JP2006296085A - 車両用電源管理装置及び電源管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの放電性能を推定して車両電装負荷の動作能力を判定し、適切な動作能力が維持できない場合には充電制御あるいは負荷への給電制御を行う車両用電源管理装置及び電源管理システムを提供する。
【解決手段】電源管理システム１は、電源管理装置２と出力装置３とから構成されており、バッテリ４から電流、電圧、及び温度等の状態量を入力する。電源管理装置２は、センサ部１１、充電状態検知部１２、劣化状態検知部１３、放電性能判定部１４、負荷動作能力判定部１５、暗電流カット制御部１６、及び負荷給電制御部１７から構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に装備された各種電装負荷に電源を供給するバッテリの充放電を管理する電源管理システムに関するもので、特にバッテリの放電性能を推定して前記電装負荷への給電を管理する車両用電源管理装置及び電源管理システムの技術分野に関するものである。

車両の電源系は、バッテリと発電機（オルタネータ）から構成されており、バッテリからの給電によってエンジンが始動した後は、発電機による発電が開始される。発電機稼動後は、車両に装備された各種電装負荷への給電は主として発電機から行われ、さらにはバッテリの充電も行われる。

近時、車両の電気負荷はますます増大してきており、主機、補機を電子制御するための電子制御ユニットや駐車中も稼動しているセキュリティ装置等が増大する一方、フロントパネルの計器類を電子的な表示方式に変更するなど電装品が数多く搭載されてきている。

また、燃費向上や走行性能向上のために、従来は油圧によって行われていた車両制御や動力等も電動化される傾向にあり、例えば電動式パワーステアリングや電動式ブレーキ等が実用化されている。

さらに、環境対応として停車中はエンジンを停止させるいわゆるアイドリングストップを行う車両が増えているが、アイドリングストップ中は発電機による発電が行われないため、電装負荷への電力供給はバッテリから行われる。

上記の通り電装負荷の増加に伴って、電源系からの電力供給が不足する恐れが高まってきている。そこで、バッテリの充電容量を検知して、エンジン始動や重要な電装負荷への電力供給に支障をきたす恐れがある場合には、重要度の低い電装負荷への給電を停止させる等によって、必要な電力を確保することを目的とした電源管理システムが提案されている。

例えば、特許文献１の自動車のエネルギ配分用装置では、駆動系等の稼動に要求される電力及び目標電圧が実現可能となるよう、発電機の回転数や励磁電流等の制御、さらに場合によっては所定の負荷への電源供給を停止させるものである。

また、特許文献２の車両用電源システムでは、バッテリの残存容量が所定の基準値以下になった場合、警報を出すとともに走行系以外の負荷への電源供給を遮断させるものである。

さらに、特許文献３の車両用電源管理装置は、車載バッテリの残容量が不足であると判定すると、前記車載バッテリが残容量不足状態であることを表す警告通知信号を、無線通信により車両から離れた場所にいる車両利用者に通知するものである。
特表２００１−５０５８４７号 特開２００３−２２６２０９号 特開２００４−１４２６６１号

しかしながら、上記従来の方法では以下のような問題がある。
アイドリングストップ中の電力負荷が大きい場合、あるいはアイドリングストップの時間が長くなると、バッテリからの放電が大きくなってエンジンを再始動するのに必要な電力を確保できなくなる恐れがあった。

また、従来の油圧式から電動式に変更された電装負荷は、突入電流が大きく、しかも動作中においても大きな電流を消費することが多い。そのため、発電機の電力供給能力を超えてバッテリからの電力供給も必要となる場合がある。バッテリからの電力供給が大きくなると、バッテリの電圧が低下する結果、他の電装負荷の動作が不良となる影響が生じたり電動化された電装負荷自身の動作も不良となる恐れがあった。

さらには、車両が駐車中であっても、車両に搭載された電子制御ユニットのメモリ保持等やセキュリティ装置の稼動のために暗電流（待機電流とも言う）が流れており、電子制御ユニットの増加に伴って暗電流も増大する傾向にある。そのため、長期間駐車した場合等では、バッテリの蓄電量が低下してエンジンの始動に必要な電力が得られなくなる恐れがあった。

