JP5396428B2 - 車載バッテリの満充電制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両に搭載され、エンジンにより駆動される発電機からの電力で充電する車載バッテリの満充電制御装置に関するものである。
二次電池であるバッテリを、その充電状態(以下、SOCと称す)を満充電容量(公称容量)より減らして制御することで回生受入性を高める制御(以下、PSOC制御と称す)では、デメリットとしてバッテリが劣化することが周知されている。特に、バッテリの許容範囲を下回るSOCで使用した場合には、サルフェーション等の現象が発生してバッテリ劣化が促進してしまうおそれがある。そこで、PSOC制御を実施するためには、バッテリを劣化させないようSOCを精度良く検知してバッテリの許容SOC下限値を下回らない使い方をすることが求められている。
SOCを把握する方法として、電流積算法やOCV(開放電圧)−SOC法等がある。この内、電流積算法は、定期的に満充電を実施し、その時点からの充放電電流を積算することでSOCを求める。なお、満充電制御は、「充電電流が所定値以下になって更に所定時間が経過する」という条件になるまで充電を実施する。そして、予め求めたバッテリの温度毎の電流−充電状態マップより充電容量を求める方法が公知技術としてあり、エンジン始動直後にこの満充電を実施するケースが多い。
満充電判定の充電電流を温度に依存する事無く一律で設定した場合、温度によって充電状態が異なるのでバッテリ温度を高精度に検出する必要がある。しかし、バッテリ温度は周囲温度にて検出するケースが多く、実際の温度と異なる可能性があり検出精度は高くない。検出した温度にて温度毎の電流−充電状態マップから充電状態を求めた場合、温度の検出精度が高くないと実際の充電状態と異なる可能性がある。その結果、SOC演算開始時の充電状態、つまり満充電制御を実施した状態での充電状態が意図した値よりも低くなった場合(例えば、SOC90%以下)は、バッテリ劣化が促進する領域まで達するおそれがある。
このため、例えば特許文献1に示す二次電池の充電制御装置においては、バッテリ温度と周囲温度とを検出し、周囲温度が変化する時でも満充電制御にて誤った満充電判定を引き起こすことが無い様、満充電制御を実施している。
実開平6−84754号公報
特に、エンジン等が近接して配置される車載バッテリの場合、従来のように、満充電判定後のSOCを予め求めた温度毎の電流−充電状態マップで実施した場合、運転状況に伴うバッテリの周囲状態の変化からバッテリ温度の検出精度が悪化する場合があり、満充電制御の充電状態が意図した値よりも低くなった場合では、充電不足になる可能性がある。 この結果、バッテリの許容範囲を下回るSOCで使用した場合には、前述したように、サルフェーション等でバッテリ劣化が促進してしまう懸念がある。
なお、バッテリの温度は周囲温度に影響する場合があり、過渡の温度変化がある場合、例えば、特許文献1に示すように、満充電付近ではバッテリの温度が急激に高まるので周囲温度との差が広がる場合はバッテリの温度検出精度が悪化することが懸念される。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、バッテリの温度検出精度が悪化した場合にも充電不足によるバッテリの劣化を抑制することができる車載バッテリの満充電制御装置を得ることを目的とする。
この発明に係る車載バッテリの満充電制御装置は、車両に搭載され、エンジンにより駆動される発電機からの電力で充電するバッテリの満充電を制御するものであって、
バッテリの充放電電流を検出する電流センサ、バッテリの温度を推定するためその周囲温度を検出する温度センサ、電流センサからの充電電流検出値と充電時間とから満充電を判定する満充電判定手段、およびバッテリの推定温度に基づき満充電判定時の充電状態を演算する充電状態演算手段を備えた車載バッテリの満充電制御装置において、
バッテリの周囲状態を検出し当該検出値が所定の時間内に所定量以上変化しないか変化するかにより温度センサによるバッテリの推定温度とバッテリの実際の温度との差が所定の精度の範囲内にあるか否かを判定する温度検出精度判定手段、および温度検出精度判定手段が否と判定したとき、満充電判定手段で満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させるよう満充電判定条件を制御する満充電判定条件制御手段を備えたものである。
