JP7139910B2 - パワートレーンシステム - Google Patents

Description

この発明は、パワートレーンシステムに関し、より詳細には、車両を駆動する電動機と、内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、電動機及び発電機のそれぞれにインバータを介して並列に接続されたバッテリと、を備えるパワートレーンシステムに関する。

例えば、特許文献１には、車両走行用の電動機、バッテリ、インバータ、コンデンサ及び制御器を備える電気自動車が開示されている。具体的には、バッテリは、電動機に電力を供給する。インバータは、バッテリの直流電力を交流電力に変換して電動機に供給する。コンデンサは、インバータの入力端の正極と負極との間に接続されている。そのうえで、制御器は、インバータと電動機との間に流れる電流、インバータの変調率、及びインバータの入力電圧に基づいて、コンデンサのリプル電流を推定するとともに、推定したリプル電流に基づいてコンデンサの発熱量を推定するように構成されている。ここでいう「コンデンサのリプル電流」とは、インバータのスイッチング素子の動作に伴って生成されてコンデンサに出入りするリプル電流のことである。

特開２０１４－０５０３０３号公報

車両を駆動する電動機（車両走行用の電動機）とともに、内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、電動機及び発電機のそれぞれにインバータを介して並列に接続されたバッテリとを備えるパワートレーンシステムが知られている。このようなパワートレーンシステムでは、バッテリの電力を利用して電動機が車両を駆動しているときにバッテリの充電のために発電機が作動すると、次のような課題が生じ得る。すなわち、電動機を制御するモータインバータの作動に伴って生成されたリプル電流がバッテリに流れるようになる。また、発電機を制御する発電機インバータの作動に伴って生成されたリプル電流がバッテリに流れるようになる。つまり、バッテリには、これらのリプル電流が重なり合った電流が流れることになる。パワートレーンシステムの運転状態によっては、これらのリプル電流の過大となることが懸念される。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、車両を駆動する電動機とともに、内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、電動機及び発電機のそれぞれにインバータを介して並列に接続されたバッテリとを備えるパワートレーンシステムにおいて、バッテリに流れるリプル電流が過大となるのを抑制できるようにすることを目的とする。

本発明の一態様に係るパワートレーンシステムは、
車両を駆動する電動機と、
前記電動機に供給される電力を蓄えるバッテリと、
内燃機関と、
前記内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、
前記バッテリと並列に接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給するモータインバータと、
前記バッテリと並列に接続され、前記発電機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供給する発電機インバータと、
前記電動機、前記内燃機関、前記発電機、前記モータインバータ及び前記発電機インバータを制御する制御装置と、
を備える。
前記制御装置は、前記発電機による発電が必要なレベルにまで前記バッテリの充電率が低下したか否かを判定するための第１閾値以下にまで前記充電率が低下した場合、前記モータインバータの作動に伴って生成されて前記バッテリに流れるリプル電流が第２閾値未満であれば、前記発電機による発電のための前記内燃機関の始動を許可し、前記リプル電流が前記第２閾値以上であれば、前記発電機による発電のために前記内燃機関を始動させないように構成されている。

本発明の他の態様に係るパワートレーンシステムは、
車両を駆動する電動機と、
前記電動機に供給される電力を蓄えるバッテリと、
内燃機関と、
前記内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、
前記バッテリと並列に接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給するモータインバータと、
前記バッテリと並列に接続され、前記発電機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供給する発電機インバータと、
前記電動機、前記内燃機関、前記発電機、前記モータインバータ及び前記発電機インバータを制御する制御装置と、
を備える。
前記制御装置は、前記発電機による発電が必要なレベルにまで前記バッテリの充電率が低下したか否かを判定するための第１閾値以下にまで前記充電率が低下した場合、前記モータインバータの作動に伴って生成されて前記バッテリに流れるリプル電流が第２閾値未満であれば、前記発電機による発電のために前記内燃機関の始動を許可し、前記始動後に前記発電機による発電のために前記内燃機関を作動させている状況下において、前記リプル電流が前記第２閾値以上になった場合には、前記内燃機関を停止させるように構成されている。

前記制御装置は、前記電動機の回転数が第１所定範囲内にあり、かつ、前記電動機のトルクが第２所定範囲内にある場合に、前記リプル電流が前記第２閾値以上であると判定してもよい。

本発明の一態様によれば、発電機による発電が必要なレベルにまでバッテリの充電率が低下したか否かを判定するための第１閾値以下にまで充電率が低下した場合、モータインバータの作動に伴って生成されて前記バッテリに流れるリプル電流が第２閾値以上であれば、発電機による発電のために内燃機関は始動されない。これにより、電動機と発電機とが同時に作動することに起因してバッテリに流れるリプル電流が過大となるのを抑制することができる。

