JP4466734B2 - バッテリ液の温度推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリの近傍に配置した温度センサにより検知された温度に基づいて、バッテリ液の温度を推定する方法に関する。

車両に搭載される例えば鉛蓄電池のようなバッテリ（二次電池）について、車両が走行している間にオルタネータにより発電された電力で充電を行うには、バッテリの温度を検出し、その検出温度に応じて充電電圧が最適となるように調整するのが望ましい。例えば特許文献１では、エンジン温度や周囲温度を検出し、付加的にエンジン停止中の日照持続時間や強度をコンピュータにより算出して、バッテリ温度を推定する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、検出パラメータが多く、推定方式が複雑になるという問題がある。
特表２００１−５２６８２７号公報

バッテリの温度は、実質的にバッテリの内部を満たしているバッテリ液（電解液）の温度であるから、バッテリ液の温度を検出すれば良い。しかしながら、バッテリ液は、希硫酸等の強酸性の液体であるため、液中に温度センサを直接投入して温度を検出することが困難であり、代替的にバッテリ近傍の温度を検出し、その検出温度に基づいてバッテリ液−バッテリの温度を間接的に推定することが行われている。
例えば、一般的な温度推定式を用いると、
Ｔ（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘ−１）Ｔ（ｎ−１）｝／Ｘ
となる。ここで、ｎ：エンジン始動号のサンプリング回数，Ｔ（ｎ）：ｎ番目の推定温度，ｔ（ｎ）：ｎ番目の温度センサ出力，Ｘ：推定定数，である。推定定数Ｘは、実際に推定を行った結果に基づき、誤差が最小となるように決定される。

図１２は、上記推定式を用いてバッテリ温度を推定した結果の一例を示すものであるが、最大温度誤差は１１．５℃となり、良好な推定であるとは言えない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高精度で推定を行うことができるバッテリ液の温度推定方法を提供することにある。

請求項１記載のバッテリ液の温度推定方法によれば、前回の推定結果Ｔ（ｎ−１）と、今回の推定に使用する検出温度ｔ（ｎ）とを比較し、検出温度ｔ（ｎ）が上昇した場合と下降した場合とで、推定定数Ｘを異なる値に設定して推定を行う。即ち、バッテリ液の温度は上昇し易く下降し難いという性質があるので、推定式に使用する推定定数Ｘを温度が上昇する場合と下降する場合とで夫々最適な値に設定して計算すれば、推定をより正確に行うことができる。

そして、推定式に、
Ｔ（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘ−１）Ｔ（ｎ−１）｝／Ｘ
を用い、推定定数Ｘは、温度センサにより直接測定した結果と、上記推定式による推定結果との誤差が最小となる値を、検出温度の上昇時と下降時とでそれぞれ選択したものとする。即ち、前回の推定結果Ｔ（ｎ−１）と、今回の推定に使用する検出温度ｔ（ｎ）とを、推定定数Ｘを用いて平均化するようにして今回の推定結果Ｔ（ｎ）を得る推定式において、推定定数Ｘを温度上昇時と下降時とで夫々最適な値に設定することで、推定を正確に行うことができる。

請求項２記載のバッテリ液の温度推定方法によれば、車両のエンジン停止中においても温度センサにより温度ｔ（ｎ）を周期的に検出する。そして、エンジンが停止する直前に推定された温度Ｔｅを初期値として、エンジン停止中の推定温度Ｔ’を、推定定数Ｘstを用いた推定式で推定して、エンジンが始動した時点での推定温度の初期値Ｔ（０）を決定する。

即ち、推定式を用いてエンジン始動中のバッテリ液温度を推定するには最初に初期値Ｔ（０）を設定する必要があり、その初期値Ｔ（０）は、エンジンが停止している間のバッテリ液温度を推定して得ることになる。エンジン停止後のバッテリ液温度は、停止直後は一時的に上昇するがその後は長い時間をかけて低下し、始動中の場合に比較して上昇，下降を頻繁に繰り返すことはない。従って、エンジン停止中の推定温度Ｔ’を共通の推定定数Ｘstを用いた推定式により推定しても、エンジンが始動した時点で使用する初期値を概ね適切に得ることができる。

