(57)【要約】【課題】  消費電力を抑制しつつ、エンジン始動直後の蓄電装置の電圧値を精度良く測定可能な車両用蓄電装置の状態検出装置を提供する。【解決手段】  状態検出装置は、バッテリ１に直列接続したシャント抵抗Ｒｓの電圧値を検出する第１電圧センサＳｖ１と、この検出値によりバッテリ１の状態を検出する演算回路７と、第１の電圧値と第２の電圧値とを可変周波数で交互に出力するタイマー５と、この周波数をエンジン３の始動前は始動後より低くするＣＰＵ６と、シャント抵抗Ｒｓの電圧値が所定値以上のときに第３の電圧値を出力し、これ以外で第４の電圧値を出力する比較器Ｃｍｐとを備える。演算回路７は、比較器Ｃｍｐの出力が第４の電圧値から第３の電圧値へ変化したとき、又はタイマー５の出力が第２の電圧値から第１の電圧値へ変化したとき、バッテリ１の状態を検出する。【選択図】  図１
2012116216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源の作動によって充電される車両用蓄電装置の状態検出装置であって、
前記蓄電装置の電気的負荷と、
前記蓄電装置と前記電気的負荷と直列に接続されるシャント抵抗と、
前記シャント抵抗に発生する電圧の値を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部が検出した電圧値に基づいて前記蓄電装置の状態を検出する演算部と、
第１の電圧値と第２の電圧値との２つの異なる電圧値を、変更可能な周波数で交互に出力する発振部と、
前記駆動源の始動前は前記駆動源の始動後よりも前記周波数を低くする制御部と、
前記シャント抵抗に発生する電圧の値が、所定値以上であるときに第３の電圧値を出力し、所定値未満のときに前記第３の電圧値とは異なる第４の電圧値を出力する比較部とを備え、
前記演算部は、前記比較部の出力が前記第４の電圧値から前記第３の電圧値へ変化したとき、又は前記発振部の出力が前記第２の電圧値から前記第１の電圧値へ変化したときに、前記蓄電装置の状態を検出することを特徴とする状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の状態検出装置において、前記第１の電圧値と前記第３の電圧値が同じ値で、前記第２の電圧値と前記第４の電圧値が同じ値であり、前記第１の電圧値は前記第２の電圧値より値が大きいことを特徴とする状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
車両に搭載された蓄電装置の劣化度合いを判定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に搭載されたバッテリ（蓄電装置）は、車両の駆動源としてのエンジンの作動によって充放電される。また、バッテリから電圧が供給されることで、所謂スタータモータを作動させ、当該車両の駆動源としてのエンジンを始動する車両が一般的になっている。スタータモータによるエンジン始動には、大きな電力が必要となる。
【０００３】
このような車両において、バッテリの蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge）が極端に低い場合、エンジンを始動できない可能性がある。特に、バッテリの劣化による蓄電容量の低下が著しい場合には、バッテリの蓄電量が極端に低くなる可能性が高くなる。
【０００４】
従って、バッテリの劣化度合い（ＳＯＨ：State Of Health）やバッテリの蓄電量（ＳＯＣ）を精度良く検出できることが望まれている。このような要望より、バッテリの劣化度合いを検出する方法の１つとして、エンジン始動前（無負荷時）の電流及び電圧と、エンジン始動時の最大電流及び最大電圧を比較する方法が知られている。
【０００５】
