JP2005057853A - 車両用発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用発電機制御装置において、車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことである。
【解決手段】まず基準発電電圧Ｖｍ^*、加速状態における発電抑制の決定に用いるＦｌａｇ等を初期設定する（Ｓ１００）。次に車両の運転状態を判定し（Ｓ１１０）、減速状態にあるときにバッテリの両端電圧をサンプリングし、バッテリ平均電圧Ｖａｖを算出する（Ｓ１５０）。Ｖａｖの値に従い、ＦｌａｇのＯＮ／ＯＦＦと、基準発電電圧Ｖｍ^*の値を更新する（Ｓ１６０−Ｓ１９０）。その後に車両が加速状態に移行すると、Ｆｌａｇ＝ＯＮか否か判定される（Ｓ２１０）。Ｆｌａｇ＝ＯＮのときは発電目標電圧Ｖｍ＝１２．５Ｖのままで発電が抑制される（Ｓ２２０）。Ｆｌａｇ＝ＯＦＦのときは発電目標電圧が基準発電電圧Ｖｍ^*に戻され発電抑制が解除される（Ｓ２００）。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用発電機制御装置に係り、特にバッテリに電力を蓄電する車両用発電機の発電状態を車両の運転状態に応じて制御する車両用発電機制御装置に関する。

車両のエンジンを駆動源とする発電機の出力を車両の走行状態に応じて適切に制御するものとして、特許文献１には、車両の走行状態が加速又は定速のいずれの走行状態にあるかを検出し、定速走行状態のときは発電機の界磁巻線の通電量を所定の基準量に制御し、加速走行状態のときは基準量より小さな量に制御し、することが開示されている。

また、特許文献２には、エンジンの加速検出時に発電をカットするものにおいて、バッテリ電圧が所定値以下の場合には発電カットを禁止する技術が紹介されている。そして、バッテリ電圧は雰囲気温度や電気負荷によって大きく変動するので、バッテリの充電状態を電圧では正確に検出できないことを指摘し、これを克服するため、電圧検出に代えて電気負荷の消費電流を検出し、例えば発電電流との差に基づき発電機の発電をカットする技術を開示している。ここでは、発電をカットする時間は、発電機の容量、バッテリの容量、受け入れ性、その車両が市場で想定される走行パターン等から最適に設定するものとされる。

特開平４−３１２３２６号公報 特開２００１−１７３４８１号公報

特許文献１に開示される技術においては、発電機の界磁巻線の通電量について定速走行状態より加速走行状態において少ない量に制御するため、加速時におけるエンジンの負荷が少なくなり、車両の加速性を向上できる。しかし、加速走行状態が長く継続し、あるいは何度も発生した場合には、バッテリの充電を充分に行うことができず、バッテリの過放電状態を招く。このことでバッテリの寿命を著しく低下させ、場合によりエンジンの動作不能をきたすことがある。

特許文献２においては、エンジンの加速状態が検出された場合に電気負荷の消費電流検出手段で検出される消費電流に基づき発電機の発電をカットするため、バッテリ電圧の過放電状態に配慮がはらわれている。しかし、この方法では、車両の電気負荷である消費電力検出手段が必要な上に、発電をカットする時間は、発電機の発電特性やバッテリの電流受入性等の多くの要因を加味することを要する。したがってシステムが複雑となり、コストアップとなる。

また、バッテリの電圧に基づいて発電をカットする方法は、特許文献２にも紹介されているように、変動要素を考慮する必要があり、そのままでは問題がある。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことができる車両用発電機制御装置を提供するものである。他の目的は、新しい考えによりバッテリの電圧に基づきながら車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことができる車両用発電機制御装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明に係る車両用発電機制御装置は、バッテリに電力を蓄電する車両用発電機の発電状態を車両の運転状態に応じて制御する制御装置であって、車両の運転状態について加速状態か又は減速状態かを判定する運転状態判定手段と、減速状態と判定されたときに、バッテリが所定の蓄電状態にあるか否かを判定するバッテリ状態判定手段と、バッテリ状態の判定結果に基づき、その後の加速状態において、車両用発電機の発電を抑制するか否かを決定する発電抑制制御手段と、を含むことを特徴とする。

