JP2020176835A - 車両制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリがどれくらい劣化しているか具体的な劣化度合いを導出し、バッテリの早期劣化を抑制できるようにする。【解決手段】ECU8により、バッテリ5が満充電状態であると判定されたときに、バッテリ5の開放電圧を導出し、ECU8の内蔵メモリに予め格納されたバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データから、導出した現在のバッテリの開放電圧の値に対応するバッテリ容量の値を読み出し、劣化判定の結果がバッテリの劣化なしであることを条件に、前回のエンジン停止時におけるバッテリ容量の値と、読み出されたバッテリ容量の値との差をバッテリの劣化度合いとして導出する。【選択図】図1

Description

この発明は、複数の車載用電気負荷に給電するバッテリと、エンジンの回転により発電してバッテリを充電するオルタネータと、オルタネータの発電制御を行う発電制御手段とを備える車両制御装置に関する。
従来、車両に搭載されるバッテリは、電流センサにより検知されるバッテリ電流の積算値に基づいて、満充電時のバッテリ充電容量に対するそのときのバッテリの充電残量の比率であるSOC(State Of Charge)が推定され、推定SOCが、所定の充電制御範囲において、バッテリの充放電制御が禁止される。このとき、特許文献1に記載のように、エンジン始動時におけるバッテリ電圧の最小値と所定の閾値とを比較してバッテリの劣化度合いを検出し、劣化度合いに応じた充電制御を行うことが提案されている。
特開2018−7361号公報(段落0018−0062および図1〜図6)
しかし、特許文献1に記載の手法では、例えば「やや劣化」や「放電制御の禁止レベルまで劣化」など、バッテリの大まかな劣化程度しか分からないため、バッテリの早期の劣化を確実に抑制することができず、例えば2%の劣化など、より具体的で細かな劣化度合いを判定してバッテリの早期劣化を抑制できるようにすることが望まれる。
本発明は、バッテリがどれくらい劣化しているか具体的な劣化度合いを導出し、バッテリの早期劣化を抑制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、本発明の車両制御装置は、複数の車載用電気負荷に給電するバッテリと、エンジンの回転により発電して前記バッテリを充電するオルタネータと、前記オルタネータの発電制御を行う発電制御手段とを備える車両制御装置において、電流センサにより検知されるバッテリ電流の積算値に基づき、バッテリ容量を導出する容量導出手段と、イグニッションスイッチのオン時に前記バッテリが満充電状態であるかどうかを判定する満充電判定手段と、前記バッテリの端子電圧の最小値に基づき、前記バッテリの劣化の有無を判定する劣化判定手段と、前記満充電判定手段により前記バッテリが満充電状態であると判定されたときに、前記バッテリの開放電圧を導出する開放電圧導出手段と、格納手段に予め格納されたバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データから、前記開放電圧導出手段により導出される前記開放電圧の値に対応するバッテリ容量の値を読み出す読出手段と、前記劣化判定手段による判定が前記バッテリの劣化なしであることを条件に、前回のエンジン停止時に保持しておいた前記バッテリ容量の値と、前記読出手段により読み出される前記バッテリ容量の値との差を前記バッテリの劣化度合いとして導出する劣化度合い導出手段とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、満充電判定手段によりバッテリが満充電状態であると判定されたときに、開放電圧導出手段によりバッテリの開放電圧が導出され、格納手段に予め格納されたバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量との関係データから、開放電圧導出手段により導出される現在のバッテリの開放電圧の値に対応するバッテリ容量の値が読み出され、劣化判定手段による判定がバッテリの劣化なしであることを条件に、劣化度合い導出手段により、前回のエンジン停止時におけるバッテリ容量の値と、読み出されたバッテリ容量の値との差がバッテリの劣化度合いとして導出されるため、従来のように大まかなバッテリの劣化度合いではなく、例えば2%などの具体的で細かな数値として劣化度合いを導出することができ、導出されたバッテリの劣化度合いに基づき、例えばバッテリの放電制御の許容限界を定めるためのバッテリ容量の限界値を補正することができ、バッテリの早期劣化を抑制することが可能になる。
本発明の車両制御装置の一実施形態のブロック図である。 図1の動作説明図である。 図1の動作説明図である。 図1の動作説明図である。 図1の動作説明図である。 図1の動作説明用フローチャートである。
