WO2006093287A1

WO2006093287A1 - バッテリ状態監視装置

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Publication number: WO2006093287A1
Application number: PCT/JP2006/304142
Authority: WO
Inventors: Takahiro Matsuura; Yoichiro Anzai; Shuji Mayama
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2006-09-08
Anticipated expiration: 2007-09-04
Also published as: DE112006000499T5; DE112006000499B4; CN101128743B; JP4907519B2; JPWO2006093287A1; CN101128743A

Abstract

　本発明は、バッテリの状態評価のためのバラメータ設定についての人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できるバッテリ状態監視装置を提供することを目的とする。そして、本発明に係るバッテリ状態監視装置では、エンジン始動時負荷が実質的に新品状態のバッテリに接続された際の下限電圧値が初期基準下限電圧値ＶLIFとして計測され、この初期基準下限電圧値ＶLIFと、そのバッテリの開放電圧である初期基準開放電圧値ＶOIFと、予め記憶部に記憶されたバッテリの開放電圧の変化に対する内部抵抗変化率に関する情報とを用いて、車両固有のエンジン始動時負荷に対する新品のバッテリの基準放電特性が導出され、その基準放電特性を用いてバッテリの状態評価が行われる。

Description

明細書

バッテリ状態監視装置

技術分野

[0001] 本発明は、バッテリ (本明細書では、鉛バッテリのことを指す)の状態を監視するバッテリ状態監視装置に関する。

背景技術

[0002] 従来より、バッテリの状態 (例えば、劣化度合い又は充電残量等）の検出を、ェンジン始動時等の放電時におけるバッテリの電圧降下特性に基づ、て行う技術がある（例えば特許文献 1)。この電圧降下特性はバッテリ放電時の車両固有の負荷と密接に関係するため、この種の従来技術では、ノッテリの状態評価のための各種パラメ一タを車種ごとに個別に設定するようになって!/、る。

[0003] 特許文献 1：特開 2004— 190604号公報

[0004] し力しながら、上述の従来技術では、ノッテリの状態評価のための各種パラメータを車種ごとに個別に設定にするため、パラメータ設定のための人的及び装置的コストが増大するとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキには対応困難である。発明の開示

[0005] そこで、本発明の解決すべき課題は、ノッテリの状態評価のためのバラメータ設定についての人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できるバッテリ状態監視装置及び監視方法を提供することである。

[0006] 上記課題を解決すベぐ本発明の第 1の態様は、車両に搭載されたバッテリと前記車両とを組み合わせた初期状態を記憶し、時々刻々の前記バッテリの始動前の電圧と始動時の略最低電圧とを用いて、初期状態と使用時の状態とを比較することで前記バッテリの残容量及び劣化状態を監視するバッテリ状態監視装置であって、前記ノッテリの出力電圧を検出する検出手段と、前記バッテリの略新品状態での、開放電圧値の変化と内部抵抗値の変化との関係を示す第 1の情報が記憶された第 1の記憶手段と、前記第 1の記憶手段に記憶されている前記第 1の情報と、前記バッテリの略新品かつ略満充電状態を対象として前記検出手段によって検出された開放電圧値である初期基準開放電圧値と、前記バッテリの略新品かつ略満充電状態での所定負荷を接続して放電を行わせた際に前記検出手段によって検出された出力電圧値である初期基準放電時電圧値とに基づいて、前記バッテリに関する前記開放電圧値の変化と前記所定負荷の放電により検出された出力電圧値である放電時電圧値の変化との関係を示す基準放電特性を導出する処理手段と、前記初期基準開放電圧値及び前記初期基準放電時電圧値である第 2の情報を記憶する第 2の記憶手段と、を備えることにより、前記バッテリ及び車両ごとに固有のパラメータ設定を行わずに前記基準放電特性の導出を可能としたことを特徴とするものである。

[0007] 本発明の第 2の態様は、第 1の態様に係るバッテリ状態監視装置において特に、前記バッテリの開放電圧を V 、前記バッテリの放電時電圧を V、前記初期基準開放

OI LI

電圧値を V 、前記初期基準放電時電圧値を V 、前記バッテリの内部抵抗を R 、

OIF LIF BI

前記バッテリの略新品かつ略満充電状態での内部抵抗値を R

BIFとそれぞれ定義した場合、前記第 1の情報は、関数 f (V ) =R /R として与えられ、前記基準放電特

OI BI BIF

性は、

V = [V /{ (V -V ) -f (V ) +ν }] ·ν

LI LK OI LK OI LK OI

但し、 V = (V /V ) -V

LK LIF OIF OI

として与免られることを特徴とするものである。

[0008] 本発明の第 3の態様は、第 1又は第 2の態様に係るバッテリ状態監視装置であって

、前記処理手段は、前記基準放電特性と、使用開始後の前記バッテリを対象として前記検出手段によって検出された開放電圧値である使用後開放電圧値と、使用開始後の前記バッテリに前記所定負荷を接続して放電を行わせた際に前記検出手段によって検出された出力電圧値である使用後放電時電圧値とに基づいて、前記バッテリの劣化度及び充電残度を導出することを特徴とするものである。

[0009] 本発明の第 4の態様は、第 3の態様に係るバッテリ状態監視装置であって、前記処理手段は、前記初期基準開放電圧値と、前記基準放電特性上で前記使用後放電時電圧値に対応する開放電圧値である対応開放電圧値との差と、前記初期基準開放電圧値と前記使用後放電時電圧値との差とに基づいて、前記劣化度を求めることを特徴とするものである。

