JP6950601B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンおよび発電機能を有するモータを搭載したハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、電池の寿命およびコストや重量に影響を与えることなく、低温時の燃費を向上させることを目的としたハイブリッド自動車用電池制御装置に関する発明が記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド自動車用電池制御装置は、電池（充電が可能な二次電池）に対する連続入出力の許容時間を、電池の温度に応じて設定する。具体的には、電池の温度が低い場合の連続入出力の許容時間を、電池の温度が高い場合の連続入出力の許容時間以下とする。そして、設定された連続入出力の許容時間の範囲内で電池の充電および放電を制御する。また、電池に対する入出力の上限電圧および下限電圧を、電池の温度に応じて設定する。具体的には、電池の温度が低い場合の出力電圧の上限値を、電池の温度が高い場合の出力伝達の上限値以上とし、電池の温度が低い場合の入力電圧の下限値を、電池の温度が高い場合の入力電圧の下限値以下とする。そして、設定された上限電圧および下限電圧の範囲内で電池の充電および放電を制御する。

特開２００８−２７３５１８号公報

一般に、ハイブリッド車両や電気自動車の駆動力源として用いられるモータ用の二次電池は、充電および放電の際に生じる化学反応の反応速度が温度に依存して変化する。例えば、低温時には、常温時と比べて二次電池が充放電しにくい状態になり、二次電池の入出力性能が低下してしまう。これに対して、上記の特許文献１に記載されたハイブリッド自動車用電池制御装置では、電池寿命の低下抑制と低温時の燃費向上との両立を図るため、上記のように、低温時には、出力電圧の上限値を大きくし、入力電圧の下限値を下げている。しかしながら、特許文献１に記載されたハイブリッド自動車用電池制御装置では、入出力電圧の許容領域を拡大する分、充放電の連続許容時間を温度が低いほど短くしているので、結局、常温時と比較すると低温時には電池出力が低下し、ハイブリッドシステム全体の出力も低下してしまう。その結果、低温時に、出力可能な駆動力が不足してしまい、運転者の加速要求を満たせない可能性がある。

なお、上記のような低温時に電池出力が低下してしまうといった課題は、特に、いわゆるプラグインタイプのハイブリッド車両や、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車両、あるいは、レンジエクステンダーＥＶ［Electric Vehicle］などを対象にした場合に顕著になる。プラグインタイプのハイブリッド車両は、外部電源によって二次電池を充電することが可能であり、外部電源を用いない通常のハイブリッド車両と比較して、二次電池から供給される電力によるモータの出力で走行する比率が高い。また、シリーズ方式のハイブリッド車両（レンジエクステンダーＥＶ）では、エンジンの出力は発電機を駆動することのみに用いられ、走行はモータの出力によって行われる。したがって、これらプラグインタイプのハイブリッド車両やシリーズ方式のハイブリッド車両では、通常のハイブリッド車両と比べて、低温時における電池出力の低下による駆動力不足がより顕著に表れてしまう。なお、この発明では、上記のようないわゆるレンジエクステンダーＥＶも、エンジンおよび発電機能を有するモータ（発電機）を備えたハイブリッド車両に含めている。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、常温時と比較して電池の出力性能が低下する低温時であっても、ハイブリッドシステム全体としての出力の低下を抑制し、運転者の加速要求に適切に対応することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、前記エンジンが出力する動力を電力に変換する発電機能を有する第１モータと、前記第１モータで発電した電力を蓄える二次電池と、前記二次電池から供給される電力を動力に変換してトルクを出力し、駆動輪に駆動力を発生させる第２モータと、前記エンジン、前記第１モータ、前記第２モータ、および、前記二次電池をそれぞれ制御するコントローラとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記コントローラは、前記二次電池の温度（すなわち、後述する電池温度Ｔｂ）が、日本工業規格［JIS Z 8703］で定義されている常温の温度範囲（標準温度状態・２０℃に対して許容差の級別・温度１５級を用いた温度範囲；５〜３５℃）を援用して前記二次電池の温度の範囲として定義する“常温”よりも低い状態であって、前記“常温”時と比較して、前記二次電池の出力性能が低下するとともに、前記エンジンの出力性能が向上する“低温”の状態を判断するための閾値として定めた閾値温度（すなわち、後述する温度Ｔ１）よりも前記二次電池の温度が低い場合で、かつ、運転者の要求出力が所定の出力よりも大きい場合は、前記エンジンで出力するエンジントルクを、前記二次電池の温度が前記閾値温度以上のときに前記要求出力に基づいて出力するべき前記エンジントルクよりも大きく、かつ、前記二次電池の温度が前記閾値温度以上のときに設定される前記“常温”時の前記エンジンの性能曲線を上回って出力可能な前記エンジントルクまで、一時的に増大し、前記第１モータで発電させることを特徴とするものである。

また、この発明は、前記コントローラは、前記二次電池の温度が前記閾値温度よりも低い状態で前記エンジントルクを一時的に増大した後に、前記エンジントルクを増大した状態における前記エンジンの運転状態を設定した前記エンジンの一時動作点を、前記“常温”時に前記要求出力に基づいて設定するべき前記エンジンの動作点であって、前記一時動作点よりも低トルクかつ高回転数側の通常動作点に移行して前記エンジンを制御することを特徴としている。

また、この発明は、前記コントローラは、
前記二次電池の温度が前記閾値温度よりも低い状態で前記エンジントルクを一時的に増大した後に、前記第１モータの温度が所定の温度（すなわち、後述する温度Ｔ２）に到達する前に、前記一時動作点を前記通常動作点に移行することを特徴としている。

