特許 6359449 ハイブリッド車両の電気アーキテクチャ、ハイブリッド車両、および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6359449

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】ハイブリッド車両の電気アーキテクチャ、ハイブリッド車両、および制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/13 20160101AFI20180709BHJP

   B60W 20/40 20160101ALI20180709BHJP

   B60K 6/442 20071001ALI20180709BHJP

   B60K 6/547 20071001ALI20180709BHJP

   B60K 6/36 20071001ALI20180709BHJP

   B60K 6/28 20071001ALI20180709BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20180709BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20180709BHJP

   B60W 10/10 20120101ALI20180709BHJP

   B60L 11/12 20060101ALI20180709BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   B60W20/13

   B60W20/40

   B60K6/442ZHV

   B60K6/547

   B60K6/36

   B60K6/28

   B60W10/06 900

   B60W10/08 900

   B60W10/10 900

   B60L11/12

   B60L11/18 A

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-517877(P2014-517877)

(86)(22)【出願日】2012年5月25日

(65)【公表番号】特表2014-521541(P2014-521541A)

(43)【公表日】2014年8月28日

(86)【国際出願番号】FR2012051190

(87)【国際公開番号】WO2013001194

(87)【国際公開日】20130103

【審査請求日】2015年4月15日

(31)【優先権主張番号】1155753

(32)【優先日】2011年6月28日

(33)【優先権主張国】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ヴィニョン， アントワーヌ

(72)【発明者】

【氏名】フレモー， ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ランディ， シド−アリ

【審査官】 田中 将一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０５４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３７３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１１８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８２２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２８５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２０８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９２２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６４６８９６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／２０ − ６／５４７

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

Ｂ６０Ｗ １０／００ − ２０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流発電機（２１）を駆動する内燃機関（１９）と、
前記内燃機関（１９）のスタータ（２４）とハイブリッド車両の車載ネットワーク（２３）とに接続された、低電圧車載バッテリー（２２）を再充電する、前記交流発電機（２１）と、
高電圧トラクションバッテリー（１８）によって動力供給される電気機械（７）と、
結合手段（５）を有するハイブリッド変速機（１７）であって、
前記結合手段（５）が、第１、第２、および第３の位置のうち少なくとも１つ、すなわち、
前記内燃機関（１９）及び前記電気機械（７）を車輪に接続するドライブトレインから前記内燃機関（１９）が結合解除された前記第１の位置、
前記電気機械（７）からの補助力の有無にかかわらず前記内燃機関（１９）によって前記車輪が駆動される前記第２の位置、および
前記車輪に向かうそれぞれのトルクを合成するように、前記内燃機関（１９）と前記電気機械（７）とが結合された前記第３の位置、
を占めることができる、ハイブリッド変速機（１７）とを備える、ハイブリッド車両の電気的アーキテクチャにおいて、
前記内燃機関（１９）と前記交流発電機（２１）とが、電気モードにおける前記電気機械（７）のエネルギー必要量を供給することが可能な発電機セットを構成し、
当該発電機セットは、高電圧交流発電機、すなわち変圧器のリレーなしに、前記トラクションバッテリー（１８）に直接接続可能な、巻き直しされた交流発電機であり、
当該交流発電機（２１）は、変圧器（２６）と前記トラクションバッテリー（１８）との間で、当該トラクションバッテリー（１８）に接続しており、
前記交流発電機（２１）は、少なくとも車両が動き出し、低速度で進むときに、前記トラクションバッテリー（１８）のエネルギー必要量を満たす、補強された交流発電機（２１）であり、
前記内燃機関（１９）によって駆動される前記交流発電機（２１）からの電力によって再充電される前記トラクションバッテリー（１８）によって、駆動エネルギー源としての前記電気機械（７）に給電することができることを特徴とする、電気的アーキテクチャ。

【請求項2】

前記交流発電機（２１）が、前記トラクションバッテリー（１８）に直接接続可能な高電圧交流発電機であることを特徴とする、請求項１に記載の電気的アーキテクチャ。

【請求項3】

前記交流発電機（２１）が、前記変圧器（２６）と前記トラクションバッテリー（１８）との間で前記トラクションバッテリー（１８）に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の電気的アーキテクチャ。

【請求項4】

電気的アーキテクチャが請求項１乃至３のいずれか１項にあてはまることを特徴とする、ハイブリッド車両。

【請求項5】

前記車両が電気モードで動いている間に、前記内燃機関（１９）が、前記トラクションバッテリー（１８）を再充電するための発電機として使用されることを特徴とする、請求項４に記載のハイブリッド車両の制御方法。