この発明に係る車載バッテリの満充電制御装置は、以上に示す温度検出精度判定手段と満充電判定条件制御手段とを備え、バッテリの周囲状態を検出し当該検出値が所定の時間内に所定量以上変化しないか変化するかにより温度センサによるバッテリの推定温度とバッテリの実際の温度との差が所定の精度の範囲内にあるか否かを判定し、ここで否と判定したとき、満充電判定手段で満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させるようにしたので、バッテリの温度検出精度が悪化した場合にも充電不足によるバッテリの劣化を抑制することができる。
本発明の実施の形態1における車載バッテリの満充電制御装置を示す構成図である。 バッテリの温度が異なる場合の、充電電流とSOCとの関係を示す特性図である。 本発明の満充電制御の処理フローを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態1における満充電制御の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態2における満充電制御の動作を示すタイミングチャートである。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における車載バッテリの満充電制御装置を示す構成図で、ハードウエア部分は、特に関係する部分を抽出して示している。
車両に搭載されたエンジン100は、スタータ108により始動され、エンジン100の回転出力により電源系システム101の発電機102が回転駆動される。なお、車両を走行駆動するエンジン100本来の駆動出力系は、図1では図示を省略している。
電力変換装置103は、発電機102で発電した交流電力を全波整流して直流電力に変換し、その電力は、ヘッドライトやルームランプ等の電気負荷104とバッテリ105に供給される。電流センサ106は、バッテリ105の充放電電流を検出する。温度センサ107は、バッテリ105の温度を推定するためその周囲温度を検出する。
次に、本願発明の要部を含む、発電制御装置120の構成について説明する。先ず、従来から採用されている部分について説明し、その上で、本願発明の要部となる部分について説明を続けるものとする。
満充電制御手段121は、満充電指令に基づき、バッテリ105に蓄積する電流積分の誤差をリセットするため満充電の制御を実施する。満充電判定手段126は、計測される時間と電流センサ106で検出されるバッテリ105の充電電流を入力し、後述する満充電判定条件制御手段123から指定される満充電判定条件に基づき、充電電流が所定の満充電判定電流以下となり、その状態が所定の満充電判定時間継続したことをもって満充電と判定する。SOC演算誤差リセット制御手段127は、満充電判定手段126が満充電を判定したことを受けて電流積算誤差をリセットする。SOC演算手段128は、電流センサ106で検出される電流に基づき満充電の状態から電流積分することでバッテリ105のSOCを演算する。PSOC制御手段129は、SOC演算手段128で演算されるSOCが所望の値となるよう発電機102を制御する。
温度検出精度判定手段122は、バッテリ105の周囲状態の検出値を入力する。そして、この検出値が所定の時間内に所定量以上変化するか否かを検出し、所定量未満のときは、温度センサ107に基づくバッテリ105の推定温度とバッテリ105の実際の温度とが許容される精度範囲内であると判定する。また、上記所定量以上のときは、当該許容される精度範囲外にあると判定する。即ち、温度センサ107により推定するバッテリ105の温度と実際の温度との差が一定量以上大きくなり、そのまま当初設定の条件で満充電制御を実施すると充電不足が懸念されると判断、後述するように、後段の満充電判定条件制御手段123により満充電判定条件を制御してバッテリ105の充電不足を解消するものである。
図1の例では、温度検出精度判定手段122は、バッテリ105の周囲状態として、温度センサ107で検出されるバッテリ105の周囲温度とそれぞれ図示しない別個のセンサで検出されるエンジン回転数および車速とを入力している。そして、これらの検出値のいずれかが、それぞれの検出値に対して予め設定されている所定量以上の変化が生じるか否かが判断される。
