(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの駆動力により発電して車載のバッテリを充電するオルタネータを、バッテリ電圧が予め設定した調整電圧となるように制御するレギュレータを備えた車両用充電制御装置において、所定時間におけるバッテリ電圧のばらつきを演算するばらつき演算手段と、ばらつき演算手段により演算されたバッテリ電圧のばらつきが小さいほど調整電圧を低く設定する調整電圧設定手段とを具備することを特徴とする車両用充電制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用充電制御装置において、上記所定時間におけるバッテリ電圧の平均値を演算する平均値演算手段と、上記ばらつき演算手段により演算されたバッテリ電圧のばらつきをその所定のしきい値と比較し、平均値演算手段により演算されたバッテリ電圧の平均値をその所定のしきい値と比較し、バッテリ電圧のばらつきがそのしきい値よりも大きいときおよびバッテリ電圧のばらつきがそのしきい値よりも小さくかつバッテリ電圧の平均値がそのしきい値よりも小さいときのいずれかにアイドル回転数の目標値を上げ、バッテリ電圧のばらつきがそのしきい値よりも小さくかつバッテリ電圧の平均値がそのしきい値よりも大きいときアイドル回転数の目標値を下げるようになしたアイドル回転数設定手段とを設けた車両用充電制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用充電制御装置において、上記アイドル回転数設定手段を、上記アイドル回転数の目標値の一回ごとの増減補正量を一定量とし、上記調整電圧設定手段を、調整電圧の下げ補正をアイドル回転数の目標値が所定値以下のときにのみ行うように設定した車両用充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載されたバッテリの充電を制御する車両用充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用充電制御装置は、バッテリ電圧が調整電圧となるようにオルタネータのフィールド電流がレギュレータにより制御されるようになっている。現在の車両用充電制御装置では、調整電圧はバッテリの充電を効率よく行うためにバッテリの定格電圧（例えば１２Ｖ）よりも高く（１３．５〜１４．５Ｖ程度）設定されている。しかしながら高速走行状態で電気負荷が低負荷状態のときには過充電気味となってエンジンの負担を増大し燃費を悪化させる上、バッテリの液減りを助長する。そこで特開昭６２−３７０２５号公報記載の自動車用蓄電池充電システムでは、バッテリ電圧を検出し、これが所定の値よりも低下すると過放電状態と判断して調整電圧を高く設定して充電受け入れ性を高め、検出されたバッテリ電圧が所定の値よりも高いときには過充電状態と判断して調整電圧を低く設定して充電受け入れ性を抑制するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで特開昭６２−３７０２５号公報記載の自動車用蓄電池充電システムでは、バッテリが満充電に近くバッテリ電圧が高ければ調整電圧が低く設定される。しかしバッテリ電圧はバッテリ放電状態となるアイドリング時であっても充電分極の影響で通常よりも高めに検出されるから高負荷で低速走行が続くとバッテリが過放電に到るまで調整電圧が高く設定されずに充電不足を生じ、エンジン再始動時に必要なバッテリ残量を確保できないおそれがある。
【０００４】
また交通が比較的良好に流れてバッテリ電圧が平均的に高くとも、電気負荷が過大であればバッテリの充電を十分に行い得ず、かかる場合に調整電圧を低く設定するのでは充電不足となってしまうおそれがある。
【０００５】
