(57)【要約】【課題】高電圧バッテリを過充電しない範囲で、速やかにエンジン始動を可能とする制御装置を提供する。【解決手段】エンジンが始動不能となった際に、クランキング期間の高電圧バッテリの放電状態から、高電圧バッテリの内部抵抗を推定し（Ｓ３０４）、エンジンの始動に必要な出力とエネルギーを算出し（Ｓ３０５）と、算出した必要出力・エネルギーを確保可能な第１の電圧Ｖ１を求め（Ｓ３０６）、高電圧バッテリの開放電圧において第１の電圧Ｖ１を満足する第２の電圧Ｖ２を算出し（Ｓ３０７）、高電圧バッテリが第２の電圧Ｖ２となるまで低電圧電源からの充電を行い、次回のエンジン始動に必要な充電量のみを充電する。【選択図】図３
2006180665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧バッテリによってエンジンの始動を行う電動機を有し、前記高電圧バッテリの放電によりエンジンが始動不能となった場合に備え、自車両外部の低電圧電源の電力により前記高電圧バッテリを充電可能なハイブリッド車両の充電装置において、
前記エンジンが始動不能となった際に、クランキング時の高電圧バッテリの放電状態から、高電圧バッテリの内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段と、
前記エンジンの始動に必要な出力とエネルギーを算出する必要出力・エネルギー算出手段と、
前記必要出力・エネルギーを確保可能な第１の電圧を求める第１の電圧算出手段と、
高電圧バッテリの開放電圧において第１の電圧を満足する第２の電圧を算出する第２の電圧算出手段と、
前記高電圧バッテリが第２の電圧となるまで低電圧電源からの充電を行う充電手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の充電装置。
【請求項２】
前記内部抵抗推定手段は、高電圧バッテリに流れる電流、電圧及び充電状態に基づいて前記内部抵抗を推定することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の充電装置。
【請求項３】
前記内部抵抗推定手段は、前記高電圧バッテリに流れる電流が所定値以上の場合に内部抵抗を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の充電装置。
【請求項４】
前記必要出力・エネルギー算出手段は、エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を備え、エンジン水温が低いほど必要出力・エネルギーを大きな値とすること特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の充電装置。
【請求項５】
前記第２の電圧算出手段は、前記高電圧バッテリの開放電圧において第１の電圧を満足する第２の電圧が、高電圧バッテリにおける使用可能電圧範囲の所定の上限値を上回った場合には、前記使用可能電圧範囲の上限値を第２の電圧とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両の充電装置。
【請求項６】
前記第２の電圧算出手段は、前記第２の電圧が高電圧バッテリにおける使用可能電圧範囲の所定の上限値を上回った場合には、警告を促す警告手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車両等の車両用電源装置に関し、特に、外部電源による充電に好適な充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両駆動用モータへの電力を供給する高電圧バッテリと車両補機類への電力を供給する低電圧バッテリとを備える車両用電源装置が知られている。
【０００３】
そして、エンジンが始動不能となった場合、自車両外部の低電圧バッテリを電源として高電圧バッテリへの充電電力を生成し、高電圧バッテリを充電する手段を備えたハイブリッド車両の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３９８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例は、充電開始から設定時間が経過した場合に充電を終了する。また、上記従来例以外にも充電中に電圧を設定して、所定の電圧になるまで充電した際に充電を終了するものがある。
