WO2007105595A1

WO2007105595A1 - 電池状態判定装置

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Publication number: WO2007105595A1
Application number: PCT/JP2007/054553
Authority: WO
Inventors: Yoshiaki Machiyama; Keizo Yamada; Yoshifumi Yamada; Takashi Hara
Original assignee: Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2007-09-20
Also published as: EP1995123B1; EP1995123A1; US8036839B2; EP1995123A4; US20090088994A1

Abstract

車両の温度の影響を考慮してエンジン始動電圧から鉛電池の電池状態を正確に判定することができる電池状態判定装置を提供する。開回路電圧ＯＣＶ及び車両の温度に基づいて、エンジン始動時の鉛電池のエンジン始動電圧Ｖｓｔを補正したエンジン始動電圧Ｖｓｔ１を演算し（Ｓ１１２）、開回路電圧ＯＣＶから鉛電池の内部抵抗の増大率が電池交換のための所定値に達するときの鉛電池のエンジン始動時の電圧を表す電池判定電圧Ｖｓｔ＿ｔｈを演算し（Ｓ１２６）、エンジン始動電圧Ｖｓｔ１が特性マップの所定領域に属するかを判定することで鉛電池の電池状態を判定する（Ｓ１３２）。エンジン停止から所定時間以上経過後に測定された鉛電池の温度を車両の温度とみなしてエンジン始動電圧Ｖｓｔ１が演算される。

Description

明細書

電池状態判定装置

技術分野

[0001] 本発明は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を判定する電池状態判定装置に関する。

背景技術

[0002] 内燃機関の始動用鉛電池 (以下、鉛電池という。 )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（以下、車両という。 )において、ェンジンの確実な始動を確保すると、う点から、極めて重要な部品である。

[0003] 車両に搭載された鉛電池（自動車用鉛電池）は、車両のみならず車載された各種電気機器へ電力を供給している。また、車両には、エンジンにより駆動される発電機（オルタネータ）が装備されており、鉛電池はオルタネータの作動制御により充電され容量が保たれている。近年、例えば、カーナビ等車両の電気負荷が増し、また環境問題への配慮力電動モータとエンジンを組み合わせたノヽイブリツド電気自動車や信号停止時等にエンジンを停止させ発進時に再始動させる（ISSシステムを備えた）自動車等が開発されてきてヽる。

[0004] このような鉛電池の使用環境下では、鉛電池の劣化状態を正確に検知し、現在の充電状態を把握することで常に車両走行への支障をなくすため（例えば、エンジン停止中に各種電気機器の負荷により鉛電池の残容量が小さくなると、エンジンを始動する充分な出力が得られなくなり、エンジン停止後再始動することができなくなるおそれがあるため）、鉛電池の劣化状態を正確に検知する技術が重要となってくる。

[0005] これまで、鉛電池の開回路電圧測定、交流を用いた内部抵抗測定、充電電圧、放電電圧、充電電流、放電電流測定等、種々の技術により鉛電池の SOCや SOHを検知する試みがなされてきた。例えば、スタータモータを始動する際の鉛電池の電圧や電圧低下を測定して閾値を超えないかどうかを監視し状態検知したり、エンジン始動時の電圧や直流内部抵抗を予め測定したデータマップと比較して電池状態を算出するハイブリッド車用電池残存容量検出技術などが提案されている（特許文献 1〜3 参照)。

[0006] また、車両を用いた電池試験方法として、スタータモータを回した状態での電圧を評価する方法が知られている。この方法は、エンジン始動不能になった車両に対してスタータと鉛電池のどちらが原因力調べるための鉛電池チヱック方法として古くから用いられてきた。この方法では、オシロスコープを使わず、時間応答性の遅い簡単な電圧計による測定が一般的であり、例えば、突入電流後比較的電圧が安定した時の電圧が 9V程度以上であれば正常と判断する。エンジンに燃料の供給をしなヽような措置をするなどして、スタータモータが回っても実際にエンジンが始動しないような条件にすると、正常な車両でも時間的に安定した電圧が得られ、鉛電池のチェックができる。

[0007] 特許文献 1 :特開平 7— 631141号公報

特許文献 2 :特開平 7— 63830号公報

特許文献 3：特開 2001 - 163129号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] しかしながら、従来の鉛電池の SOC、 SOH検知技術では、 SOH判定の根拠は明示されていないことが多力つた。すなわち、鉛電池がどういった状態を示した場合に S OHが低下していると判定するかの根拠に乏しいものが多力つた。これは鉛電池の各 SOHでの特性についてのデータを採取することが一般に大変な手間が掛カることから、鉛電池の特性に対する知見が不足していることによるものと考えられる。鉛電池の特性は、 SOHが一定でも、 SOCや温度などによって変わり、特にエンジン始動時のエンジン始動電圧を状態検知に利用する場合は車両側の電気抵抗の温度特性も大きく影響し誤判定の原因となる。

[0009] 本発明は上記事案に鑑み、鉛電池の SOHと開回路電圧及び最低電圧との関係を定めた特性マップを用いて鉛電池の劣化状態を正確に判定可能な電池状態判定装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0010] 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を判定する電池状態判定装置にお!、て、前記鉛電池の開回路電圧 OCV を測定する開回路電圧測定部と、前記鉛電池のエンジン始動時の電圧を表すェンジン始動電圧 Vstを測定するエンジン始動電圧測定部と、前記車両の温度を測定する車両温度測定部と、前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCV及び前記車両温度測定部で測定された車両の温度に基づ!/、て、前記エンジン始動電圧測定部で測定されたエンジン始動電圧 Vstを補正したエンジン始動電圧 Vstlを演算するエンジン始動電圧補正部と、前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCVから、前記鉛電池の内部抵抗の増大率が鉛電池交換のための所定値に達するときの前記鉛電池のエンジン始動時の電圧を表す鉛電池判定電圧 Vst— thを演算する判定電圧演算部と、前記エンジン始動電圧補正部で演算された前記ェンジン始動電圧 Vstlが前記判定電圧演算部で演算された鉛電池判定電圧 Vst— th 以上かを判定する電池状態判定部と、を備える。

[0011] 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電池状態を判定する電池状態判定装置にお!、て、前記鉛電池の開回路電圧 O CVを測定する開回路電圧測定部と、前記鉛電池のエンジン始動時の電圧を表すェンジン始動電圧 Vstを測定するエンジン始動電圧測定部と、前記鉛電池の温度を測定する鉛電池温度測定部と、前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OC V及び車両の温度に基づ、て、前記エンジン始動電圧測定部で測定されたエンジン始動電圧 Vstを補正したエンジン始動電圧 Vstlを演算するエンジン始動電圧補正部と、前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCVから、前記鉛電池の内部抵抗の増大率が鉛電池交換のための所定値に達するときの前記鉛電池のェンジン始動時の電圧を表す鉛電池判定電圧 Vst— thを演算する判定電圧演算部と、前記エンジン始動電圧補正部で演算された前記エンジン始動電圧 Vstlが前記判定電圧演算部で演算された鉛電池判定電圧 Vst— th以上かを判定する電池状態判定部と、を備え、前記エンジン始動電圧補正部は、エンジン停止から所定時間以上経過後に前記鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度を前記車両の温度とみなして前記エンジン始動電圧 Vstlを演算することを特徴とする。

