JP4712488B2 - バッテリ状態管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリ（本明細書では、鉛バッテリのことを指す）の状態を管理するバッテリ状態管理装置に関する。

バッテリの状態評価を行うための従来技術としては、バッテリの出力電圧に対して、エンジンの始動が可能な最低限の電圧レベルを示す所定の基準電圧レベルを設定し、その閾値レベルとバッテリの出力電圧との関係に基づいて、バッテリの状態評価を行いものがある。

ところで、ユーザーの価値観の多様化等により、車両（自動車）には様々な車種・車格が存在する。そして、これらの車種・車格に応じて、搭載されるエンジンやスタータの種類が異なる。このように、エンジンやスタータの種類が異なると、始動時における適正なスタータのトルク、ひいては適正なスタータの必要電圧が異なるはずである。

しかしながら、従来においては、エンジンやスタータの種類を考慮せずに、一律に上記基準電圧レベルを設定していたため、正確なバッテリの状態評価を行うことが困難であった。

仮に正確なバッテリの状態評価を行おうとすると、車両にエンジンやスタータを実際に搭載した後に、バッテリの状態を変化させたり、状態の異なるバッテリを交換したりしながら、スタータが正常に起動してエンジンを点火できるバッテリの最低限の状態を試験的に求めなければならず、多大な労力とコストを要するなど不利が多い。

そこで、本発明の課題は、様々な車種・車格の車両に容易に対応し得るバッテリ状態管理装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、車両に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、始動に必要なエンジンの最低限の回転数である最低始動回転数を記憶した記憶手段と、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、クランキングに伴って前記電圧検出手段を介して検出される前記バッテリの前記出力電圧の振る舞いと、前記記憶手段に記憶されている前記最低始動回転数と、前記回転数検出手段を介して検出されるクランキング時の前記エンジンのクランキング回転数とに基づいて、前記バッテリの状態評価のための評価基準となる基準電圧レベルを導出する評価基準導出手段とを備える。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記基準電圧レベルは、スタータ始動時の突入電流により前記バッテリの前記出力電圧が低下したときの前記出力電圧の値である下限電圧の比較基準として設定される。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記基準電圧レベルは、前記クランキング回転数が前記最低始動回転数により定められる値で前記エンジンが始動したときに前記下限電圧が取るであろう予測値に対応している。

また、請求項４の発明では、請求項３の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記評価基準導出手段は、前記クランキング回転数と前記スタータにて生じる逆起電力電圧の大きさとが略比例関係にあるという特性を利用し、前記電圧検出手段を介して検出した前記バッテリの開放電圧及び前記下限電圧と、クランキング時に前記電圧検出手段を介して検出した前記出力電圧である始動時出力電圧と、前記クランキング時に前記回転数検出手段により検出された前記クランキング回転数と、前記記憶手段に記憶されている前記最低始動回転数とに基づいて、前記基準電圧レベルを導出する。

また、請求項５の発明では、請求項３又は４の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記評価基準導出手段は、前記開放電圧（Ｖ_O）、前記下限電圧（Ｖ_L）、前記始動時出力電圧（Ｖ_C）、前記クランキング回転数（ｒ_c）及び前記最低始動回転数（ｒ_e）を、関係式

に代入して演算することにより、前記基準電圧レベル（Ｖ_Lth）を導出する。

また、請求項６の発明では、請求項２ないし５のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記スタータ始動時の前記バッテリの前記下限電圧を前記電圧検出手段を介して検出し、その下限電圧と前記評価基準導出手段が導出した前記基準電圧レベルとの関係に基づいて、前記バッテリの状態を評価する状態評価手段をさらに備える。

また、請求項７の発明では、請求項１ないし６のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記回転数検出手段は、前記電圧検出手段が検出したクランキングに伴う前記出力電圧の振動状況に基づいて、前記エンジンの前記クランキング回転数を検出する。

また、請求項８の発明では、請求項１ないし６のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記エンジンの機構部の動作状況を検出するセンサ部をさらに備え、前記回転数検出手段は、前記センサ部の検出結果に基づいて前記クランキング回転数を検出する。

