JP2008260345A - Battery condition determination device and automotive lead battery - Google Patents
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Abstract
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、自動車用鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、電圧測定手段で測定された電圧に基づいて鉛電池の電池状態を判定する状態判定手段とを備え、鉛電池から供給された電力で作動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。 The present invention relates to a battery state determination device and a lead battery for automobiles, and more particularly, voltage measurement means for measuring the voltage of the lead battery for automobiles, and determination of the battery state of the lead battery based on the voltage measured by the voltage measurement means. The present invention relates to a battery state determination device that includes state determination means and operates with electric power supplied from a lead battery, and an automotive lead battery that includes the battery state determination device.
自動車に搭載された鉛蓄電池(以下、単に鉛電池という。)は、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等において、エンジンの始動を確保するという点で重要な部品である。また近年、カーナビゲーション等の車載情報機器の普及や電動パワーステアリング等の補機の電気化に伴い車載電装品が増加しており、鉛電池は増大する電力供給に対応することも求められている。 A lead storage battery (hereinafter simply referred to as a lead battery) mounted on an automobile is an important component in terms of ensuring engine start-up in a gasoline engine vehicle, a diesel engine vehicle, and the like. In recent years, with the spread of in-vehicle information devices such as car navigation and the electrification of auxiliary equipment such as electric power steering, the number of in-vehicle electrical components has increased, and lead batteries are also required to respond to the increasing power supply. .
鉛電池の充電・放電可能な電気エネルギーは、使用を重ねることで(経年で)減少することが不可避であるが、そのような状態でもエンジンの始動を確保し、エンジン停止時には車載電装品に必要な電力を供給しなければならない。このため、鉛電池の充電状態(SOC:State Of Charge)や健康状態(SOH:State Of Health)等の電池状態を判定することは、エンジン始動性能を予測するという意味で有益である。 It is inevitable that the electrical energy that can be charged / discharged from lead-acid batteries will be reduced by repeated use (over time). However, it is necessary for automotive electrical components to ensure engine start-up even in such a state and to stop the engine. Must supply a lot of power. For this reason, determining the battery state such as the state of charge (SOC) or the state of health (SOH) of the lead battery is beneficial in terms of predicting the engine starting performance.
これまで、鉛電池の開回路電圧測定、交流を用いた内部抵抗測定、充電電流、放電電流測定等で鉛電池のSOC、SOHを判定する試みがなされてきた。この具体例を挙げると、スタータモータを始動する際の鉛電池の電圧を測定してSOHを判定する技術が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
Until now, attempts have been made to determine the SOC and SOH of a lead battery by measuring the open circuit voltage of the lead battery, measuring the internal resistance using alternating current, measuring the charging current, and discharging current. As a specific example, there has been proposed a technique for determining SOH by measuring the voltage of a lead battery when starting a starter motor (see, for example,
電池状態判定装置全般、特に自動車に搭載してエンジン始動を行う鉛電池に電池状態判定装置を適用する場合には、装置を実用的なものとするために、その態様が重要である。一例を挙げると、状態表示手段や警報手段として発光ダイオード(LED)を使用し、電池状態検出装置を鉛電池の上面に取り付けたり、あるいは鉛電池と一体化する技術が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 When the battery state determination device is applied to all battery state determination devices, particularly lead batteries that are installed in automobiles and start an engine, this aspect is important in order to make the device practical. For example, a technology has been proposed in which a light emitting diode (LED) is used as a status display means or an alarm means, and a battery status detection device is attached to the top surface of a lead battery or integrated with a lead battery (for example, (See Patent Document 3).
しかし、鉛電池の近傍に電池状態判定装置を取り付けたり、鉛電池と電池状態判定装置を一体化した電池状態判定装置付き鉛電池の場合、車両に搭載した後に錯誤等によって、装置を起動させられない場合が認められ、電池状態判定装置も機能を発揮できない場合もある。 However, in the case of a lead battery with a battery state determination device that has a battery state determination device installed in the vicinity of the lead battery or integrated with a lead battery and a battery state determination device, the device can be started up by an error after being mounted on the vehicle. In some cases, the battery state determination device cannot function.
