JP4586773B2 - バッテリ温度推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリの温度推定装置に関し、特に、バッテリ温度の推定精度を向上させる技術に関する。

例えば、近年、車両の減速時にオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電し、その後、回生発電でバッテリに蓄えた電気で車載電気負荷の消費電力を賄うことにより、オルタネータの駆動に要するエネルギを低減し、燃費を向上させる回生発電制御システムがある。かかる回生発電制御システムにおいて、例えばバッテリ高温時にオルタネータ発電電圧を高くして強制的に回生発電を行うとバッテリの劣化を招く虞れがあるので、バッテリ温度に応じて回生発電を行うか否かを判断することが望ましい。バッテリ温度を検出する方法として、温度センサを設けてバッテリ温度を直接検出すればよいが、コスト高となる。

そこで、従来、吸気温度とエンジン冷却水温のみを用いてバッテリ温度を推定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、吸気温とエンジン冷却水温の差が５℃より小さく且つ吸気温が４０℃未満では吸気温をバッテリ温度推定値とし、それ以外のときは、バッテリ温度推定値と吸気温を比較して高い方をバッテリ温度推定値とするものである。
特開２００３−５２１３１号公報

しかしながら、特許文献１の推定方法では、高外気温時、エンジン高出力時、エアコンＯＮ時等の様々な車両運転条件に対してバッテリ温度を精度良く推定することができない。このため、バッテリ温度推定値が実際のバッテリ温度より低めに推定された場合、例えば回生発電を禁止することが望ましいにも拘わらず実行されると、バッテリへの高電圧印加によりバッテリの劣化を招く虞れがある。逆に、バッテリ温度推定値が実際のバッテリ温度より高めに推定された場合、例えば回生発電を行えるにも拘わらず禁止されると、燃費低減効果の低下を招くことになる。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、様々な車両運転条件に対してもバッテリ温度を精度良く推定できるバッテリ温度推定装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１の発明は、車両に搭載されるバッテリの温度を推定するバッテリ温度推定装置であって、前記バッテリの周囲のバッテリ雰囲気温度と、バッテリ温度に対して前記バッテリ雰囲気温度が与える影響度合を表す温度変化係数とを用いて下記の演算式によりバッテリ温度を周期的に推定し更新することを特徴とする。
Δバッテリ温度＝（バッテリ雰囲気温度−前回バッテリ温度推定値）
×温度変化係数×Δｔ
バッテリ温度推定値＝Δバッテリ温度＋前回バッテリ温度推定値
（ここで、前記Δバッテリ温度は単位時間当たりのバッテリ温度変化値であり、Δｔは演算周期である）

本発明によれば、車両運転条件に応じて変化するバッテリ雰囲気温度とバッテリ温度に対してバッテリ雰囲気温度が与える影響度合を表す温度変化係数とを用いてバッテリ温度推定値を所定の演算式で演算する構成とすることで、従来のバッテリ温度推定方法と比較して様々な車両運転条件に対してバッテリ温度を精度良く推定できる。このため、バッテリ温度に基づく回生発電制御の許可／禁止の判断時のバッテリ温度誤差を小さくでき、バッテリ高温時に回生発電を禁止してバッテリの劣化を防止できると共に、回生発電制御可能なバッテリ温度領域において回生発電制御が禁止させることを回避でき燃費低減効果を向上できる。また、バッテリ充電電流が増大するバッテリ高温時に所望の充電量が得られる範囲でオルタネータの発電電圧を下げることにより、バッテリに対する負荷を軽減してバッテリ劣化を抑制でき、バッテリの寿命を延ばすことができる。更に、バッテリ温度センサを設ける必要がなく、コストを低減できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るバッテリ温度推定装置の一実施形態を適用した回生発電制御システムのシステム構成図を示す。
図１において、エンジン１によりファンベルトを介して駆動されて発電するオルタネータ２は、後述するマイクロコンピュータを内蔵するＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）６からの発電電圧指令を受けてレギュレータ３により発電電圧が制御される。バッテリ４は、オルタネータ２の発電電圧に応じて充放電可能にオルタネータ２に接続されている。電流センサ５は、バッテリ４の充放電電流を検出し、その検出出力をＥＣＭ６に入力する。

