自動車用鉛蓄電池制御装置
【課題】サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる技術の実現。
【解決手段】コントローラ５は、鉛蓄電池１の電圧及び充放電時の瞬間電流に基づいて鉛蓄電池の充電抵抗ＲCHGを算出し、鉛蓄電池１の温度ＴCHGを検出し、記鉛蓄電池１の充電抵抗及び温度に基づいてサルフェーション劣化判定を行うと共に、サルフェーション劣化判定結果に基づき、鉛蓄電池１のサルフェーション劣化を抑制する制御を行う。
【解決手段】コントローラ５は、鉛蓄電池１の電圧及び充放電時の瞬間電流に基づいて鉛蓄電池の充電抵抗ＲCHGを算出し、鉛蓄電池１の温度ＴCHGを検出し、記鉛蓄電池１の充電抵抗及び温度に基づいてサルフェーション劣化判定を行うと共に、サルフェーション劣化判定結果に基づき、鉛蓄電池１のサルフェーション劣化を抑制する制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用鉛蓄電池のサルフェーション劣化を判定し充放電を制御することでサルフェーション劣化を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用鉛蓄電池では、図１に示すように、二酸化鉛（ＰｂＯ2）からなる電極面（正極）に硫酸鉛（ＰｂＳＯ4）が放電と共に生成される。そして、この電極面に生成された硫酸鉛によって、鉛蓄電池の充放電反応が著しく低下する現象を、サルフェーション劣化という。
【０００３】
電極面がサルフェーション劣化している鉛蓄電池は、電極面に形成される硫酸鉛の一部が還元されないため、硫酸鉛が電極面に、Ｈ2Ｏが電解液中に残存する（比重は低下する）ことで充電可能容量を低下させる。
【０００４】
従来のサルフェーション劣化を制御する技術として、サルフェーション劣化の発生を予測し、その発生可能性を元に発電機を作動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２９６３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１は、サルフェーション劣化の発生可能性を予測するもので、鉛蓄電池の充電抵抗（電圧及び電流）や温度という直接的な測定値を用いて検出するものではないため、サルフェーション劣化の発生を精度良く検出するには限界がある。また、サルフェーション劣化を起こした鉛蓄電池は正規の状態へ回復することが困難である。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、バッテリを車載した状態において、バッテリの充電抵抗（電圧及び電流）や温度を直接的に検出することで、サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる技術を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第１の形態では、鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流を検出する電圧電流検出手段と、前記鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流に基づいて前記鉛蓄電池の充電抵抗を算出する充電抵抗算出手段と、前記鉛蓄電池の温度を検出する温度検出手段と、前記鉛蓄電池の充電抵抗及び温度に基づいてサルフェーション劣化判定を行う劣化判定手段と、前記サルフェーション劣化判定結果に基づき、前記鉛蓄電池のサルフェーション劣化を抑制する劣化抑制手段と、を具備する。
【０００８】
また、第２の形態では、前記劣化判定手段は、前記充電抵抗算出手段により算出された充電抵抗が第１の抵抗閾値以上の場合、若しくは第１の抵抗閾値以下で第２の抵抗閾値以上の場合、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下ならばサルフェーション劣化と判定する。
【０００９】
これらの形態によれば、バッテリを車載した状態において、バッテリの充電抵抗（電圧及び電流）や温度を直接的に検出することで、サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる。
【００１０】
また、第３の形態では、前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対して並列に接続された二次電池を有し、当該二次電池を定期的に充放電させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制する。この形態によれば、電極面の硫酸鉛を凝固させることなくサルフェーションを抑制できる。
【００１１】
また、第４の形態では、前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、前記劣化抑制手段は、前記二次電池が前記発電機により満充電状態とされ、前記鉛蓄電池の残存容量が規定量以下の場合、前記二次電池に蓄えられた電力を前記鉛蓄電池に供給する。この形態によれば、簡単な回路構成にてサルフェーションを抑制できる。
【００１２】
また、第５の形態では、前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に印加される電圧を周期的に昇圧し電極の温度を上昇させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制する。この形態によれば、鉛蓄電池の過充電を抑えつつ、温度上昇により硫酸鉛を砂状化させることでサルフェーションを抑制できる。
【００１３】
また、第６の形態では、前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を、エンジン始動後の一定時間内に実行する。この形態によれば、鉛蓄電池の過充電を抑えつつ、昇温が望めない状況での状態でサルフェーションを抑制できる。
【００１４】
また、第７の形態では、前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、前記劣化抑制手段は、前記発電機の発電量が機器の消費電力量より小さい場合、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を実行する。この形態によれば、鉛蓄電池の放電時のサルフェーションを改善することができる。
【００１５】
また、第８の形態は、前記残存容量検出手段は、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下の場合、前記鉛蓄電池の満充電時の蓄電量が小さくなる方向に補正する。この形態によれば、鉛蓄電池の温度を考慮して精度良くサルフェーションを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バッテリを車載した状態において、バッテリの充電抵抗（電圧及び電流）や温度を直接的に検出することで、サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１９】
また、後述する各実施形態の制御に対応するコンピュータプログラムや当該コンピュータプログラムが格納された記憶媒体を、車両に搭載されたコンピュータに供給して、当該コンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。
【００２０】
［サルフェーション劣化の説明］
先ず、鉛蓄電池のサルフェーション劣化の発生メカニズムについて説明する。
【００２１】
図１は鉛蓄電池のしくみ、図２及び図３は電極がサルフェーション劣化する様子を示している。
【００２２】
図１に示すように、自動車用のバッテリとして搭載される鉛蓄電池は、Ｐｂ｜Ｈ2ＳＯ4｜ＰｂＯ2のように表され、負極活性物質として鉛（Ｐｂ）、正極活性物質として二酸化鉛（ＰｂＯ2）が用いられ、これら電極が電解液としての希硫酸液（Ｈ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏ）中に含浸されて構成されている。
【００２３】
上記構成において、放電すると負極でも正極でも硫酸鉛が生成され、その時の電池の起電力は、電解液の希硫酸の濃度にもよるが２．１Ｖ程度である。また、これより少し高い電圧を外部から印加すると逆の反応が起こって硫酸鉛が各電極で鉛と二酸化鉛に戻るため、充電可能な二次電池として動作する。
