JP2012183950A - 始動可否判定装置および始動可否判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過去のエンジン始動から所定の時間が経過した場合であってもエンジンの始動の可否を正確に判定することが可能な始動可否判定装置および始動可否判定方法を提供すること。
【解決手段】スタータモータによってエンジンが始動されている間の二次電池の内部抵抗としての動的内部抵抗を測定する動的内部抵抗測定手段（制御部１０）と、エンジンが停止しているときの二次電池の内部抵抗としての静的内部抵抗を測定する静的内部抵抗測定手段（制御部１０）と、過去のエンジン始動時に前後して測定された第１静的内部抵抗と、現時点から所定の時間内に測定された第２静的内部抵抗との比と、過去のエンジン始動時に測定された動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、二次電池によるエンジンの始動の可否を判定する判定手段（制御部１０）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、始動可否判定装置および始動可否判定方法に関するものである。

二次電池に蓄積されている電力によってスタータモータを駆動してエンジンを始動する、例えば、自動車等においては、エンジンを停止する際、あるいは、停止後に、次回にエンジンを再度始動できるか否かを知ることは非常に重要である。

特許文献１には、スタータモータを駆動する際の二次電池の電圧を計測し、先頭極小値を求め、当該先頭極小値の自乗値を算出し、自乗値が所定の値以上である場合にはエンジンが始動可能であると判定する技術が開示されている。

特開２００９−４７０９３号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、エンジン始動時に判定がなされるため、エンジン始動から時間が経過した場合には、例えば、温度等の環境変化や二次電池の自己放電によって状況が変化していることから、判定が有効でない場合があるという問題点が存在する。

そこで、本発明は過去のエンジン始動から所定の時間が経過した場合であってもエンジンの始動の可否を正確に判定することが可能な始動可否判定装置および始動可否判定方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、二次電池に蓄積された電力によりスタータモータを駆動してエンジンを始動可能か否かを判定する始動可否判定装置において、前記スタータモータによって前記エンジンが始動されている間の前記二次電池の内部抵抗としての動的内部抵抗を測定する動的内部抵抗測定手段と、前記エンジンが停止しているときの前記二次電池の内部抵抗としての静的内部抵抗を測定する静的内部抵抗測定手段と、過去の前記エンジン始動時に前後して前記静的内部抵抗測定手段によって測定された第１静的内部抵抗と、現時点から所定の時間内に前記静的内部抵抗測定手段によって測定された第２静的内部抵抗との比と、前記過去の前記エンジン始動時に前記動的内部抵抗測定手段によって測定された前記動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、前記二次電池による前記エンジンの始動の可否を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、過去のエンジン始動から所定の時間が経過した場合であってもエンジンの始動の可否を正確に判定することが可能となる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記動的内部抵抗測定手段は、前記スタータモータによって前記エンジンが始動されている間の前記二次電池の電圧と電流に基づいて前記動的内部抵抗を測定し、前記静的内部抵抗測定手段は、前記二次電池を間欠的に放電させたときの電圧と電流に基づいて前記静的内部抵抗を測定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、動的内部抵抗および静的内部抵抗を正確に求めることが可能になる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記動的内部抵抗測定手段は、前記スタータモータの回転開始から所定の時間が経過した後に、前記動的内部抵抗を測定することを特徴とする。
このような構成によれば、さらに高い精度でエンジンの始動可否を判定することが可能になる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、前記動的内部抵抗測定手段および前記静的内部抵抗測定手段による測定時の温度に基づいて前記動的内部抵抗および前記第１静的内部抵抗の値を補正した値に基づいて、前記エンジンの始動の可否を判定することを特徴とする。
このような構成によれば、温度による影響を低減し、正確に始動可否を判定することが可能になる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、前記第１および第２静的内部抵抗の比と、前記動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、前記エンジン始動時の前記二次電池の電圧または電流を推定し、当該推定された電圧または電流が所定の閾値よりも大きい場合には前記エンジンの始動が可能であると判定することを特徴とする。
このような構成によれば、電流または電圧と閾値との関係により、始動可否を正確かつ簡単に判定することが可能になる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、前記過去の前記エンジン始動時の前記二次電池に流れる電流をＩ１とし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、

ことを特徴とする。
このような構成によれば、エンジン始動時の電圧を推定し、推定された電圧に基づいて始動可否を正確に判定することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、前記過去の前記エンジン始動時の前記二次電池に流れる電流をＩ１とし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とし、温度補正係数をα，β，γ,ηとした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、

ことを特徴とする。
このような構成によれば、温度変化によらず、エンジン始動時の電圧を推定し、推定された電圧に基づいて始動可否を正確に判定することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、予め定められた所定の電流をＩｓｅｔとし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、

ことを特徴とする。
このような構成によれば、エンジン始動時の電圧を推定し、推定された電圧に基づいて始動可否を正確に判定することができる。

また、他の発明は、上記発明に加えて、前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、予め定められた所定の電流をＩｓｅｔとし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とし、温度補正係数をα，β，γ，ηとした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、

