JP2012186908A - 充電制御装置および充電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の充電制御を効率よく行うこと。
【解決手段】車両に搭載されている二次電池の充電状態をオルタネータが有するレギュレータによって制御する充電制御装置１において、二次電池（鉛蓄電池１４）の充電状態を示すＳＯＣを算出する算出手段（制御部１０）と、算出手段によって算出されたＳＯＣが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段（制御部１０）と、判定手段によってＳＯＣが所定の閾値よりも大きいと判定された場合にはオルタネータの発電電圧が低い状態となるようにレギュレータを制御し、ＳＯＣが所定の閾値よりも小さいと判定された場合にはオルタネータの発電電圧が高い状態となるようにレギュレータを制御する制御手段（制御回路１５）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電制御装置および充電制御方法に関するものである。

自動車等の車両では、エンジンの動力でオルタネータ（発電機）を回転させ、発生した電力で二次電池を充電し、各種の負荷（例えば、電動ステアリング）を駆動する。

ところで、オルタネータで二次電池を充電する場合の充電制御は、二次電池の電圧が予め設定した電圧となるようにレギュレータによりオルタネータの発電電圧を制御することで実現される。一般的な充電制御装置では、二次電池の充電を効率よく行うために、設定電圧は二次電池の定格電圧（例えば１２Ｖ）よりも高く設定（１３．５〜１４．５Ｖ程度に設定）されている。しかしながら、このような制御では、高速走行状態で電気負荷が低負荷状態のときには過充電状態となってエンジンの負担を増大し燃費を悪化させるとともに、二次電池の液減りを助長する。

そこで特許文献１記載の技術では、二次電池の電圧を検出し、これが所定の値よりも低下すると過放電状態と判断して設定電圧を高くして充電受け入れ性を高め、検出された二次電池の電圧が所定の値よりも高いときには過充電状態と判断して設定電圧を低くして充電受け入れ性を抑制するようにしている。

特開昭６２−３７０２５号公報

ところで、二次電池の電圧は、例えば、分極や成層化の影響により、実際の充電率よりも高めの電圧が出力される場合がある。このため、実際には充電が不足しているにも拘わらず電圧が高いことから設定電圧が低く設定されると、容量不足に陥る可能性がある。また、高速走行時において、二次電池の電圧が平均的に高く保たれている場合であっても、負荷の状態によっては、容量不足に陥る可能性がある。

そこで、本発明は二次電池の充電制御を効率よく行うことが可能な充電制御装置および充電制御方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載されている二次電池の充電状態をオルタネータが有するレギュレータによって制御する充電制御装置において、前記二次電池の充電状態を示すＳＯＣを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも大きいと判定された場合には前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御し、前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも小さいと判定された場合には前記オルタネータの発電電圧が高い状態となるように前記レギュレータを制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の充電制御を効率よく行うことが可能になる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記閾値はヒステリシスを有しており、前記判定手段は、前記ＳＯＣが減少している場合には第１閾値に基づいて判定し、前記ＳＯＣが増加している場合には前記第１閾値よりも値が大きい第２閾値に基づいて判定することを特徴とする。
このような構成によれば、充電制御を一層効率よく行うことが可能になる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、エンジンの始動から一定時間が経過するまでは、前記第２閾値のみとの比較によって判定し、一定時間経過後は前記第１閾値および前記第２閾値との比較により判定することを特徴とする。
このような構成によれば、エンジン始動後はＳＯＣが一定値以上になるように迅速に充電を行った後に、効率的な充電制御に移行することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記車両は、前記オルタネータの発電電圧に応じて前記レギュレータを制御する制御装置を予め有しており、当該充電制御装置が後発的に前記車両に搭載され、前記制御手段は、前記制御装置が前記オルタネータの発電電圧が高い状態になるように制御している場合であっても、前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいときは、前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、制御装置が予め搭載された車両であっても、充電制御装置を追加することで、効率的な充電制御を実現することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記制御装置は、前記発電電圧が高い状態になるように制御する場合は前記レギュレータを制御する制御信号をハイの状態にし、前記発電電圧が低い状態になるように制御する場合は前記レギュレータを制御する制御信号をローの状態にし、前記制御手段は、前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいときは、前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御する制御信号をローの状態にし、前記ＳＯＣが所定の閾値よりも小さいときは、前記オルタネータの発電電圧が高い状態となるように前記レギュレータを制御する制御信号をハイの状態にすることを特徴とする。
このような構成によれば、制御装置の制御信号が通じる信号線にスイッチを追加することで、充電制御装置を簡単に追加することができる。

