JP6015910B2

JP6015910B2 - 車両用充電装置

Info

Publication number: JP6015910B2
Application number: JP2012192989A
Authority: JP
Inventors: 真明岡部
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: JP2014050272A

Description

この発明は車両用充電装置に係り、特に内燃機関の駆動力により発生する電力を蓄電装置に蓄積する車両用充電装置に関するものである。

従来、車両には、各種電気機器を作動させるための蓄電装置（「バッテリ」ともいう。）、及び、内燃機関により駆動されることで発電して蓄電装置に電力を供給する車両用発電機を備える車両用充電装置が搭載されている。
この車両用充電装置の車両用発電機は、通常、走行中に内燃機関が燃料供給を受けて回転するのに伴って駆動されることで蓄電装置に電力を供給するが、車両の減速中においても車輪から内燃機関に加えられる逆駆動トルクによって駆動されて蓄電装置に電力を供給する場合がある。
例えば、下記の特許文献１には、車両の減速中に車両用発電機を駆動させるようにした車両用発電機の制御方法であって、減速中において内燃機関ヘの燃料供給が停止している場合に、車両用発電機の発電出力を最大とする制御方法が開示されている。
具体的に説明すれば、特許文献１に開示される制御方法では、車両が減速を開始して内燃機関ヘの燃料供給が停止されると、発電機の発電電圧は最大電圧とされ、減速エネルギが電力に効率よく変換され、蓄電装置に電力を供給する。
このように、燃料供給が停止された状態での減速エネルギを電力に効率よく変換して蓄電装置に電力を供給する発電を、一般に「回生発電」等と呼ぶ。
上記特許文献１に開示される制御方法では、回生発電中に蓄電装置が満充電になった場合に、蓄電装置保護のために、回生発電が禁止されて発電が停止する。

特開２０１１−１５２０１６号公報

ところで、従来の車両用充電装置においては、回生発電における発電機の発電トルクは他の場合と比較して大きく、特に、大容量発電機や充電受け入れ性の良い蓄電装置を搭載した車両等では、回生発電から回生発電禁止へ状態が移行した際のトルク変化により、車両減速度変化やエンジン回転変動等、ドライバビリティの悪化が生じやすくなるという不都合がある。
例えば、アイドリング状態の車両を、図５（ｆ）に示すｔ１位置でドライバが発進・加速させ、ｔ２位置で定速走行へ移動させ、その後にｔ３位置で減速走行に移行する経緯とする。
すると、減速前であるｔ３位置以前では、図５（ｃ）に示す如く、発電機の発電電圧は「０」であり、図５（ｄ）に示す如く、蓄電装置は放電状態で、図５（ｂ）に示す如く、蓄電装置の残量であるＳＯＣが低下する。
ｔ３位置からの減速では、図５（ｃ）に示す如く、発電機の発電電圧Ｖｒｅｇを最大発電電圧Ｖｍａｘとして回生発電を行い、図５（ｄ）に示す如く、蓄電装置に対して効率的に充電を行う。
この結果、図５（ｂ）に示す如く、ＳＯＣが上昇し、ｔ４位置でＳＯＣの上限（ＳＯＣｍａｘ）に到達する。
そして、ＳＯＣが上限（ＳＯＣｍａｘ）に到達したため、回生発電を禁止すると、図５（ｅ）に示す如く、内燃機関に対して負荷方向に印加されていた発電トルクが急激に減少し、図５（ａ）に示す如き車両の減速度の変化や図５（ｆ）に示す如きエンジン回転数の変動などのドライバビリティの悪化が発生するものである。

この発明は、回生発電から回生発電禁止へ状態が移行した際のトルク変動によるドライバビリティの悪化を抑制する車両用充電装置を提供することを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、車両に適用された内燃機関の駆動力により発電する発電機と、この発電機で発生する電力を蓄積する蓄電装置と、を備えた車両用充電装置において、前記蓄電装置の充電率を検出する充電率検出手段と、前記充電率検出手段により検出された充電率が所定値以上であるとき、当該充電率に応じて前記発電機が発電する電圧を低下させる発電制御手段と、前記車両の走行状態を判定する走行状態判定手段と、前記走行状態判定手段によって判定された走行状態に応じて前記所定値を設定する充電率設定手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、前記発電制御手段は、蓄電装置の充電率が所定値以上であることを検出すると発電機のコイルに流す電流量を徐々に低下させ、発電電圧を下げるように制御するため、充電が完了し発電が停止した際のトルク変動を抑制することができる。

