(57)【要約】  実施形態によるハイブリッド車両システムは、原動機（１０）と、第１電動機（３０）と、第２電動機（８０）と、原動機（１０）の動力を第１電動機（３０）と動力伝達軸（１１０）とに分配する動力伝達機構（２０）と、動力伝達軸（１１０）の動力と第２電動機（８０）の動力とを合成する動力結合機構（９０）と、動力結合機構（９０）にて合成された動力が伝達される車軸（１００）と、第１電動機（３０）を駆動する第１インバータ（４０）と、直流リンクを介して第１インバータ（４０）と電気的に接続し、第２電動機（８０）を駆動する第２インバータ（６０）と、直流リンクに電気的に接続したバッテリ（ＢＴ）と、原動機（１０）を始動する際に、第１電動機（３０）と第２電動機（８０）との一方により原動機（１０）の始動に必要なトルクを出力し、一方により原動機（１０）の始動の際に生じるエネルギーの少なくとも一部を他方により消費するように、第１インバータ（４０）および第２インバータ（６０）を駆動する統括制御部（ＣＴＲ）と、を備える。
2019069458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、  第１電動機と、  第２電動機と、  前記原動機の動力を前記第１電動機と動力伝達軸とに分配する動力伝達機構と、  前記動力伝達軸の動力と前記第２電動機の動力とを合成する動力結合機構と、  前記動力結合機構にて合成された動力が伝達される車軸と、  前記第１電動機を駆動する第１インバータと、  直流リンクを介して前記第１インバータと電気的に接続し、前記第２電動機を駆動する第２インバータと、  前記直流リンクに電気的に接続したバッテリと、  前記原動機を始動する際に、前記第１電動機と前記第２電動機との一方により前記原動機の始動に必要なトルクを出力し、前記第１電動機と前記第２電動機との一方により前記原動機の始動の際に生じるエネルギーの少なくとも一部を、前記第１電動機と前記第２電動機との他方により消費するように、前記第１インバータおよび前記第２インバータを駆動する統括制御部と、を備えたハイブリッド車両システム。
【請求項２】
前記統括制御部は、前記第１電動機と前記第２電動機との一方が前記原動機を始動する際に生じるエネルギーを演算するエネルギー演算部と、前記バッテリの入力エネルギーおよび出力エネルギーの上限値を決定するバッテリ入出力制限量決定部と、前記エネルギー演算部で演算されたエネルギーと、前記バッテリ入出力制限量決定部で決定された前記上限値とを比較し、前記エネルギー演算部で演算されたエネルギーが前記上限値を超えたときに、その超過エネルギーを演算する比較部と、を有し、前記第１電動機と前記第２電動機との他方により前記超過エネルギーを消費するように前記第１インバータおよび前記第２インバータを駆動する、請求項１記載のハイブリッド車両システム。
【請求項３】
前記統括制御部は、前記比較部により演算された前記超過エネルギーがゼロのとき、および、ゼロよりも小さいときに、前記第１電動機と前記第２電動機との他方の動作を停止する、請求項２記載のハイブリッド車両システム。
【請求項４】
前記直流リンクの電圧を検出する電圧検出器を更に備え、  前記統括制御部は、前記直流リンクの電圧の上限値を決定する電圧上限決定部と、前記電圧検出器から取得した前記直流リンクの電圧と前記上限値との差がゼロとなるように前記第１電動機と前記第２電動機との他方のトルクを演算する電圧制御部と、  を有し、  前記原動機の始動の際に、前記第１電動機と前記第２電動機との一方は前記原動機の始動に必要なトルクを出力し、前記第１電動機と前記第２電動機との他方は前記電圧制御部の出力に応じてトルクを出力するように前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する、請求項１記載のハイブリッド車両システム。
【請求項５】
前記電圧上限決定部にて決定する前記上限値は、前記原動機の始動直前のバッテリ無負荷電圧より大きく、前記第１インバータおよび前記第２インバータの過電圧レベル未満である、請求項４のハイブリッド車両システム。
【請求項６】
前記電圧上限決定部は、外部から前記バッテリの充電状態を受信し、  前記電圧上限決定部にて決定する前記上限値は、前記バッテリの前記充電状態が大きいほど大きい値である、請求項４のハイブリッド車両システム。
【請求項７】
前記直流リンクの電圧を検出する電圧検出器を更に備え、  前記統括制御部は、前記直流リンクの電圧変動がゼロとなるように直流リンク電圧指令値を決定する直流リンク電圧決定部と、前記直流リンク電圧指令値と前記電圧検出器から取得した直流リンク電圧との差がゼロとなるように、前記第１電動機と前記第２電動機との他方のトルクを制御する比例積分制御部と、を有し、  前記原動機の始動の際に、前記第１電動機と前記第２電動機との一方は前記原動機の始動に必要なトルクを出力し、前記第１電動機と前記第２電動機との他方は前記比例積分制御部の出力に応じてトルクを出力するように前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する、請求項１記載のハイブリッド車両システム。
【請求項８】
