JP2024047239A

JP2024047239A - 制御装置

Info

Publication number: JP2024047239A
Application number: JP2022152759A
Authority: JP
Inventors: 祐介水口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-04-05

Abstract

【課題】アイドリングストップの実行時間を長くすることができる制御装置を提供する。【解決手段】アイドリングストップしているエンジンの再始動を行うモーターと、モーターに電力を供給する第１電池と、第１電池から充電電力が供給される第２電池と、を備える車両に搭載される、制御装置であって、アイドリングストップ中の第１電池の低下電力を導出する導出部と、第１電池の低下電力に基づいて、第１電池がエンジンの再始動に必要な電力をモーターに供給可能か否かを判定する第１判定部と、第１判定部が、第１電池がエンジンの再始動に必要な電力をモーターに供給不可能であると判定した場合、第２電池の充電が必要であるか否かを判定する第２判定部と、第２判定部が、第２電池の充電が不要であると判定した場合、第１電池から第２電池への充電電力の供給を制限する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、車両のエンジンの再始動を制御する制御装置に関する。

特許文献１に、アイドリングストップ中に推定した蓄電素子の電圧低下量に基づいて、エンジン再始動中の蓄電素子の最低電圧を推定し、推定した最低電圧が閾値未満になるとエンジンを再始動させる制御装置が開示されている。

特開２０１９－１９０３４７号公報

特許文献１に記載された技術では、蓄電素子の最低電圧がエンジンの再始動に必要な値を下回った時点でエンジンを再始動させるため、アイドリングストップの実行時間が短くなり、アイドリングストップによって得られる効果（燃費の向上、排出ガスの低減）が小さくなるという課題がある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アイドリングストップの実行時間を長くすることができる制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、アイドリングストップしているエンジンの再始動を行うモーターと、モーターに電力を供給する第１電池と、第１電池から充電電力が供給される第２電池と、を備える車両に搭載される、制御装置であって、アイドリングストップ中の第１電池の低下電力を導出する導出部と、第１電池の低下電力に基づいて、第１電池がエンジンの再始動に必要な電力をモーターに供給可能か否かを判定する第１判定部と、第１判定部が、第１電池がエンジンの再始動に必要な電力をモーターに供給不可能であると判定した場合、第２電池の充電が必要であるか否かを判定する第２判定部と、第２判定部が、第２電池の充電が不要であると判定した場合、第１電池から第２電池への充電電力の供給を制限する制御部と、を備える、制御装置である。

上記本開示の制御装置によれば、アイドリングストップの実行時間を長くすることができる。

本開示の一実施形態に係る制御装置及びその周辺部の機能ブロック図制御装置が実行するエンジンの再始動制御の処理フローチャート

本開示の制御装置は、第１電池の電力がアイドリングストップ復帰後のエンジン再始動に必要な電力に足りない場合、第１電池から充電電力の供給を受ける第２電池の状態に基づいて、第１電池に生じている分極抵抗による電力低下を解消させることによって、アイドリングストップの実行時間を長くする。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施形態］
＜構成＞
図１は、本開示の一実施形態に係る制御装置１００及びその周辺部の機能ブロック図である。図１に例示した機能ブロックは、エンジン１０と、スタータ２０と、モータージェネレータ（ＭＧ）３０と、電子負荷４０と、ＤＣＤＣコンバータ（ＤＤＣ）５０と、第１電池６０と、第２電池７０と、制御装置１００と、を備えている。本実施形態に係る制御装置１００は、エンジン１０を動力源とする車両などに搭載される。

エンジン１０は、車両の動力源であり、スタータ２０又はモータージェネレータ３０によって始動される。

スタータ２０は、車両のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ－ＯＮ）されたときに、エンジン１０をクランキングして始動させる始動装置である。また、スタータ２０は、アイドリングストップ復帰後の再始動時にモータージェネレータ３０によって始動が不可能な場合にも、エンジン１０を始動させる。このスタータ２０は、第２電池７０から供給される電力で作動する。

モータージェネレータ（ＭＧ）３０は、車両がアイドリングストップ制御によってエンジン１０を停止させている状態から通常の状態に復帰してエンジン１０を再始動させるときに、エンジン１０をクランキングして始動させるための電動機である。この電動機として機能するモータージェネレータ３０は、第１電池６０から供給される電力で作動する。また、このモータージェネレータ３０は、エンジン１０の動力（又は回生動作）によって駆動して発電する発電機として機能し、発生した電力を第１電池６０に出力することができる。

