JP2018098992A - 電圧検出装置及び電圧検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＧＮ ＯＦＦ時以外のタイミングでも二次電池のＯＣＶを測定でき、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制可能な電圧検出装置及び電圧検出方法を提供する。
【解決手段】車両に備わる負荷（１５）に対して電力を供給する複数の二次電池（１３、１４）と、車両のアイドリングストップ機能のオンオフ状態を検知する検知部（２３）と、二次電池（１３）のＯＣＶを測定する制御部（２４）と、を備え、複数の二次電池（１３、１４）は、アイドリングストップ機能がオン状態の際に、前両がアイドリングストップ状態に移行した場合、負荷（１５）に電力を供給する第１の二次電池（１３）を含み、制御部（２４）は、アイドリングストップ機能がオフ状態である場合、又は、アイドリングストップ機能がオン状態であり且つ所定条件を満たすと判定した場合、第１の二次電池（１３）のＯＣＶを測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば複数の二次電池を備える車両に搭載された二次電池の電圧を検出する電圧検出装置及び電圧検出方法に関する。

従来から、車両の走行の一時停止中にエンジンのアイドリングを停止するアイドリングストップ機能（以下、Ｉ／Ｓ機能ともいう。）を有する車両がある。Ｉ／Ｓ機能を有する車両では、複数の二次電池を備えてアイドリングストップ機能を実現し、燃費の改善を行っているものがある。このような車両において、アイドリングストップ時には二次電池により負荷に電力を供給するため、二次電池を適切に充電する必要があり、そのためには二次電池の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）を検出する必要がある。充電率は直接検出できないため、例えば開放電圧推定法により、電池の等価回路モデルを用いて電池の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を測定することでＳＯＣを推定している。ただし、ＯＣＶの測定には、測定対象となる二次電池の負荷等からの切り離しに相当な時間を要する。

特開２０１４−１８０１５１号公報

そこで特許文献１の技術においてＯＣＶを測定するタイミングは、車両のイグニッションをオフした時（以下、ＩＧＮＯＦＦ時という。）のみとしている。そのため走行時間が長期化しＩＧＮ ＯＦＦ時からの経過時間が長くなると、前回測定したＯＣＶに基づくＳＯＣの推定精度が低下してしまう恐れがある。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、ＩＧＮＯＦＦ時以外のタイミングでも二次電池のＯＣＶを測定でき、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制可能な電圧検出装置及び電圧検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る電圧検出装置は、
車両に備わる負荷に対して電力を供給する複数の二次電池と、
前記車両のアイドリングストップ機能のオンオフ状態を検知する検知部と、
前記二次電池のＯＣＶを測定する制御部と、
を備え、
前記複数の二次電池は、前記アイドリングストップ機能がオン状態の際に、前記車両がアイドリングストップ状態に移行した場合、前記負荷に電力を供給する第１の二次電池を含み、
前記制御部は、前記アイドリングストップ機能がオフ状態である場合、又は、前記アイドリングストップ機能がオン状態であり且つ所定条件を満たすと判定した場合、前記第１の二次電池のＯＣＶを測定する。

また、本発明の本発明の一実施形態に係る電圧検出方法は、
アイドリングストップ機能を有する車両において、該車両に備わる負荷に対して電力を供給する複数の二次電池のうち、前記アイドリングストップ機能がオン状態の際に前記車両がアイドリングストップ状態に移行した場合に前記負荷に電力を供給する第１の二次電池のＯＣＶを測定する電圧検出方法であって、
前記アイドリングストップ機能のオンオフ状態を検知するステップと、
前記アイドリングストップ機能がオフ状態である場合、又は、前記アイドリングストップ機能がオン状態であり、且つ所定条件を満たすと判定した場合、前記第１の二次電池のＯＣＶを測定する。

本発明の一実施形態にかかる電圧検出装置及び電圧検出方法によれば、ＩＧＮ ＯＦＦ時以外のタイミングでも二次電池のＯＣＶを測定でき、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電圧検出装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電圧検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る電圧検出装置の別の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態）
はじめに、本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７を備える蓄電池システムについて説明する。蓄電池システム１０は、例えば回生発電機能を有する二電源システムの車両に搭載される。

