JP2007269051A - バッテリ状態管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン再始動時にバッテリの充電残量を正確に求めることが可能なバッテリ状態管理装置を得る。
【解決手段】処理部１５は、測定点Ｐ１２と基準放電特性Ｇ１とに基づいて、再始動用の新たな基準放電特性Ｇ１’を作成する。次に、処理部１５は、再始動時点ｔ₀₍₂₎に電圧センサ１３によって測定されたバッテリ１の下限電圧値Ｖ_LR’と、基準放電特性Ｇ１’とに基づいて、再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。具体的には、基準放電特性Ｇ１’に基づいて、測定された下限電圧値Ｖ_LR’に対応する開放電圧値Ｖ_OR’を割り出す。そして、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_OREとの差である差分値Ｄ２１に対する、開放電圧値Ｖ_OR’と開放電圧値Ｖ_OREとの差である差分値Ｄ３２の比として、再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリ（本明細書では、鉛バッテリのことを指す）の状態を管理するバッテリ状態管理装置に関する。

エンジン始動時点におけるバッテリの充電残量を求める手法として、例えば下記特許文献１には、エンジン始動時にバッテリの開放電圧値及び内部抵抗値を測定し、その測定結果に基づいてバッテリの充電残量を推定する技術が開示されている。

特開２００４−４２７９９号公報

バッテリを充放電すると、電極表面でバッテリ液である希硫酸の濃度勾配（濃度分極）が生じ、バッテリの端子電圧が時間の経過に伴って増減する。具体的に、バッテリを放電した場合には、硫酸鉛の析出に起因して電極表面で硫酸濃度が低下し、端子電圧が一時的に低下する。一方、バッテリを充電した場合には、硫酸鉛の溶解に起因して電極表面で硫酸濃度が上昇し、端子電圧が一時的に上昇する。従って、エンジンが一旦停止された後、濃度分極による影響が完全に解消される前にエンジンが再始動された場合に、バッテリの開放電圧値を測定すると、その開放電圧値は実際の値よりも見かけ上増減している。その結果、見かけ上増減している開放電圧値を用いてバッテリの充電残量が推定されることとなり、正確な充電残量を求めることができない。特に、自動アイドリングストップ機能を有する車両においては、エンジンの停止及び再始動が、数秒から数分程度の短い時間間隔で行われるため、このような事態が頻発することが予想される。

本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、エンジン再始動時にバッテリの充電残量を正確に求めることが可能なバッテリ状態管理装置を得ることを目的とする。

第１の発明に係るバッテリ状態管理装置は、車両に搭載され、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、前記バッテリの出力電圧を測定する電圧センサと、新品かつ満充電状態の前記バッテリに関して予め定められた開放電圧値と放電時電圧値との関係を示す第１の基準特性と、エンジンの初期始動時に前記電圧センサによって測定された開放電圧値及び放電時電圧値と、前記エンジンの再始動時に前記電圧センサによって測定された放電時電圧値とに基づいて、前記再始動時における前記バッテリの充電残度の導出を実行する処理手段とを備えることを特徴とする。

第２の発明に係るバッテリ状態管理装置は、第１の発明に係るバッテリ状態管理装置において特に、前記処理手段は、前記第１の基準特性と、前記初期始動時に測定された前記開放電圧値及び前記放電時電圧値とに基づいて、第２の基準特性を作成し、前記第２の基準特性に基づいて、前記再始動時に測定された前記放電時電圧値に対応する開放電圧値を推定し、推定された前記開放電圧値に基づいて、前記充電残度の導出を実行することを特徴とする。

第３の発明に係るバッテリ状態管理装置は、第１又は第２の発明に係るバッテリ状態管理装置において特に、前記車両は自動アイドリングストップ機能を備えており、前記処理手段は、アイドリングストップ後に前記エンジンが再始動される毎に、前記充電残度の導出を実行することを特徴とする。

第１の発明に係るバッテリ状態管理装置によれば、処理手段は、新品かつ満充電状態のバッテリに関して求めた開放電圧値と放電時電圧値との関係を示す第１の基準特性と、エンジンの初期始動時に電圧センサによって測定された開放電圧値及び放電時電圧値と、エンジンの再始動時に電圧センサによって測定された放電時電圧値とに基づいて、再始動時におけるバッテリの充電残度の導出を実行する。つまり、処理手段は、再始動時におけるバッテリの充電残度を導出するにあたり、バッテリの開放電圧値を用いない。従って、バッテリ液の濃度分極の影響に起因して再始動時の開放電圧値が実際の値よりも見かけ上増減している場合であっても、その増減の影響を受けることなく、再始動時点での充電残度を正確に導出することができる。その結果、再始動時点でのバッテリの充電残量を正確に求めることが可能となる。

第２の発明に係るバッテリ状態管理装置によれば、処理手段は、第１の基準特性と、初期始動時に測定された開放電圧値及び放電時電圧値とに基づいて、第２の基準特性を作成し、第２の基準特性に基づいて、再始動時に測定された放電時電圧値に対応する開放電圧値を推定する。従って、バッテリ液の濃度分極の影響に起因して再始動時の開放電圧値が実際の値よりも見かけ上増減している場合であっても、その増減の影響を受けていない開放電圧値を推定することができる。

