JP2005067293A - 鉛蓄電池の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回生充電機能を備えた車両に用いる鉛蓄電池の制御方法において、ＳＯＣ検知精度の低下と電池寿命の低下を抑制するとともに、特にアイドルストップ機能を備えた車両では、アイドルストップ後のエンジン再始動が不能となることを未然に抑制する鉛蓄電池の制御方法を提供する。
【解決手段】 車両減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して得た回生エネルギーで鉛蓄電池を回生充電する回生充電機能を備えた車両において、鉛蓄電池の電池温度Ｔを測定するとともに、この電池温度Ｔが所定値温度Ｔ１以下の場合にのみ回生充電を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回生充電機能を備えた車両に用いる鉛蓄電池の制御方法に関するものである。

自動車に用いる始動用鉛蓄電池は、エンジンの始動、ライトの点灯をはじめとする電気機器の動作用電源として使用されている。自動車の走行時には鉛蓄電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）は１００％となるよう、鉛蓄電池は規定された電圧によって定電圧充電が行われる。なお、公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池では設定充電電圧を１４．０Ｖ〜１４．５Ｖとすることが通常行われている。

一方、近年、自動車の燃費向上を目的に、車両減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して鉛蓄電池に蓄える回生充電システムが検討されてきている。このような回生充電の充電受入性を確保するために、鉛蓄電池のＳＯＣは１００％未満の部分充電状態（ＰＳＯＣ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）とする必要があり、通常の場合ではＳＯＣを９０％〜５０％程度の範囲で制御することが行われる。したがって、このような鉛蓄電池のＳＯＣを精度良く測定し、適切なＳＯＣの範囲で鉛蓄電池を充電制御することは重要なことである。

しかしながら、鉛蓄電池の周囲温度によっては充電効率が変化するため、鉛蓄電池の充放電電流を積算してＳＯＣを検出する際、実際に鉛蓄電池に充電された電気量と充電電気量の積算により求めた電気量との比率が変化する。その結果、検知されたＳＯＣと実際のＳＯＣとの間に誤差が発生し、ＳＯＣの検出精度が低下するという問題があった。

また、鉛蓄電池において開路電圧や放電電圧あるいは充電電圧といった電池電圧とＳＯＣとの間の相関関係を利用し、これら電池電圧からＳＯＣを検出することが行われている。ところが回生充電を行う場合、回生充電は短時間に大電流で行うことから、鉛蓄電池は過充電される。この過充電によるガス発生で電解液中の水分が減少し、電解液中の硫酸濃度が上昇する。その結果、実際のＳＯＣは低いにもかかわらず、硫酸濃度の上昇によって電池電圧が上昇し、検知されたＳＯＣが実際のＳＯＣよりも高くなる検知誤差が発生する。また、硫酸濃度が上昇した状態、特に硫酸濃度が４５質量％以上の領域で鉛蓄電池の充放電を行った場合、正極において活物質の軟化脱落や格子体の腐食が生じ鉛蓄電池の寿命が低下する。

また、このような電解液中の硫酸濃度の上昇は充電効率を低下させるため、前記したような充放電電気量の積算によってＳＯＣを検知する場合においてもＳＯＣの検知精度を低下させるといった課題がある。

例えば特許文献１には鉛蓄電池の劣化によるＳＯＣの検出精度の低下という課題が示されている。この特許文献１によれば鉛蓄電池の開路電圧とＳＯＣとの相関関係によって求めたＳＯＣの変化量と、実際に充放電電流の積算によって求めたＳＯＣの変化量との比率を求めて開路電圧とＳＯＣの相関関係を補正することが示されているものの、依然として十分な精度でＳＯＣを検出することは困難であった。

一方、車両の燃費をさらに向上させるためには、車両が停止した場合に、エンジンを停止させるアイドルストップ制御を行うことが有効である。このアイドルストップ後、エンジンが再始動し、車両走行が再開する。このアイドルストップ中、鉛蓄電池は車両に付随
するライト類やエアコン類といった各種機器に電力を供給するとともに、エンジン再始動時にセルモータに大電力を供給する必要がある。

このようなアイドルストップ機能を備えた車両において、鉛蓄電池のＳＯＣの検知精度が低下した場合、車両運行に支障が生じる場合がある。すなわち検知されたＳＯＣは制御範囲内であるにもかかわらず、実際のＳＯＣが制御下限値を下回った場合には、エンジン再始動が不能となることがあった。したがって、特にアイドルストップ機能を備えた車両において、鉛蓄電池のＳＯＣ検知精度を高めることは極めて重要な技術的課題であった。
特開２００１−３５１６９８号公報

