JP2020053271A - Battery ambient temperature estimation device - Google Patents
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Abstract
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周囲温度推定装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for estimating an ambient temperature of a battery mainly mounted on an automobile or other vehicles.
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、電極端子を含めたバッテリ近傍の温度を推定し、これに基づきバッテリの温度を得るようにしている。
Conventionally, as a method of improving fuel efficiency in a vehicle such as an automobile, attention has been paid to a battery charging operation, and the engine load during acceleration is reduced by suppressing charging when the vehicle is accelerating. For example, a technique such as regenerating is used. In such charge / discharge control of the battery, since the charge / discharge characteristics of the battery change depending on its temperature, it is important to accurately detect the temperature together with the voltage and current during charging. As a technique for that purpose, for example,
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。
However, the conventional technique has the following problems. That is, in the current detection device according to the technique described in
この場合、温度センサへの通電量に基づく発熱を考慮して周囲温度を推定することが考えられるが、電流検出装置はバッテリに搭載された車両のイグニッションスイッチのON/OFFに応じてON/OFFされるため、車両の起動時において精度良く周囲温度を推定することが困難となることが見いだされた。 In this case, it is conceivable to estimate the ambient temperature in consideration of the heat generation based on the amount of electricity supplied to the temperature sensor. However, the current detection device is turned ON / OFF according to the ON / OFF of an ignition switch of the vehicle mounted on the battery. Therefore, it has been found that it is difficult to accurately estimate the ambient temperature when the vehicle starts.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能なバッテリの周囲温度推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a battery ambient temperature estimating device capable of accurately estimating the battery ambient temperature except for the influence due to the operation of a vehicle equipped with the battery. The purpose is to provide.
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周囲の温度を推定するバッテリの周囲温度推定装置であって、動作開始直後における前記推定に用いるパラメータを、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に基づき設定する、バッテリの周囲温度推定装置である。 In order to achieve the above object, aspects of the present invention relate to a temperature detected by a temperature sensor that is attached to an electrode terminal of a battery and detects a temperature, and a current value that the battery discharges during the temperature detection of the temperature sensor. A battery ambient temperature estimating device for estimating the ambient temperature of the battery based on the temperature of the temperature sensor or the electrode terminal. It is a temperature estimation device.
なお本発明は、他の側面として、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に関するデータを外部から取得することにより前記パラメータを設定するものであってもよい。 According to another aspect of the present invention, the parameter may be set by acquiring data on a temperature change of the temperature sensor or the electrode terminal from outside.
以上のような本発明は、バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能になるという効果を奏する。 The present invention as described above has an effect that it is possible to accurately estimate the ambient temperature of the battery, excluding the influence caused by the operation of the vehicle equipped with the battery.
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、例えばCANである通信バス40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60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50の充放電制御を行う手段である。ボディECU30は、エンジンECU10と同様のハードウェア構成を有し、自動車のヘッドランプ等の電装系の動作を制御する手段である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a battery charging /
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50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50の正極端子51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50の正極端子51から温度を検出する。
The
バッテリ50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60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。
The
以上の構成において、バッテリ50は本発明のバッテリに相当し、正極端子51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及びボディECU30の組み合わせは本発明のバッテリの周囲温度推定装置に相当する。
In the above configuration, the
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50の正極端子51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50の周囲温度を推定し、当該推定温度に基づきバッテリ50の電槽内の液温を算出する。これにより、バッテリ50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。
The battery temperature estimating apparatus according to the present embodiment has the above-described configuration, and is based on the temperature detected by
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50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50の正極端子51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51から放電されるバッテリ50の電流値を取得する(S11)。
Hereinafter, an example of the calculation of the temperature of the
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50の電流値から、バッテリ50周囲の温度を推定する演算を行う(S12)。
Next, the
ここでバッテリ50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50の温度上昇は、バッテリ50全体を抵抗とみなすことによりバッテリ50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51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51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51はバッテリ50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。
Here, the estimation of the temperature around the
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50の周囲温度は以下の工程により推定できる。
Based on the requirements of (a) to (d) above, the ambient temperature of the
正極端子51の推定温度Tp(s)は、バッテリ50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
The estimated temperature Tp (s) of the
Tp(s)=Tth(s)+G1(s)×I2(s)…(式1) Tp (s) = Tth (s) + G1 (s) × I 2 (s) (1)
と評価することができる。 Can be evaluated.
