JP2010154599A - バッテリの充電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両に搭載されている補機用バッテリの充放電による劣化を抑制する。
【解決手段】バッテリの残存容量が上限値と下限値との間にある際には車両の減速の際の電力回生によってバッテリを充電し、バッテリの残存容量が下限値より低い場合あるいはバッテリからの放電電流が所定の電流値よりも大きい場合にはエンジンの駆動力によってバッテリを充電する手段と、バッテリ交換後の最初のエンジン始動の際に車両に搭載されているバッテリの種類情報を入力する手段と、入力された種類情報に基づいて残存容量の下限値と所定の電流値のいずれか一方または両方を変更する手段と、を有する。
【選択図】図5

Description

本発明は、車両に搭載され、車両の補機に電力を供給するバッテリの充電制御装置の構成に関する。
車両には、エンジンのスタータ、ファン、ブロワ等の補機に電源を供給するための補機用バッテリ或いは、車両の走行用モータに電力を供給するための駆動用バッテリが搭載されている。補機用バッテリには鉛蓄電池が用いられることが多く、車両の駆動用バッテリとしては鉛蓄電池或いはリチウムイオン電池などが用いられることが多い(例えば、特許文献1参照)。
また、鉛蓄電池には、液式バッテリ、密封型バッテリ等様々な種類があると共に、その容量も大容量から小容量まで様々なものが用いられている。このようなバッテリはその種類、容量によって適切な充電電流、充電電圧が異なるため、同一の充電条件で充電するとバッテリの寿命が短くなったり、充電が不十分で走行距離が短くなってしまったりするという問題があった。このため、バッテリ側のハーネスカプラと制御側のハーネスカプラの内部配線をバッテリの種類によって異ならせ、カプラを嵌合させた際にバッテリの種類を検出してバッテリの充電電圧、充電電流を変更する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、バッテリはその温度によって内部抵抗が変化するので、バッテリの充電電圧をバッテリの温度によって補正し、バッテリの温度が高い場合にバッテリの充電電圧が高くなり過ぎないようにする方法が提案されている。バッテリの温度と内部抵抗の変化はバッテリの種類によって異なるので、この方法では、バッテリの種類を識別する識別用センサによってバッテリの種類を識別し、温度センサによって検出した温度によって充電電圧を補正することが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平9−298806号公報 特開2000−253588号公報 特開平8−116604号公報
ところで、補機用バッテリはエンジンの始動と共に始動されるオルタネータによって充電されるが、エンジンが回転している際にはバッテリの充電容量とは関係なく、常にオルタネータによってバッテリが充電された状態になっている場合が多い。この場合、補機用バッテリは常に満充電状態で使用されることとなる。
しかし、エンジンを始動した後は、補機用バッテリの電力はファン、ブロワやその他の補機類への電力供給を行うだけでよいことから、供給電力が低下するので常にオルタネータによって状態しておく必要はない。そこで、エンジンが車両を加速している際、或いは定常走行状態の場合には補機用バッテリの充電をせず、補機用バッテリの放電によって補機に駆動電力を供給し、車両が減速した際には電力回生により補機用バッテリを充電する方法がある。この方法は常にオルタネータを駆動する必要がないことから車両の燃費を向上させることができる。
補機用バッテリには鉛蓄電池が多く用いられているが、この鉛蓄電池は充電、放電が繰り返し行われると電極が摩耗したり電解液の減少が発生したりするので、その寿命が短くなってしまうという問題がある。また、補機用バッテリは車検の際に交換されることが多いが、バッテリの交換は、車両のユーザが自由に行うことから、当初搭載していた補機用バッテリと異なる型式あるいは容量のバッテリに交換されることが多い。
一方、補機用のバッテリは異なるメーカーによって特性の異なるものが供給されている。このため、当初搭載されていたバッテリと異なるバッテリが搭載された場合に、当初と同様の充電、放電を行った場合には、放電過剰により電極の摩耗等が促進され、バッテリの劣化を早めてしまう場合があった。また、車両駆動用バッテリが交換された場合にも同様の問題があった。
