JP2007083965A - Battery state detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの状態を管理するバッテリ状態検知装置に関する。 The present invention relates to a battery state detection device that manages the state of a battery.
従来のバッテリ状態検知装置におけるバッテリの状態判定では、エンジン始動時のバッテリの出力電圧の降下量とそのときに流れる電流値とからバッテリの内部抵抗を測定し、その測定した内部抵抗値に基づいてバッテリの劣化度が判定されるようになっている。 In the battery state determination in the conventional battery state detection device, the internal resistance of the battery is measured from the amount of decrease in the output voltage of the battery at the start of the engine and the current value flowing at that time, and based on the measured internal resistance value The degree of deterioration of the battery is determined.
しかしながら、バッテリの劣化状況には格子腐食とサルフェーションが重なった場合など種々のタイプがあり、劣化状況によっては実際の内部抵抗とバッテリの開放電圧との相関関係が悪くなり、これによって、実際の内部抵抗と、エンジン始動時のバッテリ出力電圧の降下量との相関関係も悪くなる場合がある。この場合、出力電圧の降下量を直接的に用いて状態判定を行う上記の従来技術では正確な状態判定が困難となる。 However, there are various types of battery deterioration conditions, such as when lattice corrosion and sulfation overlap, and depending on the deterioration conditions, the correlation between the actual internal resistance and the open circuit voltage of the battery deteriorates. The correlation between the resistance and the amount of decrease in the battery output voltage at the time of starting the engine may also deteriorate. In this case, accurate state determination becomes difficult with the above-described prior art in which the state determination is performed by directly using the output voltage drop amount.
そこで、本発明の解決すべき課題は、バッテリの劣化状況等によらずに正確な状態判定が可能なバッテリ状態検知装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a battery state detection device capable of accurately determining a state regardless of a deterioration state of the battery or the like.
上記の課題を解決するため、請求項1の発明では、自動車に搭載されたバッテリの状態を管理するバッテリ状態検知装置であって、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサの検出電圧を考慮して、前記バッテリの状態を検知する処理部とを備え、前記処理部は、エンジンのクランキングが行われる際に、前記電圧センサが検出する前記検出電圧の波形に含まれるいずれか1つのピークを含む1波形周期以下の期間内における前記波形に基づいて、前記エンジンのクランキング回転数を検出し、そのクランキング回転数を考慮して前記バッテリの状態を検知する。
In order to solve the above problems, in the invention of
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検知装置において、前記処理部は、前記クランキング回転数が予め設定された基準回転数以上であるか否かを考慮して前記バッテリの状態を検知する。 According to a second aspect of the present invention, in the battery state detection device according to the first aspect of the invention, the processing unit considers whether or not the cranking rotational speed is equal to or higher than a preset reference rotational speed. The state of the battery is detected.
請求項1に記載の発明によれば、バッテリの出力電圧を電圧センサで検出し、その検出電圧の波形に基づいてエンジンのクランキング回転数を検出し、そのクランキング回転数を考慮してバッテリの状態を検知するため、劣化状況、温度等のバッテリの搭載環境や自動車の車種等の様々な諸条件を考慮せずに、現実の状況に即応してバッテリの状態を正確に検知できる。 According to the first aspect of the present invention, the battery output voltage is detected by the voltage sensor, the engine cranking speed is detected based on the waveform of the detected voltage, and the battery is considered in consideration of the cranking speed. Therefore, it is possible to accurately detect the state of the battery in response to the actual situation without taking into consideration various conditions such as the battery mounting environment such as the deterioration state and temperature and the vehicle type of the automobile.
また、エンジンのクランキングが行われる際に、電圧センサが検出する検出電圧の波形に含まれるいずれか1つのピークを含む1波形周期以下の期間内における波形に基づいて、エンジンのクランキング回転数を検出するため、クランキング期間内における電圧センサの検出電圧の波形パターンが、1つのピークしか含まないようなパターンの場合であっても、検出電圧の波形に基づいてクランキング回転数を検出することができる。 Further, when engine cranking is performed, the engine cranking rotation speed is determined based on a waveform within a period of one waveform period or less including any one peak included in the waveform of the detection voltage detected by the voltage sensor. Therefore, even if the waveform pattern of the detection voltage of the voltage sensor within the cranking period is a pattern that includes only one peak, the cranking rotation speed is detected based on the waveform of the detection voltage. be able to.
請求項2に記載の発明によれば、クランキング回転数が予め設定された基準回転数以上であるか否かを考慮してバッテリの状態を検知するため、バッテリのエンジン始動能力等を的確に判定することができる。 According to the second aspect of the invention, the battery state is detected in consideration of whether or not the cranking rotational speed is equal to or higher than a preset reference rotational speed. Can be determined.
本実施形態のバッテリ状態検知装置は、自動車に搭載されたバッテリの状態が正常であるか否かを判定するものである。ここでは、バッテリが正常であるとは、バッテリからの給電によりエンジンが適切に始動できる状態と考える。まず、その条件がどのようなものであるかを下記の<1.原理>で考察する。そして下記の<2.構成>及び<3.動作>で、<1.原理>の考察に基づいて構成されたバッテリ状態検知装置の一例を紹介する。 The battery state detection device of the present embodiment determines whether or not the state of a battery mounted on an automobile is normal. Here, the normal battery is considered to be a state in which the engine can be appropriately started by power supply from the battery. First, what are the conditions? <1. Principle>. And the following <2. Configuration> and <3. Operation>, <1. An example of a battery state detection device configured based on the principle> principle will be introduced.
