JP4072913B2 - 車両のバッテリ管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、エンジンと電動機の両方を搭載するハイブリッド車や電気自動車等において、バッテリの残存容量を適切に推定する車両のバッテリ管理装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、低公害、省資源の観点からエンジンとモータとを併用する様々な形態のハイブリッド車や、モータのみで走行可能な電気自動車が開発され、実用化されている。

このような、ハイブリッド車や電気自動車においては、バッテリの管理を精度良く行うことが重要である。例えば、特開平８−２９５０６号公報においては、車両の停車状態を確認し、その直後の車両加速状態におけるバッテリからの放電電流とこの時のバッテリ電圧を検出して、これら放電電流とバッテリ電圧よりバッテリの内部抵抗を算出して、この内部抵抗に基いて正確にバッテリの残存容量を決定する技術が開示されている。
特開平８−２９５０６号公報

しかしながら、バッテリを上述の特許文献１に記載されるようなバッテリの残存容量で管理しようとすると、複数のパラメータを用いた複雑な演算処理が必要になり、これらパラメータ毎の検出誤差や、演算誤差を生じ、却って正確なバッテリの管理が難しいものとなる可能性がある。

ところで、ハイブリッド車両等に使用される鉛電池においては、充電量が多いときは少ないときに比べ、同じ電圧で充電したときに流れる電流量が少ないことが知られている。そこで、この特性を利用して、現在のバッテリ残存容量を推定し、バッテリ管理を行う車両がある。このバッテリ残存容量の推定は、充電電圧が低い場合では電流量が少ないため、精度良くバッテリ残存容量を推定すべく、回生時など充電電圧が高いときに行うものが多いが、この方式では、いつ回生を行うか定かでないため、推定を行う頻度が極端に少なくなってしまった場合などに、充電量が不十分となるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単、且つ、精度良く、また、適切な頻度で、バッテリの残存容量の推定を行うことが可能な車両のバッテリ管理装置を提供することを目的としている。

本発明は、設定する電圧値に基づいて発電機と接続したインバータ装置を作動させバッテリに対して定電圧充電を実行させる車両のバッテリ管理装置において、少なくとも前回の推定から予め設定した時間が経過した場合に、上記設定する電圧値を上昇して設定し、該印加電圧と、この状態における上記バッテリの電流値に応じてバッテリ残存容量の推定を行うバッテリ残存容量推定手段を備えたことを特徴としている。

本発明による車両のバッテリ管理装置は、簡単、且つ、精度良く、また、適切な頻度で、バッテリの残存容量の推定を行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図３は本発明の実施の形態を示し、図１は車両のバッテリ管理装置を有する車両全体の概略説明図、図２はバッテリ残存容量推定プログラムのフローチャート、図３は印加電圧とバッテリ電流とバッテリ残存容量の関係を示す特性図である。

図１において、符号１は車両前部に配置されたエンジンを示し、このエンジン１による駆動力は、エンジン１後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含んで図示）２からトランスファ３に伝達される。

更に、このトランスファ３に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸４、プロペラシャフト５、ドライブピニオン軸部６を介して後輪終減速装置７に入力される一方、リダクションドライブギヤ、リダクションドリブンギヤ、フロントドライブ軸を介して前輪終減速装置（以上、フロント駆動系は図示せず）に入力される。

後輪終減速装置７に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸８rlを経て左後輪９rlに、後輪右ドライブ軸８rrを経て右後輪９rrに伝達される。前輪終減速装置に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸８flを経て左前輪９flに、前輪右ドライブ軸８frを経て右前輪９frに伝達される。

次に、この車両に車載される各エレクトロニクス系について説明する。
本車両は、４２Ｖの高電圧系と１４Ｖの低電圧系の２つの電圧系統を有して構成されている。

符号１１は、インバータ装置を示し、このインバータ装置１１には、エンジン１のクランクスプロケット１２によりベルト１３を介して回転軸端部のプーリ１４が回転され発電を行うと共に、最初の始動時以外の再始動等におけるエンジン１の始動を行うモータ／ジェネレータ１５が電気的に接続されている。

インバータ装置１１には、充放電可能な３６Ｖバッテリ１６と接続された４２Ｖ系の配線が接続され、この４２Ｖ系の配線には、最初のエンジン始動時のみ使用するスタータモータ１７や、電動モータによるパワーステアリング装置１８等が接続されている。

