JP5797271B2

JP5797271B2 - ハイブリッド電気自動車の電源制御装置および制御方法

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Publication number: JP5797271B2
Application number: JP2013534740A
Authority: JP
Inventors: 木内　達雄; 達雄木内
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: WO2013042717A1; JPWO2013042717A1

Description

本発明は、駆動源としてエンジンと電動機を備えるハイブリッド電気自動車のハイブリッド電気自動車の電源制御装置および制御方法に係り、詳しくはブレーキ力保持手段への電源供給技術に関する。

従来、坂道での停車及び発進時に車両が後退しないよう坂道発進を補助する坂道発進補助装置を備えた車両が開発されている。一般的に、坂道発進補助装置とは、ブレーキ配管に電磁弁等のブレーキ力保持手段が設けられている。車両停止時には当該電磁弁を作動させることでブレーキ力（ブレーキ液圧やブレーキエア圧など）を保持し、発進時の適切なタイミングで電磁弁を開放してブレーキ力の保持を解除するものである。

また、駐停車や信号待ちの間にエンジンを自動的に停止させ、発進時に自動的に再始動させることで、燃費や排ガス性能を向上させるいわゆるアイドルストップ・オートスタート（自動停止再始動）技術も開発されている。特に近年は、シフト位置がＤレンジにある状態のままエンジンを自動的に停止及び再始動する自動停止再始動制御もある。

このような自動停止再始動制御を行う車両において、エンジン再始動時に坂道発進補助装置によるブレーキ力が各車輪一斉に解除されないように、少なくとも２組の車輪のブレーキ力解除時期を異ならせる技術が開発されている（特許文献１参照）。

特開２００３−２６０９６０号公報

通常、エンジンの始動はスタータによりエンジンをクランキングすることで行われ、上記特許文献１のような自動停止再始動制御におけるエンジン再始動においても同様である。
しかし、上記特許文献１の車両を含め、一般の車両では１２Ｖバッテリの電力を用いてスタータ及び坂道発進補助装置の電磁弁を作動させるが、エンジン始動時にはスタータにその大部分の電力が用いられ、坂道発進補助装置においてブレーキ力を保持している電磁弁への供給電力が一時的に低下して、当該電磁弁が誤解除されるという問題がある。

例えば、上記特許文献１のように２組の車輪のブレーキ力解除時期を異ならせるとしても、誤解除により適切なタイミングより早くブレーキ力が開放されれば、坂道での車両の後退を招くおそれがある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ブレーキ力保持手段の誤解除を防止し、車両の後退を防ぐことのできるハイブリッド電気自動車の電源制御装置および制御方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明のハイブリッド電気自動車の電源制御装置では、車両の駆動源としてエンジン及び電動機を備えるハイブリッド電気自動車の電源制御装置であって、前記電動機に電力を供給する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリよりも電圧が低く、前記エンジンの始動に要する電力を供給する低電圧バッテリと、前記高電圧バッテリの電圧を降圧して低電圧バッテリに供給可能な電圧変換手段と、前記車両が前記エンジンを停止させた停車状態にあるときに、前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて、前記車両のブレーキ力を保持するブレーキ力保持手段と、前記低電圧バッテリの電圧状態を検出する低電圧バッテリ状態検出手段と、前記エンジンの始動時であり且つ前記ブレーキ力保持手段により前記ブレーキ力を保持している際に、前記低電圧バッテリ状態検出手段により検出される前記低電圧バッテリの電圧が所定電圧より小である場合に、前記電圧変換手段を介して前記高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給する電圧調整制御手段と、を備えたことを特徴としている。
また、本発明のハイブリッド電気自動車の電源制御方法では、車両の駆動源としてエンジン及び電動機を備えるハイブリッド電気自動車の電源制御方法であって、前記ハイブリッド電気自動車は、前記電動機に電力を供給する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリよりも電圧が低く、前記エンジンの始動に要する電力を供給する低電圧バッテリと、前記高電圧バッテリの電圧を降圧して低電圧バッテリに供給可能な電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータと、前記車両が前記エンジンを停止させた停車状態にあるときに、前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて、前記車両のブレーキ力を保持するブレーキ力保持電磁弁とを備え、該方法は、前記低電圧バッテリの電圧を検出するステップと、前記エンジンの始動時であり且つ前記ブレーキ力保持電磁弁により前記ブレーキ力を保持している際に、検出される前記低電圧バッテリの電圧が当該ブレーキ力保持手電磁弁を作動させるのに必要な所定電圧より小となる場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給するステップと、を備えたことを特徴としている。

