WO2016132699A1 - バッテリ状態計測装置および制御方法 - Google Patents

バッテリ状態計測装置および制御方法 Download PDF

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sleep
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真人 我妻
公康 垣内
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a battery state measuring apparatus and a control method for measuring a battery state.
  • a battery state measuring device that measures a state of a battery mounted on a vehicle, for example, a charging rate (SOC: State of Charge) or a performance (SOF: State of Function).
  • SOC State of Charge
  • SOF State of Function
  • the battery is a rechargeable secondary battery and is typically a lead storage battery, but is not necessarily limited thereto.
  • the battery state measuring device is usually installed so as to be always connected to the battery regardless of whether the main switch is on or off. Thereby, even when the main switch of the vehicle is off, the battery state can be measured.
  • the battery state measuring device it is required to reduce the current consumption when the vehicle is stopped for a long time. If the charging rate of the battery decreases while the vehicle is stopped for a long time, there arises a problem that the engine cannot be started.
  • a battery state measurement device includes a sensor unit that detects a charge / discharge current of a battery mounted on a vehicle and a voltage between terminals, and an operation mode that consumes less power than the operation mode.
  • a sleep control unit for switching to the sleep mode.
  • the predetermined detection interval during the sleep mode period is the same as or shorter than the activation detection period set as the time length from the activation of the vehicle system to the start of cranking.
  • the control method which concerns on 1 aspect of this invention detects the charging / discharging electric current of the battery mounted in a vehicle, and the voltage between terminals, and the operation mode is a sleep mode with lower power consumption than the said operation mode. And switching to.
  • the predetermined detection interval during the sleep mode period is the same as or shorter than the activation detection period set as the time length from the activation of the vehicle system to the start of cranking.
  • the power consumption in a specific period can be reduced by the sleep mode without increasing the circuit scale or increasing necessary information input from the outside, and the measured value of the battery at the time of engine start-up Can be avoided or reduced.
  • the block diagram which shows the battery state measuring device which concerns on embodiment of this invention Block diagram showing a part of a vehicle system equipped with a battery state measuring device Time chart explaining operation in sleep mode of battery state measurement device Time chart explaining operation at vehicle startup It is a graph explaining an example of the change of the battery current integration before and after a vehicle stop, (a) is a graph showing a short time scale before and after stopping, and (b) is a graph showing a long time scale after stopping. It is a time chart explaining the change of the measurement interval in sleep mode, (a) is a time chart before change, (b) is a time chart after change.
  • Flowchart explaining switching of operation mode of battery state measuring device The flowchart which shows the 1st example of the timer set process of a battery state measuring device.
  • the flowchart which shows the 2nd example of the timer set process of a battery state measuring device.
  • the present inventors examined what period is important for measuring the charging rate and performance of the battery more accurately. In general, when a large current is output from the battery at the time of starting the engine, the charge / discharge current and the voltage between terminals of the battery are measured.
  • the engine start can be detected by turning on the main switch.
  • the battery state measuring device is usually connected to the battery without going through the main switch. For this reason, it is difficult for the battery state measuring device to detect on / off of the main switch.
  • the object of the present invention is to reduce the power consumption for a specific period by the sleep mode without increasing the circuit scale or increasing the information that needs to be transmitted from the outside, and measuring the battery when starting the engine. It is an object of the present invention to provide a battery state measuring device and a control method that can avoid or reduce missing values.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery state measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a part of a vehicle system in which the battery state measurement device is mounted.
  • the vehicle includes a battery 51, a battery state measuring device 1 according to the embodiment of the present invention, an ECU (Electronic Control Unit) 52, a load 53, a generator 54, and a main switch 55. And are provided.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the ECU 52 is typically an ECU that controls the engine, but may include a plurality of ECUs such as an ECU that controls other electric devices of the vehicle.
  • the load 53 may include, for example, an auxiliary machine such as a starter motor that starts the engine, a lighting device, an interior lighting, and meters.
  • auxiliary equipment means peripheral equipment necessary for operating the engine in addition to the engine body.
  • the generator 54 is an alternator, for example, and generates power based on engine power or regenerative energy obtained during braking.
  • the generator 54 is connected to the battery 51 via a diode, for example.
  • the battery 51 is a battery that can be charged and discharged, and is charged by the electric power of the generator 54.
  • the battery 51 supplies power to the battery state measurement device 1, the ECU 52, and the load 53.
  • the battery 51 is assumed to be a lead storage battery for ISS used in a vehicle for an idling stop system (ISS), but is not necessarily limited thereto.
  • the main switch 55 is a switch for interrupting connection between the battery 51 and all or part of the vehicle system.
  • the vehicle system includes an ECU 52 and a load 53.
  • the vehicle system may include a configuration in which the battery 51 supplies auxiliary power to specific electronic devices such as some ECUs without using the main switch 55.
  • the battery state measuring device 1 is a device that measures the state of the battery 51.
  • the state of the battery 51 includes, for example, a charging rate (SOC) and performance (SOF).
  • SOC charging rate
  • SOF performance
  • the battery state measuring device 1 is connected to a position closer to the battery 51 than the main switch 55 of the power supply line L10. Thereby, even if the main switch 55 is turned off, the battery state measuring device 1 can measure the state of the battery 51.
  • the battery state measurement device 1 includes a microcomputer 10 and a current detection element 5 as shown in FIG.
  • the microcomputer 10 includes a power supply unit 11, a communication unit 12, a sleep control unit 13, a voltage detection unit 14, a current detection unit 15, a battery state measurement unit 16, a sleep release unit 17, a first timer 18, and a second timer 19. It has.
  • the voltage detection unit 14, the current detection unit 15, and the battery state measurement unit 16 correspond to an example of a measurement unit according to the present invention.
  • the microcomputer 10 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing, a memory that stores processing programs and control data, and a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores processing results or input data by the CPU.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a RAM Random Access Memory
  • a plurality of elements shown in the microcomputer 10 in FIG. 1 may be configured as a functional block realized by arithmetic processing of the CPU, or may be configured as dedicated hardware.
  • the sleep release unit 17 and the first timer 18 included in the block 10A that operates in the sleep mode may be provided as dedicated hardware.
