JP5061907B2 - 電池状態判定方法及び電池状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は電池状態判定方法及び電池状態判定装置に係り、特に、車両に搭載された鉛電池の電池状態判定方法及び車両に搭載された鉛電池の状態判定を行う電池状態判定装置に関する。

車両に搭載されたバッテリは、内燃機関システムを搭載するガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の車両において、エンジンの確実な始動を確保するという点から、極めて重要な部品である。このため、バッテリの劣化状態や健康状態等の電池状態を検知することは、エンジン始動性能を確保するという点で有益であり、とりわけ、近時、排ガス削減のために行われているアイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）、回生充電等に対応する観点からも、バッテリの電池状態を正確に把握する技術が求められている。鉛電池はこれらの用途に応用できる代表的な電池である。

これまで、各種の方法、すなわち、鉛電池の開回路電圧測定、交流を用いた内部抵抗測定、充電電流、放電電流測定等、鉛電池の電池状態を検知する試みがなされてきた。また、日本国特開２０００−１６３１２９号公報では、セルモータ（スタータ）を始動する際の鉛電池の電圧を測定して車載バッテリの劣化判定を行う劣化判定装置も提案されている。

しかしながら、上述した開回路電圧測定技術では、誤差が大きく、鉛電池の充電状態の低下と鉛電池の劣化とを区別できない、という問題点がある。また、交流を用いた内部抵抗測定技術では、測定装置が大掛かりで複雑なものになる上、測定された抵抗値と鉛電池の状態の正確な関連付けが難しい、という問題点がある。更に、日本国特開２０００−１６３１２９号公報の技術では、充電電流、放電電流を測定しており、測定の精度は高まるものの、大電流を測定するために、電流センサが大きく、高コストとなる可能性があると共に、電流センサを車両の電流ハーネスに割り込ませて取り付ける必要があるために、通常の車両では後付するのが難しい、という問題点がある。

本発明は上記事案に鑑み、電流測定を必要とせず電圧測定により鉛電池の状態判定を適正に行うことができる電池状態判定方法及び電池状態判定装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、車両に搭載された鉛電池の電池状態判定方法であって、前記車両に搭載された鉛電池と同種の無劣化かつ満充電状態の鉛電池（開回路電圧ＯＣＶ _０ ）を複数の電流値で放電させたときの、電圧Ｖと電流Ｉとの関係式Ｖ＝−ｒ _０ ・Ｉ＋ＯＣＶ _０ から、実質的に無劣化かつ満充電状態での鉛電池の直流内部抵抗ｒ_０を予め求めておき、前記鉛電池が実質的に無劣化かつ満充電状態において測定した開回路電圧ＯＣＶ_０及びエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０、並びに、前記直流内部抵抗ｒ_０から、下記式（１）によりエンジン始動時の負荷Ｒを算出しておき、前記鉛電池の劣化又は非満充電状態において測定した開回路電圧ＯＣＶ及びエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、前記算出されたエンジン始動時の負荷Ｒから、下記式（２）により前記鉛電池の直流内部抵抗ｒを算出し、前記直流内部抵抗ｒと前記直流内部抵抗ｒ_０とを比較して、前記鉛電池の状態を判定する、ステップを含む。

車両においては、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。エンジン始動の瞬間には大電流が流れるが、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、及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、図１に示すように、鋭いピーク状の大電流が流れ、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。この電圧降下の最低値（エンジン始動時の最低電圧）Ｖｓｔは、電流が最大値Ｉｓｔの時に現われる。各種充電状態、劣化状態の鉛電池において、ＶｓｔとＩｓｔとの関係を調べてみると、両者には、下式（３）に示すように、単純なオームの法則が成り立つ。ここで、Ｒはエンジン始動時の負荷であり、エンジン、セルモータ、その他車両の部品によって変動する。

また、このとき鉛電池自体については、鉛電池の開回路電圧をＯＣＶ、鉛電池の直流内部抵抗をｒとすると、下記式（４）が成り立つ。

式（３）及び式（４）から、下式（５）が得られる。従って、開回路電圧ＯＣＶ、エンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、エンジン始動時の負荷Ｒから、鉛電池の直流内部抵抗ｒが求められることになる。この式（５）は、新品の鉛電池、すなわち、ＳＯＨ（健全度、健康状態）、ＳＯＣ（充電状態）が共に１００％の鉛電池に限らず、放電によりＳＯＣが低下した鉛電池、更には使用してＳＯＨ、ＳＯＣ共に低下した鉛電池においても常に成り立つ。

