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【発明の名称】 ハイブリッドシステム、ハイブリッドシステムの制御方法およびハイブリッドシステムの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
【発明者】 【氏名】松木 務
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
【要約】 【課題】ハイブリッド自動車のクランキング時に駆動モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサを簡単、かつ、低コストな構成で充電可能なハイブリッドシステムを提供する。

【解決手段】ハイブリッドシステム１００においては、ハイブリッド自動車のクランキング時、スタータ２３はエンジン２２を起動し、エンジン２２は駆動モータ２１を回転し、駆動モータ２１は発電する。また、制御装置３０は、直流電源１０の出力電圧Ｖ１、およびコンデンサ１２の両端の電圧Ｖ２をそれぞれ電圧センサー１１，１３から受け、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値よりも大きいとき駆動モータ２１が発電した電力によりコンデンサ１２を充電するようにインバータ１４を制御する。そして、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値よりも小さくなると、制御装置３０はシステムリレー２０をオンする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハイブリッド自動車に搭載されるハイブリッドシステムであって、エンジンを始動する始動用モータと、前記エンジンと接続されたモータジェネレータと、前記モータジェネレータを駆動するインバータと、前記インバータに入力電圧を与えるコンデンサとを備え、前記コンデンサは、前記ハイブリッド自動車のクランキング時、前記始動用モータが前記エンジンを始動することにより前記モータジェネレータが発電した電力によって充電される、ハイブリッドシステム。
【請求項２】 前記始動用モータに電圧を与える第１の電源と、前記モータジェネレータに電圧を与える第２の電源とをさらに備え、前記モータジェネレータは、前記クランキング時、前記第１の電源からの電圧を利用して回転する、請求項１に記載のハイブリッドシステム。
【請求項３】 前記第２の電源から前記コンデンサへの電圧の供給を制御するシステムリレーをさらに備え、前記システムリレーは、前記コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したときオンされる、請求項２に記載のハイブリッドシステム。
【請求項４】 前記第２の電源から出力される第１の電圧を検出する第１の電圧センサーと、前記コンデンサの両端の第２の電圧を検出する第２の電圧センサーと、前記第１の電圧と前記第２の電圧との差が所定値よりも小さいとき前記システムリレーをオフからオンに切替える制御回路とをさらに備える、請求項３に記載のハイブリッドシステム。
【請求項５】 前記所定値は、前記第２の電源から前記コンデンサまでの抵抗値に基づいて決定される、請求項４に記載のハイブリッドシステム。
【請求項６】 前記第１の電源は、前記第２の電源に比較して低圧である、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム。
【請求項７】 ハイブリッド自動車のクランキング時における制御方法であって、始動用モータによってエンジンを起動する第１のステップと、前記起動されたエンジンによりモータジェネレータを回転する第２のステップと、前記モータジェネレータが回転することにより発電した電力を用いて、前記モータジェネレータを駆動するインバータに入力電圧を供給するコンデンサを充電する第３のステップとを備える制御方法。
【請求項８】 前記モータジェネレータは、前記始動用モータに与えられる電圧により回転される、請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】 前記コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する第４のステップと、前記プリチャージ状態に達したとき、直流電源から前記コンデンサへの電圧の供給を制御するシステムリレーをオフからオンに切替える第５のステップとをさらに備える、請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】 前記直流電源から出力される第１の電圧と前記コンデンサの両端の第２の電圧との差が所定値よりも小さいか否かを検出することにより、前記コンデンサが前記所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する、請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】 ハイブリッド自動車のクランキング時における制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、始動用モータによってエンジンを起動する第１のステップと、前記起動されたエンジンによりモータジェネレータを回転する第２のステップと、前記モータジェネレータが回転することにより発電した電力を用いて、前記モータジェネレータを駆動するインバータに入力電圧を供給するコンデンサを充電する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項１２】 