(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリの劣化を正確に判定し、バッテリが劣化した際に早めに活性化を行いバッテリの長寿命化を図る。【解決手段】車載のバッテリ６２の内部抵抗を検出し、検出したバッテリ内部抵抗を記憶するとともに、直近に検出したバッテリ内部抵抗の値Ｒ1の、当該バッテリ６２の設置後に検出して記憶した内部抵抗の初期値Ｒ0からの増加幅ΔＲを求め、その増加幅ΔＲが所定値ΔＲthを上回る場合にバッテリ６２の活性化のための制御を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載のバッテリの内部抵抗を検出し、
検出したバッテリ内部抵抗を記憶するとともに、
直近に検出したバッテリ内部抵抗の値の、当該バッテリの設置後に検出して記憶した内部抵抗の初期値又は過去の所定期間内に検出して記憶した内部抵抗の過去値からの増加幅を求め、
その増加幅が所定値を上回る場合にバッテリの活性化のための制御を行う車両用バッテリ充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるバッテリの充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、内燃機関の出力の一部を利用して発電した電力を蓄え、内燃機関のクランキング用モータやその他電装系に電力を供給するためのバッテリが搭載されている。バッテリが経年劣化すると、バッテリに十分充電できなくなり、クランキング時にクランキング用モータに十分な電力が供給されず、内燃機関の始動を安定かつ迅速に行えなくなる。また、そのために、アイドルストップを行う車両ではアイドルストップが禁止されるという不都合が発生しやすくなる。
【０００３】
そこで、バッテリの経年劣化に伴う性能低下に対処するための手だてがとられる。例えば、クランキング中にバッテリ電圧をサンプリングしてその平均値又は最低値を求め、バッテリの起電圧及びモータ電流をそれぞれ一定と見なしてバッテリの内部抵抗を算出し、その内部抵抗値が所定の判定閾値を上回る場合にバッテリが経年劣化していると判定する。そして、バッテリが経年劣化していると判定した場合には、その後の運転中における発電電圧をより増大させ、バッテリの充電率を常に高く保つようにする（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
しかし、従前の制御では、バッテリの内部抵抗と比較する判定閾値を固定値としているので、バッテリ、モータ及び回路抵抗等の個体差を無視することとなってその判定の精度が必ずしも高くない。
【０００５】
加えて、バッテリの長寿命化を図るべく、バッテリが劣化したときにそのバッテリへの充電量又は印加電圧を平常よりも増大させてバッテリの活性化を行うことが考えられる。
【０００６】
バッテリの活性化は、バッテリが大幅に劣化する前に実行することが望ましい。ところが、既に述べたとおり、バッテリには個体差が存在するので、判定閾値を固定値としていると、バッテリが劣化していると判定された時点で、実際にはバッテリが大幅に劣化している可能性がある。
【０００７】
あるいは、これを回避するべく、判定閾値を予め低く設定しておくこともありえるが、そうすると、劣化していないバッテリを劣化しているものと誤判定しかねない。その結果、アイドルストップ車両において、アイドルストップを実行する機会を奪う懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２１４４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、バッテリの劣化をより正確に判定し、適時に活性化処理を実施してバッテリの長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る車両用バッテリ充電制御装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る車両用バッテリ充電制御装置は、車載のバッテリの内部抵抗を検出し、検出したバッテリ内部抵抗を記憶するとともに、直近に検出したバッテリ内部抵抗の値の、当該バッテリの設置後に検出して記憶した内部抵抗の初期値又は過去の所定期間内に検出して記憶した内部抵抗の過去値からの増加幅を求め、その増加幅が所定値を上回る場合にバッテリの活性化のための制御を行う。
【００１１】
このようなものであれば、検出したバッテリ内部抵抗の値そのものを固定の閾値と比較するのでなく、内部抵抗の増加幅を参照することにより、バッテリ等の個体差を加味してバッテリの劣化の度合いをより精度よく判定することができる。
【００１２】
なお、本発明において、「増加幅」とは、直近に検出したバッテリ内部抵抗の値の初期値又は過去値に対する差だけではなく、増加率や比をも含む概念である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バッテリの劣化をより正確に判定し、適時に活性化処理を実施してバッテリの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成図。
【図２】同実施形態における電装系の概略的な回路図。
【図３】同実施形態における電流センサの原理図。
【図４】同実施形態における制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。
【００１６】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１７】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１８】
