JP5262084B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

従来、高圧バッテリおよび低圧バッテリを設け、モータジェネレータによって発電された電力を高圧バッテリに供給するとともに、モータジェネレータの発電電力または高圧バッテリの電力をＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して、低圧バッテリに供給するシステムが知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−３２０８７７号公報

しかしながら、従来のシステムでは、低圧バッテリに電力を供給する際に、常にＤＣ／ＤＣコンバータで電圧変換処理を行っていたので、電圧変換による損失が生じるという問題があった。

本発明による車両の制御装置は、減速走行時以外の車両状態時には、発電手段の発電電圧が第２の蓄電手段の満充電時の開放電圧に応じた電圧となるように制御して、電圧変換手段による昇圧動作および降圧動作をさせずに、発電電力を第２の蓄電手段にも供給させることを特徴とする。

本発明による車両の制御装置によれば、減速走行時以外の車両状態時には、電圧変換手段による昇圧動作および降圧動作をさせずに、発電電力を第２の蓄電手段にも供給させるので、電圧変換による損失を大幅に低減することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、一実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図である。一実施の形態における車両の制御装置が適用される車両は、交差点等で車両が一時停止する状況において、エンジンの自動停止・自動再始動を行うアイドルストップ車両である。

バッテリ１は、満充電時の開放電圧が約１６Ｖのリチウム電池であり、インバータ６を介して、モータジェネレータ９に電力を供給する。バッテリ２は、満充電時の開放電圧が約１３Ｖの鉛酸バッテリであり、１２Ｖ系電装品４に電力を供給する。１２Ｖ系電装品４とは、例えば、ライト、ワイパー等である。

電流センサ５は、バッテリ１の充放電電流を検出する。電圧センサ２０は、バッテリ１の電圧を検出する。電圧センサ２１は、バッテリ２の電圧を検出する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、バッテリ１およびバッテリ２の間に設けられ、後述する状況下において、モータジェネレータ９の回生運転時に得られる発電電圧、または、バッテリ１の電圧を降圧して、バッテリ２に印加する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、図３に示すように、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１と、ダイオード３２と、リアクトル３３と、コンデンサ３４とから構成されており、トランスは使われていない。

インバータ６は、バッテリ１の直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ９に供給する。モータジェネレータ９は、モータプーリー１２、ベルト１５、クランクプーリー１３を介して、エンジン１０と接続されている。すなわち、モータジェネレータ９とエンジン１０とは、同期回転するように構成されている。なお、ベルト１５は、エアコンコンプレッサ１１の出力軸に取り付けられたコンプレッサプーリー１４にも巻き掛けられている。

モータジェネレータ（ＭＧ）９は、発電機および電動機の両機能を有する。すなわち、バッテリ１からインバータ６を介して電力が供給されると、エンジン１０を始動させる電動機（スターター）として機能し、エンジン１０の回転による回生運転時には、発電機として機能する。

エンジン１０には、ＣＶＴ（連続無段可変変速機）１６が接続されている。ＣＶＴ１６には、エンジン１０の一時停止中に、ＣＶＴ１６の作動油圧を保持するための電動オイルポンプ１７が接続されている。ＣＶＴ１６および電動オイルポンプ１７は、ＡＴコントロールユニット１８（以下、ＡＴＣＵ１８と呼ぶ）によって制御される。

エンジンコントロールモジュール８（以下、ＥＣＭ８と呼ぶ）は、ニュートラル信号（Ｎ信号）、アクセル開度信号、ブレーキ信号、および、車速信号に基づいて、エンジン１０を制御する。モータコントローラ７（以下、ＭＣ７と呼ぶ）は、ＥＣＭ８からの指令に基づいて、インバータ６を制御する。すなわち、エンジン１０の始動時には、モータジェネレータ９を力行運転させるために、バッテリ１の直流電圧を三相交流電圧に変換させてモータジェネレータ９に供給する。また、車両の通常走行時および減速走行時には、モータジェネレータ９の回生運転による発電電圧を直流電圧に変換させる。

一実施の形態における車両の制御装置では、ＥＣＭ８が車両の状態に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を変更させる制御を行う。車両の状態は、アクセル開度信号、ブレーキ信号、および、車速信号に基づいて判断する。以下では、エンジン１０の再始動時、車両の通常走行時、車両の減速走行時、および、車両の一時停止時に分けて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御について説明する。

