CN104467072A - 充电控制装置、具备该装置的车辆以及充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电控制装置、具备该装置的车辆以及充电控制方法。在搭载了设想的电池的情况下，能够充分发挥电池的性能，并且，即使在搭载了与设想的电池不同的电池的情况下，也能抑制电池的提前劣化。具备：劣化状态判定单元(60、30)，在表示电池(20)的劣化状态的参数超过了预先决定的规定值的情况下判定为电池(20)已劣化；容量检测单元(60、50)，检测电池(20)的容量；和容量管理单元(30)，在由劣化状态判定单元(60、30)判定为电池(20)已劣化的情况下，控制电池(20)的充放电，以使与未由劣化状态判定单元(60、30)判定为电池(20)已劣化的情况相比容量变多。

Description

充电控制装置、具备该装置的车辆以及充电控制方法

技术领域

本发明涉及搭载于车辆的电池等的充电控制装置。

背景技术

以往，公知有一种计算对电池的充电状态(残余容量相对于满充电容量的比率)进行表示的SOC(State Of Charge)，并判定计算出的SOC是否大于规定的阈值，基于判定结果来控制交流发电机的发电电压的充电控制装置(参照专利文献1)。

【专利文献1】日本特开2012－186908号公报

在专利文献1所记载的充电控制装置中，当搭载了与设想的电池不同的电池时，有可能因为如成为比被推荐的SOC高的SOC那样进行充放电而存在无法充分发挥电池的性能的情况、或因为如成为比被推荐的SOC低的SOC那样进行充放电的控制而导致电池的提前劣化。

发明内容

本发明为了解决上述课题而提出，其主要目的在于，提供一种在搭载了所设想的电池的情况下能够充分发挥电池的性能，并且即使在搭载了与所设想的电池不同的电池的情况下也能抑制电池的提前劣化的充电控制装置。

本发明涉及充电控制装置，其特征在于，具备：劣化状态判定单元，在表示电池的劣化状态的参数超过了预先决定的规定值的情况下判定为已电池劣化；残余容量检测单元，检测电池的残余容量；和残余容量管理单元，在通过劣化状态判定单元判定为电池已劣化的情况下，控制电池的充放电以使与通过劣化状态判定单元未判定为电池已劣化的情况相比残余容量变多。

另外，本发明涉及由充电控制装置执行的电池的充电控制方法，其特征在于，包括：判定步骤，在表示电池的劣化状态的参数超过了预先决定的规定值的情况下判定为所述电池已劣化；检测步骤，检测所述电池的残余容量；和控制步骤，当在所述判定步骤中判定为所述电池已劣化的情况下，控制所述电池的充放电以使得与在所述判定步骤中未判定为所述电池已劣化的情况相比所述残余容量变多。

根据上述发明，在电池未劣化的状态下，以与已劣化的状态相比残余容量少的状态进行充放电的控制，在电池已劣化的状态下，以与未劣化的状态相比残余容量多的状态进行充放电的控制。因此，在搭载了设想的电池并且电池未劣化的状态下，电池的空余容量以及充电时的充电电流变大，能够充分发挥电池的性能。另一方面，由于在搭载了与设想的电池不同的电池并且电池已提前劣化的状态下，以与未劣化的状态相比残余容量多的状态进行充放电的控制，所以能够抑制电池的进一步迅速的劣化。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的充电控制装置的电模块图。

图2是表示与电池的劣化相伴的启动时下限电压的变化的图。

图3是电池的残余容量与充电电流的相关图。

图4是AGM模式的充放电控制的时间图。

图5是Pb模式的充放电控制的时间图。

图6是表示应用了上述实施方式的充电控制装置的情况的电池的寿命的图。

具体实施方式

本实施方式涉及的充电控制装置被搭载于以作为内燃机的发动机为行驶驱动源的车辆，用于被交流发电机充电的电池的充放电控制。该车辆具有在满足了规定的自动停止条件的情况下使发动机自动停止，在满足了规定的自动再启动条件的情况使发动机自动再启动的怠速熄火功能。

