JP2005077128A

JP2005077128A - バッテリ状態検出装置及びその方法

Info

Publication number: JP2005077128A
Application number: JP2003304663A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kawaguchi; 智博川口
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】任意のタイミングでバッテリの状態を検出することにより、バッテリの状態検出精度の向上を図ったバッテリ状態検出装置及びその方法を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ２３ａは、リレー２７をオフして、バッテリ１３とモータジェネレータ５との接続を切り離す。その後、ＦＥＴ２５ｂをオンして、疑似負荷回路２５をバッテリ１３に接続する。この接続により高率放電が生じ、ＣＰＵ２３ａは、電流センサ１５及び電圧センサ１７を用いて、このときの放電電流及びバッテリ１３の端子間電圧を計測する。そして、計測した放電電流及び端子間電圧に基づいて、バッテリの状態を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置及びその方法に関するものである。

例えば、車載バッテリでは、エンジンの始動の際にスタータモータを通じて放電が行われるが、このとき、突入電流と一般に呼ばれる、スタータモータの定常電流値と比べて非常に大きな最大電流値まで短時間に増大し最大電流値から定常電流値まで短時間に減少する放電電流が流れる。一般に、このような放電を高率放電と呼んでいる。

従って、高率放電中にバッテリの放電電流とこれに対応するバッテリの端子間電圧とを計測すれば、０から最大電流値に至る広い範囲の放電電流変化に対する端子間電圧の変化を測定することができる。そしてこの高率放電中に計測した放電電流や端子間電圧に基づいて、例えばバッテリの内部純抵抗や、任意の放電電流についての放電可能容量などを求めることができる。

上述した内部純抵抗は、バッテリの劣化の進行に従って増加するものであり、これによりバッテリの劣化を把握することができる。一方、放電可能容量は、バッテリの充電容量から、バッテリの内部抵抗により放電できない容量を減じたものであり、これにより、負荷を確実に駆動できるか否かを判断することができる。つまり、内部純抵抗及び放電可能容量を求めることによって、バッテリの状態を検出することができる。

しかしながら、従来では、スタータモータ始動時に伴って高率放電が生じたときに、放電電流及び端子間電圧を計測していた。このため、スタータモータ始動時にのみバッテリの状態を検出する形となり、例えば走行中など任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができない。このため、状態検出精度があまりよくないという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することにより、バッテリの状態検出精度の向上を図ったバッテリ状態検出装置及びその方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置であって、前記バッテリに接続すると高率放電が生じる疑似負荷と、該疑似負荷を前記バッテリに接続すると共に、該接続により高率放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測する計測手段とを備え、前記計測手段が計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出することを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、計測手段が、疑似負荷をバッテリに接続すると共に、この接続により高率放電が生じる。このときの放電電流及びバッテリの端子間電圧を計測する。そして、計測手段が計測した放電電流及び端子間電圧に基づいて、バッテリの状態を検出する。従って、疑似負荷をバッテリに接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバッテリ状態検出装置であって、前記疑似負荷は、コンデンサと抵抗との直列回路から構成されていることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、疑似負荷が、コンデンサと抵抗との直列回路から構成されている。従って、疑似負荷の構成を簡単にすることができる。しかも、直流回路の時定数を調節することにより、簡単に放電電流が０まで減少する時間を定めることもできる。

請求項３記載の発明は、バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置であって、
コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷と、該疑似負荷を前記バッテリに接続すると共に、該接続により放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測する計測手段とを備え、前記計測手段が計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出することを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、コンデンサと抵抗との直列回路にバッテリを接続して電源供給を行うと、接続するとすぐに抵抗のみに応じた高い放電電流が流れ、その後時定数に従って放電電流が減少する。つまり、この放電を高率放電とみなすことができる。以上のことに着目し、計測手段が、コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷をバッテリに接続すると共に、この接続により放電が生じたときの放電電流及び端子間電圧を計測する。そして、この計測した放電電流及び端子間電圧に基づいて、バッテリの状態を検出する。従って、コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷をバッテリに接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３何れか１項記載のバッテリ状態検出装置であって、互いに異なる複数の前記疑似負荷が設けられていることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、互いに異なる複数の疑似負荷が設けられている。従って、異なる放電に対する放電電流及び端子間電圧を計測することができ、より高精度にバッテリの状態を検出することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４何れか１項記載のバッテリ状態検出装置であって、前記計測手段により計測が行われている間、モータジェネレータと前記バッテリとの接続を切り離す遮断手段をさらに備えたことを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。

