JP5974523B2

JP5974523B2 - バッテリ充電率判定方法及びバッテリ充電率判定装置

Info

Publication number: JP5974523B2
Application number: JP2012027799A
Authority: JP
Inventors: 暁梅本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: JP2013163461A; EP2626970A2; EP2626970A3; EP2626970B1

Description

本発明は、バッテリ充電率判定方法及びバッテリ充電率判定装置に係り、特に、バッテリがその充電率が所定率以下である低充電率状態にあることを判定するうえで好適な方法及び装置に関する。

従来、バッテリの充電率を判定する方法及び装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法及び装置において、車両走行中すなわちエンジン駆動中のバッテリの充電率は、バッテリ充放電電流が反転する際すなわちゼロになった際のバッテリの推定開放端電圧に基づいて算出される。バッテリの開放端電圧と充電率とは、一般的には線形関係にある。従って、上記の方法及び装置によれば、エンジン駆動中でもバッテリの充電率を精度よく判定することができる。

特開２０１０−２７１２８８号公報

しかし、エンジン駆動中、上記したバッテリ充放電電流がゼロになった際のバッテリの推定開放端電圧は、正規の開放端電圧に対して精度の悪いものであり、その推定開放端電圧と充電率との関係は、車両の走行状態やバッテリの充放電履歴，温度などに応じて大きなバラつきが生ずるものである。このため、上記した特許文献１記載の手法では、エンジン駆動中のバッテリの開放端電圧の推定誤差に起因してバッテリの充電率を誤判定するおそれがあり、その結果として、その後のバッテリ充電制御が適切に行われなくなるおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、バッテリ充電率の誤判定を低減することが可能なバッテリ充電率判定方法及びバッテリ充電率判定装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、バッテリと、該バッテリに充電電流を供給可能なオルタネータとを備える車両におけるバッテリ充電率判定方法であって、前記車両のエンジン駆動中に取得したデータに基づいて、前記オルタネータに指示すべき発電電圧を算出する算出工程と、前記算出工程において算出された発電電圧に所定電圧を上乗せした発電電圧が、前記オルタネータに対して指示可能な指示範囲内にある場合に、前記算出工程において算出された発電電圧に前記所定電圧を上乗せした発電電圧を、前記オルタネータに指示する発電電圧アップ工程と、前記発電電圧アップ工程における指示に基づき前記オルタネータの発電電圧が上がった後、前記バッテリに供給される充電電流が所定閾値以上である状態が所定時間継続するか否かを判別する状態判別工程と、前記状態判別工程において前記状態が前記所定時間継続すると判別された場合に、前記バッテリが、充電率が所定率以下である低充電率状態にあると判定する低充電率状態判定工程と、を備えるバッテリ充電率判定方法により達成される。

また、上記の目的は、バッテリと、該バッテリに充電電流を供給可能なオルタネータとを備える車両に搭載されるバッテリ充電率判定装置であって、前記車両のエンジン駆動中に取得したデータに基づいて、前記オルタネータに指示すべき発電電圧を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された発電電圧に所定電圧を上乗せした発電電圧が、前記オルタネータに対して指示可能な指示範囲内にある場合に、前記算出手段により算出された発電電圧に前記所定電圧を上乗せした発電電圧を、前記オルタネータに指示する発電電圧アップ手段と、前記発電電圧アップ手段による指示に基づき前記オルタネータの発電電圧が上がった後、前記バッテリに供給される充電電流が所定閾値以上である状態が所定時間継続するか否かを判別する状態判別手段と、前記状態判別手段により前記状態が前記所定時間継続すると判別された場合に、前記バッテリが、充電率が所定率以下である低充電率状態にあると判定する低充電率状態判定手段と、を備えるバッテリ充電率判定装置により達成される。

本発明によれば、バッテリ充電率の誤判定を低減することができる。

本発明の一実施例であるバッテリ充電率判定装置を備えるシステムの全体構成図である。バッテリ充電率と、オルタネータの発電電圧が所定電圧に上昇変化してから所定時間が経過した後のバッテリ充電電流との関係を表した実験データである。本実施例のバッテリ充電率判定装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。本実施例のバッテリ充電率判定装置において実現されるオルタネータの発電電圧指示値とバッテリの充電電流との時間変化を表した図である。