  • a plurality of elements shown in the microcomputer 10 in FIG. 1 are configured by a one-chip LSI (Large Scale Integrated Circuit) or a circuit board, but the invention is not limited to this. It may be configured on a circuit board.
  • the function of each functional block may be integrated into one functional block.
  • the function of the sleep release unit 17 may be integrated into the sleep control unit 13.
  • the battery state measuring apparatus 1 has a power line L10 connected to a terminal tm1 and a communication line L11 connected to a terminal tm2. Further, the battery state measuring device 1 is connected to the battery 51 so that the charge / discharge current of the battery 51 flows between the terminal tm3 and the terminal tm4 via the current detection element 5.
  • the power supply unit 11 receives power from the battery 51 and supplies power for operation to each block.
  • the power supply unit 11 has a function of stopping the supply of power to some blocks during the sleep mode, thereby reducing the power consumption of the battery state measurement device 1. Specifically, in the sleep mode, the power supply unit 11 stops power supply to the voltage detection unit 14, the communication unit 12, the battery state measurement unit 16, and the current detection unit 15 to reduce power consumption.
  • the configuration for reducing the power consumption in the sleep mode is not limited to the configuration in which the power supply to each unit is stopped, such as the power supply unit 11.
  • any means may be used.
  • a configuration may be adopted in which a control unit that switches operation / non-operation of each block is provided, and power consumption in the sleep mode is reduced by switching each block to non-operation. Switching between operation / non-operation of each block can be performed by supplying / stopping an operation clock, or by providing a function for switching between operation / non-operation in each block and controlling this function. it can.
  • the communication unit 12 communicates with the ECU 52 of the vehicle. Although not particularly limited, the communication unit 12 transmits the state of the battery 51 as a measurement result to the ECU 52 and receives a notification of system down from the ECU 52.
  • the sleep control unit 13 switches the battery state measurement device 1 to the sleep mode when the condition for switching to the sleep mode is reached. Further, the sleep control unit 13 receives the signal for canceling the sleep mode from the sleep canceling unit 17 and cancels the sleep mode. In this embodiment, for example, when a small discharge current of a predetermined threshold value I0 or less is continuously output from the battery 51 for a predetermined period Tth0 or more, the sleep control unit 13 switches to the sleep mode.
  • the conditions for the battery state measurement device 1 to switch to the sleep mode are not limited to this, and various conditions may be employed.
  • the voltage detection unit 14 detects the voltage between the terminals of the battery 51 and sends the detected value to the battery state measurement unit 16.
  • the current detection unit 15 detects a value indicating the charge / discharge current of the battery 51 by the current detection element 5, and sends the detection value to the battery state measurement unit 16.
  • the current detection element 5 for example, several elements such as a current detection resistor, a current detection coil, and a magnetic detection element can be applied.
  • the battery state measuring unit 16 calculates the state of the battery 51 such as the charging rate (SOC) based on the detected charge / discharge current of the battery 51 and the voltage between the terminals.
  • SOC charging rate
  • the sleep canceling unit 17 is connected to the charge / discharge current detection line of the battery 51, and cancels the sleep mode based on the current consumption amount of the battery 51. Details will be described later.
  • the first timer 18 counts the detection interval Ts (see FIG. 3) of the sleep release unit 17 in order to cause the sleep release unit 17 to intermittently operate during the sleep mode.
  • the value counted by the first timer 18 as the detection interval Ts may be varied by setting by the sleep control unit 13.
  • the second timer 19 counts the measurement interval Tm (see FIG. 3) of the battery state measuring unit 16 in order to intermittently operate the battery state measuring unit 16 during the sleep mode.
  • the value counted by the second timer 19 as the measurement interval (Tm) may be varied by setting by the sleep control unit 13.
  • FIG. 3 is a time chart for explaining the operation in the sleep mode of the battery state measuring apparatus.
  • the sleep release unit 17 operates intermittently at every detection interval Ts to detect the current consumption (charge / discharge current) of the battery 51.
  • the first timer 18 counts the detection interval Ts, and the first timer 18 activates the sleep release unit 17 at the timing ts for each detection interval Ts.
  • a current for driving the sleep release unit 17 is generated as a consumed dark current. This operation period is shorter than the detection interval Ts.
  • the power supply unit 11 intermittently activates each block such as the voltage detection unit 14, the current detection unit 15, and the battery state measurement unit 16 at each measurement interval Tm to detect voltage, current detection, and the battery 51. Perform state measurement. Moreover, you may transmit a measured value by the communication part 12 in this period.
  • a current for driving each block of the microcomputer 10 is generated as a consumed dark current.
  • the consumed dark current during this operation period is larger than the consumed dark current that drives the sleep release unit 17.
  • the operation period following the timing tm is shorter than the detection interval Ts.
  • the sleep canceling unit 17 may be driven, and an operation for canceling the sleep may be performed depending on conditions.
  • the operation period for each measurement interval Tm based on the detection by the current detection unit 15 or the voltage detection unit 14, it is detected whether the vehicle system is activated, and control is performed to cancel the sleep mode when activated. May be.
  • the timing tm at the start of a plurality of operation periods for each measurement interval Tm and the timing ts at the start of a plurality of operation periods for each detection interval Ts may be set so as to be arranged at substantially equal intervals on the time axis. That is, the interval Tsa from the timing tm to the next timing ts and the interval Tsb between the timing tm and the immediately preceding timing ts may be set to a length equivalent to the detection interval Ts.
  • FIG. 4 is a time chart for explaining the operation when the vehicle is started.
  • 4A shows the charge / discharge current of the battery 51
  • FIG. 4B shows the operation (current consumption) of the battery state measuring device 1.
  • the vehicle system starts when the main switch 55 is turned on.
  • the main switch 55 is assumed to be a switch for starting the system, not a switch for starting the engine.
  • the case where the main switch 55 is turned on may be, for example, the case where the ignition key of the engine is turned on, or the case where it is detected by the keyless entry system that the vehicle passenger touches the vehicle door. But it ’s okay.
  • the engine is started when the ignition key is turned to the engine start position or when the engine start button is pressed.
  • the starting current I2 flows from the battery 51 to the vehicle system before the engine is started after the main switch 55 is turned on.
  • the starting current I2 is larger than the dark current I1 of the system.