前記モータジェネレータは、前記始動用モータに与えられる電圧により回転される、請求項１１に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項１３】 前記コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する第４のステップと、前記プリチャージ状態に達したとき、直流電源から前記コンデンサへの電圧の供給を制御するシステムリレーをオフからオンに切替える第５のステップとをさらにコンピュータに実行させる、請求項１２に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項１４】 前記直流電源から出力される第１の電圧と前記コンデンサの両端の第２の電圧との差が所定値よりも小さいか否かを検出することにより、前記コンデンサが前記所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する、請求項１３に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ハイブリッド自動車に搭載されるハイブリッドシステム、ハイブリッドシステムの制御方法、およびハイブリッドシステムの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流に変換し、その変換した交流によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００４】このようなハイブリッド自動車は、図６に示すモータ駆動装置１１０を搭載している。図６を参照して、モータ駆動装置１１０は、直流電源１１１と、システムリレー１１２，１１４と、抵抗１１３と、コンデンサ１１５と、インバータ１１６と、駆動モータ１１７とを備える。
【０００５】直流電源１１１は、システムリレー１１２および抵抗１１３、またはシステムリレー１１４を介して直流電圧をコンデンサ１１５に供給する。コンデンサ１１５は、直流電源１１１からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を入力電圧としてインバータ１１６に供給する。
【０００６】インバータ１１６は、コンデンサ１１５から供給された直流電圧を制御装置（図示せず）からの信号に基づいてスイッチングして交流電圧に変換し、その変換した交流電圧により所定のトルクを発生するように駆動モータ１１７を駆動する。
【０００７】ハイブリッド自動車においては、始動時、モータ駆動装置１１０により駆動モータ１１７を駆動し、駆動モータ１１７によって発生された所定のトルクを駆動輪に伝達する。この場合、コンデンサ１１５の充電量が少ないと、始動時にシステムリレー１１４をオンすると、直流電源１１１から出力される直流電圧Ｖ１とコンデンサ１１５の両端の電圧Ｖ２との差が大きいため、直流電源１１１からコンデンサ１１５に突入電流が流れ、それによってシステムリレー１１４の接点寿命を短くしてしまう可能性があった。
【０００８】そこで、このような問題を解決するために、ハイブリッド自動車の始動時には、直流電源１１１からコンデンサ１１５への突入電流を防止するために、システムリレー１１４をオフしたまま、システムリレー１１２をオンして抵抗１１３を介して直流電源１１１からコンデンサ１１５に直流電圧を供給してコンデンサ１１５を充電し、直流電源１１１からの直流電圧Ｖ１とコンデンサ１１５の両端の電圧Ｖ２との差が小さくなった時点で、システムリレー１１２をオフし、システムリレー１１４をオンして直流電源１１１からコンデンサ１１５に直流電圧を供給することが行なわれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図６に示した従来の方法では、直流電源１１１からコンデンサ１１５への突入電流を防止するためには、システムリレー１１２および抵抗１１３が別途必要になり、部品点数を少なくしてハイブリッド自動車の低コスト化を図ることが困難であるという問題がある。
【００１０】図６に示すシステムリレー１１２および抵抗１１３を用いずにインバータに入力電圧を供給するコンデンサをプリチャージする方法が特開平５−３３６６１１号公報に記載されている。特開平５−３３６６１１号公報には図７に示す電気システム２００が開示されている。図７を参照して、電気システム２００は、主電池２１０と、主スイッチ２２０と、ヒューズ２３０と、コンデンサ２４０と、インバータ２５０と、車輪駆動用の交流電動機２６０と、補助スイッチ２７０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０と、補助電池２９０と、直流負荷３００とを備える。
【００１１】電気システム２００においては、直流電源２１０は、主スイッチ２２０がオンされると直流電圧をヒューズ２３０を介してコンデンサ２４０に供給し、コンデンサ２４０は、直流電圧を平滑化してインバータ２５０に供給する。インバータ２５０は、直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換し、その変換した交流電圧により交流電動機２６０を駆動する。
