JP6167688B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、スタータモータの電源としてキャパシタを備え、エンジン始動方式として、スタータ始動とM/G始動が可能なハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、電源としてキャパシタを備え、エンジンの冷却水の温度を検出する温度センサからの出力に基づいてスタータ始動とモータ/ジェネレータ始動を切り替え制御するハイブリッド自動車のエンジン始動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−８２２５９号公報

しかしながら、従来装置にあっては、エンジン冷却水温（暖機状態か冷機状態か）によりエンジン始動方式を切り替えるため、エンジン冷却水温が低いときは、キャパシタ温度にかかわらずスタータ始動が選択される。したがって、キャパシタ温度が低温域であるときにスタータ始動を行うと、キャパシタの内部抵抗が大きくなり、性能通りの電流を流せないため、スタータ始動時間が遅くなる。一方、キャパシタ温度が高温域であるときにスタータ始動を行うと、キャパシタの劣化進行が早くなるため、キャパシタの耐久寿命が短くなってしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、キャパシタ温度特性に基づくエンジン始動方法の選択により、スタータ始動性能を保証しながらキャパシタ寿命を延ばすことができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、駆動系にスタータモータとエンジンとモータ/ジェネレータを有する。電源システムとして、前記モータ/ジェネレータの電源である強電バッテリと、前記スタータモータの電源であるキャパシタと、を備え、エンジン始動方式として、スタータ始動とモータ/ジェネレータ始動が可能である。
このハイブリッド車両の制御装置において、前記キャパシタの温度を検出するキャパシタ温度検出手段と、前記スタータ始動の要求に対する許可/禁止をキャパシタ温度条件により決めるスタータ始動制御手段と、を設ける。
前記スタータ始動制御手段は、キャパシタ温度が、エンジン始動応答性能を保証する下限温度から劣化進行抑制性能を保証する上限温度までの温度範囲内であるとき、前記スタータ始動を許可し、温度範囲外であるとき、前記スタータ始動を禁止する。
前記スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が前記温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行する。

よって、キャパシタ温度が、エンジン始動応答性能を保証する下限温度から劣化進行抑制性能を保証する上限温度までの温度範囲内であるとき、スタータ始動が許可され、温度範囲外であるとき、スタータ始動が禁止される。
すなわち、キャパシタは、セル温度が低い場合、内部抵抗が大きくなり、性能通りの電流を流せないため、スタータ始動時間が遅くなる。一方、キャパシタ温度が高い場合、キャパシタの劣化進行が早くなるため、キャパシタ寿命に影響する。
これに対し、キャパシタ温度が下限温度から上限温度までの温度範囲内であるときには、スタータ始動を許可する。このため、キャパシタ温度が下限温度より下回っている場合、スタータ始動が禁止され、スタータ始動時間が遅くなったりすることがない。一方、キャパシタ温度が上限温度より上回っている場合、スタータ始動が禁止され、キャパシタの劣化進行が早くなることがない。なお、キャパシタ温度が下限温度から上限温度までの温度範囲外であるとき、スタータ始動を禁止しても、モータ/ジェネレータ始動によりエンジン始動が確保される。
この結果、キャパシタ温度特性に基づくエンジン始動方法の選択により、スタータ始動性能を保証しながらキャパシタ寿命を延ばすことができる。
そして、スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動が続行される。このため、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行することで、短時間にてエンジン始動を終了することができる。

実施例１の制御装置が適用されたＦＦプラグインハイブリッド車両を示す全体システム図である。 実施例１の制御装置が適用されたＦＦプラグインハイブリッド車両のスタータ電源を中心とする電源システム構成を示す電源回路図である。 実施例１の制御装置が適用されたＦＦプラグインハイブリッド車両の制御システム構成を示すブロック図である。 実施例１のハイブリッドコントロールモジュールにて実行されるスタータ始動制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１の制御装置が適用されたＦＦプラグインハイブリッド車両（ハイブリッド車両の一例）の構成を、「駆動システム構成」、「電源システム構成」、「制御システム構成」、「スタータ始動制御の詳細構成」に分けて説明する。

［駆動システム構成］
図１はＦＦプラグインハイブリッド車両の全体を示す。以下、図１に基づいて、ＦＦプラグインハイブリッド車両の駆動システム構成を説明する。

前記駆動システムとして、図１に示すように、スタータモータ１（略称「M」）と、横置きエンジン２(略称「ICE」)と、第１クラッチ３(略称「CL1」)と、モータ/ジェネレータ４(略称「M/G」)と、第２クラッチ５（略称「CL2」）と、ベルト式無段変速機６（略称「CVT」）と、を備えている。ベルト式無段変速機６の出力軸は、終減速ギヤトレイン７と差動ギヤ８と左右のドライブシャフト９Ｒ，９Ｌを介し、左右の前輪１０Ｒ，１０Ｌに駆動連結される。なお、左右の後輪１１Ｒ，１１Ｌは、従動輪としている。

前記スタータモータ１は、横置きエンジン２のクランク軸に設けられたエンジン始動用ギヤに噛み合うギヤを持ち、後述するキャパシタ２３を電源とし、エンジン始動時にクランク軸を回転駆動するクランキングモータである。

前記横置きエンジン２は、クランク軸方向を車幅方向としてフロントルームに配置したエンジンであり、電動ウォータポンプ１２と、横置きエンジン２の逆転を検知するクランク軸回転センサ１３と、を有する。

