KR20020036851A

KR20020036851A - 배터리용량계측 및 잔존용량 산출장치

Info

Publication number: KR20020036851A
Application number: KR1020027003097A
Authority: KR
Inventors: 오쿠보나오히코; 기시다신지; 이토신이치; 가와이도시유키; 기쿠치가츠히데; 기쿠치데츠로
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2002-05-16
Also published as: KR100554241B1; EP1220413A4; EP1220413B1; EP1923711A3; US6621250B1; EP1923711A2; EP1923710A3; EP1923711B1; EP1923710A8; CN1230962C; CN1387691A; WO2001018938A1; EP1923711B8; DE60045169D1; EP1923710A2; EP1923710B1; DE60045170D1; EP1220413A1; DE60041706D1

Abstract

본 발명의 배터리용량 계측장치는, 마이크로컴퓨터(80)내에 배터리의 만충전을 검출하는 만충전 검출부(80e)와, 만충전시로부터 다음 만충전시까지의 기간에 전류센서의 검출전류를 적산하는 검출전류 적산부(80a)와, 검출전류 정산값을 기간의 길이로 나누는 제산부(80b)와, 제산부에서의 제수값에 의해 검출전류를 옵셋보정하는 보정부(80c)로 구성된다. 또한 배터리 잔존용량 산출장치는, 배터리의 단자전압을 검출하는 전압검출부(50)와 배터리 전류를 검출하는 전류검출부(40)와, 검출전류에 의거하여 배터리내의 분극의 지수를 산출하는 지수 산출부와, 분극의 지수가 배터리의 충전상태에 영향을 주는 정도를 작게 하는 소정범위내에 유지되도록 교류발전기의 출력전압을 제어하는 제어부와, 분극의 지수가 소정범위내에 유지되어 있을 때, 배터리의 개방전압을 나타내는 검출단자 전압에 따라 배터리의 잔존용량을 산출하는 산출부로 구성된다.

Description

배터리용량계측 및 잔존용량 산출장치{APPARATUS FOR BATTERY CAPACITY MEASUREMENT AND FOR REMAINING CAPACITY CALCULATION}

〔본 발명의 제 1 형태에 관련되는 배경기술〕

차량에 탑재되는 배터리는 엔진의 시동기나 그 밖의 보조기계의 전원으로서 사용되고, 내연기관의 동력으로 작동하는 발전기에 의해 적절하게 충전된다. 배터리용량계측장치는 배터리의 현재의 용량을 구하는 것으로, 검출된 배터리용량에 의거하여 발전기가 제어된다.

예를 들면 일본국 특개평6-351166호 공보에는, 배터리가 만충전에 가까울 때에는 조정전압을 낮게 하여 과충전이 되지 않도록 함과 동시에, 저연비로 발전을 할 수 있도록 하고, 한편 용량부족일 때는 조정전압을 높게 하여 과방전이 되지 않도록 함으로써, 부하의 소비전력에 따른 적정한 용량을 저연비로 확보하고, 또한 과충전 또는 과방전에 의한 배터리의 열화를 방지하는 기술이 개시되어 있다. 본예에서는 배터리용량은 전류센서에 의해 얻어진 배터리의 충방전 전류의 적산값에 의거하여 산출하고 있다.

배터리의 충방전 전류의 적산값으로부터 배터리용량을 산출하는 것에서는 전류센서의 검출정밀도가 중요하다. 특히 검출된 전류값에 옵셋오차가 포함되어 있으면, 현재의 배터리용량을 산출할 때에 옵셋오차는 적산하게 되고, 그 결과 배터리의 충전제어를 적정하게 행하는 것이 곤란하게 된다. 이 옵셋오차는, 일반적으로는 회로가 개방일 때의 전류를 검출함으로써 얻어지나, 차량에서는 엔진정지시에도 시계 등의 보조기계는 급전상태에 있기 때문에, 회로를 완전히 개방으로 하여 전류를 검출하는 것은 곤란하다. 따라서 이 문제에 대처하기 위하여 엔진정지시의 암전류를 미리 견적하여 두고, 암전류의 분을 제외하고 옵셋오차를 얻는 방법이 제안되고 있다.

그러나, 엔진정지시의 암전류는, 보조기계의 사용형태나 종류에 의해 차이가 있어, 반드시 적정하게 엔진정지시의 암전류를 견적할 수는 없고, 오히려 충방전 전류의 검출오차가 증대할 염려도 있었다.

따라서 본 발명의 제 1 형태는, 이와 같은 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 계측 정밀도가 좋은 배터리용량계측장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

〔본 발명의 제 2 형태에 관련되는 배경기술〕

차량용 배터리의 충전상태를 나타내는 잔존용량의 산출장치로서는, 예를 들면 일본국 특개평10-319100호 공보에 개시되어 있다. 본예에서는 차량의 주행 중의 배터리전류를 계측함으로써, 국부적인 전해액의 농도변화를 예측함으로써, 이농도변화에 기인하여 생기는 분극의 정도를 추정하여 분극의 영향이 작을 때를 겨냥하여 측정한 전압 - 전류특성으로부터 배터리의 잔존용량을 산출하도록 한 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 잔존용량 산출장치에서는 예를 들면 배터리에 대하여 충전되는 상황이 계속되는 차량의 주행상황에 있는 경우에는 분극의 정도를 추정할 수 없기 때문에, 필요할 때에 배터리의 잔존용량의 정밀도가 좋은 산출이 어렵다는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 제 2 형태는, 이와 같은 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 2차전지로 이루어지는 배터리의 충전상태에 밀접한 영향을 주는 배터리내의 분극을 유효하게 활용하여 이루어지는 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치, 엔진 자동정지 시동장치 및 전기회전기제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

〔본 발명의 제 3 형태에 관련되는 배경기술〕

차량용 배터리의 만충전 판정장치로서는, 배터리(예를 들면, 납축전지로 이루어짐)를 정전류로 충전하여 가면, 그 만충전 부근에서 배터리의 단자전압이 상승한다는 현상을 이용하여 단자전압의 상승을 감시함으로써, 만충전을 판정하는 것이 있다.

그러나, 차량의 주행 중의 배터리에서는 충방전 전류의 변화나 전해액의 농도변화에 기인하는 분극상태가 발생한다. 또 교류발전기의 출력전압은 레귤레이터에 의해 조정전압으로서 조정되어 있기 때문에, 반드시 배터리의 단자전압의 상승과 만충전과의 대응이 취해져 있지 않다. 따라서 배터리의 단자전압을 감시하여도만충전을 정밀도 좋게 판정할 수 없다는 불편이 생긴다.

따라서 본 발명의 제 3 형태는, 이와 같은 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 레귤레이터에 의한 조정전압이나 배터리내에 생기는 분극과는 관계하지 않고 배터리의 만충전을 정밀도 좋게 판정하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치 및 이것을 사용한 배터리의 잔존용량 산출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 배터리용량계측 및 잔존용량 산출장치에 관한 것으로, 특히 차량용 배터리에 대하여 배터리용량계측장치, 배터리잔존용량 산출장치, 배터리잔존용량에 의거하는 엔진 자동정지 시동장치, 배터리잔존용량에 의거하는 전기회전기제어장치, 및 배터리의 만충전(滿充電) 판정장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 형태의 배터리에 부설되는 배터리용량 계측장치의 블록도,

도 2는 도 1의 배터리용량 계측장치의 마이크로컴퓨터에 있어서의 제어를 나타내는 플로우차트,

도 3은 도 1의 배터리용량 계측장치의 작동을 설명하는 그래프,

도 4는 본 발명의 제 2 형태의 실시형태 1을 나타내는 블록도,

도 5는 도 4의 마이크로컴퓨터가 실행하는 주제어 프로그램을 나타내는 플로우차트,

도 6은 도 4의 마이크로컴퓨터가 실행하는 부제어 프로그램을 나타내는 플로우차트의 전단부,

도 7은 도 6의 부제어 프로그램을 나타내는 플로우차트의 후단부,

도 8은 본 발명의 제 2 형태의 실시형태 2를 나타내는 블록도,

도 9는 도 8의 실시형태 2에 있어서 마이크로컴퓨터가 실행하는 주제어 프로그램의 플로우차트의 전단부,

도 10은 도 8의 실시형태 2에 있어서의 주제어 프로그램의 플로우차트의 후단부,

도 11은 도 8의 실시형태 2에 있어서 마이크로컴퓨터가 실행하는 부제어 프로그램의 플로우차트,

도 12는 도 8의 실시형태 2에 있어서 분극의 지수(P)와 잔존용량(SOC)의 관계를 도표로 나타내는 설명도,

도 13은 본 발명의 제 3 형태의 실시형태 a를 나타내는 블록도,

도 14는 도 13의 마이크로컴퓨터가 실행하는 주제어 프로그램을 나타내는 플로우차트,

도 15는 도 13의 마이크로컴퓨터가 실행하는 부제어 프로그램을 나타내는 플로우차트,

도 16은 배터리의 만충전시에 있어서의 배터리전압과 배터리전류와의 관계에 있어서의 만충전 판정영역을 나타내는 그래프,

도 17은 배터리의 90% 충전시에 있어서의 배터리전압과 배터리전류와의 관계에 있어서의 만충전 판정영역을 나타내는 그래프,

도 18은 본 발명의 제 3 형태의 실시형태 b를 나타내는 부제어 프로그램의 플로우차트,

도 19는 본 발명의 제 3 형태의 실시형태 c를 나타내는 부제어 프로그램의 플로우차트,

도 20은 본 발명의 제 3 형태의 실시형태 d를 나타내는 부제어 프로그램의 플로우차트의 전단부,

도 21은 도 20의 실시형태 d를 나타내는 부제어 프로그램의 플로우차트의 후단부,

도 22a 및 도 22b는 본 발명의 제 3 형태의 실시형태 e에 있어서의 마이크컴퓨터의 작용을 나타내는 플로우차트,

도 23은 실시형태 e에 있어서의 배터리의 개방전압과 잔존용량(SOC)과의 관계를 배터리의 열화의 유무에 대응한 그래프,

도 24는 실시형태 e에 있어서, (a) 는 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 지수(P)와는 관계없이 나타내는 그래프이고, (b)는 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 지수(P)(｜P｜< 1000) 와의 관계로 나타내는 그래프이고, (c)는 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 지수(P)(｜P｜< 100)와의 관계로 나타내는 그래프,

도 25는 실시형태 e에 있어서, (a)는 배터리가 신품 및 열화품인 경우의 배터리전압의 시간적 변화를 나타내는 그래프이고, (b)는 배터리가 신품 및 열화품인 경우의 배터리전류의 시간적 변화를 나타내는 그래프,

도 26은 실시형태 e에 있어서, (a)는 상기 차량의 주행 중에 있어서의 잔존용량(SOC) = 80% 일 때의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)는 상기 차량의 주행 중에 있어서의 잔존용량(SOC) = 100% 일 때의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 나타내는 그래프,

도 27은 실시형태 e에 있어서, (a)는 지수(P) = 2000에 있어서의 잔존용량 (SOC) = 80% 일 때의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 나타내는 그래프이고, (b) 는 지수(P) = 2000에 있어서의 잔존용량(SOC) = 100% 일 때의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 나타내는 그래프,

도 28은 실시형태 e에 있어서, 실제 자동차에 있어서의 잔존용량(SOC) 및 지수(P)의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다.

청구항 1에 기재된 발명에서는 마이크로컴퓨터(80)내에 배터리가 만충전인 것을 검출하는 만충전 판정수단(8Oe)과, 만충전시로부터 그 후의 만충전시까지의 기간에 전류센서의 검출전류를 적산하는 검출전류 적산수단(80a)과, 검출전류 적산수단에 의해 얻어진 검출전류 적산값을 상기 기간의 길이로 나누는 제산수단(80b)과, 제산수단에 의해 얻어진 제수값(除數値)에 의해 검출전류를 옵셋보정하는 보정수단 (80c)을 포함한다.

이와 같은 구성에 의하여 만충전시에는 배터리용량을 나타내는 SOC(State Of Charge)가 전회의 만충전시와 동일한 1OO%의 상태로 회복되어 있고, 전회의 만충전시로부터 이번의 만충전시에 이르는 기간에는 동일량의 방전과 충전이 행하여지고 있다. 따라서 이전의 만충전시로부터 이번의 만충전시에 이르는 기간에서 적산된 검출전류의 적산값에는 전류센서의 옵셋오차 성분만이 포함되어 있다. 이 검출전류적산값을 적산기간인 상기 기간의 길이로 나눔으로써 상기 엔진시동기 등과 같은 배터리의 부하가 되는 사용형태에 있어서의 영향을 받지 않고 옵셋오차가 얻어져 정확한 배터리의 충방전 전류를 알 수 있다. 따라서 배터리용량을 고정밀도로 계측할 수 있다.

또 청구항 2에 기재된 발명에서는, 전회의 만충전시로부터 소정시간 경과하면상기 발전기를 제어하여 상기 배터리를 만충전으로 하는 만충전수단(80d)을 구비한다. 이와 같은 구성에 의하여 소정시간 경과하면 배터리가 만충전상태가 되기 때문에, 대략 일정간격으로 옵셋오차를 다시 볼 수 있고, 나아가서는 고정밀도로 배터리용량을 계측할 수 있다.

또 청구항 3에 기재된 발명에서는, 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치는 엔진(E)에 연결되는 전기회전기(10, 10A)를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 전기회전기에 의해 충전되는 배터리(B)의 단자전압을 검출하는 전압검출수단(50)과, 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(40)과, 검출전류에 의거하여 배터리내의 분극의 지수를 산출하는 지수산출수단(320)과, 분극의 지수가 배터리의 충전상태에 영향을 주는 정도를 작게 하는 소정범위내로 유지되도록 전기회전기의 출력전압을 제어하는 제어수단(340 내지 351, 430 내지 451)과, 분극의 지수(指數)가 상기소정범위내에 유지되어 있을 때 배터리의 개방전압을 나타내는 검출단자전압에 따라배터리의 잔존용량을 산출하는 산출수단(361)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 전기회전기에 대한 제어수단의 제어에 의하여 분극의 지수가 배터리의 충전상태에 영향을 주는 정도를 작게 하는 소정범위내로 유지되어 있을 때에, 배터리의 잔존용량이 상기 배터리의 개방전압을 나타내는 검출단자전압에 따라 산출된다. 바꾸어 말하면, 분극의 지수의 변화를 상쇄하여 상기 소정범위로 하도록 전기회전기를 적극적으로 제어한 다음에, 배터리에 생기는 개방전압에 따라 잔존용량(SOC)을 산출하기 때문에, 배터리의 개방전압에 따른 잔존용량의 산출을 필요에 따라 타이밍 좋게 또한 정밀도 좋게 실행할 수 있다.

