JP5104191B2 - battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池に係り、特に、電池の状態を検知するための電池状態検知装置を備えた車両用電池に関する。 The present invention relates to a battery, and more particularly to a vehicle battery provided with a battery state detection device for detecting the state of the battery.
近年、エンジン自動車(車両)による排ガスの削減および燃費向上のため、アイドルストップ・スタート(以下、ISSという。)システムが注目されており、アイドルストップ可能な状態を判定する技術が望まれている。鉛電池はこの種の用途に対応できる代表的な電池である。鉛電池の充電状態は、例えば、鉛電池に流れる充放電電気量を計測することにより求めることができる(特許文献1参照)。また、鉛電池の健康状態は、例えば、電流や電流および電圧から健康状態を求めることができる(特許文献2、3参照)。
2. Description of the Related Art In recent years, an idle stop / start (hereinafter referred to as ISS) system has attracted attention in order to reduce exhaust gas from an engine vehicle (vehicle) and improve fuel efficiency, and a technique for determining a state where idling can be stopped is desired. Lead batteries are typical batteries that can be used for this type of application. The state of charge of the lead battery can be determined, for example, by measuring the amount of charge / discharge electricity flowing in the lead battery (see Patent Document 1). Moreover, the health state of a lead battery can obtain | require a health state from an electric current, an electric current, and a voltage, for example (refer
一般に、車両用電池と電池の状態を検知する電池状態検知装置とは別体として構成されているが、全体の小型化を図るため、鉛電池の上蓋内に、電池の状態を表示する電池状態表示部と、電池の状態を検知する電池状態判定部とを有する電池状態検知装置を備えた車両用電池も知られている(例えば、特許文献4参照)。 Generally, it is configured separately from the vehicle battery and the battery state detection device that detects the state of the battery. However, in order to reduce the overall size, the battery state that displays the state of the battery in the upper lid of the lead battery A vehicle battery including a battery state detection device having a display unit and a battery state determination unit that detects the state of the battery is also known (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、ISSシステムを装備した車両は現在のところまだ少ない。このため、手動でISSを試みる一般ユーザが増えつつあるが、信号待ちなどでアイドルストップした後のエンジン再始動ができない場合、後続車による追突などの事故につながる危険性がある。一方、上記特許文献4の技術では、電池の流れる電流を測定していないため、大凡の電池状態を検知することができるものの、正確な電池状態を検知することは難しい。従って、アイドルストップ可能な状態を判定する場合には、安全側での判定が行われ、エンジン再始動(アイドルストップ)が可能であるにもかかわらず、エンジン停止をしてはならない、という判定がなされるおそれがある。
However, there are still few vehicles equipped with the ISS system at present. For this reason, although the number of general users who manually attempt ISS is increasing, there is a risk of causing an accident such as a rear-end collision by a succeeding vehicle if the engine cannot be restarted after idling stop due to waiting for a signal. On the other hand, since the current flowing through the battery is not measured in the technique disclosed in
本発明は上記事案に鑑み、ISSシステムを装備していない車両で、手動により安全にISSを可能とする電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a battery that enables ISS safely by hand in a vehicle that is not equipped with an ISS system.
上記課題を解決するために、電池の状態を検知するための電池状態検知装置を備えた車両用電池であって、前記電池状態検知装置は、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電流測定手段および前記電圧測定手段で測定された電流および電圧から前記電池の充電状態および劣化状態を推定し、該推定した充電状態および劣化状態に基づいて車両のエンジン始動の可否判定および前記電池の交換判定を行う判定手段とを有して構成されており、前記電流測定手段は、前記上蓋の上面、かつ、前記上蓋に立設された外部端子のうちいずれか一方の外部端子の基部周囲に配置されたホール式電流センサであり、前記電流測定手段と、前記電圧測定手段および前記判定手段とは一体化され前記上蓋に形成された凹陥部に分離可能に固定されている、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a vehicle battery provided with a battery state detection device for detecting the state of the battery, wherein the battery state detection device includes current measuring means for measuring a current flowing through the battery, A voltage measuring means for measuring the voltage of the battery; and estimating the charged state and the deteriorated state of the battery from the current and the voltage measured by the current measuring means and the voltage measuring means; based is configured and a judgment means for exchanging determination of determination and the battery engine start of the vehicle, said current measuring means, an upper surface of said upper lid, and external standing on the top cover A hall-type current sensor disposed around the base of one of the external terminals, wherein the current measurement means, the voltage measurement means, and the determination means are integrated; Are detachably secured to the recessed portion formed in the upper cover, characterized in that.