如图1所示，车辆100中具备发动机(Eng)1、将发动机1的输出变换成电力的交流发电机(Alt)10、向设置于车辆100的各种电气负荷供给电力的电池20、对设于车辆100的各种设备进行控制的ECU30、利用电池20的电力使发动机1启动的启动电动机(St)40、计测电池20的电压的电压计(V)60等。在交流发电机10与电池20之间设有对充放电电流进行计测的电流计(A)50。在交流发电机10中设有调节电压的调节器(Reg)11，通过ECU30向调节器11发送电压控制信号，交流发电机10的电压被变更。

作为电池20，假设搭载了AGM(Absorbed Glass Mat)电池(第二电池)。AGM电池是在玻璃纤维性的隔板(mat)吸收有电解液，将隔板作为隔膜(separator)使用的电池。AGM电池与Pb电池(第一电池)相比寿命较长，并且，即使在SOC为70～80％左右的状态下反复进行充放电，也与Pb电池不同，不会发生迅速劣化。

另一方面，Pb电池SOC被推荐在90％以上的状态下反复进行充放电，例如在与AGM电池同样地以70～80％左右的SOC反复进行充放电的情况下，会发生迅速的劣化而需要尽早更换。因此，在设想搭载AGM电池而以SOC70～80％左右的状态反复进行充放电的车辆100中搭载了Pb电池的情况下，Pb电池会发生迅速的劣化。

接下来，使用图2(a)以及图2(b)对电池20的劣化和启动时下限电压进行说明。纵轴是在启动发动机1时电池20的电压最为下降的启动时下限电压，横轴表示时间。由于伴随着电池20的劣化电池20的内部电阻增加，所以电压降变大，启动时下限电压降低。由于若启动时下限电压变为7.2V以下则无法启动发动机1，所以需要更换电池20。其中，电压计60以及ECU30构成了劣化状态判定单元。

图2(a)是在设想搭载Pb电池的车辆100中，如SOC成为90％那样进行了充放电控制的情况下的启动时下限电压的变化。另一方面，图2(b)表示了在设想搭载AGM电池的车辆100中，如SOC成为75％那样进行了充放电控制的情况下的启动时下限电压的变化。如图2(b)所示，在取代AGM电池而误搭载了Pb电池的情况下，针对Pb电池也如成为75％的SOC那样进行充放电控制。结果，Pb电池迅速劣化而需要提前更换。

这里，使用图3对电池20的容量与充电电流的相关性进行说明。图3的纵轴表示充电电流，横轴表示残余容量。其中，关于电池20的充电电流相对于残余容量的特性，在AGM电池与Pb电池中是同样的。根据图3可知，如果在电池20的残余容量少的状态下进行充电，则可使充电电流更大，能够在短时间内向电池20充电大量的电力。即，在例如SOC成为75％那样进行了充放电控制的情况下，与例如SOC成为90％那样进行了充放电控制的情况相比，再生发电时的充电电流变大，能够将再生时产生的能量更高效地用于电池20的充电。其中，充电电流与容量的相关性被存储在ECU30内的存储器。

在本实施方式中，切换AGM模式和Pb模式，所述AGM模式是按照在AGM电池中容量SOC成为75％的方式ECU30作为目标值设定单元发挥功能，将SOC管理目标值设定为75％(第二推荐容量)来进行充放电的控制的模式；所述Pb模式是按照在Pb电池中SOC成为90％的方式，将SOC管理目标值设定为90％(第一推荐容量)来进行充放电的方式。在车辆100出厂时，作为初始状态，被设定为AGM模式。另外，在更换电池20时设定被复位，重新设定为AGM模式。所设定的模式被存储到ECU30内的存储器。

