JP2596426B2

JP2596426B2 - 車両用バッテリーの充電制御装置

Info

Publication number: JP2596426B2
Application number: JP62189893A
Authority: JP
Inventors: 良隆田原; 宏門田; 義之進矢; 知嗣力武
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPS6434138A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は車両用バッテリーの充電制御装置に関し、特
に、バッテリー端子電圧の低下時に、エンジン出力を増
加補正し、バッテリーの残容量が所定値以上のときに
は、エンジン出力の出力増加補正を制限するようにした
ものに関する。

〔従来技術〕

従来、車両用バッテリーはエンジンで駆動されるオル
タネータに接続され、バッテリー電圧が所定値以下に低
下したときにはオルタネータが起動され、オルタネータ
から電気的負荷とバッテリーとに給電するような充電制
御が行なわれている。

従って、バッテリーに対しては充放電が頻繁に繰返さ
れている。また、アイドル運転状態のときには、エンジ
ン回転数が低いためオルタネータの発電量が不足するこ
とも多く、その場合バッテリーからの放電が検出された
ときにはアイドル回転数を高めてオルタネータの発電量
を増加させバッテリーからの接続的放電を防止するよう
な充電制御が採られている。

例えば、特開昭59−222099号公報には、エンジン出力
を不安定にさせることなく発電効率の向上を図るため
に、電気負荷の電源として、バッテリーとエンジンにて
駆動される発電機との並列回路を構成し、電流検出部に
より電気負荷に供給される総負荷電流ILを検出し、検出
電流ILに応じて発電電圧調整部により発電機の励磁切換
えを行なって発電電圧の制御を行うようにしたエンジン
駆動発電機の制御装置が記載されている。また、特開昭
63−26587号公報には、クランキング時に、バッテリー
充電状態と放電状態とから初期バッテリー容量を推定す
る技術が記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の充電制御装置では、専らバッテリー電圧とバッ
テリーからの放電の有無のみに基いて充電制御していた
ので、バッテリー電気量つまりバッテリー残容量が非常
に少ない状態で充電、放電が行われることがある。その
場合、バッテリーの劣化が著しく進行し、バッテリーの
性能及び寿命が低下する。また、バッテリーの正確な残
容量を加味して充填制御を行わない場合には、冷寒時な
ど充電制御の制御遅れなどの原因でバッテリーが上って
しまうこともある。

更に、アイドル運転時に、バッテリー電圧が設定値以
下のときに、発電量増加の為にエンジンのアイドルアッ
プを図るものにおいては、バッテリー電圧のみに基いて
充電制御するので、バッテリーの残容量が十分であるに
も係わらず、不必要なアイドルアップを実行してしまう
ことがある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る車両用バッテリーの充填制御装置は、バ
ッテリー端子電圧とバッテリーの充放電量とからバッテ
リーの残容量を検出する残容量検出手段と、上記バッテ
リー端子電圧が設定値以下のとき、エンジン出力を増加
させるよう補正する出力補正手段と、上記残容量検出手
段で得られるバッテリーの残容量が所定値以上のときに
は、上記出力補正手段による出力増加補正を制限する補
正制限手段とを備えたものである。

〔作用〕

本発明に係る車両用バッテリーの充電制御装置におい
ては、残容量検出手段は、バッテリー端子電圧とバッテ
リーの充放電量とからバッテリーの残容量（貯えられて
いる電気量）を検出し、また、出力補正手段は、バッテ
リー端子電圧が設定値以下のとき、エンジン出力を増加
させる補正を行い、また補正制限手段は、残容量検出手
段で検出されたバッテリーの残容量所定値以上のときに
は、出力補正手段による出力増加補正を制限する。

従って、バッテリー電圧が低下したときには、エンジ
ン出力を増加させて発電量を増して充電を促進しなが
ら、バッテリー残容量が所定値以上のときには、不必要
なエンジン出力の増加補正を制限することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る車両用バッテリーの充電制御装置によれ
ば、以上説明したように、残容量検出手段と、出力補正
手段と、補正制限手段とを設け、バッテリー電圧が設定
以下のときには、エンジン出力を増加させて充電を促進
しつつも、バッテリーの残容量が所定値以上のときに
は、エンジン出力の増加補正を制限することで、アイド
ル運転状態のときの発電量増加の為のアイドルアップの
頻度を少なくして燃費・振動・騒音を改善できる等の効
果が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は、自動車用の４気筒エンジンＥと自動車の各
種電気負荷に給電するバッテリー２及びオルタネータ４
等自動車用バッテリーの充電装置及び充電制御装置に関
連する機器の全体構成を示すもので、上記エンジンＥに
おけるシリンダブロック６、シリンダヘッド８、ピスト
ン10、燃焼室12、吸気ポート14、排気ポート16、点火プ
ラグ18、吸気通路20、排気通路22等の構成は一般の自動
車用エンジンと同様なので、その詳しい説明は省略す
る。

