JP2008053126A

JP2008053126A - バッテリ劣化判定装置

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Publication number: JP2008053126A
Application number: JP2006229813A
Authority: JP
Inventors: Akira Shoji; 明庄司
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】車載可能な安価な構成で、精度よくバッテリの劣化度合を検出する。
【解決手段】バッテリの放電電流を２段階（I1→I2）に制御する。これにより、バッテリの端子電圧VBATは分極電圧に向け下降後、上昇するが、再び下降に転じさせることができる。そして、VBATが時刻t1の時と同じ値となる時点t2で、VBATを計測する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリ劣化判定装置に関し、特に自動車に搭載可能なバッテリ劣化判定装置に関する。

バッテリの劣化は、充放電を繰り返すことによって、経時的にバッテリの内部抵抗値が高くなりバッテリの端子電圧が低下していく現象として現れることが知られている。したがって、バッテリの劣化度合は、内部抵抗を計測することで推定することが可能であり、その推定精度を高めるには、いかに内部抵抗を高精度に計測するかにかかっている。

一方、バッテリの内部抵抗値はバッテリの温度にも依存することが知られており、従来、内部抵抗を計測するには、バッテリ温度を計測するための温度センサを設けることが不可欠であった。

特開２００３−１７７１６４号公報

近年、自動車においては、排気ガスの削減と燃費の改善のために、信号待ちや渋滞時などの停車時に自動的にエンジン作動を停止するアイドリングストップ機能を備えるものが増えている。アイドリングストップ車のバッテリは、エンジン始動のみならず、アイドリングストップ時に負荷に給電することが必要になる。このように、アイドリングストップ車のバッテリは非アイドリングストップ車のバッテリに比べて消耗度の激しい使い方となるので、自動車にバッテリの劣化判定機能を搭載することが必要である。したがって、低コストなバッテリ劣化判定機構を実現することは重要な要請である。

したがって、本発明は、車載可能な安価な構成で精度よくバッテリの劣化を判定可能なバッテリ劣化判定装置を実現することを目的とする。

本発明の一側面に係るバッテリ劣化判定装置は、第１時間帯と第２時間帯とで放電電流が２段階に変化する放電プロファイルに基づきバッテリの放電を行う放電制御手段と、前記第２時間帯における所定時刻におけるバッテリの端子電圧を検出する検出手段と、前記放電プロファイルと前記検出手段により検出された前記端子電圧とに基づいてバッテリの内部抵抗を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記内部抵抗に基づいてバッテリの劣化を判定する判定手段とを有することを特徴とする。

この構成によれば、高速な電圧センサを必要とせず、また、温度センサも必要とせず、内部抵抗を高精度に計算することができる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記放電プロファイルは、前記第１時間帯では第１放電電流、続く前記第２時間帯では前記第１放電電流より小さい第２放電電流となるプロファイルであることが好ましい。

また、本発明の好適な実施形態によれば、前記所定時刻は、前記第１および第２放電電流の電流密度比に基づいて定まる時刻であることが好ましい。

本発明の別の側面に係るバッテリ劣化判定装置は、クランキング時におけるバッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、バッテリの起電力を検出する起電力検出手段と、前記端子電圧検出手段により検出された前記端子電圧のうちの最低電圧を検出する最低電圧検出手段と、事前にバッテリの新品と劣化品とをそれぞれ用いてクランキングを繰り返し行ったときの最低電圧対スタータ抵抗の分布を近似する近似曲線に基づいて、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧時のスタータ抵抗を推定するスタータ抵抗推定手段と、前記起電力検出手段により検出された前記起電力、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧、および、前記スタータ抵抗推定手段により推定された前記最低電圧時のスタータ抵抗に基づいて、バッテリの内部抵抗を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記内部抵抗に基づいてバッテリの劣化を判定する判定手段とを有することを特徴とする。

この構成によっても、クランキング時におけるバッテリ劣化判定を、安価な構成で高精度に行うことが可能である。

好適な実施形態によれば、前記スタータ抵抗推定手段は、車種および／または気温別に複数の近似曲線を保持し、その複数の近似曲線から最適な一の近似曲線を選択し、選択した一の近似曲線に基づいて、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧時のスタータ抵抗を推定することが好ましい。

