JP2014118079A - ハイブリッド車の充電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】強制発電モードが可能なハイブリッド車において、エンジン冷却水の温度上昇を抑えて冷却性能を確保する。
【解決手段】
車両１の走行駆動用のフロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給する駆動用バッテリ１１を備え、エンジン２をアイドル回転速度より高い第１回転速度で駆動することで発電機９により発電し駆動用バッテリ１１を所定充電量まで充電する通常発電モードとエンジン２を第１回転速度以上で強制駆動することで発電機９により発電し駆動用バッテリ１１の充電量を所定充電量より大きい値に維持するように充電する強制発電モードとを切り替え可能なハイブリッド車の充電制御装置であって、強制発電モードが実行されている際にエンジン２の冷却水の温度が第１の所定温度以上となった場合には、エンジン２をアイドル回転速度で駆動して発電機９による発電量を低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車におけるバッテリの充電制御技術に関する。
ハイブリッド車のように、エンジン、走行駆動用モータ及び駆動用バッテリを備えた車両では、エンジンによって駆動する発電機を使用して、駆動用バッテリを充電させることが可能となっている。このようなハイブリッド車においては、例えば駆動用バッテリの充電率が低下した場合に、自動的にエンジンを作動させて駆動用バッテリの充電を行う通常発電モードが可能となっている。
更に、例えば乗員がスイッチ等を操作することで、駆動用バッテリを満充電に近い状態にするまで強制的にエンジンを作動させて発電させる強制発電モードが可能な車両も開発されている。
また、多くのハイブリッド車においては、発電機、走行駆動用モータ、走行駆動用モータへの電力供給を制御するインバータ等の電気機器を冷却する冷却システムが搭載されている。例えば特許文献１には、エンジン冷却水を循環させて、インバータ等の電気機器を冷却する構成のハイブリッド車が開示されている。
特開２０１２−１７１５５７号公報
しかしながら、上記のように電気機器の冷却システムを有するハイブリッド車において、更に強制発電モードを可能とした場合には、強制発電モードを実行すると、エンジンの負荷が増加して冷却水温度が上昇するため、エンジン自体の冷却、更には冷却システムによるインバータ等の電気機器の冷却が困難となる虞がある。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、強制発電モードが可能なハイブリッド車において、エンジン冷却水の温度上昇を抑えて冷却性能を確保することが可能なバッテリ充電制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、請求項１のハイブリッド車の充電制御装置は、車両に搭載される発電機を駆動するエンジンと、駆動用バッテリから供給される電力で車両を走行させる駆動用モータと、エンジンの冷却水の温度を検出する温度検出手段と、エンジンをアイドル回転速度より高い第１回転速度で駆動することで発電機により発電し駆動用バッテリを所定充電量まで充電する通常発電モードとエンジンを第１回転速度以上で強制駆動することで発電機により発電し駆動用バッテリの充電量を所定充電量より大きい値に維持するように充電する強制発電モードとを切り替え制御する発電制御手段と、を備えたハイブリッド車の充電制御装置であって、発電制御手段は、強制発電モードが実行されている際にエンジンの冷却水の温度が第１の所定温度以上となった場合には、エンジンをアイドル回転速度で駆動して発電機による発電量を低下させることを特徴とする。
また、請求項２のハイブリッド車の充電制御装置は、請求項１において、発電制御手段は、エンジンの駆動力を減少させてから所定時間経過後にエンジンを強制停止させることを特徴とする。
また、請求項３のハイブリッド車の充電制御装置は、請求項２において、前記所定時間は、エンジンの駆動力を減少させた後に、エンジンの冷却水の温度が第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となるまでの時間であることを特徴とする。
請求項１のハイブリッド車の充電制御装置によれば、強制発電モードが実行されている際にエンジンの冷却水の温度が第１の所定温度以上となった場合には、エンジンをアイドル回転速度で駆動して発電機による発電量を低下させるので、発電機を駆動するエンジンの負荷を抑制することができる。これにより、エンジン冷却水の温度上昇を抑制することができ、エンジンの冷却性能を確保することができる。また、エンジン冷却水を用いてエンジン以外の機器を冷却する冷却システムを有する場合には、当該冷却システムによって冷却する機器についても冷却性能を確保することができる。
