KR100858200B1 - 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치 - Google Patents

하이브리드 전기 자동차의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치는, 시동 스위치가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 절환되었을 때에 상기 배터리로부터 상기 전력 제어 수단으로의 전력 공급을 개시시키고, 상기 시동 스위치가 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로 절환되었을 때에 상기 전력 제어 수단은 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 상기 제어 판정 수단이 판정된 경우에는, 상기 전력 제어 수단에 상기 전력 공급 제어를 실행시켜 상기 전동기에 의해 상기 엔진을 시동시키는 한편, 시동 스위치가 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로 절환되었을 때에 상기 전력 제어 수단은 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태가 아니라고 상기 제어 판정 수단이 판정된 경우에는, 상기 시동 모터에 의해 상기 엔진을 시동시키는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
하이브리드 전기 자동차, 배터리, 시동 스위치, 전력 공급 제어, 시동 모터, 전동기

Description

하이브리드 전기 자동차의 제어 장치 {CONTROL DEVICE OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치의 전체 구성도.
도2는 도1의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 있어서의 인버터 및 그 주변의 구성을 도시하는 도면.
도3은 도1의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치로 실행되는 시동 제어의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 하이브리드 전기 자동차
2 : 엔진
6 : 전동기
16 : 구동륜
18 : 배터리
20 : 인버터(전력 제어 수단)
22 : 차량 ECU(제어 수단)
26 : 인버터 ECU(제어 판정 수단)
38 : 시동 스위치
40 : 접속 회로(접속 수단)
42 : 인버터 회로
46 : 돌입 전류 억제 회로
56 : 시동 모터
60 : 인디케이터 램프(확인 수단)
[문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-64873호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공개 제2004-339943호 공보
본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 전동기의 구동력이 차량의 구동륜에 전달 가능한 동시에, 상기 전동기의 회전축과 엔진의 출력축이 연결 가능한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 관한 것이다.
종래부터, 엔진과 전동기를 차량에 탑재하고, 엔진의 구동력과 전동기의 구동력을 각각 차량의 구동륜에 전달 가능하게 한, 소위 병렬형 하이브리드 전기 자동차가 개발되어 실용화되고 있다.
이와 같은, 하이브리드 전기 자동차에서는 엔진의 출력축과 전동기의 회전축을 연결 가능하기 때문에, 모터 작동시킨 전동기의 구동력을 이용하여 엔진을 시동 시키는 것이 가능하다.
이와 같이 전동기의 구동력을 이용하여 엔진을 시동시키도록 한 하이브리드 전기 자동차는, 예를 들어 문헌 1에 의해 제안되어 있다.
문헌 1의 하이브리드 전기 자동차에서는 엔진을 정지시켜 전동기만으로 차량의 구동을 행하고 있을 때에 차량의 급가속 등에서 큰 구동력이 필요하게 되면, 전동기에 의해 자동적으로 엔진을 시동시켜 엔진으로부터도 구동력을 공급한다. 이때, 배터리의 전압이 설정치 이하로 저하되어 있을 경우나 엔진의 크랭킹 신호가 검출되지 않을 경우에는 전동기에 의한 엔진의 시동이 불가능하므로, 전동기 대신에 시동 모터에 의해 엔진을 시동시키도록 하고 있다.
또한, 문헌 2에서도 전동기의 구동력을 이용하여 엔진을 시동시키도록 한 하이브리드 전기 자동차가 제안되어 있다.
문헌 2의 하이브리드 전기 자동차도, 문헌 1의 하이브리드 전기 자동차와 마찬가지로 엔진을 정지시켜 전동기만으로 차량의 구동을 행하고 있을 때에 차량의 급가속 등에서 큰 구동력이 필요하게 되면, 전동기에 의해 엔진을 자동적으로 시동시켜 엔진으로부터도 구동력을 공급한다. 이때, 필요하게 되는 토크가 판정치보다 클 경우에는, 전동기로 엔진을 시동시킴으로써 차량의 구동 이외에 전동기의 구동력이 사용되어 구동 토크가 부족해질 가능성이 있으므로, 전동기 대신에 시동 모터에 의해 엔진을 시동시키도록 하고 있다.
이와 같이, 전동기의 구동력에 의해 차량의 구동을 행하고 있을 때에 엔진을 차량의 운전 상태에 따라 자동적으로 시동시킬 때의 문제점을 해결하는 방법은 여러 가지 제안되어 있지만, 이러한 방법은 운전자가 시동 스위치를 조작하여 엔진을 시동시킬 경우의 문제점에 대해 고려한 것은 아니다.
즉, 하이브리드 전기 자동차에 있어서는 운전자가 시동 스위치를 온으로 하면 전동기로의 전력 공급을 제어하는 인버터에 배터리가 접속되고, 그 후에 운전자가 시동 스위치를 시동 위치로 하면 인버터로부터 배터리의 전력이 전동기에 공급되어 엔진이 시동되게 되어 있다.
