JP2007253716A

JP2007253716A - バッテリ監視装置

Info

Publication number: JP2007253716A
Application number: JP2006079079A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yamashita; 真史山下; Shinichiro Takatomi; 伸一郎高冨; Masahito Ishio; 雅人石尾; Shinji Takemoto; 真司竹本; Ichiyo Yamaguchi; 一陽山口
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】車両に搭載された電装品による消費電力を考慮し、バッテリの容量不足の警告を正確に行う。
【解決手段】バッテリ監視装置１１は、バッテリから放電することが可能な放電可能電気量および車両が使用している車両使用電気量に基づき、残時間算出部４３がバッテリが上るまでの残時間を算出するため、電装品による消費電力を考慮した正確な残時間が算出されるので、ユーザ報知制御部４４がユーザに対して正しい残時間を報知できるようになり、バッテリの容量不足の警告を正確に行うことができる。これにより、ユーザに対してバッテリが上らないようにする対策を的確に促すことができる。
【選択図】図３

Description

本発明はバッテリ監視装置に関し、特に電装品への電源供給を行うバッテリが搭載された車両にて、バッテリを監視するバッテリ監視装置に関する。

現在の車両には、エンジンの点火や車両に搭載された電装品への電源供給などを行うための電源としてバッテリが搭載されている。
このバッテリの容量が不足すると、エンジンを始動できなくなるなどのトラブルが発生し、ユーザに対する利便性が低下してしまう。

ここで、バッテリが容量不足の場合、ユーザに対してその旨を警告し、トラブルの発生を回避するよう促しているものがある。たとえば、キースイッチオンからイグニッションスイッチオンまでの間にバッテリの電圧を検出することにより、電装品に電源が供給されていない状況におけるバッテリの電圧を検出し、その検出結果に応じてバッテリの容量不足の警告を行う技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１９０７９３号公報

しかしながら、電装品に電源が供給されていない状況におけるバッテリの状態に応じ、バッテリの容量不足の警告が行われているので、この警告には、実際に電装品が使用されて電源が供給されている状況における電装品による消費電力のバッテリの状態への影響が考慮されていない。これにより、今後どのくらいバッテリが電装品に対して電源を供給し続けることができるか的確でなく、警告の時期が不正確になってしまうことがあるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、バッテリの容量不足の警告を正確に行うことができるバッテリ監視装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、電装品への電源供給を行うバッテリが搭載された車両にて、前記バッテリを監視するバッテリ監視装置において、アクセサリスイッチの状態、イグニッションスイッチの状態およびエンジンが停止しているか否かを検出することにより、車両の状態を検出する車両状態検出手段と、前記バッテリの電圧および電流を検出して前記バッテリの充電率を算出することにより、前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、車両が使用している車両使用電気量を算出する車両使用電気量算出手段と、前記アクセサリスイッチまたは前記イグニッションスイッチがオンであって前記エンジンが停止している場合、前記バッテリの充電率に基づき、前記バッテリから放電することが可能な放電可能電気量を算出し、前記放電可能電気量および前記車両使用電気量に基づき、前記バッテリが上るまでの残時間を算出する残時間算出手段と、前記残時間が所定時間以内の場合、前記残時間がユーザに報知されるよう制御するユーザ報知制御手段と、を備えていることを特徴とするバッテリ監視装置が提供される。

このようなバッテリ監視装置によれば、車両状態検出手段により車両の状態が検出され、バッテリ状態検出手段によりバッテリの充電率が算出され、車両使用電気量算出手段により車両が使用している車両使用電気量が算出され、車両の状態に応じ、残時間算出手段によりバッテリの充電率に基づいてバッテリから放電することが可能な放電可能電気量が算出され、放電可能電気量および車両使用電気量に基づいてバッテリが上るまでの残時間が算出され、その残時間が所定時間以内の場合、ユーザ報知制御手段により残時間がユーザに報知されるよう制御される。

