JP4973112B2 - 充電装置と蓄電池の状態検知装置とからなるシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両のエンジン始動用鉛蓄電池に適用できる、蓄電池の状態検知装置に関するものである。

近年、モータリゼーションが進む中、外部からの救助を要する車両故障の原因として始動用バッテリー不具合の占める割合が増加し、その大きな原因の一つとなっている。現在、市中を走行する多くの車両はエンジンを動力源とし、エンジン始動時に蓄電池より電力の供給を受けてスターターモータを駆動する構成を採っている。こうした構成の場合、蓄電池の不具合が発生するとエンジン始動不能となる。

また、車両用の蓄電池に限らず、バックアップ電源用等、他用途の蓄電池においても、蓄電池の不具合は、蓄電池を用いたシステム全体に多大な悪影響を及ぼす。したがって、蓄電池の不具合を未然に防止する目的で、蓄電池の残存寿命や、使用可能時間等を検知する、状態検知装置が種々提案されてきている。

蓄電池の状態検知装置としては、単に、蓄電池の端子電圧から蓄電池の残存容量を示す簡便なものから、端子電圧や内部抵抗、あるいはこれらに付加して電池温度等の各種データを経時的にサンプリングし、これらのサンプリングデータや、これらのサンプリングデータから演算によって得られた蓄電池状態を示すパラメータをメモリに記憶し、適宜、このメモリから、これらのサンプリングデータやパラメータの履歴を読み出し、状態検知に反映させる手法も提案されている。

後者のサンプリングデータや蓄電池状態を示すパラメータを記憶するメモリを有した状態検知装置では、メモリに記憶された各種データを読み取ることによって、蓄電池の使用履歴を類推することができる。例えば、車両用蓄電池の例では、充電電圧が連続して標準とされる値を大幅に下回る場合は、機器側の充電装置の故障であることがわかる。また、蓄電池電圧が長時間連続して低下する場合には、負荷と蓄電池間のスイッチの消し忘れ等による過放電が進行していた等、蓄電池の使用履歴・環境と、蓄電池状態との因果関係の調査が可能となるため、蓄電池劣化に対する適切な対処が可能となる。

このような、蓄電池の状態検知装置内に記憶された、サンプリングデータや、蓄電池状態パラメータ等のデータを装置外に読み出す方法として、例えば、特許文献１には、蓄電池に内蔵された、状態検知装置に発光素子を設け、メモリ内の履歴データを、この発光素子を用いて、発光信号として電池外部に送信し、別途に設けた受光素子で受信することによって、メモリ内の履歴データを電池外部に読み出す構成が示されている。

特許文献１では、メモリ内の履歴データを読み出すにあたり、別途設けたスイッチを操作することによって、発光信号の送信が開始されることが示されている。

しかしながら、特許文献１に記載された状態検知装置においては、通常の状態検知動作から外部への履歴データ送信のモードに制御を切り替える為に機械的なスイッチが必要である。特に始動用鉛蓄電池では、このスイッチは、エンジンルームからの高熱に暴露され、また、蓄電池本体から放出される酸霧と接触する可能性があり、スイッチの動作不良が発生するという課題があった。

また、スイッチの収納容積を装置本体内に確保する必要上から、装置本体がより大型化したり、スイッチ本体の価格によって、装置本体がより高価格化するという課題があった。

また、特許文献２には、蓄電池テストモジュール（状態検知装置）内に記憶したデータを、蓄電池テストモジュールに設けた入力部に所定のアクセスコードを入力することによって、同じく蓄電池テストモジュールに設けた出力部に出力することが示されている。

特許文献２においては、データ出力を行うため、入力部と出力部とを蓄電池テストモジュールに別途設ける必要があり、その結果として、蓄電池テストモジュールの構成部品が増え、その価格もより高価格となるため、蓄電池を購入するユーザにとって負担となっていた。
特開２００５−３２７６０４号公報 特開２００３−２６４００９号公報

