JP3057703B2

JP3057703B2 - バッテリの始動能力検出装置

Info

Publication number: JP3057703B2
Application number: JP2039868A
Authority: JP
Inventors: 博英佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JPH03243876A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、バッテリと、このバッテリから給電され
てエンジンを始動する始動モータとを搭載した車両にお
いて、上記バッテリを充電する発電機の発電量を制御す
る充電制御装置に関するものである。

［従来の技術］エンジンを搭載した車両にあっては、この車両に搭載
されたバッテリで、スタータスイッチの操作に対応して
動作される始動モータを備え、この始動モータによって
エンジンを回転させ、このエンジンを始動させるように
している。

この様な始動動作を行うに際しては、バッテリ能力
が、始動モータで充分な始動トルクが得られるような状
態にあることが必要である。このためには、この車両に
搭載されたバッテリの残存容量を監視し、バッテリ能力
がエンジンの始動動作を確実に行うことができる状態に
あるように、充電制御を行わなければならない。すなわ
ち、バッテリ能力が低下したと判断されたときには、車
両に搭載された発電機の発電量を増大させる。

バッテリの残存容量を測定する手段としては、例えば
特開昭53−127646号公報に開示されるように、始動モー
タの始動電流等を利用して、バッテリからの放電時にそ
の内部抵抗を測定する手段が知られている。そして、バ
ッテリの残存容量が特定される値より低下した状態で、
バッテリに充電電力を供給する発電機の発電量を増加さ
せる制御を行い、あるいは警報を発生させてバッテリの
上りを防止している。

しかし、車載用バッテリの使命として、この車両に搭
載されたエンジンの始動動作を行わせることを考える
と、バッテリの残存容量のみで、バッテリの能力を判断
したのでは不都合なことがある。すなわち、エンジンの
始動の可否は、クランキング中（始動動作中）のエンジ
ン回転数によって決定される。したがって、同じ残存容
量を持つバッテリであっても、始動時の駆動トルクの大
きいエンジン、例えば高粘度エンジンオイルを使用した
エンジンにあっては、エンジンの始動時回転数が低下
し、このエンジンの始動が不可能となることがある。

また、特開平１−229986号公報に示されるように、エ
ンジンの始動動作時、すなわちクランキング時のバッテ
リ電圧と、このバッテリの電解液比重に着目し、エンジ
ンの動作している車両の走行中においても、バッテリの
放電特性（例えば150Aで放電されたときの電圧）を求め
るバッテリ状態検出装置が提案されている。この装置に
あっては、電解液の比重が特定される値以上となるよう
に発電制御すれば、150A放電時のバッテリ電圧が所定値
以上とされ、エンジンの始動動作が可能とされるものと
している。しかし、この場合も始動時のエンジン始動ト
ルクの個体差も考慮していない。

また、特公昭61−14969号に開示されるようにエンジ
ン始動時のエンジン回転数に基づきバッテリ容量を検出
し、表示する装置も提案されているが、かかる装置では
次回の始動時に確実な始動を図るようにバッテリを回復
させることができず、表示がなされたとしても次回の始
動時には始動不能に陥るおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、始
動に要求されるトルクがエンジンの個体差によって相違
するような場合でも、確実にエンジンを始動することが
できる充電制御装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明では、エンジンを
始動する始動モータに給電するバッテリの充電状態を検
出し、この充電状態を所定状態とするように前記バッテ
リを充電する発電機の発電量を制御する制御手段と、前
記始動モータによって駆動されるときの前記エンジンの
回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手
段により検出された回転数に基づき、前記バッテリによ
る前記エンジンの始動能力を維持するよう前記バッテリ
の充電状態を調節する充電状態調節手段とを備えること
を特徴とする充電制御装置という技術的手段が採用され
る。

なお、前記制御手段は、前記エンジンを始動可能な最
低限の前記バッテリの充電状態値として予め設定された
最低充電状態値以上に前記バッテリを充電するように発
電量を制御するよう構成することができる。

