JP4877047B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関と、内燃機関の出力を用いて発電可能な発電装置と、電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生する駆動装置とを備えたハイブリッド車両およびその制御方法ならびにその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。
近年、環境に配慮した車両としてハイブリッド車両が注目されている。ハイブリッド車両は、従来のエンジンに加え、蓄電装置から電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生するモータを搭載するとともに、エンジンの動力を用いて発電して蓄電装置を充電可能な発電機を搭載する。
このような発電機を搭載したハイブリッド車両においても、エンジンを搭載しない電気自動車と同様に、車両外部の電源から蓄電装置を充電可能なハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両では、車両外部から電気的なエネルギー補給が可能になるので、エンジンを動作させることなくモータのみで走行可能な走行距離が拡大する。その結果、エンジンが長期間に渡って動作しなくなることによってエンジンの状態を良好に保つことが難しくなるという状況が発生し得る。
特開平6−165309号公報(特許文献1)は、このような状況を回避可能なハイブリッド車両を開示する。このハイブリッド車両では、エンジンの停止時間がカウントされ、エンジン停止時間が一定値を超過すると次回走行時にエンジンを始動させる。これにより、エンジンが長期間に渡って停止状態になるのを防止する(特許文献1参照)。
特開平6−165309号公報 実開平2−145641号公報 特開2005−105950号公報 特開平8−37703号公報
エンジンの動力を用いて発電可能なハイブリッド車両において、発電に要するエンジン出力は、その最大出力に対して一般的に低い。ここで、エンジンを低負荷の状態で継続的に運転すると、点火プラグに未燃物が多量に付着し、エンジン始動性が悪化し得る。したがって、特開平6−165309号公報に開示されるハイブリッド車両のようにエンジン停止時間が一定値を超過した場合にエンジンを動作させるようにしても、エンジンの状態を必ずしも良好に維持できない可能性がある。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンの状態を確実に良好に維持可能なハイブリッド車両を提供することである。
また、この発明の別の目的は、エンジンの状態を確実に良好に維持可能なハイブリッド車両の制御方法ならびにその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。
この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関と、発電装置と、蓄電装置と、駆動装置と、発電制御部とを備える。発電装置は、内燃機関の出力を用いて発電可能に構成される。蓄電装置は、発電装置によって発電された電力を蓄電可能である。駆動装置は、蓄電装置から電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生する。発電制御部は、発電装置による発電を制御する。そして、発電制御部は、内燃機関の負荷が規定値以上になっていないと判断すると、発電装置の発電率を基準値よりも増加させる。
好ましくは、発電制御部は、内燃機関の負荷が規定値よりも小さい状態が継続している場合において負荷が零でない状態の積算時間が第1の規定時間を超えると、発電装置の発電率を基準値よりも増加させる。
さらに好ましくは、発電制御部は、さらに、内燃機関の負荷が零の状態の積算時間が第2の規定時間を超えると、発電装置の発電率を基準値よりも減少させる。
好ましくは、蓄電装置の充電要求に応じて発電装置を動作させた場合に内燃機関の負荷が規定値よりも小さくなるように、基準値および規定値が決定される。発電制御部は、内燃機関の負荷が規定値以上になっていないと判断すると、内燃機関の負荷が規定値以上になるように、発電装置の発電率を基準値よりも増加させる。
好ましくは、ハイブリッド車両は、発電装置および蓄電装置の少なくとも一方から車両外部の負荷への給電、および車両外部の電源から蓄電装置の充電の少なくとも一方を実行可能に構成された電力変換装置をさらに備える。
さらに好ましくは、ハイブリッド車両は、蓄電装置の充電状態の目標が未設定である第1のモードと充電状態の目標が設定される第2のモードとを含む走行モードの切替を制御する走行モード制御部をさらに備える。電力変換装置は、少なくとも車両外部の電源から蓄電装置を充電可能に構成される。
さらに好ましくは、走行モード制御部は、電力変換装置による蓄電装置の充電完了後、走行モードを第1のモードとし、充電状態の目標を示す所定値近傍に充電状態が低下すると、走行モードを第2のモードに切替える。発電制御部は、充電状態が所定値近傍になるように発電装置による発電を制御する。
好ましくは、発電制御部は、走行モード制御部により第1のモードから第2のモードへ走行モードが切替えられたとき、発電装置の発電率を基準値よりも減少させる。
また、この発明によれば、制御方法は、ハイブリッド車両の制御方法である。ハイブリッド車両は、内燃機関と、発電装置と、蓄電装置と、駆動装置とを備える。発電装置は、内燃機関の出力を用いて発電可能に構成される。蓄電装置は、発電装置によって発電された電力を蓄電可能である。駆動装置は、蓄電装置から電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生する。そして、制御方法は、内燃機関の負荷が規定値以上になっていないと判断されると、発電装置の発電率を基準値よりも増加させるステップと、その発電率に基づいて発電装置による発電を制御するステップとを含む。
好ましくは、発電装置の発電率を増加させるステップは、内燃機関の負荷が規定値よりも小さい状態が継続している場合において負荷が零でない状態の積算時間を示す第1の時間が第1の規定時間を超えたか否かを判定するステップと、第1の時間が第1の規定時間を超えたと判定されると、発電装置の発電率を基準値よりも増加させるステップとを有する。
さらに好ましくは、制御方法は、内燃機関の負荷が零の状態の積算時間を示す第2の時間が第2の規定時間を超えたか否かを判定するステップと、第2の時間が第2の規定時間を超えたと判定されると、発電装置の発電率を基準値よりも減少させるステップとをさらに含む。
