JP2004194428A - Apparatus and method for determining full charge of storage battery, and apparatus and method for estimating remaining capacity of storage battery - Google Patents
Apparatus and method for determining full charge of storage battery, and apparatus and method for estimating remaining capacity of storage battery Download PDFInfo
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の満充電判定装置、残存容量推定装置、満充電判定方法及び残存容量推定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用蓄電池は、一般的に言ってエンジンを始動させる時に最大の電流を供給し、エンジン回転中はエンジンによって駆動される発電機によって定電圧充電される。自動車用蓄電池の残存容量が小さくなり過ぎると、エンジンを停止させた後、エンジンを再始動させることができない。近年、大気汚染及びエコロジーへの関心の高まりから、不要な排気ガスの排出及びエネルギー消費を抑えるために、短時間の駐停車時でも自動車のエンジンをアイドリング状態にすることなく停止すること(アイドルストップ)が推奨されている。そのため、自動車用蓄電池は、しばしばエンジンを始動させるために大電流を供給する。自動車をアイドルストップした後にエンジンが再始動不能にならないように、蓄電池の充電状態(以下、「SOC」と言う。具体的には、蓄電池の残存容量を意味する。)を常に正確に把握している必要がある。
【0003】
蓄電池のSOCは、満充電時のSOCに満充電後の充放電電流を積算した値を加減算して推定できる。しかし、充放電電流を長時間積算し続けると電流検出誤差が累積しSOCの推定精度が悪くなる。適当なタイミングで蓄電池を充電し、満充電を正確に検出し、SOCを100%に設定することが、SOCの推定精度向上につながる。
【0004】
特開平6−189466号公報に従来例1の二次電池システム及び充電方法が開示されている。従来例1の二次電池の充電方法は、初めは二次電池を定電流充電し、充電電圧が設定値に達した後は定電圧充電し、充電電流の時間微分値が設定値を越えたときに満充電と判断する方法である。
【0005】
特開平7−235332号公報に従来例2の二次電池の充電方法が開示されている。従来例2の二次電池の充電方法は、二次電池を定電圧充電し、充電電流が設定値以下になったときに充電を中断し、電池の開放電圧を測定し満充電を検出する方法である。
【0006】
特開2000−324702号公報に従来例3のバッテリの放電容量検出方法及びその装置並びに車両用バッテリ制御装置が開示されている。従来例3のバッテリの放電容量検出方法では、負荷の駆動電源となると共に定電圧充電可能な鉛−酸電池(鉛蓄電池)からなるバッテリについて、定電圧充電中に充電電流の時間変化率の絶対値が所定値を下回ったときに満充電判定を行う。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−189466号公報
【特許文献2】
特開平7−235332号公報
【特許文献3】
特開2000−324702号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来例1〜3に開示されている満充電判定方法は、充電電圧及び負荷が比較的安定したシステムにおいて、正確に蓄電池の満充電を判定することができる。しかし、車載用蓄電池及びその満充電判定装置においては、充電器(発電機)の出力電圧及び負荷が自動車の走行の状態等によって短時間に大きく変動するため、従来例1〜3の満充電判定方法では、正確に蓄電池の満充電を判定することができなかった。従来例1〜3の満充電判定方法は蓄電池の充電電流又は充電電流の時間微分値に基づいて蓄電池の満充電を判定するが、車載用蓄電池及びその満充電判定装置においては、判定条件である蓄電池の充電電流及び充電電流の時間微分値が、蓄電池の充電以外の原因によって短時間に大きく変動するからである。そのため、従来例の満充電判定方法を充電電圧又は負荷の変動が大きいシステム(例えば車載用蓄電池及びその満充電判定装置)に適用した場合、正確に満充電を判定することが困難であった。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、充電器(発電機)が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システムにおいて、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を提供することを目的とする。
【0010】
本発明は、充電器(発電機)が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システムにおいて、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
請求項1に記載の発明は、蓄電池の充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記蓄電池の充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置である。
【0012】
請求項2に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に前記充電電圧及び前記充電電流の測定を行った中で請求項1に記載の満充電の判定条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して請求項1に記載の満充電の判定条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【0013】
請求項3に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置である。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記測定又は前記判定を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【0015】
請求項5に記載の発明は、前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池及び満充電判定装置が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【0016】
