(57)【要約】【課題】高電圧バッテリの充電率が低いか、または低温状態で、駆動モータやモータ／ゼネレータを作動させてエンジンを始動させることができない場合に、一時的にエンジンを始動させて、高電圧バッテリの充電を可能にするハイブリッド車両を提供する。【解決手段】回転要素によってエンジンと連結されるモータユニット、モータユニットを駆動するために電気的に接続される高電圧バッテリ、高電圧バッテリに電気的に接続される低電圧バッテリ、高電圧バッテリと低電圧バッテリの間に接続される両方向コンバータ、および両方向コンバータを通じて低電圧バッテリの電圧を昇圧させて高電圧バッテリに電力を供給する制御部を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2013035534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転要素によってエンジンと連結されるモータユニット、
前記モータユニットを駆動するために電気的に接続される高電圧バッテリ、
前記高電圧バッテリに電気的に接続される低電圧バッテリ、
前記高電圧バッテリと前記低電圧バッテリの間に接続される両方向コンバータ、および
前記両方向コンバータで前記低電圧バッテリの電圧を昇圧させて前記高電圧バッテリに電力を供給させる制御部、
を含むことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
前記高電圧バッテリの充電率を感知する充電感知部をさらに含み、
前記制御部は、充電率が設定値以下であると判断すれば、前記両方向コンバータで前記低電圧バッテリの電圧を昇圧させて前記高電圧バッテリに電力を供給させ、前記モータユニットを作動させて前記エンジンを始動させ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。
【請求項３】
前記モータユニットは、
一側はクラッチによって前記エンジンと連結され、他側は変速機と連結される第１モータ、および
前記エンジンを始動するか、または前記エンジンの回転力を利用して電気を生成する第２モータ、を含み、
前記制御部は、前記第１モータまたは前記第２モータを利用して前記エンジンを始動させ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。
【請求項４】
前記高電圧バッテリは、第１インバータを通じて前記第１モータを駆動し、第２インバータを通じて前記第２モータを駆動することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両。
【請求項５】
前記制御部は、
前記充電感知部で感知された充電量が設定値より大きければ、
前記高電圧バッテリが前記両方向コンバータを通じて前記低電圧バッテリを充電することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
【請求項６】
前記制御部は、
前記充電感知部で感知された充電量が設定値未満であれば、非常信号を発生させ、非常充電モードを運転者に知らせることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
【請求項７】
前記制御部は、前記エンジンの回転力を利用して前記モータユニットが前記高電圧バッテリを充電するとき、
前記充電感知部で感知された充電量が設定値以上であれば、非常充電モードを解除する解除信号を発生させることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両。
【請求項８】
前記両方向コンバータは、直流低電圧を直流高電圧に、または直流高電圧を直流低電圧に変換する両方向ＤＣ／ＤＣコンバータであ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。
【請求項９】
前記高電圧バッテリの温度を感知する温度感知部をさらに含み、
前記制御部は、
前記温度感知部によって感知される温度が設定値以下であれば、前記両方向コンバータにより前記低電圧バッテリの電圧を昇圧させて前記モータユニットを駆動させることで前記エンジンを始動させ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両に係り、より詳しくは、エンジンと共にモータを装着して、これらの出力を運転条件に応じて適切に組み合せることにより、燃料消費を減らし、出力効率を向上させるハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両は、互いに異なる２種類以上の動力源を効率的に組み合わせて駆動させる車両を意味するが、大部分の車両は、燃料（ガソリンなど化石燃料）を燃焼させて回転力を得るエンジンと、バッテリ電力で回転力を得る電気モータによって駆動される。
