JP6435679B2

JP6435679B2 - 鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法

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Publication number: JP6435679B2
Application number: JP2014147029A
Authority: JP
Inventors: 毅千葉; 杉江　一宏; 一宏杉江; 吉原　靖之; 靖之吉原; 守向野
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-07-17
Also published as: JP2016023979A

Description

本開示は、鉛蓄電池が劣化しているか否かを判定する鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法に関する。

エンジンを主たる動力源とする車両は、エンジンを始動するためのスタータモータの電源としてバッテリを備える。このバッテリとしては、一般に鉛蓄電池が使用される。

また、近年、車両が走行中にブレーキにより減速を開始したときに発生するエネルギーによって発電機により発電した電力でバッテリを充電することが行われている（エネルギー回生）。しかし、エネルギーを回生するときには急速充電が行われることになるが、鉛蓄電池では、十分な急速充電が行えないため、エネルギーを有効に回生するのが困難となっている。

そこで、十分な急速充電が行えるニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池などの鉛蓄電池以外の二次電池が鉛蓄電池と並列に接続された電源部を備える車両が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２−９０４０４号公報

近年、エンジンを主たる動力源とする車両の排ガスを削減するために、アイドルストップ機能を有する車両が普及しつつある。上述のようなエネルギーの回生機能を有し、かつアイドルストップ機能を有する車両では、鉛蓄電池が頻繁に充放電される。このため、鉛蓄電池の劣化が懸念される。しかしながら、上記特許文献１では、鉛蓄電池が劣化しているか否かを判定することについては、十分に検討されていない。

本発明は、上述した課題を解決するもので、鉛蓄電池以外の二次電池が鉛蓄電池と並列に接続された電源部を備えた構成において、鉛蓄電池の劣化を精度良く判定できる鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、前記電源部の電圧を検出する電圧検出部と、前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、始動用モータによるエンジンの始動時に前記鉛蓄電池に流れる突入電流が、前記電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であるか否かを判定する電流判定部と、前記電流判定部により前記突入電流が前記上限値未満であると判定された場合に、前記始動用モータによる前記エンジンの始動時に前記電圧検出部により検出された前記電源部の電圧である始動電圧を、前記電流検出部により検出された前記突入電流により除算して、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗演算部と、前記抵抗演算部により算出された前記鉛蓄電池の内部抵抗と予め定められた抵抗閾値とを比較して、前記鉛蓄電池の内部抵抗が前記抵抗閾値より高い場合に、前記鉛蓄電池が劣化していると判定する劣化判定部と、を備え、前記鉛蓄電池及び前記二次電池は、継続して使用された場合の前記鉛蓄電池の内部抵抗の増大率が前記二次電池の内部抵抗の増大率より大きいという特性を有するものである。

本態様によれば、鉛蓄電池の劣化を精度良く判定できる。

実施の形態にかかるバッテリ制御部を含む車両の構成を概略的に示すブロック図である。電源部の電圧及び電流の推移を概略的に示す図である。ＩＳＧ、鉛蓄電池、及びニッケル水素蓄電池の等価回路を示す図である。鉛蓄電池に流れる突入電流の低下を概略的に示す図である。バッテリ制御部の動作を概略的に示すフローチャートである。図５のＳ４の電流判定処理を概略的に示すフローチャートである。車両に用いられる鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との内部抵抗の推移を概略的に示す図である。

（本開示に係る一態様を発明するに至った経緯）
まず、本開示に係る一態様の着眼点について説明する。上記特許文献１では、鉛蓄電池が劣化しているか否かを判定することについては十分に検討されていない。そこで、本発明者は、上記特許文献１に記載の技術と同様に、互いに並列接続された鉛蓄電池と鉛蓄電池以外の二次電池（本実施の形態ではニッケル水素蓄電池）とを含む電源部を車両に用いる場合の鉛蓄電池の劣化について検討した。電池の劣化が進むと、電池の内部抵抗が増大する。

図７は、車両に用いられる鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との内部抵抗の推移を概略的に示す図である。図７の上図は、鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との個々の内部抵抗の推移を示す。図７の下図は、鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との内部抵抗が合成された合成内部抵抗の推移を示す。

車両に用いられる鉛蓄電池は、一般に、３年で交換される。したがって、図７の上図に示されるように、鉛蓄電池の内部抵抗Ｒｐｂは、初期値Ｒｐｂ０から３年間増大し続けるが、３年後の交換毎に、初期値Ｒｐｂ０に戻る。一方、ニッケル水素蓄電池は、車両と同様の９年以上の寿命で設計されている。したがって、図７の上図に示されるように、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗Ｒｎｉは、初期値Ｒｎｉ０から９年間増大し続ける。

その結果、鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池との合成内部抵抗Ｒｔは、初期値Ｒ０から３年間増大し続けた後、３年後の鉛蓄電池の交換により低下する。しかし、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗が増大しているため、合成内部抵抗Ｒｔは、初期値Ｒ０より高い抵抗値Ｒ３までしか低下しない。６年後にも、同様に、合成内部抵抗Ｒｔは、鉛蓄電池の交換により低下するが、抵抗値Ｒ３より高い抵抗値Ｒ６までしか低下しない。

