JP2010116044A - 車載用バッテリの劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載用バッテリの劣化度合いの判定精度の向上を図る上で有利な車載用バッテリの劣化判定装置を提供する。
【解決手段】内部抵抗値検出手段３０はエンジン始動時に車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎを検出する。劣化判定手段２４は、内部抵抗値検出手段３０によって検出された直流内部抵抗値Ｒｉｎが劣化判定閾値Ｒ０を超過したことをもって車載用バッテリ１２が劣化している旨を示す劣化判定信号Ｓ１を出力する。閾値補正手段２６は、未使用の車載用バッテリ１２が最初に使用される際に内部抵抗値検出手段３０で検出された直流内部抵抗値Ｒｉｎを使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０としたとき、劣化判定閾値Ｒ０の初期値を使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０に応じて補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される車載用バッテリの劣化判定装置に関する。

車両に搭載される車載用バッテリは、充放電を繰り返すに従って劣化し、その放電可能容量が次第に低下していく。従来から、放電可能容量がどの程度低下しているかに応じて車載用バッテリの劣化度合いを判定する装置が知られている。その一例として、車載用バッテリの電圧−電流特性を検出し、この電圧−電流特性に基づいて内部抵抗値を求め、この内部抵抗値に基づいて車載用バッテリの劣化度合いを判定する装置がある（特許文献１参照）。
この特許文献１の劣化度検出装置では、バッテリの新品時の内部抵抗値と、電圧−電流特性を検出することで得られる内部抵抗値とを比較することで、バッテリの劣化度を判定している。
特開２００２−２５２９０１号公報

ところで、車載用バッテリは、同一の仕様で同一の性能を満たすように製造されたもの同士であっても、製造ばらつきなどに起因して製品ごとに個体差があるのが通常である。したがって、内部抵抗値についても、製品ごとにばらつきがある場合がほとんどである。
上記特許文献１の劣化度検出装置では、単品のバッテリにつき、新品時と経時使用後との内部抵抗を比較して劣化度の判定がなされており、複数の製品ごとの内部抵抗値のばらつきを考慮していない。そのため、車載用バッテリが劣化した後に取り替える場合は、その都度、新品のバッテリの内部抵抗値を別途検出し、それを新たな内部抵抗値として設定し直さなければならないという多大な手間がかかる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車載用バッテリの劣化度合いの判定精度の向上をより簡易に図る上で有利な車載用バッテリの劣化判定装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の車載用バッテリの劣化判定装置は、エンジンの始動時に車載用バッテリの内部抵抗値を検出する内部抵抗値検出手段と、前記内部抵抗値検出手段によって検出された内部抵抗値を所定の劣化判定閾値と比較することにより前記車載用バッテリが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、未使用の車載用バッテリが最初に使用される際に前記内部抵抗値検出手段で検出される使用開始時内部抵抗値に応じて前記劣化判定閾値を補正する閾値補正手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、車載用バッテリの劣化を判定するための劣化判定閾値を、個々の車載用バッテリの使用開始時内部抵抗値に応じて補正するため、車載用バッテリの劣化度合いの判定精度の向上をより簡易に図る上で有利となる。

次に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態の車載用バッテリの劣化判定装置４０が搭載された車両の制御系の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、車両は、エンジン１０、車載用バッテリ１２、エンジンＥＣＵ１４、電流検出部１６、電圧検出部１８、バッテリＥＣＵ２０、劣化判定装置４０などを含んで構成されている。
エンジン１０は車両を走行させるための動力源を構成するものである。
エンジン１０は、図略のセルモータを含み、該セルモータが車載用バッテリ１４から供給される電力によって回転することによって始動される。

車載用バッテリ１２は、前記セルモータを含む各部に電力を供給するものである。
また、車載用バッテリ１２は、エンジン１０の駆動により発電を行う図略のジェネレータから電力が供給されることで充電されるものである。

エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１０の制御を行う電子制御ユニットである。
したがって、エンジンＥＣＵ１４は、前記セルモータをオン、オフさせてエンジン１０を始動させる制御を含む種々の制御を行う。
本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１０の不要なアイドリングをストップさせることにより燃費の向上および排気ガスの排出量の削減を図るアイドリングストップ制御装置として機能する。
具体的には、エンジンＥＣＵ１４は、例えば、車両が信号待ちなどで停止した際に、予め定められた自動停止条件が成立することでエンジン１０を自動停止させ、また、アクセルペダルが操作されるなどの予め定められた条件が成立することでエンジン１０を始動させるアイドリングストップ処理を実行する。
本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１４は、後述する劣化判定手段２４から供給される劣化判定信号Ｓ１を受け取ることにより、エンジン１０の自動停止を禁止するアイドリングストップ禁止処理を行うように構成されている。
したがって、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１０の運転中に自動停止条件が成立すると当該エンジンを自動停止させるアイドルストップ制御手段と、劣化判定手段２４により車載用バッテリ１２が劣化していると判定された場合、エンジン１０の自動停止を禁止するアイドルストップ制御禁止手段とを構成している。

電流検出部１６は、車載用バッテリ１２の出力電流値Ｉを検出するものである。
本実施の形態では、電流検出部１６は渦電流によって電流を検出するいわゆるクランプ式の電流センサで構成されている。
電流検出部１６は、車載用バッテリ１２とエンジン１０とを接続する２本の電力供給用のケーブル１３Ａ、１３Ｂのうちの一方のケーブル１３Ａに取り付けられ、このケーブル１３Ａを流れる電流を検出するように構成されている。
電流検出部１６は、クランプ式の電流センサに限定されるものではなく従来公知のさまざまな電流センサが採用可能である。

電圧検出部１８は、車載用バッテリ１２の正極部および負極部に接続され車載用バッテリ１２の出力電圧値Ｅを検出するものである。
電圧検出部１８として、従来公知のさまざまな電圧センサが採用可能である。

バッテリＥＣＵ２０は、車載用バッテリ１２に関わる制御を行う電子制御ユニットである。
バッテリＥＣＵ２０は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介してエンジンＥＣＵ１４と通信可能に接続されている。
バッテリＥＣＵ２０は、例えば、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納するＲＯＭ、ワーキングエリアを提供するＲＡＭ、周辺回路とのインタフェースをとるインタフェース部などがバスによって接続されたマイクロコンピュータによって構成されたものであり、前記ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより機能する。
また、バッテリＥＣＵ２０は、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより後述する演算部２２、劣化判定手段２４、閾値補正手段２６として機能する。

演算部２２は、電流検出部１６から供給される出力電流値Ｉと、電圧検出部１８から供給される出力電圧値Ｅとに基づいて、車載用バッテリ１２の内部抵抗値として直流内部抵抗値Ｒｉｎを演算するものである。
本実施の形態では、電流検出部１６と、電圧検出部１８と、演算部２２とによってエンジン始動時に（クランキング時に）車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎを検出する内部抵抗値検出手段３０が構成されている。

ここで、内部抵抗値検出手段３０による直流内部抵抗値Ｒｉｎの検出について説明する。
図２は、エンジン１０の始動時における時間Ｔと出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅとの関係を示す線図である。
図２に示すように、エンジン１０の始動時には、車載用バッテリ１２からセルモータにラッシュ電流Ｉｒと称される過渡的な大電流が短時間供給される。したがって、出力電流値Ｉはいったんピークに到達したのち、時間Ｔの経過と共に低下する。
電流検出部１６としてクランプ式の電流センサを用いる場合、過渡的なラッシュ電流Ｉｒの検出に時間的遅れが生じ、したがって、電流検出部１６による出力電流値Ｉの検出は、電圧検出部１８による出力電圧値Ｅの検出に対して時間的に遅延することになる。
このような検出の遅延は、出力電流値Ｉと出力電圧値Ｅとに基づく直流内部抵抗値Ｒｉｎの演算結果に含まれる誤差を増大させる原因となる。