請求項５記載の発明によれば、遮断手段が、計測手段により計測が行われている間、モータジェネレータとバッテリとの接続を切り離す。従って、放電電流及び端子間電圧の計測値へのモータジェネレータの影響を遮断することができる。

請求項６記載の発明は、バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出方法であって、前記バッテリに接続すると高率放電が生じる疑似負荷を、前記バッテリに接続し、該接続により高率放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測し、該計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出することを特徴とするバッテリ状態検出方法に存する。

請求項６記載の発明によれば、疑似負荷をバッテリに接続すると共に、この接続により高率放電が生じる。このときの放電電流及びバッテリの端子間電圧を計測する。そして、計測した放電電流及び端子間電圧に基づいて、バッテリの状態を検出する。従って、疑似負荷をバッテリに接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができる。

請求項７記載の発明は、バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出方法であって、コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷を前記バッテリに接続し、該接続により放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測し、該計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出することを特徴とするバッテリ状態検出方法に存する。

請求項７記載の発明によれば、コンデンサと抵抗との直列回路にバッテリを接続して電源供給を行うと、接続するとすぐに抵抗のみに応じた高い放電電流が流れ、その後時定数に従って放電電流が減少する。つまり、この放電を高率放電とみなすことができる。以上のことに着目し、コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷をバッテリに接続すると共に、この接続により放電が生じたときの放電電流及び端子間電圧を計測する。そして、この計測した放電電流及び端子間電圧に基づいて、バッテリの状態を検出する。従って、コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷をバッテリに接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができる。

以上説明したように、請求項１及び６記載の発明によれば、疑似負荷をバッテリに接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができるので、バッテリの状態検出精度の向上を図ったバッテリ状態検出装置及び当該方法を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、疑似負荷の構成を簡単にすることができるので、コストダウンを図ることができる。。しかも、直流回路の時定数を調節することにより、簡単に放電電流が０まで減少する時間を定めるバッテリ状態検出装置を得ることができる。

請求項３及び７記載の発明によれば、コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷をバッテリに接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができるので、バッテリ状態検出精度の向上を図ったバッテリの状態検出装置及び当該方法を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、異なる放電に対する放電電流及び端子間電圧を計測することができ、より高精度にバッテリの状態を検出することが、より高精度にバッテリの状態を検出することができるバッテリ状態検出装置を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、放電電流及び端子間電圧の計測値へのモータジェネレータの影響を遮断することができるので、より一層、バッテリの状態検出精度の向上を図ったバッテリ状態検出装置を得ることができる。

［実施例１］
以下、本発明のバッテリ状態検出装置及びその方法を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明のバッテリ状態検出方法を実施したバッテリ状態検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。図中符号１で示す本実施形態の装置は、エンジン３に加えてモータジェネレータ５を有するハイブリッド車両に搭載されている。

そして、このハイブリッド車両は、通常時はエンジン３の出力のみをドライブシャフト７からディファレンシャルケース９を介して車輪１１に伝達して走行させる。高負荷時には、バッテリ１３からの電力によりモータジェネレータ５をモータとして機能させて、エンジン３の出力に加えてモータジェネレータ５の出力をドライブシャフト７から車輪１１に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。

また、このハイブリッド車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ５をジェネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１３を充電させるように構成されている。

さらに、このバッテリ状態検出装置には、上記モータジェネレータ５に並列接続された疑似負荷回路２５が備えられている。この疑似負荷回路２５は、コンデンサと抵抗とを直列に接続したＣＲ回路２５ａ（＝疑似負荷）と、スイッチ素子であるＦＥＴ２５ｂと、電流制限用の抵抗２５ｃとから構成されている。また、この疑似負荷回路２５とモータジェネレータ５との間には、リレー２７が設けられている。

