JP2018188112A - モータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッドシステムにおいてエンジンの始動前に効率的な予熱を行う。【解決手段】エンジン16と、エンジン16の駆動力によって駆動される発電機18と、発電機18から出力される電力によって充電される電池12と、電池12から出力される電力によって駆動されるモータ10と、を備えるハイブリッドシステム100において、電池12のSOCに応じてエンジン16を始動する前に予熱するためにモータ10の発熱を促進するモータ制御に切り替える。【選択図】図1

Description

本発明は、エンジン等の暖機のためのモータ制御装置に関する。
エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両において、モータを駆動源として使用すると共に熱源としても使用し、モータに供給される電気エネルギーを有効に利用するハイブリッド車両のモータ制御装置が開示されている。具体的には、直列接続された第1、第2及び第3の巻線を備えるモータにおいて、回転速度に応じて導通させる巻線を変更することによりモータからの発熱を制御する構成が開示されている(特許文献1)。
特開2010−125954号公報
従来技術では、エンジンが冷機状態のときにモータの発熱によってエンジンを暖機する。したがって、プラグインハイブリッド車両やレンジエクステンダーのように概ね電池のエネルギーだけで走行する車両においては、暖機を適切に制御しなければ必要以上にエンジンを暖機することになり、そのために投入される電池エネルギーが増加し、システム全体のエネルギー効率が低下し、ひいては一充電当たりの車両の航続距離が短くなるという問題が生ずる。
本発明の1つの態様は、エンジンと、前記エンジンの駆動力によって駆動される発電機と、前記発電機から出力される電力によって充電される電池と、前記電池から出力される電力によって駆動されるモータと、を備えるハイブリッドシステムに対するモータ制御装置であって、前記電池のSOCに応じて、前記エンジンを始動する前に予熱するために前記モータの発熱を促進するモータ制御に切り替えることを特徴とするモータ制御装置である。
ここで、前記エンジンが停止した状態であり、前記電池のSOCが充電準備の閾値より大きい場合、前記モータを第1の制御モードで駆動し、前記エンジンが停止した状態であり、前記電池のSOCが前記充電準備の閾値以下である場合、前記モータを前記第1の制御モードより発熱が大きい第2の制御モードで駆動することが好適である。
また、前記電池のSOCが前記充電準備の閾値より小さい充電開始の閾値以下となった場合、前記モータを前記第2の制御モードより発熱が小さい第3の制御モードで駆動すると共に、前記エンジンを始動させることが好適である。
また、前記充電準備の閾値は、前記エンジンの温度又は外部の環境温度に応じて設定されることが好適である。また、前記充電準備の閾値は、前記電池の電力消費量の予測値に応じて設定させることが好適である。
また、前記第1の制御モードと前記第2の制御モードとにおいて、前記モータに流れる電流の進角を変更する、又は、前記モータを駆動するインバータのキャリア周波数を変更することが好適である。
また、前記エンジンの予熱箇所は、給気ポート、燃焼室及びクランクケースの少なくとも1つであることが好適である。
本発明によれば、エンジンの始動前に効率的な予熱を行うことができる。これにより、例えば、燃料の気化を促進してエミッションの向上を図ることができ、エンジンでの摩擦を低減して損失を低下させることができる。
第1の実施の形態におけるハイブリッドシステムの構成を示す図である。 第1の実施の形態におけるモータの制御を説明する図である。 第2の実施の形態におけるハイブリッドシステムの構成を示す図である。 第3の実施の形態におけるハイブリッドシステムの構成を示す図である。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態におけるハイブリッドシステム100は、図1に示すように、モータ10、電池12、インバータ14、エンジン16、発電機18、熱交換器20、目標駆動力生成部22、モータ制御部24及び制御モード選択部26を含んで構成される。
ハイブリッドシステム100は、エンジン16によって発電機18を駆動することによって電池12を充電することが可能に構成されている。ハイブリッドシステム100は、プラグインハイブリッド車両やレンジエクステンダーに適用することができる。
