JP4879118B2 - 始動性予測装置 - Google Patents

Description

本発明は、始動の都度計測した車載バッテリの電圧値に基づいて、車載バッテリの始動性能を評価し、始動能力の指標を提供する始動性予測装置に関する。

車両に搭載されたエンジンは、自力では始動できないので、始動用の電動モータ（スタータ、セルモータ、始動装置）を備えている。一般的には、イグニッションスイッチを回すことにより、車載バッテリから電力が供給され、スタータが駆動する。この場合、スタータには数百アンペアの始動電流（突入電流）が瞬間的に流れ、車載バッテリの電圧は垂下して極小値をとる。そして、車載バッテリの放電又は劣化が進行して始動性能が低下しているときは、スタータはクランキングを行うことができず、エンジンを始動することができない。

特許文献１には、検出回路に負荷電流を流したときのバッテリの電圧値が基準電圧値以下となった場合に、バッテリが劣化したことを検出する方法が開示されている。また、特許文献２には、異なる２つの時刻におけるバッテリの開路電圧値の差分に対する、前記２つの時刻の後に夫々最初にエンジンが始動された場合における始動電圧値の差分の比が所定値以上であって、且つ前記開路電圧値が所定の電圧値以上のときに、バッテリが劣化したことを判定できる方法が開示されている。
特開２００３−４８２７号公報 特開２００６−８０３８号公報

上述したように、スタータの駆動によりクランキングを行ってエンジンを始動させることが車載バッテリの重要な機能であり、エンジンを停止させたときに、エンジンを再始動させることができるか否かを示す始動性は、最も重要な情報の一つである。エンジンを始動させることができるか否かを予測するには、車載バッテリの残容量及び劣化度を評価する必要があるが、特許文献１に開示された方法では、検出回路に流れる負荷電流の値が実際のクランキング時の電流値より遥かに小さいため、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを的確に予測するのは難しいという問題がある。

また、特許文献２に開示された方法では、クランキング時に変動する車載バッテリの電圧値を適切に測定する必要がある上、開路電圧値が所定の電圧値を下回る場合には、当該方法を適用できないという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、エンジン始動時に垂下する車載バッテリの電圧について、計測した先頭極小値の自乗値に基づいて始動性を判定するように構成することにより、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを的確に予測することが可能な始動性予測装置を提供することを目的とする。
第２発明では、計測した先頭極小値の自乗値の最大値及び最新値に基づき、始動能力の指標を得て表示するように構成することにより、定量的な始動能力を知ることが可能な始動性予測装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る始動性予測装置は、車載バッテリの電圧値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値に基づき、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置において、前記計測手段は、エンジン始動の都度、垂下する車載バッテリの電圧の先頭極小値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記先頭極小値の自乗値を算出する第１算出手段と、自乗値を記憶するための記憶手段と、該記憶手段が記憶している自乗値が、前記第１算出手段が算出した最新の自乗値以上であるか否かを判定する手段と、該手段が最新の自乗値以上でないと判定した場合、前記最新の自乗値を前記記憶手段に記憶させる手段と、前記記憶手段が記憶している自乗値から所定値を減算した値に対する、前記最新の自乗値から前記所定値を減算した値の比を算出する第２算出手段とを備え、更に、該第２算出手段が算出した比の値に基づいて前記エンジンが始動可能であるか否かを予測するように構成してあることを特徴とする。

この始動性予測装置では、車載バッテリの電圧値を計測し、計測した電圧値に基づき、エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する。車載バッテリの電圧値を計測する際は、エンジン始動の都度、垂下する車載バッテリの電圧の先頭極小値を計測し、計測した先頭極小値の自乗値を算出する。一方では自乗値を記憶し、記憶してある自乗値が、算出した最新の自乗値以上であるか否かを判定する。最新の自乗値以上でないと判定した場合、最新の自乗値をそのときの自乗値の最大値として記憶させる。この場合、先頭極小値の自乗値及びクランキング時のバッテリ出力電力値は略比例関係にあり、クランキング時に、エンジンを回して起動するのに最小限必要な電力値より大きい電力が供給されるほど、エンジンの始動性が上がるため、自乗値から、エンジン及びスタータの組み合わせにより決まる所定値を減算した値は、始動性の指標となる。また、自乗値の最大値から前記所定値を減算した値は、始動性の指標の最大値であり、自乗値の最新値から前記所定値を減算した値は、始動性の指標の最新値であって、当該指標の最大値に対する最新値の比は、１を最大とする最新の始動性能を示すものとなる。これにより、そのときに記憶してある自乗値の最大値から所定値を減算した値に対する、最新の自乗値から所定値を減算した値の比を算出して始動能力の指標とし、該指標に基づいて、どの程度の確からしさでエンジンが始動可能であるか否かを予測する。