さらに、本発明のハイブリッド電気自動車の電源制御装置では、所定の停止条件成立時に前記エンジンを自動停止させ停車状態とし、その後所定の始動条件成立時に前記エンジンを始動させるエンジン自動停止再始動制御手段を備えたことを特徴としている。

上記手段を用いる本発明のハイブリッド電気自動車の電源制御装置によれば、エンジンの始動時であって、坂道発進補助等のためにブレーキ力保持手段により、ブレーキ力を保持している際に、当該ブレーキ力保持手段の作動電源である低電圧バッテリの電圧が所定電圧、特に当該ブレーキ力保持手段を作動させるのに必要な所定電圧より小となる場合には、電圧調整制御手段が前記電圧変換手段を介して高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給する。
また、本発明のハイブリッド電気自動車の電源制御方法によれば、エンジンの始動時であって、坂道発進補助等のためにブレーキ力保持電磁弁により、ブレーキ力を保持している際に、当該ブレーキ力保持電磁弁の作動電源である低電圧バッテリの電圧が当該ブレーキ力保持電磁弁を作動させるのに必要な所定電圧より小となる場合には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給する。

これにより、低電圧バッテリの電圧を安定し、低電圧バッテリの電圧降下によるブレーキ力保持手段の誤解除を防止することができ、適切なタイミングでブレーキ力保持を解除できるため確実な坂道発進補助を行うことができる。
こうして、ブレーキ力保持手段の誤解除を防止し、確実に車両の後退を防ぐことができる。

さらなる本発明のハイブリッド電気自動車の電源制御装置によれば、エンジン自動停止再始動制御におけるエンジンの始動時において、低電圧バッテリの電力を用いてエンジンの始動が行われるために比較的大きな電圧降下が生じるのに対して、電圧調整制御手段が前記電圧変換手段を介して高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給する。

これにより、エンジン自動停止再始動制御によるエンジン始動時においても、ブレーキ力保持手段の誤解除を防止し、確実に車両の後退を防ぐことができる。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の電源制御装置の概略構成を示したブロック図である。本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の電源制御装置のＩＳＳＥＣＵが実行する電源制御ルーチンを表したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気自動車の電源制御装置の概略構成を示したブロック図であり、同図に基づき説明する。
図１に示す車両１はハイブリッド電気自動車であり、駆動源であるエンジン２及び電動機４がクラッチユニット６を介して変速機８に接続された構成の駆動装置を備えている。車両１は、これらのエンジン２や電動機４からの駆動力をクラッチユニット６及び変速機８を経て左右の駆動輪１０、１０（例えば後輪）に伝達することにより走行を行うものである。

詳しくは、エンジン２が出力する回転駆動力（以下、単に駆動力という）は入力軸１２を介してクラッチユニット６に入力され、クラッチユニット６内で２系統に分岐される。クラッチユニット６は第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂの２つのクラッチを有しており、クラッチユニット６内で２系統に分岐されたエンジン２の駆動力の一方は第１クラッチ６ａの入力側に伝達され、他方は第２クラッチ６ｂの入力側に伝達されるようになっている。なお、図１では簡略化してブロック図として示しているが、具体的な構成としては、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂは、エンジン２の回転により駆動するポンプ６ｃより供給される油圧に応じて断接可能な湿式多板クラッチである。また、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂは同軸上にて、第１クラッチ６ａは内側、第２クラッチ６ｂは外側に配設されて構成されている。

変速機ユニット８は、第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂに対応して、第１変速機構８ａ（図１のＧ１）及び第２変速機構８ｂ（図１のＧ２）の２系統の変速機構を備えている。第１クラッチ６ａに対応している第１変速機構８ａは、前進用の変速段として第１速、第３速、及び第５速の各変速段を有している。第２クラッチ６ｂに対応している第２変速機構８ｂは、前進用の変速段として第２速、第４速、及び第６速の各変速段を有している。即ち、第１クラッチ６ａの出力側は第１変速機構８ａの入力軸に連結され、第２クラッチ６ｂの出力側は第２変速機構８ｂの入力軸に連結されている。

