JP4641181B2 - バッテリ状態管理装置及びバッテリ状態管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置及びバッテリ状態管理方法に関する。

図７は、自動車の始動時のクランキングにおける電圧と電流の推移を示す図であって、横軸は時間、縦軸はバッテリからスタータに出力される電圧及び電流を示している。

この図７において、時刻Ｔ１でイグニションスイッチがオンになると、バッテリからの突入電流がスタータに流れ、バッテリ電圧が瞬間的に低下する。そして、逆起電力が発生し、バッテリ電圧が徐々に上昇すると、スタータの回転数が上昇するとともに、電流が徐々に安定化する。そして、バッテリ電圧が一定のレベルに達した時点Ｔ２で、スタータの回転数が一定値に上昇し、エンジンの点火が行われる。この時点Ｔ２で、スタータに対する電流供給が停止され、バッテリ電圧が定常状態に復帰する。

図８はバッテリ１とスタータ３とが接続された状態を示す概略的な等価回路図である。図８のように、バッテリ１は、配線５，７及びイグニションスイッチ９を通じてスタータ３に接続される。尚、符号１１はスタータ３のアーマチャコイル、符号１３はフィールドコイル、符号１５はプルインコイル、符号１７はホールディングコイルである。ただし図８では、回路内における電流と電圧との関係に注目することとし、上記の各コイル１１，１３，１５，１７をそれぞれ抵抗体として捉えて図示している。

ここで、配線５，７の抵抗値をそれぞれＲ_1A，Ｒ_1Bとする。また、イグニションスイッチ９とスタータ３のスイッチ端子２１との間の配線抵抗値をＲ₂、バッテリ側端子２２とモータ端子２３との間の接点接触抵抗値をＲ₃、ホールディングコイル１７、フィールドコイル１３及びアーマチャコイル１１の各抵抗値をＲ₄，Ｒ₅，Ｒ₆とする。

この場合、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sは、次の（１）式で表される。

Ｒ_S＝Ｒ₃＋Ｒ₅＋Ｒ₆ …（１）
また、配線５，７の配線抵抗Ｒ_Hは、次の（２）式で表される。

Ｒ_H＝Ｒ_1A＋Ｒ_1B …（２）
さらに、バッテリ１の内部においては、集電極や電解液等の内部抵抗に加えて、格子腐食やサルフェーション等の劣化、及び放電（特に過放電）に伴う電極表面の硫酸鉛の析出により内部抵抗Ｒ_Bが発生する。

したがって、図８の回路における回路抵抗Ｒ_allは、次の（３）式のようになる。

Ｒ_all＝Ｒ_S＋Ｒ_H＋Ｒ_B …（３）
図９に、図８の回路における電圧降下とバッテリ１の電流及び電圧の変化を示す。この図９において、横軸及び縦軸は、バッテリ１からスタータ３に出力される電流及び電圧をそれぞれ意味しており、線Ｌ１は、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sと配線５，７の配線抵抗Ｒ_H等とによる電圧降下線、線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅはバッテリ１の電流−電圧特性線（以下「Ｉ−Ｖ特性線」と称す）、線Ｌｔｈはエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈを示す閾値線をそれぞれ示している。尚、エンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈとは、エンジン始動時のバッテリ１からの放電に伴って当該バッテリ１の出力電圧が低下した際のその最低値のことを言う。

上述のように、スタータ３をオンしたときには、図７の時点Ｔ１のように突入電流が流れると同時に、電圧が急峻に低下する。したがって、バッテリ１の電流と電圧は、図９において、バッテリ１のＩ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅと、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sと配線５，７の配線抵抗Ｒ_H等とによる電圧降下線Ｌ１との交点Ｐａ〜Ｐｅから開始され、その後、Ｉ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅに沿って、電流が低下するとともに電圧が上昇する。

ここで、バッテリ１の電流−電圧特性は、その個々のバッテリ１の劣化状態等によって変化する。即ち、バッテリ１の劣化が進むと、そのバッテリ１の内部抵抗Ｒ_Bが上昇するため、右下がりの傾斜が急峻になる。図９においては、線Ｌ２ａが最も良好なバッテリ状態、線Ｌ２ｅが最も劣悪なバッテリ状態における電流−電圧特性を示している。

