JP6969357B2 - 車両のハイブリッドシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両のハイブリッドシステムに関する。

特許文献１のハイブリッドシステムは、エンジンに駆動連結された走行用のモータジェネレータと、当該モータジェネレータに電力を供給するメインバッテリとを備えている。また、特許文献１のハイブリッドシステムは、メインバッテリの電力を降圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータからの電力が入力されるサブバッテリと、エンジンを始動するためのスタータとを備えている。このスタータはサブバッテリからの電力供給を受ける。そして、特許文献１のハイブリッドシステムにおいては、イグニッションスイッチ（エンジンの点火スイッチ）がオン操作された場合には、スタータを使用してエンジンを始動させる。一方、特許文献１のハイブリッドシステムにおいては、車両の信号待ち等でエンジンが自動停止された後、再始動される際には、モータジェネレータを使用してエンジンを始動させる。

特開２００３−７０１０３号公報

特許文献１のハイブリッドシステムにおいて、モータジェネレータでエンジンを始動するためには、当該モータジェネレータに電力を供給するメインバッテリの充電容量として相応の充電容量が確保されている必要がある。その一方で、特許文献１のハイブリッドシステムでは、メインバッテリの充電容量が少ないときには、サブバッテリから電力が供給されるスタータを使用して、エンジンの始動を行わざるを得ない。

しかしながら、この種のハイブリッドシステムに設けられるスタータとしては、一般に直流モータが使用される。そのため、スタータを使用してエンジンを始動させる際には特有のモータ音が生じ、このモータ音が騒音として乗員に知覚されるおそれがある。したがって、騒音の低減という観点からは、メインバッテリの充電容量がある程度少なくても、できるだけ交流モータで比較的に静音であるモータジェネレータを使用してエンジンを始動させることが求められる。

上記課題を解決するため、本発明は、エンジンに駆動連結された走行用のモータジェネレータと、前記モータジェネレータに電力を供給するメインバッテリと、前記メインバッテリ及び前記モータジェネレータからの電力を電圧変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの電力が供給されるサブバッテリと、前記サブバッテリからの直流電力が供給されて前記エンジンを始動するスタータと、前記スタータを使用した前記エンジンの始動、又は前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動を行うエンジン始動制御部とを備えたハイブリッドシステムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記サブバッテリからの電力を電圧変換して前記モータジェネレータに出力可能な双方向コンバータであり、前記エンジン始動制御部は、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動時に、前記メインバッテリの出力可能電力量が、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動に最小限必要な電力量以上の値として定められた必要電力量未満である場合には、前記サブバッテリから前記モータジェネレータに電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

上記の構成によれば、メインバッテリの出力可能電力量が、モータジェネレータを使用したエンジンの始動に最小限必要な必要電力量未満であっても、サブバッテリからの電力供給を受けることにより、モータジェネレータを使用したエンジンの始動が可能となる。したがって、メインバッテリの出力可能電力量が必要電力量未満であるときにモータジェネレータを使用したエンジンの始動が不可能な技術に比較して、モータジェネレータを使用したエンジンの始動が可能となる状況が多くなる。

上記の発明において、前記エンジン始動制御部は、前記メインバッテリの前記出力可能電力量が前記必要電力量以上である場合には、前記メインバッテリから前記サブバッテリに電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動を行ってもよい。

上記の構成によれば、メインバッテリの出力可能電力量が必要電力量以上である場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータを介したメインバッテリからサブバッテリへの電力の供給が停止されず、サブバッテリの充電が継続される。したがって、サブバッテリの充電・充電停止が繰り返されることに伴うサブバッテリの劣化を抑制できる。

上記の発明において、前記エンジン始動制御部は、前記メインバッテリの前記出力可能電力量が前記必要電力量以上である場合には、前記メインバッテリの前記出力可能電力量が前記必要電力量に近いほど、前記メインバッテリから前記サブバッテリに出力される電力量が小さくなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してもよい。

上記の構成によれば、メインバッテリの出力可能電力量が必要電力量に近い場合において、メインバッテリからサブバッテリに過度に多くの電力が供給されることによりモータジェネレータに供給される電力が不足するといった事態は生じにくい。したがって、モータジェネレータによるエンジンの始動を確実に行いつつも、メインバッテリからサブバッテリへの電力供給を継続できる。

