JP2004168126A

JP2004168126A - 車両用バッテリの容量検出制御装置

Info

Publication number: JP2004168126A
Application number: JP2002334614A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nishisato; 鉄也西里; Tadashi Yagumo; 正八雲; Tatsuro Takahashi; 達朗高橋; Tsukasa Harada; 司原田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】エンジンの始動完了後、バッテリを迅速かつ確実に充電して活性化すると共に、バッテリ容量を正確に検出することができる車両用バッテリの容量検出制御装置を提供する。
【解決手段】車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられた車両用バッテリの容量検出制御装置において、エンジンの始動完了を検出した後、発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧として、バッテリの充電を促進する第１電圧Ｖ１を断続的に複数回設定すると共に、上記第１電圧Ｖ１よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧Ｖ２を、上記複数回設定される第１電圧Ｖ１同士の間に設定し、最後の第１電圧Ｖ１での充電時に、バッテリが所定容量まで充電されたことを検出するように構成する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用バッテリの容量検出制御装置に関し、詳しくはバッテリの充電時の容量を検出する容量検出制御装置の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、エアコンやヘッドライト等の電気負荷に電力を供給するバッテリと、上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられており、車両の運転状態に応じて、これらのいずれか一方あるいは両方から上記電気負荷に電力を供給するように構成されている。また、バッテリから電気負荷に電力を供給するには、バッテリに十分な電力が蓄えられている必要があることから、バッテリの残存容量を検出するバッテリ容量検出装置を設け、その検出された容量に応じてバッテリの充電を行うようにすることがある。
【０００３】
この種のバッテリ容量検出装置として、例えば、エンジン始動時におけるバッテリの放電電流が所定の値に達したときのバッテリの出力電圧を検出すると共に、該出力電圧を予め求めておいた放電特性（バッテリの残存容量に対する出力電圧の物性関係）に照合することにより上記エンジン始動時におけるバッテリの残存容量を算出し、かつ、その後の残存容量を、上記エンジン始動時における残存容量とその後の充放電電流の積算値とに基づいて算出するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−２３１１７５号公報（第２−１４頁、図１〜図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジン始動時にはエンジンスタータにバッテリから大量の電力が供給されて、その始動直後にはバッテリの残存容量が低下しているから、電気負荷の増加等に備えてできるだけ早くバッテリの残存容量を回復させる必要があるが、例えば始動後にエンジン回転数が低い状況が長時間続くような場合、発電機の発電量が低下してバッテリの充電が不十分になり、いつまでもバッテリの残存容量が回復しないこととなる。
【０００６】
そして、そのような状況で電気負荷が大きく増加して発電量より多くなった場合、バッテリからも不足分の電力が供給されることとなるが、これが長時間継続するとバッテリ上がりを起す虞がある。仮に、バッテリ上がりを起さなくても、十分に充電されていない状態が長期的に継続すると、バッテリ内の電解液が十分に攪拌されずにバッテリの下方部は高濃度の電解液に浸されると共に、バッテリの充電は上方部から開始されるため、バッテリ下方部の負極板に充填された活物質の不活性化が発生し、バッテリの充放電能力が低下することとなる。
【０００７】
一方、バッテリを充電して所定の容量（例えばバッテリの定格容量）に回復させる場合に、所定容量に回復したか否かを、発電機によるバッテリへの充電電流が所定の電流値より低下したことによって検出するものがあるが、前述のようにバッテリの活性が低下すると、バッテリが実際には所定の容量にまで回復していないのに充電電流が減少するような変化が生じ、この結果、バッテリが実際には所定容量にまで回復していないのに回復したと誤検出され、所定容量に回復しないまま充電が終了する虞がある。また、このように電流値の低下によって検出するものによると、電気負荷の増加等によって充電電流が所定の電流値より減少した場合にも、充電が終了したと誤検出され、バッテリの充電が不十分なまま終了する虞がある。
