JP2004177373A

JP2004177373A - 電池状態推定方法及びエンジン始動判定方法

Info

Publication number: JP2004177373A
Application number: JP2002347010A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yamada; 惠造山田; Tetsuo Ogoshi; 哲郎大越
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】高い精度の電池状態推定方法を提供する。
【解決手段】異なるＳＯＨにおいて、２５°Ｃ、２５０Ａ放電時の１セル当たりの０．２秒目電圧ＶＣと残存容量Ｑとを測定した。測定結果をＳＯＨを介してプロットし、１本の折れ線グラフに近似して残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データを得た。この対応データにより、放電電圧ＶＣ及び残存容量Ｑのいずれか一方から他方を推定した。ＳＯＨを調べることなく残存容量Ｑ又は放電電圧ＶＣの電池状態を高精度で推定できる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の残存容量又は放電電圧を推定する電池状態推定方法、電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車輌エンジンの駆動では、アイドルストップ・スタート（以下、ＩＳＳと略記する。）による排ガス削減や回生電力を充電電力として用いる回生充電によるエネルギー有効利用への対応が進められている。これに伴い、ＩＳＳや回生充電可能な車輌システムに関連する電池技術が望まれている。鉛電池はこれらに適用可能な代表的電池である。鉛電池がＩＳＳ可能な充電状態にあるかの判定方法には、一旦充電状態の推定を行い、あらためて、その充電状態での放電性能を推定する方法が有効であるように考えられている。これは、充電状態が決まれば電池の性能が一意に決まるという前提に基づいている。充電状態（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ、以下、ＳＯＣと略記する。）は、下記式（１）で示すように、電池の満充電容量に対する残存容量の割合を表している。
【０００３】
【数１】

【０００４】
鉛電池の充電状態を知る一つの方法として、電解液の比重を測定する方法がある。鉛電池は充電により電解液の比重が大きくなり、放電により電解液の比重が小さくなるため、電解液の比重を計ることによって鉛電池の充電状態を推定することができる。
【０００５】
また、電池の充電状態を推定する方法としては、大電流での内部抵抗や微分内部抵抗（電圧電流直線の傾き）から求める方法、放電電流と放電電圧の関係から求める方法（例えば、特許文献１参照）、電流積算により求める方法（例えば、特許文献２参照）、劣化を考慮しながら求める方法（例えば、特許文献３参照）などが開示されており、これらを組み合わせた方法（例えば、特許文献４参照）も開示されている。
【０００６】
大電流での放電電圧を基にした電池の充電状態を車輌エンジンの始動可能電圧の推定に利用するためには、過去のエンジン始動時の高率放電から充電状態を推定した後、高率放電後に放電された電流の積算による補正を行い得られるリアルタイムな充電状態の情報を得る必要がある。エンジン始動判定の際は充電状態推定の逆の処理によって放電電圧を予測しエンジン始動が可能か否かの判定を行う。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３４７２７号公報（図２、段落番号「００１６」）
【特許文献２】
特開平７−１２８４１５号公報（段落番号「００１１」）
【特許文献３】
特開平８−４３５０４号公報（図１、段落番号「０００６」）
【特許文献４】
特開平７−６３８３０号公報（図３、段落番号「００２７」）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した過去の高率放電を基にエンジン始動を判定する方法は、直接的で理論的には優れた方法であるが、リアルタイムなエンジン始動の判定のためには電流積算等の高率放電以外の情報を必要とするので、データ処理が複雑となり開発費や装置価格のコスト高を招く。また、ＳＯＣを用いる電池状態推定方法では、ＳＯＣが決まれば電池状態が一意に決まることを前提としているが、同じＳＯＣであっても、劣化した電池では劣化前よりも放電電圧が低下するので、電池状態の推定が不正確となる。すなわち、高率放電性能は電池劣化の影響を強く受けるので、劣化した電池でＳＯＣを推定する場合には推定精度の大幅な低下を避けることができない。
【０００９】
本発明は、上記事案に鑑み、アイドルストップ・スタートを行う車輌システムに適した高い精度の電池状態推定方法及びリアルタイムに判定可能なエンジン始動判定方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、電池の残存容量又は放電電圧を推定する電池状態推定方法であって、前記電池の初期満充電容量に対する現在の満充電容量の割合を表すＳＯＨを介して前記残存容量と放電電圧とを予め対応させ、前記残存容量及び放電電圧のいずれか一方を実測し、前記残存容量と放電電圧との対応に基づいて、前記実測した残存容量及び放電電圧のいずれか一方からいずれか他方を推定する、ステップを含む。
【００１１】
