JP3888296B2 - 車両用発電機の電圧制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の電圧制御装置に関し、詳しくは車両の運転状態に応じて発電機の出力電圧を変更するように構成された発電機の電圧制御装置の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、エアコンやヘッドライト等の電気負荷に電力を供給するバッテリと、上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられている。これらの電気負荷には、車両の運転状態や負荷の作動状態等に応じて電力が供給されるように構成されており、例えば、発電機の発電電圧がバッテリの電圧（非充電時の電圧）よりも高い場合は、発電機によってバッテリが充電されると共に電気負荷にも電力が供給され、バッテリの電圧（同上の電圧）が発電機の発電電圧よりも高い場合は、バッテリは発電機によっては充電されず、放電状態となって該バッテリから電気負荷に電力が供給される。また、電気負荷が多数作動し、発電機の発電電力よりも電気負荷電力の方が大きくなった場合には、発電機の発電電圧がバッテリの電圧（同上の電圧）より高いときでも、不足する電力分がバッテリから電気負荷に供給されることとなる。
【０００３】
ここで、自動車用として一般的に用いられるバッテリの構造について簡単に説明しておくと、この種のバッテリは、主要な構成部材として、正負の電極を構成する陽極板及び陰極板と、これらの極板を収容する電槽と、該電槽内に貯溜された電解液とを有する。これらのうち電解液は希硫酸からなり、極板は、該極板のフレームとなる鉛合金製の格子と、該格子の空間に充填された活物質等からなる。この活物質は、鉛粉や酸化鉛粉を希硫酸で練ってペースト状にしたものを、上記格子に充填して乾燥させた上で化成（電気化学処理）することにより、陽極板については二酸化鉛、陰極板については海綿状鉛に変化させたものである。そして、バッテリの放電時には、陽極板の二酸化鉛及び陰極板の海綿状鉛が電解液と反応してそれぞれ硫酸鉛に変化することにより電力が発生し、また、バッテリの充電時には、これとは逆の反応が起こって元の二酸化鉛及び海綿状鉛に変化することにより、電力を貯蔵する。
【０００４】
その場合に、この種のバッテリの充電方法としては、一定電圧で常時充電する方法が従来一般的であったが、このような充電方法によるとエンジン出力が発電機負荷にも分散され、車両の加速性が低下することとなる。一方、一定の加速性能を維持しようとすると、エンジン出力を増大させねばならず、エンジンの燃費が低下することとなる。
【０００５】
そこで、減速時以外のときには、発電機の出力電圧を低くすることによりバッテリを放電させて電気負荷に電力を供給し、減速時には発電機の出力電圧を高くすることによりバッテリに大きな充電電流を流して充電を促進するものがある。これによれば、減速時以外のときのエンジンに対する発電機負荷が減少して加速性能を向上させることができると共に、減速時にはバッテリへの充電を促進することができ、これらによりエンジンの燃費の向上が達成されることとなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１３７２７５号公報（第３−５頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、自動車の運転時には加速と減速とが頻繁に繰り返されるが、その場合、発電機の出力電圧（バッテリの充電電圧）が、前述のような高い電圧と低い電圧とに交互に頻繁に変更されて、バッテリに比較的大きな充電電流と比較的大きな放電電流とが繰り返し流れることとなる。
【０００８】
そして、この状態が継続すると、前述したバッテリの活物質の結晶構造が徐々に肥大化して、活物質自体が充電を行っても元の結晶構造に戻らなくなったり、劣化した活物質の体積変化により格子から活物質が脱落して劣化前の状態に回復させることが不可能となり、バッテリ自体の放電性能等を劣化させることにもなる。
【０００９】
ところで、この頻繁な電圧変化による問題を解消する対策として、高い電圧あるいは低い電圧で連続して充電することが考えられるが、高い電圧でバッテリを連続的に充電した場合は、前述のように発電機がエンジンに対して負荷となってエンジンの燃費の低下や加速性の低下の問題が生じ、低い電圧で連続的に充電した場合は、バッテリが長時間放電状態となって、バッテリ上がりを起す虞がある。
【００１０】
そこで、本発明は、発電機の出力電圧を、バッテリの充電を促進するような高い電圧と、充電を抑制して放電状態とさせるような低い電圧とに交互に頻繁に変更した場合でも、バッテリの劣化を防止することができる車両用発電機の電圧制御装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に応じて、上記発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧を設定する発電電圧設定手段とが設けられていると共に、該発電電圧設定手段の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられた車両用発電機の電圧制御装置であって、上記電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、該電圧選択モード実行中において上記パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定手段の動作モードを、上記第１電圧と第２電圧との間の第３電圧に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更する動作モード変更手段とが備えられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値がパラメータ値検出手段によって検出され、該パラメータ値が所定の条件を満たす場合には、発電電圧設定手段の動作モードが劣化回復モードに変更され、バッテリが第１電圧よりも低くかつ第２電圧よりも高い第３電圧で充電されることとなる。
【００１３】
すなわち、電圧選択モードの継続によりバッテリの劣化が進行してきたと予測される場合、自動的にその劣化を回復させるための充電状態に変更されるから、例えば活物質が再活性化できない物質に変化したり、劣化した活物質が極板から脱落したりする前に、劣化前の状態に回復させることができ、ひいてはバッテリの劣化を防止することができる。
【００１４】
また、運転状態に応じて目標出力電圧を変更する電圧選択モードの実行により加速性を損なうことなく燃費の向上を図ることもできる。
【００１５】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、バッテリの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれかを検出する電流検出手段と、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定した後、検出された電流の絶対値を積算する積算手段とが設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記積算手段によって積算された値を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この積算値が予め定められた基準積算値を超えたときに、動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、バッテリの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれかが検出されてその絶対値が積算され、この積算値が予め定められた基準積算値を超えたときに、動作モードが劣化回復モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、劣化回復モードに切換えてからの経過時間を計時する回復モード計時手段が設けられていると共に、動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつ電流検出手段によって検出されたバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードから電圧選択モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、劣化回復モードに切換えられてからの経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードが劣化回復モードから電圧選択モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定してからの経過時間を計時する選択モード計時手段が設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記選択モード計時手段によって計時された経過時間を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた選択モード基準時間