そして、図９においては、バッテリ１のＩ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅと、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sと配線５，７の配線抵抗Ｒ_H等とによる電圧降下線Ｌ１との交点において、バッテリ１からスタータ３に印加される電圧値が、閾値線Ｌｔｈで示されるエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈ以上である場合に限り、スタータ３のトルクが必要なレベルに確保されてエンジンの点火が可能となる。

したがって、図９の例では、Ｉ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄと電圧降下線Ｌ１との交点Ｐａ〜Ｐｄの各電圧値が、エンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈよりも大きくなっているため、これらＩ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを示すバッテリ１を使用している場合は、自動車のエンジンの点火が支障無くなされる。

これに対して、図９中のＩ−Ｖ特性線Ｌ２ｅと電圧降下線Ｌ１との交点Ｐｅの電圧値は、エンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈよりも小さいため、このＩ−Ｖ特性線Ｌ２ｅを示すバッテリ１では、自動車のエンジンを点火することができないことになる。

このように、バッテリ１の状態によってエンジンの点火の可／不可が変化するため、従来、図７の如く、エンジン始動時のバッテリ１の出力電圧Ｖ_Bの降下量と、そのときに流れる電流Ｉ_Bとから、バッテリ１の内部抵抗Ｒ_Bを測定し、その測定した内部抵抗Ｒ_Bに基づいてバッテリ１の劣化度が判定され、バッテリ１を交換する必要がある場合に、所定の警告を表示するなどしていた。

ところで、ユーザーの価値観の多様化等により、自動車には様々な車種・車格が存在する。そして、これらの車種・車格に応じて、搭載されるエンジンやスタータ３の種類が異なる。このように、エンジンやスタータ３の種類が異なると、始動時における適正なスタータ３のトルク、ひいては適正なスタータ３の必要電圧が異なるはずである。

しかしながら、従来においては、エンジンやスタータ３の種類を考慮せずに、一律にエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈを設定していたため、正確なバッテリ１の劣化度判定を行うことが困難であった。

仮に正確なバッテリ１の劣化度判定を行おうとすると、自動車にエンジンやスタータ３を実際に搭載した後に、バッテリ１の劣化度を変化させたり、劣化度の異なるバッテリ１を交換したりしながら、スタータ３が正常に起動してエンジンを点火できるバッテリ１の最低限の状態を試験的に求めなければならず、多大な労力とコストを要するなど不利が多い。

そこで、本発明の課題は、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置及びバッテリ状態管理方法であって、特に様々な車種・車格の自動車に容易に対応し得るバッテリ状態管理装置及びバッテリ状態管理方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、エンジン及びスタータに依存しない情報が予め格納された記憶部と、前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報及び前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報に基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する処理部とを備え、前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報が、バッテリの劣化度に応じた当該バッテリにおける電流と電圧との関係を示す第１の情報と、初期電流を変数とするスタータの電流と回転数との関係を示す第２の情報とを含み、前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第３の情報と、前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第４の情報と、前記エンジン始動可能回転数を示す第５の情報とを含み、前記処理部が、前記第１の情報と前記第４の情報に前記第３の情報の前記電流値を適用し、当該電流値における前記第１の情報の前記電圧と前記第４の情報の前記電圧降下との差を、前記逆起電力として算出する第１の機能と、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記第１の情報における前記電圧と、前記第４の情報の前記電圧降下とが一致する電流を、前記初期電流とし、当該初期電流を前記第２の情報に適用して、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの電流と回転数との関係を求める第２の機能と、前記第２の機能で求めた結果に前記第３の情報の前記電流値を適用し、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの前記回転数を求める第３の機能と、前記第３の機能で求められた前記回転数と、前記第５の情報の前記エンジン始動可能回転数との比を演算するとともに、当該比と前記第１の機能で求めた前記逆起電力とに基づいて、劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係を求める第４の機能と、前記第４の機能で求めた劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係と、前記第４の情報とに基づいて、前記エンジン始動可能電圧閾値を決定する第５の機能とを備えるものである。

