CN104015671B - 电池状态推定装置以及车辆的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池状态推定装置以及车辆的控制系统，即使在通过发电机来对电池进行充电的情况下，也不必利用电流传感器就能够对电池的剩余容量进行推定。电池状态推定装置(10)，设定相位角度θp，通过以三相交流发电机(12)的感应电压的相位为基准的相位角度θp的驱动信号S，来对将三相交流发电机(12)的三相的交流电流变换为直流电流以提供给电池(16)的驱动器电路(24)的多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)的通电／不通电的定时进行控制，并基于所设定的相位角度θp来推定电池(16)的充电状态。

Description

电池状态推定装置以及车辆的控制系统

技术领域

本发明涉及利用发电机对电池进行充电的电池状态推定装置以及车辆的控制系统。

背景技术

在如下所示的专利文献1中，记载了一种通过检测电动机的驱动占空比，并基于该占空比来推定电池的剩余容量，从而不需要用于检测电池的充电电流以及放电电流的充／放电电流传感器的技术。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：JP特开2001—4723号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

但是，在通过发电机对电池进行充电的情况下，无法使用上述专利文献1中记载的技术，因此为了检测电池的剩余容量，需要电流传感器。

因此，本发明的目的在于，提供一种即使在通过发电机对电池进行充电的情况下，也不使用电流传感器地对电池的剩余容量进行推定的电池状态推定装置以及车辆的控制系统。

【解决课题的手段】

本发明所涉及的电池状态推定装置(10)具有以下的特征。

第1特征；具备：三相交流发电机(12)，其具备转子和具有各相的绕组(20u、20v、20w)的定子；驱动器电路(24)，其通过多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)将从所述各相的绕组(20u、20v、20w)输出的三相的交流电流变换为直流电流来提供给电池(16)；和控制电路(30)，其设定对所述多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)指示通电／不通电的切换的驱动信号的相位角度，并通过以所述三相交流发电机(12)的感应电压的相位为基准的所述相位角度的所述驱动信号来对所述多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)的通电／不通电的定时进行控制，所述控制电路(30)基于所述相位角度来推定所述电池(16)的充电状态。

第2特征；具备存储了与所述三相交流发电机(12)的转数相应的所述相位角度的多个映射图(50、52、54)，所述控制电路(30)，在切换为规定的所述映射图(50、52、54)的情况下，判断为所述电池(16)的容量下降或恢复。

本发明所涉及的车辆的控制系统(11)具有以下的特征。

第3特征；车辆的控制系统(11)具备：所述电池状态推定装置(10)；和怠速停止控制装置(40)，其在规定条件成立时暂时使发动机停止，所述控制电路(30)具备怠速停止允许判断部(38)，该怠速停止允许判断部(38)在所设定的所述相位角度滞后了阈值以上的情况下，判断为电池容量下降，并禁止怠速停止控制。

第4特征；车辆的控制系统(11)具备：所述电池状态推定装置(10)；和怠速停止控制装置(40)，其在规定条件成立时暂时使发动机停止，所述控制电路(30)具备怠速停止允许判断部(38)，该怠速停止允许判断部(38)在所设定的所述相位角度比阈值超前的情况下，判断为确保了所述发动机能够重新起动的电池容量，并允许怠速停止控制。

第5特征；具备对所述驱动器电路(24)的输出电压进行检测的电压检测单元(28)，所述控制电路(30)，基于所述输出电压和目标电压，来设定所述相位角度，所述电压检测单元(28)、所述驱动器电路(24)、以及所述控制电路(30)搭载于发动机控制单元(14)。

