JP2006010501A - バッテリ状態管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの劣化判定を正確に行うことができるバッテリ状態管理装置を提供する。
【解決手段】このバッテリ状態管理装置では、バッテリ１１の充電残量が実質的に満充電になったことを検出した際に、負荷１７をオンしてバッテリ１１に強制的に放電を行わせ、その際の端子電圧の下降量及び放電電流値を電圧センサ３及び電流センサ３を介して検出し、それらの検出値に基づいて導出したバッテリ１１の内部抵抗値に基づいてバッテリ１１の劣化度を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置に関する。

従来のバッテリ状態管理装置におけるバッテリの劣化判定は、エンジン始動時のバッテリの端子電圧の降下量とそのときに流れる電流値とからバッテリの内部抵抗値を測定し、その測定した内部抵抗値に基づいてバッテリの劣化度が判定されるようになっている。

しかしながら、上記の従来技術では、内部抵抗値はバッテリの充電残量によって変化するため、エンジン始動時におけるバッテリの充電残量の状態によって正確な劣化判定ができない場合がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、バッテリの劣化判定を正確に行うことができるバッテリ状態管理装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、前記バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリの入出力電流を検出する電流検出手段と、前記バッテリに対する充電により前記バッテリの充電残量が所定の基準充電レベルとなったことを検出した際に、前記バッテリの前記端子電圧を下又は上に変化させ、その変化させた際の前記端子電圧の変化量及び前記バッテリの入出力電流値を前記電圧検出手段及び前記電流検出手段を介して検出し、その検出した前記端子電圧の前記変化量及び前記入出力電流値に基づいて前記バッテリの劣化度を判定する判定手段とを備える。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記判定手段は、検出した前記端子電圧の前記変化量及び前記入出力電流値に基づいて前記バッテリの内部抵抗値を導出し、その導出した内部抵抗値に基づいて劣化度を判定する。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記所定の基準充電レベルは、実質的に満充電である。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記判定手段は、前記バッテリの充電残量が前記所定の基準充電レベルとなったことを検出した際に、所定の負荷をオンさせて前記バッテリの前記端子電圧を降下させることにより前記端子電圧の変化を生じさせる。

また、請求項５の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記判定手段は、前記バッテリの充電残量が前記所定の基準充電レベルとなったことを検出した際に、オルタネータの出力電圧を降下させて前記バッテリの前記端子電圧を降下させることにより前記端子電圧の変化を生じさせる。

また、請求項６の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記判定手段は、前記バッテリの充電残量が前記所定の基準レベルとなったことを検出した際に、オルタネータの出力電圧を上昇させて前記バッテリの前記端子電圧を上昇させることにより前記端子電圧の変化を生じさせる。

また、請求項７の発明では、請求項３の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記判定手段は、前記バッテリに入力される電流が所定の基準電流レベル以下になったことを前記電流検出手段を介して検出することにより前記バッテリが実質的に満充電となったことを検出する。

また、請求項８の発明では、請求項２の発明に係るバッテリ状態管理装置において、前記バッテリの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記判定手段は、導出した前記内部抵抗値を、前記温度検出手段を介して検出した前記バッテリの温度に基づいて補正し、その補正値に基づいて劣化度の判定を行う。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリの充電残量が所定の基準充電レベルになったことを検出した際に、バッテリの端子電圧を下又は上に変化させてその際のバッテリの端子電圧の変化量及び入出力電流値に基づいて劣化度を判定するため、所定の基準充電レベルの状態を基準としてバッテリの劣化判定を行うことができ、これによって正確な劣化判定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、内部抵抗値を用いることにより容易にバッテリの劣化度を判定できる。

請求項３に記載の発明によれば、バッテリが実質的に満充電になったことは容易に検出できるとともに、通常ではエンジンが始動されてバッテリの充電が開始され、後所定期間が経過すると、バッテリが満充電となるケースが多いため、バッテリの劣化判定を容易かつ正確に行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、所定の負荷をオンさせてバッテリの端子電圧を降下させるため、バッテリの端子電圧を降下させるための特別な抵抗体等の装置を設ける必要がなく、装置構成の簡略化が図れる。

