JP5771895B2

JP5771895B2 - 車両用発電機の制御方法及び発電制御装置

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Publication number: JP5771895B2
Application number: JP2010013149A
Authority: JP
Inventors: 南谷　邦公; 邦公南谷; 晴洋平野; 久米　章友; 章友久米; 吉田　勝正; 勝正吉田; 将光湯原; 信宏中上
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011152016A

Description

本発明は、エンジンにより駆動されてバッテリを充電する車両用発電機の制御方法および発電制御装置に関する。

従来、車両には、各種電気機器を作動させるためのバッテリ、および、エンジンにより駆動されることで発電して前記バッテリに電力を供給する車両用発電機が搭載されている。

前記のような車両用発電機は、通常、走行中にエンジンが燃料供給を受けて回転するのに伴って駆動されることでバッテリに電力を供給するが、車両の減速中においても車輪からエンジンに加えられる逆駆動トルクによって駆動されてバッテリに電力を供給する場合がある。

例えば、特許文献１には、車両の減速中に車両用発電機を駆動させるようにした車両用発電機の制御方法であって、減速中において燃料供給が停止すると車両用発電機の発電電圧を上昇させる方法が開示されている。

特開２００９−２５７１７０号公報

前記従来の制御方法によれば、減速中において車両用発電機の発電電圧が上昇されており減速エネルギを効率よく電力に変換してバッテリに供給することができる。しかしながら、車両においては、走行中においても効率よくバッテリに電力を供給することが求められている。特に、走行中においてはエンジンの燃費性能を確保しつつ車両用発電機を駆動させることが求められている。

本発明は、このような事情に鑑み、エンジンの燃費性能を確保しつつより効率よくバッテリに電力を供給することのできる車両用発電機の制御方法の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、エンジンの駆動軸に接続されて当該エンジンにより駆動されることでバッテリを充電する車両用発電機の制御方法であって、前記バッテリに流れる電流を検出し、エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記車両用発電機の発電出力を最大とする一方、エンジンへの燃料供給が実施されている場合には、前記検出されたバッテリに流れる電流が前記エンジンの負荷とバッテリの残量とに応じて予め設定された目標値となるように前記車両用発電機の発電出力を制御するとともに、エンジンの負荷が低く、かつ、バッテリの残量が高い第１運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が放電電流となるように設定し、前記第１運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第２運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに電流が流れなくなるように設定し、前記第２運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第３運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が充電電流となるように設定し、エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記バッテリに流れる電流が充電電流となり、かつ、当該電流が前記第３運転領域においてバッテリに流れる電流よりも大きい電流となるように前記車両用発電機の発電出力を制御することを特徴とする車両用発電機の制御方法を提供する（請求項１）。

この方法では、エンジンの燃費性能がより高い高負荷領域ほど発電機の発電出力が高められており、所定の発電出力を得るためにエンジンで消費される燃料量を少なく抑えることができる。しかも、エンジンへの燃料供給が停止している状態ではエンジンの負荷は低いが、この燃料供給停止時において、車両用発電機の発電出力を最大としており、車輪からエンジンに加えられる減速エネルギを効率よく車両用発電機にて電力に変換することができる。このように、この方法によれば、エンジンの燃費性能を維持しつつ車両用発電機によりバッテリに効率よく電力を供給することができる。

しかも、この方法によれば、バッテリに流れる電流すなわち車両用発電機からバッテリへ供給される電流とバッテリから各種電気機器に供給される電流との差が好適な状態に制御されてバッテリの充放電状態がより適切な状態とされるため、バッテリに効率よく電力を供給しつつバッテリの劣化を抑制することができる。
特に、この方法では、第２運転領域においてバッテリに電流が流れないよう、すなわち、車両用発電機からバッテリに流れる電流とバッテリから電機機器に流れる電流とが等しくなるよう制御されており、バッテリの充放電回数を減らすことができる。そのため、バッテリの劣化をより確実に抑えることができる。

さらに、この方法では、燃費性能の高い高負荷領域およびより早期にバッテリを充電する必要のあるバッテリ残量の少ない第３運転領域ではバッテリに流れる電流を充電電流としてバッテリから電機機器に流出する電力よりも高い電力をバッテリに供給する一方、それ以外の第１運転領域および第２運転領域ではバッテリへの電力供給量を小さく抑えており、バッテリ残量を適切な量に維持しつつ効率よくバッテリを充電させることができる。

また、本発明は、エンジンの駆動軸に接続されて当該エンジンにより駆動されることでバッテリを充電する車両用発電機の発電制御装置であって、エンジンへの燃料供給が停止しているかどうかを判断する燃料供給状況判断手段と、エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、前記車両用発電機の発電出力を制御する発電電圧制御手段とを備え、前記発電電圧制御手段は、エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記車両用発電機の発電出力を最大とする一方、エンジンへの燃料供給が実施されている場合には、前記検出されたバッテリに流れる電流が前記エンジンの負荷とバッテリの残量とに応じて予め設定された目標値となるように前記車両用発電機の発電出力を制御するとともに、エンジンの負荷が低く、かつ、バッテリの残量が高い第１運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が放電電流となるように設定し、前記第１運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第２運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに電流が流れなくなるように設定し、前記第２運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第３運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が充電電流となるように設定し、エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記バッテリに流れる電流が充電電流となり、かつ、当該電流が前記第３運転領域においてバッテリに流れる電流よりも大きい電流となるように前記車両用発電機の発電出力を制御することを特徴とする車両用発電機の発電制御装置を提供する（請求項２）。

