(57)【要約】【課題】高電圧電源の使用を制限することが必要となった場合でも、ハイブリッド車両を確実に走行可能とする。【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジンに連結される電動モータ１２と、電動モータ１２によって発電された電力を蓄える高電圧電源４０と、エンジン制御ユニット等を駆動するための低電圧電源４６とを有しており、高電圧電源４０の電圧はDC/DCコンバータ４４により降圧される。高電圧電源４０の使用を制限する状態であるか否かを温度センサ５１により検出し、高電圧電源の使用を制限する状態のときには、高電圧電源４０の充放電電流をほぼ零に設定し、エンジンによって車両を駆動しエンジンの余剰駆動力を利用して電動モータ１２により発電して車両の走行に必要な電力機器に対して電力を供給する。【選択図】図２
2008189236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、これに連結される電動モータと、前記電動モータによって発電された電力を蓄える高電圧電源と、前記エンジンを制御するエンジン制御ユニットを駆動するための低電圧電源と、前記電動モータと前記高電圧電源とを電気的に接続する高電圧系の電圧を降圧する電圧変換手段とを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
前記高電圧電源の状態を検出する電源状態検出手段と、
前記電源状態検出手段が前記高電圧電源の使用を制限する状態であると判定したときには、前記高電圧電源の充放電電流をほぼ零に設定する制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記高電圧電源の使用が制限されるときには、前記エンジンによって車両を駆動し、前記エンジンの余剰駆動力を利用して前記電動モータにより発電し、発電電力を前記電圧変換手段により降圧してエンジン制御ユニットに電力を供給することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記電源状態検出手段は、前記高電圧電源の温度を検出することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記高電圧電源の温度を検出する前記電源状態検出手段が非正常な信号を出力したときに前記高電圧電源の使用を制限することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高電圧機器に電力を供給する高電圧電源と電動モータとを有するハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両の駆動装置には、高電圧バッテリからの電気エネルギで作動する電動モータと、燃料の燃焼によって作動するエンジンとを備えたものがある（特許文献１参照）。このような駆動装置を有するハイブリッド車両においては、電動モータや電動エアコンなどの高電圧機器に対して電力を供給するための高電圧バッテリが高電圧電源として搭載されている。近年、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタなどの電気化学キャパシタといった蓄電デバイスの小型軽量化・高エネルギ密度化が進み、これらの蓄電デバイスが、高電圧バッテリとして電気自動車のみならず、ハイブリッド車両の高電圧電源としても活発に利用されている。
【０００３】
通常、ハイブリッド車両には車両駆動用の電動モータに電力を供給する高電圧電源に加え、制御ユニット等に電力を供給するための低電圧電源が搭載されている。このように、高電圧電源としての高電圧バッテリと低電圧電源としての低電圧バッテリとを備えたハイブリッド車両には、発電機能を有する電動モータつまりモータジェネレータにより高電圧バッテリを充電し、オルタネータにより低電圧バッテリを充電するタイプと、高電圧系を電圧変換手段としてのDC/DCコンバータにより降圧して１２Ｖの低電圧に下げて低電圧バッテリに充電するタイプとがある。
【特許文献１】特開平９−１０３００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高電圧電源の電力を降圧して低電圧電源に充電するようにしたハイブリッド車両においては、高電圧電源が異常となった場合のように高電圧電源の使用を制限することが必要となった場合には、電動モータの出力を駆動輪に伝達することなく、エンジンのみで走行することが考えられる。しかし、このような制御方式では、低電圧電源も充電することができないので、エンジンのみで継続的に車両を走行すると、いずれ低電圧電源が空になってしまい、エンジンのみで継続的に車両を走行するには限度がある。
【０００５】
本発明の目的は、高電圧電源の使用を制限することが必要となった場合でも、ハイブリッド車両を確実に走行可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、これに連結される電動モータと、前記電動モータによって発電された電力を蓄える高電圧電源と、前記エンジンを制御するエンジン制御ユニットを駆動するための低電圧電源と、前記電動モータと前記高電圧電源とを電気的に接続する高電圧系の電圧を降圧する電圧変換手段とを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、前記高電圧電源の状態を検出する電源状態検出手段と、前記電源状態検出手段が前記高電圧電源の使用を制限する状態であると判定したときには、前記高電圧電源の充放電電流をほぼ零に設定する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、前記高電圧電源の使用が制限されるときには、前記エンジンによって車両を駆動し、前記エンジンの余剰駆動力を利用して前記電動モータにより発電し、発電電力を前記電圧変換手段により降圧してエンジン制御ユニットに電力を供給することを特徴とする。
