JP2007238001A

JP2007238001A - 電池状態判定装置

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Publication number: JP2007238001A
Application number: JP2006065280A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yamada; 惠造山田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP4702115B2

Abstract

【課題】車両の温度の影響を考慮してエンジン始動電圧からバッテリの電池状態を正確に判定することができる電池状態判定装置を提供する。
【解決手段】開回路電圧ＯＣＶ及び車両の温度に基づいて、エンジン始動時の鉛電池のエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算し（Ｓ１１２）、開回路電圧ＯＣＶから鉛電池の内部抵抗の増大率が電池交換のための所定値に達するときの鉛電池のエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算し（Ｓ１２２）、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１がバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かを判定することで鉛電池の電池状態を判定する（Ｓ１２６）。エンジン停止から所定時間以上経過後に測定された鉛電池の温度を車両の温度とみなしてエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算される。
【選択図】図２

Description

本発明は電池状態判定装置に係り、特に、車両に搭載されたバッテリの電池状態を判定する電池状態判定装置に関する。

近年、内部抵抗、放電電圧、開回路電圧、残容量、充電状態などが電池状態を表すパラメータ又は電池状態を演算するための測定パラメータとして用いられてきている。自動車、携帯機器などの高性能化に伴ってそれらに使用される電池の負荷が大きくなるに従い、近時、このような電池状態の監視と電池状態制御はその重要性がますます大きくなってきている。車両用電池では、排ガスの削減のために行われているアイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）、回生充電などに対応するため、これらの用途に適した電池状態に電池を保つ技術が望まれている。鉛電池はこれらの用途に応用できる代表的な電池のひとつである。

このような要請に応えるため、車両用ではエンジン始動時の電圧や直流内部抵抗を予め測定したデータマップと比較して電池状態を算出するハイブリッド車用電池残存容量検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、車両を用いた電池試験方法として、スタータモータを回した状態での電圧を評価する方法が知られている。この方法は、エンジン始動不能になった車両に対してスタータと電池のどちらが原因か調べるためのバッテリチェックの方法として古くから用いられてきた。この方法では、オシロスコープを使わず、時間応答性の遅い簡単な電圧計による測定が一般的であり、例えば、突入電流後比較的電圧が安定した時の電圧が９Ｖ程度以上であれば正常と判断する。エンジンに燃料の供給をしないような措置をするなどして、スタータモータが回っても実際にエンジンが始動しないような条件にすると、正常な車両でも時間的に安定した電圧が得られ、バッテリチェックができる。

特開平７−６３８３０号公報

しかしながら、従来、エンジン始動時の電圧から電池状態を算出する方法は簡易的な方法と考えられ、温度補正の方法について詳細な検討はなされてこなかった。エンジン始動時の電圧は電池状態のほか、車両の種類や車両の温度、測定時間によって大きく異なる。車両に搭載されたバッテリの電池状態を推定するには、車両の種類や車両の温度などの影響を除く必要がある。図６に示すように、バッテリの電圧は、エンジン始動時、最初に大きく下がり、その後上昇して比較的電圧が安定する。この時の電圧（エンジン始動電圧）は車両の温度の影響を受けるが、車両の温度の影響を考慮したエンジン始動時の電圧の取扱い方法は確立していなかったため、車両に搭載されたバッテリの電池状態の算出は高精度に行うことが困難であった。

本発明は上記事案に鑑み、車両の温度の影響を考慮してエンジン始動電圧からバッテリの電池状態を正確に判定することができる電池状態判定装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、車両に搭載されたバッテリの電池状態を判定する電池状態判定装置において、前記バッテリの開回路電圧ＯＣＶを測定する開回路電圧測定手段と、前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すエンジン始動電圧Ｖｓｔを測定するエンジン始動電圧測定手段と、前記車両の温度を測定する車両温度測定手段と、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び前記車両温度測定手段で測定された車両の温度に基づいて、前記エンジン始動電圧測定手段で測定されたエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算するエンジン始動電圧補正手段と、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶから、前記バッテリの内部抵抗の増大率がバッテリ交換のための所定値に達するときの前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算する判定電圧演算手段と、前記エンジン始動電圧補正手段で演算された前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が前記判定電圧演算手段で測定されたバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かを判定する電池状態判定手段と、を備える。