請求項３記載のバッテリ液の温度推定方法によれば、温度センサを、バッテリの内部においてバッテリ液に接しない状態で配置する。具体的には、例えば請求項４のように、バッテリの内部に形成したセンサ保持部に温度センサを配置する。このようにすれば、センサ保持部により温度センサとバッテリ液とを隔てた状態で、実際のバッテリ液の温度に近い温度を検出することができ、推定精度を更に向上させることが可能となる。

また、請求項５記載のバッテリ液の温度推定方法によれば、温度センサを、耐食性を有する材料で形成される保護部材の内部に挿入して、その保護部材をバッテリ液に浸す位置に配置する。したがって、検出温度をより実際のバッテリ液の温度に近付けることができる。

請求項６記載のバッテリ液の温度推定方法によれば、耐食性を有する金属部材の一端側をバッテリ内部のバッテリ液に浸し、他端側はバッテリの外部に導出させる。そして、金属部材の他端側に温度センサを取り付ける。この場合、金属部材の温度は、バッテリ液の温度に近い状態になるため、やはり実際のバッテリ液の温度に近い値を検出することができる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図６を参照して説明する。図１は、車両のエンジン（Ｅ／Ｇ）が始動した場合に行うバッテリ液の温度推定方法を示すフローチャートである。推定式は、一般的に使用されている
Ｔ（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘ−１）Ｔ（ｎ−１）｝／Ｘ …（０）
を用いる。即ち、
ｎ：車両のエンジン始動後に行なう温度ｔのサンプリング回数
ｔ（ｎ）：温度センサにより検出されるバッテリ近傍の温度
Ｔ（ｎ）：ｎ番目の推定温度，Ｘ：推定定数
である。尚、図１に示す処理は、例えば、車両のエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）などによって実行される。

そして、本実施例では、推定定数Ｘを、バッテリ液の温度が上昇している場合はＸin，バッテリ液の温度が下降している場合はＸdeとして、それぞれ異なる値を設定して推定を行う点が特徴である。

また、図６は、バッテリに対する温度センサの取り付け位置を示す。バッテリ１は例えば鉛蓄電池であり、ケース２の内部には希硫酸などのバッテリ液３が満たされている。ケース２の上部にはカバー４が配置されており、そのカバー４には端子５，６が配置されている。端子５，６は、バッテリ１の内部においてバッテリ液３に浸されている正，負の電極（図示せず）に接続されている。そして、端子６側には電流センサ７と共に温度センサ８が配置されている。これらのセンサ７，８は、例えば樹脂製のホルダ２０の内部に配置されており、そのホルダ２０が端子６に取り付けられている。この場合、温度センサ８は、バッテリ１近傍の温度としてエンジンルームの雰囲気温度を測定しているとみなすことができる。

図５は、期間（１）でアイドリングを５分行い、期間（２）で７０ｋｍ／ｈの定速走行を５分行なうことを交互に繰り返した場合に、温度センサ８により検出されるエンジンルームの雰囲気温度変化とバッテリ液３の温度を別の温度センサにより直接測定した結果とを示す。この図５から、バッテリ液３の温度は平均的には上昇しており、上昇し易く下降し難い傾向を示していることが判る。この特性に応じて、上述のように推定定数Ｘを、温度上昇時はＸin，温度下降時はＸdeとして異なる値を設定する。

図１において、先ず、エンジンが始動した時点での初期値Ｔ（０）を算出（この詳細については後述する）すると（ステップＳ１）、最初の温度ｔ（１）を温度センサ８により測定する（ステップＳ２）。次に、温度ｔ（１）と初期値Ｔ（０）とを比較し（ステップＳ３）、ｔ（１）＞Ｔ（０）であれば（ＹＥＳ）温度上昇時の推定定数Ｘinを使用して推定温度Ｔ（１）を計算する（ステップＳ４）。即ち（１）式
Ｔ（１）＝｛ｔ（１）＋（Ｘin−１）Ｔ（０）｝／Ｘin …（１）
により計算を行なう。