また、この発明は、前記コントローラは、前記エンジンの冷却水の温度が所定の水温（すなわち、後述する水温Ｔ３）よりも高い場合は、前記エンジントルクを一時的に増大すると共に、前記エンジンを運転する際のエンジン回転数を、前記“常温”時に前記要求出力に基づいて制御するべき前記エンジン回転数よりも早期に上昇させることを特徴としている。

また、この発明は、前記コントローラは、前記二次電池の電池残量が所定の残量よりも少ない場合は、前記エンジントルクを一時的に増大すると共に、前記エンジンを運転する際のエンジン回転数を、前記“常温”時に前記要求出力に基づいて制御するべき前記エンジン回転数よりも早期に上昇させることを特徴としている。

そして、この発明は、前記エンジンは、前記エンジントルクで前記第１モータを駆動すると共に、前記エンジントルクを前記駆動輪に伝達し、前記駆動力を発生させることを特徴としている。

この発明のハイブリッド車両の制御装置は、二次電池の出力性能が低下する低温時に、運転者の要求出力が大きい場合、一時的に、エンジントルクを増大して第１モータで発電する。二次電池の性能が低下してしまうような低温時には、エンジンにおいては、常温時と比べて空気密度が増加し、また、ノッキングが起こりにくい環境となる。そのため、低温時には、常温時と比較してエンジンの出力性能が向上し、エンジントルクを増大させる方向に制御可能な状態になる。この発明のハイブリッド車両の制御装置では、そのようなエンジンの特性を利用して低温時にエンジントルクを増大する。エンジントルクが増大する分、そのエンジントルクによる発電電力を増加することができ、その結果、ハイブリッドシステム全体としての出力の低下、すなわち、ハイブリッド車両の駆動力の低下を抑制することができる。したがって、この発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、常温時と比較して二次電池の出力性能が低下する低温時であっても、ハイブリッド車両の出力の低下およびそれに起因する駆動力不足を回避し、運転者の加速要求に適切に対応することができる。

また、この発明のハイブリッド車両の制御装置では、上記のように低温時に運転者の要求出力が大きい場合は、エンジンの運転を制御する際のエンジントルクおよびエンジン回転数を決める動作点を、一時的に、エンジントルクを大きくした一時動作点に設定する。その後、エンジンの動作点を、常温時に設定する本来の通常動作点、すなわち、一時動作点よりも低トルクかつ高回転数側の動作点に移行し、エンジンを制御する。そのため、エンジントルクを増大することによって増加する発電電力で、上記のような低温時における二次電池の出力低下を補うことができる。したがって、低温時におけるハイブリッド車両の出力不足を適切に回避することができる。

また、この発明のハイブリッド車両の制御装置では、上記のように低温時に運転者の要求出力が大きい場合は、一時動作点を設定して一時的にエンジントルクを大きくした後に、第１モータの温度が所定のモータ温度に到達する以前に、動作点を一時動作点から通常動作点に移行してエンジンを制御する。上記のようにエンジントルクを増大することにより、第１モータの回生トルクが増大し、その分、第１モータの温度が上昇する。それに対して、この発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、第１モータの温度が、例えば、第１モータの許容温度あるいは発熱限界温度などに基づいて設定する所定のモータ温度まで上昇する以前に、エンジンの動作点が、低トルクかつ高回転数側の通常動作点に移行される。そのため、上記のように常温時よりもエンジントルクを増大して第１モータを駆動する場合であっても、第１モータを適切に保護することができる。

また、この発明のハイブリッド車両の制御装置では、上記のように一時的にエンジントルクを増大する際に、エンジンの冷却水の温度が所定の水温よりも高い場合には、エンジンの冷却水の温度が所定の水温以下である場合と比較して、エンジン回転数を早く上昇させる。エンジンの冷却水の温度が高い場合は、冷却水の温度が低い場合と比較してエンジントルクの増大が抑制されてしまう。それに対して、この発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジン回転数を早期に上昇させることにより、エンジンの冷却水の温度が高い場合であっても、エンジンの出力を早期に増大することができる。そのため、ハイブリッド車両の出力不足を適切に回避することができる。

また、この発明のハイブリッド車両の制御装置では、上記のように一時的にエンジントルクを増大する際に、二次電池の電池残量が所定の残量よりも少ない場合には、二次電池の電池残量が所定の残量以上である場合と比較して、エンジン回転数を早く上昇させる。二次電池の電池残量が少ない場合は、二次電池のＳＯＣ［State of Charge］の低下によってハイブリッド車両の出力が低下してしまう可能性がある。それに対して、この発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジン回転数を早期に上昇させることにより、二次電池の電池残量が少ない場合であっても、エンジンの出力を早期に増大することができる。その結果、二次電池のＳＯＣを早期に回復させることができ、二次電池の出力低下を抑制することができる。そのため、ハイブリッド車両の出力不足を適切に回避することができる。

そして、この発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジントルクで第１モータを駆動して第１モータで発電すると共に、エンジントルクを駆動輪に伝達して駆動力を発生させるエンジンを備えたハイブリッド車両を制御対象にすることができる。すなわち、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両を制御対象にすることができる。その場合、上記のように、低温時に運転者の要求出力が大きい場合に、一時的にエンジントルクを増大することにより、そのエンジントルクによる発電電力の増加と共に、エンジントルクによって直接駆動力を増大することができる。そのため、エンジントルクを増大することによって増加する発電電力、および、エンジンから直接的に駆動輪に伝達されるエンジントルクで、上記のような低温時における二次電池の出力低下を確実に補うことができる。したがって、低温時におけるハイブリッド車両の出力不足を適切に回避することができる。

