JP2007038748A - バッテリ劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの稼動時の不安定要素による影響を受けずに、バッテリの劣化状態を安定してかつ精度良く検出する。
【解決手段】 バッテリ２０の放電電流及び端子電圧を検出する電流電圧検出手段１４、バッテリ起電力とバッテリ残容量との関連特性の情報を予め設定する特性設定手段１５、ＩＧオフ後の経過時間が第１所定時間から第２の所定時間までの間のバッテリの放電量と、第１所定時間におけるバッテリの端子電圧とに基づいて、関連特性の情報を利用して、第２所定時間におけるバッテリの端子電圧の推定値を算出する電圧算出手段１２を設け、第２所定時間において検出されたバッテリの端子電圧と、算出された推定値とに基づいて、バッテリの劣化を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バッテリ劣化検出装置に関し、特に、バッテリの劣化状態を安定してかつ精度良く検出する技術に関する。

車両には、電装品等の電気負荷に電力を供給するためのバッテリが搭載されているが、近年は車両の装備における電装品の割合及び重要性がますます増えている。このため、バッテリの劣化を正確に検出することが望まれている。

このため、特許文献１に記載されたように、スタータ駆動時のバッテリ放電電流とバッテリ電圧、及び無負荷時のバッテリ開放電圧から検出されたバッテリ出力インピーダンスに基づいて、バッテリの劣化状態を検出する技術が知られている。
特開平１−１２９１７７号公報

しかしながら、エンジンは行程によって駆動抵抗が異なるため、スタータ駆動時のバッテリ放電電流及びバッテリ電圧の値は安定していない。このため、特許文献１に記載された技術では、どの時点での値を用いるかによって、バッテリの出力インピーダンスが大きく変化してしまい、バッテリの劣化を正確に検出するのが困難である。

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、エンジンの稼動時の不安定要素による影響を受けずに、バッテリの劣化状態を安定してかつ精度良く検出することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様としてのバッテリ劣化検出装置は、車両用バッテリの放電電流及び端子電圧を検出する電流電圧検出手段と、
イグニッションスイッチオフ後の経過時間を計時する計時手段と、
バッテリ起電力とバッテリ残容量との関連特性の情報を予め設定する特性設定手段と、
前記計時手段による経過時間が第１所定時間を経過してから第２の所定時間を経過するまでの間の暗電流負荷による前記バッテリの放電量と、前記第１所定時間における前記バッテリの端子電圧とに基づいて、前記関連特性の情報を利用して、前記第２所定時間における前記バッテリの端子電圧の推定値を算出する電圧算出手段と、を備え、
前記電圧電流検出手段によって検出された前記第２所定時間における前記バッテリの端子電圧と、前記電圧算出手段によって算出された前記推定値とに基づいて、前記バッテリの劣化を検出することを特徴とする。

この構成によれば、イグニッションスイッチをオフしてから所定時間を経過した後に、関連特性を利用して求められたバッテリの端子電圧の推定値と、実際に検出された端子電圧とに基づいてバッテリの劣化が検出される。このため、発電機出力状態や電気負荷の使用状態等のエンジン稼動時の不安定要素の影響を被ることなしに、バッテリの劣化状態を安定してかつ精度良く検出することができる。

車両の走行距離を記憶する走行距離記憶手段を更に備え、
前記走行距離が所定距離以上となったときに前記バッテリの劣化を検出するようにしてもよい。

この構成によれば、走行距離が少ないうちはバッテリの劣化も少ないと考えられるので、必要以上に劣化検出を行うことで暗電流増加に伴ってバッテリの放電量が増加してしまうことを回避できる。

前記バッテリの劣化検出を行った後に前記走行距離をリセットすると共に、前記バッテリの劣化検出を行った回数が増えるのに応じて前記所定距離を短くしてもよい。

この構成によれば、バッテリの劣化の進行度合いに合わせて、劣化検出の頻度を多くすることが可能となる。

本発明によれば、関連特性を利用して求められたバッテリの端子電圧の推定値と、実際に検出された端子電圧とに基づいてバッテリの劣化が検出される。このため、発電機出力状態や電気負荷の使用状態等のエンジン稼動時の不安定要素の影響を被ることなしに、バッテリの劣化状態を安定してかつ精度良く検出することができる。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明に係るバッテリ劣化検出装置と関連する構成要素とを示すブロック図である。

