JP2019169396A - バッテリの温度推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通電に起因する影響を除いて精度良くバッテリの温度を得ることを可能とする。【解決手段】 バッテリ４０の正極端子４１に組み付けられて温度を検出する温度センサ２１ａが検出した温度及びバッテリ４０が温度センサ２１ａの温度検出中に放電する電流値に基づいてバッテリ４０の温度を推定する、バッテリの温度推定装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、主に自動車その他車両に搭載されるバッテリの温度推定装置に関する。

従来、自動車等の車両において燃費を改善する方法としてバッテリの充電動作に着目して、車両の加速時に充電を抑制することで加速中のエンジン負荷を軽減する、減速時に充電量を増加させ減速エネルギーを回生させる等の手法が用いられている。このようなバッテリの充放電制御に際しては、バッテリの充放電特性はその温度によって変化するため、充電時の電圧・電流とともに温度を正確に検出することが重要とされる。そのための技術として、例えば、特許文献１においては、バッテリの電流検出装置の内部にバッテリの温度を測定するための温度センサを設けることが開示されている。具体的には、バッテリの電極端子に組み付けられるクランプに温度センサを取り付けることにより、電極端子近傍の温度をバッテリの温度として検出するようにしている。

特開２００９−１７７９０３号公報

しかしながら、上記従来の技術には、以下の様な課題があった。すなわち、特許文献１に記載の技術による電流検出装置においては、通電によりバッテリの電極端子が温度上昇し、温度センサ自体の温度も上昇する。この場合、実際のバッテリの温度より高い値が測定温度として用いられることとなり、放電許容量が過大に設定され、充電不足やバッテリ上がりといった不具合を引き起こしてしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、通電に起因する影響を除いて精度良くバッテリの温度を得ることが可能なバッテリの温度推定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の側面は、バッテリの電極端子に組み付けられて温度を検出する温度センサが検出した温度及び前記バッテリが前記温度センサの温度検出中に放電する電流値に基づいて前記バッテリの温度を推定する、バッテリの温度推定装置である。

以上のような本発明は、通電に起因する影響を除いて精度良くバッテリの温度を得ることが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るバッテリの電流・温度センサの外観構成を示す斜視図 本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置の動作のフローチャート 本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置に用いられる演算の基となるバッテリの正極端子の測定温度と温度センサの検出値との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置に用いられる演算の基となるバッテリの正極端子の測定温度、温度センサの検出値及びバッテリ周囲の測定温度との関係を示すグラフ

図１は、本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置が組み込まれた自動車のバッテリの充放電系統１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の充放電系統１において、エンジンＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、メモリ、通信バス３０を介して他のＥＣＵと通信する通信装置等を有し、図示しない自動車のエンジンの動作を制御するとともに、エンジンの補機であるオルタネータ５０を動作させる手段である。バッテリＥＣＵ２０は、エンジンＥＣＵ１０と同様のハードウェア構成を有し、温度センサ２１ａ及び電流センサ２１ｂの検出する諸量に基づき、バッテリ４０の充放電制御を行う手段である。

温度センサ２１ａは温度を検出する手段であり、電流センサ２１ｂはバッテリ４０に流れる電流値を検出する手段である。更に、温度センサ２１ａ及び電流センサ２１ｂは、図２に示すようにバッテリ４０の正極端子４１に組み付けられるクランプ端子２１ｘ、温度センサ２１ａ及び電流センサ２１ｂの検出本体が内蔵された本体部２１ｙ並びにケーブル２１ｚを備えた電流・温度検出器２１として一体化したハードウェア構成を有する。この構成により、温度センサ２１ａは直接的にはバッテリ４０の正極端子４１から温度を検出する。

バッテリ４０は、例として鉛バッテリとして実現される車載のバッテリであって、オルタネータ５０により充電されるとともに、図示しない自動車の前照灯、尾灯、側灯、ファン、ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）その他電装系の電源となる手段である。