第１の態様では、開回路電圧測定手段でバッテリの開回路電圧ＯＣＶが測定され、エンジン始動電圧測定手段でバッテリのエンジン始動時の電圧を表すエンジン始動電圧Ｖｓｔが測定され、車両温度測定手段でスタータ等の車両の温度が測定される。エンジン始動電圧補正手段により、開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び車両温度測定手段で測定された車両の温度に基づいて、エンジン始動電圧測定手段で測定されたエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算され、判定電圧演算手段により、開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶから、バッテリの内部抵抗の増大率がバッテリ交換のための所定値に達するときのバッテリのエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈが演算される。そして、電池状態判定手段により、エンジン始動電圧測定手段で演算されたエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が、判定電圧演算手段で演算されたバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かが判断されることで、バッテリの電池状態が判定される。本態様によれば、エンジン始動電圧補正手段によりエンジン始動電圧Ｖｓｔを車両の温度の影響を考慮して補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算され、電池状態判定手段により、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１がバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かが判断されるので、電池状態の判定にあたり車両の温度による影響が排除されるため、バッテリの電池状態を正確に判定することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、車両に搭載されたバッテリの電池状態を判定する電池状態判定装置において、前記バッテリの開回路電圧ＯＣＶを測定する開回路電圧測定手段と、前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すエンジン始動電圧Ｖｓｔを測定するエンジン始動電圧測定手段と、前記バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定手段と、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び車両の温度に基づいて、前記エンジン始動電圧測定手段で測定されたエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算するエンジン始動電圧補正手段と、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶから、前記バッテリの内部抵抗の増大率がバッテリ交換のための所定値に達するときの前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算する判定電圧演算手段と、前記エンジン始動電圧補正手段で演算された前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が前記判定電圧演算手段で測定されたバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かを判定する電池状態判定手段と、を備え、前記エンジン始動電圧補正手段は、エンジン停止から所定時間以上経過後に前記バッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度を前記車両の温度とみなして前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算することを特徴とする。

第２の態様は、第１の態様の車両温度測定手段に代えて、バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定手段を備え、エンジン始動電圧補正手段が、エンジン停止から所定時間以上経過後にバッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度を車両の温度とみなしてエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算するものである。このような態様でも第１の態様と同様の作用、効果を得ることができることに加え、第１の態様のように、例えば、スタータ等の車両の温度を直接計測する必要がないため、電池状態判定装置を装着する際の手間を大幅に省くことができると共に、車両温度の測定位置から電池状態判定装置までのリード線の長さを短くすることができ、ノイズ等の影響を小さくすることができる。

上記第１及び第２の態様において、エンジン始動電圧補正手段が、車両の温度をＴ、温度補正の基準温度をＴ０、エンジン始動時の車両の電気抵抗を基準温度Ｔ０での値に補正するための温度補正係数をα、０．９〜１．１の範囲をとる定数をＡとしたときに、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を下記式（１）により演算するようにしてもよい。

このとき、温度補正係数αが銅線の電気抵抗の温度補正係数であることが好ましい。

また、上記第１及び第２の態様において、判定電圧演算手段が、新品のバッテリの開回路電圧ＯＣＶ＝ＯＣＶ０（１２．４Ｖ≦ＯＣＶ０≦１３．０Ｖ）での内部抵抗をｒ０、バッテリ交換のためのバッテリの内部抵抗しきい値をｒ＿ｔｈ、車両の電気抵抗をＲ、０．９〜１．１の範囲をとる定数をＢとしたときに、バッテリ交換判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを下記式（２）により演算するようにしてもよい。

この場合に、式（２）の（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）を１．２〜１．６の範囲内の定数として演算すれば、内部抵抗しきい値ｒ＿ｔｈや内部抵抗ｒ０を測定する必要がなく、電池状態判定装置に電流センサを備える必要がなくなるため、電池状態判定装置の低コスト化を図ることができる。このとき、新品のバッテリの開回路電圧ＯＣＶがＯＣＶ０をとるときのエンジン始動電圧ＶｓｔをＶｓｔ０としたときに、式（２）の（ｒ０／Ｒ）を下記式（３）により演算すれば、車両の電気抵抗Ｒが未知であってもバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算することが可能となる。更に、式（３）のエンジン始動電圧Ｖｓｔ０を下記式（４）により演算することが好ましい。

