JP2006036003A - バッテリの充電効率検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの過充電や過放電を防止するために、交換されたバッテリの充電効率を検出することにあり、その結果、バッテリの寿命の低下を防止する。
【解決手段】交換検出部６でバッテリ交換が検出されると、出力電圧制御部５によって、バッテリ２を、満充電から所定充電率Ｐ_iまで放電させる放電制御を行うと共に、該所定充電率Ｐ_iから満充電まで充電させる充電制御を行い、充電効率算出部１１によって、該放電制御中の制御流出電気量ｑ_dと充電制御中の制御流入電気量ｑ_cとに基づいて、所定充電率Ｐ_iから満充電まで充電するときの交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの充電効率検出装置に関するものであり、特にバッテリ交換後のバッテリの充電効率を検出する装置に関するものである。

従来よりバッテリは、バッテリの過充電や過放電を防止するために、その容量を正確に把握して使用する必要がある。このバッテリ容量は、バッテリの充放電電流を積算することによってバッテリへの充放電量を検出し、この充放電量をバッテリの満充電容量に加減することによって検出している。ここで、バッテリの充電電流は、その全てがバッテリへ充電されるわけではなく、バッテリの充電状態に応じた充電効率によって、充電電流の一部が有効な電気量としてバッテリへ充電される。そのため、特許文献１に開示された発明のように、バッテリの充電効率を考慮して、バッテリ容量を検出するバッテリ装置が従来より知られている。

特許文献１に開示されたバッテリ装置は、出荷時に搭載される純正バッテリの充電効率を予めマップや特性方程式の状態で記憶していて、充電電流や電池温度に応じて、この事前に記憶している充電効率を必要に応じて読み出して使用している。
特開平７−１５１８４１号公報

しかしながら、バッテリは使用する毎に劣化していく消耗品であるため、交換することが必須である。このバッテリ交換において、必ずしもバッテリ充電効率が交換前の純正バッテリと同じバッテリに交換されるとは限らない。また、バッテリ間で機差もある。このように交換前のバッテリと異なる充電効率のバッテリに交換された場合には、正確なバッテリ容量を検出することができず、実際とは異なるバッテリ容量を把握してバッテリを使用することになる。その結果、バッテリの過充電や過放電を引き起こし、バッテリ劣化を促進する虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バッテリの過充電や過放電を防止するために、バッテリの充電効率を検出することにあり、その結果、バッテリの寿命の低下を防止することにある。

第１の発明は、エンジンによって駆動されて、バッテリ及び車両用電気負荷に電力を供給する発電機の出力電圧を制御する電圧制御手段と、上記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段と、上記電流検出手段で検出される充電電流及び放電電流をそれぞれ積算することによって上記バッテリの充電方向及び放電方向へ流れる電気量をそれぞれ算出する流出入電気量算出手段と、上記バッテリが交換されたことを検出する交換検出手段と、上記発電機の出力電圧をバッテリへの充電が促進される所定の充電促進電圧に制御した際のバッテリ充電率に対する充電効率を算出する充電効率算出手段と、上記バッテリの充電効率を記憶する充電効率記憶手段と、を備えるバッテリの充電効率検出装置が対象である。

そして、上記電圧制御手段は、上記交換検出手段によってバッテリ交換が検出されたときに、上記バッテリを略満充電にした後に、上記発電機の出力電圧を上記充電促進電圧よりも低い電圧に設定して、バッテリを略満充電よりも低い所定の制御充電率まで放電させる放電制御と、上記発電機の出力電圧を上記充電促進電圧に設定して、バッテリを上記制御充電率から略満充電まで充電する充電制御と、を行うものとする。

また、上記充電効率算出手段は、上記電圧制御手段による上記放電制御中にバッテリの放電方向に流出する制御流出電気量と、上記充電制御中にバッテリの充電方向へ流入する制御流入電気量とに基づいて、上記制御充電率から略満充電まで充電するときのバッテリの充電効率を算出し、上記充電効率記憶手段は、上記充電効率算出手段によって算出された交換後のバッテリの充電効率を記憶する。

上記の構成の場合、バッテリが交換されると上記交換検出手段によってバッテリの交換が検出される。すると、上記電圧制御手段は、交換後のバッテリを放電制御によって略満充電状態から制御充電率まで放電させると共に、充電制御によって制御充電率から略満充電状態まで充電させる。そして、そのときの制御流出電気量と制御流入電気量とに基づいて制御充電率から略満充電までのバッテリの充電効率が算出される。例えば、制御流出電気量と制御流入電気量との比からバッテリの充電効率を算出することができる。

バッテリ交換後は、充電効率が不明であるため正確な充電量が検出できないが、バッテリの充放電電流を積算することによって、バッテリの充電方向又は放電方向へ流れる電気量を正確に算出することはできる。そこで、この流入出する電気量から交換後のバッテリの充電効率を算出している。

バッテリの充電効率は、バッテリの充電状態、即ち充電率と、充電時の電圧に依存する。そのため、制御充電率を任意に設定することによって、種々の充電率から満充電までのバッテリの充電効率を算出することができる。同様に、充電促進電圧をバッテリの充電を実行できる範囲で任意に設定することによって、種々の充電時の電圧に対するバッテリの充電効率を算出することができる。

この交換後のバッテリの充電効率は、上記充電効率記憶手段に記憶され、その後のバッテリの充放電操作等に用いられる。

第２の発明は、第１の発明において、上記電圧制御手段は、上記制御充電率を所定の第１充電率に設定し、上記放電制御及び充電制御を行うと共に、さらに、上記制御充電率を該第１充電率と異なる第２充電率に設定し、上記放電制御及び充電制御を行うものとする。