ＥＣＭ６は、例えばコンピュータを内蔵してバッテリ４からの電力供給により駆動し、各種センサからの信号によりエンジン運転状態を制御する。また、ＥＣＭ６は、図示しないスロットルセンサとエンジン回転数センサからの信号により、スロットル弁が略全閉のアイドル状態でエンジン回転数が所定以上の減速時に、燃料噴射を停止する燃料カット制御を行い、この燃料カット中に、オルタネータ２のレギュレータ３に対して高い発電電圧指令値（例えば１４．５Ｖ）を出力して回生発電させてバッテリ４を充電する回生発電制御を行う。また、ＥＣＭ６は、水温センサ７、吸気温センサ８、車速センサ９やエアコンスイッチ１０から、エンジン冷却水温、吸気温、車速及びエアコンのＯＮ／ＯＦＦ状態を読込むと共に、燃料噴射量とエンジン回転速度等からエンジン出力を算出し、エンジン出力、エンジン冷却水温、吸気温、車速及びエアコンのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、後述の図２に示すフローチャートに従ってエンジン始動時及び始動後の運転中におけるバッテリ温度を推定する。そして、バッテリ温度推定値に基づいて、例えば回生発電制御を行うか否かの判断や回生発電制御時のオルタネータ２の発電電圧を可変制御してバッテリ４の劣化を抑制するようにしている。

次に、本実施形態のＥＣＭ６によるバッテリ温度推定動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップ１（図中、Ｓ１で示し、以下同様とする）では、エンジンが始動されたときに、エンジン始動時か始動後の運転中かを判定し、始動時であればＹＥＳと判定されてステップ２に進み、始動後の運転中であればＮＯと判定されて後述するステップ６に進む。

ステップ２では、冷機始動時か暖機始動時か判定する。例えばエンジン冷却水温と吸気温を比較し、温度差が予め定めた所定温度差以内であれば冷機始動時と判断してＹＥＳと判定しステップ３に進み、温度差が前記所定温度差より大きければ暖機始動時と判断してステップ４に進む。
ステップ３では、冷機始動時のバッテリ温度推定動作を実行する。例えばエンジン冷却水温と吸気温の低い方をバッテリ温度推定値として設定し、この設定値を冷機始動時のバッテリ温度推定値の初期値とする。

暖機始動時と判断した場合はステップ４で、例えばエンジン冷却水温の変化に基づいてエンジン停止時間を算出する。例えば、エンジン停止時のエンジン冷却水温を記憶しておき、記憶したエンジン停止時のエンジン冷却水温とエンジン始動時に読込んだエンジン冷却水温との温度差に基づいてエンジン停止時間を算出する。
ステップ５では、エンジン停止時に記憶したバッテリ温度推定値からステップ４で算出したエンジン停止時間に基づいて、予め実験的に求めて記憶させたエンジン停止時間とバッテリ温度低下特性との関係を示したマップ等からバッテリ温度推定値を設定し、この設定値を暖機始動時のバッテリ温度推定値の初期値とする。

バッテリ温度の初期値が設定された後、エンジンが継続して運転状態にあれば、ステップ１の判定がＮＯとなり、ステップ６に進み、エンジンが停止するまでエンジン運転中のバッテリ温度推定動作が実行される。
ステップ６では、燃料噴射量とエンジン回転速度等から算出したエンジン出力ＰＷＲ、吸気温センサ８から読込んだ吸気温ＴＡＮ、車速センサ９から読込んだ車速ＶＳＰ、及びエアコンスイッチ１０から読込んだエアコンＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、図３に示すバッテリ雰囲気温度推定値マップからバッテリ雰囲気温度推定値を設定する。