一方、ステップＳ３において、ｔ（１）≦Ｔ（０）であれば（ＮＯ）温度下降時の推定定数Ｘdeを使用して推定温度Ｔ（１）を計算する（ステップＳ５）。即ち（２）式
Ｔ（１）＝｛ｔ（１）＋（Ｘde−１）Ｔ（０）｝／Ｘde …（２）
により計算を行なう。

ステップＳ４，Ｓ５の何れかにより最初の推定温度Ｔ（１）を得ると、以降のステップ
Ｓ６〜Ｓ９は、所定のサンプリング間隔（例えば数秒〜十数秒程度）が経過する毎にステップＳ２〜Ｓ５と同様の処理を行う。即ち、次の温度ｔ（ｎ）を温度センサ８により測定すると（ステップＳ６）、温度ｔ（ｎ）と前回の推定結果Ｔ（ｎ−１）とを比較し（ステップＳ７）、ｔ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）であれば（ＹＥＳ）温度上昇時の推定定数Ｘinを使用して推定温度Ｔ（１）を計算する（ステップＳ８）。即ち（３）式
Ｔ（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘin−１）Ｔ（ｎ−１）｝／Ｘin …（３）
により計算を行なう。

一方、ステップＳ７において、ｔ（ｎ）≦Ｔ（ｎ−１）であれば（ＮＯ）温度下降時の推定定数Ｘdeを使用して推定温度Ｔ（ｎ）を計算する（ステップＳ９）。即ち（４）式
Ｔ（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘde−１）Ｔ（ｎ−１）｝／Ｘde …（４）
により計算を行なう。そして、エンジンが停止するまでの間は（ステップＳ１０：ＮＯ）ステップＳ６に戻って上記の処理を繰り返し実行する。

次に、ステップＳ１における初期値Ｔ（０）の決定について図２を参照して説明する。図２は、エンジンが停止した時点からのバッテリ液３の温度変化（破線）を示す。バッテリ液３の温度は、エンジン停止直後から一時的に上昇し、その後は長い時間に亘って低下して行く。エンジン停止期間中のバッテリ液３の推定温度をＴ’とすると、エンジンが停止する直前に推定した温度Ｔｅを用いて推定を行う。また、エンジン停止期間中でも、エンジンＥＣＵは、所定のサンプリング間隔（この場合、１時間〜数時間）毎にクロック供給が停止されるスリープ状態から起動（ウェイクアップ）して、温度センサ８により温度ｔ（ｎ）を測定する。

この場合の推定定数Ｘは、温度の上昇下降にかかわらず共通の推定定数Ｘstを使用する。即ち、エンジン停止時のバッテリ液３の温度は、エンジン始動中の温度に比較すれば緩慢に変化するので、共通の推定定数Ｘstを使用しても誤差はそれ程大きくならない。従って、初期値Ｔ’（０）は、
Ｔ’（０）＝Ｔｅ
として、推定式Ｔ’（ｎ）は（５）式となる。
Ｔ’（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘst−１）Ｔ’（ｎ−１）｝／Ｘst …（５）

図３は、エンジン停止期間中におけるバッテリ液の温度を、実際に温度センサにより直接測定した結果と、図６に示す温度センサ８の配置により（５）式を用いて推定温度Ｔ’（ｎ）を計算した結果とを示すもので、推定定数Ｘst＝５，サンプリング間隔は１時間としている。この場合の最大温度誤差は５度であった。
そして、図４は、図１のフローチャートによりエンジン始動中に推定した温度Ｔ（ｎ）と、バッテリ液３の温度を別の温度センサにより直接測定した結果とを示す。推定定数Ｘin＝６６０，Ｘde＝２１５であり、最大温度誤差は５度であった。これは、図１２に示す従来方式の推定（Ｘin＝Ｘde＝３３０）に比較して誤差が大幅に小さくなっている。

