JP2008094211A - 電池状態判定装置および自動車用鉛電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を的確に判定可能な電池状態判定装置を提供する。
【解決手段】ＡＩユニットは、エンジン始動時に測定された電圧から最低電圧値Ｖｓｔを算出し、ＥＥＰＲＯＭに格納された鉛電池の無劣化状態でのエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０と直近で測定した鉛電池の最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差ΔＶｓｔが判定しきい値より大きいかを判断することで、鉛電池が要交換となった旨を報知する。電圧差ΔＶｓｔを算出するためには、取得条件（ＯＣＶが一定以上）を満たした鉛電池の無劣化状態でのエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊が必要なため、取得条件を満たさない場合でも（Ｓ２０６）、鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを最低電圧値Ｖｓｔ＊の仮の値としてＥＥＰＲＯＭに格納し（Ｓ２１０）、この仮の値を用いて判定を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は電池状態判定装置および自動車用鉛電池に係り、特に、鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置および該電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池に関する。

一般に、自動車には内燃機関始動用の鉛電池が搭載されており、このような鉛電池は自動車用ないし車載用鉛電池と呼ばれている。自動車用鉛電池は、自動車の始動を確保するという点から、極めて重要な部品である。従って、自動車用鉛電池の電池状態を検知することは、例えば、自動車が一旦停止した後で、内燃機関の再始動を予測ないし保証するという意味で有益である。

このため、従来、自動車用鉛電池の開回路電圧測定、交流電流を用いた内部抵抗の測定、充電電流や放電電流と放電電圧等との併用測定により、電池状態を検知する試みがなされてきた。その具体例として、鉛電池の電圧と電流との関係を予め準備しておき、実際の測定で得られたデータと比較して、鉛電池の残容量を検知する残容量検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、交流電流を印加して、内部抵抗が一定値以上になった時から内部抵抗と残容量の相関式を求め、これを基に鉛電池の残容量を監視すると共に、寿命期間を推定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、電流センサを用いずに、開回路電圧と放電時電圧とから鉛電池の内部抵抗を求め、予め定められた内部抵抗とＳＯＨとの関係から、鉛電池の健康状態を検知する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。このような電池状態検知装置では、一般に、劣化判定の基準となる判定しきい値を用いて、鉛電池の交換が必要な程劣化したか否かを判定している。

特開平７−６３８３０号公報 特開２００２−３３４７２５号公報 特開２００５−３０４１７３号公報

ところで、電流センサを使用せず、鉛電池の電圧測定のみで鉛電池の健康状態を判定するには、鉛電池のエンジン始動前の開回路電圧が一定値以上の無劣化状態における鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値と、現在の（無劣化ないし劣化状態における）鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値との電圧差ないし割合が、劣化判定のための判定しきい値より大きいか否かにより、健康状態（劣化状態）を判定することが考えられる。しかしながら、例えば、鉛電池の店頭在庫期間が長く鉛電池が放電気味で、さらに自動車に取り付けた後、ドライバがいわゆる週末ドライバで自動車をほとんど運転しないような場合には、開回路電圧が一定値以上という条件を満たさないことがあり、無劣化状態における鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値を取得できない状態が想定される。鉛電池が実質的に無劣化状態にあるのは、自動車への搭載時点（使用開始）から概ね半年程度と考えられ、この期間での取得を逃すと、無劣化状態における鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値は永久に取得できなくなり、結果として、鉛電池の健康状態が判定できなくなる。

本発明は上記事案に鑑み、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を的確に判定可能な電池状態判定装置およびこの電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池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、自動車用鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置において、前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧から前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを算出するＶｓｔ算出手段と、前記Ｖｓｔ算出手段で算出された最低電圧値Ｖｓｔが所定条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断したときに、該最低電圧値Ｖｓｔを前記鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０としてメモリに格納するＶｓｔ０格納手段と、前記Ｖｓｔ０格納手段により前記メモリに格納された最低電圧値Ｖｓｔ０と前記Ｖｓｔ算出手段により前記鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値Ｖｓｔとから、前記鉛電池の健康状態を判定する状態判定手段と、を備え、前記Ｖｓｔ０格納手段は、少なくとも前記鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、前記所定条件を満たさないと判断した場合でも、前記最低電圧値Ｖｓｔ０の仮の値として前記メモリに格納することを特徴とする。

