(57)【要約】【課題】蓄電装置の容量を増大させることなくエンジン始動可能な電力を安定して確保する。【解決手段】モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、ステップＳ１０２で二次電池１６の温度τｂが所定値τ０以上であるときは、ステップＳ１０３で昇圧コンバータ１８のトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数ｆｃがｆ１に設定される。一方、ステップＳ１０２で二次電池１６の温度τｂが所定値τ０よりも低いときは、ステップＳ１０４で昇圧コンバータ１８のトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数ｆｃがｆ１よりも低いｆ２に設定される。【選択図】図５
2008302763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
直流電圧を出力する蓄電装置と、
蓄電装置からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧コンバータと、
前記スイッチング素子へのスイッチング制御信号のデューティ比を制御することで、昇圧コンバータの昇圧比を制御する昇圧コンバータ制御手段と、
昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して出力するインバータと、
インバータからの交流電力を利用してエンジンを始動可能なモータジェネレータと、
を備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、
蓄電装置の温度を検出する温度検出手段を備え、
昇圧コンバータ制御手段は、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くする、ハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置であって、
昇圧コンバータ制御手段は、
デューティ比指令と基準キャリアとの比較結果に基づいて前記スイッチング制御信号を生成し、
さらに、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が前記所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも基準キャリアの周波数を低くする、ハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動装置であって、
温度検出手段は、蓄電装置の温度に代えて、外気温度またはエンジン冷却液温度を検出する、ハイブリッド車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置に関し、特に、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりモータジェネレータを駆動してエンジンの始動を行うことが可能なハイブリッド車両の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の駆動装置として、直流電圧を出力する蓄電装置と、蓄電装置からの直流電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して出力するインバータと、インバータからの交流電力を利用して回転駆動するモータジェネレータと、を備えるものが提案されている（例えば下記特許文献１，２）。この駆動装置では、エンジンとモータジェネレータとの間で動力伝達を行うことができるように構成することで、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりモータジェネレータを駆動してエンジンの始動を行うことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１６２８０号公報
【特許文献２】国際公開第０２／６５６２８号パンフレット
【特許文献３】特開２００５−２４５０８６号公報
【特許文献４】特開２００２−１５３０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の駆動装置において、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりエンジンの始動を行う場合は、蓄電装置の放電電力がモータジェネレータの動力に変換されてエンジンに伝達されるまでに、昇圧コンバータ、インバータ、及びモータジェネレータで損失が生じる。そのため、エンジンに伝達される動力は、これらの損失分、蓄電装置の放電電力より小さくなる。さらに、極低温下の環境では、蓄電装置の出力（放電可能な電力）が低下するため、エンジンに伝達される動力も低下する。その結果、エンジンの始動性が低下する。エンジン始動可能な電力を確保するために蓄電装置の容量を増大させると、蓄電装置の重量増、搭載性悪化、及びコスト高を招くことになる。
【０００５】