【００２４】
（１）放電動作
放電反応では、負極で鉛が酸化されて陽イオンから硫酸鉛となり（アノード反応）、正極で二酸化鉛が還元されて硫酸鉛となる（カソード反応）。生成した硫酸鉛の溶解度は非常に低いので、固体となって直ちに析出する。放電につれて電解液の硫酸イオンが減少するので、起電力は低下し原理的には活物質がほとんどなくなるまで放電を続けることができる。なお、これらの活物質は放電電流を大きくとるために微粒子化して用いられる。
【００２５】
（２）充電動作
充電反応では、放電の場合とは逆で、負極では硫酸鉛から鉛イオンが還元されて金属鉛となり（カソード反応）、正極では同じく鉛イオンが２価からさらに酸化されて二酸化鉛となる（アノード反応）。この時、硫酸イオンは電解液中に戻るので電解液の希硫酸の濃度が回復し、全体としては放電前の状態に復帰することになり、それぞれの活物質は放電前と同じ微粒子の状態に戻る。
【００２６】
（３）充放電動作について
上記充電動作と放電動作を繰り返すと、放電で生成した硫酸鉛が固い結晶として析出し、その溶解度が低いために充電で元に戻すことができなくなる。充電で生成した鉛と二酸化鉛が放電反応するためには電極に密着した状態でなければならず、また、硫酸鉛は電気をほとんど通さないので、活物質中に硫酸鉛が入り込むと電流が流れ難くなり、充電時及び放電時に不都合が生じる。
【００２７】
また、鉛蓄電池を放電したまま放置しておくと、生成した柔らかい硫酸鉛が局部的に溶解と析出を繰り返して固い結晶へと成長する。これをサルフェーション（白色硫酸鉛化現象）と呼び、充電できない状態になる。電池寿命の大半はこのサルフェーション劣化によるものであり、放電後は硫酸鉛が柔らかいうちに速やかに充電することが必要となる。
【００２８】
また、活物質がほとんど消費され尽くすまで放電すると、充電時に還元されずに残存する硫酸鉛が多くなる。電解液に接した硫酸鉛の近傍（０．１μｍ）からしか充電反応は起きないので、電極面の内方に埋蔵された硫酸鉛は還元されなくなる。このため、過放電を避けることも必要となる。
【００２９】
一方、鉛蓄電池は自己放電が少ない（０．１％／日 at ２０℃）ものの、自己放電によってゆっくりと生成した硫酸鉛は同時にサルフェーションを起こしているので、全く使わない状態でも数ヶ月毎に充電する必要がある。また、電装品の内蔵クロックや電気回路のリーク電流（暗電流）による放電にも注意する必要がある。
【００３０】
図２に示すように、電極がサルフェーション劣化している鉛蓄電池は、電極面に形成される硫酸鉛の一部が還元されないため、硫酸鉛が電極面に、水が電解液中に残存する（比重は低下する）ことで充電可能容量を低下させる。
【００３１】
図３に示すように、正極がサルフェーション劣化している鉛蓄電池は、充電抵抗が高いために充電時に熱が発生し、ＰｂＳＯ4がＰｂＯ2とＳＯ2に分解される。ＰｂＯ2は電解液を褐色に変化させ、ＳＯ2は気体であるため大気へ放出（硫黄臭）される。これによって、本来イオンを保持するＳＯ42-とＨ+が無くなるため、充電が不可能となる。
【００３２】
［第１の実施形態］
図４において、（ａ）は第１の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション劣化判定及び抑制制御フロー、（ｃ）はサルフェーション判定基準、（ｄ）は充電抵抗と残存容量との関係を示す図である。
【００３３】
本実施形態の鉛蓄電池制御装置は、図４（ａ）に示すように、バッテリとして電装品６に電力を供給する鉛蓄電池１と、鉛蓄電池１の電圧ΔＶ及び充放電時の瞬間電流ΔＩを検出する電流／電圧検出器２と、鉛蓄電池１の電解液温度（又は電池ケース表面温度）を検出する温度センサ３と、エンジンにより駆動され鉛蓄電池１を充電し及び電装品６に電力を供給する発電機（オルタネータ）４と、スイッチ７により鉛蓄電池１の充放電及び発電機４の出力電圧を制御するコントローラ５と、を備える。
【００３４】
更に、コントローラ５はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される演算処理回路であり、後述する機能として、鉛蓄電池１の電圧ΔＶ及び充放電時の瞬間電流ΔＩから充電抵抗ＲCHGを算出し鉛蓄電池１のサルフェーション劣化判定処理を行うブロック５Ａ、サルフェーション劣化判定結果に基づき鉛蓄電池１の充放電を制御してサルフェーション劣化抑制処理を行うブロック５Ｂ、鉛蓄電池１の残存容量を検出するブロック５Ｃと、を有する。
【００３５】
具体的には、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、コントローラ５は、充電抵抗ＲCHGが第１抵抗閾値Ｒ１を超える場合にはサルフェーション劣化と判定し、サルフェーション抑制制御を実行する（Ｓ３→Ｓ９→Ｓ１０）。また、充電抵抗ＲCHGが第１抵抗閾値Ｒ１以下で第２抵抗閾値Ｒ２以上である場合には、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）以下である場合にサルフェーション劣化と判定し、サルフェーション抑制制御を実行する（Ｓ５→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１０）。
【００３６】
ここで、充電抵抗ＲCHGは、下記式により算出される（Ｓ１）。
【００３７】
ＲCHG＝電圧ΔＶ／電流ΔＩ
ＲCHG＝（充電中電圧ＶBAT−充電前電圧ＶBAT）／充電電流
また、図４（ｄ）に示すように、鉛蓄電池は、残存容量が大きいほど充電抵抗ＲCHGが増加する、つまり充電しにくくなる特性を持っている。なお、この残存容量は充電可能容量又は充電率を意味しており、サルフェーション劣化のない新品電池の満充電時の残存容量を略１００％とした場合の充電可能な割合（％）であり、サルフェーション劣化が進行するほど充電可能容量は低下していく。
【００３８】
上記Ｓ３、Ｓ５では、サルフェーション劣化が進行することで鉛蓄電池１の端子間抵抗（充電抵抗）が増加し、これに応じて充電のしにくさが増加することから、この充電抵抗ＲCHGに閾値Ｒ１，Ｒ２を設定してサルフェーション劣化の有無を判定することが可能となる。
【００３９】
また、上記Ｓ７では、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが低い場合には低進行度サルフェーションの改善が見込めないため、規定温度を下げて早期にサルフェーション劣化判定することが必要となる。
【００４０】
なお、上記Ｓ９でのサルフェーション劣化判定において、例えば充電抵抗ＲCHGと劣化度合とを関連付けしたテーブル等を参照するようにしてもよい。この場合、サルフェーション劣化の有無だけでなく、サルフェーション劣化度合をも判定することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図５において、（ａ）は第２の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション抑制制御フロー、（ｃ）は鉛蓄電池と二次電池の充放電特性を示す図である。
【００４２】
上述したように、放置した鉛蓄電池は暗電流による放電や自己放電作用によって電極面に硫酸鉛が蓄積されていき、充電反応を伴わないために電極面に硫酸鉛が凝固し、以後の充電反応が阻害される。電極面に凝固した硫酸鉛は分離、溶解反応することは困難である。
【００４３】
そこで、第２の実施形態では、図５（ａ）に示すように、鉛蓄電池１に対して二次電池８を並列に接続し、これら鉛蓄電池１と二次電池８の充放電をコントローラ５により制御し、図５（ｃ）に示すように、鉛蓄電池１と二次電池８との間で仮想的な充放電を定期的に実行する。これにより、電極面の硫酸鉛が凝固することなくサルフェーションを抑制できる。二次電池８はキャパシタに代表される繰り返し充電可能な電池であれば良い。その他の構成については、図４（ａ）と同様なので説明を省略する。
【００４４】
具体的には、図５（ｂ）において、コントローラ５は、エンジン始動時において（Ｓ１１でＹＥＳ）、発電機を始動して（Ｓ１３）、鉛蓄電池１及び二次電池８を充電し（Ｓ１５）、鉛蓄電池１の残存容量を検出する（Ｓ１７）処理を、残存容量が９０％以上になるまで継続する（Ｓ１９）。
【００４５】
