JP5669846B2 - エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる方法に関する。ここでこのハイブリッド車両は、少なくとも２つの駆動体によって協働で、または別個に駆動され、少なくとも１つの電気的な駆動体は、高圧エネルギーシステムを電気的に充電する。この高圧エネルギーシステムは、低圧エネルギーシステムに電気エネルギーを供給する。ハイブリッド車両の少なくとも１つの制御ユニットへ供給するために、高電圧が低電圧に変換される。さらに本発明は、この方法を実施するための装置に関する。

ハイブリッド駆動構造を備えた車両は内燃機関を有しており、第２の駆動体として主に少なくとも１つの電気機械を有している。従って駆動トルクは、ハイブリッド車両の走行動作中、２つの駆動体によって調達される。電気的な駆動部は、エネルギー蓄積部と接続されている。エネルギー蓄積部は、電気的な駆動部に電気エネルギーを供給する。内燃機関が牽引モードにある場合には、電気的な駆動部はジェネレータとして作動し、これによってエネルギー蓄積部に電気エネルギーが供給され、エネルギー蓄積部に再びエネルギーが充電される。

電気的な駆動部を動作させるためには、高い電圧が必要である。これはエネルギー蓄積部として形成されている高圧バッテリーによって供給される。高圧エネルギーシステムから、低圧エネルギーシステムに、ＤＣ／ＤＣ変換器を介してエネルギーが供給される。

近年では、ハイブリッド車両の製造時にスタータが省かれ、内燃機関はこの電気機械によって始動される。

ハイブリッド車両の高圧エネルギーシステムは常に、高圧バッテリーの充電状態に関してのみ監視されるのではなく、高圧エネルギーシステムの機械的なカバー部が動いているか否か、ないしは開放されているか否かに関しても検査される。カバー部が動いている、ないしは開放されている場合には、高圧エネルギーシステムは迅速に、安全上の考慮からオフされ、これによって、生じ得る火花フラッシュオーバーが阻止される、またはエネルギーシステムでの操作時に操作者が保護される。しかしこれによって結果的に、電気機械にもはや高電圧が供給されなくなり、高圧バッテリーが再充電されなくなる。従って、時間が経つにつれて、ハイブリッド車両の制御機器にエネルギーを供給する低圧エネルギーシステムのバッテリーが空になる。制御機器のエネルギー供給が行われなくなると、ハイブリッド車両はその少し後に走行しなくなる。

本発明の開示
請求項１の特徴部分に記載された構成を有する、本発明による、エネルギーシステム故障時のハイブリッド車両動作方法は、次のような利点を有している。すなわち、低圧エネルギーシステムを介した制御機器のエネルギー供給が電気的な駆動体によって維持される、という利点を有している。高圧エネルギーシステムを切り離した後に、電気的な駆動体は、ユーザにとって安全上危険ではない電圧を形成する状態に移される。この安全上危険ではない電圧は少なくとも１つの制御ユニットの給電のために低圧電圧に変換される。これらのことによって、高圧エネルギーシステムの故障時でも、ハイブリッド車両の緊急動作が常に可能となる。ジェネレータ動作において電気的に作動する電気機械は、低圧エネルギーシステムに対するエネルギー供給のために使用される。これによって、高圧エネルギーシステムの故障時にも充分にエネルギーが供給され、ハイブリッド車両の走行動作に必要な全ての制御機器がこの状態においても機能できる状態に保たれる。

有利には、高圧エネルギーシステム内の故障を確認するために、高い電圧を導く部品、殊に、その機械的なカバー部が観察される。「カバーオープン識別」とも称される、機械的なカバー部の継続的な観察によって、迅速かつ確実に、高圧エネルギーシステム内の故障が識別される。小さいずれによっても、高圧エネルギーシステムはオフされ、運転者および車両が危険にさらされることがなくなる。それにもかかわらず、本発明の方法によって、常に充分にエネルギーが供給され、ハイブリッド車両の立ち往生が確実に阻止される。

