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JP2009248888A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

ハイブリッド車両の制御装置 Download PDF

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JP2009248888A
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Shigeki Kinomura
茂樹 木野村
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Abstract

【課題】電池の暖機を促進して、エンジンを早期に停止することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、エンジンの出力により発電を行うモータジェネレータと、電池を暖機するための電池暖機用ヒータと、を備えるハイブリッド車両に対して制御をおこなうために好適に利用される。ここで、電池とは、例えば駆動用のバッテリである。ハイブリッド車両の制御装置は、制御手段を有し、当該制御手段は、ハイブリッド車両の停車時またはEV走行時に、前記モータジェネレータにより発電された電力により前記電池暖機用ヒータを作動させる。このようにすることで、電池の暖機を促進することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、ハイブリッド車両に対して制御を行うハイブリッド車両の制御装置に関する。
従来から、エンジンのアイドル回転時にモータ(発電機)の回生作動によって回生エネルギーを発電させる技術が提案されている。例えば、特許文献1には、アイドル時にエンジン回転数を高めてモータでの発電量を増加させることによって、加熱器を作動させる技術が記載されている。このような制御を行っているのは、アイドル時にバッテリ容量が不足している場合に、加熱器を適切に作動させるためである。
特開平6−42343号公報
しかしながら、上記した特許文献1に記載された技術では、車室内を暖機する場合、電池を暖機する場合についてまで考慮されていない。また、車室内の暖機が完了したとしても、電池の暖機が完了しない場合には、エンジンを停止することができない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電池の暖機を促進して、エンジンを早期に停止することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
本発明の1つの観点では、エンジンと、前記エンジンの出力により発電を行うモータジェネレータと、電池を暖機するための電池暖機用ヒータと、を備えるハイブリッド車両に対して制御を行うハイブリッド車両の制御装置は、前記ハイブリッド車両の停車時またはEV走行時に、前記モータジェネレータにより発電された電力により前記電池暖機用ヒータを作動させる制御手段を備える。
上記のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、前記エンジンの出力により発電を行うモータジェネレータと、電池を暖機するための電池暖機用ヒータと、を備えるハイブリッド車両に対して制御をおこなうために好適に利用される。ここで、電池とは、例えば駆動用のバッテリである。ハイブリッド車両の制御装置は、例えばECU(Electronic Control Unit)などの制御手段を有している。制御手段は、前記ハイブリッド車両の停車時またはEV走行時に、前記モータジェネレータにより発電された電力により前記電池暖機用ヒータを作動させる。このようにすることで、電池の暖機を促進することができる。
上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様は、前記ハイブリッド車両は、車室を暖房するための車室内用ヒータを備え、前記制御手段は、暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとに応じて、前記電池暖機用ヒータと前記車室内用ヒータとへの、前記モータジェネレータにより発電された電力の配分割合を設定する。このようにすることで、電池暖機用ヒータと車室内用ヒータとの両方を効率よく作動させることができ、エンジンの停止を早めて、燃費の向上を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
[車両の構成]
まず、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を適用したハイブリッド車両について、図1を参照して説明する。
図1は、ハイブリッド車両100の概略構成を示す図である。ハイブリッド車両100は、主に、エンジン(内燃機関)1と、車軸2と、車輪3と、モータ(モータジェネレータ)MG1、MG2と、プラネタリギヤ4と、インバータ5と、バッテリ6と、車室内用ヒータ7と、電池用ヒータ8と、ECU(Electronic Control Unit)20と、を備える。
