JP2007024756A - バッテリ状態管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの状態評価のためのバラメータ設定についての人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できるバッテリ状態管理装置を提供する。
【解決手段】このバッテリ状態管理装置では、エンジン始動時の放電に伴ってバッテリ１の開放電圧値及び下限電圧値を計測し、下限電圧値を開放電圧値で割り算した割算値を用いてバッテリ１の状態の良否判断を行うようになっている。例えば、バッテリ１が新品かつ満充電の状態にあるときのエンジン始動時の開放電圧値と下限電圧値との割算値を基準割算値として導出しておき、バッテリ１の使用開始後に検出した割算値の初期基準比率からの変化度合いに基づいてバッテリ１の状態について判断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリ（本明細書では、鉛バッテリのことを指す）の状態を管理するバッテリ状態管理装置に関する。

例えば、バッテリの劣化度合い等を判定するための従来の技術としては、バッテリに放電を行わせ、その放電に伴うバッテリの出力電圧の降下幅と、バッテリが供給している出力電流値とに基づいて、バッテリの内部抵抗を検出するものがある。

しかしながら、上述の従来技術では、バッテリの状態評価のための各種パラメータを車種ごとに個別に設定にするため、パラメータ設定のための人的及び装置的コストが増大するとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキには対応困難である。

そこで、本発明の解決すべき課題は、バッテリの状態評価のためのバラメータ設定についての人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できるバッテリ状態管理装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、車両に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリから所定放電が行われる際に、前記電圧検出手段を介して、その所定放電が行われる前及びその放電期間中におけるバッテリの出力電圧の値を開放電圧値及び放電時電圧値として計測し、その放電時電圧と開放電圧値との比率に基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断する処理手段とを備える。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ状態管理装置において、情報を記憶する記憶手段をさらに備え、前記処理手段は、前記バッテリが新品かつ満充電の状態にあるときに前記所定放電に伴って、前記電圧検出手段を介して、前記開放電圧値及び前記放電時電圧値を計測し、その開放電圧値と前記放電時電圧値との比率を初期基準比率として前記記憶手段に記憶させておき、前記バッテリの使用開始後において、前記所定放電に伴って前記電圧検出手段を介して計測した前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率と、前記記憶手段に記憶させている前記初期基準比率とを比較し、その比率の前記初期基準比率からの変化度合いに基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断する。

また、請求項３の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ状態管理装置において、予め設定された基準比率を記憶する記憶手段をさらに備え、前記処理手段は、前記所定放電に伴って前記電圧検出手段を介して計測した前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率と、前記記憶手段に記憶させている前記許容基準比率との大小関係に基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断する。

また、請求項４の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記バッテリから放電される電流を検出する電流検出手段と、前記処理手段は、前記所定放電に伴って、前記電圧検出手段を介して前記開放電圧値及び前記放電時電圧値を計測するとともに、前記電流検出手段を介して前記バッテリから放電される放電電流値を計測し、その開放電圧値、放電時電圧値及び放電電流値に基づいて、前記バッテリの劣化度合いの許容限度に対応する前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率の値を許容基準比率として演算により導出する一方、前記所定放電に伴って前記電圧検出手段を介して計測した前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率と、導出した前記許容基準比率との大小関係に基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断する。

また、請求項５の発明では、請求項３又は４の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記許容基準比率は、ＪＩＳ軽負荷寿命試験におけるバッテリの寿命基準に対応した内部抵抗値の閾値レベルに基づいて設定されている。

また、請求項６の発明では、請求項１ないし５のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記処理手段は、前記開放電圧値が所定の基準電圧値以上である場合には、前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率に基づく前記バッテリの良否判断を行う一方、前記開放電圧値が前記基準電圧値未満である場合には、前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率に基づく前記バッテリの良否判断を行わない。

また、請求項７の発明では、請求項６の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記処理手段は、前記開放電圧値が前記基準電圧未満である場合には、前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率に基づく前記バッテリの良否判断を行うことなく、前記バッテリの状態は異常であると判断する。

また、請求項８の発明では、請求項１ないし７のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記所定放電は、エンジン始動時に前記バッテリから行われる放電である。

請求項１に記載の発明によれば、所定放電に伴って検出したバッテリの開放電圧値と放電時電圧値との比率は、所定放電時にバッテリに接続された外部負荷の抵抗（外部抵抗）と、所定放電時におけるバッテリの内部抵抗との比率を反映するものであるため、開放電圧値と放電時電圧値との比率には、所定放電が行われているときのその所定放電の特性に対応したバッテリの内部抵抗が反映されていると言える。このため、この割算値を用いてバッテリの状態の良否判断を行うことにより、ある特定の放電（所定放電）に対するバッテリの能力（劣化度合い、充電残量）について、車種ごとの固有のパラメータ設定を行うことなく判断することができ、その結果、バラメータ設定のための人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できる。

