JP2014058267A - 車両の発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の発電機によるバッテリの充電及び非充電の切り替わりの頻度を抑えつつ、バッテリの充電残量を適正範囲内に維持すること。
【解決手段】発電ＥＣＵ１のＭＰＵ１１は、車載ネットワーク９０などの通信媒体を通じて車載機器６の稼働状態に関する負荷情報を取得し、その負荷情報に基づいて車両の電力需要を算出する。さらに、ＭＰＵ１１は、現在のバッテリ９の充電残量の指標値と電力需要の算出値とに基づく充電開始条件の成立可否を判定する。この充電開始条件は、電力需要の算出値が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、現在のバッテリ９の充電残量の指標値がより大きいときに成立する条件である。さらに、ＭＰＵ１１は、充電終了条件が成立するまで、オルタネータ８を制御することによってオルタネータ８によるバッテリ９の充電を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両においてバッテリと電気的に接続された発電機を制御してバッテリを充電する車両の発電制御装置に関する。

車両に搭載されたバッテリは、オルタネータによって充電される。オルタネータは、車両のバッテリと電気的に接続されており、エンジンから伝達される機械的運動エネルギーを電気エネルギーへ変換する発電機である。オルタネータ（発電機）は、車両の発電制御装置によって制御される。

例えば、特許文献１には、車両の発電制御装置が、車両の電気負荷に流れる負荷電流が増加したときに、負荷電流の増加に起因する発電機（オルタネータ）のトルクの増加量を予測し、予測したトルクの増加量に応じて発電機の励磁電流の制御及びエンジン出力の補正を行うことについて示されている。

また、従来の車両において、バッテリの状態が車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって検出され、その検出結果に基づく各種の監視及び制御が行われている。例えば、特許文献２などにおいて、バッテリの充電残量の指標値であるＳＯＣ（State Of Charge）及びバッテリの劣化度を表すＳＯＨ（State OF Health）を算出する方法が示されている。なお、バッテリの充電残量は、バッテリの蓄電量の残量と同じ意味である。

一般に、ＳＯＣは、バッテリの満充電容量に対する充電残量の割合であり、ＳＯＣは、バッテリの定格満充電容量に対する実際の満充電容量の割合である。ＳＯＣ及びＳＯＨは、例えば、エンジン始動時などにおけるバッテリの出力電圧の測定値及び出力電流の測定値などに基づいて算出される。ＳＯＣ及びＳＯＨの算出方法は、特許文献２に示される方法の他、各種の方法が提案されている。

特開２００５−１９２３０８号公報 特開２００９−２１４７６６号公報

ところで、車両のバッテリは、充電残量が適正範囲を下回る状態で使用されると、顕著に劣化して寿命が大幅に短くなる。そのため、バッテリの充電残量が適正範囲を下回らないように、オルタネータ（発電機）によるバッテリの充電が適切に制御されることが望まれている。

また、オルタネータによるバッテリの充電が、バッテリの充電残量が適正範囲内における一定の設定値を下回るごとに行われると、以下に示されるような不都合が生じる。

第１の不都合は、車載機器の電力需要が大きい場合に、オルタネータがバッテリから機器への電流の流出を止めるのに十分な発電を行えない状態が一時的に発生し、バッテリの充電残量が一時的に適正範囲を下回ってしまう場合があることである。

第２の不都合は、第１の不都合を回避するために、一定の設定値が比較的大きな値に設定された場合に、バッテリの充電を行う状態と充電を行わない状態との切り替わりの頻度が高くなることである。バッテリの充電及び非充電の切り替え頻度が高くなると、オルタネータの出力変更に伴うエンジン出力の変動が頻発し、車両の乗り心地が悪化する。

本発明は、車両の発電機によるバッテリの充電及び非充電の切り替わりの頻度を抑えつつ、バッテリの充電残量を適正範囲内に維持することを目的とする。

本発明の第１態様に係る車両の発電制御装置は、以下に示される各構成要素を備える。
（１）第１の構成要素は、通信媒体を通じて車載機器の稼働状態に関する負荷情報を取得する負荷情報取得部である。
（２）第２の構成要素は、上記負荷情報に基づいて車両の電力需要を算出する電力需要算出部である。
（３）第３の構成要素は、現在のバッテリの充電残量の指標値と上記電力需要の算出値とに基づく充電開始条件の成立可否を判定する充電開始条件判定部である。ここで、上記充電開始条件は、上記電力需要の算出値が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、現在の上記バッテリの充電残量の指標値がより大きいときに成立する条件である。
（４）第４の構成要素は、上記充電開始条件が成立してから予め定められた充電終了条件が成立するまで、上記バッテリと電気的に接続された車両の発電機を制御することによって上記発電機による上記バッテリの充電を実行する充電制御部である。

本発明の第２態様に係る車両の発電制御装置は、第１態様に係る車両の発電制御装置の一態様である。第２態様に係る車両の発電制御装置において、上記充電開始条件は、上記電力需要の算出値と予め定められた設定時間との積に相当する電力量が上記現在のバッテリの充電残量の指標値と予め定められた下限値との差に相当する電力量を上回るときに成立し、そうでないときに成立しない条件である。

本発明の第３態様に係る車両の発電制御装置は、第１態様又は第２態様に係る車両の発電制御装置の一態様である。第３態様に係る車両の発電制御装置において、上記充電終了条件は、上記バッテリの充電を開始してからの経過時間が、上記電力需要の算出値と正の相関を有する設定充電時間を経過することを含む。

