JP6540722B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は車両等に搭載される電源装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の動力によって発電機での発電を行う際の制御に関する。
従来、例えば特許文献１に開示されているように、バッテリ（二次電池）を充電するためのオルタネータ（発電機）を備え、このオルタネータによって回生発電やエンジン（内燃機関）の動力による発電（燃料の燃焼による出力トルクを利用した発電であって、以下、燃料噴射発電という場合もある）を行ってバッテリを充電することが行われている。
また、この特許文献１では、直前の所定期間における回生発電量（回生された電力量）に応じて、バッテリの目標ＳＯＣ（State of Charge）の上下限値を変化させることが開示されている。具体的には、前記回生発電量が多い場合には目標ＳＯＣの上下限値を低くすると共にこの上下限値の間隔を大きくする。一方、前記回生発電量が少ない場合には目標ＳＯＣの上下限値を高くすると共にこの上下限値の間隔を小さくするようにしている。
特開２０１６−５４２５号公報
しかしながら、特許文献１にあっては、回生発電量が多い場合に目標ＳＯＣの下限値が低くなるため、バッテリの電力受け入れ性が高くなることによる燃料噴射発電での発電量（燃料噴射発電量）が増加し、燃料消費率の悪化に繋がる可能性がある。
本発明の発明者は、回生発電量を十分に得ることで燃料噴射発電量を減少させ、これによって燃料消費率の改善を図ることについて考察した。そして、燃料噴射発電を行う際の発電電圧を適正化することで、燃料消費率の改善を図ることができる点に着目した。
つまり、一般に燃料噴射発電を行う際にはバッテリのＳＯＣを目標ＳＯＣにするための発電電圧のフィードバック制御が行われるが、この燃料噴射発電を行う際の発電電圧の下限値（以下、下限電圧という）を下げ過ぎると、発電電圧が該下限電圧となった場合にはバッテリの充電が殆ど行われなくなり（または、バッテリの放電量が増加し）、前記フィードバック制御によって発電電圧が大きく上昇してしまう。この場合、その後に回生発電が行われる状況となっても、この回生発電の開始前にバッテリに充電分極が発生してしまって、十分な回生発電量が得られなくなることに本発明の発明者は着目した。そして、この下限電圧の適正化を図ることで、十分な回生発電量を得て、燃料噴射発電量を減少させ、これによって燃料消費率の改善を図ることができるといった新たな知見を得て本発明に至った。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の動力によって発電機での発電を行う際の下限電圧を適正化することで燃料消費率の改善を図ることができる電源装置を提供することにある。
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、二次電池を充電するための発電機と、該発電機に回生発電を行わせてその回生電力を前記二次電池に供給して充電を行う回生制御部と、前記二次電池の蓄電量に応じたフィードバック制御により設定された発電電圧によって内燃機関の動力による前記発電機の発電を行わせてその発電電力を前記二次電池に供給して充電を行う発電制御部とを備えた電源装置を前提とする。そして、この電源装置は、前記発電制御部が、前記回生制御部によって前記二次電池に供給された回生電力の回生量（回生発電量）に応じて、前記内燃機関の動力による前記発電機の発電を行わせる際の下限電圧を、前記内燃機関での燃料噴射量が最少となる電圧に可変設定するよう構成されていることを特徴とする。
この特定事項により、内燃機関の動力による発電機の発電を行わせる際の下限電圧の適正化を図ることで、回生発電の開始前に二次電池に充電分極が発生してしまうことを抑制でき（発電電圧のフィードバック制御に起因する充電分極を抑制でき）、回生発電時には十分な回生発電量を得ることが可能になる。これにより、内燃機関の動力による発電量を減少させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
また、前記発電制御部は、前記二次電池の温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて前記下限電圧を低く設定するよう構成されていることが好ましい。
二次電池の温度が高い場合、二次電池内での化学反応が活性化されて電力受け入れ性が高くなるため、それに応じて前記下限電圧を低く設定する。これにより、二次電池の温度に応じた適正な下限電圧（充電分極を抑制できる範囲においてできるだけ低い下限電圧）に設定することができ、内燃機関の動力による発電量を減少させて燃料消費率の改善を図ることができる。
また、前記発電制御部は、所定期間における回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が大きい場合にはこの回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が小さい場合に比べて前記下限電圧を低く設定するよう構成されていることが好ましい。