本発明は、蓄電池電圧、内部抵抗等のサンプリングデータ、あるいは、これらのサンプリングデータから得られた、蓄電池の状態を示すパラメータを記憶する不揮発性メモリを有した蓄電池の状態検知装置において、不揮発性メモリに記憶された情報の外部出力部および、この外部出力動作やメモリリセットを制御するための信号の入力部を、より安価に構成することによって、全体として、安価で信頼性に優れた蓄電池の状態検知装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、蓄電池を充電する充電装置と、前記蓄電池の状態検知装置とからなるシステムであり、前記状態検知装置は、蓄電池の端子間に信号線を介して接続され、前記蓄電池の端子間電圧あるいは内部抵抗に基づいて、前記蓄電池の残存容量あるいは寿命の状態を表示するとともに、前記状態検知装置の駆動電源は、電源線を介して前記蓄電池より供給され、前記状態検知装置は、前記端子間電圧もしくは内部抵抗値、および／もしくは、これから得られた前記蓄電池の状態に関連するパラメータ情報を記憶する不揮発性メモリを有し、前記信号線に、前記充電装置の最大充電電圧を越えて高い電圧を含む所定の電圧波形を印加することにより、前記不揮発性メモリに記憶された情報を外部に出力し、あるいは前記不揮発性メモリに記憶された情報の消去を行う、充電装置と蓄電池の状態検知装置とからなるシステムを示すものである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の充電装置と蓄電池の状態検知装置とからなるシステムにおいて、前記信号線と前記電源線とを共通としたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２のいずれかの充電装置と蓄電池の状態検知装置において、前記不揮発性メモリに記憶された前記情報を、光信号として出力する、外部出力用発光デバイスを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項３の蓄電池の状態検知装置において、前記蓄電池の状態表示を行う状態表示用発光デバイスを備え、前記状態表示用発光デバイスと前記外部出力用発光デバイスとを兼用したことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電池の状態検知装置に内蔵された不揮発性メモリに記憶された情報を出力したり、あるいはこの情報を消去するにあたり、これらの処理指令の信号入力を蓄電池電圧検知のための信号線を用いて行うため、不揮発性メモリへのアクセスのために個別にスイッチ等のユーザ入力部を設ける必要がない。したがって、状態検知装置の部品点数が削減されるため、当該装置の小型化および低価格化が可能となる。

図１は、本発明の実施形態による蓄電池の状態検知装置１の構成を示す図である。状態検知装置１は、一対の電源線２ｐ，２ｎおよび、一対の信号線３ｐ，３ｎを有する。電源線２ｐ，２ｎおよび信号線３ｐ，３ｎは、状態検知対象の蓄電池４に接続される。なお、蓄電池４には蓄電池４を充電する、充電装置が接続される。

状態検知装置１は、状態検知装置１本体動作用の電源を供給するための安定化電源５を有する。蓄電池４と安定化電源５とは、電源線２ｐ，２ｎで接続され、安定化電源５は、状態検知動作を行うためのマイコン６、検知結果表示用のＬＥＤ７および外部通信用の通信用赤外線ＬＥＤ８に電源を供給する。

また、蓄電池４は信号線３ｐ，３ｎを介してマイコン６に内蔵されたＡ／Ｄコンバータ９に接続される。蓄電池４の電圧は、Ａ／Ｄコンバータ９によって、デジタル化され、演算論理装置１０内で、所定のプログラムに基づいて、必要に応じて蓄電池４の残存容量あるいは劣化状態といった、蓄電池４の状態や、蓄電池４の使用状況を示すパラメータが算出される。なお、パラメータには、蓄電池４の電圧値から間接的に得られ、状態検知結果に反映される、他の情報、例えば、蓄電池４の内部抵抗値を含んでもよい。

また、図示しないが、別途設けた温度センサによって得られた蓄電池温度を含んでもよい。また、マイコン６に内蔵されるクロックジェネレータ（図示せず）によって得られる、蓄電池の使用時間や、前記した各パラメータの経時変化を、このパラメータとして含んでもよい。また、蓄電池４の電圧の推移によって検出された、充電器異常や、過放電異常等の履歴情報といった、蓄電池の状態検知に有用な他のデータも、必要に応じてパラメータとして含むことができる。

前記したような、蓄電池４の状態を示すパラメータ中、蓄電池４の使用者に状態検知結果として告知すべき情報は、状態検知装置１の表示手段を用いて表示される。図１では、この表示手段として、蓄電池４の劣化状態に応じて点灯するＬＥＤ７を用いた例を示した。その他にも、液晶パネルを用いた他の視覚的表示や、音響等を用いた聴覚的な表示手段を採用することができる。

