蓄电池状态监视装置的制作方法

专利名称：蓄电池状态监视装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种监视蓄电池(在本说明书中指铅蓄电池)的状 态的蓄电池状态监视装置。
背景技术：
现有技术中存在以下技术根据发动机起动时等放电时的蓄电池 的电压下降特性进行蓄电池状态(例如衰退程度或充电剩余量等)的 检测(例如专利文献l)。该电压下降特性与蓄电池放电时的车辆固有 的负载密切相关，因此在这种现有技术中，用于进行蓄电池状态评估 的各种参数按照车型而分别设定。专利文献l:日本专利特开2004-190604号公报但是在上述现有技术中，由于用于进行蓄电池状态评估的各种参 数按照车型分别设定，因此进行参数设定的人力成本及装置成本增加， 同时难于对应同一车型内的车辆个体差异引起的波动。发明内容因此，本发明的要解决的问题在于提供一种蓄电池状态监视装置 及监视方法，其可减轻用于进行蓄电池的状态评估的参数设定所需的 人力成本及装置成本，并且易于应对同一车型内的车辆个体差异产生 的波动。为了解决上述问题，本发明的第一方式是一种蓄电池状态监视装 置，其存储车辆上搭载的蓄电池和上述车辆的组合初始状态，利用每 时每刻的上述蓄电池起动前的电压和起动时的大致最低电压，比较初
始状态和使用时的状态，由此监视上述蓄电池的剩余容量及衰退状态， 其特征在于，具有检测单元，检测上述蓄电池的输出电压；第一存 储单元，存储第一信息，该第一信息表示基本处于新品状态的上述蓄 电池的、开路电压值的变化和内部电阻值的变化的关系；处理单元， 根据上述第一存储单元中存储的上述第一信息、初始基准开路电压值 和初始基准放电时电压值，导出基准放电特性，其中所述初始基准开 路电压值是以大致新品且大致满负荷充电状态的上述蓄电池为对象， 由上述检测单元检测出的开路电压值，所述初始基准放电时电压值是 在大致为新品且大致处于满负荷充电状态的上述蓄电池上连接预定负 载而进行放电时，由上述检测单元检测出的输出电压值，所述基准放 电特性表示上述蓄电池相关的上述开路电压值的变化、和通过上述预 定负载的放电检测出的输出电压值即放电时电压值的变化的关系；和 第二存储单元，存储第二信息，该第二信息为上述初始基准开路电压 值及上述初始基准放电时电压值，所述蓄电池状态监视装置通过具有 上述各单元，不需对各个上述蓄电池及车辆单独设定固有参数，便能 够导出上述基准放电特性。本发明的第二方式的特征是，在第一方式所述的蓄电池状态监视 装置中，分别设上述蓄电池的开路电压为V0I、上述蓄电池的放电时电 压为Vu、上述初始基准开路电压值为V0IF、上述初始基准放电时电压值为VuF、上述蓄电池的内部电阻为Rw、大致为新品且大致处于满负荷充电状态的上述蓄电池的内部电阻值为RwF时，上述第一信息由函数f(V0I)=RBI/RBIF给出，上述基准放电特性，由Vu={VLK/[(VOI-VLK) 'f(V0I)+VLK]} Vo!给出，其中VLK=(VLIF/V0IF) V0I。本发明的第三方式的特征是，在第一或第二方式所述的蓄电池状 态监视装置中，上述处理单元，根据上述基准放电特性、使用开始后 开路电压值、和使用开始后放电时电压值，导出上述蓄电池的衰退度 及充电剩余度，其中所述使用开始后开路电压值是以使用开始后的上 述蓄电池为对象由上述检测单元检测出的开路电压值，所述使用开始
后放电时电压值是在将上述预定负载与使用开始后的上述蓄电池连接 而进行放电时，由上述检测单元检测出的输出电压值。本发明的第四方式的特征是，在第三方式所述的蓄电池状态监视 装置中，上述处理单元，根据上述初始基准开路电压值与对应开路电 压值的差、以及上述初始基准开路电压值与上述使用开始后放电时电 压值的差，求出上述衰退度，其中所述对应开路电压值是在上述基准 放电特性上和上述使用开始后放电时电压值对应的开路电压值。本发明的第五方式的特征是，在第三方式所述的蓄电池状态监视 装置中，上述处理单元，求得第一比率，该第一比率是上述初始基准 开路电压值和上述使用开始后放电时电压值的差、相对于上述初始基 准开路电压值和对应开路电压值的差的比率，其中所述对应开路电压 值是在上述基准放电特性上和上述使用开始后放电时电压值对应的开 路电压值，求得最低使用开始后开路电压值，以使第二比率和上述第 一比率相等，其中所述最低使用开始后开路电压值是使用开始后的上 述蓄电池的充电剩余量大致为零时的开路电压值，所述第二比率是上 述初始基准幵路电压值和上述最低使用开始后开路电压值的差、相对 于上述初始基准开路电压值和最低基准开路电压值的差的比率，该最 低基准开路电压值是上述蓄电池为大致新品状态下的充电剩余量大致 为零时的开路电压值，根据上述初始基准开路电压值和上述最低使用 开始后开路电压值的差、及上述使用开始后开路电压值和上述最低使 用开始后开路电压值的差，求得上述充电剩余度。