(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン始動用の電動機と、同電動機に電力を供給するバッテリと、上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、上記電動機への通電開始後で且つ電動機の作動に伴う一時的な電圧の落ち込み前のバッテリの電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする車載バッテリの劣化判定装置。
【請求項２】
上記劣化判定手段は、上記バッテリの電極に溜まった電荷を放出している間のバッテリの電圧に基づいてバッテリの劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の車載バッテリの劣化判定装置。
【請求項３】
上記劣化判定手段は、上記バッテリ電圧検出手段にて所定回数検出された電圧の平均値に基づいてバッテリの劣化を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載バッテリの劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載バッテリの劣化を判定する劣化判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両には、ランプ類や、空調用ブロアやパワー装置を駆動するための駆動モータ等の各種電気機器（電気負荷）が搭載され、電気機器により消費される電力は充放電可能なバッテリにより供給されている。一方、車両には、エンジンにより駆動される発電機（オルタネータ）が装備され、バッテリはオルタネータの作動制御により充電されて容量が確保されている。
【０００３】
近年、環境問題への配慮から、電動モータとエンジンを組み合わせたハイブリッド電気自動車や信号停止時等の車両停止時にエンジンを停止させ発進時に強制的にエンジンを始動させる自動車等が種々開発されてきている。このような自動車にあっては、バッテリの残存容量（充電状態）を把握（推定）する必要があり、このために、バッテリの劣化を正確に検出する必要がある。バッテリの劣化を正確に検出したうえで、バッテリの充電状態を推定することで、常に走行等に支障が生じない所定の残存容量を保った状態のバッテリとすることができる。
【０００４】
従来、スタータモータが機能してエンジンが始動されるとき、即ち、エンジンが回転し始めるときのバッテリ電圧の瞬間的な落ち込みを検出し、落ち込みがしきい値を越えた場合にバッテリの劣化を判定する技術が知られている（例えば、特開平7-631141号公報参照）。バッテリ電圧の瞬間的な落ち込みを検出することで、バッテリの劣化を判定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、検出している電圧の落ち込みは、スタータモータがエンジン（動弁系等）のフリクションに打ち勝ってエンジンを回転させる時に発生するものであり、検出される電圧はエンジンのフリクションの影響を大きく受けることになる。そして、このスタータモータの起動時のエンジンのフリクションは、エンジンの温度状態、ピストンの停止位置、エンジンオイルの量や粘性等の影響を受けてばらつき、結局はバッテリの劣化判定を精度よく行なうことができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、エンジンのフリクションの影響を受けることなく精度よくバッテリの劣化を判定することができる車載バッテリの劣化判定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では、電動機への通電開始後で且つ電動機
の作動に伴う一時的な電圧の落ち込み前のバッテリの電圧に基づいて劣化判定手段によりバッテリの劣化を判定するようにしたことで、電動機への突入電流により大電流が流れバッテリからの電力消費が増大するタイミングに合わせてエンジンが回転する前にバッテリの電圧が検出され、エンジンのフリクションの影響を受けることなくバッテリの劣化を判定するようにしたものである。
【０００８】
そして、好ましくは、電圧に基づくバッテリの劣化判定は、エンジンが暖機された後に行なう。また、電動機への通電が開始されて過渡期を経過した後に電圧を複数回検出し、検出値を平均して平均電圧に基づいてバッテリの劣化判定を行なう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る車載バッテリの劣化判定装置を備えた車両の概略構成、図２には劣化判定手段の制御のフローチャート、図３には劣化判定時のタイムチャートを示してある。
【００１０】