上記の発明において、前記エンジン始動制御部は、前記サブバッテリから前記モータジェネレータに供給可能な供給可能電力量を算出し、前記メインバッテリの出力可能電力量が、前記必要電力量から前記供給可能電力量を減算した値以上で前記必要電力量未満であるときには、前記サブバッテリから前記モータジェネレータに電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動を行い、前記メインバッテリの出力可能電力量が、前記必要電力量から前記供給可能電力量を減算した値未満であるときには、前記メインバッテリから前記サブバッテリへと電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記スタータを使用した前記エンジンの始動を行ってもよい。

上記の構成によれば、メインバッテリの出力可能電力量が、サブバッテリからの電力供給を受けてもエンジンの始動ができないほどに低下している場合には、スタータを使用したエンジンの始動が行われる。したがって、無理にモータジェネレータを使用したエンジンの始動を行うことにより、メインバッテリやサブバッテリの充電容量が過度に少なくなってしまうことを抑制できる。

上記の発明において、前記エンジン始動制御部は、前記供給可能電力量を、前記サブバッテリの充電容量が大きいほど大きな電力量として算出してもよい。
上記の構成によれば、サブバッテリの充電容量が多い場合にはモータジェネレータを使用してエンジンを始動できる状況が多くなる。その一方で、サブバッテリの充電容量が少ない場合にはスタータを使用したエンジンの始動が行われるので、サブバッテリの充電容量の過度な低下は抑制できる。

ハイブリッドシステムの概略構成図。 高圧バッテリの出力可能電力量とＤＣ／ＤＣコンバータの昇降圧電力量との関係を示すグラフ。 電子制御装置によるエンジン始動制御処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を説明する。先ず、図１に従って、ハイブリッドシステムの概略構成を説明する。
図１に示すように、ハイブリッドシステムは、駆動源として、エンジン１０とモータジェネレータ２０とを備えている。エンジン１０のクランクシャフトは、図示しないトランスミッション等を介して駆動輪に駆動連結されている。また、エンジン１０のクランクシャフトは、第１プーリ１１に駆動連結されている。第１プーリ１１には、伝達ベルト１２が掛け回されている。なお、図示は省略するが、エンジン１０のクランクシャフトは、ベルト、プーリ、チェーン等を介して、油圧を発生するためのポンプやエアコンのコンプレッサ等にも駆動連結されている。

モータジェネレータ２０は、いわゆる三相交流電動機である。モータジェネレータ２０の出力軸は、第２プーリ１３に駆動連結されている。第２プーリ１３には、伝達ベルト１２が掛け回されている。すなわち、モータジェネレータ２０は、第２プーリ１３、伝達ベルト１２、及び第１プーリ１１を介して、エンジン１０に駆動連結されている。モータジェネレータ２０は、電動モータとして機能する場合には、第２プーリ１３に回転トルクを与え、その回転トルクが伝達ベルト１２及び第１プーリ１１を介してエンジン１０のクランクシャフトに入力される。すなわち、モータジェネレータ２０がエンジン１０の駆動をアシストする。一方、モータジェネレータ２０は、発電機として機能する場合には、エンジン１０のクランクシャフトの回転トルクが、第１プーリ１１、伝達ベルト１２、第２プーリ１３を介して、モータジェネレータ２０の出力軸に入力される。そして、出力軸の回転に応じてモータジェネレータ２０が発電する。

モータジェネレータ２０には、インバータ２１を介して、メインバッテリとしての高圧バッテリ２２が接続されている。インバータ２１は、いわゆる双方向インバータであり、モータジェネレータ２０が発電した交流電圧を直流電圧に変換して高圧バッテリ２２に出力し、高圧バッテリ２２が出力した直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ２０に出力する。なお、図１では、インバータ２１をモータジェネレータ２０とは別のものとして描いているが、インバータ２１がモータジェネレータ２０の筐体内に内蔵されていることもある。

高圧バッテリ２２は、例えば、４８Ｖのリチウムイオン電池である。高圧バッテリ２２は、モータジェネレータ２０が電動モータとして機能するときには、当該モータジェネレータ２０に電力を供給する。また、高圧バッテリ２２は、モータジェネレータ２０が発電機として機能するときには、当該モータジェネレータ２０から電力の供給を受けて充電される。