ある発展形態では、高圧エネルギーシステム内での故障を確認するために、高圧エネルギーシステムへのコミュニケーション接続、殊にバス接続が監視される。これによって、高圧エネルギーシステムへのコミュニケーション接続、ないしは高圧エネルギーシステム内でのコミュニケーション接続の遮断が確実に識別され、これに続いて、高圧エネルギーシステムがオフされる場合には、電気的な機械が、低圧エネルギーシステムのエネルギー供給部として確実に始動される。

ある実施形態では、操作者にとって安全上危険ではない電圧は約６０Ｖである。これによって、電気機械のシステムないしはその周辺部分で活動し得る運転者が損傷する危険が確実に無くなる。

有利には電気的な駆動体は電気モータとして形成される。これはトルクによって制御されるモードから、電圧によって制御されるモードへと切り換えられる。この電圧制御によって、確実に、約６０Ｖの安全上危険ではない電圧値が継続的に維持され、低圧エネルギーシステムの給電が保証される。

１つの実施形態では、高圧エネルギーシステム内の故障検出時に、ハイブリッド車両の快適走行を担う制御ユニットがオフされる。これによって、ハイブリッド車両の走行動作に必要な全ての制御ユニットに確実にエネルギーが供給されることが保証される。快適動作のため、例えばパワーウィンドウ、空調装置またはリアウィンドウガラスヒーターのための制御機器は、１４Ｖの低圧に変換される３００Ｖの電圧を供給する、高圧エネルギーシステムが再び動作の準備ができている状態になるまで、低圧エネルギーシステムに負荷をかけなくなる。

本発明の別の発展形態は、エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる装置に関する。ここでこのハイブリッド車両は、少なくとも２つの駆動体によって協働で、または別個に駆動され、少なくとも１つの駆動体は高圧エネルギーシステムを電気的に充電し、この高圧エネルギーシステムは低圧エネルギーシステムに電気エネルギーを供給する。この際に高電圧は、ハイブリッド車両の少なくとも１つの制御ユニットへの供給のために低電圧に変換される。高圧エネルギーシステム内で故障が確認されると、これは電気的な駆動体から切り離される。高圧エネルギーシステムの故障時にも、低圧エネルギーシステムを介した制御機器のエネルギー供給を維持するために、手段が設けられている。この手段は、高圧エネルギーシステムの切り離し後に、電気的な駆動体を、ユーザに対して安全上危険ではない電圧を形成する状態にする。この安全上危険ではない電圧は、少なくとも１つの制御ユニットに供給されるために、低い電圧に変換される。電気的な機械が安全上危険ではない電圧を形成し、ここから低圧エネルギーシステムに充分にエネルギーが供給されることによって、ハイブリッド車両の緊急動作が常に可能になる。なぜなら、走行動作に必要な制御ユニットにはエネルギーが充分に供給されるからである。

有利には電気的な駆動体は、パルス変換装置を介して、スイッチング装置と接続されている。これは、高圧エネルギーシステムの障害の無い動作状態においては高圧エネルギーシステムを電気的な駆動体と接続し、高圧エネルギーシステムの故障時にはこの接続を遮断する。高圧エネルギーシステム内の故障検出時に、高圧バッテリー管理のための制御ユニットによって駆動制御される簡単なスイッチング装置によって、故障した高圧エネルギーシステムが、ハイブリッド車両のエネルギー供給網から容易に切り離される。しかも大きな構成上の手間および経費はかからない。

１つの実施形態では、直流電圧変換器の一方がスイッチング装置およびパルス変換装置へと続いており、他方が、低圧エネルギーシステムと接続されている。直流電圧変換器はＤＣ／ＤＣ変換器、すなわち、第１の値の直流電圧を第２の値の直流電圧に変換する変換器である。

１つの発展形態では、この直流電圧変換器は、高電圧を低電圧に変換する第１の動作モードと、安全上危険ではない電圧を低電圧に変換する第２の動作モードとの間で切り換え可能である。従って、直流電圧変換器を僅かに修正することによって充分に、２つのモードにおける動作を保証することができる。これによって、付加的な素子を省くことができる。

