(57)【要約】【課題】エンジン停止期間中の消費電流を最小限にとどめながらバッテリの状態監視を実行する。【解決手段】バッテリ５の充放電電流値が微小な所定範囲内にあるときの端子電圧を擬似開放電圧と定義し、バッテリ状態監視ＥＣＵ６は擬似開放電圧とバッテリ５の充電率の相関関係を示すマップ情報を格納する。更に、エンジンが停止した時点でのバッテリ５の第１の充電率ＳＯＣ１と第１の残存容量ＳＯＨ１を記憶し、エンジン非稼動中の充放電電流値が微小な所定範囲内にあるときに定期的にバッテリ５の端子電圧、即ち擬似開放電圧を検出し、検出された擬似開放電圧に応じた第２の充電率ＳＯＣ２を算出し、第１の充電率ＳＯＣ１と第１の残存容量ＳＯＨ１と第２の充電率ＳＯＣ２から現在の残存容量ＳＯＨ２を算出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンで駆動される車載発電機と、
前記発電機で発電した電力を蓄積する車載バッテリと、
前記車載バッテリの状態を監視する状態監視装置を備える車両にて、
前記車載バッテリの充放電電流値が微小な所定範囲内にあるときの端子電圧を擬似開放電圧と定義し、
前記状態監視装置は前記擬似開放電圧と前記バッテリの充電率の相関関係を示すマップ情報を格納しておき、
さらに、エンジンが停止した時点での前記バッテリの第１の充電率ＳＯＣ１と第１の残存容量ＳＯＨ１を記憶しておき、エンジン非稼動中の充放電電流値が前記微小な所定範囲内にあるときに定期的に前記バッテリの端子電圧、即ち擬似開放電圧を検出し、検出された擬似開放電圧に応じた第２の充電率ＳＯＣ２を算出し、前記第１の充電率ＳＯＣ１と第１の残存容量ＳＯＨ１と第２の充電率ＳＯＣ２から現在の残存容量ＳＯＨ２を算出することを特徴とする車載バッテリの状態監視装置。
【請求項２】
前記現在の残存容量ＳＯＨ２は、
ＳＯＨ２＝（ＳＯＨ１／ＳＯＣ１）・ＳＯＣ２
で定義されることを特徴とする請求項１記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項３】
前記状態監視装置は前記ＳＯＨ２が確定した時点で前記ＳＯＣ１の内容をＳＯＣ２の内容に、ＳＯＨ１の内容をＳＯＨ２の内容にそれぞれ書き換えることを特徴とする請求項１または２記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項４】
前記バッテリの充放電電流値の微小な所定範囲内とは±１Ａ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項５】
前記バッテリ状態監視装置は、前記エンジン停止期間中に電気装置が稼動した場合には稼動時点から放電電流値を積算してゆき、前記ＳＯＨ１より前記積算量を減算して随時現在の残存容量ＳＯＨ２を更新してゆくことを特徴とする請求項１記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項６】
前記ＳＯＣ１、ＳＯＨ１、ＳＯＨ２から、
ＳＯＣ２＝（ＳＯＣ１／ＳＯＨ１）・ＳＯＨ２
で定義される現在の充電率ＳＯＣ２を算出することを特徴とする請求項５記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項７】
前記状態監視装置は前記ＳＯＨ２が確定した時点で前記ＳＯＣ１の内容をＳＯＣ２の内容に、ＳＯＨ１の内容をＳＯＨ２の内容にそれぞれ書き換えることを特徴とする請求項６記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項８】
前記バッテリ監視装置は、エンジン始動時に前記車載バッテリの放電電流値と端子電圧値を検出し、これら電流値、電圧値から初期の残存容量を算出し、以降は充放電電流の積算値を前記初期の残存容量に加算して現在の残存容量を算出する請求項１または５記載の車載バッテリ状態監視装置。
【請求項９】