電子負荷４０は、車両に搭載された電力を消費する各種の機器やシステムである。この電子負荷４０は、ＤＣＤＣコンバータ５０を介して第１電池６０から供給される電力及び／又は第２電池７０に蓄えられた電力で動作するように構成されている。第２電池７０に接続される電子負荷４０としては、車両を駆動させるため以外の補機的な機器を例示できる。

ＤＣＤＣコンバータ（ＤＤＣ）５０は、第１電池６０と第２電池７０との間に配置されており、入力側となる第１電池６０の電力を、所定の電圧に変換して、出力側となる第２電池７０へ出力する電圧変換器である。

第１電池６０は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池である。第１電池６０は、モータージェネレータ３０が出力する電力を蓄えたり、自らが蓄えている電力をＤＣＤＣコンバータ５０に出力したりする。この第１電池６０としては、いわゆるマイルドハイブリッドシステムに用いられる定格電圧４８Ｖのバッテリーを例示できる。

第２電池７０は、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池である。第２電池７０は、ＤＣＤＣコンバータ５０を介して第１電池６０の電力を蓄えたり（充電）、自らが蓄えている電力を電子負荷４０などに供給したり（放電）する。この第２電池７０としては、補機的な電子負荷４０に必要な電力を供給する定格電圧１２Ｖの補機バッテリーを例示できる。

制御装置１００は、アイドリングストップ機能やＤＣＤＣコンバータ５０の動作を制御するための構成である。制御装置１００は、スタータ２０、モータージェネレータ３０、ＤＣＤＣコンバータ５０、第１電池６０、及び第２電池７０の各構成と、図示しない信号線によって通信可能に接続されており、各構成に対する様々な指示（始動指示、電圧値指示）や、各構成の状態（電圧、電流、温度、蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge））の監視、検出、及び取得などを行うことができる。

本実施形態に係る制御装置１００は、導出部１１０、判定部１２０、及び制御部１３０を含む。

導出部１１０は、アイドリングストップ中の第１電池６０の低下電力を導出する。この第１電池６０の低下電力は、アイドリングストップの実行中（エンジン１０の停止中）に第１電池６０に生じる分極抵抗によって降下する電圧と、第１電池６０から第２電池７０及び電子負荷４０へ出力される電流の平均値（平均電流）と、に基づいて導出される。この導出方法の詳細については、後述する。

判定部１２０は、導出部１１０が導出したアイドリングストップ中の第１電池６０の低下電力に基づいて、アイドリングストップ中のエンジン１０を再始動させるために必要な電力を、第１電池６０がモータージェネレータ３０に供給可能であるか否かを判定する（第１判定部）。また、判定部１２０は、エンジン１０の再始動に必要な電力を第１電池６０がモータージェネレータ３０に供給できない場合には、第２電池７０の状態が充電を必要とする状態であるか否かを判定する（第２判定部）。これらの判定方法の詳細については、後述する。

制御部１３０は、判定部１２０が、第２電池７０の充電が不要であると判定した場合、第１電池６０から第２電池７０への充電電力の供給を制限することを行う。また、制御部１３０は、判定部１２０が、第２電池７０の充電が必要であると判定した場合、スタータ２０を用いてエンジン１０を再始動させることを行う。また、制御部１３０は、判定部１２０が、エンジン１０の再始動に必要な電力を第１電池６０がモータージェネレータ３０に供給可能であると判定した場合、現在実行している第１電池６０から第２電池７０への充電電力の供給制限を解除することを行う。

上述した制御装置１００の一部又は全部は、典型的にはマイコンなどのプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスなどを含んだ電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって構成され得る。この電子制御装置は、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、上述した導出部１１０、判定部１２０、及び制御部１３０が行う一部又は全部の機能を実現することができる。

＜制御＞
次に、図２をさらに参照して、本実施形態に係る制御装置１００が実施する制御を説明する。図２は、制御装置１００の各構成が行うエンジン１０の再始動制御の処理手順を説明するフローチャートである。

図２に例示したエンジン１０の再始動制御は、アイドリングストップ制御によってエンジン１０が一時的に停止した状態になり、かつ、第１電池６０から第２電池７０に向けて放電電流が流れている場合に、開始される。