【０００５】
しかしながら、上記前者の従来例では、設定時間内に十分な充電が行われなかった場合、また後者の例では端子電圧をモニタして所定の電圧になったことを判定するため、高電圧バッテリが劣化などにより内部抵抗が増大していた場合には、エンジンの始動に必要なレベルまで高電圧バッテリを充電できず、再始動ができない場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑み、自車両外部の低電圧電源の電力で高電圧バッテリを充電するハイブリッド車両において、高電圧バッテリを過充電しない範囲で、速やかにエンジン始動を可能とする制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、高電圧バッテリによってエンジンの始動を行う電動機を有して、高電圧バッテリの放電によりエンジンが始動不能となった場合に、自車両外部の低電圧電源の電力により前記高電圧バッテリを充電するハイブリッド車両の充電装置であって、エンジンが始動不能となった際に、クランキング期間の高電圧バッテリの放電状態から、高電圧バッテリの内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段と、エンジンの始動に必要な出力とエネルギーを算出する必要出力・エネルギー算出手段と、算出した必要出力・エネルギーを確保可能な第１の電圧Ｖ１を求める第１の電圧算出手段と、高電圧バッテリの開放電圧において第１の電圧Ｖ１を満足する第２の電圧Ｖ２を算出する第２の電圧算出手段と、高電圧バッテリが第２の電圧Ｖ２となるまで低電圧電源からの充電を行う充電手段とを備え、次回のエンジン始動に必要な充電量のみを充電する。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明によれば、エンジン始動不能となった際のクランキング中における高電圧バッテリの放電状態から内部抵抗を推定し、推定した内部抵抗に基づいてエンジンの始動に必要な出力・エネルギーを供給可能な第２の電圧Ｖ２を算出する。そして、自車両外部の低電圧電源から高電圧バッテリを充電する際に、第２の電圧Ｖ２まで充電することとしたので、高電圧バッテリを過充電しない範囲で、速やかにエンジン始動を可能として、前記従来例と比較して充電時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明を適用した車両用電源装置を備えるハイブリッド車両のシステム構成図で、図２は車両用電源装置のブロック図を示す。
【００１１】
図１において、ハイブリッド車両の駆動系は、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および遊星歯車２５等からなり、モータ２４が出力側となってデファレンシャルギヤ２６および車軸２７を経由して駆動車輪２８に接続される。ジェネレータ２３およびモータ２４を駆動するインバータ３０と、インバータ３０への入出力電力を蓄電する電源装置１を備える。ここで、電源装置１には図２で示すように、高電圧バッテリ１と、定電圧バッテリ３を備える。
【００１２】
図１の駆動系は、例えば、遊星歯車装置５の３要素（サン、キャリア、リング）の一つにエンジン２２の出力軸を連結し、別の一要素にエンジン駆動の発電機、スタータモータ、回生制動用発電機として作動可能なジェネレータ３を連結し、残りの一要素にトルクアシスト用のモータ４を連結する。そして、遊星歯車機構５の出力側をデファレンシャルギヤ２６に連結する。
【００１３】
インバータ３０は、高電圧バッテリ１から直流電力を入力して交流電力に変換してモータ４に供給し、また、ジェネレータ２３からの交流電力を入力して直流電力に変換して高電圧バッテリ１に充電するインバータ回路を含んでおり、車両用コントローラ３２によりインバータ回路が制御される。
【００１４】
