JP2004025982A

JP2004025982A - Method of estimating remaining capacity of battery

Info

Publication number: JP2004025982A
Application number: JP2002183973A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ogoshi; 大越　哲郎; Keizo Yamada; 山田　惠造; Kenichi Maeda; 前田　謙一
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of estimating the remaining capacity of a battery, for estimating the remaining capacity of the battery with high accuracy. <P>SOLUTION: Opening circuit voltage OCV of a lead acid battery before starting an engine at k-time (k≥1) is measured and the remaining capacity Q of the lead acid battery is calculated from a relationship between the remaining capacity Q of the lead acid battery and the opening circuit voltage OCV thereof (S202). A remaining capacity Q<SB>i</SB>of the lead acid battery and an internal resistance value r<SB>i</SB>are calculated each time stating the engine (S204). A correlation is found which is established between a pair of (i-k+1) pieces of data (Q<SB>i</SB>, r<SB>i</SB>). The remaining capacity Q of the lead acid battery corresponding to the internal resistance value r<SB>i</SB>for the lead acid battery calculated at i-time from a correlation to which the history of the lead acid battery is reflected (S208). An error in the remaining capacity of the lead acid battery is corrected from the correlation to which the history of the lead acid battery is reflected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ残容量推定方法に係り、特に、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量を推定するバッテリ残容量推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載されたバッテリ（鉛電池）は、走行中、常にオルタネータによりフロート充電され、また負荷もランプ類などに限られていたため、深い放電はされず、ほぼ常時満充電状態付近に保持されていた。しかし、近年環境意識の高まりから、車両からの二酸化炭素の排出を低減する必要が生じ、特に大型バス、トラックなどの車両側では信号待ちなどの停止時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を有したシステム車が増加している。
【０００３】
アイドルストップ機能を有したシステム車では、エンジン停止中のエアコン、カーステレオなどの負荷は、すべてバッテリからの電力で賄われる。このため、従来に比べバッテリの深い放電が増加し、バッテリの残容量が小さくなるケースの増加が予想される。バッテリの出力はバッテリの残容量に依存するため、エンジン停止中にバッテリの残容量が小さくなると、エンジンを始動する充分な出力が得られなくなり、エンジン停止後再始動（ＩＳＳ）することができなくなるおそれがある。従って、ＩＳＳ可能な状態を保つために、バッテリの残容量を推定してエンジン始動に必要な出力の有無を監視し、エンジン始動に必要な出力がある場合には、アイドルストップ可能、エンジン始動に必要な出力がない場合には、アイドルストップを止め、バッテリを充電するなどの信号を車両側のコンピュータに送信する必要がある。
【０００４】
バッテリの残容量を推定する方法として、電池の初期の充電状態（ＳＯＣ）に対して、充放電電流の積分値を加えていく方法が知られている。また、例えば、特開平第６−５９００３号及び特開平第９−９６６６５号公報に開示されているように、電気自動車などに搭載されたバッテリの電流、電圧波形から測定される電流−電圧特性と、予め電池特性を測定することによって作成されたバッテリの残容量及び電流−電圧特性テーブルの関係とを比較することでバッテリの残容量を推定する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、充放電電流の積分誤差が蓄積されると共に、電池の未使用状態での自己放電による電池の残容量の初期値の変化等もあり、電池の残容量を推定することが困難である。また、電流−電圧特性を用いる方法においても、予め使用する電池に関して、残容量−電流−電圧特性テーブルのマップデータ等の相関関係を作成しておく必要があるため特定の機種に限定されるので、汎用性が乏しく、電池の履歴が反映されないため、正確に電池の残容量を推定することが困難である。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、高精度にバッテリの残容量を推定可能なバッテリ残容量推定方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量を推定するバッテリ残容量推定方法であって、ｋ回目（ｋ≧１）のエンジン始動時前の前記バッテリの開路電圧を測定して予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係から前記バッテリの残容量を算出し、前記ｋ回目のエンジン始動時の電流変化及び電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出し、ｉ（ｉ≧ｋ＋１）回目のエンジン始動時には、（ｉ−１）回目からｉ回目のエンジン始動時の間に前記バッテリに流れる充放電電気量を積算して前記バッテリの残容量を算出し、前記ｉ回目のエンジン始動時の電流変化及び電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出し、前記算出した（ｉ−ｋ＋１）個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係を求め、該求めた相関関係における前記ｉ回目に算出したバッテリの内部抵抗に対応する前記バッテリの残容量を算出する、ステップを含む。
【０００８】
第１の態様では、ｋ回目（ｋ≧１）のエンジン始動時前のバッテリの開路電圧を測定して予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係からバッテリの残容量が算出され、ｋ回目のエンジン始動時の電流変化及び電圧変化からバッテリの内部抵抗が算出され、ｉ（ｉ≧ｋ＋１）回目のエンジン始動時には、（ｉ−１）回目からｉ回目のエンジン始動時の間にバッテリに流れる充放電電気量を積算してバッテリの残容量が算出され、ｉ回目のエンジン始動時の電流変化及び電圧変化からバッテリの内部抵抗が算出され、算出された（ｉ−ｋ＋１）個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係が求められ、該求めた相関関係におけるｉ回目に算出されたバッテリの内部抵抗に対応するバッテリの残容量が算出される。本態様によれば、エンジン始動時毎に（ｉ−ｋ＋１）個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係を求め、バッテリの履歴が反映された相関関係からｉ回目に算出したバッテリの内部抵抗に対応するバッテリの残容量を算出するので、バッテリの残容量の誤差が補正され高精度にバッテリの残容量を算出することができる。
【０００９】
第１の態様において、内部抵抗は、エンジン始動前のバッテリの電圧とエンジン始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電圧との電圧差を、エンジン始動前のバッテリの電流とエンジン始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電流との電流差で除して得ることが好ましい。また、所定時間がエンジン始動電流通電開始時から５０ｍｓを超えると、バッテリに流れる電流及び電圧の誤差が大きくなるので、所定時間をエンジン始動電流通電開始時から５０ｍｓ以内とすることが更に好ましい。
【００１０】
本発明の第２の態様は、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量を推定するバッテリ残容量推定方法であって、ｉ回目（ｉ≧１）のエンジン始動時の前記バッテリに流れる電流及び電圧を微小時間間隔で複数回サンプリングし、前記バッテリの電流及び電圧間に成立する回帰線の傾き及び切片を内部抵抗及び開路電圧として算出し予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係から前記算出した開路電圧に対応するバッテリの残容量を算出し、前記算出したｉ個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係を求め、該求めた相関関係における前記ｉ回目に傾きとして算出したバッテリの内部抵抗に対応する前記バッテリの残容量を算出する、ステップを含む。
【００１１】
第２の態様では、ｉ回目（ｉ≧１）のエンジン始動時のバッテリに流れる電流及び電圧が微小時間間隔で複数回サンプリングされ、バッテリの電流及び電圧間に成立する回帰線の傾き及び切片が内部抵抗及び開路電圧として算出され予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係から算出された開路電圧に対応するバッテリの残容量が算出され、算出されたｉ個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係が求められ、該求めた相関関係におけるｉ回目に傾きとして算出されたバッテリの内部抵抗に対応するバッテリの残容量が算出される。本態様によれば、エンジン始動時毎にｉ個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係を求め、バッテリの履歴が反映された相関関係からｉ回目に傾きとして算出したバッテリの内部抵抗に対応するバッテリの残容量を算出するので、バッテリの残容量の誤差が補正され高精度にバッテリの残容量を算出することができる。
【００１２】