前記第１クラッチ３は、横置きエンジン２とモータ/ジェネレータ４との間に介装された油圧作動による乾式多板摩擦クラッチであり、第１クラッチ油圧により完全締結/スリップ締結/開放が制御される。

前記モータ/ジェネレータ４は、第１クラッチ３を介して横置きエンジン２に連結された三相交流の永久磁石型同期モータである。このモータ/ジェネレータ４は、後述する強電バッテリ２１を電源とし、ステータコイルには、力行時に直流を三相交流に変換し、回生時に三相交流を直流に変換するインバータ２６が、ＡＣハーネス２７を介して接続される。

前記第２クラッチ５は、モータ/ジェネレータ４と駆動輪である左右の前輪１０Ｒ，１０Ｌとの間に介装された油圧作動による湿式の多板摩擦クラッチであり、第２クラッチ油圧により完全締結/スリップ締結/開放が制御される。実施例１の第２クラッチ５は、遊星ギヤによるベルト式無段変速機６の前後進切替機構に設けられた前進クラッチ５ａと後退ブレーキ５ｂを流用している。つまり、前進走行時には、前進クラッチ５ａが第２クラッチ５とされ、後退走行時には、後退ブレーキ５ｂが第２クラッチ５とされる。

前記ベルト式無段変速機６は、プライマリ油室とセカンダリ油室への変速油圧によりベルトの巻き付き径を変えることで無段階の変速比を得る変速機である。このベルト式無段変速機６には、メインオイルポンプ１４（メカ駆動）と、サブオイルポンプ１５（モータ駆動）と、ポンプ吐出圧を調圧することで生成したライン圧を元圧として第１，第２クラッチ油圧及び変速油圧を作り出す図外のコントロールバルブユニットと、を有する。

前記第１クラッチ３とモータ/ジェネレータ４と第２クラッチ５により１モータ・２クラッチの駆動システムが構成され、この駆動システムによる主な駆動態様として、「EVモード」と「HEVモード」を有する。「EVモード」は、第１クラッチ３を開放し、第２クラッチ５を締結してモータ/ジェネレータ４のみを駆動源に有する電気自動車モードであり、「EVモード」による走行を「EV走行」という。「HEVモード」は、両クラッチ３，５を締結して横置きエンジン２とモータ/ジェネレータ４を駆動源に有するハイブリッド車モードであり、「HEVモード」による走行を「HEV走行」という。

前記モータ/ジェネレータ４は、基本的にブレーキ操作時において回生動作を行うことに伴い、ブレーキ操作時にトータル制動トルクをコントロールする回生協調ブレーキユニット１６を有する。この回生協調ブレーキユニット１６は、ブレーキペダルと電動ブースタとマスタシリンダを備え、電動ブースタは、ブレーキ操作時、ペダル操作量にあらわれる要求制動力から回生制動力を差し引いた分を液圧制動力で分担するというように、回生分/液圧分の協調制御を行う。

［電源システム構成］
図１はＦＦプラグインハイブリッド車両の全体システムを示し、図２はスタータ電源を中心とする電源システム構成を示す。以下、図１及び図２に基づいて、ＦＦプラグインハイブリッド車両の電源システム構成を説明する。

前記電源システムとしては、図１に示すように、モータ/ジェネレータ電源としての強電バッテリ２１と、１２Ｖ系負荷電源としての１２Ｖバッテリ２２と、スタータ電源としてのキャパシタ２３と、を備えている。

前記強電バッテリ２１は、モータ/ジェネレータ４の電源として搭載された二次電池であり、例えば、多数のセルを積層したセルモジュールを、バッテリパックケース内に設定したリチウムイオンバッテリが用いられる。この強電バッテリ２１には、強電の供給/遮断/分配を行うリレー回路を集約させたジャンクションボックスが内蔵され、さらに、エアコン機能を持つバッテリ温度調整ユニット２４と、バッテリ充電容量（バッテリSOC）やバッテリ温度を監視するリチウムバッテリコントローラ８６と、が付設される。

前記強電バッテリ２１とモータ/ジェネレータ４は、ＤＣハーネス２５とインバータ２６とＡＣハーネス２７を介して接続される。インバータ２６には、強電の供給/遮断/分配を行うリレー回路を集約させたジャンクションボックス２８が内蔵され、さらに、暖房回路２９と電動エアコン３０と、力行/回生制御を行うモータコントローラ８３と、が付設される。つまり、インバータ２６は、強電バッテリ２１の放電によりモータ/ジェネレータ４を駆動する力行時、ＤＣハーネス２５からの直流をＡＣハーネス２７への三相交流に変換する。また、モータ/ジェネレータ４での発電により強電バッテリ２１を充電する回生時、ＡＣハーネス２７からの三相交流をＤＣハーネス２５への直流に変換する。

前記強電バッテリ２１には、ＤＣハーネス３１を介して急速充電ポート３２が接続されるとともに、ＤＣ分岐ハーネス２５’と充電器３３とＡＣハーネス３４とを介して普通充電ポート３５が接続される。充電器３３は、AC/DC変換や電圧変換を行う。急速充電時には、例えば、外出先等に設置されている充電スタンドのコネクタプラグを、急速充電ポート３２に接続することで外部充電される（プラグイン急速充電）。普通充電時には、例えば、家庭用電源からのコネクタプラグを、普通充電ポート３５に接続することで外部充電される（プラグイン普通充電）。