上記エンジンＥを制御するコントロールユニット24が
設けられ、上記吸気通路20の途中部にはスロットル弁26
が設けられ、このスロットル弁26をバイパスするバイパ
ス通路28にはアイドルスピートコントロール（以下、IS
Cと略称する）の為のリニアソレノイド式制御弁30が介
設され、この制御弁30はコントロールユニット24からの
駆動パルスで制御され、スロットル弁26の全閉状態はア
イドルスイッチ32により検出され、その検出信号はコン
トロールユニット24へ出力されている。

上記エンジンＥの４つの気筒の点火プラグ18を所定の
順序でエンジン回転数に対応して点火させるためイグニ
ションコイル34及びイグニションコイル34に接続された
ディストリビュータ36が設けられ、イグニションコイル
34はバッテリー２に接続されてバッテリー２から給電さ
れ、イグニションコイル34はコントロールユニット24に
より制御され、ディストリビュータ36の点火信号は所定
の順序で各点火プラグ18へ出力されるとともにエンジ回
転数Ｎの演算の為例えば第１気筒の点火信号がコントロ
ールユニット24へ出力されている。

一方、エンジンＥのクランク軸に連動連結され、クラ
ンク軸で回転駆動されるオルタネータ４の出力ラインは
バッテリー２の＋端子に接続され、オルタネータ４の発
電電力はバッテリー２へ供給されるとともに、バッテリ
ー２とオルタネータ４とは自動車の各種電気負荷（例え
ば、エアコン、ライト、ラジエータ冷却用のファン、空
気送給用のブロア、リアデフロスタ、ブレーキ装置な
ど）へ給電可能に接続され、これら電気負荷のうちスイ
ッチONのものに対しては、オルタネータ４の作動時には
オルタネータ４から給電され、またオルタネータ４の不
作動時にはバッテリー２から給電される。更に、上記コ
ントロールユニット24へは、図示のように各種電気負荷
のスイッチからのスイッチ信号（例えば、スタータスイ
ッチ信号、エアコンスイッチ信号、ライトスイッチ信
号、ファンスイッチ信号、ブロアスイッチ信号、リアデ
フロスタスイッチ信号、ブレーキスイッチ信号）が入力
されるとともに、バッテリー２の＋端子からのバッテリ
ー電圧信号V_B及びバッテリー２の液温を検出する液温セ
ンサ38からの液温信号T_Bも入力されている。

次に、上記コントロールユニット24の構成について第
２図のブロック図に基いて説明する。

上記コントロールユニット24は、CPU40（中央演算装
置）とこれにデータバス等を介して接続されたROM42
（リード・オンリ・メモリ）及びRAM44（ランダム・ア
クセス・メモリ）などを備えたマイクロコンピュータを
主体に構成され、上記CPU40にはデータバス等を介して
入力インターフェイス46と出力インターフェイス48とが
接続され、更に上記コントロールユニット24には、ディ
ストリビュータ36からの点火信号を受けて波形整形しCP
U40のインタラプト端子へ出力する波形整形回路50と、
バッテリー２からのバッテリー電圧信号V_Bを受けて雑音
を除去するアナログバッファ52と、このアナログバッフ
ァ52から受けたバッテリー電圧信号V_BをA/D変換してCPU
40へ出力するA/D変換器54と、液温センサ38から液温信
号T_Bを受けて雑音を除去するアナログバッファ56と、こ
のアナログバッファ56から受けた液温信号T_BをA/D変換
してCPU40へ出力するA/D変換器58と、上記出力インター
フェイス48から制御されたデューティ比の制御パルス信
号を受けて増幅しそれに対応する駆動パルスをISC制御
弁30のリニアソレノイドへ出力する駆動回路60と、CPU4
0にデータバス等を介して接続されたフリーランニング
カウンタ62とが設けられている。上記フリーランニング
カウンタ62はCPU40のエネーブル端子から「Ｌ」レベル
信号を受けたときにCPU40から出力されるクロック信号
（水晶発振器64で得られる）を受けてカウントすること
により微小時間単位にて時刻を計時していくものでる。

