JP7305489B2

JP7305489B2 - 制御装置および制御方法

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Publication number: JP7305489B2
Application number: JP2019161260A
Authority: JP
Inventors: 博文田口
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2023-07-10
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: JP2021040440A

Description

開示の実施形態は、制御装置および制御方法に関する。

従来、エンジンの駆動力をアシストするモータジェネレータへ電力を供給する主バッテリと、補機に電力を供給する補機バッテリとを備えるハイブリッド自動車がある。ハイブリッド自動車では、始動時にモータジェネレータと主バッテリとを接続すると、高電圧の突入電流が流れてモータジェネレータおよび主バッテリが破損する。

このため、主バッテリよりも出力電圧が低い補機バッテリの出力電圧を昇圧してモータジェネレータの平滑コンデンサをプリチャージした後に、主バッテリからモータジェネレータへ高電圧の電力を供給する電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－３０２１２９号公報

しかしながら、補機バッテリによってプリチャージを行う間、補機バッテリから複数の補機にも電力が供給されているため、プリジャージの開始からモータジェネレータの始動までに時間が掛かる。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、プリチャージの開始からモータジェネレータの始動までの時間を短縮することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る制御装置は、受付部と、選択部と、制御部とを備える。受付部は、第１電源によって動作するモータジェネレータの始動要求を受け付ける。選択部は、前記受付部によって前記始動要求が受け付けられる場合に、前記第１電源よりも出力電圧が低い第２電源によって動作する複数の補機から、前記第２電源との接続を切断する補機を選択する。制御部は、前記選択部によって選択される補機と前記第２電源との接続を切断し、前記第２電源によって前記モータジェネレータをプリチャージさせた後に、前記第１電源によって前記モータジェネレータを始動させる。

実施形態の一態様に係る制御装置および制御方法は、プリチャージの開始からモータジェネレータの始動までの時間を短縮することができる。

図１は、実施形態に係る制御装置が搭載される車両の駆動系統および電気系統の説明図である。図２は、実施形態に係る制御装置の構成の一例を示す説明図である。図３は、実施形態に係る制御装置の制御部の動作例を示す説明図である。図４は、実施形態に係る制御装置の制御部の動作例を示す説明図である。図５Ａは、実施形態に係る制御装置の選択部の動作例を示す説明図である。図５Ｂは、実施形態に係る制御装置の選択部の動作例を示す説明図である。図６は、実施形態に係る制御装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。まず、図１を参照し、実施形態に係る制御装置が搭載される車両の駆動系統および電気系統について説明する。図１は、実施形態に係る制御装置１が搭載される車両の駆動系統および電気系統の説明図である。

図１に示すように、制御装置１が搭載される車両は、エンジン１００、トランスミッション１０１、スタータ１０２、第１電源の一例であるＬｉ（リチウム）イオンバッテリＢ１、第２電源の一例である鉛バッテリＢ２、および複数の補機１０を備える。さらに、車両は、モータジェネレータＭＧと、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＣとを備える。

エンジン１００は、車両を走行させる内燃機関である。トランスミッション１０１は、エンジンの駆動力をプロペラシャフト１０３へ伝達する装置である。スタータ１０２は、寒冷な時期にエンジン１００を始動させるセルモータである。

補機１０は、車両に搭載される各種の電装品である。ＬｉイオンバッテリＢ１は、例えば、４８Ｖの二次電池であり、モータジェネレータＭＧへ電力を供給すると共に、モータジェネレータＭＧによって発電される電力を蓄電する。鉛バッテリＢ２は、例えば、１２Ｖの二次電池であり、スタータ１０２および補機１０へ電力を供給すると共に、モータジェネレータＭＧによって発電される電力を蓄電する。

モータジェネレータＭＧは、車両のエンジン１００始動時や走行時にエンジン１００の駆動力をアシストする電動機の機能と、車両の減速時に発生する回生エネルギーによって発電して充電を行う充電器の機能とを備える回転電機である。

エンジン１００のプロペラシャフト１０３には、プーリ１０４が取り付けられ、モータジェネレータＭＧの回転軸１０５には、プーリ１０６が取り付けられる。プーリ１０４，１０６には、ベルト１０７が巻回される。

これにより、モータジェネレータＭＧは、回転軸１０５を回転させることによって、エンジン１００の始動時や車両の走行時にエンジン１００の駆動力をアシストすることができる。また、モータジェネレータＭＧは、車両の減速時に発生する回生エネルギーによって発電して充電を行うことができる。

