JP4816128B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載の発電機の発電制御に関し、詳しくは発電機の発電費用（以下、電費とも言う）を発電制御における入力パラメータ（入力変数）として発電制御を行う電費制御型車両用発電制御装置に関する。

従来の車両用発電制御装置では、電源ラインの電圧を所定範囲に維持すべく発電を制御する制御が一般的である。つまり、この従来の制御方式は、電源ラインから電気負荷に放出される消費電力と電源系（発電装置又は蓄電装置）から電源ラインに供給される供給電力とのギャップの結果として生じた電源ラインの変動を待ち、この変動に応じて発電制御を行う。すなわち、この車両用発電制御装置は、バッテリ状態の一つとしてのバッテリ電圧を目標電圧値に収束させる制御（電圧一定制御方式）を行っている。この電圧一定制御方式は、負荷の要求電力の変動による電源ラインの電圧降下が生じてから発電制御を行うため、制御レスポンスが悪く、電源ラインの変動も大きいという問題点を有している。

これに対して、下記の特許文献１、２は、算出乃至検出した電気負荷の消費電力合計を要求電力とし、この要求電力に対応する供給電力を発電機やバッテリから供給することにより電源ラインの電圧範囲が所定の許容電圧範囲から逸脱しないように制御することを提案している。すなわち、この電力均衡制御方式では、予め設定されている電源ラインの許容電圧範囲内にて発電機の発電電力とバッテリの充放電電力との和である供給電力が上記要求電力に一致するように発電制御を行っている。この制御によれば、電源ラインの電圧変動の原因である供給電力特に発電電力と電力消費との間のアンバランスが生じた時点又はその前にこのアンバランスを低減するための制御を行うため、制御レスポンスの向上、電源ラインの変動減少といった効果が期待できる。

また、下記の特許文献３、４は、発電機の発電コスト（発電電費又は単に電費という）を利用して、発電を制御する方式を（電費制御方式）を提案している。更に具体的に説明すると、特許文献４は、車両用電力系において複数の電力供給源の電費をそれぞれ算出し、この電費に基づいてトータルとしての電費が低減するように各電力供給源の給電割合を調整することを提案している。なお、発電機の電費すなわち発電コストは、トルクと回転数とを変数とする二次元平面におけるエンジン動作点の関数となり、単位電力量当たりの燃料消費量として算出することができる。
特開２００４−２４９９００号公報 特開２００４−１９４４９５号公報 特開２００２−１１８９０５号公報 特開２００４−２６０９０８号公報

上記した電費制御方式は、本質的に発電機の電費が安い時にバッテリに蓄電し、発電機の電費が高い場合にバッテリ（一種の電力供給手段）を放電する方式であり、燃費改善に優れた効果を期待できる。

更に整理すると、この電費制御方式は、発電機電費（発電電費）と、バッテリ電費とを比較して経済的に安い方を選択使用することにより車両用電力系全体の電費（総合電費とも言う）の低減を図る方式である。ここで言うバッテリ電費とは、簡単にはバッテリに蓄電された単位電力量をバッテリから系へ放電する際の電費であり、簡単にはバッテリ蓄電時の発電電費と考えることができる。

ただし、この電費制御方式では、バッテリの蓄電能力には限界があるうえバッテリの過放電や過充電は絶対に防止する必要があること、及び、バッテリの放電や充電によりバッテリの蓄電能力（＝放電能力）が逐次変化することも考慮しなければならず、演算が難しいという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、制御が容易であり、かつ、車両走行状態や車両用電力系の状態変化に適切に対応可能な電費制御方式の車両用発電制御装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するためになされた本発明の車両用発電制御装置は、電源ラインに接続される電気負荷、バッテリ及びエンジン駆動の発電機を有する車両電気系と、前記電気負荷及び前記バッテリへの給電のために前記発電装置の発電電力を制御する制御装置とを備え、前記制御装置が、検出した前記エンジンの運転状態及び前記発電機の発電量に少なくとも基づいて前記発電機の単位電力量当たりの費用を実質的に表す指標である発電電費を算出する手段と、検出した前記バッテリの電気的状態に基づいて前記バッテリのＳＯＣを算出する手段と、前記バッテリ充電のための前記発電機の発電を許可可能な前記発電電費の最高値を意味するパラメータである目標電費と前記バッテリのＳＯＣとの関係を示すとともに、前記ＳＯＣが小さくなると高くなり、前記ＳＯＣが大きくなると安くなる関数である目標電費関数を予め記憶する手段と、検出した前記ＳＯＣを前記目標電費関数に代入して求めた前記目標電費の今回値と前記発電電費とを比較する手段と、前記発電電費が前記目標電費の今回値より安い場合に前記バッテリの許容最大充電電力範囲内での前記バッテリ充電のための前記発電機の発電電力増大を指令し、前記発電電費が前記目標電費の今回値より高い場合に前記バッテリの許容最大放電電力範囲内での前記バッテリの放電を可能とする前記発電機の発電電力削減を指令する手段と、直前の所定期間の前記ＳＯＣの状態に基づいて前記目標電費関数を書き換える手段とを備え、前記目標電費は、前記ＳＯＣが所定の下限値未満となると前記発電電費の実用上のすべての値より高くなり、前記ＳＯＣが所定の上限値以上となると前記発電電費の実用上のすべての値より低くなる特性を有することを特徴としている。

