(57)【要約】【課題】  バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定することを可能とする。【解決手段】  バッテリ５０の正極端子５１に組み付けられて温度を検出する温度センサ２１ａが検出した温度及びバッテリ５０が温度センサ２１ａの温度検出中に放電する電流値に基づいてバッテリ５０の周囲の温度を推定する、バッテリの周囲温度推定装置であって、動作開始直後における推定に用いる補正係数を、温度センサ２１ａの温度変化に基づき設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの電極端子に組み付けられて温度を検出する温度センサが検出した温度及び前記バッテリが前記温度センサの温度検出中に放電する電流値に基づいて前記バッテリの周囲の温度を推定するバッテリの周囲温度推定装置であって、
動作開始直後における前記推定に用いるパラメータを、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に基づき設定する、
バッテリの周囲温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車その他車両に搭載されるバッテリの周囲温度推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両において燃費を改善する方法としてバッテリの充電動作に着目して、車両の加速時に充電を抑制することで加速中のエンジン負荷を軽減する、減速時に充電量を増加させ減速エネルギーを回生させる等の手法が用いられている。このようなバッテリの充放電制御に際しては、バッテリの充放電特性はその温度によって変化するため、充電時の電圧・電流とともに温度を正確に検出することが重要とされる。そのための技術として、例えば、特許文献１においては、バッテリの電流検出装置の内部にバッテリの温度を測定するための温度センサを設けることが開示されている。具体的には、バッテリの電極端子に組み付けられるクランプに温度センサを取り付けることにより、電極端子を含めたバッテリ近傍の温度を推定し、これに基づきバッテリの温度を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術には、以下の様な課題があった。すなわち、特許文献１に記載の技術による電流検出装置においては、通電によりバッテリの電極端子が温度上昇し、温度センサ自体の温度も上昇する。
【０００５】
この場合、温度センサへの通電量に基づく発熱を考慮して周囲温度を推定することが考えられるが、電流検出装置はバッテリに搭載された車両のイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦに応じてＯＮ／ＯＦＦされるため、車両の起動時において精度良く周囲温度を推定することが困難となることが見いだされた。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能なバッテリの周囲温度推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の側面は、バッテリの電極端子に組み付けられて温度を検出する温度センサが検出した温度及び前記バッテリが前記温度センサの温度検出中に放電する電流値に基づいて前記バッテリの周囲の温度を推定するバッテリの周囲温度推定装置であって、動作開始直後における前記推定に用いるパラメータを、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に基づき設定する、バッテリの周囲温度推定装置である。
【０００８】
なお本発明は、他の側面として、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に関するデータを外部から取得することにより前記パラメータを設定するものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上のような本発明は、バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係るバッテリの電流・温度センサの外観構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置の動作のフローチャート
【図４】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置に用いられる演算の基となるバッテリの正極端子の測定温度と温度センサの検出値との関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置に用いられる演算の基となるバッテリの正極端子の測定温度、温度センサの検出値及びバッテリ周囲の測定温度との関係を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置における演算のブロック線図
