JP2007205841A - バッテリ劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサを用いることなく、バッテリの劣化状態を判定するバッテリ劣化判定装置を提供する。
【解決手段】電動機１１は、イグニッションスイッチ４０のスタート操作時に、バッテリ４１から電力が供給されてエンジンを起動する。記憶手段３１は、電動機１１の内部抵抗を予め記憶している。バッテリ内部抵抗算出手段３２は、バッテリ端子電圧検出センサ２０により検出された、バッテリ４１から電動機１１への電力の供給前におけるバッテリ４１の端子電圧と、バッテリ端子電圧検出センサ２０により検出された、エンジンの起動開始時におけるバッテリ４１の端子電圧と、記憶手段３１により記憶された電動機１１の内部抵抗とに基づき、バッテリ４１の内部抵抗を算出する。バッテリ劣化状態判定手段３３は、バッテリ内部抵抗算出手段３２により算出されたバッテリ４１の内部抵抗に基づき、バッテリ４１の劣化状態を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ劣化判定装置に関するものである。

従来から、バッテリの劣化状態を判定するバッテリ劣化判定装置が知られている（例えば、特許文献１）。このバッテリ劣化判定装置は、クランキング時におけるバッテリの端子電圧及び放電電流に基づき、バッテリの劣化状態を判定するようになっている。この放電電流は、電流センサによって検出される。
特開２００２−２２１５５９号公報

ところで、上記電流センサは、非常に高価なものである。そのため、これを用いるのはは、コスト面から望ましくない。

そこで、本発明者たちは、電流センサを用いることなく、バッテリの劣化状態を容易且つ精度良く判定するバッテリ劣化判定装置を開発するに至った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流センサを用いることなく、バッテリの劣化状態を容易且つ精度良く判定するバッテリ劣化判定装置を提供することにある。

第１の発明は、バッテリの劣化状態を判定する判定手段を備えたバッテリ劣化判定装置であって、イグニッションスイッチの操作時に、上記バッテリから電力が供給されてエンジンを起動する電動機と、上記バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記電動機の内部抵抗を予め記憶する記憶手段と、少なくとも上記電圧検出手段により検出された、バッテリから電動機への電力の供給前におけるバッテリの端子電圧と上記電圧検出手段により検出された、エンジンの起動開始時におけるバッテリの端子電圧と上記記憶手段により記憶された電動機の内部抵抗とに基づき、上記バッテリの内部抵抗を算出する算出手段とをさらに備え、上記判定手段は、上記算出手段により算出されたバッテリの内部抵抗に基づき、該バッテリの劣化状態を判定するように構成されていることを特徴とするものである。

これにより、算出手段によって、少なくとも電圧検出手段により検出された、バッテリから電動機への電力の供給前におけるバッテリの端子電圧と電圧検出手段により検出された、エンジンの起動開始時におけるバッテリの端子電圧と記憶手段により記憶された電動機の内部抵抗とに基づき、バッテリの内部抵抗を算出し、判定手段によって、算出手段により算出されたバッテリの内部抵抗に基づき、バッテリの劣化状態を判定する。そのため、電流センサを用いることなく、バッテリの劣化状態を容易且つ精度良く検出できる。

第２の発明は、上記第１の発明において、外気温度を検出する外気温度検出手段と、上記エンジンの冷却水の温度又は該エンジンの油温を検出するエンジン温度検出手段とをさらに備え、上記算出手段は、上記外気温度検出手段により検出された検出値と上記エンジン温度検出手段により検出された検出値との差が所定値以上であるときは、上記バッテリの内部抵抗を算出しないように構成されていることを特徴とするものである。

ところで、例えば、エンジンの停止後まもなくエンジンを再起動すると、電動機の温度が高いままであり、そのため、その正確な温度を把握できず、電動機の内部抵抗がはっきりしない。このままでは、バッテリの劣化状態を誤判定してしまう。

ここで、本発明によれば、外気温度検出手段により検出された検出値とエンジン温度検出手段により検出された検出値との差が所定値以上であるとき、すなわち、例えば、エンジンの停止後まもなくエンジンを再起動するときには、算出手段によって、バッテリの内部抵抗を算出しない。すなわち、外気温度検出手段により検出された検出値とエンジン温度検出手段により検出された検出値との差が所定値以上であるときには、バッテリの劣化状態を判定しない。そのため、バッテリの劣化状態を誤判定することを抑制できる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記算出手段は、上記イグニッションスイッチの操作による上記エンジンの起動開始後該エンジンの稼動前に該操作が中断されたときは、次のイグニッションスイッチの操作時において、上記バッテリの内部抵抗を算出しないように構成されていることを特徴とするものである。

