始動性予測装置及び電源制御装置
【課題】車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置の提供。
【解決手段】計測したバッテリ１の電圧値及び電流値に基づき、バッテリ１の電圧電流特性を算出し、算出した電圧電流特性に基づき、エンジンがスタータ１０により始動可能であるか否かを予測する予測手段１４を備える始動性予測装置。バッテリ１が充電中でないときに、バッテリ１の電圧値及び電流値を計測する。予測手段１４は、エンジンの始動時にバッテリ１の始動電圧値を検出し、検出した始動電圧値及びバッテリ１の電圧電流特性に基づき、スタータ１０の抵抗を算出し、算出した抵抗をバッテリ１の電圧電流特性に適用したときのバッテリ１の電圧値を算出し、算出した電圧値が所定電圧値より低いと判定したときに、エンジンが始動不能であると予測する構成である。
【解決手段】計測したバッテリ１の電圧値及び電流値に基づき、バッテリ１の電圧電流特性を算出し、算出した電圧電流特性に基づき、エンジンがスタータ１０により始動可能であるか否かを予測する予測手段１４を備える始動性予測装置。バッテリ１が充電中でないときに、バッテリ１の電圧値及び電流値を計測する。予測手段１４は、エンジンの始動時にバッテリ１の始動電圧値を検出し、検出した始動電圧値及びバッテリ１の電圧電流特性に基づき、スタータ１０の抵抗を算出し、算出した抵抗をバッテリ１の電圧電流特性に適用したときのバッテリ１の電圧値を算出し、算出した電圧値が所定電圧値より低いと判定したときに、エンジンが始動不能であると予測する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリの計測した電圧値及び電流値に基づき、車載バッテリの電圧電流特性を算出し、算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、エンジンが始動可能であるか否かを予測する始動性予測装置、及びこの始動性予測装置を備える電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンは、自力では始動できないので、始動用の電動モータ（スタータ、セルモータ、始動装置）を備えている。一般的には、イグニッションスイッチでエンジンの点火装置をオンにした状態で、更にイグニッションスイッチを回すことにより、車載バッテリから電力が供給され、スタータが駆動する。その際、スタータには数百アンペアの始動電流（突入電流）が瞬間的に流れ、そのときの車載バッテリの下限電圧値が低下し過ぎると、点火装置等の制御回路の電源電圧が正常範囲より低下して、制御回路が作動できなくなるので、所謂エンスト状態となる。
【０００３】
特許文献１には、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量を、エンジン始動時に算出されるバッテリの内部抵抗と、バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−４２７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、スタータ（エンジン）を始動させることが車載バッテリの重要な機能であり、エンジンを停止させたときに、エンジンを再始動させることができるか否かを示す始動性は最重要な情報である。エンジンを始動させることができるか否かは、車載バッテリの残容量に関係するが、車載バッテリの残容量は、バッテリ液の分極の影響により正確な測定が困難である為、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測するのは難しいという問題がある。
また、エンジンを再始動させるときに、温度が低下していることがあるが、温度が低下すると、エンジンが始動し難くなるので、温度条件を含めて、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを予測することも必要である。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を提供することを目的とする。
第２発明では、温度が低下した場合でも、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を提供することを目的とする。
第３発明では、第１又は第２発明に係る始動性予測装置を備え、始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリの充電量を増加させることができる電源制御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】
【０００６】
第１発明に係る始動性予測装置は、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗を算出する手段と、該手段が算出した抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
この始動性予測装置では、計測した車載バッテリの電圧値及び電流値に基づき、車載バッテリの電圧電流特性を算出し、算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する。車載バッテリが充電中でないときに、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する。エンジンの始動時に車載バッテリの始動電圧値を検出し、検出した始動電圧値及び車載バッテリの電圧電流特性に基づき、スタータの抵抗を算出する。算出した抵抗を車載バッテリの電圧電流特性に適用したときの車載バッテリの電圧値を算出し、算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する。所定電圧値より低いと判定したときに、エンジンが始動不能であると予測する。
【０００８】
第２発明に係る始動性予測装置は、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、所定温度であるときに、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗及び前記車載バッテリの内部抵抗を算出する手段と、該手段が算出した前記抵抗及び内部抵抗に基づき、前記所定温度であるときの前記抵抗及び内部抵抗を推定する手段と、該手段が推定した抵抗及び内部抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
この始動性予測装置では、計測した車載バッテリの電圧値及び電流値に基づき、車載バッテリの電圧電流特性を算出し、算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、所定温度であるときに、エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する。車載バッテリが充電中でないときに、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する。エンジンの始動時に車載バッテリの始動電圧値を検出し、検出した始動電圧値及び車載バッテリの電圧電流特性に基づき、スタータの抵抗及び車載バッテリの内部抵抗を算出する。算出したスタータの抵抗及び内部抵抗に基づき、所定温度であるときのスタータの抵抗及び内部抵抗を推定し、推定したスタータの抵抗及び内部抵抗を車載バッテリの電圧電流特性に適用したときの車載バッテリの電圧値を算出する。次いで、算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定し、所定電圧値より低いと判定したときに、エンジンが始動不能であると予測する。
【００１０】