（ステップＳ２０１）
制御装置１００の導出部１１０は、アイドリングストップ中の第１電池６０の分極抵抗によって低下する電力（以下「分極低下電力」という）を導出する。この分極低下電力は、次のようにして導出が可能である。

まず、アイドリングストップ中に第１電池６０から放電される電流が積算され、この放電電流と第１電池６０の電圧及び温度とに基づいて、分極抵抗が推定される。次に、アイドリングストップ中に発生した分極抵抗分で低下する電圧ΔＶが、ＤＣＤＣコンバータ５０へ放電する前の第１電池６０の電圧Ｖcurrent、ＤＣＤＣコンバータ５０への放電を開始した後の第１電池６０の電圧Ｖdischarge、及び電流積算によって求まる変動蓄電量ΔＳＯＣから第１電池６０のＯＣＶ－ＳＯＣ特性に基づいて算出される変動電圧ΔＶsocを用いて、下記の式［１］から求められる。
ΔＶ＝Ｖcurrent －Ｖdischarge － ΔＶsoc … ［１］

そして、分極低下電力ΔＷpola-dropが、上記式［１］で求めた分極抵抗分で低下する電圧ΔＶと、第１電池６０からＤＣＤＣコンバータ５０へ放電を行っている間における第１電池６０から流出する平均の電流値Ｉaverageとに基づいて、下記の式［２］から求められる。
ΔＷpola-drop ＝ ΔＶ × Ｉaverage … ［２］

導出部１１０によって、アイドリングストップ中の第１電池６０の分極低下電力が導出されると、ステップＳ２０２に処理が進む。

（ステップＳ２０２）
制御装置１００の判定部１２０は、第１電池６０の電力が、エンジン１０の始動に必要な電力以上であるか否かを判定する。この第１電池６０の電力Ｗoutには、下記の式［３］で示すように、第１電池６０から実際に出力可能な電力Ｗpossibleから、上記ステップＳ２０１で求めた分極低下電力ΔＷpola-dropを減算した電力が用いられる。なお、第１電池６０が出力可能な電力Ｗpossibleは、第１電池６０の蓄電量（ＳＯＣ）、所定の電池温度軸の電力マップ、及び電池の保証年数までの劣化を考慮した電池出力保証電力など、に基づいて適切に決定される。
Ｗout ＝Ｗpossible － ΔＷpola-drop … ［３］

判定部１２０が、第１電池６０の電力がエンジン１０の始動に必要な電力以上であると判定した場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０５に処理が進む。一方、判定部１２０が、第１電池６０の電力がエンジン１０の始動に必要な電力未満であると判定した場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、ステップＳ２０３に処理が進む。

（ステップＳ２０３）
制御装置１００の判定部１２０は、第２電池７０の充電が必要であるか否かを判定する。この判定は、第２電池７０の電圧が所定の充電必要電圧を超えるか否かで行われる。充電必要電圧とは、第２電池７０が充電を必要とする蓄電量における電圧であり、第２電池７０の性能や容量などに基づいて適切に設定される。

判定部１２０が、第２電池７０の充電が必要であると判定した場合は（ステップＳ２０３、はい）、ステップＳ２０７に処理が進む。一方、判定部１２０が、第２電池７０の充電が必要ではないと判定した場合は（ステップＳ２０３、いいえ）、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０４）
制御装置１００の制御部１３０は、ＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作を制限する。具体的には、現在実行している第１電池６０の４８Ｖ電圧の電力を１２Ｖ電圧の電力に変換して第２電池７０や電子負荷４０に供給（充電）する降圧動作について、第１電池６０からの放電電流量を減少させたり、降圧動作自体を停止させたりすることによって、制限する。このように、ＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作を制限することによって、第１電池６０に生じる分極抵抗を解消させて、第１電池６０の電力がエンジン１０の始動に必要な電力以上を確保できるように動作させる。制御部１３０によってＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作が制限されると、ステップＳ２０８に処理が進む。

（ステップＳ２０５）
制御装置１００の制御部１３０は、ＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作を制限している状態か否かを判断する。つまり、上記ステップＳ２０４によるＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作制限をすでに行ったか否かを判断する。

制御部１３０が、ＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作を制限中であると判断した場合は（ステップＳ２０５、はい）、ステップＳ２０６に処理が進む。一方、制御部１３０が、ＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作を制限中ではないと判断した場合は（ステップＳ２０５、いいえ）、ステップＳ２０８に処理が進む。