  • the activation detection period T1 is a time length from the activation of the vehicle system to the start of cranking.
  • the actual length of time from when the main switch 55 is turned on until the engine is started is not necessarily constant.
  • the activation detection period T1 is a vehicle specification value.
  • the activation detection period T1 is set as a time that does not exceed the time length in many cases from when the main switch 55 is turned on to when the engine is started in the vehicle.
  • the activation detection period T1 is often set as a time length during which the engine start can be observed if the activation of the system is detected within this time.
  • the current waveform (current waveform shown in the range W1 in FIG. 4) of the battery 51 in the period T2 is useful data for the battery state measurement device 1 to measure the state of the battery 51.
  • the crankshaft of the engine is rotated by the starter motor, and then the engine is started, so that the generator 54 is charged and the load 53 is discharged.
  • the battery state measurement device 1 needs to perform normal measurement.
  • the detection interval Ts (including the interval Tsa and the interval Tsb) of the battery state measuring device 1 is set to be the same as or shorter than the activation detection period T1.
  • the detection interval Ts includes an operation period for each detection interval Ts and an operation period for each measurement interval Tm arranged at equal intervals.
  • the interval Ts may be set to the maximum length in a range that is the same as or shorter than the activation detection period T1.
  • the sleep release unit 17 of the battery state measuring device 1 when the main switch 55 is turned on and the system of the vehicle is activated, a period in which the sleep release unit 17 of the battery state measuring device 1 is activated is included in the activation detection period T1. .
  • release part 17 has a threshold value between the system starting current I2 and the system dark current I1, for example, and compares this threshold value with the consumption current of the battery 51.
  • the sleep release unit 17 detects that the system has started up based on the system start-up current I2, and starts up the battery state measurement device 1. Therefore, in the subsequent period T3 from the subsequent period T2 when the engine is started, the battery state measuring device 1 can measure the state of the battery 51.
  • the battery state measuring apparatus 1 can avoid or reduce the missing of the measured value in the period T2 in which a large current flows particularly when the engine is started.
  • FIG. 5 is a graph for explaining an example of a change in battery current integration before and after the vehicle stops, (a) is a graph showing the vehicle before and after stopping on a short time scale, and (b) is a long time after the vehicle stops. It is the graph shown by the scale. The stop timing of the vehicle is indicated by the timing t stop .
  • the battery 51 is repeatedly charged and discharged during a period T11 during travel of the vehicle. Thereby, the influence of polarization appears in the battery 51. Further, during the period T12 immediately before the vehicle stops, the battery 51 is charged a lot by regenerative energy when the vehicle is braked. At this time, the voltage between the terminals of the battery 51 tends to increase due to the influence of the polarization of the battery 51.
  • the output of dark current from the battery 51 continues.
  • the dark current output from the battery 51 also increases.
  • the dark current increases according to the same principle that the current flowing through the load also increases.
  • the temporal change in dark current also increases.
  • the polarization elapses with time, the voltage between the terminals of the battery 51 becomes low, and the temporal change of the dark current output from the battery 51 becomes small.
  • the battery state measurement device not only the battery state measurement device but also other in-vehicle devices sequentially enter the sleep mode in the same manner after the vehicle stops, so that the temporal change of dark current is large during that time. And as time passes, the number of in-vehicle devices that enter the sleep mode gradually decreases, so that the temporal change in the dark current output from the battery 51 also decreases.
  • FIG. 6 is a time chart for explaining a change in the measurement interval in the sleep mode, (a) is a time chart before the change, and (b) is a time chart after the change.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating switching of operation modes of the battery state measurement device.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a first example of timer setting processing of the battery state measuring device.
  • the sleep control unit 13 turns on the sleep (step S ⁇ b> 1), and the battery state measurement device 1. Enters the sleep mode (step S2).
  • the condition for shifting to the sleep mode is, for example, a case where a small discharge current of a predetermined threshold value I0 or less is continuously output from the battery 51 for a predetermined period Tth0 or more.
  • the process in the sleep mode in step S2 includes a process of intermittently measuring the state of the battery 51 and transmitting it intermittently.
  • the timer setting process in step S3 will be described later.
  • the predetermined threshold value I2 corresponds to the starting current of the system of FIG. Note that the sleep release determination process in step S4 is made higher than the frequency at which the processes in steps S2 and S3 are executed.
  • steps S2 and S3 are performed only at intervals based on the time measured by the second timer 19 among the plurality of loops.
  • the processing only needs to be performed at intervals based on the timing of the first timer 18 among the plurality of loops.
  • step S4 If the release determination result in step S4 is NO, the loop processing in steps S2 to S4 is repeated. If the result is YES, the sleep control unit 13 activates the battery state measurement device 1 (step S5). ), The battery state measuring apparatus 1 returns to the normal mode.
  • step S3 the timer setting process in step S3 will be described.
  • the timer set process is executed, for example, in a measurement period every measurement interval Tm.
  • the measurement interval Tm counted by the second timer 19 becomes the length ⁇ 0 at step S11.
  • the elapsed time of the sleep mode is acquired, and if the elapsed time exceeds the threshold value Tth1, the measurement interval Tm counted by the second timer 19 becomes the length ⁇ 1.
  • the length ⁇ 1 is longer than the length ⁇ 0.
  • the elapsed time of the sleep mode is acquired, and if the elapsed time exceeds the threshold value Tth2, the measurement interval Tm counted by the second timer 19 becomes the length ⁇ 2.
  • the threshold value Tth2 is longer than the threshold value Tth1, and the length ⁇ 2 is longer than the length ⁇ 1.
  • the measurement interval Tm as shown in FIG. 6A becomes longer as the elapsed time in the sleep mode becomes longer as shown in FIG. 6B.
  • the setting is changed to a long measurement interval Tm.
  • the state of the battery 51 is measured at a frequency that can cope with the current change.
  • the battery 51 The frequency of state measurement can be lowered.
  • the time average current of the battery state measuring device 1 decreases. Therefore, the dark current of the battery state measuring device 1 can be further suppressed while measuring the state of the battery 51 with high accuracy.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a second example of the timer setting process of the battery state measurement device.
  • the timer setting process in FIG. 9 changes the setting of the length of the measurement interval Tm based on the current change amount of the battery 51 in the sleep mode.
