JP2010115055A - 車両用発電機の電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザへ違和感を与えることなく、多様なユーザに対して車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立可能な車両用発電機の電圧制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザとバッテリの劣化度合いの小さなライトユーザとにおける夫々の実際の劣化度合いを学習し、減速エネルギ回生制御における第２電圧Ｖｌを実使用時間とバッテリ交換時期に対応する目標使用時間とに基づき制御するため、車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立しつつ、ユーザへ違和感を与えることがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する車両用発電機の電圧制御装置に関し、特に、バッテリの劣化状態に応じて発電機の出力電圧を制御するものである。

一般に、自動車等の車両の減速時に、エンジンで駆動される発電機の出力電圧を高めてバッテリへの充電を図ることにより、減速エネルギーを回収して燃費を改善し、非減速時には発電機の出力電圧を低くすることにより、エンジン負荷を軽減して加速性能を高めることは知られている。

一方、バッテリは経年変化乃至経時変化によって劣化し、劣化が進むとバッテリを交換する必要がある。特に、充放電を頻繁に発生させるユーザや、劣化しやすい高温での走行が多いユーザのバッテリの劣化度合いは、平均的なユーザが使用するバッテリの劣化度合いに比べて劣化が速く、バッテリ交換時期が早い。

自動車用バッテリは、夫々の電極のフレームとなる鉛合金製の格子とこの格子空間に充填された活物質からなる正負電極と、希硫酸の電解液とから構成される。この活物質は、経時的に充放電によるストレスを受けて粒子間の結合力が弱まり、徐々に電極の格子から脱落することによって、バッテリの残存容量の減少、最終的にはバッテリの交換へと繋がる。

特許文献１は、バッテリの劣化が進行してきたと予測される場合、その劣化を回復させるため、バッテリの劣化に関するパラメータ値が所定の条件を満たす場合には、発電機の動作モードを劣化回復モートに変更すると共に、バッテリの充電電圧を第１電圧よりも低く、第２電圧よりも高い第３電圧に制御する技術を提案している。

特開２００４−１８０４７８号公報

しかしながら、特許文献１では、バッテリの劣化に関するパラメータ値、所謂現時点におけるバッテリ容量が所定容量以下になった場合、深放電によるバッテリ劣化の抑制を優先して、バッテリへの充電抑制を制限するため、減速エネルギを回収して燃費を改善するという目的を十分に達成することができない。

車両減速時に発電機の供給電圧を高くしてバッテリの充電を促進し、非減速時には供給電圧を低くしてエンジンの負荷低減による燃費改善を行う場合には、燃費改善とバッテリ寿命の長期化とは相反する関係になる。しかも、現時点におけるバッテリ容量を判断基準とした発電機の電圧制御では、燃費改善を期待できない上、ユーザにとって同じような運転操作にも拘わらずエンジンの負荷が、その時々により異った違和感を与える恐れも存在している。

本発明の目的は、ユーザに違和感を与えることなく、多様なユーザに対して車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立可能な車両用発電機の電圧制御装置を提供することである。

本発明の車両用発電機の電圧制御装置は、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンにより回転駆動されて前記電気負荷及び前記バッテリに電力を供給する発電機と、減速時に前記発電機から前記バッテリへの供給電圧を第１電圧に制御すると共に、非減速時に前記発電機から前記バッテリへの供給電圧を第１電圧より低い第２電圧に制御する電圧制御手段とを有する。

請求項１の発明は、前記バッテリを使用した時間に基づいて前記バッテリの劣化状態を判定する第１劣化判定手段と、前記バッテリの目標劣化状態とバッテリ寿命限界とに基づいて前記バッテリの目標使用時間を設定する目標使用時間設定手段と、前記バッテリを前記目標使用時間より短く設定された所定時間使用したときの劣化状態と前記バッテリ寿命限界とに基づき、前記目標使用時間で前記バッテリ寿命限界となるよう前記発電機から前記バッテリへ供給する電圧の供給特性を変更する供給電圧変更手段とを有することを特徴とする。

請求項１の発明では、バッテリの目標劣化状態とバッテリ寿命限界とに基づいて前記バッテリの目標使用時間を設定する目標使用時間設定手段により、使用するバッテリの目標劣化状態をバッテリの使用時間によって管理することができる。また、供給電圧変更手段により、目標使用時間でバッテリが目標劣化状態となるように発電機の供給電圧を制御できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記供給電圧変更手段は、前記第２電圧を制御する第２電圧制御手段であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段と、前記バッテリの残容量が所定容量未満のとき、前記第１電圧から第２電圧への切替え制御を禁止する禁止手段とを有し、前記供給電圧変更手段は、前記所定容量を制御する容量調整手段であることを特徴とする。

