JP2017115679A - アイドリングストップ装置 - Google Patents

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Kazuya Matsumura
和哉 松村
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Katsuhiro Shoda
勝博 正田
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Abstract

【課題】別途機器を追加することなく、サルフェーションを抑制することができるアイドリングストップ装置を提供する。【解決手段】所定の停止条件が成立することにより、エンジン2を自動停止させ、エンジン2が自動停止している状態で所定の再始動条件が成立することにより、エンジン2を再始動させるアイドリングストップECUにおいて、バッテリ4の充電状態が低充電率継続状態である場合に、エンジン2の自動停止から所定の時間が経過したときにエンジンを再始動させる、または、所定の停止条件が成立してもエンジン2を自動停止させないようにする。【選択図】図1

Description

本発明は、所定の停止条件が成立することによりエンジンを自動停止させ、エンジンが自動停止している状態で所定の再始動条件が成立することによりエンジンを再始動させるアイドリングストップ装置に関する。
従来、ブレーキペダルの操作の検出や車速が所定速度以下になるなどの所定の停止条件が成立することによりエンジンを自動停止(アイドリングストップ)させ、エンジンが自動停止している状態で、アクセルペダルの操作の検出などの所定の再始動条件が成立することによりエンジンを再始動させるアイドリングストップ装置を備えた車が開発されている。
アイドリングストップ装置を備えた車において、渋滞中の道路を走行時などには、頻繁にエンジンの自動停止と再始動が繰り返されることになる。エンジンの自動停止中には、オルタネータによる発電ができないので、バッテリに充電することができず、使用される電力に応じてバッテリの充電量が減少する。バッテリの充電率が低い状態で、エンジンの自動停止と再始動が繰り返されると、バッテリが低充電率状態に維持されてしまう。図3は、渋滞時のバッテリの充電率の時間変化を示している。実線aで示すグラフのように、低充電率状態でエンジンの自動停止と再始動とが繰り返されることで充電率が上がらず、低充電率状態が継続する状態になっている。
一般的に、バッテリは鉛蓄電池なので、低充電率状態が継続すると、バッテリの電極板に硫酸鉛の結晶が析出するサルフェーション(白色硫酸鉛化)が発生し、バッテリの早期劣化の原因になる。これを解消するために、高電圧低電流でのリフレッシュ充電を行うことで、電極板に付着した硫酸鉛を除去する方法が開示されている(特許文献1参照)。
特開2010−247556号公報
しかしながら、当該方法の場合、バッテリに高電圧低電流を流すための機器が必要になり、余分なコストがかかってしまう。
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、別途機器を追加することなく、サルフェーションを抑制することができるアイドリングストップ装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第1の側面によって提供されるアイドリングストップ装置は、所定の停止条件が成立することにより、エンジンを自動停止させ、前記エンジンが自動停止している状態で所定の再始動条件が成立することにより、前記エンジンを再始動させるアイドリングストップ装置であって、バッテリの充電状態が低充電率継続状態である場合に、前記エンジンの自動停止から所定の時間が経過したときに前記エンジンを再始動させる、または、前記所定の停止条件が成立してもエンジンを自動停止させないようにするアイドリングストップ抑制手段を備えていることを特徴とする。
なお、「低充電率継続状態」とは、バッテリの充電率の低い状態が継続している状態であり、例えば、検出されたバッテリの充電率が所定の閾値以下である状態が所定の時間だけ継続した状態である。なお、充電率と比較する閾値は、諸条件によって変化するものであってもよい。また、継続時間で判断するものに限られず、例えば、エンジンが自動停止した回数、停止時間の積算値、または、充電率の平均値などで判断するようにしてもよい。
本発明によると、バッテリの充電状態が低充電率継続状態である場合に、エンジンの自動停止から所定の時間が経過すると、強制的にエンジンを再始動させる。あるいは、停止条件が成立してもエンジンを自動停止させないようにする。したがって、低充電率状態が継続することを抑制し、サルフェーションを抑制することができる。また、アイドリングストップの制御を変更するだけなのでソフトウエアの変更で実施することができ、別途機器を追加する必要がない。よって、コストを抑制しつつ、サルフェーションを抑制することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第1実施形態に係るアドリングストップ装置が適用された車の構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係るアドリングストップ制御処理を説明するためのフローチャートの一例である。 