(57)【要約】【課題】バッテリの状態を推定する精度を向上させる。【解決手段】エンジンと、エンジンを始動させる始動モータと、始動モータに供給される電力を貯蔵するバッテリと、エンジンにより駆動され、バッテリに充電される電力を発生させる発電機とを有する車両に搭載されるバッテリの状態推定方法である。この状態推定方法では、エンジンの始動時にバッテリの電圧及び電流を検出し、検出したバッテリの電圧及び電流からバッテリの内部抵抗を算出し（Ｓ３０２）、エンジンの始動後に発電機による発電電圧を一定に保ち（Ｓ３０３）、発電機の発電電圧により充電されるバッテリの充電電流を一定時間積算して充電電流積算値を求め（Ｓ３０４）、充電電流積算値及びバッテリの温度からバッテリの空き容量を算出し（Ｓ３０５）、算出したバッテリの空き容量及び内部抵抗からバッテリの残存容量及び劣化度を推定する（Ｓ３０６）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、当該エンジンを始動させる始動モータと、当該始動モータに供給される電力を貯蔵するバッテリと、前記エンジンにより駆動され、前記バッテリに充電される電力を発生させる発電機とを有する車両に搭載される前記バッテリの状態推定方法であって、
前記エンジンの始動時に前記バッテリの電圧及び電流を検出し、
検出した前記バッテリの電圧及び電流から前記バッテリの内部抵抗を算出し、
前記エンジンの始動後に前記発電機による発電電圧を一定に保ち、
前記発電機の発電電圧により充電される前記バッテリの充電電流を一定時間積算して充電電流積算値を求め、
前記充電電流積算値及び前記バッテリの温度から前記バッテリの空き容量を算出し、
算出した前記バッテリの空き容量及び内部抵抗から前記バッテリの残存容量及び劣化度を推定する
ことを特徴とするバッテリの状態推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリの状態推定方法を用いたバッテリの制御方法であって、
前記バッテリの空き容量が所定値以下であり、且つ前記バッテリの劣化度が所定値未満である場合、前記バッテリを放電させて空き容量を増加させる
ことを特徴とするバッテリの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるバッテリの状態推定方法及びこれを用いたバッテリの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、クランキングを行うためのスタータ及びその他の電気部品の電源装置としてバッテリが搭載されている。このバッテリは、充電及び放電が可能であり、その充電状態は、バッテリの実際の充電状態やエンジンの運転状態に応じて発電機の発電電力を制御することで、所定のレベルに制御する。
【０００３】
近年、バッテリの残存容量や劣化度などを含むバッテリの状態に応じて、発電機の発電電圧をコントロールしたり、アイドルストップさせることで、燃費を改善させる制御が導入されている。このとき、バッテリの状態を推定する精度が高いほど、制御領域が増えるため、燃費効果が高くなる。
【０００４】
そこで、特許文献１において、クランキング時のバッテリ瞬低電圧と、クランキング後のバッテリ充電最大電流を測定し、バッテリ瞬低電圧がしきい値以下であり、且つバッテリ充電電流が低ければバッテリが劣化していると判断し、制御を制限する。逆に、バッテリ充電電流が高ければ低SOC（ステート・オブ・チャージ）と判断し、SOCを上げてから、制御を継続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２７２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、クランキング時のバッテリ瞬低電圧と、クランキング後のバッテリ充電最大電流を用いた推定方法では、バッテリの劣化や低SOCを推定する精度が低いため、制御しき
い値にマージンを多く必要とする。よって、その分制御を継続出来る期間が減り、燃費効果が減る。
【０００７】