上記ROM42には、後述のようなバッテリー２に対する
充電制御の制御プログラム及びそれに付随するテーブル
やメモリマップなどが予め入力格納されており、上記RA
M44には上記充電制御に必要な各種メモリやフラグやレ
ジスタなどが設けられている。

本実施例の充電制御装置は、電気負荷が所定値以上と
なるクランキング状態において、バッテリー電圧V_Bとバ
ッテリーの液温T_Bとを検出し、これらバッテリー電圧V_B
と液温T_Bとからエンジン始動時のバッテリー２の初期残
容量を求め、エンジン始動後には時々刻々の電流消費量
と発電量とを求めて上記始動時の初期残容量と電流消費
量と発電量とから時々刻々の残容量を求め、バッテリー
の残容量が所定値以上となるようにエンジンＥのアイド
ル回転数即ちオルタネータ４の回転数を充電制御するも
のである。

以下、上記コントロールユニット24により実行される
バッテリー２の充電制御のルーチンについて第３図・第
４図のフローチャートに基いて説明する。尚、図中S1〜
S37、S50〜S52は各ステップを示すものである。

エンジンのイグニションスイッチの投入とともに制御
が開始されると、S1においてメモリやフラグをクリアす
るなどの初期化が実行されるが、この初期化において後
述の前回時刻t₃もクリアされる。次にS2においてスター
タスイッチ信号に基いてエンジンＥがクランキング中か
否か判定され、クランキングになるまで待ちクランキン
グ中になるとS3においてバッテリー２の＋端子からのバ
ッテリー電圧V_B及び液温センサ38からの液温T_B及び各種
負荷のスイッチ信号が微小時間あけて複数回読込まれ
る。

このように、バッテリー２から大電流が供給されるク
ランキング中にバッテリー電圧V_Bを検出すると、外部抵
抗が小さいので外部抵抗の影響が少なく、残容量と対応
関係にあるバッテリー電子電圧を比較的高精度に検出す
ることが出来る。次にS4において、バッテリー電圧V_Bと
液温T_Bとに基いて、バッテリー２の初期残容量C_BR次の
ように演算される。

即ち、上記ROM42には第５図のように実験的又は理論
的に求められたバッテリー電圧変化率（dV_B/dt）と放電
電流I_Bとをパラメータとした補正前残容量C_BOメモリマ
ップが予め格納されており、クランキング時の放電電流
I_Bを各種負荷のスイッチ信号に基いて演算するととも
に、バッテリー電圧V_Bから電圧変化率（dV_B/dt）を演算
し、上記放電電流I_Bと電圧変化率（dV_B/dt）とを用いて
上記メモリマップから補正前残容量C_BOを演算する。更
に、第６図に示すようにバッテリー液温T_Bと補正係数α
との関係を規定した演算プログラムを基いて補正係数α
を演算し、上記補正前残容量C_BOと補正係数αとを用い
てバッテリー２の初期残容量C_BRをC_BR＝α×C_BOの演算
式で演算する。

このようにして、クランキング時におけるバッテリー
２の初期残容量C_BRが決定される。

但し、上記のような厳密な演算を省略するため、予め
ROM42にクランキング時のバッテリー電圧V_Bと補正前残
容量C_BOの関係を表わすメモリマップや演算式を格納し
ておいて、それに基いてバッテリー電圧V_Bから直接的に
補正前残容量C_BRを求めるようにしてもよい。

上記のようにS4にてバッテリー２の初期残容量C_BRが
求められると、次のS5においてスタータスイッチ信号に
基いてクランキング中か否かが判定され、クランキング
が終了するのを待ってS6へ移行しエンジン回転数Ｎが演
算される。上記エンジン回転数Ｎを前記点火信号の周期
から演算する為、ディストリビュータ36からの点火信号
の入力の都度、第４図の割込み処理のルーチンが実行さ
れる。即ち、割込み処理が開始されると、S50において
割込み時刻（現在時刻）t₂が入力され、次にS51におい
て今回の割込み時刻t₂と前回の割込み時刻t₁とからTDC
（上死点）周期T₀がT₀＝（t₂−t₁）の式で演算され、次
にS52において前回割込み時刻t₁が更新されると、第３
図のメインルーチンへ戻る。