好ましくは、蓄電装置の充電要求に応じて発電装置を動作させた場合に内燃機関の負荷が規定値よりも小さくなるように、基準値および規定値が決定される。発電装置の発電率を増加させるステップにおいて、内燃機関の負荷が規定値以上になっていないと判断されると、内燃機関の負荷が規定値以上になるように、発電装置の発電率を基準値よりも増加させる。
好ましくは、ハイブリッド車両は、車両外部の電源から蓄電装置を充電可能に構成された電力変換装置をさらに備える。制御方法は、蓄電装置の充電状態の目標が未設定である第1のモードから充電状態の目標が設定される第2のモードへ走行モードが切替えられたとき、発電装置の発電率を基準値よりも減少させるステップをさらに含む。
また、この発明によれば、記録媒体は、コンピュータ読取可能な記録媒体であって、上述したいずれかのハイブリッド車両の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
この発明においては、発電装置は、内燃機関の出力を用いて発電可能に構成され、蓄電装置は、発電装置によって発電された電力を蓄電可能である。そして、内燃機関の負荷が規定値以上になっていないと判断された場合、発電装置の発電率を基準値よりも増加させるようにしたので、発電装置の発電率の増加に伴ない内燃機関の負荷が上昇し、点火プラグに付着した未燃物が燃焼する。したがって、この発明によれば、内燃機関の状態を確実に良好に維持することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるハイブリッド車両が適用される電力システムの全体構成図である。図1を参照して、この電力システム200は、ハイブリッド車両100と、住宅104と、送電線PSLとを備える。
ハイブリッド車両100は、接続ケーブルACLおよびその先端に設けられた接続プラグ40によって住宅104に電気的に接続される。そして、ハイブリッド車両100は、交流電力を生成して住宅104内の電力負荷(図示せず)へ給電可能に構成される。また、ハイブリッド車両100は、接続プラグ40および接続ケーブルACLを介して住宅104から交流電力(たとえば送電線PSLからの系統電力)を受け、車両に搭載された蓄電装置(図示せず)を充電可能に構成される。
住宅104は、ハイブリッド車両100から交流電力の供給を受けるとともに、送電線PSLから交流電力を受電可能に構成される。また、住宅104は、交流電力(たとえば受電した系統電力)をハイブリッド車両100へ出力可能に構成される。
図2は、図1に示したハイブリッド車両100のパワートレーン構成を示した図である。図2を参照して、ハイブリッド車両100は、エンジン4と、モータジェネレータMG1,MG2と、動力分割機構3と、車輪2とを備える。また、ハイブリッド車両100は、蓄電装置Bと、昇圧コンバータ10と、インバータ20,30と、正極線PL1,PL2と、負極線NL1,NL2と、コンデンサC1,C2とをさらに備える。さらに、ハイブリッド車両100は、電力線ACL1,ACL2と、接続プラグ40と、電池・コンバータECU(Electronic Control Unit)50と、駆動ECU60と、電圧センサ72と、電流センサ74とをさらに備える。
動力分割機構3は、エンジン4とモータジェネレータMG1,MG2とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割機構3として、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車を用いることができる。この3つの回転軸がエンジン4およびモータジェネレータMG1,MG2の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータMG1のロータを中空としてその中心にエンジン4のクランク軸を通すことによって、エンジン4およびモータジェネレータMG1,MG2を動力分割機構3に機械的に接続することができる。
エンジン4が発生する運動エネルギーは、動力分割機構3によって車輪2とモータジェネレータMG1とに分配される。すなわち、エンジン4は、車輪2を駆動するとともにモータジェネレータMG1を駆動する動力源としてハイブリッド車両100に組込まれる。モータジェネレータMG1は、エンジン4によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン4の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド車両100に組込まれ、モータジェネレータMG2は、車輪2を駆動する動力源としてハイブリッド車両100に組込まれる。
蓄電装置Bは、正極線PL1および負極線NL1に接続される。昇圧コンバータ10は、正極線PL1および負極線NL1と正極線PL2および負極線NL2との間に接続される。コンデンサC1は、正極線PL1と負極線NL1との間に接続され、コンデンサC2は、正極線PL2と負極線NL2との間に接続される。インバータ20は、正極線PL2および負極線NL2とモータジェネレータMG1との間に接続される。インバータ30は、正極線PL2および負極線NL2とモータジェネレータMG2との間に接続される。
モータジェネレータMG1,MG2は、それぞれY結線された三相コイル7,8をステータコイルとして含む。三相コイル7は、インバータ20に接続され、三相コイル7の中性点N1に電力線ACL1が接続される。三相コイル8は、インバータ30に接続され、三相コイル8の中性点N2に電力線ACL2が接続される。そして、中性点接続端と異なる電力線ACL1,ACL2の端部に接続プラグ40が接続される。
電力線ACL1,ACL2および接続プラグ40は、車両外部の電源または電力負荷(住宅104(図1)など)と電力を授受するための電力インターフェースである。この電力インターフェースは、電力授受が可能な構成であれば、無線式や有線式など如何なる方式でもよい。なお、電力線ACL1,ACL2は、図1に示した接続ケーブルACLに相当する。
蓄電装置Bは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Bは、昇圧コンバータ10へ電力を供給する。また、蓄電装置Bは、モータジェネレータMG1および/またはモータジェネレータMG2の発電時、または車両外部の電源からの給電時、昇圧コンバータ10から正極線PL1および負極線NL1へ出力される電力を受けて充電される。なお、蓄電装置Bとして、大容量のキャパシタも採用可能であり、モータジェネレータMG1,MG2による発電電力や外部電源からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をモータジェネレータMG2へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
