JP4635961B2

JP4635961B2 - バッテリの充電状態制御装置

Info

Publication number: JP4635961B2
Application number: JP2006144836A
Authority: JP
Inventors: 貴充長谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP2007318888A

Description

本発明は、バッテリの充電状態制御装置に関し、特に、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：state of charge）をオルタネータによる回生発電制御により充電が可能な設定値に制御する技術に関する。

近年、車両の減速時にオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電し、その後、回生発電によりバッテリに蓄えた電気で車載電気負荷の消費電力を賄うことにより、オルタネータの駆動に要するエネルギを低減し、燃費を向上させるようにしている。このオルタネータの減速回生制御による燃費低減効果や減速加速度性能等を一定に保つためには、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を、充電可能な予め定めた設定値に制御する必要がある。

そこで、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を検出する方法として、バッテリの充放電電流値を積算する方法が一般的に知られており（例えば、特許文献１参照）、回生発電時の充電電流を積算して回生発電でバッテリに蓄えられた充電量を検出して記憶し、その後、回生発電で蓄えられた充電量分を放電することで、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を設定値に制御することが考えられる。
特開２００３−５２１３１号公報

しかしながら、上述のように回生発電による充電分を放電させてバッテリの充電状態（ＳＯＣ）を充電可能な設定値に保つ制御では、例えば、バッテリの劣化や電流センサの誤差等によってバッテリの充電状態（ＳＯＣ）が予め定めた充電可能な設定値からずれていると、この充電状態（ＳＯＣ）のずれが解消されず、回生発電時に狙い通りの充電量が確保できずに燃費低減効果が低下する虞れがある。また、この充電状態（ＳＯＣ）のずれを放置すると、過放電によるバッテリ上がりを起こす虞れがある。更には、バッテリが劣化した場合や性能の低いバッテリ（回生制御用の強化バッテリ以外のバッテリ）に交換された場合等に、無理に回生制御を行うことによりバッテリの更なる劣化を招く虞れもある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、回生制御時にバッテリの充電状態（ＳＯＣ）のずれを修正して、バッテリを回生発電により常時充電可能な状態に制御できるバッテリの充電状態制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、車両の減速時に、エンジンで駆動するオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電した後、オルタネータの発電電圧を下げてバッテリを放電させて、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を予め定めた充電可能な設定値に制御するバッテリの充電状態御装置であって、回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の上限値より大きいとき、その後のバッテリの放電量を、回生発電で得られた充電量より少なく制御する構成としたことを特徴とする。また、車両の減速時に、エンジンで駆動するオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電した後、オルタネータの発電電圧を下げてバッテリを放電させて、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を予め定めた充電可能な設定値に制御するバッテリの充電状態御装置であって、回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の下限値より小さいとき、その後のバッテリの放電量を、回生発電で得られた充電量より多く制御する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、回生発電時の充電電流値に基づいて、回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の上限値より大きいときはその後の放電量を抑制し、あるいは、回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の下限値より小さいときはその後の放電量を多くするので、バッテリを回生発電により常時充電可能な一定状態に保つことができる。従って、回生発電時に所望の充電量を得ることができ、所望の燃費低減効果を及び減速性能を確保できる。また、回生制御の度にバッテリ充電状態に対応して修正できるので、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）が大きく変化するのを防止でき、燃費低減効果や減速性能が安定して得られる利点がある。

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、本発明に係るバッテリの充電状態制御装置の一実施形態を示すシステム構成図である。
図１において、エンジン１によりファンベルトを介して駆動されて発電するオルタネータ２は、後述するマイクロコンピュータを内蔵するＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）７からの発電電圧指令を受けてレギュレータ３により発電電圧が制御される。バッテリ４は、オルタネータ２の発電電圧に応じて充放電可能にオルタネータ２に接続されている。電流センサ５は、バッテリ４の充放電電流を検出し、その検出出力をＥＣＭ７に入力する。６はバッテリ温度を検出する温度センサである。

ＥＣＭ７は、例えばコンピュータを内蔵してバッテリ４からの電力供給により駆動し、図示しない各種センサからの信号によりエンジン運転状態を制御すると共に、減速時に回生制御を行う。また、回生制御後のバッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）を、回生発電時に充電可能なように予め定めた設定値（例えば定格容量の９０％）に制御する。ＥＣＭ７は、スロットルセンサとエンジン回転数センサからの信号により、スロットル弁が略全閉のアイドル状態でエンジン回転数が所定以上の減速時に、燃料噴射を停止する燃料カット制御を行い、この燃料カット中に、オルタネータ２のレギュレータ３に対して高い発電電圧指令値（例えば１４．５Ｖ）を出力して回生発電させてバッテリ４を充電し、この回生発電後、バッテリ電圧（例えば約１２．８Ｖ）より低い発電電圧指令値（例えば１２．５Ｖ）を出力してバッテリ４を放電させる。この回生制御において、回生発電時の充電電流値からバッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）を推定し、推定結果に基づいてバッテリ４の放電量を可変制御することにより、回生制御後のバッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）が、常時充電可能な前記設定値となるよう制御する。