また、エンジンをアイドル運転させることにより、エンジン冷却水の循環を維持することができ、エンジン冷却水路内におけるエンジン冷却水の部分的な温度上昇を抑制して、エンジン冷却水路の保護を図ることができるとともに、エンジン冷却水の温度の正確な検出が可能となり、エンジン冷却水の温度に基づいて行われる警報等の信頼性を向上させることができる。
請求項２のハイブリッド車の充電制御装置によれば、エンジンの駆動力を減少させてから所定時間経過後にエンジンを強制停止させるので、エンジン冷却水の温度を確実に低下させることができるとともに、エンジンを停止する前にエンジン冷却水の循環を維持してエンジン冷却水路内における部分的な温度上昇を防止し、エンジン冷却水路の保護、並びにエンジン冷却水の温度の正確な検出を可能とすることができる。
請求項３のハイブリッド車の充電制御装置によれば、エンジンの駆動力を減少させた後に、冷却水温度が第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となった場合に、エンジンを強制停止させるので、エンジン冷却水の温度をより確実に低下させることができる。
本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 本実施形態のプラグインハイブリッド車における冷却システムの構成図である。 本実施形態のハイブリッドコントロールユニットにおけるバッテリチャージモードの規制制御要領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ながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の車両１は、エンジン２の出力によって前輪３を駆動して走行可能であるとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ４（駆動用モータ）及び後輪５を駆動する電動のリヤモータ６（駆動用モータ）を備えた４輪駆動車である。
エンジン２は、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、減速機７を介して発電機９を駆動して発電させることが可能となっている。
フロントモータ４は、フロントインバータ１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１及び発電機９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。減速機７には、エンジン２の出力軸と前輪３の駆動軸８との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ７ａが内蔵されている。
リヤモータ６は、リヤインバータ１２を介して駆動用バッテリ１１及び発電機９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機１３を介して後輪５の駆動軸１４を駆動する。
発電機９によって発電された電力は、フロントインバータ１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給可能である。
駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、更に、電池モジュールの温度及び充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）等を監視するバッテリモニタリングユニット１１ａを備えている。
フロントインバータ１０は、フロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂを有している。フロントモータコントロールユニット１０ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０（発電制御手段）からの制御信号に基づきフロントモータ４の出力を制御する。ジェネレータコントロールユニット１０ｂは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づき発電機９の発電量を制御する機能を有する。
リヤインバータ１２は、リヤモータコントロールユニット１２ａを有している。リヤモータコントロールユニット１２ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきリヤモータ６の出力を制御する機能を有する。
また、車両１には、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する充電機２１が備えられている。
ハイブリッドコンロトールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコンロトールユニット２０の入力側には、駆動用バッテリ１１のバッテリモニタリングユニット１１ａ、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、エンジン２の駆動制御を行うエンジンコントロールユニット２２が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力されるとともに、アクセル操作量等の運転手の操作情報等が入力される。