ことを特徴とする。
このような構成によれば、温度変化によらず、エンジン始動時の電圧を推定し、推定された電圧に基づいて始動可否を正確に判定することができる。

二次電池に蓄積された電力によりスタータモータを駆動してエンジンを始動可能か否かを判定する始動可否判定方法において、前記スタータモータによって前記エンジンが始動されている間の前記二次電池の内部抵抗としての動的内部抵抗を測定する動的内部抵抗測定ステップと、前記エンジンが停止しているときの前記二次電池の内部抵抗としての静的内部抵抗を測定する静的内部抵抗測定ステップと、過去の前記エンジン始動時に前後して前記静的内部抵抗測定ステップによって測定された第１静的内部抵抗と、現時点から所定の時間内に前記静的内部抵抗測定ステップによって測定された第２静的内部抵抗との比と、前記過去の前記エンジン始動時に前記動的内部抵抗測定ステップによって測定された前記動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、前記二次電池による前記エンジンの始動の可否を判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、過去のエンジン始動から所定の時間が経過した場合であってもエンジンの始動の可否を正確に判定することが可能となる。

本発明によれば、過去のエンジン始動から所定の時間が経過した場合であってもエンジンの始動の可否を正確に判定することが可能な始動可否判定装置および始動可否判定方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る始動可否判定装置の構成例を示す図である。 図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。 本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。 本発明の実施形態の動作原理を説明するためのフローチャートである。 車両状態と二次電池の電流および電圧の関係を示す図である。 静的内部抵抗を求める処理を説明するフローチャートである。 動的内部抵抗を求める処理を説明するフローチャートである。 クランキング中の二次電池の電流の時間的変化を示す図である。 エンジン始動の可否を判定するためのフローチャートである。 クランキング中の二次電池の電圧の時間的変化を示す図である。 クランキング中の電圧、電流、および、動的内部抵抗の変化を示す図である。 クランキング中の電圧、電流、および、動的内部抵抗の変化を示す図である。 クランキング中の電圧、電流、および、動的内部抵抗の変化を示す図である。 クランキングスタート検出から０．２秒後の電圧推定結果を示す図である。 クランキングスタート検出から０．４秒後の電圧推定結果を示す図である。 クランキングスタート検出から０．６秒後の電圧推定結果を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る始動可否判定装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、始動可否判定装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を主要な構成要素としており、二次電池１４によってスタータモータ１８を駆動してエンジン１７を始動可能か否かを判定する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４によるエンジン１７の始動可否を判定する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。

二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、表示部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるパラメータ１０ｃａを格納する。表示部１０ｄは、ＣＰＵ１０ａから供給される情報を表示する、例えば、液晶ディスプレイ等によって構成される。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５に駆動電流を供給してこれを制御する。

（Ｂ）実施形態の動作原理の説明
つぎに、図３〜５を参照して、実施形態の動作原理について説明する。本実施形態では、エンジン１７が停止し、二次電池１４が電気的平衡状態（充放電が殆どなされない状態）において、放電回路１５により所定の周期で二次電池１４を繰り返し放電させ、電圧と電流から二次電池１４の静的内部抵抗（二次電池１４が平衡状態における内部抵抗）を算出する。また、エンジン１７を始動するときは、二次電池１４の電流と電圧から動的内部抵抗（二次電池１４が放電状態における内部抵抗）を測定する。ここで、時間的に近いタイミングで測定された動的内部抵抗と、静的内部抵抗とは、相互の相関が高い。図３は、動的内部抵抗と静的内部抵抗の関係を示す図である。図３の横軸は静的内部抵抗を示し、縦軸は動的内部抵抗を示している。また、菱形はスタータモータ１８が回転する期間の前半（例えば、回転開始〜０．３秒の間）の動的内部抵抗の平均値を示し、正方形は全期間（例えば、回転開始〜０．６秒の間）の動的内部抵抗の平均値を示し、三角形は後半（例えば、０．３秒〜０．６秒の間）の動的内部抵抗の平均値を示している。この図に示すように、動的内部抵抗と静的内部抵抗の間には高い相関関係が存在する。これは、換言すると、充電状態や環境の変化によって動的内部抵抗が上昇した場合には、静的内部抵抗もそれに伴って上昇し、動的内部抵抗が下降した場合には、静的内部抵抗もそれに伴って下降することを示す。

そこで、本実施形態では、過去のエンジン始動時における動的内部抵抗を、その前後における静的内部抵抗と、現時点から所定の時間内の静的内部抵抗との比によって補正し、その大小に基づいて始動可否を判定することにより、過去の始動時から時間が経過したり、環境が変化したりした場合であっても、始動の可否を正確に判定することができる。