この装置によれば、エンジンの燃費性能がより高い高負荷領域ほど発電機の発電出力が高められており、所定の発電出力を得るためにエンジンで消費される燃料量を少なく抑えることができるとともに、エンジンへの燃料供給停止時には車両用発電機の発電出力が最
大とされており、減速エネルギを効率よく電力に変換することができ、車両の燃費性能を維持しつつバッテリに効率よく電力を供給することができる。
特に、この装置では、第２運転領域においてバッテリに流れる電流が０となるようにして、バッテリに電流が流れないよう、すなわち、車両用発電機からバッテリに流れる電流とバッテリから電機機器に流れる電流とが等しくなるよう制御されており、バッテリの充放電回数を減らすことができる。そのため、バッテリの劣化をより確実に抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、エンジンの燃費性能を確保しつつより効率よくバッテリに電力を供給することができる。

本発明に係る車両用発電機の制御装置を含む車両の電力系統を概略的に示す図である。本発明の参考例に係る車両用発電機の制御方法において参照される発電機の発電電圧マップである。本発明の参考例に係る車両用発電機の制御方法における発電機の制御フロー図である。本発明の参考例に係る車両用発電機の制御方法を用いた際の発電機の発電電圧の変化等を示すタイムチャートである。本発明の実施形態に係る車両用発電機の制御方法において参照される発電機の発電電圧マップである。本発明の実施形態に係る車両用発電機の制御方法における発電機の制御フロー図である。本発明の実実施形態に係る車両用発電機の制御方法を用いた際のバッテリに流れる電流の変化等を示すタイムチャートである。

本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用発電機の制御装置を含む車両の電力系統を概略的に示した図である。

図１に示すように、車両には、燃料供給を受けて駆動するエンジン１４と、発電機（車両用発電機）１０と、バッテリ１６と、ＣＵ（コントロールユニット）１８と、バッテリ監視装置１２とが設けられている。

前記発電機１０は、エンジン１４のクランクシャフト（駆動軸）１５にベルト１２を介して連結されている。この発電機１０は、エンジン１４に駆動される、すなわち、前記エンジン１４のクランクシャフト１５が回転するのに伴って回転することで、電力を発生させて前記バッテリ１６に電力を供給する。バッテリ１６には、種々の電気機器で構成される電気負荷２２ａ〜２２ｃが接続されており、これら電気負荷２２ａ〜２２ｃはバッテリ１６から電流の供給を受けて作動する。

前記ＣＵ１８は、エンジン１４や発電機１０を制御するためものである。このＣＵ１８は、アクセルペダルの踏込量に応じてエンジン１４に所定量の燃料を供給する制御等を行う。例えば、アクセルペダルの踏込量が０になるとエンジン１４への燃料供給を停止させる。また、このＣＵ１８は、後述するように、エンジン１４の運転状態およびバッテリ１６の残量に応じて発電機１０の発電出力を変更する。このように、このＣＵ１８は発電電圧制御手段として機能する。ＣＵ１８には、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル踏込量センサ５０およびエンジン１４の回転数を検出するエンジン回転数センサ５２等の検出値が入力されている。

前記バッテリ監視装置１２は、バッテリ１６の充放電状態等を監視するためのものである。このバッテリ監視装置１２は、バッテリ１６の電圧を検出する電圧センサ３０と、バッテリ１６の温度を検出する温度センサ３２と、バッテリ１６に流れる電流を検出する電流センサ３４と、電流センサ３４で検出された電流値に基づいてバッテリ１６の残量であるＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部３６と、各センサにより検出された値や前記ＳＯＣ検出部３６で検出されたＳＯＣの値を記憶する記憶部３８とを有している。

前記電圧センサ３０や温度センサ３２は、バッテリ１６の劣化を判定する理由などの目的で使用される。劣化の判定は、前記ＣＵ１８が行う。このＣＵ１８は、記憶部３８に記憶されている電圧センサ３０や温度センサ３２での検出値に基づいて、バッテリ１６の劣化の進み具合や劣化の程度を確認し、その確認結果に基づいてバッテリ１６の劣化判定を実行する。