を超えたときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、電圧選択モードに設定してからの経過時間が予め定められた選択モード基準時間を超えたときに、動作モードが劣化回復モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定してからの第１電圧と第２電圧との間での目標出力電圧の切換回数を検出する切換回数検出手段が設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記切換回数検出手段によって検出された切換回数を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この切換回数が予め定められた基準回数を超えたときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、電圧選択モードに設定してからの第１電圧と第２電圧との間での目標出力電圧の切換回数が、予め定められた基準回数を超えたときに、動作モードが劣化回復モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明において、バッテリの充電電流を検出する充電電流検出手段と、劣化回復モードに切換えてからの経過時間を計時する回復モード計時手段とが設けられていると共に、動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつ電流検出手段によって検出されたバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードを劣化回復モードから電圧選択モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、劣化回復モードに切換えられてからの経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードが劣化回復モードから電圧選択モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両用発電機の電圧制御装置について説明する。
【００２６】
図１は、この容量検出制御装置１が設けられた車両の電気系統を示す図である。該車両には、例えばエアコンやヘッドライト等の車両用電気負荷２に電力を供給するバッテリ３と、上記車両用電気負荷２に電力を供給すると共にバッテリ３を充電する発電機４とが設けられている。ここで、バッテリ３は自動車用に一般的に用いられる鉛蓄電池であり、発電機４はオルタネータ及び出力電圧調整用のレギュレータ等で構成されている。
【００２７】
この制御装置１には、バッテリ３の充放電電流を検出する電流検出器５と、車速を検出する車速センサ６と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ７とが接続されている。該制御装置１は、車速センサ６で検出された車速が所定車速以上でかつアクセル開度センサ７で検出されたアクセル開度が全閉状態である場合に、車両が減速状態にあると判定する。ここで、この所定車速はエンスト防止可能な車速の数十ｋｍ／時に設定されている。また、該制御装置１は、発電機４に接続されており、上記電流検出器５、車速センサ６、アクセル開度センサ７からの信号、及び運転状態等に応じて発電機４の出力電圧を制御するように構成されている。
【００２８】
また、この制御装置１は、車両の運転状態に応じて、発電機４によるバッテリ３の充電制御のための目標出力電圧を設定し、該目標電圧設定の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられている。
その場合に、この制御装置１は、上記電圧選択モード実行中のバッテリ３の劣化に関するパラメータ値（詳細は後述する）を検出し、該電圧選択モード実行中において検出された上記パラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定の動作モードを、上記第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間の第３電圧Ｖ３に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更するように構成されており、以下、その詳細について、図２〜図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
本実施の形態においては、エンジンの始動後、バッテリ３の容量確定等の所定の処理を、ステップＳ１〜ステップＳ４で行った後、目標出力電圧設定の動作モードを電圧選択モードに設定するように構成されている。すなわち、ステップＳ１では、エンジンの始動後、バッテリ３を所定容量（本実施の形態においてはバッテリ３の定格容量に対して９５％）まで充電し、バッテリ３の現在の容量が所定容量（上記９５％）であると確定する。その場合に、バッテリ３は、この時点では、フル充電（満充電）に近い状態で、充電電力を吸収しにくい状態にあるから、ステップＳ２では、目標出力電圧を上記第２電圧よりも更に低い電圧ＶＬに設定してバッテリ３の放電を促し、該バッテリ３から電気負荷２に電力を供給するようにする。そして、ステップＳ３では、この放電による放電電流の積算値が所定値以上となったか否かを判定し、該積算値が所定値以上となったと判定されるまで、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返す。ここで、この所定値は、容量が前述の９５％のときからバッテリ３が放電を開始して、その容量が９３％程度に減少したときの値である。
【００３０】
そして、ステップＳ３で放電電流の積算値が所定値以上であると判定されたときは、ステップＳ４で、現在の電気負荷が所定量以下であるか否かを判定し、所定量以下であるときは、ステップＳ５以後の電圧選択モードに関する制御を開始し、所定量以下でないときは、以下の理由により電圧選択モードの実行に適していないので、通常モードを実行する。つまり、電気負荷が所定量以下でなく電気負荷が大きい場合、減速時以外のときのバッテリ放電電流が大きくなってバッテリの放電が急速に進み、バッテリ容量が、電圧選択モード実行条件のバッテリ容量規定範囲の下限値（バッテリが深放電しないような値に設定される。なお、本実施の形態においては、後述するステップＳ８で９０％に規定されている）を容易に下回ってしまう。言い換えれば、電圧選択モードを実行しても、すぐに電圧選択モードが終了することとなるから、バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる期間（エンジンに対する発電機負荷が少なくなる期間）が短くなって、燃費効果がほとんど得られないのである。
【００３１】
ここで、上記ステップＳ４で現在の電気負荷が所定量以下でないと判定されたときに行われる通常モードの制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
まず、ステップＳ２１では、目標出力電圧を通常電圧Ｖ０（１３．５Ｖ）に設定し、ステップＳ２２では、電流検出器５で検出された充電電流及び放電電流の積算値に基づいて現在のバッテリ３の容量を算出する。次いで、ステップＳ２３では、この算出された容量が９５％以上であるか否かを判定し、９５％以上である場合には、図２のステップＳ４の判定を行い、９５％以上でない場合には、ステップＳ２１に戻り、それ以後の処理を、９５％以上になったと判定されるまで繰り返す。
【００３３】
一方、図２のステップＳ４で、現在の電気負荷が所定量以下であると判定されたときには、前述の電圧選択モードの処理を開始し、ステップＳ５で、バッテリの劣化に関するパラメータ値を初期値にリセットした後、該パラメータ値のカウントを開始する。ここで、このパラメータ値としては以下の３種類のものがあり、そのそれぞれについてカウントを開始する。まず、その１つ目は、電流検出器５で検出された電流のうちの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれか１つの絶対値の積算値であり、２つ目は、電圧選択モードを開始してからの経過時間であり、３つ目は、第１発電電圧Ｖ１と第２発電電圧Ｖ２との切換回数である。ここで、いずれのパラメータ値も初期値は０である。
【００３４】
次いで、ステップ６では、電流検出器５で検出された充電電流及び放電電流に基づいて現在のバッテリ３の容量を算出し、ステップＳ７では、この算出されたバッテリ３の容量が定格容量の９５％以上（バッテリの充電効率がよいところのフル充電状態に近い容量）であるか否かを判定する。そして、９５％以上でない場合は、さらにステップＳ８で、現在のバッテリ３の容量が定格容量の９０％以下であるか否かを判定する。そして、このステップＳ８でバッテリ３の現在の容量が定格容量の９０％以下であると判定された場合は、電圧選択モードを中止して、通常モードに移行する。一方、ステップＳ８でバッテリ容量が９０％以下でないと判定された場合は、ステップＳ９で、前述のバッテリの劣化に関するパラメータ値が所定条件を満たすか否か（詳細については後述する）を判定し、満たす場合は、後述する劣化回復モードに移行する。
