JP5693792B2 - 車両の発電装置および発電制御方法 - Google Patents

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Description

この発明は車両の発電装置等に係り、特に内燃機関の発電に消費される燃料量の低減に関するものである。
従来、車両には各種電気負荷への電力供給およびバッテリへの充電を行うために発電機が搭載されている。この発電機は内燃機関に駆動されて発電を行うため、内燃機関が稼動中(燃料カット中を除く)はその発電のためにも燃料が消費されている。
これに対し、近年、環境問題により車両の燃費改善が望まれており、車両が減速中など内燃機関が燃料カット中に積極的に発電(以下、回生発電という)を行うことで内燃機関が燃料消費を伴う発電(以下、燃焼発電という)の機会を低減する方法や、燃焼発電を行う条件として内燃機関の動作領域を設定することで発電に消費される燃料量を低減する方法が提案されている(特許文献１参照)。この従来技術では、発電による内燃機関の動力増加分を加算した燃料消費量マップに基づき、燃料消費量が少ない内燃機関の動作領域で発電を行うことにより、発電に消費される燃料量を低減する。
特許第４１５８６１５号明細書
ところが、上記特許文献１に示される従来技術では、発電時にバッテリの充電状態が考慮されていない。特に一般に広く使用される鉛バッテリでは、バッテリの充電率(以下、ＳＯＣという)が高くなる程充電受入性が低下する傾向にあるため、過度に燃焼発電を行うことでバッテリのＳＯＣが必要以上に高くなれば、回生発電時の充電受入性が低下し、回生電力量が低下する。低下した回生電力量については、この電力量を補うために燃焼発電機会が増加することで、結果として発電に消費される燃料量が増加するという問題点があった。
この発明は、上記のような従来の問題点を解消するためになされたもので、発電を行う内燃機関の動作領域だけでなく、バッテリの充電状態を考慮することで、燃焼発電による回生電力量の低下を最小限に抑え、発電に消費される燃料量を低減できる車両の発電装置等を提供することを目的とする。
この発明は、所定の車速以下でアイドルストップを行う車両において、内燃機関により駆動されて発電を行う発電機と、前記発電機の発電電力により充電されるバッテリと、前記内燃機関の発電に消費される燃料量を低減するように発電制御を行う発電制御装置と、を備え、前記発電制御装置が、前記バッテリの充放電状態を含む状態を求めるバッテリ状態算出部と、前記バッテリ状態算出部で求めた充放電状態に従ってアイドルストップ後の充電により前記バッテリの充電状態がアイドルストップ前の充電状態まで回復した時に、前記内燃機関が燃料消費を伴う発電を中断する発電制御部と、を含むことを特徴とする車両の発電装置等にある。
この発明では、発電を行う内燃機関の動作領域だけでなく、バッテリの充電状態を考慮することで、燃焼発電による回生電力量の低下を最小限に抑え、発電に消費される燃料量を低減できる車両の発電装置等を提供できる。
この発明の実施の形態１における車両の発電装置を搭載した内燃機関の概略構成図である。 この発明の実施の形態１における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１における発電制御装置の燃焼発電実行処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートである。
以下、この発明による車両の発電装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における車両の発電装置を搭載した内燃機関の概略構成図である。図１において、内燃機関１０１はドライブベルトＤＢを介して発電機１０２を駆動し、発電制御装置１０３は発電電圧調整装置１０４の調整電圧を操作することにより発電機１０２の発電電力を制御する。発電制御装置１０３は内燃機関制御装置(図示省略)の発電制御部分を抜き出して示したものである。
発電制御装置１０３はコンピュータで構成され、発電実行動作領域判定手段１０９，発電電力設定手段１１０，発電中断判定手段１１１，発電電流算出手段１１２，発電電流制御手段１１３，発電電圧調整手段１０４ａ等を含む発電制御部１２０、および充電率算出手段１３１、充放電量算出手段１３２、バッテリの内部抵抗値算出手段１３３等を含むバッテリ状態算出部１３０からなる部分は、プログラムで実行される機能ブロックとして示されている。また各手段を実行するためのプログラムや処理に使用する各種情報、データが記憶手段Ｍに格納されている。