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載の満充電判定装置と、前記満充電判定装置が満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を100%に設定する残存容量推定部と、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定装置である。
【0017】
請求項7に記載の発明は、蓄電池の充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記蓄電池の充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法である。
【0018】
請求項8に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に前記充電電圧及び前記充電電流の測定を行った中で請求項7に記載の満充電の判定条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して請求項7に記載の満充電の判定条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする請求項7に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【0019】
請求項9に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法である。
【0020】
請求項10に記載の発明は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記判定を行うことを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【0021】
請求項11に記載の発明は、前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【0022】
請求項12に記載の発明は、請求項7から請求項11のいずれかの請求項に記載の満充電判定方法を実行する満充電判定ステップと、前記満充電判定ステップで満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を100%に設定する残存容量推定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定方法である。
【0023】
本発明は、充電器(発電機)が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム(例えば車載用電源システム)において、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を実現できるという作用を有する。
【0024】
本発明は、充電器(発電機)が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム(例えば車載用電源システム)において、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を実現できるという作用を有する。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
【0026】
《実施例1》
図1〜図4を用いて、本発明の実施例1の蓄電池の残存容量推定装置(満充電判定部を含む。)を説明する。実施例1の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。
【0027】
図2は、本発明の実施例の電源システムの構成を示すブロック図である。図2において、201は発電機、202は負荷、203は鉛蓄電池、204は電流センサ、205は電流計測部、206は電圧計測部、210は発電機制御部、211はエンジン、212は残存容量推定装置である。残存容量推定装置212は、満充電判定部207、残存容量推定部208及び表示部209を有する。
【0028】
発電機201は自動車のエンジン211によって駆動されて発電を行う。発電された電力は負荷202及び鉛蓄電池203に供給される。負荷202は、具体的にはエンジン始動用のセルモータ、オーディオ装置、エアコン、ランプ等である。鉛蓄電池203は走行中はほとんど常に定電圧充電されている。発電機201の出力が不足するエンジン始動時及び発電機201が停止するアイドルストップ中は、鉛蓄電池203が負荷202に電力を供給する。
【0029】
電流センサ204は鉛蓄電池203に流れる電流を検出し、電流計測部205に出力する。電圧計測部206及び電流計測部205は0.2秒毎に電圧及び電流をそれぞれ計測し、1秒分(5個)の測定値の平均値を鉛蓄電池203の電圧(V)及び電流(I)として、1秒毎に満充電判定部207に出力する。
【0030】
満充電判定部207は、電圧計測部206の測定電圧及び電流計測部205の測定電流を入力し、鉛蓄電池203が満充電状態か否かを判定し、判定結果を残存容量推定部208に送る。残存容量推定部208は、満充電判定部207の判定結果、電圧計測部206の測定電圧及び電流計測部205の測定電流を入力し、鉛蓄電池203の残存容量(SOC)を推定する。残存容量推定部208は、満充電判定部207から鉛蓄電池203が満充電であるという判定結果を入力した時、鉛蓄電池203の残存容量を100%に設定する。その後残存容量推定部208は、鉛蓄電池203の充放電電圧及び充放電電流に基づいて、鉛蓄電池203の充放電電力量を積算し、その残存容量を推定する。
【0031】
残存容量推定部208は、推定した残存容量の情報を表示部209と発電機制御部210とに送る。表示部209は、残存容量推定部208から送られた残存容量の情報に基づき、ユーザに残存容量を表示する。表示方法は任意である。実施例においては、表示部209は、残存容量が少ない場合に黄色のランプを点灯させ、残存容量が所定の値以下の場合(鉛蓄電池203がエンジンを始動させることが出来ない程その残存容量が少ない場合)に赤色のランプを点灯させる。
【0032】
発電機制御部210は、残存容量推定部208から伝送された残存容量の情報に基づき、残存容量が100%に達した時、発電機のステータに流す電流を下げ、発電機201の発電電圧を下げる。これにより、鉛蓄電池203の過充電を防止する。発電機制御部210は、残存容量が所定の値以下になった場合は、発電機のステータに流す電流を上げ、発電機201の発電電圧を上げる。これにより、鉛蓄電池203の充電を促進する。
【0033】
発電機201及び鉛蓄電池203から負荷202への電流は、エンジン始動時には数秒の間200アンペア程度に達し(主としてセルモータの駆動電流である。)、エンジンが始動した後は、数10アンペア以下で変動する。エンジンが始動した後も、動作条件に応じて負荷202は変動する(例えばランプがONかOFFか等)。発電機201の出力電圧及び出力電流は、エンジンの回転数等に応じて短時間で大きく変化する。従って、鉛蓄電池203の充電電流(又は放電電流)(I)及び充電電圧(又は放電電圧)(V)は、発電機201の出力変動及び負荷202の変動の影響を受けて、時間的に大きく変動する。
【0034】