したがって、鉛蓄電池の劣化判定を、予め定められた抵抗閾値Ｒｄと合成内部抵抗Ｒｔとを比較して行うと、車両の使用開始から３年後は、適切なタイミングで劣化と判定できる。しかし、鉛蓄電池の交換後は、車両の使用開始からＴｄ年（３＜Ｔｄ＜６）で合成内部抵抗Ｒｔが抵抗閾値Ｒｄに到達する。このため、鉛蓄電池の交換から３年以内に、鉛蓄電池は劣化していないにも拘らず、劣化したと判定してしまう。したがって、合成内部抵抗Ｒｔではなくて、鉛蓄電池単独の内部抵抗Ｒｐｂによって、鉛蓄電池の劣化を判定する必要がある。

そこで、鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流センサと鉛蓄電池の端子電圧を検出する電圧センサとを設け、検出された電流と端子電圧とから、鉛蓄電池の内部抵抗を算出することが考えられる。しかしながら、エンジンの始動時等には大きい突入電流が流れるため、このような大きい突入電流を検出するためには、高価で大型の電流センサが必要となり、コスト及び設置スペースの増大を招く。

本発明者は、上記検討を踏まえ、以下のように本開示にかかる各態様の発明を想到するに至った。

本開示にかかる一態様は、互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、前記電源部の電圧を検出する電圧検出部と、前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、始動用モータによるエンジンの始動時に前記鉛蓄電池に流れる突入電流が、前記電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であるか否かを判定する電流判定部と、前記電流判定部により前記突入電流が前記上限値未満であると判定された場合に、前記始動用モータによる前記エンジンの始動時に前記電圧検出部により検出された前記電源部の電圧である始動電圧を、前記電流検出部により検出された前記突入電流により除算して、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗演算部と、前記抵抗演算部により算出された前記鉛蓄電池の内部抵抗と予め定められた抵抗閾値とを比較して、前記鉛蓄電池の内部抵抗が前記抵抗閾値より高い場合に、前記鉛蓄電池が劣化していると判定する劣化判定部と、を備え、前記鉛蓄電池及び前記二次電池は、継続して使用された場合の前記鉛蓄電池の内部抵抗の増大率が前記二次電池の内部抵抗の増大率より大きいという特性を有するものである。

本態様によれば、鉛蓄電池及び二次電池は、継続して使用された場合の鉛蓄電池の内部抵抗の増大率が二次電池の内部抵抗の増大率より大きいという特性を有する。一方、鉛蓄電池と二次電池とは、互いに並列接続されている。したがって、鉛蓄電池及び二次電池の使用期間が長くなるにつれて、鉛蓄電池に流れる突入電流は低下し、二次電池に流れる突入電流は増大する。

例えば鉛蓄電池及び二次電池の使用期間が長くなり、鉛蓄電池に流れる突入電流が低下すると、突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であると電流判定部により判定される。この場合に、抵抗演算部は、始動用モータによるエンジンの始動時に、電圧検出部により検出された電源部の電圧である始動電圧を、電流検出部により検出された突入電流により除算して、鉛蓄電池の内部抵抗を算出する。鉛蓄電池の内部抵抗が抵抗閾値より高い場合に、鉛蓄電池が劣化していると劣化判定部によって判定される。

したがって、鉛蓄電池に流れる突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値以上であれば、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されない。このため、突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値以上の場合に、不正確な鉛蓄電池の内部抵抗の算出を避けることができる。

また、鉛蓄電池に流れる突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値以上であるということは、鉛蓄電池の内部抵抗が大きく上昇していない（つまり鉛蓄電池の劣化が進んでいない）ことを意味する。したがって、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されなくても、支障を来すことはない。

また、突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であると判定された場合に、鉛蓄電池単独の内部抵抗が算出される。この鉛蓄電池単独の内部抵抗を用いて、鉛蓄電池の劣化を精度良く判定できる。

上記態様において、例えば、前記電流判定部は、前記始動用モータによる前記エンジンの始動ごとに、前記突入電流が前記上限値未満であるか否かを判定し、前記突入電流が前記上限値未満であるとの判定結果が予め定められた回数連続したときに、電流フラグをセットし、前記抵抗演算部は、前記電流判定部により前記突入電流が前記上限値未満であると判定され、かつ前記電流フラグがセットされた場合に、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出するようにしてもよい。

本態様によれば、始動用モータによるエンジンの始動ごとに、鉛蓄電池に流れる突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であるか否かが、電流判定部によって判定される。突入電流が上限値未満であるとの判定結果が予め定められた回数連続したときに、電流判定部によって電流フラグがセットされる。抵抗演算部は、電流判定部により突入電流が上限値未満であると判定され、かつ電流フラグがセットされた場合に、鉛蓄電池の内部抵抗を算出する。したがって、鉛蓄電池に流れる突入電流が、電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であることが確実になった段階で、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されることとなる。その結果、鉛蓄電池の内部抵抗を精度良く算出できる。

上記態様において、例えば、前記劣化判定部は、前記鉛蓄電池が劣化していると判定すると、アイドルストップ制御による前記エンジンの自動停止を禁止してもよい。

本態様によれば、鉛蓄電池が劣化していると劣化判定部によって判定されると、アイドルストップ制御によるエンジンの自動停止が劣化判定部によって禁止される。したがって、自動停止しているエンジンが、鉛蓄電池の劣化により始動できなくなるという事態を避けることができる。

