JP4770683B2

JP4770683B2 - 電池状態判定装置および自動車用鉛電池

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Publication number: JP4770683B2
Application number: JP2006271519A
Authority: JP
Inventors: 美昭町山; 惠造山田; 佳史山田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: JP2008087654A

Description

本発明は電池状態判定装置および自動車用鉛電池に係り、特に、鉛電池の放電時電圧を用いて鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置および該電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池に関する。

一般に、自動車には内燃機関始動用の鉛電池が搭載されており、このような鉛電池は自動車用ないし車載用鉛電池と呼ばれている。自動車用鉛電池は、自動車の始動を確保するという点から、極めて重要な部品である。従って、自動車用鉛電池の電池状態を検知することは、例えば、自動車が一旦停止した後で、内燃機関の再始動を予測ないし保証するという意味で有益である。

このため、従来、自動車用鉛電池の開回路電圧測定、交流電流を用いた内部抵抗の測定、充電電流や放電電流と放電電圧等との併用測定により、電池状態を検知する試みがなされてきた。その具体例として、鉛電池の電圧と電流との関係を予め準備しておき、実際の測定で得られたデータと比較して、鉛電池の残容量を検知する残容量検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、交流電流を印加して、内部抵抗が一定値以上になった時から内部抵抗と残容量の相関式を求め、これを基に鉛電池の残容量を監視すると共に、寿命期間を推定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−６３８３０号公報特開２００２−３３４７２５号公報

しかしながら、開回路電圧測定では誤差が大きく、鉛電池の充電状態の低下と劣化とを区別するができず、交流電流を用いた内部抵抗の測定では、測定装置が大掛かりで複雑なものとなる上、測定された内部抵抗と鉛電池の健康状態との正確な関連付けが難しく、また、放電電流を測定して別の測定と併用する技術では、内燃機関始動時の大電流を測定するために、電流センサが大きく、かつ、コスト高となってしまう、という問題がある。一方、鉛電池の放電時電圧を測定する場合にも、最適なタイミングで測定しないと、電池状態の判定に大きな影響を与える。

本発明は上記事案に鑑み、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を正確に判定可能な電池状態判定装置および電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、鉛電池の放電時電圧を用いて前記鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置において、前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧のうち最低電圧値を算出する算出手段と、前記算出手段により前記鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と前記鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値とから、前記鉛電池の健康状態を判定する状態判定手段と、を備え、前記算出手段は、前記最低電圧値を、前記電圧測定手段により前記鉛電池の放電開始後に測定された最低電圧値、かつ、前記鉛電池の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値として算出することを特徴とする。

本態様では、電圧測定手段により鉛電池の電圧が測定され、算出手段により電圧測定手段で測定された電圧のうち最低電圧値が算出される。このとき、算出手段は、最低電圧値を、電圧測定手段により鉛電池の放電開始後に測定された最低電圧値、かつ、鉛電池の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値として算出する。そして、状態判定手段により算出手段で鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値とから、鉛電池の健康状態が判定される。本態様によれば、状態判定手段により、算出手段で鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と直近の最低電圧値とから鉛電池の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を判定することができると共に、算出手段は、最低電圧値を、鉛電池の放電開始後に測定された最低電圧、かつ、鉛電池の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧として、最適タイミングで最低電圧値を算出することから、状態判定手段により鉛電池の健康状態を正確に判定することができる。

本態様において、鉛電池は自動車用鉛電池であり、算出手段が算出する最低電圧値はエンジン始動用のセルモータを駆動するときの鉛電池の放電時電圧のうちの最低電圧値であることが好ましい。このとき、エンジン始動による鉛電池の放電とカーエヤコンやカーナビゲーション等の車載用電装品への放電とを区別するために、算出手段は、電圧測定手段で測定された鉛電池の電圧から、所定時間Ｘ（Ｘ：１〜１００ｍｓ）以内に所定電圧Ｙ（Ｙ：０．５〜３．０Ｖ）以上の電圧降下があり、かつ、その後に所定値ａ（ａ：鉛電池の開回路電圧の１０９％）以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに最低電圧値を算出し、否定判断のときに最低電圧値を算出しないことが好ましい。また、不揮発性のメモリを更に備え、算出手段は鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値をメモリに格納し、状態判定手段はメモリに格納された最低電圧値を読み出して鉛電池の健康状態を判定するようにすれば、電池状態検知装置への電力供給が途絶えた後でも、電力の再供給があったときに、無劣化状態で算出された最低電圧値のデータを失うことなく、鉛電池の健康状態を判定することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の電池状態判定装置を備えた鉛電池である。第２の態様の鉛電池においても、第１の態様と同様の作用効果を奏する。

