JP2016226068A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整し易い、充電制御装置の提供の提供。【解決手段】車両のバッテリの電解液の減少速度とバッテリ電圧とバッテリ温度とバッテリ充電率との相関関係に基づいて、前記バッテリ電圧の測定値と前記バッテリ温度の測定値と前記バッテリ充電率の算出値とに対応する前記減少速度を算出する減少速度算出部と、前記減少速度算出部により算出された前記減少速度の履歴に基づいて、前記減少速度の平均値である平均減少速度を算出する平均値算出部と、前記車両の減速回生時、又は前記バッテリの回復充電時、前記バッテリに前記車両のオルタネータによって印加される充電電圧を上昇させる充電制御部とを備え、前記充電制御部は、前記平均減少速度が所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標減少速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量を少なくする、充電制御装置。【選択図】図５

Description

本発明は、充電制御装置に関する。

車両が減速状態にあると判定されたときに、バッテリを充電するオルタネータの充電設定電圧を高くすることで、バッテリが吸収するエネルギー量（バッテリの充電量）を増やす技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開昭６２−６１９４９号公報

バッテリに印加される充電電圧を上昇させるほど、バッテリの電解液に含まれる水の電気分解が促進されるため、バッテリの電解液の減少速度は速くなる。しかしながら、電解液の実際の減少速度は、バッテリの充電電圧や温度や充電率の違いによって変動するため、電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整することは難しい。

そこで、バッテリの電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整し易い、充電制御装置の提供を目的とする。

一つの案では、
車両のバッテリの電圧を測定し、前記バッテリの電圧測定値を出力する電圧測定部と、
前記バッテリの温度を測定し、前記バッテリの温度測定値を出力する温度測定部と、
前記バッテリの充電率を算出し、前記バッテリの充電率算出値を出力する充電率算出部と、
前記バッテリの電解液の減少速度と前記バッテリの電圧と前記バッテリの温度と前記バッテリの充電率との相関関係に基づいて、前記電圧測定値と前記温度測定値と前記充電率算出値とに対応する前記減少速度を算出する減少速度算出部と、
前記減少速度算出部により算出された前記減少速度の履歴に基づいて、前記減少速度の平均値である平均減少速度を算出する平均値算出部と、
前記車両の減速による前記バッテリへの回生時、又は前記バッテリの充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、前記バッテリに前記車両のオルタネータによって印加される充電電圧を上昇させる充電制御部とを備え、
前記充電制御部は、前記平均減少速度が所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標減少速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量を少なくする、充電制御装置が提供される。

一態様によれば、前記平均減少速度が前記所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量が抑えられる。よって、前記平均減少速度が前記所定の目標減少速度よりも遅い場合、前記バッテリの電解液の実際の減少速度を前記所定の目標減少速度に近づくように速くすることができる一方で、前記平均減少速度が前記所定の目標減少速度よりも速い場合、前記バッテリの電解液の実際の減少速度が前記所定の目標減少速度から乖離しすぎることを防止することができる。つまり、バッテリの電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整し易くすることができる。

充電制御装置を備える車両の構成の一例を示す図である。 バッテリ温度及びＳＯＣに基づいて、バッテリに印加される充電電圧を上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。 バッテリ温度と減液速度と目標減液速度Ｖｔと充電電圧Ｖｃとの相関関係の一例を示す図である。 ＳＯＣと減液速度と目標減液速度Ｖｔと充電電圧Ｖｃとの相関関係の一例を示す図である。 バッテリ温度とＳＯＣと平均減液速度Ｖａに基づいて、バッテリに印加される充電電圧を上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。 平均減液速度と目標減液速度との差と、充電電圧Ｖｃとの相関関係の一例を示す図である。

＜充電制御装置の構成の一例＞
図１は、充電制御装置２０を備える車両１０の構成の一例を模式的に示す図である。車両１０は、エンジン２と、補機３と、オルタネータ６と、バッテリ８と、充電制御装置２０とを備える。エンジン２は、トランスミッション１を介して車輪７を回転させて車両１０を走行させる内燃機関の一例である。補機３は、エンジン２の出力を利用して動作する装置（例えば、ラジエータなど）である。オルタネータ６は、ベルト４とプーリ５を介して伝達されるエンジン２の出力を利用して発電し、発電した電力をバッテリ８に充電する発電機の一例である。