渋滞時のバッテリの充電率の時間変化を示す図である。 第2実施形態に係るアドリングストップ制御処理を説明するためのフローチャートの一例である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図1は、第1実施形態に係るアドリングストップ装置が適用された車1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、車1は、エンジン2、CVT(Continuously Variable Transmission:無段変速機)3、バッテリ4、スタータ5、スタータリレー6a,6b、オルタネータ7、バッテリセンサ8、および、各種ECU(Electronic Control Unit)を備えている。なお、車1はその他の構成も備えているが、図1においては記載を省略している。
各種ECUは、電子制御を行うものであり、それぞれ、CPUおよびメモリを備えたマイクロコンピュータによって実現されている。図1に示すように、車1は、ECUとして、アイドリングストップの制御を行うアイドリングストップECU11、エンジン2の出力を制御するEFI(Electronic Fuel Injection)ECU12、CVT3の制御を行うCVTECU13、および、アンチロックブレーキシステムの制御を行うABS(Antilock Brake System)ECU14を備えている。また、図示しないが、車1は、この他にも、車速やエンジン回転数、燃料残量などの表示を制御するコンビネーションメータECU、電動パワーステアリング装置を制御するEPS(Electric Power Steering)ECU、ドアロック機構やパワーウインドウ機構などを制御するボディECU、空調の制御を行うエアコンECU、オーディオ機器の制御を行うオーディオECU、ライトの点灯および消灯、照射強度や角度の制御を行うライトECUなどを備えている。これらの各ECUは、CAN(Controller Area Network)などの車載ネットワークにより接続されている。各ECUは、他のECUと各種通信を行うとき、所定の通信プロトコルを用いて、各種信号(情報および指令)などのやり取りを行う。各ECUは、オルタネータ7またはバッテリ4から供給される電力で稼働する。
エンジン2は、車1の駆動源である。エンジン2の出力は、トルクコンバータ(図示せず)およびCVT3を介して車1の駆動輪に伝達される。車1は、アイドリングストップ機能を備えている。アイドリングストップ機能は、所定の停止条件が成立することによりエンジン2を自動停止(アイドリングストップ)させ、エンジン2が自動停止している状態で所定の再始動条件が成立することによりエンジン2を再始動(アイドリングストップ解除)させる。
バッテリ4は、例えば鉛蓄電池であり、スタータ5、各ECU11〜14、ライト、オーディオやナビゲーションシステムなどの電装品に、電力を供給するものである。バッテリ4は、オルタネータ7が発電した電力によって充電される。
スタータ5は、エンジン2を始動させるものであり、スタータリレー6a,6bを介して、バッテリ4より電力を供給される。スタータリレー6aは、EFIECU12からの制御信号に基づいて、バッテリ4とスタータ5との接続状態を切り替える。スタータリレー6aは、通常はオフになっており、EFIECU12からエンジン始動のための制御信号が入力された場合にオンになる。これにより、バッテリ4より給電されたスタータ5が、エンジン2を始動させる。スタータリレー6bは、アイドリングストップECU11からの制御信号に基づいて、バッテリ4とスタータ5との接続状態を切り替える。スタータリレー6bは、通常はオフになっており、アイドリングストップECU11からエンジン始動のための制御信号が入力された場合にオンになる。これにより、バッテリ4より給電されたスタータ5が、エンジン2を始動させる。
オルタネータ7は、発電を行うものであり、発電機と整流回路とを備えている。発電機の回転軸には、ベルト9によってエンジン2の出力軸の回転が伝達される。回転軸の回転によって発電された交流電力は、整流回路によって直流電力に変換され、バッテリ4に充電される。したがって、エンジン2が停止している間は、オルタネータ7は発電することができないので、バッテリ4が充電されない。
バッテリセンサ8は、バッテリ4に関する各種検知を行い、検出した信号を出力するものである。バッテリセンサ8は、例えば、バッテリ4の温度(雰囲気温度)、バッテリ4に入出力される電流などを検出する。バッテリセンサ8は、検出した信号を、アイドリングストップECU11やEFIECU12などに出力する。
EFIECU12は、エンジン2の出力を制御するものであり、エンジン2への燃料噴射を制御することで、出力を制御する。また、EFIECU12は、ドライバがイグニッションキーの操作などによってエンジンスタートを指令した場合に、エンジン始動のための制御信号をスタータリレー6aに出力する。これにより、スタータリレー6aがオンになり、バッテリ4より給電されたスタータ5が、エンジン2を始動させる。なお、スタータリレー6aを設けずに、EFIECU12がアイドリングストップECU11に指令を出し、アイドリングストップECU11がスタータリレー6bにエンジン始動のための制御信号を出力するようにしてもよい。また、EFIECU12は、アイドリングストップECU11より、エンジン停止のための制御信号を入力された場合は、エンジン2への燃料噴射を停止して、エンジンン2を停止させる。
