(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリからイグニッションスイッチを介してエンジン始動用セルモータに流れる電流値がエンジン始動を許容する所定電流値以上かを判定する判定手段と、
前記エンジン始動用セルモータに流れる電流値に基づいて前記バッテリの内部抵抗値を演算する内部抵抗演算手段と、
前記内部抵抗演算手段で演算された内部抵抗値から予め定められた前記バッテリの内部抵抗値と充電状態との対応関係に従って前記バッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段と、
を備え、前記充電状態演算手段は、前記判定手段による判定が肯定のときに前記バッテリの充電状態を演算し、前記判定手段による判定が否定のときに前記バッテリの充電状態を演算しないことを特徴とする充電状態検知システム。
【請求項２】
エンジンの回転により発電する発電機の電流値又は電圧値が所定値以下かを判定する判定手段と、
前記発電機の電流値又は電圧値に基づいて前記バッテリの内部抵抗値を演算する内部抵抗演算手段と、
前記内部抵抗演算手段で演算された内部抵抗値から予め定められた前記バッテリの内部抵抗値と充電状態との対応関係に従って前記バッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段と、
を備え、前記充電状態演算手段は、前記判定手段による判定が肯定のときに前記バッテリの充電状態を演算し、前記判定手段による判定が否定のときに前記バッテリの充電状態を演算しないことを特徴とする充電状態検知システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の充電状態検知システムを備えた電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電状態検知システム及び電気自動車に係り、特に、内部抵抗値に応じてバッテリの充電状態を演算する充電状態検知システム及び該充電状態検知システムを備えた電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジン自動車による排気ガスの削減に対応するために、アイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）が行われており、エンジン自動車をアイドルストップ可能な状態に保つ技術が望まれている。エンジン自動車は、ＩＳＳ時にエンジン始動用のセルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給するバッテリ（蓄電池）を備えている。鉛電池は、この種の用途に対応できる代表的な電池である。アイドルストップ時、電気負荷は、バッテリによってまかなわれる。バッテリは、ＩＳＳ可能な状態を保つために、常に充電状態（ＳＯＣ）が推定（検知）されている。バッテリの充電状態の推定方法には、エンジン始動時の大電流での内部抵抗値や微分内部抵抗値（電圧電流直線の傾き）から求める方法、特開平第６−１５０９８１号公報に開示されているように電圧電流直線から求める方法等がある。これらの方法によって推定されたバッテリの充電状態が一定値以下になると、バッテリはエンジンの始動により充電される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、エンジンの動作状態を考慮して充電状態を推定していないので、エンジンが回転状態にあるにもかかわらず、バッテリの充電状態が一定値以下になるとバッテリを充電するためにエンジンを再始動する（セルモータに電流を流す）エンジンの２度がけが発生する。２度がけの場合にセルモータに流れる電流は、既にエンジンが始動しているので、エンジン始動時に流れる電流より小さくなる。セルモータには、例えば、エンジン始動時にバッテリから３００Ａ程度の電流が流れ、２度がけのときに３０Ａ程度の電流が流れる。
【０００４】
図６は、セルモータを流れる電流に対してバッテリの内部抵抗と充電状態との関係を示したものである。図６に示すように、２度がけのとき（セルモータに流れる電流値が３０Ａのとき）は、エンジン始動時（セルモータに流れる電流値が３００Ａのとき）に対して、内部抵抗と充電状態との関係を示す電流特性曲線の傾きが大きくなる。このため、２度がけのときの電流特性を利用してバッテリの内部抵抗からバッテリの充電状態を演算すると、傾きの小さいエンジン始動時の電流特性を利用して内部抵抗から充電状態を演算する場合に比べバッテリの充電状態を精度良く検知することが難しく、アイドルストップ・スタート時にバッテリの電力によりエンジンの始動ができない、という事態に陥る場合がある。
【０００５】