バッテリ８は、オルタネータ６の発電によって充電可能な二次電池の一例である。バッテリ８は、エンジン２を始動させる電力を供給する供給源であり、車両１０に搭載される電装製品等の負荷を動作させる電力も供給できる蓄電装置である。バッテリ８の具体例として、鉛バッテリが挙げられる。

充電制御装置２０は、バッテリ８の充電を制御する装置の一例であり、電圧測定部３１と、電流測定部３２と、温度測定部３３と、ＥＣＵ４０とを備える。

電圧測定部３１は、バッテリ８の電圧（バッテリ電圧）を測定し、バッテリ８の電圧測定値（バッテリ電圧測定値）を出力する電圧測定手段の一例である。電圧測定部３１の具体例として、バッテリ電圧を検出する電圧センサが挙げられる。

電流測定部３２は、バッテリ８を流れる電流（バッテリ電流）を測定し、バッテリ８の電流測定値（バッテリ電流測定値）を出力する電流測定手段の一例である。電流測定部３２は、バッテリ８に流れる充電電流又は放電電流を測定できる。電流測定部３２の具体例として、バッテリ電流を検出する電流センサが挙げられる。

温度測定部３３は、バッテリ８の温度（バッテリ温度）を測定し、バッテリ８の温度測定値（バッテリ温度測定値）を出力する温度測定手段の一例である。温度測定部３３は、バッテリ８の電解液の温度をバッテリ温度として測定するものでもよいし、バッテリ８の容器の温度をバッテリ温度として測定するものでもよい。温度測定部３３の具体例として、バッテリ温度をサーミスタにより検出する温度センサが挙げられる。

ＥＣＵ４０は、バッテリ電圧測定値、バッテリ電流測定値及びバッテリ温度測定値を取得し、バッテリ８に印加される充電電圧Ｖｃをオルタネータ６に指示する電子制御装置（Electronic Control Unit）である。ＥＣＵ４０は、充電制御部４１と、充電率算出部４２と、減少速度算出部４３と、平均値算出部４４とを備える。充電制御部４１と、充電率算出部４２と、減少速度算出部４３と、平均値算出部４４との各機能は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータによって実現される。

充電制御部４１は、車両１０の減速によるバッテリ８への回生時、又はバッテリ８の充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、バッテリ８にオルタネータ６によって印加される充電電圧Ｖｃを上昇させる充電制御を実行する充電制御手段の一例である。充電制御の実行によって、車両１０の燃費を向上させることができる。

充電率算出部４２は、バッテリ８の充電率を算出し、バッテリ８の充電率算出値を出力する充電率算出手段の一例である。充電率算出部４２は、例えば、バッテリ充電率を表すＳＯＣ（State of Charge）を算出し、ＳＯＣ算出値を出力する。ＳＯＣは、例えば、『（バッテリ８の残容量［Ａ・ｓ］）÷（バッテリ８の満充電容量［Ａ・ｓ］）×１００［％］』で定義される値である。

充電率算出部４２は、例えば、オルタネータ６が作動していない状態で電圧測定部３１により得られるバッテリ電圧測定値に基づいてバッテリ充電率を算出し、算出したバッテリ充電率をバッテリ温度測定値とバッテリ電流測定値の少なくとも一方により補正して、正確なバッテリ充電率を算出する。なお、充電率算出部４２によるバッテリ充電率の算出方法は、任意でよい。

減少速度算出部４３は、バッテリ８の電解液の減少速度（減液速度）とバッテリ電圧とバッテリ温度とバッテリ充電率との相関関係に基づいて、バッテリ電圧測定値とバッテリ温度測定値とバッテリ充電率算出値とに対応する減液速度を算出する減少速度算出手段の一例である。減液速度とは、バッテリ８の単位時間当たりの電解液の減液量を表す。減液速度の単位は、例えば［ｇ（グラム）／ｈ（時間）］である。また、減液速度とバッテリ電圧とバッテリ温度とバッテリ充電率との相関関係は、例えば、マップや回帰式によって定義される。