また、前記充電状態調節手段は、前記回転数検出手段
により検出された回転数に基づき前記バッテリによる前
記エンジンの始動能力の低下量を求め、この低下量に応
じて前記最低充電状態値を補正するよう構成することが
できる。

さらに、前記最低充電状態値は、前記バッテリが所定
電流で放電されたときのバッテリ電圧（ＶL）または前
記バッテリの電解液の比重（ＳL）として与えることが
できる。

なお、後述する実施例では、バッテリの充電状態値と
してバッテリ電解液の比重（Ｓ）を検出し、この比重が
最低充電状態値として設定された最低始動電圧（ＶL）
に対応する最低比重（ＳL）以上になるように発電機の
発電量が制御されており、この最低始動電圧が始動時の
エンジン回転数に基づき調節されている。しかもその調
節は、始動時のエンジン回転数に基づき予め設定された
標準特性とのバッテリ電圧の差（△Ｖ）を補正値として
求め、この補正値に応じて最低始動電圧（ＶL）を補正
して行われている。

［作用および発明の効果］以上に述べた本発明によると、始動に要求されるトル
クがエンジンの個体差などによって相違するような場合
でも、その相違が始動時の回転数に反映されて検出さ
れ、この回転数に基づいて、始動能力を維持するように
バッテリの充電状態が調節されるため、バッテリのエン
ジン始動能力を確保することができる。例えば、使用さ
れているエンジンオイルの粘度が高く、始動トルクが大
きい状態であっても、その始動トルクの大きさが始動モ
ータで回されるときのエンジン回転数の低さとして表れ
るため、これに対応してバッテリの充電状態を高めるこ
とで、次回の始動時にもバッテリをエンジンを始動可能
な状態に充電することができる。

［発明の実施例］以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図はその構成を示したもので、エンジン11には
クラッチ機構12を介して始動モータ（スタータ）13が結
合される。この始動モータ13には、スタータスイッチ14
を介して、この車両に搭載されたバッテリ15からの電力
が供給される。すなわち、スタータスイッチ14を投入す
ることによって始動モータ13が回転されるものであり、
詳細は図示してないが、スタータスイッチ14が投入され
ることによってクラッチ機構12が連結され、始動モータ
13によってエンジン11が回転されるようになる。

エンジン11には、発電機16が連結され、このエンジン
11が動作状態にあるとき発電機16が回転され、発電動作
される。そして、この発電機16からの発電電力は、ダイ
オード17を介して、バッテリ15に充電電力として供給さ
れる。

バッテリ15からの出力回路には、バッテリ15の充放電
電流を検出する電流センサ18が設けられ、またバッテリ
15にはその電解液の比重を測定検出する比重センサ19が
設けられている。また、エンジン11に対しては、その回
転数を検出する回転センサ20が設けられる。そして、こ
れら電流センサ18、比重センサ19、および回転センサ20
それぞれからの検出信号は、例えばマイクロコンピュー
タによって構成された制御装置21に供給する。

制御装置21は、電流センサ18からの検出信号、および
バッテリ15の端子電圧信号の供給される電圧検出回路21
1が設けられる。この電圧検出回路211では、バッテリ15
の放電電流が所定値、例えば150Aのときのバッテリ15の
端子電圧を検出する。この検出された電圧は、比重補正
回路212において、比重センサ19で検出された実測比重
を検出電圧値に対応して補正し、この補正された信号は
発電制御回路213に供給される。

また、電圧検出回路211で検出された信号は、回転セ
ンサ20で検出したエンジン11の回転数信号と共に、最低
始動電圧修正回路214に供給する。この最低始動電圧補
正回路214では、予め制御装置21を構成するマイクロコ
ンピュータ内のROM等に記憶されているエンジン11の始
動可能最低電圧を、エンジン11の検出回転数によって修
正する。そして、この修正された始動可能最低電圧の信
号は、発電制御範囲決定回路215に供給し、バッテリ15
の容量を適正に保つために発電制御する範囲を決定し、
発電制御回路213を制御する。この発電制御回路213では
発電機16に指令を与え、発電量を制御させるようにす
る。