  • the current change amount may be obtained, for example, by dividing the change in the current amount detected at each measurement interval Tm by the measurement interval Tm.
  • the measurement interval Tm counted by the second timer 19 becomes the length ⁇ 0 at the start of the sleep mode in step S11A. Further, when the current change amount becomes smaller than the threshold value ⁇ Ith1 in steps S12A to S14A, the measurement interval Tm counted by the second timer 19 becomes the length ⁇ 1. The length ⁇ 1 is longer than the length ⁇ 0. Further, when the current change amount becomes smaller than the threshold value ⁇ Ith2 in steps S12A, S15A, and S16A, the measurement interval Tm counted by the second timer 19 becomes the length ⁇ 2. The threshold value ⁇ Ith2 is smaller than the threshold value ⁇ Ith1, and the length ⁇ 2 is longer than the length ⁇ 1.
  • the detection intervals Ts, Tsa, and Tsb are set so that the detection intervals Ts, Tsa, and Tsb become equal intervals.
  • the setting may be changed to be 1 / n of Tm (n is an integer of 2 or more).
  • the detection interval Ts needs to be the same as or shorter than the activation detection period T1.
  • the detection intervals Ts, Tsa, and Tsb may be set to the maximum within a range that satisfies these conditions. Changing the setting of the detection intervals Ts, Tsa, Tsb can be handled by changing the setting of the first timer 18.
  • the power consumption in a specific period such as a long-term stop period of the vehicle can be reduced by the sleep mode.
  • a configuration that increases the circuit scale, such as a circuit that detects the on / off of the main switch 55, is not required, or the on / There is no need to enter off information.
  • the battery state measurement device 1 of the present embodiment it is possible to avoid or reduce the missed measurement value of the battery 51 during the engine start period T2.
  • the battery state measuring apparatus 1 of the present embodiment since the length of the measurement interval Tm is changed during the sleep mode, the battery while reducing power consumption by the sleep mode when the vehicle is stopped for a long time. 51 states can be measured more accurately.
  • the present invention can be used in a battery state measuring device that measures the state of a battery mounted on a vehicle and a control method thereof.

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Abstract

 このバッテリ状態計測装置は、車両に搭載されるバッテリの充放電電流と端子間電圧とを検出するセンサ部と、作動モードから作動モードより消費電力の低いスリープモードへ切り替えるスリープ制御部と、を備える。スリープモードの期間中の所定の検知間隔Tsは、車両のシステムの起動からクランキングの開始までの時間長として設定される起動検知期間T1と同一または短い、構成を採る。

Description

バッテリ状態計測装置および制御方法
 本発明は、バッテリの状態を計測するバッテリ状態計測装置および制御方法に関する。
 車両に搭載されるバッテリの状態である、例えば充電率(SOC:State of Charge)、または性能(SOF:State of Function)等を計測するバッテリ状態計測装置がある。ここでバッテリは充電可能な二次電池であり、典型的には鉛蓄電池であるが必ずしもこれに限られるものではない。
 バッテリ状態計測装置は、通常、メインスイッチがオンのときでもオフのときでも、バッテリに常に接続するように設置される。これにより、車両のメインスイッチがオフのときにも、バッテリの状態の計測を行うことができる。
 一般に、様々な電子機器は、作動モードより消費電力の低いスリープモードに切り替える機能を有している(例えば、特許文献1~3を参照)。
 バッテリ状態計測装置においても、車両の長期間の停止時等に消費電流を低くすることが求められる。車両が長期間停止する間、バッテリの充電率が低下すると、エンジン始動ができなくなるという問題が生じる。