また、上記第１の態様において、バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定手段を更に備え、エンジン始動電圧補正手段が、バッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度と１対１に対応する補正量をエンジン始動電圧Ｖｓｔ１に加算してエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を更に補正するか、又は、上記第２の態様において、エンジン始動電圧補正手段が、バッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度と１対１に対応する補正量をエンジン始動電圧Ｖｓｔ１に加算してエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を更に補正すれば、バッテリの温度による影響も排除されるため、バッテリの電池状態をより高精度に判定することができる。

更に、上記第１及び第２の態様において、開回路電圧測定手段が、バッテリから暗電流が流れているときの安定した開回路電圧ＯＣＶを測定し、エンジン始動電圧補正手段及び判定電圧演算手段が、開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶに、温度の関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧ＯＣＶ１を用いてエンジン始動電圧Ｖｓｔ１及びバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算すれば、開回路電圧ＯＣＶも温度補正されるので、バッテリの電池状態を更に高精度に判定することができる。

本発明によれば、エンジン始動電圧補正手段によりエンジン始動電圧Ｖｓｔを車両の温度の影響を考慮して補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算され、電池状態判定手段により、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１がバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かが判断されるので、電池状態の判定にあたり車両の温度による影響が排除されるため、バッテリの電池状態を正確に判定することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を、ガソリン車に搭載された鉛電池の電池状態を判定する電池状態判定装置に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の電池状態判定装置１２は、鉛電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサ２、差動増幅回路等を有し鉛電池１の両端電圧を測定する電圧センサ３及び鉛電池１の電池状態を判定するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）１０を備えている。

鉛電池１は、電池容器となる角型の電槽を有している。電槽の材質には、成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を選択することができる。電槽の中央部の隔壁にはセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔には温度センサ２が挿入されており、接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。電槽には合計６組の極板群が収容されている。各極板群は、複数枚の負極板及び正極板がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、セル電圧は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池１の公称電圧は１２Ｖである。電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ、ＰＰ、ＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が立設されている。

上述した鉛電池１の正極外部出力端子は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ５は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。

ＳＴＡＲＴ端子はエンジン始動用セルモータ（エンジン始動用スタータ）９に接続されている。セルモータ９は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン８の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。

また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機６及び一方向への電流の流れを許容するダイオードを介してエンジン８の回転により発電する発電機７の一端に接続されている。すなわち、ダイオードのアノードは発電機７の一端に、カソードはＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン８の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機７に動力の伝達が可能である。このため、エンジン８が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機７が作動し発電機７からの電力が補機６や鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。

鉛電池１の外部出力端子は、電圧センサ３に接続されており、電圧センサ３の出力側はマイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン１０は、鉛電池１の電圧をデジタル値で取り込むことができる。また、温度センサ２の出力端子は、マイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン１０は、鉛電池１の温度をデジタル値で取り込むことができる。なお、マイコン１１は、Ｉ／Ｏを介して上位の車両制御システム１１と通信可能である。

マイコン１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態判定装置１２の基本制御プログラムや後述するマップ及び数式等のプログラムデータが格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含んで構成されている。また、マイコン１０の外部バスには、不図示のＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリが接続されている。発電機７、セルモータ９及び補機６の他端、鉛電池１の負極外部出力端子及びマイコンは、それぞれグランドに接続されている。なお、本実施形態のマイコン１０は、電圧及び温度を１ｍ秒間隔でサンプリングし、サンプリング結果をＲＡＭに格納する。

（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池状態判定装置１２の動作について、マイコン１０のＣＰＵを主体として説明する。マイコン１０に電源が投入されると、ＣＰＵは、図２に示す鉛電池１の電池状態を判定するための電池状態判定ルーチンを実行する。なお、ＲＯＭに格納されたプログラムやプログラムデータは、マイコン１０への電源投入後の図示しない初期設定処理によりＲＡＭに展開される。

