JP2016046903A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電特性として鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するサブバッテリを、鉛バッテリに並列接続する場合において、両バッテリそれぞれを最適に充電できるようにする。【解決手段】サブバッテリ２ｂのＳＯＣ（残容量）がしきい値Ｓｔｈ（６０％）以上であるか否かに応じて、エンジン制御部１２１によりオルタネータ１０による充電電圧を可変制御する。そのため、サブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値以上であれば、充電電圧を下げることにより鉛バッテリ２ａの充電を優先することができ、サブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値より低ければ、充電電圧を上げてサブバッテリ２ｂの充電を優先することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛バッテリのほかに、鉛バッテリに並列接続され充電特性として鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するサブバッテリを有し、これらバッテリの充電制御を行う車両用制御装置に関する。

従来、車両に搭載された鉛バッテリと、車両に搭載されて鉛バッテリに並列接続されたサブバッテリと、エンジンの駆動中に鉛バッテリまたはサブバッテリを充電するオルタネータ等の発電手段と、発電手段を制御することにより鉛バッテリまたはサブバッテリの充電電圧を制御する制御手段とを備え、これら両バッテリを使い分けながら各種電気負荷に対して電力を供給することが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−３６５５７号公報（段落０００２ほか参照）

しかし、サブバッテリが例えばニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリのように、充電特性として鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有する場合に、充電電圧をパラメータとしてサブバッテリ（Ｎｉ−ＭＨ）の残容量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と、鉛バッテリのＳＯＣとの関係を表わすと、例えば図４に示すようになり、発電手段（オルタネータ）により１５．５Ｖで充電すると、充電電圧が高く充電されやすいサブバッテリのみが充電される一方、鉛バッテリは充電不足になり、充電電圧を少し下げて１４．５Ｖにすると、鉛バッテリも充電されるが、充電が長時間になると、サブバッテリ（Ｎｉ−ＭＨ）が発熱して故障に至るおそれがある。また、充電電圧を更に下げて１３．５Ｖ等にすると、鉛バッテリのみが充電されてサブバッテリは充電不足になるという問題がある。

したがって、充電特性として鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するＮｉ−ＭＨバッテリ等のサブバッテリを、鉛バッテリに並列接続する場合には、故障等を招くことなく鉛バッテリおよびサブバッテリそれぞれを最適に充電できる充電制御を行う必要がある。

本発明は、充電特性として鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するサブバッテリを、鉛バッテリに並列接続する場合において、両バッテリそれぞれを最適に充電できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車両用制御装置は、車両に搭載された鉛バッテリと、前記車両に搭載されて前記鉛バッテリに並列接続され充電特性として前記鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するサブバッテリと、エンジンの駆動中に前記鉛バッテリまたは前記サブバッテリを充電する発電手段と、前記発電手段を制御することにより前記鉛バッテリまたは前記サブバッテリの充電電圧を制御する制御手段とを備えた車両用制御装置において、前記サブバッテリの残容量を検出する残容量検出手段を備え、前記制御手段は、前記残容量検出手段により検出される前記サブバッテリの残量量に応じて、前記発電手段を制御することで前記充電電圧を可変制御することを特徴としている（請求項１）。

また、本発明は、前記車両に搭載された電気負荷の使用状態を検出する負荷検出手段を備え、前記制御手段は、前記負荷検出手段により前記電気負荷の使用状態が予め定められた高負荷状態であるときには、前記充電電圧が、前記サブバッテリの残容量に関係なく前記サブバッテリが充電されにくい低い電圧になるように前記発電手段を可変制御するようにしてもよい（請求項２）。

請求項１に係る発明によれば、残容量検出手段により検出されるサブバッテリの残量量に応じて、制御手段により、発電手段を制御して充電電圧を可変制御するため、例えばサブバッテリの残容量が所定のしきい値よりも高いときには、充電電圧を低く設定することにより、鉛バッテリの充電を優先することができ、サブバッテリの残容量が所定のしきい値よりも低いときには、充電電圧を高く設定することにより、サブバッテリの充電を優先することができ、一方のバッテリのみが充電されて他方が充電不足になることのない最適な充電電圧で充電することができ、いずれかのバッテリの故障を招くこともなく、両バッテリそれぞれを最適に充電することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、負荷検出手段により電気負荷の使用状態が予め定められた高負荷状態であるときには、充電電圧が、サブバッテリの残容量に関係なくサブバッテリが充電されにくい低い電圧になるように、制御手段により発電手段が可変制御されるため、高負荷状態のときには鉛バッテリが優先的に充電することができ、鉛バッテリをいち早く充電して高負荷状態に対応することができる。