一方、コントローラ５は、エンジン停止時であれば（Ｓ２１でＮＯ）、鉛蓄電池１の残存容量を検出し（Ｓ２１）、残存容量が９０％以上であれば（Ｓ２３）、二次電池８の残存容量を検出し（Ｓ２５）、残存容量が１００％未満ならば（Ｓ２７でＹＥＳ）、鉛蓄電池１と二次電池８との間で充放電を繰り返し実行する（Ｓ２９）。また、二次電池８の残存容量が１００％以上あれば（Ｓ２７でＮＯ）、鉛蓄電池１を放電させ二次電池８を充電した後（Ｓ３１）、鉛蓄電池１と二次電池８との間で充放電を繰り返し実行する（Ｓ２９、図５（ｃ））。そして、上記Ｓ２１〜Ｓ３１までの処理を鉛蓄電池の残存容量が７０％以下になるまで継続する（Ｓ３３）。
【００４６】
上述したように鉛蓄電池１の残存容量が７０％以下になるまで、鉛蓄電池１と二次電池８との間で充放電を繰り返し実行しているのは（Ｓ２９）、残存容量が７０％以下、つまり放電量が３０％を超えるとサルフェーションが発生し易くなるからである。
【００４７】
なお、上記鉛蓄電池１の残存容量の検出は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと残存容量とを関連付けしたテーブル等を参照するようにしてもよい。
【００４８】
［第３の実施形態］
図６において、（ａ）は第３の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池と二次電池の残存容量の変化を示す図である。
【００４９】
上述したように、放置した鉛蓄電池は暗電流による放電や自己放電作用によって電極面に硫酸鉛が蓄積されていき、充電反応を伴わないために電極面に硫酸鉛が凝固し、以後の充電反応が阻害される。電極面に凝固した硫酸鉛は分離、溶解反応することは困難である。
【００５０】
一方、図５（ａ）の構成において、電装品６への電力供給は、発電機４から鉛蓄電池１と二次電池８を介して供給され、鉛蓄電池１は二次電池８を介して充電されるので、常に二次電池８を介して電力が供給される。
【００５１】
そこで、第３の実施形態では、図５（ａ）の構成を前提として、図６（ｂ）に示すように、コントローラ５により二次電池８が常に満充電付近で推移するように発電機４を制御する。そして、電力供給停止後（エンジン停止後）、鉛蓄電池１の残存容量が規定量以下ならば、二次電池８から鉛蓄電池１に電力を供給して満充電状態へ移行させることで、放置によるサルフェーション劣化を抑制できる。
【００５２】
具体的には、図６（ａ）において、コントローラ５は、エンジン始動時において（Ｓ４１でＹＥＳ）、発電機４を始動し（Ｓ４３）、二次電池８を充電する（Ｓ４５）。その後、エンジンが停止されると（Ｓ４７でＮＯ）、鉛蓄電池１の残存容量を検出し（Ｓ４９）、残存容量が９０％未満になったときに（Ｓ５１でＮＯ）、二次電池８の残存容量を検出し（Ｓ５３）、残存容量が０％以上ならば（Ｓ５５でＹＥＳ）、二次電池８を放電させて鉛蓄電池１を充電する処理（Ｓ５７）を、鉛蓄電池１の残存容量が９０％以上になるまで繰り返し実行する。
【００５３】
上記Ｓ５７で、鉛蓄電池１の残存容量が９０％未満で二次電池８から鉛蓄電池１への充電を実行するのは、９０％以上であればサルフェーションが発生しにくいからである。
【００５４】
また、二次電池８を残存容量０％まで完全放電させているのは（Ｓ５５）、完全に放電させないと二次電池８への充電を繰り返すことで劣化するからである。
【００５５】
なお、上記鉛蓄電池１の残存容量の検出は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと残存容量とを関連付けしたテーブル等を参照するようにしてもよい。
【００５６】
［第４の実施形態］
図７において、（ａ）は第４の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は鉛蓄電池への充電電圧と鉛蓄電池の昇温特性との関係を示す図、（ｃ）はエンジン始動後からの鉛蓄電池の電解液の温度変化を示す図である。
【００５７】
上述したように、電極面に形成される硫酸鉛は温度が上昇すると砂状化し、電極から離脱することが実験等から判明している。しかしながら、長時間にわたり温度を上昇させると、電極の劣化や電解液中の水分の気化等が問題となる。特にエンジン始動時等の電解液温度が低い状態の場合、例えばエンジンの発熱では電解液が昇温するまでに時間を要する（図７（ｃ））。
【００５８】
そこで、第４の実施形態では、図４（ａ）の構成を前提として、電極面を昇温させるため、図７（ｂ）に示すように、温度センサ３により鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGを検出し、発電機４から鉛蓄電池１への充電電圧を、電解液温度ＴCHGに応じてコントローラ５により周期的に昇圧するように制御する。これにより、例えば長期間エンジンが始動されない場合に、一定期間以上放置したことでサルフェーション劣化度合が高くなっている状況や、外的要素での昇温が見込めない状況で、エンジン始動直後の一定時間実施することで、放置によるサルフェーション劣化を抑制できる。
【００５９】
具体的には、図７（ａ）において、コントローラ５は、サルフェーション劣化度合を算出し（Ｓ６１）、サルフェーション劣化度合が高ければ（Ｓ６３）、エンジン始動時に（Ｓ６５でＹＥＳ）、図７（ｂ）に示すように発電機から鉛蓄電池への充電電圧を周期的に昇圧する（Ｓ６７）。そして、この発電機４の昇圧動作を、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）以上になるか（Ｓ６９でＹＥＳ）、エンジン始動時から規定時間（例えば、１０分）が経過するまで継続して実行する（Ｓ７１，Ｓ７３）。
【００６０】
上記Ｓ６７で鉛蓄電池１への充電電圧を周期的に昇圧するのは、鉛蓄電池１の過充電を避けるためである。同様に、上記Ｓ７１での規定時間は、電解液が昇温を開始する温度（つまり、電極温度はより高温になっている）で、鉛蓄電池１が過充電しない時間に設定される。また、上記Ｓ６９での規定温度Ｔ30は硫酸鉛が砂状化する温度に設定される。
【００６１】
なお、上記Ｓ６１，Ｓ６３でのサルフェーションの劣化度合の算出及び判定は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと劣化度合とを関連付けしたテーブル等を参照したり、エンジン停止時間に応じて判定される。
【００６２】
［第５の実施形態］
図８において、（ａ）は第５の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池の残存容量と充電電圧との関係を示す図、（ｃ）は鉛蓄電池の電解液温度に応じた充電量の変化を示す図である。
【００６３】
図４（ａ）の構成において、発電機４による発電量が電装品６の消費電力量より小さいと、鉛蓄電池１は放電状態となる。この現象は、特に長時間のアイドリング時やアイドルストップ時、エンジン低回転時等の発電量が低い時に発生する。
【００６４】
そこで、第５の実施形態では、上記第１、第２、第４の各実施形態を組み合わせ、図４（ａ）の構成を前提として、電流検出結果を用いて鉛蓄電池１が放電状態か判定し、鉛蓄電池１からの電力の持ち出しがある場合に、鉛蓄電池１の残存容量が全容量（満充電時を１００％とする）の７０％以下（放電率３０％以上）となったならば、サルフェーション劣化を判定する（例えば、充電抵抗値が前回値より増加している等）。つまり、図８（ｃ）に示すように電解液温度が高いほど充電量が増加するので、図８（ｂ）に示すように発電機４の充電電圧が低く鉛蓄電池１の充電量が回復しない場合、発電機４の電圧を基準電圧の２０％以下（無発電状態時は理論上１２．６Ｖ）の範囲で昇圧する。また、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが低い場合には、満充電時の充電可能容量が低下するため全容量の８０％を満充電と仮定して、発電機４の電圧を昇圧することで電解液温度ＴCHGを昇温させることにより、サルフェーションを改善する。
【００６５】
具体的には、図８（ａ）において、コントローラ５は、エンジン始動時において（Ｓ８１）、発電機４の発電量が電装品６の消費電力量より小さく、鉛蓄電池１が放電状態と判定した場合（Ｓ８３）、鉛蓄電池１の残存容量を検出する（Ｓ８５）。そして、残存容量が７０％未満ならば（Ｓ８７でＹＥＳ）、鉛蓄電池１の充電抵抗ＲCHGを算出し（Ｓ８９）、サルフェーション劣化判定し（Ｓ９１）、サルフェーション劣化があれば、温度センサ３により鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGを検出し、電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）以上ならば（Ｓ９３でＹＥＳ）、発電機４の電圧を基準電圧の２０％以下の範囲で昇圧し（Ｓ９５）、エンジン始動後から規定時間（例えば、１０分）が経過するまで継続して実行する（Ｓ９７）。