特に、劣化によりバッテリの内部抵抗が増大している場合には、放電時の内部抵抗による出力電圧の電圧降下量が増大し、開放電圧値に対して放電時電圧の比率が小さくなるため、開放電圧値と放電時電圧値との比率を用いることにより、バッテリの劣化による異常を的確に検知することができる。

請求項２に記載の発明によれば、バッテリが新品かつ満充電の状態にあるときの開放電圧値と放電時電圧値との比率を初期基準比率として導出しておき、バッテリの使用開始後に検出した比率の初期基準比率からの変化度合いに基づいてバッテリの状態について判断するため、各車両ごとに特別な判断基準を設けることなく、バッテリの状態の良否判定を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、所定放電に伴って電圧検出手段を介して計測した開放電圧値と放電時電圧値との比率と記憶手段に記憶させている許容基準比率との大小関係に基づいて、バッテリの状態の良否を判断するため、バッテリの状態の良否判断を容易に行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、バッテリの所定放電に伴って計測された開放電圧値、放電時電圧値及び放電電流値に基づいて、バッテリの劣化度合いの許容限度に対応する開放電圧値と放電時電圧値との比率の値が許容基準比率として自動的に演算により導出され、その許容基準比率に基づいてバッテリの状態の良否判断を行うため、手間をかけずに正確な良否判断を行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、ＪＩＳ軽負荷寿命試験に対応して設定した判定基準を用いてバッテリの状態判定を行うため、バッテリの劣化度合いについて的確な判定を行うことができる。

請求項６に記載の発明によれば、充電残量の低下等に伴ってバッテリの開放電圧が一定の水準以上に低下すると、放電時電圧値と開放電圧値との比率と劣化によるバッテリの内部抵抗との相関が低下する傾向にあるため、比率を用いたバッテリの状態判定を開放電圧が所定の基準電圧値以上である場合にのみ行うようにすることにより、バッテリの状態の劣化の有無を高い信頼性で判断することができる。

請求項７に記載の発明によれば、バッテリの開放開放電圧が一定の水準を超えて低下した場合には、少なくともバッテリの充電残量も低下した状態にあるため、単一の閾値レベル（基準電圧値）を、開放電圧と放電値電圧との比率を用いたバッテリ１の状態判定の適用限界レベルの判定と、充電残量低下による異常判断とに共用することができ、構成の簡略化が図れる。

請求項８に記載の発明によれば、エンジン始動時にバッテリから行われる放電を用いてバッテリの状態の良否判断が行われるため、バッテリのエンジン始動性能を直接的に反映させなたバッテリの状態の判定を行うことができる。

＜第１実施形態＞
＜原理説明＞
本実施形態に係るバッテリ状態管理装置の具体的構成について説明する前に、本実施形態におけるバッテリの状態の良否判断の原理について説明する。

図１は、劣化状況及び充電残量の異なるバッテリについて開放電圧（バッテリが実質的に放電を行っていないときの出力電圧）とエンジン始動時の下限電圧（エンジン始動時の放電によりバッテリの出力電圧が低下したときのその最低電圧であり、本発明に係る放電時電圧に相当する）とを試験により計測した計測結果を示すグラフである。その横軸は各放電試験におけるエンジン始動時放電開始前のバッテリの開放電圧値に対応し、縦軸は各放電試験におけるエンジン始動時放電中のバッテリの下限電圧値に対応している。また、図１中の曲線Ｇ１は新品（実質的に新品であればよい（以下同様））のバッテリについての計測結果に基づいて描いたものであり、曲線Ｇ２は使用されてある程度劣化（特に、内部抵抗が増大）したバッテリについての計測結果に基づいて描いたものである。図２はエンジン始動時における一般的なバッテリの出力電圧の推移を示すグラフであり、図２中の値ＶＯ，ＶＬは開放電圧値、下限電圧値にそれぞれ対応しており、符号Ｌ１はエンジンの始動期間を示している。なお、充電終了時（エンジン停止時）から一定時間経過時の開放電圧値を用いることにより、バッテリ１の放電特性取得や状態評価等の精度がより向上する。

その試験の結果、劣化により内部抵抗値が増大したバッテリや、充電残量が低下したバッテリでは、開放電圧の値に対する下限電圧の値が小さくなる傾向にあることが分かった。特に、劣化により内部抵抗値が増大したバッテリでは、充電残量が高い状態（例えば、満充電時）における開放電圧の値に対する下限電圧値の低下が顕著になることが分かった。