本発明に係る車両用制御装置の第１実施形態のブロック図である。 第１実施形態の動作説明図である。 本発明に係る車両用制御装置の第２実施形態の動作説明図である。 Ｎｉ−ＭＨのサブバッテリのＳＯＣと鉛バッテリのＳＯＣとの関係を示す図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、アイドルストップ車１は、軽量化、小型化等を図るため、１２Ｖの比較的小容量の１個の鉛バッテリ２ａを備えるとともに、鉛バッテリ２ａに並列接続され充電特性として鉛バッテリ２ａよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリから成るサブバッテリ２ｂを備え、これら両バッテリ２ａ，２ｂの負極端子はアイドルストップ車１の車体に接続されている。

そして、アイドルストップ車１の駆動源であるエンジン３は、トランスミッション側のＣＶＴ４を有し、このＣＶＴ４とエンジン３との間にトルクコンバータ（ロックアップクラッチの機構を含む）５が介在している。

エンジン３はエンジンの初回始動時にスタータ６により始動され、このスタータ６にはリレー７ａ，７ｂをそれぞれ介して両バッテリ２ａ，２ｂから電力が断接自在に供給されてエンジン３を始動する駆動力を発生する。また、鉛バッテリ２ａの正極端子とリレー７ａとの間に鉛バッテリ２ａに接近して設けられたバッテリセンサ８により、鉛バッテリ２ａの温度（雰囲気温度）、電圧、電流の検知信号が後述するエンジン制御部に出力される一方、サブバッテリ２ｂの正極端子はリレー７ｂを介してバッテリセンサ８に接続され、鉛バッテリ２ａと同様、バッテリセンサ８により、サブバッテリ２ｂの温度（雰囲気温度）、電圧、電流の検知信号がエンジン制御部に出力される。ここで、バッテリセンサ８により検知されるサブバッテリ２ｂの温度、電圧、電流に基づき、エンジン制御部によりサブバッテリ２ｂの残容量が検出されるようになっており、バッテリセンサ８およびエンジン制御部が、本発明の残容量検出手段に相当する。また、バッテリセンサ８は、鉛バッテリ２ａおよびサブバッテリ２ｂの電圧、放電電流等に基づきエアコンやライト、オーディオなどの電気負荷の使用状態を検出する本発明における負荷検出手段としての役割も果たす。

そして、アイドルストップ車１の走行中、エンジン３の回転力がベルト９を介して本発明の発電手段であるオルタネータ１０に伝達され、車両の走行中等にオルタネータ１０の発電出力により両バッテリ２ａ，２ｂの充電が行われるとともに、アイドルストップによるエンジン３の自動停止中に、後述するアイドルストップ制御部からの制御指令に基づくエンジン制御部の制御によりオルタネータ１０が駆動制御され、オルタネータ１０またはスタータ６のいずれかによるエンジン３の再始動が行われる。

さらに、図１に示すように、アイドルストップ車１には、アイドルストップ制御のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が形成するアイドルストップ制御部１１が設けられるとともに、エンジン制御のＥＣＵが形成するエンジン制御部１２、アンチロックブレーキ（ＡＢＳ：Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）制御のＥＣＵが形成するＡＢＳ制御部１３、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）制御のＥＣＵが形成するＣＶＴ制御部１４、サブバッテリ制御のＥＣＵが形成するバッテリ制御部１５が設けられ、これら各制御部１１〜１５はそれぞれマイクロコンピュータ等により形成され、ＣＡＮ等の通信バス１６を介して情報のやり取りを行う。

ここで、サブバッテリ２ｂは基本的にメインバッテリである鉛バッテリ２ａの補助として使用され、エアコンやランプ、オーディオなどの電気負荷の負荷状態によって使い分けられる。そして、減速時の回生エネルギをサブバッテリ２ｂに回生したり、或いはアイドルストップ後のエンジン再始動時にサブバッテリ２ｂからスタータ６またはオルタネータ１０に給電することなどがあるため、バッテリ制御部１５により、ＩＧキーのオンによるエンジン３が初回始動された後、ＩＧキーがオフされるまでリレー７ｂは常時オン状態に保持される。すなわち、いつエンジン自動停止条件が成立し、エンジン再始動条件が成立するかわからないため、リレー７ｂはエンジン３の初回始動後、常時オン状態にされている。