また、バッテリ状態判定手段は、バッテリが高負荷状態あるいは低蓄電状態にあるときに、所定の蓄電状態にないと判定することが好ましい。

また、発電抑制制御手段は、車両用発電機の目標発電電圧を変更することで、加速状態における発電の抑制を制御することが好ましい。

また、発電抑制について、定速走行における目標発電電圧を基準発電電圧として、加速状態における目標発電電圧を基準発電電圧より低い電圧値に変更して発電を抑制することが好ましい。また、発電抑制の解除について、加速状態における発電目標電圧を基準発電電圧に戻すことで発電の抑制を解除することが好ましい。

また、バッテリ状態判定手段は、バッテリの電圧をサンプリング測定し、その時間平均電圧によりバッテリの状態を判定することが好ましい。

また、定速走行における目標発電電圧である基準発電電圧は、バッテリの時間平均電圧に応じた値に設定されることが好ましい。

上記構成により、車両の運転状態が減速状態と判定されたときにバッテリが所定の蓄電状態にあるか否かを判定し、その判定結果に基づきその後の加速状態において、車両用発電機の発電を抑制するか否かを決定する。車両の運転状態が減速状態にあるときは、発電機によりいわゆる回生発電が行われてバッテリに充電される。この状態でバッテリの蓄電状態を判定するので、車両が加速状態あるいは定速走行状態のように電気負荷が変動しやすい状態に比べ、バッテリの蓄電状態をより正確に判定できる。そして、所定の蓄電状態にあるか否かにより加速状態において発電を抑制するか否かを決定する。より具体的には、所定の蓄電状態にあるときは発電を抑制し、所定の蓄電状態にないときは発電抑制を解除する。したがって、車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことができる。

バッテリの状態として、バッテリの高負荷状態とは、バッテリに充電電流が少ないためにバッテリ電圧が低い状態をいい、低蓄電状態とは、バッテリへの充電電流は大きいが出てゆく電流も大きいためにバッテリ電圧が上がらずに低い状態をいう。これらの状態は、バッテリが過放電状態に陥りやすい状態であることを示している。上記構成により、減速状態においてバッテリが高負荷状態あるいは低蓄電状態にあるときは、所定の蓄電状態にないとして、その後の加速状態において発電抑制を解除する。したがって、発電を早い段階で開始でき、バッテリが過放電状態に陥ることを防止することができる。

また、上記構成によれば、発電目標電圧の変更といった簡単な手順で、加速状態における発電の制御を行うことができる。また、例えば、減速時の目標発電電圧を基準発電電圧より高めに設定する場合には、上記構成により、加速時において目標発電電圧を基準発電電圧まで戻して発電抑制解除を行うので、バッテリの充電状態に再減速時の回生エネルギを受け入れる余地を残すことができる。したがって、車両加速時のバッテリの電圧降下を抑制しつつ、再減速時の回生エネルギをより有効に活用することができる。

また、バッテリの電圧をサンプリング測定するので、減速状態におけるバッテリ電圧に対する変動要素の影響を少なくすることができ、バッテリの蓄電状態をより正確に判定できる。このようにして、バッテリ電圧を用いても、バッテリの蓄電状態をより正確に判定できるので、バッテリ電圧に基づいて車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことができる。また、基準発電電圧をバッテリの時間平均電圧に応じた値に設定されるので、バッテリの蓄電状態に応じ基準発電電圧を設定できるので、発電機の発電制御をより適切に行うことができる。

このように、本発明に係る車両用発電機制御装置によれば、車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことができる。本発明に係る車両用発電機制御装置によれば、バッテリの電圧に基づきながら車両の走行状態に応じた発電機の発電制御をより適切に行うことができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、車両における発電機の発電状態を制御するシステムのブロック図である。なお、以下において、バッテリの発電目標電圧等の値を示すが、これらの値はあくまで例示であって、相対的な関係を維持するものであれば、これ以外の値であってもよい。

システム１０において、エンジン１２は車両の駆動源である内燃機関である。イグニッションスイッチ１４は、エンジン１２を始動させシステム１０を立ち上げるスイッチである。運転状態センサ１６は、車両の運転状態に関する信号を出力するセンサである。具体的には、車両速度センサ、アクセル開度センサ、ブレーキセンサ等の複数のセンサ群で構成することができる。イグニッションスイッチ１４及び運転状態センサ１６は信号線でコントローラ３０に接続され、それぞれイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号及び各センサの出力信号がコントローラ３０に入力される。

発電機１８は、エンジン１２によって駆動され、交流電圧を発生する車両用発電機である。発電機１８はオルタネータと呼ばれることもある。整流器２０は、発生した交流電圧を整流して整流電圧を生成する機能を有するものである。