前記ＳＯＣ検出部３６では、例えば、前記電流センサ３０により検出されたバッテリ１６に流れる電流に基づいてＳＯＣが検出される。具体的には、このＳＯＣ検出部３５では、電流センサ３４が所定量を超える電流の変化を検出したときに、この変化直前の電流値と前回の変化時からの経過時間とに基づいてバッテリ１６での消費電力が算出される。そして、前回の変化時に記憶部３８に記憶されたＳＯＣの値と前記算出した消費電力とに基づいて現在のＳＯＣの値が検出される。このＳＯＣ検出部３６で検出されたＳＯＣの値は、前記ＣＵ１８に送信され、ＣＵ１８における発電機１０の制御に利用される。

次に、前記ＣＵ１８で実施される発電機１０の制御方法の参考例について、図２および図３を用いて説明する。

本方法では、発電機１０は、その発電電圧が、前記ＳＯＣ検出部３６で検出された現在のＳＯＣの値およびエンジン１４の負荷に応じて予め設定された値となるように制御されるとともに、エンジン１４への燃料供給が停止されている場合には、その発電電圧が最大電圧となるように制御される。

前記ＣＵ１８には、図２に示されるマップが記憶されている。このマップは、発電機１０の発電電圧の設定値を示したものであり、横軸はＳＯＣ、縦軸はエンジン１４の負荷である。このマップには、ＳＯＣおよびエンジン１４の負荷に応じてＡ１〜Ａ４の領域が区画されており、領域Ａ１〜Ａ４毎に発電機１０の発電電圧が設定されている。前記ＣＵ１８は、エンジン１４に燃料が供給されている場合に、現在の運転領域が前記領域Ａ１〜Ａ４のいずれの領域であるかを判定して、発電機１０の発電電圧をその領域に対して設定された値に変更する。

前記領域Ａ１は、ＳＯＣの値が予め設定された基準値Ｘ１より小さい領域である。この基準値Ｘ１は、例えば８０％（バッテリ１６の満充電状態に対する割合）である。この領域Ａ１では、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは最大電圧Ｖｍａｘに設定されている。この最大電圧Ｖｍａｘは、例えば１４．８Ｖである。

前記領域Ａ２は、ＳＯＣが前記基準値Ｘ１以上かつ予め設定された基準値Ｘ２未満である領域と、ＳＯＣが基準値Ｘ１以上であってエンジン１４の負荷が予め設定された基準値Ｙ１より高い高負荷領域とを含む領域である。前記基準値Ｘ２は例えば９０％であり、Ｙ１は例えば５０％（全負荷に対する割合）である。この領域Ａ２では、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは標準電圧Ｖｓｔｄに設定されている。この標準電圧Ｖｓｔｄは前記最大電圧Ｖｍａｘよりも小さい値であり、例えば１３．８Ｖである。

前記領域Ａ３は、ＳＯＣが前記基準値Ｘ２以上かつ予め設定された基準値Ｘ３未満である領域と、ＳＯＣが基準値Ｘ２以上であってエンジン１４の負荷が予め設定された基準値Ｙ２以上かつ前記基準値Ｙ１未満の中負荷領域とを含む領域である。前記基準値Ｘ３は前記基準値Ｘ２よりも大きい値であり例えば９５％であり、Ｙ２は前記基準値Ｙ１よりも小さい値であり例えば２０％である。この領域Ａ３では、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは低電圧Ｖｌｏｗに設定されている。この低電圧Ｖｌｏｗは前記標準電圧Ｖｓｔｄよりも小さい値であり、例えば１２．５Ｖである。

前記領域Ａ４は、ＳＯＣが前記基準値Ｘ３以上でエンジン１４の負荷が前記基準値Ｙ２未満の低負荷領域である。この領域Ａ４では、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは最低電圧Ｖ０に設定されている。この最低電圧Ｖ０は前記低電圧Ｖｌｏｗよりも小さい値であり、この参考例では、１１Ｖに設定されており、この領域Ａ４では発電機１０による発電が停止される。

前記発電機１０の発電電圧の変更手順を図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、ＣＵ１８は、ステップＳ１において、前記ＳＯＣ検出部３６で検出された現在のＳＯＣの値を読み込む。次に、ステップＳ２において、前記アクセル踏込量センサ５０で検出されたアクセルペダルの踏込量に基づいてエンジン１４の負荷を検出する。このように、ＣＵ１８は、請求項におけるエンジン負荷検出手段として機能する。

次に、ＣＵ１８は、ステップＳ３において、エンジン１４への燃料供給が停止されているかどうかを判定する。このように、ＣＵ１８は、請求項における燃料供給状況判定手段としても機能する。このステップＳ３での判定がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン１４への燃料供給が停止されている場合には、ステップＳ５に進み、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇを最大電圧Ｖｍａｘに設定する。

車両の減速時であってエンジン１４への燃料供給が停止されている場合は、車輪からエンジン１４に逆駆動トルクが加えられる。そこで、本方法では、この逆駆動トルクにより発電機１０を最大電圧で発電させることで、減速エネルギを無駄なく利用する。

前記ステップＳ３での判定がＮＯの場合であってエンジン１４に燃料供給がなされている場合には、ステップＳ４に進み、ＳＯＣの値が基準値Ｘ１より小さいかどうか、すなわち、現在の運転領域が前記領域Ａ１であるかどうかを判定する。

