JP2005261074A - バッテリの充電制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切にリフレッシュ充電制御を行うことができるバッテリの充電制御方法および装置を提供すること。
【解決手段】バッテリの充電制御装置は、所定の充電電圧でバッテリ１３をリフレッシュ充電する充電手段５と、バッテリ１３の使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットし、その後のフラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて充電手段５によるバッテリ１３の充電を制御する制御手段２３ａと、フラグを記憶する記憶手段２３ｃとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの充電制御方法および装置に関し、特に、車両に搭載されたバッテリをリフレッシュ充電する充電制御方法および装置に関する。

近年、車両にはその走行制御のために多数のＥＣＵ（Electronic Control Unit ）が使用されており、そのバックアップ用として暗電流といわれる電流が、イグニッションスイッチがオフされている間も常時流れて、バッテリの電力を消費している。そのため、車両が、駐車したまま長期にわたり動かさずに放置されている場合には、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge ）が次第に低下する。また、バッテリは、ＥＣＵ等の負荷に接続されていない場合でも、その自己放電によりＳＯＣが次第に低下する。

このようなバッテリのＳＯＣの低下が進行しすぎると、特にハイブリッド車両のように１００％以下の所定値（たとえば、９０％）のＳＯＣを設定し、その所定値のＳＯＣを基準にして放電および回生充電が行なわれる車両においては、バッテリの劣化を招き、長期にわたって安定的に使用することができなくなる虞がある。

そこで、このような問題を解決する技術として、特開２００１−３３８６９６号公報に開示されている技術がある。この技術においては、ＳＯＣが１００％程度になるように回生充電される鉛蓄電池が所定時間にわたって充放電されていない場合に、ＳＯＣが少なくとも９０％以上になるようにリフレッシュ充電する。
特開２００１−３３８６９６号公報

しかしながら、上述の公報に開示されている技術では、長期放置か否かを判定するべく所定時間を計測するために、最低でも低周波のクロックを作動させ続けなければならない。したがって、もしクロック作動のために被測定のバッテリから電源が供給されているならば、そのこと自体が低ＳＯＣにする要因の一つになり、かつ被測定バッテリ以外のバッテリ（２バッテリシステムの場合など）から電源供給がされたとしても、無駄な電力の消費に繋がるという問題がある。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、適切にリフレッシュ充電制御を行うことができるバッテリの充電制御方法および装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明のバッテリの充電制御方法は、バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットし、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいてバッテリの充電制御を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明のバッテリの充電制御方法は、バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットしてリフレッシュ充電処理を実行し、前記リフレッシュ充電の完了時に前記フラグをクリアすると共に、前記リフレッシュ充電処理の実行途中でバッテリの使用を停止するための所定の条件を満足したことにより前記リフレッシュ充電処理が中断された場合、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて、前記フラグがクリアされるまで繰り返し前記リフレッシュ充電処理が実行されることを特徴とする。

請求項３記載の発明のバッテリの充電制御装置は、所定の充電電圧でバッテリをリフレッシュ充電する充電手段と、バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットし、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて前記充電手段による前記バッテリの充電を制御する制御手段と、前記フラグを記憶する記憶手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項４記載の発明のバッテリの充電制御装置は、所定の充電電圧でバッテリをリフレッシュ充電する充電手段と、バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットして前記充電手段によるリフレッシュ充電処理を実行し、前記リフレッシュ充電の完了時に前記フラグをクリアすると共に、前記リフレッシュ充電処理の実行途中でバッテリの使用を停止するための所定の条件を満足したことにより前記リフレッシュ充電処理が中断された場合、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて、前記フラグがクリアされるまで繰り返し前記充電手段による前記リフレッシュ充電処理が実行されるように制御する制御手段と、前記フラグを記憶する記憶手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１および３記載の発明によれば、リフレッシュ充電を示すフラグによりリフレッシュ充電処理を行うべきか否かについて判定し、適切に充電制御することができる。

請求項２および４記載の発明によれば、リフレッシュ充電処理が中断されても適切にリフレッシュ充電処理を行うことができる。

以下、本発明によるバッテリの充電制御方法および装置について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明によるバッテリの充電制御方法を実施するバッテリの充電制御装置の実施の形態を示すブロック図である。図１において、バッテリの充電制御装置１は、エンジン３に加えて充電手段としてのモータジェネレータ５を有するハイブリッド車両に搭載されている。

