JP4043977B2 - 二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法 - Google Patents
二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載されて車両を駆動する電動機に電力を供給する二次電池に関し、特に、二次電池の内部抵抗や劣化の状態を正確に検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
このような車両においては、回生制動、すなわち、車両制動時に電動機を発電機として機能させ、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより制動する機能を備えている。ここで変換された電気エネルギは二次電池に蓄えられ、加速する時などに再利用される。
【０００４】
二次電池は過放電、過充電を行なうと電池性能を劣化させることになるため、二次電池の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge、残存容量ともいう。）を把握して、充放電を制御する必要がある。特に、車両に搭載された熱機関により発電機を駆動して電力を発生し、これを二次電池に充電することができる形式のハイブリッド自動車においては、二次電池が、回生電力を受け入れられるように、また要求があれば直ちに電動機に対して電力を供給できるようにするために、その充電量は満充電の状態（１００％）と、全く充電されていない状態（０％）のおおよそ中間付近（５０〜６０％）に制御される場合がある。このため、二次電池の充電量をより正確に検知する必要がある。
【０００５】
また、このような用途に用いられるので、経時的に発生する様々な変化により二次電池が劣化して満充電時の充電量が減少したまま使用したのでは、二次電池の充電量をより正確に検知することができないばかりか、二次電池の充電量に基づく放電能力が正確に検知できなくなり、電気自動車の可能な走行距離が把握できず、最悪の場合には充電施設がない場所で車両が停止してしまうなどという事態も生ずる可能性がある。
【０００６】
特開平６−５９００３号公報（特許文献１）は、車両の運転中における二次電池の電池容量に基づいて二次電池の劣化度を算出する残存容量計を開示する。特許文献１に開示された残存容量計は、二次電池の放電電流を検出する電流計と、電流計で検出された放電電流の変化状態を検出する変化状態検出部と、二次電池の放電時における放電電圧を検出する電圧計と、電流計および変化状態検出部の検出結果より、放電電流が所定値以上であり、かつ放電電流が増加しているという条件が満足されているか否かを判定する条件判定部と、この条件判定部により条件が満足されていると判定された時に、そのときの電流および電圧と、予め設けられている放電電流および放電電圧に対する残存容量を示すマップに基づいて高負荷時残存容量を算出する高負荷時残存容量検出部と、満充電時から放電された電気量を積算することにより使用中の二次電池の充電状態を算出する充電状態検出部と、高負荷時残存容量検出部により算出された高負荷時残存容量と、充電状態検出部により算出された充電状態から二次電池の満充電状態の電池容量を推定する電池容量算出部と、算出された電池容量と公称容量とを比較することにより、二次電池の劣化度を算出する劣化度算出部とを含む。
【０００７】
特許文献１に開示された残存容量計によると、高負荷時残存容量検出部により、所定のタイミングにおいて高負荷時残存容量が検出される。一方、その高負荷時残存容量が検出された時点の電池の充電状態は、充電状態検出部により、電気量積算方式によって算出される。次に、ある時点の電池の充電状態と高負荷時残存容量が算出されることにより、電池容量算出部により、二次電池の満充電時の容量が算出される。そして、劣化度算出部により、この容量と公称容量とが比較されて電池の劣化度が求められる。二次電池の高負荷時残存容量を検出するにあたっては、条件判定部において、放電電流が所定値以上であり、かつ放電電流が増加しているという条件が満足されているか否かが判定される。そして、この判定結果により、条件が満足されている時に、予め設けられている放電電圧と残存容量のマップに基づいて、検出電圧および電流から電池高負荷時残存容量が算出される。これにより、電圧と残存容量の間によい相関関係がある状態になった時に、電池高負荷時残存容量が算出されることとなり、正確な残存容量の測定が行なえる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−５９００３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＶなどで市街地を走行すると、充電と放電との切替えの頻度が高く、充放電電流値が大きく変動する特性を有する。二次電池の電極近傍においては、電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧が表われると、電流−電圧特性を正確に把握することができないので、電池の内部抵抗値や残存容量を正確に算出できない。充電時および放電時のいずれの場合においても、充放電電流値の絶対値が増加する場合に、この分極電圧の影響が顕著に表われる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された残存容量計では、算出される残存容量の精度を低下させる分極電圧の影響が考慮されていない。そのため、的確に残存容量を検出できないばかりか、正確に二次電池の劣化度を求めることができない。特に、特許文献１においては、放電電流量が０．７５ＣＡ以上であり、この電流値が増加している状態（高負荷状態）にあるときの放電電流−電圧特性を直線で近似して二次電池の内部抵抗値を検出することが行なわれる。二次電池に接続された負荷により放電電流が増加しているときには、分極電圧の影響がより大きくなるので、検出される内部抵抗値のばらつきが大きくなる可能性があった。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、分極電圧の影響を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法を提供することである。さらに、この目的を達成するために、本発明の別の目的は、分極電圧の影響を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置は、電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する。この検出装置は、二次電池の電流値および電圧値を測定するための測定手段と、測定手段により測定された電流値の時間変化率を算出するための第１の算出手段と、時間変化率に基づいて電流値が０に向かう変化を検知すると、測定手段により測定された電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出するための第２の算出手段とを含む。