そして、上記充電効率算出手段は、上記第１の放電制御及び充電制御における制御流出電気量及び制御流入電気量、並びに上記第２の放電制御及び充電制御における制御流出電気量及び制御流入電気量、に基づいて該第１充電率と該第２充電率との間のバッテリの充電効率を算出する。

上記の構成の場合、第１充電率又は第２充電率から、満充電までのバッテリの充電効率の算出に加えて、第１充電率と第２充電率との間のバッテリの充電効率を算出する。

第１充電率と第２充電率との間のバッテリの充電効率は、第１充電率と第２充電率との間の流出電気量と流入電気量とから算出することができる。以下は、第１充電率が第２充電率よりも大きいときについて説明する。第１充電率が第２充電率よりも小さいときは、第１充電率と第２充電率とを入れ替えるとよい。この流入電気量は、バッテリの充電率を監視した状態で、該充電率が第２充電率から第１充電率になるまでのバッテリへの充電電流を検出することによって求められる。ここで、バッテリの充電率は、バッテリの満充電容量に、バッテリの充放電電流と充電効率とから算出する充放電量を加減することによって算出される。つまり、第１充電率になったことは、第２充電率に充電量を加算していくことによって検知する。ところが、バッテリ交換後は充電効率が不明であるため正確な充電量が把握できず、上述の充電率が第２充電率から第１充電率になるまでのバッテリへの充電電流を検出することによって流入電気量を検出することはできない。

そこで、第１充電率についての制御流出電気量並びに制御流入電気量、及び第２充電率についての制御流出電気量並びに制御流入電気量に基づいて第１充電率と第２充電率との間の充電効率を算出する。すなわち、満充電状態はバッテリの充電効率が不明であっても充電電流の値から判定可能であるため、第１充電率と満充電との間の制御流出電気量及び制御流入電気量と、第２充電率と満充電との間の制御流出電気量及び制御流入電気量とを用いることによって、第１充電率から第２充電率まで充電するときの充電効率を容易且つ精度よく算出することができる。例えば、第１充電率と第２充電率との間の制御流出電気量と、第１充電率と第２充電率との間の制御流入電気量との比から充電効率を算出することができる。

これら第１充電率又は第２充電率を任意の値に設定することによって、任意の充電率間のバッテリの充電効率を検出することができる。

通常は、バッテリの充電効率は、バッテリの充電率に対して線形には変化せず、充電率が満充電に近づくにつれて、効率が悪くなる。そのため、正確な充電量を検出するためには、充電率に応じた充電効率を用いる必要がある。そこで、第１充電率から満充電まで充電するときの充電量を、第１充電率から満充電までの１つの充電効率で算出するのではなく、第１充電率から第２充電率までの充電効率と第２充電率から満充電までの充電効率との２つの充電効率を用いることによって、より正確な充電量を検出することができる。

尚、第２の発明は、ある所定の充電率から満充電までの間を２分割して２つの充電効率を検出することによって、正確な充電量を検出することを目的とするものに限られない。第１充電率及び第２充電率を異なる値に設定して、第１充電率と第２充電率との間の充電効率の算出を複数回繰り返すことによって、ある所定の充電率から満充電までの間を３以上の複数の区間に分割して、３以上の複数の充電効率を検出することができ、さらに正確な充電量を検出することもできる。この所定の充電率から満充電までの間の分割数を多くするほど、実際の充電効率に忠実な充電効率を求めることができる。ただし、分割数を多くすると、全区間の充電効率を検出する時間が長くなるため、充電効率の精度と要する検出時間とを考慮して、分割数を決定することが好ましい。

本発明によれば、バッテリが交換されたときに、上記放電制御及び充電制御を行って、満充電と所定の充電率間の制御流出電気量と制御流入電気量とに基づいて充電効率を算出するため、交換後のバッテリの充電効率を容易且つ精度良く検出することができる。その結果、交換後のバッテリの正確な充電量を検出することができるため、バッテリの容量を正確に把握することができ、誤ったバッテリ容量の検出に起因するバッテリの容量不足や、過充電等を防止することができ、ひいてはバッテリの寿命低下を防止することができる。

第２の発明によれば、所定の充電率から満充電までの充電効率だけでなく、所定の充電率（第１充電率）から別の充電率（第２充電率）までの間の充電効率を算出することができる。その結果、第１の発明の効果に加えて、実際の充電効率にさらに忠実な充電効率を検出することができ、さらに正確なバッテリの充電量を検出することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る車両用発電装置１を示す。符号１ａは、車両の電気負荷であって、スタータやヘッドランプ等である。符号２は電気負荷１ａに接続されるバッテリを、符号３はエンジンにより駆動され電気負荷１ａへの電力供給及びバッテリ２の充電を行う発電機、負号４は発電機３の出力電圧Ｖ_aを制御するコントローラである。

上記バッテリ２は、硫酸を電解液とした鉛バッテリであり、定格12Vのバッテリの満充電状態で且つ安定状態での端子開放電圧Ｖ_bは約12.6Vである。このバッテリ２は、上記負荷１ａに接続されると共に、発電機３にも接続される。すなわち、電気負荷１ａに対して給電（放電）する一方、発電機３によって充電される。そして、このときの充放電電流Ｃを、バッテリ２に接続された電流センサ２１によって検出している。

上記発電機３は、図示省略のエンジンによって駆動され、上記バッテリ２の充電を行うと共に、電気負荷１ａの一部への電力供給をも行う。発電機３の出力電圧Ｖ_aは可変となっており、この出力電圧Ｖ_aを変更することによって、バッテリ２への充電を促進したり、逆に充電を抑制してバッテリ２からの放電させることができる。すなわち、上記バッテリ２は、バッテリ２の端子開放電圧Ｖ_bと発電機出力電圧Ｖ_aとの大小差によって充電又は放電される。