上記態様において、例えば、前記電流検出部は、ホール素子を含むホール効果型電流センサであるとしてもよい。

上記態様において、例えば、前記上限値は、前記鉛蓄電池の使用開始時の前記突入電流より小さい値に設定されているとしてもよい。

本態様によれば、ホール効果型電流センサが検出可能な電流の上限値は、鉛蓄電池の使用開始時の突入電流より小さい値に設定されている。したがって、鉛蓄電池の使用開始時には、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されない。このため、不正確な鉛蓄電池の内部抵抗の算出を避けることができる。また、鉛蓄電池の使用開始時には、鉛蓄電池の劣化は進んでいない。したがって、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されなくても支障を来すことはない。

さらに、一般に、ホール効果型電流センサは、大電流を検出可能に構成されると、小電流を精度良く検出できないという特性を有する。しかし、本態様では、ホール効果型電流センサが検出可能な電流の上限値は、鉛蓄電池の使用開始時の突入電流より小さい値に設定されている。したがって、本態様では、鉛蓄電池の使用開始時には、エンジンの始動時の突入電流を検出できないが、エンジンの始動時以外の通常時に鉛蓄電池に流れる、上限値未満の電流を精度良く検出できる。

本開示にかかる他の態様は、互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、前記電源部の電圧を検出する電圧検出部と、前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、を備える鉛蓄電池の劣化判定装置における鉛蓄電池の劣化判定方法であって、始動用モータによるエンジンの始動時に前記鉛蓄電池に流れる突入電流が、前記電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であるか否かを判定する電流判定ステップと、前記電流判定ステップにおいて前記突入電流が前記上限値未満であると判定された場合に、前記始動用モータによる前記エンジンの始動時に、前記電圧検出部により検出された前記電源部の電圧である始動電圧を、前記電流検出部により検出された突入電流により除算して、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗演算ステップと、前記抵抗演算ステップにおいて算出された前記鉛蓄電池の内部抵抗と予め定められた抵抗閾値とを比較して、前記鉛蓄電池の内部抵抗が前記抵抗閾値より高い場合に、前記鉛蓄電池が劣化していると判定する劣化判定ステップと、を含み、前記鉛蓄電池及び前記二次電池は、継続して使用された場合の前記鉛蓄電池の内部抵抗の増大率が前記二次電池の内部抵抗の増大率より大きいという特性を有するものである。

例えば鉛蓄電池及び二次電池の使用期間が長くなり、鉛蓄電池に流れる突入電流が低下すると、突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であると電流判定ステップにおいて判定される。この場合に、抵抗演算ステップにおいて、始動用モータによるエンジンの始動時に、電圧検出部により検出された電源部の電圧である始動電圧が、電流検出部により検出された突入電流により除算されて、鉛蓄電池の内部抵抗が算出される。鉛蓄電池の内部抵抗が抵抗閾値より高い場合に、鉛蓄電池が劣化していると劣化判定ステップにおいて判定される。

したがって、鉛蓄電池に流れる突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値以上であれば、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されない。このため、突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値以上の場合に、不正確な鉛蓄電池の内部抵抗の算出を避けることができる。また、鉛蓄電池に流れる突入電流が電流検出部により検出可能な電流の上限値以上であるということは、鉛蓄電池の内部抵抗が大きく上昇していない（つまり鉛蓄電池の劣化が進んでいない）ことを意味する。したがって、鉛蓄電池の内部抵抗が算出されなくても、支障を来すことはない。

（実施の形態）
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態が説明される。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、各図では、同様の要素には同様の符号が付され、適宜、説明が省略される。

図１は、本実施の形態のバッテリ制御部８０を含む車両１の構成を概略的に示すブロック図である。

車両１は、エンジンを主たる動力源とし、モータを補助的動力源とするハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）である。車両１は、エンジン１０、スタータモータ２０、ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ）３０、電装負荷４０、電源部４５、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０、本実施の形態のバッテリ制御部８０を備える。

電源部４５は、鉛蓄電池５０、電流センサ５１及びニッケル水素蓄電池６０を含む。鉛蓄電池５０とニッケル水素蓄電池６０とは、互いに並列に接続されている。鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０の負極側の接続点Ｋ２は、接地されている。スタータモータ２０、ＩＳＧ３０、及び電装負荷４０は、電源部４５と並列接続されている。電源部４５からバッテリ制御部８０及びＥＣＵ７０には、電源電圧Ｖｃｃが供給されている。

電流センサ５１は、鉛蓄電池５０に流れる電流を検出する。電流センサ５１は、鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０の正極側の接続点Ｋ１から分岐した分岐線路Ｌ１上に取り付けられている。電流センサ５１は、鉛蓄電池５０の充電電気量及び放電電気量を算出するために設けられている。バッテリ制御部８０は、電流センサ５１により検出された電流値を用いて、鉛蓄電池５０の充電電気量及び放電電気量を算出してもよい。バッテリ制御部８０は、算出した鉛蓄電池５０の充電電気量及び放電電気量を用いて、鉛蓄電池５０のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を算出してもよい。

電流センサ５１は、例えば、ホール素子を含むホール効果型電流センサである。ホール効果型電流センサは、大電流を検出可能に構成されると、小電流を精度良く検出できないという特性を有する。例えば、エンジン１０の始動時に鉛蓄電池５０に流れる、例えば６００Ａの突入電流を検出可能なホール効果型電流センサは、エンジン１０の始動時以外の通常時に鉛蓄電池５０に流れる、例えば１００Ａ未満の電流を精度良く検出できない。そこで、この実施の形態では、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈを例えば１００Ａとしている。これによって、エンジン１０の始動時以外の通常時に鉛蓄電池５０に流れる電流を精度良く検出できるようにしている。

