JP4702251B2 - 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(アイドルストップ・スタート、ISS)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 a lead battery for an automobile is useful in the sense of, for example, predicting or guaranteeing a restart (idle stop / start, ISS) of an 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ともに、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)。これらの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 these battery state detection devices, in general, it is determined whether or not the battery has deteriorated to the extent that it is necessary to replace the lead battery, using a determination threshold value that is a criterion for deterioration determination.
ところが、同じSOHの鉛電池でも、鉛電池の使用開始からの経過期間によって、その後のSOHの推移は大きく異なる。使用開始から相当の時間が経過した鉛電池は、使用期間の短い同じSOHの鉛電池に比べ、急激に劣化が進み、ある時点でエンジン始動ができなくなる。従来の電池状態判定装置では、鉛電池の劣化を判定する際に用いられる判定しきい値を一定値に設定しているため、上述したような急激に劣化が進む鉛電池に対して、ユーザに鉛電池の要交換等を報知することは難しい。すなわち、ユーザまたは車検場の担当者が意図的にテスタのような検査装置で自動車用鉛電池の健康状態を検査(判定)する場合には問題はないが、電池状態判定装置は一般に鉛電池と一体か鉛電池の近傍に配置され、多くの場合、エンジンルーム等のユーザの目に触れない場所に配置されるため、電池状態判定装置が要交換の報知を発しても、ユーザが見過ごす場合がある。このため、ISS等を確保するために、鉛電池が交換を要する程劣化した場合には、早期に警告を発出することが望ましい。 However, even in the same SOH lead battery, the subsequent transition of SOH varies greatly depending on the elapsed period from the start of use of the lead battery. Lead batteries that have been used for a considerable amount of time have rapidly deteriorated compared to lead batteries of the same SOH, which have a short use period, and the engine cannot be started at a certain point. In the conventional battery state determination device, the determination threshold value used when determining the deterioration of the lead battery is set to a constant value. It is difficult to notify that the lead battery needs to be replaced. That is, there is no problem when the user or the person in charge at the vehicle inspection site intentionally inspects (determines) the health condition of the lead battery for automobiles with an inspection device such as a tester, but the battery state determination device is generally a lead battery. Because it is placed in one piece or in the vicinity of the lead battery, and in many cases it is placed in a place where the user cannot see, such as the engine room, even if the battery state determination device issues a notification that replacement is required, the user may overlook it. is there. For this reason, in order to ensure ISS etc., when a lead battery deteriorates so that replacement | exchange needs, it is desirable to issue a warning early.
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早期かつ適正に判定可能な電池状態判定装置および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。 In view of the above circumstances, the present invention has an object to provide a battery state determination device capable of determining the health state of a lead battery early and appropriately without using a current sensor, and an automotive lead battery including the battery state determination device. To do.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、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のうち前記鉛電池の放電時の最低電圧値を算出する算出手段と、前記算出手段により前記鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と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、前記状態判定手段は、前記鉛電池の使用開始からの時間によって変化する劣化判定用の判定しきい値を用いて、前記鉛電池の健康状態を判定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 the health state of a lead battery, wherein the voltage measurement means for measuring the voltage of the lead battery and the voltage measurement means Calculating means for calculating a minimum voltage value at the time of discharging the lead battery, and a minimum voltage value calculated in the non-deteriorating state of the lead battery by the calculating means and a non-deteriorating or deteriorating state of the lead battery. And a state determination unit that determines the health state of the lead battery from the latest minimum voltage value calculated in
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、算出手段により電圧測定手段で測定された電圧のうち鉛電池の放電時の最低電圧値が算出される。そして、状態判定手段により算出手段で鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と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とから、劣化判定用の判定しきい値を用いて鉛電池の健康状態が判定されるが、状態判定手段は、鉛電池の使用開始からの時間によって変化する劣化判定用の判定しきい値を用いて、鉛電池の健康状態を判定する。本態様によれば、状態判定手段により、算出手段で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ともに、状態判定手段は、鉛電池の使用開始からの時間によって変化する判定しきい値を用いるため、経時によって劣化が進む鉛電池の健康状態を早期かつ適正に判定することができる。 In this aspect, the voltage of the lead battery is measured by the voltage measuring means, and the lowest voltage value at the time of discharging of the lead battery is calculated among the voltages measured by the voltage measuring means by the calculating means. Then, the determination threshold for deterioration determination is calculated from the minimum voltage value calculated by the state determination means in the non-deterioration state of the lead battery and the latest minimum voltage value calculated in the non-deterioration or deterioration state of the lead battery. The health status of the lead battery is determined using the value, but the status determination means determines the health status of the lead battery using a determination threshold value for deterioration determination that changes with the time since the start of use of the lead battery. To do. According to this aspect, since the state determination unit determines the health state of the lead battery from the lowest voltage value calculated by the calculation unit in the non-degraded state of the lead battery and the latest lowest voltage value, the current sensor is used. In addition to being able to determine the health condition of the lead battery, the condition determination means uses a determination threshold value that changes depending on the time since the start of use of the lead battery. It can be determined early and appropriately.
