JP2017125729A - 車載電源システムおよびこれに含まれるバッテリの状態検知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の車載電源システムは、メインバッテリと、サブバッテリと、メインバッテリおよびサブバッテリから供給される電力の電圧を制御する電圧調整部と、サブバッテリの状態を検知する状態検知部と、を備える。状態検知部は、負荷への電力供給時におけるサブバッテリの電圧降下量および突入電流に基づいて、第1内部抵抗を算出する第1演算部と、第1内部抵抗の算出直後およびその後1回以上、電圧調整部を操作してサブバッテリを強制的に放電させ、強制的な放電時におけるサブバッテリの電圧と電流との関係に基づいて、第2内部抵抗を算出する第2演算部と、第1内部抵抗と第2内部抵抗の推移とに基づいて、サブバッテリの状態を判定する状態判定部とを備える。
【選択図】図2
Description
サブバッテリは、車両のエンジン始動、駐車時の補機類のバックアップ(暗電流供給)、またはメインバッテリ故障時の緊急用電源として用いられる。サブバッテリとしては、例えば、高容量で安価な鉛蓄電池が用いられる。車両の通常走行時には、メインバッテリが主に用いられ、サブバッテリは、ほとんど使用されない。
また、車両走行時の鉛蓄電池の状態を検知する方法として、特許文献1では、車両走行時にオルタネータの出力電圧を制御することが提案されている。このとき、電圧および電流の変化に基づいて電池の内部抵抗が算出され、これを用いて電池の状態が検知される。
前記状態検知部は、前記サブバッテリの反応抵抗および部品抵抗を含む第1内部抵抗を求める第1演算部と、前記サブバッテリの反応抵抗を含む第2内部抵抗を求める第2演算部と、前記サブバッテリの状態を判定する状態判定部と、を具備し、
前記第1演算部は、負荷への電力供給時における前記サブバッテリの電圧降下量および突入電流に基づいて、前記第1内部抵抗を算出し、
前記第2演算部は、前記第1内部抵抗の算出直後およびその後1回以上、前記電圧調整部を操作して前記サブバッテリを強制的に放電させ、前記強制的な放電時における前記サブバッテリの電圧と電流との関係に基づいて、前記第2内部抵抗を算出し、
前記状態判定部は、前記第1内部抵抗と、前記第2内部抵抗の推移とに基づいて、前記サブバッテリの状態を判定する。
負荷への電力供給時における前記サブバッテリの電圧降下量および突入電流に基づいて、前記サブバッテリの反応抵抗および部品抵抗を含む第1内部抵抗を算出する第1ステップと、
前記第1内部抵抗の算出直後およびその後1回以上、前記電圧調整部を操作して前記サブバッテリを強制的に放電させ、前記強制的な放電時における前記サブバッテリの電圧と電流との関係に基づいて、前記サブバッテリの反応抵抗を含む第2内部抵抗を算出する第2ステップと、
前記第1内部抵抗と、前記第2内部抵抗の推移とに基づいて、前記サブバッテリの状態を判定する第3ステップと、
を含む。
図1に示すように、メインバッテリ1と、メインバッテリ1と並列に接続されたサブバッテリ2と、メインバッテリ1およびサブバッテリ2から供給される電力の電圧を制御する電圧調整部(例えばDC/DCコンバータ)3と、サブバッテリ2の状態を検知するための状態検知部4とを備える。電圧調整部3はメインバッテリ1に接続され、サブバッテリ2は電圧調整部3と並列に接続されている。電圧調整部3は、メインバッテリ1からの電源電圧を降圧して出力し、電圧調整部3の出力側においてサブバッテリ2に接続される。電圧調整部3の出力側において、オルタネータ(ALT)5、スタータモータ(STA)6、および補機負荷7が、サブバッテリ2と接続されている。車両の駆動力を発生させるためのモータジェネレータ(MG)8および油圧ブレーキ調整用のアクチュエータ9が、それぞれ、電圧調整部3の入力側において降圧前のメインバッテリ1に接続されている。