第３の発明に係るバッテリ状態管理装置によれば、処理手段は、アイドリングストップ後にエンジンが再始動される毎に、第１の発明による充電残度の導出を実行する。従って、バッテリの正確な充電残量を、エンジンが再始動される毎に求めることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

本明細書において、「新品」には、完全に新品のほか、ほぼ新品も含むものとする。「満充電状態」には、完全に満充電状態のほか、ほぼ満充電状態も含むものとする。エンジンの「初期始動」とは、バッテリ液の濃度分極による影響が完全に解消された後のエンジンの始動を意味するものとする。エンジンの「再始動」とは、自動アイドリングストップ機能によってエンジンが一旦停止された後の再始動を意味するものとする。つまり、本実施の形態に係る車両は、自動アイドリングストップ機能を有しており、車両が停車するごとにエンジン停止の可否判定が実行される。そして、可否判定に合格してエンジンが一旦停止されると、次に車両が発進する際にエンジンが再始動される。エンジンの「始動」には、初期始動及び再始動の双方が含まれるものとする。

図１は、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置は、車両に搭載されたバッテリ１に接続された電流センサ１１及び電圧センサ１３と、電流センサ１１及び電圧センサ１３に接続された処理部１５（処理手段）と、処理部１５に接続された報知部９及び記憶部１７とを備えている。処理部１５は、電流センサ１１によって逐次検出される電流を積算する電流積算部５１と、電流積算部５１によって積算された電流をリセットするリセット処理部５２とを有している。処理部１５の動作については後に詳述する。

電流センサ１１は、バッテリ１の充放電電流を検出する。電圧センサ１３は、バッテリ１の出力電圧（例えば端子電圧）を検出する。処理部１５は、エンジンの初期始動時に、電圧センサ１３によって検出された開放電圧値（放電開始前の開放電圧値）Ｖ_O及び下限電圧値（放電開始後の下限電圧値）Ｖ_Lに基づいて、バッテリ１のバッテリ残容量（充電残量）を求める。但し、下限電圧に限らず、放電開始後の出力電圧（放電時電圧）を電圧センサ１３によって検出すればよい（以降も同様である）。また、処理部１５は、車両の走行中及び停車中は、電流積算部５１によって求められた電流積算量を、直近に求めた充電残量に加算することにより、現時点での充電残量を定期的に求める。さらに、処理部１５は、車両が停車するごとに、現時点での充電残量に基づいて、エンジン停止の可否判定を行う。また、処理部１５は、エンジンが再始動されるごとに、電圧センサ１３によって検出された下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、充電残量を求める。

報知部９は、処理部１５によるエンジン停止の可否判定の結果を、車両の運転者に対して報知する。但し、この処理は必須のものではない。記憶部１７は、処理部１５の処理に必要なデータ等を記憶する。

バッテリ１は、その負極が接地され、その正極がイグニションスイッチ２１を介してスタータ２３及び車載機器２４に接続されている。これにより、イグニションスイッチ２１がオンされると、バッテリ１からの電力がイグニションスイッチ２１を介して車載機器２４及びスタータ２３に給電され、スタータ２３によってエンジンの始動動作が開始される。

処理部１５は、イグニションスイッチ２１のオン／オフに基づいて、車両のエンジン始動を検知する。また、処理部１５は、車両の車速センサ（図示しない）から入力される車速信号に基づいて、車両が停車したか否かを検知する。

エンジンの初期始動時の動作として、処理部１５は、電圧センサ１３によって検出された開放電圧値Ｖ_O及び下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、エンジンの初期始動時点ｔ_0(n)（ｔ₀は、初期始動及び再始動を含むエンジン始動時点であることを示す。ｎはｎ回目のエンジン始動であることを示し、初期始動の場合はｎ＝１とする。以下同様。）におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを求める。そして、処理部１５は、求めた劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを、バッテリ１の既知の定格容量に乗算することにより、初期始動時点ｔ₀₍₁₎における充電残量Ｑ₀₍₁₎を、Ｑ₀₍₁₎＝バッテリ定格容量×ＳＯＨ×ＳＯＣとして求める。

車両の走行中及び停車中の動作として、処理部１５は、直近に求めたバッテリ１の充電残量Ｑ_k-1(n)を基準として、現時点ｔ_k(n)における充電残量Ｑ_k(n)を、下記の式（１）に従って求める。

Ｑ_k(n)＝Ｑ_k-1(n)＋η×Ｉ_k(n)×Δｔ ・・・（１）
式（１）において、ηは、バッテリ１の充電効率を表す係数（以下「充電効率係数」と称す）であり、詳細は後述する。Ｉ_k(n)は、電流センサ１１によって検出された時点ｔ_k(n)での電流値であり、バッテリ１への充電電流の符号を正とし、バッテリ１からの放電電流の符号を負として算出される。Δｔは、サンプリング間隔であり、ｔ_k(n)−ｔ_k-1(n)によって定義される時間間隔に相当する。

