(57)【要約】【課題】発電電圧Ｖａｌｔを任意に制御可能な可変電圧オルタネータ２を備える場合に、バッテリ１の充電状態を精度良く推定する。【解決手段】ＥＣＭ３により、可変電圧オルタネータ２の発電電圧Ｖａｌｔを減少側に変化させつつ、電流センサ４を介してオルタネータ発電電流Ｉａｌｔを計測し、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正の値から０となるポイントを検出する。そして、そのポイントのオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔから、オルタネータ・バッテリ間の電圧ドロップ分に相当する所定電圧を減算して、バッテリ電圧Ｖｂａｔを算出し、これに基づいてバッテリの充電状態を推定する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、発電電圧を任意に制御可能な可変電圧オルタネータとを備える車両において、
オルタネータ発電電流を計測する電流センサを有し、
オルタネータ発電電圧を変化させて、オルタネータ発電電流が正の値から０となるポイントを検出し、そのポイントのオルタネータ発電電圧に基づいて、バッテリの充電状態を推定することを特徴とするバッテリ充電状態推定装置。
【請求項２】
前記ポイントのオルタネータ発電電圧から、オルタネータ・バッテリ間の電圧ドロップ分に相当する所定電圧を減算して、前記ポイントのバッテリ電圧を算出し、これに基づいてバッテリの充電状態を推定することを特徴とする請求項１記載の車両用バッテリ充電状態推定装置。
【請求項３】
バッテリ温度が所定温度より低いときに上記推定を禁止する手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用バッテリ充電状態推定装置。
【請求項４】
電気負荷の消費電流が所定範囲外のときに上記推定を禁止する手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車両用バッテリ充電状態推定装置。
【請求項５】
バッテリ温度が所定温度より高くかつ電気負荷の消費電流が所定範囲内の状態で所定時間以上経過したときに、上記推定を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の車両用バッテリ充電状態推定装置。
【請求項６】
バッテリ温度はエンジン冷却水温度で代用することを特徴とする請求項３又は請求項５記載の車両用バッテリ充電状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用バッテリの充電状態を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバッテリ充電状態（充電量）の推定は、バッテリの充放電電流を積分し、この積分値に基づくものが主流であった（特開平１１−１０３５０５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記推定を行うためには、バッテリの充放電電流を計測する電流センサが必要になり、コストアップとなる。
その一方、近年においては、発電電圧を任意に制御可能な可変電圧オルタネータが提供されており、可変電圧オルタネータでは、オルタネータ負荷トルクの推定のために、オルタネータの発電電流を計測する電流センサを装備する。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、可変電圧オルタネータと、オルタネータの電流センサとを用いることで、バッテリの電流センサを追加することなく廉価に、バッテリ充電状態を精度良く推定することができる車両用バッテリ状態推定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、可変電圧オルタネータを用い、オルタネータ発電電圧を変化させつつ、オルタネータ発電電流を計測して、オルタネータ発電電流が正の値から０となるポイントを検出し、そのポイントのオルタネータ発電電圧に基づいて、バッテリの充電状態を推定する。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、可変電圧オルタネータの既存システムを用いることで、バッテリの電流センサを追加するというコストアップ無しに、バッテリ充電状態の推定が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す車両用給電システムの図である。
バッテリ１が設けられ、電気負荷への給電に用いられる。また、エンジンにより駆動されるオルタネータ２が設けられ、オルタネータ２によりバッテリ１に充電可能であると共に、電気負荷に直接給電可能である。
【０００８】
ここで、オルタネータ２は、エンジンコントロールモジュール（以下ＥＣＭという）３からのデューティ信号ＤＵＴＹにより、発電電圧Ｖａｌｔを任意に制御可能な可変電圧オルタネータである。
