(57)【要約】【課題】電流センサと電子制御装置（ECU）とを比較的離れた位置に配置することが容易で、かつ、精度良く車載バッテリの残存容量を検出することのできる、充放電電流積算方式の残存容量検出装置を提供すること。【解決手段】電流センサとしてホール式電流センサを用い、バッテリから車載の電子機器類に電源供給する前の電流センサの出力値が、電流値ゼロを示す信号となるように、電流センサの出力信号を電流値に換算するルールを補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたバッテリの充放電電流値を積算し、該積算値に基づいて前記バッテリの残存容量を検出する車載バッテリの残存容量検出装置において、
前記バッテリから前記車両に搭載された他の電子機器への電力供給の開始を検知する電力供給開始検知手段と、
前記バッテリの充放電電流値を電圧信号として出力するホール式電流センサと、
前記ホール式電流センサの出力する電圧信号を所定ルールに従って前記バッテリの充放電電流値に換算することで前記バッテリの充放電電流値を算出する電流値算出手段と、
前記電力供給開始検知手段が前記バッテリによる電力供給の開始を検知するより前に前記ホール式電流センサが出力した電圧信号を記録する記録手段と、
を備え、
前記電流値算出手段は、前記記録手段に記録されている電圧信号が前記充放電電流値ゼロを示すように前記所定ルールを補正する補正手段を有する
ことを特徴とする車載バッテリの残存容量検出装置。
【請求項２】
前記バッテリの電力を用いた前記車両のクランキングを検知したときには、前記バッテリに所定の放電があったものとして前記積算値から所定放電値を減算するクランキング時補正手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の車載バッテリの残存容量検出装置。
【請求項３】
前記記録手段は、前記電力供給開始検知手段が前記バッテリによる電力供給の開始を検知するより前の所定時間に前記ホール式電流センサが出力した電圧信号の平均値を記録する
ことを特徴とする請求項１または２記載の車載バッテリの残存容量検出装置。
【請求項４】
前記車両のキースイッチにキーが挿入されたことを検知するキー挿入検知手段を備え、
前記記録手段は、前記キー挿入検知手段によりキーが挿入されたことを検知してから前記ホール式電流センサが出力した電圧信号の記録を開始し、
前記電力供給開始検知手段は、前記キーがOFF位置からON位置に回動されたことを検知することで前記バッテリから前記車両に搭載された他の電子機器への電力供給の開始を検知する
ことを特徴とする請求項１〜３記載の車載バッテリの残存容量検出装置。
【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残存容量を検出する装置に係り、特に、バッテリ充放電電流の積算値から残存容量を求めるバッテリ残存容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載バッテリは、エンジン始動時の電源をはじめとして、ＥＣＵ（電子演算装置）のバックアップ用電源、エンジン停止時の電気負荷駆動用電源等としても用いられ、近年では、アイドリング・ストップ＆スタート・システムの採用によるエンジン始動・停止回数の増大、搭載ＥＣＵ数の増加等により、車載バッテリに対する負荷は増加傾向にある。そのため、残存容量に基づいたＥＣＵ制御をしたり、車載バッテリの交換時期を正確に把握したりするため、残存容量を正確に検知することが望まれている。
【０００３】
車載バッテリの残存容量を検出する方式には、バッテリ端子電圧（オープン電圧）に基づいて求める方式、バッテリ内部抵抗に基づいて求める方式、バッテリ充放電電流の積算値に基づいて求める方式（以下、充放電電流積算方式）、あるいはこれらの組み合わせ等がある（例えば、特許文献１参照）。これらのうち、充放電電流積算方式では、積算前の充放電電流値を正確に測定することが、精度よくバッテリ残存容量を検出する上で重要である。そして、充放電電流値を検出する電流センサには、予め抵抗値の分かった抵抗体を配線に接続し、この抵抗体（シャント抵抗）の電圧降下（電位差）に基づいて充放電電流値を測定するシャント式と、磁電変換素子（ホール素子）を利用して被測定電流を非接触で測定するホール式とがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１９１０３号
