JP4204335B2

JP4204335B2 - 車両用電源制御装置

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Publication number: JP4204335B2
Application number: JP2003017943A
Authority: JP
Inventors: 博明田淵; 稔加藤; 洋名手; 英則横山; 岳士佐田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004229479A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源制御装置に係り、特に、発電機に直接に接続された第１バッテリと、該発電機に電圧制御器を介して接続された第２バッテリと、を備える車両用電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のバッテリを備える車両用電源制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電源制御装置において、複数のバッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して互いに接続されている。各バッテリは、車両エンジンの動力が伝達される発電機の出力する発電エネルギを回収することにより充電される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３１８００２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両に搭載される複数のバッテリとしては、例えば鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとの充電受け入れ性の異なるバッテリが用いられることがある。かかる構成において、リチウムイオンバッテリの充電を常時許可するものとすると、発電機の発電エネルギが充電受け入れ性の高いリチウムイオンバッテリに偏る事態が生じ、充電受け入れ性の低い鉛バッテリへの充電が不十分となる不都合が生じ得る。
【０００５】
また、発電機がほぼ１００％の発電能力で発電している状態でリチウムイオンバッテリの充電不足によりその充電が実行されるものとすると、鉛バッテリが満充電に近い状態にある場合には、リチウムイオンバッテリの充電不足分がその鉛バッテリの蓄電エネルギから補填される事態が生じ、鉛バッテリの放電が頻繁に行われることとなる。鉛バッテリの放電が頻繁に行われると、鉛バッテリのバッテリ上がりが生じ易くなり、劣化が促進され、その寿命が悪化する。
【０００６】
従って、上記特許文献１に記載する如く、例えば鉛バッテリおよびリチウムイオンバッテリ等の複数のバッテリを備える車両用電源制御装置において、特定のバッテリへの充電を他のバッテリを考慮することなく行うのは適切ではない。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、特定のバッテリへの充電を他のバッテリの性能を低下させることなく実現することが可能な車両用電源制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、発電機に接続された第１バッテリと、前記第１バッテリと並列に、前記発電機に電圧制御器を介して接続された第２バッテリと、を備える車両用電源制御装置であって、
前記発電機の現時点での発電制御指示値の最大値に対する実際の発電制御指示値の割合を検出する実発電割合検出手段と、
前記発電機に動力を伝達するエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された以後、前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度に基づいて、該実発電割合検出手段により検出された前記割合を、前記発電機の発電量が固定されるように補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された結果得られる前記割合が所定の割合未満であるか否かに基づいて、前記第２バッテリへの充電が許可・禁止されるように前記電圧制御器を制御する第２バッテリ充電制御手段と、
を備える車両用電源制御装置により達成される。
【０００９】
本発明において、第２バッテリへの充電は、発電機の現時点での発電制御指示値の最大値に対する実値の割合が所定の割合未満であるか否かに基づいて許可・禁止される。かかる割合が所定の割合未満である場合には、その発電機が発電できる発電量に余裕があり、その発電機に接続される第１バッテリからの放電が生じていないと判断できる。この際、発電機の余裕分の発電エネルギが第２バッテリの充電エネルギとして回収されれば、第２バッテリへの充電は、第１バッテリからの放電を生じさせることなくかつ第１バッテリへの充電に影響を与えることなく行われることとなる。
【００１０】
また、発電機が発電すべき発電量が固定されるものとした場合、上記した割合は、エンジンの回転速度の変化に伴って変化する。このように発電機の発電割合が実際には変化しているにもかかわらず、実発電割合検出手段により検出された割合がそのまま第２バッテリへの充電制御に用いられるものとすると、発電機の発電余裕が正確に検出されないことに起因して、第２バッテリへの充電を第１バッテリの性能を低下させることなく実現することができない不都合が生じ得る。
【００１１】
本発明において、実発電割合検出手段により検出された、現時点での発電制御指示値の最大値に対する実際の発電制御指示値の割合は、発電機に動力を伝達するエンジンの回転速度に基づいて補正される。そして、その補正後の割合が所定の割合未満であるか否かに基づいて第２バッテリへの充電が許可・禁止される。従って、本発明によれば、第２バッテリの充電を行ううえで必要な発電機の発電余裕の有無判定は精度よく行われ、第２バッテリの充電は第１バッテリの性能を確実に低下させることなく実現されることとなる。
【００１２】
この場合、請求項２に記載する如く、請求項１記載の車両用電源制御装置において、前記補正手段は、前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された以後、前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度の変化に応じた該割合の補正を行うこととすればよい。