【図７】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置における各部の動作のタイミングチャート
【図８】本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置における温度センサの温度の時間変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係るバッテリの温度推定装置が組み込まれた自動車のバッテリの充放電系統１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の充放電系統１において、エンジンＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、メモリ、例えばＣＡＮである通信バス４０を介して他のＥＣＵと通信する通信装置等を有し、図示しない自動車のエンジンの動作を制御するとともに、エンジンの補機であるオルタネータ６０を動作させる手段である。バッテリＥＣＵ２０は、エンジンＥＣＵ１０と同様のハードウェア構成を有し、温度センサ２１ａ及び電流センサ２１ｂの検出する諸量に基づき、バッテリ５０の充放電制御を行う手段である。ボディＥＣＵ３０は、エンジンＥＣＵ１０と同様のハードウェア構成を有し、自動車のヘッドランプ等の電装系の動作を制御する手段である。
【００１２】
温度センサ２１ａは温度を検出する手段であり、電流センサ２１ｂはバッテリ５０に流れる電流値を検出する手段である。更に、温度センサ２１ａ及び電流センサ２１ｂは、図２に示すようにバッテリ５０の正極端子５１に組み付けられるクランプ端子２１ｘ、温度センサ２１ａ及び電流センサ２１ｂの検出本体が内蔵された本体部２１ｙ並びにケーブル２１ｚを備えた電流・温度検出器２１として一体化したハードウェア構成を有する。この構成により、温度センサ２１ａは直接的にはバッテリ５０の正極端子５１から温度を検出する。
【００１３】
バッテリ５０は、例として鉛バッテリとして実現される車載のバッテリであって、オルタネータ６０により充電されるとともに、図示しない自動車の前照灯、尾灯、側灯、ファン、ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）その他電装系の電源となる手段である。
【００１４】
以上の構成において、バッテリ５０は本発明のバッテリに相当し、正極端子５１は本発明の電極端子に相当し、温度センサ２１ａは本発明の温度センサに相当し、バッテリＥＣＵ２０及びボディＥＣＵ３０の組み合わせは本発明のバッテリの周囲温度推定装置に相当する。
【００１５】
本実施の形態のバッテリの温度推定装置は、上記の構成を備えたことにより、バッテリ５０の正極端子５１を介して温度センサ２１ａが検出した温度と、電流センサ２１ｂが検出した電流値とに基づいてバッテリＥＣＵ２０がバッテリ５０の周囲温度を推定し、当該推定温度に基づきバッテリ５０の電槽内の液温を算出する。これにより、バッテリ５０への通電による電極端子の温度上昇の影響を除いて、精度良くバッテリの温度を得ることが可能となる。
【００１６】
以下、図３のフローチャートを参照して、本実施の形態のバッテリの温度推定装置によるバッテリ５０の温度の演算の一例について説明する。はじめに、バッテリＥＣＵ２０は、バッテリ５０の正極端子５１に接続された温度センサ２１ａが検出した温度を取得し（Ｓ１０）、次いで電流センサ２１ｂより正極端子５１から放電されるバッテリ５０の電流値を取得する（Ｓ１１）。
【００１７】
次に、バッテリＥＣＵ２０は、Ｓ１０に取得した温度センサ２１ａが検出した温度及びＳ１１にて取得したバッテリ５０の電流値から、バッテリ５０周囲の温度を推定する演算を行う（Ｓ１２）。
【００１８】
ここでバッテリ５０周囲の温度の推定の説明を行う。すなわち、本発明者は鋭意研究に基づき（イ）バッテリ５０の温度上昇は、バッテリ５０全体を抵抗とみなすことによりバッテリ５０の電流値の二乗に比例すること、（ロ）図４に示す測定結果（車速０ｋｍ／ｈ、放電電流量２５０Ａ）から、正極端子５１及び電流・温度検出器２１のクランプ端子２１ｘの温度の時間変化は略同一の傾向があること、（ハ）図５に示す測定結果（車速０ｋｍ／ｈ、放電電流量２５０Ａ：図４と同一条件）から、電流・温度検出器２１の本体部２１ｙは正極端子５１に対して線型な温度上昇の傾向があること、（ニ）図５に示す測定結果から、正極端子５１はバッテリ５０周囲の温度に対して線型な温度上昇の傾向があること、の各要件を見いだした。
【００１９】
上記（イ）〜（ニ）の要件に基づき、Ｓ１０における実測値である温度センサ２１ａの検出した温度及び電流値を用いることでバッテリ５０の周囲温度は以下の工程により推定できる。
【００２０】
正極端子５１の推定温度Ｔｐ（ｓ）は、バッテリ５０の電流値Ｉ及び温度センサ２１ａの検出した温度Ｔｔｈ（ｓ）を用いて
【００２１】
Ｔｐ（ｓ）＝Ｔｔｈ（ｓ）＋Ｇ１（ｓ）×Ｉ２（ｓ）…（式１）
【００２２】
と評価することができる。
【００２３】
更に正極端子５１の推定温度Ｔｐ（ｓ）は、バッテリ５０の電流値Ｉ及びバッテリ５０周囲の推定温度Ｔａｔｍ（ｓ）を用いて
【００２４】
