JP4006881B2 - バッテリの放電容量検出方法及びその装置並びに車両用バッテリ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の駆動電源となると共に、充電手段により定電圧充電可能な鉛−酸電池からなるバッテリの、満充電からの放電容量を検出するためのバッテリの放電容量検出方法及びその装置並びに車両用バッテリ制御装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
鉛−酸電池等の二次電池の残存容量を検出するための方法として、例えば特開平５−８７８９６号公報に示されるように、充電及び放電電流を検出して時間積算する方法が知られている。ところが、このような電流積算により、鉛−酸電池（鉛蓄電池）の残存容量を求めるものでは、次のような要因により、残存容量の検出精度に劣る不具合がある。即ち、第１に、電流検出誤差が累積してしまうこと、第２に、充電電流の一部が電荷として蓄えられず電解液の電気分解に消費されるため実際の充電効率が１００％を下回ってしまうこと、第３に、自己放電により電流がバッテリ内部で消費されてしまうこと、があげられる。
【０００３】
これに対し、特開平５−１７２９１５号公報に示された技術は、上記不具合を解消すべく、電流積算の際に充電容量と充電効率の積を用いて実際に電荷として蓄えられた容量を計算している。さらには、充放電電流が所定値の時のバッテリの電圧と残存容量との関係のデータを予め調べておき、バッテリの電圧検出に基づいて前記データから残存容量を求め、その残存容量によって電流積算による残存容量を補正し、検出誤差の低減を図ろうとしている。
【０００４】
しかしながら、この方法でも、鉛−酸電池に適用した場合、その特有の事情により、次のような改善の余地が残されていた。即ち、鉛−酸電池においては、充電時に極板付近に濃い（比重の大きい）硫酸が発生し、その濃い硫酸が電解液のの下部に滞留し濃度が不均一になるため、起電力が残存容量から求められる理論値よりも見掛上大きくなるいわゆる充電分極が発生する。このため、電圧検出に基づいて残存容量を補正する場合に、充電分極の影響により、実際の残存容量よりも多く見積もってしまい、正確な補正が行なわれなくなることがある。また、鉛−酸電池は、経時変化により、添加物質であるアンチモンの影響で電位が低下するため、電池電圧と残存容量との関係が変化してしまい、正確な補正ができなくなる事情もある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、鉛−酸電池における充電分極や経時変化の影響を低減し、放電容量の検出精度を向上させることができるバッテリの放電容量検出方法及びその装置並びに車両用バッテリ制御装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
鉛−酸電池からなるバッテリの起電力のうち充電分極に起因する電圧は、定電圧充電開始から時間の経過と共に次第に増加するのであるが、ある程度時間が経過して満充電に近い状態となると、その電圧が安定する。そして、定電圧充電中は、バッテリの起電力が次第に増加し、電流値が次第に低下していくのであるが、上記充電分極に起因する電圧が安定した状態では、充電電流値の時間変化率も小さいものとなる。
【０００７】
本発明者は、満充電からの放電容量を検出するにあたり、上記した特性に着目し、電流積算により算出される放電容量を適宜補正する場合に、上記のような充電電流値の時間変化率が所定値以下となった条件下での充電電流値を用いれば、充電分極が同程度であってそのばらつきの影響を排除した高精度の補正を行なうことができることを知見した。しかも、このように充電分極が安定した状態つまり電流変化率が所定値以下となった状態では、電流値と放電容量との関係は、バッテリの経時変化による満充電容量の変化（低下）の影響がさほどなく、ほぼ一定の関係にあることを確認し、これらの特性を利用することにより、本発明を成し遂げたのである。
【０００８】
即ち、本発明の請求項１のバッテリの放電容量検出方法は、バッテリに流れる電流値を電流検出手段により検出するステップと、前回に検出された放電容量に基づいて充電効率を求めるステップと、その充電効率を用いた電流積算値に基づいて放電容量を算出するステップと、定電圧充電中に電流検出手段により検出される電流値の時間変化率が所定値以下となったかどうかを判断するステップと、電流値の時間変化率が所定値以下となったことを条件に、データ記憶手段に記憶された同条件下における電流値と放電容量との関係のデータに基づいて放電容量を補正するステップとを含むところに特徴を有する。
【０００９】
これによれば、定電圧充電中で且つ電流値の時間変化率が所定値以下となる以外の状態では、基本的に電流値の積算によりバッテリの満充電からの放電容量が算出されるのであるが、このとき、充電効率を用いた電流積算値に基づいて放電容量が算出されるので、実際の充電効率が１００％を下回る事情に対処することができ、放電容量の算出の精度を高めることができる。
【００１０】
そして、定電圧充電中に電流値の時間変化率が所定値以下となったことを条件に、データ記憶手段に記憶された同条件下における電流値と放電容量との関係のデータに基づいて放電容量が補正されるので、上述のように充電分極が同等の状態で補正を行なうことができ、分極のばらつきの影響を排除した放電容量の補正を行なうことができると共に、バッテリの経時変化の影響もほとんどない補正を行なうことができる。この結果、鉛−酸電池における充電分極や経時変化の影響を低減し、放電容量の検出精度を向上させることができるという優れた効果を奏するものである。
【００１１】
