JP5098399B2 - 出力管理装置およびこれを備える車両並びに出力管理方法，車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、充放電可能な蓄電手段の出力を管理する出力管理装置およびこれを備える車両並びに出力管理方法，車両の制御方法に関する。

従来、この種の出力管理装置としては、車両に搭載され、アクセル開度やエンジンの始動要求に基づいてバッテリの定格出力を超える超過出力要求がなされたときには、アクセル開度やバッテリの温度に基づいて超過出力を設定し、設定した超過出力までのバッテリの出力を許可するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、アクセル開度やバッテリの温度に基づいて超過出力を設定することにより、バッテリの性能を発揮するものとしている。
特開２００２−５８１１３号公報

このように、搭載しているバッテリの性能を十分に発揮することによりバッテリを小型化したりバッテリの電力を用いるモータの性能アップを図ることは重要な課題の一つとして考えられている。ここで、バッテリの出力特性は、バッテリの種類によって大きく異なる場合があるから、バッテリからの出力の設定もバッテリの種類に対応したものが求められる。特に、冷間時にエンジンを始動する際にはバッテリから十分な出力が得られない場合が多いから、バッテリの性能を十分に発揮できるようにすることが望ましい。

本発明の出力管理装置および出力管理方法は、二次電池などの蓄電手段の性能を発揮することを目的の一つとする。また、本発明の車両および車両の制御方法は、二次電池などの蓄電手段の性能を発揮して内燃機関の始動性をより向上させることを目的の一つとする。

本発明の出力管理装置およびこれを備える車両並びに出力管理方法，車両の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

充放電可能な蓄電手段の出力を管理する出力管理装置であって、
前記蓄電手段の残容量を演算する残容量演算手段と、
前記蓄電手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには該定格出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには前記演算された蓄電手段の残容量と前記検出された蓄電手段の温度とに基づいて前記定格出力を超える出力を該蓄電手段の出力制限に設定する出力制限設定手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の出力管理装置では、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには定格出力を蓄電手段の出力制限に設定し、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには蓄電手段の残容量と蓄電手段の温度とに基づいて定格出力を超える出力を蓄電手段の出力制限に設定する。したがって、蓄電手段の性能をより発揮することができる。ここで、「蓄電手段」として高残容量依存性の出力特性を有するもの、例えばリチウムイオン二次電池を用いるものとすれば出力管理装置の効果をより顕著なものとすることができる。

こうした本発明の出力管理装置において、前記出力制限設定手段は、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには、前記演算された蓄電手段の残容量が大きいほど大きくなる傾向に前記出力制限を設定する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の出力管理装置において、前記出力制限設定手段は、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには、前記検出された蓄電手段の温度が充放電に適した適正温度に近づくほど大きくなる傾向に前記出力制限を設定する手段であるものとすることもできる。

さらに、駆動装置に搭載された本発明の出力管理装置において、前記駆動装置は、内燃機関と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段とを備え、前記出力制限設定手段は、前記検出された蓄電手段の温度が所定温度未満の状態で前記内燃機関を始動する際に前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているとして、前記演算された蓄電手段の残容量と前記検出された蓄電手段の温度とに基づいて前記出力制限を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の性能を発揮して内燃機関の始動性をより向上させることができる。この態様の本発明の出力管理装置において、前記出力制限設定手段は、前記検出された蓄電手段の温度が所定温度未満の状態で前記内燃機関を始動する際には、該始動が完了するまでの時間に亘って前記演算された蓄電手段の残容量と前記検出された蓄電手段の温度のもとで該蓄電手段から出力できる最大出力を前記出力制限に設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、低温時の蓄電手段の性能を発揮して内燃機関の始動性をよりスムーズに行なうことができる。

本発明の車両は、
内燃機関と、
充放電可能な蓄電手段と、
該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段と、
前記蓄電手段の出力を管理する上述した各態様のいずれかの本発明の出力管理装置と、
前記内燃機関の始動が要求されたときには、前記出力管理装置によって設定された前記出力制限の範囲内で前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する始動制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両では、上述した各態様のいずれかの本発明の出力管理装置によって設定された蓄電手段の出力制限の範囲内で内燃機関が始動されるよう始動手段を制御するから、蓄電手段の能力を発揮して内燃機関の始動性をより向上させることができる。

