JP4483697B2 - 発電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用バッテリの充電システムの制御に関する。

従来より、エンジンへの燃料供給が停止される減速時（燃料カット減速時）に、発電機の発電電圧を上昇させて、重点的にバッテリの充電を行う装置が知られている。

しかしながら、燃料カット減速時に発電電圧を上昇させると、発電機を駆動するためのトルク（発電機トルク）のピーク値が大きくなる。特に、発電機トルクのピーク値は発電初期に発生するので、容量の大きな発電機を使用すると、発電開始に伴って減速の度合が大きくなり、運転者に違和感を与える等の問題があった。

ところで、同容量のバッテリを使用する場合には、バッテリの残存容量（ＳＯＣ）が少なくなるほど電流が流れ込みやすくなり、これにより発電機トルクのピーク値が大きくなる、という特性がある。

そこで、特許文献１では上記の特性を利用して、アイドリング時や通常走行時に発電機の残存容量（ＳＯＣ）が略一定となるように発電制御することによって、発電初期にバッテリに流れ込む電流を抑制し、これによって発電機トルクのピーク値を抑制している。
特開２００３−５２１３１号

ところで、上記の燃料カット減速時における重点的な充電によって十分な電気量を確保できれば、通常走行時等に発電を行う頻度が少なくなり、燃費性能が向上する。したがって、バッテリ容量及び発電機の発電容量を大きくすることによって、１回の燃料カット減速時の充電量を増大させることが望ましい。

しかしながら、発電機の容量を大きくすると、前述したように発電機トルクのピーク値が大きくなってしまう。

また、バッテリ容量が大きくなると、バッテリＳＯＣを略一定に保つことによって発電初期のバッテリへの電流の流れ込みを抑制しても、流れ込む電流値の絶対値が大きくなるので、発電機トルクのピーク値の絶対値も大きくなり、減速の度合が大きくなる。

したがって、発電開始時の減速の度合が大きくなることによる違和感等を低減するためには、特許文献１に開示された方法では使用できるバッテリ容量や発電機の発電容量には制限がある。すなわち、１回の燃料カット減速時に通常走行時に必要な電気量を充電することは難しい。

そこで、本発明では、１回の燃料カット減速時の充電量を増大させ、かつ減速による違和感等の問題を生じさせないようにすることを目的とする。

本発明の発電制御システムは、エンジンの動力によって駆動されて発電し、車両の電気負荷及びバッテリに電力を供給する発電機と、前記発電機の発電電圧を可変に制御する発電電圧制御手段と、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記バッテリの残存充電量を検出するＳＯＣ検出手段と、を備える発電制御システムにおいて、前記エンジンへの燃料供給が停止された減速時に、前記エンジン回転数が所定回転数より高い、或いは、前記バッテリの残存充電量が所定値より多い場合に前記発電電圧を上昇させ、前記エンジン回転数が所定回転数より低くかつ前記バッテリの残存充電量が所定値より少ない場合は前記発電電圧の上昇を行なわない。

本発明によれば、発電電圧を上昇させても減速ショックが所定値よりも大きくならないと判定した場合にのみ発電電圧を上昇させるので、減速による違和感低減のために発電機やバッテリ容量が制限されることがなく、より大きな発電機、バッテリを使用することが可能となる。これにより、１回の燃料カット減速時の充電量を増大させ、かつ減速による違和感の発生を防止することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態のシステムの概略図である。１はエンジン、２はエンジン１の動力によって駆動される発電機、３は発電機２からの発電電力で充電されるバッテリ、４はエンジン１及び発電機２等の制御を行う発電電圧制御手段としてのコントロールユニットである。５はエアコン、ヘッドライト等といった車両に搭載されている電装部品であり、これらに用いられる電力は発電機２によって発電した電力もしくはバッテリ３に蓄えられた電力によって賄われる。なお、電装部品５の電気負荷の大きさは、各電装部品５のスイッチのＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて電気負荷検出手段としてのコントロールユニット４により算出する。７はバッテリ３に流出入する電流を検出するための電流センサであり、ＳＯＣ検出手段としても機能する。６は運転者によるブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキペダル踏み込み検出手段としてのブレーキスイッチである。８はエンジン回転数検出手段としてのクランク角センサである。