ここで、これら3者の検出値を用いている理由は以下の通りである。周囲温度の変化量が大きいと、バッテリ105の実際の温度はそれより遅れて上昇するので、周囲温度の検出値から推定したバッテリ105の温度との差が大きくなることが予想される。また、エンジン回転数や車速が大きく変化すると、エンジン100からの放熱が高くなりこの放熱でバッテリ105の温度も上昇するがこれも周囲温度より遅れて上昇することから、周囲温度の検出値から推定したバッテリ105の温度との差が大きくなることが予想される。
もっとも、バッテリの容量、構造、エンジンや温度センサとの位置関係、更には、車体構造等とも関係して、バッテリの周囲状態がバッテリの温度に及ぼす影響も変化することが考えられるため、バッテリの周囲状態の検出値としては、図1に示す、エンジン回転数、車速、周囲温度の3者に限られるものではない。
満充電判定条件制御手段123は、温度検出精度判定手段122による判定結果を受けて、満充電判定条件を制御する、判定電流制御手段124または判定時間制御手段125を備えている。なお、これらの機能、動作内容の詳細は、便宜上、後段において図3から図5を参照して説明する。
ここで、バッテリの温度が異なる場合の、充電電流とバッテリのSOCとの関係を図2により説明する。図2では、バッテリの温度が比較的高い場合(1)と比較的低い場合(2)の、充電電流(満充電判定電流)とSOCとの関係特性を示す。
図2に示すように、充電電流をバッテリ温度に依存することなく一律に設定した場合、バッテリ温度によってSOCが異なり、バッテリ温度が低温(2)の方が高温(1)の場合に比べて充電容量が少なくなる。また、満充電判定電流を小さくすると、推定SOC精度が高まる。
従って、既述したように、エンジン回転数等との変化量が大きくなってバッテリ温度の検出精度が悪く実際のバッテリ温度よりも検出値の方が高温になると、制御値に対して充電容量は少なくなる。また、図2に示す判定電流γ1[A] を、充電電流γ1[A]より低い充電電流γ2[A]にすることで充電量が多くなるので劣化を抑制することができる。
次に、満充電制御の動作について図3を用いて説明する。図3は、満充電制御の処理フローを説明するフローチャートである。
図1に示す満充電制御手段121に満充電指令が入力されることで、以下のステップを実施する。
ステップ301では、温度センサ107より周囲温度を検出する。ステップ302では、エンジン100からのエンジン回転数を検出する。ステップ303では、車速を検出する。
ステップ304では、所定時間にてエンジン回転数、車速、周囲温度の検出値の変化量から温度センサ107で検出した周囲温度とバッテリ温度との差が所定の精度範囲内にあるか否かを判断する。精度範囲内にある(Yes)場合は、ステップ307に進み、満充電判定条件を当初設定の条件から変更することなく満充電制御を実施する。また、ステップ304での判定が否(No)の場合は、ステップ305または306に進む。
ステップ305は、満充電判定条件制御手段123に判定電流制御手段124を備えた場合の処理動作を示し、満充電判定電流を通常の基準値より小さい所定値とする。従って、満充電判定電流の基準値をγ1[A]とすると、このステップ304にて、満充電判定電流を基準値であるγ1より小さくした所定値γ2[A]とする。図2からも理解されるように、満充電電流判定値をγ1からγ2にすることで、充電量が増大する。
なお、後段の図4に示すタイミングチャートでは、この判定電流制御手段124を採用した場合の動作を示す。
ステップ306は、満充電判定条件制御手段123に判定時間制御手段125を備えた場合の処理動作を示し、満充電判定時間を通常の基準値より長い所定値とする。従って、満充電判定時間の基準値をδ1[sec]とすると、このステップ305にて、満充電判定時間を基準値であるδ1より長くした所定値δ2[sec]とする。満充電判定時間をδ1からδ2にすることで、充電継続時間がその分増大し当然ながら充電量が増大する。 なお、この判定時間制御手段125を採用した場合の動作のタイミングチャートは、後段のこの発明の実施の形態2(図5)として説明するものとする。
ステップ307では、発電機102の発電電圧を通常の基準値より高めた所定値にて満充電を実施する。発電電圧の基準値をα1[V]とすると、発電電圧を高めた所定値をα2[V]とする。
なお、ステップ304でYesとされた場合は、満充電判定電流を基準値のγ1[A]、満充電判定時間を基準値のδ1[sec]としてステップ307で満充電を実施する。