[0012] 第 1の態様では、車両温度測定部を備え、最低電圧 Vstを車両温度測定部で補正する。第 2の態様では、第 1の態様の車両温度測定部に代えて、鉛電池の温度を測定する鉛電池温度測定部を備え、エンジン始動電圧補正部が、エンジン停止から所定時間以上経過後に鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度を車両の温度とみなしてエンジン始動電圧 Vstlを演算するものである。このような態様でも第 1の態様と同様の作用、効果を得ることができることに加え、第 1の態様のように、例えば、スタータ等の車両の温度を直接計測する必要がないため、電池状態判定装置を装着する際の手間を大幅に省くことができると共に、車両温度の測定位置から電池状態判定装置までのリード線の長さを短くすることができ、ノイズ等の影響を小さくすることがでさる。

[0013] 上記第 1及び第 2の態様において、最低電圧補正部が、車両の温度を T、温度補正の基準温度を ΤΟ、エンジン始動時の車両の電気抵抗を基準温度 TOでの値に補正するための温度補正係数を α、0. 9〜1. 1の範囲をとる定数を Αとしたときに、最低電圧 Vstlを下記式（1)により演算するようにしてもよ!、。

[0014] [数 1]

Vstl =OCV x Vst/[Vst+{A+(T-T0) x } x (OCV-Vst)] ■■■ ( 1 )

[0015] このとき、温度補正係数 ocが銅線の電気抵抗の温度補正係数であることが好ま Uヽ

[0016] また、上記第 1及び第 2の態様において、判定電圧演算部が、新品の鉛電池の開回路電圧00^= 00^0 ( 12. 4V≤OCV0≤13. 0V)での内部抵抗を rO、鉛電池交換のための鉛電池の内部抵抗しきい値を r—th、車両の電気抵抗を R、 0. 9〜1. 1の範囲をとる定数を Bとしたときに、第 3及び第 4領域の境界値 Vst—thを下記式（2 )により演算するようにしてもよい。

[0017] [数 2]

Vst_t =OCV/{B+(r0/R) x ( th/rO)} ■■■ (2)

[0018] この場合に、式（2)の（r— thZrO)を 1. 2〜1. 6の範囲内の定数として演算すれば、内部抵抗しきい値 r—thや内部抵抗 rOを測定する必要がなぐ電池状態判定装置に電流センサを備える必要がなくなるため、電池状態判定装置の低コストィ匕を図ることができる。ここで、使用開始後所定期間内の鉛電池で開回路電圧 OCV力 SOCV0 をとるときのエンジン始動電圧 Vstを VstOとしたときに、式（2)の（rOZR)を下記式（3 )により演算すれば、車両の電気抵抗 Rが未知であっても第 3及び第 4領域の境界値 Vst— thを演算することが可能となる。更に、式（3)の最低電圧初期値 VstOを下記式 (4)により演算することが好ましい。

[0019] [数 3]

(r0/R)=(OCV0-Vst0)/Vst0 ■ ·■ (3)

[0020] 画

Vst0=Vst1 X OCV0/OCV ■ ·■ (4)

[0021] また、上記第 1の態様にぉ、て、鉛電池の温度を測定する鉛電池温度測定部を更に備え、エンジン始動電圧補正部が、鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度と 1対 1に対応する補正量をエンジン始動電圧 Vstlに加算して最低電圧 Vstlを更に補正するか、又は、上記第 2の態様において、最低電圧補正部が、鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度と 1対 1に対応する補正量を最低電圧 Vstlに加算して最低電圧 Vstlを更に補正すれば、鉛電池の温度による影響も排除されるため、鉛電池の電池状態をより高精度に判定することができる。

[0022] 更に、上記第 1及び第 2の態様において、開回路電圧測定部が、鉛電池から喑電流が流れて、るときの安定した開回路電圧 OCVを測定し、エンジン始動電圧補正部及び判定電圧演算部が、開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCVに、温度の関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧 OCV1を用 V、て最低電圧 Vstl及び第 3及び第 4領域の境界値 Vst— thを演算すれば、開回路電圧 OCVも温度補正されるので、鉛電池の電池状態を更に高精度に判定することができる。

[0023] 本発明にお、て、鉛電池判定電圧 Vst— thはその都度計算するのではなくてもよく、鉛電池の OCVと Vstlとの関係を定め、複数の領域に分割された特性マップを予め記憶部に記憶し、 OCV及び Vstlが前記記憶部に記憶された特性マップの複数の領域のいずれに属するかを判断することで、鉛電池の電池状態を判定してもよい。特性マップの例を図 2に示す。図 2の特性マップは、 OCVと Vstlとが共に高い第 1領域、前記第 1領域の左側に位置し OCVの低い第 2領域、前記第 1領域の下側に位置し OCVが高く Vstlの低い第 3領域、前記第 1及び第 3領域の間の第 4領域、及び、前記第 2及び第 3領域の間の第 5領域の 5つの領域に分割されており、前記第 1及び第 4領域の境界、前記第 2及び第 5領域の境界、前記第 4及び第 3領域の境界、並びに、前記第 5及び第 3領域の境界は、開回路電圧 OCVから判定電圧演算部で演算される Vst— thであり、正の傾きを持ち、かつ、対数曲線状の曲線である。

[0024] 特性マップの第 1及び第 2領域の境界、並びに、第 4及び第 5領域の境界は直線であってもよい。このような直線には、例えば、鉛電池の新品状態での SOCが所定％の直線を用いることができる。また、劣化状態判定部は、開路電圧測定部で測定された OCV及び最低電圧測定部で測定され最低電圧補正部 1で補正された Vstlが特性マップの第 4乃至第 5の領域に属すると判断したときに鉛電池が劣化したと判定し、第 3領域に属すると判断したときに鉛電池の交換が必要であると判定するようにしてもよい。更に、鉛電池による充放電分極による電圧測定の不正確さを排除するために、開回路電圧測定部は、エンジン停止後所定時間経過後に、鉛電池の OCVを測定することが望ましい。

