JP4239620B2 - 蓄電池の状態判定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は車両が停車中のアイドルストップ、すなわちエンジンの停止を行うアイドルストップ車両に用いられる蓄電池の状態判定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車に搭載される蓄電池は、エンジンの始動、ライトの点灯、エアコンの駆動等に使用されており、自動車の走行時には蓄電池の充電状態(SOC:State of Charge)は100%以上になるように規定された電圧によって定電圧充電されている。
【0003】
近年、自動車の燃費向上を目的に、車両の減速時のエネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電池に蓄える回生充電システムが提案されている。このような回生充電を効率よく行なうためには、SOCを100%未満の部分充電状態(PSOC:Partial State of Charge)に制御し、蓄電池の充電が行なわれやすくする必要がある。しかしながら、特に蓄電池として鉛蓄電池を用いた場合、SOCが50%を下回ると鉛蓄電池の劣化が急激に進行することも知られている。
【0004】
このSOCが低下することによる鉛蓄電池の劣化は、電解液中の硫酸濃度に関連し、SOCが50%を下回った状態では、電解液中の硫酸濃度は通常、16質量%以下に低下している。鉛蓄電池をこのような状態で鉛充放電を行なうと、正極格子を形成する鉛合金の腐食速度が急激に増大し、前記したような劣化が進行すると推測される。
【0005】
したがって、これらの鉛蓄電池のSOC充電状態を精度よく測定し、適切なSOCの範囲で鉛蓄電池を制御し、かつ鉛蓄電池の劣化の程度を明らかにすることは実用上極めて重要なこととなる。
【0006】
一方、前記したような回生充電による燃費向上に加え、停車中にエンジンを停止することで(いわゆるアイドルストップ)、車両の燃費向上を図る取り組みもなされてきている。しかしながら、アイドルストップは交通信号による一時停止時等、車両の運行途上に行われるので、仮に蓄電池の状態によってエンジン再始動が不能となった場合、他の通行車両の交通障害を引き起こす。したがって、蓄電池の状態がアイドルストップ後の再始動ができるかどうかの判定を正確に行うことが不可欠となる。
【0007】
特に、前記したような蓄電池のSOCをPSOCで制御したシステムにおいては、当然アイドルストップ後のエンジン再始動はPSOCの蓄電池で行われる。したがって、蓄電池のアイドルストップの可否判定はPSOCの蓄電池で正確にで行う必要がある。
【0008】
鉛蓄電池におけるSOCの測定方法として、例えば特許文献1にはその開路電圧(OCV)とSOCとの関係をあらかじめ求めておき、OCV値からSOCを求めることが示されている。またこの特許文献1において鉛蓄電池は劣化が進行するにつれて、OCVとSOCとの関係にずれが生じることが示されており、このずれをもとに蓄電池の劣化を検出する方法が示されている。
【0009】
この方法によれば蓄電池の劣化度合いを推測できるものの、その劣化度合いがアイドルストップ後のエンジン再始動に支障がある程度かどうかの判定を行えるものではなかった。
【0010】
【特許文献1】
特開2001−351698号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したようなアイドルストップ機能を備えた車両用の蓄電池において、車両停止時にアイドルストップする場合、蓄電池がアイドルストップ後のエンジン再始動に適した状態にあるかどうかを判定し、それに基いてアイドルストップの可否判定を精度よく行うことのできる蓄電池の状態判定方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、車両が停車中のアイドルストップ、すなわちエンジンの停止を行なうアイドルストップ車両において、このアイドルストップ後のエンジン再始動時に電力を供給する蓄電池の状態判定方法において、前記蓄電池にパルス状の放電あるいは充電、もしくは放電と充電の組み合わせのいずれかを行ない、その際の蓄電池電圧の挙動からアイドルストップを行なっても良いかどうかの可否判定を行なうとともに、可否判定の否判定の回数に応じて蓄電池の寿命を判定することを特徴とする蓄電池の状態判定方法を示すものである。
【0013】
また、本発明の請求項2に係る発明は、請求項1の蓄電池の状態判定方法において、前記車両の走行速度が所定速度以下となった場合に前記可否判定を行うことを特徴とするものである。
【0014】
さらに、本発明の請求項3に係る発明は、請求項1もしくは2の蓄電池の状態判定方法において、前記可否判定におけるパルス放電もしくはパルス充電時の蓄電池電圧の変化の絶対値(|ΔV|)を前記パルス放電もしくはパルス充電時による放電電流もしくは充電電流の変化(ΔI)の絶対値(|ΔI|)で除することによって得られる蓄電池の内部抵抗(R)によって前記可否判定を行うことを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明の請求項4に係る発明は、請求項1、2もしくは3の蓄電池の状態判定方法において、蓄電池の充電状態(SOC)を検出する手段を備え、前記SOC値に基いて前記可否判定を行うことを特徴とするものである。