그런데, 배터리의 전압은 일반적으로 고전압이며, 배터리를 인버터에 접속할 때에 큰 돌입 전류가 흐르기 때문에, 이를 억제하기 위한 회로가 설치되어 있다. 이 돌입 전류 억제 회로가 작동되어 있는 동안은 돌입 전류 억제 회로의 전압 강하에 의해 인버터에 인가되는 전압이 저하되므로, 돌입 전류 억제 회로의 작동이 완료된 후가 아니면 전동기를 작동시켜 엔진을 시동시킬 수 없다.
이로 인해, 운전자가 시동 스위치를 온으로 한 후 바로 시동 위치로 하면, 돌입 전류 억제 회로의 작동이 완료될 때까지 전동기가 작동되지 않고, 시간을 둔 후 전동기가 작동되어 엔진이 시동되기 때문에, 운전자가 고장으로 오해하거나 조작 필링이 저하되거나 할 우려가 있다.
본 발명은 이와 같은 과제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 시동 스위치를 온으로 한 후 바로 시동 위치로서도 신속하게 엔진을 시동시킬 수 있게 한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치는 전동기의 구동력이 차량의 구동륜에 전달 가능한 동시에, 상기 전동기의 회전축과 엔진의 출력축이 연결 가능한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 있어서, 상기 전동기에 공급되는 전력을 저장하는 배터리와, 상기 배터리로부터의 전력을 받아 상기 전동기로의 전력 공급 제어를 행하는 전력 제어 수단과, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태에 있는지 여부를 판정하는 제어 판정 수단과, 상기 전동기와는 별도로 마련되고 상기 엔진의 출력축에 구동력을 전달하여 상기 엔진을 시동 가능한 시동 모터와, 적어도 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치의 3개의 위치로 절환 조작 가능한 시동 스위치와, 상기 시동 스위치가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 절환되었을 때에 상기 배터리로부터 상기 전력 제어 수단으로의 전력 공급을 개시시키고, 상기 시동 스위치가 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로 절환되었을 때에 상기 전력 제어 수단은 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 상기 제어 판정 수단이 판정된 경우에는, 상기 전력 제어 수단에 상기 전력 공급 제어를 실행시켜 상기 전동기에 의해 상기 엔진을 시동시키는 한편, 상기 시동 스위치가 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로 절환되었을 때에 상기 전력 제어 수단은 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태가 아니라고 상기 제어 판정 수단이 판정된 경우에는, 상기 시동 모터에 의해 상기 엔진을 시동시키는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다(청구항 1).
이와 같이 구성된 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 시동 스위치가 제1 위치로부터 제2 위치로 절환되면, 제어 수단이 배터리로부터 전력 제어 수단으로의 전력 공급을 개시시킨다.
그리고, 배터리로부터 전력 제어 수단으로의 전력 공급이 개시된 후 전력 제어 수단이 전동기로의 전력 공급 제어를 실행 가능해지기 전에 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전력 제어 수단은 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태가 아니라고 제어 판정 수단이 판정하여 전동기와는 별도로 마련한 시동 모터에 의해 엔진이 시동된다.
한편, 배터리로부터 전력 제어 수단으로의 전력 공급이 개시되고, 전력 제어 수단이 전동기로의 전력 공급 제어를 실행 가능하게 된 후 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전력 제어 수단은 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 제어 판정 수단이 판정하여 전력 제어 수단이 전력 공급 제어를 실행함으로써 전동기에 의해 엔진이 시동된다.
구체적으로는, 상기 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 있어서, 상기 전력 제어 수단은 상기 배터리로부터 상기 전동기에 공급되는 전력을 조정하는 인버터 회로와, 상기 배터리와 상기 인버터 회로를 접속할 접속 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 시동 스위치가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 절환되었을 때에 상기 접속 수단에 상기 배터리와 상기 인버터 회로의 접속을 개시시키고, 상기 제어 판정 수단은 상기 접속 수단에 의해 상기 배터리와 상기 인버터 회로의 접속이 완료되었을 때에, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 판정되는 것을 특징으로 한다(청구항 2).
이와 같이 구성된 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 시동 스위 치가 제1 위치로부터 제2 위치로 절환되었을 때에, 제어 수단이 접속 수단에 배터리와 인버터 회로의 접속을 개시시킨다.
그리고, 접속 수단에 의해 배터리와 인버터 회로의 접속이 완료되기 전에 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전력 제어 수단은 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태가 아니라고 제어 판정 수단이 판정하여 전동기와는 별도로 마련한 시동 모터에 의해 엔진이 시동된다.
한편, 접속 수단에 의해 배터리와 인버터 회로의 접속이 완료된 후 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전력 제어 수단은 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 제어 판정 수단이 판정하여 전력 제어 수단이 전력 공급 제어를 실행함으로써 전동기에 의해 엔진이 시동된다.
더 구체적으로는, 상기 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 있어서, 상기 접속 수단은 상기 배터리를 상기한 인버터 회로에 접속하였을 때에 흐르는 돌입 전류를 억제하기 위한 돌입 전류 억제 회로를 구비하고, 상기 제어 판정 수단은 상기 돌입 전류 억제 회로에 의한 상기 돌입 전류의 억제가 종료되었을 때에, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 판정되는 것을 특징으로 한다(청구항 3).
