(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動するエンジンと、エンジンに接続され、車両を駆動するとともにエンジンの始動を行うモータジェネレータと、モータジェネレータに電力を供給する２次電池と、２次電池よりの出力電力を増減する制御部と、を含むハイブリッド車両であって、
制御部は、
エンジン始動開始により２次電池からの最大許容出力電力を基準出力電力よりも増大させ、エンジン始動完了により２次電池からの最大許容出力電力を基準出力電力に低減する２次電池最大許容出力電力増減手段と、
２次電池の出力電圧が所定の下限電圧を下回らないように、２次電池の出力電圧と所定の下限電圧との差に基づく比例積分制御によって、２次電池の最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を変化させて２次電池からの出力電力を制限する出力電力制限手段と、
エンジン始動完了によって２次電池の最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を減少させて、２次電池からの出力電力の制限の一部または全部を相殺する出力電力制限相殺手段と、を有すること、
を特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
出力電力制限相殺手段は、最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を最大許容出力電力と基準出力電力との差分だけ減少させること、
を特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載のハイブリッド車両であって、
出力電力制限相殺手段は、最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を出力電力制限手段の積分項に基づく制限電力分だけ減少させること、
を特徴とするハイブリッド車両。
【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関し、特にエンジン始動の際の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ハイブリッドシステムは、エンジンとモータの２種類の動力源を組み合わせて走行するもので、エンジンで発電機を駆動し、発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッドシステムと、エンジンとモータが車輪を駆動する方式で、二つの駆動力を状況に応じて使うことができるパラレルハイブリッドシステムとこの双方の特徴を組み合わせたシリーズ・パラレルハイブリッドシステムがある。このような、ハイブリッド車両は、モータ又はモータジェネレータを駆動するために充電、放電の可能な２次電池を備えており、要求動力が小さいときや車速が低いときなどには、エンジンの運転を停止して２次電池の電力を用いてモータ又はモータジェネレータからの動力だけを駆動軸に出力する全電動走行モードにより走行を行うことができるものがある。
【０００３】
パラレルハイブリッドシステムを備えるハイブリッド車両では、遊星歯車装置を応用し、エンジンの動力を車両走行用の動力と発電機の駆動動力とに分割する動力分割装置が多く用いられている。この遊星歯車式の動力分割装置は、一部の遊星歯車の回転を固定することによって車両駆動用のモータジェネレータでエンジンを回転させることができるので、車両停止状態でのエンジンの始動あるいは全電動走行状態からエンジン走行に移行する際のエンジンの始動の際に、車両駆動用モータジェネレータによってエンジンを始動する方法が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータジェネレータに電力を供給する２次電池は、温度が低下すると内部抵抗の増加によって使用可能電力が少なくなってくるので、２次電池の温度が低い場合でも確実にエンジンのクランキング、始動ができるように、エンジン始動の際には２次電池の最大許容出力電力を基準の許容出力電力よりも増大させる出力電力拡大制御が行われる。一方、２次電池では、劣化防止のために出力電圧が所定の下限電圧以下にならないよう、出力電圧を比例積分制御によってフィードバックして出力電力を制限する制御が行われている。
【０００６】
エンジン始動の際には、２次電池の最大許容出力電力が拡大され、２次電池から大きな電力が出力されると、２次電池の出力電圧が低下してくるので、２次電池の出力電圧が所定の下限電圧を下回らないように出力電力を低減する制御が行われる。そして、エンジンの始動が完了すると、２次電池の出力電力拡大制御が解除され、２次電池からの最大許容出力電力は基準の許容出力電力に低減される。