この発明で制御の対象とするハイブリッド車両の構成および制御系統の一例（シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両の例）を示す図である。 この発明で制御の対象とするハイブリッド車両の構成および制御系統の一例（シリーズ方式のハイブリッド車両の例）を示す図である。 この発明のハイブリッド車両のコントローラによって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図３のフローチャートで示す制御を実行する場合のエンジンの動作点の推移を説明するための図である。 この発明のハイブリッド車両のコントローラによって実行される制御の他の例（二次電池の温度に応じてエンジントルクを増大させる制御例）を説明するためのフローチャートである。 この発明のハイブリッド車両のコントローラによって実行される制御の他の例（第１モータの温度に応じてエンジンの動作点を推移させる制御例）を説明するためのフローチャートである。 この発明のハイブリッド車両のコントローラによって実行される制御の他の例（エンジンの冷却水の温度が高い場合にエンジン回転数を早期に上昇させる制御例）を説明するためのフローチャートである。 図７のフローチャートで示す制御を実行する場合のエンジンの動作点の推移を説明するための図である。 この発明のハイブリッド車両のコントローラによって実行される制御の他の例（二次電池の電池残量が低い場合にエンジン回転数を早期に上昇させる制御例）を説明するためのフローチャートである。 図８のフローチャートで示す制御を実行する場合のエンジンの動作点の推移を説明するための図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態で制御対象にするハイブリッド車両は、動力源としてエンジンおよび少なくとも二基のモータを搭載したハイブリッド車両である。二基のモータのうち少なくとも一基のモータは、発電機能を有し、エンジンの出力軸に連結している。エンジンは、連結された少なくとも一基のモータを駆動して発電させる。また、エンジンが出力するエンジントルクを駆動輪に伝達し、駆動力を発生させるように構成することもできる。以下の図１には、エンジントルクにより、発電、および、駆動力を発生させることが可能なハイブリッド車両、すなわち、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両の例を示してある。また、図２には、エンジントルクによって発電を行い、モータが出力するトルクによって駆動力を発生させるハイブリッド車両、すなわち、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車両の例を示してある。

図１に示すハイブリッド車両（以下、車両）Ｖｅは、エンジン（ENG）１、ならびに、第１モータ（MG1）２および第２モータ（MG2）３を備えている。さらに、車両Ｖｅは、他の主要な構成要素として、バッテリ（BAT）４、検出部５、および、コントローラ（ECU）６を備えている。この図１に示す例では、車両Ｖｅは、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両であり、エンジン１が出力するエンジントルクで第１モータ２を駆動し、その第１モータ２で発電すると共に、エンジントルクを駆動輪７に伝達し、駆動力を発生する。

エンジン１は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、出力の調整、ならびに、始動および停止などの作動状態が電気的に制御されるように構成されている。ガソリンエンジンであれば、スロットルバルブの開度、燃料の供給量または噴射量、および、点火時期などが電気的に制御される。ディーゼルエンジンであれば、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、あるいは、ＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］システムにおけるスロットルバルブの開度などが電気的に制御される。

第１モータ２は、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどの電気モータである。第１モータ２は、エンジン１の出力軸１ａに動力伝達が可能なように連結されている。したがって、第１モータ２は、エンジン１が出力するエンジントルクを受けて駆動されることにより電気を発生する（回生する）発電機として機能する。また、第１モータ２は、電力が供給されることにより駆動されてトルクを出力する（力行する）原動機としての機能を備えていてもよい。すなわち、第１モータ２は、上記のような発電機としての機能と原動機としての機能とを兼ね備えた、いわゆるモータ・ジェネレータであってもよい。その場合、例えば、第１モータ２をスタータモータとして機能させ、エンジン１を始動させることも可能である。第１モータ２は、出力回転数や出力トルクが電気的に制御される。また、上記のような発電機としての機能と原動機としての機能との切り替えなどが電気的に制御される。

第２モータ３は、上記の第１モータ２と同様に、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどの電気モータである。第２モータ３は、例えば、デファレンシャルギヤ（図示せず）およびドライブシャフト８を介して、駆動輪７に動力伝達が可能なように連結されている。したがって、第２モータ３は、主に、電力が供給されることにより駆動されてトルクを出力する（力行する）原動機として機能する。また、第２モータ３は、駆動輪７からトルクを受けて駆動されることにより発電することも可能である。すなわち、第２モータ３は、外部からのトルクを受けて駆動されることにより電気を発生する（回生する）発電機としての機能を備えていてもよい。したがって、第２モータ３は、上記のような原動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えた、いわゆるモータ・ジェネレータであってもよい。第２モータ３は、出力回転数や出力トルクが電気的に制御される。また、上記のような原動機としての機能と発電機としての機能との切り替えなどが電気的に制御される。

バッテリ４は、第１モータ２に電力を供給すると共に、第１モータ２で発電した電力を蓄える二次電池であり、第１モータ２に対して電力の授受が可能なように接続されている。したがって、第１モータ２の発電電力でバッテリ４を充電することができる。また、バッテリ４は、第２モータ３に対しても電力の授受が可能なように接続されている。したがって、バッテリ４に蓄えた電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３を駆動することができる。また、第２モータ３の発電電力でバッテリ４を充電することも可能である。さらに、第１モータ２と第２モータ３とは、バッテリ４およびインバータ（図示せず）等を介して電気的に接続されており、第１モータ２の発電電力を第２モータ３へ直接的に供給し、第２モータ３を駆動することも可能である。