第２発明に係る始動性予測装置は、前記第２算出手段が算出した比を表示する手段を備えることを特徴とする。

この始動性予測装置では、算出した比を表示する。

第１発明に係る始動性予測装置によれば、エンジン始動時の車載バッテリの先頭極小値の自乗値及びクランキング時のバッテリ出力電力値は略比例関係にあり、クランキング時にエンジンを回して起動するのに最小限必要な電力値より大きい電力が供給されるほど、エンジンの始動性が上がるため、計測した先頭極小値の自乗値から、エンジン及びスタータの組み合わせにより決まる所定値を減算した値は、始動性の指標となる。また、自乗値の最大値から前記所定値を減算した値は、始動性の指標の最大値であり、自乗値の最新値から前記所定値を減算した値は、始動性の指標の最新値であって、当該指標の最大値に対する最新値の比は、１を最大とする最新の始動性能を示すものとなる。従って、そのときに記憶してある自乗値の最大値から所定値を減算した値に対する、最新の自乗値から所定値を減算した値の比を始動能力の指標とし、該指標に基づいて車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを的確に予測することが可能な始動性予測装置を実現することができる。

第２発明に係る始動性予測装置によれば、上述した比を始動能力の指標として表示するように構成することにより、定量的な始動能力を知ることが可能な始動性予測装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る始動性予測装置の概略構成を示すブロック図である。
この始動性予測装置は、マイクロコンピュータを有する電源制御部１２に内蔵された先頭極小電圧計測部１３、始動性判定部１４、自乗値記憶部１５及び始動性能算出部１６を備えている。電圧センサ３が、バッテリ１の電圧値（端子出力電圧値）を検出して、先頭極小電圧計測部１３に与える。また、車両のオルタネータ１８（交流発電機）が発電し、電圧調整及び整流した電力がバッテリ１に与えられる。

バッテリ１が出力する電力、及びオルタネータ１８が発電した電力は、電源制御部１２に直接与えられると共に、始動スイッチ７を通じてスタータ１０（始動装置、セルモータ）に、イグニッションスイッチ８を通じて点火装置１１に、アクセサリスイッチ９を通じてラジオ及びデフォッガ等の負荷５，６・・・に夫々与えられる。アクセサリスイッチ９、イグニッションスイッチ８及び始動スイッチ７は、イグニッションキーが操作されることにより順次オンされる。

先頭極小電圧計測部は１３、電圧センサ３より与えられたバッテリ１の電圧値より、垂下するバッテリ１の電圧の先頭極小値を検出して、始動性判定部１４に与える。始動性判定部１４は、先頭極小電圧計測部１３から与えられた先頭極小値の自乗値を算出すると共に、算出した自乗値に基づいてエンジンを再始動させることが可能か否かを予測し、予測した結果を表示部１７に与える。

自乗値記憶部１５は、始動性判定部１４が算出した自乗値の最大値を記憶するためのものであり、電源制御部１２が有するマイクロコンピュータの内蔵ＲＡＭの一部である。始動性能算出部１６は、自乗値記憶部１５に記憶された自乗値の最大値及び始動性判定部１４が算出した最新の自乗値に基づいて、エンジンの始動性能を算出し、算出した始動性能を表示部１７に与える。表示部１７は、液晶表示装置であり、始動性判定部１４から与えられた始動性の判定結果を表示すると共に、始動性能算出部１６から与えられた始動性能を始動能力の指標として表示する。

図２は、エンジン始動の際におけるバッテリ１の電圧波形を模式的に示す説明図である。エンジンの始動前にあっては、バッテリ１の電圧は、図に示す開路電圧（ＶＯ）を保持している。イグニッションスイッチ８のオンに続いて始動スイッチ７がオンされた場合、スタータ１０の突入電流により、バッテリ１の電圧は、先頭極小電圧（ＶＬ）まで急峻な波形で垂下する。

その後、クランキングが開始されたときは、スタータ１０（セルモータ）の逆起電力により、バッテリ１からスタータ１０に供給される電流が減少するため、バッテリ１の電圧は上昇に向かう。また、クランキング中のバッテリ１の電圧波形は、スタータ１０の回転に伴う負荷変動により、脈動を打つものとなる。

次いで、クランキングによりエンジンが始動して、始動スイッチ７がオフされたときは、バッテリ１からスタータ１０に電流が供給されなくなるため、バッテリ１の電圧は、再び上昇に向かう。このとき、オルタネータ１８が発電を開始してバッテリ１を充電するため、バッテリ１の電圧は、開路電圧（ＶＯ）を超える域にまで達する。

