(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて放電電力が異なる第一の蓄電装置を備えた車両における蓄電装置の制御装置において、
前記第一の蓄電装置の電力によって駆動される電動装置と、
前記電動装置を駆動するのに充分な電力を残存させて前記第一の蓄電装置から電力を受けて充電される第二の蓄電装置と、
温度を検出する温度検出手段と、
前記第一の蓄電装置から前記電動装置に給電する際における前記第一の蓄電装置の最低蓄電電圧を、前記温度検出手段によって検出された前記電動装置を動作させる以前の温度が所定温度より低い場合には、高い場合に比較して高くする昇圧手段と
を備えていることを特徴とする車両における蓄電装置の制御装置。
【請求項２】
前記電動装置は、前記車両に搭載された内燃機関を回転させるスタータモータであることを特徴とする請求項１に記載の車両における蓄電装置の制御装置。
【請求項３】
前記第一の蓄電装置が静電気の形で電力を蓄えるように構成されるとともに、前記第二の蓄電装置が化学エネルギーの形で電力を蓄えるように構成され、かつ前記第一の蓄電装置の最低蓄電電圧が、前記第二の蓄電装置の蓄電電圧よりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の車両における蓄電装置の制御装置。
【請求項４】
前記車両の有する運動エネルギーを電力として回生するとともにその電力を前記第一の蓄電装置に充電する回生手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両における蓄電装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載されている蓄電装置を制御するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両には各種の電気機器が搭載されているので、その電源として蓄電装置が設けられている。従来、その蓄電装置への充電は、車両の動力源である内燃機関によって発電機を駆動しておこなわれていた。しかしながら、最近では、排ガスの低減を主眼とした燃費の向上の要請が強く、その要請に応えるために、車両の有する運動エネルギーを回生し、その回生した電力を前記蓄電装置に充電することがおこなわれている。
【０００３】
その典型的な例が、内燃機関とモータ・ジェネレータとを動力源として備えたハイブリッド車である。この種の車両では、モータ・ジェネレータによって発進することもあるので、瞬時に大きいエネルギーを出力できることが必要であり、そのためにモータ・ジェネレータの電源およびモータ・ジェネレータによる回生電力の蓄電装置として、静電気の形で電力を蓄えるキャパシタが使用されている。このキャパシタの電圧が高いので、補機類の電源とした従来の鉛蓄電池などからなるバッテリーが、併せて用いられている。
【０００４】
さらに最近では、燃費の向上を目的として、いわゆるエコラン制御の可能な車両が開発されている。このエコラン車は、車両が一時的に停止した場合にエンジンのアイドリングを強制的に止め、そのエンジン停止条件が成立しなくなった時点にエンジンを自動的にクランキングして再始動するように構成された車両である。したがって全体としてのアイドリングの時間が短くなって排ガスの排出量が削減され、同時に燃費が向上する。この種のエコラン車においては、エンジンの再始動を迅速におこなう必要があるので、エンジンをクランキングするためのスタータの電源として、従来のバッテリーに替えて、瞬時に大きい電力を放電できるキャパシタを採用することがある。
【０００５】
従来知られているキャパシタは、蓄電電圧を高くすることができ、かつ多量の電力を短時間のうちに放出することができるが、その反面、自己放電による損失が大きい。そこで、キャパシタの有する電力の一部を、バッテリーに供給して充電し、キャパシタに蓄えておく電力および電圧を下げて、自己放電による損失を可及的に抑制することがおこなわれている。その例が、特開２０００−１５６９１９号公報に記載されている。このような制御をおこなえば、バッテリーに充電するためのオルタネータをエンジンによって駆動する必要性が低下するので、オルタネータを駆動するための燃料の消費が削減され、燃費が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載されているように、キャパシタからバッテリーに充電するように構成した場合、キャパシタが、バッテリーに充電するための電源であると同時に、内燃機関をクランキングするためのスタータの電源となる。したがって、キャパシタからバッテリーに対して放電するとしても、キャパシタの電圧はスタータによって内燃機関をクランキングできる電圧あるいはモータ・ジェネレータを動力源として発進できる程度の電圧に維持する必要がある。
【０００７】
