JP4057276B2 - Method and apparatus for determining the state of a secondary storage battery mounted on a vehicle - Google Patents
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Description
【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。
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】
【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V max1 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】
【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】
【0061】
【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】
【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】
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for determining a state of a secondary storage battery such as a remaining capacity and a remaining life (or deterioration state) of the secondary storage battery in a vehicle equipped with a secondary storage battery such as a lead storage battery.
[0002]
[Prior art]
It is very useful to be able to detect in advance the remaining capacity and remaining life (or deterioration state) of a secondary storage battery such as a lead storage battery mounted on a vehicle such as a passenger car.
For example, if the remaining life of the in-vehicle secondary storage battery can be detected at an appropriate timing, the secondary storage battery can be replaced at an appropriate timing, and the vehicle can be prevented from becoming inoperable at the end of the secondary storage battery.
In order to reduce environmental pollution and improve vehicle fuel efficiency, the vehicle has an idling stop function that stops the internal combustion engine (engine), such as when the vehicle is temporarily stopped at an intersection to wait for a signal or when it is stopped due to traffic jams. The vehicles that have them are being put into practical use. When performing such an idling stop, it is necessary to know that there is a remaining capacity in the in-vehicle secondary storage battery and / or to know the deterioration state of the secondary storage battery as long as the vehicle can be restarted after the idling stop.
[0003]
As such a secondary storage battery, a storage battery such as a lead storage battery has been frequently used so far. Hereinafter, a conventional method and apparatus for determining the state of a storage battery such as the remaining capacity and / or remaining life (deterioration state) of the storage battery when the storage battery is mounted on a vehicle will be described.
Various methods for measuring the remaining capacity of a storage battery have been tried. Hereinafter, an overview of a conventional method for measuring the remaining capacity of a storage battery will be given.
[0004]
Since lead acid batteries produce water by discharging and produce sulfuric acid by charging, the specific gravity of the sulfuric acid aqueous solution is reduced when discharged, and the specific gravity of the sulfuric acid aqueous solution is restored by charging. Using this phenomenon, a method of estimating the remaining capacity using the specific gravity of the electrolyte as an index is known.
However, since the concentration distribution of the electrolyte contained in the lead storage battery often becomes non-uniform, this method cannot always accurately estimate the remaining capacity of the lead storage battery. In recent years, sealed lead-acid batteries with very little electrolyte have been adopted. For such a sealed lead-acid battery, it is difficult to measure the specific gravity of the electrolyte itself, so the remaining capacity of the lead-acid battery cannot be estimated.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 53-127646 discloses a technique for calculating the output impedance of a battery from the relationship between the starter current during starter cranking and the battery terminal voltage, and detecting the state of the battery from this output impedance. .
More specifically, Japanese Patent Laid-Open No. 53-127646 discloses (1) the transient current value of the alternator generated when the engine start key is turned between the alternator and the in-vehicle lead acid battery (battery). And measuring the terminal voltage of the battery, calculating the measurement results with an operational amplifier to obtain the initial remaining capacity of the battery immediately before the vehicle travels, (2) Further, a method is disclosed in which the amount of charge or charge / discharge during vehicle travel is determined, and (3) the remaining capacity of the battery is calculated by comparing the initial remaining capacity and the charge / discharge amount.
However, since the output impedance changes greatly due to the influence of polarization in the battery, the state of the battery cannot be determined using the output impedance that changes greatly. It is sufficient to wait until the output impedance is stabilized. However, in order to wait until the output impedance is stabilized, the vehicle needs to be stopped for several hours or more, which is not practical.
[0006]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-129177 discloses an invention obtained by improving the method described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 53-127646. In the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-129177, focusing on the fact that the output impedance is stabilized when the change in the open circuit voltage (open circuit voltage) of the battery is reduced, the open circuit voltage of the battery when the vehicle is stopped. This is a method of detecting the state of the battery using the output impedance in that state by detecting that the change in the battery has become below a predetermined value.
However, even if only the output impedance calculated in this way is used, the state of the battery cannot be detected sufficiently accurately, and in any case, it is necessary to wait until the polarization of the battery becomes stable. Therefore, a method for detecting the state of the battery in a shorter time is desired.
[0007]
The characteristics of the battery, for example, the open-circuit voltage depends on the temperature of the battery, but the methods disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 53-127646 and 1-129177 do not consider temperature dependence. Therefore, there is a limit to accurate battery state detection. Furthermore, the countermeasures such as when the battery is replaced are not considered. In particular, in such a method, it is impossible to determine at which level of the battery life the deterioration state of the battery is.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-27776 (1) actually measures the terminal voltage drop of the battery relative to the amount of discharge charge during engine start-up in a new battery when the battery is first installed in the vehicle, and (2) The engine starts every time the vehicle travels on condition that the time required for battery static characteristics to recover (stable polarization) has elapsed between engine stop and start, and that the remaining battery capacity is greater than or equal to a predetermined value. Disclosed is a method for measuring the battery terminal voltage drop with respect to the amount of discharge charge in the battery and (3) calculating the battery life by calculating using the initial voltage drop and the voltage drop after running. Yes.
