JP6701722B2 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両及びその制御方法に関し、より詳細には、ハイブリッドシステムの稼働率を向上するハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有したハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や減速時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる。

このモータージェネレーターに電気的に接続されるバッテリーとしては、リチウムイオンバッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、あるいは、ニッケル水素バッテリーなどを例示できる。

しかし、この種のバッテリーは、バッテリーの内部温度に応じて充放電特性が左右される。そのために、ＨＥＶの始動時のバッテリーの内部温度が低いときは、バッテリーの充放電特性が低く、ハイブリッドシステムの始動に時間が掛かり、ハイブリッドシステムの稼働率が低下する問題があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２４０９２２号公報

本発明の目的は、ハイブリッドシステムの始動時にバッテリーの内部温度を予め上昇させておき、ハイブリッドシステムの稼働率を向上することができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーター、このモータージェネレーターに電気的に接続されたバッテリー、このバッテリーに充電された電力を変圧する変圧器、及び、前記変圧器に電気的に接続されて、前記バッテリーとは異なる種類の補助バッテリーを有するハイブリッドシステムと、制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、前記制御装置が、運転者が前記ハイブリッドシステムを始動する始動操作を行う前に行う始動準備動作を検出したときから前記始動操作を行うまでの間に、前記変圧器を調節して、前記バッテリーと前記補助バッテリーとの相互間で充放電させる制御を行うように構成されたことを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、変圧器を調節して、モータージェネレーターで発電された電力を充電するバッテリーと、このバッテリーと種類の異なる補助バッテリーとの相互間で充放電させるハイブリッド車両の制御方法において、
運転者がハイブリッドシステムを始動する始動操作を行う前に行う始動準備動作を検出したときから前記始動操作を行うまでの間に、前記変圧器を調節して、それらのバッテリー及び補助バッテリーとの相互間で充放電させることを特徴とする方法である。

なお、ここでいうバッテリーとしては、電圧が２４Ｖや４８Ｖに設定されたリチウムイオンバッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、あるいは、ニッケル水素バッテリーなどの高電圧バッテリーを例示できる。また、補助バッテリーとしては、電圧が１２Ｖに設定された鉛バッテリー（鉛蓄電池）などの低電圧バッテリーを例示できる。さらに、変圧器としては、ＤＣ／ＤＣコンバーターを例示できる。このＤＣ／ＤＣコンバーターとしては、バッテリーから放電された電力を降圧する降圧回路として機能するもの、補助バッテリーから放電された電力を昇圧する昇圧回路として機能するもの、あるいはその両方の回路として機能するものが例示できる。

また、ここでいう始動準備動作は、運転者がエンジンキーによりメインスイッチを入れてハイブリッドシステムを始動する前に行う動作のことである。この始動準備動作としては、ドアロックを解除する動作、ドアを開ける動作、あるいは、シートに座る動作などを例示できる。

さらに、ここでいう相互間で充放電させるとは、バッテリーから放電された電力を補助バッテリーに充電する、あるいは、補助バッテリーから放電された電力をバッテリーに充電することである。つまり、バッテリーから放電された電力を補助バッテリーに充電する場合は、変圧器を降圧回路として機能させて、バッテリーからの電力を降圧する。一方、補助バッテリーから放電された電力をバッテリーに充電する場合は、変圧器を昇圧回路として機能させて、補助バッテリーからの電力を昇圧する。

このハイブリッド車両及びその制御方法によれば、始動準備動作を検出したときに、バッテリーと補助バッテリーとの相互間で充放電させるようにしたことで、その充放電時に流れる電流によりバッテリーの内部温度を運転者がハイブリッドシステムを始動するよりも前に昇温することができる。これにより、運転者がハイブリッドシステムを始動する時には、バッテリーの内部温度が昇温していることになり、即座にハイブリッドシステムを稼動することができるので、ハイブリッドシステムの稼働率を向上できる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 本発明のハイブリッド車両の制御方法を例示するフロー図である。 本発明のハイブリッド車両の制御方法を例示するフロー図である。 高電圧バッテリーの内部温度と電流値との関係を例示する特性図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。

このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。また、このハイブリッドシステム３０は、バッテリーとして電圧が２４Ｖや４８Ｖに設定された高電圧バッテリー３２と、変圧器としてＤＣ／ＤＣコンバーター３３と、補助バッテリーとして電圧が１２Ｖに設定された低電圧バッテリー３４とを有している。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続す
るクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を通じてトランスミッション２０に伝達される。

