JP6191247B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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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、キャパシタの経年変化を補償するため、スタータモータの電源であるキャパシタの劣化(スタータ始動継続時間により判定)に基づいて、システム・パラメータを調整するハイブリッド車両の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−27914号公報
しかしながら、従来装置にあっては、キャパシタの劣化が進行した場合、スタータ始動継続時間が所望の時間より長くなるため、これを補償するようにスタータ始動の電圧/電流を高め、スタータ始動継続時間を短くする制御が行われる。このように、キャパシタの劣化が進行すると、スタータ始動時にキャパシタ電圧を高くする使い方に移行するため、キャパシタ劣化の進行を早めることになり、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、スタータ始動に用いられるキャパシタの劣化進行を抑えることで、キャパシタ寿命の延長を図る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、前記キャパシタの劣化進行度を判断する劣化進行度判断手段と、前記スタータ始動の要求に対して前記スタータ始動の実行を制限する条件を与えるスタータ始動制限制御手段と、を設ける。
前記スタータ始動制限制御手段は、前記スタータ始動を許可するキャパシタ温度条件としてキャパシタ温度の上限閾値であるスタータ始動許可温度を設定し、前記キャパシタの劣化進行度が進んでいると判断されるほど、前記スタータ始動許可温度を低い温度に変更する。
よって、スタータ始動制限制御手段において、スタータ始動を許可するキャパシタ温度条件としてキャパシタ温度の上限閾値であるスタータ始動許可温度を設定しておく。そして、キャパシタの劣化進行度が進んでいると判断されるほど、スタータ始動許可温度が低い温度に変更される。
すなわち、キャパシタは、充放電の繰り返しや大電流での充放電で発熱するが、キャパシタの発熱温度は、劣化の進行により内部抵抗が増大するほど高くなる。そして、キャパシタ温度が高くなると、内部抵抗の増大も早くなり、キャパシタの劣化が進行する。
これに対し、キャパシタ温度がスタータ始動許可温度より高いと、エンジン始動要求に対してスタータ始動の実行が制限されることで、これ以上のキャパシタの劣化進行が抑えられる。つまり、スタータ始動許可温度を、内部抵抗の増大が早くなることの予測情報として用いている。
この結果、スタータ始動に用いられるキャパシタの劣化進行を抑えることで、キャパシタ寿命の延長を図ることができる。
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キャパシタの劣化進行に基づくキャパシタ再充電制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例1にてキャパシタの劣化進行度として用いた合計抵抗値の計算を示す計算説明図である。
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」、「スタータ始動制限制御の詳細構成」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、入力された直流をスイッチング素子によってパルス電流に細分し、それらを繋ぎ合わせて必要な電圧の直流出力を得ることで、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。
[スタータ始動制限制御の詳細構成]
図4はハイブリッドコントロールモジュール81にて実行されるキャパシタの劣化進行に基づくスタータ始動制限制御処理流れを示す(劣化進行度判断手段、スタータ始動制限制御手段)。以下、イグニッションオンにて開始するスタータ始動制限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、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実行したか否かを判断する。Yes(スタータ始動有り)の場合はステップS2へ進み、No(スタータ始動無し)の場合はステップS1の判断を繰り返す。