モータジェネレータ２０には、インバータ２１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２３が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、高圧バッテリ２２にも接続されている。これらモータジェネレータ２０及び高圧バッテリ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して、サブバッテリとしての低圧バッテリ２４に接続されている。

低圧バッテリ２４は、高圧バッテリ２２よりも電圧の低い１２Ｖの鉛蓄電池である。低圧バッテリ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が駆動していないときやＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧が開回路電圧（ＯＣＶ）以下であるときには、１２Ｖの直流電圧を出力する。低圧バッテリ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧が低圧バッテリ２４の開回路電圧（ＯＣＶ）よりも大きいときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から電力の供給を受けて充電される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、いわゆる双方向（昇降圧）ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、インバータ２１や高圧バッテリ２２から出力される直流電圧を１２Ｖ〜１５Ｖ程度に降圧して出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、低圧バッテリ２４から出力される直流電圧を４８Ｖ〜６０Ｖ程度に昇圧して出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び低圧バッテリ２４には、各種の補機２５が接続されている。補機２５の例としては、例えば、車両の前照灯、方向指示灯、室内灯などのライト関係や、カーナビゲーション装置やスピーカ等の車室内装備が挙げられる。補機２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が駆動していないときには、低圧バッテリ２４から電力の供給を受ける。補機２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧が低圧バッテリ２４の開回路電圧（ＯＣＶ）よりも大きいときには、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から電力の供給を受ける。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び低圧バッテリ２４には、上述した補機２５の１つとして、エンジン１０を始動するためのスタータ２５Ａが接続されている。スタータ２５Ａは直流モータであり、当該スタータ２５Ａの出力軸がエンジン１０の駆動軸に駆動連結されている。スタータ２５Ａは、低圧バッテリ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ２３からの電力供給を受けて駆動する。

ハイブリッドシステムは、エンジン１０の始動を制御するエンジン始動制御部としての電子制御装置３０を備えている。具体的には、電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２の充電容量や低圧バッテリ２４の充電容量等に基づいて、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動、及びモータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動のいずれか一方を選択して実行する。電子制御装置３０は、各種のプログラム（アプリケーション）を実行する演算部、プログラム等が記憶されている不揮発性のＲＯＭ、及びプログラムの実行にあたってデータが一時的に記憶される揮発性のＲＡＭ等を備えた処理回路（コンピュータ）である。

電子制御装置３０には、高圧バッテリ２２から当該高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨを示す信号が入力される。高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨは、高圧バッテリ２２の出力電圧値、出力電流値及び温度等である。電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨに基づいて、高圧バッテリ２２の充電容量（ＳＯＣ：State of charge）及び劣化状態（ＳＯＨ：State of health）を推定する。なお、この実施形態において、高圧バッテリ２２の充電容量とは、状態情報ＩＨが入力された時点において当該高圧バッテリ２２に蓄えられている電力量である。また、高圧バッテリ２２の劣化状態とは、状態情報ＩＨが入力された時点での高圧バッテリ２２の満充電容量が、工場出荷時（初期状態）と比較してどの程度低下したかを示す指標である。

また、電子制御装置３０には、低圧バッテリ２４から当該低圧バッテリ２４の状態情報ＩＬを示す信号が入力される。低圧バッテリ２４の状態情報ＩＬは、低圧バッテリ２４の出力電圧値、出力電流値及び温度等である。電子制御装置３０は、低圧バッテリ２４の状態情報ＩＬに基づいて、低圧バッテリ２４の充電容量及び劣化状態を推定する。

電子制御装置３０には、その他、車両に搭載されている各種のセンサ等からの信号が入力される。具体的には、電子制御装置３０には、冷却水温センサ３５からエンジン１０の冷却水温度ＴＨＷを示す信号が入力される。冷却水温センサ３５は、エンジン１０におけるシリンダブロックやシリンダヘッド内に区画されているウォータジャケットの出口部に取り付けられており、このウォータジャケットの出口部における冷却水の温度を、冷却水温度ＴＨＷとして検出する。また、電子制御装置３０には、クランク角センサ３６からエンジン１０の駆動軸（クランクシャフト）の単位時間あたりの回転角度ＣＡを示す信号が入力される。

