JP2009057015A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載バッテリの劣化度がエンジンの始動性に支障を招く程度であるか否かを、温度センサ、電流センサを要せずに判定できる車両用電源装置の提供。
【解決手段】エンジン１５に連動する車載発電機１が発電した電力により充電される車載バッテリ４と、車載バッテリ４の電圧を検出する電圧検出手段５とを備えた車両用電源装置。エンジン１５が始動する都度、その前に電圧検出手段５が検出した電圧値を開放電圧値として取得する電圧取得手段１２と、エンジン１５始動時に電圧検出手段５が検出した極小電圧値を取得する手段１２と、その取得した極小電圧値を、電圧取得手段１２が取得した電圧値で除算する手段１２と、その除算結果が所定値以下であるか否かを判定する判定手段１２と、判定手段１２が所定値以下であると判定したときに、車載バッテリ４の劣化について警告する警告手段１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリと、車載バッテリの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、車載バッテリの劣化を検出して、劣化が進んだときに警告する車両用電源装置に関するものである。

車両に搭載されたエンジンは、自力では始動できないので、始動用の電動モータ（スタータ、セルモータ、始動装置）を備えている。一般的には、イグニッション（点火）スイッチでエンジンの点火装置をオンにした状態で、更にイグニッションスイッチ（スタータスイッチ）を回すことにより、エンジンにスタータが連結されると共に、車載バッテリから電力が供給され、スタータが駆動する。その際、スタータには数百アンペアの始動電流（突入電流）が瞬間的に流れ、そのときの車載バッテリの下限電圧値（極小電圧値）が低下し過ぎると、点火装置等の制御回路の電源電圧が正常範囲より低下して、制御回路が作動できなくなるので、所謂エンスト状態となる。

車載バッテリの残容量（ＳＯＣ;State Of Charge）は、車載バッテリの開放電圧値と略線形の関係が有り、開放電圧値から残容量を求めることができる。また、上述した下限電圧値及び開放電圧値にも、図３（ｃ）の曲線Ａのような対応関係が存在する。
車載バッテリには、残容量が０のときでも、エンジンを始動させることができるようなバッテリが選択されており、残容量が０に相当する開放電圧値に対応する下限電圧値は、当該車両及び車載バッテリに固有の、エンジンを始動させることができる最低値に近い値となっている。

特許文献１には、車載バッテリの端子電圧及び端子電流を測定するセンサの端子から、交流信号を印加することなく、毎秒数回〜数千回のサンプリングで測定したエンジン作動時における車載バッテリの電圧値及び電流値を、微分処理又は差分処理して算出する車載バッテリ管理装置が開示されている。この車載バッテリ管理装置は、微分処理又は差分処理して算出した交流電圧成分及び交流電流成分に基づき内部抵抗を決定し、決定した内部抵抗により劣化度を判定する。
特開２００６−３０６３７６号公報