前記１２Ｖバッテリ２２は、スタータモータ１を除いた他の補機類である１２Ｖ系負荷３６の電源として搭載された二次電池であり、例えば、エンジン車等で一般的に搭載されている鉛バッテリが用いられる。強電バッテリ２１と１２Ｖバッテリ２２は、ＤＣ分岐ハーネス２５”とDC/DCコンバータ３７とバッテリハーネス３８を介して接続される。DC/DCコンバータ３７は、強電バッテリ２１からの数百ボルト電圧を１２Ｖに変換するものであり、このDC/DCコンバータ３７を、ハイブリッドコントロールモジュール８１により制御することで、１２Ｖバッテリ２２の充電量を管理する構成としている。

前記キャパシタ２３は、スタータモータ１の専用電源として搭載された蓄電デバイスであり、大きな静電容量を有し、急速充放電性能に優れた特徴を持つ電気二重層キャパシタ（eDLC：electric Double Layer Capacitor）と呼ばれるものが用いられる。補機負荷電源系３９とキャパシタ２３は、図２に示すように、ヒューズ４０を設けたバッテリ分岐ハーネス３８’とキャパシタ充電回路４１を介して接続される。また、キャパシタ２３とスタータモータ１は、キャパシタハーネス４２と抵抗４３とリレースイッチ４４を介して接続される。なお、キャパシタ２３とキャパシタ充電回路４１等によりDLCユニット４５を構成し、スタータモータ１とリレースイッチ４４等によりスタータユニット４６を構成する。以下、DLCユニット４５とスタータユニット４６の詳しい構成を説明する。

前記DLCユニット４５は、図２に示すように、キャパシタ２３と、キャパシタ充電回路４１と、自然放電用スイッチ４７と、強制放電用スイッチ４８と、セル電圧モニタ４９と、キャパシタ温度センサ５０（キャパシタ温度検出手段）と、を備えている。

前記キャパシタ２３は、複数個のDLCセルを直列/並列に接続して構成したもので、自然放電用スイッチ４７と強制放電用スイッチ４８とキャパシタ温度センサ５０は、複数個のDLCセルの両端部に並列にて設けられる。また、セル電圧モニタ４９は、複数個のDLCセルのそれぞれのセル電圧（＝キャパシタ容量）を検出するように、各DLCセルに並列に設けられる。

前記キャパシタ充電回路４１は、スイッチング方式による半導体リレー内蔵のDC/DCコンバータ回路（スイッチング素子とチョークコイルとコンデンサとダイオードの組み合わせ回路）により構成される。このキャパシタ充電回路４１は、ハイブリッドコントロールモジュール８１により制御される半導体リレー５１とDC/DCコンバータ５２を有する。半導体リレー５１は、半導体スイッチング素子を使用した無接点リレーであり、例えば、図２の左下部に概略を示すように、絶縁された入出力の空間を光の信号で伝達するフォトカプラと呼ばれる光半導体を用いた構成としている。この半導体リレー５１は、補機負荷電源系３８からキャパシタ２３を切り離したり接続したりするスイッチ機能を持つ。DC/DCコンバータ５２は、１２Ｖ直流を１３．５Ｖ直流に変換する機能とキャパシタ充電電流を切り替える機能を持つ。

前記スタータユニット４６は、スタータモータ１と、リレースイッチ４３と、電磁アクチュエータ５３と、ピニオンシフト機構５４と、を備えている。

前記電磁アクチュエータ５３は、２つのコイル５５，５６への通電による電磁力にて、リレースイッチ４４をオンにするとともに、ピニオンシフト機構５４のピニオン５７をリングギヤ５８と噛み合う位置までシフトさせる。通電遮断時は、リレースイッチ４４をオフにするとともに、ピニオン５７をリングギヤ５８との噛み合いが解除された位置までシフトする。なお、リングギヤ５８は、横置きエンジン２のクランク軸に設けられる。補機負荷電源系３９と２つのコイル５５，５６は、スータータカットオフリレー５９とHEV/IS/リレー６０とスタータリレー６１を設けたバッテリ分岐ハーネス３８”を介して接続される。スータータカットオフリレー５９の通電/遮断は、ボディコントロールモジュール８７により行われる。HEV/IS/リレー６０の通電/遮断は、ハイブリッドコントロールモジュール８１により行われる。スタータリレー６１の通電/遮断は、アンダーフードスイッチングモジュール８８により行われる。なお、バッテリ分岐ハーネス３８”の交わる位置には、リレー診断用の電圧センサ６２が設けられている。

前記ピニオンシフト機構５４は、スタータモータ１のモータ軸に対して軸方向移動可能に設けられたピニオン５７と、一端側を電磁アクチュエータ５３に接続し、他端側をピニオン５７のシフト溝に嵌合させたシフトレバー６３と、を有する。

［制御システム構成］
図１はＦＦプラグインハイブリッド車両の全体システムを示し、図２はスタータ電源を中心とする電源システム構成を示し、図３は制御システム構成を示す。以下、図１〜図３に基づいて、ＦＦプラグインハイブリッド車両の制御システム構成を説明する。

