JP5310286B2 - ハイブリッド車両用起動判断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動機とを組合わせて走行するハイブリッド車両において、電動機へ電力を供給する強電バッテリの温度に基づいて、車両システムの起動許可の判断を行うハイブリッド車両用起動判断装置に関する。

従来から、エンジンの低温始動時には、エンジンのオイル粘性の上昇などに伴い、常温駆動の場合と比較して高い始動トルクを必要とする。しかし、一般に、低温時のバッテリ出力は常温時に比較して小さくなり、エンジン始動に支障を来す場合がある。

そこで、特許文献１では、エンジンの温度センサにより検出されたエンジン温度とバッテリ温度センサにより検出されたバッテリ温度が所定温度よりも低い場合、加温手段を用いてエンジン及びバッテリを加温するハイブリッド自動車が提案されている。特許文献１によれば、エンジンの低温始動時に非常用のスタータ電動機を用いることなく、低温始動性を向上することができるとされている。

特開２００１−２３４８４０号公報

ところで、アイドルストップを採用したハイブリッド車両では、低温時には電池出力が低下するためにエンジン出力に頼る必要がある。しかし、低温時にはエンジンフリクションが大きく、且つ電池出力が低くクランキングトルクも制限されており、エンジンがかかりにくい状態であるために、確実にエンジン始動できた後に車両システムの起動許可を出している。

ここで、低温の判断はエンジンの冷却水温度で判断しているが、このエンジン水温センサ系が故障している場合、高めのフェールセーフ値（Ｆ／Ｓ値）をそのまま適用してしまうため低温判断ができず、車両システムの起動許可を誤判定してしまう場合があった。そして、エンジンフリクションが大きい状態でエンジン始動を試みることが起こりうる。この場合、強電バッテリのエネルギー（駆動用モータ動力）を活用するため、モータ負荷が必要以上に継続して大きくなることで、強電バッテリ上がりが発生し、再始動不可となるという問題が起こりうる。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の温度推定精度が高いハイブリッド車両用起動判断装置を提供することである。

本発明の特徴は、内燃機関と電動機とを組合わせて走行するハイブリッド車両において、電動機へ電力を供給する強電バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定部と、ハイブリッド車両の車両システムを停止した時にバッテリ温度計測部が測定した強電バッテリの温度と、車両システムを再び起動した時にバッテリ温度計測部が測定した強電バッテリの温度とに基づいて、車両システムを停止してから再び起動するまでの停止時間を推定する時間推定部と、時間推定部により推定された停止時間に基づいて、内燃機関の温度を推定する温度推定部とを備えるハイブリッド車両用起動判断装置であることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、内燃機関の冷却水の温度を測定する水温センサが故障してもそのセンサ出力を代用できる推定値を精度良く求めることができる。若しくは上記の水温センサが無く場合でも低温条件での内燃機関の始動可否を適切に判断することができる。

本発明の特徴において、ハイブリッド車両用起動判断装置が、ハイブリッド車両の外気温を測定する外気温度測定部を更に備え、時間推定部が、外気温度測定部が測定した外気温を考慮して、推定した停止時間に補正を加えてもよい。これにより、強電バッテリの温度下降は冷却条件（環境温度）との温度差により影響を受けるため、これを考慮することにより内燃機関の温度推定精度を向上することができる。

本発明の特徴において、時間推定部が、前回の車両システム起動中に使用した強電バッテリの充放電積算値が大きいほど、長い停止時間を推定しても構わない。このようにして、強電バッテリの比熱及び内部温度上昇ディレイを考慮することにより、強電バッテリ温度変化に基づいた内燃機関の温度推定精度を更に向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の温度推定精度が高いハイブリッド車両用起動判断装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係わるハイブリッド車両の主要な構成を示すブロック図である。 図１のハイブリッド車両用起動判断装置の動作の一例を示すフローチャートである。 イグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇と強電バッテリ３１の充放電積算量（絶対値）との関係の一例を示すグラフである。 イグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇とイグニッションをオフしてから強電バッテリ３１が最高電池温度まで到達するまでの所要時間（温度上昇所要時間）との関係の一例を示すグラフである。 強電バッテリ３１の劣化状態とイグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇の補正量との関係の一例を示すグラフである。 「強電バッテリ冷却時間」に「強電バッテリ冷却風温度」を乗じた量とイグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇の補正量との関係の一例示すグラフである。 「外気温」とイグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇の補正量との関係の一例を示すグラフである。 イグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇と「外気温」と「冷却所要時間」との関係の一例を示すグラフである。 イグニッション・オフ所要時間（停止時間）と「外気温」と「エンジン水温」との関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態及び比較例に係わるタイミングチャートの一例を示す図である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係わるハイブリッド車両及びハイブリッド車両用起動判断装置の主要な構成を説明する。なお、図１において、細い破線は強電の接続を
示し、細い実線は弱電の接続を示し、太い実線は動力の接続を示し、一点破線は油圧の接続を示す。

