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JP6508094B2 - 車両用電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両用電源システムに関する。
車両に搭載された各種電気負荷（ヘッドランプ、エアコン、オーディオ、メータ電装品、ワイパ等）に電力を供給する車両用電源システムとして、２つのバッテリが並列接続してなる車両用電源システムが知られている。当該車両用電源システムでは、並列接続された２つのバッテリが、オルタネータ（ハイブリッド車等にあってはＤＣＤＣコンバータ）より供給される電力によって充電される。また、当該車両用電源システムでは、各種電気負荷の作動により第１バッテリ（例えば、鉛バッテリ）に高い負荷がかかった場合に、第２バッテリ（例えば、ニッケル水素バッテリ）からも電力供給を行うことで、各種電気負荷に適切な電力を供給する。これにより、各種電気負荷への電力供給を安定させることができる。
ここで、当該車両用電源システムにおいて、第２バッテリの内部抵抗を算出する方法について検討する。一般に、バッテリの内部抵抗を算出する方法として、例えば、電気負荷作動時のバッテリの放電に伴う電圧変動及び電流変動を利用する方法が挙げられる（下記特許文献１参照）。このように電気負荷作動時の電圧変動及び電流変動を利用する方法によれば、専用の放電回路等を設ける必要がないため、バッテリの内部抵抗を低コストで算出できるといった利点がある。
特開２０１２−１３２７２６号公報
しかしながら、電気負荷作動時の電圧変動及び電流変動を利用する方法を上記車両用電源システムにおける第２バッテリの内部抵抗の算出に適用しようとした場合、以下のような問題がある。
一般に、電気負荷の作動による電圧変動及び電流変動は、電気負荷の作動の仕方によってばらつく。このため、電気負荷の作動に伴って第１バッテリとともに電力を供給する第２バッテリについても、同様に電圧変動及び電流変動がばらつくことになる。この結果、上記方法により第２バッテリの内部抵抗を算出しても、高い再現性が得られないといった問題がある。
また、電気負荷作動時は、一般に電気負荷の動作を安定させるために電圧安定化回路等により電圧変動幅が小さく抑えられる。このため、電気負荷の作動に伴って第１バッテリとともに電力を供給する第２バッテリの電圧変動幅も小さく抑えられることになる。この結果、内部抵抗を精度よく算出するのに必要な電圧変動幅を得ることができず、上記方法により第２バッテリの内部抵抗を算出しても、高精度な算出結果が得られないといった問題がある。
そこで、本開示は、第１バッテリと第２バッテリとが並列接続される車両用電源システムにおいて、第２バッテリの内部抵抗を高い再現性で高精度に算出することを目的とする。
本開示の一局面によれば、車両用電源システムは以下のような構成を有する。すなわち、
オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、該オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する第１バッテリと、
前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、前記第１バッテリに並列接続される第２バッテリと、
前記第２バッテリの電圧値を検出する電圧センサと、
前記第２バッテリの電流値を検出する電流センサと、
前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させる電圧制御部と、
前記電圧制御部が前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させている間に前記電圧センサ及び前記電流センサによりそれぞれ検出された前記第２バッテリの電圧値及び電流値を用いて、前記第２バッテリの内部抵抗を算出する算出部とを有することを特徴とする。
また、本開示の一局面によれば、車両用電源システムは以下のような構成を有する。すなわち、
オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、該オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する第１バッテリと、
前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、前記第１バッテリに並列接続される第２バッテリと、
前記第２バッテリの電圧値を検出する電圧センサと、
前記第２バッテリの電流値を検出する電流センサと、
前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させる第１ＥＣＵと、
前記第１ＥＣＵが前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させている間に前記電圧センサ及び前記電流センサによりそれぞれ検出された前記第２バッテリの電圧値及び電流値を用いて、前記第２バッテリの内部抵抗を算出する第２ＥＣＵとを有することを特徴とする。
上記車両用電源システムでは、第１バッテリが、オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、該オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する。また、第２バッテリが、オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、該オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、第１バッテリに並列接続される。