エンジン始動時の電圧値を測定するために、エンジン停止中に頻繁に電圧値の測定を行なうと消費電力が大きくなり、バッテリに過放電が発生する恐れがある。そのため、エンジン停止中の消費電力を抑えるために、間欠動作させることで電圧値の測定の回数を減らす車載バッテリの状態監視装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の装置の間欠動作は、エンジンが始動するタイミングを考慮しておらず、このタイミングが合わないと、エンジン始動時の電圧値を測定できない可能性がある。この可能性を高めるためには、より頻繁に電圧値の測定を行なうことで蓄電池の状態を検出する必要があるが、この場合には、消費電力が増大することとなる。
【０００８】
そこで、本発明は、消費電力を抑制しつつ、エンジン始動直後の蓄電装置の状態を精度良く検出可能な車両用蓄電装置の状態検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、駆動源の作動によって充電される車両用蓄電装置の状態検出装置であって、前記蓄電装置の電気的負荷と、前記蓄電装置と前記電気的負荷と直列に接続されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗に発生する電圧の値を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出した電圧値に応じて前記蓄電装置の状態を検出する演算部と、第１の電圧値と第２の電圧値との２つの異なる電圧値を、変更可能な周波数で交互に出力する発振部と、前記駆動源の始動前は前記駆動源の始動後よりも前記周波数を低くする制御部と、前記シャント抵抗に発生する電圧の値が、所定値以上であるときに第３の電圧値を出力し、所定値未満のときに前記第３の電圧値とは異なる第４の電圧値を出力する比較部とを備え、前記演算部は、前記比較部の出力が前記第４の電圧値から前記第３の電圧値へ変化したとき、又は前記発振部の出力が前記第２の電圧値から前記第１の電圧値へ変化したときに、前記蓄電装置の状態を検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、発振部は、第１の電圧値と第２の電圧値との２つの異なる電圧値を、変更可能な周波数で交互に出力する。また、制御部は、発振部の出力信号の周波数を駆動源の始動前は始動後よりも低くする。比較部は、シャント抵抗に発生する電圧の値が、所定値以上であるときに第３の電圧値を出力し、所定値未満のときに第３の電圧値とは異なる電圧値の第４の電圧値を出力する。
【００１１】
そして、演算部は、比較部の出力が第４の電圧値から第３の電圧値へ変化したとき、又は発振部の出力が第２の電圧値から第１の電圧値へ変化したときに、蓄電装置の状態（蓄電量又は劣化度合い）を検出する。
【００１２】
すなわち、駆動源の始動前に周波数を低くすることで、蓄電装置の状態を検出する回数を減らすことができる。従って、消費電力を抑えることができる。
【００１３】
本発明において、請求項１に記載の状態検出装置において、第１の電圧値と第３の電圧値が同じ値で、第２の電圧値と第４の電圧値が同じ値であり、第１の電圧値は第２の電圧値より値が大きいことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の車両用蓄電装置の状態検出装置を含む車両の概略を示す構成図。
【図２】本発明の車両用蓄電装置の状態検出装置の（ａ）バッテリ１の出力電流、（ｂ）タイマー５の出力電圧、（ｃ）比較器Ｃｍｐの出力電圧、（ｄ）論理和素子ＯＲの出力電圧の各信号の時間変化を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の車両用蓄電装置の状態検出装置を含む車両の概略を示す構成図である。
【００１６】
図外の車両に搭載されたバッテリ１は、発電機２に電気的に接続されている。発電機２は、当該車両の駆動源としてのエンジン（内燃機関）３の動力によって発電が可能である。バッテリ１は、照明や空調装置（エアコン）、オーディオ、カーナビゲーションシステムなどの電気的負荷（電気抵抗）を持つ車載機器４に電気的に接続されており、バッテリ１は、これら車載機器４の電源として機能する。エンジン３の動力によって発電機２が発電した電力は、バッテリ１に充電されるか、車載機器４の電源として使用される。
