(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリの過充電を防止し、バッテリアセンブリを交換しなければならない事態を回避することのできるハイブリッド車両の電源保護装置を提供すること。【解決手段】バッテリのＳＯＣが通常使用可能範囲の上限値Ｓ１より高く充電許容限界値Ｓ２よりも低い過充電防止閾値Ｓ３に達した場合に、モータにより正側の駆動力を生じさせてバッテリを放電させるとともに、エンジンにより負側の駆動力を生じさせてモータによる正側の駆動力を吸収させる。【選択図】図２
2016112932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源であるエンジンと、
前記車両の駆動源であり発電も可能な電動機と、
前記電動機を駆動するための電力の供給及び当該電動機により発電された電力の蓄電が可能なバッテリと、
前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
前記充電量検出手段により検出される前記バッテリの充電量が、予め設定された通常使用可能範囲の上限値より高い限界閾値に達した場合に、前記バッテリの電気回路を遮断する安全手段と、
前記充電量検出手段により検出される前記バッテリの充電量が、前記通常使用可能範囲の上限値より高く前記限界閾値よりも低い所定閾値に達した場合に、前記電動機により正側の駆動力を生じさせて前記バッテリを放電させるとともに、前記エンジンにより負側の駆動力を生じさせて前記電動機による正側の駆動力を吸収させる電源保護制御手段と、
を備えるハイブリッド車両の電源保護装置。
【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電源制御装置に係り、詳しくはバッテリの過充電を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、環境に配慮した自動車として、車両の駆動源にエンジンと走行用モータ（電動機）とを利用するハイブリッド電気自動車（以下ハイブリッド車両という）が知られている。このようなハイブリッド車両では、降坂路走行時にモータを発電機として使用する回生運転を行うことで、バッテリを充電することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３１２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、モータのゼロトルクの設定が充電側にオフセットされるような不具合が生じていると、モータに対する要求トルクがゼロであるにも関わらず充電が行われてしまう。また、モータを制御する制御ユニットに不具合があり、モータに対する要求トルクが常に充電側になっているような場合も同様である。又は制御ユニットやセンサ等と接続しているＣＡＮ等の通信異常によりモータへの要求トルクが充電側となって、バッテリが充電され続ける場合もある。さらに、バッテリとモータとの間のインバータに不具合が生じてモータに対する要求トルクが常に充電側になる場合もある。
【０００５】
このようなハイブリッドシステムの不具合により、バッテリが過充電された場合に、バッテリの発火等を防ぐため、バッテリの制御ユニットがバッテリの電気回路に組み込まれているコンタクタを強制的にオープンにする。しかしながら、コンタクタがオープンになると、それ以降はバッテリを一切使用できなくなり、バッテリのアセンブリを交換しなければならないという問題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バッテリの過充電を防止し、バッテリアセンブリを交換しなければならない事態を回避することのできるハイブリッド車両の電源保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【０００８】
本適用例に係るハイブリッド車両の電源保護装置は、車両の駆動源であるエンジンと、前記車両の駆動源であり発電も可能な電動機と、前記電動機を駆動するための電力の供給及び当該電動機により発電された電力の蓄電が可能なバッテリと、前記バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、前記充電量検出手段により検出される前記バッテリの充電量が、予め設定された通常使用可能範囲の上限値より高い限界閾値に達した場合に、前記バッテリの電気回路を遮断する安全手段と、前記充電量検出手段により検出される前記バッテリの充電量が、前記通常使用可能範囲の上限値より高く前記限界閾値よりも低い所定閾値に達した場合に、前記モータにより正側の駆動力を生じさせて前記バッテリを放電させるとともに、前記エンジンにより負側の駆動力を生じさせて前記モータによる正側の駆動力を吸収させる電源保護制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明によれば、バッテリの過充電を防止し、バッテリアセンブリを交換しなければならない事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の電源保護装置の概略構成図である。