図3は、蓄電池の充電電圧及び充放電電流の時間変化を示す図である。電流は充電時に正の値になるように定義している。エンジン始動時と、アイドルストップ後のエンジン再始動時には1秒程度に渡って鉛蓄電池203が電力を放電し(電流が負の値になり)、電流計測部205の測定電流と電圧計測部206の測定電圧とはスパイク的に低下する。その他の走行時は、鉛蓄電池203はほぼ定電圧充電される。鉛蓄電池203が満充電に近づくにつれて、充電電流は漸減する。
【0035】
図1は本発明の実施例1の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部207は、60秒分(60個)の電流(I)及び電圧(V)の測定値に基づいて、鉛蓄電池203の満充電判定を行う。
【0036】
ステップ101で、電流と電圧の測定回数Nと満充電判定のための指数nに初期値0を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δtを1秒に設定する。ステップ102でNに1を加算する。ステップ103で、Nが60より大きいか否か、つまり満充電判定のための測定時間が60秒間を上回ったかどうか判断する。Nが60より大きい場合はステップ109に進む。Nが60以下の場合は、ステップ104に進む。
【0037】
電圧計測部206は電圧Vを、電流計測部205は電流Iを満充電判定部207に出力する(ステップ104)。ステップ105で電圧Vが13.7ボルト以上かつ14.3ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ102に戻る。該当する場合はステップ106に進む。ステップ106で、電流Iが2アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ102に戻る。該当する場合はステップ107に進む。ステップ107で、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIを測定時間間隔Δtで除した値(充電電流の時間変化率又は微分値)が所定の閾値C以下か否か判断する。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIが所定の閾値C以下か否か判断しても良い。該当しない場合はステップ102に戻る。該当する場合はステップ108に進む。ステップ105、106及び107で行う判断に全て該当し、ステップ108まで進んだ場合、鉛蓄電池203が1秒間満充電状態であったと判断する。nに1を加算し、ステップ102に戻る。
【0038】
電流と電圧を60秒間計測し終わった場合、ステップ103からステップ109に進む。ステップ109でNに対するnの割合が0.8以上か否か判断する。つまり、60秒間のうち8割以上が満充電状態であったか否か判断する。8割以上が満充電状態であった場合は、満充電判定部207は、鉛蓄電池203が満充電状態であると判定する(ステップ110)。8割未満が満充電状態であった場合は、満充電判定部207は、鉛蓄電池203が満充電状態でないと判定する(ステップ111)。ステップ112で満充電判定部207は、判定結果を残存容量推定部208に送る。処理を終了する。
【0039】
残存容量推定部208は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池203の残存容量を100%に設定する。発電機制御部210は、残存容量推定部208からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界(ステータ電流)を制御する。鉛蓄電池203が満充電された場合、発電機201の発電電圧Vを下げ、鉛蓄電池203の過充電を防止する。鉛蓄電池203の残存容量が所定以下になると、発電機201の発電電圧Vを上げ、鉛蓄電池203の充電を促進する。鉛蓄電池203の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部210はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【0040】
図4は、n/Nの満充電判定閾値と、その閾値で満充電を判定した時の鉛蓄電池の実際のSOCとの関係を示す図である。図1のフローチャートにおいて、n/Nの閾値を様々に変化させて満充電判定を行い(ステップ109)、満充電であると判定した時の鉛蓄電池の実際のSOCを測定した(満充電と判定された鉛蓄電池から実際に取り出せる電力量を測定した。)。x印が測定結果を示す。n/Nが0.8以上では、SOCが98%を越え、精度良く満充電判定できることがわかる。
【0041】
充電効率は温度によって異なるので、ステップ106で使用する、電流の閾値に温度補正を施せば、満充電判定の精度が上がる。充電電圧が高い場合は、充電に要する時間が短縮されるので、ステップ103で使用するNの閾値を小さくしてよい。満充電判定を行うためのその他の閾値及び電流と電圧の測定時間間隔は鉛蓄電池203及び走行条件によって変更する必要がある。
【0042】
従来例2に開示されている二次電池の充電方法は、充電電流が設定値以下になったときに満充電判定を行う方法である。従って、図3のように鉛蓄電池203の電流が時間変化する場合、エンジン再始動時にも、満充電判定をしてしまう可能性があった。従来例1及び従来例3に開示されている方法は、充電電流の時間変化率が小さくなったときに満充電判定を行う。図3のようにエンジンの再始動が繰り返される場合には、電流の大きな変化が繰り返されるため、満充電判定部がいつまでも満充電と判定せず、蓄電池が過充電される恐れがあった。又、蓄電池の残存容量を誤って推定する恐れがあった。
【0043】
満充電判定部207は、電流、電流の時間変化率及び電圧がすべて満充電判定のための条件を満たす回数が一定割合以上ある時に、鉛蓄電池203が満充電であると判断する。本発明によれば、図3のように電流と電圧とが激しく変動する場合にも、正確な満充電判定が可能である。
【0044】
《実施例2》
図2及び図5を用いて、本発明の実施例2の蓄電池の残存容量推定装置(満充電判定部を含む。)を説明する。実施例2の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。実施例2の蓄電池の残存容量推定装置は、実施例1と同一のハードウエアを有する(図2)。図2については、実施例1において説明した。実施例2の蓄電池の残存容量推定装置は、満充電の判定方法のみが実施例1と異なる。それ以外の点において、実施例2は実施例1と同じである。以下、図5を用いて、実施例2の満充電判定方法を説明する。
【0045】
図5は本発明の実施例2の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部207は、60秒分(60個)の電流(I)及び電圧(V)の測定値に基づいて、鉛蓄電池203の満充電判定を行う。
【0046】