図中１０は、バッテリ劣化検出装置（以下、単に「劣化検出装置」とも呼ぶ）であり、２０はバッテリ、４０は暗電流負荷、５０は電気負荷、ＩＧはイグニッションスイッチをそれぞれ示している。

劣化検出装置１０は、走行距離記憶手段１１、電圧算出手段１２、計時手段１３、電流電圧検出手段１４、及び特性設定手段１５等を含んでいる。走行距離記憶手段１１は、不図示のオドメータなどを介して車両の走行距離を検出し記憶する。記憶した走行距離は、バッテリの劣化検出が実行された後にリセットされる。電圧算出手段１２は、第１の所定時間における端子電圧と第１の所定時間を経過してから第２の所定時間を経過するまでのバッテリ２０の放電量とが入力されたときに、後述する特性設定手段１５から得られるバッテリの関連特性の情報を利用して、第２の所定時間におけるバッテリ２０の端子電圧の推定値を算出する。計時手段１３は、いわゆるタイマであり、イグニッションスイッチＩＧがオフされた後の経過時間を計測する。電流電圧検出手段１４は、バッテリ２０の放電電流及び端子電圧を検出する。特性設定手段１５は、例えば、テーブルや式等によって、バッテリ起電力とバッテリ残容量との関連特性の情報を予め設定し、その情報を記憶する。また、劣化検出装置１０は、不図示の制御手段（ＣＰＵ等）、記憶手段（メモリ）等を有しており、記憶手段に格納された制御プログラムに従って、後述するようにバッテリの劣化を検出する。

バッテリ２０は、車両に搭載される充電可能な蓄電池等の電池であり、イグニッションスイッチＩＧの状態にかかわらず、劣化検出装置１０及び暗電流負荷４０に電力を供給し、イグニッションスイッチＩＧがオンされると電気負荷５０にも電力を供給する。暗電流負荷４０は、イグニッションスイッチＩＧオフ時にもバッテリ２０から電力が供給される電気負荷であり、例えば、セキュリティシステムなどの電装品を含んでいる。電気負荷５０には、イグニッションスイッチＩＧオン時にバッテリ２０から電力が供給される。

本例では、イグニッションスイッチＩＧがオフされた後の第１の所定時間をα、第２の所定時間をβとし、第１の所定時間αにおいて電流電圧検出手段１４によって検出されたバッテリの端子電圧をＸ［Ｖ］、電圧算出手段１２によって算出された第２の所定時間βにおける端子電圧の推定値をＹ１［Ｖ］、第２の所定時間βにおいて電流電圧検出手段１４によって検出されたバッテリの端子電圧をＹ２［Ｖ］として説明する。

以下、図２のフローチャートを参照して、本実施形態の劣化検出装置１０によって行われる処理について説明する。なお、図２に示した処理は所定の間隔で繰り返し実行される。

最初に、走行距離記憶手段１１による車両の走行距離の検出及び記憶を行う（ステップＳ１）。次に、イグニッションスイッチＩＧがオフであるか否かを判定する（ステップＳ２）。イグニッションスイッチＩＧがオフでない、すなわちオンである場合には、そのまま処理を終了する。

ステップＳ２でイグニッションスイッチＩＧがオフであると判定された場合、計時手段１３による計時を開始し、走行距離記憶手段１１に記憶された走行距離が所定距離以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。走行距離が所定距離未満であればそのまま処理を終了する。ここで走行距離が所定距離未満である場合にバッテリの劣化検出を行わないのは、走行距離が少ないうちはバッテリの劣化も少ないと考えられるので、劣化検出を行うことで暗電流が増加してバッテリの放電量が増加してしまうことを回避するためである。

走行距離が所定距離以上であると判定された場合、電流電圧検出手段１４によってバッテリ２０の放電電流（Ｉ）及び端子電圧（Ｖ）の検出を行う（ステップＳ４）。そして、計時手段１３によって計測された、イグニッションスイッチＩＧがオフされた後の経過時間であるタイマカウント値Ｔが、第１の所定時間であるα以上となったか否かを判定する（ステップＳ６）。タイマカウント値Ｔがα未満であればそのまま処理を終了する。

タイマカウント値Ｔがα以上であると判定された場合、そのときの端子電圧の値を、第１の所定時間αにおける端子電圧の値Ｘ［Ｖ］として記憶する（ステップＳ７）。そして、αの次のタイムカウント値（α＋１）から、電流電圧検出手段１４によって検出されるバッテリ２０の放電電流Ｉの積算を開始する（ステップＳ８）。