本発明によれば、状態判定手段により、算出手段で鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と直近の最低電圧値とから鉛電池の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を判定することができると共に、算出手段は、最低電圧値を、鉛電池の放電開始後に測定された最低電圧値、かつ、鉛電池の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値として、最適タイミングで最低電圧値を算出することから、状態判定手段により鉛電池の健康状態を正確に判定することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用鉛電池（型式：６５Ｂ２４Ｒ）に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の鉛電池１０は、電池容器となる略角型の電槽８を有しており、電槽８内には合計６組の極板群が収容されている。電槽８の材質には、成形性、絶縁性および耐久性等の点で優れる、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等の高分子樹脂を選択することができる。各極板群は、複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されており、セル電圧は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池１０の公称電圧は１２Ｖである。電槽８の上部は、電槽８の上部開口を密閉するＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋９に接着ないし溶着されている。

上蓋９には、鉛電池１０を自動車用電源として外部へ電力を供給するための２本（正負極）の出力端子７が立設されている。また、上蓋９には、鉛電池１０の健康状態を判定する電池状態判定装置としてのＡＩユニット１が収容（内蔵）されている。

ＡＩユニット１は、ＡＤコンバータ、基準電源等で構成され鉛電池１０の電圧を測定する電圧測定部と、ＡＤコンバータ、サーミスタ等で構成され鉛電池１０の温度を測定する温度測定部と、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリのＥＥＰＲＯＭ等を有して構成された演算部と、コイル式のブザー（不図示）、ブザーを作動させるためのトランジスタや抵抗等を有して構成され警告音を発生させる報知部と、操作ボタン３、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）、トランジスタや抵抗等を有して構成されＬＥＤを点灯させて鉛電池１０が要交換であることを表示する操作表示部２とを備えている。なお、ＡＩユニット１は上蓋９内で接続導体により出力端子７に接続されており、作動電源は鉛電池１０から供給される。

上蓋９のＡＩユニット１のブザーが実装された位置にはブザー放音孔６が形成されており、ＡＩユニット１の操作表示部２の上面は上蓋９の上面と略同一平面を形成している。

（劣化判定原理）
次に、ＡＩユニット１による鉛電池１０の劣化（健康状態）判定の原理について説明する。

マイクロプロセッサ（以下、ＭＰと略称する。）は、所定時間（例えば、２ｍｓ）毎に、電圧測定部を介して鉛電池１０のデジタル電圧値を取り込んでＲＡＭに格納しており、取り込んだ電圧値に基づいて、鉛電池１０の健康状態を判定する。

一般に、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する自動車では、鉛電池から電力を供給し、セルモータを回して、エンジンを始動する。この際、大電流が流れるが、それに伴い、鉛電池の端子間電圧は大きく降下する。このときの電圧降下、および電流の時間変化を測定すると、セルモータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、図３および図４に示すように、同時に鉛電池の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す。この電圧降下が最大となる最低電圧値Ｖｓｔは、鉛電池からの放電電流が最大となる最大電流値Ｉｓｔのときに同時に現われる。