本態様において、鉛電池は自動車用鉛電池であり、算出手段が算出する最低電圧値はエンジン始動用のセルモータを駆動するときの鉛電池の放電時電圧のうちの最低電圧値であることが好ましい。また、時間を計測する計時手段を備え、状態判定手段は、計時手段により計測された鉛電池の使用開始からの時間から、鉛電池の使用開始からの時間と判定しきい値との関係を定めたマップないし数式を用いて、判定しきい値を算出するようにしてもよい。このとき、不揮発性のメモリを更に備え、計時手段は一定時間が経過する毎に鉛電池の使用開始からの時間を前記メモリに格納するようにすれば、電池状態検知装置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)メモリに格納された鉛電池の使用開始からの時間を読み出して、鉛電池の健康状態を判定することができる。 In this aspect, the lead battery is a lead battery for automobiles, and the minimum voltage value calculated by the calculating means is preferably the minimum voltage value among the discharge-time voltages of the lead battery when driving the cell motor for starting the engine. . In addition, a time measuring means for measuring time is provided, and the state determining means determines the relationship between the time from the start of use of the lead battery and the determination threshold value from the time from the start of use of the lead battery measured by the time measuring means. The determination threshold value may be calculated using a map or a mathematical expression. At this time, if the nonvolatile memory is further provided and the time measuring means stores the time from the start of use of the lead battery every time a certain time elapses, the power supply to the battery state detection device is interrupted. Even after that (when power is resupplied), the time from the start of use of the lead battery stored in the memory can be read to determine the health condition of the lead battery.
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鉛電池である。第2の態様の鉛電池においても、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 a lead battery provided with the battery state determination apparatus of the 1st aspect. The lead battery of 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、算出手段で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ともに、状態判定手段は、鉛電池の使用開始からの時間によって変化する判定しきい値を用いるため、経時によって劣化が進む鉛電池の健康状態を早期かつ適正に判定することができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, since the state determination means determines the health state of the lead battery from the lowest voltage value calculated by the calculation means in the non-degraded state of the lead battery and the latest lowest voltage value, the current sensor is used. In addition to being able to determine the health condition of the lead battery, the condition determination means uses a determination threshold value that changes depending on the time since the start of use of the lead battery. The effect that it can determine early and appropriately can be acquired.
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3および図4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 measuring the voltage drop and the time change of the current at this time, immediately after the current started to flow to the cell motor, a sharp peak-shaped large current flowed. As shown in FIG. 3 and FIG. 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5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5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5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. 5 shows the transition of the terminal voltage of the lead battery at the time of starting the engine for the lead battery in the non-degraded state (initial state) and the same lead battery after deterioration. In FIG. 5, 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. 5, 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 drop 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. 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、EEPROMの所定番地に、最低電圧値Vst0の値が書き込まれていれば、最低電圧値Vst0は既に取得されていると(肯定)判断し、ヌルであれば、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、ステップ104で算出した最低電圧値Vst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Vst0の条件を満たすか否かを判断する。この条件は、例えば、(1)鉛電池10が自動車に取り付けられた(使用が開始された)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、とすることができる。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。なお、条件(1)からも明らかなように、本実施形態における「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」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。
If the determination in
ステップ108で否定判断のときは、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を取得するためにステップ102に戻り、肯定判断のときは、ステップ110において、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Vst0として、EEPROMに格納して(書き込んで)、ステップ112へ進む。
When a negative determination is made at
一方、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。
On the other hand, if the determination in
次のステップ116では、本発明の特徴の一つである判定しきい値Vthを算出する。すなわち、MPは、内部時計により、鉛電池10が自動車に取り付けられた(使用が開始された)ときからの時間を計測しており、図6の実線に示すように、鉛電池10の使用開始からの時間と判定しきい値との関係を定めた関係式を用いて、現時点での判定しきい値Vthを算出する。図6では、参考のため、従来の判定しきい値が固定値の例を破線で示している。一般に、自動車用鉛電池の交換時期は使用開始から3年程度といわれており、本実施形態では、この時点の経過前は判定しきい値が固定値の場合より大きくなり、経過後は固定値の場合より小さくなる。
