JP3864560B2 - バッテリー制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリーの制御装置に関し、特に、低温時のエンジンの始動性を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリーの電力を始動用モーターに供給して駆動し、エンジンを始動するとともに、エンジンにより発電用モーターを駆動して発電し、バッテリーを充電するバッテリー制御装置が知られている。
【０００３】
また、エンジンおよび／またはモーターの駆動力により走行するハイブリッド車両が知られている。このハイブリッド車両では、モーターが、エンジンを始動するための電動機として動作するとともに、エンジンにより駆動されて発電機としても動作する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッテリーの出力はバッテリーの温度と充電状態（ＳＯＣ（State of Charge））に応じて変化し、温度とＳＯＣが低いほど出力を出せなくなる。したがって、走行時にＳＯＣが低下すると、次回のエンジン始動時にバッテリー温度によっては始動不能になることがある。
【０００５】
本発明の目的は、低温時のエンジンの始動性を向上することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態の構成を示す図１および図２に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、バッテリー１５から始動用モーター１へ電力を供給してエンジン２を始動するとともに、発電用モーター１，４により発電を行ってバッテリー１５を充電するバッテリー制御装置に適用される。
そして、次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測する温度予測手段１６と、バッテリー１５から所定の出力を得るための、バッテリー温度予測値に応じたバッテリー１５のＳＯＣを設定するＳＯＣ設定手段１６と、バッテリー１５のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段２３と、バッテリー１５のＳＯＣ検出値がＳＯＣ設定値となるように、バッテリー１５の充放電を制御する制御手段１１〜１３，１６とを備えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２のバッテリー制御装置は、温度予測手段１６が、バッテリー１５の温度を検出するバッテリー温度検出手段２１を備え、過去のエンジン始動時のバッテリー温度検出値の内の最低値を次回のエンジン始動時のバッテリー温度予測値とするようにしたものである。
（３） 請求項３のバッテリー制御装置は、温度予測手段１６が、外気温を検出する外気温検出手段２４を備え、過去のエンジン始動時の外気温検出値に基づいて次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測するようにしたものである。
（４） 請求項４に記載のバッテリー制御装置は、温度予測手段１６が、ＧＰＳ装置２５により車両の現在地を検出し、現在地周辺の年間の気象情報に基づいて次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測するようにしたものである。
（５） 請求項５のバッテリー制御装置は、始動用モーターと発電用モーターとを兼用するハイブリッド車両に用いる。
【０００７】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
（１） 本発明によれば、次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測し、バッテリーから所定の出力を得るための、バッテリー温度予測値に応じたＳＯＣを設定し、ＳＯＣ検出値がＳＯＣ設定値となるようにバッテリーの充放電を制御するようにしたので、次回のエンジン始動時にバッテリー温度が低くくても、エンジンを始動するのに必要な出力を得ることができ、低温時におけるエンジンの始動性を向上させることができる。
（２） また、ハイブリッド車両は運行中にエンジンの始動、停止を繰り返すため、ＳＯＣの変動量がエンジン車両に比べて大きくなるが、本発明によれば、次回のエンジン始動時のバッテリー出力を確保するようにバッテリーの充放電を制御するので、特にハイブリッド車両では大きな効果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明をハイブリッド車両に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はハイブリッド車両に限定されず、従来のエンジン車両を含む、バッテリーの電力により始動用モーターを駆動してエンジンを始動するとともに、発電用モーターにより発電してバッテリーを充電するあらゆる車両に適用することができる。
【００１０】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１１】