また、本発明は、車両に搭載されている二次電池の充電状態をオルタネータが有するレギュレータによって制御する充電制御方法において、前記二次電池の充電状態を示すＳＯＣを算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも大きいと判定された場合には前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御し、前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも小さいと判定された場合には前記オルタネータの出力電圧が高い状態となるように前記レギュレータを制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の充電制御を効率よく行うことが可能になる。

本発明によれば、充電制御を効率良く行うことが可能な充電制御装置および充電制御方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る充電制御装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る充電制御装置を搭載する前の電源系統を示すブロック図である。 オルタネータの発電電圧の範囲を示す図である。 発電電圧範囲制御ＥＣＵと充電制御装置のそれぞれの制御信号と、これらの合成後の制御信号の関係を示す図である。 図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。 図５に示すプログラムが実行された場合に実現される処理モジュールの一例を示す図である。 閾値と発電電圧との関係を示す図である。 充電制御装置を搭載しない場合の鉛蓄電池のＳＯＣ、電圧、および、電流の時間的変化を示す図である。 充電制御装置を搭載した場合の鉛蓄電池のＳＯＣ、電圧、および、電流の時間的変化を示す図である。 充電制御装置を搭載した場合と搭載しない場合の燃費を実車を用いて測定した結果である。 本実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図１１のステップＳ１３の詳細を説明するためのフローチャートである。 第１および第２の閾値を変化させた場合における燃費を実車を用いて測定した結果である。 本実施形態の他の構成例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る充電制御装置を有する車両の電源系統を示す図である。なお、本実施形態の充電制御装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、制御回路１５を主要な構成要素としている。このような充電制御装置１は、車両に対して後発的に取り付けされる。すなわち、図２に示す既存の電源系統に対して、充電制御装置１が後から追加される。なお、以下では、まず、図２を参照して既存の電源系統について説明した後に、本実施形態を示す図１について説明する。図２の例では、電源系統は、鉛蓄電池１４、オルタネータ１６、スタータモータ１８、負荷１９、および、発電電圧範囲制御ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０を有している。

ここで、鉛蓄電池１４は、例えば、正極（陽極板）に二酸化鉛、負極（陰極板）に海綿状の鉛、電解液として希硫酸を用いた、いわゆる液式鉛蓄電池によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、レギュレータ１６ａによって電圧が調整された後、鉛蓄電池１４を充電する。

発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０は、例えば、鉛蓄電池１４の電圧または車両の走行状態に応じて、レギュレータ１６ａを制御することでオルタネータ１６の発電電圧を調整し、鉛蓄電池１４の充電状態を制御する。レギュレータ１６ａは、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から供給される制御信号に応じて、オルタネータ１６の図示しない励磁コイルに流す電流を制御することで、オルタネータ１６の発電電圧を制御する。なお、本実施形態では、オルタネータ１６が発電する電圧は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０が出力する制御信号がハイ（Ｈｉ）の場合には高い電圧の範囲となり、また、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０が出力する制御信号がロー（Ｌｏ）の場合には低い電圧の範囲となる。図３は、レギュレータ１６ａの周囲温度（例えば、ケース温度）と、発電電圧との関係を示す図である。ここで、ハッチングが施された上側の領域は制御信号がハイの場合における発電電圧の温度による変化を示している。また、ハッチングが施された下側の領域は制御信号がローの場合における発電電圧の温度による変化を示している。このように、オルタネータ１６の発電電圧は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０からレギュレータ１６ａに供給される制御信号がハイかローかによって電圧の範囲が異なる。

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、鉛蓄電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、鉛蓄電池１４からの電力によって動作する。