そこで、本発明は、車両に搭載されているバッテリの充放電による劣化を抑制することを目的とする。
本発明の充電制御装置は、車両に搭載されたバッテリの充電制御装置であって、車両に搭載されているバッテリの種類情報を入力する手段と、入力された種類情報に基づいてバッテリの充電制御度合いを変更する手段と、を有することを特徴とする。ここで、バッテリの種類情報を入力する手段は、バッテリ交換後の最初のエンジン始動の際に、バッテリの種類情報を入力すること、としても好適である。
本発明の充電制御装置において、バッテリの残存容量が上限値と下限値との間にある際には車両の減速の際の電力回生によってバッテリを充電し、バッテリの残存容量が下限値より低い場合あるいはバッテリからの放電電流が所定の電流値よりも大きい場合にはエンジンの駆動力によってバッテリを充電する手段を備え、充電制御度合いを変更する手段は、入力された種類情報に基づいて残存容量の下限値と所定の電流値のいずれか一方または両方を変更すること、としても好適である。
本発明の充電制御装置において、バッテリの温度を取得する手段を有し、残存容量の下限値と所定の電流値のいずれか一方または両方は、取得したバッテリ温度によって変更されること、としても好適であるし、バッテリの残存容量が下限値より低くなる回数を数える手段と、その回数が所定の回数を越えた場合には、残存容量の下限値を上昇させる手段と、を有することとしても好適である。
本発明は、車両に搭載されているバッテリの充放電による劣化を抑制することができるという効果を奏する。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態の充電制御装置が搭載される車両100には、補機であるエンジン始動用のスタータやファン、ブロワなどの補機30と、補機30に接続され、補機30に電源を供給するバッテリ21と、バッテリ21に接続され、バッテリ21を充電するオルタネータ22と、バッテリ21の充電を制御する充電制御装置10とを備えている。バッテリ21は鉛蓄電池である。バッテリ21のプラス側の配線にはバッテリ21の電圧を検出する電圧センサ27が設けられており、バッテリ21のグランド側の配線にはバッテリ21の放電電流を測定する電流センサ28が設けられている。また、バッテリ21にはその温度を検出する温度センサ26が取り付けられている。車両100の車室内には、ブレーキペダルに取り付けられたブレーキペダル踏み込み量センサ24と、イグニッションキー25と、表示及び画面へのタッチにより信号の入力行うことのできるディスプレイ23と、が設けられている。
充電制御装置10と、オルタネータ22と、バッテリ21の電圧センサ27と、電流センサ28と、温度センサ26と、ブレーキペダル踏み込み量センサ24と、イグニッションキー25と、ディスプレイ23と、はそれぞれ一点鎖線で示す信号線によって充電制御部10に接続されている。
充電制御装置10は、内部に信号の処理を行うCPUとプログラムや各種データを記録するメモリとを含むコンピュータであり、ディスプレイ23と充電制御装置10とを接続する信号線はデータバスである。そして、各センサ24,26,27,28の検出した信号は充電制御装置10信号線を通って充電制御装置10に入力され、また、イグニッションキー25の状態およびディスプレイ23の画面の選択信号も充電制御装置10に入力される。また、オルタネータ22は充電制御装置10の指令によって駆動されるよう構成されており、充電制御装置10の指令によってディスプレイ23の表示が行われる。
充電制御装置10は、ディスプレイ23に図2に示すように、車両100に搭載されるバッテリ21のメーカー名、型名を選択する画面の表示を行うことができるデータを内部のメモリに格納している。また、充電制御装置10は、図3に示すように、充電制御度合いの1つである、バッテリ21の温度に対する放電を行う際の残存容量の下限値のカーブを格納している。図3に示すように、カーブは搭載されるバッテリの種類、容量などによってa1,b1,c1のように複数本あり、マップとして格納されている。また、充電制御装置10は、図4に示すように、充電制御度合いの1つである、バッテリ21の温度に対する放電を行う際の限界放電電流のカーブを格納している。図4に示すように、カーブは搭載されるバッテリの種類、容量などによってa2,b2,c2のように複数本あり、マップとして格納されている。
