JP4072684B2 - 車両用バッテリー充放電管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用バッテリー充放電管理装置に関する。

車両には、車両に必須の種々の負荷（ヘッドライト、ストップランプ、ワイパーモータその他の車載電装品）が設けられているが、近年においては、これら必須の負荷に加え、更に、車両の快適性向上のための、又は操舵者を補助するための種々の負荷（オーディオシステム、デジタル式スピードメータ、エアコン、カーナビゲーションシステム、オートクルージングシステム、車両位置検出システム、後部情報モニターシステムその他の車載電装品）が設けられている。図６に示すように、これらの各負荷（１〜８）５３０は、給電線５４０を介して、充放電装置（二次電池）であるバッテリー装置５１０、及び、発電装置であるオルタネータ装置５２０に接続されている。なお、本発明は、過去のバッテリー充放電管理装置と、その充放電管理方式を異にするものである（特許文献１参照）。
特開２００２−３００７３４号公報

又、特許文献２には、複数の各負荷に対する電力の供給を負荷毎に順次遮断するようにした先行技術が記載されている。
特開２００３−２２０９０８号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、負荷５３０の数が多くなったため、負荷５３０全体の消費電力量（電力消費量）が大きく、バッテリー装置５１０の出力電圧が早く下がってしまうという問題点があった。また、バッテリー装置５１０は使用により経年劣化するが、このように経年劣化した場合、バッテリー上がりを起こしやすいという問題点もあった。

又、上記特許文献２は、幹電線の過電流状態を防止することを目的としたものであって、発電装置が発電中であるか又は、非発電中であるかを判断したり、更には、発電装置の出力電圧と、バッテリー装置の電圧との大小関係等を判断する記載が無く、従って、当該特許文献２は、当該判断に基づいてバッテリー上がりを防止することを意図としていない。

そこで、案出されたのが本発明であって、その目的とするところは、発電装置が発電中であるか、非発電中であるかを判断し、且つ、発電中の発電装置の電圧とバッテリー装置の電圧との大小を判断することで、バッテリー装置の充放電を管理するとともに負荷に対する電流供給制御を行うことにより、必要十分なバッテリー電圧を確保することができ、ひいては、バッテリー上がりを防止することができる車両用バッテリー充放電管理装置を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するために請求項１記載の車両用バッテリー充放電管理装置は、車両に配設されると共に充放電装置であるバッテリー装置の充放電を管理するものであって、負荷の識別を示す負荷識別情報、及び前記各負荷の重要度を示す重要度情報の両情報を予め対応つけて記憶する負荷重要度情報記憶手段を備え、
発電装置であるオルタネータ装置が発電中であって、該オルタネータ装置の電圧がバッテリー装置の電圧よりも小さい場合に、前記負荷重要度情報記憶手段に記憶されている重要度の低い負荷には電流低減処理を実行するが、重要度の高い負荷には当該電流低減処理を実行しないものであって、当該電流低減処理とは、負荷への給電線に流れる電流を遮断し、又はＰＷＭ制御し、若しくはＰＷＭ制御のデューティ比を小さくする処理を実行することを意味し、
一方、オルタネータ装置が非発電中であって、且つ、バッテリー装置の電圧が第２所定電圧閾値より小さい場合に、オルタネータ装置を作動させる処理を実行することを特徴とするものである。

請求項２記載の車両用バッテリー充放電管理装置は、請求項１に記載の車両用バッテリー充放電管理装置において、バッテリー装置の電圧が第３所定電圧閾値よりも大きい場合に電流低減処理を停止させ、該第３所定電圧閾値は、第２所定電圧閾値よりも大きい値であることを特徴とするものである。

請求項１記載の車両用バッテリー充放電管理装置によれば、発電装置が発電中であって、且つ、発電装置の電圧がバッテリー装置の電圧よりも小さい場合に、重要度の低い負荷への電力の供給を遮断し、又は、ＰＷＭ制御し、若しくは、ＰＷＭ制御のデューティー比を小さくすることで、バッテリー上がりを防止し、負荷全体の消費電力量を低減することによって、バッテリー上がりを防止することができるという効果がある。又、消費電力量の低減は重要度の低い負荷に対して行われるので、必要最小限の安全性および運転補助性を確保することができるという効果もある。更に、発電装置が非発電中であって、バッテリー装置の電圧が第２所定電圧閾値よりも小さい場合に、発電装置を駆動させることで、必要最小限のバッテリー電圧を確保することができるという効果を奏する。