つぎに、図１について説明する。本実施形態の充電制御装置１は、図２に示す既存の電源系統に対して、図１に示す充電制御装置１が追加的に装備される。図１に示す充電制御装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、制御回路１５を主要な構成要素としており、鉛蓄電池１４のＳＯＣ（State of Charge）を算出し、算出したＳＯＣに基づいてレギュレータ１６ａを発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０とともに制御する。

ここで、電圧センサ１１は、鉛蓄電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、鉛蓄電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、鉛蓄電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。制御回路１５は、例えば、制御部１０からの制御信号に基づいてオンまたはオフの状態となる半導体スイッチによって構成される。制御回路１５は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０の制御信号線とグランドとの間に２つの出力端子が接続され、入力端子が制御部１０に接続される。そして、制御信号がハイの場合にはハイインピーダンス（オフ）状態となり、制御信号がローの場合にはローインピーダンス（オン）状態となる。

図４は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号と、充電制御装置１から出力される制御信号と、これらを合成した後の制御信号（レギュレータ１６ａに入力される制御信号）を示す図である。この図４に示すように、レギュレータ１６ａに入力される合成後の制御信号は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号と、充電制御装置１から出力される制御信号の論理積を演算したものとなる。すなわち、レギュレータ１６ａに入力される制御信号は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号と、充電制御装置１から出力される制御信号の双方がハイの場合にハイの状態となり、それ以外の場合はローの状態となる。この結果、オルタネータ１６の発電電圧は、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号と、充電制御装置１から出力される制御信号の双方がハイの場合に図３に示す高い電圧の範囲となり、それ以外は低い電圧の範囲となる。

図５は、図２に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、出力部１０ｄ、バス１０ｅ、および、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｆを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａを実行する際に生成されるパラメータ１０ｃａを格納する。出力部１０ｄは、制御回路１５に対して制御信号を供給する。バス１０ｅは、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃ、出力部１０ｄ、および、Ｉ／Ｆ１０ｆを相互にこれらの間でデータの授受を可能とするための信号線群である。Ｉ／Ｆ１０ｆは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込む。

図６は、図５に示すプログラム１０ｂａが実行された場合に、ＣＰＵ１０ａ等のハードウエア資源と、プログラム１０ｂａ等のソフトウエア資源とが協働することにより実現される処理モジュールを示す図である。この例では、処理モジュールは、入力モジュール３０、ＳＯＣ演算モジュール３１、記憶モジュール３２、および、出力モジュール３４を主要な構成要素としている。ここで、入力モジュール３０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から出力される信号を入力し、ＳＯＣ演算モジュール３１に供給する。ＳＯＣ演算モジュール３１は、入力モジュール３０から供給される電圧、電流、および、温度に基づいて鉛蓄電池１４のＳＯＣを演算し、得られたＳＯＣを判定モジュール３３に供給する。なお、ＳＯＣを演算する方法としては、例えば、鉛蓄電池１４の等価回路モデルを作成し、当該等価回路モデルのパラメータに対して、例えば、カルマンフィルタ等を用いて適用学習を実行し、得られたパラメータに基づいてＳＯＣを算出する方法がある。もちろん、これ以外の方法によってＳＯＣを算出することも可能である。記憶モジュール３２は、ＳＯＣ演算モジュール３１がＳＯＣを算出する際に必要なパラメータおよび等価回路モデル等を記憶する。判定モジュール３３は、ＳＯＣと閾値を比較し、比較結果を出力モジュール３４に対して出力する。出力モジュール３４は、判定モジュール３３からの出力に基づいて、制御回路１５をオンまたはオフの状態に制御する。

（Ｂ）実施形態の動作の概略の説明
つぎに、本実施形態の動作の概要を説明する。図７は制御回路の状態と発電電圧の関係を示す図である。本実施形態では、図７に示すように、エンジン１７の始動直後の初期状態とそれ以外の通常状態とでは処理が異なっている。そこで、以下では、まず、初期状態の動作について説明し、つぎに、通常状態の動作について説明する。

