JP4066732B2 - バッテリ残容量推定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ残容量推定方法に係り、特に、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量をエンジン始動時に算出されるバッテリの内部抵抗と、バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載された鉛電池等のバッテリは、走行中、常にオルタネータによりフロート充電され、また負荷もランプ類などに限られていたため、深い放電はされず、ほぼ常時満充電状態付近に保持されていた。しかし、近年環境意識の高まりから、車両からの二酸化炭素ガスの排出を低減する必要が生じ、特に大型バス、トラックなどの車両側では信号待ちなどの停止時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を有したシステム車が増加している。
【０００３】
アイドルストップ機能を有したシステム車では、エンジン停止中のエアコン、カーステレオなどの負荷は、すべてバッテリからの電力で賄われる。このため、従来に比べバッテリの深い放電が増加し、バッテリの残容量が小さくなる場合の増加が予想される。バッテリの出力はバッテリの残容量に依存するため、エンジン停止中にバッテリの残容量が小さくなると、エンジンを始動する充分な出力が得られなくなり、エンジン停止後再始動（アイドルストップスタート、ＩＳＳ）することができなくなるおそれがある。従って、ＩＳＳ可能な状態を保つために、バッテリの残容量を推定してエンジン始動に必要な出力の有無を監視し、エンジン始動に必要な出力がある場合には、アイドルストップ可能、エンジン始動に必要な出力がない場合には、アイドルストップを止めバッテリを充電するなどの信号を車両側のコンピュータに送信する必要がある。
【０００４】
一方、バッテリの残容量を推定する方法として、電池の初期の充電状態（ＳＯＣ）に対して、充放電電流の積分値を加えていく方法が知られている。また、例えば、特開平第６−５９００３号及び特開平第９−９６６６５号公報には、電気自動車などに搭載されたバッテリの電流、電圧波形から測定される電流−電圧特性と、予め電池特性を測定することによって作成されたバッテリの残容量及び電流−電圧特性テーブルの関係とを比較することでバッテリの残容量を推定する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、充放電電気量の誤差を補正する処理がないため充放電電流の積分誤差が蓄積されると共に、電池の未使用状態での（駐車からエンジン始動までの）自己放電による電池の残容量の変化等もあり、電池の残容量を正確に推定することが難しい。また、電流−電圧特性テーブルを用いる方式においても、電池の履歴により、電圧が変化することで残容量を正確に推定することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、高精度にバッテリの残容量を推定可能なバッテリ残容量推定方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量をエンジン始動時に算出される前記バッテリの内部抵抗と、前記バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法であって、キーオン時の前記バッテリの開路電圧を測定して予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係から前記バッテリの残容量ＱＯＣＶを算出し、前記エンジン始動時の電流、電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出して予め定められたバッテリの残容量と内部抵抗との関係から前記バッテリの残容量Ｑｒを算出し、前記残容量ＱＯＣＶ及び残容量Ｑｒの平均値から前記バッテリの残容量Ｑｉｎｔを算出し、エンジン再始動時の電流、電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出して前記バッテリの残容量と内部抵抗との関係から前記バッテリの残容量ＱＣを算出し、前記エンジン再始動前に前記バッテリに流れた充放電電流を前記残容量Ｑｉｎｔ又は残容量ＱＣに積算することで補正した補正残容量Ｑｒｅｓを前記残容量ＱＣに修正する、ステップを含む。
【０００８】
本発明では、キーオン時のバッテリの残容量ＱＯＣＶ及びエンジン始動時のバッテリの残容量Ｑｒの平均値からバッテリの残容量Ｑｉｎｔが算出され、開路電圧及び内部抵抗のそれぞれの特性が残容量Ｑｉｎｔに反映されるので、エンジン始動時に残容量Ｑｉｎｔの精度を高めることができると共に、エンジン再始動時毎に補正残容量Ｑｒｅｓが残容量ＱＣに修正され、誤差の蓄積が防止されるので、高精度にバッテリの残容量を算出することができる。
【００１０】
本発明において、予め定められたバッテリの温度と開路電圧との関係から、測定したバッテリの開路電圧を所定温度における開路電圧に補正すれば、バッテリの開路電圧の温度依存性を排除できるので、一層高精度にバッテリの残容量を算出することができる。また、エンジン始動時前に、残容量ＱＯＣＶがバッテリのエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン始動可能と判定するステップを更に含むようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明において、内部抵抗は、エンジン始動前又はエンジン再始動時前のバッテリの電圧とエンジン始動電流通電開始後又はエンジン再始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電圧との電圧差を、エンジン始動前又はエンジン再始動時前のバッテリの電流とエンジン始動電流通電開始後又はエンジン再始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電流との電流差でそれぞれ除して得ることが好ましい。また、所定時間がエンジン始動電流通電開始時又はエンジン再始動電流通電開始時から５０ｍｓを超えると、バッテリに流れる電流及び電圧の誤差が大きくなるので、所定時間をエンジン始動電流通電開始時又はエンジン再始動電流通電開始時から５０ｍｓ以内とすることが更に好ましい。更に、バッテリの温度を測定し予め定められたバッテリの温度と内部抵抗補正値との関係から、算出したバッテリの内部抵抗を所定温度における内部抵抗に補正すれば、バッテリの内部抵抗の温度依存性を排除できるので、より高精度にバッテリの残容量を算出することができる。また更に、エンジン再始動時前に、補正残容量Ｑｒｅｓがバッテリのエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン再始動可能と判定するステップを更に含むようにしてもよい。更に、最小残容量Ｑｍｉｎは、エンジン始動用スタータの特性から決定される最低電圧値と要求電流値とから予め定められたバッテリのエンジン始動を許容する最大内部抵抗に対応してバッテリの残容量と内部抵抗との関係から設定されており、補正残容量Ｑｒｅｓが最小残容量ｍｉｎよりも小さいときにエンジン再始動が不能と判定するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を電池状態検知システムに適用した実施の形態について説明する。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の電池状態検知システム１０は、鉛電池１の内部抵抗ｒ、開回路電圧（ＯＣＶ）、放電電圧等を測定乃至算出し鉛電池１の電池状態を検知してエンジン等の車両側の制御を行う車両制御システムの下位システムとして機能する。電池状態検知システム１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態検知システム１０の基本制御プログラム及び後述するように種々の設定値等が格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、車両制御システム１１との通信を行うためのインタフェース、これらを接続するバス等を含んで構成されている。
【００１５】
鉛電池１は容器となる角形の電槽を有しており、電槽の材質には成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂が用いられている。電槽の中央部の隔壁にはセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔にはサーミスタ等の温度センサ２が挿入されており、温度センサ２は接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。
【００１６】
また、鉛電池１の電槽は、例えば、外周壁の内部を縦横に仕切る隔壁によって２行９列の合計１８個のセル室に画定され、一体成形されたモノブロック電槽として構成されている。電槽内の各セル室には極板群（セル）がそれぞれ１組ずつ収容されており、電槽全体には合計１８組の極板群が収容されている。各極板群は、未化成負極板６枚及び未化成正極板５枚がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、化成（初充電）後の公称電圧（セル電圧）は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池１の群電圧は３６Ｖである。
【００１７】
