JP4548011B2

JP4548011B2 - 劣化度判定装置

Info

Publication number: JP4548011B2
Application number: JP2004190881A
Authority: JP
Inventors: 哲郎大越; 孝之新井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006010601A

Description

本発明は劣化度判定装置に係り、特に、蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置に関する。

従来、車両に搭載された鉛蓄電池は、走行中、常にオルタネータによりフロート充電され、また、負荷もランプ類などに限られていたため、あまり深い充電はされず、ほぼ常時満充電付近に保たれ使用されてきた。しかし、近年、環境意識の高まりから、車両からの二酸化炭素の排出を削減する必要が生じ、特に、大型バスやトラック等では、信号待ちなどの停車時にエンジンを停止させるアイドルストップ機能を有するシステム車が増加してきている。

システム車では、エンジン停止中のエアコン、カーステレオなどの負荷はすべてバッテリ（蓄電池）からの電力で賄われるため、従来に比べ深い放電状態が増え、バッテリの残容量が少なくなるケースが増加することが予想される。また、これに伴って、バッテリの劣化も早くなる事態も予測される。一方、バッテリの出力は、残容量や劣化に依存するため、エンジン停止中にバッテリの残容量が小さくなると、エンジンが起動するのに充分な出力がなくなり、アイドルストップ後の再起動時に、エンジンがかからなくなるおそれがある。従って、システム車では、バッテリの寿命を判定することが非常に重要なこととなる。

このような要請に応えるため、内部抵抗により劣化度（ＳＯＨ）を判定する技術が種々開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開２００２−３３４７２５号公報特開２００３−１２９９２７号公報特開２００２−２３６１５６号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、交流電圧を印加し応答電圧、位相差により内部抵抗を測定するため、車載用バッテリに適用する場合には、煩雑な測定、演算装置が必要となりコスト高となる、という課題がある。また、上記特許文献２の技術では、エンジン始動時の０〜１０ｍｓ間の電流垂下波形とピーク電圧とから内部抵抗を測定するため、高分解能かつ１ｍｓ以下で測定可能な電流、電圧センサと、１ｍｓ間隔のデータを処理可能な高精度マイコンが必要となりコスト高となると共に、誤差が大きく誤判定を生み出しやすい、という課題がある。更に、上記特許文献３では、エンジン始動時の電流および、回復時の電流、電圧データを採取し回帰分析により内部抵抗を測定するため、特許文献２の技術と同様に、電流、電圧センサ及びマイコンのコスト高を招き、誤判定を生じやすい、という課題がある。

本発明は上記事案に鑑み、精度よく蓄電池の劣化を判定すると共に、低コストの劣化度判定装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置であって、前記劣化度演算部は、前記電流検出部により検出された充放電電流を充電側と放電側とに分けて積算すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記充電側及び放電側の電流積算量をそれぞれリセット可能な電流積算手段と、前記温度検出部により検出された蓄電池の平均温度を算出すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記算出された平均温度をリセット可能な平均温度算出手段と、前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量を放電側の電流積算量で除算した量として表される充放電収支とにより蓄電池の寿命までの放電積算量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの放電積算量に対する前記電流積算手段で積算された放電側の電流積算量の比率により蓄電池の劣化度を算出する劣化度算出手段と、を有する。

第１の態様は、蓄電池の寿命までの放電積算量が、充放電収支及び温度に大きく依存するという知見に基づいてなされたものである。蓄電池は、例えば、車載での使用環境により、充放電収支、温度が大きく異なる。充放電収支がある一定値以下では、充電不足気味に推移し、寿命が短くなる傾向、すなわち、寿命までの放電積算量が小さくなる傾向がある。その際、蓄電池を構成する部材である、負極あるいは正極活物質に不還元性の硫酸鉛が蓄積し、寿命モードとなっている。一方、充放電収支がある一定値を越え、充電量が充分となると、正極活物質の軟化が寿命モードになる。本発明では、充放電収支と寿命までの放電積算量との関係を利用して、平均温度に応じて、寿命までの放電積算量を予測し、その値に対する放電側の電流積算量の比率により蓄電池の劣化度を算出する。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置であって、前記劣化度演算部は、前記電流検出部により検出された充放電電流を充電側と放電側とに分けて積算すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記充電側及び放電側の電流積算量をそれぞれリセット可能な電流積算手段と、前記温度検出部により検出された蓄電池の平均温度を算出すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記算出された平均温度をリセット可能な平均温度算出手段と、前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、予め定められ充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算した量として表される過充電電気量とにより前記平均温度における蓄電池の寿命までの過充電電気量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの過充電電気量に対する前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算して得られる過充電電気量の比率により蓄電池の劣化度を算出する劣化度算出手段と、を有する。