本発明の車両制御装置を搭載したアイドリングストップ車に係る一実施形態について、図1ないし図6を参照して詳述する。
図1において、1はエンジン2を駆動源とするアイドリングストップ車に搭載された車両制御装置であり、エンジン2を始動するためのスタータ3と、エンジン2の回転によって発電するオルタネータ4と、オルタネータ4の発電電力により充電されるバッテリ5とを備える。ここで、バッテリ5は例えば公称電圧が12Vの鉛電池から成り、バッテリ5には、アイドリングストップ車に搭載されたワイパモータ、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等の電気負荷7が接続され、電源ライン6を介して電気負荷7にバッテリ5から給電される。
イグニッション(IG)スイッチをオン操作してエンジン2を始動すると、スタータ3にバッテリ5から電源ライン6を介して電圧が印加され、スタータ3のプランジャが移動し、スタータ3のスタータギヤが、エンジン2のクランクシャフトに保持されたフライホイールと噛合する。そして、スタータ3に設けられたリレーがオン状態になり、エンジン2がクランキングされ、エンジン2がクランキングされながらエンジン2の点火プラグがスパークされることによって、エンジン2が始動する。
オルタネータ4は、ロータ、ステータおよびICレギュレータを備えており、ロータは、エンジン2のクランクシャフトの回転に伴って回転し、ロータに設けられたロータコイルが回転し、回転するロータコイルにICレギュレータから励磁電流が供給されることにより、ステータに設けられたステータコイルに電磁誘導による3相交流電流が流れる。そして、この3相交流電流は、整流器で直流電圧に整流され、オルタネータ4から直流電力が発電電力として出力され、この発電電力が電源ライン6を介してバッテリ5に供給されてバッテリ5が充電される。
このとき、オルタネータ4のICレギュレータは、ロータコイルに供給される励磁電流のデューティ比を制御するようになっており、フィールド電流のデューティ比が大きいほどオルタネータ4の発電量が増加し、逆に小さいほどオルタネータ4の発電量が減少する。
さらに、アイドリングストップ車には、CPUおよびメモリなどを含むマイクロコンピュータ構成の複数のECU(Electronic Control Unit)が設けられ、各ECUは、CAN(Controller Area Network)通信による双方向通信が行われるようになっている。そして、これら複数のECUの中には、図1に示すECU8が含まれており、このECU8には、アクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルペダルセンサ、エンジン2のクランクシャフトの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転数センサ、エンジン2の電子スロットルバルブの開度(スロットル開度)に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサ、バッテリ5の端子電圧を検出する電圧センサ、バッテリ5の電流を検出する電流センサ、バッテリ5の周囲温度測定する温度センサなどの各種センサが接続されている。また、ECU8にもバッテリ5により給電される。なお、ECU8は、電流センサによって検知されるバッテリ5のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリ容量を算出して導出する機能を有し、係る機能が本発明における「容量導出手段」に相当する。
そして、ECU8は、各種センサの検出信号から取得した情報やその他のECUから入力される種々の情報などに基づき、エンジン2の始動、停止および出力調整などのため、エンジン2の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグなどを制御する。また、ECU8は、バッテリ電圧の目標値である目標電圧を設定して、目標電圧とバッテリ電圧との差に基づく電圧調整信号を生成し、その電圧調整信号をオルタネータ4のICレギュレータに出力し、電圧調整信号がICレギュレータに入力されると、ICレギュレータにより、その電圧調整信号に基づきオルタネータ4の励磁電流のデューティ比が制御される。このようなECU8によるオルタネータ4の制御機能が、本発明における「発電制御手段」に相当する。
また、ECU8は、走行中に所定のエンジン停止条件が成立するとエンジン2を自動停止し、エンジン2の自動停止中に所定のエンジン再始動条件が成立すると、スタータ3によりエンジン2を再始動するアイドリングストップ制御機能を備えている。なお、上記したエンジン2の制御およびアイドリングストップ制御をECU8のみで司るものに限らず、異なるECUにより司る構成であってもよい。
