JP2013074723A

JP2013074723A - 車両用発電制御装置

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Publication number: JP2013074723A
Application number: JP2011211961A
Authority: JP
Inventors: Yoribumi Ooka; 頼史大岡
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP5780906B2

Abstract

【課題】発電機が回生モードで制御される頻度を増加させることができ、これにより燃費の向上を図ることができる、車両用発電制御装置を提供する。
【解決手段】回生モード制御下では、エンジン２の駆動状態に応じて、オルタネータ３による発電およびその停止が切り替えられる。充電モード制御下では、エンジン２の駆動状態にかかわらず、オルタネータ３による発電が継続される。バッテリ４の充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間は、回生モード制御が実行される。充電残量が第２残量に低下すると、充電モード制御が実行される。その後は、第１残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第３残量を上限とし、第３残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第４残量を下限とする範囲内にバッテリ４の充電残量が収まるように、回生モード制御および充電モード制御が切り替えて実行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、オルタネータなどの発電機を制御する車両用発電制御装置に関する。

近年、エンジンを駆動源とする自動車では、オルタネータ回生制御が採用され始めている。オルタネータ回生制御は、オルタネータによる発電を抑制し、エンジンの負荷を減らすことにより、燃費を向上させる技術である。

オルタネータ回生制御では、バッテリの充電残量が常に監視されている。バッテリの充電残量が一定量以下に低下するまでは、エンジンにおける燃料噴射中（エンジン駆動中）、オルタネータによる発電が停止されて、バッテリに蓄えられた電力がヘッドライトなどの電装品に供給される。その結果、エンジンの負荷を減らすことができ、燃費の向上を図ることができる。一方、エンジンにおける燃料カット（燃料噴射停止）中、つまり自動車の減速時は、オルタネータで車輪から入力される動力が電力に変換（回生）されて、オルタネータから出力される電力でバッテリが充電される。このように、バッテリの充電残量が一定量以下に低下するまでは、回生モードとして、自動車の走行状況に応じて、オルタネータによる発電およびその停止が切り替えられる。

バッテリの充電残量が一定量以下に低下すると、回生モードから充電モードに移行する。充電モードでは、自動車の走行状況にかかわらず、オルタネータによる発電が継続され、オルタネータから出力される電力でバッテリが充電される。したがって、エンジン駆動中は、オルタネータでエンジンの動力が電力に変換されることになる。そのため、充電モードでは、エンジンの負荷が増大し、エンジンにおける燃料消費量が増える。

特開２００７−３１８８８８号公報

充電モードは、バッテリが満充電されるまで継続される。そのため、バッテリの充電残量が一定量以下に低下すると、その後、充電モードから回生モードに復帰するまでに時間がかかる。その結果、燃費が悪化する。

本発明の目的は、発電機が回生モードで制御される頻度を増加させることができ、これにより燃費の向上を図ることができる、車両用発電制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用発電制御装置は、車両の駆動源の出力軸から受ける動力を電力に変換して、その電力をバッテリおよび電気負荷に供給するための発電機を制御する車両用発電制御装置であって、前記バッテリの充電残量を検出する充電残量検出手段と、前記発電機を回生モードで制御し、前記駆動源の駆動状態に応じて、前記発電機による発電およびその停止を切り替える回生モード制御手段と、前記発電機を充電モードで制御し、前記駆動源の駆動状態にかかわらず、前記発電機による発電で前記バッテリを充電させる充電モード制御手段と、前記充電残量検出手段によって検出される充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間は、前記回生モード制御手段による制御を実行させ、充電残量が前記第２残量に低下すると、前記充電モード制御手段による制御を実行させ、その後は、前記第１残量よりも小さくかつ前記第２残量よりも大きい第３残量を上限とし、前記第３残量よりも小さくかつ前記第２残量よりも大きい第４残量を下限とする範囲内に充電残量が収まるように、前記回生モード制御手段による制御および前記充電モード制御手段による制御を切り替えて実行させる制御切替手段とを含む。

回生モード制御手段による制御下では、駆動源の駆動状態に応じて、発電機による発電およびその停止が切り替えられる。たとえば、駆動源の駆動中は、発電機による発電が停止されて、バッテリに蓄えられた電力が電気負荷に供給される。その結果、駆動源の負荷を減らすことができ、燃費の向上を図ることができる。一方、駆動源の駆動停止中は、車輪から駆動源の出力軸に伝達される動力で発電機が駆動されて、発電機から出力される電力が電気負荷に供給されるとともに、その電力でバッテリが充電される。