【００３５】
一方、ステップＳ９でバッテリの劣化に関するパラメータ値が所定条件を満たしていないと判定された場合は、ステップＳ１０で、車両が減速状態であるか否かを車速センサ６及びアクセル開度センサ７からの信号に基づいて判定し、減速状態である場合は、ステップＳ１１で目標出力電圧を第１電圧Ｖ１（１５Ｖ）に設定し、減速状態でない場合は、ステップＳ１２で目標出力電圧を第２電圧Ｖ２（１２．５Ｖ）に設定する。ここで、この第１電圧Ｖ１（１５Ｖ）は、バッテリの充電を促進する電圧であり、第２電圧Ｖ２（１２．５Ｖ）は、バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる電圧である。
【００３６】
一方、ステップＳ７で、バッテリ３の現在の容量が定格容量の９５％以上であると判定された場合は、ステップＳ１２で目標出力電圧を第２電圧Ｖ２（１２．５Ｖ）に設定する。
【００３７】
ここで、上記ステップＳ９で行われる、バッテリの劣化に関するパラメータ値の判定の詳細について説明する。
【００３８】
まず、１つ目のパラメータ値である充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれか１つの絶対値の積算値の場合は、この積算値が予め定められた基準積算値以上であるか否かを判定する。なお、本実施の形態においては、充電電流の絶対値の積算値が基準積算値ΣＩ以上であるか否かを判定し、充電電流の絶対値の積算値が基準積算値ΣＩ以上である場合は、条件を満足したものと判定し、基準積算値ΣＩ以上でない場合は、条件を満足していないものと判定する。
【００３９】
また、２つ目のパラメータ値である電圧選択モード開始からの経過時間の場合は、この経過時間が予め定められた第１基準時間ｔａ（請求項４に記載の選択モード基準時間）以上であるか否かを判定し、第１基準時間ｔａ以上である場合は、条件を満足したものと判定し、第１基準時間ｔａ以上でない場合は、条件を満足していないものと判定する。ここで、本制御装置１には、電圧選択モードを開始したときに上記第１基準時間ｔａのカウントを開始するタイマ１（図５参照）が設けられており、該タイマ１がタイムアップしたか否かにより、電圧選択モード開始からの経過時間が予め定められた第１基準時間ｔａ以上となったか否かを判定している。
【００４０】
また、３つ目のパラメータ値である第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との切換回数の場合は、該切換回数が予め定められた基準回数Ｎ以上であるか否かを判定し、基準回数Ｎ以上である場合は、条件を満足したものと判定し、基準回数Ｎ以上でない場合は、条件を満足していないものと判定する。
【００４１】
そして、このステップＳ９では、これらの３種類のパラメータ値のうちのいずれかのパラメータ値が前述の条件を満足したときに、パラメータ値が所定条件を満足したと判定し、劣化回復モードに移行する。
【００４２】
次に、上記ステップＳ９の判定で、いずれかのパラメータ値が条件を満足したときに行われる劣化回復モードの制御について、図４のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ３１では、劣化回復モードの実行を開始し、劣化回復モードの基準時間ｔｂをカウントするタイマ２を作動させる。次いで、ステップＳ３２では、電流検出器５で検出された充電電流が所定値Ｉ０以下であるか否かを判定し、所定値Ｉ０以下でない場合は、ステップＳ３３で、目標出力電圧を第３電圧Ｖ３（１３．５Ｖ）に設定して劣化回復モードを継続する。一方、ステップＳ３２で、充電電流が所定値Ｉ０以下であると判定された場合は、ステップＳ３４で、劣化回復モードを開始してからの経過時間が第２基準時間ｔｂ（請求項３及び請求項６に記載の回復モード基準時間）以上であるか否かを判定する。ここで、第２基準時間ｔｂ以上であるときは、ステップＳ３５で、バッテリ３がフル充電状態になったと判定して劣化回復モードを終了し、図２のステップＳ４以後の処理を行う。一方、第２基準時間ｔｂ以上でないときは、ステップＳ３３でも引き続き目標出力電圧を第３電圧Ｖ３（１３．５Ｖ）に設定して、劣化回復モードを継続する。すなわち、劣化回復モードの開始後、電流検出器５で検出された電流が所定値Ｉ０以下となり、かつ劣化回復モードを開始してからの経過時間が第２基準時間ｔｂ以上となったときに、バッテリ３がフル充電状態となって、バッテリ３が劣化しつつあった状態が解消されたと判定し、電圧選択モードに切換えるのである。
【００４４】
次に、図５のタイムチャートを用いて、第１の実施の形態に係る電圧制御装置１の作用等について説明する。
【００４５】
まず、制御装置１は、エンジンの始動後、電圧選択モードの実行に先立って、バッテリ３を所定容量（定格容量の９５％）まで充電して現在のバッテリの容量を確定する。次いで、バッテリ３を電圧選択モードの実行に適した状態に移行させるために、目標出力電圧を電圧ＶＬに設定してバッテリ３から電気負荷に電力を強制的に供給させる（バッテリ３を強制的に放電させる）。そして、この放電電流の積算値が所定値以上となり（バッテリ３の容量が定格容量の９３％程度に減少し）、そのときに利用されている電気負荷が所定量以下である場合に、電圧選択モードに移行する（時間ｔ１）。この電圧選択モードに移行したときの目標出力電圧は、車両が減速状態か否かにより決定されるが、図５に示す場合は、移行時ｔ１において減速状態であり、さらにバッテリ３の容量が前述の通り約９３％程度であるから、目標出力電圧が第１電圧Ｖ１に設定される。
【００４６】
そして、この電圧選択モード実行中において、バッテリ３の容量が９０％より大きくかつ９５％以下であるときは、車両が減速状態か否かによって目標出力電圧が第１電圧Ｖ１もしくは第２電圧Ｖ２に設定されて、バッテリ３の充電と放電とが繰り返され（充電電流（＋側）と放電電流（−側）とが繰り返し流れ）、バッテリ３の容量が増減を繰り返すこととなる。一方、例えば、使用中の電気負荷２が少ないこと等により、矢印アで示すように、バッテリ３の容量が９５％以上に増加したときは、車両が減速状態であっても目標出力電圧を第２電圧Ｖ２に設定して、バッテリ３の容量が９５％以下となるようにバッテリ３の放電を促す。逆に、使用中の電気負荷２が多いこと等により、矢印イで示すように、バッテリ３の容量が９０％以下に減少したときは、電圧選択モードを終了して、通常モードに移行する。なお、通常モードに移行して通常電圧Ｖ０で充電され、バッテリ３の容量が９５％以上になり、かつ電気負荷２が所定量以下である場合には、再度、電圧選択モードに切換えられる。
【００４７】
その場合に、制御装置１は、電圧選択モードの実行中、前述した３種類のバッテリの劣化に関するパラメータ値の検出を行っており、このパラメータ値に基づいて、電圧選択モードの実行によるバッテリ３の劣化が進行していないか否かの判定を行っている。すなわち、制御装置１は、この電圧選択モードの実行中、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との切換回数を検出すると共に、充電電流の絶対値を積算し、さらに、電圧選択モードが選択されてからの経過時間をカウントしている。そして、これらの値に基づいて、上記切換回数が基準回数Ｎ以上となっていないか、また、上記充電電流の積算値が基準積算値ΣＩ以上となっていないか、さらに、上記経過時間が第１基準時間ｔａ以上となっていないか、を常に並行して判定している。そして、これらのパラメータ値のうちのいずれか1つでも条件が満足された場合は、バッテリ３の劣化の進行を防止するために、動作モードを劣化回復モードに変更する。
【００４８】
図５の場合は、時間ｔ２に、電圧選択モードを開始してからの経過時間ｔｓが第１基準時間ｔａに達したため、切換回数及び充電電流の積算値はまだ基準値に達していないが、動作モードが電圧選択モードから劣化回復モードに変更され、目標出力電圧が第３電圧Ｖ３に設定される。そして、バッテリ３がフル充電状態となるまで（バッテリ３の容量が１００％となるまで）、車両の運転状態にかかわらず強制的に劣化回復モードを継続する。
【００４９】
その場合に、制御装置１は、バッテリ３がフル充電状態（定格容量の１００％まで充電された状態）となったか否かの検出のために、劣化回復モードの実行中、充電電流を検出すると共に、劣化回復モードを開始してからの経過時間ｔｒをカウントしている。また、上記充電電流が基準電流値Ｉ０以下となっていないか、上記経過時間ｔｒが第２基準時間ｔｂ以上となっていないか、を常に並行して判定している。そして、図５の場合は、矢印ウで示す時点において充電電流が基準電流値Ｉ０以下となっているが、劣化回復モードを開始してからの経過時間がまだ第２基準時間ｔｂに達していないので、該経過時間が第２基準時間ｔｂに達するまで劣化回復モードが継続される。そして、該経過時間が第２基準時間ｔｂに達した時間ｔ３に、動作モードが劣化回復モードから電圧選択モードに切換えられる。つまり、バッテリ３が確実にフル充電状態となり、また、バッテリ３の劣化が進行しつつあった状態からバッテリ３が劣化していない状態に回復されたのである。
【００５０】