【发明效果】

根据本发明的第1特征，由于基于所设定的驱动信号的相位角度来推定电池的充电状态，因此无需使用电流传感器就能够推定电池的剩余容量。

根据本发明的第2特征，在切换为规定的映射图的情况下，判定为电池的容量下降或恢复，因此电池的剩余容量的推定变得容易。

根据本发明的第3特征，在所设定的相位角度滞后了阈值以上的情况下，禁止怠速停止控制，因此能够容易地判定可否实施怠速停止控制。

根据本发明的第4特征，在所设定的相位角度比阈值超前的情况下，允许怠速停止控制，因此能够容易地判定可否实施怠速停止控制。

根据本发明的第5特征，电压检测单元、驱动器电路，以及控制电路搭载于发动机控制单元，因此电压检测单元、驱动器电路、以及控制电路的电路简化，能够紧凑地集中。

附图说明

图1是具备电池状态推定装置的车辆的控制系统的构成图。

图2A是表示由位置传感器检测出的与各相的绕组分别对应的旋转部的位置检测信号的波形的图，图2B是表示三相交流发电机的各相的感应电压的图，图2C是表示相位角度为0度时的提供给开关元件的驱动信号的图。

图3是表示根据输出电压和目标电压而设定的驱动信号的相位角度的概要的图。

图4是表示通过相位角度设定部设定的相位角度的时序图的一例的图。

图5是映射图的说明图。

具体实施方式

关于本发明所涉及的电池状态推定装置以及具备所述电池状态推定装置的车辆的控制系统，以下列举合适的实施方式，并参照附图详细进行说明。

图1是具备电池状态推定装置10的车辆的控制系统11的构成图。电池状态推定装置10，由作为控制部的发动机控制单元(ECU：Engine Control Unit)14将三相交流发电机(例如，AGC)12进行发电所得的三相(U相、V相、W相)的交流电流变换为直流电流，提供给作为二次电池的电池16、负载(摩托车的起动电动机、前灯等)18。

三相交流发电机12具备设置有磁铁的作为转子的旋转部(rotor)(图示略)、和具有三相的绕组20u、20v、20w的作为定子的固定部(stator)(图示略)，是一般所使用的发电机。在所述旋转部上，与三相的绕组20u、20v、20w对应地分别设置有所述磁铁。所述旋转部与未图示的车辆的发动机的曲柄轴连接，所述旋转部通过发动机的驱动力而旋转，三相交流发电机12产生电力。

在三相交流发电机12中设置有由霍尔IC等构成的位置传感器(位置检测单元)22。该位置传感器22检测与各相的绕组20u、20v、20w分别对应的所述旋转部的旋转位置。图2A表示由位置传感器22检测出的与各相的绕组20u、20v、20w分别对应的所述旋转部的位置检测信号的波形。在三相交流发电机12的运转稳定的情况下，如图2A所示，各相的位置检测信号，按照U相、V相、W相的顺序，相位每次移动120度。各相的位置检测信号的上升沿到下降沿的期间相当于半个周期(180度)。该各相的位置检测信号，如图2B所示，与三相交流发电机12的各相的感应电压同步。

发动机控制单元14的驱动器电路24，将三相交流发电机12所产生的三相的交流电流变换为直流电流。驱动器电路24具有6个开关元件(例如，MOSFET)26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb。该U相的开关元件26ua、26ub与绕组20u连接，V相的开关元件26va、26vb与绕组20v连接，W相的开关元件26wa、26wb与绕组20w连接。通过将各开关元件26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb设为接通／断开(通电／不通电)，驱动器电路24将交流电流变换为直流电流。发动机控制单元14的电压检测传感器(电压检测单元)28检测驱动器电路24的输出电压Vd。

三相交流发电机12的控制电路30对驱动器电路24进行驱动控制。详细而言，控制电路30具有生成驱动信号S的驱动器控制部32，该驱动信号S对驱动器电路24的多个开关元件26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb的接通／断开进行指示。将对U相的开关元件26ua的接通／断开进行指示的驱动信号S作为U相的驱动信号Su，将对V相的开关元件26va的接通／断开进行指示的驱动信号S作为V相的驱动信号Sv。同样，将对W相的开关元件26wa的接通／断开进行指示的驱动信号S作为W相的驱动信号Sw。