このように、イグニッションスイッチＩＧがオフされてから所定時間αを経過するまで実質的な処理を行わないのは、エンジンの稼動時には発電機出力状態や電気負荷の使用状態等のバッテリの端子電圧や放電電流に影響を及ぼす不安定要素があり、バッテリ２０の端子電圧及び放電電流が安定するまでにある程度の時間が必要なためである。従って、第１の所定時間αの値は、例えば６時間程度の大きな値とするのが好ましいが、３時間程度あれば実用上は十分である。

次に、計時手段１３によって計測されたタイマカウント値Ｔが、第２の所定時間であるβ以上となったか否かを判定する（ステップＳ９）。タイマカウント値Ｔがβ未満であればそのまま処理を終了する。この第２の所定時間βの値は、第１の所定時間αよりもある程度大きな値であり、例えば、数十分から１時間程度大きくするのが後述する推定値の精度を考慮すると好ましい。

タイマカウント値Ｔがβ以上であると判定された場合、そのときの端子電圧の値を、第２の所定時間βにおける端子電圧の値Ｙ２［Ｖ］として記憶する（ステップＳ１０）。そして、タイマカウント値がα＋１からβまでの間の放電電流の積算値を算出する（ステップＳ１１）。この積算値は、第１の所定時間αから第２の所定時間βまでの間の放電量Ｚ［ＡＨ］として保持しておく。

そして、電圧算出手段１４によって、第１の所定時間αにおけるバッテリの端子電圧の値Ｘ［Ｖ］と、第１の所定時間αから第２の所定時間βまでの間の放電量Ｚ［ＡＨ］に基づいて、特性設定手段１５から得られるバッテリの関連特性の情報を利用して、第２の所定時間βにおけるバッテリ２０の端子電圧の推定値Ｙ１［Ｖ］を算出する（ステップＳ１２）。

図３は、特性設定手段１５によって設定されるバッテリの関連特性と、該関連特性を利用してバッテリの端子電圧を推定する方法を説明する図である。図３の関連特性は、バッテリが劣化していない状態における、横軸に示されたバッテリの容量（残容量）と、縦軸に示されたバッテリの起電力（端子電圧）との関係を表している。本実施形態では、このような関連特性を用いて、第１の所定時間αにおける端子電圧Ｘ［Ｖ］に対応するバッテリ容量［ＡＨ］から、ステップＳ１１で算出された第１の所定時間αから第２の所定時間βまでの間の放電量Ｚ［ＡＨ］分だけ減じたバッテリ容量［ＡＨ］に対応するバッテリ起電力の値を、第２の所定時間βにおける端子電圧の推定値Ｙ１［Ｖ］とする。

図４は、電流電圧検出手段１４によって検出されたバッテリ２０の端子電圧の変化の例を示すグラフである。バッテリの端子電圧は、第１の所定時間αにおける端子電圧Ｘ［Ｖ］から、暗電流によってバッテリ２０が徐々に放電するのに伴って低下し、第２の所定時間βにおいてＹ２［Ｖ］まで低下する。このように時間と共にバッテリの端子電圧は低下するが、その傾きはバッテリの劣化状態（劣化の進行度合い）に応じてより大きくなる。従って、バッテリが劣化していない場合には、Ｙ２とＹ１とは略同じかその差は小さいが、バッテリが劣化するのに応じてＹ２はＹ１よりも小さくなり両者の差は大きくなる。

そして、電流電圧検出手段１４によって検出された第２の所定時間βにおける端子電圧の値Ｙ２［Ｖ］と、ステップＳ１２で算出された第２の所定時間βにおける端子電圧の推定値Ｙ１［Ｖ］とを比較して、バッテリ２０の劣化状態を判定する（ステップＳ１３）。劣化状態の判定方法の一例としては、例えば、Ｙ１−Ｙ２の値が所定値以上となった場合に、バッテリが劣化したと判定する方法が考えられる。また、上記図３の関連特性をバッテリがある程度劣化した状態における関連特性として、Ｙ１−Ｙ２の値が０以上であったら、すなわち、Ｙ１＞Ｙ２であったらバッテリが劣化したと判定してもよい。なお、バッテリの劣化が検出された場合には、特に記載していないが必要に応じて警告等の表示によってユーザに通知するようにしてもよい。