【特許文献２】特開２００４−２５７７８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シャント式電流センサは、計測精度に優れ、広範囲の電流値を計測できるという利点を有するが、大電流の流れる配線にシャント抵抗を接続（接触）させるため、配線がショートしないように皮膜を厚くする等、配線保護を十分に行ったり、配線ショート時の発火を防止するために電線径を大きくしたりする必要がある。さらに、出力信号として、シャント抵抗の電位差を直接出力するアナログ式の場合には、出力先の電子制御装置（ＥＣＵ）に大電流が流れることを防止する措置も必要となる。したがって、電流センサの配設位置とＥＣＵの配設位置とが離れた場所にあると、配線の取り回しやコスト面で難点がある。あるいは、出力信号として、電位差をデジタル信号に変換して出力するデジタル式の場合でも、雑音に対して弱いという欠点を持つため、電流センサとＥＣＵとを離れた位置に配設することが困難である。このように、充放電電流積算方式のバッテリ残存容量検出装置にシャント式電流センサを採用しようとすると、電流センサとその出力先となるＥＣＵとを離れた位置に設置することが困難であるという課題を有する。
【０００５】
一方、ホール式電流センサは、非接触式のため大電流が流れるおそれがなく、出力信号は電圧によるアナログ信号のため比較的雑音に強いという特徴を持つ。したがって、電流センサとＥＣＵとを比較的離れた位置に配置することは、シャント式電流センサを採用した場合に比較して容易である。しかしながら、一般にホール式電流センサはシャント式電流センサに比べて電流値の測定可能範囲が狭いため、エンジンのクランキング時に流れる大電流を正確に測定できず、電流積算値に与える誤差の要因になってしまうという課題がある。また、測定可能範囲内においても、ホール式電流センサはシャント式電流センサに比べて検出誤差が大きく、特に、充放電電流積算方式のバッテリ残存容量検出装置においては、充放電電流値の検出誤差までも積算してしまうため、時間と共に検出精度が悪化していくという課題がある。
【０００６】
本願発明はかかる課題に鑑み創案されたもので、その目的は、電流センサとＥＣＵとを比較的離れた位置に設置することが容易で、精度良く残存容量を検出することのできる、充放電電流積算方式のバッテリ残存容量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決すべく、本発明は、車両に搭載されたバッテリの充放電電流値を積算し、該積算値に基づいて前記バッテリの残存容量を検出する車載バッテリの残存容量検出装置において、前記バッテリから前記車両に搭載された他の電子機器への電力供給の開始を検知する電力供給開始検知手段と、前記バッテリの充放電電流値を電圧信号として出力するホール式電流センサと、前記ホール式電流センサの出力する電圧信号を所定ルールに従って前記バッテリの充放電電流値に換算することで前記バッテリの充放電電流値を算出する電流値算出手段と、前記電力供給開始検知手段が前記バッテリによる電力供給の開始を検知するより前に前記ホール式電流センサが出力した電圧信号を記録する記録手段と、を備え、前記電流値算出手段は、前記記録手段に記録されている電圧信号が前記充放電電流値ゼロを示すように前記所定ルールを補正する補正手段を有することを特徴とする。
【０００８】
さらに好ましくは、本発明は、前記バッテリの電力を用いた前記車両のクランキングを検知したときには、前記バッテリに所定の放電があったものとして前記積算値から所定放電値を減算するクランキング時補正手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに好ましくは、本発明は、前記記録手段は、前記電力供給開始検知手段が前記バッテリによる電力供給の開始を検知するより前の所定時間に記ホール式電流センサが出力した電圧信号の平均値を記録することを特徴とする。
【００１０】
