JP6695626B2

JP6695626B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6695626B2
Application number: JP2016035138A
Authority: JP
Inventors: 康正大西; 正樹竹葉; 祥明仲谷; 芳樹岡崎
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2017152283A

Description

本発明は、車載のバッテリの液温を推測する制御装置に関する。

車両用のバッテリとして広く採用されている鉛バッテリは、バッテリ内部を満たすバッテリ液である電解液の温度が低下すると内部抵抗が増大して充電受入性が悪化する。故に、現在のバッテリ液温を把握した上で、そのバッテリ液温に応じて充電期間の長さを調整する必要が生じる（例えば、下記特許文献を参照）。さもなくば、バッテリ液温が低い場合にバッテリが十分に充電されず蓄電量が不足する、またサルフェーションによるバッテリ寿命の短命化を招く懸念が生じる。

バッテリ液は強酸性であることから、バッテリ液中に温度センサを投入してその液温を直接計測することは困難である。そこで、従来、バッテリの電極の付近に温度センサ（サーミスタ）を配置し、バッテリ近傍の雰囲気の温度を検出することを通じて、バッテリ液温の推測を行っている。

しかしながら、上述の温度センサにより検出されるバッテリ近傍の雰囲気の温度は、実際のバッテリ液温を必ずしも精確には表さない。例えば、外気温が低い環境下で長時間駐車していた車両の内燃機関を冷間始動した場合、その始動後暫くの間は、エンジンルーム内の雰囲気の温度の上昇に対してバッテリ液温の上昇が遅れ、温度センサによる検出温度と実際のバッテリ液温との間に乖離が生じる。即ち、バッテリ液温が実際よりも高く見積もられてしまう。

また、稼働していた内燃機関を停止して車両を比較的短時間（数十分から一時間程度）駐車する際には、内燃機関の運転停止後、エンジン冷却水の循環やエンジンルームへの走行風の流入がなくなることから、エンジンルーム内の雰囲気が一時的に昇温し、これに伴い温度センサで検出される温度もまた上昇する。一方で、バッテリ液温はエンジンルーム内の雰囲気の温度の上昇に必ずしも追従しない。結果として、比較的短時間の駐車後の内燃機関の再始動時における温度センサの検出温度が実際のバッテリ液温よりも高くなることがある。

特開平０７−２９８５０７号公報

本発明は、停止していた内燃機関の再始動時における車載のバッテリの液温をより精確に把握することを所期の目的とする。

本発明では、停止していた内燃機関の再始動時における車載のバッテリの液温を推測するものであって、内燃機関の再始動時における内燃機関の温度を示唆する流体の温度、直近の内燃機関の停止時におけるバッテリの液温の推測値、及び内燃機関の再始動時におけるバッテリ近傍の雰囲気の温度を参照してこれら温度値のうち最も値の小さいものを、内燃機関の再始動時のバッテリの液温と見なす制御装置を構成した。

本発明によれば、停止していた内燃機関の再始動時における車載のバッテリの液温をより精確に把握することが可能となる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態における車両の発電システムの概要を示す電気回路図。内燃機関を一旦停止後再始動する場合におけるバッテリ近傍の雰囲気の温度及びバッテリ液の温度の変動の推移を例示する図。内燃機関及び車両の稼働中のバッテリ近傍の雰囲気の温度及びバッテリ液の温度の変動の推移、並びにバッテリ液の温度の推測値を例示する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。

車両には、各種の電気負荷が実装されている。その具体例としては、内燃機関の点火系や各種バルブ２３、３２等の他、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、エンジン冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置、内燃機関の始動時にクランクシャフトを回転駆動する電動機（スタータモータ。但し、発電機１１０と一体化したＩＳＧ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）であることがある）、車室内空調用のエアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等が挙げられる。

