JP4460063B2 - バッテリの充電状態検知方法及び充電状態検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリの充電状態を検知する充電状態検知方法及び充電状態検知装置に関するもので、特にバッテリのインピーダンス測定時に行われるパルス放電の影響を回避して充電量を正確に検知できる充電状態検知方法及び充電状態検知装置の技術分野に関するものである。

近時、車両の電気負荷はますます増大してきており、主機、補機を電子制御するための電子制御ユニットや駐車中も稼動しているセキュリティ装置等が増大する一方、フロントパネルの計器類を電子的な表示方式に変更するなど電装品が数多く搭載されてきている。

また、燃費向上や走行性能向上のために、従来は油圧によって行われていた車両制御や動力等も電動化される傾向にあり、例えば電動式パワーステアリングや電動式ブレーキ等が実用化されている。

上記の通り、車両の電気負荷が増大するのに伴って、これら電気負荷に電力を供給しているバッテリの重要性がますます高まっている。そのため、該バッテリの劣化や充電不足を早期に検知するための各種検知装置の開発が進められている。

たとえば、車両のイグニッション・キーをオンにした直後に、該車両に搭載されているバッテリの充電状態を検知するために、該バッテリの開放端電圧が測定されている。これは、バッテリが安定した状態にある場合には、バッテリの開放端電圧が充電量にほぼ比例するという特性を利用したものである。

また、前記バッテリの劣化状態を検知することを目的に、前記開放端電圧を測定した後に、所定のパルス放電を行い、そのときの電圧及び電流を測定している。測定した電圧及び電流から前記バッテリのインピーダンスを求め、該インピーダンスに基づいて前記バッテリの劣化状態を判定している。

このようなバッテリの充電状態や劣化状態の検知は、車両のイグニッション・キーをオンにする度に行われている。バッテリは、イグニッション・キーをオフにしてから次にオンにするまでの期間が長くなると、その間の自然放電や暗電流のために充電量が低下してしまう。前記期間が長ければ長いほど充電量は低下し、それとともに開放端電圧も低下する。

従って、車両を長期間放置して充電量が低下した場合には、次にイグニッション・キーをオンにして充電量の検知が行われたときに、開放端電圧が低下していることが検知され、ドライバに対して充電不足であることを知らせる警報が出力されることになる。

ところで、車両のバッテリは、エンジン稼動中は充放電が繰り返し行われており、その影響でバッテリの開放端電圧が過渡的に上昇または下降することがある。このような開放端電圧の過渡的な変動は、イグニッション・キーをオフにしてから1日程度経過すれば、十分安定した状態まで回復する。

しかしながら、開放端電圧が十分に安定する前にイグニッション・キーをオンにすると、開放端電圧が一時的に上昇している場合には、イグニッション・キーをオンにした直後に行われる充電量の検知の際に、高い開放端電圧を測定してしまう恐れがあった。そのため、充電量が不足しているにもかかわらず、開放端電圧の一時的な上昇の影響を受けて、充電量が十分確保されていると誤判断してしまう恐れがあった。

このような問題を解決するために、前回測定時の開放端電圧から求めた充電量に、必要に応じて充放電電流を時間と共に積算・加算することで得られる補正された充電量を記憶し、これを今回のイグニッション・キーをオンにした直後に測定した開放端電圧から求めた充電量と比較し、低い方の充電量を用いて充電状態の検知を行わせる方法が用いられている。

しかしながら、上記の方法によっても以下のような問題があった。すなわち、イグニッション・キーをオンにした直後に充電量の検知が行われ、それに続いてバッテリの劣化状態の検知が行われている。この劣化状態の検知では、前記バッテリをパルス放電させており、該パルス放電後は前記バッテリの電圧が一時的に低下してしまう。

仮に、前記バッテリの電圧が低下した状態でイグニッション・キーをオフにし、その後短時間のうちに再びイグニッション・キーをオンにすると、前記パルス放電の影響を受けて低い開放端電圧を測定してしまう恐れがあった。このように、短時間のうちにイグニッション・キーのオン／オフを繰り返すと、開放端電圧がさらに低下して充電不足と誤判断される恐れがあった。

イグニッション・キーのオン／オフを短時間で繰り返したときのバッテリの電圧変化の例を図２に示す。同図では、電圧が当初十分安定していたバッテリに対し、１１の時点でイグニッション・キーをオンにしている。