第２の態様は、蓄電池の寿命までの過充電電気量が、温度によって決定されるある閾値以上になると寿命になるという知見に基づいてなされたものである。すなわち、蓄電池の構成部材である正極の格子は充電時酸化され腐食する。腐食に応じて、格子全体に応力がかかり格子伸びが進行し、対極の負極の極板溶接部に接触し、短絡にいたる。該短絡に至るまでの過充電電気量は、温度に応じて、ほぼ一定値で定まるものである。本発明では、予め定められた蓄電池の寿命までの過充電電気量から、平均温度に応じて、寿命までの過充電電気量を予測し、その値に対する充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算して得られる比率により蓄電池の劣化度を演算する。

更に、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置であって、前記劣化度演算部は、前記電流検出部により検出された充放電電流を充電側と放電側とに分けて積算すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記充電側及び放電側の電流積算量をそれぞれリセット可能な電流積算手段と、前記温度検出部により検出された蓄電池の平均温度を算出すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記算出された平均温度をリセット可能な平均温度算出手段と、前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量を放電側の電流積算量で除算した量として表される充放電収支とにより蓄電池の寿命までの放電積算量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの放電積算量に対する前記電流積算手段で積算された放電側の電流積算量の比率により蓄電池の第１の劣化度を算出し、かつ、前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、予め定められ充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算した量として表される過充電電気量とにより前記平均温度における蓄電池の寿命までの過充電電気量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの過充電電気量に対する前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算して得られる過充電電気量の比率により蓄電池の第２の劣化度を算出し、前記算出された第１及び第２の劣化度のうち劣化の進行が大きい方の劣化度を蓄電池の劣化度として算出する劣化度算出手段と、を有する。

第３の態様は、第１に、寿命までの放電積算量は充放電収支、温度で定まり（放電側の劣化）、第２に、寿命までの過充電電気量は、温度の影響による一定値で定まり（充電側の劣化）、第１の劣化及び第２の劣化は、別々に進行するという知見に基づいてなされたものである。劣化度算出手段により、第１及び第２の劣化度が算出され、両者のうち劣化の進行が大きい方の劣化度が蓄電池の劣化度とされる。

上記第１〜第３の態様において、劣化度演算部は、劣化度算出手段により算出された蓄電池の劣化度が予め設定された設定値未満のときに蓄電池が寿命となったと判定する寿命判定手段を更に有するようにしてもよい。また、第２及び第３の態様において、電池交換検出部が予め定められた過充電電気量を検出し、劣化度演算手段が電池交換検出部により検出された過充電電気量により蓄電池の劣化度を算出するようにしてもよい。更に、蓄電池は鉛蓄電池であることが望ましい。

本発明によれば、交流電圧やエンジン始動直後の微小時間の計測量を用いることなく、平均温度と電流積算量とから放電側の劣化及び／又は充電側の劣化を蓄電池の劣化度として算出するので、低コストかつ精度のよい蓄電池の劣化度判定装置を得ることができると共に、蓄電池が交換されても平均温度及び電流積算量をリセットするので、交換された新たな蓄電池についても同様に劣化度を算出することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を、車載用鉛蓄電池の劣化度を判定する劣化度判定装置に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の劣化度判定装置１００は、エンジン等の車両側の制御を行う車両コントローラ８０の下位装置として機能し、電圧検出部としての電圧検出回路３０、温度検出部の一部としての温度検出回路４０、鉛蓄電池２０の電池仕様を検出する、電池交換検出部の一部としての仕様検出回路５０、電流検出部の一部としての電流検出回路６０、並びに、電池交換検出部の一部、劣化度演算部及び寿命判定手段としてのバッテリコントローラ７０を有している。