この問題を解決するために、電池状態判定装置付き鉛電池を自動車に搭載した後に、確実に起動させることができる電池状態判定装置が提案されている(特許文献4参照)。この電池状態判定装置では、電池状態判定装置付き鉛電池を車両に搭載した後、通常の鉛電池の使用手順に従ってエンジンを始動させると、負荷となるセルモータに電流が流れ、同時に鉛電池の端子電圧が降下して、鉛電池の端子に接続された電池状態判定装置の電力供給スイッチがオン状態となる。このため、ユーザは装置起動に注意を払うことなく使用することができる。 In order to solve this problem, a battery state determination device has been proposed that can be reliably activated after a lead battery with a battery state determination device is mounted on an automobile (see Patent Document 4). In this battery state determination device, when a lead battery with a battery state determination device is mounted on a vehicle and then the engine is started according to the normal procedure for using the lead battery, a current flows to the cell motor as a load, and at the same time the terminal voltage of the lead battery Falls, and the power supply switch of the battery state determination device connected to the terminal of the lead battery is turned on. For this reason, the user can use it without paying attention to the activation of the apparatus.
しかしながら、特許文献4の電池状態判定装置において、錯誤により意図せずして電池状態判定装置付き鉛電池を車両に搭載してエンジン始動をさせてしまった後、使用を中止したい場合や、電池状態判定装置付き鉛電池を一回搭載した後、別の車両に乗せ替えて使用したい場合がある。前者の場合には電池状態判定装置が起動してしまっているために、装置が電力を消費し、鉛電池が放電してしまうという問題が生じる。後者の場合には、電池状態判定装置が起動後、電池の特性や車両の特性を記憶して、電池状態を判定するような方式を採用している形態では、記憶されたデータは当初に搭載された車両のものであるため、これを他の車両に載せ替えると、車両の特性が一般的には異なっているので、正しい判定ができなくなると考えられる。現在では判定精度を高めるために、このように種々の初期のデータを記憶してこれを用いて判定することが一般的である。従って、特許文献4における電池状態判定装置は、ある特定の使用形態においてではあるが、改良の余地が認められる。
However, in the battery state determination device of
本発明は上記事案に鑑み、使用上の便宜を付加した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を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a battery state determination device to which convenience in use is added and a lead battery for an automobile including the battery state determination device.
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に基づいて前記鉛電池の電池状態を判定する状態判定手段とを備え、前記鉛電池から供給された電力で作動する電池状態判定装置において、装置を起動させるための外部入力信号1の受信をトリガとして装置を起動させる装置起動手段と、装置が起動した後に、装置の作動を停止させるための外部入力信号2の受信をトリガとして装置の作動を停止させるとともに装置を起動前の初期状態に戻す初期化手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention includes a voltage measuring unit that measures a voltage of a lead battery for an automobile, and a battery state of the lead battery based on the voltage measured by the voltage measuring unit. A battery state determination device that operates with the power supplied from the lead battery, and a device activation unit that activates the device triggered by reception of an
本態様では、装置起動手段が、装置を起動させるための外部入力信号1を受信すると、受信した外部入力信号1をトリガとして装置を起動させる。このため、装置起動時までの電池状態検出装置による鉛電池の電力消費を抑えることができる。装置が起動すると、電圧測定手段により鉛電池の電圧が測定され、状態判定手段により電圧測定手段で測定された電圧に基づいて鉛電池の電池状態が判定される。そして、初期化手段が、装置が起動した後に、装置の作動を停止させるための外部入力信号2を受信すると、受信した外部入力信号2をトリガとして装置の作動を停止させるとともに装置を起動前の初期状態に戻す。このため、誤って装置を作動された場合に装置を停止させたり、鉛電池を他の車両に載せ換えることができ、電池状態判定装置の使用上の便宜が付加される。
In this aspect, when the apparatus activation means receives the
本態様において、少なくとも電圧測定手段で測定した電圧データ、状態判定手段で判定した判定データおよび状態判定手段で鉛電池の電池状態を判定するまでに生成した中間データのいずれかを記憶する記憶手段を備え、初期化手段は、外部入力信号2の受信をトリガとして装置の作動を停止させるとともに記憶手段に記憶されたデータを消去するようにしてもよい。また、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を算出するVst算出手段と、Vst算出手段で算出された最低電圧値Vstのうち鉛電池の無劣化状態における最低電圧値Vst0を算出するVst0算出手段と、Vst0算出手段で算出された最低電圧値Vst0を記憶する記憶手段とを備え、状態判定手段は、記憶手段に記憶された最低電圧値Vst0とVst算出手段で算出された直近の最低電圧値Vstとに基づいて鉛電池の健康状態を判定し、初期化手段は、外部入力信号2の受信をトリガとして装置の作動を停止させるとともに記憶手段に記憶された最低電圧値Vst0を消去するようにしてもよい。この場合、記憶手段は、不揮発性メモリであり、Vst算出手段で算出された最低電圧値Vstを所定時間ごとにさらに記憶し、初期化手段は記憶手段に記憶された最低電圧値Vst0および最低電圧値Vstを消去するようにしてもよい。
