JP7023572B2 - Hybrid car - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle (HV).

従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを搭載したハイブリッド車が知られている。 Conventionally, a hybrid vehicle equipped with a drive motor which is a drive source for an engine and traveling is known.

たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、発電モータで発生する電力が電池に蓄えられる。そして、電池の出力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。 For example, in a series hybrid vehicle, the power of the engine is converted into electric power by the power generation motor, and the power generated by the power generation motor is stored in the battery. Then, the drive motor is driven by the output of the battery, and the power of the drive motor is transmitted to the drive wheels.

バッテリのＳＯＣ（State Of Charge）が所定以下に低下する、あるいは、アクセルペダルの操作により要求される出力が増加すると、エンジンが始動される。ハイブリッド車の走行中におけるエンジンの始動の際には、発電モータの回転数の制御により、エンジンのクランクシャフトの回転数がエンジンの始動に必要な回転数以上に引き上げられる。その後、エンジンの燃焼室内に燃料が供給されて、エンジンが始動する。 When the SOC (State Of Charge) of the battery drops below a predetermined level or the output required by operating the accelerator pedal increases, the engine is started. When the engine is started while the hybrid vehicle is running, the rotation speed of the crankshaft of the engine is raised to a speed higher than the rotation speed required for starting the engine by controlling the rotation speed of the power generation motor. After that, fuel is supplied to the combustion chamber of the engine and the engine is started.

特開２０１７－９４７５６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-94756

エンジンの始動に電池の出力を要するため、従来のハイブリッド車では、その出力を確保すべく、走行に使用する電池の出力、つまり電池から駆動モータへの出力が制限される。そのため、エンジンの始動の際の発電モータのイナーシャが大きく、エンジンの始動に要する電池の出力が大きいと、ハイブリッド車の走行に使用する電池の出力が大きく制限され、ドライバビリティが低下する。 Since the output of the battery is required to start the engine, in the conventional hybrid vehicle, the output of the battery used for driving, that is, the output from the battery to the drive motor is limited in order to secure the output. Therefore, if the inertia of the power generation motor at the time of starting the engine is large and the output of the battery required for starting the engine is large, the output of the battery used for running the hybrid vehicle is greatly limited, and the drivability is deteriorated.

本発明の目的は、エンジンの始動の際の走行性能を確保できる、ハイブリッド車を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hybrid vehicle capable of ensuring running performance at the time of starting an engine.

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車は、エンジンと、エンジンの始動時にはスタータモータとして機能し、エンジンの駆動時には動力を電力に変換する発電モータと、発電モータが発電する電力を蓄える電池と、電池の出力を使用して駆動され、走行のための動力を発生する駆動モータと、エンジンの始動時に、走行状況に応じてエンジンの回転数がその始動に必要な回転数に達するまでの時間が変化するように発電モータの駆動を制御する始動制御手段とを含む。 In order to achieve the above object, the hybrid vehicle according to the present invention functions as an engine, a power generation motor that functions as a starter motor when the engine is started, and converts power into power when the engine is driven, and power generated by the power generation motor. When the engine is started, the engine speed reaches the speed required for the start, depending on the driving conditions, and the drive motor that is driven using the stored battery and the output of the battery to generate power for running. Includes a start control means that controls the drive of the power generation motor so that the time to time changes.

この構成によれば、エンジンの始動時には、発電モータがスタータモータとして機能し、発電モータからの動力でエンジンがクランキングされる。エンジンの始動後は、発電モータが発電機として機能し、エンジンの動力を電力に変換する。発電モータが発電する電力は、電池に蓄えられる。そして、電池の出力が駆動モータの駆動に使用されて、駆動モータが走行のための動力を発生する。 According to this configuration, when the engine is started, the power generation motor functions as a starter motor, and the engine is cranked by the power from the power generation motor. After the engine is started, the power generation motor functions as a generator and converts the power of the engine into electric power. The electric power generated by the power generation motor is stored in the battery. Then, the output of the battery is used to drive the drive motor, and the drive motor generates power for traveling.

