JP4835355B2 - Battery deterioration judgment device - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリ劣化判定装置に関し、特に自動車に搭載可能なバッテリ劣化判定装置に関する。   The present invention relates to a battery deterioration determination device, and more particularly to a battery deterioration determination device that can be mounted on an automobile.

近年、自動車においては、排気ガスの削減と燃費の改善のために、信号待ちや渋滞時などの停車時に自動的にエンジン作動を停止するアイドリングストップ機能を備えるものが増えている。アイドリングストップ車のバッテリは、エンジン再始動のみならず、アイドリングストップ時に負荷に給電することが必要になる。このように、アイドリングストップ車のバッテリは非アイドリングストップ車のバッテリに比べて消耗度の激しい使い方となる。ここでバッテリの劣化に関する情報を得ることができれば、それに応じた電力管理を行うことでバッテリの寿命を引き延ばすことができる。また、バッテリの劣化に関する情報を得ることができれば、ユーザはそのバッテリの交換時期を前もって知ることができ、突然の機能停止を回避することができる。したがって、高精度かつ低コストなバッテリ劣化判定機構を実現することは重要な要請である。   In recent years, an increasing number of automobiles have an idling stop function that automatically stops the engine operation when the vehicle is stopped, such as when waiting for a signal or when there is a traffic jam, in order to reduce exhaust gas and improve fuel efficiency. The battery of the idling stop vehicle needs to supply power to the load at the time of idling stop as well as engine restart. As described above, the battery of the idling stop vehicle is used more heavily than the battery of the non-idling stop vehicle. If information on battery deterioration can be obtained, the battery life can be extended by performing power management accordingly. In addition, if information regarding the deterioration of the battery can be obtained, the user can know in advance the replacement time of the battery and can avoid a sudden function stop. Therefore, it is an important request to realize a battery deterioration determination mechanism with high accuracy and low cost.

二次バッテリの劣化は、充放電を繰り返すことによって、あるいは放置によって、経時的にバッテリの内部抵抗値が高くなりバッテリの端子電圧が低下していく現象として現れることが知られている。したがって、バッテリの劣化度合は、内部抵抗を計測することで推定することが可能である(内部抵抗法)。   It is known that the deterioration of the secondary battery appears as a phenomenon in which the internal resistance value of the battery increases with time and the terminal voltage of the battery decreases due to repeated charging / discharging or being left unattended. Therefore, the degree of deterioration of the battery can be estimated by measuring the internal resistance (internal resistance method).

特開2003−177164号公報JP 2003-177164 A

しかしながら、発明者の実験によれば、アイドリングストップの繰り返しによる劣化モードにおける内部抵抗の増加量は、アイドリングストップ以外の通常の劣化モード(たとえば、放置劣化)における内部抵抗の増加量に比べて、きわめて小さいことが分かっている。したがって、アイドリングストップの繰り返しによるバッテリの劣化状態を内部抵抗に基づいて判定することは困難である。   However, according to the inventor's experiment, the amount of increase in internal resistance in the deterioration mode due to repeated idling stops is extremely higher than the amount of increase in internal resistance in normal deterioration modes other than idling stop (for example, neglected deterioration). I know it ’s small. Therefore, it is difficult to determine the deterioration state of the battery due to repeated idling stops based on the internal resistance.

また、アイドリングストップ車では、バッテリは、アイドリングストップを行う前に満充電またはそれに近い状態におかれるように運用されるのが一般的である。ところが、バッテリの満充電付近の状態では、アイドリングストップの繰り返しによって劣化したバッテリの内部抵抗と、新品バッテリの内部抵抗とでは、ほとんど違いがみられない。つまり、通常バッテリが満充電状態になるように制御される点を考慮すれば、アイドリングストップの繰り返しによるバッテリの劣化状態を内部抵抗に基づいて判定することは、さらに困難であるといえる。   Further, in an idling stop vehicle, the battery is generally operated so as to be fully charged or close to it before performing idling stop. However, in the state near the full charge of the battery, there is almost no difference between the internal resistance of the battery deteriorated by repeated idling stops and the internal resistance of the new battery. In other words, it can be said that it is more difficult to determine the deterioration state of the battery due to repeated idling stops based on the internal resistance, considering that the normal battery is controlled to be in a fully charged state.

