JP4618158B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

この発明は、蓄電装置を搭載したハイブリッド車両に関し、特に蓄電装置の充放電制御技術に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド車両（Hybrid Vehicle）が大きく注目されている。ハイブリッド車両は、従来のエンジンに加え、二次電池からなる蓄電装置と、蓄電装置からの電力を用いて車両の駆動力を発生するモータとをさらに動力源とする自動車である。このようなハイブリッド車両では、停止中や発進時などの駆動力が要求されないもしくはその要求量が小さい場合においては、エンジンが停止される。

一方、このようなハイブリッド車両に搭載される蓄電装置は、車両の発進時や加速時にモータへ電力を供給する一方、車両の回生制動時にモータ（発電機として機能）が発生する電力を蓄電することが要求される。そのため、蓄電装置の充電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）が所定の制御中心値を含むＳＯＣ管理範囲内となるように、充放電制御が実行される。

このような充放電制御の一部として、特許文献１に開示されるように、エンジン停止中において、蓄電装置のＳＯＣがＳＯＣ下限値を下回ると、蓄電装置のＳＯＣを高めるために、エンジンを始動し、モータもしくは発電機からの電力によって蓄電装置の充電が実行される。

また、特許文献２に開示されるように、運転者の操作により選択されるシフトポジションを判断し、パーキング（駐車）ポジションやリバース（後退）ポジションなどの回生制動に伴う電力の発生が期待できない場合においては、比較的高いＳＯＣでエンジンを始動するように制御される。
特開平０７−２５０４０４号公報 特開平１１−１２２７１３号公報 特開２００５−４５８８３号公報

このようなハイブリッド車両には、さまざまな補機類が装備されている。このような補機類のうち、特にエンジンの作動状況に関係なく作動を要求されるもの、たとえばエアーコンディショナやカーナビゲーションシステムなどは、エンジン停止中においても蓄電装置からの電力を受けて作動するように構成される。

たとえば、運転者がイグニッションキーをオンにした直後に、エアーコンディショナを作動させた場合などには、エンジンが停止状態に維持される一方、蓄電装置に蓄えられている電力が優先的に使用される。その後、蓄電装置のＳＯＣが所定のＳＯＣ下限値を下回ると、エンジンが始動され、蓄電装置の充電およびエアーコンディショナの作動に用いるための電力の発電が行なわれる。

そのため、運転者が車内に搭乗している状態で、同乗者を長時間待つような場合においては、補機類の作動に伴う蓄電装置のＳＯＣの低下により、発電のみを目的としてエンジンが頻繁に始動されてしまう。このような発電のみを目的とする場合には、比較的燃焼効率の悪い回転数域でエンジンを作動させざるを得ず、総合的に見れば燃料消費量が不必要に増大するという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンを効率的に作動させて、総合的な燃料消費量を抑制するハイブリッド車両を提供することである。

この発明によれば、エンジンと、エンジンと機械的に結合され、エンジンの出力を用いて発電する発電手段と、発電手段により発電された電力によって充電可能に構成された蓄電部と、車両の駆動軸と機械的に結合され、蓄電部からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動力発生手段と、蓄電部の充電状態を示す状態値が下限判定値を下回るときに、発電手段により蓄電部の充電電力を供給するためにエンジンを始動させる制御部とを備えたハイブリッド車両である。そして、制御部は、運転者の操作により複数のシフトポジションのうちいずれが選択されているかを判断するシフトポジション判断手段と、シフトポジション判断手段により、電動力発生手段からの駆動力発生を要求され得るシフトポジションが選択されていると判断されたときに、下限判定値を第１の値に設定する第１の下限値設定手段と、シフトポジション判断手段により、電動力発生手段からの駆動力発生を要求され得ないシフトポジションが選択されていると判断されたときに、下限判定値を第１の値より低い第２の値に設定する第２の下限値設定手段とを含む。

この発明によれば、電動力発生手段からの駆動力発生を要求され得ないシフトポジションが選択されている場合、すなわち蓄電部から比較的大きな電力を出力することが要求され得ない場合において、制御部は、エンジンを始動するための下限判定値をより低い値に設定する。そのため、蓄電部から所定の電力が出力されている状況において、蓄電部を充電するためにエンジンが始動されるまでの期間をより長くすることができる。これにより、蓄電部の充電のみを目的とした、比較的燃焼効率の悪い領域におけるエンジン作動の頻度を低減することにより、不要な燃料消費量を抑制できる。

好ましくは、この発明に係るハイブリッド車両は、蓄電部からの電力により作動する補機負荷をさらに備え、第２の下限値設定手段は、補機負荷の作動状況に応じて、第２の値を決定する。

好ましくは、この発明に係るハイブリッド車両は、蓄電部からの電力によりエンジンを始動させる回転力を発生するように構成された始動手段をさらに備え、第２の下限値設定手段は、エンジンの始動に要する電力を二次電池から発電手段へ与えられるように、第２の値を決定する。