蓄電池４の電圧あるいは内部抵抗や、これらから得られた蓄電池４の状態を示す、あるいは状態に関連付けされる各種パラメータはマイコン６に内蔵された不揮発性メモリ１１に蓄電池４の履歴情報として記憶される。

本発明では、信号線３ｐ，３ｎに所定の電圧波形を加えることによって、不揮発性メモリ１１に記憶された蓄電池４の履歴情報を読み出し、状態検知装置１外部に出力する、あるいは前記不揮発性メモリに記憶された履歴情報の消去を行う。そして、蓄電池を使用することによる、蓄電池の電圧変動と、メモリ読み出しおよび消去処理のための所定の電圧波形とを明確に区分し、誤判定を抑制するために、この所定の電圧波形として、例えば、図５に示した電圧波形（ｃ）を適用することができる。電圧波形（ｃ）は、蓄電池４が、車両に搭載されたオルタネータ等、蓄電池４を使用する機器に設けた充電装置によって充電される際、この充電装置の最大充電電圧を越えて高い電圧を含むようにする。

不揮発性メモリから外部出力された蓄電池４の履歴情報から、蓄電池４の使用状態が推測可能であり、これより、蓄電池４の劣化要因を推測することができる。例えば、蓄電池の最大電圧が、通常、蓄電池の充電に必要とされる電圧に満たない場合や、逆に大幅に通常の充電電圧を上回る場合には、充電異常であることが類推できる。また、蓄電池電圧より放電／充電の時間的バランスやそれぞれでの放電・充電電流を推測できるため、蓄電池に対する充放電電気量収支を推測でき、その結果と、蓄電池４との劣化状況とから、蓄電池の劣化要因を究明することができる。

また、不揮発性メモリ１１に記憶された履歴情報を消去することによって、状態検知装置１を他の蓄電池に付け替えることが可能となる。履歴情報を参照することによって、状態検知を行う場合、状態検知装置１を蓄電池４から取り外し、別の蓄電池に接続すると、前に接続されていた蓄電池４の履歴が不揮発性メモリ１１内に残存しているため、後に接続した蓄電池の状態検知が不正確になる。不揮発性メモリ１１内の履歴情報を消去する構成とした場合、状態検知装置を再利用することができる。

本発明では、この不揮発性メモリ１１に記憶された情報の読み出し処理や、消去処理の指示を信号線３ａ，３ｂより、状態検知装置１に前記した充電装置の最大充電電圧を越えて高い電圧を含む所定の電圧波形を加えることによって行う。

本発明によれば、不揮発性メモリ内の履歴情報を読み出し、あるいは消去するにあたり、その指令信号を、信号線３ａ，３ｂに入力するため、特許文献２で示されたような、メモリアクセスのために特別に設けられたユーザ入力部を信号線３ａ，３ｂに独立して設けないため、部品点数の削減が可能となり、状態検知装置１の小型化および低価格化が可能となる。

また、特許文献１で用いられたような、メモリ読み出し処理指令のための、機械的なスイッチを必要としないため、部品点数の削減が可能となるとともに、状態検知装置の小型化および低価格化が可能となる。特にこのようなスイッチは、高温雰囲気に暴露され、また、蓄電池からの酸霧と接触するため、動作不良が発生しやすいが、本発明では、機械的なスイッチを必要としないため、状態検知装置の信頼性を向上させることができる。

また、信号線３ａ，３ｂと、電源線２ａ，２ｂとを兼用することによって、さらに部品点数の削減が可能となるため、状態検知装置１の低価格化の面で、さらに好ましい。

本発明では、不揮発性メモリ１１の読み出し、あるいは消去処理を指令するための、所定の電圧波形は、蓄電池４の通常使用時に発生しないパターンとする。本発明例では、信号線３ａ，３ｂが、蓄電池電圧や内部抵抗の検出線と、前記した所定の電圧波形の入力線とを兼用しているためである。例えば、蓄電池４を車両の始動用鉛蓄電池に用いた場合、蓄電池４の信号線３ａ，３ｂには、様々なパターンの電圧波形が入力される。

図４は、蓄電池４を公称電圧１２Ｖの始動用鉛蓄電池に適用し、蓄電池４によって始動用セルモータを駆動してエンジン始動操作を行ったときの、蓄電池４の端子電圧の時間変化を示す例である。蓄電池４は、セルモータ起動直後に大きな電圧低下を経たのち、エンジン始動後は、車両側より充電されるため、その電圧範囲は、凡そ６Ｖ〜１５Ｖ程度の間で脈動する。