この点に着目し、本願出願人は、下限電圧値ＶＬを開放電圧値ＶＯで割り算した割算値Ｍ（Ｍ＝ＶＬ／ＶＯ）に基づいて、バッテリの状態（劣化度合い及び充電残量状態）について評価することを思い至った。なお、この割算値Ｍは本発明に係る開放電圧値ＶＯと下限電圧値ＶＬとの比率に相当しており、本実施形態では、下限電圧値ＶＬを開放電圧値ＶＯで割り算した割算値Ｍを用いてバッテリの状態の判定を行う構成を採用するが、開放電圧ＶＯを下限電圧値ＶＬで割り算した割算値（１／Ｍ）を用いてバッテリの状態の判定を行う構成を採用してもよい。

そこで、上述の試験により得られた各バッテリの開放電圧及び下限電圧の値を、横軸、縦軸に開放電圧、下限電圧を取ったグラフ上にプロットすると、図３に示すようなグラフが得られる。このグラフ上の計測点Ｐと原点とを結ぶ直線の傾きが割算値Ｍに対応している。計測点Ｐｎは、満充電状態にある新品のバッテリの開放電圧値ＶＯｎ及び下限電圧値ＶＬｎをプロットしたものである。

図３のグラフを詳細に検討した結果、劣化により内部抵抗が増大したバッテリほど、計測点Ｐと原点とを結ぶ直線の傾き（Ｍ）が、矢印Ａで示すように小さくなってゆくことが分かった。また、充電残量が低下したバッテリについても、充電残量に低下に伴って、計測点Ｐと原点とを結ぶ直線の傾き（Ｍ）が、矢印Ａで示すように小さくなってゆくことが分かった。そして、これによって、下限電圧値ＶＬを開放電圧値ＶＯで割り算した割算値Ｍに基づいて、バッテリの劣化又は充電残量低下による異常を判定できることが分かった。

具体的には、例えば、バッテリが新品かつ満充電の状態にあるときに、エンジン始動時の放電を利用して、開放電圧値ＶＯｎ及び下限電圧値ＶＬｎを計測し、その割算値Ｍｎを取得しておき、バッテリの使用開始後に計測された開放電圧値ＶＯ及び下限電圧値ＶＬの割算値Ｍの割算値Ｍｎからの変化度合いに基づいて、バッテリの状態の良否判定を行う構成が考えられる。より具体的には、例えば、割算値Ｍの割算値Ｍｎからの減少幅又は減少率が所定のレベル以下であれば、バッテリの状態が正常であると判定し、割算値Ｍの割算値Ｍｎからの減少幅又は減少率が所定のレベルを上回っていれば、バッテリの状態が異常であると判定する構成が考えられる。

また、この割算値Ｍを用いてバッテリの劣化度合いについて判定を行う場合には、充電残量の低下に伴って開放電圧値ＶＯの値が一定の水準以下になると、バッテリが劣化していなくても充電残量の低下による内部抵抗増大の影響が大きくなるため、割算値Ｍとバッテリの劣化度合いとの相関が悪くなることも分かった。そこで、開放電圧値ＶＯが所定の基準電圧値Ｖｒ（例えば、１２．５Ｖ）以上である場合にのみ、割算値Ｍを用いた劣化判定を行い、開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ未満である場合には、割算値Ｍを用いた劣化判定を行わないようにすればよいことが分かった。そして、その基準電圧値Ｖｒを充電残量評価の閾値にも利用し、開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ未満である場合には、充電残量不足であると判定するようにすればよいことも分かった。

ここで、この割算値Ｍの物理的な意味について検討を行う。図４は、バッテリ１とスタータを含むエンジン始動系の負荷Ｌｓとの等価回路を示す図である。バッテリ１の開放電圧値をＶＯ、エンジン始動時のバッテリ１の出力電圧値の下限電圧をＶＬ、バッテリ１の内部抵抗値をＲｂ、負荷Ｌｓの抵抗値（外部抵抗値）Ｒｓとすると、エンジン始動時において負荷Ｌｓにかかる電圧はＶＬ、バッテリ１の内部抵抗にかかる電圧はＶＯ−ＶＬとなるので、このときのバッテリ１の内部抵抗及び負荷Ｌｓにかかる電圧と、抵抗値Ｒｂ，Ｒｓとの関係は、

