JPH0363582A - バッテリ状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） 本発明は、バッテリの状態つまり、容量を正確に知るた
めのバッテリ状態検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、バッテリの状態（残存容量等）を検出する手段と
して比重センサにより、バッテリの電解液比重を測定す
るものがあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述した従来のものでは、バッテリ電極が劣化
した場合又は過充電等による液ベリ時などには、その比
重とバッテリ容量の関係が変化してしまい、正確にバッ
テリ状態（容量）を測定できないといった問題点があっ
た。

〔問題点を解決す・るための手段〕

そこで、本発明においては、 基準となるバッテリの電解液中の反応物質濃度に関連す
る値ムこ対するバッテリの放電電流、電圧もしくは内部
抵抗の１つのパラメータを記憶する記憶手段と、 前記バッテリの反応物質濃度に関連する信号を検出する
ための濃度信号検出手段と、 バッテリからの放電電流が所定値以上の時に、上記バッ
テリの１つのパラメータを検出する第１の検出手段と、 この第１の検出手段で上記パラメータを検出した際、も
しくはその前後において、前記濃度信号検出手段によっ
て、反応物質濃度に関連する信号を検出する第２の検出
手段と、 前記記憶手段に記憶された、前記第１の検出手段で検出
されたバッテリのパラメータに対応するバッテリの電解
液濃度に関連する値を求める第３の検出手段と、 この第３の検出手段で求めたバッテリの電解液濃度に関
連する値と、前記第２の検出手段で検出したバッテリの
電解液濃度信号とから、所定の演算で濃度信号補正値を
得る補正値演算手段とを備え、 前記濃度信号検出手段で検出されたバッテリの電解液濃
度信号に、前記補正値演算手段で検出した濃度信号補正
値を補正して、バッテリの濃度に関連する値を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置とすることであ
る。

また、第１の検出手段で検出したパラメータは、このパ
ラメータが安定する所定時間後の値に補正するとよい。

〔作用］ 上述の如く、バッテリ放電時のバッテリのパラメータに
よりバッテリの反応物質濃度に関連する値と、基準とな
る濃度に関連する値と比較し、この比較した結果の濃度
信号補正値を濃度信号検出手段により検出した濃度に関
連する値に補正を加える。

〔発明の効果］ 以上述べた如く、本発明においては、濃度信号検出手段
により反応物質濃度に関連する値を検出する毎に、濃度
信号補正値を補正することで、常に正確なバッテリ状態
、つまり容量を検出することができるという優れた効果
がある。

〔実施例〕

以下本発明検出装置の第１実施例を、車両の充電制御装
置に適用した実施例について説明する。

第１図において、１−車載バッテリ、２−スタータ、３
−発電機、４−バッテリ１の電解液中の硫酸濃度を検出
する濃度センサ、５−スタータ始動用のスタータスイッ
チ、６−バッテリの放電電流を検出する電流検出器、７
−マイクロコンピュータ、８−電気負荷、９−バッテリ
ｌの寿命を表示するための表示器、１０−バッテリの電
圧検出器である。

第２図は、バッテリが新しい状態において、バッテリ電
解液の硫酸濃度を変化させていった場合、それぞれの濃
度で、バッテリから１５０（Ａ）の放電電流を約５秒間
流した後のバッテリの電圧を測定したもので、バッテリ
電解液の硫酸濃度Ｓに対するバッテリ電圧Ｖの曲線Ａを
示す標準特性図である。ここで、■、はスタータ２を駆
動するために必要な電圧であり、この時のバッテリ１の
濃度をＳＬ　とする。つまり、バッテリの電解液の硫酸
濃度Ｓが小さい時には、バッテリ電圧Ｖが小さくなって
いることが理解できる。そして、この特性については、
マイクロコンピュータ７内に記憶されている。