本態様では、予めＳＯＨを介して残存容量と放電電圧とを対応させているので、電池の劣化状態が考慮され電池状態を高い精度で推定することができると共に、ＳＯＨを介して残存容量と放電電圧とが対応しているので、ＳＯＨを調べることなく残存容量及び放電電圧のいずれか一方を実測することでいずれか他方を推定することができ、リアルタイムに電池状態を推定することができる。
【００１２】
この場合において、残存容量と放電電圧との対応がＳＯＨの少なくとも５１％以上で成立すれば、ＳＯＨ１００％の製造直後からＳＯＨ５１％に劣化するまで残存容量と放電電圧との対応が成立するので、電池の実用範囲でＳＯＨにかかわらず残存容量又は放電電圧を推定することができる。
【００１３】
また、残存容量と放電電圧との対応を、ＳＯＨを介して１：１の関係にすれば、残存容量及び放電電圧のいずれか一方を実測することで他方が直ちに定まるので、残存容量又は放電電圧を迅速に推定することができる。また、実測した残存容量又は放電電圧を所定温度における残存容量又は放電電圧に補正すれば、より高精度の推定をすることができる。ここで所定温度とは、残存容量と放電電圧とを予め対応させたときの温度をいい、例えば、室温の２５°Ｃとすることができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、電池の残存容量を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法であって、前記電池の初期満充電容量に対する現在の満充電容量の割合を表すＳＯＨを介して、前記残存容量と放電電圧とを予め対応させ、前記残存容量と放電電圧との対応に基づいて、予め設定され前記エンジンの始動に必要なエンジン始動最小電圧から前記エンジンの始動に必要な前記電池の電池残存容量を推定し、前記電池の残存容量を実測し、該実測した残存容量と前記電池残存容量とを比較し、前記実測した残存容量が前記電池残存容量以上のときに前記エンジンを始動可能と判定する、ステップを含む。
【００１５】
本発明の第３の態様は、電池の放電電圧を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法であって、前記電池の初期満充電容量に対する現在の満充電容量の割合を表すＳＯＨを介して、前記残存容量と放電電圧とを予め対応させ、前記電池の残存容量を実測し、前記実測した残存容量から前記残存容量と放電電圧との対応に基づいて、前記電池の放電電圧を推定し、前記推定した放電電圧と前記エンジンの始動に必要なエンジン始動最小電圧とを比較し、前記推定した放電電圧が前記エンジン始動最小電圧以上のときに前記エンジンを始動可能と判定する、ステップを含む。
【００１６】
本発明の第２及び第３の態様では、第１の態様のリアルタイムで高精度の電池状態推定方法を用い、第２の態様では放電電圧基準値から残存容量基準値を推定し、第３の態様では実測した電池の残存容量から放電電圧を推定するので、リアルタイムで高精度のエンジン始動判定を行うことができる。
【００１７】
上記第２又は第３の態様において、前記実測した残存容量が前記電池残存容量未満のとき又は前記推定した放電電圧が前記エンジン始動最小電圧未満のときに前記エンジンを始動不能と判定し、前記電池を充電すれば、エンジンを常時始動可能な電池状態に維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明が適用可能な電池制御装置の第１の実施の形態について説明する。本実施形態の電池制御装置は鉛電池を制御する装置として用いられる。なお、鉛電池は図示しないモータ（発電機）で（回生）充電可能な４２Ｖ系システムの一部を構成している。
【００１９】
鉛電池は、内部を縦横に仕切る隔壁によって１８個のセル室に画定されたモノブロック電槽を有している。各セル室には、複数の正極板と、正極板の枚数より１枚多い負極板とがリテーナ（セパレータ）を挟んで交互に配列され両外側に負極板を配置した極板群が１組ずつ収納されており、リテーナに電解液（希硫酸）が保持されている。各セル室は密閉されており、上部に制御弁が配設されている。各セル（単電池）はセル間を接続する導電性の接続部材により直列に接続されている。各セル電圧は２Ｖであり、鉛電池全体の公称電圧は３６Ｖである。モノブロック電槽の上部対角位置には正極端子及び負極端子が立設されている。
【００２０】
図１に示すように、鉛電池１０の正極端子は、鉛電池１０に流れる電流を電圧として検出するシャント抵抗２１の一端に接続されている。シャント抵抗２１の他端は外部＋端子に接続されている。シャント抵抗２１の両端は、後述する電流積算部２６に接続されている。また、鉛電池１０の正極端子及び負極端子は、鉛電池１０の両端電圧を検出する電圧計２２にそれぞれ接続されている。電圧計２２は、後述する電圧検出部２７に接続されている。鉛電池１０の負極端子は、外部−端子に接続されている。鉛電池１０の略中央部表面には、電池温度を検出するサーミスタ等の温度センサ２３が固着されている。温度センサ２３の両端は後述する温度検出部２８に接続されている。
【００２１】
電池制御装置２０は、装置全体の制御を行うＣＰＵブロック３０を備えている。ＣＰＵブロック３０は、電池制御装置２０内の各部とのデータ転送を制御しデータの演算を行うＣＰＵ３０ａ、電池制御装置２０の基本制御プログラムが記憶されたＲＯＭ３０ｂ、ＣＰＵのワークエリアとして働くと共に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ３０ｃ及びこれらを接続する内部バスで構成されている。
【００２２】
