JP2020059328A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において蓄電池とコンバータとの間を流れる電流を正確に検出する。【解決手段】ハイブリッド車両は、インバータと、蓄電池と、コンバータと、ホール式電流センサと、コントローラとを備える。コンバータは、インバータと蓄電池との間で電圧を変換する。ホール式電流センサは、ホール素子を用いてコンバータを流れる電流に応じた電圧信号を出力する。コントローラは、ホール式電流センサから出力される電圧信号に基づいてインバータおよびコンバータを制御する。コントローラは、ハイブリッド車両が停車している状態でハイブリッド車両の動力伝達系がパーキングレンジである場合、内燃機関の動力を用いた蓄電池への充電が完了した後、ホール式電流センサから出力される電圧信号の値を、電流が流れていないときの値として学習する。【選択図】図３

Description

本明細書は、ハイブリッド車両に関する技術を開示する。

ハイブリッド車両は、内燃機関および電動機によって発生する動力を用いて走行する車両である。特許文献１のハイブリッド車両は、電動機を制御するインバータと、電力を蓄える蓄電池と、インバータと蓄電池との間で電圧を変換するコンバータと、ホール式電流センサと、コントローラとを備えている。特許文献１のコンバータは、蓄電池に接続されているリアクトルと、リアクトルとインバータとの間に接続されている２個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と、各ＩＧＢＴに対してそれぞれ並列に接続された２個のダイード（還流ダイオード）を含んでいる。

特許文献１のハイブリッド車両において、ホール式電流センサは、ホール素子を用いてコンバータを流れる電流に応じた電圧信号を出力する。コントローラは、ホール式電流センサから出力される電圧信号に基づいてインバータおよびコンバータを制御する。ホール式電流センサの電圧信号は、ホール素子の温度に応じて変化する。そのため、コントローラは、ホール素子の温度変化に起因してホール式電流センサから出力される電圧信号のズレ（オフセット電圧）を学習する必要がある。特許文献１には、コンバータにおける２個のＩＧＢＴがいずれもオフとなるデューティ指令信号が出力される所定期間内に、ホール式電流センサから出力される電圧信号のオフセット電圧を学習する技術について開示されている。

特開２０１３−１１０９３２号公報

特許文献１の技術では、コンバータにおける２個のＩＧＢＴがいずれもオフとなる所定期間内であっても蓄電池とコンバータの間において、電動機への通電時にはＩＧＢＴと並列に接続されたダイオードを介して電流が流れている可能性がある。また、蓄電池から電流が出力されていない場合でも、内燃機関によって電動機が逆駆動されて発電している場合には、ホール式電流センサに電流が流れる可能性がある。そのような場合には、オフセット電圧の正確性を十分に確保できない虞があった。そのため、オフセット電圧を正確に学習することが求められている。

本明細書が開示する技術の一形態は、内燃機関および電動機によって発生する動力を用いて走行するハイブリッド車両である。このハイブリッド車両は、インバータと、蓄電池と、コンバータと、ホール式電流センサと、コントローラとを備えている。インバータは、電動機を制御する。蓄電池は、電力を蓄える。コンバータは、インバータと蓄電池との間で電圧を変換する。ホール式電流センサは、ホール素子を用いて蓄電池とコンバータとの間を流れる電流に応じた電圧信号を出力する。コントローラは、ホール式電流センサから出力される電圧信号に基づいてインバータおよびコンバータを制御する。コントローラは、ハイブリッド車両が停車している状態でハイブリッド車両の動力伝達系がパーキングレンジである場合、内燃機関の動力を用いた蓄電池への充電が完了した後、ホール式電流センサから出力される電圧信号の値を、電流が流れていないときの値として学習する。

