JP2004190604A - 蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源システムの動作中に蓄電池の寿命判定を行うことができる、アイドルストップ機能を有する自動車の蓄電池の寿命判定装置を提供する。
【解決手段】本発明の蓄電池の寿命判定装置は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、を有する。
【選択図】 図３
【解決手段】本発明の蓄電池の寿命判定装置は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、を有する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染への関心の高まりから、不要な排気ガスの排出を抑えるために、車が駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にエンジンを停止し（アイドリング状態を停止し）、燃費を改善するアイドルストップ機能を有する車が開発されている。
アイドルストップ機能を有する自動車の場合、アイドルストップ機能を有さない自動車と比較してエンジンを停止状態から再起動する頻度がはるかに高い故に、アイドルストップ後にエンジンが再始動不能にならないように、より正確に蓄電池の劣化状態及び充電状態を把握する必要がある。
【０００３】
蓄電池は劣化が進むと内部抵抗が増大する。特開昭６３−２９８０７８号公報には、この性質を利用した従来例１の蓄電池の寿命判定方法が開示されている。従来例１の寿命判定方法においては、エンジン始動直前の蓄電池の開放電圧、エンジン始動時の蓄電池の放電電圧及び放電電流に基づいて蓄電池の内部抵抗を算出し、蓄電池の寿命判定を行う。特開２０００−３２４７０２号公報には、この性質を利用した従来例２の蓄電池の寿命判定方法が開示されている。従来例２の寿命判定方法においては、蓄電池が大電流を放出したときの蓄電池の放電電圧及び放電電流を１０回程測定し、１０回程のデータから統計的手法により蓄電池の内部抵抗を算出し、蓄電池の寿命判定を行う。蓄電池が寿命であると判定された場合には、使用者に蓄電池の交換を促す。更に、アイドルストップ機能を有する自動車の場合には、アイドルストップを行わない制御を行う。
【０００４】
特開２０００−３２４７０２号公報には、蓄電池の充電状態が、アイドルストップ後にエンジン再始動可能なレベルに達しているか否かを走行中に判定する従来例３のＳＯＣ（State of Charge。充電状態）判定方法が記載されている。この判定方法においては、エンジンを動作している時に充放電電流を積算して、蓄電池のＳＯＣを推定している。
【０００５】
特開２００２−１７４１３３号公報には、従来例４のエンジン始動システムが記載されている。この従来例のエンジン始動システムは、アイドルストップ中の放電電流及び放電電圧に基づいて、エンジン再始動時の放電電圧を推定する。推定された放電電圧がエンジン始動可能電圧より低い場合にはアイドルストップを中断する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−２９８０７８号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２４７０２号公報
【特許文献３】
特開２００２−１７４１３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン始動直前に蓄電池の内部抵抗の増加を検出して寿命判定を行う従来例１の寿命判定方法は、エンジン始動直前の開放電圧を測定する必要があるため、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時（蓄電池は絶えず充電され、又は負荷に電流を供給している。アイドルストップ中を含む。）寿命判定及びアイドルストップの可否判定が行えない。従来例２の寿命判定方法においては、エンジン起動時に１０回程のデータを測定する。しかし、エンジンが回転を始めると、エンジンによって駆動される発電機が発電を開始し、蓄電池の出力電圧及び出力電流と、発電機の出力電圧及び出力電流が混在した状態が起きる。測定した電圧及び電流から蓄電池の出力電圧及び出力電流のみを抽出することは、困難である。従来例２においては、１０回程の測定データに基づいて、統計的手法（詳細は不明）により内部抵抗を測定しており、寿命判定の精度が十分でなかった。特に、ハイブリッド車（発電機が電動機（補助走行駆動装置）を兼ねる。）においては、発電機の出力電圧及び出力電流（又は電動機の入力電圧及び入力電流）の変動が大きく、測定データから高い精度の寿命判定は困難であった。
【０００８】
従来例１及び２においては、１回の測定で寿命を判定していたため、寿命判定の精度が十分でなかった。従来例３のＳＯＣ判定方法及び従来例４のエンジン始動システムは、自動車がアイドルストップから起動（クランキング）可能か否かの判定を行うが、蓄電池の寿命判定は行っていない。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、アイドルストップ機能を有する自動車に搭載する蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法であって、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時に（アイドルストップ時を含む。）蓄電池の寿命判定を行うことができる蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を提供することを目的とする。
本発明は、高い精度で（測定バラツキが小さい、及び温度変化の影響を受けにくい）蓄電池の寿命判定を行う蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合、及び／又は電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下である場合、前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定装置である。
【００１２】
第１の閾値と第２の閾値とは同じ値でも良く、異なる値でも良い。
寿命判定部は、電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下であるという第１の判定結果と、電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下であるという第２の判定結果と、のいずれか一方の判定結果が得られた場合に蓄電池が寿命であると判定しても良く、第１の判定結果と第２の判定結果との両方が得られた場合に蓄電池が寿命であると判定しても良い。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記寿命判定部は、前記寿命判定条件を満たして蓄電池が寿命であると仮判定する場合がｎ回（ｎは２以上の任意の正整数）以上発生した場合に、前記蓄電池が寿命であると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電池の寿命判定装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記蓄電池の雰囲気、表面又は内部の温度を測定する温度測定部を更に有し、前記寿命判定部は、前記温度に基づいて前記蓄電池の電圧及び前記寿命判定条件の少なくともいずれかを補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定装置である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定装置である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定方法であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定ステップと、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定ステップと、前記蓄電池の充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出ステップと、電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定方法である。