JP2004201411A - 電源制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、回生エネルギーを蓄電池に回収して車の燃費を向上し排気ガスを減少させ、且つ渋滞した市街地での走行等において蓄電池の寿命が縮むことを防止する電源制御装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の電源制御装置は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機によって充電される蓄電池と、前記蓄電池の充電状態が所定の範囲内になるように前記蓄電池の充放電を制御する蓄電池充放電制御部と、を有し、車に搭載されており、前記蓄電池充放電制御部は、前記エンジン又は前記車が停止した状態が発生する頻度を検出し、前記頻度が所定の閾値以上である場合における前記所定の範囲の上限値を、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合における前記上限値より低く設定することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染への関心の高まりから、不要な排気ガスの排出を抑えるために、車が駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にエンジンを停止し（アイドリング状態を停止し）、燃費を改善するアイドルストップ機能を有する車（以下、「アイドルストップ車」と言う。）が開発されている。アイドルストップ車は、アイドルストップ機能を有さない車と比較して、エンジンを停止状態から再起動する頻度（蓄電池からエンジン始動用のセルモータへ電力供給する頻度）がはるかに高い。また、アイドルストップ中には蓄電池から、車両の制御系統や、ライト、オーディオ等に電力を供給する。このようなアイドルストップ車の蓄電池には、従来より使用されている安価な液式鉛蓄電池が検討されている。
【０００３】
液式鉛蓄電池は、アイドルストップによる放電でＳＯＣ（充電状態。State ofCharge。放電容量を意味する。）が大きく低下し、充電不足の状態が続くと、電解液の成層化が生じ、サルフェーションが発生するので寿命が急激に短くなる。このため従来の、安価な液式鉛蓄電池を使用する車にアイドルストップ機能を搭載する場合、電池の劣化を防止する電源制御が重要である。アイドルストップを行わない従来の車では、常時ＳＯＣを１００％近くに保つように充電電圧を高く設定し、充電不足にならないよう制御されている。
【０００４】
特許第３２１１６９９号公報に、従来例１の動力出力装置が開示されている。従来例１の動力出力装置は、車両の走行条件及び予測される走行条件に応じてバッテリのＳＯＣの目標値を設定し、エンジンと発電機とを制御する。走行条件は、車両の速度、加速度、高度、ナビゲーションシステムに記憶されている地図情報のうち少なくともひとつの情報を使用して定量化する。
【０００５】
特開平１１−００８９０９号公報に従来例２のハイブリッド電気自動車の発電制御装置が開示されている。従来例２のハイブリッド電気自動車の発電制御装置は、車両が登坂する時に、降坂完了までに得られる積算回生エネルギーを予測する。そして、その回生エネルギーで電池を充電した場合に予測される充電量の分だけ、電池のＳＯＣの目標値を引き下げる。従って、降坂時の回生エネルギーを、無駄なく電池の充電という形で受け入れることができる。
【０００６】
特開２００１−２６８７０８号公報に、従来例３のハイブリッド車両の制御装置が開示されている。従来例３のハイブリッド車両の制御装置は、バッテリの劣化度に応じて充電レベルの目標値を変更する。更に、定常運転時には減速運転時よりも充電レベルの目標値を低く設定する。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３２１１６９９号公報
【特許文献２】
特開平１１−００８９０９号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６８７０８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
