混合动力车辆的控制装置及控制方法

专利名称：混合动力车辆的控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及混合动力车辆以及其控制装置和其控制方法。
背景技术：
所谓串联式混合动力车辆，例如日本专利公开公报特开平2005-204370号(以下称作 专利文献1)所示，是通过内燃机驱动发电机，将电力从该发电机供应给电动机，由该电 动机驱动驱动轮的车辆。与并联式混合动力车辆所不同的是，在串联式混合动力车辆中， 内燃机专用于发电，内燃机产生的动力不会机械式地传递给驱动轮。为了提高混合动力车辆的效率，专利文献1中，公开了一种使用二极管整流器对由内 燃机驱动的发电机的发电电流进行整流，，从而降低发电系统的损失，来驱动连接于车辆驱 动系统的电动机的结构。专利文献1的结构中，在二极管整流器与电动机之间设置逆变器， 通过逆变器将整流后的直流电流转换为交流电流以驱动电动机。另外，为了实现混合动力车辆的高效率化、长寿命化，较为理想的是，对电动机设定 多条供电路径，按照运转状况，区分使用各供电路径。然而，专利文献l所记载的结构中，未采用对一台电动机设定多条供电路径或按照运 转状况区分使用各供电路径等结构。因此，无法避免运转效率下降或连接于供电路径的元 件老化等问题。发明内容本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种可实现混合动力车辆的高效率化、长 寿命化的混合动力车辆的控制装置及控制方法。此外，本发明的另一目的在于提供一种高 效率化、长寿命化的混合动力车辆。为了解决上述问题，本发明的混合动力车辆的控制装置，其特征在于，该混合动力车辆，包括由发动机驱动而产生交流电流的发电机；输出上述车辆的驱动力，或在车辆减 速时作为再生用发电机进行驱动的电动机；整流上述发电机产生的交流电流的整流器；连 接于上述整流器与上述电动机之间的供电路径，并将该供电路径的直流电流转换为交流电流的第一逆变器连接于上述整流器与上述第一逆变器之间的电源装置；经由上述第一逆 变器，将电流供应给车辆驱动用的上述电动机的第一供电路径；至少旁通上述第一逆变器， 将电流供应给车辆驱动用的上述电动机的第二供电路径；设置于上述第二供电路径的交流 转换器，该混合动力车辆的控制装置，包括运算驱动上述电动机所需的电流、或上述电 动机产生的电流的电流运算单元；基于上述电流运算单元所运算出的电流，在所运算出的 电流低于规定的基准电流时，运作上述第一、第二供电路径中的至少任意一方，在所运算 出的电流高于上述基准电流时，运作两方的供电路径的供电控制单元。采用本发明，在向 电动机供电之际，运算驱动电动机所需的电流，基于所运算出的电流选择第一、第二供电 路径，从而可以按照转运状况实现最佳供电路径的选择。更具体而言，可提高逆变器的运 转率，提高逆变器的效率。另一方面，可以抑制逆变器的运转率，避免逆变器的超负荷， 防止发热或因此造成的老化等。另外，本说明书中的用语"再生"，从广义上看，表示将动能转化为电能，并存储该电 能。从狭义上看，表示将电动机作为发电机进行运作，将车辆的动能转化为电能，并进行 回收。本发明中，较为理想的是，上述发电机及上述电动机为多相的交流旋转机，上述整流 器为二极管整流器，上述交流转换器为对上述发电机及上述电动机的每一相设置的半导体 开关。该结构中，采用二极管整流器作为整流举，因此与用逆变器构成转换器的情况相比， 可提高转换效率，大幅度地降低发电系统的损失。另外，作为交流转换器，对由多相的交 流旋转机构成的发电机或电动机的每一相设置半导体开关，罔此，可以以简单的电路结构， 在由发电机进行供电时、以及在由电动机进行再生时，选择性地利用多条供电路径，实现 通电控制。本发明中，也可将上述交流转换器作为第二逆变器，并配备运作上述第一、第二逆变 器中的任意一方的逆变器控制部。采用该结构，在向电动机供电之际，运算驱动电动机所 需的电流，基于所运算出的电流控制第一、第二逆变器的运转，从而可提高运转的逆变器 的效率。另外，例如，在驱动电动机所需的电流为所规定的基准电流以下时，可进行仅运 转某一方的逆变器来提高逆变器的负荷以防止效率下降等的控制。上述结构中，较为理想的是，上述第一、第二逆变器设定为相同的额定电流，上述逆 变器控制部，在上述电流运算单元运算出的电流在上述额定电流以下时，仅运作某一方的 逆变器。此时，可以以第一、第二逆变器的额定电流为基准，保持逆变器的负荷为一定值 以上，从而抑制逆变器的效率下降。上述结构中，较为理想的是，上述逆变器控制部，优先运作第一、第二逆变器中的任 意一方，在判定为仅使一方的逆变器运作的运转状态的情况下，当优先运作的逆变器的温 度超过基准温度时，运作别的逆变器。采用该结构，可以优先运作低温的逆变器，因此可 以切实地防止逆变器的热损或髙温老化，保持各逆变器的效率或耐用性。上述结构中，较为理想的是，上述发电机在车辆发动时发挥作为驱动上述发动机的起 动机的功能，还包括，可择一性地切换为、将上述第二逆变器连接于上述电动机的电动机 供电模式和经由上述第二逆变器将上述电源装置连接于上述发电机的起动机供电模式中 的任一模式的开关装置；上述发动机起动时切换上述开关装置以变为起动机供电模式的控 制单元。采用该结构，在发动机起动时需要电动机的驱动的情况下，可以由第一逆变器驱 动电动机，同时由第二逆变器驱动发电机。作为"开关装置"的部件，除继电器开关，还可 以适当地使用绝缘栅双极晶体管(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)等。