本発明において、電池状態検知装置は、判定手段で推定した電池の充電状態および劣化状態、並びに、車両のエンジン始動の可否判定および電池の交換判定の結果を無線あるいは有線で運転席近傍に配置された報知装置に送信する送信手段をさらに有し、報知装置はブザー音もしくは音声出力によりまたはLEDもしくは画面表示によりドライバに判定手段による推定ないし判定結果を報知するようにしてもよい。この場合に、送信手段は判定手段による推定ないし判定結果を有線で報知手段に送信し、電池および報知装置間の配線はアタッチメントにより取り外し可能であることが好ましい。さらに、電池状態検知装置は、車両の制御部と通信する通信手段を備え、判定手段が、アイドリング・ストップ状態においてエンジン始動の可否判定について否定判定をしたときに、通信手段はエンジンを始動するように制御部に通信するようにしてもよい。また、本発明において、上蓋に立設された外部端子のうちいずれか一方の外部端子の基部からは電圧測定手段側に向けて第1の凸部が延出されているとともに、電圧測定手段からは第1の凸部側に向けて電圧を測定するための第1の電圧測定線が導出されており、第1の電圧測定線は第1の凸部の先端部に接合されていてもよい。このとき、上蓋に立設された外部端子のうちいずれか他方の外部端子の基部からは電圧測定手段側に向けて第2の凸部が延出されているとともに、電圧測定手段からは第2の凸部側に向けて電圧を測定するための第2の電圧測定線が導出されており、第2の電圧測定線は第2の凸部の先端部に接合されていてもよい。 In the present invention, batteries state detection device, charge state and the deterioration state of the battery estimated by the determining means, and, arranged near the driver's seat a result of the exchange determination of determination and battery engine start of the vehicle by radio or wired The notification device may further include transmission means for transmitting to the driver, and the notification device may notify the driver of the estimation or determination result by the determination means by buzzer sound or voice output or by LED or screen display. In this case, it is preferable that the transmission means transmits the estimation or determination result by the determination means to the notification means by wire, and the wiring between the battery and the notification device is removable by an attachment. Furthermore, the battery state detection device includes a communication unit that communicates with the control unit of the vehicle, and the communication unit starts the engine when the determination unit makes a negative determination as to whether or not the engine can be started in the idling / stop state. You may make it communicate with a control part. In the present invention, the first convex portion extends from the base of one of the external terminals erected on the upper lid toward the voltage measuring means, and from the voltage measuring means. The first voltage measurement line for measuring the voltage toward the first convex portion side is derived, and the first voltage measurement line may be joined to the tip portion of the first convex portion. . At this time, the second convex portion extends from the base portion of the other external terminal among the external terminals erected on the upper lid toward the voltage measuring means side, and the second from the voltage measuring means. A second voltage measurement line for measuring the voltage toward the convex portion side of the second convex portion is derived, and the second voltage measurement line may be joined to the tip of the second convex portion.