本発明は前記したような回生充電機能を備えた車両に用いる鉛蓄電池の制御方法において、ＳＯＣの検知精度の低下と電池寿命の低下を抑制するとともに、特にアイドルストップ機能を備えた車両に用いた場合、前記したようなアイドルストップ後のエンジン再始動が不能となることを未然に抑制する鉛蓄電池の制御方法を提供するものである。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明は、車両減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して得た回生エネルギーで車両に設けた鉛蓄電池を回生充電する回生充電機能を備えた車両において、前記鉛蓄電池の電池温度Ｔを測定するとともに、前記電池温度Ｔが所定値温度Ｔ１以下の場合にのみ回生充電を行うことを特徴とする鉛蓄電池の制御方法である。

ここでの所定値温度Ｔ１は、車両中での鉛蓄電池の設定場所にも依存するが、およそ４０〜７０℃に設定するのが望ましい。

また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１の鉛蓄電池の制御方法において、前記車両はその停止状態で所定の条件を満たした場合に車両に搭載されたエンジンを停止させるアイドルストップ機能を備えるとともに、前記電池温度Ｔが所定値温度Ｔ１よりも低くかつＴ１よりも低温に設定された所定値温度Ｔ２以上の場合にのみ、アイドルストップを行うことを特徴とするものである。

このような本発明の構成によれば、電池温度Ｔが所定値温度Ｔ１を超えて高い場合には回生充電を禁止することによって、回生充電による鉛蓄電池の過充電を抑制する。その結果として電解液中の水分減少とこれによる電解液中の硫酸濃度の上昇を抑制することができる。硫酸濃度の上昇は電池の充電効率の低下を引き起こすことにつながり、充放電電気量積算によるＳＯＣ検知精度に悪影響を及ぼす他、鉛蓄電池の開路電圧とＳＯＣとの相関関係を変化させ、開路電圧に基づくＳＯＣの検知精度を低下させる。また、電解液中の硫酸濃度上昇は、鉛蓄電池自体の寿命を低下させる。

本発明ではこのような回生充電による過充電を抑制することにより、ＳＯＣの検知精度の低下を抑制するとともに、鉛蓄電池寿命の低下をも抑制する。また、特にアイドルストップ機能を備えた車両に適用した場合には、ＳＯＣの検知精度低下によるアイドルストップ後のエンジン再始動不能といった車両運行上の不具合の発生も抑制できる。

本発明の構成により、回生充電機能を備えた車両においてＳＯＣ検知精度の低下と蓄電池寿命の低下を抑制し、特にアイドルストップ機能を備えた車両においては、前記したようなアイドルストップ後のエンジン再始動が不能となることを未然に抑制する効果を奏し
、車両運行の信頼性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図２は本発明による鉛蓄電池の制御方法を適用する車両２０１の概略構成を示す図である。車両２０１は、エンジン２０２の出力の一部によって駆動される発電機２０３を有し、発電機２０３からの出力が充電制御手段２０４を介して鉛蓄電池２０５を充電する。一方、鉛蓄電池２０５からはＥＣＵ２０６および点火装置といった各種の補機類２０７に電力が供給される。

鉛蓄電池２０５には、そのＳＯＣを検知するためのＳＯＣ検知手段２０８が設けられていて、このＳＯＣ検知手段２０８で検知されたＳＯＣ値に基いて充電制御手段２０４により鉛蓄電池２０５のＳＯＣを制御する。ＳＯＣの制御上限値は回生充電分を考慮して９０％程度、制御下限値はエンジン始動に最低限必要な放電電圧を確保すること、さらには鉛蓄電池において低ＳＯＣで制御した場合には電池の容量劣化が進行しやすくなることから５０％程度に設定される。ここでＳＯＣが制御下限値にまで低下した場合には、充電制御手段２０４により鉛蓄電池２０５のＳＯＣを上昇させる。また、ＳＯＣが制御上限値まで上昇した場合には、鉛蓄電池２０５への充電を休止する。充電休止状態では補機類２０７への給電によって鉛蓄電池２０５が放電され、そのＳＯＣを低下させることができる。

なお、ＳＯＣ検知手段２０８では鉛蓄電池２０５への充放電電気量積算によってＳＯＣを求めることができる。また、充電時あるいは放電時の電流値と電圧値の関係によっても求めることができる。また、鉛蓄電池の開路電圧とＳＯＣとの相関関係を用いることによってもＳＯＣを検知することができる。