第１及び第２の態様において、バッテリの温度を測定し予め定められたバッテリの温度と内部抵抗補正値との関係から、算出したバッテリの内部抵抗を所定温度における内部抵抗に補正すれば、バッテリの内部抵抗の温度依存性を排除できるので、より高精度にバッテリの残容量を算出することができる。また、予め定められたバッテリの温度と開路電圧との関係から、測定したバッテリの開路電圧を所定温度における開路電圧に補正すれば、バッテリの開路電圧の温度依存性を排除できるので、一層高精度にバッテリの残容量を算出することができる。また、エンジン始動用スタータの特性から決定されるバッテリの最低電圧値と要求電流値とからエンジン始動を許容するバッテリの最大内部抵抗を算出し、求めた相関関係における最大内部抵抗に対応するバッテリの最小残容量を求め、算出したバッテリの残容量が最小残容量よりも小さいときにエンジン始動が不能と判定するステップを更に含むようにすれば、エンジン始動が不能かを高精度に判定をすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を鉛電池の残容量を推定するバッテリ残容量推定装置に適用した第１の実施の形態について説明する。
【００１４】
＜構成＞
図１に示すように、本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１は、鉛電池１に流れる電流を測定する電流センサ７、鉛電池１の電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ６、鉛電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサ１２及び鉛電池１の残容量を演算するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）８を備えている。
【００１５】
鉛電池１は、鉛電池の容器となる角形の電槽を有している。電槽の材質には、成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を選択することができる。電槽の中央部の隔壁にはセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔には温度センサ１２が挿入されており、温度センサ１２は接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。また、電槽は、例えば、外周壁の内部を縦横に仕切る隔壁によって２行９列の合計１８個のセル室が画定され一体成形されたモノブロック電槽として構成することができる。電槽内の各セル室には極板群（セル）がそれぞれ１組ずつ収容されており、電槽には合計１８組の極板群が収容されている。各極板群は、未化成負極板６枚及び未化成正極板５枚がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、化成（初充電）後の公称電圧（セル電圧）は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池の群電圧は３６Ｖである。電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ、ＰＰ、ＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着（又は溶着）されている。上蓋には、鉛電池を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が対角隅部に立設されている。
【００１６】
上述した鉛電池１の正極外部出力端子は、ホール素子等の電流センサ７を介してイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ９は中央端子とは別にＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。
【００１７】
電流センサ７は、ホール素子に流れる電流に応じて変化するホール電圧により電流を検出することが可能である。エンジン４始動用スタータ３は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン４の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。
【００１８】
また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機５及び一方向への電流の流れを許容するダイオードを介してエンジン４の回転により発電する発電機２の一端に接続されている。すなわち、ダイオードのアノードは発電機２の一端に、カソードはＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン４の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機２に動力の伝達が可能である。このため、エンジン４が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機２が作動し発電機２からの電力が補機５又は鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。
【００１９】
電流センサ７の出力端子は、後述するマイコン８に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、電流センサ７から出力されたホール電圧はＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換され、マイコン８は鉛電池１に流れる電流値Ｉを取り込むことができる。また、鉛電池１の外部出力端子は、Ａ／Ｄコンバータ６に接続されており、Ａ／Ｄコンバータ６の出力側はマイコン８に接続されている。このため、マイコン８は、鉛電池１の電圧値をデジタル値で取り込むことができる。更に、温度センサ１２の出力端子は、マイコン８に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン８は、鉛電池１の温度Ｔをデジタル値で取り込むことができる。なお、マイコン８は、Ｉ／Ｏを介して上位の車両側マイコン１０と通信可能である。
【００２０】
マイコン８は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、バッテリ残容量推定装置１１の基本制御プログラム及び種々の設定値等が格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含んで構成されている。また、発電機２、スタータ３及び補機５の他端、鉛電池１の負極外部出力端子及びマイコンは、それぞれグランドに接続されている。
【００２１】
＜動作＞
次に、フローチャートを参照して、マイコン８のＣＰＵを主体としてバッテリ残容量推定装置１１の動作について説明する。なお、マイコン８に電源が投入されると、初期設定状態においてＲＯＭに格納された種々の設定値がＲＡＭに移行され、以下の残容量推定ルーチンが実行される。
【００２２】
図２に示すように、残容量推定ルーチンでは、まず、ステップ２０２において、ｋ回目（ｋ≧１）のエンジン始動時の鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｋ及び残容量Ｑ_ｋを取得するための基準データ取得処理サブルーチンが実行される。
【００２３】
図３に示すように、基準データ取得処理サブルーチンでは、ステップ３０２において、電流センサ７に流れる電流値が所定値（例えば、０．０５Ａ〜０．１Ａ）か否かを判定することにより、ＩＧＮスイッチ９がＯＮ位置に位置したか否かを判断し、肯定判断されるまで待機する。肯定判断のときは、ステップ３０４において、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ_ｋ及び温度Ｔ_ｋを取り込む。
【００２４】
次のステップ３０６では、ＲＡＭに展開されている鉛電池１の温度Ｔ（°Ｃ）と開回路電圧補正値（ＯＣＶ（Ｔ）−ＯＣＶ（Ｔ_２５））（Ｖ）とのデータにより、鉛電池１の温度が温度Ｔ_ｋのときの開回路電圧ＯＣＶ_ｋを室温２５゜Ｃのときの開回路電圧ＯＣＶ（Ｔ_２５）に温度補正する。例えば、図８に示すように、鉛電池１の温度Ｔが１０°Ｃのときの開回路電圧補正値は、０°Ｃの開回路電圧補正値０．０５と２５°Ｃの開回路電圧補正値０とから比例計算により、１５×０．０５／２５＝０．０３（Ｖ）として算出される。温度補正後の開回路電圧ＯＣＶ（Ｔ_２５）は、ステップ３０４で取り込んだ開回路電圧ＯＣＶ_ｋに開回路電圧補正値（ＯＣＶ（Ｔ_ｋ）−ＯＣＶ（Ｔ_２５））を加えたものである。
【００２５】
次いでステップ３０８では、ＲＡＭに展開されている鉛電池１の残容量Ｑと開回路電圧ＯＣＶとの相関関係から（図９参照）、開回路電圧ＯＣＶ_ｋに対応する鉛電池１の残容量Ｑ_ｋを演算し、ステップ３１０において、鉛電池１に流れる電流値及び電圧値を取り込む。なお、鉛電池１からは車両側マイコン１０（ＣＰＵ）を作動させるため、微小電流（＜＜０．０５Ａ）が流れている。
【００２６】
次にステップ３１２において、ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ位置に位置したか否かを、電流センサ７に流れる電流値が所定値（例えば、０．１Ａ）を超えるか否かを判断することで判定し、否定判定のときはステップ３０４に戻り、肯定判定のときは、エンジン始動回数をカウントするカウンタを１インクリメントし（ｋ＝ｋ＋１）（図７も参照）、次のステップ３１４で、後述する次のエンジン始動時の鉛電池１の残容量Ｑ_ｉ（ｉ＝ｋ＋１）を補正するために、車両走行中、発電機（オルタネータ）２により鉛電池１に充電される充電電気量や、アイドルストップ中、鉛電池１が補機５に供給する放電電気量などの充放電電気量の積算を開始する。次いでステップ３１６において、所定時間（例えば、５０ｍｓ）が経過するまで待機する。
【００２７】
図６に示すように、エンジン始動時の鉛電池１の電流波形は、ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ位置に位置したエンジン始動電流通電開始時（時刻ｔ_ｓ）の後、１段目のスタータ３への急激な放電が行われ、約５０ｍｓ経過時（時刻ｔ_ｐ）に最初のピークが現われる。その後、減衰する数回のピークを経てエンジン始動が完了する。電流波形は、エンジン４の構造、エンジン４とスタータ３とを繋ぐベルトの摩擦などに影響されるが、概ね図６に示すような波形となる。
【００２８】
次のステップ３１８では、エンジン始動電流通電開始後所定時間経過時の電流値及び電圧値を取り込み、ステップ３２０で、ステップ３１０で取り込んだエンジン始動前の鉛電池１の電圧値とステップ３１８で取り込んだエンジン始動時の電圧値との電圧差ΔＶを、ステップ３１０で取り込んだエンジン始動前の電流値とステップ３１８で取り込んだエンジン始動時の電流値との電流差ΔＩで除した内部抵抗値ｒ_ｋ（電圧差ΔＶ／電流差ΔＩ）の絶対値を演算する。
【００２９】
続いてステップ３２２では、ステップ３０６での温度補正と同様に、鉛電池１の温度が温度Ｔ_ｋ°Ｃのときの内部抵抗値ｒ_ｋを２５゜Ｃのときの内部抵抗値ｒ（Ｔ_２５）に温度補正する（図１０参照）。これにより、ｋ回目のエンジン始動時の電流変化及び電圧変化から鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｋが算出される。
【００３０】
次にステップ３２４では、ステップ３０８で演算した鉛電池１の残容量Ｑ_ｋと、ステップ３２２で演算した内部抵抗値ｒ_ｋとをＲＡＭに格納して基準データ取得処理サブルーチンを終了し、図２のステップ２０４に進む。これにより、鉛電池１の残容量Ｑ_ｋ及び内部抵抗値ｒ_ｋの１組のデータ（Ｑ_ｋ、ｒ_ｋ）が得られる。
