JP2007230513A - 発電制御装置、及びその方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エコラン状態の継続時間を長くし、またエコラン状態への移行回数を増やし、トータルでの燃費向上を実現するための発電制御装置を提供すること。
【解決手段】バッテリに電力を蓄電し、その駆動源をエンジンとする移動体用のオルタネータを制御する発電制御装置において、目標充電電圧VTAまでのバッテリの早期充電を実現するために、高出力電圧にオルタネータの出力電圧を調整する手段を装備する。
【選択図】図25
【解決手段】バッテリに電力を蓄電し、その駆動源をエンジンとする移動体用のオルタネータを制御する発電制御装置において、目標充電電圧VTAまでのバッテリの早期充電を実現するために、高出力電圧にオルタネータの出力電圧を調整する手段を装備する。
【選択図】図25
Description
本発明は発電制御装置、及びその方法に関し、より詳細には、車両などの移動体のエンジンを駆動源とする発電機(例えば、車両のエンジンによってベルトを介して駆動されるオルタネータ)の発電を制御するための発電制御装置、及びその方法に関する。
車両にはバッテリが標準搭載されており、このバッテリによって、車両に装備されている電装品(例えば、オーディオ、エアコン)やエンジン始動装置(例えば、スタータモータ)への電力供給が行われている。また、車両にはエンジンを駆動源とするオルタネータ(交流発電機)が搭載されており、このオルタネータでの発電によって、バッテリが充電されるようになっている。
近年、省資源の要求に応えて車両の燃費を向上させる技術が種々提案され、そして実用化されてきている。例えば、交差点などで停止した場合に、エンジンを自動的に停止させ、その後、ブレーキペダルから足が離されると、エンジンを自動的に始動させることによって、停車中の燃料消費を抑えるようにしたエコランシステムを採用したエコラン車両(アイドリングストップ車両)が実用化されている。
車速が0km/hであり、ブレーキペダルが踏み込まれている場合、エンジン自動停止条件が満たされたことになり、エンジンは自動的に停止され、そしてエコラン状態になる。エンジン自動停止条件はこれに限定されず、例えば、車速が0km/hであること、ブレーキペダルが踏み込まれていることに、ギアがニュートラル位置にあることが付加されている場合もある。
エコラン状態にあるときに、ブレーキペダルから足が離され、エンジン自動始動条件が満たされると、エンジンが自動的に始動されることになる。なお、エンジン自動始動条件についてもこれに限定されず、ブレーキペダルが踏み込まれていないことに、ギアが操作されることが付加されている場合もある。
ところで、エコラン状態にある時は、エンジンを駆動源とするオルタネータの発電がないため、オーディオやエアコンなどの電装品への電力供給はバッテリからの電力のみで行われることになる。このような状態が長く継続されると、バッテリの放電が過度に進み、エンジン始動に必要なバッテリ電圧を下回り、エンジン始動不良(バッテリ上り)を起こすおそれがある。
バッテリの過度の放電を回避する技術については、例えば、下記の特許文献1、2に開示されている。特許文献1には、エコラン状態になると、オーディオやエアコンなどの電装品への電力供給を強制的にオフすることが記載され、特許文献2には、エコラン状態になると、エアコンの設定温度を実際の周囲温度との偏差が大きい状態から小さい状態に変更することが記載されている。
しかしながら、これら特許文献1、2に記載されているような技術では、エコラン状態の時に、オーディオやエアコンなどの電装品を通常通りに使用することができなくなり、ユーザーに不快感を与えてしまうおそれがある。
しかしながら、これら特許文献1、2に記載されているような技術では、エコラン状態の時に、オーディオやエアコンなどの電装品を通常通りに使用することができなくなり、ユーザーに不快感を与えてしまうおそれがある。
また、上記したように、バッテリ電圧がエンジン始動に必要な限界値を下回った場合には、エンジン始動不良となるため、バッテリ電圧がその限界値を下回るまでに、エンジンを再始動させる必要がある。すなわち、エコラン状態を長時間継続させるには、エコラン状態となるまでに高いバッテリ電圧を確保しておく必要がある。
また、車速が0km/hであり、ブレーキペダルが踏み込まれ、エンジン自動停止条件が満たされたとしても、バッテリ電圧が前記限界値を下回っている場合には、エンジンを停止させて、エコラン状態へ移行させることができない。すなわち、エコラン状態への移行回数を増やすにも、エコラン状態となるまでに高いバッテリ電圧を確保しておく必要がある。
しかしながら、現状のエコラン車両では、走行中の燃費を良くするために、例えば、加速中のオルタネータの発電を停止させてバッテリ充電が行われないようにするなどのバッテリ充電制御が実施されている。オルタネータの発電を停止すれば、その時の燃料消費率は低下するが、バッテリの充電速度は遅くなる。これでは、高いバッテリ電圧を確保しておくことが難しく、エコラン状態の継続時間を長くしたり、エコラン状態への移行回数を増やすことが難しい。
特開2001−341596号公報
特開2002−331825号公報
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、エコラン状態の継続時間を長くし、またエコラン状態への移行回数を増やし、トータルでの燃費向上を実現するための発電制御装置、及びその方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明に係る発電制御装置(1)は、バッテリに電力を蓄電し、その駆動源をエンジンとする移動体用の発電機を制御する発電制御装置において、前記発電機から出力し得る範囲内の高出力電圧を算出する高出力電圧算出手段と、目標充電電圧までのバッテリの早期充電を実現するために、前記高出力電圧算出手段により求められた高出力電圧に、前記発電機の出力電圧を調整する出力電圧調整手段とを備えていることを特徴としている。
上記発電制御装置(1)によれば、前記発電機から出力し得る範囲内の(例えば、最大又はそれに近い)高出力電圧に前記発電機の出力電圧が調整されるので、バッテリの充電速度を速くすることができ、バッテリ電圧が低下したとしても、すぐに高電圧まで復帰させることができる。また、バッテリ電圧が一旦上昇すれば、そのまま高電圧が保持されることになる。
これにより、エンジンの再始動ができなくなるくらいまで(すなわち、エコラン状態への移行ができなくなるまで)、バッテリ電圧が低下したとしても、エコラン状態への移行が可能になる状態までバッテリ電圧をすぐに復帰させることができる。従って、エコラン状態への移行回数を増やすことができる。また、バッテリ電圧が一旦上昇すれば、そのまま高電圧が保持されるので、エコラン状態を長時間継続させることができる。なお、エンジンの再始動ができなくなるくらいまで、バッテリ電圧が低下するケースとしては、例えば、エコラン状態からの復帰直後が挙げられる。
エコラン状態への移行回数が増え、エコラン状態の継続時間が長くなれば、エンジンの累積停止時間が長くなる。エンジンの累積停止時間が長くなれば、燃料消費量を大きく抑えることができる。従って、前記高出力電圧に前記発電機の出力電圧を調整することによって、燃料消費量が大きく抑えられることになる。
ところで、前記発電機の出力電圧については、高くするよりも、低くしておく方が走行中の燃費は良い。換言すれば、前記発電機の出力電圧を高くするよりも、低く調整する方が、その時の燃料消費量を少なくすることができる。そのため、現状の車両では、加速中にはオルタネータ(発電機)の発電を停止させるなどして、エンジンの駆動を抑え、走行中の燃料消費量を抑えているものがある。
しかしながら、上記したような燃費走行(すなわち、前記発電機による発電を抑える走行)によって削減できる燃料消費量よりも、エンジン停止によって削減できる燃料消費量の方が圧倒的に大きい。従って、前記高出力電圧に前記発電機を調整することによって、走行中の燃料消費量が多少増加したとしても、全体で考えれば、燃料消費量を大きく抑えることができる。
また、本発明に係る発電制御装置(2)は、上記発電制御装置(1)において、前記高出力電圧算出手段が、前記移動体の走行状態に基づいて、前記高出力電圧を算出するものであることを特徴としている。
前記発電機は、エンジンを駆動源とするので、その発電能力はエンジン回転数に依存する。例えば、エンジン回転数の低いアイドル走行時においては、前記発電機から取り出し得る最大電力は低くなる。
また、前記移動体は、エンジンの動力が車輪へ伝達されることによって走行する。車輪へ伝達される動力の大きさは、前記移動体の走行状態によって変わる。例えば、加速時には、大きな動力を車輪へ伝達する必要があるが、定速走行時には、加速する時のような大きな動力を車輪へ伝達する必要はない。また、車輪へ伝達されるエンジンの動力が大きくなれば、前記発電機から取り出し得る最大電力は低くなる。
すなわち、前記移動体の走行状態の変化に伴って、前記発電機から出力し得る最大出力電圧も変動することになる。
また、前記移動体は、エンジンの動力が車輪へ伝達されることによって走行する。車輪へ伝達される動力の大きさは、前記移動体の走行状態によって変わる。例えば、加速時には、大きな動力を車輪へ伝達する必要があるが、定速走行時には、加速する時のような大きな動力を車輪へ伝達する必要はない。また、車輪へ伝達されるエンジンの動力が大きくなれば、前記発電機から取り出し得る最大電力は低くなる。
すなわち、前記移動体の走行状態の変化に伴って、前記発電機から出力し得る最大出力電圧も変動することになる。
上記発電制御装置(2)によれば、前記発電機から出力し得る最大出力電圧の変動の要因となる前記移動体の走行状態に基づいて、前記発電機から出力し得る範囲内の最大又はそれに近い高出力電圧が算出される。従って、該高出力電圧を適切に求めることができる。
