JP2005348500A - バッテリ管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動に伴うバッテリ充電において、車両の走行状況に応じた電力供給レベルでバッテリ充電を行うことができるバッテリ管理装置を提供する。
【解決手段】このバッテリ管理装置では、エンジン始動に伴う充電動作において、エンジン制御部５が、エンジン始動時から過去所定期間内における、エンジンが始動されているエンジン始動期間に対するエンジンが停止されているエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル以上であるか否かにより、オルタネータ４の電力供給レベルを２段階（通常充電レベルか、急速充電レベル）に変化させるようになっている。エンジンの始動状況に関する情報は、走行状況管理部３にて管理される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリの状態を管理するバッテリ管理装置に関する。

エンジン始動時は、バッテリの充電残量が低下しているため、バッテリの充電が行われる場合が多い。また、エンジン始動時におけるバッテリの充電残量は、車両の走行状況に大きく関係し、例えば車両が駐車されている駐車時間に対する車両が走行されている走行時間の比率が低くなるほどエンジン始動時の充電残量が減少する傾向にある。

この点に関し、従来のバッテリ管理装置におけるエンジン始動に伴うバッテリ充電は、走行時間に対する駐車時間の比率の高低にかかわらず同じ要領で行われている。

しかしながら、従来のように、エンジン始動に伴うバッテリ充電を駐車時間の比率の高低にかかわらず同じ要領で行う構成では、エンジン始動後、バッテリが十分に充電される前にエンジンが停止されてしまい、バッテリの充電を十分に行えない場合がある。すなわち、バッテリは充電残量の減少度合いが大きい程、満充電までに要する時間が長くなる一方、走行時間に対して駐車時間の比率が高い車両では、エンジンが始動されてから停止されるまでの時間が短い傾向にある。このため、このような走行状況の車両の場合には、エンジン始動後、バッテリが十分に充電される前にエンジンが停止されてしまう場合がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、エンジン始動に伴うバッテリ充電において、車両の走行状況に応じた電力供給レベルでバッテリ充電を行うことができるバッテリ管理装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、車両に搭載されたバッテリの状態を管理するバッテリ管理装置であって、エンジンの始動及び停止を検出するエンジン状態検出手段と、前記エンジンの動力に基づいて発電し、前記バッテリに対する電力供給を行う発電手段と、前記エンジンの始動及び停止の状況を前記エンジン状態検出手段を介して経時的に把握する一方、前記エンジンが始動された際に、それまでに把握している前記始動及び停止の状況に基づいて前記電力供給の供給レベルを決定し、その決定した供給レベルで前記発電手段に電力供給を行わせる制御手段とを備える。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ管理装置において、前記制御手段は、前記エンジンが始動された際に、それまでに把握している前記エンジンが始動されている期間に対して前記エンジンが停止されている期間の比率が増大するのに応じて、前記発電手段による前記電力供給の前記供給レベルをより増大させる。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係るバッテリ管理装置において、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記エンジンが始動された際に、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧が所定の基準レベル以下になっている場合には、前記発電手段による前記電力供給の前記供給レベルをより増大させる。

請求項１ないし３に記載の発明によれば、制御手段が、エンジンが始動された際に、それまでに把握しているエンジンの始動及び停止の状況に基づいて発電手段による電力供給の供給レベルを決定し、その決定した供給レベルで発電手段に電力供給を行わせるため、エンジン始動に伴うバッテリ充電において、車両の走行状況に応じた電力供給レベルでバッテリ充電を行うことができる。その結果、走行時間に対して駐車時間の比率が高い車両の場合であっても、エンジンが始動されてから停止されるまでの充電動作により十分にバッテリ充電を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、充電残量の消耗によりバッテリの出力電圧が所定レベル以下になっている場合には、発電手段による電力供給レベルがより増大されるため、バッテリの充電残量が低下しているときにも、エンジン始動後、短時間でバッテリを充電することができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るバッテリ管理装置のブロック図である。このバッテリ管理装置は、エンジン状態検出手段として機能するイグニッションスイッチ（以下、「ＩＧスイッチ」という）１と、電圧センサ（電圧検出手段）２と、走行状態管理部３とオルタネータ（発電手段）４と、エンジン制御部５とを備えており、車両に搭載されたバッテリ７の状態を管理する。このうち、走行状況管理部３とエンジン制御部５が本発明に係る制御手段に相当している。

