(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を始動させるためのスタータモータを含む負荷の電源として用いられる蓄電池の状態を監視し、前記蓄電池の残り容量が前記スタータモータを少なくとも１回以上駆動するために必要な容量よりも少なくなったことを検出すると警報信号を出力する蓄電池監視装置と、前記蓄電池監視装置が前記警報信号を出力したときに、前記蓄電池から負荷への電力の供給を遮断するスイッチ手段とを具備する蓄電池の過放電防止装置であって、
前記蓄電池監視装置は、前記蓄電池の放電量と充電量とを演算する充放電量演算手段と、前記充放電量演算手段の演算結果から前記蓄電池の前記残り容量を演算する残り容量演算手段と、前記残り容量演算手段により求めた前記残り容量が予め定めた値より小さくなったときに前記警報信号を出力する残り容量判定手段とを備え、
前記スタータモータは運転者により操作されるキースイッチを通して前記蓄電池に接続されていて、前記スイッチ手段は、前記内燃機関が停止して再度前記キースイッチがオン動作したときにリセットされて閉状態になるように構成され、
前記残り容量判定手段は、前記スイッチ手段が閉状態になってから所定の時間が経過するまでは動作しないように構成されていること、
を特徴とする蓄電池の過放電防止装置。
【請求項２】
前記蓄電池監視装置は、前記蓄電池の充放電回数が予め定めた回数になったときに、満充電状態における前記蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、前記内部抵抗測定手段により測定した前記内部抵抗に基いて前記蓄電池の劣化状態を判定する劣化状態判定手段とを更に具備し、
前記残り容量演算手段は、前記劣化状態判定手段の判定結果に基いて満充電状態における前記蓄電池の容量を補正して、前記蓄電池の前記残り容量を演算するように構成されている請求項１に記載の蓄電池の過放電防止装置。
【請求項３】
前記蓄電池監視装置は、内部抵抗測定手段が前記内部抵抗を測定する際に前記警報信号を出力して前記スイッチ手段を遮断状態にするように構成されている請求項２に記載の蓄電池の過放電防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の過放電防止方法及び装置並びに蓄電池の監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等では、エンジンを始動する際に蓄電池を電源としてスタータモータを駆動している。最近、自動車にはカーナビゲーション・システム等のように消費電力の大きな電子機器が搭載されるようになってきた。そのためエンジンが駆動されて発電機が発電を行っているときでも、蓄電池から放電が行われていることがある。このような場合に、悪条件が重なると、エンジンが停止した後に、再始動しようとしても、蓄電池の残り容量が足らず、スタータモータを駆動できなくなる事態が発生する。そこで従来、蓄電池と負荷との間にプロテクタ用の常閉スイッチ手段を配置し、蓄電池の端子電圧が予め定めた電圧レベル以下になると、このスイッチ手段を開状態にして、蓄電池からの放電を強制的に停止して、スタータモータの再始動を保障する技術が提案された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来提案された技術では、蓄電池の電圧レベルを基準にして、判定しているために、負荷の一時的な増加や周囲温度等により、蓄電池の電圧レベルが低下するとスイッチ手段が誤って開状態になってしまう事態が発生したり、逆に劣化により内部抵抗が増加して電圧レベルが高く出てしまうために、実際には容量が低下しているにもかかわらず、電圧レベルが低下しないために過放電状態になって、エンジンの再始動ができなくなる事態が発生する問題がある。
【０００４】
また従来は、このような用途に用いられる蓄電池の劣化状態、蓄電池の交換時期、電解液の不足補充状況等を自動車の運転者にある程度高い精度で知らせることができるシステムがなかった。
【０００５】
一方、高温化と深い放電が自動車用蓄電池の主な劣化モードになっている。これに対応するにはタイムリーな冷却（冷却の自動化）と深い放電の制限（負荷の自動切断）が有効で、これを実現するためには蓄電池の状態をできるだけ正確に監視できるシステムが必要であるが、従来はこのようなシステムは無かった。また自動車電池は自己放電や電解液の比重変化により容量が低下する。これは、蓄電池の履歴の把握が、メンテナンスに役立つ事を示している。通常、電池劣化による容量低下防止には電解液の比重測定と補水によるメンテナンスが行われており、メンテナンス支援として補水タイミングを運転席に表示し適切な交換時期の判断をタイムリーにアドバイスする等が求められている。
【０００６】
特に、液量不足で劣化した蓄電池を用いてスタータモータを駆動してエンジンを始動すると、蓄電池の内部で内部ショートを起こし、これが電気分解により発生した水素ガスに引火して破裂を引き起こす問題を発生する。このような問題を解消するためにも、補水タイミングをタイムリーに知る必要があった。