具体的に説明する。図４は、二次電池１４の端子電圧の時間的変化を示す図である。図４の横軸は時刻を示し、縦軸は二次電池１４の端子電圧を示す。図４の例では、時刻ｔ１において静的内部抵抗Ｚ１が測定され、時刻ｔｃ１〜ｔｃ２の期間では、エンジン１７のクランクシャフトがスタータモータ１８によってクランキング（回転駆動）され、そのときの動的内部抵抗Ｚｃ１が測定される。エンジン１７が始動されて車両が走行した後にエンジン１７が停止されると、一定の間隔で静的内部抵抗が測定される。例えば、エンジン１７が停止状態である時刻ｔ２において、制御部１０は、静的内部抵抗Ｚ２を測定する。そして、制御部１０は、以下の式（１）に基づいて、時刻ｔｃ２〜ｔｃ３においてクランキングが実行された場合に想定される動的内部抵抗Ｚｃ２を計算により推定する。

Ｚｃ２＝Ｚｃ１×Ｚ２／Ｚ１ ・・・（１）

なお、このような式（１）を用いることにより、過去のクランキングから時間が経過している場合であったり、環境が変化している場合であったりしても、Ｚｃ２を正確に推定することができる。

Ｚｃ２が求まると、制御部１０は、Ｚｃ２が閾値Ｚｃｔｈよりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、エンジン１７の始動が困難であると判定し、警告を発出する。

図５は、本実施形態の動作の概要を説明するためのフローチャートである。この図５に基づいて、本実施形態の動作をさらに詳細に説明する。図５のフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１では、制御部１０は、放電回路１５によってパルス状の放電を周期的に所定回数繰り返し、そのときの電圧および電流を電圧センサ１１および電流センサ１２によって検出し、これらの値から静的内部抵抗Ｚ２を算出する。なお、静的内部抵抗の値はその時点において算出されたもののみには限定されず、所定の時間内（例えば、数分内から数時間内）に測定された静的内部抵抗であってもよい。二次電池１４が平衡状態にある場合には、短時間で静的内部抵抗が大きく変化することはないからである。なお、二次電池１４から負荷１９に流れる電流が大きい場合には、数分以内の静的内部抵抗のみに限定するようにしてもよい。

ステップＳ２では、制御部１０は、過去のクランキングの前に測定され、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されている静的内部抵抗Ｚ１を取得する。なお、過去のクランキング時としては、前回のクランキング時であってもよいし、前々回以前のクランキング時であってもよい。

ステップＳ３では、制御部１０は、過去のクランキング中に測定され、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されている動的内部抵抗Ｚｃ１を取得する。なお、過去のクランキングとしては、静的内部抵抗の測定時と時間的に接近していれば、前回であったり前々回以前であったりしてもよい。

ステップＳ４では、制御部１０は、前述した式（１）に基づいて、次回クランキング中のＺｃ２を推定する。

ステップＳ５では、制御部１０は、ステップＳ４で推定した動的内部抵抗Ｚｃ２が、閾値Ｚｃｔｈよりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合にはステップＳ６に進み、それ以外の場合には処理を終了する。

ステップＳ６では、制御部１０は、エンジン１７の始動が困難であることを警告として発出する。例えば、制御部１０は、表示部１０ｄに対して、「エンジンの始動が困難となっています。」のような表示を行うことでユーザに警告を発出する。

以上に説明したように、本実施形態によれば、所定の時間内に測定された静的内部抵抗Ｚ２と過去のクランキング前の静的内部抵抗Ｚ１の比（Ｚ２／Ｚ１）と、過去のクランキング時の動的内部抵抗Ｚｃ１との積に基づいて、次回クランキング時の動的内部抵抗Ｚｃ２を推定し、この動的内部抵抗Ｚｃ２と閾値Ｚｃｔｈとの比較に基づいて、次回クランキング時における始動の可否を判定するようにしたので、過去の始動時から時間が経過したり、環境が変化したりした場合であっても、始動の可否を正確に判定することが可能になる。

なお、以上の説明では、環境温度については考慮しない構成としたが、例えば、静的内部抵抗および動的内部抵抗を算出する際に、温度センサ１３からの出力を参照し、算出された静的内部抵抗および動的内部抵抗に対して温度による補正を行うようにしてもよい。具体的には、これらの内部抵抗を基準温度における内部抵抗または判定時の温度における内部抵抗に変換するためのテーブルまたは変換式をＲＯＭ１０ｂに格納しておき、テーブルまたは変換式に基づいて、基準温度または判定時の温度における内部抵抗に変換することができる。

（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明
つぎに、本実施形態の詳細な動作について説明する。図６は、車両状態と電圧および電流の変化の関係を示す図である。この図６に示すように、エンジン１７を始動するためのイグニッションキーがＩＧ（Ignition）ＯＮの位置にされ、スタータモータ１８がエンジン１７のクランキングを開始すると、電圧および電流が測定され、動的内部抵抗が算出される。また、イグニッションキーがＡＣＣ（Accessory）ＯＦＦの位置にされ、車両が停止状態になると、周期τで静的内部抵抗が測定される。また、過去のクランキング前に測定された静的内部抵抗、今回測定された静的内部抵抗、および、過去のクランキング時に測定された動的内部抵抗に基づいて次回クランキング時の電圧降下量が求められ、電圧降下量が所定の閾値を上回る場合には警告が発出される。