이와 같이 구성된 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 시동 스위치가 제1 위치로부터 제2 위치로 절환되었을 때에, 돌입 전류 억제 회로를 이용하여 배터리와 인버터 회로의 접속이 개시된다.
그리고, 돌입 전류 억제 회로에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되기 전에 시 동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전력 제어 수단은 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태가 아니라고 제어 판정 수단이 판정하여 전동기와는 별도로 마련한 시동 모터에 의해 엔진이 시동된다.
한편, 돌입 전류 억제 회로에 의한 돌입 전류의 억제가 종료된 후 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전력 제어 수단은 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 제어 판정 수단이 판정하여 전력 제어 수단이 전력 공급 제어를 실행함으로써 전동기에 의해 엔진이 시동된다.
또한, 이러한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 있어서, 상기 제어 판정 수단의 판정 결과를 기초로 하여, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 것인지 여부를 표시 또는 통지하는 확인 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다(청구항 4).
이와 같이 구성된 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 제어 판정 수단의 판정 결과를 기초로 하여, 전력 제어 수단이 전력 공급 제어를 실행 가능한 것인지 여부에 의해 표시 또는 통지된다.
이하, 도면을 기초로 하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태인 하이브리드 전기 자동차(1)의 제어 장치의 주요부 구성도이다. 디젤 엔진(이하, 엔진이라 함)(2)의 출력축인 크랭크축에는 클러치(4)의 입력축이 연결되어 있고, 클러치(4)의 출력축은 영구 자석식 동기 전동기(이하, 전동기라 함)(6)의 회전축을 거쳐서 자동 변속기(이하, 변속기라 함)(8)의 입력축이 연결되어 있다. 또한, 변속기(8)의 출력축은 프로펠러 샤프 트(10), 차동 장치(12) 및 구동축(14)을 통해 좌우의 구동륜(16)에 접속되어 있다.
따라서, 클러치(4)가 접속되어 있을 때에는 엔진(2)의 출력축과 전동기(6)의 회전축이 연결되는 동시에 변속기(8)를 통해 구동륜(16)과 기계적으로 접속 가능해지고, 클러치(4)가 절단되어 있을 때에는 엔진(2)의 출력축과 전동기(6)의 회전축의 연결이 해제되고, 전동기(6)의 회전축만이 변속기(8)를 통해 구동륜(16)과 기계적으로 접속 가능해진다.
전동기(6)는 배터리(18)에 축적된 직류 전력이 인버터(전력 제어 수단)(20)에 의해 교류 전력으로 변환되어 공급됨으로써 모터로서 작동하고, 그 구동 토크가 변속기(8)에 의해 적절한 속도로 변속된 후에 구동륜(16)에 전달되도록 되어 있다. 또한, 차량 감속 시에는 전동기(6)가 발전기로서 작동하고, 구동륜(16)의 회전에 의한 운동 에너지가 변속기(8)를 거쳐서 전동기(6)에 전달되어 교류 전력으로 변환됨으로써 회생 제동 토크를 발생한다. 그리고, 이 교류 전력은 인버터(20)에 의해 직류 전력으로 변환된 후, 배터리(18)에 충전되어 구동륜(16)의 회전에 의한 운동 에너지가 전기 에너지로서 회수된다.
한편, 엔진(2)의 구동 토크는 클러치(4)가 접속되어 있을 때에 전동기(6)의 회전축을 경유하여 변속기(8)에 전달되고, 적절한 속도로 변속된 후에 구동륜(16)에 전달되도록 되어 있다. 따라서, 엔진(2)의 구동 토크가 구동륜(16)에 전달되어 있을 때에 전동기(6)가 모터로서 작동될 경우에는, 엔진(2)의 구동 토크와 전동기(6)의 구동 토크가 각각 변속기(8)를 통해 구동륜(16)에 전달되게 된다. 즉, 차량의 구동으로 인해 구동륜(16)에 전달되어야 할 구동 토크의 일부가 엔진(2)으로 부터 공급되는 동시에, 잔량부가 전동기(6)로부터 공급된다.
또한, 배터리(18)의 충전율(이하, SOC라 함)이 저하되어 배터리(18)를 충전할 필요가 있을 때에는, 전동기(6)가 발전기로서 작동되는 동시에, 엔진(2)의 구동력의 일부를 이용하여 전동기(6)를 구동함으로써 발전이 행해지고, 발전된 교류 전력을 인버터(20)에 의해 직류 전력으로 변환한 후에 배터리(18)에 충전하도록 하고 있다.
차량 ECU(22)(제어 수단)는 차량이나 엔진(2)의 운전 상태 및 엔진 ECU(24), 인버터 ECU(제어 판정 수단)(26) 및 배터리 ECU(28)로부터의 정보 등에 따라, 클러치(4)의 접속ㆍ절단 제어 및 변속기(8)의 변속단 절환 제어를 행하는 동시에, 이러한 제어 상태나 차량의 발진, 가속, 감속 등 다양한 운전 상태에 맞추어 엔진(2)이나 전동기(6)를 적절하게 운전하기 위한 통합 제어를 행한다.