エンジンの始動の際には、走行状況に応じてエンジンの回転数が始動に必要な回転数に達するまでの立ち上がり時間が変化するように、発電モータの駆動が制御される。これにより、エンジンの始動に要する電池の出力を抑制し、駆動モータの駆動に使用する電池の出力、つまり走行に使用する電池の出力の制限量を小さく抑えて、駆動モータの駆動に使用する電池の出力を確保することができる。その結果、エンジンの始動の際の走行性能を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。 When the engine is started, the drive of the power generation motor is controlled so that the start-up time until the engine speed reaches the rotation speed required for starting changes according to the running condition. As a result, the output of the battery required to start the engine is suppressed, the output of the battery used to drive the drive motor, that is, the limit amount of the output of the battery used for running is suppressed to a small value, and the battery used to drive the drive motor is suppressed. Output can be secured. As a result, the running performance at the time of starting the engine can be ensured, and the drivability can be improved.

なお、走行に大きな動力を必要とする場合、発電モータの発電電力は、電池を経由せずに、駆動モータの駆動に使用されてもよい。 When a large amount of power is required for traveling, the generated power of the power generation motor may be used to drive the drive motor without going through the battery.

始動制御手段は、エンジンの始動時に、駆動モータの駆動に使用する電池の出力からエンジンの始動に使用可能な電池の出力を求めて、その求めた出力が小さいほどエンジンの回転数がその始動に必要な回転数に達するまでの時間が長くなるように発電モータの駆動を制御してもよい。 When the engine is started, the start control means obtains the output of the battery that can be used to start the engine from the output of the battery used to drive the drive motor, and the smaller the obtained output, the more the engine speed is used to start the engine. The drive of the power generation motor may be controlled so that the time required to reach the required number of revolutions becomes longer.

これにより、走行に使用する電池の出力の制限量を最小限に抑えて、駆動モータの駆動に使用する電池の出力を最大限に確保することができる。 As a result, the limit amount of the output of the battery used for traveling can be minimized, and the output of the battery used for driving the drive motor can be secured to the maximum.

本発明によれば、ハイブリッド車の走行中にエンジンが始動される場合に、その始動の際の走行性能を確保することができる。 According to the present invention, when the engine is started while the hybrid vehicle is running, the running performance at the time of starting the engine can be ensured.

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the hybrid vehicle which concerns on one Embodiment of this invention. 電池出力およびエンジン回転数の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of a battery output and an engine rotation speed.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

＜ハイブリッド車の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車１の構成を示すブロック図である。 <Construction of hybrid vehicle>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hybrid vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.

ハイブリッド車１は、たとえば、シリーズ方式を採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電モータ１２および駆動モータ１３を搭載している。 The hybrid vehicle 1 adopts, for example, a series system, and is equipped with an engine (E / G) 11, a power generation motor 12, and a drive motor 13.

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。 The engine 11 is, for example, a gasoline engine or a diesel engine.

発電モータ１２は、たとえば、ＤＣブラシレスモータからなる。発電モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。発電モータ１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電モータ１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能する。 The power generation motor 12 comprises, for example, a DC brushless motor. The rotating shaft of the power generation motor 12 is mechanically connected to the crankshaft of the engine 11. The power generation motor 12 is used as a starter motor for cranking the engine 11 when the engine 11 is stopped. After starting the engine 11, the power generation motor 12 functions as a generator that converts the power of the engine 11 into electric power.

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型のＤＣブラシレスモータからなる。駆動モータ１３の回転軸は、動力伝達機構１４に連結されている。動力伝達機構１４には、デファレンシャルギヤ１５が含まれており、駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤ１５に伝達され、デファレンシャルギヤ１５から左右の前輪または後輪からなる駆動輪１６Ｌ，１６Ｒに分配されて伝達される。 The drive motor 13 is, for example, a DC brushless motor having a larger size than the power generation motor 12. The rotating shaft of the drive motor 13 is connected to the power transmission mechanism 14. The power transmission mechanism 14 includes a differential gear 15, and the power of the drive motor 13 is transmitted to the differential gear 15 and distributed from the differential gear 15 to the drive wheels 16L and 16R including the left and right front wheels or rear wheels. Is transmitted.

