JP2017100573A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動用バッテリーの発熱量を増加させて、高電圧バッテリーの暖機を促進させることができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、高電圧バッテリーの暖機促進が要求された場合において（Ｓ１０がＹＥＳ）、モータージェネレーターの力行時に、モータージェネレーターを、高電圧バッテリーの暖機促進が要求されない場合におけるモータージェネレーターの力行時の場合よりも消費電力の高い運転モードで駆動させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値に制御する（Ｓ２０）。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシスト（すなわち力行）が行われる一方で、慣性走行時や制動時においてはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば特許文献１参照）。

また、従来、ＨＥＶのモータージェネレーターは、インバーターを介して、リチウムイオンバッテリー等の高電圧バッテリーと電気的に接続されている。また、高電圧バッテリーはＤＣ／ＤＣコンバーターにも電気的に接続されており、高電圧バッテリーの電力は、ＤＣ／ＤＣコンバーターを介して、鉛バッテリー等の低電圧バッテリーや車両電装品にも供給される。

ところで、このリチウムイオンバッテリー等の高電圧バッテリーは、低温時には十分な電流を供給することが困難である。そのため、従来、高電圧バッテリーの暖機を促進させるための制御（暖機促進制御）が行われている。これに関して、例えば特許文献２には、ＨＥＶの走行に必要な要求駆動トルクに応じてｑ軸電流値を設定するとともに、このｑ軸電流値と協働してｄ軸電流値を設定し、このｄ軸電流値を高電圧バッテリーの温度が低いほど増加させる制御を実行することで、モータージェネレーターの消費電力を増加させて、高電圧バッテリーの放電量の増加による高電圧バッテリーの発熱量の増加により、高電圧バッテリーの暖機の促進を図る技術が開示されている。

しかしながら特許文献２の技術では、上述した制御において高電圧バッテリーの放電量が少ないため、高電圧バッテリーの発熱量も少ない結果、早期に高電圧バッテリーを暖機することは困難である。

特開２００２−２３８１０５号公報 特開２０１２−１６５５２６号公報

本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、高電圧バッテリーの発熱量を増加させて、高電圧バッテリーの暖機を促進させることができるハ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ための本発明のハイブリッド車両は、エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、ＤＣ／ＤＣコンバーターと、インバーターを介して前記モータージェネレーターと電気的に接続されるとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバーターにも電気的に接続された高電圧バッテリーと、制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、前記制御装置は、前記高電圧バッテリ
ーの暖機促進が要求された場合において、前記モータージェネレーターの力行時に、前記モータージェネレーターを、前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求されない場合における前記モータージェネレーターの力行時の場合よりも消費電力の高い運転モードで駆動させるとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値に制御することを特徴とする。

本発明によれば、高電圧バッテリーの暖機促進が要求された場合において、モータージェネレーターの力行時にモータージェネレーターを消費電力の高い運転モードで駆動させるので、高電圧バッテリーからインバーターを介してモータージェネレーターに供給される電力量を多くして、高電圧バッテリーの発熱量を増加させることができる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値が予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値になるので、高電圧バッテリーからＤＣ／ＤＣコンバーターに供給される電力量も多くなり、高電圧バッテリーの発熱量を効果的に増加させることができる。これにより、高電圧バッテリーの暖機を促進させることができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を前記所定の基準値以上の値に制御するにあたり、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された前記出力範囲内における最大値に制御する構成とすることができる。

この構成によれば、高電圧バッテリーからＤＣ／ＤＣコンバーターに供給される電力量を最大にすることができる。これにより、高電圧バッテリーの発熱量を効果的に増加させて、高電圧バッテリーの暖機を効果的に促進させることができる。

上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、ＤＣ／ＤＣコンバーターと、インバーターを介して前記モータージェネレーターと電気的に接続されるとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバーターにも電気的に接続された高電圧バッテリーと、を備えたハイブリッド車両の制御方法において、前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求された場合において、前記モータージェネレーターの力行時に、前記モータージェネレーターを、前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求されない場合における前記モータージェネレーターの力行時の場合よりも消費電力の高い運転モードで駆動させるとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値に制御することを特徴とする。

