JP2020060134A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時のクランキングに必要な電力を確保しつつ、バッテリの劣化を抑制する。【解決手段】本発明の車両は、エンジンと、エンジンに回転駆動力を付与するモータと、モータに電力を供給するバッテリと、制御装置と、を備える。バッテリは、それぞれがモータとの接続状態を導通状態と遮断状態との間で切り替え可能な回路に接続された複数のセルを有する。制御装置は、エンジンの始動時には、エンジンのフリクションとトランスミッションのフリクションとから、エンジンのクランキングに必要なトルクを推定する。そして、モータが、推定されたトルクを出力するために必要となる電力に応じて、使用するセルの数（使用数）を決定する。決定された使用数分のセルを、複数のセルの中から使用セルとして選択する。選択された使用セルとモータとを導通状態として、使用セルからモータへの電力供給を行う。【選択図】図６

Description

本発明は車両に関する。

例えば、特許文献１に記載された車両の駆動装置は、スタータモータを駆動する低圧バッテリと、交流発電電動機に接続された高圧バッテリとを備える。そして、特許文献１の駆動装置は、エンジンの始動時に、低圧バッテリの容量不足と判定された場合、高圧バッテリによりスタータモータを駆動することができるように構成されている。

特開２００３−１５８８３０号公報 特開２０１２−０６７７２６号公報

特許文献１では、低圧バッテリの容量が不足している状況下では、クランキングのたびに高圧バッテリによりスタータモータが駆動されることとなる。高圧バッテリでのスタータモータの駆動する場合、電力供給は過剰な状態にある。ここで、バッテリのセルの劣化は、電力の充放電の回数に比例的に促進される傾向にある。つまり、セルの劣化抑制のためには、不必要な電力供給を抑えることで、各セルの充放電回数を抑えることが効果的である。この点、特許文献１のように、高圧バッテリでスタータモータを駆動する制御は、過剰な電力供給を行なうものであり、充放電回数の低減の観点からは、改善の余地が残るものである。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時のクランキングに必要な電力を確保しつつ、バッテリの充放電回数を必要十分な範囲に抑えることができるように改良された車両の制御装置を提供するものである。

本発明の車両は、エンジンと、トランスミッションと、エンジンに回転駆動力を付与するモータと、モータに電力を供給するバッテリと、制御装置と、を備える。バッテリは、複数のセルを有し、セルのそれぞれは、モータとの接続状態を導通状態と遮断状態との間で切り替え可能な回路に接続されている。

制御装置は、エンジンの始動時に、次の制御を行なうように構成されている。即ち、エンジンのフリクションとトランスミッションのフリクションとから、エンジンのクランキングに必要なトルクを推定する。そして、モータが、推定されたトルクを出力するために必要となる電力に応じて、使用するセルの数（使用数）を決定する。決定された使用数分のセルを、複数のセルの中から使用セルとして選択する。選択された使用セルとモータとを導通状態として、使用セルからモータへの電力供給を行う。

本発明によれば、エンジンの始動に必要となる電力量に応じて、バッテリの複数のセルのうち使用するセル数が決定され、それに応じて使用するセルが毎回、選択される。従って、セルの不必要な充放電を抑制することができ、セルの劣化を低減することができる。

本発明の実施の形態の車両に搭載されたエンジン及びその周辺部分の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態のバッテリの回路の構成例を模式的に示す図である。 エンジンフリクションとエンジン油温との関係を示す図である。 トランスミッションフリクションとトランスミッション油温との関係を示す図である。 バッテリ出力とバッテリ温度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態で制御装置が実行する制御のルーチンをフローチャートで示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

１．実施の形態のシステム全体構成
図１は、本発明の実施の形態１の車両に搭載されたエンジン及びその周辺部分の構成を模式的に示す図である。本実施の形態における車両は、動力源としてエンジン２とモータジェネレータ（以下「ＭＧ」とも称する）とを備えるハイブリッド車両である。エンジン２のクランク軸４はクラッチを介してトランスミッション（以下「Ｔ／Ｍ」とも称する）６に接続し、Ｔ／Ｍ６の出力軸の動力はデファレンシャルギア等を介して車輪に伝達される。ただし、エンジン２、ＭＧ、及び、Ｔ／Ｍ６間の連結構成はこれに限られない。また、クランク軸４にはオイルポンプ８が連結されている。

ＭＧは、車両の駆動軸に回転駆動力を付与可能な状態で、直接的又は間接的に駆動軸に接続されると共に、動力伝達を断続するクラッチを介してエンジン２と接続している。ＭＧは、電動モータとしての機能と共に、回生発電機としての機能を有する。ＭＧにはバッテリ（図示せず）が接続されている。ＭＧの回生により得られた電力はインバータ（図示せず）を介してバッテリに蓄電され、ＭＧを駆動するための電力がバッテリから供給される。