另外，对U相的开关元件26ub、V相的开关元件26vb、W相的开关元件26wb，输入使驱动信号Su、Sv、Sw翻转后的信号，因此关于对开关元件26ub、26vb、26wb输入的驱动信号S省略说明。

控制电路30具有对驱动信号S的相位角度θp进行设定的相位角度设定部34，驱动器控制部32通过以三相交流发电机12的感应电压的相位为基准的相位角度θp的驱动信号S，来对多个开关元件26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb的接通／断开定时进行控制。

若更具体地进行说明，则U相的开关元件26ua、V相的开关元件26va、以及W相的开关元件26wa的接通／断开定时，分别通过以三相交流发电机12的U相、V相、W相的感应电压的相位为基准的相位角度θp的驱动信号Su、Sv、Sw来控制。

该相位角度θp被设定为，使电压检测传感器28所检测出的驱动器电路24的输出电压Vd成为适合对电池16进行充电的目标电压Vt。若电池16的剩余容量下降，则由于提供给电池16的电流(充电电流)变大，因而驱动器电路24的输出电压Vd下降，反之若电池16被充电且剩余容量变高，则充电电流变小，因而驱动器电路24的输出电压Vd变高，而通过对相位角度θp进行控制，能够将输出电压Vd保持在目标电压Vt。

对该作为公知技术的相位角度的控制简单地进行说明，相位角度θp基于输出电压Vd和目标电压Vt而设定。如图3所示，对输出电压Vd和目标电压Vt进行比较，在输出电压Vd小于目标电压Vt的情况下，将U相的驱动信号Su的相位角度θp设定为相对于U相的感应电压滞后了的相位角度，在输出电压Vd大于目标电压Vt的情况下，将U相的驱动信号Su的相位角度θp设定为相对于U相的感应电压超前了的相位角度。另外，输出电压Vd和目标电压Vt的比较，按规定的周期来进行，因此相位角度θp的设定也按规定的周期来进行。

此时，根据输出电压Vd与目标电压Vt之差(差的绝对值)的大小，来改变使相位角度θp滞后或超前的量(相位角度θp的大小)。例如，在输出电压Vd小于目标电压Vt的情况下，且输出电压Vd与目标电压Vt之差较大的情况下，和输出电压Vd与目标电压Vt之差较小的情况相比，设定增大了滞后量的相位角度θp。该相位角度θp的大小也可以根据输出电压Vd的斜率(变动率的大小)来决定。另外，虽然仅对U相进行了说明，但对于V相、W相也进行同样的处理因此省略说明。

假设，在相位角度θp为0度的情况下，如图2C所示，提供给U相的开关元件26ua的驱动信号Su，与U相感应电压的波形(U相的位置检测信号)同步，提供给V相的开关元件26va的驱动信号Sv，与V相的感应电压(V相的位置检测信号)同步，提供给W相的开关元件26wa的驱动信号Sw，与W相的位置检测信号同步。

控制电路30还具备：基于相位角度设定部34所设定的相位角度θp来推定电池16的充电状态的电池状态推定部36；和基于电池状态推定部36所推定的电池16的充电状态，来对怠速停止控制进行禁止／允许的怠速停止允许判断部38。具体来说，怠速停止允许判断部38在通过电池状态推定部36判断出所设定的相位角度θp滞后了阈值θt以上的情况下，判断为电池容量下降从而禁止怠速停止控制，在判断出相位角度θp比阈值θt超前的情况下，判断为确保了发动机能够重新起动的电池容量从而允许怠速停止控制。

因为若电池16的剩余容量变多，则相位角度θp逐渐向超前侧转移，所以通过观察该相位角度θp就能够推定电池16的充电状态。此外，在相位角度θp滞后了阈值θt以上的状态下，由于在电池16中没有蓄积所述发动机的起动或者重新起动所需的电力，因此在这种状态时禁止怠速停止控制。

