JP6356591B2 - バッテリ監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動時において、バッテリの監視を実施するバッテリ監視装置に関する。

車載バッテリは長期使用に伴い劣化するため、救援車両からの電力供給によりジャンプスタートが必要に応じて行われる。かかる場合、エンジン始動に際し、バッテリの電圧値を検出し、そのバッテリ電圧値に基づいて、ジャンプスタート判定を実施するといった技術がある。

例えば、特許文献１に記載のものでは、エンジン始動時において始動前のバッテリ電圧値が所定の閾値以上である場合に、ジャンプスタート判定条件が成立するものとしている。具体的には、通常始動時における始動前のバッテリ電圧値と、ジャンプスタート時（救援車両のオルタネータ発電状態）における始動前のバッテリ電圧値との間に閾値を設定しておき、エンジン始動前のバッテリ電圧の検出値が閾値以上であれば、ジャンプスタート判定条件が成立すると判定するようにしている。

特開２００１−１０７７６８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、救援車両においてエンジンが停止していることでオルタネータが発電状態にない場合や、救援車両側で発電規制がかかっていることでオルタネータが発電状態にない場合に、ジャンプスタート判定条件が不成立となる。そのため、ジャンプスタートの実施時であるにもかかわらず、ジャンプスタート判定が実施されないという事態が生じることが懸念される。

例えば、アイドリングストップ制御を実施する車両では、ジャンプスタート後の車両運転時においてエンジンの自動停止を禁止しているが、ジャンプスタートが正しく判定されないと、アイドリングストップ制御への影響が懸念される。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、エンジンの始動がジャンプスタートによるものであることを適正に判定することができるバッテリ監視装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用・効果について記載する。

本発明は、エンジンを始動させるスタータと、スタータへ電力供給するバッテリと、を備えた車両に適用されるバッテリ監視装置であって、エンジンの始動に際し、バッテリからスタータへの電力供給時にバッテリから流出する放電電流の値である放電電流値を取得する電流取得手段と、放電電流値が所定の閾値以下であったか否かを判定する電流判定手段と、エンジンが始動したか否かを判定する始動判定手段と、電流判定手段により放電電流値が閾値以下であったと判定され、かつ始動判定手段によりエンジンが始動したと判定された場合に、エンジンの始動がジャンプスタートであったと判定するジャンプスタート判定手段と、を備えることを特徴とする。

エンジン始動時には、バッテリからスタータに流れる放電電流が時系列で変化するが、その放電電流の値は通常始動時とジャンプスタート時とで相違するため、放電電流値に基づいてジャンプスタート時であることの判定が可能となる。また、ジャンプスタート時には、救援車両等から自車両への電力供給によってエンジン始動が行われるため、自車両のバッテリから流出する放電電流が、救援車両等からの電力供給分だけ目減りする。

この点において、上記構成では、自車両のバッテリから流出する放電電流の値である放電電流値を取得し、その放電電流値に基づいてジャンプスタート判定を実施するようにしたため、救援車両の発電の状態等によらずジャンプスタート判定を実施できる。また、自車両のバッテリの放電電流値が小さいにもかかわらずエンジン始動が完了したことを判定することで、エンジン始動がジャンプスタートによるものであることを精度良く判定することができる。

本実施形態にかかる車両システムの概略を示す構成図。 ジャンプスタートを実施する場合における電気的構成を示す回路図。 ジャンプスタートを実施する場合における電気的構成を示す回路図。 エンジン始動によるバッテリ電流の変動を示すタイムチャート。 ジャンプスタート判定を実施する処理手順を示すフローチャート。 エンジン始動によるバッテリ電流の変動を示すタイムチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。本実施形態はエンジンを搭載した車両を具現化しており、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を用い、エンジンの各種制御を実施するものとしている。車両は、所定の自動停止条件の成立に伴いエンジンを自動停止し、その後、所定の再始動条件の成立に伴いエンジンを再始動させるアイドリングストップ制御機能を備えている。図１は、本実施形態におけるエンジンシステムの全体構成を示す。