イグニッション・キーがオンにされると、その直後の１２の時点で該バッテリの開放端電圧が測定され、さらにその後の１３の時点で該バッテリの劣化状態を検知するためのパルス放電が行われる。該パルス放電のために電圧が一時的に低下するが、その後は電圧が回復してもとの電圧に向けて徐々に上昇している。

前記パルス放電によって低下した電圧が、十分に回復する前の１４の時点で前記イグニッション・キーをオフにし、その後１５の時点で前記イグニッション・キーを再びオンにした場合、その直後の１６の時点で測定される開放端電圧は、１３の時点で実施されたパルス放電の影響を受けて、１２の時点で測定された開放端電圧よりも低くなってしまう。このように、イグニッション・キーのオン／オフが短時間で繰り返された場合には、測定される開放端電圧が徐々に低下してしまう恐れがあった。

今回イグニッション・キーをオンにした直後に測定した開放端電圧から求めた充電量を前回の充電量と比較し、低い方を充電量の検知に用いる従来の方法では、上記のパルス放電の影響を受けて一時的に低い開放端電圧を測定してしまうと、この低い開放端電圧から求めた充電量が記憶されてしまう。その結果、以降の充電量の検知では、記憶された低い開放端電圧から求めた充電量により充電量が判定されてしまうという問題があった。

さらに、イグニッション・キーのオン／オフを短時間で繰り返した場合には、上記の通り、測定される開放端電圧が徐々に低下する結果、充電不足と誤判断して警報を出力してしまう恐れがあった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、前記パルス放電による一時的な電圧降下の影響を回避できるようにすることで、バッテリの充電状態を正確に検知できる充電状態検知方法及び充電状態検知装置を提供することを目的とする。

この発明のバッテリの充電状態検知方法の第１の態様は、車両に搭載されたバッテリの充電状態検知を行う方法であって、エンジンが起動する前で前記バッテリが起動状態になった直後に前記バッテリの開放端電圧を測定し、所定の記憶手段に記憶された別の開放端電圧と前記測定された開放端電圧とを比較して低い方を充電量判定用電圧とし、前記別の開放端電圧に代えて前記充電量判定用電圧を前記所定の記憶手段に記憶させ、前記開放端電圧の測定後に、所定のパルス放電を行い、そのとき測定された電圧及び電流値から前記バッテリのインピーダンスを求め、該インピーダンスに基づいて前記バッテリの劣化状態を検知し、その後、前記バッテリに対し充電装置駆動手段を用いて所定容量の充電を行い、前記充電量判定用電圧を所定の変換手段により充電量に変換し、前記充電量を所定の下限値と比較することにより前記バッテリの充電不足を検知することを特徴とする充電状態検知方法である。

第２の態様は、前記所定容量の充電が、充電直後の電圧が少なくとも直前に測定された前記開放端電圧を超えるのに必要な容量の充電であることを特徴とする充電状態検知方法である。

第３の態様は、前記所定容量の充電が、充電直後の電圧が少なくとも直前に測定された前記開放端電圧に所定の電圧測定分解能を加算した電圧を超えるのに必要な容量の充電であることを特徴とする充電状態検知方法である。

第４の態様は、前記所定容量の充電が、少なくとも前記パルス放電による放電量以上の容量の充電であることを特徴とする充電状態検知方法である。

第５の態様は、前記所定容量の充電が、前記車両のイグニッション・キーをオフにした直後に行われることを特徴とする充電状態検知方法である。

第６の態様は、前記所定の記憶手段に記憶させる電圧を、前記測定された開放端電圧とすることを特徴とする充電状態検知方法である。

第７の態様は、前記所定の記憶手段には、前記充電量判定用電圧または前記測定された開放端電圧を前記所定の変換手段により変換した充電量を記憶させることを特徴とする充電状態検知方法である。

第８の態様は、車両に搭載されたバッテリの充電状態検知を行う装置であって、イグニッション・キーをオンにした直後にバッテリの開放端電圧を測定する開放端電圧測定手段と、前記開放端電圧測定手段で測定された前記開放端電圧を記憶させる記憶手段と、前記バッテリに所定容量の充電を行わせるように前記車両の充電装置を駆動する充電装置駆動手段と、演算処理手段と、前記演算処理手段による演算の結果前記バッテリの劣化が検知されたときに警報を出力する出力手段と、からなることを特徴とする充電状態検知装置。