前記制御システムとしては、図１〜図３に示すように、車両全体の消費エネルギーを適切に管理する機能を担う統合制御手段として、ハイブリッドコントロールモジュール８１（略称：「HCM」）を備えている。このハイブリッドコントロールモジュール８１に接続される制御手段として、エンジンコントロールモジュール８２（略称：「ECM」）と、モータコントローラ８３（略称：「MC」）と、CVTコントロールユニット８４（略称：「CVTCU」）と、を有する。そして、データ通信モジュール８５（略称：「DCM」）と、リチウムバッテリコントローラ８６（略称：「LBC」）と、を有する。さらに、ボディコントロールモジュール８７（略称：「BCM」）と、アンダーフードスイッチングモジュール８８（略称：「USM」）と、を有する。これらの制御手段は、ハイブリッドコントロールモジュール８１とDLCユニット４５を接続するLIN通信線８９（LIN：「Local Interconnect Network」の略称）を除き、CAN通信線９０（CANは「Controller Area Network」の略称）により双方向情報交換可能に接続される。

前記ハイブリッドコントロールモジュール８１は、各制御手段、イグニッションスイッチ９１、アクセル開度センサ９２、車速センサ９３等からの入力情報に基づき、様々な制御を行う。このうち、外部充電が可能なＦＦプラグインハイブリッド車両を高い燃費効率で走らせることを目的として行われる制御が、強電バッテリ２１のバッテリSOCに基づく走行モード（「CDモード」、「CSモード」）の選択制御である。

前記「CDモード（Charge Depleting mode）」は、原則として、強電バッテリ２１の電力を消費するEV走行を優先するモードであり、例えば、強電バッテリ２１のバッテリSOCがフルSOCから設定SOCまで低下する間にて選択される。但し、EV走行では駆動力が不足する高負荷走行等において、例外的にHEV走行が行われる。この「CDモード」の選択中における横置きエンジン２の始動は、スタータモータ１による始動（スタータ始動）を基本とし、モータ/ジェネレータ４による始動（M/G始動）を例外とする。

前記「CSモード（Charge Sustain mode）」は、原則として、強電バッテリ２１の電力を維持するHEV走行を優先するモードであり、強電バッテリ２１のバッテリSOCが設定SOC以下になると選択される。つまり、強電バッテリ２１のバッテリSOCを所定範囲に維持する必要があるとき、横置きエンジン２の駆動によりモータ/ジェネレータ４を発電させるエンジン発電によるHEV走行を行う。この「CSモード」の選択中における横置きエンジン２の始動は、モータ/ジェネレータ４による始動（M/G始動）を基本とし、スタータモータ１による始動（スタータ始動）を例外とする。なお、モード切り替え閾値である「設定SOC」は、CDモード→CSモードのときの値と、CSモード→CDモードのときの値とでヒステリシスを持たせている。

前記ハイブリッドコントロールモジュール８１では、「CDモード」と「CSモード」の選択制御以外に、スタータモータ１によるエンジン始動制御、キャパシタ２３への充電制御、キャパシタ２３からの放電制御を行う。さらに、下記のようなスタータ始動関連制御を行う。
(A)エンジン始動後からスタータ始動許可までの時間短縮制御。
(B)イグニッションオンからスタータ始動許可までの時間短縮制御。
(C)キャパシタ２３の劣化進行抑制制御。
(D)キャパシタ２３の高温/低温時対策制御（実施例１）。
(E)車両用補機の電圧瞬低防止制御。

前記エンジンコントロールモジュール８２は、横置きエンジン２の燃料噴射制御や点火制御や燃料カット制御等を行う。モータコントローラ８３は、インバータ２６によるモータジェネレータ４の力行制御や回生制御等を行う。CVTコントロールユニット８４は、第１クラッチ３の締結油圧制御、第２クラッチ５の締結油圧制御、ベルト式無段変速機６の変速油圧制御等を行う。データ通信モジュール８５は、携帯リモコンキーのスイッチを遠隔操作したとき、携帯リモコンキーとの間で通信が成立すると、例えば、充電ポートリッドやコネクタロック機構のロック/アンロックの制御を行う。リチウムバッテリコントローラ８６は、強電バッテリ２１のバッテリSOCやバッテリ温度等を管理する。ボディコントロールモジュール８７は、スータータカットオフリレー５９の通電/遮断制御を行う。アンダーフードスイッチングモジュール８７は、インヒビタースイッチ９４からのレンジ位置信号に基づき、内蔵するスタータリレー６１の通電/遮断制御を行う。

［スタータ始動制御の詳細構成］
図４はハイブリッドコントロールモジュール８１にて実行されるスタータ始動制御処理の流れを示す（スタータ始動制御手段）。以下、スタータ始動制御処理構成をあらわす図４の各ステップについて説明する。

ステップＳ１では、キャパシタ温度センサ５０により検出されるキャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲内にあるか否かを判断する。Yes（-5℃≦キャパシタ温度≦65℃）の場合はステップＳ４へ進み、No（キャパシタ温度＜-5℃、或いは、キャパシタ温度＞65℃）の場合はステップＳ２へ進む。
ここで、「下限温度」は、スタータ始動に要する始動所要時間が、所望時間より遅くならないというように、エンジン始動応答性能を保証するキャパシタ２３の低温側限界温度として設定される。詳しくは、環境温度が低いことによるキャパシタ２３のセル温度の低下により、キャパシタ２３の内部抵抗が大となってスタータ始動に必要な電流を流せなくなる限界温度（例えば、-5℃）に設定される。
一方、「上限温度」は、キャパシタ２３の温度劣化が加速的に進行しないように、劣化進行抑制性能を保証するキャパシタ２３の高温側限界温度として設定される。詳しくは、スタータ始動の繰り返しや充電の繰り返しによる発熱に伴うキャパシタ温度の上昇により、キャパシタ２３のセル劣化が加速的に進行する高温側限界温度（例えば、65℃）に設定される。但し、この上限温度は、キャパシタ２３の使用時間や使用頻度を制限すれば、例えば、65℃より高温域まで調整することが可能である。

