JP6851734B2 - 充電量算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリへの充電量を算出する充電量算出装置に関する。

近年、エンジンを駆動源とする車両には、充電制御（充放電制御）が広く採用されている。充電制御は、オルタネータによる発電を抑制し、エンジンの負荷を減らすことにより、燃費を向上させる技術である。

充電制御では、たとえば、バッテリの充電容量（満充電量）に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が一定の充電制御範囲内であるときには、車両の減速時にオルタネータによる発電が行われて、オルタネータの発電電力でバッテリが充電され、それ以外ではオルタネータによる発電が停止されて、バッテリからヘッドライトなどの電気負荷に電力が供給される。これにより、エンジンの負荷を減らすことができ、燃費の向上を図ることができる。バッテリのＳＯＣが充電制御範囲の下限を下回る範囲では、車両の減速時以外でもオルタネータによる発電が行われる。

バッテリのＳＯＣは、ＣＰＵおよびメモリなどを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）によって演算される。ＥＣＵには、バッテリを充電する充電電流とバッテリから放電される放電電流とを区別して検出可能な電流センサが接続されている。ＥＣＵでは、電流センサの検出信号から充電電流または放電電流の電流値が取得されて、充電電流または放電電流の電流値の積分により、バッテリへの充電量またはバッテリからの放電量が算出される。そして、それらの電気量（充電量、放電量）の積算により、バッテリの充電残量（バッテリ残量）が算出され、そのバッテリ残量を用いてＳＯＣが算出される。

特開２００７−３１８８８８号公報

ところが、バッテリの劣化や電流センサの検出誤差によって、充電量（バッテリに流入する電流量）の計算値が実際の充電量、つまりバッテリに実際に受け入れられる電流量と異なる場合がある。そのため、ＳＯＣの計算値と実値とにずれが生じ、このずれが積み重なると、ＳＯＣの実値が充電制御範囲を下回っているにもかかわらず、ＳＯＣの計算値が充電制御範囲内であるために、オルタネータによる発電が停止されて、バッテリから電気負荷に電力が供給され、バッテリ残量が大きく低下する事態が生じる。このバッテリ残量の低下は、バッテリの早期劣化の一因となる。

本発明の目的は、バッテリへの充電量を精度よく算出できる、充電量算出装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る充電量算出装置は、エンジン、エンジンの回転によって発電する発電機、および発電機による発電電力により充電されるバッテリを搭載した車両に用いられる充電量算出装置であって、バッテリの充電電流の電流値を検出する検出手段と、バッテリの状態と充電効率との関係を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶されている関係に基づいて、検出手段により検出される電流値にバッテリの状態に応じた充電効率を乗じ、その乗算値の積分によりバッテリへの充電量を算出する算出手段とを含む。

この構成によれば、バッテリを充電する充電電流の電流値が検出される。そして、その検出された電流値とバッテリの状態に応じた充電効率とが乗算されて、この乗算値の積分によりバッテリへの充電量が算出される。

バッテリの充電時にそのバッテリに受け入れられる電流量は、バッテリの状態に依存する。そのため、充電電流の電流値にバッテリの状態に応じた充電効率が乗じられることにより、バッテリに受け入れられる電流値を求めることができる。したがって、その電流値（乗算値）が積分されることにより、バッテリに受け入れられる電流量、つまりバッテリへの充電量を精度よく算出することができる。

バッテリへの充電量を精度よく算出できれば、バッテリの充電残量（バッテリ残量）を精度よく算出することができる。バッテリ残量を精度よく算出できることにより、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定に基づいて、充電制御を適切に行うことができる。バッテリ残量が充電制御範囲内である場合に充電制御が行われることにより、燃費の向上を図ることができる。また、実際のバッテリ残量が充電制御範囲を下回っているにもかかわらず、充電制御が行われることを抑制できる。その結果、バッテリ残量の低下によるバッテリの劣化を抑制でき、バッテリの寿命が縮まることを抑制できる。

