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JP2005335498A - 車両電源制御装置 - Google Patents

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Keiichi Kono
圭一 河野
Shuji Mayama
修二 眞山
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【課題】自動車の運用状況に拘わらず、バッテリの残充電量を適正に維持することで、バッテリーの劣化を防ぐ。
【解決手段】自動車の運用状況、例えば、自動車の使用頻度、自動車の使用時間、運転時のエンジン回転数、及び／または電装品の消費電流等の情報を収集し、当該運用状況に応じてオルタネータ２３の出力電圧（充電電圧）を調整演算し、この調整演算された出力電圧を実現するようオルタネータ２３を制御する。自動車の運用状況に応じてバッテリ２５の残充電量を適正に維持できる。したがって、バッテリ２５の劣化を確実に防止でき、バッテリ２５の長寿命化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オルタネータの出力電圧を調整して自動車におけるバッテリへの充電制御を行う車両電源制御装置に関するものである。
図３の如く、自動車におけるバッテリ１への充電制御はオルタネータ３によって行われる。このオルタネータ３は、エンジン５の回転力を電気エネルギーに変換する発電機７と、この発電機７からの出力電圧を制御するレギュレータ９とを備える。
そして、従来のオルタネータ３としては、内部に温度センサー１１を備えたものがあり、この温度センサー１１でレギュレータ９の例えばケースの温度を検出し、この検出された温度の情報に基づいて、バッテリ１に供給する充電電圧を、オルタネータ３の内部で自律的に制御していた。具体的には、レギュレータ９の温度が低くなるにつれて、バッテリ１の内部の化学反応が鈍化して充電電圧の受け入れ性が劣化することを考慮し、低温下においてはバッテリ１に供給する充電電圧を上昇させる制御を行っていた。
ところで、最近の傾向では、上記のようなレギュレータ９の内部での温度自律制御だけでなく、図４の如く、外部の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３からのＰＷＭ制御等により、バッテリ１に対する充電電圧の調整制御を行うことが行われている。この場合、例えば、イグニションスイッチがオンとなって電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３に電源が投入された後、自動車の走行開始から一定時間にバッテリ１に対する充電電圧を上昇させ、バッテリ１の充電量を素早く確保する。また、バッテリ１がほぼ満充電に近い状態になった時点で、その旨を電子制御ユニット１３で検出し、その検出結果に基づいて、その満充電に近い状態を維持するように、オルタネータ３の出力電圧を制御する。
これにより、走行開始時直後のバッテリ１の充電不足を素早く解消できるとともに、長時間運転時等においてはオルタネータ３の出力電圧を低下させることにより、バッテリ１の過充電を容易に防止できる。
そして、従来においては、例えば特許文献１のように、かかる電子制御ユニット１３での制御の処理手順が、自動車毎に一種類のものが予め決定されていた。
特開平０９−２９４３０５号公報
ところが、同じ車種・車格の自動車であっても、一般的にユーザー毎に自動車の運転頻度や電装品の使用頻度等の運用状況が異る。
例えば、あるユーザーは、一週間のうち平日の運転をほとんど行わず休日のみ運転する場合や、一ヶ月に１〜２度程度しか自動車の運転を行わない場合があり、これらの場合は、自動車の長期放置が行われやすい。
一般に、バッテリ１においては自己放電が行われるため、上記のような長期放置の間に、自己放電によってバッテリ１内の負電極に発生した例えばＰｂＳＯ4が長期間にわたって作用し、バッテリ１内部の電解液が不動態化して劣化（即ち、容量低下）が生じる。そして、バッテリ１内の負電極を不動態の例えばＰｂＳＯ4が覆ってしまうことから、その負電極の反応面積が少なくなり、バッテリ１の容量が低下する。
このようなバッテリ１の残充電量の低減において、自動車の放置期間が長期に渡ると、バッテリ１の過放電が生じるおそれがある。
また、別のユーザーの運用状況として、毎日の通勤時等に自動車を短時間だけ運転する場合がある。この場合、自動車の長期放置が起きにくいことから自己放電によるバッテリ１の残充電量の減少は抑制されるが、１回の走行においてエンジン５が回転している時間が短いため、バッテリ１の充電時間が少なくなってしまう。
さらに、カーナビゲーション装置やカーオーディオ装置等の電子機器を頻繁に使用するユーザーもいればそうでないユーザーもいる。
このように、ユーザーによって自動車の運用状況が様々に異なることから、バッテリ１の充電量や放電の態様が様々であり、従来のように、自動車毎に充電電圧についての一種類の制御の方法を予め決定しておくだけでは、ユーザー毎の運用状況に適正に対応することが困難であった。