ところで、イグニッションスイッチの操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にその操作が中断されたときにおいて、イグニッションスイッチを再操作する、すなわち、エンジンを再起動すると、電動機の温度が高いままであり、そのため、その正確な温度を把握できず、電動機の内部抵抗がはっきりしない。このままでは、バッテリの劣化状態を誤判定しまう。

ここで、本発明によれば、イグニッションスイッチの操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にその操作が中断されたときには、次のイグニッションスイッチの操作時において、算出手段によって、バッテリの内部抵抗を算出しない。すなわち、イグニッションスイッチの操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にその操作が中断されたときには、次のイグニッションスイッチの操作時において、バッテリの劣化状態を判定しない。そのため、バッテリの劣化状態を誤判定することを抑制できる。

第４の発明は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つにおいて、上記電圧検出手段の検出間隔を、上記エンジンの始動開始時は該エンジンの稼動中よりも短くする調整手段をさらに備えたことを特徴とするものである。

これにより、調整手段によって、電圧検出手段の検出間隔を、エンジンの始動開始時はそのエンジンの稼動中よりも短くするので、エンジンの起動開始時におけるバッテリの端子電圧を精確に検出できる。

また、電圧検出手段の検出間隔を、エンジンの始動開始時はそのエンジンの稼動中よりも短くするので、エンジンの稼動中における本装置の負荷を軽減できる。

本発明によれば、少なくともバッテリから電動機への電力の供給前におけるバッテリの端子電圧とエンジンの起動開始時におけるバッテリの端子電圧と電動機の内部抵抗とに基づき、バッテリの内部抵抗を算出し、その算出されたバッテリの内部抵抗に基づき、バッテリの劣化状態を判定する。そのため、電流センサを用いることなく、バッテリの劣化状態を容易且つ精度良く検出できる。したがって、本装置のコストダウン化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、バッテリ劣化判定装置の概略構成図であり、図２は、電動機の温度と内部抵抗との関係を示す図であり、図３は、イグニッションスイッチの状態とバッテリの端子電圧の大きさとの関係を示すタイムチャートであり、図４は、バッテリの劣化状態とバッテリの内部抵抗との関係を示す図であり、図５は、バッテリ劣化判定装置の制御を示すフローチャートである。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るバッテリ劣化判定装置１は、スタータ１０と各種センサ２０〜２４と電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）３０とを備えている。このスタータ１０は、エンジン（図示せず）を起動するためのものである。スタータ１０は、電動機１１とマグネットスイッチ１２とを有している。この電動機１１は、イグニッションスイッチ４０がスタート操作されると、バッテリ４１から電力がマグネットスイッチ１２を介して供給されてエンジンを起動するようになっている。マグネットスイッチ１２は、通常時は、オフ状態であり、イグニッションスイッチ４０がスタート操作されると、オン状態になるようになっている。

各種センサ２０〜２４には、バッテリ４１の端子電圧Ｖｂを検出するバッテリ端子電圧検出センサ２０（電圧検出手段に相当）と、外気温度Ｔａを検出する外気温度検出センサ２１（外気温度検出手段に相当）と、エンジンの冷却水の温度Ｔｗを検出するエンジン温度検出センサ２２（エンジン温度検出手段に相当）と、エンジンの回転速度Ｎを検出するエンジン回転速度検出センサ２３と、イグニッションスイッチ４０の位置を検出するイグニッションスイッチ位置検出センサ２４とが含まれている。バッテリ端子電圧検出センサ２０は、バッテリ４１の端子電圧Ｖｂを所定の検出間隔で検出するようになっている。そして、各種センサ２０〜２４の検出結果はＥＣＵ３０に入力されるようになっている。

ＥＣＵ３０は、記憶手段３１とバッテリ内部抵抗算出手段３２とバッテリ劣化状態判定手段３３と調整手段３４とを有している。この記憶手段３１は、電動機１１の温度が所定温度であるときにおける電動機１１の内部抵抗Ｒを予め記憶している。ここで、図２に示すように、電動機１１の内部抵抗Ｒは、電動機１１の温度が高くなるほど、大きくなる。また、電動機１１の温度は外気温度Ｔａと同じであるとみなすことができる。そこで、バッテリ内部抵抗算出手段３２は、記憶手段３１により記憶された電動機１１の内部抵抗Ｒと、外気温度検出センサ２１により検出された外気温度Ｔａとに基づき、電動機１１の現在の内部抵抗Ｒを算出するようになっている。