As described above, this method also has to wait until the polarization of the battery is stabilized, and the state of the battery cannot be accurately detected even using only the voltage drop.
[0009]
JP-A-1-39068 (1) detects the discharge current of a battery at a plurality of time points indicating different values during a large current discharge such as when the starter is started, and the terminal voltage of the battery when each discharge current flows out. (2) The internal resistance value and power of the battery are calculated from the detected current and voltage values, and (3) calculated using a function representing the correlation between the battery capacity, the internal resistance and the electromotive force obtained experimentally in advance. Discloses a method for detecting the state of the battery from the internal resistance and the electromotive force.
However, this method cannot accurately detect the state of the battery, and the processing of this method is complicated.
[0010]
Japanese Patent No. 2536257 (Japanese Patent Laid-Open No. 4-95788) discloses an invention that uses an internal impedance to detect the remaining capacity of a lead-acid battery. In the present invention, (1) the internal impedance of the lead storage battery is measured, and (2) the measured internal impedance of the lead storage battery is converted into the inductance component L, electrolyte resistance RΩ, charge transfer resistance Rct, electric double layer capacity of the lead storage battery. Apply an equivalent circuit consisting of Cd, Warburg impedance W, and Warburg coefficient σ to find an optimal solution. (3) Compare at least one of L, RΩ, Rct, Cd, W, and σ with the initial value, The life of the lead storage battery is determined from the difference.
However, in the present invention, it is difficult to measure the internal impedance of the lead storage battery due to the influence of the generator on the lead storage battery and the load fluctuation of the equipment mounted on the automobile. If the internal impedance of the lead-acid battery cannot be measured, it cannot be compared with the initial value and the life cannot be determined. Further, when the present invention is implemented, the configuration of the measuring apparatus is complicated, the size is increased, and the price is increased.
[0011]
There is also known a method in which a current value discharged or charged from a storage battery is constantly measured, and the measured current value is integrated to determine the remaining capacity of the storage battery. Hereinafter, this method is referred to as “current integration method”.
In such a current integration method, the error of the integrated value gradually increases due to the measurement error of the current value, and the state of the storage battery cannot be obtained accurately. For this reason, methods that improve the “current integration method” have been proposed in Japanese Patent No. 2791751 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-19103), Japanese Patent Laid-Open No. 9-71065, and the like.
[0012]
The invention described in Japanese Patent No. 2791751 measures the remaining capacity of a lead-acid battery for an electric vehicle by performing data processing using both the current integration method and the internal resistance detection method. That is, (1) First, the remaining capacity of a lead storage battery mounted on an electric vehicle is calculated by a current integration method. (2) Further, when the full charge of the lead storage battery for an electric vehicle is completed and when the vehicle is temporarily stopped The internal impedance of the lead storage battery is measured, and (3) the value of the remaining capacity of the storage battery obtained by the current integration method is corrected by the discharge rate derived from the internal impedance.
This method is useful as a method for inspecting the remaining capacity of a storage battery for automobiles, and is an important technique in an electric vehicle that needs to know the remaining capacity of a lead storage battery accurately.
However, according to the present invention, in addition to the measurement by the current integration method, it is also necessary to perform the measurement by the internal impedance. When a measuring device that realizes this method is manufactured, the device price becomes high. In particular, according to the present invention, it is difficult to measure the internal impedance described above.
[0013]
The invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-171065 is a technique for calculating a remaining capacity of a storage battery by a current integration method and correcting the remaining capacity. To calculate the corrected remaining capacity, a data table of terminal voltage and remaining capacity in constant current discharge at a specific discharge current value is prepared in advance, and it is detected that the specific discharge current value continues for a certain period of time while the vehicle is running. Then, the terminal voltage of the storage battery at that time is measured, and the remaining capacity of the storage battery for correction is obtained by referring to the measured terminal voltage in the data table.
Then, the remaining capacity of the current integration method obtained in advance is corrected with the calculated remaining capacity for correction.
The invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-171655 is a technique suitable for measuring the remaining capacity of a storage battery (battery) mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle. The reason is that, in an electric vehicle, there are many opportunities to obtain the remaining capacity of the storage battery by setting the discharge current value at the traveling speed that the vehicle normally uses to the above-mentioned specific discharge current value.
However, the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-171065 is not suitable for the remaining capacity of a storage battery mounted on a vehicle (normal automobile) operating with an internal combustion engine. The reason for this is that in ordinary cars, there are few opportunities for specific current values that frequently continue for a certain period of time while the car is running, so there are very few opportunities to determine the remaining capacity of the storage battery, so the This is because the capacity cannot be obtained.