车辆的控制系统11还具备怠速停止控制装置40。怠速停止控制装置40，在规定条件(车速为规定速度以下，所述发动机的节流阀开度为规定开度以下，并且，进行了制动操作等的条件)成立时，执行怠速停止控制，即，暂时使所述发动机停止。怠速停止控制装置40仅在通过怠速停止允许判断部38允许了怠速停止控制的情况下，才执行怠速停止控制。

图4是表示由相位角度设定部34设定的相位角度θp的时序图的一例的图。在定时t1，若所述发动机利用电池16的电力而驱动，则三相交流发电机12进行发电。在图4所示的例子中，由于电池16的剩余容量较少，因此通过相位角度设定部34将相位角度θp设定在比阈值θt滞后的一侧，而若电池16被充电且剩余容量增加，则所设定的相位角度θp逐渐移动到超前侧。在相位角度θp滞后了阈值θt以上的情况下，能够推定为在电池16中没有蓄积所述发动机的重新起动等所需的电力，因此通过怠速停止允许判断部38禁止怠速停止控制。因此，在该情况下，即使规定条件成立也不进行怠速停止控制。

另一方面，在经过了相位角度θp成为阈值θt的定时t2之后，能够推定为在电池16中蓄积了所述发动机的重新起动等所需的电力，因此通过怠速停止允许判断部38允许怠速停止控制。因此，在该情况下，在规定条件成立的情况下执行怠速停止控制。

这样，由于电池状态推定部36基于所设定的驱动信号S的相位角度θp来推定充电状态，因此无需使用电流传感器就能够推定电池16的剩余容量。此外，怠速停止允许判断部38，在所设定的相位角度θp滞后了阈值θt以上的情况下禁止怠速停止控制，在比阈值θt超前的情况下允许怠速停止控制，因此能够容易地判断可否实施怠速停止控制。

此外，由于电压检测传感器28、驱动器电路24、以及控制电路30搭载于发动机控制单元14，因此电压检测传感器28、驱动器电路24、以及控制电路30的电路简化，能够紧凑地集中。

(变形例)上述实施方式也可以如下进行变形。在本变形例中，控制电路30具有存储了相位角度θp的多个映射图(map)50、52、54。该多个映射图50、52、54，如图5所示，根据发动机转数(即，三相交流发电机12的转数)，存储了相对于三相交流发电机12的感应电压的相位的相位角度θp。此外，映射图50是存储了设定最大发电量的相位角度θp的映射图，映射图52是存储了设定比最大发电量小的第1发电量的相位角度θp的映射图，映射图54是存储了设定比第1发电量小的第2发电量的相位角度θp的映射图。

第1发电量，是在电池16的充电电流为规定值(例如，大致0)以下时并且负载18的消耗电力较大时的发电量，第2发电量，是电池16的充电电流为规定值以下时并且负载18的消耗电力较小时的发电量。

然后，相位角度设定部34，基于驱动器电路24的输出电压Vd和目标电压Vt，从多个映射图50、52、54中选择1个映射图，由此来设定与当前的发动机转数对应的相位角度θp。具体来说，根据输出电压Vd与目标电压Vt的大小、以及其差(或者输出电压Vd的斜率)来选择任意一个映射图。

例如，如同在上述实施方式中所述，在根据输出电压Vd与目标电压Vt的大小、以及其差而设定的相位角度θp为θp1的情况下，在当前的发动机转数为4000rpm时，在映射图52、54中，存储有比相位角度θp1更超前的相位角度θp，因此选择存储有滞后了相位角度θp1以上的相位角度θp的映射图50。然后，从映射图50取得与当前的发动机转数相应的相位角度θp来进行设定。

然后，电池状态推定部36，在由相位角度设定部34选择的映射图切换为映射图50的情况下，判断为电池16的剩余容量下降，在所选择的映射图切换为映射图52、54的情况下，判断为电池16的剩余容量恢复。由此，电池16的剩余容量的推定变得容易。