好ましくは、この発明に係るハイブリッド車両は、外部から供給される電力を受入れる電力受入部をさらに備え、制御部は、電力受入部を介して入力される外部電力により蓄電部を充電する充電制御手段をさらに含む。

好ましくは、駆動力発生を要求され得ないシフトポジションは、パーキングポジションおよびニュートラルポジションの少なくとも一方を含む。

この発明によれば、エンジンを効率的に作動させて、総合的な燃料消費量を抑制可能なハイブリッド車両を実現できる。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両の概略構成図である。
図１を参照して、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００は、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、車輪２とを備える。

動力分割機構３は、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と機械的に結合され、これらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸により、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸が、互いに機械的に結合される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空とし、その中心にエンジン４のクランク軸を通すことで、動力分割機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に結合することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや作動ギヤを介して、車輪２を回転駆動するための駆動軸に結合される。また、動力分割機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４の出力を用いて発電する発電機として機能し、もしくはエンジン４に回転力を与えて始動を行ない得る電動機として機能する。また、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪である車輪２を駆動して車両の駆動力を発生する電動機として機能し、もしくは回生制動時に車輪２の回転力を受けて発電する発電機として機能する。

なお、ここで言う回生制動とは、運転者によるフットブレーキ操作があった場合におけるハイブリッド車両１００の発電制動を伴う制動、およびフットブレーキ操作をしないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで発電制動をさせながら減速（または加速を中止）することを含む。

エンジン４は、燃料の燃焼により出力を生じる内燃機関であり、制御装置６０からの駆動指令ＤＲＶに応じて作動する。また、エンジン４は、回転センサ（図示しない）により検出されるエンジン回転数ＮＥを制御装置６０へ出力する。

さらに、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００は、エンジン４に供給するための燃料（図示しない）に加えて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２などに供給するための電力を外部から受入可能である。

ハイブリッド車両１００は、主蓄電装置ＭＢと、直流コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、制御装置６０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬ１，ＳＬ２と、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、入力ポート５０と、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とをさらに備える。

主蓄電装置ＭＢは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。そして、主蓄電装置ＭＢは、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１を介して、直流コンバータ１０へ直流電力を供給する。また、主蓄電装置ＭＢは、直流コンバータ１０から電源ラインＰＬ１へ出力される直流電力を受けて充電される。なお、主蓄電装置ＭＢとして、大容量の電気二重層キャパシタなどを用いてもよい。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間に接続され、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間の電圧変動を平滑化する。

直流コンバータ１０は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１と電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２との間に接続される。そして、直流コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、主蓄電装置ＭＢから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。また、直流コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０，３０から受ける直流電圧を主蓄電装置ＭＢの電圧レベルに降圧して主蓄電装置ＭＢを充電する。直流コンバータ１０は、たとえば、昇降圧型のチョッパ回路などによって構成される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に接続され、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間の電圧変動を平滑化する。

インバータ２０，３０は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２に互いに並列に接続される。インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン４の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、車輪２からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流電動機であり、たとえば３相交流同期電動機からなる。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４の出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン４の始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。そして、モータジェネレータＭＧ１は、図示しないＹ結線された３相コイルをステータコイルとして含み、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してインバータ２０に接続される。

一方、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。そして、モータジェネレータＭＧ２も、図示しないＹ結線された３相コイルをステータコイルとして含み、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してインバータ３０に接続される。

制御装置６０は、一例として、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）で構成され、シフトポジション選択装置６２から送信された信号ＰＯＳを含む各センサから送信された信号、走行状況、アクセルペダル開度、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣ、格納しているマップなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、制御装置６０は、運転者の操作に応じて、ハイブリッド車両１００が所望の運転状態となるように、搭載された回路・機器類を制御する。

そのような制御の一部として、制御装置６０は、直流コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣおよびインバータ２０，３０をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれ直流コンバータ１０およびインバータ２０，３０へ出力する。

シフトポジション選択装置６２は、運転者の操作（シフトレバー操作）に従って、複数のシフトポジションのうちから１つが選択される。そして、シフトポジション選択装置６２は、運転者の操作により選択される複数のシフトポジションのうちいずれが選択されているか示す信号ＰＯＳを制御装置６０へ出力する。複数のシフトポジションには、たとえば、車両停止時のパーキングポジション（Ｐポジション）、車両後退時のリバースポジション（Ｒポジション）、ニュートラルポジション（Ｎポジション）および車両前進時のドライブポジション（Ｄポジション）などが含まれる。なお、ドライブポジション（Ｄポジション）の他に、変速可能な変速段数を制限する細分化されたドライブポジション（たとえば４ポジション、３ポジション、２ポジション、Ｌポジション等）が設けられてもよい。

（外部電力受入構成）
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイルの中性点Ｎ１，Ｎ２には、それぞれ電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の一端が接続され、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の他端に入力ポート５０が接続される。