本発明の第４態様に係る車両の発電制御装置は、第１態様から第３態様のいずれかに係る車両の発電制御装置の一態様である。第４態様に係る車両の発電制御装置は、複数の上記車載機器各々の消費電力の情報が記録された消費電力情報記憶部をさらに備える。この場合、上記負荷情報取得部は、他の制御装置が複数の上記車載機器各々に対して出力する制御指令の情報を上記負荷情報として取得する。さらに、上記電力需要算出部は、上記消費電力情報記憶部に記録された情報と上記制御指令に対応する複数の上記車載機器各々の稼働状態とに基づく複数の上記車載機器各々の消費電力を合算することにより上記電力需要を算出する。

本発明の第５態様に係る車両の発電制御装置は、第１態様から第３態様のいずれかに係る車両の発電制御装置の一態様である。第５態様に係る車両の発電制御装置において、上記負荷情報取得部は、複数の他の制御装置各々が制御する上記車載機器の現在の消費電力の情報を上記負荷情報として上記他の制御装置各々から取得する。さらに、上記電力需要算出部は、上記負荷情報に基づく複数の上記車載機器の現在の消費電力を合算することにより上記電力需要を算出する。

上記の各態様に係る発明においては、現在のバッテリの充電残量の指標値と前記電力需要の算出値とに基づく充電開始条件が成立した場合に、車両の発電機によるバッテリの充電が実行される。その充電開始条件は、電力需要の算出値が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、現在のバッテリの充電残量の指標値がより大きいときに成立する条件である。

即ち、上記の各態様に係る発明によれば、車載機器の電力需要が大きいほど、充電残量の指標値がより大きな段階でバッテリの充電が開始される。そのため、車載機器の電力需要が大きい場合において、オルタネータによるバッテリの充電の遅れによってバッテリの充電残量が一時的に適正範囲を下回る不都合は回避される。

さらに、上記の各態様に係る発明によれば、車載機器の電力需要が小さいほど、充電残量の指標値がより小さくなるまでバッテリの充電は開始されない。そのため、バッテリの充電残量の指標値が比較的大きな一定の設定値を下回るごとにバッテリの充電が実行される場合とは異なり、バッテリの充電を行う状態と充電を行わない状態との切り替わりの頻度は比較的低く抑えられる。

従って、上記の各態様に係る発明によれば、車両の発電機によるバッテリの充電及び非充電の切り替わりの頻度を抑えつつ、バッテリの充電残量を適正範囲内に維持することが可能となる。その結果、バッテリの充電残量が過剰に低下することによってバッテリの寿命が短くなることが回避される。さらに、車両の発電機の出力変更に伴うエンジン出力の変動が頻発することに起因する車両の乗り心地の悪化も回避される。

また、第２態様に係る発明において、充電開始条件は、電力需要の算出値と予め定められた設定時間との積に相当する電力量が現在のバッテリの充電残量の指標値と予め定められた下限値との差に相当する電力量を上回るときに成立し、そうでないときに成立しない条件である。このような充電開始条件が採用されれば、バッテリの充電残量が一時的に適正範囲を下回る不都合がより確実に回避される。

また、第３態様に係る発明において、充電終了条件は、バッテリの充電を開始してからの経過時間が、電力需要の算出値と正の相関を有する設定充電時間を経過することを含む。この場合、電力需要が大きいためにバッテリの充電速度が低下する場合には、バッテリの充電が比較的長時間継続され、電力需要が小さいためにバッテリの充電速度が速い場合には、バッテリの充電が比較的短時間で終了する。これにより、電力需要が大きい場合に、充電終了後の短時間のうちに充電が再開されることを回避することができる。

また、第４態様に係る発明において、車載機器の稼働状態に関する負荷情報は、他の制御装置が複数の車載機器各々に対して出力する制御指令の情報である。さらに、電力需要算出部が、予め記憶部に記録された車載機器各々の消費電力の情報と制御指令の情報とに基づいて、車両の電力需要を算出する。この場合、車載機器を制御する他の制御装置が電力需要算出のための特別な処理を行う必要がない。その結果、本発明を既存の車両制御システムに適用することが容易となる。

また、第５態様に係る発明において、車載機器の稼働状態に関する負荷情報は、複数の他の制御装置各々が制御する車載機器の現在の消費電力の情報である。この場合、車載機器を制御する他の制御装置において、管理下の車載機器の現在の消費電力を算出する機能が追加される必要がある。しかしながら、車両の発電制御装置自体の構成及び演算内容を簡略化できる効果が得られる。

本発明の第１実施形態に係る車両の発電ＥＣＵ１及びそれを含む車両制御システム１０の概略ブロック図である。 発電ＥＣＵ１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 充電開始条件が成立するときの車両の電力需要とＳＯＣ（バッテリの充電残量の指標値）との関係の第１の例を模式的に表すグラフである。 充電開始条件が成立するときの車両の電力需要とＳＯＣ（バッテリの充電残量の指標値）との関係の第２の例を模式的に表すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る車両の発電ＥＣＵ１Ａ及びそれを含む車両制御システム１０Ａの概略ブロック図である。 発電ＥＣＵ１Ａが実行する処理の手順を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。

＜第１実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る車両の発電ＥＣＵ１及びそれを含む車両制御システム１０の構成について説明する。図１に示されるように、車両制御システム１０は、発電ＥＣＵ１、バッテリＥＣＵ２、負荷ＥＣＵ３、ゲートウェイＥＣＵ４、バッテリ９、オルタネータ８、電圧制御回路７及び車載機器６などにより構成されている。なお、発電ＥＣＵ１は、車両の発電制御装置の一例である。