【０００８】
そして、その後のバッテリの残留容量を、この所定容量に基づいて算出した場合、その残留容量の値は実際とは異なったものとなるから、この残留容量の値に基づいてその後のバッテリの充電制御を行うようなものの場合、その制御が的確に行えなくなる。
【０００９】
そこで、本発明は、エンジンの始動完了後、バッテリを迅速かつ確実に充電して活性化すると共に、バッテリ容量を正確に検出することができる車両用バッテリの容量検出制御装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられた車両用バッテリの容量検出制御装置であって、上記エンジンの始動完了を検出する始動完了検出手段と、該始動完了検出手段によってエンジンの始動完了が検出された後、発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧として、バッテリの充電を促進する第１電圧を断続的に複数回設定すると共に、上記第１電圧よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧を、上記複数回設定される第１電圧同士の間に設定する発電電圧設定手段と、上記複数回設定される第１電圧のうちの最後の第１電圧での充電時に、バッテリが所定容量まで充電されたことを検出するバッテリ容量検出手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、エンジンの始動完了後、バッテリは、充電を促進する第１電圧で断続的に複数回充電されると共に、上記複数回設定される第１電圧同士の間は、上記第１電圧よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧で充電されるから、バッテリの電解液が迅速かつ確実に攪拌されると共にバッテリの活物質等が活性化され、ひいてはバッテリが活性化されることとなる。
【００１２】
そして、複数回設定される第１電圧のうちの最後の第１電圧での充電時に、言い換えればバッテリが活性化された状態において、バッテリが所定容量まで充電されたことを検出するから、その容量を正確に検出することができる。
【００１３】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、発電機によるバッテリへの充電電流を検出する充電電流検出手段が備えられており、バッテリ容量検出手段は、最後の第１電圧での充電時における上記充電電流検出手段で検出された充電電流が所定電流以下になったときにバッテリが所定容量まで充電されたことを検出するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、最後の第１電圧での充電時における充電電流が所定電流以下になったときに、バッテリが所定容量まで充電されたことが検出される。
【００１５】
その場合に、バッテリの容量は、最後の第１電圧での充電までに、それ以前の充電によって増加しているから、最後の第１電圧での充電時には、その充電開始から充電電流が所定電流以下の電流になるまでの時間は、連続的に１回で充電する場合よりも短くなる。すなわち、バッテリの容量が所定容量に達したことを検出する最後の第１電圧での充電中に、電気負荷が作動する虞が減少し、これによるバッテリの容量の誤検出が抑制される。
【００１６】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、発電電圧設定手段は、第１電圧での充電時における充電電流検出手段で検出された充電電流が所定電流以下になったときに目標出力電圧を第２電圧に切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、第１電圧での充電時に充電電流検出手段で検出された充電電流が所定電流以下になったとき、言い換えればバッテリの充電が進行して充電電流が減少してきたときに、目標出力電圧が第２電圧に切換えられる。
【００１８】
その場合、第１電圧での充電が繰り返されるたびにバッテリが満充電に近づくと共に、第１電圧で充電を開始してからその充電電流が所定電流以下になるまでの時間が徐々に短くなるから、最後の第１電圧での充電の時間は一層短くなる。すなわち、バッテリの容量が所定容量に達したことを検出する最後の第１電圧での充電時に、電気負荷が作動する虞が一層減少し、これによるバッテリの容量の誤検出が一層抑制される。
【００１９】
ところで、バッテリが十分に充電された状態において、さらに充電を促進する電圧で充電すると、バッテリが過充電となってバッテリの劣化が促進される虞がある。
【００２０】
