JPWO2016194271A1 - 補機用バッテリの状態判定装置、及び、補機用バッテリの状態判定方法 - Google Patents

補機用バッテリの状態判定装置、及び、補機用バッテリの状態判定方法 Download PDF

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Abstract

状態判定装置のセンサ部が、車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別に設けられ、駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリの端子電圧の大きさ、及び、補機用バッテリに流れる電流の大きさを検出する。そして、内部抵抗算出部が、補機が起動される前で、かつ、端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間と、補機の起動が検知されてから所定の期間内においてセンサ部が検出した端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさに基づいて補機用バッテリの内部抵抗を算出する。

Description

本発明は、車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別途設けられる補機用バッテリの状態を判定する状態判定装置、及び、補機用バッテリの状態判定方法に関する。
近年、アイドリングストップ機能を有する車両が増加してきている。このような車両に搭載されるバッテリには、大きな負荷がかかることになるため、バッテリの状態を監視することが重要になっている。
例えば、特許文献１には、フルスケールが小さい電流センサを用いてエンジン始動用のバッテリの状態を推定する装置が開示されている。この装置では、スタータスイッチがオン状態となったと判断された場合に、大きな突入電流が流れる前の電流の値、すなわち、フルスケールが小さい電流センサで測定可能な電流の値を用いてバッテリの状態が推定される。
特開２０１１−２５７２１４号公報
本発明に係る補機用バッテリの状態判定装置は、車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別に設けられ、駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリの端子電圧の大きさ、及び、補機用バッテリに流れる電流の大きさを検出するセンサ部を備える。そして、センサ部が検出した端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさに基づいて、補機用バッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、を備える。そして、内部抵抗算出部は、補機が起動される前で、かつ、端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間と、補機の起動が検知されてから所定の期間内においてセンサ部が検出した端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさに基づいて内部抵抗を算出する。
本発明に係る補機用バッテリの状態判定方法は、車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別に設けられ、駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリの端子電圧の大きさ、及び、補機用バッテリに流れる電流の大きさを検出する検出ステップを含む。さらに、検出ステップにおいて検出された端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさに基づいて、補機用バッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出ステップと、を含む。そして、内部抵抗算出ステップでは、補機が起動される前で、かつ、端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間と、補機の起動が検知されてから所定の期間内において検出ステップにおいて検出された端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさに基づいて内部抵抗を算出する。
本発明によれば、大きな突入電流が流れない補機用バッテリの状態を精度よく、かつ、適切に判定することができる。
本実施の形態に係る状態判定装置を備える車両の一部を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る補機用バッテリの電圧を示すグラフ 本発明の実施の形態に係る補機用バッテリの内部抵抗を示すグラフ 本発明の実施の形態に係る補機用バッテリの内部抵抗のバラツキを示すグラフ 本発明の実施の形態に係る補機用バッテリの状態判定処理を示すフロー図