電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ等の高分子樹脂製の上蓋に接着（又は溶着）されている。上蓋には、各セル室の中央に対応する位置に各セル室の内圧を所定値以下に制御するための制御弁が配設されていると共に、対角隅部に鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が立設されている。
【００１８】
鉛電池１の正極外部出力端子は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ５は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。一方、鉛電池１の負極外部出力端子は、ホール素子等の電流センサ４を介してグランドに接続されている。電流センサ４は、ホール素子に流れる電流に応じて変化するホール電圧により電流を検出することが可能である。
【００１９】
鉛電池１の正極、負極外部出力端子、温度センサ２の両端端子及び電流センサ４の出力端子は、それぞれ電池状態検知システム１０内のＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、電池状態検知システム１０のＣＰＵは、鉛電池１の電圧、電流及び温度をデジタル値として取り込むことが可能である。
【００２０】
ＩＧＮスイッチ５のＯＮ／ＡＣＣ端子は、ランプ、ワイパー、ラジオ等の補機６の一端に接続されていると共に、レギュレータＲＧ及び一方向への電流の流れを許容する整流素子Ｄを介してエンジン８の回転駆動力で発電する発電機（オルタネータ）７の一端に接続されている。なお、整流素子Ｄは、アノード側が発電機７の一端に、カソード側がレギュレータＲＧに接続されている。また、ＩＧＮスイッチ５のＳＴＡＲＴ端子は、エンジン始動用スタータ９の一端に接続されている。
【００２１】
スタータ９の回転軸とエンジン８の回転軸との間にはスタータ９の回転力をエンジン８に伝達する図示を省略したギヤプーリや無端ベルトが介在しており、エンジン８の回転軸と発電機７の回転軸との間にはエンジン８の回転駆動力を発電機７に伝達する電動クラッチが介在している。このため、エンジン８が駆動しているときは、エンジン８及び発電機７間の電動クラッチを接続状態としてエンジン８の回転駆動力を発電機７に伝達する。なお、ＩＧＮスイッチ５がＯＮ／ＡＣＣ位置にあり、発電機７が作動しているときは、鉛電池１は電池状態検知システム１０で算出された鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓ又は充電状態（ＳＯＣ）に応じて充電される。
【００２２】
車両制御システム１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、エンジン８を制御するエンジン制御部や電動クラッチを制御するクラッチ制御部、インターフェース等を有して構成されており、エンジン制御部はエンジン８に、クラッチ制御部は電動クラッチに接続されている。車両制御システム１１は電池状態検知システム１０と通信線で接続されており、両者は相互間で通信が可能である。また、補機６、発電機７、スタータ９の他端、電池状態検知システム１０、車両制御システム１１は、それぞれグランドに接続されている。なお、ＩＧＮスイッチ５のＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。
【００２３】
（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池状態検知システム１０の動作について説明する。なお、電池状態検知システム１０に電源が投入されると、初期設定処理において、ＲＯＭに格納された設定値等はＲＡＭに展開され、図２に示す電池状態検知ルーチンが実行される。
【００２４】
電池状態検知ルーチンでは、まず、ステップ１０２において電流センサ４に流れる電流値を取り込んで、鉛電池１に対して入出力する電気量（Ａｈ）の積算（電流積算）を開始する。次にステップ１０４において、鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔを推定する初期残容量演算処理サブルーチンを実行する。
【００２５】
図３に示すように、初期残容量演算処理サブルーチンでは、ステップ２０２で車両制御システム１１からＩＧＮスイッチ５がオン位置に位置した旨の通知があるまで待機し、通知があると、ステップ２０４において、鉛電池１の開回路電圧（ＯＣＶ）及び温度（Ｔ）を取り込む。ステップ２０６では、ステップ２０４で取り込んだ開回路電圧を、温度２５°Ｃにおける開回路電圧に温度補正し、温度補正後の開回路電圧から鉛電池１の残容量ＱＯＣＶを推定する。すなわち、図６に示すように、ＲＡＭにはＯＣＶ−Ｔ補正値マップが展開されており、例えば、鉛電池１の温度が１０°Ｃのときの開回路電圧補正値は、０°Ｃの開回路電圧補正値０．０５（Ｖ）と２５°Ｃの開回路電圧補正値０（Ｖ）とから比例計算により、（２５−１０）×０．０５／２５＝０．０３（Ｖ）として算出される。温度補正後の開回路電圧は、ステップ２０４で取り込んだ開回路電圧に補正値（０．０３（Ｖ））を加えたものである。そして、ステップ２０８では、図７に示すように、ＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップ上で温度補正後の開回路電圧に対応する鉛電池１の残容量ＱＯＣＶを比例計算等を用いて取得する。
【００２６】
次にステップ２１０において、ステップ２０８で取得した残容量ＱＯＣＶよりスタータ９などの仕様（特性）から決定されるエンジン始動を許容する最小残存容量Ｑｍｉｎが小さいか否かを判断することで、エンジン始動が可能か否かを判定する（図９参照）。
【００２７】
このような最小残存容量Ｑｍｉｎは、初期設定処理でＲＡＭに展開されている。エンジン始動を許容する最低電圧値Ｖｍｉｎ及び要求電流値Ｉｒｅｑはスタータ９などの仕様（特性）から決定されており、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ、最低電圧値Ｖｍｉｎ、要求電流値Ｉｒｅｑ及びエンジン始動を許容する鉛電池１の最大内部抵抗値ｒｍａｘの間には、最低電圧値Ｖｍｉｎ＝開回路電圧ＯＣＶ−最大内部抵抗値ｒｍａｘ×要求電流値Ｉｒｅｑの関係がある。この関係を利用して設定された最大内部抵抗値ｒｍａｘは、鉛電池１がエンジン始動を許容する限界値の意味を有しており、鉛電池１の内部抵抗ｒが最大内部抵抗ｒｍａｘより大きいとエンジン始動が不能となる。また、鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓと内部抵抗ｒとの関係から最大内部抵抗値ｒｍａｘに対応する鉛電池１の最小残容量Ｑｍｉｎも設定されている（図９参照）。
【００２８】
ステップ２１０で肯定判断のときは、次のステップ２１２で車両制御システム１１にエンジン始動が可能な旨を報知し、否定判断のときは、ステップ２１４で車両制御システム１１にエンジン始動が不能な旨を報知してステップ２０２へ戻る。車両制御システム１１のＣＰＵは、電池状態検知システム１０からエンジン始動が不能な旨の報知を受けたときは、例えば、鉛電池１の外部からの充電が必要なことを示すバッテリランプを点灯させる。
【００２９】
次のステップ２１６では、鉛電池１に流れる電流値及び電圧値を取り込み、ステップ２１８では、ステップ２０８で推定した残容量ＱＯＣＶに積算された電気量を加算して残容量ＱＯＣＶを補正する。
【００３０】
次にステップ２２０において、ＩＧＮスイッチ５がＯＮ位置からＳＴＡＲＴ位置に位置したか否かを、電流センサ４に流れる電流値が所定値（例えば、０．１Ａ）を越えるか否かにより判断する。図４に示すように、エンジン始動時の鉛電池１の電流波形は、ＩＧＮスイッチ５がＳＴＡＲＴ位置に位置したエンジン始動電流通電開始時（時刻ｔｓ）の後、スタータ９への急激な１段目のパルス放電が行われ、約５０ｍｓ経過時（時刻ｔｐ）に最初のピークが現われる。その後、減衰する数回のピークを経てエンジン始動が完了する。電流波形は、エンジン８の構造、エンジン８とスタータ９とを繋ぐベルトやギヤプーリの摩擦等に影響されるが、概ね図４に示すような波形となる。
【００３１】
次のステップ２２２では、エンジン始動電流通電開始時（時刻ｔｓ）の後、所定時間（例えば、５０ｍｓ）が経過するまで待機する。ステップ２２４では、１段目のパルス放電時の電流（始動電流）、鉛電池１の電圧、温度を取り込む。次にステップ２２６において、ステップ２２４で実測した電圧、電流を用いて（実測）内部抵抗ｒを演算する。すなわち、ステップ２１６で取り込んで温度補正したエンジン始動前の鉛電池１の開回路電圧（ＯＣＶ）とステップ２２４で取り込んで温度補正したエンジン始動時の電圧との電圧差ΔＶを、ステップ２１６で取り込んだエンジン始動前の電流値とステップ２２４で取り込んだエンジン始動時の電流値との電流差ΔＩで除した内部抵抗ｒ（＝電圧差ΔＶ／電流差ΔＩ）の絶対値を演算する。次いでステップ２２８では、ステップ２２６で演算した内部抵抗ｒを、温度２５°Ｃにおける内部抵抗に温度補正し、ステップ２３０では温度補正後の内部抵抗ｒから鉛電池１の残容量Ｑｒを推定する。次のステップ２３２では、ステップ２０８で推定した残容量ＱＯＣＶとステップ２３０で推定した残容量Ｑｒとの平均値から鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔを推定し（Ｑｉｎｔ＝１／２（ＱＯＣＶ＋Ｑｒ））、初期残容量演算処理サブルーチンを終了して図２のステップ１０６へ進む。
【００３２】