これにより、車種や気温などの条件の違いによるスタータ抵抗の推定誤差を小さくすることができる。

好適な実施形態によれば、バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、第１時点と該第１時点から所定時間後の第２時点でそれぞれ、前記算出手段による前記内部抵抗の算出と前記充電率検出手段による前記充電率の検出を行い、充電率変化分に対する内部抵抗変化分の勾配を求める勾配算出手段と、前記勾配算出手段により算出された前記勾配に基づいて前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧を更新する更新手段とを更に有することが好ましい。

この構成によれば、バッテリ劣化判定処理が行われるごとに、最低電圧がより高精度な値に更新されるので、バッテリ劣化判定精度を高めていくことができる。

好適な実施形態によれば、前記起電力検出手段は、バッテリの端子電圧と、バッテリからの放電電流に応じた係数と、バッテリの初期起電力である固定電圧値とに基づいて起電力を算出することが好ましい。

この構成によれば、バッテリからの放電電流によって変化するバッテリの起電力を精度よく検出することが可能になる。

好適な実施形態によれば、前記判定手段は、前記算出手段により算出された前記内部抵抗と前記起電力検出手段により検出された前記起電力とに基づいてエンジンを始動するために必要なパワー条件を満足する基準最低電圧を算出し、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧が前記基準最低電圧を下回った時にバッテリの劣化と判定することが好ましい。

この構成によれば、エンジンを始動することができなくなる程のバッテリの劣化を精度よく判定することが可能になる。

好適な実施形態によれば、上記のバッテリ劣化判定装置が、所定時にアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ手段を有する自動車に搭載される場合には、バッテリ劣化判定時は、前記アイドリングストップ手段の動作を禁止することが好ましい。

この構成により、バッテリ劣化判定を行ったことが原因でエンジン始動が行えなくなることが防止される。

本発明によれば、車載可能な安価な構成で精度よくバッテリの劣化を判定可能なバッテリ劣化判定装置が実現される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態におけるバッテリ劣化判定装置の構成を示す図である。

１は充放電が可能なバッテリ（BATT.）であり、充電は、図示しないオルタネータにより発生した電力を用いて行われる。バッテリ１の端子間にはヘッドライト、室内灯、空調装置などの車両電装品である負荷２、３が接続されており、バッテリ１の放電電力はこれらの負荷２，３に供給される。

４はバッテリ１の端子間電圧VBATを計測する電圧センサである。５は、バッテリ１の放電制御を行いバッテリ劣化判定を行うように構成された制御ユニットである。この制御ユニットは典型的には、図示しないCPU, RAM, ROMを含むマイクロコンピュータで実現される。電圧センサ４の出力はこの制御ユニット５に入力される。また、この制御ユニット５は、後述する放電プロファイルを実現するためのタイマー６を備える。

バッテリ劣化判定処理における主要な技術課題は、上述のとおりいかに高精度に内部抵抗を計測するかである。内部抵抗R0は一般には次式で表される。
R0＝ΔV/ΔI
ただし、ΔVは微小時間内における端子電圧変化、ΔIは微小時間内における放電電流変化である。

より具体的には、上記の内部抵抗Rは次式で表される。
R0＝ΔV/ΔI＝r+(EP／ΔI）
ただし、ｒは純抵抗、EPは分極電圧である。また、EP／ΔIは分極抵抗である。

このように、実際には分極成分が含まれている。分極電圧は温度の影響を受けるため、純抵抗rを純粋に計測することは困難である。ΔV，ΔIの微小時間幅を限りなく０に近づければ、純抵抗rを取り出せるが、そのような微小時間幅のサンプリングを行えるセンサは実現不可能であるから、放電直後にいくら短いサンプリングタイムで電圧、電流を検出しても誤差（分極成分）の混入は避けられない。

そこで本実施形態では、図２に示すような、第１時間帯T1では第１放電電流I1、続く第２時間帯T2では第２放電電流I2（ただし、I2＜I1）となるような階段波形状の放電プロファイルを導入し、放電直後ではなく、第２時間帯T2において電解液の電極表面濃度の増減が相殺される所定時刻で端子電圧を検出する構成をとる。