前記バッテリと前記直流リンクとの電気的接続を遮断可能な遮断器を更に備え、  前記統括制御部は、前記原動機の始動の際に、前記遮断器を開いて前記バッテリと前記直流リンクとを電気的に遮断した状態とする、請求項７記載のハイブリッド車両システム。
【請求項９】
前記統括制御部は、前記原動機の始動の際に、前記第１電動機が前記原動機の始動に必要なトルクを出力し、前記第２電動機が前記原動機の始動の際に生じるエネルギーの少なくとも一部を消費するように、前記第１インバータおよび前記第２インバータを駆動する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のハイブリッド車両システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の実施形態は、ハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関から供給されるエネルギーと、蓄電池から供給されるエネルギーとの両方を車軸に伝達可能に構成されたハイブリッド車両が提案されている。【０００３】  シリーズパラレルハイブリッド車両は、内燃機関から供給されるエネルギーを電動機（発電機）側と車軸側とに分割して供給（伝達）する三軸動力伝達機構を有している。シリーズパラレルハイブリッド車両では、車軸は、内燃機関から三軸動力伝達機構を介して車軸に供給されるエネルギーと、電動機から供給される電気的エネルギーとバッテリから供給されるエネルギーとを用いて回転することができる。【０００４】  シリーズパラレルハイブリッド車両では、車軸の回転速度（車速）と内燃機関の回転速度とを独立に決定することが可能である。また、シリーズパラレルハイブリッド車両では、車両の出力トルクと内燃機関の出力とを独立に決定することが可能である。これにより、車両の運転状態によらず、内燃機関の動作点を決めることができるので、内燃機関の動作点として効率が良い点に選ぶことで、内燃機関の高効率運転が可能となり、燃費を向上することができる。【０００５】  また、内燃機関の出力エネルギーと、車両の出力エネルギーとに差がある場合には、直流リンクに接続されたバッテリの充電および放電により、エネルギーの過不足を調整することも可能である。これにより、直流リンクに接続した電動機を独立に動作させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８６６８０３号公報
【特許文献２】特許第５９２９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、バッテリの容量が小さい場合や、環境温度等の要因で、バッテリの入力（充電）電流や出力（放電）電流が制限されるときがある。例えば内燃機関を始動させるときには、走行状態（速度）によっては、バッテリに大きな電流を流す必要がある。このとき、バッテリの入力電流および出力電流が制限される場合に、直流リンクの電圧が上昇してインバータが停止し、内燃機関を始動することができない可能性があった。【０００８】  本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、信頼性の高い車両システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  実施形態によるハイブリッド車両システムは、原動機と、第１電動機と、第２電動機と、前記原動機の動力を前記第１電動機と動力伝達軸とに分配する動力伝達機構と、前記動力伝達軸の動力と前記第２電動機の動力とを合成する動力結合機構と、前記動力結合機構にて合成された動力が伝達される車軸と、前記第１電動機を駆動する第１インバータと、直流リンクを介して前記第１インバータと電気的に接続し、前記第２電動機を駆動する第２インバータと、前記直流リンクに電気的に接続したバッテリと、前記原動機を始動する際に、前記第１電動機と前記第２電動機との一方により前記原動機の始動に必要なトルクを出力し、前記第１電動機と前記第２電動機との一方により前記原動機の始動の際に生じるエネルギーの少なくとも一部を、前記第１電動機と前記第２電動機との他方により消費するように、前記第１インバータおよび前記第２インバータを駆動する統括制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態のハイブリッド車両の構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図３】図３は、第２実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図４】図４は、第３実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図５】図５は、第３実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の他の構成例を概略的に示すブロック図である。
【実施形態】
【００１１】  以下、第１乃至第３実施形態のハイブリッド車両について、図面を参照して説明する。  図１は、一実施形態のハイブリッド車両の構成例を概略的に示す図である。
