(57)【要約】【課題】エンジンで駆動される発電機を制御して、発電機で得られた電力で充電される、充電能力が異なる２つのバッテリの充電効率を向上させることを課題とする。【解決手段】発電機２により発電された電力により充電される鉛酸バッテリ９に並列に接続され、鉛酸バッテリ９の内部抵抗よりも小さい内部抵抗を有し、発電機２により発電された電力により充電されるリチウム・イオンバッテリ１１と、車両の走行状態に基づいて発電指令値を出力するＥＣＭ６と、鉛酸バッテリ９の電圧、リチウム・イオンバッテリ１１の電圧、ならびに発電指令値に基づいて、発電指令電圧を発電機２に出力して発電機２を発電制御するＥＣＵ７を有することを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004112900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンで駆動され、発電指令電圧に基づいて発電制御される発電機と、
前記発電機により発電された電力により充電される水溶系二次電池と、
水溶系二次電池に並列に接続されると共に、前記水溶系二次電池の内部抵抗よりも小さい内部抵抗を有し、前記発電機により発電された電力により充電される非水系二次電池と、
前記水溶系二次電池の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記非水系二次電池の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記回転数検出手段で検出された前記エンジンの回転数と、前記車速検出手段で検出された車速とに基づいて、発電指令値を演算する発電指令値演算手段と、
前記第１の電圧検出手段で検出された前記水溶系二次電池の電圧、前記第２の電圧検出手段で検出された前記非水系二次電池の電圧、ならびに前記発電指令値演算手段で演算された発電指令値に基づいた発電指令電圧を前記発電機に出力する発電指令電圧出力手段と
を有することを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項２】
前記発電指令電圧は、
前記第２の電圧検出手段により検出された前記非水系二次電池の電圧が第１のしいき値以下の場合は、前記発電機が発電状態となる発電指令電圧であり、前記非水系二次電池の電圧が第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上となった場合には、前記発電機が無発電状態となる発電指令電圧である
ことを特徴とする請求項１記載の車両用発電制御装置。
【請求項３】
前記発電機と前記水溶系二次電池と前記非水系二次電池の少なくとも一つより電力が供給されて駆動する負荷と、
前記第２の電圧検出手段により検出された前記非水系二次電池の電圧に基づいて、前記非水系二次電池の故障を検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段により前記非水系二次電池の故障が検出された場合には、前記非水系二次電池を前記負荷および発電機から切り離す接続制御手段と
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用発電制御装置。
【請求項４】
前記非水系二次電池の故障を報知する報知手段を備え、
前記故障検出手段により前記非水系二次電池の故障が検出された場合には、前記報知手段により前記非水系二次電池の故障を報知する
ことを特徴とする請求項３に記載の車両用発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより駆動される発電機を制御して、２つのバッテリを効率よく充電制御する車両用発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に開示されているものが知られている（例えば特許文献１参照）。この文献に記載された技術は、例えば鉛バッテリから構成される水溶系二次電池と、例えばリチウム（イオン）バッテリから構成される非水系二次電池とが並列に接続されている走行車両用電源システムであって、充電率が７Ｃ以下の電流値での充電時に、水溶系二次電池に流れる電流値（Ｘ）と非水系二次電池に流れる電流値（Ｙ）との比（Ｘ／Ｙ）を０．０５以上１．００以下にして、リチウムバッテリに流れる電流を鉛バッテリに流れる電流よりも大きくしたことを特徴としている。
【０００３】