特許第3453405号公報 特許第5150671号公報 特開2011-230685号公報
 本発明の一態様に係るバッテリ状態計測装置は、車両に搭載されるバッテリの充放電電流と端子間電圧とを検出するセンサ部と、動作モードを、作動モードと前記作動モードより消費電力の低いスリープモードとに切り替えるスリープ制御部と、を備える。前記スリープモードの期間中の所定の検知間隔は、車両のシステムの起動からクランキングの開始までの時間長として設定される起動検知期間と同一または短い、構成を採る。
 本発明の一態様に係る制御方法は、車両に搭載されるバッテリの充放電電流と端子間電圧とを検出するステップと、動作モードを、作動モードと前記作動モードより消費電力の低いスリープモードとに切り替えるステップと、を備える。前記スリープモードの期間中の所定の検知間隔は、車両のシステムの起動からクランキングの開始までの時間長として設定される起動検知期間と同一または短い、方法とした。
 本発明によれば、回路規模を大きくせず、或いは、外部から入力する必要な情報を増加させずに、スリープモードによって特定の期間の消費電力を低減でき、且つ、エンジン始動時にバッテリの計測値の取り逃しを回避または低減することができる。
本発明の実施の形態に係るバッテリ状態計測装置を示すブロック図 バッテリ状態計測装置が搭載される車両のシステムの一部を示すブロック図 バッテリ状態計測装置のスリープモードの動作を説明するタイムチャート 車両起動時の動作を説明するタイムチャート 車両停車前後のバッテリ電流積算の変化の一例を説明するグラフであり、(a)は停車前後を短い時間スケールで示したグラフ、(b)は停車後を長い時間スケールで示したグラフ スリープモードにおける計測間隔の変化を説明するタイムチャートであり、(a)は変化前のタイムチャート、(b)は変化後のタイムチャート バッテリ状態計測装置の動作モードの切り替わりを説明するフローチャート バッテリ状態計測装置のタイマーセット処理の第1例を示すフローチャート バッテリ状態計測装置のタイマーセット処理の第2例を示すフローチャート
 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。
 本発明者らは、バッテリの充電率および性能等をより正確に計測するには、どのような期間に計測するのが重要かについて検討した。一般的に、エンジン始動時のバッテリから大電流が出力される際には、バッテリの充放電電流および端子間電圧が計測されている。
 エンジンの始動はメインスイッチがオンになることで検出できる。しかしながら、バッテリ状態計測装置は、メインスイッチを介さずにバッテリに接続されるのが通常である。このため、バッテリ状態計測装置がメインスイッチのオン・オフを検知することは難しい。
 従って、消費電力の低減のため、バッテリ状態計測装置にスリープモードを導入すると、エンジンの始動前に速やかに作動モードに復帰して、エンジン始動時にバッテリの計測を行うことが困難となる。
 一方、バッテリ状態計測装置に、メインスイッチのオン・オフを検出する回路を付加することで、エンジンの始動前に、スリープモードから復帰することができる。しかしながら、このような場合、バッテリ状態計測装置の回路規模が大きくなるという課題が生じる。また、バッテリ状態計測装置に、メインスイッチのオン・オフの情報を受信する機能を設けることで、エンジンの始動前に、スリープモードから復帰することができる。しかしながら、このような場合、バッテリ状態計測装置へ外部から送信する必要のある情報が増えるという課題が生じる。
 本発明の目的は、回路規模を大きくせず、或いは、外部から送信する必要のある情報を増加させずに、スリープモードによって特定の期間の消費電力を低減でき、且つ、エンジン始動時にバッテリの計測値の取り逃しを回避または低減することができるバッテリ状態計測装置および制御方法を提供することである。
 以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
 図1は、本発明の実施の形態に係るバッテリ状態計測装置を示すブロック図である。図2は、バッテリ状態計測装置が搭載される車両のシステムの一部を示すブロック図である。
 車両には、図2に示すように、バッテリ51と、本発明の実施の形態のバッテリ状態計測装置1と、ECU(Electronic Control Unit)52と、負荷53と、発電機54と、メインスイッチ55とが設けられている。
 ECU52は、典型的にはエンジン制御を行うECUであるが、その他の車両の電気機器の制御を行うECUなど、複数のECUを含んでもよい。
 負荷53は、例えばエンジンを始動させるスタータモータなどの補機、および、灯火器、車内照明、および、メータ類を含んでもよい。補機とは、エンジンを稼働させるためにエンジン本体以外に必要な周辺機器を意味する。
 発電機54は、例えばオルタネータであり、エンジンの動力、または、制動時に得られる回生エネルギーに基づいて発電を行う。発電機54は、例えばダイオードを介してバッテリ51に接続される。
 バッテリ51は、充電と放電とが可能な電池であり、発電機54の電力により充電を行う。バッテリ51は、バッテリ状態計測装置1、ECU52、および、負荷53に電力を供給する。バッテリ51は、アイドリングストップシステム(ISS)用の車両に用いられるISS用の鉛蓄電池が想定されるが、必ずしもこれに限られるものではない。
 メインスイッチ55は、バッテリ51と車両のシステムの全部又は一部との接続を断続するスイッチである。車両のシステムには、ECU52および負荷53が含まれる。なお、車両のシステムには、メインスイッチ55を介さずに、バッテリ51が幾つかのECUなど特定の電子機器に補助電源を供給する構成が、含まれていてもよい。
 バッテリ状態計測装置1は、バッテリ51の状態を計測する装置である。バッテリ51の状態には、例えば充電率(SOC)や性能(SOF)等が含まれる。バッテリ状態計測装置1は、電源ラインL10のメインスイッチ55よりもバッテリ51に近い位置に接続される。これにより、メインスイッチ55がオフとなっても、バッテリ状態計測装置1はバッテリ51の状態を計測できる。
 バッテリ状態計測装置1は、図1に示すように、マイクロコンピュータ10と、電流検出素子5と、を備えている。マイクロコンピュータ10は、電源部11、通信部12、スリープ制御部13、電圧検出部14、電流検出部15、バッテリ状態計測部16、スリープ解除部17、第1タイマ18、および、第2タイマ19を備えている。電圧検出部14と電流検出部15とバッテリ状態計測部16とが、本発明に係る計測部の一例に相当する。