【００１３】
第１の発明によると、測定手段により測定された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（充電時の電流値を正、放電時に電流値を負とすると、充電電流値が減少したり、放電電流値が増加したりすると）、電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値が算出される。二次電池においては、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧の影響は、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が、小さくなる。すなわち、充放電電流値の絶対値が増加するときに分極電圧の影響がより大きく表われることを示す。このため、充電時および放電時のいずれにおいても、電流値が０に向かうときは、電流値が０から離れるとき（すなわち、充放電電流値の絶対値が大きくなるとき）よりも、分極電圧の影響を少なくなるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高い。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置は、第１の発明の構成に加えて、測定手段により測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、内部抵抗値を算出するように第２の算出手段を制御するための制御手段をさらに含む。
【００１５】
第２の発明によると、電流値が予め定められた条件を満足すると、たとえば、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００１６】
第３の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置においては、第２の発明の構成に加えて、条件は、測定手段により測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である。
【００１７】
第３の発明によると、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると（ピーク電流値がしきい値以上であると）、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００１８】
第４の発明に係る二次電池の劣化判定装置は、第１〜３のいずれかに記載の二次電池の内部抵抗検出装置の構成に加えて、第２の算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化状態を判定するための判定手段をさらに含む。
【００１９】
第４の発明によると、分極電圧を考慮して正確に算出された二次電池の内部抵抗値が、たとえば予め定められたしきい値よりも高くなると二次電池が劣化していると判定できる。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定装置を提供することができる。
【００２０】
第５の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法は、電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する。この検出方法は、二次電池の電流値および電圧値を測定する測定ステップと、測定ステップにて測定された電流値の時間変化率を算出する第１の算出ステップと、時間変化率に基づいて電流値が０に向かう変化を検知すると、測定ステップにて測定された電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する第２の算出ステップとを含む。
【００２１】
第５の発明によると、測定ステップにて測定された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（充電時の電流値を正、放電時に電流値を負とすると、充電電流値が減少したり、放電電流値が増加したりすると）、電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値が算出される。二次電池においては、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧の影響は、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が、小さくなる。すなわち、充放電電流値の絶対値が増加するときに分極電圧の影響がより大きく表われることを表わす。このため、充電時および放電時のいずれにおいても、電流値が０に向かうときは、電流値が０から離れるとき（すなわち、充放電電流値の絶対値が大きくなるとき）よりも、分極電圧の影響を少なくなるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高い。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出方法を提供することができる。
【００２２】
第６の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法は、第５の発明の構成に加えて、測定ステップにて測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、内部抵抗値を算出するように第２の算出ステップを制御する制御ステップをさらに含む。
【００２３】
第６の発明によると、電流値が予め定められた条件を満足すると、たとえば、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００２４】
第７の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法においては、第６の発明の構成に加えて、条件は、測定ステップにて測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である。