図１は車両用充電装置の制御用フローチャートである。（実施例）図２は車両用充電装置のシステム構成図である。（実施例）図３は車両用充電装置のタイミングチャートを示し、（ａ）は車速と時間との関係を示す図、（ｂ）はＳＯＣ［％］と時間との関係を示す図、（ｃ）は発電機の発電電圧Ｖｒｅｇ［Ｖ］と時間との関係を示す図、（ｄ）はバッテリである蓄電装置に流れる電流［Ａ］と時間との関係を示す図、（ｅ）は発電機の発電トルク［Ｎｍ］と時間との関係を示す図、（ｆ）はエンジン回転数［ｒｐｍ］と時間との関係を示す図である。（実施例）図４は発電制御の説明図である。（実施例）図５はこの発明の従来技術の車両用充電装置のタイミングチャートを示し、（ａ）は車速と時間との関係を示す図、（ｂ）はＳＯＣ［％］と時間との関係を示す図、（ｃ）は発電機の発電電圧Ｖｒｅｇ［Ｖ］と時間との関係を示す図、（ｄ）はバッテリである蓄電装置に流れる電流［Ａ］と時間との関係を示す図、（ｅ）は発電機の発電トルク［Ｎｍ］と時間との関係を示す図、（ｆ）はエンジン回転数［ｒｐｍ］と時間との関係を示す図である。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図４はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１は車両用充電装置である。
この車両用充電装置１は、図２に示す如く、車両（図示せず）に適用される内燃機関２と、この内燃機関２の駆動力により発電する発電機３と、この発電機３で発生する電力を蓄積する蓄電装置（「バッテリ」ともいう。）４と、ＥＣＵ（「エンジンコントロールユニット」ともいう。）５と、バッテリ監視装置６とを備えている。
このとき、前記発電機３は、前記内燃機関２のクランク軸（図示せず）に図示しないベルトを介して連結されている。
そして、前記発電機３は、前記内燃機関２に駆動される、即ち、内燃機関２のクランク軸が回転するのに伴って回転することで電力を発生させ、前記蓄電装置４に電力を供給する。
また、この蓄電装置４には、種々の電気機器で構成される第１〜第３電気負荷７〜９が接続されており、これらの第１〜第３電気負荷７〜９は蓄電装置４から電流の供給を受けて作動する。
更に、前記ＥＣＵ５は、前記内燃機関２や前記発電機３を制御するためのものである。
そして、前記ＥＣＵ５は、アクセルポジションに応じて内燃機関２に所定量の燃料を供給する制御等を行う。
例えば、アクセルポジションが「０」になると、内燃機関２への燃料供給を停止させる。
また、前記ＥＣＵ５は、発電電圧制御手段として機能する。
このとき、前記ＥＣＵ５には、アクセルポジションを検出するアクセルポジションセンサ１０と前記内燃機関２の回転数を検出するエンジン回転数センサ１１とを接続し、アクセルポジションセンサ１０及びエンジン回転数センサ１１等の検出値が前記ＥＣＵ５に入力される。
前記バッテリ監視装置６は、前記蓄電装置４の充放電状態等を監視するためのものである。
このバッテリ監視装置６は、図２に示す如く、電圧を検出する電圧センサからなる電圧検出部１２と、温度を検出する温度センサからなる温度検出部１３と、電流を検出する電流センサからなる電流検出部１４と、検出された電流値に基づいて前記蓄電装置４の残量であるＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部１５とを有している。
前記電圧検出部１２や前記温度検出部１３は、前記蓄電装置４の劣化を判定するなどの目的で使用される。
このとき、蓄電装置４の劣化の判定は、前記ＥＣＵ５が行う。
このＥＣＵ５は、図示しない記憶部に記憶されている前記電圧検出部１２や前記温度検出部１３での検出値に基づいて、蓄電装置４の劣化の進み具合や劣化の程度を確認し、その確認結果に基づいて蓄電装置４の劣化判定を実行する。
また、前記ＳＯＣ検出部１５は、例えば、前記電流検出部１４によって検出された蓄電装置４に流れる電流に基づいてＳＯＣを検出する。
具体的には、前記ＳＯＣ検出部１５では、電流検出部１４が所定量を超える電流の変化を検出したときに、変化直前の電流値と前回の変化時からの経過時間とに基づいて蓄電装置４での消費電力を算出する。
そして、前回の変化時に記憶部に記憶されたＳＯＣの値と算出した消費電力とに基づいて現在のＳＯＣの値を検出する。
前記バッテリ監視装置６のＳＯＣ検出部１５で検出されたＳＯＣの値は、前記ＥＣＵ５に送信され、ＥＣＵ５における前記発電機３の制御に利用される。