[0025] また、エンジン始動時の鉛電池の電圧測定は一般的に 100Hz以上の高速で行われるが、このような高速で電圧測定を行うと、より誤測定が生じやすくなる。本発明では、変換部により鉛電池のエンジン始動時のアナログ電圧が 100Hz以上の速度でデジタル電圧値に変換され、エンジン始動電圧測定部により変換部で変換されたデジタル電圧値の中から鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値がエンジン始動電圧 ( Vst)として抽出され、電池状態判定部により、エンジン始動電圧測定部でエンジン始動の度に抽出された複数のエンジン始動電圧 (Vst)のうち、予め設定された上限電圧値以上の最低電圧値及び予め設定された下限電圧値以下のエンジン始動電圧が削除され、残りのエンジン始動電圧の中央値、最頻値、平均値のいずれかが予め設定された判定基準電圧値以下かが判定されることで鉛電池の劣化状態が判定されてもよい。判定基準電圧値は、直近に測定された OCVを判定マップに当てはめ、前記 OCVでの各領域の境界値力取得してもよい。電池状態判定部により、ェンジン始動電圧測定部で抽出された複数のエンジン始動電圧のうち、誤測定と考えられる、上限電圧値以上の最低電圧値及び下限電圧値以下のエンジン始動電圧が削除され、残りのエンジン始動電圧の中央値、最頻値、平均値のいずれかが予め設定された判定基準電圧値以下かが判定されるので、鉛電池の劣化状態を正確に判定することができる。

[0026] 本発明において、例えば、上限電圧値を 10. 5V、下限電圧値を 3. OVに設定してもよぐ又は、上限電圧値をエンジン始動電圧 (Vst)のうちの最大値、下限電圧値を最低電圧値 (Vst)のうちの最小値に設定してもよい。また、エンジン始動電圧測定部で抽出されたエンジン始動電圧 (Vst)を記憶する不揮発性記憶部を更に備え、電池状態判定部は記憶部に記憶された複数の前記エンジン始動電圧 (Vst)を読み出すようにしてもよい。更に、鉛電池による充放電分極による電圧測定の不正確さを排除するために、エンジン始動がエンジン停止後所定時間以上経てなされたかを判断するエンジン始動間隔判断部を更に備え、エンジン始動間隔判断部が肯定判断したときに、エンジン始動電圧測定部が変換部で変換されたデジタル電圧値の中から前記鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値をエンジン始動電圧 (Vst)として抽出するようにしてもよい。

発明の効果

[0027] 本発明によれば、エンジン始動電圧補正部によりエンジン始動電圧 Vstを車両の温度の影響を考慮して補正したエンジン始動電圧 Vstlが演算され、電池状態判定部により、エンジン始動電圧 Vstlがバッテリ判定電圧 Vst— th以上かが判断されるので、電池状態の判定にあたり車両の温度による影響が排除されるため、バッテリの電池状態を正確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。

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、図面を参照して、本発明に係る電池状態判定装置の最良の実施の形態について説明する。

[0029] (構成）

図 1に示すように、本実施形態の電池状態判定装置 12は、鉛電池 1の温度を測定するサーミスタ等の温度センサ 2、差動増幅回路等を有し鉛電池 1の両端電圧を測定する電圧センサ 3及び鉛電池 1の電池状態を判定する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。

[0030] 鉛電池 1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、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)等の高分子榭脂を選択することができる。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. OV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等の高分子榭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。

[0031] 鉛電池 1の正極外部出力端子は、イダ-ッシヨンスィッチ（以下、 IGNスィッチという。）5の中央端子に接続されている。 IGNスィッチ 5は、中央端子とは別に、 OFF端子、 ONZACC端子及び START端子を有しており、中央端子とこれら OFF、 ON/A CC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。

[0032] 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!、る。セルモータ 9は、図示しな、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。

[0033] また、 ONZACC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し電圧を平滑ィ匕するレギユレータを介してエンジン 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、レギユレータの一端側 (アノード側）は発電機 7の一端に、他端 (力ソード側）は ONZACC端子に接続されている。ェンジン 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。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。

[0034] 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、電圧センサ 3から入力されたアナログ電圧をデジタル電圧に変換する AZD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。なお、マイコン 10は、 ιΖοを介して上位の車両制御システム 11と通信可能である。

[0035] 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数式及び後述する特性マップ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 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 EEPROM 等の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、電圧及び温度を lm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。

[0036] ここで、 ROMに格納された数式により演算される力、あら力じめ座標データとして整理し ROMに格納された、特性マップにっ、て説明する。

[0037] 一般に、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、ェンジンを始動する。エンジン始動の瞬間には大電流が流れる力それに伴い、鉛電池の電圧は大きく降下する（図 3参照)。本実施形態では、エンジン始動時の鉛電池の最低電圧 (Vst)を鉛電池の特性の指標としている。 Vstは鉛電池の出力を示す力別の見方をすると鉛電池の内部抵抗の大きさと強く相関しており、鉛電池の SOHを表す指標として妥当なものである。 Vstは鉛電池の SOCによって変化し、 SOCが高いと Vstは高くなる。また、 Vstは鉛電池の SOHによっても変化し、 SOHが高いと Vstは高くなる。

[0038] 図 2に、 SOHが 100%の鉛電池（新品電池）と各 SOHが低下した電池（劣化電池）における SOCと Vstとの関係を示す。 SOCの指標として、無負荷状態での電池電圧である開回路電圧 (OCV)を用いた。以下、図 2を特性マップと呼び、鉛電池の OCV と Vstとの関係を電池特性と呼ぶことにする。この電池特性は特性曲線で表される。

[0039] 図 2に示すように、横軸に OCV、縦軸に Vstをとつたときに、新品電池の電池特性の下側に、劣化電池の電池特性 (特性曲線)が位置することが分かる。鉛電池を劣化させて各 SOHで電池特性を測定すると、劣化が進行し SOHが低くなるにつれて、より下側に電池特性 (特性曲線）は移動して行く。これにより、鉛電池の OCVと Vstとをあわせて測定し、特性マップ上のどこに位置するかを見ることで、鉛電池の劣化状態を区分することができる。具体的には、以下に詳述するように、 OCV、 Vstの両方が高い第 1領域、第 1領域の左側に位置し OCVの低い第 2領域、第 1領域の下側に位置し OCVが高く Vstの低い第 3領域、の各領域を設定する。力！]えて、第 1領域と第 3 領域の中間的な特性を示す第 4領域、また、第 2領域と第 3領域の中間的な特性を示す第 5領域を設定

