JP2006335179A - 負荷制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリの放電の可能性が高い状態において適正な最低限の負荷制限を行う。
【解決手段】 自動車の車速が所定の車速閾値以下である時に低速状態と判断する低速判定部と、各負荷にそれぞれ供給する電流を間欠的に制限または遮断して各負荷に流れる平均電流を制限可能とする電流制限部と、前記低速状態である時に前記各電流制限部に予め定められた複数の給電パターンによる電流制限を切り替えさせて全体としての負荷電流を制限する電流制限制御部とを設けた、前記電流制限制御部が、重要度の低い負荷のうち消費電力が大きい順に優先的に電流制限をかけている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車に搭載された負荷への供給電力を調節して、駆動制御を行う負荷制御システムに関するものである。

従来の自動車における電源回路は、図６に示す電源回路９０の構成とされている。即ち、エンジン９１が回転しているときに、発電機９２によってエンジン９1の回転力を電気エネルギーに変換し、各部の負荷９３に供給すると共に、余剰の電力を用いて二次電池（バッテリ）９４の充電を行っていた。

ところで、バッテリ９４が十分に充電されている状態であれば、自動車内の各種負荷５を動作させる上で問題はないが、バッテリ９４が十分に充電されていない状態でエンジン９１を停止させると、次にエンジン９１を始動させようとしても、スタータの駆動電圧に満たないくらいにバッテリ９４の電圧が低下して、いわゆるバッテリ上がりの状態が発生する恐れがあった。

図７は自動車の走行速度Ｖと発電機９２による供給電力Ｐ０の関係、および、供給電力Ｐ０と負荷９３の需要電力Ｐ１の関係を示す図である。図７に示すように、自動車が通常に走行している状態では、発電機９２からの供給される電流ＩＡが大きく、供給電力Ｐ０が十分に大きいので、これが需要電力Ｐ１を上回っており、余剰分をバッテリ９４の充電電流ＩＣとすることができる。ところが、自動車の走行速度Ｖが低速であるときには、電流ＩＡが小さく供給電力Ｐ０’が小さくなるので、これが需要電力Ｐ１を下回って、足りない電力をバッテリ９４から補充する必要があるので、これによってバッテリ９４は放電していた。

前記放電時間が長く続くと、バッテリ９４の電圧が低下し、前記バッテリ上がりを起こすので、バッテリ９４の電流容量は負荷９３の大きさに合わせて大きめに設定する必要があり、これに合わせて発電機９２の能力も高くする必要があった。

そこで、特許文献１には、バッテリにかかる負担を小さくするために、発電機による供給電力と負荷の需要電力との兼ね合いによって負荷に供給する電流を遮断し、バッテリの放電電流を小さくすることが記載されている。これによって、バッテリの電流容量を負荷の大きさに比べて幾らか小さく設定することが考えられている。
特開２００４−１９４４９５号公報

しかしながら、引用文献１のような構成では、自動車の走行状態に関わりなく、負荷の需要電力が発電機の供給電力に近づくと、負荷の遮断を行うので、バッテリー放電の点であまり問題にならない走行中であっても、重要でないとみなされた負荷への電力遮断が行われることがあり、快適性を維持できなかった。また、負荷を遮断する優先順序は負荷の重要度によって行われているので、遮断しても効果の少ない負荷を対象にして電力の遮断制御を行うことがあり、これによってさらに快適性に支障が生じていた。

また、前記発電機による供給電力を算出するためには、バッテリから負荷へ供給される電流と、バッテリの端子間電圧と、発電機の回転数などから発電状態を演算して求める必要があり、多くの入力信号を必要としていた。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成でありながら、バッテリの放電の可能性が高い状態において、適正な最低限の負荷制限を行い、快適性を維持しながらバッテリ上がりを未然に防ぐことができる負荷制御システムを提供することを課題としている。