更に正極端子51の推定温度Tp(s)は、バッテリ50の電流値I及びバッテリ50周囲の推定温度Tatm(s)を用いて
Further, the estimated temperature Tp (s) of the
Tp(s)=Tatm(s)+G2(s)×I2(s)…(式2) Tp (s) = Tatm (s) + G2 (s) × I 2 (s) (Equation 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り、実測値の補正に用いられる。
Can also be evaluated. Here, G1 and G2 are transfer functions that are set by calculation based on the measured values of the above requirements, and are stored in the
これにより、バッテリ50周囲の推定温度Tatm(s)は、実測定値である電流値I及び温度センサ21aの検出した温度Tth(s)の関数として
Thus, the estimated temperature Tatm (s) around the
Tatm(s)=Tth(s)−{G2(s)−G1(s)}I2(s)…(式3) Tatm (s) = Tth (s) − {G2 (s) −G1 (s)} I 2 (s) (Equation 3)
として求めることができる。 Can be obtained as
なお、図6に、(式3)の演算ブロック線図を示す。図6において伝達関数G1は FIG. 6 shows a calculation block diagram of (Equation 3). In FIG. 6, the transfer function G1 is
G1(s)=R1/(Ts+1)…(式4) G1 (s) = R1 / (Ts + 1) (Equation 4)
伝達関数G2は The transfer function G2 is
G1(s)=R2/(Ts+1)…(式5) G1 (s) = R2 / (Ts + 1) (Equation 5)
の一次遅れ要素として表される。ここでR1、R2はゲイン、Tは時定数である。 Expressed as a first-order lag element. Here, R1 and R2 are gains, and T is a time constant.
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50の周囲温度を推定する。
Returning to the flowchart of FIG. 3 again, the
最後に、バッテリECU20は、バッテリ50周囲の推定温度Tatmを更に補正して、バッテリ50の液温として導出する(S13)。
Finally, the
以上の工程により算出したバッテリ50の液温に基づきバッテリECU20はバッテリ50の充放電を制御する。また、得られたバッテリ50の液温はエンジンECU10へ出力され、オルタネータ60を駆動するエンジンの制御に用いられる。
The
ところで、イグニッションスイッチ11がOFFとなり車両が動作を停止すると、バッテリの充放電系統1においてエンジンECU10もOFFとなる。このとき伝達関数G1、G2による補正値も0にリセットされるため、イグニッションスイッチ11を再度ONとした場合、推定温度Tatm(s)は初期値として温度センサ21aの検出温度に基づく値がそのまま出力されてしまい、実値との乖離が大きくなってしまう。
By the way, when the
これに対し、本実施の形態では、エンジンECU10とボディECU30とが通信を行い、イグニッションスイッチ11がOFFになる直前における温度センサ21aの検出した温度に基づく補正計数をボディECU30に記憶させておくようにしている。後にイグニッションスイッチ11がONになりエンジンECU10が起動すると、ボディECU30から補正係数を取得して、伝達関数G1、G2のゲインに乗算させる。これにより、イグニッションスイッチ11がONになった後の推定温度Tatm(s)と実値との乖離を抑えて、精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能となる。
In contrast, in the present embodiment, the
以下、図7の車両のイグニッションスイッチ11のON/OFFに応じた自動車のバッテリの充放電系統1の各部の動作のタイミングチャートを参照して説明する。イグニッションスイッチがON状態になる時刻t1−t3間にて、温度センサ21aの温度は時刻t1−t2間におけるバッテリ50からの電流の通電に基づき上昇するとともに、伝達関数G1に基づく補正(G1)及び伝達関数G2に基づく補正(G2)により、バッテリ50周囲の推定温度Tatmとして良好な値が出力される。
Hereinafter, a description will be given with reference to the timing chart of the operation of each part of the battery charging / discharging
一方、イグニッションスイッチがOFF状態になる時刻t3−t4間にて、温度センサ21aの温度は低下する一方、補正(G1)及び(G2)は実行されないため補正値はリセットされる。
On the other hand, during time t3-t4 when the ignition switch is turned off, the temperature of the
次いで、時刻t4に再度イグニッションスイッチ11がONとなると、温度センサ21aの温度は時刻t4−t6間におけるバッテリ50からの電流の通電に基づき上昇するとともに、通信バス40上におけるエンジンECU10とボディECU30との通信が確立する時刻t5までは補正(G1)及び補正(G2)による補正値は初期値0から演算されるため、バッテリ50周囲の推定温度Tatmは実値との乖離が大きいと考えられるが、時刻t5以降はボディECU30からの補正係数が補正(G1)及び補正(G2)に乗じられることにより実値との乖離は抑えられ、推定された周囲温度の精度は良好なものに復帰する。
Next, when the
ボディECU30に記憶される補正(G1)及び補正(G2)の補正係数は、以下のように定められる。すなわち、図8に示すように、イグニッションスイッチ11がOFFとなる時刻toffから温度センサ21aの実測値TTがバッテリ50の周囲温度の実測値TE近傍に収束する迄の時間(例:800〜1000sec)までの温度変化をプロットしておき、各時間における温度センサ21aの実測値TTが取得されるような時間の変数として補正係数を設定する。なお、補正係数は、本発明の推定に用いるパラメータに相当する。
The correction coefficients of the correction (G1) and the correction (G2) stored in the
エンジンECU10及びバッテリECU20がOFFになってからONになるまでの時間の計測及び時間毎の補正係数の記憶はボディECU30側の動作となるが、当該動作はバッテリ50からの暗電流に基づき実行されるため、イグニッションスイッチ11のON/OFFに基づく自動車のバッテリの充放電系統1の動作の影響を受けることはない。
The measurement of the time from when the
以上のように、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50の正極端子51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50の周囲温度を推定するとともに、イグニッションスイッチ11のON/OFFに伴うバッテリ50周囲の推定温度の実値との乖離を抑制する。
As described above, according to the battery temperature estimating device of the present embodiment, the battery temperature is detected based on the temperature detected by
これにより、バッテリ50への通電による電極端子の温度上昇や車両の動作の影響を除いて、精度良くバッテリの周囲温度や温度を推定することが可能となる。ひいては、バッテリ50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。
This makes it possible to accurately estimate the ambient temperature and temperature of the battery, excluding the influence of the temperature rise of the electrode terminals and the operation of the vehicle due to the energization of the