＜バッテリ＞
バッテリ９は、車両に搭載された充電可能な蓄電池であり、車両における各種の電装機器に対して電力を供給する。バッテリ９は、イグニッションスイッチ６０を介して複数の車載機器６と電気的に接続されている。イグニッションスイッチ６０は、バッテリ９及びこれに並列に接続されたオルタネータ８から複数の車載機器６各々への電力供給ラインの接続と遮断とを選択的に切り替えるスイッチである。

＜車載機器＞
車載機器６は、車両に搭載された電装機器であり、バッテリ９の電力を消費する電力負荷である。例えば、電動窓もしくは電動シートなどを駆動するモータ、速度計などの各種の計器、空調機、オーディオ機器及び照明機器などが、車載機器６に含まれる。

＜ゲートウェイＥＣＵ＞
ゲートウェイＥＣＵ４は、複数の系統の車載ネットワーク９０各々と接続された通信中継装置である。ゲートウェイＥＣＵ４は、複数の系統の車載ネットワーク９０のいずれかに接続された負荷ＥＣＵ３及びバッテリＥＣＵ２と車載ネットワーク９０を通じて通信可能である。ゲートウェイＥＣＵ４が存在することにより、複数の系統の車載ネットワーク９０に跨る情報伝送が可能である。車載ネットワーク９０は、例えば周知のＣＡＮ（Controller Area Network）である。

さらに、ゲートウェイＥＣＵ４は、シリアル通信線９１を通じたシリアル通信機能を備えている。ゲートウェイＥＣＵ４は、複数の系統の車載ネットワーク９０各々において伝送される情報を取得し、取得した情報をシリアル通信線９１を通じて送信することができる。車両制御システム１０においては、ゲートウェイＥＣＵ４は、シリアル通信線９１を介して発電ＥＣＵ１と通信可能に接続されている。

＜負荷ＥＣＵ＞
負荷ＥＣＵ３は、１つ又は複数の車載機器６を制御する装置であり、通信媒体を通じて直接又は間接に接続されている。車両制御システム１０においては、複数の負荷ＥＣＵ３各々が複数の系統の車載ネットワーク９０のいずれかに接続されており、複数の系統の車載ネットワーク９０は、ゲートウェイＥＣＵ４を介して相互に接続されている。さらに、ゲートウェイＥＣＵ４は、シリアル通信線９１によって発電ＥＣＵ１と接続されている。

また、車両制御システム１０においては、複数の負荷ＥＣＵ３各々が複数の車載機器６各々に対して出力する制御指令の情報が、負荷ＥＣＵ３から車載ネットワーク９０、ゲートウェイＥＣＵ４及びシリアル通信線９１を通じて発電ＥＣＵ１へ伝送される。

＜バッテリＥＣＵ＞
バッテリＥＣＵ２は、バッテリ９の状態を検出し、検出結果を車載ネットワーク９０を通じて他の装置へ送信する装置である。例えば、バッテリＥＣＵ２は、バッテリ９の出力電圧及び出力電流の測定値に基づいて、バッテリ９の充電残量の指標値であるＳＯＣ及びバッテリ９の劣化度を表すＳＯＨなどのバッテリ９の状態値を算出する。

バッテリＥＣＵ２は、例えば、特許文献などにおいて提案されている公知の算出方法によってＳＯＣ及びＳＯＨを算出する。また、バッテリＥＣＵ２は、算出したＳＯＣを少なくとも発電ＥＣＵ１へ送信する。本実施形態においては、ＳＯＣの情報は、バッテリＥＣＵ２から車載ネットワーク９０、ゲートウェイＥＣＵ４及びシリアル通信線９１を通じて発電ＥＣＵ１へ伝送される。

＜オルタネータ＞
オルタネータ８は、車両に搭載された発電機であり、三相交流発電機８１と整流回路８２とを含む。三相交流発電機８１は、不図示のエンジンの駆動軸と連結されており、エンジンから伝達される機械的運動エネルギーを電気エネルギーへ変換する。

より具体的には、三相交流発電機８１が、機械的運動エネルギーから交流電力を生成し、整流回路８２が、三相交流発電機８１が生成した交流電力を全波整流によって直流電力へ変換する。なお、オルタネータ８は周知であるので、ここではオルタネータ８の詳細な説明は省略する。

オルタネータ８は、バッテリ９と電気的に並列に接続されている。そのため、オルタネータ８の出力電圧がバッテリ９の出力電圧とほぼ等しいレベルに調節されている場合、オルタネータ８及びバッテリ９がともに車載機器６に対して電力を供給する状態になる。

一方、オルタネータ８の出力電圧がバッテリ９の出力電圧よりも十分に高いレベルに調節されている場合、オルタネータ８が車載機器６とバッテリ９とに電力を供給する状態になる。これにより、バッテリ９がオルタネータ８によって充電される。

＜電圧制御回路＞
電圧制御回路７は、三相交流発電機８１の出力電圧を発電ＥＣＵ１から出力される設定電圧値に調節する回路である。具体的には、電圧制御回路７は、オルタネータ８の出力電圧の測定値を入力し、その測定値と設定電圧値との差に応じて三相交流発電機８１の励磁コイルに流れる電流を調節する。

なお、オルタネータ８の出力電圧を制御する回路は周知であるので、ここでは電圧制御回路７の詳細な説明は省略する。

＜発電ＥＣＵ＞
発電ＥＣＵ１は、バッテリ９と電気的に接続されたオルタネータ８を制御してバッテリ９を充電する車両の発電制御装置である。発電ＥＣＵ１は、電圧制御回路７を介してオルタネータ８を制御する。

発電ＥＣＵ１は、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）１１、シリアル通信インターフェース１２、ＲＡＭ１３、プログラム記憶部１４、消費電力記憶部１５及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）出力インターフェース１６などを備えている。