 マイクロコンピュータ10は、演算処理を行うCPU(中央演算処理装置)と、処理プログラムおよび制御データを格納するメモリと、CPUによる処理結果または入力されたデータ等を一時記憶するRAM(Random Access Memory)とを有する。図1においてマイクロコンピュータ10内に示される複数の要素は、CPUの演算処理により実現される機能ブロックとして構成してもよいし、専用のハードウェアとして構成してもよい。特に、スリープモードに動作するブロック10Aに含まれるスリープ解除部17と第1タイマ18とは、専用のハードウェアとして設けるとよい。図1においてマイクロコンピュータ10内に示される複数の要素は、1チップのLSI(大規模集積回路)または回路基板で構成されるが、これに限定されず、一部又は複数が別体のチップ又は回路基板に構成されてもよい。また、各機能ブロックの機能は1つの機能ブロックに統合されてもよい。例えば、スリープ解除部17の機能はスリープ制御部13に統合されてもよい。
 バッテリ状態計測装置1は、図2に示すように、端子tm1に電源ラインL10が接続され、端子tm2に通信ラインL11が接続される。また、バッテリ状態計測装置1は、端子tm3と端子tm4との間に電流検出素子5を介してバッテリ51の充放電電流が流れるように、バッテリ51と接続される。
 電源部11は、バッテリ51から電力を入力し、各ブロックに作動用の電力を供給する。電源部11は、スリープモード時に、幾つかのブロックに電力の供給を停止する機能を有し、これによりバッテリ状態計測装置1の消費電力を低減できる。具体的には、電源部11は、スリープモード時に、電圧検出部14、通信部12、バッテリ状態計測部16、電流検出部15に、電力の供給を停止して消費電力を低減する。
 なお、スリープモード時に消費電力を低減する構成は、電源部11のように、各部に電源の供給を停止させる構成に限られない。スリープモード時に消費電力を低減する構成は、各部の消費電力を低減できる構成であれば、どのような手段を用いてもよい。例えば、各ブロックの作動/非作動を切り換える制御部を設け、各ブロックを非作動に切り替えることでスリープモード時の消費電力を低減する構成を採用してもよい。各ブロックの作動/非作動の切り換えは、動作クロックの供給/停止により行うこともできるし、その他、作動/非作動に切り替わる機能を各ブロックに設けて、この機能を制御することにより行うこともできる。
 通信部12は、車両のECU52と通信を行う。特に制限されるものではないが、通信部12は、計測結果であるバッテリ51の状態をECU52へ送信し、ECU52からシステムダウンの通知を受信する。
 スリープ制御部13は、スリープモードに切り替わる条件になったときに、バッテリ状態計測装置1をスリープモードに切り替える。また、スリープ制御部13は、スリープ解除部17からスリープモードの解除の信号を受けて、スリープモードを解除する。この実施の形態では、例えば、バッテリ51から所定の閾値I0以下の小さな放電電流が、所定期間Tth0以上続いて出力された場合に、スリープ制御部13はスリープモードに切り替える。なお、バッテリ状態計測装置1がスリープモードに切り替わる条件は、これに限られず、様々な条件を採用してもよい。
 電圧検出部14は、バッテリ51の端子間電圧を検出し、検出値をバッテリ状態計測部16へ送る。
 電流検出部15は、電流検出素子5によりバッテリ51の充放電電流が示される値を検出し、検出値をバッテリ状態計測部16へ送る。電流検出素子5としては、例えば電流検出抵抗、電流検出コイルおよび磁気検出素子など、幾つかの素子を適用できる。
 バッテリ状態計測部16は、検出されたバッテリ51の充放電電流と端子間電圧とに基づいて、充電率(SOC)などのバッテリ51の状態を算出する。
 スリープ解除部17は、バッテリ51の充放電電流の検出ラインに接続され、バッテリ51の消費電流量に基づいて、スリープモードを解除する。詳細は後述する。
 第1タイマ18は、スリープモードの際、スリープ解除部17を間欠動作させるために、スリープ解除部17の検知間隔Ts(図3を参照)のカウントを行う。第1タイマ18が検知間隔Tsとしてカウントする値は、スリープ制御部13による設定により可変にしてもよい。
 第2タイマ19は、スリープモードの際、バッテリ状態計測部16を間欠動作させるために、バッテリ状態計測部16の計測間隔Tm(図3を参照)のカウントを行う。第2タイマ19が計測間隔(Tm)としてカウントする値は、スリープ制御部13による設定により可変にしてもよい。
 <スリープモードの動作>
 続いて、バッテリ状態計測部16のスリープモード中の動作について説明する。
 図3は、バッテリ状態計測装置のスリープモードの動作を説明するタイムチャートである。
 スリープモード中、スリープ解除部17は、検知間隔Ts毎に間欠的に動作して、バッテリ51の消費電流(充放電電流)を検知する。第1タイマ18が検知間隔Tsをカウントし、検知間隔Ts毎のタイミングtsに、第1タイマ18がスリープ解除部17を作動させる。
 図3に示すように、検知間隔Ts毎のタイミングtsに続く動作期間には、スリープ解除部17を駆動する電流が消費暗電流として生じる。この動作期間は検知間隔Tsよりも短い。
 スリープモード中、電源部11は、計測間隔Tm毎に間欠的に電圧検出部14、電流検出部15、バッテリ状態計測部16などの各ブロックを作動させ、電圧検出、電流検出、およびバッテリ51の状態の計測を実行させる。また、この期間に、通信部12により計測値の送信を行ってもよい。
 図3に示すように、計測間隔Tm毎のタイミングtmに続く動作期間には、マイクロコンピュータ10の各ブロックを駆動する電流が消費暗電流として生じる。この動作期間の消費暗電流は、スリープ解除部17を駆動する消費暗電流よりも大きい。タイミングtmに続く動作期間は検知間隔Tsよりも短い。
 なお、計測間隔Tm毎の動作期間には、スリープ解除部17も駆動され、条件によりスリープを解除する動作が行われてもよい。或いは、計測間隔Tm毎の動作期間には、電流検出部15または電圧検出部14の検出に基づいて、車両のシステムが起動したか検出して、起動した場合にスリープモードを解除する制御を行ってもよい。
 計測間隔Tm毎の複数の動作期間の始端のタイミングtmと、検知間隔Ts毎の複数の動作期間の始端のタイミングtsとは、時間軸において略等間隔に並ぶように設定されるとよい。すなわち、タイミングtmから次のタイミングtsまでの間隔Tsaと、タイミングtmと直前のタイミングtsとの間隔Tsbとは、検知間隔Tsと同等の長さに設定されるとよい。
 <スリープ解除の動作>
 次に、車両起動時の動作について説明する。
 図4は、車両起動時の動作を説明するタイムチャートである。図4(a)はバッテリ51の充放電電流を示し、図4(b)はバッテリ状態計測装置1の動作(消費電流)を示す。
 図4(a)の期間T0に示すように、車両のシステムがスリープモードになっているときには、バッテリ51から車両のシステムに僅かな暗電流I1が流れている。
 車両のシステムは、メインスイッチ55がオンされて起動する。ここで、メインスイッチ55とは、エンジンを始動させるスイッチではなく、システムを起動させるスイッチを想定している。メインスイッチ55がオンにされる場合とは、例えば、エンジンのイグニションキーがオンにされた場合でも良いし、キーレスエントリーシステムにより車両の搭乗者が車両のドアに手を触れたことを検出した場合でも良い。エンジンが始動されるのは、その後、イグニションキーがエンジンスタートの位置に回された場合、或いは、エンジンスタートボタンが押された場合などを想定している。