図１に示すように、エンジン１０には、エンジン始動時において当該エンジン１０の初期回転（クランキング回転）を付与する始動装置としてのスタータ１２が設けられている。また、エンジン１０のクランク軸には、ベルト等の連結手段を介してオルタネータ１３が連結されている。オルタネータ１３には、バッテリ１１とヘッドライトやオーディオ装置等の電気負荷１４とが接続されている。バッテリ１１はエンジンルーム内に設けられており、イグニッションスイッチ１６を介して電気負荷１４が接続されている。オルタネータ１３は、エンジン１０の回転に伴い駆動され発電し、発電された電力はバッテリ１１や電気負荷１４に供給される。

スタータ１２は、リレー２３及びイグニッションスイッチ１６を介してバッテリ１１と接続されている。スタータ１２は、ドライバのイグニッションキー操作による手動始動時、及びアイドリングストップ制御の実行による自動再始動時に、電力供給により駆動される。ドライバによる手動始動の場合は、イグニッションキーがスタート位置になると、イグニッションスイッチ１６のスタートスイッチが閉じリレー２３に通電する。その結果、リレー２３が閉じ、バッテリ１１からスタータ１２へ電力が供給される。スタータ１２は、電力の供給を受けて駆動され、エンジン１０を始動させる。また、アイドリングストップ制御の実行によりエンジン１０が自動再始動される場合、リレー２３が閉状態に制御されることで、スタータ１２によりエンジン１０が始動される。

電気負荷１４は、オルタネータ１３とバッテリ１１とから電力供給を受ける。具体的にはドライバの操作によりイグニッションキーがＡＣＣ位置になると、イグニッションスイッチ１６のＡＣＣスイッチが閉じる。それに伴い、バッテリ１１と電気負荷１４間のリレー２３が閉じ、バッテリ１１から電気負荷１４へ電力が供給される。また、アイドリングストップ制御の実行によるエンジン自動停止中には、バッテリ１１と電気負荷１４との間のリレー２３が閉状態に制御されることで、バッテリ１１から電気負荷１４へ電力が供給される。

本エンジンシステムは、ＥＣＵ１５、バッテリ電流を検出する電流センサ１７、車速を検出する車速センサ１９、アクセルペダルの踏み込み操作量を検出するアクセルセンサ２０、ブレーキペダルの踏み込み操作量を検出するブレーキセンサ２１、エンジンフードの開閉を検出するエンジンフードセンサ２２等、各種センサを備える。これら各種センサはＥＣＵ１５に接続されており、各種センサからの信号がＥＣＵ１５に逐次入力されるようになっている。ＥＣＵ１５は、中央処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置（ＲＯＭ及びＲＡＭ）によりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを実行する。ＥＣＵ１５は、ドライバの操作によりイグニッションキーがＩＧ位置となると信号を受け取り起動し、バッテリ１１から供給される電力により動作する。

ＥＣＵ１５は、都度のエンジン運転の要求やエンジン運転状態に基づいて、エンジン１０に対して燃料噴射系及び点火系を駆動させる信号を送信する。また、ＥＣＵ１５は、例えば、バッテリ１１の電圧や残容量（ＳＯＣ）に基づいて、オルタネータ１３の発電量を制御する。なお、バッテリ１１の残容量（ＳＯＣ）は周知のとおりバッテリ電圧や充放電電流により算出されるとよい。上記に加え、ＥＣＵ１５は、エンジン１０の始動に際し、その始動がジャンプスタートによるものであったか否かを判定する始動判定機能を有している。ただしその詳細は後述する。

さらに、ＥＣＵ１５は、車速、アクセルペダルの踏み込み操作量、ブレーキペダルの踏み込み操作量、及びバッテリ１１の電圧等の情報に基づいて、アイドリングストップ制御を実施する。なお、エンジン制御機能とアイドリングストップ制御機能とを別々のＥＣＵにて実施する構成にすることも可能である。

次に、ジャンプスタート時における電気的構成とその構成により実施されるジャンプスタート判定の詳細を説明する。本実施形態では、スタータ１２への電力供給開始後において、電流センサ１７により検出される自車両のバッテリ１１から流出する放電電流の値である放電電流値Ｉｂに基づいて、エンジン１０の始動がジャンプスタートによるものであったか否かの判定を実施することとしている。