図１に示すように、エンジン１のクランク軸により駆動される発電機（オルタネータ）２が設けられ、オルタネータ２はバッテリ３及び各種電気機器の電気負荷４の状況に応じてＥＣＵ５の指令に基づいて発電量が制御される。オルタネータ２の状態は図示しないFR端子からＥＣＵ５に入力され、ＥＣＵ５からはバッテリ３及び電気負荷４の状況に応じて発電制御デューティ信号（Ｇ端子Duty）が図示しないＧ端子に出力され、バッテリ３及び電気負荷４の状況に応じた発電量になるようにＧ端子Dutyが最小発電電力の0%から最大発電電力の100%の間で制御される。エンジン１はエンジン始動用の電動機としてのスタータモータ１１により始動され、スタータモータ１１にはバッテリ３から電力が供給されるようになっている。尚、オルタネータ２とスタータモータ１１とが一緒になっているモータジェネレータを用いてもよい。
【００１１】
バッテリ３は充放電可能となっており、バッテリ３にはオルタネータ２からの電力が供給されて充電されると共に、電気負荷４にはオルタネータ２及びバッテリ３から適宜電力が供給される。オルタネータ２からバッテリ３までの経路には発電電流検出手段としての第１電流センサ６が設けられ、第１電流センサ６によりオルタネータ２の発電電流が検出される。また、第１電流センサ６の電気負荷４側におけるバッテリ３から電気負荷４までの経路には消費電流検出手段としての第２電流センサ７が設けられ、第２電流センサ７により電気負荷４の消費電流が検出される。また、バッテリ３にはバッテリ電圧検出手段としての電圧センサ８が設けられ、電圧センサ８によりバッテリ３の電圧が検出される。
【００１２】
第１電流センサ６、第２電流センサ７及び電圧センサ８の検出信号はＥＣＵ５に入力される。ＥＣＵ５には、スタータモータ１１への通電開始後で且つスタータモータ１１が作動開始前のタイミングで電圧センサ８で検出されたバッテリ３の電圧に基づいてバッテリ３の劣化を判定する劣化判定手段が備えられている。
【００１３】
上述した車両では、例えば加速時には発電を行なわず、定常走行時には、第２電流センサ７で検出される消費電流と第１電流センサ６で検出される発電電流との差が０になるようにオルタネータ２の発電が制御される。即ち、Ｇ端子Dutyを最小発電電力の0%から最大発電電力の100%の間で制御し、必要電圧で発電を行なう。また、減速時にはＧ端子Dutyを100%にして最大発電電圧で発電を行い、減速エネルギーを回収する。また、停車中のアイドリング時にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを始動させる機能を有する場合には、停車中にエンジンの再始動ができなくなることを回避するために、停車中は第２電流センサ７により検出される消費電流に基づいて適宜エンジン１を始動させオルタネータ２により発電を実施してバッテリ３を充電してもよい。
【００１４】
そして、スタータモータ１１によりエンジン１が始動する時には、劣化判定手段により、電圧センサ８により検出されたバッテリ３の電圧に基づいて、即ち、エンジン１の始動時で、バッテリ３の電圧が低下する前の状態で且つ通電されている状態の時の電圧に基づいてバッテリ３の劣化が判定される。劣化判定は、エンジン１の水温・潤滑油温度が所定以上となった暖機後に実施され、潤滑油の粘性等温度環境による動的特性に基づく電圧変化の影響を無くした状態で実施される。また、劣化を判定する電圧の判定値（しきい値）は、吸気温度の関数により設定され、バッテリ３が配置される雰囲気の影響を無くした状態で実施される。
【００１５】
バッテリ３はコンデンサ的な働きにより、発生する電流は電極に溜まった電荷により発生する。このため、電荷が放出される間は電圧の変化が小さく、電荷が放出された後は化学変化により電圧が低下する（２重層容量）。即ち、バッテリ３は、エンジン始動時における突入電流時は電圧の変化が少なく、フリクションに打ち勝ってエンジン１が回転を開始すると電圧が低下する。そして、バッテリ３の比重と電圧には相関関係があり、比重が高ければ電圧も高い傾向になっている。
【００１６】
このため、本実施形態例では、エンジン始動時における突入電流時の電圧が安定している領域（エンジン１の回転開始時のフリクションの影響を受けない領域）で、電圧センサ８で検出された電圧を判定してバッテリ３の劣化を判定するようになっている。劣化判定手段により、バッテリ３が劣化していると判定されると、オルタネータ２の発電によりバッテリ３が強制的に充電される。また、信号停止時等の車両停止時にエンジンを停止させ発進時に強制的にエンジンを始動させる自動車では、車両停止時のエンジン停止制御が禁止される。
【００１７】
図２、図３に基づいて劣化判定手段を詳細に説明する。劣化判定手段による劣化の判定は、エンジン１の暖機が完了していることが条件となっている。
【００１８】
