JP2022069948A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゼロトルク制御を行なうハイブリッド車両において、極低温状況下でモータの機能が使用できなくなる状況を防止することができるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。【解決手段】エンジン２と、エンジン２に機械的に直結されるモータ４と、モータ４に電力を供給する高電圧バッテリ６と、モータ４と高電圧バッテリ６との間で電力の充放電を行なうインバータ５と、高電圧バッテリ６とインバータ５との間を電気的に接続するオン状態と、高電圧バッテリ６とインバータ５との間を電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるコンタクタと、エンジン２のみを駆動源とした走行時にモータ４からエンジン２に与える負荷をゼロにするようにモータトルクを制御するゼロトルク制御を行ない、高電圧バッテリ６の温度が所定温度より低い場合に、コンタクタをオフ状態とする制御部８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンとモータとが機械的に直結されているハイブリッド車両では、エンジン走行時にモータの負荷により引きずりトルクが発生する。

特許文献１には、エンジン出力を阻害しないように、引きずりトルクを打ち消すトルクをモータから発生させるゼロトルク制御を行なう技術が開示されている。

また、一般的に、－３０℃程度の極低温状況下では、バッテリの劣化が促進され、かつバッテリの使用領域が狭くなるため、モータの出力制限を行なっている。

特開２０１５－５１６７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド車両においては、極低温状況下でモータの出力制限を実施したとしても、ゼロトルク制御が実施されてしまい、バッテリが消費されバッテリの残量が低下してしまう。

極低温状況下では発電も行なえないため、バッテリの残量が著しく低下してしまい、モータの機能を使用することができなくなってしまう。

そこで、本発明は、ゼロトルク制御を行なうハイブリッド車両において、極低温状況下でモータの機能が使用できなくなる状況を防止することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、エンジンと、前記エンジンに機械的に直結されるモータと、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記モータと前記バッテリとの間で電力の充放電を行なうインバータと、前記バッテリと前記インバータとの間を電気的に接続オン状態と、前記バッテリと前記インバータとの間を電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるコンタクタと、前記エンジンのみを駆動源とした走行時に前記モータから前記エンジンに与える負荷をゼロにするようにモータトルクを制御するゼロトルク制御を行なう制御部と、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記制御部は、前記バッテリの温度が所定温度より低い場合に、前記コンタクタをオフ状態とするものである。

このように、本発明によれば、ゼロトルク制御を行なうハイブリッド車両において、極低温状況下でモータの機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のモータ、インバータ、高電圧バッテリの電気回路構成図である。 図３は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御装置の車両起動時コンタクタ制御処理の手順を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御装置の車両走行時コンタクタ制御処理の手順を示すフローチャートである。 図５は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御装置の車両走行時コンタクタ制御処理によるコンタクタ状態の変化を示すタイムチャートである。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、エンジンに機械的に直結されるモータと、モータに電力を供給するバッテリと、モータとバッテリとの間で電力の充放電を行なうインバータと、バッテリとインバータとの間を電気的に接続オン状態と、バッテリとインバータとの間を電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるコンタクタと、エンジンのみを駆動源とした走行時にモータからエンジンに与える負荷をゼロにするようにモータトルクを制御するゼロトルク制御を行なう制御部と、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、制御部は、バッテリの温度が所定温度より低い場合に、コンタクタをオフ状態とするよう構成されている。

これにより、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両の制御装置は、ゼロトルク制御を行なうハイブリッド車両において、極低温状況下でモータの機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る制御装置を搭載したハイブリッド車両について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、変速機３と、モータ４と、インバータ５と、バッテリとしての高電圧バッテリ６と、低電圧バッテリ７と、制御部８とを含んで構成される。

エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施例において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なうように構成されている。

エンジン２には、始動装置２１が連結されている。始動装置２１は、図示しないベルトを介してエンジン２のクランクシャフトに連結されている。始動装置２１は、電力が供給されることにより回転することでクランクシャフトを回転させて、エンジン２に始動時の回転力を与える。

