JP2019131058A

JP2019131058A - ハイブリッド車

Info

Publication number: JP2019131058A
Application number: JP2018015392A
Authority: JP
Inventors: 智紀谷内; Tomonori Yanai; 智也山下; Tomoya Yamashita
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: JP7023572B2

Abstract

【課題】エンジンの始動の際の走行性能を確保できる、ハイブリッド車を提供する。【解決手段】エンジンの始動時には、発電モータがスタータモータとして機能し、発電モータからの動力でエンジンがクランキングされる。エンジンの始動後は、発電モータが発電機として機能し、エンジンの動力を電力に変換する。発電モータが発電する電力は、駆動用電池に蓄えられる。そして、駆動用電池の出力が駆動モータの駆動に使用されて、駆動モータが走行のための動力を発生する。ハイブリッド車の走行中にエンジンが始動される場合、その始動の際には、走行状況に応じてエンジン回転数が始動に必要な回転数に達するまでの立ち上がり時間が変化するように、発電モータの駆動が制御される。【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）に関する。

従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを搭載したハイブリッド車が知られている。

たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、発電モータで発生する電力が電池に蓄えられる。そして、電池の出力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。

バッテリのＳＯＣ（State Of Charge）が所定以下に低下する、あるいは、アクセルペダルの操作により要求される出力が増加すると、エンジンが始動される。ハイブリッド車の走行中におけるエンジンの始動の際には、発電モータの回転数の制御により、エンジンのクランクシャフトの回転数がエンジンの始動に必要な回転数以上に引き上げられる。その後、エンジンの燃焼室内に燃料が供給されて、エンジンが始動する。

特開２０１７−９４７５６号公報

エンジンの始動に電池の出力を要するため、従来のハイブリッド車では、その出力を確保すべく、走行に使用する電池の出力、つまり電池から駆動モータへの出力が制限される。そのため、エンジンの始動の際の発電モータのイナーシャが大きく、エンジンの始動に要する電池の出力が大きいと、ハイブリッド車の走行に使用する電池の出力が大きく制限され、ドライバビリティが低下する。

本発明の目的は、エンジンの始動の際の走行性能を確保できる、ハイブリッド車を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車は、エンジンと、エンジンの始動時にはスタータモータとして機能し、エンジンの駆動時には動力を電力に変換する発電モータと、発電モータが発電する電力を蓄える電池と、電池の出力を使用して駆動され、走行のための動力を発生する駆動モータと、エンジンの始動時に、走行状況に応じてエンジンの回転数がその始動に必要な回転数に達するまでの時間が変化するように発電モータの駆動を制御する始動制御手段とを含む。

この構成によれば、エンジンの始動時には、発電モータがスタータモータとして機能し、発電モータからの動力でエンジンがクランキングされる。エンジンの始動後は、発電モータが発電機として機能し、エンジンの動力を電力に変換する。発電モータが発電する電力は、電池に蓄えられる。そして、電池の出力が駆動モータの駆動に使用されて、駆動モータが走行のための動力を発生する。

エンジンの始動の際には、走行状況に応じてエンジンの回転数が始動に必要な回転数に達するまでの立ち上がり時間が変化するように、発電モータの駆動が制御される。これにより、エンジンの始動に要する電池の出力を抑制し、駆動モータの駆動に使用する電池の出力、つまり走行に使用する電池の出力の制限量を小さく抑えて、駆動モータの駆動に使用する電池の出力を確保することができる。その結果、エンジンの始動の際の走行性能を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。

なお、走行に大きな動力を必要とする場合、発電モータの発電電力は、電池を経由せずに、駆動モータの駆動に使用されてもよい。

始動制御手段は、エンジンの始動時に、駆動モータの駆動に使用する電池の出力からエンジンの始動に使用可能な電池の出力を求めて、その求めた出力が小さいほどエンジンの回転数がその始動に必要な回転数に達するまでの時間が長くなるように発電モータの駆動を制御してもよい。

これにより、走行に使用する電池の出力の制限量を最小限に抑えて、駆動モータの駆動に使用する電池の出力を最大限に確保することができる。

本発明によれば、ハイブリッド車の走行中にエンジンが始動される場合に、その始動の際の走行性能を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の構成を示すブロック図である。電池出力およびエンジン回転数の時間変化を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車１は、たとえば、シリーズ方式を採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電モータ１２および駆動モータ１３を搭載している。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

発電モータ１２は、たとえば、ＤＣブラシレスモータからなる。発電モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。発電モータ１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電モータ１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能する。

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型のＤＣブラシレスモータからなる。駆動モータ１３の回転軸は、動力伝達機構１４に連結されている。動力伝達機構１４には、デファレンシャルギヤ１５が含まれており、駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤ１５に伝達され、デファレンシャルギヤ１５から左右の前輪または後輪からなる駆動輪１６Ｌ，１６Ｒに分配されて伝達される。

ハイブリッド車１には、発電モータ１２および駆動モータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１７と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用電池１８とが搭載されている。

ＰＣＵ１７は、駆動用電池１８に接続されている。発電モータ１２で発生する交流電力は、ＰＣＵ１７で直流電力に変換されて、駆動用電池１８に蓄えられる。駆動用電池１８の出力は、ＰＣＵ１７で交流電力に変換されて、駆動モータ１３に駆動電力として供給される。また、ハイブリッド車１の急加速や登坂走行などの高負荷走行時には、駆動用電池１８の出力に加えて、発電モータ１２で発生する交流電力が駆動モータ１３に駆動電力として供給される。