実際に式（５）を適用しようとすると、エンジン始動時の負荷Ｒを決定する必要がある。そのためには、式（３）においてＩｓｔを測定する必要があり、前述のような問題が生じる。本発明では、新品満充電状態（無劣化かつ満充電状態）の鉛電池の内部抵抗が、同種の鉛電池毎にほぼ一定であることに着目し、新品満充電状態の鉛電池の直流内部抵抗を既知のものとして、電流測定を行うことなく、劣化時の鉛電池の直流内部抵抗を求め、劣化判定を適正に行うものである。

第１の態様では、まず、新品満充電状態の鉛電池の直流内部抵抗を予め求めておく。すなわち、下式（６）に示すように、車両に搭載された鉛電池と同種の無劣化かつ満充電状態の鉛電池（開回路電圧ＯＣＶ _０ ）を複数の電流値で短時間放電させたときの、電圧Ｖと電流Ｉとの関係式Ｖ＝−ｒ _０ ・Ｉ＋ＯＣＶ _０ から、実質的に無劣化かつ満充電状態での鉛電池の直流内部抵抗ｒ _０ を予め求めておく。

次に、新品満充電状態の鉛電池を車両に搭載し、エンジン始動時の負荷Ｒを算出する。鉛電池は、車両搭載状態で電圧測定ができるようにしておく。電圧測定は分解能が±１０ｍＶ、測定時間間隔が１ｍｓ程度であれば充分である。これには、安価なデジタル式のレコーダ等が使用可能である。車両搭載時に新品満充電状態での開回路電圧ＯＣＶ_０を測定するが、開回路電圧ＯＣＶ_０は新品満充電状態の鉛電池ならばほぼ一定と見なせるので、同型式で新品満充電状態の鉛電池で事前に測定しておいてもよい。続いて電圧測定しながらエンジン始動を行う。このエンジン始動時の最低電圧をＶｓｔ_０とする。開回路電圧ＯＣＶ_０、エンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０、及び、予め求めておいた直流内部抵抗ｒ_０を、式（５）に代入することにより、下式（７）に示すように、エンジン始動時の負荷Ｒを算出することができる。

以上のステップで算出したエンジン始動時の負荷Ｒは、車両のセルモータの特性、電気系統の特性、エンジンの特性で決定され、車両によって一定の値を示す。また、経時での変化もほとんど無いことも判明している。このエンジン始動時の負荷Ｒにより、式（５）を用いて、劣化した鉛電池の直流内部抵抗ｒを求めることができる。このため、使用する車両のエンジン始動時の負荷Ｒを予め算出しておき、メモリにデータとして保存させる態様を採ることもできる。

劣化が進んだ鉛電池を実際に状態判定しようとする場合、車両搭載後の準備と同様の手順により、劣化した鉛電池の開回路電圧ＯＣＶを測定し、更にエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔを測定すればよい。測定した開回路電圧ＯＣＶ、エンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、及び、式（７）で算出したエンジン始動時の負荷Ｒを式（５）に代入することで、下式（８）に示すように、劣化した鉛電池の直流内部抵抗ｒが得られる。

