JP2007210554A - Vehicle power supply device and battery condition detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリとオルタネータとを備える車両用電源装置、及び、該電源装置において用いられるバッテリ状態検知装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power supply device including a battery and an alternator, and a battery state detection device used in the power supply device.
従来から、交流インピーダンス法を用いた鉛蓄電池の内部インピーダンスの測定方法ないし鉛蓄電池の劣化判定方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、交流インピーダンス法を用いて車両使用状態で車両のバッテリの状態を検知するには、交流発生源を新たに車両に搭載しなければならず、レイアウトやコストの観点から問題点がある。 However, in order to detect the state of the battery of the vehicle in the vehicle usage state using the AC impedance method, an AC generation source must be newly installed in the vehicle, which is problematic from the viewpoint of layout and cost.
そこで、本発明は、交流発生源を新たに車両に搭載することなく、交流インピーダンス法により車両のバッテリの状態を検知することができる車両用電源装置及びバッテリ状態検知装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle power supply device and a battery state detection device that can detect the state of a battery of a vehicle by an AC impedance method without newly installing an AC generation source in the vehicle.
上記目的を達成するため、第1の発明は、車載負荷に接続されるバッテリと、車両の駆動源に接続されるオルタネータとを備える車両用電源装置において、
オルタネータが発生する交流電流を、整流回路を介して整流して、バッテリに導く第1電流経路と、
オルタネータが発生する交流電流を、整流回路を介することなく、バッテリに導く第2経路とを備えることを特徴とする。
To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a vehicle power supply device including a battery connected to a vehicle-mounted load and an alternator connected to a drive source of the vehicle.
A first current path that rectifies the alternating current generated by the alternator through a rectifier circuit and guides it to the battery;
And a second path for guiding the alternating current generated by the alternator to the battery without passing through the rectifier circuit.
第2の発明は、第1の発明に係る車両用電源装置において、
第2経路に、オルタネータとバッテリとの間の導通/非導通状態を切り替えるスイッチング手段を備えることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the vehicle power supply device according to the first aspect,
The second path is provided with switching means for switching a conduction / non-conduction state between the alternator and the battery.
第3の発明は、第1又は2の発明に係る車両用電源装置において、
第2経路を介して交流電流が導かれるときのバッテリのインピーダンス特性に基づいて、バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知手段を備えることを特徴とする。
3rd invention is the vehicle power supply device which concerns on 1st or 2nd invention,
A battery state detecting means for detecting the state of the battery is provided based on the impedance characteristic of the battery when the alternating current is guided through the second path.
第4の発明は、第3の発明に係る車両用電源装置において、
バッテリ状態検知手段は、交流インピーダンス法により、バッテリの内部抵抗を算出することを特徴とする。
A fourth invention is a vehicle power supply device according to the third invention,
The battery state detection means calculates the internal resistance of the battery by an AC impedance method.
第5の発明は、車載バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知装置において、
オルタネータが発生する交流出力波形に基づいて、バッテリに交流波形を印加する交流波形印加経路を備え、
バッテリに交流波形が印加されるときのバッテリのインピーダンス特性に基づいて、バッテリの状態を検知することを特徴とする。
5th invention is the battery state detection apparatus which detects the state of a vehicle-mounted battery,
Based on the AC output waveform generated by the alternator, an AC waveform application path for applying an AC waveform to the battery is provided,
The battery state is detected based on the impedance characteristics of the battery when an AC waveform is applied to the battery.