バッテリ内部抵抗算出手段３２は、バッテリ端子電圧検出センサ２０により検出された、イグニッションスイッチ４０のオン操作後バッテリ４１から電動機１１への電力の供給前（つまり、イグニッションスイッチ４０のスタート操作前）におけるバッテリ４１の端子電圧Ｖｂ１（図３を参照）と、バッテリ端子電圧検出センサ２０により検出された、バッテリ４１から電動機１１への電力が供給されてエンジンが起動を開始するときにおけるバッテリ４１の最低端子電圧Ｖｂ２（図３を参照）と、算出した電動機１１の内部抵抗Ｒとに基づき、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出するようになっている。

また、バッテリ内部抵抗算出手段３２は、外気温度検出センサ２１により検出された検出値とエンジン温度検出センサ２２により検出された検出値との差が所定値以上であるときは、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出しないようになっている。

さらに、バッテリ内部抵抗算出手段３２は、イグニッションスイッチ４０のスタート操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にそのスタート操作が中断されたときは、次のイグニッションスイッチ４０のスタート操作時において、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出しないようになっている。

バッテリ劣化状態判定手段３３は、バッテリ内部抵抗算出手段３２により算出されたバッテリ４１の内部抵抗Ｒｂに基づき、バッテリ４１の劣化状態を判定するようになっている。ここで、図４に示すように、バッテリ４１は、内部抵抗Ｒｂが大きいほど、劣化が進んでいる。調整手段３４は、バッテリ端子電圧検出センサ２０の検出間隔を調整するためのものである。調整手段３４は、バッテリ端子電圧検出センサ２０の検出間隔をエンジンの始動開始時はそのエンジンの稼動中よりも短くするようになっている。

−バッテリ劣化判定装置の制御−
以下、図５のフローチャートを参照しながら、バッテリ劣化判定装置１の制御について説明する。

ステップＳ１では、バッテリ４１の端子電圧Ｖｂ、外気温度Ｔａ、エンジンの冷却水の温度Ｔｗ、及びエンジンの回転速度Ｎを読み出す。ステップＳ２では、イグニッションスイッチ４０がスタート位置にあるか否かを判定する。

ステップＳ２の判定結果がＹＥＳの場合はステップＳ３に進み、後述するフラグがオンであるか否かを判定する。ステップＳ３の判定結果がＮＯの場合はステップＳ４に進み、読み出した外気温度Ｔａとエンジンの冷却水の温度Ｔｗとの差が所定温度以上であるか否かを判定する。

ステップＳ４の判定結果がＮＯの場合、すなわち、外気温度Ｔａとエンジンの冷却水の温度Ｔｗとの差が所定温度よりも小さい場合はステップＳ５に進み、外気温度Ｔａに基づき、電動機１１の内部抵抗Ｒを算出する。ここで、ステップＳ４の判定結果がＮＯの場合、すなわち、外気温度Ｔａとエンジンの冷却水の温度Ｔｗとの差が比較的小さい場合、電動機１１の温度は外気温度Ｔａと同じであるとみなすことができる。そのため、ステップＳ５では、外気温度Ｔａに基づいて、電動機１１の内部抵抗Ｒを特定するようになっている。

ステップＳ６では、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出する。具体的には、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂは、以下の式を用いて算出される。
Ｒｂ＝Ｒ（Ｖｂ１−Ｖｂ２）／Ｖｂ２

なお、Ｖｂ１は、バッテリ４１から電動機１１への電力の供給前におけるバッテリ４１の端子電圧であり、Ｖｂ２は、エンジンの起動開始時におけるバッテリ４１の最低端子電圧であり、Ｒは、算出された電動機１１の内部抵抗Ｒである。

ステップＳ７では、算出されたバッテリ４１の内部抵抗Ｒｂに基づき、バッテリ４１の劣化状態を検出する。そして、検出されたバッテリ４１の劣化状態に関連する関連値が所定値以上である場合は（図４を参照）、車内に設けられた、乗員にバッテリ４１の交換を促すための交換ランプ（図示せず）を点灯させる。その後、スタートに戻る。