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。
特許文献１に記載の従来技術では、大きな突入電流が流れない補機用バッテリの電池状態を判定することが難しいという課題がある。補機用バッテリとは、ハイブリッド自動車などの駆動用モータに大きな電力を供給するための駆動用バッテリと別に設けられた補機の電源となるバッテリである。この補機用バッテリの出力電圧は、駆動用バッテリの出力電圧よりも低くなっている。
本発明は、大きな突入電流が流れない補機用バッテリの状態を精度よく、かつ、適切に判定することができる補機用バッテリの状態判定装置、及び、補機用バッテリの状態判定方法を提供することを目的とする。
以下に、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
＜状態判定装置を備える車両の構成＞
本実施の形態に係る状態判定装置１０を備える車両の構成につき、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る状態判定装置１０を備える車両の一部を示すブロック図である。
本実施の形態では、状態判定装置１０が、ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの電動車両に搭載された場合について説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリとは別に、駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリが設けられた車両であれば、本発明を適用することができる。
図１に示すように、この車両は、状態判定装置１０、補機用バッテリ２０、ＥＣＵ（Electric Control Unit）３０、負荷３１、駆動用バッテリ４１、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２、モータ周辺補機４３、及び、駆動用モータ４４を有している。
状態判定装置１０は、補機用バッテリ２０の状態を判定する装置である。この状態判定装置１０は、ＥＣＵ３０から出力される放電情報に応じたタイミングで、補機用バッテリ２０の状態を判定する。なお、状態判定装置１０の構成の詳細については後述する。
補機用バッテリ２０は、充放電が可能な鉛蓄電池などのバッテリである。補機用バッテリ２０は、負荷３１、ＥＣＵ３０、モータ周辺補機４３、及び、状態判定装置１０に電力を供給する。補機用バッテリ２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２を介して駆動用バッテリ４１により充電される。
ＥＣＵ３０は、車両に搭載された機器の制御を行う。例えば、ＥＣＵ３０は、モータ周辺補機４３に作動制御信号を送信してモータ周辺補機４３を制御し、また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２に電圧制御信号を送信してＤＣ−ＤＣコンバータ４２の制御を行う。
また、ＥＣＵ３０は、補機用バッテリ２０が放電することを示す放電情報を状態判定装置１０に送信する。さらに、ＥＣＵ３０は、状態判定装置１０から補機用バッテリ２０の状態判定結果の情報を受けて、判定結果に応じた制御を行う。
負荷３１は、エアコンや車内照明、メータパネル、灯火器などの車両に搭載される様々な電気機器である。
駆動用バッテリ４１は、車両の走行に使用する大きな電力を、モータ周辺補機４３を介して駆動用モータ４４に供給する。駆動用バッテリ４１は、例えば、リチウムイオン電池である。
ＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、駆動用バッテリ４１の電圧を下げて、駆動用バッテリ４１の電力を電源ラインＬ１０に出力する。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、負荷３１への電力供給、並びに、補機用バッテリ２０の充電を行う。ＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、ＥＣＵ３０により制御される。
モータ周辺補機４３は、駆動用モータ４４を駆動するために必要な補機である。モータ周辺補機４３は、駆動用バッテリ４１の電力線の接点と、駆動用モータ４４におけるインバータ回路などの電力線の接点とを開閉するリレースイッチなどを含む。モータ周辺補機４３は、ＥＣＵ３０により出力される作動制御信号に基づき、補機用バッテリ２０の電力により駆動される。
駆動用モータ４４は、車両を駆動する駆動用モータである。駆動用モータ４４は、駆動用バッテリ４１から電力の供給を受けて駆動する。
＜状態判定装置の構成＞
次に、状態判定装置１０の構成につき、図１を参照しながら詳細に説明する。
