JP2007318913A - State-of-charge controller of battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの充電状態制御装置に関し、特に、バッテリの充電状態(SOC:state of charge)をオルタネータによる回生発電制御により充電が可能な設定値に制御する技術に関する。 The present invention relates to a state-of-charge control device for a battery, and more particularly to a technique for controlling a state of charge (SOC) of a battery to a set value that can be charged by regenerative power generation control by an alternator.
近年、車両の減速時にオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電し、その後、回生発電によりバッテリに蓄えた電気で車載電気負荷の消費電力を賄うことにより、オルタネータの駆動に要するエネルギを低減し、燃費を向上させるようにしている。このオルタネータの減速回生制御による燃費低減効果や減速加速度性能等を一定に保つためには、バッテリの充電状態(SOC)を、充電可能な予め定めた設定値に制御する必要がある。 In recent years, when the vehicle is decelerating, the generator voltage is increased and regenerative power generation is performed to charge the battery, and then the power stored in the battery by regenerative power generation is used to cover the power consumption of the in-vehicle electric load, thereby driving the alternator. Energy is reduced and fuel consumption is improved. In order to keep constant the fuel consumption reduction effect and the deceleration acceleration performance by the deceleration regeneration control of the alternator, it is necessary to control the state of charge (SOC) of the battery to a predetermined set value that can be charged.
そこで、バッテリの充電状態(SOC)を検出する方法として、バッテリの充放電電流値を積算する方法が一般的に知られており(例えば、特許文献1参照)、回生発電時の充電電流を積算して回生発電でバッテリに蓄えられた充電量を検出して記憶し、その後、回生発電で蓄えられた充電量分を放電することで、バッテリの充電状態(SOC)を設定値に制御することが考えられる。
しかしながら、上述のように回生発電による充電分を放電させてバッテリの充電状態(SOC)を充電可能な設定値に保つ制御では、例えば、バッテリの劣化や電流センサの誤差等によってバッテリの充電状態(SOC)が予め定めた充電可能な設定値からずれていると、この充電状態(SOC)のずれが解消されず、回生発電時に狙い通りの充電量が確保できずに燃費低減効果が低下する虞れがある。また、この充電状態(SOC)のずれを放置すると、過放電によるバッテリ上がりを起こす虞れがある。更には、バッテリが劣化した場合や性能の低いバッテリ(回生制御用の強化バッテリ以外のバッテリ)に交換された場合等に、無理に回生制御を行うことによりバッテリの更なる劣化を招く虞れもある。 However, as described above, in the control that discharges the rechargeable power generation and keeps the battery charge state (SOC) at a chargeable setting value, for example, the battery charge state (due to battery deterioration or current sensor error) ( If the SOC is deviated from a predetermined chargeable setting value, the deviation in the state of charge (SOC) is not eliminated, and the target charge amount cannot be secured during regenerative power generation, which may reduce the fuel consumption reduction effect. There is. Further, if this deviation in the state of charge (SOC) is left unattended, there is a risk that the battery will run out due to overdischarge. Furthermore, when the battery has deteriorated or has been replaced with a low-performance battery (a battery other than a reinforced battery for regenerative control), the battery may be further deteriorated by forcibly performing regenerative control. is there.
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、回生制御時にバッテリの充電状態(SOC)のずれを修正して、バッテリを回生発電により常時充電可能な状態に制御できるバッテリの充電状態制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and corrects the state of charge (SOC) of the battery during regenerative control so that the battery can be controlled to be constantly charged by regenerative power generation. An object is to provide an apparatus.
このため、本発明は、車両の減速時に、エンジンで駆動するオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電した後、オルタネータの発電電圧を下げてバッテリを放電させて、バッテリの充電状態(SOC)を予め定めた充電可能な設定値に制御するバッテリの充電状態御装置であって、前記回生発電後の放電時のバッテリ電圧に基づいて前記バッテリの充電状態(SOC)を推定し、推定結果に基づいてバッテリの放電量を可変制御し、バッテリの充電状態(SOC)を前記設定値となるように制御する構成としたことを特徴とする。 Therefore, according to the present invention, when the vehicle is decelerated, the power generation voltage of the alternator driven by the engine is increased to perform regenerative power generation to charge the battery, and then the power generation voltage of the alternator is decreased to discharge the battery to A battery charge state control device for controlling a state (SOC) to a predetermined chargeable set value, wherein the state of charge (SOC) of the battery is estimated based on a battery voltage at the time of discharging after the regenerative power generation. The battery discharge amount is variably controlled based on the estimation result, and the state of charge (SOC) of the battery is controlled to be the set value.
