(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、特許文献1に開示された技術では、何らかの原因により、電流の測定精度が低下してしまうと、積算によって得られる電流値が誤差を含んでしまうため、二次電池の残存容量を誤って判定してしまう。その結果、例えば、アイドリングストップを実行可能であるのに実行されずに燃費が低下する場合がある。しかしながら、従来は、電流の測定精度が低下したことを検出することができないという問題点がある。
【0006】
そこで、本発明は、電流の測定精度の低下を検出することが可能な二次電池状態検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は、二次電池の状態を検知する二次電池状態検知装置において、スイッチと抵抗素子とが直列接続され、前記スイッチをオン、オフすることにより前記二次電池に蓄積された電力を、前記抵抗素子を介して放電させる放電手段と、
前記二次電池の放電電流を測定し、前記スイッチがオンの状態に
おいて前記抵抗素子に流れる電流
値を
取得する電流測定手段と、前記抵抗素子の素子値を予め記憶する記憶手段と、
前記放電手段と並列に接続される電気負荷と、前記二次電池の電圧と、前記記憶手段に記憶された前記抵抗素子の素子値から、前記スイッチがオンの状態に
おいて、前記抵抗素子に流れる電流を推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された電流値と、前記電流測定手段によって
取得された
前記抵抗素子に流れる電流値とが所定の値以上異なる場合には前記電流測定手段が異常であると判定する判定手段と、を有
し、前記電流測定手段には、前記スイッチがオンの状態において、前記抵抗素子に流れる電流と前記電気負荷に流れる電流とが流れ、前記電流測定手段は、前記スイッチがオンの状態における前記電流測定手段による前記二次電池の放電電流の測定値から、前記スイッチがオフの状態における前記電流測定手段による測定値を減算する補正をして、前記抵抗素子に流れる電流値を取得する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、電流の測定精度の低下を検出することが可能となる。
【0008】
また、本発明の一側面は、前記推定手段は、前記スイッチがオンの状態に
おいて、前記二次電池の電圧を測定し、この電圧の測定値に基づいて前記抵抗素子に流れる電流を推定することを特徴とする。
また、本発明の一側面は、前記放電手段は、前記二次電池を間欠的に放電させ、そのときの電圧と電流から前記二次電池の内部抵抗を求め、求めた内部抵抗に基づいて前記二次電池の状態を検知する際にも使用されることを特徴とする。
また、本発明の一側面は、前記判定手段によって前記電流測定手段が異常であると判定された場合には、アイドリングストップ制御の実行を保留することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、電流の測定精度の低下を検出することが可能な二次電池状態検知装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【0012】
(A)実施形態の構成の説明
図1は、本発明の実施形態に係る二次電池状態検知装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検知装置1は、制御部10、電圧センサ11、電流センサ12、温度センサ13、および、放電回路15を主要な構成要素としており、二次電池14の状態を検知する。ここで、制御部10は、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13からの出力を参照し、二次電池14の状態を検知する。電圧センサ11は、二次電池14の端子電圧を検知し、制御部10に通知する。電流センサ12は、二次電池14の充電および放電電流を検知し、制御部10に通知する。温度センサ13は、二次電池14自体または周囲の環境温度を検知し、制御部10に通知する。放電回路15は、後述するように、スイッチ素子と抵抗素子が直列接続されて構成され、制御部10によってスイッチ素子がオン/オフ制御されることにより二次電池14を間欠的に放電させる。制御部10は、間欠的な放電が実行されている際の電圧と電流から二次電池14の内部抵抗を求め、求めた内部抵抗に基づいて二次電池14の状態を検知する。
【0013】
二次電池14は、例えば、正極(陽極板)に二酸化鉛、負極(陰極板)に海綿状の鉛、電解液として希硫酸を用いた液式鉛蓄電池等によって構成され、オルタネータ16によって充電され、スタータモータ18を駆動してエンジン17を始動するとともに、負荷19に電力を供給する。オルタネータ16は、エンジン17によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池14を充電する。
【0014】
