JP5277976B2

JP5277976B2 - 車両の発電制御装置

Info

Publication number: JP5277976B2
Application number: JP2009005620A
Authority: JP
Inventors: 一馬高橋; 洋一郎中原; 亮望月
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: WO2010082112A1; JP2010166663A

Description

本発明は車両の発電制御装置に関する。

従来の車両の発電制御装置として、燃料カット中に発電機を発電させてバッテリを充電するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２１４２４８号公報

しかしながら、前述した従来の車両の発電制御装置では、減速時における発電機の発電トルクが大きくなりすぎて減速加速度が増大し、運転性が悪化するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、減速時における運転性の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、内燃機関（１）によって駆動されて発電する発電機（２）と、発電機（２）によって発電された電気を充電し、充電した電気を放電して電気負荷（４）へ供給するバッテリ（５）と、を備える車両の発電制御装置であって、発電を伴う減速時の許容減速加速度を算出する許容減速加速度算出手段（Ｓ２）と、許容減速加速度に基づいて、バッテリ（５）へ流れ込む発電電流の許容値を発電電圧ごとに算出する許容バッテリ充電電流算出手段（Ｓ４）と、バッテリ状態を検出するバッテリ状態検出手段（Ｓ５）と、バッテリ状態に基づいて、バッテリ（５）へ流れ込む発電電流の最大値を発電電圧ごとに算出するバッテリ充電電流算出手段（Ｓ６）と、前記許容値と前記最大値とに基づいて、発電機（２）の目標発電電圧を算出する目標発電電圧算出手段（Ｓ７）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリへ流れ込む発電電流の許容値と最大値とに基づいて目標発電電圧を算出するので、許容値を超える発電電流がバッテリに流れ込むのを抑制できる。これにより、運転者に対して許容減速加速度を超える減速加速度がかかることを抑制でき、運転性を向上させることができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による車両の発電制御装置の概略システム図である。

車両の発電制御装置は、エンジン１と、オルタネータ２と、電圧レギュレータ３と、電気負荷４と、バッテリ５と、電流センサ６と、コントローラ７と、を備える。

エンジン１は、車両や各種の補機を駆動するための動力を発生する。

オルタネータ２は、エンジン１によって駆動されて発電する。

電圧レギュレータ３は、オルタネータ２に内蔵され、オルタネータ２の発電電圧を所定の目標発電電圧に制御する。電圧レギュレータ３は、オルタネータ２の発電電圧が目標発電電圧よりも低ければフィールド電流を増やして発電電圧を上げ、オルタネータ２の発電電圧が目標発電電圧よりも高ければフィールド電流を減じて発電電圧を下げる。

電気負荷４は、ヘッドライトや空調用ブロワファンなどの車両に搭載される電装部品である。電気負荷４は、オルタネータ２によって発電した電力及び必要に応じてバッテリ５に蓄えた電力を消費する。電気負荷４の消費電力は、各電装部品のオン・オフ信号に基づいて、コントローラ７によって算出される。

バッテリ５は、電気を蓄えるとともに、必要に応じて蓄えた電気を電気負荷４に供給する。バッテリ５のプラス端子は、オルタネータ２及び電気負荷４に接続され、マイナス端子は接地される。

電流センサ６は、バッテリ５のマイナス端子側に接続され、オルタネータ２からバッテリ５への充電電流及びバッテリ５から電気負荷４への放電電流を検出する。

コントローラ７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７には、前述した電流センサ６からの信号の他、エンジン１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。

エンジン１は、減速時には燃料の供給がカットされて、車輪の回転が伝達されることによって回転する状態となる。そこで、コントローラ７は、減速時にオルタネータ２の目標発電電圧をオルタネータ２の最大発電電圧（１４．５ボルト）に設定して減速時に重点的にバッテリ５を充電し、発電によるエンジン負荷の増大を抑制し、燃費の向上を図っている。

しかしながら、発電量に応じて発生する発電機の回転トルク（以下「発電トルク」という）は、発電開始直後にピーク値となるので、ピーク値が大きくなるほど、すなわち、発電量が大きくなるほどエンジン回転速度の低下の度合が大きくなる。そのため、減速時に
減速の度合が大きくなって運転性が悪化し、運転者や乗員が違和感を持つといった問題点がある。

図７は、このような従来の問題点について説明するタイムチャートである。

図７に示すように、時刻ｔ１１で、減速状態になったときにオルタネータ２の目標発電電圧を最大発電電圧（１４．５Ｖ）に設定すると、その直後に発電トルクがピーク値となり、減速初期において、減速加速度が許容減速加速度を超えてしまう。これにより、運転者や乗員が違和感を持つのである。

そこで、本実施形態では、以下の発電制御を実施することで、運転性の悪化を抑制するとともに、燃費の向上を図る。

図２は、本実施形態による発電制御について説明するフローチャートである。コントローラ７は、本ルーチンをエンジン１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。

