(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられたバッテリと、
前記車両のエンジンの回転を動力源として電力を生成し、該生成した電力を少なくとも前記バッテリに供給するオルタネータと、
前記エンジンの始動後、前記バッテリの蓄電率を漸増させる補充電モード、および、該補充電モードにおいて所定の条件を満たした後、予め定められた所定値を目標蓄電率として該バッテリの蓄電率を該目標蓄電率に維持する目標蓄電率維持モードに基づいて、前記オルタネータの出力を制御するオルタネータ制御部と、
を備え、
前記オルタネータ制御部は、前記補充電モードにおいて前記所定の条件を満たしたとき、前記バッテリの蓄電率が前記所定値に満たない場合、前記所定の条件を満たしたときのバッテリの蓄電率を目標蓄電率として前記目標蓄電率維持モードを実行し、
前記目標蓄電率維持モードでは、前記バッテリの放電電流を充電電流より相対的に大きく見積もって蓄電率を導出することを特徴とする電力供給ユニット。
【請求項２】
前記オルタネータ制御部は、前記バッテリの蓄電率が前記所定値に達すると、前記所定値を目標蓄電率として前記目標蓄電率維持モードを実行することを特徴とする請求項１に記載の電力供給ユニット。
【請求項３】
前記オルタネータ制御部は、前記バッテリの蓄電率が前記所定値に達すると、放電電流に乗じる係数と、充電電流に乗じる係数との比率を下げることを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給ユニット。
【請求項４】
前記オルタネータ制御部は、変速レンジが、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｐレンジのいずれかであると判定すると、前記補充電モードにおいて前記所定の条件を満たしたとしても、前記所定値を目標蓄電率とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力供給ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジンの回転を動力源としてオルタネータが電力を生成し、その電力をバッテリに供給する電力供給ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両では、例えば、エンジンを始動する際、スタータに電力を供給するためバッテリが設けられている。また、エンジンの回転を動力源としてオルタネータが電力を生成し、その生成された電力によってバッテリが充電され、その蓄電率（ＳＯＣ：State Of Charge）が、蓄電率の目標となる目標蓄電率に維持される。
【０００３】
また、運転者が希望する走行形態および車両の走行環境に応じて目標蓄電率を変化させる技術（例えば、特許文献１）、複数のセルを直列に接続した組電池に対し、組電池の目標蓄電率を上昇させてセル間の蓄電率の調整を行う技術（例えば、特許文献２）、車両が停止している場合にクラッチの摩擦の度合いに応じて目標蓄電率を変化させる技術（例えば、特許文献３）、複数のセル間の電圧異常が検出されると、組電池の目標蓄電率を上昇させて、セル間の蓄電率の調整を行う技術（例えば、特許文献４）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２００８−２７９８０３号公報
【特許文献２】特開２００５−２７８２４９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１１９３１７号公報
【特許文献４】特開２００５−２７８２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、車両が走行している間、バッテリは、その蓄電率が目標蓄電率に維持されるように制御（充放電制御）される。しかし、一度エンジンを停止すると、停止している間の自然放電によって蓄電率が低下し、目標蓄電率から乖離してしまう。そこで、車両におけるエンジンの始動時には、自然放電により低下したバッテリの蓄電率を強制的に漸増させる所謂補充電が行われ、補充電が完了した後、充放電制御に切り換わる。
【０００６】