根据本发明的第一及第二方式，相对于大致新品蓄电池的剩余容 量变化对应的开路电压值的变化的、蓄电池的内部电阻值的变化方式， 在蓄电池的等级等不同时也基本是通用的。因此，根据表示与该开路 电压值的变化对应的内部电阻值的变化方式的第一信息、处于大致新 品状态时的蓄电池的初始基准放电时电压值、与预定负载(其可以是 各车辆固有的)对应的初始基准放电电压值，可自动取得作为蓄电池 的状态评估基准的、表示与处于大致新品状态下的蓄电池的开路电压 值的变化对应的放电电压值的变化方式的基准放电特性，而无需按照 各蓄电池及车辆单独设定固有参数。其结果是，可减轻用于进行参数 设定的人力成本及装置成本，并且易于应对同一车型内的车辆个体差 异产生的波动。并且，进行初始基准放电电压值检测时与蓄电池连接的预定负载 可以是各车辆固有的负载，因此作为预定负载使用车辆固有的负载， 从而可自动取得反映了将该车辆固有的负载连接到蓄电池时的固有的 放电特性的、车辆固有的蓄电池评估基准。根据本发明的第三方式，处理单元根据基准放电特性、使用开始 后开路电压值、及使用幵始后放电时电压值，导出蓄电池的衰退度及 充电剩余度，因此无需按照各蓄电池及车辆单独设定固有参数即可求 得衰退度及充电剩余度。根据本发明的第四方式，处理单元根据初始基准开路电压值和对 应开路电压值的差、及初始基准开路电压值和使用开始后放电时电压 值的差，求得蓄电池的衰退度，因此通过简单的计算可求得蓄电池的 衰退度。并且，可不依赖于蓄电池的充电剩余度而求得各时刻下的蓄电池 的衰退度。根据本发明的第五实施方式，处理单元根据初始基准开路电压值 和最低使用开始后开路电压值的差、及使用开始后开路电压值和最低 使用开始后开路电压值的差，求得蓄电池的充电剩余度，因此可通过 简单的计算求得蓄电池的充电剩余度。并且，可不依赖于蓄电池的衰退度而求得各时刻下的蓄电池的充
电剩余度。本发明的目的、特征、环境、及优点通过以下详细说明及附图可 得以明确。


图1是表示对衰退状况及充电剩余量不同的蓄电池通过试验测量 开路电压和发动机起动时的下限电压的测量结果的图表。图2是用于说明蓄电池在发动机起动时的放电特性的图表。 图3是示意地表示发动机起动时连接到蓄电池的负载和蓄电池的 内部电阻的关系的电路图。图4是利用JIS电容试验测量新品蓄电池放电时的输出电压的推移的图表。图5是表示与伴随放电产生的开路电压变化相对的内部电阻变化率的推移的图表。图6是用于说明根据导出的蓄电池在发动机起动时的放电特性进 行蓄电池的状态评估的原理的图表。图7是本发明的一个实施方式的蓄电池状态监视装置的框图。 图8是表示图7的蓄电池状态监视装置的整体处理动作的流程图。
具体实施方式
(原理说明)在对本发明的一个实施方式涉及的蓄电池状态监视装置进行具体 说明前，先说明本实施方式涉及的蓄电池状态的评估原理。图1是表示对衰退状况及充电剩余量不同的蓄电池通过试验测量 开路电压(蓄电池实质上未进行放电时的输出电压)和发动机起动时 的下限电压(因发动机起动时的放电蓄电池的输出电压下降时的最低 电压，相当于本发明涉及的放电时电压)的测量结果的图表。其横轴 对应于各放电试验中在发动机起动时开始放电前的蓄电池的开路电压值，纵轴对应于各放电试验中在发动机起动时放电中的蓄电池的下限 电压值。并且，图1中的曲线G1根据对新品(实质上是新品即可(下同))蓄电池的测量结果描绘而成，曲线G2 G4根据对使用的一定程 度上衰退的蓄电池的测量结果描绘而成，按照曲线G2、 G3、 G4的顺 序，蓄电池的使用时间变长，衰退加剧。并且，通过使用从结束充电 时(发动机停止时)开始经过一定时间时的开路电压值，蓄电池1的 放电特性取得、状态评估等的精度可进一步提高。根据图l的图表可知，随着蓄电池衰退加剧，对应的曲线G1 G4 向图表的大致右方(或右下方)移动。特别是在下限电压值为预定的 基准电平(例如9V)以下的区域中，可知以曲线G1为基准的曲线G2 G4 向右方的移动量存在随着对应蓄电池衰退的加剧而增加的倾向。这样 一来，只要导出和曲线Gl对应的新品蓄电池在发动机起动时的放电特 性(与对应于各充电剩余量的各放电电压值相对的在发动机起动时放 电中的下限电压值)，就能以此为基准进行蓄电池的状态评估。但是，发动机起动时连接到蓄电池的负载的状况根据车型不同而 大为不同。因此利用现有的方法取得和曲线Gl对应的蓄电池在发动机 起动时的放电特性时，例如是在一定基准条件下通过试验检测出和曲 线Gl对应的蓄电池在发动机起动时的放电特性，利用按照各车型设定 的调节参数对该放电特性进行微调。因此，本申请发明人着眼于该现有方法中的问题进行了本发明， 以便不使用车体固有的调节参数而可自动取得车体固有的反映了发动 机起动时的负载状况的发动机起动时的放电特性等。其原理如下所示。图2是用于说明蓄电池在发动机起动时的放电特性的图表，图2 的图表中的曲线Gl对应于图1的曲线Gl。如图3所示，设发动机起 动时与蓄电池1连接的发动机起动时负载Ls (蓄电池的内部电阻以外 的负载，包括起动器、其他电阻要素等)的电阻值为Rs、蓄电池l的