電圧センサ72は、蓄電装置Bの電圧VBを検出し、その検出値を電池・コンバータECU50へ出力する。電流センサ74は、蓄電装置Bに入出力される電流IBを検出し、その検出値を電池・コンバータECU50へ出力する。
コンデンサC1は、正極線PL1と負極線NL1との間の電圧変動を平滑化する。昇圧コンバータ10は、電池・コンバータECU50からの信号PWMCに基づいて、蓄電装置Bから出力される直流電力を昇圧して正極線PL2へ出力する。また、昇圧コンバータ10は、信号PWMCに基づいて、インバータ20,30から供給される電力を蓄電装置Bの電圧レベルに降圧して蓄電装置Bを充電する。昇圧コンバータ10は、たとえば、昇降圧型のチョッパ回路によって構成される。
コンデンサC2は、正極線PL2と負極線NL2との間の電圧変動を平滑化する。インバータ20,30は、正極線PL2および負極線NL2から供給される直流電力を交流電力に変換してそれぞれモータジェネレータMG1,MG2へ出力する。また、インバータ20,30は、それぞれモータジェネレータMG1,MG2により発電された電力を直流電力に変換して正極線PL2および負極線NL2へ出力する。
なお、各インバータ20,30は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路から成る。そして、インバータ20,30は、それぞれ駆動ECU60からの信号PWMI1,PWMI2に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のモータジェネレータを駆動する。
また、インバータ20,30は、車両外部の電力負荷への給電が行なわれるとき、駆動ECU60からの信号PWMI1,PWMI2に基づいて、商用電源周波数を有する交流電圧を中性点N1,N2間に発生し、その発生した交流電圧を電力線ACL1,ACL2および接続プラグ40を介して車両外部の電力負荷へ供給する。
また、インバータ20,30は、車両外部の電源から蓄電装置Bの充電が行なわれるとき、接続プラグ40および電力線ACL1,ACL2を介して中性点N1,N2に与えられる交流電力を駆動ECU60からの信号PWMI1,PWMI2に基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力を正極線PL2および負極線NL2へ出力する。
モータジェネレータMG1,MG2は、三相交流電動機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータMG1は、エンジン4により生成された運動エネルギーを電気エネルギーに変換してインバータ20へ出力する。また、モータジェネレータMG1は、インバータ20から受ける三相交流電力によって駆動力を発生し、エンジン4の始動を行なう。
モータジェネレータMG2は、インバータ30から受ける三相交流電力によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータMG2は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーを電気エネルギーに変換してインバータ30へ出力する。
エンジン4は、燃料の燃焼による熱エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換し、その変換された運動エネルギーを動力分割機構3へ出力する。たとえば、運動子がピストンであり、その運動が往復運動であれば、いわゆるクランク機構を介して往復運動が回転運動に変換され、ピストンの運動エネルギーが動力分割機構3に伝達される。なお、エンジン4の燃料としては、ガソリンや軽油、エタノール、液体水素、天然ガスなどの炭化水素系燃料、または、液体もしくは気体の水素燃料が好適である。
電池・コンバータECU50は、昇圧コンバータ10を駆動するための信号PWMCを生成し、その生成した信号PWMCを昇圧コンバータ10へ出力する。
また、電池・コンバータECU50は、電圧VBおよび電流IBの各検出値に基づいて、蓄電装置Bの充電状態(以下「SOC(State of Charge)」とも称する。)を算出する。このSOCは、蓄電装置Bの満充電状態に対する蓄電量を0〜100%で表わしたものであり、蓄電装置Bの蓄電残量を示す。なお、SOCの算出方法については、種々の公知の手法を用いることができる。
駆動ECU60は、モータジェネレータMG1,MG2をそれぞれ駆動するための信号PWMI1,PWMI2を生成し、その生成した信号PWMI1,PWMI2をそれぞれインバータ20,30へ出力する。
また、駆動ECU60は、このハイブリッド車両100の走行モードを制御する。すなわち、駆動ECU60は、蓄電装置BのSOCの目標が未設定の第1の走行モードで走行するか、それともSOCの目標が設定される第2の走行モードで走行するかの切替を制御する。
なお、上記第1の走行モード時は、ハイブリッド車両100は、急加速時や登坂走行時など大きな走行駆動力が要求されることがない限りエンジン4を停止してモータジェネレータMG2のみを用いて走行するので、以下では、第1の走行モードを「電動機走行モード」または「EV走行モード」とも称する。また、上記第2の走行モード時は、ハイブリッド車両100は、蓄電装置BのSOCを目標に制御するためにエンジン4を間欠的または連続的に動作させて走行するので、以下では、第2の走行モードを「ハイブリッド走行モード」または「HV走行モード」とも称する。
また、駆動ECU60は、車両外部の電力負荷への給電が行なわれるとき、商用電源周波数を有する交流電圧を中性点N1,N2間に発生するように信号PWMI1,PWMI2を生成する。ここで、電力負荷への給電に伴ない蓄電装置BのSOCが目標を下回ると、駆動ECU60は、エンジン4を始動させてエンジン4の動力を用いてモータジェネレータMG1が発電するように信号PWMI1を生成する。
また、駆動ECU60は、車両外部の電源から蓄電装置Bの充電が行なわれるとき、接続プラグ40および電力線ACL1,ACL2を介して中性点N1,N2に与えられる交流電力を直流電力に変換して正極線PL2へ出力するように信号PWMI1,PWMI2を生成する。