次に、マイクロコンピュータ７内の制御について、第３
図に示すプログラムと共に、説明する。

まず、スタータスイッチ５が閉じられ、スタータ２が始
動された場合に、電流検出器６でバッテリ１の放電電流
を測定する。そして、第１の検出手段７１により、バッ
テリ１の放電電流が、１５０（Ａ）になった際に、バッ
テリ電圧検出器１０により、バッテリ１の状態を表わす
パラメータの１つである電圧Ｖを検出する。

ここで、バッテリ１の放電電流が１５０（Ａ）になった
際に、バッテリの電圧を測定するようにしたことは、バ
ッテリ１の放電電流が約３０（Ａ）以上でないと安定し
た放電電流と電圧の関係を得ることができないからであ
る点、およびスタータ２の駆動時には、通常電流が１０
０（Ａ）以上となる事から、バッテリのスタータ駆動性
能を考慮したためである。ただし、バッテリ電圧を測定
する際の放電電流は特に１５０Ａに限定する必要はない
。

また、濃度センサ４にて、バッテリ１の濃度を検出する
時としては、上記電圧測定時のバッテリｌの状態に対し
、この状態から変化しない時間内（たとえば濃度変化５
％以内）が妥当である。また、スタータ２の駆動時に数
百Ａの電流を１秒程度流しても、バッテリ１の状態はほ
とんど変化しないことからも、スタータ２の駆動前に、
濃度を測定してもよい。

そして、ステップ１で求めたバッテリの電圧ＶＢを、ス
テップ２で補正を行なう。この補正を行なう理由を以下
説明する。

第４図に示す如く、バッテリ１を放電した時の電圧Ｖが
時間と共に低下し、５秒程度で安定した電圧を示す。そ
のため、スタータ２の駆動によるエンジンの始動は、通
常１秒以内で行なわれており、ステップ１にてスタータ
駆動時におけるバッテリの電圧の測定は、安定した時の
電圧より高い値を示す。

そこで、バッテリ特性の放電時間と電圧の関係を予め求
めておき、第４図の様にスクータ電流による検出値■８
と検出した時の時間しより求めた安定値とのズレΔＶを
検出値■８に補正して、補正値Ｖｓを決定する事により
さらに精度良く、バッテリの電圧−電流特性を求める事
ができる。

なお、充電率が３０％以上のものは、電圧の低下割合が
ほとんど同じであるため、上記バッテリ電圧を測定した
時の時間に対して、低下割合を考慮し、５秒後の安定し
た電圧を測定するようにしてもよい。

次に、ステップ４にて、基準の比重の補正を行なう。ま
ず、第２図に示す特性図に基づいて説明すると、ステッ
プ１およびステップ２にて、スタータ駆動時のバッテリ
１の補正電圧■３、濃度Ｓ３、つまり、１点の場合が求
められたとする。この場合では、標準特性Ａにおける濃
度ＳＡ　　（３’点）に対し、濃度ＳＲが高くなってお
り、これはバッテリ１の状態が悪化（例えば、バッテリ
ｌの電解液の液ベリ、寿命等）していることを示してい
る。

また、標準特性Ａにおいては、バッテリ１の濃度がＳＬ
組以上れば、バッテリ１の電圧がＶＬ組以上なり、スタ
ータ２を駆動することが可能となる。しかしながら、上
述のように、バッテリ１の状態が悪化すると、濃度Ｓが
高くなり、見掛は上、バッテリ電圧も高くなっているよ
うに判断され、単に濃度Ｓによる制御を行なうと、バッ
テリ電圧が小さいのにもかかわらず、濃度Ｓが高いと判
断して、結果的にスタータを駆動できなくなってしまう
。

そこで、マイクロコンピュータ７内に記憶された標準特
性Ａにて、バッテリ電圧Ｖ、におけるバッテリ標！＄濃
度ＳＡを求め、実測濃度ＳＢと上記標準値ＳＡより、濃
度補正値Δ５＝ＳＡ−Ｓ、を第２の検出手段および補正
値演算手段をなす７２により、ステップ４にて求める。

