(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機からの出力電圧を調整するレギュレータと、前記レギュレータから調整された調整電圧により充放電される二次電池と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の電流を検出する電流検出手段と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、を備え、車両始動直後に前記二次電池を充電する補充電制御を行い、その後所定の電池容量に制御する電池容量制御を行う、車両用二次電池の充電制御装置において、
前記補充電制御は、車両始動により補充電が開始され、この補充電中の前記二次電池の電流、電圧及び温度から補充電完了判定電流を求める補充電完了判定検出手段と、検出される電流と前記補充電完了判定電流とを比較し補充電完了を判定する電流比較判定手段と、を有し、
前記補充電完了判定検出手段は、所定の目標補充電容量を有し、補充電完了時の補充電容量が前記目標補充電容量より大きい場合、前記補充電完了判定電流を小さく再設定して前記二次電池の補充電を継続する再設定手段を有することを特徴とする車両用二次電池の充電制御装置。
【請求項２】
前記電流比較判定手段は、前記電流検出手段により検出される前記電流と前記補充電完了判定電流を比較し、前記補充電完了判定電流が前記電流よりも小さい場合、前記二次電池の補充電を継続する請求項１記載の車両用二次電池の充電制御装置。
【請求項３】
前記補充電完了判定電流を求める前記電流、電圧及び温度は、前記補充電中の所定時間内の平均電流、平均電圧及び平均温度である請求項１記載の車両用二次電池の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される二次電池の充電状態を適正に制御するための車両用二次電池の充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両において電気および電子機器が多く搭載されるようになり、走行時だけでなく、停止時においても大量の電気エネルギーが求められている。車両に搭載された二次電池は、通常交流発電機からの出力電圧により充電され、車両に備えられた各種負荷に対して放電が行われる。充電の際の充電電圧及び放電の際の放電電圧はレギュレータにより制御されており、この充放電電圧を以後調整電圧という。
【０００３】
二次電池は、車両始動前の放置状態による自己放電または車両に搭載された時計や電子機器などの記憶回路によって放電するため、放置状態が長い場合、車両をスムースに再始動できないおそれがある。そのため、車両始動直後に二次電池が低電圧状態のときに充電する補充電により、二次電池を充電する必要がある。
【０００４】
特許第３８９１８４５号（特許文献１）には、電圧と温度により予め設定された所定の補充電完了判定電流と補充電における電流とを比較し、電流が補充電完了判定電流よりも小さい場合に、充電制御に移行することが記載されている。しかし、二次電池の充電状態に関わらず、補充電完了判定電流を同じ値で充電制御を行っていた。図７に示すように、垂下電流は充電時間の経過と共に低下し、二次電池容量が低ＳＯＣの充電状態では、本来維持したい二次電池の充電容量よりも低い値で維持するおそれがある（ＳＯＣとはＳｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ=満充電状態を１００％とする残存容量）。つまり、高ＳＯＣの場合と同様に補充電完了判定電流を同じ値にすると充電分極の影響により、本来維持したい二次電池の充電容量よりも低い値で充電が完了するおそれがあり、二次電池の寿命が短くなる問題があった。
【特許文献１】特許第３８９１８４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の充電状態を制御することで、二次電池の維持したい充電状態の精度を向上させ、二次電池の劣化を抑制でき、二次電池の寿命を延ばすことができる車両用二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明者は、二次電池の充電状態を適正に制御することができる車両用二次電池の充電制御装置について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。
【０００７】