また、本発明に係る発電制御装置(3)は、上記発電制御装置(2)において、前記移動体の走行状態が、アイドル、加速、定速、及び減速で表されるものであることを特徴としている。
上記発電制御装置(3)によれば、前記移動体の走行状態が、アイドル、加速、定速、及び減速で表されるものである。これにより、前記発電機の出力電圧をアイドル、加速、定速、及び減速それぞれに応じて適切に調整することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(4)は、上記発電制御装置(2)又は(3)において、前記高出力電圧算出手段が、エンジン回転数を加味して、前記高出力電圧を算出するものであることを特徴としている。
上記したように、前記発電機は、エンジンを駆動源とするので、その発電能力はエンジン回転数に依存し、エンジン回転数が低ければ、前記発電機から取り出し得る最大電力は低くなる。
上記発電制御装置(4)によれば、前記発電機から出力し得る最大出力電圧の変動の要因となるエンジン回転数を加味して、前記発電機から出力し得る範囲内の最大又はそれに近い高出力電圧が算出される。従って、該高出力電圧をより一層適切に求めることができる。
また、本発明に係る発電制御装置(5)は、上記発電制御装置(1)〜(4)のいずれかにおいて、バッテリ電圧、バッテリ液温度、前記移動体に装備されている電装品における消費電流、及びエンジン回転数よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは数因に基づいて、前記高出力電圧を補正する高出力電圧補正手段を備え、前記出力電圧調整手段が、前記高出力電圧補正手段により補正された高出力電圧に、前記発電機の出力電圧を調整するものであることを特徴としている。
前記発電機の出力電圧を、前記高出力電圧に調整するのは、バッテリ充電速度を速くして、前記目標充電電圧までのバッテリの早期充電を実現するためである。
しかしながら、上記したように、前記発電機の出力電圧を高くするよりも、低く調整する方が、走行中の燃費は良い。そのため、バッテリ充電速度が多少遅くなっても別段問題のない状況下の場合には、前記発電機の出力電圧を低く抑えるようにして、走行中の燃費を良くするのが望ましいと言える。
しかしながら、上記したように、前記発電機の出力電圧を高くするよりも、低く調整する方が、走行中の燃費は良い。そのため、バッテリ充電速度が多少遅くなっても別段問題のない状況下の場合には、前記発電機の出力電圧を低く抑えるようにして、走行中の燃費を良くするのが望ましいと言える。
また、バッテリ電圧が高い場合(すなわち、バッテリ電圧が目標充電電圧に近い場合)には、バッテリ充電速度があまり速くなかったとしても、多くの時間を要することなく、バッテリ電圧は目標充電電圧に到達することになる。換言すれば、バッテリ電圧が高い場合には、バッテリ充電速度を多少遅くしても問題はない。そのため、バッテリ電圧が高い場合には、前記発電機の出力電圧を低く抑えるようにして、走行中の燃費を良くするのが望ましい。
また、バッテリ液温度はバッテリの放電能力に大きく関係し、低温になるほどバッテリの反応は不活発になる。従って、エンジン始動時に確保しておくべきバッテリ電圧はバッテリ液温度によって異なり、例えば、バッテリ液温度が25[℃]の時に、バッテリ電圧を8[V]確保しておけば良かったとしても、バッテリ液温度が15[℃]の時には、それよりも高い電圧(例えば、9.5[V])を確保しておく必要がある。すなわち、バッテリ液温度が低ければ低い程、バッテリの早期充電を図る必要がある。
一方、前記移動体に装備されている電装品における消費電流が高い場合には、単位時間当りのバッテリからの放電量は多くなるため、バッテリ充電速度は速い方が望ましい。また、エンジン回転数が高い場合には、前記発電機による発電を多くしても、燃費に問題はない。
上記発電制御装置(5)によれば、バッテリ電圧や、バッテリ液温度、前記消費電流、エンジン回転数を考慮に入れて、前記高出力電圧が補正され、そして補正された高出力電圧に前記発電機の出力電圧が調整される。従って、より一層バランス良く前記発電機の出力電圧を調整することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(6)は、上記発電制御装置(1)〜(5)のいずれかにおいて、前記出力電圧調整手段による前記発電機の出力電圧の調整が、バッテリ電圧が第1の所定電圧(<前記目標充電電圧)へ到達するまで行われるように構成されると共に、バッテリ電圧が前記第1の所定電圧へ到達後、前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差を零にするようなフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備えていることを特徴としている。
前記出力電圧調整手段による前記発電機の出力電圧の調整が、バッテリ電圧が前記目標充電電圧へ到達するまで行われると、バッテリ電圧が前記目標充電電圧を超過する(オーバーシュート)おそれがある。
上記発電制御装置(6)によれば、バッテリ電圧が前記第1の所定電圧(<前記目標充電電圧)へ到達後、すなわちバッテリ電圧が前記目標充電電圧を超過する前に、前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差を零にするようなフィードバック制御が行われる。これにより、オーバーシュートを防止することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(7)は、上記発電制御装置(6)において、ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記移動体に装備されている電装品における消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記第1の所定電圧を設定する第1の所定電圧設定手段を備えていることを特徴としている。
前記第1の所定電圧(すなわち、フィードバック制御に切り替えるタイミング)については、高く設定すれば、前記目標充電電圧までの到達時間を短くすることができるが、オーバーシュートの危険性は高くなる。その逆に、前記第1の所定電圧を低く設定すれば、オーバーシュートの危険性を低くすることができるが、前記目標充電電圧までの到達時間は長くなる。
ところで、バッテリ性能が2000[Asec/V]の時に、3000[Asec]の放電があると、バッテリ電圧は1.5[V]低下することになる。また、バッテリ性能が1500[Asec/V]の時に、3000[Asec]の放電があると、バッテリ電圧は2[V]低下することになる。すなわち、バッテリ性能が低い場合、少しの放電で大きくバッテリ電圧が低下することになる。従って、バッテリ性能が低ければ低いほど、オーバーシュートは生じにくくなる。換言すれば、バッテリ性能が高ければ高いほど、オーバーシュートは生じやすくなる。
また、バッテリ液温度はバッテリの放電能力に大きく関係し、高温になるほどバッテリの反応は活発になる。従って、バッテリ液温度が高ければ高いほど、オーバーシュートが生じやすくなる。
一方、前記移動体に装備されている電装品における消費電流が高い場合には、単位時間当りのバッテリからの放電量は多くなる。従って、前記消費電流が多ければ多いほど、オーバーシュートは生じにくくなる。
一方、前記移動体に装備されている電装品における消費電流が高い場合には、単位時間当りのバッテリからの放電量は多くなる。従って、前記消費電流が多ければ多いほど、オーバーシュートは生じにくくなる。
上記発電制御装置(7)によれば、バッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記第1の所定電圧が設定される。
上記したように、バッテリ性能が高ければ高いほど、バッテリ液温度が高ければ高いほど、オーバーシュートが生じやすくなり、前記消費電流が多ければ多いほど、オーバーシュートは生じにくくなるので、バッテリ性能やバッテリ液温度が高くなるに従って、前記第1の所定電圧を低く設定するようにし、前記消費電流が多くなるに従って、前記第1の所定電圧を高く設定するようにすれば、バッテリの充電速度を必要以上に低下させることなく、オーバーシュートが生じるのを防止することができる。
上記したように、バッテリ性能が高ければ高いほど、バッテリ液温度が高ければ高いほど、オーバーシュートが生じやすくなり、前記消費電流が多ければ多いほど、オーバーシュートは生じにくくなるので、バッテリ性能やバッテリ液温度が高くなるに従って、前記第1の所定電圧を低く設定するようにし、前記消費電流が多くなるに従って、前記第1の所定電圧を高く設定するようにすれば、バッテリの充電速度を必要以上に低下させることなく、オーバーシュートが生じるのを防止することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(8)は、上記発電制御装置(7)において、前記第1の所定電圧設定手段が、ある大きさのバッテリ性能と現状のバッテリ性能との偏差に基づいて、基準値を補正することによって、前記第1の所定電圧を設定するものであることを特徴としている。
上記発電制御装置(8)によれば、ある大きさのバッテリ性能と現状のバッテリ性能との偏差に基づいて、基準値(前記ある大きさのバッテリ性能に対して設定されているもの)を補正することによって、前記第1の所定電圧が設定される。従って、比較的簡単な演算で前記第1の所定電圧が設定されるので、コンピュータの処理負荷を軽減することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(9)は、上記発電制御装置(7)又は(8)において、前記第1の所定電圧設定手段による前記第1の所定電圧設定時のバッテリ液温度と現状のバッテリ液温度との差がある大きさ以上になった場合、前記第1の所定電圧を更新するように構成されていることを特徴としている。