クラッチ３締結時はエンジン２とモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／またはモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（不図示）はモーター１０により駆動される。
【００１２】
モータ１，４，１０は三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モーター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モーター４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【００１３】
クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いることもできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１４】
モーター１，４，１０はそれぞれ、インバーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モーター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、インバーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリー１５に接続されており、メインバッテリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモーター１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１５を充電する。インバーター１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することができる。なお、この明細書では電池とバッテリーとを同義として用いる。
【００１５】
コントローラー１６は、マイクロコンピューターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、エンジン２の回転速度、出力およびトルク、クラッチ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度およびトルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー１５の充放電などを制御する。
【００１６】
コントローラー１６には、図２に示すようにキースイッチ２０、バッテリー温度センサー２１、エンジン回転センサー２２、バッテリーＳＯＣ検出装置２３、外気温センサー２４、ＧＰＳ装置２５、メモリ２６、燃料噴射装置３０、点火装置３１、ディスプレイ３２などが接続される。
【００１７】
キースイッチ２０は、車両のメインキー（不図示）がON位置またはSTART位置に設定されると閉路する。以下、スイッチの閉路をオンまたはON、開路をオフまたはOFFと呼ぶ。バッテリー温度センサー２１はメインバッテリー１５の温度Ｔbを検出し、エンジン回転センサー２２はエンジン２の回転速度Ｎeを検出する。また、バッテリーＳＯＣ検出装置２３はメインバッテリー１５の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を検出し、外気温センサー２４は外気温Ｔaを検出する。
【００１８】
ＧＰＳ装置２５は、衛星航法により車両の現在地を検出するとともに、目的地までの経路を探索して表示し、乗員を誘導する。メモリ２６は、地球上のいろいろな地点または地域における年間の気象情報、例えば日付に対する外気温データなどを記憶するとともに、エンジン始動に関する情報、例えばエンジン始動毎のバッテリー温度Ｔbと外気温Ｔaなどを記憶する。
【００１９】
また、燃料噴射装置３０は、コントローラー１６の燃料噴射指令にしたがってエンジン２への燃料の供給、停止、噴射量を制御する。さらに、点火装置３１は、エンジン２の点火指令にしたがって点火プラグを駆動して点火する。
【００２０】
図３は、メインバッテリー１５の温度特性を示す。ここでは、２５℃において２５kwの出力が得られるリチウム・イオン電池の初期品の、出力時間１０secの特性を例に上げて説明するが、他の種類の電池も同様な特性を有している。
電池は、ＳＯＣを一定とすると温度が低下するほど出力が低下するので、低温になるほど所定の出力を得るためには大きなＳＯＣが必要となる。例えば、モーター１によりエンジン２を始動するのに必要な電池出力（目標値）を５kwとすると、−２０℃ではＳＯＣが２５％もあれば始動可能であるが、−３０℃になるとＳＯＣが７５％も必要になる。
【００２１】
一般に、電池は、放電の進行にともなって電池自体の温度が上昇し、それにより出力も増加する。そこで、この実施の形態では、電池の温度が低くて所定の出力が得られない場合は、所定の出力が得られるまで電池を放電させて電池の温度を上げることにする。具体的には、低温下のエンジン始動時に、エンジン２が始動可能な所定速度に達するまで、メインバッテリー１５からモーター１へ電力を供給してクランキングを続ける。そうすると、メインバッテリー１５の温度Ｔbが上昇し、それにより出力が増加するのでクランキング速度も上昇する。エンジン２が始動可能な所定速度に達したら、燃料噴射装置３０により燃料を噴射し、点火装置３１により点火してエンジン２の発火運転を起動し、エンジン２の始動を完了する。
