JP3887820B2 - 車両の始動性能を判断する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、特には車両の始動工程中に、車両を始動させる能力を判断する方法に関する。さらに、本発明は、車両を始動させる能力を判断する装置に関する。

車両内においては、安全に関する機能が、電気によりますます操作されるようになってきている。たとえば電気ブレーキがその一例である。このような安全に関連する部品の動作性能を保証するためには、それらの部品に電気エネルギが連続して供給されなければならない。そのために、車両内に、２つのエネルギ源、特にバッテリおよびジェネレータを設けることが知られている。

車両が止まっている状態においては、通常バッテリには負荷がかかっている。このようなバッテリの放電により、車両の始動機能またはその他の機能がもはや保証されない程バッテリの充電状態が低くなることがある。したがって、バッテリの充電状態について信頼性の高い情報が必要である。

たとえば、特許文献１では、車両を始動させるスタータバッテリの能力を判断する方法を開示しており、この方法においては、車両が始動する時の電圧低下が特性曲線図の電圧値と比較され、ずれがあった場合には、表示または警報機能が起動される。さらに、特許文献２では、車両バッテリの残りの耐用期間の測定装置を開示しており、バッテリの端子電圧および負荷電流を参照して、バッテリの内部抵抗が、車両の始動する前後に温度補正方式により決定され、それの構成関係と限界値との比較を参照することにより、決定されたバッテリ耐用期間を示す信号が生成される。

欧州特許出願公開第 ０ ９１６ ９５９ 号明細書 独国特許発明第 ３７ １２ ６２９ 号明細書

本発明の目的は、特に簡単で信頼性の高い方式でバッテリの動作性能を検出できるようにする、車両を始動させる能力を判断する方法を明示することである。さらに、始動させる能力を判断する特に簡単な装置を明示することである。

第１に記載した目的は、車両を始動させる能力を判断する方法による本発明に従って達成され、バッテリの電流値および電圧値が、あらかじめ定義された時間窓を通じて、特に車両の始動動作中に、感知され、バッテリの内部抵抗が、線形回帰を用いて電流値および電圧値を参照して決定され、車両の始動挙動のための基準抵抗値が、あらかじめ定義された時間窓内で感知された電流の最大値および電圧の最小値を参照して決定され、始動させる能力を表す値が、内部抵抗と基準抵抗値との間の比較を参照して判断される。バッテリの内部抵抗は、始動挙動中に測定された電流値および電圧値を参照して決定されることが好ましい。このため特に、立下り端を表す電流値および立上がり端を表す電圧値が感知され、前記値を使用して、線形回帰を用いて内部抵抗を決定する。基準抵抗値は、始動段階の時間窓を表す電流の最大値および電圧の最小値を参照して、この時間窓内で決定されることが好ましい。ここでは、この比率は、スタータ回路の、すなわちエンジンの抵抗を表す。スタータ回路の基準抵抗値をバッテリの内部抵抗値と比較することにより、起こり得る測定の複雑さを最小限に押さえて、車両を始動させるバッテリの能力について非常に信頼性の高い結論を導き出すことができる。特に、バッテリの動作性能を参照して、車両を始動させる能力を直接評価する方法が可能となる。さらに、本方法は、車両のタイプまたはバッテリのサイズとは無関係に使用できる。

バッテリの内部抵抗の値を適宜監視して、スタータ回路の基準抵抗値に等しいかまたはそれより小さく降下するかどうかを判断する。内部抵抗の値が基準抵抗値に等しいかまたは少なくとも１％だけそれより小さく降下した場合は、エンジンを始動することができる。

バッテリの内部抵抗の値が基準抵抗値に等しいかまたはそれより大きくなると、信号メッセージが出力されることが好ましい。このことにより、車両を始動させるバッテリの能力が失われる前に、バッテリの臨界状態を示す信号メッセージが出力され、その結果、車両を始動させる能力について必要な対策を適切な時にとることができることが保証される。

車両のバッテリおよび／またはスタータ回路の温度が感知されることが好ましい。このことにより、スタータ回路の基準抵抗とバッテリの内部抵抗の両方を、それらの温度に対する依存性を考慮に入れて、できる限り精密に判断することが可能となる。代替形態または追加形態として、異なる温度で始動させるバッテリの能力を判断することが可能であり、したがって、バッテリの現在感知されている温度、およびスタータ回路の、特にエンジンの、現在感知されている温度に基づいて予測することが可能である。