さらに好ましくは、本発明は、前記車両のキーシリンダーにキーが挿入されたことを検知するキー挿入検知手段を備え、前記記録手段は、前記キー挿入検知手段によりキーが挿入されたことを検知してから前記ホール式電流センサが出力した電圧信号の記録を開始し、前記電力供給開始検知手段は、前記キーがOFF位置からON位置に回動されたことを検知することで前記バッテリから前記車両に搭載された他の電子機器への電力供給の開始を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明にかかる車載バッテリの残存容量検出装置によれば、電流センサとしてホール式電流センサを採用し、バッテリが電力提供を開始する前にホール式電流センサが出力している電圧信号が充放電電流値ゼロを示す信号となるように電圧信号を電流値に換算するルールが補正されるので、電流センサから大電流が流れる危険性がないだけでなく、精度良く残存容量を検出することができる。したがって、電流センサとその出力先とを比較的離れた位置に配置することが容易である。
【００１２】
また、本発明にかかる車載バッテリの残存容量検出装置の好ましい構成によれば、クランキング時補正手段を備えるので、電流検知範囲の比較的狭いホール式電流センサを用いても、精度良くバッテリ残存容量を検出することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる車載バッテリの残存容量検出装置のさらに好ましい構成によれば、バッテリが電力供給を開始する前の所定時間において、電流センサ出力が出力した電圧信号の平均値を記録するので、前記補正を更に精度良く行うことができる。
【００１４】
また、本発明にかかる車載バッテリの残存容量検出装置のさらに好ましい構成によれば、車両のキーシリンダーにキーが挿入されてからキーがON位置に回動するまでの間における電流センサの出力値に基づいて前記補正が行われるので、バッテリが電力供給を開始する前の電流センサ出力値を簡便に記録することができる。さらに、キーシリンダーにキーが挿入されるまでは、電流センサ出力値を記録する必要がないので、記録手段の消費電力を効果的に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る車載バッテリの残存容量検出装置は、図１に示すような要部構成をなす。すなわち、車載バッテリ１は車両のキースイッチ４を介して電子機器類５（例えば、エアコン、オーディオ機器、ヘッドランプなど）、車両のエンジン（不図示）を始動させるためのスタータモータ６および電子制御装置（ＥＣＵ）７に電気的に接続されている。なお、車載バッテリ１とキースイッチ４とを接続する経路から分岐して、キースイッチ４を介さずに電子機器類５およびスタータモータ６に接続される電力供給経路が設けられている。電子機器類５およびスタータモータ６は主としてこの電力供給経路を通じて車載バッテリ１からの電力が供給される。これら電子機器類５、スタータモータ６およびＥＣＵ７は、車載バッテリ１の負荷として作用し、キースイッチ４の切換状態に応じて車載バッテリ１に蓄えられた電力を消費する。また、ホール式電流センサ２が車載バッテリ１とキースイッチ４とを接続する配線に設置されており、この配線に流れる電流値を検出して電圧信号をＥＣＵ７に出力する。さらに、車載バッテリ１の出力側（バッテリ１とキースイッチ４との間）には電圧センサ２が介装されており、車載バッテリ１の端子電圧を検知してＥＣＵ７に出力する。この他、ＥＣＵ７の出力先には、車載バッテリ１の残存容量を表示する表示装置８が接続されている。以下、これらの機器について簡単に説明する。
【００１７】
車載バッテリ１は、例えば２４ボルトの直流電力を充放電可能な鉛バッテリであり、キースイッチ４を介して、電子機器類５およびＥＣＵ７に電力を供給（放電）する。
【００１８】
キースイッチ４は、キーが差し込まれると内部スイッチ４ａがONとなって（キー挿入検知手段）、車載バッテリ１からＥＣＵ７に電力が供給されるようになっている。さらに差し込まれたキーは回動させることができ、OFF位置からON/ACC位置を経てStart位置まで回動させることができる。また、キーの回動位置（OFF位置、ON/ACC位置、Start位置）を検知するスイッチセンサ４ｂを備え、キーの回動位置の情報をＥＣＵ７に伝達する。なお、キー回動位置がOFF位置以外のときにはキーを抜くことができないようになっているので、キーを差し込むときはいつも回動位置がOFF位置になっている。したがって、車載バッテリ１による電力供給は、必ず電子機器類５よりもＥＣＵ７の方が先に行われるようになっている。
【００１９】
ＥＣＵ７は、中央演算処理装置（CPU）、記録装置（ROM、RAM等）、入出力インターフェース等を備えた電子制御装置である。ＥＣＵ７には、ホール式電流センサ２の出力信号Sと、電圧センサ３の出力信号と、スイッチセンサ４ｂの出力信号とが入力され、これらの入力信号に基づいて後述する演算を行う。そして、車載バッテリ７の残存容量を算出すると、これを出力端子７ａから出力する。