請求項４の発明は、前記バッテリを使用した走行距離に基づいて前記バッテリの劣化状態を判定する第２劣化判定手段と、前記バッテリの目標劣化状態とバッテリ寿命限界とに基づいて前記バッテリの目標使用走行距離を設定する目標使用走行距離設定手段と、前記バッテリを前記目標使用走行距離より短く設定された所定走行距離使用したときの劣化状態と前記バッテリ寿命限界とに基づき、前記目標使用走行距離で前記バッテリ寿命限界となるよう前記発電機から前記バッテリへ供給する電圧の供給特性を変更する供給電圧変更手段とを有することを特徴とする。

請求項４の発明では、バッテリの目標劣化状態とバッテリ寿命限界とに基づいて前記バッテリの目標使用走行距離を設定する目標使用走行距離設定手段により、使用するバッテリの目標劣化状態をバッテリの使用走行距離によって管理することができる。また、供給電圧変更手段により、目標使用走行距離でバッテリが目標劣化状態となるように発電機の供給電圧を制御できる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の発明において、前記供給電圧変更手段は、前記第２電圧を制御する第２電圧制御手段であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段と、前記バッテリの残容量が所定容量未満のとき、前記第１電圧から第２電圧への切替え制御を禁止する禁止手段とを有し、前記供給電圧変更手段は、前記所定容量を制御する容量調整手段であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記第１及び第２劣化判定手段は、前記バッテリの放電量の積算値によって判定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、使用するバッテリの目標劣化状態を使用時間によって管理すると共に、目標使用時間でバッテリが目標劣化状態となるように発電機の供給電圧を制御するため、ユーザに違和感を与えることなく、多様なユーザに対して車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

つまり、バッテリの劣化度合いの大きなヘビーユーザは燃費改善よりもバッテリ寿命を重視した供給電圧制御とし、バッテリの劣化度合いの小さなライトユーザはバッテリ寿命よりも燃費改善を重視した供給電圧制御とできる。しかも、定格のバッテリ交換時期に対応した目標使用時間に基づき制御されるため、極端なエンジン特性の変化を抑えることができ、ユーザに違和感を与えることがない。

請求項２の発明によれば、前記供給電圧変更手段は、前記第２電圧を実使用時間に基づき制御するため、精度よく車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

請求項３の発明によれば、前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段と、前記バッテリの残容量が所定容量未満のとき、前記第１電圧から第２電圧への切替え制御を禁止する禁止手段とを有し、前記供給電圧変更手段は、前記所定容量を実使用時間に基づき制御するため、一層車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

請求項４の発明によれば、使用するバッテリの目標劣化状態を使用走行距離によって管理すると共に、目標使用走行距離でバッテリが目標劣化状態となるように発電機の供給電圧を制御するため、ユーザに違和感を与えることなく、多様なユーザに対して車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

つまり、バッテリの劣化度合いの大きなヘビーユーザは燃費改善よりもバッテリ寿命を重視した供給電圧制御とし、バッテリの劣化度合いの小さなライトユーザはバッテリ寿命よりも燃費改善を重視した供給電圧制御とできる。しかも、定格のバッテリ交換時期に対応した目標使用走行距離に基づき制御されるため、極端なエンジン特性の変更を抑えることができ、ユーザに違和感を与えることがない。

請求項５の発明によれば、前記供給電圧変更手段は、前記第２電圧を実走行距離に基づき制御するため、精度よく車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

請求項６の発明によれば、前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段と、前記バッテリの残容量が所定容量未満のとき、前記第１電圧から第２電圧への切替え制御を禁止する禁止手段とを有し、前記供給電圧変更手段は、前記所定容量を実走行距離に基づき制御するため、一層車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

請求項７の発明によれば、前記第１及び第２劣化判定手段は、前記バッテリの放電量の積算値によって判定するため、バッテリの劣化状態を精度よく判定できる。

以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。尚、図１は、本発明の実施例１に係る車両用発電機の電圧制御装置のブロック図を示す。

図１に示すように、車両１は、エンジン２と、図示しないエアコン、ヘッドランプ、リア制動灯、デフォッガ、オーディオユニット等の車両用電気負荷３に電力を供給するバッテリ４と、エンジン２にベルト駆動されて車両用電気負荷３及びバッテリ４に電力を供給する発電機５とから構成される。バッテリ４は、自動車用に一般的に用いられる鉛蓄電池であり、発電機５はオルタネータ及び発電圧調整用のレギュレータ等で構成されている。

車両１には、発電機５の発電電圧Ｖを制御するコントロールユニット６が設けられている。このコントロールユニット６には、エンジン２の回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ７と、車両１の走行車速Ｖｓを検出する車速センサ８と、アクセル開度θａを検出するアクセル開度センサ９と、バッテリ４の使用時間Ｔｂを計測するバッテリ使用時間センサ１０と、バッテリ４の充放電電流Ｉｂを計測するバッテリ充放電電流センサ１１とが検出信号を送受信可能に接続されている。

