JP6847174B2 - バッテリ劣化検出装置 - Google Patents

Description

本願は、バッテリ劣化検出装置に関する。

特許文献１で開示されているバッテリ放電能力判定においては、バッテリの電流及び電圧を測定し所定のＳＯＣ（State Of Charge：充電率）算出方法で算出されたＳＯＣからバッテリ等価回路の調整パラメータを要素とする状態ベクトルを推定している。これにより、要求負荷電流に対する応答電圧を推定してバッテリの放電能力を判定することができる。さらに、所定の電流パターンで放電させたときのバッテリの電圧又は電圧降下を、最適に学習させた等価回路を用いて予測させるようにしたことにより、バッテリが負荷に給電を行っている負荷動作環境においても、バッテリの放電能力を高精度で評価することを可能としている。さらに、所定の周波数のインピーダンス測定を併用することで、バッテリ放電能力の予測精度を一層向上させている。

従来のバッテリ劣化検出装置は、バッテリの劣化度合がバッテリの内部抵抗と相関しているためその劣化をバッテリの内部抵抗によって判定していた。バッテリの内部抵抗を直接計測することは困難であるため、その内部抵抗をバッテリ電圧とバッテリ電流によって判定するが、微少な電流変化では精度良い抵抗検出ができないため、大電流が流れるエンジン始動時（スタータ駆動時）の電圧と電流の変化を計測することにより実施していた。電圧および電流検出時には、電圧と電流を同期させること、バッテリの端子電圧・バッテリ電流を検出すること、演算機能を備える必要があること、バッテリ温度を測定するためにできる限りバッテリ近傍の温度を測定することが必要であり、バッテリ近傍にその検出ができる高価なバッテリセンサを備える必要があった。

特許第４５３２４１６号公報（段落００３２〜００３６、図１〜図３）

しかしながら、従来のバッテリ劣化検出装置は、バッテリ特性がそれぞれ異なることより、個々のパラメータおよび必要によっては個々のロジックが必要といったバッテリ仕様に依存するものとなっており、異なるバッテリでは正常な劣化検出が実施できず、また、バッテリ端子に取り付けしているバッテリセンサの取付形状から、異なる形状のバッテリを使うことができず、バッテリの選定に制約があった。そのため、ユーザは車両によって指定されているバッテリを使用しなければならず、バッテリ交換時には費用負担が大きいという問題があった。

また、バッテリの劣化はバッテリの特性を模擬したモデルまたは評価結果によって劣化時の状態を推定しているが、市場においては、車両の使用環境・状態によってバッテリの劣化状態は様々であり、バッテリの使用期間および車両に搭載される電気負荷の違いから想定しているバッテリ状態と異なるものが多々ある。そのため、特定パラメータおよびロジックで全てのバッテリに対して精度良く劣化判定を行うことは難しいという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されず、精度よくバッテリの劣化を検出するバッテリ劣化検出装置を提供することを目的とする。

本願に開示されるバッテリ劣化検出装置は、車両に搭載するバッテリの挙動としてバッテリ温度、バッテリ電圧とバッテリ電流、およびエンジン状態としてエンジンの負荷トルクを検出する検出部と、前記検出部で検出された前記バッテリの挙動から充電率とバッテリ安定度を推定する推定部と、初期状態または前記初期状態と同性能のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部と、前記検出部で検出された前記負荷トルク、前記推定部で推定された前記充電率と前記バッテリ安定度、および前記記憶部から取得された前記バッテリ情報に基づいて推定した現在の前記車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、前記検出部により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、前記バッテリの劣化を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。

本願によれば、初期状態もしくはバッテリ劣化影響が少ない場合のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動および状態を含むバッテリ情報に基づいて、バッテリの劣化を判定することで、個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されることなく、精度よくバッテリの劣化を検出することができる。

実施の形態１に係るバッテリ劣化検出装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るバッテリ劣化検出装置のバッテリ挙動検出部およびエンジン挙動検出部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るバッテリ劣化検出装置のバッテリ状態推定部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るバッテリ劣化検出装置のバッテリ劣化度合判定部の構成を示すブロック図である。

実施の形態１
実施の形態１に係るバッテリ劣化検出装置について図面を参照して説明する。図１は、バッテリ劣化検出装置２０１の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、バッテリ劣化検出装置２０１は、車内Ａに備えられる挙動検出部１０、車外Ｂに備えられるバッテリ状態推定部２０、バッテリ劣化度合判定部３０および記憶部４０、車内Ａ、車外Ｂおよびユーザ／管理者３間で情報を送受信する通信部５０で構成される。

挙動検出部１０は、エンジン挙動検出部１１により、始動時にエンジン１を回転させるための負荷トルクＬＴを検出し、バッテリ挙動検出部１２により、バッテリ温度ＢＴ、バッテリ電圧ＢＶおよびバッテリ電流ＢＣを検出する。