こうした本発明の車両において、前記始動手段は、前記車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸に対して独立して回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力により前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機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、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力する発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちの２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に入出力する３軸式動力入出力手段とを備える手段であるものとすることもできる。

本発明の出力管理方法は、
充放電可能な蓄電手段の出力を管理する出力管理方法であって、
前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには該定格出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには該蓄電手段の残容量と温度とに基づいて該定格出力を超える出力を該蓄電手段の出力制限に設定する
ことを特徴とする。

この本発明の出力管理方法によれば、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには定格出力を蓄電手段の出力制限に設定し、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには蓄電手段の残容量と蓄電手段の温度とに基づいて定格出力を超える出力を蓄電手段の出力制限に設定する。したがって、蓄電手段の性能をより発揮することができる。ここで、「蓄電手段」として高残容量依存性の出力特性を有するもの、例えばリチウムイオン二次電池を用いるものとすれば出力管理装置の効果をより顕著なものとすることができる。

本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段とを備える車両の制御方法であって、
前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには該定格出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには該蓄電手段の残容量と温度とに基づいて該定格出力を超える出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、
前記内燃機関を始動する際には、前記設定された蓄電手段の出力制限の範囲内で前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する
ことを特徴とする。

この本発明の車両の制御方法によれば、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには定格出力を蓄電手段の出力制限に設定し、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには蓄電手段の残容量と蓄電手段の温度とに基づいて定格出力を超える出力を蓄電手段の出力制限に設定し、内燃機関を始動する際には、設定された蓄電手段の出力制限の範囲内で内燃機関が始動されるよう始動手段を制御する。したがって、蓄電手段の性能を発揮して内燃機関の始動性をより向上させることができる。

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、本発明の一実施例である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、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油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の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４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を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２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。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも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４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることに
なる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも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ＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４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ＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。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モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２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。

バッテリ５０は、高い残容量依存性と高い温度依存性の出力特性をもつリチウムイオン二次電池として構成されており、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、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０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、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された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。

ハイブリッド用電子制御ユニット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。ハイブリッド用電子制御ユニット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，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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４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、エンジンＥＣＵ２４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。

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、車両のシステム起動に伴ってエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるシステム起動時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図３はこうしたエンジン２２の始動制御に用いられるバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを管理するためのバッテリＥＣＵ５２により実行される出力管理ルーチンの一例を示すフローチャートである。ここで、システム起動時始動制御ルーチンは、イグニッションスイッチ８０がオンされて車両のシステム起動を行なう際にエンジン２２の冷却水温が所定温度未満などの所定のエンジン始動条件が成立しているときに実行される。また、出力管理ルーチンは、所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。以下に、まず、システム起動時始動制御ルーチンについて説明し、その後、システム起動時始動制御ルーチンで用いられる出力管理ルーチンについて説明する。

システム起動時始動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１やエンジン２２の回転数Ｎｅ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなどの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、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は、回転位置検出センサ４３により検出されるモータＭＧ１の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、エンジン２２の回転数Ｎｅは、エンジン２２に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサなどにより検出されて求められた回転数ＮｅをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。出力制限Ｗｏｕｔは、図３に例示する出力管理ルーチンにより設定される出力制限ＷｏｕｔをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、始動時のトルクマップとエンジン２２の始動開始からの経過時間ｔとに基づいてモータＭＧ１のモータトルクＴｍ１ｔｍｐを設定する（ステップＳ１１０）。エンジン２２の始動時にモータＭＧ１のモータトルクＴｍ１ｔｍｐを設定するトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを図４に示す。実施例のトルクマップは、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１の直後からレート処理を用いて比較的大きなトルクをモータトルクＴｍ１ｔｍｐに設定してエンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ２にエンジン２２を安定して回転数Ｎｒｅｆ以上でモータリングすることができるトルクをモータトルクＴｍ１ｔｍｐに設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにおける反力を小さくする。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｒｅｆに至った時間ｔ３からレート処理を用いてモータトルクＴｍ１ｔｍｐを値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ５から発電用のトルクをモータトルクＴｍ１ｔｍｐに設定する。ここで、回転数Ｎｒｅｆは、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数である。