尚、ここではより制御精度の高い形態として発電電圧調整装置１０４を備えた形態を示すが、安価なシステムとして、発電制御装置１０３はその内部に発電電圧調整装置１０４に代わる発電電圧調整手段１０４ａを備えることができ、その場合は、発電制御装置１０３は発電機１０２の発電電力を直接制御することができる。
発電機１０２で発電された電力はバッテリ１０５に充電される電力と車両の電気負荷１０６で消費される電力に分配され、バッテリ１０５の充放電電流は負極端子に取り付けられた電流センサ１０７により検出することができ、同じく電気負荷１０６で消費される電流は電流センサ１０８により検出することができる。発電機１０２の発電電流は、発電制御装置１０３の発電電流算出手段１１２にて、電流センサ１０７で得られるバッテリ１０５の充電電流に電流センサ１０８で得られる車両の電気負荷電流を加算して算出することができる。
尚、ここでは電流センサ１０７，１０８を備えた形態を示すが、発電機１０２の発電電流を直接検出する形態として発電機１０２とバッテリ１０５の正極端子の間に電流センサ１０２ａを備えてもよい。
また、安価なシステムとしてこれらの電流センサを備えない場合は、発電機１０２がオルタネータであれば、発電電流算出手段１１２にて、オルタネータ制御におけるオルタネータ回転数とＦＲデューティー出力から発電電流を、記憶手段Ｍに予め格納したマップ(例えば回転数とＦＲデューティー出力と発電電流の関係を示すマップ)に従ってマップ算出してもよい。
または、電流センサ１０７を備えない場合は発電電流算出手段１１２の内部にバッテリ１０５の特性を模擬した演算モデル(例えばプログラムで構成)を備えることで、バッテリの充電電流を推定してもよい。
また、電流センサ１０８を備えない場合は作動中の電気負荷１０６の定格消費電力から車両の電気負荷電流を算出してもよい。
図２は、この発明の実施の形態１における図１の発電制御装置１０３における制御動作を示すタイミングチャートである。(ａ)は燃焼発電実行動作領域、(ｂ)はアイドルストップ実行中、(ｃ)は車速、(ｄ)はバッテリＳＯＣ、(ｅ)は回生電力量、(ｆ)は燃焼発電中断判定、(ｇ)は回生発電実行、(ｈ)は燃焼発電実行、を示す。
図２において、実線２０１は車速を、実線２０２はバッテリの残存容量であるバッテリＳＯＣ(state of charge：充電率)を、実線２０３は回生電力量を示し、破線２１１はこの発明を適用しない場合(燃焼発電中断しない従来の場合)のバッテリのＳＯＣを、破線２１２はこの発明を適用しない場合(高ＳＯＣでのバッテリ充電受入性の低下)の回生電力量を示す。また、点線２２１はバッテリのＳＯＣがこの値を超えれば燃焼発電を中断するＳＯＣ(燃焼発電中断ＳＯＣ)を、鎖線２２２は同じくバッテリのＳＯＣがこの値を超えれば燃焼発電を中断する上限ＳＯＣ(燃焼発電実行上限ＳＯＣ)を、鎖線２２３はバッテリのＳＯＣがこの値より下がれば燃焼発電を中断しない下限ＳＯＣ(燃焼発電中断下限ＳＯＣ)を、破線２４１は燃料消費量の増加に繋がる過剰発電を示す。詳しくは後述する。ここで、バッテリのＳＯＣは電流センサ１０７で検出したバッテリの充放電電流を積算して算出してもよいし、バッテリセンサＢＳを備えることでバッテリの状態を直接検出してもよい。
なお、電流センサ１０７、電流センサ１０２ａ、バッテリセンサＢＳ、後述の電圧センサＢＶ等をバッテリ状態を検出するためのバッテリ状態検出手段、また電流センサ１０７と電流センサ１０２ａを特にバッテリ電流検出手段とする。各バッテリ状態は、上記バッテリ状態検出手段の検出結果に従って発電制御装置１０３内のバッテリ状態算出部１３０で演算して求められる。バッテリのＳＯＣの場合は、充電率算出手段１３１で演算して求められる。
また以下で説明する車両の車速、ブレーキペダル解放などの再始動要求、内燃機関の回転数、トルク(またはトルクに代わる吸気管圧または充填効率)等の車両状態情報は、内燃機関制御装置(図示省略)中の他の制御装置からの車両状態情報ＶＣ等として得る。
時刻ｔ１では、所定の車速以下でアイドルストップを開始すると同時にバッテリ１０５のＳＯＣを発電制御装置１０３の記憶手段Ｍであるメモリに記憶する。時刻ｔ２では、ドライバーのブレーキペダル解放などの再始動要求を受けてアイドルストップを解除すると同時に、時刻ｔ１で記憶したアイドルストップ開始ＳＯＣを燃焼発電中断ＳＯＣ２２１としてセット(メモリＭに記憶)する。尚、ここでは時刻ｔ１のアイドルストップ開始ＳＯＣをそのまま燃焼発電中断ＳＯＣにセットするが、アイドルストップ開始ＳＯＣを基準に所定量を加減算したＳＯＣ、または時刻ｔ２のＳＯＣに所定量を加算したＳＯＣを燃焼発電中断ＳＯＣにセットしてもよい。