엔진 ECU(24)는 차량 ECU(22)로부터의 정보를 기초로 하여 엔진(2)의 시동ㆍ정지 제어를 행하는 것 이외에, 엔진(2)의 아이들 운전 제어나 배기 가스 정화 장치(도시 생략)의 재생 제어 등, 엔진(2) 자체의 운전에 필요한 각종 제어를 행하는 동시에, 차량 ECU(22)에 의해 설정된 엔진(2)에 필요하게 되는 토크를 엔진(2)이 발생되도록 엔진(2)의 연료의 분사량이나 분사 시기 등을 제어한다.
한편, 인버터 ECU(26)는 인버터(20)의 상태를 감시하여 차량 ECU(22)에 그 정보를 보내는 것 이외에, 차량 ECU(22)에 의해 설정된 전동기(6)가 발생해야 할 토크를 기초로 하여 인버터(20)를 제어함으로써, 전동기(6)를 모터 작동 또는 발전기로 작동시켜 운전 제어한다.
또한, 배터리 ECU(28)는 배터리(18)의 온도나 배터리(18)의 전압 및 인버터(20)와 배터리(18) 사이에 흐르는 전류 등을 검출하는 동시에, 이러한 검출 결과로부터 배터리(18)의 SOC를 구하고, 이렇게 구한 SOC를 검출 결과와 함께 차량 ECU(22)에 보내고 있다.
그리고, 차량 ECU(22)는 이들 엔진 ECU(24), 인버터 ECU(26) 및 배터리 ECU(28) 사이에서 서로 정보를 교환하면서, 엔진(2) 및 전동기(6)를 적절하게 제어하도록 엔진 ECU(24) 및 인버터 ECU(26)에 지시하는 동시에, 클러치(4) 및 변속기(8)를 적절하게 제어한다.
차량 ECU(22)는 이와 같은 제어를 행할 때, 액셀러레이터 페달(30)의 답입량을 검출하는 액셀러레이터 개방도 센서(32)나 차량의 주행 속도를 검출하는 차속 센서(34) 및 전동기(6)의 회전수를 검출하는 회전수 센서(36)의 검출 결과를 기초로 하여 차량의 주행에 필요한 요구 토크를 연산한다. 그리고, 각 ECU로부터의 정보를 기초로 하여, 그때 차량의 운전 상태나 엔진(2) 및 전동기(6)의 운전 상태에 따라서, 이 요구 토크를 엔진(2) 및 전동기(6)에 배분하여 엔진 ECU(24)나 인버터 ECU(26)에 지시하는 동시에, 필요에 따라서 변속기(8)나 클러치(4)를 제어한다.
이때, 전동기(6)에만 토크가 배분되어 엔진(2)에 토크가 배분되지 않을 경우에는 차량 ECU(22)가 클러치(4)를 절단하는 동시에, 인버터 ECU(26)에 대해 전동기(6)의 출력 토크를 요구 토크로 하도록 지시한다.
엔진 ECU(24)는 엔진(2)을 아이들 운전하는 한편, 인버터 ECU(26)는 차량 ECU(22)가 지시한 토크에 따라 인버터(20)를 제어하고, 배터리(18)의 직류 전력이 인버터(20)에 의해 교류 전력으로 변환되어 전동기(6)에 공급된다. 전동기(6)는 교류 전력이 공급됨으로써 모터 작동하여 요구 토크를 출력하고, 전동기(6)의 출력 토크는 변속기(8)를 통해 구동륜(16)에 전달된다.
또한, 엔진(2) 및 전동기(6)의 양쪽에 토크가 배분되었을 경우에는 차량 ECU(22)가 클러치(4)를 접속하고, 엔진 ECU(24)에 대해 엔진(2)에 배분된 출력 토크를 지시하는 동시에, 인버터 ECU(26)에 대해 전동기(6)에 배분된 출력 토크를 지시한다.
엔진 ECU(24)는 차량 ECU(22)가 지시한 토크를 엔진(2)이 출력하도록 엔진(2)을 제어하는 동시에, 인버터 ECU(26)는 차량 ECU(22)가 지시한 토크에 따라 인버터(20)를 제어함으로써, 엔진(2)의 출력 토크와 전동기(6)의 토크의 합계가 요구 토크가 되어 변속기(8)를 통해 구동륜(16)에 전달된다.
한편, 엔진(2)에만 토크가 배분되어 전동기(6)에 토크가 배분되지 않은 경우에는 차량 ECU(22)가 클러치(4)를 접속 상태로 하고, 엔진 ECU(24)에 대해 엔진(2)의 출력 토크를 요구 토크로 하도록 지시하는 동시에, 인버터 ECU(26)에 대해 전동기(6)의 출력 토크를 0으로 하도록 지시한다.
엔진 ECU(24)는 차량 ECU(22)가 지시한 요구 토크를 엔진(2)이 출력하도록 엔진(2)을 제어하는 동시에, 인버터 ECU(26)는 전동기(6)가 모터 및 발전기 중 어느 하나로도 동작하도록 인버터(20)를 제어함으로써, 엔진(2)으로부터 출력된 요구 토크가 변속기(8)를 통해 구동륜(16)에 전달된다.
