JP2008082275A - バッテリの劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 主にスタータ駆動のためのバッテリ以外のバッテリを、スタータの駆動に補助的に使用するとともに、劣化判定する。
【解決手段】 本発明は、第１の電気負荷２６とスタータ１４に電力を供給するメインバッテリ１６と、第２の電気負荷３０に電力を供給するサブバッテリ１８とを有する車両においてバッテリの劣化を検出するバッテリの劣化検出装置であって、サブバッテリとスタータとを接続するリレー２２と、イグニッションキースイッチ３６がＯＮされたときリレーを介してスタータとサブバッテリを接続するリレー制御手段と、リレー制御手段によってスタータにリレーを介して接続されたサブバッテリおよびメインバッテリそれぞれがスタータに電力を供給し始めたときに起こるそれぞれのバッテリ電圧の低下挙動に基づいてメインバッテリとサブバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のバッテリの劣化検出装置に関し、バッテリの劣化検出結果によりエンジンの制御内容を変更するエンジンの制御分野に属する。

近年、燃費低減や二酸化炭素排出量の抑制等のために、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御、いわゆるアイドルストップ制御の技術が開発されている。

エンジン自動停止後の該エンジンの再始動は、簡単に説明すると、スタータを駆動させてクランクシャフトを回転させ、それと同期して気筒内に燃料を噴射して点火、燃焼させることにより行われる。

ところが、アイドルストップ制御においてエンジンを再始動させるたびにスタータが使用されるため、アイドルストップ制御を行わない場合に比べてバッテリの電力消費量が増大する。この対処として、例えば、特許文献１に記載のものがある。これは、複数のバッテリを備え、スタータに使用されるバッテリの電力供給能力があるレベル以下になると、別のバッテリに切り換えるものである。

特開２００５−３６７９５公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、スタータの駆動のために予備のバッテリを持つことになり、予備のバッテリは何もせず待機することになる。

そこで、本発明は、予備のバッテリを使用せず、スタータ以外の電気負荷（例えば、ヒルホルダ用の電動オイルポンプ）を駆動するバッテリ（スタータの駆動をメインとするバッテリ以外のもの）を補助的に該スタータの駆動に使用するとともに、このバッテリによって駆動される電気負荷に供給される電力が不足するような事態にならないように該バッテリの劣化状態を検出するバッテリの劣化検出装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、第１の電気負荷とスタータに電力を供給するメインバッテリと、第２の電気負荷に電力を供給するサブバッテリとを有する車両においてバッテリの劣化を検出するバッテリの劣化検出装置であって、前記サブバッテリと前記スタータとを接続するリレーと、イグニッションキースイッチがＯＮされたとき、前記リレーを介して前記スタータと前記サブバッテリを接続するリレー制御手段と、前記リレー制御手段によって前記スタータに前記リレーを介して接続された前記サブバッテリおよび前記メインバッテリそれぞれが前記スタータに電力を供給し始めたときに起こるそれぞれのバッテリ電圧の低下挙動に基づいて、前記メインバッテリと前記サブバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定手段とを有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバッテリの劣化検出装置において、エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を有し、前記リレー制御手段は、前記エンジン温度検出手段が検出した温度が所定の温度以下であるとき、前記スタータと前記サブバッテリを前記リレーを介して接続しないように構成されていることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載のバッテリの劣化検出装置において、前記バッテリ劣化判定手段が前記メインバッテリまたは前記サブバッテリの少なくとも一方の劣化を検出したとき、ユーザにバッテリの劣化を報知する劣化報知手段を有することを特徴とする。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のバッテリの劣化検出装置において、所定のエンジン停止条件が成立したときは該エンジンを自動停止させ、その停止中に所定のエンジン始動条件が成立したときは該エンジンを自動始動させる自動停止制御手段を有し、前記自動停止制御手段は、前記バッテリ劣化判定手段がバッテリの劣化を検出したとき、エンジンの自動停止を禁止するように構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のバッテリの劣化検出装置によれば、イグニッションキースイッチがＯＮされたとき、スタータがメインバッテリとサブバッテリによって駆動される。また、このとき、メインバッテリおよびサブバッテリそれぞれがスタータに電力を供給し始めたときに起こるそれぞれのバッテリ電圧の低下挙動に基づいて、メインバッテリとサブバッテリの劣化判定が実行される。したがって、イグニッションキースイッチがＯＮされたとき、メインバッテリが劣化していても該メインバッテリとサブバッテリとが協働することによりスタータを駆動することが可能であり、また、同時にサブバッテリの劣化も検出することが可能になる。これらのことは、サブバッテリが、イグニッションキースイッチＯＮ後は供給電力量の変動が許されない電気負荷に電力を供給し続けてイグニッションキースイッチＯＮ後は劣化判定を行えないバッテリである場合に有益である。