そして、この電圧選択モードに切換えられた直後は、前述のようにフル充電状態であるから、バッテリの充電を促進する電圧Ｖ１でバッテリ３を充電すると、バッテリ３が過充電状態となって、バッテリ３の劣化を招くこととなる。そこで、矢印エで示すように、バッテリ３の現在の容量が９５％以下となるまでの間は、車両が減速状態か否かにかかわらず、目標出力電圧を第２電圧Ｖ２に設定し、バッテリ３の放電を促す。そして、この結果、バッテリ容量が９５％以下となったときは、車両が減速状態か否かにより第１電圧Ｖ１あるいは第２電圧Ｖ２に設定する。
【００５１】
ところで、劣化回復モード実行中において、その経過時間ｔｒが第２基準時間ｔｂに達したが、充電電流が基準電流値Ｉ０以下となっていないときは、図５に矢印オで示すように、第２基準時間ｔｂに達した以後も、充電電流が基準電流値Ｉ０以下となるまで、劣化回復モードを継続する。これによれば、例えば劣化回復モード実行中の電気負荷が比較的大きいことにより、バッテリ３の充電電流が少なくなって、その充電に時間がかかっているような場合にでも、確実にバッテリ３をフル充電状態に回復させ、かつバッテリの劣化を回復させることができる。
【００５２】
すなわち、本実施の形態に係る電圧制御装置１によれば、電圧選択モードの継続によりバッテリ３の劣化が進行してきたと予測される場合、動作モードが自動的にその劣化を回復させるための充電状態に変更されるから、例えばバッテリの活物質が再活性化できない物質に変化したり、劣化した活物質が極板から脱落したりする前に、劣化前の状態に回復させることができ、ひいてはバッテリ３の劣化を防止することができる。
【００５３】
また、運転状態に応じて目標出力電圧を変更する電圧選択モードの実行により加速性を損なうことなく燃費の向上を図ることもできる。
【００５４】
なお、電圧選択モード実行中において、図５に矢印カで示すように、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との切換回数が基準回数Ｎ以上となったときは、電圧選択モードの開始からの経過時間ｔｓが第１基準時間ｔａに達する前であっても、矢印カで示す時点で、動作モードが劣化回復モードに変更される。また、電圧選択モード実行中において、図５に矢印キで示すように、充電電流の積算値が基準積算値ΣＩ以上となったときは、電圧選択モードの開始からの経過時間が第１基準時間ｔａに達する前であっても、矢印キで示す時点で、動作モードが劣化回復モードに変更される。これによれば、バッテリ３が通常よりも厳しい条件で利用され、その劣化が通常よりも早く進行している虞があるような場合に、より早い時点で劣化回復の措置がとれることとなる。
【００５５】
なお、上記実施の形態においては、パラメータ値として３種類のパラメータ値を検出すると共に、これらの３種類のパラメータ値のそれぞれについて、予め定められた条件を満たすか否かの判定を行ったが、いずれか1種類あるいは２種類について検出して判定するような構成にしてもよい。また、検出精度をさらに向上させることを目的として、４種類以上のパラメータ値を検出してそれぞれについて判定するようにしてもよい。ここで、追加するパラメータ値としては、バッテリの電解液の温度や、電解液の比重等が挙げられる。つまり、バッテリは一般に電解液の温度（周囲温度）が高いほど劣化しやすくなる性質を有するから、その性質を利用して例えば、電圧選択モードの高い電圧（第１電圧）での充電によって電解液の温度が所定温度以上となった時間の積算時間が予め定められた時間を超えていないか否かについて判定するのである。また、バッテリは一般に劣化しつつある状況では電解液比重が低下しやすくなる性質を有するから、その性質を利用して例えば、電圧選択モードの低い電圧（第２電圧）での放電によって電解液比重が所定比重以下となった時間の積算時間が予め定められた時間を超えていないか否かについて判定するのである。
【００５６】
また、上記第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３、通常電圧Ｖ０の値は、自動車等によく利用される定格１２Ｖタイプの鉛蓄電池の場合の一例である。そして、電圧が異なる鉛蓄電池の場合には、上記電圧に準じてそれぞれ設定すればよい。
【００５７】
また、上記実施の形態においては、電圧選択モードの実施前にバッテリ３を所定容量まで充電して容量を確定した上で、電圧選択モードに移行するものについて説明したが、発電機の出力電圧を前述したような高い電圧と低い電圧とに切換えるものであれば、他の方法でバッテリの容量を判定しあるいは確定するものに対しても、有効である。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に応じて、上記発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧を設定する発電電圧設定手段とを有し、該発電電圧設定手段の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられた車両用発電機の電圧制御装置において、上記電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、該電圧選択モード実行中において上記パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定手段の動作モードを、上記第１電圧と第２電圧との間の第３電圧に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更する動作モード変更手段とを設けたことにより、電圧選択モードの継続によりバッテリの劣化が進行してきたと予測される場合、自動的にその劣化を回復させるための充電状態に変更されるから、例えば活物質が再活性化できない物質に変化したり、劣化した活物質が極板から脱落したりする前に、劣化前の状態に回復させることができ、ひいてはバッテリの劣化を防止することができる。
【００５９】
また、運転状態に応じて目標出力電圧を変更する電圧選択モードの実行により加速性を損なうことなく燃費の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る車両用発電機の電圧制御装置の構成を説明する図である。
【図２】 同制御装置による電圧選択モードの制御のフローチャートの一例である。
【図３】 同制御装置による通常モードの制御のフローチャートの一例である。
【図４】 同制御装置による劣化回復モードの制御のフローチャートの一例である。
【図５】 同制御装置による電圧制御のタイムチャートの一例である。
【符号の説明】
１ 制御装置（運転状態検出手段、発電電圧設定手段、パラメータ値検出手段、動作モード変更手段、電流検出手段、充電電流検出手段、積算手段、選択モード計時手段、回復モード計時手段、切換回数検出手段）
２ 車両用電気負荷
３ バッテリ
４ 発電機
５ 電流検出器（電流検出手段、充電電流検出手段）
６ 車速センサ（運転状態検出手段）
７ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の電圧制御装置に関し、詳しくは車両の運転状態に応じて発電機の出力電圧を変更するように構成された発電機の電圧制御装置の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、エアコンやヘッドライト等の電気負荷に電力を供給するバッテリと、上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられている。これらの電気負荷には、車両の運転状態や負荷の作動状態等に応じて電力が供給されるように構成されており、例えば、発電機の発電電圧がバッテリの電圧（非充電時の電圧）よりも高い場合は、発電機によってバッテリが充電されると共に電気負荷にも電力が供給され、バッテリの電圧（同上の電圧）が発電機の発電電圧よりも高い場合は、バッテリは発電機によっては充電されず、放電状態となって該バッテリから電気負荷に電力が供給される。また、電気負荷が多数作動し、発電機の発電電力よりも電気負荷電力の方が大きくなった場合には、発電機の発電電圧がバッテリの電圧（同上の電圧）より高いときでも、不足する電力分がバッテリから電気負荷に供給されることとなる。
【０００３】
ここで、自動車用として一般的に用いられるバッテリの構造について簡単に説明しておくと、この種のバッテリは、主要な構成部材として、正負の電極を構成する陽極板及び陰極板と、これらの極板を収容する電槽と、該電槽内に貯溜された電解液とを有する。これらのうち電解液は希硫酸からなり、極板は、該極板のフレームとなる鉛合金製の格子と、該格子の空間に充填された活物質等からなる。この活物質は、鉛粉や酸化鉛粉を希硫酸で練ってペースト状にしたものを、上記格子に充填して乾燥させた上で化成（電気化学処理）することにより、陽極板については二酸化鉛、陰極板については海綿状鉛に変化させたものである。そして、バッテリの放電時には、陽極板の二酸化鉛及び陰極板の海綿状鉛が電解液と反応してそれぞれ硫酸鉛に変化することにより電力が発生し、また、バッテリの充電時には、これとは逆の反応が起こって元の二酸化鉛及び海綿状鉛に変化することにより、電力を貯蔵する。
【０００４】