する。

[0040] 第 1領域では、 OCV、 Vstが共に高ぐこの領域での鉛電池は残存容量が充分にある。このような健全な鉛電池が放電して SOCが低下していった場合、 Vstは高めの推移をして、第 2領域に入る。第 2領域では SOCのみ低下しており、充電するだけで第 1領域に戻るため鉛電池の交換は必要ない。第 3領域に属する、劣化して SOHが低下して残存容量が少なくなつた鉛電池の多くは、満充電状態での OCVは新品の鉛電池に対してほとんど変わらない。し力し、同じ OCVでも Vstは低くなり、このような劣化した電池は少しの SOCの低下で Vstが急激に降下し、エンジン始動能力が低下する。電池状態を区分する境界線としては、図 2に示した新品電池、劣化電池の電池特性を示す数学的形状を用いて表すことができる。すなわち、第 1及び第 4領域の境界、第 2及び第 5領域の境界、第 4及び第 3領域の境界は、横軸に OCV、縦軸に Vstをとつたときに、正の傾きを持つ線である。このような形状の線を得るためには、電池状態判定を行おうとする車両において必要な負荷を計算して OCVと Vstとの関係を算出してもよ、が、境界として必要なだけ SOHが低下した鉛電池の電池特性を測定して設定することも可能である。

[0041] 鉛電池によって新品状態での図 2に示した電池特性 (特性曲線の形状）は一定となる。しかし、エンジン始動時の車両負荷の大きさの違いにより、図 2における Y軸方向に特性曲線がシフトする。同じ鉛電池、同じ OCV (充電状態)でもエンジン負荷が大きい場合には、 Vstが低下するため、特性曲線は Y軸のマイナス方向へ移動することになる。この場合、第 1〜第 5領域の各領域が全て等しく Y軸のマイナス方向へ移動するため、各領域の相互の位置関係は変化しない。このため、一つの鉛電池において新品の電池特性 (特性曲線)を得ておき、車両の負荷の差を補正することにより、各種車両に対応することも可能である。

[0042] 本実施形態では、図 2に示した特性マップを作成するために、鉛電池として JIS規格 55B24サイズのもの、また適用する内燃機関として、排気量 2000ccの電子制御燃料噴射装置付きのガソリンエンジン自動車を選んだ。この鉛電池を JISD

5301の軽負荷寿命試験により、鉛電池を加速して劣化させ、 5時間容量での SOH がそれぞれ 50%、 30%となった鉛電池を作成した。新品に対する内部抵抗増大率はそれぞれ 1. 3、 1. 4であった。次に、 SOHが 50%、 30%となった鉛電池の満充電状態での OCVを測定し、自動車に取り付けた。続いてエンジン始動をしてエンジン始動時の Vstを測定した。サンプリング速度 1. Omsの一般用デジタルレコーダで鉛電池の端子電圧を測定、記録しながら、エンジンの始動キーを操作し、エンジンを始動した。得られた時間 Z端子電圧曲線から Vstを読み取った。その後、 5時間率電流で所定電気量放電し、 SOCを低下させた。以下、満充電状態の時と同じようにして、 OCV、 Vstを測定した。この操作を繰り返し、各鉛電池での電池特性 (特性曲線)を得た。

[0043] また、本実施形態では、新品に対する内部抵抗増大率が 1. 3で SOHが 50%の鉛電池の電池特性を第 1及び第 2領域と第 4及び第 5領域との境界線に用い、新品に対する内部抵抗増大率が 1. 4で SOHが 30%の鉛電池の電池特性を、第 3領域と第 4及び第 5領域との境界線に用いた。更に、第 1領域と第 2領域の境界、及び第 4領域と第 5領域の境界には新品状態での SOC50%の直線を用いて特性マップを作成した。内部抵抗増大率が分力つていれば、第 1及び第 4領域の境界の線と第 3及び第 4領域の境界の線は理論的に数式ィ匕して取り扱うことが可能であり、本実施形態では第 3及び第 4領域の境界の線を数式で扱う。

[0044] 次に、作成した特性マップにっ、て評価を行った。すなわち、新品の鉛電池 12を自動車に取り付け、使用を開始した。通常の自家用使用で鉛電池を長期間使用した。使用期間を経て劣化が進行した鉛電池を車載した状態で、上記と同じ手順で電圧測定し、 OCV、 Vstを求めた。得られた OCV、 Vstを特性マップに当てはめて、電池状態を判定した。電池状態を判定した後、 5時間率放電試験により鉛電池の残存容量を測定し、 SOCと SOHとを計算した。電池状態の判定結果と、 SOCと SOHとの対応により、判定の妥当性を評価した。下表 1に妥当性の評価結果を示す。特性マップにより、 OCV及び Vstを測定することで、鉛電池 1の劣化状態を正しく判定できることが分かる。

[0045] [表 1]

[0046] (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、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上述した特性マップは、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。

[0047] 図 4に示すように、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が停止した力否かは、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ヽ。

[0048] 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 AZDコンバータを介してデジタル値で取り込む。なお、ステップ 104での鉛電池 1の OCV測定は所定時間毎に行えばよぐ一且 OCVを測定した後は、更に所定時間（例えば、 6時間）経過した後に行えばよい（図 4ではこのステップを捨象している。 ) o

[0049] 次にステップ 106では、温度センサ 2から出力された鉛電池 1の温度を AZDコンパータを介してデジタル値で取り込み、図 5に示すように、温度補正マップにより、測定された開回路電圧 OCVに温度の補正関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧 OCV1を演算する。エンジン停止中も鉛電池 1には喑電流が流れているため、鉛電池 1の電圧は実際の開回路電圧 OCVより低い値となり、低温になればなるほど、実際の開回路電圧 OCVとの差が大きくなる。このため、ステップ 106では、図 5 に示した温度補正量を鉛電池 1の開回路電圧 OCVを加算して、より正確な補正後の開回路電圧 OCV1を演算している。このような温度補正マップは、電池設計、電池劣化や車両の暗電流に応じて変えることが望まし、。暗電流を知ることができな、場合は、図 5に示したように、 10〜20mAの暗電流で想定される補正マップを利用すると、多くの車両で良好な結果が得られる。

[0050] 次いで、ステップ 108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。ステップ 108における処理は、エンジン始動したか否かと、エンジン始動した場合それが電圧安定後最初か否かのステップに分けることができる。エンジン始動した力否かの判断は、図 3に見られるような、例えば、数ミリ秒で IV以上落ちるエンジン始動に特徴的な電圧降下を検知したか否かで判断する。マイコン 10に内蔵された AZDコンバータのサンプリング速度は lmsecであり、エンジン始動のタイミングを精度よく検出できる力サンプリング速度が 100Hz未満のものを用いると、最低電圧値 Vstを測定するタイミングが遅れて正確な最低電圧値 Vstを測定できなヽ。 IG Nスィッチ 5の中央端子が START端子に接続された旨の報知を受けたカゝ否かを判断することにより、エンジンが始動したカゝ否かを判断してもよぐその場合、中央端子力 SSTART端子に接続された旨の報知は、 IGNスィッチ 5から直接又は車両制御システム 11を介して受けてもよい。否定判断のときは、ステップ 102に戻る。