コントロールユニット６は、電圧制御部１２(電圧制御手段)と、第１劣化判定部１３(第１劣化判定手段)と、目標使用時間設定部１４（目標使用時間設定手段）と、供給電圧変更部１５（供給電圧変更部手段）とから構成している。

電圧制御部１２は、エンジン２の回転数Ｎｅが所定値、例えば６００ｒｐｍ以上で且つ車両減速時に発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖｈ、例えば１５．０Ｖに制御すると共に、エンジン２の回転数Ｎｅが６００ｒｐｍ未満で且つ車両減速時には発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖｈより低い第２電圧Ｖｌ、例えば１２．５Ｖに制御するよう構成している。

車両減速時の判定は、所定の車速Ｖｓで走行中であり且つアクセル開度θａが全閉、所謂零で判定しており、減速判定された場合、エンジン２への燃料供給を停止する減速燃料カットを行っている。尚、減速燃料カットは、エンジン２の回転数Ｎｅが所定値、例えば６００ｒｐｍ以上で復帰されるよう構成されている。つまり、電圧制御部１２は、減速燃料カット実行のとき、発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖｈとし、燃料復帰のとき、発電機５の出力電圧を第２電圧Ｖｌに調整制御している。

第１劣化判定部１３は、バッテリ４の使用時間Ｔｂに基づいてバッテリ４の劣化状態を判定するよう構成している。第１劣化判定部１３は、充放電電流Ｉｂと使用時間Ｔｂとからバッテリ４の劣化状態、所謂総放電量Ｃｂを演算し、この総放電量Ｃｂと使用時間Ｔｂとから単位時間当たりの劣化状態、所謂劣化度合いを算出する。尚、使用時間Ｔｂ及び充放電電流Ｉｂは、エンジン２の停止中でも検出されており、検出結果は所定のメモリに記録されている。

目標使用時間設定部１４は、バッテリ４の目標劣化状態Ａ１とバッテリ寿命限界Ｃｍａｘとに基づいてバッテリ４の目標使用時間Ｔｂｔを設定する。目標使用時間設定部１４は、図２に示すように、バッテリ４の使用時間Ｔｂと総放電量Ｃｂで表されるバッテリ劣化指標との関係テーブルＴａ１を有している。

関係テーブルＴａ１には、現時点、車両１に搭載しているバッテリ４を平均的ユーザが使用した場合のバッテリ４の劣化度合いＡ１と、バッテリ４の交換時期の総放電量、所謂バッテリ寿命限界Ｃｍａｘが設定されている。本実施例では、この劣化度合いＡ１におけるバッテリ寿命限界Ｃｍａｘまでの使用時間を目標使用時間Ｔｂｔとして設定している。

この関係テーブルＴａ１において、バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザは、劣化度合いＨ１のように表すことができ、現在の劣化状態Ｈ１０から同じ使用状態を継続した場合、破線で示す劣化度合いＨ１ａのように大きな増加率で劣化が増加する。このヘビーユーザは、平均的ユーザに比べて車両１の燃費効果は高いが、バッテリ寿命は目標使用時間Ｔｂｔよりも短いものとなる。

一方、バッテリ４の劣化度合いの小さなライトユーザは、劣化度合いＬ１のように表すことができ、現在の劣化状態Ｌ１０から同じ使用状態を継続した場合、破線で示す劣化度合いＬ１ａのように小さな増加率で劣化が増加する。このライトユーザは、平均的ユーザに比べてバッテリ寿命は目標使用時間Ｔｂｔよりも長くなるが、車両１の燃費効果は低いものとなる。

供給電圧変更部１５は、バッテリ４を目標使用時間Ｔｂｔより短く設定された所定時間Ｔ０で使用したときの総放電量Ｃｂとバッテリ寿命限界Ｃｍａｘとに基づき、目標使用時間Ｔｂｔでバッテリ寿命限界Ｃｍａｘとなるよう発電機５からバッテリ４へ供給する電圧Ｖの供給特性を変更するよう構成している。

また、供給電圧変更部１５は、図２で示した関係テーブルＴａ１に基づき、現時点まで経過した所定時間（Ｔ０×Ｎｔ）から目標使用時間Ｔｂｔまでの期間（Ｔｂｔ−Ｔ０×Ｎｔ）とバッテリ４の総放電可能量（Ｃｍａｘ−Ｃｂ）とから、単位時間当たりの第１目標放電量Ａｔを演算する。尚、バッテリ４の使用時間Ｔｂは、タイマによってカウントされ、使用時間Ｔｂが所定時間Ｔ０、例えば１ヶ月になった時点で到達回数Ｎｔに１を加算すると共に、使用時間Ｔｂを零にリセットしている。