その場合に、この種のバッテリの充電方法としては、一定電圧で常時充電する方法が従来一般的であったが、このような充電方法によるとエンジン出力が発電機負荷にも分散され、車両の加速性が低下することとなる。一方、一定の加速性能を維持しようとすると、エンジン出力を増大させねばならず、エンジンの燃費が低下することとなる。
【０００５】
そこで、減速時以外のときには、発電機の出力電圧を低くすることによりバッテリを放電させて電気負荷に電力を供給し、減速時には発電機の出力電圧を高くすることによりバッテリに大きな充電電流を流して充電を促進するものがある。これによれば、減速時以外のときのエンジンに対する発電機負荷が減少して加速性能を向上させることができると共に、減速時にはバッテリへの充電を促進することができ、これらによりエンジンの燃費の向上が達成されることとなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１３７２７５号公報（第３−５頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、自動車の運転時には加速と減速とが頻繁に繰り返されるが、その場合、発電機の出力電圧（バッテリの充電電圧）が、前述のような高い電圧と低い電圧とに交互に頻繁に変更されて、バッテリに比較的大きな充電電流と比較的大きな放電電流とが繰り返し流れることとなる。
【０００８】
そして、この状態が継続すると、前述したバッテリの活物質の結晶構造が徐々に肥大化して、活物質自体が充電を行っても元の結晶構造に戻らなくなったり、劣化した活物質の体積変化により格子から活物質が脱落して劣化前の状態に回復させることが不可能となり、バッテリ自体の放電性能等を劣化させることにもなる。
【０００９】
ところで、この頻繁な電圧変化による問題を解消する対策として、高い電圧あるいは低い電圧で連続して充電することが考えられるが、高い電圧でバッテリを連続的に充電した場合は、前述のように発電機がエンジンに対して負荷となってエンジンの燃費の低下や加速性の低下の問題が生じ、低い電圧で連続的に充電した場合は、バッテリが長時間放電状態となって、バッテリ上がりを起す虞がある。
【００１０】
そこで、本発明は、発電機の出力電圧を、バッテリの充電を促進するような高い電圧と、充電を抑制して放電状態とさせるような低い電圧とに交互に頻繁に変更した場合でも、バッテリの劣化を防止することができる車両用発電機の電圧制御装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に応じて、上記発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧を設定する発電電圧設定手段とが設けられていると共に、該発電電圧設定手段の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられた車両用発電機の電圧制御装置であって、上記電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、該電圧選択モード実行中において上記パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定手段の動作モードを、上記第１電圧と第２電圧との間の第３電圧に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更する動作モード変更手段とが備えられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値がパラメータ値検出手段によって検出され、該パラメータ値が所定の条件を満たす場合には、発電電圧設定手段の動作モードが劣化回復モードに変更され、バッテリが第１電圧よりも低くかつ第２電圧よりも高い第３電圧で充電されることとなる。
【００１３】
すなわち、電圧選択モードの継続によりバッテリの劣化が進行してきたと予測される場合、自動的にその劣化を回復させるための充電状態に変更されるから、例えば活物質が再活性化できない物質に変化したり、劣化した活物質が極板から脱落したりする前に、劣化前の状態に回復させることができ、ひいてはバッテリの劣化を防止することができる。
【００１４】
また、運転状態に応じて目標出力電圧を変更する電圧選択モードの実行により加速性を損なうことなく燃費の向上を図ることもできる。
【００１５】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、バッテリの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれかを検出する電流検出手段と、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定した後、検出された電流の絶対値を積算する積算手段とが設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記積算手段によって積算された値を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この積算値が予め定められた基準積算値を超えたときに、動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、バッテリの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれかが検出されてその絶対値が積算され、この積算値が予め定められた基準積算値を超えたときに、動作モードが劣化回復モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、劣化回復モードに切換えてからの経過時間を計時する回復モード計時手段が設けられていると共に、動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつ電流検出手段によって検出されたバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードから電圧選択モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、劣化回復モードに切換えられてからの経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードが劣化回復モードから電圧選択モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定してからの経過時間を計時する選択モード計時手段が設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記選択モード計時手段によって計時された経過時間を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた選択モード基準時間を超えたときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、電圧選択モードに設定してからの経過時間が予め定められた選択モード基準時間を超えたときに、動作モードが劣化回復モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定してからの第１電圧と第２電圧との間での目標出力電圧の切換回数を検出する切換回数検出手段が設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記切換回数検出手段によって検出された切換回数を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この切換回数が予め定められた基準回数を超えたときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、電圧選択モードに設定してからの第１電圧と第２電圧との間での目標出力電圧の切換回数が、予め定められた基準回数を超えたときに、動作モードが劣化回復モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明において、バッテリの充電電流を検出する充電電流検出手段と、劣化回復モードに切換えてからの経過時間を計時する回復モード計時手段とが設けられていると共に、動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつ電流検出手段によって検出されたバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードを劣化回復モードから電圧選択モードに切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、劣化回復モードに切換えられてからの経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードが劣化回復モードから電圧選択モードに合理的、合目的的に切換えられることとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両用発電機の電圧制御装置について説明する。
【００２６】