すなわち、この発明の電費制御方式は、単純に上記バッテリ電費を蓄電時の発電電費とするのではなく、バッテリの蓄電状態を示すSOCの関数としてこの発電電費と比較すべきバッテリ電費に相当する関数値（目標電費と称する）を用いる。この関数値は、既述したバッテリ電費と同様に発電電費と比較されるため一種の電費という意味で目標電費と称する。この目標電費は少なくともSOCを入力変数とする関数であるため、この関数を目標電費関数とも言う。

本発明では、発電電費が目標電費より安い時に発電量を増大させ、発電電費が目標電費より高い時に発電量を削減する制御を行うため、従来の電費制御方式と同様に経済的な電力生産制御すなわち発電制御を行い、燃費向上を実現することができる。

また、この発明の電費制御方式は、前記目標電費関数は、目標電費をSOCが小さくなると高く（大きく）シフトさせ、SOCが大きくなると安く（小さく）シフトさせる。言い換えると、発電電費が一定であれば、SOCが小さい場合に発電電力を増大し（発電を強化し）、SOCが大きい場合に発電電力を削減する（発電を抑制する）制御を行う。

このようにすれば、SOCが小さい状況では、発電電費の変動にもかかわらずバッテリのSOCがある中間レベルに収束するように促進することができ、発電電費が安くてももはや充電できないという状況や、発電電費が高くても発電せざるを得ないという状況の発生を減らすことができ、かつ、過充電や過放電の防止にも有効となる。

また、前記目標電費は、前記ＳＯＣが所定の下限値未満となると前記発電電費の実用上のすべての値より高くなり、前記ＳＯＣが所定の上限値以上となると前記発電電費の実用上のすべての値より低くなる特性を有する。このようにすれば、負荷消費電力の急増などが生じても発電電力増大までの間、バッテリが過放電に陥ることなく一時的に負荷への給電を担当することができるとともに、負荷消費電力の急減などが生じても発電電力減少までの間、バッテリが過充電に陥ることなく一時的に発電電力の過剰分をバッテリにて吸収することができる。つまり、この態様によれば、急激な負荷電流増加が生じてもバッテリが過放電や過充電に陥るのを目標電費関数を用いた簡単な制御により防止しつつ電費制御すなわち総合電費を最低とする制御を実施することができる。

また、前記制御装置は、直前の所定期間の前記ＳＯＣの状態に基づいて前記目標電費関数を書き換える手段を有する。このようにすれば、直前の所定期間のＳＯＣの状態に基づいて目標電費関数を書き換えるため、直前の車両走行状態や車両用電力系に好適な目標電費とＳＯＣとの関係（目標電費関数）を利用して電費制御を実施することができる。つまり、バッテリの充放電の限界を考慮した電費制御が可能となる。

つまり、予め設定した固定の目標電費関数を発電電費と比較した結果により発電制御を行う場合、実際の車両走行状態や車両用電力系の運転状態の変動にもかかわらず、予め定められた目標電費関数と発電電費との比較結果により一律に発電制御が行われるため、車両走行状態や電力系の運転状態の変動により実状に適さないケースが生じやすいという問題が生じる。

この問題に鑑み、発明者は、SOCが、直前の車両走行状態や車両用電力系の運転状態の結果を示すことに着目した。したがって、直前のSOCの状態によりこの目標電費関数を更新すれば、直前の車両走行状態や車両用電力系の運転状態の結果を簡単に、目標電費と発電電費との比較を通じて発電制御に反映できる。ただし、この目標電費関数の更新は、更新結果が総合電費すなわち平均発電電費を低減させる方向へ向けて行われる必要がある。

好適な態様において、前記制御装置は、前記直前の所定期間のSOCの状態変化に基づいて、前記ＳＯＣと前記目標電費とにより規定される二次元空間上におけるＳＯＣの前記下限値に対応する前記目標電費の値であるＳＯＣ下限値対応目標電費値を所定の平均発電電費低減向きに所定のシフト量だけ変化させるとともに、前記ＳＯＣのその他の値に対応する前記目標電費の値も前記ＳＯＣの増大につれて小さくなる所定のシフト量だけ減少させることにより、前記目標電費関数を書き換える。この態様の目標電費関数の更新方法を採用すれば、適切な目標電費関数の更新を非常に簡単に行うことができ、目標電費関数更新のための演算負担を低減することができる。

好適な態様において、前記制御装置は、前記直前の所定期間のSOCの最大値である区間ＳＯＣ最大値又はこの区間ＳＯＣ最大値を入力変数とする関数値にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える。なお、ここで言う平均発電電費とは上記した総合電費を意味する用語である。

更に具体的に説明すると、直前の所定期間のSOCの最大値が大きいと言うことは、近い将来、バッテリのＳＯＣが上限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが上限値に達すると、発電電費がいくら安くてもバッテリ充電のための過剰電力生産ができないため、総合燃費が増大してしまう。そこで、この実施態様では、区間ＳＯＣ最大値が大きい場合には、目標電費関数を、目標電費低減方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を抑制するため、ＳＯＣが減り、その結果としてＳＯＣが上限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

好適な態様において、前記制御装置は、前記直前の所定期間のSOCの最小値である区間ＳＯＣ最小値又はこの区間ＳＯＣ最小値の関数値を入力変数とする関数値にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える。