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合、及び／又は電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下である場合、前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定方法である。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記寿命判定条件を満たして蓄電池が寿命であると仮判定する前記寿命判定ステップがｎ回（ｎは２以上の任意の正整数）以上発生した場合に、前記寿命判定ステップは、前記蓄電池が寿命であると判定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄電池の寿命判定方法である。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、前記蓄電池の雰囲気、表面又は内部の温度を測定する温度測定ステップを更に有し、前記寿命判定ステップにおいて、前記温度に基づいて前記蓄電池の電圧及び前記寿命判定条件の少なくともいずれかを補正することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定方法である。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定方法である。
【００２１】
本発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に搭載する蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法であって、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時に（アイドルストップ時を含む。）蓄電池の寿命判定を行うことができる蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという作用を有する。
本発明は、高い精度で（測定バラツキが小さい、及び温度変化の影響を受けにくい）蓄電池の寿命判定を行う蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという作用を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
【００２３】
《実施例１》
図１〜図３、図５〜図７を用いて、本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を説明する。実施例１の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法は、自動車の鉛蓄電池の寿命判定及びアイドルストップ可否判定を行う。本発明は任意の自動車に搭載された蓄電池の寿命判定に適用可能であるが、アイドルストップ後のエンジン起動時に蓄電池が電動機に大電流を供給し（アイドルストップ後のエンジン起動時に蓄電池が電動機を起動できないという事故が発生する可能性がある。）、且つ従来例２の方法によっては蓄電池の寿命判定が特に困難である、ハイブリッド車に適している。実施例１の蓄電池の寿命判定装置は、ハイブリッド車に搭載されている。
【００２４】
ハイブリッド車は、ガソリン等で駆動されるエンジンと電池で駆動される電動機（一般に発電機を兼ねる。）とを走行駆動装置として併用する。ハイブリッド車においては、エンジンが停止状態から動き始める時、蓄電池が放電して発電機を補助走行駆動部である電動機として駆動し、エンジンが動作状態を継続した後は発電機が蓄電池を充電する。ハイブリッド車は、回生エネルギーの回収による電池の充電によって燃費向上及び排気ガスの減少を図ることができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定装置を含む電源システムの構成を示すブロック図である。図１において、１００は寿命判定部、１０１は発電機、１０２は負荷、１０３は鉛蓄電池、１０４は電流センサ、１１２は寿命判定装置である。寿命判定装置１１２は、電流測定部１０５、電圧測定部１０６、温度センサ１０７、温度測定部１０８、ＳＯＣ算出部１０９、表示部１１０、アイドルストップ制御部１１１を有する。
【００２６】
実施例１の蓄電池の寿命判定装置は、駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にエンジンを停止し（アイドリング状態を停止し）、燃費を更に改善するアイドルストップ機能を有する自動車に搭載されている。
【００２７】
発電機１０１は自動車のエンジン（図示しない。）によって駆動されて発電を行う。発電された電力は負荷１０２及び鉛蓄電池１０３に供給される。負荷１０２は、具体的にはオーディオ装置、エアコン、ランプ等の電装品である。鉛蓄電池１０３は走行中はほとんど常に、発電機１０１からの電力によって定電圧充電されている。エンジン始動時及びアイドルストップ中は発電機１０１からの出力が不足する（又は出力がない）ため、鉛蓄電池１０３から負荷１０２に電力供給される。ハイブリッド車において鉛蓄電池１０３は、エンジン始動時（アイドルストップ後のエンジン始動を含む。）に発電機１０１（電動機として動作する。）に電力を供給し、減速及びブレーキ時に発電機１０１からの回生エネルギーで充電される。鉛蓄電池１０３は、１２Ｖの鉛蓄電池である。
【００２８】
電流センサ１０４は鉛蓄電池１０３に流れる充放電電流を検出する。電流センサ１０４の出力は電流測定部１０５に入力され、更にＳＯＣ算出部１０９に電流値として入力される。ＳＯＣ算出部１０９は、鉛蓄電池１０３の満充電時の電池容量から充放電電流（充電時に正の値、放電時に負の値をとる。）の積算値を加減算することによりＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣを寿命判定部１００に出力する。電圧測定部１０６は鉛蓄電池１０３の電圧を測定し、電圧値として寿命算出部１００に出力する。温度センサ１０７は、鉛蓄電池１０３の内部温度、表面温度又は雰囲気温度のいずれかを検出し、温度測定部１０８に送信する。実施例において温度センサ１０７は鉛蓄電池１０３の表面温度Ｔｂを検出する。温度測定部１０８は、電池温度Ｔｂを寿命判定部１００に入力する。
【００２９】
寿命判定部１００は、所定の時間間隔で、鉛蓄電池１０３の電圧、ＳＯＣ、温度Ｔｂを入力する。寿命判定部１００はこれらのデータに基づき、走行中に鉛蓄電池１０３が寿命か否かを判定し、判定結果をアイドルストップ制御部１１１、表示部１１０に出力する。
【００３０】
アイドルストップ制御部１１１は、アイドルストップを許可、禁止又は中断するアイドルストップ制御情報を出力する。自動車の制御部（図示しない。）は、アイドルストップ制御情報を入力する。制御部がアイドルストップを許可するアイドルストップ制御情報を入力した場合は、制御部は、自動車が駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にアイドルストップ状態にする。制御部がアイドルストップを禁止するアイドルストップ制御情報を入力した場合は、制御部は、自動車が駐停車した時にもアイドルストップ状態に移行しない（駐停車中、エンジンを回転し続ける。）。自動車が駐停車している時、制御部がアイドルストップを中断するアイドルストップ制御情報を入力した場合は、制御部は、アイドルストップ状態を中断して、エンジンを起動する。
【００３１】
表示部１１０は、ランプ又はブザーを有する。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３の寿命が尽きて、アイドルストップを禁止又は中断するアイドルストップ制御情報を入力すると、ランプを点灯させ、又はブザーにより警告音を発生させ、使用者に鉛蓄電池１０３の交換を促す。
【００３２】
図２は、自動車に搭載された鉛蓄電池１０３の電圧と電流との時間変化を示す図である。上図は電圧の時間変化、下図は電流の時間変化を示す。時刻Ｔ０に自動車のエンジンキーがＯＮされ、エンジンが始動する。エンジン始動時には鉛蓄電池１０３が１秒程度の間、放電される。放電電流は最大で数百Ａ（例えば５００〜６００Ａ）に達する。この時の最低電圧をＶ０（「エンジン始動電圧」と呼ぶ。）とする。電圧Ｖ０は、電流が最大に流れている時（トルクが最大）であって、且つエンジン及び発電機１０１が回転していない時の電圧である。その後走行中には、鉛蓄電池１０３はほぼ定電圧充電されている。アイドルストップのための条件（例えば、車速がゼロで、シフトレバーがニュートラルの時）が整うと、自動車はアイドルストップを開始する（時刻Ｔ１）（エンジンを停止する。）。アイドルストップ中は、発電機１０１は出力が０となり、鉛蓄電池１０３から電気系統に電力が供給されるので、電圧は徐々に低下する。アイドルストップ中の電圧をＶ２とする。アイドルストップ解除のための条件（例えば、シフトレバーがドライブに切り替わった時）が整うと（時刻Ｔ２）、エンジンが再始動する。エンジン再始動時の最低電圧をＶ１とする。電圧Ｖ１は、電圧Ｖ０と同様にエンジン始動電圧である。