図１は、この容量検出制御装置１が設けられた車両の電気系統を示す図である。該車両には、例えばエアコンやヘッドライト等の車両用電気負荷２に電力を供給するバッテリ３と、上記車両用電気負荷２に電力を供給すると共にバッテリ３を充電する発電機４とが設けられている。ここで、バッテリ３は自動車用に一般的に用いられる鉛蓄電池であり、発電機４はオルタネータ及び出力電圧調整用のレギュレータ等で構成されている。
【００２７】
この制御装置１には、バッテリ３の充放電電流を検出する電流検出器５と、車速を検出する車速センサ６と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ７とが接続されている。該制御装置１は、車速センサ６で検出された車速が所定車速以上でかつアクセル開度センサ７で検出されたアクセル開度が全閉状態である場合に、車両が減速状態にあると判定する。ここで、この所定車速はエンスト防止可能な車速の数十ｋｍ／時に設定されている。また、該制御装置１は、発電機４に接続されており、上記電流検出器５、車速センサ６、アクセル開度センサ７からの信号、及び運転状態等に応じて発電機４の出力電圧を制御するように構成されている。
【００２８】
また、この制御装置１は、車両の運転状態に応じて、発電機４によるバッテリ３の充電制御のための目標出力電圧を設定し、該目標電圧設定の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられている。
その場合に、この制御装置１は、上記電圧選択モード実行中のバッテリ３の劣化に関するパラメータ値（詳細は後述する）を検出し、該電圧選択モード実行中において検出された上記パラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定の動作モードを、上記第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間の第３電圧Ｖ３に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更するように構成されており、以下、その詳細について、図２〜図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
本実施の形態においては、エンジンの始動後、バッテリ３の容量確定等の所定の処理を、ステップＳ１〜ステップＳ４で行った後、目標出力電圧設定の動作モードを電圧選択モードに設定するように構成されている。すなわち、ステップＳ１では、エンジンの始動後、バッテリ３を所定容量（本実施の形態においてはバッテリ３の定格容量に対して９５％）まで充電し、バッテリ３の現在の容量が所定容量（上記９５％）であると確定する。その場合に、バッテリ３は、この時点では、フル充電（満充電）に近い状態で、充電電力を吸収しにくい状態にあるから、ステップＳ２では、目標出力電圧を上記第２電圧よりも更に低い電圧ＶＬに設定してバッテリ３の放電を促し、該バッテリ３から電気負荷２に電力を供給するようにする。そして、ステップＳ３では、この放電による放電電流の積算値が所定値以上となったか否かを判定し、該積算値が所定値以上となったと判定されるまで、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返す。ここで、この所定値は、容量が前述の９５％のときからバッテリ３が放電を開始して、その容量が９３％程度に減少したときの値である。
【００３０】
そして、ステップＳ３で放電電流の積算値が所定値以上であると判定されたときは、ステップＳ４で、現在の電気負荷が所定量以下であるか否かを判定し、所定量以下であるときは、ステップＳ５以後の電圧選択モードに関する制御を開始し、所定量以下でないときは、以下の理由により電圧選択モードの実行に適していないので、通常モードを実行する。つまり、電気負荷が所定量以下でなく電気負荷が大きい場合、減速時以外のときのバッテリ放電電流が大きくなってバッテリの放電が急速に進み、バッテリ容量が、電圧選択モード実行条件のバッテリ容量規定範囲の下限値（バッテリが深放電しないような値に設定される。なお、本実施の形態においては、後述するステップＳ８で９０％に規定されている）を容易に下回ってしまう。言い換えれば、電圧選択モードを実行しても、すぐに電圧選択モードが終了することとなるから、バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる期間（エンジンに対する発電機負荷が少なくなる期間）が短くなって、燃費効果がほとんど得られないのである。
【００３１】
ここで、上記ステップＳ４で現在の電気負荷が所定量以下でないと判定されたときに行われる通常モードの制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
まず、ステップＳ２１では、目標出力電圧を通常電圧Ｖ０（１３．５Ｖ）に設定し、ステップＳ２２では、電流検出器５で検出された充電電流及び放電電流の積算値に基づいて現在のバッテリ３の容量を算出する。次いで、ステップＳ２３では、この算出された容量が９５％以上であるか否かを判定し、９５％以上である場合には、図２のステップＳ４の判定を行い、９５％以上でない場合には、ステップＳ２１に戻り、それ以後の処理を、９５％以上になったと判定されるまで繰り返す。
【００３３】
一方、図２のステップＳ４で、現在の電気負荷が所定量以下であると判定されたときには、前述の電圧選択モードの処理を開始し、ステップＳ５で、バッテリの劣化に関するパラメータ値を初期値にリセットした後、該パラメータ値のカウントを開始する。ここで、このパラメータ値としては以下の３種類のものがあり、そのそれぞれについてカウントを開始する。まず、その１つ目は、電流検出器５で検出された電流のうちの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれか１つの絶対値の積算値であり、２つ目は、電圧選択モードを開始してからの経過時間であり、３つ目は、第１発電電圧Ｖ１と第２発電電圧Ｖ２との切換回数である。ここで、いずれのパラメータ値も初期値は０である。
【００３４】
次いで、ステップ６では、電流検出器５で検出された充電電流及び放電電流に基づいて現在のバッテリ３の容量を算出し、ステップＳ７では、この算出されたバッテリ３の容量が定格容量の９５％以上（バッテリの充電効率がよいところのフル充電状態に近い容量）であるか否かを判定する。そして、９５％以上でない場合は、さらにステップＳ８で、現在のバッテリ３の容量が定格容量の９０％以下であるか否かを判定する。そして、このステップＳ８でバッテリ３の現在の容量が定格容量の９０％以下であると判定された場合は、電圧選択モードを中止して、通常モードに移行する。一方、ステップＳ８でバッテリ容量が９０％以下でないと判定された場合は、ステップＳ９で、前述のバッテリの劣化に関するパラメータ値が所定条件を満たすか否か（詳細については後述する）を判定し、満たす場合は、後述する劣化回復モードに移行する。
【００３５】
一方、ステップＳ９でバッテリの劣化に関するパラメータ値が所定条件を満たしていないと判定された場合は、ステップＳ１０で、車両が減速状態であるか否かを車速センサ６及びアクセル開度センサ７からの信号に基づいて判定し、減速状態である場合は、ステップＳ１１で目標出力電圧を第１電圧Ｖ１（１５Ｖ）に設定し、減速状態でない場合は、ステップＳ１２で目標出力電圧を第２電圧Ｖ２（１２．５Ｖ）に設定する。ここで、この第１電圧Ｖ１（１５Ｖ）は、バッテリの充電を促進する電圧であり、第２電圧Ｖ２（１２．５Ｖ）は、バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる電圧である。
【００３６】
一方、ステップＳ７で、バッテリ３の現在の容量が定格容量の９５％以上であると判定された場合は、ステップＳ１２で目標出力電圧を第２電圧Ｖ２（１２．５Ｖ）に設定する。
【００３７】
ここで、上記ステップＳ９で行われる、バッテリの劣化に関するパラメータ値の判定の詳細について説明する。
【００３８】
まず、１つ目のパラメータ値である充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれか１つの絶対値の積算値の場合は、この積算値が予め定められた基準積算値以上であるか否かを判定する。なお、本実施の形態においては、充電電流の絶対値の積算値が基準積算値ΣＩ以上であるか否かを判定し、充電電流の絶対値の積算値が基準積算値ΣＩ以上である場合は、条件を満足したものと判定し、基準積算値ΣＩ以上でない場合は、条件を満足していないものと判定する。
【００３９】
また、２つ目のパラメータ値である電圧選択モード開始からの経過時間の場合は、この経過時間が予め定められた第１基準時間ｔａ（請求項４に記載の選択モード基準時間）以上であるか否かを判定し、第１基準時間ｔａ以上である場合は、条件を満足したものと判定し、第１基準時間ｔａ以上でない場合は、条件を満足していないものと判定する。ここで、本制御装置１には、電圧選択モードを開始したときに上記第１基準時間ｔａのカウントを開始するタイマ１（図５参照）が設けられており、該タイマ１がタイムアップしたか否かにより、電圧選択モード開始からの経過時間が予め定められた第１基準時間ｔａ以上となったか否かを判定している。
【００４０】
