JP6565750B2 - バッテリシステム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリシステムに関する。
近年、モータを駆動源とする電気自動車やモータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が多く用いられている。これらの電動車両では、モータに電力を供給すると共にモータを発電機として動作させた際の発電電力を充電する充放電可能なバッテリとバッテリを冷却する冷却装置が搭載されている。冷却装置は、冷却ファンを駆動して冷却空気として吸い込み、吸込んだ冷却空気をバッテリの周囲の冷却流路に流してバッテリを冷却するものである。
冷却装置の制御方法としては、バッテリの温度と、吸気温度と、バッテリを冷却した後の排気空気温度とを検出し、電池の発熱状態や冷却状態を判定して冷却ファンの運転を調整し、バッテリの温度を運転に好適な温度に制御する方法等が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−57292号公報
特許文献1に記載されたような従来技術の制御方法では、吸気温度を用いて冷却状態を判定して冷却ファンの調整を行っているため、吸気温度を検出する吸気温度センサが故障した場合には、冷却ファンを正確に調整することができなくなる場合がある。吸気温度センサの異常を判断するには、吸気温度センサを2つ配置して、2つの吸気温度センサの検出値の差が大きくなった場合に吸気温度センサが異常であると判断する方法が考えられる。しかし、この方法では、吸気温度センサの数が増えてしまい、冷却装置が複雑になってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、バッテリシステムにおいて、簡便な方法で吸気温度センサの異常を判断することを目的とする。
本発明のバッテリシステムは、車両駆動用のバッテリと、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、前記バッテリに冷却空気を導入する吸気ダクト中に設けられた吸気温度センサと、前記バッテリ温度センサの検出値と前記吸気温度センサの検出値とが入力されるコントローラと、を備えるバッテリシステムであって、前記コントローラは、車両停止後に、前回算出した前回推定バッテリ温度に今回計算時に前記吸気温度センサ検出した今回吸気温度と前回計算時に前記バッテリ温度センサで検出した前回実バッテリ温度との差に前回計算時から今回計算時までの経過時間と係数とを掛けた値を加算して今回推定バッテリ温度を算出し、前記今回推定バッテリ温度と、今回計算時に前記バッテリ温度センサで検出した今回実バッテリ温度との温度差を算出することを繰り返し、車両停止から所定期間以後で、且つ、所定の閾値よりも大きい前記温度差を所定回数以上算出した場合に、前記吸気温度センサが異常であると判断すること、を特徴とする。
本発明は、バッテリシステムにおいて、簡便な方法で吸気温度センサの異常を判断することができる。
本発明の実施形態におけるバッテリシステムの構成を示す系統図である。 本発明の実施形態におけるバッテリシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるバッテリシステムの実バッテリ温度と吸気温度の時間変化を示すグラフである。 第1所定数Ns=2、第2所定数Ms=2とした場合の図2のフローチャート中のカウンタnとカウンタmの時間変化を示す表である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態のバッテリシステム100について説明する。図1に示すように、バッテリシステム100は、車両駆動用のバッテリ10と、バッテリ10の温度TBを検出するバッテリ温度センサ22と、冷却ファン11からバッテリ10に冷却空気を導入する吸気ダクト14の中に設けられた吸気温度センサ21と、バッテリ温度センサ22の検出値と吸気温度センサ21の検出値とが入力されるコントローラ30と、を備えている。
バッテリ10は、正極ライン16と負極ライン17とを介してインバータ18に接続されている。インバータ18は、バッテリ10の直流電力を交流電力に変換して車両駆動用のモータジェネレータ19を駆動する。また、モータジェネレータ19が発電した交流電力はインバータ18によって直流電力に変換されてバッテリ10に充電される。
バッテリ10は、内部に図示しない冷却流路を備えており、冷却ファン11の吐出口とバッテリ10の冷却空気入口との間は吸気ダクト14で接続されている。また、バッテリ10の冷却流路の出口には、バッテリ10を冷却した後の空気を排出する排気ダクト15が取り付けられている。図1の矢印に示すように、冷却ファン11の吸気口13から吸い込まれた冷却空気は、吸気ダクト14を通ってバッテリ10の内部の冷却流路に流入し、バッテリ10を冷却した後、排気ダクト15から排出される。また、冷却ファン11はモータ12で駆動される。
