(57)【要約】【課題】  車載可能な安価な構成で、精度よくバッテリの劣化度合を検出する。【解決手段】  バッテリ６の一充放電サイクルごとに、放電と充電との各切り替わり時の第１および第２の放電深度を算出する。その後、上記第１および第２の放電深度の差分値に基づいてバッテリ６の当該充放電サイクルの劣化量を算出する。上記劣化量を、各充放電サイクルごとに積算し、その積算値が所定の寿命レベルを超えたとき、バッテリ６の寿命と判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能なバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定装置であって、
前記バッテリの一充放電サイクルごとに、放電と充電との各切り替わり時の第１および第２の放電深度を算出するとともに前記第１および第２の放電深度の差分値に基づいて前記バッテリの劣化量を算出する劣化量算出手段と、
前記劣化量算出手段により算出された前記劣化量を、各充放電サイクルごとに積算する積算手段と、
前記積算手段により得られた積算値が所定の寿命レベルを超えたときに、前記バッテリの寿命と判定する判定手段と、
を有することを特徴とするバッテリ劣化判定装置。
【請求項２】
前記劣化量算出手段は、前記第１および第２の放電深度の差分値を、予め求められた放電深度と充放電サイクル寿命との関係を示す充放電サイクル特性に基づいて決定される係数でべき乗することにより、前記劣化量を算出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ劣化判定装置。
【請求項３】
前記係数は前記バッテリの種類に応じて異なることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ劣化判定装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載のバッテリ劣化判定装置を備える自動車。
【請求項５】
所定条件を満たす場合にエンジンのアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ手段と、
前記判定手段により前記バッテリが寿命と判定された場合、前記アイドリングストップ手段の動作を禁止する禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ劣化判定装置に関し、特に自動車に搭載可能なバッテリ劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次バッテリの劣化は、充放電を繰り返すことによって経時的にバッテリの内部抵抗値が高くなりバッテリの端子電圧が低下していく現象として現れることが知られている。したがって、バッテリの劣化度合は、内部抵抗を計測することで推定することが可能である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７７１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車においては、排気ガスの削減と燃費の改善のために、信号待ちや渋滞時などの停車時に自動的にエンジン作動を停止するアイドリングストップ機能を備えるものが増えている。アイドリングストップ車のバッテリは、エンジン始動のみならず、アイドリングストップ時に負荷に給電することが必要になる。このように、アイドリングストップ車のバッテリは非アイドリングストップ車のバッテリに比べて消耗度の激しい使い方となる。ここでバッテリの劣化に関する情報を得ることができれば、それに応じた電力管理を行うことでバッテリの寿命を引き延ばすことができる。また、バッテリの劣化に関する情報を得ることができれば、ユーザはそのバッテリの交換時期を前もって知ることができ、突然の機能停止を回避することができる。したがって、高精度かつ低コストなバッテリ劣化判定機構を実現することは重要な要請である。
【０００５】
しかしながら、上述したような、バッテリの内部抵抗を計測することでバッテリの劣化度合を推定する手法は、一般には内部抵抗を計測する測定器が必要であるため、低コストで実現することは困難であり、また、そもそもバッテリの使用中に計測することもできないため、実用的でないという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明は、車載可能な安価な構成で精度よくバッテリの劣化を判定可能なバッテリ劣化判定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、充放電可能なバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定装置であって、前記バッテリの一充放電サイクルごとに、放電と充電との各切り替わり時の第１および第２の放電深度を算出するとともに前記第１および第２の放電深度の差分値に基づいて前記バッテリの劣化量を算出する劣化量算出手段と、前記劣化量算出手段により算出された前記劣化量を、各充放電サイクルごとに積算する積算手段と、前記積算手段により得られた積算値が所定の寿命レベルを超えたときに、前記バッテリの寿命と判定する判定手段とを有することを特徴とするバッテリ劣化判定装置が提供される。
【０００８】