前記バッテリ雰囲気温度推定値マップは、ＥＣＭ６に予め記憶されており、図３に示すようにエンジン出力ＰＷＲ、吸気温ＴＡＮ、車速ＶＳＰ及びエアコンＯＮ／ＯＦＦ状態とバッテリ雰囲気温度推定値との関係をマップ化したもので、エンジン出力ＰＷＲが所定出力値Ｐ１以下のときは吸気温ＴＡＮと車速ＶＳＰに応じてバッテリ雰囲気温度が設定され、エンジン出力ＰＷＲが前記所定出力値Ｐ１より大きいときは車速ＶＳＰに応じてバッテリ雰囲気温度が設定される。また、車速ＶＳＰが略零に近い第１の所定車速としての車速Ｖ１未満であるときは、吸気温ＴＡＮに応じて下記の演算式によりバッテリ雰囲気温度推定値が設定される。

バッテリ雰囲気温度推定値＝Ａ×ＴＡＮ＋Ｂ
ここで、前記Ａ，Ｂは実験により求めた係数である。
また、エンジン出力ＰＷＲが所定出力値Ｐ１以下、吸気温ＴＡＮが所定温度Ｔ１以下、且つ、車速ＶＳＰが前記車速Ｖ１より大きい第２の所定車速としての車速Ｖ３以上のときは、エアコンスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じてバッテリ雰囲気温度推定値が設定される。これは、このような運転条件では、エアコンスイッチのＯＮ／ＯＦＦによりモータファンが駆動される時と駆動されない時とでは、バッテリ雰囲気温度に対するエンジンからの熱の影響度合が異なることによる。

尚、図３において、Ｐ１はエンジン出力値を示し、Ｖ１〜Ｖ３（ただし、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３である）は車速を示し、Ｔ１，Ｔ２（ただし、Ｔ１＜Ｔ２である）は吸気温を示し、Ｔａ〜Ｔｃ（ただし、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃである）はバッテリ雰囲気温度推定値を示している。
ステップ７では、車速ＶＳＰとエアコンスイッチ１０のＯＮ／ＯＦＦに基づくモータファン（Ｍ／Ｆａｎ）のＯＮ／ＯＦＦに応じて図４に示す温度変化係数マップから温度変化係数ａ〜ｄ（ただしａ＜ｂ＜ｃ＜ｄである）を設定する。

前記温度変化係数は、ＥＣＭ６に予め記憶されており、図４に示すように車速及びモータファンのＯＮ／ＯＦＦ状態と温度変化係数との関係をマップ化したもので、バッテリ温度に対してバッテリ雰囲気温度が与える影響度合を表すものである。この温度変化係数マップは、予め設定した車速Ｖａ未満のときは、モータファンのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて温度変化係数ｃ，ｄが設定され、車速が零の時及び車速Ｖａ以上の時はモータファンのＯＮ／ＯＦＦに関係なく温度変化係数ａ，ｂが設定される。

ステップ８では、ステップ６で得られたバッテリ雰囲気温度推定値とステップ７で得られた温度変化係数を用いて下記の演算式によりバッテリ温度推定値を算出する。
Δバッテリ温度＝（バッテリ雰囲気温度推定値−前回バッテリ温度推定値）
×温度変化係数×Δｔ
バッテリ温度推定値＝Δバッテリ温度＋前回バッテリ温度推定値
（ここで、前記Δバッテリ温度は単位時間当たりのバッテリ温度変化値であり、Δｔはバッテリ温度推定の演算周期である）
上記のバッテリ温度推定値の演算は、最初の演算ではステップ３又はステップ４で設定された初期値を前回バッテリ温度推定値として代入して演算を行い、その後、演算結果として得られたバッテリ温度推定値を次回の演算で前回バッテリ温度推定値として代入する。これにより、バッテリ演算推定値は、演算周期Δｔ毎に推定し更新されるものである。

かかる本実施形態のバッテリ温度推定装置によれば、外気温を吸気温で代替し、エンジン出力、吸気温、車速及びエアコンのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じたバッテリ雰囲気温度と温度変化係数を用いてバッテリ温度を推定するので、高外気温時、エンジン高出力時、エアコンＯＮ時等の様々な車両運転条件に対してバッテリ温度を精度良く推定できる。このため、バッテリ温度に基づく回生発電制御の許可／禁止の判断時のバッテリ温度誤差を小さくでき、バッテリ高温時に回生発電を禁止してバッテリの劣化を防止できると共に、回生発電制御可能なバッテリ温度領域において回生発電制御が禁止させることを回避でき燃費低減効果を向上できる。