内部电阻值为RB、蓄电池1的开路电压值为V0、将发动机起动时负载 Ls连接到蓄电池1并进行放电时的输出电压的最低值即下限电压值为VL，则这些参数Rs、 RB、 V0、 V^之间存在以下关系。 (数学式1)(1)根据该数学式(1)对Vr^求解，则如下式所示,(数学式2)^ = &r。 ... (2)在该数学式(2)中，假设内部电阻值RB不因开路电压值(即 蓄电池1的充电剩余量)而变化，则发动机起动时负载Ls的电阻值Rs 不取决于开路电压值Vo而保持恒定，因此获得和通过图2的图表的坐 标系的原点的直线G5对应的数学式(表示值Vo、 Vl的比例失系的数 学式)。实际上，数学式(2)中的内部电阻值RB随着开路电压值V0 (蓄 电池l的充电剩余量)的减少而增加，因此下限电压值Vl的下降比例 如曲线G1所示，随着开路电压值Vo的减少而增大。即，图2的图表 的曲线Gl从直线G5向纵轴负方向的背离量随着开路电压值Vo的减 少而逐渐增大，是因为内部电阻值Rs伴随开路电压值Vo的减少而增 加。因此，蓄电池1的内部电阻值RB伴随开路电压值V0 (蓄电池1 的充电剩余量)的减少而增加的增加比例，只要是新品蓄电池1则在
各蓄电池1中基本相同，本申请发明人着眼于这一特性，联想到通过 有效利用这一特性，可以容易地检测出与新品蓄电池1的发动机起动 时负载L s相对应的车辆固有的放电特性。艮口，预先取得与新品蓄电池1中伴随开路电压值Vo的减少的内部 电阻值RB的增加比例相关的信息，并存储到系统中，在工厂完成车辆 组装时、出厂时、车辆转交给终端用户时、或者转交终端用户后一定 期间内等蓄电池处于新品状态时，通过测量利用了相对于蓄电池1的发动机起动时负载Ls的放电特性(连接作为基准的充电剩余量下的 新品蓄电池1的开路电压值Vo和发动机起动时负载U时的下限电压 值V^ ,取得图2的图表上的车辆固有的一个测量点，根据该测量点和预先存储的与内部电阻值RB的增加比例相关的信息，可取得与新品蓄电池1的发动机起动时负载Ls相对应的车辆固有的放电特性。此外， 关于上述车辆固有的测量点，也可利用对进行了多次测量所获得的测 量结果进行平均化(包括加权平均)等数值处理的测量点，这种情况下可以考虑以下方法等根据测量时的蓄电池1的开路电压(充电剩余量)的值优先使用开路电压最大的测量点，或加大加权平均的作用 度。具体而言，首先，通过试验测量新品蓄电池1的充电剩余量为满 负荷充电状态(实质上为满负荷充电状态即可(下同)时的开路电压值VcMF及内部电阻值RBIF、与充电剩余量下降时各开路电压值Vm下 的内部电阻值Rw相对于RmF的变化率(RBI/RBIF)。并且，对于与新 品蓄电池1的开路电压值V0I的变化相对应的内部电阻值RB1的变化率 (RBI/RBIF)，近似求得以开路电压值V(M为变量的函数(例如数学式 (3)这样的函数)，将与该函数相关的信息预先存储到系统中。或者 作为其变形例，也可将各开路电压值Vcn的值及与之对应的内部电阻值 RBI的变化率(RBI/RBIF)的各值做成数据表并预先存储到系统中。此外， 稍后论述各开路电压值Vw中的内部电阻值Rw的变化率(RBI/RBIF)的 具体测量方法。
(数学式3)(3)接着，在工厂的车辆组装完成时等蓄电池1处于新品状态、且蓄 电池1为满负荷充电状态时，测量开路电压值(初始基准放电电压值) V0IF、及该蓄电池1连接发动机起动时负载Ls时的蓄电池1的下限电 压值(初始基准下限电压值)VUF。蓄电池1是否为满负荷充电状态的判断例如通过以下方法进行测量蓄电池1的开路电压值，判断该值是否是和满负荷充电状态对应的预定的基准电平以上。并且如上所述，可进行多次初始基准放电电压值VwF及初始基准下限电压值Vuf的測量，利用其平均值。通过使用该初始基准放电电压值V(^及初始基准下限电压值VUF 的测量结果、及上述数学式(3)的函数(或与之同等的数据表)，如 下给出表示下限电压值Vu伴随开路电压值Voi的变化而变化的关系 式，其中开路电压值Vo:的变化对应于车辆上搭载的新品蓄电池1的发 动机起动时负载Ls。(数学式4)<formula>formula see original document page 13</formula>…(4)其中，上述数学式(4)中的参数Vnc，是图2的图表中的直线 G5上的开路电压值为Vw时的下限电压值，可由下述数学式(5)给出。