なお、乗算値の積分は、乗算値に乗算値の算出周期を乗じることによって達成することができる。

記憶手段には、バッテリの状態と充電効率との関係がマップの形態で記憶されていてもよい。

バッテリの内部抵抗がバッテリの劣化の進行につれて大きくなることから、バッテリの状態がバッテリの劣化状態である場合、充電量算出装置は、バッテリの端子電圧を取得する電圧取得手段をさらに含み、記憶手段には、充電電流の電流値とバッテリの端子電圧と充電効率との関係が記憶されていてもよい。

バッテリへの充電量の算出の精度は、検出手段の検出誤差の大小によっても変化するので、バッテリの状態と充電効率との関係は、検出手段の検出誤差を考慮して決定されていてもよい。

本発明によれば、バッテリへの充電量を精度よく算出することができる。そのため、バッテリ残量を精度よく算出することができる。その結果、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定に基づいて充電制御を適切に行うことができるので、充電制御による燃費の向上を図ることができ、かつ、バッテリ残量の低下によるバッテリの劣化を抑制でき、バッテリの寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施形態に係るＥＣＵが搭載された車両の要部の電気的構成を示すブロック図である。 充電量積算処理の流れを示すフローチャートである。 充電量積算処理で使用される効率マップの内容を示す図である。 充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電気的構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ１１が搭載された車両１の要部の電気的構成を示すブロック図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。エンジン２に付随して、エンジン２のクランキングのためのスタータ３と、エンジン２の回転によって発電するオルタネータ４とが設けられている。また、車両１には、バッテリ５が搭載されている。バッテリ５は、たとえば、公称電圧が１２Ｖの鉛電池である。

スタータ３には、エンジン２の始動時に、バッテリ５から電源ライン６を介して電圧が印加される。エンジン２のクランクシャフトには、フライホイールが保持されており、スタータ３に電圧が印加されると、スタータ３のプランジャが移動して、スタータ３のスタータギヤがエンジン２のフライホイールと噛合する。また、スタータ３に設けられたリレーがオンになり、バッテリ５からスタータ３に供給される電流が増大して、スタータ３からエンジン２に大きなトルクが入力され、そのトルクによりエンジン２がクランキングされる。エンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークされることにより、エンジン２が始動する。

また、バッテリ５の電圧は、車両１に搭載されているワイパモータ、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電気負荷７に印加される。

オルタネータ４は、ロータ、ステータおよびＩＣレギュレータを備えている。ロータは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴って回転する。ロータには、フィールドコイル（ロータコイル）が設けられている。回転しているロータのフィールドコイルにＩＣレギュレータからフィールド電流（励磁電流）が供給されることにより、ステータに設けられているステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、整流器で直流電圧に整流される。オルタネータ４は、直流電力を発電電力として出力し、この発電電力が電源ライン６を介してバッテリ５に供給されることにより、バッテリ５が充電される。

また、車両１には、たとえば、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。複数のＥＣＵには、次に述べるＥＣＵ１１が含まれる。各ＥＣＵは、同様のハード構成を有しており、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ１１には、ＣＰＵ１２およびメモリ１３（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）が備えられている。ＥＣＵ１１には、バッテリ５のマイナス端子に関連して設けられた電流センサ１４が接続されている。電流センサ１４には、バッテリ５のマイナス端子を流れる充電電流とバッテリ５のマイナス端子を流れる放電電流とを区別して検出可能なものが採用されている。また、ＥＣＵ１１には、バッテリ５の端子電圧（バッテリ電圧）が入力される。さらに、ＥＣＵ１１には、図示されていないが、アクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ、エンジン２のクランクシャフトの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転数センサ、エンジン２の電子スロットルバルブの開度（スロットル開度）に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサなどの各種センサが接続されている。

ＥＣＵ１１は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグ、ならびにスタータ３などを制御する。また、ＥＣＵ１１は、バッテリ５の充電残量であるバッテリ残量を算出し、バッテリ残量に基づいて、オルタネータ４による発電を制御する。また、ＥＣＵ１１により、バッテリ残量が算出されると、その算出されたバッテリ残量がメモリ１３に更新して記憶される。