電子制御装置３０は、入力される各種の信号に基づいてモータジェネレータ２０を制御するための操作信号ＭＳｍｇを算出し、その操作信号ＭＳｍｇをモータジェネレータ２０に出力する。また、電子制御装置３０は、入力される各種の信号に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御するための操作信号ＭＳｃを算出し、その操作信号ＭＳｃをＤＣ／ＤＣコンバータ２３に出力する。さらに、電子制御装置３０は、入力される各種の信号に基づいてスタータ２５Ａを制御するための操作信号ＭＳｓｔを算出し、その操作信号ＭＳｓｔをスタータ２５Ａに出力する。

次に、電子制御装置３０によるエンジン１０の始動制御処理を図３に従って説明する。なお、このエンジン１０の始動制御処理は、エンジン１０の始動要求があったときに実行される。また、ここでいうエンジン１０の始動とは、例えば、車両の運転者がイグニッションスイッチ（エンジンスタートスイッチ、システム起動スイッチ等と呼称されることもある。）をオン操作したのに伴う始動だけでなく、信号待ち等でエンジン１０が一時停止（アイドルストップ）した後の自動再始動も含むものである。

図３に示すように、エンジン１０の始動要求に応じて始動制御処理が開始されると、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２からモータジェネレータ２０への出力可能電力量Ｗｏｕｔを算出する。具体的には、電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨに基づき推定された充電容量（ＳＯＣ）が多いほど、出力可能電力量Ｗｏｕｔを大きな値として算出する。また、電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨに基づき推定された劣化状態（ＳＯＨ）が良いほど（劣化していないほど）、出力可能電力量Ｗｏｕｔを大きな値として算出する。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、電子制御装置３０は、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動するのに最小限必要な電力量である必要電力量Ｗｓｔａを算出する。この実施形態では、電子制御装置３０は、必要電力量Ｗｓｔａを、冷却水温度ＴＨＷが低いほど大きな値となるように算出する。なお、これは、冷却水温度ＴＨＷが低い、すなわちエンジン１０の温度が低い場合には、エンジン１０の各構成部品を潤滑するオイルの粘度が高くてこれら各構成部品の静摩擦が大きいため、エンジン１０を始動するのに大きなエネルギーを要するからである。必要電力量Ｗｓｔａが算出されると、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、電子制御装置３０は、ステップＳ１１で算出した出力可能電力量Ｗｏｕｔが、ステップＳ１２で算出した必要電力量Ｗｓｔａ以上であるか否かを判定する。出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ以上であると判定された場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）には、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２３で降圧して低圧バッテリ２４に出力する際の電力量の制限値として、降圧制限値Ｗ１を算出する。具体的には、電子制御装置３０は、図２に示すように、出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａと等しいときには、降圧制限値Ｗ１をゼロとして算出する。そして、出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａよりも大きく、且つ必要電力量Ｗｓｔａに余裕電力量Ｗｍａｒを加算した値よりも小さいときには、降圧制限値Ｗ１を、出力可能電力量Ｗｏｕｔが大きくなるほど大きな値として算出する。そして、出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａに余裕電力量Ｗｍａｒを加算した値以上である場合には、降圧制限値Ｗ１は、降圧最大値Ｗｍａｘとして算出される。