そこで本発明では、簡単な構成で車両の走行状態や電気負荷の状態に応じて適切な充電制御を行い過充電による燃費の悪化やバッテリの液減りを防止するとともに、バッテリの充電不足をも防止することのできる車両用充電制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者等は電気負荷が低いほど、車速が高いほどすなわちバッテリの充電が十分に行い得る状態にあるほどバッテリ電圧のばらつきが小さく、一方、電気負荷が高いほど、車速が低いほどすなわちバッテリの充電が十分に行い得ない状態にあるほどバッテリ電圧のばらつきが大きいという知見を得た。本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、請求項１記載の発明では、バッテリ電圧が予め設定した調整電圧となるようにオルタネータを制御するレギュレータを備えた車両用充電制御装置に、所定時間におけるバッテリ電圧のばらつきを演算するばらつき演算手段と、ばらつき演算手段により演算されたバッテリ電圧のばらつきが小さいほど調整電圧を低く設定する調整電圧設定手段とを設ける。
【０００７】
バッテリ電圧のばらつきが小さいほどバッテリの充電が十分に行い得る状態と判断できるから、調整電圧を低く設定することによりバッテリの過充電や液減りが防止されエンジン負荷が軽減され燃費が向上する。逆にバッテリ電圧のばらつきが大きいほどバッテリの充電が十分に行い得ない状態と判断できるから、調整電圧を高く設定することにより充電不足が防止される。
【０００８】
請求項２記載の発明では、バッテリ電圧のばらつきとともに平均値演算手段により上記所定時間におけるバッテリ電圧の平均値を演算し、これらの結果に基づいてアイドル回転数設定手段がアイドル回転数を増減する構成とする。
【０００９】
アイドル回転数設定手段は、バッテリ電圧のばらつきとバッテリ電圧の平均値とをそれぞれその所定のしきい値と比較し、バッテリ電圧のばらつきがそのしきい値以上であればバッテリの充電が十分に行い得ない状態と判断し、アイドル回転数の目標値を上げることにより充電不足が防止される。またバッテリ電圧のばらつきがそのしきい値以下でありかつバッテリ電圧の平均値がそのしきい値よりも低いとき充電量の少ないアイドル状態が続いているものと判断し、アイドル回転数の目標値を上げることにより充電不足が防止される。バッテリ電圧のばらつきがそのしきい値以下であってもバッテリ電圧の平均値がそのしきい値よりも高いとき交通が良好に流れ過大な電気負荷もなくバッテリの充電が十分に行い得る状態と判断し、アイドル回転数の目標値を下げることによりバッテリの過充電や液減りが防止されエンジン負荷が軽減され燃費が向上する。
【００１０】
請求項３記載の発明では、上記アイドル回転数設定手段を、上記アイドル回転数の目標値の一回ごとの増減補正量を一定量とし、上記調整電圧設定手段を、調整電圧の下げ補正をアイドル回転数の目標値が所定値以下のときにのみ行うように設定する。
【００１１】
上記アイドル回転数の目標値の一回ごとの増減補正量を一定量とすることでアイドル回転数が急変しない。また上記アイドル回転数の目標値が所定値以下に達してから調整電圧の下げ補正が行われるから、エンジン負荷が急変しない。しかして走行中に調整電圧やアイドル回転数が変更されても運転者の受ける違和感が解消される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用充電制御装置の説明に先立ち発明者等の得た知見について説明する。発明者等は走行状態（例えば平均車速）および電気負荷と、所定時間におけるバッテリ電圧のばらつきたる標準偏差の関係を測定した。その結果、図４に示すようにバッテリ電圧の標準偏差は、平均車速が大きいほど、電気負荷が小さいほど小さく、一方平均車速が低いほど、電気負荷が大きいほど大きいことが分かった。これは平均車速が低いほど、電気負荷が大きいほど充電の要請に比して充電不足傾向となって充電が十分に行い得ないためバッテリ電圧が変動するのに対し、平均車速が大きいほど、電気負荷が小さいほど充電の要請に比して十分充電を行い得る状態にありバッテリ電圧が変動しないものと認められる。本発明はかかる知見を調整電圧等の適正化に応用したものである。
