(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定負荷の起動時に該定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中、バッテリの放電電流と該放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定し、
該測定した放電電流および端子電圧をデータ対として収集し、
該収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を設定し、
該設定したデータ対群内のデータ対を用いて放電電流−端子電圧特性の近似式を算出し、
該求めた近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、
該求めた相関係数を利用して、前記相関係数算出に用いたデータ対と近似式とのばらつきを判定し、
ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群により小さい電流値の所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定し、該再設定したデータ対群に基づいて求めた近似式、相関係数を利用してばらつきを再判定することを繰り返し、
ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式とする
ことを特徴とした車載バッテリの電流―電圧特性測定方法。
【請求項２】
前記データ対群に追加されるデータ対の所定数を、データ対の追加が繰り返されるたびに漸減させる
ことを特徴とする請求項１記載の車載バッテリの電流―電圧特性測定方法。
【請求項３】
定負荷の起動時に該定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中、バッテリの放電電流と該放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定する電流電圧測定手段と、
該測定した放電電流および端子電圧をデータ対として収集する記憶手段と
該収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を設定し、該データ対群内のデータ対を用いて放電電流−端子電圧特性の近似式を算出する近似式算出手段と、
該近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、該相関係数を利用して、前記相関係数の算出に用いたデータ対と近似式とのばらつきを判定するばらつき判定手段と、
ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群により小さい電流値の所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定し、該再設定したデータ対群に基づいて求めた近似式、相関係数を利用してばらつきを再判定することを繰り返し、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式とする近似式決定手段と
を備えることを特徴とした車載バッテリの電流―電圧特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載バッテリの電流―電圧特性測定方法および装置に係り、より詳細には、車載された負荷に電力を供給するために車両に搭載されたバッテリの状態を推定するために利用できる、放電電流と端子電圧との相関を示す電流−電圧特性を測定する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車載バッテリの状態をより正確に把握することは、車両を使用する上で重要である。たとえば、バッテリ劣化の進行は、バッテリの放電可能容量を減少させてゆく。もし、バッテリ劣化の進行を放置して、バッテリを交換せずに使用しつづけると、エンジン再始動のための大電流放電に耐えうるだけの放電可能容量がバッテリに残っておらず、一旦エンジンを停止させてしまうと、次回再始動できなくなってしまうという事態も考えられる。
【０００３】
バッテリ劣化の進行具合など、バッテリの状態を把握する方法として、電解液の比重測定や、電気的な容量試験などがあるが、一時的にバッテリを取り外したり、完全放電の後に再充電を行ったりしなくてはならず、手間がかかり容易にバッテリの状態を把握できる方法ではない。
【０００４】
そこで、本願出願人は、定負荷が起動する際に流れる突入電流の単調増大期間中の放電電流−端子電圧特性を求めるため収集したデータ対の中から放電初期に見られる、ガッシングの解消により生じる急激な電圧降下の影響の乗ったデータを削除した残りの部分を用いて近似２次式を算出して見たところ、交換時期に近づいている程度まで劣化が進行しているバッテリでは近似２次式の２次項が負になる傾向がある、と言う発見に基づいて、定負荷の起動時に該定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中、バッテリの放電電流とこの放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定し、この測定した放電電流および端子電圧をデータ対として収集し、この収集したデータ対の中から、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧の降下分を含むデータ対を除き、残ったデータ対に対応する放電電流−端子電圧特性の近似２次式を算出し、この算出した近似２次式の２次項の係数が負の値になったことを検出し、この検出によりバッテリの劣化が進行していると推定することによって、バッテリの劣化を車載した車両使用中のまま容易に推定することのできる車載バッテリの劣化推定方法を先に提案した。