また、インバータ装置１１側面には、４２Ｖ系の配線が接続されて、４２Ｖ電圧を１４Ｖ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１９が略一体的に併設されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１９に接続される配線には、充放電可能な１２Ｖバッテリ２０が接続され、その他各種ランプ、オーディオ、及び、後述する各制御装置等の１４Ｖ負荷２１が接続されている。

車両には、車両の自動停止再始動制御を実行するアイドルストップ制御装置３０が搭載されており、このアイドルストップ制御装置３０には、エンジン１における周知の各種制御を実行するエンジン制御装置３１、主に３６Ｖバッテリ１６の充電状態、放電状態を管理するバッテリ管理装置３２等が、例えば、車両の通信ネットワークとしてＩＳＯの標準プロトコルの一つであるＣＡＮ（Controller Area Network）等により接続されている。

アイドルストップ制御装置３０には、ブレーキペダル４１の踏み込みストロークを検出するブレーキペダル踏み込み量センサ４２（ブレーキ油圧を検出するものでも良い）、アクセルペダル４３の踏み込みストロークを検出するアクセルペダル踏み込み量センサ４４が接続されている。また、アイドルストップ制御装置３０には、ハンドル角θHを検出するハンドル角センサ４５、車速Ｖを検出する車速センサ４６、選択されたシフトポジション（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、３速、２速、１速の各レンジ位置）を検出するシフトポジションスイッチ４７、エンジン回転数ＮEを検出するエンジン回転数センサ４８等が接続されている。

そして、アイドルストップ制御装置３０は、これらスイッチ、センサ類から得られる情報を基に、予め設定しておいたエンジン自動停止条件が成立しているか否か判定し、エンジン自動停止条件が成立している場合には、エンジン制御装置３１に対して信号を出力してエンジン１を自動停止するアイドルストップを実行させる。

また、アイドルストップ制御装置３０は、アイドルストップ状態の場合にエンジン自動停止条件が不成立の状態となったら、エンジン制御装置３１及びインバータ装置１１に信号を出力してモータ／ジェネレータ１５を駆動させ、エンジン１を再始動させる。ここで、エンジン自動停止条件とは、例えば、ブレーキペダル４１が踏み込まれ、アクセルペダル４３が踏まれておらず、シフトポジションがＰ、Ｎ、Ｄ、３速、２速、１速の何れかで、車速Ｖが略ゼロであり、且つ、バッテリ管理装置３２からアイドルストップの禁止指令がない場合である。

更に、アイドルストップ制御装置３０は、予め設定しておいた回生条件（例えば、アクセルペダル４３が踏まれておらず、エンジン回転数ＮEが１０００rpm以上で、車速Ｖが４０km/h以上で、駆動系とエンジン１とが連結され燃料が消費されていない条件）が成立する場合には、バッテリ管理装置３２に対して回生指令を出力する。

また、バッテリ管理装置３２は、バッテリの残存容量（バッテリＳＯＣ）を後述の図２に示すフローチャートに従って適宜推定し、また、３６Ｖバッテリ１６の充電状態、放電状態を管理すべく、３６Ｖバッテリ１６における温度を検出するバッテリ温度センサ５１、３６Ｖバッテリ１６の電圧値を検出するバッテリ電圧計５２、３６Ｖバッテリ１６の電流値を検出するバッテリ電流計５３、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４９が接続されている。尚、前述の各制御装置に入力されるセンサ値やスイッチ信号は、これら各制御装置間で、ＣＡＮ通信により共有されている。

バッテリ管理装置３２におけるバッテリＳＯＣの推定は、具体的には、以下のように実行される。前回の推定から一定時間（例えば、５分）経過、又は、前回の推定から一定距離（例えば、２km）走行のどちらかの場合で、且つ、車両の運転状態が車速Ｖc（例えば、３０km/h）以上でスロットル開度がθc（例えば、１．２〜２度）以下の条件を満足する際に、インバータ装置１１に対して現在設定されている電圧値より予め設定した電圧値（例えば、２〜３Ｖ）だけ高い電圧値に設定させるように出力する。そして、そのときの３６Ｖバッテリ１６の電流値を計測し、この電流値とインバータ装置１１の設定した印加電圧とで、予めメモリしておいたマップを参照しバッテリＳＯＣの値を推定する。すなわち、バッテリ管理装置３２はバッテリ残存容量推定手段としての機能を有して構成されている。