始動装置２１は、スタータやＩＳＧ（Integrated Starter Generator）により構成される。始動装置２１として、スタータとＩＳＧの両方を備えるようにしてもよい。

変速機３は、エンジン２から出力された回転を変速し、駆動軸１１を介して駆動輪１０を駆動する。変速機３は、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の図示しない変速機構と、図示しないアクチュエータとを備えている。

エンジン２と変速機３の間には、乾式単板式のクラッチ３１が設けられており、クラッチ３１は、エンジン２と変速機３との間の動力伝達を接続または切断する。

変速機３は、いわゆるＡＭＴ（Automated Manual Transmission）として構成されており、図示しないアクチュエータにより変速機構における変速段の切替えとクラッチ３１の断接が行なわれる。

変速機３と駆動輪１０の間にはディファレンシャル機構３２が設けられている。ディファレンシャル機構３２と駆動輪１０は駆動軸１１により連結されている。

モータ４は、ディファレンシャル機構３２に対して、チェーン等の図示しない減速機を介して連結されている。モータ４は、電動機として機能する。モータ４は、発電機としても機能し、ハイブリッド車両１の走行によって発電を行なう。

モータ４には、モータ４の温度を検出する温度センサ４１が設けられている。温度センサ４１は、制御部８に接続されている。

インバータ５は、制御部８の制御により、高電圧バッテリ６などから供給された直流の電力を、三相の交流電力に変換してモータ４に供給する。

インバータ５は、制御部８の制御により、モータ４によって生成された三相の交流電力を直流の電力に変換する。この直流の電力は、例えば、高電圧バッテリ６を充電する。制御部８は、インバータ５に印加される電圧であるインバータ電圧を検出できるようになっている。

高電圧バッテリ６は、例えばリチウムイオン蓄電池で構成されている。高電圧バッテリ６は、インバータ５に電力を供給する。

高電圧バッテリ６には、バッテリ状態センサ６１が設けられている。バッテリ状態センサ６１は、高電圧バッテリ６の充放電電流、電圧及びバッテリ温度を検出する。バッテリ状態センサ６１は、制御部８に接続されている。制御部８は、バッテリ状態センサ６１の出力により高電圧バッテリ６の充電量を検知できるようになっている。

低電圧バッテリ７は、例えば鉛電池で構成されている。低電圧バッテリ７は、始動装置２１などのハイブリッド車両１の電気負荷に電力を供給する。

このように、ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータ４の両方の動力を車両の駆動に用いることが可能なパラレルハイブリッドシステムを構成しており、エンジン２及びモータ４の少なくとも一方が出力する動力により走行するようになっている。

制御部８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部８として機能させるためのプログラムが格納されている。

すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施例における制御部８として機能する。

制御部８の入力ポートには、上述の温度センサ４１、バッテリ状態センサ６１に加え、アクセル開度センサ８１、車速センサ８２、イグニッションスイッチ８３を含む各種センサ類が接続されている。

アクセル開度センサ８１は、図示しないアクセルペダルの操作量をアクセル開度として検出する。車速センサ８２は、ハイブリッド車両１の速度を検出する。イグニッションスイッチ８３は、ハイブリッド車両１のシステムの起動操作の有無と、エンジン２の始動操作の有無を検出する。

一方、制御部８の出力ポートには、上述の始動装置２１、変速機３のアクチュエータ、インバータ５に加え、図示しないインジェクタを含む各種制御対象類が接続されている。

本実施例において、制御部８は、アクセル開度などに基づいて、ドライバの要求するドライバ要求トルクを算出する。制御部８は、ドライバ要求トルクが駆動輪１０に出力されるようエンジン２、変速機３、クラッチ３１、モータ４を制御する。

また、制御部８は、ハイブリッド車両１の走行モードを切り替えるようになっている。本実施例における走行モードとしては、ＥＶモードとＨＥＶモードとＥＧモードが設定されている。