なお、電流センサ５１は、鉛蓄電池５０に上限値Ｉｔｈ以上の電流が流れると、上限値Ｉｔｈを表す検出信号を出力する。代替的に、電流センサ５１は、鉛蓄電池５０に上限値Ｉｔｈ以上の電流が流れると、検出が不可能であることを表す検出不可信号を出力してもよい。要は、鉛蓄電池５０に上限値Ｉｔｈ以上の電流が流れると、電流センサ５１は、正確な電流検出が行えないことを表す信号を出力すればよい。

スタータモータ２０（始動用モータの一例）は、ユーザによりイグニションスイッチが操作されるとエンジン１０を始動する。

ＩＳＧ３０（始動用モータの一例）は、発電機能と電動機能とを兼有する。車両１が走行中にブレーキペダル（図示省略）が操作されて減速を開始すると、車輪からＩＳＧ３０にトルクが伝えられ、ＩＳＧ３０は、発電機能により発電する。この発電された電力が電装負荷４０の電気負荷を超えるときは、この発電された電力により電源部４５の鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０が充電される。これによって、エネルギーの回生が行われる。車両１が停止すると、ＥＣＵ７０のアイドルストップ制御によって、エンジン１０が自動停止する。車両１の発進時には、ＩＳＧ３０の電動機能により、車両１が駆動され、かつ、エンジン１０が始動される。

電装負荷４０は、例えば空気調和機及び室内灯等、車両１に装備された電装品等の負荷を含む。鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０の公称電圧は、この実施形態では例えば１２Ｖである。電源部４５から出力される電力は、車両１のエンジン１０を始動するスタータモータ２０及びＩＳＧ３０の駆動、電装負荷４０の電源に使用される。

ＥＣＵ７０は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、所定の制御プログラムが保存されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、データを一時的に保存するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、これらの周辺回路等を備える。ＥＣＵ７０は、バッテリ制御部８０と互いに通信可能に構成されている。

ＥＣＵ７０は、エンジン１０、スタータモータ２０、ＩＳＧ３０、電装負荷４０を含む車両１の全体の動作を制御する。ＥＣＵ７０は、車両１が交差点等で所定時間停止する等の所定の停止条件を満たすとエンジン１０を自動停止し、かつ、ブレーキペダル（図示省略）の操作解除等の所定の始動条件を満たすと再びエンジン１０を始動するアイドルストップ制御を行う。ＥＣＵ７０は、バッテリ制御部８０から禁止信号（後述）が通知されると、アイドルストップ制御によるエンジン１０の自動停止を行わない。

バッテリ制御部８０は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ、所定の制御プログラムが保存されたＲＯＭ、データを一時的に保存するＲＡＭ、これらの周辺回路等を備える。バッテリ制御部８０は、例えばフラッシュメモリなどで構成された記憶部８１、電圧検出部８２、電流取得部８３を備える。バッテリ制御部８０は、ＲＯＭに保存された制御プログラムを実行することにより、抵抗演算部８４、電流判定部８５、劣化判定部８６として機能する。

記憶部８１は、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ（上述のように、この実施の形態では、例えば１００Ａ）を予め記憶する。記憶部８１は、鉛蓄電池５０が劣化しているか否かを判定するための抵抗閾値Ｒｔｈを予め記憶する。記憶部８１は、エンジン１０が始動されたか否かを判定するための電圧閾値Ｖｔｈを予め記憶する。記憶部８１は、電流フラグＦｌｇを予め記憶する。

電圧検出部８２は、例えばＡ／Ｄ変換器で構成され、電源部４５の電圧を検出する。電圧検出部８２は、例えば、鉛蓄電池５０の正極及びニッケル水素蓄電池６０の正極の接続点Ｋ１に、線路Ｌ２によって接続されている。電圧検出部８２には、接続点Ｋ１の電圧が入力される。電圧検出部８２は、入力された電圧をＡＤ変換することで、デジタル値の電圧Ｖｔを得る。電圧検出部８２は、デジタル値の電圧Ｖｔを抵抗演算部８４に出力する。

電流取得部８３は、例えばＡ／Ｄ変換器で構成され、電流センサ５１で検出された電流を取得し、ＡＤ変換する。これにより、電流センサ５１で検出された電流値がデジタルの電流値に変換される。電流取得部８３は、デジタルの電流値を抵抗演算部８４及び電流判定部８５に出力する。

抵抗演算部８４は、電圧検出部８２により検出された電源部４５の電圧Ｖｔと、記憶部８１に記憶されている電圧閾値Ｖｔｈとを比較して、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によりエンジン１０が始動されたか否かを判定する。

図２は、電源部４５の電圧Ｖｔ及び電流Ｉｔの推移を概略的に示す図である。図２の上図及び下図は、それぞれ、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によりエンジン１０が始動されたときの、電源部４５の電圧Ｖｔ及び電源部４５からスタータモータ２０又はＩＳＧ３０に供給される電流Ｉｔを示す。

図２の下図に示されるように、時刻Ｔ０にスタータモータ２０又はＩＳＧ３０によりエンジン１０が始動されると、電源部４５からスタータモータ２０又はＩＳＧ３０に大きい突入電流Ｉｍａｘが流れ、その後、緩やかに電流が低下して、定常電流が流れる。このため、図２の上図に示されるように、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によりエンジン１０が始動されると、一時的に電源部４５の電圧Ｖｔが最小電圧Ｖｍｉｎ（始動電圧の一例）まで急激に低下し、その後、緩やかに電圧が上昇して、定常電圧になる。

