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【発明の名称】 車両用電源管理方法、車両用電源管理装置、車両用電源管理プログラム
【発明者】 【氏名】永田 修一
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内

【氏名】岡崎 吉則
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内

【氏名】鈴井 康介
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
【要約】 【課題】正確かつ容易に２次電池の劣化状況を判定できる車両用電源管理方法および車両用電源管理装置を提供する。

【解決手段】測定部３１は車両停車中および発進時からエンジンが所定回数回転した所定時期において、電流計４と電圧センサ６と温度センサ７とを用いて車両用電源５の放電電流および電圧と温度とを測定する。算出部３２は測定結果を用いて車両用電源５の内部抵抗を算出し、算出した内部抵抗を容量補正および温度補正する。判定部３３は算出部３２により求められた補正された内部抵抗に基づいて、車両用電源５の劣化状況を判定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両停止時は補機駆動を行ない、車両発進時の所定期間は車両駆動を行なう電動発電機を有する車両において使用される車両用電源管理方法であって、前記車両停止中の第１の所定時期に、前記車両用電源の第１の電圧と第１の放電電流とを測定するステップと、前記車両発進時から所定期間経過後の第２の所定時期に、前記車両用電源の第２の電圧と第２の放電電流とを測定するステップと、前記第１および第２の電圧と、前記第１および第２の放電電流とから、前記車両用電源の内部抵抗を算出するステップと、前記算出された内部抵抗に基づいて、前記車両用電源の劣化状況を判定するステップとを含む、車両用電源管理方法。
【請求項２】 前記内部抵抗を算出するステップはさらに、前記第１および第２の電圧と、前記第１および第２の放電電流とから算出された内部抵抗を容量補正するステップと、前記容量補正された内部抵抗を温度補正するステップとを含む、請求項１に記載の車両用電源管理方法。
【請求項３】 車両停止時は補機駆動を行ない、車両発進時の所定期間は車両駆動を行なう電動発電機を有する車両において使用される車両用電源管理装置であって、前記車両用電源の電圧と放電電流とを測定する測定手段と、前記測定手段で測定された電圧および放電電流に基づいて前記車両用電源の内部抵抗を算出する算出手段と、前記算出された内部抵抗に基づいて、前記車両用電源の劣化状況を判定する判定手段とを含み、前記測定手段は、前記車両停止中の第１の所定時期と、前記車両発進時から所定期間経過後の第２の所定時期とに前記車両用電源の電圧と放電電流とを測定する、車両用電源管理装置。
【請求項４】 前記算出手段はさらに、前記測定手段で測定された電圧および放電電流に基づいて算出された内部抵抗を容量補正し、かつ、温度補正した内部抵抗を算出する、請求項３に記載の車両用電源管理装置。
【請求項５】 請求項１または請求項２に記載のステップをコンピュータに実行させるための車両用電源管理プログラム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は車両用電源管理方法および車両用電源管理装置であって、さらに詳しくは、車両停止時は補機駆動を行ない、車両発進時の所定期間は車両駆動を行なう電動発電機を有する車両において使用される車両用電源管理方法および車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】地球温暖化の防止や省資源化の観点から、ハイブリッド（Hybrid Vehicle、以下ＨＶと称する。）車が注目されている。ＨＶ車は、車両に搭載された２次電池等の車両用電源を備えており、これを動力源としてモータを駆動して走行する。