第３発明に係る電源制御装置は、第１又は第２発明に係る始動性予測装置と、該始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリに接続された電気負荷のうち、予め定められた電気負荷の前記車載バッテリからの切断、又は前記電気負荷への供給電力の削減を実行する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この電源制御装置では、本発明に係る始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリに接続された電気負荷のうち、予め定められた電気負荷の車載バッテリからの切断、又は電気負荷への供給電力の削減を実行する。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明に係る始動性予測装置によれば、車載バッテリの状態に応じて、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を実現することができる。
【００１３】
第２発明に係る始動性予測装置によれば、温度が低下した場合でも、車載バッテリの状態に応じて、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を実現することができる。
【００１４】
第３発明に係る電源制御装置によれば、始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリの充電量を増加させることができる電源制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この始動性予測装置及び電源制御装置は、マイクロコンピュータを有する電源制御部１２に内蔵されたパラメータ記憶部１３、始動性判定部１４及び電圧電流特性算出部１５を備えている。電流センサ２が、バッテリ１（車載バッテリ）の入出力電流値を検出して、電圧電流特性算出部１５に与え、電圧センサ３が、バッテリ１の出力電圧値（端子電圧値）を検出して、電圧電流特性算出部１５に与える。
車両のオルタネータ１６（交流発電機）が発電し、電圧調整及び整流した電力が、電流センサ２を通じてバッテリ１に与えられる。
【００１６】
バッテリ１が出力する電力、及びオルタネータ１６が発電した電力は、始動スイッチ７を通じてスタータ１０（始動装置、セルモータ）に、イグニッションスイッチ８を通じて点火装置１１に、アクセサリスイッチ９を通じてラジオ及びデフォッガ等の負荷５，６・・・にそれぞれ与えられる。アクセサリスイッチ９、イグニッションスイッチ８及び始動スイッチ７は、イグニッションキーが操作されることにより順次オンされる。
また、リレー４が、電圧電流特性算出部１５から制御されて、バッテリ１を負荷５（例えばデフォッガ）にパルス放電させる。
【００１７】
電圧電流特性算出部１５は、バッテリ１が充電中でないときに、バッテリ１にパルス放電させて、その電流値Ｉ（充電プラス、放電マイナス）及び電圧値Ｖを計測する。次いで、１回前の計測電圧Ｖn-1 、今回の計測電流Ｉn 、及び１回前の計測電流Ｉn-1 を説明変数として、式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを最小二乗法により求めて、バッテリ１の電圧電流特性を算出する。
Ｖn ＝ｘ・Ｖn-1 ＋ｙ・Ｉn ＋ｚ・Ｉn-1＋ｗ （１）
【００１８】
計測された電流値Ｉ及び電圧値Ｖにより、
Ｖ1 ＝ｘ・Ｖ0 ＋ｙ・Ｉ1 ＋ｚ・Ｉ0＋ｗ
Ｖ2 ＝ｘ・Ｖ1 ＋ｙ・Ｉ2 ＋ｚ・Ｉ1＋ｗ
・ ・ ・ ・ ・
Ｖn ＝ｘ・Ｖn-1 ＋ｙ・Ｉn ＋ｚ・Ｉn-1＋ｗ
【００１９】
算出されるべきＶn と、計測された電流値Ｉ及び電圧値Ｖにより算出されたｘ・Ｖn-1＋ｙ・Ｉn＋ｚ・Ｉn-1 ＋ｗとの誤差をｅn とすると、
ｅ1 ＝Ｖ1 −（ｘ・Ｖ0 ＋ｙ・Ｉ1＋ｚ・Ｉ0 ＋ｗ）
ｅ2 ＝Ｖ2 −（ｘ・Ｖ1 ＋ｙ・Ｉ2＋ｚ・Ｉ1 ＋ｗ）
・ ・ ・ ・ ・
ｅn ＝Ｖn −（ｘ・Ｖn-1 ＋ｙ・Ｉn＋ｚ・Ｉn-1 ＋ｗ）
【００２０】
式（２）により、誤差ｅn 2 の合計Ｓを求めて、
Ｓ＝Σｅk 2 ＝Σ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1＋ｙ・Ｉk ＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝2
（２）
式（２）においてＳを最小にするようにｘ，ｙ，ｚ，ｗを定める。
ｄＳ／ｄｘ＝０，ｄＳ／ｄｙ＝０，ｄＳ／ｄｚ＝０，ｄＳ／ｄｗ＝０
ΣＶk-1 ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1＋ｙ・Ｉk ＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝＝０
（３）
【００２１】
ΣＩk ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1 ＋ｙ・Ｉk＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝＝０
（４）
ΣＩk-1 ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1＋ｙ・Ｉk ＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝＝０
（５）
Σ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1 ＋ｙ・Ｉk＋ｚ・Ｉk-1＋ｗ）｝＝０ （６）
式（３）〜（６）をまとめて、
【００２２】
【数１】
【００２３】
式（７）を解いて、ｘ，ｙ，ｚ，ｗを求める。
【００２４】
【数２】
【００２５】
ところで、図２に示す、内部抵抗Ｒb 、及び内部抵抗Ｒb に直列接続された内部抵抗Ｒk と容量Ｃk との並列回路を備えるバッテリモデルを想定し、開放電圧値をＶO 、内部抵抗Ｒk と容量Ｃk との並列回路にかかる電圧値ｖ1 、出力電流値Ｉ、出力電圧値Ｖとすると、式（９）（１０）の関係が成り立つ。
Ｖ＝ＶO −Ｒb ・Ｉ−ｖ1 （９）
Ｉ＝ｖ1 ／Ｒk −Ｃk ・ｄｖ1／ｄｔ （１０）
【００２６】
式（９）より、
ｖ1 ＝ＶO −Ｖ−Ｒb ・Ｉ
ｄｖ1 ／ｄｔ＝ｄＶO ／ｄｔ−ｄＶ／ｄｔ−Ｒb・ｄＩ／ｄｔ
これらを式（１０）に代入して、
Ｉ＝（ＶO −Ｖ−Ｒb ・Ｉ）／Ｒk
＋Ｃk （ｄＶO ／ｄｔ−ｄＶ／ｄｔ−Ｒb・ｄＩ／ｄｔ）
＝−Ｖ／Ｒk ＋ＶO ／Ｒk −Ｒb・Ｉ／Ｒk
＋Ｃk （−ｄＶ／ｄｔ−Ｒb ・ｄＩ／ｄｔ）
次に、これを差分化する。
【００２７】
【数３】
【００２８】
式（１）と式（１１）との係数比較により、バッテリモデルの開放電圧値ＶO 、内部抵抗Ｒb ，Ｒk 、容量Ｃk が、計測された電流値Ｉ及び電圧値Ｖにより最小二乗法で求めた式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗにより下記のように求められる。
ＶO ＝ｗ／（１−ｘ） （１２）
Ｒb ＝ｚ／ｘ （１３）
Ｒk ＝−（ｘｙ＋ｚ）／ｘ（１−ｘ） （１４）
【００２９】
スタータ１０の始動時の電圧値（＝バッテリ１の端子電圧値）は、図３に示すように、突入電流により瞬間的に大きく低下し、突入電流が収束した後は、定常状態へ移行する。スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の下限電圧値が低下し過ぎると、点火装置等の制御回路の電源電圧が正常範囲より低下して、制御回路が作動できなくなるので、エンジンは回転できない。
【００３０】
ここで、図４に示すように、バッテリ１の開放電圧値ＶO 、バッテリ１の内部抵抗Ｒ、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS とすると、スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の端子電圧値ＶS は、式（１５）で算出される。
ＶS ＝ＶO ＲS ／（Ｒ＋ＲS）＝ＶO ／（１＋Ｒ／ＲS ） （１５）
【００３１】
バッテリ１の内部抵抗Ｒは、式（１３）（１４）から式（１６）で算出される。
Ｒ＝（ｙ＋ｚ）／（１−ｘ） （１６）
従って、スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の端子電圧値ＶS （下限電圧値、始動電圧値）を検出し、計測及び最小二乗法によりバッテリ１の電圧電流特性を算出して、内部抵抗Ｒ及び開放電圧値ＶOを得ることにより、式（１７）でスタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS を算出することができる。
