JP2966870B2 - 自動車のバッテリの状態監視装置 - Google Patents

自動車のバッテリの状態監視装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は自動車の始動装置を自動的にテスト、監視、
そして維持を行なうための方法と装置に関するものであ
り、特に低温度での始動限界、メンテナンスの必要性、
それにその寿命状態と共に自動車の蓄電バッテリの状態
を監視することができる装置に関するものである。
従来技術の説明 バッテリの容量、充電状態、バッテリの欠陥といった
バッテリ状態の一つ又は二つを判断したり、更に充電装
置、メンテナンスの必要性、それにバッテリや交流発電
器／調整器を交換すべき的確な指示を判断するための装
置は、近年発展を遂げて自動車の信頼性と安全を維持す
ることが容易になってきている。これらの状態を人間の
力で判断することは費用や時間もかかり、時には整備工
場で行なわなければならない。マイクロプロセッサを導
入すれば、バッテリの状態、エンジン始動要求、それに
自動車の運転能力は自動的に決定され、自動車の各部品
に対して最適な寿命と安全な作動を提供することができ
る。
自動車のバッテリは自動車の始動装置、ライト、それ
にイグニッション（SLI）といった部品へ電力を供給し
ている。これらのうちで、始動モータが最も電力を必要
とし、弱くなったSLIバッテリによって最初に影響を受
ける部品となっている。バッテリがその電力を提供でき
なくなる境界にある時を決定する必要性は既に明白であ
る。熟練した技術者によってバッテリと充電装置とを整
備工場内でテストするか、又は自動車に備えられた監視
装置によってこれらの決定がなされている。便利かつ、
的確で直接的な指示を提供できる点で後者の方が優れて
いる。
一般に自動車のバッテリからは、始動時の数秒間に数
百アンペアの電流が出るとされているが、実際のアンペ
ア数はバッテリの容量やその充電状態、それに自動車の
エンジン及び始動モータの形状や大きさによって異なっ
ている。バッテリは自動車内の充電装置によって通常始
動後数分間で再び充電される。この充電装置は、交流発
電器、整流器、調整器、電圧制御器それに電流制御器か
ら構成されている。
構成部品の状態によっては自動車が始動できないこと
になる。即ち、バッテリへの充電が不充分な場合、バッ
テリの容量が不足している場合、端子が腐食している場
合、電解液のレベルが低い場合、充電装置に欠陥がある
場合、それに始動モータに欠陥がある場合などである。
バッテリの状態を監視する装置は、これらの問題を自動
的に識別するよう作用すべきである。監視装置は問題が
発展するのを診断して、これらの欠陥が切迫する事態と
なる前に前以って使用者に警告しなければならない。し
かしながらこれまでに開示されたバッテリの監視装置は
前述した問題のそれぞれを認識しておらず、それら装置
の大部分はバッテリの充電状態のみを判断しようとして
いたにすぎない。
バッテリの監視装置は従来自動車のダッシュボードに
設けられた電流計と電圧計（又はそのどちらか）から構
成されるのみであった。しかしこれらは、知識ある運転
者にのみ理解できる限定された情報を提供していた。バ
ッテリをテストするためには自動車は整備工場に入れら
れ、当該バッテリは熟練した技術者によって自動車の電
気装置から取り外されて、公知のロードによって放電さ
れる。同じ様に監視装置は交流信号を使用してバッテリ
の状態パラメータを引き出され、ロードによってバッテ
リを放電することはない。このような監視装置にあって
はバッテリが自動車の電気回路から取り外されなければ
ならなかった。その場合でもそれらの監視装置は充電の
状態についてのみ情報を提供するにすぎない。
従来、バッテリの充電装置は電解液の比重を測定する
ことによって判断されてきた。この方法はバッテリが放
電される時は硫酸電解液の比重が低下し、バッテリが充
電される時には上昇するという事実から予見されること
による。通常バッテリ電解液の比重は、バッテリが充分
に充電されている時には、1.28から1.30の範囲である。
しかしこのような方法は手間がかかり、バッテリの容量
不足を前以て予見することはできない。更にこの方法で
は端子の腐食といった問題を防ぐことはできない。
バッテリの充電状態を判断するための同様の方法は、
バッテリへの又はバッテリからの充電の回数を連続して
計算することである。この方法はバッテリにガスを入れ
ることによって消費される電流と、電極板の腐食と作動
材料の剥離とから生ずるバッテリの容量の変化による欠
陥が蓄積することによって判断される。周波数変換器へ
の電流を使用するこの種の装置については、ジェー．エ
フ．シュナイダーに与えられたアメリカ合衆国特許第4,
678,999号に記述されている。
バッテリの最大電力出力はその電圧と内部インピーダ
ンスによって決定される。一般にバッテリの内部インピ
ーダンスは、バッテリの寿命に従って増加し充電状態と
なれば低下する。ムラマツに与えられたアメリカ合衆国
特許第4,678,998号にはこの原理に基づいた装置が記述
されている。このムラマツの発明によれば、バッテリの
インピーダンス、残りの容量、それに残りの寿命は、異
なった周波数で前以って決定され記憶装置に保存され
る。バッテリの状態を決定するためには、コンピュータ
がいくつかの周波数で内部インピーダンスの数値を求
め、バッテリの残りの寿命を得るために予じめ決定され
た値についての保存された一覧表を参照する。このよう
な装置には、予じめ定められた値の一覧表を作成するた
めそれぞれのバッテリ又はバッテリの群を取り付ける前
にテストしなければならないという障害がある。
ホランダに与えられたアメリカ合衆国特許第4,665,37
0号には、クランキングモータがバッテリにロードを供
給し、エンジンが始動される毎に電気装置がバッテリの
状態を自動的に測定するというバッテリ監視装置が記述
されている。このバッテリを監視する装置はロードされ
ていないバッテリ電圧をロード下での電圧と比較し、も
し電圧の差異が予じめ定められた限界を越えるとバッテ