本発明のバッテリ監視装置は、バッテリから放電することが可能な放電可能電気量および車両が使用している車両使用電気量に基づき、残時間算出手段がバッテリが上るまでの残時間を算出するため、電装品による消費電力を考慮した正確な残時間が算出されるので、ユーザ報知制御手段がユーザに対して正しい残時間を報知できるようになり、バッテリの容量不足の警告を正確に行うことができるという利点がある。これにより、ユーザに対してバッテリが上らないようにする対策を的確に促すことができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、バッテリを監視するバッテリ監視システムのシステム構成について説明する。
図１はバッテリ監視システムのシステム構成を示すブロック図である。

バッテリ監視システムは、バッテリ１０を監視するバッテリ監視装置１１を備え、このバッテリ監視装置１１には、バッテリ１０およびエンジン動作時にバッテリ１０を充電することができるオルタネータ１２が電源ライン１３により直接接続されている。また、この電源ライン１３は、アクセサリスイッチ１４を介し、電装品１５が接続されている。

バッテリ１０には、電圧を検出する電圧センサ１６および放電電流を検出する電流センサ１７が設けられ、これらの電圧センサ１６および電流センサ１７はバッテリ監視装置１１に接続されている。

バッテリ監視装置１１は、通信ライン１８により電装品１５への電源供給を遮断できるアクセサリスイッチ１４を制御するよう接続され、通信ライン１９により電装品１５に接続され、さらに、通信ライン２０によりユーザに情報を報知する報知装置２１を制御するよう接続されている。

ここで、通信ライン１９，２０は、個別に接続される専用線または車載ＬＡＮ（Local Area Network）とすることができる。
また、電装品１５は、車両に搭載される電子ユニットであり、たとえば、エンジン制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などとすることができ、報知装置２１は、たとえば、カーナビゲーション、スピーカなどとすることができる。

このようなバッテリ監視システムによれば、バッテリ１０の電圧センサ１６および電流センサ１７により検出された信号に基づき、バッテリ１０の状態および車両が使用している車両使用電気量を求めることになる。これらのバッテリ１０の状態および車両使用電気量に基づき、バッテリ監視装置１１は、バッテリ１０が上るまでの残時間を算出し、その残時間がユーザに報知されるよう報知装置２１を制御する。なお、ユーザへの報知方法は、ユーザにより報知装置２１を介して指定されるようにすることができる。

次に、バッテリ監視装置１１のハードウェア構成について説明する。
図２はバッテリ監視装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
バッテリ監視装置１１は、マイクロコンピュータ（マイコン）３０を備え、このマイコン３０は、バッテリ監視装置１１内のバス３１に接続されていて、Ｉ／Ｆ（Interface）３２を介して外部の信号ライン１８，１９，２０に接続されている。

マイコン３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３４を有し、ＣＰＵ３４には、ＲＯＭ（Read Only Memory）３５およびＲＡＭ（Random Access Memory）３６がマイコン３０内のバス３７によって相互に接続されている。また、ＣＰＵ３４は、バス３７を介してバッテリ監視装置１１のバス３１に接続されている。

ＣＰＵ３４は、バッテリ監視装置１１全体を制御する。ＲＡＭ３６には、ＣＰＵ３４の処理に必要な各種データが格納される。ＲＯＭ３５には、ＣＰＵ３４が実行するＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムなどが格納される。

このアプリケーションプログラムは、バッテリ監視装置１１が実行するバッテリ監視処理プログラムのためのプログラムなどを含んでいる。
次に、図２のハードウェア構成で実現されるバッテリ監視装置１１の機能構成について説明する。

図３はバッテリ監視装置の機能構成を示すブロック図である。
バッテリ監視装置１１は、車両状態検出部４０、バッテリ状態検出部４１、車両使用電気量算出部４２、残時間算出部４３、ユーザ報知制御部４４、電源供給遮断部４５およびエンジン始動制御部４６を備えている。

バッテリ状態検出部４１は、電圧センサ１６および電流センサ１７がそれぞれ検出したバッテリ１０の電圧および放電電流を取得することにより、バッテリの状態を検出する。車両使用電気量算出部４２は、電流センサ１７が検出した放電電流に基づき、車両が使用している車両使用電気量を算出する。