【００３１】
ステップ２０４では、ｉ回目（ｉ≧ｋ＋１）のエンジン始動時の鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉ及び残容量Ｑ_ｉを取得するためのデータ取得処理サブルーチンが実行される。
【００３２】
図４に示すように、データ取得処理サブルーチンでは、ステップ４０２において、ステップ３０２と同様にＩＧＮスイッチ９がＯＮ位置に位置したか否かを判断して肯定判断されるまで待機する。肯定判断のときは、次のステップ４０４で、鉛電池１の電流値及び電圧値を取り込む。次にステップ４０６において、ステップ３１２と同様にＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ位置に位置したか否かを判断し、否定判断のときはステップ４０４に戻り、肯定判断のときは、カウンタを１インクメントし、次のステップ４０８で、前回のエンジン始動時から積算した充放電電気量（ΔＱ_ｉ）を鉛電池１の残容量Ｑ_ｋに加算して残容量Ｑ_ｉを演算する（残容量Ｑ_{ｉ＝ｋ＋１}＝残容量Ｑ_ｋ＋ΔＱ_ｉ）（図７参照）。これにより、ｋ（ｋ＝ｉ−１）回目からｉ回目のエンジン始動時の間に鉛電池１に流れた充放電電気量分が補正された鉛電池１の現在の残容量Ｑ_ｉが算出される。
【００３３】
次にステップ４１０からステップ４１８では、図３に示したステップ３１６からステップ３２４と同様に、鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉを算出し、ステップ４１６で演算した内部抵抗値ｒ_ｉとステップ４０８で積算した鉛電池１の残容量Ｑ_ｉとをＲＡＭに格納してデータ取得処理サブルーチンを終了し、図２のステップ２０６に進む。これにより、ｉ回目のエンジン始動時の鉛電池１の残容量Ｑ_ｉ及び内部抵抗値ｒ_ｉの１組のデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）が得られる。
【００３４】
ステップ２０６では、ステップ２０２で得たデータ（Ｑ_ｋ、ｒ_ｋ）とステップ２０４で得たデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）との（ｉ−ｋ＋１）個の対から最小二乗法により回帰直線の傾きｃ及び切片ｒ_０を演算する（図１１参照）。これにより、（ｉ−ｋ＋１）個の鉛電池１の残容量Ｑと内部抵抗値ｒとの対に成立する相関関係（Ｑ−ｒ相関関係）が得られる。
【００３５】
次にステップ２０８では、ｉ回目に演算した鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉに対応するＱ−ｒ相関関係における（回帰直線上の）鉛電池１の残容量Ｑを演算する。これにより、鉛電池１の履歴が反映されたＱ−ｒ相関関係からｉ回目に算出した鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉに対応する鉛電池１の残容量Ｑが算出（推定）される。
【００３６】
次のステップ２１０では、エンジン始動を許容する鉛電池１の最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘを演算する。すなわち、スタータ３などの仕様（特性）から決定されるエンジン始動を許容する最低電圧値Ｖ_ｍｉｎ及び要求電流値Ｉ_ｒｅｑが設定されており、これら最低電圧値Ｖ_ｍｉｎ及び要求電流値Ｉ_ｒｅｑは、予めＲＡＭに展開されている。鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ、最低電圧値Ｖ_ｍｉｎ、要求電流値Ｉ_ｒｅｑ及び最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘの間には、最低電圧値Ｖ_ｍｉｎ＝開回路電圧ＯＣＶ−最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘ×要求電流値Ｉ_ｒｅｑの関係がある。ステップ２１０では、この関係を利用して最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘを算出する。最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘは、鉛電池１がエンジン始動を許容する限界値の意味を有しており、鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉが最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘより大きいとエンジン始動が不能となる。次いでステップ２１２において、Ｑ−ｒ相関関係から最大内部抵抗値ｒ_ｍａｘに対応する鉛電池１の最小残容量Ｑ_ｍｉｎを演算する（図１１参照）。
【００３７】
次にステップ２１４において、ステップ２１２で演算した鉛電池１の最小残容量Ｑ_ｍｉｎがステップ２０８で演算した鉛電池１の残容量Ｑより小さいか否かを判定し、肯定判定のときは、ステップ２１６で車両側マイコン１０へＩ／Ｏを介してＩＳＳ可能通知を出力してステップ２０４に戻る。これにより、車両側マイコン１０は、始動しているエンジン４が停止してもＩＳＳが可能なことを知ることができる。一方、否定判断のときは、ステップ２１８で車両側マイコン１０へＩＳＳ不能通知を出力してステップ２０４に戻る。これにより、車両側マイコン１０は、エンジン４を停止するとＩＳＳが不能なことを知ることができる。従って、車両側マイコン１０はエンジン４を停止させることなくエンジン４の駆動状態で発電機２を作動させて鉛電池１を充電する。
【００３８】
図７に示すように、車両走行中は、エンジン始動（３００Ａ〜５００Ａの大電流パルス放電）、走行、アイドルストップのパターンが繰り返され（ステップ２０４〜ステップ２１８）、エンジン始動時毎に１組のデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）がＲＡＭに順次格納される。
【００３９】
＜作用・効果等＞
本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１では、エンジン始動時毎に（ｉ−ｋ＋１）個の鉛電池１の残容量Ｑ_ｉ及び内部抵抗値ｒ_ｉの対に成立するＱ−ｒ相関関係を求め（ステップ２０６）、鉛電池１の履歴が反映されたＱ−ｒ相関関係からｉ回目に算出した鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉに対応する鉛電池１の残容量Ｑを算出するので（ステップ２０８）、鉛電池１の残容量Ｑ_ｉの誤差が補正され高精度に鉛電池１の残容量Ｑを算出することができると共に、算出した鉛電池１の残容量Ｑと最小残容量Ｑ_ｍｉｎとを比較してＩＳＳ判定をするので（ステップ２１４）、ＩＳＳ可否判定結果の信頼性を高めることができる（ステップ２１６、２１８）。ＩＳＳ不能判定のときは、エンジン停止前に発電機２から鉛電池１を充電することで、エンジン４を停止しても次のエンジン始動を確保することができる。
【００４０】
また、本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１では、エンジン始動時毎にデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）を取得するため、エンジン始動回数（アイドルストップの回数）が増加するに伴いデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）数が増加し、鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉと残容量Ｑ_ｉとのマップの精度が向上していくので、鉛電池１の残容量Ｑを精度良く算出することができる。また、車両上でマップを順次作成するので、予めマップを作成する必要がなく汎用性に優れる。
【００４１】
更に、本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１では、エンジン始動時の鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉを算出するときに、エンジン始動前とエンジン始動電流通電開始後５０ｍｓ以内の１段目の電流値及び電圧値から内部抵抗値ｒ_ｉを算出したので、測定誤差の大きい電流波形の減衰部分を排除して鉛電池１の充電、放電分極の影響の有無に拘わらず鉛電池１の残容量Ｑを推定することができる。
【００４２】
更にまた、本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１では、バッテリとして鉛電池１を用いることで、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ及び残容量Ｑ（図９参照）、内部抵抗値ｒ及び残容量Ｑ（図１１参照）間の高い相関関係が得られ、仮に粗いマップを用いても高精度に鉛電池１の残容量Ｑの算出及びＩＳＳ判定をすることができる。
【００４３】
更に、本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１では、鉛電池１の温度Ｔを測定し、鉛電池１の温度Ｔと内部抵抗補正値との相関関係から鉛電池１の内部抵抗値ｒの温度補正をしたので（図１０参照）、温度依存性を排除して鉛電池１の残容量Ｑを算出することができる。
【００４４】
また、本実施形態のバッテリ残容量推定装置１１では、鉛電池１の温度Ｔを測定し、鉛電池１の温度Ｔと開回路電圧ＯＣＶとの相関関係から鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶの温度補正をしたので（図８参照）、温度に依存する鉛電池１の残容量Ｑを温度依存性を排除して算出することができ、作成されるマップの数を少なくすることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、ＩＧＮスイッチがＯＮ位置に位置したときに、エンジン始動前の開回路電圧ＯＣＶを取り込む例を示したが、車両が停止して長時間経過し鉛電池１が平衡状態になっているときに、開回路電圧ＯＣＶを取り込むようにしてもよい。このようにすれば、測定誤差の少ない鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶからより高精度に鉛電池１の残容量Ｑを算出（推定）することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、ＩＳＳ機能を有する車両に搭載されたバッテリとして鉛電池１を例示したが、例えば、鉛電池１とリチウムイオン二次電池とを並列接続したり、鉛電池１とニッケル水素電池を並列接続したハイブリッド電池に適用してもよい。
【００４７】