所定期間における回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が大きい場合、回生発電の開始前における二次電池の充電分極は十分に小さく、回生発電量が十分に得られる状況にある。このため、この所定期間における回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が大きい場合にはこの回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が小さい場合に比べて下限電圧を低く設定することが可能となり、これにより、内燃機関の動力による発電量を減少させて燃料消費率の改善を図ることができる。
また、前記回生制御部は、前記二次電池の温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて回生発電時の回生電圧を低く設定するよう構成されていることが好ましい。
二次電池の温度が高い場合、二次電池内での化学反応が活性化されて充放電電流が増加し、二次電池の劣化の進行度合いが大きくなる傾向にある。このため、二次電池の温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて回生発電時の回生電圧を低く設定し、これによって充放電電流の増加を抑制して二次電池の劣化の進行度合いを小さくし、二次電池の長寿命化を図るようにしている。また、二次電池の温度が低い場合にはこの温度が高い場合に比べて回生発電時の回生電圧を高く設定することになるため、二次電池内での化学反応の活性が低い低温時であっても回生発電量を十分に得ることで二次電池の蓄電量を十分に確保することが可能になる。
本発明では、二次電池に供給された回生電力の回生量に応じて、内燃機関の動力による発電機の発電を行わせる際の下限電圧を、内燃機関での燃料噴射量が最少となる電圧に可変設定するようにしている。これにより、回生発電の開始前に二次電池に充電分極が発生してしまうことを抑制でき、回生発電時には十分な回生発電量を得ることが可能になって、内燃機関の動力による発電量を減少させることができ燃料消費率の改善を図ることができる。
実施形態に係る電源装置を備えた車両制御装置のシステム構成図である。 発電電圧のフィードバック制御を説明するためのバッテリＳＯＣおよび発電電圧の推移の一例を示す図である。 発電電圧の下限電圧と回生発電量との関係の一例を示す図である。 発電電圧の下限電圧と燃料噴射発電量との関係の一例を示す図である。 下限電圧設定動作の手順を示すフローチャート図である。 下限電圧マップの一例を示す図である。 回生電圧設定動作の手順を示すフローチャート図である。 回生電圧マップの一例を示す図である。 実施形態によって発電電圧の下限電圧が設定された場合における、車速、燃料噴射量、発電電圧の推移の一例を示すタイミングチャート図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両に搭載された電源装置として本発明を適用した場合について説明する。
−電源装置の概略構成−
図１は、本実施形態に係る電源装置１を備えた車両制御装置１００のシステム構成図である。この電源装置１は、主要な構成として、バッテリ（補機バッテリ）１０と、オルタネータ（発電機）２０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０とを備えている。
バッテリ１０は、車両に搭載された充放電可能な二次電池であり、例えば鉛蓄電池である。なお、バッテリ１０は、鉛蓄電池に限らず、他の種類の二次電池であってもよい。
バッテリ１０に接続された正極線および負極線のうち一方には、電流センサ１２が取り付けられている。この電流センサ１２は、バッテリ１０の充放電電流を検出し、その検出値に応じた出力信号をＥＣＵ３０に出力する。また、ＥＣＵ３０には、前記電流センサ１２の他、バッテリ１０の温度を検出する温度センサ１３、および、バッテリ１０の端子間電圧を検出する電圧センサ１４が接続されており、これらのセンサ１３，１４の検出値に応じた出力信号がＥＣＵ３０に出力されるようになっている。
バッテリ１０は、車載機器４０に電力を供給する。車載機器４０としては、例えば、空調装置、カーオーディオ、ナビゲーション装置等である。また、バッテリ１０は、オルタネータ２０が発電した電力（後述する回生発電による電力およびエンジン５０の動力を利用した発電（燃料噴射発電）による電力）によって充電される。
オルタネータ２０は、エンジン（内燃機関）５０の動力を用いて発電可能に構成されている。具体的に、このオルタネータ２０は、ステータとロータとの間の電磁誘導により交流電流を発生させる交流発電機、交流電流を直流電流に変換する変換器等を有する。オルタネータ２０には、オルタネータ２０のロータの電磁石（フィールドコイル）に供給する電流（励磁電流）を調整し、交流発電機の発電電圧を制御するＩＣレギュレータ２２が取り付けられている。また、オルタネータ２０のロータは、エンジン５０のクランクシャフトにベルトやプーリを介して動力伝達可能に連繋されている。ＩＣレギュレータ２２に対する制御信号は前記ＥＣＵ３０から出力される。