ハイブリッド車両は、内燃機関の一例としてのエンジン３５と、電動機の一例としての駆動用モータ３３とを組合わせて走行する車両であって、車両全体を制御するＣＰＵ１１と、エンジン３５の始動をサポートする発電機３４と、駆動用モータ３３へ電力を供給する強電バッテリ３１と、エンジン３５の発生トルク及び回転数に応じて強電バッテリ３１の電気エネルギーを駆動用モータ３３へ供給するインバータ３２と、ＣＰＵ１１の動作電源を提供する補助バッテリ１２と、強電バッテリ３１のエネルギーを１２Ｖ程度へ変換して補助バッテリ１２へ供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４３と、エンジン３５の温度を検出する水温センサ４４と、強電バッテリ３１の温度を検出するバッテリ温度センサ（バッテリ温度計測部）４２と、強電バッテリ３１を冷却する冷却風の温度を検出する冷却風温度センサ４５と、車両システムがおかれた環境の温度を検出する外気温センサ（外気温度測定部）４６と、各タイヤ５１ａ〜５１ｄに対して設けられた機械ブレーキ２２ａ〜２２ｄと、ブレーキアクチュエータ２１と、遊星歯車機構を有するトランスミッション（Ｔ／Ａ）３６とを備える。

ＣＰＵ１１は、強電バッテリ３１の充電状態（ＳＯＣ）や温度、劣化状態を含む様々な状態をモニタし、これらの状態に応じて入出力可能な電力量を算出する。そして、算出した電力量をもとにインバータ３２を制御することにより、駆動用モータ３３及び発電機３４を動作させるとともに、エンジン３５を制御する。なお、駆動用モータ３３とエンジン３５との駆動力配分も制御する。また、ＣＰＵ１１は、駆動用モータ３３による回生制動力を考慮し、機械ブレーキ２２ａ〜２２ｄにより発生する制動力演算指令値をブレーキアクチュエータ２１へ送信する。なお、ＣＰＵ１１は、駆動用モータ３３の回転数から自車速度を把握することを基本とする。その他、ＣＰＵ１１は、アクセルセンサなど各種センサ検出値をモニタする。

補助バッテリ１２は、ＣＰＵ１１の動作電源を提供し、強電バッテリ３１を電源としたＤＣ／ＤＣコンバータ４３により電力が供給される。ブレーキアクチュエータ２１は、ＣＰＵ１１により演算された機械ブレーキ２２ａ〜２２ｄで発生させるべき制動力演算指令値を受信し、それに応じて機械ブレーキ２２ａ〜２２ｄに対し必要な油圧をかける。

機械ブレーキ２２ａ〜２２ｄは、ブレーキアクチュエータ２１により発生された油圧に応じ、制動力を発生させる。強電バッテリ３１は、駆動用モータ３３に対してインバータ３２を経由して電力を供給することで車両走行をアシストする。発電機３４が発電した電力は、インバータ３２を経由して強電バッテリ３１へ回収される。その他、強電バッテリ３１は、強電バッテリ３１の温度を検出するバッテリ温度センサ４２を内蔵し、バッテリ温度センサ４２の検出値はＣＰＵ１１へ送信される。

インバータ３２は、ＣＰＵ１１により直接制御され、エンジン３５が発生するトルク及び回転数に応じて、強電バッテリ３１の電気エネルギーを駆動用モータ３３へ供給し、発電機３４により発電された電気エネルギーを強電バッテリ３１へと戻す。なお、駆動用モータ３３、発電機３４及びエンジン３５は、トランスミッション３６に内蔵された遊星歯車機構に直結している。よって、インバータ３２は、車両を正常に作動させるために、トルク及び回転数のバランスを保つように強電バッテリ３１及び発電機３４を制御する。

駆動用モータ３３は、車速が低い場合、単独で駆動トルクを発生させる。すなわち、この場合、エンジン３５は駆動トルクを発生しない。また、車速が高い場合、駆動用モータ３３は、エンジン３５が発生する駆動トルクをアシストする。さらに、車両の減速時、駆動用モータ３３は、回生制動を行うことにより電気エネルギーを発生させる。発生した電
気エネルギーはインバータ３２を経由して強電バッテリ３１へ戻される。