また、３つ目のパラメータ値である第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との切換回数の場合は、該切換回数が予め定められた基準回数Ｎ以上であるか否かを判定し、基準回数Ｎ以上である場合は、条件を満足したものと判定し、基準回数Ｎ以上でない場合は、条件を満足していないものと判定する。
【００４１】
そして、このステップＳ９では、これらの３種類のパラメータ値のうちのいずれかのパラメータ値が前述の条件を満足したときに、パラメータ値が所定条件を満足したと判定し、劣化回復モードに移行する。
【００４２】
次に、上記ステップＳ９の判定で、いずれかのパラメータ値が条件を満足したときに行われる劣化回復モードの制御について、図４のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ３１では、劣化回復モードの実行を開始し、劣化回復モードの基準時間ｔｂをカウントするタイマ２を作動させる。次いで、ステップＳ３２では、電流検出器５で検出された充電電流が所定値Ｉ０以下であるか否かを判定し、所定値Ｉ０以下でない場合は、ステップＳ３３で、目標出力電圧を第３電圧Ｖ３（１３．５Ｖ）に設定して劣化回復モードを継続する。一方、ステップＳ３２で、充電電流が所定値Ｉ０以下であると判定された場合は、ステップＳ３４で、劣化回復モードを開始してからの経過時間が第２基準時間ｔｂ（請求項３及び請求項６に記載の回復モード基準時間）以上であるか否かを判定する。ここで、第２基準時間ｔｂ以上であるときは、ステップＳ３５で、バッテリ３がフル充電状態になったと判定して劣化回復モードを終了し、図２のステップＳ４以後の処理を行う。一方、第２基準時間ｔｂ以上でないときは、ステップＳ３３でも引き続き目標出力電圧を第３電圧Ｖ３（１３．５Ｖ）に設定して、劣化回復モードを継続する。すなわち、劣化回復モードの開始後、電流検出器５で検出された電流が所定値Ｉ０以下となり、かつ劣化回復モードを開始してからの経過時間が第２基準時間ｔｂ以上となったときに、バッテリ３がフル充電状態となって、バッテリ３が劣化しつつあった状態が解消されたと判定し、電圧選択モードに切換えるのである。
【００４４】
次に、図５のタイムチャートを用いて、第１の実施の形態に係る電圧制御装置１の作用等について説明する。
【００４５】
まず、制御装置１は、エンジンの始動後、電圧選択モードの実行に先立って、バッテリ３を所定容量（定格容量の９５％）まで充電して現在のバッテリの容量を確定する。次いで、バッテリ３を電圧選択モードの実行に適した状態に移行させるために、目標出力電圧を電圧ＶＬに設定してバッテリ３から電気負荷に電力を強制的に供給させる（バッテリ３を強制的に放電させる）。そして、この放電電流の積算値が所定値以上となり（バッテリ３の容量が定格容量の９３％程度に減少し）、そのときに利用されている電気負荷が所定量以下である場合に、電圧選択モードに移行する（時間ｔ１）。この電圧選択モードに移行したときの目標出力電圧は、車両が減速状態か否かにより決定されるが、図５に示す場合は、移行時ｔ１において減速状態であり、さらにバッテリ３の容量が前述の通り約９３％程度であるから、目標出力電圧が第１電圧Ｖ１に設定される。
【００４６】
そして、この電圧選択モード実行中において、バッテリ３の容量が９０％より大きくかつ９５％以下であるときは、車両が減速状態か否かによって目標出力電圧が第１電圧Ｖ１もしくは第２電圧Ｖ２に設定されて、バッテリ３の充電と放電とが繰り返され（充電電流（＋側）と放電電流（−側）とが繰り返し流れ）、バッテリ３の容量が増減を繰り返すこととなる。一方、例えば、使用中の電気負荷２が少ないこと等により、矢印アで示すように、バッテリ３の容量が９５％以上に増加したときは、車両が減速状態であっても目標出力電圧を第２電圧Ｖ２に設定して、バッテリ３の容量が９５％以下となるようにバッテリ３の放電を促す。逆に、使用中の電気負荷２が多いこと等により、矢印イで示すように、バッテリ３の容量が９０％以下に減少したときは、電圧選択モードを終了して、通常モードに移行する。なお、通常モードに移行して通常電圧Ｖ０で充電され、バッテリ３の容量が９５％以上になり、かつ電気負荷２が所定量以下である場合には、再度、電圧選択モードに切換えられる。
【００４７】
その場合に、制御装置１は、電圧選択モードの実行中、前述した３種類のバッテリの劣化に関するパラメータ値の検出を行っており、このパラメータ値に基づいて、電圧選択モードの実行によるバッテリ３の劣化が進行していないか否かの判定を行っている。すなわち、制御装置１は、この電圧選択モードの実行中、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との切換回数を検出すると共に、充電電流の絶対値を積算し、さらに、電圧選択モードが選択されてからの経過時間をカウントしている。そして、これらの値に基づいて、上記切換回数が基準回数Ｎ以上となっていないか、また、上記充電電流の積算値が基準積算値ΣＩ以上となっていないか、さらに、上記経過時間が第１基準時間ｔａ以上となっていないか、を常に並行して判定している。そして、これらのパラメータ値のうちのいずれか1つでも条件が満足された場合は、バッテリ３の劣化の進行を防止するために、動作モードを劣化回復モードに変更する。
【００４８】
図５の場合は、時間ｔ２に、電圧選択モードを開始してからの経過時間ｔｓが第１基準時間ｔａに達したため、切換回数及び充電電流の積算値はまだ基準値に達していないが、動作モードが電圧選択モードから劣化回復モードに変更され、目標出力電圧が第３電圧Ｖ３に設定される。そして、バッテリ３がフル充電状態となるまで（バッテリ３の容量が１００％となるまで）、車両の運転状態にかかわらず強制的に劣化回復モードを継続する。
【００４９】
その場合に、制御装置１は、バッテリ３がフル充電状態（定格容量の１００％まで充電された状態）となったか否かの検出のために、劣化回復モードの実行中、充電電流を検出すると共に、劣化回復モードを開始してからの経過時間ｔｒをカウントしている。また、上記充電電流が基準電流値Ｉ０以下となっていないか、上記経過時間ｔｒが第２基準時間ｔｂ以上となっていないか、を常に並行して判定している。そして、図５の場合は、矢印ウで示す時点において充電電流が基準電流値Ｉ０以下となっているが、劣化回復モードを開始してからの経過時間がまだ第２基準時間ｔｂに達していないので、該経過時間が第２基準時間ｔｂに達するまで劣化回復モードが継続される。そして、該経過時間が第２基準時間ｔｂに達した時間ｔ３に、動作モードが劣化回復モードから電圧選択モードに切換えられる。つまり、バッテリ３が確実にフル充電状態となり、また、バッテリ３の劣化が進行しつつあった状態からバッテリ３が劣化していない状態に回復されたのである。
【００５０】
そして、この電圧選択モードに切換えられた直後は、前述のようにフル充電状態であるから、バッテリの充電を促進する電圧Ｖ１でバッテリ３を充電すると、バッテリ３が過充電状態となって、バッテリ３の劣化を招くこととなる。そこで、矢印エで示すように、バッテリ３の現在の容量が９５％以下となるまでの間は、車両が減速状態か否かにかかわらず、目標出力電圧を第２電圧Ｖ２に設定し、バッテリ３の放電を促す。そして、この結果、バッテリ容量が９５％以下となったときは、車両が減速状態か否かにより第１電圧Ｖ１あるいは第２電圧Ｖ２に設定する。
【００５１】
ところで、劣化回復モード実行中において、その経過時間ｔｒが第２基準時間ｔｂに達したが、充電電流が基準電流値Ｉ０以下となっていないときは、図５に矢印オで示すように、第２基準時間ｔｂに達した以後も、充電電流が基準電流値Ｉ０以下となるまで、劣化回復モードを継続する。これによれば、例えば劣化回復モード実行中の電気負荷が比較的大きいことにより、バッテリ３の充電電流が少なくなって、その充電に時間がかかっているような場合にでも、確実にバッテリ３をフル充電状態に回復させ、かつバッテリの劣化を回復させることができる。
【００５２】
すなわち、本実施の形態に係る電圧制御装置１によれば、電圧選択モードの継続によりバッテリ３の劣化が進行してきたと予測される場合、動作モードが自動的にその劣化を回復させるための充電状態に変更されるから、例えばバッテリの活物質が再活性化できない物質に変化したり、劣化した活物質が極板から脱落したりする前に、劣化前の状態に回復させることができ、ひいてはバッテリ３の劣化を防止することができる。
【００５３】
また、運転状態に応じて目標出力電圧を変更する電圧選択モードの実行により加速性を損なうことなく燃費の向上を図ることもできる。
【００５４】
なお、電圧選択モード実行中において、図５に矢印カで示すように、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との切換回数が基準回数Ｎ以上となったときは、電圧選択モードの開始からの経過時間ｔｓが第１基準時間ｔａに達する前であっても、矢印カで示す時点で、動作モードが劣化回復モードに変更される。また、電圧選択モード実行中において、図５に矢印キで示すように、充電電流の積算値が基準積算値ΣＩ以上となったときは、電圧選択モードの開始からの経過時間が第１基準時間ｔａに達する前であっても、矢印キで示す時点で、動作モードが劣化回復モードに変更される。これによれば、バッテリ３が通常よりも厳しい条件で利用され、その劣化が通常よりも早く進行している虞があるような場合に、より早い時点で劣化回復の措置がとれることとなる。