上述した疑似負荷回路２５は、ＦＥＴ２５ｂがオンしてバッテリ１３に接続されると、バッテリ１３の放電電流は、抵抗２５ｃとＣＲ回路２５ａ内の抵抗とに応じた値まで一気に上昇する。その後、放電電流は、ＣＲ回路２５ａの時定数に応じて減少して定常電流値である０となる。従って、定常電流値０に減少するまでの放電電流を大きな突入電流とみなすことができ、疑似負荷回路２５による放電を高率放電とみなすことができる。

話を構成の説明に戻すと、本実施形態の装置１は、また、バッテリ１３に直列接続され、バッテリ１３の放電電流を検出する電流センサ１５と、バッテリ１３に並列接続した１Ｍオーム程度の抵抗値を有し、バッテリ１３の端子間電圧を検出する電圧センサ１７とを備えている。

また、本実施形態の装置１は、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力がインタフェース回路（以下、「Ｉ／Ｆ」と略記する。）２１におけるＡ／Ｄ変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記。）２３をさらに備えている。

そして、前記マイコン２３は、ＣＰＵ２３ａ、ＲＡＭ２３ｂ、及び、ＲＯＭ２３ｃを有しており、このうち、ＣＰＵ２３ａには、ＲＡＭ２３ｂ及びＲＯＭ２３ｃの他、前記Ｉ／Ｆ２１が接続されている。また、上述した図示しないスタータスイッチ、イグニッションスイッチやアクセサリスイッチ、モータジェネレータ５以外の電装品（負荷）のスイッチ等が、さらに接続されている。

前記ＲＡＭ２３ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。

なお、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力である電流値及び電圧値は、短い周期で高速にサンプリングされてＩ／Ｆ２１を介して、マイコン２３のＣＰＵ２３ａに取り込まれ、取り込まれた電流値及び電圧値は、各種の処理のために使用される。また、上述したＦＥＴ２５ｂやリレー２７は、Ｉ／Ｆ２１を介して、ＣＰＵ２３ａによってオンオフ制御される。

上述した構成のバッテリ状態検出装置の動作について、ＣＰＵ２３ａの処理手順を示す図２のフローチャートを参照して以下説明する。ＣＰＵ２３ａは、任意のタイミングでバッテリの状態検出処理を開始する。まず、ＣＰＵ２３ａは、遮断手段として働き、リレー２７をオフして（ステップＳ１）、モータジェネレータ５とバッテリ１３との接続を切り離す。これにより、モータジェネレータ５によるバッテリ１３の放電への影響を遮断するためである。

次に、ＣＰＵ２３ａは、計測手段として働き、疑似負荷回路２５内のＦＥＴ２５ｂをオンして（ステップＳ２）、疑似負荷回路２５をバッテリ１３に接続する。この接続により、上述したようにバッテリ１３には、高率放電が生じる。そこで、ＣＰＵ２３ａは、次に、電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力を高速サンプリングして、高率放電時の放電電流及び端子間電圧を計測すると共に、計測した放電電流及び端子間電圧について最小二乗法を用いた近似処理を施し二次近似特性曲線を求める（ステップＳ３）。

二次近似特性曲線を求めた後、ＣＰＵ２３ａは、リレー２７をオンすると共に、ＦＥＴ２５ｂをオフする（ステップＳ４）。次に、ＣＰＵ２３ａは、ステップＳ３で得た放電電流−端子間電圧の二次近似特性曲線に基づき、バッテリ１３の状態を知るために必要な例えばバッテリ１３の内部純抵抗や、放電可能容量を求めて（ステップＳ５）、状態検出処理を終了する。

以上のバッテリ状態検出装置によれば、疑似負荷回路２５をバッテリ１３に接続すればいつでも高率放電が生じるため、任意のタイミングでバッテリの状態を検出することができる。このため、バッテリ１３の状態検出精度の向上を図ることができる。

また、上述したバッテリ状態検出装置は、疑似負荷が、コンデンサと抵抗とのＣＲ回路２５ａから構成されている。このため、疑似負荷の構成を簡単にすることができる。しかも、ＣＲ回路２５ａの時定数を調節することにより、簡単に放電電流が定常値０まで減少する時間を定めることもできる。