本発明は、蓄電装置の容量を増大させることなくエンジン始動可能な電力を安定して確保することができるハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るハイブリッド車両の駆動装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係るハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンと、直流電圧を出力する蓄電装置と、蓄電装置からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により昇圧して出力する昇圧コンバータと、前記スイッチング素子へのスイッチング制御信号のデューティ比を制御することで、昇圧コンバータの昇圧比を制御する昇圧コンバータ制御手段と、昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して出力するインバータと、インバータからの交流電力を利用してエンジンを始動可能なモータジェネレータと、を備えるハイブリッド車両の駆動装置であって、蓄電装置の温度を検出する温度検出手段を備え、昇圧コンバータ制御手段は、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くすることを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、昇圧コンバータ制御手段は、デューティ比指令と基準キャリアとの比較結果に基づいて前記スイッチング制御信号を生成し、さらに、モータジェネレータによりエンジンを始動する場合に、温度検出手段で検出された温度が前記所定値よりも低いときは、当該温度が当該所定値以上であるときよりも基準キャリアの周波数を低くすることが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、温度検出手段は、蓄電装置の温度に代えて、外気温度またはエンジン冷却液温度を検出することが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電装置からモータジェネレータへの電力供給によりエンジンの始動を行う場合に、蓄電装置の容量を増大させることなくエンジン始動可能な電力を安定して確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の概略構成を示す図である。動力を発生可能なエンジン（内燃機関）５０の出力軸は、動力分配機構５２に連結されている。動力分配機構５２は、エンジン５０の出力軸の他に、減速機１４の入力軸及び発電可能なモータジェネレータ（第１のモータジェネレータ）５４の回転子とも連結されている。ここでの動力分配機構５２は、例えばリングギアとキャリアとサンギアとを有する遊星歯車機構により構成することができる。減速機１４の出力軸は駆動輪１９と連結されている。動力分配機構５２は、エンジン５０からの動力を駆動輪１９及びモータジェネレータ５４に分配する。動力分配機構５２から駆動輪１９に分配された動力は、車両の駆動に用いられる。一方、動力分配機構５２からモータジェネレータ５４に分配された動力は、モータジェネレータ５４による発電電力に変換される。モータジェネレータ５４による発電電力については、動力を発生可能なモータジェネレータ（第２のモータジェネレータ）１０へインバータ１２を介して供給可能である。
【００１３】
電気エネルギーを蓄える蓄電装置として設けられた二次電池１６は、直流電圧を出力する。ここでの二次電池１６は、例えばリチウムイオン電池等により構成することができ、二次電池１６の温度τｂを検出する温度センサ１７が付設されている。昇圧コンバータ１８は、二次電池１６からの直流電圧を昇圧してインバータ１２へ出力する。インバータ１２は、スイッチング素子を含み、昇圧コンバータ１８からの直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により交流に変換してモータジェネレータ１０，５４へ出力する。モータジェネレータ１０は、インバータ１２から巻線に供給された交流電力を回転子の動力に変換する。モータジェネレータ１０の回転子は減速機１４の入力軸に連結されており、モータジェネレータ１０の動力は、減速機１４で減速されてから駆動輪１９に伝達され、車両の駆動に用いられる。さらに、モータジェネレータ１０の回生運転により、駆動輪１９（車両）の動力をモータジェネレータ１０の発電電力に変換し、インバータ１２及び昇圧コンバータ１８を介して二次電池１６に回収することもできる。
【００１４】
また、モータジェネレータ５４は、インバータ１２から巻線に供給された交流電力を回転子の動力に変換することで、回転子の動力（インバータ１２からの交流電力）を利用してエンジン５０の始動を行うことが可能である。モータジェネレータ５４によるエンジン５０の始動の際には、モータジェネレータ５４からのトルクを受けるために、モータジェネレータ１０にもトルクを発生させる。さらに、モータジェネレータ５４の発電運転により、モータジェネレータ５４の発電電力をインバータ１２及び昇圧コンバータ１８を介して二次電池１６に回収することもできる。
【００１５】
昇圧コンバータ１８の構成例を図２に示す。図２に示すように、昇圧コンバータ１８は、インバータ１２の正側ラインと負側ラインに対してソース側とシンク側となるように直列接続された２個のトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ１，Ｔ２と、このトランジスタＴ１，Ｔ２に各々逆並列接続された２個のダイオードＤ１，Ｄ２と、一端が二次電池１６の一端に接続されるとともに他端がトランジスタＴ１，Ｔ２の接続点に接続されたリアクトルＬとを備える。トランジスタＴ１はリアクトルＬの他端と出力端との間に配置されており、トランジスタＴ２はリアクトルＬの他端と二次電池１６の他端との間に配置されている。この昇圧コンバータ１８では、トランジスタＴ２をオンすると、二次電池１６とリアクトルＬとトランジスタＴ２とを結ぶ短絡回路が形成され二次電池１６から流れる直流電流に応じてリアクトルＬにエネルギが蓄積される。この状態でトランジスタＴ２をオンからオフすると、リアクトルＬに蓄積されたエネルギは、ダイオードＤ１を介してコンデンサ２６に蓄えられる。この際、コンデンサ２６の直流電圧（昇圧コンバータ１８の出力電圧）については、二次電池１６の直流電圧（昇圧コンバータ１８の入力電圧）よりも高くすることができる。このように、昇圧コンバータ１８は、トランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフ駆動するスイッチング動作により、二次電池１６からの直流電圧を昇圧してインバータ１２へ出力することができる。