請求項１に記載の発明によれば、エンジンに固有のパラメータである最低始動回転数に関する情報を予め記憶手段に登録しておけば、それ以外の必要な情報については、各車両固有の特性（特に、スタータ及びバッテリの特性）が反映された形で、バッテリ状態管理装置によって自動的に取得され、バッテリの状態評価の基準となる基準電圧レベルが自動的に取得されるようになっているため、その取得された基準電圧レベルを用いてバッテリの状態評価を行うことによって、様々な車種・車格の車両に容易に対応して、バッテリの状態評価を的確に行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、スタータ始動時のバッテリの出力電圧である下限電圧には、バッテリの状態が顕著に反映されるため、この下限電圧の比較基準として基準電圧レベルを設定することにより、バッテリの状態評価をより的確に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、基準電圧レベルが、クランキング回転数が最低始動回転数により定められる下限値一杯でエンジンが始動したときに下限電圧が取るであろうと予測される値に対応しているため、この基準電圧レベルを基準としてバッテリの状態評価を行うことにより、バッテリのエンジン始動性能について的確に評価することができる。

請求項４に記載の発明によれば、クランキング回転数とスタータにて生じる逆起電力電圧の大きさとが略比例関係にあるという特性を利用し、開放電圧、下限電圧、始動時出力電圧、クランキング回転数及び最低始動回転数に基づいて基準電圧レベルを導出するため、基準電圧レベルを容易かつ的確に取得することができる。

請求項５に記載の発明によれば、基準電圧レベル（Ｖ_Lth）を簡単な演算により的確に取得することができる。

請求項６に記載の発明によれば、スタータ始動時のバッテリの出力電圧である下限電圧と、その下限電圧に対して設定された基準電圧レベルとの関係に基づいてバッテリの状態が評価されるため、バッテリの状態評価を的確に行うことができる。

請求項７に記載の発明によれば、電圧検出手段が検出したクランキングに伴う出力電圧の振動状況に基づいてエンジンの前記クランキング回転数を検出するため、エンジンの機構部の動作状況を検出するための特別なセンサ手段を設ける必要がなく、構成の簡略化が図れる。

請求項８に記載の発明によれば、エンジンの機構部の動作状況を検出するセンサ部の検出結果に基づいてクランキング回転数を検出するため、クランキング回転数を確実かつ正確に検出することができる。

＜原理説明＞
本発明の実施形態の構成について説明する前に、本実施形態に係るバッテリ状態管理装置が行うバッテリ評価の評価原理について説明する。

図１は、車両の始動時のクランキング期間における電圧と電流の推移を示す図であって、横軸は時間、縦軸はバッテリからスタータに出力される電圧及び電流を示している。

この図１において、時刻Ｔ１でイグニションスイッチがオンになると、バッテリからの突入電流がスタータに流れ、バッテリの出力電圧が瞬間的に低下する。そして、スタータの逆起電力が発生し、バッテリの出力電圧が徐々に上昇すると、スタータの回転数が上昇するとともに、電流が徐々に安定化する。そして、バッテリ電圧が一定のレベルに達した時点Ｔ２で、スタータの回転数が一定値に上昇し、エンジンの点火が行われる。この時点Ｔ２で、スタータに対する電流供給が停止され、バッテリの出力電圧が定常状態に復帰する。

図２は、バッテリ１とスタータ３とが接続された状態を示す概略的な等価回路図である。図２のように、バッテリ１は、配線５，７及びイグニションスイッチ９を通じてスタータ３に接続される。尚、符号１１はスタータ３のアーマチャコイル、符号１３はフィールドコイル、符号１５はプルインコイル、符号１７はホールディングコイルである。ただし図２では、回路内における電流と電圧との関係に注目することとし、上記の各コイル１１，１３，１５，１７をそれぞれ抵抗体として捉えて図示している。