図７は、図６の時刻ｔ１等において実行される静的内部抵抗を求める処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、エンジン１７が停止中であるか否かを判定し、停止中である場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）には処理を終了する。なお、エンジン１７が停止しているか否かを判定する方法としては、例えば、イグニッションキーがＯＦＦの位置にされているか否かに基づいて判定することができる。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、静的内部抵抗を前回測定してから、所定の時間（図６の例ではτ）が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には処理を終了する。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御し、二次電池１４に単発のパルス状の電流を放電させる。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の電圧、電流、および、温度を検出する。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、処理が所定の回数繰り返されたか否かを判定し、所定の回数繰り返された場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）にはステップＳ１２に戻って同様の処理を繰り返す。なお、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が繰り返されることにより、例えば、０．０２〜０．０３秒の周期で電圧、電流、および、温度が、例えば、数回測定される。なお、測定結果はＲＡＭ１０ｃに格納される。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１３において測定された電圧および電流に基づいて静的内部抵抗を算出する。具体的には、電流パルスとその応答電圧をそれぞれフーリエ展開することにより、二次電池１４の静的内部抵抗を計算する。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１５において算出された静的内部抵抗を、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納し、処理を終了する。

以上の処理により、所定の周期で静的内部抵抗を求め、ＲＡＭ１０ｃに格納することができる。

つぎに、図８を参照して、動的内部抵抗を求める処理について説明する。図８に示す処理は所定の周期で繰り返し実行される。図８の処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、電流センサ１２の出力を参照し、二次電池１４に流れる電流Ｉを検出する。

ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、クランキングが開始したことを検出した場合に“１”に設定されるクランキング開始検出フラグが“１”であるか否かを判定し、“１”である場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）にはステップＳ２７に進み、それ以外の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）にはステップＳ２２に進む。ここで、クランキング開始検出フラグは、クランキングが開始されたとステップＳ２２で判定された場合にステップＳ２３で“１”に設定され、それ以外は“０”の値に設定されるフラグである。

ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２０で検出した電流Ｉがクランキング開始を判定するためのクランキング開始検出閾値よりも小さいか否かを判定し、小さい場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）にはステップＳ２３に進み、それ以外の場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）には処理を終了する。図９はクランキング時において二次電池１４に流れる電流の時間的変化を示す図である。この図に示すように、イグニッションがオン（ＩＧ ＯＮ）されてスタータモータ１８によるクランキングが開始されると、電流が急激に流れ始め、その後はスタータモータ１８の回転数の増加に応じて電流が減少し、エンジン１７が始動する。エンジン１７が始動すると、オルタネータ１６による充電が開始されるので電流がプラスになる。ステップＳ２２の処理では、ステップＳ２０で検出された電流Ｉがクランキング開始検出閾値としてのＩｔｈ１以下になった場合にＹｅｓと判定されてステップＳ２３に進むようにすればよい。

ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、クランキング開始検出フラグを“１”に設定する。これ以降は、ステップＳ２１ではＹｅｓと判定される。

ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０ａは、クランキング開始後経過時間を更新する。具体的には、ステップＳ２２においてクランキング開始が検出されてから経過した時間を更新する。

ステップＳ２５では、ＣＰＵ１０ａは、クランキング中の電圧および電流を電圧センサ１１および電流センサ１２から取得する。なお、前述したように図８の処理は所定の周期で実行されるので、クランキング中の電圧および電流が所定の周期で取得される。

ステップＳ２６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２５において取得された電圧および電流に基づいて、動的内部抵抗Ｚｃ１を算出する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、以下の式（２）に基づいて動的内部抵抗Ｚｃ１を算出する。なお、算出された動的内部抵抗Ｚｃ１は、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納される。

Ｚｃ２＝（Ｖｒ−Ｖｓ）／（Ｉｒ−Ｉｓ） ・・・（２）

ここで、Ｖｒはクランキング開始前の二次電池１４の電圧であり、ＶｓはステップＳ２５において新たに測定された電圧である。また、Ｉｒはクランキング開始前の二次電池１４の電流であり、ＩｓはステップＳ２５において新たに測定された電流である。なお、クランキング開始前の二次電池１４の電圧の代わりに、安定開回路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、または、安定開回路電圧ＯＣＶの推定値を用いるようにしてもよい。

ステップＳ２７では、ＣＰＵ１０ａは、クランキング中において動的内部抵抗の計算が終了したことを示すクランキング計算終了フラグが“１”であるか否かを判定し、“１”である場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）にはステップＳ３０に進み、それ以外の場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）にはステップＳ２８に進む。ここで、クランキング計算終了フラグは、ステップＳ２８において電流がクランキング計算終了閾値よりも大きくなった場合にステップＳ２９において“１”に設定されるフラグである。