ＡＢＳ制御部１３には、４つの車輪それぞれの車輪速度を検出する４つの車輪速センサ１７と、マスタシリンダ圧を検出する液圧センサ１８とが設けられ、車輪のロックによる車両の滑走を防止するための自動ブレーキ制御を実行する。

また、アイドルストップ制御部１１には昇圧回路２０が設けられ、昇圧回路２０により、バッテリ２ａ，２ｂから供給される電圧がＡＢＳ制御部１３の制御に必要な電圧（例えば、１２〜１５Ｖ）に維持され、ＡＢＳ制御部１３に対してバックアップ電圧が供給される。なお、２１はダッシュボードに配置されたコンビネーションメータが形成する液晶ディスプレイから成る表示部であり、通信バス１６を介して取得した車速、エンジン回転数などの車両情報のほか、時刻や各種の警告などの情報を表示する。

そして、アイドルストップ制御部１１により、例えばブレーキペダルの踏み込み操作により液圧センサ１８により検出されるマスタシリンダ圧（ブレーキ操作力に相当）が自動停止しきい値Ｔｓ（例えば、０．４ＭＰａ）以上であって、車輪速センサ１７により検出される車速が所定値以下である等、所定のエンジン自動停止条件の成立が確認されると、走行が完全に停止しなくても車輪速センサ１７による検出車速が所定速度以下（例えば、９ｋｍ／ｈ以下）に低下したとき、アイドルストップ制御部１１によりエンジン制御部１２にエンジン停止制御指令が出力され、エンジン３が自動停止制御によって自動停止される。なお、上記した所定速度は９．０ｋｍ／ｈに限らず、これよりも速い速度や７ｋｍ／ｈなど低い速度であってもよい。続いて、マスタシリンダ圧が自動停止しきい値Ｔｓ以上のエンジン自動停止状態において、ドライバがブレーキペダルを踏み増し（ブレーキ操作を継続しながらブレーキ操作力をさらに上げ）、液圧センサ１８により検出されるマスタシリンダ圧が、自動停止しきい値Ｔｓ（＝０．４ＭＰａ）よりも高い再始動しきい値Ｔｔｈである２．０ＭＰａ以上に上昇したしたときや、ドライバがブレーキペダルの踏み込みを緩め、マスタシリンダが所定の開放圧に低下したときなどに、アイドルストップ制御部１１により所定のエンジン再始動条件が成立したことが確認され、エンジン３が自動的に再始動される。

ところで、オルタネータ１０による両バッテリ２ａ，２ｂの充電は次のように制御される。すなわち、バッテリセンサ８により検知されるサブバッテリ２ｂの温度、電圧、電流に基づき、エンジン制御部によりサブバッテリ２ｂの残容量（以下ＳＯＣという。ここでＳＯＣはＳｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの略である）が検出され、例えばサブバッテリ２ｂのＳＯＣが予め定められたしきい値Ｓｔｈである例えば６０％以上か否かがエンジン制御部１２により判定される。

このとき、検出されたサブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値Ｓｔｈ（６０％）以上である場合には、通常は１４．５Ｖの充電電圧に制御されるところ、エンジン制御部１２によりオルタネータ１０が、図２のサブバッテリＳＯＣが６０％以上の直線に示すように、１４．０Ｖやこれよりも低い１３．７Ｖ等のサブバッテリ２ｂには充電されにくい低い充電電圧に制御され、この充電電圧による充電状態が、鉛バッテリ２ａのＳＯＣが１００％になるまで継続される。このように、充電電圧が通常よりも低くなるようにオルタネータ１０が制御されるため、鉛バッテリ２ａの充電が優先されることになる。

一方、検出されたサブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値Ｓｔｈ（６０％）より低い場合には、通常は１４．５Ｖの充電電圧に制御されるところ、エンジン制御部１２によりオルタネータ１０が、図２のサブバッテリＳＯＣが２０％から４０％の直線に示すように、１５．０Ｖ等サブバッテリ２ｂに充電され易く発熱しにくい比較的高い充電電圧に制御され、サブバッテリ２ｂの充電が優先される。

そして、サブバッテリ２ｂのＳＯＣの上昇度合いに応じて、エンジン制御部１２によりオルタネータ１０が制御されて充電電圧が、図２のサブバッテリＳＯＣが４０％から７０％の直線に示すように、１４・５Ｖまで下げられ、サブバッテリ２ｂと鉛バッテリ２ａの両方の充電が並行して行われ、サブバッテリ２ｂのＳＯＣが上記したしきい値Ｓｔｈ（６０％）よりも高い既定値（７０％）まで上昇すると、図２に示すように、エンジン制御部１２によりオルタネータ１０が制御されて充電電圧が１３・７Ｖ等の低い電圧に可変されて、鉛バッテリ２ａの充電が優先される。