＜発電ＥＣＵ：プログラム記憶部、消費電力記憶部、ＲＡＭ＞
プログラム記憶部１４は、ＭＰＵ１１によって実行されるプログラムが記録された不揮発性のメモリである。例えばＲＯＭ又はフラッシュメモリなどがプログラム記憶部１４として採用される。ＲＡＭ１３は、ＭＰＵ１１がプログラムを実行する前にプログラム記憶部１４からロードされるプログラムを一時記憶する揮発性の高速メモリである。

プログラム記憶部１４に記録されたプログラムは、例えば、通信プログラム１４１、電力需要算出プログラム１４２、充電開始条件判定プログラム１４３、充電終了条件判定プログラム１４４及び充電制御プログラム１４５などの複数のプログラムモジュールを含む。これらプログラムモジュールに基づくＭＰＵ１１の処理については後述する。

＜発電ＥＣＵ：消費電力記憶部＞
消費電力記憶部１５は、消費電力情報が記録された不揮発性のメモリである。例えばＲＯＭ又はフラッシュメモリなどが消費電力記憶部１５として採用される。プログラム記憶部１４及び消費電力記憶部１５は、例えばそれぞれ個別に設けられた不揮発性のメモリ又はそれら２つを兼ねる１つの不揮発性のメモリにより構成される。なお、消費電力記憶部１５は、消費電力情報記憶部の一例である。

消費電力記憶部１５に記録された消費電力情報は、複数の車載機器６各々の消費電力の情報である。例えば、消費電力情報は、複数の車載機器６各々の識別情報と、各識別情報に対応する車載機器６の消費電力の情報とを含む。

また、車載機器６の消費電力の情報としては、以下に示されるような例が考えられる。第１の例における車載機器６の消費電力の情報は、バッテリ９と電気的に接続された全ての車載機器６が非稼働中であるときの総消費電力である総待機電力の情報と、車載機器６各々の稼働中の消費電力の情報とを含む。この場合、車載機器６各々の稼働中の消費電力の情報は、例えば、非稼働中の状態から稼働中の状態へ移行することによって増加する消費電力である。この場合、総待機電力と稼働中の車載機器６各々の消費電力との合算により、バッテリ９に接続された全ての車載機器６の消費電力である車両の電力需要を算出することができる。

第２の例における車載機器６の消費電力の情報は、車載機器６各々の非稼働中の消費電力の情報と、車載機器６各々の稼働中の消費電力の情報との両方を含む。この場合、車載機器６各々の稼働中の消費電力は車載機器６の定格消費電力である。この場合、非稼働中の車載機器６各々の消費電力と稼働中の車載機器６各々の消費電力との合算により、バッテリ９に接続された全ての車載機器６の消費電力である車両の電力需要を算出することができる。

また、消費電力記憶部５に記録された車載機器６の消費電力の情報が、消費電力そのものの値であること、或いはその他の消費電力の指標値であることが考えられる。例えば、車載機器６の消費電力の情報が、バッテリ９の満充電容量を単位時間で除算して得られる電力値に対する車載機器６の消費電力値の割合であることが考えられる。

＜発電ＥＣＵ：シリアル通信インターフェース＞
シリアル通信インターフェース１２は、シリアル通信線９１を介してゲートウェイＥＣＵ４と接続されており、シリアル通信線９１を通じたゲートウェイＥＣＵ４との通信の制御を行うインターフェースである。シリアル通信インターフェース１２は、所定のシリアル通信プロトコルに従ってＭＰＵ１１とシリアル通信線９１に接続されたゲートウェイＥＣＵ４との間のシリアル通信を中継する。

＜発電ＥＣＵ：ＰＷＭ出力インターフェース＞
ＰＷＭ出力インターフェース１６は、ＭＰＵ１１の出力値に応じたＰＷＭ信号を出力するインターフェースである。ＭＰＵ１１がＰＷＭ出力インターフェース１６に対して出力する信号の値は、オルタネータ８の出力電圧の設定値に相当する値である。

即ち、ＭＰＵ１１は、オルタネータ８の出力電圧の設定値を、ＰＷＭ出力インターフェース１６を通じて電圧制御回路７に対して出力する。電圧制御回路７は、ＭＰＵ１１からＰＷＭ出力インターフェース１６を通じて入力したＰＷＭ信号が表す設定値に従って、オルタネータ８の出力電圧を制御する。

＜発電ＥＣＵ：ＭＰＵ＞
ＭＰＵ１１は、プログラム記憶部１４からＲＡＭ１３にロードされたプログラムを実行するプロセッサである。ＭＰＵ１１は、プログラムを実行することにより、負荷ＥＣＵ３及びバッテリＥＣＵ２から情報を取得し、取得した情報に基づくオルタネータ８の出力電圧を制御する発電制御処理を実行する。

＜発電制御処理＞
以下、図２を参照しつつ、発電ＥＣＵ１のＭＰＵ１１による発電制御処理について説明する。図２は、発電ＥＣＵ１のＭＰＵ１１が実行する発電制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図２において、Ｓ１，Ｓ２，…Ｓ８は処理の手順の識別符号である。

ＭＰＵ１１は、例えば、車両のエンジンが始動するごとに、或いは、車両のエンジンが動作中における予め定められた周期で、図２に示される発電制御処理を実行する。

＜ステップＳ１＞
発電制御処理において、ＭＰＵ１１は、通信プログラム１４１を実行することにより、車載ネットワーク９０及びシリアル通信線９１を通じて車載機器の稼働状態に関する負荷情報を取得する（Ｓ１）。本実施形態においては、ＭＰＵ１１は、複数の負荷ＥＣＵ３が複数の車載機器３各々に対して出力する制御指令の情報を負荷情報として取得する。なお、車載ネットワーク９０及びシリアル通信線９１は通信媒体の一例である。また、通信プログラム１４１を実行するＭＰＵ１１は負荷情報取得部の一例である。