アイドリングストップECU11は、アイドリングストップの制御を行うものである。アイドリングストップECU11は、各ECUや各センサから受信した情報に基づいて、停止条件および再起動条件が成立するか否かを判断する。停止条件および再起動条件は、あらかじめ設定されており、例えば、エンジンの回転数、冷却水の温度、バッテリ4の情報(温度、電流など)、車1の車速および加速度、アクセルおよびブレーキペダルの操作情報、ストップランプの点灯状態、シフトレバーの位置、外気温などの情報に基づいて、アイドリングストップECU11が、各条件の成立を判断する。各情報は、各センサから直接または各ECUを介して、アイドリングストップECU11に入力される。なお、停止条件および再起動条件は限定されないし、これらの成立を判断するための情報は、上記に限られない。アイドリングストップECU11は、エンジン2の稼動中に、停止条件が成立すると判断した場合、EFIECU12にエンジン停止のための制御信号を出力することにより、エンジン2を自動停止(アイドリングストップ)させる。また、アイドリングストップECU11は、エンジン2が自動停止している状態で、再始動条件が成立すると判断した場合、エンジン始動のための制御信号を、EFIECU12およびスタータリレー6bに出力する。これにより、EFIECU12がエンジン2への燃料噴射を開始し、オンになったスタータリレー6bを介してバッテリ4より給電されたスタータ5が、エンジン2を再始動させる。なお、スタータリレー6bを設けずに、EFIECU12がアイドリングストップECU11からの指令に応じて、スタータリレー6bにエンジン始動のための制御信号を出力するようにしてもよい。
また、アイドリングストップECU11は、アイドリングストップ機能によってバッテリ4の低充電率状態が継続することを抑制する機能を備えている。具体的には、アイドリングストップECU11は、バッテリ4が低充電率継続状態の場合、アイドリングストップ機能による自動停止状態が継続する時間を制限している。当該アイドリングストップECU11が、本発明の「アイドリングストップ装置」および「アイドリングストップ抑制手段」に相当する。
アイドリングストップECU11は、バッテリ4の充電率(State Of Charge:SOC)が閾値X以下である状態が所定時間T(例えば数分)だけ継続した場合に、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断する。充電率(SOC)は、充電状態を示す指標であって、満充電時の容量に対する充電残量の割合を百分率で示したものである。アイドリングストップECU11は、バッテリセンサ8より入力される、バッテリ4の入出力電流を検出した信号などに基づいて、バッテリ4の充電電流および放電電流を積算することで、SOCを算出する。なお、SOCの算出手法は、これに限定されない。また、EFIECU12が算出したSOCを、アイドリングストップECU11に入力するようにしてもよい。
閾値Xは、所定の値(例えば93%)に固定していてもよいし、諸条件によって変更するようにしてもよい。例えば、バッテリ4が劣化している場合や、バッテリ4の温度または外気温が低い場合、閾値Xをより大きな値に設定して、SOCがあまり低くならないうちに、低充電率継続状態であると判断するようにしてもよい。バッテリ4の劣化状態は、バッテリ4の始動時の出力電圧に基づいて判断すればよい。バッテリ4の温度は、バッテリセンサ8から入力される信号に基づいて検出され、外気温は、車外に取り付けられた温度センサ(図示せず)から入力される信号に基づいて検出される。閾値Xを諸条件によってどのように変更するかは、限定されない。例えば、上記した条件のうち1つのみを採用して、例えば、バッテリ4の始動時の出力電圧を3つの領域に区分して、電圧が最も高い領域に属し、劣化度合いが低いと判断される場合に93%とし、電圧が最も低い領域に属し、劣化度合いが高いと判断される場合に95%とし、電圧がその間の領域に属する場合に94%としてもよい。また、複数の条件の組み合わせによって閾値Xを決定するようにしてもよい。諸条件は上記したものに限られない。また、算出式を用いて、各検出値から閾値Xを算出するようにしてもよい。
なお、低充電率継続状態の判断は、上記した方法(SOCが閾値X以下である状態が所定時間Tだけ継続した場合に低充電率継続状態であると判断)に限定されない。例えば、SOCが閾値X以下の状態で、アイドリングストップ機能によりエンジン2が自動停止した回数(または停止時間の積算値)が所定の閾値以上となった場合に、低充電率継続状態であると判断するようにしてもよい。また、SOCが閾値X以下の状態で、SOCの平均値が所定の閾値以下となった場合に、低充電率継続状態であると判断するようにしてもよい。
