JP2004509598A - 自動車における発電機電圧の調整方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、発電機が負荷と少なくとも一つのバッテリを有する自動車電源システムに供給し、公称値電圧の値で発電機出力電圧を調整するレギュレータを備えた自動車における発電機の調整方法に関する。回復準備モードにおいて、公称値電圧は、ブレーキ操作又は、車両が過剰走行であるときに、電気パワーが自動車電源システムに供給されるように、運転状態変数の関数としてプリセットされる。本発明に従うと、バッテリが再生されるような、復旧モードにおいてプリセットされる公称値電圧を伴って、回復準備モードと復旧モード間の切り替えが予め定めた切り替え条件の関数として生じる。

Description

本発明は、請求項１の前提節に従う、自動車における発電機電圧の調整方法に関し、更に前記方法を実行する請求項９の前提節に従う発電機制御装置に関する。
【０００１】
内燃機関エンジンを搭載する通常の近代的自動車において、発電機は内燃機関エンジンにより駆動され、自動車電源システムのための電力を生成する。利用可能な電力量を蓄積するために、自動車電源システムは、エネルギー蓄積を行うバッテリを有し、一部が放電されると、発電機により再充電される。発電電圧が、バッテリの充電電流の方向と大きさ、即ち、充電と放電サイクルを決定付ける。発電機は通常、発生された電圧がバッテリの最終的充電電圧に出来るだけ近い値になるように調整され、充電バランスが正である場合、バッテリは常に完全な充電が行われる。
【０００２】
作動状態の機能として自動車の発電機の電圧を調整する方法が、ドイツ特許ＤＥ４３０７９０７Ａ１により知られている。この特許により、自動車エンジンの負荷を低減するために、加速の期間中発電機の電圧が減少されること、更にブレーキエネルギーを回復することによりバッテリに充電するために、より大きい電力を吸収することが可能な様に、ブレーキの期間中発電機の電圧が上昇されることが示されている。バッテリ、発電機及び負荷間の電力の流れは、走行状態に一致した発電機の電圧の公称値を前もって調整することにより制御されることが提示されている。同様の方法がまた米国特許４，６５９，９７７により知られている。
【０００３】
本発明の目的は、回復モードを備えた自動車のバッテリの寿命を長くすることにある。この目的は、請求項１の特徴を有する発明によって達成される。
【０００４】
本発明に従う方法は、回復によるバッテリに掛かるストレスの影響を部分的に解消する作動モードを導入することにより発電機を調整する周知の方法を拡張するものである。ブレーキエネルギーの回復の期間中、増加したストレスは、バッテリの充電及び放電間の繰り返しの変化により自動車のバッテリに与えられる。
【０００５】
バッテリの規則的な再生を行う為に、発電機制御装置は、規則的に回復準備モードから復旧モードに切り替わり、規則的に再び回復準備モードに戻る。回復準備モードにおいて、要求される時に、適切な公称（ｎｏｍｉｎａｌ）値電圧にプリセットすることにより回復動作が選択される。復旧モードにおいて、公称値電圧が発電機コントローラによってプリセットされ、バッテリが、回復充電の変化に基づいて増加するストレスから再生される。この方法はバッテリの未熟なエージングを防止するという有利さを有する。
【０００６】
本発明の有利な展開において、回復動作から生じるバッテリストレスの特性の指標である回復特性変数は、復旧モードに切り替える為の判定基準として継続的に評定される。この方法の展開は、バッテリが要求されるように再生され、バッテリ寿命に不利な影響を与えずに長い時間の回復が可能であるという有利さを有する。
【０００７】
一つの有利な改良において、特定のスタート時刻後に生じるバッテリの蓄電能力が回復特性変数として用いられる。前記スタート時刻に対する一つの有利な選択は、例えば、復旧モードから回復準備モードへの最後に生じた切り替え時刻である。
【０００８】