請求項２に記載の発明は、自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、エンジン及びスタータに依存しない情報が予め格納された記憶部と、前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報及び前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報に基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定し、前記エンジン始動可能電圧閾値に基づいて、前記バッテリの劣化判定を行う処理部とを備えるものである。

請求項３に記載の発明は、自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、エンジン及びスタータに依存しない情報が予め格納された記憶部と、前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報及び前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報に基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する処理部とを備え、前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第１の情報と、前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第２の情報と、前記エンジン始動可能回転数を示す第３の情報とを含み、前記第２の情報が、前記スタータ及びその配線に使用されている金属の種類及び／または温度依存性に基づいて補正されるものである。

請求項４に記載の発明は、自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理方法であって、ａ）エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納する工程と、ｂ）前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報と、前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程とを備え、前記ｂ）の工程における前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報が、バッテリの劣化度に応じた当該バッテリにおける電流と電圧との関係を示す第１の情報と、初期電流を変数とするスタータの電流と回転数との関係を示す第２の情報とを含み、前記ｂ）の工程に使用される前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第３の情報と、前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第４の情報と、前記エンジン始動可能回転数を示す第５の情報とを含み、前記ｂ）の工程が、ｂ−１）前記第１の情報と前記第４の情報に前記第３の情報の前記電流値を適用し、当該電流値における前記第１の情報の前記電圧と前記第４の情報の前記電圧降下との差を、前記逆起電力として算出する工程と、ｂ−２）前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記第１の情報における前記電圧と、前記第４の情報の前記電圧降下とが一致する電流を、前記初期電流とし、当該初期電流を前記第２の情報に適用して、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの電流と回転数との関係を求める工程と、ｂ−３）前記ｂ−２）の工程で求めた結果に前記第３の情報の前記電流値を適用し、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの前記回転数を求める工程と、ｂ−４）前記ｂ−３）の工程で求められた前記回転数と、前記第５の情報の前記エンジン始動可能回転数との比を演算するとともに、当該比と前記ｂ−１）の工程で求めた前記逆起電力とに基づいて、劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係を求める工程と、ｂ−５）前記ｂ−４）の工程で求めた劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係と、前記第４の情報とに基づいて、前記エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程とを備えるものである。

請求項５に記載の発明は、自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理方法であって、ａ）エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納する工程と、ｂ）前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報と、前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程と、ｃ）前記ｂ）の工程の後に、前記エンジン始動可能電圧閾値に基づいて、前記バッテリの劣化判定を行う工程とを備えるものである。

請求項６に記載の発明は、自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理方法であって、ａ）エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納する工程と、ｂ）前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報と、前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程とを備え、前記ｂ）の工程に使用される前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第１の情報と、前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第２の情報と、前記エンジン始動可能回転数を示す第３の情報と
を含み、前記第２の情報が、前記スタータ及びその配線に使用されている金属の種類及び／または温度依存性に基づいて補正されるものである。

本願発明では、エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納しておくとともに、エンジン及び／またはスタータに固有の情報と、記憶部に予め格納されたエンジン及びスタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定するので、同一の回路（バッテリ状態管理装置）でエンジン及び／またはスタータに固有の情報のみを変更設定するだけで、自動車に搭載されるエンジン及びスタータの組合せに応じた適正なエンジン始動可能電圧閾値を決定することができ、例えば請求項２及び請求項５のように、このエンジン始動可能電圧閾値に基づいてバッテリの劣化判定を行う際に、様々な車種・車格の自動車に容易に対応することができる。

エンジン及びスタータに依存しない情報としては、請求項１及び請求項４のように、バッテリの劣化度に応じた当該バッテリにおける電流と電圧との関係や、初期電流を変数とするスタータの電流と回転数との関係が適しており、また、エンジン及び／またはスタータに固有の情報としては、請求項１，３及び請求項４，６のように、エンジンのクランキング時に必要なスタータの電流値の情報と、スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す情報と、エンジン始動可能回転数を示す情報とが適している。

これらの情報を用いる場合、具体的には、請求項１及び請求項４のようにすれば、自動車に搭載されるエンジン及びスタータの組合せに応じた適正なエンジン始動可能電圧閾値を決定することができる。