【図２】電源保護制御を実行した場合の各種パラメータの推移の一例を表したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の電源保護装置の概略構成図であり、同図に基づき説明する。
【００１３】
ハイブリッド車両１はいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックとして構成されており、以下の説明では、単に車両とも称する。
【００１４】
車両１には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ３が搭載されている。エンジン２の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して変速機５の入力側が連結されている。変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。
【００１５】
変速機５は一般的な手動式変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進６速後退１速の変速段を有している。当然ながら、変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。
【００１６】
モータ３にはインバータ１０を介してバッテリ１１が接続されている。バッテリ１１に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ３に供給され、モータ３が発生した駆動力は変速機５で変速された後に駆動輪９に伝達されて車両１を走行させる（これを力行運転という）。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する。モータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される（これを回生運転という）。
【００１７】
また、エンジン２が発生する駆動力によりモータ３を回転させて発電させ、バッテリ１１に積極的に充電を行うことも可能である（これをエンジン発電という）。逆に、モータ３に正側の駆動力を発生させる一方で、余剰となる正側の駆動力をエンジン２の負側の駆動力で吸収させることで、バッテリ１１を強制的に放電させることも可能である（これを強制放電という）。なお、エンジン２の負側の駆動力は、例えばエンジン２のフリクションから生じるエンジンブレーキの他、リターダ、圧縮開放ブレーキ等の補助ブレーキにより生じさせる。
【００１８】
このようなモータ３が発生する駆動力は上記クラッチ４の断接状態に関わらず駆動輪９側に伝達され、これに対してエンジン２が発生する駆動力はクラッチ４の接続時に限って駆動輪９側に伝達される。従って、クラッチ４の切断時には、上記のようにモータ３が発生する正側または負側の駆動力が駆動輪９側に伝達されて車両１が走行する。また、クラッチ４の接続時には、エンジン２及びモータ３の駆動力が駆動輪９側に伝達されたり、或いはモータ３の駆動力を０とすることでエンジン２の駆動力のみが駆動輪側に伝達されたりして車両１が走行する。
【００１９】
車両１には、車両全体を統合制御するための制御回路である車両ＥＣＵ２０が搭載されている。車両ＥＣＵ２０には、図示はしないがクラッチ４を断接操作するアクチュエータ、及び変速機５を変速操作するアクチュエータなどが接続されると共に、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２１、モータ制御用のモータＥＣＵ２２、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵ２３が接続されている。その他、車両ＥＣＵ２０には、図示しないがアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等の各種センサが接続されている。
【００２０】
そして、車両ＥＣＵ２０は、各種ＥＣＵや各種センサから情報を取得する。例えば、車両ＥＣＵ２０はエンジンＥＣＵ２１からはエンジン回転数を、モータＥＣＵ２２からモータ回転数を、バッテリＥＣＵ２３からバッテリ１１のＳＯＣ（充電量：State Of Charge）等の情報を取得する。
【００２１】
車両ＥＣＵ２０は、運転者によるアクセル操作量などに基づき車両１を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ１１のＳＯＣ（充電量：State Of Charge）などに基づき車両１の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン走行モード、モータ走行モード、ハイブリッド走行モード、エンジン発電モード、強制放電走行モードがある。
【００２２】
