(57)【要約】【課題】車両に搭載されたバッテリ自体の異常とそれ以外の異常とを区別し、バッテリの異常判定の精度を向上させる。【解決手段】バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記バッテリ電圧検出手段で検出したバッテリ電圧から前記バッテリの電力残容量を推定する電力残容量推定手段と、前記バッテリの電極表面に付着した不活性物質の分解時間を推定する分解時間推定手段とを有し、前記電力残容量推定手段と前記分解時間推定手段に基づいてバッテリの異常とバッテリ以外の異常を区別して検出するバッテリ異常判定手段を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記バッテリ電圧検出手段で検出したバッテリ電圧から前記バッテリの電力残容量を推定する電力残容量推定手段と、前記バッテリの電極表面に付着した不活性物質の分解時間を推定する分解時間推定手段とを有し、前記電力残容量推定手段と前記分解時間推定手段に基づいてバッテリの異常とバッテリ以外の異常を区別して検出するバッテリ異常判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項２】
請求項１において、前記バッテリ異常判定手段は前記電力残容量の推定値が所定値以上であると共に前記分解時間の推定値が所定値以下のとき、バッテリが正常と判定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記電力残容量の推定値が所定値以下であると共に前記分解時間の推定値が所定値以下のとき、バッテリが劣化していると判定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、前記電力残容量の推定値が所定値以下であると共に前記分解時間の推定値が所定値以上のとき、バッテリの電力残容量が不足していると判定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、前記電力残容量の推定値が所定値以上であると共に前記分解時間の推定値が所定値以上のとき、バッテリ以外の異常であると判定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、前記電力残容量推定手段は前記内燃機関が停止している時に前記バッテリ電圧検出手段が検出した内燃機関停止時バッテリ電圧と、前記始動装置が作動しているときに前記バッテリ電圧検出手段が検出した始動装置作動時バッテリ電圧に基づき前記電力残容量を推定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかにおいて、前記分解時間推定手段は前記発電機が作動してから前記バッテリ電圧が所定値を超えるまでの充電に要する時間、あるいは前記発電機が作動中の前記バッテリ電圧の変動の少なくとも一つに基づいて前記分解時間を推定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかにおいて、前記バッテリ異常判定手段によるバッテリ情報を記録するバッテリ情報記録手段と、記録した前記バッテリ情報を運転者または車両および車両部品の販売店またはサービスセンターの少なくともいずれか一つに知らせる情報発信装置を有することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項９】
請求項８において、前記バッテリ情報に基づき、バッテリが劣化またはバッテリの電力残容量が不足しているとき、車両の停車時に内燃機関を自動停止させる制御を禁止又は遅延することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかにおいて、前記バッテリ異常判定手段の判定結果に基づくメッセージ又は前記判定結果に対する回復，復帰を促すメッセージの少なくともいずれかを出力する出力手段を有することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項１１】
バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記バッテリ電圧検出手段で検出したバッテリ電圧から前記バッテリの電力残容量を推定する電力残容量推定手段と、前記バッテリの電極表面に付着した不活性物質の分解時間を推定する分解時間推定手段とを有し、前記電力残容量推定手段と前記分解時間推定手段に基づいてバッテリの異常とバッテリ以外の異常を区別して検出するバッテリ異常判定手段を備えた内燃機関の診断装置を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の診断装置に係り、特に車両に搭載されるバッテリの異常を判定する機能を備えた内燃機関の診断装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池などのバッテリは自動車などの車両に搭載され、内燃機関の始動装置，灯火装置，燃料噴射装置、その他の補器類のエネルギー源として用いられている。そのため、バッテリの異常によって出力が低下すると、例えば内燃機関の起動に必要なエネルギーを供給できず、内燃機関が起動できないという事態が発生する。以上から、バッテリの異常を未然に検知することが望まれている。
【０００３】
その方法として、従来、バッテリの電圧回復特性を測定することによりバッテリの異常を判定する方法が提案されている。特許文献１では、大負荷印加後の時間に対する電圧回復特性からバッテリの異常を判定する方法が提案されており、特許文献２では、負荷への放電停止直前または直後の回復電圧の変化を監視してバッテリの異常を判定する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５２０３４号公報
【特許文献２】特開２００５−３４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、大負荷印加後のバッテリ電圧の回復特性から異常を判定している。この方法は、バッテリの異常によってバッテリ電圧が大負荷印加前の電圧に回復するまでの回復特性が変化することを利用してバッテリの異常判定を行っている。そのため、この方式は大負荷印加前後のバッテリの放電電流特性および充電電流特性が不変という条件が必要である。しかし実際の自動車では、例えば始動装置や発電機の異常やその他の補器の異常によってバッテリの充放電時の電流特性が変化するため、バッテリの異常だけが回復特性の変化要因にはならない。さらには、バッテリの放電量の違いによっても回復特性は変化するため、この方法で自動車用バッテリの異常判定を行う場合、補器の異常や放電量の違いによる回復特性の変化をバッテリの異常と誤判定する可能性がある。
【０００６】
また、特許文献２では、負荷への放電停止直前または直後の回復電圧の変化を監視しバッテリの異常判定を行っている。この例でも、負荷への放電停止直前および直後の回復電圧は、バッテリの劣化以外にも例えば始動装置や発電機の異常や、その他内燃機関の補器の異常の影響により変動するため、これらの情報だけでは異常検知の精度に問題が生じる虞れがある。
【０００７】
本発明の目的は、前記課題を解決するために成されたものであり、バッテリの異常を精度良く検出するための内燃機関の診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を備えた前記内燃機関の診断装置において、前記バッテリ電圧検出手段で検出したバッテリ電圧から前記バッテリの電力残容量を推定する電力残容量推定手段と、前記バッテリの電極表面に付着した不活性物質の分解時間を推定する分解時間推定手段とを有し、前記電力残容量推定手段と前記分解時間推定手段に基づいてバッテリの異常とバッテリ以外の異常を区別して検出するバッテリ異常判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の診断装置により達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を実施することにより、バッテリの電圧波形から正常なバッテリと劣化バッテリ，要充電バッテリ、あるいは内燃機関の補器の異常を区別し、精度良く検出することが可能となり、かつバッテリ異常時に内燃機関が始動できなくなるなどの不都合を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態を表す概略図である。本発明における内燃機関１０１は始動装置１０２および発電機１０３、ならびに始動装置１０２に電力を供給し発電機１０３で発電された電力を蓄えるバッテリ１０４、さらに内燃機関１０１のクランク回転数あるいは水温，気温，気圧などを検出する各種センサ１０５により構成される。そして、診断装置１０６はバッテリ１０４の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段１０７を有し、検出バッテリ電圧からバッテリの電力残容量とバッテリの電力表面に付着した不活性物質の分解時間を推定する電力残容量推定手段１０８と分解時間推定手段１０９とを有し、さらに電力残容量推定手段１０８と分解時間推定手段１０９での推定結果をそれぞれ所定値を比較した結果に基づいてバッテリの異常とそれ以外の異常を区別して判定するバッテリ異常判定手段１１０とによって構成される。