逆に、長時間運転が多い自動車や、放置時間の短い自動車については、過充電になることが多いと予想される。
このような過充電が発生すると、バッテリ１内の希硫酸等の電解液に含まれる水（Ｈ2Ｏ）の電気分解が促進され、バッテリ１の正電極の近傍で発生する酸素によって当該正電極が腐食し、バッテリ１の劣化（容量低下）が生じる。また、この正電極の腐食により当該正電極の反応面積が少なくなり、容量が低下する。さらに、電界液中で水の電気分解が起こることから減水が生じ、電界液から正負両極の極板の露出が生じて反応面積が少なくなると共に、正電極の腐食が促進されて劣化が進行してしまう。
そこで、本発明の課題は、自動車の運用状況に拘わらず、バッテリの残充電量を適正に維持することで、バッテリーの劣化防止及び長寿命化を図り得る車両電源制御装置を提供することにある。
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、オルタネータの出力電圧を調整して自動車におけるバッテリへの充電制御を行う車両電源制御装置であって、前記自動車の運用状況を収集する第１の手段と、当該運用状況に応じて前記オルタネータの出力電圧を調整演算する第２の手段とを備えるものである。
請求項２に記載の発明は、発電機と当該発電機からの出力電圧を調整するレギュレータとを有する自動車のオルタネータに対して、前記レギュレータの出力電圧を調整してバッテリへの充電制御を行う車両電源制御装置であって、前記自動車の運用状況を収集する第１の手段と、当該運用状況に応じて前記オルタネータの出力電圧を調整演算する第２の手段と、前記第２の手段で調整演算された出力電圧を実現するよう前記レギュレータを制御する第３の手段とを備えるものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の車両電源制御装置であって、前記運用状況が、少なくとも自動車の使用頻度を含むものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両電源制御装置であって、前記運用状況が、少なくとも自動車の使用時間を含むものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両電源制御装置であって、前記運用状況が、少なくとも運転時のエンジン回転数を含むものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両電源制御装置であって、前記運用状況が、少なくとも電装品の消費電流を含むものである。
この発明の車両電源制御装置は、自動車の運用状況、例えば、自動車の使用頻度、自動車の使用時間、運転時のエンジン回転数、及び／または電装品の消費電流等の情報を収集し、当該運用状況に応じてオルタネータの出力電圧を調整演算するので、この調整演算された出力電圧を実現するようオルタネータを制御することで、自動車の運用状況に応じてバッテリの残充電量を適正に維持できる。したがって、バッテリの劣化を確実に防止でき、当該バッテリの長寿命化を図り得る。
＜構成＞
図１は本発明の一の実施形態に係る車両電源制御装置を示すブロック図である。この車両電源制御装置は、図１の如く、ユーザーによって異なる自動車の運用状況から走行パターン等を学習する機能を有した電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１であって、その学習結果に応じてオルタネータ２３の出力電圧を制御することで、バッテリ２５の適正な残充電量を確保するものである。
尚、オルタネータ２３は、エンジン２４の回転力を電気エネルギーに変換する発電機２３ａと、この発電機２３ａからの出力電圧を制御するレギュレータ２３ｂとを備える。また、望ましくは、レギュレータ２３ｂの内部には温度センサー２３ｃが設置されており、この温度センサー２３ｃでレギュレータ２３ｂの例えばケースの温度を検出し、この検出された温度の情報に基づいて、バッテリ２５に供給する充電電圧を、レギュレータ２３ｂの内部で自律的に制御するようになっている。具体的には、レギュレータ２３ｂの温度が低くなるにつれて、バッテリ２５の内部の化学反応が鈍化して充電電圧の受け入れ性が劣化することを考慮し、低温下においてはバッテリ２５に供給する充電電圧を上昇させる制御を行うようになっている。
そして、上記の電子制御ユニット２１は、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性記憶装置２２（図２参照）及びＲＡＭ等が接続された一般的なコンピュータのＣＰＵ（マイクプロセッサ）内において所定のソフトウェアプログラムによって動作する機能部品であって、車載ＬＡＮ等の所定の車両内通信網２７に接続されており、図２の如く、車両内通信網２７を通じて各種の車載ユニット３１，３３，３５と通信を行う通信機能３７と、この通信機能により自動車の状態についての各種の情報（車両情報）を収集する車両情報収集機能（第１の手段）３８と、収集された車両情報に基づいて自動車の運用状況についてのパラメータを生成するパラメータ生成機能３９と、収集されたパラメータに基づいて不揮発性記憶装置２２内に予め格納された所定の多重関数式または所定のデータテーブル等の相関関係を示す要素を用いて充電電圧についての調整演算を行う充電電圧調整演算機能（第２の手段）４１と、調整演算された充電電圧を実現するようオルタネータ２３の内部のレギュレータ２３ｂを制御するレギュレータ制御機能（第３の手段）４３とを備える。