更に、本実施形態では、エンジン始動時毎にデータ取得処理サブルーチンにおいて、データ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）を取得する例を示したが、エンジン始動回数が所定回数毎（例えば、５回毎）にデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）を取得するようにしてもよいし、データ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）を１組得る毎に鉛電池１の残容量Ｑ_ｉと内部抵抗値ｒ_ｉと対の相関関係を求める例を示したが、データ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）を例えば５組得る毎に相関関係を求めるようにしてもよい。このようにすれば、バッテリ残容量推定装置１１の演算量を低減させることができる。更に、本実施形態では、エンジン始動時毎に、鉛電池１の温度Ｔを測定する例を示したが、温度Ｔは短い時間では大きく変化しないので、所定時間（例えば、１０分）毎に温度Ｔを測定するようにしてもよい。このようにすれば、バッテリ残容量推定装置１１の演算負荷を小さくすることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、（ｉ−ｋ＋１）個のデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）対から最小二乗法により回帰直線を求める例を示したが、高次の回帰曲線を求めるようにしてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、ＩＳＳ可能なときは可能通知を、不能なときは不能通知をそれぞれ車輌側マイコン１０に出力する例を示したが、ＩＳＳ不能なときには警報器に信号を出力して警報を出すようにしてもよい。
【００５０】
そして、本実施形態では、ｋ回目（ｋ≧１）及びｉ回目（ｉ≧ｋ＋１）のエンジン始動時に基準データ取得処理サブルーチン及びデータ取得処理サブルーチンで鉛電池１のデータ（Ｑ_ｋ、ｒ_ｋ）及びデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）を取得する例を示したが、ｋ回目は１回目（ｉ回目は２回目）に限定されない。このため、本バッテリ残容量推定装置１１を後付けするようにしてもよい。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明をバッテリ残容量推定装置に適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態のバッテリ残容量推定装置は、エンジン始動時の鉛電池１に流れる電流及び電圧間に成立する回帰直線の傾き（内部抵抗）及び切片（開路電圧）から鉛電池１の内部抵抗値ｒ_ｉ及び残容量Ｑ_ｉ（ｉ≧１）を得るものである。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素及びステップには同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００５２】
本実施形態の残容量推定ルーチンでは、図２に示したステップ２０２を欠き、ステップ２０４では図５に示すデータ取得処理サブルーチンが実行される。
【００５３】
本実施形態のデータ取得処理サブルーチンでは、ステップ６０２において、ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ位置に位置するまで待機し、ＳＴＡＲＴ位置に位置したときは、次のステップ６０４において、ｉ回目のエンジン始動開始時（時刻ｔ_ｓ）から第１の所定時間（例えば、１ｍｓ〜１０ｍｓ）が経過するまで待機し、第１の所定時間経過後、ステップ６０６において、鉛電池１に流れる電流値Ｉ_ｊ及び電圧値Ｖ_ｊ（ｊ≧１）をＲＡＭに格納する。次にステップ６０８において、エンジン始動開始から第２の所定時間（例えば、５０ｍｓ）以内かを判断し、否定判断のときはステップ６０４に戻りデータのサンプリングを続け、肯定判断のときはステップ６１０に進む。これにより、エンジン始動開始後、鉛電池１に流れる電流値Ｉ_ｊ及び電圧値Ｖ_ｊが微少時間間隔（１ｍｓ〜１０ｍｓ）で複数回サンプリングされ、ｊ組のデータ（Ｉ_ｊ、Ｖ_ｊ）が得られる（ｊ：第２の所定時間／第１の所定時間）。
【００５４】
次にステップ６１０では、ｊ組のデータ（Ｉ_ｊ、Ｖ_ｊ）間に成立する回帰直線の傾き及び切片を内部抵抗値ｒ_ｉ及び開回路電圧ＯＣＶ_ｉとして演算する。次のステップ６１２では、第１実施形態のステップ３０６と同様に、開回路電圧ＯＣＶ_ｉを室温２５゜Ｃにおける開回路電圧ＯＣＶ_ｉに補正し、次いでステップ６１４では、第１実施形態のステップ３０８と同様に、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ_ｉに対応する鉛電池１の残容量Ｑ_ｉを演算する。次に、ステップ６１６では、ステップ６１４で演算された鉛電池１の残容量Ｑ_ｉと、ステップ６１０で演算された内部抵抗値ｒ_ｉとをＲＡＭに格納してデータ取得処理サブルーチンを終了し、図２のステップ２０６に進む。これにより、鉛電池１の残容量Ｑ_ｉ及び内部抵抗値ｒ_ｉの１組のデータ（Ｑ_ｉ、ｒ_ｉ）が得られる。以降のエンジン始動時も同様にデータ取得処理サブルーチンが実行され、データ（Ｑ、ｒ）が得られる。
【００５５】
本実施形態のバッテリ残容量推定装置では、ｉ回目と（ｉ＋１）回目のエンジン始動時の間に鉛電池１に流れる電流を積算せず、エンジン始動時の鉛電池１に流れる電流及び電圧間に成立する回帰直線の傾き及び切片からＱ−ｒ相関関係を求め、Ｑ−ｒ相関関係から鉛電池１の残容量Ｑを算出するので、電流センサ７による鉛電池１の残容量Ｑ_ｉの測定誤差（積算誤差）が蓄積されないので、高精度に鉛電池１の残容量Ｑを算出することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、エンジン始動時に鉛電池１に流れる電流及び電圧を微小時間間隔で複数回サンプリングするときに、第１及び第２の所定時間からサンプリングの回数が定まる例を示したが、予めサンプリングする回数を定めておいてデータを取得するようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ｉ回目のエンジン始動時毎に（ｉ−ｋ＋１）又はｉ個のバッテリの残容量及び内部抵抗の対に成立する相関関係を求め、バッテリの履歴が反映された相関関係からｉ回目に算出されたバッテリの内部抵抗に対応するバッテリの残容量を算出するので、バッテリの残容量の誤差が補正され高精度にバッテリの残容量を算出することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態のバッテリ残容量推定装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のバッテリ残容量推定装置の残容量推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】残容量推定ルーチンのステップ２０２の詳細を示す基準データ取得処理サブルーチンのフローチャートである。
【図４】残容量推定ルーチンのステップ２０４の詳細を示すデータ取得処理サブルーチンのフローチャートである。
【図５】第２実施形態の残容量推定ルーチンのステップ２０４の詳細を示すデータ取得処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図６】エンジン始動時の鉛電池の電流波形を示すグラフである。
【図７】鉛電池の充放電パターンを模式的に示すグラフである。
【図８】鉛電池の温度と開回路電圧補正値との関係を示すグラフである。
【図９】鉛電池の残容量と開回路電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】鉛電池の温度と内部抵抗補正値との関係を示すグラフである。
【図１１】鉛電池の残容量と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　鉛電池（バッテリ）
４　エンジン
８　マイコン
１１　バッテリ残容量推定装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a remaining battery charge estimation method, and more particularly to a remaining battery charge estimation method for estimating the remaining charge of a battery mounted on a vehicle having an idle stop / start function.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, batteries mounted on vehicles (lead batteries) are always float charged by an alternator while driving, and the load is limited to lamps, etc., so they are not deeply discharged and are almost always kept near a fully charged state It had been. However, due to the increasing environmental awareness in recent years, it has become necessary to reduce the emission of carbon dioxide from vehicles. In particular, vehicles such as large buses and trucks have an idle stop function that stops the engine when stopping such as waiting for a signal. Cars are increasing.
[0003]
In a system vehicle having an idle stop function, loads such as an air conditioner and a car stereo while the engine is stopped are all covered by electric power from a battery. For this reason, it is expected that deep discharge of the battery will increase as compared with the conventional case, and that the remaining capacity of the battery will decrease in some cases. Since the output of the battery depends on the remaining capacity of the battery, if the remaining capacity of the battery decreases while the engine is stopped, a sufficient output for starting the engine cannot be obtained, and the engine cannot be restarted (ISS). There is a risk. Therefore, in order to maintain the ISS-capable state, the remaining capacity of the battery is estimated to monitor the presence or absence of the output necessary for starting the engine. If there is no necessary output, it is necessary to stop idle stop and send a signal such as charging the battery to the computer on the vehicle side.