ステップＳ３の判定結果がＹＥＳの場合はステップＳ８に進み、フラグをオフにする。その後、ステップＳ９に進む。

ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、外気温度Ｔａとエンジンの冷却水の温度Ｔｗとの差が所定温度以上である場合は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂの算出を禁止する。ここで、ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、外気温度Ｔａとエンジンの冷却水の温度Ｔｗとの差が比較的大きい場合、エンジンの再起動時のように、エンジンの温度が高く、電動機１１の温度も高いとみなすことができる。すなわち、電動機１１の温度は不明瞭であると考えられる。そのため、電動機１１の内部抵抗を特定できない。したがって、このような場合、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂの算出を禁止するようになっている。ステップＳ９の工程完了後、スタートに戻る。

ステップＳ２の判定結果がＮＯの場合はステップＳ１０に進み、エンジンの回転速度Ｎが所定回転以上であるか否か、すなわち、エンジンが稼動中であるか否かを判定する。ステップＳ１０の判定結果がＮＯの場合はステップＳ１１に進み、前回のイグニッショスイッチの操作時において、イグニッションスイッチ４０がスタート位置になったか否かを判定する。

ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳの場合はステップＳ１２に進み、次回のイグニッションスイッチ４０の操作時において、イグニッションスイッチ４０がスタート位置になったときにおけるバッテリ４１の内部抵抗Ｒｂの算出を禁止するためのフラグをオンにする。ここで、ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジンをかけようとしたが、例えば、エンジンのかかりが悪く、イグニッションスイッチ４０のスタート操作を一旦中断してすぐに再スタート操作した場合、電動機１１は給電されてまもないので熱くなっており、正確な電動機１１の温度を推定できない。そのため、電動機１１の内部抵抗を特定できない。したがって、このような場合、バッテリ４１の内部抵抗の算出を禁止するようになっている。ステップＳ１２の工程完了後、スタートに戻る。

ステップＳ１０の判定結果がＹＥＳの場合、及びステップＳ１１の判定結果がＮＯの場合は、スタートに戻る。

−効果−
以上により、本実施形態によれば、バッテリ内部抵抗算出手段３２によって、バッテリ端子電圧検出センサ２０より検出された、バッテリ４１から電動機１１への電力の供給前におけるバッテリ４１の端子電圧Ｖｂ１とバッテリ端子電圧検出センサ２０により検出された、エンジンの起動開始時におけるバッテリ４１の端子電圧Ｖｂ２と記憶手段３１により記憶された電動機１１の内部抵抗Ｒと外気温度検出センサ２１により検出された外気温度Ｔａとに基づき、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出し、バッテリ劣化状態判定手段３３によって、バッテリ内部抵抗算出手段３２により算出されたバッテリ４１の内部抵抗Ｒｂに基づき、バッテリ４１の劣化状態を判定する。そのため、電流センサを用いることなく、バッテリ４１の劣化状態を容易且つ精度良く検出できる。したがって、本装置１のコストダウン化を図ることができる。

ところで、例えば、エンジンの停止後まもなくエンジンを再起動すると、電動機１１の温度が高いままであり、そのため、その正確な温度を把握できず、電動機１１の内部抵抗Ｒがはっきりしない。このままでは、バッテリ４１の劣化状態を誤判定してしまう。

ここで、本実施形態によれば、外気温度検出センサ２１により検出された検出値とエンジン温度検出センサ２２により検出された検出値との差が所定値以上であるとき、すなわち、例えば、エンジンの停止後まもなくエンジンを再起動するときには、バッテリ内部抵抗算出手段３２によって、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出しない。すなわち、外気温度検出センサ２１により検出された検出値とエンジン温度検出センサ２２により検出された検出値との差が所定値以上であるときには、バッテリ４１の劣化状態を判定しない。そのため、バッテリ４１の劣化状態を誤判定することを抑制できる。

ところで、イグニッションスイッチ４０のスタート操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にそのスタート操作が中断されたときにおいて、イグニッションスイッチ４０を再スタート操作する、すなわち、エンジンを再起動すると、電動機１１の温度が高いままであり、そのため、その正確な温度を把握できず、電動機１１の内部抵抗Ｒがはっきりしない。このままでは、バッテリ４１の劣化状態を誤判定しまう。

ここで、本実施形態によれば、イグニッションスイッチ４０のスタート操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にそのスタート操作が中断されたときには、次のイグニッションスイッチ４０のスタート操作時において、バッテリ内部抵抗算出手段３２によって、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出しない。すなわち、イグニッションスイッチ４０のスタート操作によるエンジンの起動開始後そのエンジンの稼動前にそのスタート操作が中断されたときには、次のイグニッションスイッチ４０のスタート操作時において、バッテリ４１の劣化状態を判定しない。そのため、バッテリ４１の劣化状態を誤判定することを抑制できる。