【００３３】
図３は、本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャートである。寿命判定部１００（典型的には、マイクロコンピュータであって、ソフトウエアにより処理を実行する。）が、主として図３の処理を行う。
ステップ３０１で、キーがＯＮされ、エンジンが始動する。ステップ３０２で、エンジン始動時の最低電圧Ｖ０を測定する。エンジン始動前には、停止中の暗電流などで鉛蓄電池１０３は放電されているので、エンジン始動後、発電機１０１は定電圧（１４Ｖ）で鉛蓄電池１０３を充電する。電流が既定値（２Ａ）以下に低下したときに、ＳＯＣ算出部１０９は鉛蓄電池１０３が満充電されたと判定する。ＳＯＣ算出部１０９は、充電開始から満充電までの充電電流を積算し（ステップ３０３）、満充電時のＳＯＣ（１００％）から差し引き、エンジン始動前のＳＯＣの値ＳＯＣ０を算出する（ステップ３０４）。
【００３４】
図５は、ＳＯＣの計算値とエンジン始動電圧（Ｖ０）との関係を示す図である。電圧１２Ｖ、５時間率容量が２０Ａｈの鉛蓄電池について、電池温度２５℃で、電池の劣化状態とＳＯＣを変化させてエンジン始動電圧を調べた。曲線５０１、曲線５０２、曲線５０３はそれぞれ、劣化していない初期の電池、劣化した電池、寿命電池（寿命が尽きて交換する必要がある電池）の結果を示す。エンジン始動電圧は、電池のＳＯＣと劣化度合いに依存する。ＳＯＣが高いほど、エンジン始動電圧は高く、ＳＯＣがある値以上ではほとんど変化しない。劣化すると蓄電池の内部抵抗が増加するためエンジン始動電圧は低い。従って、図５のように、ＳＯＣｊ≦ＳＯＣ≦１００％で、エンジン始動電圧がほとんど変化しないようにＳＯＣｊを定義し、ＳＯＣ０がＳＯＣｊ以上の時にＶ０がエンジン始動限界電圧（エンジンが始動できる最低のエンジン始動電圧であって、実施例では６．０Ｖである。）以上か否かによって、電池の寿命判定ができる。
【００３５】
ステップ３０５で寿命判定部１００は、エンジン始動時の（ステップ３０２における）ＳＯＣ０がＳＯＣｊ以上か否か判定する。ＳＯＣｊ以上の場合には、ステップ３０６でエンジン始動電圧Ｖ０に基づく寿命判定を行う。本実施例では、寿命判定電圧Ｖｊ１（第１の閾値電圧）をエンジン始動限界電圧より高い、７Ｖとする。寿命判定電圧Ｖｊ１とエンジン始動限界電圧との差（実施例では１Ｖ）は、蓄電池のバラツキ等を考慮した余裕値である。寿命判定部１００は、Ｖ０をＶｊ１とを比較し（ステップ３０７）、Ｖ０＜Ｖｊ１であれば蓄電池の寿命が尽きたと判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。ステップ３２１に進む。アイドルストップ制御部１１１は、以後の走行中のアイドルストップを禁止する（ステップ３２１）。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示する（ステップ３１９）。
【００３６】
Ｖ０に基づく寿命判定（ステップ３０７）で鉛蓄電池１０３が寿命ではないと判定された場合（Ｖ０≧Ｖｊ１）、又はＶ０に基づく寿命判定ができなかった場合（ステップ３０５でＳＯＣ０＜ＳＯＣｊの場合）、ステップ３０８に進み、ＳＯＣ算出部１０９は、ＳＯＣを１００％（満充電）に設定する（ステップ３０３〜３０８は、ＳＯＣ算出部１０９が鉛蓄電池１０３が満充電されたと判定した時点で実行する。）。以後、ＳＯＣ算出部１０９は、鉛蓄電池１０３の充放電電流の積算値に基づいて、ＳＯＣを計算する。アイドルストップ制御部１１１は、アイドルストップを開始したか否か、常に監視している（ステップ３０９）。アイドルストップが開始した場合、ステップ３１０に進む。電圧測定部１０６は、アイドルストップ中の電圧Ｖ２を測定する（ステップ３１０）。アイドルストップ中、発電機１０１は発電していないので、測定された電圧は蓄電池の放電電圧である。
【００３７】
図６は、ＳＯＣの計算値とアイドルストップ中の放電電圧（Ｖ２）との関係を示す図である。電圧１２Ｖ、５時間率容量が２０Ａｈの鉛蓄電池について、電池温度２５℃で、２０Ａの定電流放電（アイドルストップ中の放電電流に相当）を行い、ＳＯＣの計算値と放電電圧を調べた。曲線６０１、曲線６０２、曲線６０３はそれぞれ、劣化していない初期の電池、劣化した電池、寿命電池の結果を示す。アイドルストップ中は、ＳＯＣと放電電圧は徐々に低下する。
【００３８】
図６の横軸（ＳＯＣ）を、左に行くほど時間が進む時間軸に置き換えても良い。横軸を時間軸に置き換えてみると、劣化した電池（曲線６０２）は、劣化していない初期の電池（曲線６０１）に比べ、放電電圧が早く低下する。寿命電池（曲線６０３）は、エンジン始動電圧に基づく寿命判定（ステップ３０６、３０７）でＳＯＣｊ（ステップ３０５及び図５）以上のＳＯＣを有していた場合でも、アイドルストップを継続すると、放電電圧が急速に低下し、アイドルストップ後にエンジンが起動しない（エンジン起動時のエンジン始動電圧Ｖ１がエンジン始動限界電圧を下回る）恐れがある。そこで、実施例においては、アイドルストップ中、寿命判定部１００は、放電電圧が第２の閾値電圧Ｖｊ２（実施例では１２．２Ｖ）を下回るか否かをチェックし、第２の閾値電圧Ｖｊ２以下であれば、蓄電池が寿命であると判定する。これにより、アイドルストップを継続しているうちに、蓄電池が急速に放電し、エンジンを再起動できなくなることを防止する。
【００３９】
ステップ３１１で寿命判定部１００は、Ｖ２が寿命判定電圧Ｖｊ２より大きいか否か判定する。本実施例では、寿命判定電圧Ｖｊ２をエンジン始動限界電圧（１２．０Ｖ）より高い１２．２Ｖとする。Ｖ２がＶｊ２未満の場合にはステップ３１２に進み、ＳＯＣがＳＯＣｊ以上か否か判定する。ＳＯＣがＳＯＣｊ以上の場合、図６に基づいて、寿命判定部１００は鉛蓄電池１０３は寿命であると判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。アイドルストップ制御部１１１はアイドルストップの中止指令を制御部に送る。制御部はアイドルストップを中止し、エンジンを再始動する。アイドルストップ制御部１１１は、以後のアイドルストップを禁止する（ステップ３２０）。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示する（ステップ３１９）。
【００４０】
ステップ３１１でＶ２がＶｊ２以上である場合、又はステップ３１２でＳＯＣがＳＯＣｊ未満の場合には、ステップ３１３に進む。ステップ３１３においてアイドルストップを継続するか否か判断する。継続する場合にはステップ３１０に戻り、Ｖ２の測定を続ける。継続しない場合にはステップ３１４に進む。
【００４１】
エンジンを再始動し（ステップ３１４）、エンジン始動電圧Ｖ１を測定する（ステップ３１５）。エンジン再始動時にも寿命判定部１００は、エンジンを初めて始動したときと同様の方法で（図５に基づいた判定方法で）鉛蓄電池１０３の寿命判定を行う。ステップ３１６でＶ１が寿命判定電圧Ｖｊ１未満か否か判定する。Ｖ１がＶｊ１未満の場合にはステップ３１７に進み、ＳＯＣがＳＯＣｊ以上か否か判定する。ＳＯＣがＳＯＣｊ以上の場合、寿命判定部１００は、鉛蓄電池１０３が寿命であると判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。アイドルストップ制御部１１１は、以後のアイドルストップを禁止する（ステップ３１８）。制御部は以後アイドルストップをしない。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示する（ステップ３１９）。処理を終了する。
【００４２】
ステップ３１６でＶ１がＶｊ１以上である場合とステップ３１７でＳＯＣがＳＯＣｊ未満の場合にはステップ３０９に戻る。
【００４３】
実施例１では、ステップ３０５及び３１７（図５）と、ステップ３１２（図６）とで同一のＳＯＣｊを設定したが、ＳＯＣｊは異なる値でも構わない。
【００４４】
図７は、２５℃及び−１５℃における鉛蓄電池のＳＯＣとエンジン始動電圧との関係を示す図である。図７に示すように、同一の鉛蓄電池及び同一のＳＯＣにおいても、蓄電池の放電電圧は温度によって変化する。そこで、実施例においては、寿命判定部１００は、温度測定部１０８から蓄電池の温度Ｔｂを入力し、ステップ３０７、３１１、３１６において、測定電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の値を温度補正している。これにより、寿命判定精度が更に向上する。実施例１では鉛蓄電池を使用したが、鉛蓄電池以外の蓄電池を使用しても良い。