ＩＣレギュレータ２２は、交流発電機の発電電圧を、ＥＣＵ３０から出力される制御信号が示す電圧値と比較するコンパレータ、および、コンパレータの出力に基づいてオン／オフするトランジスタ等を有する。交流発電機の発電電圧が、制御信号が示す電圧値を下回っている場合、トランジスタがオン信号を出力し、フィールドコイルに励磁電流が流れて起電力が生じ、交流発電機の発電電圧が上昇する。一方、交流発電機の発電電圧が、制御信号が示す電圧値を上回っている場合、トランジスタがオフ信号を出力し、フィールドコイルに励磁電流が流れなくなり、交流発電機の発電電圧が下降する。係る構成によって、ＩＣレギュレータ２２は、オルタネータ２０の発電電圧を所望の電圧に制御することができる。
ＥＣＵ３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピュータであり、その他、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の記憶装置、Ｉ／Ｏポート、タイマ、カウンタ等を備えている。
ＥＣＵ３０には、前記電流センサ１２、温度センサ１３および電圧センサ１４の他に、図示しないスロットル開度センサ、アクセル開度センサ、クランクポジションセンサ、ブレーキセンサ等のセンサ群が接続されている。これらのセンサ群は、検出値に応じた出力信号をＥＣＵ３０に出力する。
また、ＥＣＵ３０は、前記電流センサ１２から入力された電流値を積算することによって、バッテリ１０のＳＯＣ（以下、バッテリＳＯＣという場合もある）を算出する。なお、バッテリＳＯＣは、温度センサ１３や電圧センサ１４からの出力信号に基づいて補正するようにしてもよい。
また、ＥＣＵ３０は、前記センサ群からの出力信号および前記バッテリＳＯＣに基づき、オルタネータ２０の発電電圧を算出し、上述した制御信号としてＩＣレギュレータ２２に出力する。このオルタネータ２０の発電電圧は、後述するフィードバック制御によって調整される。ＥＣＵ３０は、バッテリＳＯＣの管理としてフィードバック制御（バッテリ１０の蓄電量に応じたフィードバック制御）を実施する。このフィードバック制御は、前記オルタネータ２０による発電（特に燃料噴射発電）を行う際の発電電圧（発電指示電圧）をバッテリＳＯＣ等に応じて調整するものである。具体的には、目標とするバッテリＳＯＣ（以下、目標ＳＯＣという）に対して実際のバッテリＳＯＣが高い場合には発電電圧を低く設定する制御信号がＥＣＵ３０からＩＣレギュレータ２２に出力される。一方、目標ＳＯＣに対して実際のバッテリＳＯＣが低い場合には発電電圧を高く設定する制御信号がＥＣＵ３０からＩＣレギュレータ２２に出力される。ここで、前記目標ＳＯＣは適宜設定される（例えば９０％に設定される）。
図２は、バッテリＳＯＣおよび発電電圧の推移の一例を示す図である。この図２に示すように、発電電圧は、目標ＳＯＣと実際のバッテリＳＯＣとの偏差に応じて、上限電圧（例えば１３．５Ｖ）と下限電圧（例えば１２．５Ｖ）との間で調整される。図２におけるタイミングｔ１からタイミングｔ２の期間では、実際のバッテリＳＯＣが目標ＳＯＣよりも高いため、その偏差に応じて発電電圧は比較的低く設定され、発電量（燃料噴射発電量）が減少する。つまり、この偏差が大きいほど発電電圧は低く設定されることになる。また、図２におけるタイミングｔ２以降の期間では、実際のバッテリＳＯＣが目標ＳＯＣよりも低いため、その偏差に応じて発電電圧は比較的高く設定され、発電量が増加する。つまり、この偏差が大きいほど発電電圧は高く設定されることになる。なお、本実施形態にあっては、前記下限電圧は固定値ではなく、後述する回生発電量（より具体的には、後述する平均回生発電量）に応じて設定されるものとなっている。この下限電圧の設定動作については後述する。
また、このフィードバック制御では、車両の減速時には、減速回生（回生発電）により積極的にバッテリ１０を充電して燃料消費率の改善を図るために、ＥＣＵ３０は、オルタネータ２０の発電電圧（発電指示電圧）を、例えば１４．８Ｖ等の比較的高い値に設定する。なお、本実施形態にあっては、前記回生発電における発電電圧（以下、回生電圧という）も固定値ではなく、後述する充放電電流積算値に応じて設定されるものとなっている。この回生電圧の設定動作についても後述する。
このオルタネータ２０の回生発電は前記ＥＣＵ３０からの回生発電指令信号に基づいて実行される。このため、ＥＣＵ３０において、前記回生発電を行わせる機能部分が本発明でいう回生制御部（発電機に回生発電を行わせてその回生電力を二次電池に供給して充電を行う回生制御部）として構成されている。
−発電電圧の下限電圧設定動作−
次に、本実施形態の特徴である燃料噴射発電における発電電圧の下限電圧の設定動作について説明する。
前述したように、特許文献１では、回生発電量が多い場合に目標ＳＯＣの下限値が低くなるため、バッテリの電力受け入れ性が高くなることによる燃料噴射発電量が増加し、燃料消費率の悪化に繋がる可能性があった。また、この特許文献１にあっては、バッテリに対する電力の収支としては充電傾向となってしまうため、バッテリの劣化が進みやすいものとなっていた。