[0010] 本発明の第 5の態様は、第 3の態様に係るバッテリ状態監視装置であって、前記処理手段は、前記初期基準開放電圧値と、前記基準放電特性上で前記使用後放電時電圧値に対応する開放電圧値である対応開放電圧値との差に対する、前記初期基準開放電圧値と前記使用後放電時電圧値との差である第 1の比率を求め、前記初期基準開放電圧値と、前記バッテリの略新品状態での充電残量が略ゼロのときの開放電圧値である最低基準開放電圧値との差に対する、前記初期基準開放電圧値と、使用開始後の前記バッテリの充電残量が略ゼロのときの開放電圧値である最低使用後開放電圧値との差である第 2の比率が、前記第 1の比率に等しくなるように、前記最低使用後開放電圧値を求め、前記初期基準開放電圧値と前記最低使用後開放電圧値との差と、前記使用後開放電圧値と前記最低使用後開放電圧値との差とに基づ!/、て、前記充電残度を求めることを特徴とするものである。

[0011] 本発明の第 1及び第 2の各態様によれば、略新品のバッテリの残容量の変化に応じた開放電圧値の変化に対するバッテリの内部抵抗値の変化態様は、バッテリのグレード等が異なってもほぼ共通している。そのため、その開放電圧値の変化に対する内部抵抗値の変化態様を表す第 1の情報と、略新品状態にあるときのバッテリの初期基準放電時電圧値と、所定負荷 (これは各車両固有のものであってよい）に対する初期基準放電時電圧値とに基づいて、バッテリの状態評価の基準となる略新品状態にあるときのバッテリの開放電圧値の変化に対する放電時電圧値の変化態様を表す基準放電特性を、バッテリ及び車両ごとに固有のパラメータ設定を行うことなぐ自動的に取得することができる。その結果、パラメータ設定のための人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できる。

[0012] また、初期基準放電時電圧値の検出を行う際にバッテリに接続する所定負荷は、各車両に固有の負荷であってよ、ので、所定負荷として車両固有の負荷を用いることにより、ノッテリにその車両固有の負荷を接続したときの固有の放電特性を反映した、車両固有のバッテリ評価基準を自動的に取得することができる。

[0013] 本発明の第 3の態様によれば、処理手段は、基準放電特性と使用後開放電圧値と使用後放電時電圧値とに基づいて、バッテリの劣化度及び充電残度を導出するため、ノッテリ及び車両ごとに固有のパラメータを設定することなく劣化度及び充電残度を求めることができる。

[0014] 本発明の第 4の態様によれば、処理手段は、初期基準開放電圧値と対応開放電圧値との差と、初期基準開放電圧値と使用後放電時電圧値との差とに基づいて、バッテリの劣化度を求めるため、簡単な演算により、ノッテリの劣化度を求めることができる。

[0015] また、バッテリの充電残度に依存することなぐ各時点におけるバッテリの劣化度を求めることができる。

[0016] 本発明の第 5の態様によれば、処理手段は、初期基準開放電圧値と最低使用後開放電圧値との差と、使用後開放電圧値と最低使用後開放電圧値との差とに基づ!ヽて、ノッテリの充電残度を求めるため、簡単な演算により、ノッテリの充電残度を求めることができる。

[0017] また、バッテリの劣化度に依存することなぐ各時点におけるバッテリの充電残度を求めることができる。

[0018] この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによつて、より明白となる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]劣化状況及び充電残量の異なるノッテリについて開放電圧とエンジン始動時の下限電圧とを試験により計測した計測結果を示すグラフである。

[図 2]ノッテリのエンジン始動時の放電特性について説明するためのグラフである。

[図 3]エンジン始動時にバッテリに接続される負荷とバッテリの内部抵抗との関係を模式的に示す回路図である。

[図 4 IS容量試験を利用して新品のバッテリの放電時の出力電圧の推移を計測したときのグラフである。

[図 5]放電に伴う開放電圧の変化に対する内部抵抗変化率の推移を示すグラフである。

[図 6]導出したバッテリのエンジン始動時の放電特性に基づいてバッテリの状態評価を行う原理を説明するためのグラフである。

[図 7]本発明の一実施形態に係るバッテリ状態監視装置のブロック図である。

[図 8]図 7のバッテリ状態監視装置の全体的な処理動作を示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

[0020] <原理説明 >

本発明の一実施形態に係るバッテリ状態監視装置についての具体的な説明を行う前に、本実施形態に係るバッテリ状態の評価原理について説明する。

[0021] 図 1は、劣化状況及び充電残量の異なるノッテリについて開放電圧 (バッテリが実質的に放電を行っていないときの出力電圧）とエンジン始動時の下限電圧 (エンジン始動時の放電によりバッテリの出力電圧が低下したときのその最低電圧であり、本発明に係る放電時電圧に相当する）とを試験により計測した計測結果を示すグラフである。その横軸は各放電試験におけるエンジン始動時放電開始前のバッテリの開放電圧値に対応し、縦軸は各放電試験におけるエンジン始動時放電中のバッテリの下限電圧値に対応している。また、図 1中の曲線 G1は新品（実質的に新品であればよい（以下同様) )のバッテリにつ、ての計測結果に基づ、て描、たものであり、曲線 G2〜 G4は使用されてある程度劣化したバッテリにつ、ての計測結果に基づ、て描ヽたものであり、曲線 G2, G3, G4の順にバッテリの使用期間が長くなり劣化が進んでいる。なお、充電終了時 (エンジン停止時)から一定時間経過時の開放電圧値を用いることにより、バッテリ 1の放電特性取得や状態評価等の精度がより向上する。

図 1のグラフより、ノッテリの劣化が進むにつれて対応する曲線 G1〜G4がグラフの概ね右方向（又は右下方向）にシフトしていることが分かる。特に、下限電圧値が所定の基準レベル (例えば、 9V)以下の領域では、曲線 G1を基準とした曲線 G2〜G4 の右方向へのシフト量が対応するバッテリの劣化の進みに応じて増加する傾向にあることが分かる。これより、曲線 G1に対応した新品のバッテリのエンジン始動時放電特性 (各充電残量に応じた各放電電圧値に対するエンジン始動時放電中の下限電圧値)を導出しておけば、これを基準としてバッテリの状態評価を行うことができる。