また、本発明の他の態様によれば、発電機による発電が必要なレベルにまでバッテリの充電率が低下したか否かを判定するための第１閾値以下にまで充電率が低下した場合、モータインバータの作動に伴って生成されてバッテリに流れるリプル電流が第２閾値未満であれば、発電機による発電のために内燃機関の始動が許可される。そして、当該始動後に発電機による発電のために内燃機関を作動させている状況下において、当該リプル電流が第２閾値以上になった場合には、内燃機関が停止される。これにより、電動機と発電機とが同時に作動することに起因してバッテリに流れるリプル電流が過大となるのを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るパワートレーンシステムの構成例を説明するための模式図である。 図１に示すパワートレーンシステム（２モータかつ２インバータシステム）の回路構成を模式的に表した図である。 ＭＧ２及びＭＧ１の運転領域をそれぞれ表したグラフである。 ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２及びＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１のそれぞれの一例を表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係るパワートレーン制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るパワートレーン制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
１－１．パワートレーンシステムの構成例
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワートレーンシステム１０の構成例を説明するための模式図である。図１に示すパワートレーンシステム１０は、２つのモータジェネレータ１２及び１４と、内燃機関１６と、バッテリ１８とを備えている。以下、第１モータジェネレータ１２を「ＭＧ１」とも称し、第２モータジェネレータ１４を「ＭＧ２」とも称する。

ＭＧ２は、車両の減速時に回生制動を行う場合を除き、車両（車輪２０）を駆動する電動機として使用される。このため、ＭＧ２は、本発明に係る「電動機」（３相交流電動機）の一例に相当する。バッテリ（直流電源）１８は、ＭＧ２に供給される電力を蓄える。また、パワートレーンシステム１０は、車両外部から供給される電力によってバッテリ１８を充電可能に構成されている。

そのうえで、パワートレーンシステム１０は、車両の航続距離の延長を目的として、バッテリ１８に供給される電力を生成する発電ユニット２２を備えている。発電ユニット２２は、上述のＭＧ１と内燃機関１６とを含む。内燃機関１６は、燃料の供給を受けて作動する。ＭＧ１は、内燃機関１６の動力によって駆動されて電力を生成する。このため、ＭＧ１は、本発明に係る「発電機」（３相交流発電機）の一例に相当する。

上述の機能を有するパワートレーンシステム１０が搭載された車両は、いわゆるＲＥＥＶ（Range Extended Electric Vehicle）に相当する。より詳細には、発電ユニット２２は、発電が必要な場合にのみ作動する（すなわち、内燃機関１６を用いてＭＧ１が駆動される）。つまり、ＭＧ１とＭＧ２とは、それぞれ独立して制御されることになる。

また、パワートレーンシステム１０は、ＭＧ２を制御するためのモータＰＣＵ（Power Control Unit）２４と、ＭＧ１を制御するための発電機ＰＣＵ２６とを備えている。モータＰＣＵ２４は、モータインバータ２８（図２参照）を備え、発電機ＰＣＵ２６は、発電機インバータ３０（図２参照）を備えている。したがって、パワートレーンシステム１０は、換言すると、２モータかつ２インバータシステムである。

図２は、図１に示すパワートレーンシステム１０（２モータかつ２インバータシステム）の回路構成を模式的に表した図である。

モータＰＣＵ２４は、モータインバータ（モータＩＮＶ）２８とともに、コンデンサ３２を備えている。モータインバータ２８は、バッテリ１８と並列に接続されている。モータインバータ２８は、図示省略する複数のスイッチング素子を備える電力変換器である。モータインバータ２８は、ＭＧ２によって車両を駆動する時には、それぞれのスイッチング素子を適宜にオン／オフすることによってバッテリ１８の直流電力を交流電力に変換してＭＧ２に供給する。より詳細には、これらのスイッチング素子は、トランジスタ（典型的には、３対のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））であり、そのオン／オフは後述の制御装置３８からのスイッチング制御信号によって制御される。なお、モータインバータ２８は、車両の回生制動時には、ＭＧ２によって生成された交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を、コンデンサ３２を介してバッテリ１８に供給する。

コンデンサ３２は、モータインバータ２８のバッテリ１８側の端部において電力線ＰＬと接地線ＮＬとの間に接続されている。コンデンサ３２は、バッテリ１８からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をモータインバータ２８に供給する。また、コンデンサ３２と並列に、電圧センサ３４が設けられている。電圧センサ３４は、モータインバータ２８の入力電圧（＝バッテリ１８の電圧）を検出する。

発電機ＰＣＵ２６は、発電機インバータ（発電機ＩＮＶ）３０とともに、コンデンサ３６を備えている。発電機インバータ３０は、バッテリ１８と並列に接続されており、モータインバータ２８と同様に、図示省略する複数のスイッチング素子を備えている。発電機インバータ３０は、それぞれのスイッチング素子を適宜にオン／オフすることによってＭＧ１により生成された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１８に供給する。