【請求項6】

前記車両が電気モードで動き出しているときに、前記内燃機関（１９）が、前記トラクションバッテリー（１８）を再充電するための発電機として使用される、請求項５に記載のハイブリッド車両の制御方法。

【請求項7】

前記内燃機関（１９）を前記車輪に結合する場合の速度しきい値まで、前記電気機械（７）を唯一の駆動エネルギー源として使用する、請求項５または６に記載のハイブリッド車両の制御方法。

【請求項8】

前記電気機械（７）が、所定の速度しきい値を超えるとハイブリッドモードまたは燃焼モードに移ることができる前記所定の速度しきい値まで、唯一の駆動エネルギー源として使用されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド変速機を介して車両の車輪に接続された駆動内燃機関と電気機械とを備える車両の電気アーキテクチャに関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、内燃機関が、内燃機関のスタータと車両の車載ネットワークとに接続された低電圧車載バッテリーを再充電する交流発電機を駆動し、電気機械が、ニュートラルにおいて内燃機関によって回生され得る高電圧トラクションバッテリーによって電力供給される、ハイブリッド車両の電気アーキテクチャを対象とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、車両の車輪に接続されたセカンダリシャフト上へと下降する少なくとも１つのピニオンを各々が組み込んでいる２つの同心のプライマリシャフトを備えるハイブリッド変速機を装備した車両であって、
− 電気機械を車輪に接続するドライブトレインから内燃機関を結合解除すること、
− 電気機械からの補助力の有無にかかわらず内燃機関によって車輪を駆動すること、あらいは、さらに、
− 車輪に向かうそれぞれのトルクを合成するように、内燃機関と電気機械とを結合すること
が可能になる、車両に対する好適な適用例を開示する。

【0004】

本発明は、そのような電気的アーキテクチャを備えるハイブリッド車両、およびその制御方法に関する。

【0005】

ハイブリッド変速機の主要な利点は、車両のドライブトレインが、２つのエネルギー源である燃焼および電気から恩恵を受けることができ、また電気機械がトラクショントレインにトルクを供給しない「完全燃焼モード」または内燃機関がトラクショントレインにトルクを供給しない「完全電気モード」のいずれかにおいて、それらを別々に使用することができることである。また、スタータとして電気モータを使用して車両の停止状態から、または車両が動いているときに内燃機関を始動させる能力、あるいは、バッテリーを充電するために発電機として電気モータを使用する能力のような他の機能も必要である。

【0006】

バッテリーの自律性および充電の問題は、ハイブリッド車両における重要な問題である。完全に放電されたトラクションバッテリーを再充電するためには、車両の延長された移動不能状態または電荷チェックストラテジーの失敗のいずれかに起因して、従来のハイブリッド車両は、内燃機関を使用して発電機としてトラクション機械を動作させるために車両の停止を強いる「ロードサイド充電」にしか頼ることができない。

【0007】

本発明は、車両のトラクションバッテリーが完全に放電した場合に低速度でトラクション機械のエネルギー必要量を供給することによって、この欠点をなくすことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的のために、本発明は、電気モードで電気機械のエネルギー必要量を供給することが可能な低コストの発電機セットを構成する内燃機関と車載バッテリーを充電する交流発電機とを提案する。

【0009】

トラクションバッテリーと車載バッテリーとは、好ましくは、トラクションバッテリーと車載バッテリーとの間の電圧を低減することを可能にする変圧器を介して接続される。

【0010】

第１の実施形態では、変圧器は、可逆的機能を有し、また、車載バッテリーからトラクションバッテリーの方向に循環する充電電流の電圧を上げることも可能である。

【0011】

第２の実施形態では、交流発電機は、電圧整流システムまたは電圧調整システムと関連するかどうかにかかわらず、トラクションバッテリーに直接接続可能な（たとえば、その巻線型回転子によって低電圧または高電圧に制御することが可能な）高電圧交流発電機である。

【0012】

本発明の他の特性および利点は、添付の図面を参照して、実施形態に関する以下の記載を読むと明らかになるが、その実施形態によって制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ニュートラルのハイブリッド変速機の一例におけるハイブリッド車両のトラクションバッテリーの回生を示す図である。