[0051] 一方、ステップ 108で肯定判断のときは、ステップ 110において、エンジン始動時の鉛電池 1の最低電圧 (Vst)を測定する。すなわち、マイコン 10に内蔵された AZDコンバータのサンプリング速度 lmsecでエンジン始動時の鉛電池 1の電圧データを取り込み (RAMに格納し）、取り込んだ電圧データのうちの最小値を抽出することで、ェンジン始動時の鉛電池 1の最低電圧 Vstを測定し（図 3も参照）、 EEPROMに記録する。本実施形態ではサンプリング速度 100Hzである力 100Hz未満のものを用いると低分解能となるため、最低電圧値 Vstを精度よく取り込むことができなくなる。

[0052] 次のステップ 112では、ステップ 106で温度補正した開回路電圧 OCV及び車両の温度に基づ!、て、エンジン始動電圧 Vstを補正したエンジン始動電圧 Vstlを演算する。ここで、エンジン始動電圧 Vstlの演算意義と演算式について詳述する。

[0053] 図 3に示したエンジン始動時の電圧は、車両の電気抵抗と機械抵抗に依存し、これら双方は温度の影響を受ける。機械抵抗の温度依存性は予測困難であるが、電気抵抗は導体の材質を仮定することで予測可能である。機械抵抗の影響を排除することは、ピストンがまだ殆ど動き始めていないと思われる最初の大きく電圧が低下した際のエンジン始動電圧 Vst (ステップ 110で測定した最低電圧 Vst)を利用することで可能である。更に、最低電圧 Vstを次式（1)で基準温度 (例えば、室温の 25° C)での値に補正することで電気抵抗の電圧への影響も排除することができる。

[0054] [数 5]

Vstl =OCV x Vst/[Vst+[A+(T-T0) x 0ί } Χ (OCV-Vst)] ■■■ ( 1 )

[0055] 式（1)において、 OCVはステップ 106で温度補正を行った開回路電圧（OCV1)、 Tは車両（例えば、セルモータ 9)の温度、 TOは上述した基準温度、 Aは 0. 9〜1. 1 の範囲をとる定数 (本例では 1. 0に設定されている。）、 αはエンジン始動時の車両の電気抵抗を TOでの値に補正する温度補正係数である。温度補正係数 αには、例えば、軟銅線 CFIS C3102)での値を利用すると良好な補正が期待できる。

[0056] 車両の温度 Τは、図 1に示すように、本来、セルモータ 9の温度を温度センサ 4で測定することが望ましいが、エンジン停止から充分時間がたてばセルモータ 9と周辺の車両部品の温度とはほぼ同じになるので、本実施形態では、前回エンジン停止から充分長、規定時間経過して、るか判断し (本例ではステップ 102で 6時間経過を判断している。）、エンジン停止中又はエンジン始動直後に鉛電池 1の温度を測定し (ステツプ 106参照）、車両の温度 Tとして利用している。

[0057] 次にステップ 114では、最低電圧 Vstlを、更に、電池特性の温度依存性を考慮して補正し、 EEPROM記録する。この補正は、図 6に示すように、温度補正マップにより、温度補正量を最低電圧 Vstlに加算することで行う。図 6に示す温度補正マップは、使用する鉛電池により変動する。放電電圧は電流の関数であり温度特性も多少異なるので、電流情報を入手できる（電流センサを備えた)電池状態判定装置の場合には電流ごとに温度補正量を規定することで精度をより向上させることができる。実際に通常の自動車でのエンジン始動時の突入電流 500〜900Aで温度補正係数は大きく違わな、ため、特に電流センサを付加しなくても実用に耐える電池状態判定装置が実現できる。

[0058] ステップ 116では、エンジン始動の度に EEPROMに書き込まれた複数のエンジン始動電圧 Vstlを読み出す。次いで、ステップ 118において、読み出したエンジン始動電圧 Vstlのうち、予め設定された上限電圧値 (例えば、 10. 5V)以上のエンジン始動電圧 Vstl及び予め設定された下限電圧値 (例えば、 3. 0V)以下のエンジン始動電圧 Vstlを除くことで、誤測定データとみなされるデータを排除し、残りのェンジン始動電圧 Vstlの平均値を算出する。

[0059] 次のステップ 120では、電圧安定後の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。換言すれば、鉛電池 1が無劣化（新品）、かつ、満充電状態か否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ 122で、鉛電池 1が無劣化かつ満充電状態での最低電圧 VstOを下式 (4)により演算し EEPR OMに格納する。この最低電圧 VstOについて換言すれば、無劣ィ匕 (新品）かつ満充電状態での開回路電圧 OCV0 (12. 4V≤OCV0≤13. 0V)でのエンジン始動時の電圧である。

[0060] [数 6]

Vst0=Vst1 X OCV0/OCV ■■■ (4)

[0061] また、ステップ 122では、 EEPROMに既に格納されたエンジン始動電圧 VstOを読み出してエンジン始動電圧 VstO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の無劣化かつ満充電状態でのエンジン始動電圧 VstOの平均値が演算され、 EEPROMに格納される。

[0062] 次、で、ステップ 124では、無劣化かつ満充電状態での鉛電池 1の開回路電圧 O CVOでの内部抵抗 ¾τΟ、車両の電気抵抗 Rとしたときの (rOZR)を下式（3)により演算し EEPROMに格納する。また、ステップ 124では、 EEPROMに既に格納された（ rOZR)を読み出して（rOZR)の平均値を演算し、 EEPROMに格納する。このため、最終的に、複数回の鉛電池 1の無劣化かつ満充電状態での (rOZR)の平均値が演算され、 EEPROMに格納される。

[0063] [数 7]

(r0/R)=(OCV0-Vst0)/Vst0 ■■■ (3)

[0064] 更に、ステップ 126では、下式（2)により、ステップ 106で温度補正された開回路電圧から、鉛電池 1の内部抵抗の増大率が電池交換のための所定値に達するときの鉛電池 1のエンジン始動時の電圧を表す、第 3及び第 4領域の境界値 Vst— thが演算し、特性マップの座標として記憶する。（rOZR)の平均値は EEPROM力読み出され、式（2)に代入される。鉛電池 1と搭載車両の型式の組み合わせが決まっている場合は、（rOZR)の値をあら力じめ測定して定数として式（2)に代入しておいてよぐその場合ステップ 120〜 124は不要である。なお、式（2)において、 OCVはステップ 10 6で温度補正を行った開回路電圧 (OCV1)、 r—thはバッテリ交換のためのバッテリの内部抵抗しきい値、 Bは 0. 9〜1. 1の範囲をとる定数 (本例では 1. 0に設定されている。）、（r— thZrO)は 1. 2〜1. 6の範囲内の定数 (本例では 1. 4に設定されている。）、すなわち、新品からの鉛電池 1の内部抵抗の増大率を表している。

[0065] [数 8]

Vst_t =OCV/{B+(r0/R) x ( th/r0)} ■■■ (2)