次に、図２の電源装置のブロック図において、高電圧バッテリ１は、モータ２４等の電気負荷１２に対して電力を供給する電源であり、例えば３５０［Ｖ］の電圧を供給する。
【００１５】
低電圧バッテリ３は高電圧バッテリＥＣＵ１３などその他のコントロールユニットやアクセサリなどの電源として使用され、例えば１２［Ｖ］の電圧を供給する。
【００１６】
高電圧バッテリ１には、高電圧バッテリを保護、管理を行う高電圧バッテリＥＣＵ１３が接続される。
【００１７】
また、高電圧バッテリ１には、外部の低電圧電源２から高電圧バッテリ１へ電力を供給する充電制御装置９が接続されている。充電装置９と高電圧バッテリ１との間には、高電圧バッテリ１３からの電力供給を選択的に遮断するリレー１０が介装される。
【００１８】
充電制御装置９は、高電圧系回路部７と充電制御部８、車両の外部から低電圧電源を入力するためのリレー６と、外部の低電圧電源２と接続するためのコネクタ４１から構成される。
【００１９】
高電圧系回路部７は、リレー６のリレー接点を介して供給される充電用の直流電源をスイッチング回路で高周波の交流電圧に変換し、変換した交流電圧を昇圧してから整流することにより充電に必要な高電圧を発生し、リレー１０を介して高電圧バッテリ１に充電電流を供給する。
【００２０】
充電制御部８は、リレー６のリレー接点からの充電用電力供給ライン４と、充電作業の起動スイッチ５が接続されている。また、リレー６のリレーコイルとリレー１０のリレーコイルがインターフェイスを介して充電制御部８に接続され、高電圧バッテリＥＣＵ１３と通信インターフェイスを介して接続されている。高電圧バッテリＥＣＵ１３と充電制御部８は相互に通信を行って、高電圧バッテリ１の充電状態を制御する。
【００２１】
充電制御部８は、起動スイッチ５のスイッチＯＮを検出し、リレー６とリレー１０の開閉を制御するとともに、高電圧バッテリ１の充電状態を監視し、異常を検出した場合には速やかに充電を終了する。
【００２２】
高電圧バッテリＥＣＵ１３は、高電圧バッテリ１の充放電状態を管理するものであり、外部の低電圧電源２から充電する際には充電可能であるか否かを判断し、その判断結果は通信インターフェイスを介して充電制御部８に送信される。
【００２３】
また、図示はしないが、高電圧バッテリＥＣＵ１３は、高電圧バッテリ１の電圧を測定する電圧センサと、高電圧バッテリ１の電流を測定する電流センサを備えている。
【００２４】
さらに、高電圧バッテリＥＣＵ１３は、エンジン２２の運転状態を監視するため、クランク角センサ１４からのエンジン回転速度Ｎｅと、水温センサ１５からのエンジン水温Ｔｗが入力される。
【００２５】
外部からの低電圧電源２から高電圧バッテリ１に充電する以外においては、リレー１０のリレー接点は開放され、高電圧バッテリ１と充電装置９は切り離されており、高電圧バッテリ１からモータ２４等の電気負荷１２へ電力が供給される。また、高電圧バッテリ１は、高電圧バッテリＥＣＵ１３によって蓄電量が一定範囲内に収まるよう充電量が管理される。
【００２６】
以上のような構成により、車両の運転状態が所定の状態になると、車両用コントローラ３２はジェネレータ２３を駆動してエンジン２２のクランキングを行い、エンジン２２を始動する。
【００２７】
図３は、高電圧バッテリＥＣＵ１３で行われる処理の一例を示すフローチャートで、エンジン２２のクランキング時に実行されるものである。
【００２８】
Ｓ３０１では、クランキング開始時の高電圧バッテリ１の放電状態を検出する。放電状態としては、高電圧バッテリ１に流れる電流、電圧を各々高電圧バッテリＥＣＵ１３に設けた電流センサ、電圧センサにより検出し、さらに蓄電状態（ＳＯＣ）を推定し、クランキング開始から所定時間内における電流、電圧、ＳＯＣの各データを高電圧バッテリＥＣＵ１３の図示しない記憶装置（メモリなど）に記憶しておく。
【００２９】
Ｓ３０２では、クランキング後にエンジン２２が始動できたか否かを判定する。エンジン２２の始動の判定には、クランキング開始から所定時間後にエンジン回転速度が所定のアイドル目標回転数以上になっていることや、アイドル回転数以上で運転している継続時間、力行してエンジンをクランキングさせたモータがエンジントルクを吸収し回生したことなどを受けて、エンジン２２の始動が完了したことを判定する。エンジン２２の始動が完了しない場合にはＳ３０３へ進み、エンジン２２の始動が完了した場合には充電処理を行わずに処理を終了する。
