JP4677970B2 - Battery state determination device and lead battery for automobile - Google Patents
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Description
本発明は電池状態判定装置および自動車用鉛電池に係り、特に、鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置および該電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池に関する。 The present invention relates to a battery state determination device and a lead battery for an automobile, and more particularly to a battery state determination device for determining a health state of a lead battery and an automotive lead battery including the battery state determination device.
一般に、自動車には内燃機関始動用の鉛電池が搭載されており、このような鉛電池は自動車用ないし車載用鉛電池と呼ばれている。自動車用鉛電池は、自動車の始動を確保するという点から、極めて重要な部品である。従って、自動車用鉛電池の電池状態を検知することは、例えば、自動車が一旦停止した後で、内燃機関の再始動を予測ないし保証するという意味で有益である。 In general, a lead battery for starting an internal combustion engine is mounted on an automobile, and such a lead battery is called a lead battery for an automobile or a vehicle. The lead battery for automobiles is an extremely important component from the viewpoint of ensuring the start of the automobile. Therefore, detecting the battery state of the lead battery for automobiles is useful in the sense of, for example, predicting or guaranteeing restart of the internal combustion engine after the automobile has stopped.
このため、従来、自動車用鉛電池の開回路電圧測定、交流電流を用いた内部抵抗の測定、充電電流や放電電流と放電電圧等との併用測定により、電池状態を検知する試みがなされてきた。その具体例として、鉛電池の電圧と電流との関係を予め準備しておき、実際の測定で得られたデータと比較して、鉛電池の残容量を検知する残容量検出装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、交流電流を印加して、内部抵抗が一定値以上になった時から内部抵抗と残容量の相関式を求め、これを基に鉛電池の残容量を監視すると共に、寿命期間を推定する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。更に、電流センサを用いずに、開回路電圧と放電時電圧とから鉛電池の内部抵抗を求め、予め定められた内部抵抗とSOHとの関係から、鉛電池の健康状態を検知する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。このような電池状態検知装置では、一般に、劣化判定の基準となる判定しきい値を用いて、鉛電池の交換が必要な程劣化したか否かを判定している。 For this reason, conventionally, attempts have been made to detect the battery state by measuring the open circuit voltage of an automotive lead battery, measuring the internal resistance using an alternating current, and measuring the charge current, discharge current and discharge voltage together. . As a specific example, there is disclosed a remaining capacity detecting device that prepares a relationship between the voltage and current of a lead battery in advance and detects the remaining capacity of the lead battery in comparison with data obtained by actual measurement. (For example, refer to Patent Document 1). In addition, when an alternating current is applied and the internal resistance exceeds a certain value, a correlation equation between the internal resistance and the remaining capacity is obtained, and based on this, the remaining capacity of the lead battery is monitored and the lifetime is estimated. A technique is disclosed (for example, see Patent Document 2). Furthermore, a technology for obtaining the internal resistance of a lead battery from an open circuit voltage and a discharge voltage without using a current sensor and detecting the health condition of the lead battery from a predetermined relationship between the internal resistance and SOH is disclosed. (For example, see Patent Document 3). In such a battery state detection device, in general, it is determined whether or not the lead battery has deteriorated enough to be replaced, using a determination threshold value that is a criterion for deterioration determination.
ところで、電流センサを使用せず、鉛電池の電圧測定のみで鉛電池の健康状態を判定するには、鉛電池のエンジン始動前の開回路電圧が一定値以上の無劣化状態における鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値と、現在の(無劣化ないし劣化状態における)鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値との電圧差ないし割合が、劣化判定のための判定しきい値より大きいか否かにより、健康状態(劣化状態)を判定することが考えられる。しかしながら、例えば、鉛電池の店頭在庫期間が長く鉛電池が放電気味で、さらに自動車に取り付けた後、ドライバがいわゆる週末ドライバで自動車をほとんど運転しないような場合には、開回路電圧が一定値以上という条件を満たさないことがあり、無劣化状態における鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値を取得できない状態が想定される。鉛電池が実質的に無劣化状態にあるのは、自動車への搭載時点(使用開始)から概ね半年程度と考えられ、この期間での取得を逃すと、無劣化状態における鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値は永久に取得できなくなり、結果として、鉛電池の健康状態が判定できなくなる。 By the way, in order to determine the health state of a lead battery only by measuring the voltage of the lead battery without using a current sensor, the lead battery engine in an undegraded state where the open circuit voltage of the lead battery before starting the engine is above a certain value. Whether or not the voltage difference or ratio between the minimum voltage value at the start and the current minimum voltage value at the start of the lead battery engine (in a non-degraded or deteriorated state) is greater than a determination threshold for determining deterioration It is conceivable to determine the health state (deterioration state). However, for example, if the lead-acid battery has a long over-the-counter inventory period and the lead battery seems to be discharged, and the driver is a so-called weekend driver, and the driver rarely drives the car, the open circuit voltage is above a certain value. It is assumed that the minimum voltage value at the time of engine start of the lead battery in the non-degraded state cannot be obtained. It is considered that the lead battery is substantially in a non-degraded state for about half a year from the time when it is installed in a car (beginning of use). As a result, the health condition of the lead battery cannot be determined.
本発明は上記事案に鑑み、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を的確に判定可能な電池状態判定装置およびこの電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the battery state determination apparatus which can determine the health condition of a lead battery exactly, without using a current sensor, and the lead battery for motor vehicles provided with this battery state determination apparatus in view of the said case. .