本発明によれば、交流発生源を新たに車両に搭載することなく、交流インピーダンス法により車両のバッテリの状態を検知することができる車両用電源装置及びバッテリ状態検知装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vehicle power supply device and battery state detection apparatus which can detect the state of the battery of a vehicle by alternating current impedance method, without mounting an alternating current generation source in a vehicle newly are obtained.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る車両用電源装置10の実施例1を示すシステム構成図である。本実施例の車両用電源装置10は、バッテリ12を備えている。バッテリ12は、12V程度の電圧を有する鉛バッテリ(メインバッテリ)である。但し、バッテリ12として、例えばリチウムイオン電池、燃料電池や電気2重層キャパシタ等の容量性負荷のような、その他のバッテリが用いられても良い。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing Embodiment 1 of a vehicle
バッテリ12には、エンジンの回転により発電する交流発電機34(以下、「オルタネータ34」という。)が接続される。オルタネータ34の発電量は、例えばエンジンを制御するEFI・ECUにより、車両の走行状態に応じて制御される。例えば、車両の定常走行時やエンジンのアイドル運転時には、オルタネータ34の発電電圧は、バッテリ12の放電が生じないような値(例えば14V)に調整される。また、車両減速時(回生ブレーキ作動時)には、オルタネータ34の発電電圧は、定常走行時やアイドル運転時に比して大きな値に調整される。また、車両加速時には、バッテリ12の入出力電流の積算値を目標値に近づけるようにオルタネータ34の発電電圧が調整される。尚、本発明は、オルタネータ34の発電制御を特定するものでなく、如何なる態様の発電制御に対しても適用可能である。
The
オルタネータ34は、図1に示すように、例えば3相交流を発生するように構成されている。具体的には、オルタネータ34は、図1に示すように、120度間隔で配置された3つのコイル35a,35b,35cを有し、エンジンの回転に同期した3相の交流電流を発生する。3相の交流電流は、6つのダイオードからなる整流回路(レクティファイア)36による3相全波整流作用によって、直流波形として直流波形出力端子34bに出力される。尚、図1に示す例では、直流波形出力端子34bの前段には、直流電流のノイズ成分等を除去するためのフィルタを内蔵した整流回路36が設けられる。かくして得られた直流波形は、直流電流供給線50を介して、バッテリ12及び各種負荷60に供給される。
As shown in FIG. 1, the alternator 34 is configured to generate, for example, a three-phase alternating current. Specifically, as shown in FIG. 1, the alternator 34 has three
直流電流供給線50は、オルタネータ34の直流波形出力端子(プラス端子)34bと、バッテリ12及び各種負荷60の各端子(プラス端子)との間を接続し、バッテリ12への分岐線50aには、制御リレー70Bが設けられる。各種負荷60は、スタータ、トランスミッション、オーディオ装置、空調装置、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングシグナルランプ、コーナーランプ等のランプ類、カーナビゲーション、メータ類、デフォガ、ワイパやパワーウィンドを駆動するアクチュエータ等を含む、各種補機(車載機器)である。配線53は、後述のバッテリ状態検知ECU14とオルタネータ34の入力端子34c間を接続し、オルタフィールドコイル35dと接続している。バッテリ状態検知ECU14は、オルタフィールド駆動信号を配線53を介し、オルタフィールドコイル35dへ供給することでオルタ出力電流を可変する。
The DC
本実施例のオルタネータ34は、図1に示すように、直流波形出力端子34bに加えて、交流電流を出力する交流波形出力端子34aを備える。交流波形出力端子34aは、例えば図1に示すように、2つのコイル35a,35bの接続部から、3つのコイル35a,35b,35cで生成される3相交流を取り出す端子である。この交流波形出力端子34aから出力されるオルタネータ34の交流波形は、交流電流供給線52を介して、バッテリ12に供給される。具体的には、交流電流供給線52は、図1に示すように、直流成分を除去するためのコンデンサ52a及び制御リレー70Aを介して、交流波形出力端子34aと、バッテリ12の端子(プラス端子)との間を接続する。交流電流供給線52は、直流電流供給線50(分岐線50a)におけるバッテリ12と制御リレー70Aとの間に接続されている。従って、本実施例では、バッテリ12には、2つの制御リレー70A及び制御リレー70Bに対する制御により、選択的に直流波形又は交流波形が印加できるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the alternator 34 of the present embodiment includes an AC
通常時は、制御リレー70Aがオフ状態にあり、制御リレー70Bがオン状態にあり、バッテリ12には直流波形が印加される。この状態では、オルタネータ34で発生する電力によりバッテリ12の充電が行われたり、バッテリ12から持ち出される電力により各種負荷60が動作したりすることができる。
Normally, the
車両用電源装置10は、バッテリ12の状態を検知する機能を実現する電子制御ユニット14(以下「バッテリ状態検知ECU14」という)を備える。電子制御ユニット14は、CPUを中心として構成されており、以下詳説するバッテリ検知機能を実現するプログラムやデータが記憶されたROM、RAM、I/O等を備えている。尚、バッテリ状態検知ECU14の機能は、他のECU(典型的には、EFI・ECU)により実現されてもよい。
The vehicle