【０００８】
本発明のハイブリッド車両の制御装置においては、前記電源状態検出手段は、前記高電圧電源の温度を検出することを特徴とする。また、本発明のハイブリッド車両の制御装置においては、前記高電圧電源の温度を検出する前記電源状態検出手段が非正常な信号を出力したときに前記高電圧電源の使用を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高電圧電源の使用が制限されるときには、高電圧電源の充放電電流をほぼ零に設定するので、高電圧機器の作動を停止させることなく、継続的に車両を走行させることができる。
【００１０】
本発明によれば、高電圧電源の使用が制限されるときには、電動モータによって発電して車両に搭載された高電圧機器や低電圧機器に電力を供給することができる。また、高電圧電源の使用が制限されるときには、発電電力を降圧してエンジン制御ユニットに供給するので、高電圧電源が故障しても継続的に車両を走行させることができる。
【００１１】
高電圧電源の使用を制限する必要があるか否かは、高電圧電源のセル温度を検出する温度センサにより検出されたセル温度が所定値以上となったとき、所定値以下となったとき、および温度センサからの信号が通常の検出範囲を超えたときの少なくともいずれか１つの条件を満たしたときに判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０を示すスケルトン図である。図１に示すように、パワーユニット１０には、駆動源としてのエンジン１１と電動モータ（モータジェネレータ)１２とが設けられており、電動モータ１２の後方側にはトランスミッション１３が設けられている。エンジン１１や電動モータ１２から出力される動力は、ミッションケース１４内に組み込まれる変速機構１５を介して変速された後に、複数のデファレンシャル機構１６，１７を経て各駆動輪に分配される。
【００１３】
図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源として電動モータ１２が駆動される。また、減速時や定常走行時には電動モータ１２をジェネレータとして発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰動力を電気エネルギに変換して回収することが可能となる。さらに、電動モータ１２をスタータモータとして作動させることにより、電動モータ１２によってエンジン１１を始動回転させることが可能となる。
【００１４】
エンジン１１の後方側に設けられる電動モータ１２は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１１のクランク軸２２に連結されるロータ２３とを備えており、ロータ２３はドライブプレート２４を介してトルクコンバータ２５に連結されている。トルクコンバータ２５は、コンバータケース２６に固定されるポンプインペラ２７と、このポンプインペラ２７に対向するタービンランナ２８とを備えており、トルクコンバータ２５内の作動油を介してポンプインペラ２７からタービンランナ２８に動力が伝達される。
【００１５】
また、トルクコンバータ２５には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１５が変速入力軸３０を介して接続されている。この変速機構１５内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構１５内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸３１と後輪出力軸３２との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構１６が装着されており、このセンタデファレンシャル機構１６を介して前輪出力軸３３と後輪出力軸３２とに動力が分配される。
【００１６】
図２は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図であり、ハイブリッド車両には、高電圧機器に電力を供給する高電圧バッテリつまり高電圧電源４０が搭載されており、高電圧電源４０としてはリチウムイオン電池が使用されている。ただし、高電圧電源４０としてはリチウムイオン電池等の二次電池以外に、電気二重層キャパシタなどの電気化学キャパシタを使用するようにしても良い。
【００１７】
ジェネレータつまり発電機としての機能を有し交流同期型モータである電動モータ１２は、高電圧配線４１ａ，４１ｂによりインバータ４２に接続されており、電動モータ１２を駆動してその駆動力を駆動輪に伝達するときには高電圧電源４０からの電力がインバータ４２により所定周波数の交流電流に変換されて電動モータ１２に供給される。一方、電動モータ１２をエンジンにより駆動したり、車両制動時に駆動することにより電動モータ１２によって発電するときには、インバータ４２により直流電流に変換されて高電圧電源４０に対して充電が行われる。