また、請求項３に記載する如く、請求項１又は２記載の車両用電源制御装置において、前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された時点で、該割合と前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度とに基づいて求まる前記発電機の発電量を記憶する記憶手段を備え、前記補正手段は、前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された以後、前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度に基づいて、該実発電割合検出手段により検出された前記割合を、前記発電機の発電量が前記記憶手段に記憶された発電量に固定されるように補正することとすればよい。
【００１３】
また、請求項４に記載する如く、請求項１乃至３の何れか一項記載の車両用電源制御装置において、前記実発電割合検出手段による前記割合の検出周期が、前記エンジン回転速度検出手段による前記エンジンの回転速度の検出周期に比して長い場合には、実際の発電割合が検出されるタイミング間にエンジン回転速度が一回以上検出されるので、その検出されるエンジン回転速度に基づいて、直前に検出された発電割合の補正を行うことができる。
【００１４】
また、請求項５に記載する如く、請求項１乃至４の何れか一項記載の車両用電源制御装置において、前記発電機が、発電制御指示電圧に対するフィールドコイルの通電デューティを出力するレギュレータ付き発電機であると共に、前記実発電割合検出手段は、前記発電機から出力される通電デューティに基づいて前記割合を検出することとしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である車両用電源制御装置１０を備えるシステムの構成図を示す。図１に示す如く、本実施例において、車両用電源制御装置１０は、２つの二次バッテリ１２，１４を備えている。二次バッテリ１２は約１２〜１４Ｖ程度の電圧を有する鉛バッテリであり、一方、二次バッテリ１４は約１４〜１６Ｖ程度の電圧を有するリチウムイオンバッテリである。以下、二次バッテリ１２を鉛バッテリ１２と、二次バッテリ１４をリチウムイオンバッテリ１４と、それぞれ称す。
【００１６】
鉛バッテリ１２及びリチウムイオンバッテリ１４には、切換スイッチ１６を介してエンジンスタータ１８が接続されている。エンジンスタータ１８は、車両の動力源であるエンジン（図示せず）に連結されている。エンジンスタータ１８は、切換スイッチ１６を介して選択的に接続する鉛バッテリ１２又はリチウムイオンバッテリ１４から供給される電力を用いて、エンジンを停止状態から始動させる始動装置としての機能を有する。
【００１７】
エンジンには、また、エンジンの回転により発電するオルタネータ（交流発電機）２０が取り付けられている。オルタネータ２０には、エンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと称す）２２が接続されている。エンジンＥＣＵ２２には、単位時間当たりのエンジン回転数（すなわち、エンジン回転速度）ＮＥおよび車両の速度や加減速度を含む車両の各種状態に応じた信号を出力するセンサ２４が接続されている。エンジンＥＣＵ２２は、センサ２４の出力信号に基づいてＴ２（ｍｓ）ごとにエンジン回転数ＮＥおよび車両の速度や加減速度等の車両の状態を検出する。そして、車両の各種状態に基づいてオルタネータ２０の発生すべき目標電圧を算出し、オルタネータ２０に対してかかる目標電圧が生ずるように指令信号を供給する。
【００１８】
オルタネータ２０は、三相コイルとしてステータに巻かれたステータコイルと、ロータに巻回されたフィールドコイルと、を有し、ステータコイルから出力される三相交流を整流して出力すると共に、スイッチング回路により構成されたＩＣレギュレータを内蔵したレギュレータ付き発電機である。このＩＣレギュレータは、オルタネータ２０の発生電圧を一定に維持するための機能を有している。具体的には、ＩＣレギュレータは、オルタネータ２０の発生電圧がエンジンＥＣＵ２２からの指令信号に係る目標電圧よりも小さい場合には、スイッチング回路をオン動作させることによりフィールドコイルに励磁電流を流し、オルタネータ２０のステータコイルに三相交流電流を発生させ、一方、オルタネータ２０の発生電圧が目標電圧よりも大きい場合には、スイッチング回路をオフ動作させることによりフィールドコイルへの励磁電流の供給を停止し、ステータコイルに電流の発生を停止させる。これにより、オルタネータ２０の発生電圧が目標電圧に維持される。
【００１９】
オルタネータ２０のフィールドコイルとＩＣレギュレータとの接点には、上記したエンジンＥＣＵ２２が接続されている。ＩＣレギュレータのスイッチング回路がオン動作されると、エンジンＥＣＵ２２へ、フィールドコイルの通電状態を示す、すなわち、オルタネータ２０の発電状態を示すオン信号が供給される。また、ＩＣレギュレータのスイッチング回路がオフ動作されると、エンジンＥＣＵ２２へ、フィールドコイルの非通電状態を示す、すなわち、オルタネータ２０の非発電状態を示すオフ信号が供給される。
【００２０】
エンジンＥＣＵ２２は、オルタネータ２０のフィールドコイルから供給されるオン・オフ信号に基づいて、Ｔ１（＞Ｔ２）（ｍｓ）ごとにオルタネータ２０の一サイクル時間当たりのオン・オフ比率、具体的には、一サイクル時間内でのオン時間の比率（通電デューティ；％）Ｆ−Ｄｕｔｙを検出する。このＦ−Ｄｕｔｙは、オルタネータ２０が現時点でのエンジン回転数等から発電し得る最大発電量に対して実際に発電を行っている発電量の割合を示すこととなる。
【００２１】
オルタネータ２０は、上記した鉛バッテリ１２、及び、車両に搭載された補機２６に直接に接続されている。補機２６は、例えばエアコンやオーディオ，ＡＢＳシステム，電動オイルポンプ，メータ類，デフォガ，ワイパ，パワーウィンド等であり、電力の供給を受けて作動する。オルタネータ２０は、エンジンの回転による運動エネルギを変換した発電エネルギを鉛バッテリ１２又は補機２６に供給することにより、鉛バッテリ１２を充電することができると共に、補機２６を作動させることができる。
【００２２】
鉛バッテリ１２には、電圧制御器として機能する直流−直流変換器（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータと称す）３０を介して上記のリチウムイオンバッテリ１４が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、内蔵するパワートランジスタのスイッチング動作に従って、鉛バッテリ１２側の電圧を昇圧してリチウムイオンバッテリ１４側へ供給し、或いは、リチウムイオンバッテリ１４側の電圧を降圧して鉛バッテリ１２側へ供給する。かかる構成において、上記したオルタネータ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介してリチウムイオンバッテリ１４に接続するので、発電時にその発電エネルギをリチウムイオンバッテリ１４に供給することによりリチウムイオンバッテリ１４を充電することができる。