【００１２】また、電気システム２００においては、補助スイッチ２７０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０、補助電池２９０および直流負荷３００から成る電気系統がコンデンサ２４０、インバータ２５０および交流電動機２６０から成る電気系統と並列に接続されている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、補助スイッチ２７０がオンされると、直流電源２１０からの直流電圧に基づいて補助電池２９０を充電する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、補助電池２９０を充電した後、補助電池２９０からの直流電圧に基づいてコンデンサ２４０を充電する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、補助電池２９０を充電する回路と、コンデンサ２４０を充電する回路とから成る。補助電池２９０は、直流負荷３００に直流電圧を供給する。
【００１３】電気自動車が起動されると、電気システム２００においては、補助スイッチ２７０がオンされる。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、直流電源２１０からの直流電圧を用いて補助電池２９０を充電する。補助電池２９０の充電が完了すると、補助スイッチ２７０がオフされ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８０は、補助電池２９０からの直流電圧を用いてコンデンサ２４０を充電する。
【００１４】その後、コンデンサ２４０の充電が完了すると、主スイッチ２２０がオンされ、コンデンサ２４０は、直流電源２１０からの直流電圧を平滑化して直流電圧をインバータ２５０に供給する。そして、インバータ２５０は、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機２６０を駆動する。
【００１５】したがって、電気システム２００においては、交流電動機２６０を駆動する直流電源２１０、コンデンサ２４０およびインバータ２５０から成る電気系統と別の電気系統であるＤＣ−ＤＣコンバータ２８０および補助電池２９０を用いてインバータ２５０の入力側に設けられたコンデンサ２４０が充電される。
【００１６】そうすると、特開平５−３３６６１１号公報に開示された従来の電気システムにおいては、電気自動車の始動時に交流電動機を駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサを充電するには、昇圧機能と降圧機能とを兼ね備えたＤＣ−ＤＣコンバータが必要である。その結果、高価なＤＣ−ＤＣコンバータを用いなければならず、低コストな電気システムを実現することができないという問題がある。
【００１７】そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ハイブリッド自動車のクランキング時に駆動モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサを簡単、かつ、低コストな構成で充電可能なハイブリッドシステムを提供することである。
【００１８】また、この発明の別の目的は、ハイブリッド自動車のクランキング時に駆動モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサを簡単、かつ、低コストな構成で充電可能なハイブリッドシステムの制御方法を提供することである。
【００１９】さらに、この発明の別の目的は、ハイブリッド自動車のクランキング時に駆動モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサを簡単、かつ、低コストな構成で充電可能なハイブリッドシステムの制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発明によれば、ハイブリッドシステムは、ハイブリッド自動車に搭載されるハイブリッドシステムであって、エンジンを始動する始動用モータと、エンジンと接続されたモータジェネレータと、モータジェネレータを駆動するインバータと、インバータに入力電圧を与えるコンデンサとを備え、コンデンサは、ハイブリッド自動車のクランキング時、始動用モータがエンジンを始動することによりモータジェネレータが発電した電力によって充電される。
【００２１】好ましくは、ハイブリッドシステムは、始動用モータに電圧を与える第１の電源と、モータジェネレータに電圧を与える第２の電源とをさらに備え、モータジェネレータは、クランキング時、第１の電源からの電圧を利用して回転する。
【００２２】より好ましくは、ハイブリッドシステムは、第２の電源からコンデンサへの電圧の供給を制御するシステムリレーをさらに備え、システムリレーは、コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したときオンされる。
【００２３】さらに、好ましくは、ハイブリッドシステムは、第２の電源から出力される第１の電圧を検出する第１の電圧センサーと、コンデンサの両端の第２の電圧を検出する第２の電圧センサーと、第１の電圧と第２の電圧との差が所定値よりも小さいときシステムリレーをオフからオンに切替える制御回路とをさらに備える。
【００２４】さらに、好ましくは、所定値は、第２の電源からコンデンサまでの抵抗値に基づいて決定される。
【００２５】さらに、好ましくは、第１の電源は、第２の電源に比較して低圧である。この発明によれば、制御方法は、ハイブリッド自動車のクランキング時における制御方法であって、始動用モータによってエンジンを起動する第１のステップと、起動されたエンジンによりモータジェネレータを回転する第２のステップと、モータジェネレータが回転することにより発電した電力を用いて、モータジェネレータを駆動するインバータに入力電圧を供給するコンデンサを充電する第３のステップとを備える。
