JP2016084062A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を抑制しつつインバータをより適正に冷却する。
【解決手段】外部給電ユニットによる外部給電が行なわれているときには、外部給電を行なっていないときに用いる通常運転用マップよりＨＶユニット水温Ｔｈｖに対する冷却水流量Ｑｗが小さくなるように設定された外部給電用マップを選択し（Ｓ１２０）、選択したマップを用いて冷却水流量Ｑｗを設定する（Ｓ１３０）。そして、ＨＶユニット冷却装置の循環流路に流通する冷却水が設定した冷却水流量Ｑｗとなるように電動ポンプを駆動制御する（Ｓ１４０）。これにより、外部給電が行なわれているときの電動ポンプによる消費電力を小さくすることができ、外部給電が行なわれているときの冷却水流量もより適正なものとすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、発電用モータおよび駆動用モータとこれらを駆動するためのインバータとバッテリとを搭載するハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、発電用のモータと、駆動用のモータとを搭載し、これらのモータを駆動するインバータの温度に基づいてインバータを冷却する冷媒量を調節するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、ヒルホールド時にインバータ温度が駆動用モータの負荷率の制限を開始する制限開始温度以上のときに、冷却水の目標流量を最大流量に設定することにより、インバータの熱的保護を図っている。

特開２００８−７２８１８号公報

上述のハイブリッド自動車では、発電用のモータによる発熱と駆動用のモータによる発熱とを想定して冷却水の流量を設定している。このため、駆動用のモータによる発熱がない場合には、インバータ温度に対する冷却水の流量が過剰なものとなり、必要以上のポンプ駆動により消費電力が過剰になってしまう。特に、バッテリや発電用のモータからの電力を外部に給電する外部給電ユニットを有するハイブリッド自動車により外部給電を行なっているときには、ポンプ駆動による消費電力を抑制してより多くの電力を外部給電することが望まれる。

本発明のハイブリッド自動車は、消費電力を抑制しつつインバータをより適正に冷却することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
発電用モータと、駆動用モータと、前記発電用モータおよび前記駆動用モータを駆動するためのインバータと、前記インバータを介して前記発電用モータおよび駆動用モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を搭載するハイブリッド自動車において、
前記バッテリと前記インバータとが接続された電力ラインに接続されて外部に給電する外部給電ユニットと、
前記発電用モータ，前記駆動用モータ，前記インバータに冷媒を循環させる循環流路と、前記循環流路に循環させる冷媒の流量を調節する冷媒流量調節手段と、を有する冷却システムと、
を備え、
前記冷媒流量調節手段は、前記外部給電ユニットによって外部給電を行なっているときには、外部給電を行なっていないときに比して前記循環流路に流通する冷媒流量が小さくなるように調節する手段である、
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、発電用モータ，駆動用モータ，インバータに冷媒を循環させる循環流路と、循環流路に循環させる冷媒の流量を調節する冷媒流量調節手段と、を有する冷却システムを備える。また、バッテリとインバータとが接続された電力ラインに接続されて外部に給電する外部給電ユニットを備える。冷却システムの冷媒流量調節手段は、外部給電ユニットによって外部給電を行なっているときには、外部給電を行なっていないときに比して循環流路に流通する冷媒流量が小さくなるように調節する。外部給電を行なっているときは、停車しており駆動用モータは停止してるため、駆動用モータを駆動することによる発熱は生じない。このため、外部給電を行なっているときには外部給電を行なっていないときに比して循環流量に流通する冷媒流量を小さくしてもインバータ等を充分に冷却することができる。このように冷媒流量を小さくするため、冷却システムにおける消費電力を小さくすることができる。これらの結果、消費電力を抑制しつつインバータをより適正に冷却することができる。