ステップＳ２では、ステップＳ１又はステップＳ３でのキャパシタ温度＜-5℃、或いは、キャパシタ温度＞65℃であるとの判断に続き、スタータモータ１を用いて横置きエンジン２を始動する「スタータ始動」を禁止し、ステップＳ３へ進む。
なお、「スタータ始動」を禁止しているときは、M/G始動を許可することで、エンジン始動要求に対してはM/G始動により対応する。

ステップＳ３では、ステップＳ２でのスタータ始動禁止に続き、キャパシタ温度センサ５０により検出されるキャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲内にあるか否かを判断する。Yes（-5℃≦キャパシタ温度≦65℃）の場合はステップＳ４へ進み、No（キャパシタ温度＜-5℃、或いは、キャパシタ温度＞65℃）の場合はステップＳ２へ戻る。

ステップＳ４では、ステップＳ１又はステップＳ３での-5℃≦キャパシタ温度≦65℃であるとの判断に続き、スタータモータ１を用いて横置きエンジン２を始動する「スタータ始動」を許可し、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのスタータ始動許可に続き、スタータ始動要求有りか否かを判断する。Yes（スタータ始動要求有り）の場合はステップＳ６へ進み、No（スタータ始動要求無し）の場合は終了へ進む。

ステップＳ６では、ステップＳ５でのスタータ始動要求有りとの判断に続き、スタータ始動中にキャパシタ温度が65℃を超えた、或いは、スタータ始動中にキャパシタ温度が-5℃を下回ったか否かを判断し、Yes（スタータ始動中にキャパシタ温度＜-5℃、或いは、キャパシタ温度＞65℃）の場合はステップＳ８へ進み、No（スタータ始動中にキャパシタ温度が範囲内を維持）の場合はステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、ステップＳ６でのスタータ始動中にキャパシタ温度が範囲内を維持であるとの判断に続き、スタータ始動をそのまま続行し、終了へ進む。

ステップＳ８では、ステップＳ６でのスタータ始動中にキャパシタ温度＜-5℃、或いは、キャパシタ温度＞65℃であるとの判断に続き、スタータモータ１での横置きエンジン２のクランキング中であるか否かを判断する。Yes（クランキング中）の場合はステップＳ９へ進み、No（クラッキング前）の場合はステップＳ１０へ進む。

ステップＳ９では、ステップＳ８でのスタータモータ１でのクランキング中であるとの判断に続き、スタータ始動を続行し、次回からスタータ始動を禁止し、終了へ進む。

ステップＳ１０では、ステップＳ８でのスタータモータ１でのクランキング前であるとの判断に続き、スタータ始動をキャンセルし、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、ステップＳ１０でのスタータ始動キャンセルに続き、高電圧のモータ/ジェネレータ４を用いて横置きエンジン２を始動する「M/G始動」に切り替え、終了へ進む。

次に、作用を説明する。
実施例１のＦＦプラグインハイブリッド車両の制御装置における作用を、［キャパシタ電源回路構成による特徴作用］、［キャパシタ電源による充放電作用］、［スタータ始動制御作用］に分けて説明する。

［キャパシタ電源回路構成による特徴作用］
例えば、アイドルストップ車において、スタータモータの電源を１２Ｖバッテリとする場合、電源回路構成は、実施例１のキャパシタ電源回路構成からDLCユニット４５とヒューズ４０を除いた構成とされ、これを比較例とする。

この比較例の場合、スタータモータと車両補機類の電源を、１つの１２Ｖバッテリにより共有するものとなる。このため、車両補機類での電力必要量が高い時、スタータモータによるエンジン始動を行うと、供給電力が不足し、エンジン始動開始の瞬間、車両補機類の電圧が急に低下する電圧瞬低が発生する。

これに対し、実施例１では、強電バッテリ２１と１２Ｖバッテリ２２を、DC/DCコンバータ３７を介して接続することで補機負荷電源系３９が構成される。DC/DCコンバータ３７から分岐して接続されるキャパシタ充電回路４１と、キャパシタ充電回路４１に接続されるキャパシタ２３と、を有してDLCユニット４５が構成される。そして、補機負荷電源系３９とDLCユニット４５との間に、キャパシタ充電回路４１に内蔵してスイッチとしての半導体リレー５１を設けることで、キャパシタ電源回路が構成される。

この構成により、強電バッテリ２１からの電力にて１２Ｖバッテリ２２とキャパシタ２３を充電しつつ、１２Ｖバッテリ２２から車両補機類である１２Ｖ系負荷３６に必要電力を供給し、キャパシタ２３からスタータモータ１に必要電力を供給する。すなわち、スタータモータ１と１２Ｖ系負荷３６の電源を共有しないし、１２Ｖバッテリ２２とキャパシタ２３による２つの電源は、強電バッテリ２１による充電バックアップを受ける。

そして、比較例であるアイドルストップ車の電源回路構成を変更することなく、DLCユニット４５（キャパシタ充電回路４１＋キャパシタ２３）を追加することでキャパシタ電源回路が構成される。このように、補機類の追加と同じ要領でDLCユニット４５を追加できるため、強電バッテリ２１とDC/DCコンバータ３７の制御は、比較例の制御から変更する必要がない。

