(57)【要約】【課題】電池の残存容量を精度よく算出可能な電池状態判定装置を提供する。【解決手段】電池状態判定装置１０は、車両２のエンジン停止時の鉛電池１のＯＣＶを測定する電圧測定部３と、電圧測定部３で測定されたＯＣＶを、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップに代入することにより、鉛電池１の残存容量を算出する残存容量算出部４とを備えており、スイッチ制御部５により、電圧測定部３によるＯＣＶの測定時に、バックアップ電源８を用いて鉛電池１を開回路状態にする。車両２のエンジン停止時に車載電装品の動作を損なわないように車両に搭載された鉛電池１を切り離してＯＣＶを測定し鉛電池１の残存容量を算出するため、鉛電池１の残存容量を精度よく算出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された電池の状態を判定する電池状態判定装置において、車両のエンジン停止時の前記電池の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定するＯＣＶ測定手段と、前記ＯＣＶ測定手段で測定されたＯＣＶを、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップもしくは関係式に代入することにより、前記電池の残存容量を算出する残存容量算出手段とを備え、前記ＯＣＶ測定手段によるＯＣＶの測定時に、バックアップ電源を用いて前記電池を開回路状態にすることを特徴とする電池状態判定装置。
【請求項２】
前記電池は第１のスイッチを介して車両に接続され、前記バックアップ電源は第２のスイッチを介して前記電池および第１のスイッチと並列接続されるように前記車両に接続されており、前記ＯＣＶ測定手段によるＯＣＶの測定時に、前記第２のスイッチをオン状態に制御し、前記第１のスイッチをオフ状態に制御するスイッチ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電池状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池状態判定装置に係り、特に、車両に搭載された電池の状態を判定する電池状態判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載された電池の残存容量を算出する方法として、電池の開回路電圧（ＯＣＶ）から、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップもしくは関係式を用いて、残存容量を推定（算出）する技術が知られている。
【０００３】
また、車両に搭載された電池の端子電圧を反応抵抗成分、内部抵抗成分、開路電圧に分けてローパスフィルタにより開路電圧分だけを取り出し、この電圧を電池のＯＣＶとして取り扱う技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単にＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップもしくは関係式を用いて電池の残存容量を算出する場合には、車両のエンジン停止時において車載電装品の負荷電流があるため、正確（完全）なＯＣＶを測定することは難しく、従って、残存容量を正確に推定（算出）することが困難である。また、特許文献１のような方法もあるが、ＯＣＶの算出に複雑な演算が必要で演算誤差により残存容量の推定精度に問題がある可能性があり、別途、演算装置等を組み込まなければならない、という問題がある。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、電池の残存容量を精度よく算出可能な電池状態判定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載された電池の状態を判定する電池状態判定装置において、車両のエンジン停止時の前記電池の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定するＯＣＶ測定手段と、前記ＯＣＶ測定手段で測定されたＯＣＶを、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップもしくは関係式に代入することにより、前記電池の残存容量を算出する残存容量算出手段とを備え、前記ＯＣＶ測定手段によるＯＣＶの測定時に、バックアップ電源を用いて前記電池を開回路状態にすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電池状態判定装置は、車両のエンジン停止時の電池のＯＣＶを測定するＯＣＶ測定手段と、ＯＣＶ測定手段で測定されたＯＣＶを、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップもしくは関係式に代入することにより、電池の残存容量を算出する残存容量算出手段とを備えている。そして、ＯＣＶ測定手段によるＯＣＶの測定時に、バックアップ電源を用いて電池を開回路状態にする。
【０００９】
