(57)【要約】【課題】鉛蓄電池の健康状態にかかわらず電池状態を精度よく報知可能な電池状態報知方法を提供する。【解決手段】排気量１５００〜２５００ｃｃ電子制御燃料噴射装置付きのガソリンエンジン自動車にＪＩＳ規格５５Ｂ２４サイズの鉛蓄電池を搭載し、マイクロコンピュータとＡＤコンバータ等を用いて電圧測定と演算が可能な電子回路を構成した。この回路で、開回路電圧ＯＣＶからＳＯＣを、電池の内部抵抗からＳＯＨを算出し、鉛蓄電池の充電不足状態を報知するためのしきい値をＳＯＨに応じて変化させた判定境界線に基づき鉛蓄電池の充電不足状態を報知した。ＯＣＶ２とＯＣＶ３の値として、ＯＣＶ２＝１２．２Ｖを、ＯＣＶ３＝１１．８Ｖを用いた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の充電状態と健康状態を検知して前記電池の状態を報知する電池状態報知方法において、前記電池の充電不足状態を報知するためのしきい値を、前記電池の健康状態に応じて変化させることを特徴とする電池状態検知方法。
【請求項２】
前記電池の充電状態の指標として前記電池の開回路電圧ＯＣＶを用いることを特徴とする請求項１に記載の電池状態報知方法。
【請求項３】
前記検出した開回路電圧ＯＣＶと健康状態を用いて、前記健康状態が低い場合には高い場合に比べ前記しきい値が大きくなるように前記しきい値を段階的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の電池状態報知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池状態報知方法に係り、特に、鉛蓄電池の充電状態と健康状態を検知して電池の状態を報知する電池状態報知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の始動用鉛蓄電池（以下、鉛蓄電池という。）は、内燃機関システムを搭載するガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等において、エンジンの確実な始動を確保するという点から、極めて重要な部品である。また近年、カーナビゲーション等の車載情報機器の普及、また電動パワーステアリング等の補機の電気化により、車載電装品は増加しており、鉛蓄電池は増大する電力供給に対応することも求められている。
【０００３】
一方、鉛蓄電池の充放電可能な電気エネルギーは、使用を重ねること（経年）で減少することが不可避であり、劣化した状態でもエンジン始動を確保することが求められている。このため、鉛蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）、健康状態（ＳＯＨ）を検知することは、エンジン始動性能を予測するという意味で有益である。
【０００４】
ところで、ＳＯＣ（State Of Charge）は電池の充電状態を示すものであるが、その定義として、新品またはある劣化状態の電池においてその満充電の状態をＳＯＣ＝１００％とし、この状態から完全放電して容量が０となった状態をＳＯＣ＝０％として、中間の放電状態を各％で表現する方法が一般的である。また、ＳＯＨ（State Of Health）は電池の健康状態を示すものであるが、その定義として、新品（劣化無し）の満充電状態の電池の放電容量に対して、劣化して健康状態が低下した電池の満充電にした後の放電容量をパーセント表示する方法が一般的である。このため、以下の説明では、ＳＯＣ、ＳＯＨにこれらの定義を採用することとする。
【０００５】
これまで、鉛蓄電池の開回路電圧測定、交流を用いた内部抵抗測定、充電電流、放電電流測定、等々で鉛蓄電池のＳＯＣ、ＳＯＨを検知（算出）する試みがなされてきた。この具体例を挙げると、例えば、特許文献１のように、スタータモータを始動する際の鉛蓄電池の電圧を測定して、電池状態を検知しようとする技術が開示されている。
【０００６】
鉛蓄電池の電池状態報知技術では、鉛蓄電池の電池状態を検知した後、どのような判断をして使用者に電池状態を報知するかは極めて重要なことである。また、鉛蓄電池がどのような状態のときにどういう報知（警報）を出すかも極めて重要なことである。報知が適切に行われなかった場合、検知した内容が役に立たなくなるばかりか、最悪の場合、鉛蓄電池の使用者が損害を受けるおそれがある。このため、電池のＳＯＣやＳＯＨが低下したときには、あるしきい値で報知する（警報を発する）報知システムが考えられてきた。