このような特徴により、車両制動時に発電機によって発生する回生エネルギーは、回生電力として鉛バッテリに一部が回生充電されるが、より回生能力の大きなリチウムバッテリに回生充電されるため、走行車両用電源システムとしてのエネルギー効率を高めている。この結果、鉛バッテリの充電時に大電流が流れることにより生じる水の分解反応の促進に起因する電池寿命への悪影響を防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５６３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、リチウムバッテリと鉛バッテリとを並列に接続すると共に、バッテリへの充電時には、リチウムバッテリに流れる電流を鉛バッテリに流れる電流よりも大きくすることが記載されているのみであって、発電機をどのように制御して、２つのバッテリに電流を供給制御するかといった、具体的な制御方法に関しては何ら記載されていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンで駆動される発電機を制御して、発電機で得られた電力で充電される、充電能力が異なる２つのバッテリの充電効率を向上させた車両用発電制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの回転数と車速とに基づいて算出された発電電圧指令値と、水溶系二次電池の電圧と、水溶系二次電池よりも内部抵抗の小さい非水系二次電池の電圧に基づいた発電指令電圧を、発電機へ出力して発電機を発電制御するようにした。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの回転数と車速とに基づいて算出された発電電圧指令値と、水溶系二次電池の電圧と、水溶系二次電池よりも内部抵抗の小さい非水系二次電池の電圧に基づいた発電指令電圧を、発電機へ出力して発電機を発電制御するようにしたので、発電指令電圧で発電された電力によって、非水系二次電池が充電されるので、充電時の充電効率を向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る車両用発電制御装置を含む車両の電力系システムの構成を示す図である。図１において、車両の電力系システムは、エンジン１、エンジン１により駆動される発電機２、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ３、エンジン１を始動するスタータ４、車速を検出する車速センサ５、エンジン１を制御するＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）６、発電機２の発電量を制御するＥＣＵ（エレクトリック・コントロール・ユニット）７、インジケータ８、水溶系二次電池である鉛酸バッテリ９、鉛酸バッテリ９の電圧を検出する鉛酸バッテリ電圧センサ１０、非水系二次電池であるリチウム・イオンバッテリ１１、リチウム・イオンバッテリ１１の電圧を検出するリチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２と、発電機２による電力や、鉛酸バッテリ９又はリチウム・イオンバッテリ１１から電力が供給される負荷１３、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１４を備えて構成されている。なお、図１において、太線は電力を伝送する電力線を示し、他の細線は種々の信号を伝送する制御線を示す。
【００１１】
エンジン１は、連結ベルト１５を介して発電機２と連結され、エンジン１の駆動力により発電機２を駆動する。
【００１２】
発電機２は、エンジン１により駆動されて発電を行うと共に、ＥＣＵ７から出力される発電指令電圧に基づいて発電制御される。発電機２は鉛酸バッテリ９に接続されると共に、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１４を介してリチウム・イオンバッテリ１１および、負荷１３に接続されている。発電機２で発電された電力は、これら２つのバッテリ９、１１ならびに負荷１３に供給される。
【００１３】
回転数センサ３は、エンジン１の回転数を検出し、検出した回転数をＥＣＵ７に出力する。車速センサ５は、車速を検出し、検出した車速をＥＣＭ６に出力する。
【００１４】
ＥＣＭ６は、回転数センサ３により検出されたエンジン１の回転数と、車速センサ５により検出された車速とに基づいて、発電指令値を演算する。ＥＣＭ６は、例えばエンジン１の回転数と車速に応じた発電指令値が予め設定されたテーブルマップを有していて、このテーブルマップを用いて発電指令値ＴＧＴＶＢを演算する。演算された発電指令値は、ＥＣＵ７に出力される。
【００１５】
