JP7624907B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置に関する。

従来、エンジンと、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行のための駆動力を発生する駆動モータと、駆動モータに供給される電力を蓄えるバッテリとを含む、シリーズ方式のハイブリッドシステムが知られている。

ハイブリッドシステムを搭載した車両では、駆動モータに要求される出力がバッテリの出力より小さいときには、バッテリからの電力で駆動モータが駆動されて、駆動モータから駆動輪に駆動力が伝達される。一方、駆動モータに要求される出力がバッテリの出力を上回るときには、発電モータでエンジンの動力が電力に変換され、発電モータからの電力で駆動モータが駆動されて、駆動モータから駆動輪に駆動力が伝達される。

バッテリには、例えばリチウムイオンバッテリが採用されている。リチウムイオンバッテリは、低温環境下における充放電でリチウム析出による劣化が早まることが知られている。このため、例えば低温環境下ではバッテリの充放電電力（充電電力及び放電電力）が制限される場合がある。

特開２０１９－００１２１２号公報

しかしながら、バッテリの充放電電力が制限されている状態でエンジンを始動せずにバッテリからの電力だけを用いて車両の走行が開始されると、バッテリからの電力を用いた走行中にもかかわらず、バッテリからの電力の大部分がエンジン始動に使用されてしまう場合があった。このため、駆動モータからの出力が十分に得られず、車両が失速してしまうおそれがあった。換言すれば、アクセル操作に応じた駆動モータからの出力が得られず、加速のもたつきなど、ユーザに違和感を与えるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ハイブリッド車両においてバッテリの充放電電力の制限に伴う駆動力低下を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係る制御装置は、発電モータの動力源としてのエンジンと、走行用の動力源としての駆動モータと、を有し、バッテリからの電力を用いて前記駆動モータを駆動して走行する前記エンジンの始動要求を伴わない第１の走行モードと、前記エンジンの動力を用いて発電運転される発電モータからの電力を用いて前記駆動モータを駆動して走行する前記エンジンの始動要求を伴う第２の走行モードとを切り替えて走行可能なシリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載する電動車両において、前記バッテリが低出力状態であるか否かを前記電動車両が走行を開始する前に判断し、前記バッテリが低出力状態であると判断されなかったとき、前記電動車両を前記第１の走行モードに移行し、前記バッテリが低出力状態であると判断されたとき、前記駆動モータによる走行のための駆動力が不十分な状態とされないよう、前記電動車両が走行を開始する前に、前記電動車両を前記第２の走行モードに移行し、前記第１の走行モードにおいては前記駆動モータの駆動に用いる前記バッテリからの電力を用いて、前記第２の走行モードにおける走行時には前記駆動モータの駆動に用いる電力を発生する前記発電モータを力行運転することにより前記エンジンをクランキングして始動する。

本発明によれば、ハイブリッド車両においてバッテリの充放電電力の制限に伴う駆動力低下を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る制御装置を搭載するハイブリッド車両の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係るエンジン始動制御の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、バッテリ出力が制限された状態でエンジンを始動した場合の出力変化について説明するための図である。

以下、本発明に係る制御装置の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、以下に例示する実施の形態により限定されるものではない。

＜ハイブリッド車両＞
図１は、実施形態に係る制御装置を搭載するハイブリッド車両１の構成の一例を示すブロック図である。

ハイブリッド車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステム２を搭載している。ここで、ハイブリッド車両１は、電動車両の一例である。ハイブリッドシステム２には、エンジン１１、発電モータ（ＭＧ１）１２、駆動モータ（ＭＧ２）１３、バッテリ１４及びＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：パワーコントロールユニット）１５が含まれる。

エンジン１１は、例えばガソリンエンジンである。なお、エンジン１１としては、例えば水素など、ガソリンの他の燃料を用いる内燃機関であっても構わない。

発電モータ１２は、例えば、永久磁石同期モータを用いて構成される。発電モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトとギヤ（図示せず）とを介して機械的に連結されている。例えば、エンジン１１のクランクシャフトにエンジン出力ギヤが相対回転不能に支持され、発電モータ１２の回転軸にモータギヤが相対回転不能に支持されて、エンジン出力ギヤとモータギヤとが噛合している。