그런데, 차량 ECU(22)에는 인버터 ECU(26), 배터리 ECU(28), 엔진 ECU(24) 등의 각 디바이스로의 전력의 공급 및 차단을 행하는 동시에 엔진(2)의 시동ㆍ정지를 행하기 위해, 운전자에 의해 조작되는 시동 스위치(38)가 접속되어 있다. 이 시동 스위치(38)는, 각 디바이스로의 전력 공급을 차단하는 동시에 엔진(2)을 정지시키기 위한 오프 위치(제1 위치), 각 디바이스로의 전력 공급을 행하기 위한 온 위치(제2 위치) 및 엔진(2)을 시동하기 위한 시동 위치(제3 위치)의 3개의 위치로 절환 조작 가능하게 되어 있고, 온 위치로부터 시동 위치로 절환 조작된 후에 조작자가 손을 떼면 자동적으로 온 위치로 복귀한다.
차량 ECU(22)는 이 시동 스위치(38)의 조작 위치에 따라 각 디바이스로의 전력 공급의 지시나 엔진(2)의 시동ㆍ정지 제어를 행한다.
시동 스위치(38)가 오프 위치에 있을 때, 즉 차량이 정지 상태에 있을 때에 시동 스위치(38)가 온 위치로 절환 조작되면, 차량 ECU(22)는 각 디바이스로의 전력 공급을 개시시켜 엔진 ECU(24), 인버터 ECU(26) 및 배터리 ECU(28)에도 전력이 공급된다.
인버터 ECU(26)는 전력의 공급을 받아 작동을 개시하고, 차량 ECU(22)로부터의 전력 공급 개시의 지시에 대응하여 전동기(6)를 작동 가능하게 하기 때문에, 인버터(20)에 마련된 접속 회로(접속 수단)(40)를 통해 배터리(18)를 인버터(20)에 접속한다.
도2에는, 이와 같은 접속 회로(40)를 구비한 인버터(20)가 도시되어 있다.
도2에 도시한 바와 같이 인버터(20)는 접속 회로(40)와, 접속 회로(40)를 통해 배터리(18)로부터 공급되는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여 전동기(6) 에 공급하는 인버터 회로(42)를 구비하고 있다. 또한, 접속 회로(40)는 배터리(18)의 양극측과 음극측에 각각 설치되어 있고, 배터리(18)와 인버터 회로(42)를 직접 접속하는 주접점(44)과, 이 주접점(44)에 병렬로 마련된 돌입 전류 억제 회로(46)로 구성되어 있다.
이 돌입 전류 억제 회로(46)는 배터리(18)가 비교적 고전압이므로, 배터리(18)를 인버터(26)에 접속할 때에 큰 돌입 전류가 흐르는 것을 억제하기 위해 마련되어 있고, 부접점(48)과 이 부접점(48)에 직렬로 접속된 감류 저항(50)으로부터 되어 있다.
주접점(44)은 전자 코일(52)이 여자됨으로써 폐쇄하고, 여자가 해제됨으로써 개방한다. 또한, 부접점(48)은 전자 코일(54)이 여자됨으로써 폐쇄하고, 여자가 해제됨으로써 개방한다. 이들 전자 코일(52, 54)은 차량 ECU(22)로부터의 전력 공급 개시의 지시에 따라, 인버터 ECU(26)에 의해 여자 상태가 제어된다.
즉, 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작되면, 차량 ECU(22)는 각 디바이스로의 전력 공급의 개시를 지시하고, 인버터 ECU(26)에 전력 공급이 개시된다. 인버터 ECU(26)는 차량 ECU(22)로부터의 전력 공급 개시의 지시에 대응하고, 전자 코일(54)을 여자하여 부접점(48)을 폐쇄한다.
부접점(48)이 폐쇄됨으로써, 인버터 회로(42)에는 감류 저항(50)을 거쳐서 배터리(18)가 접속되고, 돌입 전류가 감류 저항(50)에 의해 제한되면서 흐른다. 이때, 감류 저항(50)에 의한 전압 강하분만큼 배터리 전압으로부터 저하된 전압이 인버터 회로(42)에 인가되기 때문에, 돌입 전류의 감소에 수반하여 인버터 회 로(42)에 인가되는 전압은 배터리 전압에 접근해 간다.
인버터 ECU(26)는 인버터 회로(42)에 인가되는 전압을 감시하고 있고, 이 전압이 돌입 전류의 감소에 수반하여 배터리 전압 근방이 있는 소정 전압까지 상승하였을 때에 돌입 전류 억제 회로(46)에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되었다고 판단하고, 전자 코일(52)을 여자하여 주접점(44)을 폐쇄한다. 이와 같이 하여 주접점(44)이 폐쇄됨으로써, 인버터 회로(42)로의 배터리(18)의 접속이 완료되어 인버터 회로(42)에는 배터리 전압이 그대로 인가된다. 인버터 ECU(26)는, 이를 검출하여 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능하게 되었다고 판정하고, 차량 ECU(22)에 대해 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능하게 된 취지의 정보를 보낸다.
