JP3961721B2

JP3961721B2 - ハイブリッド車の駆動装置

Info

Publication number: JP3961721B2
Application number: JP19094599A
Authority: JP
Inventors: 義貴木内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2019-07-05
Also published as: JP2001025103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンと、主電池と、エンジン、主電池および車両駆動軸の間でエネルギ−伝達を行うエネルギ−伝達装置と、このエネルギ−伝達装置を制御する制御装置とを備えるハイブリッド車のエネルギ−伝達装置としては、各種のものが知られており、たとえば特開平９−４６９６６号公報や特開平１０−４２６００号公報のハイブリッド車の駆動装置では、エネルギ−伝達装置は、エンジンの出力軸から車両駆動軸への電磁的なトルク伝達を行うとともにエンジントルクの一部または全部を電気エネルギーに変換する第１の回転電機と、車両駆動軸と電磁的なトルクの授受を行う第２の回転電機とを備えている。
【０００３】
この種のハイブリッド車の駆動装置のエネルギ−伝達装置の制御装置は、一般に車両要求エネルギ−（走行動力や補機などへの給電電力）と電池の要求電力との和がエンジン出力に一致するようになされ、特に、エンジンのエミッション低減や燃費向上の要請から低速低トルク走行時やアイドル時などではできるだけエンジンを停止させるモ−ドで動作するように動作モ−ドを設定されるのが通常である。
【０００４】
また、従来のハイブリッド車では、主電池の電圧、電流、温度などを電池制御装置によりモニタし、この電池制御装置が主電池の異常を検出した場合には、主電池とエネルギ−伝達装置との間に介設されたマグネットスイッチ（メインリレ−）を開いて（遮断して）、主電池の保護を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように従来のハイブリッド車では、主電池の異常を検出した場合、マグネットスイッチを即時に遮断して主電池保護を行っているので、もし走行中または交差点などでの一時停車中でかつエンジン停止中にこのような主電池異常が発生すると、上述した主電池保護のためのマグネットスイッチの遮断により、その後のエンジン始動が不可能となり、車両が立ち往生してしまうという不具合が生じ、交通が混乱する可能性が生じた。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、車両走行機能の低下を回避しつつ主電池保護機能を確保可能なハイブリッド車の駆動装置を提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すべての請求項記載の本発明のハイブリッド車の駆動装置では、エネルギ−伝達装置は、エンジン、主電池および車両駆動軸の間のエネルギーの授受を制御し、特に、エンジン動力を電力に変換して主電池を充電し、主電池の電力を動力に変換してエンジンを始動する１ないし複数の回転電機を有している。
【０００８】
請求項１記載の構成では特に、走行モ−ド、すなわちイグニッションキ−がオン状態となっていて走行中または一時停止中で、かつ、エンジンが停止している状態で主電池の異常を検出した場合に、エンジンの始動を指令し、エンジンの始動完了後に開閉装置を遮断して主電池の充放電を禁止し、走行モ−ド中における制御装置によるエンジンの停止を禁止し、主電池の電力授受を伴わない制御モ−ドでエネルギ−伝達装置を作動させる。
【０００９】
すなわち、本構成によれば、走行モ−ドで主電池に異常が生じた場合は、かならずエンジンを動作状態としてから主電池を切り離すので、エンジン停止中に主電池異常による主電池切り離しが生じてエンジンによる走行が不可能になるという問題が生じることがない。
【００１０】
なお、エンジン始動電力量自体は主電池にとってそれほど大きなものではないので、異常検出後のエンジン始動による主電池異常が格段に悪化するということはほとんどない。
【００１１】
