JP2016017840A - 鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛蓄電池以外の二次電池が鉛蓄電池と並列に接続された電源部を備えた構成において、鉛蓄電池の劣化を精度良く判定する。【解決手段】電圧検出部８１は、電源部４５の電圧を検出する。電流取得部８２は、電流センサ５１で検出された電流を取得する。状態検出部８３は、エンジン１０がアイドルストップ状態にあるか否かを検出する。劣化判定部８４は、状態検出部８３によりアイドルストップ状態であることが検出された場合、電圧検出部８１から出力された検出電圧と電流取得部８２で取得された電流とを用いて鉛蓄電池５０の劣化を判定する。【選択図】図１

Description

本開示は、鉛蓄電池が劣化しているか否かを判定する鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法に関する。

エンジンを主たる動力源とする車両は、エンジンを始動するためのスタータモータの電源としてバッテリを備える。このバッテリとしては、一般に鉛蓄電池が使用される。

また、近年、車両が走行中にブレーキにより減速を開始したときに発生するエネルギーによって発電機により発電した電力でバッテリを充電することが行われている（エネルギー回生）。しかし、エネルギーを回生するときには急速充電が行われることになるが、鉛蓄電池では、十分な急速充電が行えないため、エネルギーを有効に回生するのが困難となっている。

そこで、十分な急速充電が行えるニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池などの鉛蓄電池以外の二次電池が鉛蓄電池と並列に接続された電源部を備える車両が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２−９０４０４号公報

近年、エンジンを主たる動力源とする車両の排ガスを削減するために、アイドルストップ機能を有する車両が普及しつつある。上述のようなエネルギーの回生機能を有し、かつアイドルストップ機能を有する車両では、鉛蓄電池が頻繁に充放電される。このため、鉛蓄電池の劣化が懸念される。しかしながら、上記特許文献１では、鉛蓄電池が劣化しているか否かを判定することについては、十分に検討されていない。

本発明は、上述した課題を解決するもので、鉛蓄電池以外の二次電池が鉛蓄電池と並列に接続された電源部を備えた構成において、鉛蓄電池の劣化を精度良く判定できる鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、前記電源部の電圧を検出する電圧検出部と、前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部で検出された放電電圧と前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定する劣化判定部とを備える。

本態様によれば、鉛蓄電池の劣化を精度良く判定できる。

本実施の形態のバッテリ制御部を含む車両の構成を概略的に示すブロック図である。 劣化の判定の原理を説明するためのグラフである。 鉛蓄電池における容量と電圧との関係を示したグラフである。 閾値管理部が電圧閾値を変更する際に用いる閾値テーブルのデータ構成の一例を示す図である。 バッテリ制御部の動作を概略的に示すフローチャートである。 車両に用いられる鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との内部抵抗の推移を概略的に示す図である。

（本開示に係る一態様を発明するに至った経緯）
まず、本開示に係る一態様の着眼点について説明する。上記特許文献１では、鉛蓄電池が劣化しているか否かを判定することについては十分に検討されていない。そこで、本発明者は、上記特許文献１に記載の技術と同様に、互いに並列接続された鉛蓄電池と鉛蓄電池以外の二次電池（本実施の形態ではニッケル水素蓄電池）とを含む電源部を車両に用いる場合の鉛蓄電池の劣化について検討した。電池の劣化が進むと、電池の内部抵抗が増大する。

図６は、車両に用いられる鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との内部抵抗の推移を概略的に示す図である。図６の上図は、鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との個々の内部抵抗の推移を示す。図６の下図は、鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との内部抵抗が合成された合成内部抵抗の推移を示す。

車両に用いられる鉛蓄電池は、一般に、３年で交換される。したがって、図６の上図に示されるように、鉛蓄電池の内部抵抗Ｒｐｂは、初期値Ｒｐｂ０から３年間増大し続けるが、３年後の交換毎に、初期値Ｒｐｂ０に戻る。一方、ニッケル水素蓄電池は、車両と同様の９年以上の寿命で設計されている。したがって、図６の上図に示されるように、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗Ｒｎｉは、初期値Ｒｎｉ０から９年間増大し続ける。

その結果、鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との合成内部抵抗Ｒｔは、初期値Ｒ０から３年間増大し続けた後、３年後の鉛蓄電池の交換により低下する。しかし、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗が増大しているため、合成内部抵抗Ｒｔは、初期値Ｒ０より高い抵抗値Ｒ３までしか低下しない。６年後にも、同様に、合成内部抵抗Ｒｔは、鉛蓄電池の交換により低下するが、抵抗値Ｒ３より高い抵抗値Ｒ６までしか低下しない。

