JP4905728B2 - 発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電制御装置に関し、特に内燃機関により駆動される発電機の発電電圧の制御技術に関する。

車両には、一般的に、ランプ等の電気機器への電力供給源としてバッテリ（蓄電手段）が搭載されているとともに、エンジン（内燃機関）により駆動されてバッテリを充電する発電機（オルタネータ）が搭載されている。発電機は、バッテリの残存容量が許容範囲内になるように発電電圧が制御される。この発電電圧制御では、残存容量が許容より小さい場合には発電電圧を上昇させて効率的に充電を行う一方、充電容量が許容より大きい場合には発電電圧を抑制して発電による負荷を減少させ、燃費を向上させている。このような発電電圧制御では、バッテリの残存容量を正確に把握する必要がある。

バッテリの残存容量を把握する方法としては、例えば満充電状態からバッテリに流れる電流の収支を積算して残存容量を推定する方法がある。しかしながら、車両に搭載されたバッテリは、キーオフ（エンジン停止）状態であっても車両搭載機器のバックアップ電源等による暗電流によって消費され、徐々に残存容量が低下してしまう。したがって、車両をキーオフ状態で放置すると、バッテリの実際の残存容量とその推定値とで差が生じ、十分な充電が行われず、この充電不足が累積してついにはバッテリが過放電状態となって、エンジンの始動不良やバッテリの寿命低下を招く虞がある。

そこで、タイマ（カウンタ）により、車両の放置時間（ソーク時間）を計測し、これに基づいて暗電流によるバッテリの消費量を演算する方法が開発されている（特許文献１）。
特開２００６−２３０１０２号公報

しかしながら、上記の特許文献１の技術では、タイマにより常時電力を消費するので、車両を長時間放置した場合に過放電状態になり易くなる。
また、車両放置前後のバッテリの内部抵抗の差に基づいてソーク時間を推定する方法が考えられる。しかしながら、ソーク時間と内部抵抗との関係が直線性を有しているか否かは不明であり、内部抵抗の差からソーク時間を全て正確に推定することは困難である。

本発明はこのような問題に鑑み発明されたものであって、内燃機関の停止期間（ソーク期間）において蓄電手段の残存容量が低下しても、停止時間（ソーク時間）を推定する必要なく停止期間後の充電を適切に行い、蓄電手段の充電不足を回避可能な発電制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関により駆動され、蓄電手段を充電する発電機の発電制御装置において、蓄電手段の入出力電流を積算して蓄電手段の残存容量を推定し、該残存容量の推定値が所定値以上である場合に発電機の発電電圧を抑制制御する発電電圧抑制手段と、蓄電手段の内部抵抗を演算する内部抵抗演算手段と、内燃機関の停止期間の前後での内部抵抗演算手段により演算された蓄電手段の内部抵抗の差が所定値以上である場合に、発電電圧抑制手段による発電電圧の抑制制御を禁止する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１において、制御手段は、蓄電手段が満充電状態となるまで発電電圧抑制手段による発電電圧の抑制制御を禁止することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２において、制御手段は、更に、蓄電手段が満充電状態となった時点で残存容量の推定値を満充電相当値に補正することを特徴とする。

本発明の請求項１の発電機の発電制御装置によれば、内燃機関の停止前後での蓄電手段の内部抵抗の差が所定値以上である場合には、内燃機関の停止期間にバッテリの残存容量が所定以上低下しており、このような場合に発電電圧の抑制制御が禁止されるので蓄電手段が効率よく充電される。したがって、内燃機関の停止時間を正確に推定する必要なく停止期間後の充電が適切に行われ、蓄電手段の充電不足を回避することができる。