そして、第１変速機構８ａから出力される駆動力、及び第２変速機構８ｂから出力される駆動力は、いずれもこの共通の出力軸１４を介してデファレンシャル装置１６に伝達され、左右の駆動輪１０、１０に割り振られるようになっている。このようにクラッチユニット６及び変速機ユニット８により、いわゆるデュアルクラッチ式変速機が構成されている。

電動機４は、第２クラッチ６ｂと第２変速機構８ｂとの間に介装されている。具体的には、図示しないが、電動機４は第２クラッチ６ｂの出力軸の外周に配設されている。より詳しくは、電動機４のロータが第２クラッチ６ｂの出力軸の外周に固定され、電動機４のステータがクラッチ６のケーシングに固定されている。つまり、第２クラッチ６ｂが電動機４の回転軸を兼用しており、第２クラッチ６ｂと共にロータがステータの内側で回転し、ロータとステータとの間に発生した磁界による駆動トルクや回生トルクが第２クラッチ６ｂを介して第２変速機構８ｂに入力されるようになっている。

電動機４には、車両１に搭載されたＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）用の高電圧バッテリ２０が接続されている。当該高電圧バッテリ２０は、比較的高電圧（例えば２７０Ｖ）なリチウムイオンバッテリである。当該高電圧バッテリ２０は、図示しないインバータを介して、モータ４に電力を供給することで当該モータ４に駆動トルクを発生させたり、モータ４の回生により発生した電力を蓄電するものである。

また、高電圧バッテリ２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２（電圧変換手段）を介して車両１に搭載された低電圧バッテリ２４と接続されている。
低電圧バッテリ２４は、高電圧バッテリ２０より低い例えば１２Ｖの電圧の鉛蓄電池である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は高電圧バッテリ２０からの高電圧（２７０Ｖ）な電力を、低電圧バッテリ２４に対応した低電圧（１２Ｖ）に降圧して当該低電圧バッテリ２４に供給するものである。

低電圧バッテリ２４は、エンジン２に設けられているオルタネータ２６及びスタータ２８と電気的に接続されている。オルタネータ２６はエンジン２の駆動力により発電を行うものであり、発電された電力は低電圧バッテリ２４に蓄電可能である。スタータ２８は低電圧バッテリ２４からの電力供給を受けて停止状態のエンジン２を始動させるものである。

低電圧バッテリ２４は、その他図示しないヘッドランプ等の各種補機や、各種ＥＣＵ（電子コントロールユニット）等の制御ユニットの電源として電気的に接続されている。
例えば、当該低電圧バッテリ２４は、エンジン自動停止再始動制御を行うＩＳＳ（アイドルストップ・スタート）ＥＣＵ３０（電圧調整制御手段、エンジン自動停止再始動制御手段）に電力供給可能に接続されている。

当該ＩＳＳＥＣＵ３０は、エンジン２、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２、高電圧バッテリ２０のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）や電圧等を検出する高電圧バッテリ状態検出部２０ａ、及び低電圧バッテリ２４のＳＯＣや電圧等を検出する低電圧バッテリ状態検出部２４ａ（低電圧バッテリ状態検出手段）、図示しないシフト位置センサ、ブレーキペダル開度センサ等と接続されており、これらの各種デバイスからの情報を取得したり、制御することが可能である。当該ＩＳＳＥＣＵ３０が行うエンジン自動停止再始動制御は、車両１の運転状態を監視し、所定の停止条件が成立した際にはエンジン２を停止させ（いわゆるアイドルストップ）、その後所定の始動条件が成立した際には、エンジン２を再始動させる。

具体的な停止条件としては、例えばシフト位置がＤレンジであり、車速が０であり、ブレーキペダルの踏込があり、高電圧バッテリ２０のＳＯＣが所定値以上であること等であり、当該停止条件が成立した際には、ＩＳＳＥＣＵ３０はエンジン２における燃料供給を停止させる。
一方、始動条件としては、例えば停止条件が満たされなくなったこと、つまり、ブレーキペダルの踏込がなくなったことや、高電圧バッテリ２０のＳＯＣが所定値より小となった場合等であり、当該始動条件が成立した際には、ＩＳＳＥＣＵ３０はスタータ２８を作動させてエンジン２を再始動する。