本発明によれば、電池状態検知装置が、電池の電圧を測定する電圧測定手段の他に、電池に流れる電流を測定する電流測定手段を有しており、電圧測定手段および電流測定手段で測定された電流および電圧から、判定手段が、電池の充電状態および劣化状態を推定し、該推定した充電状態および劣化状態に基づいて車両のエンジン始動の可否判定および電池の交換判定を行うので、ISSシステムを装備していない車両で、手動により安全にISSを可能とすることができるとともに、電流測定手段は、上蓋の上面、かつ、前記上蓋に立設された外部端子のうちいずれか一方の外部端子の基部周囲に配置されたホール式電流センサであり、電流測定手段と、電圧測定手段および判定手段とは一体化され上蓋に形成された凹陥部に分離可能に固定されているので、電池状態検知装置および電池が一体化されISSシステムを装備していない車両への搭載が容易となる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, the battery state detection device has, in addition to the voltage measurement means for measuring the voltage of the battery, the current measurement means for measuring the current flowing through the battery, and is measured by the voltage measurement means and the current measurement means. Since the determination means estimates the state of charge and deterioration of the battery from the measured current and voltage, and determines whether or not to start the engine of the vehicle and the replacement of the battery based on the estimated state of charge and deterioration. In a vehicle not equipped with a system, it is possible to enable ISS safely by hand, and the current measuring means is provided on either the upper surface of the upper lid or one of the external terminals erected on the upper lid. A hall-type current sensor arranged around the base of the terminal. The current measuring means, the voltage measuring means and the judging means are integrated into a recessed portion formed in the upper lid so as to be separable. Since it is, can be mounted on the vehicle in which the battery state detection device and the battery is not equipped with integrated ISS system is facilitated, such an effect that.
以下、図面を参照して、本発明をガソリンエンジン車等の車両に搭載される鉛電池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 a lead battery mounted on a vehicle such as a gasoline engine vehicle will be described with reference to the drawings.
(鉛電池の構成)
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を有しており、電槽内には合計6組の極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリプロピレン(PP)等の高分子樹脂を用いることができる。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である。このため、鉛電池10の公称電圧は12Vとされている。
(Configuration of lead battery)
As shown in FIG. 1, the
電槽は、電槽の上部開口を密閉するPP等の高分子樹脂製の上蓋1に接着ないし溶着されている。上蓋1は金型を使用した射出成型により形成されたものである。上蓋1の一側(図1の下側)には、上蓋1にインサート成型された鉛部材のブッシング5が立設されている。ブッシング5は、鉛電池10を電源として外部へ電力を供給するための正極外部端子および負極外部端子として機能する。
The battery case is bonded or welded to an
図1および図2に示すように、上蓋1の上面、かつ、正極外部端子として機能するブッシング5の基部周囲には、ホール式の電流センサ2が配置されている。また、電流センサ2の近傍で、上蓋1の一側かつブッシング5間には鉛電池10の電池状態を検知するための電池状態検知装置3が配置されている。電流センサ2および電池状態検知装置3は、コイルおよびプリント基板上に個別の電子部品をマウントしたものをPP製のケース内に収容したもので、上蓋1の一側に形成された凹陥部に嵌合、固定されている。このため、電流センサ2および電池状態検知装置3は上蓋1と分離可能な構造となっている。なお、電池状態検知装置3は、後述するように、鉛電池10に流れる電流、鉛電池10の電圧および温度から鉛電池10の充電状態(SOC)および劣化状態(SOH)を推定し、推定した充電状態および劣化状態に基づいて車両のエンジン始動の可否判定および鉛電池10の交換判定を行う。
As shown in FIGS. 1 and 2, a hall-type
図2に示すように、上蓋5に埋設されたブッシング5の基部の略中央からは、電池状態検知装置3側に向けて凸部7が延出されている。一方、電池状態検知装置3からは鉛電池10の電圧を測定するための電圧測定線6が導出されており、電圧検出線6はブッシング5の凸部7とはんだ付けにより接合(接続)されている。なお、図2では、正極外部端子となるブッシング5との接続状態を示したが、同様に、負極外部端子となるブッシング5の凸部と電池状態検知装置3から導出された電圧測定線ともはんだ付けにより接合されている。
As shown in FIG. 2, a