【０００５】
ところで、この提案した車載バッテリの劣化推定方法において、予め設定した電流値までのデータ対を一律に使用しないことで、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧の降下分を含むデータ対を除き、ガッシングの影響を除いた放電電流−端子電圧特性の近似２次式を算出することはできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、予め設定した電流値までのデータ対を一律に使用しないようにする方法では、種々の状況において、ガッシングの影響を確実に除くためには、どうしても多目のデータ対を削除するように電流値を設定しなければならなくなる。結果として、ガッシングの影響が無かったり、小さい場合には、必要なデータ対も使用しないことになり、得られた放電電流−端子電圧特性の近似２次式はバッテリの状態を正確に反映したものとならなくなるという問題があった。すなわち、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧の降下分を含むデータ対の除き方が適切でないと、車載バッテリの放電電流―端子電圧特性を的確に推定することができないという問題があった。
【０００７】
よって、本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、車両の使用が停止した直後のバッテリにガッシングによる影響が残っている状態にあるときのみ、ガッシングの解消による急激な端子電圧降下の影響を適切に取り除き、起動時に定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中に周期的に測定したバッテリの放電電流と該放電電流に対応する端子電圧とに基づいて、バッテリ状態を推定するのに有用な車載バッテリの電流−電圧特性測定方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、定負荷の起動時にこの定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中、バッテリの放電電流とこの放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定し、この測定した放電電流および端子電圧をデータ対として収集、蓄積し、この収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を設定し、このデータ対群内のデータ対を用いて放電電流−端子電圧特性の近似式を算出し、この算出した近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、この求めた相関係数を利用して、前記相関係数を算出するのに用いたデータ対と近似式とのばらつきを判断し、ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群に電流値の低い方へ順に所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定し、再度近似式、相関係数を求め、ばらつきの大きさを再判定し、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式とすることを特徴とした車載バッテリの電流―電圧特性推定方法に存する。
【０００９】
請求項１記載の手順によれば、定負荷の起動時にこの定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中、バッテリの放電電流と該放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定し、この測定した放電電流および端子電圧をデータ対として収集・蓄積する。この収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を設定し、このデータ対群内のデータ対を用いて放電電流−端子電圧特性の近似式を算出する。この算出した近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、この求めた相関係数を利用して、前記相関係数を算出するのに用いたデータ対と近似式とのばらつきを判断する。ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群に電流値の低い方へ順に所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定し、再度近似式、相関係数を求め、ばらつきの大きさを再判定する。また、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式としている。
【００１０】