コンデンサ３６は、発電機インバータ３０のバッテリ１８側の端部において電力線ＰＬと接地線ＮＬとの間に接続されている。コンデンサ３６は、発電機インバータ３０によって変換された後の直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をバッテリ１８に供給する。

図１及び図２に示すように、パワートレーンシステム１０は、さらに、ＭＧ２（電動機）、発電ユニット２２（内燃機関１６及びＭＧ１）、並びにインバータ２８、３０を制御する制御装置３８を備えている。制御装置３８は、プロセッサ３８ａとメモリ３８ｂとを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。メモリ３８ｂは、パワートレーンシステム１０の動作を制御するためのプログラムを記憶している。プロセッサ３８ａは、メモリ３８ｂからプログラムを読み出して実行する。なお、制御装置３８は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

制御装置３８は、パワートレーンシステム１０の動作を制御するための各種センサからセンサ信号を取り込む。ここでいう各種センサは、上述の電圧センサ３４とともに、電流センサ４０、４２、４４、回転角センサ（レゾルバ）４６、４８、及びアクセルポジションセンサ５０を含む。電流センサ４０は、バッテリ１８を流れる電流を検出する。電流センサ４０は、ＭＧ２に流れる電流を検出し、電流センサ４２は、ＭＧ１に流れる電流を検出する。より詳細には、電流センサ４０は、一例として、ＭＧ２のＶ相電流及びＷ相電流を検出し、残るＵ相電流は、検出したＶ相電流及びＷ相電流とキルヒホッフの法則とに基づいて推定される。このことは、電流センサ４２についても同様である。回転角センサ４６は、ＭＧ２の回転角を検出し、回転角センサ４８は、ＭＧ１の回転角を検出する。制御装置３８は、検出されたＭＧ２の回転角に基づいてＭＧ２回転数を算出でき、同様に、ＭＧ１回転数を算出できる。アクセルポジションセンサ５０は、車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出する。

また、制御装置３８は、バッテリ１８の充電率（ＳＯＣ）を算出可能に構成されている。より詳細には、ＳＯＣは、バッテリ１８の満充電量に対する現在の充電量の割合（％）に相当する。ＳＯＣの取得手法は、特に限定されないが、ＳＯＣは、例えば、電流センサ４０を利用してバッテリ１８に出入りする電流を計測し、計測された電流を時間で積分することにより取得（算出）できる。

２．パワートレーン制御
１－２－１．パワートレーンシステムの基本動作
制御装置３８は、予め記憶されたプログラムをプロセッサ３８ａで実行することによるソフトウェア処理、及び／又は専用の電子回路によるハードウェア処理によって、パワートレーンシステム１０の動作を制御する。制御装置３８によるパワートレーンシステム１０の制御モードは、以下に説明される「ＥＶモード」と「航続距離延長モード」とを含む。

（ＥＶモード）
ＳＯＣが閾値ＴＨｂよりも高い場合（すなわち、バッテリ１８の残量に十分な余裕がある場合）には、制御装置３８は、ＭＧ２によって車両を駆動するＥＶモードを実行する。ＥＶモードでは、モータインバータ２８が次のように制御される。すなわち、制御装置３８は、入力されたトルク指令値及び上述の各種センサにより検出された電圧、電流及び回転角情報に基づいて、ＭＧ２がトルク指令値に応じたトルク（ＭＧ２トルク）を出力するようにモータインバータ２８を制御する。より詳細には、制御装置３８は、このようにモータインバータ２８を制御するためのスイッチング制御信号を生成してモータインバータ２８に出力する。これにより、所望のトルク指令値を満たすようにＭＧ２トルクが制御される。なお、トルク指令値は、アクセルポジションセンサ５０により検出されるアクセルペダルの踏み込み量及びＭＧ２回転数等の所定のパラメータに基づいて決定される。また、ＳＯＣの閾値ＴＨｂは、本発明に係る「第１閾値」の一例に相当する。

（航続距離延長モード）
一方、ＳＯＣが閾値ＴＨｂ以下となる場合（すなわち、航続距離の延長のために発電が必要とされる場合）には、制御装置３８は、発電ユニット２２によって発電を行いつつ、ＭＧ２によって車両を駆動する航続距離延長モードを実行する。航続距離延長モードでは、制御装置３８は、発電ユニット２２による発電を行うために、内燃機関１６を始動させるとともに、次のように発電機インバータ３０を制御する。すなわち、制御装置３８は、内燃機関１６の動力を利用してＭＧ１によって生成された交流電力を直流電力に変換させるためのスイッチング制御信号を生成して発電機インバータ３０に出力する。その結果、発電機インバータ３０は、ＭＧ１によって生成された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１８に供給する。