ＣＰＵブロック３０には外部バス２９が接続されている。外部バス２９は、シャント抵抗２１で検出した電圧を電流の積算値として計数し、積算値をＡ／Ｄ変換する電流積算部２６、電圧計２２で検出した鉛電池１０の両端電圧をＡ／Ｄ変換する電圧検出部２７、温度センサ２３で検出した電池温度をＡ／Ｄ変換する温度検出部２８、後述するように残存容量と放電電圧との対応データ等を記憶した不揮発性のＥＰＲＯＭ３１、液晶ディスプレイ等の表示装置３４を制御する表示制御部３２及びパラレルインターフェース３３に接続されている。また、表示制御部３２には表示装置３４が接続されており、パラレルインターフェース３３には車輌側のモータやエンジンの制御を行う車輌側ＣＰＵ３５が接続されている。
【００２３】
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池制御装置２０の動作について説明する。電池制御装置２０に鉛電池１０から図示しない電源供給部を介して電源が投入されると、ＲＯＭ３０ｂに格納されている基本制御プログラム等がＲＡＭ３０ｃに展開され初期設定処理がなされる。以降ＣＰＵ３０ａは、鉛電池１０がエンジンの始動に適性な電池状態にあるか否かを判定する電池状態制御ルーチンを実行する。
【００２４】
図２に示すように、この電池状態制御ルーチンでは、まずステップ１０２において、鉛電池１０の残存容量Ｑ_Ｔを求める。すなわち、電流積算部２６は、電圧検出部２７で検出した電圧が所定電圧に達して鉛電池１０が満充電状態となったときの満充電容量から、鉛電池１０から放電された電流に放電時間を乗じた積を常時積算している。従って、ＣＰＵ３０ａは電流積算部２６の積算値を取り込み、満充電容量から減じて残存容量Ｑ_Ｔとし、ＲＡＭ３０ｃに格納する。次のステップ１０４では、温度検出部２８から電池温度Ｔを取り込みＲＡＭ３０ｃに格納する。
【００２５】
次にステップ１０６では、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている電池温度Ｔと残存容量補正値（Ｑ_Ｔ−Ｑ_２５）（単位Ａｈ）とのデータにより、電池温度Ｔのときの残存容量Ｑ_Ｔを２５°Ｃにおける残存容量Ｑ_２５に温度補正する。
【００２６】
ここで、電池温度Ｔと残存容量補正値（Ｑ_Ｔ−Ｑ_２５）との関係について説明する。予め電池温度Ｔが−１５、０、２５、６０°Ｃのときの残存容量と放電電圧との関係をそれぞれ測定し、各温度で所定の放電電圧が得られる残存容量Ｑ_Ｔを求め、図３に示すように、電池温度２５°Ｃのときの残存容量Ｑ_２５との差（Ｑ_Ｔ−Ｑ_２５）をもって電池温度Ｔにおける残存容量補正値とした。電池温度Ｔと残存容量補正値とを１組のデータとし、４組のデータがＥＰＲＯＭ３１に記憶されている。
【００２７】
従って、ステップ１０６では、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている４組のデータのうち、ステップ１０４で取り込んだ電池温度Ｔを間に挟む直近の２組のデータから補間法により演算して求める。例えば、電池温度Ｔが１０°Ｃの場合の残存容量補正値は、０°Ｃの残存容量補正値５と２５°Ｃの残存容量補正値０とから比例計算により、（５Ａｈ−０Ａｈ）×（２５°Ｃ−１０°Ｃ）／２５°Ｃ＝３（Ａｈ）となる。このようにして求めた残存容量補正値（Ｑ_Ｔ−Ｑ_２５）をステップ１０２でＲＡＭ３０ｃに格納した残存容量Ｑ_Ｔから減算して残存容量Ｑ_２５を求め、ＲＡＭ３０ｃに格納する。
【００２８】
次のステップ１０８では、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データにより、ステップ１０６でＲＡＭ３０ｃに格納した残存容量Ｑ_２５に対応する１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５を演算する。
【００２９】
ここで、残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データについて説明する。図４に示すように、予め劣化状態の異なるセルについて残存容量と１セル当たりの放電電圧を以下のようにして測定した。なお、図４において、ＳＯＨ（ＳｔａｔｅｏｆＨｅａｌｔｈ、以下、ＳＯＨと略記する。）は、電池の劣化状態を示すパラメータで、下記式（２）に示すように、電池の初期満充電容量に対する満充電容量の割合を百分率で表される。
【００３０】
【数２】

【００３１】
単セル５個を用意し、予め各セルを初期運転した後に充電して満充電状態とした。このときの単セルの容量は５個のセルの平均が２０Ａｈであった。ＳＯＨ＝１００％において、２５°Ｃ、２５０Ａで放電したときの０．２秒目電圧を各セルについて５回繰り返して測定し、得られた２５個のデータの平均値（１．８６Ｖ）を残存容量２０Ａｈのときの１セル当たりの放電電圧とし、横軸の残存容量Ｑに対して縦軸に１セル当たりの放電電圧ＶＣをプロットした。更に所定時間放電した後、同様にして残存容量Ｑと各セルの０．２秒目電圧を測定しプロットした。順次所定時間毎の放電を繰り返し、所定時間経過毎の残存容量Ｑ及び１セル当たりの放電電圧ＶＣを同様に測定しプロットした。次に、各セルについて充放電を繰り返し、５００回繰り返した後の各セルについて満充電容量を測定した結果、５個のセルの平均が１４．６Ａｈであり、ＳＯＨは式（２）から７３％であった。ＳＯＨ＝７３％において残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧をＳＯＨ＝１００％の場合と同様にプロットした。以降同様にしてＳＯＨが５１％となるまで測定しプロットした。
【００３２】