【０００７】
本発明の目的は、蓄電池が過放電状態になるのを確実に防止できる蓄電池の過放電防止方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、蓄電池の使用状況履歴を知ることができる蓄電池の監視装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、蓄電池の交換時期を知ることができる蓄電池の監視装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、電解液の補充時期を知ることができる蓄電池の監視装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関を始動させるためのスタータモータ等の電動始動装置の電源として用いられる蓄電池の残り容量が、電動始動装置を少なくとも１回以上駆動するために必要な容量よりも少なくなると、蓄電池から負荷への電力の供給を遮断して、蓄電池が過放電状態になるのを防止する方法を改良の対象とする。
【００１２】
本発明においては、蓄電池の放電量と充電量とを演算し、その演算結果から蓄電池の残り容量を演算し、演算により求めた残り容量が予め定めた値より小さくなったときに、蓄電池から負荷への電力の供給を遮断する。このように実際の放電量と充電量に基いて求めた残り容量から判定を行えば、負荷状態、周囲の温度環境等の影響を大きく受けることなく、従来よりも高い精度で蓄電池が過放電状態になるのを防止できる。
【００１３】
蓄電池が劣化すると、満充電状態における容量が低下する。そこで本発明においては、蓄電池の充放電回数が予め定めた回数になったときに、満充電状態における蓄電池の内部抵抗を測定し、この内部抵抗に基いて蓄電池の劣化状態を判定し、その判定結果に基いて満充電状態における蓄電池の容量を補正する。このようにすると蓄電池の劣化の影響を大きく受けることなく、従来よりも高い精度で蓄電池が過放電状態になるのを防止できる。なお内部抵抗を測定する際には、蓄電池と負荷との電気的な接続を遮断しておくことが望ましい。このようにすると内部抵抗を測定する際に、負荷の影響を断ち切ることができるので、内部抵抗の測定精度が上がり、その結果蓄電池の状態の判定精度が高くなる。
【００１４】
本発明が改良の対象とする蓄電池の過放電防止装置は、内燃機関を始動させるためのスタータモータを含む負荷の電源として用いられる蓄電池の状態を監視し、蓄電池の残り容量がスタータモータを少なくとも１回以上駆動するために必要な容量よりも少なくなったことを検出すると警報信号を出力する蓄電池監視装置を具備する。そして蓄電池監視装置が、警報信号を出力したときに、蓄電池から負荷への電力の供給を遮断するスイッチ手段とを具備する。本発明で用いる蓄電池監視装置は、蓄電池の放電量と充電量とを演算する充放電量演算手段と、充放電量演算手段の演算結果から蓄電池の残り容量を演算する残り容量演算手段と、残り容量演算手段により求めた残り容量が予め定めた値より小さくなったときに警報信号を出力する残り容量判定手段とを備えている。またスタータモータは運転者により操作されるキースイッチを通して蓄電池に接続されていて、スイッチ手段は、内燃機関が停止して再度キースイッチがオン動作したときにリセットされて閉状態になるように構成されている。このような構成にすると、負荷状態、周囲の温度環境等の影響を大きく受けることなく、従来よりも高い精度で蓄電池が過放電状態になるのを簡単に且つ確実に阻止することができる。
【００１５】
上記残り容量判定手段は、スイッチ手段が閉状態になってから所定の時間が経過するまでは動作しないように構成するのが好ましい。
なお蓄電池監視装置に、蓄電池の充放電回数が予め定めた回数になったときに、満充電状態における蓄電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、内部抵抗測定手段により測定した前記内部抵抗に基いて蓄電池の劣化状態を判定する劣化状態判定手段とを更に設け、残り容量演算手段で劣化状態判定手段の判定結果に基いて満充電状態における蓄電池の容量を補正し、蓄電池の残り容量を演算するように構成してもよい。このようにすると、蓄電池の劣化による満充電量の低下を考慮することができるので、判定精度が高くなる。この場合、蓄電池監視装置は、内部抵抗測定手段が内部抵抗を測定する際に、警報信号を出力してスイッチ手段を遮断状態にするように構成するのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の蓄電池の過放電防止装置の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例の構成を示すブロック図である。図１において、１は自動車のエンジン即ち内燃機関を始動させるためのスタータモータ等の電動始動装置の電源として用いられる蓄電池である。この例では、蓄電池１として液式の鉛蓄電池が用いられている。また２は、蓄電池１からスタータモータを含む負荷３への電力の供給を遮断するスイッチ手段である。