したがって、本実施の形態では、図２に一点鎖線で囲むようにラッシュ電流Ｉｒが流れている時間を除外した出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータを演算部２２の演算に供している。
より詳細には、演算部２２は、ラッシュ電流Ｉｒが流れている時間を除外した出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅを所定のサンプリング周期でサンプリングして出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータを得ている。
なお、演算部２２によるサンプリング開始のタイミングは、例えば、エンジン１０の始動時にエンジンＥＣＵ１４から演算部２２にエンジン始動を示すトリガ信号を供給し、このトリガ信号に基づいて演算部２２が決定するなど任意である。

図３は、出力電流値Ｉと出力電圧値Ｅとの関係を示す線図であり、演算部２２でサンプリングされた出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータをプロットしたものである。
演算部２２は、最小二乗法などの従来公知の手法を用いて、図３に示された出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータから直流内部抵抗値Ｒｉｎを演算する。
すなわち、図３に示された出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータから出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅの関係を示す直線近似すると共に、得られた直線の傾斜を直流内部抵抗値Ｒｉｎとして求める。
このようにして、内部抵抗値検出手段３０によりエンジン１０の始動時に車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎが検出される。

劣化判定手段２４は、内部抵抗値検出手段３０によって検出された直流内部抵抗値Ｒｉｎを所定の劣化判定閾値Ｒ０と比較することにより車載用バッテリ１２が劣化しているか否かを判定するものである。
本実施の形態では、劣化判定手段２４は、内部抵抗値検出手段３０によって検出された直流内部抵抗値Ｒｉｎが劣化判定閾値Ｒ０を超過したことをもって車載用バッテリ１２が劣化している旨を示す劣化判定信号Ｓ１を出力するものである。
すなわち、図４に示すように、車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎは、車両の走行距離が長くなるに従って次第に上昇する。言い換えると、車載用バッテリ１２の充放電回数が増えるほど車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎは上昇する。
この直流内部抵抗値Ｒｉｎが劣化判定閾値Ｒ０を超過した時点で、劣化判定手段２４は、車載用バッテリ１２が劣化している旨を示す劣化判定信号Ｓ１を出力する。

閾値補正手段２６は、未使用の車載用バッテリ１２が最初に使用される際に内部抵抗値検出手段３０で検出された直流内部抵抗値Ｒｉｎを使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０としたとき、劣化判定閾値Ｒ０を使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０に応じて補正するものである。
閾値補正手段２６には、予め、使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０の基準値として基準内部抵抗値Ｒｉｎｒが設定されている。
ここで、使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０と基準内部抵抗値Ｒｉｎｒとの差分（Ｒｉｎ０−Ｒｉｎｒ）を補正値ΔＲとしたとき、閾値補正手段２６による劣化判定閾値Ｒ０の補正は、図５に示すように、補正前の劣化判定閾値Ｒ０´に補正値ΔＲを加算することでなされる。

すなわち、図５に破線で示す車載用バッテリ１２において、使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０は基準内部抵抗値Ｒｉｎｒに等しい。
一方、図５に実線で示す車載用バッテリ１２において、使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０は基準内部抵抗値Ｒｉｎｒに対して差分（Ｒｉｎ０−Ｒｉｎｒ）を有している。
したがって、補正前の劣化判定閾値Ｒ０´に補正値ΔＲ＝差分（Ｒｉｎ０−Ｒｉｎｒ）を加算することで劣化判定閾値Ｒ０の補正がなされる。

