JP2017100574A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッドシステムのプリチャージ回路を削除して製造コストを低減す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】制御装置８０は、エンジン１０の始動要求があったときは、スターター１０４によりクランクシャフト１３を回転駆動してエンジン１０をクランキングすると同時に、その回転駆動されたクランクシャフト１３と連動するモータージェネレーターに発電運転を開始させ、その発電運転による電力で電解コンデンサ１０３を充電し、その充電された電解コンデンサ１０３の電圧が予め設定されたしきい値以上となったときは、高電圧バッテリー３２からモータージェネレーター３１へ電力を供給することでハイブリッドシステム３０を起動する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両及びその制御方法に関し、更に詳しくは、ハイブリッドシステムのプリチャージ回路を削除して製造コストを低減した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が行われる一方で、慣性走行時や制動時に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を参照）。

モータージェネレーターには、インバーター、高電圧バッテリー、ＤＣ／ＤＣコンバーター及び低電圧バッテリーが電気的に順に接続されている。ハイブリッドシステムの起動時においては、高電圧バッテリーに内蔵された高電圧メインリレーをオンにして、モータージェネレーターへの電力供給を開始するが、インバーターに内蔵されている電解コンデンサへ大きな突入電力が流れることによる高電圧メインリレーの破損を防止するために、事前に電解コンデンサを充電して突入電流を抑制するプリチャージを行う必要がある。

このプリチャージは、ドライバーのキースタートで作動する高電圧プリチャージリレー及びプリチャージレジスタからなるプリチャージ回路を通じて、高電圧バッテリーの電力で電解コンデンサを充電することにより実施される。そして、電解コンデンサの電圧が一定値以上になったときは、プリチャージが完了したと判断して、高電圧リレーをオンにすると同時にプリチャージ回路を遮断して、ハイブリッドシステムの起動を完了する。なお、その後に、モータージェネレーター等を用いてエンジンを始動する。

しかしながら、ハイブリッドシステムにプリチャージ回路を設けると、ＨＥＶの製造コストが増加してしまうという問題がある。

特開２００２−２３８１０５号公報

本発明の目的は、ハイブリッドシステムのプリチャージ回路を削除して製造コストを低減す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本発明のハイブリッド車両は、エンジンのクランクシャフトと連動する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、前記モータージェネレーターに電気的に順に接続されたコンデンサを内蔵するインバーター及び高電圧バッテリーと、前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングするスターターと、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、前記エンジンの始動要求があったときは、前記スターターにより前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングすると同時に、前記回転駆動されたクランクシャフトと連動して回転する前記モータージェネレーターに発電運転を開始させ、前記発電運転による電力で前記コンデンサを充電し、前記充電されたコンデンサの電圧が予め設定されたしきい値以上となったときは、前記高電圧バッテリーから前記モータージェネレーターへ電力を供給することで前記ハイブリッドシステムを起動する制御を行うように構成されていることを特徴とするものである。

また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンのクランクシャフトと連動する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、前記モータージェネレーターに電気的に順に接続されたコンデンサを内蔵するインバーター及び高電圧バッテリーと、前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングするスターターと、を備えたハイブリッド車両の制御方法であって、前記エンジンの始動要求があったときは、前記スターターにより前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングすると同時に、前記回転駆動されたクランクシャフトと連動して回転する前記モータージェネレーターに発電運転を開始させ、前記発電運転による電力で前記コンデンサを充電し、前記充電されたコンデンサの電圧が予め設定されたしきい値以上となったときは、前記高電圧バッテリーから前記モータージェネレーターへ電力を供給することで前記ハイブリッドシステムを起動することを特徴とするものである。

本発明のハイブリッド車両及びその制御方法によれば、ハイブリッドシステムの起動時に必要なプリチャージを、エンジンを始動するスターターによりクランクシャフトを通じて回転されたモータージェネレーターによる発電運転で発生した電力の充電によって行うようにしたので、プリチャージ回路を削除してハイブリッド車両の製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。

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）を通じ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、そ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。

モータージェネレーター３１には、発電可能な永久磁石型同期式モーターが用いられている。インバーター３５には電解コンデンサ１０３が内蔵されている。

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。

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は、高電圧バッテリー３２に内蔵された高電圧メインリレー（図示せず）がオンになって、モータージェネレーター３１への電力供給が開始されることにより起動される。

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、高電圧バッテリー３２の電流値、電圧値やＳＯＣなどは、ＢＭＳ３９により検出される。

