(57)【要約】【課題】蓄電池および発電機を含む電源系全体でのエネルギー変換効率の低下を抑えつつ蓄電池を加温できるハイブリッド車の電源制御装置を提供する。【解決手段】電源制御装置１は、蓄電池１６の周囲を囲むように配設され、発電機１４とモータ１２及び蓄電池１６とを電気的に接続するための配線２４と、発電機１４とモータ１２及び蓄電池１６とを電気的に接続するための配線２６と、配線２４，２６の何れかを選択するリレー２８と、リレー２８を制御するリレーＥＣＵ４０とを備える。リレーＥＣＵ４０は、蓄電池１６の入出力効率が発電機１４の発電効率より低い場合には配線２４を選択するようにリレー２８を制御し、入出力効率が発電効率より高い場合には配線２６を選択するようにリレー２８を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸を駆動するモータと、前記モータに駆動電力を供給し、前記モータから回生電力を受ける蓄電池と、前記モータに駆動電力を供給すると共に前記蓄電池を充電する発電機とを備えるハイブリッド車の電源制御装置であって、
前記蓄電池の周囲を囲むように配設され、前記発電機と前記モータ及び前記蓄電池とを電気的に接続するための第１の配線と、
前記発電機と前記モータ及び前記蓄電池とを電気的に接続するための第２の配線と、
前記発電機と前記モータ及び前記蓄電池とを電気的に接続する配線として前記第１及び第２の配線の何れかを選択するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記蓄電池の充電電力ＷＢｉｎと放電電力ＷＢｏｕｔとの比である入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が、前記発電機の入力仕事率ＷＧｉｎと出力電力ＷＧｏｕｔとの比である発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より低い場合には前記第１の配線を選択するように前記スイッチ手段を制御し、前記入出力効率が前記発電効率より高い場合には前記第２の配線を選択するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする、ハイブリッド車の電源制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記モータに必要な電力が前記蓄電池の出力可能電力を超える場合には、前記入出力効率と前記発電効率との大小に関わりなく、前記第１の配線を選択するように前記スイッチ手段を制御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の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車の電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジン駆動の発電機と車軸を駆動するモータとを備えるハイブリッド車が知られている。このハイブリッド車では、発電機からの出力電力によって蓄電池を充電し且つモータを駆動するか、蓄電池からの放電電力によってモータを駆動する。或いは、発電機からの出力電力と蓄電池からの放電電力とを併用してモータを駆動する場合もある。車両を制動する際にモータに生じる回生電力は、蓄電池の充電に利用される。
【０００３】
蓄電池はその温度が低いと能力が低下する。例えば、最適温度状態（蓄電池温度が例えば２０［℃］〜４０［℃］）の場合に２１［ｋＷ］程度の電力を出力可能な蓄電池を０［℃］で使用した場合には、５［ｋＷ］程度しか出力することができない。従って、蓄電池の温度が低いと必要な放電電力が得られず、例えばハイブリッド車の円滑な発進や加速等が妨げられることとなる。このような課題に対し、例えば特許文献１に記載された装置では、蓄電池の温度が所定温度より低い場合に強制的に充放電を行い、蓄電池の内部において発生するジュール熱によって蓄電池を加温している。
【特許文献１】特許第３３７９４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓄電池を強制的に充放電させるためには、その蓄電池以外の電源（すなわち発電機）から蓄電池に電力を供給する必要がある。しかしながら、発電機においても、入力エネルギーから出力電力を差し引いた分が熱エネルギーに変換されて外部へ放出される。従って、特許文献１に記載された方式では、蓄電池および発電機を含む電源系全体でのエネルギー変換効率が低下してしまう場合がある。
【０００５】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、蓄電池および発電機を含む電源系全体でのエネルギー変換効率の低下を抑えつつ蓄電池を加温できるハイブリッド車の電源制御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】
上記した課題を解決するために、本発明によるハイブリッド車の電源制御装置は、車軸を駆動するモータと、モータに駆動電力を供給し、モータから回生電力を受ける蓄電池と、モータに駆動電力を供給すると共に蓄電池を充電する発電機とを備えるハイブリッド車の電源制御装置であって、蓄電池の周囲を囲むように配設され、発電機とモータ及び蓄電池とを電気的に接続するための第１の配線と、発電機とモータ及び蓄電池とを電気的に接続するための第２の配線と、発電機とモータ及び蓄電池とを電気的に接続する配線として第１及び第２の配線の何れかを選択するスイッチ手段と、スイッチ手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、蓄電池の充電電力ＷＢｉｎと放電電力ＷＢｏｕｔとの比である入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が、発電機の入力仕事率ＷＧｉｎと出力電力ＷＧｏｕｔとの比である発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より低い場合には第１の配線を選択するようにスイッチ手段を制御し、入出力効率が発電効率より高い場合には第２の配線を選択するようにスイッチ手段を制御することを特徴とする。