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、自動車用鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置において、前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧から前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値Vstを算出するVst算出手段と、前記Vst算出手段で算出された最低電圧値Vstが所定条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断したときに、該最低電圧値Vstを前記鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0としてメモリに格納するVst0格納手段と、前記Vst0格納手段により前記メモリに格納された最低電圧値Vst0と前記Vst算出手段により前記鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値Vstとから、前記鉛電池の健康状態を判定する状態判定手段と、を備え、前記Vst0格納手段は、少なくとも前記鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、前記所定条件を満たさないと判断した場合でも、前記最低電圧値Vst0の仮の値として前記メモリに格納することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect of the present invention is a battery state determination device for determining a health state of a lead battery for an automobile, wherein the voltage measurement unit measures the voltage of the lead battery, and the voltage measurement unit. Vst calculating means for calculating the minimum voltage value Vst at the time of starting the engine of the lead battery from the voltage measured in step (b), determining whether the minimum voltage value Vst calculated by the Vst calculating means satisfies a predetermined condition, Vst0 storage means for storing the lowest voltage value Vst in the memory as the lowest voltage value Vst0 at the time of starting the engine in the non-degraded state of the lead battery when it is determined that it is satisfied, and stored in the memory by the Vst0 storage means From the lowest voltage value Vst0 and the latest lowest voltage value Vst calculated by the Vst calculation means in the non-degraded state or the deteriorated state of the lead battery, the lead battery State determination means for determining a state of rest, wherein the Vst0 storage means at least sets the minimum voltage value Vst at the time of initial engine start of the lead battery even if the minimum voltage value Vst is determined not to satisfy the predetermined condition. A temporary value of the voltage value Vst0 is stored in the memory.
本態様では、電圧測定手段により鉛電池の電圧が測定され、Vst算出手段により電圧測定手段で測定された電圧から鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値Vstが算出される。Vst0格納手段により、この最低電圧値Vstは所定条件を満たすか否かが判断され、満たすと判断されたときに、該最低電圧値Vstは鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0としてメモリに格納される。この所定条件としては、例えば、鉛電池が自動車に取り付けられてから所定期間未満、かつ、鉛電池のエンジン始動前の開回路電圧が所定電圧値以上であること、とすることができる。そして、状態判定手段により、Vst0格納手段でメモリに格納された最低電圧値Vst0とVst算出手段で鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値Vstとから、鉛電池の健康状態が判定される。このように、状態判定手段が鉛電池の健康状態を判定するためには、Vst0格納手段による最低電圧値Vst0の取得が前提となるが、Vst0格納手段は、最低電圧値Vstが所定条件を満たさないと最低電圧値Vst0を取得せず、最低電圧値Vst0が取得されないと、状態判定手段による健康状態の判定がなされない。このため、本態様では、Vst0格納手段が、少なくとも鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、最低電圧値Vst0の仮の値としてメモリに格納し、状態判定手段がこの仮の値を用いることで、常に、状態判定手段による鉛電池の健康状態の判定を可能とした。本態様によれば、状態判定手段により、鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と直近の最低電圧値とから鉛電池の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を判定することができると共に、Vst0格納手段が、少なくとも鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0の仮の値としてメモリに格納するので、常に、状態判定手段による健康状態の判定を行うことができる。 In this aspect, the voltage of the lead battery is measured by the voltage measuring means, and the minimum voltage value Vst at the time of starting the engine of the lead battery is calculated from the voltage measured by the voltage measuring means by the Vst calculating means. The Vst0 storage means determines whether or not the minimum voltage value Vst satisfies a predetermined condition. When it is determined that the minimum voltage value Vst satisfies the minimum voltage value Vst, the minimum voltage value Vst is the minimum voltage value at the start of the engine when the lead battery is not deteriorated. Vst0 is stored in the memory. As this predetermined condition, for example, it can be assumed that the open circuit voltage of the lead battery before starting the engine is greater than or equal to a predetermined voltage value after the lead battery is attached to the automobile. Then, the health of the lead battery is calculated from the minimum voltage value Vst0 stored in the memory by the Vst0 storage means and the latest minimum voltage value Vst calculated by the Vst calculation means when the lead battery is not deteriorated or deteriorated by the state determination means. The state is determined. As described above, in order for the state determination unit to determine the health state of the lead battery, it is assumed that the minimum voltage value Vst0 is acquired by the Vst0 storage unit. However, the Vst0 storage unit satisfies the predetermined condition for the minimum voltage value Vst. Otherwise, the minimum voltage value Vst0 is not acquired, and if the minimum voltage value Vst0 is not acquired, the health determination by the state determination unit is not performed. For this reason, in this aspect, even if the Vst0 storage means determines that at least the lowest voltage value Vst at the time of the first engine start of the lead battery does not satisfy the predetermined condition, it is stored in the memory as a temporary value of the lowest voltage value Vst0. By storing and using the provisional value by the state determination means, the state determination means can always determine the health condition of the lead battery. According to this aspect, since the state determination means determines the health state of the lead battery from the lowest voltage value calculated in the non-degraded state of the lead battery and the latest lowest voltage value, the lead is used without using a current sensor. Even when the health state of the battery can be determined and the Vst0 storage means determines that at least the minimum voltage value Vst at the start of the first engine of the lead battery does not satisfy the predetermined condition, the lead battery has no deterioration state Is stored in the memory as a provisional value of the lowest voltage value Vst0 at the time of engine start, so that it is always possible to determine the health state by the state determination means.
