JPWO2019058613A1 - 充電可能電池短絡予測装置および充電可能電池短絡予測方法 - Google Patents

充電可能電池短絡予測装置および充電可能電池短絡予測方法 Download PDF

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Abstract

【課題】充電可能電池の内部の短絡の発生を予測すること。【解決手段】充電可能電池１４の短絡を予測する充電可能電池短絡予測装置において、充電可能電池の充電電流を検出する電流センサに接続された１または複数のプロセッサ（ＣＰＵ１０ａ）を有し、１または複数のプロセッサは、充電可能電池が充電されている場合に、電流センサ１２から充電電流を示す電流信号を受信し、電流信号によって示される充電電流の時間的な変化を検出し、充電電流が時間的に増加する場合には、充電可能電池が短絡している可能性があると判定し、判定した結果を示すデータを出力する、ようにプログラムされたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、充電可能電池短絡予測装置および充電可能電池短絡予測方法に関するものである。
自動車に搭載される充電可能電池は所定の電圧を得るために複数のセルの組み合わせで構成されている。たとえば自動車に搭載されている鉛蓄電池ではセル当たり約２Ｖの電圧を有しており、これを６セル直列に接続して約１２Ｖの電圧を得ている。
このような複数のセルを組み合わせて構成された充電可能電池は、充放電を繰り返すことで各セルに種々の変化が生じ、その結果として充電可能電池の内部に短絡が発生する場合がある。
充電可能電池の内部に短絡が発生した場合、本来の出力電圧約１２Ｖが約１０Ｖに低下してしまい、充電可能電池を正常に使用することができなくなる。
内部に短絡が発生した充電可能電池を正常な充電可能電池と同じ条件で充電した場合、１セルに印加される電圧が通常より高くなることから、過充電状態となり、温度が上昇したり、水素が発生したりするという問題点がある。
そこで、このような充電可能電池の内部の短絡を検出する技術としては、特許文献１〜３に示す技術が存在する。
特許文献１には、電流積算値に対する基準電圧を記憶しておき、現在の検出電圧と比較し、基準電圧より小さい場合に、電池セルの内部短絡と判定する技術が開示されている。
特許文献２には、充放電中の端子間電圧の基準電圧との比較、および、充放電停止かの経過時間、安定ＯＣＶ、緩和関数Ｆ（ｔ）を用いての劣化度の両値を用いてセル短絡を判断する技術が開示されている。
特許文献３には、流れる電流が所定値以下になったときの電圧と、所定値以下になってから所定時間経過後の電圧を比較し、その差が所定値以上の場合、短絡と判定する技術が開示されている。
特開２０１１−１３５６５６号公報 特開２０１１−１１２４５３号公報 特開２００９−１７０３９７号公報
ところで、前述した特許文献１〜３に開示された技術では、充電可能電池の内部に短絡が発生したことは検出できるが、このような短絡の発生を予測することができないという問題点がある。
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、充電可能電池の内部の短絡の発生を予測することが可能な充電可能電池短絡予測装置および充電可能電池短絡予測方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明は、充電可能電池の短絡を予測する充電可能電池短絡予測装置において、前記充電可能電池の充電電流を検出する電流センサに接続された１または複数のプロセッサを有し、１または複数の前記プロセッサは、前記充電可能電池が充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す電流信号を受信し、前記電流信号によって示される前記充電電流の時間的な変化を検出し、前記充電電流が時間的に増加する場合には、前記充電可能電池が短絡している可能性があると判定し、判定した結果を示すデータを出力する、ようにプログラムされたことを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部の短絡の発生を予測することが可能となる。
また、本発明は、前記充電可能電池が一定の電圧によって充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す前記電流信号を受信することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部における短絡発生の可能性をより確実に予測することができる。
また、本発明は、前記充電可能電池が一定の電圧によって充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す前記電流信号を受信し、前記電流信号に応じた前記充電電流の時間的な増加率が、時間の経過とともに増大する場合には、前記充電可能電池が短絡している可能性があると判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充電電流の時間的な増加率から短絡の可能性をより確実に検出することができる。
また、本発明は、１または複数の前記プロセッサには前記充電可能電池の充電電圧を検出する電圧センサが接続され、前記充電可能電池が充電されている場合に、前記電圧センサから前記充電電圧を示す電圧信号を受信し、前記電圧信号によって示される前記充電電圧の時間的な変化を検出し、前記充電電圧が時間的に減少する場合には、前記充電可能電池が短絡したと判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部の短絡の発生を予測するとともに、発生したことを判定することができる。