エンジン走行モードは例えばバッテリ１１のＳＯＣ値が下限にあり、モータ３を使用できない場合などでエンジン２の駆動力のみを用いて走行する走行モードであり、モータ走行モードはモータ３の駆動力のみを用いて走行する走行モードである。ハイブリッド走行モードは、エンジン２及びモータ３の駆動力を共に用いて走行する走行モードである。エンジン発電走行モードは、エンジン２の駆動力を用いての走行を行いつつエンジン２の駆動力を用いてモータ３を回転させて発電を行う走行モードである。強制放電走行モードは、モータ３の駆動力を用いての走行を行いつつエンジン２に負の駆動力を発生させてバッテリ１１を強制放電させる走行モードである。車両ＥＣＵ２０は、これらの走行モードのうちの何れかの走行モードを選択し、選択した走行モードに応じてエンジンＥＣＵ２１を介してエンジン２を、モータＥＣＵ２２を介してモータ３を制御する。
【００２３】
具体的には、車両ＥＣＵ２０は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン２やモータ３が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばハイブリッド走行モードでは要求トルクをエンジン２側及びモータ３側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン２及びモータ３のトルク指令値を算出する。また、エンジン走行モードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン２へのトルク指令値に換算し、モータ走行モードでは要求トルクを変速段に基づきモータ３へのトルク指令値に換算する。さらにエンジン発電走行モードでは、要求トルクとモータ３による発電に要するトルクとを合わせた値をエンジン２のトルク指令値として算出する。強制放電走行モードでは、正側の駆動力をモータ３のトルク指令として算出するとともに、余剰となる正側の駆動力を吸収すべく負側の駆動力をエンジン２のトルク指令値として算出する。このときモータ３の余剰となる正側の駆動力は、エンジン２によって負側の駆動力として吸収可能な範囲内で設定される。
【００２４】
そして、車両ＥＣＵ２０は選択した走行モードを実行すべく、モータ走行モードでは上記クラッチ４を切断し、エンジン走行モード、ハイブリッド走行モード、エンジン発電走行モード、及び強制放電走行モードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ２１及びモータＥＣＵ２２にトルク指令値を適宜出力する。また、車両１の走行中において車両ＥＣＵ２０は、アクセル操作量や車速などに基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。
【００２５】
一方、エンジンＥＣＵ２１は、車両ＥＣＵ２０において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばエンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン２に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキ等を発生させる。また、モータ走行モードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン２を停止保持するか、アイドル運転状態とする。
【００２６】
また、モータＥＣＵ２２は、車両ＥＣＵ２０において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように、インバータ１０を介してモータ３を駆動制御する。例えばモータ走行モード、ハイブリッド走行モード、及び強制放電走行モードでは、正側のトルク指令値に対してモータ３を力行制御して正側の駆動力を発生させる。一方、モータ走行モード及びハイブリッド走行モードでは、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して負側の駆動力を発生させる。また、エンジン走行モードの場合には、モータ３の駆動力を０に制御する。さらにエンジン発電走行モードの場合には、エンジン２の駆動力を受けて発電を行う。
【００２７】
また、バッテリＥＣＵ２３は、バッテリ１１の温度、バッテリ１１の電圧、インバータ１０とバッテリ１１との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１１のＳＯＣを算出し、このＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２０に出力する（充電量検出手段）。
【００２８】
バッテリ１１は、通常に使用可能なＳＯＣの範囲（以下、通常使用可能範囲という）が予め定められている。また、過度に充電されると発火等のおそれがあるため、バッテリ１１には、バッテリ１１の電気回路に組み込まれたコンタクタを遮断状態（オープン）して充放電できなくする安全装置１２（安全手段）が取り付けられている。バッテリＥＣＵ２３は、バッテリ１１のＳＯＣを監視し、通常使用可能範囲の上限値Ｓ１よりも高い値に設定されている充電許容限界値Ｓ２（限界閾値）を超えた場合には安全装置１２によりバッテリ１１の電気回路を遮断する。
