JP6504071B2

JP6504071B2 - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP6504071B2
Application number: JP2016025014A
Authority: JP
Inventors: 達哉古賀; 松本　潤一; 潤一松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JP2017140998A

Description

本発明は、動力源としてエンジンおよび回転電機を有したハイブリッド車両に関する。

従来から、動力源としてエンジンおよび回転電機を有したハイブリッド車両が広く知られている。かかるハイブリッド車両には、回転電機等に電力を供給するためのメインバッテリが搭載されている。回転電機は、電力供給を受けて動力を発生する電動機として機能するとともに、エンジンからの動力や回生トルクを受けて発電を行う発電機としても機能する。この回転電機で発電された電力がメインバッテリに送られることで、メインバッテリの充電が図られる。

ところで、こうしたハイブリッド車両では、シフトレンジがニュートラルレンジ（以下「Ｎレンジ」という）に設定されている場合には、駆動力が車輪に伝わることがあってはならないので、車輪を駆動可能な回転電機は電源が切られた状態にされている。回転電機の電源が切られた場合、当然ながら、回転電機によるメインバッテリの充電はできない。その一方で、車両に搭載された補機等を駆動するためには、電力が必要となる。そのため、Ｎレンジ選択中、メインバッテリは、充電されることなく、放電のみ行うことになる。結果として、停車中にＮレンジが選択された状態が長く続くと、メインバッテリのＳＯＣが低下し、場合によっては、ＳＯＣが枯渇することがある。

特開２００８−０９４１７８号公報

特許文献１には、ハイブリッド車両において、停車中にＮレンジを選択した状態で、メインバッテリのＳＯＣが、規定の値以下まで低下すれば、ユーザに、シフトレンジの変更を促す警告を表示する技術が開示されている。かかる技術によれば、停車中にＳＯＣが低下すれば、メインバッテリの充電が可能なシフトレンジ（例えばパーキングレンジや、ドライブレンジ）への変更が促されるため、ＳＯＣの枯渇を効果的に防止できる。

しかしながら、特許文献１の技術は、メインバッテリのＳＯＣが低下したときにしかシフトレンジの変更を促さない。換言すれば、特許文献１の技術では、メインバッテリのＳＯＣが高い状態では、Ｎレンジが選択されたまま停車していても、警告は表示されない。
そのため、ユーザは、停車中にＮレンジを選択した際の問題を認識することができず、停車中にＮレンジが多用されるおそれがある。この場合、停車中に、ＳＯＣが低い状態に推移しやすくなる。

そこで、本発明では、停車中に、メインバッテリがＳＯＣの低い状態に推移しにくいハイブリッド車両を提供すること目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、内燃機関と、電力を充放電するメインバッテリと、電動機として機能することで動力を発生するとともに発電機として機能することで前記メインバッテリを充電するための電力を発生する１以上の回転電機と、停車している状態でシフトレンジとしてニュートラルが選択されているニュートラル停車の間、前記回転電機をシャットダウンする制御装置と、を備え、前記制御装置は、ニュートラル停車の継続時間が予め規定された閾値時間以上となった場合に、前記シフトレンジの変更を促す警告をユーザに出力し、さらに、前記継続時間が前記閾値時間未満であっても、前記ニュートラル停車中の積算放電電流量が予め規定された閾値電流量以上となった場合にも、前記シフトレンジの変更を促す警告をユーザに出力する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ＳＯＣの大きさに関わらず、ニュートラル停車の継続時間またはニュートラル期間中の積算放電電流量が大きい場合には、警告が出力される。その結果、メインバッテリがＳＯＣの低い状態に推移しにくい。

本発明の実施形態であるハイブリッド車両の構成を示す図である。警告の提示処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるハイブリッド車両１０の構成を示す図である。ハイブリッド車両１０は、駆動源としてエンジン１２と、第一回転電機ＭＧ１と、第二回転電機ＭＧ２と、を含む。なお、以下の説明において、第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とを区別する必要が無い場合は、単に「回転電機ＭＧ」と記載する。