図２は、様々な車両の状態に応じたモータジェネレータ９の動作、バッテリ１およびバッテリ２の電圧、および、エンジン１０の回転数を示す図である。車両の一時停止時に所定のエンジン停止条件が成立すると、ＥＣＭ８は、エンジン１０を一時的に停止させる制御を行う。

−エンジン再始動時の制御−
図３は、エンジン再始動時のバッテリ１およびバッテリ２の状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を示す図である。図３において、矢印は電流の流れを示している。エンジン１０の一時停止制御時に、所定のエンジン再始動条件が成立すると、ＥＣＭ８は、エンジン再始動要求信号をＭＣ７に出力する。

エンジン再始動要求信号を受信したＭＣ７は、モータジェネレータ９を力行運転させるためにインバータ６を制御して、バッテリ１からモータジェネレータ９に電流を流す。従って、図２に示すように、エンジン１０の再始動時に、バッテリ１の電圧は低下する。

エンジン１０の再始動時、ＤＣ／ＤＣコンバータ３はオフに制御されており、１２Ｖ系電装品４には、バッテリ２から電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３はオフに制御されているので、エンジン再始動時のバッテリ１の電圧低下により、バッテリ２の電圧が低下したり、１２Ｖ系電装品への電力供給量が低下することはない。

エンジン１０の再始動が完了すると、図２に示すように、アイドリング状態に移行する。アイドリング状態に移行した後の制御については、車両の通常走行時の制御として、以下で説明する。

−車両の通常走行時の制御−
図４は、車両の通常走行時のバッテリ１およびバッテリ２の状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を示す図である。図４において、矢印は電流の流れを示している。車両の通常走行時とは、車両のアイドリング時、加速時および一定走行時である。すなわち、エンジン１０が停止している時、および、車両の減速走行時を除いた状態が通常走行時である。

車両の通常走行時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のＮ型ＭＯＳＦＥＴ３１を常時オンとする。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１を常時オンとした場合、電流はＤＣ／ＤＣコンバータ３内を通過するだけになる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、昇降圧動作を行わないので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧と出力電圧とは等しくなる。

アイドリング時を含む車両の通常走行時には、エンジン１０の回転力によって、モータジェネレータ９は回生運転を行う。モータジェネレータ９の回生発電電力は、バッテリ１とともに、バッテリ２および１２Ｖ系電装品４に供給される。

バッテリ２を充電する際の適正な印加電圧は、バッテリ２の満充電時の開放電圧に基づいて決定するのが好ましい。この適正印加電圧は、バッテリ温度や充電量等により変化するが、ここでは、バッテリ２の満充電時の開放電圧より少し高い１４Ｖとする。ＭＣ７は、通常走行時のモータジェネレータ９の発電電力が１４Ｖになるように、インバータ６を制御する。

上述したように、通常走行時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のＮ型ＭＯＳＦＥＴ３１を常時オンとするため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇降圧動作を行わない。すなわち、モータジェネレータ９の回生発電電力は、ほとんど損失無く、バッテリ２および１２Ｖ系電装品４に供給される。これにより、バッテリ１およびバッテリ２の電圧はほぼ等しくなる。バッテリ１の満充電時の開放電圧は、約１６Ｖであるため、モータジェネレータ９の発電電力が１４Ｖの場合、バッテリ１のＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）は最大でも約３０％程度にしかならないが、バッテリ１は、この充電量でも十分にエンジン再始動に必要な電力を供給することができる。

車両の状態がアイドリング状態から、加速状態や、一定速で走行する一定走行状態に移行すると、モータジェネレータ９の回転速度が高くなり発電量に余裕ができるが、モータジェネレータ９の目標発電電圧およびＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作は、変化しない。

−車両の減速走行時の制御−
図５は、車両の減速走行時のバッテリ１およびバッテリ２の状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を示す図である。図５において、矢印は電流の流れを示している。車両の減速走行時とは、少なくとも車両の速度が低下している時であるが、下り坂等において、アクセルペダルをオフとしているが、車速が増加している状態も含む。すなわち、アクセルペダルオフ時、および、ブレーキペダルオン時も、車両の減速走行時に含まれる。