電圧センサ２は、バッテリ７の出力電圧を検出してエンジン制御部５に与える。

走行状況管理部３は、ＩＧスイッチ１のオン、オフ状況を通じてエンジンの始動状況、すなわち車両の走行状況に関するデータを蓄積する。より具体的には、例えば、最新の時点を基準として過去所定期間内において、ＩＧスイッチ１がオンされている期間（エンジン始動期間）と、ＩＧスイッチ１がオフされている期間（エンジン停止期間）とを走行状況管理部３に累積して記憶させておくことなどが考えられる。この場合、蓄積されているエンジン始動期間及び停止期間のデータ内容は時間の経過に伴って順次更新されてゆく。

オルタネータ４は、発電機１１と、レギュレータ１３と、制御部１５とを備えて構成されている。発電機１１は、ステータコイル１１ａと、ロータコイル１１ｂとを備えている。レギュレータ１３は、発電機１１によって発電された発電電流を整流するとともに、その電圧レベルを調整して出力する。その出力された電流は、バッテリ７に供給されて充電されるとともに、各種負荷にも供給される。

制御部１５は、エンジン制御部５から与えられる制御信号に基づいて、オルタネータ４の制御を行う。例えば、制御部１５によって、レギュレータ１３の整流動作及び出力電圧の調整動作、及び発電機１１の発電動作のオン、オフ制御及び発電量の調整が行われる。発電のオン、オフ及び発電量の調整は、例えば発電機１１のロータコイル１１ｂに供給する励磁電流をオン、オフ及びレベル調整することにより行われる。

エンジン制御部５は、図示しないエンジンの制御を行う一方、走行状況管理部３と共同してバッテリ７の状態管理等も行うようになっている。すなわち、エンジン制御部５は、エンジンが始動されているときに、オルタネータ４を制御して発電を行わせ、バッテリ７の充電等を行うようになっている。バッテリ７の充電のタイミングとしては、駐車中の消耗により低下したバッテリ７の充電残量を補うためにエンジン始動時に行う充電動作の他、走行中にバッテリ７の充電残量が低下した場合の充電動作が挙げられるが、実施形態に係る発明は主にエンジン始動時の充電動作に対して適用される。なお、バッテリ７の充電残量と出力電圧とはほぼ比例関係があるため、本実施形態ではバッテリ７の出力電圧に基づいて充電残量を把握するようになっている。

本実施形態では、エンジン制御部５は、エンジンが始動された際に、走行状況管理部３に蓄積されているエンジンの始動状況に関するデータを参照し、そのデータに基づいてオルタネータ４の電力供給レベルを決定する。より具体的には、例えば、そのエンジン始動時から過去所定期間内における、エンジンが始動されているエンジン始動期間に対するエンジンが停止されているエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル以上であるか否かにより、オルタネータ４の電力供給レベルが２段階（通常充電レベルか、急速充電レベル）に変化されるようになっている。すなわち、過去所定期間内におけるエンジン始動期間に対するエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル未満である場合には、オルタネータ４の電力供給レベルが通常充電レベルに設定されて、バッテリ７の充電（通常充電）が行われる。一方、過去所定期間内におけるエンジン始動期間に対するエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル以上である場合には、オルタネータ４の電力供給レベルが通常充電レベルよりも高い急速充電レベルに高められて、バッテリ７の出力電圧が充電（急速充電）が行われる。

オルタネータ４の電力供給レベルの調整は、例えば、次の４つの方法を単独で、または組み合わて用いることにより行われる。その第１の方法としては、オルタネータ４のレギュレータ４による調整電圧を変化させてオルタネータ４の出力電圧を高、低に変化させることにより、オルタネータ４の電力供給レベルを増減させる方法がある。第２の方法としては、オルタネータ４の発電機１１のロータコイル１１ｂに供給する励磁電流のレベルを高、低に変化させることにより、オルタネータ４の電力供給レベルを増減させる方法がある。第３の方法としては、エンジンのアイドリングレベルを高、低に変化させることにより、オルタネータ４の電力供給レベルを増減させる方法がある。第４の方法としては、図示しないトランスミッションコントローラの自動変速動作によるシフトアップを抑制、又はシフトダウンを促進させることにより、オルタネータ４の電力供給レベルを増大させる方法がある。この場合、自動変速動作によるシフトアップのタイミングを遅らせる（抑制する）と、通常の変速制御に比してエンジンの回転数が結果的に上がりオルタネータ４の発電量が増大する。また、自動変速動作によるシフトダウンのタイミングを早めた（促進させた）場合にも、通常の変速制御に比してエンジンの回転数が結果的に上がりオルタネータ４の発電量が増大する。