しかしながら、従来のキャパシタの温度特性は、所定温度以下では、温度が低くなるほど、内部抵抗が増大し、かつ静電容量が低下する特性である。そのため、キャパシタからスタータやモータ・ジェネレータに対して放電する必要が生じた時点の温度が低くなっていると、スタータやモータ・ジェネレータに対して必要な電力を供給できなくなる事態が生じる。例えばエコラン車では、スタータによって内燃機関を必要十分に回転させることができず、その結果、内燃機関の始動の遅れ感が生じたり、あるいは内燃機関の再始動に失敗したりする可能性が高くなる。また、ハイブリッド車では、発進加速性が悪化したり、あるいは発進できなくなったりする可能性が高くなる。
【０００８】
このような場合、バッテリーによって内燃機関を始動することもできるが、バッテリーから単位時間に放電できる電力は、正常な状態のキャパシタから放電できる電力より少ないから、内燃機関の始動が必ずしも迅速ではなく、結局は、内燃機関の始動の遅れ感が大きくなる可能性がある。
【０００９】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、温度が低い場合であっても蓄電装置から必要十分な電力の放電を可能にする制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、この発明は、放電特性が温度によって変化する蓄電装置の最低蓄電電圧を、温度に応じて変化させるように構成したことを特徴とする制御装置である。より具体的には、請求項１の発明は、温度に応じて放電電力が異なる第一の蓄電装置を備えた車両における蓄電装置の制御装置において、前記第一の蓄電装置の電力によって駆動される電動装置と、前記電動装置を駆動するのに充分な電力を残存させて前記第一の蓄電装置から電力を受けて充電される第二の蓄電装置と、温度を検出する温度検出手段と、前記第一の蓄電装置から前記電動装置に給電する際における前記第一の蓄電装置の最低蓄電電圧を、前記温度検出手段によって検出された前記電動装置を動作させる以前の温度が所定温度より低い場合には、高い場合に比較して、高くする昇圧手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。
【００１１】
したがって請求項１の発明では、温度が相対的に低い場合には、蓄電装置の最低蓄電電圧が、温度の高い場合に比較して高電圧に維持される。その結果、温度が低い状態で前記蓄電装置から電力を取り出す場合、必要十分な電力を出力できる。すなわち、温度が低いことにより蓄電装置の内部抵抗が増大するなどの事態が生じても、内燃機関を回転させる電動装置や走行用の電動装置に対して充分電流を供給でき、その結果、内燃機関の始動の遅れや始動の失敗などを未然に抑制もしくは回避することができ、あるいは電動装置による発進加速性の悪化を防止できる。また、温度が低い場合に前記蓄電装置の最低蓄電電圧が、相対的に高電圧に維持されるため、前記蓄電装置が自己放電しやすい装置であっても、電力の損失を抑制できるうえに、低温時にその蓄電装置から充分に電力を出力させることができる。
【００１４】
さらに、請求項２の発明は、請求項１における電動装置が、前記車両に搭載された内燃機関を回転させるスタータモータであることを特徴とする制御装置である。
【００１５】
したがって請求項２の発明では、温度が低い場合であっても蓄電装置からスタータモータに必要充分な電流を供給してスタータモータによって内燃機関を回転させることができる。その結果、内燃機関の始動の遅れや始動の失敗などを未然に抑制もしくは回避することができる。
【００１８】
そして、請求項３の発明は、上記の請求項１または２の構成に加えて、前記第一の蓄電装置が静電気の形で電力を蓄えるように構成されるとともに、前記第二の蓄電装置が化学エネルギーの形で電力を蓄えるように構成され、かつ前記第一の蓄電装置の最低蓄電電圧が、前記第二の蓄電装置の蓄電電圧よりも高いことを特徴とする制御装置である。
【００１９】
したがって請求項３の発明では、請求項１の発明と同様に、前記第一の蓄電装置から第二の蓄電装置に電力を供給して第二の蓄電装置に充電することができ、その場合であっても、温度が低い場合には、前記第一の蓄電装置の最低蓄電電圧が、相対的に高電圧に維持される。そのため、前記第一の蓄電装置が自己放電しやすいとしても、電力の損失を抑制できるうえに、低温時に第一の蓄電装置から充分に電力を出力させることができる。
【００２０】
そしてまた、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記車両の有する運動エネルギーを電力として回生するとともにその電力を前記第一の蓄電装置に充電する回生手段を更に備えていることを特徴とする制御装置である。
【００２１】
したがって請求項４の発明では、回生して得られた電力を蓄電装置に蓄えておくことができ、その最低蓄電電圧が、温度の低い場合に相対的に高電圧とされる。そのため、回生したエネルギーの自己放電による損失を抑制できるとともに、その回生したエネルギーの有効利用を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする車両の構成について説明する。図４において、内燃機関（以下、エンジンと記す）１の出力側に変速機２が連結され、その変速機２からディファレンシャル３を介して左右の駆動輪（図示せず）にトルクを出力するようになっている。