本実施形態は、これらの点に鑑み、エンジン５０の燃料消費率の改善およびバッテリ１０の劣化の抑制を図るようにしたものである。具体的には、エンジン５０の動力による燃料噴射発電を行う際の発電電圧（より具体的には発電電圧の下限電圧）を適正化することで、前記の課題を解消するようにしたものである。
つまり、本発明の発明者は、燃料噴射発電を行う際の発電電圧の下限値（下限電圧）を下げ過ぎると、発電電圧が該下限値となった場合にはバッテリ１０の充電が殆ど行われなくなり（または、バッテリ１０の放電量が増加し）、前記フィードバック制御（バッテリＳＯＣを目標ＳＯＣにするための発電電圧のフィードバック制御）によって発電電圧が大きく上昇してしまい、その後に回生発電が行われる状況となっても、この回生発電の開始前にバッテリ１０に充電分極が発生してしまって、十分な回生発電量が得られなくなることに着目した。そして、この下限電圧の適正化を図ることで、十分な回生発電量を得て、燃料噴射発電量を減少させ、これによって燃料消費率の改善を図ることができるといった新たな知見を得た。
図３は、燃料噴射発電を行わせる際の発電電圧の下限電圧と回生発電を行わせる際の回生発電量との関係の一例を示す図である。この図３における発電電圧の下限電圧と回生発電量との関係は実験またはシミュレーションによって求められたものである。この図３に示すように、発電電圧の下限電圧を低下させていくに従って燃料噴射発電量が減少していくことで回生発電量は増加していくものの、この下限電圧が所定値以下の範囲では、下限電圧が低下していくに従って回生発電量は減少していく。これは、前述した充電分極の発生に起因するものであると推定できる。このように、下限電圧の低下に対して回生発電量が増加する効果が飽和する下限電圧の値が存在している。このため、充電分極が発生しない範囲でできるだけ低い下限電圧に設定すれば回生発電量を最も多くできて、エンジン５０での燃料噴射量を最少にすることが可能となる。
また、図４は、燃料噴射発電を行わせる際の発電電圧の下限電圧と燃料噴射発電を行わせる際の燃料噴射発電量との関係の一例を示す図である。この図４における発電電圧の下限電圧と燃料噴射発電量との関係も実験またはシミュレーションによって求められたものである。この図４に示すように、発電電圧の下限電圧を低下させていくに従って燃料噴射発電量は減少していくものの、この下限電圧が所定値以下の範囲では、下限電圧が低下していくに従って燃料噴射発電量は増加していく。これは、回生発電量はオルタネータ２０やバッテリ１０の性能に応じてある程度決まるため、下限電圧を下げ過ぎると、放電量が増加してしまって燃料噴射発電量が増加してしまうためであると推定できる。このように、下限電圧の低下に対して燃料噴射発電量が減少する効果が飽和する下限電圧の値が存在している。このため、燃料噴射発電量が増加しない範囲（下限電圧を低下させていくに従って燃料噴射発電量が減少していく範囲）でできるだけ低い下限電圧に設定すればエンジン５０での燃料噴射量を最少にすることが可能となる。
以上のように、燃料噴射発電量を最少化できる下限電圧は、回生発電量の大小によって変化するものであることを本発明の発明者は見出した。そして、本実施形態では、この点に鑑み、バッテリ１０に供給された回生電力の回生量に応じて、エンジン５０の動力によるオルタネータ２０の発電（燃料噴射発電）を行わせる際の下限電圧を、エンジン５０での燃料噴射量が最少となる電圧（燃料噴射発電量が最少となる下限電圧）に可変設定するようにしている。具体的には、バッテリ１０に供給された回生電力の回生発電量（後述する平均回生発電量）が少ないほど、燃料噴射発電を行わせる際の下限電圧を低く設定することで、前記充電分極が発生しない範囲でできるだけ低い下限電圧に設定して燃料噴射発電量が最少となるようにしている。
このような下限電圧の設定動作は前記ＥＣＵ３０によって実行される。このため、ＥＣＵ３０において、前記下限電圧を設定する機能部分が本発明でいう発電制御部（フィードバック制御により設定された発電電圧によって内燃機関の動力による発電機の発電を行わせてその発電電力を二次電池に供給して充電を行うと共に、二次電池に供給された回生電力の回生量に応じて、内燃機関の動力による発電機の発電を行わせる際の下限電圧を、内燃機関での燃料噴射量が最少となる電圧に可変設定する発電制御部）として構成されている。
次に、前記下限電圧の設定動作の手順について図５のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン５０の始動後、所定のサイクルタイムで繰り返し実行される。
先ず、ステップＳＴ１では、エンジン５０のフューエルカット（燃料噴射の停止）が開始されたか否かが判定される。このフューエルカットの開始条件は、例えばエンジン５０の回転速度が所定値以上で且つアクセルＯＦＦ操作された場合に成立する。エンジン５０の回転速度は前記クランクポジションセンサからの出力信号に基づいて算出される。また、アクセル操作量は前記アクセル開度センサからの出力信号によって検知される。