図２に、エンジン１０のジャンプスタートを実施する場合における電気的構成を示す。図２では、自車両７のバッテリ１１と、救援車両である他車両３０のバッテリ３１とが、正負一対のブースタケーブル３２で接続されている。詳しくは、自車両７のバッテリ１１の正極端子には正側ケーブル８（第１配線部に相当）の一端が接続されており、その正側ケーブル８の他端はスタータ１２やオルタネータ１３、電気負荷１４に対して接続される接続部Ｘ１に接続されている。また、バッテリ１１の負極端子には負側ケーブル９（第２配線部に相当）の一端が接続されており、その負側ケーブル９の他端は、車両ボディ又はその車両ボディに接続される部位である接続部Ｘ２に接続されている。そして、自車両７の接続部Ｘ１と他車両３０のバッテリ３１の正極端子とが正側のブースタケーブル３２により接続され、自車両７の接続部Ｘ２と他車両３０のバッテリ３１の負極端子とが負側のブースタケーブル３２により接続されている。こうした接続状態で、他車両３０のバッテリ３１から自車両７のスタータ１２への電力供給が行われることで、自車両７のジャンプスタートが実施される。

また、自車両７において、負側ケーブル９には、バッテリ１１を流れるバッテリ電流の値を検出する電流センサ１７が設けられており、電流センサ１７の検出値はＥＣＵ１５に適宜出力されるようになっている。なお、本実施形態では、負側ケーブル９に電流センサ１７を設けることで、バッテリ１１の放電電流値Ｉｂそのものを検出することとしており、ジャンプスタート時において負側のブースタケーブル３２が接続部Ｘ２（車両ボディ）に接続されることは整備手順書等に規定されるものとなっている。

図２の電気的構成に代えて、図３の電気的構成であってもよい。図３では、自車両７の正側ケーブル８に電流センサ１７が設けられており、その電流センサ１７により、バッテリ１１の放電電流値Ｉｂが検出されるようになっている。

ここで、ジャンプスタート時には、救援車両である他車両３０のバッテリ３１から自車両７のスタータ１２に対して電力供給が行われる。一方、自車両７のバッテリ１１から流出する放電電流は、他車両３０からの電力供給分だけ目減りする。したがって、ジャンプスタート時に電流センサ１７により検出される放電電流値Ｉｂはジャンプスタートでない場合に比べて低い値となる。このため、電流センサ１７の検出値に基づいてジャンプスタート判定を実施できる。

図４に、エンジン１０の通常始動時及びジャンプスタート時におけるバッテリ電流の変動を示す。なお、エンジン１０の始動時には、オルタネータ１３による発電は停止されており、エンジン１０の始動完了に伴ってオルタネータ１３による発電が開始される。

図４に示すように、エンジン１０の通常始動時及びジャンプスタート時のいずれにおいても、スタータ１２に電力供給が開始されると、スタータ１２には誘起電圧が生じていないため、バッテリ１１からスタータ１２に大電流（突入電流）が流れる。その結果、バッテリ電流が放電側に大きく上昇し、放電電流値Ｉｂの最大値に達する。その後、エンジン回転速度の上昇に伴いバッテリ電流が上下に変動を繰り返しながら低下し、エンジン回転速度が自立運転可能な回転速度に達すると、エンジン始動が完了し、オルタネータ１３の発電により放電から充電へと移行する。

ここで、エンジン１０の通常始動時とジャンプスタート時とでは、バッテリ１１の放電電流の大きさが相違し、始動完了までの期間において通常始動時に比べてジャンプスタート時の方が小電流となる状態が継続される。また、スタータ１２への電力供給の開始後において突入電流は過渡的で変化が大きく、また、クランキング中はエンジンクランク軸を回転させる負荷の影響でばらつきが大きくなる。そのため、比較的安定した状態で放電電流値Ｉｂを検出すべく、放電電流値Ｉｂの検出タイミングを、エンジン１０の始動完了以前であってかつ突入電流が生じている期間を除くタイミングとしている。