ＥＶモードは、クラッチ３１を解放状態とし、モータ４の動力によりハイブリッド車両１を走行させる走行モードである。ＨＥＶモードは、クラッチ３１を係合状態とし、エンジン２、又はエンジン２及びモータ４の動力によりハイブリッド車両１を走行させる制御モードである。ＥＧモードは、クラッチ３１を係合状態とし、エンジン２の動力によりハイブリッド車両１を走行させる走行モードである。

モータ４、インバータ５、高電圧バッテリ６の電気回路構成を図２に示す。
図２に示すように、インバータ５は、インバータ回路５１と、平滑コンデンサ５２とを含んで構成される。

平滑コンデンサ５２は、正極と負極との間に生じた直流電力の電圧を平滑化するようになっている。

インバータ回路５１は、平滑コンデンサ５２によって平滑化された直流電力を交流電力に変換する。

インバータ５と高電圧バッテリ６の間にはコンタクタ６２が設けられている。コンタクタ６２は、制御部８の制御に応じて、インバータ５と高電圧バッテリ６とを電気的に接続するオン状態と、インバータ５と高電圧バッテリ６とを電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

コンタクタ６２と並列に、プリチャージリレー６３と抵抗６４が直列に接続された回路が接続されている。プリチャージリレー６３は、制御部８の制御に応じて、抵抗６４をコンタクタ６２に並列に接続するオン状態と、抵抗６４をコンタクタ６２から電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

例えば、プリチャージリレー６３は、モータ４が作動する前にオン状態をとり、コンタクタ６２がオン状態をとったあとにオフ状態をとるように制御部８により制御される。

制御部８は、コンタクタ６２をオン状態とすることで、高電圧バッテリ６からインバータ５に直流電力を供給させてモータ４を駆動させる。

制御部８は、走行モードがＥＧモードのときに、モータ４による引きずりトルクを打ち消すためのトルクをモータ４に発生させるゼロトルク制御を実行する。

制御部８は、高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低い場合には、コンタクタ６２をオフ状態にする。

制御部８は、高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低い場合には、走行モードとしてＥＧモードを選択する。

制御部８は、モータ４を駆動源として走行を行なっている際に高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低くなった場合には、走行モードをＥＧモードに切り替えた後、コンタクタ６２をオフ状態にする。

制御部８は、ハイブリッド車両１の走行中に高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上となった場合には、ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下であることを条件としてコンタクタ６２をオン状態にする。

制御部８は、ハイブリッド車両１の走行中に高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上となった場合には、インバータ５の電圧が所定電圧以下であることを条件としてコンタクタ６２をオン状態にする。

以上のように構成された本実施例に係るハイブリッド車両の制御装置による車両起動時コンタクタ制御処理について、図３を参照して説明する。なお、以下に説明する車両起動時コンタクタ制御処理は、イグニッションスイッチ８３がオフされると開始し、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ１０１において、制御部８は、イグニッションスイッチ８３がオンされたか否かを判定する。イグニッションスイッチ８３がオンされたと判定した場合には、制御部８は、ステップＳ１０２の処理を実行する。

イグニッションスイッチ８３がオンされていないと判定した場合には、制御部８は、車両起動時コンタクタ制御処理を終了する。

ステップＳ１０２において、制御部８は、高電圧バッテリ６に異常がないか否かを判定する。高電圧バッテリ６に異常がないと判定した場合には、制御部８は、ステップＳ１０３の処理を実行する。

高電圧バッテリ６に異常があると判定した場合には、制御部８は、車両起動時コンタクタ制御処理を終了する。

ステップＳ１０３において、制御部８は、高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上であると判定した場合には、制御部８は、ステップＳ１０４の処理を実行する。

高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上でないと判定した場合には、制御部８は、車両起動時コンタクタ制御処理を終了する。