本実施形態では、鉛蓄電池２０に容積９リットルの液式鉛蓄電池が用いられており、後述する図４〜図７の関係グラフはこの鉛蓄電池２０に従って例示したものである。鉛蓄電池２０は容器となる角形の電槽を有しており、電槽の材質には成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等に優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等の高分子樹脂が用いられている。電槽の中央部の隔壁にはセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔にはサーミスタ等の温度検出部の一部としての温度センサ４５が挿入されており、温度センサ４５は接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。なお、温度センサ４５の出力端子は温度検出回路４０に接続されている。

電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ等の高分子樹脂製の上蓋に溶着されている。上蓋には、電槽の内圧を所定値以下に維持するための制御弁が配設されていると共に、外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が立設されている。また、上蓋の上部かつ制御弁及び温度センサ４５の配設位置を避けた部分には、鉛蓄電池２０の電池仕様を記憶した仕様情報記憶回路５５が固着されている。

図２に示すように、仕様情報記憶回路５５は、複数の抵抗及びツェナーダイオード等を有しており、抵抗値を適宜設定することで、鉛蓄電池２０の電池仕様に関するパラメータ情報を出力可能に構成されている。このパラメータ情報の中には、後述するように、鉛蓄電池２０の個体を特定する情報や２５°Ｃ（常温）における鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量に関する情報も含まれている。仕様情報記憶回路５５は、仕様検出回路５０に接続されている。仕様検出回路５０は、ＯＰアンプ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータを有して構成されている。ＯＰアンプの＋入力端子は仕様情報記憶回路５５の出力側に接続されており、ＯＰアンプの出力端子はＡ／Ｄコンバータを介してバッテリコントローラ７０に接続されている。また、ＯＰアンプの−入力端子は基準電圧を付与するＤ／Ａコンバータの出力側に接続されており、Ｄ／Ａコンバータの入力側はバッテリコントローラ７０に接続されている。

鉛蓄電池２０の正極外部出力端子は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮと略称する。）９０の中央端子に接続されている。ＩＧＮ９０は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。ＩＧＮ９０のＯＮ／ＡＣＣ端子、ＳＴＡＲＴ端子側には、鉛蓄電池２０の負荷となり、モータジェネレータ、スタータ、発電機等を表すＭＧ１０が接続されている。一方、鉛蓄電池２０の負極外部出力端子は、ホール素子等の電流検出部の一部としての電流センサ６５を介してグランドに接続されている。電流センサ６５はホール素子に流れる電流に応じて変化するホール電圧により電流を検出することが可能であり、電流センサ６５の出力端子は電流検出回路６０に接続されている。

電圧検出回路３０、温度検出回路４０及び電流検出回路６０は、Ａ／Ｄコンバータを有しており、図１に示すように、それぞれバッテリコントローラ７０に接続されている。バッテリコントローラ７０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵと、劣化度判定装置１００の基本制御プログラム及び後述するように種々の理論式等が格納されたＲＯＭと、ＣＰＵのワークエリアとして働くと共にデータを一時的に記憶するＲＡＭとを有するマイコン７１、マイコン７１の外部バスに接続され不揮発性メモリとして機能するＥＰＲＯＭ７２、及び、車両コントローラ８０との通信を行うためのインターフェイスを含んで構成されており、通信線により車両コントローラ８０と接続されている。

従って、バッテリコントローラ７０のマイコン７１は、電圧検出回路３０、温度センサ４５及び温度検出回路４０、仕様検出回路５０、電流センサ６５及び電流検出回路６０により、鉛蓄電池２０の両端電圧、温度、電池仕様及び鉛蓄電池２０に流れる電流をデジタル値として取り込むことが可能である。