前記課題を解決するために、第１の発明として、自動車の車速が所定の車速閾値以下である時に低速状態と判断する低速判定部と、
各負荷にそれぞれ供給する電流を間欠的に制限または遮断して各負荷に流れる平均電流を制限可能とする電流制限部と、
前記低速状態である時に前記各電流制限部に予め定められた複数の給電パターンによる電流制限を切り替えさせて全体としての負荷電流を制限する電流制限制御部と
を設けたことを特徴とする負荷制御システムを提供している。

前記した本発明の負荷制御システムでは、自動車が例えばアイドリング状態にあったり、渋滞走行をしている状態など、その速度が車速閾値以下であることを条件に動作するので、負荷電流の制限を行う必要がない程度の車速で走行している場合には、負荷電流の制限を行うことがない。

加えて、電流制限を行うための給電パターンが複数用意されており、複数の給電パターンを定期的に切り替えるように制御することにより、各負荷は間欠的に電流を制限または遮断される独特の電流制限を行っているので、電流制限が加わらない状態に比べて、負荷の出力は落ちるものの幾らか動作するので、使用者は不快感を感じることがない。このように、必要なときだけ必要最小限の負荷制御を行うので、快適性を保つことができる。

また、車速を用いて前記電流制限を行うかどうかを切り替えるので、発電機の供給電力と負荷の需要電力を測定して比較する場合に比べて構成を簡単にできる。
前記車速閾値とは、通常の走行時において発電機から得られる供給電力が負荷が求める需要電力と同程度になる車速を設定することが望ましく、これによって、バッテリが放電しやすい条件において、その放電電流が常に小さくなるように制御することができる。

前記電流制限制御部が、重要度の低い負荷のうち消費電力が大きい順に優先的に電流制限をかけるものであってもよい。
このように消費電力が大きい順に電流制限をかけると、電流制限の効果が大きく、強制的に出力を下げる負荷の数を少なくすることができ、それだけ快適性を保つことができる。
なお、重要度が低く供給電流が大きい負荷とは、例えば、エアコンや電熱ヒータなどの冷暖房系の負荷が挙げられる。次いで、デフォッガやシートヒータなどの暖気系の負荷が挙げられ、これらに続いてルームランプ、フォグランプ、ヘッドランプなどの灯火系、および、オーディオ、カーナビなどのアクセサリ系や、セキュリティ系の負荷などを挙げることができる。

前記電流制限制御部が、負荷に供給する負荷電流の大きさを監視する負荷電流監視部を有し、この負荷電流が所定の電流閾値以下となるように、選択された給電パターンまたは調整されたタイミングで切り替えることにより前記平均電流を調節するものであってもよい。
前記システムとすると、負荷の状態に合わせて、より適切な電流制限を行うことができ、必要最小限の電流制限を行うことができる。
前記電流閾値はバッテリの端子間電圧（開放電圧）や回生電流および放電電流を測定して得られるバッテリの充電状態（ＳＯＣ）に合わせて調整することがのぞましい。

第２の発明として、自動車の車速が所定の車速閾値以下である時に低速状態と判断する低速判定部と、
各負荷にそれぞれ供給する電流を制限または遮断できる電流制限部と、
演算処理部に電流制限制御プログラムを実行させることにより前記電流制限部に制御信号を与えて全体としての負荷電流を制限させる電流制限制御部とを有し、
前記電流制限制御プログラムが、前記低速状態であるときに各電流制限部に間欠的に電流を制限または遮断させるように、予め定められた複数の給電パターンに基づく制御信号を切り替えて出力するものであることを特徴とする負荷制御システムを提供している。

前記した負荷制御システムでは、自動車が車速閾値以下の低速状態にあるときだけ動作し、各負荷は間欠的に電流を制限または遮断される。つまり、必要なときだけ必要最小限の負荷制御を行うので、快適性を保つことができる。また、電流制限制御部は一般的にＥＣＵに内蔵されている演算処理部において実行される電流制限制御プログラムによって構成される。

前記電流制限制御部が、重要度の低い負荷のうち消費電力が大きい順に優先的に電流制限をかけるように複数の給電パターンを記憶するものとしていることが好ましい。
前記システムとすると、電流制限による効果が大きく、強制的に出力を下げる負荷の数を少なくすることができる。