バッテリ状態検知ECU14には、バッテリ電流及びバッテリ電圧と、バッテリ温度が入力される。バッテリ電流は、電流センサ16により検出される。電流センサ16は、例えばバッテリ12のプラス端子に取り付けられ、バッテリ12の充放電電流量を所定のサンプリング周期で検出して、その信号をバッテリ状態検知ECU14に供給する。電流センサ16は、例えばホールICを用いて、充放電電流量によりコア部に生ずる磁束密度の変化量を、電圧に変換してバッテリ状態検知ECU14に出力するものであってよい。バッテリ電圧は、電圧センサにより検出される。電圧センサは、バッテリ12のプラス端子に取り付けられ、バッテリ12の端子電圧を所定のサンプリング周期で検出し、その信号をバッテリ状態検知ECU14に供給する。
The battery state detection ECU 14 receives the battery current, the battery voltage, and the battery temperature. The battery current is detected by the current sensor 16. The current sensor 16 is attached to a positive terminal of the
バッテリ温度は、バッテリ温度センサ18により検出される。バッテリ温度センサ18は、サーミスタからなるセンサ部を有し、例えばバッテリ12のインシュレーター側面に取り付けられ、バッテリ12の液温(バッテリ温度)を所定のサンプリング周期で検出し、その信号をバッテリ状態検知ECU14に供給する。
The battery temperature is detected by the battery temperature sensor 18. The battery temperature sensor 18 has a sensor unit made up of a thermistor, and is attached to, for example, the insulator side surface of the
バッテリ状態検知ECU14は、このようにして所定周期毎に入力されるバッテリ電流、バッテリ電圧及びバッテリ温度に基づいて、バッテリ12の状態を検知する。バッテリ状態検知ECU14により検知されるバッテリ12の状態は、バッテリ12の交換を促す警告表示の出力タイミングの決定や、上述のオルタネータ34の制御等に利用することができる。バッテリ12の状態は、バッテリ12の残存容量や劣化レベルを含み、このバッテリ12の状態を高精度に判定するためには、バッテリ12の内部抵抗が高精度に検出される必要がある。
The battery state detection ECU 14 detects the state of the
バッテリの内部抵抗を算出方法としては、例えば特開2005−037380号公報に開示されるように、交流インピーダンス法による算出方法が知られている。この算出方法は、バッテリに微少な正弦波電圧振幅を与えて応答電流(入力信号と出力信号の位相差)を解析するものである。具体的には、測定されたインピーダンスを複素平面上にプロットし、これによって得られるCole−Coleプロット(インピーダンス特性)に現れる半円部の直径に基づいて、バッテリの内部抵抗を求める方法である。 As a method for calculating the internal resistance of a battery, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-037380, a calculation method using an AC impedance method is known. This calculation method analyzes a response current (phase difference between an input signal and an output signal) by giving a minute sine wave voltage amplitude to a battery. Specifically, the measured impedance is plotted on a complex plane, and the internal resistance of the battery is obtained based on the diameter of the semicircular portion appearing in the Cole-Cole plot (impedance characteristic) obtained thereby.
この交流インピーダンス法は、バッテリ一般の内部抵抗を高い精度で検知できる点で好適であるにも拘らず、車両用のバッテリ12の算出方法としては用いられていない。これは、車両では直流電流を用いて各種負荷60を作動させることが一般的であるが故に、車両には交流電源が存在しないことに起因する。従って、従来的には、車両用バッテリの内部抵抗を算出方法としては、例えば特開2004−31170号公報に開示されるように、バッテリ12に流れる直流電流(充放電電流)に基づく算出方法が一般的である。
Although this AC impedance method is suitable in that the internal resistance of a general battery can be detected with high accuracy, it is not used as a method for calculating the
これに対して、本実施例では、以下で図2を参照して説明するように、オルタネータ34の交流波形を利用することで、交流インピーダンス法によりバッテリ12の内部抵抗を算出することを可能とする。
In contrast, in this embodiment, as described below with reference to FIG. 2, the internal resistance of the
図2は、本実施例のバッテリ状態検知ECU14により実行される内部抵抗検知処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the internal resistance detection process executed by the battery state detection ECU 14 of the present embodiment.
