JP4055766B2 - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、前輪を駆動する原動機の出力の一部を用いて発電する発電機と、後輪を駆動する電動機と、発電機および電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置とを備えるものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、発電機によって発電された電力や蓄電装置からの電力を用いて電動機を駆動している。
特開平１１−２８９６０６号公報

しかしながら、上述のハイブリッド車では、電動機の出力を高出力にするために発電機を高出力なものとしたときには、原動機の運転状況によっては電動機に十分に電力を供給できない場合が生じる。発電機は、例えば原動機のアイドル運転時などのように回転数が低いときには十分な電圧の電力を発電することができない。このため、電動機や蓄電装置に十分な電力供給を行うことができない。また、発電機から見て蓄電装置と並列にＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧系を接続する構成とした場合、原動機の回転数が低いときには蓄電装置の電力が低電圧系に供給されてしまう。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、電動機に電力を供給する蓄電装置から低電圧系への電力供給を抑止することを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、発電手段から電動機や蓄電装置に十分な電圧の電力を供給することを目的の一つとする。

本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関と、
該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電手段と、
所定範囲の高電圧電力の供給を受けて走行用の動力を出力可能な電動機と、
該電動機と電力のやりとりが可能な充放電可能な蓄電手段と、
前記所定範囲の高電圧電力より低電圧の電力により作動する低電圧系と、
前記発電手段からの電力の前記電動機と前記蓄電手段とを含む高電圧系への供給と前記発電手段からの電力の電圧変換を伴う前記低電圧系への供給とが実行可能な電力供給実行手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段により検出された内燃機関の回転数が所定回転数未満のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が停止されるよう前記電力供給実行手段を制御し、前記回転数検出手段により検出された内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が実行されるよう前記電力供給実行手段を制御する電力供給制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、内燃機関の回転数が所定回転数未満のときには、内燃機関からの動力を用いて発電する発電手段から、走行用の動力を出力する電動機および電動機と電力をやりとりする蓄電手段を含む高電圧系への電力供給を停止する。この結果、内燃機関の回転数が低く発電手段の発電電圧が低いことによって生じ得る、蓄電手段から、より低電圧の電力により作動する低電圧系へ電力供給がなされることを抑止することができる。また、内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには、発電手段から高電圧系への電力供給を実行するから、電動機や蓄電手段に十分な電圧の電力を供給することができる。

こうした本発明のハイブリッド車において、前記電力供給実行手段は、前記発電手段と前記高電圧系との接続と遮断とを行なう接続遮断手段と、前記発電手段からの電力を電圧変換して前記低電圧系に供給可能な電力変換手段とを備える手段であるものとすることもできる。この場合、前記電力変換手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータであるものとすることもできる。