エンジン１７が始動された直後の初期状態においては、充電制御装置１は、初期処理を実行する。初期処理では、図７の「制御回路状態」の左側に示すように、ＳＯＣが第２閾値であるＴｈ２以上である場合には制御回路１５がオンの状態に制御され、図７の「発電電圧」の左側に示すように、オルタネータ１６の発電電圧がローの状態（図３のＬｏの状態）になる。一方、ＳＯＣが第２閾値であるＴｈ２未満である場合には制御回路１５がオフの状態に制御され、オルタネータ１６の発電電圧がハイの状態（図３のＨｉの状態）になる。換言すると、エンジン１７を始動した直後の初期状態では、鉛蓄電池１４のＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２未満の場合には発電電圧がＨｉの状態とされて速やかに充電がされ、第２閾値Ｔｈ２以上の場合には発電電圧がＬｏの状態とされて緩やかに充電がされるように制御がなされる。

エンジン１７が始動されてから一定時間が経過すると通常処理に移行する。通常処理では、ヒステリシスを有する閾値に基づいて充電制御が実行される。具体的には、図７の左端に示すように、第１閾値であるＴｈ１および第２閾値であるＴｈ２の２つの閾値に基づいて充電制御が実行される。通常処理では、図７の「制御回路状態」の右側に示すように、ＳＯＣの上昇局面において、ＳＯＣが第２閾値であるＴｈ２未満である場合には制御回路１５がオフの状態に制御され、図７の「発電電圧」の右側に示すように、オルタネータ１６の発電電圧がハイの状態（図３のＨｉの状態）になる。また、同じく、ＳＯＣの上昇局面において、ＳＯＣが第２閾値であるＴｈ２以上となった場合には制御回路１５がオンの状態に制御され、図７の「発電電圧」の右側に示すように、オルタネータ１６の発電電圧がローの状態（図３のＬｏの状態）になる。一方、ＳＯＣの下降局面において、ＳＯＣが第１閾値であるＴｈ１より大きい場合には制御回路１５がオンの状態に制御され、オルタネータ１６の発電電圧がローの状態（図３のＬｏの状態）になる。また、同じく、ＳＯＣの下降局面において、ＳＯＣが第１閾値であるＴｈ１以下になった場合には制御回路１５がオフの状態に制御され、オルタネータ１６の発電電圧がハイの状態（図３のＨｉの状態）になる。

以上の制御により、エンジン１７の始動直後の初期処理では、ＳＯＣが第２閾値以上になるように制御がなされるが、通常処理に移行すると、第１閾値および第２閾値に基づいてオルタネータ１６の発電電圧が制御される。本実施形態の充電制御装置１を装備しない状態では、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０によって鉛蓄電池１４の電圧に基づいて発電電圧の高低が制御されるが、充電制御装置１を装備すると、図４に示すように、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０の制御信号がハイの状態であっても、充電制御装置１の制御信号がローの場合には合成後の制御信号はローの状態になって、発電電圧もローの状態になる。これにより、発電電圧が低い状態になる頻度が高くなるため、オルタネータ１６の回転負荷が軽減され、結果的にエンジン１７の負荷が軽減し、燃費が向上する。なお、充電制御装置１は、鉛蓄電池１４のＳＯＣに基づいて制御を行い、ＳＯＣが所定の範囲に収まるように制御を行うため、鉛蓄電池１４の充電状態が低下したり、あるいは、充電状態の低下によって鉛蓄電池１４の寿命が短くなったりすることを防止できる。また、ヒステリシスを設けることにより、ハイおよびローの状態が頻繁に切り替わる、いわゆる、「チャタリング」の発生を防止することで、レギュレータ１６ａおよびオルタネータ１６に余分な負荷がかかることを避けることができる。