次に、ＳＯＨが５１〜１００％の範囲で測定した各データについて、残存容量Ｑの２Ａｈの範囲毎に最小二乗法により残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの関係を表す近似直線をそれぞれ求めた。このとき、隣接する範囲の近似直線が１点でつながるように近似した。この結果、ＳＯＨが５１〜１００％のセルについて測定した残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとは、残存容量Ｑが６〜２０Ａｈの範囲で連続した１本の折れ線グラフに近似される（残存容量Ｑと１セル当たり放電電圧ＶＣとはＳＯＨを介して１：１に対応）。これにより、ＳＯＨを調べることなく、電池の残存容量Ｑから１セル当たりの放電電圧ＶＣを求めることができ、逆に１セル当たりの放電電圧ＶＣから残存容量Ｑを求めることができる。最小二乗法により２Ａｈの範囲毎に近似した近似直線の両端の残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとを１組の対応データとし、予め８組の対応データをＥＰＲＯＭ３１に記憶した。
【００３３】
また、図４に示すように、ＳＯＨが５１％〜１００％のセルについて開回路電圧（ＯＣＶ）を測定した結果、開回路電圧と残存容量ＱとはＳＯＨを介して対応することが明らかとなった。これにより、開回路電圧を測定することで、ＳＯＨを調べることなく残存容量Ｑを求めることができる。更に、図４に示すように、ＳＯＨが５１％〜１００％のセルについて内部抵抗を測定した結果、内部抵抗と残存容量ＱとはＳＯＨを介して対応することが明らかとなった。これにより、内部抵抗を測定することで、ＳＯＨを調べることなく残存容量Ｑを求めることができる。残存容量Ｑを求めた後に、放電した電流に放電時間を乗じた積の積算値を、求めた残存容量Ｑから減じることで電流積算による補正をした残存容量を求めることができる。
【００３４】
２５°Ｃにおけるエンジンの始動に最低限必要なエンジン始動最小電圧Ｖ_{ｍｉｎ、２５}は、エンジンを始動する始動用モータの仕様により定まり、このＶ_ｍｉｎに基づき、後述する計算式によって１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}が求められ、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている。１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５が１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}を下回るとエンジンの始動は不確実となり、ＩＳＳ不可となる（本実施形態では１．６８Ｖ未満ではエンジン始動不能）。逆に、残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとはＳＯＨを介して対応しているので、１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}からエンジンの始動に最低限必要な電池残存容量としての始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}を推定することができる。電池の残存容量Ｑ_２５が始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}を下回るとエンジンの始動は不確実となり、ＩＳＳ不可となる。この１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}も予めＥＰＲＯＭ３１に記憶されている。
【００３５】
従って、図２のステップ１０８では、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている８組の対応データのうち、ステップ１０６で求めた残存容量Ｑ_２５を間に挟む直近の２組の対応データから上述した補間法により１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５を演算する。
【００３６】
一方、１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}は、上述したＶ_{ｍｉｎ、２５}に基づき、下記式（３）により求められている。なお、式（３）において、Ｉは電流、Ｒは接続部材抵抗を表している。上述したように、鉛電池１０は１８個のセルを有しており、各セルは接続部材により直列に接続されている。このため、接続部材で電圧降下が発生する。接続部材全体で発生する抵抗を接続部材抵抗Ｒ（例えば、約１６ｍΩ）とすると、例えば、エンジンを始動する始動用モータの仕様によって、鉛電池１０の２５０Ａ放電時のエンジン始動最小電圧がＶ_{ｍｉｎ、２５}＝２６．２４（Ｖ）と定められているとき、１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}は、ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}＝（２６．２４＋２５０×１６／１０００）／１８＝１．６８（Ｖ）とされている。
【００３７】
【数３】

【００３８】
ステップ１１８では、ステップ１０８で求めた１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５を１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}で除算した電圧比Ｐを演算する。次にステップ１２０において、電圧比Ｐ≧１．０４か否かを判断し、肯定判断のとき、エンジン始動可能と判定し、次のステップ１２２で、パラレルインターフェース３３を通じて車輌側ＣＰＵ３５へ始動可能を通知する。