このスイッチ手段２は、常閉の電磁スイッチであり、後述する蓄電池監視装置８から警報信号が出力されると開状態になり、リセット動作（キースイッチが開かれて再度キースイッチが閉じられる動作）が行われるまで開状態を維持する。この種のスイッチ手段を備えたプロテクタと呼ばれる装置については、特表平５−６０７７号公報等に開示されている。自動車に搭載される負荷と、この蓄電池１と、スイッチ手段２と各負荷との関係は、図２の回路図に示す通りである。図２において、３１は運転者によって手動操作されるキースイッチであり、３２はキースイッチ３１の１つの接点を通して蓄電池１に接続されてエンジンＥを始動するためのスタータモータである。キースイッチ３１の別の接点には、点火装置３３、エアコン，オーディオ，ＮＡＶＩ等の負荷Ａと、ライト，ラジオ，盗難防止装置等の負荷Ｂが接続されている。３４は、蓄電池１を充電するための交流電力を発生する磁石発電機であり、３５は磁石発電機３４の交流電力を直流電力に変換して整流する整流回路である。蓄電池１は、スイッチ手段２が閉状態にあるときに整流回路３５の直流出力によって浮動充電される。
【００１７】
この例の蓄電池監視装置８は、蓄電池１の状態を監視し、蓄電池１の残り容量がスタータモータを少なくとも１回以上駆動するために必要な容量よりも少なくなったことを検出すると警報信号を出力する機能と、蓄電池１の内部抵抗の変化（劣化状態）に応じて蓄電池１の満充電状態における基準充電量（演算の基準となる充電電気量）を変更する機能と、蓄電池の使用状況の履歴を記憶し、記憶した履歴に基いて蓄電池１の交換時期を判定する機能と、蓄電池１の電解液の水位を検出して水位が予め定めたレベル以下になると電解液補充警報信号を発生する機能等を有している。そこでこれらの機能を発揮させるために必要な蓄電池１の使用状況を検出するために、この例では電圧検出手段４と、電流検出手段５と、温度検出手段６と、水位検出手段７とを備えている。電圧検出手段４は、例えば蓄電池の出力端子間に接続した電圧測定用抵抗体回路により構成されて、蓄電池１の端子間電圧を測定する。電流検出手段５は、変流器からなり、蓄電池１から出力される放電電流及び蓄電池を充電するための充電電流を測定する。温度検出手段６は、蓄電池１の電池ケースの外側に接合されて蓄電池１の内部温度を間接的に測定する。温度検出手段５としては、サーミスタ等を用いることができる。水位検出手段７は例えばフロート式の水位計の出力を電気信号に変換するように構成されたものを用いることができる。電圧検出手段４と、電流検出手段５と、温度検出手段６と、水位検出手段７の出力は、それぞれアナログ信号であるため、マイクロコンピュータを用いて信号処理をするためには、Ａ／Ｄ変換器を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換する。この例では、マイクロコンピュータを用いて信号処理をするため各検出手段の出力をＡ／Ｄ変換している。
【００１８】
この例の蓄電池監視装置８は、蓄電池１の放電量と充電量とを演算する充放電量演算手段９と、充放電量演算手段９の演算結果から蓄電池１の残り容量を演算する残り容量演算手段１０と、残り容量演算手段１０により求めた残り容量が予め定めた値より小さくなったときに警報信号を出力する残り容量判定手段１１とを備えている。なおこの例では、蓄電池１の充放電回数が予め定めた回数（例えば１０００回）になったときに、満充電状態における蓄電池１の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段１２と、この内部抵抗測定手段１２により測定した内部抵抗に基いて蓄電池１の劣化状態を判定する劣化状態判定手段１３とを更に具備している。
【００１９】
充放電量演算手段９は、電流検出手段５の出力から、蓄電池１から負荷に供給される電気量（放電電気量）と、蓄電池１を充電するための電気量（充電電気量）とを演算により求める。なお充放電量演算手段９が、温度検出手段６の出力に基いて温度補正を行う。
【００２０】
残り容量演算手段１０は、劣化状態判定手段１３の判定結果に基いて満充電状態における蓄電池１の容量を補正して、蓄電池１の残り容量を演算する。図３は、蓄電池の内部抵抗率と放電率との関係の一例を示す図である。この図において内部抵抗率は、放電率が０の電池すなわち新品の電池（劣化が進んでいない電池）の内部抵抗を基準内部抵抗［Ｒｏ］とし、スイッチ手段２を開状態にしているときに測定した内部抵抗［Ｒｔ］を基準内部抵抗で除した値である。そして放電率［α］とは、放電量［Ａｈ］を蓄電池最大使用可能容量［ＡｈＦ］で除した値である。蓄電池最大使用可能容量とは、満充電容量［ＡｈＦ］から最小蓄電池残存容量［Ａｈ］を引いた値である。蓄電池１の劣化が進行すると、内部抵抗が大きくなる上、蓄電池最大使用可能容量が小さくなって、放電量と蓄電池最大使用可能容量の値が近付く。その結果放電率は大きくなる。すなわち内部抵抗率及び放電率が大きくなることは、蓄電池の劣化状態が進んでいることを意味する。また内部抵抗を知ることにより、劣化が進んだときにおける満充電時における満充電電気量（実際上は、蓄電池最大使用可能容量）を知ることができる。
【００２１】