エンジンの再始動時の動作として、処理部１５は、電圧センサ１３によって検出された下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、エンジンの再始動時点ｔ_0(n)（再始動の場合はｎ≧２であり、本明細書では代表的にｎ＝２とする。以下同様）におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。そして、処理部１５は、再始動時に求めた充電残度ＳＯＣと、初期始動時に求めた劣化度ＳＯＨとを、バッテリ１の既知の定格容量に乗算することにより、再始動時点ｔ₀₍₂₎における充電残量Ｑ₀₍₂₎を、Ｑ₀₍₂₎＝バッテリ定格容量×ＳＯＨ×ＳＯＣとして求める。ここで、初期始動時に求めた劣化度ＳＯＨを用いている理由は、バッテリ１の劣化度ＳＯＨは急激に変化するものではなく、初期始動時と再始動時とで劣化度ＳＯＨの差は少ないと考えられるためである。

また、再始動時の動作として、処理部１５は、電流積算部５１によって積算された電流を、リセット処理部５２によってリセットする。これにより、再始動後に改めて電流積算部５１による電流積算が開始される。

初期始動時及び再始動時の動作において、処理部１５は、エンジンの始動ごとに、直近のエンジン停止時点からそのエンジン始動時点ｔ_0(n)までのエンジン停止期間Ｔが、予め定められた所定期間Ｔ_c（バッテリ１の開放電圧Ｖ_Oが安定するのに必要な期間。つまり、バッテリ液の濃度分極による影響が完全に解消されるのに必要な期間）を越えているか否かの判定（エンジン停止期間判定）を行う。

その判定の結果、処理部１５は、エンジン停止期間Ｔが所定期間Ｔ_cを越えている場合には、開放電圧値Ｖ_O及び下限電圧値Ｖ_Lを用いて充電残度ＳＯＣを求め、一方、エンジン停止期間Ｔが所定期間Ｔ_c以下である場合には、下限電圧値Ｖ_Lを用いて充電残度ＳＯＣを求める。冒頭で定義した通り、初期始動の場合にはＴ＞Ｔ_cである。また、再始動の場合には、エンジンの停止から再始動までの時間間隔が数秒から数分程度の短い間隔であるため、通常はＴ≦Ｔ_cとなる。

以下、図２に示したタイミングチャートを参照して、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の動作について具体的に説明する。図２には、エンジンの初期始動、車両の走行、車両の停止、アイドリングストップ機能によるエンジンの停止、及びエンジンの再始動が、この順に行われた状況が例示されている。

＜エンジン初期始動時における充電残量の導出処理＞
図３は、初期始動時におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣの導出手法を説明するためのグラフである。図１，３を参照して、新品のバッテリ１に関する基準放電特性Ｇ１が予め定められて、記憶部１７に記憶されている。

基準放電特性Ｇ１は、以下のようにして求めることができる。まず、図４を参照して、新品のバッテリ１を対象として例えばＪＩＳ規格の容量試験を行い、その試験結果に基づいて、開放電圧値Ｖ_Oの減少（つまり充電残量の減少）に伴うバッテリ１の内部抵抗値変化率（Ｒ_B／Ｒ_BF）の増加の割合に関する特性Ｇ９を求める。図４において、電圧値Ｖ_AFは、満充電状態のバッテリ１の開放電圧値であり、電圧値Ｖ_AEは、充電残量がゼロの状態のバッテリ１の開放電圧値である。また、内部抵抗値Ｒ_BFは、満充電状態のバッテリ１の内部抵抗値であり、内部抵抗値Ｒ_Bは、使用後のバッテリ１（つまり、満充電状態でないバッテリ１）の内部抵抗値である。

また、図５を参照して、バッテリ１が新品かつ満充電の状態にあるときに、エンジン初期始動時のバッテリ１の開放電圧値Ｖ_OIF及び下限電圧値Ｖ_LIFを計測することにより、その車両に固有の測定点Ｐ_Fを求める。図５において、電圧値Ｖ_OIE及び電圧値Ｖ_LIEは、新品かつ充電残量ゼロの状態のバッテリ１の開放電圧値及び下限電圧値にそれぞれ対応している。そして、測定点Ｐ_Fと座標の原点（図５には現れない）とを通る直線Ｇ５を基準として、直線Ｇ５上の各点を、図４の特性Ｇ９で与えられる内部抵抗変化率に応じたシフト量で縦軸マイナス方向にシフトさせることにより、基準放電特性Ｇ１が得られる。つまり、図５でハッチングを付した領域は、開放電圧値Ｖ_Oの減少に伴うバッテリ１の内部抵抗値Ｒ_Bの増加の影響を反映している部分であり、図４のハッチングを付した領域に対応している。作成された基準放電特性Ｇ１は、関数又はデータテーブルとして、記憶部１７に記憶される。