請求項５に記載の発明によれば、オルタネータの出力電圧を降下させてバッテリの端子電圧を降下させるため、バッテリの端子電圧を降下させるための特別な抵抗体等の装置を設ける必要がないとともに、負荷等の特別なオンオフ制御等を行う必要もなく、装置構成の簡略化が図れる。

請求項６に記載の発明によれば、オルタネータの出力電圧を上昇させてバッテリの端子電圧を上昇させるため、容易に端子電圧の変化を生じさせることができる。

請求項７に記載の発明によれば、バッテリに入力される電流が所定の基準電流レベル以下になったことを検出することにより、バッテリが実質的に満充電となったことを検出するため、バッテリが実質的に満充電となったことを容易かつ確実に検出することができる。

請求項８に記載の発明によれば、導出した内部抵抗値を、検出したバッテリの温度に基づいて補正し、その補正値に基づいて前記劣化度の判定を行うため、種々の温度環境下においてバッテリの劣化判定を正確に行うことができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。このバッテリ状態管理装置は、図１に示すように、電流センサ（電流検出手段）１、電圧センサ（電圧検出手段）３、処理部（判定手段）５、記憶部７及び出力部９を備えて構成されており、車両に搭載されたバッテリ１１の状態を管理する。

電流センサ１は、バッテリ１１の入出力電流を検出する。電圧センサ３は、バッテリ１１の端子電圧を検出する。処理部５は、ＣＰＵ等を備えて構成され、バッテリ１１の管理のために各種の情報処理動作（制御動作も含む）を行う（詳細は後述）。記憶部７は、メモリ等により構成され、処理部５が行う各種の情報処理動作に必要な情報等が記憶されている。出力部９は、バッテリ１１の状態の判定結果等を出力するためのものである。

処理部５によるバッテリ管理には、バッテリ１１の充電管理と劣化判定とが含まれる。充電管理では、バッテリ１１の充電残量の状態に応じてオルタネータ１３の発電状況（出力電圧等）を制御することにより、バッテリ１１の充電残量の管理が行われる。一般的に、エンジン１５が始動されるとオルタネータ１３によるバッテリ１１の充電が開始され、バッテリ１１の充電残量が実質的に満充電（例えば、完全な満充電）にされ、その後、各種負荷１７による電力消費によってバッテリ１１の充電残量が低下した際等にオルタネータ１３によるバッテリ１１に対する充電が行われるようになっている。

また、処理部５による劣化判定では、エンジン始動後の充電によりバッテリ１１が実質的に満充電となった際に、バッテリ１１の端子電圧を下又は上に変化させ、その変化させた際の端子電圧の変化量及びバッテリの入出力電流値を電圧センサ３及び電流センサ１を介して検出し、その検出した端子電圧の変化量及び入出力電流値に基づいてバッテリ１１内部抵抗値を導出し、その導出した内部抵抗値に基づいてバッテリ１１の劣化度が判定される。

この処理部５による劣化判定処理について具体的に説明する。図２はバッテリ１１の端子電圧、充電電流及び放電電流の時間的推移を模式的に示す波形図である。図２の時刻Ｔ１でエンジン１５が始動され、オルタネータ１３によるバッテリ１１の充電が開始されると、充電が進むにつれて、波形Ｇ１で示すようにバッテリ１１の端子電圧が上昇する。そして、バッテリ１１の充電状態が満充電に近づくと、波形Ｇ２で示すようにバッテリ１１に入力される充電電流が徐々に低下する。

そして、時刻Ｔ２で、バッテリ１１が実質的に満充電（例えば、完全な満充電）になったことを検出すると、オルタネータ１３による充電を停止し（これによって充電電流はゼロになる）、波形Ｇ３で示すにように所定の負荷１７（詳細は後述）をオンさせてバッテリ１１に強制的に放電させることによりバッテリ１１の端子電圧を降下させる。この強制放電の開始前後におけるバッテリ１１の端子電圧の降下量ｄＶと、バッテリ１１の放電電流値Ｉｏｕｔとが電圧センサ３及び電流センサ１を介して検出され、その電圧降下量ｄＶを放電電流値Ｉｏｕｔで割算することにより、バッテリ１１の内部抵抗値が導出され、その内部抵抗値の値に基づいてバッテリ１１の劣化度が判定される。例えば、導出した内部抵抗値が所定基準を上回っているか否かによりバッテリ１１の劣化の有無が判定される。その判定結果は、出力部９を介して出力される。