エンジン５０のフューエルカットが開始されておらず、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、そのままリターンされる。この場合、現在設定されている発電電圧の下限電圧（初期値として設定された下限電圧または前回ルーチンで設定された下限電圧）が維持される。つまり、発電電圧の下限電圧を更新することなく、燃料噴射発電を行わせる際の下限電圧を現在設定されている値に維持する。
エンジン５０のフューエルカットが開始され、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、前記ＥＣＵ３０に予め備えられたタイマを始動させる。このタイマは、始動後、例えば数ｓｅｃ後にタイムアップするものである。
タイマが始動された後、ステップＳＴ３に移り、前記フューエルカットの開始に伴う車両の減速回生（回生発電）による回生発電量を積算する。つまり、後述するステップＳＴ４でタイマがタイムアップするまでの期間中における回生発電量を積算していく。また、前記タイマ始動後における回生電流の最大値（ＭＡＸ回生電流）を検出する。つまり、後述するステップＳＴ４でタイマがタイムアップするまでの期間中におけるＭＡＸ回生電流を更新していく。前記回生発電量は、前記電流センサ１２からの出力信号、前記電圧センサ１４からの出力信号等に基づいて算出される。例えば、計算式「回生電流×バッテリ電圧」によって算出される。また、ＭＡＸ回生電流は、前記電流センサ１２からの出力信号に基づいて算出される。
ステップＳＴ４ではタイマがタイムアップしたか否かを判定する。タイマが未だタイムアップしておらず、ステップＳＴ４でＮＯ判定されている期間中は、ステップＳＴ３の動作を継続する。つまり、回生発電量を積算していくと共にＭＡＸ回生電流を更新していく。
タイマがタイムアップし、ステップＳＴ４でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ５に移り、前記積算された回生発電量（以下、回生発電量積算値という）を前記ＲＡＭに記憶すると共に、前記ＭＡＸ回生電流の値（タイマがタイムアップするまでの期間中における回生電流の最大値；以下、単にＭＡＸ回生電流値という）を前記ＲＡＭに記憶する。
その後、ステップＳＴ６に移り、直近のＮ回分（例えば１０回分）の回生発電量積算値（前記タイマがタイムアップする毎に記憶された回生発電量積算値のＮ回分の値）の平均値（平均回生発電量；回生発電量積算値の移動平均）を算出すると共に、直近のＮ回分のＭＡＸ回生電流値（前記タイマがタイムアップする毎に記憶されたＭＡＸ回生電流値のＮ回分の値）の平均値（平均ＭＡＸ回生電流値；ＭＡＸ回生電流値の移動平均）を算出する。
その後、ステップＳＴ７に移り、前記平均ＭＡＸ回生電流値およびバッテリ温度に応じた下限電圧マップを抽出する。下限電圧マップは、前記平均回生発電量に応じて発電電圧の下限電圧を規定するためのマップであって、前記平均ＭＡＸ回生電流値およびバッテリ温度に応じた複数の下限電圧マップが前記ＲＯＭに記憶されている。また、この下限電圧マップは、平均回生発電量に応じ、エンジン５０の燃料噴射量を最少とする（燃料噴射発電量を最少とする）発電電圧の下限電圧を実験またはシミュレーションによって求めることで作成（適合）されたものである。
図６は、一つの下限電圧マップ（所定の平均ＭＡＸ回生電流値および所定のバッテリ温度における下限電圧マップ）の一例を示す図である。この図６に示すように、下限電圧マップは、横軸が平均回生発電量であり、縦軸が下限電圧となっている。そして、平均回生発電量が多いほど下限電圧を低く設定するようになっている。
つまり、この下限電圧マップは、平均回生発電量が多く燃料噴射発電量が比較的少なくできる状況にあっては下限電圧を低く設定することで、燃料噴射発電量を減少させて燃料消費率の改善を図るマップとなっている。また、この下限電圧マップは、平均回生発電量が少なくなっている状況では前記充電分極が発生し難くなるように下限電圧を高く設定するマップとなっている。
このような下限電圧マップが、前記平均ＭＡＸ回生電流値およびバッテリ温度それぞれに応じて複数記憶されている。各下限電圧マップは、平均回生発電量が同じであっても、平均ＭＡＸ回生電流値が大きいほど、また、バッテリ温度が高いほど下限電圧を低く規定するものとなっている。つまり、平均ＭＡＸ回生電流値が大きい場合にはこの平均ＭＡＸ回生電流値が小さい場合に比べて前記下限電圧を低く設定するものとなっている（本発明でいう発電制御部の動作）。また、バッテリ温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて前記下限電圧を低く設定するものとなっている（同じく、本発明でいう発電制御部の動作）。
平均ＭＡＸ回生電流値が大きいほど下限電圧を低く設定する理由は、平均ＭＡＸ回生電流値が大きい場合、回生発電の開始前におけるバッテリ１０の充電分極は十分に小さく、回生発電量が十分に得られる状況にあるため、この平均ＭＡＸ回生電流値が大きい場合にはこの平均ＭＡＸ回生電流値が小さい場合に比べて下限電圧を低く設定することが可能となり、これにより、燃料噴射発電量を減少させて燃料消費率の改善を図るためである。