１－２－２．航続距離延長モードの実行時（ＭＧ１とＭＧ２の同時作動時）の課題
モータインバータ２８（のスイッチング素子）が作動すると、バッテリ１８の電圧が変動し、その結果、モータインバータ２８とバッテリ１８との間を流れる直流電流に対してリプル電流（脈動成分）が重畳する。バッテリ１８は内部抵抗を有するため、バッテリ１８はリプル電流の出入りに起因して発熱する。より詳細には、リプル電流の一部はコンデンサ３２によって平滑化されるが、コンデンサ３２によって除き切れなかったリプル電流がバッテリ１８に流れ込む。また、コンデンサ３２も内部抵抗を有するので、コンデンサ３２も発熱する。以下、説明の便宜上、ＭＧ２によって車両を駆動する場合に、モータインバータ２８の作動（スイッチング動作）に起因してバッテリ１８に流れる電流に重畳するリプル電流のことを、「ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２」と称する。なお、このリプル電流Ｉｒｍｇ２は、本発明に係る「モータインバータの作動に伴って生成されてバッテリに流れるリプル電流」の一例に相当する。

上述のリプル電流の発生は、発電機インバータ３０とバッテリ１８とコンデンサ３６との関係においても同様である。すなわち、内燃機関１６の動力によってＭＧ１が発電を行う場合には、発電機インバータ３０のスイッチング動作に起因して、発電機インバータ３０からバッテリ１８に供給される直流電流に対してリプル電流が重畳する。バッテリ１８は、このリプル電流によっても発熱し、また、コンデンサ３６も発熱する。以下、説明の便宜上、ＭＧ１が発電を行う場合に、発電機インバータ３０の作動（スイッチング動作）に起因してバッテリ１８に流れる電流に重畳するリプル電流のことを、「ＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１」と称する。

図２に示す回路構成では、リプル電流は、上述のように、モータインバータ２８とバッテリ１８との間、及び、発電機インバータ３０とバッテリ１８との間の双方において発生する。ＥＶモードにおいてバッテリ１８に流れ込むリプル電流は、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２のみとなる。一方、航続距離延長モードでは、発電のためにＭＧ１がＭＧ２とともに同時に作動することとなる。その結果、バッテリ１８において、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２とＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１とが足し合わされることになる。そして、足し合わされたリプル電流Ｉｒｓは、次のような要因によって増幅されることがある。

バッテリ１８は、図２に示すように、バッテリ１８内のバスバー等のコイル成分Ｌと、抵抗成分Ｒ（内部抵抗）とによって表すことができる。図２に示す回路構成では、バッテリ１８のコイル成分Ｌとコンデンサ（Ｃ）３２との間で構成される電気回路上でＬＣ共振が生じ得る。このＬＣ共振の周波数と、モータインバータ２８によるＰＷＭ制御のキャリア周波数とが近いと、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が増幅される。

上記のことは、ＭＧ１側においても同様である。すなわち、バッテリ１８のコイル成分Ｌとコンデンサ（Ｃ）３６との間で構成される電気回路におけるＬＣ共振の周波数と、発電機インバータ３０によるＰＷＭ制御のキャリア周波数とが近いと、ＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１が増幅される。付け加えると、図２に示す回路構成では、バッテリ１８のコイル成分Ｌと各コンデンサ（Ｃ）３２、３６との間で構成される電気回路上で生じ得るＣＬＣ共振もある。したがって、このＣＬＣ共振の周波数と各インバータ２８、３０のキャリア周波数とが近いと、ＭＧ２側、ＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ２、Ｉｒｍｇ１がそれぞれ増幅される。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ＭＧ２及びＭＧ１の運転領域をそれぞれ表したグラフである。ここで、インバータ２８、３０によるＭＧ２、ＭＧ１の制御は、より詳細には、正弦波ＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード及び矩形波制御モードを選択的に使用して行われる。これらの制御モードは、公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