請求項２記載の車両用バッテリー充放電管理装置によれば、請求項１に記載の発明の作用効果を奏することができる上に、バッテリー装置の電圧が第３所定電圧閾値よりも大きい場合に、電流低減処理が停止されるので、バッテリー電圧が回復した場合には、快適性を確保することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態の例（実施例）について添付図面を参照して説明する。勿論、下記実施例は、本発明の好ましい実施例に過ぎないのであるから、本発明の技術的範囲は、下記実施例そのものに何ら限定されないことはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施例である車両用バッテリー充放電管理装置（以下、単に、「充放電管理装置」と称する。）１００の構成概略図である。図２〜４は、充放電管理装置１００により実行される電流低減処理を示す図である。

充放電管理装置１００は、バッテリー装置（図中「ＢＡＴ」）５１０の出力電圧（バッテリー電圧（Ｖｂ））と、オルタネータ装置（図中「ＡＬＴ」）５２０の出力電圧（オルタネータ電圧（Ｖｏ））との比較処理の結果に基づいて各負荷（本実施例においては、便宜上、（１）〜（８）の８つを図示している。勿論、８つに限られないし、各負荷（１〜８）は１つの負荷により構成されなくても、複数の負荷により構成される負荷群であっても良い）５３０に流れる電流を低減（制御）する処理（電流低減処理）、かかる比較結果に基づいてオルタネータ装置５２０の駆動を制御する処理（発電制御処理）その他の処理を実行するためのエレクトリック・コントロール・システム（以下、便宜上、「コントローラ」と称する。）１３０と、コントローラ１３０からの指令に基づいて電流低減処理を実行するためのインテリジェントパワースイッチ装置（以下、便宜上、「ＩＰＳ」と称する。）１４０（本実施例においては、負荷５３０の数に応じた分の（１）〜（８）の８つを図示している。）とを備えている。

コントローラ１３０は、本充放電管理装置１００を制御する処理を実行するためのものであって、図示しないＣＰＵその他の演算回路、ＲＡＭ、ＲＯＭその他の記憶回路、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路その他の変換回路、及びドライバ回路によって構成されている。

ＩＰＳ（１〜８）１４０は、バッテリー装置５１０とオルタネータ装置５２０と各負荷（１〜８）とを電気的に接続する各給電線５４０に夫々配設されており、各ＩＰＳ１４０は、電流検出手段の一種である電流センサ１４１と、スイッチング手段の一種である半導体スイッチング素子１４２とによって構成されている。電流センサ１４１は、各給電線５４０に流れる電流値を検出するためのものであり、半導体スイッチング素子１４２は、各給電線５４０を接続状態又は切断状態へ切り替えるためのものであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子により構成されている。このように電流検出手段とスイッチング手段とがＩＰＳ１４０により構成されているので、組立て作業を簡素化することができる。また、スイッチング手段が半導体スイッチング素子１４２により構成されているので、オンオフの切替を繰り返しても、その耐久性を必要十分に確保することができる。

以下、上記のように構成された充放電管理装置１００において実行される動作（処理）について説明する。

図２に示すように、本充放電管理装置１００においては、状況（場合）に応じて、処理を変更するようにされている。まず、第１の状況、即ち、オルタネータ電圧（Ｖｏ）の値がバッテリー電圧（Ｖｂ）の値よりも小さい場合には（但し、オルタネータ装置５２０が駆動中）、電流低減処理を実行する。かかる場合は、バッテリー装置５１０の残電力容量が少ないにもかかわらず、オルタネータ装置５２０により発電された電力の大部分が負荷５３０により消費されている状態であり、そのまま何の処理もすることなくほっておくと、バッテリー上がりを起こしてしまう危険性がある。しかしながら、電流低減処理を実行することにより、かかる事態を防止することができる。

第２の状況においては、即ち、バッテリー電圧（Ｖｂ）の値が第１所定電圧閾値（Ｖｔ1）よりも小さい場合にも、電流低減処理を実行する。かかる場合は、バッテリー装置５１０の残電力容量が少ない状態であるので、そのまま何の処理をすることなくほっておくと、バッテリー上がりを起こしてしまう危険性がある。しかしながら、電流低減処理を実行することにより、かかる事態を防止することができる。