本発明の車両用二次電池の充電制御装置は、交流発電機からの出力電圧を調整するレギュレータと、レギュレータから調整された調整電圧により充放電される二次電池と、二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、二次電池の電流を検出する電流検出手段と、二次電池の温度を検出する温度検出手段と、を備え、車両始動直後に二次電池を充電する補充電制御を行い、その後所定の電池容量に制御する電池容量制御を行う、車両用二次電池の充電制御装置において、補充電制御は、車両始動により補充電が開始され、この補充電中の二次電池の電流、電圧及び温度から補充電完了判定電流を求める補充電完了判定検出手段と、検出される電流と補充電完了判定電流とを比較し補充電完了を判定する電流比較判定手段と、を有し、補充電完了判定検出手段は、所定の目標補充電容量を有し、補充電完了時の補充電容量が目標補充電容量より大きい場合、補充電完了判定電流を小さく再設定して前記二次電池の補充電を継続する再設定手段を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の車両用二次電池の充電制御装置は、車両始動直後に電圧検出手段から検出する電圧と電流検出手段から検出する電流及び温度検出手段から検出する温度とを補充電完了判定検出手段によって、補充電完了判定電流を求める。そして、電流比較判定手段によって、電流と補充電完了判定電流とを比較し、二次電池の補充電を継続するかを判定する。
【０００９】
つまり、車両始動直後の補充電制御において、二次電池の充電状態を把握し、補充電完了判定電流を補正することで、二次電池の充電状態の精度を向上させ、二次電池の劣化を抑制でき、寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の車両用二次電池の充電制御装置は、車両に搭載された交流発電機と二次電池とレギュレータとを備える。
【００１１】
交流発電機は、車両のエンジンによって駆動され、交流電圧を発生し、整流器は交流発電機の交流電圧を整流して整流電圧を発生する。レギュレータは、後述するマイクロコンピュータにより制御され、整流器から出力された電圧を制御し、適正な調整電圧として二次電池や電気負荷に出力する。
【００１２】
電流検出手段は、二次電池の充電電流或いは放電電流を検出し、電圧検出手段は、二次電池の端子間電圧を検出し、温度検出手段は、二次電池の温度を検出する。
【００１３】
補充電制御は、電流比較判定手段と補充電完了判定検出手段を有し、車両始動後の二次電池の補充電を制御する。
【００１４】
電流比較判定手段は、電流検出手段により検出される検出電流と補充電完了判定電流を比較し、補充電完了判定電流が検出電流よりも小さい場合、二次電池の補充電を継続することが好ましい。この場合、二次電池の充電状態が低ＳＯＣと判断され、二次電池の補充電制御を継続することによって、二次電池を適正な充電状態にでき、二次電池の充電状態の精度を向上させることができる。
【００１５】
補充電完了判定検出手段において、補充電完了判定電流を求める二次電池の電流、電圧及び温度は、補充電中の所定時間内の平均電流、平均電圧及び平均温度から求めることが好ましい。（平均電流とは、検出した電流の値の総計をその個数で割った電流を平均電流という。平均電圧、平均温度も同様。）そして、平均電流と検出した温度に応じて予め設定された所定の補充電完了判定電流により二次電池の充電状態を制御することができる。
【００１６】
また、所定時間内の平均電流、平均電圧及び平均温度の各々の平均値を用いることで、取得した値の変動要素の影響に対応できるため、充電状態の精度を向上させ、二次電池の劣化を抑制でき、寿命を延ばすことができる。
【００１７】
補充電完了判定検出手段は、所定の目標補充電容量を有し、補充電完了時の補充電容量が目標補充電容量より大きい場合、検出電流より補充電完了判定電流を小さく再設定する再設定手段を有することが好ましい。補充電容量は、補充電開始時からの電流積算値ΣＩｄｔより求められる。そして、検出した温度に応じて予め設定された所定の補充電完了判定電流により二次電池の充電状態を制御することができる。再設定手段は、検出電流より補充電完了判定電流を小さくすることで、二次電池の補充電制御を継続し、二次電池を適正な充電容量にすることができ、二次電池の充電状態の精度を向上させ、二次電池の劣化を抑制でき、寿命を延ばすことができる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１には、本発明に係る自動車用バッテリＢを充電制御するための充電制御装置の実施例１の構成例が示される。なお、バッテリＢは、二次電池の一種である鉛蓄電池等により構成されている。
【００２０】
この車両用二次電池の充電制御装置は、図１に示されるように、交流発電機１０（以下発電機１０）、整流器２０、レギュレータ３０、電流検出手段としての電流センサ４０、電圧検出手段としての電圧センサ５０、温度検出手段としての温度センサ６０と、マイクロコンピュータ７０を備えている。
【００２１】
発電機１０は、オルタネータとも呼ばれ、車両のエンジンによって駆動され、交流電圧を発生させる。整流器２０は、発生した交流電圧を整流して整流電圧を発生する。レギュレータ３０は、後述するマイクロコンピュータ７０による制御のもと、整流器２０の整流電圧を制御し、調整電圧としてバッテリＢ及び電気負荷Ｌに出力する。電流センサ４０は、バッテリＢの充電電流或いは放電電流を検出する。電圧センサ５０は、バッテリＢの端子間電圧を検出する。温度センサ６０は、バッテリＢの液温、側面或いは底面のケース温度を検出する。
