JP4379822B2 - 二次電池の劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動手段と二次電池とを備えた車両に設けられる二次電池の劣化判定装置に関する。

バッテリの温度が設定値よりも高いとき、バッテリの劣化度を判定する判定装置を備えた電気自動車がある。

特開平９−９８５０３号公報

上記従来の判定装置では、バッテリの温度が設定値以下となる場合には、バッテリの内部抵抗が上昇して、実際にはバッテリが劣化していなくても劣化判定条件が満たされてしまうため、バッテリの劣化判定が行われない。すなわち、バッテリが低温状態となる冬季には、バッテリの劣化判定を行うことができない。

そこで、本発明は、バッテリが低温状態となる冬季であってもバッテリの劣化判定を的確に行うことが可能な劣化判定装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の劣化判定装置は、電動手段と二次電池とを備えた車両に設けられ、この二次電池の劣化度を判定する。電動手段は、二次電池からの電力供給を受けて駆動回転する駆動状態に設定可能である。

始動検出手段は、車両の状態が停止から始動開始へ変わったことを車両の始動として検出する。制御手段は、始動検出手段が車両の始動を検出したとき、駆動状態を生起する。内部抵抗検出手段は、制御手段が駆動状態を生起したとき、二次電池の内部抵抗を検出する。二次電池温度検出手段は、二次電池の外面温度を検出する。記憶手段には、二次電池の劣化度と外面温度と内部抵抗との相関関係が予め記憶されている。劣化判定手段は、内部抵抗検出手段が検出した内部抵抗と二次電池温度検出手段が検出した外面温度と記憶手段に記憶された相関関係とを用いて二次電池の劣化度を求め、求めた劣化度が予め設定された所定範囲から外れている場合に前記二次電池が劣化していると判定する。

また、本発明の第２の態様の劣化判定装置は、エンジンと発電手段と電動手段と二次電池とを備えた車両に設けられ、この二次電池の劣化度を判定する。発電手段は、エンジンからの駆動回転力を受けて発電し、二次電池に蓄電する回生状態に設定可能である。電動手段は、二次電池からの電力供給を受けて駆動回転する駆動状態に設定可能である。

劣化判定装置は、始動検出手段と制御手段と内部抵抗検出手段と二次電池温度検出手段と劣化判定手段と記憶手段とを備える。

始動検出手段は、エンジンの始動を検出する。制御手段は、始動検出手段がエンジンの始動を検出したとき、回生状態又は駆動状態を生起する。内部抵抗検出手段は、制御手段が回生状態又は駆動状態を生起したとき、二次電池の内部抵抗を検出する。二次電池温度検出手段は、二次電池の外面温度を検出する。記憶手段には、二次電池の劣化度と外面温度と内部抵抗との相関関係が予め記憶されている。劣化判定手段は、内部抵抗検出手段が検出した内部抵抗と二次電池温度検出手段が検出した外面温度と記憶手段に記憶された相関関係とを用いて、二次電池の劣化度を求め、求めた劣化度が予め設定された所定範囲から外れている場合に前記二次電池が劣化していると判定する。

また、劣化判定手段は、二次電池の内部抵抗と環境温度と劣化度との関係が予め設定され記憶されたマップやテーブルと、内部抵抗検出手段が検出した温度及び二次電池温度検出手段が検出した環境温度とを照合し、二次電池の劣化度を判定してもよい。

上記構成では、車両（エンジン）を所定時間（例えば一晩）以上停止した後に始動すると、車両（エンジン）の始動時には、二次電池の内部温度と環境温度との温度差が極めて小さい状態となり、このように二次電池の内部温度と環境温度との温度差が極めて小さい状態下で、内部抵抗検出手段が検出した内部抵抗と二次電池温度検出手段が検出した環境温度とに基づいて、二次電池の劣化度が判定される。

ここで、二次電池の内部温度を直接測定することは困難であり、二次電池の内部温度と環境温度とは必ずしも一致しないため、例えば二次電池の環境温度が低くなる状況下（例えば冬季）の車両走行時には、二次電池の内部温度と環境温度とが大きく相違する可能性が高く、環境温度と内部抵抗との関係によって的確に劣化判定を行うことができない。