本態様では、電圧測定手段により鉛電池の電圧が測定され、Ｖｓｔ算出手段により電圧測定手段で測定された電圧から鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔが算出される。Ｖｓｔ０格納手段により、この最低電圧値Ｖｓｔは所定条件を満たすか否かが判断され、満たすと判断されたときに、該最低電圧値Ｖｓｔは鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０としてメモリに格納される。この所定条件としては、例えば、鉛電池が自動車に取り付けられてから所定期間未満、かつ、鉛電池のエンジン始動前の開回路電圧が所定電圧値以上であること、とすることができる。そして、状態判定手段により、Ｖｓｔ０格納手段でメモリに格納された最低電圧値Ｖｓｔ０とＶｓｔ算出手段で鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値Ｖｓｔとから、鉛電池の健康状態が判定される。このように、状態判定手段が鉛電池の健康状態を判定するためには、Ｖｓｔ０格納手段による最低電圧値Ｖｓｔ０の取得が前提となるが、Ｖｓｔ０格納手段は、最低電圧値Ｖｓｔが所定条件を満たさないと最低電圧値Ｖｓｔ０を取得せず、最低電圧値Ｖｓｔ０が取得されないと、状態判定手段による健康状態の判定がなされない。このため、本態様では、Ｖｓｔ０格納手段が、少なくとも鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、最低電圧値Ｖｓｔ０の仮の値としてメモリに格納し、状態判定手段がこの仮の値を用いることで、常に、状態判定手段による鉛電池の健康状態の判定を可能とした。本態様によれば、状態判定手段により、鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と直近の最低電圧値とから鉛電池の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を判定することができると共に、Ｖｓｔ０格納手段が、少なくとも鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０の仮の値としてメモリに格納するので、常に、状態判定手段による健康状態の判定を行うことができる。

本態様において、電池状態検知装置への作動電力の供給が途絶える場合を想定すると、無劣化状態でのみ取得可能な最低電圧値Ｖｓｔ０のデータを失わないようにするために、メモリは不揮発性メモリであることが好ましく、コスト等の観点からこのメモリの容量を小さくするには、Ｖｓｔ０格納手段は、メモリに最低電圧値Ｖｓｔ０を格納する際に、仮の値が格納されているかを判断し、肯定判断のときに、該仮の値を最低電圧値Ｖｓｔ０に置き換えることが好ましい。また、Ｖｓｔ０格納手段は複数個の最低電圧値Ｖｓｔ０をメモリに格納し、状態判定手段はメモリに格納された複数個の最低電圧値Ｖｓｔ０の平均値、最頻値、中央値のいずれかと直近の最低電圧値Ｖｓｔとから、判定しきい値を用いて鉛電池の健康状態を判定するようにすれば、最低電圧値Ｖｓｔ０のバラツキを防止することができ、状態判定手段による鉛電池の健康状態の判定精度を高めることができる。更に、エンジン始動による鉛電池の放電とカーエヤコンやカーナビゲーション等の車載用電装品への放電とを区別するために、Ｖｓｔ算出手段は、電圧測定手段で測定された鉛電池の電圧から、所定時間Ｘ（Ｘ：１〜１００ｍｓ）以内に所定電圧Ｙ（Ｙ：０．５〜３．０Ｖ）以上の電圧降下があり、かつ、その後に所定値ａ（ａ：鉛電池の開回路電圧の１０９％）以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに最低電圧値Ｖｓｔを算出し、否定判断のときに最低電圧値Ｖｓｔを算出しないことが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池である。第２の態様の自動車用鉛電池においても、第１の態様と同様の作用効果を奏する。

本発明によれば、状態判定手段により、鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と直近の最低電圧値とから鉛電池の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を判定することができると共に、Ｖｓｔ０格納手段が、少なくとも鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０の仮の値としてメモリに格納するので、常に、状態判定手段による健康状態の判定を行うことができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用鉛電池（型式：６５Ｂ２４Ｒ）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、本実施形態の鉛電池１０は、電池容器となる略角型の電槽８を有しており、電槽８内には合計６組の極板群が収容されている。電槽８の材質には、成形性、絶縁性および耐久性等の点で優れる、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等の高分子樹脂を選択することができる。各極板群は、複数枚の負極板および正極板が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１０の公称電圧は１２Ｖである。電槽８の上部は、電槽８の上部開口を密閉するＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋９に接着ないし溶着されている。

上蓋９には、鉛電池１０を自動車用電源として外部へ電力を供給するための２本（正負極）の出力端子７が立設されている。また、上蓋９には、鉛電池１０の健康状態を判定する電池状態判定装置としてのＡＩユニット１が収容（内蔵）されている。