【0017】
さらに、本発明の請求項5に係る発明は、請求項1〜4の蓄電池の状態判定方法において、蓄電池のSOCが制御されるSOC領域内の上限近傍にある場合の否判定の回数(NU)に応じて蓄電池の寿命を判定することを特徴とするものである。
【0018】
そして、本発明の請求項6に係る発明は、請求項5の蓄電池の状態判定方法において、前記回数(NU)と前記蓄電池のSOCが制御されるSOC領域内の下限近傍にある場合の否判定の回数(NL)を計測し、これら回数とそれぞれの回数の寿命に対する寄与度に応じて蓄電池の寿命を判定することを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
なお、本発明を適用する車両用の蓄電池はSOCが95%〜50%程度のPSOCで制御され、車両停止時にエンジンを停止し、車両発車時には蓄電池から電力供給を受けたセルモーターによってエンジンを再始動するよう制御される。
【0021】
図1は、本発明に示すアイドルストップ車両における蓄電池の劣化判定方法のフローを示す図である。エンジンを始動することによる車両運行のスタート(ステップS1)後、ステップS2で車速判定が行われ、車速が0である場合にはステップS3で蓄電池に対するパルス充電が行われる。
【0022】
図2はこのステップS3のパルス充電時の蓄電池電圧(V)および蓄電池電流(I)の推移の一例を示す図である。車両走行時にはその走行条件や各種補機類をはじめとする電気的負荷の動作状況に応じて蓄電池に流れる蓄電池電流(I)は充電側(図2中、(+)側)あるいは放電側(図2中、(−)側)に変化する。
【0023】
図1のステップS3では充電電流I0で所定時間パルス充電を行う。このパルス充電によって発生する蓄電池電流(I)の変化の絶対値(|ΔI|)とこれによる蓄電池電圧(V)の変化の絶対値(|ΔV|)を計測する。その後、このΔVをΔIで除することによって蓄電池の直流抵抗(R)を算出する。なお、ΔVとΔIはこれらの比率とする直流抵抗(R)値を正の数とするために必要に応じていずれか一方もしくは両方の絶対値を採用すれば良い。
【0024】
次のステップS4ではこの直流抵抗(R)値と判別値(R0)とが比較される。直流抵抗(R)が判別値(R0)以下の場合(R≦R0)には蓄電池の状態がアイドルストップ後のエンジン再始動が不能となるまでの劣化に至っていないと判別し、次のステップS5でエンジンをアイドルストップさせる。
【0025】
逆にステップS4において直流抵抗(R)値が判別値(R0)を越えて大きくなった場合(R>R0)、蓄電池の状態がアイドルストップ後のエンジン再始動が不能な状態に至っていると判別し、エンジンのアイドルストップをキャンセルするよう制御する。
【0026】
このような本発明のアイドルストップ直前にその可否判定を行う蓄電池の状態判定方法によればアイドルストップ後のエンジン再始動が可能か不可能かを予測し、不可能である場合にはアイドルストップをキャンセルすることにより、アイドルストップ後のエンジン再始動不能という不具合の発生を抑制することができる。
【0027】
なお、本実施の形態においてはステップS3において蓄電池にパルス充電を行うが、このパルス充電に変えてパルス放電を行うこともできる。また、図4に示したようにこれらのパルス充電とパルス放電で構成されるパルス充放電サイクルとを所定回数繰返して行い、最終のパルス充電もしくはパルス放電時のΔVとΔIから直流抵抗(R)を求めることができる。この場合には直流抵抗(R)測定直前の充放電履歴を一定とできるので、パルス充放電サイクル以前に行われた充放電履歴が直流抵抗(R)の測定値に及ぼす影響をより小さくすることができ、より精度の高い状態判別が可能となる。
【0028】
さらに、アイドルストップ可否判定のパラメータとして用いる直流抵抗(R)の判別値(R0)を蓄電池のSOCおよび温度によって変化させれば可否判定の精度をより高めることができる。なお、この場合における蓄電池のSOCは蓄電池の種類に応じ、適切な方法を選択する。例えば鉛蓄電池においては充電時における充電電圧と電流値、あるいは放電時における放電電圧と電流値からSOCを推定したり、特許文献1に示されたような蓄電池の開路電圧(OCV)からSOCを推定する。また、充放電電流値を積算してSOCを直接求めることも可能である。
【0029】
また、図1に示した状態判別のフローに図3に示した状態判別フローを採用することができる。このフローは図1のフローに車速判定(ステップS1−1)と車両の加速度判定(ステップS1−2)を追加するとともに、車速0、すなわち、車両が停止したことを検知するステップS6をアイドルストップ可否判定(ステップS4)後に行うものである。
【0030】