また、電槽の略中央部かつ上部(上蓋1側)には、鉛電池10の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ(不図示)を収容する丸孔が形成されており、温度センサはこの丸孔内に接着剤等で固定されている。温度センサのリード線は電池状態検知装置3まで導出されている。
In addition, a round hole that accommodates a temperature sensor (not shown) such as a thermistor for detecting the temperature of the
電池状態検知装置3は、電圧測定手段、電流測定手段の一部および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。)、不揮発性のEEPROM、鉛電池10の電圧を測定するための差動増幅回路、推定した鉛電池10の充電状態、劣化状態、車両のエンジン始動の可否判定結果および鉛電池10の交換判定結果を後述する報知装置4に出力する送信手段としての出力回路、並びに、車両側制御システム11と無線通信を行う通信手段としての通信回路等を含んで構成されており、作動電源は鉛電池10から供給される。マイコンは、中央演算処理装置として機能するCPU、電池状態検知装置3の基本制御プログラムや後述する数式等のプログラムデータが格納された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を含んで構成されている。
The battery
なお、電圧測定線6は上述した差動増幅回路を介して電池状態検知装置3のマイコンに内蔵されたA/Dコンバータに接続されている。また、電流センサ2および温度センサの出力側は、マイコンに内蔵されたA/Dコンバータにそれぞれ接続されている。このため、マイコンは、鉛電池10の電圧、温度および鉛電池10に流れる電流を所定時間毎にデジタル値で取り込むことができる。また、マイコンは、電圧、電流および温度を所定時間毎に(例えば、電圧、電流をそれぞれ2m秒間隔、温度を1秒間隔で)それぞれサンプリングし、サンプリング結果をRAMに格納する。さらに、電流については、放電電流と充電電流とに分け、それぞれの積算値を算出している。
The
電圧状態検知装置3は、推定した鉛電池10の充電状態、劣化状態、車両のエンジン始動の可否判定結果および鉛電池10の交換判定結果をドライバに報知するための報知装置4に配線(有線)で接続されている。このため、報知装置4は、通常、運転席近傍のドライバにとって見やすい位置に配置される。鉛電池10(電池状態検知装置3)への配線は鉛電池10側に配置された図示しないアタッチメント(コネクタ)により取り外し可能な構造が採られている。
The voltage
図1に示すように、報知装置4には、鉛電池10の劣化状態、充電状態、エンジン始動の可否、電池交換の要否をドライバに示すLEDが配置されている。すなわち、報知装置4は、鉛電池10の劣化状態、充電状態を示すためにそれぞれ3個のLED、エンジン始動の可否、電池交換の要否を示すためにそれぞれ1個のLEDを有している。各LEDの点灯、消灯は、上述した電池状態検知装置3の出力回路により制御される。このような出力回路は、電池状態検知装置3のマイコンに内蔵されたD/Aコンバータ、プリント基板にマウントされたトランジスタ、抵抗等で構成されている。下表1はLED点灯と鉛電池10の電池状態との関係を示したものである。
As shown in FIG. 1, the
(車両との関係)
次に、車両と鉛電池10との関係について説明する。
(Relationship with vehicle)
Next, the relationship between the vehicle and the
図3に示すように、鉛電池10の正極外部端子は、イグニッションスイッチ(以下、IGNという。)15の中央端子に接続されている。IGN15は、中央端子とは別に、OFF端子、ON/ACC端子およびSTART端子を有しており、中央端子とこれらOFF、ON/ACCおよび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。
As shown in FIG. 3, the positive external terminal of the
START端子はエンジン始動用セルモータ(スタータ)19に接続されている。セルモータ19は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン18の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。
The START terminal is connected to an engine starting cell motor (starter) 19. The
また、ON/ACC端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機16および一方向への電流の流れを許容する整流素子を含むレギュレータを介してエンジン18の回転により発電する発電機17の一端に接続されている。すなわち、レギュレータのアノード側は発電機17の一端に、カソード側はON/ACC端子に接続されている。エンジン18の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機17に動力の伝達が可能である。このため、エンジン18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17が作動し発電機17からの電力が補機16や鉛電池10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。
The ON / ACC terminal is connected to one end of a
(鉛電池の動作)
次に、本実施形態の鉛電池10の動作について、電池状態検知装置3のマイコンのCPU(以下、単にCPUと略称する。)を主体として、エンジン状態の検知、鉛電池10の充電状態および健康状態の推定、エンジン始動の可否判定、電池の交換判定の順に説明する。
(Lead battery operation)
Next, with respect to the operation of the
<エンジン状態の検知>
CPUは、取り込んだ鉛電池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、CPUは、鉛電池10の電圧を常時監視(測定)し、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検知する。
<Detection of engine status>
The CPU has a function of detecting the engine state based on the taken voltage of the