ステップ308では、満充電判定手段126にて入力した充電電流と時間とに基づき、充電電流が設定された満充電判定電流以下となり、その状態が設定された満充電判定時間継続した場合は、満充電を判定してYesの方に進み、満充電を判定しない場合は、Noの方に進みステップ307を継続する。
ステップ309では、SOC演算誤差リセット制御手段127にて、バッテリのSOCを、満充電判定時に用いた満充電判定電流より予め求めたバッテリSOCにリセットして電流積算誤差をリセットする。
次に、図1に示す満充電指令があった場合の動作について、図4のタイミングチャートを用いて説明する。
チャート401は、IGフラグであり、エンジン始動時にはONとし、エンジン停止時にはOFFとなる。チャート402は、満充電指令フラグであり、満充電実施時にはONとし、満充電実施をしない時にはOFFとなる。チャート403は、発電電圧を示す。チャート404は、エンジン回転数を示す。チャート405は、車速を示す。チャート406は、バッテリ温度であり、温度センサ107で検出したバッテリの周囲温度と実際のバッテリの液温(検出はしていない)を示す。
チャート407は、温度検出精度判定フラグであり、精度が悪化したと判定された時(図3のステップ304でNoとなる場合に相当)はONとし、精度が良好と判定された時(同ステップ304でYesとなる場合に相当)はOFFとなる。チャート408は、満充電判定電流であり、バッテリ満充電をこの満充電判定電流により判定する。チャート409は、満充電判定時間であり、バッテリ満充電をこの満充電判定時間により判定する。チャート410は、電流センサ106で検出されるバッテリ105の電流であり、正側を放電とし、負側を充電とする。
時刻t1までは、エンジン回転数404と車速405から判るようにエンジン100が停止している。時刻t1からt2では、IGフラグ401がONになり、スタータ108によりエンジン100が始動する。なお、バッテリ温度406の周囲温度は、エンジン100が始動することで上昇し、バッテリ温度は、エンジン100の温度変化を受けて遅れて上昇する。時刻t2で、始動完了判定エンジン回転数β1[rpm]に到達し、以後、発電電圧403がα1[V]になる。時刻t2からt3では、始動後エンジン回転数404が高まる。
時刻t3では、エンジン始動後に満充電指令フラグ402がONになり、満充電制御が開始するので発電電圧403がα2[V]に上昇する。この例では、この時点において、温度検出精度判定手段122は、エンジン回転数404が所定量以上変化しているため温度検出精度が悪化したと判断し、温度検出精度判定フラグ407がONになり、判定電流制御手段124により満充電判定電流408を基準値γ1[A]からγ2[A]に小さくする。
時刻t3からt4では、満充電になるまで満充電制御を実施する。なお、バッテリ温度406の周囲温度と液温の差が広がっていく。時刻t4では、電流410がγ2[A]に到達する。時刻t4からt5では、電流410がγ2[A]に到達後、満充電判定時間409にて設定された基準値の時間δ1[sec]が経過するのを待つ。時刻t5では、満充電判定時間409にて設定した時間δ1[sec]が経過することで満充電と判定する。満充電後、満充電指令フラグ402はOFFになり、発電電圧403は基準電圧α1[V]になり、温度検出精度判定フラグ407はOFFになり、満充電判定電流408は基準値γ1[A]になる。
なお、以上の説明では、温度検出精度判定手段122が、温度検出精度が悪化したと判断して満充電判定電流を基準値γ1[A]からγ2[A]に小さくして満充電判定時の充電量を増大させる場合の動作について説明したが、温度検出精度が良好と判断されているときは、当然ながら、満充電判定電流は基準値γ1[A]のままで満充電の判定がなされ、そのときの充電量は増大されない値、従って、計算上ではその分小さい値に留まる。しかし、この場合は、所望の満充電推定精度が得られているので、バッテリの劣化に影響を及ぼすことはない。
以上のように、本発明の実施の形態1においては、バッテリ105の周囲状態であるエンジン回転数、車速、バッテリの周囲温度の変化量が大きくなってバッテリ温度検出精度が悪化しても、温度検出精度判定手段122がこの変化を検出し、これを受けて判定電流制御手段124が、満充電判定電流の設定値を基準値のγ1[A]からγ2[A]に小さくし、満充電制御終了時の充電量を通常より大きくすることでバッテリ105の劣化を抑制して、効率的にバッテリ105の長寿命化を実現することができる。
実施の形態2.