【００２５】
第７の発明によると、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると（ピーク電流値がしきい値以上であると）、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００２６】
第８の発明に係る二次電池の劣化判定方法は、第５〜７のいずれかに記載の二次電池の内部抵抗検出方法の構成に加えて、第２の算出ステップにて算出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化状態を判定する判定ステップをさらに含む。
【００２７】
第８の発明によると、分極電圧を考慮して正確に算出された二次電池の内部抵抗値が、たとえば予め定められたしきい値よりも高くなると二次電池が劣化していると判定できる。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定方法を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２９】
図１を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が搭載される車両のパワートレーンについて説明する。図１に示すように、この車両のパワートレーンは、たとえば、ハイブリッド自動車に適用され、エンジン２１００と、エンジン２１００の駆動力の一部で発電する交流形式のジェネレータ２２００と、交流形式のジェネレータ２２００から出力される交流電力を直流電力に変換するインバータ２３００と、ニッケル水素電池で構成された電池ユニット２４００と、インバータ２３００に接続されたモータ２６００と、エンジン２１００、ジェネレータ２２００およびモータ２６００に接続されたトルク配分装置２５００と、エンジン２１００およびモータ２６００の少なくとも一部のトルクを駆動輪２８００に伝達するギアユニット２７００とを含む。
【００３０】
インバータ２３００は、電池ユニット２４００から出力される直流電力を交流電力に変換して、変換された交流電力をモータ２６００に供給する。また、インバータ２３００は、エンジン２１００の動力の一部により駆動されたジェネレータ２２００により発電された交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２４００を充電する。さらに、インバータ２３００は、車両が回生制動動作を行なった際にモータ２６００をジェネレータとして機能させて回生された交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２４００を充電する。
【００３１】
このように、この車両のパワーユニットは、エンジン２１００の駆動力の一部によりジェネレータ２２００で発電された電力および回生制動時にモータ２６００をジェネレータとして機能させて回生発電された電力を、インバータ２３００を介して電池ユニット２４００を充電する。また、エンジン２４００のみによる駆動力では駆動輪２８００におけるトルクが不足する場合には、電池ユニット２４００からインバータ２３００を介してモータ２６００に電力を供給し、エンジン２１００によるトルク不足をモータ２６００がアシストする。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、ハイブリッド車両に適用された場合を説明するが、本発明はこのようなハイブリッド車両に限定されず、電気自動車や燃料電池車であってもよい。
【００３３】
図２を参照して、図１に示す電池ユニット２４００の詳細な制御ブロックについて説明する。
【００３４】
図２に示すように、電池ユニット２４００は、複数の電池パック２４１０から構成される電池モジュール２４１２と、電池モジュール２４１２の充放電電流値を検出する電流検出回路２４１４と、電池パック２４１０毎の電池電圧値を検出する電圧検出回路２４１６と、電池モジュール２４１２毎の電池の温度を検知する温度センサ２４１８および温度検出回路２４２０と、電流検出回路２４１４、電圧検出回路２４１６および温度検出回路２４２０に接続された電池ＥＣＵ２４２２と、電池ＥＣＵ２４２２に接続され、電池の異常などを表示する表示部２４２４とを含む。
【００３５】
電池ユニット２４００の電池ＥＣＵ２４２２は、電池モジュール２４１２毎の電池の内部抵抗値を算出したり、電池モジュール２４１２毎の寿命などを判定したりするプログラムを実行する演算処理部と、演算処理部により実行されるプログラムや、各種データを記憶する記憶部とを含む。
【００３６】
電池パック２４１０は、所定の個数の電池モジュール２４１２を直列に接続した構造を有する。電池モジュール２４１２は、ニッケル水素電池により構成される。
【００３７】
図３を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵが搭載される車両の充放電パターンを説明する。図３（Ａ）に市街地走行モードにおける実際の充放電パターンの経時的変化を示す。図３（Ｂ）に、図３（Ａ）の一部を拡大した電流の経時的変化を示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、ハイブリッド車両においては、走行中に充電モードと放電モードとが繰返し切換えられる。このため、図３（Ｂ）に示すように、放電電流が増加する状態（以下、この状態を充放電パターン（１）と記す。）、放電電流が減少し充電側に向かう状態（以下、この状態を充放電パターン（２）と記す。）、充電電流が増加する状態（以下、この状態を充放電パターン（３）と記す。）、充電電流が減少して放電側に向かう状態（以下、この状態を充放電パターン（４）と記す。）の４つの状態に大きく分けることができる。
【００３８】
すなわち、図３（Ｃ）に示すように、ハイブリッド車両がエンジン２１００のトルクのみでの走行が困難になり、モータ２６００によりエンジン２１００のトルク不足をアシストするために、電池ユニット２４００からインバータ２３００を介してモータ２６００に電力が供給され、車両が加速する。この状態が、前述の（１）の状態である。このような状態で車両の運転者がブレーキを踏むなどすると、モータ２６００がジェネレータとして機能して回生制動が実行される。その結果、図３（Ｃ）に示すように、放電状態から充電状態に移行する。このように、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ハイブリッド車両の市街地における走行においては、三角波形で充放電電流の状態を模擬することができる。