本発明の請求項２の発電機の発電制御装置によれば、内燃機関の停止前後での蓄電手段の内部抵抗の差が所定値以上である場合、即ち内燃機関の停止時に残存容量が所定以下低下した場合に満充電されるので、エンジン停止状態で放置することによる蓄電手段の残存容量の低下を適切に解消することができる。
本発明の請求項３の発電機の発電制御装置によれば、内燃機関の停止前後での蓄電手段の内部抵抗の差が所定値以上である場合、即ち内燃機関の停止時に残存容量が所定以下低下した場合に、満充電されるとともに残存容量の推定値が満充電相当値に設定されるので、残存容量の推定値の誤差を解消することができ、その後の残存容量の推定を正確に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両の発電制御装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の車両には、電源装置として、オルタネータ（発電機）１及びバッテリ（蓄電手段）２を備えている。オルタネータ１には、ヘッドランプ等の電気機器３とバッテリ２とが並列して電気的に接続されている。オルタネータ１は、車両の走行駆動用のエンジン（内燃機関）４により駆動されて発電し、電気機器３に対して電力を供給するとともに、バッテリ２に電力を供給して充電する。

バッテリ２の端子間には、バッテリ２の電圧を測定する電圧センサ１０が設けられている。オルタネータ１とバッテリ２の端子とを繋ぐ線路には、バッテリ２の入出力電流を検出する電流センサ１１が設けられている。また、バッテリ２には、バッテリ２の温度を検出する温度センサ１２が設けられている。
充電制御ユニット２０（制御手段）は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、電圧センサ１０、電流センサ１１及び温度センサ１２からの検出情報を入力する。また、充電制御ユニット２０は、各種車両制御ユニット２１とＣＡＮ通信により情報伝達可能に接続されており、車両のキースイッチ信号等の情報を入力する一方、オルタネータ１の発電電圧を制御する制御信号を出力する。車両制御ユニット２１は、充電制御ユニット２０からの制御信号に基づいて、オルタネータ１の発電電圧を、ＨＩ電圧とＨＩ電圧より低いＬＯ電圧との２通りに切り換える。ＨＩ電圧は、電気機器３の使用に拘わらず確実にバッテリ容量（バッテリ２の残存容量）が増加するような値に設定される一方、ＬＯ電圧は、電気機器３等による電力消費により徐々にバッテリ容量が減少するような値に設定されている。

充電制御ユニット２０は、バッテリ容量を常に管理しており、このバッテリ容量に応じて車両制御ユニット２１を介してオルタネータ１の発電電圧を制御している。詳しくは、車両制御ユニット２１は、バッテリ２の満充電完了時におけるバッテリ容量を初期値としてエンジン運転時にバッテリ２への入出力電流を積算してバッテリ容量を演算している。そして、このバッテリ容量の演算値（推定値）が電圧切替閾値（下限値）以下である場合にはオルタネータ１の発電電圧をＨＩ電圧に設定する一方、電圧切替閾値（上限値）以上である場合には発電電圧をＬＯＷ電圧に設定する（発電電圧抑制手段）。バッテリ容量の演算値は不揮発性ＲＡＭに記憶され、入出力電流の積算毎に書き換えられ、次回の入出力電流の積算時に用いられる。

次に、本実施形態の発電制御装置によるソーク（車両放置）期間前後の発電制御要領を、図２〜４を用いて説明する。
図２は、ソーク期間前後におけるバッテリ容量、内部抵抗、発電電圧の推移を示すタイムチャートである。図３は、バッテリ２の電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図４は、バッテリ２の充電電流、電圧、バッテリ容量の推移を示すグラフである。

エンジン運転時には、上記のようにバッテリ容量演算値に基づいて発電電圧がＬＯ電圧またはＨＩ電圧に設定されるので、図２に示すように、バッテリ容量が電圧切替閾値（上限値）と電圧切替閾値（下限値）との間を推移する。
キーをオフにし、エンジンが停止するソーク期間では、発電電圧は０となる。ソーク期間中は、バッテリ容量演算値は書き換えられずに一定である。しかしながら、ソーク時でも車両に搭載された電気機器等の暗電流により実際のバッテリ容量は徐々に低下して行く。したがって、ソーク期間後のエンジン始動時における実際のバッテリ容量は、ソーク期間前より低下しており、バッテリ容量演算値と差が発生してしまう。

本実施形態では、充電制御ユニット２０は、始動時（クランキング時）において、電圧センサ１０により検出されたバッテリ２の電圧と電流センサ１１により検出された電流とに基づいて、バッテリ２の内部抵抗を演算する（内部抵抗演算手段）。詳しくは、図３に示すように、バッテリ２の電圧及び電流の複数のデータから最小二乗法を用いて傾きを内部抵抗として求める。更に、温度センサ１２により検出したバッテリ２の温度に基づいて内部抵抗の演算値を補正し、不揮発性ＲＡＭに記憶する。