【００３９】
続いてステップ１２４では、パラレルインターフェース３３を通じて車輌側ＣＰＵ３５へ電圧比Ｐを通知する。次のステップ１２６では、表示制御部３２を介して表示装置３４に始動可能を表示させて、電池状態制御ルーチンはステップ１０２へ戻る。
【００４０】
逆にステップ１２０で否定判断のとき、エンジン始動不可能と判定し、次のステップ１２８で、パラレルインターフェース３３を通じて車輌側ＣＰＵ３５へ始動不可能を通知する。次にステップ１３０では、表示制御部３２を介して表示装置３４に始動不可能を表示させて、電池状態制御ルーチンはステップ１０２へ戻る。
【００４１】
一方、車輌側ＣＰＵ３５では、図５に示すように、鉛電池１０の充電を制御する電池充電制御ルーチンが実行される。
【００４２】
この電池充電制御ルーチンでは、まずステップ２０２において、図２のステップ１２２又はステップ１２８でＣＰＵ３０ａから通知された始動可能通知又は始動不可能通知を受信する。次のステップ２０４では、ステップ１２４でＣＰＵ３０ａから通知された電圧比Ｐを受信する。次にステップ２０６において、エンジンが駆動中であるか否かを判断し、肯定判断のときは次のステップ２０８において、受信した通知が始動可能通知か否かを判断し、肯定判断のとき電池充電制御ルーチンはステップ２０２へ戻る。逆に否定判断のときは次のステップ２１０でモータを発電状態とし、電池充電制御ルーチンはステップ２０２へ戻る。これにより、鉛電池１０は充電されＩＳＳ可能となる。
【００４３】
一方、ステップ２０６で否定判断のとき、すなわちエンジン停止中のときは次のステップ２１２において、電圧比Ｐ＜１．０２か否かを判断し、否定判断のとき電池充電制御ルーチンはステップ２０２へ戻る。逆に肯定判断のときは次のステップ２１４で、停止中のエンジンを強制的に始動させ、モータを発電状態とし、電池充電制御ルーチンはステップ２０２へ戻る。これにより、鉛電池１０は充電され、エンジン停止中にエンジンの再始動が不可能となることを回避することができる。
【００４４】
上述したように、本実施形態の電池制御装置２０のＥＰＲＯＭ３１は、２５°Ｃにおける残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとをＳＯＨを介して対応させた対応データを記憶しているので、ＳＯＨを調べることなく残存容量Ｑ_２５から１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５を演算することが可能である。
【００４５】
また、本実施形態では、電池状態制御ルーチンで、電池温度２５°Ｃにおける鉛電池１０の残存容量Ｑ_２５から１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５を演算し（ステップ１０８）、鉛電池１０の放電電圧Ｖ_２５を演算した（ステップ１１０）後、放電電圧Ｖ_２５と始動可能電圧Ｖ_{ｍｉｎ、２５}とを比較して鉛電池１０によるエンジンの始動適性を判定し（ステップ１１８〜１２０）、車輌側へ判定結果を通知する（ステップ１２２、１２４、１２８）。一方、電池充電制御ルーチンでは、通知された判定結果に応じて（ステップ２０８、２１２）、鉛電池１０を充電する（ステップ２１０、２１４）。従って、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている対応データを用いることで残存容量Ｑ_２５と１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５とがＳＯＨを介して対応しているので、鉛電池１０のＳＯＨが異なる場合においても高精度でリアルタイムの電池状態を推定することができると共に、１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５から鉛電池１０の放電電圧Ｖ_２５の演算ができるので、放電電圧Ｖ_２５と始動可能電圧Ｖ_{ｍｉｎ、２５}とを比較することで、高精度でリアルタイムなエンジンの始動適性を判定することができる。また、この判定結果に応じて鉛電池１０を充電することで、鉛電池１０をエンジン始動可能な状態にすることができるので、ＩＳＳが可能な電池状態を維持することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明が適用可能な電池制御装置の第２の実施の形態について説明する。本実施形態では、残存容量Ｑとエンジンの始動に最低限必要な始動可能残存容量Ｑ_ｍｉｎとを比較することでエンジン始動判定を行うものである。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の構成及び処理には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００４７】
図６に示すように、ステップ１０６に続くステップ１５０では、２５°Ｃにおける鉛電池１０の始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}がＲＡＭ３０ｃに格納されているか否かを判断し、肯定判断のときはステップ１５６へ進み、否定判断のときはステップ１１４へ進む。
【００４８】
ステップ１１４に続くステップ１５４では、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データにより、１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}に対応するエンジン始動に最低限必要な始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}を演算し（図４参照）、ＲＡＭ３０ｃに格納する。