図１のハイブリッド車両は、エンジン３５を始動させる為のスタータを有さない。本発明の実施の形態に係わるハイブリッド車両は、エンジン３５の始動時に、強電バッテリ３１から電力を供給し、発電機３４をモータとして動作することでエンジン３５の始動をサポートする。通常走行時は、駆動用モータ３３とエンジン３５とをバランスさせることで電気エネルギーを発生（発電）し、この電気エネルギーを強電バッテリ３１へ戻す。或いは、発電した電気エネルギーを直接、駆動用モータ３３へ供給することも可能である。これにより、急激な加速に対応することも可能となる。

エンジン３５は、ＣＰＵ１１により直接制御されている。具体的には、車速が高い場合、車両駆動のためにトルクを発生する。車速が低い場合はモータ走行となるため、ＣＰＵ１１による制御は不要となる。トランスミッション３６は、遊星歯車機構を有する。遊星キャリアにはエンジン３５、内歯車（リングギア）には駆動用モータ３３、太陽歯車（サンギア）には発電機３４がそれぞれ直接接続している。従来システムのトランスミッション相当も内部に構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、強電バッテリ３１から供給される電圧を１２Ｖ程度へ変換して補助バッテリ１２へ供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、従来のエンジン車両におけるオルタネータと同様の機能を有する。

水温センサ４４は、エンジン３５の冷却水の温度を検出し、この情報をＣＰＵ１１へ入力する。冷却風温度センサ４５は、強電バッテリ３１を冷却する冷却風の温度を検出し、この情報をＣＰＵ１１へ入力する。外気温センサ４６は、車両システムがおかれた環境の温度を検出し、この情報をＣＰＵ１１へ入力する。

図２を参照して、図１のハイブリッド車両用起動判断装置の動作の一例を説明する。

（イ）先ずＳ０１段階において、ＣＰＵ１１は、ハイブリッド車両のイグニッションをオフするときの車両情報を記録する。具体的には、イグニッション（ＩＧＮ）のオフ処理を検知した後、車両システムのオフ処理を行う際、今回のトリップにおいて強電バッテリ３１へ充電した電力量及び強電バッテリ３１が放電した電力量の積算値（絶対値）を示す「強電バッテリ積算充放電量」を記録する。また、強電バッテリ３１のバッテリ温度センサ４２から、強電バッテリ３１の温度を示す「強電バッテリ温度」を確認して記録する。

（ロ）更に、強電バッテリ３１からイグニッションをオフした後の「強電バッテリ冷却時間」及び「強電バッテリ劣化情報」を確認して記録する。また、水温センサ４４よりエンジン３５の冷却水の水温を示す「エンジン水温」を確認して記録する。冷却風温度センサ４５より強電バッテリ３１を冷却する冷却風の温度を示す「強電バッテリ冷却風温度」を確認して記録する。外気温センサ４６より車両システムがおかれた環境の温度を示す「外気温」を確認して記憶する。

（ハ）その後、Ｓ０３段階に進み、ＣＰＵ１１は、再びイグニッションをオンした時の「強電バッテリ温度」及び「外気温」を確認する。

（ニ）Ｓ０５段階に進み、ＣＰＵ１１は、上記した車両情報及び各種温度情報から、車両システムを停止してから再び起動するまでの停止時間、及びエンジン３５の冷却水の水温（エンジン水温）を推定する。具体的に、ＣＰＵ１１は、ハイブリッド車両の車両システムを停止した時（イグニッションをオフした時）にバッテリ温度センサ４２が測定した強電バッテリ３１の温度と車両システムを再び起動した時にバッテリ温度センサ４２が測
定した強電バッテリ３１の温度とに基づいて、イグニッションをオフしてから再びオンするまでの停止時間を推定する時間推定部、及び時間推定部により推定された停止時間に基づいてエンジン３５の温度（エンジン水温）を推定する温度推定部として動作する。

（ホ）先ず、イグニッションをオフした時の「強電バッテリ温度」からどの程度の温度上昇があるかを「強電バッテリ積算充放電量」より推定する。図３に示すように、「強電バッテリ積算充放電量」の絶対値が大きいほど、強電バッテリ３１は発熱するため、イグニッション・オフ後の強電バッテリ３１の温度上昇量は大きくなる。