バッテリおよび／またはスタータ回路の瞬間的に感知された温度、あるいは与えられた時間に感知された温度に応じて、この温度を表す値を使用して、異なる温度において、したがって後の時間に始動させる能力を表す内部抵抗の値または基準抵抗値を決定する、特に補間及び補外することが好ましい。その結果、車両を始動させるバッテリの能力は、ある期間にわたる温度プロフィールを考慮に入れることによって測定できる。このことにより、温度が下がっている時、特にスタータ回路の温度が下がっている時に、たとえば始動パワーが不釣合いに上昇する時のエンジンの温度において、後の時間に始動させる能力を評価できることが保証される。

バッテリの充電状態は、監視され、その値が与えられた充電状態での内部抵抗の下限値未満に降下した場合に、バッテリが車載電気系統から切断されるように、バッテリの内部抵抗と連動されることが好ましい。このことにより、バッテリが臨界状態にある場合には、前記バッテリが適切な時に車載電気系統から切断されることが保証される。特に、バッテリが永続的に放電されているような車両が比較的長い時間停止している場合には、臨界状態が適切な時に検出され、その結果バッテリは、車載電気系統から適宜、切断できる。

第２に記載した目的は、あらかじめ定義された時間窓を通じて、特に車両が始動動作中に、バッテリの電流値を感知する電流センサおよび電圧値を感知する電圧センサを用いて、車両を始動させる能力を判断する装置についての本発明に従って達成され、線形回帰を用いて電流値および電圧値を参照することによりバッテリの内部抵抗を決定し、かつあらかじめ定義された時間窓内で感知された電流の最大値および電圧の最小値を参照することにより、車両の始動挙動の基準抵抗値を決定する評価ユニットが設けられ、内部抵抗と基準抵抗値との間の比較を参照して、始動させる能力を表す値を判断することが可能である。このことにより、特に簡単な設計であり、かつ車両のタイプまたはバッテリのタイプとは無関係に使用できる装置が実現される。

図面を参照しながら、本発明の例示的実施形態をより詳細に説明する。

すべての図において、対応部分には同じ参照符号が付されている。

図１は、車載電気系統６の電圧Ｕを使用可能にするバッテリ４を用いて、車両２を始動させる能力を判断する装置１を示している。車載電気系統６には、バッテリ４の電圧Ｕが供給される。第２の電源として、車載電気系統６には、車両２のジェネレータ８から電圧Ｕが供給され得る。

装置１は、バッテリ４を制御するための手段１０（以下、略してバッテリ制御装置１０と呼ぶ）を備える。バッテリ制御装置１０は、バッテリ４の、電流値Ｉを感知し測定する電流センサ１２と、電圧値Ｕを感知し測定する電圧センサ１４とを備える。電流センサ１２のタイプおよびデザインに応じて、バッテリ４から得られる放電電流Ｉおよび／またはバッテリ４を充電する充電電流Ｉが、感知され測定される。感知された電流値Ｉおよび電圧値Ｕを評価し処理するために評価ユニット１６が設けられている。さらに、あらかじめ定義され得る作動状態に応じて、車載電気系統６からバッテリ４を切断するために、切断ユニット１８が設けられている。

評価ユニット１６により、あらかじめ定義された時間窓内で感知された電流値Ｉおよび電圧値Ｕを参照することにより、線形回帰を用いてバッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉが決定される。時間窓とは、ここでは特に、車両２の始動段階中、またはあらかじめ定義された異なる負荷段階中、またはバッテリ４の休止段階中の、電圧Ｕおよび電流Ｉの挙動を表す。つまり、車両２の始動挙動を示す時間範囲が時間窓であると考えられる。ここでは、時間範囲は、電流Ｉの立下り端および電圧Ｕの立上がり端が感知されるように選択される。

評価ユニット１６はまた、時間窓内で感知された電流値Ｉおよび電圧値Ｕを参照することにより、電流Ｉの最大値Ｉ_ｍａｘおよび電圧Ｕの最小値Ｕ_ｍｉｎを決定する。特に車両２のスタータ回路の、特にはエンジンの抵抗を表す車両２の始動挙動のための基準抵抗値Ｒ_Ｓが、決定された最大値Ｉ_ｍａｘおよび最小値Ｕ_ｍｉｎを参照することにより決定される。バッテリ４および／または車両２の老化状態やバッテリのキャパシタンスなどのさらなる基準が、評価ユニット１６のタイプやデザインにより、バッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉおよび基準抵抗Ｒ_Ｓに影響を及ぼし、これらを決定する場合に、考慮に入れられ得る。

バッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉおよびスタータ回路の基準抵抗Ｒ_Ｓは、評価ユニット１６によって比較される。この比較を参照して、始動させる能力を表す値が判断される。このため、現在決定されているバッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉの値を監視して、スタータ回路の基準抵抗値Ｒ_Ｓ未満に降下するかどうかを判断するやり方で、内部抵抗Ｒ_Ｉおよび基準抵抗Ｒ_Ｓが、互いに比較される。