アイドリングストップECU11は、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断した場合、アイドリングストップ機能による自動停止状態が継続する時間を時間T0に制限する。つまり、アイドリングストップECU11は、アイドリングストップ機能による自動停止中に、再始動条件が成立しなくても時間T0が経過すると、強制的に、エンジン2の再始動を行う。この場合も、アイドリングストップECU11は、エンジン始動のための制御信号を、EFIECU12およびスタータリレー6bに出力することで、エンジン2を再始動させる。
時間T0は、所定の時間(例えば数十秒)に固定していてもよいし、諸条件によって変更するようにしてもよい。例えば、SOCが大きいほど、時間T0を長い時間とするように変更してもよい。この場合、SOCに応じて時間T0を線形的に変化させてもよいし、SOCを複数の領域に区分して、領域ごとに時間T0を設定しておいてもよい。また、SOC以外の条件によって、または、各条件の組み合わせによって、時間T0を設定するようにしてもよい。
図2は、アイドリングストップECU11が行うアイドリングストップ制御処理を説明するためのフローチャートの一例である。当該制御処理は、ドライバがイグニッションキーの操作などによってエンジンスタートを指令したときに開始される。
まず、停止条件が成立したか否かが判別される(S1)。成立していない場合(S1:NO)、ステップS1に戻って、停止条件の成立の判別が繰り返される。停止条件が成立した場合(S1:YES)、エンジン2の停止処理が行われる(S2)。具体的には、アイドリングストップECU11は、EFIECU12にエンジン停止のための制御信号を出力することにより、エンジン2を自動停止させる。
次に、バッテリ4が低充電率継続状態であるか否かが判別される(S3)。低充電率継続状態でないと判別された場合(S3:NO)、再始動条件が成立したか否かが判別される(S4)。再始動条件が成立していない場合(S4:NO)、ステップS4に戻って、再始動条件の成立の判別が繰り返される。再始動条件が成立した場合(S4:YES)、エンジン2の再始動処理が行われ(S5)、ステップS1に戻る。エンジン2の再始動処理として、具体的には、アイドリングストップECU11は、エンジン始動のための制御信号を、EFIECU12およびスタータリレー6bに出力することにより、エンジン2を再始動させる。
一方、ステップS3において、低充電率継続状態であると判別された場合(S3:YES)、時間T0として所定の時間または諸条件に応じて決定された時間が設定され、計時が開始される(S7)。次に、再始動条件が成立したか否かが判別される(S8)。再始動条件が成立していない場合(S8:NO)、計時開始からの経過時間が時間T0以上となったか否かが判別される(S9)。経過時間が時間T0未満の場合(S9:NO)、ステップS8に戻り、ステップS8およびステップS9の判別が繰り返される。ステップS8において、再始動条件が成立した場合(S8:YES)、エンジン2の再始動処理が行われ(S5)、ステップS1に戻る。また、ステップS9において、経過時間が時間T0以上となった場合(S9:YES)も、エンジン2の再始動処理が行われ(S5)、ステップS1に戻る。つまり、再始動条件が成立しなくても、時間T0が経過した場合に、強制的にエンジン2の再始動が行われる。
アイドリングストップ制御処理は、ドライバがイグニッションキーの操作などによってエンジン停止を指令した場合などに終了される。
なお、アイドリングストップECU11が行うアイドリングストップ制御処理は、これに限られない。例えば、ステップS3で低充電率継続状態でないと判別されて、ステップS4で再始動条件が成立するのを待っている状態でも、バッテリ2が低充電率継続状態になった場合に、ステップS6に進むようにしてもよい。
本実施形態によると、アイドリングストップECU11は、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断した場合、アイドリングストップ機能による自動停止状態が継続する時間を制限する。つまり、アイドリングストップECU11は、アイドリングストップ機能による自動停止中に、再始動条件が成立しなくても、設定された時間T0が経過すると、強制的に、エンジン2を再始動させる。これにより、オルタネータ7が発電を開始して、バッテリ4は充電される。エンジン2が自動停止して充電を行えない時間が制限されることで、バッテリ4のSOCが次第に上昇するので、バッテリ4の低充電率状態が継続することを抑制することができる。したがって、サルフェーションを抑制することができる。
図3に示す太線bは、第1実施形態に係るアイドリングストップ制御処理を行った時のSOCの時間変化を示している。SOCが閾値X以下である状態が所定時間Tだけ継続したので、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断され、その後は、アイドリングストップ機能による自動停止時間が時間T0に制限されている。これにより、バッテリ4の放電量より充電量の方が多くなって、次第にSOCが上昇し、低充電率状態が継続することを抑制している。
また、本実施形態によると、アイドリングストップ機能を実施するソフトウエアを変更して、アイドリングストップ制御処理を変更するだけなので、別途機器を追加する必要がない。よって、コストを抑制しつつ、サルフェーションを抑制することができる。