尚、推定定数Ｘin，Ｘde，Ｘstは、特定のバッテリ１について推定を行う際に値を適当に変化させ、推定結果の誤差が最小となったものを温度上昇時と温度下降時とについてそれぞれ選択したもので、この選択方式自体は（温度上昇時と温度下降時とで異なる値を設定する点を除いて）従来と同様である。また、推定定数Ｘin，Ｘde，Ｘstは、バッテリのサイズや各車両のエンジンルームのレイアウトなどに応じて変わるため、車種毎に設定する必要がある。

以上のように本実施例によれば、前回の推定結果Ｔ（ｎ−１）と、今回の推定に使用する温度センサ８による検出温度ｔ（ｎ）とを比較し、検出温度ｔ（ｎ）が上昇した場合と下降した場合とで、推定定数Ｘを異なる値Ｘin，Ｘdeに設定し、推定式：（０）式により推定を行うようにした。即ち、バッテリ液の温度が上昇し易く下降し難いという性質に応じて、推定定数Ｘを夫々最適な値に設定することで、推定をより正確に行うことができる。

また、車両のエンジン停止中においても温度センサ８により温度ｔ（ｎ）を周期的に検出し、エンジンが停止する直前に推定された温度Ｔｅを初期値として、エンジン停止中の推定温度Ｔ’を、推定定数Ｘstを用いた推定式：（５）式で推定して、エンジンが始動した時点での推定温度の初期値Ｔ（０）を決定するようにした。即ち、エンジン停止後のバッテリ液温度は、停止直後は一時的に上昇するがその後は長い時間をかけて低下し、始動中の場合に比較して上昇，下降を頻繁に繰り返すことはないので、推定温度Ｔ’を共通の推定定数Ｘstを用いた（５）式により推定しても、エンジンが始動した時点で使用する初期値を概ね適切に得ることができる。

（第２実施例）
図７及び図８は本願発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例は、エンジン停止中におけるバッテリ液温度の推定方法が第１実施例と異なっており、エンジン停止中はエンジンＥＣＵが周期的にウェイクアップすることはなく、エンジンが停止した時点からの経過時間αに応じて温度を推定する。

図７に示すように、バッテリ液３の温度は、エンジンが停止した直後から所定時間の間は、僅かに上昇する傾向を示した後、下降に転じる。そこで、バッテリ液温度が上昇した後エンジン停止時の温度まで戻ると推定される時間をＺとする。この時間Ｚは、予め測定を行い決定しておく。また、エンジン停止の直前に（３）式または（４）式により推定された温度をＴｅとすると、経過時間αが
０≦α＜Ｚであれば、 Ｔ’＝Ｔｅ …（６）
とする。すなわち、上記期間の温度変化は、エンジンが停止する直前の車両の運転状態や、車両が停車した周囲の環境に応じて異なるため正確な推定は困難であるから、エンジン停止の直前の推定温度Ｔｅで一定であると近似する。

上記の時間Ｚが経過した後は、バッテリ液温度は略線形に低下するが、ある程度時間が経過すると、その傾きは小さくなる。従って、バッテリ液温度が低下する傾きがある程度小さくなると推定される時間をＺ’とする。この時間Ｚ’も、予め測定を行い決定しておく。そして、経過時間αが
Ｚ≦α＜Ｚ’であれば、Ｔ’＝−Ｙ・（α−Ｚ）＋Ｔｅ …（７）
とする。但し、Ｙは一次関数の傾きであり、これも実際にバッテリ液温の測定を予め行った結果より適切な値を決定する。即ち、この場合、一次関数近似で推定を行う。