また、本発明は、前記充電可能電池が一定の電流で充電されている場合に、前記電圧センサから前記充電電圧を示す前記電圧信号を受信する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部の短絡の発生をより確実に判定することができる。
また、本発明は、前記充電可能電池が短絡した可能性があると判定した場合、または、短絡が発生したと判定した場合には警告を発する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ユーザに対して短絡が発生する可能性や短絡の発生を通知することができる。
また、本発明は、前記充電可能電池が短絡した可能性があると判定した場合、または、短絡が発生したと判定した場合には、前記充電可能電池の充電を制限または停止する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充電を制限または停止することで、短絡の進行を抑制することができる。
また、本発明は、過去における前記充電電流の時間的変化と、その時点における前記充電電流の時間的変化を比較し、前記充電電流が時間的減少から時間的増加に転じた場合には、前記充電可能電池が短絡した可能性があると判定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、過去における測定値との比較により、より正確に短絡の発生の可能性を予測することができる。
また、本発明は、１または複数の前記プロセッサと、前記充電可能電池の前記充電電流を検出する前記電流センサと、前記充電可能電池の前記充電電圧を検出する前記電圧センサと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部の短絡の発生を予測することが可能となる。
また、本発明は、充電可能電池の充電電流を検出する電流センサに接続されたプログラム可能な１または複数のプロセッサによって実行され、前記充電可能電池の短絡を予測する充電可能電池短絡予測方法において、前記充電可能電池が充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す電流信号を受信し、前記電流信号によって示される前記充電電流の時間的な変化を検出し、前記充電電流が時間的に増加する場合には、前記充電可能電池の短絡の可能性があると判定し、判定した結果を示すデータを出力する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部の短絡の発生を予測することが可能となる。
本発明によれば、充電可能電池の内部の短絡の発生を予測することが可能な充電可能電池短絡予測装置および充電可能電池短絡予測方法を提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係る充電可能電池短絡予測装置の構成例を示す図である。 図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。 正常な充電可能電池を定電流充電した場合の電圧および電流の時間的な変化を示す図である。 正常な充電可能電池を定電圧充電した場合の電圧および電流の時間的な変化を示す図である。 短絡が進行している充電可能電池を定電流充電した場合の電圧および電流の時間的な変化を示す図である。 短絡が発生した充電可能電池を定電圧充電した場合の電圧および電流の時間的な変化を示す図である。 本発明の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図７に示す電流の傾きＡ算出処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 図７に示す電圧の傾きＢ算出処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る充電可能電池短絡予測装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、充電可能電池短絡予測装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を主要な構成要素としており、充電可能電池１４の内部の短絡の発生を予測する。なお、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３の少なくとも一部を、別体として構成し、これらからの検出信号を入力するようにしてもよい。
ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、充電可能電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１５の発電電圧を制御することで充電可能電池１４の充電状態を制御する。電圧センサ１１は、充電可能電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に電圧信号として通知する。電流センサ１２は、充電可能電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に電流信号として通知する。温度センサ１３は、充電可能電池１４の電解液または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に温度信号として通知する。なお、制御部１０がオルタネータ１５の発電電圧を制御することで充電可能電池１４の充電状態を制御するのではなく、例えば、図示しないＥＣＵ（Electric Control Unit）が充電状態を制御するようにしてもよい。
