(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
満充電状態の前記バッテリを対象として前記電圧検出手段によって検出された基準開放電圧値及び基準下限電圧値に基づいて、前記バッテリの内部抵抗が一定であると仮定した電圧基準線を作成する基準線作成手段と、
非満充電状態の前記バッテリを対象として検出された開放電圧値及び下限電圧値を前記電圧検出手段から入力し、前記下限電圧値と、前記電圧基準線上で前記開放電圧値に対応する下限電圧値との電圧差に基づいて、前記非満充電状態の前記バッテリの充電残量状態を判定する判定手段と
を備える、バッテリ状態管理装置。
【請求項２】
前記判定手段による判定の結果を出力する出力手段をさらに備え、
前記出力手段は、前記電圧差が所定値未満である場合には、前記バッテリの状態が良好である旨の固定の情報を出力する、請求項１に記載のバッテリ状態管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ（本明細書では、鉛バッテリのことを指す）の状態を管理するバッテリ状態管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バッテリの状態（例えば、劣化度合い又は充電残量等）の検出を、エンジン始動時等の放電時におけるバッテリの電圧降下特性に基づいて行う技術がある（例えば特許文献１）。この電圧降下特性はバッテリ放電時の車両固有の負荷と密接に関係するため、この種の従来技術では、バッテリの状態評価のための各種パラメータを車種ごとに個別に設定するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９０６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、バッテリの状態評価のための各種パラメータを車種ごとに個別に設定するため、パラメータ設定のための人的及び装置的コストが増大するとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキには対応が困難である。
【０００５】
そこで、本発明の解決すべき課題は、バッテリの状態評価のためのバラメータ設定についての人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できるバッテリ状態管理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係るバッテリ状態管理装置は、車両に搭載され、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、前記バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、満充電状態の前記バッテリを対象として前記電圧検出手段によって検出された基準開放電圧値及び基準下限電圧値に基づいて、前記バッテリの内部抵抗が一定であると仮定した電圧基準線を作成する基準線作成手段と、非満充電状態の前記バッテリを対象として検出された開放電圧値及び下限電圧値を前記電圧検出手段から入力し、前記下限電圧値と、前記電圧基準線上で前記開放電圧値に対応する下限電圧値との電圧差に基づいて、前記非満充電状態の前記バッテリの充電残量状態を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明に係るバッテリ状態管理装置は、第１の発明に係るバッテリ状態管理装置において特に、前記判定手段による判定の結果を出力する出力手段をさらに備え、前記出力手段は、前記電圧差が所定値未満である場合には、前記バッテリの状態が良好である旨の固定の情報を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明に係るバッテリ状態管理装置によれば、基準線作成手段は、満充電状態のバッテリを対象として電圧検出手段によって検出された基準開放電圧値及び基準下限電圧値に基づいて、バッテリの内部抵抗が一定であると仮定した電圧基準線を作成する。電圧基準線は、開放電圧と下限電圧との対応関係を示す二次元座標平面において、満充電状態のバッテリを対象とした基準開放電圧値及び基準下限電圧値に関する測定点と、座標平面の原点とを、直線で結ぶことによって得られる。従って、バッテリの状態評価の基準となる電圧基準線を、車種ごとの固有のパラメータ設定を行うことなく、自動的に取得することができ、パラメータ設定のための人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できる。