バッテリ性能や、バッテリ液温度、前記消費電流のパラメータは不変ではなく、変化するものであり、これらパラメータが変化すれば、前記第1の所定電圧についても設定し直し、更新するのが望ましい。
しかしながら、頻繁に更新したのでは、コンピュータにかかる負荷が大きくなる。
しかしながら、頻繁に更新したのでは、コンピュータにかかる負荷が大きくなる。
上記発電制御装置(9)によれば、前記第1の所定電圧設定手段による前記第1の所定電圧設定時のバッテリ液温度と現状のバッテリ液温度との差がある大きさ以上になった場合、前記第1の所定電圧が更新される。すなわち、バッテリ液温度にある大きさ以上の変化が生じた場合に、前記第1の所定電圧が更新される。これにより、コンピュータにかかる負荷を軽減すると共に、適切なタイミングで前記第1の所定電圧を更新することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(10)は、上記発電制御装置(7)又は(8)において、前記第1の所定電圧設定手段による前記第1の所定電圧設定時の、前記移動体に装備されている電装品における消費電流と現状の前記消費電流との差がある大きさ以上になった場合、前記第1の所定電圧を更新するように構成されていることを特徴としている。
上記発電制御装置(10)によれば、前記第1の所定電圧設定手段による前記第1の所定電圧設定時の前記消費電流と現状の前記消費電流との差がある大きさ以上になった場合、前記第1の所定電圧が更新される。すなわち、前記消費電流にある大きさ以上の変化が生じた場合に、前記第1の所定電圧が更新される。これにより、コンピュータにかかる負荷を軽減すると共に、適切なタイミングで前記第1の所定電圧を更新することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(11)は、上記発電制御装置(9)又は(10)において、前記ある大きさが、バッテリ性能に基づいて設定されるように構成されていることを特徴としている。
上記発電制御装置(11)によれば、前記ある大きさが、バッテリ性能に基づいて設定されるので、前記第1の所定電圧の更新タイミングをバッテリ液温度や前記消費電流だけでなく、バッテリ性能を加味したものにすることができる。これにより、より一層適切なタイミングで前記第1の所定電圧を更新することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(12)は、上記発電制御装置(6)〜(11)のいずれかにおいて、前記フィードバック制御手段が、前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差に偏差補正係数を乗算することによって得られた値、前記偏差の積分値に積分補正係数を乗算することによって得られた値、及び前記目標充電電圧を合算した大きさの電圧に、前記発電機の出力電圧を調整することによって、フィードバック制御を行うものであることを特徴としている。
上記発電制御装置(12)によれば、前記目標充電電圧に下記の2値を加算した大きさの電圧に、前記発電機の出力電圧を調整することによって、フィードバック制御が行われる。
偏差項:前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差に偏差補正係数を乗算することによって得られた値。
積分項:前記偏差の積分値に積分補正係数を乗算することによって得られた値。
すなわち、偏差項だけでなく、積分項が考慮されるので、バッテリ電圧が前記目標充電電圧に到達するのを早めることができる。
偏差項:前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差に偏差補正係数を乗算することによって得られた値。
積分項:前記偏差の積分値に積分補正係数を乗算することによって得られた値。
すなわち、偏差項だけでなく、積分項が考慮されるので、バッテリ電圧が前記目標充電電圧に到達するのを早めることができる。
また、本発明に係る発電制御装置(13)は、上記発電制御装置(12)において、バッテリ電圧が第2の所定電圧(前記第1の所定電圧<前記第2の所定電圧<前記目標充電電圧)へ到達後、前記フィードバック制御手段が、前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差に偏差補正係数を乗算することによって得られた値、及び前記目標充電電圧を合算した大きさの電圧に、前記発電機の出力電圧を調整することによって、フィードバック制御を行うものであることを特徴としている。
フィードバック制御が行われると、前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差は零に近付いていくが、前記偏差の積分値は大きくなっていく。そのため、上記積分項をフィードバック制御に使用しつづけると、オーバーシュートを起こしてしまうおそれがある。
上記発電制御装置(13)によれば、バッテリ電圧が前記第2の所定電圧へ到達後(すなわち、バッテリ電圧が前記目標充電電圧に非常に接近した場合)、前記目標充電電圧に上記偏差項を加算した大きさの電圧に、前記発電機の出力電圧を調整することによって、フィードバック制御が行われる。すなわち、フィードバック制御から上記積分項が除かれるので、オーバーシュートをより確実に防止することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(14)は、上記発電制御装置(13)において、ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記移動体に装備されている電装品における消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記第2の所定電圧を設定する第2の所定電圧設定手段を備えていることを特徴としている。
前記第2の所定電圧(すなわち、次の段階のフィードバック制御に切り替えるタイミング)については、高く設定すれば、前記目標充電電圧までの到達時間を短くすることができるが、オーバーシュートの危険性は高くなる。その逆に、前記第2の所定電圧を低く設定すれば、オーバーシュートの危険性を低くすることができるが、前記目標充電電圧までの到達時間は長くなる。
上記発電制御装置(14)によれば、バッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記第2の所定電圧が設定される。
上記したように、バッテリ性能が高ければ高いほど、バッテリ液温度が高ければ高いほど、オーバーシュートが生じやすくなり、前記消費電流が多ければ多いほど、オーバーシュートは生じにくくなるので、バッテリ性能やバッテリ液温度が高くなるに従って、前記第2の所定電圧を低く設定するようにし、前記消費電流が多くなるに従って、前記第2の所定電圧を高く設定するようにすれば、バッテリの充電速度を必要以上に低下させることなく、オーバーシュートが生じるのを防止することができる。
上記したように、バッテリ性能が高ければ高いほど、バッテリ液温度が高ければ高いほど、オーバーシュートが生じやすくなり、前記消費電流が多ければ多いほど、オーバーシュートは生じにくくなるので、バッテリ性能やバッテリ液温度が高くなるに従って、前記第2の所定電圧を低く設定するようにし、前記消費電流が多くなるに従って、前記第2の所定電圧を高く設定するようにすれば、バッテリの充電速度を必要以上に低下させることなく、オーバーシュートが生じるのを防止することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(15)は、上記発電制御装置(12)〜(14)のいずれかにおいて、前記移動体の走行状態、バッテリ電圧、ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記移動体に装備されている電装品における消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記偏差補正係数、もしくは前記積分補正係数、あるいは前記偏差補正係数及び前記積分補正係数を設定する補正係数設定手段を備えていることを特徴としている。
前記偏差補正係数や前記積分補正係数が大きければ大きいほど、前記発電機の出力電圧は高電圧に調整されることになり、バッテリ充電速度は速くなるが、オーバーシュートが生じやすくなる。従って、前記偏差補正係数や前記積分補正係数を状況に応じて適切に設定することが大切になる。
上記発電制御装置(15)によれば、前記移動体の走行状態(アイドル、加速、定速、減速)や、バッテリ電圧、バッテリ性能、バッテリ液温度、前記消費電流に基づいて、前記偏差補正係数や前記積分補正係数が設定されるので、前記発電機の出力電圧をバランス良く調整することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(16)は、上記発電制御装置(1)〜(15)のいずれかにおいて、前記移動体の走行状態、エンジン回転数、バッテリ液温度、及び前記移動体に装備されている電装品における消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記発電機の出力電圧の上限値を設定する上限値設定手段と、前記発電機の出力電圧を、前記上限値設定手段により設定された上限値以下に抑える制限手段とを備えていることを特徴としている。