ステップＳ２８では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２０で検出した電流Ｉがクランキング計算終了閾値よりも大きいか否かを判定し、大きい場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）にはステップＳ２９に進み、それ以外の場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）にはステップＳ２４に進み、前述の場合と同様の処理を実行する。具体的には、図９に示すＩｔｈ２をクランキング計算終了閾値とし、このＩｔｈ２との比較により判定する。

ステップＳ２９では、ＣＰＵ１０ａは、クランキング計算終了フラグを“１”に設定する。その結果、これ以降は、ステップＳ２７においてＹｅｓと判定される。

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、クランキングが終了したか否かを判定し、終了した場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）には処理を終了する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、イグニッションキーがスタータモータ１８を回転させる位置からＩＧ ＯＮの状態に復元された場合にはクランキングが終了したと判定することができる。

ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、クランキングが成功したか否かを判定し、成功した場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）にはステップＳ３３に進む。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、クランキング時間が所定の閾値以上であって、かつ、オルタネータ１６が動作開始した場合にはクランキング成功であると判定してステップＳ３２に進むことができる。

ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、クランキングの成功に伴って、計算結果を更新する。具体的には、ステップＳ２６で算出した動的内部抵抗Ｚｃ１を新たな動的内部抵抗とするとともに、前回のクランキング時に算出された動的内部抵抗Ｚｃ１を動的内部抵抗Ｚｃ２とする。

ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、クランキングの失敗に伴って、計算結果を破棄する。具体的には、ステップＳ２６で算出した動的内部抵抗Ｚｃ１を破棄する。

以上の処理により、クランキング中の二次電池１４の電圧および電流から動的内部抵抗を求めることができる。なお、図８の処理によれば、クランキング中における複数の動的内部抵抗を得ることができるが、後述する図１０の処理において使用する動的内部抵抗としては、例えば、所定の期間中における平均の動的内部抵抗を使用したり、クランキング開始から所定の時間経過後の動的内部抵抗を用いたり、複数の測定値の中の最大値を使用したりすることができる。

つぎに、図１０を参照して、エンジン１７の始動可否を判定する処理について説明する。図１０の処理は、例えば、静的内部抵抗が新たに測定された場合、ユーザである運転者から指示がなされた場合、あるいは、所定の時間間隔で実行される。なお、図１０に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ４０では、ＣＰＵ１０ａは、次のパラメータをＲＡＭ１０ｃから取得する。Ｖｂはクランキング直前の二次電池１４の電圧を示す。図１１はクランキング中の二次電池１４の電圧変化をＶｂ毎に示す図である。この図１１に示すように、クランキング直前の二次電池１４の電圧Ｖｂが高いとクランキング中の電圧降下は小さく、電圧Ｖｂが低いとクランキング中の電圧降下は大きくなる。したがって、本実施形態では、電圧Ｖｂも含む数式に基づいて始動の可否を判定する。

図１０に戻る。Ｚｃ１は、前回のクランキング時に測定された動的内部抵抗である。Ｚ２は、前回のクランキングの前（例えば、クランキングの直前）に測定された静的内部抵抗である。また、Ｚ１は、前回のクランキング後に（例えば、今回）測定された静的内部抵抗である。Ｉｃ＿ｓｅｔは、予め設定されたクランキング時の電流（固定値）をＶｂによって補正した値である。すなわち、Ｖｂが大きくなった場合にはＩｃ＿ｓｅｔもそれに応じて大きな値とし、Ｖｂが小さくなった場合にはＩｃ＿ｓｅｔもそれに応じて小さな値とすればよい。また、α，β，γ，ηは、温度補正用パラメータである。具体的には、α，β，γ，ηは、Ｉｃ＿ｓｅｔの設定温度、Ｚｃ１測定時（前回のクランキング時）の温度、および、Ｚ１測定時（前回のクランキング前）の温度と、現時点における温度との間に差がある場合には、これらを補正するためのパラメータである。

ステップＳ４１では、ＣＰＵ１０ａは、以下の式（３）に基づいて、次回クランキング時の電圧Ｖ２を推定する。

ここで、右辺の括弧内は、静的内部抵抗Ｚ２，Ｚ１の比であり、前回と今回の測定時において二次電池１４の状態変化または環境変化が無い場合にはこの比は“１”となり、変化がある場合には当該変化に応じた所定の値となる。したがって、これらの比に対して前回クランキング時の動的内部抵抗Ｚ１を乗算することにより、状態変化または環境変化に応じて、動的内部抵抗Ｚｃ１を補正し、次回クランキング時の動的内部抵抗Ｚｃ２に対応する値を得る。そして、このようにして得た次回クランキング時の動的内部抵抗Ｚｃ２に対応する値に対して、クランキング時の電流Ｉｃ＿ｓｅｔを乗算することで、動的内部抵抗Ｚｃ２に基づく電圧降下を算出し、当該電圧降下を電圧Ｖｂから減算することで、次回クランキング時の推定電圧Ｖ２を算出することができる。