【００６６】
一方、電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）未満ならば、電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30以上になるまで発電機４の電圧を基準電圧の２０％以下の範囲で昇圧させて（Ｓ９９，Ｓ１０１）、図８（ｃ）に示すように電解液温度が低いことによる充電量の低下を抑制して、サルフェーション劣化を精度良く判定する（Ｓ９１）。
【００６７】
上記Ｓ９３で電解液温度ＴCHGの規定温度Ｔ30は３０℃以上であって、蒸発しにくい６０℃以下に設定される。
【００６８】
なお、上記Ｓ８５（Ｓ８７）での残存容量の検出及び判定やＳ９１（Ｓ９３）でのサルフェーション劣化判定は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと劣化度合とを関連付けしたテーブル等を参照して判定される。
【００６９】
［特許請求の範囲の記載と明細書との対応関係］
請求項１における、電流電圧検出手段は電流／電圧検出器２、充電抵抗算出手段はコントローラ５による充電抵抗ＲCHGの算出、温度検出手段は温度センサ３、劣化判定手段はコントローラ５の劣化判定処理を行うブロック５Ａ、劣化抑制手段はコントローラ５の劣化抑制処理を行うブロック５Ｂとして例示されている。
【００７０】
請求項２は、図４（ａ）に示す構成による図４（ｂ）のサルフェーション劣化判定及び抑制フローとして例示され、第１の抵抗閾値Ｒ１、第２の抵抗閾値Ｒ２、鉛蓄電池温度ＴCHG、所定温度Ｔ30に対応する。
【００７１】
請求項３は、図５（ａ）の構成による図５（ｂ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７２】
請求項４における、残存容量検出手段はコントローラ５の残存容量検出ブロック５Ｃ、発電機４として例示され、図５（ａ）の構成による図６（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７３】
請求項５，６は、図４（ａ）の構成による図７（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７４】
請求項６は、図４（ａ）の構成による図８（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７５】
請求項７，８における、残存容量検出手段はコントローラ５の残存容量検出ブロック５Ｃ、発電機４として例示され、図４（ａ）の構成による図８（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７６】
なお、上記各手段は上述した構成に限定されるものではなく、上記した各機能を有するものであれば、どのような構成や形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】鉛蓄電池のしくみを示す図である。
【図２】電極がサルフェーション劣化する様子を示す図である。
【図３】電極がサルフェーション劣化する様子を示す図である。
【図４】（ａ）は第１の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション劣化判定及び抑制制御フロー、（ｃ）はサルフェーション判定基準、（ｄ）はサルフェーション劣化度合に応じた充電抵抗と残存容量との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は第２の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション抑制制御フロー、（ｃ）は鉛蓄電池と二次電池の充放電特性を示す図である。
【図６】（ａ）は第３の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池と二次電池の残存容量の変化を示す図である。
【図７】（ａ）は第４の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は鉛蓄電池への充電電圧と鉛蓄電池の昇温特性との関係を示す図、（ｃ）はエンジン始動後からの鉛蓄電池の電解液温度変化を示す図である。
【図８】（ａ）は第５の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池の残存容量と充電電圧との関係を示す図、（ｃ）は鉛蓄電池の電解液温度に応じた充電量の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 鉛蓄電池（バッテリ）
２ 電流／電圧検出器
３ 温度センサ
４ 発電機（オルタネータ）
５ コントローラ
６ 電装品
７ スイッチ
８ 二次電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用鉛蓄電池のサルフェーション劣化を判定し充放電を制御することでサルフェーション劣化を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用鉛蓄電池では、図１に示すように、二酸化鉛（ＰｂＯ2）からなる電極面（正極）に硫酸鉛（ＰｂＳＯ4）が放電と共に生成される。そして、この電極面に生成された硫酸鉛によって、鉛蓄電池の充放電反応が著しく低下する現象を、サルフェーション劣化という。
【０００３】
電極面がサルフェーション劣化している鉛蓄電池は、電極面に形成される硫酸鉛の一部が還元されないため、硫酸鉛が電極面に、Ｈ2Ｏが電解液中に残存する（比重は低下する）ことで充電可能容量を低下させる。
【０００４】
従来のサルフェーション劣化を制御する技術として、サルフェーション劣化の発生を予測し、その発生可能性を元に発電機を作動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２９６３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１は、サルフェーション劣化の発生可能性を予測するもので、鉛蓄電池の充電抵抗（電圧及び電流）や温度という直接的な測定値を用いて検出するものではないため、サルフェーション劣化の発生を精度良く検出するには限界がある。また、サルフェーション劣化を起こした鉛蓄電池は正規の状態へ回復することが困難である。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、バッテリを車載した状態において、バッテリの充電抵抗（電圧及び電流）や温度を直接的に検出することで、サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる技術を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第１の形態では、鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流を検出する電圧電流検出手段と、前記鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流に基づいて前記鉛蓄電池の充電抵抗を算出する充電抵抗算出手段と、前記鉛蓄電池の温度を検出する温度検出手段と、前記鉛蓄電池の充電抵抗及び温度に基づいてサルフェーション劣化判定を行う劣化判定手段と、前記サルフェーション劣化判定結果に基づき、前記鉛蓄電池のサルフェーション劣化を抑制する劣化抑制手段と、を具備する。
【０００８】
また、第２の形態では、前記劣化判定手段は、前記充電抵抗算出手段により算出された充電抵抗が第１の抵抗閾値以上の場合、若しくは第１の抵抗閾値以下で第２の抵抗閾値以上の場合、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下ならばサルフェーション劣化と判定する。
【０００９】
これらの形態によれば、バッテリを車載した状態において、バッテリの充電抵抗（電圧及び電流）や温度を直接的に検出することで、サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる。
【００１０】