図３（Ａ）に示すように、ＭＧ２の低回転側の領域では、トルク変動を小さくするために、正弦波ＰＷＭ制御モードが使用される。また、ＭＧ２の高回転側の領域では、ＭＧ２が高い出力を発揮できるようにするために、矩形波制御モードが実行される。これらの領域の中間に位置する領域では、過変調ＰＷＭ制御モードが用いられる。これは、正弦波ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとの間で直接的に制御モードを切り替えることによるＭＧ２トルクの段差が生じないようにするためである。以上のことは、図３（Ｂ）に示すように、ＭＧ１の運転領域についても同様である。なお、図３（Ａ）に示されたＭＧ２トルクは、ＭＧ２が車両を駆動する際に発揮する駆動トルクであり、図３（Ｂ）に示されたＭＧ１トルクは、内燃機関１６の動力によってＭＧ１が発電を行う際に発揮する発電トルクである。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２及びＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ２のそれぞれは、矩形波制御モード又は過変調ＰＷＭ制御モードが使用される高トルク側（高ＭＧ２電流側）の領域において過大となる。ここで、ＭＧ２は、運転者からの要求車両駆動力を満たすために、図３（Ａ）に示す運転領域内を網羅的に使用する。その結果、ＥＶモードの使用中に、図３（Ａ）中に指示された高リプル電流領域が使用されることがある。一方、発電のために用いられるＭＧ１の動作点としては、図３（Ｂ）中に示されるような低回転低トルク側の使用対象領域（破線）内の１つ又は複数の動作点が該当する。これは、低燃費及び騒音低減を考慮して内燃機関１６の動作点が決定されることに起因する。したがって、ＭＧ１に関しては、図３（Ａ）中に指示された高リプル電流領域が使用されることはない。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２及びＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１のそれぞれの一例を表したタイムチャートである。より詳細には、図４（Ａ）は、図３（Ａ）中に示す高リプル電流領域内のある動作点においてＭＧ２が作動している時のリプル電流Ｉｒｍｇ２が重畳した電流波形の例を示している。

図４（Ａ）に示す例におけるリプル電流Ｉｒｍｇ２の値は、１９１Ａｐｐ（peak-to-peak value）である。一方、図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）中に示される所定の使用対象領域内のある動作点においてＭＧ１が作動している時のリプル電流Ｉｒｍｇ１が重畳した電流波形を示している。図４（Ｂ）に示す例におけるリプル電流の値は、２０Ａｐｐである。これらの例に示されるように、高リプル電流領域内のある動作点においてＭＧ２が作動している時のリプル電流Ｉｒｍｇ２は、発電のためにＭＧ１が作動している時のリプル電流Ｉｒｍｇ１よりも大きくなる。

ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２とＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１とが足し合わされることがあっても、リプル電流Ｉｒｓ自体が小さければ、それがバッテリ１８及びコンデンサ３２、３６に与える影響は小さい。しかしながら、ＭＧ２が高リプル電流領域内において使用されている状態において発電が開始した場合（ＥＶモード→航続距離延長モード）、足し合わされたリプル電流Ｉｒｓは、既述したような要因で増幅されることによって過大となることが懸念される。

１－２－３．実施の形態１に係るパワートレーン制御の特徴部分
上記の課題に鑑み、本実施形態では、制御装置３８は、バッテリ１８のＳＯＣが上記閾値ＴＨｂ以下であり、かつ、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上となる場合には、ＭＧ１による発電のために内燃機関１６を始動させないように構成されている。なお、リプル電流Ｉｒｍｇ２の閾値ＴＨｐは、本発明に係る「第２閾値」の一例に相当する。

具体的には、本実施形態では、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上であるか否かは、一例として、ＭＧ２回転数が第１所定範囲Ｒ１内にあり、かつ、ＭＧ２トルクが第２所定範囲Ｒ２内にあるか否かに基づいて判定される。

１－２－４．制御装置による処理
図５は、本発明の実施の形態１に係るパワートレーン制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンの処理は、ＥＶモードの使用中に繰り返し実行される。

図５に示すルーチンでは、制御装置３８は、まず、ステップＳ１００において、バッテリ１８のＳＯＣが閾値ＴＨｂ以下であるか否かを判定する。閾値ＴＨｂは、ＥＶモードの使用中に発電ユニット２２による発電が必要なレベルにまでＳＯＣが低下したか否かを判断するための値として事前に決定されている。

ステップＳ１００の判定結果が否定的である場合（ＳＯＣ＞閾値ＴＨｂ）、つまり、発電ユニット２２による発電が必要ではないと判断できる場合には、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、制御装置３８は、内燃機関１６を始動すべき時にオンとされるエンジン始動フラグをオフのままとする。その結果、内燃機関１６は始動されない。

一方、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合（ＳＯＣ≦閾値ＴＨｂ）、つまり、航続距離の延長のために発電が必要であると判断できる場合には、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、制御装置３８は、ＭＧ２回転数が第１所定範囲Ｒ１内にあり、かつ、ＭＧ２トルクが第２所定範囲Ｒ２内にあるか否かを判定する。これらの所定範囲Ｒ１、Ｒ２は、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上となるＭＧ２の運転領域（例えば、図３（Ａ）に示す高リプル電流領域）を特定できるように事前に決定されている。付け加えると、リプル電流Ｉｒｍｇ２の閾値ＴＨｐは、発電の開始に伴ってＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１が生じたとしたら、双方のリプル電流Ｉｒｍｇ２、Ｉｒｍｇ１が重なり合うことに起因してバッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓを所定の許容値以上に高めてしまうリプル電流Ｉｒｍｇ２の最小値に相当する。