上記コントローラ４は、バッテリ２の充電状態や車両の走行状態等を考慮して、上記発電機３の出力電圧Ｖ_aを制御するものである。コントローラ４は、発電機３の出力電圧Ｖ_aを制御する出力電圧制御部５と、バッテリ２が交換されたことを検出する交換検出部６と、後述する放電制御の際に用いる充電率Ｐ_iを設定する充電率設定部７と、バッテリ２の充電率Ｐに応じた充電効率ηを記憶する充電効率記憶部８と、バッテリ２の充放電電流Ｃを検出する満充電判定部９と、バッテリ２の充放電電流Ｃを積算してバッテリ２の充放電量ｑを算出するの充放電量算出部１０と、バッテリ２の充電効率ηを算出する充電効率算出部１１と、エンジンの始動完了を検出するエンジン始動検出部１３と、車両の減速状態を検出する減速状態検出部１４と、を備える。本実施形態において、上記出力電圧制御部５、交換検出部６、充電率設定部７、充電効率記憶部８、満充電判定部９、充放電量算出部１０及び充電効率算出部１１でバッテリ２の充電効率検出装置を構成する。

上記出力電圧制御部５は、車両減速時以外では発電機３の出力電圧Ｖ_aを低下させて燃費を改善させる一方、車両減速時には発電機３の出力電圧Ｖ_aを高くして積極的にエネルギを回収し、バッテリ２を充電する減速時出力電圧制御を行う減速時出力電圧制御部５１と、バッテリ２が交換された際に、交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを検出するために、バッテリ２ｂを略満充電に充電して上記充電率設定部７から入力される充電率Ｐまで放電させる放電制御を行った後、再び略満充電まで充電する充電制御を行う充放電制御部５２とを有する。

上記交換検出部６は、バッテリ２に接続され、バッテリ電圧（端子開放電圧）Ｖ_bを検出している。具体的には、バッテリ電圧Ｖ_bが零になったときに、バッテリ２が交換されたと判断して、交換検出信号ｐ１を出力電圧制御部５に出力する。

上記充電率設定部７は、任意に選択された１又は２以上の充電率Ｐ_i（ｉ＝１〜ｎ）を有しており、この充電率Ｐ_iを出力電圧制御部５及び充電効率算出部１１に出力する。この充電率Ｐ_iは、出荷時に設定されていてもよく、出荷後、運転者等によって設定又は変更可能としてもよい。

上記充電効率記憶部８は、出荷時は、純正バッテリ２ａの充電効率η’を記憶しており、バッテリ交換後は、上記充電効率算出部１１によって算出された交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηが記憶される。そして、充電効率記憶部８は、上記バッテリ２の充電率Ｐ_iに応じた充電効率η_ijを、充電量ｑ_cを算出するために充放電量算出部１０に出力すると共に、交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出するために充電効率算出部１１に出力する。

ここで、充電効率ηとは、充電時にバッテリ２へ流入する電気量のうち、バッテリ２の充電量ｑとして有効な電気量の割合を示すものであって、バッテリ２の充電率Ｐ_i及び充電時の発電機３の出力電圧Ｖ_aに応じて変化する。図２は、充電時の発電機３の出力電圧Ｖ_aを一定として、バッテリ２の充電率に対するバッテリ２の充電効率ηの関係を示したものである。実線は交換前のバッテリ２ａの充電効率η’を、破線は交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを示す。この充電効率ηは、バッテリ２が満充電に近づくにつれて悪くなる。この充電効率ηは、異なるバッテリ間で常には一定ではなく、異なるバッテリ間でずれを生じる。そのため、バッテリ交換後も交換前のバッテリの充電効率η’を使用し続けると、誤った充電量を検出することになり、バッテリ容量の誤認識や過充電を生じる虞がある。

充電効率記憶部８は、充電率零から満充電までの充電率を複数区間に分割して、各区間における充電効率ηを１つの値で代表し、各区間毎の近似値をテーブル化して記憶している（図２の●参照）。以下、充電効率をη_ijで表すときは、添え字ｉｊは、充電率Ｐ_iから充電率Ｐ_jまでバッテリ２を充電するときの充電効率であることを意味する。この区間の分割数は、任意の分割数を採用することができるが、分割数が多くなれば実際の充電効率ηをより正確に再現できる一方、データ量が多くなると共に計算量が多くなるため要する処理時間が長くなる。よって、充電率の分割数は、これらの事情を鑑みて決定することが好ましい。

尚、この充電効率η_ijは、テーブル化されたものに限られるものではなく、定式化されたものであってもよい。すなわち、上記各区間内の充電効率η_ijを上記各区間内で線形近似又は曲線近似して、各区間毎に定式化した充電効率η_ijを記憶しておいてもよい。

また、上記充電効率算出部１１によって算出された交換後のバッテリ２ｂの充電効率η_ijは、バッテリ２が交換される毎に交換前のバッテリ２ａの充電効率η_ij’に上書きして記憶されていく。尚、この充電効率記憶部８は、交換後のバッテリ２ｂの充電効率η_ijを上書きするものに限られるものではなく、出荷時に搭載されていた純正バッテリ２ａから交換された全てのバッテリ２ｂ、…の充電効率η_ijを全て記憶していくものでもよい。ただし、バッテリの充電量ｑ_cを算出する際には、記憶されている充電効率η_ijのうち最新のバッテリ２ｂの充電効率η_ijを用いる。