なお、降圧最大値Ｗｍａｘは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が降圧して出力可能な最大の電力量として定められており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の仕様によって決定される固定値である。また、余裕電力量Ｗｍａｒは、必要電力量Ｗｓｔａに対する余裕分（マージン）として定められる電力量である。具体的には、余裕電力量Ｗｍａｒは、仮にＤＣ／ＤＣコンバータ２３が降圧最大値Ｗｍａｘで高圧バッテリ２２の電力を降圧して低圧バッテリ２４に出力したとしても、高圧バッテリ２２がモータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動に十分な電力量を出力できるように定められている。余裕電力量Ｗｍａｒは、例えば、予め試験やシミュレーション等を行うことにより定めることができる。降圧制限値Ｗ１を算出した後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５では、電子制御装置３０は、操作信号ＭＳｃを出力することにより、高圧バッテリ２２からの電力を降圧してステップＳ１４で算出した降圧制限値Ｗ１で低圧バッテリ２４に出力するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。このようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３が制御された場合には、モータジェネレータ２０には、高圧バッテリ２２からの電力のみが供給されることになる。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６では、電子制御装置３０は、モータジェネレータ２０を駆動させる操作信号ＭＳｍｇを当該モータジェネレータ２０に出力することにより、エンジン１０を始動する。モータジェネレータ２０を駆動させたら、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７では、電子制御装置３０は、エンジン１０の始動が完了したか否かを判定する。具体的には、電子制御装置３０は、クランク角センサ３６が検出した回転角度ＣＡに基づいて、エンジン１０の機関回転数を算出する。そして、算出した機関回転数が、エンジン１０が自立して運転可能な回転数として予め定められた回転数（例えば６００〜８００ｒｐｍ程度）に達した場合に、電子制御装置３０は、エンジン１０の始動が完了したと判定する。エンジン１０の始動が完了していないと判定された場合（ステップＳ１７においてＮＯ）には、電子制御装置３０は再びステップＳ１７の処理を行う。エンジン１０の始動が完了したと判定された場合（ステップＳ１７においてＹＥＳ）には、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８では、電子制御装置３０は、操作信号ＭＳｃを出力することにより、高圧バッテリ２２からの電力を降圧して降圧最大値Ｗｍａｘで低圧バッテリ２４に出力するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。その後、電子制御装置３０によるエンジン１０における一連の始動制御処理が終了する。

一方、ステップＳ１３において、出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ未満であると判定された場合（ステップＳ１３においてＮＯ）には、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１では、電子制御装置３０は、低圧バッテリ２４からＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介してモータジェネレータ２０に供給可能な電力量として昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを算出する。具体的には、電子制御装置３０は、低圧バッテリ２４の状態情報ＩＬに基づき推定された充電容量から、一定の充電容量（例えば満充電に対して５０％の充電容量）を減算した充電容量を昇圧可能電力量Ｗｂｓｔとして算出する。なお、低圧バッテリ２４の充電容量から一定の充電容量を減算した値が負の値になった場合には、昇圧可能電力量Ｗｂｓｔをゼロとして算出する。昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを算出したら、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２では、電子制御装置３０は、ステップＳ１１で算出した出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａから昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを減算した値以上であるか否かを判定する。この判定が肯定である場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）には、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３では、電子制御装置３０は、操作信号ＭＳｃを出力することにより、高圧バッテリ２２からの電力を降圧して低圧バッテリ２４に出力するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を制御する。また、電子制御装置３０は、このときのＤＣ／ＤＣコンバータ２３の昇圧電力量Ｗ２を、必要電力量Ｗｓｔａから出力可能電力量Ｗｏｕｔを減算した電力量となるように制御する。すなわち、必要電力量Ｗｓｔａに満たない電力量が低圧バッテリ２４からの昇圧電力量Ｗ２で賄われる。このようにＤＣ／ＤＣコンバータ２３が制御された場合には、モータジェネレータ２０には、高圧バッテリ２２からの電力だけではなく、低圧バッテリ２４からの電力が昇圧されて供給される。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１６に移行する。なお、ステップＳ１６及びそれ以後のステップＳ１７、ステップＳ１８の処理は、上述したとおりであるので説明を省略する。

一方、ステップＳ２２において、出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａから昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを減算した値未満であると判定された場合（ステップＳ２２においてＮＯ）には、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ３１に移行する。

ステップＳ３１では、電子制御装置３０は、スタータ２５Ａに対して操作信号ＭＳｓｔを出力して、当該スタータ２５Ａによるエンジン１０の始動を行う。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１８に移行する。なお、ステップＳ３１からステップＳ１８への移行は、スタータ２５Ａによるエンジン１０の始動の完了を待たずに行われる。すなわち、スタータ２５Ａによるエンジン１０の始動が行われるときには、高圧バッテリ２２からの電力が降圧されて低圧バッテリ２４に供給される。その後、電子制御装置３０によるエンジン１０における一連の始動制御処理が終了する。

以下、本実施形態の作用及び効果について説明する。
図２に示すように、本実施形態では、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動に最小限必要な必要電力量Ｗｓｔａ以上である（ＭＧ始動領域である）ときには、モータジェネレータ２０は、高圧バッテリ２２からの電力供給を受けてエンジン１０を始動する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、高圧バッテリ２２からの電力を降圧して低圧バッテリ２４に供給する。すなわち、低圧バッテリ２４に対する充電が継続される。