또 청구항 4에 기재된 발명에서는, 차량용 엔진 자동정지 시동장치는, 청구항 3에 기재된 배터리의 잔존용량 산출장치와, 차량의 정지시에 배터리의 잔존용량이 허용값 미만일 때 엔진의 자동정지를 금지하는 금지수단(230)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 엔진의 자동정지의 금지가 상기 잔존용량 산출장치에서 산출되는 잔존용량을 기초로 이루어지기 때문에, 엔진의 자동정지를 정밀도 좋게 금지할 수 있어, 그 후의 자동차의 발진에 있어서 엔진스톨의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

또 청구항 5에 기재된 발명에서는, 차량용 전기회전기제어장치는 청구항 3에 기재된 배터리의 잔존용량 산출장치를 구비하고, 또한 전기회전기가 전동발전기 (MG)로서, 이 전동발전기를 잔존용량이 허용값 이상일 때에 엔진조력을 행하도록 제어하는 제어수단(431)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 전기회전기에 대한 제어수단에 의한 엔진조력제어가 상기 잔존용량 산출장치의 산출잔존용량에 의거하여 정밀도 좋게 행하여진다. 그 결과, 배터리의 충전 전류의 받아 들임 특성이 양호하게 유지되어, 필요한 타이밍으로 효율 좋게 배터리를 충전하는 것이 가능하게 되어 효율이 좋은 에너지회수가 가능하게 된다.

또 청구항 6에 기재된 발명에서는, 차량용 전기회전기제어장치는 엔진(E)에 연결되는 전기회전기(10, 10A)를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 전기회전기에 의해 충전되는 배터리(B)의 단자전압을 검출하는 전압검출수단(50)과, 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(40)과, 검출전류에 의거하여 배터리내의 분극의 지수를 산출하는 지수산출수단(320)과, 분극의 지수가 배터리의 충전상태에 영향을 주는 정도를 작게 하는 소정범위내에 유지되도록 전기회전기를 제어하는 제어수단(340 내지 351, 430 내지 451)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 전기회전기에 대한 제어수단에 의한 엔진조력제어가 상기 분극의 지수를 상기 소정범위내에 유지함으로써 정밀도 좋게 행하여진다. 그 결과, 배터리의 충전 전류의 받아 들임 특성이 양호하게 유지되어 필요한 타이밍으로 효율 좋게 배터리를 충전하는 것이 가능하게 되어 효율이 좋은 에너지회수가 가능하게 된다.

또 청구항 7에 기재된 발명에서는, 차량용 배터리의 만충전 판정장치는, 교류발전기(10) 및 이 교류발전기의 출력전압을 조정하는 레귤레이터(30)를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 레귤레이터의 조정하에 충전되는 배터리(B)의 단자전압을 검출하는 전압검출수단(50)과, 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(40) 과, 상기 검출단자전압 및 검출전류가 모두 소정의 만충전 판정범위내에 속할 때 배터리가 만충전이라고 판정하는 만충전 판정수단(610, 620, 630, 1030)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 검출단자전압 및 검출전류가 모두 소정의 만충전 판정범위내에 속할 때, 배터리가 만충전이라고 판정하도록 하였기 때문에, 배터리의 만충전상태가 배터리의 단자전압만으로 판정하는 것에 비하여 정밀도 좋게 판정될 수 있다.

또 청구항 8에 기재된 발명에서는, 청구항 7에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서, 상기 소정의 만충전 판정범위는, 배터리의 90% 이상의 충전상태에 있어서 상기 배터리의 정격전압보다도 높은 전압의 범위 및 상기 배터리에 흐르는 전류가 제로 또는 방전전류인 범위로 특정된다. 이에 의하여 청구항 7에 기재된 발명의 작용효과를 더 한층 확실하게 달성할 수 있다.

또 청구항 9에 기재된 발명에서는, 청구항 7 또는 8에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서, 배터리내의 분극의 지수를 상기 검출전류에 따라 산출하는 지수 산출수단(810, 1003)을 구비하고, 만충전 판정수단은 그 만충전의 판정을 분극의 지수가 소정의 지수범위내에 속하는 것도 가미하여 행한다. 이와 같은 구성에 의하여 청구항 7 또는 8에 기재된 발명의 작용효과를 더 한층 정밀도 좋게 달성할 수 있다.

또 청구항 10에 기재된 발명에서는 청구항 9에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서, 상기 소정의 지수범위는 배터리내의 전해액의 농도변화를 무시할 수 있을 정도의 지수범위로 특정된다. 이와 같은 구성에 의하여 청구항 9에 기재된 발명의 작용효과를 더 한층 확실하게 달성할 수 있다.

또 청구항 11에 기재된 발명에서는, 차량용 배터리의 만충전 판정장치는 교류발전기(10) 및 이 교류발전기의 출력전압을 조정하는 레귤레이터(30)를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 레귤레이터의 조정하에 충전되는 배터리(B)의 단자전압을 검출하는 전압검출수단(50)과, 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(40) 과, 배터리내의 전해액의 분극의 지수를 상기 검출전류에 따라 산출하는 지수산출수단(710, 1003)과, 상기 검출단자전압이 소정의 만충전 판정범위내에 속함과 동시에 분극의 지수가 소정의 지수범위내에 속할 때 배터리가 만충전이라고 판정하는 만충전 판정수단(720, 730, 740, 1030) 을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 검출단자전압이 소정의 만충전 판정범위내에 속함 과 동시에 분극의 지수가 소정의 지수범위내에 속할 때, 배터리가 만충전이라고 판정함으로써 배터리의 만충전상태가 상기 배터리의 단자전압만으로 판정하는 것에 비하여 정밀도 좋게 판정될 수 있다.

또 청구항 12에 기재된 발명에서는, 청구항 11에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서, 소정의 만충전 판정범위는 배터리의 90% 이상의 충전상태로 있어서 상기 배터리의 정격전압보다도 높은 전압의 범위로 특정되고, 소정의 지수범위는 배터리내의 전해액의 농도변화를 무시할 수 있을 정도의 지수범위로 특정된다. 이와 같은 구성에 의하여 청구항 11에 기재된 발명의 작용효과를 더 한층 확실하게 달성할 수 있다.

또 청구항 13에 기재된 발명에서는, 청구항 7 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서, 레귤레이터의 조정전압을 시간 간격을 두고 반복하여 통상 조정값보다도 높은 소정값으로 하도록 상기 레귤레이터를 제어하는 레귤레이터제어수단(970 내지 982)을 구비하고, 만충전 판정수단은 그 판정을 레귤레이터의 조정전압이 상기 소정값일 때에 행한다.

이와 같은 구성에 의하여 레귤레이터의 조정전압이 통상 조정값에 있을 때에만충전 판정에 주는 악영향을 수반하는 일 없이 발명의 작용효과를 달성할 수 있다.

또 청구항 14에 기재된 발명에서는, 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치는 청구항 7 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치와, 이 만충전 판정장치의 만충전 판정수단에 의한 만충전과의 판정하에 배터리의 잔존용량을 산출하는 잔존용량 산출수단(520)을 구비한다. 이와 같은 구성에 의하여 배터리의 잔존용량의 산출을 정밀도 좋게 달성할 수 있다.

또 청구항 15에 기재된 발명에서는, 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치는 청구항 9 또는 11에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치와, 만충전 판정장치의 만충전 판정수단에 의한 만충전과의 판정후, 분극의 지수가 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있는지의 여부를 판정하는 지수 판정수단(1010)과, 이 지수 판정수단에 의한 분극의 지수가 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있다라는 판정에 따라, 배터리의 열화에 따른 잔존용량과 개방전압과의 관계를 학습하는 학습수단(1051)과, 이 학습수단에 의한 학습결과에 의거하여 배터리의 개방전압에 의거하여 상기 배터리의 잔존용량을 산출하는 잔존용량 산출수단(1053)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의하여 배터리의 개방전압을 이용하여 잔존용량을 산출하기때문에, 상기 잔존용량의 산출을 신속하게 행할 수 있다. 또 이 산출은 만충전 판정장치의 만충전 판정수단에 의한 만충전이라는 판정후의 분극의 지수가 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있다는 판정에 따라 배터리의 열화에 따른 잔존용량과 개방전압과의 관계를 학습함으로써, 이 학습결과에 의거하여 배터리의 개방전압에 따라 이루어지기 때문에, 높은 정밀도의 잔존용량을 배터리의 열화상태에 관계없이 얻을 수 있다.

또 청구항 16에 기재된 발명에서는, 청구항 15에 기재된 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치에 있어서, 학습수단은 그 학습을 배터리의 만충전이라는 판정후, 배터리의 초기의 잔존용량과 개방전압과의 관계에 의거하여, 만충전이라는 판정 후 지수 판정수단에 의한 분극의 지수가 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있다라는 판정까지의 배터리의 방전량에 따라 행한다. 이와 같은 구성에 의하여 청구항 15에 기재된 발명의 작용효과를 더 한층 향상할 수 있다.

또한 상기 각 수단의 괄호내의 부호는, 뒤에서 설명하는 실시형태에 기재된 구체적 수단과의 대응관계를 나타내는 것이다.

〔본 발명의 제 1 형태의 실시형태〕

도 1에 본 발명의 배터리용량 계측장치의 구성을 나타낸다. 본 발명의 배터리용량 계측장치(15)가 부설되는 배터리(B)에는 교류발전기(10)가 접속되어, 교류발전기(10)에 의해 충전 가능하다. 교류발전기(10)는 도시 생략한 기관동력에 의해 작동한다. 배터리(B)에는 엔진시동기 등의 부하(L)가 접속된다. 배터리용량 계측장치 (15)에는 배터리(B)로부터 발전기(10) 및 부하(L)에 이르는 케이블의 도중에 배터리 (B)의 충방전 전류를 감시하기 위한 전류센서(40)가 설치된다.

전류센서(40)의 검출신호를 입력으로 하여 마이크로컴퓨터(80)가 설치되어 있고, 전류센서(40)로부터 얻어지는 배터리(B)의 충방전 전류에 의거하여배터리(B)의 현재의 용량을 연산한다. 마이크로컴퓨터(80)는 CPU, 메모리(RAM, ROM)를 구비한 일반적인 구성의 것을 사용할 수 있다.

마이크로컴퓨터(80)는 교류발전기(10)의 제어용과 겸용이고, 조정전압의 지령값을 교류발전기(10)에 출력하여 여자전류를 가감하여 교류발전기(10)의 발전량을 제어한다. 마이크로컴퓨터(80)에는 그 CPU상에서 실행되는 검출전류 적산수단 (80a), 제산수단(80b), 보정수단(80c), 만충전 판정수단(80e)을 구비하고 있어 전류센서(40)의 검출전류로부터 배터리(B)의 충방전전류가 알려지도록 되어 있다. 또마이크로컴퓨터(80)에는 그 CPU상에서 실행되는 만충전수단(80d)을 구비하고 있고, 소정의 조건이 구비되었을 때에 조정전압을 높게 설정함으로써 발전량을 증가하여 배터리(B)를 만충전으로 한다.

또 배터리용량 계측장치(15)는 만충전 판정회로(55)를 구비하고 있고, 배터리 (B)가 만충전이 되면 그 뜻의 판정신호를 마이크로컴퓨터(80)에 출력하여 만충전 판정수단(80e)에 의해 배터리(B)가 만충전상태인지의 여부가 마이크로컴퓨터(80)에 있어서 알려지도록 되어 있다. 만충전 판정회로(55) 및 만충전 판정수단(80e)은 배터리(B)의 단자간 전압을 검출하여 그것이 크게 상승하면 만충전이라고 판정하는 것이나, NiH전지 등에서는 그 온도, 예를 들면 표면온도를 검출하여 그것이 상승하면 만충전이라고 판정하는 것이나, 교류발전기(10)의 여자전류의 온/오프 빈도를 검출하여 그것이 많아지면 만충전이라고 판정하는 것 등, 여러가지의 공지의 기술을 사용할 수 있다.

도 2에 마이크로컴퓨터(80)로 실행되는 제어플로우를 나타낸다. 본 제어플로우는 키스위치가 온하여 엔진이 시동하면 개시하도록 되어 있다. 단계(101)에서는 전회의 제어플로우 종료시에 마이크로컴퓨터(80)의 메모리에 기억한 검출전류적산값 (Q) 및 잔존용량(SOC)을 판독한다. 또 보정값(I_cor)을 판독한다.

단계(102)는 보정수단(80c)에 있어서의 순서로서, 전류센서(40)의 검출전류 (I_meas)를 판독하여 뒤에서 설명하는 수학식 (1)에 의해 배터리충방전 전류(I)를 산출한다. 배터리충방전 전류(I)는 수학식 (1)으로부터 알 수 있는 바와 같이 검출전류 (I_meas)를 보정값(I_cor)에 의해 옵셋보정함으로써 얻어진다. 보정값(I_cor)은 뒤에서 설명하는 단계(108)에서 산출되어 갱신된다.

계속되는 단계(103)는 검출전류 적산수단(80a)에 있어서의 순서로서, 뒤에서 설명하는 수학식 (2)에 의해 검출전류(I_meas)의 적산값(Q)을 연산한다. 또한 식 중, Q₀은 이 단계에 들어 가기까지의 Q의 값, t는 계측간격이다. 또 Q는 전회의 만충전시에 0으로 초기화되어 있다[뒤에서 설명하는 단계(107) 참조].

단계(104)에서는 뒤에서 설명하는 수학식 (3)에 의해 SOC를 연산한다. 또한 식중 SOCo는 이 단계에 들어 가기까지의 SOC의 값, C는 SOC 100%에 대응하는 만충전시의 배터리(B)의 용량이다. 이 SOC는 종래와 마찬가지로 교류발전기(10)의 제어에 제공된다.

단계(105)에서는 배터리(B)가 만충전인지의 여부를 판정한다. 이 판정은 만충전 판정회로(55)로부터의 판정신호에 의거하여 행하여진다.

만충전이 아니면 뒤에서 설명하는 단계(106, 107, 108)는 스킵하여 단계 (109)로 진행하여 선회 만충전이라고 판정되었을 때부터 소정시간 이상 경과하였는지의 여부를 마이크로컴퓨터(80)에 내장된 타이머의 카운트값으로부터 판정한다.