車軸2は、エンジン1及びモータMG2の動力を車輪3に伝達する動力伝達系の一部である。車輪3は、ハイブリッド車両100の車輪であり、説明の簡略化のため、図1では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン1は、ガソリンエンジンなどによって構成され、ハイブリッド車両100の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン1は、ECU20によって種々の制御が行われる。具体的には、ECU20は、エンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。
モータMG1は、主としてバッテリ6を充電するための発電機、或いはモータMG2に電力を供給するための発電機として機能するように構成されており、エンジン1の出力により発電を行う。また、モータMG2は、主としてエンジン1の出力をアシスト(補助)する電動機として機能するように構成されている。ハイブリッド車両が電気走行(EV走行)する場合には、エンジン1を駆動源とせずに、モータMG2を駆動源として走行する。これらのモータMG1及びモータMG2は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。プラネタリギヤ(遊星歯車機構)4は、エンジン1の出力をモータMG1及び車軸2へ分配することが可能に構成され、動力分割機構として機能する。
インバータ5は、バッテリ6と、モータMG1及びモータMG2との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ5は、バッテリ6から取り出した直流電力を交流電力に変換して、或いはモータMG1によって発電された交流電力をそれぞれモータMG2に供給すると共に、モータMG1によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ6に供給することが可能に構成されている。
バッテリ6は、モータMG1及びモータMG2を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。以下では、バッテリ6を単に「電池」と称することもある。電池温度センサ6bは、電池6の温度(電池温度)を検出するセンサであり、検出された電池温度に対応する検出信号をECU20に送信する。電池用ヒータ8は、例えば、抵抗加熱器やペルチェヒータであり、供給される電力によって熱を発し、電池6を暖機する装置である。
車室内用ヒータ7は、供給される電力によって熱を発し、車室内を暖房する装置である。車室内温度センサ7bは、ハイブリッド車両100の車室内の温度を検出するセンサであり、検出された車室内の温度に対応する検出信号をECU20に送信する。
ECU20は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を備え、ハイブリッド車両100の動作全体を制御する電子制御ユニットである。本実施形態では、ECU20は、ハイブリッド車両100の停車時またはEV走行時に、モータMG1により発電された電力により電池用ヒータ8を作動させる。これにより、電池6の暖機を促進することができる。
以上に述べたことから分かるように、ECU20は、本発明におけるハイブリッド車両の制御装置として機能する。具体的には、ECU20は、本発明における制御手段として動作する。
なお、上記では、エンジン1に対する制御、及びモータMG1、MG2などに対する制御の両方を、ECU20が実行する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、エンジン1に対する制御を行うECUと、モータMG1、MG2などに対する制御を行うECUとが別個に存在する場合には、これらのECUが協調して、前述したような制御などを実行することができる。
[電池の暖機]
まず、電池6の暖機方法について具体的に説明する。先にも述べたように、本実施形態では、ECU20は、ハイブリッド車両100の停車時またはEV走行時に、モータMG1により発電された電力により電池用ヒータ8を作動させる。具体的には、ECU20は、ハイブリッド車両100の停車時またはEV走行時において、電池6の暖機要求(以下、「電池暖機要求」と称する)があるか否かを判定し、電池暖機要求がある場合には、エンジン1を停止せずに、モータMG1により発電された電力により電池用ヒータ8を作動させる。
このようにする理由は、電池温度が比較的低温の場合には、電池6の充放電特性が悪化するからであり、電池6の充放電特性の悪化を防ぐことが可能な温度にまで、電池温度を上昇させる必要があるからである。
詳しくは、ECU20は、ハイブリッド車両100の停車時またはEV走行時において、電池温度センサ6bからの検出信号に基づいて、電池温度がエンジン停止許可電池温度よりも低いか否かを判定する。エンジン停止許可電池温度は、電池6の充放電特性の悪化を防ぐことが可能な温度であり、予め実験などにより求められ、ECU20のROMなどに記録されている。
ECU20は、電池温度がエンジン停止許可電池温度よりも低いと判定した場合には、電池暖機要求があると判定する。このとき、ハイブリッド車両100が停車またはEV走行している状態であっても、ECU20は、エンジン1を停止せずに、エンジン1の出力によりモータMG1を発電させ、モータMG1により発電された電力により電池用ヒータ8を作動させる。そして、ECU20は、電池温度センサ6bからの検出信号に基づいて、電池温度がエンジン停止許可電池温度に到達したと判定した場合には、電池6の暖機が完了したと判定して、エンジン1を停止させる。以上に述べたようにすることで、電池6の暖機を促進することができる。