（ステップＳ２０６）
制御装置１００の制御部１３０は、ＤＣＤＣコンバータ５０に対して行っている降圧動作の制限を解除する。制御部１３０によってＤＣＤＣコンバータ５０の降圧動作制限が解除されると、ステップＳ２０８に処理が進む。

（ステップＳ２０７）
制御装置１００の制御部１３０は、直ちにスタータ２０を用いてエンジン１０を始動させる。これにより、エンジン１０で発電された電力を、ＤＣＤＣコンバータ５０を介して第２電池７０に充電することができる。制御部１３０によってスタータ２０を用いたエンジン１０の始動がなされると、本エンジン１０の再始動制御が終了する。

（ステップＳ２０８）
制御装置１００の制御部１３０は、アイドリングストップが終了して通常の制御に復帰するのを待ってから、モータージェネレータ３０を用いてエンジン１０を始動させる。制御部１３０によってモータージェネレータ３０を用いたエンジン１０の始動がなされると、本エンジン１０の再始動制御が終了する。

［作用・効果］
以上のように、本開示の一実施形態に係る制御装置１００によれば、第１電池６０がエンジン１０の再始動に必要な電力をモータージェネレータ３０に供給不可能である場合であっても、第２電池７０の充電が不要であれば第１電池６０から第２電池７０への電力供給（充電電流）の供給を制限する。

この処理によって、第１電池６０の放電に伴って発生している分極抵抗が解消される方向に制御されるので、アイドリングストップ状態を継続しつつ、第１電池６０がエンジン１０の再始動に必要な電力を確保することが可能となる。よって、アイドリングストップの実行時間を長くすることができる。

以上、本開示の一実施形態を説明したが、本開示は、制御装置だけではなく、プロセッサやメモリなどを備えた制御装置が実行する方法、この方法を実行するためのプログラム、プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的記憶媒体、及び制御装置を搭載した車両として捉えることが可能である。

本開示の制御装置は、エンジンのアイドリングストップ機能を搭載した車両に利用可能である。

１０エンジン
２０スタータ
３０モータージェネレータ（ＭＧ）
４０電子負荷
６０ＤＣＤＣコンバータ（ＤＤＣ）
６０第１電池
７０第２電池
１００制御装置
１１０導出部
１２０判定部
１３０制御部

Claims

アイドリングストップしているエンジンの再始動を行うモーターと、前記モーターに電力を供給する第１電池と、前記第１電池から充電電力が供給される第２電池と、を備える車両に搭載される、制御装置であって、
前記アイドリングストップ中の前記第１電池の低下電力を導出する導出部と、
前記第１電池の低下電力に基づいて、前記第１電池が前記エンジンの再始動に必要な電力を前記モーターに供給可能か否かを判定する第１判定部と、
前記第１判定部が、前記第１電池が前記エンジンの再始動に必要な電力を前記モーターに供給不可能であると判定した場合、前記第２電池の充電が必要であるか否かを判定する第２判定部と、
前記第２判定部が、前記第２電池の充電が不要であると判定した場合、前記第１電池から前記第２電池への充電電力の供給を制限する制御部と、を備える、制御装置。
前記導出部は、前記アイドリングストップ中に生じる分極抵抗によって降下する電圧と、前記第１電池から前記第２電池へ出力される平均電流と、に基づいて、前記第１電池の低下電力を導出する、請求項１に記載の制御装置。
前記第１判定部は、前記第１電池が出力可能な電力から前記第１電池の低下電力を減じた電力を前記エンジンの再始動に必要な電力として、前記モーターに供給可能か否かを判定する、請求項１に記載の制御装置。
前記第２判定部は、前記第２電池の電圧が、充電を必要とする所定の閾値を超えるか否かによって、前記第２電池の充電が必要であるか否かを判定する、請求項１に記載の制御装置。
前記制御部は、前記第２判定部が、前記第２電池の充電が必要であると判定した場合、スタータを用いて前記エンジンを再始動させる、請求項１に記載の制御装置。
前記制御部は、前記第１判定部が、前記第１電池が前記エンジンの再始動に必要な電力を前記モーターに供給可能であると判定した場合、実行している前記第１電池から前記第２電池への充電電力の供給制限を解除する、請求項１に記載の制御装置。