Ｔｐ（ｓ）＝Ｔａｔｍ（ｓ）＋Ｇ２（ｓ）×Ｉ２（ｓ）…（式２）
【００２５】
と評価することもできる。ここでＧ１、Ｇ２は上記各要件の実測値に基づく計算により設定され、予めバッテリＥＣＵ２０内に記憶された伝達関数であり、実測値の補正に用いられる。
【００２６】
これにより、バッテリ５０周囲の推定温度Ｔａｔｍ（ｓ）は、実測定値である電流値Ｉ及び温度センサ２１ａの検出した温度Ｔｔｈ（ｓ）の関数として
【００２７】
Ｔａｔｍ（ｓ）＝Ｔｔｈ（ｓ）−｛Ｇ２（ｓ）−Ｇ１（ｓ）｝Ｉ２（ｓ）…（式３）
【００２８】
として求めることができる。
【００２９】
なお、図６に、（式３）の演算ブロック線図を示す。図６において伝達関数Ｇ１は
【００３０】
Ｇ１（ｓ）＝Ｒ１／（Ｔｓ＋１）…（式４）
【００３１】
伝達関数Ｇ２は
【００３２】
Ｇ１（ｓ）＝Ｒ２／（Ｔｓ＋１）…（式５）
【００３３】
の一次遅れ要素として表される。ここでＲ１、Ｒ２はゲイン、Ｔは時定数である。
【００３４】
再び図３のフローチャートに戻って、バッテリＥＣＵ２０は、上記（式３）の演算を実行して、バッテリ５０の周囲温度を推定する。
【００３５】
最後に、バッテリＥＣＵ２０は、バッテリ５０周囲の推定温度Ｔａｔｍを更に補正して、バッテリ５０の液温として導出する（Ｓ１３）。
【００３６】
以上の工程により算出したバッテリ５０の液温に基づきバッテリＥＣＵ２０はバッテリ５０の充放電を制御する。また、得られたバッテリ５０の液温はエンジンＥＣＵ１０へ出力され、オルタネータ６０を駆動するエンジンの制御に用いられる。
【００３７】
ところで、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦとなり車両が動作を停止すると、バッテリの充放電系統１においてエンジンＥＣＵ１０もＯＦＦとなる。このとき伝達関数Ｇ１、Ｇ２による補正値も０にリセットされるため、イグニッションスイッチ１１を再度ＯＮとした場合、推定温度Ｔａｔｍ（ｓ）は初期値として温度センサ２１ａの検出温度に基づく値がそのまま出力されてしまい、実値との乖離が大きくなってしまう。
【００３８】
これに対し、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１０とボディＥＣＵ３０とが通信を行い、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦになる直前における温度センサ２１ａの検出した温度に基づく補正計数をボディＥＣＵ３０に記憶させておくようにしている。後にイグニッションスイッチ１１がＯＮになりエンジンＥＣＵ１０が起動すると、ボディＥＣＵ３０から補正係数を取得して、伝達関数Ｇ１、Ｇ２のゲインに乗算させる。これにより、イグニッションスイッチ１１がＯＮになった後の推定温度Ｔａｔｍ（ｓ）と実値との乖離を抑えて、精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能となる。
【００３９】
以下、図７の車両のイグニッションスイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦに応じた自動車のバッテリの充放電系統１の各部の動作のタイミングチャートを参照して説明する。イグニッションスイッチがＯＮ状態になる時刻ｔ１−ｔ３間にて、温度センサ２１ａの温度は時刻ｔ１−ｔ２間におけるバッテリ５０からの電流の通電に基づき上昇するとともに、伝達関数Ｇ１に基づく補正（Ｇ１）及び伝達関数Ｇ２に基づく補正（Ｇ２）により、バッテリ５０周囲の推定温度Ｔａｔｍとして良好な値が出力される。
【００４０】
一方、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態になる時刻ｔ３−ｔ４間にて、温度センサ２１ａの温度は低下する一方、補正（Ｇ１）及び（Ｇ２）は実行されないため補正値はリセットされる。
【００４１】
次いで、時刻ｔ４に再度イグニッションスイッチ１１がＯＮとなると、温度センサ２１ａの温度は時刻ｔ４−ｔ６間におけるバッテリ５０からの電流の通電に基づき上昇するとともに、通信バス４０上におけるエンジンＥＣＵ１０とボディＥＣＵ３０との通信が確立する時刻ｔ５までは補正（Ｇ１）及び補正（Ｇ２）による補正値は初期値０から演算されるため、バッテリ５０周囲の推定温度Ｔａｔｍは実値との乖離が大きいと考えられるが、時刻ｔ５以降はボディＥＣＵ３０からの補正係数が補正（Ｇ１）及び補正（Ｇ２）に乗じられることにより実値との乖離は抑えられ、推定された周囲温度の精度は良好なものに復帰する。
【００４２】
ボディＥＣＵ３０に記憶される補正（Ｇ１）及び補正（Ｇ２）の補正係数は、以下のように定められる。すなわち、図８に示すように、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦとなる時刻toffから温度センサ２１ａの実測値ＴＴがバッテリ５０の周囲温度の実測値ＴＥ近傍に収束する迄の時間（例：８００〜１０００ｓｅｃ）までの温度変化をプロットしておき、各時間における温度センサ２１ａの実測値ＴＴが取得されるような時間の変数として補正係数を設定する。なお、補正係数は、本発明の推定に用いるパラメータに相当する。