【００１７】
車載機器４の電気的負荷は、車載機器の作動により増加する。車載機器４は、エンジン３が始動する前では、時計機能などのように常に作動すべき機能以外の作動は停止しており、エンジン３が始動すると同時に作動を開始する。
【００１８】
状態検出装置は、シャント抵抗Ｒｓと、比較器Ｃｍｐと、タイマー５と、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）６と、第１電圧センサＳｖ１と、第２電圧センサＳｖ２と、論理和（logical sum）素子ＯＲと、演算回路７とを備える。以下、これらの電気的接続及び機能について説明する。
【００１９】
状態検出装置は、バッテリ１と車載機器４とシャント抵抗Ｒｓとが直列に接続されている。シャント抵抗Ｒｓは、バッテリ１から出力される電流を検出するための電気的負荷であり、このシャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値が所定値以上か否かで出力が変化する比較器Ｃｍｐが、シャント抵抗Ｒｓに並列に接続されている。
【００２０】
比較器Ｃｍｐは、入力された電圧値に応じて、高い電圧（以下、「Ｈレベル」という）と低い電圧（以下、「Ｌレベル」という）との２つの電圧のいずれかを出力する。この高い電圧であるＨレベルが本発明における第３の電圧値に相当し、低い電圧であるＬレベルが本発明における第４の電圧値に相当する。詳細には、比較器Ｃｍｐは、所謂コンパレータで構成されており、入力された電圧値が所定値以上のときはＨレベルを出力し、入力された電圧値が所定値未満のときはＬレベルを出力する。なお、比較器Ｃｍｐに入力される電圧値を増幅回路によって増幅してもよい。
【００２１】
タイマー５は、第１の電圧値と、この第１の電圧値より低い第２の電圧値とを変更可能な周波数で交互に繰り返す信号を出力する。第１の電圧値はＨレベル（第３の電圧値）と同程度の値であり、第２の電圧値はＬレベル（第４の電圧値）と同程度の値である。ここで、同程度の値とは、ハードウェアの持つ誤差により多少値が異なるが、同じ値として見做せる程度の差を持つ値のことである。以下、第１の電圧値をＨレベルといい、第２の電圧値をＬレベルという。タイマー５は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）周波数シンセサイザによって構成され、ＣＰＵ６の制御によって、分周比を変更することにより、周波数が変更される。また、高周波数の発振器と低周波数の発振器との２つの発振器で構成し、ＣＰＵ６の制御によって２つの発振器を切り替えることで、周波数を変更してもよい。タイマー５は、周波数が変更可能であれば上記以外の構成でもよい。
【００２２】
論理和素子ＯＲは、タイマー５と比較器Ｃｍｐとの２つの出力信号が入力され、２つの入力のうちの少なくともいずれかがＨレベルのときにＨレベルを出力し、２つの入力が共にＬレベルのときにのみＬレベルを出力する。
【００２３】
また、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値を検出する第１電圧センサＳｖ１が、シャント抵抗Ｒｓに並列に接続されている。第１電圧センサＳｖ１は、内部に、差動増幅器とＡＤ変換器（Analog Digital Converter）とを備える。第１電圧センサＳｖ１は、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値が差動増幅器で増幅されたアナログの電圧値を、ＡＤ変換器によってディジタルの電圧値に変換して出力する。ＡＤ変換器は、例えば、高速且つ高精度に動作可能に構成された並列比較形ＡＤ変換器又は逐次比較形ＡＤ変換器が用いられている。このため、第１電圧センサＳｖ１は、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値を高速且つ精度良く検出できる。なお、ＡＤ変換器は、高速且つ精度良く変換可能であればよく、これ以外の構成であってもよい。