入力ポート５０は、商用電源などからの外部電力をハイブリッド車両１００が受入れるための電力受入部である。

図２は、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００を用いた電力システム２００の概略図である。

図２を参照して、この電力システム２００は、ハイブリッド車両１００と、住宅１５０とからなる。ハイブリッド車両１００は、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して入力ポート５０により住宅１５０の電源コンセントに接続される。そして、ハイブリッド車両１００には、商用電源線５５を介して住宅１５０に供給される商用電源が与えられる。そして、ハイブリッド車両１００の主蓄電装置ＭＢは、この住宅１５０から与えられる商用電源により、充電される。

さらに、ハイブリッド車両１００が、発生した電力を電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して住宅１５０に供給するように構成してもよい。このような構成によれば、商用電源の停電時などにおいて、ハイブリッド車両１００から住宅１５０内の各電気機器を作動させるための電力を供給することができる。すなわち、ハイブリッド車両１００を住宅１５０の電源設備として利用することができる。

再度、図１を参照して、入力ポート５０は、制御装置６０からの信号ＥＮに応じて動作するリレー（図示しない）を内部に備えており、その信号ＥＮに応じて電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と外部電源側との電気的な接続および切離しを行なう。

このように、ハイブリッド車両１００に外部電源が入力される場合において、インバータ２０，３０は、入力ポート５０から電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる商用電力を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力を電源ラインＰＬ２へ出力する。

図３は、図１に示したインバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の零相等価回路である。３相インバータであるインバータ２０，３０の各々は、６個のトランジスタで構成され、その６個のトランジスタのオン／オフの組み合わせは、８パターン存在する。この８パターンのうち、２つは相間電圧がゼロとなり、そのような電圧状態は、ゼロ電圧ベクトルと称される。ゼロ電圧ベクトルでは、上アームの３個のトランジスタは、互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３個のトランジスタも、互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。

図３を参照して、インバータ２０の上アームの３個のトランジスタは、上アーム２０Ａとしてまとめて示され、インバータ２０の下アームの３個のトランジスタは、下アーム２０Ｂとしてまとめて示されている。同様に、インバータ３０の上アームの３個のトランジスタは、上アーム３０Ａとしてまとめて示され、インバータ３０の下アームの３個のトランジスタは、下アーム３０Ｂとしてまとめて示されている。

図３に示されるように、この零相等価回路は、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流の商用電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることができる。そこで、インバータ２０，３０の各々においてゼロ電圧ベクトルを変化させ、インバータ２０，３０をそれぞれ単相ＰＷＭコンバータの各相アームとして動作するようにスイッチング制御することによって、交流の商用電力を直流電力に変換して電源ラインＰＬ２へ出力することができる。

再度、図１を参照して、制御装置６０は、外部電力による主蓄電装置ＭＢの充電時において、上述したゼロ電圧ベクトルが生じるように信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、インバータ２０，３０へ出力する。

（補機負荷）
ハイブリッド車両１００は、エアーコンディショナ装置７０と、低圧補機類８２とをさらに備える。

エアーコンディショナ装置７０は、ハイブリッド車両１００の車内を主として冷房するための装置であり、インバータ７２と圧縮機７４とを含む。インバータ７２は、主蓄電装置ＭＢからの直流電力を交流電力に変換して圧縮機７４へ供給する。なお、インバータ７２は、要求される冷房能力に応じて、圧縮機７４へ供給する交流電力の電圧および周波数を変化させる。圧縮機７４は、図示しない冷媒を圧縮および膨張を繰返し実行することで、気化熱を利用して冷却を行なう装置であり、インバータ７２から供給される交流電力を用いて回転駆動力を発生させることで冷媒を圧縮する。

低圧補機類８２は、主蓄電装置ＭＢの出力電圧に比較して低圧（たとえば、１２Ｖ）で作動する機器類の総称であり、一例として、カーナビゲーションシステム、カーオディオ、車内灯、車内インジケータなどを含む。

このようなエアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２は、車両搭乗者に対して快適な車内環境を提供するための補機負荷である。

上述したように、低圧補機類８２は、主蓄電装置ＭＢの出力電圧に比較して低圧で作動するため、ハイブリッド車両１００は、降圧コンバータ８０と、副蓄電装置ＳＢとをさらに備える。降圧コンバータ８０は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と接続され、主蓄電装置ＭＢからの直流電力を所定の直流電圧に降圧して、副蓄電装置ＳＢおよび低圧補機類８２へ供給する。副蓄電装置ＳＢは、一例として鉛蓄電池などからなり、降圧コンバータ８０の出力側に接続され、降圧コンバータ８０からの直流電力で充電される一方、低圧補機類８２へその蓄えた電力を供給する。すなわち、副蓄電装置ＳＢは、降圧コンバータ８０の出力電力と、低圧補機類８２の需要電力とのアンバランスを補うための電力バッファとしても機能する。