なお、この発明の実施形態におけるバッテリ４は、充電器（図示せず）を介して、外部電源によって充電することが可能なように構成してもよい。その場合、この発明の実施形態における車両Ｖｅは、いわゆるプラグインタイプのハイブリッド車両として構成することができる。

検出部５は、少なくとも、車両Ｖｅの車速、運転者の要求出力（あるいは、要求駆動力）、エンジン１、第１モータ２および第２モータ３の各運転状態、ならびに、バッテリ４の温度等をそれぞれ検出または算出するセンサや機器を総称している。したがって、検出部５は、代表的に、各車輪の回転速度をそれぞれ検出する車輪速センサ５ａ、運転者によるアクセルペダル（図示せず）の操作量や操作速度を検出するアクセルポジションセンサ５ｂ、エンジン１の出力軸１ａの回転数を検出するエンジン回転数センサ５ｃ、第１モータ２の回転数を検出する第１モータ回転数センサ（または、レゾルバ）５ｄ、第２モータ３の回転数を検出する第２モータ回転数センサ（または、レゾルバ）５ｅ、バッテリ４の温度を検出する電池温度センサ５ｆ、第１モータ２の温度を検出する第１モータ温度センサ５ｇ、第２モータ３の温度を検出する第２モータ温度センサ５ｈ、エンジン１の冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ５ｉ、および、バッテリ４の電池残量や充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣセンサ５ｊなどを有している。そして、検出部５は、後述するコントローラ６と電気的に接続されており、上記のような各種センサや機器等の検出値または算出値に応じた電気信号を検出データとしてコントローラ６に出力する。

コントローラ６は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置であり、この図１に示す例では、主に、エンジン１、第１モータ２、第２モータ３、ならびに、バッテリ４およびインバータ（図示せず）をそれぞれ制御する。コントローラ６には、上記の検出部５で検出または算出された各種データが入力される。コントローラ６は、入力された各種データおよび予め記憶させられているデータや計算式等を使用して演算を行う。そして、コントローラ６は、その演算結果を制御指令信号として出力し、上記のような、エンジン１、第１モータ２、第２モータ３、ならびに、バッテリ４およびインバータの動作等をそれぞれ制御するように構成されている。なお、図１では一つのコントローラ６が設けられた例を示しているが、コントローラ６は、例えば制御する装置や機器毎に、あるいは制御内容毎に、複数設けられていてもよい。

この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置は、例えば、図２に示すハイブリッド車両を制御対象にすることもできる。図２に示す車両Ｖｅは、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車両であり、エンジン（ENG）１、第１モータ（MG1）２、および、第２モータ（MG2）３を備えている。この図２に示す車両Ｖｅでは、エンジン１が出力するエンジントルクは、第１モータ２を駆動することのみに用いられる。そして、エンジントルクによって駆動される第１モータ２で発電すると共に、第２モータ３が出力するモータトルクを駆動輪７に伝達し、駆動力を発生する。なお、この図２に示す車両Ｖｅにおいて、前述の図１で示した車両Ｖｅと構成や機能が同様の部品あるいは部材については、図１と同じ参照符号を付けてある。また、この発明の実施形態では、前述したように、エンジンおよび発電機を備えたいわゆるレンジエクステンダーＥＶもハイブリッド車両に含めている。したがって、この図２に示す車両Ｖｅは、エンジン１、ならびに、発電機能を有する第１モータ２、および、駆動輪７に駆動力を発生させる第２モータ３を搭載したレンジエクステンダーＥＶと称することもできる。

前述したように、二次電池であるバッテリ４は、低温時には、常温時と比べて充放電しにくくなり、不可避的にバッテリ４の出力性能が低下してしまう。そのため、車両Ｖｅは、低温時に、バッテリ４の出力低下に起因して、運転者の加速要求に対して出力可能な駆動力が不足してしまうおそれがある。そこで、この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置は、低温時であっても適切に車両Ｖｅの駆動力を確保するために、常温時と比べてバッテリ４の出力性能が低下する低温時に、エンジントルクを増大させる制御を実行するように構成されている。そのような制御の具体例について、以下に説明する。

図３は、その制御の一例を示すフローチャートである。この図３のフローチャートにおいて、先ず、運転者の要求出力が高いか否かが判断される（ステップＳ１０）。具体的には、運転者の要求出力Ｐｔが、所定の出力Ｐ１よりも大きいか否かが判断される。要求出力Ｐｔは、例えば、車速、および、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度またはアクセルポジション）に基づいて求められる。出力Ｐ１は、運転者の要求出力が高いか否かを判断するための閾値であり、例えば、走行実験やシミュレーション等の結果を基に予め定められている。

要求出力Ｐｔが出力Ｐ１以下であることにより、このステップＳ１０で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。それに対して、要求出力Ｐｔが出力Ｐ１よりも大きいことにより、ステップＳ１０で肯定的に判断された場合には、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、バッテリ４の温度が低いか否かが判断される。具体的には、バッテリ４の電池温度Ｔｂが、所定の温度Ｔ１よりも低いか否かが判断される。電池温度Ｔｂは、電池温度センサ５ｆによって検出することができる。温度Ｔ１は、バッテリ４の温度が、バッテリ４の性能が変化する程度に低いか否かを判断するための閾値である。この発明の実施形態では、電池温度Ｔｂが温度Ｔ１よりも低い場合は、常温時と比較してバッテリ４の性能が変化する（具体的には、バッテリ４の出力性能が低下する）“低温”であると判断する。温度Ｔ１は、例えば、走行実験やシミュレーション等の結果を基に予め定められている。なお、この場合の“常温”とは、一般的に用いられる大気の標準的な温度であって、物理量の値が安定してほとんど変化しない状態あるいは緩やかにしか変化しない状態となる温度を意味している。例えば、日本工業規格［JIS Z 8703］では、標準温度状態・２０℃に対して許容差の級別・温度１５級を用いた温度範囲（５〜３５℃）を、常温と定義している。そのような日本工業規格［JIS Z 8703］で規定される常温の温度範囲を、この発明の実施形態における“常温”としてもよい。