したがって、鉛蓄電池の劣化判定を、予め定められた抵抗閾値Ｒｄと合成内部抵抗Ｒｔとを比較して行うと、車両の使用開始から３年後は、適切なタイミングで劣化と判定できる。しかし、鉛蓄電池の交換後は、車両の使用開始からＴｄ年（３＜Ｔｄ＜６）で合成内部抵抗Ｒｔが抵抗閾値Ｒｄに到達する。このため、鉛蓄電池の交換から３年以内に、鉛蓄電池は劣化していないにも拘らず、劣化したと判定されるという問題がある。この問題を解決するには、電源部全体の劣化ではなく、鉛蓄電池単独の劣化を判定する必要がある。

ここで、電源部は鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池とが並列接続されている。したがって、鉛蓄電池がニッケル水素蓄電池よりも劣化が大きいと、鉛蓄電池の方がニッケル水素蓄電池よりも内部抵抗が大きくなって、ニッケル水素蓄電池により多くの放電電流が流れるため、鉛蓄電池に流れる放電電流は低下する。したがって、鉛蓄電池に流れる放電電流が正常値に比べてどの程度小さくなっているかが検出できれば、鉛蓄電池の劣化を判断できることを本発明者は見出した。

そこで、本発明者は、上記検討を踏まえ、以下のように本開示にかかる各態様の発明を想到するに至った。

本発明の一態様による鉛蓄電池の劣化判定装置は、互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、前記電源部の電圧を検出する電圧検出部と、前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部で検出された放電電圧と前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定する劣化判定部とを備える。

この態様によれば、鉛蓄電池は二次電池と並列接続されているため、鉛蓄電池の劣化が進むと、鉛蓄電池の内部抵抗が上昇し、鉛蓄電池に流れる電流が正常なときに比べて小さくなるという点を利用して、鉛蓄電池の劣化が検出されている。そのため、鉛蓄電池のみの劣化を精度良く判定できる。

また、上記態様において、車両を駆動させるエンジンがアイドルストップ状態であることを検出する状態検出部と、前記アイドルストップ状態における前記電源部の電圧が前記アイドルストップ状態への移行を禁止させる電圧に到達しているか否かを判断するための電圧閾値を管理する閾値管理部とを更に備え、前記閾値管理部は、前記アイドルストップ状態において前記電流検出部により検出された前記放電電流が減少するにつれて、前記電圧閾値が増大するように、電圧閾値を変更してもよい。

この態様によれば、アイドルストップ状態において電流検出部により検出された放電電流が減少するにつれて、電圧閾値が増大するように、電圧閾値が変更される。そのため、電圧閾値を、鉛蓄電池の劣化の度合いに応じて適切な値に変更できる。その結果、鉛蓄電池の残容量が十分でないにも拘わらず、アイドルストップ状態に移行され、アイドルストップ状態から再始動ができない現象が発生することを防止できる。

上記態様において、前記劣化判定部は、前記アイドルストップ状態において前記電圧検出部で検出された放電電圧と、前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定し、前記閾値管理部は、前記劣化判定部により劣化が判定された場合に前記電圧閾値を変更する処理を実行してもよい。

この態様によれば、鉛蓄電池の放電電流が比較的小さいアイドルストップ状態において鉛蓄電池の劣化が判定されている。そのため、例えばエンジンの始動時に流れるような大電流を検出できる高価且つ大型な電流センサを鉛蓄電池に取り付けなくても、鉛蓄電池の劣化を判定できる。また、鉛蓄電池が劣化していると判定された場合にのみ、電圧閾値を変更する処理が実行されているため、常に電圧閾値を変更する処理を実行する態様を採用する場合に比べて、処理ステップ数の削減を図ることができる。

上記態様において、車両を駆動させるエンジンがアシスト状態であることを検出する状態検出部を更に備え、前記劣化判定部は、前記アシスト状態において前記電圧検出部で検出された放電電圧と、前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定してもよい。

この態様によれば、鉛蓄電池の放電電流が比較的小さいアシスト状態において鉛蓄電池の劣化が判定されている。そのため、例えばエンジンの始動時に流れるような大電流を検出できる高価且つ大型な電流センサを鉛蓄電池に取り付けなくても、鉛蓄電池の劣化を判定できる。

上記態様において、前記劣化判定部は、前記鉛蓄電池の劣化時における前記放電電流及び前記放電電圧の対応関係を示す所定の関係式に前記電流検出部で検出された放電電流を代入することで得られる基準放電電圧よりも、前記電圧検出部で検出された放電電圧が小さい場合、前記鉛蓄電池が劣化していると判定してもよい。

