JP2009232648A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電開始から迅速に発電電圧を制御して回生効率を向上させるとともに、蓄電手段が過放電状態となることを回避する。
【解決手段】バッテリへの入出力電流の積算に基づいてバッテリの蓄電量を検出し、該蓄電量が所定値を越えた場合はオルタネータの発電電圧を低下させるとともに、車両が停車レーシング状態である場合には（Ｓ６０）、蓄電量に基づくオルタネータの発電電圧の低下を禁止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用発電制御装置に関し、特に車両に搭載された蓄電手段への充電電圧の制御技術に関する。

車両には、一般的に、ランプ等の電気機器への電力供給源としてバッテリが搭載されているとともに、エンジンにより駆動されてバッテリを充電する発電機（オルタネータ）が
搭載されている。発電機は、バッテリの充電量が目標値（目標充電量）になるように充電電流が制御される。このようなシステムでは、車両減速時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収しバッテリに蓄え、このバッテリに蓄えたエネルギーを減速時以外の運転時に用いることで、エネルギーを節約する回生が行われている。また、バッテリが過充電とならないように、満充電状態となったことを検出して充電を停止させる制御も行われており、更に、バッテリが満充電であるか否かを正確に把握するために、エンジン始動時にバッテリへの充電電流がサチュレートした時点をもって、その充電電流とバッテリ電圧に基づいて満充電であるか否かを判別する技術が開発されている。

このような満充電判定方法では、エンジン始動時に、バッテリへの充電電流がサチュレートするまでは満充電の判定ができないので、その間適切な充電電圧にすることができず、回生効率が低下し、結果的に燃費の低下をもたらしてしまう。
そこで、満充電判定を迅速に終了させるために、バッテリの目標充電量をあらかじめ高い値に設定しておく方法が考えられる。しかしながら、上記のように目標充電量をあらかじめ高い値に設定してしまうと、バッテリの充電量が比較的高い状態での充電機会が増えることからバッテリの充電効率が低下し、回生効率は意図する程向上しない。この問題は、特に短時間でエンジンの始動停止を繰り返して満充電判定が頻繁に行われる場合に顕著に表われてしまう。

そこで、上記の問題を解決するために、エンジン始動時における満充電判定を行わず、エンジンの停止時間を計測して、この停止時間に対応したバッテリからの放電量を減算することで、バッテリの充電量を推定するものもある（特許文献１）。
特開２００６−２３０１０２号公報

しかしながら、上記の特許文献１の技術では、通常の車両放置の場合にはバッテリの充電量を推定することは可能であるものの、例えばエンジン停止時に車両に搭載されている電気機器を使用した場合や、後付の電気機器の待機電力により電力が消費されてしまった場合には、バッテリの充電量を実際より高く推定してしまう。そして、この実際より高いバッテリの充電量の推定値に基づいてその後に充電が行われても、バッテリの充電量が低下して行き、ついにはバッテリが過放電状態となって始動不良やバッテリの寿命低下を引き起こしてしまう虞がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、
充電開始から迅速に適切な充電電圧に制御して回生効率を向上させるとともに、蓄電手段の過放電を回避可能な車両用発電制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、車両に搭載された内燃機関の駆動によって発電し、車両の電気負荷及び蓄電手段に電力を供給するための発電電圧を決定する車両用発電制御装置であって、蓄電手段への入出力電流の積算に基づいて該蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、蓄電量検出手段が所定の蓄電量を検出したときに発電電圧を低下させる発電電圧低下手段と、車両の走行状態を検出する車両走行状態検出手段と、車両走行状態検出手段が停車レーシング状態であることを検出した場合に、発電電圧低下手段による発電電圧の低下を禁止する発電電圧低下禁止手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１において、発電電圧低下禁止手段により発電電圧の低下が禁止されたときに、蓄電手段の入出力電流と電圧とに基づいて蓄電手段の蓄電量の記憶値の初期化を行う蓄電量記憶値初期化手段を更に備えたことを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または２において、蓄電量の記憶値が揮発したことを検出する蓄電量記憶値揮発検出手段を備え、発電電圧低下禁止手段は、更に、該蓄電量記憶値揮発検出手段が蓄電量の記憶値の揮発を検出したときに、発電電圧低下手段による発電電圧の低下を禁止することを特徴とする。