スタータモータ２０又はＩＳＧ３０がエンジン１０を始動するときに、電源部４５からスタータモータ２０又はＩＳＧ３０に流れる突入電流Ｉｍａｘは、エンジン１０、スタータモータ２０、及びＩＳＧ３０の仕様に依存する。したがって、エンジン１０、スタータモータ２０、及びＩＳＧ３０が決まると、突入電流Ｉｍａｘも決まる。この実施の形態では、スタータモータ２０がエンジン１０を始動するときに、電源部４５からスタータモータ２０に流れる突入電流Ｉｍａｘと、ＩＳＧ３０がエンジン１０を始動するときに、電源部４５からＩＳＧ３０に流れる突入電流Ｉｍａｘとは、ほぼ同じ値となる。突入電流Ｉｍａｘは、例えば６００Ａである。

図１に戻って、抵抗演算部８４は、電源部４５の電圧Ｖｔが、記憶部８１に記憶されている電圧閾値Ｖｔｈ未満に低下すると、エンジン１０が始動されたと判定する。電圧閾値Ｖｔｈは、エンジン１０、スタータモータ２０、ＩＳＧ３０、電源部４５の仕様に応じて、例えば１０Ｖ程度の適切な値に定められて、記憶部８１に予め記憶されている。

抵抗演算部８４は、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によりエンジン１０が始動されたと判定すると、記憶部８１に記憶されている電流フラグＦｌｇがセットされているか否かを判定する。電流フラグＦｌｇがセットされている場合には、抵抗演算部８４は、電圧検出部８２により検出された最小電圧Ｖｍｉｎを、電圧検出部８２から取得する。また、抵抗演算部８４は、電流センサ５１により検出された突入電流Ｉｐｂを取得する。そして、抵抗演算部８４は、式（１）により鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂを算出する。
Ｒｐｂ＝Ｖｍｉｎ／Ｉｐｂ（１）
電流フラグＦｌｇがセットされていない場合には、抵抗演算部８４は、電圧、電流の取得及び内部抵抗の算出を行わない。

電流判定部８５は、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によるエンジン１０の始動ごとに、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂが、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ未満であるか否かを判定する。鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂが、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ以上である場合には、電流判定部８５は、記憶部８１に記憶されている電流フラグＦｌｇをリセットする。電流判定部８５は、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂが、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ未満であるとの判定結果が予め定められた回数（例えば３回）連続すると、記憶部８１に記憶されている電流フラグＦｌｇをセットする。

図３は、ＩＳＧ３０、鉛蓄電池５０、及びニッケル水素蓄電池６０の等価回路を示す図である。図４は、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂの低下を概略的に示す図である。

図３の等価回路において、式（２）〜（４）が成立する。
Ｉｍａｘ＝Ｉｐｂ＋Ｉｎｉ（２）
Ｉｐｂ＝Ｖｍｉｎ／Ｒｐｂ（３）
Ｉｎｉ＝Ｖｍｉｎ／Ｒｎｉ（４）
但し、Ｉｍａｘは電源部４５に流れる突入電流であり、Ｉｐｂは鉛蓄電池５０に流れる突入電流であり、Ｉｎｉはニッケル水素蓄電池６０に流れる突入電流であり、Ｖｍｉｎは電圧検出部８２により検出された最小電圧であり、Ｒｐｂは鉛蓄電池５０の内部抵抗であり、Ｒｎｉはニッケル水素蓄電池６０の内部抵抗である。

上記図７を用いて説明されたように、鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂと、ニッケル水素蓄電池６０の内部抵抗Ｒｎｉとは、電池の劣化が進むと増大する。この実施の形態では、鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０は、継続して使用された場合の鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂの増大率がニッケル水素蓄電池６０の内部抵抗Ｒｎｉの増大率より大きいという特性を有する。

つまり、図７において、式（５）が成立する。
Ｒｐｂ１／Ｒｐｂ０＞Ｒｎｉ１／Ｒｎｉ０（５）
但し、Ｒｐｂ０は、使用開始時の鉛蓄電池５０の内部抵抗であり、Ｒｐｂ１は、使用開始から期間Ｔｐ経過後の鉛蓄電池５０の内部抵抗であり、Ｒｎｉ０は、使用開始時のニッケル水素蓄電池６０の内部抵抗であり、Ｒｎｉ１は、使用開始から期間Ｔｐ経過後のニッケル水素蓄電池６０の内部抵抗である。

したがって、式（２）〜（４）から分かるように、使用期間が長くなるにつれて、電源部４５に流れる突入電流Ｉｍａｘのうち、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂは徐々に減少し、ニッケル水素蓄電池６０に流れる突入電流Ｉｎｉは徐々に増大する。

図４に示されるように、鉛蓄電池５０の使用開始時において鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂの初期値Ｉｐｂ０（この実施の形態では、例えば４００Ａ）は、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ（この実施の形態では、例えば１００Ａ）を超えている。しかしながら、鉛蓄電池５０の使用開始から期間Ｔ１の経過後には、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂは、電流センサ５１が検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ未満になっている。

図１に戻って、抵抗演算部８４は、算出した鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂを劣化判定部８６に出力する。劣化判定部８６は、抵抗演算部８４により算出された鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂと、記憶部８１に記憶されている抵抗閾値Ｒｔｈとを比較して、鉛蓄電池５０が劣化しているか否かを判定する。すなわち、劣化判定部８６は、算出された鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂが、抵抗閾値Ｒｔｈを超えていれば、鉛蓄電池５０が劣化していると判定する。抵抗閾値Ｒｔｈは、鉛蓄電池５０の仕様に応じて適切な値に定められて、記憶部８１に予め記憶されている。