平均値算出部４４は、減少速度算出部４３により算出された減液速度の履歴に基づいて、減液速度の平均値である平均減液速度（すなわち、バッテリ８の電解液の減少速度の平均値である平均減少速度）を算出する平均値算出手段の一例である。減少速度算出部４３は、現時点以前に周期的に算出してきた複数の減液速度をメモリに記憶し、平均値算出部４４は、それらの複数の減液速度の平均値を算出する。

＜充電制御の第一例＞
図２は、バッテリ温度及びＳＯＣに基づいて、バッテリ８に印加される充電電圧Ｖｃを上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。「減速回生」と記された期間は、車両１０の減速によるバッテリ８への回生時を表し、「回復充電」と記された期間は、バッテリ８のＳＯＣを所定の目標充電率Ｓｔまで回復させる回復充電時を表す。

充電制御部４１は、充電電圧Ｖｃとバッテリ温度とＳＯＣとの相関関係（以下、「相関関係Ｘ１」と称する）に基づいて、減速回生開始時のバッテリ温度測定値と減速回生開始時のＳＯＣ算出値とに対応する充電電圧Ｖｃを算出する。相関関係Ｘ１は、減速回生時の充電電圧Ｖｃの算出に充電制御部４１によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部４１は、相関関係Ｘ１に基づいて減速回生時の充電電圧Ｖｃを算出し、算出した減速回生時の充電電圧Ｖｃが減速回生時にバッテリ８に印加されるように、オルタネータ６を制御する。

充電制御部４１は、充電電圧Ｖｃとバッテリ温度とＳＯＣとの相関関係（以下、「相関関係Ｘ２」と称する）に基づいて、回復充電開始時のバッテリ温度測定値と回復充電開始時のＳＯＣ算出値とに対応する充電電圧Ｖｃを算出する。相関関係Ｘ２は、回復充電時の充電電圧Ｖｃの算出に充電制御部４１によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部４１は、相関関係Ｘ２に基づいて回復充電時の充電電圧Ｖｃを算出し、算出した回復充電時の充電電圧Ｖｃがバッテリ８に回復充電時に印加されるように、オルタネータ６を制御する。

図３は、バッテリ温度と減液速度と目標減液速度Ｖｔと充電電圧Ｖｃとの相関関係の一例を示す図である。Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３は、充電電圧Ｖｃの具体例を示す。図３の上グラフに示されるように、減液速度は、バッテリ温度が高くなるほど速くなり、充電電圧Ｖｃが高くなるほど速くなる。

例えば図３の上グラフに示されるように、バッテリ温度が基準温度Ｔ１の時に充電電圧Ｖｃ１でバッテリ８を充電するときの減液速度を目標減液速度Ｖｔと設定する場合を考える。この場合、図３の下グラフによれば、バッテリ温度がＴ２の時に充電電圧Ｖｃ２でバッテリ８が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Ｖｔに一致することがわかる。同様に、バッテリ温度がＴ３の時に充電電圧Ｖｃ３でバッテリ８が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Ｖｔに一致することがわかる。

そこで、充電制御部４１は、図３の下グラフのような相関関係（つまり、減液速度を目標減液速度Ｖｔに一致させる充電電圧Ｖｃとバッテリ温度との相関関係）に基づいて、バッテリ温度測定値に対応する充電電圧Ｖｃを算出し、算出した充電電圧Ｖｃでバッテリ８を充電させる充電制御を実行する。これにより、バッテリ８の電解液の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔと同程度に調整することが容易になる。

図４は、ＳＯＣと減液速度と目標減液速度Ｖｔと充電電圧Ｖｃとの相関関係の一例を示す図である。図４の上グラフに示されるように、減液速度は、ＳＯＣが高くなるほど速くなり、充電電圧Ｖｃが高くなるほど速くなる。

例えば図４の上グラフに示されるように、ＳＯＣが基準値Ｓ１の時に充電電圧Ｖｃ１でバッテリ８を充電するときの減液速度を目標減液速度Ｖｔと設定する場合を考える。この場合、図４の下グラフによれば、ＳＯＣがＳ２の時に充電電圧Ｖｃ２でバッテリ８が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Ｖｔに一致することがわかる。同様に、ＳＯＣがＳ３の時に充電電圧Ｖｃ３でバッテリ８が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Ｖｔに一致することがわかる。

