(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次蓄電池が車両に搭載された初回のみ、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧、エンジン始動期間に二次蓄電池に流れる電流、端子間電圧を測定し、これらの測定値を用いて初期内部抵抗およびエンジン始動の限界となる限界内部抵抗を算出し、
二次蓄電池が車両に搭載された２回以降は、エンジン始動ごとに、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧、エンジン始動期間に二次蓄電池に流れる電流、端子間電圧を測定し、これらの測定値を用いて内部抵抗を算出し、
前記初期内部抵抗と、前記限界内部抵抗と、少なくとも１つの前記内部抵抗から前記二次蓄電池の残存寿命（ＳＯＨ）を算出する、
上記処理を行って、車両に搭載された二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項２】
前記初期内部抵抗は下記式Ａで演算し、
前記限界内部抵抗は下記式Ｂで演算し、
前記内部抵抗は下記式Ｃで演算し、
前記ＳＯＨは下記式Ｄで演算する
Ｒ0 ＝（Ｅ２−Ｖｍａｘ）／Ｉｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｍａｘは最大負荷端子間電圧であり、
Ｉｍａｘは最大負荷電流である。
・・・（Ａ）
Ｒｅ＝（（Ｅ２−Ｖｅ）×Ｖｅ）／Ｗｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｅはエンジンの始動限界となる下限電圧であり、
Ｗｍａｘはエンジン始動に要する最大負荷電力である。
・・・（Ｂ）
Ｒ＝（Ｅ２−Ｖ２）／Ｉ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖ２は二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷端
子間電圧であり、
Ｉは二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷電流
である。
・・・（Ｃ）
ＳＯＨ（％）＝〔（Ｒｅ−Ｒ）／（Ｒｅ−Ｒ０）〕×１００
・・・（Ｄ）
請求項１記載の二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項３】
前記二次蓄電池の温度を測定し、
該測定した温度で、前記開回路電圧および端子間電圧を補正する、
請求項１記載の二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項４】
前記算出された複数の内部抵抗をエンジン始動回数を変数として近似式を計算して現在の内部抵抗を算出し、
現在の内部抵抗、前記初期内部抵抗と、前記限界内部抵抗から前記ＳＯＨを算出する、
請求項１〜３いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項５】
前記二次蓄電池の内部抵抗が前記初期内部抵抗の値のときのＳＯＨを１００％とし、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記限界内部抵抗Ｒｅの値のときのＳＯＨを０％とし、前記内部抵抗に応じたＳＯＨを％で表す、
請求項１〜４いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項６】
前記ＳＯＨを求めるための処理は、前記二次蓄電池の使用後、前記二次蓄電池の状態が安定する期間を経過した後行う、
請求項１〜５いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項７】
前記二次蓄電池は、鉛蓄電池である、
請求項１〜６いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する方法。
【請求項８】
二次蓄電池が車両に搭載された初回のみ、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧、エンジン始動期間に二次蓄電池に流れる電流、端子間電圧から初期内部抵抗およびエンジン始動の限界となる限界内部抵抗を算出する第１の算出手段と、
前記二次蓄電池が車両に搭載された２回以降は、エンジン始動ごとに、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧、エンジン始動期間に二次蓄電池に流れる電流、端子間電圧の測定値を用いて内部抵抗を算出する第２の算出手段と、
前記初期内部抵抗と、前記限界内部抵抗と、少なくとも１つの前記内部抵抗から前記二次蓄電池の残存寿命（ＳＯＨ）を予測するＳＯＨ算出手段と
を具備する
車両に搭載された二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項９】
前記初期内部抵抗は下記式ａで演算し、
前記限界内部抵抗は下記式ｂで演算し、
前記内部抵抗Ｒは下記式ｃで演算し、
前記ＳＯＨは下記式ｄで演算する
Ｒ0 ＝（Ｅ２−Ｖｍａｘ）／Ｉｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｍａｘは最大負荷端子間電圧であり、
Ｉｍａｘは最大負荷電流である。
・・・（ａ）
Ｒｅ＝（（Ｅ２−Ｖｅ）×Ｖｅ）／Ｗｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｅはエンジンの始動限界となる下限電圧であり、
Ｗｍａｘはエンジン始動に要する最大負荷電力である。
・・・（ｂ）
Ｒ＝（Ｅ２−Ｖ２）／Ｉ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖ２は二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷端
子間電圧であり、
Ｉは二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷電流
である。
・・・（ｃ）
ＳＯＨ（％）＝〔（Ｒｅ−Ｒ）／（Ｒｅ−Ｒ０）〕×１００
・・・（ｄ）
請求項８記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１０】
前記二次蓄電池の温度を検出値で前記開回路電圧および前記端子間電圧を補正する温度補正手段をさらに有する、
請求項８または９記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１１】
前記算出された複数の内部抵抗をエンジン始動回数を変数として近似式を計算して現在の内部抵抗を算出する手段をさらに有し、
前記ＳＯＨ算出手段は、前記算出された現在の内部抵抗、前記初期内部抵抗と、前記限界内部抵抗から前記ＳＯＨを算出する、
請求項８〜１０いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１２】
前記ＳＯＨ算出手段は、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記初期内部抵抗の値のときのＳＯＨを１００％とし、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記限界内部抵抗Ｒｅの値のときのＳＯＨを０％とし、前記内部抵抗に応じたＳＯＨを％で表す、
請求項８〜１１いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１３】
前記二次蓄電池の使用後、前記二次蓄電池の状態が安定する期間を経過した後、前記第１および第２算出手段および前記ＳＯＨ算出手段を動作させる制御手段をさらに有する、
