JP4844440B2

JP4844440B2 - バッテリの充電装置

Info

Publication number: JP4844440B2
Application number: JP2007069982A
Authority: JP
Inventors: 潤稲田; 匡宏名越; 章友久米; 勝正吉田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-03-19
Also published as: JP2008236848A

Description

本発明は、アイドリングストップ中に電気負荷に対して電力を供給するバッテリの充電装置に関し、バッテリの充放電制御の分野に属する。

従来、アイドリングストップを実行する車両において、２つのバッテリを搭載する、例えば特許文献１や特許文献２に記載のものがある。これらは、アイドリングストップを実行しない車両に比べて、バッテリから電力を供給されるスタータがエンジンを始動させる機会が多いことを考慮したものである。前者は、車両起動時にスタータに電力を供給するバッテリと、アイドリングストップ中のエンジンを再始動させるときにスタータに電力を供給するバッテリとを有する。一方、後者は２つの中の１つのバッテリが予備として搭載されている。このようにして、スタータによるエンジンの始動が確実に行われる。

特開２００５−３６７９５公報特許第３８１２４５９号公報

ところが、２つのバッテリを搭載する場合、１つのオルタネータによって２つのバッテリを充電することになり、充電方法によってはバッテリを劣化させることがある。例えば、２つのバッテリを同時に充電する場合、一方のバッテリが満充電状態になったときに他方のバッテリが満充電状態でない場合、他方のバッテリが満充電状態になるまで一方のバッテリが満充電状態にもかかわらず充電されることになる。すなわち、一方のバッテリが過充電される。この過充電が長期に続くと（他方のバッテリが満充電状態になるまでに時間がかかると）、一方のバッテリが劣化することがある。

そこで、本発明は、同時に充電される２つのバッテリを搭載する車両において、各バッテリの劣化を抑制することができるバッテリの充電装置を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、所定のアイドリングストップ条件が成立したときにエンジンを停止させ、所定の再始動条件が成立したときにアイドリングストップ中のエンジンを再始動させる自動停止制御手段と、アイドリングストップ中に電気負荷に対して電力を供給する第１のバッテリと、スタータに電力を供給する第２のバッテリとを備えたバッテリの充電装置であって、前記第１のバッテリと常時接続されて発電電圧が変更可能な発電機と、前記発電機と前記第２のバッテリとを接続状態または切断状態にする切換手段と、前記発電機の発電電圧と前記切換手段の状態とを制御し、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに対する充電制御を行う充電制御手段と、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段とを有し、前記充電制御手段は、前記充電状態検出手段が、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリが共に満充電状態でないことを検出したときに、前記切換手段を接続状態とする共に前記発電機の発電電圧をＨｉ電圧に設定して前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリを充電させ、その後、前記充電状態検出手段が、前記第２のバッテリが前記第１のバッテリより先に満充電状態になったことを検出したときは、前記切換手段を切断状態とし、Ｈｉ電圧で前記第１のバッテリのみを充電し、前記充電状態検出手段が、前記第１のバッテリが前記第２のバッテリより先に満充電状態になったことを検出したときは、前記発電機の発電電圧を前記Ｈｉ電圧より所定値低下させて前記第２のバッテリを充電することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバッテリの充電装置において、前記第２のバッテリの容量が前記第１のバッテリに比べて小さく設定されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、常時接続される第１のバッテリと切換手段によって選択的に接続される第２のバッテリとを充電する発電機は発電電圧を変更可能に構成されている。２つのバッテリの充電中、第２のバッテリが先に満充電状態になると、切換手段を介して第２のバッテリと発電機とが切断される。これにより、第１のバッテリが満充電状態になるまで満充電状態の第２のバッテリが充電されること、すなわち第２のバッテリの過充電が抑制される。その結果、第２のバッテリの劣化が抑制される。

一方、２つのバッテリの充電中、第１のバッテリが先に満充電状態になると、発電機の発電電圧が所定値低下される。これにより、第２のバッテリが満充電状態になるまでの間、満充電状態の第１のバッテリに印加される電圧は低くなる。これにより、第１のバッテリの充電は継続されるものの印加電圧が低いため、発電機の発電電圧を所定値低下させない場合に比べて第１のバッテリの過充電が抑制される。その結果、第１のバッテリの劣化が抑制される。