上述したように、車載バッテリは、スタータ（エンジン）を始動させることが重要な機能であり、エンジンを停止させたときに、エンジンを再始動させることができるか否かを示す始動性は最重要な情報である。エンジンの始動性は、車載バッテリの残容量及び劣化度に関連させて求めることができる。ここで、車載バッテリの残容量及び劣化度は、車載バッテリの開放電圧値に基づき求めることができるが、開放電圧値は温度に影響されるので温度換算が必要であり、温度センサが必要であるという問題がある。また、車載バッテリの劣化度を内部抵抗値の大小で判定する場合は、その車載バッテリの電流値を検出する電流センサが必要であるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、車載バッテリの劣化度が、エンジンの始動性に支障を招く程度であるか否かを、温度センサ及び電流センサを必要とすることなく判定することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリと、該車載バッテリの電圧を検出する電圧検出手段とを備えた車両用電源装置において、前記エンジンが始動する都度、該エンジンが始動する前に前記電圧検出手段が検出した電圧値を開放電圧値として取得する電圧取得手段と、前記エンジン始動時に前記電圧検出手段が検出した極小電圧値を取得する手段と、該手段が取得した極小電圧値を、前記電圧取得手段が取得した電圧値で除算する手段と、該手段の除算結果が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定値以下であると判定したときに、前記車載バッテリの劣化について警告する警告手段とを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、車載発電機が、エンジンに連動して発電し、車載バッテリが、車載発電機が発電した電力により充電され、電圧検出手段が、車載バッテリの電圧を検出する。エンジンが始動する都度、エンジンが始動する前に電圧検出手段が検出した電圧値を開放電圧値として取得し、エンジン始動時に電圧検出手段が検出した極小電圧値を取得し、取得した極小電圧値を、開放電圧値として取得した電圧値で除算する。この除算結果が所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下であると判定したときに、車載バッテリの劣化について警告する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記所定値は、前記車載バッテリの開放電圧値と、前記エンジン始動時の車載バッテリの極小電圧値との予め求めた関係に基づき、前記車載バッテリの残容量０に相当する開放電圧値で、該開放電圧値に対応する前記極小電圧値を除算した値であることを特徴とする。

この車両用電源装置では、除算結果が所定値以下であるか否かを判定する為の所定値は、車載バッテリの開放電圧値と、エンジン始動時の車載バッテリの極小電圧値との予め求めた関係に基づき、車載バッテリの残容量０に相当する開放電圧値で、この開放電圧値に対応する極小電圧値を除算した値である。

第３発明に係る車両用電源装置は、前記判定手段が所定値以下であると連続して判定した回数を計数する手段を更に備え、前記警告手段は、該手段が所定回数以上を計数したときに、前記車載バッテリの劣化について警告するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、判定手段が所定値以下であると連続して判定した回数を計数し、連続して所定回数以上を計数したときに、警告手段が、車載バッテリの劣化について警告する。

第１，２発明に係る車両用電源装置によれば、車載バッテリの劣化度が、エンジンの始動性に支障を招く程度であるか否かを、電流センサを必要とすることなく判定することができる車両用電源装置を実現できる。また、実際にエンジンを始動させた車載バッテリの開放電圧値及び下限電圧値を使用するので、電圧値を温度換算する必要が無く、温度センサも不要である。

第３発明に係る車両用電源装置によれば、車載バッテリの劣化度が、エンジンの始動性に支障を招く程度であるか否かを、電流センサを必要とすることなく確実に判定することができる車両用電源装置を実現できる。また、実際にエンジンを始動させた車載バッテリの開放電圧値及び下限電圧値を使用するので、電圧値を温度換算する必要が無く、温度センサも不要である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が、エンジン１５に連動して発電する。その発電電圧は、オルタネータ１に付設されたレギュレータ２が、オルタネータ１の界磁電流を調節することにより定電圧制御され、また昇降圧制御される。

オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流された後、車載バッテリ４に充電され、また、車両内の電気負荷に供給される。電源制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２内の電圧検出手段５が、車載バッテリ４の電圧値を検出する。電源制御ＥＣＵ１２にはスタータスイッチ１６のオン／オフ信号が与えられる。
車載バッテリ４の出力電圧は、例えば、電気負荷８，９，１０にそれぞれ印加され、また、スタータスイッチ１６によりオン／オフされるスタータ１７にも印加されている。車載バッテリ４の出力電圧は、その他の電気負荷へもそれぞれ印加される。

電源制御ＥＣＵ１２は、メモリ１８を内蔵している。メモリ１８は、車載バッテリ４の開放電圧値と、エンジン１５始動時の車載バッテリ４の下限電圧値（極小電圧値）との、図３（ｃ）の曲線Ａに示すような関係に基づき、車載バッテリ４の残容量０（ＳＯＣ＝０％）に相当する開放電圧値ＶＯで、この開放電圧値ＶＯに対応する下限電圧値ＶＬを除算した値を記録している。車載バッテリ４の開放電圧値ＶＯとエンジン１５始動時の極小電圧値ＶＬとの関係は、予め実測又は計算により求められている。