更に具体的に説明すると、直前の所定期間のSOCの最小値が小さいと言うことは、近い将来、バッテリのＳＯＣが下限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが下限値に達すると、発電電費がいくら高くてもバッテリ充電のための過剰電力を生産する必要があるため、総合燃費が増大してしまう。そこで、この実施態様では、区間ＳＯＣ最小値が小さい場合には、目標電費関数を、目標電費増大方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を促進するため、ＳＯＣが増加し、その結果としてＳＯＣが下限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

好適な態様において、前記ＳＯＣの上限値と前記下限値との中間値である所定の基準値と前記ＳＯＣとの差を前記直前の所定期間に積分した値である区間変動量にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える。

更に具体的に説明すると、上記区間変動量が＋でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、直前の所定区間において、ＳＯＣが増大傾向となっていることを意味する。このことは、この傾向が今後も継続すると、近い将来、バッテリのＳＯＣが上限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが上限値に達すると、発電電費がいくら安くてもバッテリ充電のための過剰電力生産ができないため、総合燃費が増大してしまう。そこで、この実施態様では、区間変動量が＋でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、目標電費関数を、目標電費低減方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を抑制するため、ＳＯＣが減り、その結果としてＳＯＣが上限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

また、同じく、上記区間変動量が−でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、直前の所定区間において、ＳＯＣが減少傾向となっていることを意味する。このことは、この傾向が今後も継続すると、近い将来、バッテリのＳＯＣが下限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが下限値に達すると、発電電費がいくら高くてもバッテリ充電のための過剰電力を生産する必要があるため、総合燃費が増大してしまう。そこで、この実施態様では、区間変動量が−でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、目標電費関数を、目標電費増大方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を促進するため、ＳＯＣが増加し、その結果としてＳＯＣが下限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

好適な態様において、前記制御装置は、前記区間ＳＯＣ最大値と、前記区間ＳＯＣ最小値と、前記区間変動量をそれぞれ入力変数とする関数値にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える。このようにすれば、上記説明した各態様の効果をすべて期待することができる。

好適な態様において、前記目標電費関数は、発電停止の切り替え頻度を低減するための前記SOCの上下限値近傍にヒステリシス軌跡を有する。このようにすれば、SOCの上限値や下限値近傍にて発電、発電停止が頻繁に変化するのを防止することができる。また、このことは、バッテリ寿命延長の観点からも好適である。

好適な態様において、前記制御装置は、検出した前記バッテリの状態に基づいて前記バッテリの劣化状態を算出するとともに、算出した前記劣化状態に応じて前記バッテリ劣化抑制向きへ前記目標電費関数を書き換える。これにより、劣化が進行したバッテリに対して、その劣化進行を抑制しつつ、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）による発電制御を実施することができる。すなわち、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）による燃費向上をそれによるバッテリ劣化促進を抑止しつつ実施することができる。

なお、バッテリ劣化の抑制は、バッテリの充放電を抑制することにより実現できるため、上記した「バッテリ劣化状態に応じてバッテリ劣化抑制向きへ目標電費関数を書き換える」ことは、「バッテリ劣化が進行した場合にバッテリの充放電を抑制する方向へ目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を書き換えることを意味する。また、これは、バッテリの蓄電電費が現在の発電電費より安くても発電電力を低減してバッテリの放電に頼るのではなく高価な発電電力を負荷給電に使用すること、並びに、現在の発電電費が回生発電などによりバッテリの蓄電電費より安くてもバッテリ充電に用いるのを抑制することを意味する。

好適な態様において、前記制御装置は、前記バッテリの劣化が所定しきい値を超えたかどうかを判断し、超えたと判断した場合には前記バッテリの端子電圧を所定の目標電圧に収束させる定電圧制御を前記発電機に指令する。このようにすれば、バッテリが重度に劣化した場合にはもはや目標電費関数を用いた電費制御を停止するため、この電費制御によるバッテリ劣化の加速を防止することができ、バッテリ寿命の延長を図ることができる。

本発明の車両用発電制御装置の好適な実施態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、他の技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。

（実施形態1）
実施形態１の車両用発電制御装置の実施態様を説明する。

（装置構成）
この車両用発電制御装置を用いた車両用電力系の回路構成を図１に示すブロック図を参照して説明する。

図示しないエンジンにより駆動される発電機１はバッテリ２とともに電気負荷３に給電し、発電機１はバッテリ２に充電電力を給電している。４は発電機を制御する発電コントローラ４であり、バッテリ２からの検出情報や電気負荷３からの負荷情報、更には車両コントローラ５からの車両情報に基づいて発電機１の発電を制御している。エンジンは図示しないエンジンコントローラにより制御されるが、発電コントローラ４にとって必要なエンジン情報は、車両コントローラ５を通じてエンジンコントローラから発電コントローラ４へ送信される。なお、発電コントローラ４、車両コントローラ５及びエンジンコントローラを一体に構成しても良いことはもちろんである。

（電費制御）
発電コントローラ４により行われる発電電費を用いた制御である電費制御を図２に示すフローチャートを参照して説明する。ただし、この実施形態では、電流積算方式によりＳＯＣを算出するものとする。もちろん、バッテリ２のＳＯＣの演算方法としては公知の他の方法を採用してもよい。

まず、不図示の電流センサにより検出したバッテリの充放電電流を読み込み（Ｓ１００）、読み込んだ充放電電流を積算する（Ｓ１０２）。次に、この積算値を予め決定した満充電容量値から差し引いた値をこの満充電容量値で割ってＳＯＣの今回値を算出する（Ｓ１０４）。