ハイブリッド車両は、電気モータ（駆動モータ）の動力だけを利用する純粋電気自動車モードであるＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）モード、エンジンの回転力を主動力としながら、駆動モータの回転力を補助動力として利用するＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）モード、または車両の制動あるいは慣性による走行時に、制動および慣性エネルギーを駆動モータで電気エネルギーに変換して回収し、バッテリに充電する回生制動（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ  Ｂｒａｋｉｎｇ、ＲＢ）モードなどの走行モードで走行することができる。
【０００３】
上記のとおり、ハイブリッド車両は、エンジンの機械的エネルギーとバッテリの電気エネルギーを共に利用し、エンジンと駆動モータの最適作動領域を組合せる上、さらに、制動時には駆動モータでエネルギーを回収するので、燃費向上および効率的なエネルギー利用が可能である。
通常、２つ以上の動力源を使用するハイブリッド車両は、エンジンと駆動モータを動力源として多様な動力伝達構造を構成することができるが、ハイブリッド車両の大部分は並列型と直列型の動力伝達構成のいずれか一つを採用している。
直列型は、エンジンとモータを直結した形態であって、並列型に比べて相対的に構造が簡単で、制御ロジックが簡単であるという長所はあるが、エンジンからの機械的エネルギーをバッテリに保存して、さらにモータを利用して車両を駆動しなければならないので、エネルギーの変換ロスを生ずる短所がある。
【０００４】
一方、並列型構造は、直列型より相対的に構造が複雑で、制御ロジックが複雑であるという短所はあるが、エンジンの機械的エネルギーとバッテリの電気エネルギーが同時に用いられることで、効率的なエネルギーの使用が可能となるので、乗用車などに幅広く採択されている（特許文献１、２参照）。
並列型ハイブリッド車両では、車両の出発時や低速走行時に駆動モータによってのみ駆動力を得るが、初期出発時にはエンジン効率がモータ効率に比べて落ちるため、エンジンより効率の高い駆動モータを使用して車両の初期出発（車両発進）を行なうのが、車両の燃費面で有利である。
車両の出発後には、モータ／ゼネレータ（ＩＳＧ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｔａｒｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）がエンジンを起動して、エンジン出力とモータ出力を同時に利用する。
【０００５】
上記のハイブリッド車両では、駆動モータまたはモータ／ゼネレータを駆動する高電圧バッテリが放電して低電圧になるか、または低い温度で作動しない場合に、エンジンの始動が困難になる問題点がある。さらに、高電圧バッテリでエンジン以外のところでエネルギーを消耗しないようにしても、充電率（ＳＯＣ）が低く、駆動モータを利用したエンジンの始動ができない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０３７００３号公報
【特許文献２】特開平０７−２５０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、高電圧バッテリの充電率が低いか、または低温状態で、駆動モータやモータ／ゼネレータを作動させてエンジンを始動させることができない場合に、一時的にエンジンを始動させて、高電圧バッテリの充電を可能にするハイブリッド車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明のハイブリッド車両は、回転要素によってエンジンと連結されるモータユニット、モータユニットを駆動するために電気的に接続される高電圧バッテリ、高電圧バッテリに電気的に接続される低電圧バッテリ、高電圧バッテリと低電圧バッテリの間に接続される両方向コンバータ、および両方向コンバータを通じて低電圧バッテリの電圧を昇圧させて高電圧バッテリに電力を供給する制御部を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、高電圧バッテリの充電率を感知する充電感知部をさらに含み、制御部は、充電率が設定値以下であると判断すれば、両方向コンバータを通じて低電圧バッテリの電圧を昇圧させて高電圧バッテリに電力を供給させることでモータユニットを作動させてエンジンを始動させることが好ましい。