ここでは、図1の満充電判定条件制御手段123に判定時間制御手段125を備えた場合の、図1に示す満充電指令があった場合の動作について、図5のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図3のフローチャートでは、ステップ304でNoのときステップ306の処理を実施する場合である。
チャート501は、IGフラグであり、エンジン始動時にはONとし、エンジン停止時にはOFFとなる。チャート502は、満充電指令フラグであり、満充電実施時にはONとし、満充電実施をしない時にはOFFとなる。チャート503は、発電電圧を示す。チャート504は、エンジン回転数を示す。チャート505は、車速を示す。チャート506は、バッテリ温度であり、温度センサ107で検出したバッテリの周囲温度と実際のバッテリの液温(検出はしていない)を示す。
チャート507は、温度検出精度判定フラグであり、精度が悪化したと判定された時(図3のステップ304でNoとなる場合に相当)はONとし、精度が良好と判定された時(同ステップ304でYesとなる場合に相当)はOFFとなる。チャート508は、満充電判定電流であり、バッテリ満充電をこの満充電判定電流により判定する。チャート509は、満充電判定時間であり、バッテリ満充電をこの満充電判定時間により判定する。チャート510は、電流センサ106で検出されるバッテリ105の電流であり、正側を放電とし、負側を充電とする。
時刻t1までは、エンジン回転数504と車速505から判るようにエンジン100が停止している。時刻t1からt2では、IGフラグ501がONになり、スタータ108によりエンジン100が始動する。なお、バッテリ温度506の周囲温度は、エンジン100が始動することで上昇し、バッテリ温度は、エンジン100の温度変化を受けて遅れて上昇する。時刻t2で、始動完了判定エンジン回転数β1[rpm]に到達し、以後、発電電圧503がα1[V]になる。時刻t2からt3では、始動後エンジン回転数504が高まる。
時刻t3では、エンジン始動後に満充電指令フラグ502がONになり、満充電制御が開始するので発電電圧503がα2[V]に上昇する。この例では、この時点において、温度検出精度判定手段122は、エンジン回転数504が所定量以上変化しているため温度検出精度が悪化したと判断し、温度検出精度判定フラグ507がONになり、判定時間制御手段125により満充電判定時間509を基準値δ1[sec]からδ2[sec]に長くする。
時刻t3からt4では、満充電になるまで満充電制御を実施する。なお、バッテリ温度506の周囲温度と液温の差が広がっていく。時刻t4では、電流510が基準値γ1[A]に到達する。時刻t4からt5では、電流510がγ1[A]に到達後、満充電判定時間509にて設定された判定時間δ2[sec]が経過するのを待つ。時刻t5では、満充電判定時間509にて設定した時間δ2[sec]が経過することで満充電と判定する。満充電後、満充電指令フラグ502はOFFになり、発電電圧503は基準電圧α1[V]になり、温度検出精度フラグ判定507はOFFになり、満充電判定時間509は基準値δ1[sec]になる。
なお、以上の説明では、温度検出精度判定手段122が、温度検出精度が悪化したと判断して満充電判定時間を基準値δ1[sec]からδ2[sec]に長くして満充電判定時の充電量を増大させる場合の動作について説明したが、温度検出精度が良好と判断されているときは、当然ながら、満充電判定時間は基準値δ1[sec]のままで満充電の判定がなされ、そのときの充電量は増大されない値、従って、計算上ではその分小さい値に留まる。しかし、この場合は、所望の満充電推定精度が得られているので、バッテリの劣化に影響を及ぼすことはない。
以上のように、本発明の実施の形態2においては、バッテリ105の周囲状態であるエンジン回転数、車速、バッテリの周囲温度の変化量が大きくなってバッテリ温度検出精度が悪化しても、温度検出精度判定手段122がこの変化を検出し、これを受けて判定時間制御手段125が、満充電判定時間の設定値を基準値のδ1[sec]からδ2[sec]に長くし、満充電制御終了時の充電量を通常より大きくすることでバッテリ105の劣化を抑制して、効率的にバッテリ105の長寿命化を実現することができる。
