JP4806981B2 - エンジン始動用蓄電池の劣化判別装置とこの劣化判別装置を備えたエンジン始動用蓄電池 - Google Patents

エンジン始動用蓄電池の劣化判別装置とこの劣化判別装置を備えたエンジン始動用蓄電池 Download PDF

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Description

本発明は車両用をはじめとする、エンジン始動に用いられる蓄電池の劣化判別装置と、この劣化判別装置を備えたエンジン始動用蓄電池に関する。
自動車用蓄電池をはじめとするエンジン始動用蓄電池として、主に鉛蓄電池が使用され、エンジン始動用のセルモータ等の補機類やライト等に電力が供給される。このようなエンジン始動用蓄電池の劣化判別方法として、蓄電池の開路電圧や所定負荷での放電電圧に基づく方法や、電解液比重（希硫酸濃度）に基づく方法が広く一般に用いられている。
これらの方法は鉛蓄電池の劣化状態をある程度まで把握することは可能であるが、開路電圧測定を除き、専用の放電装置や比重測定器が必要となり、一般の車両オーナーが手軽に蓄電池の劣化を判別することは困難である。
一般の車両オーナーが手軽に蓄電池の劣化を判別する方法として、特許文献１には、蓄電池に装着された状態判別装置により、車両のエンジン始動・走行（運転）・停止状態を判別して、これら各状態での蓄電池電圧より蓄電池の劣化状態や放電状態、あるいは車両の異常等を判別すること、さらにエンジン始動時のセルモータ起動時の蓄電池電圧値あるいはこの電圧と開路電圧との電圧差より蓄電池の状態判別を行うことが示されている。
特開２００３−３２７０６１号公報
しかしながら、特許文献１の蓄電池の状態判別装置では、エンジン始動前の状態、例えば、エンジン停止直後か停止してから時間が経過しているか等により充電分極の影響を受け、エンジン始動電圧が変化するため、状態判別精度が低下する。
また、エンジンの種類により、エンジン始動電圧および始動可能な蓄電池下限電圧が異なるため、上記のようなセルモータ起動時の蓄電池電圧値あるいはこの電圧と開路電圧との電圧差より蓄電池の劣化を精度良く判別することは困難であるという課題があった。
前記した課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジン始動用蓄電池のエンジン始動時の蓄電池電圧を測定する電圧測定手段を有し、この電圧測定手段により、エンジン始動時のセルモータ回転による前記蓄電池電圧の複数の脈動波形において得られる複数のピーク値とボトム値の電圧差の絶対値の和を蓄電池電圧変動値として検出し、この蓄電池電圧変動値の変化の程度より蓄電池の劣化を判別する判別手段を備えたエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置を示すものである。
また、本発明の請求項２に係る発明は、エンジン始動用蓄電池のエンジン始動時の蓄電池電圧を測定する電圧測定手段を有し、この電圧測定手段により、エンジン始動時のセルモータ回転による前記蓄電池電圧の脈動波形を所定の時間で分割して、この分割した時間内での前記蓄電池電圧の最大値と最小値の電圧差の絶対値の各分割時間についての和を蓄電池電圧変動値として検出し、この蓄電池電圧変動値の変化の程度より前記蓄電池の劣化を判別する判別手段を備えたエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置を示すものである。
そして、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２に記載の劣化判別装置を備えたエンジン始動用蓄電池を示すものである。
本発明は、上記の構成を有することにより、エンジン始動時における蓄電池電圧変動値の増加の程度を検出し、これを用いて劣化判別を行うことにより、精度の高い劣化判別が可能となる。
以下、本発明の実施の形態によるエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置の構成を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態によるエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置１がエンジン始動用蓄電池２（以下、蓄電池２という）に接続され、かつ車両に搭載された状態を示す図である。なお、エンジン（図示せず）を始動するためのセルモータ３が始動スイッチ４を介して蓄電池２に接続されている。