また、請求項２に記載のバッテリの劣化検出装置によれば、エンジン温度を検出することで間接的にリレーの温度を検出することができ、リレーの温度が所定の温度以下であるとき、スタータとサブバッテリとをリレーを介して接続しない。それにより、所定温度以下のリレーにサブバッテリからスタータに向かって大電流が流れて起こる可能性がある該リレーの破損が防止される。

また、請求項３に記載のエンジンの停止制御装置によれば、メインバッテリまたはサブバッテリの少なくとも一方が劣化すると、ユーザにバッテリの劣化を報知するので、ユーザによるバッテリの交換を促すことができる。

さらに、請求項４に記載のエンジンの停止制御装置によれば、バッテリの劣化を検出した時、エンジンの自動停止を禁止するので、劣化バッテリにより自動停止したエンジンが再始動できない事態になることが抑制される。

図１は、本発明の一実施形態に係るアイドルストップ制御を行うエンジンの制御装置の概略的構成を示している。図において符号１０で示されるエンジンの制御装置は、エンジン１２と、エンジン１２の始動を補助するスタータ１４と、スタータ１４に電力を供給するメインバッテリ１６とサブバッテリ１８とを有する。なお、図において、実線は電力の流れを示し、一点鎖線は制御信号や検出信号の流れを示している。

スタータ１４は、エンジン１２のクランクシャフト（図示せず）を、ＥＣＵ２０からの始動信号に基づいて回転させるように構成されている。

スタータ１４の駆動に必要な電力は、後述するように、メインバッテリ１６またはサブバッテリ１８、もしくは両方のバッテリから供給される。サブバッテリ１８は、ＥＣＵ２０によって制御されるプライマリリレー（請求の範囲に記載のリレーに対応。）２２やセカンダリリレー２４を介してスタータ１４に電力を供給するようにされている。

メインバッテリ１６は、スタータ１４や、ランプやデフォッガなどの第１の電気負荷（供給電力量の多少の変動は許されるものの大電力を必要とする負荷）２６に電力を供給するためのもので、サブバッテリ１８より容量が大きくされている。また、メインバッテリ１６には、バッテリ電圧を検出する電圧センサ２８が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に出力されている。

サブバッテリ１８は、メインバッテリ１６とは異なり、小電力で駆動するものの供給量の変動が許されない、例えば、ＡＴ電動オイルポンプ、オーディオ、ナビシステムなどの電気負荷３０に電力を供給するものである。しかしながら、サブバッテリ１８は、後述するようにサブバッテリ１８の劣化判定時、スタータ１４に電力をプライマリリレー２２やセカンダリリレー２４を介して供給するようにされている。また、サブバッテリ１８にも、バッテリ電圧を検出する電圧センサ３２が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に出力されている。

