JP2005295644A

JP2005295644A - 車両用二次電池の充電状態検出装置

Info

Publication number: JP2005295644A
Application number: JP2004104797A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Matsui; 泰明松井; Kazuyoshi Furuhashi; 一能古橋; Masanari Nakao; 正就中尾
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4438088B2

Abstract

【課題】この発明の目的は、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができるようにすることにある。
【解決手段】この発明は、車両に搭載された二次電池の充電状態をこの二次電池の開放電圧を基に算出する車両用二次電池の充電状態検出装置において、車両電源オン時における二次電池の充電状態を、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから算出する算出手段を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は車両用二次電池の充電状態検出装置に係り、特に、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる車両用二次電池の充電状態検出装置に関する。

近時は、電動機を備えた電気自動車や、エンジンとこのエンジンを駆動及びアシスト可能な電動発電機とを備えたハイブリッド電気自動車などの電動機を搭載した車両が提案されている。このような車両においては、電動機を駆動するために搭載された車両用二次電池の充電状態を正確に把握する必要があり、充電状態検出装置を搭載している。車両用二次電池の充電状態検出装置は、車両に搭載された二次電池の充電状態を、この二次電池の開放電圧を基に算出する。

従来の車両用二次電池の充電状態検出装置には、充電時における二次電池の電流値を積算し、その積算値に基づいて充電量を算出する方法と、無負荷状態における二次電池の端子電圧に基づいて充電量を算出する方法と、の２つ方法により二次電池の充電量を算出するものがある。
特開平１０−３１８９１２号公報

従来の車両用二次電池の充電状態検出装置には、電圧測定値及び電流測定値から二次電池の開放電圧を求め、充電状態の前回値にその後の充放電量を積算して充電状態の今回値を算出し、基準充電状態値に対応する基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、充電状態の今回値が充電量制御範囲内にある場合にのみ前記基準電圧値と開放電圧との比較結果に基づいて、充電状態の今回値を基準充電状態値に近づく向きに補正して充電状態を今回値とする逐次補正を行うものがある。
特開２００２−２３８１０６号公報

従来の車両用二次電池の充電状態検出装置には、二次電池の充放電電流検出値を積算して二次電池の充電量演算値を演算し、発電機の発電電力が電動機の消費電力検出値と一致するように発電電力を制御して二次電池の充放電電流を強制的に０にし、この二次電池の充放電電流を強制的に０にする制御中の前記充放電電流検出値が０になったときの二次電池の端子電圧である電圧検出値に基づいて二次電池の充電量推定値を推定し、前記充電量演算値を前記充電量推定値により補正するものがある。
特許第３３７６８８１号公報

ところで、前記特許文献１に記載される充電状態検出装置においては、充電時における二次電池の電流値を積算して充電量を算出する方法が電流センサの読み取り誤差や中点ずれなどを生じるため、無負荷状態における二次電池の端子電圧を用いて充電量を算出する方法を併用することにより、充電状態の検出精度を向上している。

無負荷状態における二次電池の端子電圧（以下「開放電圧」と記す。）から二次電池の充電状態を検出する際には、予め準備した開放電圧と充電状態との相関図を用いるが、この相関図は開放電圧が十分に安定した場合のデータに基づく図である。

しかし、車両電源オフ後に二次電池の開放電圧が安定するまでには、長時間を必要とする。そのため、充電状態を正確に算出するには、車両電源オフ後の経過時間に相当する値を正確に判定する必要がある。

このため、車両電源オフ後における二次電池の安定した開放電圧を検出するためには、充電状態検出装置の制御手段である車載コンピュータを車両電源オフ後にも起動した状態に維持しておく方法が考えられるが、コンピュータの電力消費により車両に搭載したエンジンの二次電池が過放電するおそれがある。

この発明は、車両に搭載された二次電池の充電状態をこの二次電池の開放電圧を基に算出する車両用二次電池の充電状態検出装置において、車両電源オン時における二次電池の充電状態を、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから算出する算出手段を備えていることを特徴とする。