再び図１，３を参照して、処理部１５は、初期始動時点ｔ₀₍₁₎に電圧センサ１３によって検出されたバッテリ１の開放電圧値Ｖ_OR及び下限電圧値Ｖ_LRと、記憶部１７に記憶されている基準放電特性Ｇ１とに基づいて、初期始動時点ｔ₀₍₁₎におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを求める。なお、エンジンの初期始動は、例えばその日最初のエンジン始動であり、通常は、直近のエンジン停止時点からその初期始動時点ｔ₀₍₁₎までのエンジン停止期間Ｔは、所定期間Ｔ_cを越えている。従って、Ｔ＞Ｔ_cとなるため、上記の通り処理部１５は、開放電圧値Ｖ_O及び下限電圧値Ｖ_Lの双方を用いて充電残度ＳＯＣ（及び劣化度ＳＯＨ）を求める。

まず、充電残度ＳＯＣの導出手法について具体的に説明する。バッテリ１の初期始動時点ｔ₀₍₁₎において、電圧センサ１３によってバッテリ１の開放電圧値Ｖ_OR及び下限電圧値Ｖ_LRを測定し、処理部１５は、その開放電圧値Ｖ_OR及び下限電圧値Ｖ_LRを図３のグラフ上に測定点Ｐ１２としてプロットする。

次に、処理部１５は、基準放電特性Ｇ１上における、下限電圧値Ｖ_Lが下限電圧値Ｖ_LRと等しい値であるときの開放電圧値（つまり点Ｐ１２の開放電圧値）Ｖ_OSを求める。そして、使用が開始されているその時点ｔ₀₍₁₎におけるバッテリ１の充電残量をゼロと想定したときの開放電圧値（つまり点Ｐ２３の開放電圧値）Ｖ_OREを、次のようにして導出する。つまり、開放電圧値Ｖ_OIFから開放電圧値Ｖ_OIEを引いた値Ｄ１３に対する、開放電圧値Ｖ_OIFから開放電圧値Ｖ_OREを引いた値Ｄ１４の比（Ｄ１４／Ｄ１３）が、開放電圧値Ｖ_OIFから開放電圧値Ｖ_OSを引いた値Ｄ１１に対する、開放電圧値Ｖ_OIFから開放電圧値Ｖ_ORを引いた値Ｄ１２の比（Ｄ１２／Ｄ１１）に等しくなるように、開放電圧値Ｖ_OREを導出する。

そして、処理部１５は、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_OREとの差である差分値Ｄ２１に対する、開放電圧値Ｖ_ORと開放電圧値Ｖ_OREとの差である差分値Ｄ２２の比（Ｄ２２／Ｄ２１。図３に示した範囲Ｃ１に相当する）として、初期始動時点ｔ₀₍₁₎におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。

次に、劣化度ＳＯＨの導出手法について具体的に説明する。処理部１５は、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_OSとの差である差分値Ｄ１１に対する、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_ORとの差である差分値Ｄ１２の比（Ｄ１２／Ｄ１１。図３に示した範囲Ｃ１に相当する）として、初期始動時点ｔ₀₍₁₎におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨを求める。

充電残度ＳＯＣ及び劣化度ＳＯＨが求まると、処理部１５は、バッテリ１の定格容量に充電残度ＳＯＣ及び劣化度ＳＯＨを乗算することにより、初期始動時点ｔ₀₍₁₎におけるバッテリ１の充電残量Ｑ₀₍₁₎を、Ｑ₀₍₁₎＝定格容量×ＳＯＣ×ＳＯＨとして算出する。なお、バッテリ１の定格容量は既知であり、予め記憶部１７に記憶されている。

＜車両の走行時及び停車時における充電残量の算出処理＞
エンジンの初期始動が完了してから所定のサンプリング間隔Δｔが経過した後、処理部１５は、初期始動時点ｔ₀₍₁₎で求めたバッテリ１の充電残量Ｑ₀₍₁₎を基準として、現時点ｔ₁₍₁₎における充電残量Ｑ₁₍₁₎を、下記の式（２）に従って求める。

Ｑ₁₍₁₎＝Ｑ₀₍₁₎＋η×Ｉ₁₍₁₎×Δｔ ・・・（２）
式（２）において、ηは、充電効率係数である。Ｉ₁₍₁₎は、電流センサ１１によって測定された時点ｔ₁₍₁₎での電流値であり、バッテリ１への充電電流の符号を正とし、バッテリ１からの放電電流の符号を負として算出される。サンプリング間隔Δｔは、ｔ₁₍₁₎−ｔ₀₍₁₎によって定義される時間間隔に相当する。

バッテリ１の充電残量が所定値（本実施の形態では満充電に対して９０％とする）以上である場合には、バッテリ１への充電動作において充電効率が低下するため、電流センサ１１によって測定された充電電流の一部はバッテリ１の充電には寄与しない。この事情に鑑みて、充電効率係数ηは、充電残度ＳＯＣの関数として、初期始動時点ｔ₀₍₁₎でのバッテリ１の充電残度ＳＯＣが９０％より大きい場合にはη＝η₀（０＜η₀＜１）に設定され、９０％以下の場合にはη＝１に設定される。η₀の初期値は、例えば０．５に設定される。つまり、処理部１５は、初期始動時点ｔ₀₍₁₎での充電残度ＳＯＣが９０％より大きい場合には、初期始動時点ｔ₀₍₁₎から現時点ｔ₁₍₁₎までに電流センサ１３によって測定された充電電流の電流値を、充電効率係数η₀を用いて補正し、補正後の充電電流値を用いて電流積算を行うことにより、現時点ｔ₁₍₁₎におけるバッテリ１の充電残量Ｑ₁₍₁₎を算出する。