以上のように構成された充電制御装置10の動作について図5、図6を参照しながら説明する。図5のステップS101に示すように、バッテリ21を交換のために車両100から取り外すと、バッテリ21に接続されている電圧センサ27の検出する電圧がゼロとなるので、充電制御装置10は検出電圧がゼロとなったら、車両100からバッテリ21が取り外され、バッテリクリア状態となったものと判断する。そして、その後新しいバッテリ21が搭載されると、再びバッテリ21の電圧センサ27は通常12Vの電圧を検出する。そして、電圧センサ27からの検出電圧が略12V程度となった際に充電制御装置10は新しいバッテリ21が搭載されたものと判断する。
図5のステップS102に示すように、搭乗者がイグニッションキー25がオンとしてエンジンを始動すると、充電制御装置10は、交換されたバッテリ21による最初のエンジン始動であると判断し、図5のステップS103に示すように、ディスプレイ23に図2に示したバッテリ選択画面を表示する。図2に示すように、バッテリ選択画面には、「バッテリメーカー・型名を選択してください」というメッセージと共に、バッテリメーカーとして、A社、B社、C社、その他の4つの区分とバッテリメーカー毎に容量、形式を示すボタンが表示される。操作者は画面に表示されたボタンにタッチすることによって、搭載した交換バッテリをメーカー名と型名とで特定することができる。
操作者がディスプレイ23の画面をタッチすると、図5のステップS104に示すように、その信号は充電制御装置10に入力され、充電制御装置10は交換されたバッテリメーカー名と型名とを取得する。充電制御装置10は図5のステップS105に示すように、図3に示す内部のメモリに格納している残存容量下限値のマップから、選択されたバッテリ21のメーカー、型名のカーブを制御用カーブとして選択する。また、同様に、充電制御装置10は図5のステップS106に示すように、図4に示す限界放電電流のマップから選択されたバッテリ21のメーカー、型名のカーブを制御用カーブとして選択する。マップの各カーブは、各種類のバッテリの充電特性に合わせてもので、バッテリ21の劣化を抑制しつつ電力回生による燃費向上を大きくすることのできるカーブである。
例えば、充電制御装置10が図3に示すカーブa1と図3に示すカーブa2とを選択した場合、図5のステップS107に示すように、充電制御装置10はバッテリ21の温度センサ26からバッテリ21の温度T1を取得し、図5のステップS108に示すように、選択したカーブa1,a2から残存容量下限値SOC1をと限界放電電流A1とを設定する。
充電制御装置10での残存容量下限値SOC1をと限界放電電流A1との設定が終了した後、図6の時間t0に示すように車両100が走行を開始し、図6の一点鎖線pに示すように次第に速度を上げていくと、それにつれて補機動力が増加し、バッテリ21から補機30に供給する電力が増加するので、図6の点線qに示すようにバッテリ21からの放電電流も次第に増加していく。そして、図6に示す時間t1で車両100が一定の速度で走行するようになると補機30に供給する電力は略一定となるので、バッテリ21からの放電電流も略一定値となっている。バッテリ21は当初満充電の状態で搭載されているので、バッテリ21を交換した後のバッテリ21の残存容量(SOC)は100%で、図6の実線rに示すように、放電と共にその残存容量は低下してくる。
図6に示す時間t2において、運転者がブレーキを踏み込んで車両100を減速させ始めると、充電制御装置10はブレーキ踏み込み量センサ24からの信号によってブレーキ操作よって減速していることを認識する。すると充電制御装置10は、オルタネータ22の発電電圧を上げる指令を出力する。この指令によってオルタネータ22の出力電圧がそれまでの略12V以下からバッテリ21の電圧より高い13V程度に上昇し、オルタネータ22の発電電力によってバッテリ21が充電される。バッテリ21が充電されている間は、図6の時間t2から時間t3までの間のように、バッテリ21の放電電流はマイナスのA0となる。また、車両100の各補機30にはオルタネータ22の発電した電力が供給される。車両100を減速させる際にはエンジンの回転数を低下させるためにエンジンには燃料が供給されていないので、この充電は、エンジンの回転エネルギーによってオルタネータ22を回転させ、その回転エネルギーを電力として回生してバッテリ21を充電するものである。バッテリ21が充電されるとバッテリ21の残存容量(SOC)は上昇していく。