【００２３】
そのエンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼してトルクを出力する動力装置であって、始動の際に強制的に回転させる必要があるために、スタータモータ４が付設されている。このスタータモータ４は、例えば直流１２ボルトの電源およびそれより高圧の電源の両方を電源として動作するモータであって、供給された電力に応じたトルクを出力してエンジン１をクランキングするように構成されている。
【００２４】
また、変速機２は、有段式の手動変速機あるいは自動変速機もしくは無段の自動変速機などの適宜の構成の変速機であり、その出力部材からディファレンシャル３に動力を伝達するようになっている。したがってこの変速機２は、エンジン１からディファレンシャル３までの動力伝達系統を遮断するニュートラル状態に設定することができる。そのニュートラル状態であっても駆動輪との間でトルクを伝達できる所定の回転部材に回生発電機５が連結されている。
【００２５】
この回生発電機５は、強制的に回転させられることより電力を発生するように構成されており、したがってエンジン１の動力で車両が走行している際にそのエンジン１の動力の一部を回生発電機５に与えて発電をおこなうことができるのみならず、車両がその慣性力で走行している際に車両の運動エネルギーの一部を電力の形で回生するようになっている。この回生発電機５で発生した交流を図示しないインバータによって直流に変換してキャパシタ６に充電するように構成されている。
【００２６】
キャパシタ６は、静電気の状態で電力を蓄える蓄電装置であり、したがって従来の鉛蓄電池などの蓄電手段に比較して迅速に多量の電力を充放電できるようになっている。そして、このキャパシタ６は、例えば０ボルトから４０ボルトの範囲の適宜の電圧で電力を蓄えることができるように構成されている。このキャパシタ６は、その出力可能な電力が、温度が低下するに従って不可避的に低下する特性を備えており、その一例を図５に示してある。すなわち、室温程度の所定の温度α℃での内部抵抗および静電容量を“１”とした場合、その所定温度α℃より低い温度β℃より低温になるに従って内部抵抗が増大し、かつ静電容量が低下する。
【００２７】
このキャパシタ６と前記スタータモータ４とがＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して電気的に接続されている。すなわち、キャパシタ６からスタータモータ４に電力を供給してスタータモータ４を動作させることにより、キャパシタ６を電源としてエンジン１の始動をおこなうことができるように構成されている。
【００２８】
なお、図４に示す車両においても、従来一般の車両と同様に、エンジン１によって駆動されて発電をおこなうオルタネータ８が設けられており、このオルタネータ８によって発生させた電力を鉛蓄電池などの化学的エネルギーの形で蓄えるバッテリー９に供給してそのバッテリー９を充電するようになっている。このバッテリー９の充電電圧は、例えば１２ボルトであって、上記のキャパシタ６での蓄電電圧より低い。また、このバッテリー９から前記スタータモータ４に電力を供給することにより、バッテリー９を電源としてエンジン１の始動をおこなうことができる。
【００２９】
さらに、このバッテリー９に対して前記キャパシタ６からＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して電力を供給し、キャパシタ６の有する電力の一部をバッテリー９に充電できるように構成されている。そして、上記のキャパシタ６やバッテリー９の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）やキャパシタ６からバッテリー９への充電量などを制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１０が設けられている。この電子制御装置１０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、制御のためのデータとして、前記キャパシタ６の蓄電電圧やＳＯＣ、バッテリー９のＳＯＣ、外気温度もしくはエンジン１の冷却水温あるいはキャパシタ６の温度などが入力されている。また、この電子制御装置１０は、制御指令信号として、ＤＣ／ＤＣコンバータ７やオルタネータ８を制御する信号、回生発電機５やインバータを制御する信号などを出力するように構成されている。
【００３０】
上記の車両における蓄電装置を対象としたこの発明の制御装置は、回生発電機５によってエネルギーの回生をおこなってキャパシタ６に充電することにより燃費を向上させるとともに、キャパシタ６からバッテリー９に電力を供給してバッテリー９に充電することにより、キャパシタ６での自己放電量を抑制し、かつオルタネータ８による発電を抑制することにより、燃費を向上させる。キャパシタ６は、前述したように、スタータモータ４の電源としての機能も備えているので、キャパシタ６からバッテリー９に電力を供給するとしても、スタータモータ４を駆動するのに充分な電力をキャパシタ６に残存させる。そのためにキャパシタ６の最低蓄電電圧は、キャパシタ６の温度特性が図５に示す特性であるために、温度に応じた電圧に制御される。