特許文献１では、発電機の制御等によって稼動中の負荷に必要な電力供給が実現されるものの、稼動中で無い負荷に対する動作能力の評価は行われていない。そのため、例えば次に安全上重要な負荷を起動させようとしても、必要となる電圧が確保できず起動できなくなる恐れがある。また、駐停車中のバッテリの充電容量の低下については、考慮されていない。

特許文献２についても、特許文献１と同様に稼動中の負荷に必要な電力供給が考慮されているだけである。

さらに、特許文献３では、駐車中のバッテリの残容量が不足状態であることを無線通信で車両利用者に通知されるものの、車両走行中については特許文献１及び特許文献２と同様の課題が残されている。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、バッテリの放電性能を推定して車両電装負荷の動作能力を判定し、適切な動作能力が維持できない場合には充電制御あるいは負荷への給電制御を行う車両用電源管理装置及び電源管理システムを提供することを目的とする。

この発明の車両用電源管理装置の第１の態様は、車両に搭載されたバッテリ及びエンジンの回転を利用して発電される発電機からなる電源部と、前記電源部から電力供給を受けて動作する複数の負荷とを管理する車両用電源管理装置であって、前記バッテリの電流、電圧、及び温度等の状態量を測定するセンサ部と、前記センサ部から前記状態量を入力してバッテリの充電状態を検知する充電状態検知部と、前記センサ部から前記状態量を入力してバッテリの劣化状態を検知する劣化状態検知部と、前記充電状態検知部で検知された前記充電状態と前記劣化状態検知部で検知された前記劣化状態とから前記バッテリの放電性能を判定する放電性能判定部とからなることを特徴とする車両用電源管理装置である。

第２の態様は、前記充電状態が、前記バッテリの開回路電圧、および充放電の電流積算で計測され、前記劣化状態が、前記バッテリのインピーダンスで計測され、前記放電性能が、前記バッテリから所定の電流値で放電を開始して所定の時間経過したときの前記バッテリの電圧値に換算されることを特徴とする車両用電源管理装置である。

第３の態様は、前記劣化状態が、前記バッテリーのインピーダンスで計測される及び又は車両負荷への放電時の前記バッテリーの電圧低下量で計測されることを特徴とする車両用電源管理装置である。

第４の態様は、前記放電性能判定部から前記バッテリの放電性能を入力し、前記放電性能を負荷毎に予め設定された閾値と比較することにより前記負荷の動作能力を判定する負荷動作能力判定部を追加したことを特徴とする車両用電源管理装置である。

第５の態様は、前記負荷動作能力判定部が、前記放電性能判定部から前記バッテリの放電性能を入力して放電時電圧特性を推定し、該放電時電圧特性に基づいて所定の負荷の動作能力を判定することを特徴とする車両用電源管理装置である。

第６の態様は、前記負荷動作能力判定部が、前記放電時電圧特性に基づいて前記エンジンの始動能力を判定するエンジン始動能力判定手段と、前記放電時電圧特性に基づいて前記車両の重要機能を有する所定の重要負荷の動作能力を判定する重要負荷動作能力判定手段と、所定の負荷が動作するのに必要な電圧が維持されるかを判定する電圧維持能力判定手段とを有することを特徴とする車両用電源管理装置である。

第７の態様は、前記負荷動作能力判定部において所望の負荷動作能力が確保できないと判定された場合に、あらかじめ選択された所定の負荷への電力供給を停止させる負荷給電制御部を追加したことを特徴とする車両用電源管理装置である。

第８の態様は、前記負荷給電制御部により電力供給を停止された負荷に対し、前記放電時電圧特性に基づいて該負荷の動作能力を推定して該負荷への電力供給の再開が可能かを判定する給電再開判定部を追加したことを特徴とする車両用電源管理装置である。

第９の態様は、前記エンジンの停止中において、前記負荷動作能力判定部によりエンジン始動能力が確保できないと判定された場合に所定の負荷への暗電流を遮断させる暗電流カット制御部を追加したことを特徴とする車両用電源管理装置である。

第１０の態様は、前記車両用電源管理装置と、前記電源管理装置からの情報を入力して表示する表示部を有する出力装置とからなることを特徴とする車両用電源管理システムである。