また、駆動ECU60は、エンジン4の負荷が低い状態が継続していると判断すると、モータジェネレータMG1の発電率が増加するように信号PWMI1を生成する。すなわち、エンジン4の負荷が低い状態が継続すると、エンジン4の点火プラグ(図示せず)に未燃物が多量に付着し、エンジン4の始動性が悪化するなどの問題が発生するところ、モータジェネレータMG1の発電率を増加させることによってエンジン4の負荷を増加させ、点火プラグに付着した未燃物を燃焼させる。
なお、エンジン4の負荷は、エンジン4の運転状態に基づいて推定可能なエンジントルクとエンジン4の回転数とから算出することができる。あるいは、動力分割機構3を介してエンジン4に連結されるモータジェネレータMG1のトルクからエンジン4のトルクを算出可能であるので、モータジェネレータMG1のトルク目標値、またはモータジェネレータMG1の電流および電圧に基づいて算出可能なモータジェネレータMG1のトルクを用いて、エンジン4の負荷を算出することができる。
図3は、蓄電装置BのSOCと走行モードとの関係を説明するための図である。図3を参照して、車両外部の電源(たとえば住宅104(図1))から蓄電装置Bの充電後、ハイブリッド車両100の走行が開始されるものとする。走行開始後、蓄電装置BのSOCが規定値SCを下回るまでは、SOCの目標は設定されず、ハイブリッド車両100は、EV走行モードで走行する。すなわち、急加速時や登坂走行時など大きな走行駆動力が要求されることがない限り、エンジン4を停止して走行する。なお、減速時や降坂走行時は、モータジェネレータMG2が発生する電力によってSOCは一時的に上昇し得るが、トータルで見ると、走行距離の増加に伴ないSOCは減少する。
蓄電装置BのSOCが規定値SCを下回ると、EV走行モードからHV走行モードに走行モードが切替わり、下限値SLおよび上限値SHによって規定される範囲内にSOCが制御される。そして、SOCが下限値SLを下回ると、エンジン4が起動され、モータジェネレータMG1が発電した電力によって蓄電装置Bが充電される。その後、たとえば規定値SCをSOCが超えると、エンジン4が停止する。
なお、規定値SCは、車両の諸元やEV走行モードでの要求走行距離などにより設定されるものであり、蓄電装置Bの容量に応じて適宜決められる。
このように、車両外部の電源から蓄電装置Bを充電可能なこのハイブリッド車両100は、満充電状態からEV走行モードで走行を開始することができるので、外部充電機能を有しないハイブリッド車両よりもEV走行モードでの走行距離Lが拡大する。言い換えると、HV走行モードでの走行距離は縮小する。したがって、このハイブリッド車両100は、外部充電機能を有しないハイブリッド車両に比べてエンジン4の平均負荷が小さい。
また、このハイブリッド車両100においては、車両外部の電力負荷へ電力を供給することができる。このとき、蓄電装置BのSOCが低下すると、エンジン4が始動し、エンジン4の動力を用いてモータジェネレータMG1により発電が行なわれる。ここで、エンジン4は、走行駆動力を発生可能に設計されているので、エンジン4の動力がモータジェネレータMG1による発電のみに用いられるこのケースも、エンジン4は低負荷状態で動作する。
すなわち、このハイブリッド車両100では、車両走行時も、車両外部の電力負荷への給電時も、エンジン4は主に低負荷状態で動作する(もちろん、急加速時や登坂走行時には高負荷状態となり得る。)。したがって、このハイブリッド車両100では、上述のように、エンジン4が低負荷状態で継続的にまたは間欠的に動作することによりエンジン4の点火プラグに未燃物が多量に付着し得るところ、この実施の形態1では、エンジン4の負荷が低い状態が継続すると、モータジェネレータMG1の発電率を増加させることによってエンジン4の負荷を増加させ、点火プラグに付着した未燃物を燃焼せしめることとしたものである。
図4は、図2に示した駆動ECU60の機能ブロック図である。図4を参照して、駆動ECU60は、第1および第2のインバータ制御部110,118と、発電制御部112と、走行モード制御部114と、AC入出力制御部116とを含む。
第1のインバータ制御部110は、モータジェネレータMG1のモータ電流MCRT1およびモータ回転角θ1、正極線PL2と負極線NL2との間の電圧VH、および発電制御部112からのモータジェネレータMG1のトルク指令値TR1に基づいて、モータジェネレータMG1を駆動するためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWMI1としてインバータ20へ出力する。なお、モータ電流MCRT1、モータ回転角θ1および電圧VHの各々は、図示されないセンサによって検出される。
また、第1のインバータ制御部110は、車両外部の電力負荷への給電時または車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時、AC入出力制御部116からの零相電圧指令AC1に基づいて信号PWMI1を生成し、その生成した信号PWMI1をインバータ20へ出力する。
第2のインバータ制御部118は、モータジェネレータMG2のトルク指令値TR2、モータ電流MCRT2およびモータ回転角θ2、ならびに電圧VHに基づいて、モータジェネレータMG2を駆動するためのPWM信号を生成し、その生成したPWM信号を信号PWMI2としてインバータ30へ出力する。なお、モータ電流MCRT2、モータ回転角θ2および電圧VHの各々は、図示されないセンサによって検出される。
また、第2のインバータ制御部118は、車両外部の電力負荷への給電時または車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時、AC入出力制御部116からの零相電圧指令AC2に基づいて信号PWMI2を生成し、その生成した信号PWMI2をインバータ30へ出力する。
走行モード制御部114は、車両外部の電源から蓄電装置Bの充電が完了したことを示す充電完了信号COMPをAC入出力制御部116から受けると、EV走行フラグ(内部フラグ)を活性化する。そして、走行モード制御部114は、EV走行フラグが活性化されているとき、走行モードをEV走行モードに設定し、発電制御部112へ出力されるモード信号MDを活性化する。
また、走行モード制御部114は、EV走行フラグが活性化されているときに蓄電装置BのSOCが規定値SC(図3)を下回ると、EV走行モードからHV走行モードへ走行モードを切替え、モード信号MDを非活性化する。
発電制御部112は、走行モード制御部114からのモード信号MDが非活性化されているとき、すなわちHV走行モード時、蓄電装置BのSOCが下限値SL(図3)を下回ると、エンジン4を始動させるためのモータジェネレータMG1のトルク指令値TR1を生成して第1のインバータ制御部110へ出力する。そして、エンジン4が始動すると、発電制御部112は、後述の充放電マップに従う発電率でモータジェネレータMG1が発電するためのトルク指令値TR1を生成し、その生成したトルク指令値TR1を第1のインバータ制御部110へ出力する。