【図2】この変速機の異なる機能候補を示す図である。

【図3】この変速機の異なる機能候補を示す図である。

【図4】この変速機の異なる機能候補を示す図である。

【図5】この変速機の異なる機能候補を示す図である。

【図6】この変速機の異なる機能候補を示す図である。

【図7】この変速機の異なる機能候補を示す図である。

【図8】当該変速機に適した第１の電気アーキテクチャを示す図である。

【図9】本発明の第１の実施形態を示す図である。

【図10】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１〜図７の変速機１７は、濾過システム２（ダンパーハブ、「ダンパー」、ダブルフライホイールなど）を介して内燃機関（図示せず）の慣性フライホイール３に直接接続された中実のプライマリシャフト１を備える。中実のシャフト１は、第１の結合システム５（噛合いクラッチ、シンクロナイザー、または革新的か否かにかかわらず別のタイプのカプラー）を介してシャフト１に接続することが可能なアイドラー４を支持する。中空のプライマリシャフト６は、電気機械７のロータに接続される。セカンダリシャフト１０は、２つのアイドラー１１および１２を支持する。両方のアイドラー１１、１２を、第２の結合システム１３（噛合いクラッチ、シンクロナイザー、または革新的か否かにかかわらず別のタイプのカプラー）を介してプライマリシャフトに接続することができる。また、セカンダリシャフト１０は、固定されたピニオン１４と、車両の車輪（図示せず）に接続されたディファレンシャル１６の方向に下がるピニオン１５とを支持する。

【0015】

第１の結合手段５は、
− 内燃機関は電気機械７を車輪に接続するドライブトレインから結合解除される（ポジション１）、
− 内燃機関は電気機械からの補助力の有無にかかわらず車輪を駆動する（ポジション２）、および
− 内燃機関および電気機械７は車輪に向かうそれぞれのトルクを合成するように結合される（ポジション３）、
の少なくとも３つのポジションを占め得る。

【0016】

図１では、第１の結合システムは、ポジション３であり、図５および図６でも同様であり、すなわち、第１の結合システムは、中実のプライマリシャフト１と中空のプライマリシャフト６とを順番に接続する。第２の結合システム１３は、開いている。したがって、変速機は「ニュートラル」である。回転している内燃機関は、電気機械を駆動することができ、電気機械は次いで、移動不能となった車両のバッテリーを再充電するための発電機として機能する。

【0017】

図２では、第１の結合システム５は開いている（ポジション１）が、第２の結合システム１３は、低い比のアイドラー１２がセカンダリシャフト１０と一体になるように閉じている。変速機は、低い比または第１の前進駆動比の電気モードである。

【0018】

図３では、第１の結合システム５は、依然として開いている（ポジション１）が、第２の結合システム１３は、中間比のアイドラー１１がセカンダリシャフト１０と一体になるように閉じている。変速機は、中間比または第２の前進駆動比の電気モードである。

【0019】

図４では、第１の結合システム５は、中実のシャフト１によって支持されたアイドラー４が中実のシャフト１と一体となるようにポジション２で閉じているが、第２の結合手段１３は開いている。変速機は、高い比または第３の比である。電気機械は、いかなるトルクも供給しない。

【0020】

図５では、第１の結合手段５は、中実のシャフト１が中空のシャフト６と一体になるようにポジション３で閉じている。第２の結合システム１３は、低い比のアイドラー１２とセカンダリシャフト１０とが一体となるように閉じている。変速機は、低い比のハイブリッドモードである。内燃機関および電気機械からの入力は、ドライブトレイン上で合成される。それらは、ピニオン８、１２の下降によって中空のプライマリシャフト６からセカンダリシャフトに伝達される。

【0021】

図６では、第１の結合手段５は、図５と同様に、依然としてポジション３で閉じている。したがって、中実のプライマリシャフト１は、中空のプライマリシャフト６と一体である。第２の結合システム１３もまた閉じており、中間比のアイドラー１１は、セカンダリシャフト１０と一体である。変速機は、中間比のハイブリッドモードである。内燃機関および電気機械からの入力は、ドライブトレイン上で合成される。

【0022】

図７では、第１の結合システム５は、ポジション２で閉じており、中実のプライマリシャフト１上に支持されたアイドラー４が中実のプライマリシャフト１と一体になる。さらに、第２の結合手段１３は、中間比のアイドラー１１がセカンダリシャフト１０と一体になるように閉じている。変速機は、内燃機関および電気機械からの入力を合成させ、高い比のハイブリッドモードである。

