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(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】
(24)【登録日】2025-01-23
(45)【発行日】2025-01-31
(54)【発明の名称】制御装置
(51)【国際特許分類】
   B60W 10/06 20060101AFI20250124BHJP
   B60K 6/46 20071001ALI20250124BHJP
   B60W 10/08 20060101ALI20250124BHJP
   B60W 20/00 20160101ALI20250124BHJP
   B60L 50/61 20190101ALI20250124BHJP
   B60L 58/12 20190101ALI20250124BHJP
【FI】
B60W10/06 900
B60K6/46 ZHV
B60W10/08 900
B60W20/00 900
B60L50/61
B60L58/12
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2021169005
(22)【出願日】2021-10-14
(65)【公開番号】P2023059093
(43)【公開日】2023-04-26
【審査請求日】2023-02-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000002967
【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】有村 絢太
(72)【発明者】
【氏名】増田 貴行
(72)【発明者】
【氏名】前田 聡司
【審査官】結城 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第203157693(CN,U)
【文献】中国特許出願公開第103072461(CN,A)
【文献】特開2008-247128(JP,A)
【文献】特開2004-215404(JP,A)
【文献】国際公開第2021/075227(WO,A1)
【文献】特表2020-514178(JP,A)
【文献】特開2015-067008(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60W 10/00-20/50,
B60K 6/20- 6/547,
B60L 1/00- 3/12, 7/00-13/00,
B60L 15/00-58/40
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2019-001212号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【発明の効果】
【0009】
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。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
<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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
<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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【符号の説明】
【0052】
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)
図1
図2
図3