例示として、図２は、バッテリ４の充電状態Ｌに応じた内部抵抗Ｒ_Ｉおよび基準抵抗の機能プロフィールを示している。このことにより、バッテリ４の充電状態Ｌは、バッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉに著しく影響を及ぼしており、考慮に入れられることを保証している。たとえば空港で車両２が比較的長い時間停車中に、たとえばバッテリ４が永続的に放電されている場合に、充電状態Ｌは以下のように監視できる。バッテリ４の充電状態Ｌがその内部抵抗Ｒ_Ｉに直接連動しているという事実に基づいて、上限値Ｇ_Ｏおよび下限値Ｇ_Ｕが、内部抵抗Ｒ_Ｉのためにあらかじめ定義される。その結果生じる許容範囲Ｔ_Ｂが、車両２を始動させる能力の臨界範囲を表す。内部抵抗Ｒ_Ｉとして現在感知されている値が、スタータ回路の下限値Ｇ_Ｕ未満および／または基準抵抗値Ｒ_Ｓ未満であると、エンジンが始動できることが保証される。それと反対に、内部抵抗Ｒ_Ｉの値が、下限値Ｇ_Ｕに等しいかまたはそれより大きい、および／または基準抵抗値Ｒ_Ｓにほぼ等しいと、車両２を始動させる能力は、少なくとも危険な状態にあるかまたはない。この場合、内部抵抗Ｒ_Ｉの値が許容範囲Ｔ_Ｂ内にある場合は、信号メッセージＭが、評価ユニット１６によって音声によりまたは視覚的に出力される。この信号メッセージまたは警告メッセージＭは、車両２のユーザに、始動させる能力が、条件付きという程度でしかないか、またはもはやないことを示す。代替形態またはそれの追加形態として、信号メッセージＭにより、バッテリ４を車載電気系統６から切断する切断ユニット１８が起動する。駐車されている車両２の場合には、バッテリ４は、切断ユニット１８を閉じることにより、始動直前まで再び車載電気系統６に接続されない。

図３は、例示として、時間に応じた内部抵抗Ｒ_Ｉおよび基準抵抗Ｒ_Ｓを示している。車両２の古さにより、特にシリンダの磨耗により、かつエンジンオイルの老化により、スタータ回路の基準抵抗値Ｒ_Ｓは、時間ｔに応じて変化する。さらなる可能性として、基準抵抗Ｒ_Ｓは、評価ユニット１６によって連続的に決定される。始動させる能力を表す値を判断するために、±２％の動的閾値Ｓが、基準抵抗値Ｒ_Ｓに割り当てられる。スタータ回路の基準抵抗値Ｒ_Ｓが、現在決定されているバッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉと比較された場合は、前記内部抵抗が監視されて、基準抵抗値Ｒ_Ｓ未満に降下するかどうか、特に動的閾値Ｓ未満に降下するかどうかが判断される。現在決定されている内部抵抗Ｒ_Ｉの値が、−１１％だけ基準抵抗値Ｒ_Ｓ未満に、したがって−１０％の下限閾値Ｓ未満に降下すると、車両２が始動できることが保証される。内部抵抗Ｒ_Ｉが、基準抵抗値Ｒ_Ｓの−１０％の下限閾値に等しいかまたはそれより大きいと、始動させる能力は、少なくとも危険な状態にあるかまたはない。この場合、始動させる能力が低下したことを表し、かつ適切な場合には、切断ユニット１８を開ける信号メッセージＭが出力される。基準抵抗値Ｒ_Ｓのための閾値Ｓは、車両のタイプ、バッテリのタイプまたは古さに応じてあらかじめ定義される。たとえば、閾値Ｓは、スタータ回路の、特にエンジンの基準抵抗値Ｒ_Ｓの１％〜２０％の間で変化する。