ＳＯＣの値が基準値Ｘ１より小さい領域Ａ１は早急にバッテリ１６を充電する必要がある領域である。そこで、ステップＳ４でＹＥＳと判定されて現在の運転領域が領域Ａ１である場合には、ステップＳ５に進み、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇを最大電圧Ｖｍａｘとして、発電機１０によりバッテリ１６を急速に充電する。

前記ステップＳ４での判定がＮＯの場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ＳＯＣが基準値Ｘ２より小さいかどうかを判定する。このステップＳ４での判定がＹＥＳの場合はステップＳ１５に進む。また、前記ステップＳ１３においてＮＯと判定された場合であっても、その後に進むステップＳ１４においてエンジン１４の負荷が基準値Ｙ１よりも高いと判定された場合にはステップＳ１５に進む。このように、ＳＯＣが基準値Ｘ１以上Ｘ２未満である場合およびエンジン１４の負荷がＹ１より高い場合であって、現在の運転領域が前記領域Ａ２にある場合には、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、発電機１０の発電電圧を前記標準電圧Ｖｓｔｄに設定する。この標準電圧Ｖｓｔｄは、前述のように、中・低負荷領域Ａ３，Ａ４に対して設定された発電電圧Ｖｌｏｗ、Ｖ０よりも高い値に設定されている。ここで、エンジン１４の燃費性能は高負荷ほど高い。そのため、高負荷領域では、発電機１０を駆動するためにエンジン１４で消費される燃料量を小さく抑えて効率よく発電機１０を駆動させることができる。従って、この高負荷領域Ａ２において発電機１０の発電電圧を比較的高い標準電圧Ｖｓｔｄとすることで、燃料性能を高く維持しつつ発電機１０により効率よくバッテリ１６に電力を供給することができる。また、この標準電圧Ｖｓｔｄはバッテリ１６を十分に充電可能な程度に高い値に設定されている。従って、ＳＯＣが基準値Ｘ２未満の比較的小さい領域Ａ２においても発電機１０によりバッテリ１６が適切に充電される。

一方、前記ステップＳ１４においてＮＯと判定された場合には、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、ＳＯＣが基準値Ｘ３より小さいかどうかを判定する。このステップＳ４での判定がＹＥＳの場合はステップＳ２５に進む。また、前記ステップＳ２３においてＮＯと判定された場合であっても、その後に進むステップＳ２４においてエンジン１４の基準値Ｙ２よりも高いと判定された場合にはステップＳ２５に進む。このように、ＳＯＣが基準値Ｘ２以上Ｘ３未満である場合およびエンジン１４の負荷がＹ２以上Ｙ１未満の場合であって、現在の運転領域が前記領域Ａ３にある場合には、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、発電機１０の発電電圧を前記低電圧Ｖｌｏｗに設定する。前述のように、中負荷領域では、エンジン１４の燃費性能は十分に高くない。そこで、この中負荷領域Ａ３では、発電機１０の発電電圧を比較的低い低電圧Ｖｌｏｗとすることで、エンジン１４の燃費性能の悪化を抑制する。また、領域Ａ３はＳＯＣが比較的多い領域である。従って、この領域Ａ３では、発電機１０の発電電圧を低くしても、バッテリ１６の残量を適切な状態に維持することができる。

一方、前記ステップＳ２４においてＮＯと判定された場合、すなわち、ＳＯＣが基準値Ｘ３以上である場合およびエンジン１４の負荷がＹ２未満の場合であって、現在の運転領域が前記領域Ａ４にある場合には、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、発電機１０の発電電圧を最低電圧Ｖ０とする。前述のように、この最低電圧Ｖ０は０に設定されており、ステップＳ３０では発電機１０による発電が停止される。この低負荷領域では、エンジン１４の燃費性能が低い。そこで、この低負荷領域Ａ４では、発電機１０の発電を停止させてエンジン１４の燃費性能の悪化を抑制する。また、この領域Ａ４はＳＯＣが十分に多い領域である。従って、この領域Ａ４では、発電機１０の発電を停止してもバッテリ１６の残量が適切な状態に維持することができる。

このように、本方法では、ＣＵ１８により、検出された現在のＳＯＣの値が小さくなるほど発電機１０の発電電圧が高められるとともにエンジン１４の負荷が高くなるほど発電機１０の発電電圧が高められており、ＳＯＣを好適な状態に維持することができるとともに、燃費性能の高い高負荷領域に集中して発電機１０を駆動させることで効率よくバッテリ１６に電力を供給することができる。しかも、エンジン１４への燃料供給が停止している場合には、発電機１０の発電電圧を最大電圧としており、減速エネルギを無駄なく電力に変換することができる。