本发明的混合动力车辆的控制方法，其特征在于，该混合动力车辆，包括由发动机 驱动而产生交流电流的发电机；输出上述车辆的驱动力，或在车辆减速时作为再生用发电 机进行驱动的电动机；整流上述发电机产生的交流电流的整流器；连接于上述整流器与上 述电动机之间的供电路径，并将该供电路径的直流电流转换为交流电流的第一逆变器；连 接于上述整流器与上述第一逆变器之间的电源装置；经由上述第一逆变器，将电流供应给 车辆驱动用的上述电动机的第一供电路径；至少旁通上述第一逆变器，将电流供应给车辆 驱动用的上述电动机的第二供电路径；设置于上述第二供电路径的交流转换器，该混合动 力车辆的控制方法，包括运算驱动上述电动机所需的电流、或上述电动机产生的电流的 电流运算步骤；在运算出的电流低于规定的基准电流时，运作上述第一、第二供电路径中 的至少任意一方，在运算出的电流高于上述基准电流时，运作两方的供电路径的供电控制 步骤。上述控制方法中，较为理想的是，上述发电机及上述电动机为多相的交流旋转机，上 述整流器为二极管整流器，上述交流转换器为对上述发电机及上述电动机的每一相设置的 半导体开关。另外，本发明的控制方法中，上述交流转换器为第二逆变器，还包括运作上述第一、 第二逆变器中的任意一方的逆变器控制步骤。上述控制方法中，较为理想的是，上述第一、第二逆变器设定为相同的额定电流，上 述逆变器控制步骤是，在上述电流运算步骤中运算出的电流在上述额定电流以下时，仅运 作某一方的逆变器的步骤。上述控制方法中，较为理想的是，上述逆变器控制步骤是，优先运作第一、第二逆变 器中的任意一方的步骤，并且是在判定为仅使一方的逆变器运作的运转状态的情况下，当 优先运作的逆变器的温度超过基准温度时，运作别的逆变器的步骤。此外，上述控制方法中，较为理想的是，上述发电机在车辆发动时发挥作为驱动上述 发动机的起动机的功能，还包括，可择一性地切换为、将上述第二逆变器连接于上述电动 机的电动机供电模式和经由上述第二逆变器将上述电源装置连接于上述发电机的起动机 供电模式中的任一模式的开关装置；上述发动机起动时切换上述开关装置以变为起动机供 电模式的开关控制步骤。另外，本发明的混合动力车辆，包括由发动机驱动而产生交流电流的发电机；输出 上述车辆的驱动力，或在车辆减速时作为再生用发电机进行驱动的电动机；整流上述发电 机产生的交流电流的整流器；连接于上述整流器与上述电动机之间的供电路径，并将该供 电路径的直流电流转换为交流电流的第一逆变器；连接于上述整流器与上述第一逆变器之 间的电源装置；经由上述第一逆变器，将电流供应给车辆驱动用的上述电动机的第一供电 路径；至少旁通上述第一逆变器，将电流供应给车辆驱动用的上述电动机的第二供电路径； 设置于上述第二供电路径的交流转换器；运算驱动上述电动机所需的电流、或上述电动机 产生的电流的电流运算单元；基于上述电流运算单元所运算出的电流，在所运算出的电流 低于规定的基准电流时，运作上述第一、第二供电路径中的至少任意一方，在所运算出的 电流高于上述基准电流时，运作两方的供电路径的供电控制单元。如上所述，本发明中，在向电动机供电之际，或由电动机的发电来再生电源装置时， 运算出流经通电路径的电流，基于所算出的电流，从多条供电路径中选择被通电的供电路 径，从而可以按照转运状况实现最佳供电路径的选择。因此，可以提高逆变器的运转率、 提高逆变器的效率，或抑制逆变器的运转率、避免逆变器的超负荷、防止发热或因此造成 的老化等，从而可实现混合动力车辆的高效率化、长寿命化这样的显著效果。


图l为逆变器的特性图。图2为本发明一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。 图3为表示该混合动力车辆的主要部分的布线图。 图4为表示图2所示的混合动力车辆的方框图。 图5为表示图2的实施方式中的控制例的流程图。图6为表示图2的实施方式中的控制例的流程图。图7为表示图2的实施方式中的控制例的流程图。图8为本发明另一实施方式所涉及的布线图。图9为本发明又一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。图10为表示图9的旁通电路的半导体开关细节的电路图。图11为表示作为图9所示的混合动力车辆的控制装置的控制单元的方框图。图12为表示图9的实施方式所涉及的主要是发动控制的控制例的流程图。图13为表示图9的实施方式所涉及的主要是供电控制的控制例的流程图。图14为表示图9的实施方式所涉及的主要是再生控制的控制例的流程图。图15为本发明再一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照

本发明的优选实施方式。不过，以下各实施方式中，同等部件标注相同的符号，并省略重复的说明。另外，本 说明书中的术语"再生"，从广义上看，表示将动能转化为电能，并存储该电能。从狭义 上看，表示将电动机作为发电机进行运作，将车辆的动能转化为电能，并进行回收。首先，对以下所示实施方式的具体课题进行说明。图l为逆变器的特性图。.参照图1，通常的逆变器具有二极管。因此，在负载率(输出电流)较低的运转区域 中，具有效率显著下降的特性。另一方面，在车辆的运转状况下，逆变器所需的容量大幅 变化。因此，在以远远小于额定值的输出功率运转的运转区域中，对应于逆变器的负载率 的降低，逆变器本身的效率也降低相应的程度，因此，存在无法高效利用逆变器的问题。 图2 图8所示的实施方式，是通过区分使用多条的供电系统，以尽可能地提高逆变器的 效率为着重点的结构。图2为本发明一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图，图3为表示该混合动 力车辆的主要部分的布线图。参照图2，本实施方式所涉及的混合动力车辆为具有发动机IO和由该发动机10驱动 的发电机20的串联式混合动力车辆。发动机10为例如多气缸四冲程汽油机，其具有由气缸盖与气缸体构成主要部分的主体ll;形成在该主体11中的多个气缸12;将新鲜空气导入各气缸12的进气歧管14;以及将各气缸12中的己燃气体排出的排气歧管15。