以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[車両構成]
図1は本発明の一実施の形態である車両用電源装置10が搭載された車両11の構成例を示す概略図である。図1に示すように、車両11には、エンジン12を動力源に用いたパワーユニット13が搭載されている。エンジン12のクランク軸14には、ベルト機構15を介してスタータジェネレータ(電動機)16が連結されている。また、エンジン12にはトルクコンバータ17を介して変速機構18が連結されており、変速機構18にはデファレンシャル機構19等を介して車輪20が連結されている。
エンジン12に連結されるスタータジェネレータ16は、発電機および電動機として機能する所謂ISG(Integrated Starter Generator)である。スタータジェネレータ16は、クランク軸14に駆動される発電機として機能するだけでなく、クランク軸14を駆動する電動機として機能する。例えば、アイドリングストップ制御においてエンジン12を再始動させる場合や、発進時や加速時においてエンジン12を補助する場合に、スタータジェネレータ16は力行状態に制御され、スタータジェネレータ16は電動機として機能する。
スタータジェネレータ16は、ステータコイルを備えたステータ30と、フィールドコイルを備えたロータ31と、を有している。また、スタータジェネレータ16には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータ、マイコンおよび各種センサ等からなるISGコントローラ32が設けられている。ISGコントローラ32によってフィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御することにより、スタータジェネレータ16の発電電圧、発電トルク、力行トルク等を制御することができる。また、スタータジェネレータ16には、温度を検出する温度センサ33が設けられている。
また、パワーユニット13には、エンジン12を始動回転させるスタータモータ40が設けられている。スタータモータ40のピニオン41は、トルクコンバータ17のリングギヤ42に噛み合う突出位置と、リングギヤ42との噛み合いが外れる退避位置と、に移動自在である。後述するように、乗員によってスタータボタン43が押されると、スタータモータ40の通電を制御するスタータリレー44がオン状態に切り替えられる。これにより、スタータリレー44を介してスタータモータ40に通電が為され、スタータモータ40のピニオン41は突出位置に移動して回転する。また、スタータリレー44を介してスタータモータ40を制御するため、車両11にはマイコン等からなるエンジンコントローラ45が設けられている。また、エンジンコントローラ45は、スタータリレー44を制御するだけでなく、スロットルバルブ、インジェクタおよび点火装置等のエンジン補機46を制御する。
前述したように、図示する車両11には、スタータジェネレータ16およびスタータモータ40が設けられている。アイドリングストップ制御に伴ってエンジン12を再始動させる場合、つまりエンジン運転中に停止条件が成立することでエンジン12を停止させ、エンジン停止中に始動条件が成立することでエンジン12を再始動させる場合には、スタータジェネレータ16を用いてエンジン12の始動回転が行われる。一方、車両11の制御システムを起動させて最初にエンジン12を始動させる場合、つまり乗員のスタータボタン操作によってエンジン12を始動させる場合には、スタータモータ40を用いてエンジン12の始動回転が行われる。
[電源回路]
車両用電源装置10が備える電源回路50について説明する。図2は電源回路50の一例を簡単に示した回路図である。図2に示すように、電源回路50は、スタータジェネレータ16に電気的に接続される鉛バッテリ(第1蓄電体)51と、これと並列にスタータジェネレータ16に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ(第2蓄電体)52と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ52を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ52の端子電圧は、鉛バッテリ51の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ52を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗は、鉛バッテリ51の内部抵抗よりも小さく設計されている。
スタータジェネレータ16の正極端子16aには正極ライン53が接続され、リチウムイオンバッテリ52の正極端子52aには正極ライン54が接続され、鉛バッテリ51の正極端子51aには正極ライン55を介して正極ライン56が接続される。これらの正極ライン53,54,56は、接続点57を介して互いに接続されている。また、スタータジェネレータ16の負極端子16bには負極ライン58が接続され、リチウムイオンバッテリ52の負極端子52bには負極ライン59が接続され、鉛バッテリ51の負極端子51bには負極ライン60が接続される。これらの負極ライン58,59,60は、基準電位点61を介して互いに接続されている。
図1に示すように、鉛バッテリ51の正極ライン55には、正極ライン62が接続されている。この正極ライン62には、各種アクチュエータや各種コントローラ等の電気機器(電気負荷)63からなる電気機器群64が接続されている。また、鉛バッテリ51の負極ライン60には、バッテリセンサ65が設けられている。バッテリセンサ65は、鉛バッテリ51の充放電状況を検出する機能を有している。鉛バッテリ51の充放電状況としては、例えば、鉛バッテリ51の充放電電流、端子電圧、充電状態SOC等が挙げられる。
また、電源回路50には、鉛バッテリ51および電気機器63からなる第1電源系71が設けられており、リチウムイオンバッテリ52およびスタータジェネレータ16からなる第2電源系72が設けられている。そして、第1電源系71と第2電源系72との間に設けられる正極ライン(通電径路)56を介して、鉛バッテリ51とリチウムイオンバッテリ52とは互いに並列接続されている。この正極ライン56には、過大電流によって溶断する電力ヒューズ73が設けられるとともに、オン状態とオフ状態とに制御される第1スイッチSW1が設けられている。また、リチウムイオンバッテリ52の正極ライン54には、オン状態とオフ状態とに制御される第2スイッチSW2が設けられている。
