JP2017229179A - バッテリ残量算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ残量の算出の動作が停止した状態から再開される際に、バッテリ残量を精度よく算出できる、バッテリ残量算出装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵにより、オルタネータの発電電力によるバッテリへの充電量と電気負荷などへの動作電力の供給によるバッテリからの放電量とが積算される。この積算により、バッテリの充電残量であるバッテリ残量が算出される。算出されたバッテリ残量は、メモリに記憶される。イグニッションキースイッチがオフからオンにされて（Ｓ２３）、ＥＣＵの動作が再開される際に、それまでのイグニッションキースイッチがオフになっていた時間（オフ時間）が所定時間以上である場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、メモリに記憶されているバッテリ残量から動作停止中における電気負荷の消費電力を考慮した推定放電量が減算される（Ｓ２５）。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリの充電残量を算出するバッテリ残量算出装置に関する。

近年、エンジンを駆動源とする車両には、充電制御（充放電制御）が広く採用されている。充電制御は、オルタネータによる発電を抑制し、エンジンの負荷を減らすことにより、燃費を向上させる技術である。

充電制御では、たとえば、バッテリの充電容量（満充電量）に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が一定の充電制御範囲内であるときには、車両の減速時にオルタネータによる発電が行われて、オルタネータの発電電力でバッテリが充電され、それ以外ではオルタネータによる発電が停止されて、バッテリからヘッドライトなどの電気負荷に電力が供給される。これにより、エンジンの負荷を減らすことができ、燃費の向上を図ることができる。バッテリのＳＯＣが充電制御範囲の下限を下回る範囲では、充電制御が行われず、車両の減速時以外でもオルタネータによる発電が行われる。

バッテリのＳＯＣは、ＣＰＵおよびメモリなどを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）によって演算される。ＥＣＵには、バッテリに流入する充電電流とバッテリから流出する放電電流とを区別して検出可能な電流センサが接続されている。ＥＣＵでは、電流センサの検出信号に基づいて、バッテリへの充電量とバッテリからの放電量との積算によりバッテリの充電残量（バッテリ残量）が算出され、そのバッテリ残量を用いてＳＯＣが算出される。

算出されたバッテリ残量は、ＥＣＵに備えられているメモリに記憶される。車両のイグニッションキースイッチがオフにされて、ＥＣＵの電源が落とされた後も、メモリには電流が供給されるので、メモリに記憶されたバッテリ残量は消えずに保持される。そして、イグニッションキースイッチがオンにされて、エンジンが始動される際に、メモリに記憶されているバッテリ残量から算出されるＳＯＣが充電制御範囲内であれば、充電制御が実行され、オルタネータによる発電が行われずに、バッテリからスタータに動作電力が供給される。

特開２００７−３１８８８８号公報

ところが、本願発明者らによる検証の結果、イグニッションキースイッチがオンにされた時点で、実際のＳＯＣが充電制御範囲を下回っているにもかかわらず、メモリに記憶されているＳＯＣが充電制御範囲内であるために、エンジンの始動の際に充電制御が行われる場合があることが判った。ＳＯＣが充電制御範囲を下回る状態で充電制御が行われると、バッテリ残量が大きく低下するため、バッテリの劣化を招き、バッテリの寿命を縮めてしまう。

本発明の目的は、バッテリ残量（バッテリの充電残量）の算出の動作が停止した状態から再開される際に、バッテリ残量を精度よく算出できる、バッテリ残量算出装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るバッテリ残量算出装置は、エンジン、エンジンの回転によって発電する発電機、発電機による発電電力により充電されるバッテリ、およびバッテリから供給される電力により動作する電気負荷を搭載した車両に用いられるバッテリ残量算出装置であって、記憶手段と、バッテリへの充電量とバッテリからの放電量との積算によりバッテリの充電残量を算出し、その算出した充電残量を記憶手段に記憶させる残量算出手段と、残量算出手段の動作が所定時間以上にわたって停止した後、その動作が再開される際に、記憶手段に記憶されている充電残量から当該動作停止中における電気負荷の消費電力を考慮した放電量を減算する減算手段とを含む。