この発明の車両用二次電池の充電状態検出装置は、算出手段によって、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから、車両電源オン時における二次電池の充電状態を算出することにより、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる。

この発明の車両用二次電池の充電状態検出装置は、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから、車両電源オン時における二次電池の充電状態を算出するものであり、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図５において、２は車両、４はエンジン、６は電動発電機、８は自動変速機である。この車両２は、エンジン４とこのエンジン４を駆動及びアシスト可能な電動発電機６とを備えたいわゆるハイブリッド電気自動車である。

車両２は、エンジン４と、このエンジン４の図示しないクランク軸に接続された電動発電機６と、この電動発電機６に接続された有段式の自動変速機８とを搭載している。この車両２は、エンジン４および／または電動発電機６の発生する駆動力を、自動変速機８から差動機１０を介して車軸１２により車輪１４に伝達し、走行する。

前記エンジン４は、燃料噴射弁１６を有している。前記電動発電機６には、インバータ１８を介して車両用二次電池（以下「二次電池」と記す。）２０を接続している。電動発電機６は、車両２に搭載した二次電池２０の電力により駆動されてトルクを発生し、エンジン４を駆動及びアシスト可能なモータ機能を有するとともに、エンジン４側あるいは車輪１４側からの駆動力により駆動されて回生発電し、インバータ１８を介して二次電池２０に充電する発電機能を有している。前記自動変速機８は、流体式のトルクコンバータ２２とギヤ式の変速部２４とを備えている。なお、エンジン４、自動変速機８、燃料噴射弁１６は、車両２に搭載した図示しない一次電池（図示せず）から電力を供給される。

前記電動発電機６と燃料噴射弁１６とは、二次電池２０の充電状態検出装置２６を構成する制御手段２８に接続して設けている。制御手段２８には、二次電池２０の温度を検出する二次電池温度センサ３０と、二次電池２０の電圧を検出する二次電池電圧センサ３２と、二次電池２０の電流を検出する二次電池電流センサ３４と、エンジン４の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ３６と、エンジン４の吸気温度を検出する吸気温度センサ３８とを接続して設けている。

制御手段２８は、二次電池２０の電力をインバータ１８を介して電動発電機６に供給し、エンジン４を駆動及びアシストするように制御するとともに、エンジン４側あるいは車輪１４側からの駆動力により電動発電機６を駆動して回生発電し、インバータ１８を介して二次電池２０に充電する。

この制御手段２８には、算出手段４０を備えている。算出手段４０は、図６に示す如く、周囲温度相当温度算出部４２と温度差算出部４４と補正係数算出部４６と開放電圧充電状態算出部４８と電源オフ時充電状態記憶部５０と電源オン時充電状態算出部５２とを備えている。

前記周囲温度相当温度算出部４２は、車両周囲温度検出手段を構成する吸気温度センサ３８の検出する吸気温度Ｔ３と、車両周囲温度検出手段を構成する二次電池温度センサ３０の検出する二次電池温度Ｔ４とから、車両周囲温度検出手段の検出値Ｔ２である車両２の周囲温度に相当する温度Ｔ２を算出する。

前記温度差算出部４４は、暖機状態検出手段の検出値Ｔ１であるエンジン４の冷却水温度センサ３６の検出する冷却水温度Ｔ１と、前記周囲温度相当温度算出部４２の算出した周囲温度に相当する温度Ｔ２とから、温度差△Ｔを算出する。

前記補正係数算出部４６は、前記温度差算出部４４の算出した温度差△Ｔから、車両２の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数ｋを算出する。

前記開放電圧充電状態算出部４８は、今回の車両２の電源オン時の二次電池２０の開放電圧から、充電状態ＳＯＣ２を算出する。

前記電源オフ時充電状態記憶部５０は、前回の車両２の電源オフ時に二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３を記憶しておく。