【００４５】
実施例１によれば、エンジン始動時及びアイドルストップ後のエンジン再始動時に蓄電池の寿命判定と、アイドルストップ中の放電電圧とＳＯＣに基づく寿命判定とを随時行うので、アイドルストップシステムの信頼性を向上できる。
【００４６】
《実施例２》
図１、図４〜図６、図８を用いて、本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を説明する。実施例２の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法は、実施例１と同様に、自動車の鉛蓄電池の寿命判定及びアイドルストップ可否判定を行う。図１は、本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定装置の構成を示すブロック図であり、実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
図４は、本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャートである。走行中、アイドルストップ制御部１１１は、アイドルストップが開始されたか否かを常に監視している（ステップ４０１）。アイドルストップが開始された場合、ステップ４０２に進む。電圧測定部１０６は、アイドルストップ中の電圧Ｖ２を測定する（ステップ４０３）。ステップ４０３で、アイドルストップが継続しているか否か判断する。継続している場合はステップ４０２に戻り、電圧測定部１０６はＶ２の測定を続ける。継続していない場合は、ステップ４０４に進み、アイドルストップ終了時のＶ２（エンジン起動直前の電圧）を記憶する。ステップ４０５で、エンジン再始動時のエンジン始動電圧Ｖ１を測定し、Ｖ１及びこの時のＳＯＣを記憶する。
【００４８】
図５は、ＳＯＣの計算値とエンジン始動電圧（Ｖ１）との関係を示す図である。図６は、ＳＯＣの計算値とアイドルストップ中の放電電圧（Ｖ２）との関係を示す図である。実施例２の寿命判定部１００は、実施例１と同様の方法で（図５及び図６に基づいた方法であって、ＳＯＣと、Ｖ０、Ｖ１又はＶ２とに基づき蓄電池の寿命を判定する（図３）。）蓄電池１０３の寿命判定を行う。寿命判定部１００は、アイドルストップ終了時及びエンジン再始動時のＳＯＣがＳＯＣｊ以上か否か判定し、寿命判定可能か否かを判断する。寿命判定ができない場合は、ステップ４０１に戻る。寿命判定が可能な場合には、ステップ４０７に進む。
【００４９】
図８は、ＳＯＣが所定値ＳＯＣｊ以上の時のアイドルストップ終了時の放電電圧（Ｖ２）とエンジン始動電圧（Ｖ１）との関係を示す図である。図８の斜線部７０１は、寿命判定領域であり、０≦Ｖ１≦Ｖｊ１及び０≦Ｖ２≦Ｖｊ２で定義される。Ｖｊ１及びＶｊ２の定義は実施例１と同様である。ステップ４０７で寿命判定部１００は、Ｖ１とＶ２とによって決定される点が図８の寿命判定領域に含まれるか否かを判定する。含まれていない場合はステップ４０１に戻る。含まれている場合は、寿命判定部１００は、蓄電池１０３が寿命であると判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。アイドルストップ制御部１１１は、以後のアイドルストップを禁止する（ステップ４０８）。制御部は以後アイドルストップをしない。ステップ４０９で表示部１１０は、ランプの点灯、警告音の発生などの手段により鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示し、使用者に鉛蓄電池１０３の交換を促す。処理を終了する。
【００５０】
ステップ４０８で、データが１回寿命判定領域７０１内にプロットされたときに、蓄電池１０３が寿命であると判定したが、複数回プロットを行い、ある個数以上のデータが寿命判定領域７０１内にプロットされたときに、寿命判定を行えば、寿命判定の精度をより上げることができる。また、エンジンを再始動したときの電圧Ｖ１の替わりに、初めてエンジンを始動したときの電圧Ｖ０を使用しても良い。
【００５１】
放電電圧は温度によって変化するので、予め放電電圧に電池温度Ｔｂによる補正を施せば、寿命判定精度が向上する。実施例２では鉛蓄電池を使用したが、鉛蓄電池以外の蓄電池を使用しても良い。
【００５２】
実施例２によれば、エンジン始動時及びアイドルストップ後のエンジン再始動時に蓄電池の寿命判定と、アイドルストップ中の放電電圧とＳＯＣに基づく寿命判定とを組み合わせて行うので、アイドルストップシステムの信頼性を向上できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドルストップ機能を有する自動車に搭載する蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法であって、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時に（アイドルストップ時を含む。）蓄電池の寿命判定を行うことができる蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、高い精度で（測定バラツキが小さい、及び温度変化の影響を受けにくい）蓄電池の寿命判定を行う蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１及び実施例２の蓄電池の寿命判定装置を含む電源システムの構成を示すブロック図
【図２】自動車に搭載された鉛蓄電池１０３の電圧と電流との時間変化を示す図
【図３】本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャート
【図４】本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャート
【図５】ＳＯＣの計算値とエンジン始動電圧（Ｖ０又はＶ１）との関係を示す図
【図６】ＳＯＣの計算値とアイドルストップ中の放電電圧（Ｖ２）との関係を示す図
【図７】２５℃及び−１５℃における鉛蓄電池のＳＯＣとエンジン始動電圧との関係を示す図
【図８】ＳＯＣが所定値（ＳＯＣｊ）以上の時のアイドルストップ終了時の放電電圧（Ｖ２）とエンジン始動電圧（Ｖ０又はＶ１）との関係を示す図
【符号の説明】
１００ 寿命判定部
１０１ 発電機
１０２ 負荷
１０３ 鉛蓄電池
１０４ 電流センサ
１０５ 電流測定部
１０６ 電圧測定部
１０７ 温度センサ
１０８ 温度測定部
１０９ ＳＯＣ算出部
１１０ 表示部
１１１ アイドルストップ制御部
１１２ 寿命判定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染への関心の高まりから、不要な排気ガスの排出を抑えるために、車が駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にエンジンを停止し（アイドリング状態を停止し）、燃費を改善するアイドルストップ機能を有する車が開発されている。
アイドルストップ機能を有する自動車の場合、アイドルストップ機能を有さない自動車と比較してエンジンを停止状態から再起動する頻度がはるかに高い故に、アイドルストップ後にエンジンが再始動不能にならないように、より正確に蓄電池の劣化状態及び充電状態を把握する必要がある。
【０００３】
蓄電池は劣化が進むと内部抵抗が増大する。特開昭６３−２９８０７８号公報には、この性質を利用した従来例１の蓄電池の寿命判定方法が開示されている。従来例１の寿命判定方法においては、エンジン始動直前の蓄電池の開放電圧、エンジン始動時の蓄電池の放電電圧及び放電電流に基づいて蓄電池の内部抵抗を算出し、蓄電池の寿命判定を行う。特開２０００−３２４７０２号公報には、この性質を利用した従来例２の蓄電池の寿命判定方法が開示されている。従来例２の寿命判定方法においては、蓄電池が大電流を放出したときの蓄電池の放電電圧及び放電電流を１０回程測定し、１０回程のデータから統計的手法により蓄電池の内部抵抗を算出し、蓄電池の寿命判定を行う。蓄電池が寿命であると判定された場合には、使用者に蓄電池の交換を促す。更に、アイドルストップ機能を有する自動車の場合には、アイドルストップを行わない制御を行う。
【０００４】
特開２０００−３２４７０２号公報には、蓄電池の充電状態が、アイドルストップ後にエンジン再始動可能なレベルに達しているか否かを走行中に判定する従来例３のＳＯＣ（State of Charge。充電状態）判定方法が記載されている。この判定方法においては、エンジンを動作している時に充放電電流を積算して、蓄電池のＳＯＣを推定している。
【０００５】