車両状態検出部４０は、アクセサリスイッチ（ＡＣＣ）の状態、イグニッションスイッチ（ＩＧ）の状態およびエンジンが停止しているか否かを検出することにより、車両の状態を検出する。ＡＣＣまたはＩＧがオンであってエンジンが停止している場合、残時間算出部４３は、バッテリ１０の充電率に基づき、バッテリ１０から放電することが可能な放電可能電気量を算出し、放電可能電気量および車両使用電気量に基づき、バッテリ１０が上るまでの残時間を算出する。

この残時間が算出された後、その残時間が所定時間以内の場合、ユーザ報知制御部４４は、残時間がユーザに報知されるよう報知装置２１を制御する。このように報知された後でも、バッテリ１０が上ってしまうような状況では、電源供給遮断部４５は、アクセサリスイッチ１４をオフにすることにより、電装品１５への電源供給を遮断する。または、エンジン始動制御部４６は、エンジンを始動させるよう制御する。これにより、バッテリ１０が上ることを防止できる。

次に、バッテリ監視装置１１によるバッテリ監視処理について説明する。
図４はバッテリ監視処理の前半のフローチャートを示す図、図５はバッテリ監視処理の後半のフローチャートを示す図、図６はバッテリの電圧に対応する充電率の特性を示す図、図７はバッテリの内部抵抗に対応する充電率の補正値を示す図、図８はバッテリの電圧の変化に対応する放電電流の変化を示す図である。図９は放電可能電気量に対応する残時間の特性を示す図であって、（Ａ）は車両で１つの電装品が使用されている場合を示し、（Ｂ）は途中から２つの電装品が使用されている場合を示している。図１０は使用されている電装品による消費電力の表示例を示す図である。

バッテリ監視装置１１は、バッテリ監視処理プログラムにより以下のステップに従って処理を繰り返し実行する。ここでの処理は、バッテリ１０から所定の放電があったときに実行される。

［ステップＳ１１］ＣＰＵ３４は、所定のセンサが検出した信号に応じ、ＡＣＣまたはＩＧがオンかオフかを判定する。ＡＣＣまたはＩＧがオンの場合、処理はステップＳ１２に進み、オフの場合、バッテリ監視処理を終了する。

［ステップＳ１２］ＣＰＵ３４は、エンジンを制御しているエンジン制御ＥＣＵなどからのエンジン回転信号に応じ、エンジンが停止しているか否かを判定する。エンジンが停止している場合、処理はステップＳ１３に進み、停止していない場合、バッテリ監視処理を終了する。

ここで、ＡＣＣまたはＩＧがオンであって電装品１５によりバッテリ１０が使用され、エンジンが停止している場合、オルタネータ１２がバッテリ１０を充電できないにも拘らずバッテリ１０が使用されるので、バッテリ１０が上ってしまう危険性がある。このため、バッテリ上りを未然に防止するため、バッテリ監視処理を継続する。これに対し、エンジンが動作している場合、オルタネータ１２によりバッテリ１０への充電を行うことができるので、バッテリ上りは起こりにくくなっている。このため、バッテリ１０を監視する必要性は低く、バッテリ監視処理を終了する。

［ステップＳ１３］ＣＰＵ３４は、電圧センサ１６が検出したバッテリ１０の電圧に応じ、バッテリ１０の充電率を取得する。
ここで、バッテリ１０は、図６に示したように、電圧と充電率との間に相関関係を有しているので、ＣＰＵ３４は、その相関関係のデータを予め格納しているＲＯＭ３５を参照することにより、バッテリ１０の電圧に応じた充電率を取得する。

次いで、バッテリ１０は、その内部抵抗が変化すると充電率も変化する特性を有しているので、内部抵抗に応じて充電率を補正する必要がある。このため、ＣＰＵ３４は、図７に示したような特性のデータを予め格納しているＲＯＭ３５を参照することにより、バッテリ１０の内部抵抗に応じた充電率の補正値を取得し、バッテリ１０の充電率にその補正値を乗算することで、バッテリ１０の充電率を補正する。ここで、バッテリ１０の内部抵抗が基準となる基準内部抵抗値であった場合、充電率の補正値は“１”となり、充電率を補正する必要がないことになる。