そこで、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、第２電圧から第１電圧に設定される都度、該第１電圧を低下させる第１電圧低下手段が備えられていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、バッテリの充電を促進する第１電圧が、第２電圧から第１電圧に設定される都度、低下させられるから、低下させないときと比較して、バッテリの劣化が抑制される。また、逆に、第１電圧を最初から低目の値に設定する場合よりもバッテリの充電が促進され、充電完了までの時間が短縮される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両用バッテリの容量検出制御装置について説明する。
【００２３】
図１は、この容量検出制御装置１が設けられた車両の電気系統を示している。該車両には、エアコン、ヘッドライト、デフォッガ等の車両用電気負荷２に電力を供給するバッテリ３と、上記車両用電気負荷２に電力を供給すると共にバッテリ３を充電する発電機４とが設けられている。ここで、バッテリ３は自動車用に一般的に用いられる鉛蓄電池であり、発電機４はオルタネータ及び出力電圧調整用のレギュレータ等で構成されている。
【００２４】
この制御装置１には、発電機３によるバッテリ３の充電電流を検出する電流検出器５と、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ６とが接続されている。また、該制御装置１は、発電機４に接続されており、電流検出器５、回転センサ６からの信号、及び別途検出された運転状態に関する信号等に応じて発電機４の出力電圧を制御するように構成されている。
【００２５】
その場合に、この制御装置１は、エンジン回転センサ６の信号に基づいて上記エンジンの始動完了を検出した後、発電機４によるバッテリ３の充電制御のための目標出力電圧として、バッテリ３の充電を促進する第１電圧を断続的に複数回設定すると共に、上記第１電圧よりも低く、バッテリ３を緩やかに充電する第２電圧を、上記複数回設定される第１電圧同士の間に設定し、上記複数回設定される第１電圧のうちの最後の第１電圧での充電時に、バッテリ３が所定容量まで充電されたことを検出するように構成されており、以下、図２のフローチャートを用いてその制御の詳細について説明する。
【００２６】
まず、ステップ１では、エンジンの始動が完了したか否かの判定を、始動が完了したと判定するまで繰り返す。ここで、この始動が完了したか否かの判定は例えばエンジン回転数が５００回転以上に達したか否かをもって行われる。
【００２７】
そして、ステップＳ１で始動が完了したと判定されたときは、ステップＳ２で、バッテリ容量検出条件が成立したか否かの判定を、該条件が成立したと判定されるまで繰り返す。ここで、バッテリ容量検出の成立条件としては、例えば、エンジン水温が所定水温以上、吸気温が所定吸気温以上等が挙げられる。
【００２８】
そして、ステップＳ２でバッテリ容量検出条件が成立したと判定されたときは、ステップＳ３で、発電機４の目標出力電圧を第１電圧Ｖ１に設定すると共に、ステップＳ４で、第１電圧Ｖ１を設定した回数ｎをカウントする。なお、この設定回数ｎの初期値は０であり、このステップＳ４を通過するたびに、１ずつ加算される。
【００２９】
そして、この第１電圧Ｖ１での充電が開始された後しばらくの間は、充電電流はほぼ一定の値で推移するが、バッテリが満充電状態に近くなると、充電電流は減少し始めることとなる。ステップＳ５では、この充電電流が所定電流値Ｉ０以下となったか否かの判定を、所定電流値Ｉ０以下となったと判定されるまで繰り返す。ここで、この所定電流値Ｉ０は、バッテリ３がその定格容量に対して９５％程度にまで充電されたときに流れる電流の値である。
【００３０】
そして、ステップＳ５でバッテリ充電電流が所定電流値Ｉ０以下になったと判定されたときは、ステップＳ６で、第１電圧Ｖ１の設定回数ｎが所定回数Ｎ（本実施の形態においては、Ｎは３に設定されている）に達しているか否かを判定し、所定回数Ｎに達しているとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ９で、バッテリが所定容量（定格容量の９５％）まで充電されたことを検出し、バッテリ３の現在の容量が所定容量（上記９５％）であると確定する。一方、所定回数Ｎに達していないときは、ステップＳ７で、目標出力電圧を第２電圧Ｖ２に設定する。
【００３１】
次いで、ステップＳ８では、第２電圧Ｖ２での充電を開始してから所定時間ｔ０が経過したか否かの判定を、経過したと判定されるまで繰り返し、所定時間ｔ０が経過したと判定されたときは、ステップＳ３に戻って、このステップＳ３以後の処理を繰り返す。ここで、この所定時間ｔ０は、バッテリ３の充電を迅速に行うために、できるだけ短い時間に設定することが好ましく、また、前回第１電圧Ｖ１で充電したときに発生した電解液の攪拌が、次に第１電圧Ｖ１で充電する際には収まり、バッテリ内が安定した状態から再び充電を開始できるような適度な時間（例えば６０秒程度）を確保することが好ましい。
【００３２】
次に、図３のタイムチャートを用いて本制御装置１の作用について説明する。
【００３３】