ステップ501で、電流と電圧の測定回数Nと満充電判定のための指数nに初期値0を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δtを1秒に設定する。ΣΔIに初期値0を代入する。ΣΔIは、2回の電流の測定値の差ΔIの総和である。ステップ502でNに1を加算する。ステップ503で、Nが60より大きいか否か、つまり満充電判定のための測定時間が60秒間を上回ったかどうか判断する。Nが60より大きい場合はステップ509に進む。Nが60以下の場合は、ステップ504に進む。
【0047】
電圧計測部206は電圧Vを、電流計測部205は電流Iを満充電判定部207に出力する(ステップ504)。ステップ505で電圧Vが13.7ボルト以上かつ14.3ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ502に戻る。該当する場合はステップ506に進む。ステップ506で、電流Iが2アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ502に戻る。該当する場合はステップ507に進む。ステップ507で、nに1を加算する。次に、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIを積算する(ステップ508)。ΣΔIは積算結果を示す。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIを測定時間間隔Δtで除した値(充電電流の時間変化率又は微分値)を積算しても良い。ステップ502に戻る。
【0048】
電流と電圧を60秒間計測し終わった場合、ステップ503からステップ509に進む。ステップ509でNに対するnの割合が0.8以上か否か判断する。つまり、60秒間のうち8割以上が満充電状態であったか否か判断する。Nに対するnの割合が0.8以上であった場合は、ステップ510に進む。ステップ510で、ΣΔIをnで割り、13.7≦V≦14.3(ステップ505)及びI≦2(ステップ506)の条件を満たす場合における、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIの平均値を算出する。ΣΔI/nが所定の閾値C以下か否かを判断する。ΣΔI/nが所定の閾値C以下であれば、満充電判定部207は、鉛蓄電池203が満充電であると判断する(ステップ511)。満充電判定部207は、判定結果を出力する(ステップ513)。処理を終了する。
【0049】
ステップ509において、Nに対するnの割合が0.8未満であった場合は、ステップ512に進む。ステップ510において、ΣΔI/nが所定の閾値Cより大きければ、ステップ512に進む。ステップ512において、満充電判定部207は、鉛蓄電池203が満充電状態でないと判断する。満充電判定部207は、判定結果を出力する(ステップ513)。処理を終了する。
【0050】
残存容量推定部208は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池203の残存容量を100%に設定する。発電機制御部210は、残存容量推定部208からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界(ステータ電流)を制御する。鉛蓄電池203が満充電された場合、発電機201の発電電圧Vを下げ、鉛蓄電池203の過充電を防止する。鉛蓄電池203の残存容量が所定以下になると、発電機201の発電電圧Vを上げ、鉛蓄電池203の充電を促進する。鉛蓄電池203の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部210はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【0051】
実施例1及び2において、所定回数(N回)の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、所定の満充電の判定条件が満たされた割合が所定の値(0.8)以上であった場合、蓄電池が満充電であると判定した。所定回数(N回)の充電電圧及び充電電流の測定に代えて、所定時間内で充電電圧及び充電電流の測定を行い、その測定結果に基づいて満充電判定を行っても良い。所定の満充電の判定条件が満たされた割合を閾値とすることに代えて、所定の満充電の判定条件が満たされた回数若しくは時間を閾値としても良い。
【0052】
《実施例3》
図2及び図6を用いて、本発明の実施例3の蓄電池の残存容量推定装置(満充電判定部を含む。)を説明する。実施例3の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。実施例2の蓄電池の残存容量推定装置は、実施例1と同一のハードウエアを有する(図2)。図2については、実施例1において説明した。実施例3の蓄電池の残存容量推定装置は、満充電の判定方法のみが実施例1と異なる。それ以外の点において、実施例3は実施例1と同じである。以下、図6を用いて、実施例3の満充電判定方法を説明する。
【0053】
図6は本発明の実施例3の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部207は、満充電状態が連続して一定時間(又は回数=D)継続した場合に、鉛蓄電池203が真に満充電であると判定する。
【0054】
ステップ601で、電流と電圧の測定回数Nと満充電判定のための指数m及びnに初期値0を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δtを1秒に設定する。ステップ602で電圧計測部206は電圧Vを、電流計測部205は電流Iを満充電判定部207に出力する
【0055】
ステップ603で電圧Vが13.7ボルト以上かつ14.3ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ611に進む。該当する場合はステップ604に進む。ステップ604で、電流Iが2アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ611に進む。該当する場合はステップ605に進む。ステップ605で、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIを測定時間間隔Δtで除した値(充電電流の時間変化率又は微分値)が所定の閾値C以下か否か判断する。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔIが所定の閾値C以下か否か判断しても良い。
【0056】
ステップ605で、該当しない場合はステップ611に進む。該当する場合はステップ606に進む。ステップ603、604及び605で行う判断に全て該当し、ステップ606まで進んだ場合、鉛蓄電池203が1秒間満充電状態であったと判断する。nに1を加算し(ステップ606)、mを0に設定する(ステップ607)。nは鉛蓄電池203が満充電状態を継続した回数(時間)を意味し、mは鉛蓄電池203が満充電でない状態を継続した回数(時間)を意味する。
【0057】