例えば、図２を参照して、初期始動時点ｔ₀₍₁₎での充電残度ＳＯＣが９０％より大きく、かつ、時点ｔ₁₍₁₎においてバッテリ１への充電動作が行われていた場合を想定する。この場合、電流積算部５１が時点ｔ₁₍₁₎での電流値を積算するにあたっては、時点ｔ₁₍₁₎において電流センサ１３によって測定された充電電流の電流値に、充電効率係数η₀が乗算される。

充電電流値の補正を行って求めた充電残量Ｑ₁₍₁₎は、充電電流値の補正を行わずに求めた充電残量Ｑ₁₍₁₎よりも小さくなる。その結果、充電電流の一部が充電に寄与しないことに起因する充電残量Ｑ₁₍₁₎の算出誤差を低減することができる。

以上の説明では、η₀の初期値が０．５に設定されたが、初期始動時点ｔ₀₍₁₎での充電残度ＳＯＣの値に応じて、複数の値に可変に設定することも可能である。この場合、充電残度ＳＯＣの値が大きくなるほどη₀の値は小さく設定される。これにより、充電電流の一部が充電に寄与しないことに起因する充電残量Ｑ₁₍₁₎の算出誤差を、さらに低減することが可能となる。

また、以上の説明では、初期始動時点ｔ₀₍₁₎からΔｔだけ経過した後の時点ｔ₁₍₁₎における充電残量Ｑ₁₍₁₎を算出する例について述べたが、車両の走行中及び停車中において、処理部１５は、ｔ₁₍₁₎→ｔ₂₍₁₎→ｔ₃₍₁₎とサンプリング間隔Δｔで時間が経過するごとに、上記と同様に、充電効率係数η₀を用いて充電電流値を補正しながら、直近の時点の充電残量に対して電流値を積算することで、現時点での充電残量Ｑ₁₍₁₎，Ｑ₂₍₁₎，Ｑ₃₍₁₎を順に算出する。

さらに、以上の説明では、エンジンの初期始動後における充電残量の算出について述べたが、エンジンの再始動後においても、上記と同様の手法によって充電残量が算出される。但し、後述するように再始動時には、下限電圧Ｖ_Lの測定結果に基づいて充電残量が求められる。その際、積算電流値の加算によって求めた再始動の直近の充電残量Ｑ₃₍₁₎と、再始動時に下限電圧Ｖ_Lの測定結果に基づいて求めた充電残量Ｑ₀₍₂₎との誤差の大きさに応じて、再始動後に適用されるη₀の値が初期値（０．５）から補正される。この処理については後に詳述する。

＜車両停車時におけるエンジン停止の可否判定＞
処理部１５は、車両が停車するごとに、直近に求めた充電残量（ここではＱ₁₍₁₎とする）と、充電残量に関する所定のしきい値Ｑ_Cとを比較する。このしきい値Ｑ_Cは、アイドリングストップ後にエンジンを再始動させ得る限界の充電残量（再始動限界残容量）であり、予め設定されて記憶部１７に記憶されている。

直近に求めた充電残量Ｑ₁₍₁₎がしきい値Ｑ_Cよりも大きい場合には、処理部１５はエンジン停止を許可する信号を出力し、エンジンが停止される。一方、直近に求めた充電残量Ｑ₁₍₁₎がしきい値Ｑ_C以下である場合には、処理部１５はエンジン停止を許可する信号を出力せず、エンジンは停止されない。

エンジン停止の可否判定においては、高温時の始動トルクの増加等を考慮して、いわゆる高温補正を行ってもよい。つまり、処理部１５は、バッテリ１の周辺温度を検出する温度センサからの温度信号に基づいて、可否判定時点でのバッテリ１の周辺温度を検出し、その検出温度に応じてしきい値Ｑ_Cを補正してもよい。ここで、検出温度が高いほど、しきい値Ｑ_Cが大きくなるように補正される。この場合、処理部１５は、直近に求めた充電残量Ｑ₁₍₁₎と補正後のしきい値Ｑ_Cとの比較結果に基づいて、エンジン停止の可否判定を行うこととなる。

また、エンジン停止の可否判定においては、電流センサ１１の性能による測定誤差を加味して、充電残量Ｑ₁₍₁₎としきい値Ｑ_Cとの比較を行ってもよい。例えば、電流センサ１１の測定誤差が±α％であることが既知である場合に、α％に相当する分だけ充電残量Ｑ₁₍₁₎の値を下方修正する。この場合、処理部１５は、下方修正後の充電残量Ｑ₁₍₁₎の値と、しきい値Ｑ_Cとの比較結果に基づいて、エンジン停止の可否判定を行うこととなる。あるいは逆に、α％に相当する分だけしきい値Ｑ_Cを上方修正してもよい。この場合、処理部１５は、充電残量Ｑ₁₍₁₎の値と、上方修正後のしきい値Ｑ_Cとの比較結果に基づいて、エンジン停止の可否判定を行うこととなる。もちろん、これらの場合においても上記の高温補正を行うことは可能である。