請求項８〜１２いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１４】
前記二次蓄電池は、鉛蓄電池である、
請求項８〜１３いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１５】
車両に搭載された二次蓄電池の電圧を測定する電圧計と、
前記二次蓄電池に流れる電流を検出する電流計と、
エンジンの始動を示す信号を生成するエンジン始動信号生成手段と、
二次蓄電池が車両に搭載された初回のみ、前記エンジンの始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧を前記電圧計を用いて測定し、前記エンジン始動信号生成手段からの信号で前記エンジンの始動を検知し、エンジン始動期間に、前記電流計を用いて前記二次蓄電池に流れる電流、前記電圧計を用いて端子間電圧を測定し、これらの計測値から初期内部抵抗およびエンジン始動の限界となる限界内部抵抗を算出する第１の算出手段と、
前記二次蓄電池が車両に搭載された２回以降は、前記エンジン始動信号生成手段からの信号で前記エンジンの始動を検知しエンジン始動ごとに、エンジン始動期間前に前記電圧計を用いて二次蓄電池の開回路電圧を計測し、エンジン始動期間に、前記電流計を用いて前記二次蓄電池に流れる電流、前記電圧計を用いて端子間電圧を計測し、これらの計測値を用いて内部抵抗Ｒを算出する第２の算出手段と、
前記初期内部抵抗と、前記限界内部抵抗と、少なくとも１つの前記内部抵抗から残存寿命（ＳＯＨ）を予測するＳＯＨ算出手段と
を具備する
車両に搭載された二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１６】
前記初期内部抵抗Ｒ0 は下記式ａａで演算し、
前記エンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅは下記式ｂｂで演算し、
前記内部抵抗Ｒは下記式ｃｃで演算し、
前記ＳＯＨは下記式ｄｄで演算する
Ｒ0 ＝（Ｅ２−Ｖｍａｘ）／Ｉｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｍａｘは最大負荷端子間電圧であり、
Ｉｍａｘは最大負荷電流である。
・・・（ａａ）
Ｒｅ＝（（Ｅ２−Ｖｅ）×Ｖｅ）／Ｗｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｅはエンジンの始動限界となる下限電圧であり、
Ｗｍａｘはエンジン始動に要する最大負荷電力である。
・・・（ｂｂ）
Ｒ＝（Ｅ２−Ｖ２）／Ｉ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖ２は二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷端
子間電圧であり、
Ｉは二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷電流
である。
・・・（ｃｃ）
ＳＯＨ（％）＝〔（Ｒｅ−Ｒ）／（Ｒｅ−Ｒ０）〕×１００
・・・（ｄｄ）
請求項１５記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１７】
前記二次蓄電池の温度を検出値で前記開回路電圧および前記端子間電圧を補正する温度補正手段をさらに有する、
請求項１５または１６記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１８】
前記算出された複数の内部抵抗をエンジン始動回数を変数として近似式を計算して現在の内部抵抗を算出する手段をさらに有し、
前記ＳＯＨ算出手段は、前記算出された現在の内部抵抗、前記初期内部抵抗Ｒ0 と、前記限界内部抵抗Ｒｅから前記ＳＯＨを算出する、
請求項１５〜１７いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項１９】
前記ＳＯＨ算出手段は、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記初期内部抵抗の値のときのＳＯＨを１００％とし、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記限界内部抵抗Ｒｅの値のときのＳＯＨを０％とし、前記内部抵抗に応じたＳＯＨを％で表す、
請求項１５〜１８いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項２０】
前記二次蓄電池の使用後、前記二次蓄電池の状態が安定する期間を経過した後、前記第１および第２算出手段および前記ＳＯＨ算出手段を動作させる制御手段をさらに有する、
請求項１５〜１９いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【請求項２１】
前記二次蓄電池は、鉛蓄電池である、
請求項１５〜２０いずれか記載の二次蓄電池の状態を判定する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池などの二次蓄電池を搭載した車両において二次蓄電池の残存容量および残存寿命（または劣化状態）など二次蓄電池の状態を判定する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車などの車両に搭載した鉛蓄電池などの二次蓄電池の残存容量および残存寿命（または劣化状態）を事前に検知できることは非常に有用である。
たとえば、適切なタイミングで車載の二次蓄電池の残存寿命を検知できれば、適切なタイミングで二次蓄電池を交換でき、二次蓄電池の寿命で車両が動作できなくなることを未然に防止できる。
また、環境汚染の低減および車両の燃費の向上のため、車両が交差点で信号待ちのために一時停車したとき、渋滞で停車しているときなど、内燃機関（エンジン）を停止するアイドリングストップ機能を有する車両の実用化が鋭意進められている。このようなアイドリングストップを行う場合、アイドリングストップ後に車両を再起動できるだけ車載の二次蓄電池に残存容量が存在すること、および／または、二次蓄電池の劣化状態を知ることが必要である。
【０００３】
そのような二次蓄電池としては、これまで鉛蓄電池などの蓄電池が多用されている。以下、蓄電池を車両に搭載した場合の蓄電池の残存容量および／または残存寿命（劣化状態）など蓄電池の状態を判定する従来方法と装置について述べる。
蓄電池の残存容量を測定する方法は種々試みられている。以下、従来の蓄電池の残存容量の測定方法について概観する。
【０００４】
鉛蓄電池は、放電により水を生じ、充電により硫酸を生ずるので、放電すると硫酸水溶液の比重が小さくなり、充電で硫酸水溶液の比重が元に戻る。この現象を利用して、電解液の比重を指標として残存容量を推定する方法が知られている。
しかしながら、鉛蓄電池に収容されている電解液の濃度分布が不均一になる場合がしばしばあるので、この方法では鉛蓄電池の残存容量を常に正確に推定することが出来ない。また、近年、電解液が極めて少ないシール型鉛蓄電池が採用されている。このようなシール型鉛蓄電池については電解液の比重の測定自体が困難なので、鉛蓄電池の残存容量を推定できない。
【０００５】
特開昭５３−１２７６４６号公報は、スタータクランキング時のスタータ電流と、バッテリ端子電圧との関係からバッテリの出力インピーダンスを算出し、この出力インピーダンスからバッテリの状態を検出する技術を開示している。
より詳細に述べると、特開昭５３−１２７６４６号公報は、（１）エンジンのスタートキーを回す際に生じているオルタネータの過渡的な電流値をオルタネータと車載の鉛蓄電池（バッテリ）との間に介在させた抵抗に流れる電流として計測し、さらにバッテリの端子電圧を計測し、これらの計測結果を演算増幅器で演算して車両の走行直前のバッテリの初期残存容量を求めておき、（２）さらに車両走行中の充電量あるいは充放電量を求め、（３）初期残存容量と充放電量とを比較してバッテリの残存容量を算出する方法を開示している。