本実施の形態では、車載用バッテリの劣化判定装置４０は、電流検出部１６、電圧検出部１８、演算部２２、劣化判定手段２４、閾値補正手段２６を含んで構成されている。

次に車載用バッテリの劣化判定装置４０の動作について説明する。
まず、図６に示すフローチャートを参照して未使用の（新品の）車載用バッテリ１２が初めて使用される際の劣化判定閾値Ｒ０の補正動作について説明する。
予め、バッテリＥＣＵ２０は初期設定モードとされる。
ブレーキペダルを踏み込んだ状態でイグニッションキーを回すと（あるいはイグニッションスイッチをオンにすると）、エンジンＥＣＵ１４の制御により、車載用バッテリ１２からセルモータに電力が供給され、セルモータによりエンジン１０が始動される（ステップＳ１０）。
次いで、内部抵抗値検出手段３０により、車載用バッテリ１２の出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅがサンプリングされ、サンプリングされた出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータに基づいて使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０が演算される（ステップＳ１２）。

次いで、閾値補正手段２６は、使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０と基準内部抵抗値Ｒｉｎｒとの差分（Ｒｉｎ０−Ｒｉｎｒ）を補正値ΔＲとして演算する（ステップＳ１４）。
そして、閾値補正手段２６は、補正前の劣化判定閾値Ｒ０´に補正値ΔＲを加算することで劣化判定閾値Ｒ０の補正を行う（ステップＳ１６）。
図５の例では、ΔＲ＝（Ｒｉｎ０−Ｒｉｎｒ）＜０であることから、補正前の劣化判定閾値Ｒ０´に対して補正後の劣化判定閾値Ｒ０が小さい値となる。
もし、ΔＲ＝（Ｒｉｎ０−Ｒｉｎｒ）＞０であれば、補正前の劣化判定閾値Ｒ０´に対して補正後の劣化判定閾値Ｒ０が大きな値となる。
以上で劣化判定閾値Ｒ０の補正動作が終了する。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、劣化判定閾値Ｒ０の補正動作がなされた後における車載用バッテリ１２の劣化度合いの判定動作について説明する。
ブレーキペダルを踏み込んだ状態でイグニッションキーを回すと、エンジンＥＣＵ１４の制御により、車載用バッテリ１２からセルモータに電力が供給され、セルモータによりエンジン１０が始動される（ステップＳ３０）。
次いで、内部抵抗値検出手段３０により、車載用バッテリ１２の出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅがサンプリングされ、サンプリングされた出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅのデータに基づいて直流内部抵抗値Ｒｉｎが演算される（ステップＳ３２）。

劣化判定手段２４は、直流内部抵抗値Ｒｉｎが劣化判定閾値Ｒ０を超過したか否かを（Ｒｉ＞Ｒ０であるか否かを）判定する（ステップＳ３４）。
ステップＳ３４の判定結果が否定ならば、エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１０の自動停止を許容する処理を行う（ステップＳ４０）。
すなわち、エンジンＥＣＵ１４は、車両が停止した際に、予め定められた自動停止条件が成立することでエンジン１０を自動停止させる。また、アクセルペダルが操作されるなどの予め定められた条件が成立することでエンジン１０を始動させる処理を実行する。
そして、エンジンＥＣＵ１４は、通常の制御処理に移行する（ステップＳ４２）。
一方、ステップＳ３４の判定結果が肯定ならば、劣化判定手段２４は、車載用バッテリ１２が劣化している旨を示す劣化判定信号Ｓ１をエンジンＥＣＵ１４に供給する（ステップＳ３６）。
これにより、エンジンＥＣＵ１４は、エンジン１０の自動停止を禁止する処理を行う（ステップＳ３８）。
すなわち、車両が停止した際に、予め定められた自動停止条件が成立したとしても、エンジン１０の自動停止を行わない。
そして、エンジンＥＣＵ１４は、通常の制御処理に移行する（ステップＳ４２）。