そこで劣化状態判定手段１３は、内部抵抗測定手段１２により測定した内部抵抗に基いて内部抵抗率を演算し、この内部抵抗率に基いて、図３に示すような内部抵抗率−放電率の関係データからその時点における劣化状態を判定し、その時点における満充電時の蓄電池の容量を補正するデータ（経年劣化量）を残り容量演算手段１０に出力する。内部抵抗測定手段１２が作動するときには、スイッチ手段２は開いた状態になる。これは内部抵抗の測定に負荷のインピーダンスが含まれると測定精度が落ちるためである。なお内部抵抗測定手段１２及び劣化状態判定手段１３の構成及び動作は後の具体的な例の説明で詳しく説明する。
【００２２】
残り容量演算手段１０は劣化状態を考慮して補正された満充電状態における蓄電池１の満充電容量を基準容量として、充放電量演算手段９の演算結果をこの基準容量に加減算することにより蓄電池の残り容量を演算する。残り容量判定手段１１は、残り容量演算手段１０により求めた残り容量が予め定めた値より小さくなったときに警報信号を出力する。ここで残り容量についての『予め定めた値』とは、スタータモータを少なくとも１回以上駆動するために必要な容量以上の値である。安全を見れば、２〜３回はスタータモータを駆動できるだけの容量を残り容量の予め定めた値とするのが好ましい。
【００２３】
残り容量判定手段１１が警報信号をスイッチ手段２に出力すると、スイッチ手段２が開状態になって蓄電池１から負荷への電力の供給は停止されて、過放電が阻止されて、エンジンの再起動のための電力の確保が達成される。スイッチ手段２が開いたときの負荷の容量が大きいと、エンジンによって駆動される発電機の負荷用発電コイルの出力電圧は低下し、エアコン，オーディオ等のように大きな電力を必要とする負荷はその動作を停止する。スイッチ手段２は、エンジンが停止して再度キースイッチ３１をオン動作すると、リセットされて閉状態になる。なおエンジンの始動時にスイッチ手段２が開状態にならないようにするためには、例えばキースイッチ３１がスタータモータを起動している期間は残り容量判定手段１１が判定動作をしないように、スイッチ手段２が閉状態になってから所定の時間が経過するまでは残り容量判定手段１１が動作しないように残り容量判定手段１１を構成しておけばよい。具体的には、スイッチ手段２が閉状態になってからカウント動作を開始するタイマを用いればよい。
【００２４】
この例では、電圧検出手段４、電流検出手段５、温度検出手段６、水位検出手段７、充放電演算手段９、残り容量判定手段１１、劣化状態判定手段１３、後述する水位判定手段１４がそれぞれ使用状況検出手段を構成している。そしてこれらの使用状況検出手段の出力は、使用状況履歴記憶手段１５に記憶される。データ量の多い出力については、サンプリングしてデータを記憶する。またこの例では、使用状況履歴記憶手段１５に記憶されている履歴から蓄電池１の交換時期を判定し、交換時期に達したことを判定すると蓄電池交換警報信号を出力する蓄電池交換時期判定手段１６を更に備えている。交換時期の判定は、例えば内部抵抗率及び放電率、温度上昇率等を基準値と対比し、これらのいずれか１つが基準値を超えたか否かに基いて行う。
【００２５】
水位検出手段７は、蓄電池の電解液の水位を検出して電気信号として出力する。水位検出手段７はすべてのセルに対して装着してもよいが、複数のセルの中から坂道走行中でも各セルの水位を代表できるように配慮して選択した１つのセルに対して１つの水位検出手段７を設けるようにしてもよい。なお自動車は走行中に大きな振動を発生するため、振動が原因となって一時的に水位が低下することがある。そこで水位判定手段１４は、水位検出手段７で検出した水位が繰り返し予め定めたレベル以下になると電解液補充警報信号を出力する。具体的には、５秒間測定し、水位が予め定めたレベル以下になる合計時間が２秒以下になったときに電解液補充警報信号を出力する。なお前述の温度検出手段６の出力が予め定めた温度以上になったとき、及び電解液補充警報信号が出力されたときにスイッチ手段２を開状態にするようにしてもよい。このようにすると蓄電池１が熱逸走状態になるのを防ぐことができる。
【００２６】
図４（Ａ）は、図１のスイッチ手段２を内蔵する蓄電池監視装置８をユニットにした場合の外観斜視図である。なお８１は、通信用コネクタである。そして図４（Ｂ）は、この蓄電池監視装置８を蓄電池に実装した状態を示す斜視図である。
【００２７】
図５は、図１の構成をマイクロコンピュータを用いて実現する場合の主要部のハード構成を示す回路図である。なお図１に付した構成要素を構成する部材には、図１に付した符号と同じ符号を付してある。１２Ａは図１の内部抵抗測定手段１２の一部を構成する強制放電回路である。この強制放電回路１２Ａは、放電抵抗Ｒと、スイッチＳＷと、アンプＯＰ１と、微分回路１２ａとから構成されている。
【００２８】
内部抵抗を測定する際には、スイッチＳＷをオン状態にして強制放電を行い、このときの電圧変化分を微分回路１２ａから出力する。内部抵抗測定手段１２は、この電圧変化分を用いて公知の方法により内部抵抗を測定する。なお測定は、ＣＰＵによる演算により実行する。１７はシリアル伝送装置であり、このシリアル伝送装置１７は、蓄電池の情報信号を確認して車載ホストコンピュータと送受信する。このシリアル伝送装置１７は、ＣＡＮプロトコルに準拠した自動車用ＵＳＢに接続可能な蓄電池情報信号を送受信し、少なくとも電池容量と電池交換時期を更新・表示するに足る表示装置に対応できる信号である。