在主体11中，安装有对应于各气缸 12设置的燃料喷射阀16以及火花塞17。并且，通过使设置于各气缸12中的活塞升降， 来驱动连接于该活塞的曲轴10a。另外，在进气歧管14上，设置有用于调整新鲜气体流 量的节流阀18，该节流阀18由节流阀阀身的致动器19驱动。参照图2、图3，发电机20为连结于发动机10的曲轴10a的例如三相的多相电动发 电机，其由电动机10驱动从而供应交流电流，而且还通过输入交流电流从而发挥作为起 动发动机10的电动机的功能。在发电机20上，设置有检测其的输出电流的发电机输出电 流传感器SW1，和检测转速的发电机转速传感器SW2。发电机20连接于二极管整流器21。 二极管整流器21具有对应于发电机20的相数n 的多组二极管D1 D6。 二极管整流器21的输出端子连接于作为供电路径的DC总线22。电容器C1连接于DC总线22。另外，DC总线22上连接有检测该DC总线22的电 压的DC总线电压传感器SW3。在本实施方式中，第一、第二逆变举23、 24并联连接于该DC总线22。各逆变器23、 24分别具有对应于作为负载的多相电动机25的相数的多组元件Q11 Q16、 Q21 Q26。 各元件Q11 Q16、 Q21 Q26分别由晶体管、二极管等构成。在本实施方式中，各逆变 器23、 24的额定电流Ir被设定为比电动机25的最大输出所需电流的一半稍大。第一逆变器23连接于电动机25。电动机25连接于混合动力车辆的差速机构26，并 通过该差速机构26驱动混合动力车辆的后轮27侧的车轴28。另外，本实施方式中的电 动机25还发挥作为蓄电池再生用发电机的功能。第二逆变器24连接于作为开关装置的继电器开关29。该继电器开关29成为将第二 逆变器24连接于电动机25的通常运转用供电路径29a和将第二逆变器24连接于发电机 20的起动机运转用供电路径29b的接点，其将第二逆变器24择一性地连接于路径29a、 29b的任意一方。其结果为，第二逆变器24可以根据运转状态，或者与第一逆变器23 — 起使交流电流流向电动机25，或者与发电机20通电从而驱动发动时的发动机10。此外，DC总线22上连接有电源装置30。电源装置30包括DC—DC转换器31和连 接于该DC—DC转换器31的蓄电池32。DC—DC转换器31具有升压用元件Ql、降压用元件Q2以及电抗器L。各元件Ql、 Q2包含晶体管，通过在规定时机接通/断开升压用元件Ql的晶体管，并保持断开降压用 元件Q2的晶体管，从而可蓄电于电抗器L以使蓄电池32侧成为高电压，使电流从蓄电 池32流向DC总线22，而且通过在规定时机接通/断开降压用元件Q2的晶体管，并保持断开升压用元件Ql的晶体管，从而可使DC总线22侧成为高电压，使电流从DC总线 22流向蓄电池32。另外，上述混合动力车辆中，为了检测该车辆的运转状态，设置有车速传感器SW6、 加速踏板开度传感器SW7以及制动传感器SW8。此外，在本实施方式中，设置有检测各逆变器23、 24的温度的第一、第二逆变器温 度传感器SW9、 SW10,和检测电动机25的转速的电动机转速传感器SW11。图4为表示图2所示的混合动力车辆的方框图。参照图4，图2所示的混合动力车辆，通过作为控制装置的控制单元(PCM: Powertrain Control Module) 100进行控制。控制单元100为具有CPU、存储器等的微处理器，其通过程序模块，读取来自输入装置的检测信号，执行规定的运算处理并将控制信号输出至输出装置。另外，在图示的例子中，将控制单元100表示为一个单元，但作为具体的实施方式，也可以是将多个单元组合而成的模块组件。作为控制单元IOO的输入装置，包含，发电机输出电流传感器SW1、发电机转速传 感器SW2、 DC总线电压传感器SW3、蓄电池电流传感器SW4、蓄电池电压传感器SW5、 车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7、制动传感器SW8、第一、第二逆变器温度 传感器SW9、 SW10以及电动机转速传感器SW11。另夕卜，虽未具体图示，但还连接有为 了控制发动机10的燃烧，安装于发动机10的各种传感器(水温传感器、旋转角度传感器、 节流阀开度传感器等)。另外，作为控制单元100的输出装置，包含，燃料喷射阀16、火花塞17、节流阀致 动器19、第一、第二逆变器23、 24、继电器开关29以及DC—DC转换器31。在图示的例子中，控制单元100逻辑性地包括运转状态判定部101;执行发动机IO 的运转控制的燃烧控制部110;执行由继电器开关29的控制实现的供电控制的继电器控 制部lll;控制DC—DC转换器31的蓄电池控制部112;以及逆变器控制部113。运转状态判定部101，根据各传感器SW1 SW7的检测结果判定混合动力车辆的运 转状态。在本实施方式中，运转状态判定部101还具有判定混合动力车辆有无发动机运转 要求的功能，或判定各逆变器23、 24的温度状态的功能。燃烧控制部110通过控制燃烧喷射阀16、火花塞17以及节流阀致动器19等，来控 制发动机10的转速，从而可控制发电机20的转速。继电器控制部111根据运转状态判定部101的判定结果，通过切换继电器开关29，在电动机供电模式与起动机供电模式之间进行切换，其中，电动机供电模式是指将第二逆变器24从通常运转用供电路径29a连接于电动机25;起动机供电模式是指将第二逆变器 24从起动机运转用供电模式29b连接于发电机20，以将发电机20作为电动机进行驱动， 从而起动发动机10。蓄电池控制部112根据蓄电池电流传感器SW4以及蓄电池电压传感器SW5的输出， 通常情况下，发挥维持电源装置30使用时的蓄电池32的供应电流稳定、或者防止蓄电池 再生时的过电流的功能。逆变器控制部113根据运转状态判定部101的判定结果，控制第一、第二逆变器23、 24的接通顺开动作，将各逆变器23、 24的相对于供电对象的负荷状态控制在最佳状态。 