しかしながら、バッテリ内の分極の影響により出力インピーダンスが大きく変化するから、大きく変化する出力インピーダンスを用いてバッテリの状態を決定することはできない。出力インピーダンスが安定するまで待機すればよいが、出力インピーダンスが安定するまで待機するには、車両を数時間以上停止させておく必要があり、実用的ではない。
【０００６】
特開平１−１２９１７７号公報は、上記特開昭５３−１２７６４６号公報に記載されている方法を改良した発明を開示している。特開平１−１２９１７７号公報に記載されている方法は、バッテリの開放電圧（開回路電圧）の変化が少なくなると出力インピーダンスが安定することに着目して、車両が停止した状態においてバッテリの開放電圧の変化が所定以下になったことを検出して、その状態における出力インピーダンスを用いてバッテリの状態を検出する方法である。
しかしながら、そのようにして算出した出力インピーダンスだけを用いても、バッテリの状態を充分正確に検出できないし、いずれにしても、バッテリの分極が安定するまで待機する必要があるのでバッテリの状態の検出に時間がかかるから、さらに短時間でバッテリの状態を検出する方法が要望されている。
【０００７】
バッテリの特性、たとえば、開放電圧はバッテリの温度に依存するが、特開昭５３−１２７６４６号公報および特開平１−１２９１７７号公報に開示されている方法は、温度依存性を考慮しておらず、バッテリの正確な状態検出には限界がある。さらに、バッテリを交換した場合などの対応が考慮されていない。特に、このような方法では、バッテリの劣化状態がバッテリ寿命のどのレベルにあるのがを判定することができない。
【０００８】
特開昭６３−２７７７６号公報は、（１）最初にバッテリを車両に搭載したときの新品のバッテリにおけるエンジン始動中の放電電荷量に対するバッテリの端子電圧降下分を実測し、（２）その後、エンジン停止と始動との間にバッテリ静特性が蘇る（分極が安定する）のに必要な時間を経過したこと、および、バッテリ残存容量が所定以上であることを条件として、車両走行ごとにエンジン始動中の放電電荷量に対するバッテリの端子電圧降下分を実測して、（３）上記初期の電圧降下分と走行後の電圧降下分を用いて演算してバッテリの寿命を予測する方法を開示している。
この方法も、上記のように、バッテリの分極が安定するまで待機しなければならず、しかも電圧降下のみを用いてもバッテリの状態を正確に検知することはできない。
【０００９】
特開平１−３９０６８号公報は、（１）スタータの起動時などの大電流放電中における互いに異なる値を示す複数時点のバッテリの放電電流と、各放電電流流出時のバッテリの端子電圧を検出し、（２）検出した電流と電圧値からバッテリの内部抵抗値と電力を算出し、（３）予め実験的に求めたバッテリの容量と内部抵抗と起電力の相関関係を表す関数を用いて算出した内部抵抗と起電力からバッテリの状態を検出する方法を開示している。
しかしながら、この方法も正確にバッテリの状態を検知できないし、この方法の処理は複雑である。
【００１０】
特許第２５３６２５７号公報（特開平４−９５７８８号公報）は鉛蓄電池の残存容量を検出するため内部インピーダンスを用いる発明を開示している。この発明においては、（１）鉛蓄電池の内部インピーダンスを測定し、（２）測定した鉛蓄電池の内部インピーダンスを、鉛蓄電池のインダクタンス成分Ｌ、電解液抵抗ＲΩ、電荷移動抵抗Ｒct、電気二重層容量Ｃｄ、ワールブルグ・インピーダンスＷ、ワールブルグ係数σからなる等価回路に当てはめて最適解を求め、（３）Ｌ、ＲΩ、Ｒct、Ｃｄ、Ｗ、σの少なくとも一つを初期の値と比較して、その相違から鉛蓄電池の寿命を判定する。
しかしながら、この発明は、発電機から鉛蓄電池への影響、自動車に搭載された装備の負荷変動などの影響を受けて鉛蓄電池の内部インピーダンスの測定が困難になる。鉛蓄電池の内部インピーダンスが測定できなければ、初期値と比較できず、寿命も判定できない。さらにこの発明を実施すると、測定装置の構成が複雑で寸法も大きくなり、価格も高くなる。
【００１１】
蓄電池から放電または充電される電流値を常時測定し、その電流測定値を積算して蓄電池の残存容量を求める方法も知られている。以下、この方法を「電流積算法」と呼ぶ。
そのような電流積算法においては、電流値の測定誤差により積算値の誤差が次第に大きくなり、蓄電池の状態が正確に求めることができなくなる。そのため、「電流積算法」を改良した方法が、特許第２７９１７５１号公報（特開平８−１９１０３号公報）、特開平９−１７１０６５号公報などに提案されている。
【００１２】
特許第２７９１７５１号公報に記載の発明は、電流積算方式と内部抵抗検出方式を併用してデータ処理して、電気自動車用鉛蓄電池の残存容量を測定する。すなわち、（１）まず、電流積算法で電気自動車に搭載された鉛蓄電池の残存容量を算出し、（２）さらに、電気自動車用鉛蓄電池の満充電完了時および自動車の走行中の一時停止時に鉛蓄電池の内部インピーダンスを測定し、（３）内部インピーダンスから導出する放電率によって電流積算法で求めた蓄電池の残存容量の値を補正する。
この方法は自動車用蓄電池の残存容量の検査法として有用であり、鉛蓄電池の残存容量を正確に知る必要がある電気自動車においては重要な技術である。
しかしながら、この発明は、電流積算法による測定に加えて、内部インピーダンスによる測定も実施する必要があり、この方法を実現する測定装置を製造した場合、装置価格が高くなる。特に、この発明は上述した内部インピーダンスを測定することが困難な事態がある。
【００１３】
特開平９−１７１０６５号公報に開示された発明は、まず、電流積算法で蓄電池の残存容量を算出しておき、その残存容量を補正する技術である。その補正残存容量の算出は、予め特定の放電電流値での定電流放電における端子電圧と残存容量のデータテーブルを準備し、自動車走行中に前記特定の放電電流値が一定時間継続したことを検知し、その時の蓄電池の端子電圧を測定し、測定した端子電圧を前記データテーブルに参照して補正のための蓄電池の残存容量を求める。
そして、算出した補正用残存容量で、事前に求めた電流積算法の残存容量を補正する。
特開平９−１７１０６５号公報に開示された発明は、電気自動車などの電動車両に搭載された蓄電池（バッテリ）の残存容量を測定するに適した技術である。その理由は、電気自動車においては、その車両が常用する走行速度での放電電流値を、上記の特定の放電電流値とすることにより蓄電池の残存容量を求める機会が多いからである。
しかしながら、特開平９−１７１０６５号公報に開示された発明は、内燃機関で動作する車両（通常の自動車）に搭載した蓄電池の残存容量に適さない。その理由は、通常の自動車においては、自動車走行中に頻繁に一定時間継続するような特定の電流値が出現する機会が少ないので、蓄電池の残存容量を求める機会が極めて少ないので、補正すべき残存容量を求めることができないからである。
【００１４】
特開平９−１７１０６５号公報に開示された発明の上記問題を解決する方法としては、たとえば、端子電圧と残存容量のデータテーブルを複数個用意し、複数の電流値で残存容量の判定を行うことも考えられる。
しかしながら、そのような方法を実施するためには、複数個のデータテーブルを用意する必要があり、処理が複雑になる。正確な残存容量の測定のためには、温度と劣化状態により該蓄電池の端子電圧と残存容量の関係が変化する場合、それに応じてさらに多くのデータテーブルを用意することが必要になるので、多量のデータを記憶させ、処理させるには複雑な装置が必要になると推察される。また、そのような多量のデータを作成する作業も厄介である。蓄電池の劣化状態の判断も難しい。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上種々の従来技術について考察したが、それらの技術は、特に、車両に搭載した蓄電池などの二次蓄電池の状態判定に適用するには、課題がある。