In this aspect, storage means for storing at least one of the voltage data measured by the voltage measurement means, the determination data determined by the state determination means, and the intermediate data generated until the battery state of the lead battery is determined by the state determination means The initialization means may stop the operation of the apparatus with the reception of the
また、本態様において、外部入力信号1および外部入力信号2は、電圧信号または電流信号であってもよく、外部入力信号1は鉛電池に負荷が接続されたときに生じる鉛電池の端子電圧の低下信号であり、外部入力信号2はスイッチによる電圧信号または電流信号であってもよい。さらに、装置起動手段で装置が起動した時点を起点として時間を計測する計時手段と、計時手段で計測された時間が所定時間以内かを判断する判断手段と、判断手段が所定時間以内と判断したときに、初期化手段による装置の停止および記憶手段に記憶されたデータの消去を許容し、判断手段が所定時間を越えると判断したときに、初期化手段による装置の停止および記憶手段に記憶されたデータの消去を禁止する初期化許容/禁止手段とを備えるようにしてもよい。
In this embodiment, the
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。 Moreover, in order to solve the said subject, the 2nd aspect of this invention is the lead battery for motor vehicles provided with the battery state determination apparatus of the 1st aspect. The lead battery of the second aspect also has the same operational effects as the first aspect.
本発明によれば、装置起動手段により装置を起動させるための外部入力信号1の受信をトリガとして装置が起動するので、装置起動時までの電池状態検出装置による鉛電池の電力消費を抑えることができ、初期化手段により、装置が起動した後に、装置の作動を停止させるための外部入力信号2の受信をトリガとして装置の作動が停止するとともに装置が起動前の初期状態に戻るので、誤って装置を作動された場合に装置を停止させたり、鉛電池を他の車両に載せ換えることができ、電池状態判定装置の使用上の便宜が付加される、という効果を得ることができる。
According to the present invention, since the apparatus is activated by the reception of the
以下、図面を参照して、本発明を自動用鉛電池(型式:65B24R)に適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an automatic lead battery (model: 65B24R) will be described with reference to the drawings.
(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。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the
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の充電状態(SOC)および健康状態(SOH)を判定する電池状態判定装置としてのユニット1が収容(内蔵)されている。
The
図2に示すように、ユニット1は、鉛電池10の出力端子7に接続されユニット1を起動させる装置起動手段としての起動回路11と、起動回路11を介して鉛電池10から供給される電源を5V電源に変換する電源回路12と、マイクロプロセッサ、ADコンバータ、DAコンバータ、不揮発性のEEPROM等を有して構成された演算部13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14と、スイッチ3(図1参照)、複数の発光ダイオード(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を点灯ないし点滅させて鉛電池10の電池状態を表示する操作表示部2と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
起動回路11は、WO/2006/059511公報に開示されているように、鉛電池10の出力端子7に設定値を越える負荷(セルモータ)が接続される前の状態にあるときにオフ状態を保持して鉛電池10から演算部13(電源回路12)への電力供給を遮断している主スイッチと、鉛電池10に負荷が接続されたときに生じる鉛電池10の端子電圧の降下を検知して主スイッチをオン状態にするスイッチ駆動回路と、演算部13に接続され演算部13から2値ハイレベル信号(Von)が入力されている限り主スイッチをオン状態に維持するラッチ回路と、を有している。
As disclosed in WO / 2006/059511, the start-
ユニット1の起動回路11は上蓋9内で図示しない接続導体により出力端子7に接続されており、演算部13、報知部14、操作表示部2の作動電源は電源回路12を介して鉛電池10から供給される。操作表示部2を構成するLEDは、鉛電池10の電池状態(SOC、SOH)を示す4つのLEDで構成されている。報知部14は、回路基板とブザーを実装した副回路基板とで構成されており、図1に示すように、副回路基板のブザーが実装された回路基板上の位置にはブザー放音孔6が形成されている。なお、ユニット1の上面は上蓋9の上面と略同一平面を形成している。
The
(動作)
次に、ユニット1の動作について演算部13のマイクロプロセッサを主体として説明する。マイクロプロセッサの主要動作は、鉛電池10の電圧を監視(測定)し、鉛電池10のSOHやSOCが予め設定された判定しきい値より低下したと判定したときに、エンジン停止後に、ブザーでユーザ(ドライバ)に警告を与えるものであるが、詳しくは以下の通りである。