これにより、車両に搭載された電気負荷に電力を供給するためのシステムとして、オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータにより供給される電力により充電され、第１バッテリと第２バッテリとが並列接続されるシステムを実現することができる。
また、上記車両用電源システムでは、電圧センサが第２バッテリの電圧値を検出し、電流センサが第２バッテリの電流値を検出してもよい。
これにより、第２バッテリの内部抵抗を算出するのに用いられる第２バッテリの電圧値と電流値とを取得することが可能になる。
また、上記車両用電源システムでは、第１ＥＣＵ（電圧制御部）が、オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させてもよい。また、第１ＥＣＵ（電圧制御部）がオルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させている間に電圧センサ及び電流センサによりそれぞれ検出された第２バッテリの電圧値及び電流値を用いて、第２ＥＣＵ（算出部）が、第２バッテリの内部抵抗を算出してもよい。
これにより、オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧が、所定の変動速度で時間とともに変動することとなり、内部抵抗を算出する際の第２バッテリの電圧変動を、電気負荷の作動に伴う電圧変動よりも均一にすることができる。そして、第２バッテリの電圧変動を均一にした状態で検出された電圧値と電流値とを用いて第２バッテリの内部抵抗を算出することが可能となるため、電気負荷の作動に伴う電圧変動を利用して内部抵抗を算出する場合と比較して、算出結果のばらつきを抑えることが可能となる。つまり、内部抵抗の算出において高い再現性を実現することができる。
また、オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させることができるため、電気負荷の作動に伴う電圧変動よりも第２バッテリの電圧変動幅を大きくすることができる。そして、第２バッテリの電圧変動幅を大きくした状態で検出された電圧値と電流値とを用いて第２バッテリの内部抵抗を算出することができるため、電気負荷の作動に伴う電圧変動を利用して内部抵抗を算出する場合と比較して、算出精度を向上させることが可能となる。つまり、内部抵抗の算出において高い精度を実現することができる。
本開示によれば、第１バッテリと第２バッテリとが並列接続される車両用電源システムにおいて、第２バッテリの内部抵抗を高い再現性で高精度に算出することが可能になる。
車両用電源システムの構成例を示す図である。 第１ＥＣＵ及び第２ＥＣＵのハードウェア構成の一例を示す図である。 第１ＥＣＵ及び第２ＥＣＵの機能構成の一例を示す図である。 パラメータ情報の一例を示す図である。 オルタネータの電圧波形及び第２バッテリの電流波形を説明するための図である。 測定結果情報の一例及び第２バッテリの内部抵抗の算出方法を示す図である。 車両用電源システムにおけるバッテリ管理処理の流れを示すフローチャートである。 車両用電源システムの他の構成例を示す図である。 車両用電源システムの他の構成例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
＜車両用電源システムの構成＞
はじめに、本実施形態における車両用電源システムの構成について説明する。図１は、車両用電源システムの構成例を示す図である。図１に示す車両用電源システム１００は、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する車両用電源システムであって、例えば、非ハイブリッド車に適用される電源システムである。
図１に示すように車両用電源システム１００は、第１バッテリ１１０と、電気負荷１２０と、オルタネータ１３０と、第１ＥＣＵ１４０と、第２バッテリモジュール１５０と、リレー１８０とを有する。
なお、図１では、説明の簡略化のため、第２バッテリモジュール１５０の内部抵抗を算出するのに関連する機器のみを図示しており、その他の機器については省略している。
例えば、車両用電源システム１００において電力が供給される対象には、電気負荷１２０のほか、エンジンスタータやシフトバイワイヤ、電動パーキングブレーキ等が含まれる。しかしながら、これらの装置は、第２バッテリ１６０の内部抵抗の算出とは、直接、関連しないため、図１の車両用電源システム１００では、省略している。
また、第２バッテリ１６０の内部抵抗の算出に際して、リレー１８０はＯＮ状態であることが前提となる。このため、図１の車両用電源システム１００では、リレー１８０もＯＮ状態として図示することとする。なお、本実施形態においてリレー１８０のＯＮ／ＯＦＦの制御は、第１ＥＣＵ１４０または第２ＥＣＵ１７０が行うものとする。
以下、図１に示した機器（第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出するのに関連する機器）について順に説明する。第１バッテリ１１０は、ＤＣ１２［Ｖ］程度の電圧を出力する直流電源であって、充放電可能な二次電池である。第１バッテリ１１０は、オルタネータ１３０により発電された電力により充電され、電気負荷１２０作動時に、充電された電力を電気負荷１２０に供給する。なお、第１バッテリ１１０は、予め定められた容量（例えば、５０［Ａｈ］〜８０［Ａｈ］）を有しており、例えば、鉛バッテリにより実現される。
電気負荷１２０は、第１バッテリ１１０等からの電力供給に基づいて作動する機器である。電気負荷１２０には、例えば、ヘッドランプ、エアコン、オーディオ、メータ電装品、ワイパ等が含まれる。
オルタネータ１３０は、エンジン（不図示）の回転により発電する発電機である。オルタネータ１３０により発電された電力は、オルタネータ１３０に並列に接続された第１バッテリ１１０に供給される。これにより、第１バッテリ１１０が充電される。また、オルタネータ１３０により発電された電力は、オルタネータ１３０に並列に接続された第２バッテリ１６０に供給される。これにより、第２バッテリ１６０が充電される。更に、オルタネータ１３０により発電された電力は、電気負荷１２０作動時に電気負荷１２０に供給される。