 図4(a)の期間T1に示すように、メインスイッチ55がオンされてから、エンジンが始動する前には、バッテリ51から車両のシステムに起動電流I2が流れる。起動電流I2は、システムの暗電流I1より大きい。
 車両においては、メインスイッチ55がオンされてからエンジンの始動前までの時間長が、起動検知期間T1として設定される。すなわち、起動検知期間T1は、車両のシステムの起動からクランキングの開始までの時間長である。メインスイッチ55がオンされてからエンジンが始動するまでの実際の時間長は、一定とは限らない。起動検知期間T1は、車両の仕様値である。起動検知期間T1は、車両においてメインスイッチ55がオンされてからエンジンが始動するまでの多くの場合の時間長を超えない時間として設定される。或いは、起動検知期間T1は、この時間内にシステムの起動を検知すれば、多くの場合、その後にエンジンの始動を観測できる時間長として設定される。
 エンジンの始動時の期間T2には、バッテリ51から負荷53に含まれるスタータモータへ大電流が流れる。この期間T2のバッテリ51の電流波形(図4の範囲W1に示す電流波形)は、バッテリ状態計測装置1がバッテリ51の状態を計測するのに有用なデータとなる。
 図4(a)の期間T3に示すように、その後、スタータモータによりエンジンのクランク軸が回転し、その後、エンジンが始動して、発電機54からの充電および負荷53への放電が行われる。このような車両の起動後の期間T3には、バッテリ状態計測装置1は通常の計測を行う必要がある。
 <検知間隔の設定>
 バッテリ状態計測装置1の検知間隔Ts(間隔Tsaおよび間隔Tsbも含む)は、起動検知期間T1と同一または短くなるように設定される。
 また、後述する計測間隔Tm(図3を参照)の設定変更に伴って、検知間隔Tsは、検知間隔Ts毎の動作期間、計測間隔Tm毎の動作期間が、等間隔で並び、且つ、検知間隔Tsが起動検知期間T1と同一または短くなる範囲で最大の長さになるように設定されてもよい。
 このような設定によれば、メインスイッチ55がオンされて車両のシステムが起動すると、起動検知期間T1の間に、バッテリ状態計測装置1のスリープ解除部17が作動する期間が含まれることになる。そして、スリープ解除部17は、例えば、システム起動電流I2とシステム暗電流I1との間の閾値を有し、この閾値とバッテリ51の消費電流とを比較する。スリープ解除部17は、システム起動電流I2により、システムが起動したことを検知し、バッテリ状態計測装置1を起動させる。よって、その後のエンジン始動時の期間T2から以降の期間T3において、バッテリ状態計測装置1によりバッテリ51の状態の計測が実現される。
 このような構成により、バッテリ状態計測装置1は、特に、エンジン始動時に大電流が流れる期間T2の計測値の取り逃がしを回避または低減することができる。
 <スリープモードの処理フロー>
 続いて、スリープモードの処理フローと、その中で行われる計測間隔Tmの設定変更について説明する。
 図5は、車両停車前後のバッテリ電流積算の変化の一例を説明するグラフであり、(a)は車両の停車前後を短い時間スケールで示したグラフ、(b)は車両の停車後を長い時間スケールで示したグラフである。タイミングtstopにより車両の停止タイミングを示す。
 図5に示すように、車両の走行中の期間T11には、バッテリ51は充電と放電とが繰り返される。これにより、バッテリ51に分極の影響が現われてくる。さらに、車両の停止直前の期間T12には、車両の制動時の回生エネルギーにより、バッテリ51に多くの充電が行われる。このとき、バッテリ51の分極の影響により、バッテリ51の端子間電圧が高くなる傾向がある。
 車両が停止して、バッテリ状態計測装置1がスリープモードの期間T13になると、バッテリ51から暗電流の出力が続く。期間T13の始めには、バッテリ51の端子間電圧が高いことで、バッテリ51から出力される暗電流も大きくなる。ここで、暗電流が大きくなる理由としては、種々の理由がある。例えば、高い電圧を同一の負荷に出力すると、負荷に流れる電流も大きくなるのと同じ原理により暗電流が大きくなる。その結果、暗電流の時間的な変化も大きくなる。その後、時間が経過して分極が解消してくると、バッテリ51の端子間電圧が低くなり、バッテリ51から出力される暗電流の時間的な変化も小さくなる。また、他の理由として、例えば、車両停止後にバッテリ状態計測装置だけでなく他の車載機器が順次、同様にスリープモードに入っていくため、その間は暗電流の時間的変化は大きい。そして、時間が経過していくと次第にスリープモードに入っていく車載機器が少なくなるため、バッテリ51から出力される暗電流の時間的な変化も小さくなる。
 図6は、スリープモードにおける計測間隔の変化を説明するタイムチャートであり、(a)は変化前のタイムチャート、(b)は変化後のタイムチャートである。図7は、バッテリ状態計測装置の動作モードの切り替わりを説明するフローチャートである。図8は、バッテリ状態計測装置のタイマーセット処理の第1例を示すフローチャートである。
 本実施の形態のバッテリ状態計測装置1は、図7に示すように、スリープモードへ移行する条件が満たされた場合に、スリープ制御部13がスリープONとし(ステップS1)、バッテリ状態計測装置1がスリープモードになる(ステップS2)。スリープモードへ移行する条件は、例えばバッテリ51から所定の閾値I0以下の小さな放電電流が、所定期間Tth0以上続いて出力された場合である。
 スリープモードに移行すると、ステップS2~S4のループ処理が繰り返される他、バッテリ状態計測装置1の多くの機能が停止して、バッテリ状態計測装置1の消費電力が低くなる。
 ステップS2のスリープモードの処理は、バッテリ51の状態を間欠的に計測し、間欠的に送信する処理を含む。ステップS3のタイマーセット処理については、後述する。ステップS4のスリープ解除判定の処理では、バッテリ51の充放電電流Iの絶対値が、所定の閾値I2より大きいか判別される。所定の閾値I2は、図4のシステムの起動電流に相当する。なお、ステップS4のスリープ解除判定の処理は、ステップS2、ステップS3の処理を実行する頻度より高くされる。すなわち、ステップS2~S4のループは同様に繰り返されるものの、ステップS2とステップS3との処理は、複数ループのうち、第2タイマ19の計時に基づいた間隔でのみ実処理を行い、ステップS4の処理は、複数ループのうち、第1タイマ18の計時に基づいた間隔でのみ実処理を行えばよい。
 そして、ステップS4の解除判定の結果がNOであれば、ステップS2~4のループ処理を繰り返すが、結果がYESであれば、スリープ制御部13がバッテリ状態計測装置1を起動して(ステップS5)、バッテリ状態計測装置1が通常モードに戻る。
 続いて、ステップS3のタイマーセット処理について説明する。