図２に概略的に示すように、車両には、内燃機関の始動を行うためのクランキング用モータ６１及び複数の電気負荷６４、６９が搭載されている。電気負荷６４、６９の具体例としては、内燃機関のクランクシャフトとエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサとの間に介在するマグネットクラッチや、エアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置等が挙げられる。
【００１９】
電気負荷６４、６９への電力供給の源であるオルタネータ６３は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転駆動され、発電を行う一種の発電機である。オルタネータ６３は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介してクランクシャフトに接続している。オルタネータ６３が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ６５を介して制御することができる。レギュレータ６５は、オルタネータ６３に付帯するＩＣ式の既知のもので、オルタネータ６３のフィールドコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り替えするスイッチング動作を行う。
【００２０】
オルタネータ６３の出力電圧、即ちオルタネータ６３のステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ６５は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０からオルタネータの出力電圧を指令する信号ｒを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。このＰＷＭ制御により、オルタネータ６３の発電する電力を増減させることができる。オルタネータ６３による発電量、換言すればバッテリ６２への充電量及び／または電気負荷への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。
【００２１】
広汎に普及している車両用オルタネータ６３のレギュレータ６５では、オルタネータ６３の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のエンジン制御ＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、オルタネータ６３の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｒを入力する。
【００２２】
レギュレータ６５として、オルタネータ６３の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のエンジン制御ＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、オルタネータ６３の出力電圧を範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｒを入力する。
【００２３】
オルタネータ６３のＬＯ電位または最低出力電圧は、バッテリ６２の電圧以下またはバッテリ６２の電圧に近い低電圧に定めることが望ましい。バッテリ電圧はバッテリ６２の充電状態等に応じて上下するものの、通常は所定電圧、例えば１２Ｖ以上である。
【００２４】
オルタネータ６３は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。オルタネータ６３の出力電圧がバッテリ６２の電圧を超越するとき、バッテリ６２が充電され、かつオルタネータ６３から電気負荷に電力が供給される。つまり、オルタネータ６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ６２への充電量及び電気負荷への給電量は、オルタネータ６３の出力電圧とバッテリ電圧との電位差に依存する。
【００２５】
逆に、オルタネータ６３の出力電圧がバッテリ電圧に満たないか、バッテリ電圧に近いときには、バッテリ６２が充電されず、またオルタネータ６３からは電気負荷に電力が供給されない（バッテリ６２から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、オルタネータ６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。
【００２６】
要するに、エンジン制御ＥＣＵ０からレギュレータ６５に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対するオルタネータ６３の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対するオルタネータ６３の機械負荷が減る。
【００２７】
前述したように、バッテリ６２は、オルタネータ６３の発電する電力の供給を受けることにより充電される。その一方で、バッテリ６２は、内燃機関の始動を行うためのクランキング用モータ６１や各種の電気負荷６４、６９に電力を供給する。
【００２８】
バッテリ６２の蓄電量の欠乏を予防し、またバッテリ６２への過充電を避けるためには、バッテリ６２に流入する充電電流及びバッテリ６２から流出する放電電流を常時監視して充電と放電との収支を把握する必要がある。故に、本実施形態では、バッテリ６２に対して流出入する電流の測定を行うバッテリ電流センサ６６を付設している。
【００２９】