また、この発明の実施形態における低温時には、上記のようにバッテリ４の性能が変化すると共に、エンジン１の性能も変化する。例えば、この発明の実施形態における低温時には、常温時と比較してエンジン１の出力性能が向上する。前述したように、バッテリ４の出力性能が低下してしまう低温時には、常温時と比べて空気密度が増加する。また、エンジン１に対してはノッキングが起こりにくい環境となる。例えば、エンジン１がガソリンエンジンなどの火花点火機関であれば、エンジン１の点火時期を進角制御することにより、低温時におけるエンジントルクを増大することができる。そのため、低温時には、常温時と比較してエンジン１で出力可能な最大のエンジントルクが大きくなる。すなわち、エンジン１の出力性能が向上する。要するに、この発明の実施形態において“低温”の状態を判断する温度Ｔ１は、上記のようにバッテリ４の出力性能が低下する状況を判断するための閾値であると共に、エンジン１の出力性能が向上する状況を判断するための閾値として設定されている。

電池温度Ｔｂが温度Ｔ１以上であることにより、このステップＳ１１で否定的に判断された場合は、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。それに対して、電池温度Ｔｂが温度Ｔ１よりも低いことにより、ステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、目標エンジントルクＴｅが増大される。そして、増大された目標エンジントルクＴｅに基づいてエンジン１が制御される。それと共に、増大されたエンジントルクによって第１モータ２が駆動され、第１モータ２で発電する。第１モータ２で発電した電力は、バッテリ４に蓄えられる。すなわち、バッテリ４を充電する。

このステップＳ１２でエンジントルクを増大させる制御では、具体的には、図４に示すように、エンジン１の動作点が、現状の動作点ａから、動作点ａにおける目標エンジントルクＴｅを増大した一時動作点ｂに移行される。なお、エンジン１の動作点は、例えば、エンジン１の負荷すなわちエンジントルクと、エンジン回転数との組み合わせでエンジン１の運転状態を設定したものであり、エンジン１は、この動作点に基づいて制御される。

上記の図４において、一点鎖線の曲線はエンジン１の性能曲線を示している（図４では、オットーサイクルのガソリンエンジンにおける性能曲線の一例を示している）。通常、エンジン１は、この性能曲線を上限とする範囲内で制御される。すなわち、常温時には、性能曲線上のエンジントルクおよびエンジン回転数を上限として動作点が設定され、エンジン１が制御される。それに対して、このステップＳ１２では、エンジントルクが性能曲線を上回る一時動作点ｂが設定され、その一時動作点ｂに基づいてエンジン１が制御される。この場合は、前述したように、バッテリ４の出力性能が低下する半面、エンジン１の出力性能が向上する低温時であるので、常温時と比較してより大きなエンジントルクを出力することができる。そのため、一時的に、エンジン１の性能曲線を上回るエンジントルクを出力することが可能である。

なお、この発明の実施形態では、上記のステップＳ１１およびステップＳ１２で実行する制御に替えて、電池温度Ｔｂに応じてエンジントルクの増大量を設定するよう制御することもできる。例えば、図５に示すように、電池温度Ｔｂとエンジントルクの増大量ＴｅUPとの関係を規定したマップを設定する。図５に示す例では、電池温度Ｔｂの所定範囲（電池温度Ｔｂ1から電池温度Ｔｂ2の間の範囲）で、電池温度Ｔｂが低くなるほど、エンジントルクの増大量ＴｅUPが大きくなるように設定されている。そして、ステップＳ１２では、そのマップおよび検出した電池温度Ｔｂから決まる増大量ＴｅUPで、エンジントルクを増大する。このように、電池温度Ｔｂに応じてエンジントルクを増大することにより、エンジントルクを過不足なく適切に増大することができる。

続いて、ステップＳ１３では、第１モータ２の温度（モータ温度）が高いか否かが判断される。具体的には、第１モータ２のモータ温度Ｔｍが、所定の温度Ｔ２よりも高いか否かが判断される。モータ温度Ｔｍは、第１モータ温度センサ５ｇによって検出することができる。温度Ｔ２は、モータ温度Ｔｍが、例えば、第１モータ２の許容温度付近まで上昇したか否かを判断するための閾値である。この発明の実施形態では、モータ温度Ｔｍが温度Ｔ２よりも高い場合は、近いうちに、モータ温度Ｔｍが、第１モータ２の許容温度あるいは発熱限界温度まで上昇すると判断する。温度Ｔ２は、例えば、走行実験やシミュレーション等の結果を基に予め定められている。

モータ温度Ｔｍが温度Ｔ２以下であることにより、このステップＳ１３で否定的に判断された場合は、ステップＳ１２に戻り、従前の制御が実行される。すなわち、このステップＳ１３でモータ温度Ｔｍが温度Ｔ２よりも高くなるまで、ステップＳ１２およびステップＳ１３の制御が繰り返される。そして、モータ温度Ｔｍが温度Ｔ２よりも高いことにより、ステップＳ１３で肯定的に判断された場合には、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、目標エンジントルクＴｅが低下され、また、目標エンジン回転数Ｎｅが増大される。そして、それら低下された目標エンジントルクＴｅおよび増大された目標エンジン回転数Ｎｅに基づいて、エンジン１が制御される。例えば、図４に示すように、エンジン１の動作点が、目標エンジントルクＴｅが増大された一時動作点ｂから、通常動作点ｃに移行される。通常動作点ｃは、一時動作点ｂと比べて低トルクかつ高回転数側の動作点であり、常温時に要求出力Ｐｔに基づいて設定されるべき動作点である。したがって、通常動作点ｃは、図４に示すように、エンジン１の性能曲線上に、あるいは、性能曲線を上限とする範囲内に設定される。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。