【０００３】ＨＶ車は車両停止中は、この２次電池を用いて駆動装置として機能するモータ・ジェネレータを動作させることで、補機類（エアコンディショナ等）を駆動する。そのため、車両停止中、エンジンは停止している。また、発進時は、２次電池にを用いてモータ・ジェネレータが車両を駆動する。このとき、エンジンも再始動する。これにより、ＨＶ車は燃料消費率を向上させることができる。
【０００４】よって、ＨＶ車では、車両停止中および発進時において、２次電池からの出力電圧が所定値以上に保持されている必要がある。車両停車中および発進時において、２次電池から出力される電圧が不充分であれば、車両停止中に補機類が十分機能しない、または、発進時に十分な加速が得られないといった問題が生じる。
【０００５】２次電池は通常、経年変化により劣化する。すなわち、二次電池は充放電を繰り返すことでその内部抵抗が上昇するため、車両停車中または発進時に利用される２次電池の出力電圧が低下する。
【０００６】したがって、ＨＶ車においては特に、２次電池の劣化状況を常時把握しておくことが必要である。
【０００７】２次電池の劣化状況の判定方法としては、２次電池の内部抵抗を求める方法が挙げられる。２次電池の内部抵抗によりその劣化状況を判定する方法では、求めた内部抵抗値の大きさにより劣化度合いを判断する。
【０００８】以上より、２次電池の劣化状況の判定方法としてその内部抵抗を求める場合、劣化状況をより正確に把握するためには、より正確な内部抵抗を容易に求める必要がある。内部抵抗を求めることで２次電池の劣化状況を判定する方法としては、特開平８−３３６２０２号公報、特開２００１−２０８８１３公報、特開２００１−２２８２２６公報がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平８−３３６２０２号公報による電池状態（電池の劣化状況）の判別方法では、同一条件での放電下において、２次電池の放電電流および電圧を測定している。よって、測定値に誤差を含む可能性がある。
【００１０】また、特開２００１−２０８８１３公報では、正確な内部抵抗を算出するために、無負荷時の電圧である開放電圧（Open Circuit Voltage：以下、ＯＣＶと称する）と負荷時の放電電流および電圧とを用いて内部抵抗を算出する方法を開示している。しかしながら、ＨＶ車においては、無負荷時の電圧であるＯＣＶを測定できる機会が少ない。その結果、２次電池の劣化状況を頻繁に判定するのは困難である。
【００１１】同様に、特開２００１−２２８２２６公報では、無負荷で平衡状態にあるときに測定されたＯＣＶとその後に測定された放電電流、電圧より、内部抵抗を算出している。しかしながら、この方法では、無負荷での平衡状態が成立しなければＯＣＶを測定できない。よって、特開２００１−２０８８１３公報と同じく、ＯＣＶを測定する機会が少なく、２次電池の劣化状況を常時判定するのは困難である。
【００１２】この発明の目的は、正確かつ容易に２次電池の劣化状況を判定できる車両用電源管理方法および車両用電源管理装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明による車両用電源管理方法は、車両停止時は補機駆動を行ない、車両発進時の所定期間は車両駆動を行なう電動発電機を有する車両において使用される車両用電源管理方法であって、車両停止中の第１の所定時期に、車両用電源の第１の電圧と第１の放電電流とを測定するステップと、車両発進時から所定期間経過後の第２の所定時期に、車両用電源の第２の電圧と第２の放電電流とを測定するステップと、第１および第２の電圧と、第１および第２の放電電流とから、車両用電源の内部抵抗を算出するステップと、算出された内部抵抗に基づいて、車両用電源の劣化状況を判定するステップとを含む。
【００１４】車両は停止と発進を繰り返すため、本発明による車両用電源管理方法では容易に第１および第２の放電電流と第１および第２の電圧とを測定できる。その結果、常時２次電池の劣化状況を把握することができる。さらに、停止時と発進時とで異なる放電電流および電圧を測定し、内部抵抗を算出することから、正確な内部抵抗を算出できる。
【００１５】好ましくは、内部抵抗を算出するステップはさらに、第１および第２の電圧と、第１および第２の放電電流とから算出された内部抵抗を容量補正するステップと、容量補正された内部抵抗を温度補正するステップとを含む。