ステップＳ４２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ４１で算出した次回クランキング時の電圧Ｖ２を閾値Ｖｃ＿ｔｈと比較し、Ｖ２＜Ｖｃ＿ｔｈである場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）にはステップＳ４３に進み、それ以外の場合には処理を終了する。すなわち、次回クランキング時の推定電圧Ｖ２が所定の閾値Ｖｃ＿ｔｈよりも小さい場合には、電圧降下によってクランキングがスムーズに実行できず、エンジン１７を始動できないことが想定されるので、その場合には、ステップＳ４３に進む。なお、Ｖｃ＿ｔｈの具体的な値としては、例えば、ガソリンを燃料とするレシプロエンジンの場合には７Ｖを用いることができる。ディーゼルエンジンの場合には、ガソリンのレシプロエンジンに比較して５割増し程度の電流が流れ、電圧降下も大きいことから、７Ｖよりも大きい値（例えば、９Ｖ）に設定することが望ましい。

ステップＳ４３では、ＣＰＵ１０ａは、エンジン１７が始動できない可能性があることを示す警告を表示部１０ｄに対して表示する。なお、表示部１０ｄに対して表示するのではなく、エンジン１７を制御する図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）に対して、エンジン１７が始動できない可能性がある旨を通知するようにしてもよい。

以上の処理によれば、式（３）に基づいて次回クランキング時の二次電池１４の電圧Ｖ２を推定し、Ｖ２が所定の閾値Ｖｃ＿ｔｈよりも小さい場合には、エンジン１７の始動が困難と判定して警告を発出するようにしたので、前回クランキング時から状態が変化している場合であっても、正確に判定することが可能となる。

図１２〜１４は、本実施形態による電圧Ｖ２の予測結果を示す図である。まず、図１２は、静的内部抵抗Ｚ２の測定時の二次電池１４の電圧が１２．８０Ｖである場合の測定結果を示す図である。ここで、図１２（ａ）は、静的内部抵抗Ｚ２の測定時の二次電池１４の電圧が１２．８０Ｖである場合のクランキング中の電圧変化を示す図である。また、図１２（ｂ）はクランキング中の電流の変化と、動的内部抵抗の変化を示す図である。なお、図中において、実線、破線、および、一点鎖線は、それぞれ、クランキング突入電流が検出される０．０１秒前、０．０２秒前、および、０．６秒前の二次電池１４の電圧を基準電圧（式（２）のＶｒ）とした場合の動的内部抵抗の変化をそれぞれ示している。さらに、図１２（ｃ）は、クランキング中の電圧と電流の変化を示す図である。図１２の例では、図中には示していないが、直前の静的内部抵抗Ｚ２の測定値は８．３３［ｍΩ］であり、クランキングの突入電流検出から０．３〜０．６秒の間の動的内部抵抗の平均値は、１０．４８［ｍΩ］である。

図１３は、図１２の状態からＳＯＣ（State of Charge）が３０％減少し、静的内部抵抗Ｚ２の測定時の二次電池１４の電圧が１２．４１Ｖである場合の測定結果を示す図である。図１３（ａ）は、静的内部抵抗Ｚ２の測定時の二次電池１４の電圧が１２．４１Ｖである場合のクランキング中の電圧変化を示す図であり、図１３（ｂ）はクランキング中の電流の変化と、動的内部抵抗の変化を示す図であり、図１３（ｃ）は、クランキング中の電圧と電流の変化を示す図である。図１３の例では、図中には示していないが、直前の静的内部抵抗Ｚ２の測定値は９．６９［ｍΩ］であり、クランキングの突入電流検出から０．３〜０．６秒の間の動的内部抵抗の平均値は、１１．４８［ｍΩ］である。また、以上の実施形態によるクランキング時の電圧Ｖ２の推定値は２００Ａの電流が流れる時点において９．９７Ｖであり、２０２Ａの電流が流れる時点における実測値１０．１６Ｖに近い値となっている。

図１４は、図１３の状態からＳＯＣが３０％減少し、静的内部抵抗Ｚ２の測定時の二次電池１４の電圧が１２．１２Ｖである場合の測定結果を示す図である。図１４（ａ）は、静的内部抵抗Ｚ２の測定時の二次電池１４の電圧が１２．１２Ｖである場合のクランキング中の電圧変化を示す図であり、図１４（ｂ）はクランキング中の電流の変化と、動的内部抵抗の変化を示す図であり、図１４（ｃ）は、クランキング中の電圧と電流の変化を示す図である。図１４の例では、図中には示していないが、直前の静的内部抵抗Ｚ２の測定値は１３．４６［ｍΩ］であり、クランキングの突入電流検出から０．３〜０．６秒の間の動的内部抵抗の平均値は、１５．２９［ｍΩ］である。また、以上の実施形態によるクランキング時の電圧Ｖ２の推定値は２００Ａの電流が流れる時点において８．９３Ｖであり、２０５Ａの電流が流れる時点における実測値９．０７Ｖに近い値となっている。