特開２００２−１７４１３３号公報には、従来例４のエンジン始動システムが記載されている。この従来例のエンジン始動システムは、アイドルストップ中の放電電流及び放電電圧に基づいて、エンジン再始動時の放電電圧を推定する。推定された放電電圧がエンジン始動可能電圧より低い場合にはアイドルストップを中断する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−２９８０７８号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２４７０２号公報
【特許文献３】
特開２００２−１７４１３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン始動直前に蓄電池の内部抵抗の増加を検出して寿命判定を行う従来例１の寿命判定方法は、エンジン始動直前の開放電圧を測定する必要があるため、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時（蓄電池は絶えず充電され、又は負荷に電流を供給している。アイドルストップ中を含む。）寿命判定及びアイドルストップの可否判定が行えない。従来例２の寿命判定方法においては、エンジン起動時に１０回程のデータを測定する。しかし、エンジンが回転を始めると、エンジンによって駆動される発電機が発電を開始し、蓄電池の出力電圧及び出力電流と、発電機の出力電圧及び出力電流が混在した状態が起きる。測定した電圧及び電流から蓄電池の出力電圧及び出力電流のみを抽出することは、困難である。従来例２においては、１０回程の測定データに基づいて、統計的手法（詳細は不明）により内部抵抗を測定しており、寿命判定の精度が十分でなかった。特に、ハイブリッド車（発電機が電動機（補助走行駆動装置）を兼ねる。）においては、発電機の出力電圧及び出力電流（又は電動機の入力電圧及び入力電流）の変動が大きく、測定データから高い精度の寿命判定は困難であった。
【０００８】
従来例１及び２においては、１回の測定で寿命を判定していたため、寿命判定の精度が十分でなかった。従来例３のＳＯＣ判定方法及び従来例４のエンジン始動システムは、自動車がアイドルストップから起動（クランキング）可能か否かの判定を行うが、蓄電池の寿命判定は行っていない。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、アイドルストップ機能を有する自動車に搭載する蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法であって、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時に（アイドルストップ時を含む。）蓄電池の寿命判定を行うことができる蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を提供することを目的とする。
本発明は、高い精度で（測定バラツキが小さい、及び温度変化の影響を受けにくい）蓄電池の寿命判定を行う蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合、及び／又は電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下である場合、前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定装置である。
【００１２】
第１の閾値と第２の閾値とは同じ値でも良く、異なる値でも良い。
寿命判定部は、電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下であるという第１の判定結果と、電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下であるという第２の判定結果と、のいずれか一方の判定結果が得られた場合に蓄電池が寿命であると判定しても良く、第１の判定結果と第２の判定結果との両方が得られた場合に蓄電池が寿命であると判定しても良い。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記寿命判定部は、前記寿命判定条件を満たして蓄電池が寿命であると仮判定する場合がｎ回（ｎは２以上の任意の正整数）以上発生した場合に、前記蓄電池が寿命であると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電池の寿命判定装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記蓄電池の雰囲気、表面又は内部の温度を測定する温度測定部を更に有し、前記寿命判定部は、前記温度に基づいて前記蓄電池の電圧及び前記寿命判定条件の少なくともいずれかを補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定装置である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定装置である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定方法であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定ステップと、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定ステップと、前記蓄電池の充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出ステップと、電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定方法である。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合、及び／又は電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下である場合、前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定方法である。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記寿命判定条件を満たして蓄電池が寿命であると仮判定する前記寿命判定ステップがｎ回（ｎは２以上の任意の正整数）以上発生した場合に、前記寿命判定ステップは、前記蓄電池が寿命であると判定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄電池の寿命判定方法である。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、前記蓄電池の雰囲気、表面又は内部の温度を測定する温度測定ステップを更に有し、前記寿命判定ステップにおいて、前記温度に基づいて前記蓄電池の電圧及び前記寿命判定条件の少なくともいずれかを補正することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定方法である。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定方法である。
【００２１】
本発明は、アイドルストップ機能を有する自動車に搭載する蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法であって、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時に（アイドルストップ時を含む。）蓄電池の寿命判定を行うことができる蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという作用を有する。
本発明は、高い精度で（測定バラツキが小さい、及び温度変化の影響を受けにくい）蓄電池の寿命判定を行う蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという作用を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
【００２３】
《実施例１》
図１〜図３、図５〜図７を用いて、本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を説明する。実施例１の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法は、自動車の鉛蓄電池の寿命判定及びアイドルストップ可否判定を行う。本発明は任意の自動車に搭載された蓄電池の寿命判定に適用可能であるが、アイドルストップ後のエンジン起動時に蓄電池が電動機に大電流を供給し（アイドルストップ後のエンジン起動時に蓄電池が電動機を起動できないという事故が発生する可能性がある。）、且つ従来例２の方法によっては蓄電池の寿命判定が特に困難である、ハイブリッド車に適している。実施例１の蓄電池の寿命判定装置は、ハイブリッド車に搭載されている。