一般に、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する車両では、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10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、同時に鉛電池10の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す。後述するように、エンジン始動時における鉛電池の最低電圧値Vpeak、鉛電池に流れる最大電流値Ipeak、および、自動車(車両)の抵抗値との間には、オームの法則が成り立つ。付言すれば、このオームの法則が成り立つのは、最低電圧値Vpeakおよび最大電流値Ipeakをとるときの一瞬であり、それ以外のときにはオームの法則は成立しない。
Generally, in a vehicle 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
CPU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、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(a:鉛電池10のOCVの109〜121%の電圧値)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。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す(エンジンは始動していないとみなす)。 The CPU has 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, a voltage drop of 1.5 V or more within 15 ms). In addition, it is determined whether or not a predetermined value a (a: a voltage value of 109 to 121% of the OCV of the lead battery 10) or more is reached, and if the determination is affirmative, it is determined that the engine has been started. On the other hand, when a negative determination is made, it is considered that an in-vehicle electrical component such as a car air conditioner or a car navigation system is activated (the engine is regarded as not started).
CPU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。
After the affirmative determination of the engine start described above, the CPU always has a voltage of the
(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。CPU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。このため、CPUは、アイドリング・ストップ状態(エンジンが停止し鉛電池10に負荷がかかった状態)か否かを判断することができる。
(1) After determining that the engine is being started, if the voltage of the
CPUは、エンジン停止後、鉛電池10の分極反応が解消した所定時刻(例えば、6時間経過後)に、鉛電池10の電圧をOCVとして取り込む。なお、CPUは内部時計によりエンジン停止後の時刻を把握している。
The CPU captures the voltage of the
<鉛電池のSOCおよびSOHの推定>
一般に、鉛電池の残存容量Q(Ah)は次式(1)で求めることができる。なお、式(1)において、Qfは走行前容量、Qoutは放電電流積算値、c1は電流係数、Qinは充電電流積算値、c2は充電効率を表している。
<Estimation of SOC and SOH of lead battery>
In general, the remaining capacity Q (Ah) of the lead battery can be obtained by the following equation (1). In equation (1), Qf represents the pre-travel capacity, Qout represents the discharge current integrated value, c1 represents the current coefficient, Qin represents the charge current integrated value, and c2 represents the charging efficiency.
本実施形態において、CPUは、走行前容量Qfを次のように算出する。図4に示すように、劣化品のOCVは新品(SOH100%)の直線より上方に平行移動する。SOHc%で新品に対し上方にdV平行移動したとすると、SOHx%のときのOCV補正値ΔOCVは次式(2)で表される。 In the present embodiment, the CPU calculates the pre-travel capacity Qf as follows. As shown in FIG. 4, the OCV of the deteriorated product translates upward from the straight line of the new product (SOH 100%). Assuming that dV is translated upward with respect to a new product at SOHc%, the OCV correction value ΔOCV at SOHx% is expressed by the following equation (2).
新品の走行前容量Qfを式(3)で表すとすると(a、bは定数)、劣化品の走行前容量Qfは式(4)で表される。 If the new pre-travel capacity Qf is expressed by equation (3) (a and b are constants), the pre-travel capacity Qf of the deteriorated product is expressed by equation (4).