<1.原理>
本願発明者らは、自動車に搭載されるバッテリとして、新品のバッテリと、様々に劣化した状況のバッテリとのそれぞれに対して、その充電残量を種々に変化させ、その充電残量の異なる各状態において、バッテリに対してエンジン始動時放電を行わせて、バッテリの放電前及び放電中の出力電圧を計測した。そして、劣化状況の異なる各バッテリの異なる各充電残量状態における各エンジン始動時放電を行う前の開放電圧値と、エンジン始動時放電直後の下限電圧値(放電時電圧値)との関係を調べた。
<1. Principle>
Inventors of the present application, as batteries mounted on automobiles, for each of a new battery and a battery in various deteriorated states, the remaining charge amount is variously changed, and the remaining charge amount is different. In the state, the battery was discharged at engine start, and the output voltage before and during the battery discharge was measured. Then, the relationship between the open-circuit voltage value before each engine start discharge in each remaining charge state of each battery with different deterioration conditions and the lower limit voltage value (discharge voltage value) immediately after the engine start discharge is examined. It was.
ここで、エンジン始動時放電とは、エンジン制御ECU及び自動車のスタータが作動してエンジンが始動する際に行われる放電である。また、下限電圧値とは、エンジン始動時放電直に伴ってバッテリの出力電圧が低下した際のその最低値のことである。 Here, the engine start discharge is a discharge that is performed when the engine is started by operating the engine control ECU and the starter of the automobile. Further, the lower limit voltage value is the lowest value when the output voltage of the battery decreases due to the direct discharge at the engine start.
図1はその試験結果をグラフ化したものであり、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開始直後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は新品のバッテリについての測定結果に基づいて描いたものであり、曲線G2〜G5は使用されてある程度劣化したバッテリについての測定結果に基づいて描いたものである。曲線G1〜G5は互いに劣化状況が異なったバッテリに対する試験の結果得られたものである。このうち、曲線G2〜G4は通常の使用状態に近い態様で充放電が繰り替えされたバッテリに対応し、各曲線G2,G3,G4の順にバッテリの使用期間が長くなり劣化が進んでいる。また、曲線G5は頻繁に過充電状態とされたバッテリに対応している。曲線G4,G5は劣化状況(劣化の要因)が異なるが、劣化の程度(劣化度)はほぼ同等である。 FIG. 1 is a graph of the test results. The horizontal axis corresponds to the open-circuit voltage value of the battery before the start of engine start discharge in each discharge test, and the vertical axis represents the start of engine start discharge in each discharge test. It corresponds to the lower limit voltage value of the battery immediately after. Further, the curve G1 in FIG. 1 is drawn based on the measurement result for a new battery, and the curves G2 to G5 are drawn based on the measurement result for a battery that has been used and deteriorated to some extent. Curves G1 to G5 are obtained as a result of tests on batteries having different deterioration conditions. Among these, the curves G2 to G4 correspond to the batteries that are repeatedly charged and discharged in a manner close to a normal use state, and the use period of the batteries becomes longer and the deterioration progresses in the order of the curves G2, G3, and G4. Curve G5 corresponds to a battery that is frequently overcharged. The curves G4 and G5 have different deterioration conditions (deterioration factors), but the degree of deterioration (deterioration degree) is almost the same.
具体的には、新品のバッテリが対応する曲線G1に着目した場合、開放電圧値が約12.9V(ほぼ満充電状態)のときにエンジン始動時放電直後の下限電圧値は約9.7Vであり、開放電圧値が約12.1Vのときにエンジン始動時放電直後の下限電圧値は約8.1Vであることを示している。また、劣化が進んだバッテリが対応する曲線G4に着目した場合、開放電圧値が約12.5Vのときにエンジン始動時放電直後の下限電圧値は約8.1Vであることを示している。 Specifically, when focusing on the curve G1 corresponding to the new battery, the lower limit voltage value immediately after the engine start-up discharge is about 9.7 V when the open-circuit voltage value is about 12.9 V (almost fully charged). In other words, when the open-circuit voltage value is about 12.1V, the lower limit voltage value immediately after the engine start discharge is about 8.1V. Further, when attention is paid to the curve G4 corresponding to the battery having deteriorated, the lower limit voltage value immediately after the engine starting discharge is about 8.1V when the open circuit voltage value is about 12.5V.
図1のグラフより、バッテリの劣化が進むにつれて対応する曲線G1〜G5がグラフの概ね右方向(又は右下方向)にシフトしていることが分かる。特に、下限電圧値が所定の基準レベル(例えば、9V)以下の領域では、曲線G1を基準とした曲線G2〜G5の右方向へのシフト量が対応するバッテリの劣化の進みに応じて増加する傾向にあることが分かる。 From the graph of FIG. 1, it can be seen that the corresponding curves G1 to G5 are shifted substantially in the right direction (or lower right direction) of the graph as the deterioration of the battery proceeds. In particular, in a region where the lower limit voltage value is a predetermined reference level (for example, 9 V) or less, the shift amount in the right direction of the curves G2 to G5 with respect to the curve G1 increases as the deterioration of the corresponding battery progresses. It turns out that there is a tendency.