となる。この数（１）を内部抵抗値Ｒｂについて解くと、次のようになる。

これらの関係式より、割算値Ｍはエンジン始動時の放電に伴うエンジン始動系の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓと、バッテリ１の内部抵抗値Ｒｂとの比率を反映するものであるため、割算値Ｍには、エンジン始動時の放電が行われているときのその放電の特性に対応したバッテリ１の内部抵抗値Ｒｓが反映されていると言える。このため、この割算値Ｍを用いてバッテリ１の状態の良否判断を行うことにより、エンジン始動時の放電に対するバッテリ１の能力（エンジン始動性能）について、的確かつ直接的に良否を判定できるようになっている。

＜装置構成＞
図５は、本発明の第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。このバッテリ状態管理装置は、図５に示すように、電流センサ１１、電圧センサ（電圧検出手段）１３、処理部（処理手段）１５、記憶部（記憶手段）１７及び出力部１９を備えて構成されており、車両に搭載され、バッテリ１の状態を管理する。

電流センサ１１は、バッテリ１に対する電流の入出力量を検出する。電圧センサ１３は、バッテリ１の出力電圧を検出する。処理部１５は、ＣＰＵ等を備えて構成され、バッテリ１の管理のために各種の情報処理動作（制御動作も含む）を行う。記憶部１７は、メモリ等により構成され、処理部１５が行う各種の情報処理動作に必要な情報等が記憶されている。出力部１９は、バッテリ１の状態の判定結果等を出力するためのものである。

＜全体の所定動作＞
まず、このバッテリ状態管理装置の全体的な処理動作について、図６を参照して説明する。処理部１５は、ステップＳ１でイグニッションスイッチ（以下、「ＩＧスイッチ」という）２１がオンされるのに伴って、ステップＳ２で、バッテリ１の開放電圧が電圧センサ１１を介して計測される。このとき、バッテリ１が満充電状態であるか否かの判定も行われる。バッテリ１が満充電状態であるか否かの判断は、上述の如く、例えばバッテリ１の開放電圧が予め記憶部１７に登録されている満充電基準レベルを上回っているか否かを判断することにより行われる。なお、ここで計測されたバッテリ１の開放電圧は後述のステップＳ５のエンジン始動時状態判定又はステップＳ６の初期基準データ取得処理に用いられる。

処理部１５は、続くステップＳ３でスタータ２３が駆動されて図示しないエンジンが始動されるのに伴って、ステップＳ４でバッテリ１の状態評価の基準となる初期基準データ取得の要否が判断される。すなわち、車両の組立完成後、初期基準データ取得処理がまだ行われていない場合には、ステップＳ６に進み初期基準データ取得処理が行われ、その取得処理が既に行われている場合には、ステップＳ５に進みエンジン始動時状態判定処理が行われる。この初期基準データの取得が既に行われているか否かの判断は、例えば初期基準データが記憶部１７に記憶されているか否かを判断することにより行われる。また、この初期基準データの取得は、車両組立完成時等に実質的に１回行えば、バッテリ１を交換するまでは行う必要がない。ステップＳ６での初期基準データ取得処理又はステップＳ５での始動時状態判定処理が行われると、ステップＳ７に進み始動後劣化判定処理が行われる。なお、初期基準データ取得処理及び始動時状態判定処理の具体的内容については後述する。

そして、処理部１５は、続くステップＳ７でエンジン始動後劣化判定動作を行う。この始動後劣化判定動作では、エンジン始動後の充電により満充電（又はそれに近い状態）になったバッテリ１への電流流入状況を電流センサ１１を介して検出し、その電流流入状況に基づいてバッテリ１の劣化度が判定される。

また、処理部１５は、続くステップＳ８でバッテリ１に対する充電制御（バッテリ１の充電残量管理）を行う。この充電制御では、電流センサ１１の計測電流値を積算することにより、エンジン始動時等の所定の基準時からバッテリ１から放電された全電流量が逐次検出され、その検出結果に基づいてバッテリ１に対して行うべき充電量を決定するようになっている。これによって、走行中におけるバッテリ１の充電残量が所定範囲内に維持されるようになっている。充電量の制御は、例えば、図示しないオルタネータの発電量（出力電圧等）を制御することにより行われる。

このステップＳ７，Ｓ８のエンジン始動後劣化判定動作及び充電制御は、エンジンが停止されるまで繰り返し継続される。

＜初期基準データ取得処理＞
ここでは、上述の図６のステップＳ６で行われる初期基準データ取得処理について説明する。処理部１５は、ステップＳ２での検出によりバッテリ１が満充電状態にある場合にのみ、この初期基準データ取得処理を行うようになっており、仮にバッテリ１が満充電状態でない場合には、その導出処理を行うことなく、例えばステップＳ７の処理に進むようになっている。そして、次回のエンジン始動時にバッテリ１が満充電状態となっていれば、そのときにステップＳ６にて初期基準データ取得処理が行われるようになっている。