[0014]
As a method for solving the above-described problem of the invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-171655, for example, a plurality of terminal voltage and remaining capacity data tables are prepared, and the remaining capacity is determined by a plurality of current values. Is also possible.
However, in order to implement such a method, it is necessary to prepare a plurality of data tables, and the processing becomes complicated. In order to accurately measure the remaining capacity, if the relationship between the terminal voltage of the storage battery and the remaining capacity changes depending on the temperature and the deterioration state, it is necessary to prepare more data tables accordingly. It is assumed that a complicated device is required to store and process the data. In addition, it is troublesome to create such a large amount of data. It is also difficult to judge the deterioration state of the storage battery.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Various conventional techniques have been discussed above. However, these techniques are particularly problematic when applied to state determination of secondary storage batteries such as storage batteries mounted on vehicles.
[0016]
The objective of this invention is providing the method and apparatus which can estimate the remaining capacity and / or remaining lifetime (future lifetime) of a vehicle-mounted secondary storage battery.
It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for determining the remaining capacity and / or remaining life of a secondary storage battery without depending on the type and size of the on-board secondary storage battery.
It is another object of the present invention to provide a method and an apparatus for determining the remaining capacity and / or remaining life of a secondary storage battery that can achieve the above object even if the manufacturer of the on-board secondary storage battery changes.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The basic concept of the present invention will be described.
(1) When a new secondary storage battery is mounted on a vehicle, an internal resistance (initial internal resistance) R0 at that time and a limit internal resistance Re that is a limit of engine start are calculated. The initial internal resistance R0 is calculated from the measurement result of the open circuit voltage E, the measured value of the maximum load current Imax flowing from the secondary storage battery during the engine start period, and the measured value of the maximum load terminal voltage Vmax. The limit internal resistance Re, which is the limit for starting the engine, is obtained from the measured value of the open circuit voltage E, the lower limit voltage Ve, which is the limit for starting the engine, and the maximum load power Wmax required for starting the engine.
(2) Thereafter, each time the engine is started, the internal resistance R of the secondary storage battery is calculated after the start period. The internal resistance R is a measured value of the open circuit voltage E of the secondary storage battery before the engine starting period, a measured value of the maximum load current I flowing from the secondary storage battery during the engine starting period, and a measured value of the secondary storage battery during the engine starting period. It is calculated from the measured value of the terminal voltage V. The internal resistance R is calculated every time the engine is started.
Note that the calculation of the initial internal resistance R0 and the calculation of the limit internal resistance Re described above preferably uses the open circuit voltage E before the engine start period. Or after using a secondary storage battery, you may carry out using the open circuit voltage E after a fixed period passes and the state of a secondary storage battery is stabilized. The internal resistance R is preferably calculated by using an open circuit voltage E after a certain time has elapsed and the state of the secondary storage battery has stabilized, and an open circuit before the engine start-up period that is performed after the certain time has elapsed. The voltage E may be used. In the above-described calculation, it is desirable to correct the temperature according to the temperature of the secondary storage battery.
(3) When the internal resistance R is calculated every time the engine is started, the remaining life SOH is calculated using the initial internal resistance R0, the limit internal resistance Re, and at least one internal resistance R.
The internal resistance and the remaining life SOH have a relationship as exemplified by the solid curve CV1 in FIG. 10, for example, the remaining life SOH = 0% when the limit internal resistance Re is the limit of engine start, and the initial internal resistance If the remaining life SOH at the time of R0 is 100%, the remaining life SOH can be estimated from the value of the internal resistance R.
[0018]
In this way, the internal resistance R0 of the secondary storage battery in the initial state when the secondary storage battery is replaced and the limit internal resistance Re that becomes the limit of engine start are calculated, and then the secondary storage battery of each time the engine is started. The internal resistance R is calculated, and the remaining life SOH can be accurately calculated using these data.
[0019]
According to the first aspect of the present invention, (a) the first time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle, the open circuit voltage of the secondary storage battery before the engine start period, the current flowing through the secondary storage battery during the engine start period, The voltage between terminals is measured, and using these measured values, the initial internal resistance R0 and the limit internal resistance Re that is the limit of engine start are calculated. (B) After the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle, Every time the engine is started, the open circuit voltage of the secondary storage battery before the engine start period, the current flowing through the secondary storage battery during the engine start period, the voltage between the terminals are measured, and the internal resistance R is calculated using these measured values. (C) calculating a remaining life (SOH) from the initial internal resistance R0, the limit internal resistance Re, and at least one internal resistance R;Process,A method for determining a state of a secondary storage battery mounted on a vehicle is provided.
[0020]
Specifically, the initial internal resistance R0 is calculated by the following formula A, the limit internal resistance Re that is the limit of the engine start is calculated by the following formula B, the internal resistance R is calculated by the following formula C, SOH is calculated by the following formula D.