【００４９】
ステップ１５６では、ステップ１０６で求めた残存容量Ｑ_２５をステップ１５４で演算した始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}で除算した残存容量比Ｐ’を演算する。次にステップ１５８において、残存容量比Ｐ’≧１．３か否かを判断する。
【００５０】
ステップ１２２に続くステップ１６０では、パラレルインターフェース３３を通じて車輌側ＣＰＵ３５へ残存容量比Ｐ’を通知する。
【００５１】
一方、車輌側ＣＰＵ３５では、図７に示すように、鉛電池１０の充電を制御する電池充電制御ルーチンが実行される。
【００５２】
この電池充電制御ルーチンでは、ステップ２０２に続くステップ２５０で、ステップ１６０でＣＰＵ３０ａから通知された残存容量比Ｐ’を受信する。次のステップ２０６で否定判断のときは、ステップ２５２において、残存容量比Ｐ’＜１．１５か否かを判断する。ステップ２０６で肯定判断のときは、ステップ２０２で受信した通知に応じて鉛電池１０を充電する。
【００５３】
次に、本実施形態に従って、電池制御装置２０で実際のＩＳＳ判定を行った実施例について説明する。なお、比較のために行った比較例についても併記する。
【００５４】
（実施例１）
実施例１では、鉛電池１０を、初期満充電容量１５Ａｈで満充電容量が６０％まで低下したものを使用した（ＳＯＨ＝６０％）。鉛電池１０を試験開始前に充電して満充電状態にした。
【００５５】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と同様の鉛電池１０を用い、電池制御装置では図８に示す従来の電池状態制御ルーチンを実行した。ステップ３０２において、鉛電池１０をパルス放電したときの電圧を検出した。次にステップ３０４では、予め求めたＳＯＣと放電電圧との関係により、ステップ３０２で検出した電圧から電池のＳＯＣを推定した。次のステップ３０６では、パルス放電後に放電された電流に放電時間を乗じた積の積算値を満充電容量で除した値を、ステップ３０４で推定したＳＯＣから減じて補正したＳＯＣを求めた。次にステップ３０８では、予め求めたＳＯＣと放電電圧との関係により、ステップ３０６で補正したＳＯＣから放電電圧Ｖを推定した。次にステップ３１０では、エンジン始動可能電圧Ｖ_ｍｉｎを読み出し、次のステップ３１２において、推定した放電電圧Ｖがエンジン始動可能電圧Ｖ_ｍｉｎ以上か否かを判断し、肯定判断のときはエンジン始動可能と判定して始動可能を表示装置に表示させ、否定判断のときはエンジン始動不可能と判定して始動不可能を表示装置に表示させた。従って、比較例１の電池制御装置ではＳＯＣの推定を行う点で、ＳＯＣを推定することなく残存容量によりエンジン始動判定を行う実施例１の電池制御装置２０と異なっている。
【００５６】
（試験）
実施例１及び比較例１の電池状態制御ルーチンでは、鉛電池１０を、１０分間通電せず（電流ゼロ）においた後に２５０Ａで０．５秒間放電するサイクルを繰り返す試験を行った。２５０Ａ、０．２秒でエンジン始動可能電圧が２６Ｖの車輌を想定して１サイクル毎にエンジン始動判定を行い、始動不可能と判定したときのサイクル数を測定した。また、実際に鉛電池１０の放電電圧が２６Ｖ未満となり、エンジン始動不可能となったときのサイクル数も測定した。測定結果を下表１に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
表１に示すように、比較例１では、５６サイクルで始動不可能と判定され、実際に放電電圧が始動可能電圧の２６Ｖ未満になったのは１０２サイクルであった。これに対して実施例１では、９２サイクルで始動不可能と判定され、実際に始動不可能になったのは１０１サイクルであり、判定結果と実測結果のずれが小さかった。
【００５９】
上述したように、本実施形態の電池制御装置２０のＥＰＲＯＭ３１は、２５°Ｃにおける残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとをＳＯＨを介して対応させた対応データを記憶しているので、ＳＯＨを調べることなく１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}から始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}を演算することが可能である。
【００６０】
また、本実施形態では、電池状態制御ルーチンで、電池温度２５°Ｃにおける鉛電池１０の残存容量Ｑ_２５を演算し（ステップ１０２〜１０６）、１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}から始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}を演算し（ステップ１５２、１５４）、残存容量Ｑ_２５と始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}とを比較して鉛電池１０によるエンジンの始動適性を判定する（ステップ１５６〜１５８）。従って、ＥＰＲＯＭ３１に記憶されている対応データを用いることで残存容量Ｑ_２５と１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５とがＳＯＨを介して対応しているので、ＳＯＨの異なる電池においても高精度でリアルタイムの電池状態を推定することができると共に、１セル当たりの始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}から鉛電池１０の始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}の演算ができるので、残存容量Ｑ_２５と始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}とを比較することで、高精度でリアルタイムなエンジンの始動適性を判定することができる。
