JP4161919B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、エンジンの始動を制御する車両の制御装置に関する。

近年、環境問題対策の一環として、エンジンおよびモータの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行するハイブリッド車両が注目されている。このようなハイブリッド車両においては、モータに電力を供給する走行用バッテリが搭載されている。この走行用バッテリに蓄えられた電力は、エンジン始動にも利用される。具体的には、たとえばエンジンに連結されたモータジェネレータに電力を供給し、モータジェネレータをモータとして駆動させてエンジンを始動させる。

しかしながら、走行用バッテリの出力電力が、エンジン始動に必要な電力を下回る場合には、エンジンを始動させることができない。このような場合に、車両に搭載された補機類に電力を供給する補機バッテリからの電力を利用してエンジンを始動させる技術が提案されている。

特開２０００−５０４０１号公報（特許文献１）は、走行用電源の電力によりエンジンを始動させることが不可能である場合に、補機電源の電力により走行用電源を充電し、エンジンを始動可能にする電源装置を開示する。この電源装置は、走行用電源と、補機電源と、走行用電源の端子電圧が予め定められた値未満である場合、補機電源から走行用電源への給電を行なうＤＣ／ＤＣコンバータとを含む。

この公報に記載の電源装置によれば、走行用電源の端子電圧が予め定められた値未満となり、走行用電源の電力によりエンジンを始動させることが不可能である場合に、補機電源の電力により走行用電源を充電し、エンジンを始動可能にすることができる。
特開２０００−５０４０１号公報

一般的に、バッテリやキャパシタなどの電源は、残存容量のほか、周辺環境に応じてその出力電力が変化する。したがって、上述の公報に記載された電源装置のように、走行用電源を充電して、エンジンを始動可能にするには、あらゆる環境下において、エンジンを始動可能な電力を蓄え得るように、電源を設計する必要がある。電力を蓄え得る性能、すなわち容量は、電源を構成するセルの大きさおよび数に依存するところが大きい。したがって、上述の公報に記載された電源装置においては、走行用電源を小型化することが難しいという問題点があった。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電機構の小型化が可能な車両の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る車両の制御装置においては、エンジンを搭載した車両を制御する。この制御装置は、電力の供給を受けてエンジンを始動させる始動機と、始動機に電力を供給する第１の蓄電機構と、第２の蓄電機構と、温度に関する情報を検出するための検出手段と、温度に関する予め定められた条件が満たされたか否かを判別するための判別手段と、条件が満たされた場合、第２の蓄電機構から始動機に電力を供給するように、第２の蓄電機構を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によれば、第１の蓄電機構が始動機に電力を供給し、始動機がエンジンを始動させる。検出手段により、温度に関する情報が検出され、判別手段により、温度に関する予め定められた条件が満たされたか否かが判別される。条件が満たされた場合、制御手段は、第２の蓄電機構から始動機に電力を供給するように、第２の蓄電機構を制御する。これにより、たとえば第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下となり、第１の蓄電機構の性能が低下して、第１の蓄電機構の出力電力が、エンジンの始動に必要な電力を下回る場合、第２の蓄電機構から始動機に電力を供給して、第１の蓄電機構から供給された電力および第２の蓄電機構から供給された電力により、エンジンを始動することができる。そのため、あらゆる温度下において、第１の蓄電機構の出力電力が、エンジンの始動に必要な電力を上回るように設計する必要がない。したがって、第１の蓄電機構を構成するセルの大きさを小さくしたり、数を少なくしたりすることができる。その結果、蓄電機構の小型化が可能な車両の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る車両の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、第２の蓄電機構は、第１の蓄電機構よりも低電圧の蓄電機構である。

第２の発明によれば、第２の蓄電機構は、第１の蓄電機構よりも低電圧である。蓄電機構の電圧は、蓄電機構を構成するセルの大きさや数に依存する。そのため、第２の蓄電機構を第１の蓄電機構よりも小さくすることができる。その結果、車両に搭載された蓄電機構全体を小型化することができる。

第３の発明に係る車両の制御装置は、第２の発明の構成に加え、第２の蓄電機構から始動機に供給される電力の電圧を昇圧するための昇圧手段をさらに含む。

第３の発明によれば、昇圧手段は、第２の蓄電機構から始動機に供給される電力の電圧を昇圧する。これにより、エンジンの始動に必要な電力を確保しつつ、第２の蓄電機構の電圧を低く設定して、小型化することができる。

第４の発明に係る車両の制御装置は、第３の発明の構成に加え、第１の蓄電機構から出力される電力の電圧を降圧して、第２の蓄電機構に供給するための降圧手段をさらに含む。降圧手段と昇圧手段とは、同一の機器である。