なお、この満充電容量値は、満充電時の積算値（ＳＯＣ１００％）と実用レベルでの完全放電時の積算値（ＳＯＣ０％）との差を満充電容量値として用いるが、満充電状態の判定や完全放電時の判定は公知の方法を用いて行えばよく、この発明の要旨でもないため説明を省略する。

次に、算出したSOCの今回値を、予め記憶する目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）に代入して目標電費Ｃｐを演算する（Ｓ１０６）。なお、ここで言う目標電費Ｃｐとは、発電機１にバッテリ２の充電のための発電を許可可能な発電電費Ｃｇの最高値に相当するパラメータであリ、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）とは、この目標電費ＣｐとSOCとの関係を示す関数である。この実施形態にて用いる目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の具体的な特性については後述する。目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）は、関数式の形式により記憶されても良く、あるいはテーブル又はマップの形式にて記憶されてもよい。次に、求めた目標電費Ｃｐに基づいて発電機１に与える発電指令を決定し（S１０８）、決定した発電指令を発電機１に指令する（Ｓ１１０）。

（目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の説明）
目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の一例を図３に示す。図３に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）において、目標電費Ｃｐは、ＳＯＣの下限値と上限値との間で、SOCが小さくなると高くなり（大きくなり）、SOCが大きくなると安くなる（小さくなる）。また、ＳＯＣの下限値未満のＳＯＣ領域では目標電費Ｃｐは発電電費の実用上のすべての値より高くなり、ＳＯＣの上限値以上のＳＯＣ領域では目標電費Ｃｐは発電電費の実用上のすべての値より安くなるように設定されている。下限値はたとえばＳＯＣ２０％に設定され、上限値はたとえば８０％に設定されている。

上記説明した目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を用いると、ＳＯＣが大きい状況では、バッテリ２の充電余力が小さいため、発電電費が大幅に安い場合にのみ充電を行う。また、バッテリ２には十分に蓄電されているため発電電費が少し増加したらバッテリ２が放電することができる。逆に、ＳＯＣが小さい状況では、バッテリ２の放電余力が小さいため、発電電費が大幅に高い場合にのみ放電を行う。また、バッテリ２の蓄電量が小さいため発電電費が相当に高い場合にのみバッテリ２が放電することができる。

（発電指令演算ルーチン）
ステップＳ１０８にて説明した発電指令の決定方法の一例を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、エンジンの運転状態を読み込む（Ｓ１２０）。この実施形態では、エンジンの運転状態としてそのエンジン回転数とエンジン出力トルクと単位時間当たりの燃料消費量とを読み込む。これらのパラメータの検出自体は周知事項であるため、詳細説明は省略する。

次に、発電電費Ｃｇを算出する（Ｓ１２２）。この実施形態では、図５に示す発電電費算出マップを用いて発電電費Ｃｇを求める。この発電電費算出マップは、エンジン回転数とエンジン出力トルクと発電電費Ｃｇとの関係を示す三元マップであり、予め記憶手段に記憶されている。

次に、求めた発電電費ＣｇとステップＳ１０６で算出した目標電費Ｃｐとを比較し（Ｓ１２４）。比較結果に基づいて発電機１の運転モードを決定する（Ｓ１２６〜Ｓ１３０）。更に具体的に説明すると、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐ＋αよりも大きければ発電停止モードを選択し（Ｓ１２６）、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐーαよりも小さければ発電モードを選択し（Ｓ１２８）、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐ＋α以下、目標電費Ｃｐーα以上なら現状維持モードを選択する（Ｓ１３０）。この選択されたモードは、ステップＳ１１０で言う発電指令として発電機１に送信される。なお、αは所定のマージンである。

（発電機１の制御例１）
上記選択したモードに対応する発電機１の発電動作の一例を以下に説明する。

この制御例１は、発電機１の界磁電流制御を簡単化した例であって、発電停止モードでは発電機１の界磁電流を制御するスイッチングトランジスタをオフし、発電モードでは発電機１の界磁電流を制御するスイッチングトランジスタをオンし、現状維持モードでは、直前のスイッチングトランジスタの動作状態を保持する。

この制御例１を図６を参照して更に具体的に説明する。これにより、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐより高い場合（Ｘ１）には、発電が停止される。その結果、バッテリ２のＳＯＣは低下する。バッテリ２のＳＯＣが低下すると、図６からわかるように目標電費Ｃｐが増大する。つまり、発電電費Ｃｇが高い場合には、バッテリ２のＳＯＣは低値となる。すなわち、発電電費Ｃｇが高く、あまり発電するべきではない状況では、バッテリ２は放電を行い、低ＳＯＣ状態となる。逆に、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐより低い場合（Ｘ２）には、発電が開始される。その結果、バッテリ２のＳＯＣは増加する。バッテリ２のＳＯＣが増加すると、図６からわかるように目標電費Ｃｐが低下する。つまり、発電電費Ｃｇが低い場合には、バッテリ２のＳＯＣは高値となる。すなわち、発電電費Ｃｇが低く、大いに発電して安い電力量をバッテリ２に蓄えるべき状況では、バッテリ２は蓄電を行い、高ＳＯＣ状態となる。

（発電機１の制御例２）
上記選択した発電機１の運転モードに対応する発電機１の発電動作の他例を以下に説明する。この制御例２は、電費を制御変数として、既述した電力均衡制御方式を実施する例であって、電気負荷の消費電力合計（負荷電力と言う）と、算出したバッテリ２の充放電電力とを合計して要求電力とし、発電機１が、この要求電力に相当する発電電力を発電する制御を行う。この時、バッテリ２の充放電電力は発電電費を反映して算出され、これにより、発電電費が安い場合にバッテリ２のSOCが増大され、発電電費が高い場合にバッテリ２のSOCは減少される。