【実施例１】
【００１１】
次に図２から図７を用いて本発明の一実施形態について説明する。図２は本発明の診断装置におけるフローチャートの一例である。ます、ステップＳ２０１でバッテリ電圧の検出を開始する。本実施の形態では、バッテリから内燃機関に電力の供給を開始するキー
ＯＮからバッテリ電圧を検出したが、内燃機関が停止してから次回に始動装置が起動するまでの任意の期間とタイミングで検出を開始して良い。ステップＳ２０２では、始動装置が作動を監視し、始動装置が作動した時点でステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では始動装置の作動後に発電機が作動を監視し、発電機が作動した時点でステップＳ204とステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０４では検出されたバッテリ電圧からバッテリの電力残容量を推定し、ステップＳ２０５はバッテリ電圧の検出が継続されていることを意味する。ステップＳ２０６ではバッテリの電圧を監視しており、発電機の作動によってバッテリが充電されバッテリ電圧が所定値以上になった場合はステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では検出されたバッテリ電圧から、バッテリの電極表面に付着した不活性物質の分解に要する時間を推定する。そしてステップＳ２０８ではステップＳ２０４で推定した電力残容量とステップＳ２０７で推定した分解時間に基づきバッテリの異常判定を行い、例えば電力残容量が大で、かつ分解時間が所定値Ｔ以下の場合、バッテリは正常と判定しそれ以外では異常有りと判定して処理を終了する。
【００１２】
図３は図２に示したフローチャートを実施した際のタイムチャートの一例である。バッテリの電圧は内燃機関の停止から内燃機関が再起動する間に図３の最上段の図のような波形となる。そして、本発明の実施形態では内燃機関の停止時と始動装置の作動時のバッテリ電圧またはその変動からバッテリの残容量を推定し、残容量が大きいと推定された場合は図のようにフラグを立てる。さらに発電機の作動時からバッテリは発電機により充電されバッテリ電圧が上昇する。そこで、バッテリ電圧が上昇し、所定の電圧に到達するまでの時間をバッテリの電極表面で不活性物質が分解されている分解時間とする。また、バッテリ異常判定手段では、電力残容量が大きく、かつ分解時間が所定値Ｔより小さいときのみ正常と判定し、それ以外の時には異常有りとして異常フラグを立てる。
【００１３】
次に図４から図６を用いて、前述した電力残容量の推定を説明する。
【００１４】
図４に内燃機関停止時のバッテリ電圧の波形を示す。内燃機関が停止中であっても、自動車用バッテリでは一般的に暗電流と呼ばれる僅かな放電電流が存在しバッテリ電圧が降下する。この原因の一つとして、暗電流によって鉛蓄電池の電極の鉛（Ｐｂ）が硫酸
（Ｈ2ＳＯ4）と反応して電極表面に電子の移動を妨げる硫化鉛（ＰｂＳＯ4 ）が析出し、バッテリの内部抵抗の増加によって電圧降下が起きることが挙げられる。よって、停止時のバッテリ電圧Ｖｓは電極表面上のＰｂＳＯ4 の量と関係するため、劣化したバッテリや充電が必要な状態のバッテリでは電極表面上のＰｂＳＯ4 が多く、バッテリ電圧が正常に比べて小さくなる。この特徴を利用して始動装置が作動する直前のバッテリ電圧Ｖｓあるいは、内燃機関が停止している間の平均電圧を用いることでバッテリの状態を把握するための特徴量とでき、これを内燃機関停止時バッテリ電圧と呼ぶ。また、劣化バッテリおよび要充電バッテリはその内部抵抗の高さから正常なバッテリに比べ暗電流による消費電力も大きく、電圧降下が大きくなる。そのためバッテリ電圧変化の傾き（ΔＤ／ΔＴ）から内燃機関停止時バッテリ電圧を推定しても良い。
【００１５】