メインバッテリ１６とサブバッテリ１８は、エンジン１２の運転中、エンジン１２により駆動されるオルタネータ３４によって充電されるようにされている。

ＥＣＵ２０は、スタータ１４がクランクシャフトを回転させると、その回転に合わせて燃料噴射弁や点火プラグ等を制御してエンジン１２を始動させるように構成されている。

また、ＥＣＵ２０は、所定の停止条件が成立した後エンジン１２を停止させ、その後所定の始動条件が成立すると、スタ−タ１４を駆動するとともに燃料を噴射、燃焼させてエンジン１２を再始動させる制御、すなわちエンジン１２のアイドルストップ制御（エンジン１２の自動停止制御）を行うように構成されている。

さらに、ＥＣＵ２０は、メインバッテリ１６やサブバッテリ１８の劣化判定をするように構成されている（バッテリの劣化検出装置として機能する。）。

ここでいう「劣化」とは、例えば、スタータ１４などの電気負荷を確実に駆動することができない程度（電気負荷を駆動できる場合もときとしてはある）までに使用され、簡単に言えば交換するのが好ましい程度までに使用され、充電しても供給できる電力量が最大量まで回復しない状態を言い、決して電力を供給できない状態を言うのではないことを確認しておく。

図２に示すように、ＥＣＵ２０は、バッテリの劣化検出装置として機能するために、電圧センサ２８からの信号に基づいてメインバッテリ１６の劣化判定を行うメインバッテリ劣化判定部５０と、電圧センサ３２からの信号に基づいてサブバッテリ１８の劣化判定を行うサブバッテリ劣化判定部５２と、プライマリリレー２２を制御するプライマリリレー制御部５４と、セカンダリリレー２４を制御するセカンダリリレー制御部５６と、メインバッテリ１６および／またはサブバッテリ１８の劣化をドライバに報知するバッテリ劣化報知部５８とを有する。メインバッテリ１６とサブバッテリ１８それぞれの劣化判定結果に基づいてアイドルストップの禁止を決定するアイドルストップ禁止決定部６０とを有する。

ここからは、ＥＣＵ２０についての詳細、特にＥＣＵ２０がバッテリの劣化検出装置として機能してバッテリの劣化を検出し、その検出結果に基づいてアイドルストップを禁止するか否かを決定する制御の内容について説明する。

メインバッテリ１６とサブバッテリ１８の劣化判定は、イグニッションキースイッチ３６がＯＮされたときに行われる。具体的に、ＥＣＵ２０が行う制御の流れを示す、具体的に言えばメインバッテリ１６とサブバッテリ１８の劣化判定結果に基づいてイグニッションキースイッチ３６のＯＮ後の車両の運行においてアイドルストップを実行するか否かを決定する図３に示すフローを参照しながら説明する。

まず、前提としてイグニッションキースイッチ３６がＯＮされる前、プライマリリレー２２とセカンダリリレー２４はＯＦＦ状態である（図１参照。）。

図３に示すように最初のステップ１００において、イグニッションキースイッチ３６がＯＮされる。

次のステップ１１０において、温度センサ３８によってエンジン１２のエンジン温度が所定温度以上であるか否かが判定される。エンジン温度をみることで、間接的にプライマリリレー２２の温度をみている。これは、次のステップ１２０においてプライマリリレー２２が接続状態にされるためで、それによりサブバッテリ１８からスタータ１４に大電流が流れ、このときプライマリリレー２２の温度が低すぎると破損する可能性があり、それを防止するためである。エンジン温度が所定温度以上であるとき、プライマリリレー２２を接続状態にするステップ１２０に進む。そうでない場合、ステップ１３０に進む。

ステップ１２０において、プライマリリレー１２０が接続状態にされる。これは、後述するように、サブバッテリ１８の劣化判定を行うためである。

ステップ１３０において、スタータ１４が電力供給されて駆動する。このとき、ステップ１２０においてプライマリリレー２２が接続状態にされている場合、スタータ１４は、メインバッテリ１６とサブバッテリ１８から電力供給を受けて駆動する。プライマリリレー２２が未接続状態である場合（ステップ１２０の処理を実行しなかった場合）、スタータ１４はメインバッテリ１６のみから電力供給を受けて駆動する。