また、請求項２に記載の発明によれば、第２のバッテリの容量が第１のバッテリに比べて小さく設定されている。これにより、２つのバッテリの充電において、第２のバッテリが第１のバッテリより先に満充電状態になる可能性が高くなる。これにより、第１のバッテリが第２のバッテリより先に満充電状態になって第１のバッテリが第２のバッテリが満充電状態になるまで充電されることが抑制される、すなわち第１のバッテリが過充電される可能性が低くなる。その結果、第１のバッテリの劣化が抑制される。

図１は、本発明の実施形態に係る車両の電気系統を示すもので、該系統１０は、エンジン１２を始動させるためのスタータ１４と、エンジン１２に駆動されて電力を発生するオルタネータ１６と、オルタネータ１６が発生させた電力で駆動する電気負荷（例えば、ＡＴポンプなど）１８と、オルタネータ１６が発生した電力を蓄えるメインバッテリ（請求の範囲に記載の第１のバッテリに対応。）２０およびサブバッテリ（第２のバッテリに対応。）２２と、パワーリレー２４、およびチャージリレー（切換手段に対応。）２６とを有する。

エンジン１２は、車両起動時の始動またはアイドリングストップ状態から復帰する再始動をスタータ１４によって実行されるように構成されている。

オルタネータ１６は、発電電圧を所定の高圧側電圧（Ｈｉ電圧）と所定の低圧側電圧（Ｌｏｗ電圧）とに設定変更可能に構成されている。なお、請求の範囲に記載の所定値は、Ｈｉ電圧とＬｏｗ電圧との差に該当する。

メインバッテリ２０は、主に電気負荷１８に電力を供給するためのもので、特にアイドリングストップ中に駆動する電気負荷１８に電力を供給する専用のバッテリとして車両に搭載されている。メインバッテリ２０は、オルタネータ１６に常時接続されており、オルタネータ１６がエンジン１２によって駆動されているときは、オルタネータ１６が発生した電力の一部を蓄える（残りは電気負荷１８に供給される。）。また、メインバッテリ２０は、電気負荷１８に常時接続されており、電気負荷１８が始動する（例えば、電気負荷であるカーナビゲーションシステムが乗員に起動スイッチを押されて始動する、またはイグニッションキーが乗員によってＯＮされて電気負荷であるＡＴポンプが始動するなど）と該電気負荷１８へ電力を供給し始める。

さらに、メインバッテリ２０は、パワーリレー２４を介してスタータ１４に接続されており、選択的にスタータ１４に電力を供給する。なお、メインバッテリ２０がスタータ１４に電力を供給するタイミングについては後述する。

サブバッテリ２２は、スタータ１４に電力を供給する専用のバッテリとして車両に搭載されている。サブバッテリ２２は、スタータ１４に常時接続されており、スタータ１４が始動すると該スタータ１４へ電力を供給し始める。

また、サブバッテリ２２は、チャージリレー２６を介してオルタネータ１６に接続されており、選択的にオルタネータ１６に接続されて充電される。

パワーリレー２４は、乗員によってイグニッションキーがＯＮされてスタータ１４がエンジン１２を始動（アイドリングストップしたエンジンの再始動は含まない。）するときにメインバッテリ２０とスタータ１４とを接続するように構成されている。それ以外は、メインバッテリ２０とスタータ１４を切断している。

チャージリレー２６は、アイドリングストップ中はオルタネータ１６とサブバッテリ２２とを切断するように構成されている。また、エンジン１２の駆動中においてはサブバッテリ２２への充電時のみオルタネータ１６とサブバッテリ２２とを接続し、それ以外は切断するように構成されている。

また、車両は、図２に示すように、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５２を中心とする制御系統５０を有する。ＥＣＵ５２を中心とする制御系統５０は、メインバッテリ電流センサ５４とサブバッテリ電流センサ５６とを有する。

メインバッテリ電流センサ５４は、メインバッテリ２０に対して出入りする電流の値を検出し、検出した値に対応する信号をＥＣＵ５２に出力するように構成されている。

サブバッテリ電流センサ５６は、サブバッテリ２２に対して出入りする電流の値を検出し、検出した値に対応する信号をＥＣＵ５２に出力するように構成されている。

ＥＣＵ５２は、エンジン１２、スタータ１４、オルタネータ１６、スイッチ２４、およびスイッチ２６に制御信号を出力するように構成されている。

具体的には、ＥＣＵ５２は、所定のアイドリングストップ条件が成立したとき、エンジン１２を停止するように構成されている。所定のアイドリングストップ条件は、例えば乗員が車両を一時停止させて数秒間経過したときなどに成立する。車両の一時停止は、例えば車速がゼロであることを車速センサ（図示せず）が検出し、イグニッションキーがＯＮされている状態をイグニッションキースイッチ（図示せず）が数秒間検出することで確認される。