ステップ１０６では、鉛電池１に流れた充放電電流をステップ２３２で推定した残容量Ｑｉｎｔに積算して残容量Ｑｒｅｓを補正し、次のステップ１０８において、残容量Ｑｒｅｓが最小残容量Ｑｍｉｎより大きいか否かを判断することで、エンジン始動が可能か否か、すなわち、アイドルストップ（ＩＳ）可能か否かを判定する（図９参照）。肯定判断のときは、次のステップ１１０で車両制御システム１１にアイドルストップが可能な旨を報知し、否定判断のときは、ステップ１１２で車両制御システム１１にアイドルストップが不能な旨を報知してステップ１０６へ戻る。車両制御システム１１のＣＰＵは、アイドルストップが可能な旨の報知を受けている間に車速が０となったときは、エンジン制御部を介してエンジン８の駆動を停止させ、アイドルストップ状態となった旨を電池状態検知システム１０に報知する。一方、車両制御システム１１のＣＰＵは、電池状態検知システム１０からアイドルストップが不能な旨の報知を受けたときは、エンジン８をアイドルストップ後に再始動することができないので、車速が０となってもエンジン８の駆動を続行させる。
【００３３】
次にステップ１１４において、車両制御システム１１からアイドルストップ状態となった旨の報知を受けたか否かを判断し、否定判断のときはステップ１０６へ戻り、肯定判断のときは、次のステップ１１６において、積算した電気量をステップ１０６で補正した残容量Ｑｒｅｓに加えることによって残容量Ｑｒｅｓを再補正する。
【００３４】
次いでステップ１１８において、ステップ１１６で推定した残容量Ｑｒｅｓが最小残容量Ｑｍｉｎより大きいか否かを判断することで、アイドルストップが継続可能か否か、すなわちエンジン始動が可能か否かを判定する（図９参照）。否定判断のときは、ステップ１２２で、車両制御システム１１にエンジン８の始動が必要な旨を報知してステップ１２６へ進む。この報知を受けた車両制御システム１１のＣＰＵは、エンジン制御部及びクラッチ制御部を制御してエンジン８を始動させてその回転駆動力を発電機７に伝達する。これにより、鉛電池１は充電され、その結果として残容量Ｑｒｅｓは最小残容量Ｑｍｉｎより大きくなる。
【００３５】
一方、ステップ１１８で肯定判断のときは、ステップ１２０で電流、及び電圧を取り込み、次のステップ１２４において、ステップ２２０と同様にＩＧＮスタート５がＳＴＡＲＴ位置に位置したか否かを判断し、否定判断のときはステップ１１６へ戻り、肯定判断のときは、ステップ１２６〜ステップ１３４でステップ２２２〜ステップ２３０と同様に、鉛電池１の残容量ＱＣを推定する。次のステップ１３６では、ステップ１０６又はステップ１１６で補正した残容量Ｑｒｅｓをステップ１３４で推定した残容量ＱＣで修正（リセット）して、ステップ１０６に戻る。
【００３６】
以降、エンジン再始動時前に、鉛電池１に流れた充放電電流を残容量ＱＣに積算して残容量Ｑｒｅｓを補正し、エンジン始動時と同様に、ステップ１１８において、エンジン再始動が可能か否かを判定し、肯定判定のときに、エンジン始動時の鉛電池１の残容量ＱＣを推定し、エンジン始動時毎に、ステップ１０６で補正した残容量Ｑｒｅｓを残容量ＱＣで修正（リセット）する（図５参照）。
【００３７】
（作用等）
次に、本実施形態の電池状態検知システム１０の作用等について説明する。
【００３８】
本実施形態の電池状態検知システム１０は、ＩＧＮスイッチ５オン時の鉛電池１の残容量ＱＯＣＶを推定し（ステップ２０８等）、エンジン始動時の電流、電圧変化から鉛電池１の残容量Ｑｒを推定し（ステップ２３０等）、残容量ＱＯＣ Ｖ及び残容量Ｑｒの平均値から鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔを算出する（ステップ２３２）。このため、鉛電池１の開回路電圧及び内部抵抗のそれぞれの特性（ＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップ及びｒ−Ｑｒｅｓマップ）が初期残容量Ｑｉｎｔに反映されるので、エンジン始動時に初期残容量Ｑｉｎｔの精度を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態の電池状態検知システム１０は、エンジン始動時毎に、補正した残容量Ｑｒｅｓ（ステップ１０６）を残容量ＱＣに修正（リセット）するので（ステップ１３６）、電流センサ４の測定誤差の蓄積を防止することができるため、高精度に鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓ算出することができる。従って、本実施形態の電池状態検知システム１０によれば、鉛電池１の電池状態が高精度に検出されるので、アイドルストップ・スタート時にエンジン８を停止してもエンジン８の再始動が確保でき、また、エンジン８の停止前にアイドルストップが可能かを予め把握することができる。このため、車両制御システム１１は、下位システムの電池状態検知システム１０から報知を受けてエンジン８の停止・再始動（アイドルストップ・スタート）の制御が確保可能であり、車両停止中の排ガス削減に寄与することができる。
【００４０】
更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン始動時の電流（放電）波形に再現性があり、アイドルストップ・スタート機能を有する車両においては、エンジン再始動が繰り返されリセットの回数が多いので、エンジン始動時毎に高精度に残容量ＱＣを推定することができる。
【００４１】
また、本実施形態の電池状態検知システム１０では、バッテリとして鉛電池１を用いることで、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ及び残容量Ｑｒｅｓ（図７参照）、内部抵抗値ｒ及び残容量Ｑｒｅｓ（図９参照）間の高い相関関係が得られ、仮に粗いマップを用いても高精度に鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓの算出及びエンジン始動判定をすることができる。
【００４２】
更にまた、本実施形態の電池状態検知システム１０では、鉛電池１の温度Ｔを測定し、鉛電池１のＯＣＶ−Ｔ補正マップから鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶの温度補正をしたので（図６参照）、温度に依存する鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを温度依存性を排除して算出することができ、作成されるマップの数を少なくすることができる。
【００４３】
また更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン始動時前に、ステップ２０８で推定した残容量ＱＯＣＶが鉛電池１のエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン始動可能と判定したので、エンジン始動の可否を車両側制御システム１１に報知することができる。
【００４４】
また、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン始動時又はエンジン再始動時の鉛電池１の内部抵抗ｒを算出するときに、エンジン始動前又はエンジン再始動時前とエンジン始動電流通電開始後又は又はエンジン再電流通電開始後５０ｍｓ以内の１段目の電流値及び電圧値から内部抵抗ｒを算出したので、測定誤差の大きい電流波形の減衰部分を排除して鉛電池１の充電、放電分極の影響の有無に拘わらず鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを推定することができる。
【００４５】
更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、鉛電池１の温度Ｔを測定し、鉛電池１のｒ−Ｔ補正値マップから鉛電池１の内部抵抗ｒの温度補正をしたので（図８参照）、温度依存性を排除して鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを算出することができる。
【００４６】
また更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン再始動時前に、補正した残容量Ｑｒｅｓが鉛電池１のエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン再始動可能と判定したので、エンジン再始動の可否を車両側制御システム１１に報知することができる。
【００４７】
そして、本実施形態の電池状態検知システム１０では、最低電圧値及び要求電流値はエンジン始動用スタータ９の特性から決定されており、最小残容量Ｑｍｉｎは、最低電圧値及び要求電流値から予め定められた鉛電池１のエンジン始動を許容する最大内部抵抗に対応して鉛電池１の残容量と内部抵抗との関係から設定されており、補正した残容量Ｑｒｅｓが最小残容量ｍｉｎよりも小さいときにエンジン再始動が不能と判定するので、エンジン再始動不能判定のときは、エンジン停止前に発電機７から鉛電池１を充電することで、エンジン８を停止しても次のエンジン始動を確保することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ＩＧＮスイッチがＯＮ位置に位置したときに、エンジン始動前の開回路電圧ＯＣＶを取り込む例を示したが、車両が停止して長時間経過し鉛電池１が平衡状態になっているときに、開回路電圧ＯＣＶを取り込むようにしてもよい。このようにすれば、測定誤差の少ない鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶからより高精度に鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを算出（推定）することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、ＩＳＳ機能を有する車両に搭載されたバッテリとして鉛電池１を例示したが、例えば、鉛電池１とリチウムイオン二次電池とを並列接続したり、鉛電池１とニッケル水素電池を並列接続したハイブリッド電池に適用してもよい。