エンジンの始動に伴って開始されたバッテリ７の充電動作は、電圧センサ２によって検出されるバッテリ７の出力電圧が所定値（例えば、１４Ｖ）に到達するまで行われる。

図２は、本実施形態に係るバッテリ管理装置が適用されたバッテリ７の出力電圧の推移を示す図である。図２中のグラフＧ１は利用頻度が高い車両におけるバッテリ７の出力電圧の推移を示し、グラフＧ２は利用頻度の低い車両におけるバッテリ７の出力電圧の推移を示す、グラフＧ３は仮に利用頻度の低い車両のバッテリ７に対して通常充電を適用した場合のバッテリ７の出力電圧の推移を示す図である。また、図２中の時刻ｔ１はＩＧスイッチ１がオン（エンジンが始動）された時刻に対応しており、時刻ｔ２は本実施形態に係る充電動作によりバッテリ７の充電が完了した時刻に対応しており、時刻ｔ３はＩＧスイッチ１がオフ（エンジンが停止）された時刻に対応している。なお、時刻ｔ２でグラフＧ１，Ｇ２に対応した充電動作によりバッテリ７が共に満充電になっているのは偶然であり、一般には充電終了時刻は異なったものになる。

利用頻度の高い車両では、グラフＧ１に示すように、時刻ｔ１でＩＧスイッチ１がオンされてエンジンが始動された際に、エンジン制御部５が、走行状況管理部３に保存されているデータに基づいて、時刻ｔ１を基準として過去所定期間内におけるエンジン始動期間に対するエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル未満と判断し、オルタネータ４の電力供給レベルを通常充電レベルに設定し、バッテリ７の充電（通常充電）を行うようになっている。そして、エンジン制御部５は、時刻ｔ２でバッテリ７の出力電圧が所定値（例えば、１４Ｖ）に達したことを検出すると、充電動作を停止するようになっている。

このように、利用頻度の高い車両では、駐車中のバッテリ７の充電残量の消耗が少なく、また１回の利用（走行）当たりの走行時間も比較的長い傾向にあるため、通常充電レベルの充電動作によっても、エンジンが時刻ｔ３で停止されるまでにバッテリ７を十分に充電することができるようになっている。

また、利用頻度の低い車両では、グラフＧ２に示すように、時刻ｔ１でＩＧスイッチ１がオンされてエンジンが始動された際に、エンジン制御部５が、走行状況管理部３に保存されているデータに基づいて、時刻ｔ１を基準として過去所定期間内におけるエンジン始動期間に対するエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル以上と判断し、オルタネータ４の電力供給レベルを急速充電レベルに設定し、バッテリ７の充電（急速充電）を行うようになっている。そして、エンジン制御部５は、時刻ｔ２でバッテリ７の出力電圧が所定値（例えば、１４Ｖ）に達したことを検出すると、充電動作を停止するようになっている。