コントローラ30は、内部に情報の演算処理を行うCPU31と、制御プログラム、制御データ等を格納するメモリ32とを含むコンピュータであり、吸気温度センサ21と、バッテリ温度センサ22の各検出値が入力される。また、コントローラ30は、インバータ18やモータジェネレータ19の駆動制御を行う上位の制御装置であるECU40と接続され、ECU40からの信号を受信するよう構成されている。また、ECU40には、車両の起動停止を行うイグニッションスイッチ41(以下、IGという)が接続されている。ECU40は、IG41からオンの信号が入力されると車両を起動し、IG41からオフの信号が入力されると車両を停止する。また、車両が停止するとECU40も停止するが、ECU40は車両の停止中に所定の周期で起動し、バッテリ10の状態等を監視する。所定の周期は、例えば、1時間程度であってもよい。
次に、図2を参照しながら本実施形態のバッテリシステム100の動作について説明する。以下の説明では、図3に示すように、時刻t0にIG41がオフとなった後、実線aで示す周囲温度である吸気温度TCがゆっくりと低下すると、一点鎖線bで示すバッテリ温度センサ22で検出したバッテリ10の温度TBは吸気温度TCよりもすこし遅れながらゆっくりと低下し、その後、周囲温度の上昇により吸気温度TCがゆっくり上昇すると、バッテリ10の温度TBは吸気温度TCの上昇よりも少し遅れて上昇するような場合を例に説明する。なお以下の説明では、時刻t0から時刻t10にバッテリ温度センサ22で検出したバッテリ10の実バッテリ温度を実TB0〜実TB10、時刻t0から時刻t10に吸気温度センサ21で検出した吸気温度をTC0〜TC10として説明する。
コントローラ30は、図2のステップS101に示すように、図1に示すIG41がオンからオフとされ、IGオフの信号がECU40からコントローラ30に入力されるまでは待機状態となっている。そして、図2のステップS101に示すように、図3の時刻t0にIG41がオンからオフとされ、ECU40からIG41がオフとなった信号が入力されたら、コントローラ30は、図2のステップS102からS104に示す初期化処理を実行する。
コントローラ30は、ステップS102に示すように、カウンタn、カウンタmを初期化してn=0、m=0とする。次に、コントローラ30は、ステップS103に示すように、時刻t0にバッテリ温度センサ22で検出したバッテリ10の温度である実TB0を前回推定TBの初期値にセットすると共に、メモリ32に格納しておく。また、コントローラ30は、ステップS104に示すように、IG41がオフとなった時刻t0を最初に推定TBを算出する際に用いる前回計算時刻として設定する。
ここで、カウンタnは、IG41がオフになっているIGオフ期間が所定期間Δts以上の間に推定TBを算出した回数を示すカウンタである。本実施形態ではステップS110の第1所定数Nsは2に設定され、推定TBの計算回数が2回(n=2)を超えたら、ステップS110のn>Nsの条件が成立するとして説明する。なお、nは2に限らず、0以上であれば、どのように設定してもよい。
また、カウンタmは、図2のステップS110で、|推定TB−実TB|>閾値、且つ、n>Nsとなった回数を示すカウンタである。本実施形態では、ステップS112の第2所定数Msは2に設定され、|推定TB−実TB|>閾値、且つ、n>Nsとなった回数が2回(m=2)以上となったらステップS112でYESと判断して吸気温度センサ21が異常であると判断するとして説明する。なお、mは2以上であれば、これに限らない。
コントローラ30は、ステップS102〜S104の初期化処理が終了したら、図2のステップS105に進み、IG41がオフ、つまり車両が停止中にECU40が起動してECU40の起動信号が入力されたかどうかを判断する。先に説明したように、ECU40はバッテリ10の状態等を監視するために、例えば、1時間程度の周期で車両の停止中に起動する。そして、ECU40が起動するとECU40の起動信号がコントローラ30に入力される。
コントローラ30は、IG41がオフとなって車両が停止後、ECU40の起動信号が入力されるまでの間はステップS105でNOと判断してステップS114に進み、IG41がオンでなければステップS105に戻り、ECU40の起動信号が入力されるまで待機する。なお、この待機中にIG41がオンとなり、車両が起動した場合には、ECU40からIG41がオンとなった信号が入力される。すると、コントローラ30はステップS114でYESと判断してプログラムの実行を終了する。
コントローラ30は、図3に示す時刻t1にECU40が起動され、ECU40の起動信号が入力されたら、ステップS105でYESと判断してステップS106に進み、前回推定TBを計算した前回計算時刻からの経過時間Δtを以下の計算式で算出する。