車載機器３に対する制御指令は、車載機器６の現在の稼働状態を表す。ここで言う現在の稼働状態は、現在及び現在に近い将来のいずれかの稼働状態を意味する。例えば、制御指令が車載機器３の起動指令である場合、その車載機器３は、動作中の状態である。また、制御指令が車載機器３の停止指令もしくは待機指令である場合、その車載機器３は、停止中もしくは待機中の状態である。

＜ステップＳ２＞
さらに、ＭＰＵ１１は、電力需要算出プログラム１４２を実行することにより、ステップＳ１で取得した負荷情報に基づいて車両の電力需要を算出する（Ｓ２）。本実施形態においては、ＭＰＵ１１は、まず、消費電力記憶部１５に記録された消費電力情報と、負荷情報として取得した制御指令に対応する複数の車載機器６各々の現在の稼働状態と、に基づいて複数の車載機器６各々の消費電力を特定する。さらに、ＭＰＵ１１は、複数の車載機器６各々における現在の稼働状態での消費電力を合算することにより、車両の電力需要を算出する。なお、電力需要算出プログラム１４２を実行するＭＰＵ１１は電力需要算出部の一例である。

例えば、消費電力情報が、総待機電力の情報と車載機器６各々の稼働中の消費電力の情報とを含む場合、ＭＰＵ１１は、総待機電力と稼働中の車載機器６各々の消費電力とを合算することによって車両の電力需要を算出する。

一方、消費電力情報が、車載機器６各々の非稼働中の消費電力の情報と、車載機器６各々の稼働中の消費電力の情報との両方を含む場合、ＭＰＵ１１は、非稼働中の車載機器６各々の消費電力と稼働中の車載機器６各々の消費電力とを合算することによって車両の電力需要を算出する。

＜ステップＳ３＞
さらに、ＭＰＵ１１は、通信プログラム１４１を実行することにより、バッテリＥＣＵ２からバッテリ９の状態の情報を取得する（Ｓ３）。ステップＳ３で取得されるバッテリ９の状態の情報には、少なくともバッテリ９の充電残量の指標値であるＳＯＣが含まれている。

＜ステップＳ４＞
さらに、ＭＰＵ１１は、充電開始条件判定プログラム１４３を実行することにより、予め定められた充電開始条件の成立可否を判定する（Ｓ４）。充電開始条件は、現在のバッテリ９のＳＯＣと電力需要の算出値とに基づく条件である。

充電開始条件は、電力需要の算出値が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、現在のバッテリ９のＳＯＣがより大きいときに成立する条件である。以下、充電開始条件の具体例について説明する。

以下の説明において、ＳＯＣｓｔは、現在のバッテリ９のＳＯＣ、即ち、充電開始条件の判定が行われる時点におけるバッテリ９のＳＯＣである。また、ＰＤは、ステップＳ２において算出された電力需要である。また、ＳＯＣｓｔ及びＰＤの単位は予め統一されている。例えば、ＳＯＣｓｔ及びＰＤの単位は、ワット、ジュール又はバッテリ９の満充電容量を単位時間で除算して得られる電力値に対する割合（％）などで統一されている。

充電開始条件の第１の例は、電力需要の算出値と予め定められた設定時間との積に相当する電力量が現在のバッテリ９のＳＯＣと予め定められた下限値との差に相当する電力量を上回るときに成立し、そうでないときに成立しない条件である。

より具体的には、充電開始条件の第１の例は、次の（１）式を満たすことである。（１）式において、ＰＤは電力需要の算出値、Ｔｓは予め定められた設定時間、ＳＯＣｓｔは現在のバッテリ９のＳＯＣ、ＳＯＣｍｉｎはバッテリ９の充電残量における予め定められた下限値である。また、（１）式において、Ｃ１及びＣ２は、電力需要の算出値ＰＤから導出される電力量の単位系とバッテリ９のＳＯＣから導出される電力量の単位系とを一致させるための定数である。

Ｃ１×ＰＤ×Ｔｓ ＞ Ｃ２×（ＳＯＣｓｔ−ＳＯＣｍｉｎ） …（１）

（１）式は、車両の電力需要が電力需要の算出値ＰＤで継続すればバッテリ９のＳＯＣが設定時間Ｔｓ内に下限値ＳＯＣｍｉｎを下回る場合に成立し、そうでない場合に成立しないことを示す条件式であるともいえる。なお、（１）式の他、（１）式を変形することにより得られる他の条件式が、充電開始条件の第１の例を表す条件式として採用されることも考えられる。

図３は、充電開始条件の第１の例が採用される場合における、その充電開始条件が成立するときの車両の電力需要の算出値（ＰＤ）とバッテリ９の充電残量の指標値（ＳＯＣｓｔ）との関係を模式的に表すグラフである。ＰＤ及びＳＯＣｓｔが図３における斜線の領域内に存在するときに充電開始条件が成立する。

図３からわかるように、充電開始条件の第１の例は、電力需要の算出値（ＰＤ）が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、現在のバッテリ９のＳＯＣ（ＳＯＣｓｔ）がより大きいときに成立する条件の一例である。

一方、充電開始条件の第２の例は、車両の電力需要の算出値（ＰＤ）に対して正の相関を有する充電残量のしきい値（ＳＯＣｓｈ）が予め設定されている状況下において、バッテリ９の充電残量の指標値（ＳＯＣｓｔ）が、電力需要の算出値（ＰＤ）に対応する充電残量のしきい値（ＳＯＣｓｈ）を下回っていることである。