また、供給電圧変更部１５は、第２電圧Ｖｌを第３電圧Ｖｌ０に調整制御する第２電圧制御部１６(第２電圧制御手段)と容量調整部１７(容量調整手段)とを有している。第２電圧制御部１６は、第２電圧制御部１６内のマップと第１目標放電量Ａｔとから第３電圧Ｖｌ０を求めた後、第３電圧Ｖｌ０を新たな第２電圧Ｖｌとして電圧制御を行う。尚、前記マップは、横軸を第３電圧Ｖｌ０、縦軸を第１目標放電量Ａｔとされ、第１目標放電量Ａｔが大きいほど、第３電圧Ｖｌ０は小さくなるよう設定している。

容量調整部１７は、バッテリ４の残容量ＳＯＣ（State Of Charge）が下限容量ＳＯＣｌ、例えば７０％未満のとき、第１電圧Ｖｈから第２電圧Ｖｌへの切替えを禁止する禁止部１８（禁止手段）を有している。禁止部１８は、バッテリ４の残容量ＳＯＣを充放電電流Ｉｂの積算値に基づき算出している。尚、残容量ＳＯＣの初期容量は、スタータオン時の開放電圧から既存の手法にて求めている。

また、容量調整部１７は、容量調整部１６内のマップと第２電圧制御部１６で演算された第１目標放電量Ａｔとから第２下限容量ＳＯＣｌ０を求めた後、第２下限容量ＳＯＣｌ０を新たな下限容量ＳＯＣｌとして判定を行う。尚、前記マップは、横軸を第２下限容量ＳＯＣｌ０、縦軸を第１目標放電量Ａｔとされ、第１目標放電量Ａｔが大きいほど、第２所定容量ＳＯＣｌ０は小さくなるよう設定している。

前述の構成によって、図２に示すように、バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザは、現在の劣化状態Ｈ１０から小さな増加率、所謂劣化度合いＨ１ｂでバッテリ４が使用されることになり、バッテリ寿命を目標使用時間Ｔｂｔに延ばすことができる。

また、バッテリ４の劣化度合いの小さなライトユーザは、現在の使用状態Ｌ１０から大きな増加率、所謂劣化度合いＬ１ｂでバッテリ４が使用されることになり、車両１の燃費効果を高めることができる。つまり、本電圧制御装置は、バッテリ４を使用するユーザが、ヘビーユーザかライトユーザかを所定時間Ｔ０毎に学習し、この学習結果に基づきバッテリ４の電圧供給特性を変更するため、ユーザに電圧変更に起因する違和感を与えることがない。

次に、図３のフローチャートに基づき、本電圧制御装置の電圧制御処理について説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は各ステップを示す。

まず、エンジン回転数Ｎｅ、車速Ｖｓ、アクセル開度θａ、バッテリ４の使用時間Ｔｂ、バッテリ４の充放電電流Ｉｂの各信号を読み込む（Ｓ１）。次に、充放電電流Ｉｂに基づき残容量ＳＯＣを算出し（Ｓ２）、Ｓ３に移行する。Ｓ３の判定の結果、強制Ｈｉｇｈフラグが１でない場合、Ｓ４に移行し、車速Ｖｓが零か否か判定する。

Ｓ４の判定の結果、車速Ｖｓが零でない場合、Ｓ５に移行し、アクセル開度θａが全閉か否か判定する。Ｓ５の判定の結果、アクセル開度θａが全閉、所謂零の場合、Ｓ６に移行し、エンジン回転数Ｎｅが６００ｒｐｍ以上か否か判定する。Ｓ６の判定の結果、エンジン回転数Ｎｅが６００ｒｐｍ以上の場合、発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖｈに設定し（Ｓ７）、リターンする。尚、Ｓ４〜Ｓ６は、減速燃料カットの実行条件である。

Ｓ４の判定の結果、車速Ｖｓが零の場合、Ｓ５の判定の結果、アクセル開度θａが零でない場合、及びＳ６の判定の結果、エンジン回転数Ｎｅが６００ｒｐｍ未満の場合、減速燃料カットの実行条件ではないため、Ｓ８に移行し、残容量ＳＯＣが下限容量ＳＯＣｌ以上か否か判定する。Ｓ８の判定の結果、残容量ＳＯＣが下限容量ＳＯＣｌ以上でない場合、強制Ｈｉｇｈフラグを１とし（Ｓ９）、タイマによるカウントＴを開始する（Ｓ１０）。

本電圧制御装置では、非減速時、発電機５の発電電圧を低下させてバッテリ４から電力を持ち出す状態でバッテリ４を使用している。従って、電力の持ち出しを継続した場合、バッテリ４が深放電となり、バッテリ寿命に悪影響を生じるため下限容量ＳＯＣｌを設定して深放電を防止している。

次に、Ｓ１１の判定の結果、カウントＴが所定時間Ｘ以上の場合、強制Ｈｉｇｈフラグを０とし（Ｓ１２）、タイマをリセットする（Ｓ１３）。タイマのリセット後、Ｓ１４で発電機５の出力電圧を第２電圧Ｖｌに設定し（Ｓ１４）、リターンする。