また、制御しきい値は、車両やバッテリ種類が変わるごとに、適合させる必要があるため、適合評価工数がかかる。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリの状態を推定する精度が高いバッテリの状態推定方法及び燃費効率が高いバッテリの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の特徴は、エンジンと、当該エンジンを始動させる始動モータと、当該始動モータに供給される電力を貯蔵するバッテリと、前記エンジンにより駆動され、前記バッテリに充電される電力を発生させる発電機とを有する車両に搭載される前記バッテリの状態推定方法であって、前記エンジンの始動時に前記バッテリの電圧及び電流を検出し、検出した前記バッテリの電圧及び電流から前記バッテリの内部抵抗を算出し、前記エンジンの始動後に前記発電機による発電電圧を一定に保ち、前記発電機の発電電圧により充電される前記バッテリの充電電流を一定時間積算して充電電流積算値を求め、前記充電電流
積算値及び前記バッテリの温度から前記バッテリの空き容量を算出し、算出した前記バッテリの空き容量及び内部抵抗から前記バッテリの残存容量及び劣化度を推定することである。
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、バッテリの空き容量及び内部抵抗からバッテリの状態（残存容量及び劣化度）を推定することにより、バッテリの状態を推定する精度が向上するため、バッテリの寿命後期において、安全側として制御禁止にしていた領域を無くすことができる。これにより、バッテリライフにおいて、燃費効果を出せる期間が増える。
【００１１】
また、バッテリの空き容量及び内部抵抗に基づいてバッテリの制御しきい値を設定することができるため、車両側の条件やバッテリの種類に因らない。よって、適用評価を行う必要がなく、工数を削減することができる。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係わるバッテリの状態推定方法を用いたバッテリの制御方法であって、前記バッテリの空き容量が所定値以下であり、且つ前記バッテリの劣化度が所定値未満である場合、前記バッテリを放電させて空き容量を増加させることである。
【００１３】
本発明の第２の特徴によれば、バッテリの充電能力が高いほど、発電機を発電停止できる時間が長くなり、燃費効果が上がる。この時、バッテリの空き容量が多いほどバッテリの充電能力が高い。よって、バッテリが劣化していなければバッテリの空き容量を確保して燃費効果を上げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、バッテリの状態を推定する精度が高いバッテリの状態推定方法及び燃費効率が高いバッテリの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係わるバッテリの状態推定方法及びバッテリの制御方法が適用される車両のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における用語の定義を説明するための鉛バッテリ１の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わるバッテリの状態推定方法及びバッテリの制御方法を示すフローチャートである。
【図４】図３のＳ３０７に示した燃費制御Ｆ／Ｂの詳細な手順（サブルーチン）の一例を示すフローチャートである。
【図５】図３のＳ３０７に示した燃費制御Ｆ／Ｂの詳細な手順（サブルーチン）の変形例を示すフローチャートである。
【図６】充電電流積算値及び鉛バッテリ１の温度と鉛バッテリ１の空き容量との関係を示すデータの一例を示すグラフである。
【図７】鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒと残存容量（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）との関係を示すデータ、及び鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒと劣化度（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）との関係を示すデータの一例をそれぞれ示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。
【００１７】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係わるバッテリの状態推定方法及びバッテリの制御方法が適用される車両のシステム構成の一例を説明する。
【００１８】