ＡＩユニット１は、ＡＤコンバータ、基準電源等で構成され鉛電池１０の電圧を測定する電圧測定部と、ＡＤコンバータ、サーミスタ等で構成され鉛電池１０の温度を測定する温度測定部と、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリのＥＥＰＲＯＭ等を有して構成された演算部と、コイル式のブザー（不図示）、ブザーを作動させるためのトランジスタや抵抗等を有して構成され警告音を発生させる報知部と、操作ボタン３、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）、トランジスタや抵抗等を有して構成されＬＥＤを点灯させて鉛電池１０が要交換であることを表示する操作表示部２とを備えている。なお、ＡＩユニット１は上蓋９内で接続導体により出力端子７に接続されており、作動電源は鉛電池１０から供給される。

上蓋９のＡＩユニット１のブザーが実装された位置にはブザー放音孔６が形成されており、ＡＩユニット１の操作表示部２の上面は上蓋９の上面と略同一平面を形成している。

（劣化判定原理）
次に、ＡＩユニット１による鉛電池１０の劣化（健康状態）判定の原理について説明する。

マイクロプロセッサ（以下、ＭＰと略称する。）は、所定時間（例えば、２ｍｓ）毎に、電圧測定部を介して鉛電池１０のデジタル電圧値を取り込んでＲＡＭに格納しており、取り込んだ電圧値に基づいて、鉛電池１０の健康状態を判定する。

一般に、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する自動車では、鉛電池から電力を供給し、セルモータを回して、エンジンを始動する。この際、大電流が流れるが、それに伴い、鉛電池の端子間電圧は大きく降下する。このときの電圧降下、および電流の時間変化を測定すると、セルモータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、図４および図５に示すように、同時に鉛電池の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す。この電圧降下が最大となる最低電圧値Ｖｓｔは、鉛電池からの放電電流が最大となる最大電流値Ｉｓｔのときに同時に現われる。

いま、エンジン始動系電気抵抗をＲとすると、最低電圧値Ｖｓｔ、最大電流値Ｉｓｔの出現するタイミングにおいて、下記式（１）に示すようにオームの法則が成立する。

エンジン始動系電気抵抗Ｒは、エンジン始動時にセルモータ、ハーネス等で構成されるエンジン始動系の抵抗であり、セルモータの静止導体としての抵抗に、車両のハーネス、電気接点等の抵抗を合計した全抵抗である。なお、エンジン始動系電気抵抗Ｒが一定値となるのは、最低電圧値Ｖｓｔをとるときのタイミングのみで、その他のタイミングではエンジン始動系電気抵抗Ｒは時間とともに変化するため、式（１）は成立しない。

逆にいうと、車両が同じならば、エンジン始動電圧を最低電圧値Ｖｓｔのタイミングで取得できれば、式（１）を利用して、エンジン始動系電気抵抗Ｒ自体を、抵抗値が一定である一種の抵抗器として鉛電池の劣化判定に使用できる。

一方、最低電圧値Ｖｓｔ、最大電流値Ｉｓｔの出現するタイミングにおいて、鉛電池の開回路電圧をＶｏ、鉛電池の内部抵抗をｒとすると、下記式（２）が成り立つ。

式（１）を式（２）に代入することにより、下式（３）が求められる。

式（３）から、最低電圧値Ｖｓｔは、開回路電圧Ｖｏ、エンジン始動系電気抵抗Ｒ、鉛電池の内部抵抗ｒの関数となっていることが分かる。内部抵抗ｒは、鉛電池の無劣化状態で最小の値を示し、健康状態（ＳＯＨ）が低下するにつれて増加する。従って、式（３）から、最低電圧値Ｖｓｔが鉛電池の健康状態の指標となる。換言すれば、鉛電池の健康状態が低下すると（鉛電池が劣化すると）、内部抵抗ｒは大きくなるため、最低電圧値Ｖｓｔは低下する。

図６は、無劣化状態（初期状態）の鉛電池と劣化後の同じ鉛電池について、エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧の推移を表したものである。図６では、無劣化状態の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値をＶｓｔ０、劣化後のエンジン始動時の最低電圧値をＶｓｔで表している。なお、図６において、鉛電池の劣化が進むにつれて、無劣化状態での最低電圧値Ｖｓｔ０と劣化後の最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差ΔＶｓｔ（＝Ｖｓｔ０−Ｖｓｔ）は大きくなる。

ＡＩユニット１は、上記原理に従い、電圧差ΔＶｓｔが後述する判定しきい値Ｖｔｈより大きくなったときに、鉛電池１０の劣化が進み要交換状態に至ったと判定する。ただし、上述したように、上記原理（式（１））を利用するためには、エンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０、Ｖｓｔを正確に取得することが前提となるため、最低電圧値Ｖｓｔ０、Ｖｓｔを最適タイミングで取得する必要がある。