図6に示す時間t3に運転者がブレーキペダルから足を離して車両100の減速を終了させ、一定速度で車両100を走行させ始めると、充電制御装置10はブレーキペダル踏み込み量センサ24から取得した信号により、減速が終了したことを認識する。すると、充電制御装置10は、図6の時間t3に示すように、オルタネータ22の出力電圧を12V未満に低下させて回生による充電を終了する。すると、再びバッテリ21の放電によって補機30に電力の供給を開始する。このため、それまでマイナスのA0であったバッテリ21からの放電電流は再びプラスとなり、バッテリ21の残存容量(SOC)は次第に減少していく。その後、時間t4から時間t5にかけて車両100は加速し、その後時間t5から時間t6にかけて一定速度運転を継続するので、バッテリ21は放電によって補機30に必要な電力を供給し続けており、バッテリ21の残存容量(SOC)は、次第に低下していく。
そして、図6に示す時間t6にバッテリ21の残存容量(SOC)が図5のステップS109で設定した残存容量下限値SOC1よりも低くなると、充電制御装置10は、オルタネータ22の出力電圧をバッテリ21の電圧よりも高い13V程度に上昇させ、オルタネータ22の出力によってバッテリ21の充電を開始する。この充電は、車両100が一定速度で走行している状態での充電であり、充電に必要なエネルギーはオルタネータ22を回転させるエンジンから供給される。つまり、エンジンの駆動力の一部によってオルタネータ22を回転させ、バッテリ21の充電を行うものである。バッテリ21に充電を行うことから、バッテリ21の放電電流は再びマイナスのA0となり、バッテリ21の残存容量(SOC)は次第に増加していく。
充電制御装置10は、エンジンの駆動力による充電が開始されると、バッテリ21の放電電流を監視しながら充電を継続する。バッテリ21が残存容量(SOC)100%の満充電となると、バッテリ21に充電ができなくなるため、バッテリ21の放電電流がゼロに近づいてくる。そこで、充電制御装置10は、図6の時間t7に示すように、バッテリ21からの放電電流がゼロとなった際にバッテリ21が満充電になったものと判断して、オルタネータの出力電圧をバッテリ21の電圧よりも低い12V程度まで低下させ、充電を終了する。
図6の時間t7から時間t8示すように、充電制御装置10は、再び、バッテリ21からの放電によって補機30への電力の供給を開始する。これによって、バッテリ21からの放電電流はブラスとなり、バッテリ21の残存容量(SOC)は次第に低下してくる。そして、図6の時間t8において、運転者がブレーキを踏み込んで車両100を減速させ始めると、充電制御装置10はブレーキ踏み込み量センサ24からの信号によってブレーキ操作よって減速していることを認識する。すると、充電制御装置10は先に説明したのと同様に、オルタネータ22の出力電圧を上げて電力回生によってバッテリ21を充電する。そして、図6の時間t9に示すように、バッテリ21が満充電となったら、バッテリ21への充電電流は流れなくなるのでバッテリ21の放電電流は略ゼロとなり、バッテリ21は満充電状態を維持する。そして、時間t10に車両100が停止すると、バッテリ21は満充電状態となっている。
図6に示す時間t10に再び車両100が動き出すと、充電制御装置10はバッテリ21の放電によって補機30に電力を供給するので、バッテリ21からの放電電流は、車両100の速度の上昇と共に増加し、それに従ってバッテリ21の残存容量も低下してくる。そして、車両100が更に速度を上げ、図6の時間t11にバッテリ21の放電電流が図5のステップS108で設定した限界放電電流A1を超えると、充電制御装置10は、オルタネータ22の出力電圧をバッテリ21の電圧よりも高い13V程度にして、バッテリ21に充電を開始する。充電の開始により、バッテリ21の放電電流はマイナスとなり、バッテリ21の残存容量(SOC)は上昇し、補機30にはオルタネータ22の発電した電力が供給される。そして、図6に示す時間t12にバッテリ21の残存容量(SOC)が満充電の100%に達すると、それ以上バッテリ21への充電ができないので、バッテリ21の放電電流は略ゼロとなり、バッテリ21は満充電状態を維持し、補機30にはオルタネータ22の発電電力が供給される。そして、図6に示す時間t13から時間t14にかけて車両100は減速して停車する。この際、充電制御部10は、運転者のブレーキの踏み込み量をブレーキペダル踏み込み量センサ24によって取得し、電力回生によってバッテリ21を充電しルためにオルタネータ22の出力電圧を上昇させる。しかし、バッテリ21は既に満充電状態となっているのでバッテリ21は満充電状態を維持したまま車両100は停止する。