電気負荷への電力供給の源となる発電機（オルタネータ。但し、電動機と一体化したＩＳＧであることがある）１１０は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介して内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに接続しており、クランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、発電した電力を車載のバッテリ１２０に充電し、及び／または，車両に実装された各種の電気負荷に給電する。バッテリ１２０は、車両用として周知の鉛バッテリや、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリ等である。また、発電機１１０は、回生発電を行うことがある。即ち、運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、車両の加速を要求していない（減速を容認している）場合において、クランクシャフト及び車軸（駆動輪）の回転のエネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１２０に回収しつつ、内燃機関及び車両を減速させる。

図２に、発電システムの等価回路を示している。発電機１１０は、ステータに巻回されたステータコイル１１１と、ステータの内側に配置され回転するロータに巻回されたフィールドコイル１１２とを有する。ステータコイル１１１は三相コイルであり、三相交流の誘起電流を発電する。この誘起電流は、ダイオードを用いてなる整流器１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。

レギュレータ１３０は、発電機１１０に付随し、発電機１１０が発電して出力する電圧の大きさを制御するＩＣ式のものである。レギュレータ１３０は、半導体スイッチング素子を用いた切替回路１３１を介してフィールドコイル１１２に通電する。

レギュレータ１３０の電圧制御回路１３２は、制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０から発電機１１０の目標電圧を指令する信号ｍを受け付け、バッテリ１２０の端子電圧をその指令された目標電圧に追従させるべく、パワーデバイス１３１をスイッチ動作させるＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。発電機１１０の出力電圧、即ち発電機１１０のステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイル１１２を流れる励磁電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。発電機１１０による発電量、換言すればバッテリ１２０への充電量及び／または電気負荷への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。

発電機１１０は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。発電機１１０の出力電圧がバッテリ１２０の端子電圧を超越するとき、バッテリ１２０が充電され、かつ発電機１１０から電気負荷に電力が供給される。つまり、発電機１１０がクランクシャフトの回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ１２０への充電量及び電気負荷への給電量は、発電機１１０の出力電圧とバッテリ１２０電圧との電位差に依存する。

逆に、発電機１１０の出力電圧がバッテリ１２０電圧に満たないか、バッテリ１２０電圧に近いときには、バッテリ１２０が充電されず、また発電機１１０から電気負荷に電力が供給されない（バッテリ１２０から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、発電機１１０がクランクシャフトの回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。

要するに、ＥＣＵ０からレギュレータ１３０に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機１１０の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機１１０の機械負荷が減る。

内燃機関及び発電機１１０等の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に対する要求トルク）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆するエンジン冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｆ、バッテリ１２０に対して流出入する電流及びバッテリ１２０の電極端子近傍の雰囲気の温度を検出する電流・温度センサ（サーミスタを含む）１４０から出力されるバッテリ電流・温度信号ｇ、レギュレータ１３０の内蔵回路１３３から出力される励磁電流の通電／遮断（パワーデバイス１３１の点弧／消弧）の波形ひいては励磁電流の大きさを示すｆＤＵＴＹ信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、発電機１１０の出力電圧を制御する電圧レギュレータ１３０に対して電圧指令信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、発電機１１０の出力電圧（発電量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機を稼働させるための制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が内燃機関の温度（冷却水温）等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

本実施形態のＥＣＵ０は、バッテリ温度信号ｇを参照して、現在のバッテリ１２０の液温の推測を行う。

まず、停止していた内燃機関の再始動時（特に、冷間始動時）におけるバッテリ液温の初期値の決定方法を述べる。即ち、ＥＣＵ０は、
（Ａ）内燃機関の再始動時におけるエンジン冷却水の温度
（Ｂ）直近の内燃機関の停止時におけるバッテリ液温の推測値
（Ｃ）内燃機関の再始動時におけるバッテリ１２０近傍の雰囲気の温度
のうち、最も値の小さいものを、内燃機関の再始動時のバッテリ液温と見なす。