ＲS ＝ＲＶS ／（ＶO −ＶS） （１７）
【００３２】
抵抗ＲS が既知になれば、計測によりバッテリ１の電圧電流特性を算出して行くことにより、計測時のバッテリ１の状態での下限電圧値を、式（１５）で算出し予想することができる。予想した下限電圧値と実測に基づく所定電圧値との大小を判定することにより、その時点で、エンジンを停止させた場合に、再始動させることが可能か否かを予測することができる。
【００３３】
以下に、このような構成の始動性予測装置及び電源制御装置の動作を、それを示す図５のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御部１２の電圧電流特性算出部１５は、先ず、フラグＦをリセット（＝０）した（Ｓ１）後、イグニッションキーがオンになり、始動スイッチ７がオンになれば（Ｓ２）、スタータ１０に突入電流が流れたときの下限電圧値ＶS を検出する（Ｓ３）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、バッテリ１の状態が変化するのに充分な所定時間が経過したか否かを判定し（Ｓ５）、経過していれば、電流センサ２が検出した電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。次いで、読込んだ電流値Ｉが、バッテリ１が充電中でないことを示す０以下であるか否かを判定し（Ｓ９）、電流値Ｉが０以下でなく充電中であれば、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３４】
電圧電流特性算出部１５は、電流値Ｉが０以下であり、バッテリ１が充電中でなければ（Ｓ９）、リレー４に負荷５（例えばデフォッガ）へパルス放電させ、そのときの電流センサ２の検出電流値、及び電圧センサ３の検出電圧値を計測する（Ｓ１１）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、電流値及び電圧値の計測数を計数し（Ｓ１３）、計測数が所定数（例えば１２）以上であるか否かを判定し（Ｓ１５）、所定数以上でなければ、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３５】
電圧電流特性算出部１５は、計測数が所定数以上であれば（Ｓ１５）、計測数をリセットする（Ｓ１７）。次いで、計測した電流値及び電圧値（Ｓ１１）を使用して、バッテリ１の電圧電流特性を表す式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを最小二乗法により算出する（Ｓ１９）。
【００３６】
始動性判定部１４は、次に、フラグＦがリセット（＝０）されているか否かを判定し（Ｓ２０）、リセットされていれば、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗値ＲS を式（１７）で算出し、パラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ２１）。次いで、フラグＦをセット（＝１）して（Ｓ２２）、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３７】
始動性判定部１４は、フラグＦがセット（＝１）されていれば（Ｓ２０）、電圧電流特性算出部１５が算出した係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗ（Ｓ１９）及び抵抗値ＲS を使用して、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１２）（１５）（１６）により、下限電圧値ＶS を算出し推定する（Ｓ２３）。次いで、推定した下限電圧値ＶS が、実測により求めパラメータ記憶部１３に記憶してある下限電圧値（所定電圧値）以上であるか否かを判定し、現在のバッテリ１の状態で、エンジンを停止させた場合に、エンジンを再始動させることができるか否かを判定する（Ｓ２５）。
【００３８】
始動性判定部１４は、エンジンを再始動させることができると判定したとき（Ｓ２７）は、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。エンジンを再始動させることができないと判定したとき（Ｓ２７）は、電源制御部１２が、バッテリ１に接続された電気負荷５，６・・のうち、所定の電気負荷５，６・・へのバッテリ１からの給電停止、又は給電電力の削減を実行して、負荷制御又は充電制御を行った（Ｓ２９）後、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３９】
（実施の形態２）
図６は、本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
この始動性予測装置及び電源制御装置は、温度センサ１７が、バッテリ１の温度を検出して、始動性判定部１４に与え、温度センサ１８が、スタータ１０のワイヤハーネスの温度を検出して、始動性判定部１４に与える。その他の構成は、上述した図１の始動性予測装置及び電源制御装置の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省力する。
【００４０】
本実施の形態２では、現在の状態から、例えば温度が−３０℃となった場合に、バッテリ１がエンジンを始動させることができるか否かを予測する。
先ず、温度が−３０℃となった場合に、スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の端子電圧値ＶS （-30 ）（下限電圧値、始動電圧値）を予測する。
【００４１】
その為には、バッテリ１の内部抵抗Ｒ及びスタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS を、温度が−３０℃となった場合の、バッテリ１の内部抵抗Ｒ（-30 ）及びスタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS（-30 ）に補正する。
現在のバッテリ１の内部抵抗Ｒは、上述したように、式（１６）で算出される。
Ｒ＝（ｙ＋ｚ）／（１−ｘ） （１６）
また、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS は、上述したように、式（１７）で算出される。
ＲS ＝ＲＶS ／（ＶO −ＶS） （１７）
【００４２】
バッテリの内部抵抗は、温度により例えば図７〜９に示すような特性を取る。
開放電圧が同じであるとすると、温度ｔ℃であるときの内部抵抗Ｒ（ｔ）は、次式で表すことができる。
Ｒ（ｔ）＝ｆ（ｔ−２０）×Ｒ（20）
尚、関数ｆ（ｔ）は、実測に基づき、最小二乗法等で求めておく。
【００４３】
現在の温度をｔ0 とすると、
Ｒ（20）＝Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0 −２０）
である。
従って、−３０℃であるときの内部抵抗Ｒ（-30 ）は、
Ｒ（-30 ）＝ｆ（−３０−２０）×Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0 −２０）
＝ｆ（−５０）×Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0 −２０） （１８）
で表すことができる。
【００４４】
スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗（ハーネス抵抗）ＲS は、銅線の抵抗であり、銅線の抵抗特性は、温度により例えば図１０に示すような特性を取り、温度がｔ℃であるときに、一般に次式のような線形式で表すことができる。
ＲS （ｔ）＝ｇ（ｔ）×ＲS （20）
尚、関数ｇ（ｔ）は、実測に基づき、最小二乗法等で求めておく。
【００４５】
現在の温度をｔ1 とすると、
ＲS （ｔ）＝ｇ（ｔ1 ）×ＲS （20）
である。
従って、−３０℃であるときのハーネス抵抗ＲS （-30 ）は、
ＲS （-30 ）＝ｇ（-30 ）×ＲS （20）
＝ｇ（-30 ）×ＲS （ｔ1 ）／ｇ（ｔ1 ） （１９）
で表すことができる。
【００４６】
以上から、−３０℃であるときの下限電圧予測値ＶS （-30 ）は、式（１５）に基づき、式（２０）のようになる。