次に、上述した内部純抵抗Ｒｊの求め方について図３を参照して説明する。上述したステップＳ３によって求めた二次近似特性曲線は以下の式（１）、（２）のように表される。
放電電流増加時Ｖ＝a1Ｉ²＋b1Ｉ＋c1 …（１）
放電電流減少時Ｖ＝a2Ｉ²＋b2Ｉ＋c2 …（２）

電流増加時の近似特性曲線の切片と電流減少時の近似特性曲線の切片の電圧差（c1-c2）は、電流が流れていない０（Ａ）の時の電圧差であるため、純抵抗と活性化分極による電圧降下を含まない、放電によって新たに発生した濃度分極成分のみによる電圧降下と考えられる。従って、この電圧差（c1-c2）は、濃度分極のみによるものであり、この電流０（Ａ）点の濃度分極をＶpolc0 とする。また、任意の濃度分極は、電流の大きさに電流の流れた時間を乗じて積算したもの、すなわちＡｈ（短時間なので、以下Ａsec で表す）に比例すると考えられる。

次に、この電流０（Ａ）点の濃度分極Ｖpolc0を利用して最大電流の濃度分極を算出する方法を説明する。今、最大電流の濃度分極をＶpolcpとすると、Ｖpolcpは次式のように表される。
Ｖpolcp＝［（電流増加時のＡsec）／（放電全体のＡsec）］×Ｖpolc0 ……（３）
なお、放電全体のＡsecは次式で表される。
放電全体のＡsec＝（電流増加時のＡsec＋電流減少時のＡsec）

上述のようにして求めた最大電流における濃度分極Ｖpolcpを式（１）の電流増加方向の最大電流における電圧に加算して、最大電流における濃度分極成分を削除する。なお、最大電流における濃度分極成分を削除した後の電圧をＶ１とすると、Ｖ１は次式で表される。
Ｖ１＝a1Ｉp²＋b1Ｉp＋c1＋Ｖpolcp
Ｉpは最大電流である。

次に、増加時の純抵抗と活性化分極だけの電流−電圧特性の近似式を仮に次式で表す。
Ｖ＝a3Ｉ²＋b3Ｉ＋c3 ……（４）

放電開始前である電流が０（Ａ）の点は、活性化分極も濃度分極もc1を基準にして分極を考えているため、式（１）より、c3＝c1である。また、電流増加の初期状態から電流は急激に増加するが、濃度分極の反応は遅く、反応がほとんど進行していないとすると、式（１）および（４）の電流が０（Ａ）の点の微分値は等しくなるので、b3＝b1である。従って、c3＝c1、b3＝b1を代入することで、式（４）は
Ｖ＝a3Ｉ²＋b1Ｉ＋c1 ……（５）
と書き直され、未知数はa3のみとなる。

次に、式（５）に電流増加のピーク値の座標（Ｉp、Ｖ１）を代入してa3について整理すると、次式が求められる。
a3＝（Ｖ１−b1Ｉp−c1）／Ｉp²
従って、純抵抗と活性化分極成分だけの電流−電圧特性の近似式（４）が式（５）によって決定される。

続いて、電流減少曲線からの濃度分極成分の削除の仕方を、以下説明する。純抵抗と活性化分極の電流減少方向の関係式は、最大電流Ｉｐにおける濃度分極の削除と同様の方法で可能である。最大電流Ｉｐ以外の２点をＡ点およびＢ点とし、各点における濃度分極ＶpolcA 、ＶpolcB を次式のようにして求める。
ＶpolcA ＝［（電流増加時開始からＡ点までのＡsec ）／（放電全体のＡsec ）］×Ｖpolc0 ……（６）
ＶpolcB ＝［（電流増加時開始からＢ点までのＡsec ）／（放電全体のＡsec ）］×Ｖpolc0 ……（７）

上式（６）および（７）によって、最大電流Ｉｐ以外に濃度分極成分を削除した２点が求まったら、この２点と最大電流Ｉｐとの３点の座標を利用して次式で表される、純抵抗と活性化分極の電流減少方向曲線が求められる。
Ｖ＝a4Ｉ² ＋b4Ｉ＋c4 ……（８）
なお、式（８）の係数a4、b4、c4は、２点Ａ及びＢと最大電流Ｉｐと電圧値とを、式（８）にそれぞれ代入して立てた３点の連立方程式を解くことによって決定できる。