駆動モータ１３は、例えば、発電モータ１２よりも大型の永久磁石同期モータを用いて構成される。駆動モータ１３の回転軸は、ハイブリッド車両１の駆動系１６に連結されている。駆動系１６には、デファレンシャルギヤが含まれている。駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪又は後輪を含む駆動輪１７に分配されて伝達される。これにより、左右の駆動輪１７が回転し、ハイブリッド車両１が前進又は後進する。

バッテリ１４は、複数の二次電池を組み合わせた組電池である。二次電池は、例えば、リチウムイオンバッテリである。バッテリ１４は、例えば、約２００～３５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＰＣＵ１５は、発電モータ１２及び駆動モータ１３の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ２１、第２インバータ２２及びコンバータ２３を有する。

エンジン１１の始動時には、バッテリ１４から出力される直流電力がコンバータ２３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第１インバータ２１で交流電力に変換され、交流電力が発電モータ１２に供給される。これにより、発電モータ１２が力行運転されて、エンジン１１が発電モータ１２によりモータリング（クランキング）される。モータリングによりエンジン１１のクランクシャフトの回転数が始動に必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン１１の点火プラグがスパークされると、エンジン１１が始動する。

ハイブリッド車両１の走行時には、駆動モータ１３が力行運転されて、駆動モータ１３が動力を発生する。

駆動モータ１３に要求される出力がバッテリ１４の出力より小さいときには、ハイブリッド車両１がＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行する。すなわち、エンジン１１が停止されて、発電モータ１２による発電が行われず、バッテリ１４から駆動モータ１３に電力が供給されて、その電力で駆動モータ１３が駆動される。換言すれば、ＥＶ走行とは、エンジン１１の始動要求を伴わない走行であり、バッテリ１４からの電力だけを用いて駆動される駆動モータ１３を動力源とする走行である。ここで、ＥＶ走行、すなわちエンジン１１の始動要求を伴わずに走行する走行モードは、第１の走行モードの一例である。

一方、駆動モータ１３に要求される出力がバッテリ１４の出力を上回るときには、ハイブリッド車両１がＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行する。すなわち、エンジン１１が稼動状態にされて、発電モータ１２が発電運転（回生運転）されることにより、エンジン１１の動力が発電モータ１２で交流電力に変換される。そして、発電モータ１２からの交流電力が第１インバータ２１で直流電力に変換され、第１インバータ２１から出力される直流電力が第２インバータ２２で交流電力に変換されて、その交流電力が駆動モータ１３に供給されることにより、駆動モータ１３が駆動される。換言すれば、ＨＶ走行とは、エンジン１１の始動要求を伴う走行であり、バッテリ１４からの電力と、エンジン１１の動力に基づく発電モータ１２からの電力とを用いて駆動される駆動モータ１３を動力源とする走行である。なお、ＨＶ走行においては、駆動モータ１３の駆動にバッテリ１４からの電力が併用されない場合もあり得る。ここで、ＨＶ走行、すなわちエンジン１１の始動要求を伴い走行する走行モードは、第２の走行モードの一例である。

なお、本実施形態では、ハイブリッドシステム２がシリーズ方式である場合を例示するが、これに限らない。

一例として、ハイブリッドシステム２は、シリーズパラレル方式のハイブリッドシステムであってもよい。この場合、ＥＶ走行する走行モード（第１の走行モード）とは、エンジン１１の始動要求を伴わない走行モードであり、バッテリ１４からの電力を用いて駆動される駆動モータ１３だけを動力源とする走行モードである。また、ＨＶ走行する走行モード（第２の走行モード）とは、エンジン１１の始動要求を伴う走行であり、バッテリ１４からの電力を用いて駆動される駆動モータ１３と、エンジン１１とを動力源とする走行モードである。

一例として、ハイブリッドシステム２は、パラレル方式のハイブリッドシステムであってもよい。この場合、ＥＶ走行する走行モード（第１の走行モード）とは、エンジン１１の始動要求を伴わない走行であり、バッテリ１４からの電力を用いて駆動される駆動モータ１３だけを動力源とする走行である。また、エンジン１１の始動要求を伴う走行モード（第２の走行モード）は、エンジン１１だけを動力源とする走行モードである。

