JP7306415B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

車両には、発電装置とバッテリと補機とが搭載されており、バッテリが発電装置の発電電力を充電して補機に放電することにより、補機が駆動する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１９－０７８５７２号公報

このようなバッテリは車両の駆動中に充放電が繰り返されるが、放電量が大きいほどバッテリの性能の低下が進行する。

そこで本発明は、バッテリの性能の低下の進行を抑制した車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、発電装置、前記発電装置での発電電力を充電するバッテリ、及び前記バッテリの放電により駆動する補機を有した車両に適用される車両の制御装置であって、前記補機の電力負荷が閾値未満の場合に前記発電装置の発電モードとして、前記バッテリの充電率を第１目標値に維持する維持モードを選択し、前記電力負荷が前記閾値以上の場合に前記発電モードとして、前記充電率が前記第１目標値よりも高い値となるように前記発電装置の発電電圧を前記維持モードでの前記発電電圧よりも高電圧に維持する高電圧モードを選択する発電モード選択部と、前記高電圧モードから前記維持モードに切り替えられた際の前記充電率が、前記第１目標値よりも高い値である第２目標値以上の場合には、前記維持モードでの前記充電率を前記第２目標値に維持するように前記発電装置を制御する発電制御部と、を備えた車両の制御装置によって達成できる。

前記車両は、イグニッションスイッチを有し、前記発電制御部は、前記イグニッションスイッチのオン後の初回の前記維持モードでの前記充電率を前記第１目標値に維持するように前記発電装置を制御してもよい。

前記バッテリの環境温度に相関する環境温度パラメータを取得する第１取得部と、前記環境温度パラメータが示す前記環境温度が高いほど前記第２目標値を高い値として算出する第１算出部と、を備えてもよい。

前記バッテリの累積使用期間に相関する累積使用期間パラメータを取得する第２取得部と、前記累積使用期間パラメータが示す前記累積使用期間が長いほど前記第２目標値を高い値として算出する第２算出部と、を備えてもよい。

本発明によれば、バッテリの性能の低下の進行を抑制した車両の制御装置を提供できる。

図１は、車両に搭載された、エンジン、オルタネータ、バッテリ、補機、及びＥＣＵの関係を示した概略図である。 図２は、バッテリの１日当たりの放電量と、バッテリの耐性能低下時間との関係を示したグラフである。 図３は、発電モードに応じたオルタネータの発電電圧、補機の電力負荷、及びバッテリのＳＯＣの推移を示したタイミングチャートである。 図４は、発電制御の一例を示したフローチャートである。 図５は、発電制御の第１変形例を示したフローチャートである。 図６は、外気温度に応じて目標値Ｔ２を規定したマップである。 図７は、発電制御の第２変形例を示したフローチャートである。 図８は、バッテリの累積使用期間に応じて目標値Ｔ２を規定したマップである。

図１は、車両に搭載された、エンジン１、オルタネータ２、バッテリ３、補機４、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）５の関係を示した概略図である。車両は、エンジン１からの駆動力によって走行するエンジン車両である。

エンジン１は、車両の走行用の駆動力源であり、例えば４気筒のガソリンエンジンであるが、気筒数はこれに限定されず、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１は、スロットル開度（吸入空気量）、燃料噴射量および点火時期などにより運転状態を制御可能に構成されている。エンジン１のクランクシャフトには、オルタネータ２のロータが機械的に接続されている。

オルタネータ２は、エンジン１の回転によって発電可能である。このオルタネータ２では、発電電圧を調整することによって、発電電力量が調整される。オルタネータ２での発電電力は、バッテリ３に充電される。具体的には、オルタネータ２は、ステータとロータとの間の電磁誘導により交流電流を発生させる交流発電機、交流発電機の発電電圧を制御するＩＣレギュレータ、及び交流電流を直流電流に変換する変換器を含む。ＥＣＵ５は、ＩＣレギュレータを制御することにより、交流発電機の発電電圧、即ち、オルタネータ２の発電電圧を制御する。オルタネータ２は、発電装置の一例である。