エンジン１２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関である。このエンジン１２の動作状態は、エンジンＥＣＵ３８により制御される。エンジン１２の運転制御を行うために、エンジンＥＣＵ３８には、図示しない各種センサで検知されたパラメータ、例えば、燃料質内の圧力値や、空燃比、吸入空気量等が入力される。

回転電機ＭＧは、ハイブリッド車両１０の走行状態に応じて、発電機として機能したり、電動機として機能したりする。この回転電機ＭＧが発電機として機能する場合に回生制動が行なわれる。第一回転電機ＭＧ１は、主に、発電機として機能し、エンジン１２からの動力により発電する。また、第一回転電機ＭＧ１は、エンジンを始動させる電動機（スタータモータ）としても機能する。第二回転電機ＭＧ２は、主に、電動機として機能し、車両の走行用の動力を出力する。また、第二回転電機ＭＧ２は、発電機としても機能し、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することで車両を減速させる、いわゆる、回生発電も行う。インバータ２２は、メインバッテリ２８と回転電機ＭＧとの間で、電力を直流から交流に、または、交流から直流に変換しながら、電流制御を行なう。なお、後に詳説するように、シフトレンジとしてニュートラルレンジ（以下「Ｎレンジ」と呼ぶ）が選択された場合には、インバータ２２のスイッチング素子はオフ状態となり、回転電機ＭＧが停止状態（非駆動状態）となる。

エンジン１２および回転電機ＭＧで発生した動力は、ドライブシャフト１８および変速機１６を介して車輪２０に伝達される。また、エンジン１２で発生した動力は、動力分割機構１４により、車輪２０と第一回転電機ＭＧ１との２経路に分配される。動力分割機構１４は、エンジン１２の動力を、車輪２０と第一回転電機ＭＧ１との両方に振り分けるために、プラネタリーキャリア、サンギヤおよびリングギヤを備えた遊星歯車機構である。エンジン１２は、プラネタリーキャリアに接続され、第一回転電機ＭＧ１は、サンギヤに接続され、第二回転電機ＭＧ２は、リングギヤに接続される。これにより、エンジン１２、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２は、機械的に常時結合されている状態になる。また、車輪２０は、変速機１６を介して動力分割機構１４および第二回転電機ＭＧ２に接続されている。ただし、この車輪２０と、動力分割機構１４および第二回転電機と、の機械的連結は、シフトレンジとしてＮレンジが選択された場合には解除される。

エンジン１２の回転力は、プラネタリーキャリアに入力され、それがサンギヤによって第一回転電機ＭＧ１に、リングギヤによって第二回転電機ＭＧ２および車輪２０に伝えられる。回転中のエンジン１２を停止させる時には、エンジン１２の回転の運動エネルギを第一回転電機ＭＧ１で電気エネルギに変換して、エンジン１２の回転数を低下させる。

メインバッテリ２８は、ハイブリッドシステム全体に必要な電力を蓄電する二次電池で、例えば、リチウムイオン電池等で構成される。このメインバッテリ２８は、回転電機ＭＧや補機バッテリ３４に電力を供給する。また、メインバッテリ２８は、回転電機ＭＧで発電された電力により充電される。

メインバッテリ２８の充放電は、バッテリＥＣＵ３０により管理制御される。バッテリＥＣＵ３０には、メインバッテリ２８に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ（いずれも図示せず）から、端子間電圧、充放電電流、電池温度などの情報が入力される。バッテリＥＣＵ３０は、これらの情報に基づいてメインバッテリ２８のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を算出し、算出結果を表わす信号をハイブリッドＥＣＵ４０に送信する。