[0066] ここで、式（2)〜 (4)の関係について説明する。式（2)には、車両の電気抵抗尺が含まれている。車種毎に異なる車両の電気抵抗 Rを実際に測定し、 ROMないし EE PROMに書き込むことは、理論的には可能である力商用上の問題としては難しい。一方、（rOZR)は式（3)で算出可能である。式（3)において、 VstOは OCV=OCV0 での Vst (本例では Vstl)である。実際には Vst取得時の OCVが都合よく OCV0になることは少ないため、式 (4)により OCV0での VstOに補正し、式 (4)、式（3)を式（2 )に代入することで、車両の電気抵抗 Rを知る術がなくても、第 3及び第 4領域の境界値 Vst— thの演算を可能として!/、る。

[0067] ステップ 128ではステップ 120での判断に備えるために、エンジン始動回数をカウントし、次のステップ 130では領域判定処理を実行する。すなわち、ステップ 104及びステップ 106で取り込んだ直近（最新）の OCVと、ステップ 114で取得しステップ 1 18で平均化した Vstlとを、図 2に示した特性マップに当てはめ、鉛電池 1の劣化状態が特性マップの 5つの領域うちいずれに属するかを判断する。次にステップ 132において、鉛電池 1の劣化状態が特性マップの第 3領域に属するか否かを判定する。肯定判断のときは電池状態判定ルーチンを終了し、肯定判断のときは次のステップ 1 34にお、て、鉛電池 1が劣化した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。なお、図 4では、説明を簡単にするために、ステップ 132、 1 34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力実際にはステツプ 102に戻り、鉛電池 1の電池状態の判定を続行する。

[0068] 鉛電池 1が劣化した旨の報知を受けた車両制御システム 11は、停車後エンジン再始動 (ISS)ができなくなるおそれがあるため、自動的なアイドルストップを禁止するとともに、インストールメントパネルに鉛電池 1が劣化した旨を表示してドライバに鉛電池 1の交換を促す。ドライバはインストールメントパネルを参照することで鉛電池 1が劣化したことを知ることができ、サービスステーションで鉛電池 1を同一仕様の鉛電池に交換することで、 ISSの確保が可能となる。

[0069] (作用'効果等）

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。

[0070] 本実施形態の電池状態判定装置 12では、式（1)により、エンジン始動電圧 Vstを車両の温度の影響を考慮して補正したエンジン始動電圧 Vstlが演算され (ステップ 112)、エンジン始動電圧 Vstlが鉛電池 1の交換を判定するため、特性マップの領域 3かが判断される (ステップ 130〜132)ので、鉛電池 1の劣化による交換判定にあたり車両の温度による影響での誤判定が排除されるため、鉛電池 1の電池状態を正確に判定することができる。従って、アイドルストップ 'スタート時のエンジン停止を防止することができる。 [0071] また、本実施形態の電池状態判定装置 12では、エンジン停止から所定時間（例えば、 6時間）以上経過後に測定された鉛電池 1の温度を車両の温度とみなして、式（1 )により、エンジン始動電圧 Vstlが演算されるので、上述したようにセルモータ 9等の車両の温度を直接計測する必要がないため、電池状態判定装置を装着 (特に、後付 )する際の手間を大幅に省くことができると共に、セルモータ 9から電池状態判定装置 12までのリード線の長さを短くすることができ、ノイズ等による誤差の影響を小さくすることがでさる。

[0072] 更に、本実施形態の電池状態判定装置 12では、図 5に示したように、測定された開回路電圧 OCVに温度の補正関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧 OCV1を演算し (ステップ 106)、式（1)及び式（2)で、この補正後の開回路電圧 O CV1を用いてエンジン始動電圧 Vstl (ステップ 112)、ノッテリ判定電圧 Vst— th (ステツプ 126)を演算する。このため、電池状態判定装置 12は、鉛電池 1の電池状態の判定をより正確に行うことができる。また、本実施形態の電池状態判定装置 12では、図 6に示したように、鉛電池 1の温度と 1対 1に対応する補正量をエンジン始動電圧 V stlに加算してエンジン始動電圧 Vstlを更に補正している。このため、鉛電池 1の電池状態の判定を更に正確に行うことができる。

[0073] また、本実施形態の電池状態判定装置 12は、図 2に示したように、 5つの領域に分割され、鉛電池 1の OCVと鉛電池 1のエンジン始動時の Vstとの関係を定めた特性マップを記憶している。この特性マップは、鉛電池 1の各 SOHでの実使用状態に基づいて作成されたものである。この特性マップに、取り込んだ OCV (ステップ 104〜1 06)と、測定した Vstl (ステップ 110〜118)とを当てはめることにより、エンジン始動により劣化が進行する鉛電池 1がどの領域に属するかを精度よぐかつ、リアルタイムで判断することができる (ステップ 130、表 1参照)。

[0074] なお、本実施形態では、第 3領域に属すると判断したときに鉛電池 1の交換が必要である旨を車両制御システム 11に報知する例を示したが、第 4領域又は第 5領域に属すると判断したときに、車両制御システム 11に鉛電池 1が劣化した旨を報知するようにしてもよい。更に、第 4領域又は第 5領域を Y軸方向に細分ィ匕し、劣化レベルを多段階で報知しても良、。本実施形態では車両制御システム 11に報知する例を示した力電池状態判定装置がブザーや発光素子を有し、電池状態判定装置のブザーや発光素子で直接ユーザに報知してもよい。また、本実施形態では、 OCV及び Vstのそれぞれ 1回の測定で 5つの領域のうちいずれに属するかを判断する例を示した力電池状態判定装置 12が例えばエンジンルームに収容されるような場合にはノイズ等による電圧測定誤差も生じる可能性があることから、鉛電池 1の劣化判定精度をより高めるために、複数回の判断を行って劣化判定を行うようにしてもょ、。

[0075] また、本実施形態では、最低電圧値 Vstのうち、上限電圧値（10. 3V)以上の最低電圧値 Vst及び下限電圧値 (3. OV)以下の最低電圧値を除くことで、誤測定データとみなされるデータを排除する例を示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、複数の最低電圧値 Vstのうちの最大値、最低電圧値 Vstのうち最小値を排除するようにしてもよい。

[0076] また、本実施形態では、エンジン停止後所定時間が経過した力否かを判断して、る力この判断は、マイコン 10が内部時計により計時してもよいし、別にタイマ (IC)を備えるようにしてもよいし、更に、車両制御システム 11からエンジンの停止時刻、ェンジンの始動開始時刻（現在の時刻）等の報知を受けてマイコン 10が判断するようにしてもよい。また更に、本実施形態では、変換部として lmsecのサンプリング速度（100 OHz)を有する AZDコンバータを例示した力本発明はこれに限らず、 100Hz以上でエンジン始動時の鉛電池 2の電圧をサンプリングできればよい。