【００２２】
マイクロコンピュータ７０は、中央処理装置としてのＣＰＵやＲＯＭ及びＲＡＭを備え（図示せず）、制御プログラムを図２で示すフローチャートに従い実行する。このマイクロコンピュータ７０は、上記制御プログラムの実行中に電流センサ４０、電圧センサ５０及び温度センサ６０の検出値に基づきバッテリＢの充放電収支の算出、レギュレータ３０の制御に必要な処理やデータの記憶処理などを行う。
なお、マイクロコンピュータ７０は、バッテリＢから常時給電されて作動状態にあり、自動車のイグニッションスイッチＩＧのオンにより、制御プログラムの実行を開始する。上記制御プログラムはマイクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００２３】
本実施例１の制御プログラムの作動について、図２を用いて説明する。車両始動直後のバッテリＢの補充電を行うために、マイクロコンピュータ７０が図２で示すフローチャートに従い、所定時間内の平均電流、平均電圧及び平均温度を用いることによって、補充電完了判定電流の補正を判定処理する。
【００２４】
上述のように、制御プログラムの実行が開始されると、ステップ１００からステップ１７０の処理を周期１（ｓｅｃ）毎に実施する。なお制御プログラム開始直後は、補充電完了判定電流Ｉｈの値は決まっていない。ステップ１００において、電流センサ４０の検出電流Ｉと電圧センサ５０の検出電圧Ｖと温度センサ６０の検出温度Ｔ及び発電機１０のデューティ信号Ｆｄｕｔｙが計測され読み込まれ、一時的にＲＡＭに記憶される。Ｆｄｕｔｙを計測することにより、発電機１０の回転数および負荷を把握することができる。
次にステップ１１０において、平均電流より求められる初期垂下電流値Ｉａｖの値が決定しているかを判定し、Ｉａｖの値が決まっていない場合は、ステップ１２０へ進む。ステップ１２０において、デューティ信号Ｆｄｕｔｙを１００％にしてオルタネータ（発電機１０）が最大の発電に達しているかを判定する。最大の発電に達していない場合は、ステップ１３０へ進む。
【００２５】
ステップ１３０において、変数ｃｏｕｎｔの値を判定し、ｃｏｕｎｔの値が６０よりも小さい場合、ステップ１４０へ進む。ステップ１４０において、ｃｏｕｎｔの値を１つずつ増加させ、ステップ１００でＲＡＭに記憶された検出電流Ｉを平均電流Ｉａｖに、検出電圧Ｖを平均電圧Ｖａｖに、検出温度Ｔを平均温度Ｔａｖに各々加算していく。
【００２６】
そしてｃｏｕｎｔの値が６０になるまで、所定時間内でステップ１００からステップ１４０までの処理が行われ、各々サンプリング数６０個の値を合計し、平均値を各々算出する。平均値を算出することで、値の変動による影響を受けないようにし、マイクロコンピュータ７０がバッテリＢの充放電を正確に制御することができる。ステップ１００からステップ１４０の過程で、ステップ１３０によりｃｏｕｎｔの値が６０よりも大きくなったと肯定されたとき、つまり６０個の値が取得されたときに、ステップ１５０で平均電流である初期垂下電流値Ｉａｖが決定したことになる。
【００２７】
次にステップ１００に戻り、電流センサ４０の検出電流Ｉと電圧センサ５０の検出電圧Ｖと温度センサ６０の検出温度Ｔ及びデューティ信号Ｆｄｕｔｙが計測され読み込まれる。ステップ１１０にて、初期垂下電流値Ｉａｖが決定したことにより判定で肯定され、ステップ１６０において、補充電完了判定電流検出手段によりＩａｖと温度Ｔを、例えば図３に示される、予め設定された初期垂下電流と温度とに対する補充電完了判定電流マップに入力し、補充電完了判定電流Ｉｈを求める。
【００２８】
次にステップ１７０において、電流比較判定手段により検出電流Ｉが補充電完了判定電流Ｉｈよりも大きい場合には、二次電池の充電状態が低いと判断され、ステップ１００に戻り、図２に示された実施例１の動作に移行し、充電を継続する。これによって、図４に示すように、図４（ａ）従来の誤差において、開始ＳＯＣ４０％の低ＳＯＣ状態で充電を開始した場合、本来維持したい充電状態との誤差は、約―４％から―５％の間であった。つまり、維持したいバッテリＢの充電状態よりも低い値であったが、本発明により、図４（ｂ）に示すように、開始ＳＯＣ４０％の低ＳＯＣ状態であっても、誤差は０％に近くなり、二次電池の維持したい充電状態への精度を向上させることができた。
【００２９】
またステップ１７０において、検出電流Ｉが補充電完了判定電流Ｉｈよりも小さい場合には、ステップ１８０において、補充電を完了し、ステップ１９０において、充電制御へ移行する。
【００３０】
以上のような構成により、車両始動直後の二次電池の補充電における充電状態を把握し、補充電完了判定電流を補正することで、バッテリＢの維持したい充電状態の精度を向上させ、劣化を抑制でき、バッテリＢの寿命を延ばすことができる。