【００５０】
更に、本実施形態では、エンジン始動時毎に、鉛電池１の温度Ｔを測定する例を示したが、温度Ｔは短い時間では大きく変化しないので、所定時間（例えば、１０分）毎に温度Ｔを測定するようにしてもよい。このようにすれば、電池状態検知システム１０の演算負荷を小さくすることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、エンジン８を始動するスタータ９を例示したが、鉛電池１は３６Ｖの群電圧を有するので（４２Ｖ系システムを構成するので）、アイドルストップ後の車両始動にモータ駆動を利用することが可能となる。このため、図１のスタータ９及び発電機７に代えて、図１０に示すように、モータ機能と発電機（ジェネレータ）機能とを有するモータジェネレータ１２を用いるようにしてもよい。このような車両システムでは、ＩＧＮスイッチのＳＴＡＲＴ端子をモータジェネレータ１２の一端に接続し、モータジェネレータ１２を車両制御システム１１内のモータジェネレータ制御部で制御するようにすればよい。この車両システムによれば、モータジェネレータ１２のモータ機能により車両始動を行うことができるので、アイドルストップ・スタート時に生じる排ガスの発生を防止することができる。
【００５２】
更に、本実施形態では、３６Ｖの群電圧を有する鉛電池１を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、現在車両に一般的に用いられている１２Ｖの鉛電池の電池状態を検知する電池状態検知システムに適用するようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、鉛電池１にセル室間の距離が短くセル室間を直列接続する導電部材の抵抗の小さいモノブロック電槽を用いた例を示したが、導電部材の抵抗やその劣化を考慮することで、更に高精度に鉛電池１全体の電池状態を検知することが可能となる。
【００５４】
また更に、本実施形態では、ステップ２０２で車両制御システム１１からＩＧＮスイッチがＯＮ位置となった旨を受信する例を示したが、車両制御システム１１からの報知を受けることなく、電流センサ４で電流を検出し、その範囲が所定範囲（例えば、０．０５Ａ〜０．１Ａ）にあるときに、ＩＧＮスイッチがオン位置に位置した、と電池状態検知システム１０が独自に判断するようにしてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、ＩＳ可能なときは可能報知を、不能なときは不能報知をそれぞれ車両制御システム１１に出力する例を示したが、ＩＳ不能なときにはエンジン停止不許可信号を出力して警報を出すようにしてもよい。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、本発明を電池状態検知システムに適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態の電池状態検知システムは、鉛電池１の初期残容量ＱｉｎｔをＩＧＮスイッチＯＮ時の残容量ＱＯＣＶから得るものである。なお、本実施形態以降の実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素及びステップには同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００５７】
本実施形態では、図１１に示すように、初期残容量演算処理サブルーチンにおいて、図３に示したステップ２１６〜ステップ２３２を欠いている。本実施形態の初期残容量演算処理サブルーチンでは、ステップ２０８でＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップから推定した残容量を初期残容量Ｑｉｎｔとする。
【００５８】
本実施形態の電池状態検知システムでは、ＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップのみから初期残容量Ｑｉｎｔを算出するが、鉛電池１では開回路電圧（ＯＣＶ）と残容量Ｑｒｅｓとの相関関係が高いので、残容量Ｑｒｅｓを精度よく推定することができると共に、上述した第１実施形態と比較しステップ数を減らすことができる。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、本発明を電池状態検知システムに適用した第３の実施の形態について説明する。本実施形態の電池状態検知システムは、鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔをエンジン始動時の内部抵抗ｒから算出した残容量Ｑｒで得るものである。
【００６０】
本実施形態では、図１２に示すように、初期残容量演算処理サブルーチンにおいて、図３に示したステップ２３２を欠いている。本実施形態の初期残容量演算処理サブルーチンでは、ステップ２３０でエンジン始動時の電流、電圧変化から算出した内部抵抗ｒから推定した残容量を初期残容量Ｑｉｎｔとする。
【００６１】
本実施形態の電池状態検知システムでは、ｒ−Ｑｒｅｓマップのみから初期残容量Ｑｉｎｔを算出すが、鉛電池１では内部抵抗ｒと残容量Ｑｒｅｓとの相関関係が高いので、残容量Ｑｒｅｓを精度よく推定することができると共に、第２実施形態と同様にステップ数を減らすことができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キーオン時のバッテリの残容量ＱＯＣＶ及びエンジン始動時のバッテリの残容量Ｑｒの平均値からバッテリの残容量Ｑｉｎｔが算出され、開路電圧及び内部抵抗のそれぞれの特性が残容量Ｑｉｎｔに反映されるので、エンジン始動時に残容量Ｑｉｎｔの精度を高めることができると共に、エンジン再始動時毎に補正残容量Ｑｒｅｓが残容量ＱＣに修正され、誤差の蓄積が防止されるので、高精度にバッテリの残容量を算出することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電池状態検知システムを含む車両システムのブロック回路図である。
【図２】第１実施形態の電池状態検知システムの電池状態検知ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】電池状態検知ルーチンのステップ１０４の詳細を示す初期残容量演算処理サブルーチンのフローチャートである。
【図４】エンジン始動時の鉛電池の電流波形を示すグラフである。
【図５】鉛電池の充放電パターンを模式的に示すグラフである。
【図６】鉛電池の温度と開回路電圧補正値との関係を示すグラフである。
【図７】鉛電池の残容量と開回路電圧との関係を示すグラフである。
【図８】鉛電池の温度と内部抵抗補正値との関係を示すグラフである。
【図９】鉛電池の残容量と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明が適用可能な実施形態の電池状態検知システムを含む他の車両システムのブロック回路図である。
【図１１】第２実施形態の電池状態検知ルーチンのステップ１０４の詳細を示す初期残容量演算処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の電池状態検知ルーチンのステップ１０４の詳細を示す初期残容量演算処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 鉛電池（バッテリ）
４ エンジン
５ イグニッションスイッチ（キー）
９ スタータ
１０ 電池状態検知システム
１２ モータジェネレータ（エンジン始動用スタータ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ残容量推定方法に係り、特に、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量をエンジン始動時に算出されるバッテリの内部抵抗と、バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載された鉛電池等のバッテリは、走行中、常にオルタネータによりフロート充電され、また負荷もランプ類などに限られていたため、深い放電はされず、ほぼ常時満充電状態付近に保持されていた。しかし、近年環境意識の高まりから、車両からの二酸化炭素ガスの排出を低減する必要が生じ、特に大型バス、トラックなどの車両側では信号待ちなどの停止時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を有したシステム車が増加している。
【０００３】
アイドルストップ機能を有したシステム車では、エンジン停止中のエアコン、カーステレオなどの負荷は、すべてバッテリからの電力で賄われる。このため、従来に比べバッテリの深い放電が増加し、バッテリの残容量が小さくなる場合の増加が予想される。バッテリの出力はバッテリの残容量に依存するため、エンジン停止中にバッテリの残容量が小さくなると、エンジンを始動する充分な出力が得られなくなり、エンジン停止後再始動（アイドルストップスタート、ＩＳＳ）することができなくなるおそれがある。従って、ＩＳＳ可能な状態を保つために、バッテリの残容量を推定してエンジン始動に必要な出力の有無を監視し、エンジン始動に必要な出力がある場合には、アイドルストップ可能、エンジン始動に必要な出力がない場合には、アイドルストップを止めバッテリを充電するなどの信号を車両側のコンピュータに送信する必要がある。