ステップS2では、ステップS1でのスタータ始動有りとの判断に続き、スタータ始動時、リレースイッチ44がオンになった直後のキャパシタ内部抵抗Rcと回路抵抗Rh(ハーネス、スタータモータ1等を含む)の合計抵抗値(Rc+Rh)を計算し、ステップS3へ進む。
ここで、合計抵抗値(Rc+Rh)の計算を、図5に基づき説明する。スタータ始動時、スタータモータ1へ電流(放電電流Ic)を流す場合、リレースイッチ44がオンになった直後は、
Vm=Vc−Ic・(Rc+Rh) …(1)
の式が成り立つ。
上記(1)式を、書き換えると、
(Rc+Rh)=(Vc−Vm)/Ic …(2)
となり、キャパシタ電圧Vc、スタータ電圧Vm、放電電流Icを計測することで、(2)式により合計抵抗値(Rc+Rh)が計算される。なお、図5において、Qはキャパシタ電荷量、Cはキャパシタ静電容量である。そして、合計抵抗値(Rc+Rh)が増大すると、電圧差(Vc−Vm)が大きくなるため、スタータ始動時間が悪化する。
なお、ステップS1及びステップS2は、劣化進行度判断手段に相当する。
ステップS3では、ステップS2での合計抵抗値(Rc+Rh)の計算に続き、合計抵抗値(Rc+Rh)が、劣化進行閾値以上であるか否かを判断する。Yes(合計抵抗値≧劣化進行閾値)の場合はステップS4へ進み、No(合計抵抗値<劣化進行閾値)の場合は終了へ進む。
ここで、「劣化進行閾値」としては、例えば、スタータ始動に要する時間が、予め決められたスタータ始動目標時間以下が成立する限界の合計抵抗値に設定している。つまり、キャパシタ23を温度保護するにあたって、スタータ始動に要する時間として、劣化進行後も目標時間をできる限り保つように設定している。
ステップS4では、ステップS3での合計抵抗値≧劣化進行閾値であるとの判断に続き、キャパシタ温度センサ50により検出されるキャパシタセル温度が、制限A(第1上限温度)以上であるか否かを判断する。Yes(キャパシタセル温度≧制限A)の場合はステップS6へ進み、No(キャパシタセル温度<制限A)の場合はステップS5へ進む。
ここで、「制限A」は、キャパシタ23の使用許可温度領域の上限温度に設定している。例えば、キャパシタ23の使用許可温度領域が、-5℃〜65℃であるとき、その上限温度である65℃に設定される。
ステップS5では、ステップS4でのキャパシタセル温度<制限Aであるとの判断に続き、キャパシタ温度センサ50により検出されるキャパシタセル温度が、制限B(第2上限温度)以上であるか否かを判断する。Yes(キャパシタセル温度≧制限B)の場合はステップS6へ進み、No(キャパシタセル温度<制限B)の場合はステップS7へ進む。
ここで、「制限B」は、制限Aから、基準とするスタータ始動インターバルでの温度上昇量を減算した温度に設定している。例えば、郊外路や山岳路で最短のスタータ始動インターバルが25secであるとき、この25secを基準とするスタータ始動インターバルとし、25secでの温度上昇量15℃とすると、制限Bは、65℃(制限A)から15℃を減算した50℃に設定される。
ステップS6では、ステップS4でのキャパシタセル温度≧制限Aであるとの判断、或いは、ステップS5でのキャパシタセル温度≧制限B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、終了へ進む。
ここで、スタータ始動の禁止は、例えば、イグニッションオンの間、スタータ始動禁止フラグを立てることで行われるもので、スタータ始動禁止フラグが立っていると、エンジン始動要求に対し、スタータ始動に代え、M/G始動が行われる。
ステップS7では、ステップS5でのキャパシタセル温度<制限Bであるとの判断に続き、キャパシタセル温度のスタータ始動許可温度を、予め設定されていた制限Aから制限Bに下げる書き換えを行い、終了へ進む。
ここで、「制限A」は、ステップS4での制限Aと同じ値であり、「制限B」は、ステップS5での制限Bと同じ値である。
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]、[劣化進行度判断作用]、[スタータ始動制限制御作用]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(例えば、20A)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。
[劣化進行度判断作用]
スタータモータ1の電源として用いられるキャパシタ23の劣化進行度情報を用いた制御を行う場合、精度良い劣化進行度の判断が重要である。以下、図4に基づき、これを反映して行われる劣化進行度判断作用を説明する。