ステップＳ１において、コントローラ７は、燃料カット運転中であるか否かを判定する。燃料カット運転とは、各気筒への燃料噴射を停止する運転をいい、例えば所定以上の車速及びエンジン回転速度からの減速時に実施される。コントローラ７は、燃料カット運転中であればステップＳ２に処理を移行する。一方で、燃料カット運転中でなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２において、コントローラ７は、車速に基づいて許容減速加速度を算出する。許容減速加速度は、車速が高いときほど大きくなる。

ステップＳ３において、コントローラ７は、許容減速加速度に基づいて、許容されるオルタネータ２の発電電流（以下「オルタネータ許容発電電流」という）を発電電圧ごとに算出する。

ステップＳ４において、コントローラ７は、オルタネータ許容発電電流のうちバッテリ側へ流れる電流（以下「許容バッテリ充電電流」という）を発電電圧ごとに算出する。具体的には、オルタネータ許容発電電流から車両負荷で消費されている車両消費電流を差し引いて許容バッテリ充電電流を算出する。

ステップＳ５において、コントローラ７は、バッテリ状態を検出する。これは、バッテリ状態に応じて、後述するバッテリ充電電流が変化するためである。なお、バッテリ状態とは、バッテリ充電量（ＳＯＣ；State Of Charge）、バッテリ液温及びバッテリ５の充電によって発生する電解液の濃度分極の有無のことをいう。

ステップＳ６において、コントローラ７は、バッテリ状態に応じて、オルタネータ２の発電電圧ごとにバッテリ側へ流れる最大発電電流（以下「バッテリ充電電流」という）を算出する。オルタネータ２の最大発電電流は発電電圧ごとに決まっているので、コントローラ７は、発電電圧ごとの最大発電電流から現在の車両消費電流を差し引いてバッテリ充電電流を算出する。

なお、バッテリ充電電流は、バッテリ充電量が少ないときほど、また、バッテリ液温が高いときほど大きくなる。さらに、バッテリ充電電流は、濃度電極が発生していないときの方が大きくなる。

ステップＳ７において、コントローラ７は、許容バッテリ充電電流と、バッテリ充電電流と、に基づいてオルタネータ２の目標発電電圧を算出する。具体的な算出方法については、図５を参照して後述する。

ステップＳ８において、コントローラ７は、オルタネータ２の発電電圧を目標発電電圧にフィードバック制御する。

図３は、バッテリ液温の違いによる発電電圧ごとのバッテリ充電電流の違いを示す図である。

図３に示すように、バッテリ液温が高いときほどバッテリ充電電流は大きくなる。

図４は、濃度分極の有無によるバッテリ充電電流の違いを説明する図である。図４において、実線がバッテリ充電電流であり、破線が発電電圧である。

図４に示すように、濃度分極が発生していない時刻ｔ２１の状態のバッテリ充電電流と比較して、時刻ｔ２２で充電を停止し、その後、濃度分極が解消されていない時刻ｔ２３の状態で充電を開始したときのバッテリ充電電流は小さくなる。

図５は、目標発電電圧を算出する方法について説明する図である。図５において、実線が発電電圧ごとに算出された許容バッテリ充電電流であり、破線が発電電圧ごとに算出されたバッテリ充電電流である。バッテリ充電電流は、バッテリ充電量が所定量かつ濃度分極が発生していない場合で、バッテリ液温が０℃及び２５℃のときの電流値を示してある。

まず、バッテリ液温が０℃のとき、すなわち、全領域で許容バッテリ充電電流がバッテリ充電電流よりも大きいときの目標発電電圧の算出方法について説明する。

このときは、オルタネータ２の目標発電電圧を最大電圧（１４．５Ｖ）に設定しても、バッテリ充電電流が許容バッテリ充電電流よりも小さいので、許容バッテリ充電電流を超える電流がバッテリ５へ流れ込むことがない。そのため、減速加速度が許容減速加速度を超えることはない。したがって、コントローラ７は、オルタネータ２の目標発電電圧を最大電圧に設定する。

次に、バッテリ液温が２５℃のとき、すなわち、許容バッテリ充電電流がバッテリ充電電流よりも小さい領域があるときの目標発電電圧の算出方法について説明する。

このときは、許容バッテリ充電電流とバッテリ充電電流との交点を目標発電電圧に設定する。これにより、減速加速度を超えない範囲で最もバッテリ５へ充電できる目標発電電圧に設定することができる。

なお、全領域で許容発電電流がバッテリ充電電流よりも小さいときは、オルタネータ２の目標発電電圧を最小電圧（１２Ｖ）に設定する。

図６は、本実施形態による発電制御の動作について説明するタイムチャートである。フローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。