この場合、バッテリの放電電流値と放電容量との関係は、温度の影響を受ける事情もあるので、バッテリの温度を温度検出手段により検出するステップを設けると共に、データ記憶手段には温度条件に応じた複数のデータを記憶させておき、放電容量を補正するステップにおいて、検出温度に応じたデータに基づいて放電容量を補正するように構成すれば（請求項２の発明）、放電容量の補正をより一層正確に行なうことができるようになる。
【００１２】
また、バッテリの充電効率も温度により影響を受けるので、バッテリの温度を温度検出手段により検出するステップを設け、充電効率を求めるステップにおいて、温度検出手段により検出された温度条件を加味して充電効率を求めるようにすれば（請求項３の発明）、充電効率をより正確に求めることができ、ひいては電流積算による放電容量の算出の精度を高めることができる。
【００１３】
そして、本発明の請求項４のバッテリの放電容量検出装置は、バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、バッテリに流れる電流値を検出する電流検出手段と、前回に検出された放電容量に基づいて充電効率を求める充電効率検出手段と、充電効率を用いた電流積算値に基づいて放電容量を算出する放電容量算出手段と、定電圧充電中に電流検出手段により検出される電流値の時間変化率が所定値以下となったかどうかを判断する判断手段と、電流値の時間変化率が所定値以下のときの電流値と放電容量との関係を記憶するデータ記憶手段と、判断手段が電流値の時間変化率が所定値以下となったことを判断したときにデータ記憶手段に記憶されたデータに基づいて放電容量を補正する放電容量補正手段とを具備するところに特徴を有する。
【００１４】
これによれば、実際の充電効率が１００％を下回る事情に対処して放電容量を算出することができると共に、充電分極が同等の状態でそのばらつきの影響を排除した放電容量の補正を行なうことができ、バッテリの経時変化の影響もほとんどない補正を行なうことができる。この結果、鉛−酸電池における充電分極や経時変化の影響を低減し、放電容量の検出精度を向上させることができるという優れた効果を奏するものである。
【００１５】
この場合、バッテリの温度を検出する温度検出手段を設けると共に、データ記憶手段に、温度条件に応じた複数のデータを記憶させるようにし、放電容量補正手段を、検出温度に応じたデータに基づいて放電容量を補正するように構成することができ（請求項５の発明）、これにより、放電容量の補正をより一層正確に行なうことができるようになる。
【００１６】
また、バッテリの温度を検出する温度検出手段を設け、充電効率検出手段を、温度検出手段により検出された温度条件を加味して充電効率を求めるように構成することもできる（請求項６の発明）。これによれば、充電効率をより正確に求めることができ、ひいては電流積算による放電容量の算出の精度を高めることができる。
【００１７】
さらに、検出された放電容量に基づいて、充電手段による充電出力を変更する充電制御手段を設ける構成としても良い（請求項７の発明）。これによれば、充電制御手段により、放電容量の検出に応じた適切な充電制御を行なわせることができるようになる。
【００１８】
ところで、上記したバッテリの放電容量検出装置は、一般のエンジン車、エンジン自動停止始動装置付き自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の車両に適用することができる。そのうちエンジン自動停止始動装置付き自動車は、エンジン停止条件が満足されるとエンジンを自動停止しその後エンジン始動条件が満足されるとエンジンを再始動するエンジン自動停止始動装置を備え、鉛−酸電池からなるバッテリが、エンジン始動装置の電源となると共に該エンジンの駆動により充電可能とされる。この場合、放電容量検出装置の検出したバッテリの満充電からの放電容量に基づいて、バッテリの制御を行なうことができる。
【００１９】
本発明の請求項８の車両用バッテリ制御装置は、バッテリの満充電からの放電容量を検出する請求項４ないし７のいずれかに記載のバッテリの放電容量検出装置と、この放電容量検出装置により検出された放電容量が所定値よりも大きいときにエンジン自動停止始動装置によるエンジンの自動停止を禁止する手段とを備えるところに特徴を有する。
【００２０】
これによれば、放電容量検出装置によりバッテリの満充電からの放電容量を高精度で検出することができる。そして、検出された放電容量が所定値よりも大きいときには、エンジン自動停止始動装置によるエンジンの自動停止が禁止されるので、常にエンジンの再始動に必要なバッテリの容量を維持することができ、エンジンの再始動が不可能な状態で自動停止をしてしまうという不具合を未然に防止することができる。
【００２１】
このとき、それに加えて、エンジンの自動停止中に、放電容量検出装置により検出された放電容量が所定値を上回ったときに、エンジン自動停止始動装置によるエンジンの再始動を強制的に実行させる手段を設けるようにしても良く（請求項９の発明）、これにより、エンジンの自動停止中に、エンジンの再始動が不可能な状態となってしまうことを未然に防止することができる。
【００２２】
また、エンジン始動装置による始動中にバッテリの電圧及び放電電流値をサンプリングする手段と、そのサンプリング値からバッテリの電圧と放電電流値との関係を統計的に求める手段と、その関係からエンジン始動時に必要な放電電流値におけるバッテリの電圧を予測する手段と、予測された電圧が所定値を下回ったことが所定以上の頻度で発生したときにエンジン自動停止始動装置によるエンジンの自動停止を禁止する手段を設けることもできる（請求項１０の発明）。
【００２３】