また、バッテリ１４の残容量が所定以下に低下すると、駆動モータ１３の駆動／停止にかかわらず、エンジン１１が稼動している状態で、発電モータ１２が発電運転される。このとき、発電モータ１２からの交流電力が第１インバータ２１で直流電力に変換され、第１インバータ２１から出力される直流電力がコンバータ２３で降圧されて、降圧後の直流電力がバッテリ１４に供給されることにより、バッテリ１４が充電される。

ハイブリッド車両１の減速時には、駆動モータ１３が回生運転されて、駆動輪１７から駆動モータ１３に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ１３が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がハイブリッド車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。また、ＰＣＵ１５では、駆動モータ１３から第２インバータ２２に供給される交流電力が第２インバータ２２で直流電力に変換され、第２インバータ２２から出力される直流電力がコンバータ２３で降圧される。そして、その降圧後の直流電力がバッテリ１４に供給されることにより、バッテリ１４が充電される。

ハイブリッド車両１には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が搭載されている。各ＥＣＵは、マイコン（マイクロコントローラユニット）を有しており、マイコンには、例えば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ及びＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。各ＥＣＵには、制御に必要な各種センサが接続されており、その接続されたセンサの検出信号が入力される。また、各ＥＣＵには、各種センサから入力される検出信号以外に制御に必要な情報が他のＥＣＵから入力される。

図１には、複数のＥＣＵのうち、ハイブリッドシステム２を制御するＥＣＵ３１が示されている。ＥＣＵ３１は、エンジン１１の始動要求を伴わずに走行する走行モードと、エンジン１１の始動要求を伴い走行する走行モードとを切り替える制御を行うように構成されている。また、ＥＣＵ３１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムに特有の歯打ち音などの異音抑制のために、エンジン始動において発電モータ１２のトルク制御を行うように構成されている。ここで、ハイブリッドシステム２を制御するＥＣＵ３１は、制御装置の一例である。また、ＥＣＵ３１には、アクセルセンサ３２及び車速センサ３３が接続されている。アクセルセンサ３２は、ドライバ（運転者）により足踏み操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力する。車速センサ３３は、ハイブリッド車両１の走行に伴って回転する回転体の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力する。ＥＣＵ３１では、アクセルセンサ３２の検出信号から、アクセルペダルの最大操作量に対する現在の操作量の割合であるアクセル開度が求められる。また、ＥＣＵ３１では、車速センサ３３の検出信号から、その検出信号（パルス信号）の周波数が求められて、その周波数が車速に換算される。

＜エンジン始動制御＞
図２は、実施形態に係るエンジン始動制御の流れの一例を示すフローチャートである。

ハイブリッド車両１では、例えば、プッシュスタートスイッチなどのイグニッションスイッチがオン（ステップＳ１）にされたことに応じて、ＥＣＵ３１により、エンジン始動制御が開始される。

エンジン始動制御では、ＥＣＵ３１により、バッテリ１４が低出力状態か否かが判断される（ステップＳ２）。ここで、低出力状態とは、バッテリ１４の充放電電力（充電電力及び放電電力）量が予め定められたしきい値Ｌ１（図３参照）以下に制限される状態を言う。当該しきい値Ｌ１は、例えば、エンジン１１の始動に要するバッテリ１４からの放電電力の値に応じて決定され得る。ＥＣＵ３１は、例えば、バッテリ１４の温度、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、出力可能電力値、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）などに基づいて、バッテリ１４が低出力状態であるか否かを判定する。

一例として、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４が低温環境下である場合、低出力状態であると判断する。ここでの低温環境とは、バッテリ１４に採用されているリチウムイオンバッテリの充放電が行われると、リチウムイオンバッテリがリチウム析出による劣化を生じるおそれがある環境を言う。

なお、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４の充放電電力量が予め定められたしきい値以下に制限されることが見込まれる状態のとき、バッテリ１４が低出力状態であると判断してもよい。

バッテリ１４が低出力状態であると判断されたとき（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４からの電力を用いて発電モータ１２を力行運転することによりエンジン１１をクランキングし、エンジン１１を始動する（ステップＳ３）。つまり、ＥＣＵ３１は、ハイブリッド車両１をエンジン１１の動力を用いて走行する、エンジン１１の始動要求を伴う走行モードに移行する。

