WO2012056881A1 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関と、内燃機関を始動する電動機と、電動機を制御するインバータ３５と、内燃機関と電動機とを間の動力伝達を断接するクラッチと、電動機に電力を供給するバッテリ３０とを備えたハイブリッド車両を制御する制御装置であって、バッテリ３０の電圧を検出する電圧検出手段と、バッテリ３０の制限電圧の範囲内で現時点で出力可能な第１電力値に応じてバッテリ３０の出力を制御する電圧制御手段と、クラッチを締結させて、電圧制御手段により制御されるバッテリ３０の出力によって、インバータ３５を制御して内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と、を備える。

Description

ハイブリッド車両の制御装置

　本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

　本出願は、２０１０年１０月２８日に出願された日本国特許出願の特願２０１０―２４１７９６に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

　エンジン、エンジンの始動を行うモータ、モータを制御するインバータ、および、インバータを介して前記モータに電力を供給するバッテリを少なくとも備えたハイブリッド車のエンジン始動制御装置において、バッテリ温度とバッテリ残存容量とバッテリ出力可能出力との関係を示すデータと、バッテリ温度センサによって検出されるバッテリ温度及びバッテリコントロールによって検出されるバッテリ残存容量とに基づいて、バッテリの出力可能電力を算出し、エンジンを始動するために必要なバッテリの電力を算出し、エンジンの始動時に、出力可能電力が必要電力以上となるように、モータの目標回転数を設定するものが知られている（特許文献１）。

特開２００８－６２７４５号公報

　ところが、従来技術において算出される当該出力可能電力は、所定の期間、安定して出力できる電力値（一般に電力制御で用いられる「数秒値」に相当）を示しており、必要電力との比較にもこの電力値（数秒値）を用いている。この電力値（数秒値）は上記の通り、所定時間、安定して出力可能な電力値を示しているため、瞬間的に出力可能な電力値（瞬時値）よりも小さな値になる。このような電力値（数秒値）を用いて必要電力との比較を行うと、瞬間的に出力可能な電力値（瞬時値）は必要電力を上回っているにも関わらず、電力値（数秒値）が必要電力を下回るがために、モータ目標回転数を必要以上に低下せざるを得なくなる恐れがあった。モータ目標回転数が低下すればするほど、エンジン始動の確実性は低下しエンジン始動完了までの時間も長期化する恐れがある。当然ながらエンジン始動完了までの時間が長期化すれば、電力値（数秒値）で想定していた安定出力可能な所定期間を超える可能性も高まり、結果的にエンジン始動の確実性をさらに低下させてしまう恐れがあった。

　本発明が解決しようとする課題は、バッテリからの電力供給によって駆動されるモータでエンジンを始動させる車両において、エンジンの始動の確実性を向上させることである。

　本発明は、電圧制御手段によりバッテリの制限電圧の範囲内で現時点で出力可能な第１電力値に応じて前記バッテリの出力を制御しつつ、前記インバータを制御して内燃機関を始動させることにより、上記課題を解決する。

　本発明によれば、エンジンの始動の確実性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係るハイブリッド車両のパワートレーンを示す図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るハイブリッド車両のパワートレーンを示す図である。 図１の統合コントロールユニットの細部を示す制御ブロック図である。 図１の統合コントロールユニットにおける制御手順を示すフローチャートである。 図１の統合コントロールユニットにおける制御手順を示すフローチャートである。

　本発明の実施形態に係る制御装置を含むハイブリッド車両１は、内燃機関と電動発電機といった複数の動力源を車両の駆動に使用するパラレル方式自動車であり、図１に示す本例のハイブリッド車両１は、内燃機関（以下、エンジン）１０、第１クラッチ１５、電動発電機（以下、モータジェネレータ）２０、第２クラッチ２５、バッテリ３０、インバータ３５、自動変速機４０、プロペラシャフト５１、ディファレンシャルギアユニット５２、ドライブシャフト５３、および左右の駆動輪５４を備える。

　エンジン１０は、ガソリン、軽油その他の燃料を燃焼させて駆動エネルギを出力する駆動源の一つであり、エンジンコントロールユニット７０からの制御信号に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度や燃料噴射バルブの燃料噴射量等を制御する。

　第１クラッチ１５は、エンジン１０の出力軸とモータジェネレータ２０の回転軸との間に介装され、エンジン１０とモータジェネレータ２０との間の動力伝達を断接（ＯＮ／ＯＦＦ）する。第１クラッチ１５としては、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチなどを例示することができる。第１クラッチ１５において、統合コントロールユニット６０からの制御信号に基づいて油圧ユニット１６の油圧が制御され、これにより第１クラッチ１５のクラッチ板が締結（スリップ状態も含む。）又は解放する。なお、第１クラッチ１５に乾式クラッチを採用してもよい。

　モータジェネレータ２０は、ロータに永久磁石を埋設し、ステータにステータコイルが巻きつけられた同期型モータジェネレータである。このモータジェネレータ２０には、ロータ回転角を検出するレゾルバなどの回転角センサ２１が設けられている。モータジェネレータの回転速度はインバータ３５の駆動周波数に応じて制御さえ、インバータ３５の駆動周波数の比が回転速度比（変速比）となり、インバータ１０８から供給される電力がモータジェネレータ２０の駆動力となる。モータジェネレータ２０は、電動機としても機能するし発電機としても機能する。

　一方、外力によってロータが回転している場合には、モータジェネレータ２０は、ステータコイルの両端に起電力を生じさせることで交流電力を生成する（回生）。モータジェネレータ２０によって発電された交流電力は、インバータ３５によって直流電力に変換された後に、バッテリ３０に充電される。また、回生中においてモータジェネレータ２０には負のトルクが発生するので、駆動輪に対して制動機能をも奏する。

　またモータジェネレータ２０は、スタータモータの機能を備えている。エンジン１０を始動させるために、バッテリ３０からモータジェネレータ２０に電力を供給し、モータジェネレータ２０を動作させてエンジン１０のクランキングを行う。