本発明の請求項１の車両用発電制御装置によれば、蓄電手段への入出力電流の積算によって検出された蓄電手段の蓄電量に基づいて発電電圧の低下制御が行われるので、内燃機関の始動時から迅速に蓄電量が把握されて適切な充電圧に制御可能となり、回生効率を向上させることができる。
更に、停車レーシング状態である場合には、発電電圧の低下が禁止されるので、蓄電手段への入出力電流の積算からでは蓄電量が正確に検出不能となる場合、例えば車両放置時に電気負荷により電力が消費された場合でも、蓄電手段の充電量の低下が推定されて蓄電手段の充電電圧が確保され、蓄電手段が過放電状態となることを回避することができる。

本発明の請求項２の車両用発電制御装置によれば、発電電圧低下禁止手段により発電電圧の低下が禁止されたときに、蓄電手段の入出力電流と電圧とに基づいて蓄電手段の蓄電量の記憶値の初期化が行われるので、例えば車両放置時に電気負荷によって電力が消費されても、蓄電量の記憶値の誤差が解消されて正確な蓄電量の把握が可能となる。したがって、その後の蓄電手段の蓄電量に基づく発電電圧の低下制御を正確に行うことができる。

本発明の請求項３の車両用発電制御装置によれば、蓄電量の記憶値が揮発してしまった場合に発電電圧の低下が禁止されるので、蓄電量記憶値の揮発による誤った発電低下が防止され蓄電手段が過放電状態となることをより確実に回避することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る車両の発電装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の車両には、電源装置として、オルタネータ（発電手段）１及びバッテリ（蓄電手段）２を備えている。オルタネータ１には、ヘッドランプ等の電気機器（車両電気負荷）３とバッテリ２とが並列して電気的に接続されている。オルタネータ１は、車両の走行駆動用のエンジン（内燃機関）４により駆動されて発電し、ヘッドランプ等の電気機器３に対して電力を供給するとともに、バッテリ２に電力を供給して充電する。

ＥＣＵ１０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）及び時計を含んで構成され、アクセル開度を検出するアクセルペダルセンサ１１、車速センサ１２、エンジン回転速度センサ１３、バッテリ温度センサ１４等の各センサ類からの検出情報、エンジン４の始動スイッチ１５の操作信号、バッテリ２の電圧及び充電電流を入力する。

一方、ＥＣＵ１０の出力側には、オルタネータ１が接続され、オルタネータ１に制御信号を送って発電電圧を制御する。
図２〜５は、ＥＣＵ１０におけるオルタネータ１の発電電圧の制御要領を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン始動により実行開始される。
ステップＳ１０では、オルタネータ１に、発電電圧が１４．４Ｖになるように制御信号を出力する。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、後述するバックアップメモリの使用量に相当するバックアップメモリ領域ＳＵＭ値Σｍｅｍを算出する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、ステップＳ２０において算出されたΣｍｅｍが後述する退避ＳＵＭ値に一致しているか否かを判別する（蓄電量記憶値揮発検出手段）。一致している場合は、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、後述する走行状態判定処理サブルーチンにおいてレーシング判定しているか否かを判別する。レーシング判定中でない場合は、ステップＳ６０に進む。なお、エンジン始動後初めて判別する場合も、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、後述する発電電圧低下禁止フラグがセットされているか否かを判別する。発電電圧低下禁止フラグがセットされていない場合は、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、オルタネータ１に、発電電圧が１４．４Ｖになるように制御信号を出力する。なお、この発電電圧１４．４Ｖはバッテリ温度２０℃である場合の発電電圧の基準値であって、実際にはバッテリ温度センサ１４により入力したバッテリ温度に基づいてこの発電電圧１４．４Ｖから増減させる。そして、ステップ９０に進む。
ステップＳ９０では、エンジン１の始動スイッチ１５がＯＮであるか否かを判別する。始動スイッチ１５がＯＮである場合は、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ１００では、始動バッテリ電流Ｉstを取り込む。そして、ステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０では、始動バッテリ電圧Ｖstを取り込む。そして、ステップＳ１２０に進む。
ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で取り込んだ始動バッテリ電流Ｉst及びステップＳ１１０で読み込んだ始動バッテリ電圧Ｖstからバッテリ内部抵抗Ｒbatを算出する。詳しくは、Ｒbat＝Ｖst／Ｉstを演算する。そして、ステップＳ９０に戻る。