【００２４】
ハイブリッド車は、ガソリン等で駆動されるエンジンと電池で駆動される電動機（一般に発電機を兼ねる。）とを走行駆動装置として併用する。ハイブリッド車においては、エンジンが停止状態から動き始める時、蓄電池が放電して発電機を補助走行駆動部である電動機として駆動し、エンジンが動作状態を継続した後は発電機が蓄電池を充電する。ハイブリッド車は、回生エネルギーの回収による電池の充電によって燃費向上及び排気ガスの減少を図ることができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定装置を含む電源システムの構成を示すブロック図である。図１において、１００は寿命判定部、１０１は発電機、１０２は負荷、１０３は鉛蓄電池、１０４は電流センサ、１１２は寿命判定装置である。寿命判定装置１１２は、電流測定部１０５、電圧測定部１０６、温度センサ１０７、温度測定部１０８、ＳＯＣ算出部１０９、表示部１１０、アイドルストップ制御部１１１を有する。
【００２６】
実施例１の蓄電池の寿命判定装置は、駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にエンジンを停止し（アイドリング状態を停止し）、燃費を更に改善するアイドルストップ機能を有する自動車に搭載されている。
【００２７】
発電機１０１は自動車のエンジン（図示しない。）によって駆動されて発電を行う。発電された電力は負荷１０２及び鉛蓄電池１０３に供給される。負荷１０２は、具体的にはオーディオ装置、エアコン、ランプ等の電装品である。鉛蓄電池１０３は走行中はほとんど常に、発電機１０１からの電力によって定電圧充電されている。エンジン始動時及びアイドルストップ中は発電機１０１からの出力が不足する（又は出力がない）ため、鉛蓄電池１０３から負荷１０２に電力供給される。ハイブリッド車において鉛蓄電池１０３は、エンジン始動時（アイドルストップ後のエンジン始動を含む。）に発電機１０１（電動機として動作する。）に電力を供給し、減速及びブレーキ時に発電機１０１からの回生エネルギーで充電される。鉛蓄電池１０３は、１２Ｖの鉛蓄電池である。
【００２８】
電流センサ１０４は鉛蓄電池１０３に流れる充放電電流を検出する。電流センサ１０４の出力は電流測定部１０５に入力され、更にＳＯＣ算出部１０９に電流値として入力される。ＳＯＣ算出部１０９は、鉛蓄電池１０３の満充電時の電池容量から充放電電流（充電時に正の値、放電時に負の値をとる。）の積算値を加減算することによりＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣを寿命判定部１００に出力する。電圧測定部１０６は鉛蓄電池１０３の電圧を測定し、電圧値として寿命算出部１００に出力する。温度センサ１０７は、鉛蓄電池１０３の内部温度、表面温度又は雰囲気温度のいずれかを検出し、温度測定部１０８に送信する。実施例において温度センサ１０７は鉛蓄電池１０３の表面温度Ｔｂを検出する。温度測定部１０８は、電池温度Ｔｂを寿命判定部１００に入力する。
【００２９】
寿命判定部１００は、所定の時間間隔で、鉛蓄電池１０３の電圧、ＳＯＣ、温度Ｔｂを入力する。寿命判定部１００はこれらのデータに基づき、走行中に鉛蓄電池１０３が寿命か否かを判定し、判定結果をアイドルストップ制御部１１１、表示部１１０に出力する。
【００３０】
アイドルストップ制御部１１１は、アイドルストップを許可、禁止又は中断するアイドルストップ制御情報を出力する。自動車の制御部（図示しない。）は、アイドルストップ制御情報を入力する。制御部がアイドルストップを許可するアイドルストップ制御情報を入力した場合は、制御部は、自動車が駐停車した時、短時間で又は直ちに自動的にアイドルストップ状態にする。制御部がアイドルストップを禁止するアイドルストップ制御情報を入力した場合は、制御部は、自動車が駐停車した時にもアイドルストップ状態に移行しない（駐停車中、エンジンを回転し続ける。）。自動車が駐停車している時、制御部がアイドルストップを中断するアイドルストップ制御情報を入力した場合は、制御部は、アイドルストップ状態を中断して、エンジンを起動する。
【００３１】
表示部１１０は、ランプ又はブザーを有する。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３の寿命が尽きて、アイドルストップを禁止又は中断するアイドルストップ制御情報を入力すると、ランプを点灯させ、又はブザーにより警告音を発生させ、使用者に鉛蓄電池１０３の交換を促す。
【００３２】
図２は、自動車に搭載された鉛蓄電池１０３の電圧と電流との時間変化を示す図である。上図は電圧の時間変化、下図は電流の時間変化を示す。時刻Ｔ０に自動車のエンジンキーがＯＮされ、エンジンが始動する。エンジン始動時には鉛蓄電池１０３が１秒程度の間、放電される。放電電流は最大で数百Ａ（例えば５００〜６００Ａ）に達する。この時の最低電圧をＶ０（「エンジン始動電圧」と呼ぶ。）とする。電圧Ｖ０は、電流が最大に流れている時（トルクが最大）であって、且つエンジン及び発電機１０１が回転していない時の電圧である。その後走行中には、鉛蓄電池１０３はほぼ定電圧充電されている。アイドルストップのための条件（例えば、車速がゼロで、シフトレバーがニュートラルの時）が整うと、自動車はアイドルストップを開始する（時刻Ｔ１）（エンジンを停止する。）。アイドルストップ中は、発電機１０１は出力が０となり、鉛蓄電池１０３から電気系統に電力が供給されるので、電圧は徐々に低下する。アイドルストップ中の電圧をＶ２とする。アイドルストップ解除のための条件（例えば、シフトレバーがドライブに切り替わった時）が整うと（時刻Ｔ２）、エンジンが再始動する。エンジン再始動時の最低電圧をＶ１とする。電圧Ｖ１は、電圧Ｖ０と同様にエンジン始動電圧である。
【００３３】
図３は、本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャートである。寿命判定部１００（典型的には、マイクロコンピュータであって、ソフトウエアにより処理を実行する。）が、主として図３の処理を行う。
ステップ３０１で、キーがＯＮされ、エンジンが始動する。ステップ３０２で、エンジン始動時の最低電圧Ｖ０を測定する。エンジン始動前には、停止中の暗電流などで鉛蓄電池１０３は放電されているので、エンジン始動後、発電機１０１は定電圧（１４Ｖ）で鉛蓄電池１０３を充電する。電流が既定値（２Ａ）以下に低下したときに、ＳＯＣ算出部１０９は鉛蓄電池１０３が満充電されたと判定する。ＳＯＣ算出部１０９は、充電開始から満充電までの充電電流を積算し（ステップ３０３）、満充電時のＳＯＣ（１００％）から差し引き、エンジン始動前のＳＯＣの値ＳＯＣ０を算出する（ステップ３０４）。
【００３４】
図５は、ＳＯＣの計算値とエンジン始動電圧（Ｖ０）との関係を示す図である。電圧１２Ｖ、５時間率容量が２０Ａｈの鉛蓄電池について、電池温度２５℃で、電池の劣化状態とＳＯＣを変化させてエンジン始動電圧を調べた。曲線５０１、曲線５０２、曲線５０３はそれぞれ、劣化していない初期の電池、劣化した電池、寿命電池（寿命が尽きて交換する必要がある電池）の結果を示す。エンジン始動電圧は、電池のＳＯＣと劣化度合いに依存する。ＳＯＣが高いほど、エンジン始動電圧は高く、ＳＯＣがある値以上ではほとんど変化しない。劣化すると蓄電池の内部抵抗が増加するためエンジン始動電圧は低い。従って、図５のように、ＳＯＣｊ≦ＳＯＣ≦１００％で、エンジン始動電圧がほとんど変化しないようにＳＯＣｊを定義し、ＳＯＣ０がＳＯＣｊ以上の時にＶ０がエンジン始動限界電圧（エンジンが始動できる最低のエンジン始動電圧であって、実施例では６．０Ｖである。）以上か否かによって、電池の寿命判定ができる。
【００３５】
ステップ３０５で寿命判定部１００は、エンジン始動時の（ステップ３０２における）ＳＯＣ０がＳＯＣｊ以上か否か判定する。ＳＯＣｊ以上の場合には、ステップ３０６でエンジン始動電圧Ｖ０に基づく寿命判定を行う。本実施例では、寿命判定電圧Ｖｊ１（第１の閾値電圧）をエンジン始動限界電圧より高い、７Ｖとする。寿命判定電圧Ｖｊ１とエンジン始動限界電圧との差（実施例では１Ｖ）は、蓄電池のバラツキ等を考慮した余裕値である。寿命判定部１００は、Ｖ０をＶｊ１とを比較し（ステップ３０７）、Ｖ０＜Ｖｊ１であれば蓄電池の寿命が尽きたと判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。ステップ３２１に進む。アイドルストップ制御部１１１は、以後の走行中のアイドルストップを禁止する（ステップ３２１）。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示する（ステップ３１９）。