なお、実験によれば、アイドリングストップの繰り返しによって劣化したバッテリと新品バッテリとでは、両者ともに充電量を低下させていくと、アイドリングストップの繰り返しによって劣化したバッテリの内部抵抗は新品バッテリの内部抵抗に比べ大幅に増加することが分かっている。したがって、バッテリの充電量を所定値(たとえば、80%)以下にした状態にすれば、内部抵抗に基づいてバッテリの劣化状態を判定することは可能ではある。しかし、このように内部抵抗に基づいてバッテリの劣化状態を判定できるようになるまでバッテリの充電量を低下させてしまうと、アイドリングストップ状態からのエンジン再始動不能に陥る可能性がある。つまり、このようなバッテリの劣化判定ではエンジン始動性を確保することができず、自動車の走行中に行う判定手法としては採用できない。   According to the experiment, when both the battery deteriorated due to repeated idling stop and the new battery decrease the charge amount, the internal resistance of the battery deteriorated due to repeated idling stop becomes the internal resistance of the new battery. It has been found that it increases significantly. Therefore, if the charge amount of the battery is set to a predetermined value (for example, 80%) or less, it is possible to determine the deterioration state of the battery based on the internal resistance. However, if the charge amount of the battery is reduced until the battery deterioration state can be determined based on the internal resistance in this way, there is a possibility that the engine cannot be restarted from the idling stop state. That is, in such battery deterioration determination, engine startability cannot be ensured and cannot be adopted as a determination method performed while the automobile is running.

したがって、内部抵抗法に比べて高精度な判定を行うことができ、かつ、アイドリングストップ車の走行中にも実行可能なように、満充電付近の状態で行えるバッテリ劣化判定手法が必要である。   Accordingly, there is a need for a battery deterioration determination method that can be performed in a state near full charge so that determination can be performed with higher accuracy than the internal resistance method and can be performed even while the idling stop vehicle is running.

本発明の一側面によれば、充放電可能なバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定装置であって、前記バッテリの満充電状態から放電状態に切り替わった後の所定時間における前記バッテリの端子電圧変化と放電電流変化とに基づいて、寄生容量を算出する算出手段と、算出された前記寄生容量が所定の寿命レベルを下回ったときに、前記バッテリの寿命と判定する判定手段とを有することを特徴とするバッテリ劣化判定装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a battery deterioration determination device for determining deterioration of a chargeable / dischargeable battery, wherein the battery terminal voltage changes during a predetermined time after the battery is switched from a fully charged state to a discharged state. And calculating means for calculating a parasitic capacity based on a change in discharge current, and a determining means for determining that the battery has a life when the calculated parasitic capacity falls below a predetermined life level. A battery deterioration determination device is provided.

この構成によれば、内部抵抗法に比べて高精度にバッテリの劣化を判定することができる。   According to this configuration, it is possible to determine the deterioration of the battery with higher accuracy than in the internal resistance method.

本発明の好適な実施形態によれば、前記所定時間は、前記バッテリの満充電状態から放電を行ったときの前記バッテリの端子電圧の時間変化を示す放電曲線において略直線変化をなす時間とすることが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, the predetermined time is a time for making a substantially linear change in a discharge curve indicating a time change of the terminal voltage of the battery when the battery is discharged from a fully charged state. It is preferable.

この構成によれば、バッテリの寄生容量に依存するバッテリの端子電圧の時間変化を容易に検出することができるので、バッテリ劣化判定処理の簡便化が図れる。   According to this configuration, it is possible to easily detect a time change in the terminal voltage of the battery depending on the parasitic capacity of the battery, so that the battery deterioration determination process can be simplified.

本発明の別の側面によれば、上記の特徴を備えるバッテリ劣化判定装置を有する自動車が提供される。この構成の自動車によれば、運転中に高精度なバッテリの劣化処理を行うことができる。   According to another aspect of the present invention, an automobile having a battery deterioration determination device having the above characteristics is provided. According to the vehicle having this configuration, it is possible to perform highly accurate battery deterioration processing during driving.

本発明の好適な実施形態によれば、前記自動車は、前記バッテリを満充電状態または満充電付近の状態に制御した上で、所定条件を満たす場合にエンジンのアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ手段を更に有し、前記バッテリ劣化判定装置は、前記アイドリングストップ手段が動作したときに動作することが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, the automobile controls the battery to a fully charged state or a state near full charge, and automatically stops idling of the engine when a predetermined condition is satisfied. It is preferable that the battery deterioration determination device further operates when the idling stop unit operates.

この構成によれば、バッテリ劣化判定装置の動作の際に、バッテリが満充電もしくは満充電付近の状態におかれていることが保証され、高精度な劣化判定を確保することができる。   According to this configuration, during the operation of the battery deterioration determination device, it is ensured that the battery is fully charged or in a state near full charge, and high-accuracy deterioration determination can be ensured.

本発明の好適な実施形態によれば、前記判定手段により前記バッテリが寿命と判定された場合に警告を行う警告手段を更に有することが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the information processing apparatus further includes warning means for giving a warning when the determination means determines that the battery is at the end of its life.