このことを考慮すると、エンジン始動時放電を行った際のバッテリの開放電圧及び下限電圧により定まる図1のグラフ上の例えば点P1(VO,VL)が、新品のバッテリが対応する曲線G1上の対応する点P2(VN,VL)を基準として、横軸右方向にシフトしているシフト量Dを用いてバッテリの劣化度を判定することが可能である。このようにバッテリの劣化度が判定すれば、そのバッテリの開放電圧値と下限電圧値との関係(例えば、曲線G1〜G5)を劣化度に応じて規定することができるので、その規定に基づけば、開放電圧を検出するだけで、エンジン制御ECU及び自動車のスタータを作動させてエンジンを始動させた際の下限電圧値を予測することができる。 Considering this, for example, the point P1 (VO, VL) on the graph of FIG. 1 determined by the open circuit voltage and the lower limit voltage of the battery when the engine is discharged at the start of the engine is on the curve G1 corresponding to the new battery. With reference to the corresponding point P2 (VN, VL), it is possible to determine the degree of deterioration of the battery using the shift amount D shifted in the right direction of the horizontal axis. If the degree of deterioration of the battery is determined in this way, the relationship (for example, curves G1 to G5) between the open-circuit voltage value and the lower limit voltage value of the battery can be specified according to the degree of deterioration. For example, it is possible to predict the lower limit voltage value when the engine is started by operating the engine control ECU and the starter of the automobile only by detecting the open voltage.
そして他方で、エンジンの始動に必要な電圧が判明すれば、その電圧を始動限界レベル(例えば、図1中の始動限界線L01)とし、下限電圧値が始動限界レベル(始動限界線L01)以上であるか否かを検出することで、下限電圧値によってエンジンを始動できるか否か、即ちバッテリが正常であるか否かを判定することが可能となる。 On the other hand, if the voltage required for starting the engine is found, the voltage is set to the starting limit level (for example, the starting limit line L01 in FIG. 1), and the lower limit voltage value is equal to or higher than the starting limit level (starting limit line L01). It is possible to determine whether or not the engine can be started based on the lower limit voltage value, that is, whether or not the battery is normal.
しかしながら、本願発明者らは、上記の始動限界線L01が、自動車の車種や個体差など、具体的には自動車内の電源回路における抵抗値等の諸要因によってバラツキが大きいという見知を得た。一方、バッテリは、複数の車種に共通に搭載されることが多いため、自動車とその自動車に搭載されるバッテリの組合せにおいて、一律に始動限界線L01を決定することは望ましくない。そこで、始動限界線L01を用いずにバッテリが正常であるか否かを判定できる様に下記の第1〜第3の条件に着目した。 However, the inventors of the present application have found that the start limit line L01 has a large variation due to various factors such as the resistance value in the power supply circuit in the automobile, such as the vehicle type and individual differences of the automobile. . On the other hand, since the battery is often mounted in common for a plurality of vehicle types, it is not desirable to uniformly determine the start limit line L01 in the combination of the vehicle and the battery mounted on the vehicle. Therefore, the following first to third conditions are focused so that it can be determined whether or not the battery is normal without using the start limit line L01.
即ち、バッテリによりエンジンを始動させるのに必要な条件としては、まず第1の条件として、エンジン始動の際のエンジン制御ECUの動作電圧が確保されていることが必要である。また第2の条件として、エンジン始動の際の燃料噴射・点火系の動作電圧が確保されていることが必要である。さらに第3の条件として、エンジン着火時でのクランキング回転数が着火可能な回転数であることが必要である。 That is, as a condition necessary for starting the engine by the battery, first, as the first condition, it is necessary to ensure the operating voltage of the engine control ECU at the time of starting the engine. Further, as a second condition, it is necessary to ensure the operating voltage of the fuel injection / ignition system when starting the engine. Further, as a third condition, it is necessary that the cranking rotational speed at the time of engine ignition is an ignitable rotational speed.
この実施の形態では、上記の第1〜第3の条件に着目してバッテリが正常であるか否かを判定するようにしている。以下、これらの条件について詳説する。 In this embodiment, whether or not the battery is normal is determined by paying attention to the first to third conditions. Hereinafter, these conditions will be described in detail.
(1−1.第1の条件)
上述のように、まず第1の条件として、エンジンの始動の際のエンジン制御ECUの動作電圧が確保されていることが必要である。通常、エンジンを始動させる際には先ず、スタータのプランジャを駆動させてエンジンをクランキングさせると共に燃料噴射・点火系を制御すべくエンジン制御ECUを作動させる必要がある。そのため、エンジン制御ECUの動作電圧及びプランジャの駆動電圧を確保する必要があるが、一般に、エンジン制御ECUの動作電圧の方がプランジャの駆動電圧よりも高いので、エンジン制御ECUの動作電圧が確保されればプランジャの駆動電圧も確保される。従って、まずエンジン始動の際のエンジン制御ECUの動作電圧を確保することが必要である。
(1-1. First condition)
As described above, first, as the first condition, it is necessary to ensure the operating voltage of the engine control ECU when starting the engine. Normally, when starting the engine, it is first necessary to drive the starter plunger to crank the engine and to operate the engine control ECU to control the fuel injection / ignition system. Therefore, it is necessary to secure the operating voltage of the engine control ECU and the driving voltage of the plunger. Generally, however, the operating voltage of the engine control ECU is secured because the operating voltage of the engine control ECU is higher than the driving voltage of the plunger. Then, the driving voltage of the plunger is also ensured. Therefore, first, it is necessary to ensure the operating voltage of the engine control ECU when starting the engine.
実際には、この実施の形態では、図2において、イグニションスイッチがオンになって突入電流が流れた時点T01で現れるバッテリの下限電圧(バッテリ放電開始直後の下限電圧)VLが、エンジン制御ECUに対する所定の動作可能電圧値Vc以上であるか否かを判定することで、第1の条件を満たしているか否かの判定を行う。 Actually, in this embodiment, in FIG. 2, the lower limit voltage (lower limit voltage immediately after the start of battery discharge) VL of the battery that appears at the time T01 when the rush current flows after the ignition switch is turned on is It is determined whether or not the first condition is satisfied by determining whether or not the voltage is equal to or higher than a predetermined operable voltage value Vc.