 タイマーセット処理は、例えば、計測間隔Tmごとの計測期間に実行される。図8に示すように、ステップS11により、スリープモードの開始時には、第2タイマ19がカウントする計測間隔Tmが長さα0になる。さらに、ステップS12~S14により、スリープモードの経過時間を取得して、経過時間が閾値Tth1を超えていたら第2タイマ19がカウントする計測間隔Tmが長さα1になる。長さα1は長さα0より長い。さらに、ステップS12、S15、S16により、スリープモードの経過時間を取得して、経過時間が閾値Tth2を超えていたら第2タイマ19がカウントする計測間隔Tmが長さα2になる。閾値Tth2は閾値Tth1より長く、長さα2は長さα1より長い。
 このようなタイマーセット処理により、例えば、スリープモードの始めには、図6(a)に示すような計測間隔Tmだったものが、スリープモードの経過時間が長くなると、図6(b)に示すように長い計測間隔Tmに設定変更される。
 これにより、スリープモード中の電流変化量が大きい期間には、バッテリ51の状態の計測を電流変化に対応できる程度の頻度で行い、スリープモード中の電流変化量が小さい期間には、バッテリ51の状態の計測の頻度を低くすることができる。計測の頻度が低くなることで、バッテリ状態計測装置1の時間平均電流が低下する。よって、バッテリ51の状態を高い精度で計測しつつ、バッテリ状態計測装置1の暗電流をより低く抑えることができる。
 なお、計測間隔Tmの変更は、図9のタイマーセット処理により行ってもよい。図9は、バッテリ状態計測装置のタイマーセット処理の第2例を示すフローチャートである。図9のタイマーセット処理は、スリープモード中のバッテリ51の電流変化量に基づいて、計測間隔Tmの長さを設定変更する。電流変化量は、例えば計測間隔Tm毎に検出される電流量の変化を、計測間隔Tmで除算して得ればよい。
 図9のタイマーセット処理では、ステップS11Aにより、スリープモードの開始時に、第2タイマ19がカウントする計測間隔Tmが長さα0になる。さらに、ステップS12A~S14Aにより、電流変化量が閾値ΔIth1より小さくなったら第2タイマ19がカウントする計測間隔Tmが長さα1になる。長さα1は長さα0より長い。さらに、ステップS12A、S15A、S16Aにより、電流変化量が閾値ΔIth2より小さくなったら第2タイマ19がカウントする計測間隔Tmが長さα2になる。閾値ΔIth2は閾値ΔIth1より小さく、長さα2は長さα1より長い。
 なお、計測間隔Tmの設定変更の際、図6(a)、(b)に示すように、検知間隔Ts、Tsa、Tsbが等間隔になるように、検知間隔Ts、Tsa、Tsbを計測間隔Tmの1/n(nは2以上の整数)になるように設定変更してもよい。但し、検知間隔Tsは、起動検知期間T1と同一か短い範囲である必要がある。また、これらの条件を満たす範囲で、検知間隔Ts、Tsa、Tsbを最大に設定するとよい。検知間隔Ts、Tsa、Tsbの設定変更は、第1タイマ18の設定変更により対応できる。
 以上のように、本実施の形態のバッテリ状態計測装置1によれば、スリープモードによって、例えば車両の長期停止期間など、特定の期間の消費電力を低減できる。さらに、本実施の形態のバッテリ状態計測装置1によれば、メインスイッチ55のオン・オフを検知する回路など、回路規模が大きくなる構成を要せず、或いは、外部からメインスイッチ55のオン・オフの情報を入力する必要もない。その上で、本実施の形態のバッテリ状態計測装置1によれば、エンジン始動期間T2のバッテリ51の計測値の取り逃しを回避または低減することができる。
 また、本実施の形態のバッテリ状態計測装置1によれば、スリープモード中に計測間隔Tmの長さを設定変更するので、車両の長期停止時において、スリープモードによって消費電力を低減しつつ、バッテリ51の状態をより正確に計測することができる。
 以上、本発明の各実施の形態について説明した。
 なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものでなく、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
 本発明は、車両に搭載されるバッテリの状態を計測するバッテリ状態計測装置とその制御方法に利用できる。
 1 バッテリ状態計測装置
 5 電流検出素子
 13 スリープ制御部
 14 電圧検出部
 15 電流検出部
 16 バッテリ状態計測部
 17 スリープ解除部
 18 第1タイマ
 19 第2タイマ
 51 バッテリ
 52 ECU
 53 負荷
 54 発電機
 55 メインスイッチ
 Tm 計測間隔
 Ts 検知間隔

Claims (7)

  1.  車両に搭載されるバッテリの充放電電流と端子間電圧とを検出するセンサ部と、
     動作モードを、作動モードと前記作動モードより消費電力の低いスリープモードとに切り替えるスリープ制御部と、
     を備え、
     前記スリープモードの期間中の所定の検知間隔は、車両のシステムの起動からクランキングの開始までの時間長として設定される起動検知期間と同一または短い、
     バッテリ状態計測装置。
  2.  前記スリープモードの期間中の所定の計測間隔毎に、前記センサ部の検出値を取り込む計測部、
     をさらに備え、
     前記計測間隔は、前記スリープモード中に長さが変わる、
     請求項1記載のバッテリ状態計測装置。
  3.  前記計測間隔は、前記スリープモードの経過時間に基づき、前記経過時間が長い方が長くなるように変わる、
     請求項2記載のバッテリ状態計測装置。
  4.  前記計測間隔は、前記センサ部により検出される充放電電流の変化量に基づき、前記変化量が小さい方が長くなるように変わる、
     請求項2記載のバッテリ状態計測装置。
  5.  前記検知間隔は、前記計測間隔の1/n(nは2以上の整数)の長さであり、且つ、前記起動検知時間と同一または短い範囲で最長の時間に設定される、
     請求項2記載のバッテリ状態計測装置。
  6.  前記スリープモードの期間中の前記所定の検知間隔毎に、前記バッテリからの電流消費を検知し、前記電流消費の検知結果に基づいて前記スリープモードの解除を行うスリープ解除部をさらに備え、
     前記検知間隔は、前記計測間隔の1/n(nは2以上の整数)の長さであり、
     前記計測部により前記検出値が取り込まれる前記計測間隔毎の複数の動作期間と、前記スリープ解除部により電流消費が検知される前記検知間隔毎の複数の動作期間とを合せた複数の動作期間が、等間隔に並ぶように設定されている、
     請求項2記載のバッテリ状態計測装置。
  7.  車両に搭載されるバッテリの充放電電流と端子間電圧とを検知するステップと、
     動作モードを作動モードから前記作動モードより消費電力の低いスリープモードへ切り替えるステップと、
     を備え、
     前記スリープモードの期間中の所定の検知間隔は、車両のシステムの起動からクランキングの開始までの時間長として設定される起動検知期間と同一または短い、
     制御方法。
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