前記電源オン時充電状態算出部５２は、前記開放電圧充電状態算出部４８により二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２と、前記電源オフ時充電状態記憶部５０により記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とから、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を算出する。

これにより、車両２の二次電池２０の充電状態検出装置２６は、算出手段４０によって、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を、今回の車両２の電源オン時の二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２と、前回の車両２の電源オフ時に記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とから算出する。

前記算出手段４０は、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数ｋを備え、この補正係数ｋにより前記二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２と前記記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とを補正して、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を算出する。

また、前記算出手段４０は、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間が長いほど大きくなる補正係数ｋを備え、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間が長いほど、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１に占める前記二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２の比率が、前記記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３よりも大きくなるように補正係数ｋにより補正して算出する。

さらに、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間は、車両２に搭載されたエンジン４の暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値Ｔ１（冷却水温度センサ３６の検出する冷却水温度Ｔ１）と、車両２の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値Ｔ２（吸気温度センサ３８の検出する吸気温度Ｔ３と二次電池温度センサ３０の検出する二次電池温度Ｔ４とから算出される車両２の周囲温度に相当する温度Ｔ２）とから算出する。

前記暖機状態検出手段は、前記冷却水温度センサ３６から構成される。また、前記車両周囲温度検出手段は、エンジン４の吸気温度を検出する吸気温度センサ３８と、二次電池２０の温度を検出する二次電池温度センサ３０とから構成される。

次に、この実施例の作用を説明する。

車両２の二次電池２０の充電状態検出装置２６は、図１に示す如く、プログラムがスタートすると（１０２）、二次電池温度センサ３０、二次電池電圧センサ３２、二次電池電流センサ３４、冷却水温度センサ３６、吸気温度センサ３８から各種信号を取り込む（１０４）。なお、充電状態検出装置２６は、前回の車両２の電源オフ時に二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３を記憶しておく。

取り込まれた各種信号から、今回の車両２の電源オン時の二次電池２０の開放電圧から充電状態ＳＯＣ２を算出し（１０６）、車両２の周囲温度に相当する温度Ｔ２を吸気温度Ｔ３と二次電池温度Ｔ４とから算出する（１０８）。

エンジン４の暖機状態を示す冷却水温度センサ３６の検出する冷却水温度Ｔ１と前記車両２の周囲温度に相当する温度Ｔ２とから温度差△Ｔを算出し（１１０）、この温度差△Ｔから車両２の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数ｋを算出する（１１２）。

この算出された補正係数ｋにより前記二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２と前記記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とを補正して、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を算出し（１１４）、プログラムを終わる（１１６）。算出された車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１は、電動発電機の駆動・発電及び二次電池２０の放電・充電の制御に使用される。

即ち、この車両２の二次電池２０の充電状態検出装置２６は、車両２の電源オン時に、二次電池２０の開放電圧から求めた充電状態ＳＯＣ２と、前回の車両２の電源オフ時に記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とから、二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を算出するものであり、この二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１に対する前記開放電圧から求めた充電状態ＳＯＣ２と前記記憶しておいた充電状態ＳＯＣ３との反映比率を変えるものである。

二次電池２０の充電状態検出装置２６は、車両２の電源オフ後に二次電池２０の開放電圧が安定するまでに長時間を必要とすることから、車両２の電源オフ後の経過時間に相当する値を算出するために、車両２に搭載されたエンジン４の暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値Ｔ１と、車両２の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値Ｔ２との差△Ｔを利用している。

暖機状態検出手段の検出値Ｔ１は、冷却水温度センサ３６の検出する冷却水温度Ｔ１を用いる。エンジン４の冷却水温度Ｔ１は、図２に実線で示す如く、車両２の電源オフ後に徐々に低下していき、充分な時間が経過すると、車両２の周囲温度と等しくなる。

車両２の周囲温度を検出する手段を有していない場合は、車両２の周囲温度Ｔ２に相当する情報として、エンジン４の吸気温度Ｔ３と二次電池２０の二次電池温度Ｔ４とを用いる。