スイッチSW1をオン状態に制御することにより、第1電源系71と第2電源系72とを互いに接続することができる一方、スイッチSW1をオフ状態に制御することにより、第1電源系71と第2電源系72とを互いに切り離すことができる。また、スイッチSW2をオン状態に制御することにより、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ52とを互いに接続することができる一方、スイッチSW2をオフ状態に制御することにより、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ52とを互いに切り離すことができる。
これらのスイッチSW1,SW2は、MOSFET等の半導体素子によって構成されるスイッチであっても良く、電磁力等を用いて接点を機械的に開閉させるスイッチであっても良い。また、スイッチSW1,SW2のオン状態とは、電気的に接続される通電状態や導通状態を意味しており、スイッチSW1,SW2のオフ状態とは、電気的に切断される非通電状態や遮断状態を意味している。なお、スイッチSW1,SW2は、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。
図1に示すように、電源回路50には、バッテリモジュール74が設けられている。このバッテリモジュール74は、リチウムイオンバッテリ52を有するとともに、スイッチSW1,SW2を有している。また、バッテリモジュール74は、マイコンや各種センサ等からなるバッテリコントローラ75を有している。さらに、バッテリモジュール74には、リチウムイオンバッテリ52の温度を検出する温度センサ76、リチウムイオンバッテリ52の充放電電流を検出する電流センサ77、およびリチウムイオンバッテリ52の端子電圧を検出する電圧センサ78が設けられている。バッテリコントローラ75は、各種センサからの送信情報に基づいて、リチウムイオンバッテリ52の充電状態SOC、劣化状態SOH、および内部抵抗Rlib等を算出する機能を有している。また、バッテリコントローラ75は、リチウムイオンバッテリ52の充電状態SOC等に基づいて、スイッチSW1,SW2を制御する機能を有している。なお、充電状態SOC(State Of Charge)とは、バッテリの設計容量に対する蓄電量の比率である。換言すれば、充電状態SOCとは、バッテリの満充電容量に対して残存する電気量の比率である。
[制御系]
図1に示すように、車両用電源装置10は、パワーユニット13や電源回路50等を互いに協調させて制御するため、マイコン等からなるメインコントローラ80を有している。このメインコントローラ80は、エンジン12を制御するエンジン制御部81、スタータジェネレータ16を制御するISG制御部82、およびスイッチSW1,SW2を制御するスイッチ制御部83を有している。また、メインコントローラ80は、後述するアイドリングストップ制御を実行するアイドリング制御部84を有しており、後述するモータアシスト制御を実行するアシスト制御部85を有している。さらに、メインコントローラ80は、後述するアイドリングストップ判定制御を実行する禁止判定部86等を有している。
メインコントローラ80や前述した各コントローラ32,45,75は、CANやLIN等の車載ネットワーク87を介して互いに通信自在に接続されている。メインコントローラ80は、各種コントローラや各種センサからの情報に基づいて、パワーユニット13や電源回路50等を制御する。なお、メインコントローラ80は、ISGコントローラ32を介してスタータジェネレータ16を制御し、バッテリコントローラ75を介してスイッチSW1,SW2を制御する。また、メインコントローラ80は、エンジンコントローラ45を介してエンジン12やスタータモータ40を制御する。
[スタータジェネレータ発電制御]
続いて、メインコントローラ80によるスタータジェネレータ16の発電制御について説明する。メインコントローラ80のISG制御部82は、ISGコントローラ32に制御信号を出力し、スタータジェネレータ16を発電状態や力行状態に制御する。例えば、ISG制御部82は、リチウムイオンバッテリ52の充電状態SOCが低下すると、スタータジェネレータ16の発電電圧を上げて燃焼発電状態に制御する一方、リチウムイオンバッテリ52の充電状態SOCが上昇すると、スタータジェネレータ16の発電電圧を下げて発電休止状態に制御する。なお、後述する図3以降の各図面において、「ISG」とはスタータジェネレータ16を意味している。
図3はスタータジェネレータ16を燃焼発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。なお、スタータジェネレータ16の燃焼発電状態とは、エンジン動力によってスタータジェネレータ16を発電させる状態、つまりエンジン内で燃料を燃焼させてスタータジェネレータ16を発電させる状態である。例えば、リチウムイオンバッテリ52の充電状態SOCが所定の下限値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ52を充電して充電状態SOCを高めるため、エンジン動力によってスタータジェネレータ16を発電させる。このように、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧が、鉛バッテリ51およびリチウムイオンバッテリ52の端子電圧よりも上げられる。これにより、図3に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ16から、リチウムイオンバッテリ52、電気機器群64および鉛バッテリ51等に対して電流が供給され、リチウムイオンバッテリ52や鉛バッテリ51が緩やかに充電される。