【００３１】
図１はその制御例を説明するためのフローチャートであって、先ず、温度がモニタされる（ステップＳ１）。これは、車両に搭載された空調装置の温度センサ（それぞれ図示せず）で外気温を検出し、あるいはキャパシタ６の温度を適宜のセンサで直接検出し、必要に応じてその検出温度を補正することによりおこなうことができる。なお、エンジン１の暖気が未だ充分におこなわれていないことにより、エンジン冷却水温が外気温と関連して変化している状態では、その冷却水温度をステップＳ１で検出してもよい。
【００３２】
ついで、温度−駆動電圧マップを参照する（ステップＳ２）。この温度−駆動電圧マップは、キャパシタ６の温度特性が前述したように、低温ほど放電電力が低下する特性であることを考慮して、低温状態であっても、前記所定温度α℃もしくはそれ以上の温度での電流を前記スタータモータ４に供給できるように、キャパシタ６の最低蓄電電圧を定めたものである。その一例を図２に示してある。すなわちこのマップでは、放電電力が低下し始める温度β℃以下で、温度が低下するのに従ってキャパシタ６の最低電圧（最低蓄電電圧）が高くなるように設定されている。したがってこのマップによれば、温度が低い場合には、放電最低電圧すなわちスタータモータ４に印加する際の当初のスタート電圧が相対的に高く設定される。
【００３３】
そのマップを参照して、前記検出された温度に応じたスタート電圧値がセットされる（ステップＳ３）。そして、そのスタート電圧を維持するように、言い換えれば最低蓄電電圧を維持するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ７によるキャパシタ６からの放電制御が実行される（ステップＳ４）。この放電制御の一例をキャパシタ６の電圧の変化で示せば、図３のとおりである。
【００３４】
車両が所定の一定車速で走行していれば、エンジン１が動力を出力しているので、エネルギーの回生はおこなわれておらず、したがってこの場合は、キャパシタ６の電圧を最低蓄電電圧に維持するように、キャパシタ６から放電される。具体的には、バッテリー９に対して電力が供給され、あるいは通常時にバッテリー９から給電される補機類などのいわゆる１２Ｖ系機器に対して放電させられる。そのため、この状態では、オルタネータ８による発電が中止されるので、その分の燃費が改善される。また、キャパシタ６の電圧は次第に低下する。
【００３５】
車両が減速し始めると（ｔ1 時点）、前記回生発電機５が駆動されてエネルギーの回生が実行される。そのため、回生発電機５で生じた電力がキャパシタ６に充電されるので、キャパシタ６の電圧が次第に上昇する。エネルギーの回生は、車両が停止するｔ2 時点まで継続される。
【００３６】
車両が停止（車速がゼロ）した時点におけるキャパシタ６の電圧が、図２に示すマップから求まる最低蓄電電圧より高い場合には、バッテリー９などの１２Ｖ系機器に対してキャパシタ６から電力が放電される。その結果、キャパシタ６の電圧が低下する。この放電は、キャパシタ６の電圧が、図２に示すマップに基づいて定まる最低蓄電電圧に低下するまで継続される。その最低蓄電電圧は、前述したように、温度が低い場合には図３に破線で示すように、高い場合の電圧（図３に実線で示してある）に比較して高電圧に設定される。
【００３７】
上記の車両がいわゆるエコラン車の場合、停車した後、所定の条件が成立することによりエンジン１が自動的に停止されられ、その状態でブレーキ操作が解除され、あるいはアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれるなどの発進要求があると（ｔ3 時点）、エンジン１が再始動させられる。これは、基本的には、キャパシタ６を電源としてスタータモータ４を駆動し、そのスタータモータ４によってエンジン１をクランキングすることにより実行される。
【００３８】
その時点の温度が低くなっていると、キャパシタ６の電圧が温度に応じて高くなっている。そのため、キャパシタ６自体の放電特性が悪化しているとしても、スタータモータ４に対して必要十分な電力が供給される。その結果、エンジン１が特に遅れを生じることなく始動し、図３に示す例では、直ちに発進するとともに、常温状態と同様の発進加速をおこなうことができる。
【００３９】
なお、図３に示すように、キャパシタ６からの放電はエンジン１の始動が完了するｔ4 時点まで継続され、その間では、キャパシタ６の電圧が低下する。またエンジン１の始動が完了した後は、エンジン１で車両が走行するので、キャパシタ６に対する充放電はおこなわれず、キャパシタ６の電圧はその温度に応じた最低蓄電電圧に維持される。
【００４０】
上述したように、この発明に係る上記の制御装置では、キャパシタ６の最低蓄電電圧を、温度が低い場合には、温度が高い場合に比較して高い電圧に維持し、特にキャパシタ６の温度特性に合わせた高い電圧に維持する。そのため、キャパシタ６を電源としてスタータモータ４を駆動し、エンジン１を始動する場合、スタータモータ４に必要十分な電力を供給してスタータモータ４のトルクを確保できるので、遅れを生じることなくエンジン１を始動させることができ、あるいはエンジン１の始動に失敗するなどのことが回避される。