充電可能電池１４は、電解液を有する充電可能電池、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、または、ニッケル水素電池等によって構成され、オルタネータ１５によって充電され、スタータモータ１７を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１８に電力を供給する。オルタネータ１５は、エンジン１６によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、充電可能電池１４を充電する。オルタネータ１５は、制御部１０によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。
エンジン１６は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１７によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１５を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１７は、例えば、直流電動機によって構成され、充電可能電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１６を始動する。負荷１８は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、充電可能電池１４からの電力によって動作する。
図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブル等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、オルタネータ１５、および、スタータモータ１７等に駆動電流を供給してこれらを制御する。なお、図２の例では、プロセッサとしてＣＰＵ１０ａを有する構成としたが、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を有するようにしてもよい。また、１つのプロセッサだけでなく、複数のこれらプロセッサを有するようにしてもよい。
（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。
まず、本発明の実施形態の動作原理について説明する。充電可能電池１４を充電する場合、充電可能電池１４のＳＯＣ（State of Charge）の値が小さいとき（例えば、９０％未満のとき）には、オルタネータ１５は、充電可能電池１４を一定の電流で充電（定電流充電）する。なお、このときの充電電流としては、例えば、数十Ａ〜数百Ａ程度が考えられる。もちろん、これ以上または以下でもよい。
図３は、充電可能電池１４が正常である場合（短絡が生じていない場合）の定電流（ＣＣ：Constant Current）充電時の電圧と電流の時間的変化を示す図である。より詳細には、図３（Ａ）は定電流充電時における充電可能電池１４の端子電圧の時間的変化を示し、図３（Ｂ）は定電流充電時における充電可能電池１４に流れる電流の時間的変化を示している。図３（Ｂ）に示すように、定電流充電時には充電可能電池１４に流れる電流は一定となる。一方、図３（Ａ）に示すように、充電可能電池１４の端子電圧は、時間の経過に伴って増加する。
そして、充電可能電池１４のＳＯＣの値が大きくなった場合（例えば、９０％以上の場合）には、定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）充電に切り替わる。図４はこのような定電圧充電時の電圧および電流の変化を示している。より詳細には、図４（Ａ）は定電圧充電時における充電可能電池１４の端子電圧の時間的変化を示し、図４（Ｂ）は定電圧充電時における充電可能電池１４に流れる電流の時間的変化を示している。図４（Ａ）に示すように、定電圧充電時には充電可能電池１４の端子電圧は一定となる。一方、図４（Ｂ）に示すように、充電可能電池１４に流れる電流は、時間の経過に伴うＳＯＣの増加に応じて減少する。そして、ＳＯＣが１００％になると電流が０に近い値となる。なお、一例として、オルタネータ１５の出力電圧が１４．４Ｖである場合には、充電可能電池１４を構成する６つのセルには均等に電圧が印加されるので、１セルあたり２．４Ｖ（＝１４．４Ｖ／６）の電圧が印加される。
図５は、充電可能電池１４を定電圧充電している際に、充電可能電池１４の内部に短絡が生じた場合における電圧および電流の変化を示す図である。より詳細には、図５（Ａ）は定電圧充電時における充電可能電池１４の端子電圧の時間的変化を示し、図５（Ｂ）は定電圧充電時における充電可能電池１４に流れる電流の時間的変化を示している。なお、図５では、タイミングｔ３，ｔ４の近辺から短絡が急速に進行している。図５（Ａ）に示すように、定電圧充電時には充電可能電池１４の端子電圧は一定となる。しかしながら、充電可能電池１４に流れる電流は、正常な場合には図４（Ｂ）に示すように、時間の経過とともに減少するが、図５（Ｂ）の例では、時間の経過とともに増加し、タイミングｔ３，ｔ４以降では、電流が急激に増加する。なお、図５において、Ｉ１は約０．５〜０．６Ａ程度、Ｉ４は約１．２Ａ程度である。また、タイミングｔ１〜ｔ４の間隔は２０〜３０時間で、タイミングｔ２〜ｔ３の間隔は約数時間で、タイミングｔ３〜ｔ４の間隔は約３０分〜１時間程度である。もちろん、以上に例示した時間間隔は、充電可能電池１４の種類や、短絡の進行状況に応じて異なる。