リが不良であることを示すのである。この装置の欠点の
一つは、バッテリ充電状態が低い場合、充分に充電され
ているが低い容量のバッテリ、それに端末の腐食や低い
電解液レベルといったバッテリの他の欠陥状態との問題
を識別できないことである。
発明の概要 本発明は、欠陥や持性といったバッテリの状態を判断
するため自動車に備えられた蓄電バッテリの監視装置と
その方法を提供するものである。通常監視装置は、当該
装置の作動を制御するため自動車内に設けられたマイク
ロプロセッサ手段を有する。ソフトウエア手段は、作動
の順序を制御するため前記マイクロプロセッサに命令を
与える。記憶手段は、ソフトウエアの命令、及びバッテ
リの内部抵抗、内部抵抗の許容可能な限界、それに前記
バッテリの周囲温度との間で予じめ定められた関係を保
存するためマイクロプロセッサ手段に接続されている。
ディジタル−アナログ変換器手段が、マイクロプロセ
ッサ手段からのディジタル信号をアナログ信号に変換す
るためマイクロプロセッサ手段に接続されている。ディ
ジタル−アナログ変換器手段は、マイクロプロセッサ手
段で必要とされる電圧と電流とで電力出力を発生させる
ため直流電力発生装置手段に接続されている。バッテリ
の端子に接続された電流感知装置手段は、バッテリに出
入りする電流を測定する。バッテリの周囲温度はそのバ
ッテリの近傍に設けられた温度感知装置手段、によって
測定される。電圧計手段は、バッテリ、電流感知装置手
段、温度感知装置手段、それに直流電力発生装置手段の
電圧値を測定する。電圧計手段に接続されたアナログ−
ディジタル変換器手段は、電圧計手段からのアナログ信
号をマイクロプロセッサへ送るべく定められたディジタ
ル信号に変換する。第二のソフトウエア手段、電流、電
圧、それに温度を分析し、バッテリの内部抵抗と分極、
バッテリでの欠陥、それに低温度での始動限界を決定
し、バッテリのメンテナンスと交換の必要性を決定す
る。感知装置、直流電力発生装置、それにバッテリとを
接続させる電気回路を制御するための装置はアクチュエ
ータ手段である。表示手段はマイクロプロセッサ手段に
よって制御され、バッテリの状態とその指示を表示す
る。
更に本発明は、以下のステップを有する自動車の蓄電
バッテリを監視する方法を提供する。
（ａ） 周囲温度、バッテリの電圧、交流発電器／調整
器の出力電圧、それにバッテリに出入りする電流を連続
的に測定すること； （ｂ） バッテリの内部抵抗と分極を判断するために電
流−電圧（Ｉ−Ｖ）のデータを分析すること； （ｃ） 充電の状態、腐食された端子や低電解液レベル
によって生じるバッテリの欠陥状態を判断すること； （ｄ） バッテリの電力出力能力と自動車に必要な始動
電力とを比較することにより低電圧での始動限界を判断
すること；それに、 （ｅ） 比較によって生じたデータを表示すること； 本発明によって提供される別の発明にあっては、バッ
テリへの充電とその対応するバッテリ電圧の増加を測定
することによってバッテリの容量を判断するステップを
含む。
自動車の蓄電バッテリについての状態を監視し、その
状態と指示を提供するための本発明の更に別の方法にあ
っては、以下のステップを有する。
（ａ）前記バッテリを特定のテストサイクル下に置き、
そこでは充電装置によって予じめ定められた形状の電流
又は電圧がバッテリに強制され、バッテリの応答電圧又
は電流が測定されるステップ； （ｂ）dV/dIとＩ、又はdI/dVとＶのフォームでデータを
評価するステップ； （ｃ）容量を含むバッテリの特性と電圧とを決定するス
テップ； （ｄ）不適合なセル、弱低下したセル、それに容量の損
失を含むバッテリの欠陥を判断するステップ；それに、 （ｅ）データと指示を表示するステップ。
本発明の方法と装置を使用したバッテリの状態を監視
する装置は、現在のバッテリの容量、充電状態それに欠
陥状態を判断することができる。バッテリが完全な充電
状態に近い予じめ定められた範囲にある時には、監視装
置はクラッチを通じて交流発電器からの入力を遮断しそ
れにより走行燃費を向上させる。充電状態がセットされ
た限界以下の時や、各装置の電流の流出が予じめセット
された限界以上の時や、或いは周囲温度が予じめセット
された限界より下にある時には、発電器は作動を続け
る。
本発明の重要な特徴はバッテリの現在の状態を示すと
共に、自動車の低温度での始動限界を示すことができる
点である。監視装置はエンジンの始動モータからの要求
とその要求に合致するバッテリの能力との両方を考慮す
ることによって、低温度での始動限界のための数値を得
ることができる。
本発明の重要な特徴は、監視装置がバッテリがそのま
まで良いのか、それとも交換すべきかの判断に関して使
用者に直接的な指示を提供することができることであ
る。この監視装置は内部抵抗の値と分極との値を得るこ
とによって、端子を清掃する必要があるかどうか、又は
バッテリが水を必要としているかどうかを示すことがで
きる。（ｉ）一つ又はそれ以上の不良セル（低容量の不
適合セル、又は弱低下されたセル）を検知するか、（i
i）他に何も欠陥がないのに高い内部抵抗がある状態を
検知すると、監視装置はバッテリを交換する必要がある
ことを示すのである。
図面の簡単な説明 以下に記述する好ましい実施例の説明と添付図面とに
よって本発明は更に理解でき、他の特徴も明確になるで
あろう。
第１図は、自動車の始動装置の他の部品を接続した本
発明に係るバッテリ状態の監視装置を示す概略図であ
る。
第２図は、本発明の好ましい実施例のフローチャート
である。
第３図は、バッテリの状態の監視装置をテストするた
めの概略の回路図である。
第４図は、自動車の始動による急速充電とすぐの再充
電中におけるバッテリの電流電圧特性を示すグラフ図で
ある。
第５図は、525CCAバッテリの温度作用としてのバッテ
リの内部抵抗とその内部抵抗の最大限許容限界を示すグ
ラフ図である。
第６図は、バッテリの要求の温度依存と、室温（26.6
℃）でのそれらの対応する値に関するバッテリの作動状
態を示すグラフ図である。
第７図は、電流のランピング技術によるガスポイント
の方向を決定する方法を示すグラフ図である。