(Operation)
Next, the operation of the
マイクロプロセッサは、所定時間(例えば、1ms)毎に、電圧測定用A/Dコンバータを介して鉛電池10のデジタル電圧値を取り込んでおり、取り込んだ電圧値に基づいて鉛電池10のSOC、SOHを決定(算出)する。なお、マイクロプロセッサはサーミスタ等の温度センサおよび温度測定用A/Dコンバータを介して鉛電池10の温度測定を行い、取り込んだ温度値により、例えば、室温(25°C)におけるSOC、SOHに温度補正する。
The microprocessor takes in the digital voltage value of the
<SOC、SOHの決定>
SOCを決定するのには、開回路電圧(OCV)を測定するのが簡単である。このためには、各SOCの鉛電池についてOCVのデータを予め取得し、OCVとSOCとの関係式ないしマップを作成しておき、電圧測定用A/Dコンバータを介して測定したOCVから関係式ないしマップを利用してSOCを逆算する。
<Determination of SOC and SOH>
It is simple to measure the open circuit voltage (OCV) to determine the SOC. For this purpose, OCV data is obtained in advance for each SOC lead battery, a relational expression or map between the OCV and the SOC is created, and the relational expression is obtained from the OCV measured via the voltage measuring A / D converter. Or the SOC is calculated back using the map.
また、SOHは鉛電池の内部抵抗と強い相関がある。鉛電池の内部抵抗測定にはいわゆる直流法を用いることができる。直流法は、例えば、鉛電池のOCVおよび放電時の最低電圧値Vstをそれぞれ測定し、これらの差から内部抵抗を求める方法である。内部抵抗からSOHを決定するためには、SOCを決定する場合と同様に、各SOHの鉛電池について内部抵抗のデータを予め取得しておき、関係式ないしマップを利用して、測定された鉛電池の内部抵抗からSOHを計算するようにすればよい。この詳細は、例えば、上述した特許文献2に開示されている。
SOH has a strong correlation with the internal resistance of the lead battery. A so-called DC method can be used for measuring the internal resistance of the lead battery. The direct current method is a method in which, for example, an OCV of a lead battery and a minimum voltage value Vst at the time of discharge are respectively measured, and an internal resistance is obtained from the difference therebetween. In order to determine the SOH from the internal resistance, as in the case of determining the SOC, the internal resistance data is obtained in advance for the lead battery of each SOH, and the measured lead is obtained using a relational expression or a map. The SOH may be calculated from the internal resistance of the battery. The details are disclosed in, for example,
一方、ユニット1は、測定した鉛電池10の電圧に基づいてエンジン状態を判定する機能を有している。すなわち、マイクロプロセッサは、鉛電池10の電圧を常時監視(測定)し、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。
On the other hand, the
<エンジン始動>
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車両では、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10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、同時に鉛電池10の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す(図4参照)。このときの最低電圧値VstがSOHを決定するときのデータとなる。
<Engine start>
In general, in a vehicle having an internal combustion engine such as a gasoline engine vehicle or a diesel engine vehicle, electric power is supplied from a lead battery and a cell motor is rotated to start the engine. At this time, a large current flows, and accordingly, the voltage between the terminals of the
マイクロプロセッサは、鉛電池10の電圧を監視することで、エンジン始動を検知する。また、鉛電池10の放電開始時に測定された最初の最低電圧を、上述したようにSOHを決定するための最低電圧値Vstとして算出する。
The microprocessor detects the engine start by monitoring the voltage of the
このようにしてマイクロプロセッサは常時あるいは随時、SOC、SOHの演算を行う。演算されたSOC、SOHの値は演算の都度、予め設定された判定しきい値との比較を行う。SOC、SOHの値が判定しきい値より低下していた場合は、報知タイミングに合わせて報知するための準備動作を行う。ユニット1が鉛電池10の上蓋9に収容されているため、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、ユニット1が発する警報音の発生を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、ユニット1は、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。
