JP5328573B2

JP5328573B2 - アイドルストップ制御装置およびアイドルストップ制御方法

Info

Publication number: JP5328573B2
Application number: JP2009203730A
Authority: JP
Inventors: 干城三谷; 滋樹近藤; 智志西川; 信悟岩井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: JP2011054479A; US20110050179A1

Description

この発明は、バッテリの充電状態に応じてアイドルストップの可否を最適に決定するアイドルストップ制御装置およびアイドルストップ制御方法に関する。

バッテリの充電状態が充分でない状態でアイドルストップすると、エンジンを再始動するために時間が掛かったり、場合によってはエンジンの再起動ができなくなることがある。このためバッテリの充電状態に基いてアイドルストップを行うかどうかを決定することが行われている。従来のアイドルストップ制御装置では、バッテリの端子電圧を検出してバッテリがエンジン停止後にクランキング可能か否かを判断するもの（例えば特許文献１を参照）、またはバッテリの充放電電流を時間積算してバッテリの充電量を算出するもの（例えば特許文献２を参照）などのように間接的にバッテリの充電状態を計測するものがある。

また、バッテリの電解液濃度はバッテリの状態と密接な関係があり、バッテリの残存容量を知るためにはその電解液濃度を計測すればよいことから、電解液の屈折率の変化を計測することにより電解液濃度を知ることができることに着目して、センサとして発光素子、受光素子、プリズム等の光学部品を用いてこの屈折率の変化を計測するもの等、直接的にバッテリの充電状態を計測するものがある（例えば特許文献３を参照）。

特開２００２−１７４１３３号公報特開２００１−２２４１０３号公報特公昭５８−２２８６７号公報

ところが、上記特許文献１や特許文献２のように間接的にバッテリの充電状態を計測するものでは、電圧センサや電流センサを用いなければならず、更に温度センサをパラメータとして充電量を想定しているため、環境条件によって計測精度が悪化することが考えられる。また直接的にバッテリの充電状態を計測する特許文献３のものでも、プリズム等の光学部品面の汚れにより精度低下が発生するという課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バッテリの充電状態を精度よく測定でき、その結果をアイドルストップの可否に簡便に適用できるアイドルストップ制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、バッテリの充電状態に基いてアイドルストップを行うかどうかを決定するアイドルストップ制御装置において、上記バッテリの充電状態の検出手段として光ファイバーの一部をバッテリ溶液に浸漬しバッテリ溶液の屈折率を計測する光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサと、上記バッテリの溶液温度を計測するバッテリ溶液温度センサを備え、このバッテリ溶液温度センサの出力Ｔ _Ｂが高いときは充電率が低くてもアイドルストップに移行でき、前記出力Ｔ _Ｂが低いときは充電率が高くないと移行できないようにアイドルストップの切り換えモードを設定したことを特徴とするものである。
またこの発明は、各種センサからの信号により車両がアイドル状態にあることを検出するステップと、バッテリ溶液濃度センサによってバッテリ溶液の屈折率を計測するステップと、上記バッテリ溶液の屈折率の信号に基いてバッテリの充電率を算出するステップと、バッテリ溶液温度センサでバッテリ溶液の温度を計測するステップと、上記バッテリ充電率算出ステップとバッテリ溶液温度計測ステップからアイドルストップ条件が成立しているかどうかを判定するステップとからなり、上記バッテリ溶液温度センサの出力Ｔ _Ｂが高いときは充電率が低くてもアイドルストップに移行でき、上記出力Ｔ _Ｂが低いときは充電率が高くないと移行できないようにアイドルストップの切り換えモードを設定したことを特徴とするアイドルストップ制御方法にある。

この発明に係るアイドルストップ制御装置および制御方法は、光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサを用いて屈折率を測り、直接バッテリの充電状態を、温度をパラメータとして確認できるようになるため、電流センサや電圧センサが不要となり、また表面積の非常に小さい光ファイバー素体をバッテリ溶液内に挿入するだけであるため、汚れが付着しにくく、環境条件によって計測精度が悪化することがなくなる。更に、直接バッテリの充放電状況をリアルタイムで計測できるため、アイドルストップ制御を精度よく安定して実施できる等の効果を有する。さらにバッテリの劣化状況もつかめるため、劣化報知も兼ねた総合的に優れたアイドルストップ制御が可能となる効果を有する。