前記電流制限制御プログラムが、負荷に供給する負荷電流の大きさを監視し、この負荷電流が所定の値以下となるように、適宜の給電パターンまたは適宜のタイミングで切り替えることにより前記平均電流を調節するものとすることが好ましい。
前記システムとすると、負荷の状態に合わせて、より適切な電流制限を行うことができるので、必要最小限の電流制限を行うことができる。

前記第１の発明の負荷制御システムでは、車速が車速閾値以下であることを条件に動作するので、アイドリング状態や渋滞走行時にのみ負荷電流載の制限を行い、負荷電流の制限を行う必要がない程度の車速で走行している場合には、負荷電流の制限を行っていない。かつ、電流制限を複数の給電パターンで行い、この複数の給電パターンを定期的に切り替えて制御して、各負荷は間欠的に電流を制限または遮断される独特の電流制限を行い、必要最小限の負荷制御を行っている。そのため、電流制限が加わらない状態に比べて、負荷の出力は落ちるが動作可能であるため、使用者は不快感を感じることがなく、快適性を保つことができる。
さらに、車速を用いて前記電流制限を行うかどうかを切り替えるので、発電機の供給電力と負荷の需要電力を測定して比較する場合に比べて構成が簡単で、その製造コストを削減することができる。

且つ、前記車速閾値を、通常走行時において発電機から得られる供給電力が負荷が求める需要電力と同程度になる設定すると、バッテリが放電しやすい条件において、その放電電流が常に小さくなるように制御することができる。よって、負荷の大きさに対してバッテリの電流容量を幾らか小さくすることができ、これに伴って発電機の大きさも小さくすることができ、自動車全体としての製造コストを引き下げたり、発電機による負荷抵抗を小さくして、省エネルギーに寄与することも可能となる。

第２の発明の負荷制御システムでも、自動車が車速閾値以下の低速状態にあるときだけ動作し、各負荷は間欠的に電流を制限または遮断され、必要なときだけ必要最小限の負荷制御を行うため、快適性を保つことができる。
また、電流制限制御部は演算処理部において実行される電流制限制御プログラムによって構成されているので、ハードウェア的な構成がシンプルとなり、その製造コスト削減することができる。

図１乃至図３は本発明の第１発明に係る第１実施形態の負荷制御システム１の構成を示すブロック図である。
図１において、２は自動車のエンジン、３はエンジンスタータ、４はオルタネータなどの発電機、５はバッテリ、６ａ〜６ｆは負荷である。７は自動車の車速Ｖを測定する車速センサ、８ａ〜８ｃは電池の状態を検出するための各種センサであり、例えば、電圧計８ａ，電流計８ｂおよび温度計８ｃである。なお、電流計８ｂは負荷電流監視部としても機能する。

前記負荷制御システム１は、自動車の車速Ｖが所定の車速閾値以下であるときにこれを低速状態と判断する低速判定部１０と、各負荷６ａ〜６ｆにそれぞれ供給する電流Ｉａ〜Ｉｆを間欠的に制限または遮断することにより各負荷６ａ〜６ｆに流れる平均電流を制限可能とする電流制限部１１ａ〜１１ｆと、前記低速状態であるときに各電流制限部１１ａ〜１１ｆに予め定められた複数の給電パターンによる電流制限を切り替えさせることにより全体としての負荷電流Ｉを制限する電流制限制御部１２と、前記各種センサ８ａ〜８ｃの測定値を用いてバッテリ５のＳＯＣを検出する電池状態検出部１３とを備えている。

前記電流制限制御部１２と各電流制限部１１ａ〜１１ｆは、例えばＣＡＮの通信線を用いて接続されており、Ｓａ〜Ｓｆは電流制限制御部１２から各電流制限部１１ａ〜１１ｆに送信される電流制限のための制御信号である。