しかし、従来、補充電の完了時に蓄電率が目標蓄電率に満たない場合、その蓄電率が走行に支障を与えるレベルであるか否かに拘わらず、目標蓄電率に到達するまで、蓄電率を強制的に漸増させる強制充電が行われていた。このように急速な充電を行うと、その間のオルタネータの発電がエンジン負荷となり、結果的に燃費の向上を図れないといった問題を招いていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、補充電完了後において強制充電によるエンジン負荷の上昇を抑制し、効率よくバッテリの充電を行うことが可能な電力供給ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電力供給ユニットは、車両に設けられたバッテリと、車両のエンジンの回転を動力源として電力を生成し、生成した電力を少なくともバッテリに供給するオルタネータと、エンジンの始動後、バッテリの蓄電率を漸増させる補充電モード、および、補充電モードにおいて所定の条件を満たした後、予め定められた所定値を目標蓄電率としてバッテリの蓄電率を目標蓄電率に維持する目標蓄電率維持モードに基づいて、オルタネータの出力を制御するオルタネータ制御部と、を備え、オルタネータ制御部は、補充電モードにおいて所定の条件を満たしたとき、バッテリの蓄電率が所定値に満たない場合、所定の条件を満たしたときのバッテリの蓄電率を目標蓄電率として目標蓄電率維持モードを実行し、目標蓄電率維持モードでは、バッテリの放電電流を充電電流より相対的に大きく見積もって蓄電率を導出することを特徴とする。
【０００９】
オルタネータ制御部は、バッテリの蓄電率が所定値に達すると、所定値を目標蓄電率として目標蓄電率維持モードを実行してもよい。
【００１０】
オルタネータ制御部は、バッテリの蓄電率が所定値に達すると、放電電流に乗じる係数と、充電電流に乗じる係数との比率を下げてもよい。
【００１１】
オルタネータ制御部は、変速レンジが、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｐレンジのいずれかであると判定すると、補充電モードにおいて所定の条件を満たしたとしても、所定値を目標蓄電率としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、補充電完了後において強制充電によるエンジン負荷の上昇を抑制し、効率よくバッテリの充電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電力供給ユニットの構成を示した機能ブロック図である。
【図２】目標蓄電率維持モードの制御系を示した説明図である。
【図３】目標蓄電率維持モードの具体的な動作を説明するための説明図である。
【図４】補充電モードを説明するための説明図である。
【図５】目標蓄電率維持モードの他の例を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態における目標蓄電率維持モードを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
（電力供給ユニット１）
図１は、電力供給ユニット１の構成を示した機能ブロック図である。図１において、実線は電力の流れを、破線は制御信号の流れを示している。電力供給ユニット１は、エンジン１０と、オルタネータ１２と、バッテリ１４と、車両負荷１６と、電流センサ１８と、電圧センサ２０と、制御ユニット２２とを含んで構成される。
【００１６】
エンジン１０は、車両の動力源であり、クラッチや変速機を介して駆動輪を回動する。オルタネータ１２は、エンジン１０の回転軸に直接またはプーリ機構を介して連結され、エンジン１０の回転を動力源として電力を生成する。具体的に、エンジン１０の回転によって、オルタネータ１２のフィールドコイルに界磁電流が供給され、三相交流の誘起電流を生じさせる。そして、フィールドコイルの界磁電流が、レギュレータ等を通じて調整され、その発電電圧（出力電圧）が主として１４Ｖに制御される。また、オルタネータ１２では、エンジン１０からトルク（発電トルク）を入力して積極的に発電するエンジン発電と、駆動輪や変速機側からトルク（制動トルク）を入力して発電する回生発電とが実行される。前者では、その発電のためにエンジン１０が燃料を消費するが、後者ではこの制動トルクが車輪の制動に寄与して燃料の消費は生じない。生成された電力は、バッテリ１４に充電されるとともに、エンジン１０の電気系統や車両負荷１６として費やされる。
【００１７】
バッテリ１４は、オルタネータ１２に接続され、オルタネータ１２で生成された電力を蓄積（充電）する。また、エンジン１０や、補機等の車両負荷１６で電力を必要とする場合、例えば、エンジン１０の始動時にスタータに電力を供給する場合、バッテリ１４は、蓄積した電力をエンジン１０や車両負荷１６に供給（放電）する。
【００１８】
電流センサ１８は、バッテリ１４に入出力（充放電）される電流を測定し、測定した電流値を制御ユニット２２に送信する。電圧センサ２０は、バッテリ１４の端子電圧を測定し、その測定値を制御ユニット２２に送信する。
【００１９】