なお、上記の所定の動作可能電圧値Vcとは、エンジン制御ECUの動作を確保する電圧値であり、エンジン制御ECUの動作に必要な最低電圧値(例えば4V)と同じ値又はその値よりも高い値である。即ち、所定の動作可能電圧値Vcをより高く設定するほど、エンジン始動の際のエンジン制御ECUの動作電圧をより十分に確保できることになる。 The predetermined operable voltage value Vc is a voltage value that ensures the operation of the engine control ECU, and is the same value as the minimum voltage value (for example, 4 V) necessary for the operation of the engine control ECU or a value thereof. High value. That is, the higher the predetermined operable voltage value Vc is set, the more sufficient the operating voltage of the engine control ECU can be secured when starting the engine.
このように、第1の条件を満たしている場合(即ちバッテリ放電開始直後の下限電圧VLがエンジン制御ECUに対する所定の動作可能電圧値Vc以上である場合)は、イグニションスイッチがオンにされると、エンジンがクランキングすると共に燃料噴射・点火系を制御すべくエンジン制御ECUが適切に作動する。 Thus, when the first condition is satisfied (that is, when the lower limit voltage VL immediately after the start of battery discharge is equal to or higher than the predetermined operable voltage value Vc for the engine control ECU), the ignition switch is turned on. When the engine is cranked, the engine control ECU operates appropriately to control the fuel injection / ignition system.
(1−2.第2の条件)
ただし、エンジン制御ECUが作動した場合であっても、燃料噴射・点火系が動作してエンジンの燃料噴射・点火が行われなければ、エンジンは始動しない。従って、上述のように、第2の条件として、エンジン始動の際の燃料噴射・点火系の動作電圧が確保されていることが必要である。実際には、この実施の形態では、図2において、エンジン着火時T02でのバッテリの出力電圧(着火時電圧)Vaが燃料噴射・点火系に対する所定の動作可能電圧値Vt以上であるか否かを判定することで、第2の条件を満たしているか否かを判定する。
(1-2. Second condition)
However, even if the engine control ECU is activated, the engine will not start unless the fuel injection / ignition system is operated to perform fuel injection / ignition of the engine. Therefore, as described above, as the second condition, it is necessary to ensure the operating voltage of the fuel injection / ignition system when starting the engine. Actually, in this embodiment, in FIG. 2, whether or not the battery output voltage (ignition voltage) Va at the time of engine ignition T02 is equal to or higher than a predetermined operable voltage value Vt for the fuel injection / ignition system. To determine whether or not the second condition is satisfied.
なお、上記の所定の動作可能電圧値Vtとは、燃料噴射・点火系の動作を確保する電圧値であり、燃料噴射・点火系の動作に必要な最低電圧(例えば5V)と同じ値又はその値よりも高い値である。即ち、所定の動作可能電圧値Vtをより高く設定するほど、エンジン始動の際の燃料噴射・点火系の動作電圧をより十分に確保できることになる。 The predetermined operable voltage value Vt is a voltage value that ensures the operation of the fuel injection / ignition system, and is the same value as the minimum voltage (for example, 5 V) required for the operation of the fuel injection / ignition system, or The value is higher than the value. That is, the higher the predetermined operable voltage value Vt is set, the more sufficient the operating voltage of the fuel injection / ignition system can be secured when starting the engine.
なお、上記の着火時電圧Vaの検出方法としては、例えば図2を参照して、バッテリの出力電圧の波形について、その出力電圧波形におけるその直近極小点Pbからの立ち上がり幅ΔV1が、その直近極小点Pbでの電圧値とエンジン始動時放電前のバッテリ開放電圧値V0との電圧差ΔV2の所定割合(例えば50%)以上に達した場合に、その直近極小点Pbでの電圧値を着火時電圧Vaとする。 As a method for detecting the ignition time voltage Va, for example, referring to FIG. 2, the rising width ΔV1 from the nearest minimum point Pb in the output voltage waveform of the output voltage waveform of the battery is the nearest minimum. When a voltage ratio ΔV2 between the voltage value at the point Pb and the battery open voltage value V0 before discharging at the start of the engine reaches a predetermined ratio (for example, 50%) or more, the voltage value at the nearest minimum point Pb is The voltage is Va.
このように、第2の条件を満たしている場合(即ちエンジン始動の際の燃料噴射・点火系の駆動電圧が確保されている場合)は、エンジン燃料噴射の際に適切に燃料噴射が行われると共にエンジン点火の際に適切にエンジン点火が行われる。 As described above, when the second condition is satisfied (that is, when the drive voltage of the fuel injection / ignition system is ensured at the time of starting the engine), the fuel is appropriately injected at the time of engine fuel injection. At the same time, the engine is appropriately ignited at the time of engine ignition.