エンジン17は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ18によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ16を駆動して電力を発生させる。スタータモータ18は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池14から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン17を始動する。負荷19は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池14からの電力によって動作する。
【0015】
図2は、
図1に示す制御部10および放電回路15の構成例を示す図である。この図に示すように、制御部10は、演算部10aと記憶部10bを有している。演算部10aは、記憶部10bに記憶されたプログラムおよびデータに基づいて演算処理を実行する。記憶部10bは、演算部10aが実行するプログラムおよびデータを記憶している。
【0016】
放電回路15は、スイッチ素子15aおよび抵抗素子15bが直列接続されて構成されている。ここで、スイッチ素子15aは、例えば、FET(Field Effect Transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体スイッチまたはリレー等の電磁スイッチによって構成され、制御部10の端子Bから供給される制御信号に応じてオンまたはオフの状態となる。抵抗素子15bは、スイッチ素子15aがオンの状態になった場合に、二次電池14から所定の放電電流を通じる。抵抗素子12aは、電流センサ12を構成し、流れた電流に対応する電圧を発生して制御部10の端子C,Dに供給する。抵抗素子12aの一端および端子Dは接地されている。この抵抗素子12aに生じる電圧を検出することで、抵抗素子12aに流れる電流を知ることができる。なお、制御部10は端子A,Cに印加される電圧を検出することで、二次電池14の電圧を検出する。
【0017】
(B)実施形態の動作の説明
つぎに、本実施形態の動作について説明する。以下では
図1〜3を参照して本実施形態の動作の概略を説明した後、
図4を参照して動作の詳細を説明する。
【0018】
本実施形態では、放電回路15によってパルス放電を行って二次電池14の状態を検知する。詳細には、制御部10は、パルス放電を実行している際の二次電池14の電圧および電流を検出し、二次電池14の内部抵抗(または内部インピーダンス)を求める。そして、求めた内部抵抗から二次電池14の状態(例えば、SOF(State of Function)やSOH(State of Health))を補正する。また、電流センサ12によって二次電池14に流れる充電電流および放電電流を検出して積算することで、二次電池14の残存容量を検出する。本実施形態では、抵抗素子15bは、抵抗値が予め分かっており、また、その素子値の精度も高いものを使用している。このため、そのほかの電流が電流センサ12の抵抗素子12aを流れていない、あるいは既知の電流値である場合には、抵抗素子15bに生じる電圧または二次電池14の電圧から放電電流を推定し、この推定した放電電流と、電流センサ12によって検出された電流値を比較し、これらがある程度以上異なる場合には電流センサ12が異常であるとしてアラートを発生する。これについて、以下に詳細に説明する。
【0019】
電流センサ12の精度の良否を判定する場合、制御部10は、
図3(A)に示すように、例えば、タイミングt1において、スイッチ素子15aをオンの状態にする。この結果、二次電池14からスイッチ素子15a、抵抗素子15b、および、電流センサ12の抵抗素子12aを介して電流が通じるため、
図3(B)に示すように、二次電池14から放電電流が流れる。なお、
図3(B)では二次電池14に充電される方向をプラスに定義し、放電される場合をマイナスに定義しているので、放電電流が流れると電流はマイナス方向に変位する。
図3(B)では、スイッチ素子15aがオフの状態では二次電池14から流れる電流はI1であるが、オンの状態では電流がI2に変化している。また、電流が通じることにより、二次電池14の内部抵抗によって、
図3(C)に示すように、二次電池14の端子電圧が低下する。
図3(C)では、スイッチ素子15aがオフの状態では二次電池14の端子電圧はV1であるが、オンの状態では電圧がV2に降下している。
【0020】
制御部10は、このとき、抵抗素子15bに生じる電圧を測定する。より詳細には、抵抗素子15bに電流が流れると、電圧Vmが生じるので、制御部10はこの電圧Vmを測定する。あるいは、電流センサ12を構成する抵抗素子12aも抵抗値を有しているので、この抵抗素子12aにも電圧が生じるが、抵抗素子12aの抵抗値Rsは、抵抗素子15bの抵抗値Rに比較して無視できる程度に小さい(Rs≪R)ので、抵抗素子12aに生じる電圧は無視できることから、二次電池の電圧をVmとして扱っても良い。つぎに、制御部10は電流センサ12によって、電流値Imを測定する。この電流値Imは、抵抗素子15bを流れる電流である。
【0021】
つぎに、制御部10の演算部10aは、記憶部10bに記憶している抵抗素子15bの抵抗値Rを読み出す。そして、演算部10aは、先に測定した抵抗素子15bの電圧Vmを、読み出した抵抗値Rで除算することにより、抵抗素子15bに流れる電流の推定値Ieを求める。すなわち、Ie=Vm/Rにより、電流推定値Ieを得る。なお、このような電流推定値Ieは、1回のみの測定で判定するのではなく、適切なタイミングで行われた複数回の測定結果の平均を求めるようにすることで、正確な判定を行うことができる。