図２に示すように、電池状態判定ルーチンでは、ステップ１０２において、鉛電池１が放電している間（車両の運転中）放電分極が蓄積されているため、分極が解消された状態にならないため、鉛電池１の電圧が安定するまで待機する。すなわち、エンジン停止後所定時間（例えば、６時間）が経過したかを判定することにより、鉛電池１の電圧が安定したと判断する。エンジン８が停止したか否かは、例えば、車両制御システム１１から報知を受けてもよいし、電圧センサ３で測定した鉛電池１の電圧を監視してマイコン１０側でエンジン停止を判断するようにしてもよい。

次のステップ１０４では、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶを測定する。すなわち、電圧センサ３から出力された鉛電池１の電圧をＡ／Ｄコンバータを介してデジタル値で取り込む。次にステップ１０６では、温度センサ２から出力された鉛電池１の温度をＡ／Ｄコンバータを介してデジタル値で取り込み、図４に示すように、温度補正マップにより、測定された開回路電圧ＯＣＶに温度の補正関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧ＯＣＶ１を演算する。エンジン停止中も鉛電池１には暗電流が流れているため、鉛電池１の電圧は実際の開回路電圧ＯＣＶより低い値となり、低温になればなるほど、実際の開回路電圧ＯＣＶとの差が大きくなる。このため、ステップ１０６では、図４に示した温度補正量を鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶを加算して、より正確な補正後の開回路電圧ＯＣＶ１を演算している。このような温度補正マップは、電池設計、電池劣化や車両の暗電流に応じて変えることが望ましい。暗電流を知ることができない場合は、図４に示したように、１０〜２０ｍＡの暗電流で想定される補正マップを利用すると、多くの車両で良好な結果が得られる。

次いで、ステップ１０８において、鉛電池１の電圧安定後の最初のエンジン始動か否かを判断する。否定判断のときは、ステップ１０２へ戻り、肯定判断のときは、ステップ１１０でエンジン始動電圧Ｖｓｔを測定する。上述したように、マイコン１０は、エンジン始動時の鉛電池１の電圧を１ｍ秒間隔でサンプリングしたＲＡＭに格納しているため、ＲＡＭに格納された電圧値が一定値（例えば、９Ｖ）より下回った場合の最小値をエンジン始動電圧Ｖｓｔと決定することが可能である。

次のステップ１１２では、ステップ１０６で温度補正した開回路電圧ＯＣＶ及び車両の温度に基づいて、エンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算する。ここで、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１の演算意義と演算式について詳述する。

図６に示したエンジン始動時の電圧は、車両の電気抵抗と機械抵抗に依存し、これら双方は温度の影響を受ける。機械抵抗の温度依存性は予測困難であるが、電気抵抗は導体の材質を仮定することで予測可能である。機械抵抗の影響を排除することは、ピストンがまだ殆ど動き始めていないと思われる最初の大きく電圧が低下した際のエンジン始動電圧Ｖｓｔ（ステップ１１０で測定したエンジン始動電圧Ｖｓｔ）を利用することで可能である。更に、エンジン始動電圧Ｖｓｔを次式（１）で基準温度（例えば、室温の２５°Ｃ）での値に補正することで電気抵抗の電圧への影響も排除することができる。

式（１）において、ＯＣＶはステップ１０６で温度補正を行った開回路電圧（ＯＣＶ１）、Ｔは車両（例えば、セルモータ９）の温度、Ｔ０は上述した基準温度、Ａは０．９〜１．１の範囲をとる定数（本例では１．０に設定されている。）、αはエンジン始動時の車両の電気抵抗をＴ０での値に補正する温度補正係数である。温度補正係数αには、例えば、軟銅線（ＪＩＳＣ３１０２）での値を利用すると良好な補正が期待できる。

車両の温度Ｔは、図１に示すように、本来、セルモータ９の温度を温度センサ４で測定することが望ましいが、エンジン停止から充分時間がたてばセルモータ９と周辺の車両部品の温度とはほぼ同じになるので、本実施形態では、前回エンジン停止から充分長い規定時間経過しているか判断し（本例ではステップ１０２で６時間経過を判断している。）、エンジン停止中又はエンジン始動直後に鉛電池１の温度を測定し（ステップ１０６参照）、車両の温度Ｔとして利用している。