【００２６】好ましくは、モータジェネレータは、始動用モータに与えられる電圧により回転される。
【００２７】より好ましくは、制御方法は、コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する第４のステップと、プリチャージ状態に達したとき、直流電源からコンデンサへの電圧の供給を制御するシステムリレーをオフからオンに切替える第５のステップとをさらに備える。
【００２８】さらに、好ましくは、直流電源から出力される第１の電圧とコンデンサの両端の第２の電圧との差が所定値よりも小さいか否かを検出することにより、コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する。
【００２９】この発明によれば、ハイブリッド自動車のクランキング時における制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、始動用モータによってエンジンを起動する第１のステップと、起動されたエンジンによりモータジェネレータを回転する第２のステップと、モータジェネレータが回転することにより発電した電力を用いて、モータジェネレータを駆動するインバータに入力電圧を供給するコンデンサを充電する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【００３０】好ましくは、モータジェネレータは、始動用モータに与えられる電圧により回転される。
【００３１】より好ましくは、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する第４のステップと、プリチャージ状態に達したとき、直流電源からコンデンサへの電圧の供給を制御するシステムリレーをオフからオンに切替える第５のステップとをさらにコンピュータに実行させる。
【００３２】さらに、好ましくは、直流電源から出力される第１の電圧とコンデンサの両端の第２の電圧との差が所定値よりも小さいか否かを検出することにより、コンデンサが所定のプリチャージ状態に達したか否かを検出する。
【００３３】したがって、この発明によれば、直流電源から出力される電圧と、モータジェネレータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサの両端の電圧との差が所定値よりも小さくなるまで、ハイブリッド自動車のクランキング時にスタータでエンジンを起動してモータジェネレータを回転することによりモータジェネレータで発電させ、モータジェネレータが発電した交流電圧を用いてコンデンサを充電するので、従来のように高価なＤＣ−ＤＣコンバータ、またはシステムリレーおよび抵抗を別途設けなくても直流電源からコンデンサへの突入電流の発生を防止できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３５】図１を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッドシステム１００は、直流電源１０，２５と、電圧センサー１１，１３と、コンデンサ１２と、インバータ１４と、システムリレー２０，２４と、駆動モータ２１と、エンジン２２と、スタータ２３と、電流センサー２６と、制御装置３０とを備える。なお、駆動モータ２１は、「モータジェネレータ」とも言う。
【００３６】直流電源１０，２５は、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。直流電源１０は、たとえば、３６Ｖの直流電圧を出力する。また、直流電源２５は、たとえば、１２Ｖの直流電圧を出力する。直流電源１０，２５は、これらの電圧値以外の直流電圧を出力してもよいが、直流電源２５は、直流電源１０よりも低い直流電圧を出力する。
【００３７】電圧センサー１１は、直流電源１０から出力される直流電圧Ｖ１を検出し、その検出した直流電圧Ｖ１を制御装置３０へ出力する。コンデンサ１２は、システムリレー２０がオンされると直流電源１０からの直流電圧を受け、その受けた直流電圧を平滑化してインバータ１４に供給する。電圧センサー１３は、コンデンサ１２の両端の電圧Ｖ２を検出し、その検出した電圧Ｖ２を制御装置３０へ出力する。
【００３８】インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースとの間に並列に設けられる。
【００３９】Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００４０】各相アームの中間点は、駆動モータ２１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、駆動モータ２１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００４１】電流センサー２６は、駆動モータ２１の各相を流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００４２】制御装置３０は、電圧センサー１３により検出された電圧Ｖ２と、電流センサー２６により検出されたモータ電流ＭＣＲＴと、トルク指令値ＴＲとに基づいて、後述する方法によりインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をスイッチング制御して駆動モータ２１の駆動を制御する。また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車のクランキング時におけるコンデンサ１２の充電を制御し、電圧センサー１１により検出された電圧Ｖ１と電圧センサー１３により検出された電圧Ｖ２とに基づいてインバータ１４への直流電圧の供給を制御する。