Ｓ８の判定の結果、残容量ＳＯＣが下限容量ＳＯＣｌ以上の場合、深放電ではないため、燃費改善を優先してＳ１４に移行する。Ｓ３の判定の結果、強制Ｈｉｇｈフラグが１の場合、深放電のため、バッテリ４の回復を優先してＳ１０に移行し、所定時間、第２電圧Ｖｌの実行を禁止する。

次に、図４のフローチャートに基づき、第３電圧Ｖｌ０及び第２下限容量ＳＯＣｌ０の演算処理について説明する。尚、本演算処理は、前述した電圧制御処理とは独立して作動しており、エンジン２の停止中も稼働している。

まず、バッテリ４の充放電電流Ｉｂの信号を読み込み（Ｓ２１）、バッテリ４の使用時間Ｔｂをカウントしてメモリに記録する（Ｓ２２）。充放電電流Ｉｂと使用時間Ｔｂに基づきバッテリ４の劣化状態に相当する総放電量Ｃｂを算出し、メモリに記録し（Ｓ２３）、Ｓ２４に移行する。

Ｓ２４の判定の結果、使用時間Ｔｂが所定時間Ｔ０以上の場合、所定時間Ｔ０の到達回数Ｎｔに１を加算して（Ｓ２５）、Ｓ２６に移行する。尚、バッテリ４が新規に車両１へ搭載された際、Ｎｔはリセットされるよう設定されている。また、到達回数Ｎｔに１を加算された際、使用時間Ｔｂはリセットされる。

Ｓ２６では、現時点まで経過した所定時間（Ｔ０×Ｎｔ）から目標使用時間Ｔｂｔまでの期間（Ｔｂｔ−Ｔ０×Ｎｔ）とバッテリ４の総放電可能量（Ｃｍａｘ−Ｃｂ）とから、単位時間当たりの第１目標放電量Ａｔを演算する。

Ｓ２６で求めた第１目標放電量Ａｔと第２電圧制御部１６内のマップとに基づき、第３電圧Ｖｌ０を求めた後、第３電圧Ｖｌ０を電圧制御処理における第２電圧Ｖｌとすると共に、第１目標放電量Ａｔと容量調整部１６内のマップと基づき、第２下限容量ＳＯＣｌ０を求めた後、第２下限容量ＳＯＣｌ０を電圧制御処理における下限容量ＳＯＣｌとして（Ｓ２７）、リターンする。

次に、本実施例１に係る本電圧制御装置の作用、効果を説明する。
バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザとバッテリの劣化度合いの小さなライトユーザとにおける夫々の実際の劣化度合いを学習することにより、ヘビーユーザは燃費改善よりもバッテリ寿命を重視した供給電圧制御とできると共に、ライトユーザはバッテリ寿命よりも燃費改善を重視した供給電圧制御とでき、車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とが両立可能となる。

しかも、夫々のバッテリ交換時期に対応した目標使用時間に基づき供給電圧制御されるため、所定の短期間で制御される場合に比べて、極端なエンジン特性の変化を抑えることができ、ユーザに違和感を与えることがない。

また、減速エネルギ回生制御における第２電圧Ｖｌを実使用時間に基づき制御するため、精度よく車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。更に、第１電圧Ｖｈから第２電圧Ｖｌへの切替えを制御するバッテリ４の下限容量ＳＯＣｌを実使用時間に基づき制御するため、一層車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

次に、図５〜図７に基づき、実施例２を説明する。尚、図５は、本実施例に係る車両用発電機の電圧制御装置のブロック図を示す。また、実施例１と同様の構成は同じ符号を付している。

図５に示すように、車両１は、エンジン２と、図示しないエアコン、ヘッドランプ、リア制動灯、デフォッガ、オーディオユニット等の車両用電気負荷３に電力を供給するバッテリ４と、エンジン２にベルト駆動されて車両用電気負荷３及びバッテリ４に電力を供給する発電機５とから構成される。

車両１には、発電機５の発電電圧Ｖを制御するコントロールユニット６が設けられている。このコントロールユニット６には、エンジン回転数センサ７と、車速センサ８と、アクセル開度センサ９と、バッテリ使用時間センサ１０と、バッテリ充放電電流センサ１１と、車両１のバッテリ４を使用した走行距離Ｄｂを検出するバッテリ使用走行距離センサ１９とが検出信号を送受信可能に接続されている。

コントロールユニット６は、電圧制御部１２(電圧制御手段)と、第２劣化判定部２０(第２劣化判定手段)と、目標使用走行距離設定部２１（目標使用走行距離設定手段）と、供給電圧変更部１５（供給電圧変更部手段）とから構成している。

電圧制御部１２は、エンジン２の回転数Ｎｅが所定値以上で且つ車両減速時に発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖｈに制御すると共に、エンジン２の回転数Ｎｅが所定値未満で且つ車両減速時には発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖ１より低い第２電圧Ｖｌに制御するよう構成している。