上記発電制御装置(16)によれば、前記発電機の出力電圧が上限値以下に抑えられるので、過度に大きく調整されるのを防止することができる。また、前記移動体の走行状態(アイドル、加速、定速、減速)や、エンジン回転数、バッテリ液温度、前記消費電流に基づいて、前記上限値が設定されるので、前記上限値を適切に設定することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(17)は、上記発電制御装置(1)〜(16)のいずれかにおいて、前記目標充電電圧を、ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能、もしくはバッテリ液温度、あるいはバッテリ性能及びバッテリ液温度に基づいて設定する目標充電電圧設定手段を備えていることを特徴としている。
前記目標充電電圧が高くなれば、前記発電機の出力電圧も高電圧に調整されることになる。
しかしながら、上記したように、前記発電機の出力電圧を高くするよりも、低く調整する方が、走行中の燃費は良い。そのため、前記目標充電電圧については、その時の状況に応じて適切に設定するのが大切になる。
しかしながら、上記したように、前記発電機の出力電圧を高くするよりも、低く調整する方が、走行中の燃費は良い。そのため、前記目標充電電圧については、その時の状況に応じて適切に設定するのが大切になる。
ところで、バッテリ性能が2000[Asec/V]の時に、3000[Asec]の放電があると、バッテリ電圧は1.5[V]低下することになる。また、バッテリ性能が1500[Asec/V]の時に、3000[Asec]の放電があると、バッテリ電圧は2[V]低下することになる。すなわち、バッテリ性能が低い場合、少しの放電で大きくバッテリ電圧が低下することになる。従って、バッテリ性能が低ければ低いほど、前記目標充電電圧を高く設定するのが望ましい。
また、バッテリ液温度はバッテリの放電能力に大きく関係し、低温になるほどバッテリの反応は不活発になる。従って、エンジン始動時に確保しておくべきバッテリ電圧はバッテリ液温度によって異なり、例えば、バッテリ液温度が25[℃]の時に、バッテリ電圧を8[V]確保しておけば良かったとしても、バッテリ液温度が15[℃]の時には、それよりも高い電圧(例えば、9.5[V])を確保しておく必要がある。すなわち、バッテリ液温度が低ければ低いほど、バッテリ電圧を高電圧にしておくために、前記目標充電電圧を高電圧に設定する必要がある。
上記発電制御装置(17)によれば、バッテリ性能やバッテリ液温度に基づいて、前記目標充電電圧が設定される。例えば、バッテリ性能やバッテリ液温度が低くなるに従って、前記目標充電電圧を高くなるように設定する。これにより、前記目標充電電圧を適切に設定することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(18)は、上記発電制御装置(17)において、前記目標充電電圧設定手段が、ある大きさのバッテリ性能と現状のバッテリ性能との偏差に基づいて、基準値を補正することによって、前記目標充電電圧を設定するものであることを特徴としている。
上記発電制御装置(18)によれば、ある大きさのバッテリ性能と現状のバッテリ性能との偏差に基づいて、基準値(前記ある大きさのバッテリ性能に対して設定されているもの)を補正することによって、前記目標充電電圧が設定される。従って、比較的簡単な演算で前記目標充電電圧が設定されるので、コンピュータの処理負荷を軽減することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(19)は、上記発電制御装置(17)又は(18)において、前記目標充電電圧設定手段による前記目標充電電圧設定時のバッテリ液温度と現状のバッテリ液温度との差がある大きさ以上になった場合、前記目標充電電圧を更新するように構成されていることを特徴としている。
バッテリ性能や、バッテリ液温度のパラメータは不変ではなく、変化するものであり、これらパラメータが変化すれば、前記目標充電電圧についても設定し直し、更新するのが望ましい。
しかしながら、頻繁に更新したのでは、コンピュータにかかる負荷が大きくなる。
しかしながら、頻繁に更新したのでは、コンピュータにかかる負荷が大きくなる。
上記発電制御装置(19)によれば、前記目標充電電圧設定手段による前記目標充電電圧設定時のバッテリ液温度と現状のバッテリ液温度との差がある大きさ以上になった場合、前記目標充電電圧が更新される。すなわち、バッテリ液温度にある大きさ以上の変化が生じた場合に、前記目標充電電圧が更新される。これにより、コンピュータにかかる負荷を軽減すると共に、適切なタイミングで前記第1の所定電圧を更新することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(20)は、上記発電制御装置(19)において、前記ある大きさが、バッテリ性能に基づいて設定されるように構成されていることを特徴としている。
上記発電制御装置(20)によれば、前記ある大きさが、バッテリ性能に基づいて設定されるので、前記目標充電電圧の更新タイミングをバッテリ液温度だけでなく、バッテリ性能を加味したものにすることができる。これにより、より一層適切なタイミングで前記目標充電電圧を更新することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(21)は、上記発電制御装置(1)〜(20)のいずれかにおいて、バッテリ電圧、もしくは前記移動体に装備されている電装品における消費電流、あるいはバッテリ電圧及び前記消費電流に基づいて、前記移動体の加速中に、前記発電機による発電を停止させるか否かを決定する発電停止決定手段と、該発電停止決定手段により前記発電機による発電の停止が決定された場合、前記移動体の加速中での前記発電機による発電を停止させる発電停止手段とを備えていることを特徴としている。
走行中の燃費を向上させるのであれば、前記発電機による発電をなるべく低く抑えるのが望ましい。特に、エンジンの動力の多くを車輪に伝達する必要がある加速時には、前記発電機による発電を停止させるのが良い。
しかしながら、バッテリ電圧が低い時に、前記発電機による発電を停止させると、エコランへの移行回数が減り、またエコラン継続時間が短くなる。
しかしながら、バッテリ電圧が低い時に、前記発電機による発電を停止させると、エコランへの移行回数が減り、またエコラン継続時間が短くなる。
上記発電制御装置(21)によれば、バッテリ電圧や前記消費電流に基づいて、前記移動体の加速中に、前記発電機による発電を停止させるか否かが決定され、その決定に基づいて、前記発電機による発電が停止される。
バッテリ電圧が高い場合や、前記消費電流が小さい場合には、バッテリ充電速度が遅くなっても、バッテリ電圧を高電圧で維持することができる。従って、バッテリ電圧が高い場合や、前記消費電流が小さい場合に、前記発電機による発電を停止させることによって、バッテリ電圧を高電圧に維持しつつ、走行中の燃費を向上させることができる。
バッテリ電圧が高い場合や、前記消費電流が小さい場合には、バッテリ充電速度が遅くなっても、バッテリ電圧を高電圧で維持することができる。従って、バッテリ電圧が高い場合や、前記消費電流が小さい場合に、前記発電機による発電を停止させることによって、バッテリ電圧を高電圧に維持しつつ、走行中の燃費を向上させることができる。
また、本発明に係る発電制御装置(22)は、上記発電制御装置(21)において、前記消費電流が所定値以下であると判断された場合、前記発電停止決定手段が、前記移動体の加速中での前記発電機による発電の停止を決定するものであり、前記所定値がバッテリ電圧に応じて設定されていることを特徴としている。
上記発電制御装置(22)によれば、前記消費電流が前記所定値以下であると判断された場合(すなわち、前記消費電流が小さい場合)、前記移動体の加速中での前記発電機による発電が停止される。また、前記所定値はバッテリ電圧に応じて設定されるので、例えば、バッテリ電圧が13[V]以上14[V]未満の場合、前記消費電流が20[A]以下ならば、前記発電機による発電を停止し、バッテリ電圧が14[V]以上の場合、前記消費電流が60[A]以下ならば、前記発電機による発電を停止することができる。これにより、前記発電機による発電の停止を適切に行うことができる。
また、本発明に係る発電制御装置(23)は、上記発電制御装置(22)において、ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能に基づいて、前記所定値を設定する所定値設定手段を備えていることを特徴としている。
バッテリ性能が2000[Asec/V]の時に、3000[Asec]の放電があると、バッテリ電圧は1.5[V]低下することになる。また、バッテリ性能が1500[Asec/V]の時に、3000[Asec]の放電があると、バッテリ電圧は2[V]低下することになる。すなわち、バッテリ性能が低い場合、少しの放電で大きくバッテリ電圧が低下することになる。従って、バッテリ性能が低ければ、前記所定値を高くするのが望ましく、逆にバッテリ性能が高ければ、前記所定値を低くするのが望ましい。
上記発電制御装置(23)によれば、前記所定値がバッテリ性能に基づいて設定されるので、前記所定値を適切に設定することができる。
また、本発明に係る発電制御装置(24)は、上記発電制御装置(7)〜(11)、(14)、(15)、(17)〜(20)、(23)のいずれかにおいて、使用環境に基づいて設定される補正係数を乗算して、バッテリ性能が演算処理に使用されるように構成されていることを特徴としている。
また、本発明に係る発電制御装置(25)は、上記発電制御装置(24)において、前記補正係数を、バッテリ液温度に基づいて設定する補正係数設定手段を備えていることを特徴としている。
上記発電制御装置(24)又は(25)によれば、使用環境(例えば、バッテリ液温度)に基づいて設定される補正係数を乗算して、バッテリ性能が演算処理に使用される。例えば、バッテリ液温度が基準温度(25[℃])である場合、補正係数を「1」に設定するが、バッテリ液温度が26[℃]で基準温度よりも高い場合、補正係数を「1.1」に設定し、逆にバッテリ液温度が24[℃]で基準温度よりも低い場合、補正係数を「0.9」に設定する。これにより、バッテリ性能を使用した演算処理をより適切に行うことができる。