ＶS （-30 ）＝ＶO ／｛１＋Ｒ（-30 ）／ＲS（-30 ）｝
＝ＶO ／［１＋｛ｆ（−５０）×Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0−２０）｝／｛ｇ（-30 ）×ＲS （ｔ1 ）／ｇ（ｔ1 ）｝］ （２０）
【００４７】
以下に、このような構成の始動性予測装置及び電源制御装置の動作を、それを示す図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御部１２の電圧電流特性算出部１５は、先ず、フラグＦをリセット（＝０）した（Ｓ３１）後、イグニッションキーがオンになり、始動スイッチ７がオンになれば（Ｓ３２）、スタータ１０に突入電流が流れたときの下限電圧値ＶS を検出する（Ｓ３３）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、バッテリ１の状態が変化するのに充分な所定時間が経過したか否かを判定し（Ｓ３５）、経過していれば、電流センサ２が検出した電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。次いで、読込んだ電流値Ｉが、バッテリ１が充電中でないことを示す０以下であるか否かを判定し（Ｓ３９）、電流値Ｉが０以下でなく充電中であれば、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【００４８】
電圧電流特性算出部１５は、電流値Ｉが０以下であり、バッテリ１が充電中でなければ（Ｓ３９）、リレー４に負荷５（例えばデフォッガ）へパルス放電させ、そのときの電流センサ２の検出電流値、及び電圧センサ３の検出電圧値を計測する（Ｓ４１）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、電流値及び電圧値の計測数を計数し（Ｓ４３）、計測数が所定数（例えば１２）以上であるか否かを判定し（Ｓ４５）、所定数以上でなければ、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【００４９】
電圧電流特性算出部１５は、計測数が所定数以上であれば（Ｓ４５）、計測数をリセットする（Ｓ４７）。次いで、計測した電流値及び電圧値（Ｓ４１）を使用して、バッテリ１の電圧電流特性を表す式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを最小二乗法により算出する（Ｓ４９）。
【００５０】
始動性判定部１４は、次に、フラグＦがリセット（＝０）されているか否かを判定し（Ｓ５１）、リセットされていれば、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗値ＲS を式（１７）で算出し、パラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ５３）。また、バッテリ１の内部抵抗Ｒを式（１６）で算出し、パラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ５３）。
【００５１】
始動性判定部１４は、次に、温度センサ１７が検出したバッテリ１の温度ｔ0 、及び温度センサ１８が検出したスタータ１０のワイヤハーネスの温度ｔ1を読込む（Ｓ５５）。
始動性判定部１４は、次に、読込んだ温度ｔ0 に基づき、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１８）より、−３０℃であるときの内部抵抗Ｒ（-30 ）を算出する。また、読込んだ温度ｔ1 に基づき、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１９）より、−３０℃であるときのハーネス抵抗ＲS（-30 ）を算出して、内部抵抗Ｒ（-30 ）及びハーネス抵抗ＲS （-30 ）をパラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ５７）。次いで、フラグＦをセット（＝１）して（Ｓ５９）、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【００５２】
始動性判定部１４は、フラグＦがセット（＝１）されていれば（Ｓ５１）、電圧電流特性算出部１５が算出した係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗ（Ｓ４９）、内部抵抗Ｒ（-30 ）及びハーネス抵抗ＲS （-30 ）を使用して、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１２）（２０）により、−３０℃であるときの下限電圧値ＶS（-30 ）を算出し推定する（Ｓ６１）。次いで、推定した下限電圧値ＶS （-30 ）が、実測により求めパラメータ記憶部１３に記憶してある下限電圧値（所定電圧値、例えば５Ｖ）以上であるか否かを判定し、現在のバッテリ１の状態で、エンジンを停止させた場合に、温度が−３０℃であれば、エンジンを再始動させることができるか否かを判定する（Ｓ６３）
【００５３】
始動性判定部１４は、エンジンを再始動させることができると判定したとき（Ｓ６５）は、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。エンジンを再始動させることができないと判定したとき（Ｓ６５）は、電源制御部１２が、バッテリ１に接続された電気負荷５，６・・のうち、所定の電気負荷５，６・・へのバッテリ１からの給電停止、又は給電電力の削減を実行して、負荷制御又は充電制御を行った（Ｓ６７）後、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】バッテリモデルの例を示す回路図である。
【図３】スタータの電圧特性を示す特性図である。
【図４】スタータに突入電流が流れているときのバッテリ及びスタータの状態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図７】バッテリの内部抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図８】バッテリの内部抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図９】バッテリの内部抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図１０】銅線の抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図１１】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１ バッテリ（車載バッテリ）
２ 電流センサ
３ 電圧センサ
４ リレー
５，６ 負荷
７ 始動スイッチ
８ イグニッションスイッチ
９ アクセサリスイッチ
１０ スタータ（始動装置、セルモータ）
１１ 点火装置
１２ 電源制御部
１３ パラメータ記憶部
１４ 始動性判定部（予測手段）
１５ 電圧電流特性算出部（算出手段）
１６ オルタネータ（交流発電機）
１７，１８ 温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載バッテリの計測した電圧値及び電流値に基づき、車載バッテリの電圧電流特性を算出し、算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、エンジンが始動可能であるか否かを予測する始動性予測装置、及びこの始動性予測装置を備える電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンは、自力では始動できないので、始動用の電動モータ（スタータ、セルモータ、始動装置）を備えている。一般的には、イグニッションスイッチでエンジンの点火装置をオンにした状態で、更にイグニッションスイッチを回すことにより、車載バッテリから電力が供給され、スタータが駆動する。その際、スタータには数百アンペアの始動電流（突入電流）が瞬間的に流れ、そのときの車載バッテリの下限電圧値が低下し過ぎると、点火装置等の制御回路の電源電圧が正常範囲より低下して、制御回路が作動できなくなるので、所謂エンスト状態となる。