第１１の態様は、前記給電再開判定部の判定結果を前記表示部に表示するとともに、前記給電再開判定部で電力供給の再開が可能と判定された負荷に対し電力供給の再開を許可するための入力手段を前記出力装置に追加したことを特徴とする車両用電源管理システムである。

本発明によれば、車両電装負荷の動作維持に要求される放電性能を推定して、負荷の重要度に基づいた給電制御あるいはバッテリへの充電制御が適切に行える車両の電源管理装置及び電源管理システムを提供することができる。

またこの発明によれば、車両走行中の電源管理だけでなく、駐停車中あるいはアイドリングストップ中においても、必要な電源が確保されるよう電源管理を行うことができ、エンジンが始動できなくなるような事態を回避できるといったすぐれた効果がある。

図面を参照して本発明の実施の形態における電源管理装置及び電源管理システムの構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源管理装置及び電源管理システムの概略の構成を示すブロック図である。電源管理システム１は、電源管理装置２と出力装置３とから構成されており、バッテリ４から電流、電圧、及び温度等の状態量を入力する一方、バッテリ４から車両に搭載された各種電装品等の負荷５に電力供給するための配線６の途中に設けられたスイッチ７、８をオン／オフするための制御信号を出力する。

電源管理装置２は、センサ部１１、充電状態検知部１２、劣化状態検知部１３、放電性能判定部１４、負荷動作能力判定部１５、暗電流カット制御部１６、及び負荷給電制御部１７から構成されている。

センサ部１１は、図示しない電圧センサ、電流センサ、温度センサを有し、それぞれバッテリ４の電圧、電流、温度を測定する。充電状態検知部１２は、センサ部１１から前記測定した電圧及び電流を入力してバッテリ４の充電状態（以下ではＳＯＣと記す）を検知する。該ＳＯＣは、例えば定格の充電容量に対する割合（パーセント）で表すことができる。

バッテリのＳＯＣを検知する方法として、該バッテリが無負荷状態のときの開回路電圧（ＯＣＶ）を測定して検知する方法がある。前記ＳＯＣと前記ＯＣＶとはほぼ線形な関係を有していることが知られており、前記ＯＣＶを測定することにより、前記ＳＯＣを検知することが可能である。前記ＯＣＶの測定は、例えば車両のイグニッション・キーをオンにした直後に行う。

充電状態検知部１２は、上記の方法を用いてバッテリ４の前記ＳＯＣを始動直後に検知する。その後、車両の走行等によってバッテリ４の充放電が繰り返されるとＳＯＣが変化するが、この間のＳＯＣは以下のようにして求めることができる。すなわち、バッテリ４から放電が行われた場合には、前記放電された容量を積算して累積放電容量を算出し、放電前のバッテリ４のＳＯＣから前記累積放電容量を減じることでＳＯＣの現在値を算出する。また、バッテリ４が発電機８から充電された場合には、前記充電された容量を積算して累積充電容量を算出し、充電前のＳＯＣに前記累積充電容量を加算することでＳＯＣの現在値を算出する。

劣化状態検知部１３は、バッテリ４の劣化状態を検知するものである。バッテリ４の劣化状態を検知する方法として、バッテリ４のインピーダンスを求め、該インピーダンスからバッテリ４の劣化状態を判定する方法を用いることができる。バッテリのインピーダンスは、バッテリの劣化とともに増大することが知られている。

バッテリ４のインピーダンスを求める方法として、例えばイグニッション・キーをオンにしてから所定の時間経過後にバッテリ４から所定の小電流を放電させ、そのときの電圧及び放電電流をセンサ部１１から入力し、所定の算出式に放電時の前記電圧及び放電電流を入力してインピーダンスを算出する方法を用いることができる。

まバッテリ４の劣化状態を検知する方法として、特開２００４−１３２８９９号公報記載の通り、車両の実負荷へのバッテリ４の放電時の電圧低下量を用いて算出することもできる。

放電性能判定部１４は、バッテリ４の放電性能が適切であるかを判定するものであるが、以下では、始めにバッテリの放電性能について説明する。
バッテリの放電性能として、所定の負荷が動作するのに必要な最低電圧が確保されていることが重要である。すなわち、該所定の負荷が動作中は電圧が前記最低電圧以上に維持されていなければならない。また、該所定の負荷の動作による電圧降下によって、前記電圧が他の負荷の動作に必要な最低電圧以下に低下することのないようにする必要がある。

