JP5010288B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。
エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両には、エンジンを発電用の駆動源として駆動する一方、電動モータを走行用の駆動源として駆動するようにしたシリーズ方式や、エンジンを車両走行時の主要な駆動源として駆動する一方、電動モータを発進時や加速時に補助的に駆動するようにしたパラレル方式がある。また、シリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせることにより、走行状況に応じてエンジンと電動モータの一方または双方を駆動するようにしたシリーズ・パラレル方式も開発されている。
また、ハイブリッド車両に搭載される電動モータ(例えば永久磁石型同期モータ)には、三相交流を生成するインバータを介して高電圧バッテリが接続されており、インバータによって電動モータのトルクや回転数を制御している。ところで、電動モータやインバータが故障して正常に制御できない場合には、電動モータを速やかに停止するとともにインバータを保護することが重要となっている。そこで、電動モータやインバータに故障が発生した場合には、電動モータの回転数が低下して電動モータから発生する逆起電圧が所定値を下回った後に、高電圧バッテリとインバータとを切り離すようにした制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、電動モータを停止させるとともに電動モータの逆起電圧からインバータを保護することが可能となる。
特開2004−159401号公報
ところで、電動モータやインバータが故障した場合には、インバータを保護するだけでなく、最低限の走行性能を確保して車両を移動させることが重要となっている。ハイブリッド車両にあっては、駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えるため、電動モータやインバータに故障が生じたとしても、エンジンを用いて最低限の走行性能を確保することが可能となる。しかしながら、エンジンのみを用いて走行させる場合であっても、高電圧バッテリよりも低容量の低電圧バッテリから各種制御ユニットやエンジン補機類に対して電力を供給する必要があるため、低電圧バッテリに蓄えられる電力だけでは十分に走行距離を延ばすことが困難となっていた。
本発明の目的は、モータ系が故障した場合であっても十分な距離を走行させることが可能なハイブリッド車両を提供することにある。
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、車両制御系に電力を供給する低電圧電源と、前記電動モータに電力を供給する高電圧電源と、モータ系の故障状態を検出するモータ故障検出手段と、前記高電圧電源と前記低電圧電源との間に設けられ、前記高電圧電源から前記低電圧電源に電力を供給するコンバータと、前記モータ系の故障状態が検出されたときには、前記高電圧電源の蓄電量が所定下限値に達するまで車両状態に応じて前記コンバータを作動させるフェイルセーフ手段とを有することを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、前記モータ系の故障状態が検出されたときに、前記フェイルセーフ手段は前記高電圧電源から前記コンバータ以外の機器に対する電力供給を遮断することを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、前記モータ系の故障状態が検出されたときに運転者に対して故障状態を知らせる通知手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、モータ系の故障時には高電圧電源の蓄電量が所定下限値に達するまで車両状態に応じてコンバータを作動させるようにしたので、高電圧電源から低電圧電源に電力を供給することができ、低電圧電源から車両制御系に供給される電力を十分に確保することが可能となる。これにより、車両制御系の作動状態を正常に保つことができるため、エンジンのみを用いて走行させる場合であっても走行可能距離を延ばすことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の制御装置を示す概略図である。図1に示すように、ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット10には、駆動源としてエンジン11とモータジェネレータ(電動モータ)12とが設けられている。エンジン11やモータジェネレータ12から出力される動力は、トルクコンバータ13や図示しない変速機構を介して各駆動輪に伝達される。なお、図示するパワーユニット10はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン11が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源としてモータジェネレータ12が駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ12を発電駆動させることにより、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することが可能となる。