そして、ステップ１４０において、スタータ１４駆動と同期して、ＥＣＵ２０が燃料噴射弁や点火プラグ等を制御してエンジン１２を始動する。

ステップ１５０において、メインバッテリ１６またはサブバッテリ１８の少なくとも１つがそれぞれの劣化判定部５０、５２によって劣化判定される。

プライマリリレー２２が接続状態（ステップ１２０の処理が実行されている場合）、すなわちメインバッテリ１６とサブバッテリ１８から電力供給を受けてスタータ１４が駆動された場合、両バッテリーの劣化判定が行われる。一方、プライマリリレー２２が未接続状態（ステップ１２０の処理が実行されていない場合）、すなわちメイバッテリ１６のみから電力供給を受けてスタータ１４が駆動された場合、メインバッテリ１６のみの劣化判定が行われる。

バッテリの劣化判定の方法は、メインバッテリ、サブバッテリともに同じである。メインバッテリ１６の劣化判定を例に挙げて説明する。

図４に示すように、メインバッテリ１６は駆動に大電力を必要とする電気負荷（本発明においてはスタータ１４）に電力供給を開始すると、そのバッテリ電圧は急激に低下し、時間の経過とともに規定の電圧値に回復する挙動を示す。バッテリ電圧の低下挙動（低下の程度）は、バッテリが劣化している場合の方が、劣化していない正常の場合に比べて大きい。

したがって、スタータ１４に電力供給開始したことにより起こるメインバッテリ１６のバッテリ電圧の低下挙動に基づいてメインバッテリの劣化判定をすることが可能である。例えば、図４に示すように所定値を設定し、スタータ１４に電力供給開始したことにより低下したバッテリ電圧値が所定値以上である場合は、バッテリを正常と判定し、そうでない場合は劣化と判定することが可能である。

図３に戻り、ステップ１５０において、プライマリリレー２２が接続状態であってメインバッテリ１６またはサブバッテリ１８の少なくとも一方が劣化判定された場合、または、プライマリリレー２２が未接続状態であってメインバッテリ１６が劣化判定された場合、ステップ１６０に進む。そうでない場合、ステップ１９０に進む。

ステップ１６０において、バッテリの劣化が、バッテリ劣化報知部５８によってユーザに通知される。例えば、インパネのバッテリランプが点灯される。

次に、ステップ１７０において、アイドルストップ禁止決定部６０が、イグニッションキー３６のＯＮ後のアイドルストップを禁止する。これにより、アイドルストップの禁止は、イグニッションキー３６がＯＦＦされるまで維持される。

ステップ１８０において、プライマリリレー２２が接続状態である場合（ステップ１２０においてプライマリリレー２２が接続状態にされている場合）、プライマリーリレー２２がＯＦＦされる。サブバッテリ１８の劣化判定が終了したためである。そして、フローが終了する。

一方、ステップ１５０において、メインバッテリ１６またはサブバッテリ１８いずれも劣化と判定されなかった場合、ステップ１９０において、アイドルストップ禁止決定部６０は、アイドルストップを禁止しない決定をする。そしてステップ１８０に進む。

図３のフローによるメインバッテリ１６とサブバッテリ１８の劣化判定結果とアイドルストップとの関係を図５に示す。図において、未判定とは、図３のフローの制御において、ステップ１２０の処理が実行されなかった場合である。図５に示すように、アイドルストップは、イグニッションキー３６のＯＮ時のメインバッテリ１６が正常であるとともに、サブバッテリ１８が劣化していないことが明らかな場合に実行されることになる。