【0023】

図８には、上記のもののようなハイブリッド変速機１７が概略的に示されており、プライマリシャフト１、６と、セカンダリシャフト１０と、内燃機関１９および電気機械７とを認識することが可能である。電気機械７は、トラクションバッテリー１８に電気的に接続されている。内燃機関１９は、車載バッテリー２２を再充電し、車載ネットワーク２３と内燃機関１９のスタータ２４とに給電する交流発電機２１を駆動する。交流発電機２１は、車載バッテリーに低電圧電流を供給する。一方、内燃機関１９とトラクションバッテリー１８との間で循環する電流は、高電圧電流である。トラクションバッテリーから車載バッテリー２２を再充電することを可能にするために、変圧器２６がそれらの間に設置される。変圧器２６は、トラクションバッテリー１８から車載バッテリー２２の方向に循環している電流の電圧を低減するが、車載バッテリー２２からトラクションバッテリー１８の方向に循環し得る充電電流は存在しない。したがって、トラクションバッテリー１８は、変速機が図１に示されるようにニュートラルである状態で、発電機として機能している内燃機関によって「道路脇（ロードサイド）」に停止して再充電することができるが、車載バッテリー２２によって再充電することはできない。

【0024】

図９では、２つのバッテリー１８、２２は、依然として、変圧器２６を介して接続されている。しかしながら、変圧器２６は、この時、トラクションバッテリー１８と車載バッテリー２２との間の電圧を低減することだけでなく、車載バッテリー２２からトラクションバッテリー１８の方向に来た充電逆電流の電圧を上げることも可能な可逆的変圧器である。したがって、電流は、２つのバッテリー間で両方向に循環することができる。さらに、交流発電機は、少なくとも車両が動き出し、低速度で進むときに、トラクションバッテリーのエネルギー必要量を満たすことを可能にするために補強されている。したがって、内燃機関と交流発電機とは、電気モードにおいて車両が動き出し低速度で進むときに電気機械のエネルギー必要量を供給することが可能な発電機セットを構成する。

【0025】

図１０では、交流発電機２１は、高圧交流発電機、たとえば、変圧器のリレーなしに、トラクションバッテリー１８に直接接続可能な巻き直された交流発電機である。依然としてアーキテクチャには変圧器のリレーが存在する。しかしながら、交流発電機２１は、この時、変圧器２６とトラクションバッテリー１８との間でトラクションバッテリー１８に接続している。前述のように、内燃機関１９と交流発電機２１とは、電気モードにおいて車両が動き出し低速度で移動するときに電気機械７のエネルギー必要量を供給することが可能な発電機セットを構成する。しかしながら、車載バッテリー２２は、トラクションバッテリー１８の充電回路の外側にあり、変圧器は、トラクションバッテリーからの車載バッテリーの充電が起こり得る場合にのみ介入する。したがって、可逆性である必要はない。

【0026】

内燃機関は、（原則として、車載バッテリーによって動力供給されるスタータの助けを借りて）始動するときには、電気モードにおいて車両を動き出させ、ある特定の速度しきい値まで電気モードで進ませることが可能である。次いで、内燃機関は、電気モードでは、車載バッテリーを介して、トラクションバッテリーのための再充電発電機として使用されるが、全駆動エネルギーは電気機械７によって供給される。この機能は、典型的には、「シリーズハイブリッド」車両のものであるが、変速機は、初めから、内燃機関と電気機械の両方が車輪に機械エネルギーを伝達する「パラレルハイブリッド」のものとして設計される。それにより、車両を停止状態から動き出させ、低速度で進ませることができるようになる。車両が、変速機を介して内燃機関を車輪に接続するのに十分な変位速度になるとすぐに、たとえば、あるモードを別のモードに変更することができ、たとえば、内燃機関が車輪に結合されている燃焼モード（図４）またはハイブリッドモード（図５または図６）に切り換えることができる。

【0027】

本発明により、トラクションバッテリーが完全に放電した場合に、トラクションバッテリーによって給電される駆動エネルギー源として電気機械を使用することによって、「シリーズハイブリッド」と呼ばれる補助的な機能モードで変速機を利用することが可能になり、トラクションバッテリーは、発電機として機能している内燃機関によって再充電される。この補助モードは、たとえば、第２の機械のための制御インバータを設ける必要がなく、電圧の調整に関連して、高電圧に交流発電機を巻き直すことによって、適度なコストで実装することができる。変速機の機械ユニットおよび電気ユニットの寸法決定に応じて、「シリーズハイブリッド」と呼ばれるこの機能モードは、少なくとも第１の低い変速比で速度しきい値までの運転が可能であり、それを超えると、電気機械の駆動エネルギーまたはハイブリッドモードで合成される電気機械の駆動エネルギーが駆動源として使用され、または内燃機関が唯一の駆動源として使用される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】