劣化判定部８６は、鉛蓄電池５０が劣化していると判定すると、アイドルストップ制御を禁止する禁止信号をＥＣＵ７０に出力する。劣化判定部８６は、鉛蓄電池５０の劣化判定が所定回数連続すると、鉛蓄電池５０の交換をユーザに促すための交換信号をＥＣＵ７０に出力する。

図５は、バッテリ制御部８０の動作を概略的に示すフローチャートである。まず、電圧検出部８２は、電源部４５の電圧Ｖｔを検出して、抵抗演算部８４に出力する（Ｓ１）。抵抗演算部８４は、検出された電圧Ｖｔが、記憶部８１に記憶されている電圧閾値Ｖｔｈ未満か否かを判定する（Ｓ２）。検出された電圧Ｖｔが電圧閾値Ｖｔｈ以上であれば（Ｓ２でＮＯ）、処理は、Ｓ１に戻る。

検出された電圧Ｖｔが電圧閾値Ｖｔｈ未満であれば（Ｓ２でＹＥＳ）、抵抗演算部８４は、エンジン１０が始動されたと判断し、記憶部８１に記憶されている電流フラグＦｌｇがセットされているか否かを判定する（Ｓ３）。記憶部８１に記憶されている電流フラグＦｌｇがセットされていなければ（Ｓ３でＮＯ）、電流判定部８５は、電流判定処理を実行する（Ｓ４、電流判定ステップの一例）。

図６は、図５のＳ４の電流判定処理を示すフローチャートである。まず、電流判定部８５は、電流取得部８３から、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂを取得する（Ｓ２１）。電流判定部８５は、取得した突入電流Ｉｐｂが、記憶部８１に記憶されている上限値Ｉｔｈ未満か否かを判定する（Ｓ２２）。突入電流Ｉｐｂが上限値Ｉｔｈ以上であれば（Ｓ２２でＮＯ）、電流判定部８５は、電流フラグＦｌｇ及びカウント値Ｃｈｓをリセットして（Ｓ２３）、図６の処理を終了する。

一方、突入電流Ｉｐｂが上限値Ｉｔｈ未満であれば（Ｓ２２でＹＥＳ）、電流判定部８５は、カウント値Ｃｈｓをインクリメントし（Ｓ２４）、カウント値Ｃｈｓが予め定められた閾値Ｃｔｈ１（この実施の形態では、例えばＣｔｈ１＝２）を超えたか否かを判定する（Ｓ２５）。カウント値Ｃｈｓが、閾値Ｃｔｈ１を超えていなければ（Ｓ２５でＮＯ）、電流判定部８５は、図６の処理を終了する。

一方、カウント値Ｃｈｓが、閾値Ｃｔｈ１を超えていれば（Ｓ２５でＹＥＳ）、電流判定部８５は、電流フラグＦｌｇをセットし（Ｓ２６）、カウント値Ｃｈｓをリセットして（Ｓ２７）、図６の処理を終了する。

図５に戻って、Ｓ３において、電流フラグＦｌｇがセットされていれば（Ｓ３でＹＥＳ）、電圧検出部８２は、電源部４５の最小電圧Ｖｍｉｎを検出し、抵抗演算部８４は、最小電圧Ｖｍｉｎを電圧検出部８２から取得する（Ｓ５）。

抵抗演算部８４は、電流取得部８３から鉛蓄電池５０の突入電流Ｉｐｂを取得する（Ｓ６）。抵抗演算部８４は、取得した最小電圧Ｖｍｉｎと突入電流Ｉｐｂとを用いて、上記式（１）により、鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂを算出し、算出した内部抵抗Ｒｐｂを劣化判定部８６に出力する（Ｓ７、抵抗演算ステップの一例）。

劣化判定部８６は、算出された鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂが、記憶部８１に記憶されている抵抗閾値Ｒｔｈを超えているか否かを判定する（Ｓ８、劣化判定ステップの一例）。鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂが、抵抗閾値Ｒｔｈを超えていなければ（Ｓ８でＮＯ）、処理は、Ｓ１に戻る。鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂが、抵抗閾値Ｒｔｈを超えていれば（Ｓ８でＹＥＳ）、劣化判定部８６は、アイドルストップ制御を禁止する禁止信号をＥＣＵ７０に通知する（Ｓ９）。

劣化判定部８６は、カウント値Ｃｄｇをインクリメントする（Ｓ１０）。劣化判定部８６は、カウント値Ｃｄｇが、予め定められた閾値Ｃｔｈ２（この実施の形態では、例えばＣｔｈ２＝４）を超えたか否かを判定する（Ｓ１１）。カウント値Ｃｄｇが、閾値Ｃｔｈ２を超えていなければ（Ｓ１１でＮＯ）、処理は、Ｓ１に戻る。一方、カウント値Ｃｄｇが、閾値Ｃｔｈ２を超えていれば（Ｓ１１でＹＥＳ）、鉛蓄電池５０の交換をユーザに促すための交換信号をＥＣＵ７０に通知する（Ｓ１２）。