なお、バッテリ１０は、その液温度が変化すると充電率も変化する温度特性も有しているので、液温度に応じて充電率を補正するようにしてもよい。
ここで、補正値を取得するためのバッテリ１０の内部抵抗は、電圧センサ１６および電流センサ１７がそれぞれ検出したバッテリ１０の電圧および放電電流から算出される。ＣＰＵ３４は、バッテリ１０から所定の放電があったときに、図８に示したように、所定周期ごとにバッテリ１０の電圧および放電電流を検出し、今回検出した電圧および放電電流と前回検出した電圧および放電電流とから、電圧および放電電流の変化量を算出し、電圧の変化量を放電電流の変化量で除算することにより、今回におけるバッテリ１０の内部抵抗を算出する。すなわち、前回のバッテリ１０の電圧および放電電流をＶ_n-1およびＩ_n-1とし、今回のバッテリ１０の電圧および放電電流をＶ_nおよびＩ_nとすると、今回におけるバッテリ１０の内部抵抗Ｒ_nは、
Ｒ_n＝（Ｖ_n−Ｖ_n-1）／（Ｉ_n−Ｉ_n-1）・・・・・・（１）
により算出される。この今回におけるバッテリ１０の内部抵抗Ｒ_nは所定周期ごとに順次算出され、それらの合計値が算出され、この合計値をｎで除算することにより、最終的なバッテリ１０の内部抵抗が算出される。

［ステップＳ１４］ＣＰＵ３４は、バッテリ１０の充電率が所定値Ｖｂよりも低いか否かを判定する。バッテリ１０の充電率が所定値Ｖｂよりも低い場合、処理はステップＳ１５に進み、所定値Ｖｂ以上の場合、ステップＳ１１の処理に戻る。なお、ここではバッテリ１０の充電率を用いているが、電圧を用いてもよい。

この所定値Ｖｂは、バッテリ上りの危険性が発生しているときのバッテリ１０の充電率であり、バッテリ１０の充電率が所定値Ｖｂよりも低い場合、バッテリ１０が上ることを防止するためにバッテリ監視処理を継続する。なお、バッテリ１０が劣化してきている場合、バッテリ１０の充電率は低くなりやすくなっていて、バッテリ１０が上りやすくなっているので、よりバッテリ上りを防止できるよう所定値Ｖｂを高めに設定するようにしてもよい。

［ステップＳ１５］ＣＰＵ３４は、バッテリ１０から放電することが可能な放電可能電気量を算出する。
この放電可能電気量は、ステップＳ１３の処理で取得された現状のバッテリ１０の充電率、バッテリ１０が上るときの充電率、および、バッテリ容量から算出される。これらのバッテリ１０が上るときの充電率およびバッテリ容量は、予めＲＯＭ３５に格納されている。ＣＰＵ３４は、現状のバッテリ１０の充電率からバッテリ１０が上るときの充電率を減算し、その減算結果にバッテリ容量を乗算することにより、放電可能電気量を算出する。すなわち、現状のバッテリ１０の充電率をＰとし、バッテリ１０が上るときの充電率をＰｏとし、バッテリ容量をＣ（アンペア時間）とすると、放電可能電気量Ｉｓｕｍ（アンペア時間）は、
Ｉｓｕｍ＝（Ｐ−Ｐｏ）＊Ｃ・・・・・・・・・・・・（２）
により算出される。

［ステップＳ１６］ＣＰＵ３４は、バッテリ上りまでの残時間Ｔｎを算出する。なお、バッテリ監視処理プログラムは繰り返し実行されていて、その度に放電可能電気量および車両使用電気量は更新されるので、残時間Ｔｎも更新されている。次いで、処理は図５のＢに進む。