サブバッテリ2には、例えば12V系の鉛蓄電池が用いられる。サブバッテリ2は、車両のエンジン始動、メインバッテリ1の故障時の緊急用電源、または駐車中の補機類(補機負荷7)のバックアップ(暗電流供給)に用いられる。
補機負荷7としては、例えば、ライト、ワイパー、エアコン、オーディオが挙げられる。
[内部抵抗(0)の算出]
車両のエンジン始動時(サブバッテリ2のSTA6への電力供給時)において、第1演算部12は、電圧センサ10および電流センサ11で測定されたサブバッテリ2の電圧値および電流値のデータ(例えば、図4に示すようなデータ)を取得する。第1演算部12は、上記データに基づいて、車両のエンジン始動時におけるサブバッテリ2の電圧降下量ΔVおよび突入電流Iを取得する(S20)。
第1演算部12は、取得したサブバッテリ2の電圧降下量ΔVおよび突入電流Iを用いて下記式(1)により第1内部抵抗(内部抵抗(0))を算出する(S21)。内部抵抗(0)は、第1演算部12により算出された第1内部抵抗の値を示す。
内部抵抗(0)(mΩ)=電圧降下量ΔV(V)/突入電流I(A)×1000 (1)
内部抵抗(0)は、反応抵抗(0)および部品抵抗(0)の合算値であると考えることができる。
第2演算部13は、内部抵抗(0)の算出直後の車両走行時において、電圧調整部3を操作してサブバッテリ2への印加電圧を制御してサブバッテリ2を強制的に放電させ、その時のサブバッテリ2の電圧および電流を測定する(S22)。
より具体的には、サブバッテリ2の放電時において、第2演算部13は、電圧センサ10および電流センサ11から出力されたサブバッテリ2の電圧値および電流値のデータを取得する(S22)。通常、電圧調整部3の出力電圧は、サブバッテリの電圧より高くなるように調整されており、メインバッテリから負荷に電力が供給されている。電圧制御部13aにより、通常の状態から電圧調整部3の出力電圧を一時的に降下させると、電圧調整部3の出力電流は次第に小さくなり、サブバッテリの出力電流は次第に大きくなって強制的に放電される。その後、出力電圧を元の電圧に上昇させると強制的な放電は終了する。このとき、負荷電流は約25Aでほぼ一定に維持される。これにより、図5に示すようなデータが取得される。図示例では、電圧調整部3の出力電圧が15Vから11Vに向けて一時的に降下した後、元の15Vに上昇している。
ここで、第2演算部13は、第1内部抵抗の算出直後に第2内部抵抗として反応抵抗(0)を算出するので、第1内部抵抗の算出と第2内部抵抗の算出との間においてサブバッテリ2の反応抵抗は殆ど変化しない。よって、反応抵抗(0)を、内部抵抗(0)に含まれる反応抵抗(0)と考えることができる(S23)。
第2演算部13は、上記で取得したデータより電流値が単調に減少または増加する範囲を算出する。このとき、例えば10A/秒〜15A/秒の変化率で1秒間以上の単調減少または単調増加の範囲を取得することが望ましい。次に、第2演算部13は、当該範囲内の電圧値および電流値のデータを最小二乗法により線形近似し、近似直線Lを取得する。その近似直線Lの傾きを算出する。さらに、第2演算部13は、算出した傾きの値を用いて下記式(2)より反応抵抗(0)を算出する。
反応抵抗(0)(mΩ)=近似曲線Lの傾き×1000 (2)
例えば、図5に示すデータより電流値が単調に減少する範囲(図5中の−24A〜−12A)を算出する。当該範囲内の電圧値(V)および電流値(A)のデータを最小二乗法により線形近似し、図6に示す近似直線Lを取得し、その傾き0.0387×1000(mΩ)を反応抵抗(0)とする。
状態判定部14は、上記で取得した内部抵抗(0)および反応抵抗(0)に基づいて、内部抵抗(0)に含まれる部品抵抗(0)を算出する(S24)。より具体的には、下記式(3)より部品抵抗(0)を算出する。
部品抵抗(0)=内部抵抗(0)−反応抵抗(0) (3)