In this way, the microprocessor performs SOC and SOH calculations at all times or at any time. The calculated SOC and SOH values are compared with a predetermined determination threshold value every time the calculation is performed. When the SOC and SOH values are lower than the determination threshold, a preparatory operation for notification is performed in accordance with the notification timing. Since the
<起動回路>
ユニット1は、エンジン始動時のセルモータを駆動させるための放電の電圧降下を起動回路11が捉え、電源回路12を介して演算部13(マイクロプロセッサ)等に電源の供給が開始され、演算部13が起動して電池状態判定の動作が開始される。
<Start-up circuit>
In the
<外部信号によるユニット停止>
通常はこのようにして起動したユニットをそのまま使用するようにすればよいが、本実施形態では、上述したように、誤ってユニットを起動させてしまった時や鉛電池10を別の車両に乗せ替えたい時など、ユニット1を停止させたい場合に、外部入力信号でユニット1の動作停止を行うことができるようにする。好ましい形態としてはユーザが自分で操作できる位置に設置されたスイッチの信号でユニット停止を行うことができるようにする。その際の動作を以下に説明する。
<Unit stop by external signal>
Normally, the unit activated in this way may be used as it is. However, in this embodiment, as described above, when the unit is accidentally activated or the
スイッチ3は、ボタンを押すことで動作する、タクトスイッチ等が好ましいが、モーメンタル動作するその他のスイッチも使用可能である。誤操作によるユニット停止を避けるためには、スイッチ3をある一定時間継続操作、いわゆる長押しでユニット停止するようにすることが望ましい。長押し時間は少なくても数秒以上、好ましくは5秒以上に設定するのがよい。このように長押し時のみ、ユニット停止するようにすることで、通常の短い時間の押し動作では、直近の判定結果をLEDで表示するようにすればよく、別途スイッチを追加することなく本発明を実現可能である。
The
また、ユニット停止を行う外部入力信号としては、スイッチ3からの入力信号の他に、例えば、電圧信号や電流信号を用いることもできる。この場合、通常使用ではあり得ないような電圧や電流を端子7に印加する。一例としては、18〜20V程度の高い電圧を数秒程度印加することなどである。この場合はこのような電圧を発生させる装置を別途用意することが好ましい。
In addition to the input signal from the
<データの不揮発性メモリへの保存>
ユニット1では、鉛電池10の使用を開始したときの電池の初期データを、EEPROM等の不揮発性メモリに記憶するようにする。そして、使用中の状態判定は、初期データとの比較において行う。こうすることで、搭載車両の特性差による判定誤差の発生を最小限とすることができ、また、鉛電池10の使用期間、環境温度その他の電池状態判定に必要なデータも保存可能となる。
<Storage of data in nonvolatile memory>
In the
<ユニット停止時のデータの初期化>
ただし、このような方法を採用した場合、ユニット1の使用を開始して、鉛電池10の初期データをすでに記憶しているような場合、ユニット1の停止及びその後別車両への鉛電池10の載せ替えを行った場合、不都合が生じる。ユニット1は最初の車両での鉛電池10の初期データをもとに判定するため、判定の精度が大きく低下することが考えられるからである。
<Initializing data when the unit is stopped>
However, when such a method is adopted, when the use of the
このようなことを避けるため、本実施形態では、スイッチ操作によるユニット1の動作停止時にEEPROM等の不揮発性メモリの内容を初期化するようにする。このようにすることで載せ替えを行った車両においてユニット1を再度起動する際に、最初の車両で使用した影響をなくすことができる。
In order to avoid such a situation, in the present embodiment, the contents of the nonvolatile memory such as the EEPROM are initialized when the operation of the
EEPROM等の不揮発性メモリの内容を初期化するタイミングは、場合によっては、ユニット1の動作停止時ではなく、停止後に再度起動する際でもよい。通常のマイクロプロセッサにおいては、起動時に内部状態を初期化する、いわゆるパワーオンリセット動作することが多いが、この動作の後にEEPROM等の不揮発性メモリの内容を初期化させるようにしてもよい。
The timing of initializing the contents of the nonvolatile memory such as the EEPROM may not be when the operation of the
<ユニット停止及び初期化の禁止等>
このような、スイッチ操作によるユニット停止とEEPROM等の不揮発性メモリの内容を初期化する方法は、この方法のみを採用することで不都合が発生するケースが考えられる。例えば、最初に搭載した車両で、鉛電池10が劣化するほどの長期間使用した後に、別車両への鉛電池10の載せ替えを行った場合である。このときは載せ替えられた車両での初期データは劣化した鉛電池10で取得されることになり、判定の精度が大きく低下することが考えられる。
<Prohibition of unit stop and initialization>
In such a method of stopping the unit by operating the switch and initializing the contents of the nonvolatile memory such as the EEPROM, there may be a case where inconvenience occurs by adopting only this method. For example, this is a case in which the