【０００７】
この電源制御装置においては、第１の配線が、蓄電池の周囲を囲むように配設されている。発電機から出力される電流がこの第１の配線を流れると、第１の配線におけるジュール熱によって蓄電池が温められ、蓄電池の温度が上昇する。そして、蓄電池の入出力効率が発電機の発電効率より低い場合、すなわちモータへの電力が主に発電機から供給される場合に、制御手段は、発電機からモータへ電力を供給するための配線として第１の配線をスイッチ手段に選択させる。したがって、この電源制御装置によれば、発電機からの配線の発熱を利用して蓄電池を加温できるので、特許文献１に記載された装置と比較して、蓄電池および発電機を含む電源系全体でのエネルギー変換効率の低下を抑えつつ、蓄電池を効率的に加温することができる。なお、蓄電池の入出力効率が発電機の発電効率より高い場合には、モータへの電力は主に蓄電池から供給されるので、蓄電池は、放電により生じるジュール熱によって好適に加温される。
【０００８】
また、ハイブリッド車の電源制御装置は、制御手段が、モータに必要な電力が蓄電池の出力可能電力を超える場合には、入出力効率と発電効率との大小に関わりなく、第１の配線を選択するようにスイッチ手段を制御することを特徴としてもよい。このような場合には、モータへの電力は主に発電機から供給されるので、発電機からの電流をモータへ供給する配線として第１の配線を選択することによって、配線の発熱を利用して蓄電池を効率的に加温できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるハイブリッド車の電源制御装置によれば、蓄電池および発電機を含む電源系全体でのエネルギー変換効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるハイブリッド車の電源制御装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態によるハイブリッド車が搭載する電源制御装置の構成を示す図である。本実施形態のハイブリッド車は、内燃機関であるエンジン１０と、車軸を駆動するモータ１２とを備えている。また、このハイブリッド車は、エンジン１０の動力を受けて発電を行う発電機（オルタネータ）１４と、発電機１４により充電される蓄電池（バッテリー）１６とを備えている。なお、図示しないが、モータ１２、発電機１４、及び蓄電池１６それぞれの負側端子は、共通の基準電位（シャシーなどの接地電位）に接続されている。
【００１２】
モータ１２は、発電機１４または蓄電池１６、或いはその双方から電力供給を受けて駆動される。モータ１２は、交流電力によって駆動される交流同期モータであり、インバータ１８を搭載している。インバータ１８は、発電機１４または蓄電池１６、或いはその双方から直流電力を受け取り、これを交流電力に変換してモータ１２へ提供する。モータ１２の回転数は、モータ電子制御ユニット（モータＥＣＵ）２０によって制御される。なお、モータ１２は、主として駆動力を発生するが、車軸の回転を利用して発電（回生発電）することもできる。このとき、車軸にはブレーキ（回生ブレーキ）がかかるので、これをフットブレーキ（オイルブレーキ）と併用することにより、ハイブリッド車を制動することができる。モータ１２において発生する回生電力は、蓄電池１６に充電される。
【００１３】
発電機１４は、基本的には上述したモータ１２とほぼ等しい構成を有している。発電機１４は整流回路を備えており、エンジン１０の動力を受けて生成した交流電力を直流電力に変換して出力する。エンジン１０の回転数は、エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）２２によって制御される。
【００１４】
また、本実施形態のハイブリッド車は、電源制御装置１を更に備えている。電源制御装置１は、発電機１４とモータ１２及び蓄電池１６とを電気的に接続するための２系統の配線２４及び２６と、発電機１４とモータ１２及び蓄電池１６とを電気的に接続する配線として配線２４及び２６のうち何れかを選択するリレー２８とを有する。本実施形態において、配線２４は第１の配線の一形態であり、配線２６は第２の配線の一形態であり、リレー２８はスイッチ手段の一形態である。なお、スイッチ手段としては、リレー２８に限らずトランジスタ等の他の部品を用いてもよい。
【００１５】
電源制御装置１の構成を詳細に説明すると、リレー２８は一方の端子２８ａと他方の端子２８ｂ，２８ｃを有しており、端子２８ｂ，２８ｃの何れかが端子２８ａと選択的に接続される。端子２８ａは、配線３０を介して発電機１４の出力端子と電気的に接続されている。端子２８ｂは配線２４の一端に接続されており、配線２４の他端は端子台３２に接続されている。端子２８ｃは配線２６の一端に接続されており、配線２６の他端は端子台３２に接続されている。また、端子台３２は配線３４を介してインバータ１８と電気的に接続されると共に、配線３６を介して蓄電池１６の電極と電気的に接続されている。なお、図１に示す端子台３２は導電性であり、配線２６及び３６が接続されている端子と配線２４及び３４が接続されている端子とは互いに短絡している。