この構成によれば、残量算出手段により、発電機の発電電力によるバッテリへの充電量と電気負荷などへの動作電力の供給によるバッテリからの放電量とが積算される。この積算により、バッテリの充電残量であるバッテリ残量が算出される。算出されたバッテリ残量は、記憶手段に記憶される。

たとえば、車両のイグニッションキースイッチ（スタートスイッチ）がオフにされて、残量算出手段への動作電力の供給が遮断されると、残量算出手段の動作、つまりバッテリ残量の算出の動作が停止する。一方、イグニッションキースイッチがオフにされても、通常、記憶手段には電流が供給されるので、バッテリ残量が記憶手段に記憶されている。本願発明者らが検証を重ねた結果、バッテリ残量の算出の動作を停止している時間が所定時間以上である場合、電気負荷の電力消費によるバッテリからの放電量を無視できず、実際のバッテリ残量が記憶手段に記憶されているバッテリ残量を大きく下回ることが判った。

そこで、バッテリ残量の算出の動作が所定時間以上にわたって停止した後、その動作が再開される際には、記憶手段に記憶されているバッテリ残量から動作停止中における電気負荷の消費電力を考慮した放電量が減算される。これにより、バッテリ残量を精度よく算出することができる。

バッテリ残量の算出の動作の再開の際にバッテリ残量が精度よく算出されるので、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定に基づいて、充電制御を適切に行うことができる。バッテリ残量が充電制御範囲内である場合に充電制御が行われることにより、燃費の向上を図ることができる。また、実際のバッテリ残量が充電制御範囲を下回っているにもかかわらず、充電制御が行われることを抑制できる。その結果、バッテリ残量の低下によるバッテリの劣化を抑制でき、バッテリの寿命が縮まることを抑制できる。

記憶手段には、バッテリ残量（バッテリの充電残量）として、絶対的な電気量が記憶されてもよいし、その絶対的な電気量に対応する相対的な値が記憶されてもよい。すなわち、記憶手段にバッテリ残量が記憶されることは、バッテリの充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣが記憶手段に記憶されることと等価である。

同様に、バッテリ残量から放電量を減算することは、ＳＯＣからバッテリの充電容量に対する放電量の比率を減算することと等価である。

また、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定は、ＳＯＣがＳＯＣ用の充電制御範囲内であるか否かの判定と等価である。

電気負荷の消費電力を考慮した放電量は、一定値であってもよいし、所定の暗電流定数とバッテリ電圧の算出の動作の停止が継続していた時間（動作停止時間）との乗算値であってもよい。後者の場合、動作停止時間の長短に応じた放電量を記憶手段に記憶されているバッテリ残量から減算することができるので、バッテリ残量をより精度よく算出することができる。

本発明によれば、バッテリ残量の算出の動作が停止した状態から再開される際に、バッテリ残量を精度よく算出できる。そのため、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定に基づいて、充電制御を適切に行うことができる。その結果、充電制御による燃費の向上を図ることができ、かつ、バッテリ残量の低下によるバッテリの劣化を抑制でき、バッテリの寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施形態に係るＥＣＵが搭載された車両の要部の電気的構成を示すブロック図である。 バッテリ残量更新処理の流れを示すフローチャートである。 バッテリ残量補正処理の流れを示すフローチャートである。 充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電気的構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ１１が搭載された車両１の要部の電気的構成を示すブロック図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。エンジン２に付随して、エンジン２のクランキングのためのスタータ３と、エンジン２の回転によって発電するオルタネータ４とが設けられている。また、車両１には、バッテリ５が搭載されている。バッテリ５は、たとえば、公称電圧が１２Ｖの鉛電池である。

スタータ３には、エンジン２の始動時に、バッテリ５から電源ライン６を介して電圧が印加される。エンジン２のクランクシャフトには、フライホイールが保持されており、スタータ３に電圧が印加されると、スタータ３のプランジャが移動して、スタータ３のスタータギヤがエンジン２のフライホイールと噛合する。また、スタータ３に設けられたリレーがオンになり、バッテリ５からスタータ３に供給される電流が増大して、スタータ３からエンジン２に大きなトルクが入力され、そのトルクによりエンジン２がクランキングされる。エンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークされることにより、エンジン２が始動する。