メインバッテリ２８とインバータ２２との間には、ＳＭＲ２６および変圧器２４が設けられている。変圧器２４は、メインバッテリ２８からの電力を昇圧して回転電機ＭＧに送るとともに、回転電機ＭＧで発電された電力を降圧してメインバッテリ２８に送る。ＳＭＲ２６は、バッテリと変圧器２４との電気的に接続または接続解除する。ＳＭＲ２６がオンされると、メインバッテリ２８の充放電が許容され、ハイブリッドシステムが作動可能な状態になる。以下では、このＳＭＲ２６がオンされ、ハイブリッドシステムが作動可能な状態を「ＲｅａｄｙＯｎ」と呼ぶ。一方、ＳＭＲ２６がオフされると、メインバッテリ２８の充放電が遮断され、ハイブリッドシステム全体が停止状態になる。これにより、エンジン１２も停止される。以下では、ＳＭＲ２６がオフされた状態を「ＲｅａｄｙＯｆｆ」と呼ぶ。

変圧器２４とＳＭＲ２６との間には、さらに、降圧コンバータ３２も設けられている。降圧コンバータ３２は、メインバッテリ２８からの電力を降圧したうえで、補機バッテリ３４や各種補機（例えば空調等）に送る。

ハイブリッドＥＣＵ４０は、ハイブリッド車両１０の状態に応じて、エンジンＥＣＵ３８や、バッテリＥＣＵ３０、ＳＭＲ２６およびインバータ２２等を制御して、ハイブリッド車両１０が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御する制御装置である。また、ハイブリッドＥＣＵ４０は、必要に応じて、情報提示部４２を介して、各種情報をユーザに提示する。情報提示部４２は、例えば、各種画像を表示する表示画面や、音声を出力するスピーカ等で構成される。本実施形態では、後に詳説するように、この情報提示部４２を介して、シフトレンジの変更を促す警告情報を提示する。

ハイブリッドＥＣＵ４０には、バッテリＥＣＵ３０で算出されたメインバッテリ２８のＳＯＣの他、車速センサ３６で検出された車速Ｖやシフトレバーに設けられたポジションセンサ４４で検出されたシフトレンジが入力される。なお、ユーザにより選択されるシフトレンジとしては、車両を走行させるときに選択されるＤレンジ、車両を駐車させるときに選択されるＰレンジ、車両をバックさせるときに選択されるＲレンジ、および、エンジン１２と車輪２０を切り離すときに選択されるＮレンジ等がある。

ハイブリッドＥＣＵ４０は、シフトレンジとしてＤ、Ｒ、Ｐレンジが選択された場合において、メインバッテリ２８のＳＯＣが低下すると、第一回転電機ＭＧ１を電動機として機能させてエンジン１２を始動させた後、第一回転電機ＭＧ１を発電機として機能させるようにインバータ２２を制御する。これにより、第一回転電機ＭＧ１がエンジン１２の動力により発電し、得られた電力でメインバッテリ２８が充電される。

また、ハイブリッドＥＣＵ４０は、シフトレンジとしてＤ、Ｒレンジが選択された状態で、回生電力を発生させてメインバッテリ２８を充電する場合、第二回転電機ＭＧ２が発電機として機能するようにインバータ２２を制御する。これにより、車両の運動エネルギは、第二回転電機ＭＧ２により電気エネルギに変換される。

シフトレンジとしてＮレンジが選択された場合、駆動力が車輪２０に伝わることがあってはならない。そのため、Ｎレンジ選択時には、エンジン１２と車輪２０との機械的連結が解除される。また、Ｎレンジ選択時には、車輪２０を駆動可能な回転電機ＭＧは、電源が切られた状態にされる。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ４０は、Ｎレンジが選択された場合には、インバータ２２のスイッチング素子をオフ状態として、回転電機ＭＧを停止状態（非駆動状態）に制御する。