本発明において、電池は第１のスイッチを介して車両に接続され、バックアップ電源は第２のスイッチを介して電池および第１のスイッチと並列接続されるように車両に接続されており、ＯＣＶ測定手段によるＯＣＶの測定時に、第２のスイッチをオン状態に制御し、第１のスイッチをオフ状態に制御するスイッチ制御手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、車両のエンジン停止時にバックアップ電源を用意し車載電装品の動作を損なわないように車両に搭載された電池を切り離してＯＣＶを測定し電池の残存容量を算出するので、電池の残存容量を精度よく算出することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る電池状態判定装置の実施の形態について説明する。なお、本実施形態では、車両のエンジンルーム内にエンジンを起動する鉛電池が搭載されており、電池状態検知装置は鉛電池と同様にエンジンルーム内に配置された例について説明する。
【００１２】
（全体構成）
図１に示すように、鉛電池１は第１のスイッチ６を介して車両２に接続されている。
【００１３】
鉛電池１は、電池容器となる略角型の電槽を有しており、電槽内には合計６組の極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等の高分子樹脂を用いることができる。各極板群は複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されており、セル電圧は２．０Ｖである。このため、鉛電池１の公称電圧は１２Ｖとされている。電槽は、電槽の上部開口を密閉するＰＰ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するための正極端子および負極端子が立設されている。
【００１４】
ここで、より具体的に鉛電池１と車両２との接続関係について述べると、鉛電池１の正極端子は、第１のスイッチ６を介して、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮという。）の中央端子に接続されている。ＩＧＮは、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子およびＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣおよびＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。
【００１５】
ＳＴＡＲＴ端子はエンジン始動用セルモータ（スタータ）に接続されている。セルモータは、図示しないクラッチ機構を介してエンジンの回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。
【００１６】
また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機および一方向への電流の流れを許容する整流素子を含むレギュレータを介してエンジンの回転により発電する発電機（オルタネータ）の一端に接続されている。すなわち、レギュレータのアノード側は発電機の一端に、カソード側はＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジンの回転軸は、クラッチ機構を介して発電機に動力の伝達が可能である。このため、エンジンが回転状態にあるときは、クラッチ機構を介して発電機が作動し発電機からの電力が補機や鉛電池に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。
【００１７】
（電池状態判定装置の構成）
鉛電池１の近傍には、鉛電池１の電池状態を判定する電池状態判定装置１０が配置されている。電池状態判定装置１０は、鉛電池１と別体であっても一体であってよい。図１に示すように、電池状態判定装置１０は、鉛電池１の開回路電圧（ＯＣＶ）測定時に、鉛電池１と同等の電圧を有し鉛電池１をバックアップするバックアップ電源８を有している。このようなバックアップ電源８には、鉛電池以外に、例えば、バイポーラ電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いることができる。バックアップ電源８は、第２のスイッチ７を介して、鉛電池１および第１のスイッチ６と並列接続されるように、車両に接続されている。
【００１８】
また、電池状態判定装置１０は、機能として、鉛電池１の電圧を測定する電圧測定部３、電圧測定部３で測定されたＯＣＶを、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップに代入することにより、鉛電池１の残存容量を算出する残存容量算出部４、第１のスイッチ６および第２のスイッチ７のオン、オフを制御するスイッチ制御部５、並びに、車両の制御部に残存容量算出部４で算出した鉛電池１の残存容量を報知する報知部（不図示）を有している。
【００１９】