第８図は、バッテリがガスを放出し始める時のバッテ
リの容量と電流との関係を示すグラフ図である。
好ましい実施例の説明 図面を参照すると、第１図には、自動車の始動装置の
他のいくつかの部品と接続した本発明のバッテリの状態
監視装置を示す概略図が描かれている。装置の作動を制
御する目的で自動車に備えられているマイクロプロセッ
サ（100）は、ソフトウエアを保存するためのROM記憶装
置とRAM記憶装置とを有しており、これらの記憶装置は
作動順序に従いマイクロプロセッサに命令を与える。記
憶装置は又、バッテリと自動車の始動装置に関する予じ
め定められた関係とデータとを保存している。マイクロ
プロセッサは又、ディジタル−アナログ変換器（102）
に接続されている。この変換器（102）は、ディジタル
信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を交流
発電器／調整器（106）に送信する。交流発電器／調整
器（106）は、電流感知分路（110）を介してバッテリ
（108）に接続され、更には電圧計（112）にも接続され
ている。交流発電器／調整器（106）は又、リード線（1
14）を介して自動車の他の部品とも接続されている。プ
ログラムされた電流（116）又は電圧が交流発電器／調
整器（106）によってバッテリに供給される。バッテリ
の応答電圧（118）又は電流は、リード線（120）を介し
て自動車の他の部品（温度感知装置を含む）にも接続さ
れている電圧計によって測定される。電圧計に接続され
ているアナログ−ディジタル変換器（122）は、アナロ
グの数値をディジタル信号（124）に変換し、そのディ
ジタル信号（124）をリード線（126）を介して自動車の
他の部品とも接続されたマイクロプロセッサに送信す
る。バッテリと交流発電器／調整器とに並列に接続され
た各装置と始動モータとが、第３図に示されている。
第２図のフローチャート図は、バッテリの状態を監視
する装置の順序的な演算を示すものである。図示したご
とくフローチャートは、第３図のテスト装置とテスト回
路に適用され、マルチユーザのマイクロコンピュータに
よって制御される。自動車に備えられるべき商業用の装
置にとっては、ステップ（２）（21）（22）は省略でき
るがバッテリ監視装置の作動に影響を与えることはな
い。マイクロプロセッサはステップ（21）に代ってステ
ップ（３）を実行し、このような実行順序を行なう連続
したループを形成する。
ステップ（１）においては、すべての変数が初期化さ
れる。この監視装置が自動車に設けられている時にはこ
のステップ（１）は一回行われるのみである。監視装置
はその後、ステップ（２）において自動車とバッテリと
の状態を通常示すすべての変数の値を読み取る。尚この
ステップ（２）はステップ（21）と同じである。ステッ
プ（２）は実行順序のために連続するループを備えた専
用のマイクロプロセッサを有しているので、商業用の装
置においては必要がないことはこれらの技術分野を実行
する当業者には容易に理解できよう。ステップ（３）に
おいて監視装置は、周囲温度（Ｔ）、バッテリの電圧
（Ｖ）、電力発生装置の電圧（VS）分路又は他の電流感
知装置を使用した電流（Ｉ）、それに実時間（ｔ）を測
定する。第３図に示されたテスト回路における電力発生
装置は、自動車の交流発電器／調整器の出力電圧と出力
電流に等しい電圧値と電流値を伴なった電力を供給す
る。以下、交流発電器、調整器、それに電圧制御器と電
流制御器とをまとめて電力源と言う。
ステップ（４）においてバッテリの充電状態は、充電
統合技術とオープン回路電圧（OCV）との結合を使用し
て最新化される。充電状態（SOC）を決定するためオー
プン回路電圧（OCV）に基づく第一の方法は、充分充電
された鉛蓄電池セルのオープン回路電圧が完全に放電さ
れたセルのオープン回路電圧（OCV）よりも0.2V高い電
圧を示すという事実を使用している。セルの電圧はこれ
らの両極端の間で直線的に変化する。オープン回路電圧
とは通常バッテリに電流が出入りしない時の当該バッテ
リの電圧である。自動車のバッテリは通常六つのセルを
有し、充分充電されたバッテリは12.7V又はそれ以上で
あり、充電状態（SOC）は以下のごとく計算される。
SOC＝100−（（（12.7−OCV）/1.2）＊100）％（１） この計算で使用されているセルの電圧は、分極からは
影響を受けていない。分極は通常、全体的な電解液の濃
度と比較して電極での又はその近くでの電解液の濃度が
不均一なことから生じる。例えバッテリから又はバッテ
リへの相当な電流の流れが無いとしても、充電又は放電
後の数分までに測定された電圧は注目に値する分極電圧
を一様に含む。
第二の方法にはバッテリに出入りする電流を常に統合
することがまれている。監視装置は予じめ定められたバ
ッテリの充電状態からその後の充電回数を数え始める。
電力源からバッテリへの全ての充電はバッテリでの既に
保存された充電に加えられ、それが一緒になり現実に始
動するバッテリの容量となる。同様に、始動中に自動車
の各部品によってバッテリから取り出される電力は、こ
の保存された容量から取り出される。バッテリの容量に
よって分割されたこのネット充電がバッテリの充電状態
となる。バッテリが充分に充電されたことを検知した時
には何時でも、監視装置は充電状態を100％にリセット
する。充分に充電されたバッテリの状態とは、バッテリ
のオープン回路電圧が予じめ定められた値、好ましくは
12.7V以上になった時に初めて認められる。バッテリの
充分な充電状態は又、バッテリのテストサイクルを通し
ても認められる。充電の統合方法によってのみ判断され
る充電状態は、バッテリへのガス注入と電極板の腐食と
作動材料の剥離によって生じるバッテリ内の変化によっ
て欠陥となる。それ故監視装置は、自動車の始動の瞬間
からエンジンのスイッチが切られてから経過したプリセ
ットされた限界時間まで、好ましくは２時間この充電統
合方法を使用する。当業者には理解できることである
が、上述した二つの方法を結合すれば、自動車のバッテ
リの変化の状態につき正確な値を提供することができ
