特開2021-32625(P2021-32625A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-32625(P2021-32625A)
(43)【公開日】2021年3月1日
(54)【発明の名称】バッテリ劣化検出装置
(51)【国際特許分類】
   G01R 31/392 20190101AFI20210201BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20210201BHJP
   H01M 10/42 20060101ALI20210201BHJP
   H02J 7/14 20060101ALI20210201BHJP
   H02J 7/00 20060101ALI20210201BHJP
   F02D 45/00 20060101ALI20210201BHJP
   G01R 31/3842 20190101ALI20210201BHJP
【FI】
   G01R31/392
   H01M10/48 P
   H01M10/42 P
   H02J7/14 W
   H02J7/00 Y
   F02D45/00 395A
   G01R31/3842
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2019-150875(P2019-150875)
(22)【出願日】2019年8月21日
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】特許業務法人ぱるも特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100073759
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
(74)【代理人】
【識別番号】100088199
【弁理士】
【氏名又は名称】竹中 岑生
(74)【代理人】
【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
(74)【代理人】
【識別番号】100127672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 憲治
(72)【発明者】
【氏名】米澤 史郎
(72)【発明者】
【氏名】西谷 亮
【テーマコード(参考)】
2G216
3G384
5G060
5G503
5H030
【Fターム(参考)】
2G216AB01
2G216BA01
2G216BA21
2G216BA24
2G216BA34
2G216BA35
2G216BA63
2G216CA06
2G216CB34
2G216CC04
3G384CA01
3G384CB09
3G384DA43
3G384FA28B
3G384FA54B
3G384FA66B
3G384FA86B
5G060AA10
5G503AA07
5G503BA01
5G503BB01
5G503EA08
5G503GD03
5G503GD04
5G503GD06
5H030AA09
5H030AS06
5H030AS08
5H030FF22
5H030FF26
5H030FF42
5H030FF43
5H030FF44
(57)【要約】
【課題】個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されず、精度よくバッテリの劣化を検出するバッテリ劣化検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】バッテリ2の挙動およびエンジン状態を検出する挙動検出部10と、バッテリ2の挙動からSOCとバッテリ状態を推定するバッテリ状態推定部20と、初期状態のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリ2の挙動および状態を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部40と、挙動検出部10で検出されたエンジン状態、バッテリ状態推定部20で推定されたSOC、バッテリ状態および記憶部40から取得されたバッテリ情報に基づいて推定した現在の車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、バッテリ挙動検出部10により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、バッテリ2の劣化を判定するバッテリ劣化度合判定部30とを備え、精度よくバッテリの劣化を検出する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に搭載するバッテリの挙動およびエンジン状態を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記バッテリの挙動から充電率とバッテリ状態を推定する推定部と、
初期状態または前記初期状態と同性能のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動および状態を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部と、
前記検出部で検出されたエンジン状態、前記推定部で推定された前記充電率、前記バッテリ状態および前記記憶部から取得された前記バッテリ情報に基づいて推定した現在の前記車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、前記検出部により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、前記バッテリの劣化を判定する判定部と
を備えたことを特徴とするバッテリ劣化検出装置。
【請求項2】
前記記憶部は、自車両の前記バッテリ情報を記憶していることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ劣化検出装置。
【請求項3】