【００１６】
本発明の目的は、車載の二次蓄電池の残存容量および／または残存寿命（将来寿命）を予測することができる方法および装置を提供することにある。
本発明の目的はまた、車載の二次蓄電池の種類、寸法に依存せず、二次蓄電池の残存容量および／または残存寿命を判定する方法と装置を提供することにある。
本発明はさらに、車載の二次蓄電池のメーカーが変わっても、上記目的を達成可能な、二次蓄電池の残存容量および／または残存寿命を判定する方法と装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本構想について述べる。
（１）新品の二次蓄電池が車両に搭載されたとき、その時の内部抵抗（初期内部抵抗）Ｒ0 とエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅとを算出する。初期内部抵抗Ｒ0 は、開回路電圧Ｅの測定結果と、エンジン始動期間に二次蓄電池から流れる最大負荷時電流Ｉmax の測定値と、最大負荷時端子間電圧Ｖmax の測定値から算出する。エンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅは、開回路電圧Ｅの測定値と、エンジンの始動限界となる下限電圧Ｖｅと、エンジン始動に要する最大負荷電力Ｗmax とから求める。
（２）その後、エンジンを始動する度に、始動期間後に、二次蓄電池の内部抵抗Ｒを算出する。この内部抵抗Ｒは、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧Ｅの測定値と、エンジン始動期間の二次蓄電池から流れる最大負荷電流Ｉの測定値と、エンジン始動期間の二次蓄電池の端子間電圧Ｖの測定値から算出する。この内部抵抗Ｒの算出は、エンジン始動ごとに行う。
なお上述した初期内部抵抗Ｒ0 の算出、限界内部抵抗Ｒｅの算出は、エンジン始動期間前の開回路電圧Ｅを使用することが望ましい。または、二次蓄電池を使用した後、一定期間が経過し二次蓄電池の状態が安定した後の開回路電圧Ｅを使用して行ってもかまわない。内部抵抗Ｒの算出は、一定時間が経過し二次蓄電池の状態が安定した後の開回路電圧Ｅを使用することが望ましく、またこの一定時間が経過した後に行われるエンジン始動期間前の開回路電圧Ｅを使用しても良い。また、上述した算出においては二次蓄電池の温度に応じて温度補正することが望ましい。
（３）エンジン始動ごとに内部抵抗Ｒを算出した場合、初期内部抵抗Ｒ0 と、限界内部抵抗Ｒｅと、少なくとも１つの内部抵抗Ｒを用いて残存寿命ＳＯＨを算出する。
内部抵抗と残存寿命ＳＯＨとは、たとえば、図１０に実線曲線ＣＶ１として例示したような関係があり、エンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅのときの残存寿命ＳＯＨ＝０％とし、初期内部抵抗Ｒ0 のときの残存寿命ＳＯＨ＝１００％とすれば、内部抵抗Ｒの値から残存寿命ＳＯＨを推定できる。
【００１８】
このように、二次蓄電池を交換したときの初期状態の二次蓄電池の内部抵抗Ｒ0 とエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅとを算出しておき、その後、エンジン始動ごとに二次蓄電池の内部抵抗Ｒを算出し、これらのデータを用いて残存寿命ＳＯＨを正確に算出できる。
【００１９】
本発明の第１の観点によれば、（ａ）二次蓄電池が車両に搭載された初回のみ、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧、エンジン始動期間に二次蓄電池に流れる電流、端子間電圧を測定し、これらの測定値を用いて初期内部抵抗Ｒ0 およびエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅを算出し、（ｂ）二次蓄電池が車両に搭載された２回以降は、エンジン始動ごとに、エンジン始動期間前の二次蓄電池の開回路電圧、エンジン始動期間に二次蓄電池に流れる電流、端子間電圧を測定し、これらの測定値を用いて内部抵抗Ｒを算出し、（ｃ）前記初期内部抵抗Ｒ0 と、前記限界内部抵抗Ｒｅと、少なくとも１つの前記内部抵抗Ｒから残存寿命（ＳＯＨ）を算出する、処理を行って、車両に搭載された二次蓄電池の状態を判定する方法が提供される。
【００２０】
特定的には、前記初期内部抵抗Ｒ0 は下記式Ａで演算し、前記エンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅは下記式Ｂで演算し、前記内部抵抗Ｒは下記式Ｃで演算し、前記ＳＯＨは下記式Ｄで演算する。
0004057276.tif 000002
ＳＯＨ（％）＝〔（Ｒｅ−Ｒ）／（Ｒｅ−Ｒ０）〕×１００・・・（Ｄ）
【００２１】
Ｒ0 ＝（Ｅ２−Ｖｍａｘ）／Ｉｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｍａｘは最大負荷端子間電圧であり、
Ｉｍａｘは最大負荷電流である。
・・・（Ａ）
Ｒｅ＝（（Ｅ２−Ｖｅ）×Ｖｅ）／Ｗｍａｘ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖｅはエンジンの始動限界となる下限電圧であり、
Ｗｍａｘはエンジン始動に要する最大負荷電力である。
・・・（Ｂ）
Ｒ＝（Ｅ２−Ｖ２）／Ｉ
ただし、Ｅ２は開回路電圧であり、
Ｖ２は二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷端
子間電圧であり、
Ｉは二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷電流
である。
・・・（Ｃ）
ＳＯＨ（％）＝〔（Ｒｅ−Ｒ）／（Ｒｅ−Ｒ０）〕×１００
・・・（Ｄ）
【００２２】
好ましくは、前記二次蓄電池の温度を測定し、該測定した温度で、前記開回路電圧および端子間電圧を補正する。
【００２３】
さらに好ましくは、前記算出された複数の内部抵抗をエンジン始動回数を変数として近似式を計算して現在の内部抵抗を算出し、現在の内部抵抗、前記初期内部抵抗Ｒ0 と、前記限界内部抵抗Ｒｅから前記ＳＯＨを算出する。
【００２４】
好ましくは、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記初期内部抵抗の値のときのＳＯＨを１００％とし、前記二次蓄電池の内部抵抗が前記限界内部抵抗Ｒｅの値のときのＳＯＨを０％とし、前記内部抵抗に応じたＳＯＨを％で表す。
【００２５】
好ましくは、前記処理は、前記二次蓄電池の使用後、前記二次蓄電池の状態が安定する期間を経過した後行う。
【００２６】
好ましくは、前記二次蓄電池は鉛蓄電池である。
【００２７】
本発明の第２の観点によれば、上記方法を実施する手段を備えた装置が提供される。
【００２８】
本発明の第３の観点によれば、さらに、車両に搭載された二次蓄電池の電圧を測定する電圧計と、前記二次蓄電池に流れる電流を検出する電流計と、エンジンの始動を示す信号を生成するエンジン始動信号生成手段とを備えた装置が提供される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
第１実施の形態
本発明の第１の実施の形態として、車両の走行中に、渋滞または交差点などで一時停車中に内燃機関（エンジン）を停止する、いわゆるアイドリングストップ機能を有する車両に搭載された二次蓄電池の残存容量および劣化状態を判定する方法とその装置、および、二次蓄電池の残存容量および劣化状態の判定結果に基づいてアイドリングストップの処理を行う方法と装置について述べる。
【００３０】