上記第1実施形態においては、アイドリングストップECU11が、自動停止状態が継続する時間を制限することで、バッテリ2の低充電率状態が継続することを抑制しているが、低充電率状態の継続を抑制する手法はこれに限られない。他の手法を用いた場合を、第2実施形態として、以下に説明する。
第2実施形態に係るアイドリングストップECU11は、アイドリングストップ制御処理が第1実施形態の場合と異なるだけである。第2実施形態に係る車1の構成を示すブロック図は、第1実施形態のもの(図1参照)と同一なので、記載を省略する。
第2実施形態に係るアイドリングストップECU11は、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断した場合、停止条件が成立してもエンジンを停止させないようにして、バッテリ4の低充電率状態が継続することを抑制する。
図4は、第2実施形態に係るアイドリングストップECU11が行うアイドリングストップ制御処理を説明するためのフローチャートの一例である。当該制御処理は、ドライバがイグニッションキーの操作などによってエンジンスタートを指令したときに開始される。
まず、停止条件が成立したか否かが判別される(S11)。停止条件が成立していない場合(S11:NO)、ステップS11に戻って、停止条件の成立の判別が繰り返される。停止条件が成立した場合(S11:YES)、バッテリ4が低充電率継続状態であるか否かが判別される(S12)。低充電率継続状態でないと判別された場合(S12:NO)、エンジン2の停止処理が行われる(S13)。そして、再始動条件が成立したか否かが判別される(S14)。再始動条件が成立していない場合(S14:NO)、ステップS14に戻って、再始動条件の成立の判別が繰り返される。再始動条件が成立した場合(S14:YES)、エンジン2の再始動処理が行われ(S15)、ステップS11に戻る。一方、ステップS12において、低充電率継続状態であると判別された場合(S12:YES)、ステップS11に戻る。つまり、低充電率継続状態である場合は、停止条件が成立したとしても、エンジン2の停止処理が行われない。
当該アイドリングストップ制御処理は、ドライバがイグニッションキーの操作などによってエンジン停止を指令した場合などに終了される。なお、第2実施形態に係るアイドリングストップECU11が行うアイドリングストップ制御処理は、これに限られない。例えば、バッテリ4が低充電率継続状態である場合には、停止条件の成立の判別を行わないようにしてもよい。
第2実施形態によると、アイドリングストップECU11は、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断した場合、停止条件が成立してもエンジンを停止させない。したがって、オルタネータ7による発電が継続されて、バッテリ4は充電される。これにより、バッテリ4のSOCが次第に上昇するので、バッテリ4の低充電率状態が継続することを抑制することができる。したがって、サルフェーションを抑制することができる。
図3に示す一点鎖線cは、第2実施形態に係るアイドリングストップ制御処理を行った時のSOCの時間変化を示している。SOCが閾値X以下である状態が所定時間Tだけ継続したので、バッテリ4が低充電率継続状態であると判断され、その後は、停止条件が成立してもエンジンが停止されない。これにより、バッテリ4が充電されて、次第にSOCが上昇し、低充電率状態が継続することを抑制している。
また、第2実施形態においても、アイドリングストップ機能を実施するソフトウエアを変更して、アイドリングストップ制御処理を変更するだけなので、別途機器を追加する必要がない。よって、コストを抑制しつつ、サルフェーションを抑制することができる。
本発明に係るアイドリングストップ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るアイドリングストップ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
1 車
2 エンジン
3 CVT
4 バッテリ
5 スタータ
6a,6b スタータリレー
7 オルタネータ
8 バッテリセンサ
9 ベルト
11 アイドリングストップECU(アイドリングストップ装置、アイドリングストップ抑制手段)
12 EFIECU
13 CVTECU
14 ABSECU

Claims (1)

  1. 所定の停止条件が成立することにより、エンジンを自動停止させ、前記エンジンが自動停止している状態で所定の再始動条件が成立することにより、前記エンジンを再始動させるアイドリングストップ装置であって、
    バッテリの充電状態が低充電率継続状態である場合に、前記エンジンの自動停止から所定の時間が経過したときに前記エンジンを再始動させる、または、前記所定の停止条件が成立してもエンジンを自動停止させないようにするアイドリングストップ抑制手段を備えている、
    ことを特徴とするアイドリングストップ装置。
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