そこで、充電制御部４１は、図４の下グラフのような相関関係（つまり、減液速度を目標減液速度Ｖｔに一致させる充電電圧ＶｃとＳＯＣとの相関関係）に基づいて、ＳＯＣ算出値に対応する充電電圧Ｖｃを算出し、算出した充電電圧Ｖｃでバッテリ８を充電させる充電制御を実行する。これにより、バッテリ８の電解液の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔと同程度に調整することが容易になる。

便宜上、バッテリ温度と充電電圧Ｖｃとの相関関係（図３）と、ＳＯＣと充電電圧Ｖｃとの相関関係（図４）とを分けて説明したが、図３の相関関係と図４の相関関係とを組み合わせることで、上述の相関関係Ｘ１や相関関係Ｘ２を作成することができる。

したがって、充電制御部４１は、減速回生時の充電電圧Ｖｃの算出に相関関係Ｘ１を使用することで、減液速度を目標減液速度Ｖｔに一致させる充電電圧Ｖｃを算出できる。そして、充電制御部４１は、減速回生時の充電電圧Ｖｃの算出に相関関係Ｘ１を使用することで、減速回生時の充電電圧Ｖｃを、バッテリ温度が高い場合、バッテリ温度が低い場合に比べて低くでき、ＳＯＣが高い場合、ＳＯＣが低い場合に比べて低くできる。よって、図２に示されるように、充電制御部４１は、バッテリ８の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔと同程度になるように、減速回生時の充電電圧Ｖｃの上昇量を増減できる。

同様に、充電制御部４１は、回復充電時の充電電圧Ｖｃの算出に相関関係Ｘ２を使用することで、減液速度を目標減液速度Ｖｔに一致させる充電電圧Ｖｃを算出できる。そして、充電制御部４１は、回復充電時の充電電圧Ｖｃの算出に相関関係Ｘ２を使用することで、回復充電時の充電電圧Ｖｃを、バッテリ温度が高い場合、バッテリ温度が低い場合に比べて低くでき、ＳＯＣが高い場合、ＳＯＣが低い場合に比べて低くできる。よって、図２に示されるように、充電制御部４１は、バッテリ８の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔと同程度になるように、回復充電時の充電電圧Ｖｃの上昇量を増減できる。

なお、目標減液速度Ｖｔは、例えば、充電制御がない車両に搭載されるバッテリの減液速度と同じ減液速度に設定されることで、充電制御部４１は、バッテリ８の実際の減液速度を、充電制御がない車両に搭載されるバッテリの減液速度と同程度に調整できる。

＜充電制御の第二例＞
図５は、バッテリ温度とＳＯＣと平均減液速度Ｖａに基づいて、バッテリ８に印加される充電電圧Ｖｃを上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。平均減液速度Ｖａは、上述の通り、減少速度算出部４３により算出された減液速度の履歴に基づいて、平均値算出部４４により算出される。

充電制御部４１は、充電電圧Ｖｃと、平均減液速度Ｖａと目標減液速度Ｖｔとの差（＝Ｖａ−Ｖｔ）との相関を定めた減速回生時用の相関関係（以下、「相関関係Ｘ３」と称する）に基づいて、現時点の（Ｖａ−Ｖｔ）に対応する充電電圧Ｖｃを算出する。相関関係Ｘ３は、減速回生時の充電電圧Ｖｃの算出に充電制御部４１によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部４１は、相関関係Ｘ３に基づいて減速回生時の充電電圧Ｖｃを算出し、算出した減速回生時の充電電圧Ｖｃが減速回生時にバッテリ８に印加されるように、オルタネータ６を制御する。

充電制御部４１は、充電電圧Ｖｃと、平均減液速度Ｖａと目標減液速度Ｖｔとの差（＝Ｖａ−Ｖｔ）との相関を定めた回復充電時用の相関関係（以下、「相関関係Ｘ４」と称する）に基づいて、現時点の（Ｖａ−Ｖｔ）に対応する充電電圧Ｖｃを算出する。相関関係Ｘ４は、回復充電時の充電電圧Ｖｃの算出に充電制御部４１によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部４１は、相関関係Ｘ４に基づいて回復充電時の充電電圧Ｖｃを算出し、算出した回復充電時の充電電圧Ｖｃが回復充電時にバッテリ８に印加されるように、オルタネータ６を制御する。