発電機の電圧を調整するための方法の更なる有利な展開は、回復準備モードにおいて、負荷にバッテリと発電機からの混合の方法で供給する中間ステージが、バッテリに対する充電プロセスから、バッテリから充電電圧を引き出すプロセスに変化する間に備えられる。この方法への拡張は、充電プロセスから放電プロセスに変化する時にバッテリに生じる電力ロスを減少する有利さを有する。他の一つの有利な展開においては、回復準備モードにおいて、バッテリが部分的に充電の状態に維持される。部分的に充電の状態において、バッテリは、回復から得られるエネルギーの大部分を得て、回復により生じる大きな充電量を吸収することができる。この方法は、回復による以前に、より大きな割合で、自動車において要求される電力が生成されるので、燃料消費を少なくするという有利さを有する。さもなければ、バッテリに掛かる大きなストレスが存在する不利が、制御された回復モードへの切り替えによって維持される。
【０００９】
本発明の一つの典型的な実施例は、図面を参照してより詳細に以下に説明される。
【００１０】
図１は、自動車の内燃機関エンジン又は、又は内燃機関エンジンに結合した、自動車ホイールのようなパワー源により駆動される発電機１を有する回復能力を備える自動車電源システムを示す。整流器２を伴う発電機１は、公称値の電圧Ｕ＿ｎｏｍにプリセットされるレギュレータ３を有する。整流器２の出力電圧は、発電機１の要素となるレギュレータ３によってこの公称値電圧Ｕ＿ｎｏｍで調整される。整流器２の出力電圧が十分大きければ、電流が自動車電源システムに供給される。
整流器２の出力が、電気的に電気負荷４とバッテリ５に接続され、生成される電流は電気負荷４に直接供給するために使用され、更に電流レベルが十分高ければ、バッテリ５を充電するために使用される。
【００１１】
監視ユニット６は、例えば、２つの端子可変数、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ及びバッテリ電圧Ｕｂａｔｔを使用し、バッテリ５の瞬時充電状態ＳＯＣを決定する。バッテリ５の温度Ｔｂａｔｔ、バッテリ５の内部抵抗、周囲温度または他の適切なパラメータが、監視ユニット６が充電状態を決定するための、可変入力として使用される。
【００１２】
自動車電源システムは、更に発電機コントローラ７を有する。発電機コントローラ７の役割は、公称値電圧Ｕ＿ｎｏｍをプリセットすることによって整流器２からの出力電圧を制御することである。整流器２からの出力電圧の大きさは、運動エネルギーが電気エネルギーに回復するどうかを定める為の重大な要因である。出力電圧が十分に高ければ、バッテリは充電され、出力電圧が特定の値以下に下れば、対照的に、バッテリが自動車電源システムにパワーを送出する。出来るだけ多くの電気エネルギーを回復から得るが、バッテリ５の寿命に不利な影響を与えないために、発電機コントローラ７は、充電状態ＳＯＣのような、バッテリ特性変数のみでなく、回復のために関連する更なるパラメータＰｒｅｃが与えられる。これは、例えば、燃料の流れが止められた過剰運転情報、車の速度、外部温度、エンジンの温度、ブレーキペダルの位置、加速ペダルの位置、瞬時の燃費、発電機シャフトに対するトルク、クラッチ位置、アンチロックブレーキシステムまたは電子安定性監視等からの情報、即ち、駆動力、エンジン制御、車輪の制御および運転者の意思についての情報を含んでいる。発電機のコントローラ７はこれらのパラメータＰｒｅｃを用い、所定の調整方法に従って、公称値電圧Ｕ＿ｎｏｍ を計算する。１つの適切な調整方法を以下に説明する。
【００１３】
発電機電圧のいわゆる基準値Ｕｂａｓｉｃは、発電機コントローラ７によってプリセットされる公称値電圧Ｕ＿ｎｏｍに対する基準を形成する。この値は回復操作のために望ましい部分的な充電範囲で、無負荷のバッテリ電圧に対応する。この発電機の基準電圧は、実際の充電状態ＳＯＣ、バッテリ５の温度Ｔｂａｔｔ及び、アクセルペダルの位置の関数として下方向に修正される。内燃機関エンジンの負荷を減らすために必要ならば、発電機１はバッテリ５を消費して供給するパワー部分を減らす。次の表示は、実施例として、発電機１の出力電圧を調整する為の公称値電圧Ｕ＿ｎｏｍを計算する簡単な式として用いられる。
【００１４】
【数１】