首先，在驾驶员启动发动机1时，进行ECU30的起动，并且利用电压计60计测启动时下限电压。而且，通过判定对电池20的劣化状态进行表示的参数即启动时下限电压是否变为规定值以下，来进行电池20的劣化判定。在未判定为启动时下限电压变为规定值以下的情况下，维持AGM模式的设定。另一方面，在判定为启动时下限电压变为规定值以下的情况下，向Pb模式变更，ECU30内的存储器中存储的模式被改写为Pb模式。其中，所存储的模式在电池20被更换之前不变更，在被设定为Pb模式之后，不进行电池20的劣化判定。

首先，使用图4对AGM模式进行说明。在AGM模式中，按照电池20的SOC成为75％的方式进行充放电控制。如上所述，电池20的残余容量与充电电流的相关性被存储在ECU30。因此，由电流计50和ECU30构成残余容量检测单元，根据由电流计50计测出的充电电流来求取电池20的残余容量。充放电的控制通过ECU30作为残余容量管理单元发挥功能，利用调节器11使交流发电机10的电压变化来进行。具体而言，如果交流发电机10的电压超过电池20的电压，则进行从交流发电机10向电池20的充电，如果交流发电机10的电压低于电池20的电压，则进行来自电池20的放电。

在AGM模式中，在驾驶员启动发动机1后直到充电电流变为20A(第二电流值)之前不进行充放电的控制，交流发电机10的电压被保持为最大电压。即，当在tO进行了发动机1的启动之后，tO～t1为发动机1的怠速状态，在t1～t2进行加速，t2～t3进行维持加速器恒定的状态的稳定行驶，但施加电压恒定。而且，在t3，若充电电流变为20A，则开始充放电控制。这里，20A是AGM电池的SOC为80％的情况的充电电流。如上所述，由于电池20的残余容量与充电电流的相关性被预先规定并存储，所以无论是否搭载了Pb电池，都视为如果充电电流变为20A则电池20的SOC为80％。而且，确定为电池20的SOC是80％，开始充放电控制。

其中，在t3，确定为SOC是80％，并且还开始怠速熄火(IS)控制。这是因为当在充电电流大、即电池20的残余容量少的情况下进行了怠速熄火时有时成为过放电，有可能在进行了怠速熄火控制之后无法再启动发动机1。

在t3～t4、t5～t6、t9～t1O的加速器被维持为恒定的状态的稳定行驶中，进行残余容量维持的控制以使残余容量成为目标值。即，在残余容量高于残余容量管理目标值的情况下，使从交流发电机10对电池20施加的电压比规定电压(例如12.6V)降低来进行电池20的放电。另一方面，在残余容量小于残余容量管理目标值的情况下，使从交流发电机10对电池20施加的电压比规定电压上升，来进行电池20的充电。基于在t3确定出的电池20的残余容量和电池20的充放电电流，来计算电池20的残余容量。其中，按照可获得规定的电压下降速度-△V以及电压上升速度△V的方式进行电压的变更。

在t4～t5、t8～t9加速器被驾驶员踩踏而加速的情况下，进行抑制的控制。在抑制的控制中，与电池20的残余容量无关地将交流发电机10的电压作为下限值，来进行电池20的放电。

在t6～t7、t1O～t11制动器被驾驶员踩踏而减速的情况下，进行再生的控制。在再生的控制中，与电池20的容量无关地将交流发电机10的电压作为上限值，对电池20进行充电。此时，由于残余容量越少则充电电流越大，所以如果在残余容量少的状态下进行再生的控制，则能够将更多的电力向电池20充电。

在t7车辆100停止的情况下，通过怠速熄火(IS)控制使发动机1自动停止，进行抑制的控制直到发动机1被再启动的t8为止。怠速熄火中的抑制的控制与加速时的抑制的控制相同，和残余容量无关地将交流发电机10的电压作为下限值(由交流发电机10进行的发电停止)。