【００２４】
第２電圧センサＳｖ２は、車載機器４に発生する電圧値とシャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値を合計した電圧値を検出できるように接続されている。すなわち、第２電圧センサＳｖ２は、バッテリ１から出力される電圧値を検出する。第２電圧センサＳｖ２も第１電圧センサＳｖ１と同様に、内部に作動増幅器とＡＤ変換器とを備える。
【００２５】
第１電圧センサＳｖ１及び第２電圧センサＳｖ２のそれぞれのＡＤ変換器には、論理和素子ＯＲの出力が入力される。ＡＤ変換器は、論理和素子ＯＲの出力がＬレベルからＨレベルに変化したときに、ディジタルの電圧値への変換を行なう。すなわち、論理和素子ＯＲの出力がＬレベルからＨレベルに変化したときに、第１電圧センサＳｖ１はシャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値を検出し、第２電圧センサＳｖ２はバッテリ１の電圧値を検出する。これらの第１と第２の２つの電圧センサＳｖ１，Ｓｖ２は、同じタイミングで検出を行なう。
【００２６】
演算回路７は、論理和素子ＯＲの出力、第１電圧センサＳｖ１及び第２電圧センサＳｖ２の出力が入力され、バッテリ１の蓄電量ＳＯＣ及び劣化度合いＳＯＨを出力する。本実施形態では、バッテリ１の蓄電量ＳＯＣ及び劣化度合いＳＯＨをバッテリ１の状態とする。
【００２７】
蓄電量ＳＯＣは、バッテリ１からの放電電流を時間積分した値と、バッテリ１への充電電流を時間積分した値とから算出される。バッテリ１からの放電電流は、第１電圧センサＳｖ１が検出した電圧値とシャント抵抗Ｒｓの抵抗値との積によって算出される。この算出された放電電流と前回放電電流を算出してからの経過時間とを積算することで、前回放電電流を算出してから放電された電流値を算出する。このように、第１電圧センサＳｖ１が検出した電圧値に基づいて演算回路７がバッテリ１の状態（蓄電量ＳＯＣ）を検出する。
【００２８】
劣化度合いＳＯＨは、次のようにして決定される。バッテリ１は、劣化することで内部抵抗が高くなる。このため、バッテリ１の劣化度合いＳＯＨとバッテリ１の内部抵抗との関係を予め実験などにより測定し、記憶装置（図示省略）に記憶しておく。劣化度合いＳＯＨを決定するときには、この記憶されたテーブルからバッテリ１の内部抵抗に応じてバッテリ１の劣化度合いＳＯＨを決定する。
【００２９】
バッテリ１の内部抵抗は、電圧の変化量ｄＶを電流の変化量ｄＩで除算することで算出される。電圧の変化量ｄＶは、第２電圧センサＳｖ２が、前回検出した電圧値と今回検出した電圧値との差分である。電流の変化量ｄＩは、第１電圧センサＳｖ１が前回検出した電圧値にシャント抵抗Ｒｓの抵抗値を積算して得られる電流値と今回検出した電圧値にシャント抵抗Ｒｓの抵抗値を積算して得られる電流値との差分である。このように、第１電圧センサＳｖ１が検出した電圧値及び第２電圧センサＳｖ２が検出した電圧値に基づいて演算回路７がバッテリ１の状態（劣化度合いＳＯＨ）を検出する。
【００３０】
上記のように、第１電圧センサＳｖ１の検出した電圧値に基づいて蓄電量ＳＯＣを算出する方法及び劣化度合いＳＯＨを決定する方法が、本発明の「前記電圧検出部が検出した電圧値に基づいて前記蓄電装置の状態を検出する」ことに相当する。
【００３１】
演算回路７は、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）又はＰＬＤ（Programmable Logic Decive）などで構成され、上述した蓄電量ＳＯＣ及び劣化度合いＳＯＨを算出する演算回路が定義されている。
【００３２】