なお、この発明の実施形態では、上記のステップＳ１３およびステップＳ１４で実行する制御に替えて、第１モータ２のモータ温度Ｔｍに応じてエンジンの動作点を推移させるよう制御することもできる。例えば、図６に示すように、モータ温度Ｔｍと、エンジントルクの増大量ＴｅUPおよびエンジン回転数の上昇速度dＮｅ/dtとの関係を規定したマップを設定する。図６に示す例では、モータ温度Ｔｍの所定範囲（モータ温度Ｔｍ1からモータ温度Ｔｍ2の間の範囲）で、モータ温度Ｔｍが高くなるほど、エンジントルクの増大量ＴｅUPが小さくなるように設定されている。また、モータ温度Ｔｍが高くなるほど、エンジン回転数の上昇速度dＮｅ/dtが大きくなるように設定されている。そして、ステップＳ１４では、そのマップおよび検出したモータ温度Ｔｍから決まるエンジントルクの増大量ＴｅUP、および、エンジン回転数の上昇速度dＮｅ/dtで、エンジン１の動作点を推移させ、エンジン１を制御する。このように、第１モータ２のモータ温度Ｔｍに応じてエンジントルクを増大し、エンジン回転数を上昇させることにより、低温時におけるエンジントルク増大の効果を適切に得ると共に、第１モータ２の過熱を適切に抑制することができる。

上記のように、この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置では、バッテリ４の出力性能が低下する低温時に、運転者の要求出力Ｐｔが大きい場合、一時的にエンジントルクを増大して第１モータ２で発電する。低温時には、上記のようにバッテリ４の出力性能が低下してしまうが、エンジン１にとっては、常温時と比べて空気密度が増加し、また、ノッキングが起こりにくくなるため、常温時と比較してエンジン１の出力性能が向上する。そのため、そのようなエンジン１の特性を利用して、低温時には、常温時よりもエンジントルクを増大することができる。エンジントルクが増大する分、エンジントルクによる発電電力を増加することができ、その結果、低温時における、車両Ｖｅのハイブリッドシステム全体としての出力の低下、すなわち、車両Ｖｅの駆動力不足を回避することができる。

また、この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置では、上記のように低温時に運転者の要求出力Ｐｔが大きい場合は、エンジン１の一時動作点ｂを設定して一時的にエンジントルクを大きくした後に、第１モータ２のモータ温度Ｔｍが、例えば、第１モータ２の許容温度あるいは発熱限界温度まで上昇する前に、エンジン１の動作点を、一時動作点ｂから低トルクかつ高回転数側の通常動作点ｃに移行してエンジンを制御する。上記のようにエンジントルクを増大することにより、第１モータ２の回生トルクが増大し、その分、第１モータ２の温度が上昇する。但し、この場合は低温時であり、また、エンジントルクおよび回生トルクの増大は一時的であるので、第１モータ２の温度が許容温度あるいは発熱限界温度まで上昇する以前に、エンジン１の動作点を一時動作点ｂから低トルクかつ高回転数側の通常動作点ｃに移行し、第１モータ２の負荷を低下することができる。そのため、上記のように常温時よりもエンジントルクを増大する場合であっても、第１モータ２の過熱を抑制し、第１モータ２を適切に保護することができる。

なお、前述したように、この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置は、図１で示したようなシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両、および、図２で示したようなシリーズ方式のハイブリッド車両（あるいは、レンジエクステンダーＥＶ）を制御対象にすることができる。特に、図１で示したようなシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両を制御対象とした場合、上記のように低温時に運転者の要求出力Ｐｔが大きい場合には、一時的にエンジントルクを増大することにより、エンジントルクによる発電電力の増加と共に、エンジントルクによって直接駆動力を増大することができる。そのため、エンジントルクを増大することによって増加する発電電力、および、エンジン１から直接的に駆動輪７に伝達されるエンジントルクで、上記のような低温時におけるバッテリ４の出力低下およびハイブリッドシステム全体の出力低下を補うことができる。したがって、低温時における車両Ｖｅの駆動力不足を適切に回避することができる。

この発明の実施形態におけるコントローラ６は、例えば、次の図７のフローチャート、あるいは、図９のフローチャートに示す制御を実行することも可能である。

図７のフローチャートは、エンジン１の冷却水の温度が高い場合にエンジン回転数を早期に上昇させる制御の一例を示している。なお、この図７のフローチャートにおいて、前述の図３のフローチャートと制御内容が同じステップについては、図３のフローチャートと同じステップ番号を付けてある。

