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JP4438088B2 - 車両用二次電池の充電状態検出装置 - Google Patents

車両用二次電池の充電状態検出装置 Download PDF

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Description

この発明は車両用二次電池の充電状態検出装置に係り、特に、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる車両用二次電池の充電状態検出装置に関する。
近時は、電動機を備えた電気自動車や、エンジンとこのエンジンを駆動及びアシスト可能な電動発電機とを備えたハイブリッド電気自動車などの電動機を搭載した車両が提案されている。このような車両においては、電動機を駆動するために搭載された車両用二次電池の充電状態を正確に把握する必要があり、充電状態検出装置を搭載している。車両用二次電池の充電状態検出装置は、車両に搭載された二次電池の充電状態を、この二次電池の開放電圧を基に算出する。
従来の車両用二次電池の充電状態検出装置には、充電時における二次電池の電流値を積算し、その積算値に基づいて充電量を算出する方法と、無負荷状態における二次電池の端子電圧に基づいて充電量を算出する方法と、の2つ方法により二次電池の充電量を算出するものがある。
特開平10−318912号公報
従来の車両用二次電池の充電状態検出装置には、電圧測定値及び電流測定値から二次電池の開放電圧を求め、充電状態の前回値にその後の充放電量を積算して充電状態の今回値を算出し、基準充電状態値に対応する基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、充電状態の今回値が充電量制御範囲内にある場合にのみ前記基準電圧値と開放電圧との比較結果に基づいて、充電状態の今回値を基準充電状態値に近づく向きに補正して充電状態を今回値とする逐次補正を行うものがある。
特開2002−238106号公報
従来の車両用二次電池の充電状態検出装置には、二次電池の充放電電流検出値を積算して二次電池の充電量演算値を演算し、発電機の発電電力が電動機の消費電力検出値と一致するように発電電力を制御して二次電池の充放電電流を強制的に0にし、この二次電池の充放電電流を強制的に0にする制御中の前記充放電電流検出値が0になったときの二次電池の端子電圧である電圧検出値に基づいて二次電池の充電量推定値を推定し、前記充電量演算値を前記充電量推定値により補正するものがある。
特許第3376881号公報
ところで、前記特許文献1に記載される充電状態検出装置においては、充電時における二次電池の電流値を積算して充電量を算出する方法が電流センサの読み取り誤差や中点ずれなどを生じるため、無負荷状態における二次電池の端子電圧を用いて充電量を算出する方法を併用することにより、充電状態の検出精度を向上している。
無負荷状態における二次電池の端子電圧(以下「開放電圧」と記す。)から二次電池の充電状態を検出する際には、予め準備した開放電圧と充電状態との相関図を用いるが、この相関図は開放電圧が十分に安定した場合のデータに基づく図である。
しかし、車両電源オフ後に二次電池の開放電圧が安定するまでには、長時間を必要とする。そのため、充電状態を正確に算出するには、車両電源オフ後の経過時間に相当する値を正確に判定する必要がある。
このため、車両電源オフ後における二次電池の安定した開放電圧を検出するためには、充電状態検出装置の制御手段である車載コンピュータを車両電源オフ後にも起動した状態に維持しておく方法が考えられるが、コンピュータの電力消費により車両に搭載したエンジンの二次電池が過放電するおそれがある。
この発明は、車両電源オン時における二次電池の充電状態を、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから算出する算出手段を備え、車両に搭載された二次電池の充電状態をこの二次電池の開放電圧を基に算出する車両用二次電池の充電状態検出装置において、前記算出手段は、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数を備え、この補正係数により前記二次電池の開放電圧から算出された充電状態と前記記憶しておいた二次電池の充電状態とを補正して、前記車両電源オン時における二次電池の充電状態を算出し、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間は、前記車両に搭載されたエンジンの暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値と、前記車両の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値とから算出することを特徴とする。
この発明の車両用二次電池の充電状態検出装置は、算出手段によって、暖機状態検出手段の検出値と車両周囲温度検出手段の検出値とから前回の車両電源オフ時からの経過時間を算出し、この経過時間に相当する補正係数により二次電池の開放電圧から算出された充電状態と記憶しておいた二次電池の充電状態とを補正し、車両電源オン時における二次電池の充電状態を算出することにより、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図1〜図6は、この発明の実施例を示すものである。図5において、2は車両、4はエンジン、6は電動発電機、8は自動変速機である。この車両2は、エンジン4とこのエンジン4を駆動及びアシスト可能な電動発電機6とを備えたいわゆるハイブリッド電気自動車である。
車両2は、エンジン4と、このエンジン4の図示しないクランク軸に接続された電動発電機6と、この電動発電機6に接続された有段式の自動変速機8とを搭載している。この車両2は、エンジン4および/または電動発電機6の発生する駆動力を、自動変速機8から差動機10を介して車軸12により車輪14に伝達し、走行する。
前記エンジン4は、燃料噴射弁16を有している。前記電動発電機6には、インバータ18を介して車両用二次電池(以下「二次電池」と記す。)20を接続している。電動発電機6は、車両2に搭載した二次電池20の電力により駆動されてトルクを発生し、エンジン4を駆動及びアシスト可能なモータ機能を有するとともに、エンジン4側あるいは車輪14側からの駆動力により駆動されて回生発電し、インバータ18を介して二次電池20に充電する発電機能を有している。前記自動変速機8は、流体式のトルクコンバータ22とギヤ式の変速部24とを備えている。なお、エンジン4、自動変速機8、燃料噴射弁16は、車両2に搭載した図示しない一次電池(図示せず)から電力を供給される。