図７に示すフローチャートを参照して具体的に説明する。

まず、ステップＳ１４０にて、現在の負荷電力Prを算出する。この負荷電力Prの算出は、検出した各負荷への供給電流と電源電圧とから算出できる他、公知の種々の方法により推定しても良い。

次のステップＳ１４２では、図４のステップＳ１２４の比較結果により選択した発電機１の運転モードに基づいて、バッテリ２の充放電電力Ｐｂを決定するサブルーチンを決定する。

具体的に説明すると、発電モードでは、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐよりも安いので、発電を促進するためバッテリ２に充電電力が与えられる。また、現状維持モードでは、発電電費Ｃｇと目標電費Ｃｐとが大略一致しているために、現在の発電状態の維持が指令される。

この実施例では、充電電力の大きさは予め定められたバッテリ２の許容最大充電電力値が充放電電力Ｐｂとされる。発電停止モードでは、発電電費Ｃｇが目標電費Ｃｐよりも高いので、発電を抑止するためバッテリ２に放電電力が与えられる。この実施例では、放電電力の大きさは予め定められたバッテリ２の許容最大放電電力値が充放電電力Ｐｂとされる。

なお、バッテリ２の許容最大充電電力値は、バッテリ２がこの値にて充電される際にバッテリ２の端子電圧が予め定められた電源電圧の許容最大値を超えない値に設定される。同じく、バッテリ２の許容最大放電電力値は、バッテリ２がこの値にて放電される際にバッテリ２の端子電圧が予め定められた電源電圧の許容最小値を超えない値に設定される。

次のステップＳ１４４では、求めたバッテリ２の充放電電力Ｐｂと負荷電力Prとの合計が算出され、これが発電機１に要求する要求電力Ｐｘとして決定され、この要求電力Ｐｘが発電指令とされる（Ｓ１４６）。

発電機１は、指令されたこの要求電力Ｐｘに等しい発電電力を発電する。具体的には、発電機１は、発電電力と界磁電流と回転数との関係を示すマップを持っており、このマップに発電電力すなわち要求電力Ｐｘと回転数とを代入して界磁電流値を決定し、この界磁電流値を界磁コイルに通電する。

なお、既述したように、この発電機１の制御例２では、発電停止モードは正確にはバッテリ放電モードであり、バッテリ２の充電のための発電が停止されるモードであり、発電機１の発電が一律に停止されるものではないことに留意されたい。

（発電機１の制御例３）
上記選択した発電機１の運転モードに対応する発電機１の発電動作の更に他の例を以下に説明する。この制御例３は、制御例２において、バッテリ２の充放電電力Ｐｂの算出方式を変更したものである。つまり、バッテリ２の充放電電力Ｐｂを上記のように許容最大電力値に固定するのではなく、マップを用いて変化したものである。

具体的に説明すると、バッテリ２が接続される電源ラインの電圧は、基準電源電圧値を含む小さい所定範囲内においてのみ変動を許される必要がある。電源ラインの電圧すなわちバッテリ２の端子電圧は、バッテリ２の充放電電流の関数となり、バッテリ２の充放電電力は、充放電電流と端子電圧との積となる。したがって、バッテリ２の端子電圧が許容範囲を逸脱しない範囲でバッテリ２の許容最大電力値が設定される必要がある。

この制御例では、発電モード（バッテリ充電）時には、予め記憶する充電時マップを用いてバッテリ端子電圧が許容最大値となる時の許容最大充電電力値が求められ、これが充放電電力Ｐｂとされる。発電停止モード（バッテリ放電）時には、予め記憶する放電時マップを用いてバッテリ端子電圧が許容最小値となる時の許容最大充電電力値が求められ、これが充放電電力Ｐｂとされる。

一例において、上記した充電時マップを、検出した負荷消費電力と許容最大充電電力値との関係を示すマップとし、上記した放電時マップを、検出した負荷消費電力と許容最大放電電力値との関係を示すマップとすることができる。これは、電源ラインの電圧が、負荷消費電力の関数となるためである。

他例において、上記した充電時マップを、検出したバッテリ２のＳＯＣと許容最大充電電力値との関係を示すマップとし、上記した放電時マップを、検出したバッテリ２のＳＯＣと許容最大放電電力値との関係を示すマップとすることができる。これは、バッテリ２の端子電圧がＳＯＣの関数となるためである。

（変形態様）
図７に示す電費利用型の電力均衡制御において、電力の代わりに電流をパラメータとしてルーチンを実行しても良い。すなわち、図７に示す負荷電力Pr、バッテリ２の充放電電力Ｐｂ及び要求電力Ｐｘは、ほぼ同一の電源ライン電圧下の電力とみなすことができるため、それぞれ電源電圧で割って負荷電流Ｉr、バッテリ２の充放電電流Ｉｂ及び要求電流Ｉｘとすることができる。したがって、この場合には、発電機１は、要求電流Ｉｘに相当する発電電流を出力するように、マップにもとづいて界磁電流を制御すればよい。なお、このマップは、発電電流と界磁電流と回転数との関係を示す三元マップとすることができる。