[0022] しかし、エンジン始動時にバッテリに接続される負荷の状況は、車種ごとに大きく相違する。このため、従来の手法を適用して、曲線 G1に対応するバッテリのエンジン始動時放電特性を取得しょうとすると、例えば、ある一定の基準条件の下で曲線 G1に対応するバッテリのエンジン始動時放電特性を試験により検出し、その放電特性に対し、車種ごとに設定した調節パラメータを用いて微調整を行うこととなる。

[0023] そこで、本願発明者は、その従来手法の課題に着目し、車体固有の調節パラメータ等を使用することなぐ車体固有のエンジン始動時の負荷状況を反映したバッテリのエンジン始動時放電特性等を自動的に取得できるようにすべく本発明を行った。その原理は以下の通りである。

[0024] 図 2は、ノッテリのエンジン始動時の放電特性について説明するためのグラフであり、図 2のグラフ中の曲線 G1は図 1の曲線 G1に対応している。図 3に示すように、ェンジン始動時にバッテリ 1に接続されるエンジン始動時負荷 L (バッテリの内部抵抗

S

以外の負荷であって、スタータ、その他の抵抗要素等を含む）の抵抗値を R

Sとし、バッテリ 1の内部抵抗値を Rとし、ノッテリ 1の開放電圧値を Vとし、ノッテリ 1にェンジ

B O

ン始動時負荷 Lを接続して放電を行わせた際の出力電圧の最低値である下限電圧

S

値を Vとすると、これらのパラメータ R , R , V , Vの間には、次の関係が成り立つ。

L S B O L

[0025] [数 1]

R B V O- V L 、 ' )

[0026] この式（1)を Vについて解くと次のようになる。

L

[0027] [数 2]

V _L= ^¾ - V。 - ( 2 ) [0028] この式（2)において、内部抵抗値 Rが開放電圧値 V (すなわち、バッテリ 1の充電

B O

残量）により変化しないと仮定すると、エンジン始動時負荷 Lの抵抗値 Rは開放電圧

S S

値 Vの値に依らず一定であるため、図 2のグラフの座標系の原点を通る直線 G5に o

対応した式 (値 V , Vの比例関係を表す式）が得られる。

O L

[0029] 実際には、式（2)における内部抵抗値 Rは開放電圧値 V (バッテリ 1の充電残量）

B O

の減少に伴って増加するため、下限電圧値 Vの低下割合は、曲線 G1のように開放し

電圧値 Vの減少、に伴って増大するようになっている。すなわち、図 2のグラフの曲線 Glの直線 G5からの縦軸マイナス方向への乖離量が開放電圧値 Vの減少に伴って

o

徐々に大きくなるのは、開放電圧値 Vの減少に伴う内部抵抗値 Rの増加〖こよるもの

O B

であるということができる。

[0030] そこで、本願発明者は、開放電圧値 V (バッテリ 1の充電残量)の減少に伴うバッテ

o

リ 1の内部抵抗値 Rの増加割合は、新品のバッテリ 1であればどのノッテリ 1について

B

もほぼ共通した特性であることに着目し、その特性を有効に利用することにより、新品のバッテリ 1のエンジン始動時負荷 Lに対する車両固有の放電特性を容易に検出す

S

ることが可能であることに思い至った。

[0031] すなわち、新品のバッテリ 1における開放電圧値 Vの減少に伴う内部抵抗値 Rの

O B

増加割合に関する情報を予め取得してシステムに記憶させておき、工場での車両組立完成時、出荷時、車両がエンドユーザに引き渡されたとき、又はエンドユーザ引き渡し後一定期間内などのバッテリ 1が新品の状態にあるときに、バッテリ 1に対するェンジン始動時負荷 Lを用いた放電特性 (基準となる充電残量における新品のバッテ

S

リ 1の開放電圧値 Vとエンジン始動時負荷 Lを接続した際の下限電圧値 V )の計測

O S L

により、図 2のグラフ上における車両固有の 1つの計測点を取得し、その計測点と予め記憶された内部抵抗値 R

Bの増加割合に関する情報とに基づいて、新品のバッテリ

1のエンジン始動時負荷 Lに対する車両固有の放電特性を取得できることが分かつ

S

た。なお、前記車両固有の計測点については、複数回の計測を行って得られた計測結果について平均化 (加重平均を含む)等の数値処理を施したものを利用してもよく、その場合、計測時のバッテリ 1の開放電圧 (充電残量)の値に応じて開放電圧が最大の計測点について優先的に利用したり、加重平均の寄与度を大きくする等の方法が考えられる。

[0032] より具体的には、まず、新品のバッテリ 1の充電残量が満充電状態 (実質的に満充電状態であればょヽ（以下同様) )であるときの開放電圧値 V 及び内部抵抗値 R

OIF BIF

と、充電残量が低下したときの各開放電圧値 V における内部抵抗値 Rの R に対

OI BI BIF

する変化率 (R /R )

BI BIFとを試験により計測する。そして、新品のバッテリ 1の開放電圧値 V の変化に対する内部抵抗値 R の変化率 (R /R )を、開放電圧値 V を変

OI BI BI BIF OI

数とした関数 (例えば、式 (3)のような関数)を近似的に求め、その関数に関する情報を予めシステムに記憶させておく。あるいは、その変形例として、各開放電圧値 V の

OI

値とそれに対応する内部抵抗値 Rの変化率 (R /R )の各値とをデータテーブル

BI BI BIF

にして予めシステムに記憶させるようにしてもよい。なお、各開放電圧値 V における

OI

内部抵抗値 Rの変化率 (R /R )の具体的な計測方法については後述する。

BI BI BIF

[0033] [数 3]

= f ( Voi) …（ 3 )

[0034] 次に、工場での車両組立完成時等のバッテリ 1が新品状態にあり、かつ、バッテリ 1 が満充電状態であるときに、開放電圧値 (初期基準放電電圧値) V と、そのバッテリ