図８は充電制御装置１を装備しない場合（図２の場合）における鉛蓄電池１４の電圧、電流、および、ＳＯＣの時間的変化を示す図であり、図９は充電制御装置１を装備した場合（図１の場合）における鉛蓄電池１４の電圧、電流、および、ＳＯＣの時間的変化を示す図である。なお、これらの図において、電流のプラスは鉛蓄電池１４の充電を示し、マイナスは放電を示す。また、図７に示すＴｈ１，Ｔｈ２はそれぞれ７９％および８１％に設定されているものとする。図８に示すように、充電制御装置１を装備しない場合ではＳＯＣは１００％に近づくように制御がされる。一方、図９に示すように充電制御装置１を装備した場合ではＳＯＣはＴｈ１，Ｔｈ２で設定された７９％および８１％の範囲内に収まるように制御される。また、電圧については、図８ではＳＯＣの上昇とともに電圧が徐々に増加しているが、図９では略一定となっている。さらに、電流については、図８ではプラス側（充電側）に位置している頻度が高くなっている。一方、図９ではマイナス側（放電側）に位置している頻度が高くなっている。より詳細には、一旦、充電がなされてＳＯＣが上昇した後には、マイナスの状態が継続し、ＳＯＣが低下すると、再度充電がなされてＳＯＣが上昇するサイクルが繰り返されている。これらの図の比較から、充電制御装置１を装備した場合では、充電の頻度が低下（オルタネータ１６の発電電圧が高い範囲となる頻度が低下）するものと考えられる。

図１０は、実車に充電制御装置１を搭載した場合と搭載しない場合における燃費の実測値を示す図である。この例は、排気量が１３００ｃｃ、ＦＦ（Front Engine Front Drive）、４ＡＴ（Automatic Transmission）の実車を用いてシャシダイナモメータによる燃費試験を行った結果である。この図１０に示すように、充電制御装置１を搭載しない場合（図２の場合）では３回の実測の平均燃費は１３．５９ｋｍであり、充電制御装置１を搭載した場合（図１の場合）では３回の実測の平均燃費は１４．１８ｋｍであり、４．３％の燃費の向上があった。

このように、本実施形態では、ＳＯＣと閾値との比較に基づいてオルタネータ１６による発電電圧の高低を制御するようにしたので、燃費を改善することができる。

また、２つの閾値を設けてヒステリシスに基づく制御を行うことにより、チャタリングの発生を防止することができる。

また、制御回路１５を既存の制御信号線と、グランドの間に挿入することにより、充電制御装置１を簡単に追加することができる。このため、既存の車両への装備を簡単に行うことが可能になる。

（Ｃ）実施形態の動作の詳細の説明
つぎに、本実施形態の動作の詳細について説明する。図１１は図６に示すモジュールによって実行される処理の流れを説明するフローチャートである。図１１に示す処理が開始されると以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、入力モジュール３０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から電圧Ｖ、電流Ｉ、および、温度Ｔをそれぞれ入力する。

ステップＳ１１では、ＳＯＣ演算モジュール３１は、ステップＳ１０で入力した電圧Ｖ、電流Ｉ、および、温度Ｔならびに記憶モジュール３２に記憶されているデータに基づいて鉛蓄電池１４のＳＯＣを算出する処理を実行する。なお、この処理では、例えば、鉛蓄電池１４の等価回路モデルに対して、例えば、カルマンフィルタを用いた適応学習を適用し、得られた値（例えば、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧））に基づいてＳＯＣを算出することで実現できる。もちろん、これ以外の方法を用いてもよいことは言うまでもない。

ステップＳ１２では、判定モジュール３３は、エンジン１７が始動されてから一定時間が経過したか否かを判定し、一定時間が経過した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）にはステップＳ１３に進む。より詳細には、この処理では、図７に基づいて前述した「初期状態」か否かが判定され、初期状態である場合（始動から一定時間が経過していない場合）には、ステップＳ１３の初期処理が実行される。

ステップＳ１３では、判定モジュール３３は、初期処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図１２を参照して後述する。

ステップＳ１４では、判定モジュール３３は、ステップＳ１１で求めたＳＯＣから１つ前の処理で得られたＳＯＣであるＳＯＣ２を減算して得られた値をΔＳＯＣに代入する。なお、ΔＳＯＣの値は、前回のＳＯＣの値よりも今回のＳＯＣの値が増加している場合（増加局面の場合）にはプラスの値となり、値が減少している場合（減少局面の場合）にマイナスの値となる。