上記満充電判定部９は、バッテリ２の充放電電流Ｃを検出している。バッテリ２の充放電電流Ｃは、図３に示すように、バッテリ２の充電状態に依存して変化する。詳しくは、バッテリ２が満充電状態に近づくに従い、充放電電流Ｃは小さくなり、満充電状態においては一定の値に収束する。そのため、充放電電流Ｃを観測することによって、バッテリ２が満充電状態か否かを判定することができる。そこで、満充電判定部９は、略満充電状態における充放電電流値を所定値Ｃ_rとして設定し、充放電電流Ｃがこの所定値Ｃ_r以下になったときに、バッテリ２は略満充電状態になったと判定して、満充電判定信号ｐ２を出力電圧制御部５に出力する。

上記出力電圧制御部５の充放電制御部５２は、バッテリ２が交換されて交換検出部６から交換検出信号ｐ１が入力されると、放電制御及び充電制御を行う。この放電制御においては、バッテリ２は、略満充電状態まで充電された後、上記充電率設定部７から入力される所定充電率Ｐ_iまで強制的に放電される。また、充電制御においては、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電促進電圧Ｖ_cに設定して、バッテリ２を該所定充電率Ｐ_iから再び略満充電状態まで充電する。また、上記放電制御及び充電制御の開始時と終了時には、その制御中にバッテリ２へ流入出する電気量ｑを算出するためのトリガ信号ｔを上記充電効率算出部１１に出力する。

上記充放電量算出部１０は、バッテリ２に接続された電流センサ２１からの出力信号を入力され、電流センサ２１で検出されたバッテリ２の充放電電流Ｃを積算して、バッテリ２の充放電量ｑを算出する。ここで、バッテリ２からの放電量ｑ_dは、式（１）に示すように、放電電流Ｃ_dを積算することによって算出することができる。

q_d=∫C_ddt （１）
一方、バッテリ２への充電量ｑ_cは、式（２）に示すように、充電電流Ｃ_cに充電効率ηを掛けたものを積算することによって算出することができる。

q_c=∫C_c・ηdt （２）
この充電効率ηは、上述の通り、充電効率記憶部８からバッテリ２の充電率Ｐ_iに応じて読み出される。

このように、充放電量算出部１０は、バッテリ２の放電量ｑ_dと充電量ｑ_cとを算出し、上記出力電圧制御部５及び充電効率算出部１１へ出力する。

上記充電効率算出部１１は、上記出力電圧制御部５から出力されるトリガ信号ｔと充放電量算出部１０で算出された充放電量ｑ_c、ｑ_dとが入力される。充電効率算出部１１は、出力電圧制御部５による放電制御開始のトリガ信号ｔが入力されると、該放電制御終了のトリガ信号ｔが入力されるまでの間、上記放電量ｑ_dから放電制御中の制御放電量ｑ_dを算出すると共に、出力電圧制御部５による充電制御開始のトリガ信号ｔが入力されると、該充電制御終了のトリガ信号ｔが入力されるまでの間、上記充電量ｑ_cから充電制御中の制御充電量ｑ_cを算出する。この制御充電量ｑ_cの算出が行われるときには、必ずバッテリ交換後であり、放充電量算出部１０において充電量ｑ_cの算出に用いた充電効率は交換前のバッテリ２ａのものであるため、交換後のバッテリ２ｂに実際に充電される充電量ではなく、充電効率を算出するための仮の充電量といえる。そして、この制御放電量ｑ_d、制御充電量ｑ_c及び充電効率記憶部８から入力される交換前のバッテリ２ａの充電効率η’とから交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを式（３）によって算出する。

η=（q_d/q_c）×η' （３）
こうして、交換後のバッテリ２ｂについて、充電促進電圧Ｖ_cにおける充電率Ｐ_iから満充電までの充電効率η_i100が算出される。この所定充電率Ｐ_iを変更することによって、任意の充電率Ｐ_iから満充電までの充電効率η_i100を算出することができる。

ここで、制御放電量ｑ_dはバッテリ２ｂから流出する流出電気量と同等であるが、制御充電量ｑ_cは、上述した通り、交換前のバッテリ２ａの充電効率η’が掛けられているためバッテリ２ｂへ流入する流入電気量とは完全には一致しない。しかし、式（３）は以下の式（３’）のように変形することができ、結果として、制御流出電気量（＝ｑ_d）と制御流入電気量（＝ｑ_c／η’）とから充電効率ηを求めている。

η=(q_d/(q_c/η')) （３’）
つまり、充放電量算出部１０及び充電効率算出部１１によって流出入電気量算出部が構成され、放電制御中の制御流出電気量（＝ｑ_d）と充電制御中の制御流入電気量（＝ｑ_c／η’）とから交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出している。

さらに、充電効率算出部１１は、所定の第１充電率Ｐ_aから、この第１充電率Ｐ_aよりも高い第２充電率Ｐ_bまで充電するときの充電効率η_abを算出することもできる。

詳しくは、上記充放電制御部５２によって、第１充電率Ｐ_a及び第２充電率Ｐ_bそれぞれについて上記放電制御及び充電制御を行う。そして、充電効率算出部１１によって、このときの制御放電量ｑ_da、ｑ_db及び制御充電量ｑ_ca、ｑ_cbを算出する。これにより第２充電率Ｐ_bから第１充電率Ｐ_aまで放電するときの放電量（ｑ_da−ｑ_db）、及び第１充電率Ｐ_aから第充電率Ｐ_bまで充電するときの充電量（ｑ_ca−ｑ_cb）が求められ、バッテリ２ｂの充電効率η_abは式（４）によって算出される。