図１５〜１７は、クランキングスタート検出から所定の時間後の電圧推定結果を示す図である。まず、図１５はクランキングスタート検出から０．２秒後の電圧推定結果を示す図であり、横軸はクランキング直前の二次電池１４の電圧Ｖｂを示し、縦軸は電圧の推定誤差を示している。また、図１６，１７は、クランキングスタート検出から０．４秒後および０．６秒後の電圧推定結果をそれぞれ示している。これらの図１５〜１７の比較から、０．２秒後の場合にはプロットされた点が０．０Ｖからずれた位置に集中している。また、０．４秒後の場合には０．２秒後に比較するとプロットされた点は０．０Ｖに集まっている。さらに、０．６秒後の場合にはプロットされた点は０．０Ｖに集まるとともに、０．４秒後に比較すると分散が緩和されプロットされた点が０．０Ｖに集中している。つまり、０．２〜０．６秒の範囲であれば、後半に近いほど、電圧の推定誤差が少なくなることが分かる。したがって、この範囲であれば、０．６秒に近い時間の電圧を推定することが望ましい。なお、始動不能に近い状態または始動不能の状態では、クランキング突入電流が流れた後のクランキング波形に、始動不能に近い状態または始動不能であることを示す特徴が現れる。このため、始動可能か否かを判定するためには、突入時の電圧を推定するよりも、突入後の時間帯の電圧の推定が重要となる。ガソリンエンジンの場合、始動に約１秒程度を要するので、例えば、その中央値である０．５秒前後の時間帯の電圧を推定することで、精度が高い推定が可能になる。

以上に説明したように、本実施形態では、動的内部抵抗と静的内部抵抗の実測値の関係を用い、この関係に基づいて始動の可否を判定する。そのため、二次電池１４の種類、または、使用環境によらず正確な判定を、少ないメモリ容量で行うことができる。また、推定精度が高いことから、本実施形態によれば、種々の二次電池１４に対応した判定を行うとともに、二次電池１４の搭載車両、搭載機器の動的負荷に適応した判定を行うことができる。

（Ｄ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、式（３）に基づいて電圧を推定し、この推定された電圧と閾値との比較により、エンジン１７の始動可否を判定するようにしたが、例えば、動作原理において説明したように動的内部抵抗の変化に基づいて判定したり、あるいは、以下の式（４）に基づいてクランキング時の電流Ｉ２を求め、これと閾値電流Ｉｃ＿ｔｈとを比較し、Ｉ２＜Ｉｃ＿ｔｈの場合にエンジン１７の始動が困難として警告を発出したりするようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、二次電池１４の電圧予測値Ｖ２を得るために式（３）を用いる場合を例に挙げて説明したが、以下の式（５）を用いるようにしてもよい。ここで、Ｉ１は前回クランキング時に二次電池１４に流れる電流であり、α，β，γ，ηは温度補正係数である。このような式（５）を用いることによっても、エンジン１７の始動可否を正確に判定することができる。なお、Ｉ１としては、図９に示すように、突入時の最大電流の次のピーク電流を用いることにより、正確な判定を行うことができる。

また、以上の実施形態では、式（３）〜（５）において、温度補正係数α，β，γ，ηを用いるようにしたが、使用環境や使用目的によっては、これらの一部だけを用いるようにしたり、あるいは、これらの全てを用いないようにしたりすることも可能である。

また、図２に示す制御部１０では表示部１０ｄを設けるようにしたが、表示部１０ｄを設けない構成とし、エンジン１７の始動可否の判定結果をＥＣＵに通知し、ＥＣＵによって制御される表示部に対して警告を表示するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、前回のエンジン始動時の動的内部抵抗Ｚｃ１と、その直前の静的内部抵抗Ｚ１と、現時点の静的内部抵抗Ｚ２に基づいて、エンジン１７の始動の可否を判定するようにしたが、本発明はこのような場合にのみ限定されるものではない。例えば、動的内部抵抗Ｚｃ１は、前回のエンジン始動時ではなく、前々回であってもよいしそれ以前の始動時であってもよい。また、静的内部抵抗Ｚ１については、エンジン始動時の直前ではなく、例えば、数分から数時間「前」であったり、数分から数時間「後」であったりしてもよい。さらに、静的内部抵抗Ｚ２についても直近の値ではなく、数分から数時間「前」の測定値であってもよい。

また、静的内部抵抗および動的内部抵抗を測定する際において、分極の影響または充放電電流の影響を排除する処理を行うようにしてもよい。具体的には、二次電池１４に発生する分極の影響により、内部抵抗の測定精度が低下することを防止するために、例えば、充電分極の影響を受けている場合には放電電流パルスを二次電池１４に印加し、放電分極の影響を受けている場合には充電電流パルスを二次電池１４に印加した後に内部抵抗を測定することでこれらの分極の影響を低減することができる。また、充放電電流の影響を排除する方法としては、電流の測定値から直流電流成分を算出し、直流電流と内部抵抗の関係を示す式に基づいて基準の直流電流値における内部抵抗を推定することができる。