また、本発明に係る発電制御方法(1)は、バッテリに電力を蓄電し、その駆動源をエンジンとする移動体用の発電機を制御する発電制御方法において、前記発電機から出力し得る範囲内の最大又はそれに近い高出力電圧を算出するステップと、目標充電電圧までのバッテリ電圧の早期充電を実現するために、前記発電機の出力電圧を前記高出力電圧に調整するステップとを有していることを特徴としている。
上記発電制御方法(1)によれば、前記発電機から出力し得る最大又はそれに近い高出力電圧に前記発電機の出力電圧を調整するので、バッテリの充電速度を速くすることができ、バッテリ電圧が低下したとしても、すぐに高電圧まで復帰させることができる。また、バッテリ電圧が一旦上昇すれば、そのまま高電圧が保持されることになる。
これにより、エンジンの再始動ができなくなるくらいまで(すなわち、エコラン状態への移行ができなくなるまで)、バッテリ電圧が低下したとしても、エコラン状態への移行が可能になる状態までバッテリ電圧をすぐに復帰させることができる。従って、エコラン状態への移行回数を増やすことができる。また、バッテリ電圧が一旦上昇すれば、そのまま高電圧が保持されるので、エコラン状態を長時間継続させることができる。なお、エンジンの再始動ができなくなるくらいまで、バッテリ電圧が低下するケースとしては、例えば、エコラン状態からの復帰直後が挙げられる。
以下、本発明に係る発電制御装置、及び発電制御方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、実施の形態(1)に係る発電制御装置(又は発電制御方法)を採用したバッテリ監視システムの要部を概略的に示したブロック図である。図中1は、車両に搭載される発電制御装置を示しており、発電制御装置1はマイコン2と各種センサからの信号を取得するためのセンサ取得部3とを含んで構成されている。
また、バッテリ監視装置1にはバッテリ4からの電力を供給するための電源ラインLが接続されている。また、電源ラインLには発電制御装置1だけでなく、エンジン(図示せず)を駆動源とするオルタネータ5と、電流センサ6を介して補機7(例えば、複数の電装品から成る)とが接続されている。
補機7で消費されている電気量(消費電流I)を検出するための電流センサ6と、バッテリ電圧Vを検出するための電圧センサ8と、バッテリ電流IBAを検出するための電流センサ9と、バッテリ液温度Tを検出するための温度センサ10と、吸気管負圧を検出するためのバキュームスイッチ11と、トランスミッションシフトスイッチ12と、車速センサ13とがセンサ取得部3に接続され、消費電流Iと、バッテリ電圧Vと、バッテリ電流IBAと、バッテリ液温度Tと、吸気管負圧、トランスミッションの変速段と、車速とが発電制御装置1(マイコン2)で認識されるようになっている。
また、発電制御装置1(マイコン2)にはEEPROM14が接続され、EEPROM14に記憶されている情報を取り出すことができるようになっている。EEPROM14には、例えば、後述する図4に示すような、バッテリ性能Cとバッテリ4の目標充電電圧VTAとの関係を示したデータが記憶されている。
また、発電制御装置1(マイコン2)は、オルタネータ5に対して指令信号を出力することによって、オルタネータ5の出力電圧を調整したり、オルタネータ5による発電を停止させることができるようになっている。
なお、発電制御装置1(マイコン2)は、オルタネータ5の出力電圧を調整することによって、図2に示したように、目標充電電圧VTAまでのバッテリ4の早期充電を実現するものであり、また、バッテリ電圧Vが目標充電電圧VTAを超過(オーバーシュート)しないように、バッテリ電圧Vが第1のフィードバック(FB)制御切替電圧VFB1に到達した後(時間t1)、目標充電電圧VTAとバッテリ電圧Vとの偏差を零にするようなフィードバック制御を行うようになっている。また、バッテリ電圧Vが第2のフィードバック制御切替電圧VFB2へ到達すると(時間t2)、次の段階のフィードバック制御を行うようになっている。
なお、発電制御装置1(マイコン2)は、オルタネータ5の出力電圧を調整することによって、図2に示したように、目標充電電圧VTAまでのバッテリ4の早期充電を実現するものであり、また、バッテリ電圧Vが目標充電電圧VTAを超過(オーバーシュート)しないように、バッテリ電圧Vが第1のフィードバック(FB)制御切替電圧VFB1に到達した後(時間t1)、目標充電電圧VTAとバッテリ電圧Vとの偏差を零にするようなフィードバック制御を行うようになっている。また、バッテリ電圧Vが第2のフィードバック制御切替電圧VFB2へ到達すると(時間t2)、次の段階のフィードバック制御を行うようになっている。
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作[1]を図3に示したフローチャートに基づいて説明する。なお、この処理動作[1]はエンジン始動後に行われる動作である。まず、バッテリ性能Cを算出するための『バッテリ性能Cの算出』処理(図8参照)を行い(ステップS1)、その後、電流センサ6から得られる消費電流I、電圧センサ8から得られるバッテリ電圧V、及び温度センサ10から得られるバッテリ液温度Tを検出する(ステップS2〜S4)。バッテリ性能Cは、1[V]の電圧変動時に充放電される電気量で表されるものである。
図4に、バッテリ性能Cとバッテリ4の目標充電電圧VTAとの関係を示しており、例えば、バッテリ性能Cが基準値2000[Asec]と同じである場合、目標充電電圧VTAは16[V]になる。また、バッテリ性能Cが基準値2000[Asec]よりも高ければ、目標充電電圧VTAは16[V]より低くなり、バッテリ性能Cが基準値2000[Asec]よりも低ければ、目標充電電圧VTAは16[V]より高くなる。
次に、バッテリ液温度T、及び基準温度(例えば、25[℃])に基づいて、図5に示したマップを使って、バッテリ性能Cを補正するための補正係数KCを算出し(ステップS5)、バッテリ性能Cに補正係数KCを乗算した値をバッテリ性能C1とする(ステップS6)。
例えば、バッテリ液温度Tが基準温度25[℃]と同じである場合には、補正係数KCは「1」となる。また、バッテリ液温度Tが35[℃]で、基準温度よりも10[℃]高い場合には補正係数KCは「1.1」となり、バッテリ液温度Tが20[℃]で、基準温度よりも5[℃]低い場合には補正係数KCは「0.95」となる。
従って、例えば、バッテリ性能Cが2000[Asec]で、バッテリ液温度Tが25[℃]である(すなわち、補正係数KCが「1」である)場合には、バッテリ性能C1は2000[Asec]となる。また、バッテリ性能Cが2100[Asec]で、バッテリ液温度が35[℃]である(すなわち、補正係数KCが「1.1」である)場合には、バッテリ性能C1は2310[Asec]となる。2100×1.1=2310。
次に、バッテリ性能C1に基づいて、図4に示したグラフを使って、バッテリ4の目標充電電圧VTAを算出する(ステップS7)。例えば、バッテリ性能C1が基準値2000[Asec]である場合には、目標充電電圧VTAは16[℃]になり、バッテリ性能C1が2310[Asec]である場合には、目標充電電圧VTAは16[℃」より高くなる。
なお、ここではバッテリ液温度Tに基づいて、バッテリ性能Cを補正し、補正後のバッテリ性能C1に基づいて、目標充電電圧VTAを算出するようにしているが、別の実施の形態では、まず、補正前のバッテリ性能Cに基づいて、目標充電電圧VTAを算出してから、その後、バッテリ液温度Tに基づいて、目標充電電圧VTAを補正するようにしても良い。
次に、標準状態(例えば、バッテリ性能Cが2000[Asec]で、バッテリ液温度Tが25[℃]で、消費電流Iが0[A]の状態)での第1のFB制御切替電圧VFB1’(例えば、15[V])を、バッテリ液温度T及び消費電流Iに基づいて、図6(a)、図6(b)に示したグラフを使って補正して、第1のFB制御切替電圧VFB1を算出する(ステップS8)。
例えば、バッテリ液温度Tが基準温度25[℃]と同じ場合には補正係数は「1」となり、バッテリ液温度Tが基準温度よりも高い場合には補正係数は低くなる。従って、バッテリ液温度Tが基準温度よりも高ければ、第1のFB制御切替電圧VFB1は低くなる。
また、消費電流Iが基準値0[A]と同じ場合には補正係数は「1」となり、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど(すなわち、補機7で消費される電気量が多くなるに従って)補正係数は高くなる。従って、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど第1のFB制御切替電圧VFB1は高くなる。
また、消費電流Iが基準値0[A]と同じ場合には補正係数は「1」となり、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど(すなわち、補機7で消費される電気量が多くなるに従って)補正係数は高くなる。従って、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど第1のFB制御切替電圧VFB1は高くなる。
次に、バッテリ性能C1と基準値C’(例えば、2000[Asec])との偏差の大きさΔCを算出し(ステップS9)、その大きさΔCが所定値以上であるか否か(例えば、500[Asec]以上であるか否か)を判断する(ステップS10)。大きさΔCが前記所定値以上であると判断すれば、バッテリ性能C1に基づいて、図7(a)、図7(b)に示したマップを使って、目標充電電圧VTA及び第1のFB制御切替電圧VFB1を補正し(ステップS11、S12)、その後、ステップS13へ進む。一方、大きさΔTは前記所定値以上でないと判断すれば、補正する必要はないと判断し、ステップS11、S12を飛ばして、ステップS13へ進む。