[制御方法]
次に、ハイブリッド車両100が停車またはEV走行している状態において、電池暖機要求だけでなく、車室内の暖房要求もある場合の制御方法について説明する。この場合、ECU20は、ハイブリッド車両100が停車またはEV走行している状態であっても、エンジン1を停止せずに、エンジン1の出力によりモータMG1を発電させ、モータMG1により発電された電力により車室内用ヒータ7及び電池用ヒータ8を作動させる。
図2(a)〜(e)は、電池暖機要求の度合い及び車室内の暖房要求の度合いを考慮しない場合における、車室内温度、車室内用ヒータ7の電力、電池温度、電池用ヒータ8の電力、エンジン停止許可フラグ、の夫々についての時間に対する変化を示すグラフである。図2において、車室内温度の初期温度をTsiとし、電池温度の初期温度をTdiとしている。
モータMG1により発電した電力は、車室内用ヒータ7及び電池用ヒータ8の両方に供給される。具体的には、モータMG1により発電した電力は、車室内温度がエンジン停止許可室温に到達し、かつ、電池温度がエンジン停止許可電池温度に到達するまで、車室内用ヒータ7と電池用ヒータ8との両方に供給される。ここで、エンジン停止許可室温とは、暖房要求を満たす車室内温度であり、例えば、運転者等により設定される。
電池暖機要求の度合い及び車室内の暖房要求の度合いを考慮しない場合、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの、モータMG1により発電された電力の配分割合は、予め設定された配分割合のまま変化しない。図2に示す例では、電池用ヒータ8に供給される電力Ps1は、車室内用ヒータ7に供給される電力Pd1よりも大きくなるように設定されている。このとき、図2に示すように、車室内温度が初期温度Tsiからエンジン停止許可室温Tsmに到達するまでの時間ta1と比較して、電池温度が初期温度Tdiからエンジン停止許可電池温度Tdmに到達するまでの時間ta2は長くなる。そのため、車室内温度がエンジン停止許可室温Tsmに到達した場合であっても、電池温度がエンジン停止許可電池温度Tdmに到達するまで、エンジン停止許可フラグはオンにならないため、エンジン1を停止させるのに時間がかかり、燃費が悪化してしまう。
そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ECU20は、車室内の暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとに応じて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの、モータMG1により発電された電力の配分割合を設定することとする。以下、図3を用いて具体的に説明する。
図3(a)〜(e)は、電池暖機要求の度合い及び車室内の暖房要求の度合いを考慮した場合における、車室内温度、車室内用ヒータ7の電力、電池温度、電池用ヒータ8の電力、エンジン停止許可フラグ、の夫々についての時間に対する変化を示すグラフである。
ECU20は、当初、図2の場合と同様、車室内用ヒータ7に供給される電力をPs1とし、電池用ヒータ8に供給される電力をPd1(<Ps1)としている。しかし、ECU20は、例えば所定時間毎に、車室内の暖房要求の度合い及び電池暖機要求の度合いを求め、これらに基づいて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの電力の配分割合を設定し直すこととする。図3に示す例では、ECU20は、時間tb1経過時に、暖房要求の度合い及び電池暖機要求の度合いを求めるとし、暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとの比率に応じて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの電力の配分割合を設定し直している。
具体的には、ECU20は、時間tb1経過時において、車室内温度センサ7bからの検出信号に基づいて、車室内温度Ts1を検出し、エンジン停止許可室温Tsmと車室内温度Ts1とに基づいて、暖房要求の度合いを求める。暖房要求の度合いの求め方としては、例えば、ECU20は、エンジン停止許可室温と検出された車室内温度との間の温度差に対する、暖房要求の度合いを示すマップ(以下、「暖房要求マップ」と称する)を予め保持しておく。暖房要求マップは、エンジン停止許可室温と検出された車室内温度との間の温度差が大きくなればなるほど、暖房要求の度合いが大きくなるように設定されている。ECU20は、検出された車室内温度Ts1、及び、エンジン停止許可室温Tsm、に基づいて、暖房要求マップより、暖房要求の度合いを求める。即ち、ECU20は、温度差Tsm−Ts1に対応する暖房要求の度合いを、暖房要求マップより求める。