　バッテリ３０は、複数のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などを直列又は並列に接続した組電池を例示することができる。バッテリ３０には電流・電圧センサ３１と内部抵抗値を推定するための温度センサ３２が取り付けられ、これらの検出結果をモータコントロールユニット８０に出力する。

　第２クラッチ２５は、モータジェネレータ２０と左右の駆動輪５４との間に介装され、モータジェネレータ２０と左右の駆動輪５４との間の動力伝達を断接（ＯＮ／ＯＦＦ）する。第２クラッチ２５は、上述の第１クラッチ１５と同様に、たとえば湿式多板クラッチなどを例示することができる。第２クラッチ２５において、トランスミッションコントロールユニット９０からの制御信号に基づいて油圧ユニット２６の油圧が制御され、これにより第２クラッチ２５のクラッチ板が締結（スリップ状態も含む。）／解放する。

　自動変速機４０は、前進７速、後退１速などといった変速比を段階的に切り換える有段式変速機であり、車速やアクセル開度等に応じて変速比を自動的に切り換える。自動変速機４０の変速比は、トランスミッションコントロールユニット９０からの制御信号に基づいて制御される。

　第２クラッチ２５は、図１に示すように、自動変速機４０の各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用したものとすることができる。またこれに代えて第２クラッチ２５を自動変速機４０とは別の専用のクラッチとしてもよい。たとえば図２に示すように、第２クラッチ２５を、モータジェネレータ２０の出力軸と自動変速機４０の入力軸との間に介装した専用のクラッチとしてもよい。あるいは、図３に示すように、第２クラッチ２５を、自動変速機４０の出力軸とプロペラシャフト５１との間に介装した専用のクラッチとしてもよい。なお、図２及び図３は、他の実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図であり、図２及び図３においては、パワートレーン以外の構成は図１と同様であるため、パワートレーンのみを示す。

　なお、本例の自動変速機４０は一般的な有段式自動変速機を用いることができるのでその詳細な構成は省略するが、自動変速機４０の各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用して第２クラッチ２５を構成する場合は、自動変速機４０内の摩擦締結要素のうち現変速段で締結させるべき摩擦締結要素を第２クラッチ２５として構成する。

　また、自動変速機４０として、上述した前進７速、後退１速の有段式自動変速機に特に限定されず、その他のたとえば前進５速、後退１速の有段階の変速機であってもよい。第２クラッチ２５を自動変速機４０の摩擦締結要素を流用しないで構成する場合は、無段式自動変速機を用いることもできる。

　図１に戻り、自動変速機４０の出力軸は、プロペラシャフト５１、ディファレンシャルギアユニット５２、および左右のドライブシャフト５３を介して、左右の駆動輪５４に連結されている。なお、図１において５５は左右の操舵前輪である。また、図１～図３においては、後輪駆動のハイブリッド車両を例示したが、前輪駆動のハイブリッド車両や四輪駆動のハイブリッド車両とすることも可能である。

　本実施形態におけるハイブリッド車両１は、駆動源をエンジン１０及び／又はモータジェネレータ２０に設定することにより、換言すれば第１および第２のクラッチ１５，２５の締結／スリップ／解放状態に応じて、以下に説明する各走行モードに切り換えることができる。

　モータジェネレータ使用走行モード（以下、ＥＶ走行モード）は、第１クラッチ１５を解放させると共に第２クラッチ２５を締結させて、モータジェネレータ２０の動力のみを駆動源として走行するモードである。

　エンジン使用走行モード（以下、ＨＥＶ走行モード）は、第１クラッチ１５および第２クラッチ２５をいずれも締結させて、少なくともエンジン１０の動力を駆動源に含みながら走行するモードである。

　上記ＥＶ走行モード及びＨＥＶ走行モード以外に、第１クラッチ１５を締結させると共に第２クラッチ２５をスリップ状態にして、エンジン１０の動力を駆動源に含みながら走行するエンジン使用スリップ走行モード（以下、ＷＳＣ走行モード，Wet Start Clutch）を設定してもよい。ＷＳＣ走行モードは、特にバッテリ３０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）が低下している場合や、エンジン１０の冷却水の温度が低い場合にクリープ走行を達成することができるモードである。

　なお、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに移行する際には、解放していた第１クラッチ１５を締結し、モータジェネレータ２０のトルクを利用することで、エンジン始動を行なうことができる。

　また、ＨＥＶ走行モードには、エンジン走行モード、モータアシスト走行モード、および走行発電モードが設定されている。エンジン走行モードでは、モータジェネレータ２０を駆動させずに、エンジン１０のみを動力源として駆動輪５４を動かす。モータアシスト走行モードでは、エンジン１０とモータジェネレータ２０との両方を駆動させて、これら２つを動力源として駆動輪５４を動かす。走行発電モードでは、エンジン１０を動力源として駆動輪５４を動かすと同時に、モータジェネレータ２０を発電機として機能させ、バッテリ３０を充電する。

　なお、以上に説明したモードの他に、停車時において、エンジン１０の動力を利用してモータジェネレータ２０を発電機として機能させ、バッテリ３０を充電したり電装品へ電力を供給したりする発電モードを備えてもよい。

　本実施形態におけるハイブリッド車両１の制御系は、図１に示すように、統合コントロールユニット６０、エンジンコントロールユニット７０、モータコントロールユニット８０、およびトランスミッションコントロールユニット９０を備える。これらの各コントロールユニット６０、７０、８０、９０は、たとえばＣＡＮ通信を介して相互に接続されている。

　エンジンコントロールユニット７０は、統合コントロールユニット６０により演算される目標エンジントルクが得られるように、電子制御スロットルの開度を制御する。スロットル開度に応じた吸入空気量がエンジン１０に流れ込み、吸入空気流量は電子制御スロットルの上流に設けたエアフローメータ（図示しない）により計測される。エンジンコントロールユニット７０は、吸入空気流量とクランク角センサ（図示しない）から検出されるエンジン１０の回転速度とに基づいて燃料インジェクタを用いて燃料の噴射を制御し、点火プラグを用いて点火の時期を制御する。なお、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｅの情報は、ＣＡＮ通信線を介して統合コントロール６０へ出力される。