上式（５）で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流増加方向の修正曲線近似式と、式（８）で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流減少方向の修正曲線近似式は、活性化分極成分の相違によるものであるので、活性化分極成分を除けば純抵抗が求められる。このために、両近似式のピーク値に着目し、ピーク値での電流増加の微分値と電流減少の微分値との差は、一方が活性化分極の増加方向であるのに対し、他方が減少方向であることに基因するものであるが、ピーク値近傍での両者の変化率の中間に純抵抗による電流−電圧特性が存在するとし、両微分値に突入電流が流れている総時間に占める単調増加期間及び前記単調減少期間の時間の割合をそれぞれ乗じた上で加算することによって、純抵抗を求める。

例えば、電流増加時間が３ｍｓｅｃ、電流減少時間が１００ｍｓｅｃとし、ピーク値での電流増加の微分値をＲpolk1 、と電流減少の微分値をＲpolk2 とすると、以下のようにして純抵抗Ｒｊを算出することができる。
Ｒｊ＝Ｒpolk1 ×１００／１０３＋Ｒpolk2 ×３／１０３

次に、上述して求めた純抵抗Ｒｊを使って任意の放電電流についての放電可能容量を求める方法について図３〜図６を参照して説明する。一般に、放電可能容量は放電電流や温度によって変化する他、電解液比重によっても変化するが、放電電流と放電持続時間との関係がポイケルトの式で表されることが知られている。

上述したポイケルトの式は次式（９）のように表される。
Ｉⁿ・ｔ＝Ｃ …（９）
式中、Ｉは放電電流、ｔは放電持続時間、ｎとＣは上述したステップＳ３で得た放電電流Ｉ−端子間電圧Ｖの二次近似特性曲線から決定される値である。このｎとＣとが求められたポイケルトの式によって、各放電電流に対する放電持続時間、すなわち、電流と時間の積である放電可能容量Ａｈを知ることができるようになる。

この任意の放電電流での放電可能容量は、例えば、アイドリングストップ制御の際に、アイドリングストップした後に再度エンジンを始動できるかどうかの判定を行う目安として利用することができる。また、各種の電気負荷を駆動するために、バッテリ１３にどの程度の余裕度があるかを判断する目安となる状況を提供する。

なお、上記ｎは放電電流によって放電可能容量が変わる程度を示す目安となるもので、ｎ＝１のときには、放電電流を大きくしても放電可能容量は低下せず、ｎが大きいと、放電電流の増加に応じた放電可能容量の低下が大きくなる。通常の鉛バッテリではｎの値は１．１〜１．４である。Ｃは放電可能容量の大小の目安となるものである。

このポイケルトの式は、一般式であるが、２つの放電電流Ｉ１、Ｉ２と該放電電流に対応する放電持続時間ｔ１、ｔ２との関係が明らかなときには、式中の定数ｎとＣとを決定することができる。
つまり、上記式（９）は次式（１０）のように書き直すことができる。
ｌｏｇｔ＝−ｎｌｏｇＩ＋Ｃ′ …（１０）
ここで、Ｃ′＝ｌｏｇＣである。

今、上記放電電流Ｉ１、Ｉ２と該放電電流に対応する放電持続時間ｔ１、ｔ２を式（２）に代入すると、次の２式が生成できる。
ｌｏｇｔ１＝−ｎｌｏｇＩ１＋Ｃ′
ｌｏｇｔ２＝−ｎｌｏｇＩ２＋Ｃ′
この２つの式の両辺の差をとると、次式が得られる。
ｌｏｇｔ１−ｌｏｇｔ２＝−ｎｌｏｇＩ１＋ｎｌｏｇＩ２
この式を書き直すと、次式が得られる。
ｌｏｇ（ｔ１／ｔ２）＝ｎｌｏｇ（Ｉ２／Ｉ１）
ｎ＝ｌｏｇ（ｔ１／ｔ２）／ｌｏｇ（Ｉ２／Ｉ１）
Ｃ＝Ｉⁿ・ｔ