図２は、本実施形態の放電プロファイルに従う放電電流IBATと、それに応じたバッテリ１の端子電圧VBATの波形の例を示す図である。

時刻t0からt1の第1時間帯T1で、放電電流IBATをI1とする。このとき、時刻t0の直後、バッテリ１の端子電圧VBATはI1*R0だけ降下し、その後、分極電圧EP(I1)だけさらに降下していく。次に、第1時間帯T1の経過後、時刻t1からt2の第2時間帯T2で、放電電流IBATをパルス的にI1よりも小さな電流値I2に低下させる。すると、時刻t1の直後、VBATは、(I1-I2)*R0だけ上昇する。理想的には、時刻t0の直後のI1*R0または時刻t0の直後の(I1-I2)*R0を検出できれば、純抵抗rに近い値を求めることができる。しかし、このような電圧変化の時間幅はおおむね1msec程度である一方、車両に搭載可能な電圧センサのサンプリングタイムは一般には5msecオーダのものである。したがって、このような電圧センサではこれらの電圧値を検出することはできない。かといって、1msecオーダの高速な電圧センサを採用することはコストの観点から好ましくない。

本実施形態では、時刻t1で放電電流IBATをI1よりも小さく０よりも大きいI2にした。このため、バッテリ１の端子電圧VBATは、時刻t2の直後にその電流変化分ΔI（＝I1-I2）に対する電圧(I1-I2)*R0となった後、電解液の電極表面濃度の減少によってしばらく上昇していくが、その後、電解液の電極表面濃度の増加によって再び下降に転じる。よって、このときの電解液の電極表面濃度の増減が相殺される所定時刻t2で、VBATを計測してやればよい。

t1とt2との時間間隔Tについては、事前に実験によって求めた固定長としてもよいが、放電電流に依存することが分かっている。そこで本実施形態では、放電電流IBATをI1にした時とI2にした時でそれぞれ電流密度i1, i2を算出し、その算出した電流密度に基づいて、t1とt2との時間間隔Tを定める。

電流密度i1, i2はそれぞれ、次式で表される。

i1 = I1/K(I1), i2 = I2/K(I2) （１）
ただし、K(I)は放電電流Iに対する電極の拡散断面積である。

そして、t1とt2との時間間隔Tは、次式で表される。

このように、t1とt2との時間間隔Tは、電流密度比i2/i1に基づいて定められる。

こうすることで、高速サンプリングタイムの電圧センサを必要とせず、内部抵抗を高精度に計算することができる。また、時刻t2で計測されるバッテリ１の端子電圧VBATは、バッテリ温度には依存しない。このため、従来必要とされていた温度センサを設ける必要もない。よって、本実施形態のバッテリ劣化判定処理は低コストで実現可能である。

図３は、本実施形態における制御ユニット５によって実行されるバッテリ劣化判定処理を示すフローチャートである。この処理はたとえば、車両のドアオープン時など、予め定められたタイミングで実行される。

制御ユニット５は、上述のような、まず初めの第１時間帯の放電電流をI1とし、時間T1経過後、第２時間帯の放電電流をI2とする放電プロファイルを実現する。T1経過したかどうかの判断にはタイマー６を用いることができる。そして、ステップＳ１では、この放電プロファイルに従いバッテリ１の放電を行い、電圧センサ４によるバッテリ１の端子電圧VBATを検出する。

ステップＳ２では、I1, I2に対する電流密度i1, i2を、（１）式に従い算出し、ステップＳ３で、（２）式に従いVBATの検出タイミング（t2）を決定するためのTを算出する。

ステップＳ４では、端子電圧変化分ΔV = VBAT(t2) - VBAT(t1)を求める。ステップＳ５では、放電電流変化分ΔI = I1 - I2 を求める。そして、ステップＳ６で、内部抵抗RBATを、ΔV／ΔI として求める。