【００１２】  第１実施形態のハイブリッド車両は、内燃機関１０と、動力伝達機構２０と、第１電動機（Motor Generator）３０と、第１インバータ４０と、第１インバータ制御部５０と、第２電動機８０と、第２インバータ６０と、第２インバータ制御部７０と、バッテリＢＴと、動力結合機構９０と、車軸１００と、動力伝達軸１１０と、統括制御部ＣＴＲと、を備えている。
【００１３】  直流リンクには、補機（車内機器用の電源）ＰＡと、第１インバータ４０と、第２インバータ６０と、コンデンサＣ４０、Ｃ６０と、電圧検出器ＳＶと、が接続している。
【００１４】  内燃機関１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等、車両を駆動する機械的エネルギーを生成する原動機である。    動力伝達機構２０は、内燃機関１０で生成された機械的エネルギーを、第１電動機３０側に供給されるエネルギーと、動力伝達軸１１０に供給されるエネルギーとに分割して伝達する。
【００１５】  動力伝達機構２０は、例えば、サンギアＳと、サンギアＳに外接したプラネタリアギアＰと、プラネタリアギアＰが内接したリングギアＲと、プラネタリアギアＰの軌道に沿って回転するプラネタリキャリアＣと、を備えている。本実施形態では、プラネタリキャリアＣは、内燃機関１０で生成された機械的エネルギーにより回転する。サンギアＳの回転動力は第１電動機３０へ伝達される。リングギアＲの回転動力は動力伝達軸１１０を介して動力結合機構９０に伝達される。動力結合機構９０は車軸１００と接続している。
【００１６】  第１電動機３０は、動力伝達機構２０のサンギアＳを介して供給される機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。第１電動機３０は、例えば、サンギアＳと連動する回転子と固定子とを備えた電動機であって、３相交流電力を出力する。
【００１７】  第１インバータ４０は、第１電動機３０の動作を制御する制御手段であって、第１電動機３０から出力された３相交流電力を直流電力に変換して回生動作とするとともに、直流リンクから供給される直流電力を３相交流電力に変換して第１電動機３０へ供給し、第１電動機３０を力行動作とする。第１インバータ４０は直流リンクを介して第２インバータ６０およびバッテリＢＴと接続している。第１インバータ４０の直流側の入出力端子にはコンデンサＣ４０が接続している。コンデンサＣ４０は、直流リンク間の電圧変動を抑制する。
【００１８】  第１インバータ制御部５０は、統括制御部ＣＴＲから供給されるトルク指令を受信する。第１インバータ制御部５０は、ベクトル制御およびＰＷＭ制御などにより第１インバータ４０のゲート信号を生成し、第１電動機３０の出力トルクがトルク指令値を実現するように、第１インバータ４０を動作させる。
【００１９】  第２インバータ６０は、直流リンクから供給された直流電力を交流電力に変換して第２電動機８０へ出力する。また、第２インバータ６０は、第２電動機８０から供給された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力する。第２インバータ６０の直流側の入出力端子にはコンデンサＣ６０が接続している。コンデンサＣ６０は、直流リンク間の電圧変動を抑制する。
【００２０】  第２インバータ制御部７０は、統括制御部ＣＴＲから供給されるトルク指令を受信する。第２インバータ制御部７０は、ベクトル制御およびＰＷＭ制御などにより第２インバータ６０のゲート信号を生成し、第２電動機８０の出力トルクがトルク指令値を実現するように、第２インバータ６０を動作させる。
【００２１】  第２電動機８０は、第２インバータ６０から供給される交流電力により駆動される電動機であって、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して動力結合機構９０へ出力する。
【００２２】  動力結合機構９０は、例えばギアであって、リングギアＲから動力伝達軸を介して伝達された機械的エネルギーと、第２インバータ６０から供給された機械的エネルギーとを合成したエネルギーを車軸１００へ伝達する。車軸１００は、前記動力結合機構から供給されるエネルギーにより回転駆動され、車輪ＷＬは車軸１００を介して回転駆動される。
【００２３】  バッテリＢＴは、例えば、複数の２次電池セルを含む蓄電池を備え、直流リンクから供給される電力により充電可能であり、直流リンクを介して電力を放電可能に構成されている。バッテリＢＴと直流リンクとの電気的接続は、遮断器１２により接続状態と遮断状態とを切替え可能である。
【００２４】  統括制御部ＣＴＲは、第１電動機３０の角速度、出力トルク、および電流（或いはこれらの推定値）と、第２電動機８０の角速度、出力トルク、および電流（或いはこれらの推定値）と、を検出（又は演算）可能である。また、統括制御部ＣＴＲは、電圧検出器ＳＶにより検出された直流リンク電圧を取得可能である。統括制御部ＣＴＲは、第２電動機３０、第２電動機８０、および直流リンクの各種情報に基づいて、内燃機関１０、第１電動機３０、第１インバータ制御部５０、第２インバータ制御部７０、第２電動機８０、バッテリＢＴ、および、遮断器１２が互いに連係するように制御する制御部である。