いま、エンジン始動系電気抵抗をＲとすると、最低電圧値Ｖｓｔ、最大電流値Ｉｓｔの出現するタイミングにおいて、下記式（１）に示すようにオームの法則が成立する。

エンジン始動系電気抵抗Ｒは、エンジン始動時にセルモータ、ハーネス等で構成されるエンジン始動系の抵抗であり、セルモータの静止導体としての抵抗に、車両のハーネス、電気接点等の抵抗を合計した全抵抗である。なお、エンジン始動系電気抵抗Ｒが一定値となるのは、最低電圧値Ｖｓｔをとるときのタイミングのみで、その他のタイミングではエンジン始動系電気抵抗Ｒは時間とともに変化するため、式（１）は成立しない。

逆にいうと、車両が同じならば、エンジン始動電圧を最低電圧値Ｖｓｔのタイミングで取得できれば、式（１）を利用して、エンジン始動系電気抵抗Ｒ自体を、抵抗値が一定である一種の抵抗器として鉛電池の劣化判定に使用できる。

一方、最低電圧値Ｖｓｔ、最大電流値Ｉｓｔの出現するタイミングにおいて、鉛電池の開回路電圧をＶｏ、鉛電池の内部抵抗をｒとすると、下記式（２）が成り立つ。

式（１）を式（２）に代入することにより、下式（３）が求められる。

式（３）から、最低電圧値Ｖｓｔは、開回路電圧Ｖｏ、エンジン始動系電気抵抗Ｒ、鉛電池の内部抵抗ｒの関数となっていることが分かる。内部抵抗ｒは、鉛電池の無劣化状態で最小の値を示し、健康状態（ＳＯＨ）が低下するにつれて増加する。従って、式（３）から、最低電圧値Ｖｓｔが鉛電池の健康状態の指標となる。換言すれば、鉛電池の健康状態が低下すると（鉛電池が劣化すると）、内部抵抗ｒは大きくなるため、最低電圧値Ｖｓｔは低下する。

図５は、無劣化状態（初期状態）の鉛電池と劣化後の同じ鉛電池について、エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧の推移を表したものである。図５では、無劣化状態の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値をＶｓｔ０、劣化後のエンジン始動時の最低電圧値をＶｓｔで表している。なお、図５において、鉛電池の劣化が進むにつれて、無劣化状態での最低電圧値Ｖｓｔ０と劣化後の最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差ΔＶｓｔ（＝Ｖｓｔ０−Ｖｓｔ）は大きくなる。

ＡＩユニット１は、上記原理に従い、電圧差ΔＶｓｔが後述する判定しきい値Ｖｔｈより大きくなったときに、鉛電池１０の劣化が進み要交換に至ったと判定する。ただし、上述したように、上記原理（式（１））を利用するためには、エンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０、Ｖｓｔを正確に取得することが前提となるため、最低電圧値Ｖｓｔ０、Ｖｓｔを最適タイミングで取得する必要がある。

（エンジン状態判定）
また、ＡＩユニット１は、電圧測定部を介して測定した鉛電池１０の電圧に基づいてエンジン状態を検知する機能を有している。すなわち、ＭＰは、鉛電池１０の電圧を常時監視（測定）し、電圧測定部を介して測定した電圧の変化より、エンジン始動、エンジン起動中、エンジン停止のエンジン状態を判定する。

＜エンジン始動＞
ＭＰは、鉛電池１０の放電開始後Ｘ（１〜１００）ｍｓ以内にＹ（０．５０〜３．０）Ｖ以上の電圧降下（例えば、好適には、１５ｍｓ以内に１．５Ｖ以上の電圧降下）があり、かつその後にある所定値ａ以上になったか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものと判定する。ａの電圧値には、例えば、鉛電池１０のＯＣＶの１０９〜１２１％の電圧値を用いることができる。一方、否定判断のときにはカーエアコンやカーナビゲーション等の車載電装品を起動させたものとみなし、エンジンは始動していないとみなす。

＜エンジン起動中＞
ＭＰは、上述したエンジン始動の肯定判断の後、常時鉛電池１０の電圧が上述した所定値ａ以上（エンジンが起動中の場合は発電機（オルタネータ、レギュレータ）が作動しているため、鉛電池１０は充電状態となっており、電圧がＯＣＶより高くなる。）か否かを判断し、肯定判断のときにエンジン起動中と判定する。