【００２０】
表示装置８は、車両のインストルメントパネル（不図示）に配設された表示装置であって、ＥＣＵ７の出力端子７ａから供給される残存容量情報に基づいて、車両のドライバが確認できるように車載バッテリ１の残存容量を表示する。
【００２１】
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態に係る残存容量算出装置の残存容量算出フローについて説明する。まず、キースイッチ４にキーが差し込まれると、車載バッテリ１からＥＣＵ７に電力が供給され、ＥＣＵ７では、図２に示す動作を開始する。ステップS101では、所定のセットアップ動作を行うが、この動作については図３を用いて説明する。
【００２２】
ステップS201では、ホール式電流センサ２からの出力信号の値Sを記憶する（記録手段）。ここで、出力信号そのものは電圧値からなるアナログ信号であるが、これをデジタル値に変換した値を記憶する。そして、ステップS202でキースイッチの回動位置がONになるまで、この処理を繰り返す。なお、本実施形態では、所定の周期で入力される信号Ｓの値を複数記憶できるようにしておき、記憶可能な量を超えたときは、古いものから順に新しい値に書き換えていくものとする。
【００２３】
ステップS202でキースイッチ４の回動位置がONになったことを検知すると（電力供給開始検知手段）、ステップS203に進む。ステップS203では、ステップS201で記憶した複数の出力信号値Sの平均値を求める演算処理を行う。こうして求められた出力信号値Sの平均値SAVEが、電流値ゼロを示す信号値S0であるとみなし、信号値から電流値を換算するルールの補正を行う（補正の詳細は後述する）。なお、ステップS203までの処理をキースイッチ４の回動位置がONになる前に予め実施するようにしておき、キースイッチ４の回動位置がONになったときには、予め計算しておいたSAVEを取り出すようにすることも可能である。
【００２４】
ステップS204では、ホール式電流センサの出力信号値と電流値との関係式（所定ルール）の補正を行う（補正手段）。一般に、ホール式電流センサの出力電圧と電流値の関係は、図６に示すように略比例関係にあり、この関係式に従ってホール式電流センサの出力信号から電流値Iを一意に求めることができる（電流値算出手段）。しかしながら、ホール式電流センサの個体差や電流配線への取付状態の違い、さらには経年劣化等によってこの関係式は微小ながらも、ばらつきが生じる。そして、そのばらつきは、主に電流値Iがゼロとなる信号値S0を補正することによって解消されることを本願発明者は発見した。そこで、ステップS204では、図６に示すS0の値をステップS203で求めた平均値SAVEに更新している。このようにすることで、信号値S0から電流値Iへの換算精度が高まり、電流値Iの測定精度が向上する。ステップS204における補正処理が完了すると、図３のフローを終了し、図２の処理フローに戻る。
【００２５】
図２のステップS102では、車載バッテリ１の初期残存容量Q0をオープン電圧Vに基づいて算出する。すなわち、電圧センサ３の出力値から車載バッテリ１のオープン電圧Vを求め、予め記憶してあるオープン電圧−残存容量マップに照らして初期残存容量Q0を算出する。かかる手法は、既に公知の技術であるのでここでは詳細な説明を省略する。なお、本実施形態においてはオープン電圧Vに基づいて算出するが、他の方法に基づいて算出することももちろん可能である。例えば、最も最近に記憶した残存容量値に基づいて求める方法を採用する可能である。
【００２６】
ステップS103では、クランキング時の放電電流量に基づく残存容量減少値QCを算出し、ステップS102で求めた初期残存容量Q0から減じる。QCの算出は、図４および図５を用いて説明する。図４は、残存容量減少値QCを求めるフロー図を示し、図５は、ホール式電流センサ２の出力信号Sの時間的変化を示す。
【００２７】
まず、図４のフローについて説明すると、ステップS301では変数ｔに初期値０を代入し、キースイッチ４の回動位置がON/ACCからStartになるまで待機する。ステップS302でスイッチセンサ４ａからの出力信号により、回動位置がStart位置に変化したことを検知すると、再び回動位置がON/ACCに戻るまで、変数ｔの値をインクリメントしてクランキング時間ｔを計測する（ステップS303およびステップS304）。
【００２８】