本発明によれば、車両に搭載されたバッテリの電圧が十分に安定していない状態で、イグニッション・キーがオンにされた場合であっても、充電状態を正確に検知することができる。

特に、イグニッション・キーのオン／オフが短時間に繰り返された場合でも、前記バッテリの劣化状態の検知のために行われるパルス放電の影響を回避して、前記バッテリの充電状態を正確に判定できるバッテリの充電状態検知方法及びバッテリの充電状態検知装置を提供することができる。

図面を参照して本発明のバッテリの充電状態検知方法及び充電状態検知装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

車両に搭載されたバッテリは、イグニッション・キーがオンにされると、劣化状態の検知のためにパルス放電が行われるが、これによって前記バッテリの電圧が一時的に低下する。そこで、本発明のバッテリの充電状態検知方法では、前記パルス放電の後に所定容量の充電を行わせるようにしている。

本発明のバッテリの充電状態検知方法を用いた場合には、前記バッテリの電圧は例えば図３に示すように変化する。同図において、２１の時点でイグニッション・キーをオンにすると、２２の時点で充電状態の検知のために前記バッテリの開放端電圧の測定が行われる。

その後２３の時点で、前記バッテリの劣化状態の検知のために、パルス放電が行われる。前記パルス放電が行われた後は、電圧が徐々に回復しているが、前記パルス放電前の電圧にすぐには復帰できない。

本発明のバッテリの充電状態検知方法では、前記パルス放電後の電圧が回復途中にある２４の時点で、前記バッテリに前記所定容量の充電を行っている。これにより、前記充電後の電圧は一時的に前記パルス放電前の電圧より高くなるが、その後徐々に低下して前記パルス放電前の電圧に近づいていく。

上記の通り、本発明のバッテリの充電状態検知方法では、図３の２４の時点で前記所定容量の充電を行うことにより、その後イグニッション・キーがオフにされ、短時間のうちに再びイグニッション・キーがオンにされた場合でも、電圧が安定しているときの電圧より低くなることは無くなるため、充電不足と誤判定されることはなくなる。

図１は、本発明のバッテリの充電状態検知方法に係る実施の形態を説明するための処理の流れ図である。ステップＳ１でイグニッション・キーがオンにされると、まず該バッテリの開放端電圧が測定される（ステップＳ２）。その後、所定の記憶手段に記憶されている別の開放端電圧を読み込み（ステップＳ３）、これを今回測定した前記開放端電圧と比較する（ステップＳ４）。

ステップＳ４での比較の結果、ステップＳ２で測定された前記開放端電圧の方がステップＳ３で読み込まれた前記別の開放端電圧よりも低い場合には、充電量判定用電圧として前記開放端電圧が設定される（ステップＳ５）。また、前記開放端電圧が前記別の開放端電圧より高いか等しい場合には、前記充電量判定用電圧として前記別の開放端電圧が設定される（ステップＳ６）。

ステップＳ５またはステップ６で前記充電量判定用電圧が設定されると、前記充電量判定用電圧を所定の変換手段により前記バッテリの充電量に変換する（ステップＳ７）。バッテリの充電量は開放端電圧とほぼ比例することが知られており、前記所定の変換手段はこの特性を用いて実現することができる。

バッテリの充電量と開放端電圧との関係を表す一実施例を図４に示す。バッテリの充電量と開放端電圧とは、直線３１のような線形関係が有ることから、直線３１を開放端電圧から充電量を算出する変換式に用いることができる。なお、図４に示す開放端電圧は、該バッテリが十分に安定しているときの測定値である。

ステップＳ８では、前記変換式から求めた前記充電量を所定の下限値と比較する。その結果、前記充電量が前記所定の下限値以下の場合には、前記バッテリが充電不足であると判定して警報を出力する（ステップＳ９）。

一方、前記充電量が前記所定の下限値より大の場合には、次回の充電状態検知に備えて以下の処理を行う。まずステップＳ１０において、ステップＳ５またはステップ６で設定された前記充電量判定用電圧を前記所定の記憶手段に記憶させて記憶内容を更新する。そして、劣化状態の検知のために行われるパルス放電が終了した後に、ステップＳ１１において、前記バッテリに対し所定容量だけの充電を行う。