本態様において、電池状態検知装置への作動電力の供給が途絶える場合を想定すると、無劣化状態でのみ取得可能な最低電圧値Vst0のデータを失わないようにするために、メモリは不揮発性メモリであることが好ましく、コスト等の観点からこのメモリの容量を小さくするには、Vst0格納手段は、メモリに最低電圧値Vst0を格納する際に、仮の値が格納されているかを判断し、肯定判断のときに、該仮の値を最低電圧値Vst0に置き換えることが好ましい。また、Vst0格納手段は複数個の最低電圧値Vst0をメモリに格納し、状態判定手段はメモリに格納された複数個の最低電圧値Vst0の平均値、最頻値、中央値のいずれかと直近の最低電圧値Vstとから、判定しきい値を用いて鉛電池の健康状態を判定するようにすれば、最低電圧値Vst0のバラツキを防止することができ、状態判定手段による鉛電池の健康状態の判定精度を高めることができる。更に、エンジン始動による鉛電池の放電とカーエヤコンやカーナビゲーション等の車載用電装品への放電とを区別するために、Vst算出手段は、電圧測定手段で測定された鉛電池の電圧から、所定時間X(X:1〜100ms)以内に所定電圧Y(Y:0.5〜3.0V)以上の電圧降下があり、かつ、その後に所定値a(a:鉛電池の開回路電圧の109%)以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに最低電圧値Vstを算出し、否定判断のときに最低電圧値Vstを算出しないことが好ましい。 In this embodiment, assuming that supply of operating power to the battery state detection device is interrupted, the memory is a non-volatile memory so as not to lose data of the lowest voltage value Vst0 that can be acquired only in the non-degraded state. Preferably, in order to reduce the capacity of this memory from the viewpoint of cost and the like, the Vst0 storage means determines whether or not a temporary value is stored when storing the minimum voltage value Vst0 in the memory. At the time of determination, it is preferable to replace the temporary value with the minimum voltage value Vst0. The Vst0 storage means stores a plurality of minimum voltage values Vst0 in the memory, and the state determination means stores the closest average value, mode value, or median value of the plurality of minimum voltage values Vst0 stored in the memory. If the health state of the lead battery is determined from the minimum voltage value Vst using the determination threshold value, variation in the minimum voltage value Vst0 can be prevented, and the state of health of the lead battery by the state determination means can be prevented. The determination accuracy can be increased. Further, in order to distinguish between the discharge of the lead battery due to the engine start and the discharge to the in-vehicle electrical components such as the car air conditioner and the car navigation, the Vst calculating means determines the predetermined time from the voltage of the lead battery measured by the voltage measuring means. Within X (X: 1 to 100 ms), there is a voltage drop of a predetermined voltage Y (Y: 0.5 to 3.0 V) or more, and then a predetermined value a (a: 109% of the open circuit voltage of the lead battery) It is preferable to determine whether or not the voltage value is equal to or higher than the above, and calculate the minimum voltage value Vst when an affirmative determination is made and not calculate the minimum voltage value Vst when a negative determination is made.
また、上記課題を解決するために、本発明の第2の態様は、第1の態様の電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池である。第2の態様の自動車用鉛電池においても、第1の態様と同様の作用効果を奏する。 Moreover, in order to solve the said subject, the 2nd aspect of this invention is the lead battery for motor vehicles provided with the battery state determination apparatus of the 1st aspect. The lead battery for automobiles according to the second aspect also has the same operational effects as the first aspect.
本発明によれば、状態判定手段により、鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と直近の最低電圧値とから鉛電池の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を判定することができると共に、Vst0格納手段が、少なくとも鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0の仮の値としてメモリに格納するので、常に、状態判定手段による健康状態の判定を行うことができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, the state determination means determines the health state of the lead battery from the lowest voltage value calculated in the non-degraded state of the lead battery and the latest lowest voltage value. Even when the health state of the battery can be determined and the Vst0 storage means determines that at least the minimum voltage value Vst at the start of the first engine of the lead battery does not satisfy the predetermined condition, the lead battery has no deterioration state Since it is stored in the memory as a temporary value of the minimum voltage value Vst0 at the time of starting the engine, it is possible to obtain the effect that the health judgment can always be made by the state judging means.
以下、図面を参照して、本発明を自動車用鉛電池(型式:65B24R)に適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an automotive lead battery (model: 65B24R) will be described with reference to the drawings.
(構成)
図1に示すように、本実施形態の鉛電池10は、電池容器となる略角型の電槽8を有しており、電槽8内には合計6組の極板群が収容されている。電槽8の材質には、成形性、絶縁性および耐久性等の点で優れる、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、アクリルブタジエンスチレン(ABS)等の高分子樹脂を選択することができる。各極板群は、複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されており、セル電圧は2.0Vとされている。従って、鉛電池10の公称電圧は12Vである。電槽8の上部は、電槽8の上部開口を密閉するPE等の高分子樹脂製の上蓋9に接着ないし溶着されている。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the
上蓋9には、鉛電池10を自動車用電源として外部へ電力を供給するための2本(正負極)の出力端子7が立設されている。また、上蓋9には、鉛電池10の健康状態を判定する電池状態判定装置としてのAIユニット1が収容(内蔵)されている。
The
AIユニット1は、ADコンバータ、基準電源等で構成され鉛電池10の電圧を測定する電圧測定部と、ADコンバータ、サーミスタ等で構成され鉛電池10の温度を測定する温度測定部と、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、不揮発性メモリのEEPROM等を有して構成された演算部と、コイル式のブザー(不図示)、ブザーを作動させるためのトランジスタや抵抗等を有して構成され警告音を発生させる報知部と、操作ボタン3、発光ダイオード(以下、LEDという。)、トランジスタや抵抗等を有して構成されLEDを点灯させて鉛電池10が要交換であることを表示する操作表示部2とを備えている。なお、AIユニット1は上蓋9内で接続導体により出力端子7に接続されており、作動電源は鉛電池10から供給される。
The
上蓋9のAIユニット1のブザーが実装された位置にはブザー放音孔6が形成されており、AIユニット1の操作表示部2の上面は上蓋9の上面と略同一平面を形成している。
A buzzer
(劣化判定原理)
次に、AIユニット1による鉛電池10の劣化(健康状態)判定の原理について説明する。
(Degradation judgment principle)
Next, the principle of determining deterioration (health state) of the
マイクロプロセッサ(以下、MPと略称する。)は、所定時間(例えば、2ms)毎に、電圧測定部を介して鉛電池10のデジタル電圧値を取り込んでRAMに格納しており、取り込んだ電圧値に基づいて、鉛電池10の健康状態を判定する。
The microprocessor (hereinafter abbreviated as MP) captures the digital voltage value of the
一般に、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する自動車では、鉛電池から電力を供給し、セルモータを回して、エンジンを始動する。この際、大電流が流れるが、それに伴い、鉛電池の端子間電圧は大きく降下する。このときの電圧降下、および電流の時間変化を測定すると、セルモータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、図4および図5に示すように、同時に鉛電池の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す。この電圧降下が最大となる最低電圧値Vstは、鉛電池からの放電電流が最大となる最大電流値Istのときに同時に現われる。 In general, in an automobile having an internal combustion engine such as a gasoline engine vehicle or a diesel engine vehicle, electric power is supplied from a lead battery, and a cell motor is rotated to start the engine. At this time, a large current flows, and accordingly, the voltage between the terminals of the lead battery greatly drops. When the voltage drop at this time and the time change of the current are measured, a sharp peak-shaped large current flows immediately after the current starts to flow through the cell motor, and at the same time, between the terminals of the lead battery as shown in FIGS. The voltage shows a sharp valley-like voltage drop. The minimum voltage value Vst at which this voltage drop is maximum appears simultaneously at the maximum current value Ist at which the discharge current from the lead battery is maximum.