なお、先の実施の形態1では、満充電判定条件制御手段123に判定電流制御手段124を備えた場合、また、実施の形態2では、満充電判定条件制御手段123に判定時間制御手段125を備えた場合についてそれぞれ説明したが、満充電判定条件制御手段123に、判定電流と判定時間の両者を制御する、即ち、満充電を判定する満充電判定電流値を基準値より小さく設定し、かつ満充電を判定する満充電判定時間を基準値より長く設定することにより満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させる判定電流時間制御手段を備えるようにしてもよい。この場合、電流、時間両者を変更する案分は、使用するバッテリ等の特性に応じて適宜設定することになる。
100 エンジン、102 発電機、105 バッテリ、106 電流センサ、
107 温度センサ、121 満充電制御手段、122 温度検出精度判定手段、
123 満充電判定条件制御手段、124 判定電流制御手段、
125 判定時間制御手段、126 満充電判定手段、
127 SOC演算誤差リセット制御手段、128 SOC演算手段、
129 PSOC制御手段。

Claims (5)

  1. 車両に搭載され、エンジンにより駆動される発電機からの電力で充電するバッテリの満充電を制御するものであって、
    前記バッテリの充放電電流を検出する電流センサ、前記バッテリの温度を推定するためその周囲温度を検出する温度センサ、前記電流センサからの充電電流検出値と充電時間とから満充電を判定する満充電判定手段、および前記バッテリの推定温度に基づき前記満充電判定時の充電状態を演算する充電状態演算手段を備えた車載バッテリの満充電制御装置において、
    前記バッテリの周囲状態を検出し当該検出値が所定の時間内に所定量以上変化しないか変化するかにより前記温度センサによる前記バッテリの推定温度と前記バッテリの実際の温度との差が所定の精度の範囲内にあるか否かを判定する温度検出精度判定手段、および前記温度検出精度判定手段が前記否と判定したとき、前記満充電判定手段で満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させるよう満充電判定条件を制御する満充電判定条件制御手段を備えたことを特徴とする車載バッテリの満充電制御装置。
  2. 前記温度検出精度判定手段は、前記バッテリの周囲状態としての、前記エンジンの回転数、前記車両の速度および前記温度センサによる周囲温度検出値のいずれかが所定の設定値以上変化したとき前記否と判定するようにしたことを特徴とする請求項1記載の車載バッテリの満充電制御装置。
  3. 前記満充電判定条件制御手段は、前記温度検出精度判定手段が前記否と判定したとき、前記満充電を判定する満充電判定電流値を基準値より小さく設定することにより前記満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させる判定電流制御手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の車載バッテリの満充電制御装置。
  4. 前記満充電判定条件制御手段は、前記温度検出精度判定手段が前記否と判定したとき、前記満充電を判定する満充電判定時間を基準値より長く設定することにより前記満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させる判定時間制御手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の車載バッテリの満充電制御装置。
  5. 前記満充電判定条件制御手段は、前記温度検出精度判定手段が前記否と判定したとき、前記満充電を判定する満充電判定電流値を基準値より小さく設定し、かつ前記満充電を判定する満充電判定時間を基準値より長く設定することにより前記満充電を判定する条件である充電量を所定量増大させる判定電流時間制御手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の車載バッテリの満充電制御装置。
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