充電モード制御手段による制御下では、駆動源の駆動状態にかかわらず、発電機による発電が継続され、発電機から出力される電力でバッテリが充電される。

充電残量検出手段により、バッテリの充電残量が検出され、その充電残量に基づいて、回生モード制御手段による制御と充電モード制御手段による制御とが選択的に実行される。

具体的には、充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間は、回生モード制御手段による制御が実行される。

充電残量が第２残量に低下すると、充電モード制御手段による制御が実行される。

その後は、第１残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第３残量を上限とし、第３残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第４残量を下限とする範囲内に充電残量が収まるように、回生モード制御手段による制御および充電モード制御手段による制御が切り替えて実行される。

これにより、充電残量が第２残量に低下した後も、回生モード制御手段による制御が頻繁に実行される。その結果、駆動源の負荷が低減される割合が増え、燃費が向上する。

充電残量が第２残量に低下した後、発電機の制御が進むにつれて、第３残量および第４残量が段階的に引き上げられてもよい。

これにより、発電機の制御が進むにつれて、バッテリの充電残量を第１残量に近づけることができる。

そして、充電残量が第２残量に低下した後、最終的には、第１残量を上限とし、第４残量を下限とする範囲内に充電残量が収まるように、回生モード制御手段による制御および充電モード制御手段による制御が切り替えて実行されることが好ましい。

これにより、バッテリの充電残量を第１残量にすることができる。バッテリの充電残量が第１残量になった後は、充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間、回生モード制御手段による制御が実行される。その結果、駆動源の負荷が低減される割合がさらに増える。よって、燃費のさらなる向上を図ることができる。

充電残量検出手段は、バッテリの充電残量がバッテリに供給される充電電流およびバッテリからの放電電流の積算からの推定によって検出するものであってもよい。この場合、第１残量がバッテリの満充電量に設定され、充電残量検出手段によって検出される充電残量が第１残量に達した後も、所定時間にわたって、発電機による発電が継続されることが好ましい。

これにより、バッテリを確実に満充電することができる。また、バッテリの実際の充電残量と充電残量検出手段によって検出される充電残量とを第１残量で一致させることができる。その結果、充電残量検出手段による検出誤差をなくすことができ、バッテリの充電残量を精度よく検出することができる。

本発明によれば、発電機が回生モードで制御される頻度を増加させて、駆動源の負荷が低減される割合を増やすことができる。よって、燃費の向上を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用発電制御装置が備えられた車両の要部構成を示すブロック図である。図２は、バッテリの充電残量の時間変化の一例を示すグラフである。図３は、バッテリの充電残量の時間変化の他の例を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用発電制御装置が備えられた車両の要部構成を示すブロック図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。車両１には、オルタネータ３およびバッテリ４が備えられている。また、車両１には、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電装品が電気負荷５として備えられている。

オルタネータ３は、回転軸６を備えている。回転軸６およびエンジン２の出力軸７には、ベルト８が巻き掛けられており、回転軸６には、出力軸７の回転がベルト８を介して伝達される。オルタネータ３には、ロータコイル（フィールドコイル）を有するロータ、ステータコイルを有するステータおよびレクチファイアが内蔵されている。回転軸６の回転に伴って、ロータが回転する。このとき、ロータコイルに励磁電流が供給されていれば、ロータの回転に伴って、ステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、レクチファイアにより、直流電流に変換される。オルタネータ３からは、直流電流が出力される。

オルタネータ３のプラス端子は、バッテリ４のプラス端子と電気的に接続されている。また、オルタネータ３のプラス端子とバッテリ４のマイナス端子との間に、電気負荷５が電気的に接続されている。

バッテリ４のマイナス端子に関連して、電流センサ９が設けられている。電流センサ９は、バッテリ４のマイナス端子に流入する充電電流とバッテリ４のマイナス端子から流出する放電電流とを区別して検出する。

また、車両１には、マイクロコンピュータを含む構成の制御部１０が備えられている。

制御部１０には、電流センサ９の検出信号が入力されるようになっている。

制御部１０は、電流センサ９の検出信号に基づいて、オルタネータ３（ロータコイルの通電）を制御する。具体的には、制御部１０は、オルタネータ３の制御のために、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、充電残量算出部１１、回生モード制御部１２、充電モード制御部１３および制御切替部１４を実質的に備えている。