そして、前記車両用充電装置１は、前記蓄電装置４の充電率を検出する充電率検出手段１６と、前記充電率が所定値以上であるとき、当該充電率に応じて前記発電機３が発電する電圧を低下させる発電制御手段１７とを備える構成とする。
このため、上記のように構成すれば、発電制御手段１７は、前記蓄電装置４の充電率が所定値以上であることを検出すると発電機３のコイルに流す電流量を徐々に低下させ、発電電圧を下げるように制御するため、充電が完了し発電が停止した際のトルク変動を抑制することができる。

詳述すれば、前記車両用充電装置１の前記ＥＣＵ５は、図２に示す如く、燃料停止手段１８と、走行状態判定手段１９と、前記充電率検出手段１６と、前記発電制御手段１７と、充電率設定手段２０とを有している。
そして、前記燃料停止手段１８は、前記内燃機関２への燃料供給を停止する機能を有している。

また、前記車両用充電装置１は、前記車両の走行状態を判定する前記走行状態判定手段１９を備え、この走行状態判定手段１９が減速走行状態又は定速走行状態と判定したとき、加速走行状態と判断された場合と比較して前記充電率の所定値を低い値に設定する前記充電率設定手段２０を備えている。
このため、前記発電制御手段１７による制御を説明したとおり、前記発電機３の発電電圧を充電完了前に予め低下させて充電を行えば、充電が完了し発電が停止された際のトルク変動は小さく抑えることができる。
このとき、前記内燃機関２に生じるトルクは、車両の走行状態に応じて変化しており、一律に充電率に応じて電圧を低下させるだけでは、十分なトルク抑制を図る制御に改善の余地があった。
そこで、この発明では、車両の走行状態を検出する前記走行状態判定手段１９を設け、車両が加速走行、減速走行、定速走行のいずれの状態にあるかを検出するように構成し、この走行状態に応じて前記発電制御手段１７が判定する充電率の所定値を加速状態であるときは高く、それ以外の走行状態では低くなるように設定する前記充電率設定手段２０を設けている。
この構成によれば、発電停止によるトルク変動が大きい走行状態を検出し、その際には十分なトルク抑制を図ることができる。
即ち、車両が減速走行又は定速走行の場合、加速走行と比較して前記内燃機関２に生じるトルクは小さいため、発電停止によるトルク変動の影響は大きくなる。
そこで、車両が減速走行又は定速走行であるときは、加速走行と比較して、充電率が低い時点から電圧低下を開始し、充電完了時のトルク変動を抑制している。
一方、加速状態の時に内燃機関に生じるトルクは、他の走行状態と比較して高くトルク変動の影響を受け難いため、充電率が高くなるまで高い電圧で充電を行い、早期充電を計ることができる。

ここで、図３のタイムチャートを説明する。
なお、この図３においてｔ３位置までの状態は、上述した図５と同様であるので、説明は省略する。
図３（ｆ）に示すｔ３位置からの減速では、図３（ｃ）に示す如く、前記発電機３の発電電圧Ｖｒｅｇを最大発電電圧Ｖｍａｘとして回生発電を行い、図３（ｄ）に示す如く、前記蓄電装置４に対して効率的に充電を行う。
その後、図３（ｂ）に示す如く、ＳＯＣが上昇するに伴い（例えば、ｔ５位置のタイミング）、図３（ｃ）に示す如く、発電電圧Ｖｒｅｇを最大発電電圧Ｖｍａｘより低下させる。
図３（ｂ）に示す如く、ｔ６位置でＳＯＣが上限（ＳＯＣｍａｘ）に到達したため、回生発電を禁止する。
このとき、発電電圧Ｖｒｅｇを最大発電電圧ＶｍａｘからＳＯＣに基づき低下させているために、図３（ｅ）に示す如く、前記内燃機関２に対して負荷方向に印加されていた発電トルクは小さく、トルク変化が抑制されて、図３（ａ）に示す如き車両の減速度の変化や図３（ｆ）に示す如きエンジン回転数の変動などのドライバビリティの悪化を抑制できる。