続いて、入力したバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で割ったものをモータＭＧ１から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに設定し（ステップＳ１２０）、設定したトルク制限Ｔｍ１ｍａｘとモータトルクＴｍ１ｔｍｐとのうち小さい方をモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ１３０）。いま、車両のシステム起動に伴ってエンジン２２を始動するときを考えているから、リングギヤ軸３２ａの回転は停止している。このため、損失を考えなければ、モータＭＧ２から如何なるトルクが出力されてもモータＭＧ２は電力消費しない。したがって、式（１）を用いてトルク制限Ｔｍ１ｍａｘを設定すると共にこのトルク制限Ｔｍ１ｍａｘを上限としてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定することにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２をモータリングすることができる。

Tm1max=Wout/Nm1 (1)

トルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて次式（２）によりモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１４０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１５０）。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に相当するトルクがモータＭＧ１，ＭＧ２から出力されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。エンジン２２をモータリングしているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を図５に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。式（２）を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、エンジン２２のモータリングに伴ってリングギヤ軸３２ａに出力されるトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）はモータＭＧ２からの出力されるトルクによってキャンセルされるから、リングギヤ軸３２ａにはトルクは何ら作用しない。

Tm2*=(Tm1*/ρ)/Gr (2)

そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数Ｎｒｅｆ以上に至っているか否かを判定する（ステップＳ１６０）。エンジン２２のモータリングを開始した直後を考えると、エンジン２２の回転数Ｎｅは小さく、回転数Ｎｒｅｆには至っていない。このとき、この判定では否定的な結論がなされ、燃料噴射制御や点火制御が開始されることなくステップＳ１００に戻ってステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。エンジン２２のモータリングが継続されてステップＳ１６０でエンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｒｅｆ以上に至ったと判定されると、燃料噴射制御と点火制御とが開始されるよう制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ１７０）、エンジン２２が完爆したと判定されるまで待って（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。

次に、システム起動時始動制御ルーチンに用いられるバッテリ５０の出力管理ルーチンについて説明する。出力管理ルーチンが実行されると、バッテリＥＣＵ５２のＣＰＵは、まず、温度センサ５１からのバッテリ５０の電池温度Ｔｂやバッテリ５０の残容量ＳＯＣを入力し（ステップＳ２００）、エンジン２２が始動中か否かを判定すると共に入力した電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ未満か否かを判定する（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）。ここで、所定温度Ｔｂｒｅｆは、バッテリ５０の定格出力の範囲内でエンジン２２の始動を良好に行なうことができるか否かを判定するための閾値であり、例えば−１５℃や−１０℃，−５℃などのようにバッテリ５０の性能によって予め設定されている。エンジン２２が始動中でないと判定されたり電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ以上と判定されたときには、出力制限設定用マップとして通常時用のマップを設定すると共に（ステップＳ２３０）、設定した通常時用の出力制限設定用マップを用いて入力した残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。通常時用の出力制限設定用マップの一例を図６に示す。通常時用の出力制限設定用マップは、バッテリ５０の定格出力を設定するためのマップとして作成されているものである。