ここで、例えば、エンジン１０が一時停止（アイドルストップ）した後、自動再始動する度に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から低圧バッテリ２４への電力供給を停止すると、エンジン１０が一時停止する度に、低圧バッテリ２４への充電・充電停止が繰り返されることになる。そして、このような充電・充電停止の繰り返しは、低圧バッテリ２４の劣化の原因となる。上述のとおり、本実施形態では、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ以上であるときには、エンジン１０の始動時に、低圧バッテリ２４に対する充電が継続される。したがって、低圧バッテリ２４の充電・充電停止に伴う当該低圧バッテリ２４の劣化は抑制できる。

また、本実施形態では、出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａよりも大きく、且つ必要電力量Ｗｓｔａに余裕電力量Ｗｍａｒを加算した値よりも小さいときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が低圧バッテリ２４に出力する電力量を、降圧制限値Ｗ１に制限している。そして、この降圧制限値Ｗ１は、出力可能電力量Ｗｏｕｔが大きくなるほど大きくなる。換言すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａに近いほど、高圧バッテリ２２から低圧バッテリ２４に出力される電力量が小さくなるように制御される。そのため、高圧バッテリ２２から低圧バッテリ２４に過度に多くの電力が供給されることにより、モータジェネレータ２０に供給される電力が不足するといった事態は生じにくい。したがって、モータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動を確実に行いつつも、高圧バッテリ２２から低圧バッテリ２４への電力供給を継続できる。

一方、図２に示すように、本実施形態では、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ未満であっても、必要電力量Ｗｓｔａから昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを減算した値以上であれば（昇圧併用ＭＧ始動領域であれば）、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動が行われる。つまり、高圧バッテリ２２だけでなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３によって昇圧された低圧バッテリ２４からの電力を併用することで、モータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動を可能としている。したがって、高圧バッテリ２２からの電力供給のみによってモータジェネレータ２０を駆動する場合に比較して、当該モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動が可能となる状況（領域）が多くなる。

また、本実施形態では、昇圧可能電力量Ｗｂｓｔが、低圧バッテリ２４の充電容量に応じて算出される。具体的には、昇圧可能電力量Ｗｂｓｔは、概ね低圧バッテリ２４の充電容量が少ないほど小さな値として算出される。したがって、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動を行うに際して、低圧バッテリ２４から多くの電力がモータジェネレータ２０に供給されて、低圧バッテリ２４の充電容量が過度に低下することを抑制できる。

本実施形態では、図２に示すように、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａから昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを減算した値未満である（スタータ始動領域である）場合には、スタータ２５Ａを利用したエンジン１０の始動が行われる。すなわち、本実施形態では、高圧バッテリ２２の充電容量も低圧バッテリ２４の充電容量も低下していて、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが、低圧バッテリ２４からの電力供給を受けてもエンジン１０の始動ができない場合には、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動が行われる。

一般に、スタータ２５Ａは、エンジン１０の機関回転数がゼロに近いときに効率よく回転トルクを生み出すことができる。また、低圧バッテリ２４からスタータ２５Ａへの電力供給は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介さないため、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧変換に伴う電力の損失もない。その一方で、モータジェネレータ２０は、エンジン１０の機関回転数がゼロに近いときに、スタータ２５Ａほどには効率よく回転トルクを生み出すことができない。また、低圧バッテリ２４の電力を利用してモータジェネレータ２０を駆動する際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の電圧変換に伴う電力の損失も生じる。したがって、高圧バッテリ２２や低圧バッテリ２４の充電容量が共に低い状況下で、無理にモータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動を行うを行うよりも、スタータ２５Ａでエンジン１０を始動した方がエンジン１０の始動を確実に行える。