【０００７】
【特許文献１】特許第３６７３８９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記報知システムでは、ＳＯＨとＳＯＣを独立に取り扱うことが通例であった。ＳＯＨは例えば電池の内部抵抗の変化により決定することが可能であり、またＳＯＣは例えば電池の開回路電圧（ＯＣＶ、無負荷電圧ともいう。）により決定することが可能である。しかし、このように両者を独立に扱った場合には次のような問題が発生する。
【０００９】
新品の鉛蓄電池において、充電状態が良好または充電不足であると判定するＳＯＣのしきい値を固定的に決め、それにより充電不足か否かの判定を行う方法はごく一般に行われている。図１は、このことを概念的に示したものである。図１において、ＯＣＶ１は固定されたＳＯＣのしきい値を表している。しかし、このような判定方法では、電池が劣化して電池の絶対容量が低下した場合、同じＳＯＣのしきい値でも電池の残存容量は新品電池のときと比較して大幅に少ないものとなる。これを回避するために、ＳＯＣのしきい値を高く設定することも可能ではあるが、この場合、新品電池に近い状態の電池では、まだ十分残存容量があるにもかかわらず、報知が行われてしまう、という問題がある。
【００１０】
また、劣化した電池は、新品電池のような高ＳＯＨの電池の場合とは異なり、同じ電池でも残存容量のバラツキが大きくなり、一回の充放電で特性が大きく低下することがある。従って、劣化の進んだ電池では、ＯＣＶのしきい値を固定的に決めて充電状態判定を行うと、適切な報知ができない、という問題がある。
【００１１】
本発明は上記事案に鑑み、鉛蓄電池の健康状態にかかわらず電池状態を精度よく報知可能な電池状態報知方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、鉛蓄電池の充電状態と健康状態を検知して前記電池の状態を報知する電池状態報知方法において、前記電池の充電不足状態を報知するためのしきい値を、前記電池の健康状態に応じて変化させることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、基本的には、鉛蓄電池の充電不足状態を報知するためのしきい値を大きくすることにより、ＳＯＨが低下したとき、すなわち電池が劣化したときに、ＳＯＣに関する報知を、ＳＯＨが高い状態とき、すなわち電池の劣化が少ないときよりも、早期に出すようにする。このようにすることで、劣化した状態で残存容量のバラツキが増加した場合においても報知遅れの確率が減少する。
【００１４】
本発明には種々の態様が考えられる。図２に示すように、ＳＯＣの指標として例えば開回路電圧を使用する場合、例えば、ＳＯＣ１００％の開回路電圧をＯＣＶ１、ＳＯＣ５０％の開回路電圧をＯＣＶ２、ＳＯＣ３０％の開回路電圧をＯＣＶ３であったとする（ＯＣＶ１＞ＯＣＶ２＞ＯＣＶ３）。例えば新品の電池およびやや劣化した電池（例えばＳＯＨ１００％〜７０％の範囲の電池）では、ＯＣＶ１＞ＯＣＶ３では、例えば“充電状態良好”と報知する。そして、この電池が放電してＳＯＣが低下し、開回路電圧がＯＣＶ３以下となったとき、“充電不足”と報知する。一方、劣化の進んだ電池（例えばＳＯＨ７０％以下の範囲の電池）では、これらの判定にＯＣＶ３の代わりに、判定電圧を上げたＯＣＶ２を使用する。以下、“充電状態良好”と“充電不足”報知領域を分割する境界線を、判定境界線と呼ぶことにする。
【００１５】
図２では一つのＳＯＨ境界（ＳＯＨ７０％）で、２種のＳＯＣの判定電圧を使用した例であるが、図３に示すように、より細かいＳＯＨの差を反映するようにした判定境界線を設けるようにしてもよい。また、図４に示すように、判定境界線を、傾きを持った直線とすることで、ＳＯＨの連続的な変化に対し、“充電不足”報知を連続的に変化させてもよく、処理は複雑になるものの、好ましい態様となる。さらに、図５に示すように、判定境界線を曲線とすることで、ＳＯＨの低い領域で、“充電不足”報知のしきい値を急激に高め、劣化の進んだ電池において早期に“充電不足”報知することができ、充電不足の問題を回避しやすくなる。これは、充電不足の問題が重大であるような使用形態、例えば各種輸送機器に搭載された鉛蓄電池の電池状態報知方法で特に有効である。