電流検出についてより具体的には、始動開始当初に突入電流が流れる期間と、始動完了が判定された後の期間とをマスク期間とし、そのマスク期間以外でバッテリ電流を検出する。かかる場合に、例えば始動完了のタイミング（完爆タイミング）で検出されたバッテリ電流をバッテリ１１の放電電流値Ｉｂとする。そして、放電電流値Ｉｂが所定の閾値Ｔｈ以上か否かに基づいて、ジャンプスタート判定を実施する。完爆の時点では、スタータ１２がエンジン１０のクランク軸を回転させる回転負荷が生じない無負荷状態となっており、この無負荷状態であれば、放電電流値Ｉｂの検出ばらつきが抑制されるようになっている。

次に、ＥＣＵ１５が行う処理について、その詳細な手順を、図５を参照しつつ説明する。本処理はＥＣＵ１５により所定周期で繰り返し実施される。

図５において、ステップＳ１１では、エンジン始動時であるか否かを判定する。ステップＳ１１で、エンジン始動時でない場合は本処理を終了し、エンジン始動時である場合はステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、エンジンフードが開いた状態であるか否かを判定する。ステップＳ１２でエンジンフードの閉じた状態である場合には本処理を終了し、エンジンフードが開いた状態である場合にはステップＳ１３に進む。なお、エンジンフードの開閉状態の判定に限らず、例えば車室内にバッテリ１１が設置されている車両においては、バッテリ１１へアクセスするためにドア等が開かれた状態であるか否かを判定してもよい。

ステップＳ１３では、放電電流値Ｉｂの取得タイミングであるか否かを判定する。例えば、始動完了のタイミング（完爆タイミング）であるか否かを判定する。完爆判定は、エンジン始動が完了したことの判定に相当する。ステップＳ１３がＹＥＳであれば、ステップＳ１４に進み、電流センサ１７により検出されたバッテリ電流を放電電流値Ｉｂとして取得する。

ステップＳ１５では、放電電流値Ｉｂが、閾値Ｔｈ以下であるか否かを判定する。放電電流値Ｉｂが閾値Ｔｈ以下でない場合には本処理を終了し、放電電流値Ｉｂが閾値Ｔｈ以下である場合にはステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、エンジン始動がジャンプスタートによるものであると判定し、今回の車両運転におけるエンジン１０の自動停止の実施を禁止し、この処理を一旦終了する。なお、エンジン始動がジャンプスタートによるものであると判定された場合には、エンジン１０の自動停止の実施を禁止することに加えて、オルタネータ１３の発電を促進する制御や、優先度の高い電気負荷１４への電力供給を優先する制御を実施してもよい。

図６は、エンジン始動時におけるバッテリ電流の変動を示すタイムチャートである。

タイミングｔ１でイグニッションキーの始動操作によりスタータ１２が駆動されると、タイミングｔ２で、スタータ駆動の開始の旨がＥＣＵ１５により認識される。そして、バッテリ１１の放電が開始される。その際、通常始動時かジャンプスタート時かに応じて、図示のごとく電流波形が相違する。その後、タイミングｔ３で、エンジン回転速度が完爆回転速度まで上昇することで完爆判定がなされると、その時のバッテリ電流が放電電流値Ｉｂとして取得される。そして、放電電流値Ｉｂに基づいてジャンプスタート判定が実施される。

なお、完爆の判定手法は任意でよく、例えば、スタータ１２への通電中にスタータ１２のピニオンがエンジンクランク軸側のリングギアによって回される状態、すなわち無負荷状態であると検出したことに基づいて、完爆状態になった旨を判定してもよい。より具体的には、スタータ１２への通電中において、スタータ１２のピニオンがリングギアに加えるトルクが所定値以下となったことや、トルク変化率が所定値以上変化したことから無負荷状態であることを検出し、その検出結果に基づいて、完爆か否かの判定を実施する。