【０００７】
ところが、出力電圧に基づく制御は比例積分制御を用いていることから、フィードバックによる電力低減量には時間遅れが出る。このため、２次電池の出力電力拡大制御が解除され、最大許容出力電力が低減されても、フィードバックによる電力低減量がゼロとならず、最大許容出力電力の低減とフィードバックによる電力低減量とが重なって、２次電池への出力指令電力がマイナスになってしまうことがある。２次電池への出力指令電力がマイナスになると、モータジェネレータからの電力が２次電池の充電方向に流れてしまう。そして、この充電電力が大きい場合には過充電となって２次電池の性能の低下あるいは劣化を引き起こす場合がある。
【０００８】
本発明は、ハイブリッド車両において、エンジン始動完了の際の２次電池への充電を抑制し、２次電池を効果的に保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のハイブリッド車両は、車両を駆動するエンジンと、エンジンに接続され、車両を駆動するとともにエンジンの始動を行うモータジェネレータと、モータジェネレータに電力を供給する２次電池と、２次電池よりの出力電力を増減する制御部と、を含むハイブリッド車両であって、制御部は、エンジン始動開始により２次電池からの最大許容出力電力を基準出力電力よりも増大させ、エンジン始動完了により２次電池からの最大許容出力電力を基準出力電力に低減する２次電池最大許容出力電力増減手段と、２次電池の出力電圧が所定の下限電圧を下回らないように、２次電池の出力電圧と所定の下限電圧との差に基づく比例積分制御によって、２次電池の最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を変化させて２次電池からの出力電力を制限する出力電力制限手段と、エンジン始動完了によって２次電池の最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を減少させて、２次電池からの出力電力の制限の一部または全部を相殺する出力電力制限相殺手段と、を有すること、を特徴とする。
【００１０】
本発明のハイブリッド車両において、出力電力制限相殺手段は、最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を最大許容出力電力と基準出力電力との差分だけ減少させること、としても好適であるし、出力電力制限相殺手段は、最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差を出力電力制限手段の積分項に基づく制限電力分だけ減少させること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ハイブリッド車両において、エンジン始動完了の際の２次電池への充電を抑制し、２次電池を効果的に保護することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。本発明のハイブリッド車両１０は、ハイブリッド車両１０を駆動するエンジン１１と、エンジン１１の出力軸１２とモータジェネレータ１５の出力軸１４とが接続され、エンジン１１の出力をモータジェネレータ１５への出力と駆動軸１８への出力とに分割するプラネタリギヤ１３と、モータジェネレータ１５に電力を供給すると共にモータジェネレータ１５の発電電力を蓄電する２次電池１７と、２次電池１７の直流出力をモータジェネレータ１５への三相交流電力に変換すると共にモータジェネレータ１５の発電した交流電力を２次電池１７に蓄電する直流電力に変換するインバータ１６と、を備えている。プラネタリギヤ１３は複数の遊星歯車と、そのうちのいくつかの歯車を停止させるブレーキを備え、ブレーキのオンオフを行うことによってエンジン１１の出力をモータジェネレータ１５と駆動軸１８とに分配する運転モードと、モータジェネレータ１５の出力によってエンジン１１を回転させる始動モードとを切り替えることができるように構成されている。
【００１３】
エンジン１１の出力軸１２にはエンジン１１の出力トルクを測定するトルクセンサ２１と、エンジン１１の回転数を検出する回転数センサ２２が取付けられている。また、エンジン１１にはエンジン１１内部のシリンダ内の燃焼状態を検出する失火センサ２３が取付けられている。モータジェネレータ１５には出力トルクを検出するトルクセンサ２４が設けられている。２次電池１７とインバータ１６との間は２本の電力ケーブルによって接続され、２本の電力ケーブルの間には２次電池１７の出力電圧を測定する電圧センサ２５が設けられ、何れか一方の電力線には電流を測定する電流センサ２６が設けられている。
