(57)【要約】【課題】  本発明は、残存容量推定の精度向上を図れる車両用バッテリの残存容量検出装置を提供することにある。【解決手段】  バッテリ１の端子電圧を検出する電圧検出器８と、放電電流Ｉを検出する電流検出器７と、バッテリ１の内部抵抗Ｒを求める内部抵抗検出手段Ａ１と、内部抵抗とバッテリの端子電圧の当初相関モード線Ｎと当初相関モード線Ｎを下回る第１バッテリ劣化モード域ｎＩと当初相関モード線を上回る第２バッテリ劣化モード域ｎIIとが設定された劣化モード設定マップｍａｐ１を用い、現在の内部抵抗Ｒと端子電圧Ｖより劣化モードを判定する劣化モード判定手段Ａ１と、内部抵抗Ｒに対応するバッテリの残存容量Ｑが第１、第２バッテリ劣化モードｎＩ，ｎIIに応じて設定された残存容量設定マップｍａｐ２を用い、現在の内部抵抗Ｒより残存容量Ｑを求める残存容量検出手段Ａ３とを有する【選択図】図１
2005274214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの端子電圧を検出する電圧検出器と、
上記バッテリの放電電流を検出する電流検出器と、
上記電圧検出器及び上記電流検出器によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリの端子電圧および放電電流から上記バッテリの内部抵抗を求める内部抵抗推定手段と、
上記バッテリの搭載初期の内部抵抗とバッテリの端子電圧の当初相関モード線と上記当初相関モード線を下回る第１バッテリ劣化モード域と上記当初相関モード線を上回る第２バッテリ劣化モード域とが設定された劣化モード設定マップを用い、現在の内部抵抗と端子電圧より劣化モードを判定する劣化モード判定手段と、
上記内部抵抗に対応するバッテリの残存容量が上記第１バッテリ劣化モード及び第２バッテリ劣化モードに応じてそれぞれ設定された残存容量設定マップを用い、現在の内部抵抗より残存容量を求める残存容量検出手段と、
を有することを特徴とする車両用バッテリの残存容量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、
上記残存容量検出手段が求めたバッテリの残存容量を表示する表示器を付設することを特徴とする車両用バッテリの残存容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるバッテリの残存容量を適確に検出できる車両用バッテリの残存容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両電源系の基幹部品であるバッテリの役割はー昔前のエンジン始動用から、ＥＣＵバックアップ電源としての役割、アイドリングストップでのエンジン停止状態での電気負荷駆動用など益々重要な位置付けになっている。  
そこで、たとえば、比重計方式の残存容量検出装置が採用されており、この場合、バッテリ比重と充電度合ＳＯＣ（＝残存容量／現劣化状態の満充電容量×１００｛％〕）が図５に示すようなリニア関係にあることを利用している。なお、図５のａ１、ａ２線は互に異なる容量のバッテリの特性を示す。
【０００３】
この残存容量検出装置では、バッテリの複数セルの一つにフロートとリードスイッチを用いた比重計タイプのセンサーを取り付け、適性比重以上、即ち、適性充電度合ＳＯＣ以上でオン信号を出力するようにしている。  
更に、特開昭５８−１２３４７９号（特許文献１）には、クランキング中におけるバッテリ端子間電圧およびバッテリ放電電流と、クランキング直前のバッテリ端子電圧および放電電流とからバッテリの内部抵抗を演算し、この内部抵抗に基づいてバッテリ残存容量を検出する技術が開示される。特開平０７−２６０９０４号（特許文献２）には、演算したバッテリの内部抵抗をパラメータとして、内部抵抗―残存容量マップを用いてバッテリ残存容量を求める技術が開示される。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１２３４７９号公報