この事態を避けるため、ユニット1および鉛電池10を使用開始してからある程度の期間が経過した場合には、スイッチ操作等によるユニット停止とEEPROM等の不揮発性メモリの内容を初期化することができなくなるようにするとよい。通常の使用形態では1年程度では鉛電池10の目立った劣化は起こらず、この期間内なら初期化を可能とすることができる。しかし、好ましくは初期化可能期間を確実に劣化が進行していない3ヶ月程度に制限することが好ましい。より好ましくは1ヶ月程度にするのがよい。また、ユニット1自体が劣化状態のデータを保持するような態様では、初期化しようとしている時点での劣化状態により、劣化が進行している場合は初期化不可能とすることも可能である。
To avoid this situation, when a certain period of time has elapsed since the start of use of the
<ユニット停止及び初期化の実行の報知>
このようなスイッチ操作等によるユニット停止及びEEPROM等の不揮発性メモリの内容を初期化する際には、何らかの方法でユーザに知らしめるようにすることが好ましい。ユニット1が、本実施形態のようにブザーのような発音素子を装備しているならば、ユニット停止及び初期化実行時に、通常動作とは異なった動作で鳴動するようにすればよい。また、LED等の表示素子を装備している場合は、複数のLEDの同時点滅を繰り返すなどの通常の表示とは異なった動作を行うようにすればよい。
<Notification of execution of unit stop and initialization>
When the unit is stopped by such a switch operation and the contents of the nonvolatile memory such as the EEPROM are initialized, it is preferable to notify the user by some method. If the
次に、フローチャートを参照して、ユニット1のマイクロプロセッサ(以下、MPと略称する。)の動作について、鉛電池10の劣化を判定するための劣化判定SOHを判定する際の動作を中心にさらに詳述する。
Next, with reference to the flowchart, with respect to the operation of the microprocessor of the unit 1 (hereinafter abbreviated as MP), the operation at the time of determining the deterioration determination SOH for determining the deterioration of the
鉛電池10が車両に搭載され、上述したように、鉛電池10からセルモータに電力を供給するエンジン始動時には大電流が流れ、同時に鉛電池10の端子電圧は大きく降下する。起動回路11はこの電圧降下を外部入力信号1として捉え、スイッチ駆動回路が主スイッチをオフ状態からオン状態に移行させる。これにより、電源回路12は起動回路11を介して鉛電池10と接続され、作動電源を演算部13、報知部14および操作表示部2に供給する。演算部13に電源が供給されると、MPは、鉛電池10の劣化を判定するための劣化判定ルーチンを実行する。
A
図3に示すように、劣化判定ルーチンでは、まず、ステップ104において、ROMに格納されたプログラム、後述する判定しきい値Vth等を含むプログラムデータをRAMに展開する初期設定処理を実行する。また、この初期設定処理では、起動回路11の主スイッチをオン状態に維持するために、ラッチ回路にハイレベル信号の出力を開始するとともに、内部時計により、起動回路11でユニット1(演算部13)が起動した時点を起点として時間の計測を開始する。
As shown in FIG. 3, in the deterioration determination routine, first, in
次に、ステップ106では、スイッチ3が5秒以上押下された(外部入力信号2が入力された)か否かを判断することにより、ユニット1の停止信号が入力されたか否かを判断する。ステップ106で否定判断のときには、次のステップ108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。従って、鉛電池10が車両に搭載された最初のエンジン始動時には、ステップ104〜ステップ106までの一連の処理が実行される。エンジン始動と判定したときには、次のステップ110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低電圧値であって、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は温度センサおよび温度測定用A/Dコンバータを介して鉛電池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、室温における電圧値に温度補正する。
Next, in
次のステップ112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、EEPROMの所定番地に、最低電圧値Vst0の値が書き込まれていれば、最低電圧値Vst0は既に取得されていると(肯定)判断し、ヌルであれば、最低電圧値Vst0は取得されていないと(否定)判断する。
In the
ステップ112での判断が否定のときは、ステップ114において、ステップ110で算出した最低電圧値Vst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Vst0の条件を満たすか否かを判断する。この条件は、例えば、(1)鉛電池10が自動車に取り付けられた(使用が開始された)ときから3ヶ月以内であること、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、とすることができる。なお、条件(1)からも明らかなように、鉛電池10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。
If the determination in
ステップ114で否定判断のときは、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を取得するためにステップ106に戻り、肯定判断のときは、ステップ116において、ステップ110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Vst0として、EEPROMに格納して(書き込んで)、ステップ118へ進む。
When a negative determination is made at
一方、ステップ112での判断が肯定のときは、ステップ118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120で電圧差ΔVst(=Vst0−Vst)を算出する。すなわち、電圧差ΔVstをEEPROMに格納された最低電圧値Vst0から直近のエンジン始動時の最低電圧値を引くことによって求める。図5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5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。図5から明らかなように、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。