차량 ECU(22)는 이 정보를 수취하면 차실 내의 기기 패널 상에 마련된 인디케이터 램프(확인 수단)(60)를 점등시킨다.
이와 같이 하여, 배터리(18)는 인버터 회로(42)에 직접 접속되고, 차량 ECU(22)로부터의 지시에 따라 인버터 ECU(26)가 인버터 회로(42)를 제어함으로써 전동기(6)로의 전력 공급이 제어된다.
이와 같이, 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작된 후, 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능하게 되어 전동기(6)를 운전할 수 있게 되기까지에는 부접점(48)을 폐쇄한 후 돌입 전류가 감소되어 주접점(44)을 폐쇄하기까지의 동안의 시간 지연이 생기게 된다.
전동기(6)의 운전이 가능한 경우에는 차량 ECU(22)가 클러치(4)를 접속하여 전동기(6)의 회전축과 엔진(2)의 출력축을 연결하는 동시에, 변속기(8)를 중립 위치로 하여 전동기(6)의 회전축을 구동륜(16)으로부터 분리하거나 혹은 분리되어 있는 것을 확인하고, 전동기(6)를 모터 작동함으로써, 엔진(2)을 시동시키는 것이 가능하다. 그러나, 상술한 바와 같이 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작된 후 전동기(6)가 운전 가능하게 되기까지는 시간 지연이 있으므로, 시동 스위치(38)가 바로 시동 위치에 조작되면, 전동기(6)에 의한 엔진(2)의 시동이 지연되게 된다.
그리고, 이와 같은 엔진(2)의 시동 지연을 없애기 위해, 엔진(2)에는 전동기(6)와는 별도로 시동 모터(56)가 마련되어 있다. 이 시동 모터(56)는 엔진만을 구동원으로 한 일반적인 차량에 마련되는 엔진 시동용 모터와 같은 것으로 상세한 설명은 생략하지만, 엔진(2)의 출력축 단부에 부착된 링 기어(도시 생략)에 착탈 가능하게 맞물리는 피니언 기어(도시 생략)를 구비하고, 링 기어에 맞물린 피니언 기어에 의해 엔진(2)의 출력축을 구동하여 엔진(2)의 시동을 행할 수 있게 되어 있다.
차량 ECU(22)는, 이와 같은 시동 모터(56)를 이용한 엔진(2)의 시동과, 전동기(6)에 의한 엔진(2)의 시동을 적절하게 절환하여 행할 수 있도록, 도3에 도시한 흐름도를 따라서 엔진(2)의 시동 제어를 행한다. 이 시동 제어는 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작되면 처리를 개시하게 되어 있다.
시동 제어가 개시되면, 우선 단계 S1에서 인버터 ECU(26)로부터의 정보를 기초로 하여, 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태 에 있는지 여부를 판정한다.
시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작된 직후이며, 돌입 전류 억제 회로(46)에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되어 있지 않은 상태에서는, 인버터 ECU(26)는 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태가 아니라고 판정되어 있어, 처리는 단계 S2로 진행한다. 단계 S2에서는 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태가 아니므로, 인디케이터 램프(60)를 소등 상태로 하여 단계 S4로 진행한다.
한편, 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작된 후 조금 간격을 둔 상태이며, 돌입 전류 억제 회로(46)에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되고, 주접점(44)을 폐쇄하여 배터리(18)와 인버터 회로(42)의 접속이 완료되고, 인버터 ECU(26)가 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태라고 판정되어 있는 경우에는, 처리는 단계 S3으로 진행한다.
단계 S3에서는 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태이므로, 인디케이터 램프(60)를 점등 상태로 하여 단계 S4로 진행한다.
이와 같이 단계 S1 내지 S3의 처리에서는, 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태에 있는지 여부에 따라서, 인디케이터(60)의 점등과 소등을 절환하고 있고, 운전자는 인디케이터(60)를 확인함으로써 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태에 있는지 여부를 알 수 있다. 또한, 이와 같이 본 실시 형태에서는 확인 수단으로서 기기 패널 상의 인디케이터 램프(60)를 이용하도록 하였지만, 음성 등으로 통지하도록 해도 좋다.
단계 S4에서는 시동 스위치(38)가 시동 위치로 되었는지 여부를 판정한다. 그리고, 시동 스위치(38)가 시동 위치로 되어 있지 않으면, 단계 S1로 복귀하여 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한지 여부를 판정한다. 또한, 시동 스위치(38)가 시동 위치에 조작되면 단계 S5로 진행하고, 다시 인버터 ECU(26)로부터의 정보를 기초로 하여, 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태에 있는지 여부를 판정한다. 또한, 이때의 판정은 단계 S1의 판정과 같은 것이므로, 단계 S1의 판정 결과를 이용하도록 해도 좋다.
그리고, 단계 S5에서 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태가 아니라고 판정되었을 경우에는, 처리가 단계 S6으로 진행한다.