本発明の負荷制御システム１は自動車用のシステムであるから、エンジン２はトラックを含む自動車用のエンジンであるが、これをその他の車両や船舶に応用することもできる。発電機４は一般的にオルタネータであるが、その他の交流または直流発電機が用いられてもよい。

また、本発明の負荷制御システム１を用いる場合は、バッテリ５は負荷６ａ〜６ｆの大きさに比べて幾らか電流容量を小さくすることが可能であるが、十分な要領のバッテリ５を搭載してもよいことはいうまでもない。

前記負荷６ａ〜６ｆは幾つかのグループに分けることが望ましく、例えば、負荷６ａはエアコンや電熱ヒータなどの冷暖房系の負荷からなる。負荷６ｂはデフォッガやシートヒータなどの暖気系の負荷からなる。負荷６ｃはルームランプ、フォグランプ、ヘッドランプなどの灯火系の負荷からなる。負荷６ｄはオーディオ、カーナビなどのアクセサリ系の負荷からなる。６ｅはセキュリティ系の負荷、６ｆは常時稼働する走行系の負荷からなる。

また、前記低速判定部１０と、電流制限制御部１２と、電池状態検出部１３は、例えばソフトウェアによって構成される。本例では、ＥＣＵを構成する演算処理部１５によって実行されるプログラム（以下、各部を低速判定プログラム１０，電流制限制御プログラム１２，電池状態検出プログラム１３という）である。また、１６は電流制限部１１ａ〜１１ｆに送信する制御信号の基となる給電パターンデータである。

図２は前記電流制限制御プログラム１２の動作の一例を説明する図であり、図３は前記電流制限制御プログラム１２の動作を説明する例を示す図である。
また、図３における符号ＩＡは発電機４から供給される供給電流、ＩＢは発電機４からバッテリー５に流れるバッテリ電流であり、このバッテリ電流ＩＢが０以下であることは放電を意味している。ＩＣは負荷６ａ〜６ｆに流れる電流Ｉａ〜Ｉｆの総和を示している。また、ＩＣ’はこの負荷電流ＩＣの平均値を示している。

図２において、Ｓ１はイグニッションキーをオンにするステップであり、通常は自動車の所有者が操作する。

Ｓ２は前記車速Ｖを車速閾値Ｖthと比較して判断するステップであり、車速Ｖが車速閾値Ｖthよりも大きいときはステップＳ２に戻ってループ処理を繰り返す。例えば、図３に示す例の場合は、時点ｔ１までは車速Ｖが車速閾値Ｖthより大きいのでステップＳ２のループを繰り返し、時点ｔ１においてステップＳ３に処理が勧められる。

Ｓ３はバッテリ電流Ｉｂが放電であるかどうかを判断するステップであり、バッテリ電流Ｉｂが０以下の放電状態であるときに次のステップにすすみ、０以上であるときに前記ステップＳ２に戻るように構成されている。すなわち、車速Ｖが車速閾値Ｖth以下であったとしても、電流制限を行う必要がない場合には、負荷６ａ〜６ｆへの電流制限を行わないようにし、必要最小限の電流制限を行う。

Ｓ４〜Ｓ９はそれぞれ前記給電パターンデータ１６から給電パターンを読み出して負荷６ａ、６ｂなどに電流制限を行うために制御信号Ｓａ，Ｓｂ…を出力するステップである。また、各ステップＳ４〜Ｓ９における待ち時間Ｔａ〜Ｔｆは例えば数秒程度の短い所定長さの時間とする。

図２に示すように、本実施例では、ステップＳ４〜Ｓ９の動作によって、出力される制御信号Ｓａ，Ｓｂ…によって負荷６ｂ（デフォッガ）のオン／オフが間欠的に切り替えられ、負荷６ａ（エアコンまたはヒータ）のオン／オフおよび電流制限状態（低減状態）が間欠的に切り替えられる。また、負荷６ｃを構成するフォグランプは常にオフとなり、ヘッドライトは電流制限状態（ロー状態）となるように構成されている。

