JP6233349B2 - 充電制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、充電制御装置に関する。
車両が減速状態にあると判定されたときに、バッテリを充電するオルタネータの充電設定電圧を高くすることで、バッテリが吸収するエネルギー量(バッテリの充電量)を増やす技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
バッテリに印加される充電電圧を上昇させるほど、バッテリの電解液に含まれる水の電気分解が促進されるため、バッテリの電解液の減少速度は速くなる。しかしながら、電解液の実際の減少速度は、バッテリの充電電圧や温度や充電率の違いによって変動するため、電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整することは難しい。
そこで、バッテリの電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整し易い、充電制御装置の提供を目的とする。
一つの案では、
車両のバッテリの電圧を測定し、前記バッテリの電圧測定値を出力する電圧測定部と、
前記バッテリの温度を測定し、前記バッテリの温度測定値を出力する温度測定部と、
前記バッテリの充電率を算出し、前記バッテリの充電率算出値を出力する充電率算出部と、
前記バッテリの電解液の減少速度と前記バッテリの電圧と前記バッテリの温度と前記バッテリの充電率との相関関係に基づいて、前記電圧測定値と前記温度測定値と前記充電率算出値とに対応する前記減少速度を算出する減少速度算出部と、
前記減少速度算出部により算出された前記減少速度の履歴に基づいて、前記減少速度の平均値である平均減少速度を算出する平均値算出部と、
前記車両の減速による前記バッテリへの回生時、又は前記バッテリの充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、前記バッテリに前記車両のオルタネータによって印加される充電電圧を上昇させる充電制御部とを備え、
前記充電制御部は、前記平均減少速度が所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標減少速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量を少なくする、充電制御装置が提供される。
車両のバッテリの電圧を測定し、前記バッテリの電圧測定値を出力する電圧測定部と、
前記バッテリの温度を測定し、前記バッテリの温度測定値を出力する温度測定部と、
前記バッテリの充電率を算出し、前記バッテリの充電率算出値を出力する充電率算出部と、
前記バッテリの電解液の減少速度と前記バッテリの電圧と前記バッテリの温度と前記バッテリの充電率との相関関係に基づいて、前記電圧測定値と前記温度測定値と前記充電率算出値とに対応する前記減少速度を算出する減少速度算出部と、
前記減少速度算出部により算出された前記減少速度の履歴に基づいて、前記減少速度の平均値である平均減少速度を算出する平均値算出部と、
前記車両の減速による前記バッテリへの回生時、又は前記バッテリの充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、前記バッテリに前記車両のオルタネータによって印加される充電電圧を上昇させる充電制御部とを備え、
前記充電制御部は、前記平均減少速度が所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標減少速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量を少なくする、充電制御装置が提供される。
一態様によれば、前記平均減少速度が前記所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量が抑えられる。よって、前記平均減少速度が前記所定の目標減少速度よりも遅い場合、前記バッテリの電解液の実際の減少速度を前記所定の目標減少速度に近づくように速くすることができる一方で、前記平均減少速度が前記所定の目標減少速度よりも速い場合、前記バッテリの電解液の実際の減少速度が前記所定の目標減少速度から乖離しすぎることを防止することができる。つまり、バッテリの電解液の実際の減少速度を所定の目標減少速度と同程度に調整し易くすることができる。
<充電制御装置の構成の一例>