次にステップ１１４では、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を、更に、電池特性の温度依存性を考慮して補正する。この補正は、図５に示すように、温度補正マップにより、温度補正量をエンジン始動電圧Ｖｓｔ１に加算することで行う。図５に示す温度補正マップは、使用する鉛電池により変動する。放電電圧は電流の関数であり温度特性も多少異なるので、電流情報を入手できる（電流センサを備えた）電池状態判定装置の場合には電流ごとに温度補正量を規定することで精度をより向上させることができる。実際に通常の自動車でのエンジン始動時の突入電流５００〜９００Ａで温度補正係数は大きく違わないため、特に電流センサを付加しなくても実用に耐える電池状態判定装置が実現できる。

次のステップ１１６では、エンジン始動回数が５回未満、かつ、開回路電圧ＯＣＶが１２．５Ｖを越えるか否かを判断する。換言すれば、鉛電池１が無劣化（新品）、かつ、満充電状態か否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１１８で、鉛電池１が無劣化かつ満充電状態でのエンジン始動電圧Ｖｓｔ０を下式（４）により演算しＥＥＰＲＯＭに格納する。このエンジン始動電圧Ｖｓｔ０について換言すれば、無劣化（新品）かつ満充電状態での開回路電圧ＯＣＶ０（１２．４Ｖ≦ＯＣＶ０≦１３．０Ｖ）でのエンジン始動時の電圧である。

また、ステップ１１６では、ＥＥＰＲＯＭに既に格納されたエンジン始動電圧Ｖｓｔ０を読み出してエンジン始動電圧Ｖｓｔ０の平均値を演算し、ＥＥＰＲＯＭに格納する。このため、最終的には、複数回の鉛電池１の無劣化かつ満充電状態でのエンジン始動電圧Ｖｓｔ０の平均値が演算され、ＥＥＰＲＯＭに格納される。

次いで、ステップ１２０では、無劣化かつ満充電状態での鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ０での内部抵抗をｒ０、車両の電気抵抗Ｒとしたときの（ｒ０／Ｒ）を下式（３）により演算しＥＥＰＲＯＭに格納する。また、ステップ１２０では、ＥＥＰＲＯＭに既に格納された（ｒ０／Ｒ）を読み出して（ｒ０／Ｒ）の平均値を演算し、ＥＥＰＲＯＭに格納する。このため、最終的に、複数回の鉛電池１の無劣化かつ満充電状態での（ｒ０／Ｒ）の平均値が演算され、ＥＥＰＲＯＭに格納される。

次に、ステップ１２２では、下式（２）により、ステップ１０６で温度補正された開回路電圧から、鉛電池１の内部抵抗の増大率が電池交換のための所定値に達するときの鉛電池１のエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈが演算される。ステップ１１８、１２０で演算されたエンジン始動電圧Ｖｓｔ０及び（ｒ０／Ｒ）の平均値はＥＥＰＲＯＭから読み出され、式（２）に代入される。なお、式（２）において、ＯＣＶはステップ１０６で温度補正を行った開回路電圧（ＯＣＶ１）、ｒ＿ｔｈはバッテリ交換のためのバッテリの内部抵抗しきい値、Ｂは０．９〜１．１の範囲をとる定数（本例では１．０に設定されている。）、（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）は１．２〜１．６の範囲内の定数（本例では１．４に設定されている。）、すなわち、新品からの鉛電池１の内部抵抗の増大率を表している。

ここで、式（２）〜（４）の関係について説明する。式（２）には、車両の電気抵抗Ｒが含まれている。車種毎に異なる車両の電気抵抗Ｒを実際に測定し、ＲＯＭないしＥＥＰＲＯＭに書き込むことは、理論的には可能であるが、商用上の問題としては難しい。一方、（ｒ０／Ｒ）は式（３）で算出可能である。式（３）において、Ｖｓｔ０はＯＣＶ＝ＯＣＶ０でのＶｓｔ（本例ではＶｓｔ１）である。実際にはＶｓｔ取得時のＯＣＶが都合よくＯＣＶ０になることは少ないため、式（４）によりＯＣＶ０でのＶｓｔ０に補正し、式（４）、式（３）を式（２）に代入することで、車両の電気抵抗Ｒを知る術が無くても、バッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈの演算を可能としている。