車両は、エンジン７と、エンジン７を始動させるスタータ４（始動モータ）と、スタータ４に供給される電力を貯蔵する鉛バッテリ１（バッテリ）と、エンジン７により駆動され、鉛バッテリ１に充電される電力を発生させる発電機６と、鉛バッテリ１の電圧、電流及び温度を検出するバッテリセンサ２と、エンジン運転における電気的な制御を総合的に行うためのマイクロコンピュータからなるＥＣＵ５（エンジンコントロールユニット）と、鉛バッテリ１に貯蔵されている電力を用いて動作する他の負荷３とを有する。他の負荷３には、ヘッドライト、空調装置のブロア及びデフォッガなどの車載電気部品が含まれる。
【００１９】
車両は、始動時に、鉛バッテリ１から電力が供給されてスタータ４が回転し、エンジン７を始動させる。エンジン７が始動すると、発電機６が回転し、発電を開始するため、鉛バッテリ１が充電される。ＥＣＵ５は、バッテリセンサ２が検出した鉛バッテリ１の電圧、電流及び温度を読み込み、鉛バッテリ１の状態（残存容量及び劣化度）を推定する。
【００２０】
具体的に、ＥＣＵ５は、先ず、検出した鉛バッテリ１の電圧Ｖ及び電流Ｉから鉛バッテリ１の内部抵抗Ｒを（１）式に従って算出する。ただし、「Ｅ０」は、鉛バッテリ１とスタータ４や負荷３との電気的接続を遮断した状態での鉛バッテリ１の端子電圧（起電力）である。
【００２１】
Ｒ＝（Ｅ０−Ｖ）／Ｉ                ・・・（１）
そして、ＥＣＵ５は、発電機６を制御して、エンジン７の始動後に発電機６による発電電圧を一定に保ち、この時の発電機６の発電電圧により充電される鉛バッテリ１の充電電流を一定時間積算して充電電流積算値を求める。求めた充電電流積算値及び鉛バッテリ１の温度から鉛バッテリ１の空き容量を算出する。ＥＣＵ５は、その内部メモリに、例えば図６に示すような、充電電流積算値及び鉛バッテリ１の温度と鉛バッテリ１の空き容量との関係を示すデータを予め記憶させて用意しておけばよい。充電電流積算値と鉛バッテリ１の空き容量とは比例関係を有し、この比例関係、即ち図６における傾き係数は、鉛バッテリ１の温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に応じて変化する。
【００２２】
その後、ＥＣＵ５は、算出した鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒから鉛バッテリ１の残存容量及び劣化度を推定する。ＥＣＵ５は、その内部メモリに、例えば、図７に示すような、鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒと残存容量（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）との関係を示すデータ、及び鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒと劣化度（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）との関係を示すデータを、予め記憶させて用意しておけばよい。図７に示すデータは、鉛バッテリ１の温度がＴ１である時のデータであり、鉛バッテリ１の温度に応じて図７に示すデータは変化する。よって、図６の各温度データに対応させて、図７に示すデータを用意しておくことが望ましい。
【００２３】
例えば、電力マネージメントのうち、発電電圧制御においては、ＥＣＵ５が推定した鉛バッテリ１の状態が、しきい値以上であれば、ＥＣＵ５が発電機６の発電電圧を下げ、エンジン７の負荷を減らすことにより、鉛バッテリ１の寿命を悪化させずに燃費を向上させる。
【００２４】
また、アイドルストップにおいては、ＥＣＵ５が推定した鉛バッテリ１の状態が、しきい値以上であれば、アイドルストップを許可し、しきい値以下であれば、アイドルストップを禁止することにより、鉛バッテリ１の寿命を悪化させずに燃費を向上させる。
【００２５】
このとき、鉛バッテリ１の寿命を悪化させないことが優先されるので、鉛バッテリ１の状態を推定する精度が悪いほど、燃費効果が下がる。
【００２６】
図２を参照して、本発明の実施の形態における用語の定義を説明する。鉛バッテリ１の充電量を残存容量[Ａｈ]と呼ぶ。鉛バッテリ１が満充電であるとき、残存容量[Ａｈ]は５時間率容量[Ａｈ]となる。また、満充電容量(５時間率容量)[Ａｈ]から残存容量[Ａｈ]を減じた量を、空き容量[Ａｈ]と定義する。この定義により、容量を絶対値で表せるため、バッテリの種類によらずに同じ値を使うことが出来る。なお、一般的に用いられるSOC(State of Charge)は、５時間率容量に対する残存容量の割合を百分率で表したものである。