この際、ハイブリッド車両１が走行開始前であることから、駆動モータ１３への電力供給は不要であるため、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４から出力可能な電力の大部分を発電モータ１２へ供給する。

また、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４から発電モータ１２への電力供給がクランキングに伴うエンジン１１の回転数上昇により過多となることを抑制するために、発電モータ１２の最大トルクを予め定められた値以下に制限する。換言すれば、ＥＣＵ３１は、クランキングにおけるエンジン１１の回転数を予め定められた値以下に制限することにより、バッテリ１４からの出力を制限する。

また、ＥＣＵ３１は、例えば低温環境では走行可能状態をＯＮにすること（エンジン始動すること）を優先するため常温環境ほど厳密に異音抑制を行う必要がないことから、異音抑制のためのエンジン始動時の発電モータ１２のトルク制御をオフにする。

エンジン１１が始動された後、ＥＣＵ３１は、ハイブリッド車両１を走行可能状態へ移行する（ステップＳ４）。走行可能状態とは、ハイブリッド車両１が走行開始できると判定されたＲｅａｄｙ－ＯＮの状態である。

なお、ステップＳ３においてエンジン１１が始動された後、バッテリ１４が低出力状態ではなくなった場合には、エンジン１１は停止され得る。バッテリ１４が低出力状態ではなくなった場合とは、バッテリ１４から駆動モータ１３への電力の出力制限が緩められた状態であり、バッテリ１４の充放電電力量が予め定められたしきい値Ｌ２（図３参照）以下に制限される状態を言う。当該しきい値Ｌ２は、例えば、ハイブリッド車両１の走行特性に関する要求やバッテリ１４の性能、バッテリ１４の劣化抑制に関する要求などに応じて適宜決定され得る。なお、例えば駆動力を重視するスポーツ走行モードとバッテリの劣化抑制を重視するエコ走行モードとが設定されるなど、しきい値Ｌ２として複数の値が設定される場合もあり得る。

一方で、バッテリ１４が低出力状態ではないと判断されたとき（ステップＳ２：Ｎｏ）、ＥＣＵ３１は、ハイブリッド車両１を走行可能状態へ移行する（ステップＳ４）。つまり、ＥＣＵ３１は、ハイブリッド車両１をバッテリ１４からの電力を用いて駆動モータ１３を駆動して走行する、エンジン１１の始動要求を伴わない走行モードに移行する。

このように、実施形態に係るハイブリッドシステム２において、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４が低出力状態であると判断されたとき、バッテリ１４からの電力を用いてエンジン１１を始動するように構成されている。

ここで、バッテリ１４が低出力状態であるとき、すなわちバッテリ１４の充放電電力が制限されている状態でエンジン１１を始動せずにバッテリ１４からの電力だけを用いてハイブリッド車両１の走行が開始される場合を考える。図３は、バッテリ出力が制限された状態でエンジンを始動した場合の出力変化について説明するための図である。図３において、横軸は時間［ｓ］を示し、縦軸は出力［ｋＷ］を示す。ここで、発電モータ１２からの出力（ＭＧ１）は、エンジン１１に供給される方向を正とし、駆動モータ１３に供給される方向を負としている。図３は、バッテリ１４からの出力がしきい値Ｌ１に制限されている状態を例示する。

図３に実線で示すように、走行開始後に駆動モータ１３が要求する出力（ＭＧ２）がしきい値Ｌ１に達する場合、一点鎖線で示すように、発電モータ１２は、バッテリ１４から出力される電力の大部分を用いてエンジン１１を始動することになる。このため、エンジン始動区間では、バッテリ１４からの電力が駆動モータ１３にはほとんど供給されず、図３に実線で示すように、駆動モータ１３による駆動力が不十分な状態となる。したがって、走行中にエンジン始動する場合の出力特性（実線）は、エンジン始動後に発電モータ１２からの出力が得られるまで、エンジン始動なしの場合（破線）に比して遅れが生じることになる。つまり、駆動モータ１３からの出力が十分に得られず、ハイブリッド車両１が失速してしまうおそれがあった。換言すれば、アクセル操作に応じた駆動モータ１３からの出力が得られず、加速のもたつきなど、ユーザに違和感を与えるおそれがあった。