SOH (%) = [(Re-R) / (Re-R0)] × 100 (D)
[0021]
R0 = (E2-Vmax) / Imax
Where E2 is an open circuit voltage,
VmaxIs the maximum load terminal voltage,
ImaxIs the maximum load current.
... (A)
Re = ((E2−Ve) × Ve) / Wmax
Where E2 is an open circuit voltage,
Ve is the lower limit voltage that becomes the engine start limit,
WmaxIs the maximum load power required to start the engine.
... (B)
R = (E2-V2) / I
Where E2 is an open circuit voltage,
V2Is the maximum load end after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle
The voltage between the children
I is the maximum load current after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle
It is.
... (C)
SOH (%) = [(Re-R) / (Re-R0)] × 100
... (D)
[0022]
Preferably, the temperature of the secondary storage battery is measured, and the open circuit voltage and the inter-terminal voltage are corrected at the measured temperature.
[0023]
More preferably, the current internal resistance is calculated by calculating an approximate expression using the calculated plurality of internal resistances as a variable of the engine start frequency, and the current internal resistance, the initial internal resistance R0, and the limit internal resistance Re To calculate the SOH.
[0024]
Preferably, SOH when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the initial internal resistance is 100%, SOH when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the limit internal resistance Re is 0%, SOH corresponding to the internal resistance is expressed in%.
[0025]
Preferably, the process is performed after a period during which the state of the secondary storage battery is stabilized after use of the secondary storage battery.
[0026]
Preferably, the secondary storage battery is a lead storage battery.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus comprising means for performing the above method.
[0028]
According to the third aspect of the present invention, a voltmeter for measuring a voltage of a secondary storage battery mounted on a vehicle, an ammeter for detecting a current flowing through the secondary storage battery, and a signal indicating engine start-up And an engine start signal generating means for generating
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First embodiment
As a first embodiment of the present invention, a secondary storage battery mounted on a vehicle having a so-called idling stop function for stopping an internal combustion engine (engine) while the vehicle is running is temporarily stopped due to a traffic jam or an intersection. A method and apparatus for determining the remaining capacity and the deterioration state, and a method and apparatus for performing an idling stop process based on the determination result of the remaining capacity and the deterioration state of the secondary storage battery will be described.
[0030]
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for determining the remaining capacity and / or deterioration state of the secondary storage battery according to the first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as remaining capacity / deterioration state determination apparatus).
A vehicle, for example, an ordinary passenger car, is equipped with a
Hereinafter, a case where a lead storage battery is used as the
The
[0031]
1 is a temperature sensor 6 that measures the temperature of the
The remaining capacity / deterioration state determination device illustrated in FIG. 1 can include a
[0032]
Furthermore, an idling stop (IS)
[0033]
The
[0034]
As the engine start signal generation means of the present invention, for example, a starter start switch signal SW1, an alternator start switch signal SW2, and an engine start switch signal SW5 are input to the calculation means 10. Although all of these switch signals are not necessary, a signal indicating the start of the engine is input to the
[0035]
The temperature sensor 6 measures the temperature of the
The measurement site of the temperature sensor 6 depends on the reference temperature for temperature correction. To be precise, it is desirable to measure the temperature of the electrolytic solution with the temperature sensor 6 using the temperature of the electrolytic solution of the
Moreover, when the reference temperature is the temperature of the electrolyte solution of the
The measurement site of the temperature sensor 6 thus depends on the reference temperature, but hereinafter, the temperature of the
Although the temperature sensor 6 depends on the measurement site, the temperature range of the
[0036]
The voltmeter 7 measures the voltage between the terminals of the
The inter-terminal voltage of the
[0037]
The display means 16 is a device that displays the result of the calculation means 10 on a vehicle driver or the like, and is, for example, a liquid crystal display provided on a dashboard portion of the vehicle, and a display on an operation panel portion of a normal passenger car. It can also be used.
[0038]
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of the calculation means 10 illustrated in FIG.
The arithmetic means 10 includes a central processing unit (CPU) 100 of a microcomputer, a
[0039]
The input voltage range of the A / D converter (A / DC) 106 is, for example, about 0 to 5V.
When the detection voltage is very low, for example, about 0 to 20 mV, as in the case where a thermocouple is used as the temperature sensor 6, it is amplified to 0 to 5 V by the circuit in the previous stage of the A /
For example, when the detected current of the
Similarly, when the detection voltage of the voltmeter 7 is as low as about 0 to 1 V, for example, it is amplified to 0 to 5 V by the circuit in the previous stage of the A /
[0040]
FIG. 3 is a flowchart illustrating the processing performed by the arithmetic means 10 illustrated in FIGS. 1 and 2, particularly the
Hereinafter, the operation of the computing means 10 will be described. More specifically, the
[0041]
Step 1: Determining whether or not deterioration determination processing is possible
The calculation means 10 (CPU 100) checks whether or not the first predetermined time t61 has elapsed after the
The
[0042]
[0043]
Meaning of waiting for a predetermined time
After the use of the
FIG. 4 is a graph showing a state in which the open circuit voltage of the lead storage battery is stabilized.