次に、図１の前記車両用充電装置１の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

この車両用充電装置１の制御用プログラムがスタート（１０１）すると、前記ＥＣＵ５は、前記アクセルポジションセンサ１０及び前記エンジン回転数センサ１１からの検出値を入力し、車両の走行状態が加速走行中であるか否かの判断（１０２）に移行する。
この車両の走行状態が加速走行中であるか否かの判断（１０２）において、判断（１０２）がＹＥＳの場合には、電流制御マップ１を取得する処理（１０３）に移行する。
この電流制御マップ１を取得する処理（１０３）において、前記ＥＣＵ５は、前記充電率設定手段２０により電流制御マップ１を読み取り、充電率を設定する。
車両の走行状態が加速走行中であるか否かの判断（１０２）がＮＯの場合には、車両の走行状態が定速走行中であるか否かの判断（１０４）に移行する。
ここで、電流制御マップ１〜３について追記する。
この電流制御マップ１〜３は、図４に示す如く、前記発電機３の発電電圧Ｖｒｅｇと前記蓄電装置４の残量であるＳＯＣ（％）とからなり、発電機３の最大発電電圧Ｖｍａｘと最大ＳＯＣとの間で、加速時を電流制御マップ１とする。
また、定速時は、図４に示す如く、この電流制御マップ１よりも内側となる電流制御マップ２とする。
更に、減速時には、図４に示す如く、電流制御マップ２よりも更に内側となる電流制御マップ３とする。
上述の電流制御マップ１を取得する処理（１０３）の後には、前記ＥＣＵ５は、ＳＯＣを取得する処理（１０５）に移行する。
そして、このＳＯＣを取得する処理（１０５）の後に、前記ＥＣＵ５は、ＳＯＣに基づく電流を流す処理（１０６）に移行し、その後に、後述する前記車両用充電装置１の制御用プログラムのリターン（１１０）に移行する。
また、上述の車両の走行状態が定速走行中であるか否かの判断（１０４）において、この判断（１０４）がＹＥＳの場合には、電流制御マップ２を取得する処理（１０７）に移行する。
この電流制御マップ２を取得する処理（１０７）において、前記ＥＣＵ５は、前記充電率設定手段２０により電流制御マップ２を読み取り、充電率を設定する。
この電流制御マップ２を取得する処理（１０７）の後には、前記ＥＣＵ５は、ＳＯＣを取得する処理（１０５）に移行する。
そして、このＳＯＣを取得する処理（１０５）の後に、前記ＥＣＵ５は、ＳＯＣに基づく電流を流す処理（１０６）に移行し、その後に、前記車両用充電装置１の制御用プログラムのリターン（１１０）に移行する。
更に、上述の車両の走行状態が定速走行中であるか否かの判断（１０４）において、この判断（１０４）がＮＯの場合には、車両の走行状態が減速走行中であると判断し、燃料停止の処理（１０８）に移行する。
この燃料停止の処理（１０８）の後に、電流制御マップ３を取得する処理（１０９）に移行する。
電流制御マップ３を取得する処理（１０９）において、前記ＥＣＵ５は、前記充電率設定手段２０により電流制御マップ３を読み取り、充電率を設定する。
この電流制御マップ３を取得する処理（１０９）の後には、前記ＥＣＵ５は、ＳＯＣを取得する処理（１０５）に移行する。
そして、このＳＯＣを取得する処理（１０５）の後に、前記ＥＣＵ５は、ＳＯＣに基づく電流を流す処理（１０６）に移行し、その後に、前記車両用充電装置１の制御用プログラムのリターン（１１０）に移行する。

１車両用充電装置
２内燃機関
３発電機
４蓄電装置（「バッテリ」ともいう。）
５ＥＣＵ（「エンジンコントロールユニット」ともいう。）
６バッテリ監視装置
７〜９第１〜第３電気負荷
１０アクセルポジションセンサ
１１エンジン回転数センサ
１２電圧検出部
１３温度検出部
１４電流検出部
１５ＳＯＣ検出部
１６充電率検出手段
１７発電制御手段
１８燃料停止手段
１９走行状態判定手段
２０充電率設定手段

Claims

車両に適用された内燃機関の駆動力により発電する発電機と、この発電機で発生する電力を蓄積する蓄電装置と、を備えた車両用充電装置において、前記蓄電装置の充電率を検出する充電率検出手段と、前記充電率検出手段により検出された充電率が所定値以上であるとき、当該充電率に応じて前記発電機が発電する電圧を低下させる発電制御手段と、前記車両の走行状態を判定する走行状態判定手段と、前記走行状態判定手段によって判定された走行状態に応じて前記所定値を設定する充電率設定手段と、を備えたことを特徴とする車両用充電装置。
前記走行状態判定手段は、少なくとも加速走行状態、定速走行状態、減速走行状態の何れかを判定し、前記充電率設定手段は、前記走行状態判定手段によって減速走行状態と判定された時には、定速走行状態又は加速走行状態と判定された時よりも前記所定値を低く設定し、前記走行状態判定手段によって定速走行状態と判定された時には、加速走行状態と判定された時よりも低く、減速走行状態と判定された時よりも高く設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用充電装置。