[0077] また、本実施形態の電池状態判定装置 12では、 VstOの演算で平均値 (ステップ 1 22)を演算するが、中央値、または最頻値でもよぐ（rOZR)の演算で平均値 (ステツプ 124)を演算するが、同様に、中央値、または最頻値でもよい。

[0078] また、本実施形態では、エンジン停止から所定時間以上経過後の鉛電池 1の温度を車両の温度とみなしてエンジン始動電圧 Vstlを演算する例を示した力本発明はこれに限定されず、図 1に示したように、セルモータ 9 (車両)の温度を実際に測定する温度センサ 4を備えるようにしてもよい。更にまた、本実施形態では、図 5、 6において、温度に対応する補正量のマップを例示したが、本発明はこれに制限されず、温度と補正量との関係を表す関係式を用いるようにしてもょ、。

[0079] 更に、本実施形態では、式（1)、 (2)において定数 A、 Bを 1. 0に設定した例を示した力これらの定数は鉛電池 1の仕様や鉛電池 1が搭載される車両に応じて、 0. 9〜 1. 1の範囲で適正な値に変更するようにしてもよい。また、本実施形態では、温度センサ 3による温度の測定間隔に電圧測定間隔と同じ lmsを例示したが、温度変化は図 6に示したようには急峻でな、ため、例えば、 1秒間隔等の電圧測定間隔より長、間隔で測定して測定結果を RAMに記憶し、直近の測定温度を使用するようにしてもよい。

[0080] 更にまた、本実施形態では、ステップ 126にお、て第 3及び第 4領域の境界値 Vst — thを式 (2)で演算する例を示したが、同様な式で第 1及び第 4領域の境界値 Vst — thlを演算しても良い（このときの (r— thZrO)は例えば、 1. 3に設定される。；)。そして、本実施形態では、マイコン 10を用いた構成を示した力マイコン 10に代えて、全部または一部をノヽードウエア回路で構成するようにしてもょ、。

実施例

[0081] 次に、上記実施形態に従って、 2000ccのガソリン車に搭載された 65B24の電池状態を判定する電池状態判定装置の実施例について説明する。なお、比較のために作製した電池状態判定装置についても併せて説明する。

[0082] (実施例 1)

6時間間隔をあけ 5回エンジン始動させた後、低温恒温室にガソリン車を入れ、 0° C、—10° Cの温度下でエンジンを始動させた。インサーキットエミュレータを使用し、電池状態判定装置の内部変数を確認できるものを使用した。温度補正後のェンジン始動電圧 Vstlを確認すると下表 2に示す値になった。温度補正が充分正確であることがわ力ゝる。

[0083] [表 2]

(比較例 1)

比較例 1の電池状態判定装置では、図 7に示すように、車両温度補正及び開回路電圧の温度補正を行わず、実施例 1の電池状態判定装置と同様の試験を行った。つまり、図 7のフローチャートは、図 4のフローチャートのステップ 106、 112の処理を欠いている。試験結果を表 2に示す。比較例 1の電池状態判定装置は、実施例 1の電池状態判定装置よりも温度補正の誤差が大きい。この結果により、実施例 1の電池状態判定装置が電池状態判定の点で優れていることがわかる。

産業上の利用可能性

[0085] 本発明は車両の温度の影響を考慮してエンジン始動電圧からバッテリの電池状態を正確に算出することができる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製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

図面の簡単な説明

[0086] [図 1]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。

[図 2]実施形態の電池状態判定装置の特性マップの概念を示す説明図である。

[図 3]エンジン始動時の鉛電池の電圧変化を示すグラフである。

[図 4]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一チンのフローチャートである。

[図 5]暗電流通電時の鉛電池の開回路電圧の温度補正量を示すマップである。

[図 6]最低電圧 Vstlの温度補正量を示すマップである。

[図 7]比較例 1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一チンのフローチャートである。

符号の説明

[0087] 1 鉛電池

2 温度センサ (鉛電池温度測定部の一部）

3 電圧センサ（開回路電圧測定部の一部、最低電圧測定部の一部）

4 温度センサ（車両温度測定部の一部）

10 マイクロコンピュータ（開回路電圧測定部の一部、最低電圧測定部の一部、記憶部、最低電圧補正部、特性マップ演算部、劣化状態判定部）

12 電池状態判定装置

Claims

請求の範囲

[1] 車両に搭載された鉛電池の電池状態を判定する電池状態判定装置にお!、て、前記鉛電池の開回路電圧 OCVを測定する開回路電圧測定部と、

前記鉛電池のエンジン始動時の電圧を表すエンジン始動電圧 Vstを測定するェンジン始動電圧測定部と、

前記車両の温度を測定する車両温度測定部と、

前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCV及び前記車両温度測定部で測定された車両の温度に基づ、て、前記エンジン始動電圧測定部で測定されたエンジン始動電圧 Vstを補正したエンジン始動電圧 Vstlを演算するエンジン始動電圧補正部と、

前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCVから、前記鉛電池の内部抵抗の増大率が鉛電池交換のための所定値に達するときの前記鉛電池のエンジン始動時の電圧を表す鉛電池判定電圧 Vst— thを演算する判定電圧演算部と、前記エンジン始動電圧補正部で演算された前記エンジン始動電圧 Vstlが前記判定電圧演算部で演算された鉛電池判定電圧 Vst— th以上かを判定する電池状態判定部と、

を備えた電池状態判定装置。

[2] 車両に搭載された鉛電池の電池状態を判定する電池状態判定装置にお!、て、前記鉛電池の開回路電圧 OCVを測定する開回路電圧測定部と、

前記鉛電池の温度を測定する鉛電池温度測定部と、

前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCV及び車両の温度に基づいて、前記エンジン始動電圧測定部で測定されたエンジン始動電圧 Vstを補正したェンジン始動電圧 Vstlを演算するエンジン始動電圧補正部と、

前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCVから、前記鉛電池の内部抵抗の増大率が鉛電池交換のための所定値に達するときの前記鉛電池のエンジン始動時の電圧を表す鉛電池判定電圧 Vst— thを演算する判定電圧演算部と、前記エンジン始動電圧補正部で演算された前記エンジン始動電圧 Vstlが前記判定電圧演算部で演算された鉛電池判定電圧 Vst—th以上かを判定する電池状態判定部と、

を備え、前記エンジン始動電圧補正部は、エンジン停止力も所定時間以上経過後に前記鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度を前記車両の温度とみなして前記エンジン始動電圧 _Vstlを演算することを特徴とする電池状態判定装置。

[3] 前記エンジン始動電圧補正部は、前記車両の温度を T、温度補正の基準温度を Τ 0、エンジン始動時の前記車両の電気抵抗を前記基準温度 TOでの値に補正するための温度補正係数を α、 0. 9〜1. 1の範囲をとる定数を Αとしたときに、前記ェンジン始動電圧 Vstlを下記式（1)により演算することを特徴とする請求項 1又は請求項 2 に記載の電池状態判定装置。

