JP2005263068A - Battery state detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される鉛バッテリの状態（電池残量又は劣化度）を検知するバッテリ状態検知装置に関するものである。 The present invention relates to a battery state detection device that detects a state (remaining battery level or deterioration level) of a lead battery mounted on a vehicle.
一般的な自動車内の電源系統として、鉛バッテリとオルタネータとが併用されたものがある。この場合、自動車の始動等においては、鉛バッテリから各部の電装品に電源の供給を行うが、鉛バッテリの電力消費を継続すると、当該鉛バッテリの残存電力が少なくなってしまい、最終的には自動車の各部に電源供給を行うことができなくなる。そこで、エンジンの回転によって交流発電を行い、ここで発電された電力を鉛バッテリに充電することで、各部の電装品に対して長時間の電源供給を可能にしている。 As a general power supply system in an automobile, there is one in which a lead battery and an alternator are used in combination. In this case, in starting the automobile, power is supplied from the lead battery to the electrical components of each part.However, if the power consumption of the lead battery is continued, the remaining power of the lead battery decreases, and finally It becomes impossible to supply power to each part of the automobile. Therefore, AC power generation is performed by the rotation of the engine, and the power generated here is charged in a lead battery, thereby enabling long-time power supply to the electrical components of each part.
ところで、車載された鉛バッテリの状態検知を行う技術としては、従来より種々のものが提案されているが、頻繁に充放電が行われている使用中（走行中等）の鉛バッテリの状態を正確に検知するのは困難である。例えば、従来技術として、鉛バッテリの開放端子電圧を検出して電池残量を検知する技術があるが、走行中等は鉛バッテリに対する充放電が度々行われるため、鉛バッテリの溶液中の濃度勾配等の影響により、開放端子電圧が安定せず、電池残量を正確に検知することができない。 By the way, various technologies have been proposed for detecting the state of a lead battery mounted on the vehicle. However, the state of a lead battery in use (running, etc.) that is frequently charged and discharged is accurately determined. It is difficult to detect. For example, as a conventional technique, there is a technique for detecting the remaining battery level by detecting the open terminal voltage of a lead battery. However, since the lead battery is frequently charged and discharged during traveling, the concentration gradient in the solution of the lead battery, etc. As a result, the open terminal voltage is not stable and the remaining battery level cannot be detected accurately.
そこで、本発明の解決すべき課題は、走行中であっても正確かつ簡単に鉛バッテリの状態を検知できるバッテリ状態検知装置を提供することであり、特にオルタネータでの発電とバッテリ状態検知とのタイミングを調整することで、バッテリ状態を効率良く検知できるバッテリ状態検知装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a battery state detection device that can accurately and easily detect the state of the lead battery even during traveling, and in particular, between the power generation in the alternator and the battery state detection. An object of the present invention is to provide a battery state detection device capable of efficiently detecting a battery state by adjusting timing.
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、自動車に搭載された鉛バッテリとオルタネータとに接続されて前記鉛バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知装置であって、前記鉛バッテリに対して充電又は放電される電流を検出する電流検出手段と、前記鉛バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、前記電流検出手段を介して検出されるその充放電の電流値と、前記電圧検出手段を介して検出されるその充放電の開始の前後における前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの状態を検知する制御手段とを備え、前記制御手段が、予め定められた発電電圧を、前記鉛バッテリの状態を検知するタイミングに対応して出力するように前記オルタネータを制御するものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバッテリ状態検知装置であって、前記鉛バッテリの状態を検知するのに適するように予め定められた前記発電電圧が、自動車の状況に予め対応づけて定められ、当該定められた前記発電電圧のデータが、所定の記憶手段内に格納され、前記制御手段が、前記記憶手段内に格納された前記発電電圧のデータを読み出し、当該発電電圧のデータに応じて前記オルタネータを制御するものである。
The invention according to
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のバッテリ状態検知装置であって、前記制御手段が、前記オルタネータの発電電圧を増減させることで、前記鉛バッテリの状態を検知するために必要な当該鉛バッテリの充電状態と放電状態とを実現させるものである。
Invention of
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載のバッテリ状態検知装置であって、前記制御手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの内部抵抗値を導出し、その内部抵抗値に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知するものである。
Invention of
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のバッテリ状態検知装置であって、前記制御手段は、前記鉛バッテリに対する充電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である充電内部抵抗値と、前記鉛バッテリに対する放電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である放電内部抵抗値とに基づいて前記鉛バッテリの状態を検知するものである。
Invention of
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のバッテリ状態検知装置であって、前記制御手段は、前記充電内部抵抗値と前記放電内部抵抗値との比に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知するものである。
Invention of
請求項７に記載の発明は、請求項２から請求項６のいずれかに記載のバッテリ状態検知装置であって、前記制御手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの電池残量及び劣化度のうちの少なくともいずれか一方を検知するものである。 A seventh aspect of the present invention is the battery state detection device according to any one of the second to sixth aspects, wherein the control means is configured to adjust the charge / discharge current value and the change amount of the terminal voltage. Based on this, at least one of the remaining battery level and the degree of deterioration of the lead battery is detected.