ここで、エンジン始動後、バッテリ１１が実質的に満充電（例えば、完全な満充電）になったことの検出は、例えば、オルタネータ１３による充電が行われている際にバッテリ１１に入力される充電電流の値が所定の基準電流レベル以下になったことを電流センサ１を介して検出することにより行われる。

また、劣化判定のためのにバッテリ１１に強制放電を行わせるため負荷１７としては、オンされた際の電力消費量が所定レベル以上で、かつオンされたことが車両搭乗者に意識されない電装品であるのが望ましい。具体的には、デフォッガやシートヒータ等が考えられる。

以上のように、本実施形態によれば、バッテリ１１の充電残量が実質的に満充電（例えば、完全な満充電）になったことを検出した際に、バッテリ１１に強制的に放電を行わせ、その際の端子電圧の下降量ｄＶ及び放電電流値Ｉｏｕｔを検出し、それらの検出値に基づいて導出したバッテリ１１の内部抵抗値に基づいてバッテリ１１の劣化度を判定するため、実質的に満充電の状態を基準としてバッテリ１１の劣化判定を行うことができ、これによって正確な劣化判定を行うことができる。

また、バッテリ１１が実質的に満充電になったことは容易に検出できるとともに、通常ではエンジン１５が始動されてバッテリ１１の充電が開始され、後所定期間が経過すると、バッテリ１１が満充電となるケースが多いため、バッテリ１１の劣化判定を容易かつ正確に行うことができる。

また、所定の負荷１７（例えば、デフォッガ等）をオンさせてバッテリ１１に強制的に放電を行わせてその端子電圧を降下させるため、バッテリ１１の端子電圧を降下させるための特別な抵抗体等の装置を設ける必要がなく、装置構成の簡略化が図れる。

また、バッテリ１１の充電電流が所定の基準電流レベル以下になったことを検出することにより、バッテリ１１が実質的に満充電となったことを検出するため、バッテリ１１が実質的に満充電となったことを容易かつ確実に検出することができる。

なお、本実施形態では、バッテリ１１が実質的に満充電となったときに所定の負荷１７をオンさせることよりバッテリ１１の端子電圧を降下させるようにしたが、この変形例として、オルタネータ１３の出力電圧を降下させる（あるいは、オルタネータ１３の電力出力をオフする）ことにより、バッテリ１１の端子電圧を降下させ、その際の電圧降下量とバッテリ１１からの放電電流値とに基づいてバッテリ１１の内部抵抗値を導出して劣化判定を行うようにしてもよい。この場合にも、バッテリ１１の端子電圧を降下させるための特別な抵抗体等の装置を設ける必要がないとともに、負荷１７等の特別なオンオフ制御等を行う必要もなく、装置構成の簡略化が図れる。

他の変形例として、バッテリ１１が実質的に満充電となったときに、オルタネータ１３の出力電圧を上昇させてバッテリ１１の端子電圧を上昇させることにより端子電圧の変化を生じさせ、その際の端子電圧の上昇量とバッテリ１１に入力される充電電流量とに基づいてバッテリ１１の内部抵抗値を導出して劣化判定を行うようにしてもよい。この場合、オルタネータ１３の出力電圧を上昇させてバッテリ１１の端子電圧を上昇させるため、容易に端子電圧の変化を生じさせることができる。

また、本実施形態ではバッテリ１１の充電残量が実質的に満充電であるときにその内部抵抗値を検出し、その検出値に基づいて劣化判定を行うようにしたが、この変形例として、バッテリ１１の充電残量が満充電以外の充電レベルであるときのその内部抵抗値を検出し、その検出値に基づいて劣化判定を行うようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。本実施形態に係るバッテリ状態管理装置が第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置と実質的に異なる点は、バッテリ１１の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２１を設け、バッテリ１１の温度を加味してバッテリ１１の劣化判定を行うようにした点のみであり、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図４は、満充電状態におけるバッテリ１１の温度と内部抵抗値との関係を調べた試験結果を示すグラフである。この試験結果が示すようにバッテリ１１の内部抵抗値は温度の変化に伴って変化するようになっている。