以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例であるバッテリ充電率判定装置１０を備えるシステム１２の全体図を示す。本実施例のシステム１２は、図１に示す如く、バッテリ１４と、車両電気負荷１６と、オルタネータ１８と、を備えている。システム１２は、バッテリ１４の充電電力及びオルタネータ１８の発電電力を供給して車両電気負荷１６を駆動し、また、オルタネータ１８の発電電力を供給してバッテリ１４を充電することが可能な車載システムである。また、バッテリ充電率判定装置１０は、バッテリ１４の充電率（ＳＯＣ）を判定する装置である。

バッテリ１４、車両電気負荷１６、及びオルタネータ１８は、互いに電力ライン２０を介して接続されている。バッテリ１４は、例えば１２ボルト程度の電圧を出力する直流電源である。車両電気負荷１６は、バッテリ１４及びオルタネータ１８から電力供給されて駆動されるメータやランプなどの負荷である。オルタネータ１８は、車載エンジンを動力源として駆動されることでその回転エネルギを電気エネルギに変換し、電力ライン２０を通じて車載電気負荷１６へ電力を供給すると共にバッテリ１４を充電する。

オルタネータ１８は、ロータコイルと、ステータコイルと、ステータコイルの出力を全波整流する整流回路と、を有している。オルタネータ１８は、ロータコイルに流れる電流量に応じて駆動されて発電する。オルタネータ１８は、発電で得た交流電力を整流回路で整流して直流電力に変換して出力する。オルタネータ１８は、また、出力される発電電圧を調整すべく制御されるスイッチ素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）などからなる電圧調整部を有している。オルタネータ１８は、電圧調整部が適宜スイッチング駆動されることでロータコイルに印加する電圧を調整してそのロータコイルに流れる励磁電流を調整し、出力する発電電圧を調整する。

オルタネータ１８には、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）２２が接続されている。ＥＣＵ２２には、オルタネータ１８に対して指示すべき発電電圧を算出するのに必要なデータが各種外部センサから入力される。この外部センサから入力されるデータは、少なくともバッテリ１４の両端電圧及び充放電電流を含むバッテリ１４の状態（バッテリ温度などを含んでもよい。）や車両電気負荷１６の作動状態，車両の走行状態（例えばエンジン作動状態やアクセルオン／オフ状態）などである。

ＥＣＵ２２は、定期的に、入力されるデータに基づいて、オルタネータ１８に対して指示すべき目標の発電電圧（発電電圧指示値）を算出する。尚、オルタネータ１８に対して指示できる目標発電電圧は、所定の指示範囲（例えば、１３．８ボルト〜１４．８ボルトの範囲）に限られることとすればよく、オルタネータ１８に対して指示される目標発電電圧として設定される値は、その所定の指示範囲内において予め定められた複数のものから選択されるものとすればよい。ＥＣＵ２２は、オルタネータ１８の目標発電電圧に基づいてオルタネータ１８の発電を制御する。具体的には、その目標発電電圧が実現されるようにオルタネータ１８の電圧調整部をスイッチング駆動する。

次に、図２〜図４を参照して、本実施例のバッテリ充電率判定装置１０の動作について説明する。図２は、バッテリ充電率と、オルタネータ１８の発電電圧が第１電圧から第２電圧に上昇変化してから所定時間が経過した後のバッテリ充電電流との関係を表した実験データを示す。図３は、本実施例のバッテリ充電率判定装置１０においてＥＣＵ２２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。また、図４は、本実施例のバッテリ充電率判定装置１０において実現されるオルタネータ１８の発電電圧指示値とバッテリ１４の充電電流との時間変化を表した図を示す。尚、図４には、バッテリ１４が低充電率状態にある場合を太実線で、また、バッテリ１４が高充電率状態にある場合を一点鎖線で、それぞれ示す。

本実施例において、ＥＣＵ２２は、上記の如く、定期的に、入力されるデータに基づいて、オルタネータ１８に対して指示すべき目標発電電圧を算出する。そして、その目標発電電圧に基づいてオルタネータ１８を発電させる。具体的には、その目標発電電圧が実現されるように電圧調整部をスイッチング駆動する。かかるスイッチング駆動が行われると、ロータコイルに適当な量の電流が流れることで、目標発電電圧が実現されるようにオルタネータ１２の発電が行われる。