【００４３】システムリレー２０は、電圧センサー１１により検出された電圧Ｖ１と電圧センサー１３により検出された電圧Ｖ２との差が所定値よりも小さいとき、制御装置３０からの信号ＲＳによりオンされ、直流電源１０から出力された直流電圧をコンデンサ１２に供給する。駆動モータ２１は、入出力軸を介してエンジン２２と接続され、ハイブリッド自動車のクランキング時にエンジン２１が起動されることにより発電し、その発電した電力によりインバータ１４を介してコンデンサ１２を充電する。また、駆動モータ２１は、インバータ１４により駆動されたとき所定のトルクを発生し、その発生したトルクを駆動輪（図示せず）に伝達する。エンジン２２は、スタータ２３により起動されると入出力軸を介して駆動モータ２１を回転する。スタータ２３（「始動モータ」とも言う。）は、入出力軸を介してエンジン２２と接続され、システムリレー２４がオンされると直流電源２５からの直流電圧によりエンジン２２を起動する。なお、エンジン２２とスタータ２３との接続は、ピニオンギアタイプおよびベルトタイプのいずれで行なわれても良く、一般的には、どんな方法で行なわれてもよい。
【００４４】システムリレー２４は、イグニッションキー（図示せず）のオンに応じて、オンされ、直流電源２５からの直流電圧をスタータ２３に供給する。直流電源２５は、直流電圧を出力する。
【００４５】図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、トルク制御部３１と、充電制御部３２とを含む。トルク制御部３１は、トルク指令値ＴＲ、直流電源１０の出力電圧Ｖ１、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよびインバータ入力電圧Ｖ２に基づいて、後述する方法によりインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン・オフするためのＰＷＭ（Ｐｕｌｅｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号をインバータ１４へ出力する。
【００４６】充電制御部３２は、イグニッションキーがオンされるとハイブリッド自動車がクランキングされたことを示す信号ＫＲを外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から受け、その受けた信号ＫＲに応じて電圧センサー１１からの電圧Ｖ１と電圧センサー１３からの電圧Ｖ２との差を演算する。そして、充電制御部３２は、演算した差が所定値よりも大きいとき駆動モータ２１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８をスイッチング制御するためのＰＷＣ信号を生成してインバータ１４へ出力する。
【００４７】この場合、充電制御部３２は、駆動モータ２１のＶ相で発電されるときインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ８をオンし、駆動モータ２１のＵ相で発電されるときインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ６，Ｑ８をオンし、駆動モータ２１のＷ相で発電されるときインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６をオンするためのＰＷＣ信号を生成する。つまり、充電制御部３２は、駆動モータ２１が発電するとき、駆動モータ２１により発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにインバータ１４を制御する。
【００４８】また、充電制御部３２は、演算した差が所定値よりも小さいときシステムリレー２０をオンするための信号ＲＳを生成してシステムリレー２０に出力する。
【００４９】図３を参照して、トルク制御部３１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２とを含む。
【００５０】モータ制御用相電圧演算部４０は、インバータ１４への入力電圧Ｖ２を電圧センサー１３から受け、駆動モータ２１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２６から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、駆動モータ２１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン・オフするＰＷＭ信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号をインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ供給する。
【００５１】これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、駆動モータ２１が指令されたモータトルクを出すように駆動モータ２１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値に応じたモータトルクが出力される。