【００３１】
（実施例２）
本実施例２の制御プログラムの作動について、図５に本発明に係る自動車用バッテリＢを充電制御するための充電制御装置の実施例２の動作フローが示される。本実施例２では、図５に示されるようなフローチャートが上記図２のフローチャートに代えて採用されている。従って、本実施例２では、上記実施例１にて述べたマイクロコンピュータ７０が、図２のフローチャートに代えて図５のフローチャートに従い、バッテリＢの充電制御を実行する。その他の構成は、上記実施例１と同じである。
【００３２】
このように構成された本実施例２において、自動車のイグニッションスイッチＩＧのオンにより、制御プログラムの実行が開始される。
【００３３】
本実施例２の制御プログラムの作動について図５を用いて説明する。上述のように、制御プログラムの実行が開始されると、ステップ２００からステップ２３０の処理を周期Δｔ（ｓｅｃ）毎に実施する。なお制御プログラム開始直後は、補充電完了判定電流Ｉｈの値は決まっていない。
【００３４】
ステップ２００において、電流センサ４０の検出電流Ｉと電圧センサ５０の検出電圧Ｖ及び温度センサ６０の検出温度Ｔが計測され読み込まれる。次にステップ２１０において、充放電容量の電流積算値ΣＩｄｔがＩｓｕｍとして次の式（１）に基づき、算出される。
【００３５】
【数１】
0005285323.tif 000002
ここで、検出電流Ｉの正を充電とし、Ｉｓｕｍは電流×時間の単位すなわち充放電容量の単位となっている。算出されたＩｓｕｍにより、ＳＯＣが次の式（２）に基づき、算出される。
【００３６】
【数２】
0005285323.tif 000003
但し、式（２）において、ＣはバッテリＢの定格容量（Ａ・ｓｅｃ）を示す。電流積算値によってＳＯＣを検出することにより、二次電池の補充電を継続させることで、維持したい充電容量を確保することができる。
【００３７】
ステップ２２０において、補充電完了判定電流検出手段によりバッテリＢの温度Ｔを、例えば図６に示される、予め設定された温度に対する補充電完了判定電流マップに入力し補充電完了判定電流Ｉｈを求める。具体的には、バッテリＢの温度が約３０℃の場合、補充電完了判定電流は、約５Ａに設定される。なお調整電圧は、一定に制御される。そして、二次電池の補充電における補充電完了時の補充電容量が目標補充電容量より大きい場合、再設定手段によって補充電完了判定電流を小さく再設定する。
【００３８】
ステップ２３０において、検出電流Ｉが補充電完了判定電流Ｉｈよりも大きい場合に、ステップ２００に戻り、検出電流Ｉが補充電完了判定電流Ｉｈよりも小さい場合には、次のステップ２４０において、補充電を完了し、ステップ２５０において、充電制御へ移行する。
【００３９】
以上のような構成により、車両始動直後の二次電池の補充電における補充電完了時の補充電容量が目標補充電容量より大きい場合、補充電完了判定電流を小さくすることにより、バッテリＢの維持したい充電状態の精度を向上させ、劣化を抑制でき、バッテリＢの寿命を延ばすことができる。
【００４０】
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。例えば図２で示したフローチャートのステップ１３０、ステップ１４０においてサンプリング数を６０個としたが、さらに精度を高めるためにより多くのサンプリング数を取得してもよく、また周期を短くしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る車両用二次電池の充電制御装置の実施例の構成例を示す図である。
【図２】実施例１に関する動作フローを示す図である。
【図３】実施例１に関する補充電完了判定電流値を求めるためのマップの例を示す図である。
【図４】実施例１に関する補充電完了時のＳＯＣ誤差の（ａ）従来の誤差と（ｂ）本発明に係る誤差を示す図である。
【図５】実施例２に関する動作フローを示す図である。
【図６】実施例２に関する補充電完了判定電流値を求めるためのマップの例を示す図である。
【図７】定電圧充電中の電流垂下特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０：交流発電機    ２０：整流器    ３０：レギュレータ    ４０：電流センサ
５０：電圧センサ    ６０：温度センサ    ７０： マイクロコンピュータ
Ｂ：バッテリ        Ｌ：負荷
【図１】
0005285323.tif 000004
【図２】
0005285323.tif 000005
【図３】
0005285323.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005285323.tif 000009
【図７】
0005285323.tif 000010