負荷への放電による電圧降下は、放電電流にほぼ比例して大きくなる。放電電流に対する放電時電圧特性を図２に示す。同図において、２１は劣化の無い新品バッテリの特性を表しており、２２は劣化の進んだ劣化バッテリの特性を表している。放電時電圧特性２１、２２はともに、放電電流が増加するにつれて電圧がほぼ線形的に低下しており、放電時電圧特性２１、２２を１次式で近似することが可能である。また、劣化バッテリの特性２２は新品バッテリの特性２１よりも電圧が低く、傾き（放電電流に対する電圧降下の割合）もやや大きくなっている。

図２に示すバッテリの放電時電圧特性は、該バッテリのＳＯＣや温度によっても変化し、バッテリの劣化状態が同じ場合、ＳＯＣが低下するほど、また温度が低いほど、同じ放電電流に対する放電時の電圧が低くなる特性を示す。

図２に示す放電時電圧特性を例えば１次式で近似することにより、これを用いてバッテリ４の放電性能を判定することができる。前記放電時電圧特性を近似する１次式を次式で表すものとする。
Ｖ＝ａ・Ｉ＋ｂ （式１）
ここで、Ｖを電圧、Ｉを放電電流としており、ａ、ｂはパラメータである。

本実施の形態では、図２に示す放電時電圧特性を利用して、所定の放電電流２３における電圧（以下ではＶ−ＳＯＨで表すこととする）から（式１）が定まるようにしている。すなわち、放電電流２３での電圧Ｖ−ＳＯＨが２４であるとき、放電時電圧特性２２の傾きａはＶ−ＳＯＨ２４のみによって定まるようにしている。傾きａが決まれば、所定の放電電流２３とＶ−ＳＯＨ２４を（式１）に代入することによりパラメータｂを決定でき、放電時電圧特性２２が求まる。

上記の通り、バッテリ４の前記Ｖ−ＳＯＨを用いることで、図２に示すような放電時電圧特性を決定することができる。なお、図２に示す前記放電時電圧は、放電開始後の電圧降下が安定したときの電圧としており、前記Ｖ−ＳＯＨは、バッテリ４から所定の電流２３で放電を開始してから所定時間経過した時の電圧としている。

前記Ｖ−ＳＯＨは、バッテリ４の劣化状態、充電状態（ＳＯＣ）及び温度によっても変化する。前記Ｖ−ＳＯＨの変化の一実施例を図３に示す。図３は、バッテリ４のＳＯＣ及び温度をパラメータとして、バッテリ４の劣化状態を表す前記インピーダンスに対するＶ―ＳＯＨの変化を示す一実施例である。

図３において、実線で示した３１〜３３は常温におけるＶ−ＳＯＨの特性を示しており、３１，３２，３３の順でＳＯＣが低下している。また、破線で示した３４〜３６は低温時におけるＶ−ＳＯＨの特性を示しており、同様に３４，３５，３６の順でＳＯＣが低下している。

本実施の形態では、図３に示すようなバッテリ４のインピーダンスに対するＶ−ＳＯＨの特性を事前に測定しておき、これを放電性能判定部１４に保存している。前記インピーダンスに対するＶ−ＳＯＨの特性は、例えば１次式で近似して保存することが可能であり、この場合には１次式のパラメータをバッテリ４のＳＯＣ及び温度によって決定できるようにしておく。

または、前記インピーダンスに対するＶ−ＳＯＨの特性を表にして保存することも可能である。すなわち、複数のインピーダンスに対するＶ−ＳＯＨの値を表形式にし、これを複数のＳＯＣ及び温度に対して作成して保存し、測定された前記インピーダンス、ＳＯＣ、及び温度におけるＶ−ＳＯＨを、前記表の値を内挿して求められるようにしておく。

放電性能判定部１４は、センサ部１１からバッテリ４の温度を入力する一方、充電状態検知部１２から前記ＳＯＣを、また劣化状態検知部１３から前記インピーダンスをそれぞれ入力する。そして、入力した前記インピーダンス、ＳＯＣ及び温度から前記Ｖ−ＳＯＨの値を求める。