＜エンジン再始動時におけるＳＯＣの導出処理＞
処理部１５は、上記のエンジン停止期間判定の結果、エンジン停止期間Ｔが所定期間Ｔ_C以下である場合は、電圧センサ１３によって測定されたその再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の開放電圧値Ｖ_Oを用いずに、電圧センサ１３によって測定されたその再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の下限電圧値Ｖ_Lを用いて、バッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。なお、上記の通り、再始動の場合には、直近のエンジン停止から再始動までの時間間隔が短いため、通常はＴ≦Ｔ_cとなる。

図６は、再始動時におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣの導出手法を説明するためのグラフである。まず、処理部１５は、測定点Ｐ１２と基準放電特性Ｇ１とに基づいて、再始動用の新たな基準放電特性Ｇ１’を作成する。具体的には、図３において点Ｐ２３を求めた手法と同様に、基準放電特性Ｇ１上の各点の開放電圧値Ｖ_Oについて、比「Ｄ１２／Ｄ１１」を用いた比例計算を行うことにより、基準放電特性Ｇ１’を作成する。その結果、測定点Ｐ１２及び点Ｐ２３を通る基準放電特性Ｇ１’が得られる。

次に、処理部１５は、再始動時点ｔ₀₍₂₎に電圧センサ１３によって測定されたバッテリ１の下限電圧値Ｖ_LR’と、上記で作成した基準放電特性Ｇ１’とに基づいて、再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。

具体的には、バッテリ１の再始動時点ｔ₀₍₂₎において、電圧センサ１３によってバッテリ１の下限電圧値Ｖ_LR’を測定し、処理部１５は、基準放電特性Ｇ１’に基づいて、測定された下限電圧値Ｖ_LR’に対応する開放電圧値Ｖ_OR’を割り出す。つまり、下限電圧値Ｖ_LR’と基準放電特性Ｇ１’とに基づいて、再始動時点ｔ₀₍₂₎における開放電圧値Ｖ_OR’を推定する。

そして、処理部１５は、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_OREとの差である差分値Ｄ２１に対する、開放電圧値Ｖ_OR’と開放電圧値Ｖ_OREとの差である差分値Ｄ３２の比（Ｄ３２／Ｄ２１。図６に示した範囲Ｃ４に相当する）として、再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める。

その後、処理部１５は、バッテリ１の定格容量に、再始動時点ｔ₀₍₂₎における充電残度ＳＯＣと、初期始動時点ｔ₀₍₁₎に求めた劣化度ＳＯＨとを乗算することにより、再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の充電残量Ｑ₀₍₂₎を、Ｑ₀₍₂₎＝定格容量×ＳＯＣ×ＳＯＨとして算出する。

なお、再始動時に充電残量Ｑ₀₍₂₎が導出されると、リセット処理部５２は、電流積算部５１によって積算された積算電流値をリセットし、再始動後の積算処理に備える。

また、図６を参照して、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_OS’との差である差分値Ｄ３０に対する、開放電圧値Ｖ_OIFと開放電圧値Ｖ_OR’との差である差分値Ｄ３１の比（Ｄ３１／Ｄ３０。図６に示した範囲Ｃ３に相当する）として、再始動時点ｔ₀₍₂₎におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨを求めることもできる。しかし、比「Ｄ３１／Ｄ３０」は比「Ｄ１２／Ｄ１１」に等しくなるため、再始動時点ｔ₀₍₂₎における劣化度ＳＯＨは初期始動時点ｔ₀₍₁₎における劣化度ＳＯＨと等しくなる。従って、再始動時に劣化度ＳＯＨを改めて算出する必要はなく、初期始動時に求めた劣化度ＳＯＨを用いれば足りる。

＜エンジン再始動時における充電効率係数η₀の補正処理＞
直近に求めた充電残量に電流値を積算するという充電残量の導出手法によると、電流センサ１１の測定誤差等に起因して、導出した充電残量にも誤差が生じる場合がある。そして、初期始動時点ｔ₀₍₁₎からの経過時間が長くなるほど、この誤差も大きくなる傾向にある。そこで、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置では、この誤差を低減すべく、エンジンの再始動時に以下の処理を実行する。

エンジンの再始動時点ｔ₀₍₂₎において、処理部１５は、電流値の積算によって求めた再始動の直近の充電残量Ｑ₃₍₁₎と、再始動時に下限電圧Ｖ_Lの測定結果に基づいて求めた充電残量Ｑ₀₍₂₎とを比較し、両者の誤差ΔＱ（＝Ｑ₀₍₂₎−Ｑ₃₍₁₎）を算出する。そして、その誤差ΔＱの大きさに応じて、誤差ΔＱが小さくなる方向に、再始動後に適用されるη₀の値を初期値（０．５）から増減補正する。つまり、充電残量Ｑ₃₍₁₎が充電残量Ｑ₀₍₂₎よりも大きい場合には、再始動後に適用されるη₀の値を初期値（０．５）よりも小さくなる方向に補正し、逆に、充電残量Ｑ₃₍₁₎が充電残量Ｑ₀₍₂₎よりも小さい場合には、再始動後に適用されるη₀の値を初期値（０．５）よりも大きくなる方向に補正する。また、η₀の補正量は、誤差ΔＱが大きいほど補正量も大きくし、誤差ΔＱが小さいほど補正量も小さくする。これにより、再始動後の電流積算による充電残量の導出処理においては、電流センサ１１の測定誤差等に起因して生じる充電残量の導出誤差を低減することができる。