モータユニットは、一側はクラッチによってエンジンと連結され、他側は変速機と連結される第１モータ、およびエンジンを始動するか、またはエンジンの回転力を利用して電気を生成する第２モータを含み、制御部は、第１モータまたは第２モータを利用してエンジンを始動させることが好ましい。
第１インバータを通じて高電圧バッテリは第１モータを駆動し、第２インバータを通じて高電圧バッテリは第２モータを駆動することが好ましい。
制御部は、充電感知部で感知された充電量が設定値より大きければ、高電圧バッテリが両方向コンバータを通じて低電圧バッテリを充電することが好ましい。
【００１０】
制御部は、充電感知部で感知された充電量が設定値以下であれば、非常信号を発生させ、非常充電モードを運転者に知らせることが好ましい。
制御部は、エンジンの回転力を利用してモータユニットが高電圧バッテリを充電し、充電感知部で感知された充電量が設定値より大きければ、非常充電モードを解除する解除信号を発生させることが好ましい。
両方向コンバータは、直流低電圧を直流高電圧に、または直流高電圧を直流低電圧に変換する両方向ＤＣ／ＤＣコンバータであることが好ましい。
本発明は、高電圧バッテリの温度を感知する温度感知部をさらに含み、制御部は、温度感知部によって感知される温度が設定値以下であれば、両方向コンバータにより低電圧バッテリの電圧を昇圧させてモータユニットを駆動させることでエンジンを始動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のハイブリッド車両によれば、高電圧バッテリの充電率が低いか、または低温状態で、駆動モータやモータ／ゼネレータを作動させてエンジンを始動させることができない場合に、高電圧バッテリと低電圧バッテリの間に設けられた両方向ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して、低電圧バッテリの電力を高電圧バッテリに充電させることにより、エンジンを始動させることができ、エンジン始動後はエンジンの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換して、高電圧バッテリの充電率を設定値以上に充電することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例によるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例によるハイブリッド車両で高電圧バッテリの充電量が少ない状態を示す構成図である。
【図３】本発明の実施例によるハイブリッド車両で低電圧バッテリが高電圧バッテリを充電する状態における電力の流れを示す構成図である。
【図４】本発明の実施例によるハイブリッド車両でエンジンが高電圧バッテリを充電する状態における電力の流れを示す構成図である。
【図５】本発明の実施例によるハイブリッド車両で高電圧バッテリが第１モータを駆動し、低電圧バッテリを充電する状態における電力の流れを示す構成図である。
【図６】本発明の実施例によるハイブリッド車両を制御するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例によるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図１に示したとおり、ハイブリッド車両は、エンジン１００、クラッチ１１０、第１モータ１２０、変速機１３０、第２モータ１４０、第１インバータ１５０、第２インバータ１６０、高電圧バッテリ１７０、両方向コンバータ１８０、低電圧バッテリ１９０、制御部２００、および駆動ホイール２１０を含む。
第１、２モータ１２０、１４０は共にモータユニットに分類することができ、第１モータをメイン駆動モータと、第２モータをモータ／ゼネレータと称してもよい。
エンジン１００、クラッチ１１０、第１モータ１２０、および変速機１３０が直列に順次配置され、エンジン１００の出力軸はクラッチ１１０を通じて第１モータ１２０に伝達され、第１モータ１２０はクラッチ１１０を通じて伝達されるエンジントルクにモータトルクを加えて、変速機１３０に入力する。
【００１４】
変速機１３０は動力伝達ラインを通して駆動ホイール２１０に回転力を伝達し、エンジン１００には第２モータ１４０がベルト等の回転力伝達器具によって連結される。
第２モータ１４０は、エンジン１００を始動するか、またはエンジン１００から回転力が伝達されて発電を行うモータ／ゼネレータ（ＩＳＧ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｔａｒｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）である。