したがって、定負荷が起動し突入電流が流れる毎に、測定される車載バッテリの放電電流と端子電圧をデータ対として測定し、ガッシング解消の影響による急激な電圧降下の影響が見られない放電電流最大値付近から電流値の低い方へ徐々にデータ対の数を増やしながら、最小２乗法による近似２次式を逐次求めて行き、近似２次式を求めるのに用いたデータ対とのばらつきを判断し、ばらつきが大きくなった際に、その近似式を求めたデータ対の中にガッシングの解消による急激な電圧降下の影響があるとして、その直前に求めた近似２次式がバッテリの電流値増大期間において確実にガッシングの解消による急激な電圧降下の影響を取り除く事の出来た放電電流−端子電圧特性とすることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記データ対群に追加されるデータ対の所定数を、データ対の追加が繰り返されるたびに漸減させてゆく請求項１記載の車載バッテリの放電電流―端子電圧特性測定方法に存する。
【００１２】
請求項２記載の手順によれば、前記データ対群に追加されるデータ対の所定数を、データ対の追加が繰り返されるたびに漸減させてゆく。よってデータ対と近似式とのばらつきが大きくなり始めるデータ付近でデータ対の増加数が少なくなり、より精度の高い近似式とデータ対とのばらつき判定ができる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、図１の基本構成図に示すとおり、車載バッテリの電流−電圧特性測定装置において、定負荷の起動時に発生する突入電流が流れる時、バッテリから放出される放電電流とこの放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定する電流電圧測定手段２３ａ−１と、各種算出結果やこの測定した放電電流および端子電圧をデータ対として収集・保存する記憶手段２３ｂと、この収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を設定して、このデータ対群内のデータ対を用いて放電電流−端子電圧特性の近似式を算出する近似式算出手段２３ａ−２ａと、この算出した近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、この求めた相関係数を利用して、前記相関係数を算出するのに用いたデータ対と近似式とのばらつきを判断する近似式決定手段２３ａ−２ｂを備え、ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群に電流値の低い方へ順に所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定し、再度近似式、相関係数を求め、ばらつきの大きさを再判定し、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式とすることを特徴とした車載バッテリの放電電流―端子電圧特性測定装置に存する。
【００１４】
上述した請求項３の構成によれば、定負荷の起動時に発生する突入電流が流れる時、バッテリから放出される放電電流と該放電電流に対応する端子電圧とを電流電圧測定手段２３ａ−１が周期的に測定する。この収集したバッテリの放電電流と端子電圧の値はデータ対として記憶手段２３ｂに収集・保存される。近似式算出手段２３ａ−２ａでは収集・保存したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を設定し、該データ対群内のデータ対を用いて近似式を算出する。近似式決定手段２３ａ−２ｂでは近似式算出手段によって算出された、近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、この求めた相関係数を利用して、前記相関係数を算出するのに用いたデータ対と近似式とのばらつきを判断し、ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群に電流値の低い方へ順に所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定し、再度近似式、相関係数を求め、ばらつきの大きさを再判定し、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式としている。
【００１５】
したがって、定負荷が起動し突入電流が流れる毎に、測定される車載バッテリの放電電流と端子電圧をデータ対として測定し、ガッシング解消の影響による急激な電圧降下の影響が見られない放電電流最大値付近から電流値の低い方へ徐々にデータ対の数を増やしながら、最小２乗法による近似２次式を逐次求めて行き、近似２次式を求めるのに用いたデータ対とのばらつきを判断し、ばらつきが大きくなった際に、その近似式を求めたデータ対の中にガッシングの解消による急激な電圧降下の影響があるとして、その直前に求めた近似２次式がバッテリの電流値増大期間において確実にガッシングの解消による急激な電圧降下の影響を取り除く事の出来た放電電流−端子電圧特性とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車載バッテリの電流―電圧特性測定方法および装置の実施の形態を、本発明の方法および装置をバッテリの劣化を車載した車両使用中のまま容易に推定することのできる車載バッテリの劣化推定方法に適用した場合について説明する。
【００１７】
本発明の方法及び装置の説明に入る前に、放電電流値増大期間中の放電初期に見られるガッシングの解消による急激な電圧降下の影響部分を削除した放電電流−端子電圧データから最小２乗法で算出した２次の近似式の２次項が、劣化が進行しているバッテリでは負になる傾向があるという発見について、以下説明する。