ここで、配線５，７の抵抗値をそれぞれＲ_1A，Ｒ_1Bとする。また、イグニションスイッチ９とスタータ３のスイッチ端子Ｔｅ１との間の配線抵抗値をＲ₂、バッテリ側端子Ｔｅ２とモータ端子Ｔｅ３との間の接点接触抵抗値をＲ₃、ホールディングコイル１７、フィールドコイル１３及びアーマチャコイル１１の各抵抗値をＲ₄，Ｒ₅，Ｒ₆とする。

この場合、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sは、次の（１）式で表される。

Ｒ_S＝Ｒ₃＋Ｒ₅＋Ｒ₆ （１）
また、配線５，７の配線抵抗Ｒ_Hは、次の（２）式で表される。

Ｒ_H＝Ｒ_1A＋Ｒ_1B （２）
さらに、バッテリ１の内部においては、集電極や電解液等の内部抵抗に加えて、格子腐食やサルフェーション等の劣化、及び放電（特に過放電）に伴う電極表面の硫酸鉛の析出により内部抵抗Ｒ_Bが発生する。

したがって、図２の回路における回路抵抗Ｒ_a11は、次の（３）式のようになる。

Ｒ_a11＝Ｒ_S＋Ｒ_H＋Ｒ_B （３）
図３に、図２の回路における電圧降下とバッテリ１の電流及び電圧の変化を示す。この図３において、横軸及び縦軸は、バッテリ１からスタータ３に出力される電流及び電圧をそれぞれ意味しており、線Ｌ１は、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sと配線５，７の配線抵抗Ｒ_H等とによる電圧降下線、線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅはバッテリ１の電流−電圧特性線（以下「Ｉ−Ｖ特性線」と称す）、線Ｌｔｈはエンジンを始動されることが可能な最低限の最低基準電圧レベル（基準電圧レベル）Ｖ_Lthを示す閾値線をそれぞれ示している。この最低基準電圧レベルＶ_Lthは、スタータ３の始動時の突入電流によりバッテリ１の出力電圧が一時的に低下する際の最低電圧値に対応して設定されるものである。

上述のように、スタータ３をオンしたときには、図１の時点Ｔ１のように突入電流が流れると同時に、バッテリ１の出力電圧が急峻に低下する。したがって、バッテリ１の電流と出力電圧は、図３において、バッテリ１のＩ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅと、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sと配線５，７の配線抵抗Ｒ_H等とによる電圧降下線Ｌ１との交点Ｐａ〜Ｐｅから開始される。そして、その後、バッテリ１の出力電圧は、Ｉ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅに沿って電流が低下するとともに近似的にリニアに上昇するようになっている。

ここで、バッテリ１の電流−電圧特性は、その個々のバッテリ１の劣化状態、充電残量等によって変化する。特に、バッテリ１の劣化が進むと、そのバッテリ１の内部抵抗Ｒ_Bが上昇するため、右下がりの傾斜が急峻になる。図３においては、線Ｌ２ａが最も良好なバッテリ状態、線Ｌ２ｅが最も劣悪なバッテリ状態における電流−電圧特性を示している。なお、バッテリ１の充電状態が低下した場合にも、線Ｌ２が右下がりに傾斜が大きくなる傾向にあることが分かっている。

そして、図３においては、バッテリ１のＩ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅと、スタータ３の内部抵抗Ｒ_Sと配線５，７の配線抵抗Ｒ_H等とによる電圧降下線Ｌ１との交点において、バッテリ１からスタータ３に印加される電圧値が、最低基準電圧レベルＶ_Lth以上である場合に限り、スタータ３のトルクが必要なレベルに確保されてエンジンの点火が可能となる。

したがって、図３の例では、Ｉ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄと電圧降下線Ｌ１との交点Ｐａ〜Ｐｄの各電圧値が、最低基準電圧レベルＶ_Lthよりも大きくなっているため、これらＩ−Ｖ特性線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを示すバッテリ１を使用している場合は、自動車のエンジンの点火が支障無くなされる。

これに対して、図３中のＩ−Ｖ特性線Ｌ２ｅと電圧降下線Ｌ１との交点Ｐｅの電圧値は、最低基準電圧レベルＶ_Lthよりも小さいため、このＩ−Ｖ特性線Ｌ２ｅを示すバッテリ１では、自動車のエンジンを点火することができないことになる。