本实施方式中，逆变器控制部113还发挥作为运算供应给作为对象的负载(例如电动机25) 的所需电流、或运算电动机25再生运转时产生的电流等的电流运算单元的功能。控制单元100根据运转状态判定部101的判定结果，控制发动机IO、发电机20、第 一、第二的逆变器23、 24、电动机25、继电器开关29以及DC—DC转换器31等。通 过该控制，在车辆起动时或低转矩时的运转区域中，通过切换继电器开关29以使第二逆 变器23连接于电动机25，使蓄电池32的电力自第一、第二逆变器23、 24供应给电动机 25，从而基于蓄电池32的供电驱动车辆。而在要求负荷为中高转矩的运转区域中，通过 由继电器控制部111根据后述的流程图将继电器开关29切换为起动机供电模式，起动发 动机IO，将发电机20用作为发电机，在起动发动机10以后，利用自发电机20供应的电 流，主要从第一逆变器23，来驱动电动机25。以下，参照图5对本实施方式的控制例进行说明。图5 图7为表示图2的实施方式中的控制例的流程图。首先，参照图5,在图5所示的控制例中，运转状态判定部101根据蓄电池电压传感器 SW5、车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7以及制动传感器SW8等的输入装置 的检测信号，判定发动机10的起动要求(步骤S1、 S2)。具体而言，在制动器未被踩下、 而加速踏板被踩下的车辆中高负荷运转区域中运转的情况下，判定为存在发动机10的起 动要求。若未检测到发动机10的起动要求时，进入后述的步骤S14。在判定为存在发动机10的起动要求的情况下，运转状态判定部101判定第二逆变器 24是否为断开(步骤S3)。假若第二逆变器24为接通，则先将第二逆变器24断开(步 骤S4)。在第二逆变器24为断开或者将第二逆变器24切换为断开的情况下，运转状态判定部101判定继电器开关29是否为起动机供电模式(将第二逆变器24连接于发电机 20的模式)(步骤S5)。假若继电器开关29并非起动机供电模式亦即为电动机供电模式 (将第二逆变器24连接于电动机25的模式)，则继电器控制部111将继电器开关29切 换为起动机供电模式，使第二逆变器24连接于发电机20 (步骤S6)。在继电器开关29 为起动机供电模式或者切换为起动机供电模式的情况下，蓄电池控制部112执行DC—DC 转换器31的升压动作，并且，逆变器控制部113将第一、第二逆变器24均设置为接通(步 骤S7)。由此，电流从电源装置30经由DC总线22流入第一、第二逆变器23、 24，从 第一逆变器23流出驱动电动机25的驱动电流，同时从第二逆变器24流出驱动发电机20 的驱动电流。其结果为，发电机20发挥作为电动机的功能，通过驱动发动机10的曲轴 10a，起动发动机10，另一方面，电动机25与该发动机起动同步地被驱动，从而驱动车 辆。如上所述，在本实施方式中，通过采用多个逆变器23、 24，可以同时地执行由发电机 20进行的发动机10的起动动作和由电动机25进行的车辆的驱动动作。若发动机10被驱动，便待机至发电机20的转速Ne (即为发动机转速)达到规定的 起动速度N1以上(步骤S8)。若发电机20的转速Ne达到起动速度Nl，控制单元100便控制供应电流量，以使发 电机20的转速Ne保持为起动速度Nl (步骤,S9)。具体而言，通过由蓄电池控制部112 执行的DC—DC转换器31的开关动作或由逆变器控制部113执行的第二逆变器24的控 制，来控制供应电流量。 接着，燃烧控制部110根据公知的发动机控制方法控制发动机IO的进气压、燃料喷 射量、燃料喷射时机以及点燃时机，执行发动机10的燃烧控制(步骤S10)。然后，控 制单元100待机至发电机20的转速Ne达到规定的起动结束速度N2以上(步骤Sll)。若发电机20的转速Ne达到起动结束速度N2以上，逆变器控制部113便暂且断开第 二逆变器24 (步骤S12),结束发动动作。然后，如图6所示，若电流停止，则继电器控制部111将继电器开关29切换为电动 机供电模式(步骤S14)，然后如步骤S15以下所示，进入所谓的通常运转控制。本实施 方式中，在该通常运转控制下，即使将继电器开关29切换为电动机供电模式后，通过根 据运转状况接通/断开操作第二逆变器24，也可以提高第一逆变器23本身的效率，提高供 电系统整体的效率。在步骤S15以下的控制中，运转状态判定部101再次读取车速传感器SW6、加速踏 板开度传感器SW7、制动传感器SW8的检测信号(步骤S15)，基于这些传感器SW6 SW8的检测信号，判定是否为需要电动机25的驱动的运转区域(步骤S16)。假若为需要电动机25的驱动的运转区域的情况下，作为电流运算单元的逆变器控制 部113运算电动机25所需的供应电流Im (步骤S17)。然后，运转状态判定部101判定 运算出的供应电流Im是否为规定的基准电流Imr以下涉骤S18)。此处，基准电流Imr 设定为等于各逆变器23、 24的额定电流Ir。因此，假若运算出的供应电流Im大于基准 电流Imr的情况下，通过两方的逆变器23、 24驱动电动机25 (步骤S19)。另一方面， 供应电流Im为基准电流以下时，运转状态判定部101另行读取第一逆变器23的温度传 感器SW9的值，将测得的温度Til与基准温度Tst进行比较，从而判定第一逆变器23可 否单独运转(步骤S20、 S21)。此处，基准温度Tst是将通过实验求得逆变器运转时效 率下降的温度图形化的温度。假若测得的温度Til低于基准温度Tst，则仅通过第一逆变 器23向电动机25供电，若测得的温度Til为基准温度Tst以上，则仅通过第二逆变器 24向电动机25供电。