モータ10は、車両の駆動軸を回転させる駆動手段として用いられる。モータ10は、例えば、交流同期モータとすることが好適である。交流同期モータは、低回転から高回転まで強いトルクを効率的に発生させることができる。
電池12は、モータ10を回転駆動させるための電力を発生させる。電池12は、充放電が可能な二次電池とされる。電池12は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池とすることができる。また、電池12は、発電機18で発生した電力の供給を受けて充電することができる。電池12から供給される直流電力は、インバータ14によって交流電力に変換されてモータ10へ供給される。また、発電機18から供給される交流電力は、インバータ14によって直流電力に変換されて電池12へ供給される。インバータ14は、直流をPWM(パルス幅変調)により交流に変換して出力する、
エンジン16は、ガソリン等の燃料を燃焼させることによって駆動力を発生させる。エンジン16は、既存の構成のものを適用することができる。本実施の形態では、エンジン16は、発電機18を駆動させるために利用される。発電機18は、エンジン16から駆動力を受けて電力を発電する。発電機18で発生した電力は、インバータ14を介して電池12へ供給される。
熱交換器20は、エンジン16から発生する熱を放熱するための手段である。熱交換器20は、例えば、ラジエータとすることができる。熱交換器20は、液体や気体等の冷却媒体を循環させることによって、エンジン16から発生する熱を周囲の空気に熱伝導を利用して放熱する。
本実施の形態では、エンジン16、熱交換器20及びモータ10を冷却媒体が循環するような構成とされている。これにより、エンジン16からの熱を熱交換器20において放熱すると共に、モータ10で発生する熱をエンジン16の予熱に利用することができる。
具体的には、モータ10からの熱によりエンジン16の吸気ポート、燃焼室及びクランクケースの少なくとも1つを予熱できるようにすることが好適である。給気ポートや燃焼室を予熱することにより、エンジン16に供給される燃料の気化を促進することができ、エミッションの向上を図ることができる。また、クランクケースを予熱することにより、オイルの粘度を低下させ、駆動部の摩擦を低減させることができる。ただし、予熱する場所は、これらに限定されるものではなく、エンジン16の全体又はいずれかの場所であればよい。
目標駆動力生成部22は、アクセル開度及び車速の入力を受けて、アクセル開度及び車速に基づいて車両を走行させるために必要な駆動力(目標駆動力)を導出する。目標駆動力生成部22は、例えば、アクセル開度と車速との組み合わせ毎に対して目標駆動力を関連付けたテーブル(データベース)を参照して、入力されたアクセル開度と車速との組み合わせに対応する目標駆動力を求めて出力する。また、目標駆動力生成部22は、アクセル開度と車速とを引数とする関数を用いて目標駆動力を導出する構成としてもよい。目標駆動力生成部22は、導出された目標駆動力をモータ制御部24へ出力する。
モータ制御部24は、モータ回転数及び目標駆動力生成部22から目標駆動力を受けて、制御モード選択部26から入力される運転モードに応じた電流指令値を導出する。モータ回転数は、モータ10の回転軸に設けた回転センサ(レゾルバ)を用いて実測したものとすることができる。また、モータ回転数は、車速から推定するようにしてもよい。
制御モード選択部26は、エンジン16の状態及び電池12の充電量(SOC)に応じて制御モードを設定して出力する。図2を参照して、制御モード選択部26における制御モードの設定方法を説明する。
制御モード選択部26は、エンジン16が停止状態であり、電池12のSOCが予め設定された第1の閾値P1より大きい場合には第1の制御モード(EVモード)に設定する。第1の制御モード(EVモード)では、エンジン16は運転されておらず、モータ10のみが運転される。制御モード選択部26は、エンジン16が停止状態であり、電池12のSOCが第1の閾値P1以下であり、第1の閾値P1より小さい第2の閾値P2より大きい場合には第2の制御モード(予熱モード)に設定する。第2の制御モード(予熱モード)では、エンジン16は運転されておらず、モータ10のみが運転される。このとき、モータ10の発熱を利用してエンジン16を予熱する状態とする。制御モード選択部26は、電池12のSOCが第2の閾値P2以下となった場合には第3の制御モード(エンジン運転モード)に設定する。第3の制御モードに設定されると、エンジン16が始動され、エンジン16が運転状態となり、電池12は発電機18からの電力により充電される状態となる。エンジン16の予熱は終了する。