【００２３】
上記した補機２６は、オルタネータ２０、鉛バッテリ１２、及びリチウムイオンバッテリ１４に接続されている。補機２６は、車両がエンジンにより走行する際はオルタネータ２０およびバッテリ１２，１４から電力の供給を受け、一方、エンジン停止中は鉛バッテリ１２又はリチウムイオンバッテリ１４から電力の供給を受ける。尚、補機２６には、オーディオ，カーナビゲーション等の、車両のイグニションスイッチがアクセサリ状態又はＩＧオン状態にある場合に電力の供給を受けることができる補機と、電動オイルポンプ，ＡＢＳ，エアコン等の、イグニションスイッチがＩＧオン状態にある場合に電力の供給を受けることができる補機と、が存在する。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０には、電源系電子制御ユニット（以下、電源系ＥＣＵと称す）３２が接続されている。電源系ＥＣＵ３２には、上記したエンジンＥＣＵ２２が接続されており、エンジンＥＣＵ２２において検出されたエンジン回転数ＮＥおよびＦ−Ｄｕｔｙが供給される。尚、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン回転数ＮＥをＴ２（＜Ｔ１）ごとに検出すると共に、Ｆ−ＤｕｔｙをＴ１ごとに検出するので、電源系ＥＣＵ３２は、エンジンＥＣＵ２２からＴ２ごとにエンジン回転数ＮＥを、また、Ｔ１ごとにＦ−Ｄｕｔｙをそれぞれ受信する。電源系ＥＣＵ３２は、エンジンＥＣＵ２２から供給されるエンジン回転数ＮＥおよびＦ−Ｄｕｔｙ、並びに、各バッテリ１２，１４の端子間電圧、充放電電流、及び温度等に基づいて、オルタネータ２０を含む鉛バッテリ１２側とリチウムイオンバッテリ１４側との間の電力授受が適切に行われるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を駆動する。
【００２５】
電源系ＥＣＵ３２には、また、上記した切換スイッチ１６が接続されている。切換スイッチ１６は、電源系ＥＣＵ３２からの指令に従って、エンジンスタータ１８と接続するバッテリを鉛バッテリ１２とリチウムイオンバッテリ１４とで選択的に切り換える機能を有している。電源系ＥＣＵ３２は、後述の規則に基づいて、エンジンスタータ１８と接続するバッテリを選択し、そのバッテリが選択されるように切換スイッチ１６を制御する。
【００２６】
電源系ＥＣＵ３２には、更に、運転状態検出装置（図示せず）が接続されている。運転状態検出装置は、エンジンが暖機状態にあるか否か、エンジン始動後の走行距離または車速が一定値に達しているか否か、運転者によるブレーキ操作の有無、変速機のシフト位置、並びに、車両がＡ／Ｔ車である場合はブレーキ踏力が一定値に達しているか否か、及び、車両がＭ／Ｔ車である場合はクラッチペダルの操作有無を検出する。電源系ＥＣＵ３２は、運転状態検出装置の検出結果に基づいて車両が停車状態（速度が略“０”にある状態）にあるか否かを判別し、エンジンを運転状態から停止状態に移行させかつその後停止状態から運転状態に移行させる制御（以下、アイドリングストップ制御と称す）の実行条件が成立するか否かを判別する。
【００２７】
次に、本実施例の車両用電源制御装置１０の動作について説明する。
【００２８】
本実施例において、エンジン停止中に車両運転者によりイグニションスイッチがオフ状態からアクセサリ状態に操作されると、アクセサリ状態で作動すべき補機２６が、鉛バッテリ１２から電力の供給を受けることにより作動可能な状態となる。また、イグニションスイッチがアクセサリ状態からＩＧオン状態に操作されると、ＩＧオン状態で作動すべき補機２６が、鉛バッテリ１２から電力の供給を受けることにより作動可能な状態となる。
【００２９】
更に、イグニションスイッチがＩＧオン状態からスタータオン状態に操作されると、鉛バッテリ１２から各補機２６への電力供給が停止されると共に、エンジンスタータ１８が、切換スイッチ１６を介して鉛バッテリ１２と接続し、鉛バッテリ１２から電力の供給を受けて作動可能な状態となる。この場合、エンジンスタータ１８はエンジンを回転させ、エンジンは停止状態から始動状態となる。エンジンは、始動され運転状態になると、イグニションスイッチがスタータオン状態からＩＧオン状態に移行してもその運転状態を継続する。
【００３０】
エンジンが始動され運転状態になると、以後、車両がアイドル状態、定常走行状態、及び減速状態にある場合に限り、エンジンＥＣＵ２２がオルタネータ２０の目標電圧（例えばアイドル状態時および定常走行状態時には予め定めたＶｔ１〜Ｖｔ２、減速状態時にはこの範囲よりも電圧の高いＶｔ３）を設定することにより、オルタネータ２０がエンジンの運動エネルギを電気エネルギに変換して発電する。この場合、オルタネータ２０の発電電圧で各補機２６が作動可能な状態になると共に、鉛バッテリ１２が充電され、或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の駆動によりオルタネータ２０の充電電圧を昇圧した電圧でリチウムイオンバッテリ１４が充電される。尚、この際、リチウムイオンバッテリ１４が満充電に至っている場合には、リチウムイオンバッテリ１４の過充電を防止すべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の駆動が禁止され、鉛バッテリ１２側からリチウムイオンバッテリ１４側への電力供給が中止される。
【００３１】
また、車両のエンジンが始動され運転状態になった後には、電源系ＥＣＵ３２が、運転状態検出装置によるブレーキ操作の有無及びそのブレーキ踏力，クラッチ操作の有無並びに変速機のシフト位置等に基づいて車両が停車状態にあるか否かを判別し、また、車両の停車状態、エンジンの暖機状態、およびエンジン始動後の走行距離または車速の履歴等に基づいてアイドリングストップ制御の実行条件が成立するか否かを判別する。その結果、アイドリングストップ制御の実行条件が成立する場合は、運転者がイグニションスイッチをＩＧオン状態からオフ状態へ移行させることなく燃料噴射や点火等の実行が停止され、エンジンが運転状態から停止状態へ移行される。
【００３２】
アイドリングストップ制御によりエンジンが停止状態にある場合、イグニションスイッチはＩＧオン状態に維持される。エンジンが停止状態にある場合には、オルタネータ２０が発電することができない。従って、アイドリングストップ制御によりエンジンが停止状態になると、以後、電源系ＥＣＵ３２は、補機２６への電力供給を確保すべくＤＣ／ＤＣコンバータ３０をリチウムイオンバッテリ１４からの放電を許可するように駆動する。この場合には、エアコンやパワーステアリング装置，メータ類等の補機２６がリチウムイオンバッテリ１４からＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して電力供給を受けて作動可能な状態となる。