本発明によれば、高電圧バッテリーの暖機促進が要求された場合において、モータージェネレーターの力行時にモータージェネレーターを消費電力の高い運転モードで駆動させるので、高電圧バッテリーからインバーターを介してモータージェネレーターに供給される電力量を多くして、高電圧バッテリーの発熱量を増加させることができる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値が予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値になるので、高電圧バッテリーからＤＣ／ＤＣコンバーターに供給される電力量も多くなり、高電圧バッテリーの発熱量を効果的に増加させることができる。これにより、高電圧バッテリーの暖機を促進させることができる。

上記方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を前記所定の基準値以上の値に制御するにあたり、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された前記出力範囲内における最大値に制御する構成とすることができる。

この方法によれば、高電圧バッテリーからＤＣ／ＤＣコンバーターに供給される電力量を最大にすることができる。これにより、高電圧バッテリーの発熱量を効果的に増加させて、高電圧バッテリーの暖機を効果的に促進させることができる。

本発明によれば、高電圧バッテリーの発熱量を増加させて、高電圧バッテリーの暖機を促進させることができる。

本発明の実施形態のハイブリッド車両の構成図である。 制御装置による制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両及びその制御方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態で用いられるハイブリッド車両の構成図である。このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を介してトランスミッション２０に伝達される。

トランスミッション２０には、ＨＥＶの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ、変速用アクチュエーター２１を用いて自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられている。なお、トランスミッション２０は、ＡＭＴのような自動変速式に限るものではなく、ドライバーが手動で変速するマニュアル式であってもよい。

トランスミッション２０で変速された回転動力は、プロペラシャフト２２を通じてデファレンシャル２３に伝達され、一対の駆動輪２４にそれぞれ駆動力として分配される。

ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。

高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。

高電圧バッテリー３２は、インバーター３５を介してモータージェネレーター３１と電気的に接続されている。この高電圧バッテリー３２は、モータージェネレーター３１を駆動するためのバッテリー（すなわち駆動用バッテリー）の一例である。また、高電圧バッテリー３２は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３にも電気的に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー３４は、各種の車両電装品３６に電力を供給する。

このハイブリッドシステム３０における種々のパラメータ、例えば、電流値、電圧値、
高電圧バッテリー３２の温度やＳＯＣなどは、ＢＭＳ３９（バッテリーマネージメントシステム）により検出される。ＢＭＳ３９は検出結果を制御装置８０に伝える。

モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。なお、第１プーリー１５、第２プーリー１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギアボックス等を用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限定されるものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０との間の伝達軸やプロペラシャフト２２であってもよい。

このモータージェネレーター３１は、エンジン本体１１を始動するスターターモーター（図示せず）の代わりに、クランキングを行う機能も有している。

上述したハイブリッドシステム３０は制御装置８０によって制御される。具体的にはハイブリッドシステム３０は、制御装置８０に制御されることで、ＨＥＶの発進時や加速時には、高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシスト（すなわち力行）する一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。

また制御装置８０は、ハイブリッドシステム３０の他に、クラッチ１４の切断及び接続を制御するとともに、変速用アクチュエーター２１を制御することでトランスミッション２０のギア段も制御する。この制御装置８０は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するＣＰＵと、ＣＰＵの動作に用いられる各種データやプログラム等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等とを有するマイクロコンピュータを備えている。

また本実施形態に係る制御装置８０は、高電圧バッテリー３２の暖機の促進（暖機促進）が要求された場合において、モータージェネレーター３１の力行時に、モータージェネレーター３１を、高電圧バッテリー３２の暖機促進が要求されない場合におけるモータージェネレーター３１の力行時の場合よりも消費電力の高い運転モードで駆動させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値に制御する。

なお、上述したＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値の基準値の具体的な値は特に限定されるものではないが、この基準値が高いほど、高電圧バッテリー３２の放電量を多くして発熱量を高くすることができ、その結果、高電圧バッテリー３２の自己発熱による暖機を効果的に促進することができる。そこで、この観点に基づいて、この出力値の基準値としてＤＣ／ＤＣコンバーター３３の最大出力値以下の適切な値を設定すればよい。

本実施形態では、このＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値の基準値の一例として、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の最大出力値を用いる。すなわち、本実施形態に係る制御装置８０は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を所定の基準値以上の値に制御するにあたり、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を予め設定された出力範囲内における最大値（すなわち、出力１００％）に制御している。