　モータコントロールユニット８０は、モータジェネレータ２０に設けられた回転角センサ２１からの情報を入力し、統合コントロールユニット６０により演算される目標回転速度と目標トルクとが得られるように、モータジェネレータ２０の動作点（モータ回転数Ｎｍ、モータトルクＴｍ）を制御する指令をインバータ３５に出力し、インバータ３５の駆動周波数を制御する。また、モータコントロールユニット８０は、電流・電圧センサ３１により検出された電流値および電圧値に基づいてバッテリ３０のＳＯＣを演算および管理する。このバッテリＳＯＣ情報は、モータジェネレータ２０の制御情報に用いられると共に、ＣＡＮ通信を介して統合コントロールユニット６０に送出される。さらに、モータコントロールユニット８０は、モータジェネレータ２０に流れる電流値（電流値の正負によって力行制御トルクと回生制御トルクを区別している）に基づいて、モータジェネレータトルクＴｍを推定する。このモータジェネレータトルクＴｍの情報は、ＣＡＮ通信を介して統合コントロールユニット６０に送出される。さらにモータコントロールユニット８０は、温度センサ３２により検出されたバッテリ温度を統合コントロールユニット６０に送出する。

　トランスミッションコントロールユニット９０は、アクセル開度センサ９１、車速センサ９２、第２クラッチ油圧センサ９３、およびドライバの操作するシフトレバーの位置に応じた信号を出力するインヒビタスイッチ９４からのセンサ情報を入力し、統合コントロールユニット６０からの第２クラッチ制御指令に応じ、第２クラッチ２５の締結・解放を制御する指令を、油圧ユニット２６に出力する。なお、アクセル開度ＡＰＯ、車速ＶＳＰ、およびインヒビタスイッチの情報は、ＣＡＮ通信を介して統合コントロールユニット６０に送出される。

　統合コントロールユニット６０は、ハイブリッド車両１全体の消費エネルギを管理することで、ハイブリッド車両１を効率的に走行させるための機能を司る。統合コントロールユニット６０は、第２クラッチ２５の出力回転数Ｎ２_ｏｕｔを検出する第２クラッチ出力回転数センサ６１、第２クラッチ２５の伝達トルク容量Ｔ_ＣＬ２を検出する第２クラッチトルクセンサ６２、ブレーキ油圧センサ６３、第２クラッチ２５の温度を検知する温度センサ６４、および車両の前後加速度および横加速度を検出するＧセンサ６５からのセンサ情報を取得する。また、統合コントロールユニット６０は、これらの情報に加えて、ＣＡＮ通信を介して得られたセンサ情報の取得も行なう。

　そして、統合コントロールユニット６０は、これらの情報に基づいて、エンジンコントロールユニット７０への制御指令によるエンジン１０の動作制御、モータコントロールユニット８０への制御指令によるモータジェネレータ２０の動作制御、トランスミッションコントロールユニット９０への制御指令による自動変速機４０の動作制御、第１クラッチ１５の油圧ユニット１６への制御指令による第１クラッチ１５の締結・解放制御、および第２クラッチ２５の油圧ユニット２６への制御指令による第２クラッチ２５の締結・解放制御を実行する。

　また、総合コントロールニット６０には、運転者によるイグニッションキーオン、または、アイドルストップ解除条件が成立したことによる信号が伝達される。さらに、停車時や低負荷運転時には、所定のエンジン自動停止条件（車速が所定車速以下、アクセル踏み込み量が所定量以下等）が成立したことを条件としてエンジン１０を自動的に停止させ、燃料消費量及び排気エミッションの更なる低減を図る。

　次いで、統合コントロールユニット６０により実行される制御について説明する。図４は、統合コントロールユニット６０の細部を示す制御ブロック図である。図４に示すように、統合コントロールユニット６０は、電圧制御部６０１、電力制御部６０２、内燃機関始動部６０３及び回転数設定部６０４を備える。

　電圧制御部６０１は、電圧センサ３１により検出されるバッテリ３０の検出電圧、バッテリ温度及び劣化状態に応じて、バッテリ３０から出力される電力を制御する。電圧制御部６０１には、バッテリ３０の上限電圧と下限電圧とが設定されており、バッテリ３０の電圧が下限電圧から上限電圧までの範囲内で示される安全な電圧範囲に収まるように制御する。上限電圧又は下限電圧は、バッテリ３０を安全に使用可能な制限電圧を示す。

　モータセルコントロールユニット８０は、上記のとおり、統合コントロールユニット６０から要求されるモータジェネレータ２０への目標トルク要求に応じてインバータ３５の駆動周波数を設定する。そして、当該駆動周波数でインバータ３５を動作させるために、バッテリ３０からインバータ３５に対して、バッテリ３０の放電電流が流れる。

　バッテリ３０の検出電圧が下限電圧より高い場合には、設定された駆動周波数に応じた電流がバッテリ３０から放電される。すなわち、電圧制御部６０１は、制限電圧の範囲内でバッテリ３０の電力に制限をかけることなく、バッテリ３０からインバータ３５に電力を供給させる。一方、バッテリ３０の検出電圧が下降し下限電圧に達した場合には、電圧制御部６０１は、駆動周波数に応じた電流を、バッテリ５から放電させずに、バッテリ５の放電電流を絞ることで、バッテリ３０の検出電圧が下限電圧より低くならないように制御する。そして、さらに、バッテリ３０の検出電圧が下降し下限電圧を下回る場合には、電圧制御部６０１はバッテリ３０の放電電流をさらに絞る。すなわち、電圧制御部３０１は、バッテリ３０の検出電圧が下限電圧より高い場合には、バッテリ３０の出力可能な電力に制限を加えず、インバータの駆動周波数に対応した電力を、バッテリ３０から出力させる。一方、バッテリ３０の検出電圧が下限電圧以下である場合には、バッテリ３０の電力に制限をかけて、バッテリ３０の出力可能な電力より低い電力を、バッテリ３０から出力させる。これにより、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の検出電圧と、制限電圧である下限電圧とを比較し、比較結果に応じて、バッテリ３０の出力を制御する。