【００３３】
また、アイドリングストップ制御によりエンジンが停止状態になると、以後、電源系ＥＣＵ３２は、リチウムイオンバッテリ１４からエンジンスタータ１８への電力供給を確保すべく切換スイッチ１６をリチウムイオンバッテリ１４側に切り換える。この場合には、エンジンスタータ１８と接続するバッテリが鉛バッテリ１２からリチウムイオンバッテリ１４へ切り換わり、エンジンスタータ１８がリチウムイオンバッテリ１４から電力の供給を受けて始動し得ることとなる。
【００３４】
アイドリングストップ制御によりエンジンが停止状態にある状況下には、電源系ＥＣＵ３２が、運転状態検出装置を用いて、車両がＡＴ車である場合は変速機のシフト位置が“Ｎ”レンジから“Ｄ”レンジ又は“Ｒ”レンジに移行したか否か或いはブレーキ操作が解除されたか否か、一方、車両がＭＴ車である場合はクラッチペダルが踏み込まれたか否かに基づいてアイドリングストップ制御の解除条件が成立するか否かを判別する。その結果、アイドリングストップ制御の解除条件が成立する場合は、運転者がイグニションスイッチをＩＧオン状態からスタータオン状態に移行させることなくエンジンスタータ１８が作動状態となり、エンジンが始動され、その運転状態が再開される。以下、このエンジン始動を再始動と、一方、通常どおりイグニションスイッチのスタータオンによるエンジン始動を通常始動と、それぞれ称す。
【００３５】
このように、本実施例の車両においては、エンジンが運転状態になった後、車両停車中において不必要なエンジンの運転を停止するアイドリングストップ制御が実行される。この場合、エンジンが無駄に運転状態に維持されることは回避される。このため、本実施例によれば、エンジンを効率よく運転することができ、車両の燃費を向上させることが可能となっている。
【００３６】
また、本実施例においては、運転者のイグニション操作による意思に基づくエンジン始動（通常始動）時には、エンジンスタータ１８が上述の如く鉛バッテリ１２から電力の供給を受けて作動状態になり、エンジンが始動される一方、アイドリングストップ制御によるエンジン始動（再始動）時には、切換スイッチ１６がエンジンスタータ１８に接続するバッテリをリチウムイオンバッテリ１４に切り換えることにより、エンジンスタータ１８がリチウムイオンバッテリ１４から電力の供給を受けて作動状態になり、エンジンが始動される。
【００３７】
かかる構成によれば、エンジンの通常始動時には単位時間に単位質量当たりに取り出せる出力（出力密度）の高い鉛バッテリ１２が用いられるので、冷間時であってもエンジンの始動性が確実に確保されると共に、エンジンの再始動時には単位質量当たりに取り出せるエネルギ（エネルギ密度）の高いリチウムイオンバッテリ１４が用いられるので、エンジンの始動・停止が頻繁に行われるアイドリングストップ制御が行われても鉛バッテリ１２の劣化が促進されることはなく、エンジンの始動性が確実に確保されることとなる。従って、本実施例によれば、運転者のイグニション操作に伴うエンジン始動であっても、また、アイドリングストップ制御に伴うエンジン始動であっても常に確実に、鉛バッテリ１２の劣化を促進させることなくかつ鉛バッテリ１２の容量を相対的に大きくすることなくエンジン始動を行うことが可能となる。
【００３８】
ところで、一般的に、本実施例の鉛バッテリ１２およびリチウムイオンバッテリ１４は、互いに充電受け入れ性の異なるバッテリである。具体的には、リチウムイオンバッテリ１４の充電受け入れ性の方が鉛バッテリ１２のものに比べて高い。従って、リチウムイオンバッテリ１４の充電を常時許可するものとすると、オルタネータ２０の発電エネルギが、充電受け入れ性の高いリチウムイオンバッテリ１４に偏る事態が生じ、充電受け入れ性の低い鉛バッテリ１２への充電が不十分となる不都合が生じ得る。
【００３９】
また、リチウムイオンバッテリ１４の充電を除いた鉛バッテリ１２の充電又は補機２６への電力供給等を行う必要があるために、オルタネータ２０がほぼ１００％の発電能力で発電すること、具体的には、フィールドコイルの通電状態が長時間継続することによりＦ−Ｄｕｔｙがほぼ１００％であることがある。かかる状態でリチウムイオンバッテリ１４の充電不足によりその充電が実行されるものとすると、オルタネータ２０の発電エネルギでリチウムイオンバッテリの充電不足分を賄うことができないので、鉛バッテリ１２が満充電に近い状態にある場合には、リチウムイオンバッテリの充電不足分がその鉛バッテリ１２の蓄電エネルギから補填される事態が生じ、鉛バッテリ１２の放電が頻繁に行われることとなる。この場合には、鉛バッテリ１２のバッテリ上がりが生じ易くなり、劣化が促進され、その寿命が悪化することとなる。
【００４０】
従って、本実施例の構成においてリチウムイオンバッテリ１４への充電を鉛バッテリ１２を考慮することなく行うのは、鉛バッテリ１２の性能を確保するうえで適切でない。そこで、本実施例のシステムは、リチウムイオンバッテリ１４の充電を鉛バッテリ１２の性能を低下させることなく実現することとしている。
【００４１】
図２は、オルタネータ２０の回転速度ｒｐｍとオルタネータ２０の発電電流との関係を、オルタネータ２０内のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙをパラメータにして表した図を示す。図２に示す如く、オルタネータ２０の回転速度が同一であっても、そのフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが大きいほど、オルタネータ２０の発生する発電電流が大きい。フィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙは、鉛バッテリ１２の充電や補機２６への電力供給等を行うために発電電流を大きくする必要があるほど大きくなる。
【００４２】
フィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが１００％でない場合には、オルタネータ２０がその回転速度に対して１００％の発電能力を発揮する必要はなく、また、実際に発揮しておらず、未だ発電する余裕を残していると判断できると共に、鉛バッテリ１２からの放電を行う必要はなく、実際に鉛バッテリ１２は放電していないと判断できる。
【００４３】