【００１８】
一般に、ガソリン自動車やハイブリッド自動車は、走行中ほとんどの電力負荷に対して、オルタネータから電力の供給を行っており、その余剰電力はバッテリの充電に充てられているため、エンジンが始動してしばらく経つとバッテリは満充電状態近くまで充電されていることが多い。つまり、使用中の車両に搭載されているバッテリは、車両の使用停止直後の状態においては、満充電状態近傍で電解液を電気分解してガスを発生させるガッシング反応の影響を受けて、車両の使用停止直後の端子電圧が開回路電圧（平衡状態における端子電圧）より高い電圧になっている。
【００１９】
さらに、ガッシングの影響で端子電圧が上昇しているバッテリから、突入電流を放電させると、放電電流値増大期間中の初期にガッシングの解消による急激な電圧降下が見られる。この電圧降下は、放電開始時のガッシングの残存状況によって変化するので、常に一様な変化を示さず、これらの電圧降下の影響が残ったままの放電電流−端子電圧特性の近似式を求めて、パラメータを算出しバッテリの状態を推定しようとしても、正確さに欠けてしまうことから、発明者らは放電電流値増大期間中の放電初期に見られるガッシングの解消による急激な電圧降下の影響部分を削除した放電電流−端子電圧特性データから、２次の近似式を最小２乗法で算出してみたところ、劣化が進行しているバッテリでは近似２次式の２次項が負になる傾向があるということを発見した。
【００２０】
以下、３つのサンプルバッテリＮＯ１乃至ＮＯ３について実際に得られた、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧降下分を含むデータ対を除く前と、除いた後のデータ対に対応する放電電流−端子電圧特性を、その特性の近似２次式とともに示す図３乃至図８のグラフを参照しながら、詳細に説明する。
【００２１】
３つのサンプルバッテリＮＯ１乃至ＮＯ３について、これらの満充電時のＯＣＶ（平衡状態にあるバッテリの端子電圧である開回路電圧）、容量０％から満充電まで充電したときの満充電容量、満充電から放電終止電圧まで放電したときの完全放電容量をそれぞれ示すと、下表のようになる。
【００２２】
【表１】
0003845303.tif 000002
【００２３】
試験前のＯＣＶが、サンプルＮＯ１については１２．１８Ｖ、サンプルＮＯ２については１２．２９Ｖ、そしてサンプルＮＯ３については１１．６４Ｖにあり、いずれのサンプルも満充電の８０％以上の充電状態にあるとき、雰囲気温度２５℃において、１４．１Ｖの定電圧充電を１０秒間行い、その直後に、電子負荷を用いて１秒間に０から１００Ａを越えるまで増大した後０まで減少する三角波状のパルス放電を行い、放電電流が増大する期間中の放電電流と端子電圧を２ｍｓ（ミリ秒）のサンプリング周期で測定して、放電電流及び端子電圧のデータ対を収集・蓄積して得、これらのデータ対をグラフにプロットすると、図３乃至図５に示すような放電電流−端子電圧特性がそれぞれ得られた。各グラフには、放電電流−端子電圧特性の近似２次式も添えられている。
【００２４】
図３乃至図５の特性グラフから明らかなように、放電の初期段階の放電電流が小さいときに、ともにバッテリの端子電圧を上昇させる要因となっている充電中に発生したガッシングの解消に伴う端子電圧の急激な降下が現れている。
【００２５】
一方、ガッシングの解消に伴う端子電圧の急激な降下分を含むデータ対を除き、残ったデータ対のみをプロットし、これらのデータ対に対応する放電電流−端子電圧特性を求めたところ、図３乃至図５に対応するものとして、図６乃至図８に示すグラフが得られた。グラフ中には、放電電流−端子電圧特性の近似２次式も添えられている。
【００２６】
図６乃至図８のグラフ中に記載した放電電流−端子電圧特性の近似２次式を対比して見ると、サンプルＮＯ３のバッテリでは、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧降下分を含むデータ対を除いて残ったデータ対に対応する放電電流−端子電圧特性の近似２次式の２次項の符号が負になっていることが分かる。サンプルＮＯ３のバッテリは、表１から明らかなように、サンプルＮＯ１及びＮＯ２のバッテリに比べて、劣化が進行していること以外に相違点がない。そして、２次項の係数が負になるバッテリは相対的に劣化が進行していて、実際にサンプルＮＯ３のバッテリは直ちに交換するまでもないが、そろそろ交換の時期が近づいているものと見ることができるものである。
【００２７】
次に、充電直後のバッテリから突入電流が放電されるときの、放電電流−端子電圧特性からガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧降下分を含む放電電流−端子電圧データを取り除くことによって、残ったデータに対してばらつきのすくない放電電流−端子電圧特性の近似式を求める本発明の方法を説明する。
【００２８】