バッテリ電流センサ６６は、バッテリ電流を測定する機能に加えて、バッテリ６２の内部抵抗を測定する機能も備えている。バッテリ電流センサ６６が備える内部抵抗測定機能は、原理図を図３に示すように、振幅が一定の交流の定電流Ｉsを供給する定電流源回路６６ａと、バッテリ６２の内部インピーダンスによる電圧降下Ｖ2を検出する電圧計６６ｂとを用い、交流四端子法によりバッテリ６２の内部インピーダンスを求めるものである。
【００３０】
定電流源回路６６ａ及び電圧計６６ｂは、それぞれ正負のソース端子６６ｃ及び正負のセンス端子６６ｄを介してバッテリ６２の両電極に接続している。定電流源回路６６ａと一方のソース端子６６ｃとの間及び電圧計６６ｂと各センス端子６６ｄとの間には、直流カットコンデンサ６６ｅを配している。
【００３１】
電圧計６６ｂが検出した電圧降下Ｖ2を定電流Ｉsで除算するとバッテリ６２の内部インピーダンスを求めることができる。しかし、バッテリ６２の内部インピーダンスは、実抵抗だけでなく、リアクタンスも含まれている。
【００３２】
バッテリ電流センサ６６には、バッテリ６２のインピーダンスによる電圧降下Ｖ2を実抵抗に由来する成分とリアクタンスに由来する成分とに分け、実抵抗に由来する成分を取り出すべく同期検波を行うための回路も内蔵されている。
【００３３】
ここで、定電流源回路６６ａから供給される定電流Ｉsに由来する基準信号電圧（参照信号の電圧）をＶ1、同期検波を行う信号電圧をＶ2とすると、Ｖ1及びＶ2はそれぞれ以下の式（１）、（２）により表すことができる。
Ｖ1＝Ａｓｉｎωｔ          （１）
Ｖ2＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋θ）  （２）
Ｖ2のθは、バッテリ６２内部のリアクタンスによって生じたＶ1に対する位相差である。
【００３４】
Ｖ1とＶ2について同期検波を行うと以下の式（３）が得られる。
Ｖ1×Ｖ2＝｛ＡＢｃｏｓθ−ＡＢｃｏｓ（２ωｔ＋θ）｝／２  （３）
式（３）の第１項は実抵抗による電圧低下を表す。一方、式（３）の第２項は、リアクタンスによる電圧低下であり、同期検波を行うための回路に含まれるローパスフィルタにより減衰する。従って、式（３）の第１項に基づき、バッテリ６２の実抵抗を知ることができる。
【００３５】
そして、バッテリ電流センサ６６には、以上のようにして求めたバッテリ６２の実抵抗をバッテリ６２の内部抵抗として、その値を示す信号ｈを出力するための回路も内蔵している。
【００３６】
本実施形態のバッテリ充電制御装置たるエンジン制御ＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００３７】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、バッテリ電流センサ６６から出力されるバッテリ６２の状態を示すバッテリ状態信号ｈ等が入力される。
【００３８】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、オルタネータ６３が発電する電圧を制御する電圧レギュレータ６５に対して電圧指示信号ｒ等を出力する。
【００３９】
エンジン制御ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納しているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。エンジン制御ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。エンジン制御ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｒを出力インタフェースを介して印加する。
【００４０】
本実施形態のエンジン制御ＥＣＵ０は、信号待ち等による車両の停車時に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。エンジン制御ＥＣＵ０は、車速が所定値以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温が十分高く、バッテリ６２に蓄えられた電力の量が所定を上回り、ブレーキブースタ負圧が十分に確保されている等といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。
【００４１】
アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関を再始動する。エンジン制御ＥＣＵ０は、運転者がブレーキペダルから足を離した、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏み込まれた、アイドルストップ状態で所定時間が経過した等のうちの何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。
【００４２】
さらに、エンジン制御ＥＣＵ０は、バッテリ電流センサ６６を利用して、車両の出荷時及びバッテリ６２の交換時にバッテリ６２の内部抵抗を検出し、エンジン制御ＥＣＵ０のメモリの所定領域にバッテリ６２の内部抵抗の初期値Ｒ0として記憶する。加えて、エンジン制御ＥＣＵ０は、内燃機関の停止中にバッテリ６２の内部抵抗を検出し、エンジン制御ＥＣＵ０のメモリの所定領域に記憶する。なお、バッテリ６２の内部抵抗の検出は、イグニッションスイッチがＯＦＦであるとき、すなわちクランキング用モータ６１及び各種の電気負荷６４、６９が作動していないときに行う。
【００４３】
その上で、エンジン制御ＥＣＵ０は、イグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦになった直後に、バッテリ６２の劣化を判定すべく以下に述べるような処理を行う。この処理の手順をフローチャートである図４を参照しつつ示す。
【００４４】