図２に示すように、ステップＳ１でスタータモータ１１に通電が開始される（図３中t1）。図３に示すように、突入電流により第１電流センサ６により検出された発電電流値と第２電流センサ７で検出された消費電流値との差（発電電流値−消費電流値）ΔＩ（Ａ）が低下する。この時、バッテリ３はコンデンサ的な働きにより、発生する突入電流は電極に溜まった電荷により発生するため、電荷が放出される間は電圧の変化が小さい状態が続く（図中t1からt3の間）。フリクションに打ち勝ってエンジン１が回転を開始すると（図中t3）、化学変化によりバッテリ３の電圧が低下して一時的に落ち込む。本実施形態例では、電圧の変化が小さい状態が続く領域である図中t1からt3の間の電圧を見てバッテリ３の劣化を判定する。
【００１９】
図２に示すように、ステップＳ１でスタータモータ１１に通電が開始された後、ステップＳ２で所定時間（Tmsec ：例えば30msec）経過したか否か、即ち、図３でt2になったか否かが判断される。これは、通電が開始された時の電圧の変化の過渡期を経過したか否かを判断している。通電が開始されて所定時間Tmsec 経過するまでステップＳ２の判断が繰り返される。
【００２０】
ステップＳ２で所定時間Tmsec 経過したと判断された場合、ステップＳ３で電圧センサ８で検出された電圧Ｖを読み込む。ステップＳ４で電圧Ｖの読み込みが所定回数Ｎ回（例えば１６回）行なわれたか否かが判断され、所定回数Ｎ回読み込まれるまで電圧Ｖの読み込みを繰り返す。ステップＳ４で電圧Ｖの読み込みが所定回数Ｎ回行なわれたと判断された場合、ステップＳ５で所定回数Ｎ回の電圧Ｖの平均Vaがしきい値Ｋ以上か否かが判断される。しきい値Ｋは吸気温度の関数により設定され、バッテリ３が配置される雰囲気の状態が加味されている。
【００２１】
ステップＳ５で電圧Ｖの平均Vaがしきい値Ｋ以上であると判断された場合、バッテリ３の比重が十分で劣化が生じていないと判定されてリターンとなる。ステップＳ５で電圧Ｖの平均Vaがしきい値Ｋに満たないと判断された場合（図３中二点鎖線で示す状態）、バッテリ３の比重が低下して劣化が生じているとステップＳ６で判定される。ステップＳ６でバッテリ３の劣化が判定されると、オルタネータ２の発電によりバッテリ３を強制的に充電したり、車両停止時のエンジン停止制御を禁止する等の処理を行なう。
【００２２】
つまり、電圧Ｖの値の変化が少ない図３中t1からt3の間のうち、過渡期を経過した図３中t2からt3の間の電圧Ｖを所定回数Ｎ回検出し、その平均Vaがしきい値Ｋを下回った時に、電極に溜まった電荷が少なくなって電圧Ｖが低下しているため劣化であると判定する。
【００２３】
上述した劣化判定装置では、スタータモータ１１の通電後で且つスタータモータ１１が作動を開始する前のタイミング、即ち、スタータモータ１１への突入電流により大電流が流れ電圧が低下する前の電極からの電荷の放出によりバッテリ３の消費電流が増大するタイミングに合わせてバッテリ３の電圧を検出し、バッテリ３の劣化を判定するようにしている。このため、エンジン１の動弁系等のフリクションの影響を受けていない電圧Ｖに基づいて劣化判定が行なえ、精度よくバッテリ３の劣化を判定することができる。
【００２４】
また、電極からの電荷の放出によりバッテリ３の消費電流が増大するタイミング、即ち、電圧の値が低下しないタイミングの電圧Ｖに基づいて劣化判定を行なっているので、高い値の電圧値の領域で劣化を判定することができ、劣化度合いが比較的軽度の領域から効率よく劣化を判定することができる。
【００２５】
尚、上記実施形態例では、スタータモータ１１への通電が開始されて過渡期を経過した後に電圧を検出するようにしたが、通電が開始直後から検出することも可能であり、また、複数回の検出値を平均して平均電圧に基づいてバッテリ３の劣化判定を行なうようにしたが、複数回検出した電圧値をそのまま適用したり、複数回の検出値を加算する等、過渡期を経過した後の平均電圧に限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の車載バッテリの劣化判定手段は、電動機への通電開始後で且つ電動機の作動に伴う一時的な電圧の落ち込み前のバッテリの電圧に基づいて劣化判定手段によりバッテリの劣化を判定するようにしたので、電動機への突入電流により大電流が流れバッテリからの電力消費が増大するタイミングに合わせてエンジンが回転する前にバッテリの電圧が検出され、エンジンのフリクションの影響を受けることなくバッテリの劣化を判定することができる。この結果、精度よくバッテリの劣化を判定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る車載バッテリの劣化判定装置を備えた車両の概略構成図。
【図２】劣化判定手段の制御フローチャート。
【図３】劣化判定時のタイムチャート。
【符号の説明】
１  エンジン
２  発電機（オルタネータ）
３  バッテリ
４  電気負荷
５  ＥＣＵ
６  第１電流センサ
７  第２電流センサ
８  電圧センサ
１１  スタータモータ
【図１】
0003673895.tif 000002
【図２】
0003673895.tif 000003
【図３】
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