図４は、充電開始条件の第２の例が採用される場合における、その充電開始条件が成立するときの車両の電力需要の算出値（ＰＤ）とバッテリ９の充電残量の指標値（ＳＯＣｓｔ）との関係を模式的に表すグラフである。ＰＤ及びＳＯＣｓｔが図４における斜線の領域内に存在するときに充電開始条件が成立する。

図４からわかるように、充電開始条件の第２の例も、電力需要の算出値（ＰＤ）が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、現在のバッテリ９のＳＯＣ（ＳＯＣｓｔ）がより大きいときに成立する条件の一例である。

ステップＳ４において、充電開始条件が成立しないと判定された場合、ＭＰＵ１１は処理を前述したステップＳ１へ戻す。一方、ステップＳ４において、充電開始条件が成立すると判定された場合、ＭＰＵ１１は処理を以下に示されるステップＳ５へ移行させる。

＜ステップＳ５＞
充電開始条件が成立する場合、ＭＰＵ１１は、充電制御プログラム１４５を実行することにより、オルタネータ８によるバッテリ９の充電を実行する（Ｓ５）。より具体的には、ＭＰＵ１１は、電圧制御回路７を通じて、バッテリ９と電気的に接続されたオルタネータ８の出力電圧をバッテリ９の定格出力電圧よりも高いレベルに調節することにより、オルタネータ８によるバッテリ９の充電を実行する。

前述したように、オルタネータ８の出力電圧の昇圧は、バッテリ９の定格出力電圧よりも高い設定値を表すＰＷＭ信号が、ＭＰＵ１１から電圧制御回路７へ出力されることによって行われる。これにより、バッテリ９の充電が開始される。そして、ＭＰＵ１１は、予め定められた充電終了条件の成立可否を判定しつつ、充電開始条件が成立してから充電終了条件が成立するまで、バッテリ９の充電を継続させる。なお、充電制御プログラム１４５を実行するＭＰＵ１１は充電制御部の一例である。

＜ステップＳ５，Ｓ６＞
ＭＰＵ１１は、バッテリ９の充電中において、充電終了条件判定プログラム１４４を実行することにより、予め定められた充電終了条件の成立可否を判定する（Ｓ５，Ｓ６）。なお、充電終了条件判定プログラム１４４を実行するＭＰＵ１１は充電開始条件判定部の一例である。

本実施形態においては、充電終了条件は、バッテリ９の充電を開始してからの経過時間が、電力需要の算出値ＰＤと正の相関を有する設定充電時間Ｔｃを経過すること、を含む。なお、その充電終了条件は、充電終了のための十分条件である。

より具体的には、ステップＳ５において、ＭＰＵ１１は、記電力需要の算出値ＰＤに基づいて、その電力需要の算出値ＰＤと正の相関を有する設定充電時間Ｔｃを導出する（Ｓ６）。この場合、電力需要の算出値ＰＤが相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、設定充電時間Ｔｃは相対的に大きくなる。

例えば、電力需要の算出値ＰＤから設定充電時間Ｔｃを導出する方法を定める充電時間情報が、プログラム記憶部１４又は消費電力記憶部１５などのメモリに予め記録されていることが考えられる。充電時間情報は、例えば、電力需要の算出値ＰＤから設定充電時間Ｔｃを導出する算出式の情報又はルックアップテーブなどである。

さらに、ステップＳ６において、ＭＰＵ１１は、バッテリ９の充電を開始してからの経過時間Ｔｐが、電力需要の算出値ＰＤと正の相関を有する設定充電時間Ｔｃを経過したか否かを判定する。即ち、バッテリ９の充電を開始してからの経過時間Ｔｐが設定充電時間Ｔｃを経過した場合に充電終了条件が成立し、そうでない場合には充電終了条件は成立しない。ＭＰＵ１１は、充電終了条件が成立するまで、ステップＳ６の処理を随時実行する。

そして、充電終了条件が成立した場合、ＭＰＵ１１は、充電制御プログラム１４５を実行することにより、オルタネータ８によるバッテリ９の充電を終了させる（Ｓ８）。より具体的には、ＭＰＵ１１は、電圧制御回路７を通じて、バッテリ９と電気的に接続されたオルタネータ８の出力電圧を基準電圧に調節することにより、オルタネータ８によるバッテリ９の充電を終了させる。基準電圧は、バッテリ９の定格出力電圧と同等の電圧である。

前述したように、オルタネータ８の出力電圧の降圧は、バッテリ９の定格出力電圧と同等の設定値を表すＰＷＭ信号が、ＭＰＵ１１から電圧制御回路７へ出力されることによって行われる。これにより、バッテリ９の充電が終了する。そして、ＭＰＵ１１は、ステップＳ８の処理の終了後、処理を前述したステップＳ１へ戻す。

＜効果＞
発電ＥＣＵ１においては、現在のバッテリの充電残量の指標値ＳＯＣｓｔと電力需要の算出値ＰＤとに基づく充電開始条件が成立した場合に、オルタネータ８によるバッテリ９の充電が実行される。その充電開始条件は、電力需要の算出値ＰＤが相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、ＳＯＣｓｔがより大きいときに成立する条件である。

即ち、発電ＥＣＵ１によれば、車載機器６の電力需要が大きいほど、充電残量の指標値ＳＯＣｓｔがより大きな段階でバッテリ９の充電が開始される。そのため、車載機器６の電力需要が大きい場合において、オルタネータ８によるバッテリ９の充電の遅れによってバッテリ９の充電残量が一時的に適正範囲を下回る不都合は回避される。