【００２９】
蓄電池監視装置８は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２及び８３と、ＲＡＭ８４と、Ａ／Ｄ変換器８５と、Ｗ／Ｒ８６と、ＲＴＣ８７と、ＳＩＯ８８とから構成されている。シリアル伝送装置１７は、ＣＰＵ１７１と、ＲＯＭ１７２及び１７３と、ＲＡＭ１７４と、ＳＩＯ１７５〜１７７とから構成されている。各強制放電回路１２Ａ、電圧検出手段４、電流検出手段５、温度検出手段６及び水位検出手段７の出力は絶縁アンプＯＰ１〜ＯＰ５により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器８５によりデジタル信号に変換される。蓄電池監視装置８では、Ａ／Ｄ変換器８５の出力に基いてＣＰＵ８１で逐次演算を行い、シリアルデータをシリアル伝送装置１７から１秒毎に出力する。
【００３０】
ＣＰＵ８１では、蓄電池１の放電量と充電量とを演算し、その演算結果から蓄電池１の残り容量を演算し、演算により求めた残り容量が予め定めた値より小さくなったときに、図１のスイッチ手段２を開状態にするための警報信号を発生する。また蓄電池１の劣化状態を反映させるために、ＣＰＵ８１では、蓄電池１の充放電回数が予め定めた回数になったときに、満充電状態における蓄電池の内部抵抗を測定し、この内部抵抗に基いて蓄電池の劣化状態を判定し、その判定結果に基いて満充電状態における蓄電池の容量を補正する。そこで強制放電回路１２Ａの微分回路１２ａから得た電圧変化分に基いて、蓄電池１の内部抵抗を測定するための演算を行い、その結果を電池容量の演算に反映させる。なおこの演算用プログラムはＲＯＭ８２に格納する。演算に使用する各種データ（ｅｘ．蓄電池機種，温度補正）はＲＯＭ８３に格納する。そして各入力データはＲＡＭ８４に格納する。
【００３１】
シリアル伝送装置１７の入力ライン１７Ｂには、キーボード（パソコンで可）を接続することができ、外部から演算に使用する各種設定データを更新することができるようになっている。またライン１７Ａは、自動車のホストＯＳとの接続を行う通信ケーブルが接続される。なお自動車のホストＯＳは既存汎用ＯＳを想定する。
【００３２】
次に基本動作を説明する。なお基本動作を説明する前に、以下の説明で用いる用語を以下のように定義する。
【００３３】
（１）残存容量〔Ａｈ〕：蓄電池の残り容量をいう。
【００３４】
（２）満充電容量〔ＡｈＦ〕：蓄電池を満充電した時の全容量をいう。
【００３５】
（３）最小蓄電池残存容量〔Ａｈ〕：必ず残さなければならない下限容量通常は定格容量の２０％とする。
【００３６】
（４）蓄電池最大使用可能容量〔ＡｈＦ〕：満充電〔ＡｈＦ〕から最小蓄電池残存容量を引いた値をいう。
【００３７】
（５）蓄電池使用可能容量〔Ａｈ〕：残存容量〔Ａｈ〕から最小蓄電池残存容量〔Ａｈ〕を引いた値をいう。
【００３８】
（６）満充電：蓄電池充電時において蓄電池の端子電圧が１４．５Ｖ以上、充電電流が電池メーカーの該当品種に推奨するＡ以下の状態をもって満充電と判定する（ｅｘ．０．０５Ａ）。
【００３９】
（７）稼働中：蓄電池から０．５Ａ以上の電流が流れている状態をいう。
【００４０】
（８）停止中：蓄電池電流が０〜０．５Ａ未満の状態が、２秒以上継続した状態をいう。
【００４１】
（９）基準内部抵抗〔Ｒ０〕：満充電完了直後に測定した内部抵抗をいう。
【００４２】
（10）内部抵抗率〔Ｒｒ〕：停止中に測定した内部抵抗〔Ｒｔ〕を基準内部抵抗〔Ｒ０〕で除した値をいう。
【００４３】
（11）放電率〔α〕：放電量〔Ａｈ〕を蓄電池最大使用可能容量〔ＡｈＦ〕で除した値をいう。
【００４４】
（12）自己放電量：イグニッションキーｏｆｆ時に自然放電により放電する放電量をいう。この自己放電量はターミナルから任意に変更可能な設定値とされる。
【００４５】
通常は、電池メーカーの該当品種に指定している自己放電量とする〔ｅｘ．（０．４〜１．０／１００）ｘ定格容量Ａｈ／日〕。
【００４６】
（13）経年劣化量〔ｋｄ〕：蓄電池の充放電繰返しに伴い満充電容量が減少する量をいう。この経年劣化量はターミナルから任意に変更可能な設定値とする。  （14）累積誤差〔δ〕：頻繁な充放電の度に発生する電流測定の微小誤差を累積したもの〔Σ±Ａｈ（ｔ）〕を云う。
【００４７】
基本の動作は次の通りである。
【００４８】
（１）蓄電池１を初回満充電完了した後に、イグニッションキースイッチをｏｎする初めての放電で監視装置８を起動し以後の履歴を記録する。
【００４９】
（２）監視開始を確認後イグニッションキーをｏｆｆにして、蓄電池の停止を確認すると、最初の内部抵抗測定を行い電池容量データを発信する。
【００５０】