Δt=現在時刻−前回計算時刻 −−−−−−−−−−−− (式1)
今、前回計算時刻には、ステップS104で時刻t0が初期値としてセットされており、現在時刻はt1であるから、コントローラ30は、IG41がオフとなってから最初にECU40が起動するまでの経過時間Δt1を
Δt1=(時刻t1−時刻t0) −−−−−−−−−−−− (式2)
として計算する。コントローラ30は、経過時間Δt1を算出したら、結果をメモリ32に格納する。
次に、コントローラ30は、図2のステップS107に進み、バッテリ10の推定温度である推定TBを以下の式に従って計算する。
推定TB=前回推定TB+[TC−前回計算時の実TB]×Δt×K −(式3)
ここで、Kは係数であり、TCは今回計算時刻に吸気温度センサ21で検出した吸気温度である。IG41がオフで車両が停止中は、バッテリ10の発熱が無く、冷却ファン11も停止しているため、バッテリ10の温度は、吸気温度TCのような周囲の温度によって決まってくる。このため、バッテリ10の温度は、上記の(式3)のような温度の一次遅れの式で推定することができる。
今、前回推定TBには、ステップS103でバッテリ10の実TB0が初期値として設定されている。また、前回計算時刻には時刻t0が設定されているので、(式3)の前回計算時の実TBは実TB0となる。また、時刻t0から時刻t1までの経過時間Δt1は(式2)により算出される。これらから、コントローラ30は、時刻t1のバッテリ10の推定TB1を以下の式により算出する。ここで、TC1は、時刻t1に吸気温度センサ21によって検出された吸気温度である。
推定TB1=実TB0+[TC1−実TB0]×Δt1×K −−− (式4)
コントローラ30は、算出した推定TB1をメモリ32に格納する。
次に、コントローラ30は、図2のステップS108に示すように、IG41がオフとなってからのIGオフ期間が所定期間Δts以上かどうか判断する。IG41がオフとなって車両が停止してからのIGオフ期間が短いと、走行中の電池温度の影響が残っており、正確に吸気温度センサ21の異常を判断することができないためである。そのため、コントローラ30は、IG41がオフとなってから時刻t1までのIGオフ期間(時刻t1−時刻t0)が所定期間Δts以上となっているかどうか判断する。図3に示すように、時刻t1では、(時刻t1−時刻t0)<Δtsであるから、コントローラ30は、ステップS108でNOと判断して、ステップS105に戻り、次にECU40から起動信号が入力されるまで待機する。この場合、図2のステップS109、S111は実行されないので、図4に示すように、カウンタn,mはそれぞれ0のままである。
図3に示す時刻t2に二回目のECU40の起動信号が入力されると、コントローラ30は、(式1)の現在時刻に時刻t2、前回計算時刻に時刻t1を入れて前回計算時刻(時刻t1)からの経過時間Δt2を
Δt2=(時刻t2−時刻t1) −−−−−−−−−−−− (式5)
として計算する。
そして、コントローラ30は、図2のステップS107に進み、(式3)の前回推定TBに(式4)で計算した推定TB1を、TCに時刻t2に吸気温度センサ21で検出した吸気温度TC2を、前回計算時の実TBに時刻t1にバッテリ温度センサ22で検出した実TB1をそれぞれ代入して、時刻t2におけるバッテリ10の推定TB2を以下の式で計算する。
推定TB2=推定TB1+[TC2−実TB1]×Δt2×K −−− (式6)
コントローラ30は、算出した推定TB2をメモリ32に格納する。
先に説明したと同様、コントローラ30は、ステップS108に進みIGオフ期間(時刻t2−時刻t0)が所定期間Δts以上かどうか判断する。図3に示すように、時刻t2では、(時刻t2−時刻t0)<Δtsであるから、コントローラ30は、ステップS108でNOと判断して、ステップS105に戻り、次にECU40から起動信号が入力されるまで待機する。この場合、図2のステップS109、S111は実行されないので、図4に示すように、カウンタn,mはそれぞれ0のままである。
以下、コントローラ30は、IGオフ期間が所定期間Δts未満の時刻t3、時刻t4で、ECU40が起動される毎に図2のステップS106,S107動作を繰り返し、時刻t3、時刻t4での推定TB3、推定TB4の算出を行う。この間、図2のステップS109、S111は実行されないので、図4に示すように、カウンタn,mは、それぞれ0のままである。
図3に示すように、時刻t5になると、IGオフ期間(時刻t5−時刻t0)が所定期間Δts以上となる。コントローラ30は、前回計算時刻(時刻t4)からの経過時間Δt5を、Δt5=(時刻t5−時刻t4)で計算し、(式3)の前回推定TBに推定TB4を、TCに時刻t5に吸気温度センサ21で検出した吸気温度TC5を、前回計算時の実TBに時刻t4にバッテリ温度センサ22で検出した実TB4をそれぞれ代入して、時刻t5におけるバッテリ10の推定TB5を以下の式で計算する。