一方、ハイブリッドコンロトールユニット２０の出力側には、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７（クラッチ７ａ）、エンジンコントロールユニット２２が接続されている。
そして、ハイブリッドコンロトールユニット２０は、上記各種検出及び作動情報と、アクセル操作量等の操作情報とに基づいて、エンジンコントロールユニット２２、フロントモータコントロールユニット１０ａ、ジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤモータコントロールユニット１２ａ及び減速機７（クラッチ７ａ）に制御信号を送信して、ハイブリッド制御モード（例えば電気自動車モード、シリーズモード、パラレルモード）の切り換え、エンジン４とフロントモータ９とリヤモータ１１の出力、発電機９での発電量を制御する。
また、ハイブリッドコンロトールユニット２０に含まれる発電制御手段は、駆動用バッテリ１１の充電率が所定充電量(例えば３０％)に維持されるように、駆動用バッテリ１１の充電率が所定充電量より低下したときに、発電機９を駆動制御して発電電力を増加させ、駆動用バッテリ１１に充電用の電力を供給する通常発電モードを実行する。このとき、ハイブリッドコンロトールユニット２０は、必要に応じてエンジンコントロールユニット２２にエンジン２の回転速度をアイドル回転速度より高い回転速度(第１回転速度)として出力を増加させる。
更に、本実施形態の車両１では、駆動用バッテリ１１の充電率を所定充電量より高い充電量(例えば充電率１００％)に充電する強制発電モード（バッテリチャージモード）に切り替え可能となっている。
バッテリチャージモードは、車両１の運転席に設けられたバッテリチャージモードスイッチ２３を運転手等が操作することにより実行される。バッテリチャージモード実行時には、通常発電モードと同様のエンジン回転速度による発電、又はエンジンの回転速度を第１回転速度より大きくして発電機で発電して、駆動用バッテリ１１の充電率が満充電に近い状態になるまで発電を継続する。
図２は、本実施形態の車両１における冷却システム３０の構成図である。
図２に示すように、車両１の冷却システム３０は、エンジン冷却水路３１と、上記車両１の各種電気機器冷却用に冷却水路（ＥＶ冷却水路３２）とオイル経路（ＥＶ冷却オイル路３３）との、熱媒体を循環する独立した３つの冷却回路を有している。
冷却システム３０に設けられた熱交換器３４は、エンジンラジエータ３５に、車両空調装置における冷媒冷却用のエアコンコンデンサ３６、電気機器冷却用ラジエータ（ＥＶラジエータ３７）及び電気機器冷却用オイルクーラ（ＥＶオイルクーラ３８）を組み合わせて構成され、電動ファン３９の作動によって供給される外気と各熱媒体とを熱交換する機能を有する。
エンジン冷却水路３１は、エンジンラジエータ３５とエンジン２との間で冷却水（エンジン冷却水）を循環させる循環路であって、エンジン２に搭載された図示しない冷却水ポンプによりエンジン冷却水が循環されて、エンジン２を冷却する機能を有する。なお、エンジン冷却水路３１には、エンジン２から排出されたエンジン冷却水の温度（エンジン冷却水温度Ｔw）を検出する冷却水温度センサ４０（温度検出手段）が備えられている。冷却水温度センサ４０により検出したエンジン冷却水温度Ｔwは、ハイブリッドコントロールユニット２０に入力され、１００℃より高い所定温度以上となった場合に、車両１の運転席パネルに設けられた冷却水温度インジケータ４１が点灯するように構成されている。
ＥＶ冷却水路３２は、電動ウォータポンプ４５、フロントモータコントロールユニット１０ａ、充電機２１、リヤモータコントロールユニット１２ａ、リヤモータ６、ＥＶラジエータ３７、タンク４６が順番に介装された冷却水の循環路である。
タンク４６には冷却水が貯留されており、電動ウォータポンプ４５を駆動させてタンク４６内の冷却水がＥＶ冷却水路３２を循環することで、ＥＶラジエータ３７において冷却された低温の冷却水によって、フロントモータコントロールユニット１０ａ、充電機２１、リヤモータコントロールユニット１２ａ、リヤモータ６を冷却可能としている。
ＥＶ冷却オイル路３３は、電動オイルポンプ４８、ＥＶオイルクーラ３８、フロントモータ４、発電機９が順番に介装され、冷却オイルが充填された循環路である。電動オイルポンプ４８を駆動させて冷却オイルがＥＶ冷却オイル路３３を循環することで、ＥＶオイルクーラ３８において冷却された低温の冷却オイルによって、フロントモータ４及び発電機９の冷却を可能としている。
更に、本実施形態では、ハイブリッドコントロールユニット２０は、冷却システム３０における冷却性能を確保するために、上述のバッテリチャージモードを規制する規制制御機能を有している（規制手段）。
