JP6119696B2 - 車両のバッテリ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンにより駆動されて発電する発電機がバッテリを充電する、車両のバッテリ制御装置に関する。

従来から、車両のバッテリの電圧低下を未然に回避するために、様々な技術が提案されている。例えば特許文献１は、バッテリ電圧が閾値以下になった際にイグニッションオフ中の車両電気負荷に対する暗電流の供給を停止する構成において、輸送中はその閾値を上げて、バッテリ電圧の低下を抑制する技術を開示している。

特開平１１−３３４４９８号公報

車両において、発電機の発電電圧は通常、バッテリ電圧の上限値に対して低めに設定されている。例えば、バッテリ電圧の上限値が１４．８Ｖに対して、発電機の発電電圧は１４．０Ｖに設定されている。これは、高電圧発電による燃費の悪化を回避するためであり、また通常状態では車両は長期放置される可能性が低い点を考慮している。

一方、納車直後は、車両が長期放置されたことに起因して、バッテリの電圧やＳＯＣ(State Of Charge)が低下している場合がある。バッテリの電圧やＳＯＣの低下は、エンジンがかかりにくい、バッテリの劣化を招きやすい、といった問題につながりやすい。また、アイドリングストップ機能を有する車両では、例えばバッテリＳＯＣが閾値以上であることがエンジン自動停止の条件として与えられている場合には、バッテリＳＯＣの低下により、納車直後にはアイドリングストップが起こりにくい、という現象を起こす。

本発明は、車両のバッテリ制御装置において、燃費を低下させることなく、納車時のバッテリＳＯＣを高く維持可能にすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、車両のバッテリ制御装置は、バッテリと、エンジンにより駆動されて発電し、前記バッテリを充電する発電機と、前記バッテリの充放電電流を監視し、前記発電機の発電電圧を制御する制御部とを備え、当該車両は、停車時において前記バッテリのＳＯＣ（State of Charge）が閾値以上であることを条件にエンジンを自動停止する、アイドリングストップ機能を有し、前記制御部は、エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能であり、かつ、納車前と推定したとき、前記発電機の発電電圧を、納車後と推定したときよりも高い所定電圧に設定し、アイドリングストップ条件における前記バッテリのＳＯＣの閾値を、納車後と推定したときよりも高い値に設定する構成とする。

上記の構成により、当該車両が納車前と推定されたとき、バッテリを充電する発電機の発電電圧が、納車後よりも高い所定電圧に設定される。これにより、納車後の燃費に影響を与えることなく、納車前においてバッテリＳＯＣを高く維持することができるので、納車時において、バッテリＳＯＣの低下に起因する不具合を未然に回避できる。また、アイドリングストップ機能を有する車両について、納車直後に、バッテリＳＯＣの低下に起因してアイドリングストップが起こりにくくなるという問題を未然に回避することができる。さらに、納車前において、アイドリングストップが起こりにくくなるので、バッテリの充電時間を増やすことができ、バッテリＳＯＣを容易に高めることができる。

また、上記の目的を達成するため、車両のバッテリ制御装置は、バッテリと、エンジンにより駆動されて発電し、前記バッテリを充電する発電機と、前記バッテリの充放電電流を監視し、前記発電機の発電電圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能であり、かつ、納車前と推定したとき、前記発電機の発電電圧を、納車後と推定したときよりも高い所定電圧に設定し、納車後と推定したときは、前記バッテリのＳＯＣに基づく前記発電機のオンオフ制御を実行する一方、納車前と推定したときは、前記バッテリのＳＯＣに基づく前記発電機のオンオフ制御を実行しない構成とする。

上記の構成により、当該車両が納車前と推定されたとき、バッテリを充電する発電機の発電電圧が、納車後よりも高い所定電圧に設定される。これにより、納車後の燃費に影響を与えることなく、納車前においてバッテリＳＯＣを高く維持することができるので、納車時において、バッテリＳＯＣの低下に起因する不具合を未然に回避できる。また、納車後は、バッテリＳＯＣに基づく発電機のオンオフ制御によって燃費を向上させる一方、納車前は、バッテリＳＯＣに基づく発電機のオンオフ制御を実行しないことによって、バッテリＳＯＣを容易に高めることができる。

また、上記の目的を達成するため、車両のバッテリ制御装置は、バッテリと、エンジンにより駆動されて発電し、前記バッテリを充電する発電機と、前記バッテリの充放電電流を監視し、前記発電機の発電電圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能であり、かつ、納車前と推定したとき、前記発電機の発電電圧を、納車後と推定したときよりも高い所定電圧に設定し、納車前と推定した場合において、前記バッテリが満充電であることを認識したとき、前記発電機の発電電圧を前記所定電圧から下げる構成とする。