ここで、バッテリの経時変化（劣化）によって、その満充電容量が低下し、バッテリの電圧と放電電流値との関係が変動するのであるが、上記構成によれば、エンジンの始動中のサンプリングに基づいて、現在のバッテリ状態における、エンジン始動装置によるエンジンの始動に必要な放電電流値に対応した電圧を予測することができる。これにて、その電圧が所定値を下回ったときにバッテリの劣化が大きくなったと判断することができ、エンジン自動停止始動装置によるエンジンの自動停止を禁止することにより、エンジンの自動停止中に再始動が不可能となる不具合を未然に防止することができるようになる。
【００２４】
さらには、予測された電圧が所定値を下回ったことが所定以上の頻度で発生したときに、バッテリが劣化状態にある旨を報知する報知手段を設けるようにしても良く（請求項１１の発明）、これにより、使用者にバッテリの劣化が大きくなったことを知らせ、速やかに適切な対処を行なうことを促すことができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施例＞
以下、本発明を自動車（エンジン車）のバッテリの制御に適用した第１の実施例（請求項１〜７に対応）について、図１ないし図５を参照しながら説明する。まず、図２は、本実施例に係る放電容量検出装置１及び関連部分の電気的構成を概略的に示している。ここで、鉛−酸電池からなるバッテリ２、オルタネータ／レギュレータ３、並びに、ヘッドランプ，ワイパ，コンピュータ等を含む自動車の負荷４は、電気的に並列に接続されている。
【００２６】
前記オルタネータ／レギュレータ３は、自動車のエンジン５によって、ベルトやプーリを介して駆動されて発電を行ない、前記バッテリ２及び負荷４に電力を供給するようになっている。従って、エンジン５及びオルタネータ／レギュレータ３から、前記バッテリ２を定電圧充電する充電手段が構成されている。また、この場合、バッテリ２は、自動車の走行中はほとんど常に充電され、エンジン始動時やアイドリング時等のオルタネータ／レギュレータ３の出力が不足しているときに、負荷４の電源となるようになっている。
【００２７】
そして、前記放電容量検出装置１は、前記バッテリ２に流れる電流値（Ｉ）を検出する電流検出手段たる電流センサ６及び電池電流検出部７、バッテリ２の電圧（Ｖbat ）を検出する電圧検出手段たる電池電圧検出部８、バッテリ２の温度（Ｔ）を検出する温度検出手段たる温度センサ（サーミスタ）９及び電池温度検出部１０、前記オルタネータ／レギュレータ３の電圧（Ｖreg ）を検出するオルタネータ／レギュレータ電圧検出部１１、放電容量検出部１２、発電制御部１３を備えて構成されている。
【００２８】
前記放電容量検出部１２は、前記バッテリ２の満充電からの放電容量Ｃｄを検出（算出）するもので、マイコンを主体として構成されている。このとき、放電容量検出部１２には、前記電池電流検出部７からの電流値（Ｉ）、電池電圧検出部８からの電池電圧（Ｖbat ）、電池温度検出部１０からの電池温度（Ｔ）、オルタネータ／レギュレータ電圧検出部１１からのレギュレータ電圧（Ｖreg ）が入力されるようになっている。
【００２９】
また、図示はしないが、この放電容量検出部１２は、データ記憶手段として機能するメモリを内蔵している。このメモリには、予め実験的，経験的（あるいは理論的）に求められた、満充電からの放電容量Ｃｄと充電効率ηとの関係を示すマップデータ（図３参照）が記憶されていると共に、例えばｄＩ／ｄｔが−０．１（Ａ／ｓ）における、充電電流Ｉと満充電からの放電容量Ｃdresとの関係を示すマップデータ（図５参照）が記憶されている。本実施例では、それらマップデータは、夫々複数の温度に対応した複数のデータが記憶されている。
【００３０】
さて、詳しくは後のフローチャート説明にて述べるように、前記放電容量検出部１２は、そのソフトウエア的構成により、前回に検出された放電容量Ｃｄに基づいて温度条件Ｔを加味して充電効率ηを求める充電効率検出手段、充電効率ηを用いた電流積算値に基づいて放電容量Ｃｄを算出する放電容量算出手段、定電圧充電中に検出電流値Ｉの時間変化率の絶対値｜ｄＩ／ｄｔ｜が所定値（この場合０．１）以下となったかどうかを判断する判断手段、時間変化率｜ｄＩ／ｄｔ｜が所定値以下となったときにメモリに記憶されたデータ（検出温度Ｔに応じたデータ）に基づいて放電容量Ｃｄを補正する放電容量補正手段として機能し、本実施例に係る放電容量検出方法を実行するようになっている。
【００３１】
さらに、これも後述するように、放電容量検出部１２は、検出された放電容量Ｃｄに基づいて、前記発電制御部１３を介して、前記オルタネータ／レギュレータ３による充電出力（発電量）を制御するようになっている。従って、これら放電容量検出部１２及び発電制御部１３が、充電制御手段として機能するようになっているのである。
【００３２】
次に、上記構成の作用について、図１，図３〜図５も参照して述べる。図１のフローチャートは、イグニッションキーのオン時に、放電容量検出装置１（放電容量検出部１２）が実行するバッテリ２の放電容量Ｃｄの検出の手順を示している。まず、ステップＳ１では、電池電圧（Ｖbat ）、電流値（Ｉ）、レギュレータ電圧（Ｖreg ）、電池温度（Ｔ）のサンプリング（読込み）が行なわれる。このサンプリングは、一定周期Δｔ（ｓ）で行なわれ、Δｔは４ｍｓ以上例えば１００ｍｓとされる。
【００３３】
次のステップＳ２では、バッテリ２の充電中か放電中かが判断され、充電中であれば（Ｙｅｓ）、まず、ステップＳ３にて、前回に検出された放電容量Ｃｄ及び電池温度Ｔに基づいて充電効率ηが求められる。この充電効率ηとは、充電電流のうち何％がバッテリ２に電荷として蓄えられるかの効率を示すものであり、充電電流の一部が電解液の電気分解に消費されるため１００％を下回った値となる。