ハイブリッド車１には、発電モータ１２および駆動モータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１７と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用電池１８とが搭載されている。 The hybrid vehicle 1 includes a PCU (Power Control Unit) 17 containing an inverter and a microcomputer (micro controller unit) for driving the power generation motor 12 and the drive motor 13, and a plurality of secondary batteries. A drive battery 18 made of a combined combined battery is mounted.

ＰＣＵ１７は、駆動用電池１８に接続されている。発電モータ１２で発生する交流電力は、ＰＣＵ１７で直流電力に変換されて、駆動用電池１８に蓄えられる。駆動用電池１８の出力は、ＰＣＵ１７で交流電力に変換されて、駆動モータ１３に駆動電力として供給される。また、ハイブリッド車１の急加速や登坂走行などの高負荷走行時には、駆動用電池１８の出力に加えて、発電モータ１２で発生する交流電力が駆動モータ１３に駆動電力として供給される。 The PCU 17 is connected to the drive battery 18. The AC power generated by the power generation motor 12 is converted into DC power by the PCU 17 and stored in the drive battery 18. The output of the drive battery 18 is converted into AC power by the PCU 17 and supplied to the drive motor 13 as drive power. Further, during high-load traveling such as sudden acceleration of the hybrid vehicle 1 or climbing a slope, AC power generated by the power generation motor 12 is supplied to the drive motor 13 as drive power in addition to the output of the drive battery 18.

ハイブリッド車１にはさらに、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン１１およびＰＣＵ１７を制御するための１つのＥＣＵ１９のみが示されているが、ハイブリッド車１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ１９を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。 The hybrid vehicle 1 is further provided with an ECU (Electronic Control Unit) having a configuration including a microcomputer. Although FIG. 1 shows only one ECU 19 for controlling the engine 11 and the PCU 17, the hybrid vehicle 1 is equipped with a plurality of ECUs for controlling each part. A plurality of ECUs including the ECU 19 are connected so as to be capable of bidirectional communication by a CAN (Controller Area Network) communication protocol.

＜走行中のエンジン始動＞
図２は、駆動用電池１８の出力（電池出力）およびエンジン１１の回転数（エンジン回転数）の時間変化を示す図である。 <Starting the engine while driving>
FIG. 2 is a diagram showing time changes of the output of the drive battery 18 (battery output) and the rotation speed of the engine 11 (engine rotation speed).

駆動モータ１３の動力のみによるハイブリッド車１の走行中（ＥＶ走行中）に、たとえば、駆動用電池１８のＳＯＣ（State Of Charge）が所定値まで低下するか、または、走行負荷が急増すると、エンジン１１が始動される。エンジン１１の始動のため、ＥＣＵ１９により、ＰＣＵ１７を介して発電モータ１２が制御され、また、エンジン１１の燃料噴射装置が制御される。 When the SOC (State Of Charge) of the drive battery 18 drops to a predetermined value or the running load suddenly increases while the hybrid vehicle 1 is running (during EV running) using only the power of the drive motor 13, the engine 11 is started. To start the engine 11, the ECU 19 controls the power generation motor 12 via the PCU 17 and also controls the fuel injection device of the engine 11.

ＥＶ走行中におけるエンジン１１の始動の際には、発電モータ１２の制御に先立ち、ＥＣＵ１９により、駆動用電池１８の現在の出力（電池出力）Ｐ０が取得される。そして、駆動用電池１８の最大電池出力Ｐｍａｘから現在の電池出力Ｐ０が減算されることにより、エンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ－Ｐ０）が求められる。 When the engine 11 is started during EV traveling, the current output (battery output) P0 of the drive battery 18 is acquired by the ECU 19 prior to the control of the power generation motor 12. Then, the current battery output P0 is subtracted from the maximum battery output Pmax of the drive battery 18, so that the battery output (Pmax-P0) that can be used for starting the engine 11 is obtained.