そして、可変電圧オルタネータ２には、その発電電流Ｉａｌｔを計測する電流センサ４が装着され、その信号はＥＣＭ３に入力されている。可変電圧オルタネータ２において、発電電流Ｉａｌｔを計測するのは、発電電流Ｉａｌｔとエンジン回転数Ｎｅとからオルタネータ負荷トルクを算出するためである。
【０００９】
ＥＣＭ３には、エンジンの制御のため各種センサの信号が入力されるが、ここでは、エンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ５、エンジン冷却水温度Ｔｗを計測する水温センサ６、電気負荷のＯＮ／ＯＦＦを指令するスイッチの代表例としてエアコンスイッチ７を示している。
ＥＣＵ３では、エンジンの制御のために各種演算処理を行うが、ここでは特に、ＥＣＵ３によるバッテリ１の充電状態（充電量ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）の推定について説明する。
【００１０】
先ず本発明でのバッテリ充電状態推定の原理について説明する。
バッテリの放電時のＩ−Ｖ特性は、次式で表される。
Ｖｂａｔ＝Ｅ０−Ｉ×Ｒ
Ｖｂａｔはバッテリ電圧（端子電圧）、Ｅ０はバッテリ起電力（開放端電圧）、Ｉはバッテリ放電電流、Ｒはバッテリ内部抵抗である。
【００１１】
ここで、起電力（開放端電圧）Ｅ０はバッテリの充電状態ＳＯＣと相関があり、Ｅ０よりＳＯＣを知ることができる。
一方、オルタネータの発電は、バッテリ電圧Ｖｂａｔとオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔとの電位差によって決まる。
即ち、Ｖｂａｔ＜Ｖａｌｔであれば、オルタネータは発電し、オルタネータ発電電流の一部は電気負荷に供給され、残りがバッテリ充電分となる。
【００１２】
逆に、Ｖｂａｔ＞Ｖａｌｔであれば、バッテリから持ち出し状態となる。
よって、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正の値から０に変化するポイントは、そのときのオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔの電位にて、バッテリが充電→放電に遷移した点であり、このときＶｂａｔ＝Ｅ０であると考えられる。
従って、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正の値から０に変化するポイントでのオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔに基づいて、より詳しくは、そのときのバッテリ電圧Ｖｂａｔ（＝Ｖａｌｔ−電圧ドロップ分）に基づいて、相対的なバッテリ充電状態の推定（起電力Ｅ０→ＳＯＣ）を行うことができる。但し、分極の影響（内部抵抗Ｒの変動）により絶対的な値の推定はできないので、推定条件を絞って推定精度の向上を図る。
【００１３】
次に上記原理に基づくバッテリ充電状態の推定について、図２のフローチャートにより具体的に説明する。
Ｓ１では、所定の推定条件が成立しているか否かを判定する。
ここで所定の推定条件とは、バッテリの分極量、すなわち内部抵抗Ｒが略一定となる条件であり、具体的には、次の（１）〜（３）の全てを満たしていることとする。
【００１４】
（１）バッテリ温度が所定温度より高いこと。具体的には、水温センサにより計測されるエンジン冷却水温度Ｔｗで代用し、これがエンジン暖機後に相当する所定温度以上であることを確認する。従って、バッテリ温度が所定温度より低いとき、推定は禁止される。
（２）電気負荷の消費電流が所定範囲内であること。具体的には、エアコンスイッチＯＦＦを条件とするなど、各種電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ状況から、電気負荷の消費電流が例えば５ｍＡ未満であることを確認する。従って、電気負荷の消費電流が所定範囲外のとき、推定は禁止される。
【００１５】
（３）上記（１）、（２）の状態で、所定時間以上経過したこと。
すなわち、バッテリ内部抵抗Ｒは、純粋なオーミック抵抗分（部品としての抵抗）に、活性化分極、濃度分極と言われる分極抵抗分が加えられた値となる。
オーミック抵抗分の変動要因としては、主に温度、劣化などが挙げられる。
分極抵抗分の変動要因は、電流値、温度、劣化、充電状態、過去充放電履歴等が挙げられるが、電流値、温度の感度が大きいことが知られている。
【００１６】
そこで、同一温度の下でバッテリ充放電電流を所定範囲に管理することによって、分極の統一化を図ることにより、分極による推定ズレを極力低減させる。
このため、バッテリ温度が所定温度より高くかつ電気負荷の消費電流が所定範囲内の状態で所定時間以上経過したときに、推定を行うようにしている。
従って、Ｓ１での判定でＹＥＳの場合は、Ｓ２へ進むが、ＮＯの場合は条件が成立するまで待つ。
【００１７】
Ｓ２では、オルタネータ（ＡＬＴ）の発電電圧Ｖａｌｔを減少側に変化させる。言い換えれば、オルタネータに対するデューティ指令による制御電圧Ｖａｌｔを減少側に変化させる。
