JP2011149345A

JP2011149345A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2011149345A
Application number: JP2010011786A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Takahashi; 一馬高橋; Takayuki Iwasaki; 隆之岩崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: WO2011089786A1; US20120153890A1; EP2527627B1; US9273617B2; CN102575596B; CN102575596A; EP2527627A4; JP5093251B2; EP2527627A1

Abstract

【課題】アイドルストップを無用に禁止してしまうことを回避できる車両の制御装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載されたバッテリーの充電状態ＳＯＣが制御目標になるようオルタネーターの発電電圧を可変にする車両の制御装置であって、アイドルストップを許可可能なバッテリー充電状態ＳＯＣを設定するアイドルストップ許可ＳＯＣ設定部(Ｓ３)と、減速燃料カット中にオルタネーターの発電によってバッテリーを充電させ、減速燃料カットの途中でバッテリーが満充電近くまで充電された場合に、前記アイドルストップ許可ＳＯＣを超える範囲で、バッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を下げて再設定するバッテリーＳＯＣ調整部(Ｓ６，Ｓ８)と、を有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両の制御装置、特にアイドルストップ可能な車両用のバッテリーＳＯＣ(State Of Charge)を制御する装置に関する。

近時、車両の走行状態に応じて、オルタネーター(発電機)の発電電圧(充電電圧)を上下するシステムが車両に搭載されつつある。このように発電電圧を可変する制御システムは、減速燃料カット中は発電電圧を上げてバッテリーを積極的に充電しておき、クルマの加速時などは、発電電圧を下げてエンジン負荷を低減することで、燃費を向上できる。

そして特許文献１のシステムでは、定常走行時の目標ＳＯＣとアイドルストップ許可判定用ＳＯＣとをバッテリー劣化度に応じて変更している。

特開２００１−２６８７０８号公報

ところで、定常走行時の目標ＳＯＣは、減速燃料カット中により充電できるよう下がっているほうが、充電効率がよい。

ただし、充電効率をよくするために目標ＳＯＣを下げていくと、目標ＳＯＣがアイドルストップを許可できるＳＯＣを下回るためにアイドルストップを許可できなくなってしまうおそれがある。

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、アイドルストップを無用に禁止してしまうことを回避できる車両の制御装置を提供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。

本発明は、車両に搭載されたバッテリーの充電状態ＳＯＣが制御目標になるようオルタネーターの発電電圧を可変にする車両の制御装置であって、アイドルストップを許可可能なバッテリー充電状態ＳＯＣを設定するアイドルストップ許可ＳＯＣ設定部と、減速燃料カット中にオルタネーターの発電によってバッテリーを充電させ、減速燃料カットの途中でバッテリーが満充電近くまで充電された場合に、アイドルストップ許可ＳＯＣを超える範囲で、バッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を下げて再設定するバッテリーＳＯＣ調整部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、アイドルストップを無用に禁止してしまうことを回避できる。

本発明による車両の制御装置を適用可能なシステムの一例を示す図である。充電状態ＳＯＣが同じである新品バッテリーと劣化バッテリーとの状態を模式的に示した図である。コントローラーの制御ロジックの一例を示すフローチャートである。発電電圧可変制御開始処理の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。発電回生モードの制御ロジックの一例を示すフローチャートである。バッテリーが劣化していない状態で、制御ロジックを実行したときの作動を説明するタイミングチャートである。バッテリーが劣化している状態で、制御ロジックを実行したときの作動を説明するタイミングチャートである。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。

図１は、本発明による車両の制御装置を適用可能なシステムの一例を示す図である。

システム１は、エンジン１０と、スターター１１と、発電機１２と、バッテリー２０と、補機類３０と、コントローラー５０と、を含む。

スターター１１は、エンジン１０を始動する。

発電機１２は、ベルト１３を介してエンジン１０に接続される。発電機１２は、エンジン出力によって発電する。

バッテリー２０は、発電機１２によって充電される。また必要に応じて、バッテリー２０は、スターター１１、発電機１２、補機類３０に電力を供給する。バッテリー２０の負極には電流センサー２１が取り付けられている。この電流センサー２１がバッテリーの充放電電流を検出する。電流センサー２１で検出された信号は、コントローラー５０に送られる。また、コントローラー５０はバッテリー２０の端子電圧(すなわち、バッテリー電圧)を検出する機能を備えている。