有利にはパルス変換装置は次のように構成されている。すなわち、これが自身に印加されている電圧を２つの方向において変換できるように構成されている。従ってパルス変換装置は、電気的な駆動体によって供給される交流電圧を、高圧エネルギーシステム内に供給される直流電圧に変換し、またはその逆も行う。パルス変換装置も、それ自体、ハイブリッド車両の電気システム内に既に設けられている素子であり、ハイブリッド車両の継続的な緊急動作にも使用される。しかも、付加的な素子が準備される必要はない。

１つの実施形態では電気的な駆動体は電気モータとして構成されている。これは、高圧エネルギーシステム、殊に高圧バッテリーを監視するバッテリー管理制御ユニットによる故障通知時には、電気モータ制御ユニットによって、トルク制御動作モードから、安全上危険ではない電圧を供給する電圧制御動作モードに切り換えられる。このようにして電気モータは、低圧搭載電源網に対するエネルギー源として作動する。従ってハイブリッド車両の継続的な前進運動が可能になる。

１つの発展形態では、低圧エネルギーシステムは、低圧バッテリーを含んでいる。これには直流電圧変換器を介して低電圧が供給され、低電圧搭載電源網を介して、制御ユニットに低い電圧を供給する。低電圧バッテリーはここで一定に、ハイブリッド車両の制御ユニットの給電に必要な１４Ｖの直流電圧に充電される。

本発明には多くの実施形態がある。このうちの１つを、図面に基づいて詳細に説明する。

パラレルハイブリッド駆動部の概略部 従来技術に従った、エネルギーシステム内へのハイブリッド駆動部の組み込み 図２に示されたエネルギーシステムの、本願発明による構成の実施例 本発明の方法をあらわす概略的なフローチャート

同じ特徴には、同じ参照番号が付与されている。

図１は、パラレルハイブリッド駆動部を備えた車両の基本図を示している。このハイブリッド駆動部は、第１の駆動ユニットである内燃機関１と、第２の駆動ユニットである電気モータ２とによって形成されている。

内燃機関１は、ドライブトレーン３を介して、ギア４と接続されている。ここでこのギアは、同じように、ホイール軸６上のディファレンシャル５を介して、ホイール７を駆動させる。

電気モータ２は、内燃機関１のシャフト８上に配置されており、これによって同様に、ギア４と接続されているドライブトレーン３とつながっている。ギア４とドライブトレーン３との間には、始動クラッチ１２が配置されている。始動クラッチは、車両の車両運動を開始するために、ドライブトレーン３をギアと接続する。従って電気モータ２は、ホイール７の駆動および車両の総トルクに寄与する。電気モータ２および内燃機関１は、分断クラッチ９を介して相互に接続されている。この分断クラッチ９は、開放状態において、電気モータ２のみを介した車両の駆動を許容する。また、分断クラッチ９の閉鎖状態では、内燃機関１も電気モータ２も、車両の駆動に寄与する。

さらに、電気モータ２は、パワーエレクトロニクス１０を介して、高圧バッテリー１１と接続されている。この高圧バッテリーは、電気モータ２に、そのモーター動作時に電気エネルギーを供給する。択一的に、高圧バッテリー１１は、電気モータのジェネレータ動作時に、電気モータからエネルギー供給される。すなわち、高圧バッテリー１１は電気モータ２を介して充電される。