【００３４】
この充電効率ηは、バッテリ２の満充電からの放電容量Ｃｄと電池温度Ｔとの関数で与えられ、図３にＴ＝０℃のとき及びＴ＝２０℃のときを例示するように、放電容量Ｃｄが大きいときには１００％となり、放電容量Ｃｄが小さくなるにつれて次第に低下する特性を呈し、また、電池温度Ｔが高い程、低下度合が大きくなる。前記メモリには、このような放電容量Ｃｄ及び電池温度Ｔと充電効率ηとの関係を示すマップデータが記憶されており、このデータに基づいて現在の充電効率ηが求められるようになっている。
【００３５】
充電効率ηが求められると、引続きステップＳ４にて、電流積算により、現在の放電容量Ｃｄ（ｔ）が演算により求められる。この放電容量Ｃｄ（ｔ）は、前回の放電容量Ｃｄ（ｔ−Δｔ）に、電流値Ｉに充電効率ηを乗じた値と時間Δｔ／3600との積を加えることにより求められ、この場合、充電中には電流値Ｉの符号はマイナスとなる。
【００３６】
一方、バッテリ２が放電中であった場合には（ステップＳ２にてＮｏ）、ステップＳ５にて、やはり、電流積算により現在の放電容量Ｃｄ（ｔ）が演算により求められる。この場合、放電時には電流として流れる分だけバッテリ２の電荷が減少するので、いわば１００％の効率となり、充電時のような効率を考慮する必要はない。放電中の放電容量Ｃｄ（ｔ）は、前回の放電容量Ｃｄ（ｔ−Δｔ）に、電流値Ｉと時間Δｔ／3600との積を加えることにより求められる。尚、この放電中には電流値Ｉの符号はプラスとなる。
【００３７】
次のステップＳ６〜ステップＳ９では、所定の条件が成立したときに、上記電流積算を用いて算出した放電容量Ｃｄを補正する処理が行なわれる。この所定の条件とは、定電圧充電中で且つ電流値Ｉの時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）が所定値以下となる、言換えればバッテリ２が満充電に近くなるという条件であり、これにより、バッテリ２の充電分極に起因する電圧が安定し、そのばらつきの影響を排除した高精度の補正を行なうことができると共に、電流値Ｉと放電容量Ｃｄとの関係が、バッテリ２の経時変化による満充電容量の変化（低下）の影響なく、ほぼ一定の関係となるのである。
【００３８】
即ち、定電圧充電中における充電電流値（Ｉ）は、バッテリ２の起電力をＥo 、内部抵抗をＲ、オルタネータ／レギュレータ３の電圧をＶreg （温度によって決まる一定値）とすると、次の（１）式で表される。
Ｉ＝（Ｖreg −Ｅo ）／Ｒ …（１）
【００３９】
また、例えば電解液比重がＳＯＣ１００％において１．２８、ＳＯＣ０％において１．０８であるバッテリ２については、起電力Ｅo は次の（２）式で表すことができる。
Ｅo ＝（12.74 −11.64 ）×（Ｃbat −Ｃｄ）／Ｃｄ＋11.64 ＋Ｅp …（２）
ここで、Ｃbat はバッテリ２の満充電容量、Ｃｄは満充電からの放電容量、Ｅp は分極に起因する電圧である。
【００４０】
バッテリ２の充放電後に長い時間が経過して分極が解消されていれば、Ｅp ＝０（ｖ）となるものの、車両に搭載されるバッテリ２は、充放電が頻繁に繰返されるためＥp が変化し、放電容量Ｃｄが同じ値であっても、起電力Ｅo が変化して充電電流値Ｉが異なった値となる。このとき、バッテリ２の起電力Ｅo のうち充電分極に起因する電圧Ｅp は、定電圧充電開始から時間の経過と共に次第に増加し、これに伴い充電電流値Ｉが減少していくのであるが、ある程度時間が経過して満充電に近い状態となると、その電圧Ｅp が安定し、充電電流値Ｉの時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）も小さいものとなる。
【００４１】
図４は、定電圧充電開始からの経過時間と、充電電流値Ｉとの関係を、充電開始時のバッテリ２の放電容量Ｃｄが、２Ａｈ、３Ａｈ、５Ａｈの３つの場合について実測した結果を示している。この場合、充電電流値Ｉの時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）が−０．１（Ａ／sec ）となった時に充電分極状態（電圧Ｅp ）が安定したと判断することができ、放電容量Ｃｄが２Ａｈの場合は、時間ｔ1 における電流値Ｉ1 にて安定し、放電容量Ｃｄが３Ａｈの場合は、時間ｔ2 における電流値Ｉ2 にて安定し、放電容量Ｃｄが５Ａｈの場合は、時間ｔ3 における電流値Ｉ3 にて安定することになる。尚、満充電に近い（放電容量Ｃｄが小さい）ほど、起電力Ｅo が大きいので、電流値Ｉは小さくなる。
【００４２】
そして、このような充電電流値Ｉの時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）が所定値以下となった状態では、上述のように、その電流値Ｉと放電容量Ｃｄとの関係は、バッテリ２の経時変化による満充電容量の変化（低下）の影響をさほど受けることなくなく、ほぼ一定の関係となる。図５は、バッテリ２の温度が０℃における、電流値Ｉの時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）が−０．１（Ａ／sec ）のときの、満充電容量の異なる３種類のバッテリ２（cell1 〜cell3 ）について充電電流値Ｉと放電容量Ｃｄとの関係を測定した結果を示している。
【００４３】