また、バッテリ温度が高いほど下限電圧を低く設定する理由としては、バッテリ温度が高い場合、バッテリ１０内での化学反応が活性化されて電力受け入れ性が高くなるため、それに応じて下限電圧を低く設定したものである。つまり、バッテリ温度に応じた適正な下限電圧（充電分極を抑制できる範囲においてできるだけ低い下限電圧）に設定することができ、燃料噴射発電量を減少させて燃料消費率の改善を図ることができるようにするためである。
また、下限電圧に対する平均回生発電量および平均ＭＡＸ回生電流値の影響度合いを比較した場合、平均回生発電量は、走行環境、気候、バッテリ１０およびオルタネータ２０の性能それぞれの影響を大きく受ける。また、平均ＭＡＸ回生電流値は、バッテリ１０およびオルタネータ２０の性能の影響を大きく受ける。つまり、平均ＭＡＸ回生電流値の方が走行環境および気候の影響を受け難く発電ポテンシャルが高くなっている。このため、下限電圧を変化させる際の影響度合いは、平均回生発電量よりも平均ＭＡＸ回生電流値の方を大きくしている。
前記ステップＳＴ７で下限電圧マップが抽出された後、ステップＳＴ８に移り、この抽出した下限電圧マップから下限電圧を読み出す。つまり、抽出した下限電圧マップに、前記ステップＳＴ６で算出した平均回生発電量を当て嵌めて下限電圧を読み出す。
そして、ステップＳＴ９では、この読み出された下限電圧が、次回の燃料噴射発電が行われる際の下限電圧として設定される。例えばアクセルペダルの踏み込み操作が行われて車両が加速または定常走行する状況でオルタネータ２０による燃料噴射発電が行われる際に、この燃料噴射発電での発電電圧の下限電圧が、前記下限電圧マップから読み出された前記下限電圧に設定されることになる。
このようにして発電電圧の下限電圧が設定されるため、発電電圧のフィードバック制御によって発電電圧が大きく上昇することに起因するバッテリ１０の充電分極を抑制することができる。つまり、回生発電の開始前にバッテリ１０の充電分極が発生してしまうことを抑制でき、回生発電時には十分な回生発電量を得ることが可能になる。その結果、燃料噴射発電量を減少させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
−回生電圧設定動作−
次に、回生発電時における回生電圧の設定動作の手順について図７のフローチャートに沿って説明する。この回生電圧の設定動作は、バッテリ１０の過充電を防止してバッテリ１０の劣化を抑制するための動作である。このフローチャートも、エンジン５０の始動後、所定のサイクルタイムで繰り返し実行される。
先ず、ステップＳＴ１１では、バッテリ１０の充放電電流の積算開始タイミングとなったか否かが判定される。この充放電電流の積算開始タイミングは、例えば数十ｓｅｃ毎に訪れるタイミングとして予め設定されている。つまり、エンジン５０の始動後、この積算開始タイミングが訪れる度にステップＳＴ１２以降の動作が行われることになる。
充放電電流の積算開始タイミングではなく、ステップＳＴ１１でＮＯ判定された場合には、そのままリターンされる。この場合、現在設定されている回生電圧（初期値として設定された回生電圧または前回ルーチンで設定された回生電圧）が維持される。つまり、回生電圧を更新することなく、回生発電を行わせる際の回生電圧を現在設定されている値に維持する。
充放電電流の積算開始タイミングとなり、ステップＳＴ１１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、前記ＥＣＵ３０に予め備えられたタイマを始動させる。このタイマは、始動後、例えば数十ｓｅｃ（前記充放電電流の積算開始タイミングのサイクルよりも短い時間）後にタイムアップするものである。
タイマが始動された後、ステップＳＴ１３に移り、前記充放電電流を積算する。つまり、後述するステップＳＴ１４でタイマがタイムアップするまでの期間中におけるバッテリ１０の充放電電流を積算していく。この充放電電流は、前記電流センサ１２からの出力信号等に基づいて算出される。
ステップＳＴ１４ではタイマがタイムアップしたか否かを判定する。タイマが未だタイムアップしておらず、ステップＳＴ１４でＮＯ判定されている期間中は、ステップＳＴ１３の動作を継続する。つまり、バッテリ１０の充放電電流を積算していく。
タイマがタイムアップし、ステップＳＴ１４でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１５に移り、前記積算された充放電電流（充放電電流積算値）を前記ＲＡＭに記憶する。
その後、ステップＳＴ１６に移り、バッテリ温度に応じた回生電圧マップを抽出する。回生電圧マップは、前記充放電電流積算値に応じて回生電圧を規定するためのマップであって、前記バッテリ温度に応じた複数の回生電圧マップが前記ＲＯＭに記憶されている。また、この回生電圧マップは、充放電電流積算値に応じ、バッテリ１０の過充電を最少とする回生電圧を実験またはシミュレーションによって求めることで作成（適合）されたものである。