【００３９】
図４を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２において電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出されるタイミングについて説明する。
【００４０】
図４に示すように、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２において電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出されるのは、充電時における電流値が充電電流しきい値（＋Ｉth）よりも大きい状態から電流値が０に向かう状態（ΔＩ＜０）または放電時の電流値が放電電流しきい値（−Ｉth）よりも小さい状態から電流値が０に向かう状態（ΔＩ＞０）のいずれかの場合である。すなわち、本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２においては、充電時であっても放電時であっても、その電流値の絶対値がしきい値以上になって、その後電流値が０に向かう変化が継続して検知されると、電流−電圧特性に基づいて電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出するものである。
【００４１】
充電時および放電時において、電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出するタイミングは、電流値の絶対値が予め定められたしきい値より大きいタイミングである理由について説明する。
【００４２】
図５および図６に示すように、ピーク電流値と内部抵抗値との関係は、ピーク電流値が大きいほど内部抵抗値のばらつきが小さくなる傾向を有する。すなわち、ピーク電流値（内部抵抗値の算出時における最大電流値）によって、算出される内部抵抗値が変動するが、予め定められたしきい値以上の電流値ではこの変動が小さくなる。たとえば、図５に示すように、ピーク電流値がたとえば５０Ａ以上においては算出される電池モジュール２４１２の内部抵抗値は、電流変化速度（ΔＩ）によらずばらつきが小さくなる。また、図６に示すように、ピーク電流値が５０Ａ以上であると市街地、登坂路、高速道路および国道のいずれにおいても、算出された電池モジュール２４１２の内部抵抗値のばらつきが小さくなることがわかる。
【００４３】
次に、図７を参照して、電流変化速度と内部抵抗値との関係について説明する。図７に示すように、電流変化速度の電流変化速度（ΔＩ）の絶対値の変化の影響は、電流値が０Ａに向いて変化する場合の方が、電流が０Ａから離れるように変化する場合に比べてその影響は小さい。すなわち、放電時において放電から充電に向かう場合、充電時において充電から放電に向かう場合のいずれの場合においても、電流値は０Ａに向いて変化するが、その場合、図７の充放電パターン（２）および（４）に示すように、電流変化速度の変化に対する内部抵抗値のばらつきの度合いが小さい。一方、電流が０Ａから離れるように変化する場合には、電流変化速度の変化に対して内部抵抗値が大きく変化する。
【００４４】
すなわち、図５〜図７に示したように、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２は、充電時であっても放電時であっても、その電流値の絶対値（ピーク電流値）が予め定められたしきい値以上になって、その後電流値が０に向かう変化が検知した場合に電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出する。その結果、図４に示すような丸印のタイミングで電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出される。
【００４５】
図８を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２の演算処理部で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、各種データを初期化（Ｎ＝０、Ｃ＝０）する。
【００４７】
Ｓ１１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電池モジュール２４２２の電流値Ｉ、電圧値Ｖ、温度Ｔを測定する。このとき、電池ＥＣＵ２４２２は、電流検出回路２４１４、電圧検出回路２４１６および温度検出回路２４２０から入力された信号に基づいて、電池モジュール２４１２ごとの電流値Ｉ、電圧値Ｖおよび温度Ｔを測定する。
【００４８】
Ｓ１２０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｎに１を加算（Ｎ＝Ｎ＋１）する。Ｓ１３０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩを、ΔＩ＝（Ｉ（Ｎ）−Ｉ（Ｎ−１））／ｄｔの演算により算出する。Ｓ１４０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、その記憶部に記憶されたフラグＦ（１）が１であるか否かを判断する。フラグＦ（１）が１であると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理はＳ１５０へ移される。
【００４９】
Ｓ１５０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、その記憶部に記憶されたフラグＦ（２）が１であるか否かを判断する。フラグＦ（２）が１であると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１６０へ移される。
【００５０】
Ｓ１６０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ１１０にて測定した電流値Ｉが、＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であるか否かを判断する。測定した電流値Ｉが＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ移される。
【００５１】