また、請求項３及び請求項６のように、スタータ及びその配線に使用されている金属の種類や温度依存性に応じて、スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す情報の補正を行っているので、エンジン始動可能電圧閾値の決定やバッテリの劣化判定を行うことができる。

＜基本構成＞
図１は本発明の一の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置を示すブロック図である。尚、図１では図８に示した従来と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。

このバッテリ状態管理装置は、図１の如く、電流センサ３１、電圧センサ（電圧検出手段）３３、処理部（判定手段）３５、記憶部（記憶手段）３７及び出力部３９を備えて構成されており、車両に搭載されたバッテリ１の状態を管理する。

電流センサ３１は、バッテリ１から出力される電流を検出するもので、例えばシャント抵抗等が適用される。

電圧センサ３３は、バッテリ１の出力電圧を検出する。

処理部３５は、ＣＰＵ等を備えて構成され、バッテリ１の管理のために各種の情報処理動作（制御動作も含む）を行う。

記憶部３７は、書き換え可能な不揮発性メモリ等により構成され、処理部３５が行う各種の情報処理動作に必要な情報等が記憶されている。

出力部３９は、バッテリ１の状態の判定結果等を出力するためのもので、例えば液晶表示パネルや有機ＥＬディスプレイ装置等が適用される。

また、バッテリ１、スタータ３及びイグニションスイッチ９は、図８に示した等価回路を構成するように互いに接続される。そして、スタータ３の内部構成も、図８に示した等価回路の通りである。

かかる構成のバッテリ状態管理装置では、自動車に搭載される様々なエンジンやスタータ３に適用できるように、そのエンジン及びスタータ３の始動時の必要トルクに応じて、エンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈ（図９参照）が処理部３５によって自動的に演算され、この演算したエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈに基づいてバッテリ１の状態を判定し、その判定結果を出力部３９に出力するようになっている。

＜エンジン始動可能電圧閾値の決定方法＞
次に、自動車に搭載されるエンジン及びスタータ３の組合せに適したエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈの決定方法を、図２のフローチャートに沿って説明する。

まず、図２中のステップＳ０１において、エンジン及びスタータ３の組合せに依存して予め決定されているエンジン負荷に基づいて、エンジン始動に必要なスタータ３のトルクを算出する。尚、「エンジン負荷」とは、エンジンが点火されていない状態で調べられるトルクのことを意味しており、エンジンの設計時に決定されるものである。

そして、かかるエンジンのトルクに対して、スタータ３を駆動して実現されるトルクは、スタータ３とエンジンとの間に介在する連結機構のギヤ比等によって異なる。このため、ステップＳ０１におけるトルクの算出は、所与の値として与えられるエンジンのトルクと、スタータ３とエンジンとの間に介在する連結機構のギヤ比等に応じて算出されるものである。このようにして算出されたトルクの値は、このバッテリ状態管理装置が適用される自動車の車種・車格等が決定された後、その自動車に搭載される前の時点で、図示しない信号入力装置を使用するなどして、所定の電気的操作によって所与の値として記憶部３７内に格納される。

次にステップＳ０２に進み、図３に示したスタータ３のトルク特性に基づいて、クランキング時に必要な電流値Ｉｓを算出する。ここで、図３の横軸はスタータ３の駆動電流、縦軸はスタータ３のトルクを意味しており、線Ｌ１１はスタータ３のトルク特性線、即ち、スタータ３の駆動電流とトルクとの関係を示すものである。一般に、様々な種類のスタータ３が存在する場合は、個々のスタータ３の種類に応じて、スタータ３のトルク特性線Ｌ１１は異なって現れる。

したがって、例えば、このバッテリ状態管理装置が適用される自動車の車種・車格等が決定された後、その自動車に搭載されるスタータ３に対応するトルク特性線Ｌ１１を用いて机上の計算により電流値Ｉｓを求め、その電流値Ｉｓを記憶部３７内に格納すればよい。

あるいは、このバッテリ状態管理装置が適用されるあらゆる種類のスタータ３に対応するトルク特性線Ｌ１１の全てを予め記憶部３７内に格納しておき、このバッテリ状態管理装置が適用される自動車の車種・車格等が決定された後、その自動車に搭載されるスタータ３のコードを記憶部３７に格納しておき、このコードに基づいて、処理部３５によって複数のトルク特性線Ｌ１１のなかから最適なトルク特性線Ｌ１１を選択して、処理部３５により電流値Ｉｓを演算処理してもよい。