次に、本実施形態のＥＣＭ７によるバッテリ４の充電状態制御動作を図２のフローチャート及び図３のタイミングチャートを参照して説明する。
ステップ１（図中、Ｓ１で示し、以下同様とする）では、回生発電中か否かを判定する。ここで、図３に示すように、ＥＣＭ７のオルタネータ２に対する発電電圧指令値が高い発電電圧指令値（例えば１４．５Ｖ）になり回生発電を開始すると判定がＹＥＳとなりステップ２に進む。

ステップ２では、回生発電が開始されてからｔ秒経過したか否かを判定し、ｔ秒経過すると判定がＹＥＳとなり、ステップ３に進む。
ステップ３では、ｔ秒経過したときの電流センサ５の検出充電電流値Ａと予め定めた閾値範囲の上限値Ｂ１とを比較しＡ＞Ｂ１か否かを判定する。判定がＮＯであればステップ４に進み、充電電流値Ａと前記閾値範囲の下限値Ｂ２とを比較しＡ＜Ｂ２か否かを判定する。ここで、回生発電直後では充電電流が不安定であるので、ｔ秒経過して充電電流が安定したときの電流値と上限値Ｂ１とを比較することで、比較結果の信頼性を高めることができる。

ステップ３，４の判定が共にＮＯであれば、充電電流値Ａが図３の実線で示すように前記閾値範囲内（Ｂ２≦Ａ≦Ｂ１）にあり、回生発電前のバッテリの充電状態（ＳＯＣ）は予め定めた充電可能な設定値（例えば９０％）であると推定する。そして、その後の放電時では、回生発電で蓄えられた充電量ＳＯＣ（充電電流積算値）分を放電するような放電時間（図３の実線で示す）の間、オルタネータ２の発電電圧指令値を１２．５Ｖとしてバッテリ４を放電させる。

一方、ステップ３で、図３の一点鎖線で示すように充電電流値Ａが上限値Ｂ１より大（Ａ＞Ｂ１）でステップ３の判定がＹＥＳになると、回生発電前のバッテリの充電状態（ＳＯＣ）は予め定めた充電可能な設定値（例えば９０％）より小さいと推定し、ステップ５に進む。
ステップ５では、ステップ３のＹＥＳ判定が連続ｎ回（ｎ回は適宜設定する）以上か否かを判定し、連続回数がｎ回未満であればステップ６に進む。

ステップ６では、回生発電中の充電電流積算値（充電量ＳＯＣに相当する）から予め定めた所定量（例えばバッテリ４の定格ＳＯＣの１％）減算し、回生発電による充電分より少ない放電量に設定してバッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）を増大させる方向に修正する。この場合、その後の放電時では、回生発電で蓄えられた充電量ＳＯＣ（充電電流積算値）分より少ない放電量となるよう放電時間を短くする（図３の一点鎖線で示す）。

また、ステップ３のＹＥＳ判定が連続ｎ回目の場合は、ステップ７の判定はＮＯで、ステップ８のバッテリ４を強制充電する充電モードに移行する。充電モードに移行した場合は、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）が設定値（９０％）相当のときの予め記憶させた充電電流値となるようにオルタネータ２の発電電圧を強制的に高くして、バッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）を強制的に設定値（ＳＯＣ９０％）まで充電する。そして、充電モード移行判定が連続ｎ回行われた場合は、ステップ７の判定がＹＥＳとなり、ステップ９に進む。

ステップ９では、強制充電しているにも拘わらずバッテリ４の過放電状態が解消されないことから、バッテリ４は劣化していると判断し、回生制御を禁止してバッテリ４の劣化の進行を抑える。
また、ステップ４で、図３の点線で示すように充電電流値Ａが下限値Ｂ２より小（Ａ＜Ｂ２）でステップ４の判定がＹＥＳになると、回生発電前のバッテリの充電状態（ＳＯＣ）は予め定めた充電可能な設定値（例えば９０％）より大きいと推定し、ステップ１０に進む。