図３は、バッテリ１の残容量が夫々異なる場合について測定した、エンジン始動の際の電圧波形図である。図中の横軸は時間であり、縦軸はバッテリ１の電圧（端子電圧）を表す。バッテリ１の始動性能が高いと評価される場合は、クランキング中の電圧が比較的高く維持されて、穏やかな上昇傾向にあるのに対し、バッテリ１の始動性能が低いと評価される場合は、クランキング中の電圧が全般的に低下して、上昇に向かう勢いがない。また、各先頭極小電圧の高／低と、夫々対応するクランキング中の平均的な電圧の高／低とは、相関関係があることが読取れる。

図４は、バッテリ１の残容量が夫々異なる場合について、各先頭極小電圧の自乗値に夫々対応するクランキング時出力の値をプロットした相関図である。図中の横軸は先頭極小電圧（ＶＬ）の自乗値であり、縦軸はクランキング中にバッテリ１から供給される電力を表す。図より先頭極小電圧の自乗値と、そのときのクランキング時電力とは、略比例関係にあることが読取れる。尚、バッテリが劣化した場合、又はバッテリの温度が変動した場合であっても、図４の相関関係に大きな変化は生じないことが確認されている。

クランキング時にエンジンを回して起動するには、最小限必要とされる電力値（以下、所定値１という）が存在するが、当該電力値は、エンジン及びスタータの組み合わせによって略一意に決まる。また、スタータ１０がエンジンを回す電力は、バッテリ１のクランキング時出力の大部分を占める。一方、上述したように、先頭極小値の自乗値とクランキング時出力とは略比例関係にある。従って、所定値１を図４の縦軸にとり、対応する先頭極小値の自乗値（以下、所定値２という）を図４の比例関係から求めた場合、エンジン始動の際における先頭極小値の自乗値が前記所定値２より大きいときは、その時点で、エンジンを停止させた後に、再始動することが可能であると予測することができる。

更に、バッテリ１のクランキング時出力が、前記所定値１より大きいほど、エンジンの始動性が上がるため、クランキング時出力と前記所定値１との差分は、始動性の指標となる。これにより、クランキング時出力と略比例関係にある先頭極小値の自乗値と前記所定値２との差分を、始動性の指標とすることができる。この場合、先頭極小値の自乗値の最大値と前記所定値２との差分は、始動性の指標の最大値であり、先頭極小値の自乗値の最新値と前記所定値２との差分は、始動性の指標の最新値となる。従って、先頭極小値の自乗値の最大値と前記所定値２との差分に対する、最新の先頭極小値の自乗値と前記所定値２との差分の比は、１を最大とする最新の始動性能を示すものとなる。また、当該比の値を、そのときの始動性能の指標として表示することにより、その時点で、エンジンを停止させた場合に、どの程度の確からしさで再始動することが可能かを知ることができる。

図５及び図６は、エンジン始動の際における電源制御部１２の処理手順を示すフローチャートである。電源制御部１２は、バッテリ１と最初に接続された場合、又は、メンテナンスによりバッテリ１を取り外した後に再接続した場合、初期化処理に続けて以下の処理をスタートさせる。尚、以下の処置において、Ｖｓｑは自乗値記憶部１５に記憶し、Ｖｍｉｎ及びＶｓｑｔｍｐは、電源制御部１２が有するマイクロコンピュータの内蔵ＲＡＭに記憶するものとする。

電源制御部１２は、先ず初期化の一環として、Ｖｓｑを「０」にクリアする（ステップＳ１）。その後、電源制御部１２は、イグニッションキーのオンにより、始動スイッチ７がオンされたか否かを判定し（ステップＳ２）、オンされていないと判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）、待機する。

始動スイッチ７がオンされたと判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、電源制御部１２の先頭極小電圧計測部１３は、Ｖｍｉｎに数値「１８」を書き込む（ステップＳ３）。その後、先頭極小電圧計測部１３は、始動スイッチ７のチャタリング時間が経過するのを待つために、１０ｍＳのディレイを実行する（ステップＳ４）。
尚、Ｖｍｉｎに書き込む数値「１８」は、これに限定されるものではなく、開路電圧（図２参照）より十分大きい任意の値とすることができる。また、ステップＳ４で実行するディレイは、１０ｍＳに限定するものではなく、始動スイッチ７のチャタリング時間を超え、且つ始動スイッチ７のオンから先頭極小電圧に至るまでの時間より小さい値とすればよい。

次いで、先頭極小電圧計測部１３は、電圧センサ３よりバッテリ１の電圧値（Ｖ）を読み込み（ステップＳ５）、Ｖｍｉｎの内容がＶ未満であるか否かを判定する（ステップＳ６）。Ｖｍｉｎの内容がＶ未満でない（即ちＶ以上である）と判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、先頭極小電圧計測部１３は、ＶｍｉｎにＶを書き込む（ステップＳ７）。その後、先頭極小電圧計測部１３は、バッテリ１の微小な電圧上昇によって先頭極小値を誤検出することを避けるために、１ｍＳのディレイを実行し（Ｓ８）、次いで、再度バッテリ１の電圧値（Ｖ）を読み込むために、処理をステップＳ５に戻す。
尚、ステップＳ８で実行するディレイは、１ｍＳに限定するものではない。