一方、図5のステップS104のバッテリ21の選択の際に図2に示す画面のキャンセルボタンがタッチされるか、所定の時間の間にバッテリ21の選択がされなかった場合には、充電制御装置10は、図5のステップS110に示すように、残存容量下限値SOC1、限界放電電流A1の設定をせず、従来技術と同様、エンジンの回転している間、常にオルタネータ22によってバッテリ21を充電する。
以上説明した実施形態において、残存容量下限値SOC1、限界放電電流A1は、選択されたバッテリ21のメーカー、型名によって選択されたそのバッテリ21に最適の限界値のカーブから決まるので、バッテリ21を交換した場合でも、バッテリ21の劣化を抑制しつつ、電力回生による燃費向上を大きくすることができるという効果を奏する。また、バッテリ21のメーカー、型名の選択がなされなかった場合には、残存容量下限値、限界放電電流の設定をせず、従来技術と同様、エンジンの回転している間、常にオルタネータ22によってバッテリ21を充電するので、燃費の向上は図れないものの、バッテリ21を交換した際に過剰な放電によるバッテリ21の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
また、図3、図4に示すように、バッテリ21の残存容量下限値SOC1、限界放電電流A1のカーブa1からc1、a2からc2はそれぞれバッテリ21の温度の関数となっているので、車両100の運転によってバッテリ21の温度が変化した場合には、それに合わせて残存容量下限値SOC1、限界放電電流A1をそのときのバッテリ21の温度に対する最適の残存容量下限値SOC1、限界放電電流A1とすることができるので、より効果的にバッテリ21の劣化を抑制しつつ、燃費を向上させることができるという効果を奏する。
バッテリ21の残存容量下限値SOC1は、車検と車検の間の期間は寿命劣化によるバッテリ21の交換をしなくとも良いように設定されているが、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1よりも低くなる回数が多くなればなるほど、バッテリ21の劣化は進行するので、充電制御装置10は、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1よりも低くなると、その回数を内部のメモリにカウントし、その回数が所定の回数以上となった場合には、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1を最初の設定よりも高くして、放電によるバッテリ21の寿命の消費を抑える。
図7のステップS201に示すように充電制御装置10は、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1よりも低くなったかどうかを判断する。そして、図7のステップS202に示すように、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1よりも低くなった場合には、回数をカウントしてメモリに記憶する。そして、図7のステップS203に示すように、その回数が第1の所定回数を越えたと判断した場合には、図7のステップS204に示すように、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1を最初の設定よりも上昇させる。そして、充電制御装置10は、図7のステップS201に戻って再度バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1よりも低くなったかどうかを判断し、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1よりも低くなった場合には、更に回数のカウントを続ける。そして、図2のステップS205に示すように、その回数が第2の所定回数を超えた場合には、図2のステップS206に示すように、残存容量下限値SOC1、限界放電電流A1の設定を解除し、従来技術と同様、エンジンの回転している間、常にオルタネータ22によってバッテリ21を充電する。これによって、バッテリ21を充電制御によって使用している場合に、急速にバッテリ21の寿命を消費しないようにしてバッテリ21の寿命を通常の交換期間まで延ばすことができるという効果を奏する。