另外，执行步骤S19、 S22、 S23中的任意一个步骤时，蓄电池控 制部112使DC—DC转换器31执行升压动作，从而控制电流从DC总线22向第一、第 二逆变器23、 24侧流动。在执行步骤S19、 S22、 S23中的任意一个步骤后，判定车辆的停止条件(通过检测 车速的变化或制动的踩踏来进行判定的、用于判定车辆的停止的条件)是否成立(步骤 S24)，停止条件成立时，结束处理，不成立时返回步骤S1，重新处理。此外，在步骤S16中，判定为不需要电动机驱动时，运转状态判定部101基于车速传 感器SW6、制动传感器SW8等的检测信号判定车辆是否处于减速过程中(步骤S25)， 若是处于减速过程中，进入图7所示的再生处理步骤，若不是处于减速过程中，则返回步 骤S15，重新处理。然后，参照图7，若步骤S25的判定中判定为车辆处于减速过程中时，运转状态判定 部101读取蓄电池电压传感器SW5和电动机转速传感器SW11的检测信号(步骤S26)。 作为电流运算单元的逆变器控制部113基于上述传感器SW5、 SW11的检测信号，运算 电动机25产生的再生电流Ire (步骤S27)。然后，运转状态判定部101判定运算出的再 生电流Ire是否为与额定电流Ir相等的基准电流Imr以下(步骤S28)。假若运算出的再生 电流Ire大于基准电流Imr的情况下，通过两方的逆变器23、 24将电动机25的再生电流 Ire充电给蓄电池32 (步骤S29)。另一方面，再生电流Ire为基准电流以下时，运转状态判定部101另行读取第一逆变器23的温度传感器SW9的值，将测得的温度Til与基准 温度Tst进行比较，从而判定第一逆变器23可否单独运转(步骤S30、 S31)。假若测得 的温度Til低于基准温度Tst，则仅通过第一逆变器23将电动机25的再生电流充电给蓄 电池32 (步骤S32)，若测得的温度Til为基准温度Tst以上，则仅通过第二逆变器24 将电动机25的再生电流充电给蓄电池32 (步骤S33)。另外，在执行步骤S29、 S32、 S33中的任意一个步骤时，蓄电池控制部112使DC—DC转换器31执行降压动作，从而 控制电流从DC总线22向蓄电池32侧流动。在执行步骤S29、 S32、 S33中的任意一个步骤后，进入步骤S24，重复上述处理。如上所述，本实施方式涉及包括由发动机10驱动而产生交流电流的发电机20;驱 动车辆的电动机25;整流发电机20产生的交流电流的二极管整流器21;连接于二极管整 流器21与电动机25之间的供电路径，并将该供电路径的直流电流转换为交流电流的第一 逆变器23;与第一逆变器23并联地连接于供电路径的第二逆变器24;连接于供电路径的 蓄电池32的混合动力车辆的控制装置及控制方法，其中，包括，运算驱动电动机25所需 的电流Im、或电动机25产生的电流Ire的电流运算单元(运算步骤S17、 S27);在运 算出的电流Im、 Ire低于规定的基准电流Imr时，运作第一、第二逆变器23、 24中的任 意一方，在运算出的电流高于基准电流Imr时，运作两方的逆变器的逆变器控制单元(控 制步骤S21 23、 S31 33)。因此，本实施方式中，在向电动机25供电之际，运算出驱动电动机所需的电流Im, 基于运算出的电流Im，控制第一、第二逆变器23、 24的运作，从而可提高运作的逆变器 23 (或24)的效率。例如，如本实施方式的图6所示，可以执行以下的控制确定规定 的基准电流Imr，在驱动电动机所需的电流Im为基准电流Imr以下时，仅运作某一方的 逆变器(23或24)，以提高运作的逆变器的负载，防止效率下降。同样，在电动机25进行再生用发电之际，运算出电动机25发出的电流Ire，基于运 算出的电流Ire，控制第一、第二逆变器23、 24的运作，从而可提高运作的逆变器23 (或 24)的效率。例如，如本实施方式的图7所示，可以执行以下的控制确定规定的基准电 流Imr，在电动机25产生的电流Ire为基准电流Imr以下时，仅运作某一方的逆变器(23 或24)，以提高运作的逆变器的负载，防止效率下降。另外，本实施方式中，第一、第二逆变器23、 24设定为相同的额定电流Ir，逆变器 控制部113在电流运算单元运算出的电流在额定电流以下时，仅运作某一方的逆变器。因此，本实施方式中，以第一、第二逆变器23、 24的额定电流为基准，保持逆变器的负载 为一定值以上，从而可抑制逆变器的效率下降。另外，本实施方式中，在优先运转的逆变器的温度Til超过基准温度Tst时，运作别 的逆变器(本实施方式中为第二逆变器24)。因此，本实施方式中，可以优先运转低温的 逆变器，因此可以切实地防止逆变器的热损或高温老化，保持各逆变器的效率或耐用性。 另外，本实施方式中，采用仅基于优先运作的第一逆变器23的温度传感器SW9测得的温 度Til，当测得的温度Til较低时优先运作第一逆变器23，当测得的温度Til较高时运作 第二逆变器24的方法来选择逆变器23、 24，但本发明不局限于该实施方式，也可采用比 较第一、第二逆变器23、 24的各温度传感器SW9、 SW10的检测值，基于该比较仅运作 温度较低的逆变器的方法来选定逆变器。另外，本实施方式中，发动机20在车辆发动时发挥作为驱动发动机10的起动机的功 能，还包括，可择一性地切换为、将第二逆变器24连接于电动机25的电动机供电模式和 经由第二逆变器将蓄电池连接于发电机20的起动机供电模式中的任一模式的作为开关装 置的继电器开关29;和在发动机10起动时切换继电器开关29以变为起动机供电模式的 作为控制单元的继电器控制部111。因此，本实施方式中，在发动机IO起动时需要电动 机25的驱动的情况下，可以由第一逆变器驱动电动机25，同时由第二逆变器驱动发电机 20。而且，在本实施方式中，采用继电器开关29作为开关装置。因此，在本实施方式中， 与采用绝缘栅双极晶体管等时相比，可以构成损失较少的电路。