【００４３】
エンジンＥＣＵ１０及びバッテリＥＣＵ２０がＯＦＦになってからＯＮになるまでの時間の計測及び時間毎の補正係数の記憶はボディＥＣＵ３０側の動作となるが、当該動作はバッテリ５０からの暗電流に基づき実行されるため、イグニッションスイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦに基づく自動車のバッテリの充放電系統１の動作の影響を受けることはない。
【００４４】
以上のように、本実施の形態のバッテリの温度推定装置によれば、バッテリ５０の正極端子５１を介して温度センサ２１ａが検出した温度と、電流センサ２１ｂが検出した電流値とに基づいてバッテリＥＣＵ２０がバッテリ５０の周囲温度を推定するとともに、イグニッションスイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦに伴うバッテリ５０周囲の推定温度の実値との乖離を抑制する。
【００４５】
これにより、バッテリ５０への通電による電極端子の温度上昇や車両の動作の影響を除いて、精度良くバッテリの周囲温度や温度を推定することが可能となる。ひいては、バッテリ５０の充放電時に放電許容量が過大に設定される恐れを軽減して、充電不足やバッテリ上がりの発生を抑制することが可能となる。
【００４６】
更に、本実施の形態においては、温度の補正はバッテリＥＣＵ２０内のソフトウェア的な処理及びバッテリＥＣＵ２０とボディＥＣＵ３０との通信により実行できることから、高価なセンサ等を別途用いる必要なく、低コストな構成によりバッテリ５０の温度を精度良く得ることが可能となる。
【００４７】
以上のように、本発明の実施の形態のバッテリの温度推定装置によれば、通電に起因する影響や車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの温度を得ることが可能になるという効果を奏する。
【００４８】
しかしながら、本発明は、上記の実施の形態により限定されるものではない。
【００４９】
上記の説明においては、本発明のバッテリの周囲温度の推定装置は、バッテリＥＣＵ２０及びボディＥＣＵ３０の組み合わせは本発明のバッテリの周囲温度推定装置に相当するものとしたが、ボディＥＣＵ３０の動作はバッテリＥＣＵ２０に受け持たせるものとしてもよい。この場合、図７に示す通信バス４０上におけるエンジンＥＣＵ１０とボディＥＣＵ３０との通信が確立するまでの時間Ｄを省略して、精度良い温度推定をより速やかに行うことが可能となる。
【００５０】
また、上記の説明においては、補正（Ｇ１）及び補正（Ｇ２）の補正係数は温度センサ２１ａによる実測値に基づくものであるとしたが、バッテリ５０の正極端子５１の温度の実測値に基づくものであるとしてもよい。
【００５１】
更に、上記の説明においては、本発明のバッテリとして鉛バッテリであるバッテリ５０を例としたが、本発明は、充放電可能なバッテリであれば、リチウムイオン二次電池その他任意のバッテリに対して適用してもよく、この場合、本発明のバッテリの温度は電解質の温度に相当する。
【００５２】
また、上記の説明においては、本発明は自動車のバッテリの充放電系統１に組み込まれて実施されるものとしたが、本発明は、バッテリ及び当該バッテリに対して充放電を行う機能を有するものであれば、二輪車、列車、その他の車両、船舶、航空機他、任意の機械類において実施してもよい。
【００５３】
以上のように、本発明は、バッテリの電極端子に組み付けられて温度を検出する温度センサが検出した温度及び前記バッテリが前記温度センサの温度検出中に放電する電流値に基づいて前記バッテリの周囲の温度を推定するバッテリの周囲温度推定装置であって、動作開始直後における前記推定に用いるパラメータを、前記温度センサ又は前記電極端子の温度変化に基づき設定するものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。
【００５４】
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のような本発明は、バッテリを搭載する車両の動作に起因する影響を除いて精度良くバッテリの周囲温度を推定することが可能になるという効果を奏し、例えばエンジン自動車やハイブリッド自動車等の車両への適用において有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１  自動車のバッテリの充放電系統
１０  エンジンＥＣＵ
１１  イグニッションスイッチ
２０  バッテリＥＣＵ
２１  電流・温度検出器
２１ａ  温度センサ
２１ｂ  電流センサ
２１ｘ  クランプ端子
２１ｙ  本体部
２１ｚ  ケーブル
３０  ボディＥＣＵ
４０  通信バス
５０  バッテリ
５１  正極端子
６０  オルタネータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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