補機類３０は、一例を挙げるとカーナビゲーションシステムである。カーナビゲーションシステムは、供給される電圧が低いと画面が消える可能性があるので、常に一定以上の電圧を確保する必要がある。

コントローラー５０は、電流センサー２１などから信号を受信する。そしてコントローラー５０は、スターター１１、発電機１２、補機類３０などに制御信号を送信する。コントローラー５０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。コントローラー５０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

（本発明の基本コンセプト）
上述したように、近時、車両の走行状態に応じて、オルタネーター(発電機)の発電電圧(充電電圧)を上下するシステムが車両に搭載されつつある。このように発電電圧を可変する制御システムは、減速燃料カット中は発電電圧を上げてバッテリーを積極的に充電しておき、クルマの加速時などは、発電電圧を下げてエンジン負荷を低減することで、燃費を向上できる。

バッテリーは満充電に近づくにつれて充電電流が流入しにくくなり、満充電では充電電流が流入しない。そこで、満充電状態にならないように、その一方で空充電状態にもならないように、バッテリーの充電状態を制御することが望ましい。

バッテリーの充電状態を示す指標として、バッテリー充電状態ＳＯＣが広く用いられる。この充電状態ＳＯＣは、次式(1)で定義される。

これを模式的に図示すると、図２のようになる。

バッテリー充電状態ＳＯＣは、上述のように定義されるが、これを実際に検出することは困難である。

そこで簡易的には、バッテリー充電電流の大小で、充電状態ＳＯＣの大小を推定する。すなわち、充電状態ＳＯＣが大きければ、満充電に近い状態であり、充電電流は流入しにくく小さくなる。そこでバッテリーの充電電流が小さいほど、充電状態ＳＯＣが大きいと推定できる。一方、充電状態ＳＯＣが小さくなると、充電電流は流入しやすく大きくなる。そこでバッテリーの充電電流が大きいほど、充電状態ＳＯＣが小さいと推定できる。

このようにして充電状態ＳＯＣを推定するが、充電状態ＳＯＣが同じでも、バッテリーの劣化度合によって、バッテリー残容量が変わる。バッテリー満充電容量Ｃｆは、バッテリーの劣化度合に依存するからである。図２(Ａ)に示すように、バッテリーが新品であれば、バッテリー満充電容量Ｃｆは大きい。一方、図２(Ｂ)に示すように、バッテリーが劣化するほど、バッテリー満充電容量Ｃｆは小さくなる。なお図２(Ａ)及び図２(Ｂ)は、充電状態ＳＯＣが同じである新品バッテリーと劣化バッテリーとの状態を模式的に示した図である。図２(Ａ)及び図２(Ｂ)からわかるように、充電状態ＳＯＣが同じでも、バッテリーが劣化しているほど、バッテリー残容量は小さくなる。バッテリー残容量が小さい状態でスターターを始動すると、電圧が大きく降下し、カーナビゲーション画面が一時的に消えるなどのおそれがある。

そこで、バッテリーが劣化するにつれて、正常な再始動性を確保するために、アイドルストップを許可可能なバッテリー充電状態ＳＯＣを上げる必要がある。

一方、オルタネーターの発電電圧を可変にする制御システムにおけるバッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標は、減速燃料カット中に発電電圧を上げてバッテリーを満充電近くまで充電できるよう予め設定される。しかし減速燃料カットの途中でバッテリーが満充電状態になると高い充電効率が得られない。そこでバッテリーにより充電できるようバッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を下げる必要がある。
このように、高い充電効率を得るために制御目標ＳＯＣを下げていくと、さらには、バッテリー劣化の進行によってアイドルストップ許可ＳＯＣを上げていくと、制御目標ＳＯＣがアイドルストップ許可ＳＯＣを下回るために、アイドルストップできない状態になるおそれがある。