ハイブリッド車１にはさらに、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン１１およびＰＣＵ１７を制御するための１つのＥＣＵ１９のみが示されているが、ハイブリッド車１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ１９を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

＜走行中のエンジン始動＞
図２は、駆動用電池１８の出力（電池出力）およびエンジン１１の回転数（エンジン回転数）の時間変化を示す図である。

駆動モータ１３の動力のみによるハイブリッド車１の走行中（ＥＶ走行中）に、たとえば、駆動用電池１８のＳＯＣ（State Of Charge）が所定値まで低下するか、または、走行負荷が急増すると、エンジン１１が始動される。エンジン１１の始動のため、ＥＣＵ１９により、ＰＣＵ１７を介して発電モータ１２が制御され、また、エンジン１１の燃料噴射装置が制御される。

ＥＶ走行中におけるエンジン１１の始動の際には、発電モータ１２の制御に先立ち、ＥＣＵ１９により、駆動用電池１８の現在の出力（電池出力）Ｐ０が取得される。そして、駆動用電池１８の最大電池出力Ｐｍａｘから現在の電池出力Ｐ０が減算されることにより、エンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ−Ｐ０）が求められる。

エンジン１１の始動に必要な電池出力、すなわち、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐ（ｋＷ）は、次のように導出することができる。すなわち、発電モータ１２（ロータ）の直径をＤ（ｍ）とし、その長さをＬ（ｍ）とすると、発電モータ１２の体積Ｖ（ｍ^３）は、
Ｖ＝（Ｄ／２）^２×π×Ｌ・・・（１）
である。発電モータ１２の密度（鉄）をρ（ｋｇ・ｍ^３）とすると、その質量Ｍ（ｋｇ）は、
Ｍ＝Ｖ×ρ ・・・（２）
であり、発電モータ１２のイナーシャＩ（ｋｇｍ^２）は、
Ｉ＝（１／８）×Ｍ×Ｄ^２・・・（３）
である。発電モータ１２の回転角加速度をＮ’（ｒｐｍ／ｓ）とすると、発電モータ１２の回転に必要なトルクＴ（Ｎｍ）は、
Ｔ＝Ｉ×Ｎ’×（２π／６０）・・・（４）
である。したがって、発電モータ１２の目標回転数、つまりエンジン１１の始動に必要な回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐ（ｋＷ）は、
Ｐ＝Ｔ×Ｎ×（２π／６０）／１０^３・・・（５）
である。この式（５）に式（１）〜（４）を代入して整理すると、
Ｐ＝（Ｄ^４×Ｌ×ρ×Ｎ’×Ｎ×π^３）／（２８８×１０^５）・・・（６）
となる。

発電モータ１２の直径Ｄ、長さＬ、密度ρ、エンジン１１の始動に必要な回転数Ｎは、いずれも既知の値であるから、ＥＣＵ１９により、式（６）に基づいて、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐがエンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ−Ｐ０）未満となる回転角加速度Ｎ’が求められる。そして、その回転角加速度Ｎ’で発電モータ１２が加速されるように、言い換えれば、その回転角加速度Ｎ’に応じた時間で発電モータ１２の回転が回転数Ｎまで立ち上がるように、ＥＣＵ１９により、発電モータ１２の駆動が制御される。

＜作用効果＞
以上のように、エンジン１１の始動時には、発電モータ１２がスタータモータとして機能し、発電モータ１２からの動力でエンジン１１がクランキングされる。エンジン１１の始動後は、発電モータ１２が発電機として機能し、エンジン１１の動力を電力に変換する。発電モータ１２が発電する電力は、駆動用電池１８に蓄えられる。そして、駆動用電池１８の出力が駆動モータ１３の駆動に使用されて、駆動モータ１３が走行のための動力を発生する。

ハイブリッド車１の走行中にエンジン１１が始動される場合、その始動の際には、図２に実線、二点鎖線および破線で示されるように、走行状況に応じてエンジン１１の回転数が始動に必要な回転数に達するまでの立ち上がり時間が変化するように、発電モータ１２の駆動が制御される。これにより、エンジン１１の始動に要する駆動用電池１８の出力を抑制することができ、駆動モータ１３の駆動に使用する駆動用電池１８の出力を確保することができる。その結果、エンジン１１の始動の際の走行性能を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐがエンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ−Ｐ０）未満となる回転角加速度Ｎ’が求められるとした。これに限らず、たとえば、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐがエンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ−Ｐ０）に所定値を加算または減算した値未満となる回転角加速度Ｎ’が求められて、その回転角加速度Ｎ’で発電モータ１２が加速されるように、発電モータ１２の駆動が制御されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ハイブリッド車
１１：エンジン
１２発電モータ
１３：駆動モータ
１８：駆動用電池（電池）
１９：ＥＣＵ（始動制御手段）

Claims

エンジンと、
前記エンジンの始動時には前記エンジンのスタータモータとして機能し、前記エンジンの駆動時には前記エンジンの動力を電力に変換する発電モータと、
前記発電モータが発電する電力を蓄える電池と、
前記電池の出力を使用して駆動され、走行のための動力を発生する駆動モータと、
前記エンジンの始動時に、走行状況に応じて前記エンジンの回転数がその始動に必要な回転数に達するまでの時間が変化するように前記発電モータの駆動を制御する始動制御手段とを含む、ハイブリッド車。