【００４１】
また、上述した例では、キャパシタ６の電圧が最低蓄電電圧より高い場合には、キャパシタ６からバッテリー９に充電するので、キャパシタ６での自己放電による電力の損失を防止でき、またエンジン１によってオルタネータ８を駆動する機会を短くできる。その結果、燃費を向上させることができる。
【００４２】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係とを簡単に説明すると、上記のキャパシタ６がこの発明の蓄電装置に相当し、またバッテリー９がこの発明における他の蓄電装置に相当する。また、図１に示すステップＳ１の機能的手段が、この発明の温度検出手段に相当し、ステップＳ３の機能的手段がこの発明の昇圧手段に相当する。そして、上記の回生発電機５がこの発明の回生手段に相当する。
【００４３】
なお、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、エンジンを自動停止および自動再始動するエコラン車に限らず、エンジンとモータ・ジェネレータとを動力源としたハイブリッド車における蓄電装置の制御装置に適用することができる。その場合、蓄電装置からモータ・ジェネレータに電力を供給してエンジンを始動してもよく、あるいはこれに替えて、モータ・ジェネレータによって発進するように蓄電装置から放電させるように構成してもよい。さらに、この発明では、前記蓄電装置から放電する対象機器は、スタータモータなどの電動機に限定されないのであり、他の適宜の電気機器であってよい。そしてまた、この発明における蓄電装置の最低蓄電電圧は、図２に示すように、温度に応じて直線的に変化する電圧なくてもよく、所定の温度範囲では、一定値となり、その温度範囲毎にステップ的に変化する電圧であってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、温度が相対的に低い場合には、蓄電装置の最低蓄電電圧が、温度の高い場合に比較して高電圧に維持されるので、温度が低い状態で前記蓄電装置から電力を取り出す場合、必要十分な電力を出力でき、そのためその蓄電装置を電源として内燃機関を始動する場合には、たとえ低温時であっても、内燃機関を確実にしかも遅れを生じることなく始動することができ、またハイブリッド車では発進加速性の悪化を防止できる。また、温度が低い場合に前記蓄電装置の最低蓄電電圧が、相対的に高電圧に維持されるため、前記蓄電装置が自己放電しやすい装置であっても、電力の損失を抑制できるうえに、低温時にその蓄電装置から充分に電力を出力させることができる。
【００４６】
さらに、請求項２の発明によれば、温度が低い場合であっても蓄電装置からスタータモータに必要充分な電流を供給してスタータモータによって内燃機関を回転させることができるので、内燃機関の始動の遅れや始動の失敗などを未然に抑制もしくは回避することができる。
【００４８】
そして、請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様に、前記蓄電装置から他の蓄電装置に電力を供給して当該他の蓄電装置に充電することができ、その場合であっても、温度が低い場合には、前記蓄電装置の最低蓄電電圧が、相対的に高電圧に維持されるため、前記蓄電装置が自己放電しやすいとしても、電力の損失を抑制できるうえに、低温時にその蓄電装置から充分に電力を出力させることができる。
【００４９】
そしてまた、請求項４の発明によれば、回生して得られた電力を蓄電装置に蓄えておくことができ、その最低蓄電電圧が、温度の低い場合に相対的に高電圧とされるため、回生したエネルギーの自己放電による損失を抑制できるとともに、その回生したエネルギーの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の制御装置で実行される制御例を説明するためのフローチャートである。
【図２】  その制御で使用する温度−駆動電圧マップの一例を示す図である。
【図３】  図１に示す制御を実行した場合のキャパシタの電圧の変化を常温時と低温時とについて示すタイムチャートである。
【図４】  この発明で対象とする車両の蓄電および放電のための機構およびその制御系統を模式的に示す図である。
【図５】  キャパシタの温度特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、  ２…変速機、  ４…スタータモータ、  ５…回生発電機、  ６…キャパシタ、  ８…オルタネータ、  ９…バッテリー、  １０…電子制御装置。
【図１】
0003750608.tif 000002
【図２】
0003750608.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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