次に、上記した構成を有するアイドルストップ車１のアイドルストップ動作を簡単に説明すると、シフトレバーがＰレンジに切り換わった状態で、ドライバがブレーキペダルを踏んだままＩＧキーをオン操作してエンジンスタートを指令することにより、ＩＧオンの信号が例えば通信バス１６からアイドルストップ制御部１１に入力され、この入力に基づいてアイドルストップ制御部１１はエンジン制御部１２に始動制御指令を出力し、エンジン制御部１２によりリレー７ａが瞬時に通電されてオンされ、いずれかのバッテリ２ａまたは２ｂの電力がスタータ６に給電されてスタータ６が始動され、停止していたエンジン３が始動される（初回始動）。エンジン３が始動してオルタネータ１０の発電電力でバッテリ２ａ，２ｂが一旦満充電状態に充電されると、その後は、ＩＧキーのオフ操作でエンジン３が停止するまで、アイドルストップ制御部１１がアイドルストップ制御を実行する。この初回始動の間、上記したヒルホールド制御が実行される。

アイドルストップ制御部１１には、通信バス１６を介してエンジン制御部１２の情報（エンジンの回転数や冷却水温等のエンジンの情報）、およびバッテリ２ａ，２ｂの電流、温度等の情報、ＡＢＳ制御部１３を介した車輪速センサ１７による検出車速、液圧センサ１８によるマスタシリンダ圧等の情報、図示省略したストップランプスイッチ、カーテシスイッチ等の車内各部のスイッチの情報等が入力される。

そして、これらの情報に基づき、アイドルストップ制御中のアイドルストップ制御部１１により、交通信号の赤信号等にしたがってドライバがブレーキペダルを踏み込み、マスタシリンダ圧（ブレーキ操作力）が所定の自動停止しきい値Ｔｓ（＝０．４ＭＰａ）以上になっていることが検出されると、アイドルストップ制御の所定のエンジン自動停止条件（例えば、マスタシリンダ圧が所定圧以上（ストップランプが点灯）であって所定車速以下である等の条件）の成立が確認されることにより、走行が完全に停止しなくても走行中に所定車速（＝９ｋｍ/ｈ）以下に低下すれば、エンジン制御部１２にエンジン停止制御指令が出力され、エンジン制御部１２により燃料スロットルが絞られたりしてエンジン３が自動停止される。

そして、交通信号が青信号に変わるなどしてエンジン３を再始動する場合には、ドライバにより意図的にブレーキペダルが踏み増しされて、マスタシリンダ圧が再始動しきい値Ｔｔｈ（２．０ＭＰａ）よりも高くなったり、ドライバがブレーキペダルの踏み込みを緩め、マスタシリンダ圧が所定の開放圧に低下したりすれば、アイドルストップ制御部１１により、アイドルストップ制御の所定のエンジン再始動条件の成立が確認され、スタータ６やオルタネータ１０に異常がなく、アイドルストップ制御部１１およびエンジン制御部１２の両者間における通信異常がなければ、上記したように、アイドルストップ制御部１１またはエンジン制御部１２により、スタータ６またはオルタネータ１０が駆動制御されてエンジン３の再始動制御が行われる。以降、減速中の所定のエンジン停止条件の成立に基づくエンジン３の自動停止と、所定のエンジン再始動条件の成立に基づくエンジン３の自動的な再始動とが交互に行なわれる。

なお、エンジン３が再始動すると、エンジン回転数情報が完爆を示す所定回転数に達し、ブレーキ力がマスタシリンダ圧に応じて変化する元の状態に戻り、アクセルペダルの踏み込みがないという状態はいわゆるアイドリング状態であり、このアイドリング状態であってもアイドルストップ車１が発進し得るようなクリープ力がエンジン３およびトルクコンバータ５により発生される。

したがって、上記した第１実施形態によれば、サブバッテリ２ｂのＳＯＣ（残容量）がしきい値Ｓｔｈ（６０％）以上であるか否かに応じて、エンジン制御部１２によりオルタネータ１０による充電電圧を可変制御するため、サブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値Ｓｔｈ（６０％）以上であれば、充電電圧を下げることにより鉛バッテリ２ａの充電を優先することができ、サブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値Ｓｔｈ（６０％）より低ければ、充電電圧を上げてサブバッテリ２ｂの充電を優先することができる。その結果、充電特性として鉛バッテリ２ａよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリから成るサブバッテリ２ｂを、鉛バッテリ２ａに並列接続する場合において、いずれのバッテリ２ａ，２ｂの故障を招くことなく両バッテリ２ａ，２ｂそれぞれを最適に充電することができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。なお、本実施形態における装置構成は、上記した第１実施形態と同じであるため、以下では図１も参照して説明する。