本発明によれば、回生発電後の放電時のバッテリ電圧に基づいてバッテリ充電状態(SOC)を推定し、充電状態(SOC)が設定値より小さいと推定される場合はその後の放電量を抑制し、充電状態(SOC)が設定値より大きいと推定される場合はその後の放電量を多くするので、バッテリを回生発電により常時充電可能な一定状態に保つことができる。従って、回生発電時に所望の充電量を得ることができ、所望の燃費低減効果を及び減速性能を確保できる。また、回生制御の度にバッテリ充電状態を推定して修正できるので、バッテリ充電状態(SOC)が大きく変化するのを防止でき、燃費低減効果や減速性能が安定して得られる利点がある。 According to the present invention, the battery charge state (SOC) is estimated based on the battery voltage at the time of discharge after regenerative power generation, and the subsequent discharge amount is suppressed when the charge state (SOC) is estimated to be smaller than the set value. When the state of charge (SOC) is estimated to be larger than the set value, the subsequent discharge amount is increased, so that the battery can be kept in a constant state that can be always charged by regenerative power generation. Therefore, a desired charge amount can be obtained during regenerative power generation, and a desired fuel consumption reduction effect and deceleration performance can be ensured. Further, since the battery charge state can be estimated and corrected each time regenerative control is performed, there is an advantage that the battery charge state (SOC) can be prevented from changing greatly, and the fuel consumption reduction effect and the deceleration performance can be obtained stably.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るバッテリの充電状態制御装置の一実施形態を示すシステム構成図である。
図1において、エンジン1によりファンベルトを介して駆動されて発電するオルタネータ2は、後述するマイクロコンピュータを内蔵するECM(エンジンコントロールモジュール)7からの発電電圧指令を受けてレギュレータ3により発電電圧が制御される。バッテリ4は、オルタネータ2の発電電圧に応じて充放電可能にオルタネータ2に接続されている。電流センサ5は、バッテリ4の充放電電流を検出し、その検出出力をECM7に入力する。6はバッテリ温度を検出する温度センサである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of a battery charge state control apparatus according to the present invention.
In FIG. 1, an
ECM7は、例えばコンピュータを内蔵してバッテリ4からの電力供給により駆動し、図示しない各種センサからの信号によりエンジン運転状態を制御すると共に、減速時に回生制御を行う。また、回生制御後のバッテリ4の充電状態(SOC)を、回生発電時に充電可能なように予め定めた設定値(例えば定格容量の90%)に制御する。ECM7は、スロットルセンサとエンジン回転数センサからの信号により、スロットル弁が略全閉のアイドル状態でエンジン回転数が所定以上の減速時に、燃料噴射を停止する燃料カット制御を行い、この燃料カット中に、オルタネータ2のレギュレータ3に対して高い発電電圧指令値(例えば14.5V)を出力して回生発電させてバッテリ4を充電し、この回生発電後、バッテリ電圧(例えば約12.8V)より低い発電電圧指令値(例えば12.5V)を出力してバッテリ4を放電させる。この回生制御において、回生発電後の放電時のバッテリ電圧値からバッテリ4の充電状態(SOC)を推定し、推定結果に基づいてバッテリ4の放電量を可変制御することにより、回生制御後のバッテリ4の充電状態(SOC)が、常時充電可能な前記設定値となるよう制御する。また、ECM7は、充電モードに移行したときにバッテリ4を設定値まで強制充電するために、予めバッテリ4を設定値まで充電したときの充電電流値をメモリに記憶している。
The ECM 7 includes, for example, a computer and is driven by power supply from the
次に、本実施形態のECM7によるバッテリ4の充電状態制御動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
ステップ1(図中、S1で示し、以下同様とする)では、放電開始か否かを判定する。図3に示すように、減速燃料カット中にECM7から高い発電電圧指令値(例えば14.5V)がオルタネータ2に出力され回生発電が開始され、その後、ECM7から低い発電電圧指令値(例えば12.5V)が出力されると放電開始と判断し、判定がYESとなりステップ2に進む。
Next, the charge state control operation of the
In step 1 (indicated by S1 in the figure, the same shall apply hereinafter), it is determined whether or not the discharge is started. As shown in FIG. 3, during the deceleration fuel cut, a high power generation voltage command value (for example, 14.5 V) is output from the