[0004]
As a method of estimating the remaining capacity of the battery, a method of adding an integrated value of a charge / discharge current to an initial state of charge (SOC) of the battery is known. Further, for example, as disclosed in JP-A-6-590003 and JP-A-9-96665, current-voltage characteristics measured from current and voltage waveforms of a battery mounted on an electric vehicle or the like are disclosed. There has been proposed a method for estimating the remaining capacity of a battery by comparing the remaining capacity of the battery, which is created by measuring the battery characteristics in advance, and the relationship between the current-voltage characteristics table.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method, the integration error of the charging / discharging current is accumulated, and there is a change in the initial value of the remaining capacity of the battery due to self-discharge in the unused state of the battery. Have difficulty. Also, in the method using the current-voltage characteristic, it is necessary to create a correlation such as map data of a remaining capacity-current-voltage characteristic table for a battery to be used in advance, so that the method is limited to a specific model. Since the versatility is poor and the history of the battery is not reflected, it is difficult to accurately estimate the remaining capacity of the battery.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a battery remaining capacity estimation method capable of accurately estimating a remaining battery capacity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a first aspect of the present invention is a battery remaining capacity estimation method for estimating a remaining capacity of a battery mounted on a vehicle having an idle stop / start function. 1) measuring the open circuit voltage of the battery before the start of the engine and calculating the remaining charge of the battery from a predetermined relationship between the remaining battery charge and the open circuit voltage; The internal resistance of the battery is calculated from the change and the voltage change, and at the time of the i-th (i ≧ k + 1) engine start, the charge / discharge electricity amount flowing through the battery during the (i−1) -th to the i-th engine start is integrated. The remaining capacity of the battery is calculated, and the internal resistance of the battery is calculated from the current change and the voltage change at the time of the i-th engine start. The correlation relationship established residual capacity and the internal resistance versus the battery, and calculates the remaining capacity of the battery corresponding to the internal resistance of the battery calculated in the i-th in the correlation relationship determined the comprises.
[0008]
In the first aspect, the open circuit voltage of the battery before the k-th (k ≧ 1) engine start is measured, and the remaining battery capacity is calculated from a predetermined relationship between the remaining battery capacity and the open circuit voltage, The internal resistance of the battery is calculated from the current change and voltage change at the time of the k-th engine start. At the time of the i-th (i ≧ k + 1) engine start, the battery flows between the (i−1) -th and the i-th engine start. The remaining charge of the battery is calculated by integrating the amount of charge and discharge, and the internal resistance of the battery is calculated from the current change and the voltage change at the time of starting the i-th engine, and the calculated (i−k + 1) remaining battery charge is calculated. A correlation that holds for the pair of the capacity and the internal resistance is obtained, and the remaining battery capacity corresponding to the i-th calculated internal resistance of the battery in the obtained correlation is calculated. According to this aspect, each time the engine is started, the correlation established between the pair of the remaining capacity and the internal resistance of the (i-k + 1) batteries is obtained, and the i-th calculation is performed based on the correlation reflecting the history of the battery. Since the remaining battery capacity corresponding to the internal resistance of the battery is calculated, the error in the remaining battery capacity is corrected, and the remaining battery capacity can be calculated with high accuracy.
[0009]
In the first aspect, the internal resistance is obtained by calculating a voltage difference between the battery voltage before the engine start and the battery voltage after a lapse of a predetermined time after the start of the engine start current. It is preferable to obtain by dividing by the current difference from the battery current at the time when a predetermined time has elapsed after the start. Further, if the predetermined time exceeds 50 ms from the start of energization of the engine start current, the error in the current and voltage flowing to the battery becomes large. Therefore, it is more preferable that the predetermined time be within 50 ms from the start of energization of the engine start current.
[0010]
A second aspect of the present invention is a battery remaining capacity estimating method for estimating a remaining capacity of a battery mounted on a vehicle having an idle stop / start function, the method comprising: The current and voltage flowing in the battery are sampled a plurality of times at minute time intervals, and the slope and intercept of the regression line established between the current and voltage of the battery are calculated as the internal resistance and open circuit voltage, and the predetermined remaining capacity of the battery is calculated. The remaining capacity of the battery corresponding to the calculated open-circuit voltage is calculated from the relationship with the open-circuit voltage, a correlation that is established between the pair of the calculated remaining capacity and the internal resistance of the i batteries is obtained, and the obtained correlation is obtained. Calculating the remaining capacity of the battery corresponding to the internal resistance of the battery calculated as the slope at the i-th time in.
[0011]
In the second aspect, the current and voltage flowing through the battery at the time of starting the i-th engine (i ≧ 1) are sampled a plurality of times at minute time intervals, and the slope and intercept of the regression line established between the current and voltage of the battery are determined. The remaining capacity of the battery corresponding to the open-circuit voltage calculated from the relationship between the open-circuit voltage and the predetermined remaining capacity of the battery calculated as the internal resistance and the open-circuit voltage is calculated, and the calculated remaining capacity of the i batteries and A correlation that is established for the pair of internal resistances is obtained, and the remaining battery capacity corresponding to the internal resistance of the battery calculated as the i-th slope in the obtained correlation is calculated. According to this aspect, a correlation is established between the pair of the remaining capacity and the internal resistance of each of the i batteries at each engine start, and the battery calculated as the i-th slope from the correlation reflecting the history of the battery is obtained. Since the remaining battery capacity corresponding to the internal resistance is calculated, the error in the remaining battery capacity is corrected, and the remaining battery capacity can be calculated with high accuracy.
[0012]
In the first and second aspects, when the battery temperature is measured and the calculated internal resistance of the battery is corrected to the internal resistance at a predetermined temperature based on a predetermined relationship between the battery temperature and the internal resistance correction value, the battery , The temperature dependence of the internal resistance can be eliminated, so that the remaining capacity of the battery can be calculated with higher accuracy. Further, if the measured open-circuit voltage of the battery is corrected to the open-circuit voltage at a predetermined temperature from the relationship between the predetermined battery temperature and the open-circuit voltage, the temperature dependency of the open-circuit voltage of the battery can be eliminated, so that higher accuracy can be achieved. The remaining battery capacity can be calculated. Also, the maximum internal resistance of the battery that allows the engine to start is calculated from the minimum voltage value and the required current value of the battery determined from the characteristics of the starter for engine start, and the battery of the battery corresponding to the maximum internal resistance in the obtained correlation is calculated. By determining the minimum remaining capacity and determining that the engine cannot be started when the calculated remaining capacity of the battery is smaller than the minimum remaining capacity, it is possible to determine with high accuracy whether the engine cannot be started. Can be.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a remaining battery capacity estimation device that estimates the remaining battery capacity of a lead battery will be described with reference to the drawings.
[0014]
<Structure>
As shown in FIG. 1, a remaining battery capacity estimation device 11 of the present embodiment includes a current sensor 7 for measuring a current flowing through a lead battery 1, an A / D converter 6 for converting the voltage of the lead battery 1 into a digital value, a lead A temperature sensor 12 such as a thermistor for measuring the temperature of the battery 1 and a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 8 for calculating the remaining capacity of the lead battery 1 are provided.
[0015]
The lead battery 1 has a rectangular battery case serving as a container for the lead battery. Examples of the material of the battery case include high polymer resins such as acrylic butadiene styrene (ABS), polypropylene (PP), and polyethylene (PE) which are excellent in moldability, electrical insulation, corrosion resistance, durability, and the like. Can be selected. A sensor insertion hole is formed in a central partition wall of the battery case. The temperature sensor 12 is inserted into the sensor insertion hole, and the temperature sensor 12 is fixed in the sensor insertion hole with an adhesive. In addition, the battery case can be configured as a monoblock battery case, for example, in which a total of 18 cell chambers in 2 rows and 9 columns are defined by partition walls that partition the inside of the outer peripheral wall vertically and horizontally and are integrally formed. One set of electrode plates (cells) is stored in each cell chamber in the battery case, and a total of 18 electrode plate groups are stored in the battery case. In each electrode plate group, six unformed negative electrode plates and five unformed positive electrode plates are laminated via a retainer (separator) made of glass fiber, and the nominal voltage (cell voltage) after formation (first charge) is 2.0V. Therefore, the group voltage of the lead battery is 36V. The upper part of the battery case is adhered (or welded) to an upper lid made of a polymer resin such as ABS, PP, PE or the like which seals the upper opening of the battery case. A rod-shaped positive external output terminal and a negative external output terminal for supplying electric power to the outside using a lead battery as a power source are provided on the upper lid at diagonal corners.