続いて、ステップＳ０３において、電圧降下ΔＶ１時の回転数を導出する。この工程においては、図４の如く、予め記憶部３７に格納しておいたバッテリ１のＩ−Ｖ特性線Ｌ１２と、一般的なスタータ３の電流−回転数曲線（以下「Ｉ−Ｎ曲線」と称す）Ｌ１３に基づいて、処理部３５によって電圧降下ΔＶ１時の回転数ｒ１が導出される。

ここで、図４の横軸は電流、縦軸はバッテリ１の電圧及びスタータ３の回転数を示している。

図４中のＩ−Ｖ特性線Ｌ１２は、図７に示したように、イグニションスイッチがオンになった時刻Ｔ１で、バッテリからの突入電流がスタータに流れた後、スタータの回転数が上昇するにつれて、電圧の上昇と電流の低下とが徐々に進行する様子を直線化したものである。このＩ−Ｖ特性線Ｌ１２は、ほぼ理想的なバッテリ１、即ち、ほとんど劣化が進んでいない初期状態のバッテリ１について、事前の実測等によって求められたデータを近似的に一次式に設定されたもので、エンジンやスタータ３の種類には依存しない関数またはテーブルデータとして、予め記憶部３７に格納されている。

また、スタータ３のＩ−Ｎ曲線Ｌ１３は、図７に示したように、イグニションスイッチがオンになった時刻Ｔ１で、バッテリからの突入電流がスタータに流れた後、電流が徐々に低下して安定化するとともにスタータの回転数が上昇する様子を曲線化したものである。ただし、Ｉ−Ｎ曲線Ｌ１３は、初期電流（回転数がゼロのときの電流値）が異なって現れるため、この初期電流を変数とする関数として記憶部３７内に予め格納されている。

さらに、記憶部３７には、スタータ３の内部抵抗Ｒ_S（（１）式参照）と配線５，７（図８参照）の配線抵抗Ｒ_H（（２）式参照）による前述の電圧降下線Ｌ１（図９参照）も記憶される。尚、この電圧降下線Ｌ１は、スタータ３の種類によって異なるため、このバッテリ状態管理装置が適用される自動車の車種・車格等が決定された後、その自動車に搭載される前の時点で、図示しない信号入力装置を使用するなどして、所定の電気的操作によって所与の関数（例えば、一次式）として記憶部３７内に格納される。

尚、配線抵抗やスタータ３の内部抵抗は金属で構成され、温度に対して変化することから、配線及びスタータ３に使用されている金属の種類、及び温度依存性を記憶部３７内に予め記憶させておく。この場合、配線及びスタータ３に使用されている金属の種類、及び温度依存性に応じて電圧降下線Ｌ１（図１０）が変化するため、その金属の種類及び温度依存性に基づいて電圧降下線Ｌ１の変化を推定し、この推定結果に応じた電圧降下線Ｌ１の補正（温度補正等）を行って、以下の処理を行うこととする。

そして、図２中のステップＳ０３では、図４において、まずステップＳ０２で求めた電流値Ｉｓに対応するＩ−Ｖ特性線Ｌ１２と電圧降下線Ｌ１の各電圧差ΔＶ１を求める。このΔＶ１は、スタータ３の回転駆動を行う逆起電力を意味している。

続いて、図４中のＩ−Ｖ特性線Ｌ１２と電圧降下線Ｌ１との交点Ｐ１２を求め、この交点Ｐ１２に相当する電流値Ｉ１２を求める。

さらに、処理部３５は、電流値Ｉ１２で回転数がゼロの特性を有するスタータ３のＩ−Ｎ曲線Ｌ１３を求める。そして、このＩ−Ｎ曲線Ｌ１３において、電圧降下がΔＶ１である状態、即ち、電流値Ｉｓ（図３参照）に対応する回転数を求めて、これをｒ１とする。