また、以上の実施形態では、始動可否の判定のみを行うようにしたが、例えば、始動可否の判定結果に基づいて、例えば、エンジン１７のアイドリングを停止する、いわゆる、アイドリングストップの実行を制御するようにしてもよい。具体的には、始動が可能と判定された場合には、アイドリングストップを実行し、始動が困難と判定された場合にはアイドリングストップを実行しないようにしてもよい。また、始動が困難な状態に近づいている場合（Ｖ２とＶｃ＿ｔｈの差が小さくなっている場合）には、例えば、負荷１９の動作を停止させ、二次電池１４のさらなる消耗を防ぐようにしてもよい。

１ 始動可否判定装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 表示部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
１４ 二次電池
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷

Claims (10)

1. 二次電池に蓄積された電力によりスタータモータを駆動してエンジンを始動可能か否かを判定する始動可否判定装置において、
   前記スタータモータによって前記エンジンが始動されている間の前記二次電池の内部抵抗としての動的内部抵抗を測定する動的内部抵抗測定手段と、
   前記エンジンが停止しているときの前記二次電池の内部抵抗としての静的内部抵抗を測定する静的内部抵抗測定手段と、
   過去の前記エンジン始動時に前後して前記静的内部抵抗測定手段によって測定された第１静的内部抵抗と、現時点から所定の時間内に前記静的内部抵抗測定手段によって測定された第２静的内部抵抗との比と、前記過去の前記エンジン始動時に前記動的内部抵抗測定手段によって測定された前記動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、前記二次電池による前記エンジンの始動の可否を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする始動可否判定装置。
2. 前記動的内部抵抗測定手段は、前記スタータモータによって前記エンジンが始動されている間の前記二次電池の電圧と電流に基づいて前記動的内部抵抗を測定し、
   前記静的内部抵抗測定手段は、前記二次電池を間欠的に放電させたときの電圧と電流に基づいて前記静的内部抵抗を測定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の始動可否判定装置。
3. 前記動的内部抵抗測定手段は、前記スタータモータの回転開始から所定の時間経過した後に、前記動的内部抵抗を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の始動可否判定装置。
4. 前記判定手段は、前記動的内部抵抗測定手段および前記静的内部抵抗測定手段による測定時の温度に基づいて前記動的内部抵抗および前記第１静的内部抵抗の値を補正した値に基づいて、前記エンジンの始動の可否を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の始動可否判定装置。
5. 前記判定手段は、前記第１および第２静的内部抵抗の比と、前記動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、前記エンジン始動時の前記二次電池の電圧または電流を推定し、当該推定された電圧または電流が所定の閾値よりも大きい場合には前記エンジンの始動が可能であると判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の始動可否判定装置。
6. 前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、前記過去の前記エンジン始動時の前記二次電池に流れる電流をＩ１とし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、
   

   

   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の始動可否判定装置。
7. 前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、前記過去の前記エンジン始動時の前記二次電池に流れる電流をＩ１とし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とし、温度補正係数をα，β，γ,ηとした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、
   

   

   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の始動可否判定装置。
8. 前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、予め定められた所定の電流をＩｓｅｔとし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、
   

   

   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の始動可否判定装置。
9. 前記判定手段は、前記二次電池のエンジン始動前の電圧または安定開回路電圧をＶｂ２とし、予め定められた所定の電流をＩｓｅｔとし、前記動的内部抵抗をＺｃ１とし、前記第１および第２静的内部抵抗をそれぞれＺ１，Ｚ２とし、温度補正係数をα，β，γ，ηとした場合に、以下の式で求められるエンジン始動時の前記二次電池の電圧予測値Ｖ２が所定の閾値よりも大きい場合に始動可能と判定する、
   

   

   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の始動可否判定装置。
10. 二次電池に蓄積された電力によりスタータモータを駆動してエンジンを始動可能か否かを判定する始動可否判定方法において、
    前記スタータモータによって前記エンジンが始動されている間の前記二次電池の内部抵抗としての動的内部抵抗を測定する動的内部抵抗測定ステップと、
    前記エンジンが停止しているときの前記二次電池の内部抵抗としての静的内部抵抗を測定する静的内部抵抗測定ステップと、
    過去の前記エンジン始動時に前後して前記静的内部抵抗測定ステップによって測定された第１静的内部抵抗と、現時点から所定の時間内に前記静的内部抵抗測定ステップによって測定された第２静的内部抵抗との比と、前記過去の前記エンジン始動時に前記動的内部抵抗測定ステップによって測定された前記動的内部抵抗との積によって得られる値に基づいて、前記二次電池による前記エンジンの始動の可否を判定する判定ステップと、
    を有することを特徴とする始動可否判定方法。

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