第１ＥＣＵ１４０は、オルタネータ１３０の発電電圧を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。第１ＥＣＵ１４０は、例えば、エンジンの回転数が不安定な状態において、エンジンＥＣＵ（不図示）から、オルタネータ１３０の発電を抑えるよう要求があった場合には、発電電圧を抑えるよう制御する。また、第１ＥＣＵ１４０は、例えば、第１バッテリ１１０のＳＯＣ（State of Charge：充電容量に対する充電残量の比率、充電率）が低下したと判定した場合には、第１バッテリ１１０のＳＯＣを上げるよう発電電圧を制御する。
更に、第１ＥＣＵ１４０は、第２バッテリ１６０の第２ＥＣＵ１７０から電圧変動要求を受信した場合には、オルタネータ１３０の発電電圧が所定の電圧波形に従って変動するように、オルタネータ１３０の発電電圧を制御する。
なお、エンジンＥＣＵからの要求や、第１バッテリ１１０のＳＯＣ等に応じて、第１ＥＣＵ１４０がオルタネータ１３０の発電電圧を制御している状態を、"通常制御状態"と称する。また、第２ＥＣＵ１７０からの電圧変動要求に応じて、第１ＥＣＵ１４０がオルタネータ１３０の発電電圧を制御している状態を、"内部抵抗算出状態"と称する。
第２バッテリモジュール１５０は、第２バッテリ１６０と、第２バッテリ１６０の電流値を検出する電流センサ１６１と、第２バッテリ１６０の電圧値を検出する電圧センサ１６２とを有する。また、第２バッテリモジュール１５０は、第２バッテリ１６０の温度値を検出する温度センサ１６３と、第２ＥＣＵ１７０とを有する。なお、電圧センサ１６２は、第２ＥＣＵ１７０内に配されるものとする。
第２バッテリ１６０は、第１バッテリ１１０の出力電圧と概ね同じＤＣ１２［Ｖ］の電圧またはそれよりも若干高い電圧を出力する直流電源であって、充放電可能な二次電池である。
第２バッテリ１６０は、内部抵抗の算出に際してリレー１８０がＯＮ状態となっている場合、オルタネータ１３０の発電電圧を上げることで充電され、オルタネータ１３０の発電電圧を下げることで放電される。
また、第２バッテリ１６０は、電気負荷１２０の作動により第１バッテリ１１０に高い負荷がかかった場合等にリレー１８０がＯＮ状態になることで第１バッテリ１１０と並列接続し、第１バッテリ１１０をバックアップする。なお、本実施形態において、第１バッテリ１１０のバックアップとは、第１バッテリ１１０に代わって、あるいは、第１バッテリ１１０とともに、電気負荷１２０に電力を供給することをいう。
なお、第２バッテリ１６０は、予め定められた容量（例えば、第１バッテリ１１０の容量よりも低い６［Ａｈ］〜１０［Ａｈ］）を有しており、例えば、ニッケル水素バッテリにより実現される。
第２ＥＣＵ１７０は、電流センサ１６１により検出された電流値と、電圧センサ１６２により検出された電圧値と、温度センサ１６３により検出された温度値とを取得する。また、第２ＥＣＵ１７０は、取得した電流値及び電圧値に基づいて第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出する。更に、第２ＥＣＵ１７０は、算出した内部抵抗と、取得した温度値とを用いて、第２バッテリ１６０の劣化度を推定し、第２バッテリ１６０の寿命を判定する。
また、第２ＥＣＵ１７０は、第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出するにあたり、第１ＥＣＵ１４０に対して電圧変動要求を送信する。第２ＥＣＵ１７０では、第１ＥＣＵ１４０に対して電圧変動要求を送信した後に電流値、電圧値、温度値を取得し、第２バッテリ１６０の内部抵抗の算出、劣化度の推定ならびに寿命の判定を行う。
＜第１ＥＣＵ及び第２ＥＣＵのハードウェア構成＞
次に、第１ＥＣＵ１４０及び第２ＥＣＵ１７０のハードウェア構成について説明する。なお、第１ＥＣＵ１４０のハードウェア構成と第２ＥＣＵ１７０のハードウェア構成とは概ね同じであるため、ここでは第２ＥＣＵ１７０のハードウェア構成について説明する。
図２は、第２ＥＣＵ１７０のハードウェア構成の一例を示す図である。図２に示すように、第２ＥＣＵ１７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０２を有する。また、第２ＥＣＵ１７０は、接続部２０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、電圧センサ１６２を有する。本実施形態において、ＲＯＭ２０４には、劣化判定処理プログラムが格納されており、ＣＰＵ２０１が、ＲＡＭ２０２を作業領域として、劣化判定処理プログラムを実行することで、第２ＥＣＵ１７０は劣化判定処理部として機能する。
具体的には、ＣＰＵ２０１が劣化判定処理プログラムを実行することで、第２ＥＣＵ１７０は、接続部２０３を介して第１ＥＣＵ１４０に対して、電圧変動要求を送信する。また、ＣＰＵ２０１が劣化判定処理プログラムを実行することで、第２ＥＣＵ１７０は、接続部２０３を介して電流値及び温度値を取得し、電圧センサ１６２より取得した電圧値とともに、ＲＡＭ２０２に記録する。更に、ＣＰＵ２０１が劣化判定処理プログラムを実行することで、第２ＥＣＵ１７０は、ＲＡＭ２０２に記録した内容を読み出し、第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出することで、劣化度を推定し寿命を判定する。
＜第１ＥＣＵ及び第２ＥＣＵの機能構成＞
次に、第１ＥＣＵ１４０の機能構成及び第２ＥＣＵ１７０の機能構成について説明する。図３は、第１ＥＣＵ及び第２ＥＣＵの機能構成の一例を示す図である。
図３に示すように、第１ＥＣＵ１４０は、内部抵抗算出状態生成部３００を有し、内部抵抗算出状態生成部３００は、更に、判定部３０１及びオルタネータ電圧制御部３０２を有する。