更に、本構成では、このエンジンの始動完了後は、走行モ−ド中における制御装置によるエンジンの停止を禁止するので、イグニッションキ−をオフするまでは車両走行を確保することができる。
【００１２】
その上、エネルギ−伝達装置は、主電池の電力授受を伴わない制御モ−ドでエネルギ−伝達装置を作動させるので、更に具体的に言えば車両の走行などに必要なエネルギ−はエンジンから供給するので（補機バッテリを有する場合における補機バッテリによる補機などへの給電を除いて）、主電池が切断されているのに主電池が正常な場合のモ−ドでエネルギ−伝達装置が運転されるという不具合を回避することができる。
【００１３】
なお、本構成において、主電池の異常とは、たとえば電圧や電流が過大な状態や温度が過度に上昇した状態を含む。
【００１４】
開閉装置としてはマグネットスイッチ（電磁開閉器）が好適であるが、電力用半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【００１５】
走行モ−ドとは、上述のようにイグニッションキ−をオンした状態を言う。
【００１６】
エンジンが停止している状態とは、エンジンが停止している状態、又は、エンジンが始動完了後の最低回転数未満の回転数で回転する状態をいう。
【００１７】
走行モ−ド中におけるエンジンの停止とは、エンジンが始動完了後の最低回転数を超える回転数で燃料消費せずに回転する状態を含まない。走行モ−ド中におけるエンジンの停止の禁止とは、イグニッションキ−をオンしている状態でエンジン回転数が始動完了後の最低回転数以下の状態にまで低下することを禁止することを意味する。
【００２５】
【発明を実施するための態様】
本発明のハイブリッド車の駆動装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２６】
【実施例１】
本発明のハイブリッド車の駆動装置の一実施例を以下に説明する。
【００２７】
（全体構成）
図１において、１は内燃機関（エンジン）、２は遊星ギヤ機構、３はブラシレスＤＣモ−タにより構成されてエンジン駆動の発電機、スタ−タモ−タ、回生制動用発電機として作動可能な第１の回転電機、４はブラシレスＤＣモ−タにより構成されるトルクアシスト用の第２の回転電機、５は両回転電機３、４を駆動するインバ−タ、６は高圧の主電池、７は主電池６とインバータ５との送電路に設けられたマグネットスイッチ、８はマイコンを含んでインバータ５を制御する走行制御装置、９は主電池６の充電状態を制御する電池制御装置、１０はギヤ機構、１１は内燃機関制御装置である。
【００２８】
遊星ギヤ機構２、第１の回転電機３、第２の回転電機４、インバータ５、ギヤ機構１０は本発明で言うエネルギ−伝達装置を構成している。遊星減速歯車機構２は、周知のように、回転軸、回転軸と噛合してその周囲を自転、公転するサンギヤ、サンギヤと噛合してサンギヤの周囲を回転するインタ−ナルギヤとを有し、これら回転軸、サンギヤおよびインタ−ナルギヤが内燃機関１、第１の回転電機３および第２の回転電機４の回転軸に個別に連結されている。ギヤ機構１０において第２の回転電機４の回転軸に連結される図示しない車両駆動軸は、クラッチ付きギヤ機構１０を通じて車輪に走行トルクを供給する構成となっている。
【００２９】
インバ−タ５は、マグネットスイッチ７を通じて主電池６と直流電力を授受するとともに第１の回転電機３と交流電力を授受する三相インバータ回路と、マグネットスイッチ７を通じて主電池６と直流電力を授受するとともに第２の回転電機４と交流電力を授受する三相インバータ回路とを含んでいる。
【００３０】
走行制御装置８、電池制御装置９およびは内燃機関制御装置１１は本発明で言う制御装置を構成し、マグネットスイッチ７は本発明で言う開閉装置を構成している。主電池６の電圧、電流、温度は電池センサ１２で検出されて電池制御装置９に送られる。
【００３１】