ステップＳ１０４において、制御部８は、コンタクタ６２をオン状態とする。ステップＳ１０４の処理を実行した後、制御部８は、車両起動時コンタクタ制御処理を終了する。

このように、ハイブリッド車両１の起動時に、高電圧バッテリ６の温度が所定温度より低い場合には、コンタクタ６２はオフ状態のままとなり、モータ４は使用されず、エンジン２の駆動力のみによりハイブリッド車両１は駆動される。

高電圧バッテリ６の温度が所定温度より低い場合、コンタクタ６２の使用範囲温度外となり、またモータ４の出力も制限される。コンタクタ６２を使用範囲温度外で使用すると部品劣化を促進してしまい、またコンタクタ機能が不安定になってしまう。

また、モータ４の出力が制限されている状態でコンタクタ６２をオン状態にすると、例えモータ４のトルク指令を０Ｎｍとしても、エンジン２の駆動力により走行し、車速が出ることによりモータ４に起電力が発生し、高電圧バッテリ６の残量が低下する。

本実施例に係るハイブリッド車両の制御装置による車両走行時コンタクタ制御処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する車両走行時コンタクタ制御処理は、走行モードがＥＧモードに移行すると開始し、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ２０１において、制御部８は、高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上であると判定した場合には、制御部８は、ステップＳ２０２の処理を実行する。

高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上でないと判定した場合には、制御部８は、車両走行時コンタクタ制御処理を終了する。

ステップＳ２０２において、制御部８は、ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下であるか否かを判定する。ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下であると判定した場合には、制御部８は、ステップＳ２０３の処理を実行する。

ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下ではないと判定した場合には、制御部８は、車両走行時コンタクタ制御処理を終了する。

ステップＳ２０３において、制御部８は、インバータ５の電圧が所定電圧以下であるか否かを判定する。インバータ５の電圧が所定電圧以下であると判定した場合には、制御部８は、ステップＳ２０４の処理を実行する。

インバータ５の電圧が所定電圧以下でないと判定した場合には、制御部８は、車両走行時コンタクタ制御処理を終了する。

ステップＳ２０４において、制御部８は、コンタクタ６２をオン状態とする。ステップＳ２０４の処理を実行した後、制御部８は、車両走行時コンタクタ制御処理を終了する。

ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下である場合にコンタクタ６２をオン状態とするのは、エンジン２の駆動力のみによりハイブリッド車両１が駆動されていて、車速が高いときはモータ４に起電力が発生する状態となるため、この状態でコンタクタ６２をオン状態とすると、高電圧バッテリ６の上限電圧よりも電圧が高い状態で高電圧バッテリ６とインバータ５が接続され、高電圧バッテリ６が故障してしまう可能性があるためである。

また、インバータ５の電圧が所定電圧以下である場合にコンタクタ６２をオン状態とするのは、例え車速が低い状態であっても、直前に高車速で走行していた場合にはモータ４に起電力が発生していて、その起電力によって発生し平滑コンデンサ５２に蓄えられた電圧が下がるのに一定時間を要するためである。

このような車両走行時コンタクタ制御処理による動作について図５を参照して説明する。

時刻ｔ１において、高電圧バッテリ６の温度が所定温度より低くなると、走行モードがＥＧモードに切り替えられ、コンタクタ６２がオフ状態とされる。

その後、高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上となり、ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下となり、インバータ電圧が所定電圧以下となる時刻ｔ２において、コンタクタ６２がオン状態とされ、時刻ｔ３において走行モードがＥＶモードに切り替えられ、ハイブリッド車両１は発進する。なお、時刻ｔ３においてＨＥＶ走行条件が成立している場合には、ＨＥＶモードに切り替わることもある。

このように、本実施例では、制御部８は、高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低い場合には、コンタクタ６２をオフ状態にする。

高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低い場合には、インバータ５と高電圧バッテリ６とを電気的に遮断することで、極低温時にゼロトルク制御を行なわず、高電圧バッテリ６の消費量を抑えられるため、モータ４の機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