このハイブリッド車両は、通常時はエンジン３の出力のみをドライブシャフト７からディファレンシャルケース９を介して車輪１１に伝達して走行させ、高負荷時には、たとえば鉛バッテリからなるバッテリ１３からの電力によりモータジェネレータ５をモータとして機能させて、エンジン３の出力に加えてモータジェネレータ５の出力をドライブシャフト７から車輪１１に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。

また、このハイブリッド車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ５をジェネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギ−を電気エネルギ−に変換してバッテリ１３を充電させるように構成されている。

なお、モータジェネレータ５からの充電電圧は、モータジェネレータ５に内蔵された図示しないレギュレータによって定電圧に制御される。この図示しないレギュレータの制御端子は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２３に接続されており、充電電圧は、マイコン２３から出力される制御信号により制御される。

また、充電制御装置１は、バッテリ１３の充放電電流を検出する電流検出手段としての電流センサ１５と、バッテリ１３の両端電圧を検出する電圧検出手段としての電圧センサ１７とを備えている。電流センサ１５および電圧センサ１７は、図示しないイグニッションスイッチのオンによって閉回路状態となる回路上に配置されている。

電流センサ１５および電圧センサ１７の出力は、インタフェース回路（以下、Ｉ／Ｆと略記する）２１におけるＡ／Ｄ変換が行われた後に、マイコン２３に取り込まれる。マイコン２３は、予め設定される制御プログラムに従って動作すると共に、判断手段、制御手段および比較手段として働くＣＰＵ２３ａと、ＣＰＵ２３ａの制御プログラムを予め保持する第１の記憶手段としてのＲＯＭ２３ｃと、ＣＰＵ２３ａの演算実行時に必要なデータを一時的に保持する第２の記憶手段としてのＲＡＭ２３ｂとから構成される。

また、ＲＯＭ２３ｃには、各種データが書き込み読み出し自在に記録され、記録されたデータを電源なしに保持する図示しない不揮発性メモリを有し、ここには、バッテリに関する各種の基礎的なデータと、更新データとが保持されるようになっている。たとえば、不揮発性メモリには、非劣化時（新品時または設計時）のバッテリ１３における満充電開回路電圧（ＯＣＶｆ）（ボルトで表される）、放電終止開回路電圧（ＯＣＶｅ）（ボルトで表される）、および満充電開回路電圧ＯＣＶｆから放電終止開回路電圧ＯＣＶｅまで放電可能な初期電気量である満容量（ＳＯＣｆ）（アンペア・アワー（Ａｈ）で表わされる）等の基礎的なデータが予め保持されている。また、不揮発性メモリには、イグニッションスイッチのオフ時の開回路電圧ＯＣＶおよび充電状態ＳＯＣ（％）の値が、イグニッションスイッチのオフのたびに更新されて保持されている。

次に、上述の構成の充電制御装置で実施される充電制御方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２は、マイコン２３のＣＰＵ２３ａがＲＯＭ２３ｃに格納されている制御プログラムにしたがって実行する充電制御処理を示すフローチャートである。

充電制御処理では、図２のフローチャートに示すように、まず、リフレッシュ充電の要求がなく、かつリフレッシュ充電は終了したか否かが判定される（ステップＳ１）。この判定は、後述するリフレッシュ充電を示すフラグの確認により行われ、フラグが「０」になっていれば、リフレッシュ充電の要求がなく、かつリフレッシュ充電は終了したと判定される。その答がイエスならば長期放置判断処理が開始され（ステップＳ２）、ノーならばリフレッシュ充電処理が開始される（ステップＳ４）。

長期放置判断処理では、バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時、たとえばイグニッションスイッチのオン時のＳＯＣ（％）が前回のＳＯＣ（％）、すなわち、今回の所定のトリガ信号の検出以前においてバッテリ１３の使用を停止するための所定の条件を満足した時、たとえば、前回のイグニッションスイッチのオフ時にＲＯＭ２３ｃに記憶されているＳＯＣ（％）、よりも第１の所定値（たとえば、２０％）以上低くなっているか否かが判定される（ステップＳ３）。その答がイエスならば、バッテリ１３は長期放置されていたと判定されたことになり、リフレッシュ充電処理が開始される（ステップＳ４）。一方、その答がノーならば、バッテリ１３は長期放置されていたと判定されなかったことになり、通常充電処理が開始される（ステップＳ１３）。上述のステップＳ４のリフレッシュ充電処理およびステップＳ１３の通常充電処理は、エンジン始動後に開始され、モータジェネレータ５からの充電電圧により行われる。