なお、前記発電機１０の発電電圧を変更する具体的方法としては、発電機１０に設けられたレギュレータ内のフィールドコイルに流す電流を変更する方法が挙げられる。

本方法を用いた車両の走行時における発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇの変化を図４のタイムチャートに示す。この図４には、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇとともに、車速とエンジン１４の負荷とを表している。なお、ここでは、ＳＯＣが十分に高い値に維持されており、エンジン１４の負荷の変化のみに応じて発電機１０の発電電圧が変化する場合について示す。

時刻ｔ１において車両は走行を開始する。走行開始後、加速されることにより、時刻ｔ２までの間、エンジン１４の負荷は基準値Ｙ１以上の高い値となる。すなわち、運転領域は前記領域Ａ２となる。これに伴い、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは前記標準電圧Ｖｓｔｄに制御され、効率よく発電機１０が駆動される。車速がある程度高くなり定速走行に移るとエンジン１４の負荷は低下し、時刻ｔ２からｔ３までの間、エンジン１４の運転領域は中負荷領域すなわちエンジン１４の負荷が基準値Ｙ２以上Ｙ１未満の領域Ａ３内となる。これに伴い、発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは前記低電圧Ｖｌｏｗに制御される。そして、時刻ｔ３から後、車両が減速を開始してエンジン１４への燃料供給が停止されると発電機１０の発電電圧は最大電圧Ｖｍａｘとされ、減速エネルギが電力に効率よく変換される。ここで、エンジン１４の回転数が所定値以下まで低下すると、エンジン１４への燃料供給が再開される。この状態では、エンジン１４の負荷は非常に小さく前記基準値Ｙ２未満であり運転領域は前記領域Ａ４となる。従って、時刻ｔ４からｔ５までの減速あるいはアイドル運転中は、発電機１０の発電は停止されて燃費性能の悪化が抑制される。

時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間は、エンジン１４は停止されており、これに伴い発電機１０の駆動も停止している。その後、車両の走行が開始すると、前記時刻ｔ１からｔ５と同様に発電機１０は駆動される。すなわち、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの加速時であってエンジン１４の負荷が高い状態では発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは前記標準電圧Ｖｓｔｄに制御され、時刻ｔ７からｔ８までの間であってエンジン１４の負荷が中負荷領域となる状態では発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは前記低電圧Ｖｌｏｗに制御され、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの燃料停止時には発電機１０の発電電圧Ｖｒｅｇは前記最大電圧Ｖｍａｘに制御される。そして、時刻ｔ９からｔ１０までの減速あるいはアイドル運転時であってエンジン１４の負荷が低い状態では発電機１０の発電が停止される。

次に、前記ＣＵ１８で実施される本発明に係る前記発電機１０の制御方法の実施形態について、図５および図６を用いて説明する。

この実施形態に係る制御方法では、前記参考例と同様に、エンジン１４への燃料供給が停止した場合および検出されたＳＯＣの値が前記基準値Ｘ１よりも小さい場合にはその発電電圧が最大となるように発電機１０が制御される。一方、その他の運転条件では、バッテリ１６に流れる電流がＳＯＣおよびエンジン負荷に応じて予め設定された目標値となるように発電機１０の発電電圧が制御される。前記バッテリ１６に流れる電流とは、発電機１０からバッテリ１６に供給される電流（以下、供給電流という）とバッテリ１６から各電気負荷２２ａ〜２２ｃに流れる電流（以下、消費電流という）との差であり、ここでは、前記供給電流と消費電流とが等しくバッテリ１６に流れる電流が０となる状態に対して、前記供給電流よりも消費電流の方が小さくバッテリ１６に流れる電流が充電電流となる状態をバッテリ１６にプラス側の電流が流れているとし、前記供給電流よりも消費電流の方が大きくバッテリ１６に流れる電流が放電電流となる状態をバッテリ１６にマイナス側の電流が流れているとする。なお、この実施形態に係る方法を用いる装置では、前記バッテリ１６に流れる電流を検出する電流センサ３４の代わりに、前記供給電流を検出する供給電流センサ３４ａと、前記消費電流を検出する消費電流センサ３４ｂとを設ける。

前記ＣＵ１８には、図５に示されるマップが記憶されている。このマップは、前記バッテリ１６に流れる電流の目標値を示したものであり、横軸はＳＯＣ、縦軸はエンジン１４の負荷である。このマップには、ＳＯＣおよびエンジン１４の負荷に応じてＢ１〜Ｂ５の領域が区画されている。これらの領域のうちＳＯＣが前記基準値Ｘ１より小さい領域Ｂ１では、参考例と同様に、発電機１０の発電電圧が最大電圧とされる。一方、領域Ｂ２〜Ｂ５では、領域毎にバッテリ１６に流れる電流の目標値が設定されており、前記ＣＵ１８は、現在のエンジン１４の負荷および前記ＳＯＣ検出部３６で検出されたＳＯＣの値に応じて、現在の運転領域が領域Ｂ２〜Ｂ５のいずれの領域であるかを判定し、バッテリ１６に流れる電流がその運転領域に応じて設定された目標値となるように発電機１０の発電出力、具体的には、発電電圧を変更する。