アイドルストップ制御装置の基本的な構成を示す図である。この発明の実施の形態１による光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサの構成を示す概念図である。この発明のバッテリ溶液濃度と光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサの出力(屈折率)の関係を示す実測データである。この発明のアイドルストップの切り替え状況を示す図である。アイドルストップ制御の流れを示すフロー図である。この発明の実施の形態２による光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサの構成を示す概念図である。バッテリ内のバッテリ溶液の劣化を判断するための方法を示す特性図である。

実施の形態１．
以下、本発明によるアイドルストップ制御装置の実施例について図面を参照して説明する。図１はアイドルストップ制御装置１の基本的な構成を示す図で、２は駆動源であるエンジン、３は始動時などには電動機として上記エンジン２を駆動し、エンジン２の駆動後は発電機となってバッテリ４を充電する電動発電機である。５は前記バッテリ４と前記電動発電機３の間に挿入され、電動発電機３からの発電電力を整流してバッテリ４を充電し、逆にバッテリ４から電動発電機３に対し電流を供給するインバータで、交流/直流の相互変換を行う。

６は前記エンジン２の力を変速しながらギヤ７を介して後輪８に伝えるトランスミッションである。９は種々のセンサ１０〜１６からの入力信号を取り込みアイドルストップに関する指示を出すコントロールユットであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成されている。１０はエンジン冷却水温（Ｔ_Ｅ）センサ、１１はアクセルセンサ、１２はブレーキセンサ、１３は車速センサ、１４はその他のセンサ、１５はバッテリの充電状態を示すバッテリ溶液濃度センサでＴ_Ａはその出力信号であり、１６はバッテリ溶液温度センサでＴ_Ｂはその出力信号である。それぞれの出力信号はコントロールユット９に入力される。

図２はこの発明の光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサ１５の構成を示す概念図であり、光ファイバーをバッテリ溶液に挿入した状況を示すものである。図２において、４１はバッテリ形状の一部を示し、４２はバッテリ溶液を示している。１８は後で詳細に説明する光ファイバーで、一端側を上記バッテリ溶液４２に浸漬している。上記バッテリ溶液４２に浸漬している光ファイバー１８のうち、１９はコアにグレーティングを形成したファイバーグレーティング部を、２０は上記ファイバーグレーティング部１９に導かれた光を、その端面で反射するための反射用ファイバーグレーティング部を表している。

２１は例えばＬＥＤからなる光源で、２２は上記光源２１から出てきた光を上記光ファイバー１８のファイバーグレーティング部１９に導くためのサーキュレータ、２３は上記反射用ファイバーグレーティング部で反射してきた光がサーキュレータ２２を経由して届く総光強度を検出する受光素子である。上記バッテリ溶液濃度センサ１５は、上記ファイバーグレーティング部１９のクラッドモードスペクトルがクラッド周囲の液体屈折率に応じて変化することを利用して、上記ファイバーグレーティング部１９の透過光量変化を検知する方式の光ファイバー式屈折率センサであり（WO2006/126468A1を参照）、高精度な屈折率測定を実現できることで知られている。

図３は上述のバッテリ溶液濃度センサ１５の出力である屈折率（縦軸）とバッテリ溶液濃度（横軸）との関係を示す実測値である。図中、矢印Ａはバッテリの完全放電のときの値で、Ｂは満充電のときの値であり、完全放電と満充電との間の直線性はきわめて良好である。従って、バッテリ溶液濃度センサの出力である屈折率が分かれば、直ちにバッテリ溶液濃度（硫酸濃度％）しいてはバッテリの充電状態が明かとなることが分かる。なお、この実測値データは予めコントロールユニット９のＲＯＭに記憶しておき、屈折率の測定結果と対比して直ちにバッテリ溶液濃度を算出するために利用される。

図４はアイドルストップの切り替え状況を表す図で、バッテリの充電率を横軸にとり縦軸にアイドルストップに移行するか（ＯＮ）しないか（ＯＦＦ）を、バッテリ溶液温度（Ｔ_Ｂ）をパラメータとして表している。すなわち図から明らかなように、Ｔ_Ｂが高いときは充電率が低くてもアイドルストップに移行でき、Ｔ_Ｂが低いときは充電率が高くないと移行できないことを示している。なお、このデータも予めコントロールユニット９のＲＯＭに記憶しておき、後述するアイドルストップ条件が成立するか否かの判定に利用される。