図２は、実施の形態のバッテリが有する、インバータとの接続回路の構成例を模式的に示す図である。図２に示されるように、バッテリはｎ個のセルＣＬを有している。ここで「ｎ」は、２以上の任意の整数である。各セルＣＬはインバータに接続されている。各セルに対応して、インバータ側の回路との接続をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチＳＷが設置されている。各セルＣＬとインバータを介したＭＧとの接続状態は、各スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦにより、導通状態と遮断状態との間で切り替えられる。各スイッチＳＷには、そのＯＮ回数をカウントすることで、個々のセルＣＬの充放電回数を記録するためのカウンタＣＮＴが接続されている。

なお、図２の、ＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）、ＳＷ（１）〜ＳＷ（ｎ）、ＣＮＴ（１）〜ＣＮＴ（ｎ）の括弧内に示す数字は、セルＣＬ、スイッチＳＷ、及び、カウンタＣＮＴの番号であり、同じ番号は１組のセルＣＬ、ＳＷ、及び、カウンタＣＮＴであることを意味するが、本実施の形態では特に必要な場合を除きこの数字の記載は省略する。

本実施の形態１の車両に備えられた各種のセンサやカウンタＣＮＴ等の計測器、及び、アクチュエータは、制御装置に電気的に接続されている。制御装置はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置は、車両のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する車両減速時又は車両停止時の制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置は、各センサからの信号に基づいて各制御ルーチンに従って各アクチュエータを操作することによって車両を制御する。

２．本実施の形態の制御の概要
本実施の形態において、制御装置は、冷間時等のエンジンの始動の際、エンジン回転速度を上昇させてエンジンを始動させるために、必要となるトルクをＭＧから出力して、クランキングを行う。ＭＧによる必要なトルクの出力に際しては、必要なトルクに応じた要求電力を算出して、要求電力を供給するために必要となるバッテリのセルＣＬの数を決定し、決定されたセルＣＬの数分のセルを選択して、ＭＧへの電力供給を行う。以下、具体的に説明する。

２−１．始動時の要求電力の算出方法
クランキング時に必要なトルクは、パワートレーン内部のフリクション（以下「ＰＴ内部フリクション」）に近似する。ＰＴ内部フリクションは、パワートレーンの２大構成部品であるエンジン２とＴ／Ｍ６とのそれぞれの内部フリクションとから、推定することができる。

図３は、エンジンフリクションとエンジン油温との関係を示す図であり、図４は、Ｔ／ＭフリクションとＴ／Ｍ油温との関係を示す図である。図３及び図４に示されるように、エンジンフリクション及びＴ／Ｍフリクションは、環境温度変化によって変化する。従って、エンジン油温の変化によりエンジンフリクションの変化分を予測することができ、Ｔ／Ｍ油温の変化から、Ｔ／Ｍフリクションの変化を予測することができる。

より具体的に、図３に示されるように、エンジン油温が低温になるほどエンジンフリクションは大きくなり、エンジン油度が高温になるほどエンジンフリクションは小さくなる。同様に、図４に示されるように、Ｔ／Ｍ油温が低くなるほどＴ／Ｍフリクションは大きくなり、Ｔ／Ｍ油温が高くなるほどＴ／Ｍフリクションが小さくなる。この図３及び図４に示されるような相関関係に基づけば、エンジン内部フリクションの変化分を、エンジン油温の変化から算出することができ、Ｔ／Ｍ内部フリクションの変化分を、Ｔ／Ｍ油温の変化から算出することができる。

以上から、ＰＴ内部フリクションは、以下数１式により算出することができる。

数１式において、α[nm/K]及びβ[nm/K]のそれぞれは、図３に示すエンジンフリクションとエンジン油温との相関関係、及び図４に示すＴ／ＭフリクションとＴ／Ｍ油温との関係に基づいて定めた係数である。具体的な係数α及びβの値は、実験やシミュレーション等により予め求められる。また、γ×（排気量）×（気筒数）は、一定の油温（例えば９０℃）におけるＰＴ内部フリクション初期値を示す値であり、係数γ[nm/cc・cylinder]の具体的な値も実験やシミュレーション等により予め求められる。

算出されたＰＴ内部フリクションから、以下数２式により、始動時の要求電力が算出される。

数２式において、ｎは、ファーストアイドル目標回転速度である。また、上記数２式では、数１式により求められたＰＴ内部フリクションの値が、ＭＧが出力すべき目標トルクとしてそのまま用いられている。但し、エンジンの始動に際して必要なＭＧの目標トルクの算出方法はこれに限られず、他の周知の方法により設定された目標トルクを、ＰＴ内部フリクションの値に替えて用いてもよい。