本実施の形態ではさらに、求めたＶ−ＳＯＨの値を所定の閾値（図３では３７を閾値としている）と比較し、該Ｖ−ＳＯＨの値が閾値３７以下の場合には、出力装置３に警報等を出力するようにしている。

上記Ｖ−ＳＯＨに対する閾値３７を決定する方法の一実施例を以下に説明する。図２において、前記Ｖ−ＳＯＨは放電電流が２３のときの電圧に相当するが、負荷によってはさらに大きな電流が放電される。車両に搭載されている電力負荷毎に、放電電流の最大値を想定することが可能であり、図ではこの最大放電電流を２５としている。

図２において、所定の負荷の動作中に維持する必要のある最低電圧を２６とするとき、バッテリ４の放電性能として、最大放電電流２５における電圧が最低電圧２６以上であることが要求される。そこで、最大放電電流２５のときに電圧が最低電圧２６となる放電時電圧特性２７より、そのＶ−ＳＯＨに相当する電圧２８を閾値３７に用いることができる。

上記では、Ｖ−ＳＯＨを用いて前記所定の負荷に対するバッテリ４の放電性能を判定する方法を説明したが、車両全体の負荷に対し想定される最大放電電流を求め、上記と同様にして車両全体の負荷に対するＶ−ＳＯＨの閾値を設定することができる。

なお、前記車両全体の負荷に対し想定される最大放電電流は、同時に動作する負荷への放電電流を合計したもののうち、最大のものを用いるものとしている。本実施の形態では、放電性能判定部１４で用いるＶ−ＳＯＨに対する閾値３７は、上記の車両全体の負荷に対して設定された前記閾値としている。

つぎに、負荷動作能力判定部１５について説明する。負荷動作能力として、例えばエンジンの始動能力、電動ブレーキ等の安全上重要な負荷の動作能力、その他電子制御回路等の動作能力があり、負荷動作能力判定部１５はこれらが適切に維持されているかを判定する。

負荷動作能力の判定には、前記Ｖ−ＳＯＨを用いることができる。前記Ｖ−ＳＯＨは、バッテリ４の始動時に放電性能判定部１４で求められているが、その後バッテリ４の充放電が行われていることから、充放電を積算して求めた最新のＳＯＣ及びセンサ部１１から入力したバッテリ４の温度に基づき、前記インピーダンスに相当する前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値をあらためて求める。

前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値を負荷毎に予め設定されたＶ−ＳＯＨに対する閾値と比較し、前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値が前記閾値より高い場合には該負荷の動作能力が維持されていると判定し、それ以外の場合には該負荷の動作能力が不足していると判定し、出力装置３に警報等を出力する。

負荷動作能力の判定に、上記のＶ−ＳＯＨによる判定に代えて、図２に示した放電電流に対する放電時電圧特性を用いることができる。前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値が求まればそれに対応する前記放電時電圧特性を同定することが可能である。

前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値から同定された放電時電圧特性を、以下では最新放電時電圧特性と記すこととする。該最新放電時電圧特性に基づいて、各負荷を動作させたときの電圧降下を評価して、バッテリ４の電圧が所定の最低電圧以上に維持されるかを判定する。その結果、前記所定の最低電圧を維持できないと判定された場合には、例えば出力装置３に警報表示を行わせるようにする。

負荷動作能力判定部１５の処理の流れの一実施形態を図４に示す。図４は、負荷動作能力判定部１５における処理の詳細な流れを説明する図である。本実施形態の負荷動作能力判定部１５は、バッテリ４の負荷動作能力を判定するために、エンジン始動能力判定手段、重要負荷動作能力判定手段、及び電圧維持能力判定手段を備えるものとしている。

負荷動作能力判定部１５は、所定の監視周期で実行させるものとしており、Ｓ１で前記所定の監視周期であると判定すると、Ｓ２でバッテリ４の最新のＶ−ＳＯＨを求め、前記最新放電時電圧特性を用いる場合にはさらに該最新放電時電圧特性を同定する。次に、Ｓ３で当該車両のエンジンが停止中であるか否かを判定し、その結果に従ってその後の処理の流れを変えている。