ここで、第1の閾値P1は、電池12の充電の準備を開始する閾値である。また、第2の閾値P2は、電池12の充電を開始する閾値である。第1の閾値P1は、第2の閾値P2よりも大きい値に設定する。例えば、第2の閾値P2をSOCの最大値の30%に設定した場合、第1の閾値P1をSOCの最大値の50%に設定する。第1の閾値P1及び第2の閾値P2は、エンジン16の加熱部分の熱容量や必要な予熱状態等に応じて設定すればよい。
モータ制御部24は、制御モード選択部26によって設定された制御モードに応じて、モータ回転数及び目標駆動力に基づいてモータ10から目標駆動力が出力されるように電流指令値を生成する。具体的には、モータ10から目標駆動力が出力されるようにインバータ14を制御するための電流指令値を求めてインバータ14を制御する。具体的には、目標駆動力が増大するにつれてインバータ14のパルス変調幅(デューティ)が増大するように電流指令値を生成する。
このとき、第2の制御モード(予熱モード)では、第1の制御モード(EVモード)及び第3の制御モード(エンジン運転モード)よりもモータ10での発熱量が大きくなるような電流指令値を生成して出力する。例えば、第2の制御モード(予熱モード)では、第1の制御モード(EVモード)及び第3の制御モード(エンジン制御モード)よりもモータ10での電流の進角が大きくなるような電流指令値を生成して出力する。または、例えば、第2の制御モード(予熱モード)では、第1の制御モード(EVモード)及び第3の制御モード(エンジン制御モード)よりもインバータ14におけるキャリア周波数を高周波化するような電流指令値を生成して出力する。
なお、第1の制御モード(EVモード)及び第3の制御モード(エンジン運転モード)では、モータ10の効率が最大となるような電流指令値とすることが好適である。例えば、第1の制御モード(EVモード)と第3の制御モード(エンジン運転モード)は同じにしてもよい。
このように、第2の制御モード(予熱モード)においてモータ10での発熱量を増加させることによって、電池12の充電の準備期間においてモータ10からの熱によってエンジン16を予熱することができる。したがって、第3の制御モード(エンジン運転モード)に移行する際にエンジン16を必要十分な状態となるように暖機しておくことができる。このとき、電池12のエネルギーの消費を抑制することができ、車両の走行距離を長くすることができる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態におけるハイブリッドシステム200は、図3に示すように、モータ10、電池12、インバータ14、エンジン16、発電機18、熱交換器20、目標駆動力生成部22、モータ制御部24及び制御モード選択部26aを含んで構成される。ハイブリッドシステム200は、制御モード選択部26aを除いて、第1の実施の形態におけるハイブリッドシステム100と同じ構成であるので、以下の説明では制御モード選択部26aを重点的に説明する。
制御モード選択部26aは、外部から温度データを取得し、当該温度データに基づいて第1の閾値P1を設定する。温度データは、エンジン16に設けられた温度センサによって測定された温度とすることが好適である。すなわち、エンジン16において予熱される場所の温度に応じて必要な予熱の程度が異なるので、当該場所の温度を測定し、当該値に応じて予熱を開始する第1の閾値P1を設定する。
例えば、エンジン16の予熱箇所の現在の温度が高いほど予熱を短縮することができるので、第1の閾値P1を低く設定することが好適である。これにより、エンジン16の予熱箇所の現在の温度が高いほど、電池12がより低いSOCにならなければ第2の制御モード(予熱モード)に移行しなくなり、システムにおける電力消費を抑制することができる。
また、温度データは、温度センサによって測定された外気温としてもよい。すなわち、外気温に応じて必要なエンジン16の予熱の程度が異なるので、外気温を測定し、当該値に応じて予熱を開始する第1の閾値P1を設定する。例えば、外気温が高いほど予熱を短縮することができるので、第1の閾値P1を低く設定することが好適である。これにより、外気温が高いほど、電池12がより低いSOCにならなければ第2の制御モード(予熱モード)に移行しなくなり、システムにおける電力消費を抑制することができる。