[数 9]

Vstl =OGV x Vst/[Vst+{A+(T-TO) x } x (OCV-Vst)] ■■■ ( 1 )

[4] 前記温度補正係数 ocが銅線の電気抵抗の温度補正係数であることを特徴とする請求項 3に記載の電池状態判定装置。

[5] 前記判定電圧演算部は、新品の鉛電池の開回路電圧 OCV= OCV0 ( 12. 4V≤ OCV0≤13. OV)での内部抵抗を r0、鉛電池交換のための鉛電池の内部抵抗しきい値を r— th、車両の電気抵抗を R、0. 9〜1. 1の範囲をとる定数を Bとしたときに、前記鉛電池判定電圧 Vst—thを下記式（2)により演算することを特徴とする請求項 1 又は請求項 2に記載の電池状態判定装置。

[数 10]

Vst_t =OCV/{B+(r0/R) x ( th/rO)} ■■■ (2)

[6] 前記判定電圧演算部は、前記式（2)の (r— thZrO)を 1. 2〜1. 6の範囲内の定数として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。

[7] 前記判定電圧演算部は、新品の鉛電池の開回路電圧 OCVが前記 OCV0をとるときのエンジン始動電圧 Vstを VstOとしたときに、前記式（2)の（rOZR)を下記式（3) により演算することを特徴とする請求項 5又は請求項 6に記載の電池状態判定装置。

[数 11] (r0/R)=(OCV0-Vst0)/Vst0 ■■■ (3)

[8] 前記判定電圧演算部は、前記式（3)のエンジン始動電圧 VstOを下記式 (4)により演算す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。

[数 12]

Vst0=Vst1 X OCV0/OCV ■ ·■ (4)

[9] 前記鉛電池の温度を測定する鉛電池温度測定部を更に備え、前記エンジン始動電圧補正部は、前記鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度と 1対 1に対応する補正量を前記エンジン始動電圧 Vstlに加算して前記エンジン始動電圧 Vstlを更に補正することを特徴とする請求項 1に記載の電池状態判定装置。

[10] 前記エンジン始動電圧補正部は、前記鉛電池温度測定部で測定された鉛電池の温度と 1対 1に対応する補正量を前記エンジン始動電圧 Vstlに加算して前記ェンジン始動電圧 Vstlを更に補正することを特徴とする請求項 2に記載の電池状態判定装置。

[11] 前記開回路電圧測定部は、前記鉛電池から暗電流が流れているときの安定した開回路電圧 OCVを測定し、前記エンジン始動電圧補正部及び前記判定電圧演算部は、前記開回路電圧測定部で測定された開回路電圧 OCVに、温度の関数である補正量を加算して得た補正後の開回路電圧 OCV1を用、て前記エンジン始動電圧 Vs tl及び前記鉛電池判定電圧 Vst—thを演算することを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の電池状態判定装置。

[12] 前記鉛電池の OCVと Vstlとの関係を定めた特性マップであって前記鉛電池の劣化状態を表す複数の領域に分割された特性マップを予め記憶した記憶部を更に備え、

前記電池状態判定部が、前記開路電圧測定部で測定された OCV及び前記ェンジン始動電圧補正部で演算された Vstlが前記記憶部に記憶された特性マップの複数の領域の!/、ずれに属するかを判断することで、前記鉛電池の劣化状態を判定し、前記記憶部に記憶された特性マップは、 OCVを横軸、 Vstlを縦軸にとったときに

OCVと Vstlとが共に高い第 1領域、前記第 1領域の左側に位置し OCVの低い第 2領域、前記第 1領域の下側に位置し OCVが高く Vstlの低い第 3領域、前記第 1及び第 3領域の間の第 4領域、及び、前記第 2及び第 3領域の間の第 5領域の 5つの領域に分割されており、

前記第 1及び第 4領域の境界、前記第 2及び第 5領域の境界、前記第 4及び第 3領域の境界、並びに、前記第 5及び第 3領域の境界は、 OCVから前記判定電圧演算部で演算される Vst— thであり、正の傾きを持ち、かつ、対数曲線状の曲線であることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の電池状態判定装置。

[13] 前記記憶部に記憶された特性マップの前記第 1及び第 2領域の境界、並びに、前記第 4及び第 5領域の境界は、直線であることを特徴とする請求項 12に記載の電池状態判定装置。

[14] 前記劣化状態判定部は、前記開路電圧測定部で測定された OCV及び前記ェンジン始動電圧補正部で演算された Vstlが前記特性マップの第 4乃至第 5の領域に属すると判断したときに前記鉛電池が劣化したと判定し、前記第 3領域に属すると判断したときに前記鉛電池の交換が必要であると判定することを特徴とする請求項 12に記載の電池状態判定装置。

[15] 前記開回路電圧測定部は、エンジン停止後所定時間経過後に、前記鉛電池の O CVを測定することを特徴とする請求項 12に記載の電池状態判定装置。

[16] 前記鉛電池のエンジン始動時のアナログ電圧を 100Hz以上の速度でデジタル電圧値に変換する変換部を更に備え、

前記電池状態判定部が、前記エンジン始動電圧測定部でエンジン始動の度に抽出された複数の前記エンジン始動電圧 (Vst)のうち、予め設定された上限電圧値以上の最低電圧値及び予め設定された下限電圧値以下の最低電圧値を削除し、残りの最低電圧値の中央値、最頻値、平均値のいずれかが予め設定された判定基準電圧値以下かを判定することを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の電池状態判定装置。

[17] 前記上限電圧値は 10. 5Vであり、前記下限電圧値は 3. 0Vであることを特徴とする請求項 16に記載の電池状態判定装置。

[18] 前記上限電圧値は前記最低電圧値 (Vst)のうちの最大値であり、前記下限電圧値は前記最低電圧値 (Vst)のうちの最小値であることを特徴とする請求項 16に記載の電池状態判定装置。

[19] 前記エンジン始動電圧測定部で抽出された最低電圧値 (Vst)を記憶する不揮発性記憶部を更に備え、前記電池状態判定部は前記記憶部に記憶された複数の前記エンジン始動電圧 (Vst)を読み出すことを特徴とする請求項 16に記載の電池状態判定装置。

[20] エンジン始動がエンジン停止後所定時間以上経てなされたかを判断するエンジン始動間隔判断部を更に備え、前記エンジン始動間隔判断部が肯定判断したときに、前記エンジン始動電圧測定部が前記変換部で変換されたデジタル電圧値の中から前記鉛電池のエンジン始動時のエンジン始動電圧値 (Vst)を抽出することを特徴とする請求項 16又は請求項 19に記載の電池状態判定装置。