一方、エンジン２２が始動中で且つ電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ未満のときには、出力制限設定用マップとして冷間始動時用のマップを設定すると共に（ステップＳ２５０）、設定した冷間始動時用の出力制限設定用マップを用いて入力した残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定して（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。冷間始動時用の出力制限設定用マップの一例を図７に示す。なお、図中の破線に、通常時用の出力制限設定用マップの一部を示した。図示するように、冷間始動時用の出力制限設定用マップでは、同一の残容量ＳＯＣおよび電池温度Ｔｂのもとで通常時用の出力制限設定用マップで設定されるバッテリ５０の定格出力を超える出力が出力制限Ｗｏｕｔとして設定され、具体的には、エンジン２２の始動を開始してからその始動が完了するまでに亘って（例えば１秒や２秒など）残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂのもとでバッテリ５０から出力できる最大電力またはそれよりも若干小さい電力として設定され、残容量ＳＯＣが大きいほど且つ電池温度Ｔｂが適正温度（バッテリ５０が最適に動作する温度）に近いほど大きくなる傾向に設定される。前述したように、バッテリ５０はリチウムイオン二次電池として構成されており、リチウムイオン二次電池は高い残容量依存性の出力特性をもつことが知られているから、電池温度Ｔｂに加えて残容量ＳＯＣも考慮に入れて出力制限Ｗｏｕｔを設定することにより、バッテリ５０の能力を最大限発揮させることができる。極低温時にエンジン２２を始動する際に通常時用の出力制限設定用マップを用いてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定すると、電池温度Ｔｂの低下に伴って出力制限Ｗｏｕｔには比較的小さな値が設定されるから、ステップＳ１２０で計算されるトルク制限Ｔｍ１ｍａｘも小さくなり、ステップＳ１３０でモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は大きく制限される。このため、エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯に長く留まって車両に振動が生じたり、場合によってはエンジン２２を始動することができなくなる。実施例では、極低温時にエンジン２２を始動する際には、冷間始動時用の出力制限設定用マップを用いて出力制限Ｗｏｕｔを設定するから、バッテリ５０の能力を発揮してエンジン２２の始動をスムーズに行なうことができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ未満の状態でエンジン２２を始動する際には、冷間始動時用の出力制限設定用マップを用いて残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の定格出力を超える出力を出力制限Ｗｏｕｔに設定し、設定した出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２をモータリングして始動するから、バッテリ５０の能力を発揮させて極低温時のエンジン２２の始動をスムーズに行なうことができる。しかも、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ以上のときには、通常時用の出力制限設定用マップを用いてバッテリ５０の定格出力を出力制限Ｗｏｕｔに設定するから、バッテリ５０に過大な負担が掛かるのをできる限り抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ以上の状態でエンジン２２を始動する際には定格出力をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとしたが、定格出力を超える出力をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとしてもよい。この場合、残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて定格出力を超える出力を出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとしてもよいし、残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて定格出力を設定すると共に定格出力を超える分の超過出力を電池温度Ｔｂに基づいて設定し超過出力を定格出力に加えたものを出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとしてもよいし、残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて定格出力を設定すると共に設定した定格出力に所定値を加えたものを出力制限Ｗｏｕｔに設定するものとしてもよい。

実施例ハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図８における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続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の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備え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と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備えるものとしたが、エンジンからの動力を変速して車軸に接続された駆動軸に出力する変速機と、駆動軸に動力を出力する電動機と、エンジンをクランキングするクランキング用電動機と、両電動機と電力をやり取りするバッテリとを備えるものとしてもよい。

実施例では、バッテリの出力管理をハイブリッド自動車２０，１２０，２２０に搭載されたバッテリ５０の出力管理に適用するものとして説明したが、ハイブリッド自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載されたバッテリの出力管理装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれたバッテリの出力管理装置の形態としても構わない。さらに、こうした出力管理装置の制御方法の形態としてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ５０の充放電電流を積算して残容量ＳＯＣを演算するバッテリＥＣＵ５２が「残容量演算手段」に相当し、温度センサ５１が「温度検出手段」に相当し、通常時には通常時用の出力制限設定用マップを用いて定格出力をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに設定し、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ未満でエンジン２２を始動するときには冷間始動時用の出力制限設定用マップを用いて残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定する図３の出力管理ルーチンを実行するバッテリＥＣＵ５２が「出力制限設定手段」に相当する。また、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１と動力分配統合機構３０とモータＭＧ２との組み合わせが「始動手段」に相当し、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２がモータリングされるようモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｒｅｆ以上に至ったときに燃料噴射制御と点火制御の開始指示をエンジンＥＣＵ２４に送信する図２のシステム起動時始動制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受けてモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０と燃料噴射制御と点火制御の開始指示を受けてエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とが「始動制御手段」に相当する。また、モータＭＧ１と動力分配統合機構３０との組み合わせが「電力動力入出力手段」に相当する。また、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当する。ここで、「蓄電手段」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ５０に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池などの他のタイプの蓄電手段としても構わない。「残容量演算手段」としては、バッテリ５０の充放電電流を積算して残容量ＳＯＣを演算するものに限定されるものではなく、蓄電手段の残容量を演算するものであれば如何なるものであっても構わない。「出力制限設定手段」としては、通常時には通常時用の出力制限設定用マップを用いて定格出力をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに設定し、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｒｅｆ未満でエンジン２２を始動するときには冷間始動時用の出力制限設定用マップを用いて残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定するものに限定されるものではなく、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされていないときには定格出力を蓄電手段の出力制限に設定し、蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには蓄電手段の残容量と温度とに基づいて定格出力を超える出力を蓄電手段の出力制限に設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「始動制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とモータＥＣＵ４０とエンジンＥＣＵ２４との組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機として構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれかに軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明の実施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、自動車製造産業に利用可能である。