挙動検出部１０は、エンジン挙動検出部１１により検出された負荷トルクＬＴと、バッテリ挙動検出部１２により検出されたバッテリ温度ＢＴ、バッテリ電圧ＢＶおよびバッテリ電流ＢＣとを、挙動情報として通信部５０の挙動情報送信手段５１に伝達する。

挙動情報送信手段５１は、挙動検出部１０から得た挙動情報を車外Ｂの挙動情報受信手段５２を介してバッテリ状態推定部２０に伝達する。

図２は、挙動検出部１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、挙動検出部１０は、エンジン挙動検出部１１、バッテリ挙動検出部１２で構成される。

エンジン挙動検出部１１は、エンジン挙動検出部１１、バッテリ挙動検出部１２からなる。エンジン挙動検出部１１は、エンジン温度検出手段１１１によりエンジン始動時のエンジン温度（エンジン油温ＥＯ、エンジン水温ＥＷ）を検出し、エンジン状態検出手段１１２により、検出されたエンジン油温ＥＯおよびエンジン水温ＥＷをもとに、それらのパラメータと始動時にエンジン１を回転させるための負荷トルクの相関性を示すエンジン負荷情報から負荷トルクＬＴを検出する。

バッテリ挙動検出部１２は、バッテリ温度検出手段１２１、バッテリ電圧検出手段１２２およびバッテリ電流検出手段１２３からなる。バッテリ温度検出手段１２１は、バッテリ２から取り出せる電流量を推定するためのバッテリ状態の情報として、バッテリ温度（バッテリ液温）ＢＴの検出を行なう。バッテリ温度（バッテリ液温）ＢＴは、直接計測することが困難であるため、バッテリ付近の温度（エンジンルーム内温度、気温等）で代替しても良い。

バッテリ電圧検出手段１２２およびバッテリ電流検出手段１２３は、それぞれバッテリ電圧ＢＶとバッテリ電流ＢＣを検出するものである。

エンジン挙動検出部１１およびバッテリ挙動検出部１２で検出された挙動情報は、挙動情報送信手段５１から挙動情報受信手段５２に送信される。また、バッテリ電圧検出手段１２２は、エンジン始動後には、エンジン始動期間中のバッテリ電圧を定期的に検出し、バッテリ電圧の変化を挙動情報送信手段５１から挙動情報受信手段５２に送信し、記憶部４０としての記憶手段４１に記録しておく。

図３は、バッテリ状態推定部２０の構成を示すブロック図である。図３に示すように、バッテリ状態推定部２０は、ＳＯＣ推定手段２２とバッテリ安定度推定手段２３で構成される。

ＳＯＣ推定手段２２は、挙動情報受信手段５２に送信されたバッテリ電圧ＢＶとバッテリ電流ＢＣからバッテリ２のＳＯＣの推定を行う。バッテリのＳＯＣの推定誤差を低減するため、定期的に満充電状態にして推定したＳＯＣを１００％にリセットし、記憶部４０としての記憶手段４１に記憶しておく。満充電判定は充電時のバッテリ電流ＢＣとバッテリ電圧ＢＶの挙動によって判定する。

バッテリ安定度推定手段２３は、バッテリ２に充電を行ってからバッテリ２内の物質の状態が安定するまでには時間がかかるため、前回車両使用が終了してバッテリへの充放電が済んでからの時間に基づいてバッテリ安定度ＢＡを推定する。その際、バッテリ温度ＢＴ（気温）との相関に基づき補正する。

始動時のバッテリ状態としてのバッテリ安定度ＢＡとバッテリ温度ＢＴ、ＳＯＣ、および挙動検出部１０で検出されたバッテリ電圧ＢＶと負荷トルクＬＴは、バッテリ劣化度合判定部３０に出力される。

図４は、バッテリ劣化度合判定部３０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、バッテリ劣化度合判定部３０は、バッテリ正常時始動電圧推定手段３１、バッテリ劣化判定手段３２で構成されている。

記憶手段４１には、バッテリデータベースＢＤＢとして、予め始動時バッテリ電圧データと比較するためのベースとなるバッテリ電圧データであり、自車両の新品で劣化していない状態での始動時のバッテリの挙動および状態であるバッテリ情報を蓄積したものが保管されている。または、他車両で劣化していない状態での始動時のバッテリの挙動および状態、および劣化してバッテリが上がってしまう直前の状態での始動時のバッテリ情報を蓄積したものが保管されている。

バッテリ正常時始動電圧推定手段３１は、挙動検出部１０で検出されたエンジン状態を表すデータである負荷トルクＬＴ、バッテリ状態推定部２０から入力されたＳＯＣおよび始動時のバッテリの状態を表すデータであるバッテリ温度ＢＴとバッテリ安定度ＢＡをもとに、バッテリデータベースＢＤＢに記憶するバッテリ情報に対して初期電圧、エンジン始動時降下電圧、エンジン駆動時の電圧変位幅とその周期を補正することで、現在の自車両の正常時のバッテリ２のエンジン始動電圧の推定を行なう。