【０００４】
一方、バッテリの残容量を推定する方法として、電池の初期の充電状態（ＳＯＣ）に対して、充放電電流の積分値を加えていく方法が知られている。また、例えば、特開平第６−５９００３号及び特開平第９−９６６６５号公報には、電気自動車などに搭載されたバッテリの電流、電圧波形から測定される電流−電圧特性と、予め電池特性を測定することによって作成されたバッテリの残容量及び電流−電圧特性テーブルの関係とを比較することでバッテリの残容量を推定する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、充放電電気量の誤差を補正する処理がないため充放電電流の積分誤差が蓄積されると共に、電池の未使用状態での（駐車からエンジン始動までの）自己放電による電池の残容量の変化等もあり、電池の残容量を正確に推定することが難しい。また、電流−電圧特性テーブルを用いる方式においても、電池の履歴により、電圧が変化することで残容量を正確に推定することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、高精度にバッテリの残容量を推定可能なバッテリ残容量推定方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量をエンジン始動時に算出される前記バッテリの内部抵抗と、前記バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法であって、キーオン時の前記バッテリの開路電圧を測定して予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係から前記バッテリの残容量ＱＯＣＶを算出し、前記エンジン始動時の電流、電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出して予め定められたバッテリの残容量と内部抵抗との関係から前記バッテリの残容量Ｑｒを算出し、前記残容量ＱＯＣＶ及び残容量Ｑｒの平均値から前記バッテリの残容量Ｑｉｎｔを算出し、エンジン再始動時の電流、電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出して前記バッテリの残容量と内部抵抗との関係から前記バッテリの残容量ＱＣを算出し、前記エンジン再始動前に前記バッテリに流れた充放電電流を前記残容量Ｑｉｎｔ又は残容量ＱＣに積算することで補正した補正残容量Ｑｒｅｓを前記残容量ＱＣに修正する、ステップを含む。
【０００８】
本発明では、キーオン時のバッテリの残容量ＱＯＣＶ及びエンジン始動時のバッテリの残容量Ｑｒの平均値からバッテリの残容量Ｑｉｎｔが算出され、開路電圧及び内部抵抗のそれぞれの特性が残容量Ｑｉｎｔに反映されるので、エンジン始動時に残容量Ｑｉｎｔの精度を高めることができると共に、エンジン再始動時毎に補正残容量Ｑｒｅｓが残容量ＱＣに修正され、誤差の蓄積が防止されるので、高精度にバッテリの残容量を算出することができる。
【００１０】
本発明において、予め定められたバッテリの温度と開路電圧との関係から、測定したバッテリの開路電圧を所定温度における開路電圧に補正すれば、バッテリの開路電圧の温度依存性を排除できるので、一層高精度にバッテリの残容量を算出することができる。また、エンジン始動時前に、残容量ＱＯＣＶがバッテリのエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン始動可能と判定するステップを更に含むようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明において、内部抵抗は、エンジン始動前又はエンジン再始動時前のバッテリの電圧とエンジン始動電流通電開始後又はエンジン再始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電圧との電圧差を、エンジン始動前又はエンジン再始動時前のバッテリの電流とエンジン始動電流通電開始後又はエンジン再始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電流との電流差でそれぞれ除して得ることが好ましい。また、所定時間がエンジン始動電流通電開始時又はエンジン再始動電流通電開始時から５０ｍｓを超えると、バッテリに流れる電流及び電圧の誤差が大きくなるので、所定時間をエンジン始動電流通電開始時又はエンジン再始動電流通電開始時から５０ｍｓ以内とすることが更に好ましい。更に、バッテリの温度を測定し予め定められたバッテリの温度と内部抵抗補正値との関係から、算出したバッテリの内部抵抗を所定温度における内部抵抗に補正すれば、バッテリの内部抵抗の温度依存性を排除できるので、より高精度にバッテリの残容量を算出することができる。また更に、エンジン再始動時前に、補正残容量Ｑｒｅｓがバッテリのエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン再始動可能と判定するステップを更に含むようにしてもよい。更に、最小残容量Ｑｍｉｎは、エンジン始動用スタータの特性から決定される最低電圧値と要求電流値とから予め定められたバッテリのエンジン始動を許容する最大内部抵抗に対応してバッテリの残容量と内部抵抗との関係から設定されており、補正残容量Ｑｒｅｓが最小残容量ｍｉｎよりも小さいときにエンジン再始動が不能と判定するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を電池状態検知システムに適用した実施の形態について説明する。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の電池状態検知システム１０は、鉛電池１の内部抵抗ｒ、開回路電圧（ＯＣＶ）、放電電圧等を測定乃至算出し鉛電池１の電池状態を検知してエンジン等の車両側の制御を行う車両制御システムの下位システムとして機能する。電池状態検知システム１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態検知システム１０の基本制御プログラム及び後述するように種々の設定値等が格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、車両制御システム１１との通信を行うためのインタフェース、これらを接続するバス等を含んで構成されている。
【００１５】
鉛電池１は容器となる角形の電槽を有しており、電槽の材質には成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂が用いられている。電槽の中央部の隔壁にはセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔にはサーミスタ等の温度センサ２が挿入されており、温度センサ２は接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。
【００１６】
また、鉛電池１の電槽は、例えば、外周壁の内部を縦横に仕切る隔壁によって２行９列の合計１８個のセル室に画定され、一体成形されたモノブロック電槽として構成されている。電槽内の各セル室には極板群（セル）がそれぞれ１組ずつ収容されており、電槽全体には合計１８組の極板群が収容されている。各極板群は、未化成負極板６枚及び未化成正極板５枚がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、化成（初充電）後の公称電圧（セル電圧）は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池１の群電圧は３６Ｖである。
【００１７】
電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ等の高分子樹脂製の上蓋に接着（又は溶着）されている。上蓋には、各セル室の中央に対応する位置に各セル室の内圧を所定値以下に制御するための制御弁が配設されていると共に、対角隅部に鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が立設されている。
【００１８】
鉛電池１の正極外部出力端子は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ５は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。一方、鉛電池１の負極外部出力端子は、ホール素子等の電流センサ４を介してグランドに接続されている。電流センサ４は、ホール素子に流れる電流に応じて変化するホール電圧により電流を検出することが可能である。
【００１９】
鉛電池１の正極、負極外部出力端子、温度センサ２の両端端子及び電流センサ４の出力端子は、それぞれ電池状態検知システム１０内のＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、電池状態検知システム１０のＣＰＵは、鉛電池１の電圧、電流及び温度をデジタル値として取り込むことが可能である。
【００２０】
ＩＧＮスイッチ５のＯＮ／ＡＣＣ端子は、ランプ、ワイパー、ラジオ等の補機６の一端に接続されていると共に、レギュレータＲＧ及び一方向への電流の流れを許容する整流素子Ｄを介してエンジン８の回転駆動力で発電する発電機（オルタネータ）７の一端に接続されている。なお、整流素子Ｄは、アノード側が発電機７の一端に、カソード側がレギュレータＲＧに接続されている。また、ＩＧＮスイッチ５のＳＴＡＲＴ端子は、エンジン始動用スタータ９の一端に接続されている。
【００２１】