放電時における鉛蓄電池の電流と電圧との関係を示す電流電圧特性は、電流が増大するにつれて電圧がほぼリニアに減少する特性を持つ。そして、電流電圧特性は鉛蓄電池の劣化が進むと、電圧が低い側にシフトする特性を持つ。よって、劣化時の鉛蓄電池の電流電圧特性を示す関係式に電流検出部で検出された放電電流を代入することで得られる電圧を基準放電電圧として求め、その基準放電電圧よりも電圧検出部で検出された放電電圧が小さければ、鉛蓄電池は劣化していると判断できる。

（実施の形態）
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態が説明される。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、各図では、同様の要素には同様の符号が付され、適宜、説明が省略される。

図１は、本実施の形態のバッテリ制御部８０を含む車両１の構成を概略的に示すブロック図である。

車両１は、エンジンを主たる動力源とし、モータを補助的動力源とするハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である。車両１は、エンジン１０、スタータモータ２０、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ）３０、電装負荷４０、電源部４５、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０、及びバッテリ制御部８０を備える。

電源部４５は、鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０を含む。鉛蓄電池５０とニッケル水素蓄電池６０とは、互いに並列に接続されている。スタータモータ２０は、ユーザによりイグニションスイッチが操作されるとエンジン１０を始動する。スタータモータ２０、ＩＳＧ３０、及び電装負荷４０は電源部４５と並列接続されている。鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０の負極側の接続点Ｋ２は接地されている。また、バッテリ制御部８０及びＥＣＵ７０は電源電圧（ＶＣＣ）が供給されている。

鉛蓄電池５０の分岐線路Ｌ１上には、鉛蓄電池５０に流れる電流を検出する電流センサ５１が取り付けられている。電流センサ５１は、例えば、ホール素子で構成されている。この電流センサは、主に鉛蓄電池の放電容量を検出するために設けられている。

ここで、鉛蓄電池５０から電流が放電されるケースとしては、例えばエンジン１０が始動するエンジン始動時、エンジン１０がアイドルストップ制御されているアイドルストップ状態のとき、エンジン１０がアシスト制御されているアシスト状態のとき等が挙げられる。エンジン始動時には、ユーザによりイグニションスイッチが操作されてエンジン１０が始動するキー始動時、アイドルストップ状態にあるエンジン１０が再始動されるアイドルストップ再始動時、アシスト状態にあるエンジン１０が再始動されるアシスト再始動時等が含まれる。

キー始動時にはスタータモータ２０から大電流が要求され、アイドルストップ始動時及びアシスト始動時にはＩＳＧ３０から大電流が要求される。そのため、エンジン始動時には電源部４５から大電流が放電される。ここで、大電流としては、車両１の種類にもよるが、例えば、４００Ａ〜５００Ａといった電流が挙げられる。一方、エンジン始動時以外のアイドルストップ状態時やアシスト状態時においては、車両１が要求する電力はエンジン始動時ほど大きくない。そのため、アイドルストップ状態時やアシスト状態時において、電源部４５にはエンジン始動時のような大電流が要求されず、鉛蓄電池５０から放電される電流は大きくても１００Ａ程度である。具体的には、アイドルストップ状態では、鉛蓄電池５０には２０〜５０Ａ程度の電流が流れ、アシスト状態では鉛蓄電池５０には、アイドルストップ状態よりも大きい６０〜８０Ａ程度の電流が流れる。ここで、上記の大電流を測定するためには、シャント抵抗で構成されるような高価且つ大型な電流センサを鉛蓄電池５０に設ける必要がある。

しかしながら、車両１の駆動期間において、エンジン始動時が占める時間の割合は非常に少ない。そのため、鉛蓄電池５０の残容量を算出するために、エンジン始動時における鉛蓄電池５０の電流を検出しなくても、ある程度正確に鉛蓄電池５０の残容量は算出できる。よって、電流センサ５１としては、１００Ａ以下の電流が検出できる電流センサを採用すれば十分である。そこで、電流センサ５１としては、例えば１００Ａ以下の電流を検出できる、ホール素子で構成されるような比較的安価な電流センサが採用されている。

ＩＳＧ３０は、発電機能と電動機能とを兼有する。車両１が走行中にブレーキペダル（図示省略）が操作されて減速を開始すると、車輪からＩＳＧ３０にトルクが伝えられ、ＩＳＧ３０は、発電機能により発電する。この発電された電力が電装負荷４０の電気負荷を超えるときは、この発電された電力により電源部４５の鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０が充電される。これによって、エネルギーの回生が行われる。車両１が停止すると、ＥＣＵ７０のアイドルストップ制御によって、エンジン１０が自動停止する。車両１の発進時には、ＩＳＧ３０の電動機能により、車両１が駆動され、かつ、エンジン１０が始動される。