そして、図２中のステップＳ０４に進み、エンジン始動可能回転数を得るのに必要な逆起電力ΔＶ２を算出する。

ここで、図５は、エンジンの負荷特性Ｌ１４と、スタータ３から連結機構のギヤ比等を換算したときのスタータ３側の回転数とトルクの関係曲線（Ｔ−Ｎ曲線）Ｌ１５を示したものであり、横軸は回転数、縦軸はトルクを示している。自動車によって異なるエンジンの初期回転数ｒｘは、図５のように、エンジンの負荷特性Ｌ１４と、スタータ３のＴ−Ｎ曲線Ｌ１５との交点によって決定される。そして、この図５に示した初期回転数ｒｘは、図４に示したエンジン始動可能回転数ｒ２としてそのまま適用される。ただし、実際には、図５に示した初期回転数ｒｘよりも低い回転数ｒｙでも充分にエンジン始動が可能な場合があるため、初期回転数ｒｘに代えて、それよりも低い回転数ｒｙを図４に示したエンジン始動可能回転数ｒ２に適用してもよい。いずれにしても、図４に示したエンジン始動可能回転数ｒ２は、自動車に搭載されるエンジン及びスタータ３の組合せに固有の所与の値として与えられて、出荷前に記憶部３７内に格納される。

このようにして、ΔＶ１、ｒ１及びｒ２の値が得られると、処理部３５は、次の（４）式に基づいて、エンジン始動可能回転数を得るのに必要な逆起電力ΔＶ２を算出する。

ΔＶ２＝ΔＶ１×ｒ２／ｒ１ …（４）
しかる後、図２中のステップＳ０５に進む。このステップＳ０５では、図４において、電流値Ｉｓに対応する電圧降下線Ｌ１の点よりも、ステップＳ０４で得られたΔＶ２だけ電圧値を加算した電圧レベルＶｚを求める。そして、電流値Ｉｓにおいて電圧レベルＶｚを実現するようなバッテリ１のＩ−Ｖ特性線Ｌ１６を求める。このＩ−Ｖ特性線Ｌ１６は、バッテリ１の劣化が進行して、その内部抵抗値Ｒ_B（図８参照）が限界まで到達している状態を意味している。このため、このＩ−Ｖ特性線Ｌ１６と電圧降下線Ｌ１との交点をＰ１６とし、この交点Ｐ１６の電圧値を、エンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈとして決定する。

かかる手順でエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈを決定することにより、このエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈは、自動車に搭載されるエンジン及びスタータ３の組合せに適合した値となる。

そして、スタータ３がオンされた時点Ｔ１（図７参照）で、図４の点Ｐ１６のようにエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈが実現される場合は、スタータ３のＩ−Ｎ曲線は、点Ｐ１６の電流値Ｉｗで回転数がゼロから上昇し始める曲線Ｌ１７のようになり、上記の電流値Ｉｓの時点で辛うじてスタータ３の回転数がエンジン始動可能回転数ｒ２に到達することになる。

また、スタータ３がオンされた時点Ｔ１（図７参照）で、図４中のエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈより下回るようなバッテリ１の劣化状態では、スタータ３のＩ−Ｎ曲線は、上記の電流値Ｉｓまで下降しても、スタータ３の回転数がエンジン始動可能回転数ｒ２に到達せず、よってエンジン始動が不可能となる可能性が高いことになる。

＜バッテリ劣化判定方法＞
上記のようにしてエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈが決定された後、処理部３５は、このエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈに基づいて、エンジン始動時のバッテリ１の劣化判定を行う。この場合、エンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈをそのまま使用してバッテリ１の劣化判定を行っても良いし、あるいは、予め記憶部３７等に格納された所定の関数またはデータテーブル等を用いて過去のバッテリ１の劣化特性等を使用することでバッテリ１の劣化判定を行っても良い。

そして、その判定結果は、例えば図６に示す出力態様で出力部３９に出力され、この出力部３９において、バッテリ１に劣化の問題がない場合には、例えば表示領域４１ａが点灯され、バッテリ１が劣化している場合には表示領域４１ｂが点灯される。また、この出力部３９には、バッテリ１の充電残量を表示するための表示領域４１ｃを併せて表示する。