＜充電量積算処理＞
図２は、充電量積算処理の流れを示すフローチャートである。図３は、充電量積算処理で使用される効率マップの内容を示す図である。

バッテリ残量は、バッテリ５への充電量の積算値とバッテリ５からの放電量の積算値とが求められ、それらの積算値を加算することにより算出される。充電量および放電量の各積算値を求めるため、ＥＣＵ１１により電流センサ１４の検出信号が一定のサンプリング周期で取得され、その検出信号から充電電流または放電電流の電流値が取得される。

バッテリ５への充電量の積算値（積算充電量_ｎ）は、図２に示される充電量積算処理により求められる。

充電量積算処理では、ＥＣＵ１１により、バッテリ５が満充電状態であるか否かが判定される（ステップＳ１）。この判定のために、ＥＣＵ１１により、バッテリ５の充電容量（満充電量）に対するメモリ１３に記憶されているバッテリ残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が算出される。そして、ＳＯＣが所定の充電制御範囲の上限値以上である場合、バッテリ５が満充電状態であると判定される。

バッテリ５が満充電状態である場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、後述する充電制御によりオルタネータ４の発電制御が停止され、バッテリ５が充電されないので、充電量積算処理が終了される。

バッテリ５が満充電状態ではない場合（ステップＳ１のＮＯ）、ＥＣＵ１１により、充電電流の電流値とバッテリ電圧とが参照されて、その電流値およびバッテリ電圧に応じた充電効率が取得される（ステップＳ２）。

具体的には、メモリ１３には、充電電流の電流値とバッテリ電圧とバッテリ５の充電効率との関係が三次元マップ（効率マップ）の形態で格納されており、ＥＣＵ１１では、その効率マップから充電電流の電流値とバッテリ電圧とに応じた充電効率が読み出される。バッテリ５の劣化が進むにつれて、バッテリ５の内部抵抗が大きくなることから、効率マップは、充電電流の電流値が小さいほど充電効率が小さな値となり、バッテリ電圧が高いほど充電効率が小さな値となるように作成されている。また、効率マップは、電流センサ１４の検出誤差が次に述べる受入電流値に与える影響を小さくすべく、電流センサ１４の検出誤差を考慮して作成されている。電流センサ１４の検出誤差は、電流値が大きいほど大きくなる。

充電効率の取得後、ＥＣＵ１１により、その充電効率と充電電流の電流値とが乗算される。この乗算により、バッテリ５に受け入れられる電流値（受入電流値）が求められる。その後、受入電流値に電流センサ１４の検出信号のサンプリング周期（サンプリングタイム）がさらに乗算される。これにより、電流センサ１４の検出信号のサンプリング周期の１周期における受入電流値の積分値、すなわち、その１周期にバッテリ５に受け入れられた電気量である充電量が算出される。そして、その算出された充電量が前回の充電量積算処理で算出された積算充電量_ｎ−１に加算されることにより、新たな積算充電量_ｎが算出されて（ステップＳ３）、充電量積算処理が終了される。

また、バッテリ５からの放電量は、放電電流の電流値に電流センサ１４の検出信号のサンプリング周期を乗じることにより算出され、その算出される放電量の積算により、放電量の積算値（積算放電量）が算出される。

＜充電制御＞
図４は、充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

車両１には、充電制御が採用されている。車両１のイグニッションキースイッチがオンである間、ＥＣＵ１１により、充電制御のための充電制御処理が実行される。

充電制御処理では、ＳＯＣが算出されて、そのＳＯＣが所定の充電制御範囲の上限値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１１）。

ＳＯＣが充電制御範囲の上限値以上である場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、オルタネータ４による発電が停止される（ステップＳ１２）。

ＳＯＣが充電制御範囲の上限値未満である場合（ステップＳ１１のＮＯ）、ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。

ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満でない場合、言い換えれば、ＳＯＣが充電制御範囲の下限値以上であって上限値未満である場合、つまりＳＯＣが充電制御範囲内である場合（ステップＳ１３のＮＯ）、車両１が減速中であるか否かが判定される（ステップＳ１４）。

車両１が減速中でない場合（ステップＳ１４のＮＯ）、オルタネータ４による発電が停止される（ステップＳ１５）。したがって、イグニッションキースイッチがオンにされて、エンジン２が始動される際に、メモリ１３に記憶されているバッテリ残量から算出されるＳＯＣが充電制御範囲内である場合、オルタネータ４による発電が行われずに、バッテリ５からスタータ３に動作電力が供給される。

ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満である場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、または、ＳＯＣが充電制御範囲内であり、車両１が減速中である場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、オルタネータ４による発電が行われ、オルタネータ４の発電電力により、バッテリ５が充電される。

＜作用効果＞
以上のように、バッテリ５を充電する充電電流の電流値が検出される。そして、その検出された電流値とバッテリ５の劣化状態に応じた充電効率（充電電流の電流値およびバッテリ電圧に応じた充電効率）とが乗算されて、この乗算値の積分によりバッテリ５への充電量が算出される。

バッテリ５の充電時にそのバッテリ５に受け入れられる電流量は、バッテリ５の状態に依存する。そのため、充電電流の電流値にバッテリ５の劣化状態に応じた充電効率が乗じられることにより、バッテリ５に受け入れられる電流値である受入電流値を求めることができる。したがって、その受入電流値が積分されることにより、バッテリ５に受け入れられる電流量、つまりバッテリ５への充電量を精度よく算出することができる。

バッテリ５への充電量を精度よく算出できるので、バッテリ５の充電残量（バッテリ残量）を精度よく算出することができる。バッテリ残量を精度よく算出できることにより、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定に基づいて、充電制御を適切に行うことができる。バッテリ残量が充電制御範囲内である場合に充電制御が行われることにより、燃費の向上を図ることができる。また、実際のバッテリ残量が充電制御範囲を下回っているにもかかわらず、充電制御が行われることを抑制できる。その結果、バッテリ残量の低下によるバッテリ５の劣化を抑制でき、バッテリ５の寿命が縮まることを抑制できる。

また、前述の実施形態では、効率マップが電流センサ１４の検出誤差を考慮して作成されているので、効率マップから取得される充電効率が充電電流の電流値に乗算されることにより、電流センサ１４の検出誤差の影響の小さい受入電流値を求めることができる。よって、バッテリ５への充電量をより精度よく算出することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、メモリ１３にバッテリ残量が記憶されるとしたが、ＳＯＣがメモリ１３に記憶されてもよい。

また、充電制御処理では、充電制御範囲が電気量［Ａ・ｓ］の単位で設定されて、ＳＯＣが充電制御範囲の上限値以上であるか否かの判定に代えて、バッテリ残量が充電制御範囲の上限値以上であるか否かが判定され、ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満であるか否かの判定に代えて、バッテリ残量が充電制御範囲の下限値未満であるか否かが判定されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
２ エンジン
４ オルタネータ（発電機）
５ バッテリ
１１ ＥＣＵ（充電量算出装置、算出手段）
１３ メモリ（記憶手段）
１４ 電流センサ（検出手段）

Claims (1)

1. エンジン、前記エンジンの回転によって発電する発電機、および前記発電機による発電電力により充電されるバッテリを搭載した車両に用いられる充電量算出装置であって、
   前記バッテリの充電電流の電流値を検出する検出手段と、
   前記バッテリの状態と充電効率との関係を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている関係に基づいて、前記検出手段により検出される電流値に前記バッテリの状態に応じた充電効率を乗じ、その乗算値の積分により前記バッテリへの充電量を算出する算出手段とを含み、
   前記記憶手段に記憶されている関係は、前記検出手段の検出誤差を考慮して決定されており、
   前記記憶手段に記憶されている関係は、前記充電電流の電流値が小さいほど充電効率が小さい値となるように作成されている、充電量算出装置。

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