(数学式5)<formula>formula see original document page 14</formula>…(5) 数学式(4)的关系式的导出例如如下进行。目卩，当图2的图表中的坐标点Pf満足上述数学式(1)的关系时，设开路电压值为VcMp时(满负荷充电时)的内部电阻值RB为R肌时，则获得以下关系式(6)。 (数学式6)<formula>formula see original document page 14</formula> …(6)并且，当图2的图表中的坐标点P,满足上述数学式(l)的关系时， 通过上述数学式(3)可以得到开路电压值为VcM时的内部电阻值RB 为Rs-f (V0I) *RBIF，因此获得以下关系式(7)。(数学式7)<formula>formula see original document page 14</formula> … (7) 因此，将关系式(6)的右边代入到关系式(7)的左边的参数 (RS/RBIF)，并对参数Vu求解，即可获得上述关系式(4)。上述数学式(6)的关系式从其他的观点来看，以图2的图表的直 线G5为基准，使直线G5上的点以和蓄电池1的内部电阻值的变化率 的变化方式对应的移动量向纵轴负方向移动，从而导出各充电剩余量 (各开路电压值VcM)下的下限电压值Vu，上述蓄电池l的内部电阻 值对应于通过上述数学式(3)的关系获得的直线G5上的上述点下的 开路电压值V^。
这样导出的与开路电压值Vcn和下限电压值Vu的关系相关的信息，反映了车辆固有的发动机起动时负载Ls的电阻值Rs，因此通过利用该信息可进行反映了车辆固有的负载环境等的蓄电池1的状态评估。
其中，图2的图表中的值V0IE、 VuE分别对应于新品蓄电池1充 电剩余量为零(实质上充电剩余量为零即可(下同))时的开路电压 值及下限电压值。并且，V0IE、 VuE例如为12.8V、 10.5V。
接着，说明与新品蓄电池1中伴随开路电压值Vo的减少的内部电 阻值RB的增加比例相关的信息的取得方法。首先，在本实施方式中， 根据与蓄电池电容试验相关的JIS规格，进行对新品蓄电池1的电容试 验。其中，JIS规格的电容试验是指使满负荷充电状态的蓄电池进行 恒定电流值(例如0.2A)的放电，测量从放电开始时至蓄电池1的输 出电压到达和充电剩余量为零对应的电压值(例如10.5V)为止的所需 时间，将该所需时间和放电电流值(例如0.2A)的乘法值作为蓄电池 电容。此外，作为变形例也可使用JIS标准放电试验条件(电流值、温 度等)以外的放电特性。
艮口，在本实施方式中，使满负荷充电状态的新品蓄电池1进行基 于JIS规格的恒定电流值(例如0.2A)的放电，测量此时的蓄电池1 的输出电压的推移。图4的图表中的曲线G7表示测量此时的蓄电池1 的输出电压的推移的结果，图表中的值VAF是放电开始前的满负荷充 电状态的蓄电池1的输出电压值(开路电压值)，对应于上述值VwF。 值VAE是和蓄电池1的充电剩余量为零对应的放电结束时的开路电压 值，对应于上述值VcHE。并且，值VBF是放电开始后的蓄电池1的输 出电压值，值V^是和蓄电池1的充电剩余量为零对应的放电结束时 的输出电压值，值TE表示和充电剩余量为零对应的放电结束时的时间。
并且，直线G8，用直线近似了伴随放电引起的充电剩余量的减少而变 化的蓄电池1的开路电压的测量值的推移。并且，该图表中有阴影的区域，是反映了蓄电池1的内部电阻值RB随着充电剩余量减少而增加
的影响的部分，对应于图2及下述图5的图表中的阴影区域。接着，图4的图表中的曲线G7的点与直线G8上的点的沿图表纵 轴方向的差的大小，与该时刻下的蓄电池1的内部电阻值rb成比例， 因此根据放电开始时(满负荷充电时)的值Vaf和信Vbf的差D2、以 及放电过程中的直线G8上的各点与曲线G7上的各点的差D3的比率 (D3/D2)，可导出各开路电压值V0中的内部电阻值RB的变化率 (RB/RBF)。图5的图表中的曲线G9表示这样导出的与开路电压值 Vo的变化对应的内部电阻值Rb的変化率(Rb/Rbf)，根据该曲线G9 决定上述数学式(3)。这样取得的与开路电压值Vo的变化对应的内部电阻值Rb的変化 率(RB/RBF)，基本不取决于蓄电池1的等级等的不同，但为了提高对 各种蓄电池1的适用性，优选使用将通过对各种蓄电池1的试验而取 得的内部电阻值RB的变化率(RB/RBF)平均化的变化率。接着，参照图6说明使用上述数学式(4) 、 (5)的关系式(或 者与该关系式等效的将开路电压值V(m与下限电压值Vu建立对应的数 据表)的蓄电池l的状态(衰退程度及充电剩余量)的评估原理。首先说明衰退程度的评估原理。