いま、エンジン始動系電気抵抗をRとすると、最低電圧値Vst、最大電流値Istの出現するタイミングにおいて、下記式(1)に示すようにオームの法則が成立する。 Assuming that the engine starting system electrical resistance is R, Ohm's law is established as shown in the following formula (1) at the timing when the minimum voltage value Vst and the maximum current value Ist appear.
エンジン始動系電気抵抗Rは、エンジン始動時にセルモータ、ハーネス等で構成されるエンジン始動系の抵抗であり、セルモータの静止導体としての抵抗に、車両のハーネス、電気接点等の抵抗を合計した全抵抗である。なお、エンジン始動系電気抵抗Rが一定値となるのは、最低電圧値Vstをとるときのタイミングのみで、その他のタイミングではエンジン始動系電気抵抗Rは時間とともに変化するため、式(1)は成立しない。 The engine starting system electric resistance R is the resistance of the engine starting system constituted by a cell motor, a harness, etc. at the time of starting the engine. The total resistance obtained by adding the resistance of the cell motor as a stationary conductor to the resistance of the vehicle harness, electric contact, etc. It is. It should be noted that the engine starting system electric resistance R is a constant value only at the timing when the minimum voltage value Vst is taken, and at other timings, the engine starting system electric resistance R changes with time. Not satisfied.
逆にいうと、車両が同じならば、エンジン始動電圧を最低電圧値Vstのタイミングで取得できれば、式(1)を利用して、エンジン始動系電気抵抗R自体を、抵抗値が一定である一種の抵抗器として鉛電池の劣化判定に使用できる。 In other words, if the vehicle is the same, if the engine starting voltage can be acquired at the timing of the lowest voltage value Vst, the engine starting system electric resistance R itself is a constant with a constant resistance value using the formula (1). This resistor can be used to judge deterioration of lead batteries.
一方、最低電圧値Vst、最大電流値Istの出現するタイミングにおいて、鉛電池の開回路電圧をVo、鉛電池の内部抵抗をrとすると、下記式(2)が成り立つ。 On the other hand, when the open circuit voltage of the lead battery is Vo and the internal resistance of the lead battery is r at the timing when the minimum voltage value Vst and the maximum current value Ist appear, the following equation (2) is established.
式(1)を式(2)に代入することにより、下式(3)が求められる。 By substituting equation (1) into equation (2), the following equation (3) is obtained.
式(3)から、最低電圧値Vstは、開回路電圧Vo、エンジン始動系電気抵抗R、鉛電池の内部抵抗rの関数となっていることが分かる。内部抵抗rは、鉛電池の無劣化状態で最小の値を示し、健康状態(SOH)が低下するにつれて増加する。従って、式(3)から、最低電圧値Vstが鉛電池の健康状態の指標となる。換言すれば、鉛電池の健康状態が低下すると(鉛電池が劣化すると)、内部抵抗rは大きくなるため、最低電圧値Vstは低下する。 From equation (3), it can be seen that the minimum voltage value Vst is a function of the open circuit voltage Vo, the engine starting system electrical resistance R, and the internal resistance r of the lead battery. The internal resistance r shows the minimum value in the non-degraded state of the lead battery, and increases as the health state (SOH) decreases. Therefore, from Equation (3), the minimum voltage value Vst is an indicator of the health status of the lead battery. In other words, when the health state of the lead battery is reduced (when the lead battery is deteriorated), the internal resistance r is increased, so that the minimum voltage value Vst is lowered.
図6は、無劣化状態(初期状態)の鉛電池と劣化後の同じ鉛電池について、エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧の推移を表したものである。図6では、無劣化状態の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値をVst0、劣化後のエンジン始動時の最低電圧値をVstで表している。なお、図6において、鉛電池の劣化が進むにつれて、無劣化状態での最低電圧値Vst0と劣化後の最低電圧値Vstとの電圧差ΔVst(=Vst0−Vst)は大きくなる。 FIG. 6 shows the transition of the terminal voltage of the lead battery at the time of starting the engine for the lead battery in an undegraded state (initial state) and the same lead battery after deterioration. In FIG. 6, the lowest voltage value at the time of starting the engine of the lead battery in the non-degraded state is represented by Vst0, and the lowest voltage value at the time of starting the engine after deterioration is represented by Vst. In FIG. 6, as the lead battery deteriorates, the voltage difference ΔVst (= Vst0−Vst) between the lowest voltage value Vst0 in the non-degraded state and the lowest voltage value Vst after deterioration increases.