上記形態のハイブリッド車両によれば、パーキングレンジで停車中に内燃機関の動力を用いた蓄電池への充電を完了した後、搭乗者に違和感を与えないタイミングにて、コンバータに電流が確実に流れていない状態で、ホール式電流センサのオフセット電圧を学習できる。停車中であるので、蓄電池から電動機への電流の流れはない。また、蓄電池への充電を完了した後であるので、電動機は停止しており、電動機から蓄電池への電流の流れもない。したがって、ホール式電流センサに電流が流れていない状態でオフセット電圧を学習することができる。また、蓄電池への充電中は、コンバータに電流が流れ、コンバータの温度とともにホール式電流センサの温度も上昇する。ホール式電流センサのオフセット電圧は温度依存性がある。本明細書が開示する技術は、停車中に蓄電池への充電を完了した後にオフセット電圧を学習する。すなわち、蓄電池への充電によってホール式電流センサの温度が上昇した後にオフセット電圧を学習する。それゆえ、その後の走行において、正確なオフセット電圧を用いてコンバータとインバータを制御することが可能となる。その結果、例えば、オフセット電圧の不正確さに起因する車両振動を抑制できる。

ハイブリッド車両の構成を示す説明図である。 ホール式電流センサの特性を示すグラフである。 コントローラが実行する電流センサ学習処理を示すフローチャートである。

図１は、ハイブリッド車両１０の構成を示す説明図である。ハイブリッド車両１０は、内燃機関１１０および電動機１２１，１２２によって発生する動力を用いて走行する。ハイブリッド車両１０は、内燃機関１１０および電動機１２１，１２２の他、駆動輪８０と、動力分割機構１３０と、蓄電池１４０と、コンバータ１５０と、インバータ１６１，１６２と、コントローラと、ホール式電流センサ２２０とを備える。

内燃機関１１０は、燃料（例えば、ガソリン、軽油など）を燃焼させて動力を出力するエンジンである。内燃機関１１０は、動力を伝達可能に電動機１２１と連結されている。

電動機１２１，１２２は、三相交流電動機および三相交流発電機として機能可能なモータジェネレータである。内燃機関１１０と電動機１２１と電動機１２２は、動力分割機構１３０を介して動力を伝達可能に連結されている。内燃機関１１０および／または電動機１２１、１２２の出力は、動力分割機構１３０を介して駆動輪８０に伝達される。

動力分割機構１３０は、内燃機関１１０と電動機１２１と電動機１２２の間で動力を合成したり分割したりするギアセットである。動力分割機構１３０は、遊星歯車機構（プラネタリギヤ）を含んでいる。

蓄電池１４０は、電力を蓄える二次電池（例えば、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなど）である。蓄電池１４０の正極は、電力線ＰＬ１に接続されている。蓄電池１４０の陰極は、ボディアースＮＬに接続されている。電力線ＰＬ１とボディアースＮＬとの間には、フィルタコンデンサＣ１が接続されている。

コンバータ１５０は、コントローラ２１０からの制御信号に基づいて、インバータ１６１，１６２と蓄電池１４０との間の電圧を変換する。コンバータ１５０は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含んでいる。リアクトルＬ１は、電力線ＰＬ１を介して蓄電池１４０に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、リアクトルＬ１と電力線ＰＬ２との間に接続されている。電力線ＰＬ２は、インバータ１６１，１６２に接続されている。ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１に対して逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、ボディアースＮＬに接続されている。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２に対して逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。

インバータ１６１は、コントローラ２１０からの制御信号に基づいて電動機１２１を制御する。インバータ１６２は、コントローラ２１０からの制御信号に基づいて電動機１２２を制御する。インバータ１６１およびインバータ１６２は、電力線ＰＬ２とボディアースＮＬとの間に並列に接続されている。電力線ＰＬ２とボディアースＮＬとの間には、平滑コンデンサＣ２が接続されている。

コントローラ２１０は、ホール式電流センサ２２０から出力される電圧信号Ｖｃに基づいてコンバータ１５０およびインバータ１６１，１６２を制御する。コントローラ２１０の機能は、コンピュータプログラムに基づいてソフトウェア的に実現される。コントローラ２１０の各部による機能の少なくとも一部は、回路構成に基づいてハードウェア的に実現されてもよい。

コントローラ２１０は、ハイブリッド車両１０が停車している状態でハイブリッド車両１０の動力伝達系（動力分割機構１３０など）がパーキングレンジ（停車モード）である場合、内燃機関１１０の動力を用いた蓄電池１４０への充電が完了した後、ホール式電流センサ２２０から出力される電圧信号Ｖｃの値を、電流が流れていないときの値として学習する。この処理についての詳細は後述する。