前記バッテリ監視装置は、エンジン始動後から所定時間経過後に一旦車載発電機の発電を停止させ、前記バッテリの分極状態が所定範囲内に到達したら前記発電機を徐々に発電増大させ、前記バッテリの充放電電流値が微小な所定判内に収まるように制御し、充放電電流値が前記微小な所定範囲内の収まった時のバッテリ端子電圧を検出することを特徴とする請求項８記載の車載バッテリ状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用バッテリの内部状態監視装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車用バッテリの状態監視方法は特許文献１に代表されるようにエンジン稼動中、即ち車載発電機が発電中において様々な方法が開示されている。始動時の大容量放電時の電圧―電流特性から初期の残存容量を算出し、以降はバッテリの充放電電流値を積算することで残存容量を検出する方法である。
【０００３】
また、特許文献２では駐車中のバッテリ電圧検出を併用して前記積算より求めた残存容量を求める技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９１０１８４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００３−６８３６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電流積算方式では常時電流センサ及び監視ＥＣＵを稼動させておく必要があり、エンジン停止中、即ち車載発電機が発電できない状況下では、前記電流センサ、監視ＥＣＵの消費電流が暗電流となりバッテリの容量低下を招くため、実質的にはエンジン停止中にはバッテリ状態監視ができなかった。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みられて創作されたものであり、エンジン停止期間中の暗電流を最小限にとどめながらバッテリの状態監視を実行することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、エンジンで駆動される車載発電機と、  前記発電機で発電した電力を蓄積する車載バッテリと、前記車載バッテリの状態を監視する状態監視装置を備える車両にて、前記車載バッテリの充放電電流値が微小な所定範囲内にあるときの端子電圧を擬似開放電圧と定義し、前記状態監視装置は前記擬似開放電圧と前記バッテリの充電率の相関関係を示すマップ情報を格納しておき、更に、エンジンが停止した時点での前記バッテリの第１の充電率ＳＯＣ１と第１の残存容量ＳＯＨ１を記憶しておき、エンジン非稼動中の充放電電流値が前記微小な所定範囲内にあるときに所定期間毎に前記バッテリの端子電圧、即ち擬似開放電圧を検出し、検出された擬似開放電圧に応じた第２の充電率ＳＯＣ２を算出し、前記第１の充電率ＳＯＣ１と第１の残存容量ＳＯＨ２と第２の充電率ＳＯＣ２から現在の残存容量ＳＯＨ２を算出する。
【０００９】
好適には前記所定期間は数時間に設定すれば、前記状態監視ＥＣＵ及び電流センサはデータ検出時のみに稼動すればよく、データを検出完了したら電源を停止して暗電流の流入を防止でき、放電による容量低下を抑えながら、エンジン停止期間中にも定期的にバッテリの状態監視を実施でき、長期間の放置でも常にバッテリの最新状態を把握可能なバッテリ状態監視装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、前記現在の残存容量ＳＯＨ２は、
ＳＯＨ２＝（ＳＯＨ１／ＳＯＣ１）・ＳＯＣ２
で定義される。
【００１１】
このように明確な定義付けすることで確実な状態監視が実現できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、前記状態監視装置は前記ＳＯＨ２が確定した時点で前記ＳＯＣ１の内容をＳＯＣ２の内容に、ＳＯＨ１の内容をＳＯＨ２の内容にそれぞれ書き換える。
【００１３】
このようにデータ書き換え実施することで、状態監視ＥＣＵのメモリ容量を小さく設定でき、安価な監視装置が提供できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、前記バッテリ状態監視装置は、前記エンジン停止期間中に電気装置が稼動した場合には稼動時点から放電電流値を積算してゆき、前記ＳＯＨ１より前記積算量を減算して随時現在の残存容量ＳＯＨ２を更新してゆく。
【００１５】