上記の時間Ｚ’が経過した後は、バッテリ液の温度変化はごく僅かとなるので、温度センサ８の検出出力をＳとすると、
Ｚ’≦αであれば、 Ｔ’＝Ｓ …（８）
とする。この期間はバッテリ液温度がほとんど変化せず、エンジンルームの雰囲気温度にほぼ等しいと推定されるので、温度センサ８の検出出力Ｓをそのまま推定温度Ｔ’とする。すなわち、エンジンが始動した時点で温度センサの検出出力Ｓを得れば良い。

従って、第２実施例の場合は、エンジンが停止した時点からの経過時間αをタイマにより測定しておき、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジンＥＣＵがウェイクアップした時点での経過時間αを読み出して、その値に応じて（６）〜（８）式の何れかにより推定初期値Ｔ（０）を決定すれば良い。

図８は、エンジン停止期間中におけるバッテリのバッテリ液の温度を、実際に温度センサにより直接測定した結果と、（６）〜（８）式を用いて推定温度Ｔ’を得た結果とを示すもので、Ｙ＝３．５，Ｚ＝１（ｈ），Ｚ’＝９（ｈ）とした場合である。この場合の最大温度誤差は４度であった。

尚、第１実施例の図３のケースと比較すると、第２実施例の方が最大温度誤差は小さくなっているが、両者は測定環境が異なっており（バッテリ液温度の値も異なる）、あくまでもそれぞれが一例でしかなく第２実施例の方法が優れているとは言えない。第２実施例の場合、時間Ｚ，Ｚ’を予め定める必要があるが、上述したようにこれらは車両の運転状態や駐停車位置の環境に応じて変動するため、実際のケースとずれを生じることも考えられる。それに対して、第１実施例の場合は、車両の運転状態や駐停車位置の環境が変化した場合でも、その変化に応じて柔軟に推定を行うことができるというメリットがある。

また、傾きＹや時間Ｚ，Ｚ’は、推定定数Ｘと同様バッテリのサイズや各車両のエンジンルームのレイアウトなどに応じて変わるため、車種毎に設定する必要がある。
以上のように第２実施例によれば、エンジンが停止している期間中に、温度センサ８による温度検出を周期的に行なわずとも、エンジンが始動した時点で使用する初期値Ｔ（０）を適切に得ることができる。

（第３〜５実施例）
図９乃至図１１は本願発明の第３〜第５実施例を示すものである。第３〜第５実施例は、バッテリ１に対する温度センサ８の取り付け位置のバリエーションを示すものである。
図９に示す第３実施例の場合、温度センサ８をバッテリ１の内部において、バッテリ液３に浸さない位置に配置する。この場合、温度センサ８を配置するためのポケット状の保持部（センサ保持部）９を設けておくようにする。

図１０に示す第４実施例の場合、温度センサ８を有底筒状のボックス（保護部材）１０の内部に収めて、そのボックス１０をバッテリ液３に浸す位置に配置する。ボックス１０は、バッテリ液３により腐食されない性質（耐食性）を備えている材質で構成する。
図１１に示す第５実施例の場合、バッテリ１の内部に、カバー４の上方より金属部材１１を挿入してバッテリ液３に浸すようにする。この場合も勿論、金属部材１１は耐食性を備えている材質を選択する。そして、金属部材１１の上端側に温度センサ８を取り付けて金属部材１１の温度を測定する。

以上のように構成される第３，第４実施例によれば、温度センサ８をバッテリ１の内部において、バッテリ液３に接しない状態で配置する。具体的には、バッテリ１の内部に形成した保持部９に温度センサ８を配置したり、温度センサ８をボックス１０の内部に挿入し、そのボックス１０をバッテリ液３に浸す位置に配置する。したがって、温度センサ８とバッテリ液３とを隔てた状態で、より実際のバッテリ液の温度に近い温度ｔを検出することができ、推定精度を更に向上させることが可能となる。