電池状態判定装置１０は、鉛電池１の電圧を検出するための差動増幅回路、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）、第１のスイッチ６および第２のスイッチ７を作動させるＦＥＴおよび抵抗で構成されたスイッチ作動回路、車両の制御部と通信するためのインターフェース等を基板にマウント（実装）したものである。マイコンは、中央演算装置として機能するＣＰＵ、電池状態判定装置１０の基本制御プログラムや上述したＯＣＶと残存容量との関係を定めたマップ等のプログラムデータを格納したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一次的に記憶するＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータを含んで構成されている。
【００２０】
このため、電圧測定部３は作動増幅回路、マイコンに内蔵されたＡ／Ｄコンバータおよびマイコン、残存容量算出部４はマイコン、スイッチ制御部５はマイコン、マイコンに内蔵されたＤ／Ａコンバータおよびスイッチ作動回路、報知部はマイコンおよびインターフェースでそれぞれ構成されている。
【００２１】
（動作）
次に、本実施形態の電池状態判定装置１０の動作について、マイコンのＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）を主体として説明する。
【００２２】
＜エンジン状態の検知＞
ＣＰＵは、取り込んだ鉛電池１の電圧に基づいてエンジン状態を検知する機能を有している。すなわち、ＣＰＵは、鉛電池１の電圧を常時監視（測定）し、測定した電圧の変化より、エンジン始動、エンジン起動中、エンジン停止のエンジン状態を検知する。
【００２３】
一般に、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する車両では、鉛電池から電力を供給しセルモータを回して、エンジンを始動する。この際、大電流が流れるが、それに伴い、鉛電池１の端子間電圧は大きく降下する。このときの電圧降下および電流の時間変化を測定すると、セルモータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時に鉛電池１の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す。
【００２４】
ＣＰＵは、鉛電池１の放電開始後Ｘ（１〜１００）ｍｓ以内にＹ（０．５０〜３．０）Ｖ以上の電圧降下（例えば、１５ｍｓ以内に１．５Ｖ以上の電圧降下）があり、かつ、その後にある所定値ａ（ａ：鉛電池１０のＯＣＶの１０９〜１２１％の電圧値）以上になったか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものと判定する。一方、否定判断のときにはカーエアコンやカーナビゲーション等の車載電装品を起動させたものとみなす（エンジンは始動していないとみなす）。
【００２５】
ＣＰＵは、上述したエンジン始動の肯定判断の後、常時鉛電池１の電圧が上述した所定値ａ以上（エンジンが起動中の場合は発電機（オルタネータ）が作動しているため、鉛電池１は充電状態となっており、電圧がＯＣＶより高くなる。）か否かを判断し、肯定判断のときにエンジン起動中と判定する。
【００２６】
（１）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１の電圧がある一定値ｂ以下になった場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｂの電圧値には、例えば、鉛電池１のＯＣＶの１０３〜１０８％の電圧値を用いることができる。また、（２）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１の電圧がある一定値ｃ以上の速度で低下し、かつ、電圧の降下幅がある一定値ｄ以上の場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｃの電圧低下速度として１．０〜４．０Ｖ／ｓ、また、ｄの電圧降下幅として０．０５〜０．２０Ｖを用いることができる。さらに、（３）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１の電圧がある一定値ｅ以下に低下し、かつ、そのときの電圧の変化幅が、ある一定値ｆの時間幅で、ある一定値ｇ以下になった場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｅの電圧値として鉛電池１のＯＣＶの１０２〜１０９％の電圧値、ｆの値として０．０１〜１．０ｓ、ｇの電圧の変化幅として０．１〜０．３Ｖを用いることができる。ＣＰＵは、（１）〜（３）のいずれかに該当したときに、エンジンが停止したもと判定する。
【００２７】
ＣＰＵは、エンジン停止後、鉛電池１の分極反応が解消した所定時刻（例えば、６時間経過後、より好ましくは１２時間経過後）に、鉛電池１の電圧をＯＣＶとして取り込む。なお、ＣＰＵは内部時計によりエンジン停止後の時刻を把握している。
【００２８】
＜スイッチの制御＞