実質的に電流の消費が発生したら、状態監視ＥＣＵと電流センサを起動して放電電流値を積算することにより実質的な残存容量が算出できる。
【００１６】
好適には前記電気装置が稼動する際に発信される負荷稼動信号を同時に前記状態監視ＥＣＵにも送信すれば電気装置稼動と同時に状態監視ＥＣＵの起動が可能である。電気装置が停止すると同時に状態監視ＥＣＵも停止するので、状態監視ＥＣＵでの消費電流を必要最小限にとどめることが可能となる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、前記ＳＯＣ１、ＳＯＨ１、ＳＯＨ２から、
ＳＯＣ２＝（ＳＯＣ１／ＳＯＨ１）・ＳＯＨ２
で定義される現在の充電率ＳＯＣ２を算出する。
【００１８】
このように明確な定義付けすることで確実な状態監視が実現できる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、前記状態監視装置は前記ＳＯＨ２が確定した時点で前記ＳＯＣ１の内容をＳＯＣ２の内容に、ＳＯＨ１の内容をＳＯＨ２の内容にそれぞれ書き換える。
【００２０】
このようにデータ書き換え実施することで、状態監視ＥＣＵのメモリ容量を小さく設定でき、安価な監視装置が提供できる。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、前記バッテリ監視装置は、エンジン始動時に前記車載バッテリの放電電流値と端子電圧値を検出し、これら電流値、電圧値から初期の残存容量を算出し、以降は充放電電流の積算値を前記初期の残存容量に加算して現在の残存容量を算出する。
【００２２】
このように状態監視することで駐車中から走行中まで一貫して絶えず最新のバッテリ状態を検出することができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明によれば、前記バッテリ監視装置は、エンジン始動後から所定時間経過後に一旦車載発電機の発電を停止させ、前記バッテリの分極状態が所定範囲内に到達したら前記発電機を徐々に発電増大させ、前記バッテリの充放電電流値が微小な所定判内に収まるように制御し、充放電電流値が前記微小な所定範囲内の収まった時のバッテリ端子電圧を検出する。
【００２４】
ある特定の分極状態下での充放電電流がほぼゼロの状態は等価的にはバッテリ端子を物理的に開放した状態に等しいことが発明者等の実験により明らかになっている。
【００２５】
従って、このように制御した状態での端子電圧（擬似開放電圧；以下擬似ＯＣＶ）を測定することで予め測定し格納してある擬似ＯＣＶ対ＳＯＣのマップデータを参照すればその時点でのＳＯＣを算出することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の全体構成を示す図である。図１に示す車載バッテリの状態監視システムは、スタータ１、スタータスイッチ２、電気負荷３、電流センサ４、車載バッテリ５、バッテリ状態監視ＥＣＵ６、車載発電機７、電圧制御装置８、ＥＣＵ（エンジン制御装置）９、電力ケーブル１０から構成されている。車載発電機７はエンジン（図示せず）によって回転駆動されて、車載バッテリ５の充電電力や電気負荷３の動作電力を発生する。
【００２７】
電圧制御装置８は、車載発電機７に備わった界磁コイルに対する励磁電流の導通状態を制御することにより車載発電機７の出力電圧を所定値に調整する。この電圧制御装置８は、構成回路の動作電圧を生成する電源回路や、励磁電流の導通を制御するパワートランジスタ等のパワー素子や、この導通制御を行うロジック回路等がＣＭＯＳ−ＩＣによって実現されている。
【００２８】
電気負荷３は、照明やエアコン等の電気機器であり、最近ではこれらの電気機器は制御用の電子部品を含む高度電子化装置である場合も多い。
【００２９】
車載発電機７と車載バッテリ５との間および車載バッテリ５と電気負荷３との間は、電力ケーブル１０によって接続されている。また、電圧制御装置８は、車載発電機７に内蔵されており、必要な電気的結線が車載発電機７の内部で行われている。
【００３０】