ステップ2〜4で、電流センサ5の出力状態からバッテリ4の放電開始が確認されたときのバッテリ電圧を放電時のバッテリ電圧C(図4の黒丸で示す)とし、このバッテリ電圧Cとバッテリ4の充電状態(SOC)判定用に図4に示すように予め設定した閾値範囲の上下限値D1,D2及び過放電判定用閾値D3の比較判定を行う。
ステップ2では、放電時のバッテリ電圧Cと閾値範囲の上限値D1とを比較しC>D1か否かを判定する。判定がNOであればステップ3に進む。ステップ3では、バッテリ電圧Cと前記閾値範囲の下限値D2及び過放電判定用閾値D3と比較しD2>C>D3か否かを判定する。判定がNOであればステップ4に進む。ステップ4では、バッテリ電圧Cと過放電判定用閾値D3と比較しC<D3か否かを判定する。
In
In
ステップ2〜4の判定が全てNO、即ち、放電時のバッテリ電圧Cが図4に実線で示すように前記閾値範囲内(D2≦C≦D1)にあるときは、回生発電前のバッテリ4の充電状態(SOC)が予め定めた常時充電可能な設定値(例えば90%)であると推定する。この場合、その後の放電時では、回生発電で蓄えられた充電量SOC(充電電流積算値)分を放電するよう放電時間を設定し、その間、オルタネータ2の発電電圧指令値を12.5Vとしてバッテリ4を放電させる。
When all the determinations in
一方、ステップ2で、図4の点線で示すようにバッテリ電圧Cが上限値D1より大(C>D1)で判定がYESの場合は、回生発電前のバッテリの充電状態(SOC)は予め定めた充電可能な設定値(例えば90%)より大きいと推定し、ステップ5に進む。
ステップ5では、回生発電中の充電電流積算値(充電量SOCに相当する)に予め定めた所定量(例えばバッテリ4の定格SOCの1%)加算し、回生発電による充電分より多い放電量に設定してバッテリ4の充電状態(SOC)を低下させる方向に修正する。この場合、その後の放電時では、回生発電で蓄えられた充電量SOC(充電電流積算値)分より多い放電量となるよう放電時間を長くする。
On the other hand, in
In
また、ステップ3で、図4の一点鎖線で示すようにバッテリ電圧Cが下限値D2と過放電判定用閾値D3の間(D2>C>D3)にあり判定がYESになると、回生発電前のバッテリの充電状態(SOC)は予め定めた充電可能な設定値(例えば90%)より小さいと推定し、ステップ6に進む。
ステップ6では、回生発電中の充電電流積算値(充電量SOCに相当する)から予め定めた所定量(例えばバッテリ4の定格SOCの1%)減算し、回生発電による充電分より少ない放電量に設定してバッテリ4の充電状態(SOC)を増大させる方向に修正する。この場合、その後の放電時では、回生発電で蓄えられた充電量SOC(充電電流積算値)分より少ない放電量となるよう放電時間を短くする。
In step 3, when the battery voltage C is between the lower limit value D2 and the overdischarge determination threshold D3 (D2>C> D3) as shown by the one-dot chain line in FIG. 4, the determination becomes YES. The state of charge (SOC) of the battery is estimated to be smaller than a predetermined chargeable setting value (for example, 90%), and the process proceeds to
In
ステップ6の修正が連続n回行われるまでは、ステップ7の判定はNOとなり、ステップ8に進み、バッテリ4を強制充電する充電モードに移行する。充電モードに移行した場合は、バッテリ充電状態(SOC)が設定値(90%)相当のときの予め記憶させた充電電流値となるようにオルタネータ2の発電電圧を強制的に高くして、バッテリ4の充電状態(SOC)を強制的に設定値(SOC90%)まで充電してバッテリ上がりを防止する。強制充電したにも拘わらず、ステップ3のYES判定が連続n回行われた場合は、ステップ7からステップ9に進み、強制充電しているにも拘わらずバッテリ4の過放電状態が解消されないことから、バッテリ4は劣化していると判断し、回生制御を禁止してバッテリ4の劣化の進行を抑える。
Until the correction in
また、ステップ4で、図4の二点鎖線で示すようにバッテリ電圧Cが過放電判定用閾値D3より小(C<D3)で判定がYESになると、回生発電前のバッテリの充電状態(SOC)は過放電状態と推定する。そして、ステップ10で、ステップ4のYES判定がn回連続したか否かを判定し、n回未満であればステップ11に進む。
ステップ11では、バッテリ充電モードに移行し、ステップ8と同様にしてバッテリ4を強制充電してバッテリ上がりを防止する。
In
In
過放電判定がn回連続してステップ10の判定がYESになるとステップ12に進み、強制充電しているにも拘わらず過放電状態が解消されないことから、バッテリ4は劣化していると判断して回生制御を禁止し、バッテリ4の劣化の進行を抑える。
尚、ステップ5の放電量の増大制御を繰り返してもバッテリ電圧Cが低下しない場合は、システムの異常が考えられるので、装置異常と判断し適切な異常処理を行うことが望ましい。
If the determination of
If the battery voltage C does not decrease even if the discharge amount increase control in
かかる本実施形態のバッテリの充電状態制御装置によれば、回生発電後の放電開始時のバッテリ電圧に基づいて回生制御前のバッテリ充電状態(SOC)を推定し、充電状態(SOC)が設定値より小さいと推定される場合にはその後の放電量を回生発電で得られた充電量より少なくし、充電状態(SOC)が設定値より大きいと推定される場合にはその後の放電量を回生発電で得られた充電量より多くするよう放電量を可変制御するので、バッテリ4を回生発電によって常時充電可能な一定状態に保つことができる。従って、所望の燃費低減効果を及び減速性能を確保できる。