ここで、これまでの説明で明らかな通り、上述のハイブリッド車両１０では、Ｎレンジを選択された際には、回転電機ＭＧが停止状態となるため、回転電機ＭＧによりメインバッテリ２８を充電することができない。一方、Ｎレンジ選択中でも、各種補機の駆動のためには電力が必要となる。そのため、Ｎレンジ選択中でも、メインバッテリ２８からの放電は、行われる。その結果、Ｎレンジが選択された状態が続くと、メインバッテリ２８のＳＯＣが徐々に低下する。

ここで、通常、メインバッテリ２８は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池であるが、こうした二次電池は、ＳＯＣが低い状態で使用されると劣化しやすくなる。例えば、リチウムイオン電池では、低ＳＯＣの状態で通電されると、ハイレート劣化と呼ばれる内部抵抗上昇が促進される。ハイレート劣化は、ＳＯＣに対して比較的大きな電流（ハイレート電流）の通電を継続的に行うことで生じる劣化で、内部抵抗上昇を招く。メインバッテリ２８の早期の劣化は、燃費の悪化や、メインバッテリ２８の交換サイクルの短縮等の原因となる。そのため、停車している状態では、シフトレンジとしてＮレンジは選択せず、Ｐレンジを選択することが望ましいと言える。なお、以下では、停車している状態でＮレンジを選択している状態を「ニュートラル停車」と呼ぶ。

一部の従来技術では、こうした問題を避けるために、Ｎレンジ選択時に、ＳＯＣが規定の閾値以下となった場合には、Ｐレンジへの変更を促す警告を表示することが提案されている。かかる技術によれば、ＳＯＣがある程度低下した段階で、Ｐレンジへ変更され、回転電機ＭＧによる発電が可能となる。そして、回転電機ＭＧで発電された電力によりメインバッテリ２８が充電されるため、ＳＯＣが過度に低下することが防止される。

しかしながら、従来の技術では、ＳＯＣがある程度、低下（ＳＯＣが閾値以下まで低下）してからでなければ、警告が表示されなかった。換言すれば、従来の技術では、Ｎレンジが選択されていても、ＳＯＣが高い状態では、警告は表示されないため、ユーザは、Ｎレンジ選択の状態を維持し続けていた。そのため、従来の技術では、短時間とはいえ、ＳＯＣが低下した状態に推移するため、メインバッテリ２８の劣化を効果的に抑制できなかった。もちろん、警告を表示する基準となるＳＯＣの閾値を上げることで、低ＳＯＣ状態への推移を防止できる。しかし、その場合、警告が高頻度で出力されるという別の問題を招く。また、単にＳＯＣの閾値を上げただけでは、停車時に、Ｎレンジの選択が望ましくないという意図がユーザに伝わらない。結果として、ユーザは、警告を避けるために何をしたらよいかが分かりにくい。

そこで、本実施形態では、ニュートラル停車中には、メインバッテリ２８のＳＯＣではなく、ニュートラル停車の継続時間Ｔｅまたはニュートラル停車中の積算放電電流量ΣＩｏｕｔに基づいて、シフトレンジの変更を促す警告の要否を判断するようにしている。このとき、警告を通知した理由、すなわち、ニュートラル停車の継続時間Ｔｅが長い、または、ニュートラル期間中の積算放電電流量ΣＩｏｕｔが大きいことも併せてユーザに通知することが望ましい。かかる構成とすることで、ユーザは、警告が発生した原因を明確に認識することができ、今後、警告発生を避けるために、行うべきことを認識できる。

次に、この警告の提示処理の流れを図２を参照して具体的に説明する。ハイブリッドＥＣＵ４０は、まず、警告提示するか否かの基準となる２種類のパラメータ、継続時間Ｔｅと積算放電電流量ΣＩｏｕｔの値をゼロにし、リセットする（Ｓ１０）。続いてハイブリッドＥＣＵ４０は、車両がＲｅａｄｙＯｎ、すなわち、ＳＭＲ２６がオンされた走行可能な状態であるか否かを確認する（Ｓ１２）。ＲｅａｄｙＯｎされていない場合、ハイブリッドＥＣＵ４０は、ステップＳ１０に戻る。また、このとき、既に、継続時間Ｔｅおよび積算放電電流量ΣＩｏｕｔの計測、警告表示を開始していた場合には、これらを停止する（Ｓ２４）。