In the
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
また、図2では捨象したが、MPは、一定時間(例えば、2週間=336時間)毎に、EEPROMの鉛電池10が自動車に取り付けられた(使用が開始された)ときからの時間を書き換えて更新している。AIユニット1に鉛電池1から電源が供給されたときの初期設定処理において、MPはEEPROMを参照し、所定番地に自動車に取り付けられたときからの時間が書き込まれていれば、前回EEPROMに書き込んだ時点と今回の初期設定処理の時点との間でAIユニット1への電源の供給停止があったものと考えられるため、EEPROMに書き込まれていた時間が、鉛電池10が自動車に取り付けられたときから既に経過しているものとして時間を測定する。
In addition, although omitted in FIG. 2, MP rewrites the time from when 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、演算部で、エンジン始動時に測定された電圧のうち最低電圧値Vstを算出した(ステップ104)後、EEPROMに格納された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を算出する(ステップ114)。次に、鉛電池10の使用開始からの時間と判定しいき値Vthとの関係を定め鉛電池10の使用開始からの時間によって値が変化する判定しきい値の数式に、鉛電池10の使用開始から現時点までの時間を代入することにより、現時点での判定しきい値Vthを算出する(ステップ115)。そして、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
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ともに、鉛電池10の使用開始からの時間によって変化する判定しきい値Vthを用いるため(図6参照)、経時によって劣化が進む鉛電池10の健康状態を早期かつ適正に判定することができる。
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Vst0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する(ステップ112)とともに、鉛電池10の使用開始から一定時間が経過するたびに経過時間をEEPROMに書き込んでいる。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、最低電圧値Vst0や経過時間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。
Further, 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、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。また、本実施形態では判定しいき値の、鉛電池10の使用開始からの時間による変化を直線で表した例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、段階的に(ステップ状に)変化させたり、曲線で変化させたりするようにしてもよい。さらに、数式に限らず、マップ等を用いるようにしてもよい。
In this embodiment, in order to simplify the 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Vst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, an example in which the deterioration determination of the
また、本実施形態では、鉛電池10の要交換を、赤色LEDを点灯させて表示する例を示したが、鉛電池10の劣化が更に進んだときには、点滅させるようにしてもよい。このために、例えば、傾き等が異なる判定用の数式を複数用意しておくようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, an example is shown in which the replacement of the
さらに、本実施形態では、説明を簡単にするために、最低電圧値Vst0を一個取得してEEPROMに格納する例を説明したが、鉛電池10の無劣化状態で複数個の最低電圧値Vst0を取得し、取得した複数個の最低電圧値Vst0の例えば平均値や最頻値を算出してEEPROMに格納するようにしてもよい。このようにすれば、AIユニット1による劣化判定の精度をより高めることができる。
Further, in the present embodiment, for the sake of simplicity, an example in which one minimum voltage value Vst0 is acquired and stored in the EEPROM has been described. However, a plurality of minimum voltage values Vst0 are stored in the non-degraded state of the
また、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)等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し、その時点を条件(1)等の判断を行う起点としてもよい。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。
Further, in the present embodiment, the example in which 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早期かつ適正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 capable of quickly and appropriately determining the health state of a lead battery without using a current sensor, and a vehicle lead battery equipped with the battery state determination device. Since it contributes to the manufacture and sale of equipment and automotive lead-acid batteries, it has industrial applicability.
1 AIユニット(電圧測定手段、算出手段、状態判定手段、電池状態判定装置)
10 鉛電池
1 AI unit (voltage measurement means, calculation means, state determination means, battery state determination device)
10 Lead battery
Claims (5)
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のうち前記鉛電池の放電時の最低電圧値を算出する算出手段と、
前記算出手段により前記鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と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、前記状態判定手段は、前記鉛電池の使用開始からの時間によって変化する劣化判定用の判定しきい値を用いて、前記鉛電池の健康状態を判定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 a lead battery,
Voltage measuring means for measuring the voltage of the lead battery;
A calculating means for calculating a minimum voltage value at the time of discharging the lead battery among the voltages measured by the voltage measuring means;
A state in which the health state of the lead battery is determined from the lowest voltage value calculated in the non-deteriorated state of the lead battery by the calculating means and the latest minimum voltage value calculated in the non-deteriorated or deteriorated state of the lead battery. A determination means;
The state determination means determines a health state of the lead battery using a determination threshold value for deterioration determination that changes with time from the start of use of the lead battery. apparatus.
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