次にnがD以上か否かを判断する(ステップ608)。Dは、鉛蓄電池203が満充電状態を継続した回数(時間)の閾値(例えばD=10)である。nがD以上であれば、満充電判定部207は、鉛蓄電池203が満充電状態であると判定する(ステップ609)。満充電判定部207は、ステップ603、604及び605で行う判断に全て該当する状態がD以上継続した場合に、鉛蓄電池203が満充電状態であると判定(ステップ609)、判定結果を出力する(ステップ610)。ステップ602に戻る。
【0058】
ステップ603、604及び605で行う判断のいずれかに該当しないで、ステップ611まで進んだ場合、鉛蓄電池203が1秒間満充電でない状態であったと判断する。mに1を加算し(ステップ611)、nを0に設定する(ステップ612)。
【0059】
次にmがD以上か否かを判断する(ステップ613)。Dは、鉛蓄電池203が満充電でない状態を継続した回数(時間)の閾値(例えばD=10)である。ステップ608における閾値(満充電状態の継続回数の閾値)と、ステップ613における閾値(満充電でない状態の継続回数の閾値)とが異なる数値であっても良い。mがD以上であれば、満充電判定部207は、鉛蓄電池203が満充電状態でないと判定する(ステップ614)。満充電判定部207は、ステップ603、604及び605で行う判断において、いずれかに該当しない状態がD以上継続した場合に、鉛蓄電池203が満充電でない状態であると判定し(ステップ614)、判定結果を出力する(ステップ615)。ステップ602に戻る。
【0060】
残存容量推定部208は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池203の残存容量を100%に設定する。発電機制御部210は、残存容量推定部208からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界(ステータ電流)を制御する。鉛蓄電池203が満充電された場合、発電機201の発電電圧Vを下げ、鉛蓄電池203の過充電を防止する。鉛蓄電池203の残存容量が所定以下になると、発電機201の発電電圧Vを上げ、鉛蓄電池203の充電を促進する。鉛蓄電池203の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部210はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【0061】
正確にSOCを推定するためには、長時間の走行中に一定時間毎に鉛蓄電池203を充電し満充電判定を行い、SOCを100%に設定(リセット)すると良い。エンジン始動時も、始動前の停車時の暗電流などによりSOCが低下しているので、鉛蓄電池203を充電し満充電判定を行い、SOCを100%に設定(リセット)すると良い。満充電判定は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に行うことが好ましい。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、充電器(発電機)が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム(例えば車載用電源システム)において、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【0063】
本発明によれば、充電器(発電機)が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム(例えば車載用電源システム)において、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【図2】本発明の実施例の電源システムの構成を示すブロック図
【図3】蓄電池の充電電圧及び充放電電流の時間変化を示す図
【図4】n/Nの満充電判定閾値と満充電判定時の実際のSOCとの関係を示す図
【図5】本発明の実施例2の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【図6】本発明の実施例3の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【符号の説明】
201 発電機
202 負荷
203 鉛蓄電池
204 電流センサ
205 電流計測部
206 電圧計測部
207 満充電判定部
208 残存容量推定部
209 表示部
210 発電機制御部
211 エンジン
212 残存容量推定装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a storage battery full charge determination device, a remaining capacity estimation device, a full charge determination method, and a remaining capacity estimation method.
[0002]
[Prior art]
Generally, a vehicle storage battery supplies a maximum current when the engine is started, and is charged at a constant voltage by a generator driven by the engine while the engine is running. If the remaining capacity of the vehicle storage battery becomes too small, the engine cannot be restarted after stopping the engine. In recent years, due to the growing interest in air pollution and ecology, in order to suppress unnecessary exhaust gas emission and energy consumption, it is necessary to stop the engine of the vehicle without idling even during a short parking and stopping (idle stop). ) Is recommended. For this reason, automobile batteries often supply a large current to start the engine. The state of charge of the storage battery (hereinafter, referred to as "SOC", specifically, the remaining capacity of the storage battery) is always accurately grasped so that the engine cannot be restarted after the vehicle is idle-stopped. Need to be.