また、ＥＣＵ５２は、アイドリングストップ実行中、乗員が車両の発進を要求したことを検出すると、エンジン１２を再始動させる。なお、乗員が車両の発進を要求したことは、例えばアクセルペダルセンサ（図示せず）がアクセルペダルを踏む動作を検出することで確認できる。

ここからは、ＥＣＵ５２が実行するメインバッテリ２０とサブバッテリ２２に対する充電に関わる制御を説明する。

まず、ＥＣＵ５２は、メインバッテリ電流センサ５４とサブバッテリ電流センサ５６から出力された信号に基づいて、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２の状態を監視（モニタリング）するように構成されている。メインバッテリ２０やサブバッテリ２２が満充電状態になったことを検出するためである。モニタリング中のメインバッテリ２０とサブバッテリ２２の状態に基づいて、オルタネータ１６やチャージリレー２６を制御するように構成されている。

このＥＣＵ５２は、通常モードにおいては、発電電圧をＬｏｗ電圧に設定維持してオルタネータ１６に電力を発生させ、チャージリレー２６にオルタネータ１６とサブバッテリ２２とを切断させている。すなわち、メインバッテリ２０のみ充電する。

また、ＥＣＵ５２は、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２の両方を同時に充電する同時充電モードを実行する。

この同時充電モードは、車両起動時におけるエンジン１２の始動後、またはアイドリングストップ中のエンジン１２の再始動後に開始される。

車両起動時におけるエンジン１２の始動後、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２とが蓄える電力がスタータ１４に供給されてエンジン１２が始動されるため、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２は満充電状態ではない。したがって、ＥＣＵ５２は、同時充電モードを実行する。

一方、アイドリングストップ中のエンジン１２の再始動後も、サブバッテリ２２が蓄える電力がスタータ１４に供給されてエンジン１２が始動されるため、サブバッテリ２２は満充電状態ではない。また、メインバッテリ２０もアイドリングストップ中に電気負荷１８に電力を供給しているため、満充電状態でない。したがって、ＥＣＵ５２は、同時充電モードを実行する。

同時充電モードは、オルタネータ１４の発電電圧がＨｉ電圧に設定して開始される。すなわち、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２とを急速充電する。

また、同時充電モードは、メインバッテリ２０またはサブバッテリ２２のいずれか一方が先に満充電状態になり、他方が遅れて満充電状態になったときに完了する。すなわち、同時充電モードから通常モードに移行する。

このことを図３と図４とを用いて説明する。

まず、同時充電モードを実行すると、サブバッテリ２２がメインバッテリ２０より先に満充電状態になる場合（図３）と、メインバッテリ２０がサブバッテリ２２より先に満充電状態になる場合（図４）とがある。

ＥＣＵ５２は、同時充電モード中、メインバッテリ電流センサ５４とサブバッテリ電流センサ５６からの出力に基づいてメインバッテリ２０とサブバッテリ２２の充電電流をモニタリングしており、図３に示すように、サブバッテリ２２の充電電流（実線）がメインバッテリ２０の充電電流（一点鎖線）より先に判定電流以下になったとき、サブバッテリ２２がメインバッテリ２０より先に満充電状態になったと判定する。判定電流の値は、これ以下になるとバッテリが満充電状態であることを示す値である。

サブバッテリ２２が満充電状態になると、ＥＣＵ５２は、チャージリレー２６にオルタネータ１４とサブバッテリ２２とを切断させる。これにより、メインバッテリ２０の充電は継続されたままでサブバッテリ２２の充電が終了される。言い換えると、メインバッテリ２０が満充電状態になるまで満充電状態のサブバッテリ２２が過充電されることが抑制される。その結果、サブバッテリ２２の劣化が抑制される。

続いて、メインバッテリ２０の充電電流が判定電流以下になったとき、ＥＣＵ５２は、メインバッテリ２０が満充電状態になったと判定する、そして、ＥＣＵ５２は、オルタネータ１４の発電電圧をＨｉ電圧からＬｏｗ電圧に変更する。すなわち、同時充電モードを完了して通常モードに移行する。

一方、図４に示すように、メインバッテリ２０の充電電流がサブバッテリ２２の充電電流より先に判定値以下になったとき、ＥＣＵ５２は、メインバッテリ２０がサブバッテリ２２より先に満充電状態になったと判定する。