一方、ＲｅａｄｙＯｎとなっていれば、ハイブリッドＥＣＵ４０は、続いて、ニュートラル停車中か否かを確認する（Ｓ１４）。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ４０は、シフトレンジと車速とを確認する。確認の結果、ニュートラル停車中でない、すなわち、シフトレンジがＮレンジ以外、あるいは、車速がゼロ超過である場合、ハイブリッドＥＣＵ４０は、ステップＳ１０に戻る。このとき、既に、継続時間Ｔｅおよび積算放電電流量ΣＩｏｕｔの計測、警告表示を開始していた場合には、これらを停止する（Ｓ２４）。

一方、シフトレンジとしてＮレンジが選択され、かつ、車速がゼロ（停車中）であるニュートラル停車状態あれば（Ｓ１４でＹｅｓ）、ハイブリッドＥＣＵ４０は、当該ニュートラル停車の継続時間Ｔｅと、ニュートラル停車期間中の放電電流量の積算値ΣＩｏｕｔの計測を行う（Ｓ１６）。そして、ハイブリッドＥＣＵ４０は、計測された継続時間Ｔｅを、予め規定された基準時間Ｔｄｅｆと比較する（Ｓ１８）。基準時間Ｔｄｅｆは、任意に設定される値で、例えば、数分〜数十分とすることができる。また、基準時間Ｔｄｅｆは、固定値でもよいが、車両の状態や周辺環境に応じて変化する可変値としてもよい。例えば、基準時間Ｔｄｅｆは、車両での消費電力が高い程、小さくなるようにしてもよい。また、夜間や低温時には、車両の消費電力が増えやすくなるため、かかる場合には、基準時間Ｔｄｅｆを小さくするようにしてもよい。また、メインバッテリ２８のＳＯＣが低い程、基準時間Ｔｄｅｆを小さくするようにしてもよい。

継続時間Ｔｅと基準時間Ｔｄｅｆとの比較の結果、継続時間Ｔｅが基準時間Ｔｄｅｆ未満であれば、ハイブリッドＥＣＵ４０は、続いて、計測された積算放電電流量ΣＩｏｕｔを、予め規定された基準電流量Ｉｄｅｆと比較する（Ｓ２０）。基準電流量Ｉｄｅｆも、任意に設定される値である。この基準電流量は、メインバッテリ２８の容量等に応じて決定される。また、基準電流量Ｉｄｅｆも、固定値でもよいが、車両の状態や周辺環境に応じて変化する可変値としてもよい。例えば、基準電流量Ｉｄｅｆは、電池温度や環境温度が低い程小さくなるようにしてもよい。これは、電池温度が小さい場合には、ハイレート劣化が生じやすくなるためである。

継続時間Ｔｅが基準時間Ｔｄｅｆ以上、または、積算放電電流量ΣＩｏｕｔが基準電流量Ｉｄｅｆ以上となれば（ステップＳ１８でＹｅｓまたはステップＳ２０でＹｅｓ）、ハイブリッドＥＣＵ４０は、情報提示部４２を介して、警告をユーザに通知する（Ｓ２２）。警告は、ユーザにシフトレンジの変更を促すものであれば特に限定されない。したがって、例えば、シフトレンジの変更を促すメッセージや図柄を、表示画面に表示してもよいし、シフトレンジの変更を促すメッセージを音声として出力してもよい。また、変更されるシフトレンジは、Ｎレンジ以外であれば、特に限定されず、Ｐレンジでも、Ｄレンジでもよい。また、シフトレンジの変更を促す警告だけでなく、当該警告通知の理由（Ｔｅ≧ＴｄｅｆまたはΣＩｏｕｔ≧Ｉｄｅｆ）も併せて通知するようにしてもよい。警告通知の理由を通知することで、ユーザは、今後、警告発生を避けるためには、ニュートラル停車を避けることが重要であることを認識できる。