【０００３】
特許文献１には、アイドルストップ・スタート機能を有する車両に搭載されたバッテリの残容量を、エンジン始動時に算出されるバッテリの内部抵抗と、バッテリに流れる積算電流との組合せにより推定するバッテリ残容量推定方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−４２７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、スタータ（エンジン）を始動させることが車載バッテリの重要な機能であり、エンジンを停止させたときに、エンジンを再始動させることができるか否かを示す始動性は最重要な情報である。エンジンを始動させることができるか否かは、車載バッテリの残容量に関係するが、車載バッテリの残容量は、バッテリ液の分極の影響により正確な測定が困難である為、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測するのは難しいという問題がある。
また、エンジンを再始動させるときに、温度が低下していることがあるが、温度が低下すると、エンジンが始動し難くなるので、温度条件を含めて、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを予測することも必要である。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を提供することを目的とする。
第２発明では、温度が低下した場合でも、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を提供することを目的とする。
第３発明では、第１又は第２発明に係る始動性予測装置を備え、始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリの充電量を増加させることができる電源制御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】
【０００６】
第１発明に係る始動性予測装置は、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗を算出する手段と、該手段が算出した抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
この始動性予測装置では、計測した車載バッテリの電圧値及び電流値に基づき、車載バッテリの電圧電流特性を算出し、算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する。車載バッテリが充電中でないときに、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する。エンジンの始動時に車載バッテリの始動電圧値を検出し、検出した始動電圧値及び車載バッテリの電圧電流特性に基づき、スタータの抵抗を算出する。算出した抵抗を車載バッテリの電圧電流特性に適用したときの車載バッテリの電圧値を算出し、算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する。所定電圧値より低いと判定したときに、エンジンが始動不能であると予測する。
【０００８】
第２発明に係る始動性予測装置は、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、所定温度であるときに、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗及び前記車載バッテリの内部抵抗を算出する手段と、該手段が算出した前記抵抗及び内部抵抗に基づき、前記所定温度であるときの前記抵抗及び内部抵抗を推定する手段と、該手段が推定した抵抗及び内部抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
この始動性予測装置では、計測した車載バッテリの電圧値及び電流値に基づき、車載バッテリの電圧電流特性を算出し、算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、所定温度であるときに、エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する。車載バッテリが充電中でないときに、車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する。エンジンの始動時に車載バッテリの始動電圧値を検出し、検出した始動電圧値及び車載バッテリの電圧電流特性に基づき、スタータの抵抗及び車載バッテリの内部抵抗を算出する。算出したスタータの抵抗及び内部抵抗に基づき、所定温度であるときのスタータの抵抗及び内部抵抗を推定し、推定したスタータの抵抗及び内部抵抗を車載バッテリの電圧電流特性に適用したときの車載バッテリの電圧値を算出する。次いで、算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定し、所定電圧値より低いと判定したときに、エンジンが始動不能であると予測する。
【００１０】
第３発明に係る電源制御装置は、第１又は第２発明に係る始動性予測装置と、該始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリに接続された電気負荷のうち、予め定められた電気負荷の前記車載バッテリからの切断、又は前記電気負荷への供給電力の削減を実行する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この電源制御装置では、本発明に係る始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリに接続された電気負荷のうち、予め定められた電気負荷の車載バッテリからの切断、又は電気負荷への供給電力の削減を実行する。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明に係る始動性予測装置によれば、車載バッテリの状態に応じて、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を実現することができる。
【００１３】
第２発明に係る始動性予測装置によれば、温度が低下した場合でも、車載バッテリの状態に応じて、車載バッテリがエンジンを始動させることができるか否かを正確に予測することが可能な始動性予測装置を実現することができる。
【００１４】
第３発明に係る電源制御装置によれば、始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリの充電量を増加させることができる電源制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この始動性予測装置及び電源制御装置は、マイクロコンピュータを有する電源制御部１２に内蔵されたパラメータ記憶部１３、始動性判定部１４及び電圧電流特性算出部１５を備えている。電流センサ２が、バッテリ１（車載バッテリ）の入出力電流値を検出して、電圧電流特性算出部１５に与え、電圧センサ３が、バッテリ１の出力電圧値（端子電圧値）を検出して、電圧電流特性算出部１５に与える。
車両のオルタネータ１６（交流発電機）が発電し、電圧調整及び整流した電力が、電流センサ２を通じてバッテリ１に与えられる。
【００１６】
バッテリ１が出力する電力、及びオルタネータ１６が発電した電力は、始動スイッチ７を通じてスタータ１０（始動装置、セルモータ）に、イグニッションスイッチ８を通じて点火装置１１に、アクセサリスイッチ９を通じてラジオ及びデフォッガ等の負荷５，６・・・にそれぞれ与えられる。アクセサリスイッチ９、イグニッションスイッチ８及び始動スイッチ７は、イグニッションキーが操作されることにより順次オンされる。
また、リレー４が、電圧電流特性算出部１５から制御されて、バッテリ１を負荷５（例えばデフォッガ）にパルス放電させる。
【００１７】
電圧電流特性算出部１５は、バッテリ１が充電中でないときに、バッテリ１にパルス放電させて、その電流値Ｉ（充電プラス、放電マイナス）及び電圧値Ｖを計測する。次いで、１回前の計測電圧Ｖn-1 、今回の計測電流Ｉn 、及び１回前の計測電流Ｉn-1 を説明変数として、式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを最小二乗法により求めて、バッテリ１の電圧電流特性を算出する。