このような中、本実施形態に係るハイブリッドシステム２において、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４が低出力状態であると判断された段階で、予めエンジン１１を始動するように構成されている。これにより、バッテリ１４の充放電電力が制限されている状態であっても、エンジン始動による駆動力の低下を抑制することができる。

また、ＥＣＵ３１は、ハイブリッド車両１が走行を開始する前に、バッテリ１４が低出力状態であるか否かを判断するように構成されている。ここで、走行開始前とは、例えばイグニッションオン操作から走行開始までの間の期間である。これにより、バッテリ１４が低出力状態である場合には、走行開始前にエンジン始動を行うことができる。

したがって、エンジン冷間時などのエンジン１１の機械的なロスが大きいシチュエーションであっても、駆動モータ１３による駆動力を低下させることなく、バッテリ１４からの出力の大部分をエンジン始動に使用することができるため、エンジン始動可能領域を拡大することができる。エンジン始動領域の拡大は、エンジン始動性の向上に寄与する。

また、ＥＣＵ３１は、バッテリ１４が低出力状態であると判断されたとき、走行開始前にエンジン１１を始動するとともに、エンジン１１を始動する発電モータ１２の最大トルクを制限するように構成されている。これにより、バッテリ１４が低出力状態であるシチュエーションで素早くエンジン１１を始動する必要がないため、発電モータ１２の最大トルクを、バッテリ１４を保護できる範囲内に制限しながらエンジン１１を始動することができる。したがって、この構成によれば、バッテリ１４の劣化を抑制することができる。

また、ＥＣＵ３１は、例えば低温環境では走行可能状態をＯＮにすること（エンジン始動すること）を優先するため、常温環境ほど厳密に異音抑制を行う必要がないことから、異音抑制のためのエンジン始動時の発電モータ１２のトルク制御をオフにする。これにより、異音抑制のためのトルク制御に要する電力を低減し、低出力状態のバッテリ１４からの出力を低減し、バッテリ１４の劣化を抑制することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、ハイブリッド車両においてバッテリの充放電電力の制限に伴う駆動力低下を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１：ハイブリッド車両
１１：エンジン
１２：発電モータ
１３：駆動モータ
１４：バッテリ
１５：ＰＣＵ
３１：ＥＣＵ（制御装置）

Claims (3)

1. 発電モータの動力源としてのエンジンと、走行用の動力源としての駆動モータと、を有し、バッテリからの電力を用いて前記駆動モータを駆動して走行する前記エンジンの始動要求を伴わない第１の走行モードと、前記エンジンの動力を用いて発電運転される前記発電モータからの電力を用いて前記駆動モータを駆動して走行する前記エンジンの始動要求を伴う第２の走行モードとを切り替えて走行可能なシリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載する電動車両において、
   前記バッテリが低出力状態であるか否かを前記電動車両が走行を開始する前に判断し、
   前記バッテリが低出力状態であると判断されなかったとき、前記電動車両を前記第１の走行モードに移行し、
   前記バッテリが低出力状態であると判断されたとき、前記駆動モータによる走行のための駆動力が不十分な状態とされないよう、前記電動車両が走行を開始する前に、前記電動車両を前記第２の走行モードに移行し、前記第１の走行モードにおいては前記駆動モータの駆動に用いる前記バッテリからの電力を用いて、前記第２の走行モードにおける走行時には前記駆動モータの駆動に用いる電力を発生する前記発電モータを力行運転することにより前記エンジンをクランキングして始動する、
   制御装置。
2. 前記バッテリが低出力状態であると判断されたとき、前記発電モータの最大トルクを制限することにより、前記クランキングにおける前記エンジンの回転数上昇に伴う前記バッテリからの出力過多を抑制する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記バッテリが低出力状態であると判断されたとき、前記エンジンの始動時に前記バッテリからの電力を用いて前記発電モータのトルク制御を行い、
   前記バッテリが低出力状態であるか否かの判断は、前記バッテリの温度に基づく判断を含み、
   前記バッテリが低温環境下であることに伴い前記バッテリが低出力状態であると判断された場合には、前記エンジンの始動時の前記発電モータの前記トルク制御をオフにする、
   請求項１又は請求項２に記載の制御装置。

Images