ＣＰＵは、車両２のエンジン始動時に、スイッチ制御部５を介して、第１のスイッチ６をオン状態とし、第２のスイッチ７をオフ状態に制御する。そのためには、ステアリングのキーシリンダへエンジンキーが完全に挿入されたときに該状態であることが望ましい。
【００２９】
ＣＰＵは、車両２のエンジン停止時に、スイッチ制御部５を介して、第１のスイッチ６をオン状態としたまま、第２のスイッチ７をオン状態に制御し、バックアップ電源６が車両２への通電を開始した後に、第１のスイッチ６をオフ状態に制御する。これにより、車両２のエンジン停止時における車載電装品の動作を損なうことなく、鉛電池１を開回路状態に推移させることができる。車両２のエンジン停止時における第１のスイッチ６および第２のスイッチ７の切り替えは、ステアリングのキーシリンダからエンジンキーが抜かれたときにおこなうことが望ましい。
【００３０】
ＣＰＵは、車両２の走行中において電圧測定部３で測定した鉛電池１の端子電圧が所定の値以上で所定の時間持続したときに、第１のスイッチ６をオン状態としたまま、第２のスイッチ７をオン状態として、バックアップ電源８の充電を行う。このときの所定端子電圧値は車両２に搭載された発電機の発電性能で決定される。また、所定持続時間はオルタネータの発電性能と鉛電池１の満充電時の残存容量から決定する。なお、これに先だって、電源測定部３でバックアップ電源８の電圧を測定するようにすることが好ましい。
【００３１】
＜ＯＣＶの測定＞
ＣＰＵは、車両２のエンジン停止時（第１のスイッチ６をオフ状態に制御したとき）から、車両２のエンジン始動をすることなく（第１のスイッチ６をオン状態に制御することなく）所定時間（６時間、好ましくは１２時間）が経過したかを判断し、否定判断のときは上述したエンジン状態の検知プロセスを実行し、肯定判断のときは、鉛電池１のＯＣＶを取り込む（測定する）。
【００３２】
次いで、ＣＰＵは、取り込んだＯＣＶから鉛電池１の残存容量を算出する。図２に示すように、残存容量の算出は鉛電池１のＯＣＶと残存容量との関係を予めマップ化したものを用いて行う。これに代えて、ＯＣＶと残存容量との関係式を用いてもよい。
【００３３】
（作用等）
次に、本実施形態の電池状態判定装置１０の作用等について説明する。
【００３４】
本実施形態の電池状態判定装置１０は、車両２のエンジン停止時の鉛電池１のＯＣＶを測定する電圧測定部３と、電圧測定部３で測定されたＯＣＶを、ＯＣＶと残存容量との関係を予め定めたマップに代入することにより、鉛電池１の残存容量を算出する残存容量算出部４とを備えており、スイッチ制御部５により、電圧測定部３によるＯＣＶの測定時に、バックアップ電源８を用いて鉛電池１を開回路状態にする。このため、電池状態判定装置１０によれば、車両２のエンジン停止時に車載電装品の動作を損なわないように車両に搭載された鉛電池１を切り離してＯＣＶを測定し鉛電池１の残存容量を算出するので、鉛電池１の残存容量を精度よく算出することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、電圧測定部３で鉛電池１の電圧を測定することで、電池状態判定装置１０が独自に車両２のエンジン状態を把握する例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、インターフェースを介して車両の制御部から車両２のエンジン状態の報知やエンジン停止後から所定時間が経過した旨の報知を受け、これに従って、第１のスイッチ６、第２のスイッチ７のオン、オフを制御するようにしてもよい。また、車両の制御部からの報知に代えて、ＩＧＮからキー状態の報知を受けるようにしてもよい。
【００３６】
さらに、本実施形態では、電池状態検知装置１０と車両の制御部との通信をインターフェースを介して行う例を示したが、無線通信やフォトカプラ等を用いた有線通信を行うようにしてもよい。また、鉛電池１の満充電時の残存容量は、車両２に電池１を搭載したときに電池状態判定装置１０が最初に算出した残存容量とすることが望ましいため、ＥＥＰＲＯＭをさらに備え、この値を記憶しておくようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は電池の残存容量を精度よく算出可能な電池状態判定装置を提供するものであるため、電池状態判定装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電池状態判定装置のブロック図である。
【図２】鉛電池のＯＣＶと残存容量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  鉛電池（電池）
２  車両
３  電圧測定部（ＯＣＶ測定手段）
４  残存容量算出部（残存容量算出手段）
５  スイッチ制御部（スイッチ制御手段）
６  第１のスイッチ
７  第２のスイッチ
１０  電池状態判定装置
【図１】
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【図２】
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