なお、第1内部抵抗の算出直後に第2内部抵抗を算出するので、この間においてサブバッテリ2の部品抵抗の変化は殆どないと仮定する。
さらに、第2演算部13は、その後の走行時においても、定期的に、または必要に応じて、反応抵抗(0)を算出した場合と同様の手法より反応抵抗(n)を取得する(S25、S26)。反応抵抗(n)は、第1内部抵抗の算出直後を除くn回目の第2内部抵抗の算出により得られた反応抵抗を示す。
状態判定部14は、上記で取得した反応抵抗(n)、反応抵抗(0)、および部品抵抗(0)に基づいて、n回目の第2内部抵抗の算出時点におけるサブバッテリ2の部品抵抗(n)を算出する(S27)。より具体的には、下記式(4)より部品抵抗(n)を算出する。
部品抵抗(n)=α×部品抵抗(0)×(反応抵抗(n)/反応抵抗(0)) (4)
式(4)中のαは、サブバッテリ2の通常使用に伴う劣化(サブバッテリの部品抵抗に寄与する部材の通常の劣化)や故障モード(例えば、部材の接触不良、ショート、断線の程度)により決まる係数であり、予め実測等により取得される。例えば、サブバッテリ2の通常使用に伴う劣化による場合、上記式(4)中のαは1としてもよい。すなわち、かかる場合には、部品抵抗の増加率、すなわち部品抵抗(n)/部品抵抗(0)が、反応抵抗の増加率、すなわち反応抵抗(n)/反応抵抗(0)と同じであると考える。
状態判定部14は、上記で取得した反応抵抗(n)および部品抵抗(n)に基づいて、n回目の第2内部抵抗の算出時点におけるサブバッテリ2の反応抵抗と部品抵抗を合わせた内部抵抗(n)を算出する(S28)。より具体的には、下記式(5)より内部抵抗(n)を算出する。
内部抵抗(n)=部品抵抗(n)+反応抵抗(n) (5)
状態判定部14は、第1内部抵抗と、第2内部抵抗の推移とに基づいて、すなわち、上記で取得した内部抵抗(0)および内部抵抗(n)の値に基づいて、車両走行時におけるサブバッテリ2の状態を判定する。
より具体的には、状態判定部14は、内部抵抗(n)/内部抵抗(0)の値が所定値以上(式(4)中のαが1である場合は、例えば2以上)である場合、サブバッテリ2が通常使用による劣化が進行し、継続使用不可能と判定する(S29、S30)。
状態判定部14は、内部抵抗(n)/内部抵抗(0)の値が所定値未満(式(4)中のαが1である場合は、例えば2未満)である場合、サブバッテリ2は故障しておらず継続使用可能と判定し、サブバッテリ2の状態検知を継続して行う。
上記実施形態ではサブバッテリ2に鉛蓄電池を用いる場合を例示して説明したが、リチウムイオン二次電池などの他の電源を用いてもよい。
上記実施形態では、車載電源システムにおいてMG8およびALT5の両方が設けられているが、MG8およびALT5のうち少なくとも一方が設けられていれば、当該システムとして成立可能である。
また、上記実施形態では、車載電源システムにおいてMG8およびSTA6の両方が設けられているが、MG8およびSTA6の少なくとも一方が設けられていれば、当該システムとして成立可能である。
2 サブバッテリ
3 電圧調整部
4 状態検知部
5 ALT
6 STA
7 補機負荷
8 MG
9 アクチュエータ
10 電圧センサ
11 電流センサ
12 第1演算部
13 第2演算部
13a 電圧制御部
14 状態判定部
Claims (10)
- メインバッテリと、前記メインバッテリと並列に接続されたサブバッテリと、前記メインバッテリおよび前記サブバッテリから供給される電力の電圧を制御する電圧調整部と、前記サブバッテリの状態を検知する状態検知部と、を備えた車載電源システムであって、
前記状態検知部は、前記サブバッテリの反応抵抗および部品抵抗を含む第1内部抵抗を求める第1演算部と、前記サブバッテリの反応抵抗を含む第2内部抵抗を求める第2演算部と、前記サブバッテリの状態を判定する状態判定部と、を具備し、
