JP5298948B2

JP5298948B2 - 充電量監視装置

Info

Publication number: JP5298948B2
Application number: JP2009044127A
Authority: JP
Inventors: 哲夫深瀬; 武男日吉
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010197294A

Description

本発明は、充電量がエンジン始動に支障をきたす充電量かどうか精度良く判定できる充電量監視装置に関する。

車両においては、バッテリ上がりによる路上故障が市場クレームのトップを占めている。

ところで、バッテリは、エンジンが動作中には充電され、エンジンが停止中には放電される。エンジン始動のときにバッテリからの電源供給でスタータを駆動する必要があるので、バッテリの充電量（充電状態（ＳＯＣ）、充電率ともいう）がスタータの駆動に十分な充電量であるかどうかが重要である。とりわけ、ＩＳＳ（アイドルストップスタート）制御を行う車両では、エンジンの自動停止、自動始動が行われるので、車両の制御装置（ＥＣＵ）がバッテリの充電量を監視する必要がある。もし、エンジン始動に支障をきたす充電量であれば、ＥＣＵはＩＳＳ制御によるエンジン自動停止を禁止することになる。

従来、バッテリ液にフロートを浮かべてバッテリ液の比重や液面位置を検知し、バッテリ液の比重の変化や液面位置の変化から、充電量が健全な充電量であるか不足であるかを判定するフロート式バッテリセンサがある。しかし、バッテリはメーカや機種により、比重や液面位置にばらつきがあるため、フロート式バッテリセンサが検出する比重や液面位置をＥＣＵにおいて管理することが困難である。

バッテリの電圧から充電量を検出する技術を記載した先行技術文献として、特許文献１、２、３がある。

特開２００８−９４２１２号公報特開２００８−２１３７０８号公報特開２００７−９９０２８号公報

特許文献１の技術では、開回路電圧から充電量を推定しているので、その充電量がエンジン始動に支障をきたす充電量かどうかの判定には必ずしも適切とはいえない。なぜなら、エンジン始動時にはバッテリ電圧は開回路電圧より大きく落ち込むのであり、そのときのバッテリ電圧がスタータの駆動に十分であるか否かがエンジン始動の成功を左右するからである。

特許文献２の技術では、エンジン始動時におけるバッテリ電圧の脈動周期の大小によって充電量に余裕があるかどうかを判定している。しかし、ＥＣＵは、デジタル機器であり、センサがアナログ信号を出したとしても、所定のサンプリング周期でデータを取り込んで時間的離散データとしている。ＥＣＵのような車載機器は、例えば、地上で使用されるような高価なデータサンプリング装置に比べてサンプリング周期が長い。このようなサンプリング周期が長い時間的離散データからピークを検出し、そのピーク時刻から脈動周期を求めると、脈動周期の検出精度は高くならない。

特許文献３の技術では、セルモータ起動後の初回の電圧ボトム値とｎ回目の電圧ボトム値との差分からバッテリの劣化を判定している。しかし、ＥＣＵにおいては、電圧ボトム値をサンプリング周期が長い時間的離散データから検出するため、アナログ信号としてのバッテリ電圧が最低になったときの瞬時値を拾えるとは限らないので、電圧ボトム値の検出精度は高くならない。

バッテリ上がりによる路上故障を減らすという目的だけであるならば、充電量不足であると判定する基準を充電量が大きい側に設定するという安全策がある。しかし、例えば、ＩＳＳ制御装置を搭載する車両の場合、ＩＳＳ制御によるエンジン自動停止を過度に禁止したのでは、排気ガスの削減という主旨に反する。したがって、バッテリがエンジン始動に支障をきたす充電量になっているかどうかを精度良く判定することが望まれる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、充電量がエンジン始動に支障をきたす充電量かどうか精度良く判定できる充電量監視装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、車両のエンジンの回転時に充電されスタータに電力を供給するバッテリの充電量を監視する装置であって、アイドルストップスタート（ＩＳＳ）制御によるエンジン自動始動を判定するＩＳＳメイン処理部と、ＩＳＳメイン処理部からのＩＳＳ制御によるエンジンの自動始動時に、スタータへの通電開始時点からあらかじめ設定された不感知時間が経過する間、サンプリングを開始せず、不感知時間が経過後、所定のサンプリング周期でバッテリ電圧をサンプリングし、かつエンジンの回転数が完爆回転数に到達したときサンプリングを終了し、不感知時間が経過してから完爆回転数に達するまでの期間においてサンプリングしたバッテリ電圧の平均である始動時平均電圧を求める始動時平均電圧検出部と、始動時平均電圧があらかじめ設定された基準電圧より低いとき、バッテリが充電量不足と判定する充電量不足判定部とを備えたものである。