この取得処理では、上述の如く、イグニッションスイッチ２１がオンされてスタータ２３等のエンジン始動系に電流が供給された際のバッテリ１の出力電圧の下限値が初期下限値電圧ＶＬｎとして電圧センサ１３を介して計測され、この初期下限電圧値ＶＬｎが直前のステップＳ２で計測された開放電圧である初期開放電圧値ＶＯｎで割り算されて割算値（基準割算値）Ｍｎが算出される。そして、その割算値Ｍｎに関する情報が、処理部１５により初期基準データとして記憶部１７に記憶される。

＜始動時状態判定処理＞
次に、上述の図６のステップＳ５で行われる始動時状態判定処理について説明する。なお、この始動時状態判定処理は、バッテリ１の充電残量によらずに実行されるが、ステップＳ６の初期基準データ取得処理が完了していることが前提条件となっている。

この始動時状態判定処理では、処理部１５は、まず直前のステップＳ２で計測されたバッテリ１の開放電圧値ＶＯが予め記憶部１７に登録されている基準電圧値Ｖｒ以上であるか否かについて判断するようになっている。そして、開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ以上である場合には、続く劣化判定処理が行われる一方、開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ未満である場合には、充電残量低下によりバッテリ１の状態が異常であると判断され、ステップＳ７に進むようになっている。

開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ以上である場合には、処理部１５は、イグニッションスイッチ２１がオンされてスタータ２３等のエンジン始動系に電流が供給された際のバッテリ１の出力電圧の下限値を下限値電圧ＶＬとして電圧センサ１３を介して計測し、この初期下限電圧値ＶＬｎを直前のステップＳ２で計測した開放電圧値ＶＯで割り算し、その割算値Ｍを算出する。そして、処理部１５は、その算出した割算値Ｍと記憶部１７に記憶させている基準割算値Ｍｎとを比較し、割算値Ｍの基準割算値Ｍｎからの減少度合い（減少幅、減少率等）が予め記憶部１７に登録されている所定のレベル以下であるか否かを判断し、その減少度合いが所定のレベル以下である場合には、バッテリ１の劣化による異常はないと判断する一方、その減少度合いが所定のレベルを上回っている場合には、バッテリ１の劣化による異常があると判断するようになっている。そして、この劣化状態に判断が終了すると、ステップＳ７の処理が行われる。

＜まとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、エンジン始動時の放電に伴ってバッテリ１の開放電圧値ＶＯ及び下限電圧値ＶＬを計測し、下限電圧値ＶＬを開放電圧値ＶＯで割り算した割算値Ｍを用いてバッテリ１の状態の良否判断を行うことにより、バッテリ１のエンジン始動性能（劣化度合い、充電残量）について、車種ごとの固有のパラメータ設定を行うことなく判断することができ、その結果、バラメータ設定のための人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できる。

特に、劣化によりバッテリ１の内部抵抗が増大している場合には、放電時の内部抵抗による出力電圧の電圧降下量が増大し、開放電圧値ＶＯに対して下限電圧値の値ＶＬが小さくなるため、割算値Ｍを用いることにより、バッテリ１の劣化による異常を的確に検知することができる。

また、バッテリ１が新品かつ満充電の状態にあるときのエンジン始動時の開放電圧値ＶＯｎと下限電圧値ＶＬｎとの割算値Ｍｎを基準割算値として導出しておき、バッテリ１の使用開始後に検出した割算値Ｍの初期基準比率からの変化度合いに基づいてバッテリ１の状態について判断するため、各車両ごとに特別な判断基準を設けることなく、バッテリ１の状態の良否判定を行うことができる。

また、割算値Ｍを用いたバッテリ１の状態判定を開放電圧値ＶＯが所定の基準電圧値Ｖｒ以上である場合にのみ行うようにすることにより、バッテリ１の状態の劣化の有無を高い信頼性で判断することができる。

また、単一の閾値レベル（基準電圧値）を、開放電圧値ＶＯと放電値電圧値ＶＬとの割算値Ｍを用いた劣化判定の適用限界レベルの判定と、充電残量低下による異常判定とに共用することができ、構成の簡略化が図れる。