【００１４】
エンジン１１と、プラネタリギヤ１３と、インバータ１６と、２次電池１７とは、制御部３０に接続され、制御部３０の指令によって制御することができるように構成されている。また、トルクセンサ２１，２４、回転数センサ２２、失火センサ２３、電圧センサ２５、電流センサ２６はそれぞれ制御部３０に接続され、制御部３０は各センサの信号データを取得することができるよう構成されている。
【００１５】
制御部３０は内部に信号の処理、演算を行うＣＰＵと、記憶装置であるメモリと、各機器、センサとのインターフェースを行う各インターフェースを含む構成のコンピュータである。
【００１６】
以上のように構成されたハイブリッド車両１０が全電動走行状態から、エンジン１１を起動してエンジン走行に移行する場合のエンジン１１の始動について説明する。図２の（ａ）の折れ線４１は、２次電池からの最大許容出力電力の変化を示す線であり、曲線４２は２次電池１７の出力指令電力を示し、図２（ｂ）の曲線４３は２次電池１７の出力電圧を示し、図２（ｃ）の曲線４４は、２次電池１７の最大許容出力電力と２次電池１７の出力指示電力との差分の電力の時間変化を示している。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、エンジン１１が始動される時間ｔ１以前は、ハイブリッド車両１０は、モータジェネレータ１５の出力のみによって走行しており、図２（ａ）の折れ線４１の点ａと点ｂとの間のように、２次電池１７の最大許容出力電力は基準出力電力で一定値となっており、２次電池１７からの出力電力は図２（ａ）の曲線４２の点ｆからｇのように許容最大出力電力よりも低い電力となっている。
【００１８】
時間ｔ１になると、制御部３０からエンジン１１の始動指令が出力される。これは、例えば、運転者がアクセルを踏み込んだため、ハイブリッド車両１０を加速するためにはモータジェネレータ１５のみの出力のみでは不足するので、エンジン１１を始動し、エンジン１１からの出力と共に加速することが必要となった場合であったり、２次電池１７の残存容量が低下し、エンジン１１を起動して２次電池１７を充電することが必要になったりする場合である。
【００１９】
制御部３０からのエンジン始動指令が出力されると、その指令信号により、図２（ａ）の折れ線４１の点ｂから点ｃに向かって、２次電池１７の最大許容出力電力が拡大される。拡大される電力の大きさはΔＷである。そして、制御部３０は、プラネタリギヤ１３のブレーキの状態をモータジェネレータ１５の出力によってエンジン１１を回転させる始動モードに変更し、図２（ａ）の曲線４２の点ｇに示すように、エンジン１１のクランキングを開始し、エンジン始動を開始する。エンジン１１のクランキングを開始すると、図２（ａ）の曲線４２の点ｇから点ｈに示すように、制御部３０は２次電池１７の電流センサ２６と電圧センサ２５とによって２次電池１７からの出力電力を監視しながら２次電池１７からモータジェネレータ１５への出力指令電力を最大許容出力電力まで増加させてエンジン１１の始動動作を行う。この際、２次電池からの出力指令電力が増加してくると、２次電池１７からの実際の出力電力も増加し、図２（ｂ）の曲線４３の点ｍから点ｌに示すように、２次電池１７の出力電圧は次第に低下してくる。しかし、２次電池１７の出力電圧が下限電圧まで電圧が低下していないので、図２（ａ）の点ｈから点ｉに示すように、２次電池１７の出力指令電力は最大許容電力と同一の電力となっている。
【００２０】
そして、図２（ｂ）の点ｌに示すように、時間ｔ２において２次電池１７の出力電圧は下限電圧を下回ってしまうので、２次電池１７の出力指令電力に２次電池１７の電圧フィードバックによる制限がかかり始める。電圧フィードバックは電圧センサ２５の信号に基づく比例積分制御となっているので、図２（ｃ）の曲線４４の点ｓから点ｔに示すように、時間と共に２次電池１７の最大許容出力電力と出力指令電力との差、すなわち、最大許容出力電力からの低減量が多くなり、２次電池の出力指令電力が次第に減少してくる。２次電池１７の出力指令電力の低減は、インバータ１６に対する２次電池１７からの出力電流指令を低減することによって行う。また、制御部３０は電流センサ２６、電圧センサ２５によって２次電池１７の出力電流と出力電圧とを監視する。この間、２次電池１７の出力電圧は略下限電圧に保持され、モータジェネレータ１５によるエンジン１１のクランキング、始動動作が継続される。