第３の状況においては、即ち、バッテリー電圧（Ｖｂ）の値が第２所定電圧閾値（Ｖｔ2）よりも小さい場合には、オルタネータ装置５２０を駆動してバッテリー装置５１０への充電を開始する処理を実行する。ここで、第２所定電圧閾値（Ｖｔ2）は、第１所定電圧閾値（Ｖｔ1）よりも小さい値である。かかる場合は、バッテリー装置５１０の残電力容量がかなり少ない状態であるので、オルタネータ装置５２０を駆動することにより、バッテリー上がりを防止することができるのである。

第４の状況においては、即ち、バッテリー電圧（Ｖｂ）の値が第３所定電圧閾値（Ｖｔ3）よりも大きい場合には、電流低減処理を停止する。かかる場合には、バッテリー装置５１０の残電力容量が必要十分に回復したことを意味しており、各負荷５３０の定格電流に対応する電流を流すことにより、各負荷５３０を正常に駆動させることが可能となる。ここで、第３所定電圧閾値（Ｖｔ3）は、第１電圧所定閾値Ｖｔ1、及び第２電圧所定閾値よりも大きい値である。

第５の状況においては、即ち、バッテリー電圧（Ｖｂ）の値が第４所定電圧閾値よりも大きい場合には、オルタネータ装置５２０を停止してバッテリー装置５１０への充電を停止する。かかる場合は、バッテリー装置５１０の残電力容量がかなり回復したことを意味しており、オルタネータ装置５２０を停止してバッテリー装置５１０への充電を停止するのである。

また、充放電管理装置１００においては、各負荷５３０に関する情報（負荷データ）に対応つけて、その負荷５３０の重要度を示すデータが記憶されており、バッテリー電圧（Ｖｂ）の値が小さくなった場合に、各負荷５３０に対応する重要度に応じて電流値を変更するようにされている。以下、具体的に説明する。

まず、危険度が低い場合（第１レベル）について説明する。第１レベルにおいいては、重要度が高い（「高」の）負荷５３０に流れる電流は不変とする一方（各負荷５３０の定格電流に対応する一定電流とする一方）、重要度が中くらいの（「中」の）負荷５３０に流れる電流にＰＷＭ（大）制御を実行し、重要度が低い（「低い」の）負荷５３０に流れる電流にＰＷＭ（小）制御を実行するようにされている。ここで、危険度が低い場合とは、例えば、バッテリー電圧（Ｖｂ）の値が第１所定電圧閾値（Ｖｔ1）よりも大きいが、オルタネータ電圧（Ｖｏ）の値がバッテリー電圧（Ｖｂ）の値よりも小さい場合が相当する。また、ＰＷＭ（大）制御及びＰＷＭ（小）制御は、ＰＷＭ制御を実行する点において同じであるが、ＰＷＭ（小）制御におけるデューティ比の方がＰＷＭ（大）制御におけるデューティ比よりも小さくされている。

次に、危険度が中くらいの場合（第２レベル）について説明する。第２レベルにおいては、重要度が高い負荷５３０に流れる電流は不変とする一方、重要度が中くらいの負荷５３０に流れる電流にＰＷＭ（中）制御を実行し、重要度が低い負荷５３０に流れる電流は遮断するようにされている。

次に、危険度が高い場合（第３レベル）について説明する。第３レベルにおいては、重要度が高い負荷５３０に流れる電流は不変とする一方、重要度が中くらいの負荷５３０、及び低い負荷５３０に流れる電流は遮断する。

このように、重要度に応じて、電流制御の方式を変更するようにされているので、重要度が高い負荷５３０に対しては、確実に電流を流して、その作動を確保することができる一方、重要度が高くないものに対しては、例えその性能が落ちても構わないので、負荷５３０に流れる電流を低減し、更には、負荷５３０の駆動を停止するのである。これにより、負荷５３０全体の消費電力を低減することができるのである。ここで、重要度が高い負荷５３０の例としては、ヘッドランプ、パワーステアリング装置、インジェクション制御装置、ワイパー装置が挙げられ、重要度が高くない（中くらい及び低い）負荷５３０の例としては、オーディオ装置、エアコン装置、室内灯装置が挙げられる。

図４は、各負荷（１〜８）５３０の重要度、及びバッテリー電圧（Ｖｂ）とオルタネータ電圧（Ｖｏ）と各所定電圧閾値（Ｖｔ1〜Ｖｔ4）との相関関係に応じた充放電管理装置１００の処理をまとめた図である。この図４に示すように、充放電管理装置１００においては、基本的に、バッテリー電圧（Ｖｂ）と各所定電圧閾値（Ｖｔ1〜Ｖｔ4）との相関関係に応じて電流低減処理の開始及び停止の契機、並びに、オルタネータ装置の駆動開始及び停止の契機が定められている。但し、かかる契機は、オルタネータ装置５２０が作動中であるか否か（即ちオルタネータ電圧（Ｖｏ）が０であるか否か）、及びオルタネータ電圧（Ｖｏ）がバッテリー電圧（Ｖｂ）より大きいか否かに応じても変更するようにされている。