【００１６】
従って、鉛蓄電池の充電状態の指標として開回路電圧ＯＣＶを用いることが好ましく、検出した開回路電圧ＯＣＶと健康状態を用いて、健康状態が低い場合には高い場合に比べしきい値が大きくなるようにしきい値を段階的に変化させることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鉛蓄電池の健康状態に応じて電池の充電不足状態を報知するためのしきい値が変化するので、現在の電池の（劣化）状態に合わせて電池状態を精度よく報知することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明はガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の内燃機関システムの始動用電池に最適であると考えられる。本発明は、主に制御方法に係わるものであるが、その実施には適切な装置が必要となる。
【００１９】
本発明を実施する装置としては、鉛蓄電池のＳＯＣ、ＳＯＨを検知（算出）する手段を備えていなければならない。このため、本発明を実施する装置は、電圧計測手段、電流計測手段、温度検出手段、時間計測手段、電池電解液濃度検出手段、その他物理量計測手段を備えていることが好ましい。電圧検出手段は開回路電圧ＯＣＶの検出を含め鉛蓄電池に関する多くの情報を得ることができ、極めて有用である場合が多い。
【００２０】
ＳＯＣを決定（算出）するのには開回路電圧ＯＣＶを測定するのが簡単である。このためには、各ＳＯＣの電池について開回路電圧ＯＣＶのデータを予め求めておき、計測した開回路電圧ＯＣＶからＳＯＣを逆算するようにすればよい。一般には、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を表したテーブルや関係式を準備しておき（例えば、ＲＯＭに書き込んでおき）、ＯＣＶを測定してテーブルないし関係式からＳＯＣを算出している。
【００２１】
また、ＳＯＨは電池の内部抵抗と強い相関がある。電池の内部抵抗測定には交流法と直流法があり、同一の電池を測定しても、その値は若干異なったものになる。両者には次のような特徴がある。
【００２２】
交流法は電池に１ｋＨｚ程度の交流電圧を印加して内部抵抗を測定するもので、装置が簡単で済むメリットがあるが、実際の放電とは条件が異なるので測定された内部抵抗とＳＯＨとの相関が問題になる場合がある。一方、直流法は、鉛蓄電池の開回路電圧および放電しているときの電圧をそれぞれ測定し、これらの差から内部抵抗を求める方法である。装置を工夫することで精度良く直流内部抵抗を計算することができ、測定された内部抵抗の物理的意味も明確で、交流法より低コストで実現可能である。いずれの方法においても、ＳＯＣを決定する場合と同様に、各ＳＯＨの電池について内部抵抗のデータを予め求めておき、測定された電池の内部抵抗からＳＯＨを逆算するようにすればよい。
【００２３】
このようにして得られたＳＯＣ、ＳＯＨおよび前述の判定境界線を用い、充電状態良好、あるいは充電不足であるかどうかを判定する。判定の演算を行うためには、シーケンス方式など各種の方法が考えられるが、現在ではマイクロコンピュータを使用したソフトウエアによる演算方式が優れていると言える。
【００２４】
このようにして得られた判定結果を報知するための方法としては、ディスプレイに表示する方法、ブザー等の発音機器で報知する方法、ＬＥＤ等の発光素子で表示する方法など多くの方法が考えられ、コスト、大きさ等の使用条件、目的によって最適な方法を選択すればよい。例えば汎用の小型の電子測定器組み合わせて使用するのが簡単ではあるが、データを演算する電子回路、表示する電子回路も簡単な回路構成で実現可能である。従って、これらの回路を一つの電子基板上に組み込んだものにするのがよく、この場合は鉛畜電池の蓋その他に組み込んで電池と一体構成とすることができ、使用上の使い勝手が大幅に向上する。またコストはかかるものの、量産用としては、これらの回路をＬＳＩ化するのが最も好ましく、信頼性も向上する。
【００２５】