エンジン４の吸気温度Ｔ３は、図２に破線で示す如く、車両２の電源オフ直後は高温であるものの、冷却水温度Ｔ１より熱容量が小さいため、早い時間で車両２の周囲温度に近づく。また、二次電池２０の二次電池温度Ｔ４は、図２に２点鎖線で示す如く、車両２の走行中はやや発熱があるものの、車両２の電源オフ直後の車両２の周囲温度との差は吸気温度と車両２の周囲温度との差よりも小さい。そこで、エンジン４の吸気温度Ｔ３と二次電池２０の二次電池温度Ｔ４との小さいほうの値を、車両２の周囲温度Ｔ２とみなす。

車両２の電源オフ後の経過時間に相当する値は、暖機状態を示す冷却水温度センサ３６の検出する冷却水温度Ｔ１と、エンジン４の吸気温度Ｔ３と二次電池２０の二次電池温度Ｔ４とのいずれか小さいほうの値である車両２の周囲温度Ｔ２とから算出される温度差△Ｔより算出される。温度差△Ｔが小さい場合は、前回の車両２の電源オフ後の経過時間が長いことになる。

前回の車両２の電源オフ後の経過時間が長い場合は、二次電池２０の開放電圧が充分に安定しているため、車両２の電源オン時における充電状態ＳＯＣ１は二次電池２０の開放電圧と充電状態の相関図（図３参照）を用いて求めた充電状態ＳＯＣ２によく合うことから、この充電状態ＳＯＣ２を重視した充電状態とするため、補正係数ｋ（０≦ｋ≦１）を大きくする。

一方、前回の車両２の電源オフ後の経過時間が充分でなく短い場合は、二次電池２０の開放電圧が充分に安定していないため、二次電池２０の開放電圧と充電状態の相関図（図３参照）に不正確な部分があることから、補正係数ｋを車両２の電源オフ後の経過時間の経過時間に応じて小さくする。

これより、補正係数ｋは、図４に示す如く、温度が高いほど大きくなり、経過時間が長いほど小さくなる。

これより、二次電池２０の充電状態検出装置２６は、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を、
ＳＯＣ１＝ｋ＊ＳＯＣ２＋（１−ｋ）＊ＳＯＣ３
の式より算出する。

この式において、ＳＯＣ２は今回の車両２の電源オン時の二次電池２０の開放電圧から求められた充電状態、ＳＯＣ３は前回の車両２の電源オフ時に記憶しておいた二次電池２０の充電状態、補正係数ｋは車両２の電源オフ後の経過時間に相当する値であり、この補正係数ｋによってＳＯＣ１に反映されるＳＯＣ２とＳＯＣ３との割合（反映比率）を異ならせている。

これにより、二次電池２０の開放電圧から、より正確に車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を判定することができる。

このように、この車両２の二次電池２０の充電状態検出装置２６は、算出手段４０によって、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を、今回の車両２の電源オン時の二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２と、前回の車両２の電源オフ時に記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とから算出する。

このため、この車両２の二次電池２０の充電状態検出装置２６は、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる。

また、前記算出手段４０は、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数ｋを備え、この補正係数ｋにより前記二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２と前記記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３とを補正して、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１を算出することにより、より正確な二次電池の充電状態を検出することができる。

さらに、前記算出手段４０は、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間が長いほど大きくなる補正係数ｋを備え、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間が長いほど、車両２の電源オン時における二次電池２０の充電状態ＳＯＣ１に反映される前記二次電池２０の開放電圧から算出された充電状態ＳＯＣ２の割合が、前記記憶しておいた二次電池２０の充電状態ＳＯＣ３よりも大きくなるように補正係数ｋにより補正して算出することにより、車両２の電源オン時におけるに二次電池２０の開放電圧が安定する度合いに応じて算出方法を変化させることができ、精度の高い検出方法を確立することができる。