レギュレータ２２は、コントローラ３０の制御の下で、整流電圧を調整し、バッテリ２４と電気的負荷２６とに出力する機能を有する電気回路である。整流電圧の調整は、目標発電電圧の設定及び変更により行われる。目標発電電圧の設定及び変更については後述する。目標発電電圧は、調整電圧と呼ばれることもある。

バッテリ２４は、発電機１８により発電されたエネルギを蓄電する２次電池である。バッテリ２４の両端には電圧センサ２８の測定端子が取り付けられる。電圧センサ２８は、電圧計であって、信号線でコントローラ３０に接続され、電圧センサの出力信号がコントローラ３０に入力される。

コントローラ３０は、車両用発電機制御装置に対応する電子回路で、例えば、マイクロコンピュータで構成することができる。より具体的には、運転状態センサ１６及び電圧センサ２８の信号を受け取って所定の処理を行い、車両の運転状態とバッテリ２４の蓄電状態に応じた制御信号を生成し、レギュレータ２２に出力して発電機の発電状態を制御する処理を行う機能を有するマイクロコンピュータである。これらの処理を行うには、ソフトウエアを用いることができ、対応する発電制御プログラムを実行することで所定の処理を行うことができる。発電制御プログラムは、コントローラ３０に内蔵されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶することができる。なお、必要があれば、処理の一部をハードウエアで実行させることもできる。コントローラ３０は、独立のマイクロコンピュータで構成してもよく、あるいは、車両に搭載される他の制御用マイクロコンピュータの一部の機能であってもよい。例えば、エンジンを制御するエンジンコントロールマイクロコンピュータ、あるいは、車両全体を電子的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）の一部の機能であってもよい。

コントローラ３０の中の運転状態判定部３２、バッテリ状態判定部３４、発電抑制制御部３６の機能、及びこれらの内部機能については、図２に示す発電制御のフローチャートを用いながら以下に説明する。

コントローラ３０は、バッテリ２４から常時給電されて作動状態にあり、イグニッションスイッチ１４のＯＮ信号を受け取って、発電制御プログラムが起動する。最初に初期設定が行われる。初期設定は、走行状態における目標発電電圧である基準発電電圧をＶｍ^*＝１３．２５Ｖに、加速状態における発電抑制の決定に用いるフラグをＦｌａｇ＝ＯＦＦ、つまり発電抑制を解除に、バッテリの測定電圧データの記憶数を計数するカウンタのカウンタ値をＣ＝０にする（Ｓ１００）。

運転状態判定部３２は、運転状態センサ１６の出力を受け取って、車両の走行状態を判定する機能を有する。具体的には、車両速度、アクセル開度、ブレーキ信号等のデータを処理して、車両が減速状態（１）にあるか、定速走行状態（２）にあるか、加速状態（３）にあるかを判定する（Ｓ１１０）。

次に、車両の運転状態に応じ、それぞれ目標発電電圧Ｖｍが設定される。上記のように、定速走行状態においては上記のように基準発電電圧Ｖｍ^*が設定され、加速状態においては基準発電電圧Ｖｍ^*より低い電圧値に設定されるが、これらの詳細な内容は後述することにして、ここでは減速状態について先に説明する。車両が減速状態にあると判定されると、目標発電電圧は、基準発電電圧Ｖｍ^*より高い電圧値のＶｍ＝１４．５Ｖに設定される（Ｓ１２０）。

つぎに、バッテリ状態判定部３４の機能により、バッテリが所定の蓄電状態にあるか否かを判定する。すなわちサンプリングモジュール３８の機能により、電圧センサ２８と交信してサンプリング測定を指示し、一定周期Δｔごとにバッテリの両端電圧データを送信させ、１０個のサンプリングデータを取得する。具体的には、サンプリングデータを受け取り、図示されていないメモリに記憶し、その都度カウンタのカウンタ値Ｃを１つずつ増加させる（Ｓ１３０）。そしてカウンタ値がＣ＞１０になるまで繰り返す（Ｓ１４０）。そして、平均電圧算出モジュール４０の機能により、記憶された最新１０個のバッテリ電圧の平均電圧Ｖａｖを算出する（Ｓ１５０）。

このように、バッテリの状態の判定は、車両が減速状態、すなわち発電機が回生発電状態におけるバッテリの両端電圧に基づいて行われ、さらに詳しくは、両端電圧をサンプリング測定し、その時間平均電圧に基づいて行われる。したがって、バッテリ電圧の変動要素の影響をより少なくすることができ、バッテリの蓄電状態を簡便な方法でより正確に判定することができる。