電装負荷４０は、例えば空気調和機及び室内灯等、車両１に装備された電装品等の負荷を含む。鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０の公称電圧は、この実施形態では例えば１２Ｖである。電源部４５から出力される電力は、車両１のエンジン１０を始動するスタータモータ２０及びＩＳＧ３０の駆動、電装負荷４０の電源に使用される。

ＥＣＵ７０は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、所定の制御プログラムが保存されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に保存するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、これらの周辺回路等を備える。ＥＣＵ７０は、バッテリ制御部８０と互いに通信可能に構成されている。

ＥＣＵ７０は、エンジン１０、スタータモータ２０、ＩＳＧ３０、電装負荷４０を含む車両１の全体の動作を制御する。ＥＣＵ７０は、車両１が交差点等で所定時間停止する等の所定の停止条件を満たすとエンジン１０を自動停止し、かつ、ブレーキペダル（図示省略）の操作解除等の所定の始動条件を満たすと再びエンジン１０を始動するアイドルストップ制御を行う。ＥＣＵ７０は、バッテリ制御部８０から禁止信号（後述）が通知されると、アイドルストップ制御によるエンジン１０の自動停止を行わない。

バッテリ制御部８０は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ、所定の制御プログラムが保存されたＲＯＭ、データを一時的に保存するＲＡＭ、これらの周辺回路等を備える。バッテリ制御部８０は、電圧検出部８１、電流取得部８２、状態検出部８３、劣化判定部８４、閾値管理部８５、及び記憶部９０を含む。

電圧検出部８１は、例えば、Ａ／Ｄ変換器で構成され、電源部４５の電圧を検出する。以下、検出された電圧を検出電圧Ｖｔと呼ぶ。ここで、電圧検出部８１は、例えば、鉛蓄電池５０の正極及びニッケル水素蓄電池６０の正極の接続点Ｋ１と接続された線路Ｌ２と接続されている。そして、電圧検出部８１は、接続点Ｋ１の電圧が入力され、その電圧をＡＤ変換することで、デジタルの検出電圧Ｖｔを検出する。そして、電圧検出部８１は、検出した検出電圧Ｖｔを劣化判定部８４及び閾値管理部８５に出力する。

電流取得部８２は、例えば、Ａ／Ｄ変換器で構成され、電流センサ５１で検出された電流を取得し、ＡＤ変換して劣化判定部８４及び閾値管理部８５に出力する。これにより、電流センサ５１で検出された電流値がデジタルの電流値に変換される。

状態検出部８３は、エンジン１０がアイドルストップ状態にあるか否かを検出する。ここで、ＥＣＵ７０は、エンジン１０をアイドルストップ状態にするとき、アイドルストップ通知を状態検出部８３に出力する。これにより、状態検出部８３は、エンジン１０がアイドルストップ状態になったことを検出できる。

ここで、状態検出部８３は、アイドルストップ通知が入力される入力ポート（図略）を備える。そして、状態検出部８３は、この入力ポートに例えばハイレベルの信号が入力されたときにアイドルストップ通知が入力されたと判定して、アイドルストップ状態になったと判定すればよい。一方、状態検出部８３は、この入力ポートに例えばローレベルの信号が入力されたときにアイドルストップ通知の入力が終了され、アイドルストップ状態が解除されたと判定すればよい。

なお、この判定処理は一例にすぎない。例えば、ＥＣＵ７０が、アイドルストップ状態の開始を示すデータを含む通知信号及びアイドルストップ状態の終了を示すデータを含む通知信号を出力する場合、状態検出部８３は、ＥＣＵ７０から通知される通知信号をデコードすることで、アイドルストップ状態の開始及び終了を判定すればよい。

劣化判定部８４は、状態検出部８３によりアイドルストップ状態であることが検出された場合、電圧検出部８１で検出された検出電圧Ｖｔと電流取得部８２で取得された電流（以下、「検出電流」と呼ぶ。）とを用いて鉛蓄電池５０の劣化を判定する。

図２は、劣化の判定の原理を説明するためのグラフであり、縦軸は放電時における鉛蓄電池５０の正極及び負極間の電圧を示し、横軸は放電時における鉛蓄電池５０から放電される電流を示す。図２において、グラフＧ１は、劣化した鉛蓄電池５０における放電時の電流と電圧との関係（以下、この関係を「電流電圧特性」と呼ぶ。）を示したグラフであり、グラフＧ２は劣化していない正常な鉛蓄電池５０における電流電圧特性を示したグラフである。