例えば、バッテリ性能C1が2500[Asec]である場合(すなわち、偏差が「500」である場合)、補正値は「−0.1」となり、ステップS7で算出された目標充電電圧VTA及びステップS8で算出された第1のFB制御切替電圧VFB1から「0.1」減算されることになる。バッテリ性能C1が1000[Asec]である場合(すなわち、偏差が「−1000」である場合)、補正値は「0.2」となり、ステップS7で算出された目標充電電圧VTA及びステップS8で算出された第1のFB制御切替電圧VFB2に「0.2」が加算されることになる。
次に、目標充電電圧VTA、第1のFB制御切替電圧VFB1を更新した時のバッテリ状態を管理するために、目標充電電圧VTAの更新時のバッテリ液温度を示す温度TTA、及び第1のFB制御切替電圧VFB1の更新時のバッテリ液温度を示す温度TFB1をバッテリ液温度Tにすると共に(ステップS13、S14)、第1のFB制御切替電圧VFB1の更新時の消費電流を示す電流IFB1を消費電流Iにする(ステップS15)。
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作『バッテリ性能Cの算出』(図3のステップS1)を図8に示したフローチャートに基づいて説明する。まず、バッテリ電圧、バッテリ電流の変動が安定しているか否かを判断する(ステップS21)。
バッテリ電圧、バッテリ電流の変動が安定している(すなわち、急激な変動を繰り返していない)と判断すれば、次に、バッテリ4から充放電される電気量(充放電電気量It)の算出を開始する(ステップS22)。充放電電気量Itは、電流センサ9から得られるバッテリ電流IBAをある周期毎に積算することによって求めることができる。
次に、電圧センサ8から得られるバッテリ電圧Vを検出し(ステップS23)、充放電電気量Itの算出開始時のバッテリ電圧を示す電圧V1をバッテリ電圧Vにし(ステップS24)、その後、充放電電気量Itの大きさが所定値It’(例えば、100[Asec])以上になったか否かを判断する(ステップS25)。
充放電電気量Itの大きさが所定値It’以上になったと判断すれば、次に、充放電電気量Itの算出を終了させて(ステップS26)、電圧センサ8から得られるバッテリ電圧Vを検出し(ステップS27)、バッテリ電圧Vと電圧V1との偏差の大きさΔVを算出する(ステップS28)。大きさΔVはバッテリ4から電気量Itが充放電される間に変動したバッテリ電圧の大きさとなる。
次に、大きさΔV、及び充放電電気量Itに基づいて、下記に示した数式を使って、1[V]の電圧変動時に充放電される充放電電気量(すなわち、バッテリ性能C)を算出する(ステップS29)。
C=(1/ΔV)×It
C=(1/ΔV)×It
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作[2]を図9に示したフローチャートに基づいて説明する。なお、この処理動作[2]は所定時間毎に行われる動作である。まず、温度センサ10から得られるバッテリ液温度T、及び電流センサ6から得られる消費電流Iを検出する(ステップS31、S32)。
次に、バッテリ液温度Tと温度TTA(目標充電電圧VTAを更新した時のバッテリ液温度)との偏差の大きさΔTを算出し(ステップS33)、大きさΔTが所定値α(例えば、4[℃])以上であるか否かを判断する(ステップS34)。すなわち、前回の更新時からバッテリ液温度が大きく変動しているか否かを判断している。
大きさΔTが所定値α以上であると判断すれば、目標充電電圧VTAの更新が必要と判断し、『目標充電電圧VTAの更新』処理(図12参照)を行い(ステップS35)、その後、目標充電電圧VTAの更新時のバッテリ液温度を示す温度TTAをバッテリ液温度Tにし(ステップS36)、そしてステップS37へ進む。
一方、大きさΔTは所定値α以上でないと判断すれば、ステップS35、S36を飛ばしてそのままステップS37へ進む。なお、所定値αについては固定値にするのではなく、例えば、図10(a)に示したようなマップを用いて、バッテリ性能C1に基づいて変更するようにしても良い。
次に、バッテリ液温度Tと温度TFB1(第1のFB制御切替電圧VFB1を更新した時のバッテリ液温度)との偏差の大きさΔTを算出し(ステップS37)、大きさΔTが所定値β(例えば、6[℃])以上であるか否かを判断する(ステップS38)。すなわち、前回の更新時からバッテリ液温度が大きく変動しているか否かを判断している。
大きさΔTが所定値β以上であると判断すれば、第1のFB制御切替電圧VFB1の更新が必要と判断し、『第1のFB制御切替電圧VFB1の更新』処理(図13参照)を行い(ステップS39)、その後、第1のFB制御切替電圧VFB1の更新時のバッテリ液温度を示す温度TFB1をバッテリ液温度Tにすると共に(ステップS40)、第1のFB制御切替電圧VFB1の更新時の消費電流を示す電流IFB1を消費電流Iにする(ステップS41)。
一方、大きさΔTは所定値β以上でないと判断すれば、次に、消費電流Iと電流IFB1(第1のFB制御切替電圧VFB1を更新した時の消費電流IFB1)との偏差の大きさΔIを算出し(ステップS42)、大きさΔIが所定値γ(例えば、10[A])以上であるか否かを判断する(ステップS43)。すなわち、前回の更新時から消費電流が大きく変動しているか否かを判断している。なお、所定値βについては固定値にするのではなく、例えば、図10(b)に示したようなマップを用いて、バッテリ性能C1に基づいて変更するようにしても良い。
大きさΔIが所定値γ以上であると判断すれば、第1のFB制御切替電圧VFB1の更新が必要と判断し、ステップS39へ進んで、『第1のFB制御切替電圧VFB1の更新』処理(図13参照)を行う。一方、大きさΔIは所定値γ以上でないと判断すれば、そのまま処理動作[2]を終了する。なお、所定値γについては固定値にするのではなく、例えば、図11に示したようなマップを用いて、バッテリ性能C1に基づいて変更するようにしても良い。
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作『目標充電電圧VTAの更新』(図9のステップS35)を図12に示したフローチャートに基づいて説明する。まず、バッテリ性能C1に基づいて、図4に示したグラフを使って、バッテリ4の目標充電電圧VTAを算出する(ステップS51)。
次に、バッテリ性能C1と基準値C’(例えば、2000[Asec])との偏差の大きさΔCを算出し(ステップS52)、その大きさΔCが所定値(例えば、500[Asec])以上であるか否かを判断する(ステップS53)。大きさΔCが前記所定値以上であると判断すれば、バッテリ性能C1に基づいて、図7(a)に示したマップを使って、目標充電電圧VTAを補正する(ステップS54)。一方、大きさΔTは前記所定値以上ではないと判断すれば、補正する必要はないと判断し、そのまま処理動作『目標充電電圧VTAの更新』を終了する。
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作『第1のFB制御切替電圧VFB1の更新』(図9のステップS39)を図13に示したフローチャートに基づいて説明する。まず、バッテリ液温度T及び消費電流Iに基づいて、図6(a)、図6(b)に示したグラフを使って、第1のFB制御切替電圧VFB1を補正して、第1のFB制御切替電圧VFB1を算出する(ステップS61)。
次に、バッテリ性能C1と基準値C’(例えば、2000[Asec])との偏差の大きさΔCを算出し(ステップS62)、その大きさΔCが所定値(例えば、500[Asec])以上であるか否かを判断する(ステップS63)。大きさΔCが前記所定値以上であると判断すれば、バッテリ性能C1に基づいて、図7(b)に示したマップを使って、第1のFB制御切替電圧VFB1を補正する(ステップS64)。一方、大きさΔTは前記所定値以上ではないと判断すれば、補正する必要はないと判断し、そのまま処理動作『第1のFB制御切替電圧VFB1の更新』を終了する。
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作[3]を図14に示したフローチャートに基づいて説明する。なお、この処理動作[3]は所定時間毎に行われる動作である。まず、バキュームスイッチ11、トランスミッションシフトスイッチ12、及び車速センサ13から得られる吸気管負圧、トランスミッションの変速段、及び車速に関する情報を検出し(ステップS71)、これら情報に基づいて、車両の走行状態(アイドル、加速、定速、減速)を算出し(ステップS72)、その後、電流センサ6から得られる消費電流I、電圧センサ8から得られるバッテリ電圧V、及び温度センサ10から得られるバッテリ液温度Tを検出する(ステップS73〜S75)。
次に、バッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1以上であるか否かを判断し(ステップS76)、バッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1以上ではない(図2に示した時間t1以前の状態である)と判断すれば、走行状態(アイドル、加速、定度、減速)、及びバッテリ電圧Vに基づいて、図15に示したグラフを使って、オルタ出力電圧VALTを算出する(ステップS77)。図15は、それぞれの状況下において、オルタネータ5から出力し得る範囲内の最大又はそれに近い高出力電圧が示されている。