図4はスタータジェネレータ16を発電休止状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。例えば、リチウムイオンバッテリ52の充電状態SOCが所定の上限値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ52を積極的に放電させるため、エンジン動力を用いたスタータジェネレータ16の発電が休止される。このように、スタータジェネレータ16を発電休止状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧が、鉛バッテリ51およびリチウムイオンバッテリ52の端子電圧よりも下げられる。これにより、図4に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ52から電気機器群64に電流が供給されるため、スタータジェネレータ16の発電を停止させることができ、エンジン負荷を軽減することができる。なお、発電休止状態におけるスタータジェネレータ16の発電電圧としては、リチウムイオンバッテリ52を放電させる発電電圧であれば良い。例えば、スタータジェネレータ16の発電電圧を0Vに制御しても良く、スタータジェネレータ16の発電電圧を0Vよりも高く制御しても良い。
前述したように、メインコントローラ80のISG制御部82は、充電状態SOCに基づきスタータジェネレータ16を燃焼発電状態や発電休止状態に制御しているが、車両減速時には多くの運動エネルギーを回収して燃費性能を高めることが求められる。そこで、車両減速時には、スタータジェネレータ16の発電電圧が引き上げられ、スタータジェネレータ16は回生発電状態に制御される。これにより、スタータジェネレータ16の発電電力を増加させることができるため、運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収することができ、車両11のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることができる。このような回生発電を実行するか否かについては、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等に基づき決定される。つまり、アクセルペダルの踏み込みが解除される減速走行時や、ブレーキペダルが踏み込まれる減速走行時には、スタータジェネレータ16が回生発電状態に制御される。
ここで、図5はスタータジェネレータ16を回生発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。スタータジェネレータ16を回生発電状態に制御する際には、前述した燃焼発電状態よりもスタータジェネレータ16の発電電圧が上げられる。これにより、図5に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ16から、リチウムイオンバッテリ52や鉛バッテリ51に対して大きな電流が供給されるため、リチウムイオンバッテリ52や鉛バッテリ51は急速に充電される。また、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗は、鉛バッテリ51の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の大部分はリチウムイオンバッテリ52に供給される。
なお、図3〜図5に示すように、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態、回生発電状態および発電休止状態に制御する際に、スイッチSW1,SW2はオン状態に保持されている。つまり、車両用電源装置10においては、スイッチSW1,SW2の切替制御を行うことなく、スタータジェネレータ16の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ52の充放電を制御することが可能である。これにより、簡単にリチウムイオンバッテリ52の充放電を制御することができるだけでなく、スイッチSW1,SW2の耐久性を向上させることができる。
[アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動]
メインコントローラ80のアイドリング制御部84は、自動的にエンジン12を停止させて再始動するアイドリングストップ制御を実行する。アイドリング制御部84は、エンジン運転中に所定の停止条件が成立した場合に、燃料カット等を実施してエンジン12を停止させる一方、エンジン停止中に所定の始動条件が成立した場合に、スタータジェネレータ16を回転させてエンジン12を再始動させる。エンジン12の停止条件としては、例えば、車速が所定値を下回り、かつブレーキペダルが踏み込まれることが挙げられる。また、エンジン12の始動条件としては、例えば、ブレーキペダルの踏み込みが解除されることや、アクセルペダルの踏み込みが開始されることが挙げられる。なお、アイドリング制御部84は、アイドリングストップ制御を実行する際に、エンジン制御部81やISG制御部82に制御信号を出力し、エンジン12やスタータジェネレータ16を制御する。
また、アイドリング制御部84は、アイドリングストップ制御でのエンジン停止中に始動条件が成立すると、スタータジェネレータ16を力行状態に制御してエンジン12を始動回転させる。ここで、図6はスタータジェネレータ16を力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。図6に示すように、アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動時に、スタータジェネレータ16を力行状態に制御する際には、スイッチSW1がオフ状態に制御され、スイッチSW2がオン状態に制御される。つまり、スタータジェネレータ16によってエンジン12を始動回転させる場合には、スイッチSW1がオフ状態に切り替えられ、第1電源系71と第2電源系72とが互いに切り離される。これにより、リチウムイオンバッテリ52からスタータジェネレータ16に大電流が供給される場合であっても、第1電源系71の電気機器群64に対する瞬間的な電圧低下を防止することができ、電気機器群64等を正常に機能させることができる。
[モータアシスト制御]
メインコントローラ80のアシスト制御部85は、発進時や加速時等にスタータジェネレータ16を力行状態に制御し、スタータジェネレータ16によってエンジン12を補助するモータアシスト制御を実行する。なお、アシスト制御部85は、モータアシスト制御を実行する際に、ISG制御部82に制御信号を出力し、スタータジェネレータ16を制御する。
ここで、図7はスタータジェネレータ16を力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。図7に示すように、モータアシスト制御に伴ってスタータジェネレータ16を力行状態に制御する際には、スイッチSW1,SW2は共にオン状態に制御される。このように、スタータジェネレータ16によってエンジン12を補助する場合には、スイッチSW1,SW2をオン状態に制御することにより、電気機器群64に鉛バッテリ51とリチウムイオンバッテリ52との双方を接続している。これにより、電気機器群64の電源電圧を安定させることができ、車両用電源装置10の信頼性を向上させることができる。