前記電動発電機6と燃料噴射弁16とは、二次電池20の充電状態検出装置26を構成する制御手段28に接続して設けている。制御手段28には、二次電池20の温度を検出する二次電池温度センサ30と、二次電池20の電圧を検出する二次電池電圧センサ32と、二次電池20の電流を検出する二次電池電流センサ34と、エンジン4の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ36と、エンジン4の吸気温度を検出する吸気温度センサ38とを接続して設けている。
制御手段28は、二次電池20の電力をインバータ18を介して電動発電機6に供給し、エンジン4を駆動及びアシストするように制御するとともに、エンジン4側あるいは車輪14側からの駆動力により電動発電機6を駆動して回生発電し、インバータ18を介して二次電池20に充電する。
この制御手段28には、算出手段40を備えている。算出手段40は、図6に示す如く、周囲温度相当温度算出部42と温度差算出部44と補正係数算出部46と開放電圧充電状態算出部48と電源オフ時充電状態記憶部50と電源オン時充電状態算出部52とを備えている。
前記周囲温度相当温度算出部42は、車両周囲温度検出手段を構成する吸気温度センサ38の検出する吸気温度T3と、車両周囲温度検出手段を構成する二次電池温度センサ30の検出する二次電池温度T4とから、車両周囲温度検出手段の検出値T2である車両2の周囲温度に相当する温度T2を算出する。
前記温度差算出部44は、暖機状態検出手段の検出値T1であるエンジン4の冷却水温度センサ36の検出する冷却水温度T1と、前記周囲温度相当温度算出部42の算出した周囲温度に相当する温度T2とから、温度差△Tを算出する。
前記補正係数算出部46は、前記温度差算出部44の算出した温度差△Tから、車両2の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数kを算出する。
前記開放電圧充電状態算出部48は、今回の車両2の電源オン時の二次電池20の開放電圧から、充電状態SOC2を算出する。
前記電源オフ時充電状態記憶部50は、前回の車両2の電源オフ時に二次電池20の充電状態SOC3を記憶しておく。
前記電源オン時充電状態算出部52は、前記開放電圧充電状態算出部48により二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2と、前記電源オフ時充電状態記憶部50により記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とから、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を算出する。
これにより、車両2の二次電池20の充電状態検出装置26は、算出手段40によって、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を、今回の車両2の電源オン時の二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2と、前回の車両2の電源オフ時に記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とから算出する。
前記算出手段40は、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数kを備え、この補正係数kにより前記二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2と前記記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とを補正して、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を算出する。
また、前記算出手段40は、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間が長いほど大きくなる補正係数kを備え、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間が長いほど、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1に占める前記二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2の比率が、前記記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3よりも大きくなるように補正係数kにより補正して算出する。
さらに、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間は、車両2に搭載されたエンジン4の暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値T1(冷却水温度センサ36の検出する冷却水温度T1)と、車両2の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値T2(吸気温度センサ38の検出する吸気温度T3と二次電池温度センサ30の検出する二次電池温度T4とから算出される車両2の周囲温度に相当する温度T2)とから算出する。
前記暖機状態検出手段は、前記冷却水温度センサ36から構成される。また、前記車両周囲温度検出手段は、エンジン4の吸気温度を検出する吸気温度センサ38と、二次電池20の温度を検出する二次電池温度センサ30とから構成される。
次に、この実施例の作用を説明する。
車両2の二次電池20の充電状態検出装置26は、図1に示す如く、プログラムがスタートすると(102)、二次電池温度センサ30、二次電池電圧センサ32、二次電池電流センサ34、冷却水温度センサ36、吸気温度センサ38から各種信号を取り込む(104)。なお、充電状態検出装置26は、前回の車両2の電源オフ時に二次電池20の充電状態SOC3を記憶しておく。
取り込まれた各種信号から、今回の車両2の電源オン時の二次電池20の開放電圧から充電状態SOC2を算出し(106)、車両2の周囲温度に相当する温度T2を吸気温度T3と二次電池温度T4とから算出する(108)。
エンジン4の暖機状態を示す冷却水温度センサ36の検出する冷却水温度T1と前記車両2の周囲温度に相当する温度T2とから温度差△Tを算出し(110)、この温度差△Tから車両2の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数kを算出する(112)。