エンジン始動時において、バッテリ２の内部抵抗Ｒnを演算し、この内部抵抗Ｒnと不揮発性ＲＡＭに記憶されたソーク期間前である前回のクランキング時での内部抵抗Ｒn-1とを比較する。そしてこれらの内部抵抗の差Ｒn−（Ｒn-1）が所定値Ｒ1以上であれば、ソーク期間にバッテリ容量が所定以上低下していると判定し、強制充電モードに移行する。強制充電モードでは、オルタネータ１の発電電圧を強制的にＨＩ電圧にして、満充電となるまで充電する。満充電完了の判定は、図４に示すように、バッテリ電圧が満充電電圧Ｖ1以上であるとともに、充電電流が満充電電流Ａ1以下である状態が所定時間Ｔ以上続いた場合に満充電状態であると判定し、充電完了の判定を行う。満充電電圧Ｖ1及び充電電流Ａ1は満充電時におけるバッテリ２の電圧及び充電電流をあらかじめ確認して設定すればよく、所定時間Ｔはバッテリ２の電圧及び充電電流の変動を考慮して適宜設定すればよい。そして、満充電完了をもって、記憶されているバッテリ容量演算値を満充電時のバッテリ容量に設定し直す。このような制御により、満充電完了時には実際のバッテリ容量が満充電相当値となり、バッテリ容量演算値も満充電相当値に設定されるので、これらの差が解消され、以降のバッテリ容量に基づくオルタネータ１の発電電圧制御が適正に行われる。したがって、バッテリ２の充電不足が回避され、バッテリ２の過放電を未然に防止してバッテリの劣化を防止することができる。

また、ソーク期間において発生するバッテリ容量演算値の誤差を、ソーク期間前後のバッテリの内部抵抗の差に基づいて判定することができるので、ソーク時間の計測を必要とせずにバッテリ容量の管理が可能となり、カウンタが不要となってコスト低減が図れるとともに、ソーク期間における電力消費を抑制することができる。
なお、本実施形態では、バッテリ容量演算値に基づいて発電電圧をＨＩ電圧及びＬＯ電圧の２通りに切り換えるが、本発明はこれに限定するものではなく、例えばバッテリ容量演算値に基づいて連続的に制御してもよい。この場合、ソーク期間前後でのバッテリの内部抵抗の差が所定値以上となった場合に、バッテリ容量演算値に拘わらずがオルタネータ１の発電電圧が抑制されないように、即ち強制的に充電させるように発電電圧を設定すればよい。

本発明に係る車両の発電制御装置の概略構成図である。 ソーク期間前後におけるバッテリ容量、内部抵抗、発電電圧の推移を示すタイムチャートである。 バッテリの電圧と出力電流との関係を示すグラフである。 バッテリの充電電流、電圧、バッテリ容量の推移を示すグラフである。

符号の説明

１ オルタネータ
２ バッテリ
４ エンジン
２０ 充電制御ユニット

Claims (3)

1. 内燃機関により駆動され、蓄電手段を充電する発電機の発電制御装置において、
   前記蓄電手段の入出力電流を積算して前記蓄電手段の残存容量を推定し、該残存容量の推定値が所定値以上である場合に前記発電機の発電電圧を抑制制御する発電電圧抑制手段と、
   前記蓄電手段の内部抵抗を演算する内部抵抗演算手段と、
   前記内燃機関の停止期間の前後での前記内部抵抗演算手段により演算された前記蓄電手段の内部抵抗の差が所定値以上である場合に、前記発電電圧抑制手段による発電電圧の抑制制御を禁止する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする発電制御装置。
2. 前記制御手段は、前記蓄電手段が満充電状態となるまで前記発電電圧抑制手段による発電電圧の抑制制御を禁止することを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
3. 前記制御手段は、更に、前記蓄電手段が満充電状態となった時点で前記残存容量の推定値を満充電相当値に補正することを特徴とする請求項２に記載の発電制御装置。

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