【００１３】
図１に本発明の車両用充電制御装置を用いたバッテリ充電システムの構成図を示す。このシステムは車両のエンジンルーム内に設置される。バッテリ１０の充電を制御する車両用充電制御装置はレギュレータ２０、エンジン制御ＥＣＵ３０により構成され、バッテリ電圧が調整電圧になるようにレギュレータ２０がオルタネータ４０を制御するとともに、エンジン制御ＥＣＵ３０が図略のエンジンの制御をするようになっている。
【００１４】
レギュレータ２０はオルタネータ４０に装着されており、スイッチング素子としてのスイッチングトランジスタ２１がこれに直列に接続されたフィールドコイル４１の導通と遮断とを行う一般的な構成で、スイッチングトランジスタ２１の制御を行うコンパレータ２２と充電制御ＥＣＵ２３とを備えている。
【００１５】
２入力の電圧比較手段であるコンパレータ２２は、これより出力される二値信号がレギュレータ２０のスイッチングトランジスタ２１をオンオフするようになっている。コンパレータ２２は、その＋入力端子にはバッテリ１０電圧が入力し、−入力端子には充電制御ＥＣＵ２３から調整電圧が入力しており、スイッチングトランジスタ２１に出力される二値信号はバッテリ１０電圧と調整電圧の比較により与えられる。
【００１６】
充電制御ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ２３ａ、メモリ２３ｂ等を備える一般的なマイクロコンピュータであり、これにバッテリ１０の電圧が入力し、バッテリ電圧について所定時間における平均値（以下、バッテリ平均電圧）とばらつきたる標準偏差とを演算し、これら演算結果に基づいて調整電圧およびアイドル回転数の目標値の設定を行うようになっている。
【００１７】
エンジン制御ＥＣＵ３０には充電制御ＥＣＵ２３で設定されたアイドル回転数の目標値が入力し、エンジン制御ＥＣＵ３０がエンジンのアイドル回転数を目標値に調整するようになっている。
【００１８】
上記車両用充電制御装置の作動を説明する。図２は充電制御ＥＣＵ２３のＣＰＵ２３ａの処理フローで、車両のイグニションキー（以下、ＩＧキー）がオンされると開始する。まずステップＳ１でカウンターｉと、所定時間におけるバッテリ平均電圧〈Ｖ〉および標準偏差ｓの算出に利用するｔ，ｔ’とを「０」に初期化する。ｔは所定時間に読み込まれたバッテリ電圧の和を算出するための変数で、ｔ’は所定時間に読み込まれたバッテリ電圧の二乗和を算出するための変数である。また調整電圧Ｖｍ  を１４．２Ｖ、アイドル回転数の目標値Ｎａ  を所定値たる最低回転数、例えば５５０ｒｐｍに設定する。
【００１９】
ステップＳ２〜Ｓ５はばらつき演算手段および平均値演算手段としての作動で、ステップＳ２では、１秒ごとにバッテリ電圧Ｖｉ  を読み込むとともにカウンターｉを１増やす。
【００２０】
ステップＳ３では、カウンターｉを所定時間、ここでは２００秒で除したときの余りが「０」かどうかを判定する。これにより２００秒経過したか経過前かが知られ、余りが「０」でない場合すなわち２００秒経過前はステップＳ４に進み、変数ｔをｔ＋Ｖｉ  に、変数ｔ’をｔ’＋Ｖｉ  ２  に更新してステップＳ１６に進み、ＩＧキーがオフしていなければステップＳ２に戻る。しかしてステップＳ４において１秒間隔で読み込まれたＶｉ  ，Ｖｉ  ２  が積算される。