ここで、充電可能電池１４のいずれかのセルにおいて短絡が生じると、そのセルの出力電圧が０Ｖに近づくので、結果的にそれ以外のセルに印加される電圧が増加する。このため、図５（Ｂ）に示すように、充電電流が急激に増加する。仮に、オルタネータ１５等が、電流が所定の値を超えると制限を行う機能を有している場合（または、電流供給能力の上限が存在する場合）には、オルタネータ１５からの電流が一定になるため、実質的な定電流充電に移行する。
図６は、短絡が生じた後に、定電流充電に移行した際の電圧および電流の時間的変化を示す図である。より詳細には、図６（Ａ）は短絡が発生した後の電圧の時間的変化を示し、図６（Ｂ）は短絡が発生した後の電流の時間的変化を示す。図６（Ｂ）に示すように定電流充電に移行すると、充電可能電池１４に流れる電流は一定となる。また、図６（Ａ）に示すように、短絡が生じている場合に、定電流充電に移行すると、短絡発生直後は充電可能電池１４の電圧が急激に低下した後、充電の進行に伴って電圧が微増し、所定の電圧に近づいていく。
より詳細には、例えば、充電可能電池１４が有する６セル中の１セルに短絡が発生した場合、セル減少による内部抵抗の減少に応じて電流が増加する。オルタネータ１５等が電流の制限を行う機能を有する場合（または、電流供給能力の上限が存在する場合）には、電流が所定の値を超えると、電流が一定に制限されるので、実質的な定電流充電に移行する。定電流充電に移行すると、電解液に含まれる硫酸の拡散に応じて電圧が上昇する。そして、極板に含まれる硫酸鉛が少なくなると、水素および酸素過電圧によって急激に電圧が上昇した後、水の電気分解を引き起こし、電圧が略一定となる（例えば、１セルあたり２．７５Ｖとなる）。
このため、充電可能電池１４の１セル分の電圧をＶｃとし、短絡したセル数をｎとし、充電可能電池１４を構成するセル数をＮとした場合、定電流充電時に端子電圧ＶがＶ＝（Ｎ−ｎ）×Ｖｃに近い電圧またはそれを若干上回る電圧となった場合には、短絡したと判定することができる。例えば、自動車において、セル数Ｎ＝６の充電可能電池１４を１４．４Ｖで充電する場合、Ｖｃ＝２．４Ｖであるので、１セルが短絡した場合の端子電圧Ｖ＝（６−１）×２．４＝１２．０Ｖか、それを若干上回る電圧（例えば、１３．６Ｖ程度）となる。すなわち、自動車の場合には、定電圧充電から定電流充電に移行して端子電圧Ｖ＝１２．０Ｖか、それを若干上回る電圧になった場合には１セルの短絡が発生したと判定することができる。なお、図６において、Ｖ１は６セルが正常に動作している電圧であるので、２．４Ｖ×６＝１４．４Ｖ程度であり、１セルの短絡が発生すると前述したように計算上は２．４Ｖ×５＝１２．０Ｖとなるが、図５（Ｂ）に示すように、短絡の兆候によって電流が大きくなるので、その影響によって１２．０Ｖよりも若干大きい電圧（前述したように、例えば、１３．６Ｖ程度）となる。つぎに、充電の進行に伴って極板の硫酸鉛が少なくなると、電気分解によって酸素と水素が発生し、電解液である硫酸が拡散されるので電圧が徐々に上昇する。そして、満充電に近づくと、水素および酸素の過電圧によって１セル分の電圧Ｖｃが２．７５Ｖに近づく。このため、図６（Ａ）に示すように、１セルが短絡した場合には、端子電圧Ｖは時間の経過とともにＶ４（＝２．７５Ｖ×５＝１３．７５Ｖ）に近づいていく。
本実施形態では、短絡が生じる際の図５に示す電流の増加を検出することで、短絡の発生を予測するとともに、図６に示す電圧の減少を検出することで、短絡の発生を検出する。
なお、図５に示すような変化が生じる原因はつぎのように推測される。すなわち、充電可能電池である鉛蓄電池の場合、充電および放電時の電極に発生する化学変化は以下のとおりである。
＜充電＞
正極：硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）→二酸化鉛（ＰｂＯ２）
負極：硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）→鉛（Ｐｂ）
＜放電＞
正極：二酸化鉛（ＰｂＯ２）→硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）
負極：鉛（Ｐｂ）→硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）
ところで、硫酸鉛は、導電性が低く、水に溶けにくく、また、鉛および二酸化鉛に比べて体積が大きい（比重が小さい）。このような硫酸鉛は、放電の際に生じ、正負極板に堆積するが、車両が走行時の振動等によって剥落し、正極と負極の間を架橋する場合がある。あるいは、充電可能電池１４の使用状態によっては（例えば、過放電の場合または放電状態での積算時間が長い場合には）、硫酸鉛の結晶が生成され、このような硫酸鉛の結晶が正極と負極の間を架橋する場合がある。
このように、正極と負極の間に硫酸鉛が架橋した場合、硫酸鉛は、前述したように、導電性が低いため、直ちに短絡等は生じない。しかしながら、そのような状態で、充電がされると硫酸鉛は伝導性がある二酸化鉛または鉛に徐々に変化するため、図５（Ｂ）に示すように、短絡が生じる前から電流が徐々に増加し、短絡が生じると大きな電流が通じると考えられる。なお、充電可能電池１４の内部で実際に生じている現象を観察することは困難であることから、以上は仮説であるが、短絡が生じる際に図５に示すような電流の変化が生じることは実測によって確認されている。
つぎに、本発明の実施形態に関するより詳細な動作について説明する。制御部１０は、充電可能電池１４のＳＯＣが、例えば、９０％未満である場合には、オルタネータ１５を制御して、定電流充電を実行する。この結果、充電の進行に伴って図３（Ａ）に示すように電圧が増加する。