このようにして得られた直流内部抵抗ｒは、鉛電池の健康度（ＳＯＨ）と強い関係を有しており、鉛電池が無劣化の状態で最小の値を示し、鉛電池の劣化が進むにつれて増大する。このため、得られた直流内部抵抗ｒと新品満充電状態での直流内部抵抗ｒ_０とを比較して、鉛電池の状態を判定することができる。例えば、状態検知を行う鉛電池について予め直流内部抵抗ｒとＳＯＨの関係を求めておけば、直流内部抵抗ｒにより、鉛電池のＳＯＨを判定（推定）できる。また簡易的に、測定された直流内部抵抗ｒから鉛電池の劣化度を推定するためには、新品満充電状態での直流内部抵抗ｒ_０の値に対する直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数αを導入してもよい。劣化状態判定係数αが一定値以上のときに、鉛電池が電池交換を要する程劣化していると判断することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、車両に搭載された鉛電池の状態判定を行う電池状態判定装置において、前記車両に搭載された鉛電池と同種の無劣化かつ満充電状態の鉛電池（開回路電圧ＯＣＶ _０ ）を複数の電流値で放電させたときの、電圧Ｖと電流Ｉとの関係式Ｖ＝−ｒ _０ ・Ｉ＋ＯＣＶ _０ から求めた、実質的に無劣化かつ満充電状態での鉛電池の直流内部抵抗ｒ_０を予め記憶した記憶手段と、前記鉛電池の開回路電圧を測定する開回路電圧測定手段と、前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧を測定する最低電圧測定手段と、前記鉛電池が実質的に無劣化かつ満充電状態において、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ_０及び前記最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０、並びに、前記記憶手段に記憶された直流内部抵抗ｒ_０から、下記式（１）によりエンジン始動時の負荷Ｒを演算し、該演算したエンジン始動時の負荷Ｒを前記記憶手段に記憶させる負荷演算手段と、前記鉛電池の劣化又は非満充電状態において、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び前記最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、前記記憶手段に記憶されたエンジン始動時の負荷Ｒから、下記式（２）により前記鉛電池の直流内部抵抗ｒを演算する直流内部抵抗演算手段と、前記直流内部抵抗演算手段で演算された直流内部抵抗ｒと前記記憶手段に記憶された直流内部抵抗ｒ_０とを比較して、前記鉛電池の状態を判定する状態判定手段と、を備える。

第２の態様では、記憶手段に実質的に無劣化かつ満充電状態での鉛電池の直流内部抵抗ｒ_０が予め記憶されている。この直流内部抵抗ｒ_０は、第１の態様で説明したように、同型式で新品満充電状態（無劣化かつ満充電状態）の鉛電池で得られたものである。また、電池状態判定装置は鉛電池の開回路電圧を測定する開回路電圧測定手段と、鉛電池のエンジン始動時の最低電圧を測定する最低電圧測定手段とを有しており、負荷演算手段により、鉛電池が実質的に無劣化かつ満充電状態において、開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ_０及び最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０、並びに、記憶手段に記憶された直流内部抵抗ｒ_０から、式（１）によりエンジン始動時の負荷Ｒが演算され、該演算されたエンジン始動時の負荷Ｒが記憶手段に記憶される。このような記憶手段は不揮発性メモリであることが好ましい。直流内部抵抗演算手段により、鉛電池の劣化又は非満充電状態において、開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、記憶手段に記憶されたエンジン始動時の負荷Ｒから、式（２）により鉛電池の直流内部抵抗ｒが演算される。そして、状態判定手段により、直流内部抵抗演算手段で演算された直流内部抵抗ｒと記憶手段に記憶された直流内部抵抗ｒ_０とが比較され、鉛電池の状態が判定される。

第２の態様において、記憶手段に、更に、直流内部抵抗ｒ_０の値に対する直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数αと鉛電池の健康度（ＳＯＨ）との対応関係を表すマップ又は数式が予め記憶されており、状態判定手段が、劣化状態判定係数αを演算し、記憶手段に記憶されたマップ又は数式による劣化状態判定係数αと健康度との対応関係から鉛電池の健康度（ＳＯＨ）を演算するようにしてもよい。また、状態判定手段が、劣化状態判定係数αが一定値以上のときに、鉛電池の交換を要すると判定するようにしてもよい。

本発明によれば、劣化又は非満充電状態の鉛電池の電圧測定（開回路電圧ＯＣＶ及びエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔの測定）だけで、鉛電池の状態を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。

ガソリンエンジン自動車でのエンジン始動時の、鉛電池の端子電圧とセルモータに流れる電流を示すグラフである。 本発明が適用可能な実施形態の電池状態判定装置及び車両のブロック配線図である。 実施形態の電池状態判定装置のマイコンのＣＰＵが実行する電池状態判定ルーチンのフローチャートである。 実施形態の電池状態判定装置のマイコンのＣＰＵが実行可能な他の電池状態判定ルーチンのフローチャートである。 劣化状態判定係数と健康度との関係マップを示すグラフである。

以下、本発明に係る電池状態判定装置の実施の形態について説明する。なお、本実施形態では、ＪＩＳ規格５５Ｄ２３サイズの鉛電池を排気量２０００ｃｃの電子制御燃料噴射装置付きガソリンエンジン車に搭載した際の構成やデータを示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