先頭極小電圧計測部１３が、Ｖｍｉｎの内容はＶ未満であると判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、電源制御部１２の始動性判定部１４は、先頭極小電圧であるＶｍｉｎの内容を自乗してＶｓｑｔｍｐに書き込み（ステップＳ９）、Ｖｓｑｔｍｐの内容が数値「６４」以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
尚、数値「６４」は、これに限定されるものではなく、ここでは、上述の所定値１及び図４の比例関係から求まる所定値２より大きくして、次回の始動性を保証できるようにしてある。

Ｖｓｑｔｍｐの内容が数値「６４」以上でないと判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、始動性判定部１４は、「始動不能」と予測し、その結果を表示部１７に与える（ステップＳ１１）。これにより、表示部１７は「始動不能」の旨を表示する。Ｖｓｑｔｍｐの内容が数値「６４」以上であると判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、始動性判定部１４は、「始動可能」と予測し、その結果を表示部１７に与える（ステップＳ１２）。これにより、表示部１７は「始動可能」の旨を表示する。

ステップＳ１１又はステップＳ１２の処理を終えた場合、電源制御部１２の始動性能算出部１６は、Ｖｓｑの内容がＶｓｑｔｍｐの内容以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。Ｖｓｑの内容がＶｓｑｔｍｐの内容以上でないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、始動性能算出部１６は、ＶｓｑにＶｓｑｔｍｐの内容を書き込む（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４の処理を終えた場合、又はステップＳ１３において、Ｖｓｑの内容がＶｓｑｔｍｐの内容以上であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、始動性能算出部１６は、式（１）により、始動性能を表すＩｄｘを算出する（ステップＳ１５）。
Ｉｄｘ＝（Ｖｓｑｔｍｐの内容−６４）／（Ｖｓｑの内容―６４） （１）
そして、始動性能算出部１６は、算出したＩｄｘを表示部１７へ与える（ステップＳ１６）。これにより、表示部１７は、始動能力の指標であるＩｄｘの値をバーグラフに表示する。

その後、電源制御部１２は、イグニッションキーのオフにより、始動スイッチ７がオフされたか否かを判定し（ステップＳ１７）、オフされていないと判定した場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、待機する。始動スイッチ７がオフされたと判定した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、電源制御部１２は、処理をステップＳ２に戻す。

本発明に係る始動性予測装置の概略構成を示すブロック図である。 エンジン始動の際におけるバッテリの電圧波形を模式的に示す説明図である。 バッテリの残容量が夫々異なる場合について測定した、エンジン始動の際の電圧波形図である。 バッテリの残容量が夫々異なる場合について、各先頭極小電圧の自乗値に夫々対応するクランキング時出力の値をプロットした相関図である。 エンジン始動の際における電源制御部の処理手順を示すフローチャートである。 エンジン始動の際における電源制御部の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ（車載バッテリ）
３ 電圧センサ
５，６ 負荷
７ 始動スイッチ
８ イグニッションスイッチ
９ アクセサリスイッチ
１０ スタータ（始動装置、セルモータ）
１１ 点火装置
１２ 電源制御部
１３ 先頭極小電圧計測部
１４ 始動性判定部（予測手段）
１５ 自乗値記憶部（記憶手段）
１６ 始動性能算出部
１７ 表示部
１８ オルタネータ（交流発電機）

Claims (2)

1. 車載バッテリの電圧値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値に基づき、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置において、
   前記計測手段は、エンジン始動の都度、垂下する車載バッテリの電圧の先頭極小値を計測するように構成してあり、
   前記予測手段は、前記先頭極小値の自乗値を算出する第１算出手段と、
   自乗値を記憶するための記憶手段と、
   該記憶手段が記憶している自乗値が、前記第１算出手段が算出した最新の自乗値以上であるか否かを判定する手段と、
   該手段が最新の自乗値以上でないと判定した場合、前記最新の自乗値を前記記憶手段に記憶させる手段と、
   前記記憶手段が記憶している自乗値から所定値を減算した値に対する、前記最新の自乗値から前記所定値を減算した値の比を算出する第２算出手段とを備え、
   更に、該第２算出手段が算出した比の値に基づいて前記エンジンが始動可能であるか否かを予測するように構成してあること
   を特徴とする始動性予測装置。
2. 前記第２算出手段が算出した比を表示する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の始動性予測装置。

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