【００２９】
車両ＥＣＵ２０はバッテリ１１のＳＯＣが充電許容限界値を超える前に、過充電を防止するための電源保護制御を行う。詳しくは、車両ＥＣＵ２０は、上記通常使用可能範囲の上限値Ｓ１より高く上記充電許容限界値Ｓ２よりも低い値の過充電防止閾値Ｓ３を設定し、ＳＯＣが当該過充電防止閾値Ｓ３に達したときには上記強制放電走行モードに切り替えることで、バッテリ１１のＳＯＣを消費させる。また、車両ＥＣＵ２０には、電源保護制御に用いる警告灯１３が接続されている。例えば、車両ＥＣＵ２０は強制放電走行モードに切り替えると同時に、警告灯１３を点灯することで運転者に異常を知らせ、車両１の整備点検を促す。
【００３０】
ここで、図２を参照すると、図２には電源保護制御を実行した場合の各種パラメータの推移の一例を表したタイムチャートが示されており、以下同図に基づき本実施形態の作用、効果について説明する。
【００３１】
図２のタイムチャート開始時においては、例えば車両１が降坂路をモータ走行モードによりモータ３へのトルク指令値（以下、モータトルクという）が負側、即ち回生運転を行っている。このため、バッテリ１１のＳＯＣは徐々に上昇している。なお、このときクラッチ４は切断状態にあり、エンジン２へのトルク指令値（以下、エンジントルクという）は０である。
【００３２】
図２のｔ１時点で、バッテリ１１のＳＯＣは通常使用可能範囲の上限値Ｓ１を超え、これ以上バッテリを充電させないため、ここで車両ＥＣＵ２０は運転モードをモータ走行モードからエンジン走行モードに切り替える。従ってｔ１時点から、車両ＥＣＵ２０はモータトルクを０とし、負の要求トルクに対してエンジンブレーキを生じさせる。
【００３３】
それでもハイブリッドシステム上の不具合等によりＳＯＣが上昇して、ｔ２時点にてＳＯＣが過充電防止閾値Ｓ３に達すると、車両ＥＣＵ２０は運転モードを強制放電走行モードに切り替える。具体的には、車両ＥＣＵ２０は、正側の駆動力をモータトルクとして発生させる一方、このモータトルクを吸収する負側の駆動力をエンジン２により生じさせる。つまり、エンジンブレーキやリターダを使用してエンジンの負荷を増し、その分モータトルクを上昇させる。また、車両ＥＣＵ２０は強制放電走行モード時には警告灯１３を点灯させて運転者に点検や整備を促す。
【００３４】
このようにしてモータ３が正側の駆動力を発生させることでバッテリ１１は放電を行い、ＳＯＣが消費される。
【００３５】
そして図２のｔ３時点のように、ＳＯＣが通常使用可能範囲の上限値Ｓ１にまで低下すると、車両ＥＣＵ２０は運転モードをエンジン走行モードに戻す。具体的には、引き続き下り坂の場合、車両ＥＣＵ２０はモータトルクを０とし、エンジンブレーキにより負の要求トルクを満たすようにする。ここで図示はされないが、平坦路や上り坂を走行する場合であれば、モータトルクを０より大きくして、通常通りハイブリッド走行モードまたはモータ走行モードでバッテリを放電し、ＳＯＣを消費してもよい。
【００３６】
また図２のｔ４時点のように、再度ＳＯＣが上昇して過充電防止閾値Ｓ３に到達すると、車両ＥＣＵ２０は再度強制放電走行モードに切り替える。
【００３７】
以上のように、車両ＥＣＵ２０は、バッテリ１１のＳＯＣが過充電防止閾値Ｓ３に達すると、強制放電走行モードに切り替え、モータ３を使用してバッテリ１１を放電させる。従って、モータ３のゼロトルクが充電側にオフセットされていたり、モータ３に対する要求トルク、モータＥＣＵからモータへのトルク指令値、通信異常等によりモータ３への指示が常に充電側になっている場合でも、ＳＯＣが過充電防止閾値Ｓ３に達したことに対して強制放電を行うことで、実ＳＯＣが充電許容限界値Ｓ２にまで上昇することはない。つまり、安全装置１２の使用を回避することができる。
【００３８】
このように本実施形態におけるハイブリッド車両の電源保護装置によれば、バッテリ１１の過充電を防止し、安全装置１２の使用によりバッテリアセンブリを交換しなければならない事態を回避することができる。
【００３９】
以上で本発明に係るハイブリッド車両の電源保護装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００４０】
上記実施形態では、強制放電走行モードを実行する際に、警告灯１３を点灯することで運転者に異常を知らせているが、運転者に警告を行う手段はこれに限られるものではなく、例えば文字を表示したり音声により警告を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  車両
２  エンジン
３  モータ（電動機）
４  クラッチ
５  変速機
１０  インバータ
１１  バッテリ
１２  安全装置（安全手段）
１３  警告灯
２０  車両ＥＣＵ（電源保護制御手段）
２１  エンジンＥＣＵ
２２  モータＥＣＵ
２３  バッテリＥＣＵ（充電量検出手段）
【図１】
2016112932.tif 000003
【図２】
2016112932.tif 000004