＜エンジン停止＞
（１）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１０の電圧がある一定値ｂ以下になった場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｂの電圧値には、例えば、鉛電池１０のＯＣＶの１０３〜１０８％の電圧値を用いることができる。また、（２）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１０の電圧がある一定値ｃ以上の速度で低下し、かつ、電圧の降下幅がある一定値ｄ以上の場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｃの電圧低下速度として１．０〜４．０Ｖ／ｓ、また、ｄの電圧降下幅として０．０５〜０．２０Ｖを用いることができる。さらに、（３）エンジン起動中と判断した後に、鉛電池１０の電圧がある一定値ｅ以下に低下し、かつ、そのときの電圧の変化幅が、ある一定値ｆの時間幅で、ある一定値ｇ以下になった場合：エンジン起動状態からエンジン停止状態になったと判定する。ｅの電圧値として鉛電池１０のＯＣＶの１０２〜１０９％の電圧値、ｆの値として０．０１〜１．０ｓ、ｇの電圧の変化幅として０．１〜０．３Ｖを用いることができる。ＭＰは、（１）〜（３）のいずれかに該当したときに、エンジンが停止したもと判定する。

なお、ＭＰは、エンジン停止後、鉛電池１０の分極反応が解消した後（例えば、６時間経過後）に測定した鉛電池１０の電圧をＯＣＶとして取得する。

（動作）
次に、フローチャートを参照して、ＡＩユニット１の動作についてＭＰを主体として説明する。なお、ＡＩユニット１に鉛電池１から電源が供給されると、初期設定処理において、プログラム、判定しきい値Ｖｔｈ等を含むプログラムデータがＲＯＭからＲＡＭに展開され鉛電池１０の劣化を判定するための劣化判定ルーチンが実行される。

図２に示すように、劣化判定ルーチンでは、まず、ステップ１０２において、エンジン始動があるまで待機する。ＭＰは、上述したエンジン状態判定によりエンジン始動を判定する。エンジン始動と判定したときには、次のステップ１０４で、ＲＡＭに格納された電圧値を参照して、鉛電池１０の放電開始時に測定された最低電圧値、かつ、鉛電池１０の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値を、エンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔとして算出する。なお、ＭＰは温度測定部を介して鉛電池１０の温度測定を行い、取り込んだ温度値により、最低電圧値Ｖｓｔを、例えば、室温（２５°Ｃ）における電圧値に温度補正する。

次のステップ１０６では、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０が既に取得されているか否かを、ＥＥＰＲＯＭを参照して判断する。すなわち、ＥＥＰＲＯＭの所定番地に、最低電圧値Ｖｓｔ０の値が書き込まれていれば、最低電圧値Ｖｓｔ０は既に取得されていると（肯定）判断し、ヌルであれば、最低電圧値Ｖｓｔ０は取得されていないと（否定）判断する。

ステップ１０６での判断が否定のときは、ステップ１０８において、ステップ１０４で算出した最低電圧値Ｖｓｔが、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０の条件を満たすか否かを判断する。この条件は、例えば、（１）鉛電池１０が自動車に取り付けられたときから半年以内であること、かつ、（２）エンジン始動前の鉛電池１０のＯＣＶ（例えば、前回のエンジン停止後６時間経過時の開回路電圧）が１２．５Ｖ以上であること、とすることができる。本実施形態では、操作表示部２には操作ボタン３が配置されているため、条件（１）の判断を行うために、例えば、操作ボタン３が所定操作で所定回数押下されると、ＭＰは、鉛電池１０が自動車に取り付けられたと判断し、その時点を起点として計時することで判断するようにしてもよい。なお、条件（１）からも明らかなように、本実施形態における「無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０」の『無劣化状態』とは、ＳＯＨが１００％の完全無劣化状態のみをいうのでなく、鉛電池１０が健全な初期状態での実質的な無劣化状態をいう。