図８は、一つの回生電圧マップ（所定のバッテリ温度における回生電圧マップ）の一例を示す図である。この図８に示すように、回生電圧マップは、横軸が充放電電流積算値であり、縦軸が回生電圧となっている。そして、充放電電流積算値が高いほど回生電圧を低く設定するようになっている。
このような回生発電マップが、前記バッテリ温度に応じて複数記憶されている。各回生電圧マップにあっては、充放電電流積算値が同じであっても、バッテリ温度が高いほど回生電圧を低く設定するものとなっている。つまり、バッテリ温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて前記回生電圧を低く設定するものとなっている（本発明でいう回生制御部の動作）。
バッテリ温度が高いほど回生電圧を低く設定する理由は、バッテリ温度が高い場合、バッテリ１０内での化学反応が活性化されて充放電電流が増加し、バッテリ１０の劣化の進行度合いが大きくなる傾向となるため、バッテリ温度が高い場合にはこのバッテリ温度が低い場合に比べて回生発電時の回生電圧を低く設定し、これによって充放電電流の増加を抑制してバッテリ１０の劣化の進行度合いを小さくし、バッテリ１０の長寿命化を図るためである。また、回生電圧マップでは、バッテリ温度が低いほど回生電圧を高く規定するようになっている。これは、バッテリ温度が低い場合、バッテリ１０の電力受け入れ性が低くなってバッテリ１０に対する充放電の収支が悪化してしまう可能性があることを考慮し、回生電圧を高くすることで回生発電量を十分に得てバッテリ１０の蓄電量を十分に確保するためである。
前記ステップＳＴ１６で回生電圧マップが抽出された後、ステップＳＴ１７に移り、この抽出した回生電圧マップから回生電圧を読み出す。つまり、抽出した回生電圧マップに、前記ステップＳＴ１５で記憶した充放電電流積算値を当て嵌めて回生電圧を読み出す。
そして、ステップＳＴ１８では、この読み出された回生電圧が、次回の回生発電が行われる際の回生電圧として設定される。例えばアクセルＯＦＦ操作が行われて車両が減速する状況で、回生発電での回生電圧が、前記回生電圧マップから読み出された前記回生電圧に設定されることになる。
このようにして回生電圧が設定されるため、回生発電での充放電電流の増加を抑制し、バッテリ１０の劣化の進行度合いを小さくしてバッテリ１０の長寿命化を図ることができる。
図９は、本実施形態によって発電電圧の下限電圧が設定された場合における、車速、燃料噴射量、発電電圧の推移の一例を示すタイミングチャート図である。
この図９では、タイミングＴ０〜Ｔ１の期間、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間、タイミングＴ７以降の期間では車両が停車し、エンジン５０がアイドリングストップ状態となっている。このため、これらの期間では、燃料噴射量は「０」に設定されていると共に、発電量（燃料噴射発電量および回生発電量）も「０」となっている。
また、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間、タイミングＴ６〜Ｔ７の期間では車両が減速しており、減速回生（回生発電）が行われている。このため、これらの期間では、燃料噴射量は「０」に設定されていると共に、回生発電の発電電圧（回生電圧）が比較的高い値（例えば１４．８Ｖ）に設定されて、積極的に回生発電によるバッテリ１０の充電が行われている。
そして、タイミングＴ１〜Ｔ２の期間、タイミングＴ４〜Ｔ６の期間では車両が加速または定常走行しており、発電電圧が上限電圧（例えば１３．５Ｖ）と下限電圧（例えば１２．５Ｖ）の間で前記フィードバック制御によって調整されて燃料噴射発電が行われている。このため、これらの期間では、燃料噴射が実施されていると共に、燃料噴射発電の発電電圧の下限電圧が前述したように平均回生発電量に応じた値に設定されている。特に、タイミングＴ４〜Ｔ５の期間では、燃料噴射発電の発電電圧が下限電圧によって制限されており、この下限電圧未満の発電電圧とならないようにしている。そして、この下限電圧は、前述したように、前記充電分極の発生を抑制し十分な回生発電量が得られることで燃料噴射発電量を減少させる値として設定されている。
このようにタイミングＴ４〜Ｔ６の期間では、発電電圧が下限電圧によって制限されているため、前記発電電圧のフィードバック制御に起因して発電電圧が大きく上昇してしまうといったことがなくなり、この期間におけるバッテリ１０の充電分極の発生が抑制される。このため、その後の回生発電（タイミングＴ６〜Ｔ７での回生発電）での回生発電量が十分に得られることで、燃料噴射発電量を減少させることができ、これによって燃料消費率の改善を図ることができている。
以上説明したように、本実施形態では、燃料噴射発電を行わせる際の下限電圧の適正化を図ることで、回生発電の開始前にバッテリ１０に充電分極が発生してしまうことを抑制でき（発電電圧のフィードバック制御に起因する充電分極を抑制でき）、回生発電時には十分な回生発電量を得ることが可能になる。これにより、燃料噴射発電量を減少させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。また、目標ＳＯＣを変化させるものではない（特許文献１では回生発電量に応じて目標ＳＯＣを変化させている）ため、回生発電量の過大によるバッテリ１０の劣化を抑制することができ、また、ＳＯＣ過多に起因する回生効率の悪化を抑制することもできる。