（Ａ）のエンジン冷却水温は、冷却水温信号ｅを参照して知得することができる。（Ｂ）のバッテリ液温の推測値については、後述する。そして、（Ｃ）のバッテリ１２０近傍の雰囲気の温度は、バッテリ温度信号ｇを参照して知得することができる。

図３は、稼働していた内燃機関を停止して車両を比較的短時間（数十分から一時間程度）駐車し、その後内燃機関を再始動した場合における、バッテリ１２０近傍の雰囲気の温度及びバッテリ液の温度の変動の推移の一例を示すものである。図３中、鎖線はバッテリ１２０近傍の雰囲気の温度を表し、実線はバッテリ液の温度を表している。内燃機関の運転を停止して駐車した時点ｔ₀以降、エンジン冷却水の循環やエンジンルームへの走行風の流入がなくなることから、エンジンルーム内の雰囲気が一時的に昇温する。これに伴い、バッテリ１２０の電極端子近傍に設置した温度センサ１４０により検出される温度、換言すればバッテリ温度信号ｇを参照して知得される温度もまた上昇する。一方で、バッテリ液温は、エンジンルーム内の雰囲気の温度の上昇に必ずしも追従しない。

従来は、内燃機関の再始動時点ｔ₁のバッテリ液温を、専らバッテリ温度信号ｇのみを参照して決定していた。このため、ＥＣＵ０が認識しているバッテリ液温と、実際のバッテリ液温とが乖離することがあった。これに対し、本実施形態では、上掲の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各温度値のうち最も低いものを内燃機関の再始動時点ｔ₁のバッテリ液温とすることにより、ＥＣＵ０が認識するバッテリ液温と実際のバッテリ液温との乖離の抑制を図っている。

続いて、内燃機関及び車両の稼働中のバッテリ液温の推測に関して述べる。本実施形態のＥＣＵ０は、バッテリ温度信号ｇを所定時間毎にサンプリングして得られる、バッテリ１２０近傍の雰囲気の温度値の時系列をなまし処理することで、現在のバッテリ１２０の液温を推測する。具体的には、
ｙ（ｎ）＝ｙ（ｎ−１）＋｛ｕ（ｎ）−ｙ（ｎ−１）｝／ｆ（ｎ）
のように、温度値の時系列の移動平均をとることで、温度値をなまし処理する。上式において、ｕ（ｎ）はバッテリ温度信号ｇの現時点でのサンプリング値、ｙ（ｎ）はバッテリ温度信号ｇのサンプリング値をなまし処理した結果として得られる現在のバッテリ液温の推測値、ｙ（ｎ−１）は直近の過去のバッテリ液温の推測値、１／ｆ（ｎ）はなましの程度（なまし処理の強さ）を規定する係数であり、（ｎ）は離散時間におけるｎ番目のサンプリング値を意味する。

なましの程度は、係数１／ｆ（ｎ）が大きいほど（換言すれば、ｆ（ｎ）が小さいほど）強くなる。その上で、本実施形態では、車速が比較的高い場合におけるなまし処理の係数１／ｆ（ｎ）を、車速が比較的低い場合におけるなまし処理の係数１／ｆ（ｎ）と比較して大きく設定する、つまりは現在の車速に応じてなまし処理の係数１／ｆ（ｎ）を変更することとしている。具体的には、車速信号ａを参照して知得される車速がある閾値（例えば、６０ｋｍ／ｈ）以上であるときの係数１／ｆ（ｎ）を、車速が同閾値未満であるときの係数１／ｆ（ｎ）と比較して大きく設定する。さらに、車速が閾値以上の高車速域において、車速が高くなるほど係数１／ｆ（ｎ）を大きく設定する。

なまし処理の係数１／ｆ（ｎ）を車速に応じて変更するのは、車速が高いほど内燃機関の発熱量が大きいこと、及びエンジンルームに吹き込む走行風の風量が増すことから、低温なバッテリ液の温度上昇の速さや高温のバッテリ液の温度低下の速さが増すことに基づく。