図5に、補正後の残存容量QとOCVの関係を示す。補正後、新品の直線(残存容量とOCVとの関係を定めた一次式)にほぼ一致している。このため、CPUは、OCVを鉛電池10のSOHにより補正し、式(1)により鉛電池10の残存容量Q、すなわち、充電状態を算出(推定)する。なお、SOHは、例えば、上述した特許文献2、3等の技術を用いて求めることができる。
FIG. 5 shows the relationship between the remaining capacity Q after correction and the OCV. After correction, it almost coincides with a new straight line (a linear expression that defines the relationship between the remaining capacity and the OCV). For this reason, the CPU corrects the OCV with the SOH of the
CPUは、算出した鉛電池10の充電状態(SOC)と健康状態(SOH)の算出(推定)結果を上述した出力回路を介して報知装置4に表示する。
The CPU displays the calculated (estimated) results of the state of charge (SOC) and the state of health (SOH) of the
<エンジン再始動の可否判定>
図6はエンジン始動時の等価回路を示している。図6より、次式(5)、(6)が成り立つ。なお、式(5)、(6)において、Vpeakはエンジン始動時の鉛電池10の最低電圧値、Ipeakはエンジン始動時の鉛電池10に流れる最大電流値、OutRは自動車の抵抗値、InRは鉛電池10の内部抵抗を表している。
<Determining whether the engine can be restarted>
FIG. 6 shows an equivalent circuit when the engine is started. From FIG. 6, the following expressions (5) and (6) hold. In the expressions (5) and (6), Vpeak is the minimum voltage value of the
式(5)、(6)より次式(7)が成り立つ。 From the equations (5) and (6), the following equation (7) is established.
CPUは、式(8)に現在の残存容量推定値Q、温度から求められたOCV(OCVsoc)、内部抵抗(InRsoc)を代入することによりエンジン(再)始動時の最低電圧の推定値Vexpを算出する。 The CPU substitutes the estimated value Vexp of the minimum voltage at the time of engine (re) starting by substituting the current remaining capacity estimated value Q, the OCV (OCVsoc) obtained from the temperature, and the internal resistance (InRsoc) into the equation (8). calculate.
なお、自動車の抵抗値OutRは使用期間中ほとんど一定とみなせるため、本実施形態では、電池搭載後の数回のエンジン始動時の鉛電池10の最低電圧値Vpeakを最大電流値Ipeakで除した値(の平均値)を求め、その値をEEPROMに格納しておき、格納した値を読み出して自動車の抵抗値OutRとして用いた。電流センサ2の測定範囲が狭く、エンジン始動時の最大電流値Ipeakが測定できない場合には、次式(11)により自動車の抵抗値OutRを算出してもよい。
Since the resistance value OutR of the automobile can be regarded as almost constant during the period of use, in this embodiment, the value obtained by dividing the minimum voltage value Vpeak of the
式(11)の内部抵抗InRはエンジン始動時のIVデータを最小2乗近似することにより算出される内部抵抗である。また、自動車の抵抗値OutRは温度により若干異なる場合があるので温度補正してもよい。 The internal resistance InR in the equation (11) is an internal resistance calculated by approximating the IV data at the time of starting the engine to the least square. Further, since the resistance value OutR of the automobile may be slightly different depending on the temperature, the temperature may be corrected.
CPUは、エンジン始動時の最低電圧の推定値Vexpがエンジン始動のための最低電圧値Vminに対し、Vexp≦Vminか否かを判断する。なお、エンジン始動のための最低電圧値Vminは車両により異なるが6.8〜7.8V程度である。本実施形態では7.2Vとした。 The CPU determines whether or not the estimated value Vexp of the minimum voltage at the time of starting the engine is Vexp ≦ Vmin with respect to the minimum voltage value Vmin for starting the engine. The minimum voltage value Vmin for starting the engine is about 6.8 to 7.8 V although it varies depending on the vehicle. In this embodiment, the voltage is 7.2V.