この残時間Ｔｎは、ステップＳ１５の処理で算出された放電可能電気量、および、車両が１秒当りに使用している車両使用電気量から算出される。この車両使用電気量は、電流センサ１７が検出した放電電流の積算値を積算時間（秒）で除算することにより算出される。ＣＰＵ３４は、放電可能電気量を３６００で除算して“時間”を“秒”に変換し、その変換結果を車両使用電気量で除算することにより、残時間Ｔｎを算出する。すなわち、放電可能電気量をＩｓｕｍ（アンペア時間）とし、車両使用電気量をＩａ（アンペア）とすると、残時間Ｔｎ（秒）は、
Ｔｎ＝（Ｉｓｕｍ／３６００）／Ｉａ・・・・・・・・（３）
により算出される。

ここで、図９の（Ａ）に示したように、現在の時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間に１つの電装品１５が使用されるとした場合、現在の時間Ｔ１までの放電可能電気量の減り具合と現在の時間Ｔ１から時間Ｔ２までの放電可能電気量の減り具合とは同一である。残時間は、放電可能電気量が０になるときの時間Ｔ２から現在の時間Ｔ１を減算することにより算出される。

これに対し、図９の（Ｂ）に示したように、時間Ｔ１までは１つの電装品１５が使用され、時間Ｔ２の時点で他の電装品１５が追加され、時間Ｔ１から時間Ｔ３までの間に２つの電装品１５が使用されるとした場合、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの放電可能電気量の減り具合は時間Ｔ１までのときよりも急激になっている。また、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの放電可能電気量の減り具合と時間Ｔ２から時間Ｔ３までの放電可能電気量の減り具合とは同一である。残時間は、時間Ｔ３から現在の時間Ｔ２を減算することにより算出される。

このように電装品１５が追加されると、その分、車両使用電気量が増加してバッテリ１０が消費されやすくなるので、放電可能電気量が減少しやすくなり、残時間が短くなる。なお、これとは反対に、電装品１５が削減されると、その分、放電可能電気量が減少しにくくなり、残時間が長くなる。

［ステップＳ１７］ＣＰＵ３４は、残時間Ｔｎが所定時間Ｔａ以内か否かを判定する。残時間Ｔｎが所定時間Ｔａ以内の場合、処理はステップＳ１８に進み、所定時間Ｔａよりも長い場合、ステップＳ１１の処理に戻る。

ここで、ステップＳ１４の処理のときバッテリ１０の充電率が所定値Ｖｂ以上の場合、および、ステップＳ１７の処理のとき残時間が所定時間Ｔａよりも長い場合、バッテリ１０の充電率は十分に高いので、バッテリ上りは起こりにくくなっている。このため、バッテリ１０を監視する必要性は低く、ステップＳ１１の処理に戻る。

［ステップＳ１８］ＣＰＵ３４は、ステップＳ１６の処理で算出された残時間が、ユーザに報知されるよう報知装置２１を制御する。なお、残時間でなく、放電可能電気量を報知するようにしてもよい。

ここで、図示はしないが、車両に搭載されている各電装品の消費電力を予めＲＯＭ３５が格納するようにし、ＣＰＵ３４は、そのＲＯＭ３５を参照し、通信ライン１９を介した電装品１５からの信号に基づき、使用されている電装品およびその消費電力を取得する。これらの使用されている電装品およびその消費電力を、図１０に示したように、ユーザに報知するようにしてもよい。このとき、たとえば、消費電力が１０ワットの電装品Ｂへの電源供給をユーザが遮断した場合、その分、残時間を長くすることができるようになる。

また、報知装置２１は、たとえば、カーナビゲーションやスピーカなどであって、ＣＰＵ３４は、カーナビゲーションにより文字を表示させることやスピーカにより音声やアラームを発声させることなどにより、ユーザに残時間を報知するが、これらの報知方法は、ユーザがカーナビゲーションなどを介して指定することができ、または、事前に設定しておくこともできる。この報知方法として、たとえば、残時間が短くなるに従ってユーザへ注意を喚起する度合いが大きくなるように、報知するときの音声を大きくしていくことができ、また、ユーザに対する報知を文字表示、音声発声およびアラーム発声の順番に切り替えさせることができる。

このようにユーザに報知することにより、ユーザは、バッテリ上りを回避するため、バッテリ上りの対策を行える。たとえば、ユーザは、所定の電装品への電源供給を遮断したりエンジンを始動させたりできる。