ここで、発電制御部112は、エンジン4の負荷を示すエンジン要求パワーEGPWRが規定値よりも小さい状態が継続している場合においてエンジン要求パワーEGPWRが零でない状態の積算時間が規定時間を超えると、エンジン4の点火プラグに未燃物が多量に付着しているものと判断し、エンジン4の負荷を増加させるために、モータジェネレータMG1の発電率が増加するようにトルク指令値TR1を変更する。
図5は、図4に示した発電制御部112において用いられる充放電マップを示した図である。図5を参照して、横軸は、蓄電装置BのSOCを示し、縦軸は、蓄電装置Bの充電電力および放電電力を示す。このマップは、HV走行モード時に蓄電装置BのSOCを下限値SLと上限値SHとの間に制御するための蓄電装置Bの充放電電力を規定するものである。具体的には、SOCが下限値SLを下回ると、折線k1に従う充電電力で蓄電装置Bが充電されるようにモータジェネレータMG1の発電が行なわれる。
なお、蓄電装置BのSOCが上限値SHを上回ると、折線k2に従う電力が蓄電装置Bから持出されるように蓄電装置Bの放電電力が制御されるが、この場合は、発電制御部112は関与しない。したがって、以下では、発電制御部112が関与する充電側についてのみ説明を行なう。
図6は、蓄電装置BのSOCが下限値SLを下回ったときの従来の発電電力を説明するための図である。図6を参照して、蓄電装置BのSOCが下限値SLを下回ってS0になると、蓄電装置Bへの充電電力がP1となるように、エンジン4の動力を用いてモータジェネレータMG1の発電が行なわれる。
モータジェネレータMG1の発電が開始されるとSOCは上昇し始めること、また、折線k1に従う充電電力P1をモータジェネレータMG1が発電する際のエンジン負荷は低いことから、エンジン4の出力が上昇することなくこのような低負荷運転が繰返し行なわれると、エンジン4の点火プラグに未燃物が多量に付着し得る。
図7は、この実施の形態1において蓄電装置BのSOCが下限値SLを下回ったときの発電電力を説明するための図である。図7を参照して、この実施の形態1では、エンジン4の出力が上昇することなく低負荷運転が繰返しまたは継続して行なわれると、SOCが下限値SLを下回ったときの充電電力を規定する折線をk1からk3に変更させる。すなわち、モータジェネレータMG1の発電率が増加するように充放電マップが変更される。
そうすると、SOCが下限値SLを下回ってS0になると、蓄電装置Bの充電電力が折線k3に従うP2(>P1)となるように、エンジン4の動力を用いてモータジェネレータMG1の発電が行なわれる。したがって、エンジン4は、比較的高負荷で運転されることとなり、点火プラグに付着した未燃物を燃焼せしめることができる。
なお、折線k1に従う充電電力を発生させるためのモータジェネレータMG1の発電率は、この発明における「基準値」に相当する。
図8は、図4に示した発電制御部112において用いられる充放電マップの変更処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
図8を参照して、発電制御部112は、エンジン要求パワーEGPWRが規定値よりも小さいか否かを判定する(ステップS10)。なお、この規定値は、エンジン4が低負荷で運転されることにより点火プラグに未燃物が付着し得るしきい値であって、予め設定される。
エンジン要求パワーEGPWRが規定値よりも小さいと判定されると(ステップS10においてYES)、発電制御部112は、エンジン要求パワーEGPWRは零であるか否かを判定する(ステップS20)。エンジン要求パワーEGPWRは零でないと判定されると(ステップS20においてNO)、発電制御部112は、第1カウンターをカウントアップする(ステップS30)。なお、エンジン要求パワーEGPWRが零であると判定されると(ステップS20においてYES)、発電制御部112は、第1カウンターをカウントアップすることなく、ステップS40へ処理を移行する。
次いで、発電制御部112は、第1カウンターのカウント値が第1の規定時間を超えたか否かを判定する(ステップS40)。この第1の規定時間は、エンジン4が低負荷で間欠的または継続的に動作することにより点火プラグに未燃物が多量に付着していると判定するためのしきい値であって、予め設定される。そして、第1カウンターのカウント値が第1の規定時間を超えたと判定されると(ステップS40においてYES)、発電制御部112は、モータジェネレータMG1の発電率が増加するように、図7に示したように充放電マップを変更する。
なお、ステップS40において第1カウンターのカウント値が第1の規定時間以下であると判定されると(ステップS40においてNO)、発電制御部112は、充放電マップを変更することなく処理を終了する。
なお、ステップS10においてエンジン要求パワーEGPWRが規定値以上であると判定されると(ステップS10においてNO)、未燃物が点火プラグに付着することはないと判断して、発電制御部112は、第1カウンターをリセットする(ステップS60)。
このようにして、発電制御部112において用いられる充放電マップが変更される。次に、ハイブリッド車両100から車両外部の電力負荷への給電時、および車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時におけるインバータ20,30の動作について説明する。
図9は、図2に示したインバータ20,30およびモータジェネレータMG1,MG2の零相等価回路を示した図である。図9を参照して、インバータ20,30の各々は、上述のように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける6個のスイッチング素子のオン/オフの組合わせは8パターン存在する。その8つのスイッチングパターンのうち2つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの3つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態(全てオンまたはオフ)とみなすことができ、また、下アームの3つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。