その後、タイミングｔ４でイグニッションキーの始動操作が終了されると、タイミングｔ５で、ＥＣＵ１５が始動完了したと認識する。なお、図６において、タイミングｔ２から所定時間が経過するまでの期間、及びタイミングｔ３後の期間がマスク期間となっている。エンジン１０の完爆判定より先にイグニッションキーの始動操作が終了される場合には、その始動操作以降をマスク期間にするとよい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

自車両７のバッテリ１１から流出する放電電流の値である放電電流値Ｉｂを取得し、その放電電流値Ｉｂに基づいてジャンプスタート判定を実施するようにしたため、救援車両である他車両３０の発電の状態等によらずジャンプスタート判定を実施できる。また、この場合、自車両７のバッテリ１１の放電電流値Ｉｂが小さいにもかかわらずエンジン始動が完了したことを判定することで、エンジン始動がジャンプスタートによるものであることを精度良く判定することができる。

エンジン１０の回転速度が完爆判定回転速度に達した時の放電電流値Ｉｂに基づいてジャンプスタート判定を実施する構成にした。この場合、完爆判定時は放電電流値Ｉｂのばらつきが小さいことから、安定した状態でＩｂ値を取得できる。これにより、ジャンプスタートの判定精度を向上させることができる。

また、スタータ１２への電力供給開始直後はスタータ１２に一時的に大電流が流れるが、その大電流の通電期間以外で放電電流値Ｉｂを取得できる。これにより、電流センサ１７の検出可能上限値を過剰に大きくしなくても放電電流値Ｉｂの閾値判定を正確に実施でき、ひいては、ジャンプスタート判定を高精度に実施できることとなる。

自車両７のエンジンフードが開かれた状態で、放電電流値Ｉｂが閾値Ｔｈ以下であると判定され、かつエンジン１０が始動したと判定された場合に、エンジン１０の始動がジャンプスタートによるものであったと判定する構成にした。このため、例えば、閾値Ｔｈをより安全側（ジャンプスタートであると判定し易い側）に設定できる。これにより、ロバスト性を確保した閾値設定が可能となる。

（他実施形態）
上記の実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・ＥＣＵ１５が閾値Ｔｈを可変設定する構成にしてもよい。具体的には、放電電流値Ｉｂを変化させる影響因子として電気負荷１４の駆動状態を取得し、電気負荷１４の駆動状態に基づいて閾値Ｔｈを設定する。例えば、駆動している電気負荷１４が多い場合には、放電電流値Ｉｂは大きいため、閾値Ｔｈは高く設定されるとよい。なお、閾値Ｔｈは、電気負荷１４の駆動状態だけでなく、車外温度や車両の走行距離等の放電電流値Ｉｂを変化させる他の影響因子に基づいて可変に設定される構成としてもよい。

上記のとおり閾値Ｔｈを可変設定することで、電気負荷１４の駆動状態等によりバッテリ１１の放電の状態が変化するような場合であっても、ジャンプスタート判定を高精度に実施することができる。

また、スタータ１２の総始動回数をカウントし、その総始動回数に基づいて閾値Ｔｈを設定することも可能である。この場合、総始動回数が多いほど、スタータ１２が劣化しており、スタータ１２に給電される電流が小さくなると考えられるため、閾値Ｔｈを小さくする。

・エンジン始動時におけるイグニッションキーの始動操作の回数をカウントし、その操作回数に応じて閾値Ｔｈを設定する構成でもよい。この場合、始動操作の回数をカウントすることは、始動失敗の回数をカウントすることに相当し、バッテリ１１の劣化度合いが大きいほど、操作回数が大きくなると考えられる。そこで、始動失敗回数が多いほど、ジャンプスタートであることが判定され易くすべく、閾値Ｔｈを大きくする。

・エンジン回転速度が完爆判定回転速度に達した時の放電電流の値である放電電流値Ｉｂに基づいてジャンプスタート判定を実施する構成としたが、これ以外の構成にしてもよい。例えば、スタータ１２への電力供給の開始後におけるバッテリ電流の最大値（突入電流のピーク値）を放電電流値Ｉｂとする構成や、スタータ１２への電力供給の開始後からあらかじめ定めた所定時間が経過した時のバッテリ電流を放電電流値Ｉｂとする構成、スタータ１２への電力供給を実施している期間内でのバッテリ電流の平均値を放電電流値Ｉｂとする構成であってもよい。