判定部３０１は、第２ＥＣＵ１７０から送信された電圧変動要求を受信する。また、判定部３０１は、電圧変動要求を受信すると、車両用電源システム１００の現在の状況が、内部抵抗の算出ができる状況か否か（オルタネータ１３０の発電電圧を、所定の電圧波形に従って変動させてもよい状況か否か）を判定する。
例えば、不図示のエンジンＥＣＵから、オルタネータ１３０の発電電圧を抑えるよう要求があった場合、判定部３０１では、車両用電源システム１００の現在の状況が、内部抵抗の算出ができない状況であると判定する。エンジンの回転数が安定していない状況で、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させてしまうと、エンジンストールを起こしたり、ノッキングが発生したりすることから、エンジンＥＣＵからの要求を優先すべきだからである。
また、第１バッテリ１１０のＳＯＣが低下したと判定した場合も、判定部３０１では、車両用電源システム１００の現在の状況が、内部抵抗の算出ができない状況であると判定する。第１バッテリ１１０のＳＯＣを上げるように、オルタネータ１３０の発電電圧を制御することを優先すべきだからである。
車両用電源システム１００の現在の状況が、内部抵抗の算出ができない状況であると判定した場合、第１ＥＣＵ１４０は通常制御状態を維持する。この場合、他の優先すべき要求に基づいて、オルタネータ１３０の発電電圧が制御されることになる。一方、車両用電源システム１００の現在の状況が、内部抵抗の算出ができる状況であると判定した場合、第１ＥＣＵ１４０は、内部抵抗算出状態に移行する。この場合、電圧変動要求に基づいて、オルタネータ１３０の発電電圧が制御されることになる。
なお、第２ＥＣＵ１７０より送信される電圧変動要求には、オルタネータ１３０の発電電圧を所定の電圧波形に従って変動させるための、上限電圧値と、下限電圧値と、電圧変動速度値とが含まれているものとする。
オルタネータ電圧制御部３０２は、判定部３０１より、電圧変動要求を受信すると、当該電圧変動要求に含まれる上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値を抽出する。また、オルタネータ電圧制御部３０２は、抽出した各値に基づいて、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させる際に用いる電圧波形を生成する。
また、オルタネータ電圧制御部３０２は、オルタネータ１３０の発電電圧が、生成した電圧波形に従って変動するように、オルタネータ１３０の発電電圧を制御する。
第２ＥＣＵ１７０は、劣化判定処理部３１０を有する。劣化判定処理部３１０は、要求部３１１、電圧測定部３１２、電流測定部３１３、内部抵抗算出部３１４、劣化度推定部３１５、寿命判定部３１６を有する。
要求部３１１は、第１ＥＣＵ１４０に対して電圧変動要求を送信する。要求部３１１では、例えば、車両のエンジンがＯＮになってから所定時間（例えば、１４０［Ｓｅｃ］）が経過した場合に、電圧変動要求を送信する。あるいは、要求部３１１は、車両の走行が所定時間（例えば、４［ｈ］）継続した場合に、電圧変動要求を送信する。あるいは、要求部３１１は、前回の電圧変動要求の送信から一定期間（例えば、１［週間］）が経過した場合に、電圧変動要求を送信する。
なお、要求部３１１では、電圧変動要求を送信するにあたり、パラメータ格納部３２０を参照し、オルタネータ電圧制御部３０２が電圧波形を生成する際に用いる、上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値を読み出す。要求部３１１では、読み出した上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値を含む電圧変動要求を生成し、第１ＥＣＵ１４０に送信する。なお、パラメータ格納部３２０は、ＲＯＭ２０４内に形成された記憶領域である。
図４は、パラメータ格納部に格納されるパラメータ情報の一例を示す図である。図４に示すように、パラメータ格納部３２０に格納されるパラメータ情報４００には情報の項目として、"上限電圧"、"下限電圧"、"電圧変動速度"が含まれる。
"上限電圧"には、内部抵抗を算出するためにオルタネータ１３０の発電電圧を変動させるにあたり、内部抵抗算出状態において、第１バッテリ１１０が過充電にならないようにするための上限値が規定される。図４の例は、上限電圧値として"１４．５［Ｖ］"が規定されていることを示している。
"下限電圧"には、内部抵抗を算出するためにオルタネータ１３０の発電電圧を変動させるにあたり、内部抵抗算出状態において、第１バッテリ１１０のＳＯＣが大きく低下しないようにするための下限値が規定される。図４の例は、下限電圧値として"１２．５［Ｖ］"が規定されていることを示している。
"電圧変動速度"には、内部抵抗を算出するためにオルタネータ１３０の発電電圧を変動させるにあたり、内部抵抗算出状態において、電気負荷１２０の動作に影響を与えることがないようにするための変動速度の上限値が規定される。図４の例は、オルタネータ１３０の発電電圧の変動速度が、"０．５［Ｖ／Ｓｅｃ］"以下であれば、電気負荷１２０の動作に影響を与えることがないことを示している。なお、電気負荷１２０の動作への影響とは、例えば、電気負荷１２０の一例であるヘッドランプが、明滅する場合等が挙げられる。
このように、電圧波形の生成に用いる上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値は、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させた場合であっても、第１バッテリ１１０、電気負荷１２０に影響を与えることがないように規定されている。