선회 만충전 판정시로부터 소정시간 이상 경과하지 않고 있으면 뒤에서 설명하는 단계(110)는 스킵하여 단계(111)로 진행하여 키스위치가 오프되어 있는지의 여부를 판정한다.

키스위치(SW)가 온이면 단계(102)로 되돌아간다. 즉, 엔진이 운전상태에 있어 만충전이라고 판정될 때까지 상기 단계(102 내지 104)가 반복되어 검출전류 적산값(Q) 및 SOC가 갱신되어 가게 된다.

또한 키스위치가 오프가 되면, 단계(111)로부터 단계(112)로 진행하여, 상기 단계(103, 104)에서 산출한 검출전류 적산값(Q) 및 SOC을 메모리에 저장하여 다음회의 본 제어플로우 개시시에 대비한다.

또 엔진정지기간중은, 마이크로컴퓨터(80)는 타이머제어에 의한 슬립모드로작동하고, 정기적으로 기동하여 상기 단계(101 내지 104, 112)와 동일한 순서를 실행하여 검출전류 적산값(Q) 및 SOC의 산출을 행하여도 좋다.

그리고 선회 만충전판정실부터 소정시간 이상 경과하면 단계(109)로부터 단계 (110)로 진행한다. 단계(110)는 만충전수단(80d)으로서의 순서로 상기 조정전압을 높게 설정하여 교류발전기(10)의 발전량을 소정량까지 증가한다. 이에 의하여 배터리(B)는 만충전이 되고, 단계(105)에 계속해서 상기 단계(106, 107, 108)를 실행한다.

단계(106)에서는 SOC를 초기값인 100%로 갱신한다. 만충전으로 되어 있기때문이다.

계속되는 단계(107)는 제산수단(80b)에 있어서의 순서로서, 상기 타이머에 의해 카운트된 선회 만충전판정시로부터의 시간(T)을 판독하여, 뒤에서 설명하는 수학식 (4)에 의해 전류센서(40)의 옵셋오차(I_offset)를 구한다. 또한 적산값(Q)은 옵셋오차(I_offset)의 산출후에 초기값인 O으로 갱신한다.

단계(108)에서는 이 옵셋오차(I_offset)에 의거하여 수학식 (5)에 의해 상기 보정값(I_cor)을 갱신한다.

또한 배터리(B)가 만충전이 되면 조정전압을 배터리(B)의 기전압과 동등하거나 약간 낮게 하여 SOC를 소정의 레벨로 유지한다.

다음에, 이와 같은 전류센서의 검출전류(I_meas)를 옵셋오차(I_offset)에 의해 보정하여 배터리충방전 전류(I)를 얻도록 한 효과를 설명한다.

도 3은 보정을 행하지 않고 전류센서의 검출전류를 그대로 배터리충방전 전류로서 사용하는 종래의 장치에 있어서의 산출한 SOC의 경시변화로서, 전류센서(40)의 검출전류의 적산값에 따라 SOC의 산출값이 초기값 100%로부터 변화하는 상태를 나타내고 있다.

도 3의 A점은 배터리의 충전이 행하여져 다시 만충전이 된 시점이고, 여기서는 배터리(B)의 상태는 전회의 만충전시로부터 이번의 만충전시까지의 기간에 동일량의 방전과 충전이 행하여져 전회의 만충전상태일 때와 동일한 상태로 복귀하고 있다. 따라서 전류센서(40)가 배터리전류의 참값을 나타내고 있으면, 도시한 실선과 같이 SOC는 다시 100%가 된다.

그러나 전류센서(40)에 +(正)의 옵셋오차(I_offset1)가 있으면, 산출한 SOC는 이 옵셋오차(I_offset1)가 적산되어 도시한 일점쇄선과 같이 +측으로 어긋난다(SOC1). 이 어긋남은 전회의 만충전시로부터 이번(A점)의 만충전시까지의 시간(T1) 사이의옵셋오차 (I_offset1)의 적산값의 배터리의 용량(C)에 대한 비율이 되기 때문에 수학식 (6)과 같이 표시된다.

또 전류센서(40)에 -(負)의 옵셋오차(I_offset2)가 있으면, 산출한 SOC는 이 옵셋오차(I_offset2)가 적산되어 도시한 점선과 같이 -측으로 어긋난다(SOC2). 이 어긋남은 전회의 만충전시로부터 이번 (A점)의 만충전시까지의 시간(T1) 사이의 옵셋오차 (I_offset2)의 적산값의 배터리의 용량(C)에 대한 비율이 되기 때문에 수학식 (7)과 같이 표시된다.

상태로 복귀하고 있기 때문에 검출전류 적산값 중, 실제의 방전성분 및 충전성분은 상쇄한다. 따라서 상기 T1 ·I_offset1, 및 T1 ·I_offset2는 전회의 만충전으로부터 이번의 만충전까지 사이의 검출전류(I_meas)의 적산값과 같다.

따라서 상기 수학식 (4)에 의해 검출전류 적산값(Q)을 그 적산기간인 전회의 만충전시로부터 이번의 만충전시까지의 기간의 길이(T)로 나눔으로써 부하(L)의 사용형태 등의 영향을 받지 않고 옵셋오차(I_offset)가 구해진다. 그리고, 수학식 (5)에 의하여 옵셋오차(I_offset)가 상쇄되도록 검출전류(I_meas)가 보정되어 정확한 배터리충방전 전류(I)가 알려지기 때문에 고정밀도로 SOC를 계측할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 수학식 (5)에 나타내는 바와 같이, 옵셋보정값 (I_cor)은 만충전시에 얻어진 옵셋오차(I_offset)로 하고 있으나, 뒤에서 설명하는 수학식 (8)에 나타내는 바와 같이 이번의 만충전까지의 옵셋보정값(I_cor)과 새롭게 산출된 옵셋오차(I_offset)와의 중량부가 평균을 산출하여 이것을 옵셋보정값(I_cor)으로 하여도 좋다. 또한 식 중, a는 무게이다(0 < a < 1).

또 과거 수회의 만충전시에 있어서의 옵셋오차(I_offset)를 평균하여 이것을 옵셋보정값(I_cor)으로 하여도 좋다. 또는 옵셋오차를 구하는 검출전류의 적산기간을 직전의 만충전시로부터 이번의 만충전시까지로 하는 것은 아니고, 만충전시로부터 1회 이상의 만충전상태를 거친 후의 만충전시까지로 하여 그 사이의 검출전류를 적산하여도 좋다.

또 본 실시형태에서는 전회의 만충전시로부터 소정시간이 경과하면 강제적으로 교류발전기(10)의 발전량이 증가하여 배터리(B)를 만충전하는 구성으로 되어 있으나, 전회의 만충전으로부터 이번의 만충전에 이르는 기간의 검출전류 적산값 및 상기 기간의 길이가 얻어지는 구성이면 본 실시형태의 구성에 한정되는 것이 아니다.

〔본 발명의 제 2 형태의 실시형태〕

이하, 본 발명의 제 2 형태의 각 실시형태 1 및 2를 도면에 의거하여 설명한다.

(실시형태 1)

도 4는 본 발명이 차량용 엔진 자동정지 시동장치에 적용된 예를 나타내고 있다. 상기 차량(자동차)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 발전기(교류발전기) (10), 정류기(20) 및 레귤레이터(30)를 구비하고 있다. 교류발전기(10)는 상기 자동차의 엔진(E)에 의해 구동되어 발전하여 교류전압을 출력한다. 정류기(20)는 교류발전기 (10)의 교류전압을 정류하여 정류전압을 발생하여 배터리(B) 및 레귤레이터(30)에 공급한다. 레귤레이터(30)는 뒤에서 설명하는 마이크로컴퓨터(80A에 의한 제어하에 교류발전기(10)의 출력을 제어하여 출력전압이 상한전압 이상으로 되지 않도록 하고 있다.

또 상기 엔진 자동정지 시동장치는 전류센서(40), 전압센서(50), 밟아 넣음량 센서(60) 및 차속센서(70)를 구비하고 있다. 전류센서(40)는 배터리(B)의 충전전류 또는 방전전류를 검출한다. 전압센서(50)는 배터리(B)의 단자전압을 검출한다. 밟아 넣음량 센서(60)는 상기 자동차의 엑셀러레이터페달의 밟아 넣음량을 검출한다. 또 차속센서(70)는 상기 자동차의 차속을 검출한다. 또한 배터리(B)는배터리의 일종인 납축전지에 의해 구성되어 있다.

또 상기 엔진 자동정지 시동장치는, 마이크로컴퓨터(80A), 엔진 자동 정지시동 제어회로(90) 및 불휘발 메모리(100)를 구비하고 있다. 마이크로컴퓨터(80A)는 주제어 프로그램 및 인터럽트제어 프로그램으로서의 부제어 프로그램을 도 5 내지 도 7에 나타내는 플로우차트에 따라 각각 실행한다.

이 마이크로컴퓨터(80A)는 도 5의 플로우차트에 의한 주제어 프로그램의 실행 중에 상기 자동차의 정지시나 발진시에 있어서의 엔진(E)의 자동적인 정지나 시동의 처리를 행한다. 또 마이크로컴퓨터(80A)는 도 6 및 도 7의 플로우차트에 의한 부제어 프로그램의 실행 중에 전류센서(40)의 검출전류나 전압센서(50)의 검출전압 등에 의거하여 배터리(B)의 잔존용량의 산출처리 등을 행한다.

이 실시형태 1에서는 부제어 프로그램의 실행은, 마이크로컴퓨터(80A)에 내장된 타이머의 소정시간의 계산마다의 인터럽트처리로 실행된다. 또한 마이크로컴퓨터(80A)는 배터리(B)로부터 항상 급전되어 주제어 프로그램을 실행함과 동시에, 상기 자동차의 이그니션스위치(IG)의 온에 의해 상기 타이머를 리세트 시동한다. 또상기 주제어 프로그램 및 부제어 프로그램은 마이크로컴퓨터(80A)의 ROM에 미리 기억되어 있다.

엔진 자동정지 시동제어회로(90)는, 밟아 넣음량 센서(60) 및 차속센서(70)의 각 검출출력에 의거하여 엔진(E)을 자동적으로 정지 또는 시동하도록 제어한다. 불휘발 메모리(100)는 마이크로컴퓨터(80A)의 처리데이터를 기억한다.

이와 같이 구성한 실시형태 1에 있어서, 이그니션스위치(IG)의 온하에 상기자동차를 그 엔진의 시동에 따라 발진시키는 것으로 한다. 이 때 마이크로컴퓨터 (80A)는 이그니션스위치(IG)의 온에 의하여 도 5의 플로우차트의 단계(200)에서 YES라는 판정을 하고, 단계(210) 이후의 주제어 프로그램의 실행으로 이행함과 동시에, 상기 타이머를 리세트시동하고, 상기 타이머의 소정시간의 계산별로 부제어 프로그램의 실행을 도 6 및 도 7의 플로우차트에 따라 개시한다.

부제어 프로그램의 실행 중에 있어서는 단계(300)(도 6참조)에서 전류센서 (40)의 검출전류[이하, 배터리전류(I)라 함) 및 전압센서(50)의 검출전압[이하, 배터리전압(V)이라 함]이 마이크로컴퓨터(80A)에 입력된다. 그렇게 하면 단계(310)에 있어서 잔존용량(SOC)이 상기한 수학식 (3)에 의거하여 배터리전류(I) 및 전회용량 (SOCo)에 따라 산출된다.

또한 상기한 수학식 (3)에 있어서, 상기 전회용량(SOCo)은 상기 이그니션스위치(IG)의 온에 따른 부제어 프로그램의 첫회의 실행에서만 단계(280)에서 기억한 전회의 잔존용량(SOC)이 단계(310)에서의 잔존용량(SOC)의 산출에 사용된다. 상기한 바와 같이 잔존용량(SOC)이란, 배터리(B)의 만충전상태의 충전용량에 대한 배터리(B)의 실제 용량의 비율을 %로 표시한 것이다. 또 수학식 (3)의 C는 배터리(B)의 정격용량(A·sec)을 나타내고, t는 샘플링타이밍(sec)을 나타낸다.

다음에 단계(320)에 있어서, 분극의 지수(P)가 수학식 (9)에 의거하여 배터리전류(I)에 따라 산출된다.

여기서, γ는 배터리(B)의 충전효율의 변동에 대한 보정항[배터리(B)의 충전시에 +가 됨]이고, t는 시간(sec)이다. 또 Id는 배터리(B)내의 전극 근방에 있어서의 전해액의 확산에 기인하는 보정항이다.

그리고 Po를 t1의 직전에 있어서의 분극의 지수(P)의 값으로 하고, a, b를 각각 정수(시간의 역수를 나타냄)로 하면, Po > 0일 때, Id = a·Po 이고, Po = O일 때, Id = O 이고, P ＜ 0 일 때, Id = b·Po 이다. 또한 수학식 (9)는, 마이크로컴퓨터(80A)의 ROM에 미리 기억되어 있다.

그 후, 단계(330)에 있어서, SOC 검출요구 플래그(F)가 F = 1인지의 여부가 판정된다. 여기서 도 5의 단계(261)에 있어서 F = 1로 세트되어 있으면 단계(330)에 있어서의 판정은 YES가 된다. 이에 따라 단계(340)에 있어서 분극의 지수(P)가 소정의 상한값(Pa)과 비교 판정된다. 단, 상한값(Pa)은 잔존용량(SOC)의 산출에 대하여 분극의 영향이 작다고 생각되는 분극의 지수 범위의 상한값을 나타낸다.

현단계에서 P ＞ Pa 이면, 단계(340)에 있어서의 YES라는 판정하에 단계 (341)에 있어서 교류발전기(10)의 출력전압을 소정전압(Va)까지 저하시키는 처리가 이루어진다. 이 처리에 의거하여 교류발전기(10)가 그 출력전압을 소정전압(Va)까지 저하한다. 이것은 전류가 분극의 지수를 상한값(Pa) 이하로 작게 하도록 배터리 (B)에 흐르는 것을 의미한다.

한편, 상기 단계(340)에 있어서의 판정이 NO가 되는 경우에는, 단계(341)에서의 처리를 행하지 않고 단계(350)에 있어서 분극의 지수(P)가 소정의 하한값(Pb)과 비교판정된다. 단, 하한값(Pb)은 잔존용량(SOC)의 산출에 대하여 분극의 영향이 작다고 생각되는 분극의 지수 범위의 하한값을 나타낸다.