(1−3.第3の条件)
ただし、エンジン着火時T02にエンジン点火が適切に行われた場合であっても、エンジン着火時T02でのクランキング回転数がエンジンの着火最低回転数未満であれば、エンジンへの着火が行われない。即ち、エンジン着火時T02でのバッテリの出力電圧が低いと、エンジン着火時T02でのクランキング回転数が低下してしまって、エンジンの着火が不能となる事態が生じ得る。従って、上述のように、第3の条件として、エンジン着火時T02でのクランキング回転数が着火可能な回転数であることが必要である。実際には、この実施の形態では、エンジン着火時T02でのクランキング回転数が予め設定された所定の着火可能回転数(基準回転数)n01以上であるか否かを判定することで、第3の条件を満たしているか否かを判定する。
(1-3. Third condition)
However, even if the engine is properly ignited at the time of engine ignition T02, the engine is ignited if the cranking speed at T02 at the time of engine ignition is less than the minimum engine speed. Absent. That is, if the output voltage of the battery at the time of engine ignition T02 is low, the cranking rotation speed at the time of engine ignition T02 may decrease, and the engine may not be ignited. Therefore, as described above, as the third condition, it is necessary that the cranking rotational speed at the time of engine ignition T02 is an ignitable rotational speed. Actually, in this embodiment, it is determined whether or not the cranking rotation speed at T02 at the time of engine ignition is equal to or higher than a predetermined ignition-ready rotation speed (reference rotation speed) n01. It is determined whether the
なお、上記の所定の着火可能回転数n01とは、エンジンの着火を確保するクランキング回転数であり、エンジンの着火に必要な最低回転数と同じ値又はそれよりも高い値である。即ち、所定の着火可能回転数n01をより高く設定するほど、エンジンの着火をより十分に確保できることになる。以下、上記のエンジン着火時T02でのクランキング回転数の検出方法について詳述する。 The predetermined ignition possible rotation speed n01 is a cranking rotation speed that ensures ignition of the engine, and is a value equal to or higher than the minimum rotation speed required for engine ignition. That is, as the predetermined ignition speed n01 is set higher, the ignition of the engine can be secured more sufficiently. Hereinafter, a method for detecting the cranking rotation speed at the time of engine ignition T02 will be described in detail.
エンジン始動時のバッテリの出力電圧の振る舞いとして、図2に示すように、時刻T01でイグニッションスイッチがオンされると(このとき、バッテリからスタータに突入電流が流れる)、エンジンのクランキング動作に伴い、バッテリの出力電圧が振動するようになっている。その出力電圧の振動は、スタータがエンジンをクランキングする際の負荷が、エンジンのサイクル中の状態(吸気、圧縮、膨張、排気)により変動するため、エンジン及びスタータの回転数が振動することにより生じるものである。このため、この出力電圧の振動の周期等を検出することにより、エンジンのクランキング回転数を検出することができるようになっている。 As shown in FIG. 2, when the ignition switch is turned on at time T01 (inrush current flows from the battery to the starter at this time), the behavior of the output voltage of the battery at the start of the engine is accompanied by the cranking operation of the engine. The battery output voltage will oscillate. The vibration of the output voltage is caused by the engine and starter's rotational speed oscillating because the load when the starter cranks the engine fluctuates depending on the engine cycle state (intake, compression, expansion, exhaust). It will occur. For this reason, the cranking rotation speed of the engine can be detected by detecting the period of oscillation of the output voltage.
そこで、本実施形態では、エンジン着火点T02の直前のピークPtを含む1波形周期(出力電圧波形の1周期分の期間)以下の期間内における電圧波形に基づいて、エンジン着火時T02でのクランキング回転数を検出するようになっている。より好ましくは、ピークPtを含む4分の3波形周期以下、あるいは半波形周期以下、あるいは4分の1波形周期以下の期間内における電圧波形に基づいて、クランキング回転数を検出するようになっている。 Therefore, in the present embodiment, cranking at the time of engine ignition T02 is based on a voltage waveform within a period of one waveform period (a period corresponding to one period of the output voltage waveform) including the peak Pt immediately before the engine ignition point T02. The number of rotations is detected. More preferably, the cranking rotation speed is detected based on a voltage waveform within a period of three quarters of a waveform period including the peak Pt, half of a waveform period or less, or a quarter waveform period or less. ing.
より具体的には、例えば以下のような検出手法が採用可能である。 More specifically, for example, the following detection method can be employed.
(a) バッテリの出力電圧がピークPtに到達してから、谷を経て再びピークPtと同じ値に出力電圧が到達するまでのの期間長(すなわち、波形の半周期分に相当する期間長)D1を計測し、その期間長D1に基づいてクランキング回転数を算出する手法。 (a) The period length from when the output voltage of the battery reaches the peak Pt to when the output voltage reaches the same value as the peak Pt again through the valley (that is, the period length corresponding to a half cycle of the waveform) A method of measuring D1 and calculating the cranking rotation speed based on the period length D1.
(b) エンジン着火点T02である極小点Pbから時間的に遡り、その極小点Pbから出力電圧がピークPtを経て極小点Pbと同一の値になるまでの期間長(すなわち、波形の半周期分に相当する期間長)D2を計測し、その期間長D2に基づいてクランキング回転数を算出する手法が採用可能である。 (b) The period length from the local minimum point Pb that is the engine ignition point T02 to the same value as the local minimum point Pb from the local minimum point Pb through the peak Pt (that is, the half cycle of the waveform) It is possible to adopt a method of measuring the cranking rotation speed based on the period length D2 by measuring the period length D2).
(c) 上記の期間長D1,D2の平均値に基づいてクランキング回転数を算出する手法。 (c) A method of calculating the cranking rotation speed based on the average value of the above-described period lengths D1 and D2.
(d) 出力電圧がピークPtからエンジン着火点T02である極小点Pbに到達するまでの期間長(すなわち、波形の4分の1周期分に相当する期間長)D3を計測し、その期間長D3に基づいてクランキング回転数を算出する手法。 (d) A period length D3 (that is, a period length corresponding to a quarter period of the waveform) D3 until the output voltage reaches the minimum point Pb that is the engine ignition point T02 from the peak Pt is measured, and the period length D3 To calculate the cranking speed based on the above.