車両の減速走行時には、回生エネルギーを有効に回収するために、モータジェネレータ９の発電電圧を、バッテリ１の満充電時の開放電圧に応じた電圧、すなわち、バッテリ１が許容できる最大電圧まで高くする。本実施の形態では、バッテリ１の電圧が最大で１６Ｖ（バッテリ１の満充電時の開放電圧）となるように、モータジェネレータ９の発電電圧を制御する。

この場合、モータジェネレータ９の発電電圧は、バッテリ２の適正印加電圧である１４Ｖよりも高くなる。従って、ＥＣＭ８は、モータジェネレータ９の発電電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３で１４Ｖに降圧させて、バッテリ２および１２Ｖ系電装品４に供給する。

−車両の一時停止時−
図６は、車両の一時停止時のバッテリ１およびバッテリ２の状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を示す図である。図６において、矢印は電流の流れを示している。車両が一時停止して、所定のエンジン停止条件が成立すると、ＥＣＭ８はエンジン１０を一時的に停止させる制御を行う。エンジン１０の停止に伴い、モータジェネレータ９の回生発電も停止する。

ＥＣＭ８は、電圧センサ２０によって検出されるバッテリ１の電圧と、電圧センサ２１によって検出されるバッテリ２の電圧とを比較し、バッテリ１の電圧がバッテリ２の電圧より高ければ、バッテリ１からバッテリ２に電力を供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を降圧動作させる。

図５を用いて説明したように、車両の停止前の減速走行時に、モータジェネレータ９の回生発電電圧を高く設定しているので、通常、バッテリ１の電圧はバッテリ２の電圧より高くなっている。従って、ＥＣＭ８は、車両の一時停止中に、電圧の高いバッテリ１から電圧の低いバッテリ２および１２Ｖ系電装品４に電力を供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させる。すなわち、バッテリ１の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３で１４Ｖに降圧させて、バッテリ２および１２Ｖ系電装品４に供給する。

バッテリ１からバッテリ２に電力を供給することにより、バッテリ１の電圧は低下するとともに、バッテリ２の電圧は増加する。ＥＣＭ８は、電圧センサ２０によって検出されるバッテリ１の電圧と、電圧センサ２１によって検出されるバッテリ２の電圧との差が所定電圧以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の作動を停止させる。所定電圧は、バッテリ１の電圧とバッテリ２の電圧とがほぼ等しいとみなせる程度の電圧である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の作動を停止させることにより、バッテリ１は、エンジン再始動に必要な電力を確保することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の停止後は、バッテリ２から１２Ｖ系電装品４に電力が供給される。

図７は、一実施の形態における車両の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。車両が起動すると、ＥＣＭ８は、ステップＳ１０の処理を開始する。

ステップＳ１０では、車両のエンジン１０が一時停止状態にあり、かつ、所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する。所定のエンジン再始動条件が成立したと判定するとステップＳ２０に進み、成立していないと判定すると、ステップＳ３０に進む。ステップＳ２０では、図３を用いて説明したように、エンジン１０を再始動させる制御を行う。

ステップＳ３０では、車両が通常走行状態にあるか否かを判定する。上述したように、通常走行状態とは、エンジン１０が停止している状態、および、減速走行している状態を除いた状態であり、アイドリング状態、加速状態および一定走行状態のいずれかの状態である。車両が通常走行状態にあると判定するとステップＳ４０に進み、通常走行状態にはないと判定するとステップＳ５０に進む。

ステップＳ４０では、図４を用いて説明したように、通常走行時における制御を行う。すなわち、モータジェネレータ９の発電電圧がバッテリ２の満充電時の開放電圧に応じた電圧となるように制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のＮ型ＭＯＳＦＥＴ３１を常時オンとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の昇圧動作および降圧動作をさせずにバッテリ２にも電力を供給する。通常走行時における制御を行うと、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、車両が減速走行状態にあるか否かを判定する。車両が減速走行状態にあると判定するとステップＳ６０に進み、減速走行状態にないと判定すると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ６０では、図５を用いて説明したように、減速走行時における制御を行う。すなわち、モータジェネレータ９の発電電圧を、バッテリ１が許容できる最大電圧まで高くするとともに、モータジェネレータ９の発電電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３で降圧させて、バッテリ２および１２Ｖ系電装品４にも供給させる。減速走行時における制御を行うと、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０は、車両が一時停止して、所定のエンジン停止条件が成立したか否かを判定する。所定のエンジン停止条件が成立したと判定するとステップＳ８０に進み、成立していないと判定すると、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ８０では、図６を用いて説明したように、エンジンの一時停止時における制御を行う。すなわち、バッテリ１の電圧とバッテリ２の電圧とを比較して、バッテリ１の電圧がバッテリ２の電圧より高ければ、バッテリ１の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３で降圧させて、バッテリ２および１２Ｖ系電装品４に供給する。この後、バッテリ１の電圧とバッテリ２の電圧との差が所定電圧以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の作動を停止させる。ステップＳ８０の処理を終了すると、ステップＳ１０に戻る。