そこで本発明では、ＳＯＣ制御目標を適切に設定するようにしたのである。具体的な内容を以下に説明する。

図３は、コントローラーの制御ロジックの一例を示すフローチャートである。

コントローラー１は、以下の処理を微小時間(たとえば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラーは、スタータースイッチフラグがセットされているか否かを判定する。スタータースイッチフラグがセットされていれば、コントローラーは、ステップＳ２へ処理を移行する。スタータースイッチフラグがセットされていなければ、コントローラーは、ステップＳ４へ処理を移行する。

ステップＳ２においてコントローラーは、エンジンクランキング中の電圧降下に基づいてバッテリーの劣化度合を推定する。バッテリーの劣化度合は、エンジンをクランキングしたときのバッテリー電圧の最大降下量に基づいて推定できる。すなわちバッテリーが新品であれば、エンジンクランキング中の電圧の最大降下量は小さいが、バッテリーの劣化度合が進行するほど、エンジンクランキング中の電圧の最大降下量が大きくなる。そこで、エンジンクランキング中の電圧の最大降下量と、バッテリーの劣化度合と、の関係を予め実験によって求めてマップ化しておく。そして、そのマップにエンジンクランキング中の電圧の最大降下量を適用すれば、バッテリーの劣化度合を推定できる。

ステップＳ３においてコントローラーは、バッテリー劣化度合に応じてアイドルストップ許可ＳＯＣを設定する。

ステップＳ４においてコントローラーは、発電電圧可変制御中であるか否かを判定する。発電電圧可変制御中でなければ、コントローラーは、ステップＳ５へ処理を移行する。発電電圧可変制御中であれば、コントローラーは、ステップＳ７へ処理を移行する。

ステップＳ５においてコントローラーは、発電電圧可変制御の許可条件が成立したか否かを判定する。エンジンクランキング後は、エンジンクランキング中のスターター駆動によってバッテリー充電状態ＳＯＣが小さくなるためにオルタネーター発電電圧を最大にするが、バッテリー充電状態ＳＯＣが満充電に近い状態になれば発電電圧可変制御を許可する。発電電圧可変制御の許可条件が成立しなければ、コントローラーは、一旦処理を抜ける。発電電圧可変制御の許可条件が成立したら、コントローラーは、ステップＳ６へ処理を移行する。

ステップＳ６においてコントローラーは、発電電圧可変制御開始処理を実行する。具体的な内容は、後述する。

ステップＳ７においてコントローラーは、減速燃料カット中であるか否かを判定する。減速燃料カットでなければ、コントローラーは、一旦処理を抜ける。減速燃料カット中であれば、コントローラーは、ステップＳ８へ処理を移行する。

ステップＳ８においてコントローラーは、発電回生モードを処理する。具体的な内容は、後述する。

図４は、発電電圧可変制御開始処理の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。

ステップＳ６１においてコントローラーは、発電電圧可変制御を開始する。すなわち、バッテリー２０の充電状態ＳＯＣが所定の制御目標になるようオルタネーター１２の発電電圧を可変にする。

ステップＳ６２においてコントローラーは、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標がアイドルストップ許可ＳＯＣを超えるか否かを判定する。発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標がアイドルストップ許可ＳＯＣを超えていれば、コントローラーは、一旦処理を抜ける。超えていなければ、コントローラーは、ステップＳ６３へ処理を移行する。ここでのＳＯＣ制御目標は前回運転の最終値を使い、初回運転であれば、燃費向上の観点で最適となるよう予め設定した目標値を使う。また、ＳＯＣ制御目標は、基点ＳＯＣを中心として上限ＳＯＣと下限ＳＯＣが設けられている。

ステップＳ６３においてコントローラーは、アイドルストップ許可ＳＯＣを超えるよう発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を上げる。