図１に示すように、蓄電池システム１０は、オルタネータ１１と、スタータ１２と、第１の二次電池１３と、第２の二次電池１４と、負荷１５と、第２の電圧センサ１６と、電圧検出装置１７と、を備える。電圧検出装置１７によって、オルタネータ１１、スタータ１２、第１の二次電池１３、第２の二次電池１４、及び負荷１５は、並列に接続される。

オルタネータ１１は、発電機であって、車両のエンジンに機械的に接続される。オルタネータ１１は、エンジンの駆動によって発電可能である。オルタネータ１１がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、第１の二次電池１３、第２の二次電池１４、及び負荷１５に供給され得る。またオルタネータ１１は、車両の減速時等に回生によって発電可能である。オルタネータ１１が回生発電した電力は、第１の二次電池１３及び第２の二次電池１４の充電に使用され得る。

ここで、オルタネータ１１の駆動中（発電中）に第１の二次電池１３及び第２の二次電池１４がそれぞれ充電されるか放電するかは、負荷１５の消費電力、及び車両の走行状態等に応じて異なる。一般的に、オルタネータ１１の駆動中、即ちエンジンの駆動中に、第１の二次電池１３及び第２の二次電池１４の充放電は短時間で切り替わる。

ここで本実施形態の車両はＩ／Ｓ機能を有する。すなわち本実施形態の車両のエンジンは、例えばＥＣＵ（Engine Control Unit）の制御によって、燃料節約等の観点から、車両の走行の一時停止中にエンジンのアイドリングが停止される。したがって、オルタネータ１１は、車両の走行の一時停止中において発電を停止する。

スタータ１２は、例えばセルモータを含んで構成され、第１の二次電池１３及び第２の二次電池１４の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。本実施形態において、スタータ１２は、車両のイグニッションがオンとなった後、第２の二次電池１４からの電力供給を受けて、エンジンを始動させる。

第１の二次電池１３は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等、鉛蓄電池以外の二次電池である。本実施形態において、第１の二次電池１３の出力電圧は、第２の二次電池１４の出力電圧と略同一であって、例えば１２Ｖである。或いは、第１の二次電池１３の出力電圧は、第２の二次電池１４の出力電圧と異なってもよい。かかる場合、第１の二次電池１３の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって、第２の二次電池１４の出力電圧と略同一となるように調整される。また第１の二次電池１３は、エンジン駆動の停止中（アイドリングの停止中）、即ちオルタネータ１１による発電が停止している場合に、スタータ１２、負荷１５、及びＥＣＵ等に対して電力を供給する。すなわち第１の二次電池１３は、Ｉ／Ｓ機能がオン状態の際に、車両がアイドリングストップ状態に移行した場合、負荷１５等に電力を供給する。

第２の二次電池１４は、例えば公称電圧１２Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池であって、負荷１５に対して電力を供給可能である。

負荷１５は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコン、及びナビゲーションシステム等を含む負荷１５であって、供給された電力を消費して動作する。負荷１５は、エンジン駆動の停止中（オルタネータ１１による発電の停止中）に第１の二次電池１３、及び第２の二次電池１４からの電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ１１、第１の二次電池１３、及び第２の二次電池１４からの電力供給を受けて動作する。第２の電圧センサ１６は、第２の二次電池１４の電圧を測定する。

電圧検出装置１７は、第１のリレー１８と、第２のリレー１９と、第１の電圧センサ２０と、通信部２１と、タイマ２２と、検知部２３と、制御部２４と、を備える。電圧検出装置１７は概略として、Ｉ／Ｓ機能のオンオフ状態を検知し、Ｉ／Ｓ機能がオフ状態である場合に第１のリレー１８をＯＦＦして第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。一方、Ｉ／Ｓ機能がＯＮである場合、第１の二次電池１３が使用されている可能性があり、第１の二次電池１３の使用中のタイミングで第１のリレー１８をＯＦＦしてしまうと、負荷１５等への電力供給に不具合が生じる恐れがある。そこで本実施形態に係る電圧検出装置１７は、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であり且つ所定条件を満たす場合、第１のリレー１８をＯＦＦして第１の二次電池１３を切り離し、第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。以下、各構成について説明する。

第１のリレー１８は、第１の二次電池１３と直列に接続されるスイッチである。第１のリレー１８は、第１の二次電池１３を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。

第２のリレー１９は、第２の二次電池１４及び負荷１５と直列に接続されるスイッチである。第２のリレー１９は、第２の二次電池１４及び負荷１５を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。