さらに、発電ＥＣＵ１によれば、車載機器６の電力需要が小さいほど、充電残量の指標値ＳＯＣｓｔがより小さくなるまでバッテリ９の充電は開始されない。そのため、バッテリ９の充電残量の指標値ＳＯＣｓｔが比較的大きな一定の設定値を下回るごとにバッテリ９の充電が実行される場合とは異なり、バッテリ９の充電を行う状態と充電を行わない状態との切り替わりの頻度は比較的低く抑えられる。

従って、発電ＥＣＵ１が採用されれば、オルタネータ８によるバッテリ９の充電及び非充電の切り替わりの頻度を抑えつつ、バッテリ９の充電残量を適正範囲内に維持することが可能となる。その結果、バッテリ９の充電残量が過剰に低下することによってバッテリ９の寿命が短くなることが回避される。さらに、オルタネータ８の出力変更に伴うエンジン出力の変動が頻発することに起因する車両の乗り心地の悪化も回避される。

また、充電開始条件の第１の例は、電力需要の算出値ＰＤと予め定められた設定時間Ｔｓとの積に相当する電力量が現在のバッテリの充電残量の指標値ＳＯＣｓｔと予め定められた下限値ＳＯＣｍｉｎとの差に相当する電力量を上回るときに成立し、そうでないときに成立しない条件である。

充電開始条件の第１の例が採用されれば、バッテリ９の充電残量が一定時間後に適正範囲を下回るか否かが高い精度で推定されるため、バッテリ９の充電残量が一時的に適正範囲を下回る不都合がより確実に回避される。

また、発電ＥＣＵ１において、充電終了条件は、バッテリ９の充電を開始してからの経過時間Ｔｐが、電力需要の算出値ＰＤと正の相関を有する設定充電時間Ｔｃを経過することを含む。この場合、電力需要が大きいためにバッテリ９の充電速度が低下する場合には、バッテリ９の充電が比較的長時間継続され、電力需要が小さいためにバッテリ９の充電速度が速い場合には、バッテリ９の充電が比較的短時間で終了する。これにより、電力需要が大きい場合に、充電終了後の短時間のうちに充電が再開されることを回避することができる。

また、発電ＥＣＵ１において、車載機器６の稼働状態に関する負荷情報は、負荷ＥＣＵ３（他の制御装置）が複数の車載機器６各々に対して出力する制御指令の情報である。さらに、ＭＰＵ１１が、予め消費電力記憶部１５に記録された車載機器６各々の消費電力の情報と制御指令の情報とに基づいて、車両の電力需要を算出する。この場合、車載機器６を制御する負荷ＥＣＵ３が電力需要算出のための特別な処理を行う必要がない。その結果、発電ＥＣＵ１を既存の車両制御システムに適用することが容易となる。

＜第２実施形態＞
次に、図５を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る発電ＥＣＵ１Ａ及びそれを含む車両制御システム１０Ａの構成について説明する。発電ＥＣＵ１Ａは、図１に示された発電ＥＣＵ１と比較して、シリアル通信インターフェース１２が車載ＬＡＮ（Local Area Network）インターフェース１２Ａへ置き換えられ、さらに消費電力記憶部１５が省略された構成を有している。図５において、図１に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。以下、発電ＥＣＵ１Ａ及び車両制御システム１０Ａにおける発電ＥＣＵ１及び車両制御システム１０と異なる点についてのみ説明する。

図５に示されるように、車両制御システム１０Ａは、発電ＥＣＵ１Ａ、バッテリＥＣＵ２、負荷ＥＣＵ３、バッテリ９、オルタネータ８、電圧制御回路７及び車載機器６などにより構成されている。なお、発電ＥＣＵ１Ａは、車両の発電制御装置の一例である。

＜発電ＥＣＵ：車載ＬＡＮインターフェース＞
車載ＬＡＮインターフェース１２Ａは、車載ネットワーク９０を介してバッテリＥＣＵ２及び複数の負荷ＥＣＵ３と接続されており、車載ネットワーク９０を通じたバッテリＥＣＵ２及び複数の負荷ＥＣＵ３各々との通信の制御を行うインターフェースである。車載ＬＡＮインターフェース１２Ａは、ＣＡＮなどの車載ネットワーク９０の通信プロトコルに従ってＭＰＵ１１と車載ネットワーク９０に接続されたバッテリＥＣＵ２及び負荷ＥＣＵ３各々との間のデータ通信を中継する。

また、車両制御システム１０Ａにおいては、複数の負荷ＥＣＵ３各々が制御する車載機器６の現在の消費電力の情報が、負荷ＥＣＵ３から車載ネットワーク９０を通じて発電ＥＣＵ１Ａへ伝送される。

負荷ＥＣＵ３各々は、図２のステップＳ２において発電ＥＣＵ１のＭＰＵ１１が実行する処理と同様の処理を行うことにより、自装置の制御対象である車載機器６の現在の消費電力の情報を導出する。さらに、導出された負荷ＥＣＵ３ごとの車載機器６の現在の消費電力の情報は、車載ネットワーク９０を通じて負荷ＥＣＵ３各々から発電ＥＣＵ１ＡのＭＰＵ１１へ伝送される。

＜発電制御処理＞
以下、図６を参照しつつ、発電ＥＣＵ１ＡのＭＰＵ１１による発電制御処理について説明する。図６は、発電ＥＣＵ１ＡのＭＰＵ１１が実行する発電制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図２において、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３〜Ｓ８は処理の手順の識別符号である。