현단계에서 P ＜ Pb 이면, 단계(350)에 있어서의 판정이 YES가 된다. 이에 따라 단계(351)에 있어서 교류발전기(10)의 출력전압을 소정전압(Va)까지 상승시키는 처리가 이루어진다. 이 처리에 의거하여 교류발전기(10)가 그 출력전압을 소정전압(Va)까지 상승한다. 이는 전류가 분극의 지수를 하한값(Pb) 이상으로 크게 하 도록 배터리(B)에 흐르는 것을 의미한다.

바꾸어 말하면 잔존용량(SOC)을 상세하게 제어할 필요가 없는 잔존용량 (SOC)의 영역에서는 SOC 검출요구 플래그 F = 1 하에 지수(P)를 Pa 이상에서 Pb 이하로 하도록 분극을 상쇄되도록 교류발전기(10)의 발전전압을 제어한다.

상기 단계(330)에 있어서의 판정이 NO 인 경우, 상기 단계(350)에서의 판정이 NO 인 경우, 또는 단계(351)에서의 처리가 종료된 경우에는 단계(360)(도 7참조)에 있어서, 분극의 지수(P)가 하한값(Pb) 이상에서 상한값(Pa) 이하인지의 여부가 판정된다. 바꾸어 말하면 SOC 검출요구 플래그 F = 1와 세트되어 있지 않은 경우에는 각 단계(340 내지 351)의 처리를 행하지 않고 단계(360)의 처리로 이행한다.

여기서 Pb ≤P ≤ Pa가 성립하고 있으면, 단계(360)에서의 판정이 YES가 되고, 다음 단계(361)에 있어서 배터리(B)의 현단계에 있어서의 잔존용량(SOC)이 배터리(B)의 개방전압(Vopen)과 잔존용량(SOC) 사이의 관계를 나타내는 데이터(이하, Vopen-SOC데이터라 함)에 의거하여 현단계에서의 배터리(B)의 개방전압(Vopen)을 나타내는 전압센서(50)의 검출출력(V)에 따라 산출된다. 이 Vopen-SOC 데이터는 잔존용량(SOC)이 개방전압(Vopen)에 거의 정비례하는 관계를 나타내는 것으로서, 마이크로컴퓨터(80A)의 ROM에 미리 기억되어 있다.

단계(361)에서의 처리가 종료되면, 단계(362)에 있어서 SOC 검출요구 플래그가 F = 0으로 리세트된다. 그리고 이 단계(362)에서의 처리가 이루진 후, 또는 상기 단계(360)에서 NO 라고 판정된 경우에는 단계(363)에 있어서 현단계에서의 잔존용량(SOC)이 마이크로컴퓨터(80)의 ROM에 일시적으로 기억된다.

상기한 바와 같이 주제어 프로그램의 단계(200)에 있어서의 판정이 YES가 되면, 단계(210)에 있어서 단계(363)에서의 기억데이터인 잔존용량(SOC)이 판독된다. 이어서 단계(220)에 있어서 상기 자동차의 엔진이 아이들상태인지의 여부에 대하여 밟아 넣음량 센서(60) 및 차속센서(70)의 각 검출출력에 의거하여 판정된다. 여기서 밟아 넣음량 센서(60)의 검출출력이 상기 자동차의 엑셀러레이터페달의 해방상태를 표시하고, 차속센서(70)의 검출출력이 상기 자동차의 정지상태를 나타내면 엔진이 아이들상태에 있기 때문에 단계(220)에 있어서의 판정이 YES가 된다.

그렇게 하면 단계(230)에 있어서 현단계에서의 잔존용량(SOC)이 소정의 잔존용량(SOCa)과 비교판정된다. 이 잔존용량(SOCa)은, 배터리(B)의 엔진의 재시동을 가능하게 하는 잔존용량의 하한용량에 상당한다. 여기서 SOC ≥SOCa 이면, 단계 (230)에 있어서 YES 라고 판정된다. 이에 따라 단계(240)에 있어서 전회의 단계(362)에 있어서의 잔존용량(SOC)의 산출로부터의 경과시간(t)이 소정시간(To)과 비교판정된다. 또한 소정시간(To)은 잔존용량(SOC)의 신뢰성을 확보할 수 있는 시간을 말한다.

따라서 현단계에서 t ≤To 이면, 잔존용량(SOC)의 신뢰성이 확보되어 있기 때문에 단계(240)에 있어서의 판정이 NO가 되어 엔진(E)을 정지하는 처리가 이루어진다(단계 241). 이 때문에 엔진(E)이 엔진 자동정지 시동제어회로(90)에 의해 자동적으로 정지된다. 이것은 그 후의 상기 자동차의 재발진시에 엔진(E)이 적정한 잔존용량(SOC)하에 엔진스톨을 초래하지 않고 원활하게 시동 할 수 있음을 의미한다. 한편 단계(240)에서의 판정이 YES가 되는 경우에는, 잔존용량(SOC)의 신뢰성을 확보할 수 없기 때문에 단계(250)에 있어서 SOC 검출요구 플래그가 F = 1로 세트된다.

단계(250)에 있어서의 처리 후, 또는 단계(230)에 있어서의 판정이 NO가 된 경우에는, 단계(260)에 있어서 분극의 지수(P)가 상한값(Pa)과 비교판정된다. 현단계에서 P ≤Pa 이면, 단계(260)에서의 판정이 YES가 되고, 단계(261)에 있어서 SOC 검출요구 플래그가 F = 1로 세트된다.

이 단계(261)에서의 처리가 종료된 후, 또는 상기 단계(241)처리 후, 단계(270)에 있어서 상기 자동차의 엑셀러레이터페달이 밟아 넣어져 있는지의 여부가 밟아 넣음량 센서(60)의 검출출력에 의거하여 판정된다.

여기서 엑셀러레이터페달이 밟아 넣어져 있으면, 단계(270)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(271)에 있어서 엔진(E)의 시동처리가 이루어진다. 이 때문에엔진(E)이 엔진 자동정지 시동제어회로(90)에 의해 자동적으로 시동된다. 이것은 적정한 잔존용량(SOC)하에 엔진(E)을 원활하게 시동하는 것을 의미한다.

상기 단계(220)에 있어서의 판정이 NO가 되는 경우, 상기 단계(270)에 있어서의 판정이 NO가 되는 경우, 또는 단계(271)에서의 처리 후는, 단계(280)에 있어서 현단계에서는 이그니션스위치(IG)가 온되어 있기 때문에 NO 라고 판정되어 다시 단계(210) 이후의 처리가 반복된다. 또한 이그니션스위치(IG)가 오프되면, 단계 (280)에 있어서의 YES라는 판정에 따라, 단계(281)에 있어서 현단계에서의 잔존용량 (SOC)이 불휘발 메모리(100)에 기억 보존된다.

이상 설명한 바와 같이, SOC 검출요구 플래그 F = 1의 성립하에 상기한 수학식 (9)에 의거하여 산출되는 분극의 지수(P)가 상한값(Pa)보다도 큰 경우에는 교류발전기(10)의 출력전압을 소정전압(Va)까지 저하되도록 제어하고, 또 분극의 지수 (P)가 하한값(Pb)보다도 작은 경우에는 교류발전기(10)의 출력전압을 소정전압(Va)까지 상승시키도록 제어함으로써, 분극의 지수(P)를 Pb ≤P ≤Pa의 범위에 수속시킬 수 있다. 이에 의하여 예를 들면 배터리(B)의 충전상태가 오래 계속되는 상기 자동차의 주행상태이더라도 분극의 지수(P)를 Pb ≤P ≤Pa의 범위내에 적극적으로 유지할 수 있다.

바꾸어 말하면, 이와 같이 분극의 지수(P)의 변화를 상쇄하여 Pb ≤P ≤Pa의 범위내에 유지하도록 교류발전기(10)의 출력전압을 적극적으로 제어한 다음에 배터리(B)에 생기는 개방전압에 따라 SOC-Vopen 데이터에 의거하여 잔존용량(SOC)을 산출함으로, 배터리(B)의 개방전압에 따른 잔존용량(SOC)의 산출이 필요에 따라 타이밍 좋고 또한 정밀도 좋게 이루어질 수 있다. 이에 의하여 불의의 배터리상승을 방지할 수 있고, 또한 과충전을 방지하는 제어를 가능하게 하여 배터리의 수명을 연장 할 수 있다.

또 이와 같은 잔존용량(SOC)을 사용하여 엔진(E)의 자동정지의 여부를 판정하 도록 하였기 때문에, 이 판정 정밀도도 향상할 수 있다. 바꾸어 말하면 잔존용량 (SOC)이 엔진(E)의 재시동 가능한 하한용량 이상이면, 엔진(E)의 자동정지를 정밀도좋게 행할 수 있고, 반대로 잔존용량(SOC)이 엔진(E)의 재시동 가능한 하한용량 미만이면, 엔진(E)의 자동정지를 정밀도 좋게 금지할 수 있어, 엔진스톨의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

(실시형태 2)

다음에 본 발명의 제 2 형태의 실시형태 2를 도 8 내지 도 12에 의거하여 설명한다. 도 8은 본 발명이 자동차용 전동발전기 제어장치에 적용된 예를 나타내고 있다. 상기 자동차는 전동발전기[(MG)10A]를 구비하고 있고, 이 MG10A는 엔진(E)에 의해 구동되어 발전하고, 또는 상기 엔진(E)의 조력을 행한다. 인버터(20A)는 MG10A의 출력을 전력제어하여 상기 실시형태 1에서 설명한 배터리(B)를 충전함과 동시에, 배터리(B)의 출력을 전력제어하여 실시형태 1에서 설명한 부하(L)에 공급한다.

전동발전기(MG) 제어회로(90A)는, 마이크로컴퓨터(80B)에 의한 제어하에 엔진제어용 ECU90B에 의해 제어되어 인버터(20A)의 제어를 행한다. 엔진제어용 ECU90B는, MG 제어회로(90A)의 제어에 덧붙여 엔진(E)의 제어를 행한다.

마이크로컴퓨터(80B)는, 주제어 프로그램 및 인터럽트제어 프로그램으로서의 부제어 프로그램을 도 9 내지 도 11에 나타내는 플로우차트에 따라 각각 실행한다. 이 마이크로컴퓨터(80B)는, 도 9 및 도 10의 플로우차트에 의한 주제어 프로그램의 실행 중에, MG10A에 의한 엔진조력이나 MG10A의 출력의 제어 등을 행한다.

또 마이크로컴퓨터(80B)는, 도 11의 플로우차트에 의한 부제어 프로그램의 실행 중에, 실시형태 1에서 설명한 전류센서(40)의 검출전류 등에 의거하여 배터리 (B)의 잔존용량의 산출처리 등을 행한다. 단, 도 9 및 도 10의 플로우차트는, 도 5의 플로우차트에 있어서 단계(220) 내지 단계(271) 대신에 단계(400) 내지 단계 (492)를 채용한 구성을 가지고 있다. 또 도 11의 플로우차트는, 도 6 및 도 7의 플로우차트에 있어서 단계(330 내지 351) 및 단계(362)을 폐지한 구성을 가지고 있다.

이 실시형태 2에서는, 부제어 프로그램의 실행은 마이크로컴퓨터(80B)에 내장된 타이머의 소정시간의 계산마다의 인터럽트처리로 이루어진다. 또한 마이크로컴퓨터(80B)는, 배터리(B)로부터 항상 급전되어 주제어 프로그램을 실행함과 동시에, 상기 자동차의 이그니션스위치(IG)의 온에 의해 상기 타이머를 리세트 시동한다. 또 상기 주제어 프로그램 및 부제어 프로그램은 마이크로컴퓨터(80B)의 ROM에 미리 기억되어 있다. 불휘발 메모리(100A)는, 마이크로컴퓨터(80B)의 처리데이터를 기억한다.

이와 같이 구성한 실시형태 2에 있어서, 이그니션스위치(IG)의 온하에, 상기 자동차를 상기 엔진의 시동에 따라 발진시키는 것으로 한다. 이 때 마이크로컴퓨터 (80B)는, 이그니션스위치(IG)의 온에 의하여 도 9의 플로우차트의 단계(200)에서 YES라고 판정을 하고, 단계(210) 이후의 주제어 프로그램의 실행을 개시함과 동시에, 상기 타이머를 리세트 시동하여 상기 타이머의 소정시간의 계산시마다 부제어 프로그램의 실행을 도 11의 플로우차트에 따라 개시한다.

부제어 프로그램의 실행 중에 있어서는, 실시형태 1과 마찬가지로 단계 (300) 내지 단계(320)에 있어서 잔존용량(SOC) 및 분극의 지수(P)가 산출된 후, 실시형태 1에서 설명한 단계(330 내지 351)의 처리를 행하지 않고, 실시형태 1에서 설명한 바와 같이 단계(360 내지 363)에 있어서, 분극의 지수(P)가 Pb ≤P ≤Pa에 속하는지의 여부의 판정 및 배터리(B)의 개방전압에 의거하는 잔존용량(SOC)의 산출 및 잔존용량(SOC)의 기억이 행하여진다.

상기한 바와 같이 주제어 프로그램의 단계(200)에 있어서의 판정이 YES가 되면, 단계(210)에 있어서 실시형태 1과 같이 단계(363)에서의 기억 데이터인 잔존용량(SOC)이 판독된다. 이어서 단계(400)에 있어서 단계(320)에서 산출이 끝난 분극의 지수(P)가 판독된다.

그 후, 단계(410)에 있어서, 도 12에 나타내는 잔존용량(SOC) 및 분극의 지수 (P)의 조건을 나타내는 도표에 의거하여 엔진조력 플래그(f), 회생플래그(g) 및 발전억제 플래그(h)가 잔존용량(SOC) 및 분극의 지수(P)에 따라 아래와 같이 설정된다.

즉, 분극의 지수(P)가 하한값 Pb ≤P ≤ 상한값(Pa)일 때,

잔존용량(SOC)이 SOC1 ≤SOC ≤SOC2 이면, f = 1' g =1, h = 0 으로 설정되고,

잔존용량(S0C)이 S0C ＜ S0C1 이면, f = 0, g = 1, h = 0 으로 설정되고,

또 잔존용량(SOC)이 SOC2 ＜ SOC 이면, f =1, 9 = 1, h= 1 로 설정된다.

한편, P ＜ Pb 일 때, 잔존용량(SOC)이 SOC ＜ SOC1 또는 SOC1 ≤SOC ≤SOC2이면, f = 0, g = 1, h = 0 으로 설정되고, 또 SOC2 ＜ SOC 이면, f =1, g =1, h = 1로 설정된다.