これら３種類のバッテリ２（cell1 〜cell3 ）は、全て定格容量が６４Ａｈであるが、劣化により夫々満充電容量が５３Ａｈ、３８Ａｈ、１６Ａｈに低下したものである。充電電流値Ｉと放電容量Ｃｄとの関係を、直線Ｌで示すことができる。今、仮に、ｄＩ／ｄｔが−０．１となった時点の充電電流値Ｉが１７Ａであるとすると、直線Ｌから放電容量Ｃｄは３Ａｈであると判断することができ、このときの誤差は、±０．６Ａｈとなり、バッテリ２の経時変化による満充電容量の低下があっても、高精度で放電容量Ｃｄの検出が可能となるのである。尚、バッテリ２の内部抵抗Ｒは温度が高くなるほど小さくなるので、上記図４及び図５で示した関係は、バッテリ２の温度によって変動する。
【００４４】
図１のフローチャートに戻って、ステップＳ６では、定電圧充電中かどうかが判断される。この判断は、例えばオルタネータ／レギュレータ３の電圧Ｖreg が１４．４Ｖ（常温の場合）に達したかどうかの判定により行なわれる。定電圧充電中であれば（ステップ６にてＹｅｓ）、ステップＳ７にて、電流値Ｉの時間変化率ｄＩ／ｄｔが所定値ｋ以下、この場合、時間変化率の絶対値｜ｄＩ／ｄｔ｜が０．１以下かどうかが判断される。定電圧充電中でないとき（ステップＳ６にてＮｏ）、あるいは電流値Ｉの時間変化率ｄＩ／ｄｔが所定値ｋよりも大きいとき（ステップＳ７にてＮｏ）には、放電容量Ｃｄの補正は行なわれず、そのままステップＳ１０に進む。
【００４５】
そして、電流値Ｉの時間変化率ｄＩ／ｄｔが所定値ｋ以下であるときには（ステップＳ７にてＹｅｓ）、次のステップＳ８にて、電流値Ｉ及び温度Ｔから、メモリに記憶されている電流値Ｉと放電容量Ｃdresとの関係を示すデータに基づいて、放電容量Ｃdresが求められる。この電流値Ｉと放電容量Ｃdresとの関係を示すデータは、図５の直線Ｌの如きデータが温度Ｔ毎に設けられている。ステップＳ９では、上記ステップＳ４にて求められた放電容量Ｃｄの値が、上記ステップＳ８にて求められた放電容量Ｃdresの値に補正される。
【００４６】
この後、ステップＳ１０〜ステップＳ１３では、バッテリ２の放電容量Ｃｄに基づいて、前記発電制御部１３によるオルタネータ／レギュレータ３の出力の制御が行なわれる。この場合、オルタネータ／レギュレータ３の出力は、例えば大小の２段階に制御されるようになっており、放電容量Ｃｄが、所定値Ｃfull以下となった場合には（ステップＳ１０にてＹｅｓ）、オルタネータ／レギュレータ３の出力が下げられる（ステップＳ１１）。このときの所定値Ｃfullは、例えばＳＯＣ９０％相当の値に設定され、十分な充電が行なわれている場合には、エンジン５の負荷が低減されるようになるのである。
【００４７】
また、放電容量Ｃｄが、所定値Ｃemp を越えた場合には（ステップＳ１２にてＹｅｓ）、オルタネータ／レギュレータ３の出力が上げられる（ステップＳ１３）。このときの所定値Ｃemp は、例えばＳＯＣ６０％相当の値に設定され、充電量が少ない場合に発電能力が高められて、バッテリ２の充電量を早期に高められるようになるのである。以上のような制御は、イグニッションキーのオン時に関しては、所定のサンプリング周期ΔＴにて繰返し行なわれ（ステップＳ１４）、電流積算による放電容量Ｃｄの算出が常時行なわれると共に、その放電容量Ｃｄの適宜の補正が行なわれながらバッテリ２の制御が行なわれるのである。
【００４８】
このような本実施例によれば、充電分極が発生すると共に経時劣化の生ずる事情がある鉛−酸電池からなるバッテリ２の満充電からの残存容量Ｃｄを検出するにあたり、所定の条件とならない通常時には、基本的には電流値Ｉの積算によりバッテリ２の放電容量Ｃｄが算出されるのであるが、このとき、充電効率ηを用いた電流積算値に基づいて放電容量Ｃｄが算出されるので、実際の充電効率ηが１００％を下回る事情に対処することができ、電流積算による放電容量Ｃｄの算出の精度を高めることができる。
【００４９】
そして、充電分極が安定した状態では、電流値Ｉの時間変化率ｄＩ／ｄｔが小さくなると共に、バッテリ２の経時劣化による満充電容量の低下の有無に関わりなく電流値Ｉと放電容量Ｃｄとの関係がほぼ一定となるとの知見に基づき、定電圧充電中に電流値の時間変化率ｄＩ／ｄｔが所定値以下となったことを条件に、同条件下における電流値Ｉと放電容量Ｃｄとの関係のデータに基づいて放電容量Ｃｄを補正するようにしたので、充電分極のばらつきの影響を排除し、バッテリ２の経時変化の影響もほとんどない状態で、放電容量Ｃｄの補正を行なうことができる。
【００５０】
この結果、本実施例によれば、バッテリ２の充電分極や経時変化の影響を低減し、満充電からの放電容量Ｃｄの検出精度を向上させることができるという優れた効果を得ることができるものである。また、特に本実施例では、充電効率ηを求める際及び放電容量Ｃｄを補正する際に、バッテリ２の温度Ｔを考慮するようにしたので、放電容量Ｃｄの検出をより一層緻密で正確に行なうことができる。さらに、本実施例では、放電容量Ｃｄの検出に応じた適切なオルタネータ／レギュレータ３の充電制御を行なわせることができるといったメリットも得ることができるものである。
【００５１】
＜第２の実施例＞
次に、図６ないし図９を参照して、本発明の第２の実施例（請求項８〜１１に対応）について説明する。尚、この実施例は、本発明をエンジン自動停止始動装置（いわゆるアイドル・ストップ装置）付きの車両（自動車）に適用したものであり、放電容量検出装置の構成などの上記第１の実施例と共通する部分については、符号を共通して使用すると共に、詳しい説明を省略し、以下、異なる点を中心に述べることとする。
【００５２】
図６は、本実施例に係るバッテリ制御装置の構成を概略的に示しており、ここで、エンジン５は、エンジン始動装置たるスタータ２１が駆動されることにより始動されるようになっており、このスタータ２１は、スタータスイッチ２２のオン，オフにより駆動，停止されるようになっている。これらスタータ２１とスタータスイッチ２２との直列接続回路は、バッテリ２、負荷４、オルタネータ／レギュレータ３に対し並列に接続されており、バッテリ２がスタータ２１の電源となるようになっている。