（エンジン状態判定）
また、ＡＩユニット１は、電圧測定部を介して測定した鉛電池１０の電圧に基づいてエンジン状態を検知する機能を有している。すなわち、ＭＰは、鉛電池１０の電圧を常時監視（測定）し、電圧測定部を介して測定した電圧の変化より、エンジン始動、エンジン起動中、エンジン停止のエンジン状態を判定する。

＜エンジン始動＞
ＭＰは、鉛電池１０の放電開始後Ｘ（１〜１００）ｍｓ以内にＹ（０．５０〜３．０）Ｖ以上の電圧降下（例えば、好適には、１５ｍｓ以内に１．５Ｖ以上の電圧降下）があり、かつその後にある所定値ａ以上になったか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものと判定する。ａの電圧値には、例えば、鉛電池１０のＯＣＶの１０９〜１２１％の電圧値を用いることができる。一方、否定判断のときにはカーエアコンやカーナビゲーション等の車載電装品を起動させたものとみなし、エンジンは始動していないとみなす。

＜エンジン起動中＞
ＭＰは、上述したエンジン始動の肯定判断の後、常時鉛電池１０の電圧が上述した所定値ａ以上（エンジンが起動中の場合は発電機（オルタネータ、レギュレータ）が作動しているため、鉛電池１０は充電状態となっており、電圧がＯＣＶより高くなる。）か否かを判断し、肯定判断のときにエンジン起動中と判定する。

＜エンジン停止＞
（１）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１０の電圧がある一定値ｂ以下になった場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｂの電圧値には、例えば、鉛電池１０のＯＣＶの１０３〜１０８％の電圧値を用いることができる。また、（２）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１０の電圧がある一定値ｃ以上の速度で低下し、かつ、電圧の降下幅がある一定値ｄ以上の場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｃの電圧低下速度として１．０〜４．０Ｖ／ｓ、また、ｄの電圧降下幅として０．０５〜０．２０Ｖを用いることができる。さらに、（３）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１０の電圧がある一定値ｅ以下に低下し、かつ、そのときの電圧の変化幅が、ある一定値ｆの時間幅で、ある一定値ｇ以下になった場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｅの電圧値として鉛電池１０のＯＣＶの１０２〜１０９％の電圧値、ｆの値として０．０１〜１．０ｓ、ｇの電圧の変化幅として０．１〜０．３Ｖを用いることができる。ＭＰは、（１）〜（３）のいずれかに該当したときに、エンジンが停止したもと判定する。

なお、ＭＰは、エンジン停止後、鉛電池１０の分極反応が解消した後（例えば、６時間経過後）に測定した鉛電池１０の電圧をＯＣＶとして取得する。

（動作）
次に、フローチャートを参照して、ＡＩユニット１の動作についてＭＰを主体として説明する。なお、ＡＩユニット１に鉛電池１から電源が供給されると、初期設定処理において、プログラム、判定しきい値Ｖｔｈ等を含むプログラムデータがＲＯＭからＲＡＭに展開され鉛電池１０の劣化を判定するための劣化判定ルーチンが実行される。

図２に示すように、劣化判定ルーチンでは、まず、ステップ１０２において、エンジン始動があるまで待機する。ＭＰは、上述したエンジン状態判定によりエンジン始動を判定する。エンジン始動と判定したときには、次のステップ１０４で、ＲＡＭに格納された電圧値を参照して、鉛電池１０の放電開始時に測定された最初の最低電圧値、かつ、鉛電池１０の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値を、エンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔとして算出する。なお、ＭＰは温度測定部を介して鉛電池１０の温度測定を行い、取り込んだ温度値により、最低電圧値Ｖｓｔを、例えば、室温（２５°Ｃ）における電圧値に温度補正する。

次のステップ１０６では、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０が既に取得されているか否かを、ＥＥＰＲＯＭを参照して判断する。すなわち、例えば、ＥＥＰＲＯＭの所定番地に、最低電圧値Ｖｓｔ０の値が書き込まれていたり、フラグが立っていれば、最低電圧値Ｖｓｔ０は既に取得されていると（肯定）判断し、ヌルまたはフラグが立っていなければ、最低電圧値Ｖｓｔ０は取得されていないと（否定）判断する。