また、本実施形態では、バッテリ温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて前記下限電圧を低く設定するようにしている。このため、バッテリ温度に応じた適正な下限電圧（充電分極を抑制できる範囲においてできるだけ低い下限電圧）に設定することができ、燃料噴射発電量を減少させて燃料消費率の改善を図ることができる。
また、本実施形態では、平均ＭＡＸ回生電流値が大きい場合にはこの平均ＭＡＸ回生電流値が小さい場合に比べて前記下限電圧を低く設定するようにしている。つまり、回生発電の開始前におけるバッテリ１０の充電分極が十分に小さい場合には、回生発電量が十分に得られる状況にあるとして前記下限電圧を低く設定している。これによっても、燃料噴射発電量を減少させて燃料消費率の改善を図ることができる。
また、本実施形態では、バッテリ温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて回生発電時の回生電圧を低く設定するようにしている。これにより、バッテリ１０の充放電電流の増加を抑制してバッテリ１０の劣化の進行度合いを小さくし、バッテリ１０の長寿命化を図ることができる。また、バッテリ温度が低い場合にはこの温度が高い場合に比べて回生発電時の回生電圧を高く設定することになるため、バッテリ１０内での化学反応の活性が低い低温時であっても回生発電量を十分に得ることでバッテリ１０の蓄電量を十分に確保することが可能になる。
−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲および当該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。
例えば、前記実施形態では、燃料噴射発電の下限電圧を、平均回生発電量、平均ＭＡＸ回生電流値、バッテリ温度をパラメータとして設定するようにしていた。本発明はこれに限らず、平均回生発電量および平均ＭＡＸ回生電流値のみをパラメータとして燃料噴射発電の下限電圧を設定するようにしてもよいし、平均回生発電量およびバッテリ温度のみをパラメータとして燃料噴射発電の下限電圧を設定するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、回生電圧を、充放電電流積算値およびバッテリ温度をパラメータとして設定するようにしていた。本発明はこれに限らず、充放電電流積算値のみをパラメータとして回生電圧を設定するようにしてもよい。
本発明は、燃料消費率の改善を図るための発電電圧の下限電圧の調整に適用可能である。
１ 電源装置
１０ バッテリ（二次電池）
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
２０ オルタネータ（発電機）
３０ ＥＣＵ
５０ エンジン（内燃機関）

Claims (4)

  1. 二次電池を充電するための発電機と、該発電機に回生発電を行わせてその回生電力を前記二次電池に供給して充電を行う回生制御部と、前記二次電池の蓄電量に応じたフィードバック制御により設定された発電電圧によって内燃機関の動力による前記発電機の発電を行わせてその発電電力を前記二次電池に供給して充電を行う発電制御部とを備えた電源装置において、
    前記発電制御部は、前記回生制御部によって前記二次電池に供給された回生電力の回生量に応じて、前記内燃機関の動力による前記発電機の発電を行わせる際の下限電圧を、前記内燃機関での燃料噴射量が最少となる電圧に可変設定するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１記載の電源装置において、
    前記発電制御部は、前記二次電池の温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて前記下限電圧を低く設定するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
  3. 請求項１または２記載の電源装置において、
    前記発電制御部は、所定期間における回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が大きい場合にはこの回生発電毎の回生電流の最大値の平均値が小さい場合に比べて前記下限電圧を低く設定するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
  4. 請求項１、２または３記載の電源装置において、
    前記回生制御部は、前記二次電池の温度が高い場合にはこの温度が低い場合に比べて回生発電時の回生電圧を低く設定するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
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