図５は、発電回生モードの制御ロジックの一例を示すフローチャートである。

ステップＳ８１においてコントローラーは、オルタネーター１２の発電電圧を最大にし、減速燃料カットの途中でバッテリーが満充電近くまで充電されたか否か、すなわち現在の充放電電流値が基準値を下回るようになったか否かを判定する。下回るようになるまでは、コントローラーは、一旦処理を抜ける。下回るようになったら、コントローラーは、ステップＳ８２へ処理を移行する。

ステップＳ８２においてコントローラーは、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を下げても、アイドルストップ許可ＳＯＣを超えているか否かを判定する。超えていれば、コントローラーは、ステップＳ８３へ処理を移行する。超えていなければ、コントローラーは、一旦処理を抜ける。なおＳＯＣ制御目標の低下量は、予め一定値が設定されている。

ステップＳ８３においてコントローラーは、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を下げる。

図６は、バッテリーが劣化していない状態で、制御ロジックを実行したときの作動を説明するタイミングチャートである。

なお上述のフローチャートとの対応が分かりやすくするために、フローチャートのステップ番号にＳを付して併記する。

以上の制御ロジックが実行されて以下のように作動する。

スタータースイッチがセットされておらず(図６(Ｂ))、発電電圧可変制御も開始されていない状態では(図６(Ｃ))、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５、を繰り返し処理する。

時刻ｔ１１でスタータースイッチがセットされたら(図６(Ｂ)；ステップＳ１でＹｅｓ)、コントローラーは、エンジンクランキング中のバッテリーの電圧最小値(電圧最大降下量)に基づいて、バッテリーの劣化度合を求める(ステップＳ２)。エンジンクランキング中の電圧値は、時刻ｔ１２で最小になり、バッテリーの劣化度合が求められる。そしてバッテリーの劣化度合に応じてアイドルストップ許可ＳＯＣが設定される(図６(Ｄ)；ステップＳ３)。なお図６では、バッテリーの劣化度合に変化がないため、それまでのアイドルストップ許可ＳＯＣが維持される。

時刻ｔ１３でスタータースイッチがリセットされたら(図６(Ｂ)；ステップＳ１でＮｏ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５、を繰り返し処理する。

時刻ｔ１４で発電電圧可変制御の許可条件が成立したら(図６(Ｃ)；ステップＳ５でＹｅｓ)、発電電圧可変制御を開始し(ステップＳ６→Ｓ６１)、バッテリー２０の充電状態ＳＯＣが制御目標になるようオルタネーター(発電機)の発電電圧(充電電圧)を上下する(図６(Ｅ))。そして次サイクル以降は、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ７、を繰り返し処理する。

時刻ｔ１５で減速燃料カット状態になったら(図６(Ａ)；ステップＳ７でＹｅｓ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ８１、と処理を進める。オルタネーターの発電電圧を最大にする(図６(Ｅ))。

時刻ｔ１６でバッテリーが満充電近くになり現在の充放電電流値が基準値を下回るようになって(図６(Ｆ)；ステップＳ８１でＹｅｓ)、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を下げてもアイドルストップ許可ＳＯＣを超えていれば(ステップＳ８２でＹｅｓ)、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を下げる(図６(Ｄ)；ステップＳ８３)。

図７は、バッテリーが劣化している状態で、制御ロジックを実行したときの作動を説明するタイミングチャートである。

スタータースイッチがセットされておらず(図７(Ｂ))、発電電圧可変制御も開始されていない状態では(図７(Ｃ))、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５、を繰り返し処理する。

時刻ｔ２１でスタータースイッチがセットされたら(図７(Ｂ)；ステップＳ１でＹｅｓ)、コントローラーは、エンジンクランキング中の電圧最小値に基づいて、バッテリーの劣化度合を求める(ステップＳ２)。エンジンクランキング中の電圧値は、時刻ｔ２２で最小になり、バッテリーの劣化度合が求められる。そしてバッテリーの劣化度合に応じてアイドルストップ許可ＳＯＣが再設定される(図７(Ｄ)；ステップＳ３)。