この構成によれば、自動車のドライバはバッテリの交換時期を容易かつ適時に知ることができる。   According to this configuration, the driver of the automobile can easily and timely know the battery replacement time.

本発明によれば、車載可能な安価な構成で精度よくバッテリの劣化を判定可能なバッテリ劣化判定装置が実現される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery degradation determination apparatus which can determine degradation of a battery accurately with the cheap structure which can be mounted in a vehicle is implement | achieved.

(実施形態1)
図1に、本実施形態におけるバッテリの基本回路モデルの例を示す。同図において、Eは起電力、Rは格子抵抗、RB1は充電抵抗、RB2は放電抵抗、Cは寄生キャパシタを表す。
(Embodiment 1)
In FIG. 1, the example of the basic circuit model of the battery in this embodiment is shown. In the drawing, E represents an electromotive force, R A represents a lattice resistance, R B1 represents a charging resistance, R B2 represents a discharging resistance, and C represents a parasitic capacitor.

バッテリの極板を構成する格子は、活物質を保持して外部と活物質の間の電気伝導の役割を果たす。図2に示すように、活物質は、経時的に、充放電によるストレスを受けて粒子間の結合力が弱まり、徐々に極板から脱落していく。活物質が脱落すると残存容量も減少し、最終的にはバッテリの寿命へとつながる。寄生容量Cは、活物質の表面積に比例する。このことから、活物質の脱落は、残存容量の減少であるとともに、寄生容量Cの減少であるとみることもできる。よって、寄生容量Cの値を推定することによりバッテリの劣化判定を行うことが可能であると考えられる。   The grid constituting the battery electrode plate holds the active material and plays a role of electrical conduction between the outside and the active material. As shown in FIG. 2, the active material is subjected to stress due to charging / discharging over time, and the bonding force between the particles is weakened and gradually falls off the electrode plate. When the active material falls off, the remaining capacity is also reduced, which ultimately leads to battery life. The parasitic capacitance C is proportional to the surface area of the active material. From this, it can be considered that the loss of the active material is a reduction of the residual capacitance and a reduction of the parasitic capacitance C. Therefore, it is considered possible to determine the deterioration of the battery by estimating the value of the parasitic capacitance C.

ここで、図3に満充電状態から放電を行ったときの放電曲線(バッテリ電圧VBATの時間変化)の一例を示す。(A)の区間では、寄生キャパシタCの電圧Vが起電力Eより大きく、寄生キャパシタCによる定電流放電となり、VBATは概ね直線的な特性を示す。一方、(B)の区間では、寄生キャパシタCの電圧Vが起電力E以下となり、起電力Eのアシストが加わることによってVBATの落ち方が鈍くなることが分かる。 Here, FIG. 3 shows an example of a discharge curve (time change of the battery voltage VBAT) when discharging from the fully charged state. In the section (A), the voltage V c of the parasitic capacitor C is larger than the electromotive force E, and constant current discharge is caused by the parasitic capacitor C, and VBAT shows a substantially linear characteristic. On the other hand, in the section (B), voltage V c of the parasitic capacitor C becomes less force E, fell how VBAT by the assist is applied electromotive force E is can be seen that dull.

さて、(A)の区間、すなわち、寄生キャパシタCの電圧Vが起電力Eより大きい場合においては、バッテリの電圧変化ΔVBATは次式で表される。
ΔVBAT=ΔQ/C=(I/C)t
ただし、ΔQは電荷量変化、Iはバッテリ電流、tは時間である。
そうすると、
ΔVBAT/ΔI=(1/C)t
となる。発明者は、このことから、図3の(A)の略直線区間の傾きは1/Cに対応し、(A)の略直線区間の傾きを求めることにより寄生容量Cの値を推定可能であると考えた。しかもこの略直線区間は数秒間に亘って持続する。現在のところ、コストの観点から実際に自動車に搭載できる電流センサ、電圧センサのサンプリングタイムは、一般には最速のもので5msecオーダのものである。したがって、この略直線区間においてバッテリ電流の変化分ΔIを求めるべく2時点の電流値を検出することは十分に可能であると考えられる。
Now, (A) section, i.e., voltage V c of the parasitic capacitor C in the case larger than the electromotive force E is the voltage change ΔVBAT the battery is expressed by the following equation.
ΔVBAT = ΔQ / C = (I / C) t
Here, ΔQ is a change in charge amount, I is a battery current, and t is time.
Then
ΔVBAT / ΔI = (1 / C) t
It becomes. From this, the inventor can estimate the value of the parasitic capacitance C by obtaining the slope of the substantially straight section in FIG. 3A corresponding to 1 / C, and obtaining the slope of the substantially straight section in FIG. I thought it was. Moreover, this substantially straight section lasts for several seconds. At present, the sampling time of current sensors and voltage sensors that can actually be mounted on automobiles from the viewpoint of cost is generally the fastest and is on the order of 5 msec. Therefore, it is considered possible to detect the current value at two time points in order to obtain the change ΔI of the battery current in this substantially straight section.