ＥＣＵ７は、ＥＣＭ６から出力される発電指令値、鉛酸バッテリ電圧センサ１０より出力される鉛酸バッテリ９のバッテリ電圧ＰＢＶＢならびにリチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２により出力されるリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢによって、発電指令電圧ＡＬＴＧを演算し、得られた発電指令電圧ＡＬＴＧを発電機２に出力し、発電機２の発電を制御する。また、ＥＣＵ７は、リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２により出力されるリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧に基づいて、リチウム・イオンバッテリ１１の故障を検出する。ＥＣＵ７によりリチウム・イオンバッテリ１１の故障が検出された場合には、ＥＣＵ７は、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１４を介してリチウム・イオンバッテリ１１を装置本体から切り離す。
【００１６】
インジケータ８は、ＥＣＵ７によりリチウム・イオンバッテリ１１の故障が検出された場合に、点灯もしくは点滅することにより、リチウム・イオンバッテリ１１の故障を報知する。
【００１７】
鉛酸バッテリ９は、発電機２で発電された電力を受けて充電され、蓄積された電力は、電力線を介してスタータ４や負荷１３に供給される。
【００１８】
リチウム・イオンバッテリ１１は、鉛酸バッテリ９の内部抵抗よりも小さい内部抵抗を有し、充電量に応じてなだらかに減少する開放端電圧特性を有している。リチウム・イオンバッテリ１１は、上記特性により、鉛酸バッテリ９に比べて、発電機２の発電電圧が上昇した場合は、発電電力がリチウム・イオンバッテリ１１に与えられて充電される。一方、発電電圧が低下した場合には、リチウム・イオンバッテリ１１から放電が開始される。これにより、リチウム・イオンバッテリ１１は、鉛酸バッテリ９に比べて、充電効率が高くなっている。
【００１９】
リチウム・イオンバッテリ１１は、発電機２で発電された電力を受けて充電され、蓄積された電力は、電力線を介してスタータ４や負荷１３に供給される。リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２は、リチウム・イオンバッテリ１１の電圧を検出し、検出した電圧をＥＣＵ７に与える。
【００２０】
ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１４は、ＥＣＵ７の制御の下に、リチウム・イオンバッテリ１１、負荷１３との接続／非接続を行う。詳しくは、ＥＣＵ７とＪ／Ｂ１４によって負荷１３への電源供給の制御を行うと共に、ＥＣＵ７によりリチウム・イオンバッテリ１１の故障を検出すると、Ｊ／Ｂ１４内のリレーや半導体（不図示）を制御して、リチウム・イオンバッテリ１１を遮断等を行う。このジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１４は、図１においてはＥＣＵ７と別体として記載されているが、ＥＣＵ７と一体化されてもよい。
【００２１】
図２はＥＣＵ７で行われる発電制御の手順を示すフローチャートである。
【００２２】
図２において、この発電制御の手順は、イグニッションスイッチがオンして、スタータ４によりエンジン１が起動された時に開始され、まずステップＳ２００では、リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２によりリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢを検出する。
【００２３】
次に、ステップＳ２０１では、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが所定の範囲にあるか否かを判別することにより、リチウム・イオンバッテリ１１の異常を診断する。検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが所定の範囲にない場合には、リチウム・イオンバッテリ１１に異常が生じていると判断して、後述するステップＳ２１４へ進む。一方、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが所定の範囲にある場合には、ステップＳ２０２へ進む。
【００２４】
次に、ステップＳ２０２では、ＥＣＭ６で演算された発電指令値ＴＧＴＶＢを受信する。続いて、ステップＳ２０３では、受信した発電指令値ＴＧＴＶＢを発電指令電圧ＡＬＴＶ（＝ＴＧＴＶＢ）として発電機２に出力する。
【００２５】
次に、ステップＳ２０４では、リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２によりリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢを検出する。続いて、ステップ２０５では、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが規定範囲内、すなわち上限値（ＬＩＶＢＨ）と下限値（ＬＩＶＢＬ）との範囲内にあるか否かを判別する。この判別は、リチウム・イオンバッテリ１１が、充電を必要としているか否か、すなわち負荷１３に対して電力を供給できるか否かを判定するものである。したがって、上限値と下限値とで規定される規定範囲は、リチウム・イオンバッテリ１１の電圧が充電を必要としているか否かの範囲を示す電圧、すなわち負荷１３に対して電力を供給できるか否かを判定するしきい値となる。