ハイブリッド車両の各ユニットは、制御機器を介して開ループ制御ないしは閉ループ制御される。従って内燃機関１は、エンジン制御機器１３によって監視される。また電気モータ２は、電気モータ制御機器１４によって開ループ制御される。ギア制御機器１５は、始動クラッチ１２とギア４を監視する。また、ホイール７に配置されているブレーク１６は、ブレーキ管理制御機器１７によって駆動制御される。高圧バッテリー１１および高圧バッテリーに接続されている、ハイブリッド車両の高圧エネルギーシステムも、バッテリー管理制御機器１８によって監視および開ループ制御される。エンジン制御機器１３、電気モータ制御機器１４、ギア制御機器１５、ブレーキ管理制御機器１７およびバッテリー管理制御機器１８はそれぞれ、ユニット１、２、３、４、７、１１、１２の実際状態を検出するセンサＳ、およびユニット１、２、３、４、７、１１、１２を駆動制御するアクチュエータＡと接続されており、車両制御システム１９につながっている。車両制御システムは、内燃機関１、電気モータ２、ギア４、ホイール７、高圧バッテリー１１および始動クラッチ１２等の個々のユニット内の経過を調整する。

電気モータ２を動作させるために、高圧バッテリー１１から供給される高い電圧が必要である。この高い電圧は約３００Ｖであり、１４Ｖの低い電圧に変換される。これは、図２に関連して説明される。

図２は、従来技術の、ハイブリッド車両のエネルギーシステム内へのハイブリッド駆動部の組み込みを示している。電気モータ２は、パルス変換装置２０を介して、高圧バッテリー１１と接続されている。パルス変換装置２０は、高圧バッテリー１１から供給された３００Ｖの直流電圧を、モーターとしての動作のために電気モータ２に供給される交流電圧に変換する。この動作状態では、電気モータ２は、ハイブリッド車両の駆動に寄与する。電気モータ２が電気モータ制御機器１４によってジェネレーター動作に切り換えられると（これはハイブリッド車両の制動過程時である）、電気モータ２は、交流電圧を供給する。この交流電圧は、パルス変換装置２０によって再び直流電圧に変換され、高圧バッテリー１１に供給され、これの負荷を軽減する。

高圧バッテリー１１も、パルス変換装置２０も、ＤＣ／ＤＣ変換器２１と接続されている。このＤＣ／ＤＣ変換器は、高圧バッテリー１１から供給された３００Ｖの直流電圧を、約１４Ｖの低い電圧に変換する。これによって低圧バッテリー２２が充電される。この低圧バッテリーは、ハイブリッド車両の低圧エネルギーシステム内に配置されており、搭載電源網２３を介して、ハイブリッド車両の全ての制御機器に低電圧を供給する。車両の快適機能を制御する、詳細に示されていない制御機器の他に、図１に示されている、エンジン制御機器１３、電気モータ制御機器１４、ギア制御機器１５、ブレーキ管理制御機器１７およびバッテリー管理制御機器１８もこれに属する。

安全上の理由から、特に、高電圧からの保護のために必ず必要な「カバーオープン識別」時に、高圧エネルギーシステム内に故障があることが識別されると、図３に示されているように、高圧バッテリー１１とパルス変換装置２０との間に配置されているスイッチ２４が開放され、高圧バッテリー１１はハイブリッド車両のエネルギーシステムから切り離される。この場合には、低圧エネルギーシステムに対して電圧はもはや供給されない。しかし、走行動作に必要な制御機器、例えばエンジン制御機器１３、電気モータ制御機器１４、ギヤ制御機器１５、ブレーキ管理制御機器１７およびバッテリー管理制御機器１８に対するエネルギー供給を維持するために、電気モータ２がエネルギー源として用いられる。電気モータ２はジェネレーター動作で作動し、６０Ｖの交流電圧を供給する。この電圧は、パルス変換装置２０によって６０Ｖの直流電圧に変換される。スイッチ２４が開放されているので、この６０Ｖの直流電圧がＤＣ／ＤＣ変換器２１に印加される。このＤＣ／ＤＣ変換器２１は、次のように構成されている。すなわち、高圧バッテリー１１によって供給された３００Ｖの電圧を変換するだけでなく、電気モータ２およびパルス変換装置２１によって供給された６０Ｖを１４Ｖの低電圧に変換することもできるように構成されている。１４Ｖのこの低電圧は、低圧バッテリー２２の充電のために用いられる。