まず、本発明では、定負荷の起動時にこの定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中に測定してデータ対として収集した、バッテリの放電電流とこの放電電流に対応する端子電圧の放電の初期において収集したものには、ガッシングの解消による電圧降下が含まれているが、収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対には、ガッシングの解消による電圧降下は全く含まれていないことに着目し、収集したデータ対の放電電流値の大きい方のデータ対を開始点とする複数のデータ対で構成されるデータ対群を用いて放電電流−端子電圧特性の近似式を算出し、この算出した近似式と近似式算出に用いたデータ対との相関係数を求め、この求めた相関係数を利用して、相関係数を算出するのに用いたデータ対と近似式とのばらつきを判断し、ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、データ対群に電流値の低い方へ順に所定数のデータ対を追加してデータ対群を再設定して上述のことを繰り返し、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式をバッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式とするようにしたものである。
【００２９】
すなわち、本発明では、生データとそのデータに基づく近似式とのばらつきの大きさ（当てはめのよさ）をデータと近似式に対する相関係数を算出して評価し、ガッシングの影響を取り除いた放電電流−端子電圧特性の近似式を得ようとするものである。厳密な意味では相関係数とは、２変数間の「直線関係の度合い」を意味し、「一緒に増減する傾向」の強さを測る尺度のことである。よって、２変数が２次曲線状の関係にあるデータの場合、相関係数はほぼ０となる。
【００３０】
しかしながら、相関係数の解釈を拡大し、生データ（χｉ，ｙｉ）と近似式にχｉを代入して得られる値ｙとの間で相関係数を取ると、生データと近似式から得られる値との間での「いっしょに増減する傾向」の強さを計ることができる。そこで、本発明において相関係数とは、生データと求めた近似２次式との間の「いっしょに増減する傾向」の強さを示す指数として利用し、相関係数が１に近いほど生データと近似式とのばらつきが少ないと評価している。
【００３１】
一般にｎ組の（χｉ，ｙｉ）のデータに対する近似２次式を
ｙ＝ａχｉ２＋ｂχｉ＋ｃ              （１）
としたとき、    〔ｉは０からｎまでの任意の整数〕
ある変数χｉに対応する生データ値ｙｉと、このχｉを近似２次式に代入して求められるｙとの相関係数ｒは次の式で表される。
【００３２】
【数１】
0003845303.tif 000003
【００３３】
本発明の方法では、突入電流の電流値増大期間中、図９のようにガッシングの解消の影響によって、放電初期に急激な電圧降下が見られる放電電流−端子電圧特性から、放電中期からピーク電流値近傍までの比較的平坦に変化している部分と、急激な電圧降下の部分とを区別する手段として、ガッシングの解消による急激な電圧降下の影響が見られないピーク電流値近傍から、徐々に電流値の低いほうへデータ対を増やしながら、逐一最小２乗法を用いて近似２次式を求め、この近似式と近似式の算出に用いた相関係数を算出し、相関係数が所定値を下回るほどデータと近似式がばらついたときにデータの中にガッシングの解消による電圧降下の影響があるデータが含まれたと判断し、その直前に求めた近似式が放電電流−端子電圧特性としている。
【００３４】
上述した方法を具体的に適用した例を次に説明する。図１０は突入電流の電流値増大期間中、ガッシングの解消の影響によって、放電初期に急激な電圧降下が見られる部分を含む放電電流−端子電圧特性の近似２次式を求めたもので、このときの相関係数は、０．９８０９５であった。
【００３５】
図１１は電流値増大期間中、ガッシングの解消の影響によって、放電初期に急激な電圧降下が見られる部分を取り除いた残りのデータで放電電流−端子電圧特性の近似２次式を求めたもので、このときの相関係数は、０．９９８４７であった。
【００３６】
また、図１０で求めた近似２次式と、図１１で求めた近似２次式を比較してもわかるように、各項の係数が大きく異なるので、グラフそのものの形状が異なってしまうことが明らかなことから、有効に電流値増大期間中、ガッシングの解消の影響によって、放電初期に急激な電圧降下が見られる部分を取り除くことが出来ると言える。
【００３７】
以下、本発明を適用した車載バッテリの劣化推定・警告方法を実施する装置の一実施の形態を、車載用バッテリの劣化警告装置を示す図２に戻って説明する。
【００３８】
図２中、符号１で示す本実施形態の劣化警告装置は、エンジン３に加えてモータジェネレータ５を有するハイブリッド自動車に搭載されている。そして、このハイブリッド自動車は、通常時はエンジン３の出力のみをドライブシャフト７からディファレンシャルケース９を介して車輪１１に伝達して走行させ、高負荷時には、バッテリ１３からの電力によりモータジェネレータ５をモータとして機能させて、エンジン３の出力に加えてモータジェネレータ５の出力をドライブシャフト７から車輪１１に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。
【００３９】
また、このハイブリッド自動車は、減速時や制動時にモータジェネレータ５をジェネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１３を充電させるように構成されている。
【００４０】
尚、モータジェネレータ５はさらに、図示しないスタータスイッチのオンに伴うエンジン３の始動時に、エンジン３のフライホイールを強制的に回転させるセルモータとして用いられる。
【００４１】