단계 S6에서는 클러치(4)를 절단하여 엔진(2)의 출력축과 전동기(6)의 회전축의 접속을 차단한 후, 시동 모터(56)를 작동시켜 엔진(2)의 크랭킹을 행하게 하는 동시에, 엔진 ECU(24)에 엔진(2)을 운전하도록 지시한다. 엔진 ECU(24)는 차량 ECU(22)의 지시를 받아 엔진(2)으로의 연료의 공급을 개시함으로써 엔진(2)이 시동되어 시동 제어가 종료된다.
한편, 단계 S6에서 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태라고 판정되었을 경우에는, 처리가 단계 S7로 진행한다.
단계 S7에서는 클러치(4)의 접속을 확인하는 동시에 변속기(8)의 변속단이 중립 위치에 있는 것을 확인한 후, 인버터 ECU(26)에 대해 엔진(2)의 시동에 필요한 전동기(6)의 출력 토크를 지시하는 동시에, 엔진 ECU(24)에 엔진(2)을 운전하도록 지시한다.
인버터 ECU(26)는 차량 ECU(22)로부터의 지시를 기초로 하여, 전동기(6)를 모터 작동시켜 차량 ECU(22)로부터 지시된 출력 토크를 발생시킴으로써 엔진(2)을 크랭킹하고, 엔진 ECU(24)가 엔진(2)으로의 연료의 공급을 개시함으로써 엔진(2)이 시동되어 시동 제어가 종료된다.
이와 같이 하여 엔진(2)의 시동 제어가 행해짐으로써, 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작된 후, 바로 시동 위치에 조작되었을 경우와 같이 돌입 전류 억제 회로(46)에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되어 있지 않은 상태에서는, 시동 모터(38)를 이용하여 엔진(2)이 시동되고, 시동 스위치(38)의 시동 위치로의 조작에 대응하여 바로 엔진(2)이 시동된다. 이로 인해, 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능하게 되기까지의 시간 지연을 고장으로 운전자가 오해하는 일도 없어져 조작감을 향상시킬 수 있다.
또한, 시동 스위치(38)가 오프 위치로부터 온 위치로 절환 조작된 후 조금 간격을 두고 시동 위치에 조작함으로써, 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태로 된 후 엔진(2)을 시동시켰을 경우에는 전동기(6)에 의해 엔진(2)이 시동된다. 따라서, 이와 같은 경우에는 조용한 엔진 시동을 실현시킬 수 있는 동시에, 엔진 시동 시에 항상 시동 모터를 이용할 필요가 없어지므로, 시동 모터의 수명을 향상시키는 것이 가능한다.
특히, 인디케이터 램프(60)에 의해 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 가능한 상태에 있는 것을 확인한 후 시동 스위치(38)를 시동 위치로 절환할 수 있으므로, 운전자가 전동기(6)에 의한 엔진(2)의 시동을 의도하였을 때에는, 적절한 타이밍으 로 시동 스위치(38)를 시동 위치로 절환할 수 있고, 의도한 바와 같이 시동 방법을 운전자가 용이하게 선택할 수 있다.
또한, 접속 회로(40)의 주접점(44)이 폐쇄되어 배터리(18)와 인버터 회로(42)의 접속이 완료되었을 때에, 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 실행 가능해졌다고 판정되므로, 배터리(18)와 인버터 회로(42)의 접속이 미완료된 상태에서 전동기(6)에 의해 엔진(2)을 시동시키는 일이 없어져 시동 모터(56)에 의해 확실하게 엔진(2)을 시동시킬 수 있다.
또한, 돌입 전류 억제 회로(46)에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되었을 때에 인버터 회로(42)에 의한 전동기(6)로의 전력 공급 제어가 실행 가능해졌다고 판정되므로, 돌입 전류 억제 회로(46)에 의해 돌입 전류의 억제를 하고 있고 인버터 회로(42)에 배터리(18)의 적정한 전력이 공급되지 않은 상태에서 전동기(6)에 의해 엔진(2)을 시동시키는 일이 없어져 시동 모터(56)에 의해 확실하게 엔진(2)을 시동시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 일 실시 형태에 관한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 관한 설명을 끝내지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 전동기(6)를 클러치(4)와 변속기(8) 사이에 배치하도록 하였지만, 전동기(6)의 배치는 이에 한정되는 것은 아니라, 예를 들어 엔진(2)과 클러치(4) 사이에 전동기(6)를 배치한 하이브리드 전기 자동차라도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 엔진(2)을 디젤 엔진이라 하였지만, 엔진 형식 은 이에 한정되는 것은 아니며, 가솔린 등이라도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서 전동기(6)를 영구 자석식 동기 전동기로 하였지만 전동기의 형식도 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 시동 스위치가 제1 위치로부터 제2 위치로 절환되어 배터리로부터 전력 제어 수단으로의 전력 공급이 개시된 후, 전력 제어 수단이 전동기로의 전력 공급 제어를 실행 가능하게 되기 전에 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전동기와는 별도로 마련한 시동 모터에 의해 엔진이 시동되도록 하였으므로, 전력 제어 수단이 전동기로의 전력 공급 제어를 실행 가능하게 되는 것을 대기하지 않고 엔진을 시동시키는 것이 가능해진다. 이로 인해, 운전자가 엔진의 시동 지연을 고장으로 오해하는 일도 없어져 조작감도 향상된다.