る。
ステップ（５）において自動車の状態が判断される。
自動車が始動過程にあるならは、監視装置は分岐Ａでの
ステップ（６）による通路に進む。始動過程にないのな
らは、エンジンが作動している時にはステップ（13）か
らの分岐Ｂに進み、エンジンが作動していない時にはス
テップ（19）を備えた分岐Ｃに進む。
分岐Ａにあっては監視装置は、車のエンジンが始動し
たり又は運転者がクランキングの過程を止めるまでステ
ップ（７）と（８）とで繰り返してパラメータV,I,それ
にｔを測定する。監視装置は電流Ｉのサインと値から始
動プロセスの状態を認識するのである。始動の過程は他
のいくつかの方法、例えば始動スイッチから認識される
ことが当業者には理解できよう。もし自動車のエンジン
が始動したならば監視装置はステップ（９）に進み、そ
うでなければ制御は再びステップ（３）へ移動される。
ステップ（９）において監視装置は、予じめ定められた
時間、好ましくは、５分から10分間、再充電の電流、バ
ッテリの電圧、それに電力源での電圧を測定する。その
間に自動車のエンジンのスイッチがオフになると、監視
装置はステップ（３）に進む。ステップ（10）にあって
は始動過程中の測定値を使用して、監視装置は、内部抵
抗（IR）と分極（PR）を判断する。
本発明に従えば、SLIバッテリの内部抵抗はバッテリ
へ出入りする入出力電流の最初と最後での電圧の瞬時の
変化から判断することができる。当業者はこのためには
別の多くの方法、例えば放電パル電流、又は充電パルス
電流のための自動車の電源のための各部品などのいずれ
かの手段を使用して行なうことができることが理解でき
よう。本発明の好ましい実施例によれば、自動車のバッ
テリの内部抵抗（IR）は、そのオープン回路電圧（OC
V）、最初に測定された電圧（VS）、更に第４図に示し
たように始動工程中での始動ロードにバッテリから流れ
る最初の電流（IS）から判断され、それは下の等式２に
よる。
IR＝（OCV−VS）/IS （２） 自動車のバッテリが出力する最大の瞬時電力は内部抵
抗に反比例している。このように本発明によればバッテ
リ電力出力のための能力は内部抵抗から決定することが
できるのである。
バッテリの分極抵抗（PR）は、電極の電解液濃度の不
均一から電極板間における電解液全体へと生じる。その
抵抗は以下の等式に従い、上述のパラメータ、VSとIS、
それに予じめ定された時間間隔後のバッテリ電圧、又は
始動過程中の最後の電圧値（V1）から決定される。
PR＝（VS−V1）/IS （３） 内部抵抗と分極の決定が、自動車エンジンの始動又は
停止、或いは自動車の他の各部品のスイッチのオンやオ
フを利用して希望の時に頻繁に行なわれることが理解で
きよう。
本発明の好ましい実施例の一つの重要な面は、バッテ
リが自動車を始動させることができる限界の低温度を予
測できるということである。バッテリの内部抵抗（IR）
に関しての自動車の始動電力要求の温度依存と、対応す
る推奨された大きさのバッテリの電力出力能力の温度依
存とが、第５図に示されている。内部抵抗（IR）はバッ
テリの最大出力に反比例する。バッテリが通常使用され
ている温度範囲の高い温度域において要求される始動能
力と容易に合致できることが第５図から明確である。例
えば冬期には周囲の温度が低下するにつれてバッテリの
出力電力は低下し、車が要求する始動電力は増加する。
本発明によれば、これら二つの曲線が交差する温度以下
では自動車は始動しない。
本発明に従えば、様々な自動車の電力要求の依存とそ
の対応する推奨されたバッテリの電力出力とが一般化さ
れ、第６図に曲線として描かれている。−30℃前後の温
度ではバッテリの電力出力能力は27℃での能力のわずか
半分であり、その時この低温で自動車を始動させるのに
必要な電力は、27℃で必要とされる電力の２倍である。
次にステップ（10）において監視装置はステップ（1
0）で判断された内部抵抗（IR）を使用する他の温度で
バッテリの内部抵抗、ステップ（３）で測定された温
度、それに第６図の曲線Ｂにおける関係を計算する。同
様に、もし許容可能な内部抵抗（IR）の限界がどのよう
な温度であっても知られているならば、様々な温度での
内部抵抗（IR）の許容可能な限界が第６図の曲線Ａでの
データを使用して計算される。この許容可能な内部抵抗
（IR）の限界が、今度はエンジンの大きさと形式に依存
している始動モータのロードの電力要求から計算され
る。一つ又はそれ以上の温度用のこれら電力データは自
動車工場から得ることができる。同様に、監視装置はそ
の作動の最初の一週間の間にその経験からステップ（1
1）でこれらのデータを判断することができる。例えば
監視装置は、周囲温度（ステップ（３））と最初の始動
用にいくつかのプリセットされた数のため始動過程中の
バッテリによって供給された電流を測定することがで
き、更に第６図での曲線Ａを使用して例えば27℃といっ
た特定のプリセットされた温度で、各場合での許容可能
な内部抵抗（IR）の限度を判断することができる。監視
装置はその後プリセットされた温度でのエンジンの始動
要求としてのこれらの値を平均する。第６図に示される
例えばパーセンテージのように曲線ＡとＢのこれら二セ
ットのデータを使用して、監視装置は例えば第５図にお
ける絶対的なデータを計算する。監視装置はその後、二
つの曲線が第５図において交差する地点の温度を決定す
る。この交差地点はバッテリの電力出力能力が始動モー
タの電力要求に合致することのできる温度を示すもので
ある。
すべての自動車のバッテリは、業界でコールド クラ
ンキング エンペア（CCA）として知られる方法で測定
される。本発明によれば、測定されたコールド クラン
キング アンペア（CCA）（アンペア）によって増加さ
れた例えば、27℃といったバッテリの室温が許容可能な
内部抵抗の限界（ミリオーム）は、37,800前後で一定で
あるように思われる。このことは六つのセルの12ボルト
の鉛バッテリ装置を使用しているすべての自動車に共通
した事実である。それ故、限界の内部抵抗（IR）は、以
下の通りとなる。