状態判定装置１０は、タイミング判断部１１、センサ部１２、内部抵抗算出部１３、記憶部１４を有する。
ここで、状態判定装置１０の各機能ブロックは、センサ部１２の素子（電流検出用抵抗など）を除いて、ワンチップの半導体集積回路として構成されてもよい。また、状態判定装置１０は、センサ部１２の素子を除いて、複数の半導体集積回路により構成されてもよい。
さらに、状態判定装置１０の一部、または、センサ部１２の素子を除いた全部は、ＥＣＵ３０、あるいは、車両に搭載される他のＥＣＵと一緒に１つの半導体集積回路により構成されてもよい。また、状態判定装置１０の複数の機能ブロックは、１つの機能ブロックに統合されてもよい。
タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０により送信された放電情報に基づいて、補機用バッテリ２０の状態を判定するタイミングを判断する。タイミング判断部１１は、上記タイミングで内部抵抗算出部１３に信号を送信し、補機用バッテリ２０の状態を判定するタイミングであることを内部抵抗算出部１３に通知する。
センサ部１２は、補機用バッテリ２０の充放電電流と端子電圧とを検出する。センサ部１２により検出された充放電電流、及び、端子電圧の値は、記憶部１４に記憶される。
内部抵抗算出部１３は、タイミング判断部１１から通知されたタイミングに基づいて、記憶部１４に格納されている放電電流、及び、端子電圧の値を記憶部１４から読み出す。そして、内部抵抗算出部１３は、記憶部１４から読み出した値を用いて補機用バッテリ２０の内部抵抗を算出する状態判定処理を行う。なお、これらの状態判定処理の詳細は後述する。
また、内部抵抗算出部１３は、内部抵抗の算出結果を状態判定結果としてＥＣＵ３０に通知する。なお、内部抵抗算出部１３は、状態判定結果を、他の制御部に出力してもよい。あるいは、状態判定装置１０の図示しない表示部が、状態判定結果に基づき、結果の表示をしたり、警告などを行ったりしてもよい。
記憶部１４は、センサ部１２で検出した補機用バッテリ２０の充放電電流、及び、端子電圧の値を記憶する。
＜状態判定装置を備える車両の動作＞
次に、本発明の実施の形態に係る状態判定装置１０を備える車両の動作につき、詳細に説明する。
この車両では、始動する際、補機用バッテリ２０の電力によりモータ周辺補機４３が駆動される。これにより駆動用バッテリ４１から駆動用モータ４４に電力が供給可能となる。そして、駆動用バッテリ４１の電力により駆動用モータ４４が駆動した後、駆動用バッテリ４１からＤＣ−ＤＣコンバータ４２を介して補機用バッテリ２０に充電が行われる。
このように、駆動用モータ４４により車両を始動する際に、補機用バッテリ２０の放電制御から充電制御への切り替わりが生じる。
ＥＣＵ３０は、補機用バッテリ２０が放電することを示す放電情報を状態判定装置１０のタイミング判断部１１に送信する。具体的には、ＥＣＵ３０は、モータ周辺補機４３を作動させる作動制御信号をモータ周辺補機４３に送信する際に、この放電情報をタイミング判断部１１に送信する。
タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０から受信した放電情報に基づいて、補機用バッテリ２０における放電電流と端子電圧とを検出するタイミングを判断し、そのタイミングを内部抵抗算出部１３に通知する。
＜補機用バッテリにおける放電電流と端子電圧との検出タイミング＞
本実施の形態に係る補機用バッテリ２０における放電電流と端子電圧との検出タイミングにつき、図２から図４を参照しながら詳細に説明する。ここで、図２は、補機用バッテリ２０の電圧変化のいくつかの例を示す図であり、図３は、補機用バッテリ２０の内部抵抗の算出結果を示す図であり、図４は、補機用バッテリ２０の内部抵抗の算出結果のばらつきを示す図である。内部抵抗の算出方法については後に詳しく説明する。
ここで、図４の横軸はモータ周辺補機４３の起動検知後の経過時間である。モータ周辺補機４３が起動したか否かは、さまざまな方法により判定される。
例えば、モータ周辺補機４３が起動したか否かは、補機用バッテリ２０の内部抵抗が極小値を示したか否か、補機用バッテリ２０の電圧が極小値となったか否か、補機用バッテリ２０の端子電圧が所定の値だけ低下したか否か、または、補機用バッテリ２０の放電電流が所定の値に達したか否かを検出することにより判定される。
図３の例において、補機用バッテリ２０の内部抵抗が極小値を示したか否かによりモータ周辺補機４３の起動検知を行う場合、５ｍｓの時点で内部抵抗が極小値を示しているため、起動検知の時点は５ｍｓとなる。
補機用バッテリ２０の端子電圧は、図２に示すように、測定毎に異なる時間推移を示すが、内部抵抗の値は、図３に示すように、５ｍｓから１５ｍｓにかけてばらつきが少なくなる。このことは、図４において０ｍｓから１０ｍｓの間において、内部抵抗のばらつきが、０．２５ｍΩという実用上問題にならない値よりも小さくなることから明らかである。