従って、リチウムイオンバッテリ１４の充電が行われていない状態でフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが１００％でない場合にはリチウムイオンバッテリ１４の充電を開始することとすれば、その後、オルタネータ２０の発電余裕分がリチウムイオンバッテリ１４に供給されることとなるので、リチウムイオンバッテリ１４を充電することが可能となる。また、フィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが１００％である場合にはリチウムイオンバッテリ１４の充電を禁止することとすれば、リチウムイオンバッテリ１４の充電を行うために鉛バッテリ１２が放電されるのを回避することが可能となる。
【００４４】
図３は、上記の機能を実現すべく、本実施例の車両用電源制御装置１０において電源系ＥＣＵ３２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３に示すルーチンは、エンジン回転数ＮＥの検出周期と同一のＴ２ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図３に示すルーチンが起動されると、まずステップ１００の処理が実行される。
【００４５】
ステップ１００では、オルタネータ２０のＦ−Ｄｕｔｙが所定値Ｆ０未満であるか否かが判別される。尚、所定値Ｆ０は、オルタネータ２０が現時点で発電し得る最大発電量とほぼ同程度の発電量を発電していると判断できる高い通電デューティ値であり、例えば９５％に設定されている。
【００４６】
Ｆ−Ｄｕｔｙ＜Ｆ０が成立する場合には、オルタネータ２０が現時点での目標電圧に対応して更に発電できる発電量を有していると判断できる。この場合には、その余裕分の発電エネルギをリチウムイオンバッテリ１４の充電に充当することが適切である。従って、かかる肯定判定がなされた場合には、次にステップ１０２の処理が実行される。一方、Ｆ−Ｄｕｔｙ＜Ｆ０が成立しない場合には、オルタネータ２０が現時点での目標電圧に対応して更に発電できる発電量を有していないと判断できる。かかる場合にリチウムイオンバッテリ１４の充電を許可するものとすると、鉛バッテリ１２が放電され、その蓄電エネルギがリチウムイオンバッテリ１４の充電に充当される事態が生ずる。従って、かかる否定判定がなされた場合には、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００４７】
ステップ１０２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を駆動することにより、リチウムイオンバッテリ１４の充電を行う処理が実行される。本ステップ１０２の処理が実行されると、以後、オルタネータ２０の発電エネルギは、リチウムイオンバッテリ１４に充電エネルギとして回収され、リチウムイオンバッテリ１４が充電される。本ステップ１０２の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００４８】
ステップ１０４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の駆動を行わず、リチウムイオンバッテリ１４への充電を禁止する処理が実行される。本ステップ１０４の処理が実行されると、以後、オルタネータ２０側からリチウムイオンバッテリ１４への電力供給は行われない。本ステップ１０４の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００４９】
上記図３に示すルーチンによれば、オルタネータ２０のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが所定値以上であり、オルタネータ２０の発電量が現時点での発電し得る最大発電量とほぼ同程度である場合にはリチウムイオンバッテリ１４の充電が行われないように、一方、フィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが所定値未満であり、オルタネータ２０の発電量が現時点での発電し得る最大発電量に達していない場合にはリチウムイオンバッテリ１４の充電が行われるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御することができる。
【００５０】
オルタネータ２０の発電量が現時点での発電し得る最大発電量に達していない場合は、オルタネータ２０に、鉛バッテリ１２や補機２６等の負荷への電力供給に対して発電余裕があるので、鉛バッテリ１２からの放電は生じていない。このため、上記の構成においては、リチウムイオンバッテリ１４の充電が鉛バッテリ１２からの放電を生じさせることなく行われる。
【００５１】
また、オルタネータ２０の発電余裕分がリチウムイオンバッテリ１４の充電エネルギとして用いられれば、鉛バッテリ１２の充電が十分に確保された状態でリチウムイオンバッテリ１４の充電が行われるので、リチウムイオンバッテリ１４の充電を行うことに起因して鉛バッテリ１２の充電が十分に確保されない不都合が生ずることはない。すなわち、上記の構成においては、リチウムイオンバッテリ１４の充電が鉛バッテリ１２の充電に悪影響を与えることなく行われる。
【００５２】
従って、本実施例の車両用電源制御装置１０によれば、リチウムイオンバッテリ１４の充電を、鉛バッテリ１２の性能を低下させることなく実現することが可能となっている。このため、本実施例によれば、リチウムイオンバッテリ１４の充電に起因する鉛バッテリ１２のバッテリ上がりを抑制し、その劣化促進や寿命悪化を防止することが可能となっている。
【００５３】
また、本実施例において、オルタネータ２０の発電量が現時点での発電し得る最大発電量に達しているか否かの判定、すなわち、オルタネータ２０に発電余裕があるか否かの判定は、オルタネータ２０の有するフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙに基づいて行われる。オルタネータ２０に発電余裕があるか否かは、フィールドコイルの通電デューティ以外に、そのオルタネータ２０に直接に接続された鉛バッテリ１２が放電しているか否かに基づいても判定できる。具体的には、鉛バッテリ１２からの放電が生じている場合にはオルタネータ２０に発電余裕がないと判断でき、一方、鉛バッテリ１２からの放電が生じていない場合にはオルタネータ２０に発電余裕があると判断できる。しかしながら、鉛バッテリ１２の放電有無に基づいてオルタネータ２０に発電余裕があるか否かを判定する手法では、一時的ではあるが、鉛バッテリ１２からの放電を許容することとなり、鉛バッテリ１２の性能低下を招くこととなる。
【００５４】