本実施の形態の車載用バッテリの劣化判定装置４０によれば、劣化判定閾値Ｒ０を、未使用の車載用バッテリ１２が最初に使用される際に内部抵抗値検出手段３０で検出された使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０に応じて補正する閾値補正手段２６を設けた。
したがって、未使用の車載用バッテリ１０の使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０が製品ごとにばらついていたとしても、個々の車載用バッテリの使用開始時内部抵抗値Ｒｉｎ０に応じて劣化判定閾値Ｒ０を補正するため、車載用バッテリ１２の劣化度合いの判定精度の向上を簡易に図る上で有利となる。
言い換えると、個々の車載用バッテリ１２が有する内部抵抗の個体差に見合った分だけ、劣化判定閾値Ｒ０をオフセットするため、車載用バッテリ１２の劣化度合いの判定精度の向上を簡易に図る上で有利となる。
したがって、従来装置のように車載用バッテリが劣化した後に取り替える場合は、その都度、新品のバッテリの内部抵抗を別途検出し、それを新たな内部抵抗値として設定し直さなければならないという多大な手間がかからないため、使い勝手の向上を図る上で有利となる。

また、本実施の形態の車載用バッテリの劣化判定装置４０では、劣化判定手段２４により車載用バッテリ１２が劣化していると判定されることに応じてエンジン１０の自動停止を禁止するようにした。
したがって、車載用バッテリ１０の内部抵抗値のばらつきの影響を受けることなく、車載用バッテリ１２の劣化度合いに応じてエンジン１０の自動停止を確実に禁止することができる。
そのため、車載用バッテリ１２の劣化により電力の供給が不足しているにも拘わらず、エンジン１０の自動停止がなされてしまい、エンジン１０の始動が円滑にできなくなるといった不都合を確実に防止でき、車両の操作性の向上を図る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、車載用バッテリの劣化判定装置４０が搭載される車両が、エンジン１０を走行の動力源とするものである場合について説明した。
しかしながら、本発明の劣化判定装置４０は、車載用バッテリから電力が供給されるモータのみを走行の動力源とする車両、あるいは、そのようなモータとエンジンとの双方を走行の動力源とする車両にも適用可能であることは無論である。

本実施の形態の車載用バッテリの劣化判定装置４０が搭載された車両の制御系の構成を示すブロック図である。 エンジン１０の始動時における時間Ｔと出力電流値Ｉおよび出力電圧値Ｅとの関係を示す線図である。 出力電流値Ｉと出力電圧値Ｅとの関係を示す線図である。 車両の走行距離と、車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎと、劣化判定閾値Ｒ０とを示す図である。 車両の走行距離と、車載用バッテリ１２の直流内部抵抗値Ｒｉｎと、劣化判定閾値Ｒ０の補正例を示す図である。 車載用バッテリの劣化判定装置４０における劣化判定閾値Ｒ０の補正動作を示すフローチャートである。 車載用バッテリの劣化判定装置４０における車載用バッテリ１２の劣化度合いの判定動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０……エンジン、１２……車載用バッテリ、２４……劣化判定手段、２６……閾値補正手段、３０……内部抵抗値検出手段、４０……劣化判定装置。

Claims (3)

1. エンジンの始動時に車載用バッテリの内部抵抗値を検出する内部抵抗値検出手段と、
   前記内部抵抗値検出手段によって検出された内部抵抗値を所定の劣化判定閾値と比較することにより前記車載用バッテリが劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、
   未使用の車載用バッテリが最初に使用される際に前記内部抵抗値検出手段で検出される使用開始時内部抵抗値に応じて前記劣化判定閾値を補正する閾値補正手段と、
   を備えることを特徴とする車載用バッテリの劣化判定装置。
2. 前記閾値補正手段は、前記内部抵抗値の基準値として予め設定されている基準内部抵抗値と前記使用開始時内部抵抗値との差に基づき、前記劣化判定閾値を補正する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車載用バッテリの劣化判定装置。
3. 前記エンジンの運転中に自動停止条件が成立すると当該エンジンを自動停止させるアイドルストップ制御手段と、
   前記劣化判定手段により前記車載用バッテリが劣化していると判定された場合、前記エンジンの自動停止を禁止するアイドルストップ制御禁止手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の車載用バッテリの劣化判定装置。

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