さらにまた、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間は、車両２に搭載されたエンジン４の暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値Ｔ１と、車両２の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値Ｔ２とから算出することにより、前回の車両２の電源オフ後の経過時間を測定するのに専用のタイマを設ける必要がない。

また、前記車両周囲温度検出手段は、エンジン４の吸気温度を検出する吸気温度センサ３８と、二次電池２０の温度を検出する二次電池温度センサ３０とから構成されるので、エンジン４に既設の温度センサを利用することができ、専用の車両周囲温度検出手段を設ける必要がなく、軽量化及び省スペース化に貢献するこができる。

なお、この発明は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。

例えば、上述実施例においては、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間を、エンジン４の冷却水温度Ｔ１とエンジン４の吸気温度Ｔ３と二次電池２０の二次電池温度Ｔ４とを用いて算出したが、制御手段２８に内蔵される時計（図示せず）を利用して、前回の車両２の電源オフ時の制御手段２８に内蔵される時計の時刻を記憶しておき、今回の車両２の電源オン時の制御手段２８に内蔵される時計の時刻と前記記憶しておいた時刻とを用いて、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間を算出することもできる。

また、上述実施例においては、前回の車両２の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数ｋをエンジン４の暖機状態と車両２の周囲温度とから算出したが、前回の車両２の電源オフ前における二次電池２０の使用状況を考慮して補正係数ｋを算出することができる。

この発明の車両用二次電池の充電状態検出装置は、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから、車両に搭載される二次電池の充電状態を精度良く検出することができ、車両に搭載される一次電池の充電状態の検出にも適用することができ、また、車両に既設の温度センサを用いて車両の電源オフ後の経過時間を算出することができるので、他の制御の制御因子として利用することができる。

車両用二次電池の充電状態検出装置の実施例を示す充電状態算出のフローチャートである。車両の電源オフ後の温度推移を示す図である。二次電池の開放電圧と充電状態の相関図である。車両の電源オフ後の経過時間による補正係数を示す図である。充電状態検出装置のシステム構成図である。充電状態検出装置の制御ブロック図である。

符号の説明

２車両
４エンジン
６電動発電機
８自動変速機
１８インバータ
２０二次電池
２６充電状態検出装置
２８制御手段
３０二次電池温度センサ
３２二次電池電圧センサ
３４二次電池電流センサ
３６冷却水温度センサ
３８吸気温度センサ
４０算出手段
４２周囲温度相当温度算出部
４４温度差算出部
４６補正係数算出部
４８開放電圧充電状態算出部
５０電源オフ時充電状態記憶部
５２電源オン時充電状態算出部

Claims

車両に搭載された二次電池の充電状態をこの二次電池の開放電圧を基に算出する車両用二次電池の充電状態検出装置において、車両電源オン時における二次電池の充電状態を、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから算出する算出手段を備えていることを特徴とする車両用二次電池の充電状態検出装置。
前記算出手段は、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数を備え、この補正係数により前記二次電池の開放電圧から算出された充電状態と前記記憶しておいた二次電池の充電状態とを補正して、前記車両電源オン時における二次電池の充電状態を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用二次電池の充電状態検出装置。
前記算出手段は、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間が長いほど大きくなる補正係数を備え、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間が長いほど、前記車両電源オン時における二次電池の充電状態に反映される前記二次電池の開放電圧から算出された充電状態の割合が、前記記憶しておいた二次電池の充電状態よりも大きくなるように前記補正係数により補正して算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用二次電池の充電状態検出装置。
前記前回の車両電源オフ時からの経過時間は、前記車両に搭載されたエンジンの暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値と、前記車両の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値とから算出することを特徴とする請求項２及び請求項３のいずれか１項に記載の車両用二次電池の充電状態検出装置。
前記車両周囲温度検出手段は、前記エンジンの吸気温度を検出する吸気温度センサと、前記二次電池の温度を検出する二次電池温度センサとから構成されることを特徴とする請求項４に記載の車両用二次電池の充電状態検出装置。