発明者は、この仮説の検証を行った。図4は、発明者の実験により得られた、新品バッテリとアイドリングストップの繰り返しによって劣化したバッテリ(以下「IS劣化バッテリ」)という。)の、満充電状態から放電を行ったときの放電曲線であり、図5は、図4の放電曲線における(A)の略直線区間の傾きから寄生容量Cの値を求めることを複数回に亘って繰り返した結果を示している。図5の結果から、IS劣化バッテリの寄生容量は新品バッテリの寄生容量よりも大きく低下していることがわかる。したがって、放電曲線における略直線区間の傾きから求められる寄生容量値に基づいて、バッテリの劣化判定を行うことが可能であるといえる。   The inventor verified this hypothesis. FIG. 4 is a new battery and a battery deteriorated by repeated idling stops (hereinafter referred to as “IS deteriorated battery”) obtained by the inventors' experiment. 5) is a discharge curve when discharging from a fully charged state, and FIG. 5 shows that the value of the parasitic capacitance C is obtained a plurality of times from the slope of the substantially straight section (A) in the discharge curve of FIG. The results are shown repeatedly. From the result of FIG. 5, it can be seen that the parasitic capacity of the IS-degraded battery is significantly lower than the parasitic capacity of the new battery. Therefore, it can be said that the battery deterioration can be determined based on the parasitic capacitance value obtained from the slope of the substantially straight section in the discharge curve.

以下、上述の知見に基づくバッテリの劣化判定装置の実施例を説明する。   Hereinafter, an embodiment of a battery deterioration determination device based on the above-described knowledge will be described.

図6は、本発明のバッテリ劣化判定装置が搭載される自動車の要部を示すブロック図である。   FIG. 6 is a block diagram showing a main part of an automobile on which the battery deterioration determination device of the present invention is mounted.

図6において、1はエンジン、2は始動用モータを兼ねるジェネレータ(発電機)である。エンジン1は駆動機構(図示省略)を介して左右の駆動輪3,3間に設けられたデファレンシャルギア4に連結されているジェネレータ2での発電電力は、電源ライン5を介してバッテリ6に給電される。バッテリ6は充放電可能な二次バッテリであり、たとえば鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などで構成される。バッテリ6の放電電力は負荷8に供給される。負荷8はたとえば空調装置、オーディオ機器、ヘッドライト、室内灯などの電装品である。   In FIG. 6, 1 is an engine, and 2 is a generator (generator) that also serves as a starting motor. The engine 1 feeds power generated by the generator 2 connected to the differential gear 4 provided between the left and right drive wheels 3 and 3 through a drive mechanism (not shown) to the battery 6 through the power line 5. Is done. The battery 6 is a chargeable / dischargeable secondary battery, and is composed of, for example, a lead storage battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, or the like. The discharged power of the battery 6 is supplied to the load 8. The load 8 is an electrical component such as an air conditioner, an audio device, a headlight, or a room light.

7はバッテリ6の劣化判定処理を行うバッテリECU(Electronic Control Unit)である。このバッテリECU7は典型的には、図示の如く、制御を司るCPU71、制御プログラムや固定的なデータを記憶しているROM72、CPU71のワークエリアを提供するRAM73を有するマイクロコンピュータで実現される。   Reference numeral 7 denotes a battery ECU (Electronic Control Unit) that performs a deterioration determination process of the battery 6. The battery ECU 7 is typically realized by a microcomputer having a CPU 71 for controlling, a ROM 72 for storing a control program and fixed data, and a RAM 73 for providing a work area for the CPU 71 as shown in the figure.

9はバッテリ6に直列接続されバッテリ6に流れる放電電流および充電電流を検出する電流センサ、10はバッテリ6に並列接続されバッテリ6の端子電圧を検出する電圧センサである。これら電流センサ9および電圧センサ10はそれぞれ、バッテリECU7のインタフェース(I/F)74および75に接続される。I/F74,75はそれぞれ、電流センサ9,電圧センサ10の出力値をディジタル値に変換するA/D変換器(図示省略)を含む。   A current sensor 9 is connected in series to the battery 6 and detects a discharge current and a charging current flowing through the battery 6. A voltage sensor 10 is connected in parallel to the battery 6 and detects a terminal voltage of the battery 6. These current sensor 9 and voltage sensor 10 are connected to interfaces (I / F) 74 and 75 of battery ECU 7, respectively. Each of the I / Fs 74 and 75 includes an A / D converter (not shown) that converts the output values of the current sensor 9 and the voltage sensor 10 into digital values.