なお、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａから昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを減算した値未満である場合には、高圧バッテリ２２の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して低圧バッテリ２４に供給される。したがって、エンジン１０の始動に伴って低圧バッテリ２４の充電・充電停止が繰り返されることを抑制できるとともに、スタータ２５Ａに電力を供給する低圧バッテリ２４の充電容量が過度に低下することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・エンジン１０とモータジェネレータ２０との駆動連結の態様は、上記実施形態に限らない。例えば、エンジン１０とモータジェネレータ２０との間に、複数のギア等で構成される減速機構や、駆動力伝達経路の断接を行うクラッチ等が介在されていてもよい。すなわち、モータジェネレータ２０の駆動力が何らかの機構を介してエンジン１０に伝達され、当該エンジン１０の始動が可能ならば、どのような機構であっても、上記実施形態の技術を適用でき得る。さらに、エンジン１０の始動が可能なモータジェネレータ２０とは別に、エンジン１０の回転トルクを受けて発電し、高圧バッテリ２２を充電する発電用のモータジェネレータが設けられていてもよい。

・高圧バッテリ２２（メインバッテリ）及び低圧バッテリ２４（サブバッテリ）の出力電圧は、上記実施形態の例に限らない。例えば、高圧バッテリ２２は、４８Ｖよりも低い２４Ｖや１２Ｖでもよいし、４８Ｖよりも高い二百数十Ｖであってもよい。この点、低圧バッテリ２４についても同様である。さらに、高圧バッテリ２２及び低圧バッテリ２４の出力電圧は、必ずしも異なっていなくてもよく、同じであってもよい。なお、これらバッテリの出力電圧が同じであっても、低圧バッテリ２４（サブバッテリ）に対する充電・充電停止を制御したり、両バッテリ間の微妙な電圧を整えるために、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ２３が設けられている必要がある。

・高圧バッテリ２２及び低圧バッテリ２４の種類は、上記実施形態の例に限らない。例えば、高圧バッテリ２２や低圧バッテリ２４として、リチウムイオン電池や鉛蓄電池以外に、ニッケル水素電池やＮＡＳ電池を採用してもよい。

・一連のエンジン１０の始動制御処理を、車両の運転者がイグニッションスイッチをオン操作したのに伴う始動、及び、エンジン１０が一時停止した後の自動再始動のいずれか一方の場合にのみ適用してもよい。

・高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔの算出方法は問わない。上記実施形態で説明した出力可能電力量Ｗｏｕｔの算出方法はあくまでも例示であり、例えば、高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨに加えて、車両の運転状態を示す各種パラメータを加味して出力可能電力量Ｗｏｕｔを算出してもよい。同様に、低圧バッテリ２４の昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを、低圧バッテリ２４の状態情報ＩＬに加えて他の情報を加味して算出してもよい。

・モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動するのに必要な必要電力量Ｗｓｔａの算出方法も、適宜変更できる。例えば、エンジン１０が停止しているときの当該エンジン１０の駆動軸（クランクシャフト）の停止位置によっても、エンジン１０を始動するのに必要な電力量は変化し得る。そこで、冷却水温度ＴＨＷに加え、クランク角センサ３６が検出した回転角度ＣＡを加味して必要電力量Ｗｓｔａを算出してもよい。

・上記実施形態では、必要電力量Ｗｓｔａとして、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動するのに最小限必要な電力量を設定したが、必要電力量Ｗｓｔａは、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動するのに最小限必要な電力量以上であれば適宜変更できる。電子制御装置３０によって算出される計算上の出力可能電力量Ｗｏｕｔや必要電力量Ｗｓｔａは、必ずしも正確でないことがあり、計算上は、出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ以上であっても、実際には出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ未満であることもあり得る。このような場合を考慮して、上記必要電力量Ｗｓｔａを、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動するのに最小限必要な電力量よりも相応に高い値にしておけば、計算上の出力可能電力量Ｗｏｕｔや必要電力量Ｗｓｔａが、実際の出力可能電力量Ｗｏｕｔや必要電力量Ｗｓｔａに対して多少ずれていても、適切にエンジン１０の始動制御を行える。

・昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを低圧バッテリ２４の充電容量に応じて算出するのではなく、予め定められた固定値としてもよい。一般に、低圧バッテリ２４に対する充電は、当該低圧バッテリ２４の充電容量が一定の範囲内に収まるように制御される。そこで、低圧バッテリ２４の２４の充電容量が上記一定の範囲内に収まっているものと仮定して、予め昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを決めておけばよい。このような昇圧可能電力量Ｗｂｓｔの決定方法であれば、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動に伴って、低圧バッテリ２４の充電容量が過度に低下するおそれは低い。