請求項１〜請求項７に記載のバッテリ状態検知装置は、オルタネータの充電電圧を制御しながら鉛バッテリの充放電を行い、そのタイミングに応じて、鉛バッテリの充放電の電流値と、その充放電の開始の前後の鉛バッテリの端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリの状態を検知するので、走行中であっても、所望の充放電のタイミングに合わせて鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができる。
The battery state detection device according to any one of
請求項３に記載のバッテリ状態検知装置は、オルタネータの発電電圧を増減させることで、鉛バッテリの状態を検知するために必要な当該鉛バッテリの充電状態と放電状態とを容易に実現させることができる。
The battery state detection device according to
請求項４に記載のバッテリ状態検知装置は、放電の電流値と端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリの内部抵抗値を導出し、その内部抵抗値に基づいて鉛バッテリの状態を検知するため、鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができ、これに基づいてバッテリの充放電の収支を適切に安定させることができる。
The battery state detection device according to
請求項５に記載のバッテリ状態検知装置は、鉛バッテリの充電内部抵抗値と放電内部抵抗値とに基づいて鉛バッテリの状態を検知するので、鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができ、これに基づいてバッテリの充放電の収支を適切に安定させることができる。
Since the battery state detection device according to
請求項６に記載のバッテリ状態検知装置は、充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比に基づいて鉛バッテリの状態を検知するので、鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができ、これに基づいてバッテリの充放電の収支を適切に安定させることができる。
Since the battery state detection device according to
＜構成＞
本発明の一の実施形態に係るバッテリ状態検知装置が備えられた電源分配装置（パワー・ディストリビュート・ユニット）１０は、図１及び図２の如く、負荷である電装品Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，…のオンオフを行うとともに、オルタネータ１から与えられる電圧をレギュレータ３の制御により調整するものであって、特に、鉛バッテリ５の状態（電池残量及び劣化度の少なくともいずれか一方）を精度良く検知する機能を有するものである。
<Configuration>
A power distribution device (power distribution unit) 10 provided with a battery state detection device according to an embodiment of the present invention includes electrical components M1, M2, M3, which are loads, as shown in FIGS. M4 is turned on and off, and the voltage supplied from the
尚、この明細書において、電池残量とは、鉛バッテリ５の満充電時を基準とした放電可能な電荷量を示し、劣化度とは経年変化による鉛バッテリ５の劣化の度合いを示している。
In this specification, the remaining battery level indicates the amount of charge that can be discharged with reference to when the
オルタネータ１は、図２の如く、例えば三相交流発電機が適用され、例えばＶベルト等によって自動車のクランクシャフトの回転動力を受ける回転子としてのロータ２１と、このロータ２１の周囲に配置されたステータ２３と、ロータ２１の回転により発生したステータ２３の各相における起電力を整流するためのダイオードによって構成される整流回路２５とを備えている。
As shown in FIG. 2, for example, a three-phase AC generator is applied to the
ロータ２１は、レギュレータ３からの界磁電流を受けて磁界を発生する電磁コイルが適用される。ロータ２１の両端には、レギュレータ３からの与えられる界磁電流の変化を抑制するためのコンデンサ２６が介装される。
The
ステータ２３は、例えばＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれのコイル２７が一対ずつで合計６個設けられており、これに伴って、整流回路２５も、ステータ２３の各コイル２７に対応したハイ側ダイオード２９ａ及びロー側ダイオード２９ｂを合わせて合計１２個のダイオードが使用されてなる。
For example, the
そして、ステータ２３のロー側ダイオード２９ｂのカソードから出力される発電電流は、電源分配装置１０の複数のヒューズ３０を介してリレー１１ａ，１１ｂ，…（後述）に接続される。
The generated current output from the cathode of the low-
レギュレータ３は、元来、オルタネータ１での発電電力がエンジンの回転数等によって変動すること等によって、電装品（負荷）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，…に与えられる電圧が変化するのを可及的に安定化させる目的で設置されるものであるが、この実施形態では、その他の機能として、燃費の向上等を目的として、鉛バッテリ５に対する電圧を積極的に増減させて、その鉛バッテリ５の充電制御を行うためにも使用される。
The
例えば、加速時においては、レギュレータ３でによりオルタネータ１の発電を停止して素早い加速を実現する一方、制動時においては、レギュレータ３によりオルタネータ１での発電量を上げて多くのエネルギーを回生するように動作することで、燃費を向上させるようにも機能する。
For example, at the time of acceleration, the
さらに、例えば、高速走行中等の電圧変動や電流変動が少ない状態が何分間か持続した場合等において、レギュレータ３を制御してオルタネータの発電電圧を故意に高く設定したり、逆にオルタネータ３を停止したりして、鉛バッテリ５の充電／放電を切り換え、その前後の電流−電圧特性等（図４〜図７参照）に基づいて開放端子電圧を補正する（図８参照）ことも行うものである。
Furthermore, for example, when a voltage fluctuation or current fluctuation is small for several minutes, such as during high-speed driving, the
具体的に、レギュレータ３は、オルタネータ１のロータ２１の一端に接続された第１のスイッチング素子（トランジスタ）３３と、ロータ２１の他端に接続された第２のスイッチング素子（トランジスタ）３５と、これらの両スイッチング素子３３，３５をオンオフまたはチョッパ制御してロータ２１の界磁電流を調整するＩＣ部３７とを備える。
Specifically, the
そして、このＩＣ部３７は、後述する電源分配装置１０のレギュレータ制御部（発電電圧調整手段）１５から与えられたレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１に基づいて、ロータ２１の界磁電流を調整する。