ステップＳ１５では、判定モジュール３３は、ステップＳ１４で求めたΔＳＯＣがΔＳＯＣ＞０を満たすか否かを判定し、満たす場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）にはステップＳ１６に進み、それ以外の場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）にはステップＳ１９に進む。具体的には、前回のＳＯＣの値よりも今回のＳＯＣの値が増加している場合（増加局面の場合）にはステップＳ１６に進み、それ以外の場合にはステップＳ１９に進む。

ステップＳ１６では、判定モジュール３３は、ステップＳ１１で求めたＳＯＣの値がＳＯＣ≧Ｔｈ２を満たすか否かを判定し、満たす場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）にはステップＳ１８に進む。具体的には、ＳＯＣの上昇局面において、ＳＯＣ≧Ｔｈ２を満たす場合にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合にはステップＳ１８に進む。

ステップＳ１７では、判定モジュール３３は、出力モジュール３４を制御し、制御回路１５をオンの状態にする。これにより、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０の状態によらずレギュレータ１６ａに入力される制御信号がローの状態になるので、オルタネータ１６の発電電圧が低い範囲に設定される。

ステップＳ１８では、判定モジュール３３は、出力モジュール３４を制御し、制御回路１５をオフの状態にする。この場合、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号がハイの場合にはレギュレータ１６ａに入力される制御信号がハイの状態となってオルタネータ１６の発電電圧が高い範囲に設定され、ローの場合には同制御信号がローの状態となってオルタネータ１６の発電電圧が低い範囲に設定される。

ステップＳ１９では、判定モジュール３３は、ステップＳ１１で求めたＳＯＣの値がＳＯＣ≦Ｔｈ１を満たすか否かを判定し、満たす場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）にはステップＳ２１に進む。具体的には、ＳＯＣの下降局面において、ＳＯＣ≦Ｔｈ１を満たす場合にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合にはステップＳ２１に進む。

ステップＳ２０では、判定モジュール３３は、出力モジュール３４を制御し、制御回路１５をオフの状態にする。この場合、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号がハイの場合にはレギュレータ１６ａに入力される制御信号はハイの状態となってオルタネータ１６の発電電圧が高い範囲に設定され、ローの場合には同制御信号はローの状態となってオルタネータ１６の発電電圧が低い範囲に設定される。

ステップＳ２１では、判定モジュール３３は、出力モジュール３４を制御し、制御回路１５をオンの状態にする。これにより、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０の状態によらずレギュレータ１６ａの制御信号がローの状態になるので、オルタネータ１６の発電電圧が低い範囲に設定される。

ステップＳ２２では、ステップＳ１１で求めたＳＯＣをＳＯＣ２に代入する。これにより、今回の処理で求めたＳＯＣがＳＯＣ２に代入され、次回の処理においてステップＳ１４でΔＳＯＣを求める際に使用することができる。

つぎに、図１２を参照して図１１のステップＳ１３の処理の詳細について説明する。図１３の処理が開始されると以下のステップが実行される。

ステップＳ３０では、判定モジュール３３は、ステップＳ１１で求めたＳＯＣの値がＳＯＣ≧Ｔｈ２を満たすか否かを判定し、満たす場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）にはステップＳ３２に進む。具体的には、エンジン１７の始動から一定期間内である初期状態において、ＳＯＣ≧Ｔｈ２を満たす場合にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合にはステップＳ３２に進む。

ステップＳ３１では、判定モジュール３３は、出力モジュール３４を制御し、制御回路１５をオンの状態にする。これにより、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０の状態によらずレギュレータ１６ａに入力される制御信号がローの状態になるので、オルタネータ１６の発電電圧が低い範囲に設定される。

ステップＳ３２では、判定モジュール３３は、出力モジュール３４を制御し、制御回路１５をオフの状態にする。この場合、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号がハイの場合にはレギュレータ１６ａに入力される制御信号がハイの状態となってオルタネータ１６の発電電圧が高い範囲に設定され、ローの場合には同制御信号はローの状態となってオルタネータ１６の発電電圧が低い範囲に設定される。そして、処理が終了すると、図１１に復帰（リターン）する。

以上の処理によれば、エンジン１７の始動直後には初期処理によってＳＯＣがＴｈ２以上になるようにオルタネータ１６の発電電圧を高く設定し、鉛蓄電池１４を迅速に充電することができる。