充電残量算出部１１は、電流センサ９の検出信号に基づいて、バッテリ４に流入する充電電流の積算値（充電電流量）およびバッテリ４から流出する放電電流の積算値（放電電流量）を演算し、それらの積算値の差分からバッテリ４の充電残量を算出（推定により検出）する。

回生モード制御部１２は、オルタネータ３を回生モードで制御する。回生モードでは、エンジン２における燃料噴射中（エンジン駆動中）は、オルタネータ３のロータコイルへの通電が停止されて、オルタネータ３による発電が停止される。このとき、電気負荷５には、バッテリ４から電力が供給される。一方、エンジン２における燃料カット（燃料噴射停止）中は、オルタネータ３のロータコイルに励磁電流が供給されて、車両１の車輪からエンジン２の出力軸７に伝達される動力により、オルタネータ３が発電する。そして、オルタネータ３から出力される電力が電気負荷５に供給されるとともに、余剰電力でバッテリ４が充電される。

充電モード制御部１３は、オルタネータ３を充電モードで制御する。充電モードでは、エンジン２における燃料の噴射中および噴射停止中にかかわらず、オルタネータ３のオルタネータ３のロータコイルに励磁電流が供給されて、オルタネータ３が発電する。そして、オルタネータ３から出力される電力が電気負荷５に供給されるとともに、バッテリ４が積極的に充電される。

制御切替部１４は、充電残量算出部１１によって算出されるバッテリ４の充電残量（以下、単に「バッテリ４の充電残量」という。）に基づいて、回生モード制御部１２によるオルタネータ３の制御と充電モード制御部１３によるオルタネータ３の制御とを切り替える。

図２は、バッテリの充電残量の時間変化の一例を示すグラフである。

制御切替部１４は、バッテリ４の充電残量が満充電量である第１残量（０Ａ・ｓ）から予め定められた第２残量（たとえば、−１００００Ａ・ｓ）に低下するまでの間は、回生モード制御部１２による制御を実行させる。

バッテリ４の充電残量が第２残量に低下すると、制御切替部１４は、充電モード制御部１３による制御を実行させる。

その後は、第１残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第３残量（たとえば、−８０００Ａ・ｓ）を上限とし、第３残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第４残量（たとえば、−９０００Ａ・ｓ）を下限とする範囲内にバッテリ４の充電残量が収まるように、回生モード制御部１２による制御および充電モード制御部１３による制御を切り替えて実行させる。すなわち、充電モード制御部１３による制御が実行されて、バッテリ４の残量が第３残量に達すると、制御切替部１４により、充電モード制御部１３による制御から回生モード制御部１２による制御に切り替えられる。その後、回生モード制御部１２による制御の下、バッテリ４の残量が第４残量に低下すると、制御切替部１４により、回生モード制御部１２による制御から充電モード制御部１３による制御に切り替えられる。

なお、回生モード制御部１２による制御および充電モード制御部１３による制御が交互に切り替えて実行されても、車両１の減速が続くと、回生モード制御部１２による制御中にバッテリ４の充電残量が第１残量に達する。

以上のように、回生モード制御部１２による制御下では、エンジン２の駆動状態に応じて、オルタネータ３による発電およびその停止が切り替えられる。たとえば、エンジン２の駆動中は、オルタネータ３による発電が停止されて、バッテリ４に蓄えられた電力が電気負荷５に供給される。その結果、エンジン２の負荷を減らすことができ、燃費の向上を図ることができる。一方、エンジン２の駆動停止中は、車輪からエンジン２の出力軸７に伝達される動力でオルタネータ３が駆動されて、オルタネータ３から出力される電力が電気負荷５に供給されるとともに、その電力でバッテリ４が充電される。

充電モード制御部１３による制御下では、エンジン２の駆動状態にかかわらず、オルタネータ３による発電が継続され、オルタネータ３から出力される電力でバッテリ４が充電される。

充電残量算出部１１により、バッテリ４の充電残量が算出され、その充電残量に基づいて、制御切替部１４は、回生モード制御部１２による制御と充電モード制御部１３による制御とを選択的に実行させる。

具体的には、バッテリ４の充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間は、回生モード制御部１２による制御が実行される。

充電残量が第２残量に低下すると、充電モード制御部１３による制御が実行される。

その後は、第１残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第３残量を上限とし、第３残量よりも小さくかつ第２残量よりも大きい第４残量を下限とする範囲内にバッテリ４の充電残量が収まるように、回生モード制御部１２による制御および充電モード制御部１３による制御が切り替えて実行される。