接下来，使用图5对Pb模式进行说明。

在Pb模式中，与AGM模式不同，按照电池20的SOC成为90％的方式进行充放电的控制。

在Pb模式中，在驾驶员启动发动机1后，直到充电电流变为7.5A(第一电流值)之前不进行充放电的控制，交流发电机10的电压被保持为最大电压。即，在tO′进行了发动机1的启动之后，tO′～t1′为怠速状态，t1′～t2′进行加速，t2′～t3′进行稳定行驶，但电压恒定。而且，在t3′，若充电电流变为7.5A，则开始充放电控制。这里，7.5A是Pb电池的SOC为95％的情况的充电电流。如上所述，由于电池20的残余容量与充电电流的相关性被预先规定并存储，所以与是否搭载了Pb电池无关，如果充电电流变为7.5A，则视为电池20的SOC是95％。而且，确定为电池20的SOC是95％，开始充放电控制。其中，与AGM模式同样，在t3′确定为电池20的SOC是95％，并且还开始怠速熄火控制。

在t3′～t1l′，进行与上述的AGM模式中t3～t1l的控制同样的控制。此外，在t6′～t7′、t1O′～t1l′中的再生的控制中，与AGM模式同样地将施加电压设为上限值，但充电电流的值比AGM模式小。这是因为在Pb模式中与AGM模式相比将残余容量管理目标值设定得较高。

如上所述，在判定为电池20未劣化的情况下执行AGM模式，在判定为电池20劣化的情况下执行Pb模式。参照图6，针对从AGM电池更换成Pb电池的情况，说明模式的切换与启动时下限电压的关系。

首先，在车辆100出厂时搭载AGM电池，模式被设定为AGM模式。如果因为将车辆100使用规定期间而AGM电池劣化，启动时下限电压变为规定值以下，则进行模式切换而被设定为Pb模式。而且，在进一步使用车辆100，AGM电池的劣化加剧，启动时下限电压小于7.2V的情况下，由于发动机1难以启动，所以进行电池20的更换。如上所述，在Pb模式中以比AGM模式高的残余容量管理目标值进行充放电的控制。因此，AGM电池的寿命与仅通过AGM模式进行充放电的控制的情况相比被延长。

这里，在更换电池20时，搭载了Pb电池而不是被推荐搭载的AGM电池。伴随着电池20的更换，模式被设定为AGM模式，以比Pb电池中的推荐容量低的容量管理目标值进行充放电控制。结果，Pb电池迅速劣化到启动时下限电压成为规定值。如果Pb电池劣化而启动时下限电压变为规定值以下，则进行模式切换，被设定为Pb模式。在Pb模式中，将Pb电池的推荐容量作为容量管理目标值来进行充放电控制。结果，能够防止Pb电池的进一步的迅速的劣化，Pb电池的寿命被延长。

根据上述的构成，发挥以下的效果。

·在电池20未劣化的状态下，以与正劣化的状态相比残余容量少的状态进行充放电的控制，在电池20正劣化的状态下，以与未劣化的状态相比残余容量多的状态进行充放电的控制。因此，在搭载AGM电池并且AGM电池未劣化的状态下，能够增大再生发电时的充电电流。因此，可充分发挥AGM电池的性能，能够期待燃油利用率的改善。另一方面，在搭载了Pb电池的情况下，虽然到成为劣化的状态为止会很快劣化，但在成为劣化的状态之后，以与未劣化的状态相比残余容量多的状态进行充放电的控制。因此，即便在设想搭载AGM电池的车辆100中搭载了Pb电池，也能够延长Pb电池的寿命。

·通过按照电池20的残余容量成为残余容量管理目标值的方式进行充放电的控制，能够防止进行不必要的充电，可改善燃油利用率。

·在电池20未劣化的状态下，与电池20已劣化的状态相比，充放电的控制较早开始。因此，可防止不必要的充电，能够改善燃油利用率。

·在判定为电池20的容量变为规定值的情况下，由于开始怠速熄火控制，所以在AGM模式中能够尽早开始怠速熄火控制。因此，可期待通过怠速熄火控制实现的燃油利用率的改善效果。