また、バッテリ５の電圧は、車両１に搭載されているワイパモータ、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電気負荷７に印加される。

オルタネータ４は、ロータ、ステータおよびＩＣレギュレータを備えている。ロータは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴って回転する。ロータには、フィールドコイル（ロータコイル）が設けられている。回転しているロータのフィールドコイルにＩＣレギュレータからフィールド電流（励磁電流）が供給されることにより、ステータに設けられているステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、整流器で直流電圧に整流される。オルタネータ４は、直流電力を発電電力として出力し、この発電電力が電源ライン６を介してバッテリ５に供給されることにより、バッテリ５が充電される。

また、車両１には、たとえば、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。複数のＥＣＵには、次に述べるＥＣＵ１１が含まれる。各ＥＣＵは、同様のハード構成を有しており、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ１１には、ＣＰＵ１２およびメモリ１３（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）が備えられている。ＥＣＵ１１には、バッテリ５のマイナス端子に関連して設けられた電流センサ１４が接続されている。電流センサ１４には、バッテリ５のマイナス端子に流入する充電電流とバッテリ５のマイナス端子から流出する放電電流とを区別して検出可能なものが採用されている。また、ＥＣＵ１１には、図示されていないが、アクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ、エンジン２のクランクシャフトの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転数センサ、エンジン２の電子スロットルバルブの開度（スロットル開度）に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサなどの各種センサが接続されている。

ＥＣＵ１１は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグ、ならびにスタータ３などを制御する。また、ＥＣＵ１１は、バッテリ５の充電残量であるバッテリ残量を算出し、バッテリ残量に基づいて、オルタネータ４による発電を制御する。また、ＥＣＵ１１により、バッテリ残量が算出されると、その算出されたバッテリ残量がメモリ１３に更新して記憶される。

＜バッテリ残量更新処理＞
図２は、バッテリ残量更新処理の流れを示すフローチャートである。

車両１のイグニッションキースイッチがオン（ＩＧオン）である間、ＥＣＵ１１により、バッテリ残量更新処理が一定周期で実行される。

バッテリ残量更新処理では、まず、電流センサ１４の検出信号に基づいて、バッテリ５に流入する充電電流またはバッテリ５から流出する放電電流の電流値が取得される（ステップＳ１１）。

次に、その取得した充電電流または放電電流の電流値から、バッテリ残量更新処理の１周期にバッテリ５に流入した電気量（充電量）またはバッテリ５から流出した電気量（放電量）が算出される（ステップＳ１２）。

メモリ１３には、先に算出されたバッテリ残量が記憶されている。充電量または放電量の算出後、メモリ１３に記憶されているバッテリ残量にその充電量が加算または放電量が減算されることにより、バッテリ残量が更新され、この更新後のバッテリ残量がメモリ１３に上書きで記憶される（ステップＳ１３）。

なお、充電量が正の値で表され、放電量が負の値で表される場合、メモリ１３に先に記憶されているバッテリ残量に充電量または放電量が加算されることにより、新たなバッテリ残量が算出される。

＜バッテリ残量補正処理＞
図３は、バッテリ残量補正処理の流れを示すフローチャートである。

車両１のイグニッションキースイッチがオフ（ＩＧオフ）の間は、ＥＣＵ１１の電源が落とされて、ＥＣＵ１１の動作が停止するため、図２に示されるバッテリ残量更新処理が実行されない。そこで、イグニッションキースイッチがオンされたときにＥＣＵ１１のメモリ１３に記憶されているバッテリ残量を補正するため、ＥＣＵ１１により、バッテリ残量補正処理が実行される。

バッテリ残量補正処理では、イグニッションキースイッチがオフになったか否かが判定される（ステップＳ２１）。イグニッションキースイッチがオフになるまで、以降のステップは実行されず、図２に示されるバッテリ残量更新処理が実行される。