モータジェネレータ12は、図示しないハウジングに固定されるステータ14と、エンジン11のクランク軸15に連結されるロータ16とを備えており、三相交流によって駆動制御される永久磁石型同期モータとなっている。また、モータジェネレータ12には、インバータ17およびバッテリリレー18を介して高電圧電源である高電圧バッテリ19(例えばリチウムイオンバッテリ)が接続されている。そして、インバータ17を介して高電圧バッテリ19からの直流電流を交流電流に変換するとともに、インバータ17を介して交流電流の電流値や周波数を制御することにより、モータジェネレータ12のトルクや回転数を制御することが可能となる。また、高電圧バッテリ19にはバッテリリレー18を介して高圧系機器20が接続されており、この高圧系機器20である電動エアコン等は高電圧バッテリ19からの電力によって駆動されるようになっている。
また、低電圧電源である低電圧バッテリ21(例えば12Vの鉛蓄電池)は、DC/DCコンバータ22を介して高電圧バッテリ19に接続されている。このコンバータ22を用いて高電圧電流から低電圧電流を生成することができるため、高電圧バッテリ19から低電圧バッテリ21に対して電力を供給することが可能となる。なお、低電圧バッテリ21は、ヘッドライト、テールランプ、ウインカー、ブロワ、エンジン補機類等の低圧系機器23の電源として機能するとともに、インバータ17、コンバータ22、後述する各制御ユニット30〜32等の電源としても機能している。このように、車両制御系として機能する低圧系機器23や各制御ユニット30〜32等は、低電圧バッテリ21からの電力によって作動するようになっている。
また、高電圧バッテリ19にはバッテリ制御ユニット30が接続されており、バッテリ制御ユニット30によって高電圧バッテリ19の充放電が制御されるとともに、電圧、電流、セル温度などに基づき残存容量SOCが算出される。また、エンジン制御ユニット31が設けられており、このエンジン制御ユニット31から、スロットルバルブ、インジェクタ、イグナイタ等に対して制御信号が出力されている。さらに、ハイブリッド制御ユニット32が設けられており、このハイブリッド制御ユニット32から、インバータ17、コンバータ22、バッテリリレー18等に対して制御信号が出力されている。これらの制御ユニット30〜32は、制御信号等を演算するCPUを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するROMや、一時的にデータを格納するRAMを備えている。なお、制御ユニット30〜32は通信ネットワークを介して相互に接続されており、制御ユニット30〜32の相互間において各種情報が共有されるようになっている。
さらに、ハイブリッド制御ユニット32には、車両を運転状態と停止状態とに切り換えるイグニッションスイッチ33、インバータ入力側の電流値を検出する電流センサ34、インバータ入力側の電圧値を検出する電圧センサ35、インバータ出力側の電流値を検出する電流センサ36〜38、低電圧バッテリ21の電圧値を検出する電圧センサ39、運転者に車両の故障状態を知らせる通知手段としての警告灯40、アクセルペダルの踏み込みを検出する図示しないアクセルペダルセンサ、ブレーキペダルの踏み込みを検出する図示しないブレーキペダルセンサ等が接続されている。そして、ハイブリッド制御ユニット32は、各種制御ユニット30,31、スイッチ33、センサ34〜39等から入力される各種情報に基づき車両状態を判定するとともに、インバータ17、エンジン制御ユニット31、バッテリ制御ユニット30に対して制御信号を出力し、モータジェネレータ12、エンジン11、高電圧バッテリ19等を互いに協調させながら制御している。
続いて、モータ系に故障が発生した場合に実行されるフェイルセーフ制御について説明する。ここで、図2は高電圧バッテリ19の残存容量変化と低電圧バッテリ21の電圧変化とを示す説明図であり、図2にはフェイルセーフ制御が実行された状況での変化が示されている。なお、モータ系とは、モータジェネレータ12、インバータ17、電流センサ34,36〜38、電圧センサ35,39、通電ライン等によって構成されるシステムを意味している。