警告を通知した後、あるいは、ステップＳ１８，Ｓ２０のいずれでもＮｏとなった場合、ハイブリッドＥＣＵ４０は、ステップＳ１２に戻る。そして、以降は、ＲｅａｄｙＯｆｆとなる（Ｓ１２でＮｏ）またはニュートラル停車が終了される（Ｓ１４でＮｏ）まで、ステップＳ１２〜Ｓ２２を繰り返す。制御の途中で、ＲｅａｄｙＯｆｆとなる（Ｓ１２でＮｏ）またはニュートラル停車が終了（Ｓ１４でＮｏ）されれば、ハイブリッドＥＣＵ４０は、継続時間Ｔｅおよび積算放電電流量ΣＩｏｕｔの計測、警告表示を停止（Ｓ２４）したうえで、ステップＳ１０に戻る。

以上、説明したように、本実施形態では、ニュートラル停車の継続時間Ｔｅが長い場合、または、積算放電電流量ΣＩｏｕｔが大きい場合に、シフトレンジ変更を促す警告を出力する。かかる構成とすることで、メインバッテリ２８のＳＯＣの大きさに関わらず、シフトレンジの変更を促すことができる。結果として、メインバッテリ２８のＳＯＣが低く推移することを効果的に防止でき、ひいては、メインバッテリ２８の劣化を効果的に防止できる。

なお、ここまで説明した構成は、一例であり、ニュートラル停車において、継続時間Ｔｅが長い、または、積算放電電流量ΣＩｏｕｔが大きいときに、シフトレンジの変更を促す警告を出力するのであれば、その他の構成は適宜変更されてもよい。例えば、本実施形態では、ニュートラル停車の継続時間Ｔｅおよび積算放電電流量ΣＩｏｕｔの両方を計測し、基準値と比較していたが、いずれか一方のみを計測する構成としてもよい。したがって、例えば、ニュートラル停車の継続時間Ｔｅのみを計測し、積算放電電流量ΣＩｏｕｔは、計測しない構成としてもよい。また、継続時間Ｔｅおよび積算放電電流量ΣＩｏｕｔに加えて、さらに、ＳＯＣも計測し、ＳＯＣが予め規定された基準値以下となった場合にも、シフトレンジの変更を促す警告を出力するようにしてもよい。

１０ハイブリッド車両、１２エンジン、１４動力分割機構、１６変速機、１８ドライブシャフト、２０車輪、２２インバータ、２４変圧器、２８メインバッテリ、３０バッテリＥＣＵ、３２降圧コンバータ、３４補機バッテリ、３６車速センサ、３８エンジンＥＣＵ、４０ハイブリッドＥＣＵ、４２情報提示部、４４ポジションセンサ、ＭＧ１第一回転電機、ＭＧ２第二回転電機。

Claims

内燃機関と、
電力を充放電するメインバッテリと、
電動機として機能することで動力を発生するとともに発電機として機能することで前記メインバッテリを充電するための電力を発生する１以上の回転電機と、
停車している状態でシフトレンジとしてニュートラルが選択されているニュートラル停車の間、前記回転電機をシャットダウンする制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、ニュートラル停車の継続時間が予め規定された閾値時間以上となった場合に、前記シフトレンジの変更を促す警告をユーザに出力し、さらに、前記継続時間が前記閾値時間未満であっても、前記ニュートラル停車中の積算放電電流量が予め規定された閾値電流量以上となった場合にも、前記シフトレンジの変更を促す警告をユーザに出力する、
ことを特徴とするハイブリッド車両。