図１は本発明の第１実施の形態の二次蓄電池の残存容量および／または劣化状態を判定する装置（以下、残存容量・劣化状態判定装置）の構成図である。
車両、たとえば、普通の乗用車には、バス９を介して接続されているスタータ１、発電機（オルタネータ）２、二次蓄電池３、電気装備４、および、エンジン５が搭載されている。
二次蓄電池３としては、以下、鉛蓄電池を用いた場合について述べる。
電気装備４は、たとえば、照明灯、方向指示灯、ハザードランプなどの各種ライト（ランプ）、ミラー駆動モータ、操作パネル、空調機など電気で動作する車両に搭載されたものを総称している。
【００３１】
図１に図解した残存容量・劣化状態判定装置は、鉛蓄電池３の温度を測定する温度センサ６と、鉛蓄電池３の端子電圧を測定する電圧計７と、二次蓄電池３に流れる電流を測定する電流計８と、鉛蓄電池３の残存容量・劣化状態を算出する演算手段１０と、演算手段１０の結果をを表示する表示手段１６を有する。
図１に図解した残存容量・劣化状態判定装置には、演算手段１０の結果に応じた車両の駆動制御処理を行う制御手段１２を含めることができる。
【００３２】
さらに、演算手段１０の結果に応じてアイドリングストップ（ＩＳ）処理を行うアイドリングストップ（ＩＳ）処理手段１４を含めることができ、この場合、残存容量・劣化状態判定装置はアイドリングストップ処理機能を有する、二次蓄電池の残存容量および／または劣化状態を判定する装置となる。
【００３３】
スタータ１は車両の始動時に鉛蓄電池３からの給電によりエンジン５を動作させる電力を提供する。オルタネータ２は車両が始動してエンジン５が回転動作すると起動して発電を行う。オルタネータ２の発電により電気装備４への給電が行われる他、鉛蓄電池３が充電される。
【００３４】
本発明のエンジン始動信号生成手段として、たとえば、スタータ起動スイッチ信号ＳＷ１、オルタネータ起動スイッチ信号ＳＷ２、エンジン起動スイッチ信号ＳＷ５が演算手段１０に入力されている。これらのスイッチ信号の全ては必要でないが、エンジンの始動を示す信号を演算手段１０に入力する。
【００３５】
温度センサ６は鉛蓄電池３の温度を測定し、後述するように、温度センサ６で測定した温度を鉛蓄電池３の端子間電圧の補正などに用いる。
温度センサ６の測定部位は、温度補正を行う基準温度に依存する。正確には鉛蓄電池３の電解液の温度を基準温度として、温度センサ６で電解液の温度を測定することが望ましい。基準温度が鉛蓄電池３の外壁の場合は、温度センサ６で鉛蓄電池３の外壁を測定する。基準温度が鉛蓄電池３が設置されている車内の場合は温度センサ６で鉛蓄電池３が設置されている車内の温度を測定する。
また、基準温度が鉛蓄電池３の電解液の温度である場合、たとえば、温度センサ６で鉛蓄電池３の外壁の温度を測定し、演算手段１０においてその測定温度から電解液の温度を推定することもできる。
温度センサ６の測定部位はこのように基準温度に依存するが、以下、温度センサ６の温度測定部位にはこだわらず、広い意味で温度センサ６で鉛蓄電池３の温度を測定する。
温度センサ６は、測定部位にも依存するが、鉛蓄電池３の温度範囲が−３０〜１００°Ｃ程度であるから、このような温度測定に適し、占有場所をとらず、低価格で、扱いの容易な温度センサ、たとえば、銅・コンスタンタン熱電対など、または白金抵抗体などを用いることができる。また、鉛蓄電池３には温度センサ６が内蔵されている場合があり、その場合はその温度センサを用いることができる。
【００３６】
電圧計７は鉛蓄電池３の端子間電圧または開放電圧を測定するものであり、通常の直流電圧計を用いることができる。電圧計７による測定範囲はたとえば、０〜５０ＶＤＣである。
なお、鉛蓄電池３の端子間電圧とは、鉛蓄電池３の低電位レベル、たとえば、接地電圧と高電位レベル、たとえば、鉛蓄電池３の電気装備４側の電位との間の電圧を言う。この端子間電圧を電圧計７で測定する。
【００３７】
表示手段１６は、演算手段１０の結果を車両のドライバなどに表示して示す装置であり、たとえば、車両のダッシュボード部分に設けた液晶表示器であり、普通乗用車の操作パネル部分の表示器と兼用することもできる。
【００３８】
図２は図１に図解した演算手段１０の具体的な構成例を示す図である。
演算手段１０は、マイクロコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）１００と、ＣＰＵ１００で動作する各種プログラムおよび各種パラメータが記憶されているＲＯＭ１０２と、ＣＰＵ１００で行う処理の途中結果の記憶、および、各種パラメータの記憶に使用するＲＡＭ１０４と、アナログ信号として入力される温度センサ６、電圧計７および電流計８の検出信号を入力してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（Ａ／ＤＣ）１０６と、ディジタル信号として入力されるスタータ起動スイッチ信号ＳＷ１、オルタネータ起動スイッチ信号ＳＷ２およびエンジン起動スイッチ信号ＳＷ５を入力するディジタル入力部（ＤＩ部）１０８と、ＣＰＵ１００の結果を制御手段１２およびアイドリングストップ（ＩＳ）処理手段１４に出力したり、制御手段１２およびＩＳ処理手段１４からの信号を入力する通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１２と、ＣＰＵ１００から表示手段１６に表示情報を出力する表示インタフェース（ＤＳＰＩ／Ｆ）１１４とを有する。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換部（Ａ／ＤＣ）１０６の入力電圧範囲は、たとえば、０〜５Ｖ程度である。
温度センサ６として熱電対を用いた場合のように、その検出電圧が、たとえば、０〜２０ｍＶ程度と非常に低い時は、Ａ／ＤＣ１０６の前段の回路で、０〜５Ｖに増幅する。
電流計８の検出電流が、たとえば、０〜１Ｖ程度の信号として出力されるときは、Ａ／ＤＣ１０６の前段の回路で、０〜５Ｖに増幅する。
同様に、電圧計７の検出電圧が、たとえば、０〜１Ｖ程度の低いときは、Ａ／ＤＣ１０６の前段の回路で、０〜５Ｖに増幅する。
【００４０】
図３は図１および図２に図解した演算手段１０、特に、ＣＰＵ１００で行う処理を図解したフローチャートである。
以下、演算手段１０の動作を述べる。より具体的には、ＣＰＵ１００がＲＯＭ１０２に記憶されている各種プログラムに従って下記に述べる処理を行う。
【００４１】
ステップ１：劣化判定処理の可否の判定
演算手段１０（ＣＰＵ１００）は、鉛蓄電池３が前回使用した後、第１の所定時間ｔ６１が経過したか否かをチェックする。
鉛蓄電池３が第１の所定時間ｔ１が経過したか否かの処理は、ＣＰＵ１００が鉛蓄電池３の使用後、タイマ１１０を駆動して、たとえば、１秒ごと定期的にタイマ１１０の計時時間を読み取ってＲＡＭ１０４に記憶し、ＲＡＭ１０４の計時情報を読みだしてタイマ１１０の計時時間が第１の所定時間ｔ１を経過したか否かをチェックする。
ＣＰＵ１００は鉛蓄電池３の使用後、第１の所定時間ｔ１が経過前はステップ２を経由してステップ１２の処理に移行し、鉛蓄電池３の使用後、第１の所定時間ｔ１経過後はステップ３以降の劣化判定処理を行う。
【００４２】
ステップ２、鉛蓄電池３の使用後、上記第１の所定時間ｔ１が経過していない場合は、ＣＰＵ１００は鉛蓄電池３の劣化判定処理を行わず、ステップ１２の処理に移行する。この場合、後述するステップ１２では、前回のステップ１１で計算した、鉛蓄電池３の内部抵抗、すなわち、出力内部抵抗値、Ｒ値が使用される。
【００４３】
所定時間待機の意味
鉛蓄電池３の使用後、第１の所定時間ｔ1 経過前は鉛蓄電池３の劣化判定処理を行わない理由について述べる。
図４は鉛蓄電池の開回路電圧が安定する状態を示すグラフである。
図４に図解したように、同程度の劣化度合いの鉛蓄電池を充電・放電によって同一のＳＯＣ（充電容量）に調整した後、開回路電圧Ｅ１が安定するには第１の所定時間ｔ1 だけ経過するまで待機することが必要であるから、より正確な開回路電圧Ｅ１を測定するには安定する第１の所定時間ｔ1 だけ待機する必要がある。