また、ＣＰＵ６には、比較器Ｃｍｐの出力及び演算回路７の出力が入力される。そして、ＣＰＵ６は、演算回路７が出力したバッテリ１の蓄電量ＳＯＣ及び劣化度合いＳＯＨに応じて、当該車両の各種機器に制御信号を出力する。例えば、蓄電量ＳＯＣが低い場合に充電が必要な旨を報知したり、劣化度合いＳＯＨによってバッテリ１の劣化の進行が著しい場合には、バッテリ１の交換を促す。
【００３３】
バッテリ１が本発明における蓄電装置に相当し、エンジン３が本発明における駆動源に相当し、車載機器４が本発明における電気的負荷に相当し、タイマー５が本発明における発振部に相当する。また、ＣＰＵ６が本発明における制御部に相当し、演算回路７が本発明における演算部に相当し、比較器Ｃｍｐが本発明における比較部に相当し、第１電圧センサＳｖ１が本発明における電圧検出部に相当する。
【００３４】
次に、上記のように構成された状態検出装置のＣＰＵ６の制御について説明する。
【００３５】
ＣＰＵ６は、入力された比較器Ｃｍｐの出力がＨレベルの電圧値である場合には、タイマー５の周波数を高くする。上述のように、比較器ＣｍｐがＨレベルを出力する場合は、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値が所定値以上の場合である。この所定値は、エンジン３の始動時のスタータモータを作動するための電流をＨレベルとして出力できると共に、エンジン３の始動前と、エンジン３の始動後にスタータモータの作動が終了した後にスタータモータ以外の車載機器が作動している状態との２つの状態で、Ｌレベルとして出力可能に設定される。この所定値を予め実験等により決定して、比較器Ｃｍｐが構成される。
【００３６】
そして、エンジン３の作動が停止すると、図外のエンジン３の制御装置からＣＰＵ６に信号が送信され、ＣＰＵ６はタイマー５の周波数を低くする。以上のように、ＣＰＵ６の制御によって、エンジン３が作動している間はタイマー５の周波数が高くなり、エンジン３が停止している間はタイマー５の周波数が低くなる。
【００３７】
次に、上記のように構成された車両用蓄電装置の状態検出装置の各信号の変化について説明する。図２は、本発明の車両用蓄電装置の状態検出装置の各信号の時間変化を示すタイミングチャートである。図２（ａ）はバッテリ１の出力電流、図２（ｂ）はタイマー５の出力電圧、図２（ｃ）は比較器Ｃｍｐの出力電圧、図２（ｄ）は論理和素子ＯＲの出力電圧の時間変化を示す。図２（ａ）〜（ｄ）の横軸は時間である。また、図２（ａ）の縦軸は電流であり、図２（ｂ）〜（ｄ）の縦軸は電圧である。縦軸の「Ｈ」はＨレベルを表し、「Ｌ」はＬレベルを表す。
【００３８】
図２（ｂ）のＴｃｙｃｌｅ１は、エンジン３が始動する前のタイマー５の１周期の長さを表し、Ｔｃｙｃｌｅ２は、エンジン３が始動した後のタイマー５の１周期の長さを表す。また、時刻ｔ１１，ｔ２１，ｔ３１，ｔ４１，ｔ５１，ｔ６１，ｔ７１を各周期の開始時刻とする。ｔ１１〜ｔ１２，ｔ２１〜ｔ２２，ｔ３１〜ｔ３２，ｔ４１〜ｔ４２，ｔ５１〜ｔ５２，ｔ６１〜ｔ６２，ｔ７１〜ｔ７２の期間は、タイマー５の出力電圧値はＨレベル（第１の電圧値）であり、これ以外の期間は、タイマー５の出力電圧値はＬレベル（第２の電圧値）である。
【００３９】
時刻ｔ３３は、エンジン３が始動されてバッテリ１から大きな電流が出力された時刻を示す。時刻ｔ３３から時間Ｔｄ経過した時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの期間、比較器Ｃｍｐの出力がＨレベルになる。この期間は、比較器Ｃｍｐに入力されるシャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値が、比較器Ｃｍｐに設定されている所定値以上であった期間である。図２（ａ）の電流値αは、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧値を、シャント抵抗Ｒｓの抵抗値で除算した値である。また、時間Ｔｄは、状態検出装置の内部で発生する時間遅れである。