【０００９】
第２の発明に係るバッテリ状態管理装置によれば、出力手段は、電圧差が所定値未満である場合、つまり、バッテリの充電残量が減少しているが、その減少量がエンジンの始動に何ら問題ない程度である場合には、満充電量から減少量を差し引いた充電残量を出力するのではなく、バッテリの状態が良好である旨の固定の情報（即ち満充電状態と同様の情報）を出力する。これにより、充電残量が減少した旨を逐次報知されるユーザが抱く不安感を、低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の参照符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
【００１１】
図１は、エンジン始動時におけるバッテリ１の放電特性を示すグラフである。グラフの横軸は開放電圧（バッテリが実質的に放電を行っていないときの出力電圧）であり、縦軸は下限電圧（エンジン始動時の放電によりバッテリの出力電圧が低下したときのその最低電圧）である。点ＰFは満充電状態（ほぼ満充電状態を含む。以下同様）のバッテリ１に対応し、その開放電圧値はＶOIF、下限電圧値はＶLIFである。また、点ＰEは充電残量がゼロ（ほぼゼロを含む。以下同様）のバッテリ１に対応し、その開放電圧値はＶOIE、下限電圧値はＶLIEである。ＶOIF，ＶOIEの値は、例えばそれぞれ１２．８Ｖ，１０．５Ｖである。
【００１２】
図２に示すように、エンジン始動時にバッテリ１に接続されるエンジン始動時負荷ＬS（バッテリの内部抵抗以外の負荷であって、スタータ、その他の抵抗要素等を含む）の抵抗値をＲSとし、バッテリ１の内部抵抗値をＲBとし、バッテリ１の開放電圧値をＶOとし、バッテリ１にエンジン始動時負荷ＬSを接続して放電を行わせた際の出力電圧の最低値である下限電圧値をＶLとすると、これらのパラメータＲS，ＲB，ＶO ，ＶLの間には、次の関係が成り立つ。
【００１３】
【数１】
0004766970.tif 000002
【００１４】
この式（１）をＶLについて解くと次のようになる。
【００１５】
【数２】
0004766970.tif 000003
【００１６】
この式（２）において、内部抵抗値ＲBが開放電圧値ＶO（バッテリ１の充電残量に対応する）により変化しないと仮定すると、エンジン始動時負荷ＬSの抵抗値ＲSは開放電圧値ＶOの値に依らず一定であるため、図１に示したグラフにおいて、点ＰFと、二次元座標系の原点（図１には現れていない）とを通る直線Ｌ１（値ＶO，ＶLの比例関係を表す直線）が得られる。
【００１７】
実際には、式（２）における内部抵抗値ＲBは開放電圧値ＶOの減少に伴って（つまり充電残量の減少に伴って）増加するため、下限電圧値ＶLの低下割合は、曲線Ｇ１のように開放電圧値ＶOの減少に伴って増大する。即ち、図１に示したグラフにおいて曲線Ｇ１の直線Ｌ１からの縦軸マイナス方向への乖離量が開放電圧値ＶOの減少に伴って徐々に大きくなるのは、開放電圧値ＶOの減少に伴う内部抵抗値ＲBの増加によるものであるということができる。なお、図１に示したグラフ中のハッチングを付した領域が、充電残量の減少に伴うバッテリ１の内部抵抗値ＲBの増加の影響を反映している部分である。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置は、電圧センサ（電圧検出手段）４、処理部５、記憶部６、及び出力部７を備えて構成されており、車両に搭載されたバッテリ１の状態を管理する。
【００１９】
電圧センサ４は、バッテリ１の出力電圧を検出する。処理部５は、ＣＰＵ等を備えて構成されており、バッテリ１の状態管理のために各種の情報処理動作（制御動作も含む）を行う。記憶部６は、例えば不揮発性半導体メモリによって構成されており、処理部５が行う各種の情報処理動作に必要な情報等が記憶されている。出力部７は、例えば液晶表示装置によって構成されており、バッテリ１の状態の判定結果等を出力する。バッテリ１には、イグニッションスイッチ２を介してスタータ３が接続されている。イグニッションスイッチ２がオンされることにより、スタータ３とバッテリ１とが導通し、エンジンの始動動作が開始される。
【００２０】
図４は、図３に示した処理部５が有する機能の一部を示す機能ブロック図である。処理部５は、基準ライン作成部（基準線作成手段）１０と、判定部（判定手段）１１とを有している。基準ライン作成部１０及び判定部１１における各処理内容については後述する。
【００２１】