制御ユニット２２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ、車両の走行に必要な情報を保持する情報保持部等を含む半導体集積回路で構成され、各種センサの値を読み出し、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信を通じて電力供給ユニット１全体を制御する。また、制御ユニット２２は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行させて、レンジ判定部４０、蓄電率導出部４２、オルタネータ制御部４４等の機能部として機能する。
【００２０】
レンジ判定部４０は、車両がいずれの変速レンジ（前進レンジ（Ｄレンジ）、後進レンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、パーキングレンジ（Ｐレンジ））に設定されているか判定する。ここで、各変速レンジは以下のように作用している。すなわち、Ｄレンジは、前進クラッチを締結し、後進クラッチを解除する。Ｒレンジは、前進クラッチを解除し、後進クラッチを締結する。Ｎレンジは、前進クラッチ、後進クラッチをともに解除する。Ｐレンジは、前進クラッチ、後進クラッチをともに解除するとともに、パーキングロック機構を作動させる。
【００２１】
蓄電率導出部４２は、電流センサ１８の電流値を積分して蓄電率（ＳＯＣ）を導出する。また、蓄電率導出部４２は、エンジン１０の停止時の蓄電率を保持すべく、導出した蓄電率を、導出時刻に関連付けて情報保持部に逐次保持する。本実施形態では、蓄電率を電流値の積分で導出しているが電圧センサ２０の電圧に基づいて、その時点の蓄電率を直接導出することもできる。したがって、蓄電率導出部４２は、かかる電圧に基づく蓄電率も用い、電流値に基づく蓄電率の妥当性を判断する。
【００２２】
オルタネータ制御部４４は、オルタネータ１２のレギュレータ等を調整することで発電電圧を制御する。以下、オルタネータ制御部４４によるバッテリ１４の蓄電率の制御モード（目標蓄電率維持モード、補充電モード）について詳述する。
【００２３】
（目標蓄電率維持モード）
バッテリ１４は、エンジン１０や車両負荷１６への電力供給によって蓄電率が低下する。したがって、蓄電率を補充すべく、オルタネータ１２からバッテリ１４への充電が行われる。しかし、蓄電率の低下を防止すべく、オルタネータ１２から常にバッテリ１４に充電するとなると、オルタネータ１２の発電がエンジン負荷となり、結果的に燃費の低下を招くこととなる。そこで、オルタネータ制御部４４は、予め定められた所定値を、蓄電率の目標となる目標蓄電率とし、バッテリ１４の蓄電率が目標蓄電率に維持されるように、オルタネータ１２の発電電圧を制御する（目標蓄電率維持モード）。
【００２４】
図２は、目標蓄電率維持モードの制御系を示した説明図である。図２に示すように、目標蓄電率維持モードでは、目標蓄電率とバッテリ１４の蓄電率との差分に応じて、オルタネータ１２等を制御し、バッテリ１４への充電電流およびバッテリ１４からの放電電流を制御する。具体的に、オルタネータ制御部４４は、目標蓄電率とバッテリ１４の蓄電率との差分が所定の蓄電率の範囲（例えば９５±１％）にあるときは、直前のオルタネータ１２等の発電電圧の制御状態を維持し、所定の蓄電率の範囲を超えると、その値に比例した制御量で充放電制御を行う。
【００２５】
ただし、ここでは、バッテリ１４の蓄電率として、仮想蓄電率と実測蓄電率の２つの概念を用いる。仮想蓄電率と実測蓄電率とは、いずれも蓄電率として電流センサ１８の電流値を積分したものに相当するが、その積分の入力処理が異なる。実測蓄電率は、電流値をそのまま積分しており、実際の蓄電率そのものを示しているのに対し、仮想蓄電率は、電流値に任意の係数を乗じた後、積分している。ここでは、正の電流値（充電電流の値）に１近傍の係数αを乗じ、負の電流値（放電電流の値）に１近傍の係数βを乗じる。
【００２６】
説明の便宜上、仮に係数αおよび係数βを１とすると、仮想蓄電率および実測蓄電率は、いずれもバッテリ１４の現在の蓄電率そのものを示すことになる。したがって、当該目標蓄電率維持モードの制御系によると、目標蓄電率と仮想蓄電率との差分による適切な充放電制御により、仮想蓄電率を目標蓄電率に維持することが可能となる。
【００２７】
ただし、本実施形態では係数αおよび係数βの値を任意に設定している。例えば、放電電流に乗じる係数βを１．０１とし、係数βを充電電流に乗じる係数α＝１．００より高めた（放電電流を充電電流より相対的に大きく見積もるようにした）とする。この場合、負の電流値（放電電流値）については、電流センサ１８で取得された実際の電流値より係数βと１との差分だけ大きく積分されることとなり、仮想蓄電率が本来の蓄電率である実測蓄電率より小さく見積もられる。その結果、仮想蓄電率を目標蓄電率に維持しようとすると、充放電の指令が本来の指令より正側（充電側）に偏り、実際の蓄電率（実測蓄電率に相当）が徐々に大きくなる。ここでは、蓄電率の単位時間あたりの平均上昇率を第１上昇率と呼ぶ。このように、実測蓄電率を徐々に大きくする構成により、バッテリ１４における自然放電や、経時による蓄電性能の低下を回避することができる。