この本発明のハイブリッド自動車において、前記冷媒流量調節手段は前記冷媒を圧送するポンプと前記ポンプを駆動制御する制御装置とを有し、前記制御装置は冷媒温度が高いほど冷媒流量が大きくなるように前記ポンプを駆動制御する、ものとすることもできる。この場合、前記循環流路は、ラジエータ、前記インバータ、前記発電用モータおよび前記駆動用モータの順に冷媒を循環する流路であり、前記冷媒流量調節手段は、前記循環流路のうち前記インバータより下流の前記冷媒の温度に基づいて前記ポンプを駆動制御する、ものとすることもできる。こうすれば、インバータをより適正に冷却することができる。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記冷媒流量調節手段は、前記外部給電ユニットによって外部給電を行なっているときには、前記発電用モータの駆動による発熱に対する冷媒の流量としての第１流量と前記駆動用モータの駆動による発熱に対する冷媒の流量としての第２流量との和の流量が冷媒流量となるように調節し、前記外部給電ユニットによって外部給電を行なっていないときには、第１流量が冷媒流量となるように調節する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、外部給電を行なっているときの冷媒流量を必要量とすることができ、消費電力を抑制しつつインバータをより適正に冷却することができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０により実行される冷却水流量制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 通常運転用マップの一例を示す説明図である。 外部給電用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、インバータ４１，４２と、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、バッテリ５０と、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、外部給電ユニット５８と、ＨＶユニット冷却装置６０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２２は、一般的なガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、油圧制御により吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴという）２３が組み込まれている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジションθｃｒやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗｅ，吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθｃａ，スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジションＴＰ，吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ｔａなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号やスロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号，ＶＶＴ２３への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤ，リングギヤ，キャリアには、モータＭＧ１の回転子，駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６，エンジン２２のクランクシャフト２６がそれぞれ接続されている。

モータＭＧ１は、同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、バッテリ５０からの直流電力が三相交流電力に変換されて供給されることにより駆動する。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されている。また、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりをする。バッテリ５０を管理するバッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。

外部給電ユニット５８は、図示しないが、バッテリ５０とインバータ４１，４２が接続された電力ライン５４の直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣコンバータにより変換された交流電力を所望の電圧の交流電力（例えば、ＡＣ１００Ｖ電力）に変圧する変圧器と、電気負荷の接続用のコンセントと、から構成されており、コンセントに接続された電気負荷に電力供給を行なう。外部給電ユニット５８のＤＣ／ＡＣコンバータや変圧器は、ＨＶＥＣＵ７０により図示しない電圧センサや電流センサからの電圧や電流に基づいてコンセントに設定された交流電力（例えば、ＡＣ１００Ｖ電力）が供給されるよう制御される。なお、電力ライン５４には、図示しない平滑コンデンサやシステムメインリレー５５が取り付けられている。

ＨＶユニット冷却装置６０は、冷却水（ＬＬＣ（ロングライフクーラント））と外気との熱交換を行なうラジエータ６２と、ラジエータ６２，インバータ４２，４１，モータＭＧ１，ＭＧ２にこの順に冷却水を循環させる循環流路６４と、冷却水を圧送する電動ポンプ６６と、を備える。ラジエータ６２は、図示しないエンジンルームの最前部に配置されている。なお、インバータ４１，４２は図示しない単一の筐体に収納されており、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）の一部として構成されている。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、ＨＶユニット冷却装置６０の電動ポンプ６６の回転数を検出する回転数センサ６６ａからのポンプ回転数Ｎｐや、ＨＶユニット冷却装置６０の冷却水の温度を検出する温度センサ６９からのＨＶユニット水温Ｔｈｖ，イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ＨＶＥＣＵ７０からは、システムメインリレー５５への駆動信号や、ＨＶユニット冷却装置６０の電動ポンプ６６への制御信号への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ＨＶＥＣＵ７０は、外部給電ユニット６２のＤＣ／ＡＣコンバータや変圧器も駆動制御している。ＨＶＥＣＵ７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては以下の（１）〜（３）のものがある。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード。
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード。
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力を駆動軸３６に出力するよう運転制御する運転モード。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に外部給電ユニット５８により外部給電を行なっている最中のＨＶユニット冷却装置６０の動作について説明する。図２は、ＨＶユニット冷却装置６０の循環流路６４に流通する冷却水の流量を調節するためにＨＶＥＣＵ７０により実行される冷却水流量制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば数１００ｍｓｅｃ毎など）に繰り返し実行される。

冷却水流量制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、外部給電ユニット５８による外部給電を行なっているか否かを判定する（ステップＳ１００）。外部給電を行なっているか否かの判定は、例えば、電気負荷の接続用のコンセントにプラグが挿入されているときに検出される信号に基づいて行なうことができる。外部給電ユニット５８による外部給電を行なっていないときには、通常時におけるＨＶユニット水温Ｔｈｖに対する冷却水流量Ｑｗを設定するための通常運転用マップを選択する（ステップＳ１１０）。図３に通常運転用マップの一例を示す。図中、実線は通常運転用マップを示し、一点鎖線はモータＭＧ２の駆動による発熱に対する冷却水流量を示し、二点鎖線はモータＭＧ１の駆動による発熱に対する冷却水流量を示す。実線の通常運転用マップは、一点鎖線と二点鎖線で示された冷却水流量の和となる。ここで、モータＭＧ２の駆動による発熱に対する冷却水流量としては、例えばヒルホールドなどによりモータＭＧ２がロックしている場合の発熱に対する冷却水流量も考慮されている。なお、この通常運転用マップは、実験などにより求めることができる。こうして通常運転用マップを選択すると、選択したマップに温度センサ６９からのＨＶユニット水温Ｔｈｖを適用して冷却水流量Ｑｗを設定し（ステップＳ１３０）、設定した冷却水流量Ｑｗとなるように電動ポンプ６６を駆動制御して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。電動ポンプ６６の駆動制御としては、例えば、冷却水流量Ｑｗに対して予め定められたデューティを用いたデューティ制御を用いたり、流量センサを用いて得られる流量に対するフィードバック制御を用いたりすることができる。