第１モータ１２０には第１インバータ１５０が連結され、第２モータ１４０には第２インバータ１６０が連結される。高電圧バッテリ１７０は、第１インバータ１５０と第２インバータ１６０に電気的に接続され、第１インバータ１５０と第２インバータ１６０とに電力を供給する。
【００１５】
高電圧バッテリ１７０に充電された電気エネルギーは、第１インバータ１５０または第２インバータ１６０に伝達されて、第１モータ１２０を駆動させるか、または第２モータ１４０を駆動させる。
高電圧バッテリ１７０は、低電圧バッテリ１９０と電気的に接続され、高電圧バッテリ１７０と低電圧バッテリ１９０の間に両方向コンバータ（両方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）１８０が接続される。
【００１６】
本発明の実施例において、低電圧バッテリ１９０は１２Ｖの電圧を有するが、これに限定されず、２４Ｖのバッテリ等、多様に変更できる。
制御部２００は、エンジン１００、第１モータ１２０、および第２モータ１４０の作動を制御するために、第１インバータ１５０、第２インバータ１６０、および両方向コンバータ１８０を制御し、変速機１３０を含む各構成要素を制御する。
制御部２００がハイブリット自動車量を制御する方法は公知の技術を利用するため、本発明の実施例では詳細な説明は省略する。
【００１７】
図２は、本発明の実施例によるハイブリッド車両で高電圧バッテリの充電量が少ない状態を示す構成図である。
図２には図示しないが、高電圧バッテリ１７０の充電率（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を感知する充電率感知部が設けられ、高電圧バッテリ１７０の充電状態を感知し、その情報を制御部２００に伝達する。制御部２００は充電率感知部で感知される高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値未満（または、以上）である否かを判断する。
高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値未満の場合、高電圧バッテリ１７０の充電率が低く、エンジン１００が停止した状態から、第２モータ１４０または第１モータ１２０を通じてエンジン１００を始動できないことがある。
このようなエンジン１００が始動できないときには、低電圧バッテリの電力を高電圧バッテリに充電する。
【００１８】
図３は、本発明の実施例によるハイブリッド車両で低電圧バッテリが高電圧バッテリを充電する状態における電力の流れを示す構成図である。
高電圧バッテリ１７０と低電圧バッテリ１９０は、両方向コンバータ１８０を介して電気的に接続される。図３に示したとおり、制御部２００は、両方向コンバータ１８０に低電圧バッテリ１９０の電圧を昇圧させて、低電圧バッテリ１９０の電気エネルギーを高電圧バッテリ１７０を充電させる。
通常、高電圧バッテリ１７０の電圧を両方向コンバータ１８０が減圧して、低電圧バッテリ１９０を充電することが一般的に行なわれている。しかし、本発明においては、高電圧バッテリ１７０の充電率が低い場合、両方向コンバータ１８０が作動して低電圧バッテリ１９０の電圧を昇圧して高電圧バッテリ１７０を充電する。
したがって、高電圧バッテリ１７０は両方向コンバータ１８０を通じて低電圧バッテリ１９０の電気エネルギーを充電され、第１モータ１２０または第２モータ１４０を作動させて、エンジン１００を始動させることができる。
【００１９】
図４は、本発明の実施例によるハイブリッド車両でエンジンが高電圧バッテリを充電する状態における電力の流れを示す構成図である。エンジンが始動されると、図４に示したとおり、エンジン１００の機械的エネルギーが第２モータ１４０で電気的エネルギーに変換され、第２インバータ１６０を通じて高電圧バッテリ１７０に安定的に供給され、充電される。
図５は、本発明の実施例によるハイブリッド車両で高電圧バッテリが第１モータを駆動し、低電圧バッテリを充電する状態における電力の流れを示す構成図である。
高電圧バッテリが充電され、高電圧バッテリ１７０が設定された充電率以上に充電されると、第１インバータ１５０を通じて第１モータ１２０を駆動して、エンジン１００を始動させる。また、高電圧バッテリ１７０は両方向コンバータ１８０を通じて低電圧バッテリ１９０を充電する。
本発明の実施例において、高電圧バッテリ１７０の充電率（充電量）が低下し、設定値未満になれば、第２モータ１４０を通じてエンジン１００を始動し、エンジン１００の機械的なエネルギーを第２モータ１４０で電気エネルギーに変換しこれを高電圧バッテリ１７０に充電する。