【００１８】
高電圧配線４１ａ，４１ｂには電動エアコン４３が接続されており、高電圧配線４１ａ，４１ｂを介して高電圧電源４０からの電力が電動エアコン４３のコンプレッサ駆動用モータに供給されるようになっている。高電圧配線４１ａ，４１ｂにはDC/DCコンバータ４４が電圧変換手段として接続されており、DC/DCコンバータ４４の出力端子は給電配線４５により低電圧機器に接続されている。低電圧機器としては、低電圧電源４６、バッテリ制御ユニット４７、ハイブリッド制御ユニット４８、エンジン制御ユニット４９および変速機制御ユニット５０等があり、高電圧電源４０からの高電圧系の電圧を１２Ｖに降圧して低電圧電源４６に対して充電が行われるとともに、エンジン制御ユニット４９等に電力が供給される。上述したそれぞれの制御ユニット４７〜５０は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。なお、制御ユニット４７〜５０は通信ネットワークを介して相互に接続されており、各々の制御ユニット４７〜５０間において各種情報が共有されるようになっている。
【００１９】
バッテリ制御ユニット４７には、高電圧電源４０のセル温度を検出する温度センサ５１、高電圧電源４０の電圧を検出する電圧センサ５２、および高電圧系の電流を検出する電流センサ５３からの検出信号が送られるようになっており、バッテリ制御ユニット４７はバッテリの残存容量(SOC)を演算する。バッテリ制御ユニット４７からはハイブリッド制御ユニット４８に高電圧電源４０のセル温度、端子電圧、電流および残存容量等の信号が送られるようになっている。ハイブリッド制御ユニット４８からはエンジン制御ユニット４９に指示トルクの信号が送られてエンジン１１の駆動が制御される。さらにハイブリッド制御ユニット４８からはインバータ４２に指示電力の信号が送られて電動モータ１２の駆動トルクが制御される。高電圧系を構成する高電圧配線４１ａには配線をオンオフするための高電圧リレー５４が設けられており、車両のスタータースイッチがオンされると、高電圧リレー５４がオンとなる。
【００２０】
高電圧電源４０は所定の温度範囲において充放電を行う必要がある。このため、高電圧電源４０を冷却する冷却ユニットの故障等によって高電圧電源４０が所定の温度よりも高い温度になると高電圧電源４０が劣化したり、充放電効率が低下したりするので、充放電を制限して高電圧電源４０の温度上昇を抑制するようにしている。同様に、高電圧電源４０の温度が極低温となったときのように所定の温度よりも低くなると充放電効率が低下するので、物理的に充放電を制限する必要がある。さらに、高電圧電源４０の使用を制限する場合としては、温度センサ５１が故障した場合がある。温度センサ５１の故障としては、信号線が断線したり、短絡したり、センサ特性異常等によって物理的にあり得る範囲外の信号がバッテリ制御ユニット４７に入力した場合がある。このように、温度センサ５１からの信号によって高電圧電源４０の使用を制限する状態であるか否かを判定することができ、温度センサ５１が高電圧電源の状態を検出する電源状態検出手段となっている。
【００２１】
上述のように高電圧電源４０を冷却するための冷却ユニットが故障すると、高電圧電源４０が高温になるので、冷却ユニットを構成する冷却ファンの故障を検出したときに、高電圧電源４０の使用を制限するようにしても良い。さらには、高電圧電源４０の電圧を検出する電圧センサ５２が故障してこの電圧センサ５２からの送られる信号が所定の範囲外となったときに、高電圧電源４０の使用を制限するようにしても良い。したがって、高電圧電源４０のセル温度を検出する温度センサ５１からの信号によりセル温度が所定値以上となったとき、セル温度が所定値以下となったとき、および温度センサ５１からの信号が通常の検出範囲を超えたとき、さらには、冷却ファンの故障が検出されたとき、電圧センサ５２が故障したときの少なくともいずれか１つの条件を満たしたときに、高電圧電源４０の使用を制限する場合であると判定することができる。
【００２２】
温度センサ５１からの信号により高電圧電源４０がその使用を制限する状態となっていることが判定されたときには、高電圧リレー５４をオフすることなく、高電圧電源４０の充放電をほぼ零に設定する。これにより、高電圧電源４０とインバータ４２は電気的に接続された状態を維持しつつ、高電圧電源４０の充放電が抑制される。温度センサ５１の検出信号はバッテリ制御ユニット４７を介してハイブリッド制御ユニット４８に送られるようになっており、ハイブリッド制御ユニット４８は、温度センサ５１からの信号に基づいて、高電圧電源４０の充放電をほぼ零に設定するための制御手段となっている。ただし、バッテリ制御ユニット４７に制御手段としての機能を持たせるようにしても良い。
【００２３】
高電圧電源４０の充放電電流をほぼ零に抑制したときには、電動エアコン４３とDC/DCコンバータ４４等の高電圧機器と、バッテリ制御ユニット４７，ハイブリッド制御ユニット４８およびエンジン制御ユニット４９等の低電圧機器に対して電力を供給するために電動モータ１２の制御を行う。電動モータ１２を駆動して発電させることにより、エンジン制御ユニット４９に対しても電力供給を行うことができ、エンジンを駆動させて車両を継続的に走行させることができるとともに、変速機制御ユニット５０に電力供給することによって変速操作も継続的に行うことができる。