本実施形態の劣化警告装置１は、アシスト走行用のモータやセルモータとして機能するモータジェネレータ５等に対するバッテリ１３の放電電流や、ジェネレータとして機能するモータジェネレータ５からのバッテリ１３に対する充電電流を検出する電流センサ１５と、バッテリ１３に並列接続した無限大抵抗を有し、バッテリ１３の端子電圧を検出する電圧センサ１７とを備えている。
【００４２】
また、本実施形態の劣化警告装置１は、上述した電流センサ１５や電圧センサ１７の出力がインタフェース回路（以下、「Ｉ／Ｆ」と略記する。）２１におけるＡ／Ｄ変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）２３をさらに備えている。マイコン２３は、ＣＰＵ２３ａ、ＲＡＭ２３ｂ、ＲＯＭ２３ｃを有し、ＲＡＭ２３ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、ＲＯＭ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。
【００４３】
なお、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力である電流値及び電圧値は、短い周期で高速にサンプリングされてＩ／Ｆ２１を介して、マイコン２３のＣＰＵ２３ａに取り込まれ、取り込まれた電流値及び電圧値は前記ＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に収集され、各種の処理のために使用される。
【００４４】
次に、バッテリの劣化判断・警告装置としてＲＯＭ２３ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２３ａが行う処理を、図１２のメインフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
ＣＰＵ２３ａは、図示しないスターターキースイッチがＡＣＣ又はＯＮの位置にくるまでは、通常、最小の消費電力によって動作するスリープモードにあり、図示しないスターターキースイッチがＡＣＣ又はＯＮの位置になると、動作を開始して初期化処理（ステップＳ１）を行い、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）がオンされるのを待つ（ステップＳ２）。イグニッションスイッチがＯＮになると（ステップＳ２のＹＥＳ）、例えば１００μＳ（マイクロ秒）周期で放電電流と端子電圧を測定しデータ収集を開始する（ステップＳ３）。
【００４６】
このステップＳ３において実データ収集処理を行っている過程で、収集した前後の実データの大小関係を比較することによって突入電流の最大値を検出する（ステップＳ４）。最大値が検出されたときＣＰＵ２３ａは放電電流と端子電圧の測定を止め、測定したデータ対を利用して放電電流―端子電圧特性の近似２次式を算出する近似２次式算出ルーチンを実行する（ステップＳ４のＹｅｓ）。
【００４７】
ＣＰＵ２３ａは、ステップＳ５の近似２次式算出ルーチンの実行によって、放電初期に発生するガッシングの解消に伴う急激な端子電圧降下分を含むデータ対を取り除き、残ったデータ対に対して高い相関値を示す近似２次式を算出する。
【００４８】
ステップＳ６で、ＣＰＵ２３ａはステップＳ５の近似２次式算出ルーチンで算出された近似２次式の２次項の係数が正か負かを判定し、正の場合にはバッテリは劣化していないと推定し、判定結果をＲＡＭ２３ｂ中に設けた所定エリアに最新の判定結果データとして記録した後、処理を終了しスリープモードに移行する（ステップＳ６のＮＯ、並びにステップＳ１０）。そして、近似２次式の２次項の係数が負であると判定されたとき（ステップＳ６のＹＥＳ）、ＣＰＵ２３ａはバッテリが劣化していると推定し、判定結果をＲＡＭ２３ｂ中に設けた所定エリアに最新の判定結果データとして記録した後、先の処理に進む。（ステップＳ７）
【００４９】
なおＲＡＭ２３ｂ中に設けた所定エリアは所定数の判定結果データを記録できる容量を有し、所定エリアに所定数の判定結果データが記録されているときには、最新の判定結果データを記録するに先立ち、最も古い判定結果データを削除することで記録を行うようになっている。さらに、警告に従ってバッテリの交換が行われたときには、判定結果データは全てリセットされる。
【００５０】
ＲＡＭ２３ｂ中に設けた所定エリアに記録された判定結果データは、ステップＳ８において、近似２次式の２次項の係数が連続して係数が負になった回数が所定回数以上であるかどうか、または所定頻度以上で負になったかどうかを判定するために利用される。
【００５１】
近似２次式の２次項の係数が連続して係数が負になった回数が所定回数未満であった場合、または所定頻度未満であると判定されたときには、ＣＰＵ２３ａはまだバッテリが使用可能であり、交換の警告をする必要がないとして処理を終了しスリープモード移行する。（ステップＳ８のＮｏ）
【００５２】
近似２次式の２次項の係数が所定回数以上負になったとき、または、所定の頻度以上で２次項の係数が負になったと判定されたときには、交換が必要な程度までバッテリの劣化が進行したと判断し（ステップＳ８のＹｅｓ）、ユーザーに交換を勧める警告を表示した後に（ステップＳ９）、処理を終了しスリープモードに移行する。
【００５３】
なお、スリープモード時には、ＲＡＭに記録されているデータはバッテリから微少電流によって常に保存され、バックアップされるようになっている。
【００５４】
次に、上記ステップＳ５の近似２次式算出ルーチンのサブルーチンフローチャートを示す図１３を参照して、ＣＰＵ２３ａが行う本発明に相当する処理について説明する。