限界IR＝（37,800/CCA） （４） 当業者は、この一定数値は温度が異れば異っていずれ
の温度でも使用可能であることが理解できよう。
次のステップ（12）では、始動中と始動直後のバッテ
リの充電中に集められたデータを使用して様々な判断が
行なわれる。これらの判断には例えば端子の清掃や水を
追加するなどといったメンテナンス上の要求を含んでい
る。本発明の監視装置における好ましい実施例において
は、問題を生じた時に必要なメンテナンスを認識しすぐ
さま運転手に知らせることができる。例えば鉛バッテリ
のようなバッテリが放電されたり充電された直後には、
バッテリの端子間で測定された電圧は、電極の小孔と全
体における電解液の濃度の不均一（通常集中分極として
知られているが）によって、たとえばバッテリがオープ
ン回路内であっても変化する。本発明によれば電解液の
レベルが低下するにつれて、等式３によって定義される
分極は増加する。しかしながら、電解液のレベルが充分
であっても充電状態が不十分であれば分極も又、大きい
のである。監視装置はステップ（４）において先に判断
された充電状態を検査することでこれら二つの状態の間
を識別できるのである。
最近メンテナンス不要のバッテリが広く使用されてい
るが、腐食された端子を清掃することが自動車用バッテ
リにとって最も共通のメンテナンス上の問題となってい
る。バッテリの端子が時間の経過と共に腐食すると、そ
の結果端子に生じる鉛化合物（酸化鉛化合物と硫酸鉛化
合物）が端子で抵抗を著しく増加させ、ワイヤと結合す
ることになる。抵抗が高くなると大幅に電圧低下を引き
起し、始動モータを作動させる電力を低下させる。この
為場合によっては自動車を発進させることができない場
合がある。本発明の好ましい実施例にあっては、この問
題が生じた時にはすぐさま検知し前以って運転者に知ら
せることができる。ワイヤとの結合を感知する生負の電
圧は、バッテリの端子に接続されているワイヤの端部近
くでそれぞれバッテリの正負のリードワイヤにフューズ
されている。それ故監視装置によって判断された内部抵
抗は、正のリードワイヤ端部から負のリードワイヤ端部
へのすべての抵抗を含み、更にはワイヤとバッテリの端
子との間の接触抵抗をも含んでいる。充電状態が70％以
上となってバッテリが基本的に容量を失なっていない限
り、バッテリの内部抵抗は狭い範囲内でとどまってい
る。監視装置の好ましい実施例にあっては、判断された
内部抵抗が予じめ定められた値、例えばプリセットされ
た温度でのバッテリの当初の内部抵抗の二倍以上に大き
くなった時には、運転手に端子を清掃するよう指示を与
える。
本発明の第一の目的は、バッテリが必要な電力を供給
できない程度まで力不足になる前に、運転手にその交換
の必要性を指示することである。例えば、自動車用の鉛
バッテリなど全てのバッテリは、作動材料の剥離、交換
できない作動材料の部分的な欠陥、それに充電不可能と
いった理由により年月の経過と共にその容量を失なって
いる。これは年月の経過に対応して増加する内部抵抗に
よるものである。本発明の好ましい実施例では、バッテ
リの内部抵抗がプリセットされた限界よりも大きくなっ
たのを認識したり、当初の容量のプリセットされた割合
よりも低くなったのを認識したり、更には、80％より高
い充電状態を認識した時には、バッテリの交換を運転手
にアドハイスする。監視装置は又、弱低下したセル又は
不適合な容量のセルを検知すると、バッテリの交換を運
転手に指示を与える。どのようにしてこれらの状態を検
知するかの手段については以下のステップで明らかにさ
れる。
ステップ（12）の後、制御は引き続いてステップ（2
1）に移り、そこではすべてのパラメータと変数値がス
テップ（22），（１），（２）にそれに（３）において
記憶装置に保存される。商業的な装置においては連続作
動ループとなっているので、制御はステップ（12）から
ステップ（３）に移る。ステップ（４）と（５）を通過
した後、エンジンのスイッチがオンになり始動し出す
と、ルートＢに進む。
本発明の好ましい実施例は又、バッテリの状態と自動
車の作動状態によって交流発電器をオン又はオフさせる
ための制御出力を供給することでエネルギを節約するこ
ともできる。通常バッテリは、例えば80％のようなプリ
セットされた低い限界と100％の充電状態（SOC）との間
で維持されている。交流発電器はバッテリが100％の充
電状態（SOC）に達する時には何時も、クラッチ又はフ
ィールド電流遮断によって駆動状態から切り離される。
充電状態（SOC）がプリセットされた低い限界、例えば8
0％に落ちるまではバッテリは自動車に必要な出力すべ
てに合致している。充電状態（SOC）の低い限界にあっ
ては、交流発電器はバッテリが充分に充電されるまで、
つまり充電増体（SOC）＝100％になるまで再度作動す
る。しかしながら自動車の電力要求が或るプリセットさ
れた限界を越えたり、周囲温度がプリセットされた限界
以下になる時には、たとえ充電状態（SOC）がプリセッ
トされた限界以上であっても、交流発電器は作動位置の
ままとなる。この状態は自動車が夜間や冬期に動かさ
れ、かつエアコンのスイッチが入っている時に生じる。
同様に、バッテリが充分に充電されるまでは自動車が始
動される毎に交流発電器が作動する。通常これは自動車
の始動後５分から10分を必要とする。連続する厳しい充
電状態と過剰な充電中にバッテリに生じるガスの放出が
実質的に排除されるので、交流発電器の制御はバッテリ
の寿命が長くなるようにされている。
次のステップ（14）にあっては、前段で説明した基準
に従い交流発電器がオンされるべきかどうかを監視装置
がチェックする。もしオンにすべきであるならば、ステ
ップ（15）から始まる分岐Ｂ−１に進む；そうでなけれ
ば、ステップ（18）から始まる分岐Ｂ−２に進む。ステ
ップ（15）にあっては、交流発電器がオンにスイッチさ
れるか又は既にオンの状態であるならばそのままの状態
を続ける。ステップ（16）にあっては、監視装置は運転
者がテストサイクルの必要を指示したかどうかを判断す
る。次のステップ（17）にあっては、もし運転者が望む
のであれば特別なバッテリテストサイクルが行なわれ