ステップ１２４では、ステップ１１６での判断に備えるために、エンジン始動回数をカウントし、次のステップ１２６において、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１がバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上か否かを判断する。このエンジン始動電圧Ｖｓｔとバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈとの比較は、バッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを定義する式（２）の形から分るように、新品からの内部抵抗の増大率（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）が所定値に達したか否かを判別することに相当する。上述したように、新品からの鉛電池１の内部抵抗の増大率（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）は１．２〜１．６の範囲内の定数（本例では１．４）に設定されるが、この範囲未満となると、正常な電池でも保証期間内で警告が出る恐れがあり、この範囲を越えると警告を車両制御システム１１側に出す前にエンジン始動不能になる可能性がある。内部抵抗は充電状態の関数のため、警告を発するときの内部抵抗しきい値ｒ＿ｔｈは開回路電圧ＯＣＶの関数として定義されている。

ステップ１２６での判断が肯定のときは、ステップ１２８で車両制御システム１１に鉛電池１の電池状態が良好である旨を報知し、否定判断のときは、ステップ１３０で車両制御システム１１に鉛電池１の交換を要する旨（の警告）を報知して電池状態判定ルーチンを終了する。なお、図２では、説明を簡単にするために、ステップ１２８、１３０での処理により電池状態判定ルーチンが終了する例を示しているが、実際にはステップ１０２に戻り、鉛電池１の電池状態の判定を続行する。

鉛電池１の交換を要する旨が報知された車両制御システム１１は、インストーメントパネルに鉛電池１の交換を要する旨を表示させる。これにより、ドライバは鉛電池１の交換が必要であることを認識し、車両のサービスステーション等で鉛電池１の交換を行うことが可能となる。なお、車両制御システム１１は、鉛電池１の電池状態が良好である旨をインストールメントパネルに表示するようにしてもよい。

（作用等）
次に、本実施形態の電池状態判定装置１２の作用、効果等について説明する。

本実施形態の電池状態判定装置１２では、式（１）により、エンジン始動電圧Ｖｓｔを車両の温度の影響を考慮して補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算され（ステップ１１２）、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が鉛電池１の交換を判定するためのバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かが判断される（ステップ１２６）ので、鉛電池１の劣化による交換判定にあたり車両の温度による影響での誤判定が排除されるため、鉛電池１の電池状態を正確に判定することができる。従って、アイドルストップ・スタート時のいわゆるエンストを防止することができる。

また、本実施形態の電池状態判定装置１２では、エンジン停止から所定時間（例えば、６時間）以上経過後に測定された鉛電池１の温度を車両の温度とみなして、式（１）により、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算されるので、上述したようにセルモータ９等の車両の温度を直接計測する必要がないため、電池状態判定装置を装着（特に、後付）する際の手間を大幅に省くことができると共に、セルモータ９から電池状態判定装置１２までのリード線の長さを短くすることができ、ノイズ等による誤差の影響を小さくすることができる。

更に、本実施形態の電池状態判定装置１２では、図４に示したように、測定された開回路電圧ＯＣＶに温度の補正関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧ＯＣＶ１を演算し（ステップ１０６）、式（１）及び式（２）で、この補正後の開回路電圧ＯＣＶ１を用いてエンジン始動電圧Ｖｓｔ１、バッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算する（ステップ１１２、１２２）。このため、電池状態判定装置１２は、鉛電池１の電池状態の判定をより正確に行うことができる。また、本実施形態の電池状態判定装置１２では、図５に示したように、鉛電池１の温度と１体１に対応する補正量をエンジン始動電圧Ｖｓｔ１に加算してエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を更に補正している。このため、鉛電池１の電池状態の判定を更に正確に行うことができる。