つまり、種々の負荷６ａ〜６ｆのうち重要度の低い負荷６ａ〜６ｃを制御対象とし、しかも消費電力が大きい順に優先的に電流制限をかけるように構成されている。また、オーディオ、カーナビなどのアクセサリ系の負荷６ｄは重要度の低い負荷であるが、消費電力も小さいので、その電流制限を行うことはない。さらに、セキュリティ系の負荷６ｅおよび走行系の負荷６ｆは重要度の高い負荷であるから、これらも常時稼働するように構成している。

Ｓ１０は再び前記車速Ｖを車速閾値Ｖthと比較して判断するステップであり、車速Ｖが車速閾値Ｖthよりも大きくなったときはステップＳ２に戻り、車速Ｖが車速閾値Ｖthよりも小さい場合は、ステップＳ３に戻ってステップＳ３〜Ｓ１０のループ処理を繰り返す。

本実施例のように複数の給電パターンを順次切り替えるように制御することにより、負荷電流ＩＣは図３に符号Ｉ１〜Ｉ６に示すように間欠的に切り替えられることになる。図３に示す例の場合、負荷電流Ｉ１は発電機４からの供給電流ＩＡ’より大きくなっているが、前記負荷電流Ｉ１〜Ｉ６の平均電流ＩＣ’は供給電流ＩＡ’よりも小さくなる。また、供給電流ＩＡ’は電流閾値Ｉthである。そして、前記平均電流ＩＣ’は以下であるから、平均するとバッテリ電流ＩＢは充電電流となる。

なお、図３に示すＡＣとはエアコンを意味し、Ｄｅｆはデフォッガを意味する。したがって、前記ステップＳ３〜Ｓ１０のループ処理を繰り返すことにより、エアコンＡＣおよびデフォッガＤｅｆは間欠的に駆動されるので、完全に止まるのではなく、幾らか動作させることができる。

図４は第２の発明に係わる第２実施形態の電流制限制御プログラム１２’の動作の一例を説明する図であり、図５は前記電流制限制御プログラム１２’の動作を説明する例を示す図である。

図４において、Ｓ１１はイグニッションキーをオンにするステップ、Ｓ１２は前記車速Ｖを車速閾値Ｖthと比較して判断するステップ、Ｓ３はバッテリ電流Ｉｂが放電であるかどうかを判断するステップであり、それぞれ図２におけるステップＳ１〜Ｓ３と同様である。

Ｓ１４はそれぞれ前記給電パターンデータ１６から給電パターンを読み出して負荷６ａ、６ｂなどに電流制限を行うために制御信号Ｓａ，Ｓｂ…を出力するステップである。本例の場合、ステップＳ１４において給電パターンデータ１６に記録されている複数の給電パターンの中からバッテリ電流ＩＢが放電状態とならない程度に最も大きな負荷電流を流すことができる２つの給電パターンを選択し、この選択した２つの給電パターンに基づく制御信号Ｓａ，Ｓｂ…を出力する。

図４の例では、以下の表１に示す６つの給電パターンが例示されている。なお、本例においてはフォグランプおよびヘッドライトはオンの状態のままであるとする。
［表１］
パターン デフォッガ エアコン／ヒータ
１ ＯＮ ＯＮ
２ ＯＮ 低減
３ ＯＦＦ ＯＮ
４ ＯＮ ＯＦＦ
５ ＯＦＦ 低減
６ ＯＦＦ ＯＦＦ

図５の例では、前記表１の２番目の給電パターンと３番目の給電パターンによって充電状態において最も多くの負荷電流Ｉ７，Ｉ８を流すことが出来る。したがって、前記ステップＳ１４においてそれぞれ時間Ｔｇ，Ｔｈの間、前記２番目と３番目の給電パターンによる電流制限を行うように間欠的に切り替えられる。したがって、デフォッガＤｅｆはデューティ比Ｔｇ／Ｔｈで間欠的に動作し、エアコンＡＣは時間Ｔｈ、Ｔｇ毎に強弱が切り替えられる。いずれにしても両負荷６ａ，６ｂは完全に止まることがない。