そして、ステップS304でキースイッチ４の回動位置がON/ACCに戻ったことを検知すると、ステップS305およびステップS306において、クランキング時の残存容量減少値QCを算出する。QCは、クランキング開始時の瞬間的な突入電流に基づく固定値QC1と、クランキング時間に応じて増加する変動値QC2とに分けて算出することができる（QC＝QC1＋QC2）。これについて、図５を参照してさらに詳しく説明する。
【００２９】
図５はホール式電流センサ２の出力信号の時間的変化を示し、時刻t0は、キースイッチ４にキーが差し込まれた時刻を示す。時刻t1は、キースイッチ４に差し込まれたキーの回動位置をOFF位置からON/ACC位置に回動させた時刻を示し、時刻t2は、ON/ACC位置からStart位置に回動させた時刻（すなわち、クランキングを開始した時刻）を示す。そして、時刻t3を経た時刻t4は、再びStart位置からON/ACC位置に戻した時刻を示す。また、時刻t2においてクランキングが開始されると、ホール式電流センサ２では検知可能範囲を超える大きな電流（突入電流）が流れるため、時刻t2から時刻t3になるまでの極めて短い時間だけ、ホール式電流センサ２が測定可能な電流値の最大値SMAXを出力する。そして、時刻t3を過ぎると、検知可能範囲内の電流（クランキング電流）が流れるので、出力信号Sは実際の電流値Iに対応した値を出力し始める。ここで、時刻t2から時刻t4までの時間は、キースイッチ４の回動位置がStart位置にある時間と略一致し、クランキング時間に応じて変動する変動値である。このうち、時刻t2〜時刻t3までの時間はクランキング時間とは関わりなく、ほぼ一定値である。したがって、クランキング時の残存容量減少値QCは、突入電流に基づく固定値QC1とクランキング電流に基づく変動値QC2との和で表わすことができる。
【００３０】
固定値QC1をもたらす突入電流は回路内に存在するコンデンサ等に一時的に流れる電流なので、クランキング時間に依存せずに略決まった値をとる。したがって、予め実験的に求めておくことができる。一方、変動値QC2は、スタータモータ６を駆動するのに必要な電流ISに、時刻t3から時刻t4までの時間Δtを乗じて求めることができる。ここで、スタータモータ６を駆動するのに必要な電流ISは予め実験やスタータモータ６の仕様から求めておくことができる。そして、時刻t3から時刻t4までの時間Δtは、図４に示したフロー図の変数ｔに基づいて時刻t2から時刻t4までの経過時間を求め、この経過時間から、時刻t2から時刻t3までの一定時間を減じて求めることができる（ステップS305）。
【００３１】
このようにして求められたQC1とQC2とを加算してQCを算出し（ステップS306）、クランキング時の残存容量減少値としてQCを初期残存容量Q0から減じると（ステップS307、クランキング時補正手段）、図４のフローを終了し、図２のステップS104に進む。なお、このようにしてQCを求めることも可能であるが、クランキング時間はほぼ一定であると仮定して、QC2も固定値として処理することもできる。この場合は、処理精度は低下するものの、QC1とQC2とが共に固定値となるので、QCを簡便に算出することができるという利点を有する。
【００３２】
ステップS104では、ホール式電流センサ２からの出力信号Sに基づいて、車載バッテリ１の充放電電流Iを検出する。このとき、既に図３のステップS204において補正がなされているので、精度の良い電流値Iを測定することができる。
【００３３】
ステップS105では、ステップS103で測定した電流値Iに基づいて、残存容量Qの増減量ΔQを算出する。ΔQは次式に基づいて算出することができる。
【００３４】
ΔQ＝η∫Ｉdt
ここで、ηは充電効率を示す。また、I、ΔQ共に充電時には正、放電時には負の値をとる。
【００３５】
ステップS106では、現在の残存容量QにステップS104で算出した増減量ΔQの値を加算することで残存容量Qの値を更新する。そして、ステップS106で更新された残存容量Qの値を出力端子７ａより出力する。
【００３６】
これらステップS104〜ステップS107の処理は、キースイッチ４の回動位置がOFF位置となるまで繰り返し実行され、常に最新の残存容量が出力されるようになっている（ステップS108）。
【００３７】