上記充電量不足判定部は、始動時平均電圧が基準電圧より低い状態の回数を加算計数し、始動時平均電圧が基準電圧を超える状態の回数を減算計数し、計数値があらかじめ設定された回数に達したとき、充電量不足と判定してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）充電量がエンジン始動に支障をきたす充電量かどうか精度良く判定できる。

（２）エンジン始動時に出力されるバッテリ電圧は、バッテリの状態のみならず、車両の状態（例えば、低温時始動）を含め出力されるため、エンジン始動性を保証するＩＳＳとしては有効な判定ができる。

本発明の一実施形態を示す充電量監視装置のブロック構成図である。図１の充電量監視装置における始動時平均電圧を求める処理アルゴリズムを示すフローチャートである。図１の充電量監視装置におけるバッテリの充電量不足を判定する処理アルゴリズムを示すフローチャートである。本発明の充電量監視中における信号波形図であり、（ａ）はバッテリ電圧とサンプリング周期の信号、（ｂ）はエンジン回転数の信号、（ｃ）はスタータリレーの信号が示される。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る充電量監視装置１は、車両のエンジン２の回転時に発電機３により充電されスタータ４に電力を供給するバッテリ５の充電量を監視する装置であって、エンジン２の始動時の所定時間内に所定のサンプリング周期τでバッテリ電圧をサンプリングしてその平均である始動時平均電圧を求める始動時平均電圧検出部６と、始動時平均電圧があらかじめ設定された基準電圧より低いとき、バッテリが充電量不足と判定する充電量不足判定部７とを備えたものである。

本発明が適用される車両は、エンジン２、発電機３、スタータ４、バッテリ５のほかにも公知のあらゆる車両部材を備えているが、図１には本発明に関連のある部材だけが示される。

充電量監視装置１は、公知のＥＣＵ８に組み込むとよい。本発明で使用するバッテリ電圧、エンジン回転数、スタータリレー通電（スタータＣ端子電圧）、発電機（ＡＣＧ）作動（ＡＣＧＬ端子電圧）等の検出値は、従来よりＥＣＵ８で利用しているので、これらを検出するセンサについては説明しない。

始動時平均電圧検出部６は、所定のサンプリング周期τごとにバッテリ電圧をデジタル値に変換して記憶する電圧検出処理部９と、エンジン回転数をデジタル値に変換して記憶するエンジン回転数検出処理部１０と、スタータリレー通電の有無をスタータＣ端子電圧から検出して記憶するスタータ作動検出処理部１１と、発電機３の発電電力が所定値を超えたかどうかをＡＣＧＬ端子電圧から検出して記憶するＡＣＧ作動検出処理部１２と、これらの検出値に基づいてエンジン２の始動時の所定時間内の始動時平均電圧を求める演算処理部１３とからなる。

始動時平均電圧検出部６は、ＥＣＵ８内のＩＳＳメイン処理部１４からの制御を受けており、ＩＳＳ制御によるエンジン自動始動が行われているときのみ、本発明の充電量監視を実行するようになっている。

始動時平均電圧検出部６は、スタータ４への通電開始時点からあらかじめ設定された不感知時間が経過する間、サンプリングを開始せず、不感知時間が経過後、サンプリングを開始するようになっている。また、始動時平均電圧検出部６は、エンジン２の回転数が完爆回転数に到達したときサンプリングを終了するようになっている。また、始動時平均電圧検出部６は、発電機３の発電電力が所定値を超えたときサンプリングを終了するようにしても良い。

充電量不足判定部７は、バッテリ５の充電量不足を判定するためにあらかじめ設定された基準電圧を記憶する基準電圧記憶部１５と、始動時平均電圧検出部６が供給する始動時平均電圧と基準電圧記憶部１５の基準電圧とを比較する比較部１６と、バッテリ５が充電量不足と判定されたときＥＣＵ８の外部に警報（診断結果）を出力する出力部１７とからなる。

本実施形態においては、充電量不足判定部７は、始動時平均電圧が基準電圧より低い状態の回数を加算計数し、始動時平均電圧が基準電圧を超える状態の回数を減算計数し、計数値があらかじめ設定された回数に達したとき、充電量不足と判定するようになっている。