第４の発明によれば、降圧手段は、第１の蓄電機構から出力される電力の電圧を降圧して、第２の蓄電機構に供給する。これにより、第２の蓄電機構の残存容量が低下すれば、第１の蓄電機構の電力を降圧して、第２の蓄電機構を充電することができる。降圧手段と昇圧手段とは同一の機器であるため、別途、別の機器を設ける必要がない。その結果、蓄電機構のシステム全体を小型化することができる。

第５の発明に係る車両の制御装置においては、第１ないし４のいずれかの発明の構成に加え、検出手段は、第１の蓄電機構の温度を検出するための手段を含む。条件は、第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下であるという条件である。

第５の発明によれば、検出手段により、第１の蓄電機構の温度が検出される。第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下である場合、第２の蓄電機構は、始動機に電力を供給するように制御される。これにより、第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下となり、第１の蓄電機構の性能が低下して、第１の蓄電機構の出力電力が、エンジンの始動に必要な電力を下回る場合、第２の蓄電機構から始動機に電力を供給して、第１の蓄電機構から供給された電力および第２の蓄電機構から供給された電力により、エンジンを始動することができる。

第６の発明に係る車両の制御装置においては、第５の発明の構成に加え、第１の蓄電機構の出力電力は、第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度よりも高い場合、始動機がエンジンを始動させるために必要な電力を上回り、第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下である場合、始動機がエンジンを始動させるために必要な電力を下回る。

第６の発明によると、第１の蓄電機構の出力電力は、第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度よりも高い場合、始動機がエンジンを始動させるために必要な電力を上回り、第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下である場合、始動機がエンジンを始動させるために必要な電力を下回る。これにより、あらゆる温度下において、第１の蓄電機構の出力電力が、エンジンの始動に必要な電力を上回るように設計しなくても、第２の蓄電機構から始動機に電力を供給して、第１の蓄電機構から供給された電力および第２の蓄電機構から供給された電力により、エンジンを始動することができる。その結果、第１の蓄電機構を構成するセルの大きさを小さくしたり、数を少なくしたりすることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両について説明する。この車両は、エンジン１００と、モータジェネレータ（以下、ＭＧ（１）と記載する）２００と、インバータ３００と、走行用バッテリ４００と、走行用のモータジェネレータ（以下、ＭＧ（２）と記載する）５００と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００と、補機バッテリ７００と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８００とを含む。この車両は、エンジン１００およびＭＧ（２）５００の少なくともいずれか一方からの駆動力により走行するハイブリッド車両である。本発明の実施の形態に係る制御装置は、たとえば、ＥＣＵ８００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００が発生する駆動力は、動力分割機構９００により、２経路に分割される。一方は、減速機１０００を介して車輪１１００を駆動する経路である。もう一方は、ＭＧ（１）２００を駆動させて発電する経路である。

ＭＧ（１）２００は、三相交流回転機である。ＭＧ（１）２００は、動力分割機構９００により分割されたエンジン１００の駆動力により、発電機として発電する。ＭＧ（１）２００により発電された電力は、車両の運転状態や、走行用バッテリ４００のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、ＭＧ（１）２００により発電された電力はそのままＭＧ（２）５００をモータとして駆動させる電力となる。一方、バッテリ４００のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、ＭＧ（１）２００により発電された電力は、インバータ３００により交流電力から直流電力に変換され、走行用バッテリ４００に蓄えられる。

このＭＧ（１）２００は、エンジン１００を始動する際の始動機として利用される。エンジン１００を始動する際、ＭＧ（１）２００は、走行用バッテリ４００および補機バッテリ７００の少なくともいずれか一方から電力の供給を受けて、モータとして駆動する。ＭＧ（１）２００は、エンジン１００をクランキングして始動する。

走行用バッテリ４００は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。走行用バッテリ４００の容量および電圧は、走行用バッテリ４００を構成するバッテリセルの大きさおよび数により定まる。走行用バッテリ４００の電圧はたとえば３００ボルト程度である。

走行用バッテリ４００の出力電力は、温度とともに低下する特性がある。走行用バッテリ４００は、予め定められた温度以下において、出力電力が、ＭＧ（１）２００を駆動してエンジン１００を初回始動するために必要な電力を下回るように設計されている。初回始動とは、たとえば車両システムの電源がオフにされた状態で、予め定められた時間が経過した後、初めてエンジン１００を始動させる場合を意味する。なお、走行用バッテリ４００の代わりに、キャパシタ（コンデンサ）を用いてもよい。

ＭＧ（２）５００は、三相交流回転機である。ＭＧ（２）５００がモータとして駆動される場合には、走行用バッテリ４００に蓄えられた電力およびＭＧ（１）２００により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動される。ＭＧ（２）５００の駆動力は、減速機１０００を介して車輪１１００に伝えられる。これにより、ＭＧ（２）５００は、エンジン１００をアシストして車両を走行させたり、ＭＧ（２）５００からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。