【００１５】
なお、
【００１６】
【数２】

【００１７】
は望ましい充電状態、
【００１８】
【数３】

【００１９】
は実際の充電状態、
【００２０】
【数４】

【００２１】
は、参照温度であり、
【００２２】
【数５】

【００２３】
は測定されたバッテリ温度、
【００２４】
【数６】

【００２５】
は充電状態ＳＯＣ、温度およびアクセルペダルの位置の重み付けの為の修正係数である。
【００２６】
上記の記述に基づく監視ユニット６と発電機コントローラ７の機能は、また単一のユニットとして、バッテリ監視ユニットが付いた発電機に統合することが出来る。
【００２７】
図２は発電機１を調整する為の本発明に従う方法のフローチャートの有利な好ましい一実施例を示す。バッテリ５は方法の開始のステップ１０１で初期化される。その工程において、バッテリ特性変数の値が決定され、バッテリ５の充電状態ＳＯＣが、これらの値から計算される。次いで、ブランチ１０２で、チェックが実行され、バッテリ５の充電状態ＳＯＣが充電範囲の予め定めた範囲にあるか否かが判定される。この充電範囲の状態は、バッテリ５の充電受容が可能な限り高く、バッテリの充電状態が同様に可能な限り高く、充電範囲が出来るだけ広いように定義される。これらの要件は、相互に矛盾しているので、充電範囲の状態の定義のみが妥協できる解決である。したがって、１つの有利な実施例において、充電範囲の状態は車両の操作中に、以下のパラメータ：バッテリのエージング状態、外部温度及び最後の開始プロセスから走行した距離の少なくとも１つの関数として正確に当てはめられる。本発明の１つの有利な実施例においては、充電範囲の予め定められた状態は、バッテリ５に対する出来るだけ可能な高い充電受容を得るために、部分的充電範囲、例えば、完全充電の６０〜８０％とする。この方法は、充電範囲の状態において、１００％充電まで、即ちバッテリ５の完全充電まで実行できる。
【００２８】
バッテリ５の充電状態が予め定めた充電範囲の状態以下であると、前記の予め定めた範囲内までステップ１０３において、充電状態が上昇される。これは、充電レベル、例えば最終充電電圧で調整することによって行われる。充電状態ＳＯＣが充電範囲の予め定めた状態以上であれば、ステップ１０４で発電機１の接続が開放され、バッテリ５の充電状態ＳＯＣがあらかじめ定めた範囲となるように、十分に降下する。
【００２９】
質問１０２に対する解が、バッテリ５の充電状態ＳＯＣが定めた充電範囲である場合、プロセスはステップ１０５で回復準備モードに切り替えられる。このモードでは、運動エネルギーが発電機ｌによって電気エネルギーに変えられる回復操作１０６が、回復の状態の監視によって制御される。
【００３０】
可能な回復の条件は、スイッチオフされる燃料流、ブレーキペダル操作、シャフトの間に伝達されるパワー及び、走行スピードとエンジン回転スピードの予め定めた値の範囲を伴う過剰運転である。自動変速機の場合には、特別な切換復帰をすることが回復操作に対して有利である。これらの条件は、エンジンが回転したまま車両が停止していて、フットブレーキが同時に踏まれている時であって、回復が生じない時のような特定の状態を排除するために使用される。
【００３１】
回復の条件が満されている限り回復が生じるように、ステップ１０６において、公称値電圧は、発電機コントローラ７によってプリセットされる。回復の条件は発電機コントローラ７によって絶えずチェックされ（ステップ１０５）、これらの状態がもはや満されない時、回復の準備モードへの切換復帰が生じる。
【００３２】
回復が生じなければ、ステップ１０７において、蓄積エネルギーの一部はバッテリ５から負荷４へ放出される。バッテリ５において電気化学反応に起因してパワー損失が増加するのを避けるために、回復１０６から、電荷がバッテリ１０７から放出されるように変化する際は、中間位相においてエネルギーができるだけ保存可能な方法で放電される。すなわち、負荷４は、発電機１とバッテリ５から混合した状態で、短期間に供給される。
【００３３】
この混合供給により、蓄電プロセスとバッテリからの放電の間の継続的な遷移が行われる。この継続的な遷移の代わりに、一またはそれ以上の離散的なステップが、発電機１とバッテリ５の間の電力分配用に提供される。混合供給位相の間、バッテリ特性変数として電力分配とその期間を調整することが有利である。適切なバッテリ特性値は、例えば、継続する充電プロセスの期間、バッテリ温度、バッテリ５からの電力要求、充電状態ＳＯＣ及びバッテリ５の容量である。
【００３４】
一つの有利な具体例では、回復プロセスはステップ１０５において、同様に、バッテリが常に予め定めた部分充電状態であるように、即ち、高い充電受容を伴う充電範囲の状態にあるように調整される。
【００３５】
規則的に判定される質問１０８において、バッテリに与えられるストレスに対する一又は、それ以上の特性変数が判定される、そして、予め定めた条件が満たされるとき、プロセスは、回復モードから復旧モードへの切り替えられる。バッテリに対するストレスに対する可能な特性変数は、充電能力（スループット）、時間、バッテリ温度、バッテリ温度と外部温度の差、バッテリ温度の勾配、ブレーキ操作の回数、あるいはブレーキ操作の長さの倍数である。一つの有利な実施例において、復旧モードに切り替わる条件は、前記チェックされる特性変数の少なくとも一つが、特定の値を超えることである。前記変数は、特定の開始時刻、例えば、最後に回復準備モードに切り替えられた時刻から判定され、ステップ１０８の質問の対象とされる。復旧モードへの切り替えのための質問１０８は、継続的に、あるいは所定の時間周期で行われる。
【００３６】
復旧モードへの切り替えの後、公称値電圧は、ステップ１０９で、バッテリ５が例えば、特定の時間期間に完全充電状態を維持することにより再生するようにプリセットされる。公称値電圧の振幅は、固定の公称値電圧、例えば、最終の充電電圧をプリセットすることも可能であるが、バッテリ特性の変数及び外部温度の関数として調整される。さらに、ステップ１０９において、バッテリに対するストレスとしての特性変数はゼロにセットされる。質問１１０において、十分なバッテリ再生が行われるか否かを判断し、もしバッテリ５が十分に再生されていれば、ステップ１０１において、再初期化される。簡単な実施例において、固定の時間周期はバッテリ５の再生のためにプリセットされる。その後、復旧モードは終了し、ステップ１０１において、新規の再初期化で処理が継続する。
【００３７】
他の実施例において、バッテリ５の再生は、バッテリ５が最初の充電状態ＳＯＣまで放電し、第２の充電状態ＳＯＣ、特にその第２の充電状態ＳＯＣが完全充電状態であるまでに充電が行われることによって達成される。かかるバッテリ５の監視される放電及び充電は、一度またはそれ以上継続して実行される。バッテリ５は、この実施例方法では厳しく放電されるので、常に電力を供給可能とし、いつでも車両が発進できるようにするためには、バッテリ再生は一つ以上のバッテリを有する車両においてのみ、この方法で実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従う発電機コントローラを有する回復車両電力供給システムを示す図である。
【図２】
本発明に従う方法のフローチャートである。