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、２つのプーリー１５、１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。

エンジン本体１１を始動するクランキングは、スターター１０４又はモータージェネレーター３１により行われる。

スターター１０４は、クランクシャフト１３の回りにフライホイール１０５を介して取り付けられたリングギア１０６と、そのリングギア１０６に噛合可能なピニオン１０７を回転駆動するスターターモーター１０８により構成されている。

エンジン１０の始動時においては、低電圧バッテリー３４から給電されたスターターモーター１０８により回転駆動されているピニオン１０７をリングギア１０６に向けて押し出して噛み合わせ、クランクシャフト１３にトルクを加えてエンジン本体１１をクランキングする。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム３０は、制御装置８０により制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム３０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。

このようなＨＥＶの制御方法を、制御装置８０の機能として図２に基づいて以下に説明する。なお、制御装置８０は、信号線（一点鎖線で示す）を通じて、各部と接続している。

制御装置８０は、ドライバーがキースタートしたときには（Ｓ１０）、スターター１０４でクランクシャフト１３を回転駆動して、エンジン本体１１をクランキングしてエンジン１０を始動させる（Ｓ２０）。そして同時に、回転駆動力されたクランクシャフト１３によりベルト部材１７を介してモータージェネレーター３１を回転させて発電運転を開始させる（Ｓ３０）。なお、スターター１０４は、エンジン１０の始動後に停止される。

そして、制御装置８０は、モータージェネレーター３１の発電運転により発生した電力で、インバーター３１に内蔵されている電解コンデンサ１０３を充電する（Ｓ４０）。

次に、制御装置（８０）は、ＢＭＳ３９を通じて電解コンデンサ１０３の電圧Ｃ及び高電圧バッテリー３２の電圧Ｖを検出し（Ｓ５０）、電圧Ｃが電圧Ｖ以上であるか否かを判断する（Ｓ６０）。電圧Ｃが電圧Ｖ以上になったときは、プリチャージが完了したと判定して（Ｓ７０）、高電圧バッテリー３２に内蔵された高電圧メインリレーをオンにして（Ｓ８０）、モータージェネレーター３１へ電力を供給し（Ｓ９０）、ハイブリッドシステム３０の起動を完了する（Ｓ１００）。

このように、ハイブリッドシステム３０の起動時に必要とされるプリチャージを、エンジン１０を始動するスターター１０４によりクランクシャフト１３を通じて回転されたモータージェネレーター３１による発電運転で発生した電力の充電によって行うようにしたので、プリチャージ回路を削除してＨＥＶの製造コストを低減することができるのである。

１０ エンジン
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
３４ 低電圧バッテリー
８０ 制御装置
１０３ 電解コンデンサ
１０４ スターター

Claims (4)

1. エンジンのクランクシャフトと連動する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、前記モータージェネレーターに電気的に順に接続されたコンデンサを内蔵するインバーター及び高電圧バッテリーと、前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングするスターターと、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、前記エンジンの始動要求があったときは、前記スターターにより前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングすると同時に、前記回転駆動されたクランクシャフトと連動して回転する前記モータージェネレーターに発電運転を開始させ、前記発電運転による電力で前記コンデンサを充電し、前記充電されたコンデンサの電圧が予め設定されたしきい値以上となったときは、前記高電圧バッテリーから前記モータージェネレーターへ電力を供給することで前記ハイブリッドシステムを起動する制御を行うように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記予め設定されたしきい値が、前記高電圧バッテリーの電圧である請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. エンジンのクランクシャフトと連動する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、前記モータージェネレーターに電気的に順に接続されたコンデンサを内蔵するインバーター及び高電圧バッテリーと、前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングするスターターと、を備えたハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記エンジンの始動要求があったときは、前記スターターにより前記クランクシャフトを回転駆動して前記エンジンをクランキングすると同時に、前記回転駆動されたクランクシャフトと連動して回転する前記モータージェネレーターに発電運転を開始させ、
   前記発電運転による電力で前記コンデンサを充電し、
   前記充電されたコンデンサの電圧が予め設定されたしきい値以上となったときは、前記高電圧バッテリーから前記モータージェネレーターへ電力を供給することで前記ハイブリッドシステムを起動することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
4. 前記予め設定されたしきい値が、前記高電圧バッテリーの電圧である請求項３に記載のハイブリッド車両の制御方法。

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