【００２５】  統括制御部ＣＴＲは、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサを少なくとも１つと、プロセッサにより実行されるプログラムを記録するメモリと、を備える演算手段である。
【００２６】  例えば、ハイブリッド車両が高速走行中に内燃機関１０が停止したとき、統括制御部ＣＴＲは、第１インバータ制御部５０（若しくは第２インバータ制御部７０）を駆動して第１電動機３０（若しくは第２電動機８０）に励磁電流を流し、内燃機関１０へ必要なトルクを出力し、内燃機関１０を起動することができる。
【００２７】  本実施形態の車両システムは、シリーズ・パラレルハイブリッドシステムを採用している。本システムでは、車軸１００の回転速度（車速）と内燃機関１０の回転速度とを独立に設定可能であり、車両の出力トルクと内燃機関１０の出力とを独立に設定可能である。これにより、車両の運転状態によらず、内燃機関１０の動作点を決めることができ、内燃機関１０の動作点を効率が良い点に選ぶことで、内燃機関１０の高効率運転が可能となる。この結果、車両の燃費を向上することができる。
【００２８】  また、内燃機関１０の出力エネルギーと車両の出力エネルギーとに差がある場合には、直流リンクに接続されたバッテリＢＴの充電および放電により、エネルギーの過不足を調整することができる。
【００２９】  以上のことは、内燃機関１０の動力のすべてを電気的エネルギーに変換し、再度機械的エネルギーに変換する、シリーズハイブリッドシステムでも実現可能であるが、本実施形態の車両システムで採用するシリーズ・パラレルハイブリッドシステムでは、機械的エネルギーを直接車軸に伝達可能な経路を設けることで、動力伝達効率を高くすることができる。一般的に、機械的エネルギーから電気的エネルギーへの変換、および、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換を行うと、変換時に損失が発生する。したがって、機械的エネルギーを直接車軸へ伝達するシリーズ・パラレルハイブリッドシステムの方が、シリーズハイブリッドシステムよりもエネルギー利用効率を高くすることができる。
【００３０】  次に、動力伝達機構２０を備える車両システムの動作原理について説明する。    動力伝達機構２０の、サンギアＳ、リングギアＲ、プラネタリアギアＰ、および、プラネタリアキャリアＣの運動方程式を以下に示す。
【００３１】  なお、θはギア、電動機等の回転角度、ωはギア、電動機等の回転角速度、Ｔはギア、電動機等のトルク、Ｊはギア、電動機等のイナーシャ、Ｇはギア歯数である。また、以下の数式に使用する添え字は、Ｓはサンギアに関するもの、Ｐはプラネタリギアに関するもの、Ｃはプラネタリキャリアに関するもの、Ｒはリングギアに関するもの、Ｅは内燃機関に関するもの、ＭＧ１は第１電動機３０に関するもの、ＭＧ２は第２電動機８０に関するものを表している。
【００３２】
【数１】
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【００３３】  上記運動方程式における拘束条件は下記のようになる。【数２】
2019069458.tif 000004
【００３４】  ここで、第１電動機３０（サンギア）、内燃機関１０（キャリア）、プラネタリギアのイナーシャが、車両の慣性質量に対して無視できる程度に小さいとすると、運動方程式を下記のように記載することができる。【数３】
2019069458.tif 000005
【００３５】  サンギアには、第１電動機３０が接続されているため、ＴＳ＝ＴＭＧ１、ωＳ＝ωＭＧ１…（９）であることを考慮すると、式（６）（７）より、【数４】
2019069458.tif 000006
【００３６】  車軸１００のトルクＴＯＵＴは、リングギアに生じるトルクλ２と、第２電動機８０により生じるトルクＴＭＧ２の合計であるため、下記式（１１）のように変形することができる。【数５】
2019069458.tif 000007
【００３７】  ここで、動力伝達機構２０の各ギアが定速であるとすれば、内燃機関１０（キャリア）が出力するトルクは、式（６）（８）（９）より、下記式（１２）となる。【数６】
2019069458.tif 000008
上記式（１３）より、内燃機関１０の負荷は、第１電動機３０のトルクで決まることが分かる。
【００３８】  式（１３）におけるＴＣは、内燃機関１０（キャリア）が出力するトルクであるため、内燃機関１０（キャリア）の正回転方向に、外部から与えられるトルクＴＣＬは、この−１倍である。すなわち、式（１４）のように表すことができる。【数７】
2019069458.tif 000009
【００３９】  したがって、内燃機関１０の始動に必要なキャリアトルクをＴＥ_ＳＴＡＲＴとすると、第１電動機３０が出力すべきトルクは、式（１４）より下記式（１５）のように表すことができる。【数８】
2019069458.tif 000010
【００４０】  一方で、内燃機関１０が停止している際は、ωＣ＝０であることから、式（５）（９）より、下記式（１６）となる。【数９】
2019069458.tif 000011
【００４１】  上記式（１６）において、ωＲは車両走行速度に比例することから、車両走行速度が大きくなるにつれ、第１電動機３０は負方向に加速する。式（１５）および式（１６）より、車両走行中、および、内燃機関１０が停止している状態から内燃機関１０を始動する瞬間の第１電動機３０のエネルギーＰＭＧ１は、下記式（１７）のように表すことができる。【数１０】