時刻ｔ２３でスタータースイッチがリセットされたら(図７(Ｂ)；ステップＳ１でＮｏ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５、を繰り返し処理する。

時刻ｔ２４で発電電圧可変制御の許可条件が成立したら(図７(Ｃ)；ステップＳ５でＹｅｓ)、発電電圧可変制御を開始する(ステップＳ６→Ｓ６１)。図７(Ｄ)から明らかなように、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標の一部が、アイドルストップ許可ＳＯＣを下回る(ステップＳ６２でＮｏ)。そこで発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を上げる(図７(Ｄ)；ステップＳ６３)。そして次サイクル以降は、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ７、を繰り返し処理する。

時刻ｔ２５で減速燃料カット状態になったら(図７(Ａ)；ステップＳ７でＹｅｓ)、コントローラーは、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ８１、と処理を進める。

時刻ｔ２６でバッテリーが満充電近くになり現在の充放電電流値が基準値を下回るようになったが(図７(Ｆ)；ステップＳ８１でＹｅｓ)、発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を下げたらアイドルストップ許可ＳＯＣを超えないので(ステップＳ８２でＮｏ)、現在の発電電圧可変制御のＳＯＣ制御目標を変更しない(図７(Ｄ))。

本実施形態によれば、アイドルストップ許可ＳＯＣを超えるようにバッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を設定するようにした。このようにしたので、アイドルストップを無用に禁止してしまうことを回避できる。

またバッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を下げても、アイドルストップ許可ＳＯＣを超えていれば、バッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を下げて再設定するようにした。このようにしたので、高い充電効率を得ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上記においては、ＳＯＣ制御目標の低下量が予め一定値に設定される場合を例示したが、充電状態ＳＯＣなどに応じて変化させてもよい。

また、上記においては、駆動源としてエンジンをのみ使用する車両を例示して説明したが、エンジンと電動機とを併用するいわゆるハイブリッド車両であってもよい。

さらに発電機としては、オルタネーターに限らず、オルタネーター機能及びスターター機能を有するＳＳＧ(Side mount Starter Generator)であってもよい。

また、上記においては、ＳＯＣ制御目標に上限値ＳＯＣと下限値ＳＯＣとを設け、ＳＯＣ制御目標の一部がアイドルストップ許可ＳＯＣを下回るとＳＯＣ制御目標を上げていたが、ＳＯＣ制御目標の下限値ＳＯＣをアイドルストップ許可ＳＯＣに設定してもよい。

１０エンジン
１１スターター
１２発電機
２０バッテリー
３０補機類
５０コントローラー
ステップＳ２バッテリー劣化推定部
ステップＳ３アイドルストップ許可ＳＯＣ設定部
ステップＳ６，Ｓ８バッテリーＳＯＣ調整部

Claims

車両に搭載されたバッテリーの充電状態ＳＯＣが制御目標になるようオルタネーターの発電電圧を可変にする車両の制御装置であって、
アイドルストップを許可可能なバッテリー充電状態ＳＯＣを設定するアイドルストップ許可ＳＯＣ設定部と、
減速燃料カット中にオルタネーターの発電によってバッテリーを充電させ、減速燃料カットの途中でバッテリーが満充電近くまで充電された場合に、前記アイドルストップ許可ＳＯＣを超える範囲で、バッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を下げて再設定するバッテリーＳＯＣ調整部と、
を有することを特徴とする車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置において、
バッテリーの劣化度合を推定するバッテリー劣化推定部を備え、
前記アイドルストップ許可ＳＯＣ設定部は、前記バッテリーの劣化度合が進行したら、アイドルストップ許可ＳＯＣを上げて再設定する、
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項２に記載の車両の制御装置において、
前記バッテリーＳＯＣ調整部は、バッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標が、再設定されたアイドルストップ許可ＳＯＣを下回ってたら、再設定されたアイドルストップ許可ＳＯＣを超えるように、バッテリー充電状態ＳＯＣの制御目標を上げて再設定する、
ことを特徴とする車両の制御装置。