And this IC part 37 adjusts the field current of the
尚、ＩＣ部３７には、スイッチ３８を介して電源分配装置１０内でヒューズ３０に与えられる電圧が入力されており、この発電電圧が一定電圧以下になると、ＬＥＤ等が使用されたインストゥルメントパネルの充電警告灯３９を点灯するようになっている。
The IC section 37 is supplied with a voltage applied to the
尚、従来においては、レギュレータ３の制御をエンジン制御用のＥＦＩ−ＥＣＵで行っていたが、この実施形態では、かかるレギュレータ３の制御を、電源に係る制御を司る電源分配装置１０により行う構成となっている。
In the prior art, the
そして、電源分配装置１０は、図２の如く、各種の電装品（負荷）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，…（図１参照）への電源供給をオンオフするリレー（開閉手段）１１ａ，１１ｂ，…と、鉛バッテリ５の状態等の自動車の様々な状況に応じて予め決定しておいた優先順位の情報が格納された不揮発性メモリ（記憶手段）１３と、レギュレータ３を制御することで当該レギュレータ３を通じてオルタネータ１から供給される電圧を調整するレギュレータ制御部（レギュレータ制御手段）１５と、電流検出部（電流検出手段）５１と、電圧検出部（電圧検出手段）５３と、バッテリ状態や自動車の各部で得られた情報に基づいて、レギュレータ制御部１５を制御しつつリレー１１ａ，１１ｂ，…のオンオフを制御する上記の中央制御部（制御手段）１７とを備える。
As shown in FIG. 2, the
リレー１１ａ，１１ｂ，…は、例えば、オーディオやエアコン等の自動車にとって付属的な機能を司る付属的機器Ｍ１…をそれぞれオンオフする付属的機器用リレー１１ａ…と、アンチロックブレーキ等のブレーキアシストやエアバッグシステムといったアクティブセイフティ機器Ｍ３…をそれぞれオンオフするセイフティ用リレー１１ｂ…とがあり、各リレー１１ａ，１１ｂ，…は、スイッチとなる接点４１と、この接点を電磁誘導により開閉する電磁コイル４３とを備えた一般的なものがそれぞれ使用される。
The
不揮発性メモリ１３は、フラッシュＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ等の書き込み可能なデータ記憶媒体が使用され、各リレー１１ａ，１１ｂ，…をオンオフ制御する態様と、上述のオルタネータ１のロータ２１の界磁電流をレギュレータ３のＩＣ部３７で設定するために指示するレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１を、自動車の状況（例えば、始動、走行及び駐車等）に対応づけた状態で、例えばデータテーブルといった所定のフォーマットで予め保有している。
The
レギュレータ制御部１５は、中央制御部１７から指示されたタイミングで、当該中央制御部１７から与えられたレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１を、レギュレータ３のＩＣ部３７に出力するようになっている。
The
電流検出部５１は、例えばシャント抵抗等が使用され、図３の如く、鉛バッテリ５のプラス端子に接続される充放電用の通電路５４に介挿されており、鉛バッテリ５に対して充電又は放電される電流を検出する。電圧検出部５３は、鉛バッテリ５の端子電圧を検出する。
For example, a shunt resistor or the like is used for the
中央制御部（ＣＰＵ）１７は、図示しないＲＡＭ等が接続され、上記の不揮発性メモリ１３内に予め格納されたソフトウェアプログラムに基づいて動作する機能要素であって、このソフトウェアプログラムによって定義された機能としては、鉛バッテリ５の状態（電池残量及び劣化度の少なくともいずれか一方）を含む自動車の様々な状況を判断し、当該状況に応じて、トランジスタを通じて各リレー１１ａ，１１ｂ，…を個別にオンオフする機能と、不揮発性メモリ１３から読み出したレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１を自動車の状況に応じて選択し、この選択したレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１をレギュレータ制御部１５を介してレギュレータ３に出力する機能とがある。
The central control unit (CPU) 17 is a functional element that is connected to a RAM (not shown) and operates based on a software program stored in advance in the
ここで、中央制御部１７が鉛バッテリ５の状態検知を行う際、この中央制御部１７は、鉛バッテリ５に対する充電又は放電が開始されたときに、電流検出部５１を介して検出されるその充放電の電流値と、電圧検出部５３を介して検出されるその充放電の開始の前後における端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリ５の電池残量及び劣化度を検知する。鉛バッテリ５に対する充電又は放電の開始の中央制御部１７による検知は、例えば電流検出部５１による充放電電流の検出に基づいて行われる。
Here, when the
ここで、本実施形態に係る鉛バッテリ５の状態検知の原理について説明する。
Here, the principle of the state detection of the
図４は、鉛バッテリに対して種々の電流値で充放電が行われた際の端子電圧の変化状況を計測した結果を示すグラフである。図４の試験では、開放端子電圧がその電池残量に対応する値に安定した状態にある鉛バッテリ５に対して、開放端子電圧（電池残量）を種々に異ならせて種々のレベルの充放電を行わせ、その各充放電の開始直後（例えば、充放電の開始から１００ｍｓ後（充放電は継続中））における端子電圧を計測した。図４のグラフの横軸は開放端子電圧に対応し、縦軸は充放電の開始直後の端子電圧に対応している。
FIG. 4 is a graph showing a result of measuring a change state of the terminal voltage when charging / discharging the lead battery at various current values. In the test of FIG. 4, the open terminal voltage (remaining battery level) is varied in various ways with respect to the
そして、図４のグラフＧ１ａ〜Ｇ１ｃの各系列は、各開放端子電圧において５Ａ、１０Ａ、１５Ａの充電を行った際の充電開始から微小時間後（例えば、１００ｍｓ後）の端子電圧の計測結果に対応しており、グラフＧ２ａ〜Ｇ２ｃの各系列は、各開放端子電圧において５Ａ、１０Ａ、１５Ａの放電を行った際の充電開始から微小時間後（例えば、１００ｍｓ後）の端子電圧の計測結果に対応している。 Each series of graphs G1a to G1c in FIG. 4 shows the terminal voltage measurement results after a minute time (for example, after 100 ms) from the start of charging when 5A, 10A, and 15A are charged at each open terminal voltage. Each series of the graphs G2a to G2c corresponds to the measurement result of the terminal voltage after a minute time (for example, after 100 ms) from the start of charging when discharging 5A, 10A, and 15A at each open terminal voltage. It corresponds.