ＳＯＣは、図３に示すように、ＯＣＶに対してほぼ一定の関係、すなわち比例関係を持っているので、ＯＣＶの値に基づいて次式により、イグニッションオン時のＳＯＣ（％）を算出することができる。
ＳＯＣ（％）＝（ＯＣＶｎ−ＯＣＶｅ）／（ＯＣＶｆ−ＯＣＶｅ）×１００
ここで、ＯＣＶｆおよびＯＣＶｅは、それぞれ、ＲＯＭ２３ｃに記憶されている満充電開回路電圧および放電終止開回路電圧であり、ＯＣＶｎは、イグニッションオン時に測定された現在の開回路電圧である。

また、第１の所定値は、暗電流の設計値やバッテリ１３の自己放電の進み具合等を考慮して、長期（たとえば、１週間）放置に相当する値として設定される。この実施の形態では、現在のイグニッションオン時のＳＯＣ（％）が、前回のイグニッションオフ時のＳＯＣ（％）より２０％以上低下したら、長期放置の可能性が大とみなすこととし、第１の所定値を２０％と設定している。

リフレッシュ充電処理が開始されると、フラグが「１」にセットされ、ＲＯＭ２３ｃの不揮発性メモリに書き込まれ記憶される（ステップＳ５）。次に、ＣＰＵ２３ａからの制御信号によりモータジェネレータ５からの充電電圧が、バッテリ１３の定格電圧（たとえば、１２Ｖ）より若干高い第１の電圧値（たとえば、１４．４Ｖ）になるように制御され、この第１の電圧値（１４．４Ｖ）による定電圧方式で、バッテリ１３への充電が実施される（ステップＳ６）。

次に、目標時間（たとえば、１時間）以内にＳＯＣが第２の所定値（たとえば、９０％）に達する充電電流Ｉ_CHG1 がバッテリ１３に流れているか否かが判定される（ステップＳ７）。

目標時間は、ユーザーが日々通勤、買い物等に車両を使う平均時間などを考慮して設定される。

また、第２の所定値のＳＯＣは、リフレッシュ充電の終了時ＳＯＣ（％）が第３の所定値（すなわち、１００％）に達するまで充電されるので、１００％未満であって１００％に近い値が設定されるが、この実施の形態では、第２の所定値のＳＯＣは９０％に設定されている。

また、上述の充電電流Ｉ_CHG1 は、次のようにして求められる。たとえば、今回のイグニッションオン時のＳＯＣ（％）が６０％と算出され、かつリフレッシュ充電処理を行う場合は、図３における直線Ａで示すように、１時間でＳＯＣ（％）が６０％から９０％に達する充電を行う。このとき、仮にバッテリ１３の満容量（ＳＯＣｆ）が１０Ａｈであったとすれば、満容量１０ＡｈがＳＯＣ（％）の１００％に相当するので、１時間でＳＯＣ（％）が６０％から９０％に達する充電電流Ｉ_CHG1 は、９０％−６０％＝３０％だけＳＯＣ（％）を増加させる充電、言い換えれば１時間で３Ａｈだけバッテリ１３の容量を増加させる充電を行うことができる電流値として求められる。

充電電流は、図３における曲線Ｂに示すように、充電開始から時間と共に次第に減衰する値を示すので、図２のステップ７の処理が行われるたびに、その時点の充電電流値が、１時間以内にＳＯＣ９０％を達成することができる値か否かが判断される。

ステップＳ１０７の答がイエスならば、引き続き１４．４Ｖの定電圧方式で充電が実施され（ステップＳ９）、次いでステップＳ１１に進む。

一方、ステップＳ７の答がノーならば、この時点のＯＣＶの測定に基づき算出されたＳＯＣが第２の所定値（９０％）を超えた（ＳＯＣ＞９０％）か否かが判定され（ステップＳ８）、その答がイエスならばステップＳ９に進む。また、その答えがノーならば、次いで、ＣＰＵ２３ａからの制御信号によりモータジェネレータ５からの充電電圧が、第１の電圧値（１４．４Ｖ）よりさらに高い第２の電圧値（たとえば、１６Ｖ）になるように制御され、この第２の電圧値（１６Ｖ）による定電圧方式で、バッテリ１３への充電が実施され（ステップＳ１０）、次いでステップＳ１１に進む。