【００５５】
突入電流の電流値ピークを感知すると（図１２メインフローチャート、ステップＳ４のＹｅｓ）、ＣＰＵ２３ａは、本発明である近似２次式算出ルーチンプログラムをスタートさせる。（図１２メインフローチャート、ステップＳ５）
【００５６】
近似２次式算出ルーチンがスタートすると、ＣＰＵ２３ａは変数を初期化（ｉ＝０、ｎ＝０）し、近似式算出の開始点とデータ対数の初期値（Ｍ0）を決定する。（図１３サブルーチンフローチャート、ステップＳ５−１）
【００５７】
ステップＳ５−２では、近似式算出用データ対数を以下に示す数式によって求め、ＲＡＭ２３ｂより、近似式算出開始点より順に、求めたデータ対数分読み込む。
【００５８】
【数２】
0003845303.tif 000004
【００５９】
続けて、ＣＰＵ２３ａはＲＡＭ２３ｂより読み込まれたデータ対に対応する近似２次式を、最小２乗法を用いて算出し（ステップＳ５−３）、この近似２次式と算出に用いたデータ対との相関係数を求める。（ステップＳ５−４）
【００６０】
ステップＳ５−５では、ステップＳ５−４で求めたデータ対と近似式の相関係数の、所定値に対する大小を判定する。また、実験値ではガッシングの解消によって生じる放電初期の電圧降下の影響が乗った、放電電流−端子電圧特性の近似２次式とデータ対との相関係数は、図１０に示すように０．９８０９５、本発明によってガッシングの解消によって生じる放電初期の電圧降下の影響が乗った部分を削除した放電電流−端子電圧特性の近似２次式とデータ対との相関係数は図１１に示すように０．９９８４７であり、見た目には大きな差は見られない。そこで、この相関係数をべき乗して、差を大きくして比較する方法もある。
【００６１】
相関係数が所定値よりも大きい場合には、放電電流−端子電圧の近似式とデータ対とのばらつきが小さく、ガッシングの解消によって生じる放電初期の急激な電圧降下の影響がデータ対の中にないとして（ステップＳ５−５のＮＯ）、求めた近似式をＲＡＭ２３ｂに上書き保存し（ステップＳ５−６）、変数を１進ませたのちに（ステップＳ５−７）、再び（３）式によって算出したデータ対数（Ｍｎ）にて新たに近似式と相関係数を計算し直す。
【００６２】
ステップＳ５−５ではデータ対と放電電流−端子電圧特性との近似式との相関係数が所定値以下になるまで、所定数ずつデータ対数を増加させ、その度に近似式、相関係数を算出し、相関係数の所定値に対する大小を判定し続ける。相関係数が所定値を下回った際は（ステップＳ５−５のＹＥＳ）、ガッシングの解消によって生じる放電初期の急激な電圧降下の影響がデータ対に現れたとして、ＲＡＭ２３ｂに保存されている近似式を、放電電流―端子電圧特性のガッシングの解消によって生じる放電初期の急激な電圧降下の影響が取り除かれた近似２次式とし、劣化判断ルーチンへフィードバックした後にこのサブルーチンを終了する。
【００６３】
請求項１並びに３で記載されているように、順次データ対群に追加されてゆくデータ対の所定数は、データ対数を求める（３）式中に示されるｉの関数αｉの設定によって決定することができる。たとえば、データ対数が常に５ずつ増えるのであるならば、αｉは以下の式のように定数で表現され、ｉ≧１においてはｉの値に関係なく常に５となる。
【００６４】
【数３】
0003845303.tif 000005
【００６５】
請求項２記載の発明のように、順次データ対群に追加されてゆくデータ対数が漸減してゆく場合も、一定数ずつ増える場合と同様にｉの関数αｉの設定によって対応できる。たとえば、ｉ＝１のときは５増やし、回数が進むにつれて増加数が１ずつ減ってゆく場合は、以下の式のようになる。
【００６６】
【数４】
0003845303.tif 000006
【００６７】
図１２のフローチャートを参照して行った説明から明らかなように、ＣＰＵ２３ａは、バッテリの劣化判定装置として定負荷の起動時に該定負荷に流れる突入電流の単調増大期間中、バッテリの放電電流と該放電電流に対応する端子電圧とを周期的に測定する電流電圧測定手段２３ａ−１、ＲＡＭ２３ｂ中の所定エリアに収集・蓄積したデータ対の中から、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧の降下分を含むデータ対を除き、残った前記データ対に対応する放電電流−端子電圧特性の近似２次式を算出する演算手段２３ａ−２としてそれぞれ機能している。
【００６８】
さらに、図１３のフローチャートを参照して明らかなようにＣＰＵ２３ａは、上記演算手段２３ａ−２において、ＲＡＭ２３ｂ中の所定エリアに収集・蓄積したデータ対の中から、放電電流値の大きい方のデータ対を開始点として、電流値の小さい方へ順に向かう任意数のデータ対で構成されるデータ対群を設定して、このデータ対群内のデータ対に対応する放電電流−端子電圧特性の近似式を算出する近似式算出手段２３ａ−２ａ、この近似式と近似式算出に用いたデータ対群内のデータ対との相関係数を求め、この相関係数を利用して、前記データ対群内のデータ対と近似式とのばらつきを判断する近似式決定手段２３ａ−２ｂとして機能し、ばらつきが小さい場合には、データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響がないとして、前記データ対群に電流値の低い方へ順に所定数のデータ対を追加してデータ対群を設定し、再度近似式、相関係数を求め、ばらつきの大きさを判定し、ばらつきが大きい場合データ対群にガッシングの解消による電圧降下の影響があるとして、その直前に算出された放電電流−端子電圧特性の近似式を前記バッテリの突入電流の単調増大期間中における放電電流−端子電圧特性の近似式として、劣化警告装置にフィードバックしている。