また、グラフＧ３の系列は、充放電を行わないとき（端子電圧の変化がないとき）の状態を参考として表したものである。 The series of graph G3 shows the state when charging / discharging is not performed (when there is no change in terminal voltage) as a reference.
図４の試験結果より、開放端子電圧が比較的高い状態（電池残量が大きい状態）（例えば、図４のＡ１で示す領域）では、開放端子電圧が高いほど（電池残量が大きいほど）充放電（特に、充電）に対する鉛バッテリ５の端子電圧の変化量が大きいことが分かる。
From the test result of FIG. 4, in a state where the open terminal voltage is relatively high (a state where the remaining battery level is large) (for example, a region indicated by A1 in FIG. 4), the higher the open terminal voltage (the higher the remaining battery level). It turns out that the variation | change_quantity of the terminal voltage of the
これより、充放電時の電流値と端子電圧の変化量とに基づいて、少なくとも鉛バッテリ５の電池残量が推定可能であることが分かる。
From this, it can be seen that at least the remaining battery level of the
また、これらの数量値は、次に述べるように鉛バッテリ５の劣化度にも大きく関係しており、これらの数量値に基づいて鉛バッテリ５の劣化度も推定可能である。
Moreover, these quantity values are greatly related to the deterioration degree of the
図５は、劣化度の異なる２種類の鉛バッテリについて充放電に伴う端子電圧の変化量を比較したグラフである。より詳細には、図５のグラフＧ１１は、電池残量が約８０％の新品の鉛バッテリ５に対して電流値を変化させつつ充放電を行わせて、充放電時の端子電圧の変化量を計測した結果を示し、グラフＧ１２は、電池残量が約７５％の劣化品の鉛バッテリ５に対して電流値を変化させつつ充放電を行わせて、充放電時の端子電圧の変化量を計測した結果を示している。
FIG. 5 is a graph comparing the amount of change in terminal voltage associated with charging / discharging for two types of lead batteries having different degrees of deterioration. More specifically, the graph G11 in FIG. 5 shows the amount of change in the terminal voltage during charging / discharging by charging / discharging the
図５のグラフより、電池残量が同レベルであれば、各レベルの充放電に対する端子電圧の変化量が、新品より劣化品の方が大きくなっていることが分かる。 From the graph of FIG. 5, it can be seen that if the remaining battery level is the same level, the amount of change in the terminal voltage with respect to charge and discharge at each level is greater in the deteriorated product than in the new product.
本実施形態では、鉛バッテリ５の電池残量及び劣化度を推定するためのさらに有利な数量指標を取得するため、中央制御部１７に、充放電時の電流値と端子電圧の変化量とに基づいてその時点における鉛バッテリ５の内部抵抗値を導出させるようにしている。
In the present embodiment, in order to obtain a more advantageous quantity index for estimating the remaining battery level and the degree of deterioration of the
内部抵抗値Ｒｉｎの導出は、例えば充放電時の電流値Ｉ及び端子電圧の変化量ｄＶを用いて、オームの法則に基づく、
Ｒｉｎ＝ｄＶ／Ｉ
の関係式により行うことができる。
The derivation of the internal resistance value Rin is based on Ohm's law using, for example, the current value I during charge / discharge and the terminal voltage change dV.
Rin = dV / I
The following relational expression can be used.
図６は、鉛バッテリ（新品の鉛バッテリ）に対して所定電流値の充放電が行われた際の開放端子電圧と導出した内部抵抗値との関係を示すグラフであり、グラフの横軸は開放端子電圧に対応し、縦軸は内部抵抗値に対応している。より詳細には、図６のグラフＧ２１は、異なる各開放端子電圧において１０Ａの充電を行った際の計測結果に基づいて導出された内部抵抗値（充電内部抵抗値）を示しており、グラフＧ２２は、異なる各開放端子電圧において１０Ａの放電を行った際の計測結果に基づいて導出された内部抵抗値（放電内部抵抗値）を示している。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the open terminal voltage and the derived internal resistance value when charge / discharge of a predetermined current value is performed on a lead battery (new lead battery), and the horizontal axis of the graph is Corresponding to the open terminal voltage, the vertical axis corresponds to the internal resistance value. More specifically, a graph G21 in FIG. 6 shows an internal resistance value (charging internal resistance value) derived based on a measurement result when 10A is charged at each different open-circuit voltage, and the graph G22 These show the internal resistance value (discharge internal resistance value) derived based on the measurement result when discharging 10 A at different open terminal voltages.