バッテリ３には、オルタネータ２及び補機４が電気的に接続されており、オルタネータ２での発電電力はバッテリ３に蓄電され、バッテリ３に蓄電された電力は補機４に放電される。バッテリ３は、例えば定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池であるがこれに限定されず、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等であってもよい。尚、バッテリ３の充電率（以下、ＳＯＣ（State of Charge）と称する）は後述する目標値となるように制御される。この制御は、ＥＣＵ５がフィードバック制御である。このフィードバック制御は、後述する電圧センサｓ２で検出されるオルタネータ２の発電電圧を制御して、後述するＳＯＣセンサｓ３によって検出されたＳＯＣを目標値に維持する。

補機４は、車両に備えられた種々の電気機器であり、バッテリ３の放電により駆動される。例えば補機４は、ヘッドライド、ブロワファン、ワイパー、ハザードランプ、メータパネル、オーディオ、シートヒータ、電動パワーステアリング、ナビゲーションシステム等を含む。

ＥＣＵ５は、車両を制御するように構成されている。このＥＣＵ５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ５は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従って、センサからの情報や予めＲＯＭに格納されている情報等に基づいて、後述する発電制御を実行する。また、ＥＣＵ５は、詳しくは後述するが発電モード選択部、及び発電制御部を機能的に実現する。ＥＣＵ５には、イグニッションのオン、オフを検出するイグニッションスイッチｓ１、オルタネータ２の発電電圧を検出する電圧センサｓ２、バッテリ３のＳＯＣを検出するＳＯＣセンサｓ３、及び外気温度を検出する外気温センサｓ４が電気的に接続されている。ＥＣＵ５は、車両の制御装置の一例である。

［バッテリの性能低下］
次に、バッテリ３の性能低下について説明する。図２は、バッテリ３の１日当たりの放電量［ｋＷ］と、バッテリ３の耐性能低下時間［日］との関係を示したグラフである。図２では、横軸はバッテリ３の１日当たりの放電量を示し、縦軸はバッテリ３の耐性能低下時間を示す。耐性能低下時間とは、バッテリ３の性能が低下していないものとみなすことができる最大の時間である。図２に示すように、バッテリ３の１日当たりの放電量が多いほど、バッテリ３の耐性能低下時間は短くなり、これはバッテリ３の性能の低下が進行していることを示す。バッテリ３の放電量が多いと、バッテリ３の正極格子に塗りこんだ活物質が軟化して部分的に脱離や収縮し、バッテリ３の内部抵抗が増加するからである。本実施例でのＥＣＵ５は、後述するようにバッテリ３の放電量を抑制することにより、バッテリ３の性能の低下の進行を抑制する。

［発電モード］
ＥＣＵ５は、補機４の電力負荷が閾値α未満であるか否かを判定し、補機４の電力負荷が閾値α未満の場合にはオルタネータ２の発電モードとして維持モードを選択し、補機４の電力負荷が閾値α以上の場合には高電圧モードを選択する。発電モードとして維持モードが選択された場合には、ＥＣＵ５はバッテリ３のＳＯＣが目標値Ｔ１に維持されるようにオルタネータ２を制御する。このように補機４の電力負荷が比較的小さい場合に維持モードが選択されるので、以下で説明する高電圧モードと比較してエンジン１の出力のうちオルタネータ２の発電に利用される割合を少なくでき、燃費の悪化を抑制することができる。

高電圧モードでは、ＥＣＵ５は、ＳＯＣが目標値Ｔ１よりも高い値となるように、オルタネータ２の発電電圧が、維持モードでのオルタネータ２の発電電圧よりも高電圧に維持されるようにオルタネータ２を制御する。このように補機４の電力負荷が比較的大きい場合に高電圧モードが選択されることにより、補機４に供給される電力が不足することを防止できる。