On the other hand, when the determination in
次のステップ122では、判定しきい値Vthを読み出し、ステップ124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106へ戻る。
In the
一方、ステップ124で肯定判断のときには、次のステップ126において、エンジンが停止するまで待機する。MPは、(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のと判定する。エンジン停止と判定したときは、次のステップ128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106へ戻る。
On the other hand, when an affirmative determination is made at
鉛電池10の上蓋9にユニット1が収容されているため、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、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(例えば、エンジン停止後、ユーザが車外へ出て警告音が聞こえるタイミング)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。このため、ユニット1は、エンジンが停止したと判定した後、直ちに、D/A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D/A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。
Since the
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。 At the timing of stopping the engine from the engine starting state, it is estimated that the user often performs a series of operations of getting out of the automobile, closing the door, locking the door, and leaving the automobile. Accordingly, when a warning sound is generated, if a certain time lag is provided from the timing when it is determined that the engine has stopped, there is a high possibility that an alarm will be transmitted to the user. In addition to the notification start timing, the notification continuation time by the buzzer warning sound is also an important factor of notification.
これらの具体的な時刻、時間としては、例えば、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、本例の鉛電池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。
As these specific times and times, for example, the notification start by the buzzer is preferably performed between 0 and 60 seconds after the engine is stopped. The notification duration is preferably 2 seconds or more, and it is preferable to continue notification for a maximum of several minutes. Moreover, since the optimal value of these time and time changes with the usage forms of a vehicle, what is necessary is just to be determined by each case according to the use of the
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。
According to the
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、ユニット1は、操作表示部2にスイッチ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、このスイッチ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、本例では、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。
On the other hand, in the display of the battery state of the
また、図3では捨象したが、MPは、一定時間(例えば、2週間=336時間)毎に、EEPROMに鉛電池10の直近の最低電圧値Vstを格納している。これにより、後日、必要に応じて、EEPROM内のデータを参照することで、鉛電池10の劣化経緯を把握することができる。
Further, although omitted in FIG. 3, MP stores the latest minimum voltage value Vst of the
一方、ステップ106で肯定判断がなされた場合には、ステップ130において、内部時計の経過時間を参照することによりユニット1(演算部13)が始動してから3ヶ月が経過したかを判断する。否定判断のときには、鉛電池10は実質的に無劣化と考えられるため、ステップ132において、EEPROMに格納したデータ(最低電圧値Vst0および一定時間毎に記憶されていた最低電圧値Vst)を消去するとともに、ラッチ回路に出力していた信号をローレベルとして劣化判定ルーチンを終了する。これにより、起動回路11の主スイッチはオフ状態に移行し、演算部13には電源回路12を介して鉛電池10からの電源供給が停止される。一方、肯定判断のときは、鉛電池10の劣化が進んでいると考えられるため、ステップ134で、EEPROMに格納したデータの消去およびユニット1の停止を禁止するとともに、LEDおよびブザーにより初期化不能の報知を行い、ステップ108に戻る。
On the other hand, if an affirmative determination is made in
(効果等)
次に、ユニット1の効果等について説明する。
(Effects etc.)