ステップ１０６での判断が否定のときは、ステップ１０８において、鉛電池１０の無劣化状態でのエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０を取得するためのＶｓｔ０取得サブルーチンが実行される。本実施形態では、このＶｓｔ０取得サブルーチンにおいて、鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔのうち、所定条件を満たす、鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊を５個取得し、それらの平均値を、上述した最低電圧値Ｖｓｔ０として算出してＥＥＰＲＯＭに格納する。この所定条件としては、例えば、（１）鉛電池１０が自動車に取り付けられたときから半年以内であること、かつ、（２）エンジン始動前の鉛電池１０のＯＣＶ（例えば、前回のエンジン停止後６時間経過時の開回路電圧）が１２．５Ｖ以上であること（以下、この条件（２）を取得条件という。）、とすることができる。なお、条件（１）からも明らかなように、本実施形態における「鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０」の『無劣化状態』とは、ＳＯＨが１００％の完全無劣化状態のみをいうのでなく、鉛電池１０が健全な初期状態での実質的な無劣化状態をいう。

図３に示すように、Ｖｓｔ０取得サブルーチンでは、まず、ステップ２０４において、鉛電池１０が自動車に取り付けられた後、半年未満か否かを判断する。本実施形態では、操作表示部２には操作ボタン３が配置されているため、条件（１）の判断を行うために、例えば、操作ボタン３が所定操作で所定回数押下されると、ＭＰは、鉛電池１０が自動車に取り付けられたと判断し、その時点を起点として計時することで判断するようにしてもよい。ステップ２０４で否定判断のときは、鉛電池１０が無劣化状態ではないとみなし、Ｖｓｔ０取得サブルーチンを終了する。

一方、ステップ２０４で肯定判断のときは、ステップ２０６において、取得条件（上述した条件（２））を満たしているか否かを判断する。

ステップ２０６での判断が否定のときは、ステップ２０８において、ＥＥＰＲＯＭに書き込まれた最低電圧値Ｖｓｔ＊が０個か否かを判断する。上述したように、ＥＥＰＲＯＭには、最終的に最低電圧値Ｖｓｔ＊が合計５個書き込まれるが、例えば、鉛電池１０が自動車に搭載された後の初めてのエンジン始動時には、最低電圧値Ｖｓｔ＊はＥＥＰＲＯＭに書き込まれていない。ステップ２０８で肯定判断のときは、図２のステップ１０４で算出した最低電圧値Ｖｓｔを、ステップ２０６での取得条件を満たしていないが、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊の仮の値としてＥＥＰＲＯＭに格納する。この理由については後述する。これに対し、ステップ２０８で否定判断のときは、ステップ１０４で算出した最低電圧値Ｖｓｔを、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊を取得するためのデータとしては利用せず、Ｖｓｔ０取得サブルーチンを終了する。

一方、ステップ２０６での判断が肯定のときは、次のステップ２１４において、ＥＥＰＲＯＭに書き込まれた最低電圧値Ｖｓｔ＊が０個か否かを判断する。ステップ２１４で肯定判断のときは、図２のステップ１０４で算出した最低電圧値Ｖｓｔを、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊としてＥＥＰＲＯＭに書き込んで、Ｖｓｔ０取得サブルーチンを終了する。これに対し、ステップ２１４で否定判断のときは、ステップ２１８において、ＥＥＰＲＯＭに、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊が１個書き込まれているか否かを判断し、ステップ２１８で肯定判断のときは、次のステップ２２０において、データ置換（ステップ２１０で仮の値としてＥＥＰＲＯＭに格納されている場合のその仮の値とのデータ置換）が必要か否かＥＥＰＲＯＭを参照して判断し、ステップ２２０で肯定判断のときは、ステップ２１０でＥＥＰＲＯＭに書き込んだ仮の値を、鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊（図２のステップ１０４で算出した最低電圧値Ｖｓｔであって上述した所定条件を満たした最低電圧値）に書き換えて、Ｖｓｔ０取得サブルーチンを終了する。

ステップ２２０で否定判断のときは、ステップ２２４において、ＥＥＰＲＯＭに２個目の無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊を書き込み、次のステップ２２８で既に書き込まれた最低電圧値Ｖｓｔ＊の平均値を算出し、算出結果もＥＥＰＲＯＭに格納して、Ｖｓｔ０取得サブルーチンを終了する。また、ステップ２１８で否定判断のときは、ステップ２２６において、ＥＥＰＲＯＭに無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊を書き込み、ステップ２２８へ進む。ＥＥＰＲＯＭに５個の鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊を書き込まれ（ステップ２２６）、５個の最低電圧値Ｖｓｔ＊の平均値の最低電圧値Ｖｓｔ０が算出されＥＥＰＲＯＭの所定番地に書き込まれると（ステップ２２８）、図２のステップ１０６での判断は常に肯定となり、以降、Ｖｓｔ０取得サブルーチンは実行されない。