続くステップＳ７では、ステップＳ６で求めた内部抵抗RBATが所定のしきい値TH未満かどうかを判定し、RBATがしきい値TH以上である場合には、バッテリ１が劣化していると判断して、ステップＳ８で、図示しないインジケータに警告表示を行う。

（実施形態２）
実施形態２は、クランキング時におけるバッテリ劣化判定に関する。

従来は、バッテリの初期起電力E0と、クランキング時におけるバッテリの端子電圧Vおよび放電電流Iを計測して、これらから内部抵抗を計算していた。したがって、クランキングを行うスタータに流れる大電流（たとえば、600A）に対応する電流センサが必要となる。しかし、このような電流センサを車両に装備することはコストの面で現実的ではない。したがって本実施形態では、このような電流センサを不要とする構成を提案する。

図４は、本実施形態におけるバッテリ劣化判定装置の構成を示す図である。

この構成は図１と概ね同様の構成であり、同じ構成要素には同じ参照番号を付してある。図４の構成では、負荷としてエンジンの始動を行うためのスタータ１０が接続されている。また、制御ユニット５は、スタータ抵抗RSTAとバッテリ１の端子電圧VBATの最低電圧Vminとの関係を表すRSTA-Vminマップ７（詳細は後述する。）を記憶している。また、制御ユニット５はさらに、最低電圧Vminを保持するVmin保持回路８も備えている。

図５は、本実施形態におけるバッテリ劣化判定に係る等価回路を示している。同図において、Eは起電力を示している。また、RBATはバッテリ１の内部抵抗、RSTAはスタータ抵抗、VBATはバッテリ１の端子電圧を示すが、これらは経時的に変動するため、時間tの関数として表されている。

この等価回路によれば、バッテリ１の端子電圧VBAT(t)は、オームの法則により次式で表される。

VBAT(t) = E / {1 + RBAT(t) / RSTA(t)} （４）

（４）式より、内部抵抗RBAT(t)は次式で表される。

RBAT(t) = RSTA(t)・{E / VBAT(t) - 1} （５）

さて、クランキング時にはスタータに最大電流が流れる。そうするとその時に、端子電圧VBATは最低値Vminをとることになる。最低電圧Vminをとる時刻をtminとすると、（５）式より、この時のRBAT(t)は次式で表される。

RBAT(tmin) = RSTA(tmin)・{E / Vmin - 1} （６）

（６）式より、最低電圧Vmin時のスタータ抵抗RSTAが既知であれば、電圧信号のみから内部抵抗RBATを算出できることが分かる。すなわち、この場合には、スタータ電流を計測するための電流センサは不要となる。

しかし、本発明者の実験によれば、クランキング時におけるスタータ抵抗RSTAは変動していることが分かった。図６は、バッテリの新品と劣化品とをそれぞれ用いてクランキングを繰り返し行い、各回ごとの最低電圧Vmin時のスタータ抵抗RSTA(tmin)をプロットしたものである。このプロット結果から、最低電圧Vminの時のスタータ抵抗RSTA(tmin)のバラツキは2mΩ程度あることが分かる。したがって、（６）式によって内部抵抗RBAT(tmin)を算出する場合、RSTA(tmin)を固定値としたのではバラツキ誤差が大きく、算出される内部抵抗RBAT(tmin)の精度を確保することはできない。

これに対し、本発明者は、最低電圧Vminと、最低電圧Vmin時のスタータ抵抗RSTA(tmin)との関係を調査した。その結果を図７に示す。同図によれば、新品は、劣化品に比べ、総じて最低電圧は高く、かつ、スタータ抵抗が低い。しかも、これらのプロット集合は直線Ｌで近似してみると、そのバラツキは1mΩ程度に収まっていることが分かった。

したがって、（６）式の適用に際しては、RSTA(tmin)を固定値とみなすかわりに、近似直線Ｌで表される関数とすることにより、RSTA(tmin)の誤差を半減することができる。本実施形態では近似直線Ｌに基づきRSTA(tmin)の推定を行うが、より好適な近似曲線が見出せる場合にはそのような近似曲線を用いるとよい。