【００３６】
Ｖ０に基づく寿命判定（ステップ３０７）で鉛蓄電池１０３が寿命ではないと判定された場合（Ｖ０≧Ｖｊ１）、又はＶ０に基づく寿命判定ができなかった場合（ステップ３０５でＳＯＣ０＜ＳＯＣｊの場合）、ステップ３０８に進み、ＳＯＣ算出部１０９は、ＳＯＣを１００％（満充電）に設定する（ステップ３０３〜３０８は、ＳＯＣ算出部１０９が鉛蓄電池１０３が満充電されたと判定した時点で実行する。）。以後、ＳＯＣ算出部１０９は、鉛蓄電池１０３の充放電電流の積算値に基づいて、ＳＯＣを計算する。アイドルストップ制御部１１１は、アイドルストップを開始したか否か、常に監視している（ステップ３０９）。アイドルストップが開始した場合、ステップ３１０に進む。電圧測定部１０６は、アイドルストップ中の電圧Ｖ２を測定する（ステップ３１０）。アイドルストップ中、発電機１０１は発電していないので、測定された電圧は蓄電池の放電電圧である。
【００３７】
図６は、ＳＯＣの計算値とアイドルストップ中の放電電圧（Ｖ２）との関係を示す図である。電圧１２Ｖ、５時間率容量が２０Ａｈの鉛蓄電池について、電池温度２５℃で、２０Ａの定電流放電（アイドルストップ中の放電電流に相当）を行い、ＳＯＣの計算値と放電電圧を調べた。曲線６０１、曲線６０２、曲線６０３はそれぞれ、劣化していない初期の電池、劣化した電池、寿命電池の結果を示す。アイドルストップ中は、ＳＯＣと放電電圧は徐々に低下する。
【００３８】
図６の横軸（ＳＯＣ）を、左に行くほど時間が進む時間軸に置き換えても良い。横軸を時間軸に置き換えてみると、劣化した電池（曲線６０２）は、劣化していない初期の電池（曲線６０１）に比べ、放電電圧が早く低下する。寿命電池（曲線６０３）は、エンジン始動電圧に基づく寿命判定（ステップ３０６、３０７）でＳＯＣｊ（ステップ３０５及び図５）以上のＳＯＣを有していた場合でも、アイドルストップを継続すると、放電電圧が急速に低下し、アイドルストップ後にエンジンが起動しない（エンジン起動時のエンジン始動電圧Ｖ１がエンジン始動限界電圧を下回る）恐れがある。そこで、実施例においては、アイドルストップ中、寿命判定部１００は、放電電圧が第２の閾値電圧Ｖｊ２（実施例では１２．２Ｖ）を下回るか否かをチェックし、第２の閾値電圧Ｖｊ２以下であれば、蓄電池が寿命であると判定する。これにより、アイドルストップを継続しているうちに、蓄電池が急速に放電し、エンジンを再起動できなくなることを防止する。
【００３９】
ステップ３１１で寿命判定部１００は、Ｖ２が寿命判定電圧Ｖｊ２より大きいか否か判定する。本実施例では、寿命判定電圧Ｖｊ２をエンジン始動限界電圧（１２．０Ｖ）より高い１２．２Ｖとする。Ｖ２がＶｊ２未満の場合にはステップ３１２に進み、ＳＯＣがＳＯＣｊ以上か否か判定する。ＳＯＣがＳＯＣｊ以上の場合、図６に基づいて、寿命判定部１００は鉛蓄電池１０３は寿命であると判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。アイドルストップ制御部１１１はアイドルストップの中止指令を制御部に送る。制御部はアイドルストップを中止し、エンジンを再始動する。アイドルストップ制御部１１１は、以後のアイドルストップを禁止する（ステップ３２０）。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示する（ステップ３１９）。
【００４０】
ステップ３１１でＶ２がＶｊ２以上である場合、又はステップ３１２でＳＯＣがＳＯＣｊ未満の場合には、ステップ３１３に進む。ステップ３１３においてアイドルストップを継続するか否か判断する。継続する場合にはステップ３１０に戻り、Ｖ２の測定を続ける。継続しない場合にはステップ３１４に進む。
【００４１】
エンジンを再始動し（ステップ３１４）、エンジン始動電圧Ｖ１を測定する（ステップ３１５）。エンジン再始動時にも寿命判定部１００は、エンジンを初めて始動したときと同様の方法で（図５に基づいた判定方法で）鉛蓄電池１０３の寿命判定を行う。ステップ３１６でＶ１が寿命判定電圧Ｖｊ１未満か否か判定する。Ｖ１がＶｊ１未満の場合にはステップ３１７に進み、ＳＯＣがＳＯＣｊ以上か否か判定する。ＳＯＣがＳＯＣｊ以上の場合、寿命判定部１００は、鉛蓄電池１０３が寿命であると判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。アイドルストップ制御部１１１は、以後のアイドルストップを禁止する（ステップ３１８）。制御部は以後アイドルストップをしない。表示部１１０は、鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示する（ステップ３１９）。処理を終了する。
【００４２】
ステップ３１６でＶ１がＶｊ１以上である場合とステップ３１７でＳＯＣがＳＯＣｊ未満の場合にはステップ３０９に戻る。
【００４３】
実施例１では、ステップ３０５及び３１７（図５）と、ステップ３１２（図６）とで同一のＳＯＣｊを設定したが、ＳＯＣｊは異なる値でも構わない。
【００４４】
図７は、２５℃及び−１５℃における鉛蓄電池のＳＯＣとエンジン始動電圧との関係を示す図である。図７に示すように、同一の鉛蓄電池及び同一のＳＯＣにおいても、蓄電池の放電電圧は温度によって変化する。そこで、実施例においては、寿命判定部１００は、温度測定部１０８から蓄電池の温度Ｔｂを入力し、ステップ３０７、３１１、３１６において、測定電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の値を温度補正している。これにより、寿命判定精度が更に向上する。実施例１では鉛蓄電池を使用したが、鉛蓄電池以外の蓄電池を使用しても良い。
【００４５】
実施例１によれば、エンジン始動時及びアイドルストップ後のエンジン再始動時に蓄電池の寿命判定と、アイドルストップ中の放電電圧とＳＯＣに基づく寿命判定とを随時行うので、アイドルストップシステムの信頼性を向上できる。
【００４６】
《実施例２》
図１、図４〜図６、図８を用いて、本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を説明する。実施例２の蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法は、実施例１と同様に、自動車の鉛蓄電池の寿命判定及びアイドルストップ可否判定を行う。図１は、本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定装置の構成を示すブロック図であり、実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
図４は、本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャートである。走行中、アイドルストップ制御部１１１は、アイドルストップが開始されたか否かを常に監視している（ステップ４０１）。アイドルストップが開始された場合、ステップ４０２に進む。電圧測定部１０６は、アイドルストップ中の電圧Ｖ２を測定する（ステップ４０３）。ステップ４０３で、アイドルストップが継続しているか否か判断する。継続している場合はステップ４０２に戻り、電圧測定部１０６はＶ２の測定を続ける。継続していない場合は、ステップ４０４に進み、アイドルストップ終了時のＶ２（エンジン起動直前の電圧）を記憶する。ステップ４０５で、エンジン再始動時のエンジン始動電圧Ｖ１を測定し、Ｖ１及びこの時のＳＯＣを記憶する。
【００４８】
図５は、ＳＯＣの計算値とエンジン始動電圧（Ｖ１）との関係を示す図である。図６は、ＳＯＣの計算値とアイドルストップ中の放電電圧（Ｖ２）との関係を示す図である。実施例２の寿命判定部１００は、実施例１と同様の方法で（図５及び図６に基づいた方法であって、ＳＯＣと、Ｖ０、Ｖ１又はＶ２とに基づき蓄電池の寿命を判定する（図３）。）蓄電池１０３の寿命判定を行う。寿命判定部１００は、アイドルストップ終了時及びエンジン再始動時のＳＯＣがＳＯＣｊ以上か否か判定し、寿命判定可能か否かを判断する。寿命判定ができない場合は、ステップ４０１に戻る。寿命判定が可能な場合には、ステップ４０７に進む。
【００４９】