　モータジェネレータ２０の回生によりバッテリ３０を充電する際には、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の検出電圧と上限電圧との比較結果に応じて、バッテリ３０への入力電圧を制御する。すなわち、バッテリ３０の検出電圧が上限電圧より低い場合には、電圧制御部６０１は、モータジェネレータ２０の回生による電力に対して制限をかけずに、バッテリ３０に供給する。そして、バッテリ３０の検出電圧が上限電圧に達した場合には、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の充電電圧を下げる制御を行うことで、モータジェネレータ２０の回生による電力に対して制限をかけ、バッテリ３０を充電する。これにより、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の電圧が上限電圧を超えないように、バッテリ３０への入力電力を制御する。

　電力制御部６０２は、バッテリ３０の状態から、予め格納されているマップを参照して、バッテリ３０の出力を演算し、インバータの駆動周波数に応じた出力がバッテリ３０からインバータ３５に出力されるように、バッテリ３０の出力を制御する。電力制御部６０２は、バッテリ３０の状態として、バッテリ３０の充電状態（ＳＯＣ　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）及びバッテリ３０の温度、バッテリ３０の劣化度等を用いる。バッテリ３０のＳＯＣは、電流センサ及び電圧センサ３１により検出される電流及び電圧から算出され、バッテリ３０の温度は温度センサ３２により検出される。電力制御部６０２に格納されるマップには、バッテリ３０のＳＯＣ及び温度と、劣化と、バッテリ３０の出力電力とが対応付けられている。そして、電力制御部６０２は、演算したＳＯＣと検出温度とに基づいて、当該マップを参照することで、バッテリ３０の出力電力を演算する。

　ここで、電力制御部６０２によりマップを用いて演算された出力電力は、所定時間（例えば２秒）の間、バッテリ３０から出力可能な電力（例えば２秒値）を示している。そのため、電力制御部６０２により演算された電力を越える電力がバッテリ３０に要求された場合に、電力制御手段６０２は、演算された電力を越える電力をバッテリ３０から出力しないように制御する。また電力制御部６０２は、所定時間、出力可能な電力を演算するためのマップを用いており、所定時間より長い時間、バッテリ３０より出力可能な電力を演算していない。そのため、演算された電力が、所定時間より長い時間、バッテリ３０に対して要求される場合には、電力制御部６０２は、当該所定時間より長い時間、演算された電力をバッテリ３０から出力しない場合がある。

　内燃機関始動部６０３は、エンジン１０を始動させる始動信号に基づき、モータコントロールユニット８０を介して、モータジェネレータ２０を駆動させて、エンジン１０を駆動させる。イグニションスイッチ（図示しない）がオンになると、エンジン１０を始動させる始動信号が当該スイッチより送信され、モータコントロールユニット８０により受信される。また内燃機関開始手段６０３は、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに移行する際、及び、ＥＶ走行モードからエンジンのみでの走行モードに移行する際にも、エンジン１０を始動させる。なお、走行モードの切り換えは、アクセル開度及び車速に応じて、統合コントロールユニット６０により管理されている。

　回転数設定部６０４は、エンジン１０を始動させるためにクランキングする際のモータジェネレータ２０の回転数を設定する。また、回転数設定部６０４は、電圧制御部６０１により演算された電力値（瞬時値）がエンジン１０を始動させるために必要な電力より低い場合には、モータジェネレータ２０の回転数を下げ、エンジン１０を始動させるために必要な電力を下げる。

　次に、エンジン１０を始動させる際の制御について、図１及び図４を用いて、説明する。まず、統合コントロールユニット６０は、バッテリ３０のＳＯＣが低く、車両が停止している状態から、エンジン１０を始動させる始動信号を受信すると、電圧制御部６０１によりバッテリ３０の電力を制御する。また統合コントロールユニット６０は、温度センサ３２により、バッテリ３０の温度を検出する。統合コントロールユニット６０には、下限電圧を切り替えるための閾値温度が設定されている。そして、バッテリ３０の温度が当該下限温度より高い場合には、電圧制御部６０１は、予め設定されている下限電圧を下げずにバッテリ３０を制御し、バッテリ３０の温度が当該下限電圧を切り替えるための閾値温度より低い場合には、電圧制御部６０１は、予め設定されている下限電圧を下げてバッテリ３０を制御する。

　ここで、バッテリ３０の特性として、バッテリ３０の温度が下限電圧を切り替えるための閾値温度より低い場合には、ＩＶ特性（電流電圧特性）が下に凸となる特性を示すため、バッテリ３０の出力電圧を下げると、それ以上にバッテリ３０の放電電流が高くなり、電圧と電流の積に相当する、バッテリ３０の電力は、電圧を下げる前の電力より高くなる。一方、バッテリ３０の温度が閾値温度よりも高い場合（例えば常温の状態）には、バッテリ３０の出力電圧を下げることで、バッテリ３０の電力が高くなるが、バッテリ３０の温度が閾値温度より低い場合と比べて、電力の増加量は少ない。また、バッテリ３０の安全を確保できる電圧範囲であっても、バッテリ３０の電圧が低い状態で、バッテリ３０が放電されると、電池の劣化が加速する。そのため、閾値温度には、バッテリ３０の特性に応じて、電圧を低下させることにより電力の増加が見込める温度が予め設定される。これにより、バッテリ３０の温度が閾値温度より高い場合には、電圧制御部６０１は下限電圧を下げないため、バッテリ３０の寿命の短縮化を防ぎつつ、バッテリ３０の温度が閾値温度より低い場合には、電圧制御部６０１が下限電圧を下げることにより、バッテリ３０の電力を高めることができる。

