JP5878701B2 - ハイブリッド車両のバッテリ保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両のバッテリ保護方法に関し、より詳しくは、ハイブリッド車両において、走行中にモータ及びインバータシステムに故障が生じた場合、バッテリの過充電を防止できるハイブリッド車両のバッテリ保護方法に関する。

ハイブリッド電気自動車は、エンジン、変速機、モータ、バッテリなどの主要構成を含み、制御器によりこのような各構成の状態を制御することで、車両の走行に適する動力を伝達する。

図１は、一般的なハイブリッド電気自動車における駆動源であるモータ及びバッテリが接続している構成を概略的に示す図である。図１に示すように、ハイブリッド電気自動車は、エンジンの他、車両を駆動するモータ４０を駆動源として含む。

このような駆動源としてのモータ４０は、バッテリ１０からの電源の供給のためにバッテリ１０に接続し、バッテリ１０から供給される直流電圧はインバータシステム３０により交流に変換されてモータ４０を駆動させる。

このようなモータ４０及びインバータシステム３０は、バッテリ電源により運転されるため、モータ４０及びインバータシステム３０の効率性が非常に重要である。このため、速度制御領域及びトルク制御領域が広い埋込型永久磁石同期モータを使用する。（特許文献１）

しかしながら、埋込型永久磁石同期モータは、モータ及びインバータシステムの故障発生時、永久磁石の高速回転により高電圧が発生してバッテリ電源に損傷を与えることがある。

具体的に、高性能制御のために用いられる埋込型永久磁石モータは、高速で正常に動作中に故障が発生した場合、モータの回転に応じて永久磁石による高電圧が発生する。発生した高電圧は、インバータシステムにより、ハイブリッド車両のエネルギー貯蔵装置であるバッテリに対して急激な充電として作用してバッテリに損傷を与えて耐久性を低下させ、バッテリ寿命が急速に低下する問題がある。

また、このような過充電に対する保護に失敗する場合、バッテリの爆発などの火災の危険があるため、運転者の安全を保障できなくなる。

このようなバッテリの過充電問題を解決するために、従来にはモータの故障発生時、予め設定された別途の変速マップを用いて運転を制御して過充電問題を防止した。

すなわち、従来、多段変速機は、燃費及び加速性能などを考慮して車両の状態変動による様々な形態の複数の目標変速マップを構成して動作するため、このようなシステムでモータに故障が発生した場合、モータの高速回転による過充電問題を防止するためにモータ故障に関する変速マップを別途用意し、モータの故障時に運転を行った。

したがって、従来、モータが正常動作する場合には変速マップにより運転され、モータに故障が発生した場合には、別途の変速マップにより上段あるいは下段変速を実施して過充電問題を防止した。

しかしながら、このように変速マップを調節する従来の技術においても、正常動作時の変速マップと故障発生時の変速マップの変速特性が異なるため、急激な変速を実施しなければならない場合や、または急激な変速により一時的に過充電状態に進む問題が発生し、過充電問題を根本的に解決できるバッテリの保護方法が求められている。

特開２０１０−１９５３１２号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、車両の走行中、モータ及びインバータシステムに故障が発生した場合、目標変速マップの変更による急激な変速を防止し、変速段の制限及びエンジンの速度制御により、モータの誤動作によるモータの高速回転に起因するバッテリの過充電状態を予め防止できるハイブリッド車両のバッテリ保護方法を提供することにある。

このような目的を達成するための本発明のハイブリッド車両のバッテリ保護方法は、ハイブリッド車両のバッテリ保護方法であって、モータに故障が発生したか否かを確認するステップと、モータの故障発生時、仮想の加速ペダル値を設定し、それまで使用していた正常時の目標変速マップを固定するステップと、前記仮想の加速ペダル値を用いて、現在の目標変速マップによる目標変速段を決定するステップと、前記目標変速段を決定するステップの後、モータの高速回転を防止するために、予め設定されたエンジン速度の最大領域値と現在のエンジン速度とを比較してエンジン制御モードを変更または維持するステップと、を含み、前記エンジン制御モードの変更または維持ステップでは、現在のエンジン速度が前記エンジン速度の最大領域値よりも大きいか同一である場合、エンジン制御モードをエンジン速度制御に変更することを特徴とする。