OIF

1のエンジン始動時負荷 Lを接続した際のバッテリ 1の下限電圧値 (初期基準下限電

S

圧値) V とを計測する。バッテリ 1が満充電状態である力否かの判定は、例えばバッ

LIF

テリ 1の開放電圧値を計測し、その値が満充電状態に対応した所定の基準レベル以上になっている力否かを判定することにより行われる。なお、上述の如ぐ初期基準放電電圧値 V 及び初期基準下限電圧値 V の計測を複数回行ってそれらを平均等

OIF LIF

したものを利用してもよい。

[0035] この初期基準放電電圧値 V 及び初期基準下限電圧値 V についての計測結果

OIF LIF

と、上式（3)の関数 (又はそれと同等なデータテーブル)を用いることにより、車両に搭載された新品のバッテリ 1のエンジン始動時負荷 Lに対する開放電圧値 V の変

S OI

化に伴う下限電圧値 V の変化を示す関係式は、次式で与えられる。

LI

[0036] 画 = ( VOI-VLK) · f (v_0J)+v_LK ' ^Vo1 "' ^{( 4 )}

[0037] ここで、上式 (4)中のパラメータ V は、図 2のグラフの直線 G5上における開放電圧

LK

値が V であるときの下限電圧値であり、下記の式（5)により与えられる。

OI

[0038] [数 5]

V LK= - · Voi …（ 5 )

V 0IF

[0039] 式 (4)の関係式の導出は、例えば次のようにして行われる。すなわち、上式（1)の関係を図 2のグラフにおける座標点 Pについて当てはめることを考えた場合、開放電

F

圧値が V のとき (満充電時)の内部抵抗値 Rを R とすると、次の関係式 (6)が得ら

OIF B BIF

れる。

[0040] [数 6]

また、上式（1)の関係を図 2のグラフにおける座標点について当てはめることを考えた場合、開放電圧値が V のときの内部抵抗値 Rが上式（3)より R =f (V ) -R として得られるため、次の関係式（7)が得られる。

[0042] [数 7]

( 了）

[0043] よって、関係式 (6)の右辺を関係式（7)の左辺のパラメータ (R /R )に代入したも

S BIF

のをパラメータ V について解くと、上記関係式 (4)が得られる。

LI

[0044] 上式 (6)の関係式は、別の観点から見ると、図 2のグラフの直線 G5を基準として、直線 G5上の点を、上式（3)の関係により与えられるその点における開放電圧値 V

OI

に応じたバッテリ 1の内部抵抗値の変化率の変化態様に応じたシフト量で縦軸マイナス方向にシフトさせることにより、各充電残量 (各開放電圧値 V )における下限電圧

OI

値 Vを導出している。

LI

[0045] このように導出した開放電圧値 V と下限電圧値 Vと関係に関する情報は、車両固

OI LI

有のエンジン始動時負荷 Lの抵抗値 Rが反映されているため、この情報を用いるこ

S S

とにより、車両固有の負荷環境等を反映したバッテリ 1の状態評価を行うことができる

[0046] ここで、図 2のグラフ中の値 V , V は、新品のバッテリ 1が充電残量ゼロ（実質的

OIE LIE

に充電残量がゼロであればよ!、 (以下同様) )のときの開放電圧値及び下限電圧値にそれぞれ対応している。また、値 V , V の具体例は、例えば 12. 8V, 10. 5V

OIF OIE

である。

[0047] 次に、新品のノッテリ 1における開放電圧値 Vの減少に伴う内部抵抗値 Rの増加割合に関する情報の取得方法について説明する。まず、本実施形態では、バッテリ容量試験に関する JIS規格に従い、新品のノッテリ 1に対する容量試験を行う。ここで、 JIS規格の容量試験とは、満充電状態のバッテリ 1に一定電流値 (例えば、 0. 2A) の放電を行わせ、その放電開始時からバッテリ 1の出力電圧が充電残量ゼロに対応した電圧値 (例えば、 10. 5V)に到達するまでの所要時間を計測し、その所要時間と放電電流値 (例えば、 0. 2A)との乗算値をバッテリ容量とする試験である。なお、変形例として、 JIS準拠放電試験の条件 (電流値、温度等)以外での放電特性を代わりに用いてもよい。

[0048] すなわち、本実施形態では、満充電状態の新品のバッテリ 1に、 JIS規格に準拠した一定電流値 (例えば、 0. 2A)を放電させつつ、そのときのバッテリ 1の出力電圧の推移を計測する。図 4のグラフ中の曲線 G7は、そのときのバッテリ 1の出力電圧の推移を計測した結果を示すものであり、グラフ中の値 V

AFは放電開始前の満充電状態のノッテリ 1の出力電圧値（開放電圧値)であり、前述の値 V に対応している。値 V

OIF A

はバッテリ 1の充電残量ゼロに対応する放電終了時の開放電圧値であり、前述の前

E

述の値 V に対応している。また、値 V は放電開始直後のバッテリ 1の出力電圧値

OIE BF

であり、値 V はバッテリ 1の充電残量ゼロに対応する放電終了時の出力電圧値であ

BE

り、値 Tは充電残量ゼロに対応する放電終了時の時間を示している。また、直線 G8

E

は、放電による充電残量の減少に伴って変化するバッテリ 1の開放電圧の計測値の推移を直線で近似したものである。また、このグラフ中のハッチングを付した領域が、充電残量の減少に伴うバッテリ 1の内部抵抗値 R

Bの増加の影響を反映している部分であり、図 2及び後述する図 5のグラフのハッチングを付した領域に対応している。

[0049] 続いて、図 4のグラフにおける曲線 G7上における点と直線 G8上における点とのグラフの縦軸方向に沿った差の大きさは、その時点におけるノッテリ 1の内部抵抗値 R

B

に比例するため、放電開始時 (満充電時）における値 V と値 V との差 D2と、放電

AF BF

の過程の直線 G8上の各点と曲線 G7上の各点との差 D3との比率 (D3ZD2)により、各開放電圧値 Vにおける内部抵抗値 Rの変化率 (R ZR )