（構成）
図２に示すように、本実施形態の電池状態判定装置１２は、差動増幅回路等を有し鉛電池１の端子間電圧を測定する開回路電圧測定手段の一部、最低電圧測定手段の一部としての電圧センサ３及び鉛電池１の電池状態を判定する記憶手段、負荷演算手段、直流内部抵抗演算手段、状態判定手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）１０を備えている。

鉛電池１は、電池容器となる略角型の電槽を有している。電槽の材質には、成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を選択することができる。電槽には合計６組の極板群が収容されている。各極板群は、複数枚の負極板及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１の公称電圧は１２Ｖである。電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ、ＰＰ、ＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池を電源として外部へ電力を供給するための正極外部出力端子及び負極外部出力端子が立設されている。

鉛電池１の正極外部出力端子は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ５は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。

ＳＴＡＲＴ端子はエンジン始動用セルモータ（スタータ）９に接続されている。セルモータ９は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン８の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。

また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機６及び一方向への電流の流れを許容するダイオードを介してエンジン８の回転により発電する発電機７の一端に接続されている。すなわち、ダイオードのアノードは発電機７の一端に、カソードはＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン８の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機７に動力の伝達が可能である。このため、エンジン８が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機７が作動し発電機７からの電力が補機６や鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。

鉛電池１の外部出力端子は、電圧センサ３に接続されており、電圧センサ３の出力側はマイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン１０は、鉛電池１の電圧をデジタル値で取り込むことができる。

マイコン１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態判定装置１２の基本制御プログラムや後述するマップ、数式、データ等のプログラムデータが格納された記憶手段の一部としてのＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含んで構成されている。また、マイコン１０の外部バスには、不図示の記憶手段の一部としてのＥＥＰＲＯＭ（不揮発性メモリ）が接続されている。発電機７、セルモータ９及び補機６の他端、鉛電池１の負極外部出力端子及びマイコンは、それぞれグランドに接続されている。なお、本実施形態のマイコン１０は、エンジン始動時の電圧を１ｍ秒間隔でサンプリングし、サンプリング結果をＲＡＭに格納する。

マイコン１０のＲＯＭには、鉛電池１と同型式で新品満充電状態（無劣化かつ満充電状態）での鉛電池（以下、同種電池という。）の直流内部抵抗ｒ_０のデータが記憶されている。この直流内部抵抗ｒ_０は、例えば、同種電池を、電流値５０Ａから５００Ａまで段階的に変化させ、５秒間定電流放電させて、放電電流Ｉと電池電圧Ｖとの関係から求めることができる。このとき、同種電池の開回路電圧ＯＣＶ_０と直流内部抵抗ｒ_０との間には、Ｖ＝−ｒ_０・Ｉ＋ＯＣＶ_０の関係が成立するので、放電電流Ｉと電池電圧Ｖは傾き−ｒ_０、切片ＯＣＶ_０の直線となる。本実施形態では、この直線の傾きから直流内部抵抗ｒ_０を求め、直流内部抵抗ｒ_０のデータとしてＲＯＭに格納したものである。

（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池状態判定装置１２の動作について、マイコン１０のＣＰＵを主体として説明する。マイコン１０に電源が投入されると、ＣＰＵは、図３に示すように、鉛電池１の電池状態を判定するための電池状態判定ルーチンを実行する。なお、ＲＯＭに格納されたプログラムやプログラムデータは、マイコン１０への電源投入後の図示しない初期設定処理によりＲＡＭに展開される。

この電池状態判定ルーチンでは、ステップ１０２において、鉛電池１が放電している間（車両の運転中）放電分極が蓄積され、分極が解消された状態にならないため、鉛電池１の電圧が安定するまで待機する。すなわち、エンジン停止後所定時間（例えば、６時間）が経過したかを判定することにより、鉛電池１の電圧が安定したと判断する。エンジン８が停止したか否かは、例えば、車両制御システム１１から報知を受けてもよいし、電圧センサ３で測定した鉛電池１の電圧を監視してマイコン１０側でエンジン停止を判断するようにしてもよい。