Ｖn ＝ｘ・Ｖn-1 ＋ｙ・Ｉn ＋ｚ・Ｉn-1＋ｗ （１）
【００１８】
計測された電流値Ｉ及び電圧値Ｖにより、
Ｖ1 ＝ｘ・Ｖ0 ＋ｙ・Ｉ1 ＋ｚ・Ｉ0＋ｗ
Ｖ2 ＝ｘ・Ｖ1 ＋ｙ・Ｉ2 ＋ｚ・Ｉ1＋ｗ
・ ・ ・ ・ ・
Ｖn ＝ｘ・Ｖn-1 ＋ｙ・Ｉn ＋ｚ・Ｉn-1＋ｗ
【００１９】
算出されるべきＶn と、計測された電流値Ｉ及び電圧値Ｖにより算出されたｘ・Ｖn-1＋ｙ・Ｉn＋ｚ・Ｉn-1 ＋ｗとの誤差をｅn とすると、
ｅ1 ＝Ｖ1 −（ｘ・Ｖ0 ＋ｙ・Ｉ1＋ｚ・Ｉ0 ＋ｗ）
ｅ2 ＝Ｖ2 −（ｘ・Ｖ1 ＋ｙ・Ｉ2＋ｚ・Ｉ1 ＋ｗ）
・ ・ ・ ・ ・
ｅn ＝Ｖn −（ｘ・Ｖn-1 ＋ｙ・Ｉn＋ｚ・Ｉn-1 ＋ｗ）
【００２０】
式（２）により、誤差ｅn 2 の合計Ｓを求めて、
Ｓ＝Σｅk 2 ＝Σ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1＋ｙ・Ｉk ＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝2
（２）
式（２）においてＳを最小にするようにｘ，ｙ，ｚ，ｗを定める。
ｄＳ／ｄｘ＝０，ｄＳ／ｄｙ＝０，ｄＳ／ｄｚ＝０，ｄＳ／ｄｗ＝０
ΣＶk-1 ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1＋ｙ・Ｉk ＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝＝０
（３）
【００２１】
ΣＩk ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1 ＋ｙ・Ｉk＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝＝０
（４）
ΣＩk-1 ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1＋ｙ・Ｉk ＋ｚ・Ｉk-1 ＋ｗ）｝＝０
（５）
Σ｛Ｖk −（ｘ・Ｖk-1 ＋ｙ・Ｉk＋ｚ・Ｉk-1＋ｗ）｝＝０ （６）
式（３）〜（６）をまとめて、
【００２２】
【数１】
【００２３】
式（７）を解いて、ｘ，ｙ，ｚ，ｗを求める。
【００２４】
【数２】
【００２５】
ところで、図２に示す、内部抵抗Ｒb 、及び内部抵抗Ｒb に直列接続された内部抵抗Ｒk と容量Ｃk との並列回路を備えるバッテリモデルを想定し、開放電圧値をＶO 、内部抵抗Ｒk と容量Ｃk との並列回路にかかる電圧値ｖ1 、出力電流値Ｉ、出力電圧値Ｖとすると、式（９）（１０）の関係が成り立つ。
Ｖ＝ＶO −Ｒb ・Ｉ−ｖ1 （９）
Ｉ＝ｖ1 ／Ｒk −Ｃk ・ｄｖ1／ｄｔ （１０）
【００２６】
式（９）より、
ｖ1 ＝ＶO −Ｖ−Ｒb ・Ｉ
ｄｖ1 ／ｄｔ＝ｄＶO ／ｄｔ−ｄＶ／ｄｔ−Ｒb・ｄＩ／ｄｔ
これらを式（１０）に代入して、
Ｉ＝（ＶO −Ｖ−Ｒb ・Ｉ）／Ｒk
＋Ｃk （ｄＶO ／ｄｔ−ｄＶ／ｄｔ−Ｒb・ｄＩ／ｄｔ）
＝−Ｖ／Ｒk ＋ＶO ／Ｒk −Ｒb・Ｉ／Ｒk
＋Ｃk （−ｄＶ／ｄｔ−Ｒb ・ｄＩ／ｄｔ）
次に、これを差分化する。
【００２７】
【数３】
【００２８】
式（１）と式（１１）との係数比較により、バッテリモデルの開放電圧値ＶO 、内部抵抗Ｒb ，Ｒk 、容量Ｃk が、計測された電流値Ｉ及び電圧値Ｖにより最小二乗法で求めた式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗにより下記のように求められる。
ＶO ＝ｗ／（１−ｘ） （１２）
Ｒb ＝ｚ／ｘ （１３）
Ｒk ＝−（ｘｙ＋ｚ）／ｘ（１−ｘ） （１４）
【００２９】
スタータ１０の始動時の電圧値（＝バッテリ１の端子電圧値）は、図３に示すように、突入電流により瞬間的に大きく低下し、突入電流が収束した後は、定常状態へ移行する。スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の下限電圧値が低下し過ぎると、点火装置等の制御回路の電源電圧が正常範囲より低下して、制御回路が作動できなくなるので、エンジンは回転できない。
【００３０】
ここで、図４に示すように、バッテリ１の開放電圧値ＶO 、バッテリ１の内部抵抗Ｒ、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS とすると、スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の端子電圧値ＶS は、式（１５）で算出される。
ＶS ＝ＶO ＲS ／（Ｒ＋ＲS）＝ＶO ／（１＋Ｒ／ＲS ） （１５）
【００３１】
バッテリ１の内部抵抗Ｒは、式（１３）（１４）から式（１６）で算出される。
Ｒ＝（ｙ＋ｚ）／（１−ｘ） （１６）
従って、スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の端子電圧値ＶS （下限電圧値、始動電圧値）を検出し、計測及び最小二乗法によりバッテリ１の電圧電流特性を算出して、内部抵抗Ｒ及び開放電圧値ＶOを得ることにより、式（１７）でスタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS を算出することができる。
ＲS ＝ＲＶS ／（ＶO −ＶS） （１７）
【００３２】
抵抗ＲS が既知になれば、計測によりバッテリ１の電圧電流特性を算出して行くことにより、計測時のバッテリ１の状態での下限電圧値を、式（１５）で算出し予想することができる。予想した下限電圧値と実測に基づく所定電圧値との大小を判定することにより、その時点で、エンジンを停止させた場合に、再始動させることが可能か否かを予測することができる。
【００３３】
以下に、このような構成の始動性予測装置及び電源制御装置の動作を、それを示す図５のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御部１２の電圧電流特性算出部１５は、先ず、フラグＦをリセット（＝０）した（Ｓ１）後、イグニッションキーがオンになり、始動スイッチ７がオンになれば（Ｓ２）、スタータ１０に突入電流が流れたときの下限電圧値ＶS を検出する（Ｓ３）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、バッテリ１の状態が変化するのに充分な所定時間が経過したか否かを判定し（Ｓ５）、経過していれば、電流センサ２が検出した電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。次いで、読込んだ電流値Ｉが、バッテリ１が充電中でないことを示す０以下であるか否かを判定し（Ｓ９）、電流値Ｉが０以下でなく充電中であれば、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３４】
電圧電流特性算出部１５は、電流値Ｉが０以下であり、バッテリ１が充電中でなければ（Ｓ９）、リレー４に負荷５（例えばデフォッガ）へパルス放電させ、そのときの電流センサ２の検出電流値、及び電圧センサ３の検出電圧値を計測する（Ｓ１１）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、電流値及び電圧値の計測数を計数し（Ｓ１３）、計測数が所定数（例えば１２）以上であるか否かを判定し（Ｓ１５）、所定数以上でなければ、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３５】
電圧電流特性算出部１５は、計測数が所定数以上であれば（Ｓ１５）、計測数をリセットする（Ｓ１７）。次いで、計測した電流値及び電圧値（Ｓ１１）を使用して、バッテリ１の電圧電流特性を表す式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを最小二乗法により算出する（Ｓ１９）。
【００３６】