前述したように、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動時には、スイッチSW1がオフ状態に切り替えられる一方、スタータジェネレータ16によるモータアシスト時には、スイッチSW1がオン状態に保持される。つまり、エンジン再始動とは、停止中のエンジン12をスタータジェネレータ16によって回転させ始める状況であり、スタータジェネレータ16の消費電力が増加し易い状況である。これに対し、モータアシスト時とは、回転中のエンジン12をスタータジェネレータ16によって補助的に駆動する状況であり、スタータジェネレータ16の消費電力が抑制される状況である。このように、モータアシスト制御においては、スタータジェネレータ16の消費電力が抑制されることから、スイッチSW1をオン状態に保持したとしても、鉛バッテリ51からスタータジェネレータ16に大電流が流れることはなく、電気機器群64の電源電圧を安定させることができる。
[エンジン初始動制御,鉛バッテリ補充電制御]
続いて、スタータモータ40を用いてエンジン12を始動するエンジン初始動制御について説明した後に、エンジン初始動後のスタータジェネレータ16による鉛バッテリ補充電制御について説明する。ここで、図8はエンジン初始動制御における電流供給状況の一例を示す図である。また、図9は鉛バッテリ補充電制御における電流供給状況の一例を示す図である。
車両11の制御システムを起動させて最初にエンジン12を始動する場合、つまりスタータボタン操作によってエンジン12を始動する場合には、スタータモータ40によってエンジン12の始動回転が行われる。このエンジン初始動制御においては、図8に示すように、スイッチSW1がオフ状態に制御され、スイッチSW2がオフ状態に制御され、スタータリレー44がオン状態に制御される。これにより、鉛バッテリ51からスタータモータ40に電流が供給され、スタータモータ40を回転させることでエンジン12が始動される。
このように、スタータモータ40によってエンジン12が始動されると、図9に示すように、スタータリレー44がオフ状態に切り替えられ、スイッチSW1がオン状態に切り替えられ、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される。すなわち、エンジン12が始動されると、スイッチSW2をオフ状態に保持したまま、スイッチSW1がオン状態に切り替えられ、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される。これにより、スタータジェネレータ16によって鉛バッテリ51を積極的に充電することができ、停車中やエンジン初始動時に低下する鉛バッテリ51の充電状態SOCを回復させることができる。
つまり、停車中には鉛バッテリ51から電気機器群64に暗電流が流れ、エンジン初始動時には鉛バッテリ51からスタータモータ40に大電流が流れるため、停車中からエンジン初始動時にかけて鉛バッテリ51の充電状態SOCは徐々に低下する。このため、エンジン初始動後に鉛バッテリ補充電制御を実行することにより、低下した鉛バッテリ51の充電状態SOCを回復させている。なお、鉛バッテリ補充電制御は、所定時間に渡って継続しても良く、鉛バッテリ51の充電状態SOCが所定値に回復するまで継続しても良い。
[アイドリングストップ判定制御1]
続いて、メインコントローラ80の禁止判定部86によって実行されるアイドリングストップ判定制御1(以下、ISS判定制御1と記載する。)について説明する。なお、ISS判定制御1とは、前述したアイドリングストップ制御を禁止するか否かを判定する制御である。
前述したように、アイドリングストップ制御に伴うエンジン再始動時には、スイッチSW1がオフ状態に制御され、スイッチSW2がオン状態に制御され、スタータジェネレータ16が力行状態に制御される。これにより、リチウムイオンバッテリ52からスタータジェネレータ16に電力が供給され、スタータジェネレータ16によってエンジン12がクランキングされる。
このとき、スタータジェネレータ16の温度が過度に上昇していた場合には、コイル抵抗の上昇等によってモータトルクが低下し易いことから、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。そこで、メインコントローラ80は、エンジン再始動が困難になる状況を回避するため、所定周期毎にISS判定制御1を実行することにより、アイドリングストップ制御の実行を禁止するか否かを判定する。
図10はISS判定制御1の実行手順の一例を示すフローチャートである。図11はISS判定制御1において設定される閾値Xaの一例を示す線図である。図10に示される「ISG温度」は、スタータジェネレータ16の温度Tisgである。また、図10および図11に示される「LiB温度」は、リチウムイオンバッテリ52の温度Tlibである。なお、スタータジェネレータ16の温度Tisg(以下、スタータ温度Tisgと記載する。)は、スタータジェネレータ16に設けられる温度センサ33によって検出される。リチウムイオンバッテリ52の温度Tlib(以下、バッテリ温度Tlibと記載する。)は、バッテリモジュール74に設けられた温度センサ76によって検出される。
図10に示すように、ステップS10では、バッテリ温度Tlibが読み込まれ、続くステップS11では、バッテリ温度Tlibに基づき閾値Xaが設定される。ここで、図11に示すように、ステップS11で設定される閾値Xaは、バッテリ温度Tlibが上がるほどに上げられている。つまり、ステップS11で設定される閾値Xaは、バッテリ温度Tlibが下がるほどに下げられている。このように、バッテリ温度Tlibに基づき閾値Xaが設定されると、ステップS12に進み、スタータ温度Tisgが読み込まれる。
続いて、ステップS13では、スタータ温度Tisgが、バッテリ温度Tlibに基づき設定された閾値Xaを上回るか否かが判定される。ステップS13において、スタータ温度Tisgが閾値Xaを上回ると判定された場合には、エンジン再始動時にモータトルクが不足する虞があるため、ステップS14に進み、アイドリングストップ制御の実行が禁止される。一方、ステップS13において、スタータ温度Tisgが閾値Xa以下であると判定された場合には、エンジン再始動時に十分なモータトルクが確保される状態であるため、ステップS15に進み、アイドリングストップ制御の実行が許可される。