本件出願人は、すでに出願した発明（特開平１−2299
86号）において、バッテリの放電時のバッテリ電圧と、
このバッテリの電解液の比重との関係に着目して、始動
モータによってエンジンを始動動作する際に、バッテリ
電圧とその電解液比重を測定することによって、車両の
走行中においても、常にバッテリの放電特性（放電した
ときのバッテリ電圧）を求める手段を提案している。ま
た、バッテリの残存容量と非常に関係のある放電特性を
利用して、車両の走行中において放電特性が低下（残存
容量の低下）した場合は、発電機の発電量を増加させる
ことでバッテリを充電させるようにする。そして、この
バッテリの放電特性を高め（残存容量を増加）、バッテ
リが上がる状態となることを防止するようにしている。

この提案によれば、始動モータの始動時にバッテリの
電解液の比重を校正すると共に、走行中において、この
補正された比重Srが常に比重S_L以上に維持されるように
制御すれば、バッテリの150Aの放電時の電圧はV_L以上に
維持され、バッテリ上がりが防止されるとしている。

ここで、V_Lは始動モータによってエンジンを始動可能
とするための最低バッテリ容量を示す値であり、150Aで
放電されたときのバッテリ電圧として表している。ま
た、S_Lはバッテリ電圧V_Lのときのバッテリ電解液の比重
である。

しかし、エンジンと始動モータの組み合わせ等によ
り、エンジンの始動可能な最低バッテリ容量が異なり、
例えば車種毎にこの始動可能最低バッテリ容量は、車両
に搭載される制御装置の記憶装置内に、予め記憶設定し
ている。

しかし、同じ種類のエンジンであっても、使用される
エンジンオイルの種類によって、エンジンを駆動するト
ルクが変わる。例えば粘度の高いエンジンオイルを使用
した場合には、このエンジンを駆動するトルクが増大す
る。その結果、予め記憶したエンジンの始動可能な最低
バッテリ容量では、始動モータの発生トルクが不足し
て、始動動作中のエンジンの回転数が低下し易くなる。
したがって、エンジンを始動するために必要な最低回転
数を満足せず、良好なエンジン始動制御が困難となる。

この様なエンジンの駆動トルクが変動する要因として
は、エンジンオイルの粘度が一定でないことに起因する
他、エンジン個体のばらつき、温度条件等が存在する。
したがって、この最低バッテリ容量の判定値は、これら
の変動の要因を考慮した値とする必要があり、その結果
発電制御範囲や寿命判定レベルの精度を向上させること
が困難となる。

実施例で示した装置にあっては、始動モータ13の動作
されるエンジン11の始動動作中に、バッテリ15の電圧を
求める。この場合、このバッテリ15の電圧は、例えば15
0A放電時のバッテリ容量を表現する。また同時に、回転
センサ20によりこのエンジン11の始動動作時におけるエ
ンジン11の回転数を検出し、これらバッテリ容量並びに
エンジン11回転数に基づいて得られる値を、制御装置21
内に記憶されている値と比較し、実車載のエンジン11の
駆動トルクの、制御装置11内に記憶されている値からの
ずれ量を求める。そして、このずれ量に基づいて、最低
始動可能電圧V_Lを補正するようにしていてる。

第１図で示した装置において、スタータスイッチ14が
投入されると、始動モータ13はバッテリ15から給電され
て回転動作され、クラッチ機構12が結合されてエンジン
11が回転される。この始動動作に伴うエンジン11の回転
数が、このエンジン11が始動されるに要求される最低回
転数を上回れば、エンジン11内で爆発行程が実行され、
吸入ー圧縮ー爆発ー排気の行程を経て始動される。

この様な始動動作中にバッテリ15の電圧と電流とが検
出され、第２図で示す曲線に対応してバッテリ容量が求
められるもので、バッテリ15が特定される電流（例えば
150A）で放電しているときのバッテリ15電圧に基づい
て、バッテリ15の容量が求められる。