始動性判定部１４は、次に、フラグＦがリセット（＝０）されているか否かを判定し（Ｓ２０）、リセットされていれば、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗値ＲS を式（１７）で算出し、パラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ２１）。次いで、フラグＦをセット（＝１）して（Ｓ２２）、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３７】
始動性判定部１４は、フラグＦがセット（＝１）されていれば（Ｓ２０）、電圧電流特性算出部１５が算出した係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗ（Ｓ１９）及び抵抗値ＲS を使用して、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１２）（１５）（１６）により、下限電圧値ＶS を算出し推定する（Ｓ２３）。次いで、推定した下限電圧値ＶS が、実測により求めパラメータ記憶部１３に記憶してある下限電圧値（所定電圧値）以上であるか否かを判定し、現在のバッテリ１の状態で、エンジンを停止させた場合に、エンジンを再始動させることができるか否かを判定する（Ｓ２５）。
【００３８】
始動性判定部１４は、エンジンを再始動させることができると判定したとき（Ｓ２７）は、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。エンジンを再始動させることができないと判定したとき（Ｓ２７）は、電源制御部１２が、バッテリ１に接続された電気負荷５，６・・のうち、所定の電気負荷５，６・・へのバッテリ１からの給電停止、又は給電電力の削減を実行して、負荷制御又は充電制御を行った（Ｓ２９）後、所定時間待機し（Ｓ５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
【００３９】
（実施の形態２）
図６は、本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
この始動性予測装置及び電源制御装置は、温度センサ１７が、バッテリ１の温度を検出して、始動性判定部１４に与え、温度センサ１８が、スタータ１０のワイヤハーネスの温度を検出して、始動性判定部１４に与える。その他の構成は、上述した図１の始動性予測装置及び電源制御装置の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省力する。
【００４０】
本実施の形態２では、現在の状態から、例えば温度が−３０℃となった場合に、バッテリ１がエンジンを始動させることができるか否かを予測する。
先ず、温度が−３０℃となった場合に、スタータ１０に突入電流が流れているときのバッテリ１の端子電圧値ＶS （-30 ）（下限電圧値、始動電圧値）を予測する。
【００４１】
その為には、バッテリ１の内部抵抗Ｒ及びスタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS を、温度が−３０℃となった場合の、バッテリ１の内部抵抗Ｒ（-30 ）及びスタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS（-30 ）に補正する。
現在のバッテリ１の内部抵抗Ｒは、上述したように、式（１６）で算出される。
Ｒ＝（ｙ＋ｚ）／（１−ｘ） （１６）
また、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗ＲS は、上述したように、式（１７）で算出される。
ＲS ＝ＲＶS ／（ＶO −ＶS） （１７）
【００４２】
バッテリの内部抵抗は、温度により例えば図７〜９に示すような特性を取る。
開放電圧が同じであるとすると、温度ｔ℃であるときの内部抵抗Ｒ（ｔ）は、次式で表すことができる。
Ｒ（ｔ）＝ｆ（ｔ−２０）×Ｒ（20）
尚、関数ｆ（ｔ）は、実測に基づき、最小二乗法等で求めておく。
【００４３】
現在の温度をｔ0 とすると、
Ｒ（20）＝Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0 −２０）
である。
従って、−３０℃であるときの内部抵抗Ｒ（-30 ）は、
Ｒ（-30 ）＝ｆ（−３０−２０）×Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0 −２０）
＝ｆ（−５０）×Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0 −２０） （１８）
で表すことができる。
【００４４】
スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗（ハーネス抵抗）ＲS は、銅線の抵抗であり、銅線の抵抗特性は、温度により例えば図１０に示すような特性を取り、温度がｔ℃であるときに、一般に次式のような線形式で表すことができる。
ＲS （ｔ）＝ｇ（ｔ）×ＲS （20）
尚、関数ｇ（ｔ）は、実測に基づき、最小二乗法等で求めておく。
【００４５】
現在の温度をｔ1 とすると、
ＲS （ｔ）＝ｇ（ｔ1 ）×ＲS （20）
である。
従って、−３０℃であるときのハーネス抵抗ＲS （-30 ）は、
ＲS （-30 ）＝ｇ（-30 ）×ＲS （20）
＝ｇ（-30 ）×ＲS （ｔ1 ）／ｇ（ｔ1 ） （１９）
で表すことができる。
【００４６】
以上から、−３０℃であるときの下限電圧予測値ＶS （-30 ）は、式（１５）に基づき、式（２０）のようになる。
ＶS （-30 ）＝ＶO ／｛１＋Ｒ（-30 ）／ＲS（-30 ）｝
＝ＶO ／［１＋｛ｆ（−５０）×Ｒ（ｔ0 ）／ｆ（ｔ0−２０）｝／｛ｇ（-30 ）×ＲS （ｔ1 ）／ｇ（ｔ1 ）｝］ （２０）
【００４７】
以下に、このような構成の始動性予測装置及び電源制御装置の動作を、それを示す図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御部１２の電圧電流特性算出部１５は、先ず、フラグＦをリセット（＝０）した（Ｓ３１）後、イグニッションキーがオンになり、始動スイッチ７がオンになれば（Ｓ３２）、スタータ１０に突入電流が流れたときの下限電圧値ＶS を検出する（Ｓ３３）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、バッテリ１の状態が変化するのに充分な所定時間が経過したか否かを判定し（Ｓ３５）、経過していれば、電流センサ２が検出した電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。次いで、読込んだ電流値Ｉが、バッテリ１が充電中でないことを示す０以下であるか否かを判定し（Ｓ３９）、電流値Ｉが０以下でなく充電中であれば、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【００４８】
電圧電流特性算出部１５は、電流値Ｉが０以下であり、バッテリ１が充電中でなければ（Ｓ３９）、リレー４に負荷５（例えばデフォッガ）へパルス放電させ、そのときの電流センサ２の検出電流値、及び電圧センサ３の検出電圧値を計測する（Ｓ４１）。
電圧電流特性算出部１５は、次に、電流値及び電圧値の計測数を計数し（Ｓ４３）、計測数が所定数（例えば１２）以上であるか否かを判定し（Ｓ４５）、所定数以上でなければ、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【００４９】
電圧電流特性算出部１５は、計測数が所定数以上であれば（Ｓ４５）、計測数をリセットする（Ｓ４７）。次いで、計測した電流値及び電圧値（Ｓ４１）を使用して、バッテリ１の電圧電流特性を表す式（１）の係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを最小二乗法により算出する（Ｓ４９）。
【００５０】
始動性判定部１４は、次に、フラグＦがリセット（＝０）されているか否かを判定し（Ｓ５１）、リセットされていれば、スタータ１０のワイヤハーネスを含む抵抗値ＲS を式（１７）で算出し、パラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ５３）。また、バッテリ１の内部抵抗Ｒを式（１６）で算出し、パラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ５３）。