【００５３】
前記スタータスイッチ２２は、エンジン自動停止始動制御部２３により制御され、もって、エンジン自動停止始動装置が構成されるようになっている。詳しい説明は省略するが、エンジン自動停止始動装置は、例えば市街地走行時等において、エンジン停止条件（例えばブレーキが踏まれ且つ車速が０で且つシフトレバーがニュートラルとされたとき）が満足されるとエンジン５を自動停止し、その後エンジン始動条件（例えばシフトレバーがドライブに切換えられたとき）が満足されるとエンジン５を再始動するものであり、これにて燃料の節約、排気ガスや騒音の減少が図られるようになっている。
【００５４】
さて、後のフローチャート説明にて述べるように、放電容量検出装置２４（放電容量検出部２５）は、上記第１の実施例と同様に、バッテリ２の満充電からの放電容量Ｃｄを検出するのであるが、このとき、放電容量検出部２５は、検出された放電容量Ｃｄを所定値Ｃstopと比較し、放電容量Ｃｄが所定値Ｃstopを下回っているときには、前記エンジン自動停止始動制御部２３に対してエンジン自動停止始動装置によるエンジン５の自動停止，再始動が可能である旨の信号を与え、放電容量Ｃｄが所定値Ｃstop以上であるときには、エンジン５の自動停止，再始動が不可能である旨の信号を前記エンジン自動停止始動制御部２３に対して出力するようになっている。
【００５５】
そして、前記エンジン自動停止始動制御部２３は、放電容量検出部２５からの信号を受け、エンジン５の自動停止，再始動が不可能であるときには、エンジン５の自動停止を禁止する、つまりエンジン停止条件が満足してもエンジン５の停止を実行しないようになっている。また、エンジン自動停止始動制御部２３は、エンジン５の自動停止中に、前記放電容量検出部２５からエンジン５の自動停止，再始動が不可能である旨の信号を受けたときには、エンジン始動条件に至らなくとも、エンジン５の再始動（スタータスイッチ２２のオン）を強制的に実行するようになっている。
【００５６】
さらに、本実施例では、これも後のフローチャート説明にて述べるように、前記放電容量検出装置２４（放電容量検出部２５）は、そのソフトウエア構成により、エンジン５の始動中（スタータ２１の通電中）における電池電圧（Ｖbat ）、電池電流（Ｉ）、電池温度（Ｔ）をサンプリングして記憶する。この場合の電池電圧（Ｖbat ）は、スタータ２１の駆動による電圧降下を含んだ値となる。次いで、その記憶データに基づいて、統計的手法により、電池電圧（Ｖbat ）と電池電流（Ｉ）との関係（回帰直線）を求め、エンジン５の始動に必要な最大電流値（Ｉstart ）からそのときのバッテリ２の電圧（Ｖstart ）を予測し、その予測電圧Ｖstart が所定値（Ｖmin ）を下回ったときに、バッテリ２の劣化度合が大きい（交換時期に至っている）と判断するようになっている。
【００５７】
そして、バッテリ２の劣化度合が大きいと判断されたときには、前記エンジン自動停止始動制御部２３に対しその旨の信号を出力し、エンジン５の自動停止，再始動を禁止させるようになっている。また、これと共に、例えばアラームやランプ表示等の報知手段（図示せず）により、使用者（運転者）にバッテリ２が劣化状態にある旨を報知する（バッテリ２の交換を促す）ようになっている。
【００５８】
次に、上記構成の作用について述べる。図７のフローチャートは、イグニッションキーのオン時に、放電容量検出装置２４（放電容量検出部２５）が実行するバッテリ２の放電容量Ｃｄの検出の手順を示している。ここで、詳しい説明は省略するが、ステップＳ１〜ステップＳ９では、上記第１の実施例と同等の処理が行なわれて放電容量Ｃｄが検出され、また、第１の実施例と同様に、ステップＳ１０〜ステップＳ１３にて、オルタネータ／レギュレータ３の充電制御がなされる。
【００５９】
次のステップＳ２１では、検出された放電容量Ｃｄが所定値Ｃstopと比較される。この所定値Ｃstopは、エンジン２の自動停止後の再始動に最低限必要となるバッテリ２の容量に相当する値に設定され、例えばＳＯＣ８０％相当の値とされる。そして、放電容量Ｃｄが所定値Ｃstopを下回っているときには（ステップＳ２１にてＹｅｓ）、エンジン５の自動停止，再始動が可能である旨の信号を出力し（ステップＳ２２）、一方、放電容量Ｃｄが所定値Ｃstop以上であるときには（ステップＳ２１にてＮｏ）、エンジン５の自動停止，再始動が不可能である旨の信号を出力するようになっている（ステップＳ２３）。これにて、上述のように、エンジン自動停止始動制御部２３は、放電容量検出部２５からの信号に基づいた制御を行なうのである。
【００６０】
さて、図８のフローチャートは、放電容量検出部２５が実行する、バッテリ２の劣化状態判断の処理手順を示している。即ち、ステップＳ３１では、電池電圧（Ｖbat ）、電流値（Ｉ）、電池温度（Ｔ）のサンプリング（読込み）が、所定のサンプリング周期Δｔ（例えば１００ｍｓ）で行なわれる。ステップＳ３２では、エンジン５の始動中かどうかが判断され、始動中であったときには（Ｙｅｓ）、ステップＳ３３にて、それら電池電圧（Ｖbat ）、電流値（Ｉ）、電池温度（Ｔ）のデータがメモリに記憶される。尚、この場合の電池電圧（Ｖbat ）は、スタータ２１の駆動による電圧降下分を含んだものとなる。
【００６１】
このようなサンプリングデータのメモリへの記憶は、エンジン５の始動が終了するまで行なわれる（ステップＳ３４）。このとき、エンジン５の始動には、約１秒程度の時間を要するため、その間には１０回程度のサンプリングが行なわれ１０個程度のデータがメモリに記憶されることになる。そして、エンジン５の始動が終了すると（ステップＳ３４にてＹｅｓ）、次のステップＳ３５にて、メモリに記憶されたサンプリングデータから、統計的手法により、電池電圧（Ｖbat ）と電流値（Ｉ）との関係（回帰直線）が求められる。