【特許文献２】特開平０７−２６０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、比重検知方式の残存容量検出装置は、リードＳＷ式のため、出力がＯＮ／ＯＦＦであり、残存容量の値（大小のレベル）を知ることができない。  
更に、特許文献１及び２のようにバッテリ内部抵抗のみから残存容量を推定する方法では、検知誤差が大きいという問題がある。即ち、鉛バッテリはその使用環境に応じて異なる劣化モードとなり、いずれの劣化モードにあるかにより内部抵抗と残存容量との対応関係が変動するが、これが考慮されていないのである。
【０００６】
本発明者は、この点に着目し、バッテリの劣化モードを判定した上で、この劣化モードを考慮して、内部抵抗に対応する残存容量の推定を行うことで、その精度を高めることができると考えた。  
ここで、鉛バッテリの代表的な劣化モードとしては、高速走行が多い車両のように過充電、高温使用が多いと格子腐蝕が、タクシーやアイドリングストップ機能付自動車のように深い充放電の繰り返しが多いと正極活物質軟化が、浅い充放電の繰り返しが多いと負極活物質硬化（サルフェーション）が生じることが知られている。
【０００７】
そこで、本発明者は、上記３つの劣化モードそれぞれに対応する内部抵抗Ｒと残存容量Ｑの相関を測定して比較したところ図３に示すような特性を得た。
【０００８】
この内部抵抗Ｒ―残存容量Ｑデータ線図の作成にあたっては、複数の同一特性の被試験体としてのバッテリ１の一つを正極活物質軟化の劣化モードを生じるように所定経過時間使用し、その後の内部抵抗Ｒと残存容量Ｑの相関を測定し、図３中に△印で示すデータ列Ｐ１を得た。更に、被試験体としてのバッテリ１の他の一つを格子腐蝕の劣化モードを生じるように所定経過時間使用し、その後の内部抵抗Ｒと残存容量Ｑの相関を測定し、図３中に□印で示すデータ列Ｐ２を得た。
【０００９】
更に、バッテリ１の他の一つを負極活物質硬化の劣化モードを生じるように所定経過時間使用し、その後の内部低抗Ｒと残存容量Ｑの相関を測定し、図３に×印で示すデータ列Ｐ２を得た。
【００１０】
即ち、正極活物質軟化の劣化モード（以下第１劣化モードという）においては、内部抵抗Ｒと残存容量Ｑの相関が図３のデータ列Ｐ１で表され、格子腐蝕又は負極活物質硬化の劣化モード（以下、第２劣化モードという）においては、内部抵抗Ｒと残存容量Ｑの相関が共通のデータ列Ｐ２で表されることが確認された。
【００１１】
更に本発明者は、上述と同様の方法を用い、上記３つの劣化モードそれぞれに対応する内部抵抗Ｒとオープン電圧Ｖ（クランキング前の端子電圧）の相関を測定して比較したところ図６に示すような特性を得た。
【００１２】
即ち、正極活物質軟化の劣化モード（即ち、第１劣化モード）にあるバッテリ１ではその各測定値が、内部抵抗Ｒ―オープン電圧Ｖマップにおいて、バッテリの新品時、即ちバッテリ劣化度合ＳＯＨ（＝現劣化状態の満充電容量／初期満充電容量×１００［％］）が１００［％］時の内部抵抗Ｒとオープン電圧Ｖの当初相関モード線Ｎよりも下側の領域ＮＩに得られ、格子腐蝕又は負極活物質硬化の劣化モード（即ち、第２劣化モード）にあるバッテリ１ではその各測定値が、上記当初相関モードＮよりも上側の領域ＮIIに得られることが判明した。  
本発明は、上述の着眼点及び実験分析結果に基づき案出されたものであり、バッテリの残存容量推定の精度向上を図れるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の請求項１に係る車両用バッテリの残存容量検出装置は、バッテリの端子電圧を検出する電圧検出器と、上記バッテリの放電電流を検出する電流検出器と、上記電圧検出器及び上記電流検出器によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリの端子電圧および放電電流から上記バッテリの内部抵抗を求める内部抵抗推定手段と、上記バッテリの搭載初期の内部抵抗とバッテリの残存容量の当初相関モード線と上記当初相関モード線を下回る第１バッテリ劣化モード域と上記当初相関モード線を上回る第２バッテリ劣化モード域とが設定された劣化モード設定マップを用い、現在の内部抵抗とバッテリの端子電圧より劣化モードを判定する劣化モード判定手段と、上記内部抵抗に対応するバッテリの残存容量が上記第１バッテリ劣化モード及び第２バッテリ劣化モードに応じてそれぞれ設定された残存容量設定マップを用い、現在の内部抵抗より残存容量を求める残存容量検出手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明の請求項２は、請求項１に記載の車両用バッテリの残存容量検出装置において、上記残存容量検出手段が求めたバッテリの残存容量を表示する表示器を付設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の請求項１によれば、バッテリの端子電圧と放電電流よりバッテリの内部抵抗を求め、劣化モード設定マップを用いて現在の内部抵抗と端子電圧より劣化モードを判定し、判定した劣化モードに応じた残存容量設定マップを用いて現在の内部抵抗に対応するバッテリの残存容量を求めるので、残存容量推定の精度向上を図れる。
【００１６】
請求項２によれば、現在の内部抵抗に対応するバッテリの残存容量を表示器により表示でき、信頼性の有る残存容量表示を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態にかかる車両用バッテリの残存容量検出装置について説明する。図１は車両用バッテリの残存容量検出装置（以下バッテリの残存容量検出装置という）の全体構成を示し、図２はバッテリ１の残存容量検出装置の制御機能部のブロック図を示す。  
バッテリの残存容量検出装置は不図示の車両に車載され互いに直列接続された１対のバッテリ（以下バッテリという）１ａ、１ｂと、高電位側のバッテリ１ｂのプラス端子２に給電線３を介し接続されるスタータ４および車載の電気負荷５と、給電線３に介装される電流検出器（以下電流センサという）７と、１対のバッテリ１のプラス端子の電圧値を検出する１対の電圧検出器８と、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）６と、ＥＣＵ６に接続された表示器９とを備える。
【００１８】
ＥＣＵ６は不図示の入出力回路に多数のポートを有し、その電源系の制御構成部材にのみ着目した場合、出力ポートには表示器９が接続され、入力ポートには電流センサ７、電圧検出器８とが接続される。  
ここで、表示器９は連続的に表示できるレベルゲージでよく、ここでは液晶表示器が採用される。  
電流センサ７はスタータ４および車載の電気負荷側へ放電される放電電流を検出し、電流値をＥＣＵ６に入力する。
【００１９】
各電圧検出器８は各バッテリ１のプラス端子の電圧値を所定検出時期に応じて検出し、電圧値ＶをＥＣＵ６に入力する。  
本実施形態においては、バッテリ１ａとバッテリ１ｂのそれぞれについて同様の手段を用いてその残存容量を検出するが、以下、バッテリ１ａについてのみバッテリ１として説明する。
【００２０】
図２に示すように、ＥＣＵ６はその電源系の制御機能のみに着目すると、内部抵抗推定手段Ａ１、劣化モード判定手段Ａ２、残存容量検出手段Ａ３、表示器９を制御する表示制御部Ａ４としての制御機能を有する。なお、表示器９とこれを制御する表示制御部Ａ４とが表示手段を構成する。
【００２１】
内部抵抗検出手段Ａ１は電圧検出器８及び電流センサ７によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリ１の端子電圧端子電圧Ｖ１、Ｖ２および放電電流Ｉ１、Ｉ２からバッテリ１の内部抵抗Ｒ｛＝｜（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）｜｝を求める。
【００２２】
劣化モード判定手段Ａ２はバッテリ１の搭載初期の内部抵抗Ｒとバッテリ１の端子電圧Ｖ１の当初相関モード線Ｎと当初相関モード線Ｎを下回る第１バッテリ劣化モード域nＩと当初相関モード線Ｎを上回る第２バッテリ劣化モード域nIIとが設定された劣化モード設定マップｍａｐ１を用い、現在の内部抵抗Ｒと端子電圧Ｖ１より劣化モード域ｎＩあるいはnIIを判定する。なお、ここでの劣化モード設定マップｍａｐ１の一例を、図２中に示した。