本発明の劣化判別装置１は、蓄電池２のエンジン始動時の蓄電池電圧を測定する電圧測定手段１１を有し、この電圧測定手段１１によりこのエンジン始動時の始動電流が流れている状態での蓄電池電圧変動値を検出し、この蓄電池電圧変動値の増加の程度より蓄電池の劣化を判別する判別手段１２を有する。
ここで、電圧測定手段１１による蓄電池電圧変動値検出について説明する。図２はエンジン始動時の蓄電池電圧の経時変化の一例を示す図である。始動スイッチ４を閉状態とすることにより、蓄電池２からセルモータ３に電流が供給される。
図２において初期劣化（０）としたものは、蓄電池が新品の初期状態における蓄電池電圧特性を示し、劣化進行状態（１）は蓄電池をある程度使用し、劣化が進行した状態の蓄電池電圧特性を示す。
エンジン始動時におけるセルモータ３の消費電力は、周期的な脈動が発生し、この結果として、蓄電池電圧は図２に示すような脈動を示す。脈動は、エンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程でクランク軸の回転抵抗が異なることにより発生し、その周期はセルモータの回転数、エンジンの気筒数やセルモータ３とエンジンクランク軸間の減速比によって変化する。
第１の実施形態ではこの脈動のピーク値とボトム値の差の絶対値を蓄電池電圧変動値とする。例えば、１番目の脈動について言えば、初期状態の蓄電池電圧変動値は図２に示すΔＶ0-1であり、劣化進行状態の蓄電池電圧変動値はΔＶ1-1である。そして、本発明では、蓄電池電圧変動値の変化の程度を変化率（ΔＶ1-1／ΔＶ0-1）として表し、図３に示したような、あらかじめ求めた蓄電池電圧変動値の変化率と残存容量との関係を用いて判別手段１２により蓄電池２の劣化程度を判別することができる。判別結果の表示例として蓄電池電圧変動値の変化率は１８０％以上を「要交換」、１８０％未満かつ１５０％以上を「要注意」といった、判別結果表示を行うことができる。
第１の実施形態の劣化判別装置は、蓄電池の劣化の進行に伴い、内部抵抗の増大が進行し、その結果、エンジン始動時の電圧脈動が大きくなるという現象に着目したものである。実際のエンジン始動電流で判定するため、エンジン始動電流領域での容量低下度合いを精度良く判定しることができる。
また、従来のように、開路電圧と、エンジン始動最低電圧（図２におけるＶ0-minおよびＶ1-min）から劣化判定する方法よりも以下の理由により精度よく劣化判別できる。
すなわち、開路電圧は充電分極による影響を受けやすく、同じ残存容量であっても、エンジンを停止してすぐ再始動する場合はエンジンを長時間停止していた場合と比較して開路電圧は高くなる。したがって、開路電圧をパラメータに含む場合、充電分極の差異により劣化判別に差が生じる。
また、エンジン始動最低電圧は、電池内部抵抗以外にセルモータ３の巻き線抵抗の和といった他の要素に依存するため、純然に電池内部抵抗を評価することができない分、劣化判別に誤差が生じる。
本発明では、始動電流が流れている状態での蓄電池電圧変動の変化率から劣化判別するため、従来あったような充電分極や巻き線抵抗の影響をキャンセルできる。また、脈動する蓄電池電圧のピーク値−ボトム値の差異を計測することにより、クランキング時のセルモータの回転トルク変化を利用して蓄電池内部抵抗を間接的に計測できるため、劣化判別精度を向上することができる。また、エンジン始動時に計測するため、エンジン始動性をより反映した判別結果を得ることができる。
さらに本発明では、一つのピーク値−ボトム値についてではなく、複数のピーク値−ボトム値の差の絶対値の和を蓄電池電圧変動とする。これにより、一つの脈動で計測エラーが発生した場合、計測エラーが計測誤差に及ぼす影響を抑制することができ、より劣化判別精度を向上できる。
例えば、３つの脈動について計測する場合には、図２に示したように、ΔＶ0-1、ΔＶ0-2、ΔＶ0-2、ΔＶ0-3、ΔＶ0-4、ΔＶ0-5の絶対値の和（Σ｜ΔＶ0-n｜）を求めておき、判定する時点でのΔＶ1-1、ΔＶ1-2、ΔＶ1-2、ΔＶ1-3、ΔＶ1-4、ΔＶ1-5の絶対値の和（Σ｜ΔＶ1-n｜）を求め、これらの和の比率（（Σ｜ΔＶ1-n｜）／（Σ｜ΔＶ0-n｜））を蓄電池電圧変動の変化率として、予め求めておいたこの変化率と残存容量との関係から蓄電池２の劣化状態を判別すれば良い。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態での蓄電池電圧変動値の設定に変えて、エンジン始動時のセルモータ回転による蓄電池電圧の脈動波形を所定の時間で分割し、分割した時間内での前記蓄電池電圧の最大値と最小値の電圧差の絶対値を複数計測し、その和を蓄電池電圧変動値として設定する。