【００５２】このようにして、制御装置３０のトルク制御部３１は、外部のＥＣＵから入力されたトルク指令値によって指定されたトルクを駆動モータ２１が発生するようにインバータ１４を制御する。これにより、駆動モータ２１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生する。
【００５３】図４を参照して、ハイブリッド自動車のクランキング時におけるハイブリッドシステム１００の動作について説明する。クランキング時における動作がスタートすると、イグニッションキーＩＧがオンされ（ステップＳ１）、トルク指令値ＴＲが「０」に設定される（ステップＳ２）。そして、ステップＳ１においてイグニッションキーＩＧがオンされたことに応じてシステムリレー２４がオンされ、直流電源２５から直流電圧が供給されると、スタータ２３はオンされる（ステップＳ３）。
【００５４】その後、スタータ２３は始動し（ステップＳ４）、エンジン２２を起動する。制御装置３０に含まれる充電制御部３２は、イグニッションキーＩＧがオンされたことに応じて、ハイブリッド自動車がクランキングされたことを示す信号ＫＲを外部ＥＣＵから受け、信号ＫＲに応じて電圧センサー１１からの電圧Ｖ１と電圧センサー１３からの電圧Ｖ２との差を演算し、その演算した差（電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差の絶対値｜Ｖ１−Ｖ２｜を言う。）が所定値αよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。演算された差が所定値αよりも小さいとき、システムリレー２０をオンしても直流電源１０からコンデンサ１２に突入電流が流れないので、充電制御部３２は、システムリレー２０をオンするための信号ＲＳを生成してシステムリレー２０へ出力する。そして、システムリレー２０は、充電制御部３２からの信号ＲＳに応じてオンされる（ステップＳ６）。
【００５５】そうすると、直流電源１０は、直流電圧をコンデンサ１２に供給し、コンデンサ１２は、直流電源１０からの直流電圧を平滑化してインバータ１４に供給する。一方、制御装置３０のトルク制御部３１は、トルク指令値ＴＲ、直流電源１０の出力電圧Ｖ１、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよびインバータ入力電圧Ｖ２に基づいて、上述したように駆動モータ２１がトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するようにインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をスイッチング制御するためのＰＷＭ信号を生成してインバータ１４へ出力する。
【００５６】これにより、インバータ１４は、コンデンサ１２から供給された直流電圧を交流電圧に変換して駆動モータ２１を駆動する。そして、駆動モータ２１／エンジン２２が始動されたか否かが判定され（ステップＳ７）、駆動モータ２１／エンジン２２が始動されたとき、駆動モータ２１／エンジン２２を起動するシーケンスが終了する（ステップＳ８）。一方、ステップＳ７において駆動モータ２１／エンジン２２が始動されていないと判定されたとき、駆動モータ２１が発生すべきトルクをΔＴだけ増加させ（ステップＳ９）、その後、ステップＳ７が繰返し行なわれる。
【００５７】ステップＳ５において、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さくないと判定されたとき、駆動モータ２１／エンジン２２が始動されたか否かが判定され（ステップＳ１０）、駆動モータ２１／エンジン２２が始動されていると判定されたときステップＳ５に戻る。一方、ステップＳ１０において駆動モータ２１／エンジン２２が始動されていないと判定されたとき、スタータ動作が継続される（ステップＳ１１）。ステップＳ５において、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さいと判定された場合のみシステムリレー２０がオンされて駆動モータ２１が起動される。したがって、ステップＳ５において電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さくないと判定されたときシステムリレー２０がオンされることはないので、ステップＳ１０においては、通常、駆動モータ２１／エンジン２２は始動されていないと判定され、スタータ動作が継続される。
【００５８】この場合、スタータ２３がエンジン２２を起動すると、エンジン２２は駆動モータ２１を回転させ、駆動モータ２１は発電する。一方、充電制御部３２は、駆動モータ２１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するためにインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８をスイッチング制御するためのＰＷＣ信号を生成してインバータ１４へ出力する。そして、ＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８は、ＰＷＣ信号によってスイッチング制御され、駆動モータ２１のＶ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ８がオンされ、駆動モータ２１のＵ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ６，Ｑ８がオンされ、駆動モータ２１のＷ相で発電されるときＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６がオンされる。これにより、インバータ１４は、駆動モータ２１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧によりコンデンサ１２を充電する。