電流センサ７、ブレーキスイッチ６の検出信号及び、電装部品５の電気負荷はコントロールユニット４に読み込まれる。コントロールユニット４は入力された信号やエンジン回転数やアクセル開度等に基づいて、燃料噴射量や点火時期等の制御及び発電機２の制御等を行うとともに、減速度合判定手段として減速の度合を判定する。

発電機２は発電電圧を可変制御可能であり、コントロールユニット４により設定される発電電圧の指令値に基づいて発電電圧が制御される。

発電電圧の指令値は、原則としてバッテリ３の電力によって電装部品５の電気負荷（以下、単に電気負荷という）を賄うことによって発電機２の発電を抑制し、バッテリ３の残存容量（以下、単にバッテリＳＯＣという）が所定値を下回ったら発電機２の発電電圧を上昇させてるように設定される。これにより、発電機２を駆動するためにエンジン１にかかる負荷を低減することができるので、燃費の向上とバッテリ上がりの防止を両立することができる。上記の発電指令値の設定方法は公知であるので、詳細な説明は省略する。

ところで、エンジン１は減速時には燃料供給がカットされて、車輪の回転が伝達されることによって回転する状態となる。そこで、減速時に重点的に充電を行うこととし、発電によるエンジン１への負荷の増大を抑制することとする。

しかしながら、発電量に応じて発生する発電機２の回転トルク（以下、発電機トルクという）は、発電開始直後にピーク値となるので、ピーク値が大きくなるほど、すなわち発電量が大きくなるほどエンジン回転速度の低下の度合が大きくなる。これにより、減速の度合が大きくなって、運転者や乗員が違和感を覚える、といった問題や、減速開始とともにブレーキペダルを踏み込んだ際にはエンジン回転の低下が早くなってエンストの恐れが生じるといった問題がある。

そこで、本実施形態では、以下のように発電制御を行うこととする。図２は本実施形態でコントロールユニット４が燃料カットを伴う減速時に実行する発電制御のルーチンであり、減速による違和感等の問題が発生しない状況でのみ発電電圧を高くする。

以下、制御ルーチンのステップにしたがって説明する。

ステップＳ１では、現在燃料カット中であるか否かの判定を行い、燃料カット中であればステップＳ２へ進み、燃料カット中でない場合には本ルーチンを抜ける。

燃料カットについては一般的な燃料カット制御と同様であり、例えば所定以上の車速、エンジン回転数からの減速時にコントロールユニット４が燃料噴射弁（図示せず）に開弁時間をゼロにする旨の信号を送ることによって実行する。したがって、燃料カット中であるか否かは、現在の開弁時間をみることによって判定できる。

ステップＳ２では、エンジン回転数が所定値αより低いか否かを判定し、低い場合にはステップＳ３に進む。高い場合にはステップＳ６に進み、重点発電制御を開始する。重点発電制御とは、バッテリ３により多く充電を行うために、発電電圧を現在の運転状態及び電気負荷から定まる発電電圧よりも上昇させる制御である。ここで、エンジン回転数によって重点発電制御を許可するのは、重点発電制御を開始することによって発電機トルクは増大して減速の度合も大きくなるが、エンジン回転数が高い状態からの減速であれば、低い状態からの減速に比べて、運転者は減速による違和感を体感しにくく、運転性を悪化させることがないからである。言い換えれば、許されてもよい減速度合は、運転者や乗員が違和感を覚えるか否かに基づき定められ、運転者や乗員が違和感を覚えるか否かは、例えばエンジン回転数等の車両の運転状態に基づき判定される。従って、許されてもよい減速度合は、車両の運転状態に基づき判定される。

所定値αは、例えば、重点発電を実行している状態でブレーキペダルを踏み込まれてもエンストの問題が生じない程度のエンジン回転数を設定する。すなわち、使用する発電機２及びバッテリ３の容量に基づいて、燃料カット中にエンジン回転数低下の度合が大きくなってもエンストのおそれがないような回転数を予め実験やシミュレーションを行って設定する。

ステップＳ３では、バッテリＳＯＣが所定値よりも高いか否かの判定を行い、高い場合にはステップＳ４に進み、低い場合にはステップＳ７に進み、発電電圧を略一定に保ったまま発電を行う。これにより発電開始直後に発電機トルクがピーク値となったときの減速による違和感を抑制できる。