なお、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２は、多くの場合において、運転者などによる操作により作動を開始または停止する。そして、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２は、それぞれ各時点の作動状況を示す信号ＡＣＳＴおよびＳＵＢＳＴを制御装置６０へ出力する。

（充放電制御）
制御装置６０は、十分な走行性能を発揮させる目的、および、主蓄電装置ＭＢを保護する目的で、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣが所定の制御中心値を含むＳＯＣ管理範囲内となるように、充放電制御を実行する。

図４は、制御装置６０による充放電制御の一例を示す図である。なお、図４においては、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４が成立する。

図４を参照して、制御装置６０は、主蓄電装置ＭＢが過放電状態に近くなり、ＳＯＣが状態値Ｓ２を下回ると、主蓄電装置ＭＢからの放電電力を制限する。さらに、ＳＯＣが状態値Ｓ１を下回ると、制御装置６０は、主蓄電装置ＭＢからの放電を禁止する。

また、制御装置６０は、主蓄電装置ＭＢが過充電状態に近くなり、ＳＯＣが状態値Ｓ３を超過すると、主蓄電装置ＭＢへの充電電力を制限する。さらに、ＳＯＣが状態値Ｓ４を超過すると、制御装置６０は、主蓄電装置ＭＢへの充電を禁止する。

なお、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣを取得する構成については、さまざまな周知技術を用いることができるので、本実施例における詳細な説明は省略する。

主蓄電装置ＭＢが外部電力により充電されていない（入力ポート５０が住宅１５０の電源コンセントに接続されていない）場合においては、主蓄電装置ＭＢを充電するための電力は、エンジン４の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電する電力、および、回生時に生じるモータジェネレータＭＧ２からの電力である。

しかしながら、回生制動は、運転者の操作に応じて生じるため、主蓄電装置ＭＢを確実に充電するための電力として期待できない。そのため、制御装置６０は、エンジン４が停止状態を維持している場合において、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣが所定の下限判定値（たとえば図４の状態値Ｓ２、以下「ＳＯＣ下限値」とも称す）を下回ると、エンジン４を強制的に始動させて、主蓄電装置ＭＢの充電量を増大させる。

一般的なハイブリッド車両では、運転者が搭乗してイグニッションキーをオンにしたとしても、エンジンは即座に始動されず、所定の車速を超えた時点、あるいは、運転者のアクセルペダルの踏込量に応じて所定の駆動力を要求された時点において、エンジンが始動される。そのため、運転者が搭乗してイグニッションキーをオンした後、車両を発進させることなく、エアーコンディショナ装置７０や低圧補機類８２を作動させた状態で、長時間停止状態を維持する場合などにおいては、主蓄電装置ＭＢからの放電が継続される。そして、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣ下限値を下回ると、制御装置６０は、エンジン４に駆動指令ＤＲＶを与え、エンジン４を始動させ、モータジェネレータＭＧ１が発生する電力により主蓄電装置ＭＢの充電を開始する。

モータジェネレータＭＧ１の発電量は、エンジン４の最大出力に比較して小さいので、このようなモータジェネレータＭＧ１による発電のみを行なう場合においては、比較的燃焼効率の悪い回転数域でエンジン４を作動させざるを得なかった。その結果、総合的に見れば燃料消費量が増大するという問題があった。

また、ハイブリッド車両１００が停車中において、エンジン４が作動するので、運転者を含めた搭乗者に対する快適性が損なわれ、また、近隣に対する騒音も生じるという問題もあった。

そこで、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００における制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ２による駆動力を要求され得ない場合に限って、エンジン４の始動条件である主蓄電装置ＭＢのＳＯＣ下限値をより低い値に変更する。すなわち、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力発生が要求され得ない場合には、主蓄電装置ＭＢからの放電電力は、エアーコンディショナ装置７０や低圧補機類８２といった比較的小さな負荷に限定される。そのため、制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力発生要求の有無に応じて、主蓄電装置ＭＢを過放電から保護するためのＳＯＣ下限値を変更する。

具体的には、制御装置６０は、シフトポジション選択装置６２からの信号ＰＯＳに基づいて、複数のシフトポジションのうちいずれが選択されているかを判断し、パーキングポジションやニュートラルポジションといった、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力の発生が要求され得ないシフトポジションが選択されている場合において、エンジン４を始動させるための主蓄電装置ＭＢのＳＯＣ下限値をより低い値に変更する。

さらに、制御装置６０は、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２からそれぞれ送信された信号ＡＣＳＴおよびＳＵＢＳＴに基づいて、作動状況に応じたＳＯＣ下限値を決定する。すなわち、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２が要求する消費電力を算出し、その消費電力が大きければＳＯＣ下限値を相対的に大きくし、その消費電力が小さければＳＯＣ下限値を相対的に低くする。