抑制フラグ設定モジュール４２と基準発電電圧設定モジュール４４は、バッテリの平均電圧Ｖａｖの値により、加速時の発電抑制の決定に用いられるフラグのＯＮ／ＯＦＦと、基準発電電圧の再設定を行う機能を有する。

Ｖａｖ＞１３．７５Ｖのときは、フラグをＦｌａｇ＝ＯＮ（発電抑制）とし、基準発電電圧Ｖｍ^*を０．２５Ｖ低く変更する（Ｓ１６０，Ｓ１７０）。例えば、Ｖｍ^*が初期値の１３．２５Ｖであって、Ｖａｖ＞１３．７５Ｖであれば充電は十分行われているものとして、新たにＶｍ^*＝１３．０Ｖに変更する。ただし、基準発電電圧Ｖｍ^*を下げていっても１２．５Ｖを限度とする。

Ｖａｖ＞１３．７５Ｖでなくて、かつＶａｖ＜１３．５Ｖのときは、フラグをＦｌａｇ＝ＯＦＦ（発電抑制解除）とし、基準発電電圧Ｖｍ^*を０．２５Ｖ高く変更する（Ｓ１６０，Ｓ１８０，Ｓ１９０）。例えば、Ｖｍ^*が初期値の１３．２５Ｖであって、Ｖａｖ＜１３．５Ｖであれば、新たにＶｍ^*＝１３．５Ｖに変更する。ただし、基準発電電圧Ｖｍ^*を上げていっても１４．０Ｖを限度とする。このように処理するのは、この状態がバッテリの蓄電状態が高負荷状態あるいは低蓄電状態であって、過放電状態に陥りやすい状態であるからである。すなわち、過放電状態に陥ることを抑制するため、加速状態において発電抑制を解除し、充電を促進することで、バッテリの電圧降下を抑制するためである。

このようにして、車両が減速状態において、バッテリの両端電圧がサンプリング測定され、平均電圧Ｖａｖが算出されて、その大きさにより、基準発電電圧Ｖｍ^*の電圧値と、フラグのＯＮ／ＯＦＦとが更新される。

その後に車両が定速走行状態に移行すると、発電目標電圧Ｖｍとしては、初期値の１３．２５Ｖではなくて、更新された基準発電電圧Ｖｍ^*の値が用いられる（１１０，２００）。すなわち、バッテリの蓄電状態に応じた基準発電電圧が用いられる。

また、減速状態から車両が加速状態に移行すると、バッテリ状態の判定結果に応じて、発電を抑制するか否か及びその内容が決定される。すなわち、発電抑制制御部３６の機能により、すでに説明した抑制フラグ設定モジュール４２により更新されたフラグのＯＮ／ＯＦＦに従って、加速時の発電を抑制するか否かが決定される。発電抑制するか否かの決定に従い、目標発電電圧変更モジュール４６の機能により、発電目標電圧が変更される。

具体的には、まず更新されたフラグがＦｌａｇ＝ＯＮ（発電抑制）か否か判定される（Ｓ２１０）。ここでＦｌａｇ＝ＯＮ（発電抑制）と判定されると、発電目標電圧は、Ｖｍ＝１２．５Ｖのままである（Ｓ２２０）。Ｆｌａｇ＝ＯＦＦ（発電抑制解除）と判定されると、発電目標電圧は、基準発電電圧Ｖｍ^*に戻される（Ｓ２００）。このときの基準発電電圧Ｖｍ^*は、直前の減速状態においてＶａｖに基づいて更新された値が用いられる。

以上の処理はイグニッションスイッチがオフになるまで繰り返される（Ｓ２３０）。すなわち、車両が減速状態に入るたびに、バッテリ平均電圧Ｖａｖが算出されて、基準発電電圧の値とフラグのＯＮ／ＯＦＦが更新される。そして、この最新の基準発電電圧の値とフラグのＯＮ／ＯＦＦに基づいて、その後の定速状態の発電制御及び加速時における発電抑制または発電抑制解除の制御が行われる。

このように、加速時においては、その直前の減速状態におけるバッテリの蓄電状態に応じて、発電を抑制するか抑制を解除するかが決定されるので、発電を早い段階で開始でき、バッテリの過放電状態に陥ることを抑制できる。また、発電を抑制するか抑制を解除するかは、目標発電電圧の変更で行うので、手順が簡便である。さらに、発電抑制の解除のときは、発電目標電圧を基準発電電圧Ｖｍ^*に戻すので、再減速状態のときの発電目標電圧Ｖｍ＝１４．５Ｖとの間に余地があり、加速時のバッテリ電圧降下を抑制しつつ、再減速時の回生エネルギを有効に活用することができる。