アイドルストップ車は、停止中及び停止後のエンジン始動やスタート時に蓄電池を放電する故に、蓄電池のＳＯＣを減少させる。蓄電池のＳＯＣが低下した場合、アイドルストップ車が暫くの間走り続ければ蓄電池は充電され、そのＳＯＣは再び高くなる。しかし、渋滞する市街地等を走行するアイドルストップ車は、僅かの距離を走行しては停止することを繰り返す場合がある。この場合、蓄電池はほとんど充電されないまま放電を繰り返すことになる。このような場合、蓄電池のＳＯＣがアイドルストップ車のスタートに必要な最低限度未満になって、アイドルストップ車が動けなくなる恐れがあった。このため、ＳＯＣの下限値を設定し、この下限値になるとアイドルストップをキャンセルするような制御も提案されているが、アイドルストップの回数が減少するので燃費改善の効果が少なくなる。また、ＳＯＣが低い状態のまま使用されるので、液式鉛蓄電池では特に、成層化によるサルフェーションが生じ、短寿命になる恐れがあった。一方、高速道路や信号機の少ない走行では、アイドルストップの頻度が少ないので蓄電池の放電が少なく充電時間が長くなる。従って、従来の充電制御のように一定の充電電圧で充電し、ＳＯＣを１００％近くに制御する方法では過充電となり、燃費改善の効果は期待できない。また、ＳＯＣが１００％近くに制御されるので回生の充電も受け入れることができない。
【０００９】
従来例１〜３の動力出力装置等は、自動車の走行条件、バッテリの状態に応じて蓄電池の充放電を制御している。しかし、従来例１〜３の電源装置等は、渋滞した市街地での走行等において蓄電池が短寿命になる恐れがあるという上記の問題を解決するものではなかった。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、アイドルストップの頻度が少ない、高速道路や信号機の少ない走行でも回生エネルギーを蓄電池に回収して車の燃費を向上し排気ガスを減少させ、且つ渋滞した市街地での走行等において蓄電池が短寿命になることを防止する電源制御装置及びその制御方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機によって充電される蓄電池と、前記蓄電池の充電状態が所定の範囲内になるように前記蓄電池の充放電を制御する蓄電池充放電制御部と、を有し、車に搭載されており、前記蓄電池充放電制御部は、前記エンジン又は前記車が停止した状態が発生する頻度を検出し、前記頻度が所定の閾値以上である場合における前記所定の範囲の上限値を、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合における前記上限値より低く設定することを特徴とする電源制御装置である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記発電機は、前記エンジンを補助する電動機として動作することができ、前記蓄電池充放電制御部は、少なくとも前記エンジンが停止状態から動作状態に変化した時に前記蓄電池が放電して前記発電機を電動機として駆動し、前記エンジンが動作状態を継続した後は前記蓄電池が前記発電機によって充電されるように前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記蓄電池充放電制御部は、前記頻度が前記所定の閾値以上である場合における前記上限値を前記蓄電池の最大定格に設定し、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合又は前記所定の閾値より低い値である他の閾値未満である場合における前記上限値を前記蓄電池が前記発電機からの回生エネルギーを充電可能な値に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源制御装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源制御装置である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機によって充電される蓄電池とを有し、車に搭載された電源制御装置の制御方法であって、前記蓄電池の充電状態が所定の範囲内になるように前記蓄電池の充放電を制御する制御ステップと、前記エンジン又は前記車が停止した状態が発生する頻度を検出する検出ステップと、を有し、前記頻度が所定の閾値以上である場合における前記制御ステップの前記所定の範囲の上限値を、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合における前記上限値より低く設定することを特徴とする電源制御装置の制御方法である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記発電機は、前記エンジンを補助する電動機として動作することができ、少なくとも前記エンジンが停止状態から動作状態に変化した時に前記蓄電池が放電して前記発電機を電動機として駆動し、前記エンジンが動作状態を継続した後は前記蓄電池が前記発電機によって充電されるように前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求項５に記載の電源制御装置の制御方法である。