（３）以後、電流値を監視し、ＲＯＭデータを参照して温度補正を行いイグニッションキーｏｎ時に、電池残存容量を１秒毎に更新する。電流値の監視は、蓄電池が予め設定した要保護容量まで放電するか、又は充電量が放電量を上回って満充電条件を満足するまでの間は、電流値を細かく積算し電池残存容量を求め続ける。
【００５１】
（４）更に、この間電流の流れが逆転する回数をカウントする。蓄電池の電流の流れが逆転する回数（充放電回数）が設定回数（例えば１０００回）を越えると、速やかに満充電にした後、遮断スイッチ手段２による蓄電池の停止を確認すると、監視装置内の抵抗負荷Ｒに強制的に瞬時電流を流し、内部抵抗を測定して、満充電を確認した後電池容量を基準容量と対比してリセットし満充電容量を更新する。
【００５２】
（５）イグニッションキーｏｆｆ時、蓄電池１に電流が流れておらず、長時間駐車状態の時は、自己放電量を算出し、電池容量を減ずる。
【００５３】
なお、自己放電係数はターミナルから入力した値を使用する。放電量の累計は満充電容量が更新されたら、その時点から充・放電量の累計を新たに始める。
【００５４】
（６）経年劣化が生じた時には次のようにする。まず計測部内の抵抗負荷Ｒに強制的に瞬時電流を流し内部抵抗を測定する。そして内部抵抗をＲＯＭデータと対比することにより推定した満充電容量からリセットの為新しく満充電にして内部抵抗を測定して、ＲＯＭデータより推定した満充電容量の差を経年劣化量〔ｋｄ（ｔ）〕として算出し、新しい測定容量値を新しい満充電量ＡｈＦ（ｔ）とする。放電量の累計は満充電容量が更新されたら、その時点から充・放電量の累計を新たに始める。
【００５５】
上記のような動作をさせるために、具体的には次のようにする。まず鉛蓄電池は、定格容量の８０％以上放電すると著しく寿命が劣化するので、ＤＯＤ８０％放電時点（前述のポイント蓄電池使用可能容量）を精度良く検出し、その時点でメータの残存容量表示を０にする。メータは自動車の運転席に設置してもよいし、監視装置のユニットに装着してもよい。
【００５６】
また、鉛蓄電池は、使用条件（蓄電池温度、放電電流、内部電解液量等）によって取り出し可能な電気エネルギー（蓄電池使用可能容量）が大きく変化するので、常に蓄電池使用可能容量を補正していく必要がある。そこで、蓄電池残存容量の算出に電流積算方式と内部抵抗方式を併用し、蓄電池残存容量の算出精度を高めることとする。すなわち、蓄電池使用可能容量の１００〜３０％の範囲までは蓄電池の放電電流をきめ細かく積算して蓄電池容量から差し引いて（電流積算方式）表示し、３０〜０％の範囲では蓄電池内部抵抗を測定し（内部抵抗検出方式）電流積算方式で求めた残存容量を補正して表示する方法とする。
【００５７】
更に、ガソリンエンジン車の頻繁な充放電に対応する蓄電池はこの間に発生する累積誤差を適宜キャンセルする必要がある。そこで、蓄電池から見て電流の方向が逆転する回数（充放電回数）をカウントし、予め設定した回数毎に、蓄電池を満充電にして内部抵抗を測定しＲＯＭデータと対比して推定する方法でメータ容量と比較し満充電容量を更新することによりリセットを行う。
【００５８】
初回満充電完了後、イグニッションキースイッチをｏｎにすると、蓄電池を初めて放電した時の電圧値と、予め設定した電圧値、例えば１１Ｖと比較して、放電電圧が前記設定電圧を下回った時点を検出する回路手段が蓄電池監視装置８の内部に別に設けられている。したがって、電池を自動車に搭載した時点までは、電池電圧は殆ど１２Ｖ以上であるため、本監視装置が電池容量の監視を開始しない。しかし、エンジンの始動やランプ，ＡＶ装置，ワイパー等の使用により、蓄電池が瞬時ではあっても大電流で放電されると、電池電圧は急激に低下して設定電圧１１Ｖを下回り、この時点を前記回路手段が検出する。そして、この放電時の電圧が設定電圧値を下回った時点から、電池の監視を開始する。この回路手段は、一旦、監視を開始するとスイッチが切断して毎回の電池の始動によって上記の命令がその都度繰り返されることを防止する。また、蓄電池の履歴データは本装置の記憶容量を補助する目的でターミナルを通じ一定量毎に外部のログファイルに通信記録する。
【００５９】
次に蓄電池監視装置で蓄電池の残存容量を算出する場合の具体例を説明する。  （１）取り付け時（主蓄電池の取替え時も含む）
取付け時は自動車の蓄電池を満充電状態にしておくことを条件とする。この時の満充電容量及び残存容量は、蓄電池の劣化度合にかかわらず定格容量と（Ａｈ）し、自己放電量及び経年劣化量は０としておく。
【００６０】
（２）稼働中及び停止中
残存容量の算出は電流積算方式による。算出式を以下の式［１］に示す。
【００６１】
Ａｈ（ｔ）＝Ａｈ（０）−Σ（ｋｄ・ｉｄ・△ｔ）＋Σ（ｋｒ・ｉｒ・△ｔ）
……［１］
ここで、
Ａｈ（ｔ）：時刻ｔにおける残存容量〔Ａｈ〕
Ａｈ（０）：時刻０における残存容量〔Ａｈ〕
Σ（ｋｄ・ｉｄ・△ｔ）：時刻０からｔまでに使用した電気量
Σ（ｋｒ・ｉｒ・△ｔ）：時刻０からｔまでに充電された電気量
ｋｄ：放電電流値
ｉｄ：放電電流係数
ｉｒ：充電電流値
ｋｒ：充電電流係数：任意に変更可能とする
電流値のサンプリング回数は毎秒５０００サンプリングとし、その５０００サンプリングの積分値を１秒毎の電流値とする。
【００６２】
ｉ．ｅ．    Ｉ＝Σｉ・△ｔ