ＭＧ２トルクは、例えば、次のような手法によって取得することができる。すなわち、ＭＧ２トルクは、ＭＧ２に流れる電流の値に基づいて推定できる。より詳細には、制御装置３８は、電流センサ４０を利用して取得したＭＧ２の３相の電流値を、３相／ｄｑ軸変換器（図示省略）においてｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換する。制御装置３８のメモリ３８ｂには、ｄ軸電流値及びｑ軸電流値と、ＭＧ２トルクとの関係を定めたマップ（図示省略）が記憶されている。制御装置３８は、そのようなマップから、ｄ軸電流値及びｑ軸電流値に応じたＭＧ２トルクを取得する。

ステップＳ１０４の判定結果が否定的である場合、つまり、リプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上ではないと推定される場合には、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、制御装置３８は、エンジン始動フラグをオンにする。その結果、内燃機関１６が始動される。すなわち、この場合には、発電を開始したとしてもバッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓが上記許容値未満の小さな値であると判断できるため、発電のための内燃機関１６の始動が許可される。

一方、ステップＳ１０４の判定結果が肯定的である場合、つまり、リプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上であると推定される場合には、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、制御装置３８は、エンジン始動フラグをオフのままとする。このため、発電が要求されているけれども（ＳＯＣ≦閾値ＴＨｂ）、内燃機関１６は始動されない。

１－３．効果
以上説明した実施の形態１に係るパワートレーンシステム１０によれば、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上となる場合には、発電が要求されている場合であっても（ＳＯＣ≦閾値ＴＨｂ）、内燃機関１６は始動されない。このような制御によれば、リプル電流Ｉｒｍｇ２に対してＭＧ１側のリプル電流Ｉｒｍｇ１が足し合わされ、かつ増幅されることによってバッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓが過大となる懸念がある場合には、発電が行われなくなる。このため、リプル電流Ｉｒｓが過大となることを抑制できる。

付け加えると、バッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓが過大となることへの他の対策としては、リプル電流Ｉｒｍｇ２を平滑化するためのコンデンサ３２の容量を増やすことが考えられる。しかしながら、コンデンサ３２の容量を増やすことは、コストアップに繋がる。また、他の対策として、モータインバータ２８の作動（スイッチング動作）に起因するバッテリ１８の電圧の変動を抑えてリプル電流Ｉｒｍｇ２を小さくするために、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高めることが考えられる。しかしながら、キャリア周波数を増やすと、スイッチング素子の耐熱性を向上させる必要が生じ、その結果、コストが上昇する。これに対し、本実施形態のパワートレーン制御による対策によれば、これらのコストアップを招くことなく、リプル電流Ｉｒｍｇ２、Ｉｒｍｇ１の重なりに起因してリプル電流Ｉｒｓが過大となることを抑制できる。

また、本実施形態では、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上であるか否かは、ＭＧ２回転数が第１所定範囲Ｒ１内にあり、かつ、ＭＧ２トルクが第２所定範囲Ｒ２内にあるか否かに基づいて判定される。すなわち、このような手法によれば、ＭＧ２の運転領域の判定結果に基づいて、リプル電流Ｉｒｍｇ２の大きさを推定することができる。

付け加えると、上記のようなリプル電流Ｉｒｍｇ２の推定例に代え、後述のように、電流センサを用いてリプル電流Ｉｒｍｇ２を検出し、検出したリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上であるか否かが判定されてもよい。しかしながら、微小な周期で変動するリプル電流Ｉｒｍｇ２を制御装置３８が電流センサから受け取るためには、制御装置３８（ＥＣＵ）のサンプルレートを高まることが必要になることがある。サンプルレートを高まることは、ＥＣＵのコストアップに繋がる。これに対し、ＭＧ２の運転領域を利用してリプル電流Ｉｒｍｇ２の大きさを推定する本実施形態の手法によれば、このようなコストアップを招くことなく、リプル電流Ｉｒｍｇ２を取得できるようになる。

２．実施の形態２
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２に係るパワートレーンシステム１０のハードウェア構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

２－１．パワートレーン制御
２－１－１．実施の形態２に係るパワートレーン制御の特徴部分
実施の形態１においては、内燃機関１６が始動していない状態において発電を開始する要求が出された場合（ＳＯＣ≦閾値ＴＨｐ）に、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２の大きさに応じて内燃機関１６を始動するか否かが決定される例について説明がなされた。その一方で、発電が開始された後においても、ＭＧ２トルク及びＭＧ２回転数により特定されるＭＧ２の動作点が変化することに起因してリプル電流Ｉｒｍｇ２が増大し、その結果、ＭＧ２側及びＭＧ１側の双方からバッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓが過大となる可能性がある。