【００２３】
この劣化モード設定マップｍａｐ１は図６で説明したようにバッテリ１の劣化モードが車両の使用態様で異なることを考慮して設定された。  
即ち、図６で説明したように、バッテリ１の新品時の内部抵抗Ｒとバッテリ１の端子電圧Ｖの当初相関モード線Ｎはバッテリ１の工場出荷前の新品時のデータに基づき設定されている。
【００２４】
更に、バッテリ１が当初相関モード線Ｎより下側のＲ−Ｖ領域である第１バッテリ劣化モード域nＩに経時的に達しているのは、バッテリが正極活物質軟化を生じている場合と推定され、当初相関モード線Ｎより上側のＲ−Ｖ領域である第２バッテリ劣化モード域ｎIIに経時的に達しているのは、格子腐蝕あるいは負極活物質硬化（サルフェーション）が生じている場合と推定される。このような劣化特性を踏まえ、劣化モード設定マップｍａｐ１を用い、現在の内部抵抗Ｒとバッテリ１の端子電圧Ｖ１の位置ｅより第１、第２バッテリ劣化モード域nＩあるいはｎIIを判定することができる。
【００２５】
残存容量検出手段Ａ３は内部抵抗Ｒに対応するバッテリの残存容量Ｑが第１バッテリ劣化モードｎＩ及び第２バッテリ劣化モードｎIIに応じてそれぞれ設定された残存容量設定マップｍａｐ２を用い、現在の内部抵抗Ｒより残存容量Ｑを求める。なお、ここでの残存容量設定マップｍａｐ２の一例を、図２中に示す。  
この残存容量設定マップｍａｐ２は図３で説明したように、予め実測された内部抵抗Ｒ−残存容量Ｑデータ線図に基づき作成されている。
【００２６】
即ち、図２中の第１バッテリ劣化モードｎIでの残存容量Ｑの演算用線図ｐ１は、図３中に示す正極活物質軟化による劣化モードでのデータ列Ｐ１を基準に用いて設定された。同じく第２バッテリ劣化モードｎIIでの残存容量Ｑの演算用線図ｐ２は、図３中に示す格子腐蝕あるいは負極活物質硬化（サルフェーション）による劣化モードでのデータ列Ｐ２を基準に用いて設定された。  
表示制御部Ａ４（表示手段の制御部）は残存容量検出手段Ａ３からの演算値である残存容量Ｑを入力され、 表示手段の表示器９に残存容量Ｑ相当の表示駆動信号を出力する。これにより表示器９が残存容量Ｑを表示する。
【００２７】
本発明の一実施形態にかかる車両用バッテリの残存容量検出装置は、上述のような構成を成しているので、以下、図４に示す各フローチャートに基づいてその作動を説明する。
まず、不図示のエンジンキースイッチがオンされるのを検出するとステップs１よりステップs２に進み、 各センサからの電圧Ｖ１、電流Ｉ１等のデータの取り込みを行う。
【００２８】
次に、ステップs３でエンジン始動信号の有無を判断する。ここでは不図示のイグニションスイッチがオンのとき、エンジン始動信号有りと判断する。エンジン始動信号有り（すなわち、エンジンクランキング時）ではＹｅｓでステップｓ４に進む。エンジン始動信号無し（すなわち、エンジンクランキング前）ではＮｏでステップｓ５に進み、キースイッチオフとなるまではステップｓ３に戻る。
【００２９】
エンジン始動信号有りでステップｓ４に達すると、ここでは始動直後（クランキング時）の電圧Ｖ２、電流Ｉ２のデータの取り込みを行い、ＥＣＵ６の所定記憶エリアにストアし、ステップｓ６に進む。
【００３０】
ステップｓ６では電圧検出器８及び電流センサ７によりクランキング前及びクランキング時に検出されたバッテリ１の端子電圧Ｖ１、Ｖ２および放電電流Ｉ１、Ｉ２を取り込み、これらの各値に基づき、バッテリ１の内部抵抗Ｒ｛＝｜（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉ１−Ｉ２）｜｝を演算する。
【００３１】
ステップｓ７では、劣化モード設定マップｍａｐ１を用い、現在の内部抵抗Ｒと端子電圧Ｖ１に相当する劣化モード設定マップｍａｐ１上の位置が当初相関モード線Ｎより下側の第１バッテリ劣化モード域ｎＩか、当初相関モード線Ｎより上側の第２バッテリ劣化モード域ｎIIかを判断し、メインルーチンにリターンする。なお、当初相関モード線Ｎ上にある場合、ここでは当初相関モード線Ｎより上側と見做すよう処理するが、これに代えて下側と見做すよう処理しても同様の効果を奏することができる。