このように、最低基準電圧レベルＶ_Lthを設定しておくことにより、スタータ始動時の突入電流によるバッテリ１の出力電圧の下限値（下限電圧値）と、最低基準電圧レベルＶ_Lthとの関係に基づいて、バッテリ１の状態、特に劣化度合いについて評価できるようになっている。

そこで、本願発明者らは、その最低基準電圧レベルＶ_Lthを、各車両の固有の特性を反映した形で的確に、かつほぼ自動的に設定することができるバッテリ状態管理装置を発明した。以下に、その発明の原理について説明する。

図４は、エンジン始動時におけるバッテリ１の出力電圧、放電電流、スタータ等での電圧降下の様子を示す図であり、グラフの横軸はバッテリ１の放電電流に対応し、縦軸はバッテリ１の出力電圧に対応している。また、図４中の点Ｐｎ及び線Ｌ２ｎは、満充電状態にある新品のバッテリ１の下限電圧ポイント（スタータ始動時の突入電流によりバッテリ１の出力電圧が最も低下したポイント）及びＩ−Ｖ特性線を示しており、線Ｌ２ｎの始点（点Ｐｎ）及び終点の電圧値（下限電圧値及び開放電圧値）を、Ｖ_Ln及びＶ_Onと表すこととする。また、図４中の点Ｐはある程度使用された通常の状態にあるバッテリ１の下限電圧ポイントを示し、線Ｌ２ｎは同様な状態にあるバッテリ１のＩ−Ｖ特性線を示している。そして、線Ｌ２ｎの始点Ｐｎの電圧値（下限電圧値）をＶ_Lと表し、線Ｌ２ｎの終点Ｑの電圧値（開放電圧値）をＶ_Oと表すこととする。また、図４中の線Ｌ１は、上述のスタータ３の内部抵抗等による電圧降下特性を示すものである。

本願発明者らは、図４に示す計測グラフや、エンジン回転数とスタータ３での逆起電力との関係等に対する検討を行った結果、エンジンのクランキング回転数ｒ_eとスタータ３にて生じる逆起電力電圧の大きさとが略比例関係にあるという特性に着目するに至った。

また、本願発明者らは、エンジン始動時におけるバッテリ１の出力電圧の振る舞いについて、出力電圧は、エンジンが始動される際はスタータ始動時に下限電圧値Ｖ_Lまで低下した後、バッテリ１の放電電流の減少に伴って下限電圧値Ｖ_Lから開放電圧値Ｖ_Oまでリニアに上昇するという近似的な取り扱いを行うことにより、エンジンの始動時の出力電圧の取り扱いが容易となることを見い出した。

そして、本願発明者らは、上記の特性及び近似的な取り扱いを利用することにより、バッテリ１の開放電圧値Ｖ_O、下限電圧値Ｖ_L、エンジンのクランキング時におけるバッテリ１の出力電圧値である始動時出力電圧値Ｖ_C、エンジンのクランキング回転数ｒ_c、及びエンジンの始動に最低限必要な最低始動回転数ｒ_eを取得すれば、これらの数値に基づいて、バッテリ１の下限電圧値Ｖ_Lに対する評価基準となる最低基準電圧レベルＶ_Lthが導出できることを見出した。

ここで、始動時出力電圧値Ｖ_Cとしては、例えば、エンジンのクランキングが行われているクランキング期間内のいずれかの時点（例えば、エンジンの着火時又はその直前）におけるバッテリ１の出力電圧が用いられる。あるいは変形例として、クランキング期間中のバッテリ１の出力電圧の平均値を始動時出力電圧値Ｖ_Cとして用いてもよい。

また、クランキング回転数ｒ_cとしては、例えば、クランキング期間内のいずれかの時点（例えば、エンジンの着火時又はその直前）におけるエンジンの回転数を計測し、その計測値が用いられる。あるいは変形例として、クランキング期間中のエンジンの回転数の平均値を計測し、その平均値をクランキング回転数ｒ_cとして用いてもよい。