而且，在本实施方式中，在切换继电器开关29之际，当第二逆变器24为接通时，暂 时断开第二逆变器24后再切换继电器开关29，然后再接通第二逆变器24。这样，由于在 本实施方式中，在继电器开关29处于未通电的状态下执行切换动作，因此，可以抑制继 电器开关29的老化，实现寿命的延长。图8为本发明另一实施方式所涉及的布线图。如图8所示，作为整流发电机20所产生的交流电流的整流器，并不限于图2的实施 方式所示的二极管整流器21，也可采用由逆变器构成的AC / DC转换器60。在采用二极管整流器21的电路结构中，可尽可能地降低供电系统的损失，但另一方 面，对发电机20产生的电流的控制变得困难，而采用AC/DC转换器60时，可控制发 电机20的电流。以下，对本发明的又一实施方式进行说明。图9以下所示的实施方式中，通过在混合动力车辆中设置多条供电路径，按照运转状 况区分使用各供电路径，着重于防止逆变器的老化，实现长寿命化。g卩，若提高逆变器的 负载率，虽然可提高逆变器自身的效率，但如保持逆变器超负载的运转状态，则容易导致发热或由该发热造成的老化。为此，图9以下的实施方式，是着重于通过区分使用多条供电系统，以现实逆变器的长寿命化的结构。图9为本发明一实施方式所涉及的混合动力车辆的概略结构图。参照图9，本实施方式所涉及的混合动力车辆中，由发电机20、 DC总线22以及逆变器23构成三相的第一供电路径，另一方面，在发电机20与电动机25之间，与第一供电路径并联设置有构成第二供电路径的旁通电路40。旁通电路40，包括对应于发电机20等的各相(u相、v相、w相)设置的AC旁路开关41 43。图10为表示图9的旁通电路40的AC旁路开关41 43细节的电路图。参照图9、图10，各AC旁路开关41 43,具体而言，是由控制从发电机20流向电 动机25方向的电流的顺向用晶体管41a 43a和控制从电动机25流向发电机20方向的 电流的逆向用晶体管41b 43b两个为一组构成的半导体开关。各晶体管41a 43a、41b 43b的接通/断开动作由控制单元100控制。参照图ll，图9所示的混合动力车辆的控制单元100，与作为输入装置，为了控制电 动机25本身的运转状态或供电方法等而设置在电动机25中的电动机转速传感器SW11 连接，而且还与电动机电流传感器SW12连接。另外，作为控制单元100的输出装置，除燃料喷射阀16、火花塞17、节流阀致动器 19、发电机20、 二极管整流器21、逆变器23以外，还包含AC旁路开关41 43。在图9的实施方式中，控制单元100逻辑性地构成运转状态判定部101，关于是否需 要由发电机20进行发动机10的发动，也通过该运转状态判定部IOI进行判定。在控制单 元100的存储器中，预先存储有通过实验等所获得的判定是否需要发动的数据图，根据车 速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7、制动传感器SW8、蓄电池电压传感器SW5 的输出值，来判定是否需要发动。此外，在图9的实施方式中，控制单元100逻辑性地构成发动控制部120、供电控制 部121、再生控制部122。发动控制部120是掌管使用发电机20起动发动机10的控制的逻辑性模块。在本实施 方式中，发动控制部120还掌管由发电机.20进行发动机10的发动动作之际向发电机20供电时的电流值、逆变器23以及由AC旁路开关41 43进行的开关控制，由此，可以通 过逆变器23将由电源装置30供应的直流电流转换为单相的交流电流，或者保持直流的状 态流向AC旁路开关41 43,或者使用AC旁路开关41 43将流过旁通电路40的电流 转换为三相交流电流。供电控制部121是掌管使用发电机20驱动电动机25的控制的逻辑性模块。在本实施 方式中，供电控制部121还掌管从发电机20向电动机25供电时的电流值、逆变器23以 及由AC旁路开关41 43进行的开关控制，由此，可以通过二极管整流器21及逆变器 23将由发电机20供应的交流电流转换为适宜电动机25的转矩输出的交流电流，或者保 持直流的状态流向AC旁路开关41 43，或者使用AC旁路开关41 43将流过旁通电路 40的电流转换为三相交流电流。再生控制部122是掌管利用减速时电动机25产生的电流再生电流装置30的控制的逻 辑性模块。在本实施方式中，再生控制部122还掌管电动机25发电时的电流值的运算、 二极管整流器21、逆变器23、以及由AC旁路开关41 43进行的开关控制，由此，可以 将电动机25产生的交流电流通过逆变器23供应给电源装置30，或者从AC旁路开关41 43通过二极管整流器21供应给电源装置30。图12为表示本实施方式所涉及的由控制单元100的各模块所进行的控制例的流程图。首先，参照图12,在该图所示的控制例中，运转状态判定部IOI根据蓄电池电压传感 器SW5、车速传感器SW6、加速踏板开度传感器SW7以及制动传感器SW8等的输入装 置的检测信号，判定发动机10的起动要求.(步骤S40、 S41)。具体而言，在制动器未被 踩下、而加速踏板被踩下的车辆中高负荷运转区域中运转的情况下，判定为存在发动机10 的起动要求。若未检测到发动机10的起动要求时，进入后述的步骤S46。在判定为存在发动机10的起动要求时，控制单元100的发动控制部120执行向发电 机20与电动机25二者供电的控制。具体而言，运算发电机20的驱动所需的三相交流电 流，和电动机25的驱动所需的三相交流电流的合成波(步骤S42)，通过逆变器23转换 由电源装置30供应的直流电流，以输出运算出的合成波(步骤43)。由此，电动机25 通过合成波中用于驱动该电动机25的交流成分而被驱动。此外，控制单元100的发动控 制部120控制AC旁路开关41 43，以将合成波转换为适于驱动发电机20的三相交流电 流。其结果为，发电机20也由适宜的电流驱动，从而发动发动机IO (步骤S44)。