前記記憶部で記憶している情報は、他車両の前記バッテリ情報であり、劣化してバッテリが上がってしまう直前の状態での始動時のバッテリ情報も含むことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ劣化検出装置。
【請求項4】
前記判定部は、バッテリが劣化していると判定した場合に、バッテリの劣化の度合いを判断し、ユーザまたは管理者に前記バッテリの劣化の度合いを通知する通信部を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のバッテリ劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、バッテリ劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1で開示されているバッテリ放電能力判定においては、バッテリの電流及び電圧を測定し所定のSOC(State Of Charge:充電率)算出方法で算出されたSOCからバッテリ等価回路の調整パラメータを要素とする状態ベクトルを推定している。これにより、要求負荷電流に対する応答電圧を推定してバッテリの放電能力を判定することができる。さらに、所定の電流パターンで放電させたときのバッテリの電圧又は電圧降下を、最適に学習させた等価回路を用いて予測させるようにしたことにより、バッテリが負荷に給電を行っている負荷動作環境においても、バッテリの放電能力を高精度で評価することを可能としている。さらに、所定の周波数のインピーダンス測定を併用することで、バッテリ放電能力の予測精度を一層向上させている。
【0003】
従来のバッテリ劣化検出装置は、バッテリの劣化度合がバッテリの内部抵抗と相関しているためその劣化をバッテリの内部抵抗によって判定していた。バッテリの内部抵抗を直接計測することは困難であるため、その内部抵抗をバッテリ電圧とバッテリ電流によって判定するが、微少な電流変化では精度良い抵抗検出ができないため、大電流が流れるエンジン始動時(スタータ駆動時)の電圧と電流の変化を計測することにより実施していた。電圧および電流検出時には、電圧と電流を同期させること、バッテリの端子電圧・バッテリ電流を検出すること、演算機能を備える必要があること、バッテリ温度を測定するためにできる限りバッテリ近傍の温度を測定することが必要であり、バッテリ近傍にその検出ができる高価なバッテリセンサを備える必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第4532416号公報(段落0032〜0036、図1図3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来のバッテリ劣化検出装置は、バッテリ特性がそれぞれ異なることより、個々のパラメータおよび必要によっては個々のロジックが必要といったバッテリ仕様に依存するものとなっており、異なるバッテリでは正常な劣化検出が実施できず、また、バッテリ端子に取り付けしているバッテリセンサの取付形状から、異なる形状のバッテリを使うことができず、バッテリの選定に制約があった。そのため、ユーザは車両によって指定されているバッテリを使用しなければならず、バッテリ交換時には費用負担が大きいという問題があった。
【0006】
また、バッテリの劣化はバッテリの特性を模擬したモデルまたは評価結果によって劣化時の状態を推定しているが、市場においては、車両の使用環境・状態によってバッテリの劣化状態は様々であり、バッテリの使用期間および車両に搭載される電気負荷の違いから想定しているバッテリ状態と異なるものが多々ある。そのため、特定パラメータおよびロジックで全てのバッテリに対して精度良く劣化判定を行うことは難しいという問題があった。
【0007】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されず、精度よくバッテリの劣化を検出するバッテリ劣化検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願に開示されるバッテリ劣化検出装置は、車両に搭載するバッテリの挙動およびエンジン状態を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記バッテリの挙動から充電率とバッテリ状態を推定する推定部と、初期状態または前記初期状態と同性能のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動および状態を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部と、前記検出部で検出されたエンジン状態、前記推定部で推定された前記充電率、前記バッテリ状態および前記記憶部から取得された前記バッテリ情報に基づいて推定した現在の前記車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、前記検出部により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、前記バッテリの劣化を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本願によれば、初期状態もしくはバッテリ劣化影響が少ない場合のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動および状態を含むバッテリ情報に基づいて、バッテリの劣化を判定することで、個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されることなく、精度よくバッテリの劣化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】実施の形態1に係るバッテリ劣化検出装置の全体構成を示すブロック図である。
図2】実施の形態1に係るバッテリ劣化検出装置のバッテリ挙動検出部およびエンジン挙動検出部の構成を示すブロック図である。
図3】実施の形態1に係るバッテリ劣化検出装置のバッテリ状態推定部の構成を示すブロック図である。
図4】実施の形態1に係るバッテリ劣化検出装置のバッテリ劣化度合判定部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施の形態1