ところで、車両の走行状態やバッテリ状態などが同じであることでＥＣＵ２２に入力されるデータが同じであるものと仮定した場合、オルタネータ１８の発電電圧が比較的低い第１電圧（例えば１３．８ボルト）から比較的高い第２電圧（例えば１４．８ボルト）へ上昇変化してから所定時間（例えば１０秒）が経過した時点でのバッテリ１４の充電電流は、その際のバッテリ１４の充電率に応じて変化する。具体的には、図２に示す如く、バッテリ１４の充電率が高いほど直線的に小さくなり、かつ、バッテリ１４の充電率が低いほど直線的に大きくなる。

本実施例において、ＥＣＵ２２は、車両のイグニションオン中すなわちエンジン駆動中、まず、時間計時を行うためのカウンタ（以下、一定時間経過カウンタと称す。）をインクリメントさせる処理を実行する（ステップ１００）。そして、そのインクリメント後、その一定時間経過カウンタが一定時間以上の値を示すか否かを判別する（ステップ１０２）。尚、この一定時間経過カウンタは、イグニションオフ或いはイグニションオンにより又は後述のバッテリ１４の低充電率状態の判定によりクリアされるカウンタである。また、上記の一定時間は、予め定められたものであればよく、所定時間に設定されている。

ＥＣＵ２２は、上記の一定時間経過カウンタが一定時間未満の値を示しその一定時間が経過していないと判別した場合は、以後何ら処理を進めることなく今回のルーチンを終了する。一方、上記の一定時間経過カウンタが一定時間以上の値を示しその一定時間が経過したと判別した場合は、次に、オルタネータ１８の発電電圧を通常のものよりもアップさせる調整を行う（ステップ１０４）。

尚、上記のオルタネータ１８の発電電圧アップは、入力データに基づいて算出される通常の目標発電電圧に対して所定電圧分を上乗せしたものであればよく、例えば通常の目標発電電圧から一段階上の目標発電電圧に設定されるものであってよい。また、この発電電圧アップは、入力データに基づいて算出される通常の目標発電電圧がオルタネータ１８に対して指示できる目標発電電圧の指示範囲内においてその上限値よりも所定電圧だけ低い値を下回る場合にのみ実行許可されるものであってよい。

オルタネータ１８の発電電圧がアップされると、バッテリ１４の充電電流の受け入れ性が向上するので、その発電電圧のアップ後のバッテリ１４の充電電流がそのアップ前のものに比べて大きく上昇する。また、バッテリ１４の充電電流は、その上昇後に時間の経過と共に徐々に低下するが、その充電電流の低下速度は、バッテリ１４の充電率に応じて異なり、その充電率が高いほど速くかつその充電率が低いほど遅い。

ＥＣＵ２２は、上記ステップ１０４の処理の実行後、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上であるか否かを判別する（ステップ１０６）。尚、この所定閾値ａは、充電率が所定率（例えば８８％）以下であるバッテリ１４の低充電率状態と充電率がその所定率を超えるバッテリ１４の高充電率状態とを区別するのに用いられるバッテリ充電電流の境界値であって、例えば３５アンペアなどに設定されている。

ＥＣＵ２２は、上記ステップ１０６においてバッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ未満であると判別した場合は、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上である状態の継続時間を計時するためのカウンタ（以下、充電電流一定以上カウンタと称す。）をクリアする処理を実行する（ステップ１０８）。一方、上記ステップ１０６においてバッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上であると判別した場合は、充電電流一定以上カウンタをインクリメントさせる処理を実行する（ステップ１１０）。

ＥＣＵ２２は、上記ステップ１０８，１１０の処理の実行後、上記の充電電流一定以上カウンタが所定時間ｂ以上の値を示すか否かを判別する（ステップ１１２）。尚、この所定時間は、バッテリの低充電率状態と高充電率状態とを区別するのに用いられる、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上である状態の継続時間の境界値であって、例えば１０秒などに設定されている。

ＥＣＵ２２は、上記ステップ１１２において充電電流一定以上カウンタが所定時間ｂ未満の値を示し、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上である状態が所定時間ｂ継続していないと判別した場合は、次に、上記ステップ１０６以降の処理を繰り返し行う。一方、上記ステップ１１２において充電電流一定以上カウンタが所定時間ｂ以上の値を示し、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上である状態が所定時間ｂ継続したと判別した場合は、バッテリ１４が、充電率が所定率以下である低充電率状態にあると判定する（ステップ１１４）。