第１の電圧センサ２０は、第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。ＯＣＶを測定する場合、まず第１のリレー１８により第１の二次電池１３を他の構成要素と切り離す。第１の二次電池１３を切り離してから一定時間経過後に第１の電圧センサ２０により測定した端子間電圧（ＣＣＶ：Ｃｌｏｓｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を、第１の二次電池１３のＯＣＶとみなす。

通信部２１は、例えばＣＡＮ等の車載ネットワークを介して情報の送受信を行うインターフェースである。通信部２１は、車載ネットワークを介して、車両の多様な制御情報を取得可能である。例えば通信部２１は、車両の走行速度に係る情報（以下、車速情報という。）をＥＣＵから車載ネットワークを介して受信する。通信部２１は受信した車速情報を制御部２４に渡す。なお車速情報の取得方法はこれに限られず、ＥＴＣの車載機からの情報を取得してもよい。

タイマ２２は、各種経過時間を測定する。例えばタイマ２２は、第１の二次電池１３のＯＣＶを測定した時点からの経過時間（以下、Ｔ１とする。）を測定する。また例えば第１のリレー１８により第１の二次電池１３を他の構成要素と切り離した後の経過時間（以下、Ｔ２とする）を測定する。タイマ２２により測定した経過時間Ｔ２が一定時間以上である場合、第１の電圧センサ２０により測定した第１の二次電池１３の端子間電圧を取得し、当該端子間電圧をＯＣＶとみなす。

検知部２３は、Ｉ／Ｓ機能のオンオフ状態、すなわちＩ／Ｓ機能がオン状態であるか否かを検知する。ここで検知部２３は、図示しない温度センサを含み、当該温度センサで計測した第１の二次電池１３の温度に基づいてＩ／Ｓ機能のオンオフ状態を検知する。第１の二次電池１３が低温時（第１所定温度未満）である場合は第１の二次電池１３の能力が低下するため、Ｉ／Ｓ機能を停止する。そこで検知部２３は、第１の二次電池１３の温度が低温である場合、Ｉ／Ｓ機能がオフ状態であると検知する。一方で検知部２３は、第１の二次電池１３の温度が低温でない場合（第１所定温度以上である場合）、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であると検知する。検知部２３は、検知した結果を制御部２４に渡す。

なお、第１の二次電池１３の温度が高温（第２所定温度以上）である場合、第１の二次電池１３の劣化防止のためにＩ／Ｓ機能を停止する。そこで検知部２３は、第１の二次電池１３の温度が第２所定温度以上である場合に、Ｉ／Ｓ機能がオフ状態であると検知してもよい。すなわちこの場合、検知部２３は、第１の二次電池１３の温度が第１所定温度以上且つ第２所定値温度未満であるとき、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であると判定する。一方で第１の二次電池１３の温度が第１所定温度未満、又は第２所定温度以上である場合、Ｉ／Ｓ機能がオフ状態であると判定する。

制御部２４は、例えば専用のマイクロプロセッサ又は特定のプログラムを読み込むことによって特定の処理を実行する汎用のＣＰＵである。制御部２４は、電圧検出装置１７の動作全体を制御する。

例えば制御部２４は、第１のリレー１８及び第２のリレー１９の動作をそれぞれ制御して、オルタネータ１１、第１の二次電池１３、及び第２の二次電池１４による電力供給、並びに第１の二次電池１３及び第２の二次電池１４の充電を行なう。

また制御部２４は、Ｉ／Ｓ機能がオフ状態である場合、第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。制御部２４は、第１のリレー１８をＯＦＦして、第１の二次電池１３を他の構成要素と切り離す。そして制御部２４は、一定時間経過後に第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。そして制御部２４は測定したＯＣＶに基づきＳＯＣを推定する。なおこのとき負荷１５への電力供給は、第２の二次電池１４のみにより行う。

また制御部２４は、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であり、且つ所定条件を満たすと判定した場合、第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。そして制御部２４は測定したＯＣＶに基づきＳＯＣを推定する。所定条件は、例えば以下の各条件を含む。
・条件１：Ｉ／Ｓ機能が実行中、及びＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれでもない場合。
・条件２：前回のＯＣＶの測定を行ってからの経過時間Ｔ１が第２の所定時間以上である場合。
・条件３：車速が所定値以上である状態が第１の所定時間以上継続している場合。
即ち制御部２４は、Ｉ／Ｓ機能自体はオン状態となっているが、上記の所定条件を満たすことで、第１の二次電池１３を他の構成要素と切り離しても良いと判断し得る場合や、ＳＯＣの推定精度を確保するためにＯＣＶの測定が必要と判断した場合に、上記第１の二次電池１３のＯＣＶの測定を実施する。