まず、図1に示すように、モータ故障検出手段として機能するハイブリッド制御ユニット32は、電流センサ34,36〜38や電圧センサ35,39から出力される電流値や電圧値を監視しており、これらの電流値や電圧値に基づいてモータ系が故障状態であるか否かを判定している。例えば、インバータ17からモータジェネレータ12に対して供給される電流値Iu,Iv,Iwは、正常時においてそのピーク値がほぼ一致するため、電流センサ36〜38によって検出される個々のピーク値が異なる値を示す場合には、ステータコイルや通電ラインに断線が発生していると判定される。このようなモータ系の故障状態が検出されると、フェイルセーフ手段として機能するハイブリッド制御ユニット32は、エンジン11とモータジェネレータ12との一方または双方を駆動源として制御する通常制御から、エンジン11のみを駆動源として制御するフェイルセーフ制御に制御方法を切り換えるようにしている。
通常制御からフェイルセーフ制御に切り換える際には、バッテリリレー18を切り換えてインバータ17と高電圧バッテリ19とを電気的に切り離すことにより、電力供給を遮断してモータジェネレータ12の駆動制御を停止させる。続いて、ハイブリッド制御ユニット32は、運転者の操作状況や車両の走行状況に応じてエンジン11の駆動状態を制御することにより、制御方法を通常制御からフェイルセーフ制御に切り換えて最低限の走行性能を確保するようにしている。なお、高速回転するモータジェネレータ12に過大な誘起電圧が発生している場合には、モータジェネレータ12の回転数を低下させてからインバータ17と高電圧バッテリ19とを切り離すようにしても良い。
また、エンジン11のみを駆動源として使用するフェイルセーフ制御であっても、低電圧バッテリ21から各種補機類や各種制御ユニット30〜32に対して電力を供給する必要があるため、最低限の走行性能を確保するためには低電圧バッテリ21の電力枯渇を回避することが必要となっている。そこで、図2に示すように、フェイルセーフ制御においてハイブリッド制御ユニット32は、低電圧バッテリ21が所定の電圧下限値を下回ると判断したときには、低電圧バッテリ21が所定の電圧上限値に達するまで、コンバータ22を作動状態(オン状態)に切り換えて高電圧バッテリ19から低電圧バッテリ21に対する充電制御を実行する。さらに、ハイブリッド制御ユニット32は、過放電を防止して高電圧バッテリ19を保護するため、高電圧バッテリ19の残存容量(蓄電量)SOCが所定のSOC下限値(所定下限値)に達した場合には、コンバータ22を停止状態(オフ状態)に切り換えて低電圧バッテリ21に対する充電制御を停止させるようにしている。
このように、高電圧バッテリ19の残存容量SOCが所定下限値に達するまで車両状態に応じてコンバータ22を作動させるようにしたので、高電圧バッテリ19からの電力を低電圧バッテリ21に充電することができ、低電圧バッテリ21から各種制御ユニット30〜32や各種補機類に対して長時間に渡って電力を供給することが可能となる。これにより、エンジン11のみを用いて走行させるフェイルセーフ制御を実行する場合であっても、各種制御ユニット30〜32やエンジン補機類等の作動状態を長時間に渡って正常に保つことができるため、走行可能距離を十分に確保して車両を安全な場所に移動させることができ、ハイブリッド車両の安全性を向上させることが可能となる。しかも、高電圧バッテリ19の残存容量SOCが所定下限値を下回ることのないように、コンバータ22を制御するようにしたので、過放電によって劣化するおそれのある高電圧バッテリ19を確実に保護することが可能となる。
また、フェイルセーフ制御において、ハイブリッド制御ユニット32は、高電圧バッテリ19からインバータ17や高圧系機器20を切り離すとともに、高電圧バッテリ19にコンバータ22のみを接続するように、バッテリリレー18の作動状態を切換制御している。つまり、高電圧バッテリ19からコンバータ22以外の機器を切り離すことにより、高電圧バッテリ19の消費電力を抑制するようにしたので、低電圧バッテリ21を充電するための電力を十分に確保することができ、フェイルセーフ制御における走行可能距離を延ばすことが可能となる。さらに、フェイルセーフ制御時には、ハイブリッド制御ユニット32からの制御信号によって警告灯40を点灯させることにより、運転者に対してモータ系の故障状態を通知する構造となっている。
以下、前述したコンバータ切換制御をフローチャートに従って説明する。ここで、図3はコンバータ切換制御の実行手順を示すフローチャートである。図3に示すように、ステップS1では、イグニッションスイッチ33がオン状態であるか否かが判定される。イグニッションスイッチ33がオフ状態であると判定された場合には、ステップS2に進み、コンバータ22がオフ状態に切り換えられる。一方、ステップS1において、イグニッションスイッチ33がオン状態であると判定された場合には、ステップS3において、コンバータ22の作動条件が成立しているか否かが判定される。低電圧バッテリ21の電圧が十分に確保されている場合など、コンバータ22の作動条件が成立していない場合には、ステップS2に進み、コンバータ22がオフ状態に切り換えられる一方、低電圧バッテリ21の電圧が低下している場合など、コンバータ22の作動条件が成立している場合には、ステップS4に進み、モータ系に故障が発生しているか否かが判定される。