まず、エンジンの始動を開始し、エンジン回転数が５００回転以上に達して始動が完了したと判定してからバッテリ容量検出条件（エンジン水温が所定水温以上等）が成立するまでの間は、目標出力電圧は通常の発電電圧Ｖ０に設定される。一方、矢印アで示すように、バッテリ容量検出条件が成立すると、目標出力電圧が、バッテリの充電を促進する第１電圧Ｖ１に設定され、これに伴って充電電流がＩ１に大きく増加する。そして、その後しばらくの間は、この充電電流Ｉ１が流れて充電が促進されることとなるが、充電が進行してバッテリ３の容量が満充電状態に近づくにつれて、この充電電流は徐々に減少し始めることとなる。そして、この充電電流がさらに小さくなって、矢印イで示すように、所定電流値Ｉ０以下となったときに、制御装置１は、目標出力電圧を、前述のＶ１及びＶ０より小さく、バッテリを緩やかに充電する第２電圧Ｖ２に所定時間ｔ０の間設定し、バッテリ３が放電状態とならない程度の充電状態に制御する。そして、この所定時間ｔ０の経過後、制御装置１は、再度、矢印ウで示すように、第１電圧Ｖ１に設定し、その後、設定回数ｎが所定回数の３回に達するまで、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを交互に設定する。そして、矢印エで示すように、３回目の第１電圧Ｖ１の設定時において、充電電流が減少して所定値Ｉ０以下となったときに、バッテリ３が所定容量（バッテリ３の定格容量の９５％）まで充電されたことを検出し、バッテリ３の現在の容量を所定容量（上記９５％）と確定する。そして、その後は、これ以降の異なる充電制御時にバッテリ３が充電電流を効率的に吸収できるように、目標出力電圧を第２電圧Ｖ２よりもさらに低い第３電圧Ｖ３に設定し、バッテリ３が軽い放電状態となるように制御する。なお、第１電圧Ｖ１での充電を開始してからその充電電流が所定電流値Ｉ０になるまでの時間は、図中ではそれぞれｔ１，ｔ２，ｔ３としているが、これは固定の値ではなく、充電開始前のバッテリの残存容量や電気負荷の作動状態等によって変化する値である。
【００３４】
すなわち、この制御装置１によれば、エンジンの始動完了後、発電機４によるバッテリ３の充電制御のための目標出力電圧として、バッテリの充電を促進する第１電圧Ｖ１を断続的に複数回設定すると共に、上記第１電圧Ｖ１よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧Ｖ２を、上記複数回設定される第１電圧Ｖ１同士の間に設定し、上記複数回設定される第１電圧Ｖ１のうちの最後の第１電圧Ｖ１での充電時に、バッテリ３が所定容量まで充電されたことを検出するように構成したことにより、エンジンの始動完了後、バッテリ３が、バッテリの充電を促進する第１電圧Ｖ１と、該第１電圧Ｖ１よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧Ｖ２とで交互に充電され、この結果、バッテリ３の電解液が迅速かつ確実に攪拌されると共にバッテリ３の活物質等が活性化され、ひいてはバッテリ３が活性化されることとなる。
【００３５】
そして、複数回設定される第１電圧Ｖ１のうちの最後の第１電圧Ｖ１での充電時に、言い換えればバッテリ３が活性化された状態において、バッテリ３が所定容量まで充電されたことを検出するから、その容量を正確に検出することができる。
【００３６】
ところで、バッテリ３の容量は、最後の第１電圧Ｖ１での充電までに、それ以前の充電によって増加しているから、最後の第１電圧Ｖ１での充電時には、その充電開始から充電電流が所定電流Ｉ０以下の電流になるまでの時間は、連続的に１回で充電する場合よりも短くなる。すなわち、バッテリ３の容量が所定容量に達したことを検出する最後の第１電圧Ｖ１での充電中に、電気負荷２が作動する虞が減少し、これによるバッテリ３の容量の誤検出が抑制される。
【００３７】
加えて、第１電圧Ｖ１での充電時に充電電流が所定電流Ｉ０以下になったときに、言い換えればバッテリ３の充電が進行して充電電流が減少してきたときに、目標出力電圧を第２電圧Ｖ２に切換えるように構成したことにより、第１電圧Ｖ１での充電が繰り返されるたびに、バッテリ３が満充電に近づくと共に、第１電圧Ｖ１で充電を開始してからその充電電流が所定電流Ｉ０以下になるまでの時間が徐々に短くなり、最後の第１電圧Ｖ１での充電の時間は一層短くなる。すなわち、バッテリ３の容量が所定容量に達したことを検出する最後の第１電圧Ｖ１での充電時に、電気負荷２が作動する虞が一層減少し、これによるバッテリ３の容量の誤検出が一層抑制される。
【００３８】
ところで、バッテリが十分に充電された状態で、さらにバッテリの充電を促進する電圧で充電すると、バッテリが過充電となってバッテリの劣化が促進される虞がある。
【００３９】