ステップ１０８で否定判断のときは、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０を取得するためにステップ１０２に戻り、肯定判断のときは、ステップ１１０において、ステップ１０４で算出した最低電圧値Ｖｓｔを、無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０として、ＥＥＰＲＯＭに格納して（書き込んで）、ステップ１１２へ進む。

一方、ステップ１０６での判断が肯定のときは、ステップ１１２でＥＥＰＲＯＭから無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０を読み出し、次のステップ１１４で電圧差ΔＶｓｔ（＝Ｖｓｔ０−Ｖｓｔ）を算出する。

次に、ステップ１１６において、電圧差ΔＶｓｔが判定しきい値Ｖｔｈより大きいか否かを判断する。否定判断のときは、鉛電池１０の交換を必要とする程劣化が進んでいないため、ユーザ（ドライバ）に警告を発する必要がないので、ステップ１０２へ戻る。

一方、ステップ１１６で肯定判断のときには、次のステップ１１８において、エンジンが停止するまで待機する。ＭＰは、上述したエンジン状態判定によりエンジン停止を判定する。エンジン停止と判定したときは、次のステップ１２０において、鉛電池１０が要交換である旨を、以下に述べるように、ブザーによる聴覚的手段およびＬＥＤによる視覚的手段で報知してステップ１０２へ戻る。

本実施形態では鉛電池１０の上蓋９にＡＩユニット１が収容されているため、ＡＩユニット１は、鉛電池１０が設置される場所に配置される。多くはエンジンルーム内であり、または車室等の自動車内であり、ブザーが発する警報音は、走行中は車両のノイズにより聞こえにくい。このため、ＡＩユニット１が発する警報音の発生タイミングを以下のように設定して、ユーザが警報音を聞きやすいタイミングで発し、ユーザに警報音が確実に伝達されるようにしている。なお、ＡＩユニット１は、エンジンが停止したと判定した後、直ちに、ＤＡコンバータを介してＬＥＤを点灯させるトランジスタのゲートにハイレベル信号を出力してＬＥＤを点灯させるとともに、所定時間経過後、別のＤＡコンバータを介してブザーを作動させるトランジスタのゲートにハイレベル信号を送出して警告音を発生させる。

エンジン起動状態からエンジンを停止するタイミングにおいて、ユーザは、自動車から降り、ドアを閉め、ドアをロックして、自動車から離れる、という一連の動作を行うことが多いと推定される。従って、警告音を発生させる場合に、エンジンが停止したと判定したタイミングから一定のタイムラグを設けて報知すれば、警報がユーザに伝達される可能性が高くなる。報知開始タイミングに加えて、ブザーの警告音による報知継続時間もまた報知の重要な要因である。

これらの具体的な時刻、時間としては、ブザーによる報知開始はエンジン停止後０〜６０秒までの間に行われることが好ましい。報知継続時間は２秒以上であることが好ましく、最大数分間報知し続けることが好ましい。また、これらの時刻、時間の最適値は、車両の使用形態によって異なるので、鉛電池１０の用途に応じて、個々のケースにより決定するようにすればよい。なお、本実施形態の鉛電池１０は一般乗用車用のもので、ブザーによる警告音の報知継続時間を約３０秒に設定している。

本実施形態のＡＩユニット１によればほとんどの場合、警報音をユーザに確実に伝達できるが、実際には数回の聞き逃しが発生することを想定して、警報音を発生させる判定しきい値Ｖｔｈは余裕を持ってやや高めに設定しておくことが好ましい。

一方、ＬＥＤによる鉛電池１０の電池状態の表示では、エンジン停止後、直ちに、ＬＥＤを点灯させて表示する。その時間は、本実施形態では約５分間である。また、ＡＩユニット１は、操作表示部２に操作ボタン３を配置している。ブザーによる警告音を聞いた、または、電池状態を知りたいと希望するユーザが鉛電池１０の健康状態を確認できるようにするためである。すなわち、この操作ボタン３による入力があった場合、電池状態をＬＥＤで表示するようにして、ユーザが任意に電池状態を把握できるようにしている。なお、本実施形態では、鉛電池１０の要交換を表示するＬＥＤは、ユーザの注意を喚起するため、赤色ＬＥＤを用い点灯させるようにしている。