通常の動作において、電池制御装置９は、検出した主電池６の状態に基づいて電池充電パワ−要求値を決定して走行制御装置８に出力し、走行制御装置８はアクセルペダル踏み量や車両駆動軸回転数などから算出した車両駆動パワ−要求値と上記電池充電パワ−要求値などを加算してエンジンパワ−要求値を決定し、このエンジンパワ−要求値を内燃機関制御装置１１に出力し、内燃機関制御装置１１はこのエンジンパワ−要求値に等しい出力を最も低い燃料消費率で発生するトルク、回転数で内燃機関１を運転制御する。また、走行制御装置８は、内燃機関１の回転数およびトルクと車両駆動軸の回転数およびトルクとの差に応じてインバ−タ５の制御を行い、第１の回転電機３および第２の回転電機４を発電又は電動動作させる。たとえば通常の巡航走行では、第１の回転電機３に発電動作させ、この発電電力で第２の回転電機４を電動動作させて車両駆動軸の不足トルクを補う。この種のハイブリッド車の基本駆動制御自体はもはや公知であるのでこれ以上の説明は省略する。
【００３２】
以下、本発明の要旨である主電池異常時の対応処理に関する電池制御装置９および走行制御装置８の動作を図２、図３に示すル−チンを参照して以下に説明する。
【００３３】
電池制御装置９は、まず電池センサ１２から主電池６の電圧、電流、温度を読み込み（Ｓ１００）、それらの組み合わせが所定の正常範囲内かどうかを調べ（Ｓ１０２）、上記組み合わせが上記正常範囲を逸脱している場合には主電池６は異常と判定してそれを走行制御装置８に出力する（Ｓ１０４）。
【００３４】
走行制御装置８は、走行モ−ドにおいて主電池６が異常であるとの情報を受信した場合（Ｓ２００）には、それ以後の走行モ−ド中におけるエンジン停止を禁止し（Ｓ２０２、Ｓ２０４）、エンジン停止に相当する状態と判定した場合には内燃機関１の最低持続回転数値より少し高いアイドル回転数でアイドル回転させる。
【００３５】
次に、電池制御装置９は、走行モ−ドにおいて主電池６が異常と判定した場合に内燃機関１が停止状態（エンジン自己連続回転可能な最低回転数値以下）であるかどうかを調べ（Ｓ１０６）、停止状態であればインバ−タ５に発電機９の駆動を指令するとともに内燃機関制御装置１１に内燃機関始動動作を指令し（Ｓ１０８）、これにより発電機９が内燃機関１を始動する。
【００３６】
次に、電池制御装置９は、走行制御装置８又はインバ−タ５から受信した情報に基づいて内燃機関１の始動が完了したかどうかすなわちエンジン回転数が自己連続回転可能な値以上となったかどうかを調べて始動が完了するまで待機し（Ｓ１１０）、始動が完了したらインバ−タ５にエンジン始動用の上記電動動作の停止を指令し（Ｓ１１２）、更に走行制御装置８にマグネットスイッチ７の遮断を指令し（Ｓ１１４）、走行制御装置８はこの指令を受けて（Ｓ２０６）、マグネットスイッチ７を遮断する（Ｓ２０８）。更に、走行制御装置８は、主電池６の電力授受を伴わない制御モ−ドでエネルギ−伝達装置を作動させる。換言すれば、アクセルペダル踏み量で計算される車両駆動トルクと車両駆動軸の回転数とを掛けて算出した車両駆動パワ−要求値と第１の回転電機３又は第２の回転電機４から高圧補機などへ給電する電力との合計に一致する出力値のうち、最も低燃費の動作点で内燃機関１を駆動制御させる。
【００３７】
また、Ｓ１０２において、上記組み合わせが所定の正常範囲内であれば、マグネットスイッチ７を遮断中かどうかを調べ（Ｓ１１６）、遮断中であれば、電池電流を読み込んで（Ｓ１１８）、読み込んだ電池電流が予め記憶する所定値以下であるかを調べ（Ｓ１２０）、電池電流が所定値を超えていればメインルーチンにリターンするか又はＳ１００へ戻り、電池電流が所定値未満であればＳ１２２へ進んでマグネットスイッチ７をオンを指令し、主電池６が正常であることを通報する（Ｓ１２４）。
【００３８】
走行制御装置８は、上記したマグネットスイッチ７の導通および上記主電池６が正常であることを受信した場合には、それ以後の走行モ−ド中におけるエンジン停止を許可し（Ｓ２１０）、マグネットスイッチ７をオンする（Ｓ２１２）。
【００３９】
（変形態様）
上記説明した実施例では、電池制御装置９により、主電池６の異常検出時の対応動作の大部分を担当させたが、電池制御装置９が電池異常検出のみを行い、走行制御装置８により残りの電池異常対応動作を負担させてもよいことは明らかである。
【００４０】
（実施例効果）
上記説明したこの実施例によれば、主電池６の異常を検出しても、走行モ−ドにもかかわらず内燃機関１の回転数が持続回転可能な最低回転数以下であれば、内燃機関１を始動させてから主電池６を切り離すようにしたので、車両走行機能の低下を回避しつつ主電池保護機能を確保することができる。
【００４１】