図３の説明に戻る。電圧測定部３１２は、要求部３１１により電圧変動要求が送信された場合に、電圧センサ１６２より出力された電圧値を取得し、測定結果記録部３２１に記録する。なお、測定結果記録部３２１は、ＲＡＭ２０２内に一時的に形成される領域である。
電流測定部３１３は、要求部３１１により電圧変動要求が送信された場合に、電流センサ１６１より出力された電流値を取得し、測定結果記録部３２１に記録する。
内部抵抗算出部３１４は、測定結果記録部３２１に記録された電圧値及び電流値を読み出し、第２バッテリ１６０の内部抵抗の値（内部抵抗値）を算出する。また、内部抵抗算出部３１４は、算出した内部抵抗値を劣化度推定部３１５に通知する。また、内部抵抗算出部３１４は、内部抵抗値を算出した際に、温度センサ１６３より出力された温度値を取得し、測定結果記録部３２１に記録する。
劣化度推定部３１５は、内部抵抗算出部３１４より内部抵抗値を受信すると、測定結果記録部３２１に記録された温度値を読み出し、読み出した温度値に基づき、受信した内部抵抗値から第２バッテリ１６０の劣化度を推定する。また、劣化度推定部３１５は、推定した劣化度を寿命判定部３１６に通知する。
なお、劣化度の推定に際して、温度値を読み出すのは、第２バッテリ１６０の内部抵抗は温度にも依存し、温度が高いほど内部抵抗が小さくなり、温度が低いほど内部抵抗が大きくなるからである。したがって、劣化度推定部３１５は、内部抵抗算出部３１４より受信した内部抵抗値のうち、第２バッテリ１６０の温度が低いことに起因する増加分を補正することで、第２バッテリ１６０の劣化度を推定する。
寿命判定部３１６は、劣化度推定部３１５より受信した劣化度が所定の閾値以上か否かを判定する。寿命判定部３１６は、劣化度が所定の閾値以上であると判定した場合に、第２バッテリ１６０が寿命であると判定し、ユーザに警報を出力する。
＜オルタネータの電圧波形及び第２バッテリの電流波形の説明＞
次に、オルタネータ電圧制御部３０２がオルタネータ１３０の発電電圧を変動させる場合の電圧波形と、内部抵抗算出状態において電流測定部３１３により取得される、第２バッテリ１６０の電流波形とについて説明する。図５は、オルタネータの電圧波形及び第２バッテリの電流波形を説明するための図である。
図５（ａ）において、横軸は時間を表し、縦軸は、オルタネータ電圧制御部３０２がオルタネータ１３０の発電電圧を変動させる場合の電圧値を表している。また、図５（ｂ）において、横軸は時間を表し、縦軸は、第２バッテリ１６０の電流値を表している。
図５（ａ）に示すように、オルタネータ電圧制御部３０２がオルタネータ１３０の発電電圧を変動させる場合の電圧値５００は、通常制御状態５１０で１４．２［Ｖ］程度であったとする。なお、この状態では、図５（ｂ）に示すように、第２バッテリ１６０は充電も放電も行われていないものとする。
一方、タイミング５０１において、要求部３１１が電圧変動要求を送信すると、オルタネータ電圧制御部３０２は、内部抵抗算出状態５２０に移行し、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させる。なお、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させるにあたり、リレー１８０はＯＮ状態になっているものとする。
図５（ａ）の例は、オルタネータ電圧制御部３０２が、タイミング５０１における電圧値（１４．２［Ｖ］）から、下限電圧値（１２．５［Ｖ］）に向かって電圧変動速度（−０．５［Ｖ／Ｓｅｃ］）で、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させたことを示している。
また、図５（ａ）の例は、下限電圧値（１２．５［Ｖ］）に到達すると、オルタネータ電圧制御部３０２が、電圧変動速度（０．５［Ｖ／Ｓｅｃ］）で、上限電圧値（１４．５［Ｖ］）に向かってオルタネータ１３０の発電電圧を変動させたことを示している。
タイミング５０１で発電電圧の変動を開始してから、タイミング５０２で、オルタネータ１３０の発電電圧が電圧変動開始時（タイミング５０１）の発電電圧に戻るまでの間、第２バッテリ１６０は、図５（ｂ）に示すように放電状態となる。この間、オルタネータ１３０の発電電圧が下限電圧値を下回ることはないため、オルタネータ１３０の発電電圧の変動に伴って第１バッテリ１１０のＳＯＣが大きく低下することはない。また、この間、オルタネータ１３０の発電電圧は電圧変動速度値で変動するため、オルタネータ１３０の発電電圧の変動が電気負荷１２０の動作に影響を与えることもない。
なお、図５（ｂ）に示すように、放電状態にある第２バッテリ１６０の電流値が、一定の傾きとならないのは、第１バッテリ１１０の影響があるためである。具体的には、オルタネータ１３０の発電電圧を下限電圧値に向かって変動させていく過程で、第１バッテリ１１０自体も多少放電するためである。第１バッテリ１１０が新品の場合や、第１バッテリ１１０のＳＯＣが充分であった場合には、このような現象が起こりやすい。
また、図５（ａ）の例は、オルタネータ１３０の発電電圧が、タイミング５０２で、電圧変動開始時（タイミング５０１）の発電電圧を超えたことを示している。更に、図５（ａ）の例は、オルタネータ１３０の発電電圧が上限電圧値（１４．５［Ｖ］）に到達した後、オルタネータ電圧制御部３０２が、電圧変動速度値（−０．５［Ｖ／Ｓｅｃ］）でオルタネータ１３０の発電電圧を変動させたことを示している。更に、図５（ａ）の例は、オルタネータ１３０の発電電圧が、タイミング５０３で電圧変動開始時（タイミング５０１）の発電電圧に到達したことを示している。
なお、タイミング５０２で、電圧変動開始時の発電電圧を超えてから、タイミング５０３で、再び、電圧変動開始時の発電電圧に到達するまでの間、第２バッテリ１６０は、図５（ｂ）に示すように充電状態となる。この間、オルタネータ１３０の発電電圧が上限電圧値を超えることはないため、オルタネータ１３０の発電電圧の変動に伴って第１バッテリ１１０が過充電になることはない。また、この間、オルタネータ１３０の発電電圧は電圧変動速度値で変動するため、オルタネータ１３０の発電電圧の変動が電気負荷１２０の動作に影響を与えることもない。