図５は、制御装置６０によるＳＯＣ下限値の時間的な変化の一例を示す図である。
図５を参照して、制御装置６０は、ドライブポジション（Ｄポジション）またはリバースポジション（Ｒポジション）が選択されている場合には、ＳＯＣ下限値を通常値ＬＬＩＭに設定する。一方、制御装置６０は、パーキングポジション（Ｐポジション）またはニュートラルポジション（Ｎポジション）が選択されている場合には、ＳＯＣ下限値をより低い緩和値＃ＬＬＩＭ（＃ＬＬＩＭａまたは＃ＬＬＩＭｂ）に設定する。さらに、制御装置６０は、たとえば、エアーコンディショナ装置７０が作動中であれば、ＳＯＣ下限値を緩和値＃ＬＬＩＭｂに設定し、エアーコンディショナ装置７０が作動中でなければ、ＳＯＣ下限値をより低い緩和値＃ＬＬＩＭａに設定する。なお、通常値ＬＬＩＭ＞緩和値＃ＬＬＩＭｂ＞緩和値＃ＬＬＩＭｂである。

一般的に、パーキングポジション（Ｐポジション）が選択されている状態で、イグニッションキーがオンにされるので、イグニッションキーがオンにされた直後においては、制御装置６０は、ＳＯＣ下限を緩和値＃ＬＬＩＭａに変更する。その後、運転者などがエアーコンディショナ装置７０をオンにすると、制御装置６０は、ＳＯＣ下限値を緩和値＃ＬＬＩＭｂに設定する。そして、運転者が車両を発進させるために、ドライブポジション（Ｄポジション）を選択すると、制御装置６０は、ＳＯＣ下限値を通常値ＬＬＩＭに戻す。さらに、車両停止後、運転者が再度パーキングポジション（Ｐポジション）を選択すると、制御装置６０は、ＳＯＣ下限値を緩和値＃ＬＬＩＭａに変更する。なお、ドライブポジション（Ｄポジション）が選択されている場合においては、制御装置６０は、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２の作動状況に関わらず、ＳＯＣ下限値を通常値ＬＬＩＭとする。そのため、ドライブポジション（Ｄポジション）が選択中に、エアーコンディショナ装置７０がオフされても、制御装置６０は、設定中のＳＯＣ下限値を維持する。

なお、図５においては、説明の便宜上、エアーコンディショナ装置７０のオンまたはオフに応じて、緩和値＃ＬＬＩＭを２段階（＃ＬＬＩＭａまたは＃ＬＬＩＭｂ）に切換える例について説明したが、より多くの切換段数または無段階的に緩和値＃ＬＬＩＭを変更するように構成してもよい。

なお、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００においては、主蓄電装置ＭＢからの電力をモータジェネレータＭＧ１に供給し、モータジェネレータＭＧ１が発生する回転力でエンジン４を回転駆動（クランキング）することによりエンジン４を始動させる。そのため、制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ１がエンジン４のクランキングに要する電力を主蓄電装置ＭＢから供給できるように、緩和値＃ＬＬＩＭを決定する。一例として、図４に示す放電禁止領域の境界となる状態値Ｓ１における充電状態に対して、モータジェネレータＭＧ１がクランキングに要する電力を加えた充電状態に相当するＳＯＣを緩和値＃ＬＬＩＭの下限値とする。すなわち、制御装置６０は、エンジン４の始動直後において、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣが放電禁止領域に到達しないように、緩和値＃ＬＬＩＭを決定する。なお、モータジェネレータＭＧ１によりエンジン４をクランキングする構成に代えて、もっぱらエンジン４を始動させるために使用されるセルモータなどからなるスターターを備えてもよい。

（制御フロー）
図６は、制御装置６０におけるエンジン４の始動に係るフローチャートである。

図６を参照して、制御装置６０は、エンジン４から送信されるエンジン回転数ＮＥに基づいて、エンジン４が作動中であるか否かを判断する（ステップＳ１００）。

エンジン４が作動中である場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、制御装置６０は、以降の処理を終了する。

エンジン４が作動中でない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）には、制御装置６０は、シフトポジション選択装置６２から送信される信号ＰＯＳに基づいて、複数のシフトポジションのうち選択されているシフトポジションを取得する（ステップＳ１０２）。さらに、制御装置６０は、取得したシフトポジションがモータジェネレータＭＧ２による駆動力を要求され得ないシフトポジションである、パーキングポジション（Ｐポジション）またはニュートラルポジション（Ｎポジション）であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

取得したシフトポジションがパーキングポジション（Ｐポジション）またはニュートラルポジション（Ｎポジション）である場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳの場合）には、制御装置６０は、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２から送信された信号ＡＣＳＴおよびＳＵＢＳＴに基づいて、緩和値＃ＬＬＩＭを算出する（ステップＳ１０６）。そして、制御装置６０は、算出した緩和値＃ＬＬＩＭをＳＯＣ下限値に設定する（ステップＳ１０８）。