Claims (9)

1. 負荷と少なくとも一つのバッテリを有する自動車電源システムに給電する発電機と、
   公称値電圧で前記発電機の出力電圧を調整する調整器を備え、
   ブレーキングの間あるいは自動車が過剰運転されている時、電力が前記自動車電源システムに供給されるようなドライブ状態変数の関数として、回復準備モードにおいて前記公称値電圧にプリセットされる自動車における発電機の調整方法であって、
   バッテリ（５）が再生されるような復旧モードにおいてプリセットされる公称値電圧（Ｕ＿ｎｏｍ）で、予め定めた切り替え条件の関数として、回復準備モードと前記復旧モードとの間の切り替えが行なわれることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
2. 請求項１において、
   前記復旧モードにおいて、前記公称値電圧（Ｕ＿ｎｏｍ） は、ドライブ状態変数とは独立した最終充電電圧にセットされることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
3. 請求項１において、
   前記復旧モードにおいて、前記公称値電圧（Ｕ＿ｎｏｍ） は、バッテリ（５）が少なくとも一度、第１の予め定めた充電状態ＳＯＣまで放電され、次いで第２の予め定めた充電状態ＳＯＣまで充電されるように調整されることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   回復充電変化に基づくバッテリのストレス特性である回復特性変数が、回復準備モードから復旧モードへの切り替えのための切り替え条件として用いられることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
5. 請求項４において、
   前記切り替え条件として用いられる回復特性変数は、特定のスタート時刻後に検知されるバッテリ（５）を通しての充電スループットであることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
6. 請求項５において、
   前記バッテリ（５）を通しての充電スループットが検知される前記スタート時刻以後の時刻は、復旧モードから回復準備モードへの最後に行なわれた切り替え時刻であると判断することを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
7. 請求項１乃至６の何れか１項において、
   前記バッテリ（５）は、前記回復準備モードであって、且つ回復操作のない時に同期して、予め定めた部分充電状態に調整されることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
8. 請求項１乃至７の何れか１項において、
   前記回復準備モードにおいて、バッテリ５及び発電機１から混合した状態で負荷に供給される中間ステージが、バッテリに対する充電プロセスからバッテリ５からの出力へと変化する間に備えられることを特徴とする自動車における発電機の調整方法。
9. 内燃機関エンジンにより駆動される発電機と、少なくとも一つのバッテリと前記発電機出力を公称値電圧に調整するレギュレータを持つ自動車電源システムを備える自動車における発電機電圧を調整する発電機コントローラであって、
   ドライブ状態変数とバッテリ特性変数のためのデータ入力と、公称値電圧のためのデータ出力を有し、
   回復準備モードにおいて、ドライブ状態変数の関数として電力が前記自動車電源システムに供給されるように前記発電機コントローラにより前記公称値電圧がプリセットされ、
   バッテリの充電状態ＳＯＣを判定し、自動車のドライブ状態変数を評価する評価ユニットを有し、回復準備モードと復旧モードとを切り替える切り替えステップを有する
   ことを特徴とする発電機コントローラ。

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