(57)【要約】      （修正有）【課題】電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能な発電制御装置を提供すること。【解決手段】エンジン本体４により駆動され発電を行うオルタネータ６と、オルタネータ６の発電により充電されるバッテリ８と、バッテリ８の充放電状態を検出する電流計１７と、将来におけるエンジン本体４の動作状態を予測し、電流計１７により検出された充放電状態、及び前記動作状態予測手段により予測された動作状態に応じて、将来においてバッテリ８に充電される予測充電量が、バッテリ８が放電する予測放電量と等しい、又は予測放電量より大きくなるように、オルタネータ６の発電状態を切り替えるＥＣＵ２と、を具備することを特徴とする発電制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関により駆動され発電を行う発電機と、
前記発電機の発電により充電される充電部と、
前記充電部の充放電状態を検出する充放電状態検出部と、
将来における前記内燃機関の動作状態を予測する動作状態予測手段と、
前記充放電状態検出部により検出された前記充放電状態、及び前記動作状態予測手段により予測された前記動作状態に応じて、
将来において、前記充電部に充電される予測充電量が、前記充電部が放電する予測放電量と等しい、又は前記予測放電量より大きくなるように、前記発電機の発電状態を切り替える発電状態制御部と、を具備することを特徴とする発電制御装置。
【請求項２】
前記動作状態予測手段は、前記内燃機関が発生させる駆動力を算出する駆動力算出手段と、前記発電機を駆動するために前記内燃機関が消費する燃料消費量を算出する燃料消費量算出部と、を含み、
前記充放電状態、前記駆動力算出手段により算出された前記駆動力、及び前記燃料消費量算出手段により算出された前記燃料消費量に応じて、前記発電制御部は前記発電状態を切り替えることを特徴とする請求項１記載の発電制御装置。
【請求項３】
前記予測充電量、及び前記予測放電量を予測する電力量予測部をさらに備え、
前記電力量予測部により予測された前記予測充電量及び前記予測放電量、前記充放電状態、並びに前記動作状態に応じて、前記発電状態制御部は前記発電状態を切り替えることを特徴とする請求項１記載の発電制御装置。
【請求項４】
将来において、前記内燃機関が搭載された車両は、一定の速度を維持する速度維持状態にあることを特徴とする請求項１記載の発電制御装置。
【請求項５】
前記充放電状態検出部は、前記充電部の電圧を測定する電圧測定部を含み、
前記充電部が低充電状態にあることを前記電圧測定部が検出した場合、前記発電状態制御部は前記動作状態に応じた判断に優先して前記発電機が発電を行うように前記発電状態を切り替えることを特徴とする請求項１記載の発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両においては、内燃機関（エンジン）が発生するエネルギーにより、発電機（オルタネータ）を駆動し発電を行うことがある。オルタネータにより発電された電力は、バッテリに充電される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、バッテリ残量が少ないと判断した場合、充電量を確保するためにエンジン回転数を上昇させる技術が開示されている。特許文献２には、バッテリ残量に応じてオルタネータによる発電を停止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８４６７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２９１７号公報
【０００５】
しかしながら、オルタネータを駆動させることは、エンジンの負荷となる。特許文献１の技術は、充電量の増減を行うもので、発電を停止させるものではないため、エンジンの燃費の改善が困難である。また、特許文献２の技術では、オルタネータを駆動させるために消費される燃料消費量が考慮されていないため、エンジンへの燃費負荷が大きい状況で発電を実施している可能性がある。このため、オルタネータによる発電実施中の最大効率、すなわち、燃費最大効果を追求することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能な発電制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関により駆動され発電を行う発電機と、前記発電機の発電により充電される充電部と、前記充電部の充放電状態を検出する充放電状態検出部と、将来における前記内燃機関の動作状態を予測する動作状態予測手段と、前記充放電状態検出部により検出された前記充放電状態、及び前記動作状態予測手段により予測された前記動作状態に応じて、将来において、前記充電部に充電される予測充電量が、前記充電部が放電する予測放電量と等しい、又は前記予測放電量より大きくなるように、前記発電機の発電状態を切り替える発電状態制御部と、を具備することを特徴とする発電制御装置である。本発明によれば、電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能となる。