次に、図５に始動装置作動時のバッテリ電圧の波形を示す。始動装置の作動時には、バッテリが放電状態となりバッテリ電圧が大きく降下し、その後は徐々にバッテリ電圧が回復する。これは始動装置および内燃機関が始動する際の静止摩擦や慣性により、始動の瞬間に最も電力が必要になるためであると考えられる。よって、上述したように劣化バッテリや要充電バッテリでは内部抵抗が高いために放電時の消費電力が大きく、電圧降下が正常なバッテリにくらべ大きくなるため、放電状態における最低電圧は正常に比べ小さく、始動装置の作動中の電圧変動も大きくなる。さらに、バッテリの異常ではなく内燃機関の補器類の異常により負荷が増大した場合も大きな電力が必要となるため、最低電圧が小さく、始動装置の作動中の電圧変動が大きくなる。このような特徴を利用して始動装置作動中はバッテリ電圧の最小値Ｖｌあるいは始動装置作動中の平均電圧を用いることでバッテリの状態を把握するための特徴量とでき、これを始動装置作動時バッテリ電圧と呼ぶ。その他に始動装置の始動直後から任意の所定時間（ΔＴ′）が経過する間のバッテリ電圧の傾きや始動装置動作中の平均電圧やバッテリ電圧の周期や振幅も特徴量とでき、これらを用いても良い。
【００１６】
図６に前述した内燃機関停止時バッテリ電圧と始動装置作動時バッテリ電圧を用いて電力残容量の推定方法について説明する。前述したようにこれらのバッテリ電圧は劣化バッテリや要充電バッテリでは正常バッテリに比べて値が小さくなる。そのため、内燃機関停止時バッテリ電圧および始動装置作動時バッテリ電圧ともに基準値よりも大きい時のみ、十分に電力残容量があり、いずれかが基準値より小さい場合は電力残容量が小さいと考えられる。ここで、基準値のとり方は内燃機関の始動時にユーザの違和感がないとされる１秒以内で、内燃機関始動させられるバッテリ電圧を目標とし、本実施の形態では内燃機関停止時バッテリ電圧の基準値を１１Ｖ、始動装置作動時バッテリ電圧の基準値を９Ｖとした。
【００１７】
次に、図７に発電機作動時のバッテリ電圧の波形を示す。発電機の作動時には、発電機によってバッテリに供給された電力により電極表面の不活性物質であるＰｂＳＯ4 が分解され、正常なバッテリは速やかにバッテリ電圧が回復する。しかし、要充電バッテリでは正常なバッテリに比べ分解されるＰｂＳＯ4 が多いため、バッテリ電圧の回復が遅れる。また、内燃機関の補器の異常によりバッテリの放電量が増大した場合も、同様にＰbＳＯ4が増大しバッテリ電圧の回復が遅れる。一方で、劣化バッテリはＰｂＳＯ4が結晶化しており一部のＰｂＳＯ4 しか分解できないため充電後は一部のＰｂＳＯ4を分解後は速やかにバッテリ電圧が上昇する。このようなバッテリ電圧の回復時の特徴を利用して発電機の作動時には、発電機が起動してからバッテリ電圧が所定の電圧に到達するまでの時間や任意の所定時間（ΔＴ″）が経過する間のバッテリ電圧の傾きがバッテリ状態を把握する特徴量とでき、これを不活性物質の分解時間と呼ぶ。なお本実施の形態では、所定電圧は発電機により供給される電圧とした。
【００１８】
図８に前述した、電力残容量と分解時間を用いてバッテリの異常判定を行う方法について説明する。図の横軸は電力残容量、縦軸は分解時間である。図は電力残容量と分解時間のそれぞれの基準値によって大きく４つに分けられ、それぞれの領域で異なる状態を表す。まず、電力残容量が大きく不活性物質の分解も速やかに行われ分解時間が短い場合は、バッテリは正常と判定する。一方電力残容量が大きいにも拘らず分解時間が長い場合は、正常に比べ放電に大きな電力を要したと考えられるため、内燃機関の補器の以上と判定する。さらに、電力残容量が小さく分解時間が短い場合は、電極表面の不活性物質が多いにも拘らず充電により分解できないことを示しているため劣化バッテリと判定し、電力残容量が小さく、分解時間が長い場合は、大量の不活性物質を分解していると考えられるため要充電バッテリであると判定する。
【実施例２】
【００１９】
次に図９と図１０を用いて本発明の実施形態の２例目について説明する。
【００２０】
図９は本実施形態の概要図であり前述の実施例の１例目に、新たにバッテリ異常情報記録手段９１１と情報送信手段９１２を加えた構成となっている。バッテリ異常情報記録手段９１１を追加することで、バッテリの異常情報とその変化の履歴を記録し、さらに情報送信手段９１２を追加することで、上記バッテリの異常情報またはその変化の履歴を運転者，ディーラーなどの販売店、あるいは修理工場などのサービスセンターに送信・通知することが可能になる。さらに、バッテリの異常情報の履歴からバッテリの異常予想を行うことで、運転者や販売店あるいはサービスセンターは、バッテリが異常となる前にバッテリの交換時期の決定や在庫の確保などを行うなどバッテリの異常に予め備えた対応をすることが可能となる。また、これらのバッテリ異常情報記録手段および情報送信手段は診断装置内に同様の機能を果たす処理部を持たせても良い。