本発明は上記事案に鑑み、精度良くバッテリの充電状態を検知可能な充電状態検知システム及び該充電状態検知システムを備えた電気自動車を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、バッテリからイグニッションスイッチを介してエンジン始動用セルモータに流れる電流値がエンジン始動を許容する所定電流値以上かを判定する判定手段と、前記エンジン始動用セルモータに流れる電流値に基づいて前記バッテリの内部抵抗値を演算する内部抵抗演算手段と、前記内部抵抗演算手段で演算された内部抵抗値から予め定められた前記バッテリの内部抵抗値と充電状態との対応関係に従って前記バッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段と、を備え、前記充電状態演算手段は、前記判定手段による判定が肯定のときに前記バッテリの充電状態を演算し、前記判定手段による判定が否定のときに前記バッテリの充電状態を演算しないことを特徴とする。
【０００７】
第１の態様では、エンジン始動用セルモータに流れる電流値に基づいてバッテリの内部抵抗値を演算する内部抵抗演算手段と、内部抵抗演算手段で演算された内部抵抗値から予め定められたバッテリの内部抵抗値と充電状態との対応関係に従ってバッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段と、を備えており、判定手段によりバッテリからイグニッションスイッチを介してエンジン始動用セルモータに流れる電流値がエンジン始動を許容する所定電流値以上かが判定され、充電状態演算手段により判定手段で肯定判定されたときにバッテリの充電状態が演算され、否定判定されたときにはバッテリの充電状態は演算されない。本態様によれば、充電状態演算手段が判定手段で否定判定されたときのバッテリの内部抵抗値から充電状態を演算するとバッテリの充電状態の演算精度が低くなるため充電状態を演算せず（演算精度の低い内部抵抗値と充電状態との関係を利用せず）、判定手段で肯定判定されたときの演算精度の高い内部抵抗値と充電状態との関係を利用して演算するので、バッテリの充電状態を高精度で検知することができる。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、エンジンの回転により発電する発電機の電流値又は電圧値が所定値以下かを判定する判定手段と、前記発電機の電流値又は電圧値に基づいて前記バッテリの内部抵抗値を演算する内部抵抗演算手段と、前記内部抵抗演算手段で演算された内部抵抗値から予め定められた前記バッテリの内部抵抗値と充電状態との対応関係に従って前記バッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段と、を備え、前記充電状態演算手段は、前記判定手段による判定が肯定のときに前記バッテリの充電状態を演算し、前記判定手段による判定が否定のときに前記バッテリの充電状態を演算しないことを特徴とする。
【０００９】
第２の態様では、発電機の電流値又は電圧値に基づいてバッテリの内部抵抗値を演算する内部抵抗演算手段と、内部抵抗演算手段で演算された内部抵抗値から予め定められたバッテリの内部抵抗値と充電状態との対応関係に従ってバッテリの充電状態を演算する充電状態演算手段と、を備えており、判定手段によりエンジンの回転で発電する発電機の電流値又は電圧値が所定値以下かが判定され、充電状態演算手段により判定手段で肯定判定されたときにバッテリの充電状態が演算され、否定判定されたときにはバッテリの充電状態は演算されない。本態様によれば、判定手段で肯定判定されたときはエンジンが停止しているため、充電状態演算手段が演算精度の高い内部抵抗値と充電状態との関係を利用してバッテリの充電状態を演算し、判定手段で否定判定されたときはエンジンが始動しているため、演算精度の低い内部抵抗値と充電状態との関係は利用しないので、バッテリの充電状態を高精度で検知することができる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は第２態様の充電状態検知システムを備えた電気自動車である。本態様の電気自動車は、第１又は第２態様の充電状態検知システムによりバッテリの充電状態を高精度で検知ことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を電気自動車に適用した第１の実施の形態について説明する。
【００１２】
＜構成＞
図１に示すように、本実施形態の電気自動車２０は、電気自動車２０の駆動源となるエンジン、エンジンを始動するセルモータ、エンジンの駆動力で発電し鉛電池を充電する発電機及び鉛電池の内部抵抗値から充電状態（ＳＯＣ、State Of
Charge）を演算する充電状態検知システムを備えている。
【００１３】