そこで、本実施形態では、制御装置３８は、ＳＯＣが閾値ＴＨｂ以下、かつ、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ未満であるときにＭＧ１による発電のために内燃機関１６を作動させている状況下において、リプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上になった場合には、内燃機関１６を停止させるように構成されている。

２－１－２．制御装置による処理
図６は、本発明の実施の形態２に係るパワートレーン制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンの処理は、パワートレーンシステム１０の起動中に繰り返し実行される。図６に示すルーチン中のステップＳ１００、Ｓ１０２及びＳ１０６の処理については、実施の形態１において既述した通りである。

図６に示すルーチンでは、制御装置３８は、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合（ＳＯＣ≦閾値ＴＨｂ）には、処理はステップＳ２００に進む。なお、発電のために内燃機関１６の運転が行われている状況下においてステップＳ１００の判定結果が否定的となる場合（ＳＯＣ＞閾値ＴＨｂ）には、処理はステップＳ１０２に進み、内燃機関１６の運転が停止される。

ステップＳ２００では、制御装置３８は、内燃機関１６が運転中であるか否かを判定する。その結果、ステップＳ２００の判定結果が否定的である場合（すなわち、エンジン運転中ではない場合）には、処理はステップＳ２０２に進む。一方、この判定結果が肯定的である場合（すなわち、エンジン運転中である場合）には、処理はステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０２では、制御装置３８は、発電を許可するか否かを判定する。具体的には、本ステップＳ２０２では、例えば、内燃機関１６に故障が生じていないか否か、及び図５に示すルーチンのステップＳ１０４の判定条件が満たされるか否かに基づいて、発電を許可するか否かが判定される。なお、内燃機関１６の故障の有無は、例えば、内燃機関１６の故障を示す故障表示灯（ＭＩＬ）が１つも点灯していないことを確認することによって判断することができる。

ステップＳ２０２の判定結果が否定的である場合（すなわち、発電が許可されない場合）には、処理はステップＳ１０２に進む。一方、この判定結果が肯定的である場合（すなわち、発電が許可される場合）には、処理はステップＳ１０６に進み、内燃機関１６が始動される。その後、処理はステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、制御装置３８は、ステップＳ１０４の処理と同様に、ＭＧ２回転数が第１所定範囲Ｒ１内にあり、かつ、ＭＧ２トルクが第２所定範囲Ｒ２内にあるか否かを判定する。その結果、この判定結果が否定的である場合、つまり、ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上ではないと推定される場合には、処理はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、制御装置３８は、エンジン始動フラグをオンのままとする。すなわち、発電を実行している場合においてバッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓが上記許容値未満の小さな値であると判断できる場合には、内燃機関１６の運転が継続される。

一方、ステップＳ２０４の判定結果が肯定的である場合、つまり、リプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上であると推定される場合には、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、制御装置３８は、エンジン始動フラグをオフとする。その結果、内燃機関１６の運転が停止される。

２－２．効果
以上説明した実施の形態２に係るパワートレーンシステムによれば、ＭＧ１による発電のために内燃機関１６を作動させている状況下であってもＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上になった場合には、内燃機関１６が強制的に停止される。このような制御によれば、発電の開始後にＭＧ２の動作点の変化に起因してリプル電流Ｉｒｍｇ２が増大したとしても、ＭＧ２側及びＭＧ１側の双方からバッテリ１８に流れ込むリプル電流Ｉｒｓが過大とならないようにすることができる。

２－３．実施の形態２に対する変形例
上述した実施の形態２の図６に示すルーチンの処理によれば、発電のために内燃機関１６を始動させていない状況下に関しては、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ２００及びＳ２０２の処理によって、実施の形態１の図５に示すルーチンの処理と同様にＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２の大きさに応じて内燃機関１６を始動するか否かが決定される。また、本実施形態の図６に示すルーチンの処理によれば、内燃機関１６を作動させている状況下においては、ステップＳ２０４～Ｓ２０８の処理によって、リプル電流Ｉｒｍｇ２の大きさに応じて内燃機関１６の運転を停止するか否かが決定される。しかしながら、本発明に係る制御装置が実行するルーチンの処理は、後者の例（内燃機関１６を作動させている状況下において、ステップＳ２０４～Ｓ２０８の処理によって、リプル電流Ｉｒｍｇ２に応じて内燃機関１６の運転を停止するか否かが決定される例）のみが実行されるように修正されてもよい。

３．他の実施の形態
３－１．ＭＧ２側のリプル電流Ｉｒｍｇ２の大きさの他の判定例
上述した実施の形態１及び２においては、ＭＧ２の動作点（トルク及び回転数）が所定範囲Ｒ１、Ｒ２内にあるか否かに基づいて、リプル電流Ｉｒｍｇ２が閾値ＴＨｐ以上であるか否かが判定された。しかしながら、本発明に係る「モータインバータの作動に伴って生成されてバッテリに流れるリプル電流」が「第２閾値」以上であるか否かの判定は、上述の例に代え、例えば、当該リプル電流を電流センサによって検出し、検出されたリプル電流が第２閾値以上であるか否かを判断することによって行われてもよい。