これに対して、本実施例の車両用電源制御装置１０においては、上述の如く、オルタネータ２０に発電余裕があるか否かの判定は、オルタネータ２０の有するフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙに基づいて行われる。この場合には、オルタネータ２０の発電余裕の有無を判定するうえで、鉛バッテリ１２の放電を一時的であっても許容することは回避される。従って、本実施例の車両用電源制御装置１０によれば、リチウムイオンバッテリ１４の充電を行ううえで必要なオルタネータ２０の発電余裕の有無判定を、鉛バッテリ１２の放電を許容することなく実現することが可能となっている。
【００５５】
ところで、本実施例においては、上述の如く、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン回転数ＮＥをＴ２ごとに検出すると共に、Ｆ−ＤｕｔｙをＴ１ごとに検出するので、電源系ＥＣＵ３２は、エンジンＥＣＵ２２からＴ２ごとにエンジン回転数ＮＥを、また、Ｔ１（＞Ｔ２）ごとにＦ−Ｄｕｔｙをそれぞれ受信する。すなわち、Ｆ−Ｄｕｔｙの検出周期は、エンジン回転数ＮＥの検出周期に比べてＴ１／Ｔ２倍ほど長い。このため、電源系ＥＣＵ３２においては、検出されるエンジン回転数ＮＥが変化するにもかかわらず、検出されるＦ−Ｄｕｔｙが変化しない事態が生ずる。
【００５６】
一般に、オルタネータ２０の発電すべき発電量が固定されるものとした場合、オルタネータ２０の有するフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴って変化する。従って、オルタネータ２０のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙがエンジン回転数ＮＥの変化に伴って実際には変化しているにもかかわらず、エンジンＥＣＵ２２から供給されたＦ−Ｄｕｔｙがそのままリチウムイオンバッテリ１４の充電制御に用いられるものとすると、オルタネータ２０に発電余裕があるか否かの判定が正確に行われない事態が生じ、それに起因してリチウムイオンバッテリ１４の充電を鉛バッテリ１２の性能を低下させることなく実現することができない不都合が生じ得る。
【００５７】
そこで、本実施例のシステムは、リチウムイオンバッテリ１４の充電を鉛バッテリ１２の性能を低下させることなく実現するうえで必要なオルタネータ２０の発電余裕の有無の判定を精度よく行う点に特徴を有している。以下、本実施例の特徴部について説明する。
【００５８】
上記の如く、電源系ＥＣＵ３２においては、検出されるエンジン回転数ＮＥが変化するにもかかわらず、検出されるＦ−Ｄｕｔｙが変化しない事態が生ずる。本実施例において、電源系ＥＣＵ３２は、上記図２に示す如き、オルタネータ２０内のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙをパラメータにしたオルタネータ２０の回転速度ｒｐｍとオルタネータ２０の発電電流との関係をマップとして記憶している。オルタネータ２０の回転速度とエンジン回転速度との関係は所定のプーリ比に固定されるので、電源系ＥＣＵ３２は、エンジン回転数ＮＥに基づいてオルタネータ２０の単位時間当たりの回転数、すなわち、オルタネータ２０の回転速度ｒｐｍを算出することができる。
【００５９】
電源系ＥＣＵ３２は、エンジンＥＣＵ２２から供給されるＦ−Ｄｕｔｙを検出すると、その検出値を用いて上述した図３に示すルーチンを実行すると共に、そのＦ−Ｄｕｔｙとその検出時点において検出されるエンジン回転数ＮＥから定まるオルタネータ２０の回転速度ｒｐｍとの関係に基づいて、オルタネータ２０の発電量（発電電流）を内蔵メモリに記憶する。電源系ＥＣＵ３２は、エンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙを検出した後、エンジン回転数ＮＥを検出するごとに、そのエンジン回転数ＮＥに基づいてオルタネータ２０の回転速度ｒｐｍを算出し、その算出した回転速度ｒｐｍの値に基づいて、エンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙの検出後におけるＦ−Ｄｕｔｙの変化を、オルタネータ２０の発電量を内蔵メモリに記憶された発電量に固定するものとして図２に示す如きマップを参照して推定する。そして、その推定した変化分だけエンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙを補正することにより、現に生じていると判断されるオルタネータ２０のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを算出し、その算出値を用いて上述した図３に示すルーチンを実行する。以下、かかる処理を繰り返し実行する。
【００６０】
上記の構成においては、電源系ＥＣＵ３２においてエンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙが検出された後、そのＦ−Ｄｕｔｙの検出周期よりも短い検出周期でエンジンＥＣＵ２２からのエンジン回転数ＮＥが検出されるごとに、実際にオルタネータ２０のフィールドコイルに生じていると推定される通電デューティが算出される。
【００６１】
図４は、上記の機能を実現すべく、本実施例の車両用電源制御装置１０において電源系ＥＣＵ３２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図４に示すルーチンは、エンジン回転数ＮＥの検出周期と同一のＴ２ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図４に示すルーチンが起動されると、まずステップ１５０の処理が実行される。
【００６２】
ステップ１５０では、エンジンＥＣＵ２２から供給されるべきＦ−Ｄｕｔｙが受信されたか否かが判別される。その結果、肯定判定がなされた場合は、次にステップ１５２の処理が実行される。一方、否定判定がなされた場合は、次にステップ１５４の処理が実行される。
【００６３】
ステップ１５２では、オルタネータ２０のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを、上記ステップ１５０で受信されたエンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙへ更新する処理が実行される。本ステップ１５２の処理が実行されると、以後、この更新された通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを用いて、上記した図３に示すルーチン、すなわち、リチウムイオンバッテリ１４の充電制御が実行されることとなる。本ステップ１５２の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００６４】