ステップ１０では、ステップ４のＹＥＳ判定がｎ回連続したか否かを判定し、ｎ回未満であればステップ１１に進む。
ステップ１１では、回生発電中の充電電流積算値（充電量ＳＯＣに相当する）に予め定めた所定量（例えばバッテリ４の定格ＳＯＣの１％）加算し、回生発電による充電分より多い放電量に設定してバッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）を低下させる方向に修正する。この場合、その後の放電時では、回生発電で蓄えられた充電量ＳＯＣ（充電電流積算値）分より多い放電量となるよう放電時間を長くする（図３の点線で示す）。

ステップ４のＹＥＳ判定がｎ回連続した場合は、ステップ１０の判定がＹＥＳとなり、ステップ１２に進む。
ステップ１２では、放電量を増大しているにも拘わらず充電電流値が増大しないことから、バッテリ４の充電能力低下と判断して回生制御を禁止し、バッテリ４の劣化の進行を抑える。

かかる本実施形態のバッテリの充電状態制御装置によれば、回生発電期間での充電電流値に基づいて回生制御前のバッテリ充電状態（ＳＯＣ）を推定し、充電状態（ＳＯＣ）が設定値より小さいと推定される場合にはその後の放電量を回生発電で得られた充電量より少なくし、充電状態（ＳＯＣ）が設定値より大きいと推定される場合にはその後の放電量を回生発電で得られた充電量より多くするので、バッテリ４を回生発電によって常時充電可能な一定状態に保つことができる。従って、所望の燃費低減効果を及び減速性能を確保できる。

また、強制充電を繰り返しても過放電と判定される場合や放電量の増大制御を繰り返しても充電電流値が増大しない場合は回生制御を禁止するので、バッテリ４の劣化の進行を抑えることができる。
また、回生制御の度にバッテリ充電状態を推定して修正できるので、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）が大きく変化するのを防止でき、燃費低減効果や減速性能が安定して得られる。

尚、充電電流は、バッテリ４の温度に依存し、バッテリ温度が高くなるほど充電電流値は大きくなる。従って、例えば温度による充電電流値のマップを作成し、回生発電時の充電電流値Ａを、温度センサ６で検出されるバッテリ温度に基づいてマップから補正し、補正した充電電流値と上下限値Ｂ１，Ｂ２とを比較するようにすれば、バッテリ４の充電状態（ＳＯＣ）の推定精度が向上する。尚、バッテリ温度は、吸気温度、エンジン水温等から推定するようにしてもよい。

本発明に係るバッテリの充電状態制御装置の一実施形態のシステム構成図同上実施形態の充電状態制御動作を説明するフローチャート同上実施形態の充電状態制御動作を説明するタイミングチャート

符号の説明

１エンジン
２オルタネータ
３レギュレータ
４バッテリ
５電流センサ
６温度センサ
７ＥＣＭ

Claims

車両の減速時に、エンジンで駆動するオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電した後、オルタネータの発電電圧を下げてバッテリを放電させて、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を予め定めた充電可能な設定値に制御するバッテリの充電状態御装置であって、
前記回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の上限値より大きいとき、その後のバッテリの放電量を、前記回生発電で得られた充電量より少なく制御する構成としたことを特徴とするバッテリの充電状態制御装置。
前記回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の上限値より大きいとき、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が前記設定値より小さいと推定し、推定結果に基づいて前記放電量を、前記回生発電で得られた充電量より少なくする構成としたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電状態制御装置。
車両の減速時に、エンジンで駆動するオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電した後、オルタネータの発電電圧を下げてバッテリを放電させて、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を予め定めた充電可能な設定値に制御するバッテリの充電状態御装置であって、
前記回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の下限値より小さいとき、その後のバッテリの放電量を、前記回生発電で得られた充電量より多く制御する構成としたことを特徴とするバッテリの充電状態制御装置。
前記回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の下限値より小さいとき、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が前記設定値より大きいと推定し、推定結果に基づいて前記放電量を、前記回生発電で得られた充電量より多くする構成としたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリの充電状態制御装置。
前記放電量は、予め定めた所定量ずつ増減する構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のバッテリの充電状態制御装置。
前記回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の下限値より小さい状態が所定回数連続したとき、回生制御を禁止する構成としたことを特徴とする請求項３又は４に記載のバッテリの充電状態制御装置。
前記回生発電時のバッテリの充電電流値が予め設定した閾値範囲の上限値より大きい状態が所定回数連続したとき、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を前記設定値まで強制充電する構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリの充電状態制御装置。
前記バッテリの充電電流値は、回生発電を開始してから所定時間経過後の値を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のバッテリの充電状態制御装置。