イグニッションキースイッチがオフになると（ステップＳ２１のＹＥＳ）、イグニッションキースイッチがオフになってからオンになるまでの時間（オフ時間）が計測される（ステップＳ２２）。オフ時間の計測は、タイマによって行われてもよいが、イグニッションキースイッチがオフになったオフ時刻がメモリ１３に記憶され、イグニッションキースイッチがオンになった時点で、メモリ１３に記憶されているオフ時刻からの経過時間を算出することによって達成されてもよい。

イグニッションキースイッチがオンになると（ステップＳ２３のＹＥＳ）、オフ時間が所定時間（たとえば、３分間）以上であるか否かが判定される（ステップＳ２４）。

オフ時間が所定時間以上である場合（ステップＳ２４のＹＥＳ）、所定の暗電流定数［Ａ・ｓ］とオフ時間との乗算により、電気負荷７の消費電力を考慮した推定放電量が求められ、メモリ１３に記憶されているバッテリ残量から推定放電量が減算される。そして、その減算値が補正後のバッテリ残量としてメモリ１３に上書きで記憶される（ステップＳ２５）。

＜充電制御＞
図４は、充電制御処理の流れを示すフローチャートである。

車両１には、充電制御が採用されている。車両１のイグニッションキースイッチがオンである間、ＥＣＵ１１により、充電制御のための充電制御処理が実行される。

充電制御処理では、バッテリ５の充電容量（満充電量）に対するメモリ１３に記憶されているバッテリ残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が算出される。

そして、ＳＯＣが所定の充電制御範囲の上限値以上であるか否かが判定される（ステップＳ３１）。

ＳＯＣが充電制御範囲の上限値以上である場合（ステップＳ３１のＹＥＳ）、オルタネータ４による発電が停止される（ステップＳ３２）。

ＳＯＣが充電制御範囲の上限値未満である場合（ステップＳ３１のＮＯ）、ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満であるか否かが判定される（ステップＳ３３）。

ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満でない場合、言い換えれば、ＳＯＣが充電制御範囲の下限値以上であって上限値未満である場合、つまりＳＯＣが充電制御範囲内である場合（ステップＳ３３のＮＯ）、車両１が減速中であるか否かが判定される（ステップＳ３４）。

車両１が減速中でない場合（ステップＳ３４のＮＯ）、オルタネータ４による発電が停止される（ステップＳ３５）。したがって、イグニッションキースイッチがオンにされて、エンジン２が始動される際に、メモリ１３に記憶されているバッテリ残量から算出されるＳＯＣが充電制御範囲内である場合、オルタネータ４による発電が行われずに、バッテリ５からスタータ３に動作電力が供給される。

ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満である場合（ステップＳ３３のＹＥＳ）、または、ＳＯＣが充電制御範囲内であり、車両１が減速中である場合（ステップＳ３４のＹＥＳ）、オルタネータ４による発電が行われ、オルタネータ４の発電電力により、バッテリ５が充電される。

＜作用効果＞
以上のように、図２に示されるバッテリ残量更新処理では、ＥＣＵ１１により、オルタネータ４の発電電力によるバッテリ５への充電量と電気負荷７などへの動作電力の供給によるバッテリ５からの放電量とが積算される。この積算により、バッテリ５の充電残量であるバッテリ残量が算出される。算出されたバッテリ残量は、ＥＣＵ１１のメモリ１３に記憶される。

車両１のイグニッションキースイッチがオフにされて、ＥＣＵ１１への動作電力の供給が遮断されると、ＥＣＵ１１の動作が停止し、バッテリ残量更新処理が実行されない。一方、イグニッションキースイッチがオフにされても、通常、メモリ１３には電流が供給されるので、バッテリ残量がメモリ１３に記憶されている。イグニッションキースイッチがオフになっている時間（オフ時間）、つまりバッテリ残量更新処理が非実行である時間が所定時間以上にわたり、その後にイグニッションキースイッチがオンにされて、ＥＣＵ１１の動作が再開される際には、メモリ１３に記憶されているバッテリ残量から動作停止中における電気負荷７の消費電力を考慮した推定放電量が減算される。これにより、バッテリ残量を精度よく算出することができる。