第１の所定時間ｔ1 は、図４に図解したように、開回路電圧Ｅ１が安定するに充分な時間であり、たとえば、数時間である。
【００４４】
ステップ３：開回路電圧の測定と温度補正
ＣＰＵ１００は、電圧計７の測定値および温度センサ６の検出値をＡ／ＤＣ１０６を介して入力する。電圧計７の測定値は、鉛蓄電池３の開回路電圧Ｅ１を示している。
なお、開回路電圧（開放電圧）Ｅ１とは、車両が停止し、電気装備４の全ての負荷がオフになったときのバス９に接続されている二次蓄電池３の電圧である。
【００４５】
開回路電圧Ｅ１は、図５に例示したように温度依存性がある。図５は温度・開回路電圧特性曲線を示すグラフである。
そこで、ＣＰＵ１００は温度センサ６の検出結果で開回路電圧Ｅ１の温度補正を行う。なお、開回路電圧Ｅ１を温度に依存させて正確に求めるための処理であるから、この温度補正は必須ではないが、開回路電圧Ｅ１の温度補正を行うことが望ましい。
【００４６】
温度補正の具体的な方法について述べる。
（１）事前に、車両に実際に搭載する鉛蓄電池３について、または鉛蓄電池３の代表的なものについて、種々の温度についての開回路電圧Ｅ１を測定して、図５の温度・開回路電圧特性曲線を求める。
（２）次いで、基準温度、たとえば、２５°Ｃの開回路電圧Ｅ１の温度補正係数α１６Ｔを１．０とし、図５の曲線に基づく値をプロットして、温度センサ６の検出値が基準温度以上のときは１．０未満の温度補正係数α１Ｔ、温度センサ６の検出値が基準温度以下のときは１．０以上の温度補正係数α１Ｔを変数とする開回路電圧・温度補正係数α１Ｔの曲線を求める。
（３）次いで下記式１に基づいて電圧計７で測定した開回路電圧Ｅ１を補正する。
【００４７】
0004057276.tif 000003
【００４８】
なお、温度補正係数α１T としては、図５の特性からほぼ一定の傾きを示していると考えてよいので、温度補正係数α１T ＝ａ（一定値）とすることもできるし、より正確な温度補正係数α１T を算出して用いることもできる。
より正確な温度補正係数α１T の算出方法について述べる。測定した温度・開回路電圧特性曲線を、測定した温度と測定した開回路電圧に基づきテーブル化し、ＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０４に温度補正係数α１T の値を記憶する。ＣＰＵ１００はＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０４にテーブル化した温度補正係数α１T を、温度センサ６の検出温度を変数として読み出す。なお、温度センサ６の検出温度が事前にプロットした温度以外の場合は、その両側のプロットに使用した温度の温度補正係数α１T を参照して補間して検出温度に対応する温度補正係数α１T を求める。
【００４９】
温度補正した開回路電圧Ｅ２はＳＯＣ状態によって変化する。その例を図６に示す。図６は、基準温度がたとえば、２５°における、ＳＯＣ／％を横軸にとり、温度補正開回路電圧Ｅ２を縦軸にとった、ＳＯＣ（％）・開回路電圧特性曲線を示すグラフである。
図６に例示したＳＯＣ（％）・開回路電圧特性曲線について述べると、鉛蓄電池３の場合、開回路電圧は電解液を構成する硫酸の比重に比例して変化するのは、充放電によって電解液を構成する硫酸の比重が変化するためである。
【００５０】
ステップ４：エンジンの始動の検出
ＣＰＵ１００は、エンジン５が始動されることを検出する。エンジン５の始動の検出は、たとえば、スタータ１の始動を示すスタータ起動スイッチ信号ＳＷ１、または、エンジン５の始動を示すエンジン起動スイッチ信号ＳＷ５がディジタル入力部（ＤＩ部）１０８を介して入力された時をもって検出することができる。
【００５１】
ステップ５：エンジン始動時の最大負荷電流、最大負荷端子間電圧、鉛蓄電池の温度測定、および、最大負荷端子間電圧の温度補正
エンジン５の始動を検出したら、ＣＰＵ１００はエンジン５の始動時の、最大負荷電流Ｉmax 、最大負荷端子間電圧Ｖmax1、および、そのときの鉛蓄電池３の温度を検出する。最大負荷電流Ｉmax は電流計８の検出値を、最大負荷端子間電圧Ｖmax1の測定値を、鉛蓄電池３の温度は温度センサ６の検出値を、Ａ／ＤＣ１０６を介して入力することによって得られる。
【００５２】
エンジン５の始動時とは、図７に例示したように、エンジン５の始動に伴って鉛蓄電池３から短時間大電流が流れる期間、たとえば、数秒の期間を言い、より正確には、鉛蓄電池３に負電流が流れ初めてからオルタネータ２が作動して正電流が流れるまで期間を言う。
図７はエンジン始動時の時間経過に伴う電流の変化を示す時間・電流変化特性を示すグラフである。
【００５３】
図８は、エンジン始動時間と鉛蓄電池３の内部抵抗との関係を示す特性図である。このエンジン５の始動時間は、鉛蓄電池３の内部抵抗とある程度の相関関係があるものの、劣化が進むと、エンジン始動時間のみが大きくなる。鉛蓄電池３が極度に劣化するとエンジン始動時の電流を十分に流すことができないためエンジン始動時間が非常に長くなる。また、電流の大きさが小さく、端子間電圧もあまり低下しないことから、最大負荷時の内部抵抗は大きくならないという現象が起こる。
【００５４】
最大負荷端子間電圧Ｖｍａｘ１の温度補正
ＣＰＵ１００は、好ましくは、上記検出した鉛蓄電池３の温度を用いて上記電圧計７で測定した最大負荷端子間電圧Ｖｍａｘ１の温度補正を行う。
図９は鉛蓄電池３の温度変化を横軸にとり、最大負荷端子間電圧Ｖ１の測定値を縦軸にとった温度変化・最大負荷端子間電圧特性を示すグラフである。
最大負荷端子間電圧Ｖｍａｘ１を温度補正する必要性について述べる。たとえば、寒冷地において低温時に鉛蓄電池３の最大負荷端子間電圧を測定した場合、スタータ１の始動時に検出した鉛蓄電池３の最大端子間電圧は常温の時、たとえば、２５°Ｃのときの最大端子間電圧の測定値より低くなる。したがって，たとえば、常温を基準温度として、最大端子間電圧を温度補正しないままその最大端子間電圧を用いて、後述する鉛蓄電池３の内部抵抗を計算すると、その時の鉛蓄電池３の内部抵抗は常温時の内部抵抗よりも大きくなり、正確な内部抵抗が求められない。その結果、正確な鉛蓄電池３の劣化判定ができない。そこで、ＣＰＵ１００において、最大負荷端子間電圧Ｖｍａｘ１の温度補正を行う。
【００５５】
かりに常時、常温状態で車両を使用するような場合で、上述した鉛蓄電池３の端子間電圧、特に、最大負荷時の端子間電圧が上述した変化を示さない場合には、これから述べる、最大負荷時の端子間電圧の温度補正は必要がない。
【００５６】
以下、最大負荷端子間電圧Ｖｍａｘ１を温度補正する処理について述べる。
この場合も、図５を参照して述べた、検出温度における開回路電圧・温度補正係数α１Ｔを求めて開回路電圧Ｅ１を温度補正したと同様の処理を行う。
（１）まず、いくつかの温度おける最大負荷端子間電圧Ｖ１を測定して、図９に図解した特性曲線を事前に求める。
（２）次いで、基準温度、たとえば、２５°Ｃの最大負荷端子間電圧Ｖ１の温度補正係数α２Ｔを１．０とし、図９の曲線に基づく値をプロットして、温度センサ６の検出値が基準温度以上のときは１．０以上の温度補正係数α２Ｔ、温度センサ６の検出値が基準温度以下のときは１．０未満の温度補正係数α２Ｔを検出温度を変数とする曲線を求める。
（３）さらに、温度・最大負荷端子間電圧の温度補正係数α２Ｔをテーブル化し、ＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０４に最大負荷端子間電圧温度補正係数α２Ｔの値を記憶する。