実施の形態1に係るバッテリ劣化検出装置について図面を参照して説明する。図1は、バッテリ劣化検出装置201の全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、バッテリ劣化検出装置201は、車内Aに備えられる挙動検出部10、車外Bに備えられるバッテリ状態推定部20、バッテリ劣化度合判定部30および記憶部40、車内A、車外Bおよびユーザ/管理者3間で情報を送受信する通信部50で構成される。
【0012】
挙動検出部10は、エンジン挙動検出部11により、始動時にエンジン1を回転させるための負荷トルクLTを検出し、バッテリ挙動検出部12により、バッテリ温度BT、バッテリ電圧BVおよびバッテリ電流BCを検出する。
【0013】
挙動検出部10は、エンジン挙動検出部11により検出された負荷トルクLTと、バッテリ挙動検出部12により検出されたバッテリ温度BT、バッテリ電圧BVおよびバッテリ電流BCとを、挙動情報として通信部50の挙動情報送信手段51に伝達する。
【0014】
挙動情報送信手段51は、挙動検出部10から得た挙動情報を車外Bの挙動情報受信手段52を介してバッテリ状態推定部20に伝達する。
【0015】
図2は、挙動検出部10の構成を示すブロック図である。図2に示すように、挙動検出部10は、エンジン挙動検出部11、バッテリ挙動検出部12で構成される。
【0016】
エンジン挙動検出部11は、エンジン挙動検出部11、バッテリ挙動検出部12からなる。エンジン挙動検出部11は、エンジン温度検出手段111によりエンジン始動時のエンジン温度(エンジン油温EO、エンジン水温EW)を検出し、エンジン状態検出手段112により、検出されたエンジン油温EOおよびエンジン水温EWをもとに、それらのパラメータと始動時にエンジン1を回転させるための負荷トルクの相関性を示すエンジン負荷情報から負荷トルクLTを検出する。
【0017】
バッテリ挙動検出部12は、バッテリ温度検出手段121、バッテリ電圧検出手段122およびバッテリ電流検出手段123からなる。バッテリ温度検出手段121は、バッテリ2から取り出せる電流量を推定するためのバッテリ状態の情報として、バッテリ温度(バッテリ液温)BTの検出を行なう。バッテリ温度(バッテリ液温)BTは、直接計測することが困難であるため、バッテリ付近の温度(エンジンルーム内温度、気温等)で代替しても良い。
【0018】
バッテリ電圧検出手段122およびバッテリ電流検出手段123は、それぞれバッテリ電圧BVとバッテリ電流BCを検出するものである。
【0019】
エンジン挙動検出部11およびバッテリ挙動検出部12で検出された挙動情報は、挙動情報送信手段51から挙動情報受信手段52に送信される。また、バッテリ電圧検出手段122は、エンジン始動後には、エンジン始動期間中のバッテリ電圧を定期的に検出し、バッテリ電圧の変化を挙動情報送信手段51から挙動情報受信手段52に送信し、記憶部40としての記憶手段41に記録しておく。
【0020】
図3は、バッテリ状態推定部20の構成を示すブロック図である。図3に示すように、バッテリ状態推定部20は、SOC推定手段22とバッテリ安定度推定手段23で構成される。
【0021】
SOC推定手段22は、挙動情報受信手段52に送信されたバッテリ電圧BVとバッテリ電流BCからバッテリ2のSOCの推定を行う。バッテリのSOCの推定誤差を低減するため、定期的に満充電状態にして推定したSOCを100%にリセットし、記憶部40としての記憶手段41に記憶しておく。満充電判定は充電時のバッテリ電流BCとバッテリ電圧BVの挙動によって判定する。
【0022】
バッテリ安定度推定手段23は、バッテリ2に充電を行ってからバッテリ2内の物質の状態が安定するまでには時間がかかるため、前回車両使用が終了してバッテリへの充放電が済んでからの時間に基づいてバッテリ安定度BAを推定する。その際、バッテリ温度BT(気温)との相関に基づき補正する。
【0023】
始動時のバッテリ状態としてのバッテリ安定度BAとバッテリ温度BT、SOC、および挙動検出部10で検出されたバッテリ電圧BVと負荷トルクLTは、バッテリ劣化度合判定部30に出力される。
【0024】
図4は、バッテリ劣化度合判定部30の構成を示すブロック図である。図4に示すように、バッテリ劣化度合判定部30は、バッテリ正常時始動電圧推定手段31、バッテリ劣化判定手段32で構成されている。
【0025】
記憶手段41には、バッテリデータベースBDBとして、予め始動時バッテリ電圧データと比較するためのベースとなるバッテリ電圧データであり、自車両の新品で劣化していない状態での始動時のバッテリの挙動および状態であるバッテリ情報を蓄積したものが保管されている。または、他車両で劣化していない状態での始動時のバッテリの挙動および状態、および劣化してバッテリが上がってしまう直前の状態での始動時のバッテリ情報を蓄積したものが保管されている。
【0026】
バッテリ正常時始動電圧推定手段31は、挙動検出部10で検出されたエンジン状態を表すデータである負荷トルクLT、バッテリ状態推定部20から入力されたSOCおよび始動時のバッテリの状態を表すデータであるバッテリ温度BTとバッテリ安定度BAをもとに、バッテリデータベースBDBに記憶するバッテリ情報に対して初期電圧、エンジン始動時降下電圧、エンジン駆動時の電圧変位幅とその周期を補正することで、現在の自車両の正常時のバッテリ2のエンジン始動電圧の推定を行なう。
【0027】
自車両のバッテリ情報を用いる場合は、過去の履歴の保存時のバッテリ情報を負荷トルクLT、SOC、バッテリ温度BTとバッテリ安定度BAをもとに補正して、現在の当該車両の正常時のバッテリ2のエンジン始動電圧の推定を行なう。他車両のバッテリ情報を用いる場合、負荷トルクLT、SOC、バッテリ温度BTとバッテリ安定度BAが類似しているバッテリ情報を選択して、現在の自車両の正常時のバッテリ2のエンジン始動電圧の推定を行なう。
【0028】
バッテリ劣化判定手段32は、バッテリデータベースBDBに基づき、バッテリ正常時始動電圧推定手段31により推定した現在の自車両の正常時のバッテリ2のエンジン始動電圧と、バッテリ電圧検出手段122にて検出した現在の自車両のバッテリ2のエンジン始動電圧とを始動期間全体で比較し、初期電圧、エンジン始動時降下電圧、エンジン駆動時の電圧変位幅とその周期があらかじめ設定した劣化判定閾値を超える場合はバッテリ劣化と判定する。