タイミング５０３で、電圧変動開始時（タイミング５０１）の発電電圧に到達すると、第１ＥＣＵ１４０は、内部抵抗算出状態５２０から通常制御状態５３０に移行する。
このように、オルタネータ電圧制御部３０２は、内部抵抗算出状態５２０において、オルタネータ１３０の発電電圧を下限電圧値と上限電圧値との間で変動させる。図５（ａ）の例では、このときの電圧変動幅（ΔＶ）は２［Ｖ］であり、第２バッテリ１６０の内部抵抗を精度よく算出するのに充分な電圧変動幅である。したがって、内部抵抗算出状態５２０において取得した電圧値及び電流値を用いることで、本実施形態によれば、内部抵抗の算出において、高い精度を実現することができる。
また、オルタネータ電圧制御部３０２では、内部抵抗算出状態５２０においてオルタネータ１３０の発電電圧を変動させる際に、下限電圧値、上限電圧値、電圧変動速度値として、毎回同じ値を用いる（つまり、電圧波形が均一になる）。したがって、第２バッテリ１６０の内部抵抗が同じであれば、第２バッテリ１６０の電流波形は毎回同じになる。つまり、本実施形態によれば、内部抵抗の算出において高い再現性を実現することができる。
＜測定結果情報及び第２バッテリの内部抵抗の算出方法の説明＞
次に、第２ＥＣＵ１７０の測定結果記録部３２１に記録される測定結果情報について説明する。また、測定結果情報に基づいて、第２バッテリの内部抵抗を算出する算出方法について説明する。
図６は、測定結果情報の一例及び第２バッテリの内部抵抗の算出方法を示す図である。図６（ａ）に示すように、測定結果情報６００には情報の項目として、"第２バッテリの測定電圧"、"第２バッテリの測定電流"が含まれる。
"第２バッテリの測定電圧"には、内部抵抗算出状態５２０において、電圧測定部３１２により取得された電圧値が記録される。電圧測定部３１２により取得された電圧値は、例えば、第２バッテリ１６０の正極端子と負極端子との間の電位差に等しい。
"第２バッテリの測定電流"には、内部抵抗算出状態５２０において、電流測定部３１３により取得された電流値が記録される。
図６（ｂ）は、測定結果情報６００の"第２バッテリの測定電圧"に記録された電圧値と"第２バッテリの測定電流"に記録された電流値とをプロットしたグラフである。図６（ｂ）において、横軸は電流値を表し、縦軸は電圧値を表している。
内部抵抗算出部３１４では、各プロットに基づいて近似直線（下式参照）を算出し、算出した近似直線の傾き（内部抵抗値）を算出する。
（電圧値）＝（傾き）×（電流値）＋（切片）
なお、図６（ｂ）から明らかなように、近似直線の切片はゼロにはならない。このため、内部抵抗値を算出するためには、少なくとも、２点のプロットが必要であるといえる。
また、図６（ｂ）から明らかなように、電圧変動幅が小さいと、プロット結果は、円に近い形状になり、傾きを算出する際の誤差は大きくなる。一方、電圧変動幅が大きいと、プロット結果は、直線に近い形状になり、傾きを算出する際の誤差が小さくなる。つまり、下限電圧値と上限電圧値との間（電圧変動幅）を大きくすることで、第２バッテリ１６０の内部抵抗を高い精度で算出することができるといえる。
なお、図６（ｂ）に示すように、オルタネータ１３０の発電電圧を下げていくときと、上げていくときとでプロット結果が等しくならないのは（ヒステリシスを含むのは）、第２バッテリ１６０の特性によるものである。
このような特性を考慮し、内部抵抗算出部３１４では、傾きの算出において、例えば、オルタネータ１３０の発電電圧を上げていくときのプロット結果のみを用いるようにしてもよい。あるいは、オルタネータ１３０の発電電圧を下げていくときのプロット結果のみを用いるようにしてもよい。あるいは、図６（ｂ）に示すように、両方のプロット結果を用いるようにしてもよい。
＜車両用電源システムにおけるバッテリ管理処理の流れ＞
次に、車両用電源システム１００におけるバッテリ管理処理の流れについて説明する。図７は、車両用電源システムにおけるバッテリ管理処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、例えば、車両のエンジンがＯＮ状態になると実行される。
ステップＳ７０１において、要求部３１１は、エンジンの回転数が安定するまでの所定時間（例えば、１４０［Ｓｅｃ］）待機する。
ステップＳ７０２において、要求部３１１は、パラメータ格納部３２０を参照し、上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値を読み出し、各値を含む電圧変動要求を生成する。更に、要求部３１１は、電圧変動要求を、第１ＥＣＵ１４０に送信する。
ステップＳ７０３において、判定部３０１は、電圧変動要求を受信すると、車両用電源システム１００の現在の状況が、内部抵抗の算出ができる状況であるか否かを判定する。
ステップＳ７０３において、内部抵抗の算出ができない状況であると判定した場合には、バッテリ管理処理を終了する。これにより、他の優先すべき要求がある場合には、当該他の優先すべき要求に基づいて、オルタネータ１３０の発電電圧を制御することが可能になる。一方、ステップＳ７０３において、内部抵抗の算出ができる状況であると判定した場合には、ステップＳ７０４に進む。
ステップＳ７０４において、判定部３０１は、電圧変動要求をオルタネータ電圧制御部３０２に通知する。電圧変動要求を受信したオルタネータ電圧制御部３０２は、電圧変動要求に含まれる上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値に基づいて、オルタネータ１３０の発電電圧を変動させる際の電圧波形を生成する。また、オルタネータ電圧制御部３０２は、オルタネータ１３０の発電電圧が、生成した電圧波形に従って変動するように、オルタネータ１３０の発電電圧を制御する。