【００１６】これにより、本発明による車両電源管理方法では、より正確に内部抵抗を算出することができる。
【００１７】この発明による車両用電源管理装置は、車両停止時は補機駆動を行ない、車両発進時の所定期間は車両駆動を行なう電動発電機を有する車両において使用される車両用電源管理装置であって、測定手段と、算出手段と、判定手段とを含む。測定手段は、車両用電源の電圧と放電電流とを測定し、より具体的には、車両停止中の第１の所定時期と、車両発進時から所定期間経過後の第２の所定時期とに車両用電源の電圧と放電電流とを測定する。算出手段は、測定手段で測定された電圧および放電電流に基づいて車両用電源の内部抵抗を算出する。判定手段は、算出された内部抵抗に基づいて、車両用電源の劣化状況を判定する。
【００１８】車両は停止と発進を繰り返すため、本発明による車両用電源管理方法では容易に第１および第２の放電電流と第１および第２の電圧とを測定できる。その結果、常時２次電池の劣化状況を把握することができる。さらに、停止時と発進時とで異なる放電電流および電圧を測定し、内部抵抗を算出することから、正確な内部抵抗を算出できる。
【００１９】好ましくは、算出手段はさらに、測定手段で測定された電圧および放電電流に基づいて算出された内部抵抗を温度補正し、かつ、容量補正した内部抵抗を算出する。
【００２０】これにより、本発明による車両電源管理方法では、より正確に内部抵抗を算出することができる。
【００２１】この発明による車両用電源管理プログラムは、車両停止時は補機駆動を行ない、車両発進時の所定期間は車両駆動を行なう電動発電機を有する車両において使用されるコンピュータに実行させるための車両用電源管理プログラムであって、車両停止中の第１の所定時期に、車両用電源の第１の電圧と第１の放電電流とを測定するステップと、車両発進時から所定期間経過後の第２の所定時期に、車両用電源の第２の電圧と第２の放電電流とを測定するステップと、第１および第２の電圧と、第１および第２の放電電流とから、車両用電源の内部抵抗を算出するステップと、算出された内部抵抗に基づいて、車両用電源の劣化状況を判定するステップとを含む。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２３】図１はこの発明の実施の形態による車両用電源管理装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】車両用電源管理装置１０は、インバータ１と、モータ・ジェネレータ２と、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）３と、電流計４と、車両用電源５と、電圧センサ６と、温度センサ７とを含む。
【００２５】モータ・ジェネレータ２は、３相交流誘導モータまたは同期モータである。モータ・ジェネレータ２の駆動力は発進時に車輪に伝達される。さらにモータ・ジェネレータ２は、通常走行時または減速時に発電機として使用される。モータ・ジェネレータの発電作用により発電された電圧は、インバータ１を介して車両用電源５に供給される。モータ・ジェネレータ２は車体８に接地されている。
【００２６】インバータ１は、モータ・ジェネレータ２をモータとして機能させるときは、車両用電源５から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。また、モータ・ジェネレータ２を発電機として機能されるときは、モータ・ジェネレータ２で発生した交流電圧を直流電圧に変換し、車両用電源５を充電する。
【００２７】車両用電源５は、たとえば、鉛蓄電池やニッカド電池、ニッケル・水素電池、リチウム２次電池等の充放電可能な２次電池である。車両用電源５は、車体８に接地されている。
【００２８】電流計４は、ＥＣＵ３からの指令にしたがって、車両用電源５の放電電流を測定し、その結果をＥＣＵ３に送信する。
【００２９】電圧センサ６は、ＥＣＵ３からの指令にしたがって、車両用電源５の電圧を測定し、その結果をＥＣＵ３に送信する。
【００３０】温度センサ７は、ＥＣＵ３からの指令にしたがって、車両用電源５の温度を測定し、その結果をＥＣＵ３に送信する。