【００３０】
Ｓ３０２においてエンジン始動不能と判断された場合には、Ｓ３０３において充電制御装置９の起動スイッチ５がＯＮであるか否かを判定する。
【００３１】
Ｓ３０３において充電制御装置９の起動スイッチ５がＯＮであると判定された場合には、Ｓ３０４において高電圧バッテリ１の内部抵抗を推定する。
【００３２】
高電圧バッテリ１の内部抵抗の推定には、上記Ｓ３０１において記憶した電流、電圧、ＳＯＣの各データを用いる。
【００３３】
図４は、エンジン２２のクランキング時に記憶した各データの推移の一例を示したものであり、高電圧バッテリＥＣＵ１３の処理が開始されてからデータ取得を開始し、時刻ｔ１においてクランキングを開始、エンジン始動不能と判断されるまでの各データを記憶している。ＳＯＣは前回の車両停止時における値を記憶しておき、その値を初期値として電流積算することにより求めることができる。また、開放電圧は予め実験によりＳＯＣに対応する開放電圧値を求め、テーブルを作成しておき、ＳＯＣの初期値から開放電圧をテーブル検索より求めることができる。
【００３４】
内部抵抗Ｒの推定値は、次式により算出する。
【００３５】
【数１】
2006180665.tif 000003
ここで、Ｒ［Ω］は内部抵抗、Ｖｏ［Ｖ］は開放電圧、Ｖｔ［Ｖ］は端子電圧、Ｉ［Ａ］は電流を示す。なお、電流Ｉ［Ａ］は放電側を正としている。
【００３６】
クランキング期間中で内部抵抗Ｒを推定すると、サンプリング周期毎について推定値が図４で示すように求められるが、最終的に処理に用いる内部抵抗Ｒｅ［Ω］はクランキング期間中の推定値を平均化した値を用いる。
【００３７】
また、高電圧バッテリ１を流れる電流が小さな状況においては電流センサから検出される誤差が内部抵抗の推定に大きく影響するため、所定のしきい値（図４参照）以上の電流が流れた際に推定した内部抵抗の平均値を用いることで、より精度の高い値を得ることができる。
【００３８】
Ｓ３０５では、エンジン始動に必要な出力・エネルギーを算出する。これらの値はエンジン２２の始動性に関係するため、エンジン２２の水温に代表されるエンジン始動性をもとに求めることにする。各出力・エネルギーは予めエンジン水温とエンジン始動可能であった場合の最大出力とエネルギーを実験により求め、エンジン水温Ｔｗと最大出力及びエネルギーのテーブルを作成しておき、検出したエンジン水温Ｔｗからテーブルを検索することで最大出力とエネルギーを求めることができる。なお、エンジン始動に必要な出力・エネルギーは、エンジン水温Ｔｗが低いほど必要出力・エネルギーを大きな値とする。
【００３９】
Ｓ３０６では、Ｓ３０５において求めた必要出力・エネルギーを供給可能な第１の電圧Ｖ１［Ｖ］を求める。この電圧は、高電圧バッテリ１の使用可能電圧範囲の下限値に達するまでに、上記の必要出力・エネルギーの双方を満たすことができるよう求めれば良い。
【００４０】
Ｓ３０７では、Ｓ３０６において求めた第１の電圧Ｖ１を開放電圧Ｖｏにおいて満たすことが可能な第２の電圧Ｖ２［Ｖ］を求める。ここでは、充電制御装置９への充電電流Ｉｃ［Ａ］を適切な値に設定し、次式により求めることができる。
【００４１】
【数２】
2006180665.tif 000004
また、この第２の電圧はＶ２［Ｖ］は、高電圧バッテリ１の使用可能範囲の上限値とセレクトローすることとし、第１の電圧Ｖ１を開放電圧Ｖｏにおいて満たすことが可能な第２の電圧Ｖ２と高電圧バッテリ１の使用可能範囲の上限電圧のうち、低い方を第２の電圧とする。これにより、充電電圧が過大になるのを防いで高電圧バッテリ１の過充電を防止する。
【００４２】
Ｓ３０８では、外部低電圧電源２からの充電が可能か否かを判断する。ここでは、充電制御装置９が正常に動作することと、高電圧バッテリ１を監視する高電圧バッテリＥＣＵ１３から高電圧バッテリ１が故障していないことを受けて充電可能であることを判定すれば良い。また、コネクタ４１を介して充電制御装置９に外部低電圧電源２が接続されているものとする。