図６は、（Ｖａ−Ｖｔ）と充電電圧Ｖｃとの相関関係の一例を示す図である。図６に示されるように、充電電圧Ｖｃは、（Ｖａ−Ｖｔ）が正の場合、（Ｖａ−Ｖｔ）が負の場合に比べて低くなる。（Ｖａ−Ｖｔ）がｄ１未満のとき、充電電圧Ｖは、一定のＶｃ３である（ｄ１は負値）。（Ｖａ−Ｖｔ）がｄ１以上ｄ２未満のとき、充電電圧Ｖは、（Ｖａ−Ｖｔ）が大きくなるにつれて低くなる（ｄ２は正値）。（Ｖａ−Ｖｔ）がｄ２以上のとき、充電電圧Ｖは、一定のＶｃ１である（Ｖｃ１は、Ｖｃ３よりも低い）。充電制御部４１は、図６のような相関関係Ｘ３又は相関関係Ｘ４に基づいて、充電電圧Ｖｃを算出する。

充電制御部４１は、充電電圧Ｖｃの算出に図６のような相関関係を使用することで、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも速い場合（Ｖａ−Ｖｔが正の場合）の充電電圧Ｖｃを、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも遅い場合（Ｖａ−Ｖｔが負の場合）の充電電圧Ｖｃよりも低く算出できる。

したがって、充電制御部４１は、図６のような相関関係Ｘ３の使用により、図５の通り、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも速い場合（期間Ｄの場合）、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも遅い場合（期間Ａの場合）に比べて、減速回生時の充電電圧Ｖｃの上昇量を少なくできる。よって、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも遅い期間Ａでは、バッテリ８の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔに近づくように速くすることができる一方で、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも速い期間Ｄでは、バッテリ８の実際の減液速度が目標減液速度Ｖｔから乖離しすぎることを防止することができる。つまり、充電制御部４１は、バッテリ８の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔと同程度になるように、減速回生時の充電電圧Ｖｃの上昇量を増減できる。

同様に、充電制御部４１は、図６のような相関関係Ｘ４の使用により、図５の通り、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも速い場合（期間Ｃの場合）、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも遅い場合（期間Ｂの場合）に比べて、回復充電時の充電電圧Ｖｃの上昇量を少なくできる。よって、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも遅い期間Ｂでは、バッテリ８の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔに近づくように速くすることができる一方で、平均減液速度Ｖａが目標減液速度Ｖｔよりも速い期間Ｃでは、バッテリ８の実際の減液速度が目標減液速度Ｖｔから乖離しすぎることを防止することができる。つまり、充電制御部４１は、バッテリ８の実際の減液速度を目標減液速度Ｖｔと同程度になるように、回復充電時の充電電圧Ｖｃの上昇量を増減できる。

以上、充電制御装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

６ オルタネータ
８ バッテリ
１０ 車両
２０ 充電制御装置
３１ 電圧測定部
３２ 電流測定部
３３ 温度測定部
４０ ＥＣＵ
４１ 充電制御部
４２ 充電率算出部
４３ 減少速度算出部
４４ 平均値算出部

Claims (1)

1. 車両のバッテリの電圧を測定し、前記バッテリの電圧測定値を出力する電圧測定部と、
   前記バッテリの温度を測定し、前記バッテリの温度測定値を出力する温度測定部と、
   前記バッテリの充電率を算出し、前記バッテリの充電率算出値を出力する充電率算出部と、
   前記バッテリの電解液の減少速度と前記バッテリの電圧と前記バッテリの温度と前記バッテリの充電率との相関関係に基づいて、前記電圧測定値と前記温度測定値と前記充電率算出値とに対応する前記減少速度を算出する減少速度算出部と、
   前記減少速度算出部により算出された前記減少速度の履歴に基づいて、前記減少速度の平均値である平均減少速度を算出する平均値算出部と、
   前記車両の減速による前記バッテリへの回生時、又は前記バッテリの充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、前記バッテリに前記車両のオルタネータによって印加される充電電圧を上昇させる充電制御部とを備え、
   前記充電制御部は、前記平均減少速度が所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標減少速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量を少なくする、充電制御装置。

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