また、最低始動回転数ｒ_eについては、エンジンの固有の特性情報として予めメモリ等に記録しておいた情報を用いるようになっている。

なお、バッテリ１は、放電が行われると、拡散分極の影響により放電時間の経過に伴って出力電圧が低下するが、本実施形態ではエンジン始動時の放電の拡散分極の影響による出力電圧の低下を無視することとしている。

また、本実施形態では、エンジンに対するクランキングが行われるときにバッテリ１から放出される電流値は、エンジンが始動される限り、バッテリ１の劣化度、充電残量等の状態によらずに一定であるとして取り扱うこととしている。

より詳細には、図４中の三角形ＳＰＱと三角形ＵＰＴとの相似関係と、三角形ＯＰＱと三角形ＷＰＴとの相似関係により、数値ＶＯ，ＶＬ，ＶＣ，ＶＳの間には、次のような関係式（４）が成り立つ。

Ｖ_O−Ｖ_L：Ｖ_C−Ｖ_L＝Ｖ_O：Ｖ_S （４）
この式（４）を変数Ｖ_Sについて解くと、次のようになる。

Ｖ_S＝（（Ｖ_C−Ｖ_L）／（Ｖ_O−Ｖ_L））・Ｖ_O （５）
また、上記のエンジンのクランキング回転数ｒ_cとスタータ３の逆起電力との関係より、エンジンが最低始動回転数ｒ_eで回転しているときにスタータ３により発生する逆起電力電圧値をＶ_Smとすると、数値Ｖ_S，Ｖ_Sm，ｒ_c，ｒ_eの間には、次のような関係式（６）が成り立つ。

Ｖ_S／Ｖ_Sm＝ｒ_c／ｒ_e （６）
この式（６）を変数Ｖ_Smについて解くと、次のようになる。

Ｖ_Sm＝（ｒ_e／ｒ_c）・Ｖ_S （７）
次に、バッテリ１の状態が悪化して、エンジンのクランキング回転数ｒ_cがちょうど最低始動回転数ｒ_eで始動した場合のことについて検討する。このときのバッテリ１のクランキング時のＩ−Ｖ特性線は線Ｌ２ｍによって表される。上述のように、エンジンのクランキングが行われるときのバッテリ１の放電電流値はバッテリ１の状態によらずに一定であると取り扱うこととしているため、このときの始動時出力電圧Ｖ_Cmは、数値Ｖ_C，Ｖ_S，Ｖ_Smと次のような関係を有する。

Ｖ_Cm＝Ｖ_C−Ｖ_S＋Ｖ_Sm （８）
また、図４中の三角形ＳｍＰｍＱと三角形ＵｍＰｍＴｍとの相似関係と、三角形ＯＰｍＱと三角形ＷＰｍＴｍとの相似関係により、数値Ｖ_O，Ｖ_Lth，Ｖ_Cm，Ｖ_Smの間には、次のような関係式（９）が成り立つ。

Ｖ_O−Ｖ_Lth：Ｖ_Cm−Ｖ_Lth＝Ｖ_O：Ｖ_Sm （９）
上記関係式（６）〜（９）に基づき、変数Ｖ_S，Ｖ_Sm，Ｖ_Cmを消去し、変数Ｖ_Lthについて解くと、次のような関係式（１０）が得られる。

すなわち、この関係式（１０）を用いることにより、予め登録されている最低始動回転数ｒ_eと、エンジン始動時に計測した開放電圧値Ｖ_O、下限電圧値Ｖ_L、始動時出力電圧値Ｖ_C及びクランキング回転数ｒ_cとに基づいて、バッテリ１の下限電圧値Ｖ_Lに対する評価基準となる最低基準電圧レベルＶ_Lthが導出できることが分かる。

＜装置構成＞
図５は、本発明の一実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。このバッテリ状態管理装置は、図５に示すように、電圧センサ（電圧検出手段）２１、処理部２３、記憶部（記憶手段）２５及び出力部２７を備えて構成されており、車両に搭載されたバッテリ１の状態を管理する。