다시 Pa ＜ P일 때, 잔존용량(SOC)이 SOC ＜ SOC1이면, f = 0, g = 1, h = 0으로 설정되고, 잔존용량(SOC)이 SOC1 ≤SOC ≤SOC2이면, f = 1, g = 1, h = 1로 설정되고, 또 잔존용량(SOC)이 SOC2 ＜ SOC 이면, f = 1, g = 0, h = 1로 설정된다.

단, 상기 SOC1 및 SOC2는, 잔존용량(SOC)의 허용범위의 하한용량 및 상한용량이다. 또한 도 12의 도표는 마이크로컴퓨터(80B)의 ROM에 미리 기억되어 있다.

이어서 단계(420)에 있어서, 상기 자동차가 가속 중인지의 여부가 판정된다. 여기서 엔진제어용 ECU가 상기 자동차가 가속 중이라는 뜻의 신호를 마이크로컴퓨터 (80B)에 입력하고 있으면, 단계(420)에 있어서 YES라는 판정이 이루어진다. 이에 따라 단계(430)에 있어서 엔진조력 플래그(f)가 f = 1인지의 여부가 판정된다.

단계(410)에 있어서 엔진조력 플래그 f = 1로 설정되어 있으면, 이 f = 1은 MG10A에 의한 엔진(E)의 조력이 필요한 것을 나타내기 때문에, 단계(430)에 있어서 YES라는 판정이 된다. 이에 따라 단계(431)에 있어서, 엔진(E)을 조력하도록 MG10A를 제어하는 처리가 이루어진다.

여기서, 분극의 지수(P)가 잔존용량(SOC) 검출을 위한 하한값(Pb)보다도 작고, 또한 잔존용량(SOC)이 상한용량(SOC2)보다도 큰 경우에는, 수학식 (9)에서 사용하는 정수(b)를 사용하여 시정수(1/b)에 대하여 충분히 짧은 시간간격에 있어서의 방전전류의 평균치가 (b·Pb/γ)로 나타내는 전류값을 초과하지 않도록 MG10A를 제어한다.

이 처리에 의거하여 MG10A가 MG 제어회로(90A)에 의하여 인버터(20A)를 거쳐 엔진(E)을 조력하도록 제어된다. 이에 의하여 엔진(E)은 출력전압을 증대시킨다. 이는 전류가 분극의 지수(P)를 상한값(Pa) 이하로 작게 하도록 배터리(B)에 흐르고, 그 충전전류의 받아 들임 특성을 양호하게 하면서 배터리상승을 방지하는 것을 의미한다.

또 단계(420)에 있어서의 판정이 NO가 되는 경우, 또는 단계(430)에서 NO라는 판정이 이루어진 경우에는 단계(440)에 있어서 상기 자동차가 감속 중인지의 여부가 판정된다. 여기서 엔진제어용 ECU가 상기 자동차가 감속 중이라는 뜻의 신호를 마이크로컴퓨터(80B)에 입력하고 있으면, 단계(440)에 있어서의 판정이 YES가 된다.

따라서 단계(410)에 있어서 회생플래그 g = 1로 설정되어 있으면, 이 플래그 g = 1은 MC10A의 발전전압의 증대가 필요한 것을 나타내기 때문에, 단계(450)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(451)에 있어서, MG10A의 발전전압을 증대시키는 처리가 이루어진다. 이 처리에 의거하여 MG10A가 MG제어회로(90A)에 의하여 인버터 (20A)를 거쳐 발전전압을 증대시키도록 제어된다.

여기서 분극의 지수(P)가 하한값(Pb)보다 작고, 또한 잔존용량(SOC)이 상한용량(SOC2)보다도 큰 경우에는, 상기와 같이 수학식 (9)에서 사용하는 정수(b)를 사용하여 시정수(1/b)에 대하여 충분히 짧은 시간간격에 있어서의 방전전류의 평균치가 (b·Pb/γ)로 나타내는 전류값을 초과하지 않도록 MG10A의 발전전압을 제어한다. 또 반대로 극의 지수(P)가 상한값(Pa)보다 크고, 또한 잔존용량(SOC)이 하한용량 (SOC1)보다도 작은 경우에는, 수학식 (9)에서 사용하는 정수(a)를 사용하여 시정수 (1/a)에 대하여 충분히 짧은 시간간격에 있어서의 방전전류의 평균값이 (a·Pa/γ)로 나타내는 전류값을 초과하지 않도록 MG10A의 발전전압을 제어한다.

그 후, 단계(460)에 있어서, 도 5의 단계(220)의 처리와 동일한 판정처리가 이루어진다. 여기서 엔진(E)이 아이들상태이면, 단계(460)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(470)에 있어서 발전억제 플래그 h = 1인지의 여부가 판정된다. 그리고 단계(410)에 있어서 h = 1로 설정되어 있으면, 이 h = 1은, MG10A의 발전전압의 억제가 필요한 것을 나타내기 때문에, 단계(470)에 있어서 YES라는 판정이 이루어진다. 이 판정에 의거하여 단계(471)에 있어서, MC10A의 발전전압의 억제처리가 이루어진다. 이 억제처리에 의거하여 MG10A가 MG제어회로(90A)에 의하여 인버터(20A)를 거쳐 발전전압을 억제하도록 제어된다. 이는 전류가 분극의 지수(P)를 하한값(Pb) 이상으로 크게 하도록 배터리(B)에 흐르는 것을 의미한다.

여기서 분극의 지수(P)가 하한값(Pb)보다 작고, 또한 잔존용량(SOC)이 상한용량(SOC2)보다도 큰 경우에는 상기와 같이 수학식 (9)에서 사용하는 정수(b)를 사용하여 시정수(1/b)에 대하여 충분히 짧은 시간간격에 있어서의 방전전류의 평균치가 (b ·Pb/γ)로 나타내는 전류값을 초과하지 않도록 MG10A의 발전전압을 제어한다.

그 후, 단계(480)에 있어서 상기 자동차가 가속 중, 감속 중 및 엔진(E)의 아이들상태, 이외인지의 여부가 판정된다. 여기서 상기 자동차가 가속 중, 감속 중 및 엔진(E)의 아이들상태 중 어느 것도 아니면, 단계(480)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(490)에 있어서 발전억제 플래그 h = 1인지의 여부가 단계(470)에 있어서의 판정과 마찬가지로 이루어진다.

이 단계(490)에 있어서의 판정이 YES가 되면, 단계(491)에 있어서, 단계 (471)의 처리와 마찬가지로, MG10A의 발전전압의 억제처리가 이루어진다. 이 억제처리에 의거하여 MG10A가 MG 제어회로(90A)에 의해 인버터(20A)를 거쳐 발전전압을 억제하도록 제어된다.

여기서, 분극의 지수(P)가 하한값(Pb)보다 작고, 또 잔존용량(SOC)이 상한용량(SOC2)보다도 큰 경우에는 상기와 같이 수학식 (9)에서 사용하는 정수(b)를 사용하여 시정수(1/b)에 대하여 충분히 짧은 시간간격에 있어서의 방전전류의 평균치가(b·Pb/γ)로 나타내는 전류값을 초과하지 않도록 MG10A의 발전전압을 제어한다.

또한 단계(480)에 또는 단계(490)에 있어서의 NO라는 판정, 또는 단계(491)에 있어서의 처리 다음에는 단계(492)에서 f = 0, g = 0 및 h = 0으로 삭제되어 단계(280) 이후의 처리가 실시형태 1과 마찬가지로 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이, MG10A의 출력전압의 제어에 의해 배터리(B)내의 분극의 지수(P)를 Pb ≤P ≤Pa의 범위에 적극적으로 수속시키기때문에, 배터리(B)의 개방전압에 의거하는 잔존용량(SOC)의 산출이 타이밍 좋게, 또한 정밀도 좋게 이루어질 수 있다. 또한 배터리(B)의 충전전류의 받아 들임 특성이 양호하게 유지되어 필요한 타이밍으로 효율 좋게 배터리를 충전하는 것이 가능하게 되어 효율이 좋은 에너지회수가 가능하게 된다.

〔본 발명의 제 3 형태의 실시형태〕

이하, 본 발명의 제 3 형태의 각 실시형태(a 내지 e)를 도면에 의거하여 설명한다.

(실시형태 a)

도 13은 본 발명에 관한 자동차용 배터리(B)를 충전제어하기 위한 충전제어시스템의 실시형태(a)를 나타낸다. 또한 배터리(B)는 배터리의 일종인 납축전지에 의해 구성되어 있다.

상기 충전제어시스템은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 교류발전기(10), 정류기(20) 및 레귤레이터(30)를 구비하고 있다. 발전기(10)는 상기 자동차의 엔진에 의해 구동되어 교류전압을 발생한다. 정류기(20)는 발전기(10)의 교류전압을 정류하여 정류전압을 발생하여 배터리(B) 및 레귤레이터(30)에 공급한다. 레귤레이터 (30)는 뒤에서 설명하는 마이크로컴퓨터(80C)에 의한 제어하에 정류기(20)의 정류전압을 조정하여 배터리(B) 및 전기적 부하(L)에 출력한다.

또 상기 충전제어시스템은, 전류센서(40), 전압센서(50) 및 마이크로컴퓨터 (80C)를 구비하고 있다. 전류센서(40)는 배터리(B)의 충전전류 또는 방전전류를검출하고, 전압센서(50)는 배터리(B)의 단자전압을 검출한다.

마이크로컴퓨터(80C)는, 주제어 프로그램 및 인터럽트제어 프로그램으로서의 부제어 프로그램을 도 14 및 도 15에 나타내는 플로우차트에 따라 각각 실행한다. 그리고 이 마이크로컴퓨터(80C)는, 주제어 프로그램의 실행 중에, 전류센서(40)의 검출전류 등에 의거하여 배터리(B)의 만충전 판정처리, 레귤레이터(30)의 제어에 요하는 처리나 데이터의 기억처리 등을 행한다. 또 마이크로컴퓨터(80C)는, 부제어 프로그램의 실행 중에 전류센서(40)의 검출전류 및 전압센서(50)의 검출전압에 대한 판정처리 등을 행한다.

이 실시형태(a)에서는 부제어 프로그램의 실행은, 마이크로컴퓨터(80C)에 내장된 타이머의 소정시간의 계산마다의 인터럽트처리로 이루어진다. 또한 마이크로컴퓨터(80C)는 배터리(B)로부터 항상 급전되어 작동상태에 있고, 상기 자동차의 이그니션스위치(IG)의 온에 의하여 주제어 프로그램의 실행을 시작함과 동시에, 상기 타이머를 리세트 시동한다. 또 상기 주제어 프로그램 및 부제어 프로그램은 마이크로컴퓨터(80C)의 ROM에 미리 기억되어 있다.

이와 같이 구성한 실시형태(a)에 있어서, 이그니션 스위치(IC)의 온하에 상기 자동차를 상기 엔진의 시동에 따라 발진시키는 것으로 한다. 이 때 마이크로컴퓨터 (80C)는, 이그니션스위치(IG)의 온에 의해 작동하고, 도 14의 플로우차트에 따라 주제어 프로그램의 실행을 개시함과 동시에, 상기 타이머를 리세트 시동하여 상기 타이머의 소정시간의 계산시마다 도 15의 플로우차트에 따라 부제어 프로그램의 실행을 개시한다.

부제어 프로그램의 실행 중에 있어서는, 단계(600)에서 전류센서(40)의 검출전류[배터리전류(I)] 및 전압센서(50)의 검출전압[배터리전압(V)]이 마이크로컴퓨터 (80C)에 입력된다. 그렇게 하면 각 단계(610, 620)에 있어서 배터리전류(I) 및 배터리전압(V)이 소정 전류값(Is) 및 소정 전압값(Vs)과 비교 판정된다.

상기 소정 전류값(Is) 및 소정 전압값(Vs)은, 배터리(B)의 만충전상태를 판정하기 위하여 도입된 것이나, 그 도입의 근거에 대하여 이하에 설명한다. 즉, 배터리(B)의 만충전상태에 있어서의 배터리전압 및 배터리전류의 분포상태를 조사한 바, 도 16에서 나타내는 바와 같은 결과가 얻어졌다. 단, 배터리(B)로서는 정격전압 (12V)의 납축전지를 6개 직렬로 접속한 것을 사용하였다.

도 16은 배터리(B)의 단자전압이 14V 이상이고, 배터리(B)의 전류가 0A 이하의 범위(도 16에 사선으로 나타낸 범위), 즉 만충전 판정범위에 배터리(B)의 단자전압 및 전류가 들어가 있으면, 배터리(B)의 만충전상태를 정밀도 좋게 판정할 수 있는 것을 나타낸다. 여기서 배터리(B)의 단자전압이 14V 이상으로 한 것은, 배터리 (B)의 단자전압은 상기 배터리(B)의 만충전상태 근방에서 정격전압보다도 높게 상승하기 때문에, 이와 같이 상승한 높은 값을 만충전상태 판정에 사용하기로 한 것에 의한다. 또한 도 16에 부호(Q)는 배터리전압 V = 14(V) 및 배터리전류 I = 0(A)를 나타낸다.

또 배터리(B)의 전류를 0A 이하의 범위로 한 것은, 이하의 이유에 의한다. 즉, 배터리(B)의 충전시에는 상기 배터리(B)에 전류가 흘러 들어, 그 내부저항에 의한 전압강하분으로 단자전압을 상승시킨다. 또 배터리(B)의 방전시에는배터리(B)로부터 전류가 흘러 나가, 그 내부저항에 의한 전압강하분으로 단자전압을 저하시킨다. 따라서 0A 이하의 배터리(B)의 전류의 값을 만충전상태 판정에 사용하기로 하였다.

즉, 상기한 바와 같이 배터리(B)의 단자전압이 14V 이상이고, 배터리(B)의 전류가 0A 이하인 범위에 배터리(B)의 전압 및 전류가 함께 속하는 것을 배터리(B)의 만충전상태 성립의 판정조건에 채용하면, 배터리(B)의 전압만으로 만충전 판정하는 것에 비하여 판정 정밀도를 향상할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 실시형태(a)에서는 상기 소정 전류값(Is) 및 소정 전압값(Vs)을 0A 및 14V로 하여 배터리(B)의 만충전상태를 판정하기 위하여 도입하였다.

또한 배터리(B)가 90%의 충전상태일 때에는, 도 17에 나타내는 바와 같이 배터리전압 및 배터리전류가 사선의 범위(도 16의 사선의 범위와 동일함)에는 들어 가지 않는다. 따라서 이것을 이용하여 배터리(B)의 만충전인지의 여부의 판정을 할 수 있다.