図1は、充電制御装置20を備える車両10の構成の一例を模式的に示す図である。車両10は、エンジン2と、補機3と、オルタネータ6と、バッテリ8と、充電制御装置20とを備える。エンジン2は、トランスミッション1を介して車輪7を回転させて車両10を走行させる内燃機関の一例である。補機3は、エンジン2の出力を利用して動作する装置(例えば、ラジエータなど)である。オルタネータ6は、ベルト4とプーリ5を介して伝達されるエンジン2の出力を利用して発電し、発電した電力をバッテリ8に充電する発電機の一例である。
図1は、充電制御装置20を備える車両10の構成の一例を模式的に示す図である。車両10は、エンジン2と、補機3と、オルタネータ6と、バッテリ8と、充電制御装置20とを備える。エンジン2は、トランスミッション1を介して車輪7を回転させて車両10を走行させる内燃機関の一例である。補機3は、エンジン2の出力を利用して動作する装置(例えば、ラジエータなど)である。オルタネータ6は、ベルト4とプーリ5を介して伝達されるエンジン2の出力を利用して発電し、発電した電力をバッテリ8に充電する発電機の一例である。
バッテリ8は、オルタネータ6の発電によって充電可能な二次電池の一例である。バッテリ8は、エンジン2を始動させる電力を供給する供給源であり、車両10に搭載される電装製品等の負荷を動作させる電力も供給できる蓄電装置である。バッテリ8の具体例として、鉛バッテリが挙げられる。
充電制御装置20は、バッテリ8の充電を制御する装置の一例であり、電圧測定部31と、電流測定部32と、温度測定部33と、ECU40とを備える。
電圧測定部31は、バッテリ8の電圧(バッテリ電圧)を測定し、バッテリ8の電圧測定値(バッテリ電圧測定値)を出力する電圧測定手段の一例である。電圧測定部31の具体例として、バッテリ電圧を検出する電圧センサが挙げられる。
電流測定部32は、バッテリ8を流れる電流(バッテリ電流)を測定し、バッテリ8の電流測定値(バッテリ電流測定値)を出力する電流測定手段の一例である。電流測定部32は、バッテリ8に流れる充電電流又は放電電流を測定できる。電流測定部32の具体例として、バッテリ電流を検出する電流センサが挙げられる。
温度測定部33は、バッテリ8の温度(バッテリ温度)を測定し、バッテリ8の温度測定値(バッテリ温度測定値)を出力する温度測定手段の一例である。温度測定部33は、バッテリ8の電解液の温度をバッテリ温度として測定するものでもよいし、バッテリ8の容器の温度をバッテリ温度として測定するものでもよい。温度測定部33の具体例として、バッテリ温度をサーミスタにより検出する温度センサが挙げられる。
ECU40は、バッテリ電圧測定値、バッテリ電流測定値及びバッテリ温度測定値を取得し、バッテリ8に印加される充電電圧Vcをオルタネータ6に指示する電子制御装置(Electronic Control Unit)である。ECU40は、充電制御部41と、充電率算出部42と、減少速度算出部43と、平均値算出部44とを備える。充電制御部41と、充電率算出部42と、減少速度算出部43と、平均値算出部44との各機能は、中央演算処理装置(CPU)を備えるマイクロコンピュータによって実現される。
充電制御部41は、車両10の減速によるバッテリ8への回生時、又はバッテリ8の充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、バッテリ8にオルタネータ6によって印加される充電電圧Vcを上昇させる充電制御を実行する充電制御手段の一例である。充電制御の実行によって、車両10の燃費を向上させることができる。
充電率算出部42は、バッテリ8の充電率を算出し、バッテリ8の充電率算出値を出力する充電率算出手段の一例である。充電率算出部42は、例えば、バッテリ充電率を表すSOC(State of Charge)を算出し、SOC算出値を出力する。SOCは、例えば、『(バッテリ8の残容量[A・s])÷(バッテリ8の満充電容量[A・s])×100[%]』で定義される値である。
充電率算出部42は、例えば、オルタネータ6が作動していない状態で電圧測定部31により得られるバッテリ電圧測定値に基づいてバッテリ充電率を算出し、算出したバッテリ充電率をバッテリ温度測定値とバッテリ電流測定値の少なくとも一方により補正して、正確なバッテリ充電率を算出する。なお、充電率算出部42によるバッテリ充電率の算出方法は、任意でよい。
減少速度算出部43は、バッテリ8の電解液の減少速度(減液速度)とバッテリ電圧とバッテリ温度とバッテリ充電率との相関関係に基づいて、バッテリ電圧測定値とバッテリ温度測定値とバッテリ充電率算出値とに対応する減液速度を算出する減少速度算出手段の一例である。減液速度とは、バッテリ8の単位時間当たりの電解液の減液量を表す。減液速度の単位は、例えば[g(グラム)/h(時間)]である。また、減液速度とバッテリ電圧とバッテリ温度とバッテリ充電率との相関関係は、例えば、マップや回帰式によって定義される。