ステップＳ１１で実施される前記所定容量の充電は、充電後の電圧が少なくともステップＳ２で測定された前記開放端電圧を超えるような容量の充電とするのがよい。

さらに、前記所定容量の充電は、前記充電直後の電圧が少なくともステップＳ２で測定された前記開放端電圧に所定の電圧測定分解能を加算した電圧以上となるような容量の充電とするのが望ましい。

あるいは、前記所定容量の充電が、少なくとも前記パルス放電により放電された放電量以上の容量の充電とするのであってもよい。

上記で説明したステップＳ１からステップＳ１１の処理は、イグニッション・キーがオンにされる度に実行されるものである。従って、イグニッション・キーのオン／オフが短時間のうちに繰り返された場合であっても、ステップＳ１１の充電により開放端電圧が徐々に低下してしまう恐れは無くなる。

図１の処理の流れにおいて、バッテリの充電状態が低下していない場合には、ステップＳ４の比較において前記記憶手段にて保存されていた前回の充電量判定用電圧が選択される。その結果、ステップＳ８の判定では前回の充電状態の検知結果と同じ判定結果が得られる。すなわち、前回の充電状態の検知で充電量が不足していると判定されていない限り、ステップＳ９の警報が出力されることは無い。

これに対し、バッテリの充電状態が低下している場合には、ステップＳ４の比較で今回測定した開放端電圧が選択される。ステップＳ７で今回測定した開放端電圧から求めた充電量が、ステップＳ８の判定において所定の下限値以下であると判定された場合には、ステップＳ９で警報出力が行われることになる。

次に、本発明の別の実施形態について、以下に説明する。
上記の実施形態では、ステップＳ１０で前記所定の記憶手段に前記充電量判定用電圧を記憶させていた。これに対し、本発明の別の実施形態では、ステップＳ１０において、前記所定の記憶手段にステップＳ２で測定した前記開放端電圧を記憶させるようにしている。

前記所定の記憶手段に前記開放端電圧を記憶させるようにしたことにより、仮に前記開放端電圧が一時的な電圧降下の影響を受けているものであっても、その影響は次回の充電量の検知時までとなり、それ以降は前記所定の記憶手段に前記開放端電圧が記憶され続ける恐れは無くなる。

従って、一時的な電圧降下の影響を受けて、誤判断により警報が発せられた場合であっても、３回以上警報が継続することは無くなる。

本発明のバッテリの充電状態検知方法に係るさらに別の実施の形態を以下に説明する。
劣化状態検知のためのパルス放電による電圧降下の影響を回避するために、図１では、ステップＳ１１で前記パルス放電終了後に所定の容量の充電を行うようにしていた。

これに対し本実施の形態では、ステップＳ１１で行われる前記所定容量の充電に代えて、車両のイグニッション・キーをオフにした直後に前記所定容量の充電を行わせるようにするものである。

車両が走行中は、バッテリの充放電が繰り返し行われている。そのため、イグニッション・キーをオフにした直後は、前記充放電の影響でバッテリの電圧が一時的に低下している恐れがある。そこで本実施形態では、イグニッション・キーをオフにした直後に前記所定容量の充電を行わせるようにしている。

上記の通り、イグニッション・キーをオフにした直後に充電を行わせるようにすることにより、前記バッテリの充電状態が低下していない場合には、次にイグニッション・キーをオンにしたときに、図１のステップＳ４において前記記憶手段にて保存されていた前回の開放端電圧を選択させるようにすることができる。その結果、上記の通りステップＳ９の警報出力が選択されることは無くなる。

本発明のバッテリの充電状態検知装置の実施形態を、図５に示すブロック図を用いて説明する。同図において、本実施形態のバッテリの充電状態検知装置４１は、開放端電圧測定手段４２、演算処理手段４３、記憶手段４４、充電装置駆動手段４５、及び出力手段４６から構成されている。演算処理手段４３では、上記実施形態のいずれかのバッテリの充電状態検知方法が実行される。

例えば、図１に示す実施形態が演算処理手段４３で実行される場合、ステップＳ２の開放端電圧の測定では、開放端電圧測定手段４２を用いてバッテリ５１の開放端電圧を測定する。