また、通常処理のＳＯＣの上昇局面において、ＳＯＣ≧Ｔｈ２である場合は制御回路がオンの状態とされ、それ以外の場合には制御回路がオフの状態とされる。一方、通常処理のＳＯＣの下降局面において、ＳＯＣ≦Ｔｈ１である場合は制御回路がオフの状態とされ、それ以外の場合には制御回路がオンの状態とされる。これにより、図７に示す、２つの閾値に基づくヒステリシス制御を実現することができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、ＳＯＣと閾値との関係に基づいて発電電圧の高低を制御するようにしたので、前述した実測値に示すようにエンジン１７の負荷を軽減することで燃費を改善することができる。

また、本実施形態では、制御回路１５のオン／オフによって制御信号を変更するようにしたので、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０を有している車両に対して、本実施形態の充電制御装置を簡単に追加することができる。

また、本実施形態では、充電制御装置１に電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を備えてＳＯＣをリアルタイムに算出するようにした。従来においては、エンジン始動後にＳＯＣを正確に把握するために、鉛蓄電池を一旦満充電する必要があったが、本実施形態では満充電する必要がないので、満充電するまでの電力の無駄を省くことができる。また、ＳＯＣに基づいて制御を行うようにしたので、車両の状況を知る必要がなく、例えば、車速信号またはアクセル信号等の車両信号がなくても制御が可能になるので、取り付けの際の配線作業を簡単に行うことができる。

（Ｄ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２としては、Ｔｈ１＝７９％およびＴｈ２＝８１％を用いたが、これ以外の値を用いることも可能である。図１３は実車に充電制御装置１を搭載して公道を走行した場合の燃費をＴｈ１，Ｔｈ２を変えて測定した実測値である。この図に示すように、Ｔｈ１，Ｔｈ２の差が小さい程、燃費が良くなっている。具体的には、Ｔｈ１＝８０，Ｔｈ２＝９０の場合は１０．６４ｋｍで、Ｔｈ１＝７８，Ｔｈ２＝８２の場合は１１．７８ｋｍで、Ｔｈ１＝７９，Ｔｈ２＝８１の場合は１４．９３ｋｍである。このことから、Ｔｈ１，Ｔｈ２の差はできるだけ小さくなるように設定する方が望ましい。もちろん、チャタリングが問題とならない場合にはＴｈ１＝Ｔｈ２とすることも可能である。

また、以上の実施形態では、Ｔｈ１，Ｔｈ２は固定値としたが、例えば、これらの値を書き換え可能としてもよい。そのような構成とすることで、例えば、鉛蓄電池１４の種類や使用目的に応じて適宜これらの値を調整できるようにしてもよい。また、鉛蓄電池１４は、経年変化（劣化）によって満充電可能な容量が減少してくる。そこで、経年変化に応じてＴｈ１，Ｔｈ２の値を変更するようにしてもよい。具体的には、鉛蓄電池１４のＯＣＶを測定し、測定されたＯＣＶの値に応じて、Ｔｈ１，Ｔｈ２の値を減少させるようにしてもよい。そのような構成によれば、鉛蓄電池１４が経年変化した場合であっても適切に充電制御を行うことができる。

また、以上の実施形態では、初期処理における閾値として、通常処理における第２閾値を用いるようにしたが、初期処理における閾値を第２閾値とは異なるものとしてもよい。例えば、第２閾値よりも大きい値を用いることで、初期処理において一定のＳＯＣまで急速に充電することができる。なお、本実施形態と同様に初期処理の閾値を第２閾値とすることで、初期処理から通常処理への移行をスムーズに行うことができる。