このように、利用頻度の低い車両では、駐車中のバッテリ７の充電残量の消耗が大きく、また１回の利用（走行）当たりの走行時間も比較的短い傾向にあるため、急速充電を行うことにより、時刻ｔ３でエンジンが停止される前に迅速にバッテリ７の充電が行われるようになっている。これに対し、従来のように、利用頻度の低い車両に対して、エンジンの始動時にバッテリ７の通常充電を行うと、図２のグラフＧ３で示すように、バッテリ７が満充電になるまでに時間がかかるため、満充電になる前にエンジンが停止されてしまい、十分な充電を行うことができない場合がある。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン始動時のバッテリ充電動作において、エンジン始動時から過去所定期間内における、エンジンが始動されているエンジン始動期間に対するエンジンが停止されているエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル以上であるか否かにより、オルタネータ４の電力供給レベルが２段階（通常充電レベルか、急速充電レベル）に変化されるようになっているため、エンジン始動時のバッテリ充電により、利用頻度の低い車両であっても十分にバッテリ充電を行うことができる。その結果、走行時間に対して駐車時間の比率が高い車両の場合であっても、エンジンが始動されてから停止されるまでの充電動作により十分にバッテリ充電を行うことができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るバッテリ管理装置は、上述の第１実施形態に係るバッテリ管理装置のエンジン制御部５の制御動作を一部変更しただけであるため、図１の図面を参照して説明を行うこととし、同様な部分の説明は省略する。

本実施形態に係るエンジン制御部５のエンジン始動時のバッテリ充電動作では、走行状況管理部３に保存されているデータだけでなく、エンジン始動時のバッテリ７の充電残量も加味してオルタネータ４の電力供給レベルが決定されるようになっている。なお、本実施形態においても、バッテリ７の充電残量についての直接的な検出は行わず、電圧センサ２が検出したバッテリ７の出力電圧に基づいてバッテリ７の充電残量を間接的に把握するようになっている。

すなわち、エンジン始動時のバッテリ充電動作におけるオルタネータ４の電力供給レベルが、次の２つの条件のうち、少なくともいずれか一方が満たされた場合には、急速充電レベルに設定される（急速充電が行われる）一方、いずれの条件も満たされない場合には、通常充電レベルに設定される（通常充電が行われる）ようになっている。

その２つの条件のうちの第１の条件は、既に説明した「エンジン始動時（時刻ｔ１）から過去所定期間内におけるエンジン始動期間に対するエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル以上であること」である。第２の条件は、「エンジン始動時（時刻ｔ１）においてバッテリ７の出力電圧が所定の基準レベル以下になっていること」である。

このため、本実施形態では、例えば、車両の利用頻度が比較的高く、過去所定期間内におけるエンジン始動期間に対するエンジン停止期間の比率が所定の基準レベル未満である場合であっても、バッテリ７の充電残量の消耗が大きく、バッテリ７の出力電圧が所定の基準レベル以下になっている場合には、エンジン始動に伴ってバッテリ７の急速充電が行われようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、上述の第１実施形態とほぼ同様な効果が得られるとともに、車両の利用頻度が比較的高い場合であっても、充電残量の低下によりバッテリ７の出力電圧が所定の基準レベル以下になっている場合には、エンジン始動に伴ってバッテリ７の急速充電が行われるため、充電残量が低下したバッテリ７に対する充電を迅速かつ確実に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るバッテリ管理装置のブロック図である。 図１のバッテリ管理装置が適用されたバッテリの出力電圧の推移を示す図である。

符号の説明

１ ＩＧスイッチ
２ 電圧センサ
３ 走行状況管理部
４ オルタネータ
５ エンジン制御部
７ バッテリ

Claims (3)

1. 車両に搭載されたバッテリの状態を管理するバッテリ管理装置であって、
   エンジンの始動及び停止を検出するエンジン状態検出手段と、
   前記エンジンの動力に基づいて発電し、前記バッテリに対する電力供給を行う発電手段と、
   前記エンジンの始動及び停止の状況を前記エンジン状態検出手段を介して経時的に把握する一方、前記エンジンが始動された際に、それまでに把握している前記始動及び停止の状況に基づいて前記電力供給の供給レベルを決定し、その決定した供給レベルで前記発電手段に電力供給を行わせる制御手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ管理装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ管理装置において、
   前記制御手段は、
   前記エンジンが始動された際に、それまでに把握している前記エンジンが始動されている期間に対して前記エンジンが停止されている期間の比率が増大するのに応じて、前記発電手段による前記電力供給の前記供給レベルをより増大させることを特徴とするバッテリ管理装置。
3. 請求項２に記載のバッテリ管理装置において、
   前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記エンジンが始動された際に、前記電圧検出手段により検出された前記出力電圧が所定の基準レベル以下になっている場合には、前記発電手段による前記電力供給の前記供給レベルをより増大させることを特徴とするバッテリ管理装置。
   

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