AIユニット1は、上記原理に従い、電圧差ΔVstが後述する判定しきい値Vthより大きくなったときに、鉛電池10の劣化が進み要交換状態に至ったと判定する。ただし、上述したように、上記原理(式(1))を利用するためには、エンジン始動時の最低電圧値Vst0、Vstを正確に取得することが前提となるため、最低電圧値Vst0、Vstを最適タイミングで取得する必要がある。
In accordance with the above principle, the
(エンジン状態判定)
また、AIユニット1は、電圧測定部を介して測定した鉛電池10の電圧に基づいてエンジン状態を検知する機能を有している。すなわち、MPは、鉛電池10の電圧を常時監視(測定)し、電圧測定部を介して測定した電圧の変化より、エンジン始動、エンジン起動中、エンジン停止のエンジン状態を判定する。
(Engine condition judgment)
The
<エンジン始動>
MPは、鉛電池10の放電開始後X(1〜100)ms以内にY(0.50〜3.0)V以上の電圧降下(例えば、好適には、15ms以内に1.5V以上の電圧降下)があり、かつその後にある所定値a以上になったか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものと判定する。aの電圧値には、例えば、鉛電池10のOCVの109〜121%の電圧値を用いることができる。一方、否定判断のときにはカーエアコンやカーナビゲーション等の車載電装品を起動させたものとみなし、エンジンは始動していないとみなす。
<Engine start>
MP is a voltage drop of Y (0.50 to 3.0) V or more within X (1 to 100) ms after the start of discharge of the lead battery 10 (for example, preferably a voltage of 1.5 V or more within 15 ms). It is determined whether or not the engine has started and the engine has been started when the determination is affirmative. As the voltage value of a, for example, a voltage value of 109 to 121% of the OCV of the
<エンジン起動中>
MPは、上述したエンジン始動の肯定判断の後、常時鉛電池10の電圧が上述した所定値a以上(エンジンが起動中の場合は発電機(オルタネータ、レギュレータ)が作動しているため、鉛電池10は充電状態となっており、電圧がOCVより高くなる。)か否かを判断し、肯定判断のときにエンジン起動中と判定する。
<Engine is running>
MP is a lead battery because the voltage of the
<エンジン停止>
(1)エンジン起動中と判断した後に、鉛電池10の電圧がある一定値b以下になった場合:エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。bの電圧値には、例えば、鉛電池10のOCVの103〜108%の電圧値を用いることができる。また、(2)エンジン起動中と判断した後に、鉛電池10の電圧がある一定値c以上の速度で低下し、かつ、電圧の降下幅がある一定値d以上の場合:エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。cの電圧低下速度として1.0〜4.0V/s、また、dの電圧降下幅として0.05〜0.20Vを用いることができる。さらに、(3)エンジン起動中と判断した後に、鉛電池10の電圧がある一定値e以下に低下し、かつ、そのときの電圧の変化幅が、ある一定値fの時間幅で、ある一定値g以下になった場合:エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。eの電圧値として鉛電池10のOCVの102〜109%の電圧値、fの値として0.01〜1.0s、gの電圧の変化幅として0.1〜0.3Vを用いることができる。MPは、(1)〜(3)のいずれかに該当したときに、エンジンが停止したもと判定する。
<Engine stop>
(1) After determining that the engine is being started, if the voltage of the
なお、MPは、エンジン停止後、鉛電池10の分極反応が解消した後(例えば、6時間経過後)に測定した鉛電池10の電圧をOCVとして取得する。
In addition, MP acquires the voltage of the
(動作)
次に、フローチャートを参照して、AIユニット1の動作についてMPを主体として説明する。なお、AIユニット1に鉛電池1から電源が供給されると、初期設定処理において、プログラム、判定しきい値Vth等を含むプログラムデータがROMからRAMに展開され鉛電池10の劣化を判定するための劣化判定ルーチンが実行される。
(Operation)
Next, with reference to a flowchart, the operation of the
図2に示すように、劣化判定ルーチンでは、まず、ステップ102において、エンジン始動があるまで待機する。MPは、上述したエンジン状態判定によりエンジン始動を判定する。エンジン始動と判定したときには、次のステップ104で、RAMに格納された電圧値を参照して、鉛電池10の放電開始時に測定された最初の最低電圧値、かつ、鉛電池10の放電開始後15ms以内に測定された最低電圧値を、エンジン始動時の最低電圧値Vstとして算出する。なお、MPは温度測定部を介して鉛電池10の温度測定を行い、取り込んだ温度値により、最低電圧値Vstを、例えば、室温(25°C)における電圧値に温度補正する。
As shown in FIG. 2, in the deterioration determination routine, first, in
次のステップ106では、無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst0が既に取得されているか否かを、EEPROMを参照して判断する。すなわち、例えば、EEPROMの所定番地に、最低電圧値Vst0の値が書き込まれていたり、フラグが立っていれば、最低電圧値Vst0は既に取得されていると(肯定)判断し、ヌルまたはフラグが立っていなければ、最低電圧値Vst0は取得されていないと(否定)判断する。
In the
ステップ106での判断が否定のときは、ステップ108において、鉛電池10の無劣化状態でのエンジン始動時の最低電圧値Vst0を取得するためのVst0取得サブルーチンが実行される。本実施形態では、このVst0取得サブルーチンにおいて、鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vstのうち、所定条件を満たす、鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst*を5個取得し、それらの平均値を、上述した最低電圧値Vst0として算出してEEPROMに格納する。この所定条件としては、例えば、(1)鉛電池10が自動車に取り付けられたときから半年以内であること、かつ、(2)エンジン始動前の鉛電池10のOCV(例えば、前回のエンジン停止後6時間経過時の開回路電圧)が12.5V以上であること(以下、この条件(2)を取得条件という。)、とすることができる。なお、条件(1)からも明らかなように、本実施形態における「鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0」の『無劣化状態』とは、SOHが100%の完全無劣化状態のみをいうのでなく、鉛電池10が健全な初期状態での実質的な無劣化状態をいう。
When the determination in