なお、図2の出力電圧の波形は、クランキング期間中に1つのピークしか持たない場合の例を示している。このような波形パターンは、クランキングの開始直後にエンジンが始動するような自動車の場合に見られるもので、本実施形態に係る技術は、このような自動車を主な適用対象として創出されたものである。よって、クランキング期間中におけるバッテリの出力電圧波形にピークが1つしかないことが予め分かっている場合には、バッテリの出力電圧がスタータモータへの突入電流により下限点Lmまで低下した後、最初に現れる波形のピークPtに基づいて上記期間長D1〜D3の計測を行うようにしてもよい。そして、この場合は、下限点Lmの次に現れる波形の極小点Pbがエンジン着火点T02であると判断されることとなる。 Note that the waveform of the output voltage in FIG. 2 shows an example in which there is only one peak during the cranking period. Such a waveform pattern is seen in the case of a car whose engine starts immediately after the start of cranking, and the technology according to this embodiment is created mainly for such a car. It is. Therefore, when it is known in advance that the battery output voltage waveform has only one peak during the cranking period, the battery output voltage is first reduced to the lower limit Lm due to the inrush current to the starter motor. The period lengths D1 to D3 may be measured based on the peak Pt of the waveform appearing at. In this case, the minimum point Pb of the waveform that appears next to the lower limit point Lm is determined to be the engine ignition point T02.
このように、第3の条件を満たしている場合(即ちエンジン着火時T02でのクランキング回転数が所定の着火可能回転数n01以上である場合)は、エンジンの点火によりエンジンが着火されてエンジンが始動される。 As described above, when the third condition is satisfied (that is, when the cranking rotation speed at T02 at the time of engine ignition is equal to or higher than the predetermined ignition speed n01), the engine is ignited by the ignition of the engine. Is started.
このように、この実施の形態では、第1の条件(即ちバッテリ放電開始直後の下限電圧VLがエンジン制御ECUに対する所定の動作可能電圧値Vc以上であるか否か)、第2の条件(即ち着火時電圧Vaが燃料噴射・点火系に対する所定の動作可能電圧値Vt以上であるか否か)及び第3の条件(即ちエンジン着火時T02でのクランキング回転数が所定の着火可能回転数n01以上であるか否か)を満たすか否かを判定するだけで、バッテリからの給電によりエンジンを適切に始動させることができるか否か(即ちバッテリの状態が正常であるか否か)を容易に判定することが可能となる。 Thus, in this embodiment, the first condition (that is, whether or not the lower limit voltage VL immediately after the start of battery discharge is equal to or higher than the predetermined operable voltage value Vc for the engine control ECU), and the second condition (that is, Whether or not the ignition time voltage Va is equal to or higher than a predetermined operable voltage value Vt for the fuel injection / ignition system and the third condition (that is, the cranking rotation speed at the engine ignition time T02 is a predetermined ignition speed n01) It is easy to determine whether or not the engine can be properly started by supplying power from the battery (that is, whether or not the state of the battery is normal) simply by determining whether or not the above is satisfied. Can be determined.
<2.構成>
本実施形態に係るバッテリ状態検知装置は、図3のように、バッテリ1の出力電流を検出する電流センサ21と、バッテリ1の出力電圧を検出する電圧センサ23と、電圧センサ23の検出結果に基づきバッテリ1の状態が正常であるか(即ちエンジンの始動性に関して正常であるか)否かを判定すると共に電流センサ21の検出結果に基づきバッテリ1の容量判定・劣化判定を行う処理部(処理手段、クランキング回転数検出手段)25と、処理部25の判定結果を出力する出力部29と、処理部25によるバッテリ1の状態判定に必要なデータ(上記の所定の動作可能電圧値Vc,Vt及び所定の着火可能回転数n01)等を記憶している記憶部27とを備える。
<2. Configuration>
As shown in FIG. 3, the battery state detection device according to this embodiment includes a
バッテリ1は、その負極が接地され、その正極がイグニションスイッチ6を介してスタータST、燃料噴射・点火系7及びエンジン制御ECU8に接続されている。これにより、イグニションスイッチ6がオンにされると、イグニションスイッチ6を介してバッテリ1からの給電がスタータST、燃料噴射・点火系7及びエンジン制御ECU8に供給される様になっている。なお、燃料噴射・点火系7とは、エンジンへの燃料噴射を行うインジェクタ及びエンジン点火を行う点火プラグ及びそれらを動作させるための回路であり、エンジン制御ECU8とは、燃料噴射・点火系7を制御するECUのことである。
The
処理部25は、図4のように、第1の条件(即ちバッテリ放電開始直後の下限電圧VLがエンジン制御ECU8に対する所定の動作可能電圧値Vc以上であるか否か)の判定を行う第1条件判定部25aと、第2の条件(即ち着火時電圧Vaが燃料噴射・点火系7に対する所定の動作可能電圧値Vt以上であるか否か)の判定を行う第2条件判定部25bと、第3の条件(即ちエンジン着火時T02でのクランキング回転数が所定の着火可能回転数n01以上であるか否か)の判定を行う第3条件判定部25cと、これらの各条件判定部25a〜25cでの判定結果に基づいてバッテリ1の状態が正常であるか否かを総合判定し、その総合判定結果を出力部29に出力する総合判定部25dとを備える。
As shown in FIG. 4, the
出力部29は、例えば、液晶表示パネル等の表示装置や音声出力装置等として構成される。なお、バッテリ1の状態に応じて自動車に搭載されている各種の負荷(例えばオーディオ機器等)の遮断制御等を行う場合は、出力部29は、負荷電源制御ユニット等としても構成される。