また、制御部８は、高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低い場合には、エンジン２のみを駆動源として走行するＥＧモードを選択する。

高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低い場合、モータ４に通電を行なうことができないため、走行モードにＥＧモードを選択して走行を行なう。これにより、極低温状況下でもモータ４の機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

また、制御部８は、モータ４を駆動源として走行を行なっている際に高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低くなった場合には、走行モードをＥＧモードに切り替えた後、コンタクタ６２をオフ状態にする。

モータ４を駆動源として走行を行なっている際に、高電圧バッテリ６の温度が所定温度よりも低くなりコンタクタ６２がオフ状態となると、走行を維持することができなくなる。そのため、走行モードをＥＧモードに変更した後にコンタクタ６２をオフ状態とすることで走行を維持することができ、極低温状況下でもモータ４の機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

また、制御部８は、ハイブリッド車両１の走行中に高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上となった場合には、ハイブリッド車両１の車速が所定車速以下であることを条件としてコンタクタ６２をオン状態にする。

高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上となった場合、モータ４を使用することが可能になるが、車速が大きい場合、モータ４によって起電力が発生してしまう。この状態でコンタクタ６２をオン状態にすると、高電圧バッテリ６の上限電圧よりも電圧が高い状態でインバータ５が接続され、高電圧バッテリ６が故障してしまう可能性が考えられる。そのため、車速が所定車速以下であることを条件としてコンタクタ６２をオン状態にすることで、モータ４の機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

また、制御部８は、ハイブリッド車両１の走行中に高電圧バッテリ６の温度が所定温度以上となった場合には、インバータ５の電圧が所定電圧以下であることを条件としてコンタクタ６２をオン状態にする。

車速が低い状態であっても、直前に高車速で走行していた場合には、モータ４によって起電力が発生し、インバータ５に電力が蓄えられていることが考えられる。そのため、インバータ５の電圧が所定電圧以下であることを条件としてコンタクタ６２をオン状態にすることで、モータ４の機能が使用できなくなる状況を防止することができる。

本実施例では、各種センサ情報に基づき制御部８が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、ハイブリッド車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ ハイブリッド車両
２ エンジン
４ モータ
５ インバータ
６ 高電圧バッテリ（バッテリ）
８ 制御部
４１ 温度センサ
５１ インバータ回路
５２ 平滑コンデンサ
６１ バッテリ状態センサ
６２ コンタクタ
８２ 車速センサ
８３ イグニッションスイッチ

Claims (5)

1. エンジンと、前記エンジンに機械的に直結されるモータと、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記モータと前記バッテリとの間で電力の充放電を行なうインバータと、前記バッテリと前記インバータとの間を電気的に接続するオン状態と、前記バッテリと前記インバータとの間を電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるコンタクタと、前記エンジンのみを駆動源とした走行時に前記モータから前記エンジンに与える負荷をゼロにするようにモータトルクを制御するゼロトルク制御を行なう制御部と、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記制御部は、前記バッテリの温度が所定温度より低い場合に、前記コンタクタをオフ状態とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記制御部は、前記バッテリの温度が所定温度よりも低い場合に、前記エンジンのみを駆動源として走行する走行モードを選択する請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記制御部は、前記モータを駆動源として走行している際に、前記バッテリの温度が所定温度よりも低くなった場合に、前記エンジンのみを駆動源として走行する走行モードに変更した後、前記コンタクタをオフ状態とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記制御部は、前記ハイブリッド車両が走行中に前記バッテリの温度が所定温度以上となった場合に、前記ハイブリッド車両の車速が所定車速以下であることを条件として前記コンタクタをオン状態とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記制御部は、前記ハイブリッド車両が走行中に前記バッテリの温度が所定温度以上となった場合に、前記インバータの電圧が所定電圧以下であることを条件として前記コンタクタをオン状態とする請求項３または請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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