なお、別の実施の形態では、例えば、図16(a)〜図16(c)に示したグラフを使って、エンジン回転数や、バッテリ液温度T、消費電流に基づいて、オルタ出力電圧VALTを補正するようにしても良い。エンジン回転数が基準値(例えば、1000[rpm ])より高ければ、オルタ出力電圧VALTは高めに補正され、バッテリ液温度が基準値(例えば、25[℃])よりも高ければ、オルタ出力電圧VALTは低めに補正され、消費電流Iが基準値(例えば、0[A])より高ければ、オルタ出力電圧VALTは高めに補正されることになる。
次に、走行状態に基づいて、図17に示したグラフを使って、オルタ出力電圧VALTの上限値を算出し(ステップS78)、オルタ出力電圧VALTが上限値を超えないように上限処理(ガード処理)を行い(ステップS79)、その後、オルタネータ5からの出力電圧をオルタ出力電圧VALTとするように、オルタネータ5に対して指令信号を送信する(ステップS80)。
なお、別の実施の形態では、例えば、図18(a)〜図18(c)に示したグラフを使って、エンジン回転数や、バッテリ液温度T、消費電流Iに基づいて、オルタ出力電圧VALTの上限値を補正するようにしても良い。エンジン回転数が基準値(例えば、1000[rpm ])より高ければ、上限値は高めに補正され、バッテリ液温度が基準値(例えば、25[℃])よりも高ければ、上限値は低めに補正され、消費電流Iが基準値(例えば、0[A])より高ければ、上限値は高めに補正されることになる。
一方、ステップS76において、バッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1以上である(図2に示した時間t1以降の状態で、フィードバック制御を開始するタイミングである)と判断すれば、次に、標準状態(例えば、バッテリ性能Cが2000[Asec]で、バッテリ液温度Tが25[℃]で、消費電流Iが0[A]の状態)での第2のFB制御切替電圧VFB2’(例えば、15.8[V])を、バッテリ液温度T及び消費電流Iに基づいて、図19(a)、図19(b)に示したグラフを使って補正して、第2のFB制御切替電圧VFB2を算出する(ステップS81)。
例えば、バッテリ液温度Tが基準温度25[℃]と同じ場合には補正係数は「1」となり、バッテリ液温度Tが基準温度よりも高い場合には補正係数は低くなる。従って、バッテリ液温度Tが基準温度よりも高ければ、第2のFB制御切替電圧VFB2は低くなる。
また、消費電流Iが基準値0[A]と同じ場合には補正係数は「1」となり、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど(すなわち、補機7で消費される電気量が多くなるに従って)補正係数は高くなる。従って、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど第2のFB制御切替電圧VFB2は高くなる。
また、消費電流Iが基準値0[A]と同じ場合には補正係数は「1」となり、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど(すなわち、補機7で消費される電気量が多くなるに従って)補正係数は高くなる。従って、消費電流Iが基準値よりも高くなればなるほど第2のFB制御切替電圧VFB2は高くなる。
フィードバック制御時においては、下記の数式で求められるオルタ出力電圧VALTにオルタネータ5の出力電圧を調整することになる。
VALT=VTA+偏差値p×偏差補正係数Kp+積分値i×積分補正係数Ki
VTA:目標充電電圧
p:目標充電電圧VTAとバッテリ電圧との偏差(VTA−V)
i:上記偏差の積算値
VALT=VTA+偏差値p×偏差補正係数Kp+積分値i×積分補正係数Ki
VTA:目標充電電圧
p:目標充電電圧VTAとバッテリ電圧との偏差(VTA−V)
i:上記偏差の積算値
次に、目標充電電圧VTAとバッテリ電圧Vとの偏差(偏差値p=VTA−V)を算出し(ステップS82)、そして、その偏差の積分値iを算出する(ステップS83)。その後、走行状態及びバッテリ電圧Vに基づいて、図20(a)、図20(b)に示したグラフを使って、偏差補正係数Kp及び積分補正係数Kiを設定する(ステップS84、S85)。
なお、別の実施の形態では、例えば、図21(a)〜図21(c)に示したグラフを使って、バッテリ性能C1や、バッテリ液温度T、消費電流Iに基づいて、偏差補正係数Kp、積算補正係数Kiを補正するようにしても良い。バッテリ性能C1が基準値(例えば、2000[Asec])より高ければ、補正係数Kp、Kiは高めに補正され、バッテリ液温度が基準値(例えば、25[℃])よりも高ければ、補正係数Kp、Kiは低めに補正され、消費電流Iが基準値(例えば、0[A])より高ければ、補正係数Kp、Kiは高めに補正されることになる。
次に、バッテリ電圧Vが第2のFB制御切替電圧VFB2以上であるか否かを判断し(ステップS86)、バッテリ電圧Vが第2のFB制御切替電圧VFB2以上ではない(図2に示した時間t1以降ではあるが、時間t2以前の状態である)と判断すれば、上記数式を使って、オルタ出力電圧VALTを算出し(ステップS87)、その後、オルタネータ5からの出力電圧をオルタ出力電圧VALTとするように、オルタネータ5に対して指令信号を送信する(ステップS80)。
一方、ステップS86において、バッテリ電圧Vが第2のFB制御切替電圧VFB2以上である(図2に示した時間t2以降の状態であり、バッテリ電圧Vが目標充電電圧VTAに非常に接近している状態である)と判断すれば、積分値iをクリアにし(ステップS88)、上記数式から積分項(積分値i×積分補正係数Ki)を除いた数式を使って、オルタ出力電圧VALTを算出し(ステップS89)、その後、オルタネータ5からの出力電圧をオルタ出力電圧VALTとするように、オルタネータ5に対して指令信号を送信する(ステップS80)。なお、フィードバック制御時においても、ステップS78、S79で示したように、オルタ出力電圧VALTに対する上限処理を行うようにしても良い。
実施の形態(1)に係る発電制御装置1におけるマイコン2の行う処理動作[4]を図22に示したフローチャートに基づいて説明する。なお、この処理動作[4]は所定時間毎に行われる動作である。まず、バキュームスイッチ11、トランスミッションシフトスイッチ12、及び車速センサ13から得られる吸気管負圧、トランスミッションの変速段、及び車速に関する情報を検出し(ステップS91)、その後、電流センサ6から得られる消費電流I、及び電圧センサ8から得られるバッテリ電圧Vを検出する(ステップS92、S93)。
次に、吸気管負圧、トランスミッションの変速段、及び車速に基づいて、車両が加速中であるか否かを判断する(ステップS94)。車両が加速中であると判断すれば、次に、バッテリ電圧に基づいて、図23に示したマップを使って、オルタネータ5の発電停止の判断に用いる閾値ITHを算出する(ステップS95)。
例えば、バッテリ電圧Vが14[V]以上ならば閾値ITHは60[A]となり、バッテリ電圧Vが13.5[V]以上14[V]未満ならば閾値ITHは40[A]となる。また、バッテリ電圧Vが12.5[V]未満の場合、閾値ITHは−200[A]となる。つまり、バッテリ電圧Vが12.5[V]未満の場合には、事実上オルタネータ5の発電が禁止されているのと同じになる。
次に、消費電流Iが閾値ITH以下であるか否かを判断し(ステップS96)、消費電流Iが閾値ITH以下であると判断すれば、次に、オルタネータ5による発電を停止するように、オルタネータ5に対して指令信号を送信する(ステップS97)。一方、消費電流Iが閾値ITH以下ではないと判断すれば、オルタネータ5による発電を継続させる(ステップS98)。なお、オルタネータ5による発電の停止指令を送信している場合には、停止解除を示す信号をオルタネータ5に対して送信する。また、ステップS94において、車両が加速中でないと判断した場合にも、オルタネータ5の発電を停止させる必要はないため、ステップS98へ進む。
なお、別の実施の形態では、例えば、図24に示したマップを使って、バッテリ性能C1に基づいて、閾値ITHを補正するようにしても良い。バッテリ性能C1が基準値(例えば、2000[Asec])より500[Asec]高ければ、閾値ITHが10[A]低くなるように補正され、逆にバッテリ性能C1が基準値よりも500[Asec]低ければ、閾値が10[A]高くなるように補正されることになる。
上記したように、実施の形態(1)に係る発電制御装置1によって、車速状態(アイドル、加速、定速、減速)などに基づいてオルタ出力電圧VALTが設定され、オルタネータ5の出力電圧が調整され、目標充電電圧VTAまでのバッテリ4の早期充電が実現されるようになっている。図25に、オルタ出力電圧VALT、バッテリ電圧Vの変化していく様子の一例を示したタイミングチャートを示す。モードM1〜M7は、順にアイドル状態、加速状態、定速状態、減速状態、アイドル状態、加速状態、定速状態を示している。
モードM1〜M4、そしてモードM5の途中までは、バッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1以下であるため(図14のステップS76で「N」判定)、アイドル状態、加速状態、定速状態、減速状態、アイドル状態それぞれの走行状態に基づいてオルタ出力電圧VALTが算出され、そのオルタ出力電圧VALTにオルタネータ5の出力電圧が調整される(図14のステップS77〜S80)。これによってバッテリ4の充電速度が増加する。
なお、ここでは走行状態に基づいてオルタ出力電圧VALTを算出する場合について説明しているが、エンジン回転数や、バッテリ液温度T、消費電流Iなどを加味し、エンジン回転数の上昇に従って、オルタ出力電圧VALTを上昇させたり、バッテリ液温度Tの上昇に従って、オルタ出力電圧VALTを下降させたり、消費電流Iの上昇に従って、オルタ出力電圧VALTを上昇させるようにしても良い(図16(a)〜図16(c)参照)。