According to the battery state of charge control device of this embodiment, the battery state of charge (SOC) before regenerative control is estimated based on the battery voltage at the start of discharge after regenerative power generation, and the state of charge (SOC) is a set value. If it is estimated to be smaller, the subsequent discharge amount is made smaller than the charge amount obtained by regenerative power generation. If the state of charge (SOC) is estimated to be larger than the set value, the subsequent discharge amount is regenerated. Since the discharge amount is variably controlled so as to be larger than the charge amount obtained in the above, the
また、放電開始時のバッテリ電圧の低下が大きく過放電状態と判断した場合、強制充電することによりバッテリ上がりを防止できる。更に、強制充電を繰り返しても過放電と判定される場合や放電量の減少制御を繰り返してもバッテリ電圧が上昇しない場合、バッテリ4の劣化と判断して回生制御を禁止するので、バッテリ4の劣化の進行を抑えることができる。
In addition, when it is determined that the battery voltage is greatly reduced at the start of discharging and is in an overdischarged state, the battery can be prevented from being discharged by forcibly charging. Further, if it is determined that the battery is over-discharged even after repeated forced charging, or if the battery voltage does not rise even after repeated discharge amount reduction control, it is determined that the
また、回生制御の度にバッテリ充電状態を推定し修正できるので、バッテリ充電状態(SOC)が大きく変化するのを防止でき、燃費低減効果や減速性能が安定して得られる。
尚、放電時のバッテリ電圧は、バッテリ4の温度と放電電流に依存するので、放電時のバッテリ電圧Cを、放電電流とバッテリ温度に基づいて補正し、補正したバッテリ電圧Cと上下限値D1,D2及び過放電判定用閾値D3とを比較するようにすれば、バッテリ4の充電状態(SOC)の推定精度が向上する。尚、バッテリ温度は、吸気温度、エンジン水温等から推定するようにしてもよい。
Further, since the battery charge state can be estimated and corrected every time regenerative control is performed, it is possible to prevent the battery charge state (SOC) from changing greatly, and the fuel consumption reduction effect and the deceleration performance can be stably obtained.
Since the battery voltage at the time of discharge depends on the temperature and discharge current of the
1 エンジン
2 オルタネータ
3 レギュレータ
4 バッテリ
5 電流センサ
6 温度センサ
7 ECM
1
Claims (8)
前記回生発電後の放電時のバッテリ電圧に基づいて前記バッテリの充電状態(SOC)を推定し、推定結果に基づいてバッテリの放電量を可変制御し、バッテリの充電状態(SOC)を前記設定値となるように制御する構成としたことを特徴とするバッテリの充電状態制御装置。 When the vehicle decelerates, the power generation voltage of the alternator driven by the engine is increased and regenerative power generation is performed to charge the battery. Then, the power generation voltage of the alternator is decreased to discharge the battery, and the state of charge (SOC) of the battery is determined in advance. A battery charge state control device that controls the set value to be rechargeable,
The state of charge (SOC) of the battery is estimated based on the battery voltage at the time of discharging after the regenerative power generation, the amount of discharge of the battery is variably controlled based on the estimation result, and the state of charge (SOC) of the battery is set to the set value. The battery state-of-charge control device is configured to control so that
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