上述した一実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン始動後の車両状態のうち、減速走行時以外の車両状態時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の発電電圧がバッテリ２の満充電時の開放電圧に応じた電圧となるように制御して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による昇圧動作および降圧動作をさせずに、モータジェネレータ９の発電電力をバッテリ２にも供給させるので、電圧変換による損失を大幅に低減させることができる。

特に、一実施の形態における車両の制御装置によれば、バッテリ２の満充電時の開放電圧は、バッテリ１の満充電時の開放電圧以下である。そして、車両の減速走行時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の発電電圧がバッテリ１の満充電時の開放電圧に応じた電圧となるように制御するとともに、発電電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３で降圧させてバッテリ２にも印加する。これにより、バッテリ２の過充電を防止しつつ、減速時の回生エネルギーを効果的に回収することができる。

また、一実施の形態における車両の制御装置によれば、エンジン１０の一時停止制御が行われている時に、バッテリ１の電圧がバッテリ２の電圧より高ければ、バッテリ１の電力をバッテリ２に供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を降圧作動させる。これにより、エンジン１０の一時停止制御時に、バッテリ２の電圧が低下して、１２Ｖ系電装品４への電力供給不足が生じるのを防ぐことができる。また、バッテリ１の電圧とバッテリ２の電圧との差が所定電圧以下になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の作動を停止させるので、バッテリ１は、エンジン再始動に必要な電力を確保することができる。

さらに、一実施の形態における車両の制御装置によれば、電圧変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３は、トランスを備えていない。従って、車両の通常走行時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の降圧および昇圧を行わない制御を行う際に、トランスを備えた電圧変換装置で発生するスイッチング損失が生じることがない。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、バッテリ１は、満充電時の開放電圧が約１６Ｖのリチウム電池であり、バッテリ２は、満充電時の開放電圧が約１３Ｖの鉛酸バッテリとして説明したが、バッテリ１および２は、これらのバッテリに限定されることはない。ただし、上述したように、車両の通常走行時には、モータジェネレータ９の発電電圧を、バッテリ２の満充電時の開放電圧に応じた電圧に制御するため、バッテリ１のＳＯＣは低くなる。この時のバッテリ１のＳＯＣでも、エンジン再始動に必要な電力を供給することができることが必要である。従って、バッテリ１の満充電時の開放電圧とバッテリ２の満充電時の開放電圧とは、上述した条件を満たすような電圧差以下であることが好ましい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３の構成は、図３で示した構成に限定されることはない。図８は、ＤＣ／ＤＣコンバータの別の構成例を示す図である。図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａは、４つのＭＯＳＦＥＴ８１〜８４と、トランス８５と、ダイオード８６と、リアクトル８７と、コンデンサ８８とを備えている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と並列にリレー９０が接続されている。

図８に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａは、車両の減速走行時、および、車両の一時停止時において、バッテリ１の電圧がバッテリ２の電圧より高い場合に、上述した降圧動作を行う。この時、リレー９０はオフとなっている。一方、車両の通常走行時には、リレー９０をオンにすることにより、モータジェネレータ９の発電電圧をそのままバッテリ２および１２Ｖ系電装品４に印加することができる。すなわち、車両の通常走行時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を作動させないので、電圧変換による損失は発生しない。

上述した一実施の形態では、本発明をアイドルストップ車両に適用した例を挙げて説明したが、アイドルストップ機能を備えていないエンジン車に適用することもできる。また、車両駆動用モータを備えたハイブリッド車に本発明を適用することもできる。この場合、バッテリ１は、スタータモータに電力を供給するバッテリとは別の、車両駆動用モータに電力を供給するバッテリであってもよい。