[0003]
The SOC of the storage battery can be estimated by adding or subtracting a value obtained by integrating the charge / discharge current after full charge to the SOC at full charge. However, if the charge / discharge current is continuously integrated for a long time, the current detection error is accumulated, and the estimation accuracy of the SOC deteriorates. Charging the storage battery at an appropriate timing, accurately detecting the full charge, and setting the SOC to 100% leads to an improvement in the SOC estimation accuracy.
[0004]
JP-A-6-189466 discloses a secondary battery system and a charging method of Conventional Example 1. In the charging method of the secondary battery of Conventional Example 1, the secondary battery is initially charged at a constant current, and after the charging voltage reaches a set value, the battery is charged at a constant voltage, and the time derivative of the charging current exceeds the set value. This is a method to determine that the battery is fully charged.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-235332 discloses a method of charging a secondary battery of Conventional Example 2. The method of charging a secondary battery according to Conventional Example 2 is a method of charging a secondary battery at a constant voltage, interrupting the charging when the charging current becomes equal to or less than a set value, measuring the open voltage of the battery, and detecting a full charge. It is.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-324702 discloses a battery discharge capacity detection method and device of the third conventional example, and a vehicle battery control device. In the method for detecting the discharge capacity of a battery according to the third conventional example, for a battery including a lead-acid battery (lead storage battery) that can serve as a driving power source for a load and can be charged at a constant voltage, the absolute value of the time change rate of the charging current during the constant voltage charging is determined. A full charge determination is made when the value falls below a predetermined value.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-6-189466
[Patent Document 2]
JP-A-7-235332
[Patent Document 3]
JP 2000-324702 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The full charge determination methods disclosed in Conventional Examples 1 to 3 can accurately determine the full charge of the storage battery in a system in which the charging voltage and the load are relatively stable. However, in the in-vehicle storage battery and its full-charge determination device, the output voltage and load of the charger (generator) greatly fluctuate in a short time depending on the traveling state of the vehicle and the like. The method could not accurately determine the full charge of the storage battery. The full charge determination methods of Conventional Examples 1 to 3 determine the full charge of the storage battery based on the charge current of the storage battery or the time derivative of the charge current, but this is a determination condition in the vehicle-mounted storage battery and the full charge determination device thereof. This is because the charging current of the storage battery and the time differential value of the charging current greatly fluctuate in a short time due to causes other than the charging of the storage battery. For this reason, when the conventional full-charge determination method is applied to a system having a large variation in the charging voltage or load (for example, a vehicle-mounted storage battery and its full-charge determination device), it has been difficult to accurately determine the full charge.
[0009]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and a power supply system in which a charger (generator) charges a storage battery while supplying power to a load, and the output voltage and the load of the charger greatly fluctuate in a short time. It is an object of the present invention to provide a full-charge determination device and a full-charge determination method for performing full-charge determination of a storage battery with high accuracy.
[0010]
According to the present invention, in a power supply system in which a charger (generator) supplies power to a load and charges a storage battery, and the output voltage and the load of the charger greatly fluctuate in a short time, the full charge determination of the storage battery is performed with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a remaining capacity estimating apparatus and a remaining capacity estimating method for estimating the remaining capacity with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
According to the first aspect of the present invention, the charging voltage of the storage battery is a value within a predetermined range, the charging current of the storage battery is equal to or lower than a predetermined value, and the time differentiation of the charging current or the previous and current times of the charging current are performed. The battery is determined to be fully charged when the difference value between the battery and the battery is equal to or less than a predetermined value.
[0012]
The invention according to claim 2 is a method of measuring the charging voltage and the charging current within a predetermined number of times or within a predetermined time, the number of times that the full charge determination condition according to
[0013]
According to a third aspect of the present invention, when the charging voltage and the charging current of the storage battery are measured a predetermined number of times or within a predetermined time, the charging voltage is a value within a predetermined range and the charging current is a predetermined value. The number of times, ratio, or time that satisfies the voltage-current condition that is equal to or less than the value is equal to or greater than a predetermined value, and the average value of the time derivative of the charging current or the difference between the previous and current times of the charging current when the voltage-current condition is satisfied. A storage battery full-charge judging device characterized by judging that the storage battery is fully charged when an average value is equal to or less than a predetermined value.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, the measurement or the determination is performed when a predetermined time or more has elapsed from the previous determination and a new charge is started. A full-charge judging device for a storage battery according to the present invention.
[0015]
The invention according to claim 5 is characterized in that the storage battery is a lead storage battery for a vehicle, and the lead storage battery for a vehicle and a full charge determination device are mounted on a vehicle. A storage battery full charge determination device according to any one of the claims.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, when the full charge determination device according to any one of the first to fifth aspects and the full charge determination device determines that the battery is fully charged, the remaining storage battery remains. And a remaining capacity estimating unit that sets the capacity to 100%.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, the charging voltage of the storage battery is a value within a predetermined range, the charging current of the storage battery is equal to or less than a predetermined value, and the time differentiation of the charging current or the previous and current times of the charging current are performed. And determining that the storage battery is fully charged when a difference value between the storage battery and the storage battery is less than or equal to a predetermined value.