【００１６】
電子制御ユニット４２は、インバータ１２のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、モータジェネレータ１０，５４の駆動制御を行う。さらに、電子制御ユニット４２は、昇圧コンバータ１８のトランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフ駆動するスイッチング制御信号のデューティ比Ｄを制御することで、昇圧コンバータ１８の昇圧比を制御する。ここでは、例えば図３に示すように、デューティ比指令（目標デューティ比）Ｄ０と基準キャリア（三角波キャリア）Ｖｃとの比較結果に基づいて、デューティ比Ｄ＝目標デューティ比Ｄ０となるスイッチング制御信号を生成することができる。図２に示す昇圧コンバータ１８の構成例では、上側のトランジスタＴ１の導通期間（Ｔ１ｏｎ）と下側のトランジスタＴ２の導通期間（Ｔ２ｏｎ）との割合であるデューティ比Ｄは、Ｄ＝Ｔ１ｏｎ／（Ｔ１ｏｎ＋Ｔ２ｏｎ）により表され、このデューティ比Ｄ（＝Ｔ１ｏｎ／（Ｔ１ｏｎ＋Ｔ２ｏｎ））の減少に対して昇圧コンバータ１８の昇圧比が増大する。
【００１７】
二次電池１６からモータジェネレータ５４への電力供給によりエンジン５０の始動を行う場合は、図４に示すように、二次電池１６の放電電力がモータジェネレータ５４の動力（機械的動力）に変換されてエンジン５０に伝達されるまでに、昇圧コンバータ１８、インバータ１２、及びモータジェネレータ５４で損失が生じる。さらに、モータジェネレータ５４からのトルクを受けるためにモータジェネレータ１０にもトルクを発生させるので、モータジェネレータ１０でも損失が生じる。そのため、エンジンに伝達される動力は、これらの損失分、二次電池１６の放電電力より小さくなる。そして、極低温下の環境では、二次電池１６の出力（放電可能な電力）が低下することでエンジンに伝達される動力が低下するのに加えて、エンジン５０のフリクションも増大するため、エンジン５０の始動性が低下する。そこで、本実施形態では、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、極低温時には、昇圧コンバータ１８のトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数を下げることで、昇圧コンバータ１８のスイッチング動作時の電力損失を低減する。これによって、エンジン５０の始動に必要な二次電池１６の要求出力を低減し、エンジン５０の始動性の低下を抑止する。
【００１８】
図５は、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、電子制御ユニット４２により実行される処理を説明するフローチャートである。まずステップＳ１０１において、温度センサ１７で検出された二次電池１６の温度τｂが読み込まれる。次に、ステップＳ１０２において、二次電池１６の温度τｂが所定値τ０よりも低いか否かが判定される。ここでの所定値τ０は、二次電池１６の温度τｂが極低温であるか否かを判定するための閾値として設定される。二次電池１６の温度τｂが所定値τ０以上である場合（ステップＳ１０２の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０３に進む。一方、二次電池１６の温度τｂが所定値τ０よりも低い場合（ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０４に進む。
【００１９】
ステップＳ１０３では、基準キャリアＶｃの周波数ｆｃがｆ１に設定されることで、昇圧コンバータ１８のトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数ｆｃがｆ１に設定される。ここでのｆ１は、例えば１０ｋＨｚ程度の値である。そして、周波数ｆｃ＝ｆ１の基準キャリアＶｃとデューティ比指令Ｄ０との比較結果に基づいてトランジスタＴ１，Ｔ２へのスイッチング制御信号が生成され、このスイッチング制御信号により昇圧コンバータ１８の昇圧比が制御される。
【００２０】
一方、ステップＳ１０４では、基準キャリアＶｃの周波数ｆｃがｆ１よりも低いｆ２に設定されることで、昇圧コンバータ１８のトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数ｆｃがｆ２に設定される。ここでのｆ２は、例えば５ｋＨｚ程度の値である。そして、周波数ｆｃ＝ｆ２の基準キャリアＶｃとデューティ比指令Ｄ０との比較結果に基づいてトランジスタＴ１，Ｔ２へのスイッチング制御信号が生成され、このスイッチング制御信号により昇圧コンバータ１８の昇圧比が制御される。例えば図６の昇圧コンバータ１８の損失特性に示すように、基準キャリアＶｃの周波数ｆｃが１０ｋＨｚで損失が０．２ｋＷである場合は、基準キャリアＶｃの周波数ｆｃを５ｋＨｚに下げることで損失を０．１２ｋＷに下げることができる。
【００２１】