まず、スタータ始動を経験すると、図4のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2へと進み、ステップS2では、スタータ始動時、リレースイッチ44がオンになった直後のキャパシタ内部抵抗Rcと回路抵抗Rh(ハーネス、スタータモータ1等を含む)の合計抵抗値(Rc+Rh)が計算される。すなわち、キャパシタ内部抵抗Rcと回路抵抗Rhの合計抵抗値(Rc+Rh)を、劣化進行度の判断情報としている。以下、合計抵抗値(Rc+Rh)を劣化進行度判断情報とする理由を説明する。
第一に、他の情報に比べ、精度良く劣化進行度を判断できる。
キャパシタの劣化進行度の判断は、キャパシタの充電制御時における電圧と電流と所要時間に基づいて推定されるパラメータの変化、例えば、充電制御時の充電電流とキャパシタの電圧上昇速度によって推定することができる。また、キャパシタの放電制御時における電圧と電流と所要時間に基づいて推定されるパラメータの変化、例えば、スタータ始動時におけるスタータ始動に要する時間計測によって推定することができる。
しかし、これらの劣化進行度判断情報は、劣化進行によりあらわれる間接情報であり、データを取得する環境が変化すると、同じ劣化進行度であっても変化することで、実験的に精度良く劣化進行度を判断できても、車載状態では劣化進行度の判断精度が低くなる。
これに対し、キャパシタの劣化は、キャパシタ内部抵抗が徐々に増大することにより進行する。つまり、キャパシタ内部抵抗を劣化進行度判断情報とすると、劣化進行に対する直接情報となり、例えば、新品時の内部抵抗からの抵抗値の上昇変化幅により判断すると、車載状態でも劣化進行度の判断精度が高くなる。
第二に、車載状態で簡単に劣化進行度判断情報の計算データを取得できる。
キャパシタ単体の劣化進行度を判断するには、キャパシタ内部抵抗のみを取得する必要がある。しかし、キャパシタが劣化すると、キャパシタ内部抵抗が増大するだけでなく、劣化に伴い回路抵抗も増大する。そして、車載状態では、キャパシタ内部抵抗だけを分けて計算できない。このため、劣化進行度判断情報を、キャパシタ内部抵抗Rcとキャパシタ回路抵抗Rhの合計抵抗値(Rc+Rh)とした。このため、スタータ始動を行った直後に取得されるキャパシタ電圧Vcとスタータ電圧Vmの電圧差(Vc−Vm)と放電電流Icのデータを用い、上記(2)式を用いて合計抵抗値(Rc+Rh)を計算できる。
このように、キャパシタ23の劣化進行度を、スタータ始動を行った直後のキャパシタ電圧Vcとスタータ電圧Vmの電圧差(Vc−Vm)と放電電流Icを用いて計算される合計抵抗値(Rc+Rh)により判断する構成を採用した。
したがって、スタータ始動を経験すると、車載状態で簡単に劣化進行度判断情報の計算データを取得できると共に、キャパシタ23の劣化進行度を、合計抵抗値(Rc+Rh)により精度良く判断することができる。
[スタータ始動制限制御作用]
横置きエンジン2の始動方式として、スタータ始動とM/G始動が可能なシステムでは、スタータ始動を禁止してもM/G始動により横置きエンジン2を始動することができる。一方で、スタータモータ1の電源であるキャパシタ23は、劣化が進行するとスタータ始動時間が悪化するため、キャパシタ23の劣化進行を抑制したいという要求がある。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限制御作用を説明する。
まず、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値未満のときは、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→終了へと進む。すなわち、キャパシタ23の劣化進行条件が成立していない間は、スタータ始動許可温度として、予め設定されている「制限A(例えば、65℃)」によりスタータ始動が制限される。
したがって、キャパシタセル温度が「制限A」未満であれば、スタータ始動が自由に許可される。しかし、キャパシタセル温度が「制限A」以上になると、スタータ始動が許可されず、エンジン始動要求に対し、M/G始動にて対応する。
そして、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上になり、かつ、キャパシタセル温度が「制限B」未満であるときは、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→ステップS4→ステップS5→ステップS7→終了へと進む。すなわち、キャパシタ23の劣化進行によって合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上になった場合、キャパシタセル温度が「制限B」未満であるとステップS7へと進み、ステップS7において、スタータ始動許可温度が「制限A」から「制限B」へと下げられる。