ここで、図12はISS判定制御1によって設定されるアイドリングストップ制御の許可領域および禁止領域の一例を示す図である。前述したように、ISS判定制御1においては、バッテリ温度Tlibが下がるにつれて、スタータ温度Tisgと比較するための閾値Xaが下げて設定されている。これにより、図12に符号y1で示すように、バッテリ温度Tlibが低い場合には閾値Xaが低く設定される一方、符号y2で示すように、バッテリ温度Tlibが高い場合には閾値Xaが高く設定される。つまり、バッテリ温度Tlibが「tb1」であった場合には、閾値Xaとして「Xa1」が設定される。また、バッテリ温度Tlibが「tb1」よりも高温側の「tb2」であった場合には、閾値Xaとして「Xa1」よりも高温側の「Xa2」が設定される。
そして、バッテリ温度Tlibが「tb1」であった場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xa1」を上回ると、モータトルクが不足する虞があることから、アイドリングストップ制御が禁止される。一方、スタータ温度Tisgが閾値「Xa1」を下回ると、モータトルクが十分に確保されることから、アイドリングストップ制御が許可される。また、バッテリ温度Tlibが「tb2」であった場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xa2」を上回ると、モータトルクが不足する虞があることから、アイドリングストップ制御が禁止される。一方、スタータ温度Tisgが閾値「Xa2」を下回ると、モータトルクが十分に確保されることから、アイドリングストップ制御が許可される。このように、バッテリ温度Tlibに基づき閾値Xaを増減させることにより、エンジン再始動が困難になる状況を回避するとともに、アイドリングストップ制御の許可領域を拡大することができる。
ここで、図12に符号z1で示すように、バッテリ温度Tlibが「tb1」であり、かつスタータ温度Tisgが「ta1」である場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xa1」を上回り、エンジン再始動時にモータトルクが不足する虞があるため、アイドリングストップ制御が禁止される。しかしながら、符号z2で示すように、バッテリ温度Tlibが「tb2」に上昇していた場合には、スタータ温度Tisgが「ta1」であったとしても、スタータ温度Tisgが閾値「Xa2」を下回ることから、アイドリングストップ制御が許可される。さらに、符号z3で示すように、スタータ温度Tisgが「ta2」に低下していた場合には、バッテリ温度Tlibが「tb1」であったとしても、スタータ温度Tisgが閾値「Xa1」を下回ることから、アイドリングストップ制御が許可される。
すなわち、図12に符号z2で示すように、スタータ温度Tisgが所定温度TAを上回る高い領域では、コイル抵抗の増加や永久磁石の減磁等が発生し易いことから、スタータジェネレータ16のモータトルクが減少する虞があり、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。しかしながら、符号z2で示すように、バッテリ温度Tlibが高い領域においては、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗が低下して放電電流が増加するため、スタータ温度Tisgの上昇に伴うモータトルクの減少を解消することが可能である。このように、符号z2で示すように、スタータ温度Tisgが高い領域であっても、バッテリ温度Tlibが高い領域である場合には、エンジン再始動時のモータトルクを確保することができるため、アイドリングストップ制御の実行を許可している。つまり、コイル抵抗の増加等によってモータトルクが低下し易い状況、つまりスタータ温度Tisgが所定温度TAを上回る状況において、一律にアイドリングストップ制御の実行を禁止するのではなく、バッテリ温度Tlibに応じて閾値Xaを変化させるようにしたので、広い領域でアイドリングストップ制御を適切に実行することができる。
また、図12に符号z3で示すように、バッテリ温度Tlibが所定温度TBを下回る低い領域では、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗が増加して放電電流が減少することから、スタータジェネレータ16のモータトルクが減少する虞があり、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。しかしながら、符号z3で示すように、スタータ温度Tisgが低い領域においては、コイル抵抗の増加等が発生し難くモータトルクが増加し易いため、バッテリ温度Tlibの低下に伴うモータトルクの減少を解消することが可能である。このように、符号z3で示すように、バッテリ温度Tlibが低い領域であっても、スタータ温度Tisgが低い領域である場合には、エンジン再始動時のモータトルクを確保することができるため、アイドリングストップ制御の実行を許可している。つまり、リチウムイオンバッテリ52からの供給電流減少によってモータトルクが低下し易い状況、つまりバッテリ温度Tlibが所定温度TBを下回る状況において、一律にアイドリングストップ制御の実行を禁止するのではなく、バッテリ温度Tlibに基づき閾値Xaを変化させるようにしたので、広い領域でアイドリングストップ制御を適切に実行することができる。
[アイドリングストップ判定制御2]
前述したISS判定制御1においては、バッテリ温度Tlibに基づき閾値Xaを変化させているが、これに限られることはない。続いて、メインコントローラ80の禁止判定部86によって実行されるアイドリングストップ判定制御2(以下、ISS判定制御2と記載する。)について説明する。なお、ISS判定制御2とは、前述したISS判定制御1と同様に、アイドリングストップ制御を禁止するか否かを判定する制御である。メインコントローラ80は、エンジン再始動が困難になる状況を回避するため、所定周期毎にISS判定制御2を実行することにより、アイドリングストップ制御の実行を禁止するか否かを判定する。