次に実際の動作について説明する。図１に示すバッテリ４の中にファイバーグレーティング部１９を有する光ファイバー１８を挿入する。前述したように、光源２１からの光は、サーキュレータ２２を通過して光ファイバー１８の中を通り、ファイバーグレーティング部１９でのクラッドモードスペクトルがクラッド周囲のバッテリ液の屈折率に応じて変化する原理を利用する。従ってファイバーグレーティング部１９でのクラッドモードスペクトルの変化を計測することにより屈折率を知ることができ、これにより上述したように屈折率と1次直線関係にあるバッテリの充電状態を計測できる。なお、この際使用する光ファイバー１８は耐酸性を上げた例えばジルコニア含有率の高い石英ガラスを用いて信頼性を高める。

次にアイドルストップ機能について図５を用いて説明する。図５はアイドルストップ制御の流れを示すフロー図で、先ず図１のコントロールユニット９に入力される各種センサからの出力信号がアイドルストップ運転条件を満たすかどうかをステップ５０で判定する。
アイドルストップ運転条件（ステップ５０）は、例えばエンジン冷却水温センサ１０が予め決められた温度以上であり、アクセルセンサ１１はアクセルが踏まれていない状態、ブレーキセンサ１２はブレーキが踏まれている状態、車速センサ１３は検出されない状態（停止）、などの条件で、信号待ちなどのアイドル状態に車があることを検出する。

前記バッテリ溶液濃度センサ１５でバッテリ溶液の屈折率の計測（ステップ５１）を行い、この信号（Ｔ_Ａ）をベースにバッテリの充電率を算出する（ステップ５２）。さらには前記バッテリ溶液温度センサ１６でバッテリ溶液温度計測が行われ（ステップ５３）、信号（Ｔ_Ｂ）を出力する。このときにバッテリの状態やバッテリ温度を無視すると、アイドルストップに入った後、電動発電機３にバッテリ４からインバータ５を介して電力を供給して電動機として動作させエンジン２を始動しようとすると、始動に時間がかかるとか最悪の場合始動できないことになる。

従ってこの発明では、上述のようにバッテリ充電率算出ステップ５２とバッテリ溶液温度計測ステップ５３からアイドルストップ条件が成立しているかどうかを判定する（ステップ５４）。すなわち、上述したアイドルストップの切り替え状況を表す図４のデータをコントロールニット９で読み出し、Ｔ_Ｂが高いときは充電率が低くてもアイドルストップに移行でき（ステップ５５）、Ｔ_Ｂが低いときは充電率が高くないと移行できない（ステップ５８）とされる。

前記アイドルストップ運転条件（ステップ５０）またはバッテリ充電率算出ステップ５２、さらにはバッテリ溶液温度計測ステップ５３の条件が外れるとアイドルストップ禁止運転条件（ステップ５６）が成立となり、通常運転ステップ５７に戻る。いずれのステージでもアイドルストップ禁止条件ステップ５８が成立すると、通常運転５７に帰る。
このように本発明は、バッテリの溶液の充電、放電状況を直接算出でき、それにバッテリの温度状態をパラメータとすることにより、安全で確実なアイドルストップ機能の実施が安価に提供できる。

実施の形態２．
図６は実施の形態１においてサーキュレータ２２を使用せず、しかも光ファイバー１８の端面で反射するための反射用ファイバーグレーティング２０を有さず、光ファイバー１８の片端をある一定以上の曲率半径で曲げて、直接受光素子２３に返すようにしたものであり、このような構成にしても実施の形態１と同様の効果を有する。

実施の形態３．
図７は付加機能としてバッテリ４内のバッテリ溶液４２の劣化を判断するための方法を示す特性図で、バッテリ４は長期間使用すると充電能力が落ちてくる。図示しないイグニッションスイッチをＯＮしたとき、その前にＯＦＦしたときの値を記憶しておき、その差Δnの値と、イグニッションスイッチをＯＮしたときのバッテリ溶液温度センサ１６の信号（Ｔ_Ｂ）で劣化、正常を判断する。すなわち、Ｔ_Ｂの値が高いとき本来バッテリ４の回復力はよく、このときの屈折率差Δnが小さくても劣化という判定をし、Ｔ_Ｂの値が低いときバッテリ４の回復力は低く、このときの屈折率差Δnが大きくても劣化の判定基準は上がる。