また、本構成では、この内燃機関１の始動完了後は、走行モ−ド中における制御装置による（イグニッションキ−オフでない）内燃機関１の停止を禁止するので、イグニッションキ−をオフするまでは車両走行を確保することができる。
【００４２】
また、エネルギ−伝達装置は、主電池の電力授受を伴わない制御モ−ドでエネルギ−伝達装置を作動させるので、更に具体的に言えば車両の走行などに必要なエネルギ−はエンジンから供給するので、主電池が切断されているのに主電池が正常な場合のモ−ドでエネルギ−伝達装置が運転されるという不具合を回避することができる。
【００４３】
更に、温度低下などで、主電池６の状態が正常に回復すれば、再度エンジン停止を含む走行モ−ドでの運転が可能となるので、燃費向上やエミッション低減を図ることができる。
【００４４】
【実施例２】
本発明のハイブリッド車の駆動装置の他実施例を図４、図５に示すル−チンを参照して以下に説明する。
【００４５】
図４に示すル−チンでは、図２に示すＳ１０２とＳ１０４との間にて次のル−チンを実施する。すなわち、Ｓ１０２にて異常を検出した場合、この異常が軽度かどうかを調べ（Ｓ１２２０）、軽度であれば軽度異常という情報を走行制御装置８に出力する（Ｓ１２４）。
【００４６】
走行制御装置８は、図３に示すＳ２００とＳ２０２との間にて次のル−チンを実施する（図５参照）。すなわち、受信した異常が軽度異常であるかどうかを調べ（Ｓ２１２０）、軽度異常であれば主電池６の充放電電流の最大値を所定しきい値以下と規制し、更に所定時間内の充放電累積時間を所定しきい値以下に規制する（Ｓ２１４）。
【００４７】
なお、この実施例における軽度異常は、停止中の内燃機関１を始動するに必要な電力を主電池６から給電可能なレベルの異常であり、Ｓ２１４における充放電電流の最大値および所定時間内の充放電累積時間の規制は、内燃機関１の始動が可能なレベルに設定するものとする。なお、この種の主電池６の充放電電流値および充放電累積時間の規制はインバ−タ５の制御により簡単に実施することができる。
【００４８】
このようにすれば、主電池６の蓄電電力による大電力トルクアシストや大電力回生制動はできないものの、走行モ−ドにおけるエンジン停止および小規模なトルクアシストや回生制動は維持でき、主電池６の異常の深刻化を抑止しつつ走行性向上や燃費低減やエミッション低減を実現することができる。
【００４９】
【実施例３】
本発明のハイブリッド車の駆動装置の他実施例を図６に示すル−チンを参照して以下に説明する。
【００５０】
このル−チンでは、図５に示すＳ２１４とＳ２０２との間にて、エンジン停止条件を狭化する（Ｓ２１６）。つまり、本来の制御でエンジン停止を許可（Ｓ２１０）するべきところであっても、一部の条件を満足できない場合にはエンジンのアイドル運転に留める。
【００５１】
なお、上記一部の条件としては、たとえばエンジン回転数およびエンジントルクが所定値未満の状態が所定時間持続するに至らない場合が挙げられる。これにより、主電池６の軽度異常（たとえば主電池６のある程度の温度上昇）が生じた場合、エンジンの停止、再始動が頻繁に生じるのを防止し、主電池６の充放電負担を軽減することができる。
【００５２】
【実施例４】
本発明のハイブリッド車の駆動装置の他実施例を図７を参照して以下に説明する。
【００５３】
この実施例は、図１に示す実施例１において、低圧の補機バッテリ１２およびＤＣ−ＤＣコンバ−タ１３を追加したものである。なお、補機バッテリ１２は図示しない整流装置を通じて第１の回転電機３から充電されるものとする。又は、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ１３に含まれる整流装置を利用して第１の回転電機３が出力する交流電圧を整流し、降圧して補機バッテリ１２に給電してもよい。
【００５４】
ＤＣ−ＤＣコンバ−タ１３は、補機バッテリ１２の出力を第１の回転電機３を駆動できるレベルまで昇圧してインバ−タ５に給電する。
【００５５】
この実施例における電池制御装置９および走行制御装置８の制御について図８および図９のル−チンを参照して以下に説明する。
【００５６】
まず、電池制御装置９は、電池センサ１２から主電池６の電圧、電流、温度を読み込み（Ｓ１００）、それらの組み合わせが所定の正常範囲内かどうかを調べ（Ｓ１０２）、上記組み合わせが上記正常範囲を逸脱している場合には主電池６は異常と判定してそれを走行制御装置８に出力し（Ｓ１０４）そうでなければ正常であることを出力する（Ｓ１４０）。