【００２７】
図３を参照して、本発明の実施の形態に係わるバッテリの状態推定方法及びバッテリの制御方法を説明する。ここではエンジン７の始動時におけるＥＣＵ５の動作について説明する。
【００２８】
（イ）Ｓ３０１段階において鉛バッテリ１から電力供給を受けてスタータ４を始動させる。スタータ４の始動を検出すると（Ｓ３０１でＹＥＳ）、Ｓ３０２段階へ進み、バッテリセンサ２に鉛バッテリ１の電圧、電流及び温度を読取らせ、鉛バッテリ１の電圧、電流及び温度の読み込み値に基づいて、（１）式に従って、鉛バッテリ１の内部抵抗Ｒを算出する。
【００２９】
（ロ）Ｓ３０３段階に進み、発電機６の発電電圧を一定にコントロールする。これにより、鉛バッテリ１に対して定電圧充電が実施される。Ｓ３０４段階に進み、定電圧充電中の鉛バッテリ１の充電電流を一定時間積算して充電電流積算値を求める。次にＳ３０５段階に進み、充電電流積算値及びＳ３０２で読取った鉛バッテリ１の温度の読み込み値から、図６に示すグラフに従って鉛バッテリ１の空き容量を算出する。なお、鉛バッテリ１に対して定電圧充電を実施しない場合、充電電流と空き容量に相関が無いため、空き容量を導くことは出来ない。
【００３０】
（ハ）Ｓ３０６段階に進み、Ｓ３０２段階で算出した鉛バッテリ１の内部抵抗Ｒと、Ｓ３０５段階で算出した鉛バッテリ１の空き容量から、図７に示すグラフにしたがって、鉛バッテリ１の残存容量及び劣化度を導く。Ｓ３０７段階に進み、導出された鉛バッテリ１の残存容量及び劣化度に基づいて、鉛バッテリ１の寿命悪化を抑制し、且つ燃費を向上させるための燃費制御Ｆ／Ｂを実施する。燃費制御Ｆ／Ｂの詳細については、図４を参照して説明する。Ｓ３０７段階実施した後、図３のフローチャートは終了して再びスタートへ戻る。
【００３１】
図４を参照して、図３のＳ３０７に示した燃費制御Ｆ／Ｂの詳細な手順の一例を説明する。
【００３２】
（Ａ）燃費制御Ｆ／Ｂのサブルーチンに移行すると、Ｓ４０１段階において、Ｓ３０６段階で導いた鉛バッテリ１の残存容量がしきい値Ｃｚ未満であるか否かを判断する。鉛バッテリ１の残存容量がしきい値Ｃｚ未満である場合（Ｓ４０１でＹＥＳ）、Ｓ４０２段階に進み、鉛バッテリ１からの放電を禁止して、鉛バッテリ１の残存容量がしきい値Ｃｚ以上となるまで鉛バッテリ１を充電する。Ｓ４０２を実施して図４のサブルーチンは終了する。
（Ｂ）一方、鉛バッテリ１の残存容量がしきい値Ｃｚ以上である場合（Ｓ４０１でＮＯ）、Ｓ４０３段階に進み、Ｓ３０６段階で導いた鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ未満であるか否かを判断する。鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ未満である場合（Ｓ４０３でＹＥＳ）、図４のサブルーチンは終了する。鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ以上である場合（Ｓ４０３でＮＯ）、Ｓ４０４段階に進み、鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒｂ未満であるか否かを判断する。なお、しきい値Ｒｂはしきい値Ｒａよりも大きい値である。
【００３３】
（Ｃ）鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒｂ未満である場合（Ｓ４０４でＹＥＳ）、Ｓ４０５段階に進み、鉛バッテリ１の放電許可量を削減する。例えば、アイドルストップ時において、鉛バッテリ１からの放電量がしきい値Ｄ１以上となった場合、車両が停止している時であっても、強制的にエンジン７を再始動させ、鉛バッテリ１を充電させる制御を行なったとき、しきい値をＤ２（＜Ｄ１）に書き換える。Ｓ４０５を実施して図４のサブルーチンは終了する。
【００３４】
（Ｄ）一方、鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒｂ以上である場合（Ｓ４０４でＮＯ）、Ｓ４０６段階に進み、燃費制御を禁止する。Ｓ４０６を実施して図４のサブルーチンは終了する。
【００３５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【００３６】
鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒから鉛バッテリ１の状態（残存容量及び劣化度）を推定することにより、鉛バッテリ１の状態を推定する精度が向上するため、鉛バッテリ１の寿命後期において、安全側として制御禁止にしていた領域を無くすことができる。これにより、バッテリライフにおいて、燃費効果を出せる期間が増える。