Ｓ３の判定の結果前記エンジンが停止中の場合には、Ｓ４の前記エンジン始動能力判定手段において、前記エンジンの始動能力が維持されているか否かを判定する。すなわち、前記エンジン始動能力判定手段には、前記エンジンの始動に対するＶ−ＳＯＨの閾値が保存されており、前記最新のＶ−ＳＯＨの値が前記閾値より高い場合にはエンジン始動可と判定し、それ以外の場合にはエンジン始動不可と判定する。

また、前記放電時電圧特性を用いてエンジン始動能力の判定を行う場合は、前記エンジンの始動に必要なバッテリ４からの放電電流を前記エンジン始動能力判定手段に記憶させておき、該放電電流に対応する電圧を前記最新放電時電圧特性から求める。そして、前記電圧が所定の閾値より高い場合にはエンジン始動可と判定し、それ以外の場合にはエンジン始動不可と判定する。

Ｓ４の判定結果を受けてＳ５では、Ｓ４の判定結果がエンジン始動不可の場合には出力装置３に警報等を出力させる。また、後述の暗電流カット制御部１６が設けられている場合には、暗電流カット制御部１６の起動を要求する。一方、Ｓ４の判定結果がエンジン始動可の場合には、当該監視周期における負荷動作能力判定部１５の処理を終了する。

次に、Ｓ３において前記エンジンが稼動中であると判定した場合について以下に説明する。この場合にはまず、Ｓ６の前記重要負荷動作能力判定手段において、重要負荷の動作能力を判定する。前記重要負荷としては、車両走行の安全上重要な負荷である電動ブレーキや電動パワーステアリング等がある。これらの重要負荷について、重要度の高いものから順にその動作能力を判定する。

各重要負荷の動作能力の判定は、前記エンジン始動能力判定手段と同様にして行うことができる。すなわち、前記Ｖ−ＳＯＨに対する閾値を前記各重要負荷ごとに設定して前記重要負荷動作能力判定手段に記憶させておき、前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値を前記各重要負荷の閾値と比較することにより、前記各重要負荷が動作可能か否かを判定する。

また、前記放電時電圧特性を用いて前記重要負荷の動作能力を判定する場合は、前記各重要負荷を稼動させたときの放電電流を前記重要負荷動作能力判定手段に記憶させておき、対象とする重要負荷を稼動したときの電圧を前記最新放電時電圧特性から求める。そして、前記電圧が該重要負荷の動作維持に必要な最低電圧より高い場合には、当該重要負荷が動作可であると判定し、それ以外の場合には当該重要負荷は動作不可であると判定する。

Ｓ６の判定結果を受けてＳ７では、Ｓ６の判定でいずれかの重要負荷が動作不可と判定された場合には、出力装置３に警報等を出力させる。また、後述の負荷給電制御部１７が設けられている場合には、負荷給電制御部１７の起動を要求する。一方、Ｓ６の判定で全ての重要負荷が動作可と判定された場合には、次にＳ８で前記エンジン始動能力判定手段を実行させる。

Ｓ８の前記エンジン始動能力判定手段では、現時点で前記エンジンを停止させたと仮定し、その場合でも前記エンジンを再び始動する能力があるか否かを判定する。Ｓ８の前記エンジン始動能力判定手段の処理内容は、Ｓ４のものと同じである。

Ｓ９において、Ｓ８の判定結果がエンジン始動不可の場合には出力装置３に警報等を出力させる。また、後述の負荷給電制御部１７が設けられている場合には、負荷給電制御部１７の起動を要求する。一方、Ｓ８の判定結果がエンジン始動可の場合には、次にＳ１０で前記電圧維持能力判定手段を実行させる。

Ｓ１０の前記電圧維持能力判定手段は、バッテリ４の始動後に実施した放電性能判定部１４と同様に、当該車両全体の負荷に対する前記Ｖ−ＳＯＨの閾値を用いて、前記Ｖ−ＳＯＨの最新の値を前記閾値と比較することにより、バッテリ４の電圧が適切に維持されているかを判定する。また、前記最新放電時電圧特性を用いる場合も、放電性能判定部１４と同様にしてバッテリ４の電圧が適切に維持されているかを判定することができる。

Ｓ１０の判定結果を受けてＳ１１では、Ｓ１０の判定で電圧維持が不可と判定された場合には、出力装置３に警報等を出力させる。また、後述の負荷給電制御部１７が設けられている場合には、負荷給電制御部１７の起動を要求する。一方、Ｓ１０の判定で電圧維持が可と判定された場合には、当該監視周期における負荷動作能力判定部１５の処理を終了する。