最後に、走行距離記憶手段１１に記憶された走行距離の値と、計時手段１３によるタイマカウント値Ｔをリセットして、処理を終了する（ステップＳ１４）。また、ここで同時にステップＳ３で閾値として用いる所定距離の値を、バッテリの劣化検出を行った回数が増えるのに応じて短くしてもよい。このようにすると、バッテリの劣化の進行度合いに合わせて、劣化検出の頻度を多くすることが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、イグニッションスイッチがオフされてから所定時間経過した後で、αにおける端子電圧とαからβの間の放電量とに基づいて、関連特性を利用して求められるβにおける端子電圧の推定値Ｙ１と、βにおいて実際に検出した端子電圧の値Ｙ２とを比較して、バッテリの劣化を検出する。このため、発電機出力状態や電気負荷の使用状態等のエンジン稼動時の不安定要素の影響を被ることなしに、バッテリの劣化状態を安定してかつ精度良く検出することができる。

（他の実施形態）
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態や変形例を包含するものである。すなわち、上記実施形態で示したバッテリ劣化検出装置の構成は一例であり、本発明の意図するようなバッテリ劣化検出が可能な構成であれば、これらに限定されるものではない。

例えば、上記の実施形態では、図２のフローチャートの処理を所定間隔で繰り返すものとしたが、イグニッションスイッチオフが検出され、かつ走行距離が所定距離以上である場合に、ステップＳ４以降の処理を一度だけ実行するようにしてもよい。この場合、ステップＳ６及びＳ９においては「はい」となるまで待機するように変更すればよい。

また、上記実施形態では、走行距離が所定距離以上となった場合にバッテリ劣化検出を行うものとしたが、走行距離の代わりに前回バッテリ劣化検出を行ってからの経過期間をトリガとしてもよい。

また、上記実施形態で例示したαやβの値は、あくまで一例であり、車両の仕様や設計に応じて適宜適切な値に変更しても良い。

更にまた、上記で図２のフローチャートに関して説明した処理の順番はあくまで例示であり、本願発明で要求される機能が実現されれば処理の順番を変更しても良い。

加えて、本発明に係るバッテリ劣化検出装置の少なくとも一部は、ＣＰＵとＲＡＭやＲＯＭなどを備え、所定の制御プログラムを実行するコンピュータ装置によって実現され得る。この場合、制御プログラムは、図２のフローチャートに対応したモジュールや制御コードを含むものとなる。

本発明に係るバッテリ劣化検出装置と関連する構成要素とを示すブロック図である。 図１のバッテリ劣化検出装置によって行われる処理のフローチャートである。 バッテリの関連特性と、該関連特性を利用してバッテリの端子電圧を推定する方法を説明する図である。 電流電圧検出手段によって検出されたバッテリ２０の端子電圧の変化の例を示すグラフである。

符号の説明

１０ 劣化検出装置
１１ 走行距離記憶手段
１２ 電圧算出手段
１３ 計時手段
１４ 電流電圧検出手段
１５ 特性設定手段
２０ バッテリ
４０ 暗電流負荷
５０ 電気負荷
ＩＧ イグニッションスイッチ

Claims (3)

1. 車両用バッテリの放電電流及び端子電圧を検出する電流電圧検出手段と、
   イグニッションスイッチオフ後の経過時間を計時する計時手段と、
   バッテリ起電力とバッテリ残容量との関連特性の情報を予め設定する特性設定手段と、
   前記計時手段による経過時間が第１所定時間を経過してから第２の所定時間を経過するまでの間の暗電流負荷による前記バッテリの放電量と、前記第１所定時間における前記バッテリの端子電圧とに基づいて、前記関連特性の情報を利用して、前記第２所定時間における前記バッテリの端子電圧の推定値を算出する電圧算出手段と、を備え、
   前記電圧電流検出手段によって検出された前記第２所定時間における前記バッテリの端子電圧と、前記電圧算出手段によって算出された前記推定値とに基づいて、前記バッテリの劣化を検出することを特徴とするバッテリ劣化検出装置。
2. 車両の走行距離を記憶する走行距離記憶手段を更に備え、
   前記走行距離が所定距離以上となったときに前記バッテリの劣化を検出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ劣化検出装置。
3. 前記バッテリの劣化検出を行った後に前記走行距離をリセットすると共に、前記バッテリの劣化検出を行った回数が増えるのに応じて前記所定距離を短くすることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ劣化検出装置。
   

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