η_ab=((q_da-q_db)/(q_ca-q_cb))×η' （４）
こうして、充電率Ｐ_aから満充電までの充電効率を１つの充電効率η_a100だけで近似するのではなく、２つの充電効率η_ab及びη_b100を用いて近似することができるため、実際の充電効率に近い正確な充電効率ηを算出することができる。尚、上記式（３）と同様に式（４）は制御流出電気量と制御流入電気量との形で表すことができ、式（４）についても、放電制御中の制御流出電気量（＝ｑ_da−ｑ_db）と充電制御中の制御流入電気量（＝（ｑ_ca／η’）−（ｑ_cb／η’））とから交換後のバッテリ２ｂの充電効率η_abを算出しているといえる。さらに、充電率零から満充電までの間の多くの充電率Ｐ_iについて制御放電量ｑ_di及び制御充電量ｑ_ciを算出することによって、近似の精度が高い充電効率ηを算出することができる。

上記エンジン始動検出部１３は、エンジンの回転速度Ｎｅを検出し、エンジン回転速度Ｎｅが500rpm以上のときはエンジンの始動が完了したと判断して、エンジン始動検出信号ｐ３を出力電圧制御部５に出力する。

上記減速状態検出部１４は、車両の車速Ｓ及びエンジン吸気装置のスロットル開度θを検出し、車両の減速状態を判断する。スロットル開度θが全閉で車速Ｓが所定速度以上の場合は減速状態にあるとして、減速検出信号ｐ４を出力電圧制御部５に出力する。

上記出力電圧制御部５中の減速時出力電圧制御部５１は、バッテリ２の容量Ｑ及び車両の減速状態に応じて、発電機３の出力電圧Ｖ_aを変更する減速時出力電圧制御を行う。

減速時出力電圧制御部５１は、バッテリ２の容量Ｑを検出する。詳しくは、バッテリ２の満充電容量Ｑ_fに上記充放電量算出部１０で算出した充放電量ｑ_c、ｑ_dを加減することによって、バッテリの容量Ｑを検出する。

そして、減速時出力電圧制御部５１は、バッテリ２の容量Ｑからバッテリ２の充電状態を判定し、良好と判定したときは、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電を抑制する第１電圧Ｖ₁に設定することによって燃費を向上させる。ここで、第１電圧Ｖ₁は、バッテリ２への充電を抑制する電圧であって、本実施形態においては、12Vに設定されている。一方、充電が不十分と判定したときは、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電を促進可能な第２電圧Ｖ₂に設定して、積極的にバッテリ２を充電する。ここで、第２電圧Ｖ₂は、バッテリ２への充電を促進可能にする電圧であって、本実施形態においては、14.5Vに設定されている。そして、良好でも不十分でもないときは、車両が非減速状態にあるときは、発電機３の出力電圧Ｖ_aを第１電圧Ｖ₁に設定することによって燃費を向上させる一方、車両が減速状態にあるときは、発電機３の出力電圧Ｖ_aを第２電圧Ｖ₂に設定して、積極的にバッテリ２を充電する制御を行う。このようにして、バッテリ２の容量及び車両の減速状態に基づいて、発電機３の出力電圧Ｖ_aを制御することによって、燃費の向上と効率的なエネルギの回収を実現している。

次に、バッテリ２ｂの充電効率ηの算出手順の一例を図４、５のフローチャート図に基づいて具体的に説明する。

まず、ステップＳＡ１において、上記交換検出部６によってバッテリ交換が検出されているかどうかを判定する。交換検出部６でバッテリ交換が検出されていた場合、即ち、バッテリ電圧Ｖ_bが零になったことを検出していた場合は、Ｙｅｓと判定され、ステップＳＡ２へ進む。一方、交換検出部６によってバッテリ交換が検出されていない場合は、Ｎｏと判定されステップＳＡ１８へ進む。

ステップＳＡ２では、エンジン回転速度Ｎｅを検出する。そして、ステップＳＡ３でエンジンの始動が完了したか否かを判定する。詳しくは、エンジン回転速度Ｎｅが500rpm以上であればエンジン始動が完了した（Ｙｅｓ）と判定し、500rpm未満であればエンジン始動が未完了である（Ｎｏ）と判定する。Ｙｅｓの場合はステップＳＡ４へ進み、Ｎｏの場合はステップＳＡ２に戻る。このステップＳＡ２及びＳＡ３は、上記エンジン始動検出部１３によって行われる。尚、エンジン始動の判定値として用いるエンジン回転速度は500rpmに限られるものではなく、エンジンの始動完了が確認可能な任意の値に設定することができる。

エンジンの始動が完了したと判定されると、ステップＳＡ４〜ＳＡ１０までの手順を実行することにより充放電制御部５２によって放電制御が行われると共に、充電率算出部１１によって制御放電量ｑ_diが算出される。

ステップＳＡ４では、発電機３の出力電圧Ｖ_aを、交換後のバッテリ２ｂの充電を促進する充電促進電圧Ｖ_c（14.5V）に設定する。これにより、バッテリ２ｂは、積極的に充電され、満充電状態となる。この設定電圧Ｖ_cは、14.5Vに限られるものではなく、バッテリ２ｂの充電を促進する値であれば任意の値に設定できる。

続いて、ステップＳＡ５で、バッテリ２ｂの充放電電流Ｃを検出する。その後、ステップＳＡ６において、満充電判定部９によってバッテリ２ｂが満充電か否かの判定が行われる。具体的には、上述の通り、バッテリ２ｂの充放電電流Ｃが所定値Ｃ_r以下であるか否かを判定する。そして、バッテリ２ｂの充放電電流Ｃが所定値Ｃ_r以下であれば、Ｙｅｓと判定してステップＳＡ７へ進む一方、所定値Ｃ_rより大きければ、Ｎｏと判定してステップＳＡ４へ戻る。また、Ｙｅｓと判定した場合には、満充電判定部９から満充電判定信号ｐ２が出力される。