ホール式電流センサ２２０は、ホール素子を用いて蓄電池１４０とコンバータ１５０との間を流れる電流Ｉｃに応じた電圧信号Ｖｃを出力する。ホール式電流センサ２２０は、電力線ＰＬ１におけるフィルタコンデンサＣ１よりコンバータ１５０側に設けられている。

図２は、ホール式電流センサ２２０の特性を示すグラフである。図２の横軸は、電力線ＰＬ１に流れる実際の電流Ｉｃの値を示す。図２の縦軸は、ホール式電流センサ２２０から出力される電圧信号Ｖｃの値を示す。線分ＬＮ１は、ホール式電流センサ２２０の理想的な出力特性を示す。線分ＬＮ１は、実際の電流Ｉｃが「０」である場合に電圧信号Ｖｃの値が「０」となり、電流Ｉｃの増減に応じて電圧信号Ｖｃが増減する。線分ＬＮ２は、ホール素子の個体差や温度に起因して線分ＬＮ１に対してマイナスのオフセット電圧ＶＦ２となっている出力特性を示す。線分ＬＮ３は、ホール素子の個体差や温度に起因して線分ＬＮ１に対してプラスのオフセット電圧ＶＦ３となっている出力特性を示す。

コントローラ２１０は、電力線ＰＬ１に電流Ｉｃが流れていない状態（Ｉｃ＝０）でホール式電流センサ２２０から出力される電圧信号Ｖｃの値（例えば、オフセット電圧ＶＦ２，ＶＦ３）を学習することによって、電流Ｉｃの検出精度を向上させることができる。その結果、コントローラ２１０は、電流Ｉｃの値に応じたコンバータ１５０およびインバータ１６１，１６２の制御を適切に実行できる。

図３は、コントローラ２１０が実行する電流センサ学習処理を示すフローチャートである。コントローラ２１０は、ハイブリッド車両１０の動力伝達系（動力分割機構１３０など）がパーキングレンジ（停車モード）である場合、図３の電流センサ学習処理を定期的に実行する。

電流センサ学習処理を開始した後、コントローラ２１０は、学習完了フラグＦｃが値「０」（オフ）であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。学習完了フラグは、コントローラ２１０が実行するプログラム内で定義された変数である。学習完了フラグＦｃは、電圧信号Ｖｃの値の学習に適した期間に値「０」（オフ）となり、学習後に値「１」（オン）になる。電流センサ学習処理の開始直後では、学習完了フラグＦｃは、値「１」（オン）となっている。

学習完了フラグＦｃが値「１」（オン）である場合（ステップＳ１１０：「ＮＯ」）、コントローラ２１０は、内燃機関１１０が稼働中であるか否かを判断する（ステップＳ１２０）。なお、パーキングレンジで内燃機関１１０が稼働中である状態は、内燃機関１１０の動力を用いた蓄電池１４０の充電（パーキングチャージ）を実施している状態である。パーキングチャージは、蓄電池１４０の充電量が設定値以下である場合に実施される。

内燃機関１１０が稼働中である場合（ステップＳ１２０：「ＹＥＳ」）、コントローラ２１０は、学習完了フラグＦｃを値「０」（オフ）に設定する（ステップＳ１４０）。その後、コントローラ２１０は、図３の電流センサ学習処理を終了する。

内燃機関１１０が停止している場合（ステップＳ１２０：「ＮＯ」）、すなわち、パーキングチャージを実施する前または後である場合、コントローラ２１０は、インバータ１６１，１６２がシャットダウンされているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。コントローラ２１０は、パーキングチャージを実施した後、電圧信号Ｖｃの値を学習する場合にインバータ１６１，１６２をシャットダウンする。なお、インバータ１６１，１６２のシャットダウンは、インバータ１６１，１６２における全てのスイッチング素子がオフとなっている状態である。

インバータ１６１，１６２がシャットダウンされていない場合（ステップＳ１３０：「ＮＯ」）、コントローラ２１０は、図３の電流センサ学習処理を終了する。一方、インバータ１６１，１６２がシャットダウンされている場合（ステップＳ１３０：「ＹＥＳ」）、コントローラ２１０は、インバータ１６１，１６２のシャットダウンを解除する（ステップＳ１８０）。その後、コントローラ２１０は、図３の電流センサ学習処理を終了する。