一方、取得したシフトポジションがドライブポジション（Ｄポジション）またはリバースポジション（Ｒポジション）などであり、パーキングポジション（Ｐポジション）またはニュートラルポジション（Ｎポジション）ではない場合（ステップＳ１０４においてＮＯの場合）には、制御装置６０は、通常値ＬＬＩＭをＳＯＣ下限値に設定する（ステップＳ１１０）。

ＳＯＣ下限値が設定された後（ステップＳ１０８またはＳ１１０）、制御装置６０は、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣを取得する（ステップＳ１１２）。そして、制御装置６０は、取得したＳＯＣがＳＯＣ下限値を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１１４）。

取得したＳＯＣがＳＯＣ下限値を下回っている場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳの場合）には、制御装置６０は、エンジン４をクランキングするための信号ＰＷＭ１を生成してインバータ２０へ出力すると同時に、エンジン４へ駆動指令ＤＲＶを出力し、エンジン４を始動させる（ステップＳ１１６）。すなわち、インバータ２０は、制御装置６０から信号ＰＷＭ１を受け、モータジェネレータＭＧ１から駆動力を発生させる一方、エンジン４は、制御装置６０からの駆動指令ＤＲＶを受け、燃料の噴射ならびに点火を開始する。

取得したＳＯＣがＳＯＣ下限値を下回っていない場合（ステップＳ１１４においてＮＯの場合）には、制御装置６０は、以降の処理を終了する。

（適用例）
図７は、従来の充放電制御における各部の時間波形である。なお、図７においては、車両の発進前および走行後において比較的長時間に亘って、パーキングポジション（Ｐポジション）が選択される場合を示す。

図７（ａ）は、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣを示す。
図７（ｂ）は、主蓄電装置ＭＢの充放電電流を示す。

図７（ｃ）は、エンジン４の回転数を示す。
図７（ａ）および図７（ｂ）を参照して、一例として、パーキングポジション（Ｐポジション）が選択中の状態ＳＴ１において、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２による負荷電流が一定であるとすると、主蓄電装置ＭＢからの放電電流も一定となり、この放電電流に応じて、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣは漸減する。そして、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣが通常値ＬＬＩＭを下回る（時刻Ｔ１）と、図７（ｃ）に示すように、エンジン４が始動される。このとき、エンジン４は低燃焼効率領域９０で作動することになる。

その後、ドライブポジション（Ｄポジション）が選択され（状態ＳＴ２）、運転者によりアクセルペダルが踏み込まれてハイブリッド車両１００が発進すると、図７（ｂ）に示すように、主蓄電装置ＭＢの充放電量は、運転者の操作および走行状況に応じて変化する。また、図７（ｃ）に示すように、エンジン４は、高燃焼効率を維持できるように、走行状況に応じて間欠的に作動させられる。その結果、図７（ａ）に示すように、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣは、所定のＳＯＣ管理範囲内で制御される。

走行後において、パーキングポジション（Ｐポジション）が選択されると（状態ＳＴ３）、エンジン４は停止される。すると、状態ＳＴ１と同様に、主蓄電装置ＭＢからの放電電流に応じて、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣは漸減する。再度、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣが通常値ＬＬＩＭを下回る（時刻Ｔ２）と、図７（ｃ）に示すように、エンジン４が再度始動される。このときも、エンジン４は低燃焼効率領域９１で作動することになる。

このように、従来の充放電制御においては、エンジン４が低燃焼効率領域９０および９１で動作せざるを得なかった。

図８は、図７と同様の走行パターンを行なった場合の、この発明の実施の形態に係る充放電制御における各部の時間波形である。

図８（ａ）は、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣを示す。
図８（ｂ）は、主蓄電装置ＭＢの充放電電流を示す。

図８（ｃ）は、エンジン４の回転数を示す。
図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、パーキングポジション（Ｐポジション）の選択中（状態ＳＴ１）において、制御装置６０は、ＳＯＣ下限値を緩和値＃ＬＬＩＭに設定するので、従来の充放電制御の場合に比較して、エンジン４が始動するまでの時間をより長くすることができる。そのため、図８（ｃ）に示すように、状態ＳＴ１が長期間に亘って継続しても、エンジン４の停止状態が維持される。

その後、ドライブポジション（Ｄポジション）が選択される（状態ＳＴ２）と、制御装置６０は、ＳＯＣ下限値を通常値ＬＬＩＭに復帰させるので、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣがＬＬＩＭを下回っていれば、エンジン４が始動される。それと前後して、運転者によりアクセルペダルが踏み込まれると、エンジン４の出力は、主蓄電装置ＭＢの充電および車両の駆動力として使用される。以下、状態ＳＴ２においては、従来と同様の充放電制御処理が実行される。

走行後において、パーキングポジション（Ｐポジション）が選択されると（状態ＳＴ３）、エンジン４は停止もしくは停止状態を維持される。すると、状態ＳＴ１と同様に、制御装置６０は、ＳＯＣ下限値を緩和値＃ＬＬＩＭに設定するので、従来の充放電制御の場合に比較して、エンジン４が再始動するまでの時間をより長くすることができる。さらに、ＳＯＣ下限値が緩和値＃ＬＬＩＭを下回るまでに、運転者がイグニッションキーをオフにする場合には、エンジン４が再始動されることはない。