本発明の一実施例である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により実行されるシステム起動時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施例のバッテリＥＣＵ５２により実行される出力管理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 始動時のトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す説明図である。 エンジン２２をモータリングしているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 通常時用の出力制限設定用マップの一例を示す説明図である。 冷間始動時用の出力制限設定用マップの一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、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、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ、２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (12)

1. 内燃機関と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段とを備える駆動装置に搭載され、前記蓄電手段の出力を管理する出力管理装置であって、
   前記蓄電手段の残容量を演算する残容量演算手段と、
   前記蓄電手段の温度を検出する温度検出手段と、
   前記内燃機関の冷間始動時でない通常時には前記演算された残容量と前記検出された温度とに基づいて定格出力を前記蓄電手段の出力制限に設定し、前記内燃機関の冷間始動時には該内燃機関の始動を開始してからその始動が完了するまでに亘って前記演算された残容量と前記検出された温度のもとで前記定格出力を超えて該蓄電手段から出力できる最大出力を該蓄電手段の出力制限に設定する出力制限設定手段と
   を備える出力管理装置。
2. 前記出力制限設定手段は、前記内燃機関の冷間始動時には、同一の残容量および温度のもとで前記通常時に設定される定格出力を超える出力を前記蓄電手段の出力制限に設定する手段である請求項１記載の出力管理装置。
3. 前記出力制限設定手段は、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには、前記演算された蓄電手段の残容量が大きいほど大きくなる傾向に前記出力制限を設定する手段である請求項１または２記載の出力管理装置。
4. 前記出力制限設定手段は、前記蓄電手段の定格出力を超える出力の要求がなされているときには、前記検出された蓄電手段の温度が充放電に適した適正温度に近づくほど大きくなる傾向に前記出力制限を設定する手段である請求項１ないし３いずれか１項に記載の出力管理装置。
5. 前記蓄電手段は、高残容量依存性の出力特性を有する手段である請求項１ないし４いずれか１項に記載の出力管理装置。
6. 前記蓄電手段は、リチウムイオン二次電池である請求項５記載の出力管理装置。
7. 内燃機関と、
   充放電可能な蓄電手段と、
   該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段と、
   前記蓄電手段の出力を管理する請求項１ないし６いずれか１項に記載の出力管理装置と、
   前記内燃機関の始動が要求されたときには、前記出力管理装置によって設定された前記出力制限の範囲内で前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する始動制御手段と
   を備える車両。
8. 前記始動手段は、前記車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸に対して独立して回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力により前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機とを備える手段である請求項７記載の車両。
9. 前記電力動力入出力手段は、動力を入出力する発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちの２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に入出力する３軸式動力入出力手段とを備える手段である請求項７記載の車両。
10. 内燃機関と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段とを備える駆動装置に搭載され、前記蓄電手段の出力を管理する出力管理方法であって、
    前記内燃機関の冷間始動時でない通常時には前記蓄電手段の残容量と該蓄電手段の温度とに基づいて定格出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、前記内燃機関の冷間始動時には該内燃機関の始動を開始してからその始動が完了するまでに亘って前記残容量と前記温度のもとで前記定格出力を超えて前記蓄電手段から出力できる最大出力を該蓄電手段の出力制限に設定する
    ことを特徴とする出力管理方法。
11. 前記内燃機関の冷間始動時には、同一の残容量および温度のもとで前記通常時に設定される定格出力を超える出力を前記蓄電手段の出力制限に設定することを特徴とする請求項１０記載の出力管理方法。
12. 内燃機関と、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段の充放電を伴って前記内燃機関を始動する始動手段とを備える車両の制御方法であって、
    前記内燃機関の冷間始動時でない通常時には前記蓄電手段の残容量と該蓄電手段の温度とに基づいて定格出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、前記内燃機関の冷間始動時には該内燃機関の始動を開始してからその始動が完了するまでに亘って前記残容量と前記温度のもとで前記定格出力を超えて前記蓄電手段から出力できる最大出力を該蓄電手段の出力制限に設定し、
    前記内燃機関を始動する際には、前記設定された蓄電手段の出力制限の範囲内で前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段を制御する
    車両の制御方法。
    

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