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

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【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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