モードM2は加速状態であるが(図22のステップS94で「Y」判定)、オルタネータ5の発電は停止されず、走行中の燃費向上よりも、バッテリ4の充電速度の増加が優先されている(図22のステップS98)。図23に示したマップから分かるように、バッテリ電圧Vが低電圧の場合には、バッテリ4の充電速度の増加が優先されてオルタネータ5の発電は停止されない。
バッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1に到達すると(図14のステップS76で「Y」判定)、下記の数式を使ってオルタ出力電圧VALTが算出され、そのオルタ出力電圧VALTにオルタネータ5の出力電圧が調整される(図14のステップS81〜S87、S80)。これによって、バッテリ電圧Vが目標充電電圧VTAを超過(オーバーシュート)しないように、バッテリ電圧Vを目標充電電圧VTAに近付けることができる(フィードバック制御)。
VALT=VTA+偏差値p×偏差補正係数Kp+積分値i×積分補正係数Ki
VTA:目標充電電圧
p:目標充電電圧VTAとバッテリ電圧との偏差(VTA−V)
i:上記偏差の積算値
VALT=VTA+偏差値p×偏差補正係数Kp+積分値i×積分補正係数Ki
VTA:目標充電電圧
p:目標充電電圧VTAとバッテリ電圧との偏差(VTA−V)
i:上記偏差の積算値
その後、バッテリ電圧Vが第2のFB制御切替電圧VFB2に到達すると(図14のステップS86で「Y」判定)、積分値iをクリアにし(図14のステップS88)、下記の数式を使ってオルタ出力電圧VALTが算出され、そのオルタ出力電圧VALTにオルタネータ5の出力電圧が調整される(図14のステップS88、S89、S80)。
VALT=VTA+偏差値p×偏差補正係数Kp
VALT=VTA+偏差値p×偏差補正係数Kp
走行状態がアイドル状態から加速状態に移行する(モードM5からモードM6へ移行する)と、オルタネータ5の発電は停止され、バッテリ4の充電速度の増加よりも、走行中の燃費向上が優先される(図22のステップS97)。図23に示したマップから分かるように、バッテリ電圧Vが高電圧の場合には、オルタネータ5の発電は停止される。
その後、走行状態が加速状態から定速状態に移行する(モードM6からモードM7へ移行する)と、その時のバッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1以下であるため(図14のステップS76で「N」判定)、定速状態に基づいてオルタ出力電圧VALTが算出され、上記と同様に、そのオルタ出力電圧VALTにオルタネータ5の出力電圧が調整される(図14のステップS77〜S80)。これによってバッテリ4の充電速度が増加する。
バッテリ電圧Vが第1のFB制御切替電圧VFB1に到達すると(図14のステップS76で「Y」判定)、上記と同様に、フィードバック制御が行われ、バッテリ電圧Vが第2のFB制御切替電圧VFB2に到達すると(図14のステップS86で「Y」判定)、上記と同様に、次の段階のフィードバック制御が行われる。
上記実施の形態(1)に係る発電制御装置によれば、オルタネータ5から出力し得る最大又はそれに近い高出力電圧に、オルタネータ5の出力電圧が調整されるので、バッテリ4の充電速度を速くすることができ、バッテリ電圧Vが低下したとしても、すぐに高電圧まで復帰させることができる。また、バッテリ電圧Vが一旦上昇すれば、そのまま高電圧が保持されることになる。
これにより、エンジンの再始動ができなくなるくらいまで(すなわち、エコラン状態への移行ができなくなるまで)、バッテリ電圧Vが低下したとしても、エコラン状態への移行が可能になる状態までバッテリ電圧Vをすぐに復帰させることができる。従って、エコラン状態への移行回数を増やすことができる。また、バッテリ電圧Vが一旦上昇すれば、そのまま高電圧が保持されるので、エコラン状態を長時間継続させることができる。
エコラン状態への移行回数が増え、エコラン状態の継続時間が長くなれば、エンジンの累積停止時間が長くなる。エンジンの累積停止時間が長くなれば、燃料消費量を大きく抑えることができる。従って、前記高出力電圧にオルタネータ5の出力電圧を調整することによって、燃料消費量が大きく抑えられることになる。
ところで、オルタネータ5の出力電圧については、高くするよりも、低くしておく方が走行中の燃費は良い。換言すれば、オルタネータ5の出力電圧を高くするよりも、低く調整する方が、その時の燃料消費量を少なくすることができる。そのため、現状の車両では、加速中にはオルタネータ5の発電を停止させるなどして、エンジンの駆動を抑え、走行中の燃料消費量を抑えているものがある。
しかしながら、上記したような燃費走行(すなわち、オルタネータ5による発電を抑える走行)によって削減できる燃料消費量よりも、エンジン停止によって削減できる燃料消費量の方が圧倒的に大きい。従って、前記高出力電圧にオルタネータ5を調整することによって、走行中の燃料消費量が多少増加したとしても、全体で考えれば、燃料消費量を大きく抑えることができる。
1 発電制御装置
2 マイコン
3 センサ取得部
4 バッテリ
5 オルタネータ
6、9 電流センサ
7 補機
8 電圧センサ
10 温度センサ
2 マイコン
3 センサ取得部
4 バッテリ
5 オルタネータ
6、9 電流センサ
7 補機
8 電圧センサ
10 温度センサ
Claims (10)
- バッテリに電力を蓄電し、その駆動源をエンジンとする移動体用の発電機を制御する発電制御装置において、
前記発電機から出力し得る範囲内の高出力電圧を算出する高出力電圧算出手段と、
目標充電電圧までのバッテリの早期充電を実現するために、前記高出力電圧算出手段により求められた高出力電圧に、前記発電機の出力電圧を調整する出力電圧調整手段とを備えていることを特徴とする発電制御装置。 - 前記高出力電圧算出手段が、前記移動体の走行状態に基づいて、前記高出力電圧を算出するものであることを特徴とする請求項1記載の発電制御装置。
- バッテリ電圧、バッテリ液温度、前記移動体に装備されている電装品における消費電流、及びエンジン回転数よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは数因に基づいて、前記高出力電圧を補正する高出力電圧補正手段を備え、
前記出力電圧調整手段が、前記高出力電圧補正手段により補正された高出力電圧に、前記発電機の出力電圧を調整するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の発電制御装置。 - 前記出力電圧調整手段による前記発電機の出力電圧の調整が、バッテリ電圧が第1の所定電圧(<前記目標充電電圧)へ到達するまで行われるように構成されると共に、
バッテリ電圧が前記第1の所定電圧へ到達後、前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差を零にするようなフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の発電制御装置。 - ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記移動体に装備されている電装品における消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記第1の所定電圧を設定する第1の所定電圧設定手段を備えていることを特徴とする請求項4記載の発電制御装置。
- 前記フィードバック制御手段が、
前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差に偏差補正係数を乗算することによって得られた値、前記偏差の積分値に積分補正係数を乗算することによって得られた値、及び前記目標充電電圧を合算した大きさの電圧に、
前記発電機の出力電圧を調整することによって、フィードバック制御を行うものであることを特徴とする請求項4又は請求項5記載の発電制御装置。 - バッテリ電圧が第2の所定電圧(前記第1の所定電圧<前記第2の所定電圧<前記目標充電電圧)へ到達後、
前記フィードバック制御手段が、
前記目標充電電圧とバッテリ電圧との偏差に偏差補正係数を乗算することによって得られた値、及び前記目標充電電圧を合算した大きさの電圧に、
前記発電機の出力電圧を調整することによって、フィードバック制御を行うものであることを特徴とする請求項6記載の発電制御装置。 - ある大きさの電圧変動時に充放電される充放電電気量で表されるバッテリ性能、バッテリ液温度、及び前記移動体に装備されている電装品における消費電流よりなる1群中より選ばれた任意適宜の1因もしくは複数因に基づいて、前記第2の所定電圧を設定する第2の所定電圧設定手段を備えていることを特徴とする請求項7記載の発電制御装置。
- バッテリ電圧、もしくは前記移動体に装備されている電装品における消費電流、あるいはバッテリ電圧及び前記消費電流に基づいて、前記移動体の加速中に、前記発電機による発電を停止させるか否かを決定する発電停止決定手段と、
該発電停止決定手段により前記発電機による発電の停止が決定された場合、前記移動体の加速中での前記発電機による発電を停止させる発電停止手段とを備えていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項に記載の発電制御装置。 - バッテリに電力を蓄電し、その駆動源をエンジンとする移動体用の発電機を制御する発電制御方法において、
前記発電機から出力し得る範囲内の最大又はそれに近い高出力電圧を算出するステップと、
目標充電電圧までのバッテリ電圧の早期充電を実現するために、前記発電機の出力電圧を前記高出力電圧に調整するステップとを有していることを特徴とする発電制御方法。
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