充電可能電池１４のＳＯＣが、例えば、９０％以上になると、制御部１０は、オルタネータ１５を制御して、定電圧充電に移行する。定電圧充電を実行している場合、制御部１０は、充電可能電池１４に流れる電流（充電電流）を、電流センサ１２によって検出し、電流の時間的な変化を検出する。すなわち、ある時点で検出された充電電流をＩ１とし、所定の時間ΔＴが経過した後に検出された充電電流をＩ２とした場合に、電流の時間的な傾きＡとしてのＡ＝（Ｉ２−Ｉ１）／ΔＴを算出する。
そして、算出したＡがマイナスの値である場合には、図４（Ｂ）に示すように、電流が減少する場合に相当するので、充電可能電池１４は正常であると判定することができる。
一方、算出したＡがプラスの値である場合には、図５（Ｂ）に示すように、電流が増加する場合に相当するので、充電可能電池１４に短絡が生じている可能性があると判定することができる。なお、測定誤差等によって誤判定をしないために、複数回の測定結果に基づいて判定するようにしたり、複数回の測定の平均値に基づいて判定するようにしたりしてもよい。
算出したＡがプラスの値である場合には、充電可能電池１４の内部に短絡が発生している可能性がある（短絡の発生が進行中である可能性が高い）と判定し、例えば、車両のユーザに対して、その旨を通知する。
そして、それから所定時間が経過した後に、前述の場合と同様に、充電可能電池１４に流れる電流を検出し、検出結果に基づいて電流の傾きＡを算出する。そして、算出した電流の傾きＡの値が依然としてプラスの値である場合、または、電流の傾きＡの値が増加した場合には、短絡の発生が近づいていると判定し、その旨をユーザに対して通知するとともに、短絡の発生を抑制するために、例えば、充電可能電池１４の充電に対して制限をかける。例えば、定電圧充電の場合には、オルタネータ１５を制御して充電電圧を通常よりも低く設定する。
そのような制御をした場合でも、短絡が生じた場合には、図５（Ｂ）に示すように、電流が急激に増加し、オルタネータ１５の最大電流に到達し、実質的な定電流充電に移行する。その場合、図６（Ａ）に示すように、端子電圧が減少するので、制御部１０は、このような充電電圧の減少を検出したときには、短絡が発生したと判定し、充電を停止する。より詳細には、図６（Ａ）に示すタイミングｔ５〜ｔ６の間隔は数分程度であり、タイミングｔ６〜ｔ７の間隔は１日程度であるので、このような時間も考慮して、短絡の発生を検出する。これにより、充電可能電池１４の発熱や損傷を防ぐことができる。
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、定電圧充電時における、電流の時間的な変化から充電可能電池１４の内部の短絡を推測するようにしたので、事前に短絡を推測し、ユーザに通知したり、充電を制限したりすることができる。
また、本発明の実施形態では、短絡が発生した場合は、電圧の時間的変化から短絡の発生を検出し、ユーザに通知したり、充電を制限したりすることで、充電可能電池１４のさらなる毀損を防止できる。
つぎに、図７〜図９を参照して、本発明の実施形態において実行される処理の詳細について説明する。
図７は、本発明の実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。図７に示すフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。
ステップＳ１０では、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、定電圧充電に移行するか否かを判定し、定電圧充電に移行すると判定した場合（ステップＳ１０：Ｙ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合には同様の処理を繰り返す。例えば、ＣＰＵ１０ａは、充電可能電池１４のＳＯＣが９０％以上になった場合には、定電圧充電に移行すると判定してステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５から充電可能電池１４に流れる電流の時間的な傾きＡを算出する処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図８を参照して後述する。
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１１で算出した傾きＡが所定の閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定し、Ａ＞Ｔｈ１（Ｔｈ１≧０）である場合（ステップＳ１２：Ｙ）にはステップＳ１３に進み、それ以外の場合（ステップＳ１２：Ｎ）には処理を終了する。なお、Ｔｈ１の値は、例えば、充電可能電池１４の種類やΔＴの長短に基づいて適切な値に設定することができる。
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、通信部１０ｄを介して、短絡発生の可能性をユーザに通知する。より詳細には、通信部１０ｄを介して、上位の装置に通知することで、ユーザに対して、充電可能電池１４に短絡が発生する可能性があることを、音声や文字等によって警告することができる。
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１４：Ｙ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４：Ｎ）には同様の処理を繰り返す。例えば、ステップＳ１２においてＹと判定されてから、数時間が経過した場合には、Ｙと判定してステップＳ１５に進む。なお、この時間は、充電可能電池１４の種類等に基づいて適切な値に設定することができる。
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５から充電可能電池１４に流れる電流の時間的な傾きＡを算出する処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図８を参照して後述する。
ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１５で算出した傾きＡが所定の閾値Ｔｈ２（Ｔｈ２＞Ｔｈ１）よりも大きいか否かを判定し、Ａ＞Ｔｈ２である場合（ステップＳ１６：Ｙ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎ）にはステップＳ１４に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。なお、Ｔｈ２の値は、例えば、充電可能電池１４の種類やΔＴの長短に基づいて適切な値に設定することができる。
ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、通信部１０ｄを介して、短絡発生の接近をユーザに通知する。より詳細には、通信部１０ｄを介して、上位の装置に通知することで、ユーザに対して、充電可能電池１４に短絡の発生が差し迫っていることを、文字や音声等によって提示することができる。
ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５を制御して充電を制限する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５を制御して、発電電圧を低下させることにより、充電を制限する。これにより、硫酸鉛が二酸化鉛または鉛に変化することを抑制できるので、短絡の発生の進行を抑制することができる。
ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、定電流充電に移行したか否かを判定し、定電流充電に移行したと判定した場合（ステップＳ１９：Ｙ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合には同様の処理を繰り返す。例えば、ＣＰＵ１０ａは、短絡により過大な電流が充電可能電池１４に通じた場合には、定電流充電に移行したと判定してステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５から充電可能電池１４に印加される電圧の時間的な傾きＢを算出する処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図９を参照して後述する。
ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２０で算出した傾きＢが所定の閾値Ｔｈ３よりも小さいか否かを判定し、Ｂ＜Ｔｈ３（Ｔｈ３≦０）である場合（ステップＳ２１：Ｙ）にはステップＳ２２に進み、それ以外の場合（ステップＳ２１：Ｎ）には同様の処理を繰り返す。なお、Ｔｈ３の値は、例えば、充電可能電池１４の種類やΔＴの長短に基づいて適切な値に設定することができる。
ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、通信部１０ｄを介して、短絡が発生したことをユーザに通知する。より詳細には、通信部１０ｄを介して、上位の装置に通知することで、ユーザに対して、充電可能電池１４に短絡が発生したことを、文字や音声等によって提示することができる。
ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５を制御して充電を停止する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、オルタネータ１５を制御して、発電を停止させることにより、充電を停止する。これにより、充電可能電池１４が発熱したり、毀損したりすることを抑制することができる。
つぎに、図８を参照して、図７のステップＳ１１およびステップＳ１５に示す処理の詳細について説明する。図８に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。
ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、電流センサ１２の出力を参照し、充電可能電池１４にその時点で流れている電流Ｉ１を測定する。
ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、所定の時間ΔＴが経過したか否かを判定し、所定の時間ΔＴが経過したと判定した場合（ステップＳ３１：Ｙ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１：Ｎ）には同様の処理を繰り返す。例えば、時間ΔＴとして、１時間または数時間が経過した場合には、Ｙと判定してステップＳ３２に進む。なお、電流センサ１２の精度や、観測時の誤差等によって、この時間ΔＴを前述した場合よりも長くしたり、あるいは、短くしたりしてもよい。
ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、電流センサ１２の出力を参照し、充電可能電池１４にその時点で流れている電流Ｉ２を測定する。
ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で測定した電流Ｉ１およびステップＳ３２で測定した電流Ｉ２から電流の差分値ΔＩを、ΔＩ＝Ｉ２−Ｉ１によって算出する。
ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３３で算出した電流の差分値ΔＩと、ステップＳ３１におけるΔＴに基づいて、電流の傾きＡをＡ＝ΔＩ／ΔＴによって算出する。そして、元の処理に復帰（リターン）する。