　また電圧制御部６０１は、電圧センサ３１の検出電圧と、バッテリ３２から放電可能な電流とから、バッテリ３０から瞬間的に出力可能な電力値（瞬時値）を演算し、当該演算により算出される電力値（瞬時値）とエンジン１０を始動させるために必要な電力とを比較する。そして、演算された電力値（瞬時値）がエンジン１０を始動させるために必要な電力より高い場合には、電圧制御部６０１はバッテリ３０の電力をモータジェネレータ２０に供給し、内燃機関始動部６０３は、クラッチ１５を締結させて、エンジン１０を始動させる。一方、演算された電力がエンジン１０を始動させるために必要な電力より低い場合には、回転数設定部６０４が、電力値（瞬時値）がエンジン１０を始動させるために必要な電力より高くなるようモータの回転数を下げた後に、内燃機関始動手段６０１は、クラッチ１５を締結させて、エンジン１０を始動させる。

　モータコントロールユニット８０は、エンジン１０を始動させる駆動周波数を設定して、インバータ３５を制御する。そして、バッテリ３０の検出電圧が下限電圧より高い場合には、電圧制御部６０１はバッテリ３０の電力に制限をかけないため、設定された駆動周波数に応じて電力がバッテリ３０から出力される。

　バッテリ３０の電圧が下限電圧に達する前に、エンジン１０が完爆された場合には、エンジン１０の動力を利用したモータジェネレータ２０の回生により、バッテリ３０を充電することができるため、バッテリ３０の電圧を下限電圧より高い状態を維持することができる。一方、エンジン１０をクランキングしている時に、バッテリ３０の電圧が下降し下限電圧に達した場合には、電圧制御部６０１は、バッテリ３０からの出力電力に制限をかけて、バッテリ３０の電圧が下限電圧より低くならないように制御する。この時、エンジン１０は既にクランキングしているため、エンジン１０を始動させために必要な電力より低い電力でも、エンジン１０を引き続きクランキングさせることができる。

　ところで、マップを利用した電力制御によりエンジン１０を始動させる場合について、上記の通り電力制御部６０２は、所定時間において、バッテリ３０から出力可能な電力（数秒値）を演算している。そのため、瞬間的に出力可能な電力値（瞬時値）は必要電力を上回っているにも関わらず、電力値（数秒値）が必要電力を下回るがために、モータ目標回転数を必要以上に低下せざるを得なくなる恐れがあった。モータ目標回転数が低下すればするほど、エンジン１０のクランキングから完爆するまでの時間が長くなりエンジン始動の確実性は低下しエンジン始動完了までの時間も長期化する。当然ながらエンジン始動完了までの時間が長期化すれば、電力制御部６０２の演算上、演算された電力値（数秒値）がエンジン１０の完爆まで継続して出力されない場合がある。また、回転数設定部６０４によりエンジン１０を始動させるための回転数が低い回転数に設定されている場合には、完爆までの燃料噴射の回数が多くなり、エンジン１０を始動させる確実性が下がるため、完爆するまでの時間を把握すること自体が困難になる。そのため、エンジン１０を始動させるために必要な電力の精度が悪くなる場合がある。

　また、電力制御部６０２の電力制御に使用される車両制御に使用されるセンサや統合コントロールユニット６０等のＣＰＵでは、必ずしもバッテリ３０の状態を正確に推定することができないため、演算された電力と、バッテリ３０の実際の出力可能な電力とが相違したり、バッテリ３０の実際の出力可能期間が、演算された電力値の所定期間より長くなったりする可能性がある。そのため、バッテリ３０の実際の出力電力に対して、演算された電力の精度が悪くなる。

　すなわち、電力制御によりエンジン１０を始動させる場合には、必要以上にモータの回転数を低い回転数に設定したり、演算上はバッテリ３０を始動できる場合でも実際にはエンジン１０が始動していなかったりする可能性があった。

　本例は、上記の通り、電圧制御部６０１により制御されるバッテリ３０の出力によって、エンジン１０を始動させるため、バッテリ３０の電圧が下限電圧に達するまで、バッテリ３０の実際の出力可能な電力をモータジェネレータ２０に供給し、エンジン１０を始動させることができる。本例は、例えば運転手によるイグニッションスイッチのオンに基づきエンジン１０を始動させる際に、電力制御部６０２によるバッテリ３０の電力制御を禁止し、電圧制御部６０１のみによる電圧制御によって、バッテリの出力を制御し、エンジン１０を始動させる。

　また、電圧制御によって、電力値（瞬時値）と必要電力との比較に基づき、回転数設定部６０４による回転数設定を実行させることにより、エンジン１０の始動のためのモータジェネレータ２０の回転数が必要以上に低く設定されることを抑制する。このように、電力値（瞬時値）を用いて回転数設定を行うと共に、上下限電圧の範囲内で出力を制御することによりエンジン始動の確実性を格段に向上させることが可能になる。

　次に、図５ａ及び図５ｂを用いて、本例のハイブリッド車両の制御装置の制御手順を説明する。図５ａ及び図５ｂは、本例のハイブリッド車両の制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

　本例の制御装置のシステムが開始されると、ステップＳ１にて、運転者によりイグニションスイッチがオンにされ、統合コントロールユニット６０は、エンジン１０を始動させる始動信号を受信する。ステップＳ２にて、統合コントロールユニット６０は、電圧制御部６０１により、バッテリ３０の出力を制御する。ステップＳ３にて、電圧制御部６０１は、電圧センサ３１を用いて、バッテリ３０の開放電圧を検出し、所定の閾値電圧（Ｖｘ）と比較する。当該所定の閾値電圧（Ｖｘ）は、バッテリ３０の保護のために予め設定される電圧である。バッテリ３０の開放電圧が閾値電圧（Ｖｘ）より高い場合には、ステップＳ４に遷る。一方、バッテリ１０の開放電圧が閾値電圧（Ｖｘ）より低い場合には、ステップＳ３１にて、電圧制御部６０１は、エンジン１０を始動させずに、図示しない警告灯を点灯し、乗員に対して警告を通知する。