また、充電制御装置10は、その回数が第2の所定回数を超えた場合には、バッテリ21の残存容量が残存容量下限値SOC1を100%、すなわち、満充電状態に設定し、エンジンの回転している間、常にオルタネータ22によってバッテリ21を充電して、バッテリ21からの放電を抑制し、バッテリ21の劣化を抑制するようにしても良い。
以上説明した実施形態において、バッテリ21の残存容量は、電流センサ28から取得した放電電流値と電圧センサ27から取得したバッテリ電圧とからバッテリ21から放電される電力量を計算し、満充電状態からの放電電力量によって残存容量(SOC)を計算するようにしてもよいし、残存容量(SOC)を検出するセンサによって残存容量(SOC)を取得するようにしてもよい。
また、以上説明した実施形態では、充電制御度合いとしてバッテリ21の残存容量下限値SOC1と限界放電電流A1とを変更することとして説明したが、バッテリ21のメーカー、型名によっては充電電圧、充電電流、充電時間等を変更するよう構成してもよい。更に、実施形態ではバッテリ21は車両100の補機30に電源を供給するものとして説明したが、本実施形態の充電制御装置10は補機用のバッテリ21以外の例えば走行用モータを駆動する駆動用バッテリにも適用することができる。
本発明の実施形態における充電制御装置の搭載された車両の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態における充電制御装置のディスプレイ表示を示す説明図である。 本発明の実施形態における充電制御装置の残存容量下限値のマップである。 本発明の実施形態における充電制御装置の限界放電電流のマップである。 本発明の実施形態における充電制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における充電制御装置が搭載された車両の走行とバッテリの残存容量と放電電流の変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における充電制御装置の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
10 充電制御装置、21 バッテリ、22 オルタネータ、23 ディスプレイ、24 ブレーキペダル踏込み量センサ、25 イグニッションキー、26 温度センサ、27 電圧センサ、28 電流センサ、30 補機。

Claims (5)

  1. 車両に搭載されたバッテリの充電制御装置であって、
    車両に搭載されているバッテリの種類情報を入力する手段と、
    入力された種類情報に基づいてバッテリの充電制御度合いを変更する手段と、
    を有することを特徴とする車載バッテリ充電制御装置。
  2. 請求項1に記載の充電制御装置であって、
    バッテリの種類情報を入力する手段は、
    バッテリ交換後の最初のエンジン始動の際に、バッテリの種類情報を入力すること、
    を特徴とする充電制御装置。
  3. 請求項1または2に記載の充電制御装置であって、
    バッテリの残存容量が上限値と下限値との間にある際には車両の減速の際の電力回生によってバッテリを充電し、バッテリの残存容量が下限値より低い場合あるいはバッテリからの放電電流が所定の電流値よりも大きい場合にはエンジンの駆動力によってバッテリを充電する手段を備え、
    充電制御度合いを変更する手段は、入力された種類情報に基づいて残存容量の下限値と所定の電流値のいずれか一方または両方を変更すること、
    を特徴とする充電制御装置。
  4. 請求項3に記載の充電制御装置であって、
    バッテリの温度を取得する手段を有し、
    残存容量の下限値と所定の電流値のいずれか一方または両方は、取得したバッテリ温度によって変更されること、
    を特徴とする充電制御装置。
  5. 請求項3または4に記載の充電制御装置であって、
    バッテリの残存容量が下限値より低くなる回数を数える手段と、
    その回数が所定の回数を越えた場合には、残存容量の下限値を上昇させる手段と、
    を有することを特徴とする充電制御装置。
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