[0018]
The invention according to claim 8 is a method of measuring the charging voltage and the charging current within a predetermined number of times or within a predetermined time, the number of times that the full charge determination condition according to claim 7 is satisfied, the ratio, or It is determined that the storage battery is fully charged when the time is equal to or greater than a predetermined value, or when the full charge determination condition according to claim 7 is satisfied for a predetermined time or continuously for a predetermined number of times. The method according to claim 7, wherein the storage battery is fully charged.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, when the charging voltage and the charging current of the storage battery are measured a predetermined number of times or within a predetermined time, the charging voltage is a value within a predetermined range and the charging current is a predetermined value. The number of times, ratio, or time that satisfies the voltage-current condition that is equal to or less than the value is equal to or greater than a predetermined value, and the average value of the time derivative of the charging current or the difference between the previous and current times of the charging current when the voltage-current condition is satisfied. When the average value is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the storage battery is fully charged.
[0020]
According to a tenth aspect of the present invention, the determination is performed when a predetermined time or more has elapsed since the previous determination and when a new charge is started. Is a method for judging a full charge of a storage battery according to the above.
[0021]
The invention according to claim 11 is characterized in that the storage battery is a lead storage battery for a vehicle, and the lead storage battery for a vehicle is mounted on a vehicle. It is a full charge determination method of the storage battery described in the above.
[0022]
According to a twelfth aspect of the present invention, a full charge determination step for executing the full charge determination method according to any one of the seventh to eleventh aspects, and the full charge determination step determines that the battery is fully charged. A remaining capacity estimating step of setting the remaining capacity of the storage battery to 100%.
[0023]
The present invention relates to a power supply system (for example, a vehicle-mounted power supply system) in which a charger (generator) charges a storage battery while supplying power to a load, and the output voltage and the load of the charger greatly fluctuate in a short time. This has the effect of realizing a full-charge determination device and a full-charge determination method for performing full-charge determination with high accuracy.
[0024]
The present invention relates to a power supply system (for example, a vehicle-mounted power supply system) in which a charger (generator) charges a storage battery while supplying power to a load, and the output voltage and the load of the charger greatly fluctuate in a short time. This has an effect that a remaining capacity estimating apparatus and a remaining capacity estimating method for performing full charge determination with high accuracy and estimating the remaining capacity with high accuracy can be realized.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment specifically showing the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
<< Example 1 >>
First Embodiment A storage battery remaining capacity estimation device (including a full charge determination unit) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The remaining capacity estimating apparatus according to the first embodiment is incorporated in a vehicle-mounted power supply system, and the storage battery is an automotive lead storage battery.
[0027]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the power supply system according to the embodiment of the present invention. 2,
[0028]
The
[0029]
The current sensor 204 detects a current flowing through the
[0030]
The full
[0031]
The remaining
[0032]
Based on the remaining capacity information transmitted from the remaining
[0033]
The current from the
[0034]
FIG. 3 is a diagram showing the change over time of the charging voltage and the charging / discharging current of the storage battery. The current is defined to have a positive value during charging. When the engine is started and when the engine is restarted after the idle stop, the
[0035]
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for determining whether a storage battery is fully charged in the power supply system according to the first embodiment of the present invention. The full
[0036]
In
[0037]
The
[0038]
When the current and voltage have been measured for 60 seconds, the process proceeds from
[0039]
When inputting the determination result that the battery is fully charged, the remaining
[0040]
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the full charge determination threshold of n / N and the actual SOC of the lead storage battery when the full charge is determined based on the threshold. In the flowchart of FIG. 1, a full charge determination is made by changing the threshold value of n / N variously (step 109), and the actual SOC of the lead storage battery when it is determined that the battery is fully charged was measured (determined as full charge). The amount of power that could actually be extracted from the lead-acid battery was measured.) An x mark shows the measurement result. When n / N is 0.8 or more, the SOC exceeds 98%, and it can be seen that the full charge can be accurately determined.