[0016]
The above-described positive electrode external output terminal of the lead battery 1 is connected to a center terminal of an ignition switch (hereinafter, referred to as an IGN switch) via a current sensor 7 such as a Hall element. The IGN switch 9 has an OFF terminal, an ON / ACC terminal, and a START terminal separately from the center terminal. The center terminal and any one of the OFF, ON / ACC, and START terminals can be switched and connected in a rotary manner. is there.
[0017]
The current sensor 7 can detect a current by a Hall voltage that changes according to a current flowing through the Hall element. The starter 3 for starting the engine 4 can transmit a rotational driving force to a rotating shaft of the engine 4 via a clutch mechanism (not shown).
[0018]
The ON / ACC terminal is connected to one end of a generator 2 that generates electric power by rotation of the engine 4 via an auxiliary device 5 such as an air conditioner, a radio, a lamp, or the like and a diode that allows a current to flow in one direction. . That is, the anode of the diode is connected to one end of the generator 2 and the cathode is connected to the ON / ACC terminal. The rotation shaft of the engine 4 can transmit power to the generator 2 via a clutch mechanism (not shown). For this reason, when the engine 4 is in a rotating state, the generator 2 operates via a clutch mechanism (not shown), and electric power from the generator 2 is supplied (charged) to the auxiliary machine 5 or the lead battery 1. The OFF terminal is not connected to any of them.
[0019]
The output terminal of the current sensor 7 is connected to an A / D converter built in the microcomputer 8 described later. For this reason, the Hall voltage output from the current sensor 7 is converted into a digital value by the A / D converter, and the microcomputer 8 can take in the current value I flowing through the lead battery 1. The external output terminal of the lead battery 1 is connected to the A / D converter 6, and the output side of the A / D converter 6 is connected to the microcomputer 8. For this reason, the microcomputer 8 can take in the voltage value of the lead battery 1 as a digital value. Further, the output terminal of the temperature sensor 12 is connected to an A / D converter built in the microcomputer 8. For this reason, the microcomputer 8 can take in the temperature T of the lead battery 1 as a digital value. Note that the microcomputer 8 can communicate with the host vehicle-side microcomputer 10 via the I / O.
[0020]
The microcomputer 8 includes a CPU functioning as a central processing unit, a ROM storing a basic control program of the remaining battery capacity estimating device 11 and various setting values, and a RAM serving as a work area of the CPU and temporarily storing data. And so on. The other end of the generator 2, the starter 3, and the auxiliary device 5, the negative electrode external output terminal of the lead battery 1, and the microcomputer are connected to the ground.
[0021]
<Operation>
Next, with reference to a flowchart, an operation of the remaining battery capacity estimating device 11 mainly by the CPU of the microcomputer 8 will be described. When the microcomputer 8 is turned on, various setting values stored in the ROM are transferred to the RAM in the initial setting state, and the following remaining capacity estimation routine is executed.
[0022]
As shown in FIG. 2, in the remaining capacity estimation routine, first, in step 202, the internal resistance value r of the lead battery 1 at the time of starting the k-th (k ≧ 1) engine is set. _k And remaining capacity Q _k Is executed.
[0023]
As shown in FIG. 3, in the reference data acquisition processing subroutine, in step 302, it is determined whether the current value flowing through the current sensor 7 is a predetermined value (for example, 0.05 A to 0.1 A), and It is determined whether or not 9 is located at the ON position, and waits until an affirmative determination is made. When the determination is affirmative, in step 304, the open circuit voltage OCV of the lead battery 1 is determined. _k And temperature T _k Take in.
[0024]
In the next step 306, the temperature T (° C.) of the lead battery 1 and the open circuit voltage correction value (OCV (T) −OCV (T ₂₅ )) According to the data of (V), the temperature of the lead battery 1 is reduced to the temperature T. _k Open circuit voltage OCV when _k Is the open circuit voltage OCV (T ₂₅ ) To correct the temperature. For example, as shown in FIG. 8, when the temperature T of the lead battery 1 is 10 ° C., the open-circuit voltage correction value of 0 ° C. is 0.05 and the open-circuit voltage correction value is 25 ° C. It is calculated as 15 × 0.05 / 25 = 0.03 (V) by proportional calculation from the value 0. Open circuit voltage OCV (T ₂₅ ) Is the open circuit voltage OCV taken in step 304 _k The open circuit voltage correction value (OCV (T _k ) -OCV (T ₂₅ )).
[0025]
Next, at step 308, based on the correlation between the remaining capacity Q of the lead battery 1 developed in the RAM and the open circuit voltage OCV (see FIG. 9), the open circuit voltage OCV is obtained. _k Capacity Q of lead battery 1 corresponding to _k In step 310, the current value and voltage value flowing through the lead battery 1 are fetched. A small current (<< 0.05 A) flows from the lead battery 1 to operate the vehicle microcomputer 10 (CPU).
[0026]
Next, in step 312, it is determined whether or not the IGN switch 9 is located at the START position by determining whether or not the value of the current flowing through the current sensor 7 exceeds a predetermined value (for example, 0.1 A). If the determination is negative, the process returns to step 304; if the determination is affirmative, the counter for counting the number of engine starts is incremented by 1 (k = k + 1) (see also FIG. 7). Remaining capacity Q of lead battery 1 at startup _i In order to correct (i = k + 1), the amount of charge electricity charged to the lead battery 1 by the generator (alternator) 2 during running of the vehicle, and the discharge electricity supplied to the auxiliary device 5 by the lead battery 1 during idle stop. Start integration of charge / discharge electricity quantity such as quantity. Next, at step 316, the process waits until a predetermined time (for example, 50 ms) elapses.
[0027]
As shown in FIG. 6, the current waveform of the lead battery 1 at the time of starting the engine is such that when the IGN switch 9 is located at the START position, the current flowing to the engine starting current starts (at time t). _s ), Rapid discharge to the first-stage starter 3 is performed, and when about 50 ms elapses (time t _p ) Shows the first peak. After that, the engine start is completed through several peaks that attenuate. Although the current waveform is affected by the structure of the engine 4, the friction of the belt connecting the engine 4 and the starter 3, and the like, the current waveform generally has a waveform as shown in FIG.
[0028]
In the next step 318, the current value and the voltage value at the lapse of a predetermined time after the start of the energization of the engine start current are fetched. The internal resistance value r obtained by dividing the voltage difference ΔV from the voltage value at the time of starting the engine by the current difference ΔI between the current value before starting the engine taken in step 310 and the current value taken at step 318 when starting the engine. _k The absolute value of (voltage difference ΔV / current difference ΔI) is calculated.
[0029]
Subsequently, at step 322, similarly to the temperature correction at step 306, the temperature of the lead _k Internal resistance r at ° C _k Is the internal resistance value r (T ₂₅ ) (See FIG. 10). As a result, the internal resistance value r of the lead-acid battery 1 _k Is calculated.
[0030]
Next, at step 324, the remaining capacity Q of the lead battery 1 calculated at step 308 _k And the internal resistance value r calculated in step 322 _k Are stored in the RAM, the reference data acquisition processing subroutine ends, and the routine proceeds to step 204 in FIG. Thereby, the remaining capacity Q of the lead battery 1 _k And the internal resistance value r _k Set of data (Q _k , R _k ) Is obtained.
[0031]
In step 204, the internal resistance value r of the lead battery 1 at the time of starting the i-th (i ≧ k + 1) engine _i And remaining capacity Q _i Is executed.
[0032]
As shown in FIG. 4, in the data acquisition processing subroutine, in step 402, similarly to step 302, it is determined whether or not the IGN switch 9 is at the ON position, and the process waits until an affirmative determination is made. If the determination is affirmative, in the next step 404, the current value and voltage value of the lead battery 1 are fetched. Next, in step 406, it is determined whether or not the IGN switch 9 is at the START position, as in step 312. If the determination is negative, the process returns to step 404. If the determination is affirmative, the counter is incremented by one. In the next step 408, the charge / discharge electricity amount (ΔQ _i ) Is the remaining capacity Q of the lead battery 1. _k To the remaining capacity Q _i Is calculated (the remaining capacity Q _{i = k + 1} = Remaining capacity Q _k + ΔQ _i ) (See FIG. 7). As a result, the current remaining capacity Q of the lead battery 1 in which the amount of charge / discharge electricity flowing to the lead battery 1 during the k-th (k = i-1) to i-th engine start is corrected. _i Is calculated.