近似直線Ｌの切片をRS0、傾きをKとすると、最低電圧Vmin時のスタータ抵抗RSTA(tmin)の近似値は次式で表される。

RSTA(tmin) = RS0 - K・Vmin （７）

（７）式の右辺を（６）式に代入すると、次式が得られる。

RBAT(tmin) = (RS0 - K・Vmin)・{E / Vmin - 1} （８）

こうして得られた（８）式により、内部抵抗を高精度に求めることができる。

ただし、図７に示されるような実験結果によって求められる近似直線は、車種、エンジン、気温、スタータなどによって異なるので、これらの条件を変えて実験を行い、それぞれの近似直線を求めておくとよい。したがって、前述のRSTA-Vminマップ７は、各条件ごとに切片RS0および傾きKを記述したものであることが好ましい。

図８は、本実施形態における制御ユニット５によって実行されるバッテリ劣化判定処理を示すフローチャートである。この処理は、クランキング時において、予め定められたタイミングで実行される。

まずステップＳ２１では、制御ユニット５は、クランキングの実行時（具体的には、エンジン始動前後にわたる時間帯）、電圧センサ４により端子電圧VBAT(t)を逐次検出する。また、ステップＳ２２で、不図示のRAMあるいはROMに記憶されている車種、エンジン、気温、スタータなどの情報を読み出し、ステップＳ２３で、RSTA-Vminマップ７を参照することにより、最適な切片RS0および傾きKを設定する。

ステップＳ２４では、起電力Eを検出する。平衡状態であれば、起電力EはSOCに依存するため、同定することが可能である。たとえば、放電電流＝０のときは、端子電圧＝起電力であるから、端子電圧を測れば起電力Eが求められる。また、図２において、VBATは、VBAT=E-IBAT*R0で表される。したがって、VBAT, IBAT, R0がそれぞれ検出されれば、起電力Eが求められる。また、満充電状態からの放電（アイドリングストップなど）の場合には、端子電圧プロファイルから起電力Eを同定することができる。

ステップＳ２５では、Vmin保持回路８により、最低電圧Vminを検出・保持する。

次に、ステップＳ２６に進み、ステップＳ２３で設定された切片RS0および傾きK、ステップＳ２４で検出された起電力E、および、ステップＳ２５で検出された最低電圧Vminを、（８）式に当てはめて、内部抵抗RBATを算出する。（８）式を、（６）式と（７）式とに分けて具体的に説明すると、ステップＳ２３で設定された切片RS0および傾きKと、ステップＳ２５で検出された最低電圧Vminとを、（７）式に当てはめて、最低電圧Vmin時のスタータ抵抗推定値RSTA(tmin)を求める。そして、このスタータ抵抗推定値RSTA(tmin)の推定値と、ステップＳ２４で検出された起電力Eと、ステップＳ２５で検出された最低電圧Vminとを、（６）式に当てはめて、内部抵抗RBATを算出する。

続くステップＳ２７では、ステップＳ２６で求めた内部抵抗RBATが所定のしきい値TH未満かどうかを判定し、RBATがしきい値TH以上である場合には、バッテリ１が劣化していると判断して、ステップＳ２８で、図示しないインジケータに警告表示を行う。

（実施形態２の変形例）
バッテリの内部抵抗は、バッテリの充電率に大きく依存することが知られている。バッテリの充電率に依存して内部抵抗が変われば、これに応じて、上述のステップＳ２５で検出される最低電圧Vminも当然変化する。したがって以下では、変形例として、さらに高精度なバッテリ劣化判定を実現すべく、バッテリの充電率に依存して最低電圧Vminをより精度よく推定する手法を提案する。

まず、図９に、劣化度の相異なるバッテリごとの、充電率SOCと内部抵抗との関係の例を示す。同図によれば、新品バッテリの場合、充電率SOCが100％から96％に落ちたところで、内部抵抗にはほとんど影響がないことが分かる。つまり、充電率減少に対する内部抵抗上昇度合（傾き）はほぼ０である。一方、劣化中品、寿命品の場合をみると、劣化が進むにつれ、充電率減少に対する内部抵抗上昇度合（傾き）大きくなっていくことが分かる。なお、寿命品の場合には、充電率が100％から97％へ、すなわちわずか３％減少しただけで、エンジン始動限界に至ることが分かる。したがって、このような特性を記憶しておき、推定した内部抵抗と充電率をこの特性に当てはめることで、劣化判定を行うことができる。