ステップ100では、内部抵抗検知処理を開始するための条件が成立したか否かが判断される。この開始条件としては、例えば、バッテリ温度が−10度以上であり、且つ、イグニションスイッチがオンになってから所定時間経過した場合に成立するものであってよい。或いは、内部抵抗検知処理は、車両走行中に所定条件が成立したとき(例えば満充電判定時)や、イグニションスイッチがオフになったときに実行されてもよい。尚、イグニションスイッチがオフになったときに実行される場合には、エンジンを所定時間だけ連続運転させることとする。
In
ステップ110では、バッテリ状態検知ECU14は、バッテリ12の内部抵抗を交流インピーダンス法により算出すべく、バッテリ12にオルタネータ34からの交流波形が印加される状態を形成する。具体的には、バッテリ状態検知ECU14は、制御リレー70Bをオフに切り替えてバッテリ12に対する直流電流の供給状態を切断すると共に、制御リレー70Aをオンに切り替えてバッテリ12に対する交流電流の供給状態を形成する。尚、制御リレー70Bが分岐線50aに設定されていることから、制御リレー70Bをオフに切り替えた場合であっても、各種負荷60への電力供給が途絶えることは無い。尚、バッテリ12にオルタネータ34からの交流波形が印加された状態は、必要なデータが得られるまで所定時間維持される。
In
ステップ120では、バッテリ状態検知ECU14は、上記ステップ110で取得したデータに基づいて、交流インピーダンス法によりバッテリ12の内部抵抗を検知する。この例では、バッテリ状態検知ECU14は、上記ステップ110で取得したデータに基づいて導出されるバッテリ12のインピーダンス特性と、バッテリ12が新品状態にあるとき(例えば車両出荷時)に計測された同インピーダンス特性とを比較し、バッテリ12の劣化レベルを推定する。尚、バッテリ12の劣化レベルが所定レベル以上となった場合には、バッテリ状態検知ECU14は、バッテリ12の交換をユーザに促す警告をメータ内に表示したり、各種負荷60のうち優先順位の低い負荷(例えばシートヒーター等のような、車両の走行性能に関連せず、専ら車両の快適性に関連する負荷)に対して動作制限を行ったりといったような、必要な処置を講ずる。
In
ステップ130では、バッテリ状態検知ECU14は、バッテリ12の内部抵抗の測定を終了すべく、バッテリ12に交流波形が印加された状態を解除して、バッテリ12に直流波形が印加される通常状態に復帰させる。具体的には、バッテリ状態検知ECU14は、制御リレー70Aをオフに切り替えて交流電流を遮断すると共に、制御リレー70Bをオンに切り替える。
In
以上のように、本実施例によれば、車両に搭載される既存のオルタネータ34を利用することで、新たな交流電源を設定することなく、バッテリ12に交流波形が印加された状態を形成することができ、この結果、バッテリ12に交流波形を印加するときのバッテリ12のインピーダンス特性に基づいて、交流インピーダンス法により、バッテリ12の内部抵抗を高精度に算出することができる。
As described above, according to the present embodiment, by using the existing alternator 34 mounted on the vehicle, a state where an AC waveform is applied to the
図3は、実施例2に係る車両用電源装置を示すシステム構成図である。以下、上述の実施例1と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施例の車両用電源装置10は、上述の実施例1に対して、制御リレー70Bを無くした点が主に異なる。
FIG. 3 is a system configuration diagram illustrating the vehicle power supply device according to the second embodiment. Hereinafter, the same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The vehicle
具体的には、図3に示すように、直流電流供給線50は、オルタネータ34の直流波形出力端子(プラス端子)34bと、バッテリ12及び各種負荷60の各端子(プラス端子)との間を接続する。直流電流供給線50には、交流電流供給線52は、図3に示すように、直流成分を除去するためのコンデンサ52a及び制御リレー70Aを介して、交流波形出力端子34aと、バッテリ12の端子(プラス端子)との間を接続する。具体的には、交流電流供給線52は、交流波形出力端子34aを直流電流供給線50にコンデンサ52a及び制御リレー70Aを介して接続する。従って、本実施例では、バッテリ12には、制御リレー70Aに対する制御により、選択的に直流波形、又は、交流波形(直流波形に重畳された交流波形)が印加できるように構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the DC
従って、本実施例においても、上述の実施例1と同様、オルタネータ34の交流波形を利用することで、交流インピーダンス法によりバッテリ12の内部抵抗を算出することが可能である。
Therefore, also in the present embodiment, the internal resistance of the
図4は、本実施例のバッテリ状態検知ECU14により実行される内部抵抗検知処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the internal resistance detection process executed by the battery state detection ECU 14 of the present embodiment.