以上の制御処理の詳細についてフローチャートを用いて説明すると次のようになる。図２は制御装置８０による制御処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０に
おいて制御装置８０の制御部は、高電圧バッテリー３２の暖機促進の要求があるか否かを判定する。このステップＳ１０の具体的な処理内容は特に限定されるものではないが、本実施形態では、一例として、高電圧バッテリー３２の温度（Ｔ）が予め設定された基準温度（Ｔｃ）よりも低いか否かを判定し、この高電圧バッテリー３２の温度が基準温度（Ｔｃ）よりも低いと判定した場合に、暖機促進の要求があると判定する。

なお本実施形態に係るＨＥＶは、高電圧バッテリー３２の温度（Ｔ）を、前述したＢＭＳ３９の検出結果に基づいて取得する。そして、制御部は、このようにして取得された高電圧バッテリー３２の温度（Ｔ）が、予め記憶部（例えばＲＯＭ）に記憶されている基準温度（Ｔｃ）より低いと判定した場合に、暖機促進要求があると判定する。なお、基準温度（Ｔｃ）の具体的な値は特に限定されるものではないが、例えば、−１０℃〜１０℃の範囲内の温度を用いることができる。本実施形態では、基準温度（Ｔｃ）の一例として、０℃を用いることとする。

ステップＳ１０でＮＯと判定された場合、制御部はフローチャートのスタートに戻る（リターン）。一方、ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合、制御部は、モータージェネレーター３１の力行時において、モータージェネレーター３１（ＭＧ）を、高電圧バッテリー３２の暖機促進要求がない場合におけるモータージェネレーター３１の力行時の場合よりも高電圧バッテリー３２の消費電力が高い運転モードで駆動させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値、具体的には最大出力値に制御する（ステップＳ２０）。

このステップＳ２０においてモータージェネレーター３１を消費電力の高い運転モードで駆動させるにあたり、具体的には制御部は次の手法によって、これを実現している。まず、本実施形態に係るモータージェネレーター３１は、いわゆるインバーター制御によって駆動されている。そして、このインバーター制御のチューニングは、暖機促進要求がない場合の力行時では、モータージェネレーター３１の消費電力が低くなるように設定されている。

より具体的には、暖機促進要求がない場合の力行時では、高電圧バッテリー３２の出力する電気的エネルギーをモータージェネレーター３１の出力する機械的エネルギーに変換する際の変換効率が良好になるようにするために、インバーター３５による電流の変換効率（直流から交流への変換効率）が高い値になるようにインバーター制御がチューニングされている。これにより、暖機促進要求がない場合の力行時では、高電圧バッテリー３２の電気的エネルギーをモータージェネレーター３１の機械的エネルギーに変換する際の変換効率が良好になり、モータージェネレーター３１の力行時の消費電力は低く抑えられている。

そこで、ステップＳ２０において制御部は、インバーター制御のチューニングを、暖機促進要求がない場合の力行時の場合よりもモータージェネレーター３１の消費電力が高くなるチューニングに変更する。この一例として、制御部は、インバーター３５による電圧の変換効率（直流から交流への変換効率）を暖機促進要求がない場合の力行時よりも低下させることで、インバーター３５を介してモータージェネレーター３１に供給される交流電流を増加させて、モータージェネレーター３１の力行時の消費電力を高くしている。

すなわち、ステップＳ２０において制御部は、高電圧バッテリー３２の電気的エネルギーをモータージェネレーター３１の機械的エネルギーに変換する際の変換効率を敢えて悪化させることで、モータージェネレーター３１の力行時の消費電力を高くしている。

またステップＳ２０においてＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を最大出力値に制御
するにあたり、具体的には制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力電圧値を予め設定された範囲内で最大の電圧値とする。

ここで、本実施形態において、このＤＣ／ＤＣコンバーター３３の最大出力値は、低電圧バッテリー３４が許容できる最大電圧値以下の値に設定されている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力が最大出力値となっても、低電圧バッテリー３４に不具合が生じることは抑制されている。