制御部２４は、通信部２１を介してＩ／Ｓ機能の実行状況の情報を受信することにより、条件１を満たすか否かの判定をする。Ｉ／Ｓ機能がオン状態であって実際にＩ／Ｓ機能が実行中である場合、第１の二次電池１３を切り離すと負荷１５への電力供給に不具合が生じる。同様に、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であって、且つＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中（実行状態から非実行状態に復帰中）である場合、第１の二次電池１３を切り離すと負荷１５への電力供給に不具合が生じる。そのため条件１を満たす必要がある。つまり制御部２４は、Ｉ／Ｓ機能が実行中、又はＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれかである場合、所定条件を満たさないと判定する。

また制御部２４は、タイマ２２により測定した経過時間Ｔ１に基づき、条件２を満たすか否かの判定をする。経過時間Ｔ１が第２の所定時間以上となる前、すなわち前回測定からの期間が長期化する前にＯＣＶを測定してＳＯＣを推定するため、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。なお第２の所定時間は、本システムのＳＯＣの推定精度を基準に定める。

また制御部２４は、通信部２１を介して車速情報を受信することにより、条件３を満たすか否かの判定をする。車速が所定値以上である状態が第１の所定時間継続する場合、すなわち例えば車両が高速道路等にて高速走行中の場合には、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であっても、実際にＩ／Ｓ機能が実行状態に移行する可能性は低い。そのため第１の二次電池１３を切り離しても、負荷１５への電力供給に不具合が生じる恐れは低い。なお車速に係る所定値は、高速道路を走行する場合の速度を基準に定め、具体的には例えば６０ｋｍ／ｈである。また第１の所定時間も同様に、高速道路を走行する場合に、一定速度が継続する時間を基準に定める。

制御部２４は、上記の条件１及び条件２を満足する場合、所定条件を満たすとして第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。なお条件１及び条件２に加えて、条件３を満たす場合に、所定条件を満たすと判定してもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７について、図２及び図３に示すフローチャートによりその動作を説明する。図２では、上記の条件１及び条件２を満足する場合に所定条件を満たすとした場合の動作例を示している。

はじめに検知部２３は、Ｉ／Ｓ機能がオン状態であるか否かを検知する（ステップＳ１０）。Ｉ／Ｓ機能がオン状態である場合、ステップＳ２０に進む。一方、Ｉ／Ｓ機能がオン状態でない場合（オフ状態である場合）、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ１０においてＩ／Ｓ機能がオン状態であると判定した場合、制御部２４は、ステップＳ２０及びステップＳ３０により、所定条件を満たすか否かを判定する。まず制御部２４は、Ｉ／Ｓ機能が実行中、又はＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれかに該当するか否かを判定する（ステップＳ２０）。Ｉ／Ｓ機能が実行中、又はＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれかに該当する場合、ステップＳ１０に戻る。一方、Ｉ／Ｓ機能が実行中、及びＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれにも該当しない場合、すなわち条件１を満たす場合、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ２０においてＩ／Ｓ機能が実行中、及びＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれでもないと判定した場合、制御部２４は、前回のＯＣＶの測定を行ってからの経過時間Ｔ１が、第２の所定時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。前回のＯＣＶの測定から第２の所定時間経過している場合、すなわち条件２を満たす場合、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において制御部２４は、第１のリレー１８をＯＦＦして、第１の二次電池１３を他の構成要素と切り離す。続いてタイマ２２によりリレー１８のＯＦＦからの経過時間Ｔ２を測定し、経過時間Ｔ２が一定時間を超える場合、制御部２４は、第１の電圧センサ２０により第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する（ステップＳ５０）。またステップＳ１０においてＩ／Ｓ機能がオフ状態である場合も、制御部２４はステップＳ４０及びステップＳ５０により第１の二次電池１３のＯＣＶを測定する。そして処理を終了する。

次に図３に示すフローチャートにより、条件１、条件２、及び条件３を満足する場合に所定条件を満たすとした場合の動作を説明する。図２と同一の動作については同一の符号を付し、説明を省略する。