（作用等）
次に、本実施形態の鉛電池１０の作用等についてＡＩユニット１を中心に説明する。

ＡＩユニット１は、電圧測定部を介して鉛電池１０の電圧を測定し、演算部で、エンジン始動時に測定された電圧のうち最低電圧値Ｖｓｔを算出する（ステップ１０４）。このとき、上述した式（１）が適用可能なように、ＲＡＭに格納した電圧値のうち、鉛電池１０の放電開始後に測定された最低電圧値、かつ、鉛電池１０の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値を最低電圧値Ｖｓｔとして算出する。なお、測定された鉛電池１０の電圧から、所定時間Ｘ（Ｘ：１〜１００ｍｓ）以内に所定電圧Ｙ（Ｙ：０．５〜３．０Ｖ）以上の電圧降下（好適には、１５ｍｓ以内に１．５Ｖ以上の電圧降下）があり、かつ、その後に所定値ａ（ａ：鉛電池１０の開回路電圧の１０９％）以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに最低電圧値Ｖｓｔを算出し、否定判断のときに鉛電池１０の車載用電装品への放電とみなして最低電圧値Ｖｓｔは算出しない（ステップ１０２）。そして、ＥＥＰＲＯＭに格納された無劣化状態の鉛電池１０のエンジン始動時の最低電圧値Ｖｓｔ０と直近で測定した鉛電池１０の最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差ΔＶｓｔが判定しきい値Ｖｔｈより大きいかを判断することで（ステップ１１６）、大きいと判断した場合に、エンジン停止後にユーザに鉛電池１０が要交換となった旨を報知する（ステップ１２０）。

本実施形態のＡＩユニット１によれば、鉛電池１０の無劣化状態で算出された最低電圧値Ｖｓｔ０と直近の最低電圧値Ｖｓｔとから鉛電池１０の健康状態が判定されるため、電流センサを使用せず鉛電池１０の健康状態を判定することができると共に、鉛電池１０の放電開始後に測定された最低電圧値、かつ、鉛電池１０の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値を最低電圧値Ｖｓｔとして算出することから、上述した劣化判定原理が適用可能な最低電圧値Ｖｓｔを好適に取得でき鉛電池１０の劣化（健康状態）を正確に判定することができる。付言すれば、本実施形態では、ＡＩユニット１による劣化判定を鉛電池１０の電圧のみの測定で行い、ホール素子等の電流センサを使用しないので、ＡＩユニット１のコストダウンおよび小型軽量化を図ることができ、ひいては、鉛電池１０のコストダウンおよび軽量化を図ることができる。

また、本実施形態のＡＩユニット１は不揮発性のＥＥＰＲＯＭを備えており、鉛電池１０の無劣化状態でしか取得できない最低電圧値Ｖｓｔ０をＥＥＰＲＯＭに書き込んでおき（ステップ１１０）、劣化判定にあたり利用している（ステップ１１２）。従って、ＡＩユニット１は、例えば、鉛電池１０を搭載した自動車が長期間動かされず（鉛電池１０が充電されず）、ＡＩユニット１への電力供給が途絶えた後でも、電力の再供給があったときに、最低電圧値Ｖｓｔ０のデータを失うことなく、鉛電池１０の劣化状態を判定することができる。

なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、鉛電池１０の健康状態について、判定しきい値を用いて、良好、要交換の２つのレベルで判定する例を示したが、本発明はこれに限らず、複数の判定しきい値を設定し、例えば、良好、要注意、要交換の３つのレベル、または、それ以上に細分した判定を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、最低電圧値Ｖｓｔ０と最低電圧値Ｖｓｔとの電圧差Ｖｓｔを判定しきい値Ｖｔｈと比較して鉛電池１０の劣化判定を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、最低電圧値Ｖｓｔ０と最低電圧値Ｖｓｔとの割合を判定しきい値と比較するようにしてもよい。