トランスミッション２０で変速された回転動力は、プロペラシャフト２２を通じてデファレンシャル２３に伝達され、一対の駆動輪２４にそれぞれ駆動力として分配される。

ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、そのモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。このＤＣ／ＤＣコンバーター３３により、低電圧バッテリー３４に加えて、高電圧バッテリー３２からも、各種の車両電装品３６に電力を供給可能になっている。

なお、高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ニッケル水素バッテリーを例示できる。また、低電圧バッテリー３４としては、鉛バッテリー、電気二重層コンデンサを例示できる。加えて、変圧器は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電可能なＤＣ／ＤＣコンバーター３３に限定されない。変圧器としては、その他に、高電圧バッテリー３２から放電された電力を降圧する降圧回路としてのみ機能するもの、低電圧バッテリー３４から放電された電力を昇圧する昇圧回路としてのみ機能するものも例示できる。但し、高電圧バッテリー３２に充電された電力を車両電装品３６に供給可能にすることが望ましい。従って、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、少なくとも降圧回路としての機能を有することが望ましい。

また、このハイブリッドシステム３０の高電圧バッテリー３２における種々のパラメータ、例えば、内部温度、電流値、電圧値や充電容量（ＳＯＣ）などは、ＢＭＳ（バッテリーマネージメントシステム）３９により管理される。

モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。なお、２つのプーリー１５、１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限るものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０との間の伝達軸であっても良い。

このモータージェネレーター３１は、エンジン本体１１を始動するスターターモーター（図示せず）の代わりに、クランキングを行う機能も有している。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム３０は、制御装置８０により制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム３０は高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。

このＨＥＶの図示しないキャブの側部に形成されたドア１００には、このドア１００を施錠する施錠機構１０１を備えている。この施錠機構１０１としては、ドアロック及びアンロックを、鍵を鍵穴に差し込んで行う機械式、運転者が所有し、施錠機構１０１と通信可能な携帯機のボタンの入り切りで行うキーレスエントリー式、その携帯機が施錠機構１
０１に近接して通信可能になるだけで行うパッシブエントリー式などを例示できる。

このようなＨＥＶにおいて、制御装置８０が、運転者がハイブリッドシステム３０を始動する前に行う始動準備動作ＯＰ１として、施錠機構１０１のドアロックの解除動作を検出したときに、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３を調節して、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電させる制御を行うように構成される。

制御装置８０は、各種処理を行うＣＰＵ、その各種処理を行うために用いられるプログラムが一時的に格納されるＲＯＭ、処理結果を読み書き可能なＲＡＭ、および各種インターフェースなどから構成される。

この制御装置８０は、信号線を介してハイブリッドシステム３０のＤＣ／ＤＣコンバーター３３及びＢＭＳ３９に接続される。また、この制御装置８０は、信号線を介して施錠機構１０１に接続される。

制御装置８０は、複数の実行プログラムがＲＡＭに記憶されており、これらの実行プログラムがＣＰＵによりＲＡＭからＲＯＭに読み出されることで、それぞれ予め指定された処理を行う。この実行プログラムとしては、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３により電圧を昇圧及び降圧するプログラムを例示できる。

始動準備動作ＯＰ１は、運転者がハイブリッドシステム３０を始動する前に行う動作であり、運転者がエンジンキーやエンジンスタートボタンによりメインスイッチを入れて、ハイブリッドシステム３０を始動するまでの間に行う動作のことである。この始動準備動作ＯＰ１としては、施錠機構１０１によりドアロックを解除する動作を例示できる。なお、この始動準備動作ＯＰ１としては、この他に、ドア１００を開ける動作や運転者がシートに座る動作なども例示できる。

但し、この始動準備動作ＯＰ１としては、施錠機構１０１によりドアロックを解除する動作が好ましい。この施錠機構１０１によりドアロックを解除する動作は、例示した動作の中で、運転者がハイブリッドシステム３０を始動するまでの間の時間が最長になる。従って、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電させる時間も最長となるので、高電圧バッテリー３２の昇温に有利になる。