図２のステップ１０６での判断が肯定のときは、ステップ１１２でＥＥＰＲＯＭから無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０を読み出し、次のステップ１１４で電圧差ΔＶｓｔ（＝Ｖｓｔ０−Ｖｓｔ）を算出する。

次に、ステップ１１６において、電圧差ΔＶｓｔが判定しきい値Ｖｔｈより大きいか否かを判断する。否定判断のときは、鉛電池１０の交換を必要とする程劣化が進んでいないため、ユーザ（ドライバ）に警告を発する必要がないので、ステップ１０２へ戻る。

一方、ステップ１１６で肯定判断のときには、次のステップ１１８において、エンジンが停止するまで待機する。ＭＰは、上述したエンジン状態判定によりエンジン停止を判定する。エンジン停止と判定したときは、次のステップ１２０において、鉛電池１０が要交換である旨を、以下に述べるように、ブザーによる聴覚的手段およびＬＥＤによる視覚的手段で報知してステップ１０２へ戻る。

本実施形態では鉛電池１０の上蓋９にＡＩユニット１が収容されているため、ＡＩユニット１は、鉛電池１０が設置される場所に配置される。多くはエンジンルーム内であり、または車室等の自動車内であり、ブザーが発する警報音は、走行中は車両のノイズにより聞こえにくい。このため、ＡＩユニット１が発する警報音の発生タイミングを以下のように設定して、ユーザが警報音を聞きやすいタイミングで発し、ユーザに警報音が確実に伝達されるようにしている。なお、ＡＩユニット１は、エンジンが停止したと判定した後、直ちに、ＤＡコンバータを介してＬＥＤを点灯させるトランジスタのゲートにハイレベル信号を出力してＬＥＤを点灯させるとともに、所定時間経過後、別のＤＡコンバータを介してブザーを作動させるトランジスタのゲートにハイレベル信号を送出して警告音を発生させる。

エンジン起動状態からエンジンを停止するタイミングにおいて、ユーザは、自動車から降り、ドアを閉め、ドアをロックして、自動車から離れる、という一連の動作を行うことが多いと推定される。従って、警告音を発生させる場合に、エンジンが停止したと判定したタイミングから一定のタイムラグを設けて報知すれば、警報がユーザに伝達される可能性が高くなる。報知開始タイミングに加えて、ブザーの警告音による報知継続時間もまた報知の重要な要因である。

これらの具体的な時刻、時間としては、ブザーによる報知開始はエンジン停止後０〜６０秒までの間に行われることが好ましい。報知継続時間は２秒以上であることが好ましく、最大数分間報知し続けることが好ましい。また、これらの時刻、時間の最適値は、車両の使用形態によって異なるので、鉛電池１０の用途に応じて、個々のケースにより決定するようにすればよい。なお、本実施形態の鉛電池１０は一般乗用車用のもので、ブザーによる警告音の報知継続時間を約３０秒に設定している。

本実施形態のＡＩユニット１によればほとんどの場合、警報音をユーザに確実に伝達できるが、実際には数回の聞き逃しが発生することを想定して、警報音を発生させる判定しきい値Ｖｔｈは余裕を持ってやや高めに設定しておくことが好ましい。

一方、ＬＥＤによる鉛電池１０の電池状態の表示では、エンジン停止後、直ちに、ＬＥＤを点灯させて表示する。その時間は、本実施形態では約５分間である。また、ＡＩユニット１は、操作表示部２に操作ボタン３を配置している。ブザーによる警告音を聞いた、または、電池状態を知りたいと希望するユーザが鉛電池１０の健康状態を確認できるようにするためである。すなわち、この操作ボタン３による入力があった場合、電池状態をＬＥＤで表示するようにして、ユーザが任意に電池状態を把握できるようにしている。なお、本実施形態では、鉛電池１０の要交換を表示するＬＥＤは、ユーザの注意を喚起するため、赤色ＬＥＤを用い点灯させるようにしている。