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記頻度が前記所定の閾値以上である場合における前記上限値を前記蓄電池の最大定格に設定し、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合又は前記所定の閾値より低い値である他の閾値未満である場合における前記上限値を前記蓄電池が前記発電機からの回生エネルギーを充電可能な値に設定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電源制御装置の制御方法である。
【００１８】
本発明の発明者は、アイドルストップ車に搭載された蓄電池は、エンジン始動やスタート時に放電する故に、特に渋滞する市街地等で僅かの距離を走行しては停止することを繰り返す場合、蓄電池の放電量が、エンジン又は車の停止回数に比例することを発見した。エンジン又は車が停止した状態が発生する頻度が高ければ、蓄電池の充電量が放電量に追いつかない恐れがある。このような場合、蓄電池のＳＯＣを高くするように制御することにより、蓄電池の寿命が短くなることを防止できる。一方、車が高速道路を走行する場合、エンジン又は車が停止した状態の発生頻度は低い。このような場合、蓄電池のＳＯＣを低くするように制御することにより、回生エネルギーを確実に蓄電池に回収することができる。
鉛蓄電池を使用するアイドルストップ車においては、蓄電池をほとんど充電しないまま放電を繰り返すと、鉛蓄電池の寿命が縮む。
「エンジン又は車が停止した状態が発生する頻度」は、動作状態から停止状態に変化する頻度をカウントしても良く、停止状態から動作状態に変化する頻度をカウントしても良い。
【００１９】
本発明は、回生エネルギーを蓄電池に回収して車の燃費を向上し排気ガスを減少させ、且つ渋滞した市街地での走行等において、蓄電池の過放電を防ぎ、鉛蓄電池等の蓄電池の寿命が短くなることを防止する電源制御装置及びその制御方法を実現できるという作用を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
【００２１】
《実施例》
図１〜図３を用いて、本発明の実施例の電源制御装置及びその制御方法を説明する。実施例の電源制御装置は、アイドルストップ車に搭載されている。
図２は、実施例の電源制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、２００はアイドルストップ車、２０１は発電機、２０２は負荷、２０３は１２Ｖ、５０Ａｈの液式鉛蓄電池、２０４は電流センサ、２０５は電流計測部、２０６は電圧計測部、２１０はエンジン、２１１は蓄電池充放電制御部である。蓄電池充放電制御部２１１は、ＳＯＣ算出部２０７、アイドルストップ頻度算出部２０８、発電機制御部２０９を有する。
【００２２】
アイドルストップ車２００は、駐停車にアイドリング状態にすることなく自動的にエンジンを停止する又は短時間のアイドリングの後自動的にエンジンを停止する、アイドルストップ機能を有する。発電機２０１はアイドルストップ車２００のエンジン２１０によって駆動されて発電を行う。発電された電力は負荷２０２及び液式鉛蓄電池２０３に供給される。負荷２０２は、具体的にはオーディオ装置、エアコン、ランプ等の電装品、エンジン始動用のセルモータである。液式鉛蓄電池２０３は走行中はほとんど常に、発電機２０１からの電力によって定電圧充電されている。アイドルストップ等によりエンジン２１０が停止している間は、液式鉛蓄電池２０３は負荷２０２（オーディオ装置、エアコン、ランプ等）に電力を供給するために放電する。エンジン２１０が始動する時、液式鉛蓄電池２０３が放電して発電機２０１を電動機として駆動し且つ負荷２０２（エンジン始動用のセルモータ）に電力を供給する。アイドルストップ車２００の減速及びブレーキ時に、発電機２０１に回生電流（回生エネルギー）が発生する。液式鉛蓄電池２０３は、この回生電流によって充電される。
【００２３】
電流センサ２０４は液式鉛蓄電池２０３に流れる電流を検出する。電流センサ２０４の出力は電流計測部２０５に入力され、更にＳＯＣ算出部２０７に電流値として入力される。電圧計測部２０６は液式鉛蓄電池２０３の電圧を測定し、測定した電圧値を発電機制御部２０９に出力する。