図１０は、最低電圧Vminの更新手順の例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３１で端子電圧VBATを検出するとともに、ステップＳ３２で放電電流IBATを検出する。その後、上述したステップ２１〜２６を実行して初期内部抵抗RBAT0を算出する。また、ステップＳ３３では、起電力Eが放電電流IBATにより変化することから、起電力Eを次式により求める。
E = E0 - (E0 - VBAT) * 分圧係数（９）
ただし、E0はバッテリの初期起電力であり、たとえば約12.8V（固定値）とする。また、分圧係数は、放電電流IBATに応じたマップとして記憶されている定数であり、放電電流IBATがゼロ時は１とされて、起電力Eと端子間電圧VBATが等しくなる。

次に、ステップＳ３４で、初期充電率SOC0を検出する。そして、ステップＳ３５で、図９に示したような特性に、得られたRBAT0, SOC0を当てはめて、劣化判定を行う。この劣化判定の過程で、傾きΔRBAT/ΔSOCを求めることができる。

その後、所定時間経過後に再びステップＳ３４で充電率SOCを検出する。

次に、ステップＳ３６で、ステップＳ３４で検出された充電率SOC、ステップＳ３５で得られた傾き（勾配）ΔRBAT/ΔSOCを用いて、次式に従い内部抵抗RBATを算出する。

RBAT = RBAT0 + (ΔRBAT/ΔSOC)・(SOC-SOC0) （１０）

このRBATは、充電率変化を考慮して算出された内部抵抗であるといえる。

続くステップＳ３７では、ステップＳ３３で検出された起電力E、ステップＳ３６で算出された傾きΔRBAT/ΔSOC、ステップＳ２３（図８）で設定されたRS0, Kを、次式に適用することで、最低電圧を算出する。

Vmin = {RBAT+RS0+K*E-√[(RBAT+RS0+K*E)²-4RS0*K*E]} / 2K （１０）

そして、ステップＳ３８で、算出した上記最低電圧Vminを更新する。

また、ステップＳ３９において、予め、エンジン始動のために必要なパワー条件としての始動判定基準電圧１が、起電力Eと内部抵抗RBATに対応させて基準電圧１算出用マップとして記憶され、ステップＳ３３で得られた起電力EとステップＳ３６で得られた内部抵抗RBATを、上記基準電圧１算出用マップに当てはめることでエンジン始動に必要なパワー条件を満足する始動判定基準電圧１が求められる。そして、この始動判定基準電圧１と、予め固定値として記憶されている始動判定基準電圧の下限値である始動判定基準電圧２（例えば、６Vまたは７V)との比較を行い、いずれか大きな方を、判定基準電圧として選択する。

そして、ステップＳ４０で、上記ステップＳ３８で更新されたVminと判定基準電圧との比較を行い、Vminが判定基準電圧を下回った場合に、バッテリ劣化と判定する。

以上、本発明の実施形態を説明した。

ところで、上述のようなバッテリ劣化判定装置を、所定時にアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ機能を有する自動車に搭載する場合を考える。たとえば交差点などでアイドリングストップが機能してエンジン停止した場合、上述のようなバッテリ劣化判定処理を実行したためにバッテリ劣化が進行し、これが原因でその後のエンジン始動が行えなくなる可能性がある。そこで、バッテリ劣化判定時はアイドリングストップ機能の動作を禁止することが好ましい。この構成により、バッテリ劣化判定を行ったことが原因でエンジン始動が行えなくなることが防止される。