図７は、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の全体動作を示すフローチャートである。各ステップにおける処理内容の詳細は上述したため、ここでは、全体動作の概要のみを説明する。

まずステップＳＰ１において、エンジンが初期始動される。

次にステップＳＰ２において、処理部１５は、エンジン停止期間Ｔが所定期間Ｔ_cより長いか否かを判定する。

Ｔ＞Ｔ_cである場合（ステップＳＰ２の判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）にはステップＳＰ３に進み、処理部１５は、電圧センサ１３によって検出された開放電圧値Ｖ_O及び下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、エンジンの初期始動時点におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを求める（図３参照）。次にステップＳＰ５において、処理部１５は、ステップＳＰ３で求めた劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを、バッテリ１の既知の定格容量に乗算することにより、初期始動時点における充電残量Ｑを、Ｑ＝バッテリ定格容量×ＳＯＨ×ＳＯＣとして算出する。

一方、Ｔ≦Ｔ_cである場合（ステップＳＰ２の判定の結果が「ＮＯ」である場合）にはステップＳＰ４に進み、処理部１５は、電圧センサ１３によって検出された下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、エンジンの初期始動時点におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める（図６参照）。次にステップＳＰ５において、処理部１５は、直近に求めた劣化度ＳＯＨと、ステップＳＰ４で求めた充電残度ＳＯＣとを、バッテリ１の既知の定格容量に乗算することにより、初期始動時点における充電残量Ｑを、Ｑ＝バッテリ定格容量×ＳＯＨ×ＳＯＣとして算出する。

上記の通り、エンジンの初期始動は、例えばその日最初のエンジン始動であるため、通常は、Ｔ＞Ｔ_cとなってステップＳＰ２の判定の結果は「ＹＥＳ」となる。

ステップＳＰ６以降は、車両の走行時及び停車時の動作である。ステップＳＰ６において処理部１５は、直近に求めたバッテリ１の充電残量Ｑ_k-1を基準として、現時点における充電残量Ｑ_kを、Ｑ_k＝Ｑ_k-1＋η×Ｉ_k×Δｔとして算出する。つまり、直近の充電残量Ｑ_k-1に、充電効率係数ηを加味した電流積算値（η×Ｉ_k×Δｔ）を加算することにより、現時点の充電残量Ｑ_kを求める。

次にステップＳＰ７において、処理部１５は、車速センサから入力される車速信号に基づいて、車両が停車したか否かを判定する。

車両が停車していない場合（ステップＳＰ７の判定の結果が「ＮＯ」である場合）は、ステップＳＰ６，ＳＰ７を繰り返し、サンプリング間隔Δｔが経過するごとに現時点の充電残量Ｑ_kを求める。

一方、車両が停車した場合（ステップＳＰ７の判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）はステップＳＰ８に進み、処理部１５は、エンジン停止の許可条件を満たしているか否かを判定する。許可条件には、「直近に求めた充電残量Ｑが所定のしきい値Ｑ_Cよりも大きい」という条件も含まれている。

許可条件を満たさない場合（ステップＳＰ８の判定の結果が「ＮＯ」である場合）は、エンジンを停止することなくステップＳＰ６〜ＳＰ８を繰り返し、サンプリング間隔Δｔが経過するごとに現時点の充電残量Ｑ_kを求める。

一方、許可条件を満たす場合（ステップＳＰ８の判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）はステップＳＰ９に進み、エンジンを停止する。

ステップＳＰ１０以降は、エンジン再始動時の動作である。ステップＳＰ１０において、アイドリングストップ後の車両の再発進時に、エンジンが再始動される。

次にステップＳＰ１１において、処理部１５は、エンジン停止期間Ｔが所定期間Ｔ_cより長いか否かを判定する。

Ｔ≦Ｔ_cである場合（ステップＳＰ１１の判定の結果が「ＮＯ」である場合）にはステップＳＰ１３に進み、処理部１５は、電圧センサ１３によって検出された下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、エンジンの再始動時点におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを求める（図６参照）。次にステップＳＰ１４において、処理部１５は、直近に求めた劣化度ＳＯＨと、ステップＳＰ１３で求めた充電残度ＳＯＣとを、バッテリ１の既知の定格容量に乗算することにより、再始動時点における充電残量Ｑを、Ｑ＝バッテリ定格容量×ＳＯＨ×ＳＯＣとして算出する。