図３に示す、ステップＳ３で求めた放電電流及び端子間電圧の二次近似特性曲線のうち電流増加方向についての特性曲線に現れる放電電流の増大に伴う端子間電圧の低下原因には、バッテリの内部抵抗による各種の電圧降下が含まれている。次に、図４を参照して、放電電流の最大電流（ピーク電流）の電流軸に着目して電圧降下の内訳を検討し、最大電流と小電流の２つの電流での放電可能容量の求め方の説明を行う。

先ず、最大電流での電圧降下には、バッテリのそのときの充電状態における内部純抵抗Ｒｊを最大電流Ｉｐが流れることにより発生する電圧降下（Ｒｊ×Ｉｐ）が含まれている。なお、この内部純抵抗Ｒｊは、上述したように図３に示す二次近似曲線を解析することによって求められている。

この内部純抵抗Ｒｊには、バッテリの充電状態、すなわち、そのときのＳＯＣの減少に伴う増加分、温度や劣化による変化分も含まれている。バッテリの充電状態に応じた純抵抗は、満充電時の最小値と放電終止時の最大値の間で変化する。このため、最大の純抵抗電圧降下の増加分は、バッテリ設計仕様によって決まる既知の値である満充電純抵抗Ｒｆと放電終止純抵抗Ｒｅとの差（ΔＲ＝Ｒｅ−Ｒｆ）に相当する純抵抗の増加によるもので、（Ｒｅ−Ｒｆ）×Ｉｐなる計算式によって求めることができる。

次に、純抵抗による電圧降下（Ｒｊ×Ｉｐ）以外の電圧降下は、バッテリ内に発生する分極による電圧降下である。従って、放電電流Ｉ−端子間電圧Ｖの二次近似特性曲線から純抵抗による電圧降下分を削除することによって、図５に示すような分極電圧降下の二次近似特性曲線を得ることができる。

なお、ダヴィット・リンデン著の「最新電池ハンドブック」Ｐ１０図２．１「作動電流の関数としてのセル」によれば、分極はある程度大きな放電電流を流したとき、その大きさに応じた一定値に飽和する飽和分極電圧降下が存在するといえる。

そこで、分極電圧降下の二次近似特性曲線の最大電圧降下点の電圧Ｖｐｐと放電開始前端子電圧Ｖｘとの差ΔＶを最大電流Ｉｐにおける飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）とする。また、差ΔＶをその点の電流値Ｉｐｏｌによって除算し単位放電電流当たりの分極電圧降下を求めた上で、これに高率放電時の小電流を乗じることによって、小電流における最大の分極電圧降下である飽和分極電圧降下を求めることができる。

そこで、最大電流Ｉｐでの放電を持続したときにバッテリ内部に発生する最大の電圧降下については、図４に示すように、現時点での内部純抵抗Ｒｊによる電圧降下（Ｒｊ×Ｉｐ）に、最大の純抵抗電圧降下の増加分（ΔＲ×Ｉｐ）と飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）とを加算したものを総電圧降下（Ｖｍａｘ）として推定する。このような電圧降下がバッテリ内に発生することによって、この電圧降下分放電可能な電気量が減少することになる。

一方、最大電流で放電したとき現実にはないが想定される内部に発生する最小の電圧降下、すなわち、満充電純抵抗Ｒｆに最大電流Ｉｐを乗じて求めた電圧降下（Ｒｆ×Ｉｐ）を、既知の放電終止電圧（Ｖｅ）に加算することによって、最大電流での放電によって許容される最大の電圧降下値に対応する電圧として負荷時放電終止電圧（Ｖｅｆ）を求める。この負荷時放電終止電圧は、バッテリについて既知の放電終止電圧が最大電流の放電により発生する満充電時純抵抗分降下した電圧である。