制御装置１は、モータジェネレータＭＧの充放電制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置１は、例えば、エンジン１００の始動時に、車両全体を統括制御する上位の車両制御ＥＣＵ（以下、「上位ＥＣＵ」と記載する）からモータジェネレータＭＧの起動要求を受信した場合に、モータジェネレータＭＧを起動させる。

また、制御装置１は、例えば、信号停止等の一時的な停車時のアイドリングストップ中に、上位ＥＣＵからモータジェネレータＭＧの起動要求を受信した場合に、モータジェネレータＭＧを起動させる。

また、制御装置１は、ＬｉイオンバッテリＢ１からモータジェネレータＭＧへ電力を供給する場合に、第１スイッチＳＷ１をＯＮにする。また、制御装置１は、鉛バッテリＢ２から補機１０へ電力を供給する場合に、第２スイッチＳＷ２をＯＮにし、接続切替部ＳＷ３によって鉛バッテリＢ２と補機１０とを接続する。また、制御装置１は、スタータ１０２によってエンジン１００を始動させる場合に、第２スイッチＳＷ２をＯＮにし、接続切替部ＳＷ３によって第２スイッチＳＷ２とスタータ１０２とを接続する。

ここで、モータジェネレータＭＧは、内部に平滑コンデンサを備える。平滑コンデンサは、ＬｉイオンバッテリＢ１によってモータジェネレータＭＧが動作している期間や、エンジン１００のアイドリングストップ中には、４８Ｖに充電されている。

ただし、平滑コンデンサは、車両が駐車されて所定時間が経過すると、自然放電する。このため、例えば、駐車された車両のエンジン１００が始動される場合に、第１スイッチＳＷ１がＯＮにされると、ＬｉイオンバッテリＢ１から放電した平滑コンデンサへ突入電流が流れ、ＬｉイオンバッテリＢ１およびモータジェネレータＭＧが破損する。

このため、制御装置１は、駐車された車両のエンジン１００が始動される場合には、まず、第１スイッチＳＷ１をＯＦＦにした状態で、第２スイッチＳＷ２をＯＮにする。そして、制御装置１は、鉛バッテリＢ２の１２Ｖの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータＤＣによって徐々に４８Ｖまで昇圧しながらモータジェネレータＭＧへ電力を供給してモータジェネレータＭＧをプリチャージする。

そして、制御装置１は、モータジェネレータＭＧの平滑コンデンサが４８Ｖに充電されてから第２スイッチＳＷ２をＯＦＦにして、第１スイッチＳＷ１をＯＮにし、ＬｉイオンバッテリＢ１からモータジェネレータＭＧへ電力を供給する。これにより、制御装置１は、突入電流によるモータジェネレータＭＧおよびＬｉイオンバッテリＢ１の破損を防止することができる。

しかしながら、鉛バッテリＢ２は、モータジェネレータＭＧのプリチャージ時に、複数の補機１０にも電力を供給しているため、プリジャージの開始からモータジェネレータＭＧの始動までに時間が掛かる。

そこで、制御装置１は、プリジャージの開始からモータジェネレータＭＧの始動までの時間を短縮するように、給電制御を行う。次に、かかる制御装置１の構成の一例について、図２を参照して説明する。図２は、実施形態に係る制御装置１の構成の一例を示す説明図である。

なお、ここでは、図２に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。

図２に示すように、制御装置１は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行することにより機能する受付部２と、選択部３と、制御部４とを備える。

なお、制御装置１が備える受付部２、選択部３、および制御部４は、一部または全部がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

制御装置１が備える受付部２、選択部３、および制御部４は、それぞれ以下に説明する情報処理の作用を実現または実行する。なお、制御装置１の内部構成は、図２に示した構成に限られず、後述する情報処理を行う構成であれば他の構成であってもよい。

制御装置１は、上位ＥＣＵ１０８と、カーナビゲーション装置（以下、「カーナビ１０９」と記載する）とに接続される。また、制御装置１は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、および接続切替部ＳＷ３へ制御信号を出力することによって、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ制御と、鉛バッテリＢ２に接続する補機１０への給電制御とを行う。

なお、補機１０には、安全系補機１０Ａと、快適系補機１０Ｂとが含まれる。安全系補機１０Ａは、例えば、ブレーキＥＣＵ等である。快適系補機１０Ｂは、例えば、Ａ／Ｖ（オーディオ／ビデオ）装置等である。

受付部２は、上位ＥＣＵ１０８からモータジェネレータＭＧの起動要求を受け付ける。受付部２は、起動要求を受け付けた場合に、その旨を示す情報を選択部３へ出力する。選択部３は、受付部２から始動要求を受け付けたことを示す情報が入力される場合に、複数の補機１０から、鉛バッテリＢ２との接続を切断する補機１０を選択する。