（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の劣化度判定装置１００の動作についてマイコン７１のＣＰＵを主体として説明する。なお、マイコン７１のＣＰＵは、マイコン７１に電源が投入されると、鉛蓄電池２０の劣化度を判定するための劣化度判定ルーチンを実行する。

図３に示すように、この劣化度判定ルーチンでは、まず、ステップ２０２において、車両コントローラ８０からＩＧＮ９０がＯＮ端子に接続された旨の通知があるまで待機し、通知があると、次のステップ２０４で前回の劣化度判定ルーチン終了時にＥＰＲＯＭ７２に書き込まれた充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）、放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）、平均温度（Ｔａｖｅ）に関するデータ及び鉛蓄電池２０の電池仕様を読み出すと共に、仕様検出回路５０を介して仕様情報記憶回路５５に記憶された鉛蓄電池２０の電池仕様を取り込む。

次にステップ２０６では、ＥＰＲＯＭ７２から読み出した鉛蓄電池２０の電池仕様と、仕様情報記憶回路５５を介して取り込んだ鉛蓄電池２０の電池仕様とが一致するか否かを判断することにより、鉛蓄電池２０が新品の鉛蓄電池に交換されたか否かを判断する。否定判断のときは、ステップ２１０へ進み、肯定判断のときは、次のステップ２０８で、充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）及び放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）をそれぞれ０にリセットすると共に、平均温度（Ｔａｖｅ）を２５°Ｃにリセットした後、ステップ２１０へ進む。

ステップ２１０では、車両コントローラ８０からＩＧＮ９０がＯＦＦ端子に接続された旨の通知があるか否かを判断し、否定判断のときは、次のステップ２１２で鉛蓄電池２０に流れる電流値を取り込み（電流を測定し）、ステップ２１４において電流積算処理を行う。この電流積算処理では、ステップ２１２で取り込んだ電流値が充電側（正）であるか、放電側（負）であるかを判定し、充電側であれば充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）側に、放電側であれば放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）側に充電電気量を積算する。電流積算量は、電流値をＩ、サンプリング時間を１ｓｅｃとすると、下式（１）、（２）表される。

次に、ステップ２１６では、下式（３）、（４）に示すように、ステップ２１４で算出した充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）及び放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）を用いて、鉛蓄電池２０の現時点における充放電収支（Ｑｂ）並びに過充電電気量（Ｑｃｈａｏｖｅｒ）を算出する。

ステップ２１８では鉛蓄電池２０の温度を取り込み（測定し）、次のステップ２２０において、ステップ２０４で読み出した平均温度（Ｔａｖｅ）に関するデータ（鉛蓄電池２０の測定温度の累計及び測定回数）に今回測定した鉛蓄電池２０の温度分を加えて平均温度（Ｔａｖｅ）を算出する。

次いでステップ２２２では、充放電収支（Ｑｂ）、平均温度（Ｔａｖｅ）から、鉛蓄電池２０の寿命までの放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）を算出する。図４に充放電収支（Ｑｂ）と鉛蓄電池２０の寿命までの放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）との関係を示す。なお、図４は、充放電収支（Ｑｂ）が１０５％のときを１００としたグラフである。充放電収支（Ｑｂ）が１０５％以上では、寿命までの放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）は一定である。１０５％未満では、放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）は低下する。これは、充電が不足し、鉛蓄電池２０を構成する部材である、負極あるいは正極活物質に不還元性の硫酸鉛が蓄積し、寿命モードとなっているためである。一方、充放電収支（Ｑｂ）がある一定値を越え、充電が充分にされるようになると、正極活物質の軟化が寿命モードとなり、寿命までの放電側の電流積算量はほぼ一定値となる。図５に、２５°Ｃを１００としたときの平均温度（Ｔａｖｅ）と寿命までの放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）との関係を示す。従って、ステップ２２２では、充放電収支（Ｑｂ）から放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）を算出し、算出された放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ＿ｍａｘ）を温度補正することで、平均温度を考慮した鉛蓄電池２０の寿命までの放電側の電流積算量（ＱＴｄｉｓ＿ｍａｘ）を算出（予測）することができる。