ＥＣＵ９は、エンジンの状態、車速、車載発電機７の回転数や発電状態等に基づいてエンジンの回転制御や車載発電機７の発電制御を行う外部制御装置である。例えば、電圧制御装置８からＥＣＵ９に対して車載発電機７の発電状態情報が送られ、反対に、ＥＣＵ９から電圧制御装置８に対して車載発電機７の出力電圧を設定する発電電圧指令情報が送られる。この発電指令情報は、発電抑制信号としての機能も有しており、ＥＣＵ９から電圧制御装置８に向けて車載発電機７の出力電圧を低く設定する発電指令情報を送ることにより、車載発電機７の発電を抑制することが可能になる。
【００３１】
また、車載バッテリ５の一方の端子（例えば正極端子側）の近傍には、車載バッテリ５の充放電電流を検出する電流検出手段としての電流センサ４が設けられている。この電流センサ４の検出信号および車載バッテリ５の端子電圧がバッテリ状態監視ＥＣＵ６に入力されている。バッテリ状態監視ＥＣＵ６にはある所定の分極状態におけるＯＣＶ対ＳＯＣのマップデータ（図２）を格納してある。
【００３２】
本実施形態の車載バッテリの状態監視システムは前記構成を有しており、エンジン停止時の動作を説明する。
【００３３】
図３はエンジン停止時の電気負荷状態、バッテリ状態監視ＥＣＵ状態、ＳＯＣ、ＳＯＨの特性を示す図である。
【００３４】
まずエンジンＯＦＦのタイミング（ｔ１）で、その時点でのＳＯＣ、ＳＯＨをＳＯＣ１、ＳＯＨ１としてバッテリ状態監視ＥＣＵに記憶する。記憶したら、バッテリ状態監視ＥＣＵは動作停止しスリープモードに入る。
【００３５】
以降は定期的に（バッテリ状態監視ＥＣＵ自身にタイマを持っており、所定時間（例えば３時間）経過したら自律的に起動しランモードに入る（ｔ２）。ここでタイマを稼動するための消費電流は極めて微小であるため、タイマそのものを稼動することでバッテリの容量低下を招くことはない。）バッテリ端子電圧を擬似ＯＣＶとして検出し（図２のＶ２）、図２より現時点でのＳＯＣをＳＯＣ２として算出する。この状態においては、バッテリに流れる暗電流は微小であるためバッテリの端子を物理的に開放した状態に極めて近似した状態である。
【００３６】
このＳＯＣ２とバッテリ状態監視ＥＣＵに記憶されているＳＯＣ１、ＳＯＨ１より現時点でのＳＯＨをＳＯＨ２として算出する。
【００３７】
ここでＳＯＨ２はＳＯＣ１、ＳＯＨ１、ＳＯＣ２より、
ＳＯＨ２＝（ＳＯＨ１／ＳＯＣ１）・ＳＯＣ２  …（１）
で定義する。
【００３８】
算出完了したらＳＯＣ１、ＳＯＨ１の内容をそれぞれ、ＳＯＣ２、ＳＯＨ２の内容に書き換えて新たなＳＯＣ１、ＳＯＨ１として記憶する。
【００３９】
更に所定時間（ｔ３、ｔ４、ｔ５）経過したら、再びバッテリ状態監視ＥＣＵが起動しバッテリ端子電圧を検出して、同じようにその時点でのＳＯＣ２、ＳＯＨ２を算出する。算出後は同様にメモリ内容を書き換える。
【００４０】
このように駐車中で電気負荷が遮断され暗電流のみの状態ではこの監視動作を繰り返す。
【００４１】
これにより、エンジン停止中においても常にＳＯＣ、ＳＯＨを検出できるので、より正確な内部状態を検出することが可能となる。また、メモリはその時点でのＳＯＣ、ＳＯＨを書き換えていくため、メモリ容量を必要最小限に抑えることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
エンジン停止時に駐車時負荷が投入された場合について説明する。
【００４３】
エンジン停止時に駐車時負荷（例えばセキュリティ関連の監視ＥＣＵなど）が投入されると、バッテリ状態監視ＥＣＵは負荷投入を検出して、自律的に起動して、放電電流値の積算を開始する（ｔ６）。そして、バッテリ状態監視ＥＣＵに記憶されているＳＯＨ１にこの積算量を加算してＳＯＨ２を追尾監視する。
【００４４】
このＳＯＨ２とバッテリ状態監視ＥＣＵに記憶されているＳＯＣ１、ＳＯＨ１より現時点でのＳＯＣをＳＯＣ２として算出する。
【００４５】
ここでＳＯＣ２はＳＯＣ１、ＳＯＨ１、ＳＯＨ２より、
ＳＯＣ２＝（ＳＯＣ１／ＳＯＨ１）・ＳＯＨ２  …（２）
で定義する。この監視動作を駐車時負荷稼動中は継続する（ｔ７まで）。
【００４６】
これにより、エンジン停止中に駐車時負荷が作動した場合においても、常にＳＯＣ、ＳＯＨを検出できるので、より正確な内部状態を検出することが可能となる。また、メモリはその時点でのＳＯＣ、ＳＯＨを書き換えていくため、メモリ容量を必要最小限に抑えることができる。
【００４７】