2019069458.tif 000012
【００４２】  なお、ＴＥ_ＳＴＡＲＴ＞０であるため、車両走行中における内燃機関始動時はＰＭＧ１＜０であり、つまり第１電動機３０は発電動作となる。  また、式（１７）より、第１電動機３０の発電エネルギーは、車両走行速度に比例するため、車両走行速度が大きい場合ほど、第１電動機３０の発電エネルギーが大きくなることになる。
【００４３】  ここで、直流リンク電圧をＶＤＣとし、補機ＰＡと第２インバータ６０とが停止しているとすると、バッテリＢＴに流れる電流ＩＢは、下記式（１８）となる。【数１１】
2019069458.tif 000013
【００４４】  例えば、バッテリＢＴの入力（充電）電流および出力（放電）電流が制限されている状況では、式（１８）に示す電流をバッテリＢＴに流すことができず直流リンクが過電圧になる可能性や、内燃機関１０の始動に必要なトルクを第１電動機３０から出力できず、車両が動作しない可能性がある。
【００４５】  そこで、本実施形態のハイブリッド車両では、統括制御部ＣＴＲは、内燃機関１０を始動する際に、第１電動機３０と第２電動機８０との一方により内燃機関１０の始動に必要なトルクを出力し、第１電動機３０と第２電動機８０との一方により内燃機関１０の始動の際に生じるエネルギーの少なくとも一部を、第１電動機３０と第２電動機８０との他方により消費するように、第１インバータ４０および第２インバータ６０を駆動する。  なお、以下の説明では、本実施形態のハイブリッド車両では、バッテリＢＴに流れる電流を制御するため、第２電動機８０で上記式（１７）のエネルギーの全部または一部を消費させている。
【００４６】  図２は、本実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の構成例を概略的に示すブロック図である。  統括制御部ＣＴＲは、エネルギー演算部Ｃ１と、バッテリーエネルギー演算部Ｃ２と、比較部Ｃ３と、第１トルク演算部Ｃ４と、第２トルク演算部Ｃ５と、を備えている。
【００４７】  本実施形態では、統括制御部ＣＴＲは、例えば、内燃機関１０の始動時にバッテリＢＴに流れる電流ＩＢを上限値ＩＢｌｉｍ以下とするときには、第１電動機３０（前記第１電動機と前記第２電動機との一方）の発電エネルギーのうち、バッテリＢＴで吸収可能なエネルギーＰＭＡＸ（＝ＶＤＣ×ＩＢｌｉｍ）を除いた分（超過エネルギー）を第２電動機８０（前記第１電動機と前記第２電動機との他方）にて消費するように、第２インバータ制御部７０（若しくは第１インバータ制御部５０）を制御する。
【００４８】  この場合、第２電動機８０で負担するエネルギーＰ０は、上記式（１７）より、下記式（１９）のように表すことができる。なお、下記式（１９）は、電動機の発電時のエネルギーを正としているため、第１項の符号を負とし、（−ＰＭＧ１）としている。【数１２】
2019069458.tif 000014
ただし、上記式（１９）の値が負となる場合は、第２電動機８０を動作させなくても、バッテリに流れる電流ＩＢ＜上限値ＩＢｌｉｍとなるため第２電動機８０は動作停止としてもよい。
【００４９】  以上より、内燃機関１０の始動時には、第１電動機３０の出力トルクＴＭＧ１と第２電動機８０の出力トルクＴＭＧ２は下記式（２０）となる。【数１３】
2019069458.tif 000015
【００５０】  上述の原理に従って、統括制御部ＣＴＲは、第１インバータ制御部５０および第２インバータ制御部７０を制御する。  すなわち、エネルギー演算部Ｃ１は、第１電動機３０と第２電動機８０との一方により内燃機関１０を始動する際に生じるエネルギーを演算する。本実施形態では、エネルギー演算部Ｃ１は、第１トルク演算部Ｃ４の出力ＴＭＧ１と、第１電動機３０の回転角速度ωＭＧ１とを外部から受信し、上記式（１７）に基づいてこれらを乗算し、第１電動機３０のエネルギーＰＭＧ１を出力する。なお、エネルギー演算部Ｃ１に入力される出力トルクＴＭＧ１は、例えば後述する第１トルク演算部Ｃ４から出力された値がフィードバックされてもよく、第１電動機３０の電流や角速度などに基づいて演算された値であってもよい。
【００５１】  バッテリーエネルギー演算部Ｃ２は、バッテリＢＴに流れる電流の上限値ＩＢｌｉｍと、直流リンク電圧ＶＤＣとを外部受信し、第１電動機３０の発電エネルギーのうちバッテリＢＴで吸収可能なエネルギーＰＭＡＸ（＝ＶＤＣＩＢｌｉｍ）を演算して出力する。バッテリーエネルギー演算部Ｃ２は、バッテリＢＴの入力エネルギーの上限値を決定するバッテリ入出力制限量決定部である。
【００５２】  比較部Ｃ３は、エネルギー演算部Ｃ１で演算されたエネルギーと、バッテリ入出力制限量決定部（バッテリーエネルギー演算部Ｃ２）で決定された上限値ＰＭＡＸとを比較し、エネルギー演算部Ｃ１で演算されたエネルギーが上限値ＰＭＡＸを超えたときに、その超過エネルギーを演算する。すなわち、比較部Ｃ３は、第１電動機３０のエネルギーＰＭＧ１とバッテリＢＴで吸収可能なエネルギーＰＭＡＸとを受信し、上記式（１９）に基づいてこれらの値を比較して、第２電動機８０で負担するエネルギーＰ０を演算して出力する。