したがって、キャパシタセル温度が「制限B」未満であれば、スタータ始動が自由に許可される。しかし、キャパシタセル温度が「制限B」以上になると、スタータ始動が許可されず、エンジン始動要求に対し、M/G始動にて対応する。
さらに、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上であり、かつ、キャパシタセル温度が「制限B」以上になったときは、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→ステップS4→ステップS5→ステップS6→終了へと進む。また、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上であり、かつ、キャパシタセル温度が「制限A」以上になったときは、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→ステップS4→ステップS6→終了へと進む。すなわち、ステップS6にてスタータ始動が禁止される。キャパシタセル温度が上昇し、スタータ始動が禁止されると、その後、イグニッションスイッチ91がオフにされるまでの間は、スタータ始動の禁止状態が継続され、エンジン始動要求に対し、M/G始動にて対応する。
上記のように、実施例1では、スタータ始動を許可するキャパシタ温度条件としてスタータ始動許可温度を設定し、キャパシタ23の劣化進行度が進んでいると判断されるほど、スタータ始動許可温度を低い温度に変更する構成を採用している。
すなわち、キャパシタ23は、充放電の繰り返しや大電流での充放電で発熱するが、キャパシタ23の発熱温度は、劣化の進行により内部抵抗が増大するほど高くなる。そして、キャパシタ温度が高くなると、内部抵抗の増大も早くなり、キャパシタ23の劣化が進行する。
これに対し、キャパシタ温度がスタータ始動許可温度より高いと、エンジン始動要求に対してスタータ始動の実行が制限されることで、これ以上のキャパシタ23の劣化進行が抑えられる。つまり、劣化進行度に応じて低く変更されるスタータ始動許可温度は、許可温度を超えた状況でスタータ始動を実行すると、キャパシタ温度が高くなって内部抵抗の増大が早くなることの予測情報として用いられる。
この結果、スタータ始動に用いられるキャパシタ23の劣化進行を抑え、キャパシタ寿命の延長を図ることができる。
実施例1では、スタータ始動を許可するスタータ始動許可温度として予め「制限A」を設定しておき、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上になると、スタータ始動許可温度を、「制限A」より低い「制限B」まで下げる構成を採用している。
このように、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値未満の間は、スタータ始動許可温度として「制限A」を用いることで、スタータ始動が確保され、EV走行領域を拡大することができる。そして、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上になると、「制限A」から「制限B」に切り替えることで、劣化進行閾値を超える領域でのキャパシタ23の劣化進行が抑えられる。
したがって、1つの劣化進行閾値を用いた簡単な制御としながら、EV走行領域拡大と、キャパシタ23の劣化進行抑制と、の両立を図ることができる。
実施例1では、「制限A」を、キャパシタ23の使用許可温度領域の上限温度に設定し、「制限B」を、「制限A」から、基準とするスタータ始動インターバルでの温度上昇量を減算した温度に設定する構成を採用している。
このように、「制限A」として、キャパシタ23の使用許可温度領域の上限温度を用いることで、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上になるまでの劣化進行を遅くすることができる。そして、「制限B」として、「制限A」から、基準とするスタータ始動インターバルでの温度上昇量を減算した温度に設定することで、スタータ始動インターバルが短い走行状況にて、キャパシタ23の劣化進行が抑えられる。
したがって、劣化進行閾値以上になるまでの劣化進行を遅くしながら、スタータ始動インターバルが短い走行状況において、キャパシタ23の劣化進行を抑えることができる。