图6的图表中的曲线G1如上所述， 利用预先存储到系统中的上述数学式(4) (5)的关系式(或者与该 关系式等效的将开路电压值VcH与下限电压值Vu建立对应的数据表)、及上述初始基准开路电压值VcMp及初始基准下限电压值VuF来导出。该图6的曲线Gl及值Von:、 VuF相关的信息被存储到系统中，用于蓄 电池1的状态评估。并且，在开始蓄电池1的使用的状态下，评估蓄电池1的衰退程 度时，测量发动机起动时的发动机起动时负载Ls连接到蓄电池1前 的开路电压、即使用开始后开路电压值V0R:以及发动机起动时负载Ls连接到蓄电池1时下限电压、即使用开始后下限电压值VlR。此时， 蓄电池1的充电剩余量无需是满负荷充电状态。接着，将图6的图表的曲线Gl上的下限电压值是和使用开始后下限电压值v^相等的值时的开路电压值作为对应基准开路电压值vos导出，通过比较作为预先存储的初始基准开路电压值VcHF和其对应基准开路电压值Vos的差的第一差分值Dll、以及作为初始基准开路电压 值VcHF和使用开始后开路电压值Vc^的差的第二差分值D12,检测出 该时刻下的蓄电池1的衰退程度。该检测原理利用了以下特性利用图1所说明的蓄电池1的衰退 程度越小，图表上的测量点(Vo、 Vl)越靠近曲线Gl而大致向左方 移动。即，蓄电池1的衰退程度越小，图6的图表上的测量点P11(V0R、 V^)越靠近对应的曲线Gl上的坐标点P12，根据该测量点Pll相对 于坐标点P12的靠近程度，评估蓄电池1的衰退程度。接着说明充电剩余量的评估原理。充电剩余量的评估，与衰退程 度的评估同样地，利用图6的图表的曲线Gl所示的蓄电池1为新品时 的放电电压和下限电压的关系来进行，在评估充电剩余量时，测量使 用开始后开路电压值VoR和使用开始后下限电压值VlR。此外，存储部 17中，伴随上述数学式(3)的内部电阻变化率的取得而取得的、新品 蓄电池1的充电剩余量为零时的开路电压，即最低基准开路电压值 V0IE，作为初始设定而被预先存储。并且，与衰退程度的评估同样地，将图6的图表的曲线G1上的下 限电压值是和使用开始后下限电压值VLR相等的值时的开路电压值， 作为对应基准开路电压值Vos导出。并且，对于开始使用的时刻的蓄 电池1的充电剩余量假设为零时的开路电压、即最低使用开始后开路 电压值V0RE，如下导出。即，使从预先取得的初始基准开路电压值VOIF 减去最低使用开始后开路电压值VoRE的值D14、相对于从初始基准开
路电压值Von:减去最低基准开路电压值Vom的值D13的比，与从初始 基准开路电压值VcHF减去使用开始后开路电压值Vor的信D12、相对 于从初始基准开路电压值V(^减去对应基准开路电压值Vos的值Dll 的比相等，并导出最低使用开始后开路电压值V0RE。并且，通过比较作为初始基准开路电压值VcMF和最低使用开始后开路电压值V0RE的差的第三差分值D21、及作为使用开始后开路电压 值V^和最低使用开始后开路电压值Vos的差的第四差分值D22，检 测出该时刻下的蓄电池1的充电剩余量。该检测原理利用了以下特性随着蓄电池1的充电剩余量从满负 荷充电状态减少，与图6的图表的横轴平行的假想线L1上的测量点P11 所对应的坐标点P21的值，从和满负荷充电剩余量对应的坐标点P22 一侧靠近和充电剩余量为零状态对应的坐标点P23 —侧。(装置结构)图7是本发明的一个实施方式涉及的蓄电池状态监视装置的框 图。该蓄电池状态监视装置如图7所示，具有电流传感器ll、电压传 感器(电压检测单元)13、处理部15、存储部17及输出部19，用于 监视车辆上搭载的蓄电池1的状态。处理部15相当于本发明涉及的测 量控制单元及第一至第三信息处理单元，存储部17相当于本发明涉及 的第一及第二存储单元。电流传感器11检测出电流相对于蓄电池1的输入输出量。电压传 感器13检测出蓄电池1的输出电压。处理部15具有CPU等，为了监 视蓄电池1而进行各种信息处理动作(包括控制动作)。存储部17由 存储器等构成，用于存储处理部15进行各种信息处理动作所需的信息 等。输出部19用于输出蓄电池1的状态的判断结果等。(整体的预定动作)