ＥＣＵ７０は、音声発生、文字表示又は交換用ＬＥＤの点灯により、鉛蓄電池５０の交換をユーザに促してもよい。

以上説明されたように、この実施の形態では、電源部４５は、互いに並列接続された鉛蓄電池５０とニッケル水素蓄電池６０とを含む。鉛蓄電池５０及びニッケル水素蓄電池６０が継続して使用された場合に、鉛蓄電池５０は、使用開始時の内部抵抗Ｒｐｂ０に対する所定期間Ｔｐ経過後の内部抵抗Ｒｐｂ１の増大率が、ニッケル水素蓄電池６０の使用開始時の内部抵抗Ｒｎｉ０に対する所定期間Ｔｐ経過後の内部抵抗Ｒｎｉ１の増大率より大きいという特性を有する。したがって、鉛蓄電池５０とニッケル水素蓄電池６０とは互いに並列接続されていることから、使用期間が長くなるにつれて、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂは徐々に減少する。

そこで、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂが電流センサ５１により検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ未満になると、電流判定部８５は、電流フラグＦｌｇをセットする。抵抗演算部８４は、電流フラグＦｌｇがセットされている場合には、電圧検出部８２により検出された最小電圧Ｖｍｉｎを、電流取得部８３により取得された突入電流Ｉｐｂにより除算して、鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂを算出する。

したがって、鉛蓄電池５０に流れる突入電流の初期値Ｉｐｂ０が検出可能な大型で高コストの電流センサを備えることなく、鉛蓄電池５０の充電電気量及び放電電気量を算出するための既存の電流センサ５１を用いて、鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂを算出することができる。その結果、この実施の形態によれば、鉛蓄電池５０が劣化しているか否かを精度良く判定することができる。

また、この実施の形態では、エンジン１０が始動されたとき（つまり例えば６００Ａの大電流が流れたとき）の電源部４５の最小電圧Ｖｍｉｎを用いて、内部抵抗Ｒｐｂが算出されている。例えばアイドルストップ制御によりエンジン１０が停止しているときは、電源部４５から電装負荷４０に１０〜２０Ａの電流が供給される。この場合、電流が小さいため、電源部４５の通常時の電圧と最小電圧Ｖｍｉｎとの差が小さい。このため、鉛蓄電池５０が正常なときの最小電圧Ｖｍｉｎと、鉛蓄電池５０が劣化しているときの最小電圧Ｖｍｉｎとの差が小さくなる。

これに対して、電源部４５から大電流が供給されると、電源部４５の通常時の電圧と最小電圧Ｖｍｉｎとの差が大きい。このため、鉛蓄電池５０が正常なときの最小電圧Ｖｍｉｎと、鉛蓄電池５０が劣化しているときの最小電圧Ｖｍｉｎとの差が大きくなる。その結果、この実施の形態によれば、鉛蓄電池５０が劣化しているか否かを精度良く判定することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態が説明される。

（１）上記実施形態では、バッテリ制御部８０の抵抗演算部８４は、電源部４５の電圧Ｖｔが電圧閾値Ｖｔｈ未満に低下したか否かによって、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によってエンジン１０が始動されたか否かを判定している。代替的に、ＥＣＵ７０は、エンジン１０が始動されたことをバッテリ制御部８０に通知するように構成してもよい。この場合には、抵抗演算部８４は、エンジン１０が始動された旨の通知をＥＣＵ７０から受けたときに、最小電圧Ｖｍｉｎを電圧検出部８２から取得すればよい。

（２）上記実施形態では、車両１は、ＥＣＵ７０とは別に、バッテリ制御部８０を備えている。代替的に、ＥＣＵ７０が、バッテリ制御部８０の各機能ブロックを備えるように構成して、バッテリ制御部８０をなくしてもよい。この場合には、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の始動を制御したときに、電圧検出部８２により検出される最小電圧Ｖｍｉｎを取得すればよい。

（３）上記実施形態では、鉛蓄電池５０と並列に、ニッケル水素蓄電池６０が接続されている。代替的に、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル亜鉛蓄電池等の、他の二次電池が、鉛蓄電池５０と並列に接続されていてもよい。

（４）上記実施形態では、ユーザによるイグニションスイッチの操作によってエンジン１０を始動させるスタータモータ２０を備える。代替的に、スタータモータ２０をなくして、ＩＳＧ３０が、ユーザによるイグニションスイッチの操作によってエンジン１０を始動させてもよい。

（５）上記実施形態において、ＥＣＵ７０は、スタータモータ２０又はＩＳＧ３０によってエンジン１０が始動されたときに、電源部４５の最小電圧Ｖｍｉｎを電圧検出部８２から取得して、最小電圧Ｖｍｉｎが予め定められた閾値未満であれば、アイドルストップ制御によるエンジン１０の自動停止を禁止するようにしてもよい。この場合において、ＥＣＵ７０は、スタータモータ２０によってエンジン１０が始動されたときと、ＩＳＧ３０によってエンジン１０が始動されたときとで、閾値を異なる値に定めてもよい。

（６）上記実施形態では、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂが、電流センサ５１により検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ未満であることが例えば３回連続すると、電流判定部８５は、電流フラグＦｌｇをセットする。抵抗演算部８４は、電流フラグＦｌｇがセットされている場合に、電流センサ５１により検出された突入電流Ｉｐｂを用いて鉛蓄電池５０の内部抵抗Ｒｐｂを算出する。代替的に、電流フラグＦｌｇを用いなくてもよい。