また、前記時間Ｔｇ，Ｔｈの長さ（比）を前記ＳＯＣに合わせて調整することにより、切り換えのタイミングを調整することが望ましい。例えば、ＳＯＣが７０％であるときに、前記時間Ｔｇ，Ｔｈを１０秒ずつにしているとすると、ＳＯＣが５０％であるときには時間Ｔｇを５秒、時間Ｔｈを１５秒に調整して、バッテリ５への充電電流を大きくするように制御することが望ましい。これによって、さらに綿密な負荷への電流制限を行うことができる。

さらに、前記給電パターンのうち３パターン以上を間欠的に切り替えるようにしてもよい。

再び図４に戻って、Ｓ１５は再び前記車速Ｖを車速閾値Ｖthと比較して判断するステップであり、車速Ｖが車速閾値Ｖthよりも大きくなったときはステップＳ１２に戻り、車速Ｖが車速閾値Ｖthよりも小さい場合は、ステップＳ１３に戻ってステップＳ１３〜Ｓ１５のループ処理を繰り返す。

本発明に係る負荷制御システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る電流制限制御プログラムの動作を説明する図である。 前記電流制限制御の例を説明する図である。 第２実施形態に係る電流制限制御プログラムの動作を説明する図である。 前記電流制限制御の例を説明する図である。 従来の電源回路の構成を示す図である。 従来のバッテリに対する充放電の状態を説明する図である。

符号の説明

１ 負荷制御システム
８ｂ 負荷電流監視部
６ａ〜６ｆ 負荷
１０ 低速判断部（低速判断プログラム）
１１ａ〜１１ｆ 電流制限部
１２，１２’ 電流制限制御部（電流制限制御プログラム）
ＩＣ 平均電流
Ｉａ〜Ｉｆ 負荷に供給する電流
Ｖ 車速
Ｖth 車速閾値
Ｓａ〜Ｓｆ 制御信号
Ｔａ〜Ｔｈ タイミング

Claims (6)

1. 自動車の車速が所定の車速閾値以下である時に低速状態と判断する低速判定部と、
   各負荷にそれぞれ供給する電流を間欠的に制限または遮断して各負荷に流れる平均電流を制限可能とする電流制限部と、
   前記低速状態である時に前記各電流制限部に予め定められた複数の給電パターンによる電流制限を切り替えさせて全体としての負荷電流を制限する電流制限制御部と
   を設けたことを特徴とする負荷制御システム。
2. 前記電流制限制御部が、重要度の低い負荷のうち消費電力が大きい順に優先的に電流制限をかけるものである請求項１に記載の負荷制御システム。
3. 前記電流制限制御部が、負荷に供給する負荷電流の大きさを監視する負荷電流監視部を有し、この負荷電流が所定の電流閾値以下となるように、選択された給電パターンまたは調整されたタイミングで切り替えることにより前記平均電流を調節するものである請求項１または請求項２に記載の負荷制御システム。
4. 自動車の車速が所定の車速閾値以下である時に低速状態と判断する低速判定部と、
   各負荷にそれぞれ供給する電流を制限または遮断できる電流制限部と、
   演算処理部に電流制限制御プログラムを実行させることにより前記電流制限部に制御信号を与えて全体としての負荷電流を制限させる電流制限制御部とを有し、
   前記電流制限制御プログラムが、前記低速状態であるときに各電流制限部に間欠的に電流を制限または遮断させるように、予め定められた複数の給電パターンに基づく制御信号を切り替えて出力するものであることを特徴とする負荷制御システム。
5. 前記電流制限制御部が、重要度の低い負荷のうち消費電力が大きい順に優先的に電流制限をかけるように複数の給電パターンを記憶するものである請求項４に記載の負荷制御システム。
6. 前記電流制限制御プログラムが、負荷に供給する負荷電流の大きさを監視し、この負荷電流が所定の値以下となるように、適宜の給電パターンまたは適宜のタイミングで切り替えることにより前記平均電流を調節するものである請求項４または請求項５に記載の負荷制御システム。

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