まず、バッテリ電流センサ６６を利用してバッテリ６２の内部抵抗の直近値Ｒ1を検出し（ステップＳ１）、初期値Ｒ0からの差すなわち増加幅ΔＲを求める（ステップＳ２）。増加幅ΔＲが所定値ΔＲthを上回る場合（ステップＳ３）、バッテリ６２が劣化しているものとして、次回の始動後にバッテリ６２の活性化のための制御を行う（ステップＳ４）。所定値ΔＲthは、例えば、内部抵抗の初期値Ｒ0の０．５倍である。増加幅ΔＲが所定値ΔＲthを上回っていなければ（ステップＳ３）、バッテリ６２が劣化していないものとして、処理を終了する。
【００４５】
バッテリ６２の活性化のための制御について、具体例を以下に述べる。
【００４６】
＜例１＞
オルタネータ６３の出力電圧をＨＩ電位またはＬＯ電位の二段階に切り替えることができるレギュレータ６５を搭載した車両において、バッテリ６２が劣化しているものと判定した場合、イグニッションスイッチがＯＮになり内燃機関の始動が行われた直後に、バッテリ６２の活性化のために、始動直後の充電量を増量すべく充電時間を延長する制御を行う。換言すれば、オルタネータ６３の出力電圧をＨＩ電位とする期間を延長する制御を行う。充電時間の延長幅は、内部抵抗の初期値Ｒ0が高くなるにつれ、また、バッテリ温度が低くなるにつれ、大きくしている。
【００４７】
＜例２＞
オルタネータ６３の出力電圧を所定範囲で連続的に変えることのできるレギュレータ６５を搭載した車両において、バッテリ６２が劣化しているものと判定した場合、イグニッションスイッチがＯＮになり内燃機関の始動が行われた直後に、バッテリ６２の活性化のために、始動直後の充電量を増量すべくオルタネータ６３の出力電圧をより高くする制御を行う。オルタネータ６３の出力電圧は、内部抵抗の初期値Ｒ0が高くなるにつれ、また、バッテリ温度が低くなるにつれ、高くしている。
【００４８】
＜例３＞
レギュレータ６５の種類に関わらず、バッテリ６２が劣化しているものと判定した場合、イグニッションスイッチがＯＮになり内燃機関の始動が行われた直後に、バッテリ６２の活性化のために、始動直後の充電量を増量すべく満充電判定に用いるバッテリ電流の判定閾値を所定の幅、例えば１０％低下させる制御を行う。バッテリ６２が劣化しているときは満充電時の充電電流が低下するため、バッテリ電流の判定閾値を低下させることにより、満充電判定の精度を向上させることもできる。バッテリ電流の判定閾値の低下幅は、内部抵抗の初期値Ｒ0が高くなるにつれ、また、バッテリ温度が低くなるにつれ大きくしている。
【００４９】
以上に述べたように、本実施形態によれば、バッテリ６２の内部抵抗の直近値Ｒ1そのものを固定の閾値と比較するのでなく、初期値Ｒ0からの増加幅ΔＲを参照し、増加幅ΔＲが所定値ΔＲthを上回る場合にバッテリ６２の活性化のための制御を行うので、バッテリ６２等の個体差を加味してバッテリ６２の劣化の度合いをより精度よく判定することができる。
【００５０】
初期値Ｒ0からの増加幅ΔＲが所定値ΔＲthを上回る場合には、バッテリ６２の活性化のための制御を行うことにより、適切なタイミングでバッテリ６２を活性化してバッテリ６２の長寿命化を図ることができ、ひいてはコスト面で有利となる。その上、バッテリ６２の劣化を抑制することにより、アイドルストップを実行する機会を増加させ燃費を向上させることも可能となるとともに、回生制動を行う際に発電された電力をより多くバッテリ６２に蓄えられる。
【００５１】
そして、バッテリ６２の活性化のための制御を内燃機関の始動が行われた直後すなわち内燃機関の暖機中に実行するようにしているので、アイドルストップ等により発電が中断されることがなく、バッテリ６２の活性化を確実に行うことができる。従って、バッテリ６２の活性化を行うべく運転者の意志に反してアイドルストップを禁止し、オルタネータ６３に発電させるために内燃機関を運転させる必要がなく、運転者等の乗員に違和感を与えることがない。
【００５２】
なお、本実施形態は上述した実施形態に限られない。
【００５３】
例えば、車両の出荷時及びバッテリ６２の交換時にバッテリ６２の内部抵抗を検出し、エンジン制御ＥＣＵ０のメモリの所定領域にバッテリ６２の内部抵抗の初期値Ｒ0として記憶し、バッテリ６２の内部抵抗の直近値Ｒ1の初期値Ｒ0からの増加幅ΔＲを求める替わりに、所定期間前、例えば２日前のバッテリ６２の内部抵抗を過去値として記憶した状態で、バッテリ６２の内部抵抗の直近値Ｒ1の過去値からの増加幅を求めてもよい。所定期間内のバッテリ６２の内部抵抗を過去値として記憶していない場合は、それ以前で最も新しい時期に検出した過去値からの単位期間あたりの増加の度合いに基づきバッテリ６２の劣化を判定するとよい。
【００５４】
イグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦになった直後にバッテリの内部抵抗を検出するだけでなく、内燃機関の停止中において所定時間が経過するごとに、イグニッションスイッチがＯＦＦになっていることを条件としてバッテリの内部抵抗を検出してもよい。
【００５５】
直近に検出したバッテリの内部抵抗の初期値又は過去値に対する増加率又は比を求め、その増加率又は比が所定値を上回る場合にバッテリが劣化しているものとして次回の始動後にバッテリの活性化のための制御を行う態様を採用してもよい。
【００５６】
そして、アイドルストップを行わない車両に本発明を適用してももちろんよい。
【００５７】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００５８】
０…エンジン制御ＥＣＵ（バッテリ充電制御装置）
６２…バッテリ
６３…オルタネータ
６６…バッテリ電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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