る。自動車のエンジンは連続してオン状態となり、テス
トサイクルを完全に成功させるためには、少なくとも数
分間は電力発生装置、即ち交流発電器／調整器からプリ
セットされた最小限の出力電力を得んと、分あたりの回
転（RPM）で最小のスピード又はそれ以上のスピードを
維持する。もしエンジンのアイドリングスピードの間で
さえも電力源からの出力電力が充分高くなければ、通常
これは田舎のドライブやハイウエイでなされる。さもな
くばテストサイクルは無駄になる。本発明の好ましい実
施例にあっては、運転手はボタンを押すか又はこのテス
トを希望することを示す別の手段を行なう。監視装置は
その後バッテリの充電状態を100％にし、プリセットさ
れた時間バッテリを分離してテストを行なう。
本発明の好ましい実施例にあっては、テストサイクル
はバッテリの端子に直線的に増加する電流又は電圧ラン
プを強制することと、第７図に示したごとくバッテリの
対応する電圧又は電流の応答を測定することを含んでい
る。通常電流信号は、プリセットされた時間の間隔で０
アンペアからプリセットされた限界まで増加する上昇線
と、プリセットされた間隔の間この値のレベルを維持す
る線と、それに同じプリセットされた時間の間隔でこの
プリセットされたレベルから０アンペアまで減少する下
降線から構成されている。例えば電流は60秒で０アンペ
アから20アンペアまで増加し、このレベルで５秒間保持
され、その後60秒で20アンペアから０アンペアに減少す
るのである。電力源からの電流出力が監視装置によって
常に調節され、バッテリのテストに必要とされる電流が
テスト中には何時でも利用可能になっていることは当業
者ちは明白である。電圧ランピングが使用されている時
には、信号オープン回路電圧（OCV）からプリセットさ
れた時間の間隔でオープン回路電圧OCVより高く（例え
ば３ボルト高く）、このレベルから同じプリセットされ
た時間の間隔でオープン回路電圧OCVにまで低減される
端部電圧に増加する上昇線から構成されている。この電
流ランピング方法と電圧ランピング方法の両方におい
て、プリセットされた電圧限界、例えば2.6V/セルにな
る時はいつでも、プリセットされた時間限界が越える前
に増加する信号がその維持している位置に復帰する。dV
/dI対Irampでの最大値、又は、dI/dV対Vrampで存在する
最小値がガスポイントを示している。ガスポイントでの
電圧からセルの数（NOC）が以下の公式を使用して計算
される： NOC＝V gas/2.5 （５） 自動車のバッテリにあってはこの数値は通常６であ
る。これ以外の数値はいずれも欠陥のあるバッテリであ
ることを示す。ガスポイントが上昇方向で生じる電流、
即ちI gas−upは、第８図に示したごとくバッテリの容
量と比例している。ガスポイントが下降方向で生じる時
の電流、即ちI gas−downは、可能な限り低い値、通常
0.8アンペア付近に近づく。このように充電状態はI gas
−downのパラメータから判断することができる。
不適合のセルを有するバッテリは、上昇線と下降線の
方向で二つ又はそれ以上のガスポイントを生じさせる。
弱低下したセルは、ランプの極めて早い段階でdV/dIで
変化を示す。硫酸鉛化されたセルが存在すると、上昇方
向で変化を生じさせるが、下降方向には対応する変化を
生じさせない。バッテリの状態を監視する装置はこのよ
うに、熟練した当業者でさえしばしば見落すいくつかの
バッテリ上の欠陥を判断できるのである。
差し迫ったバッテリの欠陥を時折早く指示することが
ある。その寿命の終り近くにはバッテリ内のいくつかの
セル、特には末端のセルが異なった割合で容量を失い始
める。このためテストサイクル中に上昇線と下降線の両
方においてdV/dIでの複数の変化が存在することによっ
て示されるように、多数のガスポイントが生じて不適合
のセルが存在していることを示す。プリセットされた限
界以上に異なった容量の不適合なセルを監視装置が検知
すると、又はもし自動車のバッテリに弱低下したセルが
存在することを検知すると、監視装置はバッテリを交換
して使用するように警告を発生するのである。
分岐Ｂ−２でのステップ（18）において、監視装置は
交流発電器をオフにスイッチするかその接続を解除し、
もし既に交流発電器がオフになっているのならばそのま
まの状態を維持する。分岐Ｂ−２でのステップ（18）の
後や更には分岐Ｂ−１のステップ（17）の後には、制御
は分岐Ａでのステップ（12）の後にステップ（３）に制
御が移動されたのと同様の方法でステップ（３）にパス
される。ステップ（５）において自動車のエンジンがオ
フになっていることを監視装置が検知すると分岐Ｃに進
む。ステップ（20）があるこの分岐にあっては、バッテ
リからの放電電流をチェックする。例えば室内灯やヘッ
ドライト、又はボンネットのライトがオンになってい
て、もしバッテリからの出力電流がプリセットされた限
界以上となっているならば、監視装置は使用者に過度の
電流を使用していることを警告する。もしバッテリから
使用される電流がプリセットされた限界以上であり、部
品がすべて使用されていないのならば、監視装置は自動
車の電気回路にシート回路があることを警告する。監視
装置は又、自動車のエンジンがオフになっていて各部品
に流れる過度の電流が存在しない時には、プリセットさ
れた限界よりも低いバッテリのオープン回路電圧を検知
し、バッテリのセルのうちの一つが弱低下していること
を示すのである。監視装置はその後バッテリの交換をす
ぐさまに知らせる。
第３図は、本発明に係る方法を実施するための装置に
関する概略的な回路図である。当業者には容易に理解で
きることであるが、自動車の実際の電気回路は更に追加
の部品と感知装置を備え、アクチュエータと分路のいく
つかを残して、第８図に示した回路よりは複雑である；
しかしながら、自動車の回路はこの形態に凝縮される。
バッテリ（１）、電流感知分路（６）、マイクロプロセ
ッサで制御される始動スイッチ（８）、それに始動モー
タのロードを示すレジスタ（２）とが始動回路を形成し
ている。各部品のロード（３）を形成するレジストは、