さらに、車軸２０９には車軸２０９の減速、制動時の回転運動によって駆動される発電機２１０が設けられ、発電機２１０によって回収された回生エネルギーは回生充電制御手段２１１を介して鉛蓄電池を充電する。

また、車両２０１はアイドルストップ機能を有しているものがより好ましい。車両が停止状態であり、かつ補機類への負荷電流が設定値以下といったような、別に定める所定条件下でエンジン２０２を停止させる。また、車両２０１の走行を再開する際、車両の運転者によるアクセルペダル（図示せず）の踏み込み操作といった所定の操作によってアイドルストップを解除し、エンジン２０２を再始動する。これらのアイドルストップ−エンジン再始動の一連の制御は、ＥＣＵ２０６内に格納された制御プログラムにより実行させることができる。

本発明による鉛蓄電池の制御方法を図２に示した車両に適用した実施形態を、以下に記載する。図１は本発明の鉛蓄電池の制御フローを示す図である。本発明においては、エンジン始動（Ｓ１）後に電池温度Ｔの計測を行う（Ｓ２）。そして、車両が走行状態にあるかどうかを判定（走行判定（Ｓ３））する。車両が走行状態にあるとき、電池温度ＴとＥＣＵ内に設定された所定値温度Ｔ１との比較判定が行われる（Ｓ４）。電池温度Ｔが所定値温度Ｔ１以下の場合であり、かつ車両が減速状態となり、回生エネルギーが発生した場合には回生充電判定（Ｓ５）でこれを判定し、回生充電（Ｓ６）を行う。

また、電池温度Ｔ≦所定値Ｔ１の場合において、回生エネルギーが発生していない場合は回生充電判定（Ｓ５）のステップから電池温度Ｔの計測（Ｓ２）のステップへ復帰する。そして回生充電の完了を回生充電完了判定（Ｓ７）で判定後、電池温度Ｔの計測（Ｓ２）のステップへ移行する。
ここでの所定値温度Ｔ１は、鉛蓄電池の過充電電気量が増大し、ガス発生によって電解液中の水分減少が促進される温度以下に設定する。鉛蓄電池の場合、所定値温度Ｔ１は４０〜７０℃の範囲で設定することができる。

本発明においては電池温度Ｔ＞所定値温度Ｔ１の場合に回生充電を取り消す。これにより、鉛蓄電池への過充電電気量を抑制し、過充電による電解液中の水分減少とこれによる電解液中の硫酸濃度の上昇を抑制する。４５質量％以上といった硫酸濃度が高い領域の電解液中で充放電を行った場合、正極で活物質の軟化脱落や格子体の腐食が進行しやすくなり、結果として電池寿命が短くなる。本発明においてはこの過充電電気量を抑制することによって、電池寿命の低下を抑制することができる。

そして、本発明の最も有効な効果として鉛蓄電池２０５のＳＯＣ検知精度を向上させることができる。すなわち、鉛蓄電池においては電解液中の硫酸濃度と電池電圧とは深い相関関係が存在し、開路状態、放電状態および充電状態の電池電圧からＳＯＣを検知することが行われる。その際、電解液中の水分減少により硫酸濃度が上昇した場合、電池電圧とＳＯＣとの相関関係が変化し、結果として、ＳＯＣの検知精度を低下させる。本発明においては回生充電による過充電とこれによる電解液中の硫酸濃度の上昇を抑制できるため、ＳＯＣの検知精度の低下を抑制することができる。

また、ＳＯＣの他の検知方法として鉛蓄電池２０５の充放電電気量を積算してＳＯＣを求める場合においても本発明の効果を得ることができる。充放電電気量の積算によるＳＯＣ検知は充電電気量に充電効率を乗じることによって求められる実際に充電された電気量と放電電気量を積算することによる。その際、充電効率は電解液中の硫酸濃度の変化によって変動する。ここでは、硫酸濃度の上昇によって充電効率は低下することとなる。したがって実際の充電電気量は低下するため、充放電電気量積算で求めたＳＯＣよりも実際のＳＯＣが低くなる。本発明は電解液中の硫酸濃度の上昇を抑制できるため、硫酸濃度の上昇による充電効率の低下を勘案する必要がなく、ＳＯＣの検知精度を低下させることがない。