図６のグラフより、特に開放端子電圧の比較的高い状態において、内部抵抗値（特に、充電の際に導出した充電内部抵抗値）と開放端子電圧（電池残量）との相関が強く現れていることが分かる。 From the graph of FIG. 6, especially in a relatively high open terminal voltage state, there is a strong correlation between the internal resistance value (particularly, the charge internal resistance value derived during charging) and the open terminal voltage (remaining battery level). I understand that.
また、内部抵抗値は鉛バッテリ５の劣化度を評価するのに非常に有効な数量指標であるため（一般に、劣化が進むにつれて内部抵抗値が増大する）、この導出した内部抵抗値を用いて鉛バッテリ５の劣化度を推定することができる。
Further, since the internal resistance value is a very effective quantity index for evaluating the degree of deterioration of the lead battery 5 (generally, the internal resistance value increases as the deterioration progresses), and therefore, this derived internal resistance value is used. The degree of deterioration of the
よって、例えば、その導出した充電内部抵抗値及び放電内部抵抗値のいずれか一方、又は両方に基づいて、中央制御部１７に鉛バッテリ５の劣化度を検知させるようにすることができる。
Therefore, for example, the
この場合、例えば、所定の閾値レベルを設け、充電内部抵抗値又は放電内部抵抗値がその閾値レベルを上回ったことを検知した場合に、中央制御部１７に鉛バッテリ５の劣化を報知するための報知信号を出力させるようにしてもよい。
In this case, for example, when a predetermined threshold level is provided and it is detected that the charging internal resistance value or the discharging internal resistance value exceeds the threshold level, the
また、本実施形態では、鉛バッテリ５の状態検知のためのさらに有効な数量指標を得るため、互いに近接したタイミングで取得した充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比を算出して状態検知に用いるようにしている。
Further, in the present embodiment, in order to obtain a more effective quantity index for detecting the state of the
図７は、異なる開放端子電圧において鉛バッテリ（新品の鉛バッテリ）に所定電流値の充放電を行わせた際に取得した充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比の値を示すグラフである。より詳細には、図７の充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比の値は、異なる複数の開放端子電圧において、近似したタイミングで所定電流値（例えば、１０Ａ）の充電と放電とを鉛バッテリ５に対して行い、その充放電の際に上述の手法で充電内部抵抗値と放電内部抵抗値とを取得し、その充電内部抵抗値を放電内部抵抗値で割り算することにより導出している。
FIG. 7 is a graph showing a ratio value between a charge internal resistance value and a discharge internal resistance value acquired when charging / discharging a lead battery (new lead battery) with a predetermined current value at different open terminal voltages. is there. More specifically, the value of the ratio between the charging internal resistance value and the discharging internal resistance value in FIG. 7 is obtained by charging and discharging a predetermined current value (for example, 10 A) at approximate timings at different open terminal voltages. This is performed on the
図７のグラフより、開放端子電圧が比較的高い状態（電池残量が比較的多い状態）では、両内部抵抗値の比と開放端子電圧（電池残量）との間に比例関係に近い顕著な相関関係があり、両内部抵抗値の比より電池残量が推定可能であることが分かる。 From the graph of FIG. 7, in the state where the open terminal voltage is relatively high (the battery remaining amount is relatively large), the ratio between the two internal resistance values and the open terminal voltage (battery remaining amount) are close to a proportional relationship. It can be seen that the remaining battery level can be estimated from the ratio between the two internal resistance values.