首先，参照图8说明该蓄电池状态监视装置的整体处理动作。处理部15,随着在步骤S1中点火开关(以下称为IG开关)21的接通， 在步骤S2中进行初始充电剩余量的检测动作。在该检测动作中，通过 电压传感器13检测蓄电池1的开路电压，根据该开路电压的测量值检 测蓄电池l在发动机起动前的充电剩余量(初始充电剩余量)。此时， 进行蓄电池1是否是满负荷充电状态的判断。并且，在此测量的蓄电 池l的开路电压，用于下述步骤S5的发动机起动时的状态判断、或步 骤S6的基准放电特性导出处理。处理部15，接着在步骤S3中驱动起动器23，随着未图示的发动 机的起动，在步骤S4中判断是否需要蓄电池1的基准放电特性的导出 处理。即，在车辆组装完成后，还未进行基准放电特性的导出处理的 情况下，前进到步骤S6进行基准放电特性导出处理，在已经进行了导 出处理的情况下，前进到步骤S5，进行发动机起动时状态判断处理。 该基准放电特性的导出是否己经进行的判断，例如通过判断数学式 (4) 、 (5)相关的关系式(或与其等效的数据表)是否存储到存储 部17中来进行。并且，该基准放电特性的导出，只要在车辆组装完成 时等实质上进行一次，就无需在更换蓄电池1前再次进行。进行步骤 S6中的基准放电特性导出处理或步骤S5中的起动时状态判断处理后， 前进到步骤S7，进行起动后衰退判断处理。并且，稍后论述基准放电 特性导出处理及起动时状态判断处理的具体内容。并且，处理部15，接着在步骤S7中进行发动机起动后衰退判断 动作。在该起动后衰退判断动作中，由电流传感器11检测出通过发动 机起动后的充电而变为满负荷充电(或与之接近的状态)的蓄电池1 中的电流流入状况，根据该电流流入状况判断蓄电池1的衰退度。并且，处理部15，接着在步骤S8中进行对蓄电池1的充电控制 (蓄电池1的充电剩余量监视)。在该充电控制中，通过累计电流传 感器11的测量电流值，依次检测出从发动机起动时等预定的基准时刻
开始由蓄电池1放电的全部电流量，根据该检测结果决定应对蓄电池1 进行的充电量。这样一来，行驶中蓄电池1的充电剩余量可保持在预 定范围内。充电量的控制例如通过控制未图示的交流发电机的发电量 (输出电压等)来进行。该步骤S7、 S8的发动机起动后衰退判断动作及充电控制反复进 行，直至发动机停止。(基准放电特性导出处理)在此说明在上述图8的步骤S6中进行的基准放电特性处理。作为 该基准放电特性导出处理的前提，需要在存储部17中预先存储近似地 表示与新品蓄电池1的开路电压值V0I的变化对应的内部电阻值RBI的 变化率(RBI/RBIF)的、以开路电压值V(H为变量的上述数学式(3)这 样的函数所相关的信息(或者与之等效的将开路电压值V^及各开路电 压值Vo!中的内部电阻值R^的变化率(RBI/ RBF)建立对应的数据表 所相关的信息)。处理部15仅在根据步骤S2的检测蓄电池1为满负荷充电状态时， 进行该基准放电特性导出处理，如果蓄电池1不是满负荷充电状态时， 不进行该导出处理，例如前进到步骤S7的处理。并且，在下一次发动 机起动时如果蓄电池1变为满负荷充电状态，则此时在步骤S6中进行 基准放电特性导出处理。在该导出处理中，如上所述，发动机起动负载Ls连接到蓄电池1 时的下限电压值，作为初始基准下限电压值VuF通过电压传感器13被 测量，利用该初始基准下限电压值VLff、在之前的步骤S2中测量出的 作为开路电压的初始基准开路电压值V0IF、以及上述数学式(3)(或 与数学式(3)等效的数据表)，导出与车辆固有的发动机起动负载Ls 对应的新品蓄电池1的基准放电特性。即，新品蓄电池1的基准放电 特性，作为表示伴随开路电压值Vw的变化的、下限电压值Vu的变化 的数学式(4)的关系式而导出。其中，数学式(4)中的参数Ruc通 过数学式(5)获得。在本实施方式中，这样导出的新品蓄电池1中的开路电压值的V0I 的变化与下限电压值的Vu变化的关系以关系式(4) 、 (5)的方式保 存在存储部17中，也能以与关系式(4) 、 (5)实质等效的数据表(纵 轴和横轴为开路电压及下限电压的、表示二维坐标上的曲线Gl的坐标 信息)的方式保存在存储部17中。在该基准放电特性导出处理中，该导出处理使用的初始基准开路 电压值VOT及初始基准下限电压值Vuf保存到存儲部17。(初始状态判断处理) 接着说明上述图8的步骤S5中进行的初始状态判断处理。并且该 初始状态判断处理不取决于蓄电池1的充电剩余量地进行，但其前提 条件是步骤S6的基准放电特性导出处理完成。在该起动状态判断处理中，如上所述，发动机起动负载Ls连接到 蓄电池1时的下限电压值，作为使用开始后下限电压值V^通过电压 传感器13被测量，根据该使用开始后下限电压值V^、在之前的步骤 S2中测量的作为开路电压的使用开始后开路电压值VOR、以及通过步 骤S6的基准放电特性导出处理取得并存储到存储部17的信息，判断 该时刻下的蓄电池1的衰退程度及充电剩余量。首先说明衰退程度的判断处理。首先，由存储部17中存储的关系 式(4) 、 (5)表示的图6的图表的曲线Gl上的下限电压值是与使用 开始后下限电压值V^相等的值时的开路电压值，作为对应基准开路 电压值Vos被导出。或者，将对于数学式(4) 、 (5)中的变量Vu 代入了使用开始后下限电压值Vw时的变量V(m的值，作为对应基准开 路电压值Vos导出。