このように、この発明の実施の形態に従う充放電制御においては、エンジン４が低燃焼効率で作動する領域を回避できるので、エンジン４を効率的に作動させて、燃料消費量を抑制することができる。

さらに、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００では、外部電力により主蓄電装置ＭＢを充電可能である。そのため、運転者などが走行後に外部充電する場合（状態ＳＴ４）には、主蓄電装置ＭＢのＳＯＣが緩和値＃ＬＬＩＭ付近まで低下しているとしても、主蓄電装置ＭＢは、次回の走行時（次回のイグニッションオン時）までに、ＳＯＣ上限値付近まで充電される。

一般的に、商用電源は、大型の発電プラントで発電されるので、輸送損失（変圧器や送電線における損失）などを考慮しても、エンジン４の出力を用いて発電する場合に比較して、燃焼効率をより高くできる。そのため、より環境への影響を低減する観点からは、同一の電力量を発電するための燃料がより少ない商用電源の使用効率を高めることが望ましい。

上述したように、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両１００では、予め蓄えた商用電源を用いることで、比較的燃焼効率の悪い領域におけるエンジン作動頻度をさらに低減することができる。これにより、車両走行に係る総合的な燃焼効率を高めることができ、より環境への影響を低減することができる。

図９は、消費電力量と燃料消費率との関係を示す模式図である。なお、燃料消費率とは、単位電力量を発生するのに要する燃料量（または燃料コスト）を示す。そのため、縦軸および横軸で規定される面積は、対応する電力量を発生するのに要する燃料量を示す。

図９（ａ）は、従来の充放電制御の場合を示す。
図９（ｂ）は、この発明の実施の形態に従う充放電制御（外部充電無し）の場合を示す。

図９（ｃ）は、この発明の実施の形態に従う充放電制御（外部充電有り）の場合を示す。

図９（ａ）を参照して、上述したように、従来の充放電制御においては、停車中において、エアーコンディショナ装置７０や低圧補機類８２の作動が継続すると、エンジン４を低燃焼効率領域９０，９１で作動させざるを得なかった。そのため、たとえ、走行中においてエンジン４を高燃焼効率領域９２で作動させたとしても、総合的な燃料の消費量（領域９０，９１および領域９２の合計面積）は、比較的大きかった。

図９（ｂ）を参照して、この発明の実施の形態に従う充放電制御によれば、停車中において、エアーコンディショナ装置７０や低圧補機類８２の作動が継続したとしても、エンジン４を低燃焼効率領域で作動させることを回避できる。そのため、図９（ａ）に示す従来の充放電制御に比較して、低燃焼効率領域９０，９１での燃料消費量を高燃焼効率領域９２での燃料消費量に抑制できる。

図９（ｃ）を参照して、さらに外部充電を行なうことで、エンジン４からの出力で発電された電力に代えて、より燃料消費率の低い外部電力を使用することができる。その結果、図９（ｂ）に比較して、エンジン４の高燃焼効率領域９２と外部充電９３との燃料消費率の差、および外部充電９３により充電された電力量に応じた分だけ燃料消費量を抑制できる。

なお、上述の説明においては、外部電力により主蓄電装置ＭＢを充電可能なハイブリッド車両に本発明を適用した場合について説明したが、外部電力により主蓄電装置ＭＢを充電可能ではないハイブリッド車両であっても、本発明の効果を発揮できることは言うまでもない。

この発明の実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２が「発電手段」もしくは「電動力発生手段」を実現可能であるが、多くの場面において、モータジェネレータＭＧ１が「発電手段」を実現し、モータジェネレータＭＧ２が「電動力発生手段」を実現する。さらに、モータジェネレータＭＧ１は、「発電手段」を実現する。そして、主蓄電装置ＭＢが「蓄電部」に相当し、制御装置６０が「制御部」に相当し、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２が「補機負荷」に相当し、入力ポート５０および電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とが「電力受入部」に相当する。

この発明の実施の形態によれば、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力の発生を要求され得ないシフトポジション（パーキングポジションまたはニュートラルポジション）が選択されている場合、すなわち主蓄電装置ＭＢから比較的大きな電力を出力することが要求され得ない場合において、制御装置６０は、エンジン４の始動条件となるＳＯＣ下限値を通常値ＬＬＩＭからより低い緩和値＃ＬＬＩＭに変更する。そのため、エンジン４の停止中において、エアーコンディショナ装置７０および低圧補機類８２が比較的長時間に亘って作動している場合であっても、主蓄電装置ＭＢを充電するためにエンジン４が始動される頻度を低減できる。