また、以上の実施形態では、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０が搭載された車両に対して後発的に充電制御装置１を搭載する場合を例に挙げて説明したが、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０に代えて充電制御装置１を初めから搭載するようにしてもよい。図１４はこのような場合の実施形態の構成例を示す図である。図１４の例では、図１の場合と比較すると、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０および制御回路１５が除外され、制御部１０から出力される制御信号がレギュレータ１６ａに直接入力されている。それ以外は、図１の場合と同様である。このような実施形態の場合、オルタネータ１６の発電電圧が低くなる組み合わせは全４通りのうち３通りである。一方、充電制御装置１のみの場合はオルタネータ１６の発電電圧が低くなる組み合わせは全２通りのうち１通りである。このため、単純に組み合わせだけで比較すると、発電電圧が低い状態になる確率が３／４から１／２に減少する。しかしながら、図８でも説明したように、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０からの制御信号はハイの状態になる頻度の方が高いことから、図４の上段の２通りの組み合わせとなる場合が大半であり、結果的に、図１４に示す実施形態は、図１の場合と略同様の動作となる。このため、図１４の場合と同様に燃費を改善することができる。

また、制御部１０の出力によって制御信号を直接制御するのではなく、制御部１０から出力される制御信号を発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０に一旦入力し、そこで、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０の制御信号との論理積を演算し、得られた結果によってレギュレータ１６ａを制御するようにしてもよい。あるいは、発電電圧範囲制御ＥＣＵ２０から出力される制御信号を制御部１０に一旦入力し、そこで、制御部１０の制御信号との間で論理積を演算し、得られた結果に基づいてレギュレータ１６ａを制御するようにしてもよい。

また、図１１および図１２に示すフローチャートは一例であって、このような処理だけに限定されるものではないことは言うまでもない。要は、図７に示すような閾値に基づく制御を実行できればどのような処理でもよい。

また、以上の実施形態では、二次電池として鉛蓄電池１４を例に挙げて説明したが、これ以外にも、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、および、リチウムイオン電池等を用いることも可能である。

１ 充電制御装置
１０ 制御部（判定手段、算出手段、制御手段）
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 通信部
１０ｅ バス
１０ｆ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
１４ 鉛蓄電池（二次電池）
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷

Claims (6)

1. 車両に搭載されている二次電池の充電状態をオルタネータが有するレギュレータによって制御する充電制御装置において、
   前記二次電池の充電状態を示すＳＯＣを算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも大きいと判定された場合には前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御し、前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも小さいと判定された場合には前記オルタネータの発電電圧が高い状態となるように前記レギュレータを制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする充電制御装置。
2. 前記閾値はヒステリシスを有しており、前記判定手段は、前記ＳＯＣが減少している場合には第１閾値に基づいて判定し、前記ＳＯＣが増加している場合には前記第１閾値よりも値が大きい第２閾値に基づいて判定することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
3. 前記判定手段は、エンジンの始動から一定時間が経過するまでは、前記第２閾値のみとの比較によって判定し、一定時間経過後は前記第１閾値および前記第２閾値との比較により判定することを特徴とする請求項２に記載の充電制御装置。
4. 前記車両は、前記オルタネータの発電電圧に応じて前記レギュレータを制御する制御装置を予め有しており、
   当該充電制御装置が後発的に前記車両に搭載され、
   前記制御手段は、前記制御装置が前記オルタネータの発電電圧が高い状態になるように制御している場合であっても、前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいときは、前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電制御装置。
5. 前記制御装置は、前記発電電圧が高い状態になるように制御する場合は前記レギュレータを制御する制御信号をハイの状態にし、前記発電電圧が低い状態になるように制御する場合は前記レギュレータを制御する制御信号をローの状態にし、
   前記制御手段は、前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいときは、前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御する制御信号をローの状態にし、前記ＳＯＣが所定の閾値よりも小さいときは、前記オルタネータの発電電圧が高い状態となるように前記レギュレータを制御する制御信号をハイの状態にする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の充電制御装置。
6. 車両に搭載されている二次電池の充電状態をオルタネータが有するレギュレータによって制御する充電制御方法において、
   前記二次電池の充電状態を示すＳＯＣを算出する算出ステップと、
   前記算出ステップにおいて算出された前記ＳＯＣが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップにおいて前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも大きいと判定された場合には前記オルタネータの発電電圧が低い状態となるように前記レギュレータを制御し、前記ＳＯＣが前記所定の閾値よりも小さいと判定された場合には前記オルタネータの出力電圧が高い状態となるように前記レギュレータを制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする充電制御方法。

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