接着，通过比较作为存储部17中存储的初始基准开路电压值Vc^ 和其对应基准开路电压值Vos的差的第一差分值Dll、及作为初始基准开路电压值V(OT和使用开始后开路电压值Vc^的差的第二差分值D12， 检测出该时刻下的蓄电池1的衰退程度。例如，根据第二差分值D12 相对于第一差分值Dll的比率(对应于图6的阴影部分C1)检测出蓄 电池1的衰退程度。接着说明充电剩余量的判断处理。在该判断处理中，利用通过衰 退程度的判断处理取得的使用开始后下限电压值及对应基准开路 电压值Vos进行处理。接着，假设该时刻下的蓄电池1的充电剩余量为零时的开路电压、 即最低使用开始后开路电压值V0RE，如下导出。即，使从预先取得的 初始基准开路电压值Voff减去最低使用开始后开路电压值V0RE的值 D14、相对于从初始基准开路电压值Voff减去通过初始设定存储到存储 部17的最低基准开路电压值Voffi的值D13的比，与从初始基准开路 电压值VcHF减去使用开始后开路电压值Vc^的值D12、相对于从初始 基准开路电压值V(MF减去对应基准开路电压值Vos的值Dll的比相等， 并导出最低使用开始后开路电压值V0RE。并且，通过比较作为初始基准开路电压值VcHF和最低使用开始后开路电压值VoRE的差的第三差分值D21、及作为使用开始后开路电压 值VoR和最低使用开始后开路电压值Vos的差的第四差分值D22，检 测出该时刻下的蓄电池1的充电剩余量。例如，根据第二差分值D22 相对于第三差分值D21的比率(对应于图6的阴影部分C2)检测出蓄 电池1的充电剩余量。(总结)如上所述，根据本实施方式，相对于新品蓄电池1的充电剩余量
的变化对应的开路电压值的变化的、蓄电池1的内部电阻的变化率， 在蓄电池1的等级等不同时也基本是通用的，因此，根据该内部电阻 变化率、及与车辆组装完成时等情况下的车辆固有的发动机起动负载 Ls对应的蓄电池1的满负荷充电时的电压下降特性，可自动取得作为 蓄电池1的状态评估基准的新品状态下的蓄电池1的车辆固有的放电 特性，而无需按照各蓄电池及车辆进行固有的参数设定，从而可减轻用于进行参数设定的人力成本及装置成本，并且易于应对同一车型内 的车辆个体差异产生的波动。并且如上所述，根据蓄电池1的基准放电特性、及各评估时刻下 的发动机起动时的放电产生的蓄电池1的放电特性，来评估衰退程度 及充电剩余量，从而无需针对不同车型、车辆个体差异而进行参数设 定等特殊对策，可通过简单的计算处理切实地检测出蓄电池1的衰退 程度及充电剩余量。并且，不依赖于蓄电池1的充电剩余量，可检测出各时刻下的蓄 电池1的衰退程度，并且不依赖于蓄电池1的衰退程度，可检测出各 时刻下的蓄电池1的充电剩余量。并且，在本实施方式中，作为蓄电池1的放电电压值使用进行发 动机起动放电时的蓄电池1的输出电压的最低值，因此可容易、切实 地取得有效表示蓄电池1的特性的放电电压值，并且无需使蓄电池1 进行用于蓄电池1的状态评估的特殊放电，可切实评估蓄电池1的发 动机起动能力。并且，其变形例也可是，不利用蓄电池1在发动机起 动时的放电，而使用其他负载产生的放电检测出蓄电池1的放电特性。 并且，作为放电电压值使用放电时的蓄电池1的输出电压的最低值， 但例如也可将放电开始后经过预定短暂时间后的输出电压值作为放电 电压值使用。并且，作为取得新品状态的蓄电池1的放电特性时的蓄电池1的
充电剩余量的基准，使用满负荷充电状态，因此可将蓄电池1的充电 剩余量容易且正确地设定为基准状态，其结果是，可容易且正确地检 测出蓄电池1的放电特性。在这一点上，也可将其他充电剩余量电平 作为基准取得新品蓄电池1的放电特性。并且，由于对开路电压的变化的蓄电池1的内部电阻变化率相关 的信息通过使恒定电流放电的放电试验(例如根据蓄电池电容试验相 关的JIS规格)来取得，因此可取得适于导出蓄电池1的发动机起动时 的放电特性的信息。并且，上述实施方式下的蓄电池1的状态评估方法存在各评估时 刻下的蓄电池1的下限电压值V^越高可靠性越低的倾向，因此为了 确保评估结果的可靠性，仅在下限电压值VlR为预定的基准电平以下 时进行蓄电池1的衰退程度及充电剩余量的判断。并且，也可在上述实施方式涉及的图7的装置构成中追加对蓄电 池1的温度进行测量的温度传感器，以进行考虑到蓄电池1的温度的 状态评估。具体而言，例如导出各温度下的表示新品蓄电池1的开路 电压和下限电压的关系的二次坐标信息(这种情况下，考虑到温度， 也可以说是三维坐标信息)，据此进行该时刻的温度下的状态评估， 或者将依赖温度的参数(开路电压、下限电压等)的值进行温度校正 (例如校正为标准温度的值)，并进行状态评估。以上详述了本发明，但上述说明均是示例，本发明不限定于此。 未示例的无数变形例也包含在本发明范围内。
权利要求