図３に示すフローチャートでは、ステップＳ２０においてＩ／Ｓ機能が実行中及びＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれにも該当しない場合、制御部２４は、車速が所定値以上である状態が第１の所定時間継続しているか否かを判定する（ステップＳ２５）。車速が所定値以上である状態が第１の所定時間継続していると判定した場合、すなわち条件３を満たすと判定した場合、ステップＳ３０に進む。一方、車速が所定値以上である状態が第１の所定時間継続していないと判定した場合、ステップＳ１０に戻る。続くステップＳ３０〜ステップＳ５０は、図２にて説明した動作と同一である。

このように本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７によれば、Ｉ／Ｓ機能がオフ状態である場合にＯＣＶを測定し、またＩ／Ｓ機能がオン状態である場合も所定条件を満たす場合は、ＯＣＶを測定する。そのため、ＩＧＮ ＯＦＦ時以外のタイミングでも第１の二次電池１３のＯＣＶを測定でき、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。より精度の高いＳＯＣが得られるため、入出力パワー（ＳＯＰ）を正確に計算でき、より大きな出力及び回生発電を行うことが可能となる。

また、本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７によれば、車速が所定値以上である状態が第１の所定時間継続している場合において二次電池のＯＣＶを測定でき、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７によれば、前回のＯＣＶの測定を行ってから第２の所定時間経過した場合において二次電池のＯＣＶを測定でき、ＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７によれば、Ｉ／Ｓ機能が実行中、又はＩ／Ｓ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれかである場合、所定条件を満たさないと判定するため、適切なタイミングで二次電池のＯＣＶを測定できＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係る電圧検出装置１７によれば、第１の二次電池１３の温度に基づいてＩ／Ｓ機能のオンオフ状態を検知でき、適切なタイミングで二次電池のＯＣＶを測定できＳＯＣの推定精度の低下を抑制することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０ 蓄電池システム
１１ オルタネータ
１２ スタータ
１３ 第１の二次電池
１４ 第２の二次電池
１５ 負荷
１６ 第２の電圧センサ
１７ 電圧検出装置
１８ 第１のリレー
１９ 第２のリレー
２０ 第１の電圧センサ
２１ 通信部
２２ タイマ
２３ 検知部
２４ 制御部

Claims (6)

1. 車両に備わる負荷に対して電力を供給する複数の二次電池と、
   前記車両のアイドリングストップ機能のオンオフ状態を検知する検知部と、
   前記二次電池のＯＣＶを測定する制御部と、
   を備え、
   前記複数の二次電池は、前記アイドリングストップ機能がオン状態の際に、前記車両がアイドリングストップ状態に移行した場合、前記負荷に電力を供給する第１の二次電池を含み、
   前記制御部は、前記アイドリングストップ機能がオフ状態である場合、又は、前記アイドリングストップ機能がオン状態であり且つ所定条件を満たすと判定した場合、前記第１の二次電池のＯＣＶを測定する電圧検出装置。
2. 前記所定条件は、車速が所定値以上である状態が第１の所定時間継続することを含む、請求項１に記載の電圧検出装置。
3. 前記所定条件は、前回のＯＣＶの測定を行ってから第２の所定時間経過していることを含む、請求項１又は２に記載の電圧検出装置。
4. 前記制御部は、前記アイドリングストップ機能が実行中、又は前記アイドリングストップ機能の実行終了後のエンジン再始動中のいずれかである場合、前記所定条件を満たさないと判定する、請求項３に記載の電圧検出装置。
5. 前記検知部は、前記第１の二次電池の温度に基づいて前記アイドリングストップ機能のオンオフ状態を検知する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
6. アイドリングストップ機能を有する車両において、該車両に備わる負荷に対して電力を供給する複数の二次電池のうち、前記アイドリングストップ機能がオン状態の際に前記車両がアイドリングストップ状態に移行した場合に前記負荷に電力を供給する第１の二次電池のＯＣＶを測定する電圧検出方法であって、
   前記アイドリングストップ機能のオンオフ状態を検知するステップと、
   前記アイドリングストップ機能がオフ状態である場合、又は、前記アイドリングストップ機能がオン状態であり、且つ所定条件を満たすと判定した場合、前記第１の二次電池のＯＣＶを測定する電圧検出方法。

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