・ジャンプスタート時における外部電源は救援車両である他車両３０のバッテリ１１としたが、これを、家庭用非常電源装置などの自車両７のバッテリ１１に接続可能な電源であってもよい。

１０…エンジン、１１…バッテリ、１２…スタータ、１５…ＥＣＵ（電流取得手段、電流判定手段、始動判定手段、ジャンプスタート判定手段）。

Claims (6)

1. エンジン（１０）を始動させるスタータ（１２）と、前記スタータへ電力供給するバッテリ（１１）と、を備えた車両に適用されるバッテリ監視装置（１５）であって、
   前記エンジンの始動に際し、前記バッテリから前記スタータへの電力供給時に前記バッテリから流出する放電電流の値である放電電流値を取得する電流取得手段と、
   前記放電電流値が所定の閾値以下であったか否かを判定する電流判定手段と、
   前記エンジンが始動したか否かを判定する始動判定手段と、
   前記電流判定手段により前記放電電流値が前記閾値以下であったと判定され、かつ前記始動判定手段により前記エンジンが始動したと判定された場合に、前記エンジンの始動がジャンプスタートであったと判定するジャンプスタート判定手段と、
   を備え、
   前記電流判定手段は、前記スタータへの電力供給開始後において、前記エンジンの完爆以前であってかつ電力供給開始から所定時間経過後の前記放電電流値が前記閾値以下であるか否かを判定することを特徴とするバッテリ監視装置。
2. 前記電流判定手段は、前記エンジンの完爆時における前記放電電流値が前記閾値以下であるか否かを判定する請求項１に記載のバッテリ監視装置。
3. 前記エンジンの始動に際し、前記バッテリからの放電電流の大きさに影響を及ぼす影響因子の情報を取得する情報取得手段と、
   前記閾値を前記影響因子に基づいて設定する閾値設定手段と、
   を備える請求項１又は２に記載のバッテリ監視装置。
4. エンジン（１０）を始動させるスタータ（１２）と、前記スタータへ電力供給するバッテリ（１１）と、を備えた車両に適用されるバッテリ監視装置（１５）であって、
   前記エンジンの始動に際し、前記バッテリから前記スタータへの電力供給時に前記バッテリから流出する放電電流の値である放電電流値を取得する電流取得手段と、
   前記放電電流値が所定の閾値以下であったか否かを判定する電流判定手段と、
   前記エンジンが始動したか否かを判定する始動判定手段と、
   前記電流判定手段により前記放電電流値が前記閾値以下であったと判定され、かつ前記始動判定手段により前記エンジンが始動したと判定された場合に、前記エンジンの始動がジャンプスタートであったと判定するジャンプスタート判定手段と、
   前記エンジンの始動に際し、前記バッテリからの放電電流の大きさに影響を及ぼす影響因子の情報を取得する情報取得手段と、
   前記閾値を前記影響因子に基づいて設定する閾値設定手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリ監視装置。
5. 前記電流取得手段は、前記バッテリの正極端子側及び負極端子側に正負一対のブースタケーブル（３２）が接続された状態で、前記正極端子と正側のブースタケーブルとの間、又は前記負極端子と負側のブースタケーブルとの間のいずれかで検出された前記放電電流値を取得する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバッテリ監視装置。
6. 前記正極端子に接続される第１配線部（８）と、前記負極端子に接続される第２配線部（９）とを有し、それら各配線部のいずれかに当該配線部を流れる電流を検出する電流検出手段（１７）が設けられている車両に適用され、
   前記電流取得手段は、前記第１配線部及び前記第２配線部のうち前記電流検出手段を有する配線部において当該電流検出手段を挟んで前記正極端子又は前記負極端子が接続されている端子とは反対側の位置に前記ブースタケーブルの一方が接続された状態で、前記電流検出手段により検出された前記放電電流値を取得する請求項５に記載のバッテリ監視装置。

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