[0033]
Next, in steps 410 to 418, as in steps 316 to 324 shown in FIG. _i And the internal resistance value r calculated in step 416 _i And the remaining capacity Q of the lead battery 1 integrated in step 408 _i Are stored in the RAM, the data acquisition processing subroutine ends, and the routine proceeds to step 206 in FIG. Thereby, the remaining capacity Q of the lead battery 1 at the time of starting the i-th engine _i And the internal resistance value r _i Set of data (Q _i , R _i ) Is obtained.
[0034]
In step 206, the data (Q _k , R _k ) And the data (Q _i , R _i ) And the intercept r of the regression line from the (i−k + 1) pairs by the least squares method. ₀ Is calculated (see FIG. 11). As a result, a correlation (Qr correlation) that is established for the pair of the remaining capacity Q and the internal resistance value r of the (i−k + 1) lead batteries 1 is obtained.
[0035]
Next, at step 208, the internal resistance value r of the lead battery 1 calculated at the i-th time _i The remaining capacity Q of the lead battery 1 (on the regression line) in the Qr correlation corresponding to is calculated. Thereby, the internal resistance value r of the lead battery 1 calculated at the i-th time from the Qr correlation reflecting the history of the lead battery 1 _i Is calculated (estimated).
[0036]
In the next step 210, the maximum internal resistance value r of the lead battery 1 that allows the engine to start _max Is calculated. That is, the minimum voltage value V that allows the engine to start determined from the specifications (characteristics) of the starter 3 and the like. _min And required current value I _req Are set, and these minimum voltage values V _min And required current value I _req Are stored in the RAM in advance. Open circuit voltage OCV, minimum voltage value V of lead battery 1 _min , Required current value I _req And the maximum internal resistance value r _max Between the minimum voltage value V _min = Open circuit voltage OCV-maximum internal resistance value r _max × Requested current value I _req There is a relationship. In step 210, the maximum internal resistance value r _max Is calculated. Maximum internal resistance r _max Has the meaning of a limit value at which the lead battery 1 allows the engine to start, and the internal resistance value r of the lead battery 1 _i Is the maximum internal resistance r _max If it is larger, the engine cannot be started. Next, at step 212, the maximum internal resistance value r is obtained from the Qr correlation. _max Remaining capacity Q of the lead battery 1 corresponding to _min Is calculated (see FIG. 11).
[0037]
Next, at step 214, the minimum remaining capacity Q of the lead battery 1 calculated at step 212 _min Is determined to be smaller than the remaining capacity Q of the lead battery 1 calculated in step 208. If the determination is affirmative, an ISS enable notification is output to the vehicle-side microcomputer 10 via the I / O in step 216, and Return to 204. Thereby, the vehicle-side microcomputer 10 can know that the ISS is possible even if the started engine 4 stops. On the other hand, if a negative determination is made, an ISS disable notification is output to the vehicle-side microcomputer 10 in step 218, and the process returns to step 204. Thus, the vehicle-side microcomputer 10 can know that the ISS cannot be performed when the engine 4 is stopped. Therefore, the vehicle-side microcomputer 10 operates the generator 2 in the driving state of the engine 4 without stopping the engine 4 to charge the lead battery 1.
[0038]
As shown in FIG. 7, while the vehicle is running, a pattern of starting the engine (pulse discharge of a large current of 300 A to 500 A), running, and idling stop is repeated (steps 204 to 218). Data (Q _i , R _i ) Are sequentially stored in the RAM.
[0039]
<Actions and effects>
In the battery remaining capacity estimating device 11 of the present embodiment, the remaining capacity Q of the (i−k + 1) lead batteries 1 every time the engine is started. _i And the internal resistance value r _i Is obtained (step 206), and the internal resistance value r of the lead battery 1 calculated at the i-th time from the Qr correlation reflecting the history of the lead battery 1 is obtained. _i Is calculated (step 208), the remaining capacity Q of the lead battery 1 is calculated. _i Is corrected, the remaining capacity Q of the lead battery 1 can be calculated with high accuracy, and the calculated remaining capacity Q and the minimum remaining capacity Q of the lead battery 1 can be calculated. _min Is determined (step 214), the reliability of the ISS determination result can be improved (steps 216 and 218). When the ISS cannot be determined, the lead battery 1 is charged from the generator 2 before the engine is stopped, so that the next engine start can be ensured even if the engine 4 is stopped.
[0040]
Further, in the battery remaining capacity estimation device 11 of the present embodiment, the data (Q _i , R _i ), The data (Q) increases as the number of engine starts (the number of idle stops) increases. _i , R _i ) The number increases, and the internal resistance value r of the lead battery 1 increases. _i And remaining capacity Q _i Therefore, the remaining capacity Q of the lead battery 1 can be accurately calculated. In addition, since the maps are sequentially created on the vehicle, it is not necessary to create the maps in advance, and the versatility is excellent.
[0041]
Further, in the battery remaining capacity estimating device 11 of the present embodiment, the internal resistance value r of the lead battery 1 at the time of starting the engine. _i Is calculated from the first stage current value and voltage value within 50 ms before the engine starts and within 50 ms after the start of the engine starting current. _i Is calculated, the remaining capacity Q of the lead battery 1 can be estimated irrespective of the influence of the charge and discharge polarization of the lead battery 1 by eliminating the attenuated portion of the current waveform having a large measurement error.
[0042]
Furthermore, in the battery remaining capacity estimation device 11 of the present embodiment, by using the lead battery 1 as a battery, the open circuit voltage OCV and the remaining capacity Q (see FIG. 9), the internal resistance value r and the remaining capacity of the lead battery 1 are used. A high correlation between Q (see FIG. 11) is obtained, and the remaining capacity Q of the lead battery 1 and the ISS determination can be performed with high accuracy even if a coarse map is used.
[0043]
Further, the remaining battery capacity estimating device 11 of the present embodiment measures the temperature T of the lead battery 1 and obtains the temperature of the internal resistance value r of the lead battery 1 from the correlation between the temperature T of the lead battery 1 and the internal resistance correction value. Since the correction has been made (see FIG. 10), the remaining capacity Q of the lead battery 1 can be calculated without the temperature dependency.
[0044]
Further, the remaining battery capacity estimating device 11 of the present embodiment measures the temperature T of the lead battery 1 and determines the temperature of the open circuit voltage OCV of the lead battery 1 based on the correlation between the temperature T of the lead battery 1 and the open circuit voltage OCV. Since the correction has been made (see FIG. 8), the remaining capacity Q of the lead battery 1 depending on the temperature can be calculated without the temperature dependency, and the number of maps to be created can be reduced.
[0045]
In the present embodiment, an example is described in which the open circuit voltage OCV before the engine is started is taken in when the IGN switch is located at the ON position. , The open circuit voltage OCV may be taken in. In this way, the remaining capacity Q of the lead battery 1 can be calculated (estimated) with higher accuracy from the open circuit voltage OCV of the lead battery 1 having a small measurement error.
[0046]
In this embodiment, the lead battery 1 is exemplified as a battery mounted on a vehicle having the ISS function. However, for example, the lead battery 1 and a lithium ion secondary battery are connected in parallel, You may apply to the hybrid battery which connected the battery in parallel.
[0047]
Further, in the present embodiment, the data (Q _i , R _i ) Is obtained, the data (Q) is obtained every predetermined number of times (for example, every five times). _i , R _i ) May be obtained, or data (Q _i , R _i ), The remaining capacity Q of the lead battery 1 _i And the internal resistance value r _i Although the example of obtaining the correlation between the pair and the data is shown, the data (Q _i , R _i ) May be obtained every time, for example, five sets are obtained. By doing so, it is possible to reduce the calculation amount of the remaining battery capacity estimating device 11. Further, in the present embodiment, an example is shown in which the temperature T of the lead battery 1 is measured every time the engine is started. However, since the temperature T does not greatly change in a short time, the temperature T is changed every predetermined time (for example, every 10 minutes). T may be measured. By doing so, the calculation load of the remaining battery capacity estimating device 11 can be reduced.
[0048]
Also, in the present embodiment, (ik + 1) data (Q _i , R _i Although an example in which the regression line is obtained from the pair by the least square method has been described, a higher-order regression curve may be obtained.