（第３実施形態）
図４に第３実施例として自動車の駐車から走行、駐車という一連の動作パターンを例にとってそれぞれの局面での状態監視ＥＣＵの処理を説明する。
【００４８】
先ず、エンジンの始動タイミング（ｔ１０）ではバッテリの放電電流値と端子電圧を読み込み、このときの内部抵抗値を算出して現時点でのバッテリの残存容量ＳＯＨ［Ａｈ］を初期値として確定する。以降走行中は（ｔ４０まで）バッテリの充放電電流値の積算量を随時算出して前記残存容量の初期値に加算して逐次の残存容量ＳＯＨを監視する。
【００４９】
次に、始動後所定時間経過したら（ｔ２０）一旦車載発電機を発電停止して前記バッテリの分極状態を所定範囲になるように監視を実行する。そして分極状態が所定範囲内に到達したら徐々に発電量を増大してバッテリの充放電電流値の絶対値が微小な所定値以下になったらそのときのバッテリ端子電圧を擬似ＯＣＶとして検出する。その擬似ＯＣＶに対応する充電率ＳＯＣを図２より算出して現時点でのＳＯＣを初期ＳＯＣとして確定する（ｔ３０）。以降はｔ４０まで充放電電流値の積算量を前記初期ＳＯＣに加算して逐次の充電率ＳＯＣを監視してゆく。
【００５０】
次に、車両が停止した期間の監視動作について説明する。
【００５１】
ｔ４０の時点ではまだ駐車時負荷（例えばセキュリティ関連の監視ＥＣＵなど）が稼動状態であるから、バッテリ状態監視ＥＣＵはラン状態を維持して引き続き放電電流値を積算してゆき逐次のＳＯＣ、ＳＯＨを監視してゆく。
【００５２】
そして、駐車時負荷が遮断されたらその時点でのＳＯＣ、ＳＯＨをＳＯＣ１、ＳＯＨ１として記憶する（ｔ５０）。記憶したら状態監視ＥＣＵは動作停止しスリープモードに入る。
【００５３】
以降は定期的に（状態監視ＥＣＵ自身にタイマを持っており、所定時間経過したら自律的に起動しランモードに入る）バッテリ端子電圧を擬似ＯＣＶとして検出し（図２のＶ２）図２より現時点でのＳＯＣをＳＯＣ２として算出する。ＳＯＣ２と式（１）により現時点でのＳＯＨをＳＯＨ２として算出する（ｔ６０）。算出完了したらＳＯＣ１、ＳＯＨ１の内容をそれぞれＳＯＣ２、ＳＯＨ２の内容に書き換えて新たなＳＯＣ１、ＳＯＨ１として記憶する。
【００５４】
更に所定時間経過したら（ｔ７０）再び状態監視ＥＣＵが起動しバッテリ端子電圧を検出して同じようにｔ７０時点でのＳＯＣ２、ＳＯＨ２を算出する。算出後は同様にメモリ内容を書き換える。
【００５５】
このように駐車中で電気負荷が遮断され暗電流のみの状態ではこの監視動作を繰り返す（ｔ８０）。
【００５６】
駐車中に駐車時負荷が投入されたら（ｔ９０）、状態監視ＥＣＵは負荷投入を検出して自律的に起動して放電電流値の積算を開始する。そして前記ＳＯＨ１にこの積算量を加算してＳＯＨ２を追尾監視する。そして式（２）により随時ＳＯＣ２を算出する。この監視動作を駐車負荷稼動中は継続する（ｔ１００まで）。
【００５７】
再び暗電流のみのモードとなるので状態監視ＥＣＵはスリープモードとなり定期監視モードに入る。定期間経過以前にＩＧオンしてエンジンが始動したら状態監視ＥＣＵは再び始動時の放電電流値、端子電圧値を検出して内部抵抗より初期のＳＯＨを算出し（ｔ１１０）、以降はｔ１０以降の監視動作を繰り返す。
【図面の簡単な説明】
【図１】車載バッテリの状態監視システムの全体構成を示す図である。
【図２】擬似ＯＣＶと実ＳＯＣとの相関関係を示す特性図である。
【図３】第１実施例、第２実施例におけるエンジン停止状態に対する電気負荷状態、バッテリ状態監視ＥＣＵ状態、ＳＯＣ、ＳＯＨの特性を示す特性図である。
【図４】第３実施例における車両状態に対する電気負荷状態、バッテリ状態監視ＥＣＵ状態、ＳＯＣ、ＳＯＨの特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１…スタータ
２…スタータスイッチ
３…電気負荷
４…電流センサ
５…車載バッテリ
６…バッテリ状態監視ＥＣＵ
７…車載発電機
８…電圧制御装置
９…ＥＣＵ（エンジン制御装置）
１０…電力ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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