また、バッテリ管理装置３２は、充電に際しては、モータ／ジェネレータ１５の発電トルクを直接的に制御することなく、目標とする電圧値をインバータ装置１１に出力して充電を実行させるものであり、３６Ｖバッテリ１６は回生等により充電が行われるものであるため、通常は、予め設定しておいた７０％のバッテリ残存容量に相当する電圧値により充電が行われるようになっている。また、アイドルストップ制御装置３０から回生指令がある場合には、通常より若干高い目標とする電圧値がインバータ装置１１に対して出力される。

更に、バッテリ管理装置３２は、３６Ｖバッテリ１６の電圧値から３６Ｖバッテリ１６が過放電状態と判定される場合には、アイドルストップ制御装置３０に対してアイドルストップの禁止指令を出力し、更に、通常の充電電圧値よりも所定に高い電圧値で充電を実行する急速充電処理を実行して、放電状態を抑止させる。

また、バッテリ管理装置３２は、３６Ｖバッテリ１６の電流値から３６Ｖバッテリ１６が過充電状態と判定される場合には、モータ／ジェネレータ１５による発電をカットすることなく通常の充電電圧値よりも所定に低い電圧値を設定する充電休止処理を実行するようになっている。

次に、バッテリ管理装置３２におけるバッテリ残存容量推定プログラムを図２のフローチャートで説明する。まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で制御に必要なパラメータを読み込み、Ｓ１０２に進み、前回の推定から一定時間（例えば、５分）経過しているか否か判定する。そして、前回の推定から一定時間経過している場合にはＳ１０４にジャンプし、前回の推定から一定時間経過していない場合にはＳ１０３に進む。

前回の推定から一定時間経過しておらず、Ｓ１０３に進むと、前回の推定から一定距離（例えば、２km）走行しているか否か判定する。そして、前回の推定から一定距離（例えば、２km）走行している場合にはＳ１０４に進み、前回の推定から一定距離走行していない場合（すなわち、前回の推定から一定時間経過しておらず、前回の推定から一定距離も走行していない場合）は、そのままプログラムを抜ける。

Ｓ１０２、或いは、Ｓ１０３からＳ１０４に進むと、車両の運転状態が車速Ｖc（例えば、３０km/h）以上でスロットル開度がθc（例えば、１．２〜２度）以下の条件を満足するか否か判定される。この運転状態とは、３６Ｖバッテリ１６の電圧値を上昇させて、モータ／ジェネレータ１５により３６Ｖバッテリ１６を充電状態とし減速加速度を生じても、ドライバが不自然な感覚を持たないと想定される予め設定しておいた運転状態の領域である。

そして、Ｓ１０４で上述の運転状態を満足する場合にはＳ１０５に進み、満足しない場合には、そのままプログラムを抜ける。

Ｓ１０４の運転状態を満足しＳ１０５に進むと、インバータ装置１１に対して現在設定されている電圧値より予め設定した電圧値（例えば、２〜３Ｖ）だけ高い電圧値に設定させるように、印加電圧上昇指令を出力する。

その後、Ｓ１０６に進み、３６Ｖバッテリ１６の電流値を計測し、Ｓ１０７に進んで、Ｓ１０６で計測した３６Ｖバッテリ１６の電流値とインバータ装置１１の設定した印加電圧とで、予めメモリしておいたマップ（図３に一例を示す）を参照しバッテリＳＯＣの値を推定する。

そして、Ｓ１０８に進み、Ｓ１０７で推定したバッテリＳＯＣを出力してプログラムを抜ける。

このように、本実施の形態によれば、前回の推定から一定時間経過、又は、前回の推定から一定距離走行のどちらかの場合にバッテリＳＯＣの推定を実行しようとするようになっているので、回生状態に至らなくとも、印加電圧を上昇させて３６Ｖバッテリ１６への電流値を大きくし、精度の良いバッテリＳＯＣの推定を行うことが可能となっている。

また、前回の推定から一定時間経過、又は、前回の推定から一定距離走行のどちらかの場合が成立しても、更に、車両の運転状態によりバッテリＳＯＣ推定の制限を加えることにより、印加電圧の上昇による減速加速度を生じ、ドライバが不自然な感覚を持つことがなく実用性の高いシステムとなっている。