したがって、上記の本発明の実施形態によれば回生充電による鉛蓄電池の過充電とこれによる電解液中の硫酸濃度の上昇を抑制することによって、鉛蓄電池のＳＯＣ検知精度の低下を抑制できる。特にアイドルストップ機能を備えた車両においてはＳＯＣが制御下限値未満となった場合にはアイドルストップ後のエンジン再始動が不能となる場合がある。そこでアイドルストップ後のエンジン再始動を確実に実行させるために、鉛蓄電池のＳＯＣをより精度良く検知する必要があることから、本発明の構成がより有効である。

また、このようなアイドルストップ後のエンジン再始動不能といった事態を避ける目的から、アイドルストップ車両に本発明を適用する場合には、前記した本発明の構成に以下の構成を付加することが好ましい。

すなわち、図１に示したように走行判定（Ｓ３）によって車両が停止状態と判定された場合に、電池温度Ｔが所定値温度Ｔ２以上にあるかどうかの判定（Ｓ８）を行う。電池温度Ｔ≧所定値温度Ｔ２の場合にはアイドルストップに適切な所定条件が満たされたかどうかをアイドルストップ判定（Ｓ９）で判断し、所定条件を満たした場合にエンジンを停止させ、アイドルストップ（Ｓ１０）に入る。再度車両を走行させる際には、運転者がアクセルペダルを踏み込む等の所定の動作によりアイドルストップ解除判定（Ｓ１１）が行われ、エンジン始動（Ｓ１）が行われる。また、車両停止時において、ライト、エアコン等の各種機器類の動作時間が所定時間以上となった場合には、鉛蓄電池のＳＯＣが制御下限値未満となることを避ける目的で、アイドルストップの解除が行われる。

また、電池温度Ｔ＜所定値温度Ｔ２の場合にはアイドルストップ判定（Ｓ９）を取り消し、以降のアイドルストップ（Ｓ１０）およびアイドルストップ解除判定（Ｓ１１）を行わず、電池温度Ｔの計測（Ｓ２）に移行することができる。なお、所定温度Ｔ２は電池温度が低下することによってアイドルストップ後のエンジン再始動が困難となる温度領域、例えば０〜−５℃といった低温領域に設定する。

なお、所定値温度Ｔ１は４０℃でよいが、鉛蓄電池の設置場所がエンジンルーム内等の温度影響を受け易く、充電受け入れ性も低下する場合には５０〜７０℃の過充電によって電解液中の水分減少が顕著となる高温領域に設定される。また、所定値温度Ｔ２は０℃以下といったアイドルストップ後のエンジン再始動が困難となる低温領域に設定されるため、Ｔ１＞Ｔ２となる。Ｔ１≦Ｔ２とした場合には回生充電もアイドルストップも行われない温度領域が生じ、回生充電やアイドルストップを行うそもそもの目的、すなわち、これらによる燃費改善効果を損なうことになり、好ましくない。

このような本発明の好ましい構成により、ＳＯＣの検知精度の低下を抑制する効果とあいまって、アイドルストップ後の再始動不能という事態をより精度よく回避することができる。

本発明の鉛蓄電池の制御方法は、回生充電機能を備えた車両やこの回生充電機能とともにアイドルストップ機能を備えた車両に適用することにより、ＳＯＣ検知精度の低下とこれによって発生するアイドルストップ後のエンジン再始動不能といった事態を回避することができる。

本発明の鉛蓄電池の制御フローを示す図 本発明の鉛蓄電池の制御方法を適用する車両の概略構成を示す図

符号の説明

２０１ 車両
２０２ エンジン
２０３ 発電機
２０４ 充電制御手段
２０５ 鉛蓄電池
２０６ ＥＣＵ
２０７ 補機類
２０８ ＳＯＣ検知手段
２０９ 車軸
２１０ 発電機

Claims (4)

1. 車両減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して得た回生エネルギーで鉛蓄電池を回生充電する回生充電機能を備えた車両において、前記鉛蓄電池の電池温度（Ｔ）を測定するとともに、前記電池温度（Ｔ）が所定値温度Ｔ１以下の場合にのみ前記回生充電を行うことを特徴とする鉛蓄電池の制御方法。
2. 所定値温度Ｔ１は４０〜７０℃である請求項１に記載の鉛蓄電池の制御方法。
3. 前記車両は停止状態において所定の条件を満たした場合に車両に搭載されたエンジンを停止させるアイドルストップ機能を備えるとともに、前記電池温度（Ｔ）が所定値温度Ｔ１よりも低く、かつこのＴ１よりも低く設定された所定値温度Ｔ２以上の場合、アイドルストップを行うことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池の制御方法。
4. 所定値温度Ｔ２は０〜−５℃である請求項３に記載の鉛蓄電池の制御方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images