車両減速時の判定は、所定の車速Ｖｓで走行中であり且つアクセル開度θａが全閉、所謂零で判定しており、減速判定された場合、エンジン２への燃料供給を停止する減速燃料カットを行っている。尚、減速燃料カットは、エンジン２の回転数Ｎｅが所定値以上で復帰されるよう構成されている。つまり、電圧制御部１２は、減速燃料カット実行のとき、発電機５の出力電圧を第１電圧Ｖｈとし、燃料復帰のとき、発電機５の出力電圧を第２電圧Ｖｌに調整制御している。

第２劣化判定部２０は、バッテリ４の使用走行距離Ｄｂに基づいてバッテリ４の劣化状態を判定するよう構成している。第２劣化判定部２０は、充放電電流Ｉｂと使用走行距離Ｄｂとからバッテリ４の総放電量Ｃｂを演算し、この総放電量Ｃｂと使用走行距離Ｄｂとから単位時間当たりの劣化状態、所謂劣化度合いを算出する。尚、使用走行距離Ｄｂ及び充放電電流Ｉｂは、エンジン２の停止中でも検出されており、検出結果は所定のメモリに記録されている。

目標使用走行距離設定部２１は、バッテリ４の目標劣化状態Ａ２とバッテリ寿命限界Ｃｍａｘとに基づいてバッテリ４の目標使用走行距離Ｄｂｔを設定する。目標使用走行距離設定部２１は、図６に示すように、バッテリ４の使用走行距離Ｄｂと総放電量Ｃｂで表されるバッテリ劣化指標との関係テーブルＴａ２を有している。

関係テーブルＴａ２には、現時点、車両１に搭載しているバッテリ４を平均的ユーザが使用した場合のバッテリ４の劣化度合いＡ２と、バッテリ４の交換時期のバッテリ寿命限界Ｃｍａｘが設定されている。本実施例２では、この劣化度合いＡ２におけるバッテリ寿命限界Ｃｍａｘまでの使用走行距離を目標使用走行距離Ｄｂｔとして設定している。

この関係テーブルＴａ２において、バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザは、劣化度合いＨ２のように表すことができ、現在の劣化状態Ｈ２０から同じ使用状態を継続した場合、破線で示す劣化度合いＨ２ａのように大きな増加率で劣化が増加する。このヘビーユーザは、平均的ユーザに比べて車両１の燃費効果は高いが、バッテリ寿命は目標使用走行距離Ｄｂｔよりも短いものとなる。

一方、バッテリ４の劣化度合いの小さなライトユーザは、劣化度合いＬ２のように表すことができ、現在の劣化状態Ｌ２０から同じ使用状態を継続した場合、破線で示す劣化度合いＬ２ａのように小さな増加率で劣化が増加する。このライトユーザは、平均的ユーザに比べてバッテリ寿命は目標使用走行距離Ｄｂｔよりも長くなるが、車両１の燃費効果は低いものとなる。

供給電圧変更部１５は、バッテリ４を目標使用走行距離Ｄｂｔより短く設定された所定走行距離Ｄ０で使用したときの総放電量Ｃｂとバッテリ寿命限界Ｃｍａｘとに基づき、目標使用走行距離Ｄｂｔでバッテリ寿命限界Ｃｍａｘとなるよう発電機５からバッテリ４へ供給する電圧Ｖの供給特性を変更するよう構成している。

また、供給電圧変更部１５は、図２で示した関係テーブルＴａ２に基づき、現時点まで経過した所定時間（Ｄ０×Ｎｄ）から目標使用走行距離Ｄｂｔまでの距離（Ｄｂｔ−Ｄ０×Ｎｄ）とバッテリ４の総放電可能量（Ｃｍａｘ−Ｃｂ）とから、単位距離当たりの第２目標放電量Ａｄを演算する。尚、バッテリ４の使用走行距離Ｄｂは、カウンタによってカウントされ、使用走行距離Ｄｂが所定距離Ｄ０、例えば１０００Ｋｍになった時点で到達回数Ｎｄに１を加算すると共に、使用走行距離Ｄｂを零にリセットしている。

また、供給電圧変更部１５は、第２電圧Ｖｌを第４電圧Ｖｌ１に調整制御する第２電圧制御部１６(第２電圧制御手段)と容量調整部１７(容量調整手段)とを有している。第２電圧制御部１６は、第２電圧制御部１６内のマップと第２目標放電量Ａｄとから第４電圧Ｖｌ１を求めた後、第４電圧Ｖｌ１を新たな第２電圧Ｖｌとして電圧制御を行う。尚、前記マップは、横軸を第４電圧Ｖｌ１、縦軸を第２目標放電量Ａｄとされ、第２目標放電量Ａｄが大きいほど、第４電圧Ｖｌ１は小さくなるよう設定している。