高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電においては、制御装置８０がＤＣ／ＤＣコンバーター３３により変圧を調節することで達成される。例えば、高電圧バッテリー３２の電圧は２４Ｖや４８Ｖに設定されており、一方、低電圧バッテリー３４の電圧は１２Ｖに設定されている。そこで、高電圧バッテリー３２から放電した電力を低電圧バッテリー３４に充電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３が降圧回路として機能して、高電圧バッテリー３２からの電力を降圧する。一方、低電圧バッテリー３４から放電した電力を高電圧バッテリー３２に充電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３が昇圧回路として作動し、低電圧バッテリー３４からの電力を昇圧する。つまり、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、その出力電圧を充電対象となる方の電圧よりも高くするように制御される。

以下、このＨＥＶの制御方法を、図２のフロー図を参照しながら制御装置８０の機能として以下に説明する。なお、この制御方法は、ＨＥＶが停車した状態で、運転者がそのＨＥＶに搭乗しようとして、施錠機構１０１によりドア１００のドアロックを解除したときに、開始されるものとする。つまり、この制御方法は、ドアロックの解除をトリガーにして処理される。

まず、ステップＳ１０では、制御装置８０が、ＢＭＳ３９から取得した高電圧バッテリー３２の充電容量Ｃｘが予め設定された充放電判定値Ｃａ以下か否かを判定する。充放電判定値Ｃａは、高電圧バッテリー３２に充填するか、あるいは高電圧バッテリー３２から放電するかを一意的に判定するための値である。

このステップＳ１０は、この実施形態が、相互間で充放電可能なＤＣ／ＤＣコンバーター３３を用いているために行うステップであり、省略することもできる。また、高電圧バッテリー３２の充電容量Ｃｘの代わりに、低電圧バッテリー３４の充電容量を用いてもよい。但し、低電圧バッテリー３４にスターターが接続されている場合には、エンジン１０の始動時にスターターを駆動可能とする充電容量を確保することが必要となる。

このステップＳ１０で、充電容量Ｃｘが充放電判定値Ｃａ以下と判定すると、ステップＳ２０へ進む。一方、充電容量Ｃｘが充放電判定値Ｃａ超と判定すると、ステップＳ４０へ進む。

次いで、ステップＳ２０では、制御装置８０が、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力電圧を高電圧バッテリー３２の電圧よりも高くして、昇圧回路として機能させる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３で、低電圧バッテリー３４から放電された電力を昇圧して、高電圧バッテリー３２に充電する。

次いで、ステップＳ３０では、制御装置８０が、終了条件が成立したか否かを判定する。この終了条件の成立は、以下の挙げる条件のうちのいずれかが成立した場合である。その条件としては、高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘが所定の温度まで昇温したか否か、高電圧バッテリー３２及び低電圧バッテリー３４の各電圧が所定値以下になったか否か、所定時間が経過したか否か、あるいは、運転者がハイブリッドシステム３０の始動操作を行ったか否かを例示できる。

このステップＳ３０で、終了条件が成立したと判定すると、この制御方法は完了する。一方、終了条件が成立していないと判定すると、ステップＳ２０へ戻る。

一方、ステップＳ４０では、制御装置８０が、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３の出力電圧を高電圧バッテリー３２の電圧よりも低く、かつ低電圧バッテリー３４の電圧よりも高くして、降圧回路として機能させる。そして、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３で、高電圧バッテリー３２から放電された電力を降圧して、低電圧バッテリー３４に充電する。

次いで、ステップＳ５０では、制御装置８０が、終了条件が成立したか否かを判定する。このステップＳ５０で、終了条件が成立したと判定すると、この制御方法は完了する。一方、終了条件が成立していないと判定すると、ステップＳ４０へ戻る。

以上のような制御を行うようにしたことで、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間における充放電時に流れる電流により高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘを、運転者がハイブリッドシステム３０を始動するよりも前に昇温することができる。これにより、運転者がハイブリッドシステム３０を始動する時には、高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘが昇温していることになり、即座にハイブリッドシステム３０を稼動することができるので、ハイブリッドシステム３０の稼働率を向上できる。

上記のＨＥＶにおいて、制御装置８０が、高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘをモニタリングするよう構成される。そして、制御装置８０が、始動準備動作ＯＰ１を検出し、かつ、検出した時の高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘが予め設定された昇温判定値Ｔ
ａ未満の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３を調節して、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電させる制御を行うように構成されることが望ましい。

昇温判定値Ｔａは、高電圧バッテリー３２の充放電特性が低い、つまり、規定された電圧が出力できない状態を判定可能な値に設定される。この昇温判定値Ｔａは、バッテリーの種類やセル数により異なり、予め実験や試験により求めておく。高電圧バッテリー３２としてリチウムイオンバッテリーを用いる場合の昇温判定値Ｔａとしては、１０℃以上の値を例示できる。