この算出された補正係数kにより前記二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2と前記記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とを補正して、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を算出し(114)、プログラムを終わる(116)。算出された車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1は、電動発電機の駆動・発電及び二次電池20の放電・充電の制御に使用される。
即ち、この車両2の二次電池20の充電状態検出装置26は、車両2の電源オン時に、二次電池20の開放電圧から求めた充電状態SOC2と、前回の車両2の電源オフ時に記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とから、二次電池20の充電状態SOC1を算出するものであり、この二次電池20の充電状態SOC1に対する前記開放電圧から求めた充電状態SOC2と前記記憶しておいた充電状態SOC3との反映比率を変えるものである。
二次電池20の充電状態検出装置26は、車両2の電源オフ後に二次電池20の開放電圧が安定するまでに長時間を必要とすることから、車両2の電源オフ後の経過時間に相当する値を算出するために、車両2に搭載されたエンジン4の暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値T1と、車両2の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値T2との差△Tを利用している。
暖機状態検出手段の検出値T1は、冷却水温度センサ36の検出する冷却水温度T1を用いる。エンジン4の冷却水温度T1は、図2に実線で示す如く、車両2の電源オフ後に徐々に低下していき、充分な時間が経過すると、車両2の周囲温度と等しくなる。
車両2の周囲温度を検出する手段を有していない場合は、車両2の周囲温度T2に相当する情報として、エンジン4の吸気温度T3と二次電池20の二次電池温度T4とを用いる。
エンジン4の吸気温度T3は、図2に破線で示す如く、車両2の電源オフ直後は高温であるものの、冷却水温度T1より熱容量が小さいため、早い時間で車両2の周囲温度に近づく。また、二次電池20の二次電池温度T4は、図2に2点鎖線で示す如く、車両2の走行中はやや発熱があるものの、車両2の電源オフ直後の車両2の周囲温度との差は吸気温度と車両2の周囲温度との差よりも小さい。そこで、エンジン4の吸気温度T3と二次電池20の二次電池温度T4との小さいほうの値を、車両2の周囲温度T2とみなす。
車両2の電源オフ後の経過時間に相当する値は、暖機状態を示す冷却水温度センサ36の検出する冷却水温度T1と、エンジン4の吸気温度T3と二次電池20の二次電池温度T4とのいずれか小さいほうの値である車両2の周囲温度T2とから算出される温度差△Tより算出される。温度差△Tが小さい場合は、前回の車両2の電源オフ後の経過時間が長いことになる。
前回の車両2の電源オフ後の経過時間が長い場合は、二次電池20の開放電圧が充分に安定しているため、車両2の電源オン時における充電状態SOC1は二次電池20の開放電圧と充電状態の相関図(図3参照)を用いて求めた充電状態SOC2によく合うことから、この充電状態SOC2を重視した充電状態とするため、補正係数k(0≦k≦1)を大きくする。
一方、前回の車両2の電源オフ後の経過時間が充分でなく短い場合は、二次電池20の開放電圧が充分に安定していないため、二次電池20の開放電圧と充電状態の相関図(図3参照)に不正確な部分があることから、補正係数kを車両2の電源オフ後の経過時間の経過時間に応じて小さくする。
これより、補正係数kは、図4に示す如く、温度が高いほど大きくなり、経過時間が長いほど小さくなる。
これより、二次電池20の充電状態検出装置26は、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を、
SOC1=k*SOC2+(1−k)*SOC3
の式より算出する。
この式において、SOC2は今回の車両2の電源オン時の二次電池20の開放電圧から求められた充電状態、SOC3は前回の車両2の電源オフ時に記憶しておいた二次電池20の充電状態、補正係数kは車両2の電源オフ後の経過時間に相当する値であり、この補正係数kによってSOC1に反映されるSOC2とSOC3との割合(反映比率)を異ならせている。
これにより、二次電池20の開放電圧から、より正確に車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を判定することができる。
このように、この車両2の二次電池20の充電状態検出装置26は、算出手段40によって、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を、今回の車両2の電源オン時の二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2と、前回の車両2の電源オフ時に記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とから算出する。
このため、この車両2の二次電池20の充電状態検出装置26は、車両に搭載された二次電池の充電状態を精度良く検出することができる。
また、前記算出手段40は、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数kを備え、この補正係数kにより前記二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2と前記記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3とを補正して、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1を算出することにより、より正確な二次電池の充電状態を検出することができる。