平均値算出部44は、減少速度算出部43により算出された減液速度の履歴に基づいて、減液速度の平均値である平均減液速度(すなわち、バッテリ8の電解液の減少速度の平均値である平均減少速度)を算出する平均値算出手段の一例である。減少速度算出部43は、現時点以前に周期的に算出してきた複数の減液速度をメモリに記憶し、平均値算出部44は、それらの複数の減液速度の平均値を算出する。
<充電制御の第一例>
図2は、バッテリ温度及びSOCに基づいて、バッテリ8に印加される充電電圧Vcを上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。「減速回生」と記された期間は、車両10の減速によるバッテリ8への回生時を表し、「回復充電」と記された期間は、バッテリ8のSOCを所定の目標充電率Stまで回復させる回復充電時を表す。
図2は、バッテリ温度及びSOCに基づいて、バッテリ8に印加される充電電圧Vcを上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。「減速回生」と記された期間は、車両10の減速によるバッテリ8への回生時を表し、「回復充電」と記された期間は、バッテリ8のSOCを所定の目標充電率Stまで回復させる回復充電時を表す。
充電制御部41は、充電電圧Vcとバッテリ温度とSOCとの相関関係(以下、「相関関係X1」と称する)に基づいて、減速回生開始時のバッテリ温度測定値と減速回生開始時のSOC算出値とに対応する充電電圧Vcを算出する。相関関係X1は、減速回生時の充電電圧Vcの算出に充電制御部41によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部41は、相関関係X1に基づいて減速回生時の充電電圧Vcを算出し、算出した減速回生時の充電電圧Vcが減速回生時にバッテリ8に印加されるように、オルタネータ6を制御する。
充電制御部41は、充電電圧Vcとバッテリ温度とSOCとの相関関係(以下、「相関関係X2」と称する)に基づいて、回復充電開始時のバッテリ温度測定値と回復充電開始時のSOC算出値とに対応する充電電圧Vcを算出する。相関関係X2は、回復充電時の充電電圧Vcの算出に充電制御部41によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部41は、相関関係X2に基づいて回復充電時の充電電圧Vcを算出し、算出した回復充電時の充電電圧Vcがバッテリ8に回復充電時に印加されるように、オルタネータ6を制御する。
図3は、バッテリ温度と減液速度と目標減液速度Vtと充電電圧Vcとの相関関係の一例を示す図である。Vc1,Vc2,Vc3は、充電電圧Vcの具体例を示す。図3の上グラフに示されるように、減液速度は、バッテリ温度が高くなるほど速くなり、充電電圧Vcが高くなるほど速くなる。
例えば図3の上グラフに示されるように、バッテリ温度が基準温度T1の時に充電電圧Vc1でバッテリ8を充電するときの減液速度を目標減液速度Vtと設定する場合を考える。この場合、図3の下グラフによれば、バッテリ温度がT2の時に充電電圧Vc2でバッテリ8が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Vtに一致することがわかる。同様に、バッテリ温度がT3の時に充電電圧Vc3でバッテリ8が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Vtに一致することがわかる。
そこで、充電制御部41は、図3の下グラフのような相関関係(つまり、減液速度を目標減液速度Vtに一致させる充電電圧Vcとバッテリ温度との相関関係)に基づいて、バッテリ温度測定値に対応する充電電圧Vcを算出し、算出した充電電圧Vcでバッテリ8を充電させる充電制御を実行する。これにより、バッテリ8の電解液の実際の減液速度を目標減液速度Vtと同程度に調整することが容易になる。
図4は、SOCと減液速度と目標減液速度Vtと充電電圧Vcとの相関関係の一例を示す図である。図4の上グラフに示されるように、減液速度は、SOCが高くなるほど速くなり、充電電圧Vcが高くなるほど速くなる。
例えば図4の上グラフに示されるように、SOCが基準値S1の時に充電電圧Vc1でバッテリ8を充電するときの減液速度を目標減液速度Vtと設定する場合を考える。この場合、図4の下グラフによれば、SOCがS2の時に充電電圧Vc2でバッテリ8が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Vtに一致することがわかる。同様に、SOCがS3の時に充電電圧Vc3でバッテリ8が充電されることによって、減液速度が目標減液速度Vtに一致することがわかる。