続いてステップ２２４において、ステップ２０４で読み出した電池仕様のうち２５°Ｃにおける鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量に関する情報と、ステップ２２０で算出した平均温度（Ｔａｖｅ）とから、平均温度を考慮した鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量（ＱＴｃｈａｏｖｅｒ＿ｍａｘ）を算出（予測）する。２５°Ｃにおける鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量を１００とすると、平均温度（Ｔａｖｅ）と寿命までの過充電電気量との関係はアレニウス（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ）則により周知のため、アレニウス則を用いることで、寿命までの過充電電気量（ＱＴｃｈａｏｖｅｒ＿ｍａｘ）を単純な演算で算出することができる。なお、２５°Ｃにおける鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量は、電池サイズや格子デザインによって決定される値である。

次のステップ２２６では、鉛蓄電池２０の劣化度（ＳＯＨ）を演算する。この劣化度は、初期の容量に対する、容量の残存率で定義される。すなわち、初期（新品や交換直後）では１００％であり、劣化の進行に伴い、劣化度（ＳＯＨ）は１００（％）より小さい値をとるようになる。まず、ステップ２２６では、放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）と、ステップ２２２で算出した寿命までの放電側の電流積算量（ＱＴｄｉｓ＿ｍａｘ）とから放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）を算出する。実用上、鉛蓄電池２０の寿命を、ＳＯＨが５０％となった時点と考えると、放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）と放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）との関係は、図６のように表されることが判明した。また、この関係式は下式（５）で表される。

次いで、ステップ２２６では、ステップ２１６で算出した過充電電気量（Ｑｃｈａｏｖｅｒ）と、ステップ２２４で算出した鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量（ＱＴｃｈａｏｖｅｒ＿ｍａｘ）とから充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）を算出する。実用上、鉛蓄電池２０の寿命を、ＳＯＨが５０％となった時点と考えると、充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）と寿命までの過充電電気量（ＱＴｃｈａｏｖｅｒ＿ｍａｘ）との関係は、図６のように表されることが判明した。また、この関係式は下式（６）で表される。

更に、ステップ２２６では、上述のように算出した放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）と充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）とを比較し、値の小さい方（劣化の進行の大きい方）を鉛蓄電池２０のＳＯＨとして選択（算出）する。

次にステップ２２８では、ステップ２２６で算出した鉛蓄電池２０のＳＯＨが５０％未満か否かを判断し、否定判断のときはステップ２１０へ戻り、肯定判断のときは、次のステップ２３０において、車両コントローラ８０に鉛蓄電池２０が寿命となった旨を報知する。車両コントローラ８０は、例えば、インストールメントパネルにその旨を表示させる。これにより、ドライバは鉛蓄電池２０が寿命となったことを知ることができる。

一方、ステップ２１０で肯定判断のときは、ステップ２３２において、充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）、放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）、平均温度（Ｔａｖｅ）に関するデータ及び鉛蓄電池２０の電池仕様をＥＰＲＯＭ７２に書き込んで劣化度判定ルーチンを終了する。

なお、本実施形態の劣化度判定装置１００は、上述したように電圧検出回路３０を有しており、マイコン７１のＣＰＵは、電圧検出回路３０を介して取り込んだ開路電圧から鉛蓄電池２０の充電状態（ＳＯＣ）等の算出を行い車両コントローラ８０に報知する。