このように、本実施形態では、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、二次電池１６の温度τｂが所定値τ０よりも低いときは、二次電池１６の温度τｂが所定値τ０以上であるときよりも基準キャリアＶｃの周波数（トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数）ｆｃを低くする。これによって、極低温時には、昇圧コンバータ１８のスイッチング動作時の電力損失を低減することで、二次電池１６の出力低下により生じるエンジン５０への伝達動力の低下分を補償することができるので、エンジン５０の始動に必要な二次電池１６の要求出力を低減することができる。その結果、二次電池１６の容量を増大させることなくエンジン５０を始動可能な電力を安定して確保することができ、エンジン５０の始動性を向上させることができる。一方、極低温でないときには、基準キャリアＶｃの周波数（トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数）ｆｃを高くすることで、昇圧コンバータ１８のスイッチング動作時のノイズ、及びリアクトルＬに流れる電流のリップルを低減することができ、制御性を向上させることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態では、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、二次電池１６の温度τｂが所定値τ０よりも低いときは、二次電池１６の温度τｂが所定値τ０以上であるときよりもインバータ１２のスイッチング素子のスイッチング周波数（基準キャリア周波数）を低くすることもできる。これによって、極低温時には、インバータ１２のスイッチング動作時の電力損失を低減することで、エンジン５０の始動に必要な二次電池１６の要求出力をさらに低減することができる。その結果、エンジン５０の始動性をさらに向上させることができる。
【００２３】
以上の実施形態の説明では、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、二次電池１６の温度τｂに基づいて基準キャリアＶｃの周波数（トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数）ｆｃを設定するものとした。ただし、本実施形態では、二次電池１６の温度τｂを検出する温度センサ１７の代わりに、外気温度τｇを検出する温度センサを設けることもできる。この例では、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、外気温度τｇが所定値τ０よりも低いときは、外気温度τｇが所定値τ０以上であるときよりも基準キャリアＶｃの周波数（トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数）ｆｃを低くする。これによっても、極低温時には、二次電池１６の出力低下により生じるエンジン５０への伝達動力の低下分を補償することができるので、エンジン５０の始動に必要な二次電池１６の要求出力を低減することができる。また、本実施形態では、二次電池１６の温度τｂを検出する温度センサ１７の代わりに、エンジン５０の冷却液温度τｅを検出する温度センサを設けることもできる。この例では、モータジェネレータ５４の動力を利用してエンジン５０を始動する場合に、エンジン５０の冷却液温度τｅが所定値τ０よりも低いときは、エンジン５０の冷却液温度τｅが所定値τ０以上であるときよりも基準キャリアＶｃの周波数（トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周波数）ｆｃを低くする。これによっても、極低温時には、二次電池１６の出力低下により生じるエンジン５０への伝達動力の低下分を補償することができる。
【００２４】
また、以上の実施形態では、図１に示す構成のハイブリッド車両に対して本発明を適用した場合について説明した。ただし、本発明の適用が可能なハイブリッド車両の構成は図１に示す構成に限られるものではなく、例えばシリーズ型ハイブリッド車両やパラレル型ハイブリッド車両に対しても本発明の適用が可能である。また、本発明の適用が可能な昇圧コンバータ１８の構成についても図２に示す構成に限られるものではなく、図２以外の構成の昇圧コンバータに対しても本発明の適用が可能である。
【００２５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の概略構成を示す図である。
【図２】昇圧コンバータの構成例を示す図である。
【図３】昇圧コンバータへのスイッチング制御信号の生成方法の一例を説明する図である。
【図４】二次電池の放電電力がモータジェネレータの動力に変換されてエンジンに伝達されるまでに発生する損失を説明する図である。
【図５】電子制御ユニットにより実行される処理を説明するフローチャートである。
【図６】昇圧コンバータの損失特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０，５４  モータジェネレータ、１２  インバータ、１４  減速機、１６  二次電池、１７  温度センサ、１８  昇圧コンバータ、１９  駆動輪、４２  電子制御ユニット、５０  エンジン、５２  動力分配機構、Ｔ１，Ｔ２  トランジスタ。
【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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【図６】
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