【００２２】
しかしながら、電池のＳＯＣが余りにも低いと、低温時にエンジン２のクランキング自体が不能になり、エンジン２を始動できないことになる。したがって、少なくともエンジン２をクランキング可能な程度の出力が得られるように、メインバッテリー１５のＳＯＣを管理する必要がある。
【００２３】
図４は、図３に示す特性に基づいて、エンジン始動に必要な出力（図３の目標値５kw）が得られるＳＯＣをバッテリー温度Ｔbに対して示した図である。
図から明らかなように、エンジン始動に必要な出力（目標値５kw）を得るためには、バッテリー温度Ｔbが低くなるほど高いＳＯＣが必要になる。
【００２４】
そこで、この実施の形態では、次回のエンジン始動時のバッテリー温度Ｔbを予測し、図４に示す温度−ＳＯＣの関係から予測温度Ｔbに対応するＳＯＣを求め、そのＳＯＣとなるように車両運行時のメインバッテリー１５の充放電を制御する。なお、図４に示すバッテリー温度−ＳＯＣデータは予めメモり２６に記憶しておく。
【００２５】
次回のエンジン始動時のバッテリー温度Ｔbを予測する方法には、例えば次のような方法がある。▲１▼エンジンを始動するたびにバッテリー温度Ｔbを記憶し、その内の最低値をバッテリー温度Ｔbの予測値とする。▲２▼次回のエンジン始動時のバッテリー温度Ｔbは外気温Ｔaに近いと考えられるので、▲１▼のバッテリー温度Ｔbに代えて外気温Ｔaを用いる。あるいは、外気温Ｔaとメインバッテリー１５の設置場所との温度差などを考慮して、外気温Ｔaに基づいて次回のエンジン始動時のバッテリー温度Ｔbを予測する。▲３▼ＧＰＳ装置２５により車両の現在地を検出し、現在地周辺の上述した年間の気象情報から当日前後の外気温Ｔaの最低値を求め、それをバッテリー温度Ｔbの予測値とする。なお、次回のエンジン始動時のバッテリー温度Ｔbの予測方法は上記実施例▲１▼〜▲３▼に限定されない。
【００２６】
図５は、メインバッテリー１５のＳＯＣ制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態のＳＯＣ制御を説明する。
コントローラー１６は、車両のキースイッチ２０がON位置にある間、このＳＯＣ制御を繰り返し実行する。ステップ１において、上述した方法によって次回のエンジン始動時のバッテリー温度Ｔbを予測する。続くステップ２で、メモリ２６に記憶されているバッテリー温度−ＳＯＣデータ（図４参照）から、バッテリー温度Ｔbの予測値に対応するＳＯＣを求め、エンジン始動時のＳＯＣに決定する。そして、ステップ３で、メインバッテリー１５のＳＯＣがエンジン始動時のＳＯＣとなるように、インバーター１１〜１３によりメインバッテリー１５の充放電を制御する。
【００２７】
図６は一実施の形態のエンジン始動処理を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態のエンジン始動処理を説明する。
コントローラー１６は、車両運行開始時にエンジン２の温度（エンジン冷却水温度）が所定値以下の場合、エンジン２の駆動力による走行モードへ移行する場合、運行中にメインバッテリー１５のＳＯＣがエンジン始動時のＳＯＣを下回ってモーター１による発電が必要になった場合など、エンジン２の始動条件が成立するとこの制御プログラムを実行してエンジン２の始動処理を行う。ステップ１１において、モーター１を駆動してエンジン２のクランキングを開始するとともに、バッテリー温度センサー２１により検出したバッテリー温度Ｔbをメモリ２６に記憶する。この時、メインバッテリー１５の温度を早く上げるために、最大出力で放電させることが望ましい。なお、始動時にメインバッテリー１５からモーター１へ供給される電力は、コントローラー１６の指令にしたがってインバーター１１により調節される。また、バッテリー温度Ｔbに代えて外気温センサー２４により検出した外気温Ｔaを記憶するようにしてもよい。
【００２８】
続くステップ１２で、エンジン回転センサー２２により検出されたエンジン回転速度Ｎeに基づいて、エンジン始動不能か否かを確認する。エンジン２は、始動可能な所定速度以上で回転している時に燃料が噴射されて発火されると、発火運転に移行して始動する。ところが、メインバッテリー１５のＳＯＣが低く、エンジン２の回転速度が始動可能な所定速度に達しない場合は、エンジン２は始動しない。この実施の形態では、始動時のエンジン回転速度Ｎeに基づいて始動可否を判定する例を示すが、始動可否の判定方法はこの実施の形態に限定されず、例えばエンジンの吸気圧などに基づいて始動可否を判定するようにしてもよい。エンジン回転速度Ｎeが始動可能な所定速度以上の場合は、エンジン始動可能としてステップ１３へ進み、燃料噴射装置３０により燃料を噴射するとともに、点火装置３１により点火してエンジン２の発火運転を起動し、エンジン始動処理を終了する。
【００２９】
エンジン回転速度Ｎeが始動可能な所定速度に達しない場合は、エンジン始動不能と判断してステップ１４へ進み、キースイッチ２０がオフされたか否かを確認する。キースイッチ２０がオフされた時はエンジン始動処理を終了する。キースイッチ２０がオフされていない時はステップ１５へ進み、ディスプレイ３２に”バッテリー暖機中”と表示して途中でキースイッチ２０をオフさせないようにする。
【００３０】