前記領域Ｂ２（請求項における第３運転領域）は、ＳＯＣの値が前記基準値Ｘ１以上の領域のうち、ＳＯＣの値が大きくなるほど高負荷側に向かうラインＬ１よりもＳＯＣが小さく、かつ、エンジン１４の負荷が高い領域である。この領域Ｂ２では、エンジン１４の負荷が高く発電機１０を効率よく発電させることができる。また、バッテリ１６を比較的早期に充電させる必要がある。そこで、この領域Ｂ２では、バッテリ１６に流れる電流の目標値を０より大きい値（例えば３０Ａ）とし、バッテリ１６に流れる電流が充電電流となりバッテリ１６が充電されるように発電機１０の発電出力を制御する。

前記領域Ｂ３（請求項における第２運転領域）は、前記ラインＬ１と、このラインＬ１よりもＳＯＣが大きい側およびエンジン１４の負荷が低い側に設定されてラインＬ１と同様にＳＯＣの値が大きくなるほど高負荷側に向かうラインＬ２との間の領域であり、領域Ｂ２よりもＳＯＣが大きくエンジン１４の負荷が低い領域である。この領域Ｂ３では、エンジン１４の負荷が十分に高くなく発電機１０の駆動効率が高くない。また、ＳＯＣが比較的大きくバッテリ１６を早期に充電させる必要がない。そこで、この領域Ｂ３では、バッテリ１６に流れる電流の目標値を０とし、バッテリ１６に電流が流れないように発電機１０の発電出力を制御する。すなわち、前記消費電流と発電電流とを同一とし、バッテリ１６が充放電されないようにする。

前記領域Ｂ４（請求項における第１運転領域）は、前記ラインＬ２と、このラインＬ２よりもＳＯＣが大きい側およびエンジン１４の負荷が低い側に設定されてラインＬ２と同様にＳＯＣの値が大きくなるほど高負荷側に向かうラインＬ３との間の領域であり、領域Ｂ３よりもＳＯＣが大きくエンジン１４の負荷が低い領域である。この領域Ｂ３では、エンジン１４の負荷が低く発電機１０の駆動効率が低い。また、ＳＯＣが十分に大きい。そこで、この領域Ｂ３では、バッテリ１６に流れる電流の目標値を０より小さい値（例えば−１０Ａ）とし、バッテリ１６に流れる電流が放電電流となりバッテリ１６から放電されるように発電機１０の発電出力を制御する。

前記領域Ｂ５は、前記ラインＬ３よりもＳＯＣが大きくエンジン１４の負荷が低い領域である。この領域Ｂ５では、エンジン１４の負荷が低く発電機１０の駆動効率が低い。また、ＳＯＣが十分に大きいため発電機１０の発電を停止してもバッテリ１６から各電機負荷に十分な電力を供給することができる。そこで、この領域Ｂ５では、発電機１０の発電を停止させて、エンジン１４の燃費性能の悪化を抑制する。なお、発電機１０の発電停止に伴い、バッテリ１６に流れる電流は放電電流となる。

ＣＵ１８における発電機１０の具体的な制御手順を図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２において、ＣＵ１８は、参考例におけるステップＳ１およびステップＳ２と同様に前記ＳＯＣ検出部２８で検出された現在のＳＯＣの値を読み込むとともに、前記アクセル踏込量センサ５０で検出されたアクセルペダルの踏込量に基づいてエンジン１４の負荷を検出する。

次に、ステップＳ１０３において、前記供給電流センサ３４ａで検出された供給電流すなわち発電機１０からバッテリ１６に供給されている電流と、消費電流センサ３４ａで検出された消費電流すなわちバッテリ１６から各電気負荷２２ａ〜２２ｃに供給されている電流と、前記電圧センサ５０で検出された現在のバッテリ１６の電圧を読み込む。

次に、ステップＳ１０４において、エンジン１４への燃料供給が停止されているかどうかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン１４への燃料供給が停止されている場合には、ステップＳ１０６に進む。一方、前記ステップＳ１０４での判定がＮＯの場合であってエンジン１４に燃料供給がなされている場合には、ステップＳ１０５に進み、前記検出されたＳＯＣの値が予め設定された基準値Ｘ１より小さいかどうか、すなわち、現在の運転領域が前記領域Ｂ１であるかどうかを判定する。そして、この判定がＹＥＳの場合にも、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、発電機１０の発電電圧を最大電圧Ｖｍａｘに設定する。これにより、バッテリ１６を急速に充電してバッテリ１６の残量を適切な状態に維持する。また、減速エネルギを効率よく電力に変換する。

次に、ステップＳ１０７で、前記電圧センサ５０により検出された現在のバッテリ１６の電圧が前記発電機１０の発電電圧の目標値である最大電圧より大きいかどうかを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、バッテリ１６が過充電されないように、ステップＳ１０９にて発電機１０の発電電圧を最大電圧よりも低い電圧とする。一方、この判定がＮＯの場合は、ステップＳ１１０にて発電機１０の発電電圧を最大電圧とする。