車両の回生制動時には、減速機１０００を介して車輪１１００によりＭＧ（２）５００が駆動され、ＭＧ（２）５００が発電機として作動させられる。これによりＭＧ（２）５００は、制動エネルギを電気エネルギに変換する回生ブレーキとして作用する。ＭＧ（２）５００により発電された電力は、インバータ３００を介して走行用バッテリ４００に蓄えられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ６００は、昇圧および降圧が可能な双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ６００は、走行用バッテリ４００から供給される電力の電圧を降圧し、補機バッテリ７００に供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００は、補機バッテリ７００から供給された電力を昇圧し、インバータ３００を介してＭＧ（１）２００に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６００により昇圧された電力は、インバータ３００により直流電力から交流電力に変換される。

補機バッテリ７００は、車両に搭載された空調ユニット（図示せず）やオーディオ機器（図示せず）などの補機類に接続されている。補機バッテリ７００の電圧はたとえば１２ボルト程度である。補機バッテリ７００の電圧は、走行用バッテリ４００の電圧よりも低い。

ＥＣＵ８００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）と、メモリ（図示せず）とを含む。ＥＣＵ８００には、走行用バッテリ４００の温度を検出する温度センサ８０２が接続されている。

ＣＰＵは、車両の運転状態や、アクセル踏込み量、アクセル踏込み量の変化率、スロットル開度、シフトポジション、走行用バッテリ４００のＳＯＣ、走行用バッテリ４００の温度、メモリに保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ＥＣＵ８００は、車両が所望の運転状態となるように、車両に搭載された機器類を制御する。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置を実現するＥＣＵ８００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ８００は、エンジン１００を始動させる必要があるか否かを判断する。エンジン１００を始動させる必要があるか否かは、運転者のスイッチ操作の有無、走行用バッテリ４００のＳＯＣ、車両の車速およびアクセル開度などに基づいて判別すればよい。エンジン１００を始動させる必要がある場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。そうでない場合（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ８００は、エンジン１００の始動が初回始動であるか否かを判別する。初回始動であるか否かは、たとえば車両システムの電源がオフにされた状態で、予め定められた時間が経過した後、初めてエンジン１００を始動させるか否かにより判別したり、エンジン１００の潤滑油の温度が予め定められた温度よりも低いか否かにより判別したりすればよい。エンジン１００の始動が初回始動である場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。そうでない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）処理はＳ１１０に移される。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ８００は、走行用バッテリ４００の温度Ｔを検出する。Ｓ１０６にて、ＥＣＵ８００は、走行用バッテリ４００の温度Ｔが予め定められた温度Ｔ（０）以下であるか否かを判別する。走行用バッテリ４００の温度Ｔが予め定められた温度Ｔ（０）以下である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。そうでない場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ８００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００により補機バッテリ７００の電力の電圧を昇圧し、インバータ３００を介してＭＧ（１）２００に電力を供給し、エンジン１００を始動する。このとき、補機バッテリ７００からの電力に加え、走行用バッテリ４００からＭＧ（１）２００に電力が供給される。なお、走行用バッテリ４００から供給される電力と補機バッテリ７００から供給される電力との和が、エンジン１００の初回始動に必要な電力となるように、補機バッテリ７００の電力の電圧を昇圧すればよい。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ８００は、補機バッテリ７００のＳＯＣが小さくなるなど、補機バッテリ７００に電力を供給する必要がある場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００により、走行用バッテリ４００の電力を降圧して、補機バッテリ７００に供給する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置におけるＥＣＵ８００の動作について説明する。

車両システムの起動中、車両の加速やＭＧ（１）２００による発電のために、エンジン１００を始動させる必要があると判別されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エンジン１００の始動が初回始動であるか否かが判別される（Ｓ１０２）。初回始動であれば（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、車両は長時間停車状態で放置された後であり、エンジン１００の温度が低いために、潤滑油の粘性が高い。そのため、エンジン１００をクランキングして始動するＭＧ（１）２００に対する負荷が高い。この場合、エンジン１００を始動させるためには、初回始動でない場合に比べて、より多くの電力を必要とする。

走行用バッテリ４００は、予め定められた温度Ｔ（０）以下において、出力電力が、ＭＧ（１）２００を駆動してエンジン１００を初回始動するために必要な電力を下回るように設計されている。そのため、温度Ｔを検出し（Ｓ１０４）、走行用バッテリ４００の温度Ｔが予め定められた温度Ｔ（０）以下であるか否かが判別される（Ｓ１０６）。