図３は、ハイブリッドコントロールユニット２０におけるバッテリチャージモードの規制制御要領を示すフローチャートである。
本ルーチンは、バッテリチャージモードスイッチ２３の操作時に行われる。
始めにステップＳ１０では、冷却水温度センサ４０からエンジン冷却水温度Ｔwを入力し、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1（第１の所定温度）以上であるか否かを判別する。閾値Ｔ1は、エンジン冷却水による冷却性能を確保することが困難となるような値、例えば１００℃以上の所定の値（前述の冷却水温度インジケータ４１が点灯する所定温度よりは低い値が望ましい。）に設定すればよい。エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1以上である場合には、ステップＳ２０に進む。エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1未満である場合には、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ２０では、上記バッテリチャージモード、即ちエンジン２の回転速度をアイドル回転速度より高い第１回転速度以上などとして出力を増加させ発電機９の発電電力を増加させて、駆動用バッテリ１１の充電率を増加させる制御を、強制的にオフとする。このとき、エンジン２の回転速度をアイドル回転速度などとして出力をアイドル状態にする。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、冷却水温度センサ４０からエンジン冷却水温度Ｔwを入力し、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ2（第２の所定温度）以下であるか否かを判別する。閾値Ｔ2は、例えば閾値Ｔ1より５℃程度低い値に設定される。エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ2以下である場合には、ステップＳ４０に進む。エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ2より高い場合には、ステップＳ３０に戻る。
ステップＳ４０では、エンジン２を強制停止させる。そして、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、本実施形態では、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1以上である場合には、エンジン２をアイドル回転速度で駆動して発電機９による発電量を低下させ、エンジン２や発電機９の負荷が増加するバッテリチャージモード(強制発電モード)が規制される。このようにエンジン冷却水の温度が閾値Ｔ1以上である場合には、エンジン２の冷却性能が低下する恐れがあるため、エンジン２の負荷が増加するバッテリチャージモードを規制し、エンジン２をアイドル回転速度で駆動してエンジン２の負荷を抑えることで、エンジン２の冷却性能を確保することができる。
また、バッテリチャージモードを規制して、発電機９による発電量を低下させることで、発電機９の負荷も低減されるので、ＥＶ冷却オイル路３３内の冷却オイルの温度上昇も抑制することができる。よって、発電機９及びＥＶ冷却オイル路３３に介装されるフロントモータ４についても冷却性能を確保することができる。
なお、冷却システム３０において、熱媒体を循環するエンジン冷却水路３１、ＥＶ冷却水路３２及びＥＶ冷却オイル路３３が夫々独立した回路であっても、熱交換機３４（エンジンラジエータ３５、ＥＶラジエータ３７、ＥＶオイルクーラ３８等）が一体となって構成されている場合には、熱交換する外気の一部が共有されるため、互いに冷却性能について影響を及ぼし合う虞がある。つまり、バッテリチャージモードにおいてエンジン２や発電機９の負荷が増加し、エンジンラジエータ３５やＥＶオイルクーラ３８での冷却量が増加することで、ＥＶラジエータ３７での冷却性能が低下する可能性がある。
そこで、本実施形態のように、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1以上である場合には、バッテリチャージモードを規制して、エンジン２や発電機９の負荷を抑えることで、ＥＶ冷却水路３２に介装されるフロントモータコントロールユニット１０ａ、充電機２１、リヤモータコントロールユニット１２ａ及びリヤモータ６についても冷却性能の低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1以上である場合にバッテリチャージモードを規制してアイドル運転を行い、その後エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ2まで低下してからエンジン２を停止するようにしている。