時刻ｔ２のアイドルストップ解除により内燃機関１０１が再始動し、期間ｔ３と期間ｔ４で内燃機関１０１の動作点が燃焼発電実行動作領域にあると判定すれば燃焼発電を行うことでバッテリ１０５のＳＯＣは上昇する。この間、バッテリ１０５のＳＯＣは燃焼発電中断ＳＯＣ２２１を超えないため、燃焼発電中断判定(バッテリＳＯＣ＞燃焼発電中断ＳＯＣ)が成立せず、内燃機関１０１の動作点が、燃焼発電実行動作領域内であれば燃焼発電を継続する。
続いて期間ｔ５では、車両の減速と共に回生発電を行うことでバッテリ１０５のＳＯＣは燃焼発電中断ＳＯＣ２２１を超え、燃焼発電中断判定が成立する。ここで、燃焼発電中断判定は、アイドルストップ解除後に１回成立すれば次回アイドルストップ実行まで成立結果を保持してもよいし、１回目の成立後にバッテリ１０５のＳＯＣが燃焼発電中断ＳＯＣ２２１より下がれば不成立とすることで、再びバッテリ１０５のＳＯＣが燃焼発電中断ＳＯＣ２２１を超えるまで、内燃機関１０１の動作点が燃焼発電実行動作領域内にある間、燃焼発電を実行してもよい。
尚、ここではこの発明が対象とするバッテリ１０５の他に電源を備えない形態を示すが、アイドルストップ実行中に上述の他の電源によりバッテリ１０５が充電され、バッテリ１０５のＳＯＣが時刻ｔ１のアイドルストップ開始ＳＯＣを超える場合は、時刻ｔ２で燃焼発電中断判定が成立し、以後の燃焼発電を実行しないことは言うまでもない。
期間ｔ６と期間ｔ８では、この発明を適用しない場合は燃焼発電を中断せず、内燃機関の動作点が燃焼発電実行動作領域内であるため燃焼発電を継続する。しかしながら、期間ｔ７と期間ｔ９では、車両の減速(車速低下)と共に回生発電を行うことで、回生発電後のバッテリ１０５のＳＯＣは期間ｔ６と期間ｔ８で燃焼発電を中断し続けた場合(この発明の場合)と同じＳＯＣに到達する。即ち、期間ｔ６と期間ｔ８で過剰に燃焼発電を行うことで燃料消費量が増加するだけでなく、バッテリ１０５のＳＯＣが燃焼発電により必要以上に高くなり、期間ｔ７と期間ｔ９において回生発電時のバッテリの充電受入性(充電効率)が低下することで、回生電力量が低下する。
期間ｔ９の終了する時刻ｔ１０では、時刻ｔ１と同様にアイドルストップ開始ＳＯＣを発電制御装置１０３の記憶手段Ｍに記憶し、続くアイドルストップ解除時に時刻ｔ１０で記憶したアイドルストップ開始ＳＯＣを燃焼発電中断ＳＯＣ２２１としてセット(メモリＭに記憶)する。
ここで、時刻ｔ２から時刻ｔ１０までの間にバッテリ１０５のＳＯＣが時刻ｔ１の前回アイドルストップ開始ＳＯＣに達しない場合を除き、燃焼発電中断ＳＯＣ２２１はアイドルストップ実行毎に上り傾向となる。従って、鎖線２２２に示す燃焼発電実行上限ＳＯＣを定めることで、バッテリ１０５のＳＯＣがこの上限値を超えれば燃焼発電の実行を中断し、バッテリ１０５のＳＯＣが燃焼発電により必要以上に高くならないように制御する。
一方で、短期間でのアイドルストップの繰り返しや走行中の発電機会の不足、または電力消費が大きいなど、バッテリ１０５の放電量が充電量よりも大きい場合は、燃焼発電中断ＳＯＣ２２１はアイドルストップ実行毎に下がり傾向となり、バッテリの使用下限(バッテリの放電性能の低下により始動不可となる可能性や劣化の進行が懸念される下限ＳＯＣ)より下がることが懸念される。従って、鎖線２２３に示す燃焼発電中断下限ＳＯＣを定めることで、バッテリ１０５のＳＯＣがこの下限値より下がれば燃焼発電の実行を中断せず、バッテリのＳＯＣが過度に下がらないように制御する。
以上により、バッテリ１０５のＳＯＣは車両走行中は概ね燃焼発電実行上限ＳＯＣ２２２以下で推移し、バッテリ１０５の放電量が大きくなれば回生発電に加え燃焼発電を行うことで、前回アイドルストップ開始ＳＯＣまでバッテリを充電することができる。尚、ここで燃焼発電実行上限ＳＯＣ２２２と燃焼発電中断下限ＳＯＣ２２３は車両の走行状態に合わせて設定できることは言うまでもない。