As illustrated in FIG. 4, after the lead storage battery having the same degree of deterioration is adjusted to the same SOC (charge capacity) by charging and discharging, the first predetermined time t is required for the open circuit voltage E1 to stabilize.1 Since it is necessary to wait until only a lapse of time, the first predetermined time t that is stable in order to measure a more accurate open circuit voltage E1.1 Only need to wait.
First predetermined time t1 As illustrated in FIG. 4, this is a time sufficient for the open circuit voltage E1 to stabilize, for example, several hours.
[0044]
Step 3: Open circuit voltage measurement and temperature correction
The
The open circuit voltage (open voltage) E1 is the
[0045]
The open circuit voltage E1 has temperature dependency as illustrated in FIG. FIG. 5 is a graph showing a temperature / open circuit voltage characteristic curve.
Therefore, the
[0046]
A specific method of temperature correction will be described.
(1)The lead-
(2)Next, when the reference temperature, for example, the temperature correction coefficient α16T of the open circuit voltage E1 of 25 ° C. is set to 1.0 and the value based on the curve of FIG. 5 is plotted, the detected value of the temperature sensor 6 is equal to or higher than the reference temperature. Is 1.0Less thanTemperature correction coefficient α1TWhen the detected value of the temperature sensor 6 is below the reference temperature, a temperature correction coefficient α1 of 1.0 or moreTOpen circuit voltage and temperature correction coefficient α1TFind the curve.
(3)Next, the open circuit voltage E1 measured by the voltmeter 7 is corrected based on the following
[0047]
[0048]
The temperature correction coefficient α1T Can be considered to show a substantially constant slope from the characteristics of FIG.T = A (constant value) or a more accurate temperature correction coefficient α1T Can be calculated and used.
More accurate temperature correction coefficient α1T The calculation method of is described. The measured temperature / open circuit voltage characteristic curve is tabulated based on the measured temperature and the measured open circuit voltage, and the temperature correction coefficient α1 is stored in the
[0049]
The temperature-corrected open circuit voltage E2 varies depending on the SOC state. An example is shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing an SOC (%) / open circuit voltage characteristic curve in which the horizontal axis represents SOC /% and the vertical axis represents temperature corrected open circuit voltage E2 at a reference temperature of 25 °, for example.
SOC (%) and open circuit voltage characteristic curve illustrated in Fig. 6To sayIn the case of
[0050]
Step 4: Detection of engine start
The
[0051]
Step 5: Maximum load current at engine start, maximum load terminal voltage, lead storage battery temperature measurement, and maximum load terminal voltage temperature correction
When the start of the
[0052]
As illustrated in FIG. 7, when the
FIG. 7 is a graph showing a time / current change characteristic indicating a change in current with the passage of time when the engine is started.
[0053]
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the engine start time and the internal resistance of the
[0054]
Maximum load terminal voltage V max1 Temperature compensation
The
FIG. 9 shows the temperature change of the
Maximum load terminal voltage Vmax1The necessity of temperature correction will be described. For example, when the maximum load terminal voltage of the
[0055]
When the vehicle is always used at room temperature, the voltage between the terminals of the
[0056]
The maximum load terminal voltage Vmax1The temperature correction processing will be described.
Also in this case, the open circuit voltage / temperature correction coefficient α1 at the detected temperature described with reference to FIG.TThus, the same processing as that in which the temperature of the open circuit voltage E1 is corrected is performed.
(1) First, the maximum load terminal voltage V at several temperatures1And a characteristic curve illustrated in FIG. 9 is obtained in advance.
(2) Next, a reference temperature, for example, a maximum load terminal voltage V of 25 ° C.1Temperature correction coefficient α2TIs 1.0, and a value based on the curve of FIG. 9 is plotted. When the detected value of the temperature sensor 6 is equal to or higher than the reference temperature, 1.0 is set.More thanTemperature correction coefficient α2TWhen the detected value of the temperature sensor 6 is below the reference temperature, 1.0Less thanTemperature correction coefficient α2TA curve with the detected temperature as a variable is obtained.
(3) Furthermore, the temperature correction coefficient α2 of the temperature-maximum load terminal voltageTIs converted into a table and the maximum load terminal voltage temperature correction coefficient α2 is stored in the
(4)The
(5)Maximum load terminal voltage V measured with voltmeter 7 using
[0057]
[0058]
Step 6: Determination of whether or not the
When a new
The
When the flag of the
[0059]
Steps 7 and 8: Calculate and store the internal resistance of a new lead-acid battery
The
The
[0060]
[0061]
[0062]
Maximum load power W required to start the engine of the lead-acid battery installed in the vehiclemax Is almost constant for the same vehicle, and the maximum load power W measured in advancemax Are commonly used for vehicles of the same model. This maximum load power Wmax Is stored in the
[0063]
Step 8: Maintain initial internal resistance R0 and limit internal resistance Re
The
[0064]
Step 9: Determination of engine start time change
The
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the engine start time and the internal resistance of the
Therefore, the internal resistance and start time at the start of the engine are measured, and usually the deterioration is determined using the internal resistance. If the engine start time Δt is greater than a certain value, the SOHTheJudged to be 0%. If the engine start time Δt is greater than or equal to a certain value, the
[0065]
Step 10: Output with no remaining life
The
For example, “SOH = 0%, remaining life = 0” is displayed on the display means 16 as a message.