すなわち、ステップＳＡ２からステップＳＡ６でＹｅｓと判定されるまでの手順を実行することによって、バッテリ２ｂは略満充電状態に充電される。

バッテリ２ｂが略満充電に充電されると、充放電制御部５２は、満充電判定部９からの満充電判定信号ｐ２を受けて、バッテリ２ｂの放電制御を開始する。具体的には、ステップＳＡ７において、ｉ＝１として、まず充電率Ｐ_iについて放電制御を行う。次に、ステップＳＡ８において、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電促進電圧Ｖ_cよりも小さい電圧である充電抑制電圧Ｖ_dに設定する。この充電抑制電圧Ｖ_dは、バッテリ２ｂの放電を促進する程度の値に設定する。

続いて、ステップＳＡ９において、上記式（１）に基づいて、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電抑制電圧Ｖ_dに設定後のバッテリ２ｂの放電電流Ｃ_dの積算することによって制御放電量ｑ_dの算出を開始する。

そして、ステップＳＡ１０において、バッテリ２ｂの充電率Ｐが所定充電率Ｐ_iと一致するか否かを判定する。ここで、バッテリ２ｂの充電率Ｐは、バッテリ２ｂの満充電容量Ｑ_fから上記ステップＳＡ９で算出した制御放電量ｑ_dを減ずることによって算出する。この制御放電量ｑ_dは、式（１）からも明らかなように、充電効率ηとは無関係であり、バッテリ交換によって充電効率ηが不明な場合であっても、正確に算出することができる。バッテリ２ｂの充電率Ｐが、所定充電率Ｐ_iと一致すればＹｅｓと判定してステップＳＡ１１へ進む一方、所定充電率Ｐ_iと一致しなければＮｏと判定してステップＳＡ８へ戻る。

こうして、ステップＳＡ８からステップＳＡ１０でＹｅｓと判定されるまでの手順を実行することによって、バッテリ２ｂが満充電から所定充電率Ｐ_iまで強制的に放電される放電制御が行われ、バッテリ２ｂが略満充電状態から所定充電率Ｐ_iまで放電する間のバッテリ２ｂの制御放電量ｑ_diが算出される。

そして、バッテリ２ｂが所定充電率Ｐ_iとなった後、ステップＳＡ１１〜ＳＡ１４までの手順を実行することにより充放電制御部５２によって充電制御が行われると共に、充電効率算出部１１によって制御充電量ｑ_ciが算出される。

まず、ステップＳＡ１１では、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電促進電圧Ｖ_cに設定する。

その後、ステップＳＡ１２で、バッテリ２ｂの充放電電流Ｃを検出する。

続いて、ステップＳＡ１３において、上記式（２）に基づいて、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電促進電圧Ｖ_cに設定後のバッテリ２ｂの充電電流Ｃ_cの積算することによって制御充電量ｑ_cが算出を開始する。このとき、制御充電量ｑ_cの算出に用いられる充電効率は、そのとき充電効率記憶部８に記憶されている交換前のバッテリ２ａについての充電効率η’を用いる。

そして、ステップＳＡ１４で、上記ステップＳＡ６と同様に、バッテリ２ｂの充放電電流Ｃが所定値Ｃ_r以下であるか否かを判定する満充電判定が行われる。バッテリ２ｂの充放電電流Ｃが所定値Ｃ_r以下であれば、Ｙｅｓと判定してステップＳＡ１５へ進む一方、所定値Ｃ_rより大きければ、Ｎｏと判定してステップＳＡ１１へ戻る。このように、充電制御における満充電判定は、充電電流Ｃ_cの値によって判定しているため、充電効率が不明であって正確な充電率を把握することができない場合であっても、満充電まで充電されたことを判定することができる。

こうして、ステップＳＡ１１からステップＳＡ１４でＹｅｓと判定されるまでの手順を実行することによって、バッテリ２ｂが所定充電率Ｐ_iから略満充電状態まで充電される充電制御が行われ、バッテリ２ｂが所定充電率Ｐ_iから略満充電状態まで充電される間のバッテリ２ｂの制御充電量ｑ_ciが算出される。

続いて、ステップＳＡ１５で、ｉ＝ｉ＋１として、ステップＳＡ１６において、ｉが充電率Ｐ_iの個数ｎより大きいか否か判定して、ｉがｎ以下であればＮｏと判定されてステップＳＡ８へ戻り、ｉがｎより大きければＹｅｓと判定されてステップＳＡ１７へ進む。

このステップＳＡ８からステップＳＡ１６の手順を繰り返すことによって、図６に示すように、上記充電率設定部７で設定されるｎ個の充電率Ｐ_i（ｉ＝１〜ｎ）について、制御充電量ｑ_di及び制御充電量ｑ_ciが算出される。

図６（ｂ）は、発電機３の出力電圧Ｖ_aのタイミングチャートを示し、（ａ）は、それに対応するバッテリ２ｂの充電率Ｐ_iを示す。上述の通り、充電効率ηが不明であっても、満充電状態と、満充電状態から放電量ｑ_dを積算することによって算出される充電率とは正確に求めることができるため、満充電と各充電率Ｐ_i間での放電制御（I、III、…）と充電制御（II、IV、…）とを繰り返す。また、上述の通り、充電効率ηは充電制御時の発電機３の出力電圧Ｖ_aに依存するため、本実施形態においては、充電制御時の発電機３の出力電圧Ｖ_aは充電促進電圧Ｖ_cで一定とする。尚、放電制御時の発電機３の出力電圧Ｖ_aは充電抑制電圧Ｖ_dで一定とする。