車両外部の電力負荷への給電時または車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時、インバータ20,30においては、駆動ECU60のAC入出力制御部116によってそれぞれ生成される零相電圧指令AC1,AC2に基づいて零電圧ベクトルが制御される。したがって、車両外部の電力負荷への給電時または車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時、各インバータの上アームの3つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態とみなすことができ、下アームの3つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができるので、この図9では、インバータ20の上アームの3つのスイッチング素子は上アーム20Aとしてまとめて示され、インバータ20の下アームの3つのスイッチング素子は下アーム20Bとしてまとめて示されている。同様に、インバータ30の上アームの3つのスイッチング素子は上アーム30Aとしてまとめて示され、インバータ30の下アームの3つのスイッチング素子は下アーム30Bとしてまとめて示されている。
そして、図9に示されるように、この零相等価回路は、正極線PL2および負極線NL2から供給される直流電圧を用いて中性点N1,N2間に単相交流電圧を生じさせる単相PWMインバータとみることができる。そこで、インバータ20,30の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ20,30を単相PWMインバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、正極線PL2および負極線NL2から供給される直流電力を交流電力に変換して接続プラグ40から車両外部の電力負荷へ給電することができる。
また、この零相等価回路は、電力線ACL1,ACL2を介して中性点N1,N2に与えられる単相交流電力を入力とする単相PWMコンバータとみることもできる。そこで、インバータ20,30の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ20,30を単相PWMコンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、電力線ACL1,ACL2から入力される交流電力を直流電力に変換して正極線PL2および負極線NL2へ出力することができる。
このようにして、ハイブリッド車両100から車両外部への給電および車両外部の電源から蓄電装置Bの充電が行なわれる。
以上のように、この実施の形態1においては、モータジェネレータMG1は、エンジン4の出力を用いて発電可能に構成され、蓄電装置Bは、モータジェネレータMG1によって発電された電力を蓄電可能である。そして、エンジン4の負荷が規定値以上になっていないと判断された場合、モータジェネレータMG1の発電率を増加させるので、発電率の増加に伴ないエンジン4の負荷が上昇し、点火プラグに付着した未燃物が燃焼する。したがって、この実施の形態1によれば、エンジン4の状態を確実に良好に維持することができる。
[実施の形態2]
上述のように、点火プラグに付着した未燃物を燃焼させるためには、エンジン4の負荷を高めればよく、実施の形態1では、エンジン4の負荷が規定値よりも低い状態が継続すると、エンジン4の負荷を高めることを目的として、モータジェネレータMG1の発電率が増加するように充放電マップを変更した。
一方、エンジン4が長時間継続して停止している場合には、点火プラグに未燃物が付着することはないけれども、エンジン4内の潤滑状態が悪化する。そして、エンジン4の潤滑面から見ると、エンジン4が長時間継続して停止している場合には、エンジン4を低負荷で、かつ、長時間動作させるのが望ましい。実施の形態1では、エンジン4の負荷を高めるために、モータジェネレータMG1の発電率が増加するように充放電マップが変更されるので、エンジン4は高負荷となり、かつ、直ちにSOCが制御範囲に入ることによりエンジン4は短時間で停止し得る。そこで、この実施の形態2では、エンジン4が長時間継続して停止している場合には、エンジン4を低負荷で、かつ、できるだけ長時間動作させるために、モータジェネレータMG1の発電率が低下するように充放電マップが変更される。
図10は、エンジン4が長時間継続して停止している場合に蓄電装置BのSOCが下限値SLを下回ったときの発電電力を説明するための図である。図10を参照して、この実施の形態2では、エンジン4が長時間継続して停止していると、SOCが下限値SLを下回ったときの充電電力を規定する折線をk1からk4に変更させる。すなわち、モータジェネレータMG1の発電率が低下するように充放電マップが変更される。
そうすると、SOCが下限値SLを下回ってS0になると、蓄電装置Bの充電電力が折線k4に従うP3(<P1)となるように、エンジン4の動力を用いてモータジェネレータMG1の発電が行なわれる。したがって、SOCが上昇してエンジン4が停止するまでの時間が十分に確保されることにより、潤滑面でもエンジン4の状態を良好に維持することが可能となる。
この実施の形態2におけるハイブリッド車両の全体構成は、図2に示した実施の形態1におけるハイブリッド車両100と同じである。また、実施の形態2における駆動ECUの全体構成も、図4に示した実施の形態1における駆動ECU60と同じである。
図11は、実施の形態2における発電制御部112において用いられる充放電マップの変更処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
図11を参照して、このフローチャートは、図8に示したフローチャートにおいて、ステップS35,S70,S80,S90をさらに含み、ステップS60に代えてステップS65を含む。すなわち、ステップS20においてエンジン要求パワーEGPWRが零であると判定されると、発電制御部112は、エンジン4の継続停止時間をカウントする第2のカウンターをカウントアップする(ステップS70)。そして、発電制御部112は、第2カウンターのカウント値が第2の規定時間を超えたか否かを判定する(ステップS80)。この第2の規定時間は、エンジン4が継続して停止していることにより潤滑性が悪化していると判定するためのしきい値であって、予め設定される。そして、第2カウンターのカウント値が第2の規定時間を超えたと判定されると(ステップS80においてYES)、発電制御部112は、モータジェネレータMG1の発電率が低下するように、図10に示したように充放電マップを変更する(ステップS90)。
なお、ステップS80において第2カウンターのカウント値が第2の規定時間以下であると判定されると(ステップS80においてNO)、発電制御部112は、充放電マップを変更することなく処理を終了する。