エンジン１１の始動に必要な電池出力、すなわち、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐ（ｋＷ）は、次のように導出することができる。すなわち、発電モータ１２（ロータ）の直径をＤ（ｍ）とし、その長さをＬ（ｍ）とすると、発電モータ１２の体積Ｖ（ｍ３）は、
Ｖ＝（Ｄ／２）２×π×Ｌ ・・・（１）
である。発電モータ１２の密度（鉄）をρ（ｋｇ・ｍ３）とすると、その質量Ｍ（ｋｇ）は、
Ｍ＝Ｖ×ρ ・・・（２）
であり、発電モータ１２のイナーシャＩ（ｋｇｍ２）は、
Ｉ＝（１／８）×Ｍ×Ｄ２ ・・・（３）
である。発電モータ１２の回転角加速度をＮ’（ｒｐｍ／ｓ）とすると、発電モータ１２の回転に必要なトルクＴ（Ｎｍ）は、
Ｔ＝Ｉ×Ｎ’×（２π／６０） ・・・（４）
である。したがって、発電モータ１２の目標回転数、つまりエンジン１１の始動に必要な回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐ（ｋＷ）は、
Ｐ＝Ｔ×Ｎ×（２π／６０）／１０３ ・・・（５）
である。この式（５）に式（１）～（４）を代入して整理すると、
Ｐ＝（Ｄ４×Ｌ×ρ×Ｎ’×Ｎ×π３）／（２８８×１０５） ・・・（６）
となる。 The battery output required for starting the engine 11, that is, the output P (kW) of the power generation motor 12 required for starting the engine 11 can be derived as follows. That is, assuming that the diameter of the power generation motor 12 (rotor) is D (m) and the length thereof is L (m), the volume V (m 3 ) of the power generation motor 12 is.
V = (D / 2) 2 × π × L ・ ・ ・ (1)
Is. Assuming that the density (iron) of the power generation motor 12 is ρ (kg · m 3 ), its mass M (kg) is
M = V × ρ ・ ・ ・ (2)
The inertia I (kgm 2 ) of the power generation motor 12 is
I = (1/8) x M x D 2 ... (3)
Is. Assuming that the rotational angular acceleration of the power generation motor 12 is N'(rpm / s), the torque T (Nm) required for the rotation of the power generation motor 12 is
T = I × N'× (2π / 60) ・ ・ ・ (4)
Is. Therefore, assuming that the target rotation speed of the power generation motor 12, that is, the rotation speed required for starting the engine 11 is N (rpm), the output P (kW) of the power generation motor 12 required for starting the engine 11 is.
P = T × N × (2π / 60) / 10 3 ... (5)
Is. By substituting equations (1) to (4) into this equation (5),
P = (D 4 × L × ρ × N'× N × π 3 ) / (288 × 10 5 ) ・ ・ ・ (6)
Will be.

発電モータ１２の直径Ｄ、長さＬ、密度ρ、エンジン１１の始動に必要な回転数Ｎは、いずれも既知の値であるから、ＥＣＵ１９により、式（６）に基づいて、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐがエンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ－Ｐ０）未満となる回転角加速度Ｎ’が求められる。そして、その回転角加速度Ｎ’で発電モータ１２が加速されるように、言い換えれば、その回転角加速度Ｎ’に応じた時間で発電モータ１２の回転が回転数Ｎまで立ち上がるように、ＥＣＵ１９により、発電モータ１２の駆動が制御される。 Since the diameter D, the length L, the density ρ, and the rotation speed N required for starting the engine 11 of the power generation motor 12 are all known values, the ECU 19 starts the engine 11 based on the equation (6). The rotational angular acceleration N'is required so that the output P of the power generation motor 12 required for the engine 11 is less than the battery output (Pmax-P0) that can be used to start the engine 11. Then, the ECU 19 causes the power generation motor 12 to be accelerated by the rotation angular acceleration N', in other words, so that the rotation of the power generation motor 12 rises to the rotation speed N in a time corresponding to the rotation angular acceleration N'. The drive of the power generation motor 12 is controlled.

＜作用効果＞
以上のように、エンジン１１の始動時には、発電モータ１２がスタータモータとして機能し、発電モータ１２からの動力でエンジン１１がクランキングされる。エンジン１１の始動後は、発電モータ１２が発電機として機能し、エンジン１１の動力を電力に変換する。発電モータ１２が発電する電力は、駆動用電池１８に蓄えられる。そして、駆動用電池１８の出力が駆動モータ１３の駆動に使用されて、駆動モータ１３が走行のための動力を発生する。 <Action effect>
As described above, when the engine 11 is started, the power generation motor 12 functions as a starter motor, and the engine 11 is cranked by the power from the power generation motor 12. After the engine 11 is started, the power generation motor 12 functions as a generator and converts the power of the engine 11 into electric power. The electric power generated by the power generation motor 12 is stored in the drive battery 18. Then, the output of the drive battery 18 is used to drive the drive motor 13, and the drive motor 13 generates power for traveling.