メインバッテリ２０が満充電状態になると、ＥＣＵ５２は、オルタネータ１６の発電電圧をＨｉ電圧からＬｏｗ電圧に変更する。これにより、サブバッテリ２２が満充電状態になるまでの間、満充電状態のメインバッテリ２０に印加される電圧は低くなる。メインバッテリ２０の充電は継続されるものの印加電圧が低いため、オルタネータ１６の発電電圧をＬｏｗ電圧に変更せずにＨｉ電圧に維持する場合に比べてメインバッテリ２０の過充電が抑制される。その結果、メインバッテリ２０の劣化が抑制される。

続いて、サブバッテリ２２の充電電流が判定電流以下になったとき、すなわちサブバッテリ２２が満充電状態になると、ＥＣＵ５２は、チャージリレー２６にオルタネータ１４とサブバッテリ２２とを切断させる。そして、同時充電モードを完了して通常モードに移行する。

この同時充電モードの流れの一例を図５に示すフローで説明する。

まず、図に示すように、ＥＣＵ５２が、エンジン１２をスタータ１４によって始動させる（Ｓ１００）。この始動が車両起動時であればメインバッテリ２０とサブバッテリ２２の電力がスタータ１４に供給される。一方、アイドリングストップ中のエンジンを再始動させる場合であれば、サブバッテリ２２の電力がスタータ１４に供給される。

次に、Ｓ１１０において、ＥＣＵ５２は、メインバッテリ電流センサ５４とサブバッテリ電流センサ５６からの信号の読込みを開始する。すなわち、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２の状態のモニタリングを開始する。

続いて、Ｓ１２０において、ＥＣＵ５２は、チャージリレーをＯＮ状態にして、オルタネータ１６とサブバッテリ２２とを接続させる。これにより、メインバッテリ２０とサブバッテリ２２の同時充電が開始される。

Ｓ１２０の後のＳ１３０において、ＥＣＵ５２は、オルタネータ１６の発電電圧をＬｏｗ電圧からＨｉ電圧に変更する。急速充電を開始する。

Ｓ１４０において、ＥＣＵ５２は、Ｓ１１０で読込みを開始したサブバッテリ電流センサ５６からの信号に基づいてサブバッテリ２２が満充電状態であるか否かを確認する。確認された場合、Ｓ１５０において、チャージリレー２６をＯＦＦ状態にしてオルタネータ１６とサブバッテリ２２とを切断する。続いて、Ｓ１６０においてメインバッテリ２０の満充電状態が確認されるとＳ１７０においてオルタネータ１４の発電電圧をＬｏｗ電圧に変更し、Ｓ２２０においてメインバッテリ電流センサ５４とサブバッテリ電流センサ５６からの信号の読込みを終了して同時充電モードを終了する（通常充電モードに移行する。）。

一方、Ｓ１４０でサブバッテリ２２が満充電状態であることが確認されなかった場合、Ｓ１８０において、ＥＣＵ５２は、Ｓ１１０で読込みを開始したメインバッテリ電流センサ５４からの信号に基づいてメインバッテリ２０が満充電状態であるか否かを確認する。確認された場合、Ｓ１９０においてオルタネータ１４の発電電圧をＬｏｗ電圧に変更する。続いて、Ｓ２００において、サブバッテリ２２の満充電状態が確認されると、Ｓ２１０においてチャージリレー２６をＯＦＦ状態にしてオルタネータ１６とサブバッテリ２２とを切断する。そして、Ｓ２２０においてメインバッテリ電流センサ５４とサブバッテリ電流センサ５６からの信号の読込みを終了して同時充電モードを終了する（通常充電モードに移行する。）。

Ｓ１８０において、メインバッテリ２０の満充電状態が確認されなかった場合、Ｓ１４０に戻る。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、上述の実施形態においては、メインバッテリとサブバッテリの容量（最大蓄電可能量）は限定していないが、サブバッテリの容量をメインバッテリに比べて小さく設定してもよい。

この場合、２つのバッテリを同時に充電すると（上述の同時充電モードを実行すると）、サブバッテリがメインバッテリより先に満充電状態になる可能性が、上述の実施形態に比べて高くなる。これにより、メインバッテリがサブバッテリより先に満充電状態になってメインバッテリがサブバッテリが満充電状態になるまで充電されることが抑制される、すなわちメインバッテリが過充電される可能性が低くなる。その結果、メインバッテリの劣化が抑制される。