車両の状態は、アクセル開度信号、ブレーキ信号、および、車速信号に基づいて判断するものとしたが、これらの信号以外の信号に基づいて判断するようにしてもよい。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、バッテリ１が第１の蓄電手段を、バッテリ２が第２の蓄電手段を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が電圧変換手段を、ＥＣＭ８が車両状態検出手段、制御手段およびエンジン停止手段を、電圧センサ２０が第１の電圧検出手段を、電圧センサ２１が第２の電圧検出手段を、リレー９０がスイッチ手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

一実施の形態における車両の制御装置の構成を示す図 様々な車両の状態に応じたモータジェネレータの動作、２つのバッテリの電圧、および、エンジンの回転数を示す図 エンジン再始動時における２つのバッテリの状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を示す図 車両の通常走行時における２つのバッテリの状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を示す図 車両の減速走行時における２つのバッテリの状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を示す図 車両の一時停止時における２つのバッテリの状態、および、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を示す図 一実施の形態における車両の制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート ＤＣ／ＤＣコンバータの別の構成例を示す図

符号の説明

１…バッテリ
２…バッテリ
３、３Ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４…１２Ｖ系電装品
６…インバータ
７…モータコントローラ
８…エンジンコントロールモジュール
９…モータジェネレータ
１０…エンジン
２０…電圧センサ
２１…電圧センサ
９０…リレー

Claims (7)

1. 発電手段による発電電力によって充電可能な第１の蓄電手段と、満充電時の開放電圧が前記第１の蓄電手段とは異なる第２の蓄電手段とを備えた車両の制御装置において、
   前記第１の蓄電手段および前記第２の蓄電手段の間に設けられ、電圧の昇圧および降圧のうちの少なくとも一方の動作を行う電圧変換手段と、
   車両の状態を検出する車両状態検出手段と、
   エンジン始動後の車両状態のうち、減速走行時以外の車両状態時には、前記発電手段の発電電圧が前記第２の蓄電手段の満充電時の開放電圧に応じた電圧となるように制御して、前記電圧変換手段による昇圧動作および降圧動作をさせずに、前記発電電力を前記第２の蓄電手段にも供給させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記第２の蓄電手段の満充電時の開放電圧は、前記第１の蓄電手段の満充電時の開放電圧以下であり、
   前記制御手段は、車両の減速走行時には、前記発電手段の発電電圧が前記第１の蓄電手段の満充電時の開放電圧に応じた電圧となるように制御するとともに、前記発電電圧を前記電圧変換手段で降圧させて前記第２の蓄電手段にも印加することを特徴とする車両の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両の制御装置において、
   前記減速走行時以外の車両状態時には、アイドリング時、加速時、および、一定速走行時のうちの少なくとも１つの状態が含まれることを特徴とする車両の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
   所定のエンジン停止条件が成立すると、一時的にエンジンを停止させるエンジン停止手段と、
   前記第１の蓄電手段の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
   前記第２の蓄電手段の電圧を検出する第２の電圧検出手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記エンジンの一時停止が行われている時に、前記第１の蓄電手段の電圧が前記第２の蓄電手段の電圧より高ければ、前記第１の蓄電手段の電力を前記第２の蓄電手段に供給するために、前記電圧変換手段を降圧作動させることを特徴とする車両の制御装置。
5. 請求項４に記載の車両の制御装置において、
   前記制御手段は、前記第１の蓄電手段の電圧と前記第２の蓄電手段の電圧との差が所定電圧以下になると、前記電圧変換手段の作動を停止させることを特徴とする車両の制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
   前記電圧変換手段はトランスを備えておらず、電圧の降圧動作を行うためのスイッチ手段を備えており、
   前記制御手段は、前記減速走行時以外の車両状態時には、前記スイッチ手段を常にオン状態とすることにより、前記電圧変換手段に降圧動作をさせずに、前記発電電力を前記第２の蓄電手段にも供給させることを特徴とする車両の制御装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
   前記電圧変換手段と並列に接続されるスイッチ手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記減速走行時以外の車両状態時には、前記スイッチ手段をオン状態とすることにより、前記電圧変換手段に降圧動作をさせずに、前記発電電力を前記第２の蓄電手段にも供給させることを特徴とする車両の制御装置。

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