さらに、補機負荷電源系３９の充放電バランスが崩れそうな場合、DLCユニット４５（キャパシタ充電回路４１＋キャパシタ２３）は、充電電流を制御可能で、かつ、スイッチである半導体リレー５１により補機負荷電源系３９と切り離し可能である。このため、スタータ始動時に半導体リレー５１を開いておくことで、車両補機類の電圧が急に低下する電圧瞬低を防止できる。加えて、DC/DCコンバータ３７のコンバータ容量や１２Ｖバッテリ２２のバッテリ容量を、比較例で設定したコンバータ容量やバッテリ容量から変更する必要がない。

［キャパシタ電源による充放電作用］
上記キャパシタ電源回路に対しハイブリッドコントロールモジュール８１により行われる「スタータモータ１によるエンジン始動制御作用」、「キャパシタ２３への充電制御作用」、「キャパシタ２３からの放電制御作用」を説明する。

スタータモータ１によるエンジン始動は、ハイブリッドコントロールモジュール８１からのスタータ始動指令の出力に基づき、HEV/IS/リレー６０に通電すると、リレースイッチ４４がオンになり、ピニオン５７がリングギヤ５８と噛み合う位置までシフトする。これにより、キャパシタ２３を電源とするスタータモータ１が横置きエンジン２のクランク軸を回転させることでスタータ始動が行われ、通電から所定時間後にHEV/IS/リレー６０を遮断する。なお、スータータカットオフリレー５９は、エンジン始動を禁止する車両条件が成立する場合を除いて、ボディコントロールモジュール８７により通電が維持されている。また、アンダーフードスイッチングモジュール８８に内蔵されているスタータリレー６１は、Ｐレンジの選択時に限り通電され、Ｐレンジ以外のＤレンジ等の選択時においては遮断状態である。
したがって、スタータモータ１によるエンジン始動制御は、原則として、スタータ始動許可条件下でのスタータ始動指令によりHEV/IS/リレー６０が通電されている間、キャパシタ２３の電力を用いてスタータモータ１が駆動し、横置きエンジン２を始動させる。

キャパシタ２３への充電は、ハイブリッドコントロールモジュール８１からの充電指令の出力に基づき、キャパシタ充電回路４１の半導体リレー５１を閉とし、キャパシタ充電電流を選択する。これにより、強電バッテリ２１からの電力を、DC/DCコンバータ３７→ヒューズ４０→半導体リレー５１→DC/DCコンバータ５２を介してキャパシタ２３へ導入することで、キャパシタ充電電流に応じた短時間充電が行われる。なお、キャパシタ充電電流としては、電流１(例えば、15A)を基本電流とし、例外として、電流１からの変更により選択可能な電流２（＞電流１）や電流３（＜電流１）を有する。
したがって、キャパシタ２３への充電制御は、充電指令が出力されている間、強電バッテリ２１からの電力を用い、選択されているキャパシタ充電電流によりキャパシタ２３を充電する。

キャパシタ２３からの放電は、ハイブリッドコントロールモジュール８１からの自然放電指令の出力に基づき、DLCユニット４５の自然放電用スイッチ４７を閉とすることで、キャパシタ２３からの自然放電を行う。また、ハイブリッドコントロールモジュール８１からの強制放電指令の出力に基づき、DLCユニット４５の強制放電用スイッチ４８を閉とすることで、キャパシタ２３からの強制放電を行う。この強制放電の場合、単位時間当たりの放電量が自然放電の場合よりも大きく設定されている。
したがって、キャパシタ２３への自然放電制御は、自然放電指令に基づいて自然放電用スイッチ４７を閉としている間、キャパシタ２３の電力を抵抗熱に変換して放電を行う。キャパシタ２３への強制放電制御は、強制放電指令に基づいて強制放電用スイッチ４８を閉としている間、キャパシタ２３の電力を抵抗熱に変換し、自然放電よりも短時間にて放電を行う。

［スタータ始動制御作用］
エンジン始動を行うとき、CD/CSモードや駆動力要求に応じてスタータ始動とM/G始動が選択される。しかし、スタータ始動の繰り返しや充電の繰り返しによる発熱でキャパシタ２３のセル温度が上昇することがある。また、寒冷地等では環境温度が低いことによりキャパシタ２３のセル温度がマイナス領域まで低下することがある。以下、図４に基づき、これを反映して行われるスタータ始動制御作用を説明する。

まず、キャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲内にあるとき、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ４へと進み、ステップＳ４では、スタータ始動が許可される。一方、キャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲外にあるとき、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進む。つまり、ステップＳ３にてキャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲外であると判断されている間、ステップＳ２では、スタータ始動が禁止（M/G始動は許可）される。そして、時間の経過によりステップＳ３にてキャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲内になると、ステップＳ３からステップＳ４へと進み、ステップＳ４では、スタータ始動が許可される。

そして、スタータ始動許可状態でスタータ始動要求があり、スタータ始動中にキャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲内に維持されていると、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ４から、ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→終了へと進む。つまり、スタータ始動要求に対し、スタータ始動を続行して横置きエンジン２が始動される。