さらに、前記算出手段40は、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間が長いほど大きくなる補正係数kを備え、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間が長いほど、車両2の電源オン時における二次電池20の充電状態SOC1に反映される前記二次電池20の開放電圧から算出された充電状態SOC2の割合が、前記記憶しておいた二次電池20の充電状態SOC3よりも大きくなるように補正係数kにより補正して算出することにより、車両2の電源オン時におけるに二次電池20の開放電圧が安定する度合いに応じて算出方法を変化させることができ、精度の高い検出方法を確立することができる。
さらにまた、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間は、車両2に搭載されたエンジン4の暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値T1と、車両2の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値T2とから算出することにより、前回の車両2の電源オフ後の経過時間を測定するのに専用のタイマを設ける必要がない。
また、前記車両周囲温度検出手段は、エンジン4の吸気温度を検出する吸気温度センサ38と、二次電池20の温度を検出する二次電池温度センサ30とから構成されるので、エンジン4に既設の温度センサを利用することができ、専用の車両周囲温度検出手段を設ける必要がなく、軽量化及び省スペース化に貢献するこができる。
なお、この発明は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。
例えば、上述実施例においては、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間を、エンジン4の冷却水温度T1とエンジン4の吸気温度T3と二次電池20の二次電池温度T4とを用いて算出したが、制御手段28に内蔵される時計(図示せず)を利用して、前回の車両2の電源オフ時の制御手段28に内蔵される時計の時刻を記憶しておき、今回の車両2の電源オン時の制御手段28に内蔵される時計の時刻と前記記憶しておいた時刻とを用いて、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間を算出することもできる。
また、上述実施例においては、前回の車両2の電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数kをエンジン4の暖機状態と車両2の周囲温度とから算出したが、前回の車両2の電源オフ前における二次電池20の使用状況を考慮して補正係数kを算出することができる。
この発明の車両用二次電池の充電状態検出装置は、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから、車両に搭載される二次電池の充電状態を精度良く検出することができ、車両に搭載される一次電池の充電状態の検出にも適用することができ、また、車両に既設の温度センサを用いて車両の電源オフ後の経過時間を算出することができるので、他の制御の制御因子として利用することができる。
車両用二次電池の充電状態検出装置の実施例を示す充電状態算出のフローチャートである。 車両の電源オフ後の温度推移を示す図である。 二次電池の開放電圧と充電状態の相関図である。 車両の電源オフ後の経過時間による補正係数を示す図である。 充電状態検出装置のシステム構成図である。 充電状態検出装置の制御ブロック図である。
符号の説明
2 車両
4 エンジン
6 電動発電機
8 自動変速機
18 インバータ
20 二次電池
26 充電状態検出装置
28 制御手段
30 二次電池温度センサ
32 二次電池電圧センサ
34 二次電池電流センサ
36 冷却水温度センサ
38 吸気温度センサ
40 算出手段
42 周囲温度相当温度算出部
44 温度差算出部
46 補正係数算出部
48 開放電圧充電状態算出部
50 電源オフ時充電状態記憶部
52 電源オン時充電状態算出部

Claims (3)

  1. 車両電源オン時における二次電池の充電状態を、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから算出する算出手段を備え、車両に搭載された二次電池の充電状態をこの二次電池の開放電圧を基に算出する車両用二次電池の充電状態検出装置において、
    前記算出手段は、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間に相当する補正係数を備え、この補正係数により前記二次電池の開放電圧から算出された充電状態と前記記憶しておいた二次電池の充電状態とを補正して、前記車両電源オン時における二次電池の充電状態を算出し、
    前記前回の車両電源オフ時からの経過時間は、前記車両に搭載されたエンジンの暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値と、前記車両の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値とから算出することを特徴とする車両用二次電池の充電状態検出装置。
  2. 車両電源オン時における二次電池の充電状態を、今回の車両電源オン時の二次電池の開放電圧から算出された充電状態と、前回の車両電源オフ時に記憶しておいた二次電池の充電状態とから算出する算出手段を備え、車両に搭載された二次電池の充電状態をこの二次電池の開放電圧を基に算出する車両用二次電池の充電状態検出装置において、
    前記算出手段は、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間が長いほど大きくなる補正係数を備え、前記前回の車両電源オフ時からの経過時間が長いほど前記車両電源オン時における二次電池の充電状態に反映される前記二次電池の開放電圧から算出された充電状態の割合が前記記憶しておいた二次電池の充電状態よりも大きくなるように前記補正係数により補正して算出し、
    前記前回の車両電源オフ時からの経過時間は、前記車両に搭載されたエンジンの暖機状態を検出する暖機状態検出手段の検出値と、前記車両の周囲温度を検出する車両周囲温度検出手段の検出値とから算出することを特徴とする車両用二次電池の充電状態検出装置。
  3. 前記車両周囲温度検出手段は、前記エンジンの吸気温度を検出する吸気温度センサと、前記二次電池の温度を検出する二次電池温度センサとから構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用二次電池の充電状態検出装置。
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