蓄電池充放電制御部２１１は、液式鉛蓄電池２０３のＳＯＣが所定の範囲内になるように、液式鉛蓄電池２０３の充放電を制御する。ＳＯＣ算出部２０７は、液式鉛蓄電池２０３の満充電時の電池容量に充放電電気量の積算値を加算することによりＳＯＣを算出し、発電機制御部２０９に出力する。
【００２４】
発電機制御部２０９は、発電機２０１の励磁電流を制御することにより、発電機２０１の出力電圧を制御する。
アイドルストップ頻度算出部２０８は、１０分当たりのアイドルストップの発生回数（発生頻度）を算出し、発電機制御部２０９に出力する。
【００２５】
図１は、実施例の電源制御装置の制御方法を示すフローチャートである。ステップ１０１でアイドルストップ頻度算出部２０８は、１０分当たりのアイドルストップの頻度を算出する。発電機制御部２０９は、１０分当たりのアイドルストップの頻度が２回以上か否か判断する（ステップ１０２）。２回以上の場合はステップ１０３に進み、ＳＯＣの目標値（蓄電池の放電容量の制御範囲の上限値）を１００％（満充電）に設定する。発電機制御部２０９は発電機２０１の出力電圧を１５Ｖに設定し、ＳＯＣを１００％に近づける充電を行う（ステップ１０５）。ステップ１０１に戻る。
【００２６】
ステップ１０２で、１０分当たりのアイドルストップの頻度が２回未満の場合はステップ１０４に進み、ＳＯＣの目標値を９５％に設定する。発電機制御部２０９は発電機２０１の出力電圧を１３Ｖに設定し、ＳＯＣを９５％に近づける制御を行う（ステップ１０５）。ステップ１０１に戻る。
【００２７】
図３は、従来例と本発明の電源制御装置をそれぞれ有するアイドルストップ車において、１０分当たりのアイドルストップの頻度と走行１時間当たりの過充電量との関係を示す図である。電圧が１２Ｖ、電池容量が５０Ａｈの液式鉛蓄電池をアイドルストップ車２００及び従来の電源制御装置を有するアイドルストップ車にそれぞれ搭載し、１０分当たりのアイドルストップの頻度を様々に変え、走行１時間当たりの過充電量を調べる実験を行った。アイドルストップ１回当たりの平均放電量は、電池容量の０．５％とした。実線３０１は、図１のフローチャートに示した方法で蓄電池の充放電制御を行う本発明の電源制御装置を有するアイドルストップ車の実験結果である。破線３０２は、常にＳＯＣを１００％に近づける定電圧充電（充電電圧は１４Ｖ）を行う従来例の電源制御装置を有するアイドルストップ車の実験結果である。
【００２８】
液式鉛蓄電池２０３は、完全充電せずに使用され続けると、サルフェーションが発生する。つまり、放電生成物である硫酸鉛が蓄積して充電できなくなり、性能低下を引き起こす。サルフェーションが発生すると、液式鉛蓄電池２０３の寿命は急速に短くなる。市街地での走行のようにアイドルストップの頻度が高い場合は、アイドルストップ中の液式鉛蓄電池２０３の放電量が多くなるとともに、充電時間が短くなるのでＳＯＣが低下しやすい。本実施例によれば、このような場合には発電機２０１を制御し、充電電圧を高く設定するので、液式鉛蓄電池２０３を短時間で充電するとともにＳＯＣを高く保てる。これにより、液式鉛蓄電池２０３の電解液の成層化を抑え、長寿命化を図ることができる。
【００２９】
高速走行時のようにアイドルストップの頻度が低い場合には、液式鉛蓄電池２０３が充電不足になる恐れが少ないため、ＳＯＣの設定値を下げる（実施例においては９５％）。鉛蓄電池２０３は常に満充電されていない状態である故に、ブレーキや減速による回生エネルギーを効率的に液式鉛蓄電池２０３に蓄積できる。実施例において、回生エネルギーが無駄なく液式鉛蓄電池２０３の充電に使用されていることが図３（発生した過充電量の大きさが無駄に消費された回生エネルギーの大きさを示す。）より分かる。図３の破線３０２に示すように、常にＳＯＣを１００％に近づける充電を行った場合は、回生エネルギーのロスが発生する。本発明により、過充電による電池の劣化や電解液の減少を防止でき、且つ燃費が向上する。
【００３０】
ステップ１０２で用いる、１０分当たりのアイドルストップ頻度の閾値は走行条件及び使用する蓄電池の種類によって変更して良い。実施例では、アイドルストップの頻度に応じてＳＯＣの目標値を２段階に設定したが、３段階以上設定しても良く、連続的に変化する値（例えばアイドルストップの発生頻度をパラメータとし、ＳＯＣの目標値を導出する関数を使用する。）にしても良い。
実施例においては、エンジンが停止する頻度が高い場合にＳＯＣの目標値を高くし、頻度が低い場合にＳＯＣの目標値を低くした。これに代えて、車が停止した状態が発生する頻度が高い場合にＳＯＣの目標値を高くし、頻度が低い場合にＳＯＣの目標値を低くしても良い。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、回生エネルギーを蓄電池に回収して車の燃費を向上し排気ガスを減少させ、且つ渋滞した市街地での走行等において、蓄電池の過放電を防ぎ、鉛蓄電池等の蓄電池の寿命が短くなることを防止する電源制御装置及びその制御方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電源制御装置の制御方法を示すフローチャート