このようなことから、タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０から放電情報を受信した場合、モータ周辺補機４３の起動検知を行い、内部抵抗算出部１３は、タイミング判断部１１でモータ周辺補機４３の起動検知が行われてから所定の期間内の放電電流、及び、端子電圧を利用して、補機用バッテリ２０の内部抵抗を算出する。図４に示されるように、上記所定の期間は、１０ｍｓ以下であることが好ましい。
これにより、内部抵抗のばらつきが小さくなり、大きな突入電流が流れない補機用バッテリ２０の状態を精度よく、かつ、適切に判定することができる。
なお、上記所定の期間は、例えば、実験等を行うことにより適宜設定することができるが、図２に示すように、モータ周辺補機４３の起動により補機用バッテリ２０の端子電圧が低下した後に、その端子電圧が極小値を示す時点を含むように設定することが好ましい。
また、センサ部１２が過去に補機用バッテリ２０の端子電圧を測定した結果、モータ周辺補機４３の起動により補機用バッテリ２０の端子電圧が低下した後、その端子電圧が極小値を示すことが検知された場合に、その端子電圧が極小値を示した時点を含むように設定してもよい。
＜補機用バッテリの状態判定処理＞
次に、本実施の形態に係る補機用バッテリ２０の状態判定処理につき、図５を参照しながら詳細に説明する。
まず、タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０から放電情報を受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。
そして、タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０から放電情報を受信していない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ステップＳ１の処理を繰り返す。
一方、タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０から放電情報を受信した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、内部抵抗算出部１３に信号を送信して、補機用バッテリ２０の放電電流Ｉ０、及び、端子電圧Ｖ０を検出するタイミングであることを内部抵抗算出部１３に通知する（ステップＳ２）。
ここで、放電電流Ｉ０、及び、端子電圧Ｖ０は、モータ周辺補機４３が起動される前で、かつ、放電電流の大きさ、及び、端子電圧の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間における電流値、及び、電圧値である。この安定期間は、実験結果等に基づいて予め定められていてもよいし、センサ部１２の検出結果に基づいて判定されてもよい。
その後、内部抵抗算出部１３は、補機用バッテリ２０の放電電流Ｉ０、及び、端子電圧Ｖ０の検出値をセンサ部１２から取得し、記憶部１４に記憶する（ステップＳ３）。
次に、タイミング判断部１１は、モータ周辺補機４３が起動したか否かを判定する（ステップＳ４）。タイミング判断部１１は、モータ周辺補機４３が起動していないと判定した場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ４の処理を繰り返す。
一方、タイミング判断部１１は、モータ周辺補機４３が起動したと判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、内部抵抗算出部１３に信号を送信して、補機用バッテリ２０の放電電流Ｉ１、及び、端子電圧Ｖ１を検出するタイミングであることを内部抵抗算出部１３に通知する（ステップＳ５）。
ここで、放電電流Ｉ１、及び、端子電圧Ｖ１は、モータ周辺補機４３の起動がタイミング判断部１１により検知された後、所定の期間内において測定される電流値、および、電圧値である。例えば、図２〜図４の例では、上記所定の期間は１０ｍｓである。
その後、内部抵抗算出部１３は、上記所定の期間内においてセンサ部１２により測定された補機用バッテリ２０の放電電流Ｉ１、及び、端子電圧Ｖ１の値をセンサ部１２から取得し、記憶部１４に記憶する（ステップＳ６）。
そして、内部抵抗算出部１３は、ステップＳ３で記憶部１４に記憶した放電電流Ｉ０、及び、端子電圧Ｖ０の値と、ステップＳ６で記憶部１４に記憶した放電電流Ｉ１、及び、端子電圧Ｖ１の値とを用いて、２点法などの方法により内部抵抗を算出する（ステップＳ７）。
２点法を用いる場合、内部抵抗算出部１３は、次式（１）により補機用バッテリ２０の内部抵抗Ｒｉを算出する。
Ｒｉ＝（Ｖ０−Ｖ１）／（Ｉ０−Ｉ１） ・・・（１）
そして、内部抵抗算出部１３は、算出した内部抵抗Ｒｉの情報を状態判定結果としてＥＣＵ３０に出力する（ステップＳ８）。