このバッテリ容量を求めるための放電電流値は、特に
限定される値ではないが、この説明の例では以後放電電
流が150Aとして作動状態を説明する。

始動モータ13の回転によるエンジン11の始動動作と前
後して、比重センサ19によってバッテリ15の電解液比重
を検出する。すなわち、バッテリ15の容量と共に、この
バッテリ15の電解液比重が検出され、このバッテリ容量
と電解液比重に基づいて、実測比重（液べり等により変
動する）と、真の比重（バッテリ15の容量を正確に表す
比重）とのずれ量を、補正値ΔＳとして求める。以後、
比重補正回路212で、比重センサ19で求めた比重値を、
上記補正値ΔＳで補正すれば、真の比重を常に求めるこ
とができるようになる。

ここで、バッテリ15の放電特性と電解液比重との関係
は、第３図で示すようになり、この点に着目して補正さ
れた真の比重を常にS_L1以上とすることにより、バッテ
リ15の放電特性（150A放電時のバッテリ15の電圧）をV
_L1以上とすることができ、エンジン11の確実な始動制御
が可能とされるようになる。尚、V_L1はエンジン11の始
動を可能とするための最低バッテリ15の容量を表す値
で、例えば150Aで放電したときのバッテリ15の電圧を指
している。

始動モータ13が例えば直巻モータで構成された場合
は、ｎ＝Ｋ（Ｖ−IR）／Φ （但し、n;始動モータ３の回転数 V;端子電圧 R;始動モータ13の内部抵抗 Φ；各極における磁束 K;定数 I;始動モータ13電流）の関係があり、始動モータ13の電流が一定であり、発生
トルクが一定のときは、端子電圧と回転数は比較関係に
ある。

しかし、高粘度のエンジンオイルを使用したような場
合には、エンジン11の駆動トルクが増大し、放電特性が
V_L1の容量のバッテリ15を電源として使用したのでは、
エンジン11の回転数を充分に上げることができない。し
たがって、目的とするエンジン11の始動動作が実行でき
ない。

そこで、この実施例にあってはエンジン11が始動モー
タ13によって回転されるときのエンジン11の回転数を、
回転センサ20によって検出し、エンジン11の回り易さの
程度に応じて電圧値V_L1を補正する。

第４図はバッテリ容量に対する始動動作時のエンジン
11の回転数との関係を示しているもので、通常は150A時
のバッテリ15電圧とエンジン11回転数は、第４図に実線
で示す「標準特性」で示されるようになり、この特性は
適宜制御装置21の内部で記憶されている。この図から明
らかなようにバッテリ15の電圧が高いと、すなわちバッ
テリ15の容量が多い状態では、始動時のエンジン11の回
転数が高くなり、容易にエンジン11の始動が可能とされ
る。

しかし、高粘度のエンジンオイルを使用したり、エン
ジン11の個体差等によって始動時のエンジン11の駆動ト
ルクが増大すると、第４図に破線で示すような特性とな
る。すなわち、標準特性のときには、バッテリの電圧が
V_L1であればエンジン11の回転数をN_Lとすることがで
き、このエンジン11の始動動作が可能となるが、エンジ
ン11の駆動トルクが増大した破線の状態では、バッテリ
電圧がV_L1では、エンジン11の回転数はN_Lより低いN_Bと
なり、エンジン11を始動させることができない。

ここで、N_Lはエンジン11を始動させるために必要な最
低回転数であり、この回転数N_Lはエンジンの種類によっ
て異なるもので、通常は50〜100rpm程度である。

仮に、エンジン11の始動動作時のエンジン11の回転数
が充分に高いN_Aであり、バッテリ15電圧がV_A2であった
とする。ここで、制御装置21内に記憶されている標準特
性は、エンジン11の回転数N_Aのとき、バッテリ11の電圧
はV_A1であるので、実測値V_A2と電圧差ΔＶが発生する。
つまり、エンジン11の駆動トルクが標準品より増大して
いることを示している。