また、調整手段３４によって、バッテリ端子電圧検出センサ２０の検出間隔を、エンジンの始動開始時はそのエンジンの稼動中よりも短くするので、エンジンの起動開始時におけるバッテリ４１の端子電圧を精確に検出できる。

また、バッテリ端子電圧検出センサ２０の検出間隔を、エンジンの始動開始時はそのエンジンの稼動中よりも短くするので、エンジンの稼動中における本装置１の負荷を軽減できる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出するとき、記憶手段３１により記憶された、電動機１１の温度が所定温度であるときにおける電動機１１の内部抵抗Ｒと、電動機１１の現在の温度（つまり、外気温度検出センサ２１により検出された現在の外気温度Ｔａ）とに基づき、電動機１１の現在の内部抵抗Ｒを算出しているが、これに限らず、例えば、記憶手段３１に電動機１１の各温度（つまり、各外気温度Ｔａ）に対応する電動機１１の各内部抵抗Ｒを予め記憶させておき、バッテリ４１の内部抵抗Ｒｂを算出するとき、記憶手段３１から電動機１１の現在の温度（つまり、外気温度検出センサ２１により検出された現在の外気温度Ｔａ）に対応する電動機１１の内部抵抗Ｒを読み出しても良い。

また、上記実施形態では、エンジンの冷却水の温度Ｔｗを検出しているが、その代わりに、エンジンの油温を検出しても良い。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明にかかるバッテリ劣化判定装置は、電流センサを用いることなく、バッテリの劣化状態を判定する用途等にも適用できる。

本発明の実施形態に係るバッテリ劣化判定装置の概略構成図である。 電動機の温度と内部抵抗との関係を示す図である。 イグニッションスイッチの状態とバッテリの端子電圧の大きさとの関係を示すタイムチャートである。 バッテリの劣化状態とバッテリの内部抵抗との関係を示す図である。 バッテリ劣化判定装置の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ劣化判定装置
１０ スタータ
１１ 電動機
２０ バッテリ端子電圧検出センサ（電圧検出手段）
２１ 外気温度検出センサ（外気温度検出手段）
２２ エンジン温度検出センサ（エンジン温度検出手段）
２３ エンジン回転速度検出センサ
２４ イグニッションスイッチ位置検出センサ
３０ 電子制御ユニット
３１ 記憶手段
３２ バッテリ内部抵抗算出手段
３３ バッテリ劣化状態判定手段
３４ 調整手段

Claims (4)

1. バッテリの劣化状態を判定する判定手段を備えたバッテリ劣化判定装置であって、
   イグニッションスイッチの操作時に、上記バッテリから電力が供給されてエンジンを起動する電動機と、
   上記バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   上記電動機の内部抵抗を予め記憶する記憶手段と、
   少なくとも上記電圧検出手段により検出された、バッテリから電動機への電力の供給前におけるバッテリの端子電圧と上記電圧検出手段により検出された、エンジンの起動開始時におけるバッテリの端子電圧と上記記憶手段により記憶された電動機の内部抵抗とに基づき、上記バッテリの内部抵抗を算出する算出手段とをさらに備え、
   上記判定手段は、上記算出手段により算出されたバッテリの内部抵抗に基づき、該バッテリの劣化状態を判定するように構成されていることを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
2. 請求項１記載のバッテリ劣化判定装置において、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   上記エンジンの冷却水の温度又は該エンジンの油温を検出するエンジン温度検出手段とをさらに備え、
   上記算出手段は、上記外気温度検出手段により検出された検出値と上記エンジン温度検出手段により検出された検出値との差が所定値以上であるときは、上記バッテリの内部抵抗を算出しないように構成されていることを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
3. 請求項１又は２記載のバッテリ劣化判定装置において、
   上記算出手段は、上記イグニッションスイッチの操作による上記エンジンの起動開始後該エンジンの稼動前に該操作が中断されたときは、次のイグニッションスイッチの操作時において、上記バッテリの内部抵抗を算出しないように構成されていることを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のバッテリ劣化判定装置において、
   上記電圧検出手段の検出間隔を、上記エンジンの始動開始時は該エンジンの稼動中よりも短くする調整手段をさらに備えたことを特徴とするバッテリ劣化判定装置。

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