そこで、本実施形態では、近接したタイミングで鉛バッテリ５に対する充電と放電とが行われた際に、中央制御部１７に、その充放電を電流検出部５１を介して検出させ、その充電に基づく充電内部抵抗値と放電に基づく放電内部抵抗値とを取得させる。
Therefore, in the present embodiment, when the
充電内部抵抗値及び放電内部抵抗値は、上述のように、その充放電時に電流検出部５１を介して検出される充放電の電流値と、電圧検出部５３を介して検出されるその充放電の開始の前後における端子電圧の変化量（例えば、充放電の開始前の端子電圧と充放電が開始されてから１００ｍｓ後の端子電圧との差）とに基づいて、オームの関係式等を用いて導出されて取得される。
As described above, the charge internal resistance value and the discharge internal resistance value are the charge / discharge current value detected through the
そして、中央制御部１７に、その両内部抵抗値の比（例えば、充電内部抵抗値を放電内部抵抗値で割り算した値）を導出させ、その導出した両内部抵抗値の比に基づいてその時点における鉛バッテリ５の状態（特に、電池残量）を検知させるようになっている。
Then, the
ここで、両内部抵抗値の比に基づく電池残量の検知は、例えば、両内部抵抗値と電池残量との対応関係を試験により予め取得してその対応関係を示すデータ（データテーブル等）を中央制御部１７の記憶部に登録しておき、その対応関係データを用いて行うことができる。
Here, the detection of the remaining battery level based on the ratio between the two internal resistance values is, for example, data (data table or the like) indicating a correspondence relationship between the internal resistance value and the remaining battery amount obtained in advance by a test. Can be registered in the storage unit of the
この場合、中央制御部１７に、その検知した電池残量に関する情報を所定の図示しない表示部を介して表示させるようにしてもよい。
In this case, the
そして、中央制御部１７は、多重通信線５７から得られた自動車の状況（始動、走行及び駐車等）に応じてレギュレータ３を制御することでオルタネータ１からの電圧を制御し、これに対応するタイミングで鉛バッテリ５の状態を検知し、その検知結果に応じて、例えば鉛バッテリ５の充放電の収支を安定させるよう、各リレー１１ａ，１１ｂ，…を選択的にオンオフ制御する等の制御を行う。
And the
この場合、中央制御部１７は、図８に示すように、自動車の始動時Ｔ１，Ｔ２、走行時Ｔ３及び駐車時Ｔ４等のそれぞれの自動車の状況に応じて、不揮発性メモリ１３からレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１を読み出し、このレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１をレギュレータ制御部１５を介してレギュレータ３に出力するようになっている。
In this case, as shown in FIG. 8, the
このレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１としては、原則的に、オルタネータ１で発電された発電電圧の最大値を電源分配装置１０に与えるよう、ロータ２１の界磁電流を予め定められた最大値とするための値が選択される。このレギュレータ３の制御についての動作は後述する。
As the regulator adjustment voltage command value D1, in principle, the field current of the
尚、図２中の符号５５は自動車の状況を収集するためのスイッチ類やセンサ類であって、例えばドアロックの有無を検出するスイッチ、イグニションのオンオフを検出するスイッチ及びスタータ操作のオンオフを検知するスイッチ等である。また、符号５９はスタータ・スイッチ部を示しており、スタータ・モータ６１を電磁リレー６３でオンオフする構成となっている。
＜動作＞
以下に、上記構成の電源分配装置１０の動作例を説明する。
<Operation>
Hereinafter, an operation example of the
まず電源分配装置１０の中央制御部１７は、自動車の状況（始動、走行及び駐車等）に応じて、不揮発性メモリ１３からレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１を読み出し、このレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１をレギュレータ制御部１５を介してレギュレータ３に出力する。
First, the
そうすると、レギュレータ３のＩＣ部３７は、電源分配装置１０から与えられたレギュレータ調整電圧指令値Ｄ１に応じてオルタネータ１のロータ２１の界磁電流を設定し、これによりオルタネータ１で発電された電圧が調整されて、電源分配装置１０に与えられる。
Then, the IC unit 37 of the
そして、このオルタネータ１からの電圧の調整タイミングに合わせて、中央制御部１７は鉛バッテリ５の状態検知を行う。
The
ここで、この鉛バッテリ５の状態検知の動作タイミングを図８のタイミングチャートに沿って説明する。
Here, the operation timing for detecting the state of the
図８（Ａ）はドアロックのタイミング、同図（Ｂ）はイグニションスイッチのオンオフタイミング、同図（Ｃ）はスタータスイッチのオンオフタイミング、同図（Ｄ）はオルタネータ１及び鉛バッテリ５による電源電圧の変動、同図（Ｅ）は負荷に供給される負荷電流の変動、同図（Ｆ）はオルタネータ１から与えられる発電電流の変動、同図（Ｇ）は鉛バッテリ５の充放電電流の変動、同図（Ｈ）は鉛バッテリ５の状態検知を行うタイミングを示している。また、符号Ｔ１，Ｔ２は自動車の始動期間、符号Ｔ３は自動車の走行期間、符号Ｔ４，Ｔ０は自動車の駐車期間を示している。
8A is the door lock timing, FIG. 8B is the ignition switch on / off timing, FIG. 8C is the starter switch on / off timing, and FIG. 8D is the power supply voltage by the
まず搭乗者が自動車に搭乗する前に、図８中のｔ１の時点でキーレスエントリでドアのアンロック（図８（Ａ））を行う。 First, before the passenger gets into the automobile, the door is unlocked by keyless entry (FIG. 8A) at time t1 in FIG.