【０００８】
上記構成において、前記動作状態予測手段は、前記内燃機関が発生させる駆動力を算出する駆動力算出手段と、前記発電機を駆動するために前記内燃機関が消費する燃料消費量を算出する燃料消費量算出部と、を含み、前記充放電状態、前記駆動力算出手段により算出された前記駆動力、及び前記燃料消費量算出手段により算出された前記燃料消費量に応じて、前記発電制御部は前記発電状態を切り替える構成とすることができる。この構成によれば、将来における内燃機関の動作状態に応じて、発電機を駆動するための燃料消費量が少ない領域を発電実施領域とすることができる。これにより、電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能となる。
【０００９】
上記構成において、前記予測充電量、及び前記予測放電量を予測する電力量予測部をさらに備え、前記電力量予測部により予測された前記予測充電量及び前記予測放電量、前記充放電状態、並びに前記動作状態に応じて、前記発電状態制御部は前記発電状態を切り替える構成とすることができる。この構成によれば、将来における内燃機関の動作状態に応じて、電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能となる。
【００１０】
上記構成において、将来において、前記内燃機関が搭載された車両は、一定の速度を維持する速度維持状態にある構成とすることができる。この構成によれば、クルーズコントロール状態において、電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能となる。
【００１１】
上記構成において、前記充放電状態検出部は、前記充電部の電圧を測定する電圧測定部を含み、前記充電部が低充電状態にあることを前記電圧測定部が検出した場合、前記発電状態制御部は前記動作状態に応じた判断に優先して前記発電機が発電を行うように前記発電状態を切り替える構成とすることができる。この構成によれば、低電圧状態において発電を行うため、充電部の電力が不足する状態を回避することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力収支を成立させ、かつ内燃機関の燃費の改善が可能な発電制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は実施例に係る発電制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図２】図２（ａ）からず２（ｃ）は、それぞれ駆動力、出力、及びバッテリレベルの予測を例示する図である。
【図３】図３は実施例に係る発電制御装置の制御を例示するフローチャートである。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、切り替え機構の一例を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１５】
まず、実施例に係る発電制御装置１００の構成例について説明する。図１は実施例に係る発電制御装置１００を例示するブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、エンジン２００は、エンジン本体４（内燃機関）、発電制御装置１００、ナビゲーションシステム３及びクルーズコントロールスイッチ５を備える。エンジン２００は車両１０００に搭載されている。図中に点線で囲ったように、発電制御装置１００は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２、オルタネータ６（発電機）、バッテリ８（充電部）、及び電気負荷１０を備える。
【００１７】
エンジン本体４は、プーリ１２が設けられたシャフト１４を備えている。シャフト１４は、エンジン本体４の動作により回転する。プーリ１２とオルタネータ６との間にはベルト１６が張設されている。バッテリ８はオルタネータ６及び電気負荷１０と接続されている。電気負荷１０には、例えばヘッドライト、ファン、ハザードランプ、ブレーキランプ、パワーウィンドウ、シート、ワイパー等がある。
【００１８】
エンジン本体４が発生させる動力は、シャフト１４、プーリ１２及びベルト１６を介してオルタネータ６に伝達され、オルタネータ６を駆動する。つまり、オルタネータ６はエンジン本体４により駆動され、発電を行う。バッテリ８は、オルタネータ６が行う発電により充電される。バッテリ８に充電された電力は、電気負荷１０の動作などに用いられる。
【００１９】