【００２８】
しかし、このように、実測蓄電率を徐々に大きくする構成とするだけでは、実測蓄電率が、いずれバッテリ１４の最大蓄電率（例えば１００％）に到達してしまう。そこで、オルタネータ制御部４４は、仮想蓄電率に加え実測蓄電率も監視し、実測蓄電率が最大蓄電率に到達すると、実測蓄電率によって仮想蓄電率を書き換える。こうして、仮想蓄電率が目標蓄電率から乖離するので、実測蓄電率を低下させることができる。本実施形態では、実測蓄電率が最大蓄電率に到達する度に、実測蓄電率の書き換えを行うので、バッテリ１４における自然放電や、経時による蓄電性能の低下を回避しつつ、バッテリ１４の過充電を防止することが可能となる。
【００２９】
図３は、目標蓄電率維持モードの具体的な動作を説明するための説明図である。上述したように、オルタネータ制御部４４は、目標蓄電率として所定値（例えば９５％）を設定し、図３（ａ）に示すように、仮想蓄電率を目標蓄電率に維持する。
【００３０】
したがって、オルタネータ制御部４４は、仮想蓄電率が目標蓄電率に対して例えば＋１％以上となるまで上昇するとバッテリ１４を放電し、仮想蓄電率が目標蓄電率に対して例えば−１％以下になるまで下降するとバッテリ１４を充電する。そして、図３（ｂ）のＡ時点に示すように、実測蓄電率が最大蓄電率に到達すると、仮想蓄電率をその実測蓄電率に書き換える。したがって、仮想蓄電率は、図３（ａ）に示すように、Ａ時点から段階的に値が変化し、徐々に目標蓄電率に戻ることとなる。
【００３１】
（補充電モード）
上述したように、車両が走行している間、オルタネータ制御部４４は、目標蓄電率維持モードにより、バッテリ１４の蓄電率が目標蓄電率に維持されるように充放電制御する。しかし、一度エンジン１０を停止（イグニッションオフ）すると、エンジン１０が停止している間の自然放電によって蓄電率が低下し、目標蓄電率から乖離してしまう。そこで、エンジン１０の始動（イグニッションオン）時には、自然放電により低下したバッテリ１４の蓄電率を強制的に漸増させる補充電が行われ、補充電が完了した後、充放電制御に切り換わる。
【００３２】
図４は、補充電モードを説明するための説明図である。具体的に、まず、蓄電率導出部４２は、図４に示すように、エンジン１０が始動すると、エンジン１０の停止時に情報保持部に保持された蓄電率（ここでは９５％）を読み出す。そして、蓄電率導出部４２は、エンジン１０の停止時（最後に蓄電率が保持された導出時刻）からエンジン１０の始動時までのソーク時間を求め、エンジン１０の停止時の単位時間あたりの蓄電率の低下想定値にソーク時間を乗じ、その結果（ここでは８％）をエンジン１０の停止時における蓄電率（９５％）から減算する。こうして、図４に示すエンジン１０の始動時の蓄電率（ここでは８７％）が導出される。
【００３３】
続いて、オルタネータ制御部４４は、エンジン１０の始動時の蓄電率（例えば８７％）に基づいて、蓄電率が目標蓄電率（例えば９５％）に到達するように、第２上昇率（急速な充電）により所定の時間連続して充電する。ここで、第２上昇率は、バッテリ１４の蓄電率に拘わらず必ずバッテリ１４の充電が行われる電圧にオルタネータ１２出力電圧を設定したときの、蓄電率の単位時間あたりの平均上昇率であり、かつ、上記第１上昇率より大きい値である。こうして、バッテリ１４の蓄電率を漸増させ、目標蓄電率に近づけることができる。このような補充電が完了すると、オルタネータ制御部４４は、図４の如く、補充電モードを目標蓄電率維持モードに切り換え、充放電制御を行う。
【００３４】
図５は、目標蓄電率維持モードの他の例を説明するための説明図である。上記のように、オルタネータ制御部４４は、エンジン１０の始動時の蓄電率に基づいて、蓄電率が目標蓄電率に到達するように充電を行うが、エンジン１０の始動時の車両の状態によっては、図５のように、補充電完了時のバッテリ１４の蓄電率（例えば９１％）が目標蓄電率（例えば９５％）に満たない場合がある。
【００３５】
従来、補充電モードにおいて所定の条件（例えば、所定の時間経過）を満たした際、このように蓄電率が目標蓄電率に満たないと、その蓄電率が目標蓄電率に到達するまで、図５に示すように、例えば、補充電と同様の第２上昇率により、蓄電率を強制的に漸増させる強制充電が行われていた。このように急速な充電を行うと、その間のオルタネータ１２の発電がエンジン負荷となり、結果的に燃費の低下を招くこととなる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、補充電完了後において強制充電を回避し、強制充電によるエンジン負荷の上昇を抑制して、効率よくバッテリ１４の充電を行う。
【００３７】