図３は、本実施の形態の発電制御によるバッテリの放電深度特性を示す図で、横軸に時間を、縦軸に放電深度をとってある。ここで放電深度とは、バッテリの蓄電状態をアンペア・アワーで表し、フル充電のときのアンペア・アワーを分母とし、放電されたアンペア・アワーを分子としてその比を％で示したものである。比較のために、加速時において発電抑制のみを行った場合の放電深度特性も示した。図３から明らかなように、本実施の形態においては、回生発電状態におけるバッテリの平均電圧に基づいて加速時の発電抑制を行うかどうかを決定しているため、加速時に常に発電抑制を行う場合に比べ、バッテリが過放電状態とはならず、放電深度が一定値に収束することがわかる。

上記において、回生発電状態におけるバッテリの平均電圧を用いるものとして説明したが、回生発電がある程度の長い間行われない場合に備え、バッテリを常時監視し、電圧値があらかじめ定めたしきい値以下となるときは、基準発電電圧の値及びフラグのＯＮ／ＯＦＦを更新する手段をさらに設けてもよい。

また、上記において、基準発電電圧の値及びフラグのＯＮ／ＯＦＦの更新のためのＶａｖのしきい値は、１３．７５Ｖと１３．５Ｖとして説明したが、これらの値は、バッテリ温度により調整するものとしてもよい。バッテリの充放電反応は化学反応であるので、温度により調整することで、よりきめ細かくバッテリの蓄電状態を判定することが可能となる。

本発明に係る実施の形態における車両用発電機制御システムのブロック図である。 本発明に係る実施の形態における発電制御のフローチャートである。 本実施の形態の発電制御によるバッテリの放電深度特性を示す図である。

符号の説明

１０ 車両用発電機制御システム、１２ エンジン、１６ 運転状態センサ、１８ 発電機、２０ 整流器、２２ レギュレータ、２４ バッテリ、２６ 電気的負荷、２８ 電圧センサ、３０ コントローラ（車両用発電機制御装置）、３２ 運転状態判定部、３４ バッテリ状態判定部、３６ 発電抑制制御部、３８ サンプリングモジュール、４０ 平均電圧算出モジュール、４２ 抑制フラグ設定モジュール、４４ 基準発電電圧設定モジュール、４６ 目標発電電圧変更モジュール。

Claims (7)

1. バッテリに電力を蓄電する車両用発電機の発電状態を車両の運転状態に応じて制御する制御装置であって、
   車両の運転状態について加速状態か又は減速状態かを判定する運転状態判定手段と、
   減速状態と判定されたときに、バッテリが所定の蓄電状態にあるか否かを判定するバッテリ状態判定手段と、
   バッテリ状態の判定結果に基づき、その後の加速状態において、車両用発電機の発電を抑制するか否かを決定する発電抑制制御手段と、
   を含むことを特徴とする車両用発電機制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用発電機制御装置において、
   バッテリ状態判定手段は、バッテリが高負荷状態あるいは低蓄電状態にあるときに、所定の蓄電状態にないと判定することを特徴とする車両用発電機制御装置。
3. 請求項１に記載の車両用発電機制御装置において、
   発電抑制制御手段は、車両用発電機の目標発電電圧を変更することで、加速状態における発電の抑制を制御することを特徴とする車両用発電機制御装置。
4. 請求項３に記載の車両用発電機制御装置において、
   定速走行における目標発電電圧を基準発電電圧として、加速状態における目標発電電圧を基準発電電圧より低い電圧値に変更して発電を抑制することを特徴とする車両用発電機制御装置。
5. 請求項４に記載の車両用発電機制御装置において、
   加速状態における発電目標電圧を基準発電電圧に戻すことで発電の抑制を解除することを特徴とする車両用発電機制御装置。
6. 請求項１に記載の車両発電機制御装置において、
   バッテリ状態判定手段は、バッテリの電圧をサンプリング測定し、その時間平均電圧によりバッテリの状態を判定することを特徴とする車両用発電機制御装置。
7. 請求項６に記載の車両用発電機制御装置において、
   定速走行における目標発電電圧である基準発電電圧は、バッテリの時間平均電圧に応じた値に設定されることを特徴とする車両用発電機制御装置。

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