次に本実施形態に係る残存容量算出装置の補正処理について図５を用いて更に詳しく説明する。キースイッチ４にキーが差し込まれてＥＣＵ７への電力供給が開始すると（時刻t0）、ＥＣＵ７ではホール式電流センサ２の出力信号Sを記憶し始める。このとき車載バッテリ１ではＥＣＵ７に対する電源供給を開始しているので、厳密には電流が流れていることになるが、無視でき得る（電流値ゼロとみなすことのできる）極めて微量な電流値である。このときの出力信号SをＥＣＵ７は記憶している。
【００３８】
そして、キースイッチ４の回動位置がON/ACCになると（時刻t1）、ＥＣＵ７は記憶している出力信号Sの平均値SAVEを演算し、このSAVEが電流値ゼロを示す信号となるように補正を行う。このとき出力信号Sの値は、電子機器類５にも車載バッテリ１から電力が供給され始めるので、微増する（ΔS1）。このΔS1の値は微量ではあるが、無視できない程度の電流値となる。なぜならば、電子機器類５には様々な電子機器が含まれるので、その一つ一つの消費電力は微量でも、全て合わせると無視し得ない量に達するからである。
【００３９】
このように、本実施形態においては、ＥＣＵ７への電源供給を他の電子機器類よりも先に電源供給し、他の電子機器類による電力消費が開始して無視できない程度の電流が流れる前に信号値Sと電流値Iとの関係式を見直す補正を行うので、補正の精度が向上することになる。したがって、ホール式電流センサによる電流値の測定が精度よく行え、充放電電流積算方式による残存容量の算出においても十分な精度を確保することができる。
【００４０】
なお、本実施形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。例えば、本実施形態においては、ＥＣＵ７はキースイッチ４にキーが差し込まれたときに電源供給されるようにしたが、ＥＣＵ７の消費電力は極めて微量なので、常に電源供給しておくようにすることもできる。この場合には、ＥＣＵ７の消費電力により車載バッテリの残存容量を長期にわたって消費するというデメリットがあるが、キースイッチ４にキーを差し込むとＥＣＵ７に電源供給するという構成が不要となり、構成が簡素で済むというメリットがある。また、本実施形態においては、ＥＣＵ７で算出した残存容量を出力端子７ａから出力し、表示装置８に出力するようにしたが、残存容量の出力先は表示装置に限らず、他の装置に出力することもできる。例えば、バッテリ交換時期の監視装置や、他のＥＣＵに出力することも可能である。このようにすることで、バッテリ交換時期の適切な判断や、他のＥＣＵでの制御を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る車載バッテリの残存容量検出装置の要部構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車載バッテリの残存容量検出処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係るホール式電流センサの補正処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係るエンジンクランキング時の残存容量検出処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係るホール式電流センサの出力信号の時間的変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るホール式電流センサの出力信号と検出電流値の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１                    車載バッテリ
２                    ホール式電流センサ
４                    キースイッチ
４ａ                  内部スイッチ
４ｂ                  スイッチセンサ
５                    電子機器類
６                    スタータモータ
７                    ＥＣＵ
【図１】
2007331589.tif 000003
【図２】
2007331589.tif 000004
【図３】
2007331589.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007331589.tif 000007
【図６】
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