前記第1演算部は、負荷への電力供給時における前記サブバッテリの電圧降下量および突入電流に基づいて、前記第1内部抵抗を算出し、
前記第2演算部は、前記第1内部抵抗の算出直後およびその後1回以上、前記電圧調整部を操作して前記サブバッテリを強制的に放電させ、前記強制的な放電時における前記サブバッテリの電圧と電流との関係に基づいて、前記第2内部抵抗を算出し、
前記状態判定部は、前記第1内部抵抗と、前記第2内部抵抗の推移とに基づいて、前記サブバッテリの状態を判定する、
車載電源システム。 - 前記第2演算部が、前記電圧調整部を操作する電圧制御部を備える、請求項1に記載の車載電源システム。
- 前記電圧調整部が、前記メインバッテリに接続されたDC/DCコンバータを具備し、前記DC/DCコンバータが前記サブバッテリと並列に接続されている、請求項1または2に記載の車載電源システム。
- 前記第1演算部が前記第1内部抵抗として内部抵抗(0)を算出した直後に、前記第2演算部は、前記第2内部抵抗として前記内部抵抗(0)に含まれる反応抵抗(0)を算出し、
前記状態判定部は、前記反応抵抗(0)に基づいて、前記内部抵抗(0)に含まれる部品抵抗(0)を算出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車載電源システム。 - 前記状態判定部は、前記反応抵抗(0)と、前記部品抵抗(0)と、前記第2演算部が前記第2内部抵抗としてn回目に算出した反応抵抗(n)とに基づいて、n回目の前記第2内部抵抗の算出時点における前記サブバッテリの部品抵抗(n)を算出し、前記反応抵抗(n)および前記部品抵抗(n)の合算値を内部抵抗(n)として算出する、請求項4に記載の車載電源システム。
- 前記状態判定部は、内部抵抗(n)/内部抵抗(0)の値が所定値以上である場合、前記サブバッテリが故障したと判定する、請求項5に記載の車載電源システム。
- メインバッテリと、前記メインバッテリと並列に接続されたサブバッテリと、前記メインバッテリおよび前記サブバッテリから供給される電力の電圧を制御する電圧調整部と、を備えた車載電源システムにおいて前記サブバッテリの状態を検知する方法であって、
負荷への電力供給時における前記サブバッテリの電圧降下量および突入電流に基づいて、前記サブバッテリの反応抵抗および部品抵抗を含む第1内部抵抗を算出する第1ステップと、
前記第1内部抵抗の算出直後およびその後1回以上、前記電圧調整部を操作して前記サブバッテリを強制的に放電させ、前記強制的な放電時における前記サブバッテリの電圧と電流との関係に基づいて、前記サブバッテリの反応抵抗を含む第2内部抵抗を算出する第2ステップと、
前記第1内部抵抗と、前記第2内部抵抗の推移とに基づいて、前記サブバッテリの状態を判定する第3ステップと、
を含む、状態検知方法。 - 前記第2ステップは、前記第1内部抵抗として内部抵抗(0)を算出した直後に、前記第2内部抵抗として、前記内部抵抗(0)に含まれる反応抵抗(0)を算出するステップを含み、
前記第3ステップは、前記反応抵抗(0)に基づいて、前記内部抵抗(0)に含まれる部品抵抗(0)を算出するステップを含む、請求項7に記載の状態検知方法。 - 前記第2ステップは、n回目の前記第2内部抵抗の算出によって反応抵抗(n)を得るステップを含み、
前記第3ステップは、前記反応抵抗(0)、前記部品抵抗(0)および前記反応抵抗(n)に基づいて、n回目の前記第2内部抵抗の算出時点における前記サブバッテリの部品抵抗(n)を算出し、前記反応抵抗(n)および前記部品抵抗(n)の合算値を内部抵抗(n)として算出するステップを含む、請求項8に記載の状態検知方法。 - 前記第3ステップは、内部抵抗(n)/内部抵抗(0)の値が所定値以上である場合、前記サブバッテリが故障したと判定するステップを含む、請求項9に記載の状態検知方法。
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