図１に示す実施の形態では、さらに暗電流カット制御部１６と負荷給電制御部１７を設けている。暗電流カット制御部１６は、エンジン停止中において前記エンジン始動能力判定手段でエンジン始動不可と判定された場合に、例えばバッテリ４の近くに設置された電源カットスイッチ７を遮断してバッテリ４からの放電を停止させる。これにより、イグニッション・キーがオフのときも放電されていた前記暗電流を停止させることができる。

負荷給電制御部１７は、あらかじめ選択された負荷への電力供給を停止させるものである。前記選択された負荷は、例えば車両の安全走行に影響しない負荷とすることができる。上記の電力供給の停止は、負荷動作能力判定部１５からの要求に基づいて前記選択された負荷全てを対象に行ってもよいし、電力供給を停止させる負荷を段階的に増やしていってもよい。

負荷給電制御部１７により電力供給を停止された負荷は、バッテリ４の放電能力が回復した後は再び給電されるのが望ましい。そこで、別の実施の形態として、図５に示すような電源管理システムが考えられる。

図５に示す電源管理システム４１は、図１に示した電源管理システム１に給電再開判定部４３、復帰スイッチ４４、及びＡＮＤ部４５が追加されている。より詳細には、給電再開判定部４３とＡＮＤ部４５が電源管理装置４２に追加され、復帰スイッチ４４は出力装置３と一体になって入出力装置４６を構成している。

給電再開判定部４３は、負荷給電制御部１７でいずれかの負荷への電力供給が停止されると、電力供給を停止された当該負荷の情報を負荷給電制御部１７から入力して記憶する。一方、負荷動作能力判定部１５からは、前記エンジン始動能力、前記重要負荷動作能力、及び前記電圧維持能力の判定結果を入力する。そして、前記エンジン始動能力、前記重要負荷動作能力、及び前記電圧維持能力が全て満足されていると判断された場合に、ＡＮＤ部４５に許可信号を出力する一方、出力装置３には電力供給が停止された負荷の復帰が可能であることを通知する。

ＡＮＤ部４５は、前記給電再開判定部４３からの許可信号と復帰スイッチ４４のＯＮがともに成立した場合に、前期負荷の電源スイッチを閉にして電力供給を再開させる。

以上説明したように、本発明によればバッテリの放電性能をＶ−ＳＯＨを用いて評価したことにより、所定の負荷が動作するのに必要なバッテリの電圧が維持されているかを適切に判定できるようになる。すなわち、Ｖ−ＳＯＨを用いることにより、負荷の動作によるバッテリの電圧降下を事前に推定して負荷動作能力の判定が行えるようになる。

またこの発明によれば、バッテリの放電性能に基づいて暗電流のカット制御あるいは負荷への給電制御を行わせることが可能となることから、車両走行中だけでなく駐停車中あるいはアイドリングストップ中においても、必要な放電性能が確保されるよう電源管理を行うことができ、エンジンが始動できなくなるような事態を回避できるようになる。

図１は、本発明の電源管理装置及び電源管理システムの概略の構成を説明するブロック図である。 図２は、バッテリの放電電流に対する放電時電圧特性を説明する図である。 図３は、本発明のバッテリの放電性能を評価するためのＶ−ＳＯＨの変化を説明するための図である。 図４は、本発明の負荷動作能力判定部の処理内容を説明するための流れ図である。 図５は、本発明の電源管理装置及び電源管理システムの別の実施の形態を説明するブロック図である。