【００６９】
なお、上述した実施の形態では、バッテリの劣化を車載した車両使用中のまま容易に推定することのできる車載バッテリの劣化推定方法に本発明の放電電流−端子電圧特性測定方法を適用した場合について説明したが、本発明は、突入電流の単調増大期間中の放電電流−端子電圧特性から、ガッシングの解消による放電初期の急激な電圧降下の影響を取り除く方法として広く利用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は３記載の発明によれば、定負荷が起動し突入電流が流れる毎に、測定される車載バッテリの放電電流と端子電圧をデータ対として測定し、ガッシング解消の影響による急激な電圧降下の影響が見られない放電電流最大値付近から電流値の低い方へ徐々にデータ対の数を増やしながら、最小２乗法による近似２次式を逐次求めて行き、近似２次式を求めるのに用いたデータ対とのばらつきを判断し、ばらつきが大きくなった際に、その近似式を求めたデータ対の中にガッシングの解消による急激な電圧降下の影響があるとして、その直前に求めた近似２次式がバッテリの電流値増大期間において確実にガッシングの解消による急激な電圧降下の影響を取り除く事の出来た放電電流−端子電圧特性とすることができ、車両の使用が停止した直後のバッテリであっても、ガッシングの解消による急減な電圧降下の影響が確実に取り除かれ、バッテリ状態を推定するのに有用な放電電流−端子電圧特性測定方法と装置を提供できる。
【００７１】
請求項２の発明によれば、前記請求項１の発明を実行する際に、再度近似式や相関係数を求めるために、データ対群に追加されるデータ対の所定数を、データ対の追加が繰り返されるたびに漸減させてゆく。よってデータ対と近似式とのばらつきが大きくなり始めるデータ付近でデータ対の増加数が少なくなり、より精度の高い近似式とデータ対とのばらつき判定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車載バッテリの電流−電圧特性測定装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の車載バッテリの電流−電圧特性測定方法を利用した、本発明の一実施形態にかかわる車載バッテリの劣化推定装置及び警告装置の概略構成を、一部ブロックにて示す説明図である。
【図３】サンプルバッテリ１の放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図４】サンプルバッテリ２の放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図５】サンプルバッテリ３の放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図６】図３の放電電流−端子電圧特性グラフから、ガッシングの解消によって放電初期に生じる端子電圧降下分を含むデータ対を除いて残ったデータ対に対応する放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図７】図４に対応する図６と同様の放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図８】図５に対応する図６と同様の放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図９】充電直後に突入電流を放電した際の放電電流−端子電圧特性を示すグラフである。
【図１０】図９の放電電流−端子電圧特性の内、電流値増大期間中の特性グラフに最小２乗法による近似２次式を当てはめたものである。
【図１１】図９の電流値増大期間中の特性グラフに本発明を適応して、放電初期の急激な電圧降下部分を削除した特性グラフである。
【図１２】図２中のマイクロコンピュータがプログラムに従って行う処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明である、図１０中の近似２次式算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２３ａ−１        電流−電圧測定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−２ａ      近似式算出手段（ＣＰＵ）
２３ａ−２ｂ      近似式決定手段（ＣＰＵ）
２３ｂ            記憶手段（ＲＡＭ）
【図１】
0003845303.tif 000007
【図２】
0003845303.tif 000008
【図３】
0003845303.tif 000009
【図４】
0003845303.tif 000010
【図５】
0003845303.tif 000011
【図６】
0003845303.tif 000012
【図７】
0003845303.tif 000013
【図８】
0003845303.tif 000014
【図９】
0003845303.tif 000015
【図１０】
0003845303.tif 000016
【図１１】
0003845303.tif 000017
【図１２】
0003845303.tif 000018
【図１３】
0003845303.tif 000019