補機４の電力負荷は、例えば補機４の全ての電気機器が駆動状態にある場合での補機４の電力負荷の最大値を１００として百分率で示した値である。ＥＣＵ５のメモリには、補機４に含まれる各電気機器の駆動状態での電力負荷が予め記憶され、ＥＣＵ５のＣＰＵは、駆動状態にある電気機器の電力負荷を合計することにより補機４の電力負荷を算出する。

尚、補機４に含まれる各電気機器のうち、比較的電力負荷が大きい所定の電気機器の少なくとも一つが駆動状態にある場合には、補機４の電力負荷は閾値α以上であり、比較的電力負荷が大きい所定の電気機器の何れもが駆動状態にない場合には、補機４の電力負荷は閾値α未満であると判定してもよい。比較的電力負荷が大きい電気機器とは、例えばヘッドライド、ブロワファン、及びワイパーである。比較的電力負荷が小さい電子機器は、例えばメータパネル、オーディオ、シートヒータ、電動パワーステアリング、及びナビゲーションシステムである。また、補機４の電力負荷を、例えば駆動状態にある電子機器が要求する電力の合計値として用いてもよい。

図３は、発電モードに応じたオルタネータ２の発電電圧、補機４の電力負荷、及びバッテリ３のＳＯＣの推移を示したタイミングチャートである。尚、図３は、イグニッションスイッチｓ１がオンとなった直後からの、本実施例の制御と比較例の制御での各値の推移を示している。後述する時刻ｔ３までは本実施例の制御と比較例の制御は同じであるため、比較例に関しては時刻ｔ３以降について説明する。図３においては、本実施例での各値を太線で示し、比較例での各値については細線で示している。

本実施例では、イグニッションスイッチｓ１のオン後、時刻ｔ１まで維持モードが選択されている。イグニッションスイッチｓ１のオン後の維持モードでは、ＳＯＣを目標値Ｔ１に維持するようにオルタネータ２の発電電圧が変動する。即ち、ＳＯＣが目標値Ｔ１よりも低下するとオルタネータ２の発電電圧が上昇し、ＳＯＣが目標値Ｔ１よりも高くなるとオルタネータ２の発電電圧が低下する。目標値Ｔ１は第１目標値の一例である。

時刻ｔ１で補機４の電力負荷が閾値α以上となると、高電圧モードが選択され、オルタネータ２の発電電圧が維持モードでの発電電圧よりも高い一定の高電圧に維持される。ここで、高電圧モードでは、補機４により消費される消費電力よりもオルタネータ２の発電電力の方が大きくなるように、オルタネータ２の発電電圧が高い値に維持され、補機４により消費されない余剰分の発電電力がバッテリ３に充電される。従ってＳＯＣは目標値Ｔ１から徐々に上昇する。

時刻ｔ２で補機４の電力負荷が閾値α未満となって高電圧モードから維持モードに切り替えられると、本実施例では、ＳＯＣが目標値Ｔ２となるまで、オルタネータ２の発電電圧は低い一定の値に制御される。本実施例では、時刻ｔ３でＳＯＣが目標値Ｔ２となると、ＳＯＣを目標値Ｔ２に維持するようにオルタネータ２の発電電圧が変動する。目標値Ｔ２は、上述した目標値Ｔ１よりも高い値であり、高電圧モードから維持モードに切り替えられた時刻ｔ２での直前のＳＯＣよりも低い値である。目標値Ｔ２は例えば固定値であり、ＥＣＵ５のメモリに予め記憶されている。このように本実施例では、詳しくは後述するが、高電圧モードから維持モードに切り替えられた際のＳＯＣが目標値Ｔ２以上となっていた場合には、その維持モードにおいて、ＳＯＣは目標値Ｔ１ではなく目標値Ｔ２に維持される。このため、バッテリ３の放電量ΔＷは、時刻ｔ２でのＳＯＣと目標値Ｔ２との差分に相当する。尚、本実施例での発電電圧については、時刻ｔ３以降の途中で図示を省略してある。目標値Ｔ２は第２目標値の一例である。