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態におけるハイブリッドシステム300は、図4に示すように、モータ10、電池12、インバータ14、エンジン16、発電機18、熱交換器20、目標駆動力生成部22、モータ制御部24、制御モード選択部26及び運転予測部28を含んで構成される。ハイブリッドシステム300は、運転予測部28を除いて、第1の実施の形態におけるハイブリッドシステム100と同じ構成であるので、以下の説明では運転予測部28を重点的に説明する。
運転予測部28は、アクセル開度及び車速の入力を受けて、ハイブリッドシステム300の運転モデルに基づいて将来の電池12の電力の消費量を予測する。ハイブリッドシステム300の運転モデルは、将来の電池12の電力の消費量を予測することができるものであれば特に限定されるものではない。電池12の電力消費量の予測値は制御モード選択部26に入力される。
制御モード選択部26では、エンジン16の状態、電池12の充電量(SOC)に加えて、電池12の電力消費量の予測値に応じて制御モードを設定して出力する。具体的には、電池12の電力消費量の予測値が大きいほど、エンジン16の予熱に掛けられる時間が短くなると予測されるので、エンジン16の予熱が早く開始されるように制御モードを設定する。
例えば、電池12の電力消費量の予測値が大きいほど第1の閾値P1を大きい値に設定する。これにより、電池12の電力消費量の予測値が大きいほど、電池12のSOCがより高い状態においてエンジン16の予熱が開始されることになる。したがって、電池12の電力が急激に低下した場合であってもエンジン16の運転による発電機18から電池12への充電を適切な時期に開始することが可能となる。
10 モータ、12 電池、14 インバータ、16 エンジン、18 発電機、20 熱交換器、22 目標駆動力生成部、24 モータ制御部、26,26a 制御モード選択部、28 運転予測部、100,200,300 ハイブリッドシステム。

Claims (7)

  1. エンジンと、
    前記エンジンの駆動力によって駆動される発電機と、
    前記発電機から出力される電力によって充電される電池と、
    前記電池から出力される電力によって駆動されるモータと、
    を備えるハイブリッドシステムに対するモータ制御装置であって、
    前記電池のSOCに応じて、前記エンジンを始動する前に予熱するために前記モータの発熱を促進するモータ制御に切り替えることを特徴とするモータ制御装置。
  2. 請求項1に記載のモータ制御装置であって、
    前記エンジンが停止した状態であり、前記電池のSOCが充電準備の閾値より大きい場合、前記モータを第1の制御モードで駆動し、
    前記エンジンが停止した状態であり、前記電池のSOCが前記充電準備の閾値以下である場合、前記モータを前記第1の制御モードより発熱が大きい第2の制御モードで駆動することを特徴とするモータ制御装置。
  3. 請求項2に記載のモータ制御装置であって、
    前記電池のSOCが前記充電準備の閾値より小さい充電開始の閾値以下となった場合、前記モータを前記第2の制御モードより発熱が小さい第3の制御モードで駆動すると共に、前記エンジンを始動させることを特徴とするモータ制御装置。
  4. 請求項2又は3に記載のモータ制御装置であって、
    前記充電準備の閾値は、前記エンジンの温度又は外部の環境温度に応じて設定されることを特徴とするモータ制御装置。
  5. 請求項2又は3に記載のモータ制御装置であって、
    前記充電準備の閾値は、前記電池の電力消費量の予測値に応じて設定させることを特徴とするモータ制御装置。
  6. 請求項2〜5のいずれか1項に記載のモータ制御装置であって、
    前記第1の制御モードと前記第2の制御モードとにおいて、前記モータに流れる電流の進角を変更する、又は、前記モータを駆動するインバータのキャリア周波数を変更することを特徴とするモータ制御装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のモータ制御装置であって、
    前記エンジンの予熱箇所は、給気ポート、燃焼室及びクランクケースの少なくとも1つであることを特徴とするモータ制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021192528A1 (ja) * 2020-03-23 2021-09-30 日立Astemo株式会社 ハイブリッド制御装置およびハイブリッド制御装置の制御方法

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