図3の例では、タイミングt1とタイミングt3を開始タイミングとする2回の測定が実行され、また、スイッチ素子15aの切り替え直後の過渡的な変化が終了した部分で測定している。
【0022】
つぎに、制御部10の演算部10aは、電流推定値Ieと、測定した電流値Imとの差分の絶対値を求め、これをΔIとする。すなわち、ΔI=|Ie−Im|を求める。このとき、スイッチ素子15aのオフ時の電流値を予め測定しておき、ΔIを補正しても良い。
【0023】
つぎに、制御部10の演算部10aは、ΔIが所定の閾値Th以上(ΔI≧Th)であるか否かを判定し、ΔI≧Thである場合には、異常が発生していると判定し、例えば、上位の装置に対してアラートを通知する。すなわち、電流センサ12が正常である場合には、抵抗素子15bに生じる電圧から求めた電流推定値Ieと、電流センサ12によって測定された電流値Imとは略一致するが、これが一致しない場合(所定の閾値Th以上離れている場合)には、電流センサ12に異常が発生していると判定することができる。なお、異常であると判定された場合には、正確を期するために再度の測定および判定を行うようにしてもよい。
【0024】
以上に説明したように、放電回路15を構成する抵抗素子15bとして、抵抗値が既知のものを使用し、放電の際にこの抵抗素子15bに生じる電圧から電流推定値Ieを求めるとともに、電流センサ12による電流値Imを求め、これらの差分の絶対値ΔI(=|Ie−Im|)を求め、このΔIが所定の閾値Th以上の場合には、電流センサ12が異常であると判定するようにした。これにより、電流センサ12の異常を検出することが可能になる。
【0025】
つぎに、
図4を参照して本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。
図4に示すフローチャートは、例えば、定期的(例えば、イグニッションオフ操作がされる毎、数日、数週、または、数ヶ月おき)に実行される。もちろん、定期的に実行するのではなく、ユーザからの要求があった場合や、不定期に実行してもよい。また、電流センサ12が新品時には判定の頻度を低くし、時間が経過するとともに頻度を高くするようにしてもよい。このフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。
【0026】
ステップS10では、制御部10は、温度センサ13により、二次電池14自体またはその周辺の温度Tを測定する。例えば、温度として25℃が測定される。なお、測定した周辺の温度から二次電池14の温度を推定しても良い。
【0027】
ステップS11では、制御部10は、スイッチ素子15aがオフの状態での電流値I1を測定する。すなわち、この先に行われる放電回路の動作による電流のほかに電流センサ12に流れる電流値を予め把握しておき、その値を補正値として使用するか、あるいは電流が所定値より大きい場合には以降の処理を行わないという手段も可能である。
【0028】
ステップS12では、制御部10は、スイッチ素子15aをオンの状態に制御する。この結果、二次電池14からスイッチ素子15a、抵抗素子15b、および、電流センサ12の抵抗素子12aを介して電流が流れる。
【0029】
ステップS13では、制御部10は、スイッチ素子15aを介して流れる電流により、抵抗素子15bに生じる電圧Vmを測定する。例えば、抵抗素子15bの素子値が1Ωであり、電流値が10Aである場合には、Vmとして10V(=10A×1Ω)の電圧が測定される。
【0030】
ステップS14では、制御部10は、電流センサ12によって、抵抗素子15bを流れる電流を測定する。電流センサ12が異常である場合には、実際には10Aが流れている場合でも、例えば、12Aが測定される。なお、前述したように、電流センサ12を構成する抵抗素子12aも抵抗値を有しているので、この抵抗素子12aにも電圧が生じるが、抵抗素子12aの抵抗値Rsは、抵抗素子15bの抵抗値Rに比較して無視できる程度に小さい(Rs≪R)ので、抵抗素子12aに生じる電圧は無視できる。このとき、ステップS11で求められている電流値I1の値を測定値から減算するといった補正をしてもよい。
【0031】
ステップS15では、制御部10の演算部10aは、抵抗素子15bの抵抗値Rを、図示しない記憶部から読み出す。例えば、抵抗値として、1Ωが記憶部10bから読み出される。なお、抵抗素子15bの抵抗値が、温度依存性がある場合には、ステップS11で測定した温度Tに基づいて温度補正するようにしてもよい。例えば、温度係数を記憶部10bに記憶しておき、温度Tにこの温度係数を乗算することで、抵抗値を補正することも可能である。もちろん、温度係数が十分に小さい場合には、温度による抵抗値の変化は無視するようにしてもよい。
【0032】
ステップS16では、制御部10の演算部10aは、ステップS13で測定した抵抗素子15bに生じる電圧Vmを、ステップS15で読み出した抵抗値Rで除算することで、電流推定値Ieを求める。例えば、電圧Vmが10Vであり、抵抗値Rが1Ωの場合には、電流推定値Ieとして10Aが得られる。
【0033】
ステップS17では、制御部10は、ステップS16で求めた電流推定値Ieと、ステップS14で測定した電流値Imの差分の絶対値であるΔI(=|Ie−Im|)を求める。例えば、前述のように、電流センサ12が正常でなく、12Aが誤って測定された場合には差分ΔIとして、2A(=|10A−12A|)が得られる。