実施例1では、合計抵抗値(Rc+Rh)が劣化進行閾値以上であり、かつ、キャパシタ23の温度が「制限B」以上のとき、スタータ始動を禁止する構成を採用している。
このように、キャパシタ23の劣化進行が判断されている状況で、キャパシタ温度が高くなると、その後、キャパシタ温度が「制限B」未満となってスタータ始動を許可しても、キャパシタ温度が「制限B」を境に変動し、スタータ始動の許可/不許可を繰り返す。このように、キャパシタ温度が高い状況で、スタータ始動制限制御によりスタータ始動の許可/不許可を繰り返すと、キャパシタ23の劣化進行を促すことになる。
これに対し、キャパシタ23の劣化進行が判断されている状況で、キャパシタ温度が高くなると、その後、スタータ始動を禁止することで、キャパシタ温度が高くなった領域でスタータ始動の許可/不許可を繰り返すことがなくなり、キャパシタ23の劣化進行を有効に抑制することができる。
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の劣化進行度を判断する劣化進行度判断手段(ハイブリッドコントロールモジュール81、図4のステップS2)と、
前記スタータ始動の要求に対して前記スタータ始動の実行を制限する条件を与えるスタータ始動制限制御手段(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限制御手段(ハイブリッドコントロールモジュール81、図4のステップS3〜S7)は、前記スタータ始動を許可するキャパシタ温度条件としてスタータ始動許可温度を設定し、前記キャパシタ23の劣化進行度が進んでいると判断されるほど、前記スタータ始動許可温度を低い温度に変更する(図4)。
このため、スタータ始動に用いられるキャパシタ23の劣化進行を抑え、キャパシタ寿命の延長を図ることができる。
(2) 前記劣化進行度判断手段(ハイブリッドコントロールモジュール81、図4のステップS2)は、前記キャパシタ23の劣化進行度を、スタータ始動を行った直後のキャパシタ電圧Vcとスタータ電圧Vmの電圧差(Vc−Vm)と放電電流Icを用いて計算されるキャパシタ内部抵抗Rcとキャパシタ回路抵抗Rhの合計抵抗値(Rc+Rh)により判断する(図5)。
このため、(1)の効果に加え、スタータ始動を経験すると、車載状態で簡単に劣化進行度判断情報の計算データを取得できると共に、キャパシタ23の劣化進行度を、合計抵抗値(Rc+Rh)により精度良く判断することができる。
(3) 前記スタータ始動制限制御手段(ハイブリッドコントロールモジュール81、図4のステップS3〜S7)は、前記スタータ始動を許可するスタータ始動許可温度として予め第1上限温度(制限A)を設定しておき、前記キャパシタ23の劣化進行度が劣化進行閾値以上になると、前記スタータ始動許可温度を、前記第1上限温度(制限A)より低い第2上限温度(制限B)まで下げる(図4)。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、1つの劣化進行閾値を用いた簡単な制御としながら、EV走行領域拡大と、キャパシタ23の劣化進行抑制と、の両立を図ることができる。
(4) 前記スタータ始動制限制御手段(ハイブリッドコントロールモジュール81、図4のステップS7)は、前記第1上限温度(制限A)を、前記キャパシタ23の使用許可温度領域の上限温度に設定し、前記第2上限温度(制限B)を、前記第1上限温度(制限A)から、基準とするスタータ始動インターバルでの温度上昇量を減算した温度に設定した(図4)。
このため、(3)の効果に加え、キャパシタ23の劣化進行度が劣化進行閾値以上になるまでの劣化進行を遅くしながら、スタータ始動インターバルが短い走行状況において、キャパシタ23の劣化進行を抑えることができる。
(5) 前記スタータ始動制限制御手段(ハイブリッドコントロールモジュール81、図4のステップS3〜S6)は、前記キャパシタ23の劣化進行度が劣化進行閾値以上であり、かつ、前記キャパシタ23の温度が前記第2上限温度(制限B)以上のとき、前記スタータ始動を禁止する(図4)。
このため、(3)又は(4)の効果に加え、キャパシタ温度が高くなった領域でスタータ始動の許可/不許可を繰り返すことがなくなり、キャパシタ23の劣化進行を有効に抑制することができる。
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、劣化進行度判断手段として、キャパシタ23の劣化進行度を、スタータ始動を行った直後のキャパシタ電圧Vcとスタータ電圧Vmの電圧差(Vc−Vm)と放電電流Icを用いて計算される合計抵抗値(Rc+Rh)により判断する例を示した。しかし、劣化進行度判断手段としては、キャパシタの充電制御時における電圧と電流と所要時間に基づいて推定されるパラメータの変化によって推定する例としても良い。また、キャパシタの放電制御時における電圧と電流と所要時間に基づいて推定されるパラメータの変化によって推定する例としても良い。