く变形例＞

·在上述实施方式中，说明了在设想搭载AGM电池的车辆100中搭载了Pb电池的情况，但本发明也能够应用于设想搭载EFB(Enhanced FloodedBattery)而不是AGM电池的车辆100。该情况下，只要在车辆100出厂时以及电池20更换时，设定成按照成为EFB的推荐容量的方式进行充放电控制的EFB模式，并根据劣化判定来向Pb模式切换。另外，本发明并不限定于上述各电池，如果是具有与Pb电池同样的劣化特性的电池、即内部电阻伴随着劣化而增加的电池，则同样能够应用。

·在上述实施方式中，一旦进行电池20的劣化判定则直到更换电池20为止将模式保持为切换的模式不变，但也可以在发动机1启动时进行劣化的判定，在发动机1停止时进行劣化判定的复位。该情况下，如果在通过怠速熄火控制进行了发动机1的停止的情况下、由驾驶员进行了怠速熄火的操作的情况下也进行劣化判定，则每当进行怠速熄火时都进行残余容量确定的控制。结果，进行残余容量维持、再生的控制的期间变短，有可能导致燃油利用率劣化。因此，例如只要在使用者没有对车辆100使用规定时间的情况下、即发动机1停止而在规定时间没有进行发动机1的再启动的情况下，进行劣化判定的复位即可。

·在上述实施方式中，通过测定发动机1启动时的下限电压来进行了电池20的劣化判定，但也可以通过测定电池20的内部电阻来进行劣化判定。另外，也可以通过计测由发动机1启动时的启动电动机40引起的曲柄的旋转速度来进行劣化判定。

·在上述实施方式中，将进行充放电控制的残余容量和残余容量管理目标值设为不同的值，但也可以使两者为相同的值。即，可以在发动机1启动后，直到充电电流成为与残余容量管理目标值对应的电流为止将施加电压设为最大值，在充电电流变成与残余容量管理目标值对应的电流的时刻开始充放电控制。

·在上述实施方式中，通过计测发动机1启动时的启动时下限电压，来进行电池20是否劣化的判定，通过计测电池20的充电电流来判断电池20的残余容量，进行充放电控制。然而，电池20的内部电阻、充电电流因温度的变化而受到影响。因此，可以设置温度计，在进行电池20的劣化判定时以及根据电池20的充电电流来判定残余容量时，进行基于温度的修正。

·在上述实施方式中，在AGM模式和Pb模式双方中进行了残余容量维持控制，但也可以在Pb模式中，除了抑制的控制以外还进行恒压控制。在按照残余容量通过残余容量维持控制而成为残容容量管理目标值的方式进行了控制的情况下，残余容量管理目标值越低则再生时的充电电流越多，可高效地进行电池20的充电。然而，在Pb模式的情况下，由于以与AGM模式相比残余容量管理目标值高的状态进行残余容量维持控制，所以无法将再生时的充电电流增大AGM模式程度。因此，在Pb模式中通过进行残余容量维持控制而得到的燃油利用率改善效果比AGM模式小。因此，在进行残余容量维持控制而获得的燃油利用率改善效果较小的Pb模式中可以不进行残余容量维持控制而进行恒压控制。

【附图标记说明】20…电池，30…ECU，50…电流计，60…电压计。

Claims (12)

1.一种充电控制装置，其特征在于，具备：

劣化状态判定单元(60、30)，其在表示电池(20)的劣化状态的参数超过了预先决定的规定值的情况下判定为所述电池已劣化；

残余容量检测单元(50、30)，其检测所述电池的残余容量；以及

残余容量管理单元(30)，其在由所述劣化状态判定单元判定为所述电池已劣化的情况下，控制所述电池的充放电，以使所述残余容量与由所述劣化状态判定单元未判定为所述电池已劣化的情况相比变多。