なお、バッテリＳＯＣの所定値は、バッテリＳＯＣが低い状態ほど、またバッテリ容量が大きいほど発電開始直後にバッテリに電流が流れ込み易く、発電機トルクのピーク値も大きくなるという特性に基づいて、発電電圧を上昇させたときにエンジン回転の低下速度が速くならないように、予め実験やシミュレーション等を行って設定する。

ステップＳ４では、電気負荷が所定値より大きいか否かの判定を行う。具体的には、電装部品５のそれぞれについてＯＮ、ＯＦＦ状態を検知し、所定以上の電装部品５がＯＮであれば電気負荷が大と判定する。電気負荷が大の場合にはステップＳ５に進み、小の場合にはステップＳ６に進んで重点発電制御を行う。通常の発電制御であっても、電気負荷が大きい状態では発電指令値も大きくなる。したがって、その状態から重点発電制御を開始して発電指令値を大きくすると、発電機トルクが必要以上に大きくなり、前述したようにエンストを生じる可能性が高くなる。そこで、本判定を行うことにより、発電機トルクが必要以上に大きくなることを防止している。電気負荷の所定値は、使用するエンジン１、発電機２、バッテリ３について予め実験やシミュレーション等を行って設定する。

ステップＳ５では、ブレーキスイッチ６の検出値に基づいてブレーキが踏み込まれているか否かの判定を行う。

ブレーキが踏み込まれている場合には、ステップＳ６に進み重点発電制御を開始し、踏みかまれていない場合にはステップＳ７に進み、発電電圧を一定に保つ。ブレーキが踏み込まれているときに重点発電制御を行うのは、ブレーキを踏み込んだ状態であれば、ブレーキによる減速度が大きく、また運転者自身が減速することを想定しているため、発電機トルクによる減速度合が大きくても運転者に違和感を与え難いからである。

上記の制御ルーチンによって定まる重点発電制御を行う条件を図４に示す。

図に示すように、エンジン回転数が所定値よりも大きい場合には、その他の条件によらず重点発電制御を行う。

エンジン回転数が所定値よりも低く、バッテリＳＯＣが所定値よりも低い場合は重点発電制御を行わない。

エンジン回転数が所定値よりも低く、バッテリＳＯＣが所定値よりも高い場合には、電気負荷が所定値よりも小さい場合にのみ重点発電制御を行う。

エンジン回転数が所定値よりも低く、バッテリＳＯＣが所定値よりも高く、電気負荷が所定値よりも高い場合には、ブレーキが踏み込まれている場合にのみ重点発電制御を行う。

上記のように重点発電制御を実行する条件を定めるので、発電機２の発電能力を高く、そしてバッテリ３の容量を大きくしても、重点発電制御を行うことによって、運転者に対して減速度合の増大による違和感を与えたり、エンストのおそれが生じることを防止できる。

なお、図２の制御ルーチンに替えて、運転条件を読み込んだ後に図４のマップを検索してもよい。

次に、上記制御により重点発電制御を実行した場合の効果について図３を参照して説明する。図３は車速、発電機トルク、発電電圧、バッテリへ流れ込む電流値（バッテリ吸い込み電流）についてのタイムチャートである。なお、図３中の発電機トルク及びバッテリ吸い込み電流のチャートは、実線が本実施形態の発電機２及びバッテリ３、破線が従来制御で使用可能な発電機２及びバッテリ３について表している。従来制御とは、燃料カットを伴う減速時には常に重点発電制御を実行する制御である。

ｔ０で減速が開始され、車速やエンジン回転等の条件に基づいて燃料カットを行うか否かを判定する。ここでは、燃料カット条件が成立するものとする。

そして、燃料カット条件が成立すると、前述した図２の制御によって重点発電制御を実行するか否かの判定を行う。ここでは、重点発電制御を実行するとの判定がされたものとする。

上記の判定の結果、ｔ１で発電電圧を上昇させる。例えば、通常運転時の発電電圧が１２．５Ｖ程度とすると、重点発電時には１４．５Ｖ程度まで上昇させる。

発電電圧を上昇させると、発電電圧の上昇開始直後からバッテリ吸い込み電流が上昇し、重点発電開始直後のｔ２でピーク値となる。これに伴って、発電機２の発電機トルクも発電電圧の上昇開始直後から増大し、略ｔ２でピーク値となる。従来制御の場合も同様にバッテリ吸い込み電流及び発電機トルクが重点発電開始直後から上昇するが、本実施形態に比べてピーク値は小さい。