推定TB5=推定TB4+[TC5−実TB4]×Δt5×K −−− (式7)
コントローラ30は、算出した推定TB5をメモリ32に格納する。
先に説明したように、(時刻t5−時刻t0)≧所定期間Δtsであるから、コントローラ30は、図2のステップS108でYESと判断してステップS109に進んでカウンタnを1だけインクリメントしてステップS110に進む。カウンタnは、図4に示すように0から1となる。そして、コントローラ30は、ステップS107で算出した推定TB5と時刻t5にバッテリ温度センサ22によって検出した実TB5との差の絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB5−実TB5|>閾値)、および、カウンタnが第1所定数Nsを超えているかどうかを判断する。本実施形態では、先に説明したように、第1所定数Ns=2である。図4に示すように、時刻t5では推定TB5と実TB5との差の絶対値が閾値を超えていないので、コントローラ30は、ステップS110でNOと判断してステップS105に戻り、ステップS102からS110の動作を繰り返す。この場合、図2のステップS111は実行されないので、図4に示すように、カウンタmは0のままである。
コントローラ30は、時刻t6において、ECU40の起動信号が入力されたら、時刻t5と同様、推定TB6を算出し、カウンタnを2にインクリメントして、実TB6との差の絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB6−実TB6|>閾値)、および、カウンタnが所定の数値Nsを超えているかどうかを判断する。図4に示すように、時刻t6では、|推定TB6−実TB6|>閾値、であるが、カウンタnは2でNsの2を超えていないので、コントローラ30は、ステップS110でNOと判断して図2のステップS105に戻り、次にECU40の起動信号が入力されるまで待機する。この場合、図2のステップS111は実行されないので、図4に示すように、カウンタmは0のままである。
コントローラ30は、時刻t7において、ECU40の起動信号が入力されたら、時刻t6と同様、推定TB7を算出し、カウンタnを3にインクリメントして、実TB7との温度差の絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB7−実TB7|>閾値)、および、カウンタnが第1所定数Nsを超えているかどうかを判断する。図4に示すように、時刻t7では、カウンタnは3で第1所定数Nsの2を超えているが、|推定TB7−実TB7|≦閾値、なので、コントローラ30は、ステップS110でNOと判断して図2のステップS105に戻り、次にECU40の起動信号が入力されるまで待機する。この場合、図2のステップS111は実行されないので、図4に示すように、カウンタmは0のままである。
コントローラ30は、時刻t8において、ECU40の起動信号が入力されたら、時刻t7と同様、推定TB8を算出し、カウンタnを4にインクリメントして、実TB8との差の絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB8−実TB8|>閾値)、および、カウンタnが第1所定数Nsを超えているかどうかを判断する。図4に示すように、時刻t8では、カウンタnは4でNsの2を超えており、|推定TB8−実TB8|>閾値、なのでコントローラ30は、ステップS110でYESと判断してステップS111に進んでカウンタmを1だけインクリメントして1とし、ステップS112に進む。そして、カウンタmが第2所定数Ms以上となっているかどうかを判断する。本実施形態では、先に説明したように第2所定数Msは2である。カウンタmは1だけインクリメントされて1となっているが、第2所定数Msの2未満であるから、コントローラ30は、図2のステップS112でNOと判断し、ステップS105に戻り、次にECU40の起動信号が入力されるまで待機する。
コントローラ30は、時刻t9において、ECU40の起動信号が入力されたら、時刻t8と同様、推定TB9を算出し、カウンタnを5にインクリメントして、実TB9との温度差の絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB9−実TB9|>閾値)、および、カウンタnが所定の数値Ns以上となっているかどうかを判断する。図4に示すように、時刻t9では、カウンタnは5で第1所定数Nsの2を超えているが、|推定TB9−実TB9|<閾値、なので、コントローラ30は、ステップS110でNOと判断してステップS105に戻り、次にECU40の起動信号が入力されるまで待機する。この場合、図2のステップS111は実行されないので、図4に示すように、カウンタmは1のままである。