これに対して比較例では、時刻ｔ２で高電圧モードから維持モードに切り替えられても、その維持モードにおいても目標値Ｔ１が用いられる。従って比較例では、維持モードに切り替えられた時刻ｔ２から、ＳＯＣが目標値Ｔ１となる時刻ｔ４までオルタネータ２の発電電圧が低い状態に制御され、その後はＳＯＣが目標値Ｔ１に維持される。このため比較例ではバッテリ３の放電量ΔＷｘは、時刻ｔ２でのＳＯＣと目標値Ｔ１との差分に相当し、本実施例での放電量ΔＷよりも大きい。このように比較例の放電量ΔＷｘよりも本実施例での放電量ΔＷは抑制されている。従って、比較例よりも本実施例の方が上述したバッテリ３の正極格子の活物質の脱離や収縮が抑制され、これにより本実施例では比較例よりもバッテリ３の性能の低下の進行が抑制されている。

［発電制御］
次にＥＣＵ５が実行する発電制御について説明する。図４は、発電制御の一例を示したフローチャートである。本発電制御は、イグニッションスイッチｓ１のオン後に繰り返し実行される。

ＥＣＵ５は、補機４の電力負荷が閾値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ５は維持モードを選択する（ステップＳ２）。ステップＳ１でＮｏの場合には、ＥＣＵ５は高電圧モードを選択し（ステップＳ３）、本制御を終了する。ステップＳ１、Ｓ２、及びＳ３は、発電モード選択部が実行する処理の一例である。

維持モードが選択された後は、ＥＣＵ５は高電圧モードから維持モードに切り替えられたか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、ＥＣＵ５はイグニッションスイッチｓ１のオン後に維持モードが選択された回数をカウントし、この選択回数が２回以上の場合、即ち、少なくとも１回は高電圧モードが選択された後に維持モードに切り替えられた場合には、ステップＳ４でＹｅｓと判定する。尚、ＥＣＵ５は、イグニッションスイッチｓ１のオフを検出した場合には、維持モードの選択回数をリセットする。

ステップＳ４でＮｏの場合、即ち、現在選択されている維持モードが、イグニッションスイッチｓ１がオン後の初回の維持モードである場合には、ＥＣＵ５は上述したフィードバック制御によりＳＯＣを目標値Ｔ１に維持する（ステップＳ５）。ここで、一般的にＳＯＣが高いほどバッテリ３の充電効率は低下することが知られており、これにより燃費が悪化する。例えば補機４の電力負荷が閾値α未満のまま１トリップが終了するような車両の運転が繰り返される場合には、ＳＯＣが高い目標値Ｔ２に維持されることを回避することで、上記のようなバッテリ３の充電効率の低下を抑制して、燃費が悪化することが抑制できる。

ステップＳ４でＹｅｓの場合、即ち高電圧モードから維持モードに切り替えられた場合には、ＥＣＵ５は現在のＳＯＣ、即ち電圧モードから維持モードに切り替えられた際のＳＯＣが目標値Ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ５は上述したフィードバック制御によりＳＯＣを目標値Ｔ２に維持する（ステップＳ７）。ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６、及びＳ７の処理は、発電制御部が実行する処理の一例である。

ステップＳ６でＮｏの場合、即ちＳＯＣが目標値Ｔ２未満の場合には、ＥＣＵ５はＳＯＣを目標値Ｔ１に維持する（ステップＳ５）。ここでＳＯＣが目標値Ｔ２未満の場合とは、例えば直前の高電圧モードにおいてＳＯＣが目標値Ｔ２以上にまで上昇する前に、高電圧モードから維持モードに切り替えられたような場合である。このようにＳＯＣが目標値Ｔ２未満の場合に目標値Ｔ２に維持しようとすると、維持モードが選択されているにも関わらずＳＯＣを目標値Ｔ２までに上昇させるためにオルタネータ２の発電電圧を所定時間に亘って高電圧に維持する必要があり、これにより燃費が悪化するおそれがあるからである。