グラフＧ１、Ｇ２に示されるように、鉛蓄電池５０の電流電圧特性は、電流が増大するにつれて電圧がほぼリニアに減少する特性を持つ。

一方、グラフＧ２がグラフＧ１よりも上側に描かれていることからも分かるように、鉛蓄電池５０の電流電圧特性は、鉛蓄電池５０が劣化するにつれて、電圧の低い側（下側）にシフトする。

したがって、放電時において鉛蓄電池５０の電圧と電流とを測定し、その電圧と電流との測定点がグラフＧ１に対して上側に位置すれば、鉛蓄電池５０は正常と判定でき、測定点がグラフＧ１に対して下側に位置すれば、鉛蓄電池５０は劣化していると判定できる。

そこで、本実施の形態では、グラフＧ１で示される劣化時の鉛蓄電池５０の電流電圧特性の関係式を予め記憶部９０に記憶させておく。ここで、関係式は例えば、劣化した鉛蓄電池５０の電流電圧特性を予め測定することで得られたものである。そして、この関係式は、例えば、Ｖ＝Ｉ・α＋Ｖ０で表される。但し、Ｖは鉛蓄電池５０の電圧を示し、Ｉは鉛蓄電池５０の電流を示し、αは電流電圧特性の傾きを示し、Ｖ０は電流電圧特性のＹ切片を示す。以下、この関係式を関係式（１）と呼ぶ。

そして、劣化判定部８４は、検出電流を関係式（１）に代入し、得られる電圧を基準電圧として求める。そして、劣化判定部８４は、検出電圧Ｖｔが基準電圧より大きければ、鉛蓄電池５０は正常と判定し、検出電圧Ｖｔが基準電圧以下であれば、鉛蓄電池５０は劣化していると判定する。

図２において、測定点Ｐ１、Ｐ２は共に、検出電流がＩｉである。ここで、検出電流Ｉｉに対する基準電圧として関係式（１）によりＶｉが得られたとする。この場合、測定点Ｐ１の検出電圧「Ｖｐ１」は基準電圧「Ｖｉ」よりも大きいため、鉛蓄電池５０は正常と判定される。一方、測定点Ｐ２の検出電圧「Ｖｐ２」は基準電圧「Ｖｉ」以下であるため、鉛蓄電池５０は劣化していると判定される。

ここで、鉛蓄電池５０の電流電圧特性は劣化するにつれて下側にシフトするため、検出電圧と基準電圧との差分が小さくなるにつれて、鉛蓄電池５０の劣化が進行していると判断できる。そこで、劣化判定部８４は、この差分の大きさを鉛蓄電池５０の劣化度として算出してもよい。例えば、差分がＶｔｈ１以上であれば劣化度が０、差分がＶｔｈ１未満Ｖｔ２以上であれば劣化度が１、差分がＶｔｈ２未満０以上であれば、劣化度が２、差分が０未満になれば劣化度が３というように劣化度が算出されてもよい。

図１に戻り、閾値管理部８５は、劣化判定部８４により鉛蓄電池５０が劣化していると判定された場合、検出電圧と検出電流とを用いて、アイドルストップ状態への移行の禁止の有無を判定するための電圧閾値Ｖｔｈを変更する。

以下、電圧閾値Ｖｔｈの意義について説明する。アイドルストップ状態からエンジン１０を再始動させる際に、電源部４５の残容量が少ないと、ＩＳＧ３０へ十分な電力を供給できず、エンジン１０を再始動できなくなるという、重篤な問題が発生する。

そこで、ＥＣＵ７０は、電源部４５の残容量が一定値以下の場合、アイドルストップ状態への移行を禁止している。図３は、鉛蓄電池５０における容量と電圧との関係（以下、「放電特性」と呼ぶ。）を示したグラフであり、縦軸は電圧を示し、横軸は残容量を示す。図３において、グラフＧ３１は放電時の電流が１０Ａのときの放電特性を示し、グラフＧ３２は放電時の電流が２０Ａのときの放電特性を示し、グラフＧ３３は放電時の電流が３０Ａのときの放電特性を示す。

図３に示されるように、放電特性は、放電時の電流に応じた放電特性が存在し、いずれの放電特性も、残容量が減少するにつれて電圧が単調に減少する特性を持つ。ここで、いずれの放電特性も残容量が１００％のときの電圧は同じ値を示すが、放電時の電流が小さくなるにつれて、傾きは小さくなっていることが分かる。

このように、放電特性は電流に応じて異なるグラフを描いているが、電流値が一定であるとすると、放電特性は一意に特定できるため、鉛蓄電池５０の残容量は電圧の値から一意に決定できる。そこで、従来より、電源部４５の検出電圧Ｖｔが電圧閾値Ｖｔｈ以下であれば、残容量が不十分と判断され、アイドルストップ状態への移行が禁止されている。