（作用等）
次に、本実施形態の劣化度判定装置１００の作用等について説明する。

本実施形態の劣化度判定装置１００では、鉛蓄電池２０の放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）と充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）とは別個に進行するという知見を元に、それぞれの劣化度の演算を行っている。すなわち、放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）については、平均温度（Ｔａｖｅ）と、充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）を放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）で除算した量として表される充放電収支（Ｑｂ）とにより鉛蓄電池２０の寿命までの放電積算量（ＱＴｄｉｓ＿ｍａｘ）を予測し（ステップ２２２）、寿命までの放電積算量（ＱＴｄｉｓ＿ｍａｘ）に対する放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）の比率により算出する（ステップ２２６、式（５）参照）。一方、充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）については、平均温度（Ｔａｖｅ）と、仕様情報記憶回路５５に記憶された寿命までの過充電電気量に関する情報とにより、平均温度を考慮した鉛蓄電池２０の寿命までの過充電電気量（ＱＴｃｈａｏｖｅｒ＿ｍａｘ）を予測し（ステップ２２４）、寿命までの過充電電気量（ＱＴｃｈａｏｖｅｒ＿ｍａｘ）に対する、充電側の電流積算量（Ｑｃｈａ）から放電側の電流積算量（Ｑｄｉｓ）を減算して得られる過充電電気量（Ｑｃｈａｏｖｅｒ）の比率により算出する（ステップ２２６、式（６）参照）。そして、放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）及び充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）の小さい方を鉛蓄電池２０の劣化度（ＳＯＨ）として算出し（ステップ２２８）、ＳＯＨが５０％未満のときに車両コントローラ８０に報知する。

従って、本実施形態の劣化度判定装置１００では、従来技術のように交流電圧やエンジン始動直後の微小時間の計測量を用いることなく、平均温度（Ｔａｖｅ）と電流積算量（Ｑｃｈａ、Ｑｄｉｓ）とから鉛蓄電池２０の劣化度を算出するので、高分解能かつ微小時間内で測定可能な電流、電圧センサやデータを高速処理可能なマイコンが不要となり、低コストかつ精度のよい劣化度判定装置を得ることができる。また、本実施形態の劣化度判定装置１００では、鉛蓄電池２０が交換されると、平均温度（Ｔａｖｅ）及び電流積算量（Ｑｃｈａ、Ｑｄｉｓ）をリセットするので（ステップ２０８）、交換された新たな蓄電池についても同様に劣化度を算出することができる。

なお、本実施形態では、電圧検出回路３０、温度検出回路４０、仕様検出回路５０及び電流検出回路路６０をバッテリコントローラ７０とは別に構成した例を示したが、本発明はこれに限定されず、これらの全部又は一部をバッテリコントローラ７０内に設けるようにしてもよい。また、本実施形態では、放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）及び充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）の小さい方を鉛蓄電池２０の劣化度（ＳＯＨ）として算出する例を示したが、放電による劣化度（ＳＯＨ＿ｃｈａ）及び充電による劣化度（ＳＯＨ＿ｄｉｓ）のいずれか一方により鉛蓄電池２０の劣化度を算出するようにしてもよい。更に、本実施形態では、鉛蓄電池２０が新品の鉛蓄電池に交換されたときに、ステップ２０８で平均温度を２５°Ｃにリセットした例を示したが、例えば、ヌルにリセットするようにしてもよく、また、ステップ２０８とステップ２１０との間のステップ２１０でＩＧＮ９０がＯＦＦ端子に接続されたか否かを判断する例を示したが、ステップ２１０を割り込み処理とするようにしてもよい。そして、本実施形態では、車両コントローラ８０に鉛蓄電池２０が寿命となった旨を報知する例を示したが、劣化度判定装置１００が報知装置を有し、この報知装置からドライバに鉛蓄電池２０が寿命となった旨を報知するようにしてもよい。

本発明は精度よく蓄電池の劣化を判定すると共に、低コストの劣化度判定装置を提供するため、劣化度判定装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の劣化度判定装置のブロック回路図である。鉛蓄電池に固着された仕様情報回路と、仕様情報回路に記憶された電池仕様を検出する仕様検出回路とを模式的に示す回路図である。バッテリコントローラのマイコンのＣＰＵが実行する劣化度判定ルーチンのフローチャートである。充放電収支と鉛蓄電池の寿命までの放電側の電流積算量との関係を示すグラフである。平均温度と鉛蓄電池の寿命までの放電側の電流積算量との関係を示すグラフである。放電による劣化度と鉛蓄電池の寿命までの放電積算量との関係を示すグラフである。充電による劣化度と鉛蓄電池の寿命までの過充電電気量との関係を示すグラフである。