【００１６】
配線２４は、蓄電池１６の周囲を囲むように配設されている。ここで、図２は、配線２４の形態の一例を示す斜視図である。同図において、蓄電池１６は箱状のケース１６ａに収容されており、配線２４は、このケース１６ａの内壁に沿って敷設されている。例えば、配線２４は、ケース１６ａの複数の内壁のそれぞれにおいて二次元状に敷設される。また、配線２４は、ケース１６ａに沿った状態でなるべく長く敷設されるように、幾重にも折れ曲がって敷設される。なお、配線２４の敷設形態としては、同図に示す形態に限らず、例えばケース１６ａの外壁に沿って敷設された形態や、或いは蓄電池１６の周囲に巻回された形態等、様々な形態を適用できる。
【００１７】
再び図１を参照する。配線２６は、上述した配線２４とは別の経路、すなわち蓄電池１６から離れた経路で配設されている。また、電源制御装置１は、蓄電池１６の温度に応じた電気信号を出力する熱電素子（サーミスタ）３８と、リレー２８のスイッチングを制御するリレー電子制御ユニット（リレーＥＣＵ）４０とを更に有する。リレーＥＣＵ４０は、本実施形態における制御手段である。リレーＥＣＵ４０は、熱電素子３８から出力される信号に基づいて、蓄電池１６の温度が所定温度より低下した場合に、次のようにしてリレー２８のスイッチングを行う。
【００１８】
すなわち、リレーＥＣＵ４０は、蓄電池１６の充電電力ＷＢｉｎと放電電力ＷＢｏｕｔとの比である入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が、発電機１４の入力仕事率ＷＧｉｎと出力電力ＷＧｏｕｔとの比である発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より低い場合には、端子２８ａと端子２８ｂとが短絡するように（すなわち、発電機１４からモータ１２へ電力を供給するための配線として配線２４を選択するように）リレー２８を制御する。また、リレーＥＣＵ４０は、入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より高い場合には、端子２８ａと端子２８ｃとが短絡するように（すなわち、発電機１４からモータ１２へ電力を供給するための配線として配線２６を選択するように）リレー２８を制御する。
【００１９】
ここで、リレーＥＣＵ４０は、入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）を例えば次のようにして得る。リレーＥＣＵ４０は、蓄電池１６の入出力効率の初期値（例えば７０％）を予め記憶しておき、熱電素子３８によって得られる蓄電池１６の温度、モータ１２の作動時間などによる入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）の変化度合いを学習する。なお、学習の際の充電電力ＷＢｉｎ及び放電電力ＷＢｏｕｔの実測値は、例えば配線３６に取り付けられた電圧計および電流計によって得られる。リレーＥＣＵ４０は、こうして得られた学習結果と現在の状況から、現在の入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）を推定する。
【００２０】
また、リレーＥＣＵ４０は、発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）を例えば次のようにして得る。リレーＥＣＵ４０は、発電機１４の回転数を示す電気信号を発電機１４またはエンジンＥＣＵ２２から取得し、発電機１４の回転数および目標電圧と発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）との相関データ（リレーＥＣＵ４０に予め記憶されている）に基づいて、発電機１４の現在の発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）を推定する。
【００２１】
また、リレーＥＣＵ４０は、モータ１２に必要な電力が蓄電池１６の出力可能電力を超える場合には、入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）と発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）との大小に関わりなく、端子２８ａと端子２８ｂとが短絡するようにリレー２８を制御する。なお、モータ１２に必要な電力に関する情報は、モータＥＣＵ２０からリレーＥＣＵ４０へ提供される。また、蓄電池１６の出力可能電力は、熱電素子３８によって得られる蓄電池１６の温度と出力可能電力との相関データに基づいて推定される。この相関データは、リレーＥＣＵ４０に予め記憶されている。
【００２２】
次に、本実施形態による電源制御装置１の動作について説明する。図３は、電源制御装置１の動作を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、リレーＥＣＵ４０は、熱電素子３８によって得られる蓄電池１６の温度が所定温度より低いか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１；ＮＯ）、リレーＥＣＵ４０は、端子２８ａと端子２８ｃとが短絡するようにリレー２８を制御し、処理を終了する。
【００２４】