ステップＳ１００で外部給電ユニット５８による外部給電が行なわれていると判定されたときには、外部給電時におけるＨＶユニット水温Ｔｈｖに対する冷却水流量Ｑｗを設定するための外部給電用マップを選択する（ステップＳ１２０）。図４に外部給電用マップの一例を示す。図中、実線は外部給電用マップを示し、破線は通常運転用マップを示す。外部給電用マップは、実施例では、通常運転用マップからモータＭＧ２の駆動による発熱に対する冷却水流量（図３の一点鎖線）を減じたもの、即ち、モータＭＧ１の駆動による発熱に対する冷却水流量を用いている。こうした冷却水流量を用いるのは、外部給電中は停車しており、モータＭＧ２は駆動停止しているから、モータＭＧ２の駆動による発熱に対する冷却水流量は不要と考えられるからである。こうして外部給電用マップを選択すると、選択したマップに温度センサ６９からのＨＶユニット水温Ｔｈｖを適用して冷却水流量Ｑｗを設定し（ステップＳ１３０）、設定した冷却水流量Ｑｗとなるように電動ポンプ６６を駆動制御して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、外部給電ユニット５８による外部給電が行なわれているときには、外部給電を行なっていないときに用いる通常運転用マップよりＨＶユニット水温Ｔｈｖに対する冷却水流量Ｑｗが小さくなるように設定された外部給電用マップを用いて冷却水流量Ｑｗを設定してＨＶユニット冷却装置６０の電動ポンプ６６を駆動制御する。これにより、外部給電が行なわれているときの電動ポンプ６６による消費電力を小さくすることができる。外部給電が行なわれているときには、駆動用のモータＭＧ２は駆動停止しているから、発電用のモータＭＧ１の駆動による発熱に対する冷却水流量だけを流通させればよい。実施例の外部給電用マップは、モータＭＧ１の駆動による発熱に対する冷却水流量を用いているから、外部給電が行なわれているときの冷却水流量Ｑｗをより適正なものとすることができる。これらの結果、消費電力を抑制しつつインバータ４１，４２をより適正に冷却することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、外部給電用マップとしてモータＭＧ１の駆動による発熱に対する冷却水流量を用いるものしたが、外部給電用マップは通常運転用マップよりＨＶユニット水温Ｔｈｖに対する冷却水流量Ｑｗが小さくなればよいから、モータＭＧ１の駆動による発熱に対する冷却水流量より大きいものを用いるものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、これらを接続するプラネタリギヤ３０と、外部給電ユニット５８と、を備える構成としたが、発電用モータと、駆動用モータと、外部給電ユニットと、を備えるハイブリッド自動車であれば、他の如何なる構成としても構わない。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ 可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５５ システムメインリレー、５８ 外部給電ユニット、６０ ＨＶユニット冷却装置、６２ ラジエータ、６４ 循環流路、６６ 電動ポンプ、６６ａ 回転数センサ、６９ 温度センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 発電用モータと、駆動用モータと、前記発電用モータおよび前記駆動用モータを駆動するためのインバータと、前記インバータを介して前記発電用モータおよび駆動用モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を搭載するハイブリッド自動車において、
   前記バッテリと前記インバータとが接続された電力ラインに接続されて外部に給電する外部給電ユニットと、
   前記発電用モータ，前記駆動用モータ，前記インバータに冷媒を循環させる循環流路と、前記循環流路に循環させる冷媒の流量を調節する冷媒流量調節手段と、を有する冷却システムと、
   を備え、
   前記冷媒流量調節手段は、前記外部給電ユニットによって外部給電を行なっているときには、外部給電を行なっていないときに比して前記循環流路に流通する冷媒流量が小さくなるように調節する手段である、
   ハイブリッド自動車。

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