ＭＰＵ１１は、例えば、車両のエンジンが始動するごとに、或いは、車両のエンジンが動作中における予め定められた周期で、図６に示される発電制御処理を実行する。

＜ステップＳ１０＞
発電制御処理において、発電ＥＣＵ１ＡのＭＰＵ１１は、通信プログラム１４１を実行することにより、車載ネットワーク９０を通じて車載機器の稼働状態に関する負荷情報を取得する（Ｓ１０）。本実施形態においては、ＭＰＵ１１は、複数の負荷ＥＣＵ３各々が制御する車載機器６の現在の消費電力の情報を負荷情報として取得する。なお、車載ネットワーク９０は通信媒体の一例である。また、通信プログラム１４１を実行するＭＰＵ１１は負荷情報取得部の一例である。

＜ステップＳ２０＞
さらに、発電ＥＣＵ１ＡのＭＰＵ１１は、電力需要算出プログラム１４２を実行することにより、ステップＳ１で取得した負荷情報に基づいて車両の電力需要を算出する（Ｓ２０）。本実施形態においては、ＭＰＵ１１は、負荷ＥＣＵ３各々から取得した負荷情報に基づく複数の車載機器６の現在の消費電力を合算することにより電力需要を算出する。なお、電力需要算出プログラム１４２を実行するＭＰＵ１１は電力需要算出部の一例である。

＜ステップＳ３〜Ｓ８＞
そして、発電ＥＣＵ１ＡのＭＰＵ１１は、発電ＥＣＵ１のＭＰＵ１１と同様に、ステップＳ３〜Ｓ８の処理を実行する。

＜効果＞
発電ＥＣＵ１Ａが採用された場合、発電ＥＣＵ１が採用される場合と同様の効果が得られる。但し、発電ＥＣＵ１Ａにおいて、車載機器６の稼働状態に関する負荷情報は、複数の負荷ＥＣＵ３各々が制御する車載機器６の現在の消費電力の情報である。この場合、車載機器６を制御する負荷ＥＣＵ３において、管理下の車載機器６の現在の消費電力を算出する機能が追加される必要がある。

しかしながら、発電ＥＣＵ１Ａが採用された場合、発電ＥＣＵ１Ａ自体の構成及び演算内容を簡略化できる効果が得られる。

なお、本発明に係る車両の発電制御装置は、各請求項に記載された発明の範囲において、以上に示された実施形態を自由に組み合わせること、或いは実施形態を適宜、変形すること又は一部省略することによって構成されることも可能である。

１，１Ａ 発電ＥＣＵ（車両の発電制御装置）
２ バッテリＥＣＵ
３ 負荷ＥＣＵ（他の制御装置）
３ 車載機器
４ ゲートウェイＥＣＵ
５ 消費電力記憶部
６ 車載機器
７ 電圧制御回路
８ オルタネータ（車両の発電機）
９ バッテリ
１０，１０Ａ 車両制御システム
１１ ＭＰＵ
１２ シリアル通信インターフェース
１３ ＲＡＭ
１４ プログラム記憶部
１５ 消費電力記憶部（消費電力情報記憶部）
１６ ＰＷＭ出力インターフェース
６０ イグニッションスイッチ
８１ 三相交流発電機
８２ 整流回路
９０ 車載ネットワーク（通信媒体）
９１ シリアル通信線（通信媒体）
１４１ 通信プログラム（負荷情報取得部）
１４２ 電力需要算出プログラム（電力需要算出部）
１４３ 充電開始条件判定プログラム（充電開始条件判定部）
１４４ 充電終了条件判定プログラム
１４５ 充電制御プログラム（充電制御部）
１２Ａ 車載ＬＡＮインターフェース
Ｓ１〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ２０ ステップ（処理手順の識別符号）

Claims (5)

1. 通信媒体を通じて車載機器の稼働状態に関する負荷情報を取得する負荷情報取得部と、
   前記負荷情報に基づいて車両の電力需要を算出する電力需要算出部と、
   現在のバッテリの充電残量の指標値と前記電力需要の算出値とに基づく充電開始条件の成立可否を判定する充電開始条件判定部と、
   前記充電開始条件が成立してから予め定められた充電終了条件が成立するまで、前記バッテリと電気的に接続された車両の発電機を制御することによって前記発電機による前記バッテリの充電を実行する充電制御部と、を備え、
   前記充電開始条件は、前記電力需要の算出値が相対的に小さい場合よりも大きい場合の方が、前記現在のバッテリの充電残量の指標値がより大きいときに成立する条件である、車両の発電制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の発電制御装置であって、
   前記充電開始条件は、前記電力需要の算出値と予め定められた設定時間との積に相当する電力量が前記現在のバッテリの充電残量の指標値と予め定められた下限値との差に相当する電力量を上回るときに成立し、そうでないときに成立しない条件である、を備える車両の発電制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両の発電制御装置であって、
   前記充電終了条件は、前記バッテリの充電を開始してからの経過時間が、前記電力需要の算出値と正の相関を有する設定充電時間を経過することを含む、車両の発電制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両の発電制御装置であって、
   複数の前記車載機器各々の消費電力の情報が記録された消費電力情報記憶部をさらに備え、
   前記負荷情報取得部は、他の制御装置が複数の前記車載機器各々に対して出力する制御指令の情報を前記負荷情報として取得し、
   前記電力需要算出部は、前記消費電力情報記憶部に記録された情報に基づいて、複数の前記車載機器各々が前記制御指令に対応する稼働状態において消費する電力を合算することにより前記電力需要を算出する、車両の発電制御装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両の発電制御装置であって、
   前記負荷情報取得部は、複数の他の制御装置各々が制御する前記車載機器の現在の消費電力の情報を前記負荷情報として前記他の制御装置各々から取得し、
   前記電力需要算出部は、前記負荷情報に基づく複数の前記車載機器の現在の消費電力を合算することにより前記電力需要を算出する、車両の発電制御装置。

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