バッテリ８には、バッテリ８の電圧を測定する電圧計１８（電圧測定部）が設けられている。また、バッテリ８と、電気負荷１０及びオルタネータ６との間には、バッテリ８が供給する電流を測定する電流計１７（充放電状態検出部）が設けられている。言い換えれば、電流計１７はバッテリ８の充放電状態（残量）を検出する。ＥＣＵ２は、エンジン本体４の回転数、及び出力を検出する。また、ＥＣＵ２は、電圧計１８が測定するバッテリ８の電圧、及び電流計１７が測定するバッテリ８から供給される電流を取得する。後述するように、ＥＣＵ２は、プーリ１２とシャフト１４との係合状態を制御することにより、オルタネータ６の発電状態を制御する。
【００２０】
ＥＣＵ２は、ナビゲーションシステム３及びクルーズコントロールスイッチ５と接続されている。ナビゲーションシステム３は、車両１０００が将来走行するルートを探索し、ユーザを案内することができる。後述するように、ＥＣＵ２は、ナビゲーションシステム３が探索したルートの情報を受信する。すなわち、ＥＣＵ２はナビ協調制御を行う。
【００２１】
ユーザがクルーズコントロールスイッチ５を操作すると、ＥＣＵ２はクルーズコントロールスイッチ５からの信号を受信する。信号を受信したＥＣＵ２は、車両１０００が一定の速度を維持して走行するクルーズコントロール状態（速度維持状態）になるように、エンジン本体４を制御する。
【００２２】
次に、車両１０００がクルーズコントロール制御下にある場合における、オルタネータ６の発電実施領域について説明する。図２（ａ）は、将来において、所望の速度を維持しながら車両１０００を走行させるために用いられると予測される駆動力、図２（ｂ）はエンジン本体４が発生すると予測される出力、図２（ｃ）はバッテリ８の予測残量（以下「バッテリレベル」）を例示する図である。図２（ａ）の縦軸は駆動力を表す。図２（ｂ）の縦軸は出力を表す。図２（ｃ）の縦軸はバッテリレベルを表す。図２（ａ）から図２（ｃ）において、横軸は時間を表す。
【００２３】
駆動力が、図２（ａ）に実線で示した閾値よりも大きい領域が発電実施領域となり、閾値よりも小さい領域は発電停止領域となる。同様に、出力が、図２（ｂ）に実線で示した閾値よりも大きい領域が発電実施領域となり、閾値よりも小さい領域は発電停止領域となる。
【００２４】
図２（ｃ）におけるバッテリレベルＡはバッテリ８の最大充電レベルを表している。また、バッテリレベルＢは強制充電が必要な強制充電レベルを表している。詳しくは後述する。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、車両１０００を走行させるための駆動力は、時間とともに変動する。これは、車両１０００が走行するルートの状況により、駆動力が変わるためである。例えばルートが上り坂であれば駆動力は大きくなり、下り坂であれば駆動力は小さくなる。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、エンジン本体４の出力も、時間とともに変動する。これは、エンジン本体４が発生させる出力から伝達によるロスを除いた力が駆動力となるため、エンジン本体４が発生させる出力も、駆動力と同様にルートの状況に応じて変動することによる。すなわち、図１に示したナビゲーションシステム３と協調することで、ＥＣＵ２は、クルーズコントロール状態にある車両１０００が将来走行するルートに応じた駆動力及び出力を予測する。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、駆動力及び出力が閾値より大きい領域が発電実施領域となり、閾値より小さい領域は発電停止領域となる。また、フューエルカット状態（以下「Ｆ／Ｃ状態」）では、エンジン本体４が燃料を消費しない。このため、Ｆ／Ｃ状態も発電実施領域とする。具体的には、時間０からｔ１、ｔ２からｔ３、及びｔ６からｔ７は、高駆動力、高出力であるため、発電実施領域となる。また、時間ｔ４からｔ５は、Ｆ／Ｃ状態であるため発電実施領域となる。
【００２８】
図２（ｃ）に示すように、発電実施領域において発電が実施されるとバッテリレベルは上昇し、発電停止領域においてはバッテリレベルが低下する。また、時間０におけるバッテリレベルと、時間ｔ７におけるバッテリレベルとは、略同一となるように、図２（ａ）及び図２（ｂ）の閾値は定められる。すなわち、将来において、バッテリ８に充電される予測充電量が、バッテリ８が放電する予測放電量と略等しくなる、電力収支が成立した状態となる。また、ＥＣＵ２は、バッテリレベルが最大充電レベルＡ及び強制充電レベルＢに達しないように、閾値を定める。次に、閾値を定める基準について説明する。
【００２９】
一般に、エンジン本体４の負荷が高いほど、すなわちエンジン本体４が発生させる出力が高いほど、オルタネータ６を駆動させるためにエンジン本体４が消費するオルタネータ発電出力当たりの燃料消費量は少なくなる。言い換えれば、駆動力及び出力が高いほど、オルタネータ６を駆動させるためにエンジン本体４が消費するオルタネータ発電出力当たりの燃料消費量は少なくなる。