また、ステップＳ３では、記憶手段４４から前記別の開放端電圧を読込ませ、ステップＳ１０では、前記充電量判定用電圧を記憶手段４４に記憶させる。

さらに、ステップＳ８の判定において、バッテリ５１の充電量が前記所定の下限値以下であると判定された場合には、ステップＳ９の警報は出力手段４６に出力される。一方、バッテリ５１の充電量が前記所定の下限値より大であると判定された場合には、ステップＳ１１の充電を充電装置駆動手段４５を用いて行わせる。

本発明のバッテリの充電状態検知装置を上記の通り構成することにより、本発明のバッテリの充電状態検知方法のいずれの形態についても、その機能を実現させるようにすることができる。

図１は、本発明のバッテリの充電状態検知方法に係る実施の形態を説明するための処理の流れ図である。 図２は、イグニッション・キーのオン／オフを短時間で繰り返したときのバッテリの電圧変化の例を示す図である。 図３は、本発明のバッテリの充電状態検知方法を用いたときのバッテリの電圧変化の例を示す図である。 図４は、バッテリの充電量と開放端電圧との関係を表す一実施例を示す図である。 図５は、本発明のバッテリの充電状態検知装置の実施形態を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１１、１５、２１・・・イグニッション・キーがオンにされる時点
１２、１６、２２・・・開放端電圧が測定される時点
１３、２３・・・パルス放電が行われる時点
１４・・・イグニッション・キーがオフにされる時点
２４・・・充電が行われる時点
３１・・・開放端電圧と充電量の関係を表す直線
４１・・・充電状態検知装置
４２・・・開放端電圧測定手段
４３・・・演算処理手段
４４・・・記憶手段
４５・・・充電装置駆動手段
４６・・・出力手段
５１・・・バッテリ
５２・・・充電装置

Claims (8)

1. 車両に搭載されたバッテリの充電状態検知を行う方法であって、
   エンジンが起動する前で前記バッテリが起動状態になった直後に前記バッテリの開放端電圧を測定し、
   所定の記憶手段に記憶された別の開放端電圧と前記測定された開放端電圧とを比較して低い方を充電量判定用電圧とし、
   前記別の開放端電圧に代えて前記充電量判定用電圧を前記所定の記憶手段に記憶させ、
   前記開放端電圧の測定後に、所定のパルス放電を行い、そのとき測定された電圧及び電流値から前記バッテリのインピーダンスを求め、該インピーダンスに基づいて前記バッテリの劣化状態を検知し、
   その後、前記バッテリに対し充電装置駆動手段を用いて所定容量の充電を行い、
   前記充電量判定用電圧を所定の変換手段により充電量に変換し、
   前記充電量を所定の下限値と比較することにより前記バッテリの充電不足を検知すること
   を特徴とする充電状態検知方法。
2. 前記所定容量の充電は、
   充電直後の電圧が少なくとも直前に測定された前記開放端電圧を超えるのに必要な容量の充電である
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電状態検知方法。
3. 前記所定容量の充電は、
   充電直後の電圧が少なくとも直前に測定された前記開放端電圧に所定の電圧測定分解能を加算した電圧を超えるのに必要な容量の充電である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電状態検知方法。
4. 前記所定容量の充電は
   少なくとも前記パルス放電による放電量以上の容量の充電である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の充電状態検知方法。
5. 前記所定容量の充電は、
   前記車両のイグニッション・キーをオフにした直後に行われる
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充電状態検知方法。
6. 前記所定の記憶手段に記憶させる電圧を、
   前記測定された開放端電圧とする
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の充電状態検知方法。
7. 前記所定の記憶手段には、
   前記充電量判定用電圧または前記測定された開放端電圧を前記所定の変換手段により変換した充電量を記憶させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の充電状態検知方法。
8. 車両に搭載されたバッテリの充電状態検知を行う装置であって、
   イグニッション・キーをオンにした直後にバッテリの開放端電圧を測定する開放端電圧測定手段と、
   前記開放端電圧測定手段で測定された前記開放端電圧を記憶させる記憶手段と、
   前記バッテリに所定容量の充電を行わせるように前記車両の充電装置を駆動する充電装置駆動手段と、
   演算処理手段と、
   前記演算処理手段による演算の結果前記バッテリの劣化が検知されたときに警報を出力する出力手段と、
   からなることを特徴とする充電状態検知装置。

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