以上のように、自動車に搭載されるエンジン及びスタータ３の組合せに応じた適正なエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈを決定し、このエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈに基づいてバッテリ１の劣化判定を行うので、様々な車種・車格の自動車に容易に対応し得るバッテリ状態管理装置を提供することが可能となる。

また、配線及びスタータ３に使用されている金属の種類、及び温度依存性を記憶部３７内に予め記憶させておき、これらに応じて電圧降下線Ｌ１（図１０）が変化した場合に、金属の種類及び温度依存性に基づいて電圧降下線Ｌ１の温度補正等の補正を行っているので、正確なエンジン始動可能電圧閾値Ｖｔｈの演算やバッテリ１の劣化判定を行うことが可能である。尚、金属の種類と温度依存性の両方に基づいて電圧降下線Ｌ１の補正を行うことが望ましいが、いずれか一方のみに基づいて電圧降下線Ｌ１の補正を行ってもよい。

尚、上記実施の形態では、エンジン及びスタータ３に依存しない情報を予め記憶部３７内に格納するとともに、エンジン及びスタータ３に依存する情報をも、このバッテリ状態管理装置が適用される自動車の車種・車格等が決定された後、その自動車に搭載される前の時点で、図示しない信号入力装置を使用するなどして、所定の電気的操作によって所与の値として記憶部３７内に格納するよう説明したが、例えば、エンジン及びスタータ３に依存する情報を、このバッテリ状態管理装置よりも入力操作が容易な他の電子制御ユニット内の記憶装置内に格納し、かかる情報を、車内ＬＡＮ等の通信ネットワークを通じてバッテリ状態管理装置に入力するようにしても差し支えない。そうすれば、エンジン及びスタータ３に依存する情報の入力が容易になる利点がある。

また、上記実施の形態では、エンジンに固有の情報と、スタータ３に固有の情報の両方を用いて、処理部３５での演算や判定等が行われていたが、例えば、スタータ３についての固有の情報のみで、エンジンの必要トルクを推定できるなど、エンジンとスタータ３のうちのいずれか一方のみについての固有の情報のみを使用しても差し支えない場合は、その一方のみについての固有の情報を使用するだけでも差し支えない。

本発明の一の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置を示すブロック図である。 本発明の一の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の動作を示すフローチャートである。 スタータのトルク特性を示す図である。 バッテリのＩ−Ｖ特性線とＩ−Ｎ曲線とからエンジン始動可能電圧閾値を求める方法を示す図である。 エンジンの負荷特性とスタータのＴ−Ｎ曲線を示す図である。 本発明の一の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の出力部の表示例を示す図である。 自動車の始動時のクランキングにおける電圧と電流の推移を示す図である。 バッテリとスタータとが接続された状態を示す等価回路図である。 スタータや配線における電圧降下とバッテリの電流及び電圧を示す図である。 スタータや配線における電圧降下についての温度依存性を示す図である。

符号の説明

１ バッテリ
３ スタータ
５，７ 配線
９ イグニションスイッチ
３１ 電流センサ
３３ 電圧センサ
３５ 処理部
３７ 記憶部
３９ 出力部
４１ａ 表示領域
４１ｂ 表示領域

Claims (6)