S6においては、上記割込み処理により得られたTDC周
期T₀を用いてエンジン回転数Ｎが演算され、次にS7にお
いて各種電気負荷のスイッチ信号が入力され、S8におい
てこれらスイッチ信号とエンジン回転数Ｎとに基いて、
スイッチ信号が「Ｈ」で作動中の負荷の消費電流と、イ
グニションコイルで消費されるエンジン回転数Ｎに比例
する消費電流とを合計した消費電流が演算される。但
し、各電気負荷で消流する電流値は所定のテーブルとし
て制御プログラムに予め入力されている。

次にS9においてエンジン回転数Ｎに基いてオルタネー
タで発電している発電量（IH）が演算され、次にS10に
おいてフリランニングカウンタ62より現在時刻t₄が入力
され、次にS11において前回制御からの経過時間△ｔが
演算される。

次にS12において、現在のバッテリー２の残容量C_BRが
S4にて求められた初期残容量C_BR又は前回制御の残容量C
_BRに（IH−IS）△ｔを加算して求められ、RAM44のメモ
リに記憶され、次にS13にて前回時刻t₃が現在時刻t₄で
更新されると、S14において現在の残容量C_BRが所定値
（例えば、40A・H_r）以下か否か判定され、Yesのときに
はS15へまたNoのときにはS16へ夫々移行する。S15では
残容量C_BRが少ないのでエンジンのアイドル回転数を高
めて発電量（IH）を増加させることが望ましいことか
ら、放電防止ISC許可の為のフラグFCONTがセットされ、
S16では残容量C_BRが不足しておらず発電量（IH）が増加
させる必要がないことから、放電防止ISC禁止の為のフ
ラグFCONTがリセットされ、次のS17にてエンジン回転数
Ｎが1200rpm未満か否か判定され、S18にてアイドルスイ
ッチ信号に基いてスロットル弁26が全閉であるか否か判
定される。そして、アイドル運転状態のときにはS19へ
移行し、そうでないときにはS17又はS18からS6へ戻る。

S19以降のルーチンはアイドル運転状態のときに実行
されるもので、S19ではフリーランニングカウンタ62か
ら現在時刻t₆が入力され、次にS20では現在時刻t₆から
前回制御の時刻t₅を減算して前回制御からの経過時間t₇
が演算され、次にS21において上記経過時間t₇がt₇≧20m
sか否か判定される。上記20msはISC制御弁30へ出力する
駆動パルスの周期である。t₇≧20msでないときにS19へ
戻ってS19〜S21を繰返しt₇≧20msになると、S22におい
て前回時刻t₅が現在時刻t₆で更新され、また出力インタ
ーフェイス48の出力ポートから駆動回路60へ「Ｈ」レベ
ル信号が出力され、次にS23においてエアコンスイッチ
信号に基いてエアコンが作動中か否か判定され、エアコ
ンが作動中のときにはS24にてコンプレッサ駆動用の出
力を得る為アイドル目標回転数NoがNo＝1000rpmにセッ
トされまたエアコンが作動中でないときにはS25にてア
イドル目標回転数NoがNo＝700rpmにセットされ、S24又
はS25からS26へ移行し、S26にてフラグFCONTがセットさ
れているか否か判定され、YesのときにはS27においてバ
ッテリー電圧V_Bが読込まれ、次のS28においてV_B＜14.3V
か否か判定される。この判定はバッテリーから放電中か
否かを判定する為のもので、放電中であればバッテリー
の端子にオルタネータ４の出力電圧（約16〜17V）が印
架されないので、V_B＜14.3Vとなる。S26にてNoのとき及
びS28にてNoのときにはS30へ移行し、S28にてYesのとき
にはS29へ移行しS29において放電防止補正回転数NDCが
所定量△NDCだけ増加され、またS30では残容量C_BRが十
分あるか或いは十分ないとしても放電中でないので放電
防止補正回転数NDCが所定量△NDCだけ減少され、S29又
はS30からS31へ移行する。

S31においては、最終目標回転数N_OCが、目標回転数No
に補正回転数NDCを加えることにより演算され、次にS32
においてエンジン回転数ＮがＮ＜N_OCか否か判定され、
Ｎ＜N_OCのときにはS33においてアイドル回転数を増加さ
せる為ISC制御弁30のリニアソレノイドへ出力する駆動
パルスの制御デューティTDが増加補正され、またＮ＜N
_OCないときにはS34において制御デューティTDが減少補
正され、S33又はS34からS35へ移行しS35において現在時
刻t₈が入力され、次にS36においてS22にて「Ｈ」レベル
信号を出力後に制御デューティTDの時間経過したか否か
つまり（t₈−t₅）≧TDか否か判定され、経過していない
ときにはS35へ戻ってS35〜S36を繰返してTDの時間経過
したときにはS37において出力インターフェイス48の出
力ポートから駆動回路60へ「Ｌ」レベル信号が出力さ
れ、これにより制御デューティTDのパルス幅の駆動パル
スがISC制御弁30のリニアソレノイドへ出力され、S37か
らS6へ戻る。