O B B BFを導出することができる。図 5のグラフ中の曲線 G9は、そのように導出した開放電圧値 Vの変化に対する o

内部抵抗値 Rの変化率 (R /R )を示しており、この曲線 G9に基づいて前述の式（ 3)が決定される。

[0050] このようにして取得した開放電圧値 Vの変化に対する内部抵抗値 Rの変化率 (R

O B B

/R )は、バッテリ 1のグレード等の相違にあまり依存しないものである力種々のバ

BF

ッテリ 1に対する適用性を向上させるため、種々のバッテリ 1に対する試験により取得した内部抵抗値 Rの変化率 (R /R )を平均化したものを使用するのが望ましい。

B B BF

[0051] 次に、図 6を参照して、上式 (4) , (5)の関係式 (又はその関係式と等価な開放電圧値 V と下限電圧値 Vとを対応付けたデータテーブル)を用いたバッテリ 1の状態 (劣

OI LI

化度合、及び充電残量)の評価原理につ!、て説明する。

[0052] まず劣化度合いの評価原理について説明する。図 6のグラフ中の曲線 G1は、上述のように、予めシステムに記憶させた上式 (4) , (5)の関係式 (又はその関係式と等価な開放電圧値 V と下限電圧値 Vとを対応付けたデータテーブル)と、上述の初期

OI LI

基準開放電圧値 V 及び初期基準下限電圧値 V とを用いて導出したものである。

OIF LIF

この図 6の曲線 G1及び値 V , V に関する情報は、システムに記憶されてバッテリ

OIF LIF

1の状態評価に用いられる。

[0053] そして、ノッテリ 1の使用が開始されている状態において、ノッテリ 1の劣化度合いを評価する際には、エンジン始動時におけるエンジン始動時負荷 L力バッテリ 1に接

S

続される前の開放電圧である使用後開放電圧値 V と、エンジン始動時負荷 Lがバ

OR S

ッテリ 1に接続されたときの下限電圧である使用後下限電圧値 V とが計測される。こ

LR

のとき、バッテリ 1の充電残量は満充電状態である必要はない。

[0054] 続いて、図 6のグラフの曲線 G1上における下限電圧値が使用後下限電圧値 V と

LR

等しい値であるときの開放電圧値を対応基準開放電圧値 V として導出し、予め記憶

OS

された初期基準開放電圧値 V とその対応基準開放電圧値 V との差である第 1の

OIF OS

差分値 D11と、初期基準開放電圧値 V と使用後開放電圧値 V との差である第 2

OIF OR

の差分値 D 12とを比較することにより、その時点におけるバッテリ 1の劣化度合!/ヽが検出される。

[0055] この検出原理は、前述の図 1を用いて説明したバッテリ 1の劣化度合いが小さいほどグラフ上の計測点 (V , V )は曲線 G1に近づくように略左方向にシフトするといぅ特

O L

性を利用したものである。すなわち、ノッテリ 1の劣化度合いが小さいほど図 6のダラフ上の計測点 P11 (V , V )は、対応する曲線 G1上の座標点 PI 2に近づいてゆく

OR LR

ようになっており、その計測点 PI 1の座標点 P 12に対する近づき度合いに基づヽてバッテリ 1の劣化度合、を評価するようになって!/、る。

[0056] 次に、充電残量の評価原理について説明する。充電残量の評価も、劣化度合いの評価と同様に、図 6のグラフの曲線 G1で表されるノッテリ 1が新品のときの放電電圧と下限電圧との関係を用いて行われ、充電残量の評価の際に、使用後開放電圧値 V と使用後下限電圧値 V とが計測される。なお、記憶部 17には、上式 (3)の内部抵

OR LR

抗変化率の取得に伴って取得された新品のバッテリ 1の充電残量ゼロのときの開放電圧である最低基準開放電圧値 V が初期設定として予め記憶されてヽる。

OIE

[0057] そして、劣化度合いの評価のときの同様にして図 6のグラフの曲線 G1上における下限電圧値が使用後下限電圧値 V と等しい値であるときの開放電圧値を対応基準開

LR

放電圧値 V として導出する。そして、使用が開始されているその時点におけるバッ

OS

テリ 1の充電残量がゼロのときを想定したときの開放電圧である最低使用後開放電圧値 V を、次のようにして導出する。すなわち、予め取得された初期基準開放電圧値

ORE

V から最低基準開放電圧値 V を引いた値 D13に対する初期基準開放電圧値 V

OIF OIE O

から最低使用後開放電圧値 V を引いた値 D14の比が、初期基準開放電圧値 V

IF ORE OI

から対応基準開放電圧値 V を引いた値 D11に対する初期基準開放電圧値 V か

F OS OIF

ら使用後開放電圧値 V を引いた値 D12の比と等しくなるようにして導出して、最低使用後開放電圧値 V を導出する。

ORE

[0058] そして、初期基準開放電圧値 V と最低使用後開放電圧値 V との差である第 3

OIF ORE

の差分値 D21と、使用後開放電圧値 V と最低使用後開放電圧値 V との差である

OR OS

第 4の差分値 D22とを比較することにより、その時点におけるバッテリ 1の充電残量を検出するようになっている。

[0059] この検出原理は、ノッテリ 1の充電残量が満充電状態力も減少するのに従って、図 6のグラフの横軸に平行な仮想線 L1上における計測点 PI 1に対応した座標点 P21 力満充電残量に対応する座標点 P22側から充電残量ゼロ状態に対応する座標点 P23側に値が付く特性を利用したものである。

[0060] <装置構成 > 図 7は、本発明の一実施形態に係るバッテリ状態監視装置のブロック図である。このバッテリ状態監視装置は、図 7に示すように、電流センサ 11、電圧センサ（電圧検出手段） 13、処理部 15、記憶部 17及び出力部 19を備えて構成されており、車両に搭載されたバッテリ 1の状態を監視する。処理部 15は本発明に係る計測制御手段及び第 1ないし第 3の情報処理手段に相当しており、記憶部 17は本発明に係る第 1及び第 2の記憶手段に相当して、る。