【００４３】
Ｓ３０８において充電可能であると判断された場合には、Ｓ３０９において充電制御装置９を動作させ外部低電圧電源２から高電圧バッテリ１の充電を開始する。
【００４４】
一方、上記Ｓ３０８において充電不可能であると判断された場合には、充電処理を終了する。
【００４５】
Ｓ３１０では、電圧センサで検出した高電圧バッテリ１の電圧が、第２の電圧Ｖ２以上であるか否かを判定する。検出した電圧が、第２の電圧Ｖ２以上であると判断された場合には、充電制御装置９においてリレー６、リレー１０を開放させ、充電処理を終了する。      
【００４６】
また、検出した電圧が第２の電圧Ｖ２未満であると判断された場合には、Ｓ３０８の処理に戻って、充電処理を継続する。
【００４７】
以上の処理により、エンジン始動不能となった際のクランキング中における高電圧バッテリ１の放電状態から内部抵抗Ｒを推定し、推定した内部抵抗Ｒをもとにエンジン２２の始動に必要な出力・エネルギーを供給可能な第２の電圧Ｖ２を算出する。そして、自車両外部の低電圧電源２から高電圧バッテリ１を充電する際に、第２の電圧Ｖ２まで充電することとしたので、従来例と比較して充電時間を短縮し、且つ次回のエンジン始動を確実に行うことが可能となる。
【００４８】
また、クランキング中における放電状態として、高電圧バッテリ１に流れる電流、電圧の検出値と、推定したＳＯＣを用いることで、クランキング中の高電圧バッテリ１の内部抵抗Ｒを推定することができる。
【００４９】
また、内部抵抗Ｒの推定は高電圧バッテリ１に流れる電流値が所定値以上である場合に行うので、電流センサの検出誤差によって発生する内部抵抗の推定精度の悪化を抑制することができる。このため、エンジン始動を可能とする電圧である第２の電圧Ｖ２を精度良く算出でき、次回のエンジン始動を確実に完了させることができる。
【００５０】
また、エンジン始動に必要な出力・エネルギーをエンジン水温に基づいて算出し、水温が低いほど大きな出力・エネルギーを必要とするとした。このため、エンジン冷機時における始動性の悪化を考慮した第２の電圧を算出することができるので、次回のエンジン始動を確度確実に完了することができる。
【００５１】
また、第２の電圧Ｖ２が高電圧バッテリ１における使用可能電圧範囲の上限値を上回った場合には、第２の電圧Ｖ２を使用可能電圧範囲の上限値とするので、高電圧バッテリ１の過充電を防止することができる。
【００５２】
また、第２の電圧Ｖ２が高電圧バッテリ１における使用可能電圧範囲の上限値を上回った場合にはドライバに警告を促す警告表示器１６（図２参照）を備えてもよく、警告表示器１６の作動により、ドライバに高電圧バッテリ１の充電によってエンジン始動できる可能性が低いことを提示することができる。また、この警告は、表示に限定されるものではなく、音声や振動等で警告を報知するようにしても良い。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、高電圧バッテリＥＣＵ１３で上記図３の制御を行ったが、充電制御部装置９で行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る充電装置では、エンジンの始動可能な充電量まで迅速に高電圧バッテリへ充電を行うことができるので、ハイブリッド車両に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態を示す駆動系のブロック図。
【図２】同じく電源装置のブロック図。
【図３】高電圧バッテリＥＣＵで行われる処理の一例を示すフローチャート。
【図４】クランキング期間中の高電圧バッテリの電圧、電流、ＳＯＣ、内部抵抗推定値と時間の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
１  高電圧バッテリ
２  外部低電圧電源
９  充電制御装置
１３  高電圧バッテリＥＣＵ
【図１】
2006180665.tif 000005
【図２】
2006180665.tif 000006
【図３】
2006180665.tif 000007
【図４】
2006180665.tif 000008