ステップ200では、内部抵抗検知処理を開始するための条件が成立したか否かが判断される。
In
ステップ210では、バッテリ状態検知ECU14は、バッテリ12の内部抵抗を交流インピーダンス法により算出すべく、バッテリ12にオルタネータ34からの交流波形が印加される状態を形成する。具体的には、バッテリ状態検知ECU14は、制御リレー70Aをオフからオンに切り替える。これにより、バッテリ12には、直流波形に重畳された交流波形が印加される。尚、制御リレー70Aがオンに切り替えると、各種負荷60に対しても、直流波形に重畳された交流波形が印加されることになるが、各種負荷60には、フィルタ(即ち交流波形を除去して、直流波形のみを取り出すフィルタ)を介して電流が印加されるので、各種負荷60の動作に弊害が生ずることは無い。或いは、交流重畳波形をオルタフィールドコイル35dの駆動電流を調整することで各種負荷60の動作に弊害が生じないようにすることも可能である。尚、バッテリ12にオルタネータ34からの交流波形が印加された状態は、必要なデータが得られるまで所定時間維持される。
In step 210, the battery state detection ECU 14 forms a state in which the AC waveform from the alternator 34 is applied to the
ステップ220では、バッテリ状態検知ECU14は、上記ステップ210で取得したデータに基づいて、交流インピーダンス法によりバッテリ12の内部抵抗を検知する。この例では、バッテリ状態検知ECU14は、上記ステップ210で取得したデータに基づいて導出されるバッテリ12のインピーダンス特性と、バッテリ12が新品状態にあるとき(例えば車両出荷時)に同様に取得された同インピーダンス特性とを比較し、バッテリ12の劣化レベルを推定する。
In
ステップ230では、バッテリ状態検知ECU14は、バッテリ12の内部抵抗の測定を終了すべく、制御リレー70Aをオフに切り替える。これにより、バッテリ12に交流波形が印加された状態が解除され、バッテリ12に直流波形が印加される通常状態に復帰される。
In
以上のように、本実施例によれば、上述の実施例1と同様、車両に搭載される既存のオルタネータ34を利用することで、新たな交流電源を設定することなく、バッテリ12に交流波形が印加された状態を形成することができ、この結果、バッテリ12に交流波形を印加するときのバッテリ12のインピーダンス特性に基づいて、交流インピーダンス法により、バッテリ12の内部抵抗を高精度に算出することができる。また、制御リレー70Bを省略することで低コスト化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, similarly to the above-described first embodiment, the AC waveform is applied to the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述した実施例は、各種負荷60に対して1つのバッテリ(鉛バッテリ12)により電力を供給する電源システムに関するものであるが、本発明の適用範囲は、この種の1電源システムに限定されるものではなく、例えば、DC/DCコンバータを介して定格電圧の異なる2つのバッテリ(例えば鉛バッテリとリチウムイオン電池)が設定される2電源システムにおいても適用可能である。この場合、DC/DCコンバータを介してオルタネータ34が存在する側のバッテリに対して上述と同様の回路により、オルタネータ34からの交流波形を印加することができる。また、DC/DCコンバータを介してオルタネータ34とは逆側に存在するバッテリに対しても、DC/DCコンバータを介さない別個独立の交流電流供給線を設定することで、オルタネータ34からの交流波形を印加することができる。
For example, the embodiment described above relates to a power supply system that supplies electric power to
また、上述の実施例では、制御リレーがスイッチング手段として用いられているが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体のスイッチング素子が用いられてもよい。 In the above-described embodiment, the control relay is used as the switching means. However, a semiconductor switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used.
10 車両用電源装置
12 鉛バッテリ
14 バッテリ状態検知ECU
16 電流センサ
18 バッテリ温度センサ
34 オルタネータ
36 整流回路
50 直流電流経路
52 交流電流供給線
60 各種負荷
70A 制御リレー
70B 制御リレー
DESCRIPTION OF
16 Current sensor 18 Battery temperature sensor 34 Alternator 36
Claims (5)
オルタネータが発生する交流電流を、整流回路を介して整流して、バッテリに導く第1電流経路と、
オルタネータが発生する交流電流を、整流回路を介することなく、バッテリに導く第2経路とを備えることを特徴とする、車両用電源装置。 In a vehicle power supply device comprising a battery connected to an in-vehicle load and an alternator connected to a drive source of the vehicle,
A first current path that rectifies the alternating current generated by the alternator through a rectifier circuit and guides it to the battery;
A vehicle power supply device comprising: a second path that guides an alternating current generated by the alternator to a battery without passing through a rectifier circuit.
オルタネータが発生する交流出力波形に基づいて、バッテリに交流波形を印加する交流波形印加経路を備え、
バッテリに交流波形が印加されるときのバッテリのインピーダンス特性に基づいて、バッテリの状態を検知することを特徴とする、バッテリ状態検知装置。 In the battery state detection device that detects the state of the in-vehicle battery,
Based on the AC output waveform generated by the alternator, an AC waveform application path for applying an AC waveform to the battery is provided,
A battery state detection device that detects a state of a battery based on impedance characteristics of the battery when an AC waveform is applied to the battery.
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