【００２６】
判別結果において、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが、ＬＩＶＢＬ＜ＬＩＶＢ＜ＬＩＶＢＨの規定範囲にある場合は、リチウム・イオンバッテリ１１は充電を必要として負荷１３に電力を供給できない状態であると判定し、発電機２による発電を継続するために、ステップＳ２０２へ戻る。一方、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが、ＬＩＶＢＬ＜ＬＩＶＢ＜ＬＩＶＢＨの規定範囲にない場合には、ステップ２０６に進む。
【００２７】
次に、ステップＳ２０６では、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが、上記規定範囲の上限値以上（ＬＩＶＢ≧ＬＩＶＢＨ）であるか否かを判別する。判別結果において、バッテリ電圧ＬＩＶＢが上記上限値以上である場合には、リチウム・イオンバッテリ１１の充電電圧は十分であり、リチウム・イオンバッテリ１１から負荷１３に電力を供給できる状態にあると判定し、ステップＳ２０７へ進む。一方、バッテリ電圧ＬＩＶＢが上記上限値以上でない場合には、後述するステップＳ２１０へ進む。
【００２８】
次に、ステップＳ２０７では、ＥＣＵ７から発電機２に出力されていた発電指令電圧ＡＬＴＶを、それまで出力していたＴＧＴＶＢの値からこのＴＧＴＶＢよりも低いＴＧＴＶＢＦに変更し、変更した発電指令電圧ＡＬＴＶ＝ＴＧＴＶＢＦを発電機２へ出力する。
【００２９】
次に、ステップＳ２０８では、リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２によりリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢを検出する。続いて、ステップＳ２０９では、変更後の発電指令電圧ＴＧＴＶＢＦが、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢとリチウム・イオンバッテリ１１の上限値ＬＩＢＶＨの範囲内（ＬＩＶＢ≦ＴＧＴＶＢＦ＜ＬＩＶＢＨ）にあるか否かを判別する。すなわち、ステップＳ２０６で行った判別処理において肯定状態（ＬＩＶＢ≧ＬＩＶＢＨ）が継続されているか否かが判別される。判別結果において、変更後の発電指令電圧ＴＧＴＶＢＦが、ＬＩＶＢ≦ＴＧＴＶＢＦ＜ＬＩＶＢＨでない場合、すなわち、ステップＳ２０６で行った判別処理において肯定状態（ＬＩＶＢ≧ＬＩＶＢＨ）が継続されている場合には、リチウム・イオンバッテリ１１の充電量は十分であり、負荷１３への電力供給が可能な状態にあると判断する。すなわち、発電機２による発電は不要と判断し、ステップＳ２０７へ戻り、無発電となる発電指令電圧ＡＬＴＶ＝ＴＧＴＶＢＦが発電機２に継続して出力され、発電機２が無発電状態となる。
【００３０】
一方、変更後の発電指令電圧ＴＧＴＶＢＦが、ＬＩＶＢ≦ＴＧＴＶＢＦ＜ＬＩＶＢＨである場合、すなわち、ステップＳ２０６で行った判別処理において否定状態となった場合には、リチウム・イオンバッテリ１１は充電が必要であると判断され、ステップＳ２０２へ戻る。
【００３１】
次に、ステップＳ２０６の処理において、検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢが、上記規定範囲の上限値以上（ＬＩＶＢ≧ＬＩＶＢＨ）であるか否かを判別した結果、バッテリ電圧ＬＩＶＢが上記上限値以上でない場合には、バッテリ電圧ＬＩＶＢは上記規定範囲の下限値（ＬＩＶＢＬ）を下まわっていると判断され、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０では、発電機２に出力されていた発電指令電圧ＡＬＴＶを、それまで出力していたＴＧＴＶＢの値から検出したバッテリ電圧ＬＩＶＢに変更し、変更した発電指令電圧ＡＬＴＶ＝ＬＩＶＢを発電機２へ出力する。
【００３２】
次に、ステップＳ２１１では、リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２によりリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢを検出する。続いて、ステップＳ２１２では、鉛酸バッテリ電圧センサ１０により鉛酸バッテリ９のバッテリ電圧ＰＢＶＢを検出する。
【００３３】