【００３１】ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）および入出力装置（以上、いずれも図示せず）などを含むマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３には車両用電源管理プログラムが予め記憶されている。
【００３２】ＥＣＵ３は、測定部３１と、算出部３２と、判定部３３とを含み、車体８に接地されている。測定部３１は所定時に電流計４と電圧センサ６と温度センサ７にそれぞれ放電電流、電圧、温度を測定するように指示し、その測定結果を取得する。また、算出部３２は、測定部３１が取得した放電電流および電圧を用いて、車両用電源５の内部抵抗を算出する。さらに、算出部３２は算出した内部抵抗に対して、温度補正および容量補正を行なう。判定部３３は算出部３２により決定されたに内部抵抗に基づいて、車両用電源５の劣化状況を判定する。
【００３３】以上の構成を有する車両用電源管理装置１０の動作について説明する。図２は図１に示す車両用電源管理装置１０の動作を示すフローチャートである。また、図３は、ＨＶ車における停車中（補機駆動中）と始動時とエンジン回転時における車両用電源の電圧および放電電流を示すグラフである。なお、停車中とは、ＨＶ車が赤信号等で車両を停車している状態であって、このときエンジンは停止しており、モータ・ジェネレータ２により、エアコン等の補機を駆動している期間である。また、始動時とは、停止している車両を駆動する段階で、このときモータ・ジェネレータ２により車両を駆動するとともに、エンジンを再回転させる期間である。エンジン回転時とは、エンジンによる駆動のみで車両を走行させる期間であり、このとき、モータ・ジェネレータ２の発電機能により車両用電源５は所定量まで充電される。
【００３４】図２および図３を参照して、車両停止中、すなわち、エアコン等の補機の駆動中の時刻ｔ１において、ＥＣＵ３内の測定部３１は、電流計４に車両用電源５の放電電流を測定するよう指示し、その測定結果Ｉ１を受ける。また、測定部３１は電圧センサ６に車両用電源の電圧を測定するよう指示し、その測定結果Ｖ１を受ける。同様に、測定部３１は温度センサ７に対して、車両用電源５の温度を測定するように指示し、その測定結果Ｔ１を受ける（ステップＳ１）。
【００３５】ＨＶ車が時刻ｔ２で始動すると、モータ・ジェネレータ２は車両を駆動する。このとき、時刻ｔ２から所定期間中は、モータ・ジェネレータ２が加速状態となるため、放電電流および電圧が安定しない。しかしながら、時刻ｔ２からエンジンが所定回数回転した時刻ｔ３直前において、モータ・ジェネレータ２が加速状態から定常状態へと移行する。その結果、時刻ｔ３では、車両用電源の放電電流および電圧が安定する。なお、時刻ｔ３はエンジンの回転数で決定される。
【００３６】始動時に車両用電源５の放電電流および電圧が安定した時刻ｔ３に、ＥＣＵ３内の測定部３１は電流計４および電圧センサ６に対して、再び放電電流および電圧を測定するように指示する。その結果、測定部３１は電流計４および電圧センサ６により、車両用電源５の放電電流Ｉ２および電圧Ｖ２を取得する（ステップＳ２）。
【００３７】続いて、ＥＣＵ３内の算出部３２は、測定した放電電流Ｉ１およびＩ２と、電圧Ｖ１およびＶ２とを用いて車両用電源の内部抵抗Ｒを算出する（ステップ３）。内部抵抗Ｒ１は以下の式で算出される。
【００３８】Ｒ１＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）
以上の算出方法により、算出部３２は、ＯＣＶに関わらず、内部抵抗を算出することができる。また、車両の停止時および発進時における放電電流および電圧を求めるため、頻繁に、かつ、容易に、内部抵抗を算出できる。
【００３９】さらに、算出部３２はステップＳ３で求めた内部抵抗Ｒ１に対して容量補正および温度補正を行なう（ステップＳ４）。なお、容量とは充電状態（State of Charge：以下、ＳＯＣと称する）のことをいう。