한편, 배터리로부터 전력 제어 수단으로의 전력 공급이 개시되고, 전력 제어 수단이 전동기로의 전력 공급 제어를 실행 가능하게 된 후 시동 스위치가 제3 위치로 절환되면, 전동기에 의해 엔진이 시동되도록 하였으므로, 운전자가 시동 스위치를 천천히 조작하였을 때에는 전동기에 의해 엔진이 시동되어 조용한 엔진 시동을 실현할 수 있다. 또한, 엔진 시동 시에 항상 시동 모터를 이용할 필요가 없어지므로, 시동 모터의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 2의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 접속 수단에 의해 배터리와 인버터 회로의 접속이 완료되었을 때에 전력 제어 수단에 의한 전동기로의 전력 공급 제어가 실행 가능해졌다고 판정하도록 하였으므로, 배터리와 인버터 회로의 접속이 미완료인 상태에서 전동기에 의해 엔진을 시동시키고자 하여 엔진이 시동되지 않는 것을 방지하여 확실하게 엔진을 시동시킬 수 있다.
또한, 청구항 3의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 돌입 전류 억제 회로에 의한 돌입 전류의 억제가 종료되었을 때에 전력 제어 수단에 의한 전동기로의 전력 공급 제어가 실행 가능해졌다고 판정하도록 하였으므로, 돌입 전류 억제 회로에 의해 돌입 전류의 억제를 하고 있고 인버터 회로에 배터리의 적정한 전력이 공급되지 않은 상태에서 전동기에 의해 엔진을 시동시키고자 하여 엔진이 시동되지 않는 경우가 없어져 확실하게 엔진을 시동시킬 수 있다.
또한, 청구항 4의 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 따르면, 제어 판정 수단의 판정 결과를 기초로 하여, 전력 제어 수단이 전력 공급 제어를 실행 가능한 것인지 여부가 확인 수단에 의해 표시 또는 통지되도록 하였으므로, 운전자는 확인 수단의 표시 또는 통지 내용을 지각함으로써 엔진의 시동을 전동기에 의해 행할 것인지 시동 모터에서 행할 것인지를 용이하게 선택하는 것이 가능해진다.

Claims (4)

  1. 전동기의 구동력이 차량의 구동륜에 전달 가능한 동시에, 상기 전동기의 회전축과 엔진의 출력축이 연결 가능한 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치에 있어서,
    상기 전동기에 공급되는 전력을 저장하는 배터리와,
    상기 배터리로부터의 전력을 받아 상기 전동기로의 전력 공급 제어를 행하는 전력 제어 수단과,
    상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태에 있는지 여부를 판정하는 제어 판정 수단과,
    상기 전동기와는 별도로 마련되고 상기 엔진의 출력축에 구동력을 전달하여 상기 엔진을 시동 가능한 시동 모터와,
    적어도 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치의 3개의 위치로 절환 조작 가능한 시동 스위치와,
    상기 시동 스위치가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 절환되었을 때에 상기 배터리로부터 상기 전력 제어 수단으로의 전력 공급을 개시시키고, 상기 시동 스위치가 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로 절환되었을 때에 상기 전력 제어 수단은 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 상기 제어 판정 수단이 판정한 경우에는, 상기 전력 제어 수단에 상기 전력 공급 제어를 실행시켜 상기 전동기에 의해 상기 엔진을 시동시키는 한편, 상기 시동 스위치가 상기 제2 위치로부터 상기 제3 위치로 절환되었을 때에 상기 전력 제어 수단은 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태가 아니라고 상기 제어 판정 수단이 판정한 경우에는, 상기 시동 모터에 의해 상기 엔진을 시동시키는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드의 전기 자동차의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력 제어 수단은 상기 배터리로부터 상기 전동기에 공급되는 전력을 조정하는 인버터 회로와, 상기 배터리와 상기 인버터 회로를 접속하는 접속 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 시동 스위치가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 절환되었을 때에 상기 접속 수단에 상기 배터리와 상기 인버터 회로의 접속을 개시시키고,
    상기 제어 판정 수단은 상기 접속 수단에 의해 상기 배터리와 상기 인버터 회로의 접속이 완료될 때에, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 상태라고 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 접속 수단은 상기 배터리를 상기 인버터 회로에 접속하였을 때에 흐르는 돌입 전류를 억제하기 위한 돌입 전류 억제 회로를 구비하고,
    상기 제어 판정 수단은 상기 돌입 전류 억제 회로에 의한 상기 돌입 전류의 억제가 종료되었을 때에, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능 한 상태라고 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 판정 수단의 판정 결과를 기초로 하여, 상기 전력 제어 수단이 상기 전력 공급 제어를 실행 가능한 것인지 여부를 표시 또는 통지하는 확인 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 장치.
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