つぎに、図９を参照して、図７のステップＳ２０に示す処理の詳細について説明する。図９に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。
ステップＳ５０では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１の出力を参照し、充電可能電池１４にその時点の端子電圧Ｖ１を測定する。
ステップＳ５１では、ＣＰＵ１０ａは、所定の時間ΔＴが経過したか否かを判定し、所定の時間ΔＴが経過したと判定した場合（ステップＳ５１：Ｙ）にはステップＳ５２に進み、それ以外の場合（ステップＳ５１：Ｎ）には同様の処理を繰り返す。例えば、時間ΔＴとして、数分または数時間が経過した場合には、Ｙと判定してステップＳ５２に進む。なお、図６（Ａ）のいずれのタイミングで検出するかに応じて、この時間ΔＴを前述した場合よりも長くしたり、あるいは、短くしたりしてもよい。
ステップＳ５２では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１の出力を参照し、充電可能電池１４にその時点の端子電圧Ｖ２を測定する。
ステップＳ５３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ５０で測定した電圧Ｖ１およびステップＳ５２で測定した電圧Ｖ２から電圧の差分値ΔＶを、ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１によって算出する。
ステップＳ５４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ５３で算出した電圧の差分値ΔＶと、ステップＳ５１におけるΔＴに基づいて、電圧の傾きＢをＢ＝ΔＶ／ΔＴによって算出する。そして、元の処理に復帰（リターン）する。
以上の処理によれば、前述した動作を実現することができる。
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、ＳＯＣが９０％以上になった場合に、定電圧充電に移行し、定電圧充電時における電流の時間的な変化から短絡の発生を予測するようにしたが、ＳＯＣがこれよりも低い場合に定電圧充電に移行して、前述した処理を実行するようにしてもよい。
また、定電流充電している場合に、短絡を予測するために、一時的に定電圧充電に移行し、その際の電流の時間的な変化から、短絡の発生を予測するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、異なる２つのタイミングにおいて測定された電流Ｉ１，Ｉ２または電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて短絡の発生を予測または判定するようにしたが、例えば、異なる３以上のタイミングにおける電流または電圧を測定し、測定したこれらの電流または電圧を近似式に適用して、傾きを求めるようにしてもよい。
また、充電可能電池１４が新品である場合において、定電圧充電時の電流の変化を、例えば、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして記憶しておき、この新品時における電流の変化を基準として、短絡の発生を予測または判定するようにしてもよい。具体的には、例えば、充電可能電池１４が新品時における電流の傾きをＡ０（通常はマイナスの値）として記憶し、その時点のＡとの差分値（Ａ−Ａ０）を求め、この差分値が０に近い値の場合には正常と判定し、所定の閾値（例えば、プラスの所定の値）以上になった場合には短絡の発生を予測することができる。なお、図４（Ｂ）に示すように、電流の傾きは充電可能電池１４のＳＯＣの値によって変化するので、ＳＯＣ毎に傾きを求めて記憶しておき、その時点のＳＯＣに応じた傾きを取得して、前述の処理を実行するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、短絡の発生が予測された場合にはその旨を通知し、短絡発生が接近している場合にはその旨を通知するとともに充電を制限し、短絡が発生した場合にはその旨を通知するとともに充電を停止するようにしたが、このような処理は一例であって、それぞれの段階においてこれ以外の処理を実行するようにしてもよい。例えば、短絡が発生した後は、エンジン１６の再始動ができなくなる可能性が高いので、アイドリングストップの実行を停止したり、エンジン１６の停止前に整備工場、ディーラー、または、ガソリンスタンド等に行くように促したりしてもよい。
また、以上の実施形態では、充電可能電池１４の電解液の温度については考慮していないが、電解液の温度を温度センサ１３によって推定し、推定した温度に基づいて標準状態の値に変換するようにしてもよい。例えば、温度センサ１３によって推定された電解液の温度が３０℃である場合には、測定された電流や電圧の少なくとも一方を標準状態である２５℃における値に、例えば、変換テーブル等を用いて規格化するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、オルタネータ１５等が電流の制限を行う機能を有することを前提として説明したが、電流の制限を行う機能を有しない場合には、図６（Ｂ）では、例えば、エンジン１６の回転数等に応じて、電流が変化する。この結果、図６（Ａ）では、電流の変化に応じて、電圧が変化する。このような場合には、図６（Ａ）に示す電圧の傾きが変化したり、電圧が収束する値であるＶ４が変化したりすることが想定される。このため、図７のステップＳ２１における、電圧の傾きＢと比較する閾値Ｔｈ３については、このような電圧の変動も考慮して設定することが望ましい。