そして、上記充電率設定部７で設定されるｎ個の充電率Ｐ_iについて、制御充電量ｑ_di及び制御充電量ｑ_ciが算出されると、ステップＳＡ１７において、隣り合う充電率間（例えば、充電率Ｐ_iを、充電率零から満充電までの間において大きい方から順番にＰ₁、Ｐ₂、…、Ｐ_i、…Ｐ_nと設定した場合には、Ｐ_iとＰ_i+1との間（ｉ＝ｎ−１））の充電効率η_ijを上記式（４）に基づいて算出する。その結果、図２に示すように、交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出することができ（図２中の×印参照）、実際の充電効率曲線（図２の破線参照）を所定の充電率間隔で近似した充電効率η_ijで表すことができる。この充電効率η_ijの近似の精度は、上記充電率設定部７によって設定される充電率Ｐ_iの個数で決まる。つまり、充電率Ｐ_iを多く設定して、充電効率ηの充電率に対する分割数を多くすることによって、近似する充電率間隔を狭くすることができ、充電効率η_ijの近似の精度が向上させることができる。

一方、ステップＳＡ１でＮｏと判定された場合は、ステップＳＡ１８へ進む。このステップＳＡ１８は上記ステップＳＡ２と同様の手順であって、ステップＳＡ１８に続くステップＳＡ１９からステップＳＡ２２までの手順も、上述のステップＳＡ３からステップＳＡ６までの手順と同一である。すなわち、バッテリ交換が行われていない場合は、ステップＳＡ１８からステップＳＡ２２でＹｅｓと判定されるまでの手順によって、バッテリ２が略満充電状態に充電される。そして、ステップＳＡ２２において、Ｙｅｓと判定されると、減速時出力電圧制御へ進む。つまり、バッテリ２の交換がなされていない場合は、放電制御及び充電制御によってバッテリ２の充電効率ηを検出する必要はなく、上記充電効率記憶部８にすでに記憶されたバッテリ２の充電効率ηを用いて、減速時出力電圧制御が行われる。この満充電容量記憶部１２には、バッテリ２が一度も交換されていない場合は、純正バッテリ２ａの充電効率ηが記憶されており、バッテリ２が既に交換されている場合は、交換後のバッテリ２ｂについて求められた満充電容量ηが記憶されている。

次に、バッテリの減速時出力電圧制御の手順の一例を図７のフローチャート図に基づいて具体的に説明する。

まず、ステップＳＢ１において、車速Ｓ、スロットル開度θ及び充放電電流Ｃが検出される。

続いて、ステップＳＢ２において、バッテリ容量Ｑが第１容量Ｑ₁（充電率90%)以下か否かが判定される。ここで、第１容量Ｑ₁は、バッテリ２の充電状態が良好であって、積極的に充電する必要がないと判断できるバッテリ容量のしきい値であって、本実施形態においては、充電率90%に設定している。バッテリ容量Ｑが第１容量Ｑ₁以下であれば、Ｙｅｓと判定されてステップＳＢ３へ進む一方、バッテリ容量Ｑが第１容量Ｑ₁より大きければ、Ｎｏと判定されてステップＳＢ６へ進む。

ステップＳＢ３では、バッテリ容量が第２容量Ｑ₂（充電率80%）以下か否かが判定される。そして、バッテリ容量Ｑが第２容量Ｑ₂以下であれば、Ｙｅｓと判定されてステップＳＢ４へ進む一方、バッテリ容量Ｑが第２容量Ｑ₂よりも大きければ、Ｎｏと判定されてステップＳＢ５へ進む。ここで、第２容量Ｑ₂は、バッテリ２が充電を必要とするバッテリ容量のしきい値であって、本実施形態では、充電率80%とする。

ステップＳＢ４では、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電を促進可能な第２電圧Ｖ₂（＝14.5V）に設定する。その後、リターンしてステップＳＢ１へ戻る。

一方、ステップＳＢ２でバッテリ容量Ｑが第１容量Ｑ₁より大きいと判定された場合にはステップＳＢ６へ進み、ステップＳＢ６では、発電機３の出力電圧Ｖ_aを充電を抑制する第１電圧Ｖ₁（＝12V）に設定する。その後、リターンしてステップＳＢ１に戻る。

また、ステップＳＢ３でＮｏと判定された場合、すなわち、バッテリ容量Ｑが第１容量Ｑ₁以下であって且つ第２容量Ｑ₂よりも大きい場合には、ステップＳＢ５において、ステップＳＢ１で検出した車速Ｓ及びスロットル開度θに基づいて車両が減速状態か否かを判断する。そして、減速状態と判断された場合にはステップＳＢ４へ進み、非減速状態と判断された場合にはステップＳＢ６へ進む。具体的には、上記減速状態検出部１４で減速状態が検出され減速検出信号ｐ４が出力されると、出力電圧制御部５は、発電機３の出力電圧Ｖ_aを上記第２電圧Ｖ₂に設定する。一方、減速状態ではなく、減速検出信号ｐ４が出力されていないときは、発電機３の出力電圧Ｖ_aは、上記第１電圧Ｖ₁に設定される。

以上の手順を実行することにより、バッテリ容量Ｑと車両の減速状態とを考慮して、発電機３の出力電圧Ｖ_aを設定する減速時出力電圧制御が行われる。

そして、バッテリ２が交換されると、上記放電制御及び充電制御を行って交換後のバッテリ２ｂの充電効率が検出されるまでは、この減速時出力電圧制御は禁止される。その結果、充電効率が不明な交換後のバッテリ２ｂに対して、過充電や過放電がなされることがなく、バッテリ２ｂの寿命の低下が防止される。