また、エンジン始動時にバッテリ１から行われる放電を用いてバッテリ１の状態の良否判断が行われるため、バッテリ１のエンジン始動性能を直接的に反映させなたバッテリ１の状態の判定を行うことができる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るバッテリ状態管理装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。本実施形態に係るバッテリ状態管理装置の基本的な装置構成については、上述の第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置とほぼ同様であるので、図５を流用して説明を行うこととする。また、本実施形態に係るバッテリ状態管理装置の処理動作については、図７に示す処理動作のうち上述の図６に示す第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置の処理動作と実質的に異なる点は、ステップＳ５〜Ｓ６の処理の代わりにステップＳ５ａの処理が行われる点のみであり、ここでは異なるステップＳ５ａ及びその関連部分についてのみ説明する。

本実施形態では、図７に示すように、ステップＳ３でエンジン始動系に電流が供給されると、ステップＳ５ａに進み、バッテリ１の始動時状態判定処理が行われる。この判例処理では、処理部１５は、まず直前のステップＳ２で計測されたバッテリ１の開放電圧値ＶＯが予め記憶部１７に登録されている基準電圧値Ｖｒ以上であるか否かについて判断するようになっている。そして、開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ以上である場合には、続く劣化判定処理が行われる一方、開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ未満である場合には、充電残量低下によりバッテリ１の状態が異常であると判断され、ステップＳ７に進むようになっている。

開放電圧値ＶＯが基準電圧値Ｖｒ以上である場合には、処理部１５は、イグニッションスイッチ２１がオンされてスタータ２３等のエンジン始動系に電流が供給された際のバッテリ１の出力電圧の下限値を下限値電圧ＶＬとして電圧センサ１３を介して計測し、この初期下限電圧値ＶＬｎを直前のステップＳ２で計測した開放電圧値ＶＯで割り算し、その割算値Ｍを算出する。そして、処理部１５は、その算出した割算値Ｍが記憶部１７に記憶させている許容基準割算値Ｍｏ以上である場合には、バッテリ１の劣化による異常はないと判断する一方、割算値Ｍが許容基準割算値Ｍｏ未満である場合には、バッテリ１の劣化による異常があると判断するようになっている。そして、この劣化状態に判断が終了すると、ステップＳ７の処理が行われる。

ここで、許容基準割算値Ｍｏの設定方法について説明する。本実施形態では、ＪＩＳ Ｄ ５３０１軽負荷寿命試験（以下、「ＪＩＳ軽負荷寿命試験」という）の寿命判定条件に対応させて許容基準割算値Ｍｏを設定している。このＪＩＳ軽負荷寿命試験の寿命判定条件とは、大略的に、満充電状態にある使用済みのバッテリ１に、そのバッテリ１の形式に応じた判定電流（例えば、５５Ｄ２３Ｌバッテリの場合は判定電流は３５６Ａとなる）を放電させたときにおける放電開始から３０秒後のバッテリ１の出力電圧（放電電圧）が７．２Ｖ以下になると、そのバッテリ１は寿命であるという判定するものである。例えば、この寿命条件に対応する５５Ｄ２３Ｌバッテリの内部抵抗値Ｒｂの閾値Ｒｂｏは、放電電流値（３５６Ａ）と放電によるバッテリ１の出力電圧の降下量（１２．８Ｖ−７．２Ｖ＝５．６Ｖ）に基づいて導出すると、１５．７ｍΩとなる。

そこで、本実施形態では、まず、車両のエンジン始動系の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓを予め計測しておくともに、状態判定の適用対象となるバッテリ１と同種のバッテリ１のＪＩＳ軽負荷寿命試験の寿命条件に対応した内部抵抗値Ｒｂの閾値Ｒｂｏ（例えば、１５．７ｍΩ）を取得しておき、これらの値Ｒｓ，Ｒｂｏを上式（２）に代入し、満充電時におけるバッテリ１の開放電圧値ＶＯ（１２．８Ｖ）に対応する許容下限電圧値ＶＬｏを求め、それらの値ＶＯ（１２．８Ｖ），ＶＬｏに基づいて、劣化判定の基準となる許容基準割算値Ｍｏ（Ｍｏ＝ＶＬｏ／ＶＯ）を算出し、これを基準と用いるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、下限電圧値ＶＬを開放電圧値ＶＯで割った割算値Ｍを用いた状態判定に対する判定基準に関する点を除いて、上述の第１実施形態とほぼ同様な効果が得られる。