図8は、本実施形態におけるバッテリ6の劣化判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートに対応するプログラムはROM72に記憶されている制御プログラムに含まれ、CPU71によって実行されるものである。この処理は、イグニッションがONされてからOFFされるまでの間、繰り返し行われうる。   FIG. 8 is a flowchart showing the deterioration determination process of the battery 6 in the present embodiment. The program corresponding to this flowchart is included in the control program stored in the ROM 72 and is executed by the CPU 71. This process can be repeatedly performed from when the ignition is turned on until it is turned off.

この劣化判定処理では、図7に示すように、放電曲線の略直線区間(図3の(A)区間に相当)における2時点(T1,T2)でのバッテリ6の端子電圧VBATを検出する処理を含んでいる。   In this deterioration determination process, as shown in FIG. 7, a process of detecting the terminal voltage VBAT of the battery 6 at two time points (T1, T2) in a substantially linear section (corresponding to the section (A) in FIG. 3) of the discharge curve. Is included.

まずステップS1では、バッテリ6が満充電状態になるのを待機する。たとえば、電流センサ9により検出されるバッテリ6の充電電流値が所定値(たとえば1A)、かつ電圧センサ10により検出されるバッテリ6の端子電圧が所定値(たとえば14.8V)となったときに、バッテリ6は満充電状態になったと判断する。   First, in step S1, it waits for the battery 6 to be fully charged. For example, when the charging current value of the battery 6 detected by the current sensor 9 is a predetermined value (for example, 1 A) and the terminal voltage of the battery 6 detected by the voltage sensor 10 is a predetermined value (for example, 14.8 V) The battery 6 is determined to be fully charged.

バッテリ6の満充電が検出されると、次にバッテリ6が放電状態となったかどうかを判定する(ステップS2)。ここでバッテリ6の放電が検出されるとステップS3以降の処理が実行される。なお、このようにステップS1,S2がそれぞれYESとなるタイミングとしては、典型的には、アイドリングストップの実行時がある。一方、バッテリ6の放電が終了した場合には、ステップS16に進み、タイムカウンタT、バッテリ電圧値V1,V2、放電電流値I1,I2の変数がそれぞれ0にリセットされる。   When full charge of the battery 6 is detected, it is next determined whether or not the battery 6 is discharged (step S2). Here, when the discharge of the battery 6 is detected, the processing after step S3 is executed. Note that the timing at which steps S1 and S2 are each YES in this manner typically includes an idling stop execution time. On the other hand, when the discharge of the battery 6 is completed, the process proceeds to step S16, and the variables of the time counter T, the battery voltage values V1 and V2, and the discharge current values I1 and I2 are reset to 0, respectively.

ステップS3ではタイムカウンタTをインクリメントし、ステップS4で、タイムカウンタTが時刻T1に相当する値になったかどうかを判断する。タイムカウンタTが時刻T1に相当する値になったときはステップS5に進み、時刻T1において電圧センサ10により検出されたバッテリ6の端子電圧VBATをV1とする。その後ステップS6で、電流センサ9により検出されたバッテリ6の放電電流の積分値∫Idtを0にリセットする。続いて、ステップS7で、時刻T1において電流センサ9により検出されたバッテリ6の放電電流値IをI1とする。   In step S3, the time counter T is incremented. In step S4, it is determined whether or not the time counter T has reached a value corresponding to time T1. When the time counter T reaches a value corresponding to time T1, the process proceeds to step S5, and the terminal voltage VBAT of the battery 6 detected by the voltage sensor 10 at time T1 is set to V1. Thereafter, in step S6, the integral value ∫Idt of the discharge current of the battery 6 detected by the current sensor 9 is reset to zero. Subsequently, in step S7, the discharge current value I of the battery 6 detected by the current sensor 9 at time T1 is set to I1.

その後、処理はステップS3に戻りタイムカウンタTをインクリメントし、ステップS4でタイムカウンタTが時刻T1に相当する値かどうかを判断する。上記の処理においていったんT1が検出されてステップS5〜S7の処理が完了したならば、処理はステップS4からステップS8に進むことになる。   Thereafter, the process returns to step S3 to increment the time counter T, and in step S4, it is determined whether or not the time counter T is a value corresponding to the time T1. Once T1 is detected in the above processing and the processing in steps S5 to S7 is completed, the processing proceeds from step S4 to step S8.

ステップS8では、タイムカウンタTが時刻T2に相当する値になったかどうかを判断する。タイムカウンタTが時刻T2に相当する値になっていなければ、ステップS9に進み、電流センサ9により検出されたバッテリ6の放電電流値を積算することで、積分値∫Idtを更新する。   In step S8, it is determined whether or not the time counter T has reached a value corresponding to time T2. If the time counter T is not a value corresponding to the time T2, the process proceeds to step S9, and the integrated value ∫Idt is updated by integrating the discharge current value of the battery 6 detected by the current sensor 9.