したがって、本実施形態によれば、バッテリ交換後であっても、正確に算出することができる放電量ｑ_d及び交換前の充電効率η’を用いた充電量ｑ_cから交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出することによって、交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを容易且つ精度良く検出することができる。その結果、バッテリ交換によって交換前のバッテリ２ａと異なる充電効率のバッテリ２ｂが搭載されても、バッテリ２ｂの充電効率ηが正確に検出されるため、バッテリ２ｂの過充電や過放電を防止することができ、バッテリ２ｂの寿命低下を防止することができる。

また、バッテリ２の容量と車両の減速状態とに応じて、発電機３の出力電圧Ｖ_aを出力電圧制御して、効率的なエネルギの回収と燃費の向上を図ることができる。さらに、バッテリが交換されると、この出力電圧制御を行う前に、必ず、交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出するため、誤った充電効率η’を用いることによる過充電や過放電を防止し、バッテリ２ｂの寿命低下を防止することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態においては、制御放電量ｑ_di及び制御充電量ｑ_ciが算出されると、ステップＳＡ１７において、該制御放電量ｑ_di、制御充電量ｑ_ci及び交換前のバッテリ２ａの充電効率η’とから上記式（４）に基づいて、交換後のバッテリ２ｂの充電効率η_ijを算出しているが、上記式（３）に基づいて、交換後のバッテリ２ｂの各充電率Ｐ_iから満充電まで充電するときの充電効率η_i100を算出してもよい。

また、上記実施形態においては、式（２）に基づいて制御充電量ｑ_cを算出しているが、次の式（５）に基づいて制御流入電気量ｑ_cを算出すると共に、式（６）によって交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを求めるようにしてもよい。

q_c=∫C_cdt （５）
η=（q_d/q_c） （６）
つまり、式（５）においては、充電効率η’を考慮せず、充電電流Ｃ_cから制御流入電気量ｑ_cを算出する。そして、式（６）によって制御流入電気量ｑ_cと全放電量（制御流出電気量）ｑ_dとから交換後のバッテリ２ｂの充電効率ηを算出する。上記式（２）によって制御充電量ｑ_cを算出することは、上記充放電量算出部１０で算出している充電効率η’を考慮した充電量ｑ_cをそのまま採用して制御充電量ｑ_cを算出することができるという利点がある反面、充電効率記憶部８に記憶された充電効率η’を用いて算出しているため、記憶された充電効率η’の近似の精度の影響を受けるという欠点がある。つまり、充電効率記憶部８にテーブル化して記憶された交換前のバッテリ２ａの充電効率η’の充電率間隔が広いと、充電効率η’の近似の精度は低いため、式（２）によって算出される制御充電量ｑ_cの精度も低くなる。そこで、式（５）を用いて制御充電量ｑ_cを算出すると、充電効率記憶部８に記憶された充電効率η’の近似の精度の影響を受けないため、より精度の高い充電効率ηを算出することができる。

本発明の実施形態に係る発電装置の概略構成を示すブロック図である。 バッテリの充電効率を示す図である。 バッテリの充電電流と充電率との関係を示す図である。 バッテリの充電効率検出の手順を示すフローチャート図である。 バッテリの充電効率検出の手順を示すフローチャート図である。 バッテリの放電制御及び充電制御のタイミングチャート図である。 発電機の減速時出力電圧制御の手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１ａ 電気負荷
２ バッテリ
２１ 電流センサ（電流検出手段）
３ 発電機
５ 出力電圧制御部（電圧制御手段）
６ 交換検出部
８ 充電効率記憶部
１０ 充放電量算出部（流出入電気量算出手段）
１１ 充電効率算出部

Claims (2)

1. エンジンによって駆動されて、バッテリ及び車両用電気負荷に電力を供給する発電機の出力電圧を制御する電圧制御手段と、
   上記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段と、
   上記電流検出手段で検出される充電電流及び放電電流をそれぞれ積算することによって上記バッテリの充電方向及び放電方向へ流れる電気量をそれぞれ算出する流出入電気量算出手段と、
   上記バッテリが交換されたことを検出する交換検出手段と、
   上記発電機の出力電圧をバッテリへの充電が促進される所定の充電促進電圧に制御した際のバッテリ充電率に対する充電効率を算出する充電効率算出手段と、
   上記バッテリの充電効率を記憶する充電効率記憶手段と、を備え、
   上記電圧制御手段は、
   上記交換検出手段によってバッテリ交換が検出されたときに、
   上記バッテリを略満充電にした後に、上記発電機の出力電圧を上記充電促進電圧よりも低い電圧に設定して、バッテリを略満充電よりも低い所定の制御充電率まで放電させる放電制御と、
   上記発電機の出力電圧を上記充電促進電圧に設定して、バッテリを上記制御充電率から略満充電まで充電する充電制御と、を行い、
   上記充電効率算出手段は、上記電圧制御手段による上記放電制御中にバッテリの放電方向に流出する制御流出電気量と、上記充電制御中にバッテリの充電方向へ流入する制御流入電気量とに基づいて、上記制御充電率から略満充電まで充電するときのバッテリの充電効率を算出し、
   上記充電効率記憶手段は、上記充電効率算出手段によって算出された交換後のバッテリの充電効率を記憶することを特徴とするバッテリの充電効率検出装置。
2. 請求項１に記載のバッテリの充電効率検出装置において、
   上記電圧制御手段は、
   上記制御充電率を所定の第１充電率に設定し、第１の放電制御及び充電制御を行うと共に、
   上記制御充電率を該第１充電率と異なる第２充電率に設定し、第２の放電制御及び充電制御を行い、
   上記充電効率算出手段は、上記第１の放電制御及び充電制御における制御流出電気量及び制御流入電気量、並びに上記第２の放電制御及び充電制御における制御流出電気量及び制御流入電気量、に基づいて該第１充電率と該第２充電率との間のバッテリの充電効率を算出することを特徴とするバッテリの充電効率検出装置。

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