そこで、充電制御部41は、図4の下グラフのような相関関係(つまり、減液速度を目標減液速度Vtに一致させる充電電圧VcとSOCとの相関関係)に基づいて、SOC算出値に対応する充電電圧Vcを算出し、算出した充電電圧Vcでバッテリ8を充電させる充電制御を実行する。これにより、バッテリ8の電解液の実際の減液速度を目標減液速度Vtと同程度に調整することが容易になる。
便宜上、バッテリ温度と充電電圧Vcとの相関関係(図3)と、SOCと充電電圧Vcとの相関関係(図4)とを分けて説明したが、図3の相関関係と図4の相関関係とを組み合わせることで、上述の相関関係X1や相関関係X2を作成することができる。
したがって、充電制御部41は、減速回生時の充電電圧Vcの算出に相関関係X1を使用することで、減液速度を目標減液速度Vtに一致させる充電電圧Vcを算出できる。そして、充電制御部41は、減速回生時の充電電圧Vcの算出に相関関係X1を使用することで、減速回生時の充電電圧Vcを、バッテリ温度が高い場合、バッテリ温度が低い場合に比べて低くでき、SOCが高い場合、SOCが低い場合に比べて低くできる。よって、図2に示されるように、充電制御部41は、バッテリ8の実際の減液速度を目標減液速度Vtと同程度になるように、減速回生時の充電電圧Vcの上昇量を増減できる。
同様に、充電制御部41は、回復充電時の充電電圧Vcの算出に相関関係X2を使用することで、減液速度を目標減液速度Vtに一致させる充電電圧Vcを算出できる。そして、充電制御部41は、回復充電時の充電電圧Vcの算出に相関関係X2を使用することで、回復充電時の充電電圧Vcを、バッテリ温度が高い場合、バッテリ温度が低い場合に比べて低くでき、SOCが高い場合、SOCが低い場合に比べて低くできる。よって、図2に示されるように、充電制御部41は、バッテリ8の実際の減液速度を目標減液速度Vtと同程度になるように、回復充電時の充電電圧Vcの上昇量を増減できる。
なお、目標減液速度Vtは、例えば、充電制御がない車両に搭載されるバッテリの減液速度と同じ減液速度に設定されることで、充電制御部41は、バッテリ8の実際の減液速度を、充電制御がない車両に搭載されるバッテリの減液速度と同程度に調整できる。
<充電制御の第二例>
図5は、バッテリ温度とSOCと平均減液速度Vaに基づいて、バッテリ8に印加される充電電圧Vcを上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。平均減液速度Vaは、上述の通り、減少速度算出部43により算出された減液速度の履歴に基づいて、平均値算出部44により算出される。
図5は、バッテリ温度とSOCと平均減液速度Vaに基づいて、バッテリ8に印加される充電電圧Vcを上昇させる充電制御の一例を示すタイミングチャートである。平均減液速度Vaは、上述の通り、減少速度算出部43により算出された減液速度の履歴に基づいて、平均値算出部44により算出される。
充電制御部41は、充電電圧Vcと、平均減液速度Vaと目標減液速度Vtとの差(=Va−Vt)との相関を定めた減速回生時用の相関関係(以下、「相関関係X3」と称する)に基づいて、現時点の(Va−Vt)に対応する充電電圧Vcを算出する。相関関係X3は、減速回生時の充電電圧Vcの算出に充電制御部41によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部41は、相関関係X3に基づいて減速回生時の充電電圧Vcを算出し、算出した減速回生時の充電電圧Vcが減速回生時にバッテリ8に印加されるように、オルタネータ6を制御する。
充電制御部41は、充電電圧Vcと、平均減液速度Vaと目標減液速度Vtとの差(=Va−Vt)との相関を定めた回復充電時用の相関関係(以下、「相関関係X4」と称する)に基づいて、現時点の(Va−Vt)に対応する充電電圧Vcを算出する。相関関係X4は、回復充電時の充電電圧Vcの算出に充電制御部41によって使用されるものであり、例えば、マップや回帰式によって定義される。充電制御部41は、相関関係X4に基づいて回復充電時の充電電圧Vcを算出し、算出した回復充電時の充電電圧Vcが回復充電時にバッテリ8に印加されるように、オルタネータ6を制御する。
図6は、(Va−Vt)と充電電圧Vcとの相関関係の一例を示す図である。図6に示されるように、充電電圧Vcは、(Va−Vt)が正の場合、(Va−Vt)が負の場合に比べて低くなる。(Va−Vt)がd1未満のとき、充電電圧Vは、一定のVc3である(d1は負値)。(Va−Vt)がd1以上d2未満のとき、充電電圧Vは、(Va−Vt)が大きくなるにつれて低くなる(d2は正値)。(Va−Vt)がd2以上のとき、充電電圧Vは、一定のVc1である(Vc1は、Vc3よりも低い)。充電制御部41は、図6のような相関関係X3又は相関関係X4に基づいて、充電電圧Vcを算出する。