【００５５】
なお、上記実施の形態においては、パラメータ値として３種類のパラメータ値を検出すると共に、これらの３種類のパラメータ値のそれぞれについて、予め定められた条件を満たすか否かの判定を行ったが、いずれか1種類あるいは２種類について検出して判定するような構成にしてもよい。また、検出精度をさらに向上させることを目的として、４種類以上のパラメータ値を検出してそれぞれについて判定するようにしてもよい。ここで、追加するパラメータ値としては、バッテリの電解液の温度や、電解液の比重等が挙げられる。つまり、バッテリは一般に電解液の温度（周囲温度）が高いほど劣化しやすくなる性質を有するから、その性質を利用して例えば、電圧選択モードの高い電圧（第１電圧）での充電によって電解液の温度が所定温度以上となった時間の積算時間が予め定められた時間を超えていないか否かについて判定するのである。また、バッテリは一般に劣化しつつある状況では電解液比重が低下しやすくなる性質を有するから、その性質を利用して例えば、電圧選択モードの低い電圧（第２電圧）での放電によって電解液比重が所定比重以下となった時間の積算時間が予め定められた時間を超えていないか否かについて判定するのである。
【００５６】
また、上記第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３、通常電圧Ｖ０の値は、自動車等によく利用される定格１２Ｖタイプの鉛蓄電池の場合の一例である。そして、電圧が異なる鉛蓄電池の場合には、上記電圧に準じてそれぞれ設定すればよい。
【００５７】
また、上記実施の形態においては、電圧選択モードの実施前にバッテリ３を所定容量まで充電して容量を確定した上で、電圧選択モードに移行するものについて説明したが、発電機の出力電圧を前述したような高い電圧と低い電圧とに切換えるものであれば、他の方法でバッテリの容量を判定しあるいは確定するものに対しても、有効である。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に応じて、上記発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧を設定する発電電圧設定手段とを有し、該発電電圧設定手段の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられた車両用発電機の電圧制御装置において、上記電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、該電圧選択モード実行中において上記パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定手段の動作モードを、上記第１電圧と第２電圧との間の第３電圧に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更する動作モード変更手段とを設けたことにより、電圧選択モードの継続によりバッテリの劣化が進行してきたと予測される場合、自動的にその劣化を回復させるための充電状態に変更されるから、例えば活物質が再活性化できない物質に変化したり、劣化した活物質が極板から脱落したりする前に、劣化前の状態に回復させることができ、ひいてはバッテリの劣化を防止することができる。
【００５９】
また、運転状態に応じて目標出力電圧を変更する電圧選択モードの実行により加速性を損なうことなく燃費の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る車両用発電機の電圧制御装置の構成を説明する図である。
【図２】 同制御装置による電圧選択モードの制御のフローチャートの一例である。
【図３】 同制御装置による通常モードの制御のフローチャートの一例である。
【図４】 同制御装置による劣化回復モードの制御のフローチャートの一例である。
【図５】 同制御装置による電圧制御のタイムチャートの一例である。
【符号の説明】
１ 制御装置（運転状態検出手段、発電電圧設定手段、パラメータ値検出手段、動作モード変更手段、電流検出手段、充電電流検出手段、積算手段、選択モード計時手段、回復モード計時手段、切換回数検出手段）
２ 車両用電気負荷
３ バッテリ
４ 発電機
５ 電流検出器（電流検出手段、充電電流検出手段）
６ 車速センサ（運転状態検出手段）
７ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
Claims (6)
- 車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機と、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に応じて、上記発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧を設定する発電電圧設定手段とが設けられていると共に、該発電電圧設定手段の動作モードとして、上記バッテリの充電を促進する第１電圧と、該第１電圧よりも低く、上記バッテリの充電を抑制して放電状態とさせる第２電圧とから目標出力電圧を選択する電圧選択モードが備えられた車両用発電機の電圧制御装置であって、上記電圧選択モード実行中のバッテリの劣化に関するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段と、該電圧選択モード実行中において上記パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定の条件を満たしたときに、発電電圧設定手段の動作モードを、上記第１電圧と第２電圧との間の第３電圧に目標出力電圧を設定する劣化回復モードに変更する動作モード変更手段とが備えられていることを特徴とする車両用発電機の電圧制御装置。
- バッテリの充電電流、放電電流、または充電電流及び放電電流の両者のいずれかを検出する電流検出手段と、発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定した後、検出された電流の絶対値を積算する積算手段とが設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記積算手段によって積算された値を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この積算値が予め定められた基準積算値を超えたときに、動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
- 劣化回復モードに切換えてからの経過時間を計時する回復モード計時手段が設けられていると共に、動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつ電流検出手段によって検出されたバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードから電圧選択モードに切換えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
- 発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定してからの経過時間を計時する選択モード計時手段が設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記選択モード計時手段によって計時された経過時間を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた選択モード基準時間を超えたときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
- 発電電圧設定手段の動作モードを電圧選択モードに設定してからの第１電圧と第２電圧との間での目標出力電圧の切換回数を検出する切換回数検出手段が設けられていると共に、パラメータ値検出手段は、劣化に関するパラメータ値として上記切換回数検出手段によって検出された切換回数を検出するように構成されており、かつ動作モード変更手段は、この切換回数が予め定められた基準回数を超えたときに、発電電圧設定手段の動作モードを劣化回復モードに切換えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
- バッテリの充電電流を検出する充電電流検出手段と、劣化回復モードに切換えてからの経過時間を計時する回復モード計時手段とが設けられていると共に、動作モード変更手段は、この経過時間が予め定められた回復モード基準時間を超え、かつ電流検出手段によって検出されたバッテリの充電電流が所定電流以下になったときに、動作モードを劣化回復モードから電圧選択モードに切換えるように構成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の車両用発電機の電圧制御装置。
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