図3に示すように、Vst0取得サブルーチンでは、まず、ステップ204において、鉛電池10が自動車に取り付けられた後、半年未満か否かを判断する。本実施形態では、操作表示部2には操作ボタン3が配置されているため、条件(1)の判断を行うために、例えば、操作ボタン3が所定操作で所定回数押下されると、MPは、鉛電池10が自動車に取り付けられたと判断し、その時点を起点として計時することで判断するようにしてもよい。ステップ204で否定判断のときは、鉛電池10が無劣化状態ではないとみなし、Vst0取得サブルーチンを終了する。
As shown in FIG. 3, in the Vst0 acquisition subroutine, first, in
一方、ステップ204で肯定判断のときは、ステップ206において、取得条件(上述した条件(2))を満たしているか否かを判断する。
On the other hand, if the determination in
ステップ206での判断が否定のときは、ステップ208において、EEPROMに書き込まれた最低電圧値Vst*が0個か否かを判断する。上述したように、EEPROMには、最終的に最低電圧値Vst*が合計5個書き込まれるが、例えば、鉛電池10が自動車に搭載された後の初めてのエンジン始動時には、最低電圧値Vst*はEEPROMに書き込まれていない。ステップ208で肯定判断のときは、図2のステップ104で算出した最低電圧値Vstを、ステップ206での取得条件を満たしていないが、無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst*の仮の値としてEEPROMに格納する。この理由については後述する。これに対し、ステップ208で否定判断のときは、ステップ104で算出した最低電圧値Vstを、無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst*を取得するためのデータとしては利用せず、Vst0取得サブルーチンを終了する。
If the determination in
一方、ステップ206での判断が肯定のときは、次のステップ214において、EEPROMに書き込まれた最低電圧値Vst*が0個か否かを判断する。ステップ214で肯定判断のときは、図2のステップ104で算出した最低電圧値Vstを、無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst*としてEEPROMに書き込んで、Vst0取得サブルーチンを終了する。これに対し、ステップ214で否定判断のときは、ステップ218において、EEPROMに、無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst*が1個書き込まれているか否かを判断し、ステップ218で肯定判断のときは、次のステップ220において、データ置換(ステップ210で仮の値としてEEPROMに格納されている場合のその仮の値とのデータ置換)が必要か否かEEPROMを参照して判断し、ステップ220で肯定判断のときは、ステップ210でEEPROMに書き込んだ仮の値を、鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst*(図2のステップ104で算出した最低電圧値Vstであって上述した所定条件を満たした最低電圧値)に書き換えて、Vst0取得サブルーチンを終了する。
On the other hand, if the determination in
ステップ220で否定判断のときは、ステップ224において、EEPROMに2個目の無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst*を書き込み、次のステップ228で既に書き込まれた最低電圧値Vst*の平均値を算出し、算出結果もEEPROMに格納して、Vst0取得サブルーチンを終了する。また、ステップ218で否定判断のときは、ステップ226において、EEPROMに無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst*を書き込み、ステップ228へ進む。EEPROMに5個の鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst*を書き込まれ(ステップ226)、5個の最低電圧値Vst*の平均値の最低電圧値Vst0が算出されEEPROMの所定番地に書き込まれると(ステップ228)、図2のステップ106での判断は常に肯定となり、以降、Vst0取得サブルーチンは実行されない。
If a negative determination is made in
図2のステップ106での判断が肯定のときは、ステップ112でEEPROMから無劣化状態の鉛電池10のエンジン始動時の最低電圧値Vst0を読み出し、次のステップ114で電圧差ΔVst(=Vst0−Vst)を算出する。
If the determination in
次に、ステップ116において、電圧差ΔVstが判定しきい値Vthより大きいか否かを判断する。否定判断のときは、鉛電池10の交換を必要とする程劣化が進んでいないため、ユーザ(ドライバ)に警告を発する必要がないので、ステップ102へ戻る。
Next, in
一方、ステップ116で肯定判断のときには、次のステップ118において、エンジンが停止するまで待機する。MPは、上述したエンジン状態判定によりエンジン停止を判定する。エンジン停止と判定したときは、次のステップ120において、鉛電池10が要交換である旨を、以下に述べるように、ブザーによる聴覚的手段およびLEDによる視覚的手段で報知してステップ102へ戻る。
On the other hand, when the determination in
本実施形態では鉛電池10の上蓋9にAIユニット1が収容されているため、AIユニット1は、鉛電池10が設置される場所に配置される。多くはエンジンルーム内であり、または車室等の自動車内であり、ブザーが発する警報音は、走行中は車両のノイズにより聞こえにくい。このため、AIユニット1が発する警報音の発生タイミングを以下のように設定して、ユーザが警報音を聞きやすいタイミングで発し、ユーザに警報音が確実に伝達されるようにしている。なお、AIユニット1は、エンジンが停止したと判定した後、直ちに、DAコンバータを介してLEDを点灯させるトランジスタのゲートにハイレベル信号を出力してLEDを点灯させるとともに、所定時間経過後、別のDAコンバータを介してブザーを作動させるトランジスタのゲートにハイレベル信号を送出して警告音を発生させる。
In the present embodiment, since the
エンジン起動状態からエンジンを停止するタイミングにおいて、ユーザは、自動車から降り、ドアを閉め、ドアをロックして、自動車から離れる、という一連の動作を行うことが多いと推定される。従って、警告音を発生させる場合に、エンジンが停止したと判定したタイミングから一定のタイムラグを設けて報知すれば、警報がユーザに伝達される可能性が高くなる。報知開始タイミングに加えて、ブザーの警告音による報知継続時間もまた報知の重要な要因である。 At the timing of stopping the engine from the engine starting state, it is estimated that the user often performs a series of operations of getting out of the automobile, closing the door, locking the door, and leaving the automobile. Accordingly, when a warning sound is generated, if a certain time lag is provided from the timing when it is determined that the engine has stopped, there is a high possibility that an alarm will be transmitted to the user. In addition to the notification start timing, the notification continuation time by the buzzer warning sound is also an important factor of notification.