【００５７】
走行制御装置８は、走行モ−ドにおいて主電池６が異常であるとの情報を受信した場合（Ｓ２００）には、マグネットスイッチ７をオフし（Ｓ２０８）、図６で説明したエンジン停止条件の狭化を行い（Ｓ２１６）、エンジン始動要請が生じたかどうかを調べ（Ｓ２１８）、生じたらＤＣ−ＤＣコンバ−タ１３を駆動して補機バッテリ１２による内燃機関１の始動を行う（Ｓ２２０）。
【００５８】
また、Ｓ２００にて主電池６が正常であると判定した場合には、もしマグネットスイッチ７がオフしていればマグネットスイッチ７をオンし（Ｓ２１２）、上記エンジン停止条件を元の状態まで緩和する（Ｓ４０）。次に、エンジン始動要請が生じたかどうかを調べ（Ｓ２４２）、生じたら主電池６を用いて内燃機関１の始動を行う（Ｓ２４４）。
【００５９】
この実施例によれば、補機バッテリ１２によるエンジン始動時にマグネットスイッチ７のオフにより補機バッテリ１２が主電池６を充電することがなく、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ１３で昇圧された電力をすべて内燃機関１の始動に回せるので、補機バッテリ１２の負担が少ない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のハイブリッド車の駆動装置の電気系統図である。
【図２】図１の電池制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の走行制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【図４】実施例２の電池制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【図５】実施例２の走行制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【図６】実施例３の走行制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【図７】実施例４のハイブリッド車の駆動装置の電気系統図である。
【図８】図７の電池制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【図９】図７の走行制御装置の異常対応制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１は内燃機関、２は遊星ギヤ機構（エネルギ−伝達装置）、３は第１の回転電機（エネルギ−伝達装置）、４は第２の回転電機（エネルギ−伝達装置）、５はインバ−タ（エネルギ−伝達装置）、６は主電池、７はマグネットスイッチ（開閉装置）、８は走行制御装置（制御装置）、９は電池制御装置（制御装置）、１０はギヤ機構（エネルギ−伝達装置）、１１は内燃機関制御装置（制御装置）

Claims

エンジンと、主電池と、前記エンジン、前記主電池および車両駆動軸の間のエネルギーの授受を制御するとともに、前記エンジン動力を電力に変換して前記主電池を充電し、かつ、前記主電池の電力を動力に変換して前記エンジンを始動するエネルギ−伝達装置と、前記エネルギ−伝達装置を制御する制御装置と、前記主電池の異常を検出する電池異常検出装置と、前記主電池と前記エネルギ−伝達装置との間の間の送電経路を開閉する開閉装置と、を備えるハイブリッド車の駆動装置において、
前記制御装置は、主電池の異常を検出した場合に前記主電池の異常が前記エンジンを始動するのに必要な電力を給電可能なレベルの軽度異常かどうかを調べ、前記軽度異常を検出した場合においてイグニッションキーがオンしている状態に相当する走行モ−ド中にもかかわらず前記エンジンが停止している状態のとき、前記主電池からの給電による前記エンジンの始動を指令し、前記エンジンの始動完了後に前記開閉装置を遮断して前記主電池の充放電を禁止し、前記走行モ−ド中における前記エンジンの停止を禁止し、前記主電池の電力授受を伴わない制御モ−ドで前記エネルギ−伝達装置を作動させることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。