先行する電流センサ学習処理において学習完了フラグＦｃが値「０」（オフ）に設定されている場合（ステップＳ１４０）、ステップＳ１１０の分岐判定がＹＥＳとなる。この場合、コントローラ２１０は、内燃機関１１０の動力を用いた蓄電池１４０の充電（パーキングチャージ）が完了したか否かを判断する（ステップＳ１５０）。パーキングチャージが完了していない場合（ステップＳ１５０：「ＮＯ」）、コントローラ２１０は、図３の電流センサ学習処理を終了する。

パーキングチャージが完了している場合（ステップＳ１５０：「ＹＥＳ」）、コントローラ２１０は、ホール式電流センサ２２０から出力される電圧信号Ｖｃの値を、電流Ｉｃが流れていない値として学習する（ステップＳ１６０）。コントローラ２１０は、電圧信号Ｖｃの値を学習するのに先立って、インバータ１６１，１６２をシャットダウンする。

電圧信号Ｖｃの値を学習した後（ステップＳ１６０）、コントローラ２１０は、学習完了フラグＦｃを値「１」（オン）に設定する。その後、コントローラ２１０は、図３の電流センサ学習処理を終了する。その後、次回の電流センサ学習処理において、コントローラ２１０は、インバータ１６１，１６２のシャットダウンを解除する（ステップＳ１８０）。

上述した説明した実施形態によれば、パーキングレンジで停車中に内燃機関１１０の動力を用いた蓄電池１４０への充電を完了した後、搭乗者に違和感を与えないタイミングにて、蓄電池１４０とコンバータ１５０との間に電流Ｉｃが確実に流れていない状態で、ホール式電流センサ２２０のオフセット電圧を学習できる。停車中であるので、蓄電池１４０から電動機１２１，１２２への電流の流れはない。また、蓄電池１４０への充電を完了した後であるので、電動機１２１，１２２は停止しており、電動機１２１，１２２から蓄電池１４０への電流の流れもない。したがって、ホール式電流センサ２２０に電流が流れていない状態でオフセット電圧を学習することができる。また、蓄電池１４０への充電中は、コンバータ１５０に電流が流れ、コンバータ１５０の温度とともにホール式電流センサ２２０の温度も上昇する。ホール式電流センサ２２０のオフセット電圧は温度依存性がある。本明細書が開示する技術は、停車中に蓄電池１４０への充電を完了した後にオフセット電圧を学習する。すなわち、蓄電池１４０への充電によってホール式電流センサ２２０の温度が上昇した後にオフセット電圧を学習する。それゆえ、停車中に蓄電池１４０への充電を実施した後の走行時に、正確なオフセット電圧に基づいてコンバータ１５０とインバータ１６１，１６２を制御することができ、オフセット電圧の不正確さに起因する車両振動を抑制できる。

以上、実施形態を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面において説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載した組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面において説明した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ハイブリッド車両
８０：駆動輪
１１０：内燃機関
１２１：電動機
１２２：電動機
１３０：動力分割機構
１４０：蓄電池
１５０：コンバータ
１６１、１６２：インバータ
２１０：コントローラ
２２０：ホール式電流センサ
Ｃ１：フィルタコンデンサ
Ｃ２：平滑コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２：ダイオード
Ｉｃ：電流
Ｌ１：リアクトル
ＮＬ：ボディアース
ＰＬ１、ＰＬ２：電力線
Ｑ１、Ｑ２：スイッチング素子
Ｖｃ：電圧信号

Claims (1)

1. 内燃機関および電動機によって発生する動力を用いて走行するハイブリッド車両であって、
   前記電動機を制御するインバータと、
   電力を蓄える蓄電池と、
   前記インバータと前記蓄電池との間の電圧を変換するコンバータと、
   ホール素子を用いて前記コンバータを流れる電流に応じた電圧信号を出力するホール式電流センサと、
   前記ホール式電流センサから出力される前記電圧信号に基づいて前記インバータおよび前記コンバータを制御するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、前記ハイブリッド車両が停車している状態で前記ハイブリッド車両の動力伝達系がパーキングレンジである場合、前記内燃機関の動力を用いた前記蓄電池への充電が完了した後、前記ホール式電流センサから出力される前記電圧信号の値を、電流が流れていないときの値として学習することを特徴とするハイブリッド車両。

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