ステップ５では、エンジン始動後、所定時間毎（例えば
、車両が走行状態の場合等）に、濃度センサ４により、
バッテリ１の濃度Ｓ、を検出する。

ステップ６では、ステップ４で得た濃度Ｓｒに、ステッ
プ４で得た濃度補正値ΔＳを加え、真の濃度Ｓｒ　“を
得る。すなわち、悪化状態にあるバッテリｌは、第２図
に示す如く、濃度が上昇してしまうため、濃度を補正す
ることで、常にある電圧における正確な濃度を正確に得
ることができる。

従って、濃度センサ４で得た濃度を補正することで、常
に、正確なバッテリ１の状Ｂ（容量）を検出することが
できる。

また、バッテリ特性（バッテリの寿命、電解液量等で決
定される電解液濃度と放電時電圧との関係）は、徐々に
変化する特性であるため、濃度補正値ΔＳは最低１走行
に１回、スターク始動時に測定すれば十分である。

そして、補正された濃度Ｓ、、゛に基づいて、発電制御
をすれば、常に濃度と電圧との関係が正確であるため、
ステップ７にて示す如く、補正された濃度Ｓｒ　′を常
に３，１≧ＳＬとなるように、（Ｓ、’≦ＳＬの場合に
は、ステップ８にて調整電圧を上昇させるようにする。

）発電制御をすれば、スタータ始動時におけるバッテリ
電圧は、常にＶＬ組以上なり、確実にスタータを駆動す
ることが可能となる。

また、ステップ９においては、ステップ７にて、３　％
≧ＳＬの時に、濃度値Ｓ１　°とＳ、とを比較するもの
である。ここで、Ｓ８は省燃費効果等から決まり、ＳＬ
に対して、所定の幅を有するものである。つまり、ステ
ップ９、ステップ１０において、Ｓｒ　’＜ＳＨとなる
ように発電制御すれば、必要以上の充電（調整電圧をむ
やみに上昇させる）をバッテリに行なう必要がなく、調
整電圧を下げることができるため、発電機３がエンジン
に対して少ない負荷ですむため、省燃費となる。

また、バッテリｌへの充電量も減り、バッテリ電解液の
液ベリ抑制の効果も得られる。

つまり、ステップフないしステップ１０において、比重
値Ｓｒ　“をＳＬ≦３，１≦Ｓ、の範囲に入るように、
発電制御を行なう事により、バッテリ状態は過不足ない
状態に保たれ、車両のエンジン始動を確実とする（バッ
テリ上り防止）と共に、省燃費と液ベリ抑制効果が得ら
れる。

なお、発電機の発電能力の関係で調整電圧の変更のみで
は、目的の充電が行われない場合は、エンジンのアイド
ルＵＰ、電気負荷の遮断などにより充電能力を高めたり
、放電防止をしてやる事で上記の効果を、より確実なも
のとする事ができる。

ここで、前述した濃度の補正方法として、ステップ６に
て、濃度検出値Ｓ、にｓ、’＝ｓ、十ΔＳなる補正を加
えるのではなく、発電制御のための濃度判定値３Ｎ、Ｓ
Ｌに補正を加え、それぞれ新たな判定値をｓ、’＝ｓ、
−ΔＳ、ＳＬ　　’＝ＳＬΔＳとし、ステップ５で得た
濃度Ｓ、が、Ｓ。

＜　Ｓ　ｒ＜　Ｓ　Ｉ（’となるように、発電制御して
も同様である。

さらに、前述のような発電制御をしているのにもかかわ
らず、ステップ３にて、ステップ１で得たバッテリ電圧
■、が■、以下となる場合は、ステップ１４にて、バッ
テリの交換時期を指示するための警報を出す事も可能で
ある。

また、本実施例では発電制御するための判定値ＶＬ（Ｓ
Ｌ）と寿命警報をするための■１とは同一の値を使用し
ているが、通常は一定のマージンを見込み、発電制御の
ための判定値ＶＬをＶＬＺ（Ｖｌｌ＞ＶＬ）とする。ま
た、濃度補正値ΔＳは、過去数回の測定計算の平均値を
用いる事により、さらに補正精度を高める事ができる。