【００６１】
更に、放電電圧はエンジン始動に直接関わる因子であるため、上述した第１実施形態は第２実施形態よりも直感的に理解しやすいが、第１実施形態では判定のたびにＥＰＲＯＭ３１に記憶されている対応データにより残存容量Ｑ_２５から放電電圧ＶＣ_２５を推定するプロセス（ステップ１０８）を要するのに対し、第２実施形態では始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}から始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}を推定するプロセス（ステップ１５４）を一回行うだけでよい。このため、第２実施形態の方が短いステップ数、又はハードウエアで言えば簡単な回路でエンジンの始動適性を判定することができる。
【００６２】
なお、上記実施形態では、試験用として、電池温度Ｔと残存容量補正値（Ｑ_Ｔ−Ｑ_２５）との対応データ、残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データ及び１セル当たりのエンジン始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}をＥＰＲＯＭ３１に記憶させた例を示したが、量産用としては、処理速度を高めるために、これらのデータをＲＯＭ３０ｂに記憶させることが好ましい。また、上記実施形態では、電圧計２２及び電圧検出部２７を接続し、鉛電池１０の電圧を測定する例を示したが、放電容量を実測する場合には、電池制御装置２０は電圧計２２及び電圧検出部２７を備えなくてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データとして、２５°Ｃにおける２５０Ａで放電したときの測定値を例示したが、本発明は２５°Ｃ、２５０Ａに限定されるものではない。すなわち、残存容量補正値の基準を２５°Ｃと異なる温度にしてもよい。また、異なる複数の放電電流、例えば、２００Ａ、２５０Ａ、３００Ａで放電したときの１セル当たりの放電電圧を測定して求めた複数の対応データをＥＰＲＯＭ３１に記憶させ、電流値の近い対応データを選択して用いるようにしてもよい。これにより、放電電圧又は残存容量の推定精度を高めることができる。
【００６４】
更に、残存容量Ｑと１セル当たりの放電電圧ＶＣとの対応データ及び電池温度Ｔと残存容量補正値との対応データの組数を多くするようにしてもよい。このようにすれば、温度補正、残存容量推定及び放電電圧推定の精度を高めることができる。また、これらの対応データとしては、近似した直線（曲線）の関数式を記憶させるようにしてもよい。更に、これらの対応データは、電池の仕様により異なるため、用いる電池の仕様に応じた対応データを用いることが好ましい。
【００６５】
また、上記実施形態では、残存容量を求めるときに、満充電容量から放電された電流と放電時間との積の積算値を減ずる方法を例示したが、以下の方法で残存容量Ｑを求めるようにしてもよい。
▲１▼残存容量Ｑと放電電圧との対応により、放電電圧を実測して残存容量Ｑを求める方法（図４参照）。
▲２▼完全放電（ＳＯＣ＝０％）後、充電する電流と充電時間との積を積算し、これを鉛電池１０の残存容量Ｑとする方法。
▲３▼予め求めた開回路電圧（ＯＣＶ）と残存容量Ｑとの対応により、開回路電圧を測定して残存容量Ｑを求める方法（図４参照）。
▲４▼予め求めた内部抵抗と残存容量Ｑとの対応により、内部抵抗を測定して残存容量Ｑを求める方法（図４参照）。
【００６６】
更にまた、上記実施形態では、データ処理をＲＯＭ３０ｂに記憶された基本制御プログラムによりソフトウエアで行う例を示したが、これに代えてハードウエア（回路）で行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、電池制御装置２０の制御及びデータ処理をＣＰＵ３０ａで行う例を示したが、エンジンやモータ等の制御を行う車輌側ＣＰＵ３５で行うようにしてもよい。更に、上記実施形態では、ＣＰＵ３０ａと車輌側ＣＰＵ３５との間のデータ送受信にパラレルインターフェース３３を用いた例を示したが、一般にＣＰＵ間のデータ送受信にはＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等のシリアルインターフェースが使用されるのに対し、上記実施形態では、ＣＰＵ間で出力される情報量が少ないので、パラレルインターフェースを用いることにより複雑なプロトコルを回避することができる。
【００６７】
また更に、上記実施形態では、表示装置３４を接続した表示制御部３２を電池制御装置２０のＣＰＵブロック３０側に接続した例を示した。エンジンやモータの制御は車輌側ＣＰＵ３５が行うので、表示装置３４及び表示制御部３２を車輌側ＣＰＵ３５に接続し、ＣＰＵブロック３０から出力された判定結果等の情報により車輌側ＣＰＵ３５が車輌のパネルに表示させるようにする方がより実用的である。また、電圧比Ｐ又は残存容量比Ｐ’により電池状態を表示装置３４に表示させるようにすれば、事前に電池状態を目視確認することができる。
【００６８】