一方、ステップS8でタイムカウンタTが時刻T2に相当する値になったときは、ステップS10に進み、時刻T2において電圧センサ10により検出されたバッテリ6の端子電圧VBATをV2とする。次にステップS11に進み、ステップS9で得られた時刻T1からT2までの放電電流積分値を、∫Idtとする。続いて、ステップS12で、時刻T2において電流センサ9により検出されたバッテリ6の放電電流値IをI2とする。   On the other hand, when the time counter T reaches a value corresponding to time T2 in step S8, the process proceeds to step S10, and the terminal voltage VBAT of the battery 6 detected by the voltage sensor 10 at time T2 is set to V2. Next, the process proceeds to step S11, and the discharge current integrated value from time T1 to time T2 obtained in step S9 is set as ∫Idt. Subsequently, in step S12, the discharge current value I of the battery 6 detected by the current sensor 9 at time T2 is set to I2.

そして、ステップS13で寄生容量Cを算出する。寄生容量Cは、公知の回路理論に基づき、次式により求められる。ただし、ここでは図3の(A)区間に対応する寄生容量Cによる放電は定電流放電ではない場合(すなわち、I1≠I2)を想定している。   In step S13, the parasitic capacitance C is calculated. The parasitic capacitance C is obtained by the following equation based on a known circuit theory. However, here, it is assumed that the discharge by the parasitic capacitance C corresponding to the section (A) in FIG. 3 is not a constant current discharge (that is, I1 ≠ I2).

Figure 0004835355
Figure 0004835355

次に、ステップS14に進み、ステップS13で求めた寄生容量Cが所定の寿命ラインを下回ったかどうかを判断する。ここで寄生容量Cがこの寿命ライン以上であればそのまま本処理を抜ける。一方、寄生容量Cが寿命ラインを下回った場合には、バッテリ6の寿命と判断し、たとえば自動車のインストルメントパネルに設けられたインジケータによって警告表示を行った後(ステップS15)、本処理を抜ける。   Next, it progresses to step S14 and it is judged whether the parasitic capacitance C calculated | required by step S13 has fallen below the predetermined lifetime line. If the parasitic capacitance C is greater than or equal to this life line, the process is exited as it is. On the other hand, if the parasitic capacitance C falls below the life line, it is determined that the battery 6 is at the end of life, and for example, a warning is displayed by an indicator provided on the instrument panel of the automobile (step S15), and then the process is terminated. .

このように、本実施形態によれば、バッテリの放電曲線における略直線区間の傾きから求められる寄生容量値に基づいて、バッテリの劣化判定を行うことができる。この手法によれば、従来の内部抵抗法に比べて高精度にバッテリの劣化状態を判定することが可能になる。また、上述したように、放電曲線における略直線区間は数秒間に亘って持続するため、低速な電流センサを用いてもその傾きを求めることができるので、この手法は低コストで実現が可能である。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to determine the deterioration of the battery based on the parasitic capacitance value obtained from the slope of the substantially straight section in the battery discharge curve. According to this method, it is possible to determine the deterioration state of the battery with higher accuracy than in the conventional internal resistance method. In addition, as described above, since the substantially straight section in the discharge curve lasts for several seconds, the slope can be obtained using a low-speed current sensor, so this method can be realized at low cost. is there.

(実施形態2)
上述の実施形態1では、図1に示したバッテリ基本回路モデルを用いて、図3の(A)における略直線区間の傾きから求められる寄生容量値に基づいてバッテリの寿命を判定する例を示した。ただし、図3にも示されているように、(A)区間より手前には、より急勾配の略直線区間があることが分かる。この急勾配の略直線区間の傾きを求めることができれば、それによってバッテリの寿命を判定することも可能である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment described above, an example is shown in which the battery life is determined based on the parasitic capacity value obtained from the slope of the substantially straight section in FIG. 3A using the battery basic circuit model shown in FIG. It was. However, as shown in FIG. 3, it can be seen that there is a steep substantially straight section before the section (A). If the slope of this steep substantially straight section can be obtained, it is also possible to determine the battery life.

そこで本実施形態では、図1のバッテリ基本回路モデルに代えて、図9に示すようなバッテリ基本回路モデルを使用する。   Therefore, in this embodiment, a battery basic circuit model as shown in FIG. 9 is used instead of the battery basic circuit model of FIG.