仮に、走行用バッテリ４００から供給される電力のみによりＭＧ（１）２００を駆動し、エンジン１００を始動させる場合を想定する。この場合、図３において破線で示すように、出力電力が低下した場合においても、走行用バッテリ４００の出力電力が、一点鎖線で示すエンジン１００の始動に必要な電力を上回るように、走行用バッテリ４００を設計する必要がある。すなわち、走行用バッテリ４００を構成するバッテリセルの大きくしたり、数を増やしたりして、走行用バッテリ４００の性能を高める必要がある。そのため、走行用バッテリ４００がオーバースペックになったり、その体格が大きくなる。

本実施の形態においては、走行用バッテリ４００の温度Ｔが予め定められた温度Ｔ（０）以下であれば（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、走行用バッテリ４００から供給される電力に加えて、補機バッテリ７００から供給される電力を昇圧してＭＧ（１）２００に供給し、エンジン１００を始動する（Ｓ１０８）。これにより、図３において実線で示すように、予め定められた温度Ｔ（０）で、出力電力が、エンジン１００の始動に必要な電力を下回るように走行用バッテリ４００を設計しても、エンジン１００を始動させるために必要な電力を確保することができる。そのため、走行用バッテリ４００を構成するバッテリセルの大きさを小さくしたり、数を減らしたりして、走行用バッテリ４００を小型化することができる。

エンジン１００の始動が初回始動でない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、エンジン１００の駆動により、潤滑油が暖められている可能性が高い。この場合、ＭＧ（１）２００に対する負荷が低く、走行用バッテリ４００の出力電力は、エンジン１００を始動させるために必要な電力を上回る。走行用バッテリ４００の温度Ｔが予め定められた温度Ｔ（０）よりも高い場合（Ｓ１０６にてＮＯ）は、図３に示すように、走行用バッテリ４００の出力電力は、エンジン１００を初回始動させるために必要な電力を上回る。

このような場合、補機バッテリ７００からＭＧ（１）２００に電力を供給する必要がないため、補機バッテリ７００の残存容量が少なくなるなど、補機バッテリ７００に電力を供給する必要がある場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６００により、走行用バッテリ４００の電力を降圧して、補機バッテリ７００に供給する（Ｓ１１０）。

以上のように、本実施の形態に係る車両の制御装置は、走行用バッテリの温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ（０）よりも低い場合、走行用バッテリから供給される電力に加えて、補機バッテリの電力の電圧を昇圧して、補機バッテリからＭＧ（１）に電力を供給し、エンジンを始動する。これにより、走行用バッテリの出力電力が、エンジンを始動するために必要な電力を下回るように走行用バッテリを設計しても、エンジンを始動するために必要な電力を確保することができる。その結果、走行用バッテリを構成するバッテリセルの大きさを小さくしたり、数を減らしたりして、走行用バッテリの体格を低減することができる。

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。

本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両を示す制御ブロック図である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 走行用バッテリの出力電力およびエンジンの初回始動に必要な電力と温度との関係を示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、２００ モータジェネレータ、３００ インバータ、４００ 走行用バッテリ、５００ モータジェネレータ、６００ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７００ 補機バッテリ、８００ ＥＣＵ、９００ 動力分割機構、１０００ 減速機、１１００ 車輪。

Claims (4)

1. エンジンを搭載した車両の制御装置であって、
   電力の供給を受けて前記エンジンを始動させる始動機と、
   前記始動機に電力を供給する第１の蓄電機構と、
   第２の蓄電機構と、
   前記第１の蓄電機構の温度を検出するための検出手段と、
   前記第１の蓄電機構の温度が予め定められた温度以下であるという条件が満たされたか否かを判別するための判別手段と、
   前記条件が満たされた場合、前記第２の蓄電機構から前記始動機に電力を供給するように、前記第２の蓄電機構を制御するための制御手段とを含み、
   前記第１の蓄電機構の出力電力は、前記第１の蓄電機構の温度が前記予め定められた温度よりも高い場合、前記始動機が前記エンジンを始動させるために必要な電力を上回り、前記第１の蓄電機構の温度が前記予め定められた温度以下である場合、前記始動機が前記エンジンを始動させるために必要な電力を下回る、車両の制御装置。
2. 前記第２の蓄電機構は、前記第１の蓄電機構よりも低電圧の蓄電機構である、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記第２の蓄電機構から前記始動機に供給される電力の電圧を昇圧するための昇圧手段をさらに含む、請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記第１の蓄電機構から出力される電力の電圧を降圧して、前記第２の蓄電機構に供給するための降圧手段をさらに含み、
   前記降圧手段と前記昇圧手段とは、同一の機器である、請求項３に記載の車両の制御装置。

Images