容量調整部１７は、バッテリ４の残容量ＳＯＣ（State Of Charge）が下限容量ＳＯＣｌ、例えば７０％未満のとき、第１電圧Ｖｈから第２電圧Ｖｌへの切替えを禁止する禁止部１８（禁止手段）を有している。禁止部１８は、バッテリ４の残容量ＳＯＣを充放電電流Ｉｂの積算値に基づき算出している。

また、容量調整部１７は、容量調整部１６内のマップと第２電圧制御部１６で演算された第２目標放電量Ａｄとから第３下限容量ＳＯＣｌ１を求めた後、第３下限容量ＳＯＣｌ１を新たな下限容量ＳＯＣｌとして判定を行う。尚、前記マップは、横軸を第３下限容量ＳＯＣｌ１、縦軸を第２目標放電量Ａｄとされ、第２目標放電量Ａｄが大きいほど、第３所定容量ＳＯＣｌ１は小さくなるよう設定している。

前述の構成によって、図６に示すように、バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザは、現在の劣化状態Ｈ２０から小さな増加率、所謂劣化度合いＨ２ｂでバッテリ４が使用されることになり、バッテリ寿命を目標使用走行距離Ｄｂｔに延ばすことができる。また、バッテリ４の劣化度合いの小さなライトユーザは、現在の劣化状態Ｌ２０から大きな増加率、所謂劣化度合いＬ２ｂでバッテリ４が使用されることになり、車両１の燃費効果を高めることができる。

次に、図７のフローチャートに基づき、第４電圧Ｖｌ１及び第３下限容量ＳＯＣｌ１の演算処理について説明する。尚、本電圧制御装置の電圧制御処理は、実施例１と同様である。また、本演算処理は、電圧制御処理とは独立して作動しており、エンジン２の停止中も稼働している。

まず、バッテリ４の充放電電流Ｉｂの信号を読み込み（Ｓ３１）、バッテリ４の使用走行距離Ｄｂをカウントしてメモリに記録する（Ｓ３２）。充放電電流Ｉｂと使用走行距離Ｄｂに基づきバッテリ４の劣化状態に相当する総放電量Ｃｂを算出し、メモリに記録し（Ｓ３３）、Ｓ３４に移行する。

Ｓ３４の判定の結果、使用走行距離Ｄｂが所定距離Ｄ０以上の場合、所定距離Ｄ０の到達回数Ｎｄに１を加算して（Ｓ３５）、Ｓ３６に移行する。尚、バッテリ４が新規に車両１へ搭載された際、Ｎｄはリセットされるよう設定されている。また、到達回数Ｎｄに１を加算された際、使用走行距離Ｄｂはリセットされる。

Ｓ３６では、現時点まで経過した所定距離（Ｄ０×Ｎｄ）から目標使用走行距離Ｄｂｔまでの期間（Ｄｂｔ−Ｄ０×Ｎｄ）とバッテリ４の総放電可能量（Ｃｍａｘ−Ｃｂ）とから、単位走行距離当たりの第２目標放電量Ａｄを演算する。

Ｓ３６で求めた第２目標放電量Ａｄと第２電圧制御部１６内のマップとに基づき、第４電圧Ｖｌ１を求めた後、第４電圧Ｖｌ１を電圧制御処理における第２電圧Ｖｌとすると共に、第２目標放電量Ａｄと容量調整部１６内のマップと基づき、第３下限容量ＳＯＣｌ１を求めた後、第３下限容量ＳＯＣｌ１を電圧制御処理における下限容量ＳＯＣｌとして（Ｓ３７）、リターンする。

次に、本実施例２に係る本電圧制御装置の作用、効果を説明する。
バッテリ４の劣化度合いの大きなヘビーユーザとバッテリの劣化度合いの小さなライトユーザとにおける夫々の実際の劣化度合いを学習することにより、ヘビーユーザは燃費改善よりもバッテリ寿命を重視した供給電圧制御とできると共に、ライトユーザはバッテリ寿命よりも燃費改善を重視した供給電圧制御とでき、車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とが両立可能となる。

しかも、夫々のバッテリ交換時期に対応した目標使用走行距離に基づき供給電圧制御されるため、所定の走行距離で制御される場合に比べて、極端なエンジン特性の変化を抑えることができ、ユーザへ違和感を与えることがない。

また、減速エネルギ回生制御における第２電圧Ｖｌを実走行距離に基づき制御するため、精度よく車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。更に、第１電圧Ｖｈから第２電圧Ｖｌへの切替えを制御するバッテリ４の下限容量ＳＯＣｌを実走行距離に基づき制御するため、一層車両の燃費改善とバッテリ寿命の長期化とを両立できる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例１においては、バッテリの使用時間に基づいて、第２電圧と下限容量とを変更する例を説明したが、使用時間と使用走行距離とを併用し、低い値を夫々用いる、または、第２電圧を低い値、下限容量を高い値とする、或いは、その逆とする等車両の使用に応じて変更することも可能である。また、第２電圧を使用時間に基づき、下限容量を使用走行距離に基づき算出することも可能である。