また、上記エンジン速度制御モードに変更された場合、現在のエンジン速度がエンジン速度の最小領域値の未満であれば、エンジン速度制御を終了し、エンジントルク制御に転換するステップをさらに含むことを特徴とする。

また、上記エンジン制御モードの変更または維持ステップでは、現在のエンジン速度が上記エンジン速度の最大領域値よりも小さい場合、エンジン制御モードをエンジントルク制御に維持することを特徴とする。

本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法によれば、多端変速機の動作特性を用いて故障発生時に急激な変速を低減する効果がある。

また、本発明は、仮想の加速ペダル値を用いて変速段を制限し、一定条件下で、エンジンのトルク制御を速度制御に転換することにより、モータの高速回転によるバッテリの過充電状態を防止して高価なバッテリを保護し、バッテリの寿命を延長させる効果がある。

また、本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法は、バッテリの過充電状態を防止して車両火災を予防し、運転者に対して安全な走行性能を提供する効果を有する。

一般的なハイブリッド電気自動車における駆動源であるモータ及びバッテリが接続している構成を概略的に示す図である。 本発明の好ましい実施例によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法の各ステップを具体的に示すフローチャートである。 本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法において、仮想の加速ペダル値を用いて変速段を制御することを示すグラフである。 本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法において、エンジン速度によるエンジン制御モードの変更を示すグラフである。

本発明は、ハイブリッド車両のバッテリをモータ故障による過充電から保護する方法であって、現在の目標変速マップを固定した状態で過充電防止のためのモータ速度による仮想の加速ペダル値を選定し、この値を固定された現在の目標変速マップに適用して変速を実施する。また、変速後、エンジンの高速動作を制限するために、一定条件下で、エンジンの速度制御を行うことにより、過充電によるバッテリの損傷を防止できるハイブリッド車両のバッテリ保護方法を提供する。

本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないことは申すまでもない。

以下、本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法に対して具体的に説明する。

本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法では、モータの高速動作中に故障が発生した場合、モータの高速回転速度を制限して変速機の急激な変速を制限し、急激な変速による一時的な過充電状態からバッテリシステムを保護する技術的手段を提供する。

したがって、本発明では、新規の変速段制御及びエンジン速度制御技法を提供することにより、モータの故障発生時、モータを低速に誘導してバッテリの過充電状態を未然に防止することにより、バッテリを保護することができる。

このようなバッテリの過充電を防止するために、本発明では、モータの故障時、別途の変速マップを適用せず、モータに故障が発生した場合、現在の目標変速マップを車両の変速マップに固定する。

そして、固定された現在の変速マップを基準として仮想の加速ペダル値を設定し、現在の目標変速マップに適用することにより、モータの速度がバッテリの過充電状態から外れないように変速を行う。

ここで、仮想の加速ペダル値とは、現在の車速及び加速ペダル値を入力し、これから算定される現在の変速マップ及び変速段を考慮して、モータの高速回転によりバッテリが過充電状態にならないようにモータの速度を制御できる仮想の加速ペダル値を意味する。

通常、車両には燃費向上などのために、走行特性に応じる様々な目標変速マップが存在するが、モータに故障が発生した場合、バッテリの過充電を防止するために、上記モータが高速動作しないように制御することが必要である。

本発明ではこのようなモータの高速動作を防止し、急激な変速が発生することを防止するように、現在の目標変速マップを維持して現在の目標変速マップを基準として仮想の加速ペダル値を設定し、このような仮想の加速ペダル値により変速段制御を行う。

したがって、上記仮想の加速ペダル値は、モータの故障により生成された故障信号として機能し、上記仮想の加速ペダル値を用いて、現在走行特性に合わせた目標変速マップについて現在の変速段または上下段変速が行われ、過充電を防止することになる。

この場合、従来の故障発生時、別途の変速マップによる変速を行うことに比して、急激な変速が行われることを減らし、変速により発生する変速衝撃を最小化することができる。

また、本発明では、上述したような仮想の加速ペダル値を用いた変速段制御と共に、その変速段制御を実施した後、エンジンの回転によるエンジンの高速領域動作によりモータが高速動作することを防止することができる。