電気モータ２によって供給される電圧は６０Ｖに制限されている。従ってこれは危険ではなく、ハイブリッド車両のエネルギーシステムに従事する人間に危害が与えられることはない。

制御機器１３、１４、１５、１７、１８に対する補助エネルギー供給を行うための経過は、図４に基づいて、詳細に説明される。ブロック１０１では、バッテリー管理制御機器１８がハイブリッド車両の高圧エネルギーシステムを監視する。ここでは、高圧バッテリー１１の充電状態だけでなく、ＣＡＮバスシステムとして形成されているコミュニケーションシステムも、高圧バッテリーシステムへの遮断に関して監視される。さらに、高圧バッテリーシステムのカバー部が検査される。これは「カバーオープン識別」（cover open）として知られており、きわめて小さい不規則性も識別される。このような不規則性は、高圧エネルギーシステム内に障害を生じさせることがあり、ハイブリッド車両の安全性を脅かし得る。

バッテリー管理制御機器１８によって故障が識別されると、バッテリー管理制御機器はブロック１０２において、図３に示されているように、高圧バッテリーをオフし、高圧バッテリー１１とパルス変換装置２０との間のスイッチ２４を開放する。さらにバッテリー管理制御機器１８は、コミュニケーション線路に故障が無い場合には、高圧エネルギーシステム内の障害に関する情報を、車両管理システム１９に伝達する。コミュニケーション線路が故障を有している場合には、これは車両管理システム１９によって識別される。

ブロック１０３内では、バッテリー管理システムの指示に従って、ＤＣ／ＤＣ変換器２１が動作モード「変換３００Ｖ→１４Ｖ’」から動作モード「変換６０Ｖ→１４Ｖ’」へと切換られる。

車両管理システム１９は、ブロック１０４において、命令を電気モータ制御機器１４に出力する。この命令は、車両の駆動に寄与している場合に電気モータ２が使用しているトルク制御モードから、電圧制御モードへと電気モータ２を移すという命令である。この電圧制御モードでは、安全上危険ではない６０Ｖの目標電圧に閉ループ制御される。これは次に１４Ｖの低い電圧に変換される。ブロック１０５では、１４Ｖの電圧が供給されるので、ハイブリッド車両の高圧エネルギーシステムが故障した場合にも、ハイブリッド車両は継続的に緊急走行に移される。緊急走行時には、高い電圧を用いずに、さらなる走行が可能である。

Claims (12)

1. エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる方法であって、
   当該ハイブリッド車両は、少なくとも２つの駆動体（１、２）によって協働で、または別個に駆動され、少なくとも１つの電気的な駆動体（２）が高圧エネルギーシステム（１１）を電気的に充電し、当該高圧エネルギーシステムは、低圧エネルギーシステム（２２、２３）に電気エネルギーを供給し、
   ハイブリッド車両の少なくとも１つの制御ユニット（１３、１４、１５、１７、１８）に供給するために高電圧を低電圧に変換し、高圧エネルギーシステム（１１）内で故障を確認すると、当該高圧エネルギーシステムを前記電気的な駆動体（２）から切り離す方法において、
   前記電気的な駆動体（２）はパルス変換装置（２０）を介してスイッチング装置（２４）と接続されており、当該スイッチング装置によって、前記高圧エネルギーシステム（１１）の正常な動作状態時には前記高圧エネルギーシステム（１１）を前記電気的な駆動体（２）と接続し、前記高圧エネルギーシステム（１１）の故障時には当該接続を遮断し、
   前記高圧エネルギーシステム（１１）を切り離した後、走行動作に必要な制御機器へのエネルギー供給を維持するために、前記電気的な駆動体（２）を、前記高圧エネルギーシステム（１１）に対応する高電圧を発電する状態から、ユーザにとって安全上危険ではない電圧を発電する状態に移し、
   当該安全上危険ではない電圧を、前記少なくとも１つの制御ユニット（１３、１４、１５、１７、１８）に供給するために低電圧に変換する、
   ことを特徴とする、エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる方法。
2. 高圧エネルギーシステム（１１）内で故障を確認するために、高電圧を導く部品を監視する、請求項１記載の方法。
3. 高圧エネルギーシステム（１１）内で故障を確認するために、高圧エネルギーシステムへのコミュニケーション接続を監視する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記ユーザにとって安全上危険ではない電圧は６０Ｖである、請求項１記載の方法。
5. 前記電気的な駆動体（２）を電気モータとして構成し、当該電気モータはトルク制御モードから電圧制御モードへ切り換えられる、請求項１または４記載の方法。
6. 前記ハイブリッド車両の、少なくともパワーウィンドウ、空調装置またはリヤウィンドウガラスヒーターの動作を含む快適動作を担う制御ユニットを、前記高圧エネルギーシステム（１１）内で故障が確認された後にオフにする、請求項１記載の方法。
7. エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる装置であって、
   当該ハイブリッド車両は、少なくとも２つの駆動体（１、２）によって協働で、または別個に駆動され、少なくとも１つの電気的な駆動体（２）が高圧エネルギーシステム（１１）を電気的に充電し、当該高圧エネルギーシステムは、低圧エネルギーシステム（２２、２３）に電気エネルギーを供給し、
   ハイブリッド車両の少なくとも１つの制御ユニット（１３、１４、１５、１７、１８）に供給するために高電圧が低電圧に変換され、高圧エネルギーシステム（１１）内で故障が確認されると、当該高圧エネルギーシステムが前記電気的な駆動体（２）から切り離される装置において、
   前記電気的な駆動体（２）はパルス変換装置（２０）を介してスイッチング装置（２４）と接続されており、当該スイッチング装置は、前記高圧エネルギーシステム（１１）の正常な動作状態時には前記高圧エネルギーシステム（１１）を前記電気的な駆動体（２）と接続し、前記高圧エネルギーシステム（１１）の故障時には当該接続を遮断するものであり、
   前記高圧エネルギーシステム（１１）を切り離した後、走行動作に必要な制御機器へのエネルギー供給を維持するために、前記電気的な駆動体（２）を、前記高圧エネルギーシステム（１１）に対応する高電圧を発電する状態から、ユーザにとって安全上危険ではない電圧を発電する状態に移す手段（１４、１９）が設けられており、
   当該安全上危険ではない電圧は、前記少なくとも１つの制御ユニット（１３、１４、１５、１７、１８）に供給するために低電圧に変換される、
   ことを特徴とする、エネルギーシステムの故障時にハイブリッド車両を動作させる装置。
8. 直流電圧変換器（２１）が一方で前記スイッチング装置（２４）と前記パルス変換装置（２０）に接続されており、他方では前記低圧エネルギーシステム（２２、２３）に接続されている、請求項７記載の装置。
9. 前記直流電圧変換器（２１）は、高電圧を低電圧に変換する第１の動作モードと、前記安全上危険ではない電圧を低電圧に変換する第２の動作モードとの間で切換可能である、請求項８記載の装置。
10. 前記パルス変換装置（２０）は、自身に印加された電圧を二方向に変換できるように構成されている、請求項７記載の装置。
11. 前記電気的な駆動体（２）は電気モータとして構成されており、当該電気モータは、高圧エネルギーシステム（１１）である高圧バッテリー（１１）を監視するバッテリー管理制御ユニット（１８）によって故障が通知された場合には、電気モータ制御ユニット（１３）によって、トルク制御動作モードから、電圧制御動作モードに、安全上危険ではない電圧を供給するために、切り換えられる、請求項７記載の装置。
12. 前記低圧エネルギーシステム（２２、２３）は低圧バッテリー（２２）を含んでおり、当該低圧バッテリーには直流電圧変換器（２１）を介して低電圧が供給され、当該低圧バッテリーは前記制御ユニット（１３、１４，１５，１７、１８）に、搭載電源網（２３）を介して低電圧を供給する、請求項７記載の装置。

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