【0029】
バッテリ劣化判定手段32で劣化と判定された場合、バッテリ劣化度合判定部30は、あらかじめ複数設定した劣化度合判定閾値に応じたバッテリ劣化度合いとしてバッテリ劣化情報をバッテリ劣化度合送信手段53に出力する。バッテリ劣化度合判定部30で出力されたバッテリ劣化情報は、バッテリ劣化度合送信手段53からバッテリ劣化度合受信手段54に送信され、ユーザまたは管理者(カーディーラー等)3に対してバッテリの劣化状態を通知する。
【0030】
このように、車両の新品で劣化していない状態での始動時のバッテリの挙動および状態であるバッテリ情報に基づいて推定した現在の自車両の正常時のバッテリ2のエンジン始動電圧と、実測した現在のバッテリ2のエンジン始動電圧とを比較することで、精度よくバッテリの劣化を検出することができる。
【0031】
以上のように、実施の形態1に係るバッテリ劣化検出装置201によれば、車両に搭載するバッテリ2の挙動およびエンジン状態を検出する挙動検出部10と、挙動検出部10で検出されたバッテリ2の挙動からSOCとバッテリ状態を推定するバッテリ状態推定部20と、初期状態、もしくはバッテリ劣化影響が少ない場合(初期状態と同性能)のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリ2の挙動および状態を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部40と、挙動検出部10で検出されたエンジン状態、バッテリ状態推定部20で推定されたSOC、バッテリ状態および記憶部40から取得されたバッテリ情報に基づいて推定した現在の車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、挙動検出部10により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、バッテリ2の劣化を判定するバッテリ劣化度合判定部30とを備えるようにしたので、個々の車両の環境、使用条件、使用年数に影響されることなく、精度よくバッテリの劣化を検出することができる。
【0032】
なお、本実施の形態では、バッテリ状態推定部20を車外Bに備えた場合について示したが、これに限るものではない。バッテリ状態推定部20を車内Aに備えても良い。この場合、車内Aにも記憶部40としての記憶手段を備える。
【0033】
さらに、バッテリ劣化度合判定部30も車内Aに備えても良い。この場合、バッテリ劣化度合判定部30で出力されたバッテリ劣化情報は、車内Aから直接、ユーザまたは管理者3に通知される。
【0034】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【0035】
1 エンジン、2 バッテリ、10 挙動検出部、20 バッテリ状態推定部、30 バッテリ劣化度合判定部、41 記憶手段、201 バッテリ劣化検出装置。
図1
図2
図3
図4
【手続補正書】
【提出日】2020年10月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に搭載するバッテリの挙動としてバッテリ温度、バッテリ電圧とバッテリ電流、およびエンジン状態としてエンジンの負荷トルクを検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記バッテリの挙動から充電率とバッテリ安定度を推定する推定部と、
初期状態または前記初期状態と同性能のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部と、
前記検出部で検出された前記負荷トルク、前記推定部で推定された前記充電率前記バッテリ安定度、および前記記憶部から取得された前記バッテリ情報に基づいて推定した現在の前記車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、前記検出部により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、前記バッテリの劣化を判定する判定部と
を備えたことを特徴とするバッテリ劣化検出装置。
【請求項2】
前記記憶部は、自車両の前記バッテリ情報を記憶していることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ劣化検出装置。
【請求項3】
前記記憶部で記憶している情報は、他車両の前記バッテリ情報であり、劣化してバッテリが上がってしまう直前の状態での始動時のバッテリ情報も含むことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ劣化検出装置。
【請求項4】
前記判定部は、バッテリが劣化していると判定した場合に、バッテリの劣化の度合いを判断し、ユーザまたは管理者に前記バッテリの劣化の度合いを通知する通信部を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のバッテリ劣化検出装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
本願に開示されるバッテリ劣化検出装置は、車両に搭載するバッテリの挙動としてバッテリ温度、バッテリ電圧とバッテリ電流、およびエンジン状態としてエンジンの負荷トルクを検出する検出部と、前記検出部で検出された前記バッテリの挙動から充電率とバッテリ安定度を推定する推定部と、初期状態または前記初期状態と同性能のバッテリを用いた車両でのエンジン始動時のバッテリの挙動を含むバッテリ情報を予め記憶した記憶部と、前記検出部で検出された前記負荷トルク、前記推定部で推定された前記充電率前記バッテリ安定度、および前記記憶部から取得された前記バッテリ情報に基づいて推定した現在の前記車両の正常時のバッテリの電圧の挙動と、前記検出部により検出した現在のバッテリの電圧の挙動とを比較し、前記バッテリの劣化を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。