よって、主蓄電装置ＭＢを充電するための比較的燃焼効率の悪い領域におけるエンジン４の作動を抑制して、総合的な燃料消費量を抑制できる。

さらに、走行に伴う振動や騒音が比較的大きい走行中に比較して、停車（駐車）中におけるエンジン４の始動および作動に伴う振動や騒音は、より搭乗者の快適性を阻害する。そこで、この発明の実施の形態によれば、停車（駐車）中におけるエンジン４の始動頻度を低減できるので、より搭乗者に対する快適性（静粛性）を提供することができる。また、同時に、停車（駐車）中における近隣に対する騒音の発生も抑制できる。

なお、この発明の実施の形態においては、動力分割機構によりエンジンの動力を駆動軸とモータジェネレータ（発電機）とに分割させて伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムへの適用例を示した。しかしながら、本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンの出力を用い、発電機により発電された電力を使うモータのみで車両の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド車両にも適用できる。これらの構成は、いずれも駆動軸とモータまたは発電機とが接続されており、減速時の回生エネルギを回収しバッテリに蓄えることが可能であるため本発明が適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両の概略構成図である。 この発明の実施の形態に従うハイブリッド車両を用いた電力システムの概略図である。 図１に示したインバータおよびモータジェネレータの零相等価回路である。 制御装置による充放電制御の一例を示す図である。 制御装置によるＳＯＣ下限値の時間的な変化の一例を示す図である。 制御装置におけるエンジンの始動に係るフローチャートである。 従来の充放電制御における各部の時間波形である。 図７と同様の走行パターンを行なった場合の、この発明の実施の形態に係る充放電制御における各部の時間波形である。 消費電力量と燃料消費率との関係を示す模式図である。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分割機構、４ エンジン、６ シフトポジション選択装置、１０ 直流コンバータ、１２ 電圧値検出部、１４ 電流値検出部、２０，３０，７２ インバータ、２０Ａ，３０Ａ 上アーム、２０Ｂ，３０Ｂ 下アーム、５０ 入力ポート、５５ 商用電源線、６０ 制御装置、６２ シフトポジション選択装置、７０ エアーコンディショナ装置、７４ 圧縮機、８０ 降圧コンバータ、８２ 低圧補機類、９０，９１ 低燃焼効率領域、９２ 高燃焼効率領域、９３ 外部充電、１００ ハイブリッド車両、１５０ 住宅、２００ 電力システム、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力入力ライン、ＡＣＳＴ，ＳＵＢＳＴ 信号、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＤＲＶ 駆動指令、ＥＮ 信号、Ｉｂ 電圧値、ＬＬＩＭ 通常値、＃ＬＬＩＭ 緩和値、ＭＢ 主蓄電装置、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、ＮＥ エンジン回転数、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＰＯＳ 信号、ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２ 信号、ＳＢ 副蓄電装置、ＳＬ１，ＳＬ２ 接地ライン、ＵＬ１，ＵＬ２，ＶＬ１，ＶＬ２，ＷＬ１，ＷＬ２ 相ライン、Ｖｂ 電圧値。

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンと機械的に結合され、前記エンジンの出力を用いて発電する発電手段と、
   前記発電手段により発電された電力によって充電可能に構成された蓄電部と、
   車両の駆動軸と機械的に結合され、前記蓄電部からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動力発生手段と、
   前記蓄電部の充電状態を示す状態値が下限判定値を下回るときに、前記発電手段により前記蓄電部の充電電力を供給するために前記エンジンを始動させる制御部と、
   前記蓄電部からの電力により作動する補機負荷とを備え、
   前記制御部は、
   運転者の操作により複数のシフトポジションのうちいずれが選択されているかを判断するシフトポジション判断手段と、
   前記シフトポジション判断手段により、前記電動力発生手段からの駆動力発生を要求され得るシフトポジションが選択されていると判断されたときに、前記下限判定値を第１の値に設定する第１の下限値設定手段と、
   前記シフトポジション判断手段により、前記電動力発生手段からの駆動力発生を要求され得ないシフトポジションが選択されていると判断されたときに、前記下限判定値を設定する第２の下限値設定手段とを含み、
   前記第２の下限値設定手段は、
   前記補機負荷が非作動中には、前記下限判定値を、前記第１の値より低い第２の値に設定し、
   前記補機負荷が作動中には、前記下限判定値を、前記第２の値より高くかつ前記第１の値より低い、第３の値に設定する、ハイブリッド車両。
2. 前記蓄電部からの電力により前記エンジンを始動させる回転力を発生するように構成された始動手段をさらに備え、
   前記第２の下限値設定手段は、前記エンジンの始動に要する電力を前記蓄電部から前記発電手段へ与えられるように、前記第２の値を決定する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 外部から供給される電力を受入れる電力受入部をさらに備え、
   前記制御部は、前記エンジンの停止中に、前記電力受入部を介して入力される外部電力により前記蓄電部を充電する充電制御手段をさらに含む、請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記駆動力発生を要求され得ないシフトポジションは、パーキングポジションおよびニュートラルポジションの少なくとも一方を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。

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