Next, effects of the
ユニット1では、起動回路11が、鉛電池10が車載され最初に鉛電池10からセルモータに電力を供給することで出力端子7の電圧の降下信号(信号ユニット1を起動させるための外部入力信号1)を受信すると、受信した外部入力信号1をトリガとしてユニット1を起動させる。このため、ユニット起動時までのユニット1による鉛電池10の電力消費および劣化促進が抑えられる。ユニット1(演算部13)が起動すると、鉛電池10の電圧が測定され、測定された電圧に基づいて鉛電池の電池状態が判定される。そして、ユニット1が起動した後に、ユーザによりスイッチ3が5秒以上押下されると(ユニット1の作動を停止させるための外部入力信号2を受信すると)、この信号をトリガとしてユニット1の作動を停止させるとともにユニット1を起動前の初期状態に戻す(EEPROMに格納されたデータを消去する。)。このため、誤ってユニット1を作動された場合にユニット1を停止させたり、鉛電池10を他の車両に載せ換えることができ、ユニット1の使用上の便宜が付加される。また、スイッチ3が5秒以上押下されること(外部入力信号2の受信)により、ユニット1の動作が停止するため、ユニット停止後のユニット1による鉛電池10の電力消費および劣化促進が抑えられるとともに、EEPROM内のデータが消去されるために、他の車両に載せ替えても前の車両で測定したデータにより鉛電池10の誤った状態判定をすることが防止される。
In the
なお、上記実施例では、EEPROMに最低電圧値Vst0および一定時間毎に記憶されていた最低電圧値Vstを格納する例を示したが、本発明はこれに限らず、MPが判定した判定データおよび電圧差ΔVst等の判定するまでに生成した中間データ等を記憶するようにしてもよい。 In the above embodiment, the example is shown in which the minimum voltage value Vst0 and the minimum voltage value Vst stored every predetermined time are stored in the EEPROM. However, the present invention is not limited to this, and the determination data determined by the MP and You may make it memorize | store the intermediate data etc. which were produced | generated by determination of voltage difference (DELTA) Vst.
また、上記実施例では、実施形態の理解を促進するために、鉛電池10のSOHの判定についてのみ例示したが、鉛電池10のSOCについても実施形態の記載および背景技術欄に記載した公知の技術からMPがSOCの判定を行うことができることは論を待たない。
Moreover, in order to promote the understanding of the embodiment, only the determination of the SOH of the
さらに、上記実施例では、特許請求の範囲に記載した装置起動手段以外の各手段をソフトウエアにより実現した例を示したが、本発明はこれに限らず、ハードウエアで構成するようにしてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example is shown in which each unit other than the device activation unit described in the claims is realized by software. However, the present invention is not limited to this, and may be configured by hardware. Good.
また、上記実施形態では、ユニット1を停止させるとともにEEPROMに格納されたデータを消去するためのスイッチ3を操作表示部2に設けた例を示したが、WO/2006/059511号公報のように、起動回路11にスイッチを設けるとともに押下時間を把握する回路を付加することで、スイッチ3を起動回路11に配置するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the example in which the
本発明は使用上の便宜を付加した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を提供するものであるため、電池状態判定装置および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。 The present invention provides a battery state determination device to which convenience in use is added and a lead battery for an automobile including the battery state determination device, and thus contributes to the manufacture and sale of the battery state determination device and the lead battery for an automobile. Therefore, it has industrial applicability.
1 ユニット
2 表示部
3 スイッチ
10 鉛電池(自動車用鉛電池)
11 起動回路(装置起動手段)
13 演算部(電圧測定手段の一部、状態判定手段、初期化手段、Vst算出手段、Vst0算出手段、計時手段、判断手段、初期化許容/禁止手段)
1
11 Start-up circuit (device start-up means)
13 arithmetic unit (part of voltage measuring means, state judging means, initializing means, Vst calculating means, Vst0 calculating means, timing means, judging means, initialization permitting / prohibiting means)
Claims (8)
装置を起動させるための外部入力信号1の受信をトリガとして装置を起動させる装置起動手段と、
装置が起動した後に、装置の作動を停止させるための外部入力信号2の受信をトリガとして装置の作動を停止させるとともに装置を起動前の初期状態に戻す初期化手段と、
を備えたことを特徴とする電池状態判定装置。 Electric power supplied from the lead battery, comprising: voltage measuring means for measuring the voltage of the lead battery for an automobile; and state determining means for determining the battery state of the lead battery based on the voltage measured by the voltage measuring means. In the battery state determination device that operates at
Device activation means for activating the device triggered by reception of the external input signal 1 for activating the device;
An initialization means for stopping the operation of the apparatus with the reception of the external input signal 2 for stopping the operation of the apparatus as a trigger after the apparatus is activated, and returning the apparatus to the initial state before the activation;
A battery state determination device comprising:
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