鉛蓄電池５０は、ニッケル水素蓄電池６０と並列接続されており、劣化して内部抵抗が上昇すると、ニッケル水素蓄電池６０側に多くの電流が流れるため、鉛蓄電池５０側に流れる電流が減少する。

ここで、電圧閾値Ｖｔｈが例えば１１．５Ｖで固定されており、アイドルストップ状態から再始動する際に必要な鉛蓄電池５０の残容量がＸであるとする。また、グラフＧ３３に示す放電特性は、正常な鉛蓄電池５０の放電特性であり、グラフＧ３２に示す放電特性は多少劣化が進んだ鉛蓄電池５０の放電特性であり、グラフＧ３１に示す放電特性は完全に劣化した鉛蓄電池５０の放電特性であるとする。

鉛蓄電池５０の放電特性がグラフＧ３３で示される場合、電圧閾値「１１．５Ｖ」における残容量はＸ１であり、残容量Ｘよりも大きい。そのため、検出電圧Ｖｔが「１１．５Ｖ」のときにアイドルストップ状態に移行したとしても、再始動するために必要な残容量が鉛蓄電池５０に確保されており、エンジン１０は再始動できる。また、多少劣化が進んだ鉛蓄電池５０の放電特性はグラフＧ３２で示されるが、この場合、電圧閾値「１１．５Ｖ」における残容量はＸである。そのため、検出電圧Ｖｔが「１１．５Ｖ」のときにアイドルストップ状態に移行したとしても、エンジン１０は再始動できる。

一方、放電特性がグラフＧ３１で示されるまでに劣化した鉛蓄電池５０では、電圧閾値「１１．５Ｖ」のときの残容量はＸ２であり、残容量Ｘよりも小さい。よって、検出電圧Ｖｔが１１．５Ｖのときにアイドルストップ状態に移行されると、再始動するために必要な残容量が鉛蓄電池５０に確保されていないため、エンジン１０はアイドルストップ状態から再始動できないという重篤な問題が発生する。

そこで、閾値管理部８５は、検出電流に応じて電圧閾値Ｖｔｈを変更させている。図４は、閾値管理部８５が電圧閾値Ｖｔｈを変更する際に用いる閾値テーブルＴ４００のデータ構成の一例を示す図である。閾値テーブルＴ４００は、検出電流と電圧閾値Ｖｔｈとが対応付けられたテーブルである。図４に示すように、閾値テーブルＴ４００には、検出電流が増大するにつれて電圧閾値Ｖｔｈが小さくなるように検出電流と電圧閾値Ｖｔｈとが登録されている。

例えば、検出電流が１０Ａの場合、閾値管理部８５は、記憶部９０に記憶された電圧閾値を１２．０Ｖに更新する。また、例えば、検出電流が２０Ａの場合、閾値管理部８５は、記憶部９０に記憶された電圧閾値を１１．５Ｖに更新する。

なお、検出電流が１５Ａというような、閾値テーブルＴ４００に登録されていない値を持つ場合、閾値管理部８５は、線形補間により検出電流に対応する電圧閾値を算出すればよい。例えば、検出電流が１５Ａであれば、閾値テーブルＴ４００に登録された１５Ａの前後の検出電流（１０Ａ、２０Ａ）と閾値電圧Ｖｔｈ（１２．０Ｖ、１１．５Ｖ）とを用いた線形補間により、１５Ａに対応する閾値電圧Ｖｔｈが算出される。なお、閾値テーブルＴ４００に示す数値は一例に過ぎず、鉛蓄電池５０の性能や車両１の性能に応じて適切な値が採用される。

図１に戻り、閾値管理部８５は、状態検出部８３によりアイドルストップ状態が検出された場合、記憶部９０に記憶された電圧閾値Ｖｔｈと検出電圧Ｖｔとを比較し、検出電圧Ｖｔが電圧閾値Ｖｔｈ未満であれば、アイドルストップ状態への移行を禁止する禁止信号をＥＣＵ７０に出力する。ここで、閾値管理部８５は、電圧閾値Ｖｔｈを更新した場合は更新後の電圧閾値Ｖｔｈを検出電圧Ｖｔと比較する。

記憶部９０は、例えば、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性の書き換え可能な記憶装置で構成され、電圧閾値Ｖｔｈ、劣化時の鉛蓄電池５０の電流電圧特性を示す関係式（１）、及び閾値テーブルＴ４００を記憶する。