同様にして、ECU20は、時間tb1経過時において、電池温度センサ6bからの検出信号に基づいて、電池温度Td1を検出し、エンジン停止許可電池温度Tdmと電池温度Td1とに基づいて、電池暖機要求の度合いを求める。電池暖機要求の度合いの求め方としては、例えば、ECU20は、エンジン停止許可電池温度と検出された電池温度との間の温度差に対する、電池暖機要求の度合いを示すマップ(以下、「電池暖機要求マップ」と称する)を予め保持しておく。電池暖機要求マップは、エンジン停止許可電池温度と検出された電池温度との間の温度差が大きくなればなるほど、電池暖機要求の度合いが大きくなるように設定されている。ECU20は、検出された電池温度Td1、及び、エンジン停止許可電池温度Tdm、に基づいて、電池暖機要求マップより、電池暖機要求の度合いを求める。即ち、ECU20は、温度差Tdm−Td1に対応する電池暖気要求の度合いを、電池暖機要求マップより求める。
その結果として、図3に示す例では、時間tb1経過時において、電池暖機要求の度合いの方が暖房暖機要求の度合いよりも大きくなっていると判定されたため、車室内用ヒータ7に供給される電力はPs1よりも低下させたPs2とされ、電池用ヒータ8に供給される電力はPd1よりも増加させたPd2(>Ps2)とされる。これにより、時間tb2経過時に、車室内温度はエンジン停止許可室温Tsmに到達するとともに、電池温度もエンジン停止許可電池温度Tdmに到達して、エンジン停止許可フラグはオンになる。ここで、時間tb2は、図2における時間ta2よりも短くなっている。
つまり、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法によれば、車室内の暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとに応じて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの、モータMG1により発電された電力の配分割合を設定することにより、車室内用ヒータ7と電池用ヒータ8との両方を効率よく作動させることができ、エンジンの停止を早めることができる。
次に、ハイブリッド車両の制御処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。本制御処理は、ECU20によって、例えば所定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップS101において、ECU20は、ハイブリッド車両100が停止中であるか、又はEV走行中であるか否かについて判定する。ECU20は、ハイブリッド車両100が停止中又はEV走行中であると判定した場合には、ステップS102の処理へ進み(ステップS101:Yes)、ハイブリッド車両が停止中でなく、かつ、EV走行中でないと判定した場合には(ステップS101:No)、本制御処理を終了する。
ステップS102において、ECU20は、暖房要求又は電池暖機要求があるか否かについて判定する。具体的には、ECU20は、車室内温度センサ7bからの検出信号に基づいて、車室内温度を検出する。ECU20は、検出された車室内温度がエンジン停止許可室温Tsmよりも低くなっている場合には、暖房要求があると判定し、検出された車室内温度がエンジン停止許可室温Tsm以上となっている場合には、暖房要求がないと判定する。また、ECU20は、電池温度センサ6bからの検出信号に基づいて、電池温度を検出する。ECU20は、検出された電池温度がエンジン停止許可電池温度Tdmよりも低くなっている場合には、電池暖機要求があると判定し、検出された電池温度がエンジン停止許可電池温度Tdm以上となっている場合には、電池暖機要求がないと判定する。ECU20は、暖房要求又は電池暖機要求があると判定した場合には、ステップS103の処理へ進み(ステップS102:Yes)、暖房要求及び電池暖機要求のうち、どちらもないと判定した場合には(ステップS102:No)、本制御処理を終了する。
ステップS103において、ECU20は、モータMG1を発電させる制御を行う。つまり、ECU20は、エンジン1の出力から、モータMG1の回生作動によって回生エネルギーを発電させる。その後、ECU20は、ステップS104の処理へ進む。
ステップS104において、ECU20は、暖房要求の度合いを求める。具体的には、ECU20は、車室内温度センサ7bからの検出信号に基づいて、車室内温度を検出し、検出された車室内温度、及び、エンジン停止許可室温、に基づいて、暖房要求マップより、暖房要求の度合いを求める。暖房要求マップは、予め実験などにより求められ、ECU20のROMなどに記録されている。
続くステップS105において、ECU20は、電池暖機要求の度合いを求める。具体的には、ECU20は、電池温度センサ6bからの検出信号に基づいて、電池温度を検出し、検出された電池温度、及び、エンジン停止許可電池温度、に基づいて、電池暖機要求マップより、電池暖機要求の度合いを求める。電池暖機要求マップは、予め実験などにより求められ、ECU20のROMなどに記録されている。
ステップS106において、ECU20は、暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとに基づいて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの、モータMG1により発電された電力の配分割合を設定する。具体的には、ECU20は、例えば図5に示すような、暖房要求の度合い及び電池暖機要求の度合いに対するモータMG1の発電電力の配分割合を示す表をマップとしてROMなどに保持しておき、当該マップに基づいて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの電力の配分割合を設定する。図5に示す例では、モータMG1により発電された総電力を3×100Wとしている。また、暖房要求の度合い及び電池暖機要求の度合いは、各々が3を超えない値とされるとともに、各々の和が3を超えない値とされる。