一方、ステップS20においてエンジン要求パワーEGPWRが零でないと判定され、ステップS30において第1カウンターがカウントアップされると、発電制御部112は、第2カウンターをリセットする(ステップS35)。そして、発電制御部112は、ステップS40へ処理を移行する。
また、ステップS10においてエンジン要求パワーEGPWRが規定値以上であると判定されると、未燃物が点火プラグに付着することはなく、かつ、エンジン4の潤滑性も確保されているものと判断して、発電制御部112は、第1および第2カウンターをともにリセットする(ステップS65)。
以上のように、この実施の形態2においては、エンジン4の負荷が零の状態の積算時間が第2の規定時間を超えると、モータジェネレータMG1の発電率を低下させるので、次回のエンジン4の動作時にエンジン4が低負荷で、かつ、長時間動作する。したがって、この実施の形態2によれば、エンジン4の潤滑性が確保され、エンジン4の状態を確実に良好に維持することができる。
[実施の形態2の変形例]
車両外部の電源から蓄電装置Bを充電可能なハイブリッド車両100は、満充電状態からEV走行モードで走行を開始することができるので、上述のように、EV走行モードでの走行距離が拡大する。そして、EV走行モードでの走行中は、エンジン4が一度も動作しない可能性がある。そこで、この実施の形態2の変形例では、EV走行モードからHV走行モードへ走行モードが切替わると、エンジン4が長時間継続して停止していたものと判断して、モータジェネレータMG1の発電率が低下するように充放電マップが変更される。
図12は、実施の形態2の変形例における発電制御部112において用いられる充放電マップの変更処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
図12を参照して、このフローチャートは、図8に示したフローチャートにおいて、ステップS85,S90をさらに含む。すなわち、ステップS20においてエンジン要求パワーEGPWRが零であると判定されると、発電制御部112は、EV走行モードからHV走行モードへの切替が発生したか否かを判定する(ステップS85)。そして、EV走行モードからHV走行モードへの切替が発生したと判定されると(ステップS85においてYES)、発電制御部112は、モータジェネレータMG1の発電率が低下するように、図10に示したように充放電マップを変更する(ステップS90)。
なお、ステップS85においてEV走行モードからHV走行モードへの切替は発生していないと判定されると(ステップS85においてNO)、発電制御部112は、充放電マップを変更することなく処理を終了する。
以上のように、この実施の形態2の変形例によっても、実施の形態2と同様に、エンジン4の潤滑性が確保され、エンジン4の状態を確実に良好に維持することができる。
なお、上記の各実施の形態においては、ハイブリッド車両100から車両外部の電力負荷への給電時、または車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時、インバータ20,30およびモータジェネレータMG1,MG2を用いて、モータジェネレータMG1,MG2の中性点N1,N2に接続される接続プラグ40を介して車両外部の電力負荷または電源と電力を授受するものとしたが、車両外部の電力負荷または電源と電力を授受するための専用のインバータを別途設けてもよい。
図13は、そのような専用のインバータを別途備えたハイブリッド車両のパワートレーン構成を示した図である。図13を参照して、ハイブリッド車両100Aは、図2に示したハイブリッド車両100の構成においてインバータ90をさらに備える。
インバータ90は、正極線PL2および負極線NL2に接続される。そして、インバータ90は、車両外部の電力負荷への給電時、駆動ECU60(図示せず)からの信号に基づいて、商用電源周波数を有する交流電圧を生成し、その生成した交流電圧を接続プラグ40を介して車両外部の電力負荷へ出力する。
また、インバータ90は、車両外部の電源から蓄電装置Bの充電時、駆動ECU60からの信号に基づいて、接続プラグ40から入力される交流電力を直流電力に変換して正極線PL2および負極線NL2へ出力する。そして、インバータ90から正極線PL2および負極線NL2に供給される直流電力を昇圧コンバータ10により蓄電装置Bの電圧レベルに変換して蓄電装置Bを充電することができる。
なお、ハイブリッド車両100Aのその他の構成は、ハイブリッド車両100と同じである。なお、この図13では、電池・コンバータECU50および駆動ECU60については図示していない。
なお、上記の各実施の形態においては、車両から車両外部の電力負荷へ給電可能であり、また、車両外部の電源から蓄電装置Bを充電可能なハイブリッド車両について説明したが、この発明の適用範囲は、そのような車両外部の電力負荷や電源と電力を授受可能なハイブリッド車両に限定されるものではない。但し、車両外部の電力負荷や電源と電力を授受可能なハイブリッド車両は、エンジンが低負荷または停止している状態が特に長時間継続し得るので、この発明は、車両外部の電力負荷への給電機能および車両外部の電源からの充電機能の少なくとも一方を有するハイブリッド車両に特に好適である。
また、上記においては、動力分割機構3によりエンジン4の動力を車軸とモータジェネレータMG1とに分割して伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、モータジェネレータMG1を駆動するためにのみエンジン4を用い、モータジェネレータMG2でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車両にも適用可能である。
なお、シリーズ型のハイブリッド車両の場合には、蓄電装置が満充電の状態から、エンジンを停止したEV走行が開始され、蓄電装置のSOCが所定のしきい値まで低下すると、エンジンが発電機を駆動するために始動し、その後エンジンで発電しながらのEV走行が行なわれる。
また、上記においては、エンジン4の負荷が規定値よりも低い状態が継続すると、エンジン4の点火プラグに未燃物が多量に付着したものと判断して充放電マップを変更するものとしたが、エンジン4の汚れを検出するセンサ(たとえば、潤滑油の汚れを検出するセンサなど)を別途備え、エンジン4の汚れが検出されたとき、点火プラグに未燃物が多量に付着しているものと判断して充放電マップを変更するようにしてもよい。