（目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の修正）
次に、既述した目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の修正について以下に説明する。この修正例では、バッテリ２のＳＯＣの直前の所定期間の状態に基づいて、ＳＯＣ下限値に対応する目標電費Ｃｐの値であるＳＯＣ下限値対応目標電費値ＣｐＭＩＮを、所定の平均発電電費低減向きに所定のシフト量ΔＣｐだけ変化させるとともに、ＳＯＣのその他の値に対応する目標電費Ｃｐの値も、ＳＯＣの増大につれて小さくなるシフト量ΔＣｐ’だけ減少させる（図８参照）。

目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の具体的な修正動作を図９に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、バッテリ２のＳＯＣを定期的に検出し、記憶する（Ｓ１６０）。次に、直前の所定区間（所定期間）のＳＯＣの情報を抽出し（Ｓ１６２）。所定の更新タイミングに達したかどうかを判定して（Ｓ１６４）、達したら抽出した上記ＳＯＣ情報に基づいてシフト量ΔＣｐを求め、このシフト量ΔＣｐをＳＯＣにて変形してシフト量ΔＣｐ’を求めて目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を修正する（Ｓ１６６）。

なお、この実施形態では、上記した直前の所定区間（所定期間）のＳＯＣの情報は、この直前の所定区間におけるＳＯＣの最大値（区間最大値又は区間ＳＯＣ最大値とも言う）と、この直前の所定区間におけるＳＯＣの最小値（区間最小値又は区間ＳＯＣ最小値とも言う）と、変動量（区間変動量とも言う）とにより構成されている。図１０に走行中におけるＳＯＣの変動の一例を示す。ここで言う変動量とは、ＳＯＣの上限値と下限値との間の中央値であるＳＯＣの基準値（この実施形態ではＳＯＣ５０％とした）と逐次検出したＳＯＣの検出値との差をこの直前の所定区間の間だけ積分した値である。

次に、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の更新動作を更に詳しく説明する。

まず、求めたＳＯＣの最大値、最小値、変動量を代入してシフト量ΔＣｐを抽出する。このマップは、ＳＯＣの最大値、最小値、変動量及びシフト量ΔＣｐの関係を示す４元マップとする。次に、予め記憶するシフト量ΔＣｐとシフト量ΔＣｐ’との関係を示す式（ΔＣｐ’＝ｆ（ΔＣｐ、ＳＯＣ））にＳＯＣとΔＣｐとを代入して各ＳＯＣでのシフト量ΔＣｐ’を求める。これにより、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の修正（更新）が完了する。ただし、上記した４元マップは、平均発電電費が低減する向きに上記シフトを行うためのものである。

更に具体的に説明すると、直前の所定区間のSOCの最大値が大きいと言うことは、近い将来、バッテリのＳＯＣが上限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが上限値に達すると、発電電費がいくら安くてもバッテリ充電のための過剰電力生産ができないため、総合燃費が増大してしまう。そこで、区間ＳＯＣ最大値が大きくＳＯＣの上限値に近い場合には、目標電費関数を、目標電費低減方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を抑制するため、ＳＯＣが減り、その結果としてＳＯＣが上限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

また、直前の所定期間のSOCの最大値が小さいと言うことは、近い将来、バッテリのＳＯＣが下限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが下限値に達すると、発電電費がいくら高くてもバッテリ充電のための過剰電力を生産する必要があるため、総合燃費が増大してしまう。そこで、区間ＳＯＣ最小値が小さくＳＯＣの下限値に近い場合には、目標電費関数を、目標電費増大方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を促進するため、ＳＯＣが増加し、その結果としてＳＯＣが下限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

更に、変動量（区間変動量）が＋でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、直前の所定区間においてＳＯＣが増大傾向となっていることを意味する。このことは、この傾向が今後も継続すると、近い将来、バッテリのＳＯＣが上限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが上限値に達すると、発電電費がいくら安くてもバッテリ充電のための過剰電力生産ができないため、総合燃費が増大してしまう。そこで、区間変動量が＋でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、目標電費関数を、目標電費低減方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を抑制するため、ＳＯＣが減り、その結果としてＳＯＣが上限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

また、同じく、上記区間変動量が−でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、直前の所定区間において、ＳＯＣが減少傾向となっていることを意味する。このことは、この傾向が今後も継続すると、近い将来、バッテリのＳＯＣが下限値に達する可能性が大きいことを意味する。ＳＯＣが下限値に達すると、発電電費がいくら高くてもバッテリ充電のための過剰電力を生産する必要があるため、総合燃費が増大してしまう。そこで、区間変動量が−でかつ所定しきい値よりも大きい場合には、目標電費関数を、目標電費増大方向へシフトさせる。このようにすれば、バッテリ充電のための発電を促進するため、ＳＯＣが増加し、その結果としてＳＯＣが下限値に達する可能性を減らすことができ、総合燃費の改善を期待することができる。

このように上記４元マップを作成すればよい。なお、このマップを更に走行情報により変形してもよい。走行情報としては、加速状態、減速状態、回生状態や渋滞情報などが挙げられる。この場合にも、走行情報によるマップの変形は平均発電電費が低減する向きになされる。

（変形態様）
図８に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を図１１〜図１４に示す。
なお、図１４はマップを、ＳＯＣと目標電費と負荷電力との三元マップとしたものであり、このマップに負荷電力とＳＯＣとを代入して目標電費を算出するものである。