ところで、アイドリングストップ車のアイドリングストップ制御動作について説明すると、ドライバが乗車してイグニッション(IG)スイッチ(図示せず)をオン操作しエンジンスタートを指令することにより、IGスイッチの信号がECU8に入力され、この入力に基づいてECU8によりスタータ3のリレーが瞬時通電されてオンし、バッテリ5からスタータ3に給電されてスタータ3が始動され、停止状態のエンジン2が始動される(初回始動)。エンジン2が始動してオルタネータ4の発電電力でバッテリ5が一旦満充電状態に充電されると、その後は、IGスイッチのオフ操作でエンジン2が停止するまで、ECU8によりアイドリングストップ制御が実行される。
そして、アイドリングストップ制御中のECU8により、例えば交通信号の赤信号にしたがってドライバがブレーキペダルを踏込み、マスタシリンダ圧が所定の踏込圧以上になっていることが検出されると、ECU8により、各種センサからの信号に基づいてアイドリングストップ制御の所定の停止条件(例えば、ストップランプが点灯していて所定車速以下である等の条件)の成立が確認されたときに、走行が完全に停止しなくても所定車速以下に低下したタイミングでエンジン2への燃料スロットルが絞られたりしてエンジン2が自動停止される。
一方、交通信号が青信号に変わる等してドライバがブレーキペダルから足を離し、マスタシリンダ圧が所定の開放圧に低下したことがECU8により検出されると、ECU8により、アイドリングストップ車1がアイドリングストップ制御の所定の再始動条件(例えば、ストップランプが消灯していてドアが閉じている等の条件)の成立が確認されると、ECU8からの再始動指令に基づきスタータ3のリレーが瞬時通電されてオンし、バッテリ5からスタータ3に給電されてスタータ3が始動され、停止状態のエンジン2が自動的に再始動される。以降、減速中の所定の停止条件の成立に基づくエンジン2の自動停止と、所定の再始動条件の成立に基づくエンジン2の自動的な再始動とが交互に行なわれる。
ところで、バッテリ5がどれくらい劣化しているか具体的な劣化度合いを導出するために、ECU8により、以下に説明するような制御が行われる。
まず、ECU8によりバッテリ5が満充電状態かどうか、つまり電流センサにより検知されるバッテリ電流の積算値に基づき導出されるバッテリ容量(以下、SOCともいう)が100%もしくは100%に近い値であるかどうかの判定がなされる。より詳細に説明すると、ECU8によって、
(1)IGスイッチがオフされている時間をカウントし、IGスイッチのオフ時間が5時間以上10時間以下であれば、オルタネータ4からの電流が流れない状態であること、
(2)エンジン停止から長時間が経過していて、温度センサにより検出されるバッテリ5の周囲温度と、該周囲温度から推定されるバッテリ5の液温とがほぼ同じ状態であること、
(3)前回のエンジン2の停止時に導出されたバッテリ容量(SOC)を記憶しておき、記憶した前回のバッテリ容量が99%よりも高いこと、
の3つの条件が成立するかどうかが判断され、ECU8により、この3つの条件が成立した判断されるとバッテリ5が満充電状態であると判定される。このようなECU8の満充電判定機能が、本発明における「満充電判定手段」に相当する。
さらに、図2に示すように、エンジン2の始動時におけるバッテリ5の端子電圧の最小値Vminがどれくらいかによって、バッテリ5が劣化しているかどうかの劣化判定がECU8に、予め設定された第1判定閾値Vd1よりも高いときには、バッテリ5は劣化なしの状態であると判定され、バッテリ5の端子電圧の最小値Vminが第1判定閾値Vd1以下であってこの第1判定閾値Vd1よりも低い第2判定閾値Vd2(<Vd1)よりも高いときには、バッテリ5が第1劣化状態であると判定され、バッテリ5の端子電圧の最小値Vminが予め設定された第2判定閾値Vd2以下であれば、バッテリ5が第2劣化状態であると判定される。このようなECU8によるバッテリの劣化判定処理が、本発明における「劣化判定手段」に相当する。
そして、バッテリ5が満充電状態であると判定されたときに、IGスイッチのオン直後に電圧センサにより検出されるバッテリ5の端子電圧が、バッテリ5の開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)として導出される。
すなわち、IGスイッチがオンされるとバッテリの端子電圧は、図2に示すように、エンジン2の始動のためにスタータに給電開始されることによって急減するが、IGスイッチのオフからバッテリの端子電圧の急減までにΔt時間のずれがあり、このΔt時間にバッテリ5の端子電圧は開放電圧となるため、IGスイッチのオンからΔt時間の間に電圧センサにより検出される端子電圧がECU8に取り込まれてバッテリ5の開放電圧が導出され、このようなECU8によるバッテリ5の開放電圧の導出機能が、本発明における「開放電圧導出手段」に相当する。