上述したステップＳ２０の実行によって、モータージェネレーター３１が消費電力の高い運転モードで駆動するので、高電圧バッテリー３２からインバーター３５を介してモータージェネレーター３１に供給される電力量を多くして、高電圧バッテリー３２の発熱量を増加させることができる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値が予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値、具体的には最大値になるので、高電圧バッテリー３２からＤＣ／ＤＣコンバーター３３に供給される電力量も多くして、高電圧バッテリー３２の発熱量を効果的に増加させることができる。これにより、高電圧バッテリー３２の暖機を促進させることができる。

なお、制御部がステップＳ２０の実行を行っている期間（実行期間）は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る制御部は、暖機促進要求がなくなるまでステップＳ２０を実行することとする。すなわち、本実施形態に係る制御部は、一度ステップＳ２０が実行された後に、高電圧バッテリー３２の温度（Ｔ）が基準温度（Ｔｃ）以上になった場合に、ステップＳ２０の制御処理を終了させる。

また本実施形態に係る制御部は、ステップＳ２０の制御処理を終了させた場合、モータージェネレーター３１及びＤＣ／ＤＣコンバーター３３を通常状態に戻す。この通常状態において、制御部は、モータージェネレーター３１を消費電力の低い運転モードで力行させ、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力電圧を、低電圧バッテリー３４と高電圧バッテリー３２との電圧差に基づいて制御する。

以上説明した本実施形態によれば、高電圧バッテリー３２の暖機促進が要求された場合において、モータージェネレーター３１の力行時に、モータージェネレーター３１を敢えて消費電力の高い運転モードで駆動し、且つＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値にして、高電圧バッテリー３２からモータージェネレーター３１及びＤＣ／ＤＣコンバーター３３に供給される電力量を多くして、高電圧バッテリー３２の発熱量を効果的に増加させることができる。これにより、高電圧バッテリー３２の暖機を促進させることができる。この結果、ＨＥＶは早期にフルパフォーマンスを発揮することができるようになる。

また、本実施形態によれば、従来のＨＥＶに対して、ハードウエアは変更せずに制御装置の制御内容を本実施形態の内容に変更するだけで（すなわちソフトウエアの変更だけで）、高電圧バッテリー３２の暖機の促進を実現することができる。したがって、本実施形態によれば、従来のＨＥＶから本実施形態に係るＨＥＶへの転用も容易に行うことができる。

また、本実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を所定の基準値よりも高い値に制御するにあたり、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力値を予め設定された出力範囲内における最大値に制御して、高電圧バッテリー３２からＤＣ／ＤＣコンバーター３３に供給される電力量を最大にすることができる。これにより、高電圧バッテリー３２の発熱量を効果的に増加させて、高電圧バッテリー３２の暖機を効果的に促進させることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１３ クランクシャフト（出力軸）
３０ ハイブリッドシステム
３１ モータージェネレーター
３２ 高電圧バッテリー
３３ ＤＣ／ＤＣコンバーター
３５ インバーター
８０ 制御装置

Claims (4)

1. エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、ＤＣ／ＤＣコンバーターと、インバーターを介して前記モータージェネレーターと電気的に接続されるとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバーターにも電気的に接続された高電圧バッテリーと、制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、
   前記制御装置は、前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求された場合において、前記モータージェネレーターの力行時に、前記モータージェネレーターを、前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求されない場合における前記モータージェネレーターの力行時の場合よりも消費電力の高い運転モードで駆動させるとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値に制御することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を前記所定の基準値以上の値に制御するにあたり、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された前記出力範囲内における最大値に制御する請求項１記載のハイブリッド車両。
3. エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、ＤＣ／ＤＣコンバーターと、インバーターを介して前記モータージェネレーターと電気的に接続されるとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバーターにも電気的に接続された高電圧バッテリーと、を備えたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求された場合において、前記モータージェネレーターの力行時に、前記モータージェネレーターを、前記高電圧バッテリーの暖機促進が要求されない場合における前記モータージェネレーターの力行時の場合よりも消費電力の高い運転モードで駆動させるとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された出力範囲内における所定の基準値以上の値に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。
4. 前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を前記所定の基準値以上の値に制御するにあたり、前記ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力値を予め設定された前記出力範囲内における最大値に制御する請求項３記載のハイブリッド車両の制御方法。

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