（４）ＣＰＵ１００はＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０４にテーブル化した最大負荷端子間電圧温度補正係数α２Ｔを、温度センサ６の検出温度を変数として読み出す。なお、温度センサ６の検出温度が事前にプロットした温度以外の場合は、その両側のプロットに使用した温度の温度補正係数α２Ｔを参照して補間して検出温度に対応する温度補正係数α２Ｔを求める。
（５）下記式２を用いて電圧計７で測定した最大負荷端子間電圧Ｖｍａｘ１をその時に温度センサ６で検出した鉛蓄電池３の温度で補正する。
【００５７】
0004057276.tif 000004
【００５８】
ステップ６：鉛蓄電池３が新品か否かの判定
新しい鉛蓄電池３を交換したとき、車両の整備員などがＲＡＭ１０４に鉛蓄電池３を交換したことを示すフラグをフラグ＝０と設定しておく。
ＣＰＵ１００は、そのフラグを読み出し、フラグ＝０の場合は、新品の鉛蓄電池３が交換されたことを検出する。その場合、ＣＰＵ１００は、ステップ７、８の処理に移行する。
ＣＰＵ１００はＲＡＭ１０４のフラグが０でないとき、すなわち、フラグ＝１のときはステップ９の処理に移行する。
【００５９】
ステップ７、８：新品の鉛蓄電池の内部抵抗計算と保存
ＣＰＵ１００はフラグ＝１に設定し、次回から新品の鉛蓄電池３の処理を行わないようにする。
ＣＰＵ１００は、下記式３に基づいて、新品の鉛蓄電池３の内部抵抗、すなわち、初期内部抵抗Ｒ0 を計算し、さらに、下記式４に基づいてエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅを計算する。
【００６０】
0004057276.tif 000005
【００６１】
0004057276.tif 000006
【００６２】
車両に搭載した鉛蓄電池のエンジン始動に要する最大負荷電力Ｗmax は、同一車両であれば、ほぼ一定であり、事前に測定した最大負荷電力Ｗmax を、同じ機種の車両に共通して用いる。この最大負荷電力Ｗmax は、ＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０４に記憶しておく。
【００６３】
ステップ８：初期内部抵抗Ｒ０および限界内部抵抗Ｒｅの保持
ＣＰＵ１００は、計算した新品の鉛蓄電池３の内部抵抗、すなわち、初期内部抵抗Ｒ０、および、エンジン始動の限界となる限界内部抵抗ＲｅをＲＡＭ１０４に記憶して、保存する。ＣＰＵ１００はその後、ステップ１２の処理に移行する。
【００６４】
ステップ９：エンジン始動時間変化の判定
ＣＰＵ１００は、電流計８で検出したエンジン始動時間Δｔがある一定値、たとえば２秒以上か否かをチェックする。図７に示したエンジン始動時間Δｔは、鉛蓄電池３の内部抵抗とある程度の相関関係があるものの、劣化が進むと、エンジン始動時間Δｔのみが大きくなる。鉛蓄電池３が極度に劣化するとエンジン始動時の電流を十分に流すことができないためエンジン始動時間Δｔが非常に長くなる。また、電流の大きさが小さく、端子間電圧もあまり低下しないことから、最大負荷時の内部抵抗は大きくならないという現象が起こる。
図８は、エンジン始動時間と鉛蓄電池３の内部抵抗との関係を示す特性図である。
そのため、エンジン始動時の内部抵抗と始動時間を測定し、通常は、内部抵抗を用いて劣化判定を行い、エンジン始動時間Δｔがある値以上の場合には、ＳＯＨを０％と判定する。エンジン始動時間Δｔがある一定値以上の場合は、ＣＰＵ１００はステップ１０の処理に移行する。エンジン始動時間Δｔがある一定値以下の場合は、ＣＰＵ１００はステップ１１の処理に移行する。
【００６５】
ステップ１０：残存寿命無しの出力
ＣＰＵ１００は、鉛蓄電池３の残存寿命がないと判定し、ＳＯＨ＝０％、残寿命＝０として、この情報を制御手段１２、ＩＳ処理手段１４、および、表示手段１６に出力する。
たとえば、表示手段１６には、「ＳＯＨ＝０％、残寿命＝０」がメッセージとして表示される。
なお、本実施の形態においては、図１０に例示したように、鉛蓄電池３の内部抵抗がエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅのとき、ＳＯＨ＝０％として、鉛蓄電池３の内部抵抗が初期内部抵抗Ｒ0 のとき、ＳＯＨ＝１００％としている。このように、ＳＯＨを０〜１００％表記することができるので、ユーザーにとって鉛蓄電池３の状態が非常に判りやすい。
【００６６】
ステップ１１：二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷電流、最大負荷端子間電圧、温度測定、最大負荷端子間電圧の温度補正、および、内部抵抗の算出
ＣＰＵ１００は、ステップ５における処理と同様、ただし、今回はエンジンの始動時ではなく二次蓄電池が車両に搭載された２回以降の最大負荷電流Ｉ、最大負荷端子間電圧Ｖ1 、および、そのときの鉛蓄電池３の温度を検出する。最大負荷電流Ｉは電流計８の検出値を、最大負荷端子間電圧Ｖ1 は電圧計７の測定値を、鉛蓄電池３の温度は温度センサ６の検出値を、Ａ／ＤＣ１０６を介して入力することによって得られる。
次いで、ＣＰＵ１００は、好ましくは、上記検出した鉛蓄電池３の温度を用いて上記電圧計７で測定した最大負荷端子間電圧Ｖ1 の温度補正を、図９を参照して述べた、式５に従って、行う。図９を参照して述べた温度補正係数α２T はこの温度補正にも用いる。
【００６７】
0004057276.tif 000007
【００６８】
鉛蓄電池の内部抵抗の計算
ＣＰＵ１００は、下記式６に基づいて、鉛蓄電池３の内部抵抗、すなわち、出力内部抵抗Ｒを計算する。
【００６９】
0004057276.tif 000008
【００７０】
ステップ１２：ＳＯＨの計算
ＣＰＵ１００は、式３を適用して算出した鉛蓄電池３を交換した直後の初期内部抵抗Ｒ０、式６を適用して算出した鉛蓄電池３の内部抵抗Ｒと、式３を適用した算出したエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅとから、式７に従って、鉛蓄電池３の劣化状態を示す指標ＳＯＨを計算する。
【００７１】
ＳＯＨ（％）＝〔（Ｒｅ−Ｒ）／（Ｒｅ−Ｒ０）〕×１００・・・（７）
【００７２】
その後、ＣＰＵ１００は、算出したＳＯＨ（％）を制御手段１２および表示手段１６に出力する。
制御手段１２は劣化状態を示す指標ＳＯＨ（％）をメッセージ表示する。
【００７３】
ステップ１３：内部抵抗の反復算出
ＣＰＵ１００は、エンジン５が始動される度、ステップ１１における処理、すなわち、（１）鉛蓄電池３が車両に搭載された２回以降のエンジン始動期間前の開回路電圧、エンジン始動期間の最大負荷電流、最大負荷端子間電圧の測定、および、温度測定を行い、さらに、（２）最大負荷端子間電圧の温度補正を行い、（３）これらの結果を用いて、上記同様内部抵抗の算出を行う。また、ＣＰＵ１００は、算出した内部抵抗Ｒをその処理回数とともに、ＲＡＭ１０４に記憶していく。
【００７４】
ステップ１４：寿命予測
図１０はエンジン始動回数と出力内部抵抗との関係を示す特性、および、出力内部抵抗とＳＯＨとの関係を図解したグラフである。
実線で示した曲線ＣＶ１は、ステップ１３において算出した複数回のエンジン５の始動に対してその都度算出した内部抵抗Ｒを、ＣＰＵ１００において、プロットしたものである。
破線で示した曲線ＣＶ２は、事前に代表的な鉛蓄電池について算出した内部抵抗Ｒをプロットしたものである。この曲線ＣＶ２の値は、ＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０４に記憶されている。通常は、ＲＯＭ１０２に記憶しておき、修正が容易に行えるようにしている。
【００７５】