ステップＳ７０５において、電圧測定部３１２は、電圧センサ１６２により検出された電圧値を取得し、測定結果記録部３２１に記録する。また、電流測定部３１３は、電流センサ１６１により検出された電流値を取得し、測定結果記録部３２１の測定結果情報６００に記録する。
ステップＳ７０６において、内部抵抗算出部３１４は、測定結果記録部３２１に記録された測定結果情報６００を用いて、内部抵抗値を算出する。また、温度センサ１６３により検出された温度値を取得し、測定結果記録部３２１に記録する。
ステップＳ７０７において、劣化度推定部３１５は、ステップＳ７０６において算出した内部抵抗値を受信すると、測定結果記録部３２１に記録された温度値を読み出し、読み出した温度値に基づき、受信した内部抵抗値から第２バッテリ１６０の劣化度を推定する。また、劣化度推定部３１５は、推定した劣化度を寿命判定部３１６に通知する。
ステップＳ７０８において、寿命判定部３１６は、劣化度推定部３１５より通知された劣化度が、所定の閾値以上であるか否かを判定する。ステップＳ７０８において、所定の閾値以上であると判定した場合、寿命判定部３１６は、第２バッテリ１６０が寿命であると判定し、ユーザに警報を出力して、バッテリ管理処理を終了する。一方、所定の閾値未満であると判定した場合には、ユーザに警報を出力することなく、バッテリ管理処理を終了する。
＜まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態における車両用電源システムでは、オルタネータの発電電圧を所定の電圧波形に基づいて変動させ、その間、該オルタネータに接続された第２バッテリの電圧変動及び電流変動（電圧値及び電流値）を検出する。そして、検出した電圧値及び電流値を用いて第２バッテリの内部抵抗を算出する。これにより、電気負荷作動時の第２バッテリの電圧変動及び電流変動を利用する場合と比較して、第２バッテリの内部抵抗を高い再現性で高精度に算出することができる。
また、本実施形態における車両用電源システムでは、オルタネータの発電電圧を所定の電圧波形に基づいて変動させるにあたり、電気負荷の動作に影響を与えることがないように電圧変動速度値を規定する。これにより、オルタネータの発電電圧の変動に伴って電気負荷の動作が影響を受けるといった事態を回避することができる。
また、本実施形態における車両用電源システムでは、オルタネータの発電電圧を所定の電圧波形に基づいて変動させるにあたり、第１バッテリの過充電を回避するように上限電圧値を規定する。これにより、オルタネータの発電電圧の変動に伴って第１バッテリが過充電になるといった事態を回避することができる。
また、本実施形態における車両用電源システムでは、オルタネータの発電電圧を所定の電圧波形に基づいて変動させるにあたり、第１バッテリのＳＯＣが大きく低下することを回避するように下限電圧値を規定する。これにより、オルタネータの発電電圧の変動に伴って、第１バッテリのＳＯＣが大きく低下するといった事態を回避することができる。
更に、本実施形態における車両用電源システムでは、電圧変動要求を受信した際に、内部抵抗の算出ができる状況であるか否かを判定する。これにより、他の優先すべき要求がある場合に、当該他の優先すべき要求に基づいてオルタネータの発電電圧を制御することが可能となる。
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、非ハイブリッド車に適用される車両用電源システムについて説明した。これに対して、第２の実施形態では、ハイブリッド車や電気自動車（以下、ハイブリッド車等）に適用される車両用電源システムについて説明する。
図８は、車両用電源システムの他の構成例を示す図である。図８に示す車両用電源システム８００は、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する車両用電源システムであって、例えば、ハイブリッド車等に適用される電源システムである。
図１に示した車両用電源システム１００との相違点は、図８の場合、オルタネータ１３０の代わりに、ＤＣＤＣコンバータ８１０が配されている点である。
ＤＣＤＣコンバータ８１０は、不図示の高電圧のバッテリから供給される電力に基づいて低電圧（例えば、１２［Ｖ］）の第１バッテリ１１０及び第２バッテリ１６０を充電する降圧装置である。
第１ＥＣＵ１４０では、ＤＣＤＣコンバータ８１０の出力電圧が所定の電圧波形に従って変動するように、ＤＣＤＣコンバータ８１０の出力電圧を制御する。これにより、第２ＥＣＵ１７０では、第２バッテリ１６０の内部抵抗を高再現性で高精度に算出することができる。
［第３の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、第２バッテリの電圧変動及び電流変動を実現するための制御対象（オルタネータ１３０、ＤＣＤＣコンバータ８１０）が、第２バッテリ１６０と並列接続されている場合について説明した。
これに対して、第３の実施形態では、第２バッテリの電圧変動及び電流変動を実現するための制御対象が、第２バッテリ１６０と直列接続されている場合について説明する。
図９は、車両用電源システムの他の構成例を示す図である。図９に示す車両用電源システム９００は、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する車両用電源システムであって、例えば、ハイブリッド車等に適用される電源システムである。
図９に示すように、車両用電源システム９００の場合、第２バッテリの電圧変動及び電流変動を実現するための制御対象であるＤＣＤＣコンバータ９１０が、第２バッテリ１６０と直列接続されている。
なお、図９に示す車両用電源システム９００において、第２ＥＣＵ９２０は、上記第１の実施形態において説明した第２ＥＣＵ１７０の機能に加え、第１ＥＣＵ１４０の機能も有しているものとする。