図13はISS判定制御2の実行手順の一例を示すフローチャートである。図14はISS判定制御2において設定される閾値Xbの一例を示す線図である。図13に示される「ISG温度」は、スタータジェネレータ16の温度Tisg(以下、スタータ温度Tisgと記載する。)である。また、図13および図14に示される「LiB-SOH」は、リチウムイオンバッテリ52の劣化状態つまり健康状態の指標であるSOH(State of Health)であり、リチウムイオンバッテリ52の劣化度(劣化の度合)を示している。この指標SOHは、リチウムイオンバッテリ52の初期状態に対する現在の容量維持率や電圧維持率として示され、バッテリコントローラ75によって定期的に算出される。指標SOHを算出する際には、例えば、以下の式(1),(2)を用いることが可能である。
SOH[%]=現在の蓄電容量/初期の蓄電容量×100 ・・(1)
SOH[%]=現在の満充電電圧/初期の満充電電圧×100 ・・(2)
リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するほどに蓄電容量(容量)が低下することから、式(1)を用いて指標SOHを算出した場合には、リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するにつれて指標SOHは低く算出される。また、リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するほどに満充電電圧つまり満充電時の端子電圧が低下することから、式(2)を用いて指標SOHを算出した場合には、リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するにつれて指標SOHは低く算出される。すなわち、式(1),(2)を用いた場合には、指標SOHが低下するほどに、リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行していることを意味している。
図13に示すように、ステップS20では、指標SOHが読み込まれ、続くステップS21では、指標SOHに基づき閾値Xbが設定される。ここで、図14に示すように、ステップS21で設定される閾値Xbは、指標SOHが高いほどに上げられている。すなわち、ステップS21で設定される閾値Xbは、指標SOHが低下するほど、つまりリチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するほどに下げられている。このように、指標SOHに基づき閾値Xbが設定されると、ステップS22に進み、スタータ温度Tisgが読み込まれる。
続いて、ステップS23では、スタータ温度Tisgが、指標SOHに基づき設定された閾値Xbを上回るか否かが判定される。ステップS23において、スタータ温度Tisgが閾値Xbを上回ると判定された場合には、エンジン再始動時にモータトルクが不足する虞があるため、ステップS24に進み、アイドリングストップ制御の実行が禁止される。一方、ステップS23において、スタータ温度Tisgが閾値Xb以下であると判定された場合には、エンジン再始動時に十分なモータトルクが確保される状態であるため、ステップS25に進み、アイドリングストップ制御の実行が許可される。
ここで、図15はISS判定制御2によって設定されるアイドリングストップ制御の許可領域および禁止領域の一例を示す図である。前述したように、ISS判定制御2においては、リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するにつれて、スタータ温度Tisgと比較するための閾値Xbが下げて設定されている。これにより、図15に符号y1で示すように、指標SOHが低い場合には閾値Xbが低く設定される一方、符号y2で示すように、指標SOHが高い場合には閾値Xbが高く設定される。つまり、指標SOHが「s1」であった場合には、閾値Xbとして「Xb1」が設定される。また、指標SOHが「s1」よりも高い「s2」であった場合には、閾値Xbとして「Xb1」よりも高温側の「Xb2」が設定される。
そして、指標SOHが「s1」であった場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xb1」を上回ると、モータトルクが不足する虞があることから、アイドリングストップ制御が禁止される。一方、スタータ温度Tisgが閾値「Xb1」を下回ると、モータトルクが十分に確保されることから、アイドリングストップ制御が許可される。また、指標SOHが「s2」であった場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xb2」を上回ると、モータトルクが不足する虞があることから、アイドリングストップ制御が禁止される。一方、スタータ温度Tisgが閾値「Xb2」を下回ると、モータトルクが十分に確保されることから、アイドリングストップ制御が許可される。このように、指標SOHに基づき閾値Xbを増減させることにより、エンジン再始動が困難になる状況を回避するとともに、アイドリングストップ制御の許可領域を拡大することができる。
ここで、図15に符号z1で示すように、指標SOHが「s1」であり、かつスタータ温度Tisgが「ta1」である場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xb1」を上回り、エンジン再始動時にモータトルクが不足する虞があるため、アイドリングストップ制御が禁止される。しかしながら、符号z2で示すように、指標SOHが良好な「s2」であった場合には、スタータ温度Tisgが「ta1」であったとしても、スタータ温度Tisgが閾値「Xb2」を下回ることから、アイドリングストップ制御が許可される。さらに、符号z3で示すように、スタータ温度Tisgが「ta2」に低下していた場合には、指標SOHが劣化側の「s1」であったとしても、スタータ温度Tisgが閾値「Xb1」を下回ることから、アイドリングストップ制御が許可される。
すなわち、図15に符号z2で示すように、スタータ温度Tisgが所定温度TAを上回る高い領域では、コイル抵抗の増加や永久磁石の減磁等が発生し易いことから、スタータジェネレータ16のモータトルクが減少する虞があり、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。しかしながら、符号z2で示すように、指標SOHが高い領域においては、良好なリチウムイオンバッテリ52から多くの放電電流を取り出すことができるため、スタータ温度Tisgの上昇に伴うモータトルクの減少を解消することが可能である。このように、符号z2で示すように、スタータ温度Tisgが高い領域であっても、指標SOHが高い領域である場合には、エンジン再始動時のモータトルクを確保することができるため、アイドリングストップ制御の実行を許可している。つまり、コイル抵抗の増加等によってモータトルクが低下し易い状況、つまりスタータ温度Tisgが所定温度TAを上回る状況において、一律にアイドリングストップ制御の実行を禁止するのではなく、指標SOHに応じて閾値Xbを変化させるようにしたので、広い領域でアイドリングストップ制御を適切に実行することができる。