否定判断のときにはエンジンを停止しても鉛電池10の残存容量でエンジンの再始動(ISS)が可能と判断し、出力回路を介して報知装置4のエンジン始動可否表示用のLEDが消灯(ISSが可能な状態を表示)するように制御する。肯定判断ときには、さらに、上述したアイドリング・ストップ状態にあるか否かを判断する。否定判断のときは、エンジン始動中で鉛電池10が発電機17により充電されISSが可能となるため、出力回路を介して報知装置4のエンジン始動可否表示用のLEDが消灯するように制御する。肯定判断のときには、エンジン停止中(アイドリング・ストップ状態)で鉛電池10が発電機17により充電されずISSが不能となるため、出力回路を介して報知装置4のエンジン始動可否表示用のLEDが点灯(ISSが不能な状態を表示)するように制御するとともに、通信回路を介して車両制御システム20にエンジンを始動するように無線で通信する。これにより、報知装置4のエンジン始動可否表示用LEDは点灯し、ドライバはISSが不能であることが分かる。一方、車両制御システム20はエンジン18を始動させるため、鉛電池10は発電機17により充電される。上述したように、CPUは所定時間毎に鉛電池10の電圧等を監視し上記演算を繰り返している。従って、エンジン始動後、若干の時間が経過すると、鉛電池10は充電されISSが可能な状態となる。これに伴い、CPUは出力回路を介して報知装置4のエンジン始動可否表示用のLEDが消灯するように制御する。
When a negative determination is made, it is determined that the engine can be restarted (ISS) with the remaining capacity of the
図7にエンジン始動時の最低電圧の推定値Vexpと真値の関係を示す。新品、劣化品ともにエンジン始動時の最低電圧の推定値Vexpが真値に対し概ね一致している。図7は25°Cの結果であるが、他の温度についても確認済である。 FIG. 7 shows the relationship between the estimated value Vexp and the true value of the minimum voltage when the engine is started. For both new and deteriorated products, the estimated value Vexp of the minimum voltage at the start of the engine is almost the same as the true value. FIG. 7 shows the result at 25 ° C., but other temperatures have been confirmed.
<電池の交換判定>
上述したように、CPUはSOHを算出している。このため、SOHが所定値(例えば、60%)未満か否かを判断することで、鉛電池10の交換が必要か否かを判断することができる。否定判断のときは、報知装置4の交換要否表示用のLEDが消灯(交換が不要な状態を表示)するように制御し、肯定判断のときは、報知装置4の交換要否表示用のLEDが点灯(交換が必要な状態を表示)するように制御する。
<Battery replacement judgment>
As described above, the CPU calculates the SOH. For this reason, it is possible to determine whether or not the
(効果等)
次に、本実施形態の鉛電池10の効果等について説明する。
(Effects etc.)
Next, effects and the like of the
本実施形態の鉛電池10では、電池状態検知装置3が、鉛電池10に流れる電流を測定する電流センサ2を有しており、鉛電池10に流れる電流および鉛電池10の電圧から、鉛電池10の充電状態および劣化状態を推定し、該推定した充電状態および劣化状態に基づいて車両のエンジン始動の可否判定および電池の交換判定を行う。このため、ISSシステムを装備していない車両で、ドライバが報知装置4を参照することにより、手動で安全にISSを可能とすることができる。また、電流センサ2、電圧を測定するための電圧測定線6、電池状態検知装置3が鉛電池10の上蓋1に配設されているので、電池状態検知装置3および鉛電池10が一体化され、ISSシステムを装備していない車両への搭載が容易となる。
In the
また、本実施形態の鉛電池10では、電流センサ2にホール式のものを用い、上蓋1に立設された正極外部端子の基部周囲に配置し、電流センサ2と電池状態検知装置3とを一体化して上蓋1の凹陥部に固定できる構造としたので、電池状態検知装置3および鉛電池10の小型化および組立性の向上(コストの低減)を促進できるので、ISSシステムを装備していない車両への搭載がより容易となる。
Further, in the
さらに、本実施形態の鉛電池10では、鉛電池10(電池状態検知装置3)および報知装置4間の配線をアタッチメントにより取り外し可能な構成としたため、表示装置4を運転席に取り付けた後、鉛電池10と接続できるため、取り付け作業を向上させることができる。
Furthermore, in the
また、本実施形態の鉛電池10では、CPUが測定したOCVを鉛電池10のSOHにより補正して鉛電池10の残存容量(充電状態)を算出する。このため、鉛電池10のSOHに拘わらず残存容量とOCVとの関係がほぼ一次式で表され、SOHによる一次式からのズレを防止することができるので、鉛電池10の残存容量(充電状態)を精度よく算出することができる。従って、電池状態検知装置3はエンジン再始動の可否の誤判定を防止することができる。
In the
なお、本実施形態では、鉛電池10(電池状態検知装置3)と報知装置4とを有線で接続した例を示したが、本発明はこれに制限されず、無線を用いるようにしてもよい。また、本実施形態では、報知装置4にLED表示の例を示したが、ブザー音または声または液晶パネルなどによる画面表示により電池状態を報知するようにしてもよい。さらに、本実施形態では、アイドリング・ストップ状態でエンジン始動の可否判定が否判定の場合、無線により車両制御システム20に通信する例を示したが、例えば、フォトカプラ等による有線通信やI/Oを介して車両制御システム20と接続するようにしてもよい。