[0061] 電流センサ 11は、ノッテリ 1に対する電流の入出力量を検出する。電圧センサ 13 は、ノッテリ 1の出力電圧を検出する。処理部 15は、 CPU等を備えて構成され、バッテリ 1の監視のために各種の情報処理動作 (制御動作も含む）を行う。記憶部 17は、メモリ等により構成され、処理部 15が行う各種の情報処理動作に必要な情報等が記憶されている。出力部 19は、ノッテリ 1の状態の判定結果等を出力するためのものである。

[0062] <全体の所定動作 >

まず、このバッテリ状態監視装置の全体的な処理動作について、図 8を参照して説明する。処理部 15は、ステップ S1でイダ-ッシヨンスィッチ（以下、「IGスィッチ」という ) 21がオンされるのに伴って、ステップ S2で初期充電残量の検出動作を行う。この検出動作では、ノッテリ 1の開放電圧が電圧センサ 13を介して計測され、その開放電圧の計測値に基づ!、てバッテリ 1のエンジン始動前の充電残量 (初期充電残量)が検出される。このとき、ノッテリ 1が満充電状態である力否かの判定も行われる。なお、ここで計測されたバッテリ 1の開放電圧は後述のステップ S5のエンジン始動時状態判定又はステップ S6の基準放電特性導出処理に用いられる。

[0063] 処理部 15は、続くステップ S3でスタータ 23が駆動されて図示しないエンジンが始動されるのに伴って、ステップ S4でバッテリ 1の基準放電特性の導出処理の要否が判断される。すなわち、車両の組立完成後、基準放電特性の導出処理がまだ行われていない場合には、ステップ S6に進み基準放電特性導出処理が行われ、導出処理が既に行われている場合には、ステップ S5に進みエンジン始動時状態判定処理が行われる。この基準放電特性の導出が既に行われている力否かの判断は、例えば上式 (4) , (5)に関する関係式 (又はそれと等価なデータテーブル）が記憶部 17に記憶されているカゝ否かを判断することにより行われる。また、この基準放電特性の導出は、車両組立完成時等に実質的に 1回行えば、ノッテリ 1を交換するまでは行う必要がな V、。ステップ S6での基準放電特性導出処理又はステップ S5での始動時状態判定処理が行われると、ステップ S7に進み始動後劣化判定処理が行われる。なお、基準放電特性導出処理及び始動時状態判定処理の具体的内容については後述する。

[0064] そして、処理部 15は、続くステップ S7でエンジン始動後劣化判定動作を行う。この始動後劣化判定動作では、エンジン始動後の充電により満充電 (又はそれに近、状態）になったバッテリ 1への電流流入状況を電流センサ 11を介して検出し、その電流流入状況に基づ、てバッテリ 1の劣化度が判定される。

[0065] また、処理部 15は、続くステップ S8でバッテリ 1に対する充電制御 (バッテリ 1の充電残量監視）を行う。この充電制御では、電流センサ 11の計測電流値を積算することにより、エンジン始動時等の所定の基準時からバッテリ 1から放電された全電流量が逐次検出され、その検出結果に基づいてバッテリ 1に対して行うべき充電量を決定するようになっている。これによつて、走行中におけるバッテリ 1の充電残量が所定範囲内に維持されるようになっている。充電量の制御は、例えば、図示しないオルタネータの発電量（出力電圧等）を制御することにより行われる。

[0066] このステップ S7, S8のエンジン始動後劣化判定動作及び充電制御は、エンジンが停止されるまで繰り返し継続される。

[0067] <基準放電特性導出処理 >

ここでは、上述の図 8のステップ S6で行われる基準放電特性処理にっ、て説明する。この基準放電特性導出処理の前提として、記憶部 17には、新品のバッテリ 1の開放電圧値 V の変化に対する内部抵抗値 R の変化率 (R /R )を近似的に表す開

OI BI BI BIF

放電圧値 V を変数とした上式 (3)のような関数に関する情報 (又はそれと等価な開

OI

放電圧値 V と各開放電圧値 V における内部抵抗値 R の変化率 (R /R )とを対

OI OI BI BI BIF

応付けたデータテーブルに関する情報)を記憶させておく必要がある。

[0068] 処理部 15は、ステップ S2での検出によりバッテリ 1が満充電状態にある場合にのみ、この基準放電特性導出処理を行うようになっており、仮にバッテリ 1が満充電状態でない場合には、その導出処理を行うことなぐ例えばステップ S7の処理に進むようになっている。そして、次回のエンジン始動時にバッテリ 1が満充電状態となっていれば、そのときにステップ S6にて基準放電特性導出処理が行われるようになつている。

[0069] この導出処理では、上述の如ぐエンジン始動時負荷 L力バッテリ 1に接続された

S

際の下限電圧値が初期基準下限電圧値 V として電圧センサ 13を介して計測され、

LIF

この初期基準下限電圧値 V と直前のステップ S2で計測された開放電圧である初期

LIF

基準開放電圧値 V と、上式 (3) (又は上式 (3)と等価なデータテーブル)とを用いて

OIF

、車両固有のエンジン始動時負荷 Lに対する新品のバッテリ 1の基準放電特性が導

S

出される。すなわち、新品のノッテリ 1の基準放電特性は、開放電圧値 V の変化に

OI

伴う下限電圧値 V の変化を示す上式 (4)の関係式として導出される。但し、式 (4)中

LI

のパラメータ R は上式（5)で与えられる。

LK

[0070] 本実施形態では、このようにして導出した新品のバッテリ 1における開放電圧値 V

OI

の変化と下限電圧値 Vの変化との関係を関係式 (4) , (5)の形で記憶部 17に保存し I

するようになっているが、関係式 (4) , (5)と実質的に等価なデータテーブル (縦軸及び横軸に開放電圧及び下限電圧をとつた 2次元座標上の曲線 G1を表す座標情報）の形で記憶部 17に保存するようにしてもよ!、。