電子制御ユニット２１の通信機能３７は、例えばＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）が適用され、車両内通信網２７として同じバスラインに接続された複数の車載ユニット３１，３３，３５との間で通信を行うための機能であって、データ送信時に競合が生じた場合でも、データが破壊されることなく、一の装置のみがデータを送信し、他の装置は次の送信機会を待つように制御する。
電子制御ユニット２１の車両情報収集機能３８は、上記の通信機能３７を通じて、所定の車載ユニット３１，３３，３５からそれぞれ所定の情報を受信する。ここで収集される車両情報としては、イグニションスイッチ３１のオンオフ状況、エンジン回転計３３で検出されたエンジン回転数、及び電装品用電流センサー３５で検出されたオーディオやランプ等の各種電装品に供給される電流値等がある。
電子制御ユニット２１のパラメータ生成機能３９は、収集された車両情報に基づいて、不揮発性記憶装置２２内に予め格納されたソフトウェアプログラムの動作手順に沿って、自動車の運用状況を意味するパラメータを生成する。このパラメータとしては、「自動車の使用頻度」、「自動車の使用時間」、「運転時のエンジン回転数」及び「電装品の消費電流」等がある。
「自動車の使用頻度」のパラメータは、例えば１週間または１ヶ月等の所定の単位期間当たりにエンジンを始動した回数（即ち、イグニションスイッチ３１がオン状態になった回数）をカウントし、その単位期間の移動平均値を演算して求めるもので、不揮発性記憶装置２２に更新的に記憶される。この「自動車の使用頻度」は、自動車が長期放置されるか否かを判断するためのパラメータとして使用される。
「自動車の使用時間」のパラメータは、エンジン始動後（即ち、イグニションスイッチ３１がオン状態になった後）からエンジンが停止される時点（即ち、イグニションスイッチ３１がオフ状態になった時点）までの時間を計時し、上記のまたは別の単位期間における移動平均値を演算して求めるもので、不揮発性記憶装置２２に更新的に記憶される。この「自動車の使用時間」は、１回の走行においてバッテリへの充電が充分に行われるか否かを判断するためのパラメータとして使用される。
「運転時のエンジン回転数」のパラメータは、所定の単位時間（例えば１分）毎に所定のエンジン回転計３３で検出されたエンジン回転数の情報が利用され、例えば、上記のまたは別の単位期間における移動平均値を演算して求めて、不揮発性記憶装置２２に記憶されるものである。この「運転時のエンジン回転数」も、１回の走行においてバッテリへの充電が充分に行われるか否かを判断するためのパラメータとして使用される。
「電装品の消費電流」のパラメータは、エンジンが稼動している間の消費電流とエンジンが停止している間の消費電流とに分類された状態で、所定の単位時間（例えば１分）毎に全ての電装品の消費電流の合計値が電装品用電流センサー３５によって検出され、この電装品用電流センサー３５での検出結果が利用されるもので、例えば、上記のまたは別の単位期間における移動平均値が、上記の分類毎に演算して求められ、この演算結果が不揮発性記憶装置２２にそれぞれ記憶される。この「電装品の消費電流」は、バッテリの放電の状況を判断するためのパラメータとして使用される。
電子制御ユニット２１の充電電圧調整演算機能４１は、パラメータ生成機能３９によって生成されたパラメータに基づいて、バッテリ２５に与える充電電圧（即ち、オルタネータ２３の出力電圧）として最適な値を演算するものである。ここで、不揮発性記憶装置２２内には、上記したパラメータと充電電圧との最適な相関関係が、多重関数式またはデータテーブルといった所定の形式の要素として格納されている。この相関関係は、予め実車実験等により多重解析等に基づいて決定付けられて定義されている。そして、充電電圧調整演算機能４１は、パラメータ生成機能３９によって生成されて不揮発性記憶装置２２内に記憶されたパラメータの値を、上記の多重関数式に代入したり、あるいは上記のデータテーブルを参照したりなどを行うことで、最適な充電電圧を演算する。尚、充電電圧調整演算機能４１で演算される最適な充電電圧は、イグニションスイッチ３１がオンとなった時点からエンジン回転数に変化に応じて時系列に変化するものである。したがって、上記の多重関数式またはデータテーブル等の相関関係を示す要素は、イグニションスイッチ３１がオンとなった時点からの経過時刻の因子を持っており、充電電圧調整演算機能４１は、このイグニションスイッチ３１がオンとなってからの時間とエンジン回転数や電装品の消費電流等に応じて、多重関数式またはデータテーブル等の相関関係を示す要素に基づいて経時的に最適な充電電圧を変化させるようにして設定を行う。
電子制御ユニット２１のレギュレータ制御機能４３は、充電電圧調整演算機能４１で経時的に変化させるようにして設定された最適な充電電圧を実現するよう、オルタネータ２３のレギュレータ２３ｂにＰＷＭ信号を与えるなどして制御するものである。
＜動作＞