【００２１】
ステップＳ３において余りが「０」になると、すなわち２００秒経過するとステップＳ３からステップＳ５に進む。ステップＳ５では２００秒間におけるＶｉ  の和（ｔ）を式（１）に代入してバッテリ平均電圧〈Ｖ〉を算出し、これとＶｉ  の二乗和（ｔ’）とを式（２）に代入して２００秒間におけるバッテリ電圧の標準偏差ｓを算出する。
【００２２】
【数１】
0003599955.tif 000002
【００２３】
ステップＳ６〜Ｓ１４は調整電圧設定手段およびアイドル回転数設定手段としての作動で、２００秒間におけるバッテリ平均電圧〈Ｖ〉と標準偏差ｓとに基づき調整電圧Ｖｍ  、アイドル回転数目標値Ｎａ  の設定を行う。
【００２４】
ステップＳ６では標準偏差ｓの値を所定のしきい値例えば０．３５と比較する。このしきい値は、車速や電気負荷等が異なる種々の実走行状態においてバッテリ電圧を測定して各状態下におけるバッテリ電圧の標準偏差を演算し、車速や電気負荷等からバッテリ１０の充電が十分行い得ると認められる状態と充電が十分行い得ないと認められる状態とを分類する標準偏差の値に設定する。標準偏差ｓが０．３５よりも大きければ充電が十分行い得ない状態と判断して調整電圧Ｖｍ  を高めの１４．２Ｖにし（ステップＳ７）、アイドル回転数の目標値Ｎａ  を５０ｒｐｍ増加する（ステップＳ８）。続くステップＳ９ではアイドル回転数の目標値Ｎａ  を上限値以下に抑える上限補正を行う。すなわちステップＳ８において補正されたアイドル回転数の目標値Ｎａ  が最大回転数、例えば８００ｒｐｍよりも大きい場合には、目標値Ｎａ  を８００ｒｐｍとする。このステップＳ７〜Ｓ９により充電が促進され充電不足が防止される。
【００２５】
かかる調整電圧Ｖｍ  およびアイドル回転数の目標値Ｎａ  の補正の後はｔ，ｔ’を「０」にリセットして（ステップ１５）次の２００秒間に備え、ステップ１６に進む。
【００２６】
ステップＳ６において標準偏差ｓの値が０．３５よりも小さければ十分充電を行い得る状態と判断しステップＳ１０に進む。ステップＳ１０はステップＳ５において演算されたバッテリ平均電圧〈Ｖ〉を所定のしきい値、例えば１３Ｖと比較する。このしきい値はバッテリ１０の内部起電圧以上であればよいが、望ましくは本実施形態のように内部起電圧よりも若干高めに設定しておく。バッテリ平均電圧〈Ｖ〉が１３Ｖよりも低ければ、バッテリ電圧の変動が小さいが充電量が少ない状態すなわちアイドリング状態と判断し、上記ステップＳ８に進みアイドル回転数の目標値Ｎａ  を増加する。これによりバッテリ１０の充電不足が防止される。
【００２７】
なおステップＳ１０においてバッテリ平均電圧〈Ｖ〉が１３Ｖよりも高ければ充電が十分に行い得る状態すなわち比較的交通の流れがよく電気負荷も過大なものではない状態と判断しステップＳ１１に進む。
【００２８】
ステップＳ１１ではアイドル回転数の目標値Ｎａ  が最低回転数（ここでは５５０ｒｐｍ）と等しいかどうかを判定する。等しくない場合、すなわちアイドル回転数の目標値Ｎａ  が最低回転数よりも高ければステップＳ１２に進みアイドル回転数の目標値Ｎａ  を５０ｒｐｍ減少せしめてステップＳ１３に進む。ステップＳ１３ではアイドル回転数の目標値Ｎａ  を下限値以上に保つ下限補正を行う。すなわちステップＳ１２において補正されたアイドル回転数の目標値Ｎａ  が最低回転数５５０ｒｐｍよりも小さい場合には、目標値Ｎａ  を５５０ｒｐｍとする。かかるステップＳ１２，Ｓ１３によりバッテリ１０の過充電や液減りが防止されるとともにエンジン負荷が軽減し燃費が向上する。
【００２９】
ステップＳ１１においてアイドル回転数の目標値Ｎａ  が最低回転数のときはステップＳ１４に進み調整電圧Ｖｍ  を低めの１３．５Ｖとする。これによりバッテリ１０の過充電や液減りが防止されるとともにエンジン負荷が軽減し燃費が向上する。