そして、第１実施形態では、鉛電池１０の電圧Ｖ_２５と始動可能電圧Ｖ_{ｍｉｎ、２５}とを比較することでエンジン始動判定を行う例を示したが、１セル当たりの放電電圧ＶＣ_２５と始動可能電圧ＶＣ_{ｍｉｎ、２５}とを比較するようにしてもよい。また、第２実施形態では、鉛電池１０の残存容量Ｑ_２５と始動可能残存容量Ｑ_{ｍｉｎ、２５}とを比較することでエンジン始動判定を行う例を示したが、１セル当たりの残存容量と１セル当たりの始動可能残存容量とを演算して比較するようにしてもよい。このようにすれば、式（３）による演算のステップを除くことができるので、更に短いステップ数でエンジン始動判定を行うことができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、予めＳＯＨを介して残存容量と放電電圧とを対応させているので、電池の劣化状態が考慮され電池状態を高い精度で推定することができると共に、ＳＯＨを介して残存容量と放電電圧とが対応しているので、ＳＯＨを調べることなく残存容量及び放電電圧のいずれか一方を実測することでいずれか他方を推定することができ、リアルタイムに電池状態を推定することができる。また、リアルタイムで高精度の電池状態を推定することができるので、リアルタイムで高精度のエンジン始動判定を行うことができると共に、エンジン始動不能の判定のときに電池を充電するので、エンジンを常時始動可能な電池状態に維持することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な第１の実施の形態の電池制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態の電池制御装置が実行する電池状態制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】電池温度と残存容量補正値との関係を模式的に示すグラフである。
【図４】残存容量と放電電圧との関係を模式的に示すグラフである。
【図５】第１の実施の形態において車輌側ＣＰＵにより実行される電池充電制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態の電池制御装置が実行する電池状態制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態において車輌側ＣＰＵにより実行される電池充電制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】比較例の電池制御装置が実行する電池状態制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０鉛電池
２０電池制御装置
２６電流積算部
２８温度検出部
３０ＣＰＵブロック
３５車輌側ＣＰＵ

Claims

電池の残存容量又は放電電圧を推定する電池状態推定方法であって、
前記電池の初期満充電容量に対する現在の満充電容量の割合を表すＳＯＨを介して前記残存容量と放電電圧とを予め対応させ、
前記残存容量及び放電電圧のいずれか一方を実測し、
前記残存容量と放電電圧との対応に基づいて、前記実測した残存容量及び放電電圧のいずれか一方からいずれか他方を推定する、
ステップを含むことを特徴とする電池状態推定方法。
前記残存容量と放電電圧との対応は、前記ＳＯＨの少なくとも５１％以上で成立することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定方法。
前記残存容量と放電電圧との対応は、前記ＳＯＨを介した１：１対応であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池状態推定方法。
前記残存容量及び放電電圧のいずれか一方を実測した後、該実測した残存容量を所定温度における残存容量に補正するステップを更に含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電池状態推定方法。
電池の残存容量を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法であって、
前記電池の初期満充電容量に対する現在の満充電容量の割合を表すＳＯＨを介して、前記残存容量と放電電圧とを予め対応させ、
前記残存容量と放電電圧との対応に基づいて、予め設定され前記エンジンの始動に必要なエンジン始動最小電圧から前記エンジンの始動に必要な前記電池の電池残存容量を推定し、
前記電池の残存容量を実測し、該実測した残存容量と前記電池残存容量とを比較し、
前記実測した残存容量が前記電池残存容量以上のときに前記エンジンを始動可能と判定する、
ステップを含むことを特徴とするエンジン始動判定方法。
電池の放電電圧を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法であって、
前記電池の初期満充電容量に対する現在の満充電容量の割合を表すＳＯＨを介して、前記残存容量と放電電圧とを予め対応させ、
前記電池の残存容量を実測し、
前記実測した残存容量から前記残存容量と放電電圧との対応に基づいて、前記電池の放電電圧を推定し、
前記推定した放電電圧と前記エンジンの始動に必要なエンジン始動最小電圧とを比較し、
前記推定した放電電圧が前記エンジン始動最小電圧以上のときに前記エンジンを始動可能と判定する、
ステップを含むことを特徴とするエンジン始動判定方法。
前記実測した残存容量が前記電池残存容量未満のとき又は前記推定した放電電圧が前記エンジン始動最小電圧未満のときに前記エンジンを始動不能と判定し、前記電池を充電することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のエンジン始動判定方法。