時刻ｔ１で、減速状態になり燃料カット運転になると（図６（Ａ）；Ｓ１でＹｅｓ）、コントローラ７は、車速に基づいて許容減速加速度を算出し（図６（Ｄ）；Ｓ２）、許容減速加速度に基づいて発電電圧ごとの許容バッテリ充電電流を算出する（Ｓ３，Ｓ４）。次に、バッテリ状態に基づいて、発電電圧ごとのバッテリ充電電流を算出する（Ｓ５，Ｓ６）。

そして、許容バッテリ充電電流とバッテリ充電電流とに基づいて、目標発電電圧を算出し（図６（Ｂ）；Ｓ７）、発電電圧を目標発電電圧にフィードバック制御する（図６（Ｂ）；Ｓ８）。具体的には、バッテリ充電電流が許容バッテリ充電電流よりも小さくなる範囲で目標発電電圧を設定し、発電電圧をその標発電電圧にフィードバック制御する。

これにより、許容バッテリ充電電流を超える電流がバッテリ５へ流れ込むことがないので、運転者に対して許容減速加速度を超える減速加速度がかかることを抑制でき、運転性を向上させることができる。

また、バッテリ充電電流が許容バッテリ充電電流より大きくなる領域があるときは、許容バッテリ充電電流とバッテリ充電電流との交点を目標発電電圧に設定することで、運転性を確保しつつ、最大限バッテリ５を充電できる。そのため、燃料をカットしない通常運転時にバッテリ５を充電する頻度を減らすことができるので、燃費を向上させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、許容減速加速度に基づいて発電電圧ごとの許容バッテリ充電電流を算出し、バッテリ状態に基づいて発電電圧ごとのバッテリ充電電流を算出する。そして、バッテリ充電電流が許容バッテリ充電電流よりも小さくなる範囲で目標発電電圧を設定し、発電電圧をその標発電電圧にフィードバック制御する。

また、バッテリ充電電流が許容バッテリ充電電流より大きくなる領域があるときは、許容バッテリ充電電流とバッテリ充電電流との交点を目標発電電圧に設定することで、許容減速加速度を超えない範囲で最大限バッテリ５を充電できる。そのため、燃料をカットしない通常運転時にバッテリ５を充電する頻度を減らすことができるので、燃費を向上させることができる。よって、運転性と燃費との両立を図ることができる。

また、バッテリ状態を考慮することで、バッテリ充電電流の算出精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記実施形態では、バッテリ状態として、バッテリ充電量、バッテリ液温及び濃度分極の有無の３つのパラメータで判断していたが、これらのうち１つだけで判断しても良い。

車両の発電制御装置の概略システム図である。発電制御について説明するフローチャートである。バッテリ液温の違いによる発電電圧ごとのバッテリ充電電流の違いを示す図である。濃度分極の有無によるバッテリ充電電流の違いを説明する図である。目標発電電圧を算出する方法について説明する図である。発電制御の動作について説明するタイムチャートである。従来の問題点について説明するタイムチャートである。

１エンジン（内燃機関）
２オルタネータ（発電機）
４電気負荷
５バッテリ
Ｓ２許容減速加速度算出手段
Ｓ４許容バッテリ充電電流検出手段
Ｓ５バッテリ状態検出手段
Ｓ６バッテリ充電電流検出手段
Ｓ７目標発電電圧算出手段

Claims

内燃機関によって駆動されて発電する発電機と、
前記発電機によって発電された電気を充電し、充電した電気を放電して電気負荷へ供給するバッテリと、
を備える車両の発電制御装置であって、
発電を伴う減速時の許容減速加速度を算出する許容減速加速度算出手段と、
前記許容減速加速度に基づいて、前記バッテリへ流れ込む発電電流の許容値を発電電圧ごとに算出する許容バッテリ充電電流算出手段と、
バッテリ状態を検出するバッテリ状態検出手段と、
前記バッテリ状態に基づいて、前記バッテリへ流れ込む発電電流の最大値を発電電圧ごとに算出するバッテリ充電電流算出手段と、
前記許容値と前記最大値とに基づいて、前記発電機の目標発電電圧を算出する目標発電電圧算出手段と、
を備えることを特徴とする車両の発電制御装置。
前記目標発電電圧算出手段は、
前記許容値と前記最大値とが同じ電流値をとる発電電圧があるときは、その発電電圧を目標発電電圧として算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の発電制御装置。
前記目標発電電圧算出手段は、
前記許容値が前記最大値よりも低い電流値をとる発電電圧がないときは、前記発電機の最大発電電圧を目標発電電圧として算出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の発電制御装置。
前記バッテリ状態検出手段は、前記バッテリの充電量を検出する
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の車両の発電制御装置。
前記バッテリ状態検出手段は、前記バッテリの電解液の温度を検出する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の車両の発電制御装置。
前記バッテリ状態検出手段は、前記バッテリの電解液の濃度分極の有無を検出する
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の車両の発電制御装置。