また、第３の形態では、前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対して並列に接続された二次電池を有し、当該二次電池を定期的に充放電させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制する。この形態によれば、電極面の硫酸鉛を凝固させることなくサルフェーションを抑制できる。
【００１１】
また、第４の形態では、前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、前記劣化抑制手段は、前記二次電池が前記発電機により満充電状態とされ、前記鉛蓄電池の残存容量が規定量以下の場合、前記二次電池に蓄えられた電力を前記鉛蓄電池に供給する。この形態によれば、簡単な回路構成にてサルフェーションを抑制できる。
【００１２】
また、第５の形態では、前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に印加される電圧を周期的に昇圧し電極の温度を上昇させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制する。この形態によれば、鉛蓄電池の過充電を抑えつつ、温度上昇により硫酸鉛を砂状化させることでサルフェーションを抑制できる。
【００１３】
また、第６の形態では、前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を、エンジン始動後の一定時間内に実行する。この形態によれば、鉛蓄電池の過充電を抑えつつ、昇温が望めない状況での状態でサルフェーションを抑制できる。
【００１４】
また、第７の形態では、前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、前記劣化抑制手段は、前記発電機の発電量が機器の消費電力量より小さい場合、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を実行する。この形態によれば、鉛蓄電池の放電時のサルフェーションを改善することができる。
【００１５】
また、第８の形態は、前記残存容量検出手段は、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下の場合、前記鉛蓄電池の満充電時の蓄電量が小さくなる方向に補正する。この形態によれば、鉛蓄電池の温度を考慮して精度良くサルフェーションを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バッテリを車載した状態において、バッテリの充電抵抗（電圧及び電流）や温度を直接的に検出することで、サルフェーション劣化を精度良く検出し、最適な状態でサルフェーション劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１９】
また、後述する各実施形態の制御に対応するコンピュータプログラムや当該コンピュータプログラムが格納された記憶媒体を、車両に搭載されたコンピュータに供給して、当該コンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。
【００２０】
［サルフェーション劣化の説明］
先ず、鉛蓄電池のサルフェーション劣化の発生メカニズムについて説明する。
【００２１】
図１は鉛蓄電池のしくみ、図２及び図３は電極がサルフェーション劣化する様子を示している。
【００２２】
図１に示すように、自動車用のバッテリとして搭載される鉛蓄電池は、Ｐｂ｜Ｈ2ＳＯ4｜ＰｂＯ2のように表され、負極活性物質として鉛（Ｐｂ）、正極活性物質として二酸化鉛（ＰｂＯ2）が用いられ、これら電極が電解液としての希硫酸液（Ｈ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏ）中に含浸されて構成されている。
【００２３】
上記構成において、放電すると負極でも正極でも硫酸鉛が生成され、その時の電池の起電力は、電解液の希硫酸の濃度にもよるが２．１Ｖ程度である。また、これより少し高い電圧を外部から印加すると逆の反応が起こって硫酸鉛が各電極で鉛と二酸化鉛に戻るため、充電可能な二次電池として動作する。
【００２４】
（１）放電動作
放電反応では、負極で鉛が酸化されて陽イオンから硫酸鉛となり（アノード反応）、正極で二酸化鉛が還元されて硫酸鉛となる（カソード反応）。生成した硫酸鉛の溶解度は非常に低いので、固体となって直ちに析出する。放電につれて電解液の硫酸イオンが減少するので、起電力は低下し原理的には活物質がほとんどなくなるまで放電を続けることができる。なお、これらの活物質は放電電流を大きくとるために微粒子化して用いられる。
【００２５】
（２）充電動作
充電反応では、放電の場合とは逆で、負極では硫酸鉛から鉛イオンが還元されて金属鉛となり（カソード反応）、正極では同じく鉛イオンが２価からさらに酸化されて二酸化鉛となる（アノード反応）。この時、硫酸イオンは電解液中に戻るので電解液の希硫酸の濃度が回復し、全体としては放電前の状態に復帰することになり、それぞれの活物質は放電前と同じ微粒子の状態に戻る。
【００２６】
（３）充放電動作について
上記充電動作と放電動作を繰り返すと、放電で生成した硫酸鉛が固い結晶として析出し、その溶解度が低いために充電で元に戻すことができなくなる。充電で生成した鉛と二酸化鉛が放電反応するためには電極に密着した状態でなければならず、また、硫酸鉛は電気をほとんど通さないので、活物質中に硫酸鉛が入り込むと電流が流れ難くなり、充電時及び放電時に不都合が生じる。
【００２７】
また、鉛蓄電池を放電したまま放置しておくと、生成した柔らかい硫酸鉛が局部的に溶解と析出を繰り返して固い結晶へと成長する。これをサルフェーション（白色硫酸鉛化現象）と呼び、充電できない状態になる。電池寿命の大半はこのサルフェーション劣化によるものであり、放電後は硫酸鉛が柔らかいうちに速やかに充電することが必要となる。
【００２８】
また、活物質がほとんど消費され尽くすまで放電すると、充電時に還元されずに残存する硫酸鉛が多くなる。電解液に接した硫酸鉛の近傍（０．１μｍ）からしか充電反応は起きないので、電極面の内方に埋蔵された硫酸鉛は還元されなくなる。このため、過放電を避けることも必要となる。
【００２９】
一方、鉛蓄電池は自己放電が少ない（０．１％／日 at ２０℃）ものの、自己放電によってゆっくりと生成した硫酸鉛は同時にサルフェーションを起こしているので、全く使わない状態でも数ヶ月毎に充電する必要がある。また、電装品の内蔵クロックや電気回路のリーク電流（暗電流）による放電にも注意する必要がある。
【００３０】
図２に示すように、電極がサルフェーション劣化している鉛蓄電池は、電極面に形成される硫酸鉛の一部が還元されないため、硫酸鉛が電極面に、水が電解液中に残存する（比重は低下する）ことで充電可能容量を低下させる。
【００３１】
図３に示すように、正極がサルフェーション劣化している鉛蓄電池は、充電抵抗が高いために充電時に熱が発生し、ＰｂＳＯ4がＰｂＯ2とＳＯ2に分解される。ＰｂＯ2は電解液を褐色に変化させ、ＳＯ2は気体であるため大気へ放出（硫黄臭）される。これによって、本来イオンを保持するＳＯ42-とＨ+が無くなるため、充電が不可能となる。
【００３２】
［第１の実施形態］
図４において、（ａ）は第１の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション劣化判定及び抑制制御フロー、（ｃ）はサルフェーション判定基準、（ｄ）は充電抵抗と残存容量との関係を示す図である。
【００３３】
本実施形態の鉛蓄電池制御装置は、図４（ａ）に示すように、バッテリとして電装品６に電力を供給する鉛蓄電池１と、鉛蓄電池１の電圧ΔＶ及び充放電時の瞬間電流ΔＩを検出する電流／電圧検出器２と、鉛蓄電池１の電解液温度（又は電池ケース表面温度）を検出する温度センサ３と、エンジンにより駆動され鉛蓄電池１を充電し及び電装品６に電力を供給する発電機（オルタネータ）４と、スイッチ７により鉛蓄電池１の充放電及び発電機４の出力電圧を制御するコントローラ５と、を備える。
【００３４】
更に、コントローラ５はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される演算処理回路であり、後述する機能として、鉛蓄電池１の電圧ΔＶ及び充放電時の瞬間電流ΔＩから充電抵抗ＲCHGを算出し鉛蓄電池１のサルフェーション劣化判定処理を行うブロック５Ａ、サルフェーション劣化判定結果に基づき鉛蓄電池１の充放電を制御してサルフェーション劣化抑制処理を行うブロック５Ｂ、鉛蓄電池１の残存容量を検出するブロック５Ｃと、を有する。