【００５３】  第１トルク演算部Ｃ４は、内燃機関１０の始動に必要なキャリアトルクＴＥ_ＳＴＡＲＴを受信し、上記式（２０）に基づいて第１電動機３０のトルクＴＭＧ１を演算して出力する。なお、キャリアトルクＴＥ_ＳＴＡＲＴは、統括制御部ＣＴＲ内で予め設定された値であってもよく、車両の動作状態（第１電動機３０の角速度、電流など）に基づいて演算される値であってもよい。
【００５４】  第２トルク演算部Ｃ５は、リングギアＲの回転角速度ωＲと、第２電動機８０で負担するエネルギーＰ０とを受信し、上記式（２０）に基づいて第２電動機８０のトルクＴＭＧ２を演算して出力する。
【００５５】  統括制御部ＣＴＲは、第１トルク演算部Ｃ４にて演算されたトルクＴＭＧ１を第１インバータ制御部５０へトルク指令値として供給し、第２トルク演算部Ｃ５にて演算されたトルクＴＭＧ２を第２インバータ制御部７０へトルク指令値として供給する。
【００５６】  第１インバータ制御部５０は、第１電動機３０の出力が受信したトルク指令値を実現するように第１インバータ４０のゲート指令を生成し、第１インバータ４０を制御する。第１インバータ４０は第１インバータ制御部５０の制御に従って動作し、第１電動機３０はトルクＴＭＧ１を出力する。
【００５７】  第２インバータ制御部７０は、第２電動機８０の出力が受信したトルク指令値を実現するように第２インバータ６０のゲート指令を生成し、第２インバータ６０を制御する。第２インバータ制御部７０の制御にしたがって、第２インバータ６０が動作し、第２電動機８０はトルクＴＭＧ２を出力する。
【００５８】  上記のように第１電動機３０および第２電動機８０が動作することにより、バッテリＢＴに流れる電流を上限値ＩＢｌｉｍ以下とすることができる。  すなわち、本実施形態の車両システムでは、第２電動機８０にて直流リンクに供給されるエネルギーの少なくとも一部を消費することが可能であり、バッテリＢＴに流れる電流を制御して、直流リンクの過電圧や内燃機関１０の始動不能により車両が動作不能となる不具合を回避することができる。上記のように、本実施形態によれば、信頼性の高い車両システムを提供することができる。
【００５９】  なお、上記数式は、機器の効率などを考慮していない理想状態にて車両システムが動作するものとしている。実際に車両へ適用する場合には、機器の動作効率等を考慮して、第１電動機３０および第２電動機８０の出力トルクを調整することが望ましい。
【００６０】  次に、第２実施形態の車両システムについて図面を参照して以下に説明する。  なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】  図３は、第２実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の構成例を概略的に示すブロック図である。  本実施形態の車両システムでは、統括制御部ＣＴＲの構成以外は上述の第１実施形態の車両システムと同様であるため説明を省略する。
【００６２】  上述の第１実施形態では、統括制御部ＣＴＲは、内燃機関１０の始動時に、第１電動機３０にて発電するエネルギーを演算し、そのエネルギーの少なくとも一部を第２電動機８０で消費するように、第１インバータ制御部５０および第２インバータ制御部７０を制御するものとしている。これは、バッテリＢＴの充電電流および放電電流の制限度合の程度に関わらず、常にバッテリに流れる電流の上限値を一定（第１実施形態では上限値ＩＢｌｉｍとした）として、統括制御部ＣＲが車両システムの各構成を制御するとの思想によるものである。
【００６３】  しかしながら、バッテリＢＴの充電電流および放電電流の制限度合がどの程度であるかを判断することが難しい場合も想定される。一般的に、低温環境においてバッテリＢＴの内部抵抗が増加するため、バッテリＢＴの充電電流および放電電流が小さくなることが知られている。これは、内部抵抗が大きいときにバッテリＢＴに大電流を流すと、内部抵抗による電圧降下により、大きな電圧変動が発生するためである。
【００６４】  そこで、本実施形態では、バッテリＢＴの充電電流および放電電流の制限度合が、バッテリＢＴの内部抵抗の大きさにより変わるものであることを考慮して、上述の第１実施形態とは異なる制御を行っている。
【００６５】  バッテリＢＴの内部抵抗が通常時（例えば常温環境時）よりも大きいときに、バッテリＢＴに流れる電流が増加すると、直流リンク電圧ＶＤＣの上昇量が通常時よりも大きくなる。直流リンク電圧ＶＤＣの上限値をＶＤＣＭＡＸ（現在のバッテリ電圧より高い値であって、例えばバッテリ電圧の１１０％）とし、直流リンク電圧ＶＤＣ＞上限値ＶＤＣＭＡＸとなったときに、第２電動機８０でエネルギーを消費するように制御する。これにより、バッテリＢＴの充電電流および放電電流の制限度合を考慮して、その時々における余剰エネルギー（バッテリＢＴにて吸収しきれないエネルギー）を第２電動機８０により消費することが可能となる。