このような、電圧脈動を、メモリ読み出しあるいは、メモリ消去処理の指令信号として誤判定が行われた場合、不要な、メモリ読み出し操作が行われたり、不用意にメモリが消去されてしまう危険性があるため、上記の各処理の指令信号としての、電圧波形は、想定されうる蓄電池の電圧脈動から明確に区分されることによって、誤判定が発生しないような電圧波形、もしくは検出パターンとすることが必要である。

図５に示した電圧波形は、１２Ｖ鉛蓄電池に適用した例であって、１３．５Ｖ×２０ｍｓｅｃ、１５．７５Ｖ×５ｍｓｅｃ、１３．５Ｖ×５ｍｓｅｃ、１５．７５Ｖ×１０ｍｓｅｃ 、１３．５Ｖ×１０ｍｓｅｃ、１５．７５Ｖ×５ｍｓｅｃ、１３．５Ｖ×５ｍｓｅｃ、１５．７５Ｖ×５ｍｓｅｃ 、１３．５Ｖ×２ｓｅｃの電圧波形で構成される。

車両側に搭載されたオルタネータの最大出力電圧は、通常１５．０Ｖ以下であり、前記の電圧波形（ｃ）に含まれた１５．７５Ｖを含まない。したがって、オルタネータが通常に動作している限り、電圧波形中に、蓄電池４に接続されたオルタネータ等の充電装置の最大電圧を含むことにより、蓄電池４の電圧変動と、メモリ読み出しもしくは消去処理のための電圧波形とを誤判定なく、両者を明確に区分して精度よく検出することができる。

但し、何らかの要因によって、オルタネータが故障した場合、蓄電池の充電電圧が異常上昇し、例えば、１６．０Ｖ等の高電圧に上昇する可能性もあるため、前記した電圧波形（ｃ）には、通常の充電電圧よりも高い電圧、例えば１２Ｖ電池においては、１５．７５Ｖとし、この電圧と、通常の充電電圧１３．５〜１４．５Ｖの電圧とを組み合わせることによって、電圧波形と、オルタネータ故障とを明確に区分することができる。

不揮発性メモリ１１からの履歴情報の出力は、個別に外部出力ポートを設けてもよいが、図１に示したように、通信用赤外線ＬＥＤ８を用いて外部出力することができる。通信用赤外線ＬＥＤ８からの発光信号は、適切な受光素子を用いることによって受信し、受信信号をマイコンで取り込み、ＵＳＢ等の公知の通信手段と、公知のデータ読み込みソフトウエアによって、コンピュータのメモリあるいは、ハードディスク等の記憶手段に状態検知装置１内の不揮発性メモリ１１内の履歴情報を保存することができる。

なお、外部通信用素子としての通信用赤外線ＬＥＤ８を、状態検知結果表示のために配置された、ＬＥＤ７と兼用することも可能であり、この場合も部品点数を削減し、状態検知装置１の小型化および低価格化を図ることができる。

図６に、本発明の実施の形態における蓄電池の状態検知装置１の動作フローの例を示す。状態検知装置１の信号線３ａ，３ｂおよび電源線２ａ，２ｂに蓄電池４が接続されたことによって，所定電圧が状態検知装置１に印加されたことを検知し、図６のフローを繰り返す。

フローには、蓄電池が放電中や充電中といった、動作状態にあるか否かであることを判断するステップ（Ｓ１）を含むことができる。蓄電池の動作状態の判定は、蓄電池４の電圧変化によって判定することができる。

蓄電池４が動作状態にある場合、前記したように、不揮発性メモリ１１内の履歴情報の読み出しあるいは消去処理を指令するための所定の電圧波形を検出するためのステップ（Ｓ２）をキャンセルすることができ、このような構成によって、動作中の蓄電池の電圧変動を、前記した所定の電圧波形と誤判定することが防止できる。