【００３０】
なおアイドル回転数の目標値Ｎａ  の下げ補正（ステップＳ１２）と調整電圧Ｖｍ  の下げ補正（ステップＳ１４）とは、上記ステップＳ１１〜Ｓ１４の手順より知られるごとくアイドル回転数の目標値Ｎａ  の下げ補正（ステップＳ１２）が段階的に行われて徐々にアイドル回転数の目標値Ｎａ  が低下し、最低回転数５５０ｒｐｍに下がってから調整電圧Ｖｍ  の下げ補正（ステップＳ１４）が行われる。かかる手順とするのは、アイドル回転数の目標値Ｎａ  が急変した場合や、高アイドル回転数の下における調整電圧Ｖｍ  の変更でエンジン負荷が急変した場合に運転者が違和感を覚えるため、これを避けていわゆるドライバビリティを向上せしめるためである。
【００３１】
アイドル回転数の目標値Ｎａ  の下限補正（ステップＳ１３）、調整電圧Ｖｍ  の下げ補正（ステップＳ１４）の後はステップＳ１５からステップＳ１６に進む。
【００３２】
なおＩＧキーがオフされると（ステップＳ１６）本ルーチンは終了する。
【００３３】
図３は実際のバッテリ電圧の経時変化の一例を示し、図３（Ａ）は渋滞走行時のもので電気負荷が中負荷（４０Ａ相当）である。このときの標準偏差ｓは０．６６０（＞０．３５）であった。かかる場合には、本発明によれば充電が十分に行い得ない状態と判断され調整電圧Ｖｍ  が高く設定され、アイドル回転数の目標値Ｎａ  が増加されて、充電が促進される。これにより過放電が防止される。
【００３４】
一方、図３（Ｂ）は高速走行時のもので電気負荷が常用負荷（１０Ａ相当）である。このときの標準偏差ｓは０．００３（＜０．３５）であった。かかる場合には、本発明によればバッテリ平均電圧も１４．２０Ｖと高く充電が十分に行い得る状態と判断され調整電圧Ｖｍ  が低く設定され、アイドル回転数の目標値Ｎａ  が減じられ、充電が抑制される。これにより過充電が防止され燃費が向上する。
【００３５】
なお本実施形態では調整電圧Ｖｍ  はバッテリ電圧の標準偏差ｓにより二値をとるようにしたが、バッテリ電圧の標準偏差ｓに応じてさらに細かく異なる値をとるようにしてもよい。
【００３６】
アイドル回転数の目標値Ｎａ  の１回ごとの増減量は一定量とするのではなくバッテリ電圧の標準偏差ｓの大きさに応じて設定し、バッテリの充電が十分に行い得ない状態に迅速に対処するようにしてもよい。
【００３７】
装置の構成を簡単にするにはアイドル回転数の目標値の補正を省略して調整電圧のみの補正としてもよいし、所定時間におけるバッテリ電圧のばらつきとして標準偏差に代えて所定時間におけるバッテリ電圧の最大値と最小値の偏差を用いることもできる。
【００３８】
またエンジン制御ＥＣＵと充電制御ＥＣＵとは別体とするのではなく、統合して１つのＥＣＵとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用充電制御装置の構成図である。
【図２】本発明の車両用充電制御装置の作動を説明するフローチャートである。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明の車両用充電制御装置の作動を説明する第１、第２のグラフである。
【図４】本発明の発明者らが得た知見を説明するグラフである。
【符号の説明】
１０  バッテリ
２０  レギュレータ
２３  充電制御ＥＣＵ
２３ａ  ＣＰＵ（調整電圧設定手段、ばらつき演算手段、平均値演算手段、アイドル回転数設定手段）
３０  エンジン制御ＥＣＵ
４０  オルタネータ
【図１】
0003599955.tif 000003
【図２】
0003599955.tif 000004
【図３】
0003599955.tif 000005
【図４】
0003599955.tif 000006