これらの具体的な時刻、時間としては、ブザーによる報知開始はエンジン停止後0〜60秒までの間に行われることが好ましい。報知継続時間は2秒以上であることが好ましく、最大数分間報知し続けることが好ましい。また、これらの時刻、時間の最適値は、車両の使用形態によって異なるので、鉛電池10の用途に応じて、個々のケースにより決定するようにすればよい。なお、本実施形態の鉛電池10は一般乗用車用のもので、ブザーによる警告音の報知継続時間を約30秒に設定している。
As these specific times and times, it is preferable that the notification start by the buzzer is performed between 0 and 60 seconds after the engine is stopped. The notification duration is preferably 2 seconds or more, and it is preferable to continue notification for a maximum of several minutes. Moreover, since the optimal value of these time and time changes with the usage forms of a vehicle, what is necessary is just to be determined by each case according to the use of the
本実施形態のAIユニット1によればほとんどの場合、警報音をユーザに確実に伝達できるが、実際には数回の聞き逃しが発生することを想定して、警報音を発生させる判定しきい値Vthは余裕を持ってやや高めに設定しておくことが好ましい。
According to the
一方、LEDによる鉛電池10の電池状態の表示では、エンジン停止後、直ちに、LEDを点灯させて表示する。その時間は、本実施形態では約5分間である。また、AIユニット1は、操作表示部2に操作ボタン3を配置している。ブザーによる警告音を聞いた、または、電池状態を知りたいと希望するユーザが鉛電池10の健康状態を確認できるようにするためである。すなわち、この操作ボタン3による入力があった場合、電池状態をLEDで表示するようにして、ユーザが任意に電池状態を把握できるようにしている。なお、本実施形態では、鉛電池10の要交換を表示するLEDは、ユーザの注意を喚起するため、赤色LEDを用い点灯させるようにしている。
On the other hand, in the display of the battery state of the
(作用等)
次に、本実施形態の鉛電池10の作用等についてAIユニット1を中心に説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the
AIユニット1は、電圧測定部を介して鉛電池10の電圧を測定し、演算部(MP)で、エンジン始動時に測定された電圧から最低電圧値Vstを算出する(ステップ104)。このとき、測定された鉛電池10の電圧から、所定時間X(X:1〜100ms)以内に所定電圧Y(Y:0.5〜3.0V)以上の電圧降下(好適には、15ms以内に1.5V以上の電圧降下)があり、かつ、その後に所定値a(a:鉛電池10の開回路電圧の109%)以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに最低電圧値Vstを算出し、否定判断のときに鉛電池10の車載用電装品への放電とみなして最低電圧値Vstは算出しない(ステップ102)。そして、EEPROMに格納された鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0と直近で測定した鉛電池10の最低電圧値Vstとの電圧差ΔVstが判定しきい値Vthより大きいかを判断することで(ステップ116)、大きいと判断した場合に、エンジン停止後にユーザに鉛電池10が要交換となった旨を報知する(ステップ120)。
The
AIユニット1が鉛電池10の健康状態を判定するためには、電圧差ΔVstを算出するために(ステップ114)、上述した所定条件を満たす鉛電池10の無劣化状態における最低電圧値Vst*の取得が前提となるが、最低電圧値Vstが所定条件を満たさないと最低電圧値Vst*は取得されず、鉛電池10の健康状態の判定ができなくなる。このような原因としては、例えば、鉛電池10の店頭在庫期間が長く鉛電池10が放電気味でさらに自動車に鉛電池10を取り付けた後にドライバが自動車をあまり運転しない場合に、鉛電池10のエンジン始動前の開回路電圧が低いため(条件(2)を満たさず)、最低電圧値Vst*が取得されないことが挙げられ、最低電圧値Vst*が1個でも取得できれば、これを最低電圧値Vst0として利用して電圧差ΔVstを算出することが可能である。そこで、本実施形態では、MPが、鉛電池10の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0の仮の値としてEEPROMに格納し(ステップ210)、この仮の値を用いて電圧差ΔVstを算出して、鉛電池10の健康状態の判定を行う。
In order for the
本実施形態のAIユニット1によれば、鉛電池10の無劣化状態で算出されたエンジン始動時の最低電圧値Vst0と直近の最低電圧値Vstとから鉛電池10の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池10の健康状態を判定することができると共に、鉛電池10の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、所定条件を満たさないと判断した場合でも、鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst*の仮の値としてEEPROMに格納するので、鉛電池10の状態に拘わらず、常に鉛電池10の健康状態の判定を行うことができる。
According to the
また、本実施形態のAIユニット1は不揮発性のEEPROMを備えており、鉛電池10の無劣化状態でしか取得できない最低電圧値Vst*をEEPROMに書き込んでおき(ステップ110)、劣化判定にあたり利用している(ステップ112)。従って、AIユニット1は、例えば、鉛電池10を搭載した自動車が長期間動かされず(鉛電池10が充電されず)、AIユニット1への電力供給が途絶えた後でも、電力の再供給があったときに、無劣化状態でしか取得できない最低電圧値Vst*のデータを失うことなく、鉛電池10の劣化状態を判定することができる。さらに、鉛電池10の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst*を格納する際に、最低電圧値Vst*の仮の値と置き換えるため(ステップ222)、EEPROMの記憶容量を小さくでき、コストダウンを図ることができる。
Further, the
また、本実施形態のAIユニット1は、5個の最低電圧値Vst*の平均値を最低電圧値Vst0としたので、最低電圧値Vst*のバラツキを防止することができ、AIユニット1による鉛電池10の健康状態の判定精度を高めることができる。
In addition, since the
なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、鉛電池10の健康状態について、判定しきい値Vthを用いて、良好、要交換の2つのレベルで判定する例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の判定しきい値を設定し、例えば、良好、要注意、要交換の3つのレベル、または、それ以上に細分した判定を行うようにしてもよい。
In the present embodiment, for the sake of simplicity of explanation, an example in which the health state of the
また、本実施形態では、最低電圧値Vst0と最低電圧値Vstとの電圧差ΔVstを判定しきい値Vthと比較して鉛電池10の劣化判定を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、最低電圧値Vst0と最低電圧値Vstとの割合を判定しきい値と比較するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the example in which the deterioration determination of the