コントローラ30は、時刻t10において、ECU40の起動信号が入力されたら、時刻t9と同様、推定TB10を算出し、カウンタnを6にインクリメントして、実TB10との絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB10−実TB10|>閾値)、および、カウンタnが第1所定数Ns以上となっているかどうかを判断する。図4に示すように、時刻t10では、カウンタnは6で第1所定数Nsの2を超えており、|推定TB9−実TB9|>閾値、なのでコントローラ30は、ステップS110でYESと判断してステップS111に進んでカウンタmを1だけインクリメントして2とし、ステップS112に進みカウンタmが第2所定数Ms以上となっているかどうかを判断する。本実施形態では、第2所定数Ms=2であり、カウンタmは2以上となっているから、コントローラ30は、図2のステップS112でYESと判断し、ステップS113に進み、吸気温度センサ21に異常があると判断する。そして、コントローラ30は、図示しないダイアグ等に吸気温度センサ21が異常であることの信号を出力してプログラムの動作を終了する。
その後、図3の時刻t11でIG41がオンとなると車両が始動し、図3の一点鎖線bに示すように充放電によりバッテリ10の温度は次第に上昇していく。
以上説明したように、本実施形態のバッテリシステム100は、車両が停止中でバッテリ10の発熱が無い場合には、バッテリ10の温度は、吸気温度等の周囲温度によって変化し、(式3)のような温度の一次遅れの式で推定可能となることを利用し、吸気温度センサ21を2つ取り付けることなく、簡便な方法で吸気温度センサの異常を判断することができるものである。また、本実施形態のバッテリシステム100は、IGオフ期間が所定期間Δts以上となるまで、推定TBと実TBとの温度差の絶対値が所定の閾値を超えているかどうか(|推定TB−実TB|>閾値)の判断を行わず、その後、(|推定TB−実TB|>閾値)かどうか判断を複数回行った後、複数回(|推定TB−実TB|>閾値)となった場合に、吸気温度センサ21が異常であると判断するようにしているので、吸気温度センサ21が正常であるにも関わらず、異常であると判断する誤判断を抑制し、正確に吸気温度センサ21の異常を判断することができる。
以上説明した実施形態では、前回推定TBを計算した前回計算時刻からの経過時間Δtを、(現在時刻−前回計算時刻)として計算していたが、ECU40が、例えば、IG41をオフにした後、1時間おきに起動するようにスケジューリングされている場合には、Δtを毎回計算せず、ECU40の所定の起動周期に固定してもよい。
更に、本実施形態では、カウンタnを用いて(|推定TB−実TB|>閾値)かどうかの判断を複数回行ったと判断した後、複数回(|推定TB−実TB|>閾値)となった場合に、吸気温度センサ21が異常であると判断するようにしているが、カウンタnを用いず、IGオフ期間が所定期間Δts以上の場合に、すぐに(|推定TB−実TB|>閾値)の判断を行い、(|推定TB−実TB|>閾値)が複数回以上となった場合に吸気温度センサ21が異常であると判断するようにしてもよい。なお、第1所定数Nsを0にセットしても同様の動作を行うことができる。
10 バッテリ、11 冷却ファン、12 モータ、13 吸気口、14 吸気ダクト、15 排気ダクト、16 正極ライン、17 負極ライン、18 インバータ、19 モータジェネレータ、21 吸気温度センサ、22 バッテリ温度センサ、30 コントローラ、31 CPU、32 メモリ、41 イグニッションスイッチ、100 バッテリシステム。

Claims (1)

  1. 車両駆動用のバッテリと、
    前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、
    前記バッテリに冷却空気を導入する吸気ダクト中に設けられた吸気温度センサと、
    前記バッテリ温度センサの検出値と前記吸気温度センサの検出値とが入力されるコントローラと、を備えるバッテリシステムであって、
    前記コントローラは、
    車両停止後に、前回算出した前回推定バッテリ温度に今回計算時に前記吸気温度センサ検出した今回吸気温度と前回計算時に前記バッテリ温度センサで検出した前回実バッテリ温度との差に前回計算時から今回計算時までの経過時間と係数とを掛けた値を加算して今回推定バッテリ温度を算出し、前記今回推定バッテリ温度と、今回計算時に前記バッテリ温度センサで検出した今回実バッテリ温度との温度差を算出することを繰り返し、
    車両停止から所定期間以後で、且つ、所定の閾値よりも大きい前記温度差を所定回数以上算出した場合に、前記吸気温度センサが異常であると判断すること、
    を特徴とするバッテリシステム。
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