そこで、本実施形態では、処理部５が、第１実施形態又はその変形例と同様にして、バッテリ１１の端子電圧を変化させた際のその変化量と入出力電流値とに基づいてバッテリ１１の内部抵抗値を導出し、その導出した内部抵抗値を温度センサ２１を介して検出したバッテリ１１の温度に基づいて補正し、その補正値に基づいて劣化判定を行うようになっている。

より具体的には、例えば、バッテリ１１の内部抵抗値の温度変化特性に関する温度特性情報を試験等により取得して記憶部７に記憶させておき、処理部５に、端子電圧の変化量と入出力電流値とに基づいて導出された内部抵抗値を、その温度特性情報に基づいて所定の基準温度における内部抵抗値（換算内部抵抗値）に換算させ、その換算値を用いて劣化判定を行わせることが考えられる。

以上のように、本実施形態よれば、上述の第１実施形態とほぼ同様な効果が得られるとともに、導出したバッテリ１１の内部抵抗値を、検出したバッテリの温度に基づいて補正し、その補正値に基づいて劣化度の判定を行うため、種々の温度環境下においてバッテリ１１の劣化判定を正確に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。 バッテリの端子電圧、充電電流及び放電電流の時間的推移を模式的に示す波形図である。 本発明の第２実施形態に係るバッテリ状態管理装置のブロック図である。 バッテリの温度と内部抵抗値との関係を調べた試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 電流センサ
３ 電圧センサ
５ 処理部
７ 記憶部
９ 出力部
１１ バッテリ
１３ オルタネータ
１５ エンジン
１７ 負荷
２１ 温度センサ

Claims (8)

1. バッテリの状態を管理するバッテリ状態管理装置であって、
   前記バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記バッテリの入出力電流を検出する電流検出手段と、
   前記バッテリに対する充電により前記バッテリの充電残量が所定の基準充電レベルとなったことを検出した際に、前記バッテリの前記端子電圧を下又は上に変化させ、その変化させた際の前記端子電圧の変化量及び前記バッテリの入出力電流値を前記電圧検出手段及び前記電流検出手段を介して検出し、その検出した前記端子電圧の前記変化量及び前記入出力電流値に基づいて前記バッテリの劣化度を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記判定手段は、
   検出した前記端子電圧の前記変化量及び前記入出力電流値に基づいて前記バッテリの内部抵抗値を導出し、その導出した内部抵抗値に基づいて劣化度を判定することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記所定の基準充電レベルは、実質的に満充電であることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記判定手段は、
   前記バッテリの充電残量が前記所定の基準充電レベルとなったことを検出した際に、所定の負荷をオンさせて前記バッテリの前記端子電圧を降下させることにより前記端子電圧の変化を生じさせることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記判定手段は、
   前記バッテリの充電残量が前記所定の基準充電レベルとなったことを検出した際に、オルタネータの出力電圧を降下させて前記バッテリの前記端子電圧を降下させることにより前記端子電圧の変化を生じさせることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記判定手段は、
   前記バッテリの充電残量が前記所定の基準レベルとなったことを検出した際に、オルタネータの出力電圧を上昇させて前記バッテリの前記端子電圧を上昇させることにより前記端子電圧の変化を生じさせることを特徴とするバッテリ状態管理装置。
7. 請求項３に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記判定手段は、
   前記バッテリに入力される電流が所定の基準電流レベル以下になったことを前記電流検出手段を介して検出することにより前記バッテリが実質的に満充電となったことを検出することを特徴とするバッテリ状態管理装置。
8. 請求項２に記載のバッテリ状態管理装置において、
   前記バッテリの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記判定手段は、
   導出した前記内部抵抗値を、前記温度検出手段を介して検出した前記バッテリの温度に基づいて補正し、その補正値に基づいて劣化度の判定を行うことを特徴とするバッテリ状態管理装置。

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