【００６６】  本実施形態の統括制御部ＣＴＲは、電圧上限決定部Ｃ６と、電圧制御部Ｃ７と、第１トルク演算部Ｃ４と、を備えている。  電圧上限決定部Ｃ６は、バッテリ電圧とバッテリＢＴの充電状態（ＳＯＣ：state of charge）との少なくとも一方を外部から受信し、これらの値に基づいて直流リンク電圧ＶＤＣの上限値ＶＤＣＭＡＸを設定する。ここで設定される上限値ＶＤＣＭＡＸは、現在の（バッテリ電圧例えば電圧検出器で検出された最新の値）より高い値であって、例えば現在のバッテリ電圧に対して１１０％の値である。電圧上限決定部Ｃ６は、バッテリＢＴの充電状態が大きいほど、上限値ＶＤＣＭＡＸが大きくなるように値を決定してもよい。
【００６７】  なお、電圧上限決定部Ｃ６は、バッテリＢＴの内部抵抗値を考慮して上限値ＶＤＣＭＡＸを設定してもよい。バッテリＢＴの内部抵抗値は、例えば、バッテリＢＴの電圧、電流、温度等を用いて演算してもよく、外部から受信してもよい。電圧上限決定部Ｃ６は、バッテリＢＴの内部抵抗値に応じて、直流リンク電圧ＶＤＣの値に対応する上限値ＶＤＣＭＡＸを格納したテーブル等を予め備えていてもよい。
【００６８】  電圧制御部Ｃ７は、直流リンク電圧ＶＤＣを電圧検出器から取得し、上限値ＶＤＣＭＡＸを電圧上限決定部Ｃ６から受信し、直流リンク電圧ＶＤＣが上限値ＶＤＣＭＡＸより大きくなったときに、第２電動機８０でエネルギーを消費するように、第２電動機８０のトルクＴＭＧ２を演算する。
【００６９】  電圧制御部Ｃ７は、減算器７１と、比例制御部７２と、積分制御部７３と、加算器７４と、を備えている。減算器７１は、上限値ＶＤＣＭＡＸから直流リンク電圧ＶＤＣを引いた差を出力する。比例制御部７２は、減算器７１の出力値に比例ゲインＫＰを乗じた値を出力する。積分制御部７３は、減算器７１の出力値に積分ゲインＫＩを乗じ、更にラプラス演算子（ｓ）で除した値を出力する。加算器７４は、比例制御部７２の出力値と積分制御部７３の出力値とを加算した和を出力する。
【００７０】  電圧制御部Ｃ７は、直流リンク電圧ＶＤＣと上限値ＶＤＣＭＡＸとの差をゼロとする第２電動機８０のトルクＴＭＧ２を演算するように、比例ゲインＫＰと積分ゲインＫＩとの値が設定されている。なお、電圧制御部Ｃ７は、直流リンク電圧ＶＤＣが上限値ＶＤＣＭＡＸより大きいときのみ、第２電動機８０にて余剰のエネルギーを消費するようにトルクＴＭＧ２を演算する。
【００７１】  すなわち、本実施形態の車両システムでは、第１電動機３０のトルクＴＭＧ１と、第２電動機８０のトルクＴＭＧ２とは下記式（２１）となる。【数１４】
2019069458.tif 000016
電圧制御部Ｃ７から出力された第２電動機８０のトルクＴＭＧ２は、第２インバータ制御部７０へ供給される。
【００７２】  すなわち、本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、上記のように、バッテリＢＴの電圧又はＳＯＣ（若しくはこれらの両方の値）に応じて上限値ＶＤＣＭＡＸを設定し、直流リンク電圧が上限値よりも大きくなったときのみ第２電動機８０によりエネルギーを消費することにより、バッテリＢＴの充電電流および放電電流の制限度合に応じた制御が可能となる。
【００７３】  次に第３実施形態の車両システムについて図面を参照して詳細に説明する。  図４は、第３実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の構成例を概略的に示すブロック図である。
【００７４】  統括制御部ＣＴＲは、直流リンク電圧決定部Ｃ８と、比例積分制御部Ｃ９と、第１トルク演算部Ｃ４と、を備えている。  上述の第１実施形態では、内燃機関１０の始動時に第１電動機３０にて発電するエネルギーを計算し、そのエネルギーの少なくとも一部を第２電動機８０で消費可能とすることで、バッテリＢＴの充電電流および放電電流を制御する車両システムについて説明した。
【００７５】  第１実施形態のハイブリッド車両システムでは、バッテリＢＴに流れる電流の上限値ＩＢｌｉｍをゼロとすると、理論上は、バッテリＢＴと直流リンクとの電気的接続を開放（遮断）しても動作が成立することとなる。しかしながら、上述の第１実施形態では、ハイブリッド車両システムに搭載されたセンサ類の誤差や機器の効率等を考慮していないため、厳密にバッテリ電流をゼロとするのは困難である。  これに対し、本実施形態では、バッテリＢＴを開放した状態で内燃機関１０を始動可能であるハイブリッド車両システムを提案するものである。  すなわち、本実施形態では、統括制御部ＣＴＲは、内燃機関１０を始動する際に、遮断器１２を開いてバッテリＢＴと直流リンクとを電気的に遮断した状態とする、
【００７６】  直流リンク電圧決定部Ｃ８は、バッテリ電圧とバッテリＢＴのＳＯＣとの少なくとも一方を外部から受信し、バッテリ電圧又はバッテリＢＴのＳＯＣ（若しくはこれらの両方の値）に基づく、直流リンク電圧の設定値ＶＤＣｒｅｆを出力する。ここで、直流リンク電圧決定部Ｃ８は、例えば、センサ類の誤差や機器の動作効率などを考慮して、バッテリ電圧又はバッテリＢＴのＳＯＣ（若しくはこれらの両方の値）の変動がゼロとなるように設定値ＶＤＣｒｅｆを出力する。
【００７７】  比例積分制御部Ｃ９は、設定値ＶＤＣｒｅｆと、電圧検出器で検出された直流リンク電圧ＶＤＣとを受信し、直流リンク電圧偏差（ＶＤＣｒｅｆ−ＶＤＣ）をゼロとなるときの、第２電動機８０のトルクを出力する。