図５は、バッテリ制御部８０の動作を概略的に示すフローチャートである。まず、状態検出部８３は、ＥＣＵ７０からアイドルストップ通知を受信することで、エンジン１０がアイドルストップ状態になったことを検出すると（Ｓ１でＹＥＳ）、劣化判定部８４は、電流取得部８２に、鉛蓄電池５０に流れる電流を検出電流として取得させる（Ｓ２）。一方、Ｓ１でアイドルストップ状態が検出されない場合（Ｓ１でＮＯ）、処理はＳ１に戻る。

次に、劣化判定部８４は、電圧検出部８１を用いて、電源部４５の検出電圧を取得する（Ｓ３）。次に、劣化判定部８４は、関係式（１）にＳ２で検出された検出電流を代入し、基準電圧を算出する（Ｓ４）。図２の例では、検出電流ＩｉがグラフＧ１で示す関係式（１）に代入され、基準電圧Ｖｉが算出される。

次に、検出電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｉ以下であれば（Ｓ５でＹＥＳ）、劣化判定部８４は鉛蓄電池５０は劣化していると判定する（Ｓ６）。一方、検出電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｉよりも大きければ（Ｓ５でＮＯ）、劣化していないと判定され、処理がＳ１に戻される。

次に、閾値管理部８５は、Ｓ２で検出された検出電流及びＳ３で検出された検出電圧Ｖｔと、閾値テーブルＴ４００とを照合し、電圧閾値Ｖｔｈを変更し（Ｓ７）、処理をＳ１に戻す。例えば、検出電流が１０Ａであれば、妥当な電圧閾値Ｖｔｈは１２．０Ｖと判定され、記憶部９０に記憶されている現状の電圧閾値Ｖｔｈが１２．０Ｖでなければ、記憶部９０に記憶されている電圧閾値Ｖｔｈが１２．０Ｖに更新される。なお、閾値テーブルＴ４００から決定した妥当な電圧閾値Ｖｔｈと現状の電圧閾値Ｖｔｈとが同じ値であれば、閾値管理部８５は、記憶部９０に記憶された電圧閾値Ｖｔｈを更新しなくともよい。

このように、本実施の形態によれば、鉛蓄電池５０はニッケル水素蓄電池６０と並列接続されているため、鉛蓄電池５０の劣化が進むと、鉛蓄電池５０の内部抵抗が上昇し、鉛蓄電池５０に流れる電流がニッケル水素蓄電池６０に比べて小さくなるという点を利用して、鉛蓄電池５０の劣化が検出されている。そのため、鉛蓄電池５０のみの劣化を精度良く判定できる。

また、本実施の形態では、電流センサ５１が検出可能な電流が流れるアイドルストップ状態時を利用して、鉛蓄電池５０に流れる電流が検出されている。そのため、大電流が検出可能な高価な電流センサを鉛蓄電池５０に取り付けなくても、鉛蓄電池５０の残容量を算出するために鉛蓄電池５０に取り付けられている既存の電流センサ５１を用いて鉛蓄電池５０の劣化を検出できる。その結果、低コスト及び回路規模の縮小を図ると同時に、高精度に鉛蓄電池５０の劣化を検出できる。

また、本実施の形態では、アイドルストップ状態への移行の有無を判断するための電圧閾値Ｖｔｈが鉛蓄電池５０の劣化の度合いに応じて、適切な値に変更されている。そのため、鉛蓄電池５０の残容量が十分でないにも拘わらず、アイドルストップ状態に移行され、アイドルストップ状態から再始動ができない現象が発生することを防止できる。

（他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態に限定されず、以下の実施の形態が採用されてもよい。

（１）上記実施の形態では、アイドルストップ状態での検出電流と検出電圧とを用いて鉛蓄電池５０の劣化の有無が判定されていたが、アイドルストップ状態に代えてアシスト状態での検出電流と検出電圧とを用いて鉛蓄電池５０の劣化の有無が判定されてもよい。

アシスト状態とは、エンジン１０に代えてＩＳＧ３０が車両１を駆動させる状態を指す。これにより、ガソリンの消費量が低減され、燃費の向上が図られる。

この場合、状態検出部８３は、ＥＣＵ７０からエンジン１０をアシスト状態にするときに通知されるアシスト通知を受信することで、エンジン１０がアシスト状態にあることを検出すればよい。具体的には、状態検出部８３はアシスト通知が入力される入力ポート（図略）を備える。そして、状態検出部８３は、アイドルストップ状態の検出と同様、この入力ポートに入力される信号がハイレベルになった場合、アシスト状態が開始されたと判定し、この入力ポートに入力される信号がローレベルになった場合、アシスト状態が終了されたと判定すればよい。