以下、このＨＥＶの制御方法を、図３のフロー図を参照しながら制御装置８０の機能として以下に説明する。なお、図２と同様のステップについては、同符号を用いることとして、その説明は省略する。

運転者がそのＨＥＶに搭乗しようとして、施錠機構１０１によりドア１００のドアロックを解除したときに、スタートした直後のステップＳ６０では、制御装置８０が、ＢＭＳ３９から取得した高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘが昇温判定値Ｔａ以下か否かを判定する。このステップＳ６０で、内部温度Ｔｘが昇温判定値Ｔａ以下と判定すると、ステップＳ１０へ進み、図２と同様のステップを処理する。一方、内部温度Ｔｘが昇温判定値Ｔａ超と判定すると、この制御方法は完了する。

以上のように、高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘが昇温判定値Ｔａ超の場合には、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電しないので、この充放電による電力の損失を抑制できる。そのため、高電圧バッテリー３２及び低電圧バッテリー３４の充電容量の維持に有利になる。

さらに、上記のＨＥＶにおいて、制御装置８０が、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３を調節して、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電させるときに、高電圧バッテリー３２の内部温度Ｔｘに基づいた電流値Ｉｘで充放電させる制御を行うように構成されることが望ましい。

図４は、内部温度Ｔｘと電流値Ｉｘとの関係を示す特性図である。

高電圧バッテリー３２から放電される電力、あるいは高電圧バッテリー３２に充電される電力の電流値Ｉｘは、ＢＭＳ３９により設定されている。これに関して、上記のような高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との相互間で充放電する場合には、高電圧バッテリー３２の電流値Ｉｘは、内部温度Ｔｘに応じて設定される。

内部温度Ｔｘが、低温の内部温度Ｔ１の場合には、電流値Ｉ１は大きくなる。一方、高温の内部温度Ｔ２の場合には、電流値Ｉ２は小さくなる。

このように、高電圧バッテリー３２を、その内部温度Ｔｘに基づいた電流値Ｉｘで充放電させることで、内部温度Ｔｘを効率良く昇温できるので、ハイブリッドシステム３０の稼働率の向上に有利になる。

１０ エンジン
３０ ハイブリッドシステム
３１ モータージェネレーター
３２ 高電圧バッテリー
３３ ＤＣ／ＤＣコンバーター
３４ 低電圧バッテリー
８０ 制御装置
ＯＰ１ 始動準備動作

Claims (6)

1. エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーター、このモータージェネレーターに電気的に接続されたバッテリー、このバッテリーに充電された電力を変圧する変圧器、及び、前記変圧器に電気的に接続されて、前記バッテリーとは異なる種類の補助バッテリーを有するハイブリッドシステムと、制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、
   前記制御装置が、運転者が前記ハイブリッドシステムを始動する始動操作を行う前に行う始動準備動作を検出したときから前記始動操作を行うまでの間に、前記変圧器を調節して、前記バッテリーと前記補助バッテリーとの相互間で充放電させる制御を行うように構成されたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記バッテリーが、リチウムイオンバッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ニッケル水素バッテリーのいずれかで構成され、
   前記補助バッテリーが、鉛バッテリーで構成された請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置が、前記バッテリーの内部温度をモニタリングし、前記始動準備動作を検出し、かつ、前記バッテリーの内部温度が予め設定された昇温判定値未満の場合に、前記変圧器を調節して、前記バッテリーと前記補助バッテリーとの相互間で充放電させる制御を行うように構成された請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記制御装置が、前記変圧器を調節して、前記バッテリーと前記補助バッテリーとの相互間で充放電させるときに、前記バッテリーの内部温度に基づいた電流値で充放電させる制御を行うように構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
5. 前記制御装置が、前記始動準備動作として当該ハイブリッド車両のドアロックの解除動作を検出するように構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
6. 変圧器を調節して、モータージェネレーターで発電された電力を充電するバッテリーと、このバッテリーと種類の異なる補助バッテリーとの相互間で充放電させるハイブリッド車両の制御方法において、
   運転者がハイブリッドシステムを始動する始動操作を行う前に行う始動準備動作を検出したときから前記始動操作を行うまでの間に、前記変圧器を調節して、それらのバッテリー及び補助バッテリーとの相互間で充放電させることを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。