また、本実施形態では、鉛電池１０の要交換を、赤色ＬＥＤを点灯させて表示する例を示したが、鉛電池１０の劣化が更に進んだとき（例えば、電圧差ΔＶｓｔが上述した判定しきい値Ｖｔｈより大きく別に設定された第２の判定しきい値より大きい場合）には、点滅させるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、説明を簡単にするために、最低電圧値Ｖｓｔ０を一個取得してＥＥＰＲＯＭに格納する例を説明したが、鉛電池１０の無劣化状態で複数個の最低電圧値Ｖｓｔ０を取得し、取得した複数個の最低電圧値Ｖｓｔ０の例えば平均値や最頻値を算出してＥＥＰＲＯＭに格納するようにしてもよい。このようにすれば、ＡＩユニット１による劣化判定の精度をより高めることができる。

また、本実施形態では、鉛電池１０が無劣化状態であること、とりわけ、上述した条件（１）の判断を行う起点として、操作ボタン３が所定操作で所定回数押下する例を示したが、ＭＰが初めてのエンジン始動があったかを監視し、肯定判断のときに、鉛電池１０が自動車に取り付けられたものとみなし、その時点を条件（１）の判断を行う起点としてもよい。この態様では、操作ボタン３による起点設定を排除することができる。

そして、本実施形態では、電池状態判定装置としてのＡＩユニット１を鉛電池１０の上蓋９に収容した例を示したが、ＡＩユニット１を鉛電池１０から独立させて用いるようにしてもよい。

本発明は電流センサを使用せず鉛電池の健康状態を正確に判定可能な電池状態判定装置および電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池を提供するものであるため、電池状態判定装置や自動車用鉛電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の鉛電池の外観斜視図である。実施形態の鉛電池に収容されたＡＩユニットのマイクロプロセッサが実行する劣化判定ルーチンのフローチャートである。エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧を模式的に示すグラフである。エンジン始動時の鉛電池の端子間電圧を所定時間毎に測定したときの測定値を時系列的に示すグラフである。無劣化状態の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値と劣化後の鉛電池のエンジン始動時の最低電圧値とを示すグラフである。

符号の説明

１ＡＩユニット（電圧測定手段、算出手段、状態判定手段、電池状態判定装置）
１０鉛電池

Claims

鉛電池の放電時電圧を用いて前記鉛電池の健康状態を判定する電池状態判定装置において、
前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段で測定された電圧のうち最低電圧値を算出する算出手段と、
前記算出手段により前記鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値と前記鉛電池の無劣化ないし劣化状態で算出された直近の最低電圧値とから、前記鉛電池の健康状態を判定する状態判定手段と、
を備え、前記算出手段は、前記最低電圧値を、前記電圧測定手段により前記鉛電池の放電開始後に測定された最低電圧値、かつ、前記鉛電池の放電開始後１５ｍｓ以内に測定された最低電圧値として算出することを特徴とする電池状態判定装置。
前記鉛電池は自動車用鉛電池であり、前記算出手段が算出する最低電圧値はエンジン始動用のセルモータを駆動するときの前記鉛電池の放電時電圧のうちの最低電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の電池状態判定装置。
前記算出手段は、前記電圧測定手段で測定された鉛電池の電圧から、所定時間Ｘ（Ｘ：１〜１００ｍｓ）以内に所定電圧Ｙ（Ｙ：０．５〜３．０Ｖ）以上の電圧降下があり、かつ、その後に所定値ａ（ａ：前記鉛電池の開回路電圧の１０９％）以上の電圧値となったか否かを判断し、肯定判断のときに前記最低電圧値を算出し、否定判断のときに前記最低電圧値を算出しないことを特徴とする請求項２に記載の電池状態判定装置。
不揮発性のメモリを更に備え、前記算出手段は前記鉛電池の無劣化状態で算出された最低電圧値を前記メモリに格納し、前記状態判定手段は前記メモリに格納された最低電圧値を読み出して前記鉛電池の健康状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の電池状態検知装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電池状態判定装置を備えた自動車用鉛電池。