上記充電制御のルーチンは微小時間おきに繰返し実行
されるので、時々刻々のバッテリー残容量C_BRが演算更
新され、アイドリング時エアコンの作動中には1000rpm
以上の回転数またはエアコンの作動中でないときには70
0rpm以上の回転数に保持されるとともに、残容量C_BRが
所定値以下でバッテリー２から放電中のときには制御デ
ューティが増大側へ補正されて駆動パルスのパルス幅が
増しバイパスエア量が増加してエンジン回転数Ｎつまり
オルタネータ４の回転数が増大して発電量が増加し、バ
ッテリー２の充電が行なわれる。これにより、バッテリ
ー２の残容量C_BRが徐々に増加していく。この間制御ル
ーチンはS28からS30へ移行するようになるので放電防止
補正回転数NDCが減少側へ補正されていくが、発電量（I
H）の減少により放電状態になると制御ルーチンはS28か
らS29へ移行して放電防止補正回転数NDCが増加側へ補正
される。

一方、バッテリー残容量C_BRが所定値より大きいとき
には放電中でも放電防止補正回転数NDCが減少側へ補正
されていく。即ち、放電中であっても充電の為のアイド
ルアップを特別に実行することはない。

本実施例の充電制御について、第７図により補足説明
する。

第７図の曲線Ｌはある負荷状態で放電するときのバッ
テリー端子電圧V_Bの特性を例示したもので、残容量C_BR
が所定値（40A・H_r）以下のときに例えばＰ点から放電
を続行すると矢印Ａ方向へ移行しバッテリー電圧V_Bが低
下するか、上記充電制御ではＰ点で放電時にはアイドル
アップを促進して矢印Ｂ方向へ移行させ残容量C_BRの増
加を図るようになっている。

一方、残容量C_BRが所定値（40A・H_r）より大きいとき
に例えばＱ点から放電を続行すると矢印Ｃの方向へ移行
し、充電を続行すると矢印Ｄの方向へ移行する。上記充
電制御では特別にアイドルアップすることなく矢印Ｃの
方向への移行を許し、Ｒ点になった時点でアイドルアッ
プを図るようにしている。

このように充電制御するので、通常時バッテリー残容
量C_BRは常に所定値より大きく保持され、バッテリー２
は最適な領域で使用され、バッテリー２の劣化も抑制さ
れ、バッテリー２が上ってしまうのを確実に防止するこ
とが出来る。従来装置のように、アイドリング時例えば
バッテリー電圧V_Bが第７図のV₀以下に低下したときに充
電するように制御する場合、バッテリー２は最適状態で
使用されにくく、バッテリー２の劣化が信号し、バッテ
リー２が上ってしまうこともある。

尚、バッテリー２の放電電流を検出する電流センサを
設け、その放電電流とバッテリー電圧V_Bの電圧変化率と
から所定のメモリマップやテーブルに基いて補正前残容
量C_BOを求めるようにしてもよいし、クランキング時電
気負荷を一定に保持したときのバッテリー電圧の電圧変
化率から補正前残容量C_BOを求めるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は自動車用
エンジンに設けたバッテリーと充電装置及び充電制御装
置の全体構成図、第２図は自動車用バッテリーの充電制
御の為の制御系のブロック図、第３図は充電制御のルー
チンのフローチャート、第４図は第３図のルーチンに対
する割込み処理ルーチンのフローチャート、第５図は補
正前残容量の線図、第６図は補正係数の線図、第７図は
充放電時のバッテリー端子電圧と残容量の説明図であ
る。２……バッテリー、４……オイルネータ、 24……コントロールユニット、28……バイパス通路、30
……ISC制御弁。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリー端子電圧とバッテリーの充放電
量とからバッテリーの残容量を検出する残容量検出手段
と、上記バッテリー端子電圧が設定値以下のとき、エンジン
出力を増加させるように補正する出力補正手段と、上記残容量検出手段で得られるバッテリーの残容量が所
定値以上のときには、上記出力補正手段による出力増加
補正を制限する補正制限手段と、を備えたことを特徴とする車両用バッテリーの充電制御
装置。