実施形態１におけるバッテリ劣化判定装置の構成を示す図である。実施形態１における放電プロファイルに従う放電電流IBATと、それに応じたバッテリの端子電圧VBATの波形の例を示す図である。実施形態１におけるバッテリ劣化判定処理を示すフローチャートである。実施形態２におけるバッテリ劣化判定装置の構成を示す図である。実施形態２におけるバッテリ劣化判定に係る等価回路を示す図である。バッテリの新品と劣化品とをそれぞれ用いてクランキングを繰り返し行い、各回ごとの最低電圧Vmin時のスタータ抵抗RSTA(tmin)をプロットした実験結果を示す図である。最低電圧Vminと、最低電圧Vmin時のスタータ抵抗RSTA(tmin)との関係を示す図である。実施形態２におけるバッテリ劣化判定処理を示すフローチャートである。劣化度の相異なるバッテリごとの、充電率と内部抵抗との関係の例を示す図である。実施形態２の変形例に係る、最低電圧の更新手順の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１：バッテリ
２，３：負荷
４：電圧センサ
５：制御ユニット
６：タイマー
７：RSTA-Vminマップ
８：Vmin保持回路
１０：スタータ

Claims

バッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定装置であって、
第１時間帯と第２時間帯とで放電電流が２段階に変化する放電プロファイルに基づきバッテリの放電を行う放電制御手段と、
前記第２時間帯における所定時刻におけるバッテリの端子電圧を検出する検出手段と、
前記放電プロファイルと前記検出手段により検出された前記端子電圧とに基づいてバッテリの内部抵抗を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記内部抵抗に基づいてバッテリの劣化を判定する判定手段と、
を有することを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
前記放電プロファイルは、前記第１時間帯では第１放電電流、続く前記第２時間帯では前記第１放電電流より小さい第２放電電流となるプロファイルであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ劣化判定装置。
前記所定時刻は、前記第１および第２放電電流の電流密度比に基づいて定まる時刻であることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ劣化判定装置。
自動車のバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定装置であって、
クランキング時におけるバッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
バッテリの起電力を検出する起電力検出手段と、
前記端子電圧検出手段により検出された前記端子電圧のうちの最低電圧を検出する最低電圧検出手段と、
事前にバッテリの新品と劣化品とをそれぞれ用いてクランキングを繰り返し行ったときの最低電圧対スタータ抵抗の分布を近似する近似曲線に基づいて、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧時のスタータ抵抗を推定するスタータ抵抗推定手段と、
前記起電力検出手段により検出された前記起電力、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧、および、前記スタータ抵抗推定手段により推定された前記最低電圧時のスタータ抵抗に基づいて、バッテリの内部抵抗を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記内部抵抗に基づいてバッテリの劣化を判定する判定手段と、
を有することを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
前記スタータ抵抗推定手段は、車種および／または気温別に複数の近似曲線を保持し、その複数の近似曲線から最適な一の近似曲線を選択し、選択した一の近似曲線に基づいて、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧時のスタータ抵抗を推定することを特徴とする請求項４に記載のバッテリ劣化判定装置。
バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、
第１時点と該第１時点から所定時間後の第２時点でそれぞれ、前記算出手段による前記内部抵抗の算出と前記充電率検出手段による前記充電率の検出を行い、充電率変化分に対する内部抵抗変化分の勾配を求める勾配算出手段と、
前記勾配算出手段により算出された前記勾配に基づいて前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧を更新する更新手段と、
を更に有することを特徴とする請求項４または５に記載のバッテリ劣化判定装置。
前記起電力検出手段は、バッテリの端子電圧と、バッテリからの放電電流に応じた係数と、バッテリの初期起電力である固定電圧値とに基づいて起電力を算出することを特徴とする請求項４に記載のバッテリ劣化判定装置。
前記判定手段は、前記算出手段により算出された前記内部抵抗と前記起電力検出手段により検出された前記起電力とに基づいてエンジンを始動するために必要なパワー条件を満足する基準最低電圧を算出し、前記最低電圧検出手段により検出された前記最低電圧が前記基準最低電圧を下回った時にバッテリの劣化と判定することを特徴とする請求項４に記載のバッテリ劣化判定装置。
所定時にアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ手段を有する自動車に搭載される、請求項１から８までのいずれかに記載のバッテリ劣化判定装置であって、
バッテリ劣化判定時は、前記アイドリングストップ手段の動作を禁止することを特徴とするバッテリ劣化判定装置。