In the present embodiment, the lead battery 10 (battery state detection device 3) and the
また、本実施形態では、電池状態検知装置3を鉛電池10の上蓋1に嵌合、固定する例を示したが、ねじ止め固定などで電池状態検知装置3を上蓋1から分離できるようにしてもよい。さらに、本実施形態では、ホール式電流センサ2を例示したが、シャント式電流センサを用いてもよい。ただし、シャント式電流センサの場合、端子であるブッシング5と電池内部の極板との間にシャント式電流センサを接続しなければならないため、構造が複雑となり、ホール式電流センサを使用した方がより簡便な構造で実現できるため、コスト的にも有利と考えられる。
In this embodiment, the battery
また、有害物の進入を防止するため、上蓋1と電流センサ2および電池状態検知装置3の境界部分をシートまたはフィルムで被覆するようにしてもよい。さらに、比重センサ、液面センサを上蓋1内に内蔵するようにしてもよい。
Further, in order to prevent the entry of harmful substances, the boundary portion between the
本発明はISSシステムを装備していない車両で、手動により安全にISSを可能とする電池を提供するものであるため、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 is a vehicle not equipped with an ISS system, and provides a battery that can be safely and manually operated. Therefore, it contributes to the manufacture and sale of the battery, and thus has industrial applicability.
1 上蓋
2 電流センサ(電流測定手段の一部)
3 電池状態検知装置
5 ブッシング(外部端子)
6 電圧検出線(第1の電圧検出線)
7 凸部(第1の凸部)
10 鉛電池(電池)
20 車両制御システム(車両の制御部)
1
3 Battery
6 Voltage detection line (first voltage detection line)
7 convex part (first convex part)
10 Lead battery (battery)
20 Vehicle control system (vehicle control unit)
Claims (6)
前記電池状態検知装置は、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電流測定手段および前記電圧測定手段で測定された電流および電圧から前記電池の充電状態および劣化状態を推定し、該推定した充電状態および劣化状態に基づいて車両のエンジン始動の可否判定および前記電池の交換判定を行う判定手段とを有して構成されており、
前記電流測定手段は、前記上蓋の上面、かつ、前記上蓋に立設された外部端子のうちいずれか一方の外部端子の基部周囲に配置されたホール式電流センサであり、
前記電流測定手段と、前記電圧測定手段および前記判定手段とは一体化され前記上蓋に形成された凹陥部に分離可能に固定されている、
ことを特徴とする電池。 A vehicle battery equipped with a battery state detection device for detecting the state of the battery,
The battery state detection device includes: a current measurement unit that measures a current flowing through the battery; a voltage measurement unit that measures a voltage of the battery; and the current and the voltage measured by the current measurement unit and the voltage measurement unit. The battery charging state and the deterioration state are estimated, and based on the estimated charging state and deterioration state, a determination unit that determines whether to start the engine of the vehicle and whether to replace the battery is configured .
The current measuring means is a hall-type current sensor disposed on the upper surface of the upper lid and around the base portion of any one of the external terminals erected on the upper lid,
The current measuring unit, the voltage measuring unit, and the determining unit are integrated and fixed to a recessed portion formed in the upper lid so as to be separable.
A battery characterized by that.
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