また、ＩＳＳＥＣＵ３０は、エンジン２の自動停止から再始動する際に、ブレーキ力が抜けて車両１が後退するのを防止するための坂道発進補助制御も行う。各車輪１０のブレーキ配管には、ブレーキ力を保持可能なブレーキ力保持電磁弁３２、３２（ブレーキ力保持手段）が設けられており、ＩＳＳＥＣＵ３０は各ブレーキ力保持電磁弁３２、３２に低電圧バッテリ２４の電力を供給可能に接続されている。当該ブレーキ力保持電磁弁３２は、電力供給を受けることで閉弁してブレーキ力（ブレーキ液圧やブレーキエア圧など）を保持し、電力供給が停止すると開弁してブレーキ力の保持を解除するものである。

ＩＳＳＥＣＵ３０は坂道発進補助制御として、エンジン２を自動停止させた時点から、低電圧バッテリ２４より各ブレーキ力保持電磁弁３２への電力供給を開始させ、エンジン２を再始動させた所定時期に各ブレーキ力保持電磁弁３２への電力供給を停止してブレーキ力の保持を解除する。
このエンジン２の自動停止時から再始動時における電源の状態について、以下詳しく説明する。

図２を参照すると、ＩＳＳＥＣＵ３０が実行する電源制御ルーチンを表したフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。同フローチャートは、ＩＳＳＥＣＵ３０が、エンジン２を自動停止させた時点、即ちブレーキ力保持電磁弁３２への電力を供給してブレーキ力を保持した時からスタートする。

ＩＳＳＥＣＵ３０は、ステップＳ１として、低電圧バッテリ状態検出部２４ａより低電圧バッテリ２４の電圧を検出し、当該電圧がブレーキ力保持電磁弁を作動させるのに最低限必要な所定電圧より小であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合はステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、ＩＳＳＥＣＵ３０はエンジン２の再始動を行うか否か、即ち、エンジン２の始動条件が成立しているか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合はステップＳ３に進む。

ステップＳ３は、即ち低電圧バッテリ２４の電圧が所定電圧以上であり、且つエンジン２の停止を維持する場合であり、ＩＳＳＥＣＵ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を使用せず、低電圧バッテリ２４のみの電力を用いてブレーキ力保持電磁弁３２への電力供給を行い、当該ルーチンをリターンする。
一方、上記ステップＳ１の判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合、またはステップＳ２の判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、即ち低電圧バッテリ２４の電圧が所定電圧より小であるか、またはエンジン再始動時である場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ＩＳＳＥＣＵ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を使用して、高電圧バッテリ２０の電圧を降圧して低電圧バッテリ２４へと供給し、当該ルーチンを抜ける。つまり、低電圧バッテリ２４の電圧を確保しつつ、エンジン２の再始動及びブレーキ力保持電磁弁３２への電力供給を行う。
以上のように、ＩＳＳＥＣＵ３０は、坂道発進補助のためにブレーキ力保持電磁弁３２によりブレーキ力を保持している際に、当該ブレーキ力保持電磁弁３２の作動電源である低電圧バッテリ２４の電圧が所定電圧より小となる場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して高電圧バッテリ２０の電力を低電圧バッテリ２４に供給する。

また、ＩＳＳＥＣＵ３０は、自動停止再始動制御におけるエンジン２の始動時において、低電圧バッテリ２４の電力を用いてスタータ２８を作動しエンジン２の始動を行なうために比較的大きな電圧降下が生じるのに対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して高電圧バッテリ２０の電力を低電圧バッテリ２４に供給する。

このように、何らかの原因で低電圧バッテリ２４の電圧が低下したときや、低電圧バッテリ２４の電圧が低下しやすい自動停止再始動制御におけるエンジン２の始動時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を用いて低電圧バッテリ２４の電圧を安定させることで、ブレーキ力保持電磁弁３２の誤解除を防止することができる。これにより、適切なタイミングでブレーキ力保持を解除でき、確実に車両１の後退を防ぐことができる。

なお、上記ステップＳ４を経て、エンジン２が再始動し、予定していた適切なタイミングでブレーキ力保持電磁弁３２を開弁した後、電動機４の駆動力によって車両１を発進させる場合には、クラッチユニット６の第１クラッチ６ａ及び第２クラッチ６ｂはそれぞれ切断状態とし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２による高電圧バッテリ２０から低電圧バッテリ２４への電力供給は停止する。これにより、ブレーキ力保持解除後、車両１を発進させるための駆動力として直ちに高電圧バッテリ２０の全電力を利用することができ、坂道等においても円滑な発進を行うことができる。