[0041]
Since the charging efficiency varies depending on the temperature, if the current threshold used in
[0042]
The method of charging a secondary battery disclosed in Conventional Example 2 is a method of performing a full charge determination when a charging current becomes equal to or less than a set value. Therefore, when the current of the
[0043]
The full
[0044]
<< Example 2 >>
Second Embodiment A storage battery remaining capacity estimation device (including a full charge determination unit) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 5. The remaining capacity estimating device of the second embodiment is incorporated in a vehicle-mounted power supply system, and the storage battery is a lead storage battery for a vehicle. The storage battery remaining capacity estimating device of the second embodiment has the same hardware as that of the first embodiment (FIG. 2). FIG. 2 has been described in the first embodiment. The apparatus for estimating the state of charge of a storage battery according to the second embodiment is different from the first embodiment only in a method of determining a full charge. Otherwise, the second embodiment is the same as the first embodiment. Hereinafter, a full charge determination method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
[0045]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for determining whether the storage battery is fully charged in the power supply system according to the second embodiment of the present invention. The full
[0046]
In
[0047]
The
[0048]
When the current and voltage have been measured for 60 seconds, the process proceeds from
[0049]
If the ratio of n to N is less than 0.8 in
[0050]
When inputting the determination result that the battery is fully charged, the remaining
[0051]
In the first and second embodiments, when the charging voltage and the charging current are measured a predetermined number of times (N times), the rate at which the predetermined full charge determination condition is satisfied is equal to or greater than a predetermined value (0.8). When there was, it was determined that the storage battery was fully charged. Instead of measuring the charging voltage and the charging current a predetermined number of times (N times), the charging voltage and the charging current may be measured within a predetermined time, and a full charge determination may be made based on the measurement results. Instead of using the threshold at which the predetermined full charge determination condition is satisfied as the threshold, the threshold or the number of times or the time at which the predetermined full charge determination condition is satisfied may be used as the threshold.
[0052]
<< Example 3 >>
Third Embodiment A storage battery remaining capacity estimation device (including a full charge determination unit) according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 6. The remaining capacity estimating apparatus according to the third embodiment is incorporated in a vehicle-mounted power supply system, and the storage battery is a lead storage battery for an automobile. The storage battery remaining capacity estimating device of the second embodiment has the same hardware as that of the first embodiment (FIG. 2). FIG. 2 has been described in the first embodiment. The apparatus for estimating the state of charge of a storage battery according to the third embodiment differs from the first embodiment only in a method of determining a full charge. Otherwise, the third embodiment is the same as the first embodiment. Hereinafter, a full charge determination method according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
[0053]
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for determining whether the storage battery is fully charged in the power supply system according to the third embodiment of the present invention. The full
[0054]
In
[0055]
In
[0056]
In
[0057]
Next, it is determined whether or not n is equal to or greater than D (step 608). D is a threshold value (for example, D = 10) of the number of times (time) that the
[0058]
If the process proceeds to step 611 without any of the determinations made in
[0059]
Next, it is determined whether or not m is greater than or equal to D (step 613). D is a threshold (for example, D = 10) of the number of times (time) that the
[0060]
When inputting the determination result that the battery is fully charged, the remaining
[0061]
In order to accurately estimate the SOC, it is preferable to charge the lead-
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a power supply system (for example, a vehicle-mounted power supply system) in which a charger (generator) charges a storage battery while supplying power to a load, and an output voltage and a load of the charger greatly vary in a short time, An advantageous effect of being able to realize a full-charge determination device and a full-charge determination method for determining the full charge of the storage battery with high accuracy is obtained.
[0063]
According to the present invention, in a power supply system (for example, a vehicle-mounted power supply system) in which a charger (generator) charges a storage battery while supplying power to a load, and an output voltage and a load of the charger greatly vary in a short time, An advantageous effect is obtained that a remaining capacity estimating apparatus and a remaining capacity estimating method for determining the full charge of the storage battery with high accuracy and estimating the remaining capacity with high accuracy can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a method for determining a full charge of a storage battery in a power supply system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a change over time of a charge voltage and a charge / discharge current of a storage battery.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an n / N full charge determination threshold and an actual SOC at the time of full charge determination.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for determining whether a storage battery is fully charged in the power supply system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for determining a full charge of a storage battery in a power supply system according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
201 generator
202 load
203 Lead storage battery
204 current sensor
205 Current measurement unit
206 Voltage measurement unit
207 Full charge judgment unit
208 Remaining capacity estimation unit
209 Display
210 Generator control unit
211 engine
212 Remaining capacity estimation device
Claims (12)
前記満充電判定装置が満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を100%に設定する残存容量推定部と、
を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定装置。A full charge determination device according to any one of claims 1 to 5,
A remaining capacity estimating unit that sets the remaining capacity of the storage battery to 100% when the full charge determination device determines that the battery is fully charged;
An apparatus for estimating the remaining capacity of a storage battery, comprising:
前記満充電判定ステップで満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を100%に設定する残存容量推定ステップと、
を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定方法。A full charge determination step for performing the full charge determination method according to any one of claims 7 to 11,
When it is determined that the battery is fully charged in the full charge determination step, a remaining capacity estimation step of setting the remaining capacity of the storage battery to 100%;
A method for estimating a remaining capacity of a storage battery, comprising:
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JP3966810B2 (en) | 2007-08-29 |
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