図２は、図１に示す車載バッテリ４及びスタータ１７に関係する回路を簡略化して示すブロック図である。
スタータ１７の抵抗、及び車載バッテリ４からスタータ１７へのハーネス抵抗等を含む、スタータ系統１７０の抵抗をＲｓ、車載バッテリ４の内部抵抗をＲｂ、車載バッテリ４からスタータ１７へ流れる電流をＩとすると、エンジン１５始動時には次式の関係がある。

ＶＯ＝（Ｒｂ＋Ｒｓ）Ｉ
Ｉ＝ＶＯ／（Ｒｂ＋Ｒｓ）
また、
ＶＬ＝ＶＯ−Ｉ・Ｒｂ
＝ＶＯ−Ｒｂ・ＶＯ／（Ｒｂ＋Ｒｓ）
＝ＶＯ／（１＋（Ｒｂ／Ｒｓ）） （１）

図３（ａ）に示す、車載バッテリ４の開放電圧値ＶＯ、及びエンジン１５始動時の車載バッテリ４の下限電圧値ＶＬ（スタータ１７の突入電圧）の関係式は、式（１）のようになり、内部抵抗Ｒｂは図３（ｂ）に示すような特性を有している。その為、開放電圧値ＶＯ及び下限電圧値ＶＬの関係は、上述した図３（ｃ）の曲線Ａに示すような特性となる。

曲線Ａ上の任意の点において、（下限電圧値ＶＬ）／（開放電圧値ＶＯ）を演算すると、これは、当該点と原点とを結ぶ直線の傾きである。例えば、満充電（ＳＯＣ＝１００％）に相当する開放電圧値ＶＯ、及びそれに対応する下限電圧値ＶＬの点における（下限電圧値ＶＬ）／（開放電圧値ＶＯ）は、当該点と原点とを結ぶ直線Ｂの傾きである。また、残容量０（ＳＯＣ＝０％）に相当する開放電圧値ＶＯ、及びそれに対応する下限電圧値ＶＬの点における（下限電圧値ＶＬ）／（開放電圧値ＶＯ）は、当該点と原点とを結ぶ直線Ｃの傾きである。

これらの傾きは、式（１）より
ＶＬ／ＶＯ＝１／（１＋（Ｒｂ／Ｒｓ））
であり、当該点における車載バッテリ４の内部抵抗Ｒｂに関連している。
従って、残容量０（ＳＯＣ＝０％）に相当する開放電圧値ＶＯ０、及びそれに対応する下限電圧値ＶＬ０の点における傾きを、Ｋ０＝１／（１＋（Ｒｂ０／Ｒｓ））とすると、任意の点（ＳＯＣ＞０％）における傾きＫ＝１／（１＋（Ｒｂ／Ｒｓ））は、Ｋ≧Ｋ０である。

よって、
１／（１＋（Ｒｂ／Ｒｓ））≧１／（１＋（Ｒｂ０／Ｒｓ））
から、Ｒｂ≦Ｒｂ０となる。
これにより、エンジン１５始動時の、開放電圧値ＶＯ及び下限電圧値ＶＬの点における傾きが、残容量０に相当する開放電圧値ＶＯ０及び下限電圧値ＶＬ０の点における傾き以下であるか否かを判定することにより、エンジン１５始動時の内部抵抗Ｒｂが、残容量０のときの内部抵抗Ｒｂ０以上であるか否かを判定できる。つまり、車載バッテリ４の劣化度が、エンジンの始動性に支障を招く程度であるか否かを判定することができる。
電源制御ＥＣＵ１２は、車載バッテリ４の劣化度が、エンジンの始動性に支障を招く程度であれば、表示部１３（警告手段）で警告表示を行う。