また、ＥＣＵ７０がアシスト状態の開始を示すデータを含む通知信号及びアシスト状態の終了を示すデータを含む通知信号を出力する場合、状態検出部８３は、ＥＣＵ７０から通知される通知信号をデコードすることで、アシスト状態の開始及び終了を判定すればよい。

なお、この形態を採用した場合における劣化判定部８４及び閾値管理部８５による処理は、アイドルストップ状態における劣化判定部８４及び閾値管理部８５の処理と同じであるため、詳細な説明は省略する。但し、図２に示す関係式（１）及び図４に示す閾値テーブルＴ４００は、アシスト状態に適した値を持つものが採用される。

（２）上記実施の形態では、車両１は、ＥＣＵ７０とは別に、バッテリ制御部８０を備えている。代替的に、ＥＣＵ７０が、バッテリ制御部８０の各機能ブロックを備えるように構成して、バッテリ制御部８０をなくしてもよい。

（３）上記実施の形態では、鉛蓄電池５０はニッケル水素蓄電池６０と並列接続されていたが、ニッケル水素蓄電池６０に代えて、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル亜鉛蓄電池等の、他の二次電池が鉛蓄電池５０と並列接続されてもよい。

（４）上記実施の形態では、ユーザによるイグニションスイッチの操作によってエンジン１０を始動させるスタータモータ２０を備える。代替的に、スタータモータ２０をなくして、ＩＳＧ３０が、ユーザによるイグニションスイッチの操作によってエンジン１０を始動させてもよい。

（５）劣化判定部８４は、鉛蓄電池５０が劣化していると判定した場合、ＥＣＵ７０にそのことを通知し、音声発生、文字表示、又は交換用ＬＥＤを点灯させる等して、鉛蓄電池５０の交換をユーザに促してもよい。

（６）状態検出部８３は、ＥＣＵ７０から通知される信号によりアイドルストップ状態を検出したが、これに限定されない。例えば、検出電圧Ｖｔの変化パターン及び／又は検出電流の変化パターンがアイドルストップ状態に移行する所定の変化パターンを示せば、状態検出部８３は、アイドルストップ状態に移行したと判定してもよい。このことは、アシスト状態を検出する場合も同様である。

本発明に係る鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法は、鉛蓄電池の劣化を好適に判定することができる装置及び方法として有用である。

１０ エンジン
２０ スタータモータ
４０ 電装負荷
４５ 電源部
５０ 鉛蓄電池
５１ 電流センサ
６０ ニッケル水素蓄電池
８０ バッテリ制御部
８１ 電圧検出部
８２ 電流取得部
８３ 状態検出部
８４ 劣化判定部
８５ 閾値管理部
９０ 記憶部

Claims (6)

1. 互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、
   前記電源部の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電圧検出部で検出された放電電圧と前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定する劣化判定部とを備える鉛蓄電池の劣化判定装置。
2. 車両を駆動させるエンジンがアイドルストップ状態であることを検出する状態検出部と、
   前記アイドルストップ状態時における前記電源部の電圧が前記アイドルストップ状態への移行を禁止させる電圧に到達しているか否かを判断するための電圧閾値を管理する閾値管理部とを更に備え、
   前記閾値管理部は、前記アイドルストップ状態において前記電流検出部により検出された前記放電電流が減少するにつれて、前記電圧閾値が増大するように、電圧閾値を変更する請求項１記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
3. 前記劣化判定部は、前記アイドルストップ状態において前記電圧検出部で検出された放電電圧と、前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定し、
   前記閾値管理部は、前記劣化判定部により劣化が判定された場合に前記電圧閾値を変更する処理を実行する請求項１又は２記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
4. 車両を駆動させるエンジンがアシスト状態であることを検出する状態検出部を更に備え、
   前記劣化判定部は、前記アシスト状態において前記電圧検出部で検出された放電電圧と、前記電流検出部で検出された放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定する請求項１記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
5. 前記劣化判定部は、前記鉛蓄電池の劣化時における前記放電電流及び前記放電電圧の対応関係を示す所定の関係式に前記電流検出部で検出された放電電流を代入することで得られる基準放電電圧よりも、前記電圧検出部で検出された放電電圧が小さい場合、前記鉛蓄電池が劣化していると判定する請求項１〜４のいずれかに記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
6. 互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部を備える鉛蓄電池の劣化判定装置における鉛蓄電池の劣化判定方法であって、
   放電時において、前記電源部の放電電圧と前記鉛蓄電池に流れる放電電流と検出する検出ステップと、
   前記検出された放電電圧と前記放電電流とを用いて前記鉛蓄電池の劣化を判定する劣化判定ステップとを備える鉛蓄電池の劣化判定方法。

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