以上で本発明に係るハイブリッド電気自動車の電源制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、ＩＳＳＥＣＵ３０が電圧調整制御手段として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の使用及び不使用を決定しているが、電圧調整制御手段はＩＳＳＥＣＵに限られるものではない。例えばＤＣ−ＤＣコンバータ自体が電圧調整制御手段を兼ねており、低電圧バッテリ２４の電圧が所定電圧より小、またはエンジン２の再始動時であることを判別して、高電圧バッテリ２０から低電圧バッテリ２４への電力供給を行う構成としても構わない。

また、上記実施形態の車両１の駆動装置は、クラッチユニット６及び変速機ユニット８がデュアルクラッチ式変速機を構成しているが、駆動装置はこれに限られるものではない。
また、上記実施形態では、低電圧バッテリ２４として１２Ｖの鉛蓄電池を用いているが、低電圧バッテリは高電圧バッテリよりも低い電圧なものであればよく、電圧やバッテリの型式はこれに限られるものではない。例えば、低電圧バッテリとして２４Ｖの鉛蓄電池を搭載している車両においても本発明を同様に適用することができる。

１車両
２エンジン
４電動機
６クラッチユニット
８変速機ユニット
８ａ第１変速機構
８ｂ第２変速機構
２０高電圧バッテリ
２０ａ高電圧バッテリ状態検出部
２２ＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧変換手段）
２４低電圧バッテリ
２４ａ低電圧バッテリ状態検出部（低電圧バッテリ状態検出手段）
２６オルタネータ
２８スタータ
３０ＩＳＳＥＣＵ（電圧調整制御手段、エンジン自動停止再始動制御手段）
３２ブレーキ力保持電磁弁（ブレーキ力保持手段）
Ｓ１低電圧バッテリ＜所定電圧？
Ｓ２エンジン再始動？
Ｓ３ＤＣ−ＤＣコンバータ不使用（低電圧バッテリのみ使用）
Ｓ４ＤＣ−ＤＣコンバータ使用（高電圧バッテリ->低電圧バッテリ）

Claims

車両の駆動源としてエンジン及び電動機を備えるハイブリッド電気自動車の電源制御装置であって、
前記電動機に電力を供給する高電圧バッテリと、
前記高電圧バッテリよりも電圧が低く、前記エンジンの始動に要する電力を供給する低電圧バッテリと、
前記高電圧バッテリの電圧を降圧して低電圧バッテリに供給可能な電圧変換手段と、
前記車両が前記エンジンを停止させた停車状態にあるときに、前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて、前記車両のブレーキ力を保持するブレーキ力保持手段と、
前記低電圧バッテリの電圧状態を検出する低電圧バッテリ状態検出手段と、
前記エンジンの始動時であり且つ前記ブレーキ力保持手段により前記ブレーキ力を保持している際に、前記低電圧バッテリ状態検出手段により検出される前記低電圧バッテリの電圧が所定電圧より小である場合に、前記電圧変換手段を介して前記高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給する電圧調整制御手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の電源制御装置。
前記所定電圧は、前記ブレーキ力保持手段を作動させるのに必要な所定電圧であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の電源制御装置。
所定の停止条件成立時に前記エンジンを自動停止させ停車状態とし、その後所定の始動条件成立時に前記エンジンを始動させるエンジン自動停止再始動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド電気自動車の電源制御装置。
車両の駆動源としてエンジン及び電動機を備えるハイブリッド電気自動車の電源制御方法であって、前記ハイブリッド電気自動車は、
前記電動機に電力を供給する高電圧バッテリと、
前記高電圧バッテリよりも電圧が低く、前記エンジンの始動に要する電力を供給する低電圧バッテリと、
前記高電圧バッテリの電圧を降圧して低電圧バッテリに供給可能な電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記車両が前記エンジンを停止させた停車状態にあるときに、前記低電圧バッテリから供給される電力を用いて、前記車両のブレーキ力を保持するブレーキ力保持電磁弁とを備え、
該方法は、
前記低電圧バッテリの電圧を検出するステップと、
前記エンジンの始動時であり且つ前記ブレーキ力保持電磁弁により前記ブレーキ力を保持している際に、検出される前記低電圧バッテリの電圧が前記ブレーキ力保持電磁弁を作動させるのに必要な所定電圧より小となる場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記高電圧バッテリの電力を前記低電圧バッテリに供給するステップと、
を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の電源制御方法。