この点に関し、本発明では、二次電池の内部温度と環境温度との温度差が極めて小さくなる車両（エンジン）の始動時に限定して、二次電池の環境温度と内部抵抗とに基づいて劣化判定を行っているので、二次電池の環境温度が低い冬季であっても、二次電池の劣化判定を的確に行うことができる。

また、上記劣化判定手段は、上記劣化度に応じて上記二次電池が劣化しているか否かを判定してもよく、上記劣化判定装置は、上記二次電池が劣化していると上記劣化判定手段が判定したとき、これを乗員に報知する報知手段を備えてもよい。

本発明によれば、二次電池が低温状態となる冬季であっても二次電池の劣化判定を的確に行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態のハイブリッド車両を模式的に示すブロック構成図である。

図１に示すように、ハイブリッド車両１は、エンジン３と、トランスミッション５と、モータジェネレータ（発電手段、電動手段）７と、バッテリ（二次電池）９と、エンジン制御装置（Engine Electric Control Unit）１１と、トランスミッション制御装置（Transmission Electric Control Unit）１３と、ハイブリッド制御装置（Hybrid Electric Control Unit、制御手段、劣化判定手段）１５と、モータジェネレータ・インバータ（Ｍ／Ｇインバータ）１７と、表示装置（報知手段）１９とを備える。

エンジン３の出力軸は、湿式多板のクラッチ２１を介してトランスミッション５の入力軸に連結され、トランスミッション５の出力軸は、プロペラシャフト２３、差動装置２５及びリヤアクスル２７を介して左右の後輪（駆動輪）２９に連結されている。モータジェネレータ７の回転軸は、ギヤ３１及びクラッチ３３を介してトランスミッション５の出力軸に連結されている。

モータジェネレータ７は、トランスミッション５の出力軸に連動して従動回転して発電する回生状態と、バッテリ９からの電力供給を受けて駆動回転する駆動状態と、停止状態とに選択的に設定される。駆動状態は、連結駆動状態と非連結駆動状態とを含む。回生状態及び連結駆動状態では、クラッチ３３が連結されて、モータジェネレータ７がトランスミッション５の出力軸と連動する。一方、停止状態及び非連結駆動状態では、クラッチ３３が切断されて、モータジェネレータ７とトランスミッション５の出力軸とが連動しない。すなわち、モータジェネレータ７は、発電手段及び電動手段の双方として機能する。なお、モータジェネレータ７に代えて、発電機（発電手段）とモータ（電動手段）とを別々に設けてもよい。

バッテリ９は、回生状態のモータジェネレータ７が生起した電力をＭ／Ｇインバータ１７を介して蓄電するとともに、駆動状態のモータジェネレータ７にＭ／Ｇインバータ１７を介して電力を供給する。

バッテリ９の外面上には、バッテリ９の環境温度を検出してハイブリッド制御装置１５へ出力するバッテリ温度センサ（二次電池温度検出手段）５５が設けられている。

Ｍ／Ｇインバータ１７には、バッテリ９に入出力する電流値を検出してバッテリ９の内部抵抗を検出するバッテリ内部抵抗検出部（内部抵抗検出手段）５７が設けられている。バッテリ内部抵抗検出部５７は、検出したバッテリ９の内部抵抗をハイブリッド制御装置１５へ出力する。

表示装置１９は、運転席に着座した運転者から視認可能なインストルメントパネル（図示省略）に配置されるバッテリ劣化警告灯を有し、ハイブリッド制御装置１５からの表示制御信号を受けてバッテリ劣化警告灯を点灯する。

エンジン制御装置１１には、車両１の速度を検出する車速センサ３５からの車速信号と、アクセルペダルの操作（踏み込み）を検出するアクセルセンサ３７からのアクセル操作信号とが入力する。エンジン制御装置１１は、車速信号とアクセル操作信号とハイブリッド制御装置１５からの制御信号とに基づいて、エンジン３の燃料噴射装置３９の開度を制御し、エンジン３への燃料の供給量を調整する。また、エンジン制御装置１１は、車速信号とアクセル操作信号とを、ハイブリッド制御装置１５へ送信する。