すなわち、長期放置があった場合、活物質劣化を抑えるため、多少の減液現象が進行するが、ＳＯＣ９０％まで第２の電圧値（１６Ｖ）で充電を実施する。

このように、充電電圧値が１４．４Ｖから１６Ｖに上昇するように変更して充電が行われるので、図４に示すように、充電電流は、充電電圧値の変更時にパルス状に瞬間的に上昇し、その後元の減衰曲線にほぼ沿って減少していく。

ステップＳ１１では、この時点のＯＣＶの測定に基づき算出されたＳＯＣが１００％に達した（ＳＯＣ＝１００％）か否かが判定される。その答がノーならばステップＳ７に戻り、イエスならばステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で、フラグ「１」をクリアして「０」にし、次いでリフレッシュ充電処理を終了する。

一方、通常充電処理が開始されると、ＣＰＵ２３ａからの制御信号によりモータジェネレータ５からの充電電圧が、バッテリ１３の定格電圧（たとえば、１２Ｖ）より若干高い第１の電圧値（たとえば、１４．４Ｖ）になるように制御され、この第１の電圧値（１４．４Ｖ）による定電圧方式で、バッテリ１３への充電が実施される（ステップＳ１４）。

次に、所定時間（たとえば、１時間）以内にＳＯＣが第２の所定値（たとえば、９０％）に達する充電電流がバッテリ１３に流れているか否かが判定される（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５の答がイエスならば、引き続き１４．４Ｖの定電圧方式で充電が実施され（ステップＳ１７）、次いでステップＳ１９に進む。

一方、ステップＳ１５の答がノーならば、この時点のＯＣＶの測定に基づき算出されたＳＯＣが第２の所定値より低い第４の所定値（８０％）を超えた（ＳＯＣ＞８０％）か否かが判定され（ステップＳ１６）、その答がイエスならばステップＳ１７に進む。また、その答えがノーならば、次いで、ＣＰＵ２３ａからの制御信号によりモータジェネレータ５からの充電電圧が、第１の電圧値（１４．４Ｖ）よりさらに高い第２の電圧値（たとえば、１６Ｖ）になるように制御され、この第２の電圧値（１６Ｖ）による定電圧方式で、バッテリ１３への充電が実施され（ステップＳ１８）、次いでステップＳ１９に進む。

すなわち、ガス発生による減液進行を抑えるため、ＳＯＣ８０％以上では、１６Ｖ充電は実施しない。

このように、充電電圧値が１４．４Ｖから１６Ｖに上昇するように変更して充電が行われるので、図４に示すように、充電電流は、充電電圧値の変更時にパルス状に瞬間的に上昇し、その後元の減衰曲線にほぼ沿って減少していく。

ステップＳ１９では、この時点のＯＣＶの測定に基づき算出されたＳＯＣが第２の所定値（９０％）を超えた（ＳＯＣ＞９０％）か否かが判定される。その答がノーならばステップＳ１５に戻り、イエスならば、次いで通常充電処理を終了する。

このようにして、１６Ｖ充電によって、１時間以内にＳＯＣ９０％まで充電されると判断した場合、１４．４Ｖ充電に移行する。しかし、１４．４Ｖ充電に移行したことによって、１時間以内にＳＯＣ９０％まで充電されないと判断した場合は、再度１６Ｖ充電に移行する。この判断を繰り返し実施し、結果的には、パルス充電となる場合がある。この場合、１４．４Ｖから１６Ｖに移行することによって、瞬間的に大きな電流がパルス状に流れ、バッテリ１３の電極内で大きく成長したＰｂＳＯ₄ をＨ₂ ＳＯ₄ とＰｂに戻す反応を活性化させる効果がある。