一方、ステップＳ９０でエンジン１の始動スイッチがＯＮでないと判定された場合は、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、バッテリ温度センサ１４からバッテリ温度Ｔmpを取り込む。そして、ステップＳ１４０に進む。
ステップＳ１４０では、放電判定用内部抵抗Ｒdis(Ｔmp)を演算する。詳しくは、あらかじめ記憶されているマップから、ステップＳ１３０で取り込まれたバッテリ温度Ｔmpに基づいて検索することで放電判定用内部抵抗Ｒdis(Ｔmp)を得る。そして、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で演算されたバッテリ内部抵抗Ｒbatが、ステップＳ１４０で演算された放電判定用内部抵抗Ｒdis(Ｔmp)より大きいか否かを判別する。バッテリ内部抵抗Ｒbatが放電判定用内部抵抗Ｒdis(Ｔmp)より大きくない、即ち放電判定用内部抵抗Ｒdis(Ｔmp)以下であると判定された場合は、ステップＳ１６０に進む。
ステップＳ１６０では、後述する充放電制御実行処理のサブルーチンを実行する。そして、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０では、エンジン回転速度センサ１３からエンジン回転速度を入力してエンジン４が停止状態であるか否かを判別する。停止状態である場合は、ステップＳ２００に進む。停止状態でない場合は、ステップＳ１６０に戻る。
ステップＳ２００では、後述する放電量newをバックアップメモリにセットする。そして、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、発電電圧低下禁止フラグ値をバックアップメモリにセットする。そして、ステップＳ２２０に進む。
ステップＳ２２０では、退避ＳＵＭ値を演算し、バックアップメモリにセットする。詳しくは、退避ＳＵＭ値は、バックアップメモリに割り当てられたアドレスに保持されている値を全て加算し演算する。そして、本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ３０でバックアップメモリ領域Σｍｅｍが退避ＳＵＭ値に一致していないと判定された場合、ステップＳ６０でソーク時間Ｔsoakが４８時間を越えていると判定された場合、ステップＳ７０で発電電圧低下禁止フラグがセット中であると判定された場合、またはステップＳ１５０で、バッテリ内部抵抗Ｒbatが放電判定用内部抵抗Ｒdis(Ｔmp)より大きいと判定された場合は、ステップＳ３００に進む。

ステップＳ３００では、発電電圧低下禁止フラグを１（ＯＮ）にセットする(発電電圧低下禁止手段)。そして、ステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０では、バッテリ電流Ｉbatを取り込む。そして、ステップＳ３２０に進む。
ステップＳ３２０では、バッテリ電圧Ｖbatを取り込む。そして、ステップＳ３３０に進む。

ステップＳ３３０では、ステップＳ３１０で入力したバッテリ電流Ｉbatが３Ａ未満であり、かつステップＳ３２０で入力したバッテリ電圧Ｖbatが１４Ｖより大きいか否かを判別する。バッテリ電流Ｉbatが３Ａ未満であり、かつバッテリ電圧Ｖbatが１４Ｖより大きい場合は、ステップＳ３４０に進む。
ステップＳ３４０では、バッテリ２の放電量newを初期値に設定する（蓄電量記憶値初期化手段）。そして、ステップＳ３５０に進む。

ステップＳ３５０では、発電電圧低下禁止フラグを０（ＯＦＦ）にクリアする。そして、ステップＳ１６０に進む。
ステップＳ３３０において、バッテリ電流Ｉbatが３Ａ以上、またはバッテリ電圧Ｖbatが１４Ｖ以下であると判定された場合は、ステップＳ３６０に進む。
ステップＳ３６０では、エンジン回転速度センサ１３からエンジン回転速度を入力してエンジン４が停止状態であるか否かを判別する。停止状態である場合はステップＳ３００に戻る。停止状態でない場合は、ステップＳ１８０に進む。

図６は、上記メインルーチンのステップＳ１６０で実行される充放電制御実行処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
本サブルーチンを開始すると、まず、ステップＳ４００では、バッテリ電流Ｉbatを取り込む。そして、ステップＳ４１０に進む。
ステップＳ４１０では、次式（１）によりバッテリ２の放電量newを算出する。

放電量new＝放電量old＋Ｉbat×Ibat取り込み周期・・・（１）
ここで、放電量oldは、前回算出した放電量をバックアップメモリから読み出して使用する。ＩbatはステップＳ４００で入力したバッテリ電流、Ｉbat取り込み周期は前回放電量oldを算出してからバッテリ電流Ｉbatが流れた時間に相当する。そして、ステップＳ４２０に進む。なお、放電量oldは、本発明の蓄電量の１つの指標であって、本ステップが本発明の蓄電量検出手段に該当する。

ステップＳ４２０では、後述する走行状態判定処理のサブルーチンを実行する。そして、ステップＳ４３０に進む。
ステップ４３０では、後述する目標発電電圧Ｖtgt計算処理のサブルーチンを実行する。そして、ステップＳ４４０に進む。
ステップＳ４４０では、ステップＳ４３０で算出した目標発電電圧Ｖtgtを発電電圧とするように、オルタネータ１に制御信号を出力する。そして、本ルーチンをリターンする。