スタータ９の回転軸とエンジン８の回転軸との間にはスタータ９の回転力をエンジン８に伝達する図示を省略したギヤプーリや無端ベルトが介在しており、エンジン８の回転軸と発電機７の回転軸との間にはエンジン８の回転駆動力を発電機７に伝達する電動クラッチが介在している。このため、エンジン８が駆動しているときは、エンジン８及び発電機７間の電動クラッチを接続状態としてエンジン８の回転駆動力を発電機７に伝達する。なお、ＩＧＮスイッチ５がＯＮ／ＡＣＣ位置にあり、発電機７が作動しているときは、鉛電池１は電池状態検知システム１０で算出された鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓ又は充電状態（ＳＯＣ）に応じて充電される。
【００２２】
車両制御システム１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、エンジン８を制御するエンジン制御部や電動クラッチを制御するクラッチ制御部、インターフェース等を有して構成されており、エンジン制御部はエンジン８に、クラッチ制御部は電動クラッチに接続されている。車両制御システム１１は電池状態検知システム１０と通信線で接続されており、両者は相互間で通信が可能である。また、補機６、発電機７、スタータ９の他端、電池状態検知システム１０、車両制御システム１１は、それぞれグランドに接続されている。なお、ＩＧＮスイッチ５のＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。
【００２３】
（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池状態検知システム１０の動作について説明する。なお、電池状態検知システム１０に電源が投入されると、初期設定処理において、ＲＯＭに格納された設定値等はＲＡＭに展開され、図２に示す電池状態検知ルーチンが実行される。
【００２４】
電池状態検知ルーチンでは、まず、ステップ１０２において電流センサ４に流れる電流値を取り込んで、鉛電池１に対して入出力する電気量（Ａｈ）の積算（電流積算）を開始する。次にステップ１０４において、鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔを推定する初期残容量演算処理サブルーチンを実行する。
【００２５】
図３に示すように、初期残容量演算処理サブルーチンでは、ステップ２０２で車両制御システム１１からＩＧＮスイッチ５がオン位置に位置した旨の通知があるまで待機し、通知があると、ステップ２０４において、鉛電池１の開回路電圧（ＯＣＶ）及び温度（Ｔ）を取り込む。ステップ２０６では、ステップ２０４で取り込んだ開回路電圧を、温度２５°Ｃにおける開回路電圧に温度補正し、温度補正後の開回路電圧から鉛電池１の残容量ＱＯＣＶを推定する。すなわち、図６に示すように、ＲＡＭにはＯＣＶ−Ｔ補正値マップが展開されており、例えば、鉛電池１の温度が１０°Ｃのときの開回路電圧補正値は、０°Ｃの開回路電圧補正値０．０５（Ｖ）と２５°Ｃの開回路電圧補正値０（Ｖ）とから比例計算により、（２５−１０）×０．０５／２５＝０．０３（Ｖ）として算出される。温度補正後の開回路電圧は、ステップ２０４で取り込んだ開回路電圧に補正値（０．０３（Ｖ））を加えたものである。そして、ステップ２０８では、図７に示すように、ＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップ上で温度補正後の開回路電圧に対応する鉛電池１の残容量ＱＯＣＶを比例計算等を用いて取得する。
【００２６】
次にステップ２１０において、ステップ２０８で取得した残容量ＱＯＣＶよりスタータ９などの仕様（特性）から決定されるエンジン始動を許容する最小残存容量Ｑｍｉｎが小さいか否かを判断することで、エンジン始動が可能か否かを判定する（図９参照）。
【００２７】
このような最小残存容量Ｑｍｉｎは、初期設定処理でＲＡＭに展開されている。エンジン始動を許容する最低電圧値Ｖｍｉｎ及び要求電流値Ｉｒｅｑはスタータ９などの仕様（特性）から決定されており、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ、最低電圧値Ｖｍｉｎ、要求電流値Ｉｒｅｑ及びエンジン始動を許容する鉛電池１の最大内部抵抗値ｒｍａｘの間には、最低電圧値Ｖｍｉｎ＝開回路電圧ＯＣＶ−最大内部抵抗値ｒｍａｘ×要求電流値Ｉｒｅｑの関係がある。この関係を利用して設定された最大内部抵抗値ｒｍａｘは、鉛電池１がエンジン始動を許容する限界値の意味を有しており、鉛電池１の内部抵抗ｒが最大内部抵抗ｒｍａｘより大きいとエンジン始動が不能となる。また、鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓと内部抵抗ｒとの関係から最大内部抵抗値ｒｍａｘに対応する鉛電池１の最小残容量Ｑｍｉｎも設定されている（図９参照）。
【００２８】
ステップ２１０で肯定判断のときは、次のステップ２１２で車両制御システム１１にエンジン始動が可能な旨を報知し、否定判断のときは、ステップ２１４で車両制御システム１１にエンジン始動が不能な旨を報知してステップ２０２へ戻る。車両制御システム１１のＣＰＵは、電池状態検知システム１０からエンジン始動が不能な旨の報知を受けたときは、例えば、鉛電池１の外部からの充電が必要なことを示すバッテリランプを点灯させる。
【００２９】
次のステップ２１６では、鉛電池１に流れる電流値及び電圧値を取り込み、ステップ２１８では、ステップ２０８で推定した残容量ＱＯＣＶに積算された電気量を加算して残容量ＱＯＣＶを補正する。
【００３０】
次にステップ２２０において、ＩＧＮスイッチ５がＯＮ位置からＳＴＡＲＴ位置に位置したか否かを、電流センサ４に流れる電流値が所定値（例えば、０．１Ａ）を越えるか否かにより判断する。図４に示すように、エンジン始動時の鉛電池１の電流波形は、ＩＧＮスイッチ５がＳＴＡＲＴ位置に位置したエンジン始動電流通電開始時（時刻ｔｓ）の後、スタータ９への急激な１段目のパルス放電が行われ、約５０ｍｓ経過時（時刻ｔｐ）に最初のピークが現われる。その後、減衰する数回のピークを経てエンジン始動が完了する。電流波形は、エンジン８の構造、エンジン８とスタータ９とを繋ぐベルトやギヤプーリの摩擦等に影響されるが、概ね図４に示すような波形となる。
【００３１】
次のステップ２２２では、エンジン始動電流通電開始時（時刻ｔｓ）の後、所定時間（例えば、５０ｍｓ）が経過するまで待機する。ステップ２２４では、１段目のパルス放電時の電流（始動電流）、鉛電池１の電圧、温度を取り込む。次にステップ２２６において、ステップ２２４で実測した電圧、電流を用いて（実測）内部抵抗ｒを演算する。すなわち、ステップ２１６で取り込んで温度補正したエンジン始動前の鉛電池１の開回路電圧（ＯＣＶ）とステップ２２４で取り込んで温度補正したエンジン始動時の電圧との電圧差ΔＶを、ステップ２１６で取り込んだエンジン始動前の電流値とステップ２２４で取り込んだエンジン始動時の電流値との電流差ΔＩで除した内部抵抗ｒ（＝電圧差ΔＶ／電流差ΔＩ）の絶対値を演算する。次いでステップ２２８では、ステップ２２６で演算した内部抵抗ｒを、温度２５°Ｃにおける内部抵抗に温度補正し、ステップ２３０では温度補正後の内部抵抗ｒから鉛電池１の残容量Ｑｒを推定する。次のステップ２３２では、ステップ２０８で推定した残容量ＱＯＣＶとステップ２３０で推定した残容量Ｑｒとの平均値から鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔを推定し（Ｑｉｎｔ＝１／２（ＱＯＣＶ＋Ｑｒ））、初期残容量演算処理サブルーチンを終了して図２のステップ１０６へ進む。
【００３２】
ステップ１０６では、鉛電池１に流れた充放電電流をステップ２３２で推定した残容量Ｑｉｎｔに積算して残容量Ｑｒｅｓを補正し、次のステップ１０８において、残容量Ｑｒｅｓが最小残容量Ｑｍｉｎより大きいか否かを判断することで、エンジン始動が可能か否か、すなわち、アイドルストップ（ＩＳ）可能か否かを判定する（図９参照）。肯定判断のときは、次のステップ１１０で車両制御システム１１にアイドルストップが可能な旨を報知し、否定判断のときは、ステップ１１２で車両制御システム１１にアイドルストップが不能な旨を報知してステップ１０６へ戻る。車両制御システム１１のＣＰＵは、アイドルストップが可能な旨の報知を受けている間に車速が０となったときは、エンジン制御部を介してエンジン８の駆動を停止させ、アイドルストップ状態となった旨を電池状態検知システム１０に報知する。一方、車両制御システム１１のＣＰＵは、電池状態検知システム１０からアイドルストップが不能な旨の報知を受けたときは、エンジン８をアイドルストップ後に再始動することができないので、車速が０となってもエンジン８の駆動を続行させる。
【００３３】
次にステップ１１４において、車両制御システム１１からアイドルストップ状態となった旨の報知を受けたか否かを判断し、否定判断のときはステップ１０６へ戻り、肯定判断のときは、次のステップ１１６において、積算した電気量をステップ１０６で補正した残容量Ｑｒｅｓに加えることによって残容量Ｑｒｅｓを再補正する。
【００３４】
次いでステップ１１８において、ステップ１１６で推定した残容量Ｑｒｅｓが最小残容量Ｑｍｉｎより大きいか否かを判断することで、アイドルストップが継続可能か否か、すなわちエンジン始動が可能か否かを判定する（図９参照）。否定判断のときは、ステップ１２２で、車両制御システム１１にエンジン８の始動が必要な旨を報知してステップ１２６へ進む。この報知を受けた車両制御システム１１のＣＰＵは、エンジン制御部及びクラッチ制御部を制御してエンジン８を始動させてその回転駆動力を発電機７に伝達する。これにより、鉛電池１は充電され、その結果として残容量Ｑｒｅｓは最小残容量Ｑｍｉｎより大きくなる。