【００３２】
ステップｓ８に達すると、バッテリ１が第１バッテリ劣化モード域ｎＩか否か判断し、Ｙｅｓでステップｓ９に、Ｎｏでステップｓ１０に進む。  
ステップｓ９では現劣化モードが第１バッテリ劣化モード域ｎＩであるとして、残存容量設定マップｍａｐ２の第１バッテリ劣化モードｎＩでの残存容量Ｑの演算用線図ｐ１を選択する。
【００３３】
他方、ステップｓ１０では現劣化モードが第２バッテリ劣化モード域ｎIIであるとして、残存容量設定マップｍａｐ２の第２バッテリ劣化モードｎIIでの残存容量Ｑの演算用線図ｐ２を選択する。  
ステップｓ９、ｓ１０の何れかより、ステップｓ１１に達すると、ここでは、 ステップｓ９、ｓ１０の何れかで選択した残存容量設定マップｍａｐ２の演算用線図ｐ１、ｐ２に応じて、最新の内部抵抗Ｒに対応する残存容量Ｑを求める。
【００３４】
次いでステップｓ１２では演算された残存容量Ｑの表示処理を行う。この残存容量表示処理では最新のバッテリの残存容量Ｑを表示制御部Ａ４で受け、相当する表示信号を表示器９に所定時間（例えば３秒）出力して残存容量Ｑの表示を行い、今回の制御を終了する。
【００３５】
このように、バッテリ１の内部抵抗相当の残存容量算出値と実勢値のずれが、バッテリ１の劣化モードにより異なることに着目し、ここでは、第２バッテリ劣化モードＰ２（格子腐蝕及び負極活物質硬化の劣化モード）に有ると、内部抵抗Ｒ相当の残存容量Ｑを大きめに修正でき、逆に、第１バッテリ劣化モードＰ１（正極活物質軟化の劣化モード）にあると、内部抵抗Ｒ相当の残存容量Ｑを小さめに修正でき、常にバッテリの劣化モードを考慮して、適正な残存容量Ｑを算出でき、残存容量推定の精度向上を図れる。  
更に、最新の内部抵抗Ｒに対応するバッテリ１の残存容量Ｑを表示器９により表示でき、信頼性の有る残存容量表示を実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
上述のところにおいて、車両用バッテリの残存容量検出装置はバッテリの残存容量を表示器によりユーザーに示す車両に搭載されるものとしたが、これ以外に、バッテリの残存容量を元にしたＥＣＵ制御を行う車両にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバッテリの残存容量検出装置の全体概略構成図である。
【図２】図１の残存容量検出装置のＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。
【図３】図１の残存容量検出装置のＥＣＵが用いる第１バッテリ劣化モードＰ１と第２バッテリ劣化モードＰ２に対応する内部抵抗―残留容量特性線図である。
【図４】図１の残存容量検出装置のＥＣＵが行うメインルーチンのフローチャートである。
【図５】バッテリの比重―ＳＯＣ特性線図である。
【図６】バッテリの内部抵抗―オープン電圧特性線図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    バッテリ
６    ＥＣＵ
７    電流検出器
８    電圧検出器
９    表示器
ｍａｐ１    劣化モード設定マップ
ｍａｐ２    残存容量設定マップ
Ａ１    内部抵抗推定手段
Ａ２    劣化モード判定段
Ａ３    残存容量検出手段
Ａ４    表示制御部（表示手段）
Ｎ    当初相関モード線
Ｉ    放電電流
Ｐ１    第１バッテリ劣化モード
Ｐ２    第２バッテリ劣化モード
Ｑ１    残存容量（第１残存容量推定手段による）
Ｒ    内部抵抗
Ｖ    オープン電圧（端子電圧）
【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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