図４に、本実施形態のＥＣＵ０によるバッテリ液温の推測結果を例示している。図４中、鎖線はバッテリ温度信号ｇをサンプリングして得られるバッテリ１２０近傍の雰囲気の温度値の時系列を表し、実線は実際のバッテリ液の温度を表している。並びに、太い破線は本実施形態の手法により推測（なまし処理）したバッテリ液温を表し、細い破線はなまし処理の係数１／ｆ（ｎ）を現在の車速によらず一定として推測したバッテリ液温を表している。図４から明らかなように、車速に応じてなまし処理の係数１／ｆ（ｎ）を変更することで、バッテリ液温の推測値と実際のバッテリ液温との間の乖離が縮小することができる。

本実施形態では、停止していた内燃機関の再始動時における車載のバッテリ１２０の液温を推測するものであって、内燃機関の再始動時における内燃機関の温度を示唆する流体（エンジン冷却水）の温度、直近の内燃機関の停止時におけるバッテリ１２０の液温の推測値、及び内燃機関の再始動時におけるバッテリ１２０近傍の雰囲気の温度のうち最も値の小さいものを、内燃機関の再始動時のバッテリ１２０の液温と見なす制御装置０を構成した。本実施形態によれば、停止していた内燃機関の再始動直後におけるバッテリ１２０の液温をより精確に把握することができる。

並びに、本実施形態では、車載のバッテリ１２０の近傍の雰囲気の温度を検出するセンサ１４０を介して得られる温度値の時系列をなまし処理することを通じて現在のバッテリ１２０の液温を推測するものであって、車速が高い場合におけるなましの程度を、車速が低い場合におけるなましの程度と比較して大きくする制御装置０を構成した。本実施形態によれば、内燃機関及び車両の稼働中のバッテリ１２０の液温をより精確に把握することができる。ひいては、発電機１１０の発電及びバッテリ１２０の充電の制御の最適化を図ることが可能となり、バッテリ１２０の充電不足の回避、バッテリ１２０の寿命の延命、発電及び充電の効率化による燃費性能の向上に寄与し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、内燃機関の再始動時におけるバッテリ１２０の液温を推測するにあたり、エンジン冷却水の温度を用いていた。だが、これに代えて、エンジン潤滑油の温度や、内燃機関と車軸（駆動輪）とを繋ぐ駆動系のトルクコンバータ若しくは変速機に利用される作動液（トランスミッションフルード（ＣＶＴＦやＡＴＦ））の温度を、（Ａ）の内燃機関の温度を示唆する流体の温度として用いても構わない。

また、バッテリ温度信号ｇをサンプリングして得られる温度値の時系列をなまし処理してバッテリ１２０の液温を推測するにあたり、そのなまし処理のためのフィルタの演算式及びなましの強度を変更する具体的な手法は、上記実施形態のそれに限定されない。例えば、なましの強度を変える他の方法として、移動平均をとるために用いる過去の温度値の個数を増減させることも考えられる。即ち、過去にサンプリングした複数個の温度値の時系列の移動平均をとることでなまし処理を行う場合において、車速が比較的高い場合にはｘ個の温度値の移動平均をとることとし、車速がそれよりも低い場合にはｘ個よりも少ないｙ個の温度値の移動平均をとることとする。

その他、各部の具体的構成や処理の内容等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、内燃機関、発電機及びバッテリが搭載された車両の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１２０…バッテリ
１４０…バッテリの近傍の雰囲気の温度を検出するセンサ
ｇ…バッテリ温度信号

Claims

停止していた内燃機関の再始動時における車載のバッテリの液温を推測するものであって、
内燃機関の再始動時における内燃機関の温度を示唆する流体の温度、直近の内燃機関の停止時におけるバッテリの液温の推測値、及び内燃機関の再始動時におけるバッテリ近傍の雰囲気の温度を参照してこれら温度値のうち最も値の小さいものを、内燃機関の再始動時のバッテリの液温と見なす制御装置。