図３は、この発明の実施の形態１における発電制御装置の燃焼発電実行処理を示すフローチャートであり、所定の演算周期(例えば１００ｍｓｅｃ)で実行される。図３において、ステップ３０１では、内燃機関の動作点として回転数とトルク(またはトルクに代わる吸気管圧または充填効率)を検出し(例えば内燃機関制御装置から車両状態情報ＶＣとして得る)、ステップ３０２へ進む。ステップ３０２では、内燃機関の動作点が、例えば予め記憶手段Ｍに設定、記憶されている所定の燃焼発電実行動作領域にあれば、ステップ３０３へ進む。ここでステップ３０３では、発電機１０２の回転数と発電電圧に応じて発電電流目標値をマップ算出する。そしてし、発電電力は発電電圧に発電電流目標値を乗算して設定する。また、発電機１０２の回転数は内燃機関１０１の回転数(車両状態情報ＶＣより)にプーリー比を乗算して求め、発電電圧はバッテリ電圧に発電機１０２までの配線抵抗分の電圧を加算して算出する。バッテリ電圧は電圧センサＢＶで検出し、配線抵抗値は記憶手段Ｍに予め格納しておく。そしてステップ３０４へ進む。
ステップ３０４では、バッテリの状態としてＳＯＣと内部抵抗値を検出し、ステップ３０５へ進む。ここで、バッテリのＳＯＣと内部抵抗値はバッテリの充放電電流とバッテリ電圧から算出してもよいし、バッテリセンサＢＳを備えることでバッテリの状態を直接検出してもよい。
上述のバッテリの内部抵抗値はバッテリ状態算出部１３０の内部抵抗値算出手段１３３で演算して求められる。
ステップ３０５では、燃焼発電中断判定が不成立の場合、即ち前回アイドルストップ開始後のバッテリ１０５の放電量を回収するまでは(図２において、期間ｔ５にてバッテリのＳＯＣが前回アイドルストップ開始ＳＯＣに達するまでは)、ステップ３０７へ進む。ステップ３０５で燃焼発電中断判定が成立した場合は、ステップ３０６へ進む。ステップ３０６では、バッテリ１０５のＳＯＣが燃焼発電中断下限ＳＯＣ未満であれば放電性能の低下により始動不可となる可能性や劣化の進行が懸念されるため、燃焼発電を中断せずバッテリ１０５を充電するために、ステップ３０７へ進む。ステップ３０７では、バッテリのＳＯＣが燃焼発電実行上限ＳＯＣ以下、即ち燃焼発電による回生電力量の低下が少ない範囲にあれば、燃焼発電の実行を許可し、ステップ３０９へ進む。
ステップ３０２で内燃機関の動作点が燃焼発電実行動作領域外の場合、またはステップ３０５で燃焼発電中断判定が成立し、かつステップ３０６でバッテリのＳＯＣが燃焼発電中断下限ＳＯＣ以上の場合、またはステップ３０７でバッテリ１０５のＳＯＣが燃焼発電実行上限ＳＯＣを超える場合は、ステップ３０８へ進む。ステップ３０８では、バッテリ１０５の内部抵抗値が所定範囲にあれば燃焼発電の実行を要しないと判断し、ステップ３１１へ進む。ステップ３０８でバッテリ１０５の内部抵抗値が所定範囲外の場合は始動性能の低下や劣化の進行が懸念されるため、バッテリ１０５を充電するために燃焼発電の実行を許可し、ステップ３０９へ進む。
ステップ３０９では、バッテリ１０５の充電電流に車両の電気負荷１０６の電気負荷電流を加算して発電機１０２の発電電流瞬時値を算出し、ステップ３１０へ進む。ステップ３１０では、ステップ３０３でマップ算出した発電電流目標値とステップ３０９で算出した発電電流瞬時値の偏差に基づき発電電圧調整装置１０４へ指令する電圧設定値を出力し、ステップ３１３へ進む。
ステップ３１１では、燃焼発電を実行しないことでバッテリ１０５が過剰に放電しないように放電許容電流を設定し、ステップ３１２へ進む。ステップ３１２ではバッテリ１０５の放電許容電流と放電電流(充電電流の逆符号)の偏差に基づき発電電圧調整装置１０４へ指令する電圧設定値を出力し、ステップ３１３へ進む。尚、ここではバッテリ１０５の使用状態や劣化度合いに異常がなく、かつ車両の発電装置が正常稼動時の放電手法を示すが、他の手段により何れかの異常を検出した場合は、ステップ３０８で強制的にステップ３０９へ進めてもよいし、ステップ３１１でバッテリ１０５の充電電流を設定することにより、続くステップで強制的にバッテリを充電してもよい。
ステップ３１３では、ステップ３１０またはステップ３１２で設定された電圧設定値による調整電圧を発電電圧調整装置１０４へ指令し、今回の処理を終了する。
なお、ステップ３０１，３０２は発電実行動作領域判定手段１０９、ステップ３０３は発電電力設定手段１１０、ステップ３０４はバッテリ状態算出部１３０、ステップ３０５〜３０７、３０８は発電中断判定手段１１１、ステップ３０９は発電電流算出手段１１２、ステップ３１０〜３１３は発電電流制御手段１１３で実行される。
以上の一連の処理により、燃焼発電を実行する場合は、内燃機関１０１の所定の動作領域で、所定の発電電力で、アイドルストップ後のバッテリ１０５の放電量を回収するまで発電することができる。また、燃焼発電を実行しない場合は、バッテリ１０５を許容電流の範囲内で放電することができる。