【００４０】
論理和素子ＯＲは、上述のとおり、タイマー５と比較器Ｃｍｐとの２つの出力が入力される。これらの２つの入力の少なくともいずれかがＨレベルのときに論理和素子ＯＲはＨレベルを出力する。このため、タイマー５がＨレベルを出力するｔ１１〜ｔ１２，ｔ２１〜ｔ２２，ｔ３１〜ｔ３２，ｔ４１〜ｔ４２，ｔ５１〜ｔ５２，ｔ６１〜ｔ６２，ｔ７１〜ｔ７２の期間と、比較器ＣｍｐがＨレベルを出力するｔ３４〜ｔ３５の期間とで、論理和素子ＯＲの出力がＨレベルになり、それ以外の期間では論理和素子ＯＲの出力がＬレベルになる。
【００４１】
上述したように、第１電圧センサＳｖ１及び演算回路７は、論理和素子ＯＲの出力がＬレベル（第２の電圧値又は第４の電圧値）からＨレベル（第１の電圧値又は第３の電圧値）に変化した時点、すなわち、時刻ｔ１１，ｔ２１，ｔ３１，ｔ３４，ｔ４１，ｔ５１，ｔ６１，ｔ７１で作動する。
【００４２】
以上のように、本実施形態の車両用蓄電装置の状態検出装置において、エンジン３が作動している間はタイマー５の周波数を高くし、エンジン３が停止している間はタイマー５の周波数を低くしている。これによって、エンジン３が停止している間は、電圧値及び電流値の測定の頻度、すなわち、バッテリ１の状態の検出の頻度を下げることができ、消費電力を抑制することができる。
【００４３】
また、エンジン３が始動するときに、スタータモータが駆動することで、バッテリ１の出力電流が大きくなるときは、シャント抵抗Ｒｓに発生する電圧がバッテリ１の出力電流に比例して大きくなる。このため、上述した、比較器Ｃｍｐに設定される出力電圧を切り替えるための所定値は、エンジン３が始動するときに、スタータモータが駆動して、バッテリ１の出力電流の値が大きくなったときに比較器ＣｍｐがＨレベルを出力するように、比較器Ｃｍｐに設定される。これにより、比較器ＣｍｐがＨレベルであることで、エンジン３が始動したことを検知できる。
【００４４】
また、比較器Ｃｍｐとタイマー５との２つの出力の少なくともいずれかがＨレベルにあるとき、論理和素子ＯＲの出力がＨレベルになる。比較器Ｃｍｐは、シャント抵抗Ｒｓの電圧が、所定値以上のときに、Ｈレベルを出力する。このため、タイマー５の周波数に拘らずシャント抵抗Ｒｓの電圧が増加したとき、すなわち、バッテリ１に大きな電流が流れるエンジン３の始動時に、Ｈレベルを出力できる。
【００４５】
これによって、エンジン３が停止している間にタイマー５の周波数を低くして電圧の測定頻度を下げても、エンジン始動時のタイミングに合わせて電圧値及び電流値を測定することができる。従って、エンジン３が停止している間にタイマー５の周波数を低くして、消費電力を抑制しつつ、エンジン始動直後のバッテリ１の状態を精度良く検出できる。
【００４６】
更に、エンジン３の始動前（エンジン３が停止している間）は、バッテリ１の放電電流の変動が小さいため、タイマー５の周波数を低くしてバッテリ１の状態を検出する頻度を下げても、バッテリ１の蓄電量ＳＯＣを算出するための時間積分した値の誤差を抑制できる。
【００４７】
また、エンジン３を始動した後に、タイマー５の周波数を高くして、バッテリ１の電圧値の測定頻度を上げている。通常、エンジン３を始動した後は、バッテリ１の消費電流の変動が大きくなるため、これによって、バッテリ１の蓄電量ＳＯＣをより精度良く算出することができる。このとき、エンジン３が始動によってバッテリ１が充電される。このため、バッテリ１の状態を検出する頻度が高くなり、消費電流が大きくなってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…バッテリ（蓄電装置）、３…エンジン（駆動源）、４…車載機器（電気的負荷）、５…タイマー（発振部）、６…ＣＰＵ（制御部）、７…演算回路（演算部）、Ｃｍｐ…比較器（比較部）、Ｒｓ…シャント抵抗、Ｓｖ１…第１電圧センサ（電圧検出部）。
【図１】
2012116216.tif 000003
【図２】
2012116216.tif 000004