図６は、本実施形態における目標蓄電率維持モードを説明するための説明図である。オルタネータ制御部４４は、補充電モードにおいて所定の条件（例えば、所定の時間経過）を満たし、補充電が完了した際、図６（ａ）のように、バッテリ１４の蓄電率（例えば９１％）が目標蓄電率に満たない場合、図６中、白抜き矢印で示すように、補充電完了時のバッテリの蓄電率（例えば９１％）またはバッテリ１４の蓄電率以下の任意の値を目標蓄電率として目標蓄電率維持モードを実行する。
【００３８】
すなわち、オルタネータ制御部４４は、図５で説明した強制充電を行うことなく、本来の所定値より小さい、補充電完了時のバッテリの蓄電率（例えば９１％）を目標蓄電率として、バッテリ１４の蓄電率を目標蓄電率に維持する充放電制御を行う。
【００３９】
ここでは、上記の強制充電を行わずに、補充電完了時のバッテリの蓄電率を目標蓄電率とすることで、第２上昇率による急速な充電を回避し、オルタネータ１２の発電が不要にエンジン負荷となるのを防止している。その結果、燃費の向上を図ることが可能となる。
【００４０】
ただし、単に目標蓄電率を所定値より低い、補充電完了時のバッテリ１４の蓄電率とするのみでは、本来の目標蓄電率（例えば９５％）を維持できない。そこで、オルタネータ制御部４４は、図３を用いて説明したように、係数αおよび係数βの値を任意に設定することで、実測蓄電率が徐々に大きくなるように制御し、最終的には、所定値を目標蓄電率とする目標蓄電率維持モードを行う。
【００４１】
ただし、ここでは、本来の目標蓄電率維持モードの係数β（例えば１．０１）より大きな係数β（例えば、１．０５）を用いる。したがって、蓄電率の単位時間あたりの平均上昇率は第１上昇率より大きな第３上昇率となる。このように、係数βを大きくすることで、仮想蓄電率が本来の蓄電率である実測蓄電率より、より小さく見積もられる。その結果、実測蓄電率を、迅速に本来の目標蓄電率に近づけることが可能となる。
【００４２】
また、オルタネータ制御部４４は、図６（ｂ）に示すように、バッテリ１４の蓄電率（実測蓄電率）が本来の目標蓄電率に達すると、本来の所定値を目標蓄電率とする目標蓄電率維持モードが可能となるとして、目標蓄電率を、補充電完了時のバッテリ１４の蓄電率から本来の所定値に切り換えるとともに、係数βを、例えば、１．０５から１．０１に下げる。こうして、目標蓄電率維持モードが本来あるべき緩やかな傾斜を伴って行われるようになる。
【００４３】
こうして、上記の強制充電を行わずに、すなわち、第２上昇率による急速な充電を回避しつつ、本来の目標蓄電率維持モードに移行させ、燃費の向上を図ることが可能となる。
【００４４】
ただし、レンジ判定部４０が、変速レンジがＤレンジではなく、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｐレンジのいずれかであると判定すると、イグニッションオフされる可能性があるので、補充電モードにおいて所定の条件を満たしたとしても、目標蓄電率を本来の所定値とし、第２上昇率による急速な充電を行って、バッテリ１４の劣化を防止する。
【００４５】
また、補充電完了後の蓄電率が所定の閾値（例えば８０％）以下の場合、車両のスムーズな走行を支援すべく、満充電になるまで第２上昇率による急速な充電を行うとしてもよい。
【００４６】
以上、説明したように、本実施形態では、補充電完了後において強制充電によるエンジン負荷の上昇を抑制し、効率よくバッテリ１４の充電を行うことが可能となり、その結果、燃費の向上を図ることができる。
【００４７】
また、コンピュータを、電力供給ユニット１として機能させるプログラムや当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
【００４８】
また、上述した実施形態では、制御ユニット２２において、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭが協働して各機能部を動作させる例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の集積回路によって実現してもよい。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、車両のエンジンの回転を動力源としてオルタネータが電力を生成し、その電力をバッテリに供給する電力供給ユニットに利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  電力供給ユニット
１０  エンジン
１２  オルタネータ
１４  バッテリ
１６  車両負荷
２２  制御ユニット
４０  レンジ判定部
４２  蓄電率導出部
４４  オルタネータ制御部
【図１】
0006383278.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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