図５は、エンジン始動時におけるバッテリ１の放電特性を示すグラフである。図１に示したグラフと同様に、横軸は開放電圧であり、縦軸は下限電圧である。以下、図３〜５を参照して、本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の動作について詳細に説明する。
【００２２】
＜基準ラインの作成処理＞
まず、バッテリ１を満充電状態に設定し、そのバッテリ１を用いてエンジンの始動動作を行う。電圧センサ４は、その時の開放電圧値ＶO１及び下限電圧値ＶL１を検出する。検出された開放電圧値ＶO１及び下限電圧値ＶL１は、基準ライン作成部１０に入力される。基準ライン作成部１０は、入力された開放電圧値ＶO１及び下限電圧値ＶL１を図５に示したグラフ上にプロットすることにより、満充電状態のバッテリ１に関する測定点Ｐ１を規定する。
【００２３】
基準ライン作成部１０は、測定点Ｐ１と座標の原点とを結ぶ直線をグラフ上に描き、その直線を基準ラインＬ２として規定する。図１に示した直線Ｌ１と同様に、基準ラインＬ２は、バッテリ１の内部抵抗値ＲBが開放電圧値ＶOに拘わらず一定であると仮定した場合に得られる直線に相当する。
【００２４】
基準ラインＬ２は、開放電圧値ＶOを変数とした関数（上記の式（２）のような関数）として定義され、基準ライン作成部１０によって保持される。あるいは、関数として定義するのではなく、基準ラインＬ２に則した各開放電圧値ＶOと各下限電圧値ＶLとの対応関係を記述したデータテーブルを作成し、そのデータテーブルを保持してもよい。
【００２５】
なお、バッテリ１が満充電状態に設定されているか否かは、例えば、バッテリ１の開放電圧値ＶOを測定し、その値が満充電状態に対応した所定の基準レベル以上になっているか否かによって判定することができる。
【００２６】
また、測定点Ｐ１の規定にあたっては、複数回の測定を行って得られた複数の測定結果を単純平均したり、開放電圧値ＶO１の測定値が大きいものほど寄与度を大きくして加重平均することによって、測定点Ｐ１を求めてもよい。あるいは、複数の測定結果の中で開放電圧値ＶO１が最大となる測定点を、測定点Ｐ１として採用してもよい。
【００２７】
＜バッテリ状態の判定処理＞
バッテリ１がある程度使用されて満充電時よりも充電残量が減少した状態（つまり非満充電状態）においても、上記と同様に、その非満充電状態のバッテリ１を用いてエンジンの始動動作が行われる。電圧センサ４は、その時の開放電圧値ＶO３及び下限電圧値ＶL３を検出する（図５に示したグラフ上の測定点Ｐ３に対応）。
【００２８】
なお、図５において測定点Ｐ３が基準ラインＬ２から縦軸マイナス方向へ乖離しているのは、上記の通り、開放電圧値ＶOの減少に伴う内部抵抗値ＲBの増加の影響によるものである。よって、図５においてもバッテリ１の放電特性は、図１に示した曲線Ｇ１と同様に、曲線Ｇ２の軌跡を辿ることが予測される。図５の点Ｐ２は図１の点ＰEに相当し、充電残量がゼロのバッテリ１に対応する。また、点Ｐ２の開放電圧値ＶO２及び下限電圧値ＶL２は、それぞれ図１の開放電圧値ＶOIE及び下限電圧値ＶLIEに相当する。
【００２９】
電圧センサ４によって検出された開放電圧値ＶO３及び下限電圧値ＶL３は、判定部１１に入力される。また、判定部１１には、基準ライン作成部１０から基準ラインＬ２に関するデータが入力されている。
【００３０】
判定部１１は、開放電圧値ＶO３に対応する基準ラインＬ２上の下限電圧値ＶL３’を割り出し、下限電圧値ＶL３’から下限電圧値ＶL３を減算することによって、両電圧値の電圧差ＶD３（＝ＶL３’−ＶL３）を求める。
【００３１】
次に、判定部１１は、電圧差ＶD３と、予め設定されて記憶部６に記憶されている所定のしきい値電圧Ｖｔｈとを比較する。そして、電圧差ＶD３がしきい値電圧Ｖｔｈ未満である場合には、バッテリ１の充電残量は十分であると判定し、一方、電圧差ＶD３がしきい値電圧Ｖｔｈ以上である場合には、バッテリ１の充電残量は不十分であると判定し、その判定結果をデータとして出力部７に向けて出力する。この例では、測定点Ｐ３に関してはバッテリ１の充電残量は十分であるものと仮定する。なお、「バッテリ１の充電残量が十分である」とは、何ら支障なくエンジンを始動し得る程度に充電残量が多いことを意味する。
【００３２】
図６，７は、出力部７の表示画面上に表示される画像の一例を示す図である。この時点ではバッテリ１の充電残量は十分であるため、図６を参照して、「良好」の文字が描かれた表示領域２０ａが点灯されている。また、図７を参照して、複数に分割された表示領域２１ａ〜２１ｅの全てが点灯されている。
【００３３】