なお、本実施形態では、エンジン停止から所定時間以上経過後の鉛電池１の温度を車両の温度とみなしてエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算する例を示したが、本発明はこれに限定されず、図１に示したように、セルモータ９（車両）の温度を実際に測定する温度センサ４を備えるようにしてもよい。また、本実施形態では、図４、５において、温度に対応する補正量のマップを例示したが、本発明はこれに制限されず、温度と補正量との関係を表す関係式を用いるようにしてもよい。

更に、本実施形態では、式（１）、（２）において定数Ａ、Ｂを１．０に設定した例を示したが、これらの定数は鉛電池１の仕様や鉛電池１が搭載される車両に応じて、０．９〜１．１の範囲で適正な値に変更するようにしてもよい。また、本実施形態では、温度センサ３による温度の測定間隔に電圧測定間隔と同じ１ｍｓを例示したが、温度変化は図６に示したようには急峻でないため、例えば、１秒間隔等の電圧測定間隔より長い間隔で測定して測定結果をＲＡＭに記憶し、直近の測定温度を使用するようにしてもよい。

更にまた、本実施形態では、ステップ１２６〜１３０において鉛電池１の電池状態を良好、要交換の１段階判定の例を示したが、これに代えて、Ｖｓｔ≧Ｖｓｔ＿ｔｈ１（このときの（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）は例えば、１．３に設定される。）か否かを判断し、肯定判断のときに良好と判定し、否定判断のときにＶｓｔ≧Ｖｓｔ＿ｔｈ２（このときの（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）は例えば、１．４に設定される。）かを判断して、肯定判断のときに要注意状態と判断し、否定判断のときに要交換と判断する２段階判定を行うようにしてもよい。

次に、上記実施形態に従って、２０００ｃｃのガソリン車に搭載された６５Ｂ２４の電池状態を判定する電池状態判定装置の実施例について説明する。なお、比較のために作製した電池状態判定装置についても併せて説明する。

（実施例１）
６時間間隔をあけ５回エンジン始動させた後、低温恒温室にガソリン車を入れ、０°Ｃ、−１０°Ｃの温度下でエンジンを始動させた。インサーキットエミュレータを使用し、電池状態判定装置の内部変数を確認できるものを使用した。温度補正後のエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を確認すると下表１に示す値になった。温度補正が充分正確であることがわかる。

（比較例１）
比較例１の電池状態判定装置では、図３に示すように、車両温度補正及び開回路電圧の温度補正を行わず、実施例１の電池状態判定装置と同様の試験を行った。つまり、図３のフローチャートは、図２のフローチャートのステップ１０６、１１２の処理を欠いている。試験結果を表１に示す。比較例１の電池状態判定装置は、実施例１の電池状態判定装置よりも温度補正の誤差が大きい。この結果により、実施例１の電池状態判定装置が電池状態判定の点で優れていることがわかる。

本発明は車両の温度の影響を考慮してエンジン始動電圧からバッテリの電池状態を正確に算出することができる電池状態判定装置を提供するため、電池状態判定装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の電池状態判定装置及び車両のブロック配線図である。実施形態の電池状態判定装置のマイコンのＣＰＵが実行する電池状態判定ルーチンのフローチャートである。比較例１の電池状態判定装置のマイコンのＣＰＵが実行する電池状態判定ルーチンのフローチャートである。暗電流通電時の鉛電池の開回路電圧の温度補正量を示すマップである。エンジン始動電圧Ｖｓｔ１の温度補正量を示すマップである。エンジン始動時の鉛電池の電圧変化を示すグラフである。

符号の説明

１鉛電池（バッテリ）
２温度センサ（バッテリ温度測定手段の一部）
３電圧センサ（開回路電圧測定手段の一部、エンジン始動電圧測定手段の一部）
４温度センサ（車両温度測定手段の一部）
１０マイクロコンピュータ（エンジン始動電圧補正手段、判定電圧演算手段、電池状態判定手段）
１２電池状態判定装置