図5に示すように、暖房要求の度合いが0となり、かつ、電池暖機要求の度合いが1又は2となる場合には、電池用ヒータ8に供給される電力は3×100Wとなる。即ち、モータMG1により発電された電力は全て、電池用ヒータ8に供給され、電池6の暖機に用いられる。一方、暖房要求の度合いが1又は2となり、かつ、電池暖機要求の度合いが0となる場合には、車室内用ヒータ7に供給される電力は3×100Wとなる。即ち、モータMG1により発電された電力は全て、車室内用ヒータ7に供給され、車室内の暖房に用いられる。つまり、暖房要求及び電池暖機要求のうち、一方の要求の度合いが0となる場合には、モータMG1により発電された電力は全て他方の要求に対応するヒータに供給される。
暖房要求の度合いが1となり、かつ、電池暖機要求の度合いが2となる場合には、車室内用ヒータ7に供給される電力は1×100Wとなり、電池用ヒータ8に供給される電力は2×100Wとなる。暖房要求の度合いが2となり、かつ、電池暖機要求の度合いが1となる場合には、車室内用ヒータ7に供給される電力は2×100Wとなり、電池用ヒータ8に供給される電力は1×100Wとなる。つまり、暖房要求の度合い及び電池暖機要求の度合いの夫々の値が異なる場合には、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とに対し、夫々の要求の度合いの値に応じて、モータMG1により発電された電力は配分される。
暖房要求の度合いが1となり、かつ、電池暖機要求の度合いが1となる場合、又は、暖房要求の度合いが2となり、かつ、電池暖機要求の度合いが2となる場合には、車室内用ヒータ7に供給される電力は1.5×100Wとなり、電池用ヒータ8に供給される電力も1.5×100Wとなる。つまり、両方の要求の度合いの値が同じとなる場合には、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とに対し、モータMG1により発電された電力は等分に配分される。
図4のフローチャートに戻り、ステップS106において、ECU20は、暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとに基づいて、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とへの、モータMG1により発電された電力の配分割合の設定を完了した後、ステップS107の処理へ進む。ステップS107において、ECU20は、ステップS106で設定された配分割合となるように、電池用ヒータ8と車室内用ヒータ7とを制御した後、本制御処理を終了する。
以上に述べたようにすることで、車室内用ヒータ7と電池用ヒータ8との両方を効率よく作動させることができる。これにより、エンジンの停止を早めることができ、燃費の向上を図ることができる。
本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置を適用したハイブリッド車両の概略構成を示す。 電池暖機要求の度合い及び車室内の暖房要求の度合いを考慮しない場合における各温度及び各ヒータの電力の夫々についての時間に対する変化を示すグラフである。 電池暖機要求の度合い及び車室内の暖房要求の度合いを考慮した場合における各温度及び各ヒータの電力の夫々についての時間に対する変化を示すグラフである。 本実施形態に係る制御処理を示すフローチャートである。 暖房要求の度合い及び電池暖機要求の度合いに対するモータの発電電力の配分割合を示す図表である。
符号の説明
1 エンジン(内燃機関)
5 インバータ
6 バッテリ
6b 電池温度センサ
7b 車室内温度センサ
7 車室内用ヒータ
8 電池用ヒータ
20 ECU
MG1、MG2 モータ

Claims (2)

  1. エンジンと、前記エンジンの出力により発電を行うモータジェネレータと、電池を暖機するための電池暖機用ヒータと、を備えるハイブリッド車両に対して制御を行うハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記ハイブリッド車両の停車時またはEV走行時に、前記モータジェネレータにより発電された電力により前記電池暖機用ヒータを作動させる制御手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記ハイブリッド車両は、車室を暖房するための車室内用ヒータを備え、
    前記制御手段は、暖房要求の度合いと電池暖機要求の度合いとに応じて、前記電池暖機用ヒータと前記車室内用ヒータとへの、前記モータジェネレータにより発電された電力の配分割合を設定する請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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