このために本発明では、このような高速動作の虞がある場合、エンジンの制御モードをトルク制御モードから速度制御モードに転換することにより、バッテリが過充電状態にならないように制御する。

したがって、モータに故障が発生した場合でも、モータの速度が高速動作しないように計算したエンジン速度の最大領域を設定し、上記エンジン速度の最大領域から外れる場合、エンジンを速度制御モードに転換してモータの高速回転を防止する。

以下、添付した図面を参照して本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法に関して具体的に説明する。

図２は、本発明の好ましい実施例によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法の各ステップを具体的に示すフローチャートであり、図３は、本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法において、仮想の加速ペダル値を用いて変速段制御を行うことを示すグラフであり、図４は、本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法において、エンジン速度によるエンジン制御モードの変更を示すグラフである。

図２ないし図４に示すように、本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法では、仮想の加速ペダル値による変速段制御及びエンジン速度の制御領域によるエンジン制御モードの変更という２つの方法によりバッテリの過充電防止のための制御を行う。

図２を参照すると、本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法は、モータに故障が発生した場合、故障時点のエンジン最大回転速度、ホイールスピード（車速）、及び加速ペダル値を確認する（ステップ１０１）。

次に、モータに故障が発生したか否かを確認し（ステップ１０２）、モータに故障が発生しなかったと判断された場合、現在の走行状況による目標変速マップに応じて変速を行い（ステップ１１１）、通常のエンジントルク制御を行う（ステップ１１２）。

一方、上述したステップ１０２で、モータに故障が発生したと判断される場合には、バッテリの過充電保護に関する一連の制御（ステップ１０３からステップ１１０）を行う。

具体的には、モータに故障が発生したと判断される場合には、過充電状態にならないように変速段制御を行うための仮想の加速ペダル値を設定（ステップ１０３）し、不要な変速を防止するために目標変速マップを現在の目標変速マップに固定する（ステップ１０４）。

次に、上記ステップ１０３で設定された仮想の加速ペダル値から現在の目標変速マップによる目標変速段を決定する（ステップ１０５）。

このようなステップ１０３から１０５に対して図３を参考して具体的に説明する。

図３の上段グラフは、正常走行状態の変速マップを示しており、Ａ地点は正常状態の加速ペダル値を意味する。

図３の下段グラフは、モータの故障発生に関する図であり、モータの故障発生時、変速マップは正常時と同様に維持されるが、正常状態の加速ペダル値（Ａ）とは異なり、過充電防止のための仮想の加速ペダル値（Ｂ）が設定されることにより、変速段の制御が行われる。

次に、上述したステップにより、目標変速段が決定される場合、モータの高速回転を防止するために、エンジンの制御モードを転換または維持する制御が行われる（ステップ１０６からステップ１１０）。

このようなステップでは、図２に示すように、正常状態で行われるエンジントルク制御が、一定条件下で、エンジン速度制御に転換される。

このようなエンジン制御モードの維持または変更を判断するに当たって、図４に示すように、一定のエンジン速度の制御領域を設定し、上記領域の上限値及び下限値を考慮して、エンジン制御モードの変更または維持を決定する。

本発明におけるエンジン速度の制御領域とは、エンジン速度制御性能を考慮して、エンジン制御モードの変更及び復帰に対して予め設定されたエンジン速度に関する領域を意味する。

上記エンジン速度の制御領域の具体的な例は、図４に表した回転速度（ｒｐｍ）の領域と同様であり、図４に表した領域での上限及び下限に関する境界値はエンジン制御モードの変更または維持を決定する基準になる。以下、このような上限値及び下限値に対して本発明によるエンジン速度の最大領域値及びエンジン速度の最小領域値で定義する。

本発明によるハイブリッド車両のバッテリ保護方法では、エンジン速度の最大領域値と現在のエンジン速度とを比較し（ステップ１０６）、エンジン速度制御モードに変更するか否かを決定する。

したがって、本発明では、このような比較により現在のエンジン速度が上記エンジン速度の最大領域値よりも大きいか同じであると判断された場合、エンジン及びモータの高速回転により、バッテリの過充電が発生する虞があると判断し、エンジン制御モードをエンジン速度制御モードに変更する（ステップ１０７）。