次のステップ１０４では、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶを測定する。すなわち、電圧センサ３から出力された鉛電池１の電圧をＡ／Ｄコンバータを介してデジタル値で取り込む。次いで、ステップ１０６において、鉛電池１の電圧安定後の最初のエンジン始動か否かを判断する。否定判断のときは、ステップ１０２へ戻り、肯定判断のときは、ステップ１０８でエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔを測定する。上述したように、マイコン１０は、エンジン始動時の鉛電池１の電圧を１ｍ秒間隔でサンプリングしＲＡＭに格納するため、ＲＡＭに格納された電圧値が一定値（例えば、９Ｖ）より下回った場合の最小値をエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔと決定することができる。

次のステップ１１０では、エンジン始動回数が５回未満、かつ、開回路電圧ＯＣＶが１２．５Ｖを越えるか否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１０４で測定した開回路電圧ＯＣＶ及びステップ１０８で測定したエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔを、それぞれ、鉛電池１の新品満充電状態での開回路電圧ＯＣＶ_０及びエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０とみなすことができるため、ステップ１１２で、これらと共に、ＲＯＭに格納されていた（ＲＡＭに展開された）直流内部抵抗ｒ_０を下式（１）に代入してエンジン始動時の負荷Ｒを演算し、ＥＥＰＲＯＭに格納する。

また、ステップ１１２では、ＥＥＰＲＯＭに既に格納されたエンジン始動時の負荷Ｒを読み出してエンジン始動時の負荷Ｒの平均値を演算し、ＥＥＰＲＯＭに格納する。このため、最終的には、複数回の鉛電池１の新品満充電状態でのエンジン始動時の負荷Ｒの平均値が演算され、ＥＥＰＲＯＭに格納される。

一方、ステップ１１０で否定判断のときは、ステップ１１４において、ステップ１０４で測定した開回路電圧ＯＣＶ及びステップ１０８で測定したエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、ステップ１１２でＥＥＰＲＯＭに格納したエンジン始動時の負荷Ｒの平均値を下式（２）に代入して鉛電池１の直流内部抵抗ｒ（鉛電池１が新品満充電状態から劣化又は非満充電状態となったときの直流内部抵抗）を演算する。

次に、ステップ１１６で、直流内部抵抗ｒ_０の値に対する直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数α（本例では、α＝ｒ／ｒ_０）を演算し、次のステップ１１８で、ＲＯＭに格納されていた（ＲＡＭに展開された）劣化状態判定係数αと鉛電池１の健康度（ＳＯＨ）との対応関係を表すマップ（図５参照）により、劣化状態判定係数αから鉛電池１の健康度を演算する。このようなマップは、同種電池で劣化状態判定係数αと健康度との対応を測定することにより得ることができる。なお、図５に示すマップは、劣化状態判定係数α（＝ｒ／ｒ_０）と鉛電池１（５５Ｄ２３）の５時間率容量から算出したＳＯＨマップである。

次のステップ１２０では、鉛電池１の健康度（ＳＯＨ）を車両制御システム１１に報知して電池状態判定ルーチンを終了する。なお、図３では、説明を簡単にするために、ステップ１２０での処理により電池状態判定ルーチンが終了する例を示しているが、実際にはステップ１０２に戻り、鉛電池１の電池状態の判定を続行する（後述する図４においても同じ。）。

鉛電池１の健康度の報知を受けた車両制御システム１１は、インストーメントパネルに鉛電池１の健康度を、例えば、レベルメータ表示（棒グラフ表示）させる。これにより、ドライバは鉛電池１の健康度を認識し、必要に応じて車両のサービスステーション等で鉛電池１の交換を行うことが可能となる。

また、電池状態判定装置１２は、図３のステップ１１８、１２０に代えて、図４のステップ１２２〜１２６の判定態様を採るようにしてもよい。この態様では、ステップ１２２において、劣化状態判定係数αが定数Ａ以上かを判断する。本例では、定数Ａが、図５に示したＳＯＨが略４０％となる２．８に設定されている。否定判断のときは、ステップ１２４において鉛電池１の状態が良好である旨を車両制御システム１１に報知し、肯定判断のときは、ステップ１２６において鉛電池１の交換が必要である旨を車両制御システム１１に報知して電池状態判定ルーチンを終了する。鉛電池１の健康度の報知を受けた車両制御システム１１は、インストーメントパネルに鉛電池１が良好、又は、交換を要する旨の表示をさせる。従って、図３のステップ１２０では、単に鉛電池１の健康度を車両制御システム１１に報知するだけでなく、鉛電池１の交換の要否も併せて報知するようにしてもよい。