【００５１】
始動性判定部１４は、次に、温度センサ１７が検出したバッテリ１の温度ｔ0 、及び温度センサ１８が検出したスタータ１０のワイヤハーネスの温度ｔ1を読込む（Ｓ５５）。
始動性判定部１４は、次に、読込んだ温度ｔ0 に基づき、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１８）より、−３０℃であるときの内部抵抗Ｒ（-30 ）を算出する。また、読込んだ温度ｔ1 に基づき、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１９）より、−３０℃であるときのハーネス抵抗ＲS（-30 ）を算出して、内部抵抗Ｒ（-30 ）及びハーネス抵抗ＲS （-30 ）をパラメータ記憶部１３に記憶する（Ｓ５７）。次いで、フラグＦをセット（＝１）して（Ｓ５９）、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【００５２】
始動性判定部１４は、フラグＦがセット（＝１）されていれば（Ｓ５１）、電圧電流特性算出部１５が算出した係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗ（Ｓ４９）、内部抵抗Ｒ（-30 ）及びハーネス抵抗ＲS （-30 ）を使用して、パラメータ記憶部１３に記憶してある式（１２）（２０）により、−３０℃であるときの下限電圧値ＶS（-30 ）を算出し推定する（Ｓ６１）。次いで、推定した下限電圧値ＶS （-30 ）が、実測により求めパラメータ記憶部１３に記憶してある下限電圧値（所定電圧値、例えば５Ｖ）以上であるか否かを判定し、現在のバッテリ１の状態で、エンジンを停止させた場合に、温度が−３０℃であれば、エンジンを再始動させることができるか否かを判定する（Ｓ６３）
【００５３】
始動性判定部１４は、エンジンを再始動させることができると判定したとき（Ｓ６５）は、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。エンジンを再始動させることができないと判定したとき（Ｓ６５）は、電源制御部１２が、バッテリ１に接続された電気負荷５，６・・のうち、所定の電気負荷５，６・・へのバッテリ１からの給電停止、又は給電電力の削減を実行して、負荷制御又は充電制御を行った（Ｓ６７）後、所定時間待機し（Ｓ３５）、電流値Ｉを読込む（Ｓ３７）。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】バッテリモデルの例を示す回路図である。
【図３】スタータの電圧特性を示す特性図である。
【図４】スタータに突入電流が流れているときのバッテリ及びスタータの状態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図７】バッテリの内部抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図８】バッテリの内部抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図９】バッテリの内部抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図１０】銅線の抵抗の温度特性例を示す特性図である。
【図１１】本発明に係る始動性予測装置及び電源制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１ バッテリ（車載バッテリ）
２ 電流センサ
３ 電圧センサ
４ リレー
５，６ 負荷
７ 始動スイッチ
８ イグニッションスイッチ
９ アクセサリスイッチ
１０ スタータ（始動装置、セルモータ）
１１ 点火装置
１２ 電源制御部
１３ パラメータ記憶部
１４ 始動性判定部（予測手段）
１５ 電圧電流特性算出部（算出手段）
１６ オルタネータ（交流発電機）
１７，１８ 温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、
前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗を算出する手段と、該手段が算出した抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする始動性予測装置。
【請求項２】
車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、所定温度であるときに、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、
前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗及び前記車載バッテリの内部抵抗を算出する手段と、該手段が算出した前記抵抗及び内部抵抗に基づき、前記所定温度であるときの前記抵抗及び内部抵抗を推定する手段と、該手段が推定した抵抗及び内部抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする始動性予測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された始動性予測装置と、該始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリに接続された電気負荷のうち、予め定められた電気負荷の前記車載バッテリからの切断、又は前記電気負荷への供給電力の削減を実行する手段とを備えることを特徴とする電源制御装置。
【請求項１】
車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、
前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗を算出する手段と、該手段が算出した抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする始動性予測装置。
【請求項２】
車載バッテリの電圧値及び電流値を計測する計測手段と、該計測手段が計測した電圧値及び電流値に基づき、前記車載バッテリの電圧電流特性を算出する手段と、該手段が算出した車載バッテリの電圧電流特性に基づき、所定温度であるときに、前記エンジンがスタータにより始動可能であるか否かを予測する予測手段とを備える始動性予測装置であって、
前記計測手段は、前記車載バッテリが充電中でないときに、前記車載バッテリの電圧値及び電流値を計測するように構成してあり、前記予測手段は、前記エンジンの始動時に前記車載バッテリの始動電圧値を検出する手段と、該手段が検出した始動電圧値及び前記電圧電流特性に基づき、前記スタータの抵抗及び前記車載バッテリの内部抵抗を算出する手段と、該手段が算出した前記抵抗及び内部抵抗に基づき、前記所定温度であるときの前記抵抗及び内部抵抗を推定する手段と、該手段が推定した抵抗及び内部抵抗を前記電圧電流特性に適用したときの前記車載バッテリの電圧値を算出する手段と、該手段が算出した電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備え、該判定手段が所定電圧値より低いと判定したときに、前記エンジンが始動不能であると予測するように構成してあることを特徴とする始動性予測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された始動性予測装置と、該始動性予測装置がエンジンは始動不能であると予測したときに、車載バッテリに接続された電気負荷のうち、予め定められた電気負荷の前記車載バッテリからの切断、又は前記電気負荷への供給電力の削減を実行する手段とを備えることを特徴とする電源制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２６０５０６（Ｐ２００８−２６０５０６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９６７１（Ｐ２００７−１４９６７１）
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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