電圧センサ２１は、バッテリ１の出力電圧を検出する。処理部２３は、ＣＰＵ等を備えて構成され、バッテリ１の管理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２５は、メモリ等により構成され、処理部２３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。例えば、記憶部２５には、上述の最低始動回転数ｒ_eに関する情報、及び関係式（１０）に関する情報が予め登録されている。出力部２７は、バッテリ１の状態の判定結果等を出力するためのものである。

処理部２３は、図６に示すように、機能要素として、回転数検出部（回転数検出手段）２３ａ、評価基準導出部（評価基準導出手段）２３ｂ及び状態評価部（状態評価手段）２３ｃを備えて構成されており、イグニッションスイッチ９がオンされてエンジンのクランキングが行われるのに伴って、バッテリ１の評価のための処理を行うようになっている。

回転数検出部２３ａは、エンジン始動時に電圧センサ２１が検出したバッテリ１の出力電圧の振動状況に基づき、エンジンのクランキング回転数ｒ_cを検出する。より詳細には、エンジン始動時のバッテリ１の出力電圧の振る舞いとして、図７に示すように、時刻Ｔａでイグニッションスイッチ９がオンされると（このとき、バッテリ１からスタータ３に突入電流が流れる）、エンジンのクランキング動作に伴い、バッテリ１の出力電圧が振動するようになっている（図７の符号Ａで示す部分の波形を参照）。その出力電圧の振動は、スタータがエンジンをクランキングする際の負荷が、エンジンのサイクル中の状態（吸気、圧縮、膨張、排気）により変動するため、エンジン及びスタータ３の回転数が振動することにより生じるものである。このため、この出力電圧の振動の周期等を回転検出部２３ａで検出することにより、エンジンのクランキング回転数ｒ_cを検出することができるようになっている。

また、この回転数検出部２３ａは、例えば、評価基準導出部２３ｂの指示したタイミングでクランキング回転数ｒ_cの検出を行い、その検出結果を評価基準導出部２３ｂに出力するようになっている。より具体的には、例えば、クランキング期間内のいずれかの時点（例えば、エンジンの着火時又はその直前）におけるエンジンの回転数を計測し、その計測値をクランキング回転数ｒ_cとして用いる構成、及び、クランキング期間中のエンジンの回転数の平均値を計測し、その平均値をクランキング回転数ｒ_cとして用いる構成などが考えられる。

評価基準導出部２３ｂは、予め記憶部２５に記憶されている最低始動回転数ｒ_eと、エンジン始動に伴って取得した開放電圧値Ｖ_O、下限電圧値Ｖ_L、始動時出力電圧値Ｖ_C及びクランキング回転数ｒ_cとを、予め記憶部２５に記憶されている上記関係式（１０）に代入して演算することにより、最低基準電圧レベルＶ_Lthを導出する。

この導出に用いられる開放電圧値Ｖ_Oは、例えば、スタータ３がバッテリ１に接続されて突入電流が流れる直前のタイミングで取得される。また、下限電圧値Ｖ_Lは、バッテリ１からスタータ３に流れる突入電流により、バッテリ１の出力電圧が最も低下した最低値を検出し、その最低値が用いられる。始動時出力電圧Ｖ_Cとしては、例えば、エンジンのクランキングが行われているクランキング期間内のいずれかの時点（例えば、エンジンの着火時又はその直前）におけるバッテリ１の出力電圧を用いる構成、及び、クランキング期間中のバッテリ１の出力電圧の平均値を用いる構成などが考えられる。クランキング回転数ｒ_cの具体例としては、上述の通りである。

状態評価部２３ｃは、評価基準導出部２３ｂによって導出された最低基準電圧レベルＶ_Lthと、評価基準導出部２３ｂが検出した下限電圧値Ｖ_Lとの関係に基づいて、バッテリ１の状態を評価するようになっている。例えば、下限電圧値Ｖ_Lから最低基準電圧レベルＶ_Lthを引き算した差分値が小さい程、バッテリ１の劣化の進行又は充電残量の減少によりバッテリ状態が低下している傾向があるため、この差分値の大きさに基づいて、バッテリ１の状態を評価することができる。そして、状態評価部２３ｃは、その評価結果を出力部２７を介して出力するようになっている。