図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１０およびステップＳ１１は、前述の図３のフローチャートにおけるステップＳ１０およびステップＳ１１と同様に実行される。この図７のフローチャートに示す制御例では、電池温度Ｔｂが温度Ｔ１よりも低いことにより、ステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、ステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、エンジン１の冷却水の温度（エンジン水温）が高いか否かが判断される。具体的には、エンジン１のエンジン水温Ｔｗが、所定の水温Ｔ３以下であるか否かが判断される。エンジン水温Ｔｗは、水温センサ５ｉによって検出することができる。水温Ｔ３は、エンジン水温Ｔｗが、エンジン１の出力性能が低下する程度に高いか否かを判断するための閾値である。この発明の実施形態では、エンジン水温Ｔｗが水温Ｔ３よりも高い場合は、エンジン１のノッキングが起こりやすい状態であり、エンジン１の出力性能が低下し、車両Ｖｅの出力不足が生じる可能性があると判断する。水温Ｔ３は、例えば、走行実験やシミュレーション等の結果を基に予め定められている。

エンジン水温Ｔｗが水温Ｔ３以下であることにより、このステップＳ２０で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１２へ進む。すなわち、この場合は、エンジン水温Ｔｗの上昇による車両Ｖｅの出力不足は考慮しなくともよいので、ステップＳ１２以降で、前述の図３で示したフローチャートと同様の制御が実行される。

一方、エンジン水温Ｔｗが水温Ｔ３よりも高いこと、すなわち、エンジン水温Ｔｗがエンジン１の出力性能が低下する程度に高いことにより、ステップＳ２０で否定的に判断された場合には、ステップＳ２１へ進む。

ステップＳ２１では、目標エンジントルクＴｅが増大される。それと共に、目標エンジン回転数Ｎｅが速やかに増大される。そして、それら、増大された目標エンジントルクＴｅおよび増大された目標エンジン回転数Ｎｅに基づいてエンジン１が制御される。例えば、図８に示すように、先ず、エンジン１の動作点が、現状の動作点ｄから、動作点ｄにおける目標エンジントルクＴｅを増大した一時動作点ｅに移行される。この場合は、エンジン水温Ｔｗが高く、エンジン１の出力性能が低下する状態であるので、一時動作点ｅにおける目標エンジントルクＴｅは、前述の図４で示した例の一時動作点ｂにおける目標エンジントルクＴｅよりも低くなる。そして、このステップＳ２１において、目標エンジン回転数Ｎｅが、通常動作点ｆに向けて早期に増大される。通常動作点ｆは、前述の図４で示した例の通常動作点ｃと同様に、一時動作点ｅと比べて低トルクかつ高回転数側の動作点であり、常温時に要求出力Ｐｔに基づいて設定されるべき動作点である。したがって、このステップＳ２１では、エンジン水温Ｔｗが水温Ｔ３よりも高い場合に、エンジントルクが一時的に増大されると共に、エンジン回転数が、常温時に要求出力Ｐｔに基づいて制御するべきエンジン回転数よりも早期に上昇させられる。その後、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１２以降で、前述の図３で示したフローチャートと同様の制御が実行される。

上記のように、この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置では、低温時におけるバッテリ４の出力低下に対処するために一時的にエンジントルクを増大する際に、エンジン水温Ｔｗが水温Ｔ３よりも高い場合には、エンジン水温Ｔｗが水温Ｔ３以下である場合と比較して、エンジン回転数を早く上昇させる。エンジン水温Ｔｗが高い場合は、エンジン１のノッキングが生じやすくなり、エンジン水温Ｔｗが低い場合と比較してエンジントルクの増大が抑制されてしまう。そこで、この図７のフローチャートで示す制御例では、エンジン回転数を早期に上昇させることにより、エンジン水温Ｔｗが高い場合であっても、エンジン１の出力を早期に増大することができる。ひいては、車両Ｖｅの駆動力不足を適切に回避することができる。

図９のフローチャートは、バッテリ４の電池残量が低い場合にエンジン回転数を早期に上昇させる制御の一例を示している。なお、この図９のフローチャートにおいて、前述の図３のフローチャートと制御内容が同じステップについては、図３のフローチャートと同じステップ番号を付けてある。

図９のフローチャートにおいて、ステップＳ１０およびステップＳ１１は、前述の図３のフローチャートにおけるステップＳ１０およびステップＳ１１と同様に実行される。この図９のフローチャートに示す制御例では、電池温度Ｔｂが温度Ｔ１よりも低いことにより、ステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、ステップＳ３０へ進む。

ステップＳ３０では、バッテリ４の電池残量（電池充電量）が少ないか否かが判断される。具体的には、バッテリ４の電池残量Ｃｂが、所定の残量Ｃ１以上であるか否かが判断される。電池残量Ｃｂは、ＳＯＣセンサ５ｊによって検出することができる。残量Ｃ１は、電池残量Ｃｂが、車両Ｖｅの出力不足が発生する程度に少ないか否かを判断するための閾値である。この発明の実施形態では、電池残量Ｃｂが残量Ｃ１よりも低い場合は、バッテリ４のＳＯＣが低下している状態であり、バッテリ４の出力性能が低下し、車両Ｖｅの出力不足が生じる可能性があると判断する。残量Ｃ１は、例えば、走行実験やシミュレーション等の結果を基に予め定められている。

電池残量Ｃｂが残量Ｃ１以上であることにより、このステップＳ３０で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１２へ進む。すなわち、この場合は、バッテリ４のＳＯＣの低下による車両Ｖｅの出力不足は考慮しなくともよいので、ステップＳ１２以降で、前述の図３で示したフローチャートと同様の制御が実行される。

一方、電池残量Ｃｂが残量Ｃ１よりも低いこと、すなわち、電池残量Ｃｂが車両Ｖｅの出力不足が発生する程度に低いことにより、ステップＳ３０で否定的に判断された場合には、ステップＳ３１へ進む。