【0034】
ステップS18では、制御部10は、ステップS17で求めたΔIが所定の閾値Th以上であるか否かを判定し、閾値Th以上であると判定した場合(ステップS18:Yes)にはステップS19に進み、それ以外の場合(ステップS18:No)にはステップS20に進む。例えば、電流センサ12が前述のように異常である場合であって、閾値Thが、例えば、0.2Aであるときには、ΔI=2Aであり、2A≧0.2Aであることから、Yesと判定してステップS19に進む。
【0035】
ステップS19では、制御部10は、電流センサ12が異常であると判定し、処理を終了する。なお、制御部10は、上位の装置(例えば、ECU(Electronic Control Unit))に対して、異常の発生をアラートとして通知するようにしてもよい。この結果、上位の装置は、ユーザに対して異常の発生を通知することができる。
【0036】
ステップS20では、制御部10は、電流センサ12が正常であると判定し、処理を終了する。なお、正常と判定した場合には、上位の装置に対する通知はしないようにしてもよい。
【0037】
以上の処理によれば、電流センサ12が正常であるか否かを判定することが可能になる。なお、以上の処理では、1回の測定に基づいて異常の有無を判定するようにしたが、
図3の場合のように、複数の測定結果に基づいて判定したり、あるいは、異常と判定された場合に再度の測定を行うようにしたりしてもよい。
【0038】
以上の実施形態によれば、電流センサ12の異常の有無を判定することができるため、異常が発生している場合には、電流積算値に基づく残存容量の推定値は信頼性が低いことから、例えば、アイドリングストップ制御は実行を保留するようにしてもよい。これにより、エンジンが再始動できないことを防止できる。
【0039】
(D)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、放電回路15を制御部10とは独立した構成としたが、これらを一体構成としてもよい。
【0040】
また、以上の実施形態では、ヒューズ等の抵抗は考慮していないが、実際の車載の二次電池14では、プラス端子は過電流防止用のヒューズやリレースイッチを介して放電回路15に接続される。このため、
図5に示すように、二次電池14と放電回路15の間にはヒューズやリレースイッチに対応する抵抗Rfが存在している。このため、この抵抗Rfに電流が通じている場合に電圧を測定すると、この抵抗Rfによる電圧降下も測定してしまうことになる。しかしながら、スイッチ素子15aがオンの状態になったときに測定することで、この抵抗Rfの影響を排除することができる。すなわち、
図6に等価回路を示すように、スイッチ素子15aがオンの状態になったとき、電圧センサ11は、抵抗素子15bの端子電圧を測定するため、抵抗Rfにおける電圧降下は検出されない。以上から、スイッチ素子15aがオンの状態になったときに、抵抗素子15bに印加される電圧を測定することで、抵抗Rfの影響を排除することができる。なお、スイッチ素子15aがオフの場合に測定することも可能であるが、その場合には、例えば、抵抗素子15bに抵抗Rfの抵抗値を加えた値によって電流推定値Ieを求めることができる。すなわち、Ie=Vm/(R+Rf)によって電流推定値を得ることができる。なお、このRfの値は、記憶部10bに予め記憶することができる。
【0041】
また、以上の説明では、抵抗Rfのみを考慮するようにしたが、実際の回路では、抵抗以外にも電圧降下を生じる素子、例えば、ダイオードが存在する。このため、これらを考慮して計算を行うようにしてもよい。例えば、ダイオードによる電圧降下がVdであるとすると、放電電流Ie=(Vm−Vd)/(R+Rf)として計算するようにしてもよい。もちろん、抵抗値Rfについては適宜省略することが可能である。
【0042】
また、以上の実施形態では、電流センサ12として、抵抗素子12aを用いるものを例に挙げて説明したが、抵抗素子12aではなく、例えば、ホール式電流センサを用いるようにしてもよい。
【0043】
また、以上の実施形態では、電圧値および電流値の測定方法については言及していないが、例えば、正確な値を得るために、電圧値および電流値を複数回測定し、その得られた値の平均値を用いて計算を行うようにしてもよい。
【0044】
また、以上の実施形態では、抵抗素子15bの抵抗値Rが、電流センサ12の抵抗素子12aの抵抗値Rsよりも非常に小さい(Rs≪R)として無視するようにしたが、この抵抗値を考慮して計算するようにしてもよい。具体的には、2つの抵抗素子12a,15bの抵抗の比から、分圧比を求めて、この分圧比に応じて抵抗素子15bの電圧を推定するようにしてもよい。
【0045】
また、以上の実施形態では、電流センサ12の異常が検出された場合には、アイドリングストップ制御を実行しないようにしたが、これ以外の制御、例えば、満充電を検出した際の充電停止制御を実行しないようにすることも可能である。
【0046】
また、以上の実施形態では、
図2に示すように、抵抗素子15bはグランド側に配置するようにしたが、例えば、二次電池14の正極端子側に配置するようにしてもよい。すなわち、スイッチ素子15aと抵抗素子15bを
図2の上下反対に配置するようにしてもよい。