図８は、処理部２３の処理動作を示すフローチャートである。図８に示すように、まずステップＳ１で、上述の如く、評価基準導出部２３ｂの指示により、回転数検出部２３ａによるエンジンのクランキング回転数ｒｃの検出が行われる。続くステップＳ２では、評価基準導出部２３ｂによる最低基準電圧レベルＶ_Lthの導出が上述の如く行われる。続くステップＳ３では、状態評価部２３ｃにより、ステップＳ２で導出された最低基準電圧レベルＶ_Lth、及びその導出に伴って検出された下限電圧Ｖ_Lに基づき、上述の如くバッテリ１の状態評価が行われ、その評価結果が出力部２７を介して出力される。

＜まとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、予め記憶部２５に記憶されている最低始動回転数ｒ_eと、エンジン始動に伴って取得した開放電圧値Ｖ_O、下限電圧値Ｖ_L、始動時出力電圧値Ｖ_C及びクランキング回転数ｒ_cとを、予め記憶部２５に記憶されている上記関係式（１０）に代入して演算することにより、最低基準電圧レベルＶ_Lthを導出する。このため、エンジンに固有のパラメータである最低始動回転数ｒ_eに関する情報を予め記憶部２５に登録しておけば、それ以外の必要な情報については、各車両固有の特性（特に、スタータ３及びバッテリ１の特性）が反映された形で、バッテリ状態管理装置によって自動的に取得され、バッテリ１の状態評価の基準となる最低基準電圧レベルＶ_Lthが自動的に取得されるようになっており、その取得された最低基準電圧レベルＶ_Lthを用いてバッテリ１の状態評価を行うことによって、様々な車種・車格の車両に容易に対応して、バッテリ１の状態評価を的確に行うことができる。

また、スタータ始動時のバッテリ１の出力電圧である下限電圧Ｖ_Lには、バッテリ１の状態が顕著に反映されるため、この下限電圧Ｖ_Lとの関係で評価基準となる最低基準電圧レベルＶ_Lthを設定することにより、バッテリ１の状態評価をより的確に行うことができる。特に、最低基準電圧レベルＶ_Lthが、クランキング回転数ｒ_cが最低始動回転数ｒ_eにより定められる下限値一杯でエンジンが始動したときに下限電圧ＶＬが取るであろうと予測される値に対応しているため、この最低基準電圧レベルＶ_Lthを基準としてバッテリ１の状態評価を行うことにより、バッテリ１のエンジン始動性能について的確に評価することができる。

また、クランキング回転数ｒ_cとスタータ３にて生じる逆起電力電圧の大きさとが略比例関係にあるという特性を利用し、開放電圧値Ｖ_O、下限電圧値Ｖ_L、始動時出力電圧値Ｖ_C、クランキング回転数ｒ_c及び最低始動回転数ｒ_eを上記関係式（１０）に代入し、演算処理により最低基準電圧レベルＶ_Lthを導出するため、最低基準電圧レベルＶ_Lthを簡単な演算により容易かつ的確に取得することができる。

また、スタータ始動時のバッテリ１の出力電圧である下限電圧値Ｖ_Lと、その下限電圧値Ｖ_Lに対して設定された最低基準電圧レベルＶ_Lthとの関係に基づいてバッテリ１の状態が評価される、バッテリ１の状態評価を的確に行うことができる。

また、電圧センサ２１が検出したバッテリ１の出力電圧の振動状況に基づいてエンジンのクランキング回転数ｒ_cを検出するため、エンジンの機構部の動作状況を検出するための特別なセンサ手段を設ける必要がなく、構成の簡略化が図れる。