【００３０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、実施例に係る発電制御装置１００では、高駆動力、高出力の領域を発電実施領域とするため、オルタネータ６を駆動させるためにエンジン本体４が消費するオルタネータ発電出力当たりの燃料消費量は少なくなる。
【００３１】
次に、実施例に係る発電制御装置１００の制御について説明する。図３は、実施例に係る発電制御装置１００の制御を例示するフローチャートである。
【００３２】
図３に示すように、まずＥＣＵ２はエンジン２００が運転中か判断する（ステップＳ１０）。Ｙｅｓの場合、ＥＣＵ２は車両１０００がクルーズコントロール中であるか判断する（ステップＳ１１）。Ｙｅｓの場合、電流計１７はバッテリ８の充放電状態、言い換えればバッテリレベルを検出する（ステップＳ１２）。ステップＳ１０又はＳ１１においてＮｏの場合、制御は終了する。
【００３３】
ステップＳ１２の後、ＥＣＵ２は、ナビゲーションシステム３が探索したルートの情報を受信する。さらにＥＣＵ２は、ルートの情報に基づき、車両１０００の速度を維持するために用いられる駆動力（図２（ａ）参照）、及びオルタネータ６を駆動するためにエンジン本体４が消費する燃料消費量を算出する（ステップＳ１３）。また、ＥＣＵ２は駆動力とともに、エンジン本体４が発生させる出力も算出する（図２（ｂ）参照）。すなわち、ＥＣＵ２は、ナビゲーションシステム３と協調し、エンジン本体４の動作状態を予測する動作状態予測手段に相当する。言い換えれば、ＥＣＵ２は、駆動力算出手段、及び燃料消費量算出部に相当する。
【００３４】
ステップＳ１３の後、ＥＣＵ２は、将来におけるバッテリ８に充電される予測充電量、及びバッテリ８が放電する予測放電量を算出する（ステップＳ１４）。すなわち、ＥＣＵ２は、電力量予測部に相当する。
【００３５】
ステップＳ１４の後、ＥＣＵ２は、ステップＳ１２で電流計１７が検出したバッテリ８の充放電状態に基づき、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した閾値を定める（ステップＳ１５）。すなわち、図２（ｃ）で説明したように、ＥＣＵ２は、将来において、予測充電量が予測放電量と略等しくなるように閾値を定める。言い換えれば、ＥＣＵ２は、将来において電力収支が成立するように、閾値を定める。このとき、ＥＣＵ２は、ステップＳ１３において予測した駆動力及び燃料消費量に応じて、なるべく高駆動力、高出力の領域が発電実施領域となるように、閾値を定める。
【００３６】
ステップＳ１５の後、ＥＣＵ２は、エンジン本体４の動作状態がステップＳ１５で定めた発電実施領域にあるか判断する（ステップＳ１６）。すなわち、ステップＳ１３において算出した駆動力及び出力が、閾値より高いか判断する（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。
【００３７】
Ｙｅｓの場合、オルタネータ６は発電を実施する（ステップＳ１７）。すなわち、ＥＣＵ２は、バッテリ８の充放電状態、予測充電量及び予測放電量、並びにエンジン本体４の動作状態（駆動力、燃料消費量）及び燃料消費量、に応じて、オルタネータ６の発電状態を切り替える発電状態制御部に相当する。このとき、ＥＣＵ２は、予測充電量が予測放電量と略等しくなるように、言い換えれば電力収支が成立するように、オルタネータ６の発電状態を切り替える。
【００３８】
ステップＳ１６においてＮｏの場合、ＥＣＵ２は、電圧計１８が測定するバッテリ８の電圧を取得する。ＥＣＵ２は、電圧計１８により測定された電圧に基づきバッテリ８が低充電状態、つまりバッテリレベルが図２（ｃ）に示した強制充電レベルＢにあるか判断する（ステップＳ１８）。Ｎｏの場合、オルタネータ６は発電を行わない（ステップＳ１９）。
【００３９】
ステップＳ１８においてＹｅｓの場合、オルタネータ６は発電を実施する（ステップＳ１７）。すなわち、バッテリ８が低充電状態にあることを電圧計１８が検出した場合、予測充電量、予測放電量及び動作状態に応じた判断に優先して、ＥＣＵ２はオルタネータ６が発電を行うように発電状態を切り替える。ステップＳ１７又はＳ１９の後、ステップＳ１０に戻る。
【００４０】
次に、発電状態の切り替え機構の例について説明する。図４（ａ）はオルタネータ６が発電を行っている場合、図４（ｂ）は発電を行っていない場合、それぞれの場合においてプーリ１２、シャフト１４及びベルト１６を拡大して例示する断面図である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、エンジン本体４に接続されたシャフト１４には、プーリ用ベアリング２４及びシャフト用ベアリング２６を介して、プーリ１２が設けられている。また、シャフト１４には、板バネ２２を介してアーマチャ２０が設けられている。プーリ１２には永久磁石１３及びコイル１５が備えられ、プーリ１２の周縁部にはベルト１６が架けられている。エンジン本体４（図１参照）が駆動すると、シャフト１４とともにアーマチャ２０も回転する。