ＥＣＵ５は、例えば高電圧モードが選択された状態で常時ステップＳ６の判定を実行し、ステップＳ６でＮｏと判定された後に維持モードに切り替えられた際には、ステップＳ５の処理を実行し、ステップＳ６でＹｅｓと判定された後に維持モードに切り替えられた際には、ステップＳ７の処理を実行してもよい。高電圧モードではＳＯＣが徐々に上昇するため、高電圧モードが選択された状態でＳＯＣが目標値Ｔ２以上となると、その後に維持モードに切り替えられた際のＳＯＣも目標値Ｔ２以上であるとみなすことができるからである。

以上のように、高電圧モードから維持モードに切り替えられた際のＳＯＣが目標値Ｔ２以上の場合に、維持モードでＳＯＣを目標値Ｔ２に維持することにより、高電圧モードから維持モードに切り替えられた際のバッテリ３の放電量を抑制し、バッテリ３の性能の低下の進行を抑制することができる。

［発電制御の第１変形例］
上記実施例では、目標値Ｔ２は予め定められた固定値であるが、以下のようにして目標値Ｔ２を可変値として算出してもよい。図５は、発電制御の第１変形例を示したフローチャートである。発電制御の第１変形例において、上述した実施例と同一の処理については説明を省略する。尚、発電制御の第１変形例では、ＥＣＵ５は第１取得部及び第１算出部の処理を機能的に実現する。

ＥＣＵ５は、ステップＳ４でＹｅｓの場合、外気温センサｓ４により外気温度を取得する（ステップＳ４ａ）。外気温度は、バッテリ３の環境温度を示す環境温度パラメータの一例である。ステップＳ４ａの処理は、第１取得部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ５は、図６に示すマップを参照して目標値Ｔ２を算出する（ステップＳ４ｂ）。図６は、外気温度に応じて目標値Ｔ２を規定したマップであり、横軸は外気温度、縦軸は目標値Ｔ２を示している。このマップでは、外気温度が高いほど目標値Ｔ２が高い値となるように規定している。即ち、外気温度が高いほど、イグニッションスイッチｓ１がオン後の２回目以降の維持モードでのバッテリ３の放電量が抑制される。バッテリ３の放電量が同じ場合であっても、外気温度が高いほどバッテリ３の性能が低下しやすいためである。このため、外気温度が高い地域で車両を使用した場合においても、バッテリ３の性能の低下の進行を抑制できる。目標値Ｔ２は、上記のようなマップに限定されず、例えば外気温度を引数とする演算式に基づいて算出してもよい。ステップＳ４ｂの処理は、第１算出部が実行する処理の一例である。

尚、外気温センサｓ４により検出した外気温度の代わりに、エンジン１に導入される吸入空気の温度を用いてもよいし、エンジン１の冷却水又は潤滑油の温度を用いてもよい。これらの温度が高いほど、バッテリ３の環境温度も高いことを示す。このため、これらの温度はバッテリ３の環境温度パラメータの一例である。

［発電制御の第２変形例］
図７は、発電制御の第２変形例を示したフローチャートである。発電制御の第２変形例において、上述した実施例と同一の処理については説明を省略する。尚、発電制御の第２変形例では、ＥＣＵ５は第２取得部及び第２算出部の処理を機能的に実現する。

ＥＣＵ５は、ステップＳ４でＹｅｓの場合、バッテリ３の累積使用期間を取得する（ステップＳ４ｃ）。バッテリ３の累積使用期間は、累積使用期間パラメータの一例である。尚、ＥＣＵ５は、イグニッションスイッチｓ１がオンである場合には、常時バッテリ３が駆動しているものとしてイグニッションスイッチｓ１がオンである期間をバッテリ３の累積使用期間としてカウントしている。ステップＳ４ｃの処理は、第２取得部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ５は、図８に示すマップを参照して目標値Ｔ２を算出する（ステップＳ４ｄ）。図８は、バッテリ３の累積使用期間に応じて目標値Ｔ２を規定したマップであり、横軸はバッテリ３の累積使用期間、縦軸は目標値Ｔ２を示している。このマップでは、バッテリ３の累積使用期間が長いほど目標値Ｔ２が高い値となるように規定している。即ち、バッテリ３の累積使用期間が長いほど、イグニッションスイッチｓ１のオン後の２回目以降の維持モードでのバッテリ３の放電量が抑制される。バッテリ３の累積使用期間が長いほど、バッテリ３は性能が低下しやすいためである。このため、バッテリ３の累積使用期間が長い場合にも、バッテリ３の性能の低下の進行を抑制できる。目標値Ｔ２は、上記のようなマップに限定されず、例えばバッテリ３の累積使用期間を引数とする演算式に基づいて算出してもよい。ステップＳ４ｄの処理は、第２算出部が実行する処理の一例である。