　ステップＳ４にて、統合コントロールユニット６０は、温度センサ３２により検出されるバッテリ３０の検出温度（Ｔ）と、予め設定されている閾値温度（Ｔ_Ｌ）とを比較する。検出温度（Ｔ）が閾値温度（Ｔ_Ｌ）以上である場合には、図５ｂに示す、ステップＳ４１に遷る。一方、検出温度（Ｔ）が閾値温度（Ｔ_Ｌ）より低い場合には、ステップＳ５に遷る。

　まず、ステップＳ５以降の制御手順を説明する。ステップＳ５にて、統合コントロールユニット６０は、予め設定されている下限電圧（Ｖ_Ｌ）を、当該下限電圧（Ｖ_Ｌ）より低い下限電圧（Ｖ_Ｌ１）に設定する。なお、下限電圧（Ｖ_Ｌ）は、バッテリ３０の温度が閾値温度（Ｔ_Ｌ）より高い、通常の温度状態において、バッテリ３０を安全に使用できる下限の電圧値を示している。また下限電圧（Ｖ_Ｌ１）は、バッテリ３０の温度が下限電圧（Ｔ_Ｌ）より低い、低温状態において、バッテリ３０を安全に使用できる下限の電圧値を示している。

　ステップＳ６にて、電圧制御部６０１は、エンジン１０を始動させるために必要な電力をバッテリ３０に供給し、内燃機関始動部６０３はエンジン１０をクランキングする。ステップＳ７にて、統合コントロールユニット６０は、エンジンコントロールユニット７０から送信させる信号により、完爆を示す完爆フラグがオンになっているか否かを判定する。エンジンコントロールユニット７０は、エンジン１０の回転数から、エンジン１０の状態を管理している。エンジン１０の回転数が、完爆したと判定する所定の閾値回転数より高い場合には、エンジンコントロールユニット７０は完爆フラグをオンにし、完爆したと判定する所定の閾値回転数より低い場合には、エンジンコントロールユニット７０は完爆フラグをオフにする。

　完爆フラグがオフ状態である場合には、ステップＳ７１にて、統合コントロールユニット６０は、始動信号を受信してからの経過時間が所定時間を経過したか否かを判定する。所定時間を経過した（タイムアウト）場合には、本例の制御を終了する。これにより、バッテリ３０の出力によりエンジンを完爆できない場合には、バッテリ３０からの放電が禁止される。一方、所定期間を経過していない場合には、ステップＳ７２に遷る。ステップＳ７２にて、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の検出電圧と下限電圧（Ｖ_Ｌ１）とを比較する。検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ１）以上である場合には、電圧制御部６０１は現在の出力電力を継続してモータジェネレータ２０に供給することで、引き続き、エンジン１０をクランキングさせる。そしてステップＳ６に戻る。一方、検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ１）より低い、又は、検出電圧が下降し下限電圧（Ｖ_Ｌ１）に達した場合には、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の電力を下げて、バッテリ３０の電圧を下限電圧（Ｖ_Ｌ１）より高くになるように、バッテリ３０を制御する。そしてステップＳ７に戻る。

　ステップＳ７にて完爆フラグがオンになると、ステップＳ８にて、統合コントロールユニット６０は、電力制御部６０２により、バッテリ３０の電力を制御する。これにより、車両走行中は、電力制御部６０２により制御されるため、車両挙動を安定させることができる。ステップＳ９にて、統合コントロールユニット６０は、バッテリ３０の検出電圧と、下限電圧（Ｖ_Ｌ）とを比較する。すなわち、バッテリ３０の検出電圧が、ステップＳ５により下限電圧（Ｖ_Ｌ１）に設定される前の下限電圧（Ｖ_Ｌ）より高くなるか否かを判定する。ステップＳ９１にて、バッテリ３０の検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ）より低い場合には、バッテリ３０を充電し、ステップＳ８に戻る。バッテリ３０の電圧が低い状態で、バッテリ３０が長時間継続して使用されると、劣化が加速する。そのため、エンジン１０が完爆した後は、エンジン１０の動力を利用して、バッテリ３０を充電し、バッテリ３０の電圧を上昇させる。なお、バッテリ３０の電圧は、バッテリ３０にかかっている放電の負荷をなくすことで、下限電圧（Ｖ_Ｌ）より高くなる場合があるため、ステップＳ９１の制御処理は必ずしも必要ではなく、バッテリ３０に放電の負荷をかけないような制御を行ってもよい。バッテリ３０の検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ）より高い場合には、統合コントロールユニット６０は、下限電圧（Ｖ_Ｌ１）を下限電圧（Ｖ_Ｌ）に戻し（ステップＳ１０）、本例の制御を終了する。

　次に、ステップＳ４にて、検出温度（Ｔ）が閾値温度（Ｔ_Ｌ）以上である場合において、ステップＳ４１以降の制御手順を、図５ｂを用いて、説明する。ステップＳ４１にて、電圧制御部６０１は、エンジン１０を始動させるために必要な電力と、バッテリ３０の出力電力（瞬時値）とを比較する。バッテリ３０の出力電力（瞬時値）が、当該必要な電力以上である場合には、ステップＳ４３に遷る。一方、バッテリ３０の出力電力（瞬時値）が当該必要な電力より低い場合には、ステップＳ４２にて回転設定手段６０４は、エンジン１０を始動させるためのモータジェネレータ２０の回転数を低くする。これにより、エンジン１０を始動させるために必要な電力が下がる。なお、回転設定手段６０４は、当該回転数を段階的に下げてもよく、回転設定手段６０４は当該必要な電力が出力電力になる回転数に下げてもよい。