ステップＳ３１では、目標エンジントルクＴｅが増大される。それと共に、目標エンジン回転数Ｎｅが速やかに増大される。そして、それら、増大された目標エンジントルクＴｅおよび増大された目標エンジン回転数Ｎｅに基づいてエンジン１が制御される。例えば、図１０に示すように、先ず、エンジン１の動作点が、現状の動作点ｇから、動作点ｇにおける目標エンジントルクＴｅを増大した一時動作点ｈに移行される。そして、このステップＳ３１において、目標エンジン回転数Ｎｅが、通常動作点ｉに向けて早期に増大される。通常動作点ｉは、前述の図４で示した例の通常動作点ｃと同様に、一時動作点ｈと比べて低トルクかつ高回転数側の動作点であり、常温時に要求出力Ｐｔに基づいて設定されるべき動作点である。したがって、このステップＳ２１では、バッテリ４の電池残量Ｃｂが残量Ｃ１よりも低い場合に、エンジントルクが一時的に増大されると共に、エンジン回転数が、常温時に要求出力Ｐｔに基づいて制御するべきエンジン回転数よりも早期に上昇させられる。その後、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１２以降で、前述の図３で示したフローチャートと同様の制御が実行される。

上記のように、この発明の実施形態における車両Ｖｅの制御装置では、低温時におけるバッテリ４の出力低下に対処するために一時的にエンジントルクを増大する際に、バッテリ４の電池残量Ｃｂが残量Ｃ１よりも低い場合には、電池残量Ｃｂが残量Ｃ１以上である場合と比較して、エンジン回転数を早く上昇させる。電池残量Ｃｂが残量Ｃ１よりも低い場合は、バッテリ４のＳＯＣが低下し、車両Ｖｅの出力不足が発生してしまう可能性がある。そこで、この図７のフローチャートで示す制御例では、エンジン回転数を早期に上昇させることにより、エンジン１の出力を早期に増大し、バッテリ４のＳＯＣを早期に回復させることができる。ひいては、車両Ｖｅの駆動力不足を適切に回避することができる。

１…エンジン（ENG）、 １ａ…（エンジンの）出力軸、 ２…第１モータ（MG1）、 ３…第２モータ（MG2）、４…バッテリ（BAT；二次電池）、 ５…検出部、 ５ａ…車輪速センサ、 ５ｂ…アクセルポジションセンサ、 ５ｃ…エンジン回転数センサ、 ５ｄ…第１モータ回転数センサ（レゾルバ）、 ５ｅ…第２モータ回転数センサ（レゾルバ）、 ５ｆ…電池温度センサ、 ５ｇ…第１モータ温度センサ、 ５ｈ…第２モータ温度センサ、 ５ｉ…水温センサ、 ５ｊ…ＳＯＣセンサ、 ６…コントローラ（ECU）、 ７…駆動輪、 ８…ドライブシャフト、 Ｖｅ…車両（ハイブリッド車両）。

Claims (6)

1. エンジンと、前記エンジンが出力する動力を電力に変換する発電機能を有する第１モータと、前記第１モータで発電した電力を蓄える二次電池と、前記二次電池から供給される電力を動力に変換してトルクを出力し、駆動輪に駆動力を発生させる第２モータと、前記エンジン、前記第１モータ、前記第２モータ、および、前記二次電池をそれぞれ制御するコントローラとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記二次電池の温度が、日本工業規格［JIS Z 8703］で定義されている常温の温度範囲（標準温度状態・２０℃に対して許容差の級別・温度１５級を用いた温度範囲；５〜３５℃）を援用して前記二次電池の温度の範囲として定義する“常温”よりも低い状態であって、前記“常温”時と比較して、前記二次電池の出力性能が低下するとともに、前記エンジンの出力性能が向上する“低温”の状態を判断するための閾値として定めた閾値温度よりも前記二次電池の温度が低い場合で、かつ、運転者の要求出力が所定の出力よりも大きい場合は、前記エンジンで出力するエンジントルクを、前記二次電池の温度が前記閾値温度以上のときに前記要求出力に基づいて出力するべき前記エンジントルクよりも大きく、かつ、前記二次電池の温度が前記閾値温度以上のときに設定される前記“常温”時の前記エンジンの性能曲線を上回って出力可能な前記エンジントルクまで、一時的に増大し、前記第１モータで発電させる
   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に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記二次電池の温度が前記閾値温度よりも低い状態で前記エンジントルクを一時的に増大した後に、前記エンジントルクを増大した状態における前記エンジンの運転状態を設定した前記エンジンの一時動作点を、前記“常温”時に前記要求出力に基づいて設定するべき前記エンジンの動作点であって、前記一時動作点よりも低トルクかつ高回転数側の通常動作点に移行して前記エンジンを制御する
   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２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記二次電池の温度が前記閾値温度よりも低い状態で前記エンジントルクを一時的に増大した後に、前記第１モータの温度が所定の温度に到達する前に、前記一時動作点を前記通常動作点に移行する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記エンジンの冷却水の温度が所定の水温よりも高い場合は、前記エンジントルクを一時的に増大すると共に、前記エンジンを運転する際のエンジン回転数を、前記“常温”時に前記要求出力に基づいて制御するべき前記エンジン回転数よりも早期に上昇させる
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記二次電池の電池残量が所定の残量よりも少ない場合は、前記エンジントルクを一時的に増大すると共に、前記エンジンを運転する際のエンジン回転数を、前記“常温”時に前記要求出力に基づいて制御するべき前記エンジン回転数よりも早期に上昇させる
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記エンジンは、前記エンジントルクで前記第１モータを駆動すると共に、前記エンジントルクを前記駆動輪に伝達し、前記駆動力を発生させる
   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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