ところで上記説明では、アイドルストップ制御にバッテリ溶液濃度とバッテリ溶液温度を用いる方法について述べたが、バッテリ溶液温度がエンジン冷却水温と相関が取れれば、エンジン冷却水温で代用ができ、バッテリ溶液温度の計測は不要となる。もちろん、バッテリ溶液温度とエンジン冷却水温を共に用いて、制御精度を更に上げることも可能である。
また、このバッテリ溶液濃度センサが断線またはショートした場合、このバッテリ溶液濃度センサの出力電圧を正常時にはありえない、高い値あるいは低い値にセットすることにより、アイドルストップに入らないよう安全側に作用することもでき、同様に信頼性の高いシステムを供給できる。
なお、このバッテリ溶液濃度センサは、バッテリの充電率を運転者に知らせる表示機能にも併せて使用すれば更に実用上の効果が上がる。

１アイドルストップ制御装置、２エンジン、
３電動発電機、４バッテリ、５インバータ、
９コントロールユニット、１０エンジン冷却水温センサ、
１１アクセルセンサ、１２ブレーキセンサ、１３車速センサ、
１５バッテリ溶液濃度センサ、１６バッテリ溶液温度センサ、
１８光ファイバー、１９ファイバーグレーティング部、
２０反射用ファイバーグレーティング部、２１光源、
２２サーキュレータ、２３受光素子、４２バッテリ溶液。

Claims

バッテリの充電状態に基いてアイドルストップを行うかどうかを決定するアイドルストップ制御装置において、上記バッテリの充電状態の検出手段として光ファイバーの一部をバッテリ溶液に浸漬しバッテリ溶液の屈折率を計測する光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサと、上記バッテリの溶液温度を計測するバッテリ溶液温度センサを備え、このバッテリ溶液温度センサの出力Ｔ _Ｂが高いときは充電率が低くてもアイドルストップに移行でき、前記出力Ｔ _Ｂが低いときは充電率が高くないと移行できないようにアイドルストップの切り換えモードを設定したことを特徴とするアイドルストップ制御装置。
上記光ファイバーはグレーティングを形成したコアとクラッドとを備え、この光ファイバーに光を入射する光源と、この光源から上記光ファイバーに入射し上記グレーティングを透過した光の総光強度を検出する受光素子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のアイドルストップ制御装置。
上記光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサは、バッテリ内における光ファイバー端面に反射用ファイバーグレーティングを備え、光ファイバー経路途中にサーキュレータを備えたことを特徴とする請求項２に記載のアイドルストップ制御装置。
上記光ファイバー式バッテリ溶液濃度センサは、バッテリ内における光ファイバー端面をある一定以上の曲率半径で曲げて、上記グレーティングを透過した光がサーキュレータを介することなく直接受光素子に入力するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のアイドルストップ制御装置。
上記光ファイバーは耐酸性処理が施されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアイドルストップ制御装置。
各種センサからの信号により車両がアイドル状態にあることを検出するステップと、バッテリ溶液濃度センサによってバッテリ溶液の屈折率を計測するステップと、上記バッテリ溶液の屈折率の信号に基いてバッテリの充電率を算出するステップと、バッテリ溶液温度センサでバッテリ溶液の温度を計測するステップと、上記バッテリ充電率算出ステップとバッテリ溶液温度計測ステップからアイドルストップ条件が成立しているかどうかを判定するステップとからなり、上記バッテリ溶液温度センサの出力Ｔ _Ｂが高いときは充電率が低くてもアイドルストップに移行でき、上記出力Ｔ _Ｂが低いときは充電率が高くないと移行できないようにアイドルストップの切り換えモードを設定したことを特徴とするアイドルストップ制御方法。
イグニッションｏｆｆ時のバッテリ溶液濃度センサの値とイグニッションｏｎ時の上記バッテリ溶液濃度センサの値との差分Δnと、イグニッションｏｎ時の上記バッテリ溶液濃度センサの値との対比によりバッテリの劣化程度を判断することを特徴とする請求項６に記載のアイドルストップ制御方法。
上記バッテリの劣化程度を判断する際に、バッテリ溶液温度に関連するエンジン冷却温度の値を用いることを特徴とする請求項７に記載のアイドルストップ制御方法。