反面、比較結果、現在のエンジン速度が上記エンジン速度の最大領域値よりも小さいと判断された場合には、エンジン制御モードを現在のエンジントルク制御に維持する（ステップ１１０）。

一方、上述したステップを行って上記エンジン速度制御モードに変更された場合は、現在のエンジン速度とエンジン速度の最小領域値とを比較し（ステップ１０８）、現在のエンジン速度がエンジン速度の最小領域値の未満である場合には、エンジン速度制御を終了し、エンジントルク制御に戻る（ステップ１０９）。

このようなエンジン制御モードの変更に関連して図４を参照して具体的に説明する。図４の上段グラフの点Ｃは正常状態における実際の加速ペダル値によるモータ／エンジンの回転数を表わし、図４の下段グラフにおける点Ｄは、モータの故障時、仮想の加速ペダル値によるモータ／エンジンの回転数を表わす。

特に、図４の下段のグラフで、回転数の上下限を表示した領域はエンジン速度の制御領域を意味し、上記領域において、左側の下限値はエンジン速度の最小領域値であり、右側の上限値はエンジン速度の最大領域値である。

したがって、図４の点Ｄは、上記エンジン速度の最大領域値とエンジン速度の最小領域値との間に存在する点であり、現在のエンジン制御モードの変更が行われたか否かによりエンジン速度制御またはエンジントルク制御が決定される地点である。

すなわち、図４の点Ｄで、予めエンジン制御モードが変更されて現在のエンジン速度制御が行われている状態であれば、エンジントルク制御に戻る基準になるエンジン速度の最小領域値にならないため、現状を維持してエンジン速度制御が行われる。

反面、図４の点Ｄで、まだエンジントルク制御が行われている状態であれば、エンジンの回転数がエンジン速度の最大領域値に到達してからエンジン速度制御に変更されるため、上記点Ｄでは現在状態であるエンジントルク制御モードを維持する。

したがって、本発明では、目標変速マップを固定した状態で仮想の加速ペダル値による変速段制御を行い、モータの高速回転を防止するためのエンジン制御モードの変更ロジックを実現することにより、モータに故障が発生した場合、急激な変速を低減し、バッテリの過充電状態を防止することができる。

以上、本発明は、好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野の当業者であれば本発明の範囲を逸脱しない範囲内で本発明の要素に対する修正及び変更が可能である。また、本発明の必須領域を逸脱しない範囲内で特別な状況や材料に対して変更してもよい。したがって、本発明は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明で制限されず、添付した特許請求の範囲内であらゆる実施例を含む。

本発明は、自動車のバッテリ冷却システムの分野に適用できる。

１０ バッテリ
２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０ インバータシステム
４０ モータ

Claims (3)

1. ハイブリッド車両のバッテリ保護方法であって、
   モータに故障が発生したか否かを確認するステップと、
   モータの故障発生時、仮想の加速ペダル値を設定し、それまで使用していた正常時の目標変速マップを固定するステップと、
   前記仮想の加速ペダル値を用いて、現在の目標変速マップによる目標変速段を決定するステップと、
   前記目標変速段を決定するステップの後、モータの高速回転を防止するために、予め設定されたエンジン速度の最大領域値と現在のエンジン速度とを比較してエンジン制御モードを変更または維持するステップと、を含み、
   前記エンジン制御モードの変更または維持ステップでは、現在のエンジン速度が前記エンジン速度の最大領域値よりも大きいか同一である場合、エンジン制御モードをエンジン速度制御に変更することを特徴とするハイブリッド車両のバッテリ保護方法。
   
2. 前記エンジン速度制御モードに変更された場合、現在のエンジン速度がエンジン速度の最小領域値の未満であれば、エンジン速度制御を終了し、エンジントルク制御に転換するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のバッテリ保護方法。
   
3. 前記エンジン制御モードの変更または維持ステップでは、現在のエンジン速度が前記エンジン速度の最大領域値よりも小さい場合、エンジン制御モードをエンジントルク制御に維持することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のバッテリ保護方法。
   

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