ステップＳ１の判定がＹＥＳである場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、リレーＥＣＵ４０は、モータＥＣＵ２０からモータ１２に必要な電力の要求があるか否かを判定する（ステップＳ２）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２；ＮＯ）、リレーＥＣＵ４０は動作を終了する。また、この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）、リレーＥＣＵ４０は、モータＥＣＵ２０からの要求電力が蓄電池１６の出力可能電力を超えるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００２５】
ステップＳ３の判定がＹＥＳである場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、リレーＥＣＵ４０は、端子２８ａと端子２８ｂとが短絡するようにリレー２８を制御して、発電機１４からモータ１２への電力を配線２４を介して供給させる（ステップＳ４）。なお、このとき、発電機１４はモータ１２へ電力を供給する。また、蓄電池１６は、その充電状態に応じて、モータ１２からの電力により充電されるか、或いはモータ１２へ電力供給（放電）を行う。蓄電池１６は、配線２４において生じるジュール熱によって加温される。
【００２６】
また、ステップＳ３の判定がＮＯである場合（ステップＳ３；ＮＯ）、リレーＥＣＵ４０は、蓄電池１６の入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が、発電機１４の発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より高いか否かを判定する（ステップＳ５）。入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より高い場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、リレーＥＣＵ４０は、端子２８ａと端子２８ｃとが短絡するようにリレー２８を制御して、発電機１４からモータ１２への電力を配線２６を介して供給させる（ステップＳ６）。このとき、発電機１４はモータ１２へ電力を供給せず、蓄電池１６はモータ１２へ電力供給（放電）を行う。蓄電池１６は、放電の際に内部に生じるジュール熱によって自ら加温する。
【００２７】
また、入出力効率（ＷＢｏｕｔ／ＷＢｉｎ）が発電効率（ＷＧｏｕｔ／ＷＧｉｎ）より低い場合（ステップＳ５；ＮＯ）、リレーＥＣＵ４０は、端子２８ａと端子２８ｂとが短絡するようにリレー２８を制御して、発電機１４からモータ１２への電力を配線２４を介して供給させる（ステップＳ７）。このとき、発電機１４はモータ１２へ電力を供給し、蓄電池１６はモータ１２からの電力により充電される。蓄電池１６は、配線２４において生じるジュール熱によって加温される。
【００２８】
以上に説明した本実施形態の電源制御装置１による効果について述べる。この電源制御装置においては、図２に示したように配線２４が蓄電池１６の周囲を囲むように配設されている。従って、発電機１４から出力される電流がこの配線２４を流れると、配線２４におけるジュール熱によって蓄電池１６が温められ、蓄電池１６の温度が上昇する。なお、ハイブリッド車において発電機１４から出力される電流は、一般的に数百アンペアといった大きな電流である。そして、蓄電池１６の入出力効率が発電機１４の発電効率より低い場合、すなわちモータ１２への電力が主に発電機１４から供給される場合に、リレーＥＣＵ４０は、発電機１４からモータ１２へ電力を供給するための配線として配線２４をリレー２８に選択させる。したがって、電源制御装置１によれば、大電流が流れる配線２４の発熱を利用して蓄電池１６を加温できるので、蓄電池１６および発電機１４を含む電源系全体でのエネルギー変換効率の低下を抑えつつ、蓄電池１６を効率的に加温することができる。
【００２９】
また、本実施形態のように、リレーＥＣＵ４０は、モータ１２に必要な電力が蓄電池１６の出力可能電力を超える場合には、入出力効率と発電効率との大小に関わりなく、配線２４を選択するようにリレー２８を制御することが好ましい。このような場合には、モータ１２への電力は主に発電機１４から供給されるので、発電機１４からの電流をモータ１２へ供給する配線として配線２４を選択することによって、配線２４の発熱を利用して蓄電池１６を効率的に加温できる。
【００３０】
本発明によるハイブリッド車の電源制御装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではモータを制御するためのモータＥＣＵ、エンジンを制御するためのエンジンＥＣＵ、及びスイッチ手段を制御するための制御手段（リレーＥＣＵ）が別個に設けられているが、これらは必要に応じて互いに組み合わせられてもよく、或いは更に細分化されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態によるハイブリッド車が搭載する電源制御装置の構成を示す図である。
【図２】第１の配線の形態の一例を示す斜視図である。
【図３】電源制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１…電源制御装置、１０…エンジン、１２…モータ、１４…発電機、１６…蓄電池、１６ａ…ケース、１８…インバータ、２０…モータＥＣＵ、２２…エンジンＥＣＵ、２４…第１の配線、２６…第２の配線、２８…リレー、３０，３４，３６…配線、３２…端子台、３８…熱電素子、４０…リレーＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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