更に、本実施形態では、EEPROMに最低電圧値Vst*が書き込まれていないときに、取得条件を満たしていない場合でも、鉛電池10の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを1個のみ仮に格納する例を示したが(ステップ210)、本発明はこれに限らず、この仮の値のバラツキを防止するために、例えば、鉛電池10の最初から数回のエンジン始動時の最低電圧値Vstを仮に格納しこれらの平均値を最低電圧値Vst*の仮の値として用いるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, when the minimum voltage value Vst * is not written in the EEPROM, even if the acquisition condition is not satisfied, only one minimum voltage value Vst at the time of starting the engine of the
また、本実施形態では、5個の最低電圧値Vst*の平均値を最低電圧値Vst0とする例を示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、複数個の最低電圧値Vst*の最頻値や中央値を最低電圧値Vst0とするようにしてもよい。 In the present embodiment, an example in which the average value of the five lowest voltage values Vst * is set to the lowest voltage value Vst0 is shown, but the present invention is not limited to this. For example, a plurality of lowest voltage values Vst * The mode value or the median value of may be the minimum voltage value Vst0.
更に、本実施形態では、鉛電池10が無劣化状態であること、とりわけ、上述した条件(1)の判断を行う起点として、操作ボタン3が所定操作で所定回数押下する例を示したが、MPが初めてのエンジン始動があったかを監視し、肯定判断のときに、鉛電池10が自動車に取り付けられたものとみなすようにしてもよい。この態様では、操作ボタン3による起点設定を排除することができる。
Furthermore, in this embodiment, although the
そして、本実施形態では、電池状態判定装置としてのAIユニット1を鉛電池10の上蓋9に収容した例を示したが、AIユニット1を鉛電池10から独立させて用いるようにしてもよい。
In the present embodiment, the example in which the
本発明は電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を的確に判定可能な電池状態判定装置およびこの電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池を提供するものであるため、電池状態判定装置や自動車用鉛電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a battery state determination device that can accurately determine the health state of a lead battery without using a current sensor, and an automotive lead battery equipped with the battery state determination device. Since it contributes to the manufacture and sale of lead batteries for automobiles, it has industrial applicability.
1 AIユニット(電圧測定手段、Vst算出手段、Vst0格納手段、状態判定手段、電池状態判定装置)
10 鉛電池
1 AI unit (voltage measurement means, Vst calculation means, Vst0 storage means, state determination means, battery state determination device)
10 Lead battery
Claims (6)
前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段で測定された電圧から前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値Vstを算出するVst算出手段と、
前記Vst算出手段で算出された最低電圧値Vstが所定条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断したときに、該最低電圧値Vstを前記鉛電池の無劣化状態におけるエンジン始動時の最低電圧値Vst0としてメモリに格納するVst0格納手段と、
前記Vst0格納手段により前記メモリに格納された最低電圧値Vst0と前記Vst算出手段により前記鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値Vstとから、前記鉛電池の健康状態を判定する状態判定手段と、
を備え、前記Vst0格納手段は、少なくとも前記鉛電池の最初のエンジン始動時の最低電圧値Vstを、前記所定条件を満たさないと判断した場合でも、前記最低電圧値Vst0の仮の値として前記メモリに格納することを特徴とする電池状態判定装置。 In a battery state determination device for determining the health state of an automotive lead battery,
Voltage measuring means for measuring the voltage of the lead battery;
Vst calculating means for calculating a minimum voltage value Vst at the time of engine start of the lead battery from the voltage measured by the voltage measuring means;
It is determined whether or not the minimum voltage value Vst calculated by the Vst calculation means satisfies a predetermined condition, and when it is determined that the minimum voltage value Vst is satisfied, the minimum voltage value Vst Vst0 storage means for storing the voltage value Vst0 in the memory;
Based on the lowest voltage value Vst0 stored in the memory by the Vst0 storage means and the latest lowest voltage value Vst calculated by the Vst calculation means in the non-degraded or deteriorated state of the lead battery, the health state of the lead battery is determined. State determination means for determining;
The Vst0 storage means includes the memory as a provisional value of the minimum voltage value Vst0 even when it is determined that at least the minimum voltage value Vst at the time of starting the first engine of the lead battery does not satisfy the predetermined condition. The battery state determination device characterized by being stored in the battery.
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