이상으로부터 배터리전류(I) ≤소정전류값(Is) 및 배터리전압(V) ≥소정 전압값(Vs)이 성립할 때, 양쪽의 단계(610, 620)에서의 각 판정이 YES가 되고, 단계 (630)에서 배터리(B)가 만충전상태로 있다라는 뜻의 판정이 이루어진다.

또 상기한 바와 같이 주제어 프로그램의 실행이 개시되면, 도 14의 단계 (500)에 있어서, 상기한 이그니션스위치(IG)의 온 이전에, 단계(580)에서 기억이 끝난 배터리(B)의 충전상태를 나타내는 잔존용량(SOC)이 마이크로컴퓨터(80C)의 RAM으로부터 전회값(SOCo)으로서 판독된다. 여기서 잔존용량(SOC)이란, 배터리(B)의 만충전상태의 충전용량에 대한 배터리(B)의 실제 용량의 비율을 %로 표시한 것이다.

이어서, 단계(510)에 있어서, 전류센서(40)의 검출전류가 배터리전류(I)로서 판독된다. 그렇게 하면, 단계(520)에서 잔존용량(SOC)이 상기한 수학식 (3)에 의거하여 배터리전류(I) 및 전회값(SOCo)에 따라 산출된다. 상기한 바와 같이 C는 배터리(B)의 정격용량(A·sec)을 나타내고, t는 샘플링 타이밍(sec)을 나타낸다.

그 후, 단계(530)에 있어서, 배터리(B)가 만충전상태인지의 여부에 대하여 판정된다. 여기서 부제어 프로그램의 인터럽트실행에 의해 단계(530)에 있어서 만충전판정이 이루어져 있으면, 이 판정에 의거하여 단계(530)에 있어서의 판정이 YES가 된다. 따라서 단계(540)에 있어서 잔존용량(SOC)이 100%로 수정되어 단계 (550)의 판정이 이루어진다. 한편, 단계(530)에 있어서의 판정이 NO가 되는 경우에는, 잔존용량(SOC)은 전회값(SOCo) 그대로 수정되지 않고 단계(550)의 판정이 이루어진다.

단계(550)에서는, 전회의 단계(530)에 있어서의 만충전의 판정후 소정시간 경과하였는지의 여부가 판정된다. 경과하였으면, 배터리(B)의 잔존용량(SOC)이 만충전상태로부터 감소하고 있다고 생각되기 때문에 단계(550)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(560)에 있어서, 발전기(10)의 발전량을 증가하여 배터리(B)를 만충전상태로 하도록 레귤레이터(30)에 의한 조정전압이 소정 조정값으로 설정된다. 이에 따라 레귤레이터(30)의 조정전압이 마이크로컴퓨터(80C)에 의해 상기 소정 조정값으로 제어된다.

여기서, 이그니션스위치(IG)가 오프되어 있지 않기 때문에 단계(570)에 있어서의 NO라는 판정하에, 단계(510) 이후의 처리가 반복된다. 이그니션스위치(IG)가 오프되면, 단계(570)에 있어서의 YES라는 판정에 따라 단계(580)에 있어서 이 단계에 있어서의 잔상용량(SOC)이 마이크로컴퓨터(80C)의 RAM에 기억 보존된다.

이상 설명한 바와 같이, 부제어 프로그램의 실행에 있어서 배터리전류(I)가 소정 전류값(Is) 이하이고, 또한 배터리전압(V)이 소정 전압값(Vs) 이상인 것으로 하여 배터리(B)의 만충전상태를 판정하도록 하였기 때문에, 배터리(B)의 만충전상태가 배터리(B)의 단자전압만으로 판정하는 것에 비하여 정밀도 좋게 판정될 수 있다. 따라서 이와 같은 만충전판정을 사용하면 배터리(B)의 잔존용량(SOC)을 항상 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

이 경우, 상기한 바와 같이 배터리(B)의 만충전상태와의 판정후 소정시간의 경과마다 레귤레이터(30)의 조정전압이 발전기(10)의 발전량을 증가하여 배터리(B)를 만충전상태로 하도록, 소정 조정값으로 설정제어되기 때문에, 레귤레이터(30)에 의한 발전기(10)의 발전전압에 대한 조정이라는 영향을 받지 않고 배터리(B)의 만충전상태의 판정 및 잔존용량(SOC)의 산출을 정밀도 좋게 행할 수 있다. 그 결과, 배터리(B)의 과충전을 방지하여 배터리(B)의 수명을 연장시킬 수 있다.

(실시형태 b)

다음에 본 발명의 제 3 형태의 실시형태(b)를 도 18에 의거하여 설명한다. 실시형태(b)에서는, 도 18에 나타내는 플로우차트가 실시형태(a)에서 설명한 도 15의 플로우차트 대신에 채용되고 있다. 따라서 실시형태(b)에서는 실시형태(a)에설명한 마이크로컴퓨터(80C)는 도 15의 플로우차트 대신에, 도 18의 플로우차트에 따라 부제어 프로그램을 상기 타이머에 의해 인터럽트 실행한다. 그 밖의 구성은 실시형태(a)와 동일하다.

이와 같이 구성한 실시형태(b)에 있어서, 상기 자동차의 발진에 따라 마이크로컴퓨터(80C)가 도 14의 플로우차트에 따라 주제어 프로그램의 실행을 개시함과 동시에 도 18의 플로우차트에 따라 상기 타이머에 의한 부제어 프로그램의 인터럽트 실행을 개시한다.

그렇게 하면, 부제어 프로그램의 실행에서는 도 18의 단계(300)에서 전압센서 (50)의 검출전압 및 전류센서(40)의 검출전류가 배터리전압(V) 및 배터리전류(I)로서 마이크로컴퓨터(80C)에 입력된다. 이에 따라 단계(710)에 있어서 분극의 지수 (P)가 상기한 수학식 (9)에 의거하여 배터리전류[I(A)]에 따라 산출된다. 상기한 바와 같이 γ는 배터리(B)의 충전효율의 변동에 대한 보정항 [배터리(B)의 충전시에 +가 됨]이다. t는 시간(sec)이다. 또 Id는 배터리(B)내의 전해액의 농도변화에 기인하는 보정항이다. 그리고 Po를 t1의 직전에 있어서의 지수(P)의 값으로 하고, a, b를 각각 정수라 하면, Po ＞ O일 때, Id = a·Po 이고, Po = O일 때, Id = O 이고, P ＜ O일 때, Id = b·Po 이다. 또한 수학식 (9)는 마이크로컴퓨터(80CB)의 ROM에 미리 기억되어 있다.

상기한 바와 같이 지수(P)가 산출되면, 각 단계(720, 730)에 있어서 분극의 지수(P) 및 배터리전압(V)이 소정 지수값(Ps) 및 소정 전압값(Vs)과 비교 판정된다.

상기 소정 지수값(Ps) 및 소정 전압값(Vs)은, 배터리(B)의 만충전상태를 판정하기 위하여 도입된 것이나, 그 도입의 근거에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이 상기 자동차의 주행 중의 배터리(B)에서는 분극의 발생에 의해 반드시 단자전압상승과 만충전과의 대응이 취해지지 않아 단자전압의 상승을 감시하여도 만충전을 정밀도 좋게 판정할 수 없다.

이 때문에 실시형태(b)에서는 배터리(B)의 충방전에 의해 생기는 분극을 충방전 전류의 이력으로부터 견적하는 파라미터와 배터리(B)의 만충전상태 근방에서의 배터리전압의 상승을 감시하여 분극의 영향이 작다고 추정될 때에 배터리전압상승이 발생한 경우로서, 배터리(B)의 만충전상태라고 판정함으로써, 정밀도가 좋은 배터리 (B)의 만충전상태의 판정을 가능하게 하고, 또한 이 판정을 사용하여 정밀도가 좋은 잔존용량(SOC)의 산출을 가능하게 한다.

이와 같은 관점으로부터 실시형태(b)에서는 실시형태(a)에서 설명한 소정 전압값(Vs)을 도입함과 동시에, 실시형태(a)에서 설명한 소정 전류값(Is)을 대신하는 소정 지수값(Ps)( = 1000Asec 내지 2000Asec)을 도입하였다. 또한 소정 지수값 (Ps)은, 분극이 전해액의 농도변화에 기인하여 생기기 때문에 1000Asec 내지 2000Asec에 한정하지 않고, 만충전 판정에 있어서 전해액의 농도변화를 무시할 수 있을 정도의 값, 즉 분극의 영향을 받기 어려운 값이면 좋다.

이상으로부터 분극의 지수(P) ≤ 소정 지수값(Ps) 및 배터리전압(V) ≥소정 전압값(Vs)이 성립할 때, 양 단계(720, 730)의 각 판정이 YES가 되고, 단계(740)에 있어서, 배터리(B)가 만충전상태에 있다라는 뜻의 판정이 이루어진다.

또 주제어 프로그램의 실행이 실시형태(a)에서 설명한 바와 같이 단계(530)로 이행하면, 배터리(B)가 만충전상태인지의 여부가 실시형태(a)와는 달리, 단계(740) (도 18참조)의 판정에 의거하여 이루어진다. 그 밖의 주제어 프로그램의 처리는 실시형태(a)와 동일하다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태(b)에서는 부제어 프로그램의 실행에 있어서 분극의 지수(P)가 소정 지수값(Ps) 이하이고, 또한 배터리전압(V)이 소정 전압값 (Vs) 이상인 것으로서 배터리(B)의 만충전상태를 판정하도록 하였기 때문에, 배터리(B)의 만충전상태가 분극의 영향을 받지 않고 배터리(B)의 단자전압만으로 판정하는 것에 비하여 정밀도 좋게 판정될 수 있다. 따라서 이와 같은 만충전판정을 사용하면 배터리(B)의 잔존용량(SOC)을 항상 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 그 밖의 작용효과는 실시형태(a)와 동일하다.

(실시형태 c)

다음에, 본 발명의 제 3 형태의 실시형태(c)를 도 19에 의거하여 설명한다. 실시형태(c)에서는 도 19에 나타내는 플로우차트가 실시형태(a)에서 설명한 도 15의 플로우차트를 대신하여 채용되고 있다. 따라서 실시형태(c)에서는 실시형태(a)에서 설명한 마이크로컴퓨터(80C)는 도 15의 플로우차트 대신에 도 19의 플로우차트에 따라 부제어 프로그램을 상기 타이머에 의해 인터럽트실행한다.

단, 도 19의 플로우차트는 도시한 바와 같이 도 15의 단계(600)에 상당하는 단계(800)와, 도 18의 각 단계(710, 720)에 각각 상당하는 각 단계(810, 820)와, 도 15의 각 단계(610, 620, 630)에 각각 상당하는 각 단계(830, 840, 850)를 결합하여 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태(a)와 동일하다.

이와 같이 구성한 실시형태(c)에 있어서, 상기 자동차의 발진에 따라 마이크로컴퓨터(80C)가 도 14의 플로우차트에 따라 주제어 프로그램의 실행을 개시함과 동시에 도 19의 플로우차트에 따라 상기 타이머에 의한 부제어 프로그램의 인터럽트 실행을 개시한다.

그렇게 하면, 부제어 프로그램의 실행에서는 도 19의 단계(800)에서 전압센서 (50)의 검출전압 및 전류센서(40)의 검출전류가 배터리전압(V) 및 배터리전류(I)로서 마이크로컴퓨터(80C)에 입력된다. 이에 따라 단계(810)에 있어서 도 18의 단계 (710)와 마찬가지로 분극의 지수(P)가 상기 수학식 (2)에 의거하여 배터리전류[I (A)]에 따라 산출된다.

그렇게 하면, 다음 단계(820)에 있어서 도 18의 단계(720)와 마찬가지로 분극의 지수(P) ≤소정 지수값(Ps)이 판정된다. 이 단계(820)에 있어서의 판정이 YES가 되면 단계(830)에 있어서 도 15의 단계(610)와 마찬가지로 배터리전류(I) ≤소정 전류값(Is)이 판정된다. 이 단계(830)에 있어서의 판정이 YES가 되면, 단계(840)에 있어서 도 18의 단계(730)와 마찬가지로 배터리전압(V) ≥소정 전압값(Vs)이 판정된다. 이 단계(840)에 있어서의 판정이 YES가 되면, 단계(850)에 있어서 배터리(B)의 만충전이라고 판정된다.

또 주제어 프로그램의 실행이 실시형태(a)에서 설명한 바와 같이 단계(530)로 이행하면, 배터리(B)의 만충전상태인지의 여부가 실시형태(a)와는 달리, 단계(850) (도 19참조)의 판정에 의거하여 이루어진다. 그 밖의 주제어 프로그램의 처리는 실시형태(a)와 동일하다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태(c)에서는 부제어 프로그램의 실행에 있어서 분극의 지수(P)가 소정 지수값(Ps) 이하이고, 배터리전류(I)가 소정 전류값(Is) 이하이고, 또한 배터리전압(V)이 소정 전압값(Vs) 이상인 것으로 하여 배터리(B)의 만충전상태를 판정하도록 하였기 때문에, 배터리(B)의 만충전상태가 실시형태(a, b)에 서 설명한 경우보다도 더 한층 정밀도 좋게 판정될 수 있다. 따라서 이와 같은 만충전판정을 사용하면 배터리(B)의 잔존용량(SOC)을 실시형태(a, b)에서 설명한 경우보다도 항상 더 한층 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 그 밖의 작용효과는 실시형태 (a)와 동일하다.

(실시형태 d)

다음에, 본 발명의 제 3 형태의 실시형태(d)를 도 20 및 도 21에 의거하여 설명한다. 실시형태(d)에서는 도 20 및 도 21에 나타내는 플로우차트가 실시형태(c)에서 설명한 도 19의 플로우차트 대신에 채용되고 있다. 따라서 실시형태(d)에서는 실시형태(c)에서 설명한 마이크로컴퓨터(80C)는, 도 19의 플로우차트 대신에, 도 20 및 도 21의 플로우차트에 따라 부제어 프로그램을 상기 타이머에 의해 인터럽트 실행한다. 단, 도 20 및 도 21의 플로우차트는 도 19의 단계(800) 내지 단계(850)에 상당하는 단계(910 내지 960)를, 단계(900)와 단계(970) 내지 단계(982) 사이에 결합하여 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태(c)에서 설명한 것과 동일하다.