　ステップＳ４３にて、電圧制御部６０１は、エンジン１０を始動させるために必要な電力をバッテリ３０に供給し、内燃機関始動部６０３はエンジン１０をクランキングする。ステップＳ４４にて、統合コントロールユニット６０は、完爆フラグがオンになっているか否かを判定する。完爆フラグがオフ状態である場合には、ステップＳ４４１にて、統合コントロールユニット６０は、タイムアウトになったか否かを判定する。タイムアウトになった場合には、本例の制御を終了する。これにより、バッテリ３０の出力によりエンジンを完爆できない場合には、バッテリ３０からの放電が禁止される。タイムアウトになっていない場合には、ステップＳ４４２にて、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の検出電圧と下限電圧（Ｖ_Ｌ）とを比較する。検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ）以上である場合には、電圧制御部６０１は現在の出力電力を継続してモータジェネレータ２０に供給することで、引き続き、エンジン１０をクランキングさせる。そしてステップＳ４４に戻る。一方、検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ）より低い、又は、検出電圧が下降し下限電圧（Ｖ_Ｌ）に達した場合には、電圧制御部６０１は、バッテリ３０の電力を下げて（ステップＳ４４３）、バッテリ３０の電圧を下限電圧（Ｖ_Ｌ）より高くになるようにし、バッテリ３０を制御する。そしてステップＳ４４に戻る。

　ステップＳ４４にて完爆フラグがオンになると、ステップＳ４５にて、統合コントロールユニット６０は、電力制御部６０２により、バッテリ３０の電力を制御し、本例の制御を終了する。

　上記のように、本例は、電圧制御部６０１により、電圧センサ３１の検出電圧とバッテリ３０の制限電圧との比較結果に応じて、バッテリ３０の出力を制御し、電圧制御部６０１により制御されるバッテリ３０の出力に応じて、インバータ３５を制御しエンジン１０を始動させる。これにより、安全な電圧範囲内でバッテリ３０を制御して、エンジン１０を始動させるので、バッテリ３０の電圧の制限値まで電力を効率的に出力させることができ、その結果、エンジン１０を始動するための、バッテリ３０の使用条件の範囲を広げることができる。また、本例は、電力制御を外して、電圧制御とすることで、バッテリ３０の有する全エネルギを用いて、エンジン１０のクランキングすることが可能となりエンジン１０の始動可能な条件を広げることができる。

　また本例は、エンジン１０を始動させる時に、電圧制御部６０１によりバッテリ３０の出力を制御し、電力制御部６０２によるバッテリ３０の出力の制御することを禁止し、電力制御部６０２による電力制御を行わない。これにより、エンジン１０を始動させる際に、バッテリ３０が瞬間的に出力可能な電力値（瞬時値）を用いて回転数設定が可能となり、エンジン１０を完爆させる確実性を高めることができる。また、エンジン１０をクランキングさせてから完爆するまでの時間が長い場合にも、上下限の範囲内であればバッテリ３０が実際に出力可能な電力を、完爆まで継続的に、供給することができる。

　また本例は、バッテリ３０の検出電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ又はＶ_Ｌ１）より低い場合には、バッテリ３０の出力に制限をかける。これにより、バッテリ３０の検出電圧が、さらに下降し、バッテリ３０が過放電になることを防ぐことができる。

　また本例は、バッテリ３０から出力される電力がエンジン１０を始動させるために必要な電力より低い場合に、エンジン１０を始動させるためのモータジェネレータ２０の回転数を下げる。これにより、エンジン１０を始動させるために必要な電力を下げることができ、エンジン１０をクランキングさせることができる。

　また本例は、温度センサ３２により検出されるバッテリ３０の検出温度が閾値温度（Ｔ_Ｌ）より低い場合には、電圧制御部６０１により、下限電圧（Ｖ_Ｌ）を下限電圧（Ｖ_Ｌ１）に設定する。これにより、バッテリ３０が低温状態である場合には、下限電圧（Ｖ_Ｌ）を下げることで、バッテリ３０の出力を高めることができる。その結果として、バッテリ３０の使用条件の範囲を広げることができる。

　また本例は、下限電圧を下限電圧（Ｖ_Ｌ１）に下げた後に、バッテリ３０の電圧が下限電圧（Ｖ_Ｌ）より高い場合には、下限電圧（Ｖ_Ｌ１）を下限電圧（Ｖ_Ｌ）に戻す。これにより、低電圧の領域で、バッテリ３０が長時間使用されることを防ぐことができ、バッテリ３０の保護を図ることができる。

　また本例は、エンジン１０を始動させる始動信号を受信した場合に、電圧制御部６０１によりバッテリ３０を制御し、エンジン１０の完爆を示す信号を受信した場合に、電力制御部６０２によりバッテリ３０を制御する。これにより、エンジン１０を始動させる際に、バッテリ３０の下限電圧まで電力を引き出すことができるため、バッテリ３０の使用条件の範囲を広げることができる。また、エンジン１０の完爆後には、エンジン１０の動力によりバッテリ３０の電圧を上げることができるため、電力制御の下でも、バッテリ３０の電圧を安全電圧範囲に収めることができ、バッテリ３０を保護しつつ、バッテリ３０の寿命の延命を図ることができる。また車両の駆動を安定化させることができる。

　また本例はバッテリ３０の出力によりエンジンを完爆できない場合には、バッテリ３０からの放電が禁止される。これにより、バッテリ３０の過放電を防ぐことができる。

　なお、本例において、エンジン１０が完爆した後には、電力制御部６０２によりバッテリ３０を制御するが、電圧制御部６０１による制御を併用させてもよい。また、本例は、運転手によりイグニッションスイッチがオンになり、エンジン１０を始動させる始動信号を受信した場合に、電圧制御部６０１による電圧制御を行うが、車両走行中、ＥＶ走行モードからＨＥＶ走行モードに移行する際、又は、ＥＶ走行モードからエンジンのみの走行モードに移行する際のエンジン１０を始動させる場合に、電圧制御部６０１による電圧制御を行ってもよい。また、例えば信号待ち等で車両が停車している状態から、エンジン１０を始動させる場合に、電圧制御部６０１による電圧制御を行ってもよい。さらに、運転手によりイグニッションスイッチがオンになり、エンジン１０を始動させる始動信号を受信した場合のみ、電圧制御部６０１による電圧制御を行ってもよい。