ところで、車両に搭載されるバッテリに関し、通常、バッテリメーカーにおいてバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データが予め取得されて車両メーカーに提供されるため、バッテリメーカーから提供されるバッテリ5の開放電圧に対するバッテリ容量の関係データをマップ化してECU8の内蔵メモリに予め格納し、或いは、バッテリ5の開放電圧に対するバッテリ容量の関係データを実験的に測定して予めECU8の内蔵メモリに格納しておく。ここで、バッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データは温度特性を有し、例えばバッテリ5の周囲温度が25℃では図3に示すようなパターンになる一方、バッテリ5の周囲温度が30℃,50℃,60°などでは異なるパターンになるため、各温度ごとのバッテリ5の開放電圧に対するバッテリ容量の関係データをメモリにマップ化して格納しておく。
そして、ECU8の内蔵メモリに格納されたマップのうち、バッテリ5の開放電圧を導出したときの温度センサによるバッテリ周囲温度でのバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データが選択され、選択された当該関係データから、上記したようにECU8により導出されたバッテリ5の開放電圧の値に対応するバッテリ容量(SOC)の値が読み出される。このようなECU8による読み出し機能が、本発明における「読出手段」に相当する。
ここで、開放電圧を導出したときのバッテリ周囲温度における開放電圧に対するバッテリ容量の関係データが、例えば図3に示すようになり、前回のエンジン2の停止時におけるバッテリ容量(SOC)としてECU8の内蔵メモリ等に保持された値がS1(%)であり、マップから読み出されるバッテリ容量(SOC)の値がS2(%)であるときに、前回値S1と読み出された値S2との差ΔS(=S1−S2)(%)が、バッテリ5の劣化度合いとして導出される。このようなECU8による劣化度合いの導出機能が、本発明における「劣化度合い導出手段」に相当する。
ところで、バッテリ5の容量に応じて、ECU8によりバッテリ5の保護のために放電制御を許容するか、さらにはアイドリングストップ(IDS)制御を許容するかが判断されるが、図4に示すように、上記した劣化判定においてバッテリ5の劣化なしと判定されると、バッテリ5の放電制御は制限なく許容されるとともに、アイドリングストップ(IDS)制御も制限なく許容される。また、上記した劣化判定においてバッテリ5が第1劣化状態であると判定されると、図4に示すように、ECU8により、バッテリ5の放電制御は禁止される一方、IDS制御は制限なく許容され、上記した劣化判定においてバッテリ5が第2劣化状態であると判定されると、図4に示すように、ECU8により、バッテリ5の放電制御およびIDS制御はともに禁止される。
そして、ECU8によりバッテリ5の劣化なしと判定されることを条件に、ECU8により、上記したようにして導出される前回のエンジン2の停止時におけるバッテリ容量の値S1(%)と、マップから読み出されたバッテリ容量(SOC)の値S2(%)との差ΔS(%)が、バッテリ5の劣化度合として導出され、導出された差ΔS(%)に基づき、バッテリ5の放電制御を許容する限界値が補正される。
すなわち、例えば図5(a)に示すように、バッテリ容量(SOC)が90%を下回れば放電制御を禁止すべきと定められ、バッテリ容量(SOC)が100%〜90%の範囲内で放電制御を許容するように設定されている場合において、導出された差ΔS(%)が例えば2(%)であるときに、同図(b)に示すように、放電制御を許容するバッテリ容量(SOC)の限界値は設定値の90(%)よりもΔS分高い値の92(%)に補正され、このような補正により、バッテリ容量(SOC)が100%〜92%の範囲内で放電制御が許容されることになる。その結果、より具体的なバッテリ5の劣化度合いを数値化してバッテリ5の放電制御を許容する限界値を補正でき、バッテリ5の早期劣化を抑制することができる。
次に、ECU8の制御動作について、図6のフローチャートを参照して説明する。
図6に示すように、ECU8により、上記した(1)〜(3)の条件の成否からバッテリ5が満充電状態かどうかの判定がなされ(ステップS1)、この判定結果がYES、つまりオルタネータ4からの電流が流れない状態であって、バッテリ5の周囲温度とバッテリ5の液温とがほぼ同じ状態で、前回のエンジン2の停止時におけるバッテリ容量が99%よりも高く、バッテリ5が満充電状態であると判定されると、IGスイッチのオフからΔt時間(図2参照)の間におけるバッテリ5の端子電圧が検出されて開放電圧(OCV)が導出される(ステップS2)。
