕｔによっても変化する。
さらにまた、出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔは、図示しないが高電圧バッテリ３の累積出力時間等他の要素によっても変化する。したがって、ＥＣＵ１１は、それらの要素と出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔとの関係の情報をあらかじめ備えており、その情報から出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔを推定して取得する。

次に、図２に示すようにＥＣＵ１１は、ステップＳ３として、出力電力制限値Ｗｏｕｔが出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔ未満であるか否かを判定する。出力電力制限値Ｗｏｕｔが出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔ未満であれば、高電圧バッテリ３の出力可能な電力に余裕がないということである。
高電圧バッテリ３の出力可能な電力に余裕がない場合は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させて、高電圧バッテリ３の出力電力により、低電圧バッテリ４に電力供給すると、モータ７によるエンジン９のクランキングに支障をきたしてエンジン９の始動性が悪化する可能性がある。
モータ７によるエンジン９のクランキングだけを考慮すると、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を停止して、低電圧バッテリ４への電力供給を停止すれば、高電圧バッテリ３からモータ７に供給する電力を確保しやすくなる。
しかしながら、低電圧バッテリ４の電圧Ｖｓｕｂが著しく低かったり、駆動すべき補機類１０が多かったりする場合は、低電圧バッテリ４の出力電力Ｗｓｕｂを確保するため降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動して、高電圧バッテリ３から低電圧バッテリ４に電力供給する必要がある。
よって、車両の制御装置１は降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させるか停止させるかを判定する必要がある。

そこで、ＥＣＵ１１は、ステップＳ４として、低電圧バッテリ４の出力電力Ｗｓｕｂを取得する。出力電力Ｗｓｕｂは、低電圧バッテリ４の出力電力であり、低電圧バッテリ情報測定部１３と前述したＰＨＶの使用状況とから推定して取得する。次に、ＥＣＵ１１は、ステップＳ５として、低電圧バッテリ４の出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔを取得する。出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を停止すると補機類１０の駆動に支障が生じる場合の低電圧バッテリ４の出力電力の閾値である。つまり、出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２の停止を禁止する低電圧バッテリ４の出力電力の閾値である。出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔは、低電圧バッテリ４の設計上の値を使用する。
図５に示すようなマップに、低電圧バッテリ４の電圧Ｖｓｕｂ、温度Ｔｓｕｂ及び出力電力Ｗｓｕｂ，ｔの設計上の値との関係が示されている。
つまり、電圧Ｖｓｕｂと温度Ｔｓｕｂとが求められれば、設計上の出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔが求められる。このマップをＥＣＵ１１は保持しており、低電圧バッテリ情報測定部１３より得た電圧Ｖｓｕｂと温度Ｔｓｕｂとから出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔを求める。

同じ温度Ｔｓｕｂであれば、電圧Ｖｓｕｂが小さい方が出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔが小さくなる。
また、同じ電圧Ｖｓｕｂであれば、温度Ｔｓｕｂが低い方が出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔは小さくなる。
したがって、出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔよりも出力電力Ｗｓｕｂが大きい場合は、補機類１０を動作させるための出力電力Ｗｓｕｂの余裕がないと考えられる。

ＥＣＵ１１は、ステップＳ６として、出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔより大きいか否かを判定する。
出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔより大きければ、上述したように低電圧バッテリ４の出力可能な電力に余裕がないので、ＥＣＵ１１は、ステップＳ７として、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させる。
出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔ以下であれば、低電圧バッテリ４の出力可能な電力に余裕が十分あると考えられるため、ＥＣＵ１１は、ステップＳ８として、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を停止させる。
出力電力Ｗｓｕｂで降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させるか停止させるかを判定することで、電圧Ｖｓｕｂで判定する場合よりも確実に降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２の駆動または停止を切り替えることができる。

また、ステップＳ３において、出力電力制限値Ｗｏｕｔが出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔ以上であれば、高電圧バッテリ３の出力可能な電力に余裕があり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させても問題ない。
この場合は、ステップＳ７を実施する。こうして、車両の制御装置１は、ＰＨＶの始動時に高電圧バッテリ３と低電圧バッテリ４との状態を基に、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させるか停止するかを切り替える。

降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させるか停止するかの切り替えが完了したら、エンジン９の始動時の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２の切り替え制御を終了する。図１に示すように、ＥＣＵ１１は、エンジン９のクランキングのために高電圧バッテリ３から昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５へ電力を供給する。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、高電圧バッテリ３からの電力をモータ７の駆動に適した電圧に昇圧してインバータ６に供給する。インバータ６はＥＣＵ１１からの指令に従ってモータ７を駆動する。モータ７は、エンジン９をクランキングして始動する。

このように、車両の制御装置１において、出力電力制限値Ｗｏｕｔが、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させてもモータ７でエンジン９をクランキングするには支障がない出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔ未満であるか否かをＥＣＵ１１が判定し、出力電力制限値Ｗｏｕｔが出力電力閾値Ｗｏｕｔ，ｔ未満である場合は、出力電力Ｗｓｕｂが、電圧Ｖｓｕｂから求めることができる出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔより大きいか否かをＥＣＵ１１が判定し、出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔより大きい場合に、ＥＣＵ１１が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を駆動させ、出力電力Ｗｓｕｂが出力電力閾値Ｗｓｕｂ，ｔ以下の場合には、ＥＣＵ１１が降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２を停止させることで、エンジン９の始動性の悪化を抑制することができる。

１ 車両の制御装置、２ 降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、３ 高電圧バッテリ（第１の電源）、４ 低電圧バッテリ（第２の電源）、７ モータ、９ エンジン、１１ ＥＣＵ（制御装置）。

Claims (2)

1. 第１の電源と、
   前記第１の電源よりも電圧が低い第２の電源と、
   エンジンと、
   前記第１の電源から電力を供給して、前記エンジンをクランキングして前記エンジンを始動する回転電機と、
   前記第２の電源から電力を供給して、駆動される補機と、
   前記第１の電源と前記第２の電源との間に接続され、前記第１の電源の電圧を前記第２の電源に対応するように電圧を調整する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   を備えた車両の制御装置であって、
   前記第１の電源の出力電力の最大制限値である前記第１の電源の出力電力制限値と、前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させても前記回転電機で前記エンジンをクランキングするには支障がない前記第１の電源の出力電力の閾値である前記第１の電源の出力電力閾値とを比較して、前記第１の電源の出力電力制限値が前記第１の電源の出力電力閾値未満であるか否かを前記制御装置が判定し、
   前記第１の電源の出力電力制限値が前記第１の電源の出力電力閾値未満である場合は、前記第２の電源の出力電力と、前記第２の電源の電圧から求めることができる前記第２の電源の出力電力閾値とを比較して、前記第２の電源の出力電力が前記第２の電源の出力電力閾値より大きいか否かを前記制御装置が判定し、
   前記第２の電源の出力電力が前記第２の電源の出力電力閾値より大きい場合に、前記制御装置が前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させ、
   前記第２の電源の出力電力が前記第２の電源の出力電力閾値以下の場合には、前記制御装置が前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させる車両の制御装置。
2. 前記第１の電源の出力電力制限値が前記第１の電源の出力電力閾値未満であるか否かを前記制御装置が判定した時に、前記第１の電源の出力電力制限値が前記第１の電源の出力電力閾値以上である場合は、前記制御装置が前記降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動させる請求項１に記載の車両の制御装置。

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