上記構成の車両電源制御装置の動作を説明する。まず、自動車のイグニションスイッチ３１がオンになると、電子制御ユニット２１は、通信機能３７を通じてその旨（イグニションスイッチ３１のオンオフ状況）、エンジン回転計３３で計測されたエンジン回転数、及び電装品用電流センサー３５で検出されたオーディオやランプ等の各種電装品に供給される電流値等の車両情報を、例えば１秒毎等の定期的に収集する（車両情報収集工程）。
次に、電子制御ユニット２１は、収集された車両情報に基づいて、不揮発性記憶装置２２内に予め格納されたソフトウェアプログラムの動作手順に沿って、自動車の運用状況を意味するパラメータを生成する。具体的には、パラメータとして、「自動車の使用頻度」、「自動車の使用時間」、「運転時のエンジン回転数」及び「電装品の消費電流」等を生成する。これらのパラメータは、不揮発性記憶装置２２内に更新的に記憶される（パラメータ生成工程）。
そして、電子制御ユニット２１は、不揮発性記憶装置２２内に予め記憶された所定の多重関数式または所定のデータテーブル等の相関関係を示す要素を用いて、充電電圧についての調整演算を行う。この際、イグニションスイッチ３１がオンとなってからの時間とエンジン回転数や電装品の消費電流等に応じて、多重関数式またはデータテーブル等の相関関係を示す要素に基づいて経時的に最適な充電電圧を変化させるようにして設定を行い、この最適な充電電圧を実現するよう、オルタネータ２３のレギュレータ２３ｂにＰＷＭ信号を与えるなどして充電電圧の調整制御を行う。
この際、例えば長期放置される自動車や、走行時間が短いことが多い自動車においては、バッテリの自己放電によりバッテリの残充電量が不足することが多いと考えられるため、オルタネータ２３の出力電圧（充電電圧）を相対的に大きく設定する。
また長時間運転が多い自動車や、放置時間の短い自動車については、過充電になることが多いと予想されるため、オルタネータ２３の出力電圧を相対的に小さく設定する。
このようにすれば、自動車の運用状況に応じてバッテリの残充電量を適正に維持するよう充電電圧の調整を行うことができるので、バッテリ２５の劣化を確実に防止でき、当該バッテリ２５の長寿命化を図り得る。
尚、上記実施形態では、自動車の運用状況のパラメータとして、「自動車の使用頻度」、「自動車の使用時間」、「運転時のエンジン回転数」及び「電装品の消費電流」を例示して説明したが、これに限るものではなく、例えば、車速等の他のパラメータを併用してもよい。
本発明の一の実施形態に係る車両電源制御装置としての電子制御ユニットが搭載された自動車の構成を簡略に示すブロック図である。 本発明の一の実施形態に係る車両電源制御装置としての電子制御ユニットを示すブロック図である。 従来の一の車両電源制御装置を示すブロック図である。 従来の他の車両電源制御装置を示すブロック図である。
符号の説明
２１ 電子制御ユニット
２２ 不揮発性記憶装置
２３ オルタネータ
２３ａ 発電機
２３ｂ レギュレータ
２３ｃ 温度センサー
２４ エンジン
２５ バッテリ
２７ 車両内通信網
３１ イグニションスイッチ
３３ エンジン回転計
３５ 電装品用電流センサー
３７ 通信機能
３８ 車両情報収集機能
３９ パラメータ生成機能
４１ 充電電圧調整演算機能
４３ レギュレータ制御機能

Claims (6)

  1. オルタネータの出力電圧を調整して自動車におけるバッテリへの充電制御を行う車両電源制御装置であって、
    前記自動車の運用状況を収集する第１の手段と、
    当該運用状況に応じて前記オルタネータの出力電圧を調整演算する第２の手段と
    を備える車両電源制御装置。
  2. 発電機と当該発電機からの出力電圧を調整するレギュレータとを有する自動車のオルタネータに対して、前記レギュレータの出力電圧を調整してバッテリへの充電制御を行う車両電源制御装置であって、
    前記自動車の運用状況を収集する第１の手段と、
    当該運用状況に応じて前記オルタネータの出力電圧を調整演算する第２の手段と、
    前記第２の手段で調整演算された出力電圧を実現するよう前記レギュレータを制御する第３の手段と
    を備える車両電源制御装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の車両電源制御装置であって、
    前記運用状況が、少なくとも自動車の使用頻度を含む、車両電源制御装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両電源制御装置であって、
    前記運用状況が、少なくとも自動車の使用時間を含む、車両電源制御装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両電源制御装置であって、
    前記運用状況が、少なくとも運転時のエンジン回転数を含む、車両電源制御装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の車両電源制御装置であって、
    前記運用状況が、少なくとも電装品の消費電流を含む、車両電源制御装置。
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