以上、実施例に基づき本発明を説明したが、上記実施例は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることはいうまでもなく、本発明の技術的範囲には、それらの改良変形も含まれる。

例えば、充放電管理装置１００は、図３に示す処理に代えて、図５に示す処理を実行するようにしても良い。但し、負荷５３０の重要度が高いものに対しては、バッテリー電圧（Ｖｂ）の如何にかかわらず定格電流を流す図３に示す処理の方が好ましい。

また、本実施例においては、図４中において、第３所定電圧閾値Ｖｔ3が第１所定電圧閾値Ｖｔ1よりも大きい値とされているが同一の値であっても良い。この場合には、バッテリー電圧（Ｖｂ）が第３所定電圧閾値Ｖｔ3から第４所定電圧閾値Ｖｔ4の間だけ第１レベルの電流低減処理を行うようにすれば良い。

更に、本実施例においては、負荷５３０の重要度に応じて電流低減処理の種類を変更（ＰＷＭ制御のデューティ比を変更することも包含する）するようにされているが、必ずしもかかる処理の種類を変更しなくても良いし、負荷５３０の重要度の区分を３段階以外（１段階、２段階、４段階等）としても良い。

なお、特許請求の範囲の解釈について疑義が生じないように念のために説明すると、「電流低減処理」は、少なくとも、オルタネータ電圧がバッテリー電圧よりも小さい場合に実行されるのであって、必ずしも、処理開始の契機を示すものではない（例えば、両電圧値が同一値である場合に処理が開始されるようにしても良い。）。

本発明の一実施例である車両用バッテリー充放電管理装置の基本ブロック図（回路概略図）である。 上記充放電管理装置において実行される処理の内容を示す概略図である。 上記充放電管理装置において実行される電流低減処理において、各負荷（１〜８）５３０の重要度に応じた種類を示す図である。 各負荷（１〜８）５３０の重要度、及びバッテリー電圧（Ｖｂ）とオルタネータ電圧（Ｖｏ）と各所定電圧閾値（Ｖｔ1〜Ｖｔ4）との相関関係に応じた充放電管理装置１００の処理をまとめた図である。 上記充放電管理装置において実行される電流低減処理において、図３に示すものとは別の例を示す図である。 従来技術の車両用バッテリー充放電管理装置の基本ブロック図である（回路概略図）。

符号の説明

１００ 車両用バッテリー充放電管理装置
１３０ エレクトリック・コントロール・システム（コントローラ）
１４０ インテリジェントパワースイッチ装置（ＩＰＳ）
１４１ 電流センサ
１４２ 半導体スイッチング素子
５１０ バッテリー装置
５２０ オルタネータ装置
５３０ 負荷
５４０ 給電線

Claims (2)

1. 車両に配設されると共に充放電装置であるバッテリー装置の充放電を管理する車両用バッテリー充放電管理装置において、
   負荷の識別を示す負荷識別情報、及び前記各負荷の重要度を示す重要度情報の両情報を予め対応つけて記憶する負荷重要度情報記憶手段を備え、
   発電装置であるオルタネータ装置が発電中であって、該オルタネータ装置の電圧がバッテリー装置の電圧よりも小さい場合に、前記負荷重要度情報記憶手段に記憶されている重要度の低い負荷には電流低減処理を実行するが、重要度の高い負荷には当該電流低減処理を実行しないものであって、当該電流低減処理とは、負荷への給電線に流れる電流を遮断し、又はＰＷＭ制御し、若しくはＰＷＭ制御のデューティ比を小さくする処理を実行することを意味し、
   一方、オルタネータ装置が非発電中であって、且つ、バッテリー装置の電圧が第２所定電圧閾値より小さい場合に、オルタネータ装置を駆動させる処理を実行することを特徴とする車両用バッテリー充放電管理装置。
2. バッテリー装置の電圧が第３所定電圧閾値よりも大きい場合に電流低減処理を停止させ、該第３所定電圧閾値は、第２所定電圧閾値よりも大きい値であることを特徴とする請求項１に記載の車両用バッテリー充放電管理装置。

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