【００２１】
図２（ｃ）の曲線４４の点ｓから点ｔに示すように、モータジェネレータ１５によるエンジン１１のクランキング、始動動作が継続している間は、２次電池１７の出力電圧が下限電圧以下とならないようなフィードバック制御によって２次電池１７からモータジェネレータ１５への出力指令電力の制限が行われているため、最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差は時間と共に大きくなり、図２（ａ）の曲線４２の点ｉから点ｊに示すように、２次電池１７の出力指令電力は最大許容出力電力よりも大きく低減された状態となっている。
【００２２】
エンジン１１のクランキング中、制御部３０は回転数センサ２２、トルクセンサ２１、失火センサ２３によってエンジン１１の運転状態を監視している。そして、例えば、制御部３０は、各センサ２１，２２，２３の信号がエンジン１１の回転数が所定の回転数以上で、エンジン１１の出力トルクが所定のトルク以上で、エンジン１１が失火状態ではなく正常に燃焼している状態を示すものである場合、エンジン１１の始動が完了したものと判断する。本実施形態では、時間ｔ３において、制御部３０はエンジン１１が始動完了したものと判断する。
【００２３】
図２（ａ）の点ｄから点ｅに示すように、制御部３０はエンジン１１の始動が完了したものと判断すると、２次電池１７の電力拡大制御を解除し、２次電池１７の最大許容出力電力を電力拡大量ΔＷ分だけ低減して、当初の基準出力電力に２次電池からの出力電力を制限する。
【００２４】
時間ｔ３において、２次電池１７の出力指令電力は図２（ａ）の点ｊに示すように、基準出力電力よりも下まわった電力となっている。２次電池１７の最大許容出力電力が電力拡大量ΔＷだけ低減され、図２（ｃ）の曲線４４の点ｔに示すように最大許容出力電力と２次電池１７の出力指令電力との差が大きい場合には、電力拡大制御の解除により２次電池１７の出力指令電力の基準となる最大許容出力電力が低減されることから、２次電池１７の出力指令電力は図２（ａ）の点ｊ’まで低下し、２次電池１７へ充電電力が流れてしまう。しかし、図２（ｃ）の曲線４４の点ｔから点ｕに示すように、エンジン１１の起動が完了すると、制御部３０は最大許容出力電力と２次電池の出力指令電力との差、すなわち２次電池１７の出力電力の制限量を電力拡大量ΔＷだけ低減する指令を出力する。
【００２５】
これによって、図２（ａ）の曲線４２の点ｊ’からｊに示すように、電力拡大制御解除による電力拡大量ΔＷの低減と、最大許容出力電力と２次電池１７の出力指令電力との差のΔＷとの相殺により、２次電池１７の出力電力の制限が相殺され、２次電池１７の出力指令電力は、点ｊの位置からほとんど動かなくなる。そして、２次電池への出力指令電力が２次電池１７への充電指令電力とならずに２次電池１７を過充電から保護することができる。また、２次電池１７の出力指令電力がほとんど変動しないので、２次電池からの出力電力の変動を抑えることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態は、ハイブリッド車両１０において、エンジン１１始動完了の際の２次電池１７への充電を抑制し、２次電池１７を効果的に保護することができるという効果を奏する。
【００２７】
本実施形態では、エンジン始動完了によって２次電池１７の電力拡大量ΔＷ分だけ最大許容出力電力と２次電池１７の出力指令電力との差を低減することとして説明したが、２次電池１７の出力指令電力が２次電池１７への充電とならなければ低減量はΔＷに限らず、ハイブリッド車両１０の運転状態によって変更してもよいし、比例積分制御のうちの積分項によって低減している電力分だけ低減するようにして、２次電池からの出力電力の制限の一部を相殺させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図２】本発明のハイブリッド車両において、時間に対する２次電池の出力電力、出力指令電力、出力電圧、最大許容出力電力と出力指令電力との差とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ハイブリッド車両、１１  エンジン、１２  出力軸、１３  プラネタリギヤ、１４  出力軸、１５  モータジェネレータ、１６  インバータ、１７  ２次電池、１８  駆動軸、２１，２４  トルクセンサ、２２  回転数センサ、２３  失火センサ、２５  電圧センサ、２６  電流センサ、３０  制御部、ΔＷ  電力拡大量。
【図１】
0005076936.tif 000002
【図２】
0005076936.tif 000003