In the present embodiment, as illustrated in FIG. 10, when the internal resistance of the
[0066]
Step 11: When the secondary storage battery is mounted on the vehicle, the maximum load current, the maximum load terminal voltage, the temperature measurement, the temperature correction of the maximum load terminal voltage, and the internal resistance calculation
The
Next, the
[0067]
[0068]
Calculation of internal resistance of lead acid battery
The
[0069]
[0070]
Step 12: Calculation of SOH
The
[0071]
SOH (%) = [(Re-R) / (Re-R0)] × 100 (7)
[0072]
Thereafter, the
The control means 12 displays an indicator SOH (%) indicating the deterioration state as a message.
[0073]
Step 13: Repeated calculation of internal resistance
When the
[0074]
Step 14: Life prediction
FIG. 10 is a graph illustrating the relationship between the engine start frequency and the output internal resistance, and the relationship between the output internal resistance and SOH.
A curve CV1 indicated by a solid line is obtained by plotting, in the
A curve CV2 indicated by a broken line is a plot of the internal resistance R calculated for a typical lead acid battery in advance. The value of the curve CV2 is stored in the
[0075]
From the characteristics shown in Fig. 10, SOH is calculated from the output internal resistance.TheIt can be estimated. Therefore, the
[0076]
Further, the
The display means 16 displays an indicator SOH indicating the deterioration state, for example, as a message.
[0077]
The control means 12 refers to the index SOH indicating the deterioration state output from the CPU 100 (calculation means 10), and operates and maintains the vehicle.Etc.It can be reflected.
For example,VehicleWhen the driver or the mechanic wants to know the index SOH indicating the current deterioration state of the
Alternatively, when any failure occurs in the vehicle, the
[0078]
The idling stop (IS)
[0079]
The display on the display means 16 is not limited to the display of the indicator SOH indicating the deterioration state, and various displays can be performed. For example, at the time of maintenance inspection, etc.Processing stateIntermediate results, for example, the temperature of the lead-
[0080]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 1, the temperature sensor 6, the voltmeter 7, and the
That is, in the present embodiment, the initial internal resistance R0 of the
[0081]
In particular, in the present embodiment, since the processing is performed after the operation state of the
[0082]
Furthermore, in the present embodiment, the lead storage battery 3Measure the temperature and at the measured temperatureSince the voltage of the
[0083]
Further, in the present embodiment, the internal resistance is calculated every time the engine is started, and as illustrated in FIG.And plot them,For example, polynomial approximationSince it is used, SOH can be calculated more accurately.
[0084]
In the present embodiment, every time the
In the present embodiment, if only the lower limit voltage Ve used in
[0085]
As described above, according to the present embodiment, SOH can always be calculated. Therefore, the remaining life of the
Also, the idling stop process can be performed using the calculated SOH.
[0086]
It should be noted that when implementing this embodiment, no specially complicated components are required and signal processing is not complicated, so that it can be put into practical use easily and at low cost.
[0087]
In the above embodiment, the case where a lead storage battery is used as the
[0088]
The embodiment described above is an exemplification, and the application of the present invention is not limited to the embodiment described with reference to the drawings and the above description, and those skilled in the art based on the contents described in the specification and the drawings. Anything that can be recalled should be considered as belonging to the present invention.
[0089]
According to the present invention, the remaining life SOH of the secondary storage battery can be calculated with a simple method and a simple configuration. Furthermore, in the present invention, SOH can be expressed as 0 to 100%, so that it is very easy for the user to understand.
[0090]
The method and apparatus of the present invention can calculate the SOH of the secondary storage battery even when the secondary storage battery is replaced.
[0091]
The method and apparatus of the present invention can calculate the SOH of a secondary storage battery without depending on the type, manufacturer, and characteristics of the secondary storage battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram for determining a remaining capacity and / or a deterioration state of a secondary storage battery according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific example of the device configuration of the arithmetic means illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the apparatus for determining the remaining capacity and / or deterioration state of the secondary storage battery illustrated in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a graph showing a state in which the open circuit voltage of the lead storage battery is stabilized.
FIG. 5 is a graph showing a temperature / open circuit voltage characteristic curve;
FIG. 6 is a graph showing an SOC /% / temperature-corrected open circuit voltage characteristic curve in which the horizontal axis is SOC /% and the temperature-corrected open circuit voltage is the vertical axis when the reference temperature is 25 °, for example. It is.