在该情况下，怠速停止允许判断部38，也可以在通过电池状态推定部36判断为电池16的剩余容量下降了的情况下禁止怠速停止控制，在判断为电池16的剩余容量恢复了的情况下，允许怠速停止控制。此外，如上述实施方式那样，怠速停止允许判断部38也可以在通过电池状态推定部36判断为从映射图50、52、54取得的与当前的发动机转数相应的相位角度θp滞后了阈值θt以上的情况下，禁止怠速停止控制，在判断为相位角度θp比阈值θt超前的情况下，允许怠速停止控制。

以上，利用适合的实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式记载的范围。本领域技术人员知道能够对上述实施方式施加多种多样的变更或改良。根据权利要求书的记载可知，这种施加了各种变更或改良的方式也能够包含在本发明的技术范围内。此外，权利要求书中记载的带括弧的符号，是为了容易理解本发明而效仿附图中的符号所附加的符号，本发明并不受附加了该符号的要素的限定或解释。

【符号说明】

10…电池状态推定装置 11…车辆的控制系统

12…三相交流发电机 14…发动机控制单元

16…电池 18…负载

20u、20v、20w…绕组 22…位置传感器

24…驱动器电路

26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb…开关元件

28…电压检测传感器 30…控制电路

32…驱动器控制部 34…相位角度设定部

36…电池状态推定部 38…怠速停止允许判断部

40…怠速停止控制装置 50、52、54…映射图

Claims (4)

1.一种电池状态推定装置(10)，其特征在于，具备：

三相交流发电机(12)，其具备转子和具有各相的绕组(20u、20v、20w)的定子；

驱动器电路(24)，其通过多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)将从所述各相的绕组(20u、20v、20w)输出的三相的交流电流变换为直流电流来提供给电池(16)；和

控制电路(30)，其设定对所述多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)指示通电/不通电的切换的驱动信号的相位角度，并通过以所述三相交流发电机(12)的感应电压的相位为基准的所述相位角度的所述驱动信号，来对所述多个开关元件(26ua、26ub、26va、26vb、26wa、26wb)的通电/不通电定时进行控制，

所述控制电路(30)基于所述相位角度来推定所述电池(16)的充电状态，

具备存储了与所述三相交流发电机(12)的转数相应的所述相位角度的多个映射图(50、52、54)，

所述控制电路(30)，在从规定的所述映射图(50、52、54)切换为其他的规定的所述映射图的情况下，判断为所述电池(16)的容量下降或恢复。

2.一种车辆的控制系统(11)，具备：

权利要求1所述的电池状态推定装置(10)；和

怠速停止控制装置(40)，其在规定条件成立时暂时使发动机停止，

所述车辆的控制系统(11)的特征在于，

所述控制电路(30)具备怠速停止允许判断部(38)，该怠速停止允许判断部(38)在所设定的所述相位角度滞后了阈值以上的情况下，判断为电池容量下降，并禁止怠速停止控制。

3.一种车辆的控制系统(11)，具备：

权利要求1所述的电池状态推定装置(10)；和

怠速停止控制装置(40)，其在规定条件成立时暂时使发动机停止，

所述车辆的控制系统(11)的特征在于，

所述控制电路(30)具备怠速停止允许判断部(38)，该怠速停止允许判断部(38)在所设定的所述相位角度比阈值超前的情况下，判断为确保了所述发动机能够重新起动的电池容量，并允许怠速停止控制。

4.根据权利要求2或3所述的车辆的控制系统(11)，其特征在于，

具备对所述驱动器电路(24)的输出电压进行检测的电压检测单元(28)，

所述控制电路(30)，基于所述输出电压和目标电压，来设定所述相位角度，

所述电压检测单元(28)、所述驱动器电路(24)、以及所述控制电路(30)搭载于发动机控制单元(14)。