ステップ１６において、エンジン始動完了までの始動待ち時間を予測し、ディスプレイ３２に表示する。始動待ち時間は、バッテリーＳＯＣ検出装置２３で検出されるＳＯＣとバッテリー温度センサー２１で検出されるバッテリー温度Ｔbとに基づいて、予め測定したバッテリー温度特性（図３参照）から現在の電池出力を求め、予め測定したバッテリー出力特性（図７参照）から電池出力がエンジン始動可能な目標値に達するまで時間を予測する。図７に示す特性は、電池の最大出力で放電した時の放電時間に対する電池出力を表す。この実施の形態では、バッテリーの温度とＳＯＣに基づいてエンジンの始動待ち時間を予測する例を示すが、始動待ち時間の予測方法はこの実施の形態に限定されない。例えば、エンジン始動時のエンジン回転速度と始動待ち時間との関係を予め測定し、クランキング開始後のエンジン回転速度に基づいて始動待ち時間を予測するようにしてもよい。
【００３１】
ステップ１７で、エンジン２の回転速度が始動可能な所定速度に達したか、すなわちエンジン始動可能か否かを確認し、始動可能であればステップ１８へ進み、燃料噴射装置３０と点火装置３１を駆動してエンジン２の発火運転を起動する。一方、エンジン２の回転速度が所定速度に達せず、エンジン始動不能の場合はステップ１９へ進み、キースイッチ２０がオフされていないかどうかを確認する。キースイッチ２０がオフされている場合はエンジン始動処理を終了し、そうでなければステップ５へ戻ってメインバッテリー１５の暖機を続ける。
【００３２】
以上の一実施の形態の構成において、メインバッテリー１５がバッテリーを、モーター１が始動用モーターを、モーター１，４が発電用モーターを、コントローラー１６が温度予測手段およびＳＯＣ設定手段を、バッテリーＳＯＣ検出装置２３がＳＯＣ検出手段を、インバーター１１〜１３およびコントローラー１６が制御手段を、バッテリー温度センサー２１がバッテリー温度検出手段を、外気温センサー２４が外気温検出手段をそれぞれ構成する。
【００３３】
なお、上述した一実施の形態ではガソリンエンジンを例に上げて説明したが、例えばディーゼルエンジンなどの他の種類のエンジンに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】 図１に続く、一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】 バッテリーの温度特性を示す図である。
【図４】 所定の出力を得るためのバッテリー温度に対するＳＯＣを示す図である。
【図５】 ＳＯＣ制御を示すフローチャートである。
【図６】 エンジン始動処理を示すフローチャートである。
【図７】 バッテリーの出力特性を示す図である。
【符号の説明】
１ モーター
２ エンジン
３ クラッチ
４ モーター
５ 無断変速機
６ 減速装置
７ 差動装置
８ 駆動輪
９ 油圧装置
１１〜１３ インバーター
１４ ＤＣリンク
１５ メインバッテリー
１６ コントローラー
２０ キースイッチ
２１ バッテリー温度センサー
２２ エンジン回転センサー
２３ バッテリーＳＯＣ検出装置
２４ 外気温センサー
２５ ＧＰＳ装置
２６ メモリ
３０ 燃料噴射装置
３１ 点火装置
３２ ディスプレイ

Claims (5)

1. バッテリーから始動用モーターへ電力を供給してエンジンを始動するとともに、発電用モーターにより発電を行って前記バッテリーを充電するバッテリー制御装置において、
   次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測する温度予測手段と、
   前記バッテリーから所定の出力を得るための、前記バッテリー温度予測値に応じた前記バッテリーのＳＯＣを設定するＳＯＣ設定手段と、
   前記バッテリーのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
   前記バッテリーの前記ＳＯＣ検出値が前記ＳＯＣ設定値となるように、前記バッテリーの充放電を制御する制御手段とを備えることを特徴とするバッテリー制御装置。
2. 請求項１に記載のバッテリー制御装置において、
   前記温度予測手段は、前記バッテリーの温度を検出するバッテリー温度検出手段を備え、過去のエンジン始動時のバッテリー温度検出値の内の最低値を次回のエンジン始動時のバッテリー温度予測値とすることを特徴とするバッテリー制御装置。
3. 請求項１に記載のバッテリー制御装置において、
   前記温度予測手段は、外気温を検出する外気温検出手段を備え、過去のエンジン始動時の外気温検出値に基づいて次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測することを特徴とするバッテリー制御装置。
4. 請求項１に記載のバッテリー制御装置において、
   前記温度予測手段は、ＧＰＳ装置により車両の現在地を検出し、現在地周辺の年間の気象情報に基づいて次回のエンジン始動時のバッテリー温度を予測することを特徴とするバッテリー制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載のバッテリー制御装置を、前記始動用モーターと前記発電用モーターとを兼用するハイブリッド車両に用いることを特徴とするバッテリー制御装置。

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