鉛電池は、鉛電池の容器となる角形の電槽を有している。電槽の材質には、成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を選択することができる。また、電槽は、例えば、外周壁の内部を縦横に仕切る隔壁によって２行９列の合計１８個のセル室が画定され一体成形されたモノブロック電槽として構成することができる。電槽内に画定された各セル室には極板群（セル）がそれぞれ１組ずつ収容されており、電槽には合計１８組の極板群が収容されている。各極板群は、未化成負極板６枚及び未化成正極板５枚がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、化成（初充電）後の公称電圧（セル電圧）は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池の群電圧は３６Ｖである。電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ、ＰＰ、ＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着（又は溶着）されている。上蓋には、鉛電池を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が対角隅部に立設されている。
【００１４】
図２に示すように、充電状態検知システム１１は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）９を有している。上述した鉛電池１の正極外部出力端子は、ＩＧＮスイッチ９の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ９は中央端子とは別にＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。
【００１５】
ＳＴＡＲＴ端子は、ホール素子等の電流センサ７を介してセルモータ３の一端に接続されている。ホール素子型電流センサは、リング・コアにギャップが形成されており、このギャップ内にホール素子が挿入されている。リング・コアに貫通電流が流れると、貫通電流はギャップに発生する磁束密度に比例し、ホール素子の電圧を計測することで、貫通電流の電流値の検出が可能である。セルモータ３は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン４の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。
【００１６】
また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、ランプやワイパー等の補機５及び一方向への電流の流れを許容するダイオードを介してエンジン４の回転により発電する発電機２の一端に接続されている。すなわち、ダイオードのアノードは発電機２の一端に、カソードはＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン４の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機２に動力の伝達が可能である。このため、エンジン４が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機２が作動し発電機２からの電力が補機５又は鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。
【００１７】
電流センサ７の出力端子は、後述するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）８に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、電流センサ７から出力されたホール電圧はＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換され、マイコン８はセルモータ３を流れる電流値Ｉを取り込むことができる。また、鉛電池１の外部出力端子は、Ａ／Ｄコンバータに接続されており、Ａ／Ｄコンバータの出力側はマイコン８に接続されている。このため、マイコン８は、鉛電池１の電圧値Ｖをデジタル値で取り込むことができる。なお、マイコン８は、インターフェースを介して上位の車輌側マイコン１０と通信可能である。
【００１８】
マイコン８は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、充電状態検知システム１１の基本制御プログラム及び種々の設定値等が格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含んで構成されている。また、発電機２、セルモータ３及び補機５の他端、鉛電池１の負極外部出力端子及びマイコンは、それぞれグランドに接続されている。
【００１９】
＜動作＞