The
<3.動作>
次に、図5に基づきこのバッテリ状態検知装置の動作を説明する。なお、本実施形態では、ステップS1〜S12で、エンジンの始動性の観点からバッテリ1が正常であるか否かを判定し、その判定の結果、バッテリが正常と判定されない場合には、ステップS13〜S15でバッテリ1の残容量を判定し、且つステップS16〜S20でバッテリ1の劣化状態を判定し、それらの判定結果(残容量及び劣化状態)を考慮して最終的にバッテリ1が正常であるか否かを判定している。また、ここでは、エンジンが着火した場合のバッテリ1の出力電圧の波形に基づき上記の第1〜第3の条件を満たしているか否かが判定されている。
<3. Operation>
Next, the operation of the battery state detection device will be described with reference to FIG. In this embodiment, in steps S1 to S12, it is determined whether or not the
ステップS1で、イグニションスイッチ6がオンにされると、イグニションスイッチ6を介してバッテリ1からの給電がスタータST、燃料噴射・点火系7及びECU8に供給されると共に、その給電中のバッテリ1の出力電圧及び出力電流が電圧センサ23及び電流センサ21により検出される。そして、その電圧センサ23の検出結果に基づき、処理部25により、エンジンが着火したか否かの判定が行われる。より詳細には、図2を参照して、電圧センサ23により検出されたバッテリ1の出力電圧13の波形のその直近極小値Pbからの立ち上がり幅ΔV1が、その直近極小値Pbでの電圧値とエンジン始動時放電前のバッテリ開放電圧値V0との電圧差ΔV2の所定割合(例えば50%)以上に達した場合に、エンジンが着火したと判定される。そしてステップS1で、エンジンが着火したと判定された場合は、ステップS2に進む。なお、ステップS2以降では、このステップS1で得られたバッテリ出力電圧波形(即ちエンジンが着火した場合のバッテリ出力電圧波形)に基づき、第1から第3の条件が満たされているか否かの判定が行われる。
When the
ステップS2では、処理部25により、エンジンが着火した場合の当該バッテリ出力電圧波形に基づき、エンジン着火時T02のバッテリ1の出力電圧(着火時電圧)Vaが検出される。より詳細には、ステップS1のエンジン着火の判定の際に着目した直近極小値P1での電圧値が当該着火時電圧Vaとして用いられる。
In step S2, the
そしてステップS3で、処理部25により、着火時電圧Vaが予め設定されている燃料噴射・点火系7に対する所定の動作可能電圧値Vt以上であるか否か(即ち第2の条件が満たされているか否か)の判定が行われる。そして、その判定の結果、所定の動作可能電圧値Vt以上であると判定された場合は、ステップS4に進み、他方、所定の動作可能電圧値Vt未満であると判定された場合は、ステップS11に進む。
In step S3, the
他方、ステップS4に進んだ場合は、処理部25により、当該バッテリ出力電圧波形に基づき、上記の<1.原理>の(1−3.第3の条件)の様にしてエンジン着火時T02のクランキング回転数の検出が行われる。
On the other hand, if the process proceeds to step S4, the
次のステップS5では、ステップS4での検出の結果、エンジン着火時T02のクランキング回転数が検出できた場合は、ステップS6に進み、他方、エンジン着火時T02のクランキング回転数が検出できなかった場合は、ステップS7に進む。 In the next step S5, if the cranking rotation speed at the time of engine ignition T02 can be detected as a result of the detection at step S4, the process proceeds to step S6. On the other hand, the cranking rotation speed at the time of engine ignition T02 cannot be detected. If YES, go to step S7.
そしてステップS6に進んだ場合は、処理部25により、ステップS5で検出されたクランキング回転数が予め設定されている所定の着火可能回転数n01以上であるか否か(即ち第3の条件が満たされているか否か)の判定が行われる。そして、その判定の結果、所定の着火可能回転数n01以上である場合は、ステップS7に進み、他方、所定の着火可能回転数n01未満である場合は、ステップS11に進む。
When the process proceeds to step S6, the
ステップS7に進んだ場合は、処理部25により、当該バッテリ出力電圧波形に基づき、バッテリ1の放電開始直後の下限電圧値VLが予め設定されているECU8に対する所定の動作可能電圧値Vc以上であるか否か(即ち第1の条件が満たされているか否か)の判定が行われる。そして、その判定の結果、所定の動作可能電圧値Vc以上であると判定された場合は、ステップS8に進み、他方、所定の動作可能電圧値Vc未満であると判定された場合は、ステップS11に進む。
When the processing proceeds to step S7, the lower limit voltage value VL immediately after the start of discharging of the
ステップS8では、処理部25によりバッテリ1の状態は(エンジンの始動性に関して)正常であると判定され、その判定結果が出力部29に出力される。次いでステップS9で、処理部25により、電流センサ21により検出されるバッテリ1の充電量の収支が積算され、ステップS10で、制御部25により満充電判定等の所定の処理が行われる。そして、その処理の結果、処理部25により満充電であると判定された場合は、制御部25により、バッテリ1に対する充電が停止されるなどして過充電を防止する制御が行われる。
In step S <b> 8, the
他方、ステップS3,S6又はS7からステップS11に進んだ場合は、処理部25によりバッテリ1に注意が必要と判定され、その旨の情報が出力部29により出力される。また、出力部29により、バッテリ1に注意が必要である旨の注意表示や注意を促す音声出力等が行われる。また、出力部29として負荷電源制御ユニットを含む場合等は、この負荷電源制御ユニットによりバッテリ1の状態に応じて自動車に搭載されている各種の負荷(例えばオーディオ機器等)の遮断制御等が行われる。そしてステップS12に進む。
On the other hand, when the process proceeds from step S3, S6 or S7 to step S11, the
ステップS12では、電流センサ21によって検出されたバッテリ1の充電量の収支を処理部25で積算し、ステップS13に進む。ステップS13では、バッテリ1の充電収支が、自動車の所定の放置日数(例えば1週間)分の暗電流等を考慮した所定の値Pcを超えているか否かを判断し、超えていれば、所定の放置日数分の暗電流を考慮してもバッテリ1に対して充電が充分に行われていると判断し、ステップS14に進む。ステップS14では、総合判断部25dを通じて、バッテリ1が正常状態である旨の情報を出力部29に出力する。しかる後、ステップS12以降の処理を繰り返す。
In step S12, the balance of the charge amount of the
一方、ステップS12で、バッテリ1の充電収支が上記の所定の値Pc以下であると判断した場合は、ステップS15に進み、まずはステップS16で満充電状態か否かを判断する。
On the other hand, if it is determined in step S12 that the charge balance of the
ステップS16で、満充電でないと判断した場合は、ステップS12に戻って、それ以降の処理を繰り返す。 If it is determined in step S16 that the battery is not fully charged, the process returns to step S12 and the subsequent processing is repeated.