２〕前記実施例１，２においては、所定時間及び所定走行距離を固定値とする例を説明したが、何れも可変とすることも可能であり、例えば、所定時間経過したとき、バッテリの放電量が非常に多い、或いは非常に少ない場合、所定時間を短くすることも可能である。

３〕前記実施例１，２においては、バッテリの放電量に基づき、バッテリの寿命に係わる総放電可能量、使用可能時間及び使用可能走行距を決定する例を説明したが、他のパラメータ値、例えばバッテリ温度や充電量等によって決定することも可能である。

４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明の実施例１に係る車両用発電機の電圧制御装置のブロック図である。 実施例１に係るバッテリの使用時間と総放電量で表されるバッテリ劣化指標との関係テーブルである。 実施例１に係る電圧制御のフローチャートである。 実施例１に係る演算処理のフローチャートである。 実施例２に係る車両用発電機の電圧制御装置のブロック図である。 実施例２に係るバッテリの使用走行距離と総放電量で表されるバッテリ劣化指標との関係テーブルである。 実施例２に係る演算処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 車両
２ エンジン
３ 電気負荷
４ バッテリ
５ 発電機
６ コントロールユニット
８ 車速センサ
１０ 使用時間センサ
１１ 充放電電流センサ
１２ 電圧制御部
１３ 第１劣化判定部
１４ 目標使用時間設定部
１５ 供給電圧変更部
１６ 第２電圧制御部
１７ 容量調整部
１８ 禁止部
１９ 使用走行距離センサ
２０ 第２劣化判定部
２１ 目標使用走行距離設定部
Ｖｈ 第１電圧
Ｖｌ 第２電圧
ＳＯＣ 残容量

Claims (7)

1. 車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンにより回転駆動されて前記電気負荷及び前記バッテリに電力を供給する発電機と、減速時に前記発電機から前記バッテリへの供給電圧を第１電圧に制御すると共に、非減速時に前記発電機から前記バッテリへの供給電圧を第１電圧より低い第２電圧に制御する電圧制御手段とを有する車両用発電機の電圧制御装置において、
   前記バッテリを使用した時間に基づいて前記バッテリの劣化状態を判定する第１劣化判定手段と、
   前記バッテリの目標劣化状態とバッテリ寿命限界とに基づいて前記バッテリの目標使用時間を設定する目標使用時間設定手段と、
   前記バッテリを前記目標使用時間より短く設定された所定時間使用したときの劣化状態と前記バッテリ寿命限界とに基づき、前記目標使用時間で前記バッテリ寿命限界となるよう前記発電機から前記バッテリへ供給する電圧の供給特性を変更する供給電圧変更手段とを有することを特徴とする車両用発電機の電圧制御装置。
2. 前記供給電圧変更手段は、前記第２電圧を制御する第２電圧制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
3. 前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段と、
   前記バッテリの残容量が所定容量未満のとき、前記第１電圧から第２電圧への切替え制御を禁止する禁止手段とを有し、
   前記供給電圧変更手段は、前記所定容量を制御する容量調整手段であ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機の電圧制御装置。
4. 車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンにより回転駆動されて前記電気負荷及び前記バッテリに電力を供給する発電機と、減速時に前記発電機から前記バッテリへの供給電圧を第１電圧に制御すると共に、非減速時に前記発電機から前記バッテリへの供給電圧を第１電圧より低い第２電圧に制御する電圧制御手段とを有する車両用発電機の電圧制御装置において、
   前記バッテリを使用した走行距離に基づいて前記バッテリの劣化状態を判定する第２劣化判定手段と、
   前記バッテリの目標劣化状態とバッテリ寿命限界とに基づいて前記バッテリの目標使用走行距離を設定する目標使用走行距離設定手段と、
   前記バッテリを前記目標使用走行距離より短く設定された所定走行距離使用したときの劣化状態と前記バッテリ寿命限界とに基づき、前記目標使用走行距離で前記バッテリ寿命限界となるよう前記発電機から前記バッテリへ供給する電圧の供給特性を変更する供給電圧変更手段とを有することを特徴とする車両用発電機の電圧制御装置。
5. 前記供給電圧変更手段は、前記第２電圧を制御する第２電圧制御手段であることを特徴とする請求項４に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
6. 前記バッテリの残容量を検出する残容量検出手段と、
   前記バッテリの残容量が所定容量未満のとき、前記第１電圧から第２電圧への切替え制御を禁止する禁止手段とを有し、
   前記供給電圧変更手段は、前記所定容量を制御する容量調整手段であることを特徴とする請求項４または５に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
7. 前記第１及び第２劣化判定手段は、前記バッテリの放電量の積算値によって判定することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の車両用発電機の電圧制御装置。