しかし、スタータ始動許可状態でスタータ始動要求があり、スタータ始動中にキャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲外になると、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ４から、ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８へと進む。つまり、ステップＳ８では、キャパシタ温度が、-5℃（下限温度）〜65℃（上限温度）の範囲外になった時点で、スタータ始動がエンジンクランキング中の状態まで進行しているか否かが判断される。そして、エンジンクランキング中という状態までエンジン始動が進行しているか否かによりその後の始動処理を異ならせている。キャパシタ温度が許可範囲外になった時点で、スタータ始動がエンジンクランキング中の状態まで進行しているときは、ステップＳ８からステップＳ９→終了へと進み、スタータ始動を続行し、次回からスタータ始動を禁止する。一方、キャパシタ温度が許可範囲外になった時点で、スタータ始動がエンジンクランキング中の状態まで進行していないときは、ステップＳ８からステップＳ１０→ステップＳ１１→終了へと進み、スタータ始動をキャンセルし、M/G始動に切り替えされる。

上記のように、実施例１では、キャパシタ温度が、エンジン始動応答性能を保証する下限温度（-5℃）から劣化進行抑制性能を保証する上限温度（65℃）までの温度範囲内であるとき、スタータ始動を許可する。そして、温度範囲外であるとき、スタータ始動を禁止し、M/G始動を許可する構成を採用している。
すなわち、キャパシタ２３は、セル温度が低い場合、内部抵抗が大きくなり、性能通りの電流を流せないため、スタータ始動時間が遅くなる。一方、キャパシタ温度が高い場合、キャパシタの劣化進行が早くなるため、キャパシタ寿命に影響する。
これに対し、キャパシタ温度が下限温度から上限温度までの温度範囲内であるときには、スタータ始動を許可する。このため、キャパシタ温度が下限温度より下回っている場合、スタータ始動が禁止され、スタータ始動時間が遅くなったりすることがない。一方、キャパシタ温度が上限温度より上回っている場合、スタータ始動が禁止され、キャパシタ２３の劣化進行が早くなることがない。なお、キャパシタ温度が下限温度から上限温度までの温度範囲外であるときには、M/G始動が許可されるため、スタータ始動を禁止してもエンジン始動が確保される。
この結果、キャパシタ温度特性に基づくエンジン始動方法の選択により、スタータ始動性能を保証しながらキャパシタ寿命を延ばすことができる。

実施例１では、下限温度を、キャパシタ温度の低下によりキャパシタ２３の内部抵抗が大となってスタータ始動に必要な電流を流せなくなる低温側限界温度（例えば、-5℃）に設定する。そして、上限温度を、キャパシタ温度の上昇によりキャパシタ２３のセル劣化が加速的に進行する高温側限界温度（例えば、65℃）に設定した構成を採用している。
このように、キャパシタ温度特性（特に、キャパシタのセル温度特性）に基づき設定した下限温度から上限温度までの範囲内の限定したキャパシタ温度領域でスタータ始動を許可するようにした。
したがって、スタータ始動許可に基づきスタータ始動を行った場合、エンジン始動応答性能と劣化進行抑制性能の両立を保証することができる。

実施例１では、スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行する構成を採用している。
すなわち、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、原則に従えばスタータ始動を禁止することになる。しかし、スタータ始動を開始してから既にエンジンクランキング中までエンジン始動が進行していれば、その時点で、スタータ始動からM/G始動に切り替えるのに比べ、スタータ始動を続行した方が短時間にてエンジン始動を終了できる。なお、キャパシタ劣化進行に関しては、短時間のスタータ始動延長になるため、熱影響は小さく抑えられる。
したがって、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行することで、短時間にてエンジン始動を終了することができる。

実施例１では、スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキングに達していなければスタータ始動をキャンセルし、M/G始動に切り替える構成を採用している。
すなわち、スタータ始動を開始してから未だクランキング中までエンジン始動が進行していなければ、その時点でスタータ始動からM/G始動に切り替えても、スタータ始動を継続しても、エンジン始動を終了するまでに要する時間は、ほとんど変わることがない。このため、スタータ始動の開始直後にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、スタータ始動を禁止するという原則に従うことで、キャパシタ２３の劣化進行が抑えられる。
したがって、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中に入る前であれば、スタータ始動からM/G始動に切り替えることで、キャパシタ２３の劣化進行を抑えることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のＦＦプラグインハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 駆動系にスタータモータ１とエンジン（横置きエンジン２）とモータ/ジェネレータ４を有し、
電源システムとして、前記モータ/ジェネレータ４の電源である強電バッテリ２１と、前記スタータモータ１の電源であるキャパシタ２３と、を備え、エンジン始動方式として、スタータ始動とモータ/ジェネレータ始動（M/G始動）が可能なハイブリッド車両（ＦＦプラグインハイブリッド車両）の制御装置において、
前記キャパシタ２３の温度を検出するキャパシタ温度検出手段（キャパシタ温度センサ５０）と、
前記スタータ始動の要求に対する許可/禁止をキャパシタ温度条件により決めるスタータ始動制御手段（ハイブリッドコントロールモジュール８１）と、を設け、
前記スタータ始動制御手段（ハイブリッドコントロールモジュール８１）は、キャパシタ温度が、エンジン始動応答性能を保証する下限温度から劣化進行抑制性能を保証する上限温度までの温度範囲内であるとき、前記スタータ始動を許可し、温度範囲外であるとき、前記スタータ始動を禁止する（図４）。
このため、キャパシタ温度特性に基づくエンジン始動方法の選択により、スタータ始動性能を保証しながらキャパシタ寿命を延ばすことができる。