上記の構成により、当該車両が納車前と推定されたとき、バッテリを充電する発電機の発電電圧が、納車後よりも高い所定電圧に設定される。これにより、納車後の燃費に影響を与えることなく、納車前においてバッテリＳＯＣを高く維持することができるので、納車時において、バッテリＳＯＣの低下に起因する不具合を未然に回避できる。また、納車前において、バッテリＳＯＣを高く維持しつつ、バッテリの満充電付近でのガス発生の懸念を抑制できる。

本発明によると、納車後の燃費に影響を与えることなく、納車前においてバッテリＳＯＣを高く維持することができるので、納車時において、バッテリＳＯＣの低下に起因する不具合を未然に回避することができる。

実施形態に係る車両のバッテリ制御置の構成を示す概略図 実施形態におけるコントローラの概略動作を示すフローチャート 第１実施例を示すフローチャート 第２実施例を示すフローチャート

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る車両のバッテリ制御装置の構成を示す概略図である。図１の構成は、減速エネルギー回生とアイドリングストップとを実現するものである。

図１の構成において、発電機としての回生オルタネータ１は、車両のエンジン（図示せず）により駆動されて発電するとともに、少なくとも車両の減速時において車両の運転エネルギーを発電電力に変換する。回生オルタネータ１は、エンジンによりベルト駆動されて、減速時等の運動エネルギーを効率的に電力回生する可変電圧式（例えば１２Ｖ〜２５Ｖ）のオルタネータであり、効率よく送電と蓄電を行うために例えば最大２５Ｖまで高電圧化が可能である。

バッテリ２は一般的な鉛蓄電池である。バッテリ２は、回生オルタネータ１の発電電力によって充電される。バッテリ２の負端子側には電流センサ９が設けられている。電流センサ９によって、バッテリ２の充放電電流を検知することができる。

キャパシタ３は、回生した大量の電気エネルギーを瞬時に蓄え、効率的に取り出して使用できる電源であり、例えば、大容量の低抵抗電気二重層キャパシタである。キャパシタ３は回生オルタネータ１に接続されており、回生オルタネータ１による発電電力を蓄えるとともに、蓄えた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して車両電気負荷５に対して供給する。キャパシタ３は例えば最大約２５Ｖの電圧を蓄電できる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、回生オルタネータ１およびキャパシタ３と車両電気負荷５との間に設けられており、例えば、キャパシタ３の出力電圧を車両電気負荷５の動作電圧に降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４の本体となる降圧回路１１と、降圧回路１１と並列に設けられたバイパスリレー１２と、降圧回路１１の出力とバッテリ２との間に設けられたＩＲリレー１３と、ＩＲリレー１３と並列に設けられたダイオード１４と、制御部１５とを備えている。制御部１５は、降圧回路１１の動作および出力電圧、並びに、バイパスリレー１２およびＩＲリレー１３の開閉動作の制御を行う。

車両電気負荷５は、例えば、パワーステアリング２１、エアコン２２、オーディオ２３、ルームランプ２４等を含む。また、車両電気負荷５の各要素への電力供給線には、それぞれ、ヒューズ３１，３２，３３，３４が設けられている。スタータ６はエンジンの始動を行う。また、キャパシタ３と回生オルタネータ１およびＤＣ／ＤＣコンバータ４との間に、遮断リレー７が設けられている。

コントローラ８は、車載ネットワークと接続されており、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４内の制御部１５と通信可能である。コントローラ８は、車両に搭載された車速センサやアクセルペダル開度センサなどの各種センサの入力を受け、アイドリングストップやアイドリング再始動などのための制御を行う。そして、本実施形態では、コントローラ８は、当該車両のバッテリ制御装置における制御部としての役割を担う。すなわち、コントローラ８は、車載ネットワークを介して電流センサ９の出力を受けることによってバッテリ２の充放電電流を監視し、バッテリ２のＳＯＣ(State Of Charge)を推定し管理する。またコントローラ８は、車載ネットワークを介して、回生オルタネータ１の発電電圧を制御する。またコントローラ８は、エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能である。

図２は本実施形態におけるコントローラ８の概略動作を示すフローチャートである。コントローラ８は、エンジンが始動されたとき、当該車両が納車前か納車後かを推定する（Ｓ１）。そして、納車前と推定したときは、回生オルタネータ１の発電電圧を電圧Ｖａに設定する（Ｓ２）。一方、納車後と推定したときは、回生オルタネータ１の発電電圧を電圧Ｖｂに設定する（Ｓ３）。ここで、電圧Ｖａは電圧Ｖｂよりも高い。すなわち、納車前において、回生オルタネータ１の発電電圧は、納車後よりも高い所定電圧Ｖａに設定される。例えば、バッテリ２の電圧の上限値が１４．８Ｖのとき、Ｖａは１４．５Ｖ、Ｖｂは１４．０Ｖとする。