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及びバッテリECU20とボディECU30との通信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50の温度を精度良く得ることが可能となる。
Further, in the present embodiment, since the temperature correction can be executed by software processing in the
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や車両の動作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。 As described above, according to the battery temperature estimating apparatus of the embodiment of the present invention, it is possible to accurately obtain the battery temperature excluding the influence due to the energization and the influence due to the operation of the vehicle. It works.
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。 However, the present invention is not limited by the above embodiment.
上記の説明においては、本発明のバッテリの周囲温度の推定装置は、バッテリECU20及びボディECU30の組み合わせは本発明のバッテリの周囲温度推定装置に相当するものとしたが、ボディECU30の動作はバッテリECU20に受け持たせるものとしてもよい。この場合、図7に示す通信バス40上におけるエンジンECU10とボディECU30との通信が確立するまでの時間Dを省略して、精度良い温度推定をより速やかに行うことが可能となる。
In the above description, the battery ambient temperature estimating device of the present invention is based on the assumption that the combination of
また、上記の説明においては、補正(G1)及び補正(G2)の補正係数は温度センサ21aによる実測値に基づくものであるとしたが、バッテリ50の正極端子51の温度の実測値に基づくものであるとしてもよい。
Further, in the above description, the correction coefficients of the correction (G1) and the correction (G2) are based on the actually measured value of the
更に、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50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。
Further, in the above description, the
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。
In the above description, the present invention has been described as being incorporated into the battery charging / discharging
以上のように、本発明は、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周囲の温度を推定するバッテリの周囲温度推定装置であって、動作開始直後における前記推定に用いるパラメータを、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に基づき設定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。 As described above, the present invention provides a method for controlling the temperature around the battery based on the temperature detected by the temperature sensor attached to the electrode terminal of the battery and detecting the temperature and the current value at which the battery discharges during the temperature detection by the temperature sensor. A battery ambient temperature estimating device for estimating the temperature of the battery, as long as the parameter used for the estimation immediately after the start of operation is set based on a temperature change of the temperature sensor or the electrode terminal. The purpose, application, and configuration are not limited.
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。 Therefore, the present invention may be embodied as various changes to the above-described embodiment, including those described above, without departing from the scope of the invention.
以上のような本発明は、バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定す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。 The present invention as described above has an effect that it is possible to accurately estimate the ambient temperature of the battery except for the influence caused by the operation of the vehicle on which the battery is mounted. Useful in applications to
1 自動車のバッテリの充放電系統
10 エンジンECU
11 イグニッションスイッチ
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 ボディECU
40 通信バス
50 バッテリ
51 正極端子
60 オルタネータ
1 Battery charging / discharging system for
11
21 Current /
40
Claims (1)
動作開始直後における前記推定に用いるパラメータを、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に基づき設定する、
バッテリの周囲温度推定装置。 Ambient temperature of the battery estimating a temperature around the battery based on a temperature detected by a temperature sensor attached to an electrode terminal of the battery and detecting a temperature and a current value discharged by the battery during temperature detection by the temperature sensor. An estimating device,
The parameter used for the estimation immediately after the start of operation is set based on a temperature change of the temperature sensor or the electrode terminal,
Battery ambient temperature estimation device.
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