本実施形態において、上記した第１実施形態と相違するのは、サブバッテリ２ｂのＳＯＣに応じて充電電圧を可変制御する際に、サブバッテリ２ｂのＳＯＣに関係なく、電気負荷の使用状態が予め定められた高負荷状であるかどうかにより、充電電圧を可変するようにした点である。

すなわち、例えばサブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値Ｓｔｈ（６０％）より低い２０％程度であるときであっても、電気負荷が予め定められた高負荷状態であれば、鉛バッテリ２ａの充電を優先すべきであるので、図３中の実線に示すように、エンジン制御部１２によりオルタネータ１０が制御されて充電電圧が、サブバッテリ２ｂに充電されにくい１３．７Ｖ等の低い充電電圧に可変制御されて、まず鉛バッテリ２ａが優先的に充電される。その後、鉛バッテリ２ａのＳＯＣが１００％近くになれば、充電電圧が１４．５Ｖ等のサブバッテリ２ｂが充電され易く発熱しにくい電圧に可変制御され、サブバッテリ２ｂの充電が行われる。

また、電気負荷が予め定められた高負荷状態であるときに、サブバッテリ２ｂのＳＯＣがしきい値Ｓｔｈ（６０％）程度であれば、図３中の１点鎖線に示すように、充電電圧が１３．７Ｖ等のサブバッテリ２ｂには充電されにくい充電電圧に可変されて、まず鉛バッテリ２ａの充電が優先されるように制御され、その後に鉛バッテリ２ａのＳＯＣが１００％近くになれば、充電電圧が１４．５Ｖ等のサブバッテリ２ｂが充電され易く発熱しにくい電圧に可変制御され、サブバッテリ２ｂの充電が行われる。

したがって、第２実施形態によれば、電気負荷の使用状態が予め定められた高負荷状態であるときには、充電電圧が、サブバッテリ２ｂの残容量に関係なくサブバッテリ２ｂが充電されにくい低い電圧になるように、制御手段により発電手段が可変制御されるため、高負荷状態のときには鉛バッテリが優先的に充電することができ、鉛バッテリを迅速に充電して高負荷状態に対応することが可能になる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

上記した両実施形態では、サブバッテリ２ｂとして、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリを使用した例について説明したが、サブバッテリはニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリに限定されるものではなく、充電特性として鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するバッテリをサブバッテリとして使用するものに対して、本発明を適用することが可能である。

また、上記した実施形態では、サブバッテリ２ｂのＳＯＣ（残容量）のしきい値Ｓｔｈを６０％として説明したが、しきい値Ｓｔｈは６０％に限定されるものでない。

また、上記した実施形態では、本発明をアイドルストップ車１に適用した場合について説明したが、アイドルストップ車に限らず、鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するバッテリをサブバッテリとして鉛バッテリ２ａに並列接続して使用する車両であれば、本発明を同様に実施することができる。

１ …アイドルストップ車（車両）
２ａ …鉛バッテリ
２ｂ …サブバッテリ
８ …バッテリセンサ（残容量検出手段、負荷検出手段）
１０ …オルタネータ（発電手段）
１２ …エンジン制御部（残容量検出手段、制御手段）

Claims (2)

1. 車両に搭載された鉛バッテリと、前記車両に搭載されて前記鉛バッテリに並列接続され充電特性として前記鉛バッテリよりも高い充電電圧で充電されやすい特性を有するサブバッテリと、エンジンの駆動中に前記鉛バッテリまたは前記サブバッテリを充電する発電手段と、前記発電手段を制御することにより前記鉛バッテリまたは前記サブバッテリの充電電圧を制御する制御手段とを備えた車両用制御装置において、
   前記サブバッテリの残容量を検出する残容量検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記残容量検出手段により検出される前記サブバッテリの残量量に応じて、前記発電手段を制御することで前記充電電圧を可変制御することを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記車両に搭載された電気負荷の使用状態を検出する負荷検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記負荷検出手段により前記電気負荷の使用状態が予め定められた高負荷状態であるときには、前記充電電圧が、前記サブバッテリの残容量に関係なく前記サブバッテリが充電されにくい低い電圧になるように前記発電手段を可変制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。

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