更に、本実施の形態によれば、単純に印加電圧と３６Ｖバッテリ１６への電流値とから精度の良いバッテリＳＯＣの推定が可能となる。

尚、車両の仕様によっては、バッテリＳＯＣの推定について、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４の処理については以下のような車両が考慮される。

１．Ｓ１０２のみ有する車両、すなわち、前回の推定から一定時間経過しているか否か判定し、前回の推定から一定時間経過しているのであれば、Ｓ１０５に進み、前回の推定から一定時間経過していないのであればプログラムを抜ける。

２．Ｓ１０２とＳ１０４を有する車両、すなわち、前回の推定から一定時間経過し、且つ、Ｓ１０４の車両の運転状態を満足する場合にはＳ１０５に進み、Ｓ１０２、或いは、Ｓ１０４の何れかを満足しない場合にはプログラムを抜ける。

３．Ｓ１０３のみ有する車両、すなわち、前回の推定から一定距離走行しているか否か判定し、前回の推定から一定距離走行しているのであれば、Ｓ１０５に進み、前回の推定から一定距離走行していないのであればプログラムを抜ける。

４．Ｓ１０３とＳ１０４を有する車両、すなわち、前回の推定から一定距離走行し、且つ、Ｓ１０４の車両の運転状態を満足する場合にはＳ１０５に進み、Ｓ１０３、或いは、Ｓ１０４の何れかを満足しない場合にはプログラムを抜ける。

５．Ｓ１０２とＳ１０３を有する車両、すなわち、前回の推定から一定時間経過している、或いは、前回の推定から一定距離走行している場合はＳ１０５に進み、Ｓ１０２とＳ１０３のどちらも満足しない場合にはプログラムを抜ける。

また、Ｓ１０２とＳ１０３の判定の順番は、逆でも良く、Ｓ１０４の処理は、Ｓ１０２、Ｓ１０３の前に行うようにしても良い。

車両のバッテリ管理装置を有する車両全体の概略説明図 バッテリ残存容量推定プログラムのフローチャート 印加電圧とバッテリ電流とバッテリ残存容量の関係を示す特性図

符号の説明

１ エンジン
１１ インバータ装置
１５ モータ／ジェネレータ
１６ ３６Ｖバッテリ
３０ アイドルストップ制御装置
３１ エンジン制御装置
３２ バッテリ管理装置（バッテリ残存容量推定手段）
４６ 車速センサ
４９ スロットル開度センサ
５３ バッテリ電流計
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (4)

1. 設定する電圧値に基づいて発電機と接続したインバータ装置を作動させバッテリに対して定電圧充電を実行させる車両のバッテリ管理装置において、
   少なくとも前回の推定から予め設定した時間が経過した場合に、上記設定する電圧値を上昇して設定し、該印加電圧と、この状態における上記バッテリの電流値に応じてバッテリ残存容量の推定を行うバッテリ残存容量推定手段を備えたことを特徴とする車両のバッテリ管理装置。
2. 設定する電圧値に基づいて発電機と接続したインバータ装置を作動させバッテリに対して定電圧充電を実行させる車両のバッテリ管理装置において、
   少なくとも前回の推定から予め設定した距離を走行した場合に、上記設定する電圧値を上昇して設定し、該印加電圧と、この状態における上記バッテリの電流値に応じてバッテリ残存容量の推定を行うバッテリ残存容量推定手段を備えたことを特徴とする車両のバッテリ管理装置。
3. 設定する電圧値に基づいて発電機と接続したインバータ装置を作動させバッテリに対して定電圧充電を実行させる車両のバッテリ管理装置において、
   前回の推定から予め設定した時間が経過した場合と、前回の推定から予め設定した距離を走行した場合の少なくとも一方が成立する際に、上記設定する電圧値を上昇して設定し、該印加電圧と、この状態における上記バッテリの電流値に応じてバッテリ残存容量の推定を行うバッテリ残存容量推定手段を備えたことを特徴とする車両のバッテリ管理装置。
4. 上記バッテリ残存容量の推定は、更に、車両の運転状態が予め設定しておいた運転条件を満足する場合にのみ実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両のバッテリ管理装置。

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