例えば、図５のＳ３において、電流判定部８５は、電流取得部８３から突入電流Ｉｐｂを取得し、突入電流Ｉｐｂが上限値Ｉｔｈ未満であるか否かを判定してもよい。抵抗演算部８４は、電流判定部８５により、突入電流Ｉｐｂが上限値Ｉｔｈ未満であると判定されると、処理をＳ５に進めてもよい。抵抗演算部８４は、電流判定部８５により、突入電流Ｉｐｂが上限値Ｉｔｈ以上であると判定されると、処理を終了してもよい。このような処理でも、鉛蓄電池５０の劣化を精度良く判定することができる。

（７）上記実施形態において、電流センサ５１により検出可能な電流の上限値Ｉｔｈが例えば６０Ａであってもよい。この場合には、鉛蓄電池５０に流れる突入電流Ｉｐｂが、電流センサ５１により検出可能な電流の上限値Ｉｔｈ未満（つまり６０Ａ未満）になると、劣化判定部８６は、鉛蓄電池５０が劣化していると判定してもよい。

本発明に係る鉛蓄電池の劣化判定装置及び鉛蓄電池の劣化判定方法は、鉛蓄電池の劣化を好適に判定することができる装置及び方法として有用である。

１０エンジン
２０スタータモータ
３０ＩＳＧ
４５電源部
５０鉛蓄電池
５１電流センサ
６０ニッケル水素蓄電池
８０バッテリ制御部
８１記憶部
８２電圧検出部
８３電流取得部
８４抵抗演算部
８５電流判定部
８６劣化判定部
Ｆｌｇ電流フラグ
Ｉｐｂ鉛蓄電池の突入電流
Ｉｔｈ電流センサにより検出可能な電流の上限値
Ｒｐｂ鉛蓄電池の内部抵抗
Ｖｍｉｎ電源部の最小電圧
Ｖｔ電源部の電圧

Claims

互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、
前記鉛蓄電池の正極及び前記二次電池の正極の接続点と、接地との間の電圧を、前記電源部の電圧として検出する電圧検出部と、
前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
始動用モータによるエンジンの始動時に前記鉛蓄電池に流れる突入電流が、前記電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であるか否かを判定する電流判定部と、
前記電流判定部により前記突入電流が前記上限値未満であると判定された場合に、前記始動用モータによる前記エンジンの始動時に前記電圧検出部により検出された前記電源部の電圧である始動電圧を、前記電流検出部により検出された前記突入電流により除算して、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗演算部と、
前記抵抗演算部により算出された前記鉛蓄電池の内部抵抗と予め定められた抵抗閾値とを比較して、前記鉛蓄電池の内部抵抗が前記抵抗閾値より高い場合に、前記鉛蓄電池が劣化していると判定する劣化判定部と、
を備え、
前記鉛蓄電池及び前記二次電池は、継続して使用された場合の前記鉛蓄電池の内部抵抗の増大率が前記二次電池の内部抵抗の増大率より大きいという特性を有し、
前記電流判定部は、前記始動用モータによる前記エンジンの始動ごとに、前記突入電流が前記上限値未満であるか否かを判定し、前記突入電流が前記上限値未満であるとの判定結果が予め定められた回数連続したときに、電流フラグをセットし、
前記抵抗演算部は、前記電流判定部により前記突入電流が前記上限値未満であると判定され、かつ前記電流フラグがセットされた場合に、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する、
鉛蓄電池の劣化判定装置。
前記劣化判定部は、前記鉛蓄電池が劣化していると判定すると、アイドルストップ制御による前記エンジンの自動停止を禁止する、
請求項１に記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
前記電流検出部は、ホール素子を含むホール効果型電流センサである、
請求項１又は２に記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
前記上限値は、前記鉛蓄電池の使用開始時の前記突入電流より小さい値に設定されている、
請求項３に記載の鉛蓄電池の劣化判定装置。
互いに並列接続された鉛蓄電池と前記鉛蓄電池以外の二次電池とを含む電源部と、前記鉛蓄電池の正極及び前記二次電池の正極の接続点と、接地との間の電圧を、前記電源部の電圧として検出する電圧検出部と、前記鉛蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部と、を備える鉛蓄電池の劣化判定装置における鉛蓄電池の劣化判定方法であって、
始動用モータによるエンジンの始動時に前記鉛蓄電池に流れる突入電流が、前記電流検出部により検出可能な電流の上限値未満であるか否かを判定する電流判定ステップと、
前記電流判定ステップにおいて前記突入電流が前記上限値未満であると判定された場合に、前記始動用モータによる前記エンジンの始動時に、前記電圧検出部により検出された前記電源部の電圧である始動電圧を、前記電流検出部により検出された突入電流により除算して、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗演算ステップと、
前記抵抗演算ステップにおいて算出された前記鉛蓄電池の内部抵抗と予め定められた抵抗閾値とを比較して、前記鉛蓄電池の内部抵抗が前記抵抗閾値より高い場合に、前記鉛蓄電池が劣化していると判定する劣化判定ステップと、
を含み、
前記鉛蓄電池及び前記二次電池は、継続して使用された場合の前記鉛蓄電池の内部抵抗の増大率が前記二次電池の内部抵抗の増大率より大きいという特性を有し、
前記電流判定ステップは、前記始動用モータによる前記エンジンの始動ごとに、前記突入電流が前記上限値未満であるか否かを判定し、前記突入電流が前記上限値未満であるとの判定結果が予め定められた回数連続したときに、電流フラグをセットし、
前記抵抗演算ステップは、前記電流判定ステップにより前記突入電流が前記上限値未満であると判定され、かつ前記電流フラグがセットされた場合に、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する、
鉛蓄電池の劣化判定方法。