Claims

車両に搭載されたバッテリの電池状態を判定する電池状態判定装置において、
前記バッテリの開回路電圧ＯＣＶを測定する開回路電圧測定手段と、
前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すエンジン始動電圧Ｖｓｔを測定するエンジン始動電圧測定手段と、
前記車両の温度を測定する車両温度測定手段と、
前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び前記車両温度測定手段で測定された車両の温度に基づいて、前記エンジン始動電圧測定手段で測定されたエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算するエンジン始動電圧補正手段と、
前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶから、前記バッテリの内部抵抗の増大率がバッテリ交換のための所定値に達するときの前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算する判定電圧演算手段と、
前記エンジン始動電圧補正手段で演算された前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が前記判定電圧演算手段で測定されたバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かを判定する電池状態判定手段と、
を備えた電池状態判定装置。
車両に搭載されたバッテリの電池状態を判定する電池状態判定装置において、
前記バッテリの開回路電圧ＯＣＶを測定する開回路電圧測定手段と、
前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すエンジン始動電圧Ｖｓｔを測定するエンジン始動電圧測定手段と、
前記バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定手段と、
前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び車両の温度に基づいて、前記エンジン始動電圧測定手段で測定されたエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算するエンジン始動電圧補正手段と、
前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶから、前記バッテリの内部抵抗の増大率がバッテリ交換のための所定値に達するときの前記バッテリのエンジン始動時の電圧を表すバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算する判定電圧演算手段と、
前記エンジン始動電圧補正手段で演算された前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が前記判定電圧演算手段で測定されたバッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈ以上かを判定する電池状態判定手段と、
を備え、前記エンジン始動電圧補正手段は、エンジン停止から所定時間以上経過後に前記バッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度を前記車両の温度とみなして前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算することを特徴とする電池状態判定装置。
前記エンジン始動電圧補正手段は、前記車両の温度をＴ、温度補正の基準温度をＴ０、エンジン始動時の前記車両の電気抵抗を前記基準温度Ｔ０での値に補正するための温度補正係数をα、０．９〜１．１の範囲をとる定数をＡとしたときに、前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を下記式（１）により演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池状態判定装置。
前記温度補正係数αが銅線の電気抵抗の温度補正係数であることを特徴とする請求項３に記載の電池状態判定装置。
前記判定電圧演算手段は、新品のバッテリの開回路電圧ＯＣＶ＝ＯＣＶ０（１２．４Ｖ≦ＯＣＶ０≦１３．０Ｖ）での内部抵抗をｒ０、バッテリ交換のためのバッテリの内部抵抗しきい値をｒ＿ｔｈ、車両の電気抵抗をＲ、０．９〜１．１の範囲をとる定数をＢとしたときに、前記バッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを下記式（２）により演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池状態判定装置。
前記判定電圧演算手段は、前記式（２）の（ｒ＿ｔｈ／ｒ０）を１．２〜１．６の範囲内の定数として演算することを特徴とする請求項５に記載の電池状態判定装置。
前記判定電圧演算手段は、新品のバッテリの開回路電圧ＯＣＶが前記ＯＣＶ０をとるときのエンジン始動電圧ＶｓｔをＶｓｔ０としたときに、前記式（２）の（ｒ０／Ｒ）を下記式（３）により演算することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電池状態判定装置。
前記判定電圧演算手段は、前記式（３）のエンジン始動電圧Ｖｓｔ０を下記式（４）により演算することを特徴とする請求項７に記載の電池状態判定装置。
前記バッテリの温度を測定するバッテリ温度測定手段を更に備え、前記エンジン始動電圧補正手段は、前記バッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度と１対１に対応する補正量を前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１に加算して前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を更に補正することを特徴とする請求項１に記載の電池状態判定装置。
前記エンジン始動電圧補正手段は、前記バッテリ温度測定手段で測定されたバッテリの温度と１対１に対応する補正量を前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１に加算して前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１を更に補正することを特徴とする請求項２に記載の電池状態判定装置。
前記開回路電圧測定手段は、前記バッテリから暗電流が流れているときの安定した開回路電圧ＯＣＶを測定し、前記エンジン始動電圧補正手段及び前記判定電圧演算手段は、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶに、温度の関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧ＯＣＶ１を用いて前記エンジン始動電圧Ｖｓｔ１及び前記バッテリ判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池状態判定装置。