また、ＥＣＵ２０は車両が走行している最中、サブバッテリ１８を充電するとき、原則、プライマリリレー２２を未接続で維持するとともに、セカンダリリレー２４を接続状態で維持する。サブバッテリ１８をオルタネータ３４によって充電するためである。これにより、サブバッテリ１８は、第２の電気負荷３０に電力を供給し続けることができる。

なお、イグニッションキー３６ＯＮ時にサブバッテリ１８が劣化と判定されている場合（または未判定である場合）、サブバッテリ１８を充電するとき、セカンダリリレー２４を接続状態にする前に、プライマリリレー２２が一時的に短時間接続状態にされる。これは、メインバッテリ１６とサブバッテリ１８の電位が同等になるまで行われる（メインバッテリ１６と劣化したサブバッテリ１８が同電位でない場合にセカンダリリレー２４を接続すると、セカンダリリレー２４が破損する可能性があるためである。）。

さらに、ＥＣＵ２０は、イグニッションキー３６のＯＮ時にメインバッテリ１６が正常であるとともにサブバッテリ１８が劣化していないことが明らかだった場合に、車両が停止されると、所定の自動停止条件成立後、アイドル中のエンジン１２を停止させる。このとき、ＥＣＵ２０は、セカンダリリレー２４が接続状態である場合（サブバッテリ１８充電中の場合）、未接続にする。

ＥＣＵ２０は、アイドルストップ後の、エンジン１２の再始動時も、イグニッションキー３６ＯＮ時と同様に、バッテリの劣化判定を行う。ただし、メインバッテリ１６のみ行う。走行中にメインバッテリ１６が劣化している場合も想定されるためである。

エンジン１２の再始動時にサブバッテリ１８の劣化判定を行わない理由、すなわち、イグニッションキー３６ＯＮ時と同様に、サブバッテリ１８とスタータ１４をプライマリリレー２２を介して接続しない理由を説明する。

アイドルストップ後のエンジン１２の再始動のタイミングにおいては、サブバッテリ１８は第２の電気負荷に電力を供給し続けている。ここで、劣化判定のために、エンジン１２を再始動を補助するスタータ１４にサブバッテリ１８がプライマリリレー２２を介して接続されると、第２の電気負荷の対する電力供給不足が起こる可能性があり、第２の電気負荷の動作が不安定になる、または最悪停止する恐れがある。例えば、サブバッテリ１８から電力供給されているナビシステムが停止する可能性がある。したがって、アイドルストップ後のエンジン１２の再始動時に、サブバッテリ１８の劣化判定は行えない。言い換えるならば、サブバッテリ１８の劣化判定が実行できるタイミングは、第２の電気負荷が駆動していない、イグニッションキー３６のＯＮ時のみである。

エンジン１２の再始動を補助するためにスタータ１４が駆動されるが、それはメインバッテリ１６から電力のみで実行される。このとき、メインバッテリ劣化判定部５０は、スタータ１４に電力供給を開始して起こるバッテリ電圧の低下に基づいて、メインバッテリ１６の劣化を判定する。

劣化判定の結果、メインバッテリ１６が正常である場合、アイドルストップ禁止決定部６０は、次回のアイドルストップを禁止せず許可する。一方、劣化判定された場合、次回のアイドルストップを禁止する。

なお、メインバッテリ１６が劣化判定されてもスタータ１４が駆動できればよいが、劣化判定されたメインバッテリ１６のみではスタータ１４が駆動できないことがある。この場合、非常手段として、サブバッテリ１８を使用する。すなわち、プライマリリレー２２を接続状態にし、劣化したメインバッテリ１６とサブバッテリ１８とが協働してスタータ１４を駆動させる。そして、エンジン１２の再始動後、すぐに、プライマリリレー２２の接続を解除する。