1. 自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   エンジン及びスタータに依存しない情報が予め格納された記憶部と、
   前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報及び前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報に基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する処理部と
   を備え、
   前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報が、
   バッテリの劣化度に応じた当該バッテリにおける電流と電圧との関係を示す第１の情報と、
   初期電流を変数とするスタータの電流と回転数との関係を示す第２の情報と
   を含み、
   前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、
   前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第３の情報と、
   前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第４の情報と、
   前記エンジン始動可能回転数を示す第５の情報と
   を含み、
   前記処理部が、
   前記第１の情報と前記第４の情報に前記第３の情報の前記電流値を適用し、当該電流値における前記第１の情報の前記電圧と前記第４の情報の前記電圧降下との差を、前記逆起電力として算出する第１の機能と、
   前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記第１の情報における前記電圧と、前記第４の情報の前記電圧降下とが一致する電流を、前記初期電流とし、当該初期電流を前記第２の情報に適用して、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの電流と回転数との関係を求める第２の機能と、
   前記第２の機能で求めた結果に前記第３の情報の前記電流値を適用し、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの前記回転数を求める第３の機能と、
   前記第３の機能で求められた前記回転数と、前記第５の情報の前記エンジン始動可能回転数との比を演算するとともに、当該比と前記第１の機能で求めた前記逆起電力とに基づいて、劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係を求める第４の機能と、
   前記第４の機能で求めた劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係と、前記第４の情報とに基づいて、前記エンジン始動可能電圧閾値を決定する第５の機能と
   を備えるバッテリ状態管理装置。
2. 自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   エンジン及びスタータに依存しない情報が予め格納された記憶部と、
   前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報及び前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報に基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定し、前記エンジン始動可能電圧閾値に基づいて、前記バッテリの劣化判定を行う処理部と
   を備えるバッテリ状態管理装置。
3. 自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   エンジン及びスタータに依存しない情報が予め格納された記憶部と、
   前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報及び前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報に基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する処理部と
   を備え、
   前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、
   前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第１の情報と、
   前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第２の情報と、
   前記エンジン始動可能回転数を示す第３の情報と
   を含み、
   前記第２の情報が、前記スタータ及びその配線に使用されている金属の種類及び／または温度依存性に基づいて補正されることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
4. 自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理方法であって、
   ａ）エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納する工程と、
   ｂ）前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報と、前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程と
   を備え、
   前記ｂ）の工程における前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報が、
   バッテリの劣化度に応じた当該バッテリにおける電流と電圧との関係を示す第１の情報と、
   初期電流を変数とするスタータの電流と回転数との関係を示す第２の情報と
   を含み、
   前記ｂ）の工程に使用される前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、
   前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第３の情報と、
   前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第４の情報と、
   前記エンジン始動可能回転数を示す第５の情報と
   を含み、
   前記ｂ）の工程が、
   ｂ−１）前記第１の情報と前記第４の情報に前記第３の情報の前記電流値を適用し、当該電流値における前記第１の情報の前記電圧と前記第４の情報の前記電圧降下との差を、前記逆起電力として算出する工程と、
   ｂ−２）前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記第１の情報における前記電圧と、前記第４の情報の前記電圧降下とが一致する電流を、前記初期電流とし、当該初期電流を前記第２の情報に適用して、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの電流と回転数との関係を求める工程と、
   ｂ−３）前記ｂ−２）の工程で求めた結果に前記第３の情報の前記電流値を適用し、前記バッテリがほぼ劣化していない場合の前記スタータの前記回転数を求める工程と、
   ｂ−４）前記ｂ−３）の工程で求められた前記回転数と、前記第５の情報の前記エンジン始動可能回転数との比を演算するとともに、当該比と前記ｂ−１）の工程で求めた前記逆起電力とに基づいて、劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係を求める工程と、
   ｂ−５）前記ｂ−４）の工程で求めた劣化の限界状態である前記バッテリの電流と電圧との関係と、前記第４の情報とに基づいて、前記エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程と
   を備えるバッテリ状態管理方法。
5. 自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理方法であって、
   ａ）エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納する工程と、
   ｂ）前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報と、前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程と、
   ｃ）前記ｂ）の工程の後に、前記エンジン始動可能電圧閾値に基づいて、前記バッテリの劣化判定を行う工程と
   を備えるバッテリ状態管理方法。
6. 自動車に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理方法であって、
   ａ）エンジン及びスタータに依存しない情報を、予め所定の記憶部に格納する工程と、
   ｂ）前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報と、前記記憶部に予め格納された前記エンジン及び前記スタータに依存しない情報とに基づいて、エンジン始動可能電圧閾値を決定する工程と
   を備え、
   前記ｂ）の工程に使用される前記エンジン及び／または前記スタータに固有の情報が、
   前記エンジンのクランキング時に必要な前記スタータの電流値の第１の情報と、
   前記スタータの内部抵抗及び配線抵抗による電流と電圧降下との関係を示す第２の情報と、
   前記エンジン始動可能回転数を示す第３の情報と
   を含み、
   前記第２の情報が、前記スタータ及びその配線に使用されている金属の種類及び／または温度依存性に基づいて補正されることを特徴とするバッテリ状態管理方法。

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