・高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａから昇圧可能電力量Ｗｂｓｔを減算した値未満であっても、モータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動を行ってもよい。高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが多少低くても、例えば、エンジン１０の始動時における燃料噴射量を増加させて回転トルクを補うなどして、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動が可能になることもある。

・高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ以上である場合において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が低圧バッテリ２４に出力する電力量を降圧制限値Ｗ１に制限せずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が一定の電力量（例えば降圧最大値Ｗｍａｘ）で低圧バッテリ２４に電力を出力するようにしてもよい。この場合、例えば、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動時に、高圧バッテリ２２から低圧バッテリ２４へと相応の電力が供給されることを見越して、必要電力量Ｗｓｔａ設定しておけば、モータジェネレータ２０に供給される電力が不足することは防げる。

・また、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが、必要電力量Ｗｓｔａ以上、且つ必要電力量Ｗｓｔａに余裕電力量Ｗｍａｒを加算した値未満である場合において、エンジン１０の始動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の駆動を停止させて、高圧バッテリ２２から低圧バッテリ２４へと電力が供給されないようにしてもよい。さらに、高圧バッテリ２２の出力可能電力量Ｗｏｕｔが必要電力量Ｗｓｔａ以上である場合には、常に、エンジン１０の始動時にＤＣ／ＤＣコンバータ２３の駆動を停止させてもよい。

１０…エンジン、１１…第１プーリ、１２…伝達ベルト、１３…第２プーリ、２０…モータジェネレータ、２１…インバータ、２２…高圧バッテリ、２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４…低圧バッテリ、２５…補機、２５Ａ…スタータ、３０…電子制御装置、３５…冷却水温センサ、３６…クランク角センサ、ＩＨ…高圧バッテリの状態情報、ＩＬ…低圧バッテリの状態情報、ＴＨＷ…冷却水温センサの出力信号（冷却水温度）、ＣＡ…クランク角センサの出力信号（駆動軸の回転角度）Ｗｏｕｔ…出力可能電力量、Ｗｓｔａ…必要電力量、Ｗｍａｒ…余裕電力量、Ｗ１…降圧制限値、Ｗｍａｘ…降圧最大値、Ｗｂｓｔ…昇圧可能電力量。

Claims (4)

1. エンジンに駆動連結された走行用のモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータに電力を供給するメインバッテリと、
   前記メインバッテリ及び前記モータジェネレータからの電力を電圧変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの電力が供給されるサブバッテリと、
   前記サブバッテリからの直流電力が供給されて前記エンジンを始動するスタータと、
   前記スタータを使用した前記エンジンの始動、又は前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動を行うエンジン始動制御部と
   を備えたハイブリッドシステムであって、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記サブバッテリからの電力を電圧変換して前記モータジェネレータに出力可能な双方向コンバータであり、
   前記エンジン始動制御部は、
   前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動時に、前記メインバッテリの出力可能電力量が、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動に最小限必要な電力量以上の値として定められた必要電力量未満である場合には、前記サブバッテリから前記モータジェネレータに電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記サブバッテリから前記モータジェネレータに供給可能な供給可能電力量を算出し、
   前記メインバッテリの出力可能電力量が、前記必要電力量から前記供給可能電力量を減算した値以上で前記必要電力量未満であるときには、前記サブバッテリから前記モータジェネレータに電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動を行い、
   前記メインバッテリの出力可能電力量が、前記必要電力量から前記供給可能電力量を減算した値未満であるときには、前記メインバッテリから前記サブバッテリへと電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記スタータを使用した前記エンジンの始動を行う
   ことを特徴とするハイブリッドシステム。
2. 前記エンジン始動制御部は、前記メインバッテリの前記出力可能電力量が前記必要電力量以上である場合には、前記メインバッテリから前記サブバッテリに電力を出力するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとともに、前記モータジェネレータを使用した前記エンジンの始動を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドシステム。
3. 前記エンジン始動制御部は、前記メインバッテリの前記出力可能電力量が前記必要電力量以上である場合には、前記メインバッテリの前記出力可能電力量が前記必要電力量に近いほど、前記メインバッテリから前記サブバッテリに出力される電力量が小さくなるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドシステム。
4. 前記エンジン始動制御部は、前記供給可能電力量を、前記サブバッテリの充電容量が大きいほど大きな電力量として算出する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッドシステム。

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