トランスミッション制御装置１３には、車速センサ３５からの車速信号と、エンジン３の回転速度を検出する回転速度センサ（図示省略）からのエンジン回転速度信号とが入力する。トランスミッション制御装置１３は、車速信号とエンジン回転速度信号とに基づき、予め記憶されたマップ又はテーブルから最適なギヤ段を選択し、トランスミッション５のシフトアクチュエータ４１とクラッチ２１とを制御して、トランスミッション５を最適なギヤ段に設定してエンジン３と連結する。

ハイブリッド制御装置１５には、上記車速信号やアクセル操作信号の他、キースイッチ（又はイグニッションスイッチ）４５からのＯＮ／ＯＦＦ信号やモータジェネレータ７の発電量を検知する発電量検知部４３からの発電量情報を含む車両情報が入力する。ハイブリッド制御装置１５は、入力された車両情報に基づいて、エンジン制御装置１１や、エンジン３のスタータ４７や、トランスミッション制御装置１３や、クラッチ３３や、Ｍ／Ｇインバータ１７のモータ制御装置（Motor Electric Control Unit）４９や、バッテリ９のバッテリ制御装置（Battery Electric Control Unit）５１に制御信号を出力し、車両１の走行状態に応じて駆動制御処理を実行し、モータジェネレータ７の状態を適宜切り換える。具体的には、ハイブリッド制御装置１５は、キースイッチ４５からＯＮ信号を受信すると、エンジン制御装置１１及びエンジン３のスタータ４７に制御信号を出力して、エンジン３を始動させる。すなわち、キースイッチ４５は、車両１（エンジン３）の始動を検出する始動検出手段を構成する。

また、ハイブリッド制御装置１５は、キースイッチ４５から受信する信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に変わると、エンジン３の始動時と判定し、バッテリ劣化判定処理を実行する。このバッテリ劣化判定処理では、モータジェネレータ７及びクラッチ３３を上記非連結駆動状態に設定する。これにより、モータジェネレータ７は、クラッチ３３が切断された状態で、バッテリ９からの電力供給を受けて空転状態で回転する。次に、バッテリ温度センサ５５からバッテリ９の環境温度を取得し、バッテリ内部抵抗検出部５７からバッテリ９の内部抵抗を取得する。次に、予め設定されたバッテリ９の劣化度と環境温度と内部抵抗との相関関係に基づき、取得した環境温度及びバッテリ内部抵抗に対応する劣化度を求め、劣化度が所定の範囲から外れている場合、バッテリ９が劣化していると判定し、表示装置１９に対してバッテリ劣化警告灯の点灯指示信号を出力する。なお、バッテリ９の劣化度と環境温度と内部抵抗との相関関係は、マップ又はテーブルとして、ハイブリッド制御装置１５の内部メモリなどの記憶部に予め記憶されている。

以下、発進時・加速時と、定速走行時と、減速時とのそれぞれにおいて、ハイブリッド制御装置１５が実行する駆動制御処理を説明する。

[発進時・加速時]
エンジン３に高負荷がかかる車両１の発進時や加速時には、モータジェネレータ７及びクラッチ２２を連結駆動状態に設定し、エンジン３とモータジェネレータ７とによって駆動輪２９を回転駆動させる。これにより、エンジン３の負荷が軽減される。モータジェネレータ７によるトルクアシスト量は、排ガスや燃費が最適となるように制御される。このようなトルクアシストによって、トランスミッション５が早期にシフトアップを行うため、燃費が向上する。なお、本実施形態では、車速信号が示す車速の上昇率（車両１の加速度）が大きく、且つアクセル操作信号がアクセルペダルの操作を示しているとき、車両１の発進時又は加速時と判断するが、例えば、アクセルペダルの踏み込み方向への変動速度が所定速度よりも速い場合に発進時又は加速時と判断するなど、他の方法によって車両１が発進時又は加速時であるか否かを判定してもよい。さらに、車両１がＧＰＳ情報の受信機能を有する場合、車速センサ３５を設けず、車両１の位置情報から車両１の車速を算出してもよい。