図８は、ＳＯＣが所定値ＳＯＣｊ以上の時のアイドルストップ終了時の放電電圧（Ｖ２）とエンジン始動電圧（Ｖ１）との関係を示す図である。図８の斜線部７０１は、寿命判定領域であり、０≦Ｖ１≦Ｖｊ１及び０≦Ｖ２≦Ｖｊ２で定義される。Ｖｊ１及びＶｊ２の定義は実施例１と同様である。ステップ４０７で寿命判定部１００は、Ｖ１とＶ２とによって決定される点が図８の寿命判定領域に含まれるか否かを判定する。含まれていない場合はステップ４０１に戻る。含まれている場合は、寿命判定部１００は、蓄電池１０３が寿命であると判定し、その情報をアイドルストップ制御部１１１及び表示部１１０に送る。アイドルストップ制御部１１１は、以後のアイドルストップを禁止する（ステップ４０８）。制御部は以後アイドルストップをしない。ステップ４０９で表示部１１０は、ランプの点灯、警告音の発生などの手段により鉛蓄電池１０３が寿命であることを表示し、使用者に鉛蓄電池１０３の交換を促す。処理を終了する。
【００５０】
ステップ４０８で、データが１回寿命判定領域７０１内にプロットされたときに、蓄電池１０３が寿命であると判定したが、複数回プロットを行い、ある個数以上のデータが寿命判定領域７０１内にプロットされたときに、寿命判定を行えば、寿命判定の精度をより上げることができる。また、エンジンを再始動したときの電圧Ｖ１の替わりに、初めてエンジンを始動したときの電圧Ｖ０を使用しても良い。
【００５１】
放電電圧は温度によって変化するので、予め放電電圧に電池温度Ｔｂによる補正を施せば、寿命判定精度が向上する。実施例２では鉛蓄電池を使用したが、鉛蓄電池以外の蓄電池を使用しても良い。
【００５２】
実施例２によれば、エンジン始動時及びアイドルストップ後のエンジン再始動時に蓄電池の寿命判定と、アイドルストップ中の放電電圧とＳＯＣに基づく寿命判定とを組み合わせて行うので、アイドルストップシステムの信頼性を向上できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドルストップ機能を有する自動車に搭載する蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法であって、自動車の電源システムが負荷に電力を供給している時に（アイドルストップ時を含む。）蓄電池の寿命判定を行うことができる蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、高い精度で（測定バラツキが小さい、及び温度変化の影響を受けにくい）蓄電池の寿命判定を行う蓄電池の寿命判定装置及び寿命判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１及び実施例２の蓄電池の寿命判定装置を含む電源システムの構成を示すブロック図
【図２】自動車に搭載された鉛蓄電池１０３の電圧と電流との時間変化を示す図
【図３】本発明の実施例１の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャート
【図４】本発明の実施例２の蓄電池の寿命判定方法を示すフローチャート
【図５】ＳＯＣの計算値とエンジン始動電圧（Ｖ０又はＶ１）との関係を示す図
【図６】ＳＯＣの計算値とアイドルストップ中の放電電圧（Ｖ２）との関係を示す図
【図７】２５℃及び−１５℃における鉛蓄電池のＳＯＣとエンジン始動電圧との関係を示す図
【図８】ＳＯＣが所定値（ＳＯＣｊ）以上の時のアイドルストップ終了時の放電電圧（Ｖ２）とエンジン始動電圧（Ｖ０又はＶ１）との関係を示す図
【符号の説明】
１００ 寿命判定部
１０１ 発電機
１０２ 負荷
１０３ 鉛蓄電池
１０４ 電流センサ
１０５ 電流測定部
１０６ 電圧測定部
１０７ 温度センサ
１０８ 温度測定部
１０９ ＳＯＣ算出部
１１０ 表示部
１１１ アイドルストップ制御部
１１２ 寿命判定装置
Claims (10)
- アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、
電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、
を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定装置。 - アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、
電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合、及び／又は電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下である場合、前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定部と、
を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定装置。 - 前記寿命判定部は、前記寿命判定条件を満たして蓄電池が寿命であると仮判定する場合がｎ回（ｎは２以上の任意の正整数）以上発生した場合に、前記蓄電池が寿命であると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電池の寿命判定装置。
- 前記蓄電池の雰囲気、表面又は内部の温度を測定する温度測定部を更に有し、
前記寿命判定部は、前記温度に基づいて前記蓄電池の電圧及び前記寿命判定条件の少なくともいずれかを補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定装置。 - 前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定装置。
- アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定方法であって、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定ステップと、
前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定ステップと、
前記蓄電池の充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出ステップと、
電源起動後又はアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合に前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定ステップと、
を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定方法。 - アイドルストップ機能を有する自動車に使用する蓄電池の寿命判定装置であって、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の充放電電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部が測定した充放電電流の積算値に基づいて前記蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、
電源起動後若しくはアイドルストップ後のエンジン始動時の前記充電状態が第１の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第１の閾値電圧以下である場合、及び／又は電源起動後でエンジン始動前若しくはアイドルストップ時の前記充電状態が第２の閾値以上であり且つその時の前記蓄電池の電圧がエンジン始動限界電圧以上の電圧である第２の閾値電圧以下である場合、前記蓄電池が寿命であると判定する寿命判定ステップと、
を有することを特徴とする蓄電池の寿命判定方法。 - 前記寿命判定条件を満たして蓄電池が寿命であると仮判定する前記寿命判定ステップがｎ回（ｎは２以上の任意の正整数）以上発生した場合に、前記寿命判定ステップは、前記蓄電池が寿命であると判定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄電池の寿命判定方法。
- 前記蓄電池の雰囲気、表面又は内部の温度を測定する温度測定ステップを更に有し、
前記寿命判定ステップにおいて、前記温度に基づいて前記蓄電池の電圧及び前記寿命判定条件の少なくともいずれかを補正することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定方法。 - 前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかの請求項に記載の蓄電池の寿命判定方法。
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2002
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