然后， 判定发动结束(步骤S45)，若判定为未结束时，进入步骤S42，重复上述处理。并且，与图l的实施方式同样地，例如，若发电机20的转速Ne达到起动结束速度N2以上，便 结束发动动作。然后，如图13所示，若发动动作结束，之后便如步骤S46以下所示，进入所谓的通 常运转控制。在步骤S46以下的通常运转控制中，运转状态判定部101读取车速传感器SW6、加 速踏板开度传感器SW7、制动传感器SW8的检测信号(步骤S46),基于这些传感器SW6 SW8的检测信号，判定是否为需要电动机25的驱动的运转区域(步骤S47)。假若为需要电动机25的驱动的运转区域的情况下，本实施方式中，作为电流运算单 元的供电控制部121运算电动机25所需的供电电流Im (步骤S48)。然后，运转状态判 定部101判定运算出的供应电流Im是否为规定的基准电流Imr以下(步骤S49)。假若运 算出的供应电流Im大于基准电流Imr的情况下，便向第一、第二供电路径通电，驱动电 动机25 (步骤S50)。另一方面，如供电电流Im为基准电流以下，则控制逆变器23及 AC旁路开关41 43,以仅使用任一方的供电路径向电动机25供电(步骤S51)。本实 施方式中，执行步骤S51时，通过第一供电路径(二极管整流器21、逆变器23)将来自 发电机20的电流供应给电动机25。当然，也可以在控制单元100中设置各部的诊断功能， 在判定构成第一供电路径的二极管整流器21或逆变器23中发生故障时，通过第二供电路 径(旁通电路40)从发电机20向电动机25供电。在执行步骤S50、 S51中的任一步骤后，.判定车辆的停止条件(通过检测车速的变化 或制动的踩踏来进行判定的、用于判定车辆的停止的条件)是否成立(步骤S52)，停止 条件成立时，结束处理，不成立时返回步骤S41，重新处理。此外，在步骤S47中，判定为不需要电动机驱动时，运转状态判定部101基于车速传 感器SW6、制动传感器SW8等的检测信号判定车辆是否处于减速过程中(步骤S53)， 若是处于减速过程中，进入图14所示的再生处理步骤，若不是处于减速过程中，则返回 步骤S46，重新处理。然后，参照图14，若步骤S53的判定中判定为车辆处于减速过程中时，运转状态判 定部101读取蓄电池电压传感器SW5和电动机转速传感器SW11的检测信号(步骤S60)。 本实施方式中，作为电流运算单元的再生控制部122基于这些传感器SW5、 SW11的检 测信号，运算电动机25产生的再生电流Ire (步骤S61)。然后，运转状态判定部101判 定运算出的再生电流Ire是否为基准电流Imr以下涉骤S62)。假若运算出的再生电流Ire 大于基准电流Imr的情况下，通过两方的供电路径将电动机25的再生电流Ire充电给电源装置30 (步骤S63)。另一方面，再生电流Ire为基准电流以下时，仅通过第一供电路 径将电动机25的再生电流充电给电源装置30 (步骤S64)。另夕卜，执行步骤S63、 S64 中的任意一个步骤时，蓄电池控制部112，与图l的实施方式同样地，使省略图示的DC 一DC转换器31执行降压动作，从而控制电流从DC总线64向电源装置30侧流动。若执行步骤S63，通过第一、第二供电路径执行电源装置30的再生时，电动机25产 生的部分电流经由逆变器23供应给电源装置30，并且，余下的电流经由二极管整流器21 从AC旁路开关41 43供应给电源装置30。由此，可切实地防止逆变器23的超负载， 避免发热或因此造成的老化。另外，若选择某一方的供电路径时，与电动机25的供电控制时同样地，将来自电动 机25的电流从逆变器23供应给电源装置30为宜，但当判定逆变器23发生故障时，也可 将电动机25的电流经由二极管整流器21从第二供电路径(旁通电路40)供应给电源装 置30。在执行步骤S63、 S64中的任意一个步骤后，控制便进入步骤S52，重复上述处理。 综合上述，本发明中，在向电动机25供电之际或电动机25发电时，运算出通过的电 流，基于运算出的电流选择第一、第二供电路径，从而可以按照转运状况实现最佳供电路 径的选择。因此，可提高逆变器23的运转率，提高逆变器23的效率。另一方面，可以抑 制逆变器23的运转率，避免逆变器23的超负载，防止发热或由该发热造成的老化等。上述实施方式中，第一供电路径为经由逆变器23的通电路径。另外，第二供电路径， 在图1 图8的实施方式中，是经由第二逆变器24的通电路径，在图9的实施方式中， 是旁通电路40。另外，本实施方式中，发电机20及电动机25为多相的交流旋转机，整流器为二极管 整流器21，交流转换器为对发电机20及电动机25的每一相设置的作为半导体开关的AC 旁路开关41 43。这样，本实施方式中，由于整流器采用二极管整流器21，因此，与由 逆变器23构成转换器的情况相比，可提高转换效率，大幅度地降低发电系统的损失。另 外，作为交流转换器，由于对由多相的交流旋转机构成的发电机20或电动机25的每一相 设置半导体开关，因此，以简单的电路结构，在由发电机20进行供电时以及由电动机25 进行再生时，选择性地利用多条供电路径，可实现通电控制。在包括上述那样的旁通电路40的实施方式中，也可进行各种变形。 图15为本发明的再一实施方式所涉及的浪合动力车辆的概略结构图。例如，如图15所示，作为整流器，也可采用由逆变器构成的AC—DC转换器60的 构成。另外，各实施方式中，关于基准电流Imr的设定，也可使其相对于额定电流Ir具有 一定的安全率。这样，可切实地避免逆变器的超负载。上述各实施方式仅仅表示本发明的优选具体例，但本发明并不限定于上述实施方式。 毋庸置疑，在本发明的专利请求范围内，可进行各种各样的变更。
权利要求