なお、上記のしきい値電圧Ｖｔｈとしては、例えば０．５Ｖのような固定の電圧値を設定することができる。あるいは図５を参照して、開放電圧値ＶO２に対応する基準ラインＬ２上の下限電圧値ＶL２’と、下限電圧値ＶL２との電圧差ＶD２（＝ＶL２’−ＶL２）を求め、電圧差ＶD２の例えば５０％の電圧値をしきい値電圧Ｖｔｈとして設定することもできる。
【００３４】
次に、バッテリ１の使用が続けられて充電残量がさらに減少した状態においても、そのバッテリ１を用いてエンジンの始動動作が行われ、電圧センサ４は、その時の開放電圧値ＶO４及び下限電圧値ＶL４を検出する（図５に示したグラフ上の測定点Ｐ４に対応）。
【００３５】
検出された開放電圧値ＶO４及び下限電圧値ＶL４は判定部１１に入力され、判定部１１は、開放電圧値ＶO４に対応する基準ラインＬ２上の下限電圧値ＶL４’を割り出し、下限電圧値ＶL４’から下限電圧値ＶL４を減算することによって電圧差ＶD４（＝ＶL４’−ＶL４）を求める。
【００３６】
上記と同様に判定部１１は、電圧差ＶD４としきい値電圧Ｖｔｈとを比較することにより、バッテリ１の充電残量が十分であるか不十分であるかを判定する。この例では、測定点Ｐ４に関してはバッテリ１の充電残量は不十分であるものと仮定する。
【００３７】
この時点ではバッテリ１の充電残量は不十分であるため、図６を参照して、表示領域２０ａが消灯されるとともに、「要注意」の文字が描かれた表示領域２０ｂが点灯される。あるいは図７を参照して、電圧差ＶD４としきい値電圧Ｖｔｈとの差に応じて、表示領域２１ａ〜２１ｅのうちの一又は複数個の領域が、表示領域２１ａから順に消灯される。
【００３８】
このように本実施の形態に係るバッテリ状態管理装置によれば、基準ライン作成部１０は、満充電状態のバッテリ１を対象として電圧センサ４によって検出された基準開放電圧値ＶO１及び基準下限電圧値ＶL１に基づいて、バッテリ１の内部抵抗値ＲBが一定であると仮定した基準ラインＬ２を作成する。基準ラインＬ２は、開放電圧値ＶOと下限電圧値ＶLとの対応関係を示す二次元座標平面において、満充電状態のバッテリ１を対象とした基準開放電圧値ＶO１及び基準下限電圧値ＶL１に関する測定点Ｐ１と、座標平面の原点とを、直線で結ぶことによって得られる。従って、バッテリ１の状態評価の基準となる基準ラインＬ２を、車種ごとの固有のパラメータ設定を行うことなく、自動的に取得することができる。その結果、パラメータ設定のための人的及び装置的コストを軽減できるとともに、同一車種内の車両個体差によるバラツキにも容易に対応できる。
【００３９】
また、出力部７は、下限電圧値ＶL３’と下限電圧値ＶL３との電圧差ＶD３がしきい値電圧Ｖｔｈ未満である場合、つまり、バッテリ１の充電残量が減少しているが、その減少量がエンジンの始動に何ら問題ない程度である場合には、満充電量から減少量を差し引いたその時点での具体的な充電残量を出力するのではなく、バッテリ１の状態が良好である旨の固定の情報（即ち満充電状態と同様の情報）を出力する。従って、充電残量が減少した旨を逐次報知されることによりユーザが抱く不安感を、低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】エンジン始動時におけるバッテリの放電特性を示すグラフである。
【図２】エンジン始動時にバッテリに接続される負荷とバッテリの内部抵抗との関係を模式的に示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るバッテリ状態管理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した処理部が有する機能の一部を示す機能ブロック図である。
【図５】エンジン始動時におけるバッテリの放電特性を示すグラフである。
【図６】出力部の表示画面上に表示される画像の一例を示す図である。
【図７】出力部の表示画面上に表示される画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  バッテリ
４  電圧センサ
５  処理部
６  記憶部
７  出力部
１０  基準ライン作成部
１１  判定部
【図１】
0004766970.tif 000004
【図２】
0004766970.tif 000005
【図３】
0004766970.tif 000006
【図４】
0004766970.tif 000007
【図５】
0004766970.tif 000008
【図６】
0004766970.tif 000009
【図７】
0004766970.tif 000010