【００３５】
一方、ステップ１１８で肯定判断のときは、ステップ１２０で電流、及び電圧を取り込み、次のステップ１２４において、ステップ２２０と同様にＩＧＮスタート５がＳＴＡＲＴ位置に位置したか否かを判断し、否定判断のときはステップ１１６へ戻り、肯定判断のときは、ステップ１２６〜ステップ１３４でステップ２２２〜ステップ２３０と同様に、鉛電池１の残容量ＱＣを推定する。次のステップ１３６では、ステップ１０６又はステップ１１６で補正した残容量Ｑｒｅｓをステップ１３４で推定した残容量ＱＣで修正（リセット）して、ステップ１０６に戻る。
【００３６】
以降、エンジン再始動時前に、鉛電池１に流れた充放電電流を残容量ＱＣに積算して残容量Ｑｒｅｓを補正し、エンジン始動時と同様に、ステップ１１８において、エンジン再始動が可能か否かを判定し、肯定判定のときに、エンジン始動時の鉛電池１の残容量ＱＣを推定し、エンジン始動時毎に、ステップ１０６で補正した残容量Ｑｒｅｓを残容量ＱＣで修正（リセット）する（図５参照）。
【００３７】
（作用等）
次に、本実施形態の電池状態検知システム１０の作用等について説明する。
【００３８】
本実施形態の電池状態検知システム１０は、ＩＧＮスイッチ５オン時の鉛電池１の残容量ＱＯＣＶを推定し（ステップ２０８等）、エンジン始動時の電流、電圧変化から鉛電池１の残容量Ｑｒを推定し（ステップ２３０等）、残容量ＱＯＣ Ｖ及び残容量Ｑｒの平均値から鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔを算出する（ステップ２３２）。このため、鉛電池１の開回路電圧及び内部抵抗のそれぞれの特性（ＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップ及びｒ−Ｑｒｅｓマップ）が初期残容量Ｑｉｎｔに反映されるので、エンジン始動時に初期残容量Ｑｉｎｔの精度を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態の電池状態検知システム１０は、エンジン始動時毎に、補正した残容量Ｑｒｅｓ（ステップ１０６）を残容量ＱＣに修正（リセット）するので（ステップ１３６）、電流センサ４の測定誤差の蓄積を防止することができるため、高精度に鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓ算出することができる。従って、本実施形態の電池状態検知システム１０によれば、鉛電池１の電池状態が高精度に検出されるので、アイドルストップ・スタート時にエンジン８を停止してもエンジン８の再始動が確保でき、また、エンジン８の停止前にアイドルストップが可能かを予め把握することができる。このため、車両制御システム１１は、下位システムの電池状態検知システム１０から報知を受けてエンジン８の停止・再始動（アイドルストップ・スタート）の制御が確保可能であり、車両停止中の排ガス削減に寄与することができる。
【００４０】
更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン始動時の電流（放電）波形に再現性があり、アイドルストップ・スタート機能を有する車両においては、エンジン再始動が繰り返されリセットの回数が多いので、エンジン始動時毎に高精度に残容量ＱＣを推定することができる。
【００４１】
また、本実施形態の電池状態検知システム１０では、バッテリとして鉛電池１を用いることで、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ及び残容量Ｑｒｅｓ（図７参照）、内部抵抗値ｒ及び残容量Ｑｒｅｓ（図９参照）間の高い相関関係が得られ、仮に粗いマップを用いても高精度に鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓの算出及びエンジン始動判定をすることができる。
【００４２】
更にまた、本実施形態の電池状態検知システム１０では、鉛電池１の温度Ｔを測定し、鉛電池１のＯＣＶ−Ｔ補正マップから鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶの温度補正をしたので（図６参照）、温度に依存する鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを温度依存性を排除して算出することができ、作成されるマップの数を少なくすることができる。
【００４３】
また更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン始動時前に、ステップ２０８で推定した残容量ＱＯＣＶが鉛電池１のエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン始動可能と判定したので、エンジン始動の可否を車両側制御システム１１に報知することができる。
【００４４】
また、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン始動時又はエンジン再始動時の鉛電池１の内部抵抗ｒを算出するときに、エンジン始動前又はエンジン再始動時前とエンジン始動電流通電開始後又は又はエンジン再電流通電開始後５０ｍｓ以内の１段目の電流値及び電圧値から内部抵抗ｒを算出したので、測定誤差の大きい電流波形の減衰部分を排除して鉛電池１の充電、放電分極の影響の有無に拘わらず鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを推定することができる。
【００４５】
更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、鉛電池１の温度Ｔを測定し、鉛電池１のｒ−Ｔ補正値マップから鉛電池１の内部抵抗ｒの温度補正をしたので（図８参照）、温度依存性を排除して鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを算出することができる。
【００４６】
また更に、本実施形態の電池状態検知システム１０では、エンジン再始動時前に、補正した残容量Ｑｒｅｓが鉛電池１のエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン再始動可能と判定したので、エンジン再始動の可否を車両側制御システム１１に報知することができる。
【００４７】
そして、本実施形態の電池状態検知システム１０では、最低電圧値及び要求電流値はエンジン始動用スタータ９の特性から決定されており、最小残容量Ｑｍｉｎは、最低電圧値及び要求電流値から予め定められた鉛電池１のエンジン始動を許容する最大内部抵抗に対応して鉛電池１の残容量と内部抵抗との関係から設定されており、補正した残容量Ｑｒｅｓが最小残容量ｍｉｎよりも小さいときにエンジン再始動が不能と判定するので、エンジン再始動不能判定のときは、エンジン停止前に発電機７から鉛電池１を充電することで、エンジン８を停止しても次のエンジン始動を確保することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ＩＧＮスイッチがＯＮ位置に位置したときに、エンジン始動前の開回路電圧ＯＣＶを取り込む例を示したが、車両が停止して長時間経過し鉛電池１が平衡状態になっているときに、開回路電圧ＯＣＶを取り込むようにしてもよい。このようにすれば、測定誤差の少ない鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶからより高精度に鉛電池１の残容量Ｑｒｅｓを算出（推定）することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、ＩＳＳ機能を有する車両に搭載されたバッテリとして鉛電池１を例示したが、例えば、鉛電池１とリチウムイオン二次電池とを並列接続したり、鉛電池１とニッケル水素電池を並列接続したハイブリッド電池に適用してもよい。
【００５０】
更に、本実施形態では、エンジン始動時毎に、鉛電池１の温度Ｔを測定する例を示したが、温度Ｔは短い時間では大きく変化しないので、所定時間（例えば、１０分）毎に温度Ｔを測定するようにしてもよい。このようにすれば、電池状態検知システム１０の演算負荷を小さくすることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、エンジン８を始動するスタータ９を例示したが、鉛電池１は３６Ｖの群電圧を有するので（４２Ｖ系システムを構成するので）、アイドルストップ後の車両始動にモータ駆動を利用することが可能となる。このため、図１のスタータ９及び発電機７に代えて、図１０に示すように、モータ機能と発電機（ジェネレータ）機能とを有するモータジェネレータ１２を用いるようにしてもよい。このような車両システムでは、ＩＧＮスイッチのＳＴＡＲＴ端子をモータジェネレータ１２の一端に接続し、モータジェネレータ１２を車両制御システム１１内のモータジェネレータ制御部で制御するようにすればよい。この車両システムによれば、モータジェネレータ１２のモータ機能により車両始動を行うことができるので、アイドルストップ・スタート時に生じる排ガスの発生を防止することができる。
【００５２】
更に、本実施形態では、３６Ｖの群電圧を有する鉛電池１を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、現在車両に一般的に用いられている１２Ｖの鉛電池の電池状態を検知する電池状態検知システムに適用するようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、鉛電池１にセル室間の距離が短くセル室間を直列接続する導電部材の抵抗の小さいモノブロック電槽を用いた例を示したが、導電部材の抵抗やその劣化を考慮することで、更に高精度に鉛電池１全体の電池状態を検知することが可能となる。