選択部３は、例えば、モータジェネレータＭＧが備える平滑コンデンサの充電量に基づいて、鉛バッテリＢ２との接続を切断する補機１０を選択する。かかる点については、図５Ａおよび図５Ｂを参照して後述する。選択部３は、選択した補機１０を示す情報を制御部４へ出力する。

制御部４は、選択部３によって選択される補機１０と鉛バッテリＢ２との接続を切断させる制御信号を接続切替部ＳＷ３へ出力し、第２スイッチＳＷ２をＯＮにして鉛バッテリＢ２によってモータジェネレータＭＧをプリチャージさせる。

このとき、制御部４は、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＣによって鉛バッテリＢ２の１２Ｖの電圧を徐々に４８Ｖまで昇圧しながらプリチャージを行う。これにより、制御部４は、モータジェネレータＭＧの破損を防止することができる。その後、制御部４は、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦにし、第１スイッチＳＷ１をＯＮにしてＬｉイオンバッテリＢ１によってモータジェネレータＭＧを始動させる。

なお、制御装置１が搭載される車両が一時的な停車状態から始動される場合、前述したように、モータジェネレータＭＧの平滑コンデンサは、４８Ｖに充電されているため、プリチャージが不要である。

このため、制御部４は、車両が一時的な停車状態から始動される場合、鉛バッテリＢ２と補機１０との接続の切断、およびモータジェネレータＭＧのプリチャージを禁止する。これにより、制御部４は、例えば、信号停車の度に、Ａ／Ｖ装置の電源が切れて乗員を不愉快にさせるといった状況の発生を防止することができる。

このとき、制御部４は、例えば、カーナビ１０９から入力される車両の位置に基づいて、車両が一時的な停止状態か否かを判定する。例えば、制御部４は、車両の停止位置が信号機の設置場所、踏切の前、および有料道路の料金所等であった場合に、車両が一時的な停車状態であると判定する。これにより、制御部４は、車両が一時的な停車状態であるか否かを正確に判定することができる。

次に、図３および図４を参照し、制御部４の動作例について説明する。図３および図４は、実施形態に係る制御装置１の制御部４の動作例を示す説明図である。図３に示すように、制御部４は、駐車状態のエンジン１００の始動時に、選択部３によって全ての補機１０が選択される場合、接続切替部ＳＷ３によって鉛バッテリＢ２と全ての補機１０との接続を切断させ、鉛バッテリＢ２によってプリチャージを行う。

これにより、制御部４は、鉛バッテリＢ２の全電力をモータジェネレータＭＧのプリチャージに使用することができるので、プリチャージの開始からモータジェネレータＭＧの始動を短縮することができる。

また、図４に示すように、制御部４は、一時的な停車状態のエンジン１００を始動させる場合には、モータジェネレータＭＧの平滑コンデンサが充電済みであるため、プリチャージせずに、ＬｉイオンバッテリＢ１によってモータジェネレータＭＧを始動させる。

この間、制御部４は、鉛バッテリＢ２から全ての補機１０への電力供給を継続させる。これにより、制御部４は、アイドリングストップからのエンジン１００の始動時に、補機１０の電源が切れることを防止することができる。

次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照し、制御装置１の選択部３の動作例について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、実施形態に係る制御装置１の選択部３の動作例を示す説明図である。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＣの図示を省略している。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、モータジェネレータＭＧは、平滑コンデンサＣと、インバータＩＶと、モータＭとを備える。

図５Ａに示すように、選択部３は、モータジェネレータＭＧから平滑コンデンサＣの充電量Ｖを取得する。そして、選択部３は、充電量Ｖが所定の閾値未満である場合に、全ての補機１０（安全系補機１０Ａおよび快適系補機１０Ｂ）を鉛バッテリＢ２から切断する補機１０として選択する。これにより、制御装置１は、最短の時間でモータジェネレータＭＧのプリチャージを完了させることができる。

また、図５Ｂに示すように、平滑コンデンサＣの充電量Ｖが所定の閾値以上であれば、図５Ａに示す場合ほどプリチャージに電力を必要としない。このため、選択部３は、平滑コンデンサＣの充電量Ｖが所定の閾値以上である場合、安全系補機１０Ａ以外の補機１０（ここでは、快適系補機１０Ｂ）を鉛バッテリＢ２から切断する補機１０として選択する。これにより、制御装置１は、より安全な状態でモータジェネレータＭＧのプリチャージを行うことができる。