また、バッテリ充電電流が増大するバッテリ高温時に所望の充電量が得られる範囲でオルタネータ２の発電電圧を下げることにより、バッテリ４に対する負荷を軽減してバッテリ４の劣化を抑制でき、バッテリ４の寿命を延ばすことができる。
また、バッテリ温度センサ及びバッテリ雰囲気温度センサが不要であるので、コストを低減できる。

尚、バッテリ雰囲気温度は、バッテリ雰囲気温度センサを用いて検出する構成としてもよく、この場合は前記演算式におけるバッテリ雰囲気温度推定値をバッテリ雰囲気温度センサの検出値で置き換えればよく、バッテリ温度の推定精度をより一層高めることができる。

本発明に係るバッテリ温度推定装置の一実施形態を適用した回生発電制御システムのシステム構成図 同上実施形態のバッテリ推定動作を説明するフローチャート 同上実施形態に適用するバッテリ雰囲気温度推定値マップの例を示す図 同上実施形態に適用する温度変化係数マップの例を示す図

符号の説明

１ エンジン
２ オルタネータ
３ レギュレータ
４ バッテリ
５ 電流センサ
６ ＥＣＭ
７ 水温センサ
８ 吸気温センサ
９ 車速センサ
１０ エアコンスイッチ

Claims (9)

1. 車両に搭載されるバッテリの温度を推定するバッテリ温度推定装置であって、
   前記バッテリの周囲のバッテリ雰囲気温度と、バッテリ温度に対して前記バッテリ雰囲気温度が与える影響度合を表す温度変化係数とを用いて下記の演算式によりバッテリ温度を周期的に推定し更新することを特徴とするバッテリ温度推定装置。
   Δバッテリ温度＝（バッテリ雰囲気温度−前回バッテリ温度推定値）
   ×温度変化係数×Δｔ
   バッテリ温度推定値＝Δバッテリ温度＋前回バッテリ温度推定値
   （ここで、前記Δバッテリ温度は単位時間当たりのバッテリ温度変化値であり、Δｔは演算周期である）
2. 前記バッテリ雰囲気温度は、少なくとも車速、エンジン出力、吸気温及びエアコンスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態とバッテリ雰囲気温度推定値との関係を予め記憶させたバッテリ雰囲気温度推定値マップにより推定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ温度推定装置。
3. 前記バッテリ雰囲気温度推定値マップは、前記エンジン出力が所定出力値以下のときは前記吸気温と車速に応じて前記バッテリ雰囲気温度を設定し、前記エンジン出力が前記所定出力値より大きいときは前記車速に応じて前記バッテリ雰囲気温度を設定する構成であることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ温度推定装置。
4. 前記バッテリ雰囲気温度推定値マップは、前記車速が第１の所定車速未満であるときは、吸気温に応じてバッテリ雰囲気温度推定値を設定する構成であることを特徴とする請求項２又は３に記載のバッテリ温度推定装置。
5. 前記バッテリ雰囲気温度推定値マップは、前記エンジン出力が前記所定出力値以下、前記吸気温が所定温度以下、且つ、前記車速が前記第１の所定車速より大きい第２の所定車速以上のときは、前記エアコンスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じてバッテリ雰囲気温度推定値を設定する構成であることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ温度推定装置。
6. 前記温度変化係数は、車速及びモータファンのＯＮ／ＯＦＦ状態と前記温度変化係数との関係を予め記憶させた温度変化係数マップにより決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のバッテリ温度推定装置。
7. 前記温度変化係数マップは、予め設定した車速未満のときは、モータファンのＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて温度変化係数を決定する構成であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリ温度推定装置。
8. 暖機始動時は、エンジン停止時のエンジン冷却水温と始動時のエンジン冷却水温との差からエンジン停止時間を算出し、前記エンジン停止時のバッテリ温度推定値から前記エンジン停止時間に基づいてバッテリ温度を推定する構成であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のバッテリ温度推定装置。
9. 前記車両が、減速時にエンジンで駆動するオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行って前記バッテリを充電する回生発電制御システムを備える構成であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のバッテリ温度推定装置。

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