【００５４】
また更に、本実施形態では、ステップ２０２で車両制御システム１１からＩＧＮスイッチがＯＮ位置となった旨を受信する例を示したが、車両制御システム１１からの報知を受けることなく、電流センサ４で電流を検出し、その範囲が所定範囲（例えば、０．０５Ａ〜０．１Ａ）にあるときに、ＩＧＮスイッチがオン位置に位置した、と電池状態検知システム１０が独自に判断するようにしてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、ＩＳ可能なときは可能報知を、不能なときは不能報知をそれぞれ車両制御システム１１に出力する例を示したが、ＩＳ不能なときにはエンジン停止不許可信号を出力して警報を出すようにしてもよい。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、本発明を電池状態検知システムに適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態の電池状態検知システムは、鉛電池１の初期残容量ＱｉｎｔをＩＧＮスイッチＯＮ時の残容量ＱＯＣＶから得るものである。なお、本実施形態以降の実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素及びステップには同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００５７】
本実施形態では、図１１に示すように、初期残容量演算処理サブルーチンにおいて、図３に示したステップ２１６〜ステップ２３２を欠いている。本実施形態の初期残容量演算処理サブルーチンでは、ステップ２０８でＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップから推定した残容量を初期残容量Ｑｉｎｔとする。
【００５８】
本実施形態の電池状態検知システムでは、ＯＣＶ−Ｑｒｅｓマップのみから初期残容量Ｑｉｎｔを算出するが、鉛電池１では開回路電圧（ＯＣＶ）と残容量Ｑｒｅｓとの相関関係が高いので、残容量Ｑｒｅｓを精度よく推定することができると共に、上述した第１実施形態と比較しステップ数を減らすことができる。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、本発明を電池状態検知システムに適用した第３の実施の形態について説明する。本実施形態の電池状態検知システムは、鉛電池１の初期残容量Ｑｉｎｔをエンジン始動時の内部抵抗ｒから算出した残容量Ｑｒで得るものである。
【００６０】
本実施形態では、図１２に示すように、初期残容量演算処理サブルーチンにおいて、図３に示したステップ２３２を欠いている。本実施形態の初期残容量演算処理サブルーチンでは、ステップ２３０でエンジン始動時の電流、電圧変化から算出した内部抵抗ｒから推定した残容量を初期残容量Ｑｉｎｔとする。
【００６１】
本実施形態の電池状態検知システムでは、ｒ−Ｑｒｅｓマップのみから初期残容量Ｑｉｎｔを算出すが、鉛電池１では内部抵抗ｒと残容量Ｑｒｅｓとの相関関係が高いので、残容量Ｑｒｅｓを精度よく推定することができると共に、第２実施形態と同様にステップ数を減らすことができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キーオン時のバッテリの残容量ＱＯＣＶ及びエンジン始動時のバッテリの残容量Ｑｒの平均値からバッテリの残容量Ｑｉｎｔが算出され、開路電圧及び内部抵抗のそれぞれの特性が残容量Ｑｉｎｔに反映されるので、エンジン始動時に残容量Ｑｉｎｔの精度を高めることができると共に、エンジン再始動時毎に補正残容量Ｑｒｅｓが残容量ＱＣに修正され、誤差の蓄積が防止されるので、高精度にバッテリの残容量を算出することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電池状態検知システムを含む車両システムのブロック回路図である。
【図２】第１実施形態の電池状態検知システムの電池状態検知ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】電池状態検知ルーチンのステップ１０４の詳細を示す初期残容量演算処理サブルーチンのフローチャートである。
【図４】エンジン始動時の鉛電池の電流波形を示すグラフである。
【図５】鉛電池の充放電パターンを模式的に示すグラフである。
【図６】鉛電池の温度と開回路電圧補正値との関係を示すグラフである。
【図７】鉛電池の残容量と開回路電圧との関係を示すグラフである。
【図８】鉛電池の温度と内部抵抗補正値との関係を示すグラフである。
【図９】鉛電池の残容量と内部抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明が適用可能な実施形態の電池状態検知システムを含む他の車両システムのブロック回路図である。
【図１１】第２実施形態の電池状態検知ルーチンのステップ１０４の詳細を示す初期残容量演算処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の電池状態検知ルーチンのステップ１０４の詳細を示す初期残容量演算処理サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 鉛電池（バッテリ）
４ エンジン
５ イグニッションスイッチ（キー）
９ スタータ
１０ 電池状態検知システム
１２ モータジェネレータ（エンジン始動用スタータ）
Claims (8)
- アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量をエンジン始動時に算出される前記バッテリの内部抵抗と、前記バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法であって、
キーオン時の前記バッテリの開路電圧を測定して予め定められたバッテリの残容量と開路電圧との関係から前記バッテリの残容量ＱＯＣＶを算出し、
前記エンジン始動時の電流、電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出して予め定められたバッテリの残容量と内部抵抗との関係から前記バッテリの残容量Ｑｒを算出し、前記残容量ＱＯＣＶ及び残容量Ｑｒの平均値から前記バッテリの残容量Ｑｉｎｔを算出し、
エンジン再始動時の電流、電圧変化から前記バッテリの内部抵抗を算出して前記バッテリの残容量と内部抵抗との関係から前記バッテリの残容量ＱＣを算出し、前記エンジン再始動前に前記バッテリに流れた充放電電流を前記残容量Ｑｉｎｔ又は残容量ＱＣに積算することで補正した補正残容量Ｑｒｅｓを前記残容量ＱＣに修正する、
ステップを含むバッテリ残容量推定方法。 - 前記バッテリの温度を測定し、予め定められたバッテリの温度と開路電圧との関係から前記測定したバッテリの開路電圧を所定温度における開路電圧に補正することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ残容量推定方法。
- 前記内部抵抗は、エンジン始動前又はエンジン再始動時前のバッテリの電圧とエンジン始動電流通電開始後又はエンジン再始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電圧との電圧差を、前記エンジン始動前又はエンジン再始動時前のバッテリの電流と前記エンジン始動電流通電開始後又はエンジン再始動電流通電開始後所定時間経過時のバッテリの電流との電流差でそれぞれ除して得たことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバッテリ残容量推定方法。
- 前記所定時間は、前記エンジン始動電流通電開始時又はエンジン再始動電流通電開始時から５０ｍｓ以内であることを特徴とする請求項３に記載のバッテリ残容量推定方法。
- 前記バッテリの温度を測定し、予め定められたバッテリの温度と内部抵抗補正値との関係から前記算出したバッテリの内部抵抗を所定温度における内部抵抗に補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバッテリ残容量推定方法。
- 前記エンジン始動時前に、前記残容量ＱＯＣＶが前記バッテリのエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン始動可能と判定するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ残容量推定方法。
- 前記エンジン再始動時前に、前記補正残容量Ｑｒｅｓが前記バッテリのエンジン始動を許容する最小残容量Ｑｍｉｎより大きいときにエンジン再始動可能と判定するステップを更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のバッテリ残容量推定方法。
- 前記最小残容量Ｑｍｉｎは、エンジン始動用スタータの特性から決定される最低電圧値と要求電流値とから予め定められた前記バッテリのエンジン始動を許容する最大内部抵抗に対応して前記バッテリの残容量と内部抵抗との関係から設定されており、前記補正残容量Ｑｒｅｓが最小残容量Ｑｍｉｎよりも小さいときに前記エンジン再始動が不能と判定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のバッテリ残容量推定方法。
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