続いて、ECU8の内蔵メモリに格納されたバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データのなかから、そのときの温度センサによるバッテリ5の周囲温度における関係データが選択され、選択された当該関係データから、ステップS2で導出されたバッテリ5の開放電圧(OCV)の値に対応するバッテリ容量の値S2(%)が読み出され、前回のエンジン2の停止時におけるバッテリ容量の値S1(%)と、読み出された値S2との差ΔS(=S1−S2)(%)がバッテリ5の劣化度合いとして導出され(ステップS3)、バッテリ5の端子電圧の最小値Vminに基づき、バッテリ5の劣化がないか否かの判定がなされ(ステップS4)、この判定結果がYESであれば、ステップS3で導出された差ΔS(%)に基づき、バッテリ5の放電制御を許容する限界値が補正され(ステップS5)、その後、ステップS1,S4の判定結果がNOの場合とともに動作は終了する。
なお、上記したように導出される差ΔS(=S1−S2)(%)に基づき、バッテリ5の放電制御の許容限界よりも低いアイドリングストップ制御の許容限界を補正することも可能である。
したがって、上記した実施形態によれば、ECU8により、バッテリ5が満充電状態であると判定されたときに、バッテリ5の開放電圧が導出され、ECU8の内蔵メモリに予め格納されたバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データから、導出された現在のバッテリの開放電圧の値に対応するバッテリ容量の値が読み出され、劣化判定の結果がバッテリの劣化なしであることを条件に、前回のエンジン停止時におけるバッテリ容量の値と、読み出されたバッテリ容量の値との差がバッテリの劣化度合いとして導出されるため、従来のように大まかなバッテリ5の劣化度合いではなく、具体的な数値として劣化度合いを導出することができ、導出されたバッテリの劣化度合いに基づき、例えばバッテリの放電制御の許容限界を定めるためのバッテリ容量の限界値を補正することが可能になり、バッテリ5の早期劣化を抑制することができる。
また、オルタネータ4からの電流が流れない状態であって、バッテリ5の周囲温度とバッテリ5の液温とがほぼ同じ状態で、前回のエンジン2の停止時におけるバッテリ容量が99%よりも高いときに、バッテリ5が満充電状態であると判定するため、より精度よくバッテリ5の満充電判定を行うことができる。
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。
例えば、上記した実施形態では、劣化度合いとして導出したバッテリ容量の差ΔSに基づき、バッテリ5の放電制御を許容する限界値やIDS制御を許容する限界値を補正する場合について説明したが、このような限界値の補正に限らず、その他の制御処理に使用できるのは勿論であり、劣化度合い(ΔS)を表示手段に表示できるようにしてもよい。
また、劣化度合いとして導出したバッテリ容量の差ΔS(=S1−S2)が2%である場合を例示したが、ΔSは2%に限らないのはいうまでもない。
また、上記した実施形態では、バッテリ5の放電制御を許容するバッテリ容量(SOC)限界値を90%として説明したが、この限界値は90%に限られるものではない。
また、上記した実施形態では、アイドリングストップ車1に本発明を適用した場合について説明したが、アイドリングストップ車以外に車両にも本発明を適用することができる。
そして、本発明は、複数の車載用電気負荷に給電するバッテリと、エンジンの回転により発電してバッテリを充電するオルタネータと、オルタネータの発電制御を行う発電制御手段とを備える車両制御装置に適用することができる。
1 車両制御装置
2 エンジン
4 …オルタネータ
5 …バッテリ
8 …ECU(発電制御手段、容量導出手段、満充電判定手段、劣化判定手段、開放電圧導出手段、読出手段、劣化度合い導出手段)

Claims (1)

  1. 複数の車載用電気負荷に給電するバッテリと、エンジンの回転により発電して前記バッテリを充電するオルタネータと、前記オルタネータの発電制御を行う発電制御手段とを備える車両制御装置において、
    電流センサにより検知されるバッテリ電流の積算値に基づき、バッテリ容量を導出する容量導出手段と、
    イグニッションスイッチのオン時に前記バッテリが満充電状態であるかどうかを判定する満充電判定手段と、
    前記バッテリの端子電圧の最小値に基づき、前記バッテリの劣化の有無を判定する劣化判定手段と、
    前記満充電判定手段により前記バッテリが満充電状態であると判定されたときに、前記バッテリの開放電圧を導出する開放電圧導出手段と、
    格納手段に予め格納されたバッテリ開放電圧に対するバッテリ容量の関係データから、前記開放電圧導出手段により導出される前記開放電圧の値に対応するバッテリ容量の値を読み出す読出手段と、
    前記劣化判定手段による判定が前記バッテリの劣化なしであることを条件に、前回のエンジン停止時に保持しておいた前記バッテリ容量の値と、前記読出手段により読み出される前記バッテリ容量の値との差を前記バッテリの劣化度合いとして導出する劣化度合い導出手段と
    を備えることを特徴とする車両制御装置。
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