また、第５実施例によれば、一端側がバッテリ液３に浸される金属部材１１の温度をその他端側に取り付けた温度センサ８により測定する。この場合、金属部材１１の温度は、バッテリ液３の温度に近くなるので、検出温度ｔを、実際の温度に近付けることができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
温度のサンプリング間隔は、適宜変更して実施すれば良い。
バッテリは、鉛蓄電池に限ることなく、バッテリ液の性質によりその液温を直接測定することが困難なものであれば適用が可能である。

本発明の第１実施例であり、車両のエンジンが始動した場合に行うバッテリ液の温度推定方法を示すフローチャート エンジンが停止した時点からのバッテリ液の温度変化を示す図 エンジン停止期間中のバッテリ液の温度を直接測定した結果と、推定温度Ｔ’（ｎ）を計算した結果とを示す図 エンジン始動中に推定した温度Ｔ（ｎ）と、バッテリ液の温度を直接測定した結果とを示す図 アイドリングと定速走行とを交互に繰り返した場合に、エンジンルームの雰囲気温度とバッテリ液の温度を測定した一例を示す図 バッテリに対する温度センサの取り付け位置を示す図 本発明の第２実施例を示す図２相当図 図３相当図 本発明の第３実施例を示す図６相当図 本発明の第４実施例を示す図６相当図 本発明の第５実施例を示す図６相当図 従来技術を示す図４相当図

符号の説明

図面中、１はバッテリ、３はバッテリ液、８は温度センサ、９は保持部（センサ保持部）、１０はボックス（保護部材）、１１は金属部材を示す。

Claims (6)

1. 車両に搭載されるバッテリ近傍の温度ｔ（ｎ）を温度センサにより検出し、
   ｎ：車両のエンジン始動後に行なう温度ｔのサンプリング回数，Ｔ（ｎ）：ｎ番目の推定温度，Ｘ：推定定数とすると、検出温度ｔ（ｎ）と、前回の推定結果Ｔ（ｎ−１）と、推定定数Ｘとを用いた推定式により、前記バッテリの内部を満たしているバッテリ液の温度を推定する方法において、
   前回の推定結果Ｔ（ｎ−１）と、今回の推定に使用する検出温度ｔ（ｎ）とを比較し、
   前記検出温度ｔ（ｎ）が上昇した場合と、下降した場合とで、推定定数Ｘを異なる値に設定して推定を行い、
   前記推定式は、
   Ｔ（ｎ）＝｛ｔ（ｎ）＋（Ｘ−１）Ｔ（ｎ−１）｝／Ｘ
   であり、
   前記推定定数Ｘは、温度センサにより直接測定した結果と、上記推定式による推定結果との誤差が最小となる値を、検出温度の上昇時と下降時とでそれぞれ選択したものであることを特徴とするバッテリ液の温度推定方法。
2. 車両のエンジンが停止する直前に推定された温度をＴｅとすると、
   前記エンジン停止中においても前記温度センサにより温度ｔ（ｎ）を周期的に検出し、
   前記温度Ｔｅを初期値として、エンジン停止中の推定温度Ｔ’を、推定定数Ｘstを用いた前記推定式により、エンジンが始動した時点での推定温度の初期値Ｔ（０）を決定することを特徴とする請求項１記載のバッテリ液の温度推定方法。
3. 前記温度センサを、前記バッテリの内部において、前記バッテリ液に接しない状態で配置することを特徴とする請求項１または２記載のバッテリ液の温度推定方法。
4. 前記バッテリの内部にセンサ保持部を形成し、
   前記センサ保持部に温度センサを配置することを特徴とする請求項３記載のバッテリ液の温度推定方法。
5. 前記温度センサを、耐食性を有する材料で形成される保護部材の内部に挿入し、
   前記保護部材を、バッテリ液に浸す位置に配置することを特徴とする請求項４記載のバッテリ液の温度推定方法。
6. 耐食性を有する金属部材の一端側を前記バッテリ内部のバッテリ液に浸し、他端側を前記バッテリの外部に導出させて、
   前記金属部材の他端側に前記温度センサを取り付けることを特徴とする請求項１または２記載のバッテリ液の温度推定方法。

Images