ステップ１５４では、エンジンＥＣＵ２２から供給されるべきエンジン回転数ＮＥが受信されたか否かが判別される。その結果、否定判定がなされた場合は、以後、何ら処理が進められることなく、今回のルーチンは終了される。一方、肯定判定がなされた場合は、次にステップ１５６の処理が実行される。
【００６５】
ステップ１５６では、まず、上記ステップ１５４で受信されたエンジンＥＣＵ２２からのエンジン回転数ＮＥに基づいてオルタネータ２０の回転速度ｒｐｍを算出し、その算出した回転速度ｒｐｍの値に基づいて、エンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙの検出後におけるＦ−Ｄｕｔｙの変化を図２に示す如きマップを参照して推定し、そして、その推定した変化分だけエンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙを補正する処理が実行される。本ステップ１５６の処理が実行されると、以後、この補正された結果得られた通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを用いて、上記した図３に示すルーチン、すなわち、リチウムイオンバッテリ１４の充電制御が実行されることとなる。本ステップ１５６の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００６６】
上記図４に示すルーチンによれば、エンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙが検出された直後には、その検出されたＦ−Ｄｕｔｙの値をオルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙとして用いると共に、エンジンＥＣＵ２２からのオルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが検出されてから次に検出されるまでの間には、そのＦ−Ｄｕｔｙの検出周期（Ｔ１）よりも短い検出周期（Ｔ２）でエンジンＥＣＵ２２からのエンジン回転数ＮＥが検出されるごとに所定のマップを参照することにより推定されるＦ−Ｄｕｔｙの値をオルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙとして用いることができる。
【００６７】
かかる構成においては、電源系ＥＣＵ３２においてエンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙが検出された後、エンジンＥＣＵ２２からのエンジン回転数ＮＥが検出されるごとに、実際にオルタネータ２０のフィールドコイルに生じていると推定される通電デューティが算出される。この算出は、例えば電源系ＥＣＵ３２におけるＦ−Ｄｕｔｙの検出周期がＴ１でありかつエンジン回転数ＮＥの検出周期がＴ２であるものとした場合、エンジンＥＣＵ２２からのオルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが検出されてから次に検出されるまでの間に（Ｔ１／Ｔ２−１）回行われる。
【００６８】
一般に、オルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴って変化するものである。従って、上記の構成によれば、エンジンＥＣＵ２２からのＦ−Ｄｕｔｙが検出されてから次に検出されるまでの間においても、オルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを正確に算出することができる。
【００６９】
オルタネータ２０の有するフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙは、リチウムイオンバッテリ１４の充電制御に用いられる。具体的には、フィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙに基づいてオルタネータ２０の発電余裕があるか否かの判定が行われ、オルタネータ２０に発電余裕がある場合にリチウムイオンバッテリ１４が充電されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０が制御される。
【００７０】
従って、本実施例の車両用電源制御装置１０によれば、エンジンＥＣＵ２２から供給されるべきＦ−Ｄｕｔｙがデータとして検出されてから次に検出されるまでの間であっても、エンジン回転数ＮＥの変化に応じたオルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが正確に算出されるので、リチウムイオンバッテリ１４の充電を行ううえで必要なオルタネータ２０の発電余裕の有無判定を精度よく行うことが可能となっている。このため、本実施例において、リチウムイオンバッテリ１４への充電は、鉛バッテリ１２の性能を確実に低下させることなく実現されることとなる。
【００７１】
また、逆に、本実施例においては、エンジンＥＣＵ２２から供給されるべきＦ−Ｄｕｔｙがデータとして検出されてから次に検出されるまでの間であっても、エンジン回転数ＮＥの変化に応じたオルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙが正確に算出されるので、そのＦ−Ｄｕｔｙの精度を向上させるために、エンジンＥＣＵ２２から電源系ＥＣＵ３２へのＦ−Ｄｕｔｙ値の通信・供給周期、すなわち、Ｆ−Ｄｕｔｙの検出周期を、エンジン回転数ＮＥの通信・供給周期（検出周期）と同程度に設定することは不要である。
【００７２】
このため、本実施例の車両用電源制御装置１０によれば、エンジンＥＣＵ２２および電源系ＥＣＵ３２の性能を向上させることなく簡易な構成で、オルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙの算出を正確に行うことができ、リチウムイオンバッテリ１４への充電を鉛バッテリ１２の性能を確実に低下させることなく実現することが可能となっている。
【００７３】
尚、上記の実施例においては、鉛バッテリ１２が特許請求の範囲に記載した「第１バッテリ」に、リチウムイオンバッテリ１４が特許請求の範囲に記載した「第２バッテリ」に、ＤＣ／ＤＣコンバータが特許請求の範囲に記載した「電圧制御器」に、オルタネータ２０のフィールドコイルの通電デューティが特許請求の範囲に記載した「現時点での発電制御指示値の最大値に対する実際の発電制御指示値の割合」に、単位時間当たりのエンジン回転数ＮＥが特許請求の範囲に記載した「エンジンの回転速度」に、それぞれ相当している。
【００７４】