　また、本例において、エンジン１０を始動させる始動信号を受信する前に、電力制御部６０２による電力制御を行っていた場合には、エンジン１０を始動させる始動信号を受信した時に、当該電力制御から、電圧制御部６０１による電圧制御に切り換えればよい。

　また、電圧センサ３２による電圧の検出について、バッテリ３０に複数のセル電池が搭載されている場合には、モータコントロールユニット８０は、セル毎の電圧と、当該複数のセル電池を含む電池パックトータルの電圧とをそれぞれ監視すればよい。この際、制限電圧は、各セル電池の電圧及び電池パックトータルの電圧、それぞれに設定すればよい。また、複数のセル電池の電圧及び電池パックトータルの電圧を管理する場合には、ステップＳ４にて、それぞれの下限電圧を下げてもよく、また、電圧が低くなっているセル電圧の下限電圧を下げてもよい。

　また本例の制御装置における制御手順について、必ずしも図５に示す手順にする必要はなく、各ステップを入れ替えてもよく、また一部のステップを省略してもよい。

　なお、ステップＳ７１及びステップＳ４４１において、タイムアウトで終了した後に、何回もエンジン１０の始動を行うと、バッテリ３０が過放電になる可能性があるため、例えば、所定の回数、エンジン始動を試みてエンジンを始動しない場合
には、再始動を行わない制御を行ってもよい。また、バッテリ３０の電圧が所定の電圧より低い場合には、再始動を行わない制御を行ってもよい。当該所定の電圧には、エンジン１０を再始動させることで、バッテリ３０に負荷がかかり、バッテリ３０が過放電になることを示す電圧が設定されればよい。

　上記エンジン１０が本発明に係る内燃機関に相当し、上記モータジェネレータ２０が本発明に係る電動機に相当し、上記第１クラッチＣＬ１が本発明に係るクラッチに相当し、上記電圧センサ３１が本発明に係る電圧検出手段に相当し、上記電圧制御部６０１が本発明に係る電圧検出手段に相当し、上記電力制御部６０２が本発明に係る電力制御手段に相当し、上記内燃機関始動部６０３が本発明に係る内燃機関始動手段に相当し、上記回転数設定部６０４が本発明に係る回転数設定手段に相当し、上記温度センサ３２が本発明に係る温度検出手段に相当し、下限電圧（Ｖ_Ｌ）が本発明に係る第１の下限電圧に相当し、下限電圧（Ｖ_Ｌ１）が本発明に係る第２の下限電圧に相当する。

１…ハイブリッド車両
　１０…エンジン
　１５…第１クラッチ
　２０…モータジェネレータ
　２５…第２クラッチ
　３０…バッテリ
　３５…インバータ
　４０…自動変速機
　６０…統合コントロールユニット
　　６０１…電圧制御部
　　６０２…電力制御部
　　６０３…内燃機関始動部
　　６０４…回転数設定部
　７０…エンジンコントロールユニット
　８０…モータコントロールユニット
　９０…トランスミッションコントロールユニット

Claims (8)

1. 　内燃機関と、前記内燃機関を始動する電動機と、前記電動機を制御するインバータと、前記内燃機関と前記電動機とを間の動力伝達を断接するクラッチと、前記電動機に電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両を制御する制御装置であって、
   　前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、
   　前記バッテリの制限電圧の範囲内で現時点で出力可能な第１電力値に応じて前記バッテリの出力を制御する電圧制御手段と、
   　前記クラッチを締結させて、前記電圧制御手段により制御される前記バッテリの出力によって、前記インバータを制御して前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と、
   を備え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に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   　前記バッテリの状態から現時点から所定時間安定して出力可能な前記バッテリの第２電力値を演算し、その演算結果に応じて、前記バッテリの出力を制御する電力制御手段をさらに備え、
   前記電圧制御手段は、
   　前記内燃機関を始動させる時に、前記第１電力値に応じて、前記バッテリの出力を制御し、
   前記電力制御手段は、
   　前記内燃機関を始動させる時に、前記第２電力値に応じて前記バッテリの出力の制御をすることを、禁止する
   ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記内燃機関を始動させる前記電動機の回転数を設定する回転数設定手段をさらに備え、
   前記回転数設定手段は、前記第１電力値が前記内燃機関を始動させるために必要な必要電力値より低い場合に、前記回転数を下げる
   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１～３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記電圧制御手段は、
   　前記電圧検出手段の検出電圧が前記制限電圧である下限電圧より低い場合には、前記バッテリの出力に制限をかける
   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１、３及び４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   　前記バッテリの状態から前記バッテリの出力を演算し、その演算結果に応じて、前記バッテリの出力を制御する電力制御手段をさらに備え、
   前記電圧制御手段は、前記内燃機関を始動させる始動信号を受信した場合に、前記バッテリを制御し、
   前記電力制御手段は、前記内燃機関の完爆を示す信号を受信した場合に、前記バッテリを制御する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記電圧制御手段は、
   　前記温度検出手段により検出される前記バッテリの温度が所定の温度より低い場合には、前記制限電圧である第１の下限電圧から、前記第１の下限電圧より低い第２の下限電圧に設定する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
7. 請求項６に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記電圧制御手段は、前記第２の下限電圧に設定した後に、前記電圧検出手段の検出電圧が前記第１の下限電圧より高くなる場合には、前記第２の下限電圧から前記第１の下限電圧に設定する
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記電圧制御手段は、
   　前記バッテリの出力により前記内燃機関を完爆できない場合には、前記バッテリからの放電を禁止する
   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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