【００４０】図４は、車両用電源の内部抵抗とＳＯＣと温度との関係を示す図である。なお、図４のグラフは縦軸は内部抵抗を示し、横軸は温度を示す。また、Ｃ０は出荷時の車両用電源のＳＯＣ＝Ｓ０における温度と内部抵抗との関係である。Ｃ１は使用時の車両用電源のＳＯＣ＝Ｓ１における温度と内部抵抗との関係である。同様に、Ｃ２は使用時の車両用電源のＳＯＣ＝Ｓ０における温度と内部抵抗との関係式である。なお、算出部３２内には経験的に求めた内部抵抗とＳＯＣ、温度との関係式ｆ（Ｓ，Ｔ）が記憶されている。
【００４１】ここで、算出部３２による内部抵抗Ｒ１の補正方法について説明する。はじめに、ステップＳ１で取得した車両用電源５の温度，ＳＯＣ，内部抵抗がそれぞれＴ１，Ｓ１，Ｒ１であったとする。
【００４２】ここで、ＳＯＣ＝Ｓ１における内部抵抗Ｒ１を、基準ＳＯＣ＝Ｓ０時の内部抵抗に換算すると、経験的に求めた、内部抵抗とＳＯＣと温度との関係式ｆ（Ｓ，Ｔ）よりＲ２となる。
【００４３】さらに、Ｒ２を基準温度Ｔ０時の内部抵抗Ｒ０に換算する。内部抵抗Ｒ０は、上述した経験的に求めた、内部抵抗とＳＯＣと温度との関係式をｆ（Ｓ，Ｔ）とすると、以下の式で求められる。
【００４４】Ｒ０＝Ｒ１×ｆ（Ｓ１，Ｔ１）
以上の方法により、抵抗Ｒ１から、所定ＳＯＣおよび所定温度における抵抗に補正した補正抵抗Ｒ０を算出できる。
【００４５】続いて、判定部３３は車両用電源５の劣化状況について判定する（ステップＳ５）。判定は以下の方法により行なう。
【００４６】補正抵抗Ｒ０により車両用電源５の劣化状況を判定する場合、判定部３３は、補正抵抗Ｒ０が図４に示す所定の基準抵抗Ｒｘを超えているか否かを判定する。補正抵抗Ｒ０が基準抵抗Ｒｘよりも小さい場合、判定部３３は車両用電源５が使用可能であると判定する。補正抵抗Ｒ０が基準抵抗Ｒｘよりも大きい場合、判定部３３は車両用電源５が劣化していると判定する。また、判定基準を複数設定することもできる。判定基準を複数設定した場合、劣化レベルに応じた車両用電源の最適制御を行なうことができる。
【００４７】一方、他の方法によっても判定を行なうことができる。使用時（ＳＯＣ＝Ｓ０）における車両用電源の温度Ｔの場合の内部抵抗をＲとする。また、出荷時（ＳＯＣ＝Ｓ０）における車両用電源の温度Ｔでの内部抵抗をＲｓとする。ここで、判定値Ｇを以下のように定義する。
【００４８】Ｇ＝Ｒ／Ｒｓ判定部３３は、判定値Ｇが所定の基準値を超えているか否かを判定することもできる。
【００４９】図４を参照して、使用時におけるＳＯＣ＝Ｓ０，車両用電源５の温度＝Ｔ１での内部抵抗は、Ｃ２から内部抵抗Ｒ２である。また、出荷時におけるＳＯＣ＝Ｓ０，車両用電源の温度＝Ｔ１での内部抵抗は、Ｃ０からＲ３である。よって、判定値Ｇは以下の式で求められる。
【００５０】Ｇ＝Ｒ２／Ｒ３判定部３３は、判定値Ｇが所定の基準値を超えているか否かを判定する。判定値Ｇが基準値よりも小さい場合、判定部３３は車両用電源５が使用可能であると判定する。判定値Ｇが基準値よりも大きい場合、判定部３３は車両用電源５が劣化していると判定する。
【００５１】今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと解釈されるべきである。本発明の範囲は上述した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって定められ、特許請求の範囲と均等の意味およびその範囲内でのすべての変更が含まれることを意図するものである。
【００５２】
【発明の効果】車両は停止と発進を繰り返すため、本発明による車両用電源管理方法および車両用電源管理装置では容易に第１および第２の放電電流と第１および第２の電圧とを測定できる。その結果、容易にかつ頻繁に２次電池の劣化状況を把握することができる。さらに、停止時と発進時とで異なる放電電流および電圧を測定し、内部抵抗を算出することから、ＯＣＶを測定する必要がなく、正確な内部抵抗を算出できる。
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
【出願日】 平成１４年４月１７日（２００２．４．１７）
【代理人】 【識別番号】１０００６４７４６
【弁理士】
【氏名又は名称】深見 久郎 （外５名）
【公開番号】 特開２００３−３１９５０３（Ｐ２００３−３１９５０３Ａ）
【公開日】 平成１５年１１月７日（２００３．１１．７）
【出願番号】 特願２００２−１１４７８８（Ｐ２００２−１１４７８８）