（作用等）
次に、本実施形態の鉛電池１０の作用等についてＡＩユニット１を中心に説明する。

ＡＩユニット１は、電圧測定部を介して鉛電池１０の電圧を測定し、演算部（ＭＰ）で、エンジン始動時に測定された電圧から最低電圧値Ｖｓｔを算出する（ステップ１０４）。このとき、測定された鉛電池１０の電圧から、所定時間Ｘ（Ｘ：１〜１００ｍｓ）以内に所定電圧Ｙ（Ｙ：０．５〜３．０Ｖ）以上の電圧降下（好適には、１５ｍｓ以内に１．５Ｖ以上の電圧降下）があり、かつ、その後に所定値ａ（ａ：鉛電池１０の開回路電圧の１０９％）以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに最低電圧値Ｖｓｔを算出し、否定判断のときに鉛電池１０の車載用電装品への放電とみなして最低電圧値Ｖｓｔは算出しない（ステップ１０２）。そして、ＥＥＰＲＯＭに格納された鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０と直近で測定した鉛電池１０の最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差ΔＶｓｔが判定しきい値Ｖｔｈより大きいかを判断することで（ステップ１１６）、大きいと判断した場合に、エンジン停止後にユーザに鉛電池１０が要交換となった旨を報知する（ステップ１２０）。

ＡＩユニット１が鉛電池１０の健康状態を判定するためには、電圧差ΔＶｓｔを算出するために（ステップ１１４）、上述した所定条件を満たす鉛電池１０の無劣化状態における最低電圧値Ｖｓｔ＊の取得が前提となるが、最低電圧値Ｖｓｔが所定条件を満たさないと最低電圧値Ｖｓｔ＊は取得されず、鉛電池１０の健康状態の判定ができなくなる。このような原因としては、例えば、鉛電池１０の店頭在庫期間が長く鉛電池１０が放電気味でさらに自動車に鉛電池１０を取り付けた後にドライバが自動車をあまり運転しない場合に、鉛電池１０のエンジン始動前の開回路電圧が低いため（条件（２）を満たさず）、最低電圧値Ｖｓｔ＊が取得されないことが挙げられ、最低電圧値Ｖｓｔ＊が１個でも取得できれば、これを最低電圧値Ｖｓｔ０として利用して電圧差ΔＶｓｔを算出することが可能である。そこで、本実施形態では、ＭＰが、鉛電池１０の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０の仮の値としてＥＥＰＲＯＭに格納し（ステップ２１０）、この仮の値を用いて電圧差ΔＶｓｔを算出して、鉛電池１０の健康状態の判定を行う。

本実施形態のＡＩユニット１によれば、鉛電池１０の無劣化状態で算出されたエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０と直近の最低電圧値Ｖｓｔとから鉛電池１０の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池１０の健康状態を判定することができると共に、鉛電池１０の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊の仮の値としてＥＥＰＲＯＭに格納するので、鉛電池１０の状態に拘わらず、常に鉛電池１０の健康状態の判定を行うことができる。

また、本実施形態のＡＩユニット１は不揮発性のＥＥＰＲＯＭを備えており、鉛電池１０の無劣化状態でしか取得できない最低電圧値Ｖｓｔ＊をＥＥＰＲＯＭに書き込んでおき（ステップ１１０）、劣化判定にあたり利用している（ステップ１１２）。従って、ＡＩユニット１は、例えば、鉛電池１０を搭載した自動車が長期間動かされず（鉛電池１０が充電されず）、ＡＩユニット１への電力供給が途絶えた後でも、電力の再供給があったときに、無劣化状態でしか取得できない最低電圧値Ｖｓｔ＊のデータを失うことなく、鉛電池１０の劣化状態を判定することができる。さらに、鉛電池１０の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ＊を格納する際に、最低電圧値Ｖｓｔ＊の仮の値と置き換えるため（ステップ２２２）、ＥＥＰＲＯＭの記憶容量を小さくでき、コストダウンを図ることができる。

また、本実施形態のＡＩユニット１は、５個の最低電圧値Ｖｓｔ＊の平均値を最低電圧値Ｖｓｔ０としたので、最低電圧値Ｖｓｔ＊のバラツキを防止することができ、ＡＩユニット１による鉛電池１０の健康状態の判定精度を高めることができる。

なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、鉛電池１０の健康状態について、判定しきい値Ｖｔｈを用いて、良好、要交換の２つのレベルで判定する例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の判定しきい値を設定し、例えば、良好、要注意、要交換の３つのレベル、または、それ以上に細分した判定を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、最低電圧値Ｖｓｔ０と最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差ΔＶｓｔを判定しきい値Ｖｔｈと比較して鉛電池１０の劣化判定を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、最低電圧値Ｖｓｔ０と最低電圧値Ｖｓｔとの割合を判定しきい値と比較するようにしてもよい。