また、本実施形態では、予め記憶部１７に登録してある許容基準割算値Ｍｏを判定基準に用いるため、バッテリの劣化判定を容易に行うことができる。

また、許容基準割算値ＭｏがＪＩＳ軽負荷寿命試験の劣化判定条件に対応するように設定されているため、バッテリ１の劣化度合いについて的確な判定を行うことができる。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係るバッテリ状態管理装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。本実施形態に係るバッテリ状態管理装置の基本的な装置構成については、上述の第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置とほぼ同様であるので、図５を流用して説明を行うこととする。また、本実施形態に係るバッテリ状態管理装置の処理動作については、図８に示す処理動作のうち上述の図６に示す第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置の処理動作と実質的に異なる点は、ステップＳ５〜Ｓ６の処理の代わりにステップＳ４ａ〜Ｓ６ａの処理が行われる点のみであり、ここでは異なるステップＳ４ａ〜Ｓ６ａ及びその関連部分についてのみ説明する。なお、図８のステップＳ５ａについては、上述の図７のステップＳ５ａとほぼ同様な処理が行われるため、ここでは簡略な説明に止める。

上述の第２実施形態では、割算値Ｍを用いた状態判定の判定基準となる許容基準割算値Ｍｏの値については、ＪＩＳ軽負荷寿命試験の寿命条件に応じて予め取得しておき、その値を工場組立時に記憶部１７に記憶させておくようにしたが、本実施形態では、バッテリ状態管理がＪＩＳ軽負荷寿命試験の寿命条件に対応した許容基準算値Ｍｏをほぼ自動的に設定するようになっている。

すなわち、本実施形態では、図８に示すように、上述のステップＳ３に続くステップＳ４ａにて、バッテリ１の状態評価の基準となる許容基準データ取得（許容基準割算値Ｍｏに関する情報の取得）の要否が判断される。すなわち、車両の組立完成後、許容基準データ取得の導出処理がまだ行われていない場合には、ステップＳ６ａに進み許容基準データ取得処理が行われ、取得処理が既に行われている場合には、ステップＳ５ａに進みエンジン始動時状態判定処理が行われる。この基準放電特性の導出が既に行われているか否かの判断は、例えば許容基準データが記憶部１７に記憶されているか否かを判断することにより行われる。また、この許容基準データの取得は、車両組立完成時等に実質的に１回行えば、バッテリ１を交換するまでは行う必要がない。ステップＳ６ａでの許容基準データ取得処理又はステップＳ５ａでの始動時状態判定処理が行われると、ステップＳ７に進み始動後劣化判定処理が行われる。

ステップＳ６ａでの具体的な処理内容について説明する。処理部１５は、ステップＳ２での検出によりバッテリ１が満充電状態にある場合にのみ、この初期基準データ取得処理を行うようになっており、仮にバッテリ１が満充電状態でない場合には、その導出処理を行うことなく、例えばステップＳ７の処理に進むようになっている。そして、次回のエンジン始動時にバッテリ１が満充電状態となっていれば、そのときにステップＳ６ａにて許容基準データ取得処理が行われるようになっている。なお、ステップＳ６ａの処理の前提として、状態判定の適用対象となるバッテリ１と同種のバッテリ１のＪＩＳ軽負荷寿命試験の寿命条件に対応した内部抵抗値Ｒｂの閾値Ｒｂｏ（例えば、１５．７ｍΩ）は予め取得されて、車両組立時に記憶部１７に登録されているものとする。

この取得処理では、上述の如く、イグニッションスイッチ２１がオンされてスタータ２３等のエンジン始動系に電流が供給された際のバッテリ１の出力電圧の下限値が初期下限値電圧ＶＬｎとして電圧センサ１３を介して計測されるとともに、その初期下限電圧ＶＬｎの計測時におけるバッテリ１の放電電流値ＡＬｎが電流センサ１１を介して計測され、これらの計測値ＶＬｎ，ＡＬｎと、直前のステップＳ２で計測された開放電圧である初期開放電圧値ＶＯｎと、予め記憶部１７に登録されている上式（２）の関係式とに基づいて、車両のエンジン始動系の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓが演算により導出される（なお、バッテリ１の内部抵抗値Ｒｂは、放電電流値ＡＬｎとそのときの電圧降下量（ＶＯｎ−ＶＬｎ）により決まる）。そして、その導出されたエンジン始動系の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓと、予め記憶部１７に登録されているバッテリ１の内部抵抗値Ｒｂの閾値Ｒｂｏとが、上式（２）の関係式に代入され、満充電時におけるバッテリ１の開放電圧値ＶＯ（１２．８Ｖ）（この値も予め記憶部１７に登録されている）に対応する許容下限電圧値ＶＬｏが演算により導出され、それらの値ＶＯ（１２．８Ｖ），ＶＬｏに基づいて、劣化判定の基準となる許容基準割算値Ｍｏ（Ｍｏ＝ＶＬｏ／ＶＯ）が算出され、その値Ｍｏが記憶部１７に登録されるようになっている。