しかしながら、アンロックの動作が実際に行われるときは、そのための電源投入が行われて図８（Ｇ）に示すように鉛バッテリ５の充放電電流が流れてしまう。このため、上述のように鉛バッテリ５の開放端子電圧（図４、図６及び図７参照）を検知する場合は、鉛バッテリ５の充放電電流（図８（Ｇ））が流れる前の時点、即ち、ドアのアンロック（図８（Ａ））より前の時点で鉛バッテリ５の開放端子電圧を既に検知しておく必要がある。
However, when the unlocking operation is actually performed, the power for that purpose is turned on, and the charge / discharge current of the
そこで、自動車の駐車期間Ｔ０，Ｔ４においては、中央制御部１７を低消費電力モード（スリープモード）で動作させておき、１時間毎程度の一定時間毎に鉛バッテリ５の開放端子電圧を測定し、その測定結果をフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ１３に格納しておく。
Therefore, during the car parking periods T0 and T4, the
そして、図８中のｔ２の時点でイグニションスイッチ（図８（Ｂ））がオンとなったときに、中央制御部１７は、それ以前の最近に検知された鉛バッテリ５の開放端子電圧を不揮発性メモリ１３から読み出して認識する（図８中の符号６５）。
When the ignition switch (FIG. 8B) is turned on at the time t2 in FIG. 8, the
次に、図８中のｔ３の時点で、運転者がキーを操作してスタータ・スイッチ（図８（Ｃ））がオンになると、スタータ・モータ６１が始動する。そして、中央制御部１７は、そのときの鉛バッテリ５の電圧降下を検出し、鉛バッテリ５の劣化状態の管理判定を行う（図８中の符号６７）。
Next, at time t3 in FIG. 8, when the driver operates the key to turn on the starter switch (FIG. 8C), the
この場合、予め鉛バッテリ５の寿命の許容範囲を電圧降下のしきい値等によって定めておき、検出された電圧降下に基づいて鉛バッテリ５の劣化状態がその許容範囲内であるかどうかを判断する。
In this case, an allowable range of the life of the
あるいは、電流検出部５１でスタータ・モータ６１に与えられる電流を測定し、この測定された電流に基づいて鉛バッテリ５の内部抵抗を推定して、この推定結果から鉛バッテリ５の劣化状態を判断するようにしてもよい。
Alternatively, the current applied to the
こうして、図８中のｔ４の時点でスタータ・モータ６１が始動し、自動車の状態が走行状態（Ｔ３の期間）に移行する。そうすると、オルタネータ１での発電電流が急激に上昇して、補充電が行われる。
Thus, the
そして、この補充電の期間において、図８中の符号６８のように、中央制御部１７は鉛バッテリ５の状態検知を行う（図８（Ｈ））。
And in the period of this supplementary charge, the
尚、この補充電においては、鉛バッテリ５が満充電に近づいたり、あるいは、鉛バッテリ５内部の硫酸の濃度勾配が変化したりして、鉛バッテリ５に対する充電電流（図８（Ｇ））が次第に低下する。
In this supplementary charging, the
そして、この充電電流がある値以下になった時点（ｔ５）で、中央制御部１７は鉛バッテリ５が満充電になった旨を判断し、この時点で補充電が終了する。
Then, at the time (t5) when the charging current becomes a certain value or less, the
このようにして補充電が終了すると、その後にそのまま充電を続けて過充電になるのを防止すべく、中央制御部１７は一旦オルタネータ１を停止させ、走行中の自動車におけるエネルギーの回生を停止する。
When the auxiliary charging is completed in this way, the
これにより、自動車の走行における燃費を向上する。そして、一部のリレー１１ａ，１１ｂ，…をオンにして鉛バッテリ５の電力を少しだけ使用し、鉛バッテリ５の状態を満充電状態から僅かに電力消費した状態にして、オルタネータ１で発電した電流を少しだけ受け入れる状態にする。
Thereby, the fuel consumption in driving | running | working of a motor vehicle is improved. Then, some of the
その後、再びオルタネータ１の駆動を再開し、ここでの発電電力を使用して自動車の各部の駆動を行いながら、鉛バッテリ５に回生電流を流す。
Thereafter, the driving of the
ところで、上述のように、鉛バッテリ５が満充電になった時点（ｔ５）から鉛バッテリ５に対する充電電流の調整を継続して行なう。
By the way, as described above, the adjustment of the charging current for the
この場合において、中央制御部１７は、鉛バッテリ５の充放電電流を累積加算してその残量についての収支を演算し、レギュレータ３を制御してオルタネータ１からの電圧を調整するとともに、リレー１１ａ，１１ｂ，…を適宜オンオフ制御して不必要な電装品Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，…をオフするなどを行って、鉛バッテリ５を満充電状態よりも僅かに電力消費が行われた状態（例えば満充電状態に対して９８％等の所定の残量状態）に維持する。
In this case, the
ただし、鉛バッテリ５の充放電電流を累積加算するうちに、時間の経過とともに、電流検出部５１での電流値の誤差等によって誤差成分等が蓄積されるなどの事態が生じ得る。
However, while the charge / discharge current of the
このため、例えば、高速走行中等の電圧変動や電流変動が少ない状態が何分間か持続したとき等のタイミングなどにおいて、時々は符号６９（図８（Ｈ））のように鉛バッテリ５の状態検知を再度実施する。
For this reason, for example, the timing of the
この場合、上記したように、充放電の電流値と、その充放電の開始の前後における端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリ５の電池残量及び劣化度を検知する必要があるため、中央制御部１７はレギュレータ３を制御し、図８（Ｄ）に示すようにオルタネータ１からの電圧を強制的に増減して、鉛バッテリ５について放電状態と充電状態とを強制的に設定し、充放電の電流値と端子電圧の変化量と（図５）の特性に基づいて、鉛バッテリ５の状態検知を行う。
In this case, as described above, it is necessary to detect the remaining battery level and the degree of deterioration of the
そして、自動車が駐車（期間Ｔ４）し、イグニションスイッチ（図８（Ｂ））がオフとなったときには、それまで検知した鉛バッテリ５の状態の情報を不揮発性メモリ１３内に格納して、中央制御部１７のスリープモード（低消費電力モード）に戻る。
When the vehicle is parked (period T4) and the ignition switch (FIG. 8B) is turned off, the state information of the
ここで、鉛バッテリ５満充電後は、２４時間程度が経過しないと回生電圧が安定しないことが分っているため、２４時間以内に起動される場合には、新たに計測するのではなく、２４時間以内の前のデータをそのまま初期値として使うことがのぞましい。
Here, after the
このように、中央制御部１７からの指令に基づいてオルタネータ１の電圧を制御しながら、鉛バッテリ５に対する充電又は放電が開始され、そのタイミングに応じて、鉛バッテリ５の充放電の電流値と、その充放電の開始の前後の鉛バッテリ５の端子電圧の変化量と（図５）に基づいて、鉛バッテリ５の状態を検知するので、走行中であっても、所望の充放電のタイミングに合わせて鉛バッテリ５の状態を正確かつ簡単に検知することができる。
In this way, charging or discharging of the
そして、中央制御部１７は、かかる鉛バッテリ５について正確に検知した状態に基づいて、鉛バッテリ５が劣化していると判断した場合に、一部または全てのリレー１１ａ，１１ｂ，…を一時的に切断したり、チョッパ制御で電流値Ｉを低減する等の任意の制御を行うことが可能となる。
Then, when the
１ オルタネータ
３ レギュレータ
５ 鉛バッテリ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，… 電装品
１０ バッテリ状態検知装置
１１ａ，１１ｂ，… リレー
１３ 不揮発性メモリ
１５ レギュレータ制御部
１７ 中央制御部
２１ ロータ
２３ ステータ
２５ 整流回路
３０ ヒューズ
３３，３５ スイッチング素子
３７ ＩＣ部
５１ 電流検出部
５３ 電圧検出部
５５ スイッチ類
５７ 多重通信線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記鉛バッテリに対して充電又は放電される電流を検出する電流検出手段と、