第２の実施形態では、図４に示したように、蓄電池電圧の脈動波形を所定の時間Ｔで分割する。その際、エンジン始動直後の判別誤差の要因となるエンジン始動最低電圧を計測から除外する目的で、時間Ｔ′後より所定時間Ｔで分割することができる。
第２の実施形態において、本発明では、複数のｎ分割された時間において複数のΔＰ1-1〜Ｐ1-nを求め、これらの絶対値の和を蓄電池電圧変動とする。例えば、同様に初期状態においても複数のｎ分割された時間において複数のΔＰ0-1〜Ｐ0-nを求め、それぞれの絶対値の和を蓄電池変動値として求め、これらの比率（（Σ｜ΔＰ1-n｜）／（Σ｜ΔＰ0-n｜））を蓄電池電圧変動の変化率として設定することができる。そして、第１の実施形態と同様、予め求めておいた蓄電池電圧変動の変化率と残存容量との関係から判別手段１２により蓄電池２の残存容量を判別する。
このような場合、複数の時間間隔にわたっての和を採用するため、ある時間間隔での測計測誤差が何らかの要因により大きくなった場合の劣化判別精度への影響を抑制することができる。
エンジン始動電圧は脈動に加え、極めて短周期で変動するため、ピーク値とボトム値の検出は困難である。第２の実施形態では、第１の実施形態で必要なピーク値とボトム値の検出が不要となり、単に最大値と最小値検出で実現可能であるため、より簡便であるという利点を有する。なお、時間Ｔを脈動周期近辺に設定することにより、実質的にピーク値とボトム値を採用する第１の実施形態と同様の動作を実現し、より劣化判別精度を高めることが可能である。
図４の例では、時間Ｔを脈動周期に近い０．２秒としたが、数１０〜１００ｍＳとしてもよい。その場合は脈動を測定結果に反映できるよう、総測定時間（時間Ｔ×時間分割数）は少なくとも脈動周期以上とすることが好ましい。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態による蓄電池２１は、図５に示したように、第１および第２の実施形態における劣化判別装置１を電池本体に一体に備えた電池である。
劣化判別装置１の装着例としては、蓄電池２１本体の蓋２２に設けた収納部２３内に劣化判別装置１を収納し、劣化判別装置１と電池端子２４間を接続リード２５で接続する。さらに、劣化判別装置１上に保護用カバー２６を装着すればよい。
本発明の蓄電池２１では、劣化判別装置１が一体に設けられているため、ユーザーは劣化判別装置１を別途蓄電池２１に接続する必要がない。また、ユーザーによる逆接続等の誤接続を防止できる。
本発明によれば、エンジン始動時の蓄電池電圧脈動を利用して蓄電池の劣化判別を行うことから、車両用をはじめとする多くのエンジン始動用蓄電池に好適である。
本発明のエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置を示す図 エンジン始動時の蓄電池電圧の経時変化の一例を示す図 蓄電池電圧変動値の変化率と蓄電池容量との関係例を示す図 エンジン始動時の蓄電池電圧の経時変化の一例を示す図 本発明の第３の実施形態による鉛蓄電池を示す図
符号の説明
１ 劣化判別装置
２ 蓄電池
３ セルモータ
４ 始動スイッチ
１１ 電圧測定手段
１２ 判別手段
２１ 蓄電池
２２ 蓋
２３ 収納部
２４ 電池端子
２５ 接続リード
２６ 保護用カバー

Claims (3)

  1. エンジン始動用蓄電池のエンジン始動時の蓄電池電圧を測定する電圧測定手段を有し、この電圧測定手段により、エンジン始動時のセルモータ回転による前記蓄電池電圧の複数の脈動波形において得られる複数のピーク値とボトム値の電圧差の絶対値の和を蓄電池電圧変動値として検出し、この蓄電池電圧変動値の変化の程度より前記蓄電池の劣化を判別する判別手段を備えたエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置。
  2. エンジン始動用蓄電池のエンジン始動時の蓄電池電圧を測定する電圧測定手段を有し、この電圧測定手段により、エンジン始動時のセルモータ回転による前記蓄電池電圧の脈動波形を所定の時間で分割して、この分割した時間内での前記蓄電池電圧の最大値と最小値の電圧差の絶対値の各分割時間についての和を蓄電池電圧変動値として検出し、この蓄電池電圧変動値の変化の程度より前記蓄電池の劣化を判別する判別手段を備えたエンジン始動用蓄電池の劣化判別装置。
  3. 請求項１もしくは２に記載の劣化判別装置を備えたエンジン始動用蓄電池。
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