（作用等）
次に、本実施形態の電池状態判定装置１２の作用、効果等について説明する。

図１に示したように、エンジン始動時には、エンジン始動時の負荷Ｒ、エンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、電流の最大値Ｉｓｔの間に式（３）の関係が成立し、鉛電池の開回路電圧ＯＣＶ、鉛電池の直流内部抵抗ｒとの間には、式（４）の関係が成立する。従って、式（５）から鉛電池の直流内部抵抗ｒが求められることができる。本実施形態では、新品満充電状態（無劣化かつ満充電状態）の鉛電池の内部抵抗が、同種電池毎にほぼ一定であることに着目して、上述したように、新品満充電状態の同種電池を各電流値で短時間放電させて、式（６）の電流と電圧の関係（Ｖ＝−ｒ_０・Ｉ＋ＯＣＶ_０）から新品満充電状態の鉛電池の直流内部抵抗ｒ_０を求め、マイコン１０のＲＯＭに格納している。

式（５）を用いる場合にはエンジン始動時の負荷Ｒを求める必要があるが、本実施形態の電池状態判定装置１２では、鉛電池１を車両に搭載した後の鉛電池１が新品満充電状態で、上述した式（１）を用いて、エンジン始動時の負荷Ｒ（の平均値）を演算してＥＥＰＲＯＭに格納しておき（ステップ１１２）、式（２）を用いて、劣化又は非満充電状態の鉛電池１の直流内部抵抗ｒを演算し（ステップ１１４）、演算した直流内部抵抗ｒと新品満充電状態の直流内部抵抗ｒ_０とを比較して、鉛電池１の電池状態を判定している（図３のステップ１１６〜１２０、図４のステップ１１６〜１２６）。

従って、劣化又は非満充電状態の鉛電池１の電池状態を判定するために、鉛電池１の電圧測定だけで（ステップ１０４での開回路電圧測定及びステップ１０８でのエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ）、鉛電池１の電池状態を適正に判定することができ、高価な電流センサや複雑な交流内部抵抗計が必要ない。また、本実施形態により演算された直流内部抵抗ｒは、交流法によって求められた内部抵抗の値よりも、鉛電池の実使用状態に近いため、より信頼性の高い判定が可能となる。

なお、本実施形態では、劣化状態判定係数αにｒ／ｒ_０を例示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、α＝ｌｏｇ（ｒ／ｒ_０）、α＝（ｒ−ｒ_０）ｒ_０等、鉛電池の使用形態等を考慮して劣化状態判定係数αを決定すればよい。また、本実施形態では、図５に示したように、劣化状態判定係数αと健康度（ＳＯＨ）との関係を表すマップを例示したが、数式を用いるようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、図４のステップ１２２〜１２６において鉛電池１の電池状態を良好、要交換の１段階判定の例を示したが、これに代えて、例えば、α≧Ａ１（このときの定数Ａ１は例えば、２．５に設定される。）か否かを判断し、肯定判断のときに要交換と判定し、否定判断のときにα≧Ａ２（このときの定数Ａ２は例えば、２．８に設定される。）かを判断して、肯定判断のときに要注意状態と判断し、否定判断のときに良好と判断する２段階判定等の複数段階での判定を行うようにしてもよい。

本発明は電流測定を必要とせず電圧測定により鉛電池の状態判定を適正に行うことができる電池状態判定方法及び電池状態判定装置を提供するものであるため、電池状態判定装置の販売、生産に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

Claims (9)

1. 車両に搭載された鉛電池の電池状態判定方法であって、
   前記車両に搭載された鉛電池と同種の無劣化かつ満充電状態の鉛電池（開回路電圧ＯＣＶ _０ ）を複数の電流値で放電させたときの、電圧Ｖと電流Ｉとの関係式Ｖ＝−ｒ _０ ・Ｉ＋ＯＣＶ _０ から、実質的に無劣化かつ満充電状態での鉛電池の直流内部抵抗ｒ_０を予め求めておき、
   前記鉛電池が実質的に無劣化かつ満充電状態において測定した開回路電圧ＯＣＶ_０及びエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０、並びに、前記直流内部抵抗ｒ_０から、下記式（１）によりエンジン始動時の負荷Ｒを算出しておき、
   前記鉛電池の劣化又は非満充電状態において測定した開回路電圧ＯＣＶ及びエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、前記算出したエンジン始動時の負荷Ｒから、下記式（２）により前記鉛電池の直流内部抵抗ｒを算出し、
   前記直流内部抵抗ｒと前記直流内部抵抗ｒ_０とを比較して、前記鉛電池の状態を判定する、
   ステップを含む電池状態判定方法。
   