また、上記の実施例においては、電源系ＥＣＵ３２が、エンジンＥＣＵ２２から供給されるフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを検出することにより特許請求の範囲に記載した「実発電割合検出手段」が、エンジンＥＣＵ２２から供給されるエンジン回転数ＮＥを検出することにより特許請求の範囲に記載した「エンジン回転速度検出手段」が、上記図４に示すルーチン中ステップ１５６の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「補正手段」が、上記図３に示すルーチンを実行することにより特許請求の範囲に記載した「第２バッテリ充電制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００７５】
ところで、上記の実施例においては、車両に搭載されるバッテリとして鉛バッテリ１２及びリチウムイオンバッテリ１４を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ニッケル水素バッテリ等を用いた構成に適用することも可能である。
【００７６】
また、上記の実施例においては、オルタネータ２０の目標電圧を制御するエンジンＥＣＵ２２、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御する電源系ＥＣＵ３２をそれぞれ別個に設け、エンジンＥＣＵ２２の検出するオルタネータ２０のフィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを通信線を介して電源系ＥＣＵ３２に供給することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、オルタネータ２０の目標電圧を制御すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を唯一つ設け、フィールドコイルの通電デューティＦ−Ｄｕｔｙを通信することなくオルタネータ２０の発電余裕の有無を判定する構成に適用することも可能である。尚、かかる構成においても、エンジン回転数ＮＥの検出周期は例えばＴ２であり、また、オルタネータ２０における通電デューティＦ−Ｄｕｔｙの検出周期はエンジン回転数ＮＥの検出周期よりも長いＴ１であるものとする。
【００７７】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、第２バッテリの充電を行ううえで必要な発電機の発電余裕の有無判定を精度よく行うことができ、これにより、第２バッテリの充電を第１バッテリの性能を確実に低下させることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である車両用電源制御装置を備えるシステムの構成図である。
【図２】発電機の回転速度ｒｐｍと発電機の発電電流との関係を、発電機内のフィールドコイルの通電デューティをパラメータにして表した図である。
【図３】本実施例において、第２バッテリの充電を制御すべく実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】本実施例において、発電機内のフィールドコイルの通電デューティを算出すべく実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０車両用電源制御装置
１２鉛バッテリ
１４リチウムイオンバッテリ
２０オルタネータ
２２エンジンＥＣＵ
３０直流−直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
３２電源系ＥＣＵ
Ｆ−Ｄｕｔｙ通電デューティ

Claims

発電機に接続された第１バッテリと、前記第１バッテリと並列に、前記発電機に電圧制御器を介して接続された第２バッテリと、を備える車両用電源制御装置であって、
前記発電機の現時点での発電制御指示値の最大値に対する実際の発電制御指示値の割合を検出する実発電割合検出手段と、
前記発電機に動力を伝達するエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された以後、前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度に基づいて、該実発電割合検出手段により検出された前記割合を、前記発電機の発電量が固定されるように補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された結果得られる前記割合が所定の割合未満であるか否かに基づいて、前記第２バッテリへの充電が許可・禁止されるように前記電圧制御器を制御する第２バッテリ充電制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用電源制御装置。
前記補正手段は、前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された以後、前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度の変化に応じた該割合の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の車両用電源制御装置。
前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された時点で、該割合と前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度とに基づいて求まる前記発電機の発電量を記憶する記憶手段を備え、
前記補正手段は、前記実発電割合検出手段により前記割合が検出された以後、前記エンジン回転速度検出手段により検出される前記エンジンの回転速度に基づいて、該実発電割合検出手段により検出された前記割合を、前記発電機の発電量が前記記憶手段に記憶された発電量に固定されるように補正することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用電源制御装置。
前記実発電割合検出手段による前記割合の検出周期が、前記エンジン回転速度検出手段による前記エンジンの回転速度の検出周期に比して長いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の車両用電源制御装置。
前記発電機が、発電制御指示電圧に対するフィールドコイルの通電デューティを出力するレギュレータ付き発電機であると共に、
前記実発電割合検出手段は、前記発電機から出力される通電デューティに基づいて前記割合を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の車両用電源制御装置。