[定速走行時]
車両１の定速走行時には、モータジェネレータ７及びクラッチ３３を停止状態に設定し、エンジン３によってのみ駆動輪２９を回転駆動させる。これにより、走行状態に応じた最適なギヤ段で車両１が走行し、燃費が向上する。また、モータジェネレータ７が駆動系から切り離されているので、モータフリクションや磁界によってエネルギが無駄に消費されてしまうことがない。本実施形態では、車速信号が示す車速がゼロではなく且つその変動率（車両１の加速度）が所定の範囲内であるとき、車両１の定速走行時と判断するが、例えば、アクセルペダルの踏み込み方向又は踏み込み解除方向への変動速度が所定速度よりも遅い場合に定速走行時と判断するなど、他の方法によって車両１が定速走行時であるか否かを判定してもよい。

[減速時]
車両１の減速時には、モータジェネレータ７及びクラッチ３３を回生状態に設定し、トランスミッション５の出力軸の回転をクラッチ３３及びギヤ３１を介してモータジェネレータ７に伝達し、モータジェネレータ７が発電した電力を回生エネルギとしてＭ／Ｇインバータ１７を介してバッテリ９に蓄電する。この減速時には、クラッチ２１によってエンジン３とトランスミッション５とを切り離す。これにより、モータジェネレータ７にプロペラシャフト２３の回転が無駄なく伝達され、回生エネルギを効率よく発生させて回収することができる。また、停車直前のエンジンアイドル回転以下の車速やエンジンブレーキ相当の緩減速での走行であっても、回生エネルギを得ることができる。本実施形態では、車速信号が示す車速がゼロではなく且つアクセル操作信号がアクセルペダルの非操作（操作解除）を示しているとき、車両１の減速時と判断するが、他の方法によって車両１が減速時であるか否かを判定してもよい。

次に、ハイブリッド制御装置１５が実行するバッテリ劣化判定処理について、図２に基づいて説明する。図２はハイブリッド制御装置が実行するバッテリ劣化判定処理のフローチャートである。ハイブリッド制御装置１５は、エンジン３の始動によって本処理を開始し、エンジン３が停止するまで所定時間毎に本処理を繰り返して実行する。

図２に示すように、本処理を開始すると、まずエンジン３の始動時か否かを判定する。具体的には、キースイッチ４５から受信する信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に変わったとき、エンジン３の始動時と判定する。なお、キースイッチ４５から受信する信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に変わったか否かの判定は、例えばハイブリッド制御装置１５の内部メモリなどの記憶部に、キースイッチ４５から受信する信号のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じてＯＮ／ＯＦＦするキースイッチ信号フラグを設定し、キースイッチ信号フラグがＯＦＦ状態のときにキースイッチ４５からＯＮ信号を受信したときに、キースイッチ４５から受信する信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に変わったと判定すればよい。

エンジン３の始動時と判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、モータジェネレータ７及びクラッチ３３を非連結駆動状態に設定する（ステップＳ２）。これにより、モータジェネレータ７は、クラッチ３３が切断された状態で、バッテリ９からの電力供給を受けて空転状態で回転する。

次に、バッテリ温度センサ５５からバッテリ９の環境温度を取得し、バッテリ内部抵抗検出部５７からバッテリ９の内部抵抗を取得する（ステップＳ３）。

次に、予め設定されたバッテリ９の劣化度と環境温度と内部抵抗との相関関係を記憶部から読み出し、読み出した相関関係に基づき、取得した環境温度及びバッテリ内部抵抗に対応する劣化度を求め、劣化度が所定範囲から外れているか否かを判定し（ステップＳ４）、外れている場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、バッテリ９が劣化していると判定し、表示装置１９に対してバッテリ劣化警告灯の点灯指示信号を出力する（ステップＳ５）。

一方、劣化度が所定範囲内である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、バッテリ９がまだ劣化していないと判定し、ステップＳ５の処理を実行せず、本処理を終了する。

また、ステップＳ１においてエンジン３の始動時ではないと判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ２以降の処理を実行せず、本処理を終了する。