2.根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，

还具备目标值设定单元(30)，该目标值设定单元根据所述劣化状态判定单元的判定结果，来设定所述电池的所述残余容量的目标值亦即残余容量管理目标值，

所述残余容量管理单元控制所述电池的充放电，以使所述残余容量成为所述残余容量管理目标值。

3.根据权利要求2所述的充电控制装置，其特征在于，

作为所述电池，能够使用第一电池和第二电池，

所述第一电池被规定第一推荐残余容量作为能够抑制劣化的残余容量，所述第二电池被规定比所述第一推荐残余容量少的第二推荐残余容量作为能够抑制劣化的残余容量，

所述目标值设定单元在由所述劣化状态判定单元判定为所述电池已劣化的情况下，设定基于所述第一推荐残余容量的所述残余容量管理目标值，在由所述劣化状态判定单元未判定为所述电池已劣化的情况下，设定基于所述第二推荐残余容量的所述残余容量管理目标值。

4.根据权利要求3所述的充电控制装置，其特征在于，

所述第一电池是Pb电池，所述第二电池是AGM电池。

5.根据权利要求3或4所述的充电控制装置，其特征在于，

所述残余容量检测单元通过计测所述电池的充电电流来检测所述残余容量，

规定有与所述第一推荐残余容量对应的所述充电电流的第一电流值，

规定有与所述第二推荐残余容量对应的所述充电电流的第二电流值，

在由所述劣化状态判定单元判定为电池已劣化的情况下，当所述充电电流的值成为所述第一电流值时开始所述充放电的控制，在由所述劣化状态判定单元未判定为所述电池正劣化的情况下，当所述充电电流的值成为所述第二电流值时开始所述充放电的控制。

6.根据权利要求2所述的充电控制装置，其特征在于，

所述残余容量管理单元在由所述劣化状态判定单元判定为所述电池已劣化的情况下，与由所述劣化状态判定单元未判定为所述电池已劣化的情况相比将所述残余容量管理目标值设定为较大的值。

7.根据权利要求1、2、6中任意一项所述的充电控制装置，其特征在于，

所述容量检测单元通过计测所述电池的充电电流来检测所述残余容量，

所述残余容量管理单元在所述充电电流成为根据所述电池是否已劣化而预先决定的规定值以下的情况下，开始所述充放电的控制。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的充电控制装置，其特征在于，

所述劣化状态判定单元在所述充电控制装置起动时进行所述电池是否已劣化的判定。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的充电控制装置，其特征在于，

所述充电控制装置被搭载于具备启动电动机(40)的车辆，

所述劣化状态判定单元通过测定所述启动电动机的启动时的下限电压来进行所述电池是否已劣化的判定。

10.一种车辆，是具备权利要求5所述的充电控制装置、内燃机(1)、和使所述内燃机自动停止的怠速熄火功能的车辆(100)，其特征在于，

在所述劣化状态判定单元判定为电池正劣化的情况下，当所述充电电流成为所述第一电流值以下时开始所述怠速熄火功能的控制，在所述劣化状态判定单元未判定为所述电池正劣化的情况下，当所述充电电流变为所述第二电流值以下时开始所述怠速熄火功能的控制。

11.一种车辆，是具备权利要求7所述的充电控制装置、内燃机、和使所述内燃机自动停止的怠速熄火功能的车辆，其特征在于，

在所述充电电流成为根据所述电池是否已劣化而预先决定的规定值以下的情况下开始所述怠速熄火功能的控制。

12.一种充电控制方法，是由充电控制装置执行的电池的充电控制方法，其特征在于，包括：

判定步骤，在表示电池的劣化状态的参数超过了预先决定的规定值的情况下判定为所述电池已劣化；

检测步骤，检测所述电池的容量；以及

控制步骤，在所述判定步骤中判定为所述电池已劣化的情况下，控制所述电池的充放电，以使所述容量与在所述判定步骤中未判定为所述电池已劣化的情况相比变多。