尚、バッテリ３の累積使用期間の代わりに、車両の累積走行距離に基づいて目標値Ｔ２を算出してもよい。車両の累積走行距離が長いほどバッテリ３の累積使用期間も長くなり、車両の累積走行距離は、バッテリ３の累積使用期間に相関するからである。従ってこの場合も、車両の累積走行距離が長いほど目標値Ｔ２は高い値として算出される。この場合、車両の累積走行距離は、累積使用期間パラメータの一例である。

上記のステップＳ４ａ及びＳ４ｃの双方の処理を実行して、目標値Ｔ２を算出してもよい。即ち、外気温度が高いほど、及びバッテリ３の累積使用期間が長いほど、目標値Ｔ２を高い値として算出してもよい。

［その他］
上記実施例では、走行動力源としてエンジン１を備えたエンジン車両を例に説明したが、これに限定されず、走行動力源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド車両であってもよい。ハイブリッド車両の場合、モータと、モータとバッテリとの間に設けられたＤＣ－ＤＣコンバータとが発電装置の一例に相当し、ＥＣＵはＤＣ－ＤＣコンバータを制御することにより、モータでの発電電力のうちバッテリに充電される電力を制御する。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ エンジン
２ オルタネータ（発電装置）
３ バッテリ
４ 補機
５ ＥＣＵ（車両の制御装置、発電モード選択部、発電制御部、第１取得部、第１算出部、第２取得部、第２算出部）
ｓ１ イグニッションスイッチ
ｓ２ 電圧センサ
ｓ３ ＳＯＣセンサ
ｓ４ 外気温センサ

Claims (4)

1. 発電装置、前記発電装置での発電電力を充電するバッテリ、及び前記バッテリの放電により駆動する補機を有した車両に適用される車両の制御装置であって、
   前記補機の電力負荷が閾値未満の場合に前記発電装置の発電モードとして、前記バッテリの充電率を第１目標値に維持する維持モードを選択し、前記電力負荷が前記閾値以上の場合に前記発電モードとして、前記充電率が前記第１目標値よりも高い値となるように前記発電装置の発電電圧を前記維持モードでの前記発電電圧よりも高電圧に維持する高電圧モードを選択する発電モード選択部と、
   前記高電圧モードから前記維持モードに切り替えられた際の前記充電率が、前記第１目標値よりも高い値である第２目標値以上の場合には、前記維持モードでの前記充電率を前記第２目標値に維持するように前記発電装置を制御する発電制御部と、を備えた車両の制御装置。
2. 前記車両は、イグニッションスイッチを有し、
   前記発電制御部は、前記イグニッションスイッチのオン後の初回の前記維持モードでの前記充電率を前記第１目標値に維持するように前記発電装置を制御する、請求項１の車両の制御装置。
3. 前記バッテリの環境温度に相関する環境温度パラメータを取得する第１取得部と、
   前記環境温度パラメータが示す前記環境温度が高いほど前記第２目標値を高い値として算出する第１算出部と、を備えた請求項１又は２の車両の制御装置。
4. 前記バッテリの累積使用期間に相関する累積使用期間パラメータを取得する第２取得部と、
   前記累積使用期間パラメータが示す前記累積使用期間が長いほど前記第２目標値を高い値として算出する第２算出部と、を備えた請求項１乃至３の何れかの車両の制御装置。
   

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