このように、エンジン２をアイドル運転させることにより、エンジン２の負荷を抑制することができるだけでなく、エンジン冷却水の循環を維持して、エンジン冷却水路３１内における部分的な温度上昇を防止することができる。これにより、エンジン冷却水路３１内の保護を図るとともに、冷却水温度センサ４０によるエンジン冷却水の温度検出が正確に行なわれる。したがって、バッテリチャージモードが規制された直後において、冷却水温度センサ４０の周囲のエンジン冷却水が部分的に上昇して冷却水温度インジケータ４１が点灯してしまうことを防止することができ、冷却水温度インジケータ４１の信頼性を向上させることができる。
また、エンジン２のアイドル運転後にエンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ2まで低下したところでエンジン２を停止するので、以降のエンジン冷却水温度Ｔwを確実に低下させることができ、エンジン２等を確実に保護することができる。
また、上記のようにバッテリチャージモード時にエンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1以上になると、エンジン２が停止することになるが、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1未満になれば、乗員がバッテリチャージモードスイッチ２３を再度操作することで、エンジン２を始動させて駆動用バッテリ１１の充電を復活させるようにすればよい。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば、図３に示すバッテリチャージモードの規制制御において、エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ1以上である場合にバッテリチャージモードを規制し、その後エンジン冷却水温度Ｔwが閾値Ｔ2まで低下してからエンジン２を停止するようにしているが、バッテリチャージモードを規制してから所定時間経過した後に、エンジン２を停止するようにしてもよい。このようにしても、所定時間はエンジン冷却水の循環が維持され、上記実施形態と同様に、エンジン冷却水の部分的な温度上昇を抑制することができる。
また、冷却システム３０について、ＥＶ冷却水路３２やＥＶ冷却オイル路３３等の構成や、介装される冷却対象の機器等も変更可能であり、各種の冷却システムを備えたハイブリッド車に適用することができる。例えば、エンジン冷却水によって、インバータ等の電気機器を冷却する構成である場合には、バッテリチャージモードの規制により、少なくともエンジン２及び当該電気機器の冷却性能を確保することができる。
また、上記実施形態は、プラグインハイブリッド車であるが、充電機２１を搭載しないハイブリッド車においても本発明を適用可能である。
１ 車両
２ エンジン
４ フロントモータ（駆動用モータ）
６ リヤモータ（駆動用モータ）
９ 発電機
１１ 駆動用バッテリ
２０ ハイブリッドコントロールユニット（発電制御手段）
３０ 冷却システム
４０ 冷却水温度センサ(温度検出手段)

Claims (3)

  1. 車両に搭載される発電機を駆動するエンジンと、
    駆動用バッテリから供給される電力で前記車両を走行させる駆動用モータと、
    前記エンジンの冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
    前記エンジンをアイドル回転速度より高い第１回転速度で駆動することで前記発電機により発電し前記駆動用バッテリを所定充電量まで充電する通常発電モードと前記エンジンを前記第１回転速度以上で強制駆動することで前記発電機により発電し前記駆動用バッテリの充電量を前記所定充電量より大きい値に維持するように充電する強制発電モードとを切り替え制御する発電制御手段と、を備えたハイブリッド車の充電制御装置であって、
    前記発電制御手段は、
    前記強制発電モードが実行されている際に前記エンジンの冷却水の温度が第１の所定温度以上となった場合には、前記エンジンをアイドル回転速度で駆動して前記発電機による発電量を低下させることを特徴とするハイブリッド車の充電制御装置。
  2. 前記発電制御手段は、前記エンジンの駆動力を減少させてから所定時間経過後に前記エンジンを強制停止させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の充電制御装置。
  3. 前記所定時間は、前記エンジンの駆動力を減少させた後に、前記エンジンの冷却水の温度が前記第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となるまでの時間であることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車の充電制御装置。
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