ステップＳ５ａでは、図７のステップＳ５ａとほぼ同様にその許容基準割算値Ｍｏを用いてバッテリ１の始動時状態判定処理が行われるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、下限電圧値ＶＬを開放電圧値ＶＯで割った割算値Ｍを用いた状態判定に対する判定基準及びその判定基準の取得方法に関する点を除いて、上述の第１実施形態とほぼ同様な効果が得られる。

また、本実施形態では、エンジン始動時の放電に伴って、バッテリ１の開放電圧値ＶＯ、下限電圧ＶＬ及び放電電流値ＡＬを計測し、その計測結果に基づいてエンジン始動系の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓを導出し、その導出した負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓと、予め記憶部１７に登録されているＪＩＳ軽負荷寿命試験の寿命条件に対応したバッテリ１の内部抵抗値Ｒｂの閾値Ｒｂｏとに基づいて、許容基準割算値Ｍｏが自動的に取得されるようになっているため、各車両の固有のエンジン始動系の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓを自動的に基準値（Ｍｏ）の設定に反映させることができ、各車両の負荷Ｌｓの抵抗値Ｒｓの個体差によるバラツキの影響を受けることなく、バッテリ１の劣化判定を正確に行うことができる。

また、許容基準割算値ＭｏがＪＩＳ軽負荷寿命試験の劣化判定条件に対応するように設定されているため、バッテリ１の劣化度合いについて的確な判定を行うことができる。

劣化状況及び充電残量の異なるバッテリについて開放電圧とエンジン始動時の下限電圧とを試験により計測した計測結果を示すグラフである。 エンジン始動時におけるバッテリの出力電圧の推移を示すグラフである。 バッテリの開放電圧及び下限電圧の値をグラフ上にプロットした図である。 バッテリとスタータを含むエンジン始動系の負荷との等価回路を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。 図５のバッテリ状態管理装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るバッテリ状態管理装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るバッテリ状態管理装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ
１１ 電流センサ
１３ 電圧センサ
１５ 処理部
１７ 記憶部
１９ 出力部
２１ ＩＧスイッチ
２３ スタータ

Claims (8)

1. 車両に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記バッテリから所定放電が行われる際に、前記電圧検出手段を介して、その所定放電が行われる前及びその放電期間中におけるバッテリの出力電圧の値を開放電圧値及び放電時電圧値として計測し、その放電時電圧と開放電圧値との比率に基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断する処理手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ状態管理装置において、
   情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記処理手段は、前記バッテリが新品かつ満充電の状態にあるときに前記所定放電に伴って、前記電圧検出手段を介して、前記開放電圧値及び前記放電時電圧値を計測し、その開放電圧値と前記放電時電圧値との比率を初期基準比率として前記記憶手段に記憶させておき、前記バッテリの使用開始後において、前記所定放電に伴って前記電圧検出手段を介して計測した前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率と、前記記憶手段に記憶させている前記初期基準比率とを比較し、その比率の前記初期基準比率からの変化度合いに基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
3. 請求項１に記載のバッテリ状態管理装置において、
   予め設定された基準比率を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記処理手段は、前記所定放電に伴って前記電圧検出手段を介して計測した前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率と、前記記憶手段に記憶させている前記許容基準比率との大小関係に基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
4. 請求項１に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記バッテリから放電される電流を検出する電流検出手段と、
   前記処理手段は、前記所定放電に伴って、前記電圧検出手段を介して前記開放電圧値及び前記放電時電圧値を計測するとともに、前記電流検出手段を介して前記バッテリから放電される放電電流値を計測し、その開放電圧値、放電時電圧値及び放電電流値に基づいて、前記バッテリの劣化度合いの許容限度に対応する前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率の値を許容基準比率として演算により導出する一方、前記所定放電に伴って前記電圧検出手段を介して計測した前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率と、導出した前記許容基準比率との大小関係に基づいて、前記バッテリの状態の良否を判断することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
5. 請求項３又は４に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記許容基準比率は、ＪＩＳ軽負荷寿命試験におけるバッテリの寿命基準に対応した内部抵抗値の閾値レベルに基づいて設定されていることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記処理手段は、前記開放電圧値が所定の基準電圧値以上である場合には、前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率に基づく前記バッテリの良否判断を行う一方、前記開放電圧値が前記基準電圧値未満である場合には、前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率に基づく前記バッテリの良否判断を行わないことを特徴とするバッテリ状態管理装置。
7. 請求項６に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記処理手段は、前記開放電圧値が前記基準電圧未満である場合には、前記開放電圧値と前記放電時電圧値との比率に基づく前記バッテリの良否判断を行うことなく、前記バッテリの状態は異常であると判断することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記所定放電は、エンジン始動時に前記バッテリから行われる放電であることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
   

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