【００３５】
具体的には、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、コントローラ５は、充電抵抗ＲCHGが第１抵抗閾値Ｒ１を超える場合にはサルフェーション劣化と判定し、サルフェーション抑制制御を実行する（Ｓ３→Ｓ９→Ｓ１０）。また、充電抵抗ＲCHGが第１抵抗閾値Ｒ１以下で第２抵抗閾値Ｒ２以上である場合には、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）以下である場合にサルフェーション劣化と判定し、サルフェーション抑制制御を実行する（Ｓ５→Ｓ７→Ｓ９→Ｓ１０）。
【００３６】
ここで、充電抵抗ＲCHGは、下記式により算出される（Ｓ１）。
【００３７】
ＲCHG＝電圧ΔＶ／電流ΔＩ
ＲCHG＝（充電中電圧ＶBAT−充電前電圧ＶBAT）／充電電流
また、図４（ｄ）に示すように、鉛蓄電池は、残存容量が大きいほど充電抵抗ＲCHGが増加する、つまり充電しにくくなる特性を持っている。なお、この残存容量は充電可能容量又は充電率を意味しており、サルフェーション劣化のない新品電池の満充電時の残存容量を略１００％とした場合の充電可能な割合（％）であり、サルフェーション劣化が進行するほど充電可能容量は低下していく。
【００３８】
上記Ｓ３、Ｓ５では、サルフェーション劣化が進行することで鉛蓄電池１の端子間抵抗（充電抵抗）が増加し、これに応じて充電のしにくさが増加することから、この充電抵抗ＲCHGに閾値Ｒ１，Ｒ２を設定してサルフェーション劣化の有無を判定することが可能となる。
【００３９】
また、上記Ｓ７では、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが低い場合には低進行度サルフェーションの改善が見込めないため、規定温度を下げて早期にサルフェーション劣化判定することが必要となる。
【００４０】
なお、上記Ｓ９でのサルフェーション劣化判定において、例えば充電抵抗ＲCHGと劣化度合とを関連付けしたテーブル等を参照するようにしてもよい。この場合、サルフェーション劣化の有無だけでなく、サルフェーション劣化度合をも判定することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図５において、（ａ）は第２の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション抑制制御フロー、（ｃ）は鉛蓄電池と二次電池の充放電特性を示す図である。
【００４２】
上述したように、放置した鉛蓄電池は暗電流による放電や自己放電作用によって電極面に硫酸鉛が蓄積されていき、充電反応を伴わないために電極面に硫酸鉛が凝固し、以後の充電反応が阻害される。電極面に凝固した硫酸鉛は分離、溶解反応することは困難である。
【００４３】
そこで、第２の実施形態では、図５（ａ）に示すように、鉛蓄電池１に対して二次電池８を並列に接続し、これら鉛蓄電池１と二次電池８の充放電をコントローラ５により制御し、図５（ｃ）に示すように、鉛蓄電池１と二次電池８との間で仮想的な充放電を定期的に実行する。これにより、電極面の硫酸鉛が凝固することなくサルフェーションを抑制できる。二次電池８はキャパシタに代表される繰り返し充電可能な電池であれば良い。その他の構成については、図４（ａ）と同様なので説明を省略する。
【００４４】
具体的には、図５（ｂ）において、コントローラ５は、エンジン始動時において（Ｓ１１でＹＥＳ）、発電機を始動して（Ｓ１３）、鉛蓄電池１及び二次電池８を充電し（Ｓ１５）、鉛蓄電池１の残存容量を検出する（Ｓ１７）処理を、残存容量が９０％以上になるまで継続する（Ｓ１９）。
【００４５】
一方、コントローラ５は、エンジン停止時であれば（Ｓ２１でＮＯ）、鉛蓄電池１の残存容量を検出し（Ｓ２１）、残存容量が９０％以上であれば（Ｓ２３）、二次電池８の残存容量を検出し（Ｓ２５）、残存容量が１００％未満ならば（Ｓ２７でＹＥＳ）、鉛蓄電池１と二次電池８との間で充放電を繰り返し実行する（Ｓ２９）。また、二次電池８の残存容量が１００％以上あれば（Ｓ２７でＮＯ）、鉛蓄電池１を放電させ二次電池８を充電した後（Ｓ３１）、鉛蓄電池１と二次電池８との間で充放電を繰り返し実行する（Ｓ２９、図５（ｃ））。そして、上記Ｓ２１〜Ｓ３１までの処理を鉛蓄電池の残存容量が７０％以下になるまで継続する（Ｓ３３）。
【００４６】
上述したように鉛蓄電池１の残存容量が７０％以下になるまで、鉛蓄電池１と二次電池８との間で充放電を繰り返し実行しているのは（Ｓ２９）、残存容量が７０％以下、つまり放電量が３０％を超えるとサルフェーションが発生し易くなるからである。
【００４７】
なお、上記鉛蓄電池１の残存容量の検出は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと残存容量とを関連付けしたテーブル等を参照するようにしてもよい。
【００４８】
［第３の実施形態］
図６において、（ａ）は第３の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池と二次電池の残存容量の変化を示す図である。
【００４９】
上述したように、放置した鉛蓄電池は暗電流による放電や自己放電作用によって電極面に硫酸鉛が蓄積されていき、充電反応を伴わないために電極面に硫酸鉛が凝固し、以後の充電反応が阻害される。電極面に凝固した硫酸鉛は分離、溶解反応することは困難である。
【００５０】
一方、図５（ａ）の構成において、電装品６への電力供給は、発電機４から鉛蓄電池１と二次電池８を介して供給され、鉛蓄電池１は二次電池８を介して充電されるので、常に二次電池８を介して電力が供給される。
【００５１】
そこで、第３の実施形態では、図５（ａ）の構成を前提として、図６（ｂ）に示すように、コントローラ５により二次電池８が常に満充電付近で推移するように発電機４を制御する。そして、電力供給停止後（エンジン停止後）、鉛蓄電池１の残存容量が規定量以下ならば、二次電池８から鉛蓄電池１に電力を供給して満充電状態へ移行させることで、放置によるサルフェーション劣化を抑制できる。
【００５２】
具体的には、図６（ａ）において、コントローラ５は、エンジン始動時において（Ｓ４１でＹＥＳ）、発電機４を始動し（Ｓ４３）、二次電池８を充電する（Ｓ４５）。その後、エンジンが停止されると（Ｓ４７でＮＯ）、鉛蓄電池１の残存容量を検出し（Ｓ４９）、残存容量が９０％未満になったときに（Ｓ５１でＮＯ）、二次電池８の残存容量を検出し（Ｓ５３）、残存容量が０％以上ならば（Ｓ５５でＹＥＳ）、二次電池８を放電させて鉛蓄電池１を充電する処理（Ｓ５７）を、鉛蓄電池１の残存容量が９０％以上になるまで繰り返し実行する。
【００５３】
上記Ｓ５７で、鉛蓄電池１の残存容量が９０％未満で二次電池８から鉛蓄電池１への充電を実行するのは、９０％以上であればサルフェーションが発生しにくいからである。
【００５４】
また、二次電池８を残存容量０％まで完全放電させているのは（Ｓ５５）、完全に放電させないと二次電池８への充電を繰り返すことで劣化するからである。
【００５５】
なお、上記鉛蓄電池１の残存容量の検出は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと残存容量とを関連付けしたテーブル等を参照するようにしてもよい。
【００５６】
［第４の実施形態］
図７において、（ａ）は第４の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は鉛蓄電池への充電電圧と鉛蓄電池の昇温特性との関係を示す図、（ｃ）はエンジン始動後からの鉛蓄電池の電解液の温度変化を示す図である。
【００５７】
上述したように、電極面に形成される硫酸鉛は温度が上昇すると砂状化し、電極から離脱することが実験等から判明している。しかしながら、長時間にわたり温度を上昇させると、電極の劣化や電解液中の水分の気化等が問題となる。特にエンジン始動時等の電解液温度が低い状態の場合、例えばエンジンの発熱では電解液が昇温するまでに時間を要する（図７（ｃ））。
【００５８】