이와 같이 구성한 실시형태(d)에 있어서, 상기 자동차의 발진에 따라 마이크로컴퓨터(80C)가 도 14의 플로우차트에 따라 주제어 프로그램의 실행을 개시함과 동시에, 도 20 및 도 21의 플로우차트에 따라 상기 타이머에 의한 부제어 프로그램의 인터럽트실행을 개시한다.

그렇게 하면, 부제어 프로그램의 실행에서는 도 20의 단계(900)에서 레귤레이터 제어플래그가 F = 0으로 리세트된다. 그 후, 단계(910) 내지 단계(960)에 있어서 도 19의 단계(800) 내지 단계(850)와 동일한 처리가 이루어진다. 또한 단계 (900)의 처리 직후에는 각 단계(930 내지 950) 중 어느 하나의 판정은 NO가 된다.

이어서, 도 21의 단계(970)에 있어서 단계(900)에 있어서의 F = 0의 성립후에 소정시간 경과하였는지의 여부가 판정된다. 여기서 상기 소정시간이 경과하고 있지 않으면, 단계(970)에 있어서의 판정이 NO가 되고, 단계(980)에서의 처리로 이행한다. 여기서도 마찬가지로 하여 NO라는 판정이 이루어진다.

또 단계(900)에서의 F = 0의 성립 후에 소정시간이 경과하면, 단계(970)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(971)에 있어서 레귤레이터(30)의 조정전압을 소정 조정값(상기 조정전압보다도 높은 값을 갖는다)으로 설정하는 처리가 이루어진다. 이에 의하여 레귤레이터(30)는 마이크로컴퓨터(80C)에 의한 상기 설정처리에 따라 조정전압을 상기 소정 조정값으로 조정한다.

상기한 바와 같이 단계(971)의 처리가 이루어지면, 다음 단계(972)에 있어서 레귤레이터 제어플래그가 F = 1로 세트된다. 그 후 단계(980)에 있어서, F = 1의 성립 후에 소정시간이 경과하였는지의 여부가 판정된다. 여기서 상기 소정시간이 경과하지 않았으면, 단계(980)에 있어서의 판정이 NO가 된다. 따라서 레귤레이터(30)의 조정전압이 상기 소정 조정값의 상태에서 각 단계(910 내지 960)를 지나는 만충전 판정처리가 이루어진다.

그 후, F = 1의 성립 후에 소정시간이 경과하면, 단계(980)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계(981)에 있어서, 레귤레이터(30)의 조정전압을 통상 조정값으로 되돌리는 처리가 이루어진다. 이에 의하여 레귤레이터(30)는 마이크로컴퓨터(80C) 에 의한 상기 되돌림처리에 따라 조정전압을 상기 통상 조정값으로 조정한다. 또한 단계(981)의 처리 후, 단계(982)에 있어서, F = 0으로 리세트된다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태(d)에서는 부제어 프로그램의 실행에 있어서 분극의 지수(P)가 소정 지수값(Ps) 이하이고, 배터리전류(I)가 소정 전류값(Is) 이하이고, 또 배터리전압(V)이 소정 전압값(Vs) 이상인 것으로서 배터리(B)의 만충전상태를 판정하도록 하였기 때문에, 배터리(B)의 만충전상태가 실시형태(c)에서 설명한 경우와 마찬가지로 정밀도 좋게 판정될 수 있다.

여기서, 실시형태(d)에서는 부제어 프로그램의 실행 중, 레귤레이터 제어플래그 F = 1인 동안, 즉 레귤레이터(30)의 조정전압이 상기 소정 조정값으로 유지되는동안에 있어서, 각 단계(910 내지 960)를 지나는 처리에서 배터리(B)의 만충전을 판정한다. 따라서 레귤레이터(30)의 조정전압이 통상 조정값에 있을 때에 만충전 판정에 주는 악영향을 수반하지 않고 만충전 판정을 정밀도 좋게 행할 수 있다. 그 결과, 이와 같은 만충전 판정을 사용하면 배터리(B)의 잔존용량(SOC)을 더 한층 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 그 밖의 작용효과는 실시형태(a)와 동일하다.

(실시형태 e)

다음에, 본 발명의 제 3 형태의 실시형태(e)를 도 22a 내지 도 28에 의거하여 설명한다. 실시형태(e)는 이하에 설명하는 바와 같은 관점으로부터 제안되고 있다.

배터리의 잔존용량(SOC)의 산출은 가능한 한 단시간으로 정밀도 좋게 행하도록 요청되고 있다. 이 요청에 따름에 있어서는 배터리의 개방전압(배터리에 흐르는 전류가 거의 제로일 때의 상기 배터리의 단자전압)을 이용하여 잔존용량(SOC)을 산출하는 것이 생각된다.

따라서 실시형태(b)에서 설명한 배터리(B)의 개방전압에 대하여 검토한 바, 도 23에 나타내는 바와 같은 데이터가 얻어졌다. 여기서, 곡선(L1)은 배터리(B)의 사용개시 초기의 열화전일 때의 개방전압과 잔존용량(SOC)과의 관계를 나타내고, 곡선(L2)은 배터리(B)의 사용에 의한 열화 후의 개방전압과 잔존용량(SOC)과의 관계를 나타낸다.

이들 곡선(L1, L2)에 의하면 배터리(B)의 개방전압은, 상기 배터리(B)의 열화에 따라 전 잔존용량(SOC)에 걸쳐 상대적으로 증대하도록 변화하는 것을 알았다. 따라서 이와 같이 개방전압이 배터리(B)의 열화에 의해 변화되었다면, 개방전압을 이용하여 잔존용량(SOC)을 산출함에 있어서, 단지 개방전압을 이용하는 것만으로는 잔존용량(SOC)을 고정밀도로 산출하는 것은 곤란하다.

따라서, 실시형태(b)에서 설명한 수학식 (9)를 검토하여 보았다. 상기한 수학식 (9)는, 배터리(B)의 충방전 전류를 적산함으로써 배터리(B)의 전극 근방의 전해액 농도의 분포를 분극의 지수(P)로서 산출하는 실험식이다.

이 실험식을 사용하여 구한 분극의 지수(P)를 고려하여 배터리(B)의 단자전압 (배터리전압)과 전류(배터리전류)와의 관계에 대하여 조사하여 본 바, 도 24(a) 내지 (c)에 나타내는 데이터가 얻어졌다. 단, 도 24(a)는 상기 자동차의 주행 중에 있어서의 배터리(B)의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 지수(P)와는 무관계한 데이터로서 나타내고, 도 24(b)는 지수｜P｜ < 1000의 조건을 만족하는 배터리(B)의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 나타내고, 또 도 24(c)는 지수｜P｜ < 100의 조건을 만족하는 배터리(B)의 배터리전압과 배터리전류와의 관계를 나타낸다.

도 24(a) 내지 (c)에 나타내는 각 데이터를 비교하면, 지수(P)가 작을수록 배터리(B) 원래의 배터리전압과 배터리전류와의 관계[도 24(a) 내지 (c)에 부호(K)를 참조]를 나타내는 데이터의 선별이 더 한층 가능하게 됨을 알 수 있다. 바꾸어 말하면 수학식 (9)에 의하면, 지수(P)가 제로 근방의 값이 될 때, 배터리(B)의 전해액의 농도분포가 균등하게 되어 정확한 개방전압을 검출할 수 있다고 생각된다.

이와 같은 관점으로부터 배터리(B)의 개방전압, 지수(P) 및 잔존용량(SOC)의 관계에 대하여 상세하게 검토하여 보았다. 예를 들면 도 25(a) 및 (b)는 정전류 - 정전압 충전방법에 의해 배터리(B)가 만충전에 도달하기까지의 배터리전압 및 배터리전류를 각각 나타낸다.

단, 도 25(a)에 있어서, 부호(M1)는 배터리(B)가 신품인 경우의 배터리전압의 그래프를 나타내고, 부호(N1)는 배터리(B)가 열화품인 경우의 배터리전압의 그래프를 나타낸다. 또 도 25(b)에 있어서, 부호(M2)는 상기 신품의 배터리(B)의 배터리전류의 그래프를 나타내고, 부호(N1)는 상기 열화품인 배터리(B)의 배터리전류의 그래프를 나타낸다. 이들 각 그래프에 있어서 배터리전압이 최대이고 배터리전류가 최소[도 25(b)에서 각 부호(M20, N20)를 참조]가 될 때, 신품의 배터리(B) 및 열화품의 배터리(B)는 모두 만충전이라고 판단된다.

따라서 실제 자동차에 대한 적용하에 도 16에 나타내는 바와 같은 데이터를 도 26에 나타내는 데이터로서 도 25의 데이터에 의거하여 구하여 보았다. 여기서 도 26에서 부호(Q)로 나타내는 좌표위치는, 도 25의 부호(M20 또는 N20)로 나타내는 좌표위치에 상당하고, 배터리전압이 14V에 가깝고, 배터리전류가 제로에 가까운 도 16에서의 만충전판정 좌표위치이다.

그러나 실제 자동차에 대한 적용에 있어서는, 배터리전압 및 배터리전류의 분포가 불균일하기 때문에 잔존용량이 SOC = 80%일 때의 배터리전압 및 배터리전류의 분포[도 26(a)참조]와, 잔존용량이 SOC = 100%일 때의 배터리전압 및 배터리전류의 분포[도 26(b)참조)에서는 서로 구별하기 어렵게 되어 있다.

이에 대하여 상기한 바와 같이 분극의 지수(P)가 ｜P｜＜ 2000의 범위에 있을 때의 배터리전압 및 배터리전류의 분포로 하면, 잔존용량이 SOC = 80%일 때의 배터리전압 및 배터리전류의 분포[도 27(a)참조]와, 잔존용량이 SOC = 100%일 때의 배터리전압 및 배터리전류의 분포[도 27(b)참조]에서는 서로 명확하게 구별할 수 있음을 알았다.

이상과 같은 전제하에 실제 자동차주행 중의 잔존용량(SOC) 및 분극의 지수(P)의 각 변화를 조사하여 본 바, 도 28에 나타내는 바와 같은 데이터가 얻어졌다. 여기서 부호(R1)는 배터리(B)의 잔존용량(SOC)의 시간적 변화를 나타내고, 부호 (R2)는 배터리(B)의 분극의 지수(P)의 시간적 변화를 나타낸다.

이에 의하면, 부호(P1)는 배터리(B)의 거의 만충전일 때의 잔존용량(SOC) 및 지수(P)(｜P｜ < 2000)를 나타낸다. 이 때 배터리(B)에서는 배터리전류는 거의 제로이고, 개방전압은 높아 14V 근방의 값으로 되어 있다(도 23참조). 이와 같은 만충전 후, 배터리(B)를 점차로 방전시켜 분극의 지수(P)를 작게 하여 가면, 도 28에 서 부호(P2)로 나타내는 지수(P)(｜P｜ < 100)에 이르렀을 때 분극이 충분히 해소되어 있어 상기한 바와 같이 정확한 개방전압을 얻을 수 있는 상태에 있다.

이와 같은 상태에 있어서의 잔존용량(SOC)은 수학식 (10)에 의거하여 산출된다.

여기서 수학식 (10)에 있어서, Ah0은 배터리(B)의 정격용량이고, Qd는 부호 (P1)의 지수(P)로부터 부호(P2)의 지수(P)까지의 배터리(B)의 방전량이고, 부호(S)는 온도계수이다.

수학식 (10)에 의거하여 구한 잔존용량(SOC)에 대한 배터리(B)의 개방전압을 구한 바, 이 개방전압은 도 23의 점(W)으로 나타내는 값이 되었다. 또 이 점(W)은 L2 중 잔존용량 SOC = 80% 이하에 대응하는 직선부분의 연장상에 있음을 알았다.또 L2는 L1을 개방전압의 좌표 축방향으로 병행이동함으로써 얻어진다.

따라서 배터리(B)가 열화한 경우의 개방전압을 구하기 위한 상기 개방전압과 잔존용량(SOC) 사이의 관계를 나타내는 데이터는, 배터리(B)의 초기특성을 나타내는 L1(도 23)의 직선부분을 그대로 파선으로 나타내는 바와 같이 연장하고, 또한 개방 전압의 좌표 축방향으로 병행이동함으로써 얻어진다. 따라서 실시형태(e)에서는 배터리(B)의 열화상태에 없는 초기상태의 개방전압과 잔존용량(SOC)과의 관계를 나타내는 데이터(도 23의 L1참조)를 미리 구하여 두고, 이 데이터에 의거하여 배터리(B)의 만충전 판정후의 방전량에 따라 학습제어함으로써 배터리(B)의 잔존용량(SOC)을 신속하고, 또한 고정밀도로 구하기로 하였다.

이에 따라 실시형태(e)에서는, 도 22a 및 도 22b에서 나타내는 플로우차트가 실시형태(b)에서 설명한 도 14 및 도 18의 양 플로우차트를 대신하여 채용되어 있다. 따라서 실시형태(e)에서는 실시형태(b)에서 설명한 마이크로컴퓨터(80C)는 도 14 및 도 18의 양 플로우차트 대신에 도 22a 및 도 22b의 플로우차트에 따라 제어 프로그램을 실행한다. 그 밖의 구성은 실시형태(b)와 동일하다.

이와 같이 구성한 실시형태(e)에 있어서, 상기 자동차의 주행상태로서 도 22a 및 도 22b의 플로우차트에 의거하여 제어 프로그램의 실행을 개시하면, 단계 (1000)에 있어서 전류센서(40)의 배터리전류(I) 및 전압센서(50)의 배터리전압(V)이 입력된다. 이어서 단계(1001)에 있어서 다음의 수학식 (11)에 의거하여 방전량(Qd)이 산출된다.

그 후, 단계(1002)에 있어서, 수학식 (10)에 의거하여 산출방전량(Qd)에 따라배터리(B)의 잔존용량(SOC)이 산출된다. 그리고 단계(1003)에 있어서 분극의 지수 (P)가 수학식 (9)에 의거하여 배터리전류(I)에 따라 산출된다.

이 단계에서 지수(P)의 절대값이 소정지수 Pa = 1OO 이상이면, 단계(1010)에 있어서 NO라는 판정이 이루어진다. 이어서 단계(1020)에 있어서, 상기 자동차의 주행시간이 소정시간(예를 들면 1Ohr)을 초과하였는지의 여부가 판정된다. 여기서 상기 자동차의 주행시간은 마이크로컴퓨터(80C)에 내장된 타이머에 의한 계산되는 시간으로서 도 22의 플로우차트의 1루틴처리시간(O.1 sec)의 배수의 시간으로 계산된다. 또 소정시간(1Ohr)은, 상기 자동차의 주행에 의한 사용에 의하여 배터리(B)가 열화상태가 되는 시간을 나타낸다. 또한 상기 타이머는 상기 자동차의 주행개시에 따른 마이크로컴퓨터(80C)의 작동개시에 의하여 계산하기 시작한다.