通常使用時の車両は、長期放置される可能性が低いので、発電機の発電電圧は、高電圧発電による燃費悪化を考慮して、バッテリ電圧の上限値に対してかなり低めに設定されている場合が多い。一方で、納車前には、車両が長期放置される場合があり、これにより、納車時においてバッテリＳＯＣが低下してしまっている場合がある。バッテリＳＯＣの低下は、エンジンがかかりにくい、バッテリの劣化を招きやすい、といった問題につながりやすい。また、バッテリＳＯＣが閾値以上であることを条件にエンジンを自動停止する、アイドリングストップ機能を有する車両の場合には、納車直後に、アイドリングストップが起こりにくい、という現象を起こす。

そこで、本実施形態のように、納車前において、発電機の発電電圧を、納車後よりも高い所定電圧に設定することによって、納車後の燃費に影響を与えることなく、納車前においてバッテリＳＯＣを高く維持することができる。これにより、納車時において、バッテリＳＯＣの低下に起因する不具合を未然に回避できる。また、納車直後に、アイドリングストップが起こりにくい、という現象を回避できる。さらには、納車時において、バッテリの充電作業を省くことができ、作業工賃を抑えることも可能である。

また、本実施形態では、当該車両が納車前か納車後かを、ルームランプ２４に係るヒューズ３４の有無によって推定するものとする。例えばメータコントローラ（図示せず）は、ループランプ２４等から定期的に信号を受けてその動作を管理している。このため、ルームランプ２４に係るヒューズ３４が抜かれたとき、メータコントローラは、ルームランプ２４からの信号を受信できないので所定のエラー信号を出力する。コントローラ８は、メータコントローラからこの所定のエラー信号を受信したとき、当該車両が納車前であると推定する。なお、ヒューズの有無の判定方法は、ここで示したものに限られるものではない。また、ルームランプ２４以外の車両電気負荷のヒューズの有無から、納車前か納車後かを判定してもかまわない。

当該車両は、納車前において、ルームランプ２４に係るヒューズ３４が抜かれており、納車時にヒューズ３４が設置されるものとする。なお実際には、作動しなくても納車前作業に支障を与えない車両電気負荷、例えばオーディオ２３やルームランプ２４については、無駄な消費電力を削減するために、納車前にはヒューズを外している。このため、特に新たな手段を設けなくても、コントローラ８は当該車両が納車前か納車後かを推定することができる。

なお、当該車両が納車前か納車後かを推定するのに、その他の手段を利用してもかまわない。例えば、インパネに専用のスイッチを設けてもよい。あるいは、エンジン始動回数の上限値を設定しておき、エンジン始動回数がこの上限値を超えなければ納車前、超えたら納車後と推定するようにしてもよい。あるいは、コントローラ８の動作プログラムとして所定のテストコードが入力されたとき、納車が行われたと推定するようにしてもかまわない。

以下、具体的な実施例について、説明する。

＜第１実施例＞
図３は本実施形態の第１実施例を示すフローチャートである。図３に示すように、コントローラ８は、エンジンが始動されると（Ｓ１１でＹｅｓ）、ルームランプ２４のヒューズ３４が抜かれているか否かを判定する（Ｓ１２）。ヒューズ３４が抜かれているときは納車前と推定し、抜かれていないときは納車後と推定する。

いま、納車前であり、ヒューズ３４が抜かれているものとする。コントローラ８は、納車前と推定し（Ｓ１２でＹｅｓ）、回生オルタネータ１の発電電圧を所定の電圧Ｖａに設定する（Ｓ１３）。この電圧Ｖａは、上述したとおり、納車後に設定される発電電圧Ｖｂよりも高い。納車前の発電電圧を高めておくことによって、納車前のエンジンの短時間の動作でも、バッテリ２のＳＯＣを目標値により近づけておくことが可能になる。また、コントローラ８は、納車前と推定したときは、アイドリングストップ機能を無効にする（Ｓ１４）。アイドリングストップが起こると、エンジンの停止に伴い回生オルタネータ１が停止し、バッテリ２の充電が行われなくなる。そこで本実施例では、納車前において、バッテリ２の充電機会を少しでも多くするために、アイドリングストップ機能を無効にしている。