【図２】本発明の実施例の電源制御装置の構成を示すブロック図
【図３】従来例と本発明の電源制御装置をそれぞれ有するアイドルストップ車において、１０分当たりのアイドルストップの頻度と走行１時間当たりの過充電量との関係を示す図
【符号の説明】
２００ アイドルストップ車
２０１ 発電機
２０２ 負荷
２０３ 液式鉛蓄電池
２０４ 電流センサ
２０５ 電流計測部
２０６ 電圧計測部
２０７ ＳＯＣ算出部
２０８ アイドルストップ頻度算出部
２０９ 発電機制御部
２１０ エンジン
２１１ 蓄電池充放電制御部

Claims (7)

1. エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機によって充電される蓄電池と、前記蓄電池の充電状態が所定の範囲内になるように前記蓄電池の充放電を制御する蓄電池充放電制御部と、を有し、車に搭載されており、
   前記蓄電池充放電制御部は、前記エンジン又は前記車が停止した状態が発生する頻度を検出し、前記頻度が所定の閾値以上である場合における前記所定の範囲の上限値を、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合における前記上限値より低く設定することを特徴とする電源制御装置。
2. 前記発電機は、前記エンジンを補助する電動機として動作することができ、
   前記蓄電池充放電制御部は、少なくとも前記エンジンが停止状態から動作状態に変化した時に前記蓄電池が放電して前記発電機を電動機として駆動し、前記エンジンが動作状態を継続した後は前記蓄電池が前記発電機によって充電されるように前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記蓄電池充放電制御部は、前記頻度が前記所定の閾値以上である場合における前記上限値を前記蓄電池の最大定格に設定し、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合又は前記所定の閾値より低い値である他の閾値未満である場合における前記上限値を前記蓄電池が前記発電機からの回生エネルギーを充電可能な値に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源制御装置。
4. 前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源制御装置。
5. エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機によって充電される蓄電池とを有し、車に搭載された電源制御装置の制御方法であって、
   前記蓄電池の充電状態が所定の範囲内になるように前記蓄電池の充放電を制御する制御ステップと、
   前記エンジン又は前記車が停止した状態が発生する頻度を検出する検出ステップと、
   を有し、
   前記頻度が所定の閾値以上である場合における前記制御ステップの前記所定の範囲の上限値を、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合における前記上限値より低く設定することを特徴とする電源制御装置の制御方法。
6. 前記発電機は、前記エンジンを補助する電動機として動作することができ、
   少なくとも前記エンジンが停止状態から動作状態に変化した時に前記蓄電池が放電して前記発電機を電動機として駆動し、前記エンジンが動作状態を継続した後は前記蓄電池が前記発電機によって充電されるように前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求項５に記載の電源制御装置の制御方法。
7. 前記頻度が前記所定の閾値以上である場合における前記上限値を前記蓄電池の最大定格に設定し、前記頻度が前記所定の閾値未満である場合又は前記所定の閾値より低い値である他の閾値未満である場合における前記上限値を前記蓄電池が前記発電機からの回生エネルギーを充電可能な値に設定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電源制御装置の制御方法。

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