(2) 前記スタータ始動制御手段（ハイブリッドコントロールモジュール８１）は、前記下限温度を、キャパシタ温度の低下により前記キャパシタ２３の内部抵抗が大となってスタータ始動に必要な電流を流せなくなる低温側限界温度に設定し、前記上限温度を、キャパシタ温度の上昇により前記キャパシタ２３のセル劣化が加速的に進行する高温側限界温度に設定した（図４）。
このため、(1)の効果に加え、スタータ始動許可に基づきスタータ始動を行った場合、エンジン始動応答性能と劣化進行抑制性能の両立を保証することができる。

(3) 前記スタータ始動制御手段（ハイブリッドコントロールモジュール８１）は、前記スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が前記温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行する（図４）。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行することで、短時間にてエンジン始動を終了することができる。

(4) 前記スタータ始動制御手段（ハイブリッドコントロールモジュール８１）は、前記スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が前記温度範囲から外れた場合、エンジンクランキングに達していなければスタータ始動をキャンセルし、前記モータ/ジェネレータ始動（M/G始動）に切り替える（図４）。
このため、(3)の効果に加え、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中に入る前であれば、スタータ始動からM/G始動に切り替えることで、キャパシタ２３の劣化進行を抑えることができる。

以上、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、スタータ始動制御手段として、キャパシタ温度が、下限温度である-5℃から上限温度である65℃までの温度範囲内であるとき、スタータ始動を許可し、温度範囲外であるとき、スタータ始動を禁止する例を示した。しかし、スタータ始動制御手段としては、適用されるキャパシタのセル温度特性に応じ、エンジン始動応答性能を保証する下限温度と、劣化進行抑制性能を保証する上限温度を決めて良い。さらに、スタータ始動の使用時間や使用頻度を規定した場合には、これらの要因を考慮した上で、下限温度と上限温度を決めるようにしても良い。

実施例１では、スタータ始動制御手段として、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であるかエンジンクランキングにはｋる前かによりエンジン始動制御を異ならせる例を示した。しかし、スタータ始動制御手段としては、スタータ始動中にキャパシタ温度が温度範囲から外れた場合、エンジン始動制御の進行状況にかかわらず、スタータ始動を続行し、次回からスタータ始動を禁止するような例としても良い。

実施例１では、スタータ始動制御手段として、ハイブリッドコントロールモジュール８１を用いる例を示した。しかし、スタータ始動制御手段としては、独立に設けた電源系コントローラを用いても良いし、また、ハイブリッドコントロールモジュール以外のコントローラに、電源系のスタータ始動制御部を設けるような例としても良い。

実施例１では、本発明の制御装置をＦＦプラグインハイブリッド車両に適用する例を示した。しかし、本発明の制御装置は、外部充電機能を持たないハイブリッド車両に対しても適用することができる。また、ＦＦハイブリッド車両に限らず、ＦＲハイブリッド車両や４ＷＤハイブリッド車両に対しても適用することができる。要するに、スタータモータの電源としてキャパシタを備え、エンジンの始動方式として、スタータ始動とモータ/ジェネレータ始動が可能なハイブリッド車両であれば適用できる。

１ スタータモータ
２ 横置きエンジン（エンジン）
３ 第１クラッチ
４ モータ/ジェネレータ
５ 第２クラッチ
６ ベルト式無段変速機
１０Ｒ，１０Ｌ 左右前輪
１１Ｒ，１１Ｌ 左右後輪
２１ 強電バッテリ
２２ １２Ｖバッテリ
２３ キャパシタ
３７ DC/DCコンバータ
４１ キャパシタ充電回路
４５ DLCユニット
４９ セル電圧モニタ
５０ キャパシタ温度センサ（キャパシタ温度検出手段）
５１ 半導体リレー
５２ DC/DCコンバータ
８１ ハイブリッドコントロールモジュール（スタータ始動制御手段）

Claims (3)

1. 駆動系にスタータモータとエンジンとモータ/ジェネレータを有し、
   電源システムとして、前記モータ/ジェネレータの電源である強電バッテリと、前記スタータモータの電源であるキャパシタと、を備え、エンジン始動方式として、スタータ始動とモータ/ジェネレータ始動が可能なハイブリッド車両の制御装置において、
   前記キャパシタの温度を検出するキャパシタ温度検出手段と、
   前記スタータ始動の要求に対する許可/禁止をキャパシタ温度条件により決めるスタータ始動制御手段と、を設け、
   前記スタータ始動制御手段は、キャパシタ温度が、エンジン始動応答性能を保証する下限温度から劣化進行抑制性能を保証する上限温度までの温度範囲内であるとき、前記スタータ始動を許可し、温度範囲外であるとき、前記スタータ始動を禁止し、
   前記スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が前記温度範囲から外れた場合、エンジンクランキング中であればスタータ始動を続行する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記スタータ始動制御手段は、前記下限温度を、キャパシタ温度の低下により前記キャパシタの内部抵抗が大となってスタータ始動に必要な電流を流せなくなる低温側限界温度に設定し、前記上限温度を、キャパシタ温度の上昇により前記キャパシタのセル劣化が加速的に進行する高温側限界温度に設定した
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記スタータ始動制御手段は、前記スタータ始動が許可された後、スタータ始動要求に基づきスタータ始動を開始したとき、スタータ始動中にキャパシタ温度が前記温度範囲から外れた場合、エンジンクランキングに達していなければスタータ始動をキャンセルし、前記モータ/ジェネレータ始動に切り替える
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。