以下に、このような構成の車両用電源装置の動作を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御ＥＣＵ１２は、電源の供給が開始されたときに、パラメータＮをリセットしていることとする。
電源制御ＥＣＵ１２は、スタータスイッチ１６がオンになる前は（Ｓ３）、電圧検出手段５により車載バッテリ（バッテリ）４の電圧値Ｖを読込み、記憶更新しており（Ｓ１）、スタータスイッチ１６がオンにならなければ（Ｓ３）リターンして、他の処理を実行する。

電源制御ＥＣＵ１２は、スタータスイッチ１６がオンにされる都度（Ｓ３）、そのときの下限電圧値（極小電圧値）ＶＬを読込む（Ｓ５）。次いで、電圧値Ｖを開放電圧値ＶＯと見なして、そのときのＶＬ／ＶＯを演算（除算）し、その演算結果が、メモリ１８に記録してある、車載バッテリ４の残容量０に相当する開放電圧値ＶＯ０におけるＶＬ０／ＶＯ０以下であるか否かを判定する（Ｓ７）。

電源制御ＥＣＵ１２は、そのときのＶＬ／ＶＯの演算結果が、残容量０に相当する開放電圧値ＶＯ０におけるＶＬ０／ＶＯ０以下でなければ（Ｓ７）、パラメータＮを０にリセットし（Ｓ１７）リターンして、他の処理を実行する。
電源制御ＥＣＵ１２は、そのときのＶＬ／ＶＯを演算結果が、残容量０に相当する開放電圧値ＶＯ０におけるＶＬ０／ＶＯ０以下であれば（Ｓ７）、パラメータＮに１を加算する（Ｓ９）。次いで、パラメータＮが１０以上であるか否かを判定し（Ｓ１１）、１０以上でなければ、リターンして他の処理を実行する。

電源制御ＥＣＵ１２は、パラメータＮが１０以上であれば（Ｓ１１）、パラメータＮを０にリセットした（Ｓ１３）後、表示部１３で車載バッテリ４の劣化が、エンジンの始動性に支障を招く程度に進んでいることを警告表示し（Ｓ１５）リターンして他の処理を実行する。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 図１に示す車載バッテリ及びスタータに関係する回路を簡略化して示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の動作を説明する為の説明である。 本発明に係る車両用電源装置の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２ レギュレータ
４ 車載バッテリ
５ 電圧検出手段
８，９，１０ 電気負荷
１２ 電源制御ＥＣＵ（電圧取得手段、極小電圧取得手段）
１３ 表示部（警告手段）
１５ エンジン
１６ スタータスイッチ
１７ スタータ
１８ メモリ
１７０ スタータ系統
Ｒｂ 内部抵抗

Claims (3)

1. エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリと、該車載バッテリの電圧を検出する電圧検出手段とを備えた車両用電源装置において、
   前記エンジンが始動する都度、該エンジンが始動する前に前記電圧検出手段が検出した電圧値を開放電圧値として取得する電圧取得手段と、前記エンジン始動時に前記電圧検出手段が検出した極小電圧値を取得する手段と、該手段が取得した極小電圧値を、前記電圧取得手段が取得した電圧値で除算する手段と、該手段の除算結果が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定値以下であると判定したときに、前記車載バッテリの劣化について警告する警告手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記所定値は、前記車載バッテリの開放電圧値と、前記エンジン始動時の車載バッテリの極小電圧値との予め求めた関係に基づき、前記車載バッテリの残容量０に相当する開放電圧値で、該開放電圧値に対応する前記極小電圧値を除算した値である請求項１記載の車両用電源装置。
3. 前記判定手段が所定値以下であると連続して判定した回数を計数する手段を更に備え、前記警告手段は、該手段が所定回数以上を計数したときに、前記車載バッテリの劣化について警告するように構成してある請求項１又は２記載の車両用電源装置。

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