図9のバッテリ基本回路モデルは、起電力Eに対して直列に接続された3つの抵抗R、R、R、および、RとRとの間の寄生キャパシタC、RとRとの間の寄生キャパシタCで構成される。図9の例では、Rが図1の格子抵抗Rに相当し、RとRが充放電抵抗Rに相当するものとする。また、C≪C(例えば、C≒5F、C≒200F)とする。 Battery basic circuit model of FIG. 9, the electromotive three resistors connected in series to the power E R 0, R 1, R 2, and a parasitic capacitor C 1 between R 0 and R 1, R 1 And a parasitic capacitor C 2 between R 2 . In the example of FIG. 9, R 0 corresponds to the lattice resistance R A of FIG. 1, it is assumed that R 1 and R 2 correspond to the charge and discharge resistor R B. Also, C 1 << C 2 (for example, C 1 ≈5F, C 2 ≈200F).

この回路モデルによれば、寄生キャパシタC+Cの電圧が起電力Eより大きいときには、図11の放電曲線の例に示すように、寄生キャパシタCからの放電による略直線区間A1が得られる。この略直線の傾きは、1/Cに対応する。その後で、C(≒C+C)からの放電による略直線区間A2が得られる。この略直線の傾きは、1/Cに対応する。 According to this circuit model, when the voltage of the parasitic capacitor C 1 + C 2 is larger than the electromotive force E, a substantially straight section A1 due to the discharge from the parasitic capacitor C 1 is obtained as shown in the example of the discharge curve of FIG. . The slope of the substantially straight line corresponds to 1 / C 1. Thereafter, a substantially straight section A2 is obtained by discharging from C 2 (≈C 1 + C 2 ). The slope of the substantially straight line corresponds to 1 / C 2.

そこで、1/Cに対応する傾きの略直線区間A1において上述のバッテリの劣化判定処理を適用する。すなわち、上述の電流および電圧検出時点T1およびT2を、A1区間内に設定して、Cの値を推定し、これにより寿命判定を行う。この場合、Cの値を推定して寿命判定を行う場合より早いタイミングで判定結果が得られることは明らかである。すなわち、より高速な劣化判定処理を実現できる。 Therefore, applying the deterioration determination process of the above-mentioned battery in a substantially straight section A1 of inclination corresponding to 1 / C 1. That is, the current and voltage detection time point T1 and T2 mentioned above, by setting in the A1 section, to estimate the value of C 1, do this by lifetime judgment. In this case, it is apparent that the determination result at an earlier timing than the case of the life determination by estimating the value of C 2 is obtained. That is, a faster deterioration determination process can be realized.

ただし、寄生キャパシタCからの定電流放電による1/Cに対応する傾きは寄生キャパシタCからの定電流放電による1/Cに対応する傾きよりも急勾配であるため、略直線区間A1はA2に比べてきわめて短期間(例えば、1秒以内)であることが想定される。電流センサおよび電圧センサにはこのA1の期間内に2点の検出を行うことのできるサンプリングタイムのものを使用する必要がある。しかし、コストの観点から、そのような精度のセンサを自動車に搭載することができない場合もあることが考えられる。 However, the slope corresponding to 1 / C 1 due to the constant current discharge from the parasitic capacitor C 1 is steeper than the slope corresponding to 1 / C 2 due to the constant current discharge from the parasitic capacitor C 2. It is assumed that A1 has a very short period (for example, within 1 second) compared to A2. It is necessary to use a current sensor and a voltage sensor having a sampling time capable of detecting two points within the period A1. However, from the viewpoint of cost, it is conceivable that a sensor with such accuracy may not be mounted on an automobile.

このような場合には、図9の基本回路モデルをそのまま用いて、電流および電圧検出時点T1およびT2をA2区間内に設定して、Cの値を推定し、これにより寿命判定を行うようにすればよい。この場合は、図10に示すように、R+Rを格子抵抗R、Rを充放電抵抗Rとみなすことになる。A2区間は厳密にはCとCからの放電であるが、上記のとおりC≪Cであるから、C≒C+Cである。よって、電流および電圧検出時点T1およびT2をA2区間内に設定することにより、Cの値を十分な精度で推定することができる。 In such a case, by using as a basic circuit model of FIG. 9, by setting the current and voltage detection time point T1 and T2 in the A2 section, estimates the value of C 2, thereby to make the life determination You can do it. In this case, as shown in FIG. 10, R 0 + R 1 is regarded as a lattice resistance R A , and R 2 is regarded as a charge / discharge resistance R B. A2 section is strictly a discharge from C 1 and C 2, but because it is C 1 << C 2 as described above, is a C 2C 1 + C 2. Therefore, by setting the current and voltage detection time point T1 and T2 in the A2 section, it is possible to estimate the value of C 2 with sufficient accuracy.