また、上記においては、蓄電装置Bとインバータ20,30との間に昇圧コンバータ10が備えられているが、この発明は、昇圧コンバータ10を備えないハイブリッド車両にも適用可能である。
なお、上記において、発電制御部112における制御は、実際には、CPU(Central Processing Unit)によって行なわれ、CPUは、図8,11,12に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをROM(Read Only Memory)から読出し、その読出したプログラムを実行して各図に示したフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ROMは、上記フローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ(CPU)読取可能な記録媒体に相当する。
なお、上記において、エンジン4は、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応し、モータジェネレータMG1およびインバータ20は、この発明における「発電装置」の一実施例に対応する。また、モータジェネレータMG2およびインバータ30は、この発明における「駆動装置」の一実施例に対応する。
さらに、インバータ20,30、モータジェネレータMG1,MG2および駆動ECU60は、この発明における「電力変換装置」の一実施例を構成し、インバータ90も、この発明における「電力変換装置」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態1によるハイブリッド車両が適用される電力システムの全体構成図である。 図1に示すハイブリッド車両のパワートレーン構成を示した図である。 蓄電装置のSOCと走行モードとの関係を説明するための図である。 図2に示す駆動ECUの機能ブロック図である。 図4に示す発電制御部において用いられる充放電マップを示した図である。 蓄電装置のSOCが下限値を下回ったときの従来の発電電力を説明するための図である。 この実施の形態1において蓄電装置のSOCが下限値を下回ったときの発電電力を説明するための図である。 図4に示す発電制御部において用いられる充放電マップの変更処理を説明するためのフローチャートである。 図2に示すインバータおよびモータジェネレータの零相等価回路を示した図である。 エンジンが長時間継続して停止している場合に蓄電装置のSOCが下限値を下回ったときの発電電力を説明するための図である。 実施の形態2における発電制御部において用いられる充放電マップの変更処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2の変形例における発電制御部において用いられる充放電マップの変更処理を説明するためのフローチャートである。 車両外部の電力負荷または電源と電力を授受するための専用のインバータを別途備えたハイブリッド車両のパワートレーン構成を示した図である。
符号の説明
2 車輪、3 動力分割機構、4 エンジン、7,8 三相コイル、10 昇圧コンバータ、20,30,90 インバータ、20A,30A 上アーム、20B,30B 下アーム、40 接続プラグ、50 電池・コンバータECU、60 駆動ECU、72 電圧センサ、74 電流センサ、100,100A ハイブリッド車両、104 住宅、110 第1のインバータ制御部、112 発電制御部、114 走行モード制御部、116 AC入出力制御部、118 第2のインバータ制御部、200 電力システム、ACL 接続ケーブル、PSL 送電線、B 蓄電装置、C1,C2 コンデンサ、PL1,PL2 正極線、NL1,NL2 負極線、MG1,MG2 モータジェネレータ、ACL1,ACL2 電力線、N1,N2 中性点。

Claims (3)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関の出力を用いて発電可能に構成された発電装置と、
    前記発電装置によって発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
    前記蓄電装置から電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生する駆動装置と、
    前記発電装置による発電を制御する発電制御部と
    前記発電装置および前記蓄電装置の少なくとも一方から車両外部の負荷への給電、および車両外部の電源から前記蓄電装置の充電の少なくとも一方を実行可能に構成された電力変換装置と、
    前記蓄電装置の充電状態の目標が未設定である第1のモードと前記充電状態の目標が設定される第2のモードとを含む走行モードの切替を制御する走行モード制御部とを備え、
    前記電力変換装置は、少なくとも車両外部の前記電源から前記蓄電装置を充電可能に構成され、
    前記発電制御部は、前記内燃機関の負荷が規定値よりも小さい状態が継続している場合において前記負荷が零でない状態の積算時間が第1の規定時間を超えると、前記発電装置の発電率を基準値よりも増加させ
    前記発電制御部は、さらに、前記走行モード制御部により前記第1のモードから前記第2のモードへ前記走行モードが切替えられたとき、前記負荷が零の状態の積算時間が第2の規定時間を超えることにより前記内燃機関が長時間継続して停止していたものと判断して、前記発電率を前記基準値よりも減少させる、ハイブリッド車両。
  2. 前記蓄電装置の充電要求に応じて前記発電装置を動作させた場合に前記内燃機関の負荷が前記規定値よりも小さくなるように、前記基準値および前記規定値が決定され、
    前記発電制御部は、前記内燃機関の負荷が前記規定値よりも小さい状態が継続している場合において前記負荷が零でない状態の積算時間が前記第1の規定時間を超えると、前記内燃機関の負荷が前記規定値以上になるように、前記発電率を前記基準値よりも増加させる、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記走行モード制御部は、前記電力変換装置による前記蓄電装置の充電完了後、前記走行モードを前記第1のモードとし、前記充電状態の目標を示す所定値近傍に前記充電状態が低下すると、前記走行モードを前記第2のモードに切替え、
    前記発電制御部は、前記充電状態が前記所定値近傍になるように前記発電装置による発電を制御する、請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車両。
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