ｔ２以降は、本実施形態及び従来制御ともに、ｔ３で車速が燃料カットを終了すべき車速まで低下して重点発電制御を終了するまでバッテリ吸い込み電流及び発電機トルクは徐々に低下するが、発電機トルク及びバッテリ吸込電流は本実施形態の方が常に高い。すなわち、重点発電制御を実行した場合には、本実施形態の方が従来制御よりも発電量が多くなる。

これは、従来制御では燃料カットを伴う減速時には常に重点発電を行うので、いかなる走行状態であっても発電機トルクによる減速度合が大きくなることによる違和感等の問題を回避するために発電機２の発電能力やバッテリ３の容量が制限されるためであるのに対して、本実施形態では、減速度合が大きくなることによる違和感の問題が生じえる状況では重点発電制御を行わないので、より大きな発電機２及びバッテリ３を使用することができるからである。

このように、より大きな発電機２及びバッテリ３を使用することにより、１回の重点発電制御による充電量を多くすることができる。これにより、通常走行時に発電する頻度が減少するので、発電によってエンジン１にかかる負荷が低減され、燃費の向上を図ることができる。

以上のように本実施形態では、エンジン１の動力によって駆動されて発電し、発電電圧を可変に制御可能な発電機２を備え、減速による違和感が小さいと判定した場合にのみ発電電圧を上昇させるので、発電機２の体格やバッテリ３の容量を大きくして発電電圧上昇時の発電機トルクのピーク値が大きくすることができる。これにより、１回の重点発電による充電量が増大し、通常走行時に発電を行う頻度を減少するので、発電のためにエンジン１にかかる負荷が低減され、燃費が向上する。

エンジン回転数、バッテリＳＯＣ、電気負荷の大きさ、ブレーキペダルの踏み込みに基づいて減速による違和感の大きさを判定するので、発電電圧上昇による発電機トルクの大きさ自体は大きくても、運転者が違和感を覚えないような場合に重点発電を行うことができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本実施形態のシステムの概略図である。 重点発電制御の実行の可否を決定する制御ルーチンである。 本実施形態の効果を説明するためのタイムチャートである。 重点発電制御の実行許可条件を表すマップである。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電機
３ バッテリ
４ コントロールユニット
５ 電装部品
６ ブレーキスイッチ
７ 電流センサ
８ クランク角センサ

Claims (3)

1. エンジンの動力によって駆動されて発電し、車両の電気負荷及びバッテリに電力を供給する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を可変に制御する発電電圧制御手段と、
   前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記バッテリの残存充電量を検出するＳＯＣ検出手段と、
   を備える発電制御システムにおいて、
   前記エンジンへの燃料供給が停止された減速時に、前記エンジン回転数が所定回転数より高い、或いは、前記バッテリの残存充電量が所定値より多い場合に前記発電電圧を上昇させ、前記エンジン回転数が所定回転数より低くかつ前記バッテリの残存充電量が所定値より少ない場合は前記発電電圧の上昇を行なわないことを特徴とする発電制御システム。
2. エンジンの動力によって駆動されて発電し、車両の電気負荷及びバッテリに電力を供給する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を可変に制御する発電電圧制御手段と、
   前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記バッテリの残存充電量を検出するＳＯＣ検出手段と、
   前記電気負荷の大きさを検出する電気負荷検出手段と、
   を備える発電制御システムにおいて、
   前記エンジンへの燃料供給が停止された減速時に、前記エンジン回転数が所定回転数よりも高く、かつ前記バッテリの残存充電量が所定量よりも多く、かつ前記電気負荷が所定値よりも小さい場合に前記発電電圧を上昇させることを特徴とする発電制御システム。
3. 運転者によるブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキペダル踏み込み検出手段を備え、
   前記エンジンへの燃料供給が停止された減速時に、前記エンジン回転数が所定回転数よりも高く、かつ前記バッテリの残存充電量が所定量よりも多く、かつ前記電気負荷が所定値よりも小さく、かつ前記ブレーキペダルが踏み込まれている場合に前記発電電圧を上昇させる請求項２に記載の発電制御システム。

Images