次に、フローチャートを参照して、充電状態検知システム１１の動作についてマイコン８のＣＰＵを主体として説明する。なお、初期状態においてマイコン８に電源が投入されると、ＲＯＭに格納された種々の設定値はＲＡＭに移行され、以下の充電状態検知ルーチンが実行される。
【００２０】
図３に示すように、充電状態検知ルーチンでは、まずステップ３０２において、セルモータ３に流れる電流値Ｉを取り込む。次に、ステップ３０４において、ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ端子の位置か否かを判定するために、電流値Ｉが閾値（例えば、０．１（Ａ））以上か否かを判断し、否定判定のときはステップ３０２に戻り、肯定判断のときは、次のステップ３０６で鉛電池１の電圧値Ｖを取り込む。
【００２１】
次にステップ３０８では、取り込んだ電流値Ｉ及び電池電圧値Ｖから鉛電池１の内部抵抗値ｒを演算する。すなわち、ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ端子に接続されると、内部抵抗値ｒを有する鉛電池１と、抵抗値Ｒを有するセルモータ３とが閉回路を構成する。このため、電流値Ｉ＝電圧値Ｖ／（鉛電池１の内部抵抗値ｒ＋セルモータ３の抵抗値Ｒ）の関係式が成立する。セルモータ３の抵抗値Ｒとセルモータ３を流れる電流値Ｉとは、公知のように一定の関係がある。ＣＰＵは、電流値Ｉと抵抗値Ｒとの特性がテーブル化されたＩ−Ｒテーブルを用いて、電流値Ｉから抵抗値Ｒを求めて、上述した式に、電流値Ｉ、電圧値Ｖ及び抵抗値Ｒを代入して内部抵抗値ｒを演算する。
【００２２】
ステップ３１０では、エンジン４の始動時か否かを判定するために、セルモータ３に流れる電流値Ｉがエンジン始動を許容する所定電流値（例えば、１００Ａ）以上かを判断し、肯定判断（エンジン始動時）のときは、次のステップ３１２において、図６に示すように、電流特性曲線の傾きが小さく精度の高い内部抵抗値ｒと充電状態との関係を利用して、鉛電池１の充電状態を演算して充電状態検知ルーチンを終了する。一方、否定判定のとき（２度がけ時）は、電流特性曲線の傾きが大きく（図６の３０Ａ）、内部抵抗値ｒから充電状態（ＳＯＣ）を演算すると充電状態の精度が低くなるので、否定判断のときの電流特性曲線を利用しないで（無効とし）精度の高いバッテリの内部抵抗値や充電状態を演算するために、ステップ３０２に戻る。
【００２３】
以上のように、本実施形態の電気自動車２０に搭載された充電状態検知システム１１では、セルモータ３に流れる電流値Ｉが１００Ａ以上かを判定し（ステップ３１０）、否定判定のときに、電流特性曲線の傾きが大きいため精度の低い内部抵抗値ｒと充電状態（ＳＯＣ）との関係を利用せず無効にし、精度の良い内部抵抗値ｒと充電状態との関係を利用してバッテリの充電状態を演算するので（ステップ３１２）、鉛電池１の充電状態を高精度で検知することができる。従って、本実施形態の電気自動車では、アイドルストップ・スタート時にエンジンが始動不能に陥ることを防止することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、充電状態検知システム１１により、鉛電池１の内部抵抗値ｒを演算した後に、エンジン始動時か否かを判定した例を示したが、エンジン始動時か否かを判定した後に内部抵抗値ｒを演算するようにしてもよい。
【００２５】
また、本実施形態では、充電状態検知システム１１により、エンジン４の始動時か否かを判定するために、エンジン始動を許容する所定電流値が１００Ａの例を示したが、電流値はこれに限定されるものではなく、セルモータ３の仕様に応じて変更されることは云うまでもない。
【００２６】
更に、本実施形態では、中央、ＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子を有したＩＧＮスイッチ９を例示したが、少なくともＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子に切り替え可能であれば、ＩＧＮスイッチの形状や各端子の数などは限定されるものではなく、ＯＮ端子とＡＣＣ端子とが分離されたＩＧＮスイッチを用いてもよい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明を電気自動車に適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態の充電状態検知システムは、発電機２に流れる電流からエンジン始動時か否かを判定するものである。なお、本実施形態以下の実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素及びステップには同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００２８】