[0049]
Further, in the present embodiment, an example has been described in which the enable notification is output to the vehicle-side microcomputer 10 when the ISS is possible, and the disable notification is output to the vehicle-side microcomputer 10 when the ISS is not possible. May be issued.
[0050]
In the present embodiment, the data (Q) of the lead battery 1 is used in the reference data acquisition processing subroutine and the data acquisition processing subroutine at the k-th (k ≧ 1) and i-th (i ≧ k + 1) engine starts. _k , R _k ) And data (Q _i , R _i )), The k-th time is not limited to the first time (i-th time is the second time). For this reason, the battery remaining capacity estimation device 11 may be retrofitted.
[0051]
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment in which the present invention is applied to a remaining battery capacity estimation device will be described. The battery remaining capacity estimating device of the present embodiment calculates the internal resistance value r of the lead battery 1 from the slope (internal resistance) and intercept (open circuit voltage) of the regression line established between the current and the voltage flowing through the lead battery 1 at the time of engine start. _i And remaining capacity Q _i (I ≧ 1). In this embodiment, the same components and steps as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different points will be described.
[0052]
In the remaining capacity estimation routine of the present embodiment, step 202 shown in FIG. 2 is omitted, and in step 204, a data acquisition processing subroutine shown in FIG. 5 is executed.
[0053]
In the data acquisition processing subroutine of the present embodiment, in step 602, the process waits until the IGN switch 9 is at the START position, and when the IGN switch 9 is at the START position, at the next step 604, the start of the i-th engine start (time t _s ) Until a first predetermined time (for example, 1 ms to 10 ms) elapses, and after the first predetermined time elapses, in step 606, the current value I flowing through the lead battery 1 _j And voltage value V _j (J ≧ 1) is stored in the RAM. Next, in step 608, it is determined whether or not it is within a second predetermined time (for example, 50 ms) from the start of engine start. . As a result, the current value I flowing through the lead battery 1 after the start of the engine is started. _j And voltage value V _j Are sampled multiple times at very short time intervals (1 ms to 10 ms), and j sets of data (I _j , V _j ) Is obtained (j: second predetermined time / first predetermined time).
[0054]
Next, at step 610, j sets of data (I _j , V _j ) Is the internal resistance r _i And open circuit voltage OCV _i Is calculated as In the next step 612, as in step 306 of the first embodiment, the open circuit voltage OCV _i Is the open circuit voltage OCV at room temperature 25 ° C. _i Then, in step 614, as in step 308 of the first embodiment, the open circuit voltage OCV _i Capacity Q of lead battery 1 corresponding to _i Is calculated. Next, in step 616, the remaining capacity Q of the lead battery 1 calculated in step 614 is calculated. _i And the internal resistance value r calculated in step 610 _i Are stored in the RAM, the data acquisition processing subroutine ends, and the routine proceeds to step 206 in FIG. Thereby, the remaining capacity Q of the lead battery 1 _i And the internal resistance value r _i Set of data (Q _i , R _i ) Is obtained. When the engine is started thereafter, the data acquisition processing subroutine is similarly executed, and data (Q, r) is obtained.
[0055]
In the device for estimating the remaining battery charge of the present embodiment, the current flowing through the lead battery 1 is not integrated between the i-th and (i + 1) -th engine starts, and the current is established between the current and the voltage flowing through the lead battery 1 at the time of starting the engine. The Qr correlation is obtained from the slope and intercept of the regression line, and the remaining capacity Q of the lead battery 1 is calculated from the Qr correlation. _i Is not accumulated, the remaining capacity Q of the lead battery 1 can be calculated with high accuracy.
[0056]
In the present embodiment, when the current and voltage flowing through the lead battery 1 at the time of starting the engine are sampled a plurality of times at minute time intervals, an example in which the number of samplings is determined from the first and second predetermined times has been described. The data may be acquired by setting the number of times of sampling in advance.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the correlation established between the remaining capacity and the internal resistance of the (i-k + 1) or i batteries is obtained every time the i-th engine is started, and the history of the battery is calculated. Since the remaining battery capacity corresponding to the i-th calculated internal resistance of the battery is calculated from the reflected correlation, an error in the remaining battery capacity is corrected, and the remaining battery capacity can be calculated with high accuracy. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a battery remaining capacity estimation device according to a first embodiment to which the present invention can be applied.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a remaining capacity estimation routine of the remaining battery capacity estimation device according to the first embodiment;
FIG. 3 is a flowchart of a reference data acquisition processing subroutine showing details of step 202 of a remaining capacity estimation routine.
FIG. 4 is a flowchart of a data acquisition processing subroutine showing details of step 204 of a remaining capacity estimation routine.
FIG. 5 is a flowchart showing details of a data acquisition processing subroutine showing details of step 204 of a remaining capacity estimation routine of the second embodiment.
FIG. 6 is a graph showing a current waveform of a lead battery when the engine is started.
FIG. 7 is a graph schematically showing a charge / discharge pattern of a lead battery.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a lead battery temperature and an open circuit voltage correction value.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the remaining capacity of a lead battery and the open circuit voltage.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between the temperature of a lead battery and an internal resistance correction value.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the remaining capacity and the internal resistance value of a lead battery.
[Explanation of symbols]
1 Lead battery (battery)
4 Engine
8 Microcomputer
11 Battery remaining capacity estimation device

Claims

A remaining battery charge estimation method for estimating the remaining charge of a battery mounted on a vehicle having an idle stop / start function,
The open circuit voltage of the battery is measured before the k-th (k ≧ 1) engine start, and the remaining capacity of the battery is calculated from a predetermined relationship between the remaining battery capacity and the open circuit voltage. Calculate the internal resistance of the battery from the current change and voltage change at the time of engine start,
At the time of the i-th (i ≧ k + 1) engine start, the amount of charge / discharge electricity flowing through the battery during the (i−1) -th to the i-th engine start is integrated to calculate the remaining capacity of the battery, and the i-th engine start is performed. Calculating the internal resistance of the battery from the current change and the voltage change at the time of engine start,
A correlation that is established between the pair of the remaining capacity and the internal resistance of the calculated (i−k + 1) batteries is obtained, and the remaining capacity of the battery corresponding to the i-th calculated internal resistance of the battery in the obtained correlation is obtained. Calculate capacity,
A battery remaining capacity estimation method including a step.

The internal resistance is a voltage difference between the battery voltage before the engine start and the battery voltage at a predetermined time after the start of the engine start current application. The remaining battery capacity estimating method according to claim 1, wherein the battery remaining capacity estimating method is obtained by dividing by a current difference from a battery current after a predetermined time has elapsed.

3. The method according to claim 2, wherein the predetermined time is within 50 ms from the start of energization of the engine starting current.

A remaining battery charge estimation method for estimating the remaining charge of a battery mounted on a vehicle having an idle stop / start function,
The current and voltage flowing through the battery at the time of the i-th engine start (i ≧ 1) are sampled a plurality of times at minute time intervals, and the slope and intercept of the regression line established between the current and voltage of the battery are determined as the internal resistance and open circuit. Calculating the remaining capacity of the battery corresponding to the calculated open circuit voltage from the relationship between the open circuit voltage and the predetermined remaining capacity of the battery calculated as a voltage,
A correlation that is established between the pair of the calculated remaining capacity and the internal resistance of the i batteries is obtained, and the remaining capacity of the battery corresponding to the internal resistance of the battery calculated as the i-th slope in the obtained correlation is calculated. calculate,
A battery remaining capacity estimation method including a step.

The battery temperature is measured, and the calculated internal resistance of the battery is corrected to an internal resistance at a predetermined temperature based on a relationship between a predetermined battery temperature and an internal resistance correction value. Item 5. The remaining battery capacity estimation method according to any one of Items 4.

The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the measured open circuit voltage of the battery is corrected to an open circuit voltage at a predetermined temperature from a relationship between a predetermined battery temperature and an open circuit voltage. Battery remaining capacity estimation method.

The maximum internal resistance of the battery that allows the engine to be started is calculated from the minimum voltage value and the required current value of the battery determined from the characteristics of the starter for engine start, and the maximum internal resistance of the battery corresponding to the maximum internal resistance in the obtained correlation is calculated. Find the minimum remaining capacity,
When the calculated remaining capacity of the battery is smaller than the minimum remaining capacity, it is determined that the engine cannot be started.
The remaining battery capacity estimation method according to claim 1, further comprising a step.