この構成によれば、内部抵抗を計測する手法に比べ、高精度かつ低コストに、バッテリの劣化を判定することができる。
【０００９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１および第２の放電深度の差分値を、予め求められた放電深度と充放電サイクル寿命との関係を示す充放電サイクル特性に基づいて決定される係数でべき乗することにより、前記劣化量を算出することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、予め求められた放電深度と充放電サイクル寿命との関係を示す充放電サイクル特性に沿ったバッテリの寿命判定を行うことができる。
【００１１】
本発明の好適な実施形態によれば、前記係数は前記バッテリの種類に応じて異なる。上記の充放電サイクル特性はバッテリの種類に依存するため、バッテリの種類に応じた係数とすることにより、高精度がバッテリの劣化判定が実現される。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、上記の特徴を備えるバッテリ劣化判定装置を有する自動車が提供される。この構成の自動車によれば、運転中に高精度なバッテリの劣化処理を行うことができる。
【００１３】
本発明の好適な実施形態によれば、前記自動車は、所定条件を満たす場合にエンジンのアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ手段と、前記判定手段により前記バッテリが寿命と判定された場合、前記アイドリングストップ手段の動作を禁止する禁止手段とを更に備えることが好ましい。
【００１４】
この構成により、バッテリが寿命を迎えているにもかかわらずアイドリングストップが働き、エンジン再始動が行えなくなることが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、車載可能な安価な構成で精度よくバッテリの劣化を判定可能なバッテリ劣化判定装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。
【００１７】
図１は、本発明のバッテリ劣化判定装置が搭載される自動車の要部を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、１はエンジン、２は始動用モータを兼ねるジェネレータ（発電機）である。エンジン１は駆動機構（図示省略）を介して左右の駆動輪３，３間に設けられたデファレンシャルギア４に連結されているジェネレータ２での発電電力は、電源ライン５を介してバッテリ６に給電される。バッテリ６は充放電可能な二次バッテリであり、たとえば鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などで構成される。バッテリ６の放電電力は負荷８に供給される。負荷８はたとえば空調装置、オーディオ機器、ヘッドライト、室内灯などの電装品である。
【００１９】
７はバッテリ６の劣化判定処理を行うバッテリＥＣＵ（Electronic Contol Unit）である。このバッテリＥＣＵ７は典型的には、図示の如く、制御を司るＣＰＵ７１、制御プログラムや固定的なデータを記憶しているＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１のワークエリアを提供するＲＡＭ７３を有するマイクロコンピュータで実現される。
【００２０】
９はバッテリ６に直列接続されバッテリ６に流れる放電電流および充電電流を検出する電流センサ、１０はバッテリ６に並列接続されバッテリ６の端子電圧を検出する電圧センサ、１１はバッテリ６の近傍に設けられバッテリ６の温度を検出する温度センサである。これら電流センサ９，電圧センサ１０，温度センサ１１はそれぞれ、バッテリＥＣＵ７のインタフェース（Ｉ／Ｆ）７４，７５，７６に接続される。Ｉ／Ｆ７４，７５，７６はそれぞれ、電流センサ９，電圧センサ１０，温度センサ１１の出力値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（図示省略）を含む。
【００２１】
自動車を通常に使用する場合には、バッテリ６のような電池の寿命は主に、いわゆる充放電サイクル寿命とよばれる劣化モードによって迎えることになる。充放電サイクル寿命とは、バッテリの充放電時の電気化学的変化、物理的変化に起因する劣化モードである。充放電サイクル寿命は、放電深度（Depth of Discharge, 以下「ＤＯＤ」という。）に強く依存していることが知られている。図２に各種二次電池のＤＯＤと充放電サイクル寿命の関係の一例を示す。ただしこの特性図は、図３に示されるような、単純充放電（充放電間隔一定、ＤＯＤ一定）による試験結果にすぎないことに留意する必要がある。実際の使用環境では充放電パターンは一定ではなく、図４に示されるように、複雑である。すなわち、運転状態や負荷の使用状況等に応じて、ＤＯＤの深さや充放電の時間間隔は時々刻々と変化する。なお、図３，４において、横軸は時間、縦軸は充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を示している。ＳＯＣとＤＯＤの単位を％で示す場合、ＳＯＣ＝１００(%)−ＤＯＤの関係にある。
【００２２】