バッテリ４の内部抵抗Ｒ_Ｉおよびスタータ回路の抵抗（基準抵抗値）Ｒ_Ｓの両方が、温度に依存する。この温度依存性についての考察を、図４に例示する。図４は、温度Ｔに応じた内部抵抗Ｒ_Ｉおよび基準抵抗Ｒ_Ｓを示している。バッテリ４のためにまたはスタータ回路のために、特にエンジンのために、現在感知されている温度Ｔ１に基づいて、異なる温度Ｔ２またはＴ３で車両２を始動させる能力が、評価ユニット１６によって判断される。このため、瞬間の温度Ｔ１は、温度センサ（詳細には図示せず）によって感知される。装置１のタイプおよびデザインに応じて、バッテリ４および／またはスタータ回路の温度Ｔ、特にはエンジンの温度Ｔが感知され得る。ここでは、温度Ｔ_バッテリおよびＴ_エンジンは、バッテリ４とスタータ回路とについて別々に感知され、かつ異なる温度Ｔ２で始動させる能力を判断するために使用される。補間および補外により、異なる温度Ｔ２およびＴ３での内部抵抗Ｒ_Ｉおよび／または基準抵抗Ｒ_Ｓが、瞬間的に決定された温度Ｔ１を参照して判断される。次いで、各温度Ｔ２またはＴ３については、それぞれに対応する内部抵抗値Ｒ_Ｉが、評価ユニット１６により、対応する基準抵抗値Ｒ_Ｓと比較される。それぞれの温度Ｔ２に対する基準抵抗値Ｒ_Ｓと内部抵抗値Ｒ_Ｉとの間の距離が十分に大きいと、すなわち内部抵抗Ｒ_Ｉの値が基準抵抗値Ｒ_Ｓ未満に降下すると、車両は始動することができる。温度Ｔ３で、内部抵抗Ｒ_Ｉは、基準抵抗値Ｒ_Ｓにほぼ等しい。この場合、車両が始動できることはもはや保証されない。

電流センサ、電圧センサ、評価ユニットを用いて、車両を始動させる能力を判断する装置の概略図である。 バッテリの充電状態に応じた内部抵抗および基準抵抗の機能プロフィールを示す図である。 内部抵抗および基準抵抗の時間プロフィールを示す図である。 温度の関数に応じた内部抵抗および基準抵抗を示す図である。

Claims (7)

1. バッテリ（４）の電流値（Ｉ）および電圧値（Ｕ）が、車両（２）を始動時のあらかじめ定義された時間窓内に感知される車両（２）を始動させる能力を判断する方法において、
   前記バッテリ（４）の内部抵抗（Ｒ_Ｉ）が、線形回帰を用いて前記電流値（Ｉ）および前記電圧値（Ｕ）を参照することにより決定され、
   前記時間窓内で感知された前記電流（Ｉ）の最大値（Ｉ_ＭＡＸ）および前記電圧（Ｕ）の最小値（Ｕ_ＭＩＮ）を用いてスタータ回路の基準抵抗値（Ｒ _Ｓ ）が算出され、
   前記始動させる能力を表す値が、前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）と前記基準抵抗値（Ｒ_Ｓ）との比較により判断されることを特徴とする方法。
2. 前記バッテリ（４）の前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）の値を監視して、前記基準抵抗値（Ｒ_Ｓ）未満に降下するかどうかを判断することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記バッテリ（４）の前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）の値が、前記基準抵抗値（Ｒ_Ｓ）以上の場合に、信号メッセージ（Ｍ）を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記バッテリ（４）の温度（Ｔ）および／またはスタータ回路の温度（Ｔ）が感知されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記始動させる能力を表す値は、瞬間的に感知される、前記バッテリ（４）および／または前記スタータ回路の温度（Ｔ１）の関数として、前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）または前記基準抵抗値（Ｒ_Ｓ）に対し、前記温度（Ｔ１）に表れる前記値を参照することにより、別の温度（Ｔ２、Ｔ３）に対して判断されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記バッテリ（４）の充電状態（Ｌ）は監視されており、与えられた充電状態（Ｌ）に対する前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）の下限値（Ｇ_Ｕ）未満に前記値が降下した場合に、前記バッテリ（４）が車載電気系統（６）から切断されるように、前記充電状態（Ｌ）が前記バッテリ（４）の前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）に連動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 電流センサ（１２）と電圧センサ（１４）を有し、前記車両（２）が始動される間のあらかじめ定義された時間窓に、バッテリ（４）の電流値（Ｉ）と電圧値（Ｕ）を感知する車両（２）を始動させる能力を判断する装置（１）において、
   評価ユニット（１６）を設け、該評価ユニット（１６）は、
   前記電流値（Ｉ）および前記電圧値（Ｕ）を参照することにより、線形回帰を用いて前記バッテリ（４）の内部抵抗（Ｒ_Ｉ）を決定し、
   前記時間窓内で感知された前記電流値（Ｉ）の最大値（Ｉ_ＭＡＸ）および前記電圧値（Ｕ）の最小値（Ｕ_ＭＩＮ）を参照して、前記車両（２）のスタータ回路の基準抵抗値（Ｒ_Ｓ）を決定し、
   前記内部抵抗（Ｒ_Ｉ）と前記基準抵抗値（Ｒ_Ｓ）の比較を参照することにより、車両（２）を始動させる能力を判断することを特徴とする装置（１）。

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