本実施形態によれば、イグニッションキースイッチ３６がＯＮされたとき、スタータ１４がメインバッテリ１６とサブバッテリ１８によって駆動される。また、このとき、メインバッテリ１６およびサブバッテリ１８それぞれがスタータ１４に電力を供給し始めたときに起こるそれぞれのバッテリ電圧の低下挙動に基づいて、メインバッテリ１６とサブバッテリ１８の劣化判定が実行される。したがって、イグニッションキースイッチ３６がＯＮされたとき、メインバッテリ１６が劣化していても該メインバッテリ１６とサブバッテリ１８とが協働することによりスタータを駆動することが可能であり、また、同時にサブバッテリの劣化も検出することが可能になる。本実施形態は、サブバッテリが、上述するように、イグニッションキースイッチＯＮ後は供給電力量の変動が許されない電気負荷に電力を供給し続けてイグニッションキースイッチＯＮ後は劣化判定を行えないバッテリである場合に有益である。

以上、一実施形態を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、上述の実施形態においては、アイドルストップしたエンジンが再始動するとき、サブバッテリの劣化判定は行えない。これは、上述のサブバッテリがエンジン再始動時に供給電力量の低下が許されない電気負荷に電力を供給し続けるバッテリであるためである。これに対し、サブバッテリがエンジン再始動時に供給電力量の変動が許される電気負荷に電力を供給するようなものである場合、上述したイグニッションキーＯＮ時と同様に、スタータに接続して劣化判定することが可能である。この場合、次のアイドルストップを禁止する否かの決定にサブバッテリの劣化判定結果を考慮することができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリを劣化検出するエンジンの制御装置の概略的構成図である。 バッテリの劣化検出装置として機能するＥＣＵ内の構成図である。 バッテリの劣化検出からアイドルストップの禁止を決定するまでの制御フロー図である。 バッテリの劣化検出方法を説明するための図である。 図３のフローによって導き出されるバッテリの劣化判定結果とその結果に基づいて禁止決定されるアイドルストップとの関係を示す図である。

符号の説明

１４：スタータ
１６：メインバッテリ
１８：サブバッテリ
２２：リレー（プライマリリレー）
２６：第１の電気負荷
３０：第２の電気負荷
３６：イグニッションキースイッチ

Claims (4)

1. 第１の電気負荷とスタータに電力を供給するメインバッテリと、第２の電気負荷に電力を供給するサブバッテリとを有する車両においてバッテリの劣化を検出するバッテリの劣化検出装置であって、
   前記サブバッテリと前記スタータとを接続するリレーと、
   イグニッションキースイッチがＯＮされたとき、前記リレーを介して前記スタータと前記サブバッテリを接続するリレー制御手段と、
   前記リレー制御手段によって前記スタータに前記リレーを介して接続された前記サブバッテリおよび前記メインバッテリそれぞれが前記スタータに電力を供給し始めたときに起こるそれぞれのバッテリ電圧の低下挙動に基づいて、前記メインバッテリと前記サブバッテリの劣化を判定するバッテリ劣化判定手段とを有することを特徴とするバッテリの劣化検出装置。
2. 請求項１に記載のバッテリの劣化検出装置において、
   エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を有し、
   前記リレー制御手段は、前記エンジン温度検出手段が検出した温度が所定の温度以下であるとき、前記スタータと前記サブバッテリを前記リレーを介して接続しないように構成されていることを特徴とするバッテリの劣化検出装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のバッテリの劣化検出装置において、
   前記バッテリ劣化判定手段が前記メインバッテリまたは前記サブバッテリの少なくとも一方の劣化を検出したとき、ユーザにバッテリの劣化を報知する劣化報知手段を有することを特徴とするバッテリの劣化検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のバッテリの劣化検出装置において、
   所定のエンジン停止条件が成立したときは該エンジンを自動停止させ、その停止中に所定のエンジン始動条件が成立したときは該エンジンを自動始動させる自動停止制御手段を有し、
   前記自動停止制御手段は、前記バッテリ劣化判定手段がバッテリの劣化を検出したとき、エンジンの自動停止を禁止するように構成されていることを特徴とするバッテリの劣化検出装置。

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