そして、コントローラ８は、バッテリ２のＳＯＣ情報をすでに管理しているか否かを判定する（Ｓ１５）。すでにＳＯＣ情報を管理しているときは、コントローラ８は、電流センサ９から受けたバッテリ２の充放電流値に基づき、ＳＯＣ情報を更新する（Ｓ１６）。一方、新しいバッテリ２が設置されたところであり、コントローラ８がＳＯＣ情報をまだ持っていないときは、充電電流値が所定の基準値Ｉｏ以下になったとき（Ｓ１７でＹｅｓ）、バッテリ２が満充電状態になったと推定し、ＳＯＣ１００％を記憶する（Ｓ１８）。

一方、納車後であり、ヒューズ３４が抜かれていないときは、次のように動作する。コントローラ８は、納車後と推定し（Ｓ１２でＮｏ）、回生オルタネータ１の発電電圧を所定の電圧Ｖｂに設定する（Ｓ１９）。この電圧Ｖｂは、上述したとおり、納車前に設定される発電電圧Ｖａよりも低い。納車後の発電電圧を低めておくことによって、燃費の低下を抑制することができる。また、コントローラ８は、納車後と推定したときは、アイドリングストップ機能を有効状態に復帰させる（Ｓ１Ａ）。

そして、目標ＳＯＣに基づく回生オルタネータ１のオンオフ制御が行われる（Ｓ１Ｂ）。すなわち、バッテリ２のＳＯＣが目標値Ａを超えたら回生オルタネータ１を停止し、バッテリ２のＳＯＣが目標値Ｂを下回ったら回生オルタネータ１を作動させる。ここで、目標値Ａ＞目標値Ｂである。この回生オルタネータ１のオンオフ制御は、車両の燃費向上を図るために行われる。ただし、納車前には、燃費向上よりもバッテリ２のＳＯＣを高く維持することを優先し、回生オルタネータ１のオンオフ制御は実行しないようにしている。そしてコントローラ８は、電流センサ９から受けたバッテリ２の充放電流値に基づき、ＳＯＣ情報を更新する（Ｓ１Ｃ）。

＜第２実施例＞
図４は本実施形態の第２実施例を示すフローチャートである。図４に示すように、コントローラ８は、エンジンが始動されると（Ｓ２１でＹｅｓ）、ルームランプ２４のヒューズ３４が抜かれているか否かを判定する（Ｓ２２）。ヒューズ３４が抜かれているときは納車前と推定し、抜かれていないときは納車後と推定する。

いま、納車前であり、ヒューズ３４が抜かれているものとする。コントローラ８は、納車前と推定し（Ｓ２２でＹｅｓ）、回生オルタネータ１の発電電圧を、納車後に設定される発電電圧Ｖｂよりも高い所定電圧Ｖａに設定する（Ｓ２３）。また、コントローラ８は、納車前と推定したときは、アイドリングストップ条件におけるバッテリＳＯＣの閾値を、納車後と推定したときよりも高い値に設定する（Ｓ２４）。例えば、納車後の通常走行におけるバッテリＳＯＣの閾値が６５％であるのに対して、納車前には、バッテリＳＯＣの閾値を９５％に設定する。アイドリングストップが起こると、エンジンの停止に伴い回生オルタネータ１が停止し、バッテリ２の充電が行われなくなる。そこで本実施例では、納車前において、バッテリ２の充電機会を少しでも多くするために、アイドリングストップ条件のＳＯＣ閾値を高く設定し、アイドリングストップを起こりにくくしている。

そしてコントローラ８は、充電電流値が所定の基準値Ｉｏを上回っているとき（Ｓ２５でＮｏ）、電流センサ９から受けたバッテリ２の充放電流値に基づき、ＳＯＣ情報を更新する（Ｓ２６）。一方、充電電流値が所定の基準値Ｉｏ以下のとき（Ｓ２５でＹｅｓ）、バッテリ２が満充電状態になったと推定し、ＳＯＣ１００％を記憶する（Ｓ２７）。このとき、コントローラ８は、回生オルタネータ１の発電電圧を、納車前に設定される発電電圧Ｖａよりも低い電圧、例えば納車後に設定される電圧Ｖｂに設定する（Ｓ２８）。なお、電圧Ｖｂと異なる電圧に設定してもよい。納車前であっても、バッテリ２が満充電であることを認識したとき、回生オルタネータ１の発電電圧を所定電圧Ｖａから下げることによって、バッテリ２のＳＯＣを高く維持しつつ、ガス発生の懸念を抑制することができる。その後、ヒューズ３４が抜かれているときは、ステップＳ２５に戻り、抜かれていないときはステップＳ２Ａにすすむ（Ｓ２９）。