次に、本実施形態のバッテリ劣化判定処理において、エンジン３の始動時に限定してその処理を実行する理由について説明する。

一般に、バッテリ９の内部抵抗と内部温度と劣化度とは所定の関係を有するため、これらの相関関係を予め求めておけば、バッテリ９の内部抵抗と内部温度とから劣化度を得ることができる。また、実際には、バッテリ９の内部温度を直接測定することは困難であるため、バッテリ９の内部温度に代えて、バッテリ９の環境温度と内部抵抗との相関関係を予め求めておき、バッテリ９の内部抵抗と環境温度とから劣化度を得ている。

しかし、バッテリ９の内部温度と環境温度とは必ずしも一致しない。このため、例えばバッテリ９の環境温度が低くなる状況下（例えば冬季）の車両走行時には、バッテリ９の内部温度と環境温度とが大きく相違する可能性が高く、環境温度と内部抵抗との関係によってバッテリ９の劣化判定を行うことができない。

ここで、例えばエンジン３を所定時間（例えば一晩）以上停止した後に始動すると、エンジン３の始動時には、バッテリ９の内部温度と環境温度（外面温度）との温度差が極めて小さい状態となる。本実施形態では、このようにバッテリ９の内部温度と環境温度との温度差が極めて小さい状態となり得るエンジン３の始動時に限定して、バッテリ内部抵抗検出部５７が検出した内部抵抗とバッテリ温度センサ５５が検出した環境温度とに基づいて劣化判定を行っているので、環境温度が低い冬季であっても、バッテリ９の劣化判定を的確に行うことができる。

なお、本実施形態のバッテリ劣化判定処理では、モータジェネレータ７及びクラッチ３３を非連結駆動状態に設定したが、これに代えて、モータジェネレータ７及びクラッチ３３を回生状態に設定してもよい。この場合、エンジン３の駆動が駆動輪２９に伝達されないように、バッテリ劣化判定処理ではトランスミッション５のギア段をニュートラルに設定したり、トランスミッション５の出力軸とプロペラシャフト２３との間にクラッチを設け、バッテリ劣化判定処理ではこのクラッチを切断すればよい。

また、本実施形態では、ハイブリッド車両１について説明したが、バッテリが駆動源として搭載された電気自動車に上記バッテリ判定処理を適用してもよい。

本発明の一実施形態のハイブリッド車両を模式的に示すブロック構成図である。 バッテリ劣化判定処理のフローチャートである。

符号の説明

１：ハイブリッド車両
３：エンジン
５：トランスミッション
７：モータジェネレータ（発電手段、電動手段）
９：：バッテリ（二次電池）
１５：ハイブリッド制御装置（制御手段、劣化判定手段）
１９：表示装置
２９：後輪（駆動輪）
４５：キースイッチ（始動検出手段）
５５：バッテリ温度センサ（二次電池温度検出手段）
５７：バッテリ内部抵抗検出部（内部抵抗検出手段）

Claims (1)

1. 二次電池と、この二次電池からの電力供給を受けて駆動回転する駆動状態に設定可能な電動手段と、を備えた車両に設けられる前記二次電池の劣化判定装置であって、
   前記車両の状態が停止から始動開始へ変わったことを前記車両の始動として検出する始動検出手段と、
   前記始動検出手段が前記車両の始動を検出したとき、前記駆動状態を生起する制御手段と、
   前記制御手段が前記駆動状態を生起したとき、前記二次電池の内部抵抗を検出する内部抵抗検出手段と、
   前記二次電池の外面温度を検出する二次電池温度検出手段と、
   前記二次電池の劣化度と外面温度と内部抵抗との相関関係が予め記憶された記憶手段と、
   前記内部抵抗検出手段が検出した内部抵抗と前記二次電池温度検出手段が検出した外面温度と前記記憶手段に記憶された相関関係とを用いて前記二次電池の劣化度を求め、求めた劣化度が予め設定された所定範囲から外れている場合に前記二次電池が劣化していると判定する劣化判定手段と、を備えた
   ことを特徴とする二次電池の劣化判定装置。

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