また、図５に示すように、充電可能電池１４が定電圧で充電されている場合（図５（Ａ）に示す場合）に、電流センサ１２からの出力信号を参照し、充電電流の時間的な増加率が、時間の経過とともに増大するとき（図５（Ｂ）に示すようなとき）には、充電可能電池１４が短絡している可能性があると判定するようにしてもよい。すなわち、定電圧充電時における充電電流の時間微分値が、時間の経過とともに増大する場合（例えば、所定の閾値を超える場合）には、充電可能電池１４が短絡している可能性があると判定するようにしてもよい。
また、図７〜図９に示すフローチャートは一例であって、本発明がこれらのフローチャートの処理のみに限定されるものではない。
１ 充電可能電池短絡予測装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ（判定手段）
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 通信部（提示手段）
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ（電圧測定手段）
１２ 電流センサ（電流測定手段）
１３ 温度センサ
１４ 充電可能電池
１５ オルタネータ
１６ エンジン
１７ スタータモータ
１８ 負荷

Claims (10)

  1. 充電可能電池の短絡を予測する充電可能電池短絡予測装置において、
    前記充電可能電池の充電電流を検出する電流センサに接続された１または複数のプロセッサを有し、
    １または複数の前記プロセッサは、
    前記充電可能電池が充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す電流信号を受信し、
    前記電流信号によって示される前記充電電流の時間的な変化を検出し、
    前記充電電流が時間的に増加する場合には、前記充電可能電池が短絡している可能性があると判定し、
    判定した結果を示すデータを出力する、ようにプログラムされた
    ことを特徴とする充電可能電池短絡予測装置。
  2. 前記充電可能電池が一定の電圧によって充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す前記電流信号を受信することを特徴とする請求項１に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  3. 前記充電可能電池が一定の電圧によって充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す前記電流信号を受信し、
    前記電流信号に応じた前記充電電流の時間的な増加率が、時間の経過とともに増大する場合には、前記充電可能電池が短絡している可能性があると判定する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  4. １または複数の前記プロセッサには前記充電可能電池の充電電圧を検出する電圧センサが接続され、
    前記充電可能電池が充電されている場合に、前記電圧センサから前記充電電圧を示す電圧信号を受信し、
    前記電圧信号によって示される前記充電電圧の時間的な変化を検出し、
    前記充電電圧が時間的に減少する場合には、前記充電可能電池が短絡したと判定する、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  5. 前記充電可能電池が一定の電流で充電されている場合に、前記電圧センサから前記充電電圧を示す前記電圧信号を受信する、ことを特徴とする請求項４に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  6. 前記充電可能電池が短絡した可能性があると判定した場合、または、短絡が発生したと判定した場合には警告を発する、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  7. 前記充電可能電池が短絡した可能性があると判定した場合、または、短絡が発生したと判定した場合には、前記充電可能電池の充電を制限または停止する、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  8. 過去における前記充電電流の時間的変化と、その時点における前記充電電流の時間的変化を比較し、前記充電電流が時間的減少から時間的増加に転じた場合には、前記充電可能電池が短絡した可能性があると判定する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  9. １または複数の前記プロセッサと、前記充電可能電池の前記充電電流を検出する前記電流センサと、前記充電可能電池の前記充電電圧を検出する前記電圧センサと、を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の充電可能電池短絡予測装置。
  10. 充電可能電池の充電電流を検出する電流センサに接続されたプログラム可能な１または複数のプロセッサによって実行され、前記充電可能電池の短絡を予測する充電可能電池短絡予測方法において、
    前記充電可能電池が充電されている場合に、前記電流センサから前記充電電流を示す電流信号を受信し、
    前記電流信号によって示される前記充電電流の時間的な変化を検出し、
    前記充電電流が時間的に増加する場合には、前記充電可能電池の短絡の可能性があると判定し、
    判定した結果を示すデータを出力する、
    ことを特徴とする充電可能電池短絡予測方法。
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