以上のように、本実施の形態では、状態判定装置１０のセンサ部１２が、車両の駆動用モータ４４の電源である駆動用バッテリ４１と別に設けられ、駆動用バッテリ４１よりも出力電圧が低い補機（例えば、モータ周辺補機４３）の電源である補機用バッテリ２０の端子電圧の大きさ、及び、補機用バッテリ２０に流れる電流の大きさを検出する。そして、内部抵抗算出部１３が、補機が起動される前で、かつ、端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間と、補機の起動が検知されてから所定の期間内においてセンサ部１２が検出した端子電圧の大きさ、及び、電流の大きさに基づいて補機用バッテリ２０の内部抵抗を算出することとした。これにより、内部抵抗のばらつきが小さくなり、大きな突入電流が流れない補機用バッテリ２０の状態を精度よく、かつ、適切に判定することができる。
また、本実施の形態では、上記所定の期間が、補機の起動により端子電圧が低下した後に端子電圧が極小値を示す時点を含む期間に設定されることとした。これにより、内部抵抗のばらつきが小さくなる期間を適切に設定することができる。
また、本実施の形態では、上記所定の期間が、補機の起動により端子電圧が低下した後に端子電圧が極小値を過去に示した時点を含む期間に設定されることとした。これにより、内部抵抗のばらつきが小さくなる期間を容易、かつ、適切に設定することができる。
また、本実施の形態によれば、上記所定の期間が、１０ミリ秒以下の期間であることとした。この場合も同様に、内部抵抗のばらつきが小さくなる期間を容易、かつ、適切に設定することができる。
本発明は、車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別に設けられ、駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリの状態判定を行う装置に好適に利用できる。
１０ 状態判定装置
１１ タイミング判断部
１２ センサ部
１３ 内部抵抗算出部
１４ 記憶部
２０ 補機用バッテリ
３０ ＥＣＵ
３１ 負荷
４１ 駆動用バッテリ
４２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
４３ モータ周辺補機
４４ 駆動用モータ

Claims (5)

  1. 車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別に設けられ、該駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリの端子電圧の大きさ、及び、該補機用バッテリに流れる電流の大きさを検出するセンサ部と、
    前記センサ部が検出した端子電圧の大きさ、及び、前記電流の大きさに基づいて、前記補機用バッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、
    を備え、
    前記内部抵抗算出部は、前記補機が起動される前で、かつ、前記端子電圧の大きさ、及び、前記電流の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間と、前記補機の起動が検知されてから所定の期間内において前記センサ部が検出した前記端子電圧の大きさ、及び、前記電流の大きさに基づいて前記内部抵抗を算出する補機用バッテリの状態判定装置。
  2. 前記所定の期間は、前記補機の起動により前記端子電圧が低下した後に該端子電圧が極小値を示す時点を含む期間に設定される請求項１に記載の補機用バッテリの状態判定装置。
  3. 前記所定の期間は、前記補機の起動により前記端子電圧が低下した後に該端子電圧が極小値を過去に示した時点を含む期間に設定される請求項１に記載の補機用バッテリの状態判定装置。
  4. 前記所定の期間は、１０ミリ秒以下である請求項１に記載の補機用バッテリの状態判定装置。
  5. 車両の駆動用モータの電源である駆動用バッテリと別に設けられ、該駆動用バッテリよりも出力電圧が低い補機の電源である補機用バッテリの端子電圧の大きさ、及び、該補機用バッテリに流れる電流の大きさを検出する検出ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出された端子電圧の大きさ、及び、前記電流の大きさに基づいて、前記補機用バッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出ステップと、
    を含み、
    前記内部抵抗算出ステップでは、前記補機の起動の起動される前で、かつ、前記端子電圧の大きさ、及び、前記電流の大きさが所定の変動範囲に収まる安定期間と、前記補機の起動が検知されてから所定の期間内において前記検出ステップにおいて検出された前記端子電圧の大きさ、及び、前記電流の大きさに基づいて前記内部抵抗を算出する補機用バッテリの状態判定方法。
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