この図3に示した状態判別フローではステップS1−1とステップS1−2により車速が所定速度(V0)以下、かつ車両が減速状態(加速度<0)である場合に車両が停止することを予測し、予めアイドルストップ可否判定(S4)を行うものである。そして車速0を検知し(ステップS6)、すみやかにアイドルストップ(S7)へと以降することができる。なお、図3に示したフローにおいてはステップS1−2を省略することも可能である。
【0031】
本発明にかかる蓄電池の状態判別方法において、特にパルス充電電流値や充電時間の例を示していないが、蓄電池の容量に応じて、精度良く検出できるΔV値が得られる充電(放電)電流値を選択すれば良い。また、時間についてはアイドルストップ判定に要する時間は短い程よく、また、直流抵抗判定の観点からΔV値を安定して測定できるための時間を確保する観点では長くすれば良いことから、その時間はこれらのトレードオフにより数10mSから数Sの範囲で決定すれば良い。
【0032】
また、本発明の蓄電池の状態判別方法では蓄電池電圧はその原理上、蓄電池の公称電圧を例えば12Vといったある特定値に限ることなく、例えば36V等の他の任意の公称電圧の蓄電池に適用できる。
【0033】
さらに本発明において、アイドルストップの否判定の回数に応じて車両の使用者に蓄電池の交換を喚起する表示を行うことにより、アイドルストップキャンセルによる車両の燃費低下と蓄電池の劣化によるエンジン始動不能という事態を未然に防ぐことができる。
【0034】
特に蓄電池のSOCが制御されるSOC領域の上限近傍である場合にアイドルストップの否判定が出た回数(NU)と前記SOC領域の下限近傍でアイドルストップの否判定が出た回数(NL)とを区分して計測し、それぞれに寄与度(PU、PL)を定め、この寄与度に応じ、例えば下式(1)により求めた指数Nが所定値に到達した時点で蓄電池の寿命告知を行う。
【0035】
N=PU×NU+PL×NL 式(1)
ここでSOCが高い領域での否判定はSOCが低い領域での否判定に比較し、蓄電池寿命をより反映しているため、PU>PLと設定することにより正確な寿命告知が可能となる。
【0036】
【発明の効果】
以上、説明してきたように本発明の構成によれば、アイドルストップ機能を備えた車両用の蓄電池において、車両停止時にアイドルストップする場合、蓄電池がアイドルストップ後のエンジン再始動に適した状態にあるかどうかを判定し、それに基いてアイドルストップの可否判定を精度よく行える。そしてアイドルストップ後のエンジンの再始動に問題がある場合には、アイドリングストップをキャンセルすることによって、交通安全上の障害を未然に防止することが可能となる。また、劣化の程度が進行し、アイドリングストップに適さなくなった鉛蓄電池の交換時期を明らかにすることもできることから工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における蓄電池の状態判別フローを示す図
【図2】本発明の実施の形態における蓄電池の電圧と電流の経時変化の例を示す図
【図3】本発明の実施の形態のいける蓄電池の他の状態判別フローを示す図
【図4】本発明の実施の形態における蓄電池の電圧と電流の経時変化の他の例を示す図
Claims (6)
- 車両が停車中のアイドルストップ、すなわちエンジンの停止を行なうアイドルストップ車両において、このアイドルストップ後のエンジン再始動時に電力を供給する蓄電池の状態判定方法において、前記蓄電池にパルス状の放電あるいは充電、もしくは放電と充電の組み合わせのいずれかを行ない、その際の蓄電池電圧の挙動からアイドルストップを行なっても良いかどうかの可否判定を行なうとともに、前記可否判定において否判定の回数に応じて蓄電池の寿命を判定することを特徴とする蓄電池の状態判定方法。
- 前記車両の走行速度が所定速度以下となった場合に前記可否判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の蓄電池の状態判定方法。
- 前記可否判定におけるパルス放電もしくはパルス充電時の蓄電池電圧の変化の絶対値(|ΔV|)を前記パルス放電もしくはパルス充電時による放電電流もしくは充電電流の変化(ΔI)の絶対値(|ΔI|)で除することによって得られる蓄電池の内部抵抗(R)によって前記可否判定を行うことを特徴とする請求項1もしくは2に記載の蓄電池の状態判定方法。
- 蓄電池の充電状態(SOC)を検出する手段を備え、前記SOC値に基いて前記可否判定を行うことを特徴とする請求項1、2もしくは3に記載の蓄電池の状態判定方法。
- 蓄電池のSOCが制御されるSOC領域内の上限近傍にある場合の否判定の回数(NU)に応じて蓄電池の寿命を判定する請求項1〜4に記載の蓄電池の状態判定方法。
- 前記回数(NU)と前記蓄電池のSOCが制御されるSOC領域内の下限近傍にある場合の否判定の回数(NL)を計測し、これら回数とそれぞれの回数の寿命に対する寄与度に応じて蓄電池の寿命を判定する請求項5に記載の蓄電池の状態判定方法。
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