【００５９】スタータ動作が継続された後、ステップＳ５に戻り、直流電源１０から出力される電圧Ｖ１とコンデンサ１２の両端の電圧Ｖ２との差が所定値よりも小さいか否かが繰返し判定される。そして、その判定結果に応じて、上述したステップＳ６〜Ｓ９の動作またはステップＳ１０，Ｓ１１の動作が繰返し行なわれる。
【００６０】なお、所定値αは、直流電源１０からコンデンサ１２までの抵抗値に応じて決定される。直流電源１０からコンデンサ１２への突入電流は、直流電源１０からコンデンサ１２までの抵抗値に依存するからである。
【００６１】このように、ハイブリッド自動車の起動時、ハイブリッドシステム１００においては、直流電源１０から出力される電圧Ｖ１とインバータ１４の入力側に設けられたコンデンサ１２の両端の電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さいか否かが判定され、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さい場合に限り、システムリレー２０がオンされてインバータ１４により駆動モータ２１が駆動される。一方、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さくないとき、駆動モータ２１はエンジン２２により回転されて発電し、その発電した電力によりコンデンサ１２を充電する。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さくなるとシステムリレー２０がオンされて駆動モータ２１がトルクを発生するように駆動される。
【００６２】したがって、この発明によるハイブリッドシステム１００においては、直流電源１０から出力される電圧Ｖ１とコンデンサ１２の両端の電圧Ｖ２との差が所定値αよりも小さい場合に限りシステムリレー２０がオンされるので、従来のように突入電流の発生を防止するためのＤＣ−ＤＣコンバータ、またはシステムリレーおよび抵抗を別途設けなくても直流電源１０からコンデンサ１２への突入電流の発生を防止できる。
【００６３】上述した充電制御部３２は、具体的には図５に示すブロック図から成る。図５を参照して、充電制御部３２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３２２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２３と、バスＢＳとを含む。
【００６４】ＲＯＭ３２３は、図４を参照して説明したハイブリッド自動車のクランキング時におけるハイブリッドシステム１００の動作を制御するためのプログラムを格納する。ＲＡＭ３２２は、ＣＰＵ３２１が演算処理を行なう際のワークメモリである。ＣＰＵ３２１は、ＲＯＭ３２３に格納されたプログラムをバスＢＳを介して読出し、その読出したプログラムに従って電圧センサー１１からの電圧Ｖ１と電圧センサー１３からの電圧Ｖ２との差を演算し、｜Ｖ１−Ｖ２｜＜αを判定する。そして、ＣＰＵ３２１は、｜Ｖ１−Ｖ２｜＜αが成立しないと判定したとき、上述したＰＷＣ信号を生成してインバータ１４へ出力する。また、ＣＰＵ３２１は、｜Ｖ１−Ｖ２｜＜αが成立すると判定したときシステムリレー２０をオンするための信号ＲＳを生成してシステムリレー２０へ出力する。
【００６５】このように、充電制御部３２は、ＣＰＵ３２１、ＲＡＭ３２２、ＲＯＭ３２３およびバスＢＳによって容易に構成され、ＲＯＭ３２３は、ハイブリッドシステム１００の制御をコンピュータ（ＣＰＵ３２１）に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ３２１）が読取り可能な記録媒体である。
【００６６】上述したように、ハイブリッド自動車のクランキング時の動作について説明したが、この発明において「クランキング」とは、イグニッションキーがオンされてからエンジンが完爆するまでの間を言う。「クランキング」の意味については、より詳細には、本出願人により先に出願された特開昭６０−１７３３６７号公報に記載されている。
【００６７】この発明によれば、ハイブリッドシステムは、ハイブリッド自動車のクランキング時に、駆動モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサの電圧と直流電源から出力される電圧との差が所定値よりも大きい場合、エンジンの起動により駆動モータで発電させ、その発電させた電力によりコンデンサを充電し、コンデンサの電圧と直流電源から出力される電圧との差が所定値よりも小さくなるとシステムリレーをオンして所定のトルクを発生するように駆動モータを駆動するように制御する充電制御部を備えるので、従来のように高価なＤＣ−ＤＣコンバータ、またはシステムリレーおよび抵抗を別途設けなくても直流電源からコンデンサへの突入電流の発生を防止できる。
【００６８】今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
【出願日】 平成１４年４月１９日（２００２．４．１９）
【代理人】 【識別番号】１０００６４７４６
【弁理士】
【氏名又は名称】深見 久郎 （外５名）
【公開番号】 特開２００３−３１９５０７（Ｐ２００３−３１９５０７Ａ）
【公開日】 平成１５年１１月７日（２００３．１１．７）
【出願番号】 特願２００２−１１７５２９（Ｐ２００２−１１７５２９）