図４に示すように、本実施形態では、充電状態検知システム１２に、ダイオードと発電機２との間にホール素子等の電流センサ６が挿入されており、第１実施形態に示した電流センサ７を欠いている。電流センサ６の出力端子は、マイコン８に接続されている。このため、本実施形態では、ＣＰＵは、ダイオードと発電機２との間に流れる電流値ＩＧを取り込むことができ、電流値ＩＧが所定値以下（例えば、０．１Ａ以下）かを判断することで、発電機２が停止中、換言すればエンジン停止中（始動時）か否かを判断することができる。
【００２９】
図３及び図４に示すように、本実施形態では、ステップ３１０で、エンジンの動作状態を判断するために、ダイオードと発電機２との間に流れる電流値ＩＧが０．１Ａ以下かを判断し、肯定判断（エンジン停止中）のときは、次のステップ３１２に進み、否定判定のときは、ステップ３０２に戻る。
【００３０】
以上のように、本実施形態の電気自動車に搭載された充電状態検知システム１２では、ダイオードと発電機２との間に流れる電流値ＩＧが０．１Ａ以下（エンジン停止中）かを判定し（ステップ３１０）、否定判定のときに、精度良く充電状態を演算することができない内部抵抗値ｒを無効にし、精度良く充電状態を演算する（ステップ３１２）ので、精度の低い鉛電池１の充電状態を検知するのを回避することができる。従って、本実施形態の電気自動車では、アイドルストップ・スタート時にエンジンが始動不能に陥ることを防止することができる。
【００３１】
（第３実施形態）
次に、本発明を電気自動車に適用した第３の実施の形態について説明する。本実施形態の充電状態検知システムは、発電機２が発電する電圧からエンジン始動時か否かを判定するものである。
【００３２】
図５に示すように、本実施形態では、充電状態検知システム１２に、発電機２に発電機２の電圧を検出するためのＡ／Ｄコンバータ１６が接続されており、第１実施形態に示した電流センサ７を欠いている。Ａ／Ｄコンバータ１６の出力端子は、マイコン８に接続されている。このため、本実施形態では、ＣＰＵは、発電機２の電圧値ＶＧを取り込むことができ、電圧値ＶＧが所定値以下か（例えば、５Ｖ以下か）を判断することで、発電機２が停止中、換言すればエンジン停止中（始動時）か否かを判断することができる。
【００３３】
図３及び図５に示すように、本実施形態では、ステップ３１０で、エンジン４の動作状態を判断するために、発電機２の電圧値ＶＧが５Ｖ以下かを判断し、肯定判断（エンジン停止中）のときは、次のステップ３１２に進み、否定判定のときは、ステップ３０２に戻る。
【００３４】
以上のように、本実施形態の電気自動車に搭載された充電状態検知システム１２では、発電機２の電圧値ＶＧが５Ｖ以下（エンジン停止中）かを判定し（ステップ３１０）、否定判定のときに、精度良く充電状態を演算することができない内部抵抗値ｒを無効にし、精度良く充電状態を演算する（ステップ３１２）ので、精度の低い鉛電池１の充電状態を検知するのを回避することができる。従って、本実施形態の電気自動車では、アイドルストップ・スタート時にエンジンが始動不能に陥ることを防止することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、Ａ／Ｄコンバータをマイコン８の外部に設けた例を示したが、マイコン８内に設けるようにしてもよい。また、上記実施形態では、鉛電池１に３６Ｖの鉛電池を例示したが、１２Ｖの鉛電池を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、充電状態演算手段が演算精度の低い内部抵抗値と充電状態との関係は利用せずに、演算精度の高い内部抵抗値と充電状態との関係を利用してバッテリの充電状態を演算するので、バッテリの充電状態を高精度で検知することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電気自動車の側面図である。
【図２】第１実施形態の電気自動車の充電状態検知システムを示すブロック図である。
【図３】充電状態検知システムの充電状態検知ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態の電気自動車の充電状態検知システムを示すブロック図である。
【図５】第３実施形態の電気自動車の充電状態検知システムを示すブロック図である。
【図６】セルモータを流れる電流に対する電池の内部抵抗と充電状態との関係を示す電流特性曲線である。
【符号の説明】
１  鉛電池（バッテリ）
２  発電機
３  セルモータ
４  エンジン
８  マイコン（判定手段、内部抵抗演算手段、充電状態演算手段）
９  イグニッション（ＩＧＮ）スイッチ
１１、１２、１３  充電状態検知システム
２０  電気自動車
【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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