[0071] この基準放電特性導出処理では、その導出処理に用いた初期基準開放電圧値 V o 及び初期基準下限電圧値 V が記憶部 17に保存されるようになっている。

IF LIF

[0072] <始動時状態判定処理 >

次に、上述の図 8のステップ S5で行われる始動時状態判定処理について説明する。なお、この始動時状態判定処理は、バッテリ 1の充電残量によらずに実行される力ステップ S6の基準放電特性導出処理が完了していることが前提条件となっている。

[0073] この始動時状態判定処理では、上述の如ぐエンジン始動時負荷 L力バッテリ 1に

S

接続された際の下限電圧値が使用後下限電圧値 V として電圧センサ 13を介して計

LR

測され、この使用後下限電圧値 V と、直前のステップ S2で計測された開放電圧で

LR

ある使用後開放電圧値 V と、ステップ S6の基準放電特性導出処理により取得され

OR

て記憶部 17に記憶されて、る情報とに基づ、て、その時点におけるバッテリ 1の劣化度合ヽ及び充電残量が判定される。

[0074] まず劣化度合いの判例処理について説明する。まず、記憶部 17に記憶されている関係式 (4) , (5)によって表される図 6のグラフの曲線 G1上における下限電圧値が使用後下限電圧値 V と等、値であるときの開放電圧値が対応基準開放電圧値 V

LR OS

として導出される。あるいは、式 (4) , (5)における変数 V に使用後下限電圧値 V を

LI LR

代入したときの変数 V の値を対応基準開放電圧値 V として導出する。

OI OS

[0075] 続いて、記憶部 17に記憶された初期基準開放電圧値 V とその対応基準開放電

OIF

圧値 V との差である第 1の差分値 D11と、初期基準開放電圧値 V と使用後開放

OS OIF

電圧値 V との差である第 2の差分値 D12とを比較することにより、その時点における

OR

バッテリ 1の劣化度合いが検出される。例えば、第 1の差分値 D11に対する第 2の差分値 D 12の比率（図 6のハッチングを付した部分 C 1が対応）に基づヽてバッテリ 1の劣化度合いが検出される。

[0076] 次に充電残量の判定処理について説明する。この判定処理では、劣化度合いの判定処理により取得された使用後下限電圧値 V 及び対応基準開放電圧値 V を利

LR OS

用して処理が行われる。

[0077] 続いて、その時点におけるバッテリ 1の充電残量ゼロを想定したときの開放電圧である最低使用後開放電圧値 V 力次のようにして導出される。すなわち、予め取得

ORE

された初期基準開放電圧値 V 力も初期設定により記憶部 17に記憶された最低基

OIF

準開放電圧値 V を引いた値 D13に対する、初期基準開放電圧値 V から最低使

OIE OIF

用後開放電圧値 V を引いた値 D14の比が、初期基準開放電圧値 V から対応基

ORE OIF

準開放電圧値 V を引いた値 D11に対する初期基準開放電圧値 V 力使用後開

OS OIF

放電圧値 V を引いた値 D12の比と等しくなるようにして、最低使用後開放電圧値 V が導出される。

ORE

[0078] そして、初期基準開放電圧値 V と最低使用後開放電圧値 V との差である第 3

OIF ORE

OR OS

第 4の差分値 D22とが比較されることにより、その時点におけるバッテリ 1の充電残量が検出するようになっている。例えば、第 3の差分値 D21に対する第 2の差分値 D22 の比率（図 6のハッチングを付した部分 C2が対応）に基づいてバッテリ 1の充電残量が検出される。

[0079] <まとめ > 以上のように、本実施形態によれば、新品のバッテリ 1の充電残量の変化に応じた開放電圧の変化に対するバッテリ 1の内部抵抗の変化率は、バッテリ 1のグレード等が異なってもほぼ共通しているため、その内部抵抗変化率と、車両組立完成時等における車両固有のエンジン始動時負荷 Lに対するバッテリ 1の満充電時の電圧降下

S

特性とにより、バッテリ 1の状態評価の基準となる新品状態のバッテリ 1の車両固有の放電特性を、ノッテリ及び車両ごとに固有のパラメータ設定を行うことなぐ自動的に取得することができ、パラメータ設定のための人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できる。

[0080] また、上述の如ぐバッテリ 1の基準放電特性と、各評価時点におけるエンジン始動時の放電によるバッテリ 1の放電特性とに基づ!、て劣化度合!、及び充電残量を評価することにより、車種の違いや車両個体差に対するパラメータ設定等の特別な対策を行うことなぐ簡単な演算処理により的確にバッテリ 1の劣化度合い及び充電残量を検出することができる。

[0081] また、ノッテリ 1の充電残量に依存することなぐ各時点におけるバッテリ 1の劣化度合いを検出することができるとともに、ノッテリ 1の劣化度合いに依存することなぐ各時点におけるバッテリ 1の充電残量を検出することができる。

[0082] また、本実施形態では、バッテリ 1の放電時電圧値としてエンジン始動時の放電が行われた際におけるバッテリ 1の出力電圧の最低値が用いられるため、バッテリ 1の特性を有効に表す放電時電圧値を容易かつ確実に取得することができるとともに、ノッテリ 1の状態評価のための特別な放電をバッテリ 1に行わせる必要がなく、またバッテリ 1のエンジン始動能力を的確に評価することができる。なお、この点についての変形例として、バッテリ 1のエンジン始動時の放電ではなく他の負荷による放電を用いてバッテリ 1の放電特性を検出するようにしてもよい。また、放電時電圧値として放電時のバッテリ 1の出力電圧の最低値を用いたが、例えば放電開始時力も所定の微小時間経過後の出力電圧値を放電時電圧値として用いるようにしてもょ、。