第２ＥＣＵ９２０では、ＤＣＤＣコンバータ９１０の出力電圧を所定の電圧波形に従って変動させる。これにより、車両用電源システム９００によれば、第２バッテリ１６０の内部抵抗を高再現性で高精度に算出することができる。
［変形例］
上記第１乃至第３の実施形態では、上限電圧値、下限電圧値、電圧変動速度値に基づいて電圧波形を生成するにあたり、制御対象の電圧を、下限電圧値に向かって変動させた後に、上限電圧値に向かって変動させるように電圧波形を生成した。しかしながら、変動の順序はこれに限定されない。例えば、はじめに上限電圧値に向かって変動させた後に、下限電圧値に向かって変動させるように電圧波形を生成してもよい。
また、上記第１乃至第３の実施形態では、第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出することで、第２バッテリ１６０の劣化度を算出することとしたが、例えば、第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出することで、第２バッテリ１６０の能力を算出してもよい。これにより、現在の第２バッテリ１６０の能力で、どのような電気負荷を作動させることができるのかを判定することが可能となる。
また、上記第１乃至第３の実施形態では、第２バッテリ１６０の内部抵抗を算出するにあたり、リレー１８０をＯＮ状態にするタイミングについて特に言及しなかった。しかしながら、リレー１８０をＯＮ状態にするタイミングは、例えば、要求部３１１が、電圧変動要求を送信したタイミングであってもよい。あるいは、判定部３０１が、内部抵抗の算出ができる状況であると判定したタイミングであってもよい。
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
１００ ：車両用電源システム
１１０ ：第１バッテリ
１２０ ：電気負荷
１３０ ：オルタネータ
１４０ ：第１ＥＣＵ
１５０ ：第２バッテリモジュール
１６０ ：第２バッテリ
１６１ ：電流センサ
１６２ ：電圧センサ
１６３ ：温度センサ
１７０ ：第２ＥＣＵ
３０１ ：判定部
３０２ ：オルタネータ電圧制御部
３１１ ：要求部
３１２ ：電圧測定部
３１３ ：電流測定部
３１４ ：内部抵抗算出部
３１５ ：劣化度推定部
３１６ ：寿命判定部
８００ ：車両用電源システム
８１０ ：ＤＣＤＣコンバータ
９００ ：車両用電源システム
９１０ ：ＤＣＤＣコンバータ
９２０ ：第２ＥＣＵ

Claims (4)

  1. オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、該オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する第１バッテリと、
    前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、前記第１バッテリに並列接続される第２バッテリと、
    前記第２バッテリの電圧値を検出する電圧センサと、
    前記第２バッテリの電流値を検出する電流センサと、
    前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させる電圧制御部と、
    前記電圧制御部が前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させている間に前記電圧センサ及び前記電流センサによりそれぞれ検出された前記第２バッテリの電圧値及び電流値を用いて、前記第２バッテリの内部抵抗を算出する算出部と
    を有することを特徴とする車両用電源システム。
  2. 前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させることが可能な状況であるか否かを判定する判定部を更に有し、
    前記判定部により、可能な状況であると判定された場合に、前記電圧制御部は、前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
  3. 前記電圧制御部は、前記第１バッテリが過充電にならない上限電圧値と、前記第１バッテリの充電率の低下を抑えられる下限電圧値との間を、前記所定の変動速度で時間とともに変動させることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源システム。
  4. オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、該オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、車両に搭載された電気負荷に電力を供給する第１バッテリと、
    前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータに接続され、前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータより供給される電力により充電され、前記第１バッテリに並列接続される第２バッテリと、
    前記第２バッテリの電圧値を検出する電圧センサと、
    前記第２バッテリの電流値を検出する電流センサと、
    前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させる第１ＥＣＵと、
    前記第１ＥＣＵが前記オルタネータまたはＤＣＤＣコンバータの電圧を、所定の変動速度で時間とともに変動させている間に前記電圧センサ及び前記電流センサによりそれぞれ検出された前記第２バッテリの電圧値及び電流値を用いて、前記第２バッテリの内部抵抗を算出する第２ＥＣＵと
    を有することを特徴とする車両用電源システム。
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