【００３７】
また、鉛バッテリ１の空き容量及び内部抵抗Ｒに基づいて鉛バッテリ１の制御しきい値（Ｃｚ、Ｒａ、Ｒｂ）を設定することができるため、車両側の条件やバッテリの種類に因らない。よって、適用評価を行う必要がなく、工数を削減することができる。
【００３８】
更に、鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ以上であり、しきい値Ｒｂ未満である場合（Ｓ４０４でＹＥＳ）、鉛バッテリ１の放電許可量を削減する（Ｓ４０５）ことにより、鉛バッテリ１の劣化が進行した段階で、鉛バッテリ１の放電量を減らし、鉛バッテリ１の劣化の進行を遅くすることが出来る。
【００３９】
更に、鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒｂ以上である場合（Ｓ４０４でＮＯ）、燃費制御を禁止する（Ｓ４０６）。これにより、劣化度の高い、すなわち劣化が進んだ鉛バッテリ１を燃費制御により深く充放電させることが無くなるので、鉛バッテリ１の交換までの期間を燃費制御しない場合と同等に保つことが出来る。
（変形例）
変形例においては、図４に示した燃費制御Ｆ／Ｂの詳細な手順が実施の形態と相違するが、その他の点については実施の形態と同じであり、図示及び説明を省略する。変形例では、図４のサブルーチンの代りに、図５に示す燃費制御Ｆ／Ｂの詳細な手順（サブルーチン）をＳ３０７段階において実施する。
【００４０】
（い）Ｓ５０１段階において、鉛バッテリ１の空き容量がしきい値Ｃａよりも大きいか否かを判断する。鉛バッテリ１の空き容量がしきい値Ｃａよりも大きい場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、図５のサブルーチンは終了する。一方、鉛バッテリ１の空き容量がしきい値Ｃａ以下である場合（Ｓ５０１でＮＯ）、鉛バッテリ１の空き容量が不足していると判断して、Ｓ５０２段階に進む。
【００４１】
（ろ）Ｓ５０２段階において、鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ未満であるか否かを判断する。鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ未満である場合（Ｓ５０２でＹＥＳ）、Ｓ５０３段階に進み、鉛バッテリ１から規定量を放電させ、空き容量を増加させる。Ｓ５０３を実施して図５のサブルーチンは終了する。一方、鉛バッテリ１の劣化度がしきい値Ｒａ以上である場合（Ｓ５０２でＮＯ）、そのまま図５のサブルーチンは終了する。
【００４２】
上記した変形例によれば、実施の形態による作用効果の他に、以下の作用効果が更に得られる。
【００４３】
鉛バッテリ１の空き容量が所定値（しきい値Ｃａ）以下であり、且つ鉛バッテリ１の劣化度が所定値（しきい値Ｒａ）未満である場合（Ｓ５０２でＹＥＳ）、鉛バッテリ１を放電させて空き容量を増加させる（Ｓ５０３）。鉛バッテリ１の充電能力が高いほど、発電機６を発電停止できる時間が長くなり、燃費効果が上がる。この時、鉛バッテリ１の空き容量が多いほど鉛バッテリ１の充電能力が高い。よって、鉛バッテリ１が劣化していなければ鉛バッテリ１の空き容量を確保して燃費効果を上げることができる。
【００４４】
例えば、発電機６の発電電圧制御のうちの回生制御において、回生時のバッテリ充電量と発電機の発電停止時のバッテリ放電量が等しいとする制御を行なった場合、バッテリ充電能力が高いほど、発電機６を発電停止できる時間が長くなり、燃費効果が上がる。よって、バッテリが未劣化であれば、Ｓ５０３を実施してバッテリ空き容量を確保することで、燃費効果を確保することが出来る。
【００４５】
上記のように、本発明は、１つの実施形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１      鉛バッテリ（バッテリ）
２      バッテリセンサ
３      負荷
４      スタータ（始動モータ）
５      ＥＣＵ
６      発電機
７      エンジン
【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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