[0083] また、新品状態のバッテリ 1の放電特性を取得する際のバッテリ 1の充電残量の基準として、満充電状態が用いられるため、ノッテリ 1の充電残量を容易かつ正確に基準状態に設定することができ、その結果、バッテリ 1の放電特性を容易かつ正確に検出することができる。この点について、他の充電残量レベルを基準として新品のバッテリ 1の放電特性を取得するようにしてもょ、。

[0084] また、開放電圧の変化に対するバッテリ 1の内部抵抗変化率に関する情報を一定電流を放電させる放電試験 (例えば、バッテリ容量試験に関する JIS規格に準拠した放電試験）により取得するため、バッテリ 1のエンジン始動時の放電特性を導出するのに適した情報を取得することができる。

[0085] なお、上述の実施形態によるバッテリ 1の状態評価の手法は、各評価時におけるバッテリ 1の下限電圧値 V が高くなるほど信頼性が低下する傾向にあるため、評価結

LR

果の信頼性確保のため、下限電圧値 V が所定の基準レベル以下である場合にの

LR

みバッテリ 1の劣化度合、及び充電残量の判定を行うようにしてもよ!、。

[0086] また、上述の実施形態に係る図 7の装置構成にバッテリ 1の温度を計測する温度センサを追加し、ノッテリ 1の温度を考慮した状態評価を行うようにしてもよい。より具体的には、例えば、各温度における新品のノッテリ 1の開放電圧と下限電圧との関係を表す 2次元座標情報 (この場合、温度を含めて考慮すると 3次元座標情報と、うこともできる）を導出し、それに基づいてその時点の温度における状態評価を行う方法や、温度に依存するパラメータ（開放電圧、下限電圧等)の値を温度補正 (例えば、標準温度の値に補正）して状態評価を行うようにしてもょ、。

[0087] この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力この発明の範囲力外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

請求の範囲

[1] 車両に搭載されたバッテリと前記車両とを組み合わせた初期状態を記憶し、時々刻々の前記バッテリの始動前の電圧と始動時の略最低電圧とを用いて、初期状態と使用時の状態とを比較することで前記バッテリの残容量及び劣化状態を監視するバッテリ状態監視装置であって、

前記バッテリの出力電圧を検出する検出手段と、

前記バッテリの略新品状態での、開放電圧値の変化と内部抵抗値の変化との関係を示す第 1の情報が記憶された第 1の記憶手段と、

前記第 1の記憶手段に記憶されている前記第 1の情報と、前記バッテリの略新品かっ略満充電状態を対象として前記検出手段によって検出された開放電圧値である初期基準開放電圧値と、前記バッテリの略新品かつ略満充電状態での所定負荷を接続して放電を行わせた際に前記検出手段によって検出された出力電圧値である初期基準放電時電圧値とに基づいて、前記バッテリに関する前記開放電圧値の変化と前記所定負荷の放電により検出された出力電圧値である放電時電圧値の変化との関係を示す基準放電特性を導出する処理手段と、

前記初期基準開放電圧値及び前記初期基準放電時電圧値である第 2の情報を記憶する第 2の記憶手段と、

を備えることにより、前記バッテリ及び車両ごとに固有のパラメータ設定を行わずに前記基準放電特性の導出を可能としたことを特徴とする、バッテリ状態監視装置。

[2] 請求項 1に記載のバッテリ状態監視装置であって、

前記バッテリの開放電圧を V 、前記バッテリの放電時電圧を V、前記初期基準開

OI LI

放電圧値を V 、前記初期基準放電時電圧値を V 、前記バッテリの内部抵抗を R

OIF LIF BI

、前記バッテリの略新品かつ略満充電状態での内部抵抗値を R

BIFとそれぞれ定義し

/こ口ゝ

前記第 1の情報は、関数 f (V ) =R ZR として与えられ、

OI BI BIF

前記基準放電特性は、

V = [V /{ (V -V ) -f (V ) +ν }] ·ν

LI LK OI LK OI LK OI

但し、 V = (V /V ) -V として与えられることを特徴とする、バッテリ状態監視装置。

[3] 請求項 1又は 2に記載のノッテリ状態監視装置であって、

前記処理手段は、前記基準放電特性と、使用開始後の前記バッテリを対象として前記検出手段によって検出された開放電圧値である使用後開放電圧値と、使用開始後の前記バッテリに前記所定負荷を接続して放電を行わせた際に前記検出手段によって検出された出力電圧値である使用後放電時電圧値とに基づいて、前記バッテリの劣化度及び充電残度を導出することを特徴とする、バッテリ状態監視装置。

[4] 請求項 3に記載のバッテリ状態監視装置であって、

前記処理手段は、前記初期基準開放電圧値と、前記基準放電特性上で前記使用後放電時電圧値に対応する開放電圧値である対応開放電圧値との差と、前記初期基準開放電圧値と前記使用後放電時電圧値との差とに基づいて、前記劣化度を求めることを特徴とする、バッテリ状態監視装置。

[5] 請求項 3に記載のバッテリ状態監視装置であって、

前記処理手段は、

前記初期基準開放電圧値と、前記基準放電特性上で前記使用後放電時電圧値に対応する開放電圧値である対応開放電圧値との差に対する、前記初期基準開放電圧値と前記使用後放電時電圧値との差である第 1の比率を求め、

前記初期基準開放電圧値と、前記バッテリの略新品状態での充電残量が略ゼロのときの開放電圧値である最低基準開放電圧値との差に対する、前記初期基準開放電圧値と、使用開始後の前記バッテリの充電残量が略ゼロのときの開放電圧値である最低使用後開放電圧値との差である第 2の比率が、前記第 1の比率に等しくなるように、前記最低使用後開放電圧値を求め、

前記初期基準開放電圧値と前記最低使用後開放電圧値との差と、前記使用後開放電圧値と前記最低使用後開放電圧値との差とに基づいて、前記充電残度を求めることを特徴とするバッテリ状態監視装置。