２−２．必要セル数決定方法
始動時の要求電力が決定すると、それに応じて、必要セル数が定められる。図５は、バッテリ温度とバッテリ出力との関係について説明するための図である。図５に示されるようにバッテリ出力は、バッテリ温度と相関関係を有する。具体的に、バッテリ温度が低い場合、バッテリ出力が低くなり、バッテリ温度が高くなるとバッテリ出力が高くなる関係にある。

従って、必要セル数は、バッテリ温度（すなわち、セル温度）の変化を考慮して、以下数３式を満たすセル数の中で、最小の数に設定される。

なお、必要セル数の算出方法は、これに限られない。例えば、上記要求電力を以下の数４式により算出する構成としてもよい。

数４式において、δは係数であり、図４に示すようなバッテリ温度とバッテリ出力との相関関係を定めた関数である。より具体的な係数δの値は、予め実験やシミュレーション等により求められる。

２−３．使用セルの選択方法
上述したように、バッテリには、ユニット内の全セルＣＬに対し、その充放電回数を個別に記録するカウンタＣＮＴが配置されている。制御装置は、このカウンタＣＮＴに記録された充放電回数を読み込み、充放電回数の少ないセルＣＬから順に、必要セル数分のセルＣＬを、使用セルとして選択する。そして、選択された使用セルのスイッチＳＷを、ＯＮとして、使用セルとインバータとの接続を確保する。

３．本実施の形態の具体的な制御
図６は、本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンをフローチャートに示した図である。図６に示されるルーチンでは、まずステップＳ１０２で、エンジン油温とＴ／Ｍ油温とから、数１式に従って、ＰＴ内部フリクションの推定値が算出される。次に、ステップＳ１０４においてＰＴ内部フリクションから、上述した数２式に従って、始動時の要求電力が算出される。次に、ステップＳ１０６では、始動時の要求電力と、バッテリ温度から、必要セル数が決定される。必要セル数は、上述の数３式に従って算出される。

次に、ステップＳ１０８では、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がＯＮとされたか否か、即ちエンジン始動要求があったか否かが判別される。イグニッションスイッチがＯＮとされていない場合、今回の処理はこのまま終了する。

一方、ステップＳ１０８で、イグニッションスイッチがＯＮとされたと判別された場合、次に、ステップＳ１１０で、各セルＣＬのカウンタＣＮＴからカウンタ数（即ち、ＯＮ回数）が取得され、カウンタ数の少ない順に、ステップＳ１０６で決定された必要セル数分のセルＣＬが使用セルＣＬとして選択され、その使用セルＣＬのＳＷがＯＮとされる。これにより使用セルがインバータに接続される。

この状態で、続くステップＳ１１２でエンジン２が始動され、このときＭＧは、使用セルＣＬからの電力供給により、目標トルクを出力してエンジン２をクランキングする。

次に、ステップＳ１１４で、使用セルＣＬのカウンタＣＮＴに記録されたカウンタ数が更新される（つまり、１加算される）。その後、今回の処理は終了する。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、クランキング時に必要十分なトルクを出力できるよう、ＭＧには必要な電力が供給される一方で、必要数のセルからのみＭＧへの電力供給が行われることで、過剰な電力供給が抑制される。従って、無駄な充放電によるバッテリの劣化を抑制することができる。

また、始動時にＭＧへの電力供給を行う使用セルは、毎回、セルの充放電回数が少ない順に選択される。従って、全セル間で充放電回数を平均化することができる。これにより、充放電が一部のセルに集中することによるバッテリ全体としての劣化を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、バッテリの各セルＣＬに対応して、カウンタＣＮＴの専用回路が設けられている場合について説明したが、各セルの充放電回数のカウント方法はカウンタＣＮＴによる方法に限られない。例えば、カウンタＣＮＴに替えて、ＥＣＵに各セルの充放電回数をカウントする機能を持たせても良い。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

２ エンジン
４ クランク軸
６ Ｔ／Ｍ
８ オイルポンプ
ＣＬ セル
ＳＷ スイッチ
ＣＮＴ カウンタ

Claims (1)

1. エンジンと、
   トランスミッションと、
   エンジンに回転駆動力を付与するモータと、
   前記モータに電力を供給するバッテリと、
   制御装置と、
   を備え、
   前記バッテリは、複数のセルを有し、
   前記セルのそれぞれは、前記モータとの接続状態を、導通状態と遮断状態との間で切り替え可能な回路に接続され、
   前記制御装置は、前記エンジンの始動時に、
   前記エンジンのフリクションと前記トランスミッションのフリクションとから、前記エンジンのクランキングに必要なトルクを推定し、
   前記モータにより前記トルクを出力するために必要な電力に応じて、前記セルの使用数を決定し、
   前記使用数分のセルを前記複数のセルの中から使用セルとして選択し、前記使用セルと前記モータとを導通状態として、前記使用セルから前記モータへの電力供給を行う、
   ように構成されていることを特徴とする車両。

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