尚、上記ではバッテリのＳＯＣが燃焼発電中断ＳＯＣを超えた場合に燃焼発電を中断させているが、バッテリのＳＯＣが燃焼発電中断ＳＯＣに達した(等しくなった)場合に燃焼発電を中断させてもよい。
また、ここでは発電機側の制御処理のみを示すが、燃焼発電による車両の駆動トルク変化については、内燃機関側の制御処理として、発電量に応じたトルク分をスロットル開度や点火時期の変更により補うことでドライバーの違和感を防止できることは言うまでもない。
上記のようなこの発明の実施の形態１における車両の発電装置によれば、発電を行う内燃機関の動作領域だけでなくバッテリのＳＯＣを考慮することで、バッテリのＳＯＣが前回アイドルストップ開始ＳＯＣに達すれば燃焼発電を中断することができ、以降は内燃機関が燃料消費を伴う過剰な発電を行わず、燃焼発電による回生電力量の低下を最小限に留め、発電に消費される燃料量を低減することができる。
実施の形態２．
前述の実施の形態１における車両の発電装置では、バッテリのＳＯＣが前回アイドルストップ開始ＳＯＣに達すれば燃焼発電を中断するが、実施の形態２における車両の発電装置では、アイドルストップ後のバッテリの充電電力量が同期間のバッテリの放電電力量を超えれば、燃焼発電を中断する。即ち、アイドルストップ後の車両の電力消費量を回生発電および燃焼発電により回収した時点で燃焼発電を中断する。
実施の形態２における車両の発電装置を搭載した内燃機関の概略構成図は図１と基本的に同じである。実施の形態２における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートは実施の形態１における図２と基本的に同じであるが、燃焼発電を中断する制御動作の内容が異なる。実施の形態２における発電制御装置の燃焼発電実行処理を示すフローチャートは実施の形態１における図３と基本的に同じである。
以下、実施の形態１と異なる点を、図４に示す実施の形態２における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートを用いて説明する。図４において、(ａ)〜(ｈ)は図２のものと同じであり、(ｉ)はバッテリ充放電電力量を示す。図４において、実線４０１は車速を、実線４０２はバッテリの残存容量であるバッテリＳＯＣ(state of charge：充電率)を、実線４０３は回生電力量を示し、破線４１１はこの発明を適用しない場合(燃焼発電中断しない従来の場合)のバッテリのＳＯＣを、破線４１２はこの発明を適用しない場合(高ＳＯＣでのバッテリ充電受入性の低下)の回生電力量を示す。また鎖線４３１はバッテリのＳＯＣがこの値を超えれば燃焼発電を中断する上限ＳＯＣ(燃焼発電実行上限ＳＯＣ)を、鎖線４３２はバッテリのＳＯＣがこの値より下がれば燃焼発電を中断しない下限ＳＯＣ(燃焼発電中断下限ＳＯＣ)を、破線４４１は燃料消費量の増加に繋がる過剰発電を示す。
点線４２１はアイドルストップ開始後のバッテリ１０５の放電電力量を、実線４２２は同期間のバッテリ１０５の充電電力量を示す。ここで、バッテリ１０５の放電電力量と充電電力量は電流センサ１０７で検出されるバッテリ１０５のマイナス端子を流れる電流(充放電電流)の向きで電力を分けて積算することで算出し、電力はバッテリ電流とバッテリ電圧を乗算して算出する。これらはバッテリ状態算出部１３０の充放電量算出手段１３２で演算して求められる。
時刻ｔ１では、所定の車速以下でアイドルストップを開始すると同時にバッテリ１０５の放電電力量４２１と充電電力量４２２の演算を開始する。時刻ｔ２では、アイドルストップを解除すると同時に内燃機関１０１が再始動し、期間ｔ３と期間ｔ４で内燃機関１０１の動作点が燃焼発電実行動作領域にあると判定すれば燃焼発電を行うことでバッテリ１０５の充電電力量４２２が増加する。一方でバッテリ１０５の放電電力量４２１は時刻ｔ１以降、燃焼発電または回生発電を行わない区間で増加する。時刻ｔ１から期間ｔ４の終了までの間、バッテリ１０５の充電電力量は放電電力量を超えないため、燃焼発電中断判定(充電電力量＞放電電力量)が成立せず、内燃機関１０１の動作点が燃焼発電実行動作領域内で燃焼発電を行う。