自車両のバッテリ情報を用いる場合は、過去の履歴の保存時のバッテリ情報を負荷トルクＬＴ、ＳＯＣ、バッテリ温度ＢＴとバッテリ安定度ＢＡをもとに補正して、現在の当該車両の正常時のバッテリ２のエンジン始動電圧の推定を行なう。他車両のバッテリ情報を用いる場合、負荷トルクＬＴ、ＳＯＣ、バッテリ温度ＢＴとバッテリ安定度ＢＡが類似しているバッテリ情報を選択して、現在の自車両の正常時のバッテリ２のエンジン始動電圧の推定を行なう。

バッテリ劣化判定手段３２は、バッテリデータベースＢＤＢに基づき、バッテリ正常時始動電圧推定手段３１により推定した現在の自車両の正常時のバッテリ２のエンジン始動電圧と、バッテリ電圧検出手段１２２にて検出した現在の自車両のバッテリ２のエンジン始動電圧とを始動期間全体で比較し、初期電圧、エンジン始動時降下電圧、エンジン駆動時の電圧変位幅とその周期があらかじめ設定した劣化判定閾値を超える場合はバッテリ劣化と判定する。

バッテリ劣化判定手段３２で劣化と判定された場合、バッテリ劣化度合判定部３０は、あらかじめ複数設定した劣化度合判定閾値に応じたバッテリ劣化度合いとしてバッテリ劣化情報をバッテリ劣化度合送信手段５３に出力する。バッテリ劣化度合判定部３０で出力されたバッテリ劣化情報は、バッテリ劣化度合送信手段５３からバッテリ劣化度合受信手段５４に送信され、ユーザまたは管理者（カーディーラー等）３に対してバッテリの劣化状態を通知する。

このように、車両の新品で劣化していない状態での始動時のバッテリの挙動および状態であるバッテリ情報に基づいて推定した現在の自車両の正常時のバッテリ２のエンジン始動電圧と、実測した現在のバッテリ２のエンジン始動電圧とを比較することで、精度よくバッテリの劣化を検出することができる。

以上のように、実施の形態１に係るバッテリ劣化検出装置２０１によれば、車両に搭載するバッテリ２の挙動およびエンジン状態を検出する挙動検出部１０と、挙動検出部１０で検出されたバッテリ２の挙動からＳＯＣとバッテリ状態を推定するバッテリ状態推定部２０と、初期状態、もしくはバッテリ劣化影響が少ない場合（初期状態と同性能）のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリ２の挙動および状態を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部４０と、挙動検出部１０で検出されたエンジン状態、バッテリ状態推定部２０で推定されたＳＯＣ、バッテリ状態および記憶部４０から取得されたバッテリ情報に基づいて推定した現在の車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、挙動検出部１０により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、バッテリ２の劣化を判定するバッテリ劣化度合判定部３０とを備えるようにしたので、個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されることなく、精度よくバッテリの劣化を検出することができる。

なお、本実施の形態では、バッテリ状態推定部２０を車外Ｂに備えた場合について示したが、これに限るものではない。バッテリ状態推定部２０を車内Ａに備えても良い。この場合、車内Ａにも記憶部４０としての記憶手段を備える。

さらに、バッテリ劣化度合判定部３０も車内Ａに備えても良い。この場合、バッテリ劣化度合判定部３０で出力されたバッテリ劣化情報は、車内Ａから直接、ユーザまたは管理者３に通知される。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ エンジン、２ バッテリ、１０ 挙動検出部、２０ バッテリ状態推定部、３０ バッテリ劣化度合判定部、４１ 記憶手段、２０１ バッテリ劣化検出装置。

Claims (4)

1. 車両に搭載するバッテリの挙動としてバッテリ温度、バッテリ電圧とバッテリ電流、およびエンジン状態としてエンジンの負荷トルクを検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記バッテリの挙動から充電率とバッテリ安定度を推定する推定部と、
   初期状態または前記初期状態と同性能のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部と、
   前記検出部で検出された前記負荷トルク、前記推定部で推定された前記充電率と前記バッテリ安定度、および前記記憶部から取得された前記バッテリ情報に基づいて推定した現在の前記車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、前記検出部により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、前記バッテリの劣化を判定する判定部と
   を備えたことを特徴とするバッテリ劣化検出装置。
2. 前記記憶部は、自車両の前記バッテリ情報を記憶していることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ劣化検出装置。
3. 前記記憶部で記憶している情報は、他車両の前記バッテリ情報であり、劣化してバッテリが上がってしまう直前の状態での始動時のバッテリ情報も含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ劣化検出装置。
4. 前記判定部は、バッテリが劣化していると判定した場合に、バッテリの劣化の度合いを判断し、ユーザまたは管理者に前記バッテリの劣化の度合いを通知する通信部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバッテリ劣化検出装置。

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