ＥＣＵ８の外部には、充電量不足を運転者に対して表示する表示部１８、充電量不足の記録を行う故障診断外部記録部１９が設置される。表示部１８は、充電量監視装置１に専用のものである必要はなく、ＥＣＵ８に搭載される他の診断装置が判定した内容を表示する表示部１８に充電量の判定結果を出力するようにするのが好ましい。

以下、充電量監視装置１の動作を図２、図３に基づいて説明する。

図２に示されるように、スタート後、Ｓ２１；始動時平均電圧検出部６は、ＩＳＳ制御によるエンジン自動始動が行われているかどうかを判定し、ＩＳＳ制御によるエンジン自動始動でなければ、スタートに戻る。ＩＳＳ制御によるエンジン自動始動が始まると、先に進む。

Ｓ２２；始動時平均電圧検出部６は、スタータリレーに通電が有るかどうかを判定し、無ければ有るまで判定を繰り返して待つ。スタータリレーに通電が有ると、先に進む。

Ｓ２３；始動時平均電圧検出部６は、スタータリレーに通電が有ってからｔ秒経過したかどうか判定する。ｔ秒経過していなければ判定を繰り返して待つ。ｔ秒経過すると、先に進む。これは、スタータ４への通電開始時点からあらかじめ設定された不感知時間ｔが経過する間、サンプリングを開始せず、不感知時間ｔが経過後、サンプリングを開始するようにするためである。ｔは、例えば、５０ｍｓｅｃあるいは１０１〜１３４ｍｓｅｃである。

Ｓ２４；始動時平均電圧検出部６は、バッテリ電圧の積算を開始する。なお、積算値のゼロクリアはスタート時に行う。

Ｓ２５；始動時平均電圧検出部６は、所定のサンプリング周期τが経過すると、バッテリ電圧を読み取って積算する。サンプリング周期τは、ＩＳＳ制御におけるタスク周期と同期し、例えば、２５ｍｓｅｃである。

Ｓ２６；始動時平均電圧検出部６は、積算値を積算回数で割ることにより、積算開始からその時点までのバッテリ電圧の平均である始動時平均電圧を求める。

Ｓ２７；始動時平均電圧検出部６は、エンジン回転数が完爆回転数に到達したかどうか判定する。エンジン回転数が完爆回転数に到達していなければ、積算を継続するべく、戻る。エンジン回転数が完爆回転数に到達していれば、先に進む。完爆回転数は、例えば、４００ｒｐｍである。

Ｓ２８；始動時平均電圧検出部６は、積算と平均演算を終了する。

以上の動作により、始動時平均電圧検出部６は、スタータ４への通電が開始され不感知時間が経過してから、エンジン２の回転数が完爆回転数に到達するまでの期間における始動時平均電圧が得られる。

図３に示されるように、Ｓ３１；充電量不足判定部７は、始動時平均電圧とあらかじめ設定された基準電圧との比較を開始する。バッテリ定格電圧が２４Ｖとしたとき、基準電圧は、例えば、１６Ｖである。

Ｓ３２；充電量不足判定部７は、始動時平均電圧があらかじめ設定された基準電圧以下であるかどうか判定する。Ｎｏであれば、Ｓ３３；充電量は正常と判定し、充電量低下カウンタをカウントダウン（１つデクリメント）して、エンドに進む。Ｙｅｓであれば、Ｓ３４；充電量が低下と判定し、充電量低下カウンタをカウントアップ（１つインクリメント）して、先に進む。

Ｓ３５；充電量不足判定部７は、充電量低下カウンタの値がｎ回以上であるかどうか判定する。Ｎｏであれば、判定を保留し、エンドに進む。Ｙｅｓであれば、先に進む。ここで、ｎは、あらかじめ設定された許容回数である。

Ｓ３６；充電量不足判定部７は、エンジン始動の度に加算又は減算計数した充電量低下カウンタの値がｎ回以上となったことから、バッテリが充電量不足であるというＩＳＳ制御時の自己診断判定結果を確定させる。