【００７８】  ここで、上記式（２０）において、ＩＢｌｉｍ＝０とした場合の第１電動機３０および第２電動機８０のトルクＴＭＧ１、ＴＭＧ２は、下記式（２２）となる。【数１５】
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【００７９】  電圧検出器により検出された直流リンク電圧ＶＤＣが、設定値ＶＤＣｒｅｆとなる（直流リンク電圧ＶＤＣと設定値ＶＤＣｒｅｆとの差がゼロとなる）ように、第２電動機８０にてエネルギーを消費すると、第１電動機３０および第２電動機８０のトルクＴＭＧ１、ＴＭＧ２は下記式（２３）となる。【数１６】
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【００８０】  なお、上記式（２３）において、ＡＶＲ（ＶＤＣｒｅｆ−ＶＤＣ）は、直流リンク電圧偏差ＶＤＣｒｅｆ−ＶＤＣをゼロとするための制御系で、例えば比例積分（ＰＩ）制御系で構成される。  比例積分制御部Ｃ９は、減算器９１と、比例制御部９２と、積分制御部９３と、加算器９４と、を備えている。減算器９１は、設定値ＶＤＣｒｅｆから直流リンク電圧ＶＤＣを引いた差を出力する。比例制御部９２は、減算器９１の出力値に比例ゲインＫＰを乗じた値を出力する。積分制御部９３は、減算器９１の出力値に積分ゲインＫＩを乗じ、更にラプラス演算子（ｓ）で除した値を出力する。加算器９４は、比例制御部９２の出力値と積分制御部９３の出力値とを加算した和を出力する。
【００８１】  比例積分制御部Ｃ９から出力された第２電動機８０のトルクＴＭＧ２は、第２インバータ制御部７０へ供給される。  以上より、第１電動機３０および第２電動機８０のトルクを、上記式（２３）のように動作させることで、例えば、バッテリＢＴが直流リンクに対して電気的に開放されている状態で内燃機関１０の始動することが可能である。
【００８２】  図５は、第３実施形態のハイブリッド車両の統括制御部の他の構成例を概略的に示すブロック図である。  上述の図４に示す例では、統括制御部ＣＴＲは、第１電動機３０が内燃機関１０の始動に必要なトルクを出力し、第２電動機８０は第１電動機３０が所定のトルクを出力可能となるように補助的に動作するものとして、式（２３）を用いてハイブリッド車両システムを動作させている。これに対し、以下では、第２電動機８０にて内燃機関１０の始動に必要なトルクを出力するものとし、第１電動機３０は第２電動機８０が所定のトルクを出力可能となるように補助的に動作するものとしている。
【００８３】  この例では、図４に示した例と異なり、比例積分制御部Ｃ９にて第１電動機３０のトルクを演算している。  すなわち、統括制御部ＣＴＲは、直流リンク電圧決定部Ｃ８と、比例積分制御部Ｃ９と、第２トルク演算部Ｃ５と、を備えている。
【００８４】  直流リンク電圧決定部Ｃ８は、バッテリ電圧とバッテリＢＴのＳＯＣとの少なくとも一方を外部から受信し、バッテリ電圧又はバッテリＢＴのＳＯＣ（若しくはこれらの両方の値）に基づく、直流リンク電圧の設定値ＶＤＣｒｅｆを出力する。ここで、直流リンク電圧決定部Ｃ８は、例えば、センサ類の誤差や機器の動作効率などを考慮して、バッテリ電圧又はバッテリＢＴのＳＯＣ（若しくはこれらの両方の値）の変動がゼロとなるように設定値ＶＤＣｒｅｆを出力する。
【００８５】  比例積分制御部Ｃ９は、設定値ＶＤＣｒｅｆと、電圧検出器で検出された直流リンク電圧ＶＤＣとを受信し、直流リンク電圧偏差（ＶＤＣｒｅｆ−ＶＤＣ）をゼロとなるときの、第１電動機３０のトルクＴＭＧ１を出力する。
【００８６】  電圧検出器により検出された直流リンク電圧ＶＤＣが、設定値ＶＤＣｒｅｆとなる（直流リンク電圧ＶＤＣと設定値ＶＤＣｒｅｆとの差がゼロとなる）ように、第２電動機８０にてエネルギーを消費すると、第１電動機３０および第２電動機８０のトルクＴＭＧ１、ＴＭＧ２は下記式（２４）となる。【数１７】
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【００８７】  比例積分制御部Ｃ９は、減算器９１と、比例制御部９２と、積分制御部９３と、加算器９４と、を備えている。減算器９１は、設定値ＶＤＣｒｅｆから直流リンク電圧ＶＤＣを引いた差を出力する。比例制御部９２は、減算器９１の出力値に比例ゲインＫＰを乗じた値を出力する。積分制御部９３は、減算器９１の出力値に積分ゲインＫＩを乗じ、更にラプラス演算子（ｓ）で除した値を出力する。加算器９４は、比例制御部９２の出力値と積分制御部９３の出力値とを加算した和を出力する。  比例積分制御部Ｃ９から出力された第１電動機３０のトルクＴＭＧ１は、第１インバータ制御部５０へ供給される。
【００８８】  すなわち、本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、上記のように、第１電動機３０および第２電動機８０のトルクを、上記式（２３）若しくは、上記式（２４）のように動作させることで、例えば、バッテリＢＴが直流リンクに対して電気的に開放されている状態で内燃機関１０の始動をすることが可能である。
【００８９】  本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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