前記鉛バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、前記電流検出手段を介して検出されるその充放電の電流値と、前記電圧検出手段を介して検出されるその充放電の開始の前後における前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの状態を検知する制御手段と
を備え、
前記制御手段が、予め定められた発電電圧を、前記鉛バッテリの状態を検知するタイミングに対応して出力するように前記オルタネータを制御することを特徴とするバッテリ状態検知装置。 A battery state detection device for detecting a state of the lead battery connected to a lead battery and an alternator mounted on an automobile,
Current detecting means for detecting current charged or discharged with respect to the lead battery;
Voltage detecting means for detecting a terminal voltage of the lead battery;
When charging or discharging of the lead battery is started, the current value of the charge / discharge detected via the current detection means and before and after the start of the charge / discharge detected via the voltage detection means Control means for detecting the state of the lead battery based on the amount of change in the terminal voltage;
The battery state detection device, wherein the control unit controls the alternator so as to output a predetermined generated voltage corresponding to a timing at which the state of the lead battery is detected.
前記鉛バッテリの状態を検知するのに適するように予め定められた前記発電電圧が、自動車の状況に予め対応づけて定められ、当該定められた前記発電電圧のデータが、所定の記憶手段内に格納され、
前記制御手段が、前記記憶手段内に格納された前記発電電圧のデータを読み出し、当該発電電圧のデータに応じて前記オルタネータを制御することを特徴とするバッテリ状態検知装置。 The battery state detection device according to claim 1,
The power generation voltage predetermined so as to be suitable for detecting the state of the lead battery is determined in advance corresponding to the situation of the automobile, and the data of the power generation voltage determined is stored in a predetermined storage means. Stored,
The battery state detection apparatus, wherein the control means reads out the data of the generated voltage stored in the storage means and controls the alternator according to the data of the generated voltage.
前記制御手段が、前記オルタネータの発電電圧を増減させることで、前記鉛バッテリの状態を検知するために必要な当該鉛バッテリの充電状態と放電状態とを実現させることを特徴とするバッテリ状態検知装置。 The battery state detection device according to claim 2,
The control means realizes a charge state and a discharge state of the lead battery necessary for detecting the state of the lead battery by increasing or decreasing the power generation voltage of the alternator. .
前記制御手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの内部抵抗値を導出し、その内部抵抗値に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。 The battery state detection device according to claim 2 or claim 3,
The control means derives an internal resistance value of the lead battery based on the charge / discharge current value and the change amount of the terminal voltage, and detects the state of the lead battery based on the internal resistance value. The battery state detection apparatus characterized by this.
前記制御手段は、前記鉛バッテリに対する充電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である充電内部抵抗値と、前記鉛バッテリに対する放電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である放電内部抵抗値とに基づいて前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。 The battery state detection device according to claim 4,
The control means includes a charge internal resistance value that is the internal resistance value derived when the lead battery is charged, and a discharge that is the internal resistance value that is derived when the lead battery is discharged. A battery state detection device that detects the state of the lead battery based on an internal resistance value.
前記制御手段は、前記充電内部抵抗値と前記放電内部抵抗値との比に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。 The battery state detection device according to claim 5,
The said control means detects the state of the said lead battery based on the ratio of the said charge internal resistance value and the said discharge internal resistance value, The battery state detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記制御手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの電池残量及び劣化度のうちの少なくともいずれか一方を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。 The battery state detection device according to any one of claims 2 to 6,
The control unit detects at least one of a remaining battery level and a degree of deterioration of the lead battery based on the charge / discharge current value and the amount of change in the terminal voltage. Detection device.
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2004
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