Ｉ：一秒毎の電流値〔Ａ〕
ｉ：電流の瞬時値〔Ａ／Ｓ〕
△ｔ：サンプリング間隔（０．２ｍＳ）
（３）満充電容量及び残存容量の補正強制放電により求めた内部抵抗率〔Ｒｒ〕を基に、その時点の残存容量〔Ａｈ〕及び満充電容量〔ＡｈＦ〕を後述の内部抵抗から満充電量及び残存容量を推定する手法により補正する。
【００６３】
（４）充電時も基本的には電流積算方式により計算する。式［２］に充電時の残存容量〔Ａｈ〕の算出式を示す。
【００６４】
Ａｈ（ｔ）＝Ａｈ（ｔ1 ）−Σ（ｋｃ・ｉｃ・△ｔ）    ……［２］
ここで、
Ａｈ（ｔ）：時刻ｔにおける残存容量〔Ａｈ〕
Ａｈ（ｔ1 ）：時刻ｔ1 における残存容量〔Ａｈ〕
Σ（ｋｃ・ｉｃ・△ｔ）：時刻ｔ1 からｔまでに充電した電気量
ｉｃ：充電電流値
ｋｃ：充電電流係数：任意に変更可能とする
但し、充電時に残存容量がその時メータ内部に持っている満充電容量を越えた場合は、残存容量は満充電容量と同じとする。また、充電時に満充電条件が成立したが、残存容量がメータ内部に持っている満充電容量に未達の場合は、その時の残存容量を満充電容量とし、満充電されたものとする。また、充電時に満充電条件が不成立で、残存容量がその時メータ内部に持っている満充電容量に未達の場合は、満充電容量は変更せず残存容量もその時点の容量とする。
【００６５】
自己放電については次のように処理する。イグニッションキースイッチをｏｆｆの状態で放置しておいた時間を分単位で計測し、その時間に一分間当たりの自己放電量〔ｅｘ．（０．４〜１．０／１００）ｘ容量／２４ｘ６０Ａ・ｍｉｎ．〕を掛けた値を、次回にイグニッションキーをｏｎにした時点で残存容量から減じる。但し、充電中に自己放電はないものと見なし、イグニッションキースイッチがｏｆｆでも自己放電のカウントは行わない。
【００６６】
経年劣化は次のようにして処理する。リセットの為満充電にして測定し、ＲＯＭデータと対比する事により推定した最新の電池容量と、起動時測定した内部抵抗率から導いた電池容量の差として経年劣化量〔ｋｄ（ｔ）〕を算出し、最新の電池容量推定値を新しい満充電量ＡｈＦ（ｔ）とする。なお、最新の内部抵抗率は、ターミナルから入力修正する事が出来る。
【００６７】
放電量の累計は満充電容量が更新されたら、その時点から放電量の累計を新たに始める。更新された満充電容量ＡｈＦ（ｔ）は下記の［３］式により演算することができる。
【００６８】
ＡｈＦ（ｔ）＝ＡｈＦ（ｔ−１）−ｋｄ        ……［３］
上記式において、ＡｈＦ（ｔ−１）はその前にメータ内部に持っていた満充電容量であり、ｋｄは経年劣化量である。
【００６９】
蓄電池交換時期警報は次のようにして発生する。蓄電池交換時期警報は、満充電容量が経年劣化等で定格容量の半分以下の状態が連続して１０回以上継続し、あらかじめ設定入力した蓄電池のしきい値以下になったとき発信する。
【００７０】
上記の各種の演算に用いるソフトウエアのアルゴリズムで用いる各係数を表１に示す。このアルゴリズムの基礎となる蓄電池の放電特性は図３に示す通りである。
【００７１】
【表１】
0003686776.tif 000002
次に液面の監視について説明する。
【００７２】
水位検出手段７として電子液面計を用いる。この電子液面計は、液面のバランスする対向位置に取り付けたセンサを用いて予め設定した測定回数の測定を行い、総露出回数により液位置を判定する。判定は下記で行う。
【００７３】
Σｅ（ｔ）・Ｓ＞Ｋ    露出
Σｅ（ｔ）・Ｓ≦Ｋ    液中
センサの数      Ｓ
測定時間        ｔ
測定回数        ＮＴ
露出回数        ｅ
総露出回数      Σｅ（ｔ）
判定回数        Ｋ
次に、強制放電による内部抵抗測定から蓄電池の満充電容量及び残存容量を推定する方法について説明する。以下（１）〜（５）に手順を説明する。
【００７４】
（１）満充電完了直後に瞬時強制放電を１０回行い、その平均値の内部抵抗を基準内部抵抗値Ｒ０とする。（瞬時強制放電を１０回の所要時間は２００ｍｓ）
（２）無負荷停止（蓄電池電流０〜０．５Ａ以内が２秒以上継続した場合）を確認した後、１０回を１サンプルとして瞬時強制放電を一回だけ実施し、その平均値から蓄電池内部抵抗率を求める。
【００７５】
（３）この時、内部抵抗率〔Ｒｒ〕が１．２％以上になったら、予め実験で求めておいた内部抵抗率と満充電容量に対するその時点までの放電量の割合α（以下、放電率という）の関係を示す放電率テーブル（図３）を参照し、放電率αｔを求める。なお、内部抵抗率〔Ｒｒ〕が１．２％以下の時は、満充電容量ＡｈＦ（ｔ）、残存容量Ａｈ（ｔ）ともその都度の補正は行わないが、一定期間毎に行う内部抵抗測定に対応して満充電容量リセットとは別に残容量を補正する。
【００７６】
（４）この放電率αｔを基に、以下の（イ）及び（ロ）に示す通り満充電容量と残存容量を補正する。
【００７７】
（イ）満充電容量の推定方法
満充電容量をＡｈＦ（ｔ）として、以下にその算出式を示す。
【００７８】
ＡｈＦ（ｔ）＝Σｉｄ（ｔ）／αｔ
ここで、
Σｉｄ（ｔ）：その時（時刻ｔ）までに放電した放電量
αｔ        ：放電率である。