また、図15に符号z3で示すように、指標SOHが所定値SAよりも低い領域では、リチウムイオンバッテリ52が劣化して放電電流が減少することから、スタータジェネレータ16のモータトルクが減少する虞があり、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。しかしながら、符号z3で示すように、スタータ温度Tisgが低い領域においては、コイル抵抗の増加等が発生し難くモータトルクが増加し易いため、指標SOHの低下に伴うモータトルクの減少を解消することが可能である。このように、符号z3で示すように、指標SOHが低い領域であっても、スタータ温度Tisgが低い領域である場合には、エンジン再始動時のモータトルクを確保することができるため、アイドリングストップ制御の実行を許可している。つまり、リチウムイオンバッテリ52からの供給電流減少によってモータトルクが低下し易い状況、つまり指標SOHが所定値SAを下回る状況において、一律にアイドリングストップ制御の実行を禁止するのではなく、指標SOHに基づき閾値Xbを変化させるようにしたので、広い領域でアイドリングストップ制御を適切に実行することができる。
なお、前述の説明では、指標SOHとして、リチウムイオンバッテリ52の初期状態に対する現在の容量維持率や電圧維持率を使用しているが、これに限られることはない。例えば、指標SOHとして、リチウムイオンバッテリ52の初期状態に対する現在の抵抗上昇率を使用しても良い。このように、抵抗上昇率を用いて指標SOHを算出する際には、例えば、以下の式(3)を用いることが可能である。リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するほどに内部抵抗が上昇することから、式(3)を用いて指標SOHを算出した場合には、リチウムイオンバッテリ52の劣化が進行するにつれて、指標SOHは高く算出されることになる。なお、指標SOHの算出方法としては、前述した各種方法に限られることはなく、リチウムイオンバッテリ52の充放電電流を積算することで算出しても良く、リチウムイオンバッテリ52の温度を積算することで算出しても良い。
SOH[%]=現在の内部抵抗/初期の内部抵抗×100 ・・(3)
[アイドリングストップ判定制御3]
前述したISS判定制御1においては、バッテリ温度Tlibに基づき閾値Xaを変化させ、ISS判定制御2においては、指標SOHに基づき閾値Xbを変化させているが、これに限られることはない。続いて、メインコントローラ80の禁止判定部86によって実行されるアイドリングストップ判定制御3(以下、ISS判定制御3と記載する。)について説明する。なお、ISS判定制御3とは、前述したISS判定制御1,2と同様に、アイドリングストップ制御を禁止するか否かを判定する制御である。メインコントローラ80は、エンジン再始動が困難になる状況を回避するため、所定周期毎にISS判定制御3を実行することにより、アイドリングストップ制御の実行を禁止するか否かを判定する。
図16はISS判定制御3の実行手順の一例を示すフローチャートである。図17はISS判定制御3において設定される閾値Xcの一例を示す線図である。図16に示される「ISG温度」は、スタータジェネレータ16の温度Tisg(以下、スタータ温度Tisgと記載する。)である。また、図16および図17に示される「LiB内部抵抗」は、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗Rlibである。なお、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗Rlibは、バッテリコントローラ75によって定期的に算出される。この内部抵抗Rlibは、例えばリチウムイオンバッテリ52の端子電圧や充放電電流を用いて算出することが可能である。
図16に示すように、ステップS30では、内部抵抗Rlibが読み込まれ、続くステップS31では、内部抵抗Rlibに基づき閾値Xcが設定される。ここで、図17に示すように、ステップS31で設定される閾値Xcは、内部抵抗Rlibが下がるほどに上げられている。つまり、ステップS31で設定される閾値Xcは、内部抵抗Rlibが上がるほどに下げられている。このように、内部抵抗Rlibに基づき閾値Xcが設定されると、ステップS32に進み、スタータ温度Tisgが読み込まれる。
続いて、ステップS33では、スタータ温度Tisgが、内部抵抗Rlibに基づき設定された閾値Xcを上回るか否かが判定される。ステップS33において、スタータ温度Tisgが閾値Xcを上回ると判定された場合には、エンジン再始動時にモータトルクが不足する虞があるため、ステップS34に進み、アイドリングストップ制御の実行が禁止される。一方、ステップS33において、スタータ温度Tisgが閾値Xc以下であると判定された場合には、エンジン再始動時に十分なモータトルクが確保される状態であるため、ステップS35に進み、アイドリングストップ制御の実行が許可される。
ここで、図18はISS判定制御3によって設定されるアイドリングストップ制御の許可領域および禁止領域の一例を示す図である。前述したように、ISS判定制御3においては、内部抵抗Rlibが上がるにつれて、スタータ温度Tisgと比較するための閾値Xcが下げて設定されている。これにより、図18に符号y1で示すように、内部抵抗Rlibが高い場合には閾値Xcが低く設定される一方、符号y2で示すように、内部抵抗Rlibが低い場合には閾値Xcが高く設定される。つまり、内部抵抗Rlibが「r1」であった場合には、閾値Xcとして「Xc1」が設定される。また、内部抵抗Rlibが「r1」よりも低い「r2」であった場合には、閾値Xcとして「Xc1」よりも高温側の「Xc2」が設定される。