ライト、イグニッション、エアコン、それに自動車に使
用されている他の部品類を示している。このロードはマ
イクロプロセッサで制御されるスイッチ（10）と電流感
知分路（６）とに直列であるが、スイッチ（９）を通し
たバッテリのいずれか又は、他のマイクロプロセッサ制
御スイッチを通した電力源（４）、即ち、交流発電器／
調整器によって電力が与えられている。電力源の出力電
圧とバッテリの充電状態とは、それらのいずれが与えら
れた時間に電力を供給できるかを判断する。ダイオード
（５）は、バッテリが使用されていない時に電力源に放
電がなされるのを妨げている。バッテリがテストサイク
ルを行っている時には何時でも、テスト前の数分間スイ
ッチ８と９を使用して電気回路の残りから遮断されるよ
うになっている。電力源はこの時間間隔で各部品にすべ
ての電力を供給する。テスト中は、スイッチ９、スイッ
チ10、それにスイッチ11は閉鎖状態のままである。例え
ば、エレメント４と11との間やエレメント２と８との間
の別の分路など、追加のパラメータを測定するために、
更に多くのエレメントが回路に付け加えることができる
ことが理解できよう。同様に追加のスイッチや部品を備
えることもできる。
例 １ 自動車のバッテリの内部抵抗と分極の決定 650のコールド クランク アンペア（CCA）のバッテ
リがテニー（Tenny）環境室に置かれ、本バッテリが推
奨される自動車の始動モータロードに等しい銅コイルロ
ードを通じて25℃で大きなパルス電流放電が与えられ
た。バッテリの状態を監視する装置は、25℃で内部抵抗
（IR）とバッテリの分極をそれぞれ、7.4と1.6ミリオー
ムであると判断した。０℃でのバッテリの同様の実験は
内部抵抗（IR）が９ミリオームであることを示した。
例 ２ 限界内部抵抗（IR）の決定 監視装置は、等式４を利用してそのコールド クラン
キング アンペア（CCA）の数値を使用する例１での上
述したバッテリの内部抵抗のための許容可能な上方の限
界（限界IR）を決定した。この値は25℃で58オームであ
った。
例 ３ 低温度限界の決定 監視装置は、25℃の低温度で、例１と２で使用された
バッテリの限界内部抵抗（IR）の値とバッテリの実際の
内部抵抗の値を推測し、自動車が始動できる低温度での
限界を決定した。この値は−38.7℃であった。０℃にお
けるバッテリでの同様の実験は、−38.3℃の信頼できる
温度限界を示した。これは周囲温度がいか程であって
も、低温度限界は正確に判断できることを示している。
例 ４ 異なった大きさのバッテリのテスト ０℃と25℃での630,525,475,400,それに430 CCAの定
格のバッテリを使用して例1,2,そして３のテストを行
い、表１に示したごとくの信頼できる低温度で限界と内
部抵抗とを決定した。
例 ５ 充電状態の決定 例１におけるバッテリの充電状態（SOC）は、異なっ
た公知のレベルにある充電状態（SOC）での監視装置に
よって決定された。バッテリは予じめ定められた電流で
公知の間隔放電された。バッテリへ出入りするネット充
電が測定されそれぞれに予じめ定められたバッテリの容
量に付加されたり容量から取り除かれた。この値からバ
ッテリの充電状態（SOC）が計算され、監視装置によっ
て決定された値と充分に比較された。
自動車のバッテリがほぼ完全に放電され、再充電され
ることなく一日間放置された。その後バッテリは監視装
置に接続された。監視装置はバッテリが極めて低い充電
状態であることを検知し完全に充電する必要があること
を示した。又、監視装置はバッテリが硫酸鉛化されてい
るこを表示した。
（充電状態が40％以下の）部分的に放電された別のバ
ッテリのテストにおいて、信頼できる温度の限界は、35
℃より高いことを示した。テスト中におけるバッテリの
周囲温度は、20℃にすぎず、このことは充電されなけれ
ば自動車が始動できないことを意味している。事実バッ
テリの電力出力は、20℃でロードにより必要とされる電
力よりも低かった。
例 ６ バッテリの容量の評価 例１におけるバッテリの容量が監視装置によるテスト
サイクルによって決定された。監視装置によって決定さ
れたバッテリの容量は、バッテリの製造データと充分に
比較された。監視装置は完全に充電された状態で当初の
容量の半分かそれ以下であること、高い内部抵抗（25℃
で当初の内部抵抗の２倍）であること、それにバッテリ
についての別の問題が検知されていないのに高い信頼性
ある温度限界を検知すると、バッテリを交換するように
指示した。
例 ７ 不適合なセルが存在するかどうかのテスト セルが不適合であることが確認された古いバッテリが
監視装置に接続され、テストサイクルが行なわれた。監
視装置は不適合なセルが存在することを検知し、その事
実を示す警告を表示してバッテリを交換するよう指示し
た。
例 ８ 燃料ガスを節約する特性のテスト 例１の自動車用バッテリが監視装置に接続され、シュ
ミレーション電気回路での始動スイッチがオンにされ
た。監視装置は始動過程中にバッテリの特性を決定し、
バッテリを100％の充電状態（SOC）まで再充電した。監
視装置はバッテリの状態と電力源の状態を決定した。監
視装置はバッテリが完全に充電された後、電力源をオフ
にスイッチした。バッテリは自動車に必要な電力のすべ
てを供給した。バッテリの充電状態が80％に落ちると電
力源が再度オンにされた。このようにして、監視装置は
電力源をオンにしたりオフにしたりすることによってバ
ッテリの充電状態（SOC）を80％と100％の間で制御し
た。
例 ９ 電解液のレベルが低い場合 電解液のレベルが“一杯”の印の位置にある充分に充
電された自動車用のバッテリが、その特性を監視装置に
よってテストされた。電解液のレベルが電極板の丁度頂
点の位置になるまで電解液を一部バッテリから取り出し
た。その後バッテリは再度監視装置にてテストされた。
このテストは、それぞれ電極板の3/4 1/2 1/4の高さの
レベルにて繰り返された。内部抵抗、分極それに信頼で
きる低温度での限界がこれらのテストのそれぞれにおい
て決定され、その結果を表２とした。