以上の構成において、バッテリ４０は本発明のバッテリに相当し、正極端子４１は本発明の電極端子に相当し、温度センサ２１ａは本発明の温度センサに相当し、バッテリＥＣＵ２０は本発明のバッテリの温度推定装置に相当する。

本実施の形態のバッテリの温度推定装置は、上記の構成を備えたことにより、バッテリ４０の正極端子４１を介して温度センサ２１ａが検出した温度と、電流センサ２１ｂが検出した電流値とに基づいてバッテリＥＣＵ２０がバッテリ４０の周囲温度を推定し、当該推定温度に基づきバッテリ４０の電槽内の液温を算出する。これにより、バッテリ４０への通電による電極端子の温度上昇の影響を除いて、精度良くバッテリの温度を得ることが可能となる。

以下、図３のフローチャートを参照して、本実施の形態のバッテリの温度推定装置によるバッテリ４０の温度の演算の一例について説明する。はじめに、バッテリＥＣＵ２０は、バッテリ４０の正極端子４１に接続された温度センサ２１ａが検出した温度を取得し（Ｓ１０）、次いで電流センサ２１ｂより正極端子４１から放電されるバッテリ４０の電流値を取得する（Ｓ１１）。

次に、バッテリＥＣＵ２０は、Ｓ１０に取得した温度センサ２１ａが検出した温度及びＳ１１にて取得したバッテリ４０の電流値から、バッテリ４０周囲の温度を推定する演算を行う（Ｓ１２）。

ここでバッテリ４０周囲の温度の推定の説明を行う。すなわち、本発明者は鋭意研究に基づき（イ）バッテリ４０の温度上昇は、バッテリ４０全体を抵抗とみなすことによりバッテリ４０の電流値の二乗に比例すること、（ロ）図４に示す測定結果（車速０ｋｍ／ｈ、放電電流量２５０Ａ）から、正極端子４１及び電流・温度検出器２１のクランプ端子２１ｘの温度の時間変化は略同一の傾向があること、（ハ）図５に示す測定結果（車速０ｋｍ／ｈ、放電電流量２５０Ａ：図４と同一条件）から、電流・温度検出器２１の本体部２１ｙは正極端子４１に対して線型な温度上昇の傾向があること、（ニ）図５に示す測定結果から、正極端子４１はバッテリ４０周囲の温度に対して線型な温度上昇の傾向があること、の各要件を見いだした。

上記（イ）〜（ニ）の要件に基づき、Ｓ１０における実測値である温度センサ２１ａの検出した温度及び電流値を用いることでバッテリ４０の周囲温度は以下の工程により推定できる。