一方、納車後であり、ヒューズ３４が抜かれていないときは、次のように動作する。コントローラ８は、納車後と推定し（Ｓ２２，Ｓ２９でＮｏ）、回生オルタネータ１の発電電圧を、納車前に設定される発電電圧Ｖａよりも低い電圧Ｖｂに設定する（Ｓ２Ａ）。また、コントローラ８は、納車後と推定したときは、アイドリングストップ条件におけるバッテリＳＯＣの閾値を、通常走行における設定値に戻す（Ｓ２Ｂ）。例えば、バッテリＳＯＣの閾値は９５％から６５％に戻される。これにより、納車後はアイドリングストップ機能は通常どおり機能する。

そして、目標ＳＯＣに基づく回生オルタネータ１のオンオフ制御が行われる（Ｓ２Ｃ）。すなわち、バッテリ２のＳＯＣが目標値Ａを超えたら回生オルタネータ１を停止し、バッテリ２のＳＯＣが目標値Ｂを下回ったら回生オルタネータ１を作動させる。ここで、目標値Ａ＞目標値Ｂである。そしてコントローラ８は、電流センサ９から受けたバッテリ２の充放電流値に基づき、ＳＯＣ情報を更新する（Ｓ２Ｄ）。

以上のように本実施形態によると、車両が納車前と推定されたとき、バッテリ２を充電する回生オルタネータ１の発電電圧が、納車後よりも高い所定電圧に設定される。これにより、納車後の燃費に影響を与えることなく、納車前においてバッテリＳＯＣを高く維持することができるので、納車時において、バッテリＳＯＣの低下に起因する不具合を未然に回避できる。

なお、本実施形態では、減速エネルギー回生とアイドリングストップとを実現する構成を例にとって説明を行ったが、減速回生エネルギーシステムやアイドリングストップ機能は、本実施形態において必須ではない。すなわち、バッテリと、エンジンにより駆動されて発電し、バッテリを充電する発電機とを備えた構成であれば、本実施形態は適用可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、バッテリと、エンジンにより駆動されて発電し、バッテリを充電する発電機とを備えた車両のバッテリ制御装置において、燃費を低下させることなく、納車時のバッテリＳＯＣを高く維持するのに有効である。

１ 回生オルタネータ（発電機）
２ バッテリ
５ 車両電気負荷
８ コントローラ（制御部）
９ 電流センサ
２４ ルームランプ（所定の車両電気負荷）
３４ ヒューズ

Claims (3)

1. 車両のバッテリ制御装置であって、
   バッテリと、
   エンジンにより駆動されて発電し、前記バッテリを充電する発電機と、
   前記バッテリの充放電電流を監視し、前記発電機の発電電圧を制御する制御部とを備え、
   当該車両は、停車時において前記バッテリのＳＯＣ（State of Charge）が閾値以上であることを条件にエンジンを自動停止する、アイドリングストップ機能を有するものであり、
   前記制御部は、
   エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能であり、かつ、
   納車前と推定したとき、前記発電機の発電電圧を、納車後と推定したときよりも高い所定電圧に設定し、アイドリングストップ条件における前記バッテリのＳＯＣの閾値を、納車後と推定したときよりも高い値に設定する
   ことを特徴とする車両のバッテリ制御装置。
2. 車両のバッテリ制御装置であって、
   バッテリと、
   エンジンにより駆動されて発電し、前記バッテリを充電する発電機と、
   前記バッテリの充放電電流を監視し、前記発電機の発電電圧を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能であり、かつ、
   納車前と推定したとき、前記発電機の発電電圧を、納車後と推定したときよりも高い所定電圧に設定し、
   納車後と推定したときは、前記バッテリのＳＯＣに基づく前記発電機のオンオフ制御を実行する一方、納車前と推定したときは、前記バッテリのＳＯＣに基づく前記発電機のオンオフ制御を実行しない
   ことを特徴とする車両のバッテリ制御装置。
3. 車両のバッテリ制御装置であって、
   バッテリと、
   エンジンにより駆動されて発電し、前記バッテリを充電する発電機と、
   前記バッテリの充放電電流を監視し、前記発電機の発電電圧を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   エンジン運転時において、当該車両が納車前か納車後かを推定可能であり、かつ、
   納車前と推定したとき、前記発電機の発電電圧を、納車後と推定したときよりも高い所定電圧に設定し、
   納車前と推定した場合において、前記バッテリが満充電であることを認識したとき、前記発電機の発電電圧を前記所定電圧から下げる
   ことを特徴とする車両のバッテリ制御装置。

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