符号の説明

２０鉛蓄電池（蓄電池）
４０温度検出回路（温度検出部の一部）
４５温度センサ（温度検出部の一部）
５０仕様検出回路（電池交換検出部の一部）
６０電流検出回路（電流検出部の一部）
６５電流センサ（電流検出部の一部）
７０バッテリコントローラ（電池交換検出部の一部、劣化度演算部、寿命判定手段）
７１マイコン
７２ＥＰＲＯＭ
１００劣化度判定装置

Claims

蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置であって、前記劣化度演算部は、
前記電流検出部により検出された充放電電流を充電側と放電側とに分けて積算すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記充電側及び放電側の電流積算量をそれぞれリセット可能な電流積算手段と、
前記温度検出部により検出された蓄電池の平均温度を算出すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記算出された平均温度をリセット可能な平均温度算出手段と、
前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量を放電側の電流積算量で除算した量として表される充放電収支とにより蓄電池の寿命までの放電積算量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの放電積算量に対する前記電流積算手段で積算された放電側の電流積算量の比率により蓄電池の劣化度を算出する劣化度算出手段と、
を有することを特徴とする劣化度判定装置。
蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置であって、前記劣化度演算部は、
前記電流検出部により検出された充放電電流を充電側と放電側とに分けて積算すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記充電側及び放電側の電流積算量をそれぞれリセット可能な電流積算手段と、
前記温度検出部により検出された蓄電池の平均温度を算出すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記算出された平均温度をリセット可能な平均温度算出手段と、
前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、予め定められ充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算した量として表される過充電電気量とにより前記平均温度における蓄電池の寿命までの過充電電気量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの過充電電気量に対する前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算して得られる過充電電気量の比率により蓄電池の劣化度を算出する劣化度算出手段と、
を有することを特徴とする劣化度判定装置。
蓄電池の温度を検出する温度検出部と、蓄電池に流れる充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電池の交換を検出する電池交換検出部と、蓄電池の劣化度を演算する劣化度演算部とを備えた蓄電池の劣化度判定装置であって、前記劣化度演算部は、
前記電流検出部により検出された充放電電流を充電側と放電側とに分けて積算すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記充電側及び放電側の電流積算量をそれぞれリセット可能な電流積算手段と、
前記温度検出部により検出された蓄電池の平均温度を算出すると共に、前記電池交換検出部により蓄電池の交換が検出されたときに前記算出された平均温度をリセット可能な平均温度算出手段と、
前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量を放電側の電流積算量で除算した量として表される充放電収支とにより蓄電池の寿命までの放電積算量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの放電積算量に対する前記電流積算手段で積算された放電側の電流積算量の比率により蓄電池の第１の劣化度を算出し、かつ、前記平均温度算出手段で算出された蓄電池の平均温度と、予め定められ充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算した量として表される過充電電気量とにより前記平均温度における蓄電池の寿命までの過充電電気量を予測し、該予測した蓄電池の寿命までの過充電電気量に対する前記電流積算手段で積算された充電側の電流積算量から放電側の電流積算量を減算して得られる過充電電気量の比率により蓄電池の第２の劣化度を算出し、前記算出された第１及び第２の劣化度のうち劣化の進行が大きい方の劣化度を蓄電池の劣化度として算出する劣化度算出手段と、
を有することを特徴とする劣化度判定装置。
前記劣化度演算部は、前記劣化度算出手段により算出された蓄電池の劣化度が予め設定された設定値未満のときに前記蓄電池が寿命となったと判定する寿命判定手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の劣化度判定装置。
前記電池交換検出部は前記予め定められた過充電電気量を検出し、前記劣化度演算手段は前記電池交換検出部により検出された過充電電気量に基づいて前記蓄電池の劣化度を算出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の劣化度判定装置。
前記蓄電池が鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の劣化度判定装置。