また、本発明のハイブリッド車において、前記内燃機関は、該内燃機関の出力軸が第１の車軸に走行用の動力を出力可能に連結されてなり、前記電動機は、該電動機の回転軸が前記第１の車軸とは異なる第２の車軸に走行用の動力を出力可能に連結されてなるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド車の制御方法は、走行用の動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電手段と、所定範囲の高電圧電力の供給を受けて走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能な充放電可能な蓄電手段と、前記所定範囲の高電圧電力より低電圧の電力により作動する低電圧系と、前記発電手段からの電力の前記電動機と前記蓄電手段とを含む高電圧系への供給と前記発電手段からの電力の電圧変換を伴う前記低電圧系への供給とが実行可能な電力供給実行手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
前記内燃機関の回転数が所定回転数未満のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が停止されるよう前記電力供給実行手段を制御し、前記内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が実行されるよう前記電力供給実行手段を制御する
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車の制御方法では、内燃機関の回転数が所定回転数未満のときには、内燃機関からの動力を用いて発電する発電手段から、走行用の動力を出力する電動機および電動機と電力をやりとりする蓄電手段を含む高電圧系への電力供給を停止する。この結果、内燃機関の回転数が低く発電手段の発電電圧が低いことによって生じ得る、蓄電手段から、より低電圧の電力により作動する低電圧系へ電力供給がなされることを抑止することができる。また、内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには、発電手段から高電圧系への電力供給を実行するから、電動機や蓄電手段に十分な電圧の電力を供給することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、デファレンシャルギヤ１２を介して前輪１４ａ，１４ｂに連結されエンジン２２からの動力を変速して出力するオートマチックトランスミッション２６と、エンジン２２からの動力を用いて発電するオルタネータ３１と、オルタネータ３１からの電力を電圧変換して低圧バッテリ５１および補機類に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、デファレンシャルギヤ１３を介して後輪１５ａ，１５ｂに連結され動力を出力可能なモータ４２と、オルタネータ３１と高圧バッテリ５０およびモータ４２の電気的な接続および遮断を行なう切替リレー３３と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンなどの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２のクランクシャフト２３に接続されたオートマチックトランスミッション２６と共にエンジントランスミッション用電子制御ユニット（以下、ＥＧＡＴＥＣＵという）２８により運転制御を受けている。ＥＧＡＴＥＣＵ２８は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２やオートマチックトランスミッション２６を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２やオートマチックトランスミッション２６の運転状態に関するデータ、例えばエンジン２２の回転数を計測する回転数センサ２５からの信号などをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、実施例では回転数センサ２５を備えるものとして図示したが、クランクシャフト２３のクランクポジションセンサによって計算したものを回転数として使用してもよい。

オルタネータ３１は、周知の三相交流発電機に全波整流器が取り付けられたものとして構成されている。オルタネータ３１は、図示しないプーリーとベルト２４を介してエンジン２２のクランクシャフト２３に連結されていて、エンジン２２が高い頻度で運転する回転数（例えば、１０００〜３０００［ｒｐｍ］）で駆動用のモータ４２と高圧バッテリ５０とを含む高電圧系に供給するのに適した電圧の電力を発電できるよう構成されている。オルタネータ３１は、その性能に応じて設定されるプーリー比（実施例では３倍程度）によってエンジン２２の回転数を増速した回転数で回転し、その回転数に応じた電圧の電力を発電する。また、オルタネータ３１の発電量は内部の図示しないフィールドコイルに流れるフィールド電流を増減することで調節される。なお、オルタネータ３１は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により制御されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、直流電力を異なる電圧の直流電力に変換する通常のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されており、必要に応じてオルタネータ３１からの発電電力を低電圧に変換して低圧バッテリ５１や補機類を含む低電圧系に供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２も、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により制御されている。

モータ４２は、発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１を介して電力ライン５４により高圧バッテリ５０や切替リレー３３に接続されている。モータ４２は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータ４２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータ４２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータ４２に印加される相電流などが入力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってインバータ４１へのスイッチング制御信号を出力することによりモータ４０を駆動制御すると共に必要に応じてモータ４０の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

高圧バッテリ５０は、定格電圧Ｖｈ（例えば４２［Ｖ］）の二次電池として構成されており、オルタネータ３１から供給された電力を蓄電すると共にモータ４２と電力をやりとりする。低圧バッテリ５１は、定格電圧Ｖｈよりも低い定格電圧Ｖｌ（例えば１２［Ｖ］程度）の二次電池として構成されており、オルタネータ３１からＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して供給された電力を蓄電すると共に補機などの低電圧で作動する機器に電力を供給する。高圧バッテリ５０および低圧バッテリ５１は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、高圧バッテリ５０や低圧バッテリ５１を管理するのに必要な信号、例えば、図示しないセンサによって検出された両バッテリの端子間電圧や，充放電電流，電池温度などが入力されており、必要に応じて両バッテリの状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、高圧バッテリ５０や低圧バッテリ５１を管理するために充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット７０からは、オルタネータ３１への制御信号や，ＤＣ／ＤＣコンバータ３２へのスイッチング制御信号，切替リレー３３への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット７０は、ＥＧＡＴＥＣＵ２８や，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、ＥＧＡＴＥＣＵ２８や，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者のアクセル操作に応じて、主としてエンジン２２からの動力を前輪に出力して走行し、必要に応じてモータ４２からの動力を後輪に出力して４輪駆動により走行する。４輪駆動により走行する場合の例としては、例えばアクセルペダルが大きく踏み込まれた急加速時や車輪がスリップしたときなどがあげられる。なお、アクセル操作に応じたエンジン２２やモータ４２の制御については、本発明の中核をなさないのでその詳細な説明は省略する。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にオルタネータ３１からの電力供給を制御する動作について説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット７０により実行される電力供給制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に実行される。