蓄電池４が動作中であるか否かを判定するステップ（Ｓ１）を含む場合、蓄電池４が動作中でないことを検知した場合に、所定の電圧波形の検出ステップ（Ｓ２）に入る。検出ステップ（Ｓ２）では、不揮発性メモリ１１内の履歴情報の読み出し処理指令に対応する電圧波形と、この履歴情報の消去処理指令に対応する電圧波形とを区分して検出する。なお、本発明は、読み出し処理指令に対応する電圧波形と、履歴情報の消去処理指令に対応する電圧波形の少なくとも一方の電圧波形を検知し、以降の処理を行う。

すなわち、検出ステップ（Ｓ２）において、履歴情報の読み出し処理指令に対応した電圧波形を検出した場合、外部出力ステップ（Ｓ３）において、不揮発性メモリ１１内の履歴情報を、前記したような通信用赤外線ＬＥＤ８を動作させることによって、赤外光信号として、状態検知装置１より外部に出力することができる。

また、検出ステップ（Ｓ２）において、履歴情報の消去処理指令に対応した電圧波形を検出した場合、不揮発性メモリ１１内の履歴情報の消去処理をメモリ消去ステップ（Ｓ４）で実行すればよい。その後、状態検知ステップ（Ｓ５）によって、蓄電池４の状態検知および履歴情報の不揮発性メモリ１１への書き込み処理が行われる。なお、本発明は、状態検知ステップ（Ｓ５）の構成を規定するものではなく、蓄電池電圧や、内部抵抗値から蓄電池の残存寿命を検知する、公知の蓄電池の状態検知方法を適用することができる。

前記したような、蓄電池の劣化状態や使用状態を示すパラメータを内部の不揮発性メモリに履歴情報として記憶した蓄電池の状態検知装置において、この不揮発性メモリ内の履歴情報を読み出し処理あるいは、消去処理するにあたり、その指令信号の入力部を個別に設けることなく、蓄電池端子に接続する信号線を、これら指令信号の入力部と兼用することにより、所要部品点数が削減でき、状態検知装置の顕著な、小型化・低価格化および信頼性向上効果が得られる。

本発明は、前記した構成を有することによって、蓄電池の状態検知装置の小型化および低価格化に極めて有効であり、始動用鉛蓄電池や、バックアップ電源用鉛蓄電池をはじめ、様々な用途、形式の蓄電池に好適である。

状態検知装置を示す図 電圧波形の例を示す図 放電電流パターンの例を示す図 始動用鉛蓄電池の電圧変化の例を示す図 他の電圧波形の例を示す図 状態検知装置の動作フローを示す図

１ 状態検知装置
２ｐ，２ｎ 電源線
３ｐ，３ｎ 信号線
４ 蓄電池
５ 安定化電源
６ マイコン
７ ＬＥＤ
８ 通信用赤外線ＬＥＤ
９ Ａ／Ｄコンバータ
１０ 演算論理装置
１１ 不揮発性メモリ

Claims (4)

1. 蓄電池を充電する充電装置と、前記蓄電池の状態検知装置とからなるシステムであり、前記状態検知装置は、蓄電池の端子間に信号線を介して接続され、前記蓄電池の端子間電圧あるいは内部抵抗に基づいて、前記蓄電池の残存容量あるいは寿命の状態を表示するとともに、前記状態検知装置の駆動電源は、電源線を介して前記蓄電池より供給され、前記状態検知装置は、前記端子間電圧もしくは内部抵抗、および／もしくは、これから得られた前記蓄電池の状態に関連するパラメータ情報を記憶する不揮発性メモリを有し、前記信号線に、前記充電装置の最大充電電圧を越えて高い電圧を含む所定の電圧波形を印加することにより、前記不揮発性メモリに記憶された情報を外部に出力し、あるいは前記不揮発性メモリに記憶された情報の消去を行う、充電装置と蓄電池の状態検知装置とからなるシステム。
2. 前記信号線と前記電源線とを共通としたことを特徴とする請求項１に記載の充電装置と蓄電池の状態検知装置とからなるシステム。
3. 前記不揮発性メモリに記憶された前記情報を、光信号として出力する、外部出力用発光デバイスを備えたことを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の充電装置と蓄電池の状態検知装置とからなるシステム。
4. 前記蓄電池の状態表示を行う状態表示用発光デバイスを備え、前記状態表示用発光デバイスと前記外部出力用発光デバイスとを兼用したことを特徴とする請求項３に記載の充電装置と蓄電池と蓄電池の状態検知装置とからなるシステム。

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