＜変形例＞
上述の実施形態では、バッテリ１の出力電圧の振動状況に基づいてエンジンのクランキング回転数ｒ_cを検出するようにしたが、図９に示すように、エンジンの機構部の動作状況を検出する回転角センサ（センサ部）３１を設け、この回転角センサ３１の検出信号に基づいて処理部２３の回転数検出部２３ａがエンジンのクランキング回転数ｒ_cを検出するようにしてもよい。回転角センサ３１としては、クランク角センサ及びカム角センサ等が用いられる。この場合、エンジンの機構部の動作状況を検出するセンサ部の検出結果に基づいてクランキング回転数ｒ_cを検出するため、クランキング回転数ｒ_cを確実かつ正確に検出することができる。

車両のエンジン始動時におけるバッテリの出力電圧と放電電流の推移を示す図である。 バッテリとスタータとが接続された状態を示す等価回路図である。 図２の回路における電圧降下とバッテリの放電電流及び出力電圧の変化を示す図である。 エンジン始動時におけるバッテリの出力電圧、放電電流、スタータ等での電圧降下の様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。 図５の処理部及びその周辺の構成を示すブロック図である。 エンジン始動時におけるバッテリの出力電圧の振る舞いを示す図である。 処理部の処理動作を示すフローチャートである。 図６に示す構成の変形例を示す図である。

符号の説明

１ バッテリ
３ スタータ
２１ 電圧センサ
２３ 処理部
２３ａ 回転数検出部
２３ｂ 評価基準導出部
２３ｃ 状態評価部
２５ 記憶部
２７ 出力部
３１ 回転角センサ

Claims (8)

1. 車両に搭載されるバッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
   始動に必要なエンジンの最低限の回転数である最低始動回転数を記憶した記憶手段と、
   前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   クランキングに伴って前記電圧検出手段を介して検出される前記バッテリの前記出力電圧の振る舞いと、前記記憶手段に記憶されている前記最低始動回転数と、前記回転数検出手段を介して検出されるクランキング時の前記エンジンのクランキング回転数とに基づいて、前記バッテリの状態評価のための評価基準となる基準電圧レベルを導出する評価基準導出手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記基準電圧レベルは、スタータ始動時の突入電流により前記バッテリの前記出力電圧が低下したときの前記出力電圧の値である下限電圧の比較基準として設定されることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
3. 請求項２に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記基準電圧レベルは、前記クランキング回転数が前記最低始動回転数により定められる値で前記エンジンが始動したときに前記下限電圧が取るであろう予測値に対応していることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
4. 請求項３に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記評価基準導出手段は、
   前記クランキング回転数と前記スタータにて生じる逆起電力電圧の大きさとが略比例関係にあるという特性を利用し、
   前記電圧検出手段を介して検出した前記バッテリの開放電圧及び前記下限電圧と、クランキング時に前記電圧検出手段を介して検出した前記出力電圧である始動時出力電圧と、前記クランキング時に前記回転数検出手段により検出された前記クランキング回転数と、前記記憶手段に記憶されている前記最低始動回転数とに基づいて、前記基準電圧レベルを導出することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
5. 請求項３又は４に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記評価基準導出手段は、前記開放電圧（Ｖ_O）、前記下限電圧（Ｖ_L）、前記始動時出力電圧（Ｖ_C）、前記クランキング回転数（ｒ_c）及び前記最低始動回転数（ｒ_e）を、関係式
   

   

   に代入して演算することにより、前記基準電圧レベル（Ｖ_Lth）を導出することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記スタータ始動時の前記バッテリの前記下限電圧を前記電圧検出手段を介して検出し、その下限電圧と前記評価基準導出手段が導出した前記基準電圧レベルとの関係に基づいて、前記バッテリの状態を評価する状態評価手段をさらに備えることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記回転数検出手段は、前記電圧検出手段が検出したクランキングに伴う前記出力電圧の振動状況に基づいて、前記エンジンの前記クランキング回転数を検出することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記エンジンの機構部の動作状況を検出するセンサ部をさらに備え、
   前記回転数検出手段は、前記センサ部の検出結果に基づいて前記クランキング回転数を検出することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
   

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