【００４２】
プーリ１２に設けられた永久磁石１３の磁力により、アーマチャ２０はプーリ１２に引き付けられ、接触している。すなわち、アーマチャ２０とプーリ１２とは係合している。このため、エンジン本体４の駆動により、プーリ１２は回転する。図１に示すように、ベルト１６はオルタネータ６とプーリ１２との間に張設されている。従って、エンジン本体４が発生する動力は、プーリ１２及びベルト１６を介してオルタネータ６に伝達される。このとき、オルタネータ６は駆動し、発電する。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、電流がコイル１５に流れると、コイル１５は、永久磁石１３の磁束とは逆磁束の磁力を発生させる。永久磁石１３の磁力は、コイル１５が発生させる磁力と打ち消し合うため、弱まる。この結果、板バネ２２の力により、アーマチャ２０はプーリ１２から引き離される。すなわち、アーマチャ２０とプーリ１２とは係合しないため、プーリ１２は回転しない。このとき、エンジン本体４の動力は、オルタネータ６に伝達されない。従って、オルタネータ６は駆動せず、発電しない。ＥＣＵ２は、コイル１５への通電状態の制御、すなわちオルタネータ６の発電状態の制御を行う。
【００４４】
実施例に係る発電制御装置１００は、ナビ協調制御を行うことで、車両１０００がクルーズコントロール状態にある将来おいて、予測充電量、予測放電量、駆動力、及び燃料消費量を予測する。発電制御装置１００は、予測に基づき、将来において電力収支が成立し、かつ高駆動力、高出力の領域が発電実施領域となるように、オルタネータ６の発電状態の制御を行う。上述したように、出力及び駆動力が高いほど、オルタネータ６を駆動させるためにエンジン本体４が消費するオルタネータ発電出力当たりの燃料消費量は少なくなる。従って、実施例によれば、電力収支を成立させながら、エンジン２００の燃費を改善することができる。
【００４５】
図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、燃料が消費されないＦ／Ｃ状態も発電実施領域とする。このため、オルタネータ６が発電することによるエンジン２００の燃費悪化が抑制される。また、オルタネータ６の負荷がエンジン本体４に加わり、フリクションが増加するため、減速時のエンジンブレーキの効果をより高めることが可能となる。
【００４６】
バッテリ８が低電圧状態、つまり強制充電レベルＢにある場合、動作状態に応じた判断に優先して、オルタネータ６は発電を行う（図３のステップＳ１７及びＳ１８）。このため、バッテリ８の電力が不足する状態を回避することができる。
【００４７】
図３及び図２（ｃ）に示すように、ＥＣＵ２は、予測充電量が予測放電量と略等しくなるように発電領域を定めるとしたが、これに限られない。すなわち、ＥＣＵ２は、予測充電量が予測放電量より大きくなるように、発電領域を定めてもよい。ただし、図２（ｃ）に示した最大充電レベルＡを超えない程度、すなわちバッテリ８が過充電されない程度に発電領域を定めることが好ましい。これにより、過充電によるバッテリ８の劣化を抑制することができる。
【００４８】
バッテリ８の充放電状態を検出する手段は、電流計１７に限定されない。しかしながら、バッテリ８の充放電状態をより正確に検出するためには、高精度の電流計１７を用いることが好ましい。これにより、バッテリ８の充放電状態に応じてＥＣＵ２は、閾値すなわち発電実施領域を定めることができる。また、電流計１７とともに電圧計１８を用いることで、バッテリ８の劣化等、予測が難しいバッテリ消費に対応して、発電を行い、バッテリ８の電力が不足する状態を回避することができる。
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
ＥＣＵ                          ２
ナビゲーションシステム          ３
エンジン本体                    ４
クルーズコントロールスイッチ    ５
オルタネータ                    ６
バッテリ                        ８
プーリ                          １２
シャフト                        １４
ベルト                          １６
電流計                          １７
電圧計                          １８
発電制御装置                    １００
エンジン                        ２００
車両                            １０００
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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