図７は、上記充放電制御実行処理のサブルーチンのステップＳ４２０で実行される走行状態判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
本サブルーチンを開始すると、まず、ステップＳ５００では、車速センサ１２より車速を入力し、該車速が０であるか否かを判別する。車速が０である場合は、ステップＳ５１０に進む。

ステップＳ５１０では、エンジン回転速度センサ１３から入力したエンジン回転速度が、あらかじめ設定されているアイドル回転速度＋２００ｒｐｍを越えているか否かを判別する。アイドル回転速度＋２００ｒｐｍを越えている場合はステップＳ５２０に進む。
ステップＳ５２０では、エンジン１の運転状態がレーシング状態であると判定（レーシング判定）をして、本サブルーチンを終了してリターンする。

ステップＳ５１０において、エンジン回転速度がアイドル回転速度＋２００ｒｐｍ以下であると判定された場合は、ステップＳ５３０に進む。
ステップＳ５３０では、エンジン１の運転状態がアイドル状態であると判定（アイドル判定）をして、本サブルーチンを終了してリターンする。
ステップＳ５００において車速が０でないと判定された場合は、ステップＳ５４０に進む。

ステップＳ５４０では、アクセルペダルセンサ１１からアクセルペダルがクローズであるか否かを判別する。アクセルペダル１１がクローズである場合は、ステップＳ５５０に進む。
ステップＳ５５０では、車両が減速状態であると判定（減速判定）をする。そして、本サブルーチンを終了してリターンする。

ステップＳ５４０において、アクセルペダルがクローズでないと判定された場合は、ステップＳ５６０に進む。
ステップＳ５６０では、車両が定常走行または加速状態であると判定（定常・加速判定）をする。そして、本サブルーチンを終了してリターンする。
図８は、上記充放電制御実行処理のサブルーチンのステップＳ４３０で実行される目標発電電圧Ｖtgt計算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

本サブルーチンを開始すると、まず、ステップＳ６００では、上記走行状態判定処理のサブルーチンにおいて、減速判定されているか否かを判別する。減速判定されている場合は、ステップＳ６１０に進む。
ステップＳ６１０では、発電電圧低下禁止フラグがセットされている（１である）か否かを判別する。発電電圧低下禁止フラグがセットされていない場合には、ステップＳ６２０に進む。

ステップＳ６２０では、エンジン始動から一度でも車速ＶＳＰ＞０の状態を経験しているか否かを判別する。一度でもＶＳＰ＞０の状態を経験した、即ちエンジン始動から一度でも車両走行した場合には、ステップＳ６３０に進む。
ステップＳ６３０では、ステップＳ４１０において算出した放電量newが４Ａｈより少ないか否かを判別する。４Ａｈより少ない場合は、ステップＳ６４０に進む。

ステップＳ６４０では、走行状態判定処理のサブルーチンにおいて、アイドル判定されているか否かを判別する。アイドル判定されている場合は、ステップＳ６５０に進む。
ステップＳ６５０では、オルタネータ１に、バッテリ温度２０℃における基準の発電電圧が１３．５Ｖになるように制御信号を出力する。そして、本サブルーチンを終了してリターンする。

ステップＳ６４０において、アイドル判定状態でないと判定された場合には、ステップＳ６６０に進む。
ステップＳ６６０では、オルタネータ１に、バッテリ温度２０℃における基準の発電電圧が１２．５Ｖになるように制御信号を出力する。そして、本サブルーチンを終了してリターンする。なお、ステップＳ６３０、Ｓ６５０及びＳ６６０の制御は本発明の発電電圧低下手段に該当する。

ステップＳ６１０において発電電圧低下禁止フラグがセットされていると判定された場合、ステップＳ６２０においてＶＳＰ＞０が経験されていないと判定された場合、またはステップＳ６３０において放電量newが４Ａｈ以上であると判定された場合には、ステップＳ６７０に進む。
ステップＳ６７０では、オルタネータ１に、バッテリ温度２０℃における基準の発電電圧が１４．３Ｖになるように制御信号を出力する。そして、本サブルーチンを終了してリターンする。

ステップＳ６００において、減速判定状態でないと判定された場合は、ステップＳ６８０に進む。
ステップＳ６８０では、バッテリ温度２０℃における基準の発電電圧を１４．８Ｖにするように制御信号を出力する。そして、本サブルーチンを終了してリターンする。
以上のように制御することで、本実施形態の充電制御装置は、バッテリ２の放電量newをバッテリ電流Ｉbatの積算により求め（Ｓ４１０）、放電量newと車両の走行状態とに応じてオルタネータ１の発電電圧が決定される（目標発電電圧Ｖtgt計算処理サブルーチン）。例えば、減速時にバッテリ２の放電量が４Ａｈ以上である場合は発電電圧１４．３Ｖに設定され、４Ａｈより少ない場合はそれ以下（１２．５Ｖまたは１３．５Ｖ）に設定される。