また、上述の通常モードにおいて、メインバッテリ電流センサの信号に基づいてメインバッテリの蓄電量が所定の下限量以下になったことを検出したとき（所定の下限量に対応する電流値を検出したとき）、メインバッテリをより大きい充電量で充電するために、オルタネータの発電電圧をＨｉ電圧に設定するように、ＥＣＵを構成してもよい。所定の下限量は、それ以下になるとバッテリが劣化するおそれがある値である。この場合、メインバッテリが満充電状態になったことを検出した後は、オルタネータの発電電圧をＬｏｗ電圧に戻す。これにより、メインバッテリの蓄電量が下限量以下になったことによるメインバッテリの劣化が抑制される。

さらに、上述の通常モードにおいてサブバッテリ電流センサの信号に基づいてサブバッテリの蓄電量が所定の下限量以下になったことを検出したとき（所定の下限量に対応する電流値を検出したとき）、サブバッテリを充電するために、チャージリレーを制御してオルタネータとサブバッテリとを接続するように、ＥＣＵを構成してもよい。所定の下限量は、それ以下になるとバッテリが劣化するおそれがある値である。これにより、サブバッテリの蓄電量が下限量以下になったことによるサブバッテリの劣化が抑制される。

この場合、サブバッテリの蓄電量が所定の下限量以下になったとき、メインバッテリが満充電状態であるか否かでＥＣＵが行う充電に関する制御内容が異なる。

サブバッテリの蓄電量が所定の下限量以下になったときにメインバッテリが満充電状態であれば、オルタネータの発電電圧をＬｏｗ電圧に設定維持したままサブバッテリの充電を実行する。すなわち、上述の同時充電モードにおいて先にメインバッテリが満充電状態になったときと同一の制御を実行する。これにより、サブバッテリが満充電状態になるまでメインバッテリが過充電になることが抑制される。

一方、サブバッテリの蓄電量が所定の下限量以下になったときにメインバッテリが満充電状態でない場合、すなわち２つのバッテリ両方が満充電状態にない場合、上述の同時充電モードを実行する。

以上のように本発明によれば、アイドリングストップを実行する車両において、２つのバッテリを搭載する場合、２つのバッテリの劣化を抑制する充電が可能になる。したがって、アイドリングストップを実行する車両の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

本発明の一実施形態にかかるバッテリの充電装置を含む車両の電気系統を概略的に示す図である。本発明の一実施形態にかかるバッテリの充電装置を含む車両の制御系統を概略的に示す図である。サブバッテリが先に満充電状態になる場合の制御を示す図である。メインバッテリが先に満充電状態になる場合の制御を示す図である。同時充電モードの流れの一例のフローを示す図である。

符号の説明

１６発電機（オルタネータ）
１８電気負荷
２０第1のバッテリ（メインバッテリ）
２２第２のバッテリ（サブバッテリ）
２６切換手段（チャージリレー）

Claims

所定のアイドリングストップ条件が成立したときにエンジンを停止させ、所定の再始動条件が成立したときにアイドリングストップ中のエンジンを再始動させる自動停止制御手段と、アイドリングストップ中に電気負荷に対して電力を供給する第１のバッテリと、スタータに電力を供給する第２のバッテリとを備えたバッテリの充電装置であって、
前記第１のバッテリと常時接続されて発電電圧が変更可能な発電機と、
前記発電機と前記第２のバッテリとを接続状態または切断状態にする切換手段と、
前記発電機の発電電圧と前記切換手段の状態とを制御し、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに対する充電制御を行う充電制御手段と、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段とを有し、
前記充電制御手段は、
前記充電状態検出手段が、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリが共に満充電状態でないことを検出したときに、前記切換手段を接続状態とする共に前記発電機の発電電圧をＨｉ電圧に設定して前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリを充電させ、その後、
前記充電状態検出手段が、前記第２のバッテリが前記第１のバッテリより先に満充電状態になったことを検出したときは、前記切換手段を切断状態とし、Ｈｉ電圧で前記第１のバッテリのみを充電し、
前記充電状態検出手段が、前記第１のバッテリが前記第２のバッテリより先に満充電状態になったことを検出したときは、前記発電機の発電電圧を前記Ｈｉ電圧より所定値低下させて前記第２のバッテリを充電することを特徴とするバッテリの充電装置。
請求項１に記載のバッテリの充電装置において、
前記第２のバッテリの容量が前記第１のバッテリに比べて小さく設定されていることを特徴とするバッテリの充電装置。