次に、検出したリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢが、検出した鉛酸バッテリ９のバッテリ電圧ＰＢＶＢ以下（ＬＩＢＶ≦ＰＢＶＢ）であるか否かを判別する。判別結果において、リチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢが、検出した鉛酸バッテリ９のバッテリ電圧ＰＢＶＢ以下（ＬＩＢＶ≦ＰＢＶＢ）でない場合に、すなわちリチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢ＞鉛酸バッテリ９のバッテリ電圧ＰＢＶＢである場合には、ステップＳ２１０に戻る。
【００３４】
一方、リチウム・イオンバッテリ１１のバッテリ電圧ＬＩＶＢが、鉛酸バッテリ９のバッテリ電圧ＰＢＶＢ以下（ＬＩＢＶ≦ＰＢＶＢ）である場合には、ステップＳ２１４へ進む。
【００３５】
次に、ステップＳ２１４では、リチウム・イオンバッテリ１１に故障等の異常が発生したと判断し、インジケータ８を例えば点灯させる等して、リチウム・イオンバッテリ１１の異常を報知する。更に、ジャンクションボックス１４によりリチウム・イオンバッテリ１１を負荷１３および発電機２から切り離し、リチウム・イオンバッテリ１１の電源回路を遮断する。
【００３６】
図３はＥＣＵ７において上記発電制御を実施した際の、鉛酸バッテリ９ならびにリチウム・イオンバッテリ１１の充放電電流の様子、ならびに発電機２の動作電流を示す図である。図３において、鉛酸バッテリ９のみの場合に比べて、鉛酸バッテリ９にリチウム・イオンバッテリ１１を加えたハイブリッドバッテリを採用すると、減速時の発電エネルギーの回収効率が向上する。また、発電エネルギーの回収効率が高められることで、発電機２の無発電時間が長くなっていることが分かる。この結果、エンジン１に対する発電機２の負荷トルクが低減され、燃費の向上に寄与することができる。
【００３７】
以上説明したように、上記実施形態においては、エンジン１の回転数や車速といった車両の走行状態、ならびに鉛酸バッテリ９、リチウム・イオンバッテリ１１の電圧に基づいて、発電機２を発電制御して、鉛酸バッテリ９よりも内部抵抗の小さなリチウム・イオンバッテリ１１を充放電するようにしたので、充電時の効率を向上させることができる。
【００３８】
また、リチウム・イオンバッテリ１１の電圧が所定の値以上となった場合には、発電機２を無発電状態にするようにした。これにより、発電機２を駆動するエンジンの負荷が低減され、燃費を向上させることができる。
【００３９】
さらに、リチウム・イオンバッテリ１１が故障した場合には、リチウム・イオンバッテリ１１を電源回路から切り離して遮断するようにしたので、故障したリチウム・イオンバッテリ１１を継続して使用することを回避できる。
【００４０】
また、リチウム・イオンバッテリ１１の故障を報知するようにしたので、リチウム・イオンバッテリ１１の修理を促すことができる。
【００４１】
なお、実施の形態の構成要件と、特許請求の範囲における構成要件との対応関係は以下の通りである。すなわち、発電機２が発電機を、鉛酸バッテリ９が水溶系二次電池を、リチウム・イオンバッテリ１１が非水系二次電池を、鉛酸バッテリ電圧センサ１０が第１の電圧検出手段を、リチウム・イオンバッテリ電圧センサ１２が第２の電圧検出手段を、回転数センサ３が回転数検出手段を、車速センサ５が車速検出手段を、ＥＣＭ６が発電指令値演算手段を、ＥＣＵ７が発電指令電圧出力手段を構成する。
【００４２】
また、負荷１３が負荷を、ＥＣＵ７が故障検出手段を、ジャンクションボックス１４が接続制御手段を、インジケータ８が報知手段を構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用発電制御装置を含む車両の電力系システムの構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵ７で行われる発電制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】鉛酸バッテリ９ならびにリチウム・イオンバッテリ１１の充放電電流の様子、ならびに発電機２の動作電流を示す図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　発電機
３　回転数センサ
４　スタータ
５　車速センサ
６　ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）
７　ＥＣＵ（エレクトリック・コントロール・ユニット）
８　インジケータ
９　鉛酸バッテリ
１０　鉛酸バッテリ電圧センサ
１１　リチウム・イオンバッテリ
１２　リチウム・イオンバッテリ電圧センサ
１３　負荷
１４　ジャンクションンボックス（Ｊ／Ｂ）
【図１】
2004112900.tif 000003
【図２】
2004112900.tif 000004
【図３】
2004112900.tif 000005