FIG. 7 is a graph showing a time / current change characteristic indicating a change in current with time when the engine is started.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the engine start time and the internal resistance of the lead-acid battery.
FIG. 9 is a graph showing the temperature change of a lead storage battery on the horizontal axis, and the maximum load terminal voltage V1 It is a graph which shows the temperature change and the voltage characteristic between maximum load terminals which took the measured value of this for the vertical axis | shaft.
FIG. 10 is a graph illustrating the relationship between the number of engine starts and the output internal resistance, and the relationship between the output internal resistance and SOH.
[Explanation of symbols]
1. Starter, SW1 Starter start switch signal
2. ・ Alternator, SW2 ・ ・ Alternator start switch signal
3 .... Secondary storage battery (lead storage battery) 4 .... Electric equipment
5 ・ ・ Engine, SW5 ・ ・ Engine start switch signal
6 .... Temperature sensor, 7 .... Voltmeter, 8 .... Ammeter, 9 .... Bus
10. ・ Calculation means
100 ... CPU, 102 ... ROM, 104 ... RAM
106 .. A / D converter (A / DC)
108-Digital input (DI), 110-Timer
112 .. Communication interface (I / F) 112
114 .. Display interface (DSPI / F) 114
12..Control means
14. ・ Idling stop (IS) processing means
16. Display means
Claims (21)
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。Only when the secondary storage battery is installed in the vehicle, the open circuit voltage of the secondary storage battery before the engine start period, the current flowing through the secondary storage battery during the engine start period, and the voltage between terminals are measured, and these measured values are used. Calculate the initial internal resistance and the limiting internal resistance that is the limit of engine start,
After the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle, every time the engine is started, the open circuit voltage of the secondary storage battery before the engine start period, the current flowing through the secondary storage battery during the engine start period, and the voltage between terminals are measured. Use these measurements to calculate the internal resistance,
Calculating a remaining life (SOH) of the secondary storage battery from the initial internal resistance, the limit internal resistance, and at least one internal resistance;
A method of determining the state of a secondary storage battery mounted on a vehicle by performing the above process .
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。The initial internal resistance is calculated by the following formula A,
The limit internal resistance is calculated by the following formula B,
The internal resistance is calculated by the following formula C,
The SOH is calculated by the following formula D R0 = (E2-V max ) / I max
Where E2 is an open circuit voltage,
V max is the maximum load terminal voltage,
I max is the maximum load current.
... (A)
Re = ((E2−Ve) × Ve) / W max
Where E2 is an open circuit voltage,
Ve is the lower limit voltage that becomes the engine start limit,
W max is the maximum load power required to start the engine.
... (B)
R = (E2-V 2 ) / I
Where E2 is an open circuit voltage,
V 2 is the maximum load end after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle.
The voltage between the children
I is the maximum load current after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle
It is.
... (C)
SOH (%) = [(Re-R) / (Re-R0)] × 100
... (D)
The method of determining the state of the secondary storage battery according to claim 1.
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。Measuring the temperature of the secondary storage battery,
Correcting the open circuit voltage and the terminal voltage at the measured temperature;
The method of determining the state of the secondary storage battery according to claim 1.
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。Calculate the current internal resistance by calculating an approximate expression using the calculated plurality of internal resistances as a variable of the number of engine starts,
The SOH is calculated from the current internal resistance, the initial internal resistance, and the limit internal resistance.
The method to determine the state of the secondary storage battery in any one of Claims 1-3 .
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。When the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the initial internal resistance, SOH is 100%, and when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the limit internal resistance Re, SOH is 0%, and the internal resistance SOH corresponding to is expressed in%.
The method to determine the state of the secondary storage battery in any one of Claims 1-4 .
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。 The process for obtaining the SOH is performed after a period during which the state of the secondary storage battery is stabilized after the secondary storage battery is used,
The method to determine the state of the secondary storage battery in any one of Claims 1-5 .
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。The secondary storage battery is a lead storage battery,
The method to determine the state of the secondary storage battery in any one of Claims 1-6 .
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。Only when the secondary battery is installed in the vehicle, the initial internal resistance and engine start limit are determined from the open circuit voltage of the secondary battery before the engine start period, the current flowing through the secondary battery during the engine start period, and the voltage between the terminals. A first calculating means for calculating a limit internal resistance;
After the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle, every time the engine is started, the open circuit voltage of the secondary storage battery before the engine start period, the current flowing through the secondary storage battery during the engine start period, and the measured value of the voltage between the terminals Second calculating means for calculating the internal resistance using
The initial internal resistance, the limit internal resistance, and SOH calculating means for predicting the remaining life (SOH) of the secondary storage battery from at least one of the internal resistances. The state of the secondary storage battery mounted on the vehicle A device to determine.
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。The initial internal resistance is calculated by the following equation a,
The limit internal resistance is calculated by the following formula b,
The internal resistance R is calculated by the following equation c.