一方、前記ステップＳ１０５での判定がＮＯの場合には、ステップＳ１２１に進む。ステップＳ１２１では、現在のＳＯＣとエンジン１４の負荷とに応じて図５に示すマップからバッテリ１６に流れる電流の目標値を索引する。すなわち、現在の運転領域が前記領域Ｂ２〜Ｂ５のいずれであるかを判定して、その領域に応じた目標値を読み込む。

次に、ステップＳ１２２にて、前記索引されたバッテリ１６に流れる電流の目標値と前記ステップＳ１０３で検出された消費電流との差から、供給電流すなわち発電機１０からバッテリ１６に供給する電流の目標値を算出する。例えば、運転領域が前記領域Ｂ３であってバッテリ１６に流れる電流の目標値が０の場合は、供給電流の目標値は消費電流の値となる。また、運転領域が前記領域Ｂ２であってバッテリ１６に流れる電流の目標値が０より大きい場合は、供給電流の目標値は消費電流よりも大きい値となる。一方、運転領域が前記領域Ｂ４であってバッテリ１６に流れる電流の目標値が０より小さい場合は、供給電流の目標値は消費電流よりも小さい値となる。

次に、ステップＳ１２３にて、前記供給電流が前記ステップＳ１２２で算出された目標値となるような発電機１０の発電電圧のベース値を算出する。具体的には、ＣＵ１８には、供給電流に応じた発電電圧が予めマップで記憶されており、このマップから前記ベース値が索引される。

ここで、発電機１０の発電電圧を前記ベース値に設定すれば、供給電流ひいてはバッテリ１６に流れる電流はそれぞれ目標値付近となる。しかしながら、本実施形態では、より精度良くこれら電流を目標値に近づけるために、ステップＳ１２４〜Ｓ１２６においてフィードバック制御を行なう。

すなわち、ステップＳ１２４にて、現在の供給電流がその目標値よりも大きいかどうかを判定する。そして、この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１２５にて発電機１０の発電電圧の補正量を減量する。一方、この判定がＮＯの場合には、ステップＳ１２６にて発電機１０の発電電圧の補正量を増量する。そして、ステップＳ１２７にて、前記ベース値をこの補正量で補正した値、具体的には、ベース値に補正量を足した値を発電機１０の発電電圧に設定する。これにより、前記供給電流ひいてはバッテリ１６に流れる電流はそれぞれ目標値に制御され、各運転領域に応じて適切な状態に制御される。

なお、本実施形態では、さらに、ステップＳ１２７の次にステップＳ１２８にて前記ステップＳ１０３で検出されたバッテリ１６の電圧が予め設定された上限値より大きいかどうかを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、バッテリ１６が過充電となるおそれがあるため、ステップＳ１２９にて前記発電機１０の発電電圧を所定量減量する。

このように、本実施形態に係る方法では、参考例と同様に、ＳＯＣの値が小さくなるほど供給電流が大きくされるとともにエンジン１４の負荷が高くなるほど供給電流が高められており、ＳＯＣを好適な状態に維持することができるとともに、効率よくバッテリ１６に電力を供給することができる。しかも、この方法では、バッテリ１６に流れる電流が領域毎に好適な値に制御されるため、バッテリ１６の充放電の変化が小さく抑えられてバッテリ１６の劣化を抑制することができる。特に、領域Ｂ３では、バッテリ１６に電流が流れないように制御されており、バッテリ１６の充放電が停止されることでバッテリ１６の劣化がより一層抑制される。

本実施形態に係る方法を用いた車両の走行時におけるバッテリ１６に流れる電流および発電機１０の発電電圧の変化を図７のタイムチャートに示す。この図７には、車速とエンジン１４の負荷とＳＯＣを合わせて表している。

時刻ｔ１１において車両は走行を開始する。走行開始後、加速されることにより、時刻ｔ１２までの間は、エンジン１４の負荷は高く運転領域は前記領域Ｂ２になる。これに伴い、発電機１０はバッテリ１６に流れる電流が充電電流となるように発電電圧を高めて効率よくバッテリ１６を充電する。車速がある程度高くなり定速走行に移ると、エンジン１４の負荷は低下し、時刻ｔ１２からｔ１３までの間、エンジン１４の運転領域は中負荷領域Ｂ４に移行する。これに伴い、発電機１０はバッテリ１６に流れる電流が放電電流となるように発電電圧を小さくする。時刻ｔ１３から後、車両が減速を開始しエンジン１４への燃料供給が停止されると発電機１０の発電電圧は最大電圧とされ、減速エネルギが電力に効率よく変換される。そして、エンジン１４の回転数が所定値以下まで低下した時刻ｔ１４からｔ１５までの間は、エンジン１４の負荷が十分に小さく運転領域は領域Ｂ５に移行するため発電機１０の発電は停止される。このとき、バッテリ１６からは各電気負荷に電流が流れるためバッテリ１６に流れる電流は放電電流となる。