また、推定放電量が暗電流定数とオフ時間との乗算によって設定されるので、オフ時間の長短に応じた放電量をメモリ１３に記憶されているバッテリ残量から減算することができ、バッテリ残量をより精度よく算出することができる。

バッテリ残量の算出の動作の再開の際にバッテリ残量が精度よく算出されるので、バッテリ残量が充電制御範囲内であるか否かの判定に基づいて、充電制御を適切に行うことができる。バッテリ残量が充電制御範囲内である場合に充電制御が行われることにより、燃費の向上を図ることができる。また、実際のバッテリ残量が充電制御範囲を下回っているにもかかわらず、充電制御が行われることを抑制できる。その結果、バッテリ残量の低下によるバッテリ５の劣化を抑制でき、バッテリ５の寿命が縮まることを抑制できる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、メモリ１３にバッテリ残量が記憶されるとしたが、ＳＯＣがメモリ１３に記憶されてもよい。この場合、バッテリ残量補正処理では、バッテリ残量からの推定放電量の減算に代えて、ＳＯＣからバッテリ５の充電容量に対する推定放電量の比率が減算されるとよい。

また、充電制御処理では、充電制御範囲が電気量の単位［Ａ・ｓ］で設定されて、ＳＯＣが充電制御範囲の上限値以上であるか否かの判定に代えて、バッテリ残量が充電制御範囲の上限値以上であるか否かが判定され、ＳＯＣが充電制御範囲の下限値未満であるか否かの判定に代えて、バッテリ残量が充電制御範囲の下限値未満であるか否かが判定されてもよい。

車両１がプッシュ式のスタートスイッチを搭載した車両である場合、オフ時間は、スタートスイッチがオフになっている時間となる。スタートスイッチがオンであるとき、エンジン２が動作し、スタートスイッチがオフであるとき、エンジン２が停止しているので、オフ時間は、エンジン２が停止している時間であってもよい。

電気負荷７の消費電力を考慮した推定放電量の算出に用いられる暗電流定数［Ａ・ｓ］は、一定値であってもよいし、車種ごとに設定されていてもよい。たとえば、電動開閉式のパワースライドドアを搭載した車両では、非搭載の車両と比較して、エンジンの停止中（イグニッションキースイッチのオフ中）にパワースライドドアの開閉が行われることによる消費電力が大きいので、暗電流定数が大きな値に設定されてもよい。

推定放電量は、暗電流定数とオフ時間との乗算により求められることが好ましいが、予め設定された一定値であってもよい。この場合、推定放電量の算出に要する時間を省略できるので、バッテリ残量補正処理に要する時間を短縮することができる。

また、暗電流定数が車種にかかわらず一定値とされて、暗電流定数とオフ時間との乗算値に車種ごとに設定された補正値が加算されることにより推定放電量が求められてもよい。たとえば、パワースライドドアを搭載していない車両では、暗電流定数とオフ時間との乗算値に第１補正値（０を含む。）が加算されることにより推定放電量が求められ、パワースライドドアを搭載した車両では、暗電流定数とオフ時間との乗算値に第１補正値よりも大きな第２補正値が加算されることにより推定放電量が求められてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
２ エンジン
４ オルタネータ
５ バッテリ
７ 電気負荷
１１ ＥＣＵ（バッテリ残量算出装置、残量算出手段、減算手段））
１３ メモリ（記憶手段）

Claims (1)

1. エンジン、前記エンジンの回転によって発電する発電機、前記発電機による発電電力により充電されるバッテリ、および前記バッテリから供給される電力により動作する電気負荷を搭載した車両に用いられるバッテリ残量算出装置であって、
   記憶手段と、
   前記バッテリへの充電量と前記バッテリからの放電量との積算により前記バッテリの充電残量を算出し、その算出した充電残量を前記記憶手段に記憶させる残量算出手段と、
   前記残量算出手段の動作が所定時間以上にわたって停止した後、その動作が再開される際に、前記記憶手段に記憶されている充電残量から当該動作停止中における前記電気負荷の消費電力を考慮した放電量を減算する減算手段とを含む、バッテリ残量算出装置。

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