이 단계에서는 상기 자동차의 주행시간이 상기 소정시간(1Ohr) 미만이고, 배터리(B)가 만충전상태에 있지 않으면 단계(1020)에 있어서의 판정이 YES가 되고, 단계 (1030)에 있어서 NO라는 판정이 이루어진다. 여기서 단계(1030)에 있어서 만충전이 성립하는 조건은 배터리전압 V ＞ 14(V), 배터리전류 I ＜ 0(A) 및 지수｜P｜＜ Pb = 2000의 3조건이 만족되는 것이다.

그 후, 상기 자동차의 주행시간이 소정시간(1Ohr) 이상이 되고, 단계(1020)에서의 판정이 YES가 되면, 단계(1021)에 있어서 레귤레이터(30)의 조정전압이 소정값으로 세트된다. 이 때 단계(1000)에서의 최신의 배터리전압(V) 및 배터리전류(I)가 14(V) 이상 및 0(A) 미만이고, 단계(1003)에 있어서의 최신의 지수(P)가 Pb = 2000 미만이면, 배터리(B)는 만충전상태에 있음으로써, 단계(1030)에서의 판정이 YES가 된다.

이에 따라 단계(1031)에 있어서, 방전량 Qd = 0으로 하고, 또한 상기 조정전압을 원래의 값으로 되돌림으로써 배터리(B)의 만충전상태가 리세트되고, 단계 (1032)에 있어서, 만충전 플래그(FG)가 FG = 1로 세트된다. 그 후 배터리(B)의 방전이 상기 자동차의 주행에 따라 개시된다.

이와 같이 하여 배터리(B)의 방전이 개시된 후, 분극의 지수(P)가 감소되어 가고, 제어 프로그램이 단계(1010)에 도달하였을 때에 YES라는 판정이 이루어지면 단계(1011)에서 배터리전압(V) 및 배터리전류(I)가 배터리 데이터로서 기억된다. 그 후 단계(1011)에서 기억한 배터리 데이터수가 20을 초과하면 단계(1040)에 있어서 YES라는 판정이 이루어지고, 단계(1041)에 있어서, 개방전압[이하, 개방전압 (VB0)이라 함]이 상기 20의 배터리 데이터수 중 각 배터리전압에 의거하여 최소 2승법으로 산출된다.

이 단계에서는 만충전 플래그가 상기한 바와 같이 FG = 1이므로, 단계(1050)에서의 판정이 YES가 된다. 이에 따라 단계(1051)에 있어서 개방전압(VB0)과 잔존용량(SOC)과의 관계를 나타내는 데이터(이하, VB0-SOC 데이터)가 다음과 같이 하여 학습된다.

이 학습에 있어서, 도 23의 곡선(L1)으로 나타내는 배터리(B)의 초기의 개방전압과 잔존용량(SOC)과의 관계가, 그 직선부분을 도 23에서 파선으로 나타내는 바와 같이 연장한 데이터(이하, 개방전압 - 잔존용량 초기데이터)가 미리 마이크로컴퓨터 (80C)의 ROM에 기억되어 있다. 또한 상기 개방전압 - 잔존용량 초기데이터에 있어서의 잔존용량 SOC = 100%일 때의 개방전압은 도 23에 점(L10)으로 특정된다.

또 배터리(B)의 열화상태는 배터리(B)의 방전량에 따라 변화한다. 그 일례가 도 23에서 곡선(L2)으로 나타내는 개방전압과 잔존용량과의 관계를 나타내는 데이터이다. 이 데이터는 상기한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 개방전압 - 잔존용량 초기데이터를 개방전압 축방향으로 병행이동하여 얻어짐으로 곡선(L2) 중 직선부분의 파선에 의한 연장상에서 잔존용량 SOC = 100%일 때의 개방전압[도 23에서 부호 (L20)참조]이 개방전압 - 잔존용량 초기데이터상의 개방전압[도 23에 부호(L10)참조]에 대응한다.

이상의 전제하에 단계(1002)에서의 최신의 잔존용량(SOC)에 대응하는 개방전압[도 23에서 부호(L20)로 나타내는 개방전압에 대응]과 개방전압 - 잔존용량 초기데이터의 부호(L10)로 나타내는 개방전압과의 차가 이 부호(L10)로 나타내는 개방 전압에 가산된다. 이에 의하여 배터리(B)의 열화상태에 있어서의 개방전압 - 잔존용량 데이터상의 SOC = 100% 에서의 개방전압(VB0)이 학습된다. 이는 VB0-SOC 데이터가 학습되는 것을 의미한다.

단계(1051)의 처리 후, 단계(1052)에 있어서 만충전 플래그가 FG = 0으로 리세트된다. 그 후 제어프로그램이 단계(1050)에 도달하면 단계(1052)에서의 FG = 0에 의거하여 NO 라고 판정되고, 단계(1053)에 있어서 잔존용량(SOC)이 단계(1051)에서 학습한 VB0-SOC 데이터에 의거하여 단계(1041)에서의 개방전압(VB0)에 따라 산출된다. 이 경우 단계(1051)에서의 학습은 배터리(B)의 열화상태, 즉 방전량에 따라이루어지기 때문에, 이에 따라 단계(1053)에 있어서의 잔존용량(SOC)의 산출도 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태(e)에서는 배터리(B)의 만충전과의 판정 후에 있어서 단계(1010)에서 지수(P)의 Pa 미만으로의 감소를 판정한 다음에 상기 배터리(B)의 열화상태에 있어서의 개방전압을 특정하는 VB0-SOC 데이터가 상기한 바와 같이 학습되고, 이 학습 데이터에 의거하여 배터리(B)의 열화상태에 있어서의 잔존용량(SOC)이 산출된다. 바꾸어 말하면 배터리(B)가 열화하여도 잔존용량(SOC)의 산출이 배터리(B)의 전해액의 농도가 균일하게 된 상태, 즉 지수(P)의 전해액에 대한 영향이 해소된 상태에서 학습한 VB0-SOC 데이터에 의거하여 이루어진다. 그 결과, 배터리(B)의 잔존용량(SOC)이 배터리(B)의 열화상태에 영향을 미치지 않고 신속하고 또한 고정밀도로 산출할 수 있다.

또한 본 발명의 실시에 있어서, 배터리(B)는 납축전지에 한정하지 않고 각종 2차 전지이면 좋다. 또 배터리(B)를 구성하는 배터리의 수는 적절하게 변경하여 실시하여도 좋다.

또 본 발명의 실시에 있어서 잔존용량(SOC)의 기억보존은, 마이크로컴퓨터내에서 하는 것은 아니고, 단계[570(280)]의 처리의 직전마다 불휘발 메모리에 기억 저장하도록 하여도 좋다. 이 경우 배터리(B)와 마이크로컴퓨터 사이의 직선 배선은 불필요하다.

또 본 발명의 실시에 있어서 실시형태(e)에서 설명한 단계(1010, 1020, 1030)에서의 판정기준은 적절히 변경하여도 좋다.

또 본 발명의 실시에 있어서 상기 실시형태의 플로우차트에 있어서의 각 단계의 처리는 각각 기능실행수단으로서 하드로직구성에 의하여 실행하도록 하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 배터리용량계측 및 잔존용량 산출장치, 특히 차량용 배터리에 있어서의 배터리용량 계측장치, 배터리잔존용량 산출장치, 배터리잔존용량에 의거하는 엔진 자동정지 시동장치, 배터리잔존용량에 의거하는 전기회전기 제어장치 및 배터리 만충전 판정장치에 의하면, 배터리의 만충전을 정밀도 좋게 계측하여, 또는 정밀도 좋게 판정할 수 있으므로 산업상의 이용 가능성은 크다.

Claims

발전기에 의하여 충전 가능한 배터리에 부설되고, 전류센서에 의해 얻어진 배터리의 충방전 전류의 적산값에 의거하여 배터리의 현재의 용량을 구하는 배터리용량 계측장치에 있어서,

배터리가 만충전에 있는 것을 검출하는 만충전 판정수단과;

만충전시로부터 그 후의 만충전시까지의 기간에 전류센서의 검출전류를 적산하는 검출전류 적산수단과;

검출전류 적산수단에 의해 얻어진 검출전류 적산값을 상기 기간의 길이로 나누는 제산수단과;

제산수단에 의해 얻어진 제수값에 의해 검출전류를 옵셋보정하는 보정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리용량 계측장치.
제 1항에 있어서,

전회의 만충전시로부터 소정시간 경과하면 상기 발전기를 제어하여 상기 배터리를 만충전으로 하는 만충전수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 배터리용량 계측장치.
차량용 배터리의 잔존용량 산출장치에 있어서,

엔진에 연결되는 전기회전기를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 상기전기회전기에 의해 충전되는 배터리의 단자전압을 검출하는 전압검출수단과;

상기 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단과;

상기 검출전류에 의거하여 상기 배터리내의 분극의 지수를 산출하는 지수산출수단과;

상기 분극의 지수가 상기 배터리의 충전상태에 영향을 주는 정도를 작게 하는 소정범위내에 유지되도록 상기 전기회전기를 제어하는 제어수단과;

상기 분극의 지수가 상기 소정범위내에 유지되어 있을 때, 상기 배터리의 개방전압을 나타내는 상기 검출단자 전압에 따라 상기 배터리의 잔존용량을 산출하는 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치.
제 3항에 기재된 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치를 구비하고, 또한 차량의 정지시에 상기 배터리의 잔존용량이 허용값 미만일 때 엔진의 자동정지를 금지하는 금지수단(230)을 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 자동정지 시동장치.
제 3항에 기재된 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치를 구비하고, 또한 상기전기회전기로서의 전동발전기를 상기 잔존용량이 허용값 이상일 때에 엔진조력을 행하도록 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 전기회전기 제어장치.
차량용 전기회전기 제어장치에 있어서,

엔진에 연결되는 전기회전기를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 상기 전기회전기에 의해 충전되는 배터리의 단자전압을 검출하는 전압검출수단과;

상기 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단과;

상기 검출전류에 의거하여 상기 배터리내의 분극의 지수를 산출하는 지수산출수단과;

상기 분극의 지수가 상기 배터리의 충전상태에 영향을 주는 정도를 작게 하는 소정범위내에 유지되도록 상기 전기회전기를 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전기회전기 제어장치.
차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서,

교류발전기 및 상기 교류발전기의 출력전압을 조정하는 레귤레이터를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 상기 레귤레이터의 조정하에 충전되는 배터리의 단자전압을 검출하는 전압검출수단과;

상기 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단과;

상기 검출단자 전압 및 검출전류가 모두 소정의 만충전 판정범위내에 속할 때, 상기 배터리가 만충전이라고 판정하는 만충전 판정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
제 7항에 있어서,

상기 소정의 만충전 판정범위는, 상기 배터리의 90% 이상의 충전상태에 있어서 상기 배터리의 정격전압보다도 높은 전압의 범위 및 상기 배터리에 흐르는 전류가 제로 또는 방전 전류인 범위로 특정되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
제 7항 또는 제 8항에 있어서,

상기 배터리내의 분극의 지수를 상기 검출전류에 따라 산출하는 지수산출수단을 구비하고,

상기 만충전 판정수단은, 상기 만충전의 판정을 상기 분극의 지수가 소정의 지수범위내에 속하는 것도 가미하여 행하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
제 9항에 있어서,

상기 소정의 지수범위는, 상기 배터리내의 전해액의 농도변화를 무시할 수 있을 정도의 지수범위로 특정되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
차량용 배터리의 만충전 판정장치에 있어서,

교류발전기 및 이 교류발전기의 출력전압을 조정하는 레귤레이터를 탑재하여 이루어지는 차량에 장비되어 상기 레귤레이터의 조정하에 충전되는 배터리의 단자전압을 검출하는 전압검출수단과;

상기 배터리에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단과;

상기 배터리내의 전해액의 분극의 지수를 상기 검출전류에 따라 산출하는 지수산출수단과;

상기 검출단자전압이 소정의 만충전 판정범위내에 속함과 동시에, 상기 분극의 지수가 소정의 지수범위내에 속할 때, 상기 배터리가 만충전이라고 판정하는 만충전 판정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
제 11항에 있어서,

상기 소정의 만충전 판정범위는 상기 배터리의 90% 이상의 충전상태에 있어서 상기 배터리의 정격전압보다도 높은 전압의 범위로 특정되고,

상기 소정의 지수범위는 상기 배터리내의 전해액의 농도변화를 무시할 수 있을 정도의 지수범위로 특정되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
제 7, 9항 또는 제 11항에 있어서,

상기 레귤레이터의 조정전압을 시간간격을 두고 반복하여 통상 조정값보다도 높은 소정값으로 하도록 상기 레귤레이터를 제어하는 레귤레이터제어수단을 구비하고,

상기 만충전 판정수단은, 그 판정을 상기 레귤레이터의 조정전압이 상기 소정값일 때에 행하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 만충전 판정장치.
제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치를 구비하고, 또한 상기 만충전 판정장치의 만충전 판정수단에 의한 만충전과의 판정을 기초로 상기 배터리의 잔존용량을 산출하는 잔존용량 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치.
제 9항 또는 제 11항에 기재된 차량용 배터리의 만충전 판정장치를 구비하고, 또 상기 만충전 판정장치의 만충전 판정수단에 의한 만충전이라는 판정 후, 상기 분극의 지수가 상기 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있는지의 여부를 판정하는 지수판정수단과;

상기 지수판정수단에 의한 상기 분극의 지수가 상기 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있다는 판정에 따라 상기 배터리의 열화에 따른 잔존용량과 개방전압과의 관계를 학습하는 학습수단과;

상기 학습수단에 의한 학습결과에 의거하여 상기 배터리의 개방전압에 따라 상기 배터리의 잔존용량을 산출하는 잔존용량 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치.
제 15항에 있어서,

상기 학습수단은 상기 학습을 상기 배터리가 만충전이라는 판정 후에 상기 배터리의 초기의 잔존용량과 개방전압과의 관계에 의거하여, 상기 만충전으로 하는판정 후에 상기 지수판정수단에 의한 상기 분극의 지수가 상기 배터리의 개방전압을 안정되게 하는 값의 범위에 있다는 판정까지의 상기 배터리의 방전량에 따라 행하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 잔존용량 산출장치.