The SOH is calculated by the following equation d R0 = (E2-V max ) / I max
Where E2 is an open circuit voltage,
V max is the maximum load terminal voltage,
I max is the maximum load current.
... (a)
Re = ((E2−Ve) × Ve) / W max
Where E2 is an open circuit voltage,
Ve is the lower limit voltage that becomes the engine start limit,
W max is the maximum load power required to start the engine.
... (b)
R = (E2-V 2 ) / I
Where E2 is an open circuit voltage,
V 2 is the maximum load end after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle.
The voltage between the children
I is the maximum load current after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle
It is.
... (c)
SOH (%) = [(Re-R) / (Re-R0)] × 100
... (d)
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery of Claim 8 .
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。Temperature correction means for correcting the open circuit voltage and the inter-terminal voltage with the detected value of the temperature of the secondary storage battery,
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery of Claim 8 or 9 .
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。Means for calculating a current internal resistance by calculating an approximate expression using the calculated plurality of internal resistances as a variable of the number of engine starts;
The SOH calculating means calculates the SOH from the calculated current internal resistance, the initial internal resistance, and the limit internal resistance.
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 8-10 .
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。The SOH calculating means sets SOH when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the initial internal resistance to 100%, and sets the SOH when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the limit internal resistance Re to 0. %, And SOH corresponding to the internal resistance is expressed in%.
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 8-11 .
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。Control means for operating the first and second calculation means and the SOH calculation means after a period during which the state of the secondary storage battery is stable after use of the secondary storage battery,
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 8-12 .
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。The secondary storage battery is a lead storage battery,
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 8-13 .
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。A voltmeter for measuring a voltage of a secondary storage battery mounted on the vehicle;
An ammeter for detecting a current flowing in the secondary storage battery;
Engine start signal generating means for generating a signal indicating engine start;
Only when the secondary storage battery is mounted on the vehicle, the open circuit voltage of the secondary storage battery before the engine start period is measured using the voltmeter, and the engine is started by a signal from the engine start signal generating means. In the engine starting period, the current flowing through the secondary storage battery using the ammeter and the voltage across the terminals using the voltmeter are measured, and the initial internal resistance and the engine starting limit are determined from these measured values. A first calculating means for calculating a limiting internal resistance,
After the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle, the start of the engine is detected by a signal from the engine start signal generating means, and each time the engine is started, the secondary voltage is measured using the voltmeter before the engine start period. Measure the open circuit voltage of the storage battery, measure the current flowing through the secondary storage battery using the ammeter during the engine start period, the voltage across the terminals using the voltmeter, and use these measured values to determine the internal resistance A second calculating means for calculating R;
An apparatus for determining a state of a secondary storage battery mounted on a vehicle, comprising: the initial internal resistance; the limit internal resistance; and SOH calculating means for predicting a remaining life (SOH) from at least one of the internal resistances.
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。The initial internal resistance R0 is calculated by the following equation aa:
The limit internal resistance Re that becomes the limit of the engine start is calculated by the following formula bb,
The internal resistance R is calculated by the following formula cc:
The SOH is calculated by the following formula dd R0 = (E2-V max ) / I max
Where E2 is an open circuit voltage,
V max is the maximum load terminal voltage,
I max is the maximum load current.
... (aa)
Re = ((E2−Ve) × Ve) / W max
Where E2 is an open circuit voltage,
Ve is the lower limit voltage that becomes the engine start limit,
W max is the maximum load power required to start the engine.
... (bb)
R = (E2-V 2 ) / I
Where E2 is an open circuit voltage,
V 2 is the maximum load end after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle.
The voltage between the children
I is the maximum load current after the second time when the secondary storage battery is mounted on the vehicle
It is.
... (cc)
SOH (%) = [(Re-R) / (Re-R0)] × 100
... (dd)
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery of Claim 15 .
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。Temperature correction means for correcting the open circuit voltage and the inter-terminal voltage with the detected value of the temperature of the secondary storage battery,
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery of Claim 15 or 16 .
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。Means for calculating a current internal resistance by calculating an approximate expression using the calculated plurality of internal resistances as a variable of the number of engine starts;
The SOH calculating means calculates the SOH from the calculated current internal resistance, the initial internal resistance R0, and the limit internal resistance Re.
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 15-17 .
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。The SOH calculating means sets SOH when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the initial internal resistance to 100%, and sets the SOH when the internal resistance of the secondary storage battery is the value of the limit internal resistance Re to 0. %, And SOH corresponding to the internal resistance is expressed in%.
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 15-18 .
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。Control means for operating the first and second calculation means and the SOH calculation means after a period during which the state of the secondary storage battery is stable after use of the secondary storage battery,
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 15-19 .
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。The secondary storage battery is a lead storage battery,
The apparatus which determines the state of the secondary storage battery in any one of Claims 15-20 .
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