   
2. 前記鉛電池の状態を判定するステップにおいて、前記直流内部抵抗ｒ_０の値に対する前記直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数αを演算し、予め定められた前記劣化状態判定係数αと前記鉛電池の健康度（ＳＯＨ）との対応関係から前記鉛電池の健康度（ＳＯＨ）を演算することを特徴とする請求項１に記載の電池状態判定方法。
3. 前記鉛電池の状態を判定するステップにおいて、前記直流内部抵抗ｒ_０の値に対する前記直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数αが一定値以上のときに、前記鉛電池の交換を要すると判定することを特徴とする請求項２に記載の電池状態判定方法。
4. 車両に搭載された鉛電池の状態判定を行う電池状態判定装置において、
   前記車両に搭載された鉛電池と同種の無劣化かつ満充電状態の鉛電池（開回路電圧ＯＣＶ _０ ）を複数の電流値で放電させたときの、電圧Ｖと電流Ｉとの関係式Ｖ＝−ｒ _０ ・Ｉ＋ＯＣＶ _０ から求めた、実質的に無劣化かつ満充電状態での鉛電池の直流内部抵抗ｒ_０を予め記憶した記憶手段と、
   前記鉛電池の開回路電圧を測定する開回路電圧測定手段と、
   前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧を測定する最低電圧測定手段と、
   前記鉛電池が実質的に無劣化かつ満充電状態において、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ_０及び前記最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ_０、並びに、前記記憶手段に記憶された直流内部抵抗ｒ_０から、下記式（１）によりエンジン始動時の負荷Ｒを演算する負荷演算手段と、
   前記鉛電池の劣化又は非満充電状態において、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び前記最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、前記負荷演算手段で演算されたエンジン始動時の負荷Ｒから、下記式（２）により前記鉛電池の直流内部抵抗ｒを演算する直流内部抵抗演算手段と、
   前記直流内部抵抗演算手段で演算された直流内部抵抗ｒと前記記憶手段に記憶された直流内部抵抗ｒ_０とを比較して、前記鉛電池の状態を判定する状態判定手段と、
   を備えた電池状態判定装置。
   

   
5. 前記記憶手段には、更に、前記直流内部抵抗ｒ_０の値に対する前記直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数αと前記鉛電池の健康度（ＳＯＨ）との対応関係を表すマップ又は数式が予め記憶されており、前記状態判定手段は、前記劣化状態判定係数αを演算し、前記記憶手段に記憶されたマップ又は数式による劣化状態判定係数αと健康度との対応関係から前記鉛電池の健康度（ＳＯＨ）を演算することを特徴とする請求項４に記載の電池状態判定装置。
6. 前記状態判定手段は、前記直流内部抵抗ｒ_０の値に対する前記直流内部抵抗ｒの値として表される劣化状態判定係数αが一定値以上のときに、前記鉛電池の交換を要すると判定することを特徴とする請求項５に記載の電池状態判定装置。
7. 前記負荷演算手段は演算したエンジン始動時の負荷Ｒを前記記憶手段に記憶させ、前記直流内部抵抗演算手段は、前記鉛電池の劣化又は非満充電状態において、前記開回路電圧測定手段で測定された開回路電圧ＯＣＶ及び前記最低電圧測定手段で測定されたエンジン始動時の最低電圧Ｖｓｔ、並びに、前記記憶手段に記憶されたエンジン始動時の負荷Ｒから、前記式（２）により前記鉛電池の直流内部抵抗ｒを演算することを特徴とする請求項５に記載の電池状態判定装置。
8. 前記記憶手段は不揮発性メモリであることを特徴とする請求項７に記載の電池状態判定装置。
9. 前記負荷演算手段は、前記鉛電池によるエンジン始動回数が５回未満であり、前記開回路電圧ＯＣＶ_０が１２．５Ｖを超えるときに、前記鉛電池が実質的に無劣化かつ満充電状態であると判断し、前記エンジン始動時の負荷Ｒを演算することを特徴とする請求項４に記載の電池状態判定装置。

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