そこで、図３に矢印カ、キで示すように、第２電圧から第１電圧に設定される都度、該第１電圧Ｖ１を低下させるようにしてもよい。これによれば、第１電圧Ｖ１を低下させないときと比較して、バッテリ３の劣化が抑制される。また、逆に、第１電圧Ｖ１を最初から低目の値に設定する場合よりもバッテリ３の充電が促進され、充電完了までの時間が短縮される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、第１電圧Ｖ１を３回繰り返すように構成したが、３回に限定されるものではなく、例えば、電気負荷の想定される作動状態や運転状態等に応じて変更してもよい。
【００４１】
また、上記第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の値としては、自動車等によく利用される定格１２Ｖタイプの鉛蓄電池の場合、例えば、１４．５Ｖ（第１電圧Ｖ１）及び１２．３Ｖ（第２電圧）程度とすればよい。また、第１電圧を、順次低下させるときの低下幅は、例えば０．２Ｖ程度とすればよい。そして、電圧が異なる鉛蓄電池の場合にも、第１電圧及び第２電圧の値をその鉛蓄電池に応じた値にそれぞれ設定することにより本制御を適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられた車両用バッテリの容量検出制御装置において、上記エンジンの始動完了を検出する始動完了検出手段と、該始動完了検出手段によってエンジンの始動完了が検出された後、発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧として、バッテリの充電を促進する第１電圧を断続的に複数回設定すると共に、上記第１電圧よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧を、上記複数回設定される第１電圧同士の間に設定する発電電圧設定手段と、上記複数回設定される第１電圧のうちの最後の第１電圧での充電時に、バッテリが所定容量まで充電されたことを検出するバッテリ容量検出手段とを設けたことにより、バッテリは、エンジンの始動完了後、バッテリの充電を促進する第１電圧で断続的に複数回充電されると共に、上記複数回設定される第１電圧同士の間は、上記第１電圧よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧で充電され、この結果、バッテリの電解液が迅速かつ確実に攪拌されると共にバッテリの活物質等が活性化され、ひいてはバッテリが活性化されることとなる。
【００４３】
そして、複数回設定される第１電圧のうちの最後の第１電圧での充電時に、言い換えればバッテリが活性化された状態において、バッテリが所定容量まで充電されたことを検出するから、その容量を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両用バッテリの容量検出制御装置が設けられた車両の電気系統を説明するブロック図である。
【図２】同制御装置による制御のフローチャートの一例である。
【図３】同制御装置による制御のタイムチャートの一例である。
【符号の説明】
１容量検出制御装置（始動完了検出手段、発電電圧設定手段、バッテリ容量検出手段、充電電流検出手段、発電電圧低下手段）
２車両用電気負荷
３バッテリ
４発電機
５電流検出器（充電電流検出手段）
６エンジン回転センサ（始動完了検出手段）

Claims

車両用電気負荷に電力を供給するバッテリと、エンジンに駆動されて上記電気負荷に電力を供給すると共にバッテリを充電する発電機とが備えられた車両用バッテリの容量検出制御装置であって、上記エンジンの始動完了を検出する始動完了検出手段と、該始動完了検出手段によってエンジンの始動完了が検出された後、発電機によるバッテリ充電制御のための目標出力電圧として、バッテリの充電を促進する第１電圧を断続的に複数回設定すると共に、上記第１電圧よりも低く、バッテリを緩やかに充電する第２電圧を、上記複数回設定される第１電圧同士の間に設定する発電電圧設定手段と、上記複数回設定される第１電圧のうちの最後の第１電圧での充電時に、バッテリが所定容量まで充電されたことを検出するバッテリ容量検出手段とが設けられていることを特徴とする車両用バッテリの容量検出制御装置。
発電機によるバッテリへの充電電流を検出する充電電流検出手段が備えられており、バッテリ容量検出手段は、最後の第１電圧での充電時における上記充電電流検出手段で検出された充電電流が所定電流以下になったときにバッテリが所定容量まで充電されたことを検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用バッテリの容量検出制御装置。
発電電圧設定手段は、第１電圧での充電時における充電電流検出手段で検出された充電電流が所定電流以下になったときに目標出力電圧を第２電圧に切換えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用バッテリの容量検出制御装置。
第２電圧から第１電圧に設定される都度、該第１電圧を低下させる第１電圧低下手段が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の車両用バッテリの容量検出制御装置。