電力供給制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２の回転数Ｎｅなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、回転数センサ２５により計測されたものをＥＧＡＴＥＣＵ２８から通信により入力するものとした。続いてエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｎｅｒｅｆは、高電圧系に電力を供給するのに十分な電圧の電力をオルタネータ３１が発電するために必要な最小のエンジン２２の回転数（例えば１０００ないし１２００［ｒｐｍ］程度）として設定されており、エンジン２２やオルタネータ３１の性能などによって決めることができる。実施例では、オルタネータ３１は３倍程度のプーリー比をもってクランクシャフト２３に連結されているから、閾値Ｎｅｒｅｆは、オルタネータ３１が高電圧系に供給するのに適した電圧の電力を発電する最小の回転数（例えば３０００ないし３６００［ｒｐｍ］）の１／３の値となる。オルタネータ３１の発電特性の一例を図３に示す。

ステップＳ１１０においてエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ未満であると判定された場合は、高電圧系に電力を供給するのに十分な電圧の電力をオルタネータ３１が発電できないと判断し、切替リレー３３をオフとすることにより電力ライン５３と電力ライン５４の接続を遮断して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。これにより、オルタネータ３１と高電圧系が電気的に遮断されるから、オルタネータ３１の発電電力の電圧が低いことに基づいて生じる、高圧バッテリ５０から低圧バッテリ５１へ電力が供給されてしまうことを抑止することができる。一方、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ以上であると判定された場合は、高電圧系に電力を供給するのに十分な電圧の電力をオルタネータ３１が発電できると判断し、切替リレー３３をオンとすることにより電力ライン５３と電力ライン５４を接続して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。これにより、オルタネータ３１と高電圧系が電気的に接続されるから、オルタネータ３１からの十分な電圧の発電電力を必要に応じてモータ４２に供給したり高圧バッテリ５０に蓄電したりすることが可能となる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の回転数Ｎｅが、高電圧系に電力を供給するのに十分な電圧の電力をオルタネータ３１が発電するために必要なエンジン２２の回転数として設定される閾値Ｎｅｒｅｆ未満の場合には、切替リレー３３をオフとすることによりオルタネータ３１と高電圧系を遮断するから、オルタネータ３１の発電電力の電圧が低いことに基づいて生じる、高圧バッテリ５０から低圧バッテリ５１へ電力が供給されてしまうことを抑止することができる。また、エンジン２２の回転数が閾値Ｎｅｒｅｆ以上の場合には、切替リレー３３をオンとすることによりオルタネータ３１と高電圧系を接続するから、オルタネータ３１から高圧バッテリ５０やモータ４２に十分な電圧の電力を供給できるすることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、高電圧系に電力を供給するのに十分な電圧の電力をオルタネータ３１が発電するために必要な最小のエンジン２２の回転数として閾値Ｎｅｒｅｆを設定するものとしたが、閾値としてそれ以上の値を用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、高圧バッテリ５０の定格電圧Ｖｈとして４２［Ｖ］を、低圧バッテリ５１の定格電圧Ｖｌとして１２［Ｖ］を例示したが、これらの値は４２［Ｖ］や１２［Ｖ］に限られず、高圧バッテリ５０の定格電圧Ｖｈの方が低圧バッテリ５１の定格電圧Ｖｌよりも高ければ如何なる定格電圧のものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の回転数を３倍程度に増速した回転数でオルタネータ３１を駆動するようプーリー比を設定するものとしたが、この増速比は３倍程度に限られない。オルタネータ３１の性能に応じて、如何なる増速比としてプーリー比を設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動用のモータ４２を周知の同期発電電動機として構成するものとしたが、モータ４２を周知のＤＣモータとして構成するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２からの動力をオートマチックトランスミッション２６を介して前輪１４ａ，１４ｂに出力し、モータ４２からの動力を後輪１５ａ，１５ｂに出力して走行するものとしたが、エンジン２２からの動力をオートマチックトランスミッション２６を介して後輪１５ａ，１５ｂに出力し、モータ４２からの動力を前輪１４ａ，１４ｂに出力して走行するものとしても差し支えない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される電力供給制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 オルタネータ３１の発電特性の一例を示す説明図である。