このように、本実施形態では、バッテリ２の充電電流の積算からバッテリ２の放電量が算出されるので、エンジン始動時に充電電流がサチュレートするまで待つことなくバッテリ２の充電量が直ぐに把握され、迅速かつ適切な発電電圧の制御が可能となり、特に短時間でエンジン４の始動停止を繰り返すような場合に、回生効率を向上させることができる。

本実施形態では、更に、停車レーシング状態であるか否かを判別し、停車レーシング状態である場合に（Ｓ６０）、上記発電電圧の低下（１２．５Ｖまたは１３．５Ｖに設定）が禁止される（Ｓ３００）。そして、停車レーシング状態である場合に、満充電判定（バッテリ電流Ｉbatが３Ａより小さく、バッテリ電圧Ｖbatが１４Ｖより大きいか否か）が行われ（Ｓ３３０）、満充電判定された場合に放電量newが初期化されるとともに（Ｓ３４０）発電電圧の低下が解除される（Ｓ３５０）。

このように、本実施形態では、停車レーシング状態であることを検出することで、バッテリ２の充電量の低下が把握され、停車レーシング状態である場合は、発電電圧の低下が禁止される。したがって、例えば、バッテリが自然放電した場合や車両放置時に電気機器３を使用することでバッテリ２の充電量が低下した場合でも、運転者のアクセル操作からバッテリ２の充電量の低下が把握され、バッテリ２の充電電圧が確保されるので、バッテリ２が過放電状態となることを回避することができる。また、停車レーシング状態である場合には、放電量newが初期化されるので、放電量newの誤差が解消され、その後の発電電圧の制御を正確に行うことができる。

以上のように、本実施形態では、エンジン始動時においてバッテリ２の充電量が迅速に把握されるとともに、車両放置等によるバッテリ充電量の低下が把握されて発電電圧が制御されることで、バッテリ２が過放電状態となることが回避されるので、バッテリ２の目標充電電圧を低く設定させることもできる。このようにバッテリ２の目標充電電圧を低く設定させることで、効率の良い充電が可能となって、回生効率を大幅に向上させることができる。

また、本実施形態では、バックアップメモリ領域ＳＵＭ値Σｍｅｍが退避ＳＵＭ値に一致した場合、即ち、バックアップメモリ領域がオーバーフローとなった場合にも、発電電圧の低下が禁止される。これにより、バックアップメモリにおける蓄電量の揮発によって誤った発電低下が防止され、バッテリ２が過放電状態となることをより確実に回避させることができる。

本発明の実施形態に係る車両の発電装置の概略構成図である。 オルタネータの発電電圧の制御要領を示すフローチャートである。 オルタネータの発電電圧の制御要領を示すフローチャートである。 オルタネータの発電電圧の制御要領を示すフローチャートである。 オルタネータの発電電圧の制御要領を示すフローチャートである。 充放電制御実行処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 走行状態判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 目標発電電圧計算処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ オルタネータ
２ バッテリ
４ エンジン
１０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 車両に搭載された内燃機関の駆動によって発電し、前記車両の電気負荷及び蓄電手段に電力を供給するための発電電圧を決定する車両用発電制御装置であって、
   前記蓄電手段への入出力電流の積算に基づいて該蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、
   前記蓄電量検出手段が所定の蓄電量を検出したときに前記発電電圧を低下させる発電電圧低下手段と、
   車両の走行状態を検出する車両走行状態検出手段と、
   前記車両走行状態検出手段が停車レーシング状態であることを検出した場合に、前記発電電圧低下手段による前記発電電圧の低下を禁止する発電電圧低下禁止手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 前記発電電圧低下禁止手段により前記発電電圧の低下が禁止されたときに、前記蓄電手段の入出力電流と電圧とに基づいて前記蓄電手段の蓄電量の記憶値の初期化を行う蓄電量記憶値初期化手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電制御装置。
3. 前記蓄電量の記憶値が揮発したことを検出する蓄電量記憶値揮発検出手段を備え、
   前記発電電圧低下禁止手段は、更に、該蓄電量記憶値揮発検出手段が蓄電量の記憶値の揮発を検出したときに、前記発電電圧低下手段による前記発電電圧の低下を禁止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用発電制御装置。

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