続いて期間ｔ５では、車両の減速と共に回生発電を行うことでバッテリ１０５の充電電力量４２２が放電電力量４２１を超えて、燃焼発電中断判定が成立する。即ち、期間ｔ５内の時点で、アイドルストップ後の車両の電力消費量を回生発電および燃焼発電により回収することで燃焼発電中断判定が成立する。ここで、燃焼発電中断判定はアイドルストップ後に１回成立すれば次回アイドルストップ実行まで成立結果を保持してもよいし、１回目の成立後にバッテリ１０５の充電電力量が放電電力量以下になれば不成立とすることで、再びバッテリ１０５の充電電力量が放電電力量を超えるまで内燃機関１０１の動作点が燃焼発電実行動作領域内で燃焼発電を実行してもよい。
尚、ここではバッテリ１０５の充放電電力量を分けて算出する形態を示すが、バッテリ１０５の充電電力量と放電電力量の差分を制御周期毎に算出し、この差分が所定量以下になれば燃焼発電を中断してもよい。また、ここではこの発明が対象とするバッテリ１０５の他に電源を備えない形態を示すが、アイドルストップ実行中にこの電源によりバッテリ１０５が充電され、バッテリ１０５の充電電力量が放電電力量を超える場合は、時刻ｔ２以前に燃焼発電中断判定が成立し、以後の燃焼発電を実行しないことは言うまでもない。
なお、充電電力量、放電電力量、およびこれらの差分はバッテリ状態算出部１３０の充放電量算出手段１３２で演算して求められる。
また、上記では充電電力量が放電電力量を超えた場合に燃焼発電を中断させているが、充電電力量が放電電力量と同量(等しくなった)になった場合に燃焼発電を中断させてもよい。
上記のようなこの発明の実施の形態２における車両の発電装置によれば、発電を行う内燃機関の動作領域だけでなくバッテリの充放電電力量を考慮することで、アイドルストップ後の車両の電力消費量の回収と同時に燃焼発電を中断することができ、以降は内燃機関が燃料消費を伴う過剰な発電を行わず、燃焼発電による回生電力量の低下を最小限に留め、発電に消費される燃料量を低減することができる。尚、この発明の実施の形態２における車両の発電装置ではバッテリの充放電量の単位を電力量としたが、この単位を電気量とした場合はこの発明の実施の形態１における車両の発電装置と同じ働きを行うことができる。
実施の形態３．
前述の実施の形態２における車両の発電装置では、アイドルストップ後のバッテリの充電電力量が同期間の放電電力量を超えれば(または同量に達すれば)燃焼発電を中断するが、実施の形態３における車両の発電装置では、アイドルストップ後のバッテリの充電電力量がアイドルストップ後再始動までのバッテリの放電電力量を超えれば(または同量に達すれば)、燃焼発電を中断する。即ち、アイドルストップ実行中にバッテリから持ち出された電力量を回生発電および燃焼発電により回収した時点で燃焼発電を中断する。
実施の形態３における車両の発電装置を搭載した内燃機関の概略構成図は図１と基本的に同じである。実施の形態３における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートは実施の形態２における図４と基本的に同様であるが、燃焼発電を中断する制御動作の内容が異なる。実施の形態３における発電制御装置の燃焼発電実行処理を示すフローチャートは実施の形態１における図３と基本的に同じである。
以下、実施の形態２と異なる点を、図５に示す実施の形態３における発電制御装置の制御動作を示すタイミングチャートを用いて説明する。図５において、(ａ)〜(ｈ)は図２のものと同じであり、(ｉ)はバッテリ充放電電力量を示す。図５において、実線５０１は車速を、実線５０２はバッテリの残存容量であるバッテリＳＯＣ(state of charge：充電率)を、実線５０３は回生電力量を示し、破線５１１はこの発明を適用しない場合(燃焼発電中断しない従来の場合)のバッテリのＳＯＣを、破線５１２はこの発明を適用しない場合(高ＳＯＣでのバッテリ充電受入性の低下)の回生電力量を示す。また鎖線５３１はバッテリのＳＯＣがこの値を超えれば燃焼発電を中断する上限ＳＯＣ(燃焼発電実行上限ＳＯＣ)を、鎖線５３２はバッテリのＳＯＣがこの値より下がれば燃焼発電を中断しない下限ＳＯＣ(燃焼発電中断下限ＳＯＣ)を、破線５４１は燃料消費量の増加に繋がる過剰発電を示す。
点線５２１はアイドルストップ開始後、再始動判定成立までのバッテリ１０５の放電電力量を、実線５２２はアイドルストップ開始後のバッテリ１０５の充電電力量を示す。ここで、再始動判定はアイドルストップ解除と同時に内燃機関１０１が再始動することで内燃機関１０１が所定の回転数(例えば５００ｒ／ｍｉｎ)を超えれば成立する。