ステップS4において、モータ系が故障していると判定された場合には、ステップS5に進み、高電圧バッテリ19の残存容量SOCが所定の下限値を上回っているか否かが判定される。ステップS5において、残存容量SOCが下限値を上回ると判定された場合には、高電圧バッテリ19から低電圧バッテリ21に対して電力を供給することが可能であるため、ステップS6に進み、コンバータ22がオン状態に切り換えられる。一方、ステップS5において、残存容量SOCが下限値を下回ると判定された場合には、過放電から高電圧バッテリ19を保護するため、ステップS2に進み、コンバータ22がオフ状態に切り換えられる。なお、ステップS3においてコンバータ22の作動条件が成立していると判定され、ステップS4においてモータ系が故障していないと判定された場合には、ステップS6に進み、コンバータ22がオン状態に切り換えられる。
このように、高電圧バッテリ19の残存容量SOCが所定下限値に達するまで、コンバータ22を作動させて高電圧バッテリ19から低電圧バッテリ21に充電を施すようにしたので、低電圧バッテリ21から各種制御ユニット30〜32や各種補機類に電力を供給することができ、フェイルセーフ制御における走行可能距離を十分に確保することが可能となる。しかも、高電圧バッテリ19の残存容量SOCが下限値に達した場合には、コンバータ22を停止状態に切り換えるようにしたので、過放電を回避して高電圧バッテリ19を保護することが可能となる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、モータジェネレータ12に電力を供給する高電圧バッテリ19としては、リチウムイオンバッテリに限られることはなく、キャパシタや他の形式のバッテリであっても良い。同様に、低電圧バッテリ21についても、鉛蓄電池に限られることなく、キャパシタや他の形式のバッテリを用いることが可能である。
また、前述の説明では、高電圧バッテリ19の残存容量SOCが所定の下限値に達するまで、コンバータ22の作動を許可するようにしているが、高電圧バッテリ19の電圧値が所定の下限値に達するまで、コンバータ22の作動を許可するようにしても良い。さらに、運転者にモータ系の故障状態を知らせるため、警告灯40を点灯させるようにしているが、警告灯40に限られることはなく、通知手段として警告ブザーを用いるようにしても良い。
さらに、図示する場合には、パラレル方式のハイブリッド車両に本発明の制御装置を適用しているが、これに限られることはなく、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明の制御装置を適用することも可能である。
本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の制御装置を示す概略図である。 高電圧バッテリの残存容量変化と低電圧バッテリの電圧変化とを示す説明図である。 コンバータ切換制御の実行手順を示すフローチャートである。
符号の説明
11 エンジン
12 モータジェネレータ(電動モータ,モータ系)
17 インバータ(モータ系)
19 高電圧バッテリ(高電圧電源)
21 低電圧バッテリ(低電圧電源)
22 DC/DCコンバータ(コンバータ)
23 低圧系機器(車両制御系)
30 バッテリ制御ユニット(車両制御系)
31 エンジン制御ユニット(車両制御系)
32 ハイブリッド制御ユニット(モータ故障検出手段,フェイルセーフ手段)
34 電流センサ(モータ系)
35 電圧センサ(モータ系)
36〜38 電流センサ(モータ系)
39 電圧センサ(モータ系)
40 警告灯(通知手段)

Claims (3)

  1. 駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
    車両制御系に電力を供給する低電圧電源と、
    前記電動モータに電力を供給する高電圧電源と、
    モータ系の故障状態を検出するモータ故障検出手段と、
    前記高電圧電源と前記低電圧電源との間に設けられ、前記高電圧電源から前記低電圧電源に電力を供給するコンバータと、
    前記モータ系の故障状態が検出されたときには、前記高電圧電源の蓄電量が所定下限値に達するまで車両状態に応じて前記コンバータを作動させるフェイルセーフ手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記モータ系の故障状態が検出されたときに、前記フェイルセーフ手段は前記高電圧電源から前記コンバータ以外の機器に対する電力供給を遮断することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  3. 請求項1記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記モータ系の故障状態が検出されたときに運転者に対して故障状態を知らせる通知手段を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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