そして、この負荷時放電終止電圧（Ｖｅｆ）と満充電開回路電圧（Ｖｆ）との差電圧（Ｖａｄｃ＝Ｖｆ−Ｖｅｆ）に占める上記総電圧降下（Ｖｍａｘ＝Ｒｊ×Ｉｐ＋ΔＲ×Ｉｐ＋Ｖｐｉｐ））の割合分（Ｖｍａｘ／Ｖａｄｃ）を、元々放電できるとされた電気量より差し引いて実際に放電できる割合を示すＡＤＣ率［＝１００％−（Ｖｍａｘ／Ｖａｄｃ）×１００％］を求め、これを実測又は推定したＯＣＶから推定した放電可能な電気量、すなわち、該ＯＣＶに対応するＳＯＣｊと負荷時放電終止電圧に対応するＳＯＣｅｆとの差（ΔＳＯＣ）に乗じて求めたものを、高率放電時の最大電流で放電し続けたときに放電可能な電気量（ＡＤＣｉｐ）として推定する。

また、最大電流以下の大きさの複数の放電電流について、上述した小電流の場合と同様の方法で、放電可能容量を推定し、プロットして見たところ、図６にＡで示すような直線が得られた。これを実測した各放電電流と放電可能な電気量との関係を示す曲線Ｂと比較して見ると、最大電流とこれに比べて十分に小さい、例えば、１００分の１以下の小電流とにおいて、推定値と実測値が非常に近似していることが確認できた。

そこで、高率放電時の最大電流と、実験的に実測値との一致度合いが高い比較的小さな予め定めた小電流とを、上述した２電流Ｉ１，Ｉ２とし、各電流について上述のようにして推定した放電可能容量Ｘ１，Ｘ２を用い、この放電可能容量をＩ１，Ｉ２で割って求めた放電時続時間をｔ１（＝Ｘ１／Ｉ１），ｔ２（＝Ｘ２／Ｉ２）としてポイケルトの式の決定を行った。同図には、この決定によって得られた曲線Ｃも一緒にプロットしているが、最小電流から最大電流まで広い範囲での放電電流に対して放電可能容量の推定曲線Ｃと実測曲線Ｂが非常に近似していることが確認された。

なお、上述した実施形態では、疑似負荷を一つ設けていた。しかしながら、例えば、２つ以上設ければ、それぞれ異なる放電における放電電流−端子間電圧特性を取得することができ、例えば、異なる放電電流での特性、異なる時間幅での特性を比較することにより、より高精度にバッテリの状態を検出することが可能となる。

本発明のバッテリ状態検出方法を実施したバッテリ状態検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。図１に示すバッテリ状態検出装置を構成するＣＰＵ２３ａの処理手順を示すフローチャートである。高率放電時の放電電流Ｉとバッテリ１３の端子間電圧Ｖの変化を示すグラフである。放電可能容量推定方法の原理を説明するために使用するグラフである。図４中の飽和分極電圧降下の推定の仕方を説明するために使用するグラフである。ポイケルトの式を特定のバッテリ１３の関係式に決定する方法を説明するとともに決定した関係式と実測曲線との対比を行うために使用するグラフである。

符号の説明

５モータジェネレータ
１３バッテリ
２３ａＣＰＵ（計測手段、遮断手段）
２５ａＣＲ回路（疑似負荷）

Claims

バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置であって、
前記バッテリに接続すると高率放電が生じる疑似負荷と、
該疑似負荷を前記バッテリに接続すると共に、該接続により高率放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測する計測手段とを備え、
前記計測手段が計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
請求項１記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記疑似負荷は、コンデンサと抵抗との直列回路から構成されている
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置であって、
コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷と、
該疑似負荷を前記バッテリに接続すると共に、該接続により放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測する計測手段とを備え、
前記計測手段が計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
請求項１〜３何れか１項記載のバッテリ状態検出装置であって、
互いに異なる複数の前記疑似負荷が設けられている
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
請求項１〜４何れか１項記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記計測手段により計測が行われている間、モータジェネレータと前記バッテリとの接続を切り離す遮断手段
をさらに備えたことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出方法であって、
前記バッテリに接続すると高率放電が生じる疑似負荷を、前記バッテリに接続し、
該接続により高率放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測し、
該計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態検出方法。
バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出方法であって、
コンデンサと抵抗との直列回路から構成される疑似負荷を前記バッテリに接続し、
該接続により放電が生じたときの放電電流及び前記バッテリの端子間電圧を計測し、
該計測した前記放電電流及び前記端子間電圧に基づいて、前記バッテリの状態を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態検出方法。