一方、ステップS16で、満充電であると判断した場合は、ステップS17に進み、再度、バッテリ1の充電収支が上記の所定の値Pcを超えているか否かを判断する。そして、バッテリ1の充電収支が上記の所定の値Pcを超えていると判断した場合は、所定の放置日数分の暗電流を考慮してもバッテリ1に対して充電が充分に行われていると判断し、ステップS18に進む。ステップS18では、総合判断部25dを通じて、バッテリ1が正常状態である旨の情報を出力部29に出力する。しかる後、ステップS12以降の処理を繰り返す。
On the other hand, if it is determined in step S16 that the battery is fully charged, the process proceeds to step S17, and it is determined again whether the charge balance of the
一方、ステップS17において、バッテリ1の充電収支が上記の所定の値Pc以下であると判断した場合は、バッテリ1の満充電までの充電量が少ないと判断して、このバッテリ1が寿命であると判断し、ステップS19において、その旨の情報を出力部29に出力する。この場合、バッテリ1の寿命がつきている旨の警告表示や警告に係る音声出力等を行う。また、出力部29として負荷電源制御ユニットを含む場合等においては、この負荷電源制御ユニットによって、バッテリ1の状態に応じて自動車に搭載されている各種の負荷(例えばオーディオ機器等)の遮断制御等を行う。
On the other hand, when it is determined in step S17 that the charge balance of the
以上の様に構成されたバッテリ状態検知装置によれば、バッテリ1の出力電圧を電圧センサ23で検出し、その検出電圧の波形に基づいてエンジンのクランキング回転数を検出し、そのクランキング回転数を考慮してバッテリ1の状態を検知するため、劣化状況、温度等のバッテリの搭載環境や自動車の車種等の様々な諸条件を考慮せずに、現実の状況に即応してバッテリ1の状態を正確に検知できる。
According to the battery state detection device configured as described above, the output voltage of the
また、エンジンのクランキングが行われる際に、電圧センサ23が検出する検出電圧の波形に含まれるいずれか1つのピークを含む1波形周期以下の期間内における波形に基づいて、エンジンのクランキング回転数を検出するため、クランキング期間内における電圧センサ23の検出電圧の波形パターンが、1つのピークしか含まないようなパターンの場合であっても、検出電圧の波形に基づいてクランキング回転数を検出することができる。
Further, when engine cranking is performed, engine cranking rotation is performed based on a waveform within a period of one waveform period or less including any one peak included in the waveform of the detection voltage detected by
また、クランキング回転数が予め設定された着火可能回転数n01以上であるか否かを考慮してバッテリ1の状態を検知するため、バッテリ1のエンジン始動能力等を的確に判定することができる。
Further, since the state of the
なお、上記実施形態では、第1〜第3の条件のうちの全てを判定するようにしたが、少なくとも第3の条件について判定するようにしれば、第1及び第2の条件については判定を省略してもよい。 In the embodiment described above, all of the first to third conditions are determined. However, if at least the third condition is determined, the first and second conditions are determined. It may be omitted.
1 バッテリ
23 電圧センサ
25 処理部
n01 所定の着火可能回転数
Va 着火時電圧
Vc エンジン制御ECUに対する所定の動作可能電圧値
VL バッテリ放電開始直後の下限電圧値
VO エンジン始動時放電前のバッテリ開放電圧値
Vt 燃料噴射・点火系に対する所定の動作可能電圧値
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記バッテリの出力電圧を検出する電圧センサと、
前記電圧センサの検出電圧を考慮して、前記バッテリの状態を検知する処理部と、
を備え、
前記処理部は、エンジンのクランキングが行われる際に、前記電圧センサが検出する前記検出電圧の波形に含まれるいずれか1つのピークを含む1波形周期以下の期間内における前記波形に基づいて、前記エンジンのクランキング回転数を検出し、そのクランキング回転数を考慮して前記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。 A battery state detection device for managing the state of a battery mounted on an automobile,
A voltage sensor for detecting the output voltage of the battery;
In consideration of the detection voltage of the voltage sensor, a processing unit for detecting the state of the battery;
With
The processing unit is based on the waveform in a period of one waveform period or less including any one peak included in the waveform of the detection voltage detected by the voltage sensor when engine cranking is performed. A battery state detection device that detects a cranking rotational speed of the engine and detects the state of the battery in consideration of the cranking rotational speed.
前記処理部は、前記クランキング回転数が予め設定された基準回転数以上であるか否かを考慮して前記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 1,
The processing unit detects the state of the battery in consideration of whether or not the cranking rotational speed is equal to or higher than a preset reference rotational speed.
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