【００６２】
このとき、電池電圧（Ｖbat ）と電流値（Ｉ）との関係は、図９に示す直線Ｌ１，Ｌ２のように、
Ｖbat ＝ａ×Ｉ＋ｂ（ａ，ｂは定数） …（３）
で示されるほぼ直線関係にあり、このステップＳ３５では、その定数ａ，ｂを求める処理が行なわれることになる。またここで、（３）式の傾きａは、バッテリ５の容量に応じて変動し、バッテリ５の劣化が進むと、直線Ｌ１からＬ２に変化するというように、傾きａが負側に大きくなる特性を呈する。
【００６３】
次のステップＳ３６では、上記（３）式に、Ｉ＝Ｉstart を代入し、Ｖstart が求められる。このＩstart の値は、例えばエンジン５の始動（スタータ２１の駆動）に必要な最大電流値であり、例えば５００〜６００Ａである。また、そのときのＶstart は、始動時に電圧降下で低下する電池電圧の最低値に相当し、エンジン５始動時に必要な放電電流値における、予測されるバッテリ２の電圧値となる。
【００６４】
次いで、ステップＳ３７にて、ステップＳ３６にて求められたＶstart が、バッテリ５の劣化度合の判定基準値となる所定値Ｖmin と比較される。この場合、所定値Ｖmin は、電池温度Ｔに応じた値に予め設定され（温度Ｔが低い程抵抗が大きくなるため低い値とされる）、例えば常温で７〜８（Ｖ）とされる。
【００６５】
そして、Ｖstart の値が、所定値Ｖmin を下回ったときには（ステップＳ３７にてＹｅｓ）、バッテリ２が劣化状態にあると判断でき、次のステップＳ３８にて、バッテリ２が劣化状態にあることが、アラームや表示によって報知される。これと共に、ステップＳ３９にて、エンジン５の自動停止，再始動が不可能である旨の信号が前記エンジン自動停止始動制御部２３に対して出力され、エンジン５の自動停止，再始動が禁止されるのである。尚、Ｖstart の値が所定値Ｖmin 以上であるときには（ステップＳ３７にてＮｏ）、そのままステップＳ４０に進み、イグニッションキーのオン状態では、上記ステップＳ３１からの処理が繰返されるのである。
【００６６】
このような実施例によれば、上記第１の実施例と同様に、放電容量検出装置２４によりバッテリ２の満充電からの放電容量Ｃｄを高精度で検出することができる。そして、エンジン自動停止始動装置を備えるものにあって、検出された放電容量Ｃｄに基づいて、エンジン５の自動停止，再始動が可能であるかどうかを判断し、エンジン５の自動停止を禁止したり、エンジン５の再始動を強制的に実行するようにしたので、常にエンジン５の再始動に必要なバッテリの容量を維持することができ、エンジン５の再始動が不可能な状態で自動停止をしてしまったり、エンジン５の自動停止中に、エンジン５の再始動が不可能な状態となってしまうことを未然に防止することができる。
【００６７】
また、本実施例では、エンジン５始動時の電池電圧Ｖbat と電流値Ｉとの検出に基づいて、バッテリ２の劣化度合を判断し、劣化度合が大きい（交換時期に至っている）ときには、エンジン自動停止始動装置によるエンジン５の自動停止を禁止するようにしたので、エンジン５の自動停止中に再始動が不可能となる不具合を未然に防止することができる。さらに、バッテリ５が劣化状態にある旨を使用者に報知するようにしたので、使用者に速やかに適切な対処を行なうことを促すことができるようになる。
【００６８】
尚、図８のフローチャートに示した処理においては、Ｖstart の値が所定値Ｖmin を下回った時点で、バッテリ５が劣化状態にあると判断するようにしたが、最近の所定回数Ｎの始動時における、Ｖstart の値が所定値Ｖmin を下回った回数Ｍをカウントし、その頻度つまりＭ／Ｎが所定値（例えば５０％）を越えたときに初めてバッテリ５が劣化状態にあると判断するようにしても良い。これにより、誤判定の虞を排除してより正確な判断を行なうことができる。
【００６９】
その他、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば上記実施例では温度条件に応じて放電容量の補正や充電効率の決定を行なうようにしたが、バッテリがほぼ一定の温度条件で使用される場合には、そのような温度条件を加味することが不要となり、このとき、温度センサや温度検出部を省略することができる。また、図３及び図５に示したデータをマップデータとしてメモリに記憶するようにしたが、マップデータではなく計算式として記憶しておくこともできる。さらには、車両用のバッテリに限らず、鉛−酸電池からなるバッテリを備える装置全般に適用することができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、放電容量検出の処理手順を示すフローチャート
【図２】放電容量検出装置及びその周辺部分の電気的構成を概略的に示す図
【図３】バッテリの満充電からの放電容量と充電効率との関係を示す図
【図４】充電時の時間経過に伴う電流値の変化の様子を示す図
【図５】充電電流値と放電容量との関係を示す図
【図６】本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【図７】図１相当図
【図８】バッテリの劣化状態の判断の処理手順を示すフローチャート
【図９】バッテリの電流値と電圧との関係を示す図
【符号の説明】
図面中、１，２４は放電容量検出装置、２はバッテリ（鉛−酸電池）、３はオルタネータ／レギュレータ（充電手段）、４は負荷、５はエンジン、６は電流センサ、７は電池電流検出部（電流検出手段）、８は電池電圧検出部（電圧検出手段）、９は温度センサ、１０は電池温度検出部（温度検出手段）、１２，２５は放電容量検出部（放電容量算出手段，判断手段，データ記憶手段，放電容量補正手段）、１３は発電制御部（受電制御手段）、２１はスタータ（エンジン始動装置）、２２はスタータスイッチ、２３はエンジン自動停止始動制御部を示す。