時刻ｔ１では、所定の車速以下でアイドルストップを開始すると同時にバッテリ１０５の放電電力量５２１と充電電力量５２２の演算を開始する。時刻ｔ２では、アイドルストップを解除すると同時に内燃機関１０１が再始動し、再始動判定が成立すればバッテリ１０５の放電電力量の演算を停止する。期間ｔ３では、内燃機関１０１の動作点が燃焼発電実行動作領域にあると判定すれば燃焼発電を行うことでバッテリ１０５の充電電力量が増加する。期間ｔ４では、期間ｔ３と同様に燃焼発電を行うことで、例えばバッテリ１０５の充電電力量５２２は再始動判定成立までの放電電力量５２１を超え、燃焼発電中断判定(充電電力量＞放電電力量)が成立する。
即ち、期間ｔ４内のある時点で、アイドルストップ実行中にバッテリ１０５から持ち出された電力量(内燃機関の再始動に消費された電力量を含む)を回生発電および燃焼発電により回収することで燃焼発電中断判定が成立する。燃焼発電中断後のバッテリ１０５のＳＯＣは燃焼発電を中断しない場合に比して低くなるが、期間ｔ５までの間に燃焼発電中断下限ＳＯＣ５３２より下がらず、期間ｔ５では燃焼発電を中断しない場合に比してバッテリ１０５の充電受入性が高く、回生発電を行うことで同じＳＯＣに到達する。尚、ここではバッテリ１０５の充放電電力量を分けて算出する形態を示すが、バッテリ１０５の充電電力量と放電電力量の差分を制御周期毎に算出し、この差分が所定量以下になれば燃焼発電を中断してもよい。
なお、充電電力量、放電電力量、およびこれらの差分はバッテリ状態算出部１３０の充放電量算出手段１３２で演算して求められる。
なお、上記では充電電力量が放電電力量を超えた場合に燃焼発電を中断させているが、充電電力量が放電電力量と同量(等しくなった)に達した場合に燃焼発電を中断させてもよい。
上記のようなこの発明の実施の形態３における車両の発電装置によれば、発電を行う内燃機関の動作領域だけでなくバッテリの充放電電力量を考慮することで、アイドルストップ実行中にバッテリから持ち出された電力量の回収と同時に燃焼発電を中断することができ、以降は内燃機関が燃料消費を伴う過剰な発電を行わず、燃焼発電による回生電力量の低下を最小限に留め、発電に消費される燃料量を低減することができる。尚、この発明の実施の形態３における車両の発電装置ではバッテリの充放電量の単位を電力量としたが、この単位を電気量またはＳＯＣとしてもよい。
産業上の利用の可能性
この発明による車両の発電装置は、各種車両の内燃機関制御装置に適用可能であり、同様な効果を奏する。
１０１ 内燃機関、１０２ 発電機、１０２ａ，１０７，１０８ 電流センサ、１０３ 発電制御装置、１０４ 発電電圧調整装置、１０４ａ 発電電圧調整手段、１０５ バッテリ、１０６ 電気負荷、１０９ 発電実行動作領域判定手段、１１０ 発電電力設定手段、１１１ 発電中断判定手段、１１２ 発電電流算出手段、１１３ 発電電流制御手段、１２０ 発電制御部、１３０ バッテリ状態算出部、１３１ 充電率算出手段、１３２ 充放電量算出手段、１３３ 内部抵抗値算出手段、ＤＢ ドライブベルト、Ｍ 記憶手段(メモリ)、ＶＣ 車両状態情報。

Claims (10)

  1. 所定の車速以下でアイドルストップを行う車両において、
    内燃機関により駆動されて発電を行う発電機と、
    前記発電機の発電電力により充電されるバッテリと、
    前記内燃機関の発電に消費される燃料量を低減するように発電制御を行う発電制御装置と、
    を備え、
    前記発電制御装置が、
    前記バッテリの充放電状態を含む状態を求めるバッテリ状態算出部と、
    前記バッテリ状態算出部で求めた充放電状態に従ってアイドルストップ後の充電により前記バッテリの充電状態がアイドルストップ前の充電状態まで回復した時に、前記内燃機関が燃料消費を伴う発電を中断する発電制御部と、
    を含むことを特徴とする車両の発電装置。
  2. 前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段を備え、
    前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリ状態検出手段で検出された状態から前記バッテリの充電率を算出し、
    前記発電制御部が、アイドルストップ後の充電により前記バッテリの充電率がアイドルストップ開始時点の前記バッテリの充電率に達するまたは超えれば前記バッテリの充電状態の回復と判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
  3. 前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段を備え、