時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの間は、エンジン１４は停止されており、これに伴い発電機１０の駆動も停止している。そのため、この期間はバッテリ１６に流れる電流は放電電流となる。その後、車両の走行が開始すると、前記ｔ１１からｔ１５とほぼ同様に発電機１０は駆動される。すなわち、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの加速時であってエンジン１４の負荷が高い状態ではバッテリ１６に流れる電流は充電電流とされ、時刻ｔ１７からｔ１８までの間であってエンジン１４の負荷が中負荷領域となる状態ではバッテリ１６に流れる電流は放電電流とされ、時刻ｔ１８からの燃料停止時には発電機１０の発電電圧は最大電圧に制御されてバッテリ１６に流れる電流は充電電流となる。

ここで、時刻ｔ１８からの最大電圧による充電によりＳＯＣが１００％すなわちバッテリ１６が満充電となると（時刻ｔ１９）、バッテリ１６には電流は流れず、バッテリ１６に流れる電流は０となる。その後、時刻ｔ２０において燃料供給が再開されてアイドル運転となると、発電機１０の発電は停止される。

ここで、前記参考例において発電機１０の発電電圧の設定値を決定する指標および実施形態においてバッテリ１６に流れる電流の目標値を決定する指標、すなわち、図３および図５の縦軸としてエンジン１４の負荷に代えて発電機１０の発電燃費率を用いてもよい。この発電燃費率は、エンジン１４の燃費率×発電機１０の発電効率で算出される値であり、エンジン１４の負荷が高くなるほど高くなる。

具体的には、図３および図５のマップの縦軸を発電機１０の発電燃費率としたマップをＣＵ１８に記憶させておく。また、前記エンジン１４の燃費率は、エンジン１４の回転数とエンジン１４の負荷とで決定される値であるため、これらエンジン１４の回転数とエンジン１４の負荷とのマップでエンジン１４の燃費率をＣＵ１８に記憶させておく。また、発電機１０の発電効率は、発電機１０の回転数ひいてはエンジン１４の回転数で決定される値であるため、このエンジン１４の回転数のマップで発電機１０の発電機効率をＣＵ１８に記憶させておく。そして、エンジン回転数とエンジン１４の負荷とに応じてこれらマップからエンジン１４の燃費率および発電機１０の発電効率を索引して、前記発電機１０の発電燃費率を算出し、この発電機１０の発電燃費率に応じて設定された発電機１０の発電電圧の設定値あるいはバッテリ１６に流れる電流の目標値のマップから、この設定値あるいは目標値を索引する。

また、前記基準値Ｘ１、標準電圧等の具体的な値は前記に限らない。

１０発電機
１４エンジン
１５クランクシャフト（駆動軸）
１６バッテリ
１８ＣＵ（燃料供給状況判断手段、エンジン負荷検出手段、発電電圧制御手段）

Claims

エンジンの駆動軸に接続されて当該エンジンにより駆動されることでバッテリを充電する車両用発電機の制御方法であって、
前記バッテリに流れる電流を検出し、
エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記車両用発電機の発電出力を最大とする一方、エンジンへの燃料供給が実施されている場合には、前記検出されたバッテリに流れる電流が前記エンジンの負荷とバッテリの残量とに応じて予め設定された目標値となるように前記車両用発電機の発電出力を制御するとともに、
エンジンの負荷が低く、かつ、バッテリの残量が高い第１運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が放電電流となるように設定し、
前記第１運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第２運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに電流が流れなくなるように設定し、
前記第２運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第３運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が充電電流となるように設定し、
エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記バッテリに流れる電流が充電電流となり、かつ、当該電流が前記第３運転領域においてバッテリに流れる電流よりも大きい電流となるように前記車両用発電機の発電出力を制御することを特徴とする車両用発電機の制御方法。
エンジンの駆動軸に接続されて当該エンジンにより駆動されることでバッテリを充電する車両用発電機の発電制御装置であって、
エンジンへの燃料供給が停止しているかどうかを判断する燃料供給状況判断手段と、
エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
前記車両用発電機の発電出力を制御する発電電圧制御手段とを備え、
前記発電電圧制御手段は、
エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記車両用発電機の発電出力を最大とする一方、エンジンへの燃料供給が実施されている場合には、前記検出されたバッテリに流れる電流が前記エンジンの負荷とバッテリの残量とに応じて予め設定された目標値となるように前記車両用発電機の発電出力を制御するとともに、
エンジンの負荷が低く、かつ、バッテリの残量が高い第１運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が放電電流となるように設定し、
前記第１運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第２運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに電流が流れなくなるように設定し、
前記第２運転領域よりもエンジンの負荷が高い側およびバッテリの残量が少ない側に設定された第３運転領域では、前記発電出力の目標値を、前記バッテリに流れる電流が充電電流となるように設定し、
エンジンへの燃料供給が停止している場合には、前記バッテリに流れる電流が充電電流となり、かつ、当該電流が前記第３運転領域においてバッテリに流れる電流よりも大きい電流となるように前記車両用発電機の発電出力を制御することを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。