また、リフレッシュ充電が終了しない間にイグニッションスイッチがオフされて、フラグ「１」がクリアされずに残っていれば、次回のイグニッションスイッチのオン時にフラグが検出されるたびに、リフレッシュ充電するかしないかの判定が行われ、その判定結果に基づいてエンジンの始動のたびに、リフレッシュ充電が終了しフラグがクリアされて「０」にセットされるまで、繰り返しフレッシュ充電処理が行われる。また、リフレッシュ充電が終了していれば、イグニッションスイッチのオンのたびに、通常の充電処理が行われ、バッテリ１３の充電状態がハイブリッド車両に適する１００％未満の所定値、たとえば９０％まで充電されるので、バッテリの劣化を軽減した充放電が可能となる。

以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施の形態では、バッテリ１３への充電電圧の変更は、ＣＰＵ２３ａからの制御信号でモータジェネレータ５内のレギュレータを制御することにより行われているが、これに代えて、モータジェネレータ５と電流センサ１５の間にＤＣ／ＤＣコンバータを挿入し、ＣＰＵ２３ａからの制御信号でＤＣ／ＤＣコンバータを制御してその出力から１４．４Ｖや１６Ｖ等の定電圧を得るように構成しても良い。

また、目標時間、第１〜第４の所定値、第１および第２の電圧値は、上述の実施の形態における数値に限らず、任意の好適な数値に変更して設定することができる。

また、上述の実施の形態において、所定のトリガ信号の検出時とは、たとえばイグニッションスイッチのオン時としているが、これに限らず、カーテシスイッチのオン時、キーレスエントリースイッチのオン時等をも意味するものである。

また、上述の実施の形態において、所定の条件を満足した時とは、たとえばイグニッションスイッチのオフ時としているが、これに限らず、イグニッションオフから一定時間経過した時（近年の車両はイグニッションオフ≠各システムが即座にスリープ、の場合がある）、カーテシスイッチオフから所定時間経過した時、キーレスエントリースイッチオフから所定時間経過した時等をも意味するものである。

本発明によるバッテリの充電制御方法を実施するバッテリの充電制御装置の実施の形態を示すブロック図である。 図１におけるマイコンのＣＰＵが実行する充電制御処理を示すフローチャートである。 目標時間以内に第１の所定値のＳＯＣまで充電する充電制御を説明する図である。 充電電圧の変更に伴う充電電流の変化を示す図である。

符号の説明

１ 充電制御装置
５ モータジェネレータ（充電手段）
１３ バッテリ
１５ 電流センサ
１７ 電圧センサ
２３ マイクロコンピュータ
２３ａ ＣＰＵ（制御手段）
２３ｂ ＲＡＭ
２３ｃ ＲＯＭ（記憶手段）

Claims (4)

1. バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットし、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいてバッテリの充電制御を行う
   ことを特徴とするバッテリの充電制御方法。
2. バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットしてリフレッシュ充電処理を実行し、前記リフレッシュ充電の完了時に前記フラグをクリアすると共に、前記リフレッシュ充電処理の実行途中でバッテリの使用を停止するための所定の条件を満足したことにより前記リフレッシュ充電処理が中断された場合、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて、前記フラグがクリアされるまで繰り返し前記リフレッシュ充電処理が実行される
   ことを特徴とするバッテリの充電制御方法。
3. 所定の充電電圧でバッテリをリフレッシュ充電する充電手段と、
   バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットし、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて前記充電手段による前記バッテリの充電を制御する制御手段と、
   前記フラグを記憶する記憶手段と、
   を備えたことを特徴とするバッテリの充電制御装置。
4. 所定の充電電圧でバッテリをリフレッシュ充電する充電手段と、
   バッテリの使用を開始するための所定のトリガ信号の検出時にリフレッシュ充電を示すフラグをセットして前記充電手段によるリフレッシュ充電処理を実行し、前記リフレッシュ充電の完了時に前記フラグをクリアすると共に、前記リフレッシュ充電処理の実行途中でバッテリの使用を停止するための所定の条件を満足したことにより前記リフレッシュ充電処理が中断された場合、その後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて、前記フラグがクリアされるまで繰り返しその後の前記フラグの検出のたびに、リフレッシュ充電処理をするかしないか判定し、その判定結果に基づいて、前記充電手段による前記リフレッシュ充電処理が実行されるように制御する制御手段と、
   前記フラグを記憶する記憶手段と、
   を備えたことを特徴とするバッテリの充電制御装置。

Images