本発明の実施例において、高電圧バッテリ１７０の充電率の設定値は、試験データまたは設計仕様によってエンジンの始動可能な値として多様に実施できる。
【００２０】
図６は、本発明の実施例によるハイブリッド車両を制御するためのフローチャートである。
制御部２００は、図６のＳ６００で制御を開始し、Ｓ６１０で、高電圧バッテリ１７０の充電率（ＳＯＣ）が設定値（始動可能な値）以上であるか否かを判断する。
Ｓ６１０で、高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値以上（大きい）であると判断すると、Ｓ６８０で、第１モータ１２０を通じてエンジン１００を始動させる。
Ｓ６１０で、高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値未満（小さい）であると判断すると、Ｓ６２０で、非常信号を発生させて、運転者に非常充電モードであることを知らせる。そして、両方向コンバータ１８０を作動させて低電圧バッテリ１９０の電圧を昇圧させ、高電圧バッテリ１７０を充電させる。
【００２１】
制御部２００は、Ｓ６３０で、高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値を超過したと判断すれば、第２モータ１４０を作動させて、エンジン１００を稼動させる。
エンジン１００の稼動が確認されれば、Ｓ６４０で、両方向コンバータ１８０の昇圧を中止させ、エンジン１００の機械的エネルギーを第２モータ１４０により電気エネルギーに変換させて高電圧バッテリ１７０を充電させる。
制御部２００は、Ｓ６５０で、高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値以上であるか否かを判断する。ここで、設定値は設計仕様または実施した試験結果によって変わる。
制御部２００は、高電圧バッテリ１７０の充電率が設定値以上であると判断すると、Ｓ６６０で、非常解除信号を発生させて、運転者に非常充電モード解除を知らせる一方で、高電圧バッテリ１７０の電圧を両方向コンバータ１８０で減圧させて、低電圧バッテリ１９０を充電させる。さらに、エンジン１００が停止した状態からは、第１モータ１２０にエンジン１００を始動させる。
【００２２】
以上、本発明の実施例における、高電圧バッテリ１７０の充電率が低いか、または温度が低くて、エンジン１００が始動されない場合に、低電圧バッテリ１９０を利用して高電圧バッテリ１７０を充電する方法について説明した。
これと同様に、高電圧バッテリ１７０の温度が低い場合にも、低電圧バッテリ１９０の電力を利用して高電圧バッテリ１７０を充電することで、バッテリの作動を図ることができる。この作動を行なうために、高電圧バッテリ１７０の温度を感知する温度感知部（図示せず）をさらに含むことができる。
制御部２００は、温度感知部によって感知される温度が設定値以下であれば、両方向コンバータ１８０に低電圧バッテリ１９０の電圧を昇圧させてモータユニットを駆動させ、エンジンを始動させる。
上記のとおり本発明は、高電圧バッテリ１７０の充電率が低いか、または低温状態で、エンジンの始動ができない場合、両方向ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して低電圧バッテリ１９０の電力を高電圧バッテリ１７０に充電してエンジン１００を一時的に始動させることができ、エンジン１００稼働後は高電圧バッテリ１７０の充電率を十分に高めることができる。
【００２３】
以上、本発明に関する好ましい実施例について説明したが、本発明は実施例に限定されず、本発明の実施例から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者による容易に変更されて均等であると認められる範囲の全ての変更を含む。
【符号の説明】
【００２４】
１００  エンジン
１１０  クラッチ
１２０  第１モータ
１３０  変速機
１４０  第２モータ
１５０  第１インバータ
１６０  第２インバータ
１７０  高電圧バッテリ
１８０  両方向コンバータ
１９０  低電圧バッテリ
２００  制御部
２１０  駆動ホイール
【図１】
2013035534.tif 000003
【図２】
2013035534.tif 000004
【図３】
2013035534.tif 000005
【図４】
2013035534.tif 000006
【図５】
2013035534.tif 000007
【図６】
2013035534.tif 000008