このように、本実施例のバッテリ充電率判定装置１０においては、オルタネータ１８の発電電圧が通常値よりも上げられた後、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上である状態が所定時間ｂ継続しない場合は、そのバッテリ１４が低充電率状態にあると判定されないが、その状態が所定時間ｂ継続した場合は、そのバッテリ１４が低充電率状態にあると判定される。

上記の如く、オルタネータ１８の発電電圧のアップ後、バッテリ１４の充電電流は、そのアップ前のものに比べて大きく上昇する。また、バッテリ１４の充電電流は、その上昇後に時間の経過と共に徐々に低下するが、その充電電流の低下速度は、バッテリ１４の充電率が高いほど速くかつその充電率が低いほど遅い。従って、本実施例のバッテリ充電率判定装置１０によれば、バッテリ１４が低充電率状態にあるか否かを正確に判定することができ、バッテリ充電率の誤判定（例えば、バッテリ充電率が実際には低充電率状態にあるにもかかわらず高充電率状態にあると判定することなど）を低減することができる。

また、本実施例において、オルタネータ１８の発電電圧の通常値からのアップは、エンジン駆動中、一定時間ごとに行われる。このため、本実施例のバッテリ充電率判定装置１０によれば、エンジン駆動中、一定時間ごとに、バッテリ充電率の判定を行うことが可能であるので、バッテリ１４が低充電率状態にあるときにその低充電率状態をエンジン駆動中であっても速やかに判定することができる。

尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ２２が、図３に示すルーチン中ステップ１０４の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「発電電圧アップ工程」及び「発電電圧アップ手段」が、ステップ１１２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「状態判別工程」及び「状態判別手段」が、ステップ１１４の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「低充電率状態判定工程」及び「低充電率状態判定手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記の実施例においては、バッテリ１４の充電電流が所定閾値ａ以上である状態が所定時間ｂ継続するか否かに基づいて、バッテリ１４の充電率状態を、低充電率状態と高充電率状態との何れに属するかの２値的に判定することとしているが、バッテリ１４の充電電流と継続時間との関係に基づいて、バッテリ１４の充電率状態を３以上の複数のうちから判定することとしてもよい。

１０バッテリ充電率判定装置
１４バッテリ
１８オルタネータ
２２ＥＣＵ

Claims

バッテリと、該バッテリに充電電流を供給可能なオルタネータとを備える車両におけるバッテリ充電率判定方法であって、
前記車両のエンジン駆動中に取得したデータに基づいて、前記オルタネータに指示すべき発電電圧を算出する算出工程と、
前記算出工程において算出された発電電圧に所定電圧を上乗せした発電電圧が、前記オルタネータに対して指示可能な指示範囲内にある場合に、前記算出工程において算出された発電電圧に前記所定電圧を上乗せした発電電圧を、前記オルタネータに指示する発電電圧アップ工程と、
前記発電電圧アップ工程における指示に基づき前記オルタネータの発電電圧が上がった後、前記バッテリに供給される充電電流が所定閾値以上である状態が所定時間継続するか否かを判別する状態判別工程と、
前記状態判別工程において前記状態が前記所定時間継続すると判別された場合に、前記バッテリが、充電率が所定率以下である低充電率状態にあると判定する低充電率状態判定工程と、
を備えることを特徴とするバッテリ充電率判定方法。
バッテリと、該バッテリに充電電流を供給可能なオルタネータとを備える車両に搭載されるバッテリ充電率判定装置であって、
前記車両のエンジン駆動中に取得したデータに基づいて、前記オルタネータに指示すべき発電電圧を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された発電電圧に所定電圧を上乗せした発電電圧が、前記オルタネータに対して指示可能な指示範囲内にある場合に、前記算出手段により算出された発電電圧に前記所定電圧を上乗せした発電電圧を、前記オルタネータに指示する発電電圧アップ手段と、
前記発電電圧アップ手段による指示に基づき前記オルタネータの発電電圧が上がった後、前記バッテリに供給される充電電流が所定閾値以上である状態が所定時間継続するか否かを判別する状態判別手段と、
前記状態判別手段により前記状態が前記所定時間継続すると判別された場合に、前記バッテリが、充電率が所定率以下である低充電率状態にあると判定する低充電率状態判定手段と、
を備えることを特徴とするバッテリ充電率判定装置。