［ステップＳ１９］ＣＰＵ３４は、バッテリ１０の充電率が所定値Ｖｃよりも低いか否かを判定する。バッテリ１０の充電率が所定値Ｖｃよりも低い場合、処理はステップＳ２０に進み、所定値Ｖｃ以上の場合、ステップＳ１１の処理に戻る。なお、ここではバッテリ１０の充電率を用いているが、電圧を用いてもよい。

この所定値Ｖｃは、スタータモータを駆動できなくなってバッテリ上りになるときのバッテリ１０の充電率であり、バッテリ上りの対策がされてバッテリ１０の充電率が所定値Ｖｃ以上の場合、ステップＳ１１の処理に戻る。

［ステップＳ２０］ＣＰＵ３４は、バッテリ上りを防止するため、電源供給遮断部４５がアクセサリスイッチ１４をオフにすることにより、電装品１５への電源供給を遮断する。または、エンジン始動制御部４６がエンジンを始動させるよう制御することにより、オルタネータ１２によるバッテリ１０への充電を行わせる。

以上の処理により、バッテリ１０の充電率が所定値よりも低くてバッテリ上りの危険性が発生している場合、バッテリ１０から放電することが可能な放電可能電気量および車両が使用している車両使用電気量に基づいてバッテリ上りまでの残時間が算出され、その残時間が所定時間以内であってもうすぐバッテリ１０が上ってしまうという場合、その旨がユーザに報知される。このような報告の後でも、バッテリ上りの危険性が回避されない場合、電装品１５への電源供給の遮断またはエンジン始動が行われる。

バッテリ監視システムのシステム構成を示すブロック図である。バッテリ監視装置のハードウェア構成を示すブロック図である。バッテリ監視装置の機能構成を示すブロック図である。バッテリ監視処理の前半のフローチャートを示す図である。バッテリ監視処理の後半のフローチャートを示す図である。バッテリの電圧に対応する充電率の特性を示す図である。バッテリの内部抵抗に対応する充電率の補正値を示す図である。バッテリの電圧の変化に対応する放電電流の変化を示す図である。放電可能電気量に対応する残時間の特性を示す図であって、（Ａ）は車両で１つの電装品が使用されている場合を示し、（Ｂ）は途中から２つの電装品が使用されている場合を示している。使用されている電装品による消費電力の表示例を示す図である。

符号の説明

１１バッテリ監視装置
４０車両状態検出部
４１バッテリ状態検出部
４２車両使用電気量算出部
４３残時間算出部
４４ユーザ報知制御部
４５電源供給遮断部
４６エンジン始動制御部

Claims

電装品への電源供給を行うバッテリが搭載された車両にて、前記バッテリを監視するバッテリ監視装置において、
アクセサリスイッチの状態、イグニッションスイッチの状態およびエンジンが停止しているか否かを検出することにより、車両の状態を検出する車両状態検出手段と、
前記バッテリの電圧および電流を検出して前記バッテリの充電率を算出することにより、前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、
車両が使用している車両使用電気量を算出する車両使用電気量算出手段と、
前記アクセサリスイッチまたは前記イグニッションスイッチがオンであって前記エンジンが停止している場合、前記バッテリの充電率に基づき、前記バッテリから放電することが可能な放電可能電気量を算出し、前記放電可能電気量および前記車両使用電気量に基づき、前記バッテリが上るまでの残時間を算出する残時間算出手段と、
前記残時間が所定時間以内の場合、前記残時間がユーザに報知されるよう制御するユーザ報知制御手段と、
を備えていることを特徴とするバッテリ監視装置。
前記残時間算出手段は、前記バッテリの充電率、前記バッテリが上るときの充電率およびバッテリ容量に基づき、前記放電可能電気量を算出することを特徴とする請求項１記載のバッテリ監視装置。
前記ユーザ報知制御手段により報知された後に、前記バッテリの充電率または電圧が前記バッテリが上るときの充電率または電圧になった場合、前記電装品への電源供給を遮断する電源供給遮断手段、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ監視装置。