（変形態様）
図１５は、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の下限値近傍と上限値近傍にヒステリシスを設けたものであり、充電率（SOC）上下限値付近で発電機１の運転モードが頻繁に変化するのを防止すたものである。この図１５では、ＳＯＣがその下限値に達したら所定のＳＯＣ最小値まで回復するまでは目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を無限大（きわめて大きな値）のままに維持し、ＳＯＣがその上限値に達したら所定のＳＯＣ最小値まで低下するまでは目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を０のままに維持する。これにより、ＳＯＣの上限値や下限値近傍における頻繁な発電状態の変化を防止することができ、バッテリ寿命延長も期待することができる。

（実施形態２）
実施形態２の車両用発電制御装置の実施態様を図１６に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の特性図を参照して説明する。図１６に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）Ｌ、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）Ｈは、図３に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の全体にヒシテリシスを設けたものであり、図１５に示すヒシテリシス付き目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を拡張したものである。

図１６では、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）ＬはＳＯＣが長期的に見て（平均的に見て）増大する時に用いる目標電費関数であり、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）ＨはＳＯＣが長期的に見て（平均的に見て）減少する時に用いる目標電費関数である。すなわち、この実施形態では、バッテリ放電傾向が持続する場合には目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を高くシフトし、バッテリ充電傾向が持続する場合には目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を低くシフトするように目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）にヒステリシスを与える。

このようにすれば、バッテリ放電傾向では目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）Ｈが高くシフトしているために発電電費Ｃｇが多少高くても発電がなされバッテリ充電が促進される。逆に、バッテリ充電傾向では、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）Ｈが低くシフトしているために発電電費Ｃｇがかなり低下しないと発電を行なわない。これにより、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）に応じた電費制御を最適に行うことができる。

なお、バッテリ劣化を検出した場合に、図１６の目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を採用すると、バッテリ寿命の延長を図りつつ、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を用いた電費制御を実施することができる。

（実施形態３）
実施形態３の車両用発電制御装置の実施態様を図１７に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の特性図を参照して説明する。図１７に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）は、図３に示す目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の下限値をそれより大きい新下限値に増加すべくシフトした点をその特徴とする。このシフトは、バッテリが劣化したと判定した場合に行う。なお、この下限値のシフト量をバッテリ劣化状態に応じて変更してもよぃ。たとえば、バッテリ劣化が進行するほど、新下限値を大きく設定しても良い。

このようにすれば、バッテリ劣化時には、ＳＯＣが下限値以下に減少するケースを減らすことができ、バッテリ容量不足の発生を抑止することができる。

（バッテリ劣化を考慮した制御例）
次に、目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を特にバッテリ劣化時に採用する制御を図１８〜図１９に示すフローチャートを参照して以下に説明する。

まず、バッテリ状態を読み込み（Ｓ１５０）、読み込んだ状態に基づいて現在のバッテリ劣化状態を算出する（Ｓ１５２）。バッテリ状態量に基づいてバッテリ劣化状態を判定する方法には多数の技術が提案されているが、そのいずれを採用しても良い。この実施形態では、バッテリの充電電流積分量と放電電流積分量の総和を採用するが、これらの一方だけを採用してもよい。次に、算出したバッテリ劣化状態が予め定めた所定しきい値に達したかどうかを判定してバッテリ劣化状態か否かを判定（Ｓ１５４）、まだバッテリ劣化していないと判定した場合には実施形態１で説明した目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を用いた電費制御（基準の電費制御方式）にて発電制御を行い（Ｓ１５６）、バッテリ劣化が所定レベルに達したと判定した場合には目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）のうちバッテリ寿命延長に好適な任意の一つを選んで次の目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）’として選択する（Ｓ１５８）。次に、ステップＳ１５２で算出したバッテリ劣化状態が上記所定しきい値よりも更に重度のバッテリ劣化状態に相当する第２のしきい値に達したかどうかを判定し（Ｓ１６０）、まだバッテリは重度に劣化していないと判定した場合にはステップＳ１６２を迂回し、バッテリは重度に劣化したと判定した場合にはステップＳ１６２にて常時定電圧制御を選択する。次に、これまでの運転モード選択結果を発電機に指令し（Ｓ１６４）、メインルーチンにリターンする。

このようにすれば、バッテリ劣化前には実施形態１で説明した目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を用いた電費制御により燃費を良好に低減でき、バッテリが軽度に劣化した状態ではバッテリ寿命短縮抑止と燃費改善とを両立させ、バッテリが重度に劣化した場合には目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）を用いた電費制御による燃費節減を放棄してただバッテリ寿命延長に有効な発電制御を行うことができる。

実施形態１に用いた車両用電力系を示すブロック図である。 図１の発電コントローラにより行われる電費制御を示すフローチャートである。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の一例を示す特性図である。 発電指令算出ルーチンを示すフローチャートである。 発電電費マップを示す図である。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）と発電指令（運転モード）との関係を示す図である。 発電指令算出ルーチンを示すフローチャートである。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）のシフト例を示す図である。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の更新動作を示すフローチャートである。 ＳＯＣの変動例を示すタイムチャートである。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 実施形態２で採用した目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 実施形態３で採用した目標電費関数ｆ（ＳＯＣ）の変形例を示す特性図である。 バッテリ劣化状態を加味した電費制御を示すフローチャートである。 バッテリ劣化状態を加味した電費制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 発電機
２ バッテリ
３ 電気負荷
４ 発電コントローラ
５ 車両コントローラ

Claims (9)