３－２．他の回路構成例
上述した実施の形態１及び２においては、本発明に係る「電動機」、「バッテリ」、「発電機」、「モータインバータ」及び「発電機インバータ」を含む回路構成の一例として、図２に示す回路構成が挙げられた。しかしながら、図２に示す回路構成に代え、例えば、次のような回路構成が採用されてもよい。すなわち、ＭＧ２に接続されたモータインバータ２８に対してコンデンサ３２及びバッテリＡが並列に接続された回路Ａと、ＭＧ１に接続された発電機インバータ３０に対してコンデンサ３６及びバッテリＢが並列に接続された回路Ｂとが備えられてもよい。そのうえで、バッテリＡとバッテリＢとが並列に接続されるように回路Ａと回路Ｂとが接続されてもよい。なお、バッテリＡ及びＢは、本発明に係る「バッテリ」の他の例に相当する。

３－３．パワートレーンシステムが搭載される車両の他の例
実施の形態１及び２においては、パワートレーンシステム１０が搭載されたＲＥＥＶの例が説明された。しかしながら、本発明に係るパワートレーンシステムは、電動機を制御するモータインバータ、及び、発電機を制御する発電機インバータのそれぞれがバッテリと並列に接続された回路構成を有していれば、上記のＲＥＥＶに代え、他の方式の車両に広く適用されてもよい。

具体的には、本パワートレーンシステムは、例えば、ＲＥＥＶとは異なり車両外部から供給される電力によってバッテリを充電する機能を有しないシリーズ方式のハイブリッド車両に対して適用されてもよい。また、本発明に係る「内燃機関」は、必ずしも発電のためだけに備えられたものに限られず、したがって、本パワートレーンシステムは、内燃機関が発電と車両駆動のために用いられる方式（例えば、動力分割方式）のハイブリッド車両に対して適用されてもよい。

以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１０ パワートレーンシステム
１２ 第１モータジェネレータ（ＭＧ１）
１４ 第２モータジェネレータ（ＭＧ２）
１６ 内燃機関
１８ バッテリ
２０ 車輪
２２ 発電ユニット
２４ モータＰＣＵ
２６ 発電機ＰＣＵ
２８ モータインバータ
３０ 発電機インバータ
３２、３６ コンデンサ
３４ 電圧センサ
３８ 制御装置
４０、４２、４４ 電流センサ
４６、４８ 回転角センサ
５０ アクセルポジションセンサ

Claims (3)

1. 車両を駆動する電動機と、
   前記電動機に供給される電力を蓄えるバッテリと、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、
   前記バッテリと並列に接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給するモータインバータと、
   前記バッテリと並列に接続され、前記発電機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供給する発電機インバータと、
   前記電動機、前記内燃機関、前記発電機、前記モータインバータ及び前記発電機インバータを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記発電機による発電が必要なレベルにまで前記バッテリの充電率が低下したか否かを判定するための第１閾値以下にまで前記充電率が低下した場合、
   前記モータインバータの作動に伴って生成されて前記バッテリに流れるリプル電流が第２閾値未満であれば、前記発電機による発電のための前記内燃機関の始動を許可し、
   前記リプル電流が前記第２閾値以上であれば、前記発電機による発電のために前記内燃機関を始動させない
   ように構成されている
   ことを特徴とするパワートレーンシステム。
2. 車両を駆動する電動機と、
   前記電動機に供給される電力を蓄えるバッテリと、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の動力によって電力を生成する発電機と、
   前記バッテリと並列に接続され、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給するモータインバータと、
   前記バッテリと並列に接続され、前記発電機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供給する発電機インバータと、
   前記電動機、前記内燃機関、前記発電機、前記モータインバータ及び前記発電機インバータを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記発電機による発電が必要なレベルにまで前記バッテリの充電率が低下したか否かを判定するための第１閾値以下にまで前記充電率が低下した場合、
   前記モータインバータの作動に伴って生成されて前記バッテリに流れるリプル電流が第２閾値未満であれば、前記発電機による発電のために前記内燃機関の始動を許可し、
   前記始動後に前記発電機による発電のために前記内燃機関を作動させている状況下において、前記リプル電流が前記第２閾値以上になった場合には、前記内燃機関を停止させる
   ように構成されている
   ことを特徴とするパワートレーンシステム。
3. 前記制御装置は、前記電動機の回転数が第１所定範囲内にあり、かつ、前記電動機のトルクが第２所定範囲内にある場合に、前記リプル電流が前記第２閾値以上であると判定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパワートレーンシステム。

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