実施例1では、スタータ始動制限制御手段として、スタータ始動を許可するスタータ始動許可温度として予め制限Aを設定しておき、キャパシタ劣化進行度が劣化進行閾値以上になると、スタータ始動許可温度を、制限Aより低い制限Bまで下げる例を示した。しかし、スタータ始動制限制御手段としては、スタータ始動を許可するスタータ始動許可温度を、キャパシタ劣化が進むにしたがって無段階に変更する例としても良い。さらに、劣化進行閾値を複数設定しておき、スタータ始動を許可するスタータ始動許可温度を、キャパシタ劣化が進むにしたがって2段階以上の多段階に変更する例としても良い。
実施例1では、キャパシタ充放電制御手段として、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、キャパシタ充放電制御手段としては、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、電源系のキャパシタ充放電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
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(劣化進行度判断手段、スタータ始動制限制御手段)

Claims (5)

  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、
    前記キャパシタの劣化進行度を判断する劣化進行度判断手段と、
    前記スタータ始動の要求に対して前記スタータ始動の実行を制限する条件を与えるスタータ始動制限制御手段と、を設け、
    前記スタータ始動制限制御手段は、前記スタータ始動を許可するキャパシタ温度条件としてキャパシタ温度の上限閾値であるスタータ始動許可温度を設定し、前記キャパシタの劣化進行度が進んでいると判断されるほど、前記スタータ始動許可温度を低い温度に変更する
    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、
    前記劣化進行度判断手段は、前記キャパシタの劣化進行度を、前記スタータ始動を行った直後のキャパシタ電圧とスタータ電圧の電圧差と放電電流を用いて計算されるキャパシタ内部抵抗とキャパシタ回路抵抗の合計抵抗値により判断する
    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限制御手段は、前記スタータ始動を許可するスタータ始動許可温度として予め第1上限温度を設定しておき、前記キャパシタの劣化進行度が劣化進行閾値以上になると、前記スタータ始動許可温度を、前記第1上限温度より低い第2上限温度まで下げる
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  4. 請求項3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限制御手段は、前記第1上限温度を、前記キャパシタの使用許可温度領域の上限温度に設定し、前記第2上限温度を、前記第1上限温度から、基準とするスタータ始動インターバルでの温度上昇量を減算した温度に設定した
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  5. 請求項3又は4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限制御手段は、前記キャパシタの劣化進行度が劣化進行閾値以上であるとき、前記キャパシタの温度が前記第1上限温度以上であるか否かを判断し、前記キャパシタの温度が前記第1上限温度以上のとき、前記スタータ始動を禁止し、前記キャパシタの温度が前記第1上限温度未満のとき、前記キャパシタの温度が前記第2上限温度以上であるか否かを判断し、前記キャパシタの温度が前記第2上限温度以上のとき、前記スタータ始動を禁止し、前記キャパシタの温度が前記第2上限温度未満のとき、前記スタータ始動許可温度を前記第2上限温度まで下げる
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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