1. 電源ラインに接続される電気負荷、バッテリ及びエンジン駆動の発電機を有する車両電気系と、
   前記電気負荷及び前記バッテリへの給電のために前記発電装置の発電電力を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   検出した前記エンジンの運転状態及び前記発電機の発電量に少なくとも基づいて前記発電機の単位電力量当たりの費用を実質的に表す指標である発電電費を算出する手段と、
   検出した前記バッテリの電気的状態に基づいて前記バッテリのＳＯＣを算出する手段と、
   前記バッテリ充電のための前記発電機の発電を許可可能な前記発電電費の最高値を意味するパラメータである目標電費と前記バッテリのＳＯＣとの関係を示すとともに、前記ＳＯＣが小さくなると高くなり、前記ＳＯＣが大きくなると安くなる関数である目標電費関数を予め記憶する手段と、
   検出した前記ＳＯＣを前記目標電費関数に代入して求めた前記目標電費の今回値と前記発電電費とを比較する手段と、
   前記発電電費が前記目標電費の今回値より安い場合に前記バッテリの許容最大充電電力範囲内での前記バッテリ充電のための前記発電機の発電電力増大を指令し、前記発電電費が前記目標電費の今回値より高い場合に前記バッテリの許容最大放電電力範囲内での前記バッテリの放電を可能とする前記発電機の発電電力削減を指令する手段と、
   直前の所定期間の前記ＳＯＣの状態に基づいて前記目標電費関数を書き換える手段と、
   を備え、
   前記目標電費は、
   前記ＳＯＣが所定の下限値未満となると前記発電電費の実用上のすべての値より高くなり、前記ＳＯＣが所定の上限値以上となると前記発電電費の実用上のすべての値より低くなる特性を有することを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１記載の車両用発電制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記直前の所定期間のＳＯＣの状態変化に基づいて、前記ＳＯＣと前記目標電費とにより規定される二次元空間上におけるＳＯＣの前記下限値に対応する前記目標電費の値であるＳＯＣ下限値対応目標電費値を所定の平均発電電費低減向きに所定のシフト量だけ変化させるとともに、前記ＳＯＣのその他の値に対応する前記目標電費の値も前記ＳＯＣの増大につれて小さくなる所定のシフト量だけ減少させることにより、前記目標電費関数を書き換える車両用発電制御装置。
3. 請求項２記載の車両用発電制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記直前の所定期間のＳＯＣの最大値である区間ＳＯＣ最大値又はこの区間ＳＯＣ最大値を入力変数とする関数値にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える車両用発電制御装置。
4. 請求項２記載の車両用発電制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記直前の所定期間のＳＯＣの最小値である区間ＳＯＣ最小値又はこの区間ＳＯＣ最小値の関数値を入力変数とする関数値にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える車両用発電制御装置。
5. 請求項３及び４記載の車両用発電制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記ＳＯＣの上限値と前記下限値との中間値である所定の基準値と前記ＳＯＣとの差を前記直前の所定期間に積分した値である区間変動量にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える車両用発電制御装置。
6. 請求項５記載の車両用発電制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記区間ＳＯＣ最大値と、前記区間ＳＯＣ最小値と、前記区間変動量をそれぞれ入力変数とする関数値にもとづいて、所定の平均発電電費低減向きに前記目標電費関数を書き換える車両用発電制御装置。
7. 請求項５記載の車両用発電制御装置において、
   前記目標電費関数は、発電停止の切り替え頻度を低減するための前記ＳＯＣの上下限値近傍にヒステリシス軌跡を有する車両用発電制御装置。
8. 電源ラインに接続される電気負荷、バッテリ及びエンジン駆動の発電機を有する車両電気系と、
   前記電気負荷及び前記バッテリへの給電のために前記発電装置の発電電力を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   検出した前記エンジンの運転状態及び前記発電機の発電量に少なくとも基づいて前記発電機の単位電力量当たりの費用を実質的に表す指標である発電電費を算出する手段と、
   検出した前記バッテリの電気的状態に基づいて前記バッテリのＳＯＣを算出する手段と、
   前記バッテリ充電のための前記発電機の発電を許可可能な前記発電電費の最高値を意味するパラメータである目標電費と前記バッテリのＳＯＣとの関係を示すとともに、前記ＳＯＣが小さくなると高くなり、前記ＳＯＣが大きくなると安くなる関数である目標電費関数を予め記憶する手段と、
   検出した前記ＳＯＣを前記目標電費関数に代入して求めた前記目標電費の今回値と前記発電電費とを比較する手段と、
   前記発電電費が前記目標電費の今回値より安い場合に前記バッテリの許容最大充電電力範囲内での前記バッテリ充電のための前記発電機の発電電力増大を指令し、前記発電電費が前記目標電費の今回値より高い場合に前記バッテリの許容最大放電電力範囲内での前記バッテリの放電を可能とする前記発電機の発電電力削減を指令する手段と、
   を備え、
   検出した前記バッテリの状態に基づいて前記バッテリの劣化状態を算出するとともに、
   算出した前記劣化状態に応じて前記バッテリ劣化抑制向きへ前記目標電費関数の特性を変更する車両用発電制御装置。
9. 請求項８記載の車両用発電制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記バッテリの劣化が所定しきい値を超えたかどうかを判断し、超えたと判断した場合には前記バッテリの端子電圧を所定の目標電圧に収束させる定電圧制御を前記発電機に指令する車両用発電制御装置。

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