これにより、充電残量が第２残量に低下した後も、回生モード制御部１２による制御が頻繁に実行される。その結果、エンジン２の負荷が低減される割合が増え、燃費が向上する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、図３に示されるように、バッテリ４の充電残量が第２残量に低下した後、制御切替部１４により、回生モード制御部１２による制御および充電モード制御部１３による制御が交互に切り替えて実行される際に、制御が進むにつれて、第３残量および第４残量が段階的に（たとえば、充電モード制御部１３による制御から回生モード制御部１２による制御に切り替わる度に、それぞれ５００Ａ・ｓずつ）引き上げられてもよい。

これにより、制御が進むにつれて、バッテリ４の充電残量を第１残量に近づけることができる。

そして、第３残量および第４残量が段階的に引き上げられる場合、充電残量が第２残量に低下した後、最終的には、第１残量を上限とし、第４残量を下限とする範囲内に充電残量が収まるように、回生モード制御部１２による制御および充電モード制御部１３による制御が切り替えて実行されることが好ましい。

これにより、バッテリ４の充電残量を第１残量にすることができる。バッテリ４の充電残量が第１残量になった後は、充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間、回生モード制御部１２による制御が実行される。その結果、エンジン２の負荷が低減される割合がさらに増える。よって、燃費のさらなる向上を図ることができる。

バッテリ４の充電残量が第１残量に達した後は、直ちに充電モード制御部１３による制御から回生モード制御部１２による制御に切り替えられてもよいし、その後の所定時間にわたって、充電モード制御部１３による制御が継続されてもよい。

充電モード制御部１３による制御が継続される場合、バッテリ４を確実に満充電することができる。また、バッテリ４の実際の充電残量と充電残量算出部１１によって算出されるバッテリ４の充電残量とを第１残量で一致させることができる。その結果、充電残量算出部１１による検出誤差をなくすことができ、バッテリ４の充電残量を精度よく検出することができる。

また、充電残量算出部１１によって算出されるバッテリ４の充電残量は、バッテリ４の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）であってもよい。

また、第１残量がバッテリ４の満充電量であるとしたが、第１残量は、その満充電量よりも小さい値に設定されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１車両
２エンジン（駆動源）
３オルタネータ（発電機）
４バッテリ
５電気負荷
７出力軸
９電流センサ（充電残量検出手段）
１１充電残量算出部（充電残量検出手段）
１２回生モード制御部（回生モード制御手段）
１３充電モード制御部（充電モード制御手段）
１４制御切替部（制御切替手段）

Claims

車両の駆動源の出力軸から受ける動力を電力に変換して、その電力をバッテリおよび電気負荷に供給するための発電機を制御する車両用発電制御装置であって、
前記バッテリの充電残量を検出する充電残量検出手段と、
前記発電機を回生モードで制御し、前記駆動源の駆動状態に応じて、前記発電機による発電およびその停止を切り替える回生モード制御手段と、
前記発電機を充電モードで制御し、前記駆動源の駆動状態にかかわらず、前記発電機による発電で前記バッテリを充電させる充電モード制御手段と、
前記充電残量検出手段によって検出される充電残量が第１残量から第２残量に低下するまでの間は、前記回生モード制御手段による制御を実行させ、充電残量が前記第２残量に低下すると、前記充電モード制御手段による制御を実行させ、その後は、前記第１残量よりも小さくかつ前記第２残量よりも大きい第３残量を上限とし、前記第３残量よりも小さくかつ前記第２残量よりも大きい第４残量を下限とする範囲内に充電残量が収まるように、前記回生モード制御手段による制御および前記充電モード制御手段による制御を切り替えて実行させる制御切替手段とを含む、車両用発電制御装置。
前記制御切替手段は、前記充電残量検出手段によって検出される充電残量が前記第２残量に低下した後、前記発電機の制御が進むにつれて、前記第３残量および前記第４残量を段階的に引き上げる、請求項１に記載の車両用発電制御装置。
前記制御切替手段は、前記充電残量検出手段によって検出される充電残量が前記第２残量に低下した後、最終的に、前記第１残量を上限とし、前記第４残量を下限とする範囲内に充電残量が収まるように、前記回生モード制御手段による制御および前記充電モード制御手段による制御を切り替えて実行させる、請求項２に記載の車両用発電制御装置。