図２の特性は、バッテリの種類によって特性は異なるものの、いずれもＤＯＤが浅いほど充放電サイクル寿命が延びることを示している。逆にいうと、ＤＯＤが深くなるほど充放電サイクル寿命は短くなる。これはさらに換言すれば、ＤＯＤが深くなるほどバッテリの劣化量が大きくといえる。
【００２３】
本実施形態では、一充放電サイクルにおける、充電前のＤＯＤと充電後のＤＯＤとの差分を、当該サイクルでの劣化量とみなし、この劣化量をサイクルごとに積算していく。そしてこの積算値（総劣化量）が所定の寿命ラインを超えた場合、バッテリを寿命と判定する。以下、この処理を図５のフローチャートを参照して詳しく説明する。
【００２４】
図５は、本実施形態におけるバッテリ６の劣化判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートに対応するプログラムはＲＯＭ７２に記憶されている制御プログラムに含まれ、ＣＰＵ７１によって実行されるものである。この処理は、イグニッションがＯＮされてからＯＦＦされるまでの間、継続的に行われる。
【００２５】
まずステップＳ１では、バッテリ６が満充電状態になるのを待機する。たとえば、電流センサ９により検出されるバッテリ６の充電電流値が所定値（たとえば１Ａ）、かつ電圧センサ１０により検出されるバッテリ６の端子電圧が所定値（たとえば１４．８Ｖ）となったときに、バッテリ６は満充電状態になったと判断する。
【００２６】
満充電状態となったバッテリ６はその後、放電状態となるので、その放電中に電流センサ９により検出される放電電流値を積算する（ステップＳ２）。この放電中、放電から充電へと状態が切り替わったかどうかを検査している（ステップＳ３）。放電から充電、あるいは充電から放電への状態の切り替わりは、たとえば電流センサ９により検出される放電電流値の符号が変化したかどうかで判断できる。
【００２７】
放電から充電へと状態が切り替わると、ステップＳ２で求められた放電電流の積算値とバッテリ６の公称容量とに基づいて、充電前ＤＯＤを示すＤＯＤ0を算出する（ステップＳ４）。
【００２８】
続くステップＳ５では、その充電中に電流センサ９により検出される充電電流値を積算する。この充電中、充電から放電へと状態が切り替わったかどうかを検査する（ステップＳ６）。
【００２９】
充電から放電へと状態が切り替わると、ステップＳ５で求められた充電電流の積算値とバッテリ６の公称容量とに基づいて、充電後ＤＯＤを示すＤＯＤ1を算出する（ステップＳ７）。
【００３０】
次に、ステップＳ８で、次式に従い、この充放電サイクルによるバッテリ６の劣化量Ｒを算出する。
Ｒ＝（ＤＯＤ0−ＤＯＤ1）k
ただし、ｋは劣化係数を表す。この劣化係数ｋはたとえば、図２に示したような特性に沿うように、バッテリ６の種別（鉛蓄電池／ニッケル水素電池／リチウムイオン電池などの種別）に依存して決定される。また、充放電サイクル寿命は環境温度にも依存することが知られている。そこで、劣化係数ｋは、さらに温度センサ１１により検出される温度にも依存して決定されるとよい。
【００３１】
次に、ステップＳ９で、上記のようにして求めた劣化量Ｒを積算することにより、過去すべての充放電サイクルによるバッテリ６の総劣化量ΣＲを求める。ΣＲの最新値はこの処理を抜けた後にもＲＡＭ７３に保持される。
【００３２】
次に、ステップＳ１０で、総劣化量ΣＲが所定の寿命ラインを超えたかどうかを判断する。ここで総劣化量ΣＲがこの寿命ラインを超えていない場合は、そのままステップＳ２に戻って次の充放電サイクルにおける処理を繰り返す。一方、総劣化量ΣＲが寿命ラインを超えた場合にはバッテリ６の寿命と判断し、たとえば自動車のインストルメントパネルに設けられたインジケータによって警告表示を行い（ステップＳ１１）、その後、ステップＳ２に戻る。
【００３３】
以上、本発明の実施形態を説明した。
【００３４】
ところで、上述の自動車が、所定条件を満たしたときにエンジン１のアイドリングを自動的に停止するアイドリングストップ機能を有する場合を考える。たとえば交差点などでアイドリングストップが機能してエンジン１が停止した場合、上述のようなバッテリ劣化判定処理を実行したためにバッテリ６の劣化が進行し、これが原因でその後のエンジン再始動が行えなくなる可能性がある。そこで、ステップＳ１０でバッテリ６の寿命が判定されている間は、アイドリングストップ機能を禁止することが好ましい。この構成により、エンジン再始動が行えなくなることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態におけるバッテリ劣化判定装置を有する自動車の要部を示すブロック図である。
【図２】各種二次電池のＤＯＤと充放電サイクル寿命の関係の一例を示す特性図である。
【図３】図２の特性試験に使用される単純充放電パターンを例を示す図である。
【図４】実際の使用環境における充放電パターンの例を示す図である。
【図５】実施形態におけるバッテリ６の劣化判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１：エンジン
２：ジェネレータ
３：駆動輪
４：デファレンシャルギア
５：電源ライン
６：バッテリ
７：バッテリＥＣＵ
８：負荷（電装品）
９：電流センサ
１０：電圧センサ
１１：温度センサ
【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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