符号の説明

１、４１・・・電源管理システム
２、４２・・・電源管理装置
３・・・出力装置
４・・・バッテリ
５・・・車載電装品（負荷）
６・・・配線
７・・・電源カットスイッチ
８・・・個別電源スイッチ
９・・・発電機
１１・・・センサ部
１２・・・充電状態検知部
１３・・・劣化状態検知部
１４・・・放電性能判定部
１５・・・負荷動作能力判定部
１６・・・暗電流カット制御部
１７・・・負荷給電制御部
２１・・・新品バッテリの放電時電圧特性
２２・・・劣化バッテリの放電時電圧特性
２３・・・Ｖ−ＳＯＨ測定時の放電電流
２４・・・Ｖ−ＳＯＨ
２５・・・最大放電電流
２６・・・負荷の動作に要求される最低電圧
２７・・・最低電圧に対応する放電時電圧特性
２８・・・最低電圧に対応するＶ−ＳＯＨ
３１〜３３・・・常温におけるＶ−ＳＯＨの特性
３４〜３６・・・低温時におけるＶ−ＳＯＨの特性
３７・・・Ｖ−ＳＯＨに対する閾値３７
４３・・・給電再開判定部
４４・・・復帰スイッチ
４５・・・ＡＮＤ部
４６・・・入出力装置

Claims (11)

1. 車両に搭載されたバッテリ及びエンジンの回転を利用して発電される発電機からなる電源部と、前記電源部から電力供給を受けて動作する複数の負荷とを管理する車両用電源管理装置であって、
   前記バッテリの電流、電圧、及び温度等の状態量を測定するセンサ部と、
   前記センサ部から前記状態量を入力してバッテリの充電状態を検知する充電状態検知部と、
   前記センサ部から前記状態量を入力してバッテリの劣化状態を検知する劣化状態検知部と、
   前記充電状態検知部で検知された前記充電状態と前記劣化状態検知部で検知された前記劣化状態とから前記バッテリの放電性能を判定する放電性能判定部と
   からなることを特徴とする車両用電源管理装置。
2. 前記充電状態は、
   前記バッテリの開回路電圧、および充放電の電流積算で計測され、
   前記劣化状態は、前記バッテリのインピーダンスで計測され、
   前記放電性能は、前記バッテリから所定の電流値で放電を開始して所定の時間経過したときの前記バッテリの電圧値に換算される
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源管理装置。
3. 前記劣化状態は、前記バッテリーのインピーダンスで計測される及び又は車両負荷への放電時の前記バッテリーの電圧低下量で計測される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用電源管理装置。
4. 前記放電性能判定部から前記バッテリの放電性能を入力し、前記放電性能を負荷毎に予め設定された閾値と比較することにより前記負荷の動作能力を判定する負荷動作能力判定部を追加した
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の車両用電源管理装置。
5. 前記負荷動作能力判定部は、前記放電性能判定部から前記バッテリの放電性能を入力して放電時電圧特性を推定し、該放電時電圧特性に基づいて所定の負荷の動作能力を判定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両用電源管理装置。
6. 前記負荷動作能力判定部は、
   前記放電性能又は前記放電時電圧特性に基づいて前記エンジンの始動能力を判定するエンジン始動能力判定手段と、
   前記放電性能又は前記放電時電圧特性に基づいて前記車両の重要機能を有する所定の重要負荷の動作能力を判定する重要負荷動作能力判定手段と、
   前記放電性能又は前記放電時電圧特性に基づいて所定の負荷が動作するのに必要な電圧が維持されるかを判定する電圧維持能力判定手段と
   を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の車両用電源管理装置。
7. 前記負荷動作能力判定部において所望の負荷動作能力が確保できないと判定された場合に、
   あらかじめ選択された所定の負荷への電力供給を停止させる負荷給電制御部を追加した
   ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の車両用電源管理装置。
8. 前記負荷給電制御部により電力供給を停止された負荷に対し、
   前記放電性能又は前記放電時電圧特性に基づいて該負荷の動作能力を推定して該負荷への電力供給の再開が可能かを判定する給電再開判定部を追加した
   ことを特徴とする請求項７に記載の車両用電源管理装置。
9. 前記エンジンの停止中において、
   前記負荷動作能力判定部によりエンジン始動能力が確保できないと判定された場合に所定の負荷への暗電流を遮断させる暗電流カット制御部を追加した
   ことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載の車両用電源管理装置。
10. 前記車両用電源管理装置と、
    前記車両用電源管理装置からの情報を入力して表示する表示部を有する出力装置と
    からなることを特徴とする車両用電源管理システム。
11. 前記給電再開判定部の判定結果を前記表示部に表示するとともに、
    前記給電再開判定部で電力供給の再開が可能と判定された負荷に対し電力供給の再開を許可するための入力手段を前記出力装置に追加した
    ことを特徴とする請求項１０に記載の車両用電源管理システム。

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