【００２４】
図３はハイブリッド車両の制御アルゴリズムを示すフローチャートであり、ステップＳ１では温度センサ５１からの信号によって高電圧電源４０の使用を制限する状態であるか否かが判定される。このステップＳ１で高電圧電源４０の使用を制限する状態ではないと判定されたときには、ステップＳ２が実行されて高電圧電源４０は通常制御される。通常制御のモードにおいては、それぞれのセンサ５１〜５３からバッテリ制御ユニット４７に送られる信号によって、高電圧電源４０の電圧Ｖ、セル温度Ｔおよび電流Ｉが算出される。これらの算出結果はバッテリ制御ユニット４７からハイブリッド制御ユニット４８に送られて、ハイブリッド制御ユニット４８においては、これらの算出値に基づいて残存容量(SOC)が演算される。ハイブリッド制御ユニット４８は、残存容量(SOC)と、アクセルセンサからのアクセル踏み込み量と、インバータ４２からのモータ回転数と、変速機制御ユニット５０からの変速比情報等とに基づいてモータ指示トルクを演算し、インバータ４２に演算結果を送る。これにより、電動モータ１２は所定のトルクを出力するように回転駆動される。
【００２５】
一方、ステップＳ１において高電圧電源４０の使用を制限する状態であると判定されたときには、ステップＳ３において高電圧電源４０への目標充放電電力[kW]を０kWに設定し、ステップＳ４において目標モータ発電電力を算出する。目標モータ発電電力は、現在の高電圧系の電圧と電流とから求められる現在の充放電電力と目標充放電電力とを加算することにより求められる。現在の充放電電力は、電動エアコン４３やDC/DCコンバータ４４等の高電圧機器の負荷による現在の消費電力に相当し、目標モータ発電電力＝目標充放電電力＋現在の消費電力により求められる。なお、現在の高電圧系の電圧は、電圧センサ５２により検出することができるが、インバータ４２の入力側の電圧値から現在の高電圧系の電圧値を検出するようにしても良い。
【００２６】
ステップＳ５においては目標モータ発電電力と現在のモータ回転数から目標モータ指示トルクを算出し、ステップＳ６においては現在のモータ回転数と算出した目標モータ指示トルクとに基づいてモータ・インバータ効率を算出し、ステップＳ７においては目標モータトルク値を算出する。ステップＳ５におけるモータ指示トルク値は、（目標モータ発電電力×60×1000）÷（２π×モータ回転数）により求められ、モータ・インバータ効率はモータ回転数とモータトルク値に基づいてメモリに格納されたマップデータを読み出すことにより求められるので、ステップＳ７におけるモータ指示トルク値は、モータ指示トルク値＝（（目標モータ発電電力×60×1000）÷（２π×モータ回転数））×モータ・インバータ効率係数、に基づいて算出される。ここで、モータ・インバータ効率係数は、モータ・インバータ効率係数＝100÷モータ・インバータ効率、により求められる。
【００２７】
ステップＳ８においては、目標充放電電力と現在の充放電電力との差分からモータトルクのフィードバック値を算出して目標モータトルク値を補正してモータトルク指示値を出力する。このように、モータ・インバータ効率等のばらつきを補正することによって最終的なモータへのトルク値を算出する。
【００２８】
このように、温度センサ５１からの信号によって高電圧電源４０の作動を制限する必要があると判定されたときには、車両の走行に必要な消費電力分だけを電動モータ１２によって発電することにより、高電圧電源４０を充放電させることなく、継続的に車両を走行させることができる。高電圧電源４０に対する充放電を停止させた状態のもとでもインバータ４２と高電圧電源４０は高電圧リレー５４を介して接続されており、高電圧系はつながった状態となっているので、高電圧機器の急激な負荷変動が発生しても高電圧電源４０によって負荷変動を吸収することができる。
【００２９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示するハイブリッド車両はパラレル方式のハイブリッド車両であるが、これに限られることはなく、シリーズ方式やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に対しても本発明の制御装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットを示すスケルトン図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の制御装置を示すブロック図である。
【図３】ハイブリッド車両の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１０      パワーユニット
１１      エンジン
１２      電動モータ（モータジェネレータ）
１３      トランスミッション
４０      高電圧電源
４２      インバータ
４３      電動エアコン
４４      DC/DCコンバータ（電圧変換手段）
４６      低電圧電源
４７      バッテリ制御ユニット
４８      ハイブリッド制御ユニット
４９      エンジン制御ユニット
５０      変速機制御ユニット
５１      温度センサ
【図１】
2008189236.tif 000003
【図２】
2008189236.tif 000004
【図３】
2008189236.tif 000005