【００２１】
図１０は第二の実施形態のフローチャートである。本実施の形態では、ステップＳ1009およびステップＳ１０１０でバッテリの異常情報の検出するまでは実施例１の図２に示した制御フローと同様である。新たに加えたステップＳ１０１１でバッテリの異常情報を記録し、ステップＳ１０１２でバッテリの異常情報を外部に送信する。これによってバッテリの情報を運転者または販売店，サービスセンターに通知することが可能となる。
【実施例３】
【００２２】
次に図１１と図１４を用いて本発明の実施形態の３例目について説明する。図１１に示す本実施の形態の構成は実施例２の構成に、バッテリ異常情報記録手段１１１２の情報に基づいて内燃機関１１０１を制御する制御手段１１０７を加えたことが特徴である。
【００２３】
図１２は第三の実施形態のフローチャートである。まず、ステップＳ１２０１でバッテリ異常情報読み込み、ステップＳ１２０２でバッテリが正常か異常かを判断し、正常の場合はステップＳ１２０４に進みバッテリ電圧の検出を開始する。ただし、バッテリが劣化または要充電バッテリである場合は、一旦ステップＳ１２０３に進み車両停車時に内燃機関を停止させるアイドルストップ制御を禁止してからステップＳ１２０４に進みバッテリ電圧の検出を開始する。これ以降のフローは実施例の２例目の図１０と同様である。
【００２４】
図１３および図１４に、図１２のフローチャートを実施した際のタイムチャートの一例を示す。バッテリが正常な場合では、例えば車両の車輪速がゼロとなり車両停止と判断された場合は図のように内燃機関の起動が停止するアイドルストップ制御を実施する。その後、内燃機関の停止後にアクセル操作などを感知して再度内燃機関を起動し、走行を開始する。しかし、図１４に示すようなバッテリが異常な場合にアイドルストップ制御を行った場合、内燃機関の始動性の悪化や、再始動が出来なくなるなどの不都合が発生する場合があるため、バッテリが異常の場合は車輪速がゼロとなっても内燃機関が停止しないよう、アイドルストップ制御の実施を禁止する。
【００２５】
本発明における内燃機関の診断装置の特徴は、内燃機関が起動する際のバッテリの電圧波形から、バッテリの電力残容量とバッテリの電極表面に付着した不活性物質の分解時間を検出し、電力残容量と不活性物質の分解時間に基づいてバッテリの異常判定を行うことにある。これにより、電力残容量と不活性物質の分解時間から正常バッテリか否かの判定はもとより、異常の場合は劣化バッテリや放電により出力が低下した要充電バッテリ、あるいは始動装置や発電機その他内燃機関の補器類の異常か区別して、精度良くバッテリの異常判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を表す概略図。
【図２】バッテリ診断のフローチャートの一例。
【図３】上記フローチャートを実施した場合のタイムチャートの一例。
【図４】内燃機関停止時バッテリ電圧の一例。
【図５】始動装置作動時バッテリ電圧の一例。
【図６】電力残容量の推定方法の一例。
【図７】発電機作動時バッテリ電圧の一例。
【図８】バッテリ異常の判定方法の一例。
【図９】本発明の第二の実施形態を表す概略図。
【図１０】第二の実施形態でのバッテリ診断のフローチャート。
【図１１】本発明の第三の実施形態を表す概略図。
【図１２】第三の実施形態での内燃機関の制御のフローチャート。
【図１３】バッテリが正常時に上記フローチャートを実施した場合の一例。
【図１４】バッテリが正常以外で上記フローチャートを実施した場合の一例。
【符号の説明】
【００２７】
１０１…内燃機関、１０２…始動装置、１０３…発電機、１０４…バッテリ、１０５…各種センサ、１０６…診断装置、１０７…バッテリ電圧検出手段、１０８…電力残容量推定手段、１０９…分解時間推定手段、１１０…バッテリ異常判定手段。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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