（へ）図３より推定した温度上昇量を、「強電バッテリ冷却時間」、「強電バッテリ冷却風温度」で補正する。例えば図６に示すデータを参照して、温度上昇量を補正すればよい。図６の例では、冷却風の温度が低く或いは冷却時間が長いと、温度上昇が制限される。また、図３より推定した温度上昇量を、「外気温」で補正する。例えば図７に示すデータを参照して、温度上昇量を補正すればよい。図７の例では、外気温が低いと温度上昇が制限される。さらに、図３より推定した温度上昇量を、「強電バッテリ劣化情報」により、劣化が進むほど、内部抵抗が増大するため発熱する側に補正する。例えば図５に示すデータを参照して、温度上昇量を補正すればよい。図５の例では、内部抵抗の劣化が進むほど発熱量が増加して温度上昇が大きくなる。

（ト）次に、上記のようにして推定及び補正されたイグニッション・オフ後の温度上昇から、イグニッションをオフしてから強電バッテリ３１が最高電池温度まで到達するまでの所要時間（温度上昇所要時間）を推定する。具体的には、例えば図４に示すデータを参照して温度上昇所要時間を推定すればよい。

（チ）次に、上記した最高電池温度に到達してから次回起動時（Ｓ０３）での電池温度まで低下するまでの所要時間（冷却所要時間）を、「強電バッテリ冷却時間」と「強電バッテリ冷却風温度」及び「外気温」に基づいて推定する。具体的には、例えば図８に示すデータを参照して冷却所要時間を推定すればよい。図８の例では、最高電池温度と次回起動時（Ｓ０３）での電池温度との温度差を縦軸に取り、「外気温」を横軸に取り、温度差が大きい程、また「外気温」が高い程、冷却所要時間が長くなる。

（リ）次に、「温度上昇所要時間」と「冷却所要時間」とを合算して、これを、車両システムを停止してから再び起動するまで、すなわちイグニッションをオフしてから再びオンするまでの停止時間とする。そして、この停止時間及び「外気温」に基づいて「エンジン水温」を推定する。具体的には、例えば図９を参照して「エンジン水温」を推定すればよい。図９において、横軸（イグニッション・オフ所要時間）は、車両システムを停止してから再び起動するまでの停止時間に相当する。外気温が低いほど、また停止時間が長いほど、「エンジン水温」は低くなる。

（ヌ）Ｓ０７段階に進み、推定した「エンジン水温」と再びイグニッションをオンした時に検出した「強電バッテリ温度」とを比較して、いずれか低い方に基づいてエンジンの低温始動判定を行う。

図１０を参照して、本発明の実施の形態による効果を説明する。図１０の点線ＰＲで示すように、水温センサ４４は、異常時のフェールセーフ値（Ｆ／Ｓ値）が高温側に設定されていることが多い。高温側に設定されたフェールセーフ値を低温始動時にそのまま適用すると、適切な低温判断ができない。そして、エンジンフリクションが大きく、且つ強電バッテリ３１が低温で出力制限がかかる状態で、エンジン３５の始動を試みる場合、強電バッテリ３１上がりを誘発し、結果的に車両システムの始動不能に至る可能性がある。これに対して本発明の実施の形態では、適切な低温判断が可能であり、無理な条件でのエン
ジン３５の始動を試みるおそれが少なくなる。

上記のように、本発明は、１つの実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１１ ＣＰＵ
１２ 補助バッテリ
２１ ブレーキアクチュエータ
２２ａ〜２２ｄ 機械ブレーキ
３１ 強電バッテリ
３２ インバータ
３３ 駆動用モータ（電動機）
３４ 発電機
３５ エンジン（内燃機関）
３６ トランスミッション
４２ バッテリ温度センサ（バッテリ温度測定部）
４３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４ 水温センサ
４５ 冷却風温度センサ
４６ 外気温センサ（外気温度測定部）
５１ａ〜５１ｄ タイヤ

Claims (3)

1. 内燃機関と電動機とを組合わせて走行するハイブリッド車両において、前記電動機へ電力を供給する強電バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定部と、
   前記ハイブリッド車両の車両システムを停止した時に前記バッテリ温度計測部が測定した強電バッテリの温度と、前記車両システムを再び起動した時に前記バッテリ温度計測部が測定した強電バッテリの温度とに基づいて、前記車両システムを停止してから再び起動するまでの停止時間を推定する時間推定部と、
   前記時間推定部により推定された前記停止時間に基づいて、前記内燃機関の温度を推定する温度推定部と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両用起動判断装置。
2. 前記ハイブリッド車両の外気温を測定する外気温度測定部を更に備え、
   前記時間推定部は、前記外気温度測定部が測定した外気温を考慮して、推定した停止時間に補正を加えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用起動判断装置。
3. 前記時間推定部は、前回の車両システム起動中に使用した前記強電バッテリの充放電積算値が大きいほど、長い停止時間を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両用起動判断装置。

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