ハイブリッド車１の走行中にエンジン１１が始動される場合、その始動の際には、図２に実線、二点鎖線および破線で示されるように、走行状況に応じてエンジン１１の回転数が始動に必要な回転数に達するまでの立ち上がり時間が変化するように、発電モータ１２の駆動が制御される。これにより、エンジン１１の始動に要する駆動用電池１８の出力を抑制することができ、駆動モータ１３の駆動に使用する駆動用電池１８の出力を確保することができる。その結果、エンジン１１の始動の際の走行性能を確保でき、ドライバビリティを向上させることができる。 When the engine 11 is started while the hybrid vehicle 1 is running, the rotation speed of the engine 11 is started according to the running situation as shown by the solid line, the alternate long and short dash line, and the broken line in FIG. The drive of the power generation motor 12 is controlled so that the rise time until the required number of revolutions is reached changes. As a result, the output of the drive battery 18 required for starting the engine 11 can be suppressed, and the output of the drive battery 18 used for driving the drive motor 13 can be secured. As a result, the running performance at the time of starting the engine 11 can be ensured, and the drivability can be improved.

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。 <Modification example>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.

たとえば、前述の実施形態では、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐがエンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ－Ｐ０）未満となる回転角加速度Ｎ’が求められるとした。これに限らず、たとえば、エンジン１１の始動に必要な発電モータ１２の出力Ｐがエンジン１１の始動に使用可能な電池出力（Ｐｍａｘ－Ｐ０）に所定値を加算または減算した値未満となる回転角加速度Ｎ’が求められて、その回転角加速度Ｎ’で発電モータ１２が加速されるように、発電モータ１２の駆動が制御されてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the rotational angular acceleration N'is required so that the output P of the power generation motor 12 required for starting the engine 11 is less than the battery output (Pmax-P0) that can be used for starting the engine 11. .. Not limited to this, for example, the rotation angle at which the output P of the power generation motor 12 required for starting the engine 11 is less than the value obtained by adding or subtracting a predetermined value to the battery output (Pmax-P0) that can be used for starting the engine 11. The drive of the power generation motor 12 may be controlled so that the acceleration N'is obtained and the power generation motor 12 is accelerated by the rotation angular acceleration N'.

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-mentioned configuration within the scope of the matters described in the claims.

１：ハイブリッド車
１１：エンジン
１２発電モータ
１３：駆動モータ
１８：駆動用電池（電池）
１９：ＥＣＵ（始動制御手段） 1: Hybrid vehicle 11: Engine 12 Power generation motor 13: Drive motor 18: Drive battery (battery)
19: ECU (starting control means)

Claims (1)

エンジンと、
前記エンジンの始動時には前記エンジンのスタータモータとして機能し、前記エンジンの駆動時には前記エンジンの動力を電力に変換する発電モータと、
前記発電モータが発電する電力を蓄える電池と、
前記電池の出力を使用して駆動され、走行のための動力を発生する駆動モータと、
前記エンジンの始動時に、前記駆動モータの駆動に使用する前記電池の出力から前記エンジンの始動に使用可能な前記電池の出力を求めて、その求めた出力が小さいほど前記エンジンの回転数がその始動に必要な回転数に達するまでの時間が長くなるように前記発電モータの駆動を制御する始動制御手段とを含む、ハイブリッド車。 With the engine
A power generation motor that functions as a starter motor for the engine when the engine is started and converts the power of the engine into electric power when the engine is driven.
A battery that stores the electric power generated by the power generation motor,
A drive motor that is driven using the output of the battery to generate power for driving,
At the time of starting the engine, the output of the battery that can be used for starting the engine is obtained from the output of the battery used to drive the drive motor, and the smaller the obtained output, the higher the rotation speed of the engine is. A hybrid vehicle comprising a start control means for controlling the drive of the power generation motor so that the time required to reach the required number of revolutions is increased .
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