そこで、第４の実施形態では、図４（ａ）の構成を前提として、電極面を昇温させるため、図７（ｂ）に示すように、温度センサ３により鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGを検出し、発電機４から鉛蓄電池１への充電電圧を、電解液温度ＴCHGに応じてコントローラ５により周期的に昇圧するように制御する。これにより、例えば長期間エンジンが始動されない場合に、一定期間以上放置したことでサルフェーション劣化度合が高くなっている状況や、外的要素での昇温が見込めない状況で、エンジン始動直後の一定時間実施することで、放置によるサルフェーション劣化を抑制できる。
【００５９】
具体的には、図７（ａ）において、コントローラ５は、サルフェーション劣化度合を算出し（Ｓ６１）、サルフェーション劣化度合が高ければ（Ｓ６３）、エンジン始動時に（Ｓ６５でＹＥＳ）、図７（ｂ）に示すように発電機から鉛蓄電池への充電電圧を周期的に昇圧する（Ｓ６７）。そして、この発電機４の昇圧動作を、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）以上になるか（Ｓ６９でＹＥＳ）、エンジン始動時から規定時間（例えば、１０分）が経過するまで継続して実行する（Ｓ７１，Ｓ７３）。
【００６０】
上記Ｓ６７で鉛蓄電池１への充電電圧を周期的に昇圧するのは、鉛蓄電池１の過充電を避けるためである。同様に、上記Ｓ７１での規定時間は、電解液が昇温を開始する温度（つまり、電極温度はより高温になっている）で、鉛蓄電池１が過充電しない時間に設定される。また、上記Ｓ６９での規定温度Ｔ30は硫酸鉛が砂状化する温度に設定される。
【００６１】
なお、上記Ｓ６１，Ｓ６３でのサルフェーションの劣化度合の算出及び判定は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと劣化度合とを関連付けしたテーブル等を参照したり、エンジン停止時間に応じて判定される。
【００６２】
［第５の実施形態］
図８において、（ａ）は第５の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池の残存容量と充電電圧との関係を示す図、（ｃ）は鉛蓄電池の電解液温度に応じた充電量の変化を示す図である。
【００６３】
図４（ａ）の構成において、発電機４による発電量が電装品６の消費電力量より小さいと、鉛蓄電池１は放電状態となる。この現象は、特に長時間のアイドリング時やアイドルストップ時、エンジン低回転時等の発電量が低い時に発生する。
【００６４】
そこで、第５の実施形態では、上記第１、第２、第４の各実施形態を組み合わせ、図４（ａ）の構成を前提として、電流検出結果を用いて鉛蓄電池１が放電状態か判定し、鉛蓄電池１からの電力の持ち出しがある場合に、鉛蓄電池１の残存容量が全容量（満充電時を１００％とする）の７０％以下（放電率３０％以上）となったならば、サルフェーション劣化を判定する（例えば、充電抵抗値が前回値より増加している等）。つまり、図８（ｃ）に示すように電解液温度が高いほど充電量が増加するので、図８（ｂ）に示すように発電機４の充電電圧が低く鉛蓄電池１の充電量が回復しない場合、発電機４の電圧を基準電圧の２０％以下（無発電状態時は理論上１２．６Ｖ）の範囲で昇圧する。また、鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGが低い場合には、満充電時の充電可能容量が低下するため全容量の８０％を満充電と仮定して、発電機４の電圧を昇圧することで電解液温度ＴCHGを昇温させることにより、サルフェーションを改善する。
【００６５】
具体的には、図８（ａ）において、コントローラ５は、エンジン始動時において（Ｓ８１）、発電機４の発電量が電装品６の消費電力量より小さく、鉛蓄電池１が放電状態と判定した場合（Ｓ８３）、鉛蓄電池１の残存容量を検出する（Ｓ８５）。そして、残存容量が７０％未満ならば（Ｓ８７でＹＥＳ）、鉛蓄電池１の充電抵抗ＲCHGを算出し（Ｓ８９）、サルフェーション劣化判定し（Ｓ９１）、サルフェーション劣化があれば、温度センサ３により鉛蓄電池１の電解液温度ＴCHGを検出し、電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）以上ならば（Ｓ９３でＹＥＳ）、発電機４の電圧を基準電圧の２０％以下の範囲で昇圧し（Ｓ９５）、エンジン始動後から規定時間（例えば、１０分）が経過するまで継続して実行する（Ｓ９７）。
【００６６】
一方、電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30（例えば、３０℃）未満ならば、電解液温度ＴCHGが規定温度Ｔ30以上になるまで発電機４の電圧を基準電圧の２０％以下の範囲で昇圧させて（Ｓ９９，Ｓ１０１）、図８（ｃ）に示すように電解液温度が低いことによる充電量の低下を抑制して、サルフェーション劣化を精度良く判定する（Ｓ９１）。
【００６７】
上記Ｓ９３で電解液温度ＴCHGの規定温度Ｔ30は３０℃以上であって、蒸発しにくい６０℃以下に設定される。
【００６８】
なお、上記Ｓ８５（Ｓ８７）での残存容量の検出及び判定やＳ９１（Ｓ９３）でのサルフェーション劣化判定は、例えば、第１の実施形態で算出した充電抵抗ＲCHGと劣化度合とを関連付けしたテーブル等を参照して判定される。
【００６９】
［特許請求の範囲の記載と明細書との対応関係］
請求項１における、電流電圧検出手段は電流／電圧検出器２、充電抵抗算出手段はコントローラ５による充電抵抗ＲCHGの算出、温度検出手段は温度センサ３、劣化判定手段はコントローラ５の劣化判定処理を行うブロック５Ａ、劣化抑制手段はコントローラ５の劣化抑制処理を行うブロック５Ｂとして例示されている。
【００７０】
請求項２は、図４（ａ）に示す構成による図４（ｂ）のサルフェーション劣化判定及び抑制フローとして例示され、第１の抵抗閾値Ｒ１、第２の抵抗閾値Ｒ２、鉛蓄電池温度ＴCHG、所定温度Ｔ30に対応する。
【００７１】
請求項３は、図５（ａ）の構成による図５（ｂ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７２】
請求項４における、残存容量検出手段はコントローラ５の残存容量検出ブロック５Ｃ、発電機４として例示され、図５（ａ）の構成による図６（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７３】
請求項５，６は、図４（ａ）の構成による図７（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７４】
請求項６は、図４（ａ）の構成による図８（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７５】
請求項７，８における、残存容量検出手段はコントローラ５の残存容量検出ブロック５Ｃ、発電機４として例示され、図４（ａ）の構成による図８（ａ）のサルフェーション抑制制御フローとして例示されている。
【００７６】
なお、上記各手段は上述した構成に限定されるものではなく、上記した各機能を有するものであれば、どのような構成や形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】鉛蓄電池のしくみを示す図である。
【図２】電極がサルフェーション劣化する様子を示す図である。
【図３】電極がサルフェーション劣化する様子を示す図である。
【図４】（ａ）は第１の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション劣化判定及び抑制制御フロー、（ｃ）はサルフェーション判定基準、（ｄ）はサルフェーション劣化度合に応じた充電抵抗と残存容量との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は第２の実施形態の鉛蓄電池制御装置を示すブロック図、（ｂ）はサルフェーション抑制制御フロー、（ｃ）は鉛蓄電池と二次電池の充放電特性を示す図である。
【図６】（ａ）は第３の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池と二次電池の残存容量の変化を示す図である。
【図７】（ａ）は第４の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は鉛蓄電池への充電電圧と鉛蓄電池の昇温特性との関係を示す図、（ｃ）はエンジン始動後からの鉛蓄電池の電解液温度変化を示す図である。
【図８】（ａ）は第５の実施形態のサルフェーション抑制制御フロー、（ｂ）は本実施形態による鉛蓄電池の残存容量と充電電圧との関係を示す図、（ｃ）は鉛蓄電池の電解液温度に応じた充電量の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 鉛蓄電池（バッテリ）