上記実施例では、スタータ始動時のバッテリ特性測定方
法として所定電流（１５０Ａ）が放電された時のバッテ
リ電圧Ｖ！＋を求め、電解液濃度Ｓ３と比較しているが
、バッテリ性能を表す放電電流と電圧の関係Ｅ−Ｖ＝Ｉ
Ｒ（ここで、Ｒはバッテリの内部抵抗で充電状態などで
異なる。Ｅはバッテリの起電圧）を考えるとき、スター
タ始動時のバッテリ特性としてバッテリが所定電圧（例
えば４．５　（Ｖ）　）となった時の放電電流、又は内
部抵抗を検出してこれら放電電流もしくは内部抵抗によ
るバッテリ状態を検出してもよい。

そして、第５図は濃度に対するバッテリ電流の特性図を
、第６図は濃度に対する内部抵抗の特性図をそれぞれ示
しである。

また、第７図および第８図には、本発明装置の第２実施
例が示されている。この実施例では、バッテリ１の内部
抵抗Ｒ８を検出するもので、電流検出器６にて所定の放
電電流を検出し、またバッテリ電圧検出器１０にて所定
の放電電流の時のバッテリ電圧を検出する。つまり、内
部抵抗Ｒを■ そして、マイクロコンピュータ７内に記憶された特性Ｂ
（第６図図示）にて、内部抵抗Ｒ，におけるバッテリ標
準濃度を求める。

また、バッテリ標準濃度を求めた後は、上述した実施例
に述べたように濃度補正の制御が行なわれる。

また、発電制御しているにもかかわらず、内部抵抗ＲＩ
ｌがＲ□以上となる場合には、ステップ１３にてバッテ
リの劣化の警報を行なう。

さらに、前記の所定電流（電圧）とは、実測値でも良い
し、前記の所定電流（電圧）の近傍の測定値よりバッテ
リのＶ−１特性を利用し演算で求めても良い。

次に、第９図には本発明装置における第３実施例のフロ
ーチャートが示されている。このフローチャートでは、
第３図に示すフローチャートと比較して、ステップ３１
４とステップＳ１５にて、バッテリ１の温度に応じて、
バッテリ電圧補正をしている。

つまり、バッテリ特性（ステップ３１における放電時の
電圧）および電解液濃度は、温度特性を有しているから
である。

そこで、ステップＳ１４にてバッテリ電圧９日をバッテ
リ１に取り付けた温度センサで得た温度に応じて補正し
て、第１実施例で上述したようにマイクロコンピュータ
７内に記憶された標準特性Ａと比較するようにしている
。

従って、この第３実施例ではバッテリ１の温度に応じて
電圧と濃度の補正を行なうことにより、バッテリ状態検
出の精度を向上することができる。

上述した実施例における濃度センサとしては、特開昭６
０−２４４３５号公報に示す如く、鉛電極と二酸化鉛電
極の二つの電位差を計測することで、バッテリの濃度を
電位として、測定するものがある。