図１０に図解の特性から、出力内部抵抗からＳＯＨを推定できることが判る。したがって、ＣＰＵ１００は、エンジン５の始動に則して鉛蓄電池３の内部抵抗を上述した方法で計算し、ＲＡＭ１０４に記憶されている複数の内部抵抗を測定回数、すなわち、エンジン５の始動回数ごとにプロットして、プロットした複数の内部抵抗を、たとえば、二次多項式近似して、二次多項式近似したものから現在の内部抵抗を算出する。次いで、ＣＰＵ１００は、近似したものから算出した内部抵抗と、ステップ７において算出されＲＡＭ１０４に記憶されているエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅと初期内部抵抗Ｒ０とを式７に代入して、劣化状態を示す指標ＳＯＨを算出する。
【００７６】
そしてさらにＣＰＵ１００は算出した劣化状態を示す指標ＳＯＨを、制御手段１２、ＩＳ処理手段１４および表示手段１６に出力する。
表示手段１６は劣化状態を示す指標ＳＯＨを、たとえば、メッセージ表示する。
【００７７】
制御手段１２はＣＰＵ１００（演算手段１０）から出力された劣化状態を示す指標ＳＯＨを参照して、車両の運転、保守などに反映させることができる。
たとえば、車両のドライバまたは整備士が現在の鉛蓄電池３の劣化状態を示す指標ＳＯＨを知りたいときは、図示しない操作部を介して制御手段１２にアクセスして制御手段１２に保存されている劣化状態を示す指標ＳＯＨを、たとえば、制御手段１２を介して表示手段１６または車両の操作パネルの表示部に表示してＳＯＨを確認することができる。その結果、適切なタイミングが鉛蓄電池３を交換することができる。
あるいは、車両に何らかの故障が発生した場合、制御手段１２は演算手段１０で算出した劣化状態を示す指標ＳＯＨをチェックして、その不具合の原因が鉛蓄電池３のＳＯＨが低いために起きたか否かを診断できる。
【００７８】
また、アイドリングストップ（ＩＳ）処理手段１４も、演算手段１０で算出した劣化状態を示す指標ＳＯＨを参照して、アイドリングストップ可能か否かの判定をすることができる。
【００７９】
表示手段１６への表示は、劣化状態を示す指標ＳＯＨの表示に限らず、種々の表示を行うことができる。たとえば、保守点検時などのときには、上述した処理状態の途中結果、たとえば、鉛蓄電池３の温度、開回路電圧Ｅ１、最大負荷時電圧、最大負荷時電流、内部抵抗値、エンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅ、途中の劣化状態を示す指標ＳＯＨなどを表示手段１６で表示することができる。
【００８０】
以上のように、本発明の第１実施の形態によれば、図１に図解したように、温度センサ６、電圧計７および電流計８を設け、演算手段１０で上述した処理を行うことにより、鉛蓄電池３の劣化状態を示す指標ＳＯＨを算出することができる。
すなわち、本実施の形態においては、新品の鉛蓄電池３を車両に搭載したときから、基準となる、鉛蓄電池３の初期内部抵抗Ｒ0 とエンジン始動の限界となる限界内部抵抗Ｒｅとを算出しておき、その後、エンジンの始動の度に鉛蓄電池３の現在の内部抵抗を算出し、鉛蓄電池３の内部抵抗が初期内部抵抗Ｒ0 のときＳＯＨを１００％、鉛蓄電池３の内部抵抗が限界内部抵抗Ｒｅのとき残存寿命ＳＯＨを０％として、式７によって現在の内部抵抗によってＳＯＨがどの値になるかを決定しているので、正確にＳＯＨを求めることができる。
【００８１】
特に、本実施の形態においては、鉛蓄電池３の動作状態が安定してから処理を行っているで、正確にＳＯＨを求めることができる。
【００８２】
さらに本実施の形態においては、鉛蓄電池３の温度を測定し、測定した温度で鉛蓄電池３の電圧を補正しているので、より正確なＳＯＨを算出することができる。
【００８３】
さらに本実施の形態においては、エンジン始動の度に内部抵抗を算出し、図１０に例示したように、複数の内部抵抗をプロットして、プロットしたそれらを、たとえば、多項式近似して用いるので、一層正確にＳＯＨを算出することができる。
【００８４】
本実施の形態においては、鉛蓄電池３が交換されるたび、初期内部抵抗Ｒ0 と限界内部抵抗Ｒｅを求めるので、鉛蓄電池３の交換があっても問題はない。
本実施の形態においては、式４で用いる下限電圧Ｖe および鉛蓄電池３の始動に要する最大負荷電力Ｗmax のみ設定すれば、二次蓄電池のメーカー、種類に無関係にＳＯＨを算出することができる。
【００８５】
以上のように、本実施の形態によれば、常時ＳＯＨを算出することができるから、鉛蓄電池３の残存寿命が予測でき、適切なタイミングで鉛蓄電池３を交換することも可能となる。
また、算出したＳＯＨを用いてアイドリングストップ処理を行うこともできる。
【００８６】
なお本実施の形態の実施に際しては、特別複雑な構成要素を必要とせず、信号処理も複雑ではないので、容易かつ低価格で実用化できる。
【００８７】
以上の実施の形態においては、二次蓄電池３として鉛蓄電池を用いた場合について述べたが、本発明は鉛蓄電池に適用が限定されるわけではなく、充電可能な種々の二次蓄電池に適用できる。
【００８８】
上述した実施の形態は例示であり、本発明の適用に際しては、図面を参照して述べた実施の形態および上記記述に限定されず、明細書および図面に記載された内容に基づいて当業者が想起しうるものは本発明に属すると考えるべきである。
【００８９】
本発明によれば、簡単な方法および簡単な構成で二次蓄電池の残存寿命ＳＯＨを算出できる。さらに本発明で、ＳＯＨを０〜１００％表記することができるので、ユーザーにとって非常に判りやすい。
【００９０】
本発明の方法および装置は、二次蓄電池の交換があっても、二次蓄電池のＳＯＨを算出できる。
【００９１】
本発明の方法および装置は、二次蓄電池の種類、メーカー、特性に依存しないで二次蓄電池のＳＯＨを算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施の形態の二次蓄電池の残存容量および／または劣化状態を判定する装置構成図である。
【図２】図２は図１に図解した演算手段の装置構成の具体例を図解した図である。
【図３】図３は図１および図２に図解した二次蓄電池の残存容量および／または劣化状態を判定する装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は鉛蓄電池の開回路電圧が安定する状態を示すグラフである。
【図５】図５は温度・開回路電圧特性曲線を示すグラフである。
【図６】図６は基準温度がたとえば、２５°における、ＳＯＣ／％を横軸にとり、温度補正開回路電圧を縦軸にとった、ＳＯＣ／％・温度補正開回路電圧特性曲線を示すグラフである。
【図７】図７はエンジン始動時の時間経過に伴う電流の変化を示す時間・電流変化特性を示すグラフである。
【図８】図８はエンジン始動時間と鉛蓄電池の内部抵抗との関係を示す特性図である。
【図９】図９は鉛蓄電池の温度変化を横軸にとり、最大負荷端子間電圧Ｖ1 の測定値を縦軸にとった温度変化・最大負荷端子間電圧特性を示すグラフである。
【図１０】図１０はエンジン始動回数と出力内部抵抗との関係を示す特性、および、出力内部抵抗とＳＯＨとの関係を図解したグラフである。
【符号の説明】
１・・スタータ、ＳＷ１・・スタータ起動スイッチ信号
２・・オルタネータ、ＳＷ２・・オルタネータ起動スイッチ信号
３・・二次蓄電池（鉛蓄電池）、４・・電気装備
５・・エンジン、ＳＷ５・・エンジン起動スイッチ信号
６・・温度センサ、７・・電圧計、８・・電流計、９・・バス
１０・・演算手段
１００・・ＣＰＵ、１０２・・ＲＯＭ、１０４・・ＲＡＭ
１０６・・Ａ／Ｄ変換部（Ａ／ＤＣ）
１０８・・ディジタル入力部（ＤＩ）、１１０・・タイマ
１１２・・通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１２
１１４・・表示インタフェース（ＤＳＰＩ／Ｆ）１１４
１２・・制御手段
１４・・アイドリングストップ（ＩＳ）処理手段
１６・・表示手段
【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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