そして、内部抵抗Rlibが「r1」であった場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xc1」を上回ると、モータトルクが不足する虞があることから、アイドリングストップ制御が禁止される。一方、スタータ温度Tisgが閾値「Xc1」を下回ると、モータトルクが十分に確保されることから、アイドリングストップ制御が許可される。また、内部抵抗Rlibが「r2」であった場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xc2」を上回ると、モータトルクが不足する虞があることから、アイドリングストップ制御が禁止される。一方、スタータ温度Tisgが閾値「Xc2」を下回ると、モータトルクが十分に確保されることから、アイドリングストップ制御が許可される。このように、内部抵抗Rlibに基づき閾値Xcを増減させることにより、エンジン再始動が困難になる状況を回避するとともに、アイドリングストップ制御の許可領域を拡大することができる。
ここで、図18に符号z1で示すように、内部抵抗Rlibが「r1」であり、かつスタータ温度Tisgが「ta1」である場合には、スタータ温度Tisgが閾値「Xc1」を上回り、エンジン再始動時にモータトルクが不足する虞があるため、アイドリングストップ制御が禁止される。しかしながら、符号z2で示すように、内部抵抗Rlibが「r2」に低下していた場合には、スタータ温度Tisgが「ta1」であったとしても、スタータ温度Tisgが閾値「Xc2」を下回ることから、アイドリングストップ制御が許可される。さらに、符号z3で示すように、スタータ温度Tisgが「ta2」に低下していた場合には、内部抵抗Rlibが「r1」であったとしても、スタータ温度Tisgが閾値「Xc1」を下回ることから、アイドリングストップ制御が許可される。
すなわち、図18に符号z2で示すように、スタータ温度Tisgが所定温度TAを上回る高い領域では、コイル抵抗の増加や永久磁石の減磁等が発生し易いことから、スタータジェネレータ16のモータトルクが減少する虞があり、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。しかしながら、符号z2で示すように、内部抵抗Rlibが低い領域においては、リチウムイオンバッテリ52の放電電流が増加するため、スタータ温度Tisgの上昇に伴うモータトルクの減少を解消することが可能である。このように、符号z2で示すように、スタータ温度Tisgが高い領域であっても、内部抵抗Rlibが低い領域である場合には、エンジン再始動時のモータトルクを確保することができるため、アイドリングストップ制御の実行を許可している。つまり、コイル抵抗の増加等によってモータトルクが低下し易い状況、つまりスタータ温度Tisgが所定温度TAを上回る状況において、一律にアイドリングストップ制御の実行を禁止するのではなく、内部抵抗Rlibに応じて閾値Xcを変化させるようにしたので、広い領域でアイドリングストップ制御を適切に実行することができる。
また、図18に符号z3で示すように、内部抵抗Rlibが所定値RAを上回る高い領域では、リチウムイオンバッテリ52の放電電流が減少することから、スタータジェネレータ16のモータトルクが減少する虞があり、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動が困難になる虞がある。しかしながら、符号z3で示すように、スタータ温度Tisgが低い領域においては、コイル抵抗の増加等が発生し難くモータトルクが増加し易いため、内部抵抗Rlibの上昇に伴うモータトルクの減少を解消することが可能である。このように、符号z3で示すように、内部抵抗Rlibが高い領域であっても、スタータ温度Tisgが低い領域である場合には、エンジン再始動時のモータトルクを確保することができるため、アイドリングストップ制御の実行を許可している。つまり、リチウムイオンバッテリ52からの供給電流減少によってモータトルクが低下し易い状況、つまり内部抵抗Rlibが所定値RAを上回る状況において、一律にアイドリングストップ制御の実行を禁止するのではなく、内部抵抗Rlibに基づき閾値Xcを変化させるようにしたので、広い領域でアイドリングストップ制御を適切に実行することができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、エンジン12に連結される電動機として、電動機および発電機として機能するスタータジェネレータ16を用いているが、これに限られることはなく、電動機としてのみ機能するモータを用いても良い。また、前述の説明では、ISS判定制御1〜3を別個に実行しているが、これに限られることはなく、ISS判定制御1〜3を互いに組み合わせて実行しても良い。例えば、スタータ温度Tisgと比較判定するための閾値を、バッテリ温度Tlibおよび指標SOHに基づき変化させても良く、バッテリ温度Tlibおよび内部抵抗Rlibに基づき変化させても良い。また、スタータ温度Tisgと比較判定するための閾値を、指標SOHおよび内部抵抗Rlibに基づき変化させても良く、バッテリ温度Tlib、指標SOHおよび内部抵抗Rlibに基づき変化させても良い。すなわち、閾値を、バッテリ温度Tlib、指標SOHおよび内部抵抗Rlibの少なくとも1つに基づき変化させれば良い。
前述の説明では、アイドリングストップ制御に伴ってエンジン12を再始動する際に、スイッチSW1をオフ状態に制御しているが、これに限られることはない。鉛バッテリ51やリチウムイオンバッテリ52の容量が大きく、エンジン再始動時に電圧が大きく低下しない場合には、スイッチSW1,SW2を共にオン状態に制御しても良い。また、前述の説明では、第1蓄電体として鉛バッテリ51を用いているが、これに限られることはなく、第1蓄電体として他の種類のバッテリやキャパシタを用いても良い。また、第2蓄電体としてリチウムイオンバッテリ52を用いているが、これに限られることはなく、第2蓄電体として他の種類のバッテリやキャパシタを用いても良い。また、図1および図2に示した例では、リチウムイオンバッテリ52の正極ライン54にスイッチSW2を設けているが、これに限られることはない。例えば、図2に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ52の負極ライン59にスイッチSW2を設けても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ80に、各種制御部81〜85や判定部86を設けているが、これに限られることはない。他のコントローラに、各種制御部81〜85や判定部86の一部や全部を設けても良い。