更に、本実施形態では、ＥＥＰＲＯＭに最低電圧値Ｖｓｔ＊が書き込まれていないときに、取得条件を満たしていない場合でも、鉛電池１０の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを１個のみ仮に格納する例を示したが（ステップ２１０）、本発明はこれに限らず、この仮の値のバラツキを防止するために、例えば、鉛電池１０の最初から数回のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを仮に格納しこれらの平均値を最低電圧値Ｖｓｔ＊の仮の値として用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、５個の最低電圧値Ｖｓｔ＊の平均値を最低電圧値Ｖｓｔ０とする例を示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、複数個の最低電圧値Ｖｓｔ＊の最頻値や中央値を最低電圧値Ｖｓｔ０とするようにしてもよい。

更に、本実施形態では、鉛電池１０が無劣化状態であること、とりわけ、上述した条件（１）の判断を行う起点として、操作ボタン３が所定操作で所定回数押下する例を示したが、ＭＰが初めてのエンジン始動があったかを監視し、肯定判断のときに、鉛電池１０が自動車に取り付けられたものとみなすようにしてもよい。この態様では、操作ボタン３による起点設定を排除することができる。

そして、本実施形態では、電池状態判定装置としてのＡＩユニット１を鉛電池１０の上蓋９に収容した例を示したが、ＡＩユニット１を鉛電池１０から独立させて用いるようにしてもよい。

本発明は電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を的確に判定可能な電池状態判定装置およびこの電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池を提供するものであるため、電池状態判定装置や自動車用鉛電池の製造、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鉛電池の外観斜視図である。 実施形態の鉛電池に収容されたＡＩユニットのマイクロプロセッサが実行する劣化判定ルーチンのフローチャートである。 ＡＩユニットのマイクロプロセッサにより実行され、図２のステップ１０８の詳細を示すＶｓｔ０取得サブルーチンのフローチャートである。 エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧を模式的に示すグラフである。 エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧を所定時間毎に測定したときの測定値を時系列的に示すグラフである。 無劣化状態の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値と劣化後の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値とを示すグラフである。

符号の説明

１ ＡＩユニット（電圧測定手段、Ｖｓｔ算出手段、Ｖｓｔ０格納手段、状態判定手段、電池状態判定装置）
１０ 鉛電池

Claims (6)

1. 自動車用鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置において、
   前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電圧測定手段で測定された電圧から前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを算出するＶｓｔ算出手段と、
   前記Ｖｓｔ算出手段で算出された最低電圧値Ｖｓｔが所定条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断したときに、該最低電圧値Ｖｓｔを前記鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０としてメモリに格納するＶｓｔ０格納手段と、
   前記Ｖｓｔ０格納手段により前記メモリに格納された最低電圧値Ｖｓｔ０と前記Ｖｓｔ算出手段により前記鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値Ｖｓｔとから、前記鉛電池の健康状態を判定する状態判定手段と、
   を備え、前記Ｖｓｔ０格納手段は、少なくとも前記鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔを、前記所定条件を満たさないと判断した場合でも、前記最低電圧値Ｖｓｔ０の仮の値として前記メモリに格納することを特徴とする電池状態判定装置。
2. 前記メモリは不揮発性メモリであり、前記Ｖｓｔ０格納手段は、前記メモリに前記最低電圧値Ｖｓｔ０を格納する際に、前記仮の値が格納されているかを判断し、肯定判断のときに、該仮の値を前記最低電圧値Ｖｓｔ０に置き換え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。
3. 前記所定条件は、前記鉛電池が自動車に取り付けられてから所定期間未満、かつ、前記鉛電池のエンジン始動前の開回路電圧が所定電圧値以上であ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。
4. 前記Ｖｓｔ０格納手段は複数個の前記最低電圧値Ｖｓｔ０を前記メモリに格納し、前記状態判定手段は前記メモリに格納された複数個の最低電圧値Ｖｓｔ０の平均値、最頻値、中央値のいずれかと前記直近の最低電圧値Ｖｓｔとから、判定しきい値を用いて前記鉛電池の健康状態を判定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。
5. 前記Ｖｓｔ算出手段は、前記電圧測定手段で測定された鉛電池の電圧から、所定時間Ｘ（Ｘ：１〜１００ｍｓ）以内に所定電圧Ｙ（Ｙ：０．５〜３．０Ｖ）以上の電圧降下があり、かつ、その後に所定値ａ（ａ：前記鉛電池の開回路電圧の１０９％）以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに前記最低電圧値Ｖｓｔを算出し、否定判断のときに前記最低電圧値Ｖｓｔを算出しないことを特徴とする請求項１に記載の電池状態判定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池。

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