符号の説明

１２，１３ デファレンシャルギヤ、１４ａ，１４ｂ 前輪、１５ａ，１５ｂ 後輪、２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクシャフト、２４ ベルト、２５ 回転数センサ、２６ オートマチックトランスミッション、２８ エンジントランスミッション用電子制御ユニット、３１ オルタネータ、３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３３ 切替リレー、４０ モータＥＣＵ、４１ インバータ、４２ モータ、４３ 回転位置検出センサ、５０ 高圧バッテリ、５１ 低圧バッテリ、５２ バッテリＥＣＵ、５３，５４ 電力ライン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ。

Claims (5)

1. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、
   該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電手段と、
   所定範囲の高電圧電力の供給を受けて走行用の動力を出力可能な電動機と、
   該電動機と電力のやりとりが可能な充放電可能な蓄電手段と、
   前記所定範囲の高電圧電力より低電圧の電力により作動する低電圧系と、
   前記発電手段からの電力の前記電動機と前記蓄電手段とを含む高電圧系への供給と前記発電手段からの電力の電圧変換を伴う前記低電圧系への供給とが実行可能な電力供給実行手段と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段により検出された内燃機関の回転数が所定回転数未満のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が停止されるよう前記電力供給実行手段を制御し、前記回転数検出手段により検出された内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が実行されるよう前記電力供給実行手段を制御する電力供給制御手段と、
   を備えるハイブリッド車。
2. 前記電力供給実行手段は、前記発電手段と前記高電圧系との接続と遮断とを行なう接続遮断手段と、前記発電手段からの電力を電圧変換して前記低電圧系に供給可能な電力変換手段とを備える手段である請求項１記載のハイブリッド車。
3. 前記電力変換手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータである請求項２記載のハイブリッド車。
4. 請求項１ないし３いずれか記載のハイブリッド車であって、
   前記内燃機関は、該内燃機関の出力軸が第１の車軸に走行用の動力を出力可能に連結されてなり、
   前記電動機は、該電動機の回転軸が前記第１の車軸とは異なる第２の車軸に走行用の動力を出力可能に連結されてなる
   ハイブリッド車。
5. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電手段と、所定範囲の高電圧電力の供給を受けて走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能な充放電可能な蓄電手段と、前記所定範囲の高電圧電力より低電圧の電力により作動する低電圧系と、前記発電手段からの電力の前記電動機と前記蓄電手段とを含む高電圧系への供給と前記発電手段からの電力の電圧変換を伴う前記低電圧系への供給とが実行可能な電力供給実行手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
   前記内燃機関の回転数が所定回転数未満のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が停止されるよう前記電力供給実行手段を制御し、前記内燃機関の回転数が所定回転数以上のときには前記発電手段からの電力の前記高電圧系への供給が実行されるよう前記電力供給実行手段を制御する
   ハイブリッド車の制御方法。
   

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