一方、Ｔ＞Ｔ_cである場合（ステップＳＰ１１の判定の結果が「ＹＥＳ」である場合）にはステップＳＰ１２に進み、処理部１５は、電圧センサ１３によって検出された開放電圧値Ｖ_O及び下限電圧値Ｖ_Lに基づいて、エンジンの再始動時点におけるバッテリ１の劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを求める（図３参照）。次にステップＳＰ１４において、処理部１５は、ステップＳＰ１２で求めた劣化度ＳＯＨ及び充電残度ＳＯＣを、バッテリ１の既知の定格容量に乗算することにより、再始動時点における充電残量Ｑを、Ｑ＝バッテリ定格容量×ＳＯＨ×ＳＯＣとして求める。

上記の通り、エンジンの再始動の場合は、通常は、Ｔ≦Ｔ_cとなってステップＳＰ１１の判定の結果は「ＮＯ」となる。

次にステップＳＰ１５において、処理部１５は、電流積算部５１によって積算された積算電流値をリセット処理部５２によってリセットする。また、処理部１５は、積算電流値の加算によって求めた再始動の直近の充電残量と、ステップＳＰ１４で求めた充電残量との誤差ΔＱを算出し、その誤差ΔＱの大きさに応じてη₀の値を補正する。その後、ステップＳＰ６以降の処理が繰り返される。

図３，６を参照して、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置によれば、処理部１５は、新品かつ満充電状態のバッテリ１に関して求めた開放電圧値Ｖ_Oと下限電圧値Ｖ_Lとの関係を示す基準放電特性Ｇ１と、エンジンの初期始動時に電圧センサ１３によって測定された開放電圧値Ｖ_OR及び下限電圧値Ｖ_LRと、エンジンの再始動時に電圧センサ１３によって測定された下限電圧値Ｖ_LR’とに基づいて、再始動時におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣの導出を実行する。つまり、処理部１５は、再始動時におけるバッテリ１の充電残度ＳＯＣを導出するにあたり、バッテリ１の開放電圧値Ｖ_Oを用いない。従って、バッテリ液の濃度分極の影響に起因して再始動時の開放電圧値が実際の値よりも見かけ上増減している場合であっても、その増減の影響を受けることなく、再始動時点での充電残度ＳＯＣを正確に導出することができる。その結果、再始動時点でのバッテリ１の充電残量を正確に求めることが可能となる。

また、図６を参照して、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置によれば、処理部１５は、基準放電特性Ｇ１と、初期始動時に測定された開放電圧値Ｖ_OR及び下限電圧値Ｖ_LRとに基づいて、その測定点Ｐ１２を通る基準放電特性Ｇ１’を作成し、基準放電特性Ｇ１’に基づいて、再始動時に測定された下限電圧値Ｖ_LR’に対応する開放電圧値Ｖ_OR’を推定する。従って、バッテリ液の濃度分極の影響に起因して再始動時の開放電圧値が実際の値よりも見かけ上増減している場合であっても、その増減の影響を受けていない開放電圧値Ｖ_OR’を推定することができる。

さらに、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置によれば、処理部１５は、アイドリングストップ後にエンジンが再始動される毎に、下限電圧値Ｖ_LR’を測定して充電残度ＳＯＣの導出を実行する。従って、バッテリ１の正確な充電残量を、エンジンが再始動される毎に求めることが可能となる。その結果、例えば、エンジン始動時点での充電残量に充放電電流の積算値を加算することによって現時点での充電残量を求める技術において、充電効率の変動等に起因して現時点での充電残量の算出結果に誤差が生じる場合であっても、エンジンが再始動される毎に充電残度ＳＯＣの導出を実行することによって、再始動毎に誤差をリセットして正確な充電残量を求め直すことが可能となる。

本発明の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 初期始動時におけるバッテリの劣化度及び充電残度の導出手法を説明するためのグラフである。 開放電圧値の変化と、バッテリの内部抵抗変化率の変化との関係を示すグラフである。 基準放電特性の作成手法を説明するためのグラフである。 再始動時におけるバッテリの充電残度の導出手法を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の全体動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ
１１ 電流センサ
１３ 電圧センサ
１５ 処理部
１７ 記憶部
５１ 電流積算部
５２ リセット処理部

Claims (3)

1. 車両に搭載され、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   前記バッテリの出力電圧を測定する電圧センサと、
   新品かつ満充電状態の前記バッテリに関して予め定められた開放電圧値と放電時電圧値との関係を示す第１の基準特性と、エンジンの初期始動時に前記電圧センサによって測定された開放電圧値及び放電時電圧値と、前記エンジンの再始動時に前記電圧センサによって測定された放電時電圧値とに基づいて、前記再始動時における前記バッテリの充電残度の導出を実行する処理手段と
   を備える、バッテリ状態管理装置。
2. 前記処理手段は、
   前記第１の基準特性と、前記初期始動時に測定された前記開放電圧値及び前記放電時電圧値とに基づいて、第２の基準特性を作成し、
   前記第２の基準特性に基づいて、前記再始動時に測定された前記放電時電圧値に対応する開放電圧値を推定し、
   推定された前記開放電圧値に基づいて、前記充電残度の導出を実行する、請求項１に記載のバッテリ状態管理装置。
3. 前記車両は自動アイドリングストップ機能を備えており、
   前記処理手段は、アイドリングストップ後に前記エンジンが再始動される毎に、前記充電残度の導出を実行する、請求項１又は２に記載のバッテリ状態管理装置。
   

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