Claims (11)

1. 負荷の駆動電源となると共に、充電手段により定電圧充電可能な鉛−酸電池からなるバッテリの、満充電からの放電容量を検出するための方法であって、
   前記バッテリに流れる電流値を電流検出手段により検出するステップと、
   前回に検出された放電容量に基づいて充電効率を求めるステップと、
   前記充電効率を用いた電流積算値に基づいて放電容量を算出するステップと、
   定電圧充電中に前記電流検出手段により検出される電流値の時間変化率が所定値以下となったかどうかを判断するステップと、
   前記電流値の時間変化率が所定値以下となったことを条件に、データ記憶手段に記憶された同条件下における電流値と放電容量との関係のデータに基づいて放電容量を補正するステップとを含むことを特徴とするバッテリの放電容量検出方法。
2. 前記バッテリの温度を温度検出手段により検出するステップを備えると共に、前記データ記憶手段には温度条件に応じた複数のデータが記憶され、前記放電容量を補正するステップでは、検出温度に応じたデータに基づいて放電容量が補正されることを特徴とする請求項１記載のバッテリの放電容量検出方法。
3. 前記バッテリの温度を温度検出手段により検出するステップを備え、前記充電効率を求めるステップでは、前記温度検出手段により検出された温度条件を加味して充電効率が求められることを特徴とする請求項１又は２記載のバッテリの放電容量検出方法。
4. 負荷の駆動電源となると共に、充電手段により定電圧充電可能な鉛−酸電池からなるバッテリの、満充電からの放電容量を検出するための装置であって、
   前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記バッテリに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前回に検出された放電容量に基づいて充電効率を求める充電効率検出手段と、
   前記充電効率を用いた電流積算値に基づいて放電容量を算出する放電容量算出手段と、
   定電圧充電中に前記電流検出手段により検出される電流値の時間変化率が所定値以下となったかどうかを判断する判断手段と、
   電流値の時間変化率が所定値以下のときの電流値と放電容量との関係を記憶するデータ記憶手段と、
   前記判断手段が電流値の時間変化率が所定値以下となったことを判断したときに前記データ記憶手段に記憶されたデータに基づいて前記放電容量を補正する放電容量補正手段とを具備することを特徴とするバッテリの放電容量検出装置。
5. 前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備えると共に、前記データ記憶手段には、温度条件に応じた複数のデータが記憶されており、前記放電容量補正手段は、前記検出温度に応じたデータに基づいて前記放電容量を補正することを特徴とする請求項４記載のバッテリの放電容量検出装置。
6. 前記バッテリの温度を検出する温度検出手段を備え、前記充電効率検出手段は、前記温度検出手段により検出された温度条件を加味して充電効率を求めるように構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のバッテリの放電容量検出装置。
7. 検出された放電容量に基づいて、前記充電手段による充電出力を変更する充電制御手段を備えることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のバッテリの放電容量検出装置。
8. エンジン停止条件が満足されるとエンジンを自動停止しその後エンジン始動条件が満足されるとエンジンを再始動するエンジン自動停止始動装置を備える車両における、鉛−酸電池からなりエンジン始動装置の電源となると共に該エンジンの駆動により充電可能なバッテリを制御する装置であって、
   前記バッテリの満充電からの放電容量を検出する請求項４ないし７のいずれかに記載のバッテリの放電容量検出装置と、
   この放電容量検出装置により検出された放電容量が所定値よりも大きいときに前記エンジン自動停止始動装置によるエンジンの自動停止を禁止する手段とを備えることを特徴とする車両用バッテリ制御装置。
9. エンジンの自動停止中に、前記放電容量検出装置により検出された放電容量が所定値を上回ったときに、前記エンジン自動停止始動装置による前記エンジンの再始動を強制的に実行させる手段を備えることを特徴とする請求項８記載の車両用バッテリ制御装置。
10. 前記エンジン始動装置による始動中に前記バッテリの電圧及び放電電流値をサンプリングする手段と、
    サンプリング値から前記バッテリの電圧と放電電流値との関係を統計的に求める手段と、
    前記関係からエンジン始動時に必要な放電電流値における前記バッテリの電圧を予測する手段と、
    予測された電圧が所定値を下回ったことが所定以上の頻度で発生したときに前記エンジン自動停止始動装置によるエンジンの自動停止を禁止する手段を備えることを特徴とする請求項８又は９記載の車両用バッテリ制御装置。
11. 予測された電圧が所定値を下回ったことが所定以上の頻度で発生したときに、バッテリが劣化状態にある旨を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の車両用バッテリ制御装置。

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