正極端子４１の推定温度Ｔｐ（ｓ）は、バッテリ４０の電流値Ｉ及び温度センサ２１ａの検出した温度Ｔｔｈ（ｓ）を用いて

Ｔｐ（ｓ）＝Ｔｔｈ（ｓ）＋Ｇ１（ｓ）×Ｉ^２（ｓ）…（式１）

と評価することができる。

更に正極端子４１の推定温度Ｔｐ（ｓ）は、バッテリ４０の電流値Ｉ及びバッテリ４０周囲の推定温度Ｔａｔｍ（ｓ）を用いて

Ｔｐ（ｓ）＝Ｔａｔｍ（ｓ）＋Ｇ２（ｓ）×Ｉ^２（ｓ）…（式２）

と評価することもできる。ここでＧ１、Ｇ２は上記各要件の実測値に基づく計算により設定され、予めバッテリＥＣＵ２０内に記憶された伝達関数である。

これにより、バッテリ４０周囲の推定温度Ｔａｔｍ（ｓ）は、実測定値である電流Ｉ及び温度センサ２１ａの検出した温度Ｔｔｈ（ｓ）の関数として

Ｔａｔｍ（ｓ）＝Ｔｔｈ（ｓ）−｛Ｇ２（ｓ）−Ｇ１（ｓ）｝Ｉ^２（ｓ）…（式３）

として求めることができる。

再び図３のフローチャートに戻って、バッテリＥＣＵ２０は、上記（式３）の演算を実行して、バッテリ４０の周囲温度を推定する。

最後に、バッテリＥＣＵ２０は、推定したバッテリ４０の周囲温度を補正して、バッテリ４０の液温として導出する（Ｓ１３）。

なお、補正演算は、例として、Ｓ１２の推定温度をなまし処理することにより

Ｔｔｈｓｍ＝Ｔｔｈｓｍ_ｎ−１＋Ａ（ｔｈｂ−Ｔｔｈｓｍ_ｎ−１）…（式４）

として求めることができる。ここでＴｔｈｓｍは今回補正対象となる推定温度、Ｔｔｈｓｍ_ｎ−１は前回補正済の推定温度、ｔｈｂは補正前の推定温度、Ａはバッテリ４０周囲の温度及び温度センサ２１ａの検出値双方の実測値に基づき予め設定されたなまし値である。

以上の工程により算出したバッテリ４０の液温に基づきバッテリＥＣＵ２０はバッテリ４０の充放電を制御する。また、得られたバッテリ４０の液温はエンジンＥＣＵ１０へ出力され、オルタネータ５０を駆動するエンジンの制御に用いられる。

このように、本実施の形態のバッテリの温度推定装置によれば、バッテリ４０の正極端子４１を介して温度センサ２１ａが検出した温度と、電流センサ２１ｂが検出した電流値とに基づいてバッテリＥＣＵ２０がバッテリ４０の周囲温度を推定し、当該推定温度からバッテリ４０の電槽内の液温を算出する。これにより、バッテリ４０への通電による電極端子の温度上昇の影響を除いて、精度良くバッテリの温度を得ることが可能となる。ひいては、バッテリ４０の充放電時に放電許容量が過大に設定される恐れを軽減して、充電不足やバッテリ上がりの発生を抑制することが可能となる。

更に、本実施の形態においては、温度の補正はバッテリＥＣＵ２０内のソフトウェア的な処理により実行できることから、高価なセンサ等を別途用いる必要なく、低コストな構成によりバッテリ４０の温度を精度良く得ることが可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態のバッテリの温度推定装置によれば、通電に起因する影響を除いて精度良くバッテリの温度を得ることが可能になるという効果を奏する。

しかしながら、本発明は、上記の実施の形態により限定されるものではない。

上記の説明においては、本発明のバッテリとして鉛バッテリであるバッテリ４０を例としたが、本発明は、充放電可能なバッテリであれば、リチウムイオン二次電池その他任意のバッテリに対して適用してもよく、この場合、本発明のバッテリの温度は電解質の温度に相当する。

また、上記の説明においては、本発明は自動車のバッテリの充放電系統１に組み込まれて実施されるものとしたが、本発明は、バッテリ及び当該バッテリに対して充放電を行う機能を有するものであれば、二輪車、列車、その他の車両、船舶、航空機他、任意の機械類において実施してもよい。

以上のように、本発明は、バッテリの温度推定装置であって、バッテリの電極端子に組み付けられて温度を検出する温度センサが検出した温度を、前記バッテリが前記温度センサの温度検出中に放電する電流値に基づいて補正することにより前記バッテリの温度を演算するものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。

したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、通電に起因する影響を除いて精度良くバッテリの温度を得ることが可能になるという効果を奏し、例えばエンジン自動車やハイブリッド自動車等の車両への適用において有用である。

１ 自動車のバッテリの充放電系統
１０ エンジンＥＣＵ
２０ バッテリＥＣＵ
２１ 電流・温度検出器
２１ａ 温度センサ
２１ｂ 電流センサ
２１ｘ クランプ端子
２１ｙ 本体部
２１ｚ ケーブル
３０ 通信バス
４０ バッテリ
４１ 正極端子
５０ オルタネータ

Claims (1)

1. バッテリの電極端子に組み付けられて温度を検出する温度センサが検出した温度及び前記バッテリが前記温度センサの温度検出中に放電する電流値に基づいて前記バッテリの温度を推定する、
   バッテリの温度推定装置。

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