電極板の頂点以下にある電解液のレベルでは、内部抵
抗、分極、それに信頼できる温度限界について高い値が
観察された。このように監視装置が良好な充電状態と容
量を備えているのにこれらパラメータの高い値を検知し
た時にはいつも、監視装置は水を加えるように指示を出
す。
例 10 腐食した端子 充分に充電された自動車のバッテリにおいて、陽極端
子が希硫酸の中で硫酸鉛の薄い層になるようブラシで被
膜され、その後乾燥された。このバッテリは第３図に示
された監視装置とシミュレーション回路に通常通り接続
された。良好な端子と腐食した端子の状態での内部抵
抗、分極、それに信頼できる低温度での限度が表３に示
されている。
監視装置が大きな内部抵抗ではあるが問題のない分
極、それに通常のレベルの容量と充電状態を検知する
と、端子を清掃するようにアドバイスした。
例 11 様々な温度での630 CCAバッテリのテスト オールドスモービル フィレンツェの２リットルエン
ジンの自動車用に推奨される大きさの630 CCA SLIバッ
テリが、バッテリの状態監視装置に接続され、テニー環
境室において様々な周囲温度下でテストされた。自動車
の始動電力要求に従った許容可能な内部抵抗（IR）の限
界が監視装置によって計算された。監視装置によって表
示された信頼できる低温度での限界が表４に示されてい
る。
これらの数値は、両立するが無関係のバッテリでの温
度である。監視装置をテストする目的で第二次のテスト
が行なわれ、自動車の必要電力が通常の値の２倍である
ことが確認された。（これは、表４での内部抵抗IRの許
容限界に反映され、即ち当初の半分である）予想された
ように、ここでも高いが一致した信頼のできる低温度で
の限界の値がすべての周囲温度に対して観察された。
例 12 様々な温度での525 CCAバッテリのテスト カットラス シエラ 2.8リットルエンジン自動車用
に推奨された525 CCAバッテリを用いた同様のテスト結
果が表５に示されている。
監視装置は前述したようなバッテリ特性をテストし成
功した。その結果は例11の結果と似たものであった。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−151773（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−25884（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−91533（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−102976（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60R 16/02,16/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自動車の蓄電バッテリを監視する方法であ
    って、 （ａ）周囲温度、前記バッテリの電圧、交流発電器／調
    整器の出力電圧、および前記バッテリに出入りする電流
    を連続的に測定するステップと、 （ｂ）前記バッテリの内部抵抗と分極とを決定するため
    に前記電流−電圧（Ｉ−Ｖ）のデータを分析するステッ
    プと、 （ｃ）充電の状態と、腐食された端子および低電解液レ
    ベルによって生じる欠陥状態とを決定するステップと、 （ｄ）前記バッテリの電力出力能力と前記自動車に必要
    な始動電力とを比較することにより、低温度での始動限
    界を決定するステップと、 （ｅ）前記比較によって生じたデータを表示するステッ
    プと、 （ｆ）前記バッテリの電力出力能力を種々の温度に関係
    づける予め定められた数学的関数またはグラフデータを
    使用して、いかなる温度においてもエンジンによって実
    際に使用される電力を推定することによって、種々の温
    度における前記エンジンの始動電力要求を決定するステ
    ップと、 を含む自動車の蓄電バッテリを監視する方法。
  2. 【請求項２】前記エンジンがオフ状態時の前記バッテリ
    の最後の電圧値と前記エンジンが始動状態中の前記バッ
    テリの最初の電圧値との間の差を、前記始動状態中に前
    記バッテリから出る電流によって除算することにより、
    前記バッテリの内部抵抗を決定する請求の範囲第１項の
    方法。
  3. 【請求項３】前記バッテリの最初の電圧値と前記エンジ
    ンが始動状態中にプリセットされた時間間隔後の前記バ
    ッテリの電圧値との間の差を、前記始動状態中に前記バ
    ッテリから出る電流によって除算することにより、前記
    バッテリの分極を決定する請求の範囲第１項の方法。
  4. 【請求項４】（ａ）前記バッテリを特定のテストサイク
    ルに置き、そこでは充電装置により予め定められた形状
    の電流または電圧が前記バッテリに強制印加され、前記
    バッテリの応答電圧または電流を測定するステップと、 （ｂ）dV/dI対Ｉ、またはdI/dV対Ｖ、の形態でデータを
    評価するステップと、 （ｃ）容量と電圧を含む、前記バッテリの特性を決定す
    るステップと、 （ｄ）不適合なセル、弱低下したセル、容量の損失を含
    む、前記バッテリの欠陥を決定するステップと、 （ｅ）前記データと指示とを表示するステップと、 を更に含む請求の範囲第１項の方法。
  5. 【請求項５】前記不適合なセルまたは前記弱低下したセ
    ルが存在することによって、前記バッテリの寿命が尽き
    たことを表示する請求の範囲第４項の方法。
  6. 【請求項６】前記バッテリの充電状態が、ガスの放出が
    下降方向で停止するときの電流から決定される請求の範
    囲第４項の方法。
  7. 【請求項７】前記バッテリの容量が、前記バッテリがそ
    の中のガスを上昇方向で放出し始めるときの電流から決
    定される請求の範囲第４項の方法。
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