このように、本実施形態によれば、どのようなサンプリングタイムの電流センサおよび電圧センサを使用するかにかかわらず、共通の基本回路モデルに基づくバッテリの劣化判定アルゴリズムを用いることができる。すなわちこの場合には、使用する電流センサおよび電圧センサのサンプリングタイムに応じてT1,T2を変更するだけでよいため、本発明に係るバッテリ劣化判定装置はさまざまな車種に広く搭載可能である。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to use a battery deterioration determination algorithm based on a common basic circuit model, regardless of what sampling time current sensor and voltage sensor are used. That is, in this case, it is only necessary to change T1 and T2 according to the sampling time of the current sensor and voltage sensor to be used, and therefore the battery deterioration determination device according to the present invention can be widely installed in various vehicle types.

バッテリの基本回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the basic circuit of a battery. バッテリの活物質の脱落を説明する図である。It is a figure explaining omission of the active material of a battery. バッテリの満充電状態から放電を行ったときの放電曲線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the discharge curve when discharging from the fully charged state of a battery. 新品バッテリとアイドリングストップの繰り返しによって劣化したバッテリの、満充電状態から放電を行ったときの放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the discharge curve when discharging from a fully charged state of the new battery and the battery deteriorated by repetition of idling stop. 図4の放電曲線における(A)の略直線区間の傾きから寄生容量の値を求めることを複数回に亘って繰り返した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having repeated the calculation of the value of a parasitic capacitance from the inclination of the substantially linear area of (A) in the discharge curve of FIG. 4 several times. 実施形態におけるバッテリ劣化判定装置を有する自動車の要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of the motor vehicle which has the battery deterioration determination apparatus in embodiment. 実施形態のバッテリ劣化判定処理におけるバッテリ端子電圧の検出タイミングを説明する図である。It is a figure explaining the detection timing of the battery terminal voltage in the battery deterioration determination processing of the embodiment. 実施形態におけるバッテリ劣化判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the battery deterioration determination process in embodiment. , 別のバッテリの基本回路の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the basic circuit of another battery. 図9、図10の基本回路に基づくバッテリの放電曲線の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the discharge curve of the battery based on the basic circuit of FIG. 9, FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:エンジン
2:ジェネレータ
3:駆動輪
4:デファレンシャルギア
5:電源ライン
6:バッテリ
7:バッテリECU
8:負荷(電装品)
9:電流センサ
10:電圧センサ
11:温度センサ
1: Engine 2: Generator 3: Drive wheel 4: Differential gear 5: Power line 6: Battery 7: Battery ECU
8: Load (electrical components)
9: Current sensor 10: Voltage sensor 11: Temperature sensor

Claims (5)

充放電可能なバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定装置であって、
前記バッテリの満充電状態から放電状態に切り替わった後の所定時間における前記バッテリの端子電圧変化と放電電流変化とに基づいて、寄生容量を算出する算出手段と、
算出された前記寄生容量が所定の寿命レベルを下回ったときに、前記バッテリの寿命と判定する判定手段と、
を有することを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
A battery deterioration determination device for determining deterioration of a chargeable / dischargeable battery,
Calculation means for calculating a parasitic capacity based on a terminal voltage change and a discharge current change of the battery in a predetermined time after switching from a fully charged state of the battery to a discharged state;
Determining means for determining the battery life when the calculated parasitic capacitance falls below a predetermined life level;
A battery deterioration determination device characterized by comprising:
前記所定時間は、前記バッテリの満充電状態から放電を行ったときの前記バッテリの端子電圧の時間変化を示す放電曲線において略直線変化をなす時間とすることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ劣化判定装置。   The said predetermined time is time which makes a substantially linear change in the discharge curve which shows the time change of the terminal voltage of the said battery when discharging from the fully charged state of the said battery. Battery deterioration determination device. 請求項1または2に記載のバッテリ劣化判定装置を備える自動車。   An automobile provided with the battery deterioration determination device according to claim 1. 前記バッテリを満充電状態または満充電付近の状態に制御した上で、所定条件を満たす場合にエンジンのアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ手段を更に有し、
前記バッテリ劣化判定装置は、前記アイドリングストップ手段が動作したときに動作することを特徴とする請求項3に記載の自動車。
After controlling the battery to a fully charged state or a state near full charge, it further has an idling stop means for automatically stopping idling of the engine when a predetermined condition is satisfied,
4. The automobile according to claim 3, wherein the battery deterioration determining device operates when the idling stop means operates.
前記判定手段により前記バッテリが寿命と判定された場合に警告を行う警告手段を更に有することを特徴とする請求項3または4に記載の自動車。   5. The automobile according to claim 3, further comprising a warning unit that issues a warning when the battery is determined to have a life by the determination unit.
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