次に、図６を参照し、制御装置１が実行する処理について説明する。図６は、実施形態に係る制御装置１が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、制御装置１は、まず、始動要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

そして、制御装置１は、始動要求を受け付けないと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、始動要求を受け付けるまでステップＳ１０１の判定処理を繰り返す。また、制御装置１は、始動要求を受け付けたと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、駐車状態からの始動か否かを判定する（ステップＳ１０２）。

そして、制御装置１は、駐車状態からの始動ではないと判定した場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、鉛バッテリＢ２と補機１０との切断およびプリチャージを禁止して（ステップＳ１１０）、処理をステップＳ１０９へ移す。

また、制御装置１は、駐車状態からの始動であると判定した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、平滑コンデンサＣの充電量Ｖが閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、制御装置１は、充電量Ｖが閾値未満でないと判定した場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、安全系以外の補機１０を鉛バッテリＢ２から切断し（ステップＳ１０５）、処理をステップＳ１０６へ移す。

また、制御装置１は、充電量Ｖが閾値未満であると判定した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、全ての補機１０を鉛バッテリＢ２から切断し（ステップＳ１０４）、処理をステップＳ１０６へ移す。

ステップＳ１０６において、制御装置１は、鉛バッテリＢ２の電圧を昇圧して、モータジェネレータＭＧをプリチャージする。その後、制御装置１は、プリチャージが完了したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

そして、制御装置１は、プリチャージが完了していないと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、処理をステップＳ１０６へ移す。また、制御装置１は、プリチャージが完了したと判定した場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、鉛バッテリＢ２と補機１０とを接続し（ステップＳ１０８）、ＬｉイオンバッテリＢ１によってモータジェネレータＭＧを始動させ（ステップＳ１０９）、処理を終了する。

なお、上述した実施形態では、車両に搭載されるバッテリがＬｉイオンバッテリＢ１および鉛バッテリＢ２の２個である場合について説明したが、車両に搭載されて制御装置１によって給電制御されるバッテリは、３個以上であってもよい。

また、上述した実施形態では、複数の補機１０を安全系補機１０Ａと、快適系補機１０Ｂとに大別したが３種類以上に大別してもよい。かかる場合、制御装置１は、平滑コンデンサＣの充電量Ｖに応じて、各補機１０の担う機能の重要度が低い補機１０を優先的に鉛バッテリＢ２から切断してモータジェネレータＭＧのプリチャージを行わせる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１制御装置
２受付部
３選択部
４制御部
Ｂ１Ｌｉイオンバッテリ
Ｂ２鉛バッテリ
ＳＷ１第１スイッチ
ＳＷ２第２スイッチ
ＳＷ３接続切替部
ＭＧモータジェネレータ
ＤＣＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｃ平滑コンデンサ
ＩＶインバータ
１０補機
１０Ａ安全系補機
１０Ｂ快適系補機
１００エンジン
１０８上位ＥＣＵ
１０９カーナビ

Claims

第１電源によって動作するモータジェネレータの始動要求が受け付けられ、前記モータジェネレータの充電量が閾値未満である場合、前記第１電源よりも出力電圧が低い第２電源によって動作する全ての補機と、前記第２電源との接続を切断し、前記第２電源によって前記モータジェネレータをプリチャージさせた後に、前記第１電源によって前記モータジェネレータを始動させる制御部
を備えることを特徴とする制御装置。
前記制御部は、
前記第２電源の出力電圧を昇圧させて前記モータジェネレータをプリチャージさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記制御部は、
前記モータジェネレータの充電量が前記閾値以上である場合に、前記制御装置が搭載される車両の安全系補機以外の前記補機を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記制御部は、
前記制御装置が搭載される車両が駐車状態から始動される場合に、前記第２電源と前記補機との接続の切断、および前記モータジェネレータのプリチャージを行わせる
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の制御装置。
前記制御部は、
前記制御装置が搭載される車両が一時的な停車状態から始動される場合に、前記第２電源と前記補機との接続の切断、および前記モータジェネレータのプリチャージを禁止する
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の制御装置。
前記制御部は、
前記車両に搭載されるカーナビゲーション装置から入力される車両の位置に基づいて、車両が一時的な停車状態か否かを判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
第１電源によって動作するモータジェネレータの始動要求が受け付けられ、前記モータジェネレータの充電量が閾値未満である場合、前記第１電源よりも出力電圧が低い第２電源によって動作する全ての補機と、前記第２電源との接続を切断し、前記第２電源によって前記モータジェネレータをプリチャージさせた後に、前記第１電源によって前記モータジェネレータを始動させる制御工程
を含むことを特徴とする制御方法。