1.一种蓄电池状态监视装置，存储车辆上搭载的蓄电池和上述车辆的组合初始状态，利用每时每刻的上述蓄电池起动前的电压和起动时的大致最低电压，比较初始状态和使用时的状态，由此监视上述蓄电池的剩余容量及衰退状态，其特征在于，具有检测单元，检测上述蓄电池的输出电压；第一存储单元，存储第一信息，该第一信息表示基本处于新品状态的上述蓄电池的、开路电压值的变化和内部电阻值的变化的关系；处理单元，根据上述第一存储单元中存储的上述第一信息、初始基准开路电压值和初始基准放电时电压值，导出基准放电特性，其中所述初始基准开路电压值是以大致新品且大致满负荷充电状态的上述蓄电池为对象，由上述检测单元检测出的开路电压值，所述初始基准放电时电压值是在大致为新品且大致处于满负荷充电状态的上述蓄电池上连接预定负载而进行放电时，由上述检测单元检测出的输出电压值，所述基准放电特性表示上述蓄电池相关的上述开路电压值的变化、和通过上述预定负载的放电检测出的输出电压值即放电时电压值的变化的关系；和第二存储单元，存储第二信息，该第二信息为上述初始基准开路电压值及上述初始基准放电时电压值，所述蓄电池状态监视装置通过具有上述各单元，不需对各个上述蓄电池及车辆单独设定固有参数，便能够导出上述基准放电特性。
2. 根据权利要求1所述的蓄电池状态监视装置，其特征在于， 分别设上述蓄电池的开路电压为Vw、上述蓄电池的放电时电压为Vu、上述初始基准开路电压值为V0IF、上述初始基准放电时电压值为 VUF、上述蓄电池的内部电阻为RBI、大致为新品且大致处于满负荷充 电状态的上述蓄电池的内部电阻值为RBIF时， 上述第一信息由函数f(V0I)=RBI/RBIF给出，上述基准放电特性，由VU={VLK/[(V0I-VLK) f(VOI)+VLK]} ' V0I 给出，其中vLK=(vUF/v0IF) V0I。
3. 根据权利要求1或2所述的蓄电池状态监视装置，其特征在于， 上述处理单元，根据上述基准放电特性、使用开始后开路电压值、和使用开始后放电时电压值，导出上述蓄电池的衰退度及充电剩余度， 其中所述使用开始后开路电压值是以使用开始后的上述蓄电池为对象 由上述检测单元检测出的开路电压值，所述使用开始后放电时电压值 是在将上述预定负载与使用开始后的上述蓄电池连接而进行放电时， 由上述检测单元检测出的输出电压值。
4. 根据权利要求3所述的蓄电池状态监视装置，其特征在于， 上述处理单元，根据上述初始基准开路电压值与对应开路电压值的差、以及上述初始基准开路电压值与上述使用开始后放电时电压值 的差，求出上述衰退度，其中所述对应开路电压值是在上述基准放电 特性上和上述使用开始后放电时电压值对应的开路电压值。
5. 根据权利要求3所述的蓄电池状态监视装置，其特征在于， 上述处理单元，求得第一比率，该第一比率是上述初始基准开路电压值和上述使 用开始后放电时电压值的差、相对于上述初始基准开路电压值和对应 开路电压值的差的比率，其中所述对应开路电压值是在上述基准放电 特性上和上述使用开始后放电时电压值对应的开路电压值，求得最低使用开始后开路电压值，以使第二比率和上述第一比率 相等，其中所述最低使用开始后开路电压值是使用开始后的上述蓄电 池的充电剩余量大致为零时的开路电压值，所述第二比率是上述初始 基准开路电压值和上述最低使用开始后开路电压值的差、相对于上述 初始基准开路电压值和最低基准开路电压值的差的比率，该最低基准 开路电压值是上述蓄电池为大致新品状态下的充电剩余量大致为零时 的开路电压值，根据上述初始基准开路电压值和上述最低使用开始后开路电压值的差、及上述使用开始后开路电压值和上述最低使用开始后开路电压 值的差，求得上述充电剩余度。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种可减轻用于进行蓄电池的状态评估的参数设定所需的人力成本及装置成本、并且易于对应同一车型内的车辆个体差异产生的波动的蓄电池状态监视装置。并且，在本发明涉及的蓄电池状态监视装置中，发动机起动负载实质上连接到新品状态的蓄电池时的下限电压值作为初始基准下限电压值V_LIF被测量，利用该初始基准下限电压值V_LIF、作为该蓄电池的开路电压的初始基准开路电压值V_OIF、预先存储到存储部的相对于蓄电池的开路电压的变化的内部电阻变化率相关的信息，导出相对于车辆固有的发动机起动负载的新品蓄电池的基准放电特性，利用该基准放电特性进行蓄电池的状态评估。
文档编号G01R31/36GK101128743SQ200680006248
公开日2008年2月20日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年3月4日
发明者安西阳一郎, 松浦贵宏, 真山修二 申请人:株式会社自动网络技术研究所;住友电装株式会社;住友电气工业株式会社