充電制御部41は、充電電圧Vcの算出に図6のような相関関係を使用することで、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも速い場合(Va−Vtが正の場合)の充電電圧Vcを、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも遅い場合(Va−Vtが負の場合)の充電電圧Vcよりも低く算出できる。
したがって、充電制御部41は、図6のような相関関係X3の使用により、図5の通り、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも速い場合(期間Dの場合)、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも遅い場合(期間Aの場合)に比べて、減速回生時の充電電圧Vcの上昇量を少なくできる。よって、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも遅い期間Aでは、バッテリ8の実際の減液速度を目標減液速度Vtに近づくように速くすることができる一方で、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも速い期間Dでは、バッテリ8の実際の減液速度が目標減液速度Vtから乖離しすぎることを防止することができる。つまり、充電制御部41は、バッテリ8の実際の減液速度を目標減液速度Vtと同程度になるように、減速回生時の充電電圧Vcの上昇量を増減できる。
同様に、充電制御部41は、図6のような相関関係X4の使用により、図5の通り、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも速い場合(期間Cの場合)、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも遅い場合(期間Bの場合)に比べて、回復充電時の充電電圧Vcの上昇量を少なくできる。よって、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも遅い期間Bでは、バッテリ8の実際の減液速度を目標減液速度Vtに近づくように速くすることができる一方で、平均減液速度Vaが目標減液速度Vtよりも速い期間Cでは、バッテリ8の実際の減液速度が目標減液速度Vtから乖離しすぎることを防止することができる。つまり、充電制御部41は、バッテリ8の実際の減液速度を目標減液速度Vtと同程度になるように、回復充電時の充電電圧Vcの上昇量を増減できる。
以上、充電制御装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
6 オルタネータ
8 バッテリ
10 車両
20 充電制御装置
31 電圧測定部
32 電流測定部
33 温度測定部
40 ECU
41 充電制御部
42 充電率算出部
43 減少速度算出部
44 平均値算出部
8 バッテリ
10 車両
20 充電制御装置
31 電圧測定部
32 電流測定部
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40 ECU
41 充電制御部
42 充電率算出部
43 減少速度算出部
44 平均値算出部
Claims (1)
- 車両のバッテリの電圧を測定し、前記バッテリの電圧測定値を出力する電圧測定部と、
前記バッテリの温度を測定し、前記バッテリの温度測定値を出力する温度測定部と、
前記バッテリの充電率を算出し、前記バッテリの充電率算出値を出力する充電率算出部と、
前記バッテリの電解液の減少速度と前記バッテリの電圧と前記バッテリの温度と前記バッテリの充電率との相関関係に基づいて、前記電圧測定値と前記温度測定値と前記充電率算出値とに対応する前記減少速度を算出する減少速度算出部と、
前記減少速度算出部により算出された前記減少速度の履歴に基づいて、前記減少速度の平均値である平均減少速度を算出する平均値算出部と、
前記車両の減速による前記バッテリへの回生時、又は前記バッテリの充電率を所定の目標充電率まで回復させる回復充電時、前記バッテリに前記車両のオルタネータによって印加される充電電圧を上昇させる充電制御部とを備え、
前記充電制御部は、前記平均減少速度が所定の目標減少速度よりも速い場合、前記平均減少速度が前記目標減少速度よりも遅い場合に比べて、前記充電電圧の上昇量を少なくする、充電制御装置。
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