なお、上記実施形態ではガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の自動車に搭載された鉛蓄電池に本発明の電池状態報知方法を適用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、産業機械等の他の内燃機関システムにも適用可能である。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
本発明を適用するにあたっては、鉛蓄電池としてＪＩＳ規格５５Ｂ２４サイズのもの、また適用する内燃機関として、排気量１５００〜２５００ｃｃ電子制御燃料噴射装置付きのガソリンエンジン自動車を選んだ。
【００２７】
これらの車に汎用のマイクロコンピュータとＡＤコンバータ等を用い、電圧測定と演算が可能な電子回路を構成したものを搭載した。この回路で、開回路電圧からＳＯＣを、電池の内部抵抗からＳＯＨを算出し、充電不足報知には図２の判定境界線に基づき報知を行うアルゴリズムをソフトウエア的に実現させた。ここで、ＯＣＶ２とＯＣＶ３の値として、ＯＣＶ２＝１２．２Ｖを、ＯＣＶ３＝１１．８Ｖを用いた。
【００２８】
本車両を３年間、日本国内において、任意地域、任意の使用形態で使用して実車試験を行い、電池の充電不足報知が正確に行われるかどうか確認した。その後、電池の状態を調査しＳＯＣ、ＳＯＨを調べ、充電不足報知の妥当性を評価した。
【００２９】
（比較例１）
充電不足報知に図１の判定境界線を利用することとし、その他は実施例１と同様にして実車試験を行い、電池の充電不足報知が正確に行われるかどうか確認した。ＯＣＶ１の値として、ＯＣＶ２＝１２．２Ｖを用いた。
【００３０】
（比較例２）
充電不足報知に図１の判定境界線を利用することとし、その他は実施例１と同様にして実車試験を行い、電池の充電不足報知が正確に行われるかどうか確認した。ＯＣＶ１の値として、ＯＣＶ３＝１１．８Ｖを用いた。
【００３１】
実施例１、比較例１および比較例２により、充電不足報知が行われた電池における実際の報知必要性の有無の内訳および充電不足報知が行われなかった電池における実際の報知必要性の有無の内訳を調べ、判定の妥当性を評価した。図６、７に妥当性の評価結果を示す。
【００３２】
実施例１においては、充電不足報知が行われた時には、事実充電不足であったものが殆どであり、しきい値を１２．２Ｖに固定にした比較例１のように、必要のないものに対して報知することが激減したことが分かる。また、充電不足報知が行われなかった電池のでは、事実報知必要のないものがほとんどであり、判定しきい値を１１．８Ｖに固定にした比較例２のように、必要のあったものに対して報知しなかったことが激減したことが分かる。これより、実施例１の方法で正しく充電不足報知が可能となることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は鉛蓄電池の健康状態にかかわらず電池状態を精度よく報知可能な電池状態報知方法を提供するものであるため、本発明を適用した電池状態報知装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】充電状態が良好または充電不足であると判定するＳＯＣのしきい値を固定的に決め、それにより鉛蓄電池の電池状態を検知する方法の概念を示す説明図である。
【図２】本発明における鉛蓄電池の充電不足状態を報知するためのしきい値をＳＯＨに応じて変化させる一態様の概念を示す説明図である。
【図３】本発明における鉛蓄電池の充電不足状態を報知するためのしきい値をＳＯＨに応じて変化させる他の態様の概念を示す説明図である。
【図４】本発明における鉛蓄電池の充電不足状態を報知するためのしきい値をＳＯＨに応じて変化させる別の態様の概念を示す説明図である。
【図５】本発明における鉛蓄電池の充電不足状態を報知するためのしきい値をＳＯＨに応じて変化させるさらに別の態様の概念を示す説明図である。
【図６】実施例１、比較例１および比較例２において、充電不足報知が行われた鉛蓄電池における実際の報知必要性の有無の内訳を示す説明図である。
【図７】実施例１、比較例１および比較例２において、充電不足報知が行われなかった鉛蓄電池における実際の報知必要性の有無の内訳を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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