２ 電流／電圧検出器
３ 温度センサ
４ 発電機（オルタネータ）
５ コントローラ
６ 電装品
７ スイッチ
８ 二次電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流を検出する電圧電流検出手段と、
前記鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流に基づいて前記鉛蓄電池の充電抵抗を算出する充電抵抗算出手段と、
前記鉛蓄電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記鉛蓄電池の充電抵抗及び温度に基づいてサルフェーション劣化判定を行う劣化判定手段と、
前記サルフェーション劣化判定結果に基づき、前記鉛蓄電池のサルフェーション劣化を抑制する劣化抑制手段と、を具備することを特徴とする自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項２】
前記劣化判定手段は、前記充電抵抗算出手段により算出された充電抵抗が第１の抵抗閾値以上の場合、若しくは第１の抵抗閾値以下で第２の抵抗閾値以上の場合、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下ならばサルフェーション劣化と判定することを特徴とする請求項１に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項３】
前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対して並列に接続された二次電池を有し、当該二次電池を定期的に充放電させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制することを特徴とする請求項１に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項４】
前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、
前記劣化抑制手段は、前記二次電池が前記発電機により満充電状態とされ、前記鉛蓄電池の残存容量が規定量以下の場合、前記二次電池に蓄えられた電力を前記鉛蓄電池に供給することを特徴とする請求項３に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項５】
前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に印加される電圧を周期的に昇圧し電極の温度を上昇させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制することを特徴とする請求項１に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項６】
前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を、エンジン始動後の一定時間内に実行することを特徴とする請求項５に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項７】
前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、
前記劣化抑制手段は、前記発電機の発電量が機器の消費電力量より小さい場合、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を実行することを特徴とする請求項６に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項８】
前記残存容量検出手段は、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下の場合、前記鉛蓄電池の満充電時の蓄電量が小さくなる方向に補正することを特徴とする請求項７に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項１】
鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流を検出する電圧電流検出手段と、
前記鉛蓄電池の電圧及び充放電時の瞬間電流に基づいて前記鉛蓄電池の充電抵抗を算出する充電抵抗算出手段と、
前記鉛蓄電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記鉛蓄電池の充電抵抗及び温度に基づいてサルフェーション劣化判定を行う劣化判定手段と、
前記サルフェーション劣化判定結果に基づき、前記鉛蓄電池のサルフェーション劣化を抑制する劣化抑制手段と、を具備することを特徴とする自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項２】
前記劣化判定手段は、前記充電抵抗算出手段により算出された充電抵抗が第１の抵抗閾値以上の場合、若しくは第１の抵抗閾値以下で第２の抵抗閾値以上の場合、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下ならばサルフェーション劣化と判定することを特徴とする請求項１に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項３】
前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対して並列に接続された二次電池を有し、当該二次電池を定期的に充放電させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制することを特徴とする請求項１に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項４】
前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、
前記劣化抑制手段は、前記二次電池が前記発電機により満充電状態とされ、前記鉛蓄電池の残存容量が規定量以下の場合、前記二次電池に蓄えられた電力を前記鉛蓄電池に供給することを特徴とする請求項３に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項５】
前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に印加される電圧を周期的に昇圧し電極の温度を上昇させることで前記鉛蓄電池の劣化を抑制することを特徴とする請求項１に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項６】
前記劣化抑制手段は、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を、エンジン始動後の一定時間内に実行することを特徴とする請求項５に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項７】
前記鉛蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
前記鉛蓄電池を充電する発電機と、を更に備え、
前記劣化抑制手段は、前記発電機の発電量が機器の消費電力量より小さい場合、前記鉛蓄電池に対する電圧の昇圧を実行することを特徴とする請求項６に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【請求項８】
前記残存容量検出手段は、前記鉛蓄電池の温度が所定温度以下の場合、前記鉛蓄電池の満充電時の蓄電量が小さくなる方向に補正することを特徴とする請求項７に記載の自動車用鉛蓄電池制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１４７００５（Ｐ２００８−１４７００５Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３２４５９（Ｐ２００６−３３２４５９）
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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