また、特開昭５５−２３４３５号公報の如く、音波の伝
達時間により、バッテリの濃度を間接的に測定してもよ
い。

さらに、特開昭６０−１１２２６６号公報に示す如く、
水素イオン濃度検出電極と補助電極とで硫酸の解離によ
るイオンの検出を行なうようにしてもよい。

また、屈折、フロート等でバッテリの濃度を間接的に測
定してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明バッテリ状態検出装置の第１実施例を適
用した発電制御装置を示す電気回路図、第２図は比重に
対するバッテリ電圧の関係を示す特性図、第３図は上記
実施例におけるマイクロコンピュータ内の制御を示すフ
ローチャート、第４図は、バッテリを放電した際の、経
過時間に対するバッテリ電圧の特性を示す特性図、第５
図は比重に対するバッテリの放電電流の関係を示す特性
図、第６図は比重に対するバッテリの内部抵抗の関係を
示す特性図、第７図は本発明装置の第２実施例を適用し
た発電制御装置を示す電気回路図、第８図は上記第２実
施例におけるマイクロコンピュータ内の制御を示すフロ
ーチャート、第９図は本発明装置の第３実施例における
マイクロコンピュータ内の制御卸を示すフローチャート
である。 １・・・バッテリ、２・・・スタータ、３・・・発電機
、４・・・比重センサ、５・・・スタータスイッチ、６
・・・電流検出器、７・・・マイクロコンピュータ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準となるバッテリの電解液中の反応物質濃度に
   関連する値に対するバッテリの放電電流、電圧もしくは
   内部抵抗の１つのパラメータを記憶する記憶手段と、 前記バッテリの反応物質濃度に関連する信号を検出する
   ための濃度信号検出手段と、 バッテリからの放電電流が所定値以上の時に、上記バッ
   テリの１つのパラメータを検出する第１の検出手段と、 この第１の検出手段で上記パラメータを検出した際、も
   しくはその前後において、前記濃度信号検出手段によっ
   て、反応物質濃度に関連する信号を検出する第２の検出
   手段と、 前記記憶手段に記憶された、前記第１の検出手段で検出
   されたバッテリのパラメータに対応するバッテリの電解
   液濃度に関連する値を求める第３の検出手段と、 この第３の検出手段で求めたバッテリの電解液濃度に関
   連する値と、前記第２の検出手段で検出したバッテリの
   電解液濃度信号とから、所定の演算で濃度信号補正値を
   得る補正値演算手段とを備え、 前記濃度信号検出手段で検出されたバッテリの電解液濃
   度信号に、前記補正値演算手段で検出した濃度信号補正
   値を補正して、バッテリの濃度に関連する値を検出する
   ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
2. （２）前記第１の検出手段で検出したパラメータは、こ
   のパラメータが安定する所定時間後の値に補正すること
   を特徴とする請求項（１）記載のバッテリ状態検出装置
   。
3. （３）前記第１の検出手段で検出したパラメータおよび
   バッテリの電解液濃度信号に補正値演算手段の検出した
   濃度信号補正値を補正した値について温度に応じて補正
   を行なう請求項（１）または請求項（２）いずれか一項
   記載のバッテリ状態検出装置。
4. （４）バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段
   と、 前記バッテリの反応物質濃度に関連する信号を検出する
   濃度信号検出手段と、 前記バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、 基準となるバッテリの所定の放電電流に対するバッテリ
   の電解液濃度に関連する第１の値およびバッテリ電圧の
   関数としての第２の値を記憶する記憶手段と、 前記電流検出手段により検出した放電電流がほぼ所定の
   放電電流の時に、前記電圧検出手段により、バッテリ電
   圧の関数としての第３の値を検出する第１の検出手段と
   、 この第１の検出手段で第３の値を検出した際、もしくは
   その前後において、反応物質濃度の変化が少ない範囲内
   で、前記濃度信号検出手段によって、反応物質濃度に関
   連する第４の値を検出する第２の検出手段と、 前記記憶手段にて記憶された、前記第１の検出手段で検
   出された前記第２の値に対応するバッテリの電解液濃度
   に関連する第１の値を求める第３の検出手段と、 この第３の検出手段で求めたバッテリの電解液濃度に関
   連する第１の値と、前記第２の検出手段で検出したバッ
   テリの電解液濃度に関連する第４の値とから、所定の演
   算で濃度補正値を得る補正値演算手段とを備え、 前記濃度信号検出手段で検出されたバッテリの電解液濃
   度に関連する値に、前記補正値演算手段で検出した濃度
   補正値を補正して、バッテリの真の濃度に関連する値を
   検出することを特徴とするバッテリ状態検出装置。
5. （５）前記第１の検出手段で得たバッテリ電圧の関数と
   しての第３の値は、バッテリ電圧が安定する所定時間後
   の値に補正する請求項（４）記載のバッテリ状態検出装
   置。
6. （６）前記第１の検出手段は、バッテリに接続されたス
   タータが駆動される時に、バッテリ電圧の関数としての
   第２の値を検出する請求項（４）記載のバッテリ状態検
   出装置。