具体的には、次式のように、前回のオルタネータ発電電圧（制御電圧）Ｖａｌｔｚから所定値ΔＶ＃（例えば　０．１Ｖ）を減算して、オルタネータ発電電圧（制御電圧）Ｖａｌｔを更新し、オルタネータに対しデューティ信号で指令する。
【００１８】
Ｖａｌｔ＝Ｖａｌｔｚ−ΔＶ＃
次のＳ３では、電流センサからの信号を読込んで、変更されたオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔでの、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔを計測する。
Ｓ４では、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正の値から０となったか否かを判定する。より詳しくは、前回計測されたオルタネータ発電電流Ｉａｌｔｚが正の値で、かつ今回計測されたオルタネータ発電電流Ｉａｌｔが０であるか否かを判定する。
【００１９】
この結果、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正→０になっていない場合は、Ｓ２〜Ｓ４の処理を繰り返し実行する。
一方、図３に示すようなオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔの減少に伴うオルタネータ発電電流Ｉａｌｔの減少により、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正→０になった場合は、Ｓ４からＳ５へ進む。
【００２０】
Ｓ５では、次式のように、現時点（すなわちオルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正→０になったポイント）のオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔから、オルタネータ・バッテリ間の電圧ドロップ分に相当する所定電圧Ｖｄｒｏｐ＃（例えば２Ｖ）を減算して、現時点（すなわちオルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正→０になったポイント）のバッテリ電圧Ｖｂａｔを算出する。
【００２１】
Ｖｂａｔ＝Ｖａｌｔ−Ｖｄｒｏｐ＃
オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正→０になったポイントでは、Ｖｂａｔ＝Ｅ０となるので、起電力Ｅ０が検出されたことになる。
次のＳ６では、起電力Ｅ０に相当するＶｂａｔに基づいき、所定の変換テーブルを参照するなどして、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）を推定する。
【００２２】
本実施形態によれば、可変電圧オルタネータ２を用い、オルタネータ発電電圧Ｖａｌｔを変化させて、オルタネータ発電電流Ｉａｌｔが正の値から０となるポイントを検出し、そのポイントのオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔに基づいて、バッテリ１の充電状態を推定するようにして、可変電圧オルタネータ２の電流センサ４を用いることで、バッテリの電流センサを追加するというコストアップ無しに、バッテリ充電状態の推定が可能となる。
【００２３】
また、本実施形態によれば、前記ポイントのオルタネータ発電電圧Ｖａｌｔから、オルタネータ・バッテリ間の電圧ドロップ分に相当する所定電圧Ｖｄｒｏｐ＃を減算して、前記ポイントのバッテリ電圧Ｖｂａｔを算出し、これに基づいてバッテリ１の充電状態を推定することで、起電力Ｅ０と等しくなるときのバッテリ電圧Ｖｂａｔを簡単に算出して、バッテリ充電状態推定の精度向上及び簡素化を実現できる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、バッテリ温度が所定温度より低いときに推定を禁止し、また電気負荷の消費電流が所定範囲外のときに推定を禁止することで、更には、バッテリ温度が所定温度より高くかつ電気負荷の消費電流が所定範囲内の状態で所定時間以上経過したときに推定を行うようにすることで、バッテリの内部抵抗の変動要因を除去して、推定精度を向上させることができる。
【００２５】
また、本実施形態によれば、バッテリ温度はエンジン冷却水温度で代用することで、バッテリ温度センサの増設によるコストアップを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両用給電システムの図
【図２】バッテリ充電状態推定のフローチャート
【図３】バッテリ充電状態推定のタイムチャート
【符号の説明】
１　バッテリ
２　可変電圧オルタネータ
３　ＥＣＭ
４　電流センサ
５　クランク角センサ
６　水温センサ
７　エアコンスイッチ
【図１】
2004015963.tif 000003
【図２】
2004015963.tif 000004
【図３】
2004015963.tif 000005