    前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの充放電電流からアイドルストップ後の前記バッテリの放電量と充電量を算出し、
    前記発電制御部が、アイドルストップ後の充電により前記バッテリの充電量が前記バッテリの放電量と同量に達すればまたは超えれば前記バッテリの充電状態の回復を判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
  4. 前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段を備え、
    前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの充放電電流からアイドルストップ後の前記バッテリの充電量と放電量の差分を算出し、
    前記発電制御部が、アイドルストップ後の充電により前記差分が所定量以下になれば前記バッテリの充電状態の回復を判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
  5. 前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段を備え、
    前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの充放電電流からアイドルストップ後再始動までの前記バッテリの放電量とアイドルストップ後の前記バッテリの充電量を算出し、
    前記発電制御部が、アイドルストップ後の充電により前記バッテリの充電量が前記バッテリの放電量と同量に達すればまたは超えれば前記バッテリの充電状態の回復を判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
  6. 前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段を備え、
    前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの充放電電流からアイドルストップ後再始動までの前記バッテリの放電量とアイドルストップ後の前記バッテリの充電量の差分を算出し、
    前記発電制御部が、アイドルストップ後の充電により前記差分が所定量以下になれば前記バッテリの充電状態の回復を判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
  7. 前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの充電率を算出し、
    前記発電制御部が、前記バッテリの充電率が所定の上限値を超えれば前記内燃機関が燃料消費を伴う発電を中断する、
    ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の車両の発電装置。
  8. 前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの充電率を算出し、
    前記発電制御部が、前記バッテリの充電率が所定の下限値より下がれば前記内燃機関が燃料消費を伴う発電を中断しない、
    ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の車両の発電装置。
  9. 前記バッテリ状態算出部が、前記バッテリの内部抵抗値を算出し、
    前記発電制御部が、前記バッテリの内部抵抗値が所定範囲外にあれば前記内燃機関が燃料消費を伴う発電を中断しない、
    ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の車両の発電装置。
  10. 内燃機関により駆動されて発電を行う発電機と、前記発電機の発電電力により充電されるバッテリとを備え、所定の車速以下でアイドルストップを行う車両において、前記内燃機関の発電に消費される燃料量を低減するように発電制御を行う車両の発電制御において、前記バッテリの充放電状態を検出し、検出された充放電状態に従ってアイドルストップ後の充電により前記バッテリの充電状態がアイドルストップ前の充電状態まで回復した時に前記内燃機関が燃料消費を伴う発電を中断することを特徴とする車両の発電制御方法。
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