Ｓ３７；充電量不足判定部７は、判定結果を表示部１８に出力する。表示部１８では充電量不足を運転者に対して表示する。

Ｓ３８；充電量不足判定部７は、判定結果を故障診断外部記録部１９に出力する。故障診断外部記録部１９では充電量不足の記録を行うことになる。

次に、本発明の充電量監視の原理を説明する。

図４（ａ）及び図４（ｃ）に示されるように、車両のキーイグニッション操作により、スタータリレーが駆動（論理値１）されると、スタータ４への通電が開始される。バッテリ電圧は、短時間の間にいったん大幅に低下し、その後、脈動しつつ徐々に上昇して、最終的には定格値まで復帰する。バッテリ５の充電量が十分に多ければ、バッテリ電圧の低下傾向が小さく、バッテリ５の充電量が少なければ、バッテリ電圧の低下傾向が顕著になるので、エンジン２の始動時の所定時間内におけるバッテリ電圧の平均値である始動時平均電圧を基準電圧と比較することで、充電量の不足を判定することができる。

スタータ４への通電開始時点から不感知時間ｔが経過した後、所定のサンプリング周期τでのサンプリングが開始される。

図４（ｂ）に示されるように、スタータ４への通電開始後、エンジン回転数は０ｒｐｍから徐々に上昇する。ＥＣＵ８が読み込んだエンジン回転数が例えば３８４ｒｐｍとなり、その次に読み込んだエンジン回転数が完爆回転数４００ｒｐｍを超えたとすると、エンジン回転数が３８４ｒｐｍのときまででサンプリングが終了する。一方、エンジン回転数が完爆回転数４００ｒｐｍに達したことにより、スタータリレーが遮断（論理値０）される。

このような充電量監視装置１の動作により、不感知時間ｔの経過後からエンジン回転数が完爆回転数になるまでの間、所定のサンプリング周期τでバッテリ電圧の読み取り及び積算が継続され、始動時平均電圧が求まる。

本発明によれば、始動時平均電圧が基準電圧より低いとき、充電量不足と判定するようにしたので、バッテリの充電量がエンジン始動に支障をきたす充電量かどうかの判定に適切である。よって、バッテリ上がりによる路上故障を未然に防止することができる。

本発明によれば、エンジン２の始動時の所定時間内に所定のサンプリング周期τでバッテリ電圧をサンプリングしてその平均である始動時平均電圧を求めるようにしたので、ピーク値やボトム値を検出する従来技術に比較してサンプリング周期τの長さに依存する検出精度の低下がない。この結果、バッテリ５がエンジン始動に支障をきたす充電量になっているかどうかを精度良く判定することができるようになる。

さらに、本発明によれば、スタータ４への通電開始時点から不感知時間ｔが経過するまでバッテリ電圧をサンプリングしないので、電圧値が最もばらつく最初の電圧低下ピークを回避して始動時平均電圧を求めることができる。

本発明によれば、始動時平均電圧が基準電圧より低い状態の回数を加算計数し、始動時平均電圧が基準電圧を超える状態の回数を減算計数し、計数値があらかじめ設定された回数に達したとき、判定を確定させるので、計数値が設定回数に至らず判定を保留している間に、発電機３による充電によって充電量が回復することが期待でき、これによって判定の精度を上げることができる。

本発明によれば、バッテリ電圧の検出、ＡＤ変換は、従来よりＥＣＵ８にある機能を使用しているので、特別なセンサや回路を追加する必要がない。これにより、部品増加によるコスト増もなく、故障要因増もない。

１充電量監視装置
２エンジン
３発電機
４スタータ
５バッテリ
６始動時平均電圧検出部
７充電量不足判定部
８ＥＣＵ

Claims

車両のエンジンの回転時に充電されスタータに電力を供給するバッテリの充電量を監視する装置であって、
アイドルストップスタート（ＩＳＳ）制御によるエンジン自動始動を判定するＩＳＳメイン処理部と、
ＩＳＳメイン処理部からのＩＳＳ制御によるエンジンの自動始動時に、スタータへの通電開始時点からあらかじめ設定された不感知時間が経過する間、サンプリングを開始せず、不感知時間が経過後、所定のサンプリング周期でバッテリ電圧をサンプリングし、かつエンジンの回転数が完爆回転数に到達したときサンプリングを終了し、不感知時間が経過してから完爆回転数に達するまでの期間においてサンプリングしたバッテリ電圧の平均である始動時平均電圧を求める始動時平均電圧検出部と、
始動時平均電圧があらかじめ設定された基準電圧より低いとき、バッテリが充電量不足と判定する充電量不足判定部とを備えたことを特徴とする充電量監視装置。
上記充電量不足判定部は、始動時平均電圧が基準電圧より低い状態の回数を加算計数し、始動時平均電圧が基準電圧を超える状態の回数を減算計数し、計数値があらかじめ設定された回数に達したとき、充電量不足と判定することを特徴とする請求項１に記載の充電量監視装置。