この様にして求められた補正値ΔＶを利用し、標準特
性における判定値V_L1をΔＶ補正し、V_L2とする。すなわ
ち、最低始動電圧修正回路214において最低始動電圧値
をΔＶ補正し、バッテリ電圧がV_L2であるバッテリ15に
よって、エンジン11の始動時回転数をN_Lとして、エンジ
ン11の始動が可能とされるようにする。

このようにして最低始動電圧が修正されたならば、発
電制御範囲決定回路215において、発電制御範囲を決定
する。第３図はバッテリ11の真の比重（比重補正回路21
2で求めた値）とバッテリ電圧との関係を示している。

この実施例で示したような手段を取らない場合は、バ
ッテリ電圧V_L1に相当する比重S_L1以上となるように発電
機16を制御するものであるが、実施例においては、補正
値ΔＶで補正したバッテリ電圧V_L2に相当する電解液比
重S_L2以上となるように発電機16を制御する。したがっ
て、エンジン11の回転数は常にN_L以上の状態に確保する
ことができ、エンジン11の始動が確実に行われるように
なる。

また、このような発電制御を実行しても、バッテリ15
の電圧がV_L2以上とならない場合は、バッテリ寿命と判
断して、バッテリ寿命警報を発生させることができる。

これまでの説明では、高粘度のエンジンオイルの使用
等によってエンジン11の始動トルクが増大し、エンジン
11の始動が不可能となる場合も想定した実施例を説明し
た。しかし、エンジン特性のばらつき等によって、エン
ジンの駆動トルクが減少した場合にも、実施例で示した
と同様の補正を行うことができ、発電制御を行うための
判定バッテリ容量を正確に求めることができる。

尚、実施例においては説明を簡単にするため温度に関
する説明はされていない。しかし、エンジン11の最低始
動要求回転数、さらにバッテリの特性が温度特性を有す
るものであることは周知である。したがって、温度状態
を検出することにより、各温度による特性の補正をする
必要が存在することは明らかであり、適宜温度条件に対
応した補正要素を加えるようにしてもよい。

また、エンジン11の駆動トルクの増減要因として上げ
られる、エンジンオイルの粘度（オイル交換、オイルの
劣化等によって、このオイルの粘度は変化する）や、エ
ンジン11の特性のばらつきは、一走行中に大きく変化す
るものではない。したがって、エンジン11の駆動トルク
に対応した補正は、一走行中に一回、例えばエンジン11
の始動時に行えば充分である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るバッテリ始動能力検
出装置を説明する構成図、第２図はバッテリ容量とバッ
テリ電圧の関係を示す図、第３図は電解液比重とバッテ
リ電圧との関係を示す図、第４図はバッテリ電圧とエン
ジン回転数との関係を示す図である。 11……エンジン、13……始動モータ、14……スタータス
イッチ、15……バッテリ、16……発電機、18……電流セ
ンサ、19……比重センサ、20……回転センサ、21……制
御装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンを始動する始動モータに給電する
バッテリの容量を検出する容量検出手段と、前記バッテリの充電状態を前記エンジンを始動可能な最
低の容量として予め設定された最低容量以上とするよう
に前記バッテリを充電する発電機の発電量を制御する制
御手段と、前記始動モータによって駆動されるときの前記エンジン
の始動時回転数を検出する回転数検出手段と、前記始動モータによって駆動されるときの前記エンジン
の回転数と前記バッテリの容量との関係を標準特性とし
て記憶してなる標準特性記憶手段と、前記回転数検出手段により検出された始動時回転数に基
づいて前記標準特性を参照して標準容量を求め、前記容
量検出手段により検出された検出容量と前記標準容量と
の差に応じて、前記制御手段における前記最低容量を補
正する補正手段と、を備えることを特徴とする車両用充電制御装置。
【請求項２】前記最低容量は、前記バッテリが所定電流
で放電されたときのバッテリ電圧（VL）または前記バッ
テリの電解液の比重（SL）として与えられていることを
特徴とする請求項１記載の車両用充電制御装置。