【００７９】
（ロ）残存容量の推定方法残存容量をＡｈ（ｔ）として、以下にその算出式を示す。
【００８０】
Ａｈ（ｔ）＝（満充電容量）−（その時までに放電した放電量）
＝ＡｈＦ（ｔ）−Σｉｄ（ｔ）
＝（１／αｔ）Σｉｄ（ｔ）−Σｉｄ（ｔ）
＝｛（１−αｔ）／αｔ｝Σｉｄ（ｔ）
（ハ）リセット−ゼロ調整
蓄電池が満充電条件を満足すると内部抵抗を測定しメータをリセットする。停車時、メータリセット表示信号は運転者にアイドリング継続要求信号で許可を要請し、満充電になるまでアイドリングを継続して満充電条件を満足させ内部抵抗を測定しメータをリセットする。
【００８１】
上記の実施の形態によれば、蓄電池監視装置８に組み込んだＩＣと車載コンピュータを対話させながら正確な電源管理を行い、温度と過放電監視が行え、自動冷却が可能となり、プロテクターで過剰負荷よりバッテリを保護する事により、スタータモータの始動を確実に保証できる。更に、補水タイミングを運転席に表示して、下限ラインをキープする事により、万一の爆発事故を予防出来る。また蓄電池の履歴を記録することで、確実な蓄電池のメンテナンスが容易に行える様になり、適切な交換時期の判断・アドバイスも可能になる。以上の通り走行中でも残存容量を高精度で表示する事ができるので、運転者は安心して走行でき、且つ、電池容量いっぱいまで運転でき、利用効率の向上が図れる。この他、既存の自動車用ＬＡＮと共通の信号処理方法を取ることで、車載コンピュータの指示で各種のアクチュエータを駆動して一括制御することが可能になる。例えば、盗難防止，Ａ／Ｔ車のアイドリングストップ（エンジンのこまめスイッチング），ライトの自動点滅（トンネル・交差点），冷暖房予約や暖気運転，待ち受け消費電力対策（ｅｘ．スリープ機能）が可能となる。
【００８２】
また、水位検出手段７の出力により、車載メータまたはＮＡＶＩ等の運転席表示装置に水位の状態及び警報を表示することができる。表示用出力信号はＣＡＮプロトコルに準拠、既設の車載メータパネルやＮＡＶＩ画面等に表示できる。
【００８３】
更に温度検出手段６の出力により蓄電池１に取り付けた自動冷却装置（ファンｏｒ水冷）を駆動してもよい。また車の車速信号や，車室設置の光センサに対応して、エンジンのこまめスイッチングやライトの自動点滅を行ってもよい。
【００８４】
この監視装置８は、蓄電池１が車搭載後、初めての放電でタイマの起動監視を開始し以後の履歴を記録する。電源管理は蓄電池の電流、電圧、温度及び電池内部抵抗（強制放電時の電圧変化量及び電流変化量から算出）を計測し、デジタルデータ処理して蓄電池容量を算出する方法で行う。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、蓄電池の放電量と充電量とを演算し、その演算結果から蓄電池の残り容量を演算し、演算により求めた残り容量が予め定めた値より小さくなったときに、蓄電池からスタータモータ以外の負荷への電力の供給を遮断するので、負荷状態、周囲の温度環境等の影響を大きく受けることなく、従来よりも高い精度で蓄電池が過放電状態になるのを防止できる。また蓄電池の内部抵抗に基いて、蓄電池の劣化状態を判定して、その結果から満充電状態における蓄電池の容量を補正すると、蓄電池の劣化の影響を大きく受けることなく、従来よりも高い精度で蓄電池が過放電状態になるのを防止できる。
【００８６】
内部抵抗を測定する際に、蓄電池と負荷との電気的な接続を遮断しておけば、内部抵抗を測定する際に、負荷の影響を断ち切ることができるので、内部抵抗の測定精度が上がり、その結果蓄電池の状態の判定精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の一例の構成を示すブロック図である。
【図２】  蓄電池の負荷回路を示す回路図である。
【図３】  蓄電池の内部抵抗率と放電率との関係の一例を示す図である。
【図４】  （Ａ）は、図１のスイッチ手段を内蔵する蓄電池監視装置をユニットにした場合の外観斜視図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）の蓄電池監視装置を蓄電池に実装した状態を示す斜視図である。
【図５】  図１の構成をマイクロコンピュータを用いて実現する場合の主要部のハード構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  蓄電池
２  スイッチ手段
３  負荷
４  電圧検出手段
５  電流検出手段
６  温度検出手段
７  水位検出手段
８  蓄電池監視装置
９  充放電量演算手段
１０  残り容量判定手段
１１  残り容量判定手段
１２  内部抵抗測定手段
１３  劣化状態判定手段
１４  水位判定手段
１５  使用状況履歴記憶手段
１６  蓄電池交換時期判定手段
１７  シリアル伝送装置
【図１】
0003686776.tif 000003
【図２】
0003686776.tif 000004
【図３】
0003686776.tif 000005
【図４】
0003686776.tif 000006
【図５】
0003686776.tif 000007