1.一种混合动力车辆的控制装置，所述混合动力车辆，包括发电机，由发动机驱动而产生交流电流；电动机，输出所述车辆的驱动力，或在车辆减速时作为再生用发电机进行驱动；整流器，整流所述发电机产生的交流电流；第一逆变器，连接于所述整流器与所述电动机之间的供电路径，并将该供电路径的直流电流转换为交流电流；电源装置，连接于所述整流器与所述第一逆变器之间；第一供电路径，经由所述第一逆变器，将电流供应给所述电动机；第二供电路径，至少旁通所述第一逆变器，将电流供应给所述电动机交流转换器，设置于所述第二供电路径，所述混合动力车辆的控制装置，其特征在于，包括电流运算单元，运算驱动所述电动机所需的电流、或所述电动机产生的电流；供电控制单元，基于所述电流运算单元所运算出的电流，在运算出的电流低于规定的基准电流时，运作所述第一、第二供电路径中的至少任意一方，在所运算出的电流高于所述基准电流时，运作两方的供电路径。
2. 根据权利要求1所述的混合动力车辆的控制装置，其特征在于 所述发电机及所述电动机为多相的交流旋转机， 所述整流器为二极管整流器，所述交流转换器为对所述发电机及所述电动机的每一相设置的半导体开关。
3. 根据权利要求l所述的混合动力车辆的控制装置，其特征在于 所述交流转换器为第二逆变器，还包括运作所述第一、第二逆变器中的任意一方的逆变器控制部。
4. 根据权利要求3所述的混合动力车辆的控制装置，其特征在于-所述第一、第二逆变器设定为相同的额定电流，所述逆变器控制部，在所述电流运算单元运算出的电流在所述额定电流以下时，仅运 作某一方的逆变器。
5. 根据权利要求3所述的混合动力车辆的控制装置，其特征在于所述逆变器控制部，优先运作第一、第二逆变器中的任意一方，并且在判定为仅使一 方的逆变器运作的运转状态的情况下，.当优先运作的逆变器的温度超过基准温度时，运作 别的逆变器。
6. 根据权利要求3 5中任一项所述的混合动力车辆的控制装置，其特征在于 所述发电机在车辆发动时发挥作为驱动所述发动机的起动机的功能， 还包括，可择一性地切换为、将所述第二逆变器连接于所述电动机的电动机供电模式和经由所 述第二逆变器将所述电源装置连接于所述发电机的起动机供电模式中的任一模式的开关 装置；所述发动机起动时切换所述开关装置以变为起动机供电模式的控制单元。
7. —种混合动力车辆的控制方法， 所述混合动力车辆，包括发电机，由发动机驱动而产生交流电流；电动机，输出所述车辆的驱动力，或在车辆减速时作为再生用发电机进行驱动； 整流器，整流所述发电机产生的交流电流；第一逆变器，连接于所述整流器与所述电动机之间的供电路径，并将该供电路径的直 流电流转换为交流电流；电源装置，连接于所述整流器与所述第一逆变器之间； 第一供电路径，经由所述第一逆变器，将电流供应给所述电动机； 第二供电路径，至少旁通所述第一逆变器〃 将电流供应给所述电动机； 交流转换器，设置于所述第二供电路径， 所述混合动力车辆的控制方法，其特征在于，包括电流运算步骤，运算驱动所述电动机所需的电流、或所述电动机产生的电流；供电控制步骤，在运算出的电流低于规定的基准电流时，运作所述第一、第二供电路 径中的至少任意一方，在运算出的电流高于所述基准电流时，运作两方的供电路径。
8. 根据权利要求7所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于 所述发电机及所述电动机为多相的交流旋转机， 所述整流器为二极管整流器，所述交流转换器为对所述发电机及所述电动机的每一相设置的半导体开关。
9. 根据权利要求7所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于 所述交流转换器为第二逆变器，还包括运作所述第一、第二逆变器中的任意一方的逆变器控制步骤。
10. 根据权利要求9所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于-所述第一、第二逆变器设定为相同的额定电流，所述逆变器控制步骤是，在所述电流运算步骤中运算出的电流在所述额定电流以下 时，仅运作某一方的逆变器的步骤。
11. 根据权利要求9所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于 所述逆变器控制步骤是，优先运作第一、第二逆变器中的任意一方的步骤，并且是在判定为仅使一方的逆变器运作的运转状态的情况下，当优先运作的逆变器的温度超过基准 温度时，运作别的逆变器的步骤。
12. 根据权利要求9 11中任一项所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于 所述发电机在车辆发动时发拝作为驱动所述发动机的起动机的功能，还包括，可择一性地切换为、将所述第二逆变器连接于所述电动机的电动机供电模式和经由所 述第二逆变器将所述电源装置连接于所述发电机的起动机供电模式中的任一模式的开关 装置；所述发动机起动时切换所述开关装置以变为起动机供电模式的开关控制步骤。
全文摘要
本发明涉及混合动力车辆以及其控制装置和其控制方法，该混合动力车辆，包括将发电机(20)的直流电流转换为交流电流的第一逆变器(23)，和与第一逆变器(23)并联地连接的第二逆变器(24)。电动机(25)与两逆变器(23)、(24)连接。电动机(25)驱动时，运算电动机(25)所需的电流，基于该电流，控制第一、第二逆变器(23)、(24)的选择性运转，以使第一、第二逆变器以最佳的效率运转。另外，利用电动机(25)产生的电流再生蓄电池(32)时，运算电动机(25)产生的电流，基于该电流，控制第一、第二逆变器(23)、(24)的选择性运转，以使第一、第二逆变器以最佳的效率运转。并且，还可以避免逆变器的超负载。
文档编号B60L11/08GK101332777SQ20081012842
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者濑尾宣英, 米盛敬, 藤田英明, 赤木泰文, 齐藤行平 申请人:马自达汽车株式会社