Ｓ１７０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ１１０にて測定した電流値Ｉが、−電流しきい値（−Ｉth）以下であるか否かを判断する。測定した電流値Ｉが−電流しきい値（−Ｉth）以下であると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、処理はＳ１９０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１７０にてＮＯ）、処理はＳ４２０へ移される。
【００５２】
Ｓ１８０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（１）に１をセットする。Ｓ１９０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（２）に１をセットする。
【００５３】
Ｓ２００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩが負であるか否かを判断する。ΔＩが負であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２２０へ移される。
【００５４】
Ｓ２１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流値Ｉ（Ｎ）および電圧値Ｖ（Ｎ）を記憶する。また、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｃに１を加算（Ｃ＝Ｃ＋１）する。その後、処理はＳ５００へ移される。
【００５５】
Ｓ２２０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（１）に０をセットする。その後、処理はＳ４００へ移される。
【００５６】
Ｓ３００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩが正であるか否かを判断する。ΔＩが正であると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３１０へ移される。
【００５７】
Ｓ３１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（２）に０をセットする。その後、処理はＳ４００へ移される。
【００５８】
Ｓ４００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｃが１より大きいか否かを判断する。変数Ｃが１よりも大きいと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ４１０へ移される。Ｓ４１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、内部抵抗値Ｒを算出する。このとき、２以上測定された電流値と電圧値との関係に基づいて、内部抵抗値Ｒが算出される。その後、処理はＳ６００へ移される。
【００５９】
Ｓ６００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ４１０にて算出された内部抵抗値Ｒが、内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））よりも大きいか否かを判断する。この内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は、電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）に依存する電池モジュール２４２２が劣化したか否かを判断するための内部抵抗値のしきい値である。電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）が高いほど内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は低く、電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）が低いほど内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は高い関係がある。二次電池が劣化すると、その内部抵抗値は増加する。算出された内部抵抗値Ｒが内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））よりも大きいと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ６１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ４２０へ移される。
【００６０】
Ｓ６１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、表示部２４２４に電池モジュール２４１２の劣化を示す表示処理を実行する。その後、Ｓ４２０へ移される。
【００６１】
Ｓ５００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、イグニッションスイッチがオフ状態にされたか否かを判断する。イグニッションスイッチがオフ状態にされると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ１１０へ戻される。
【００６２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２の動作について説明する。
【００６３】
イグニッションスイッチがオンされハイブリッド車両が走行を開始すると、変数が初期化（Ｎ＝０、Ｃ＝０）される（Ｓ１００）。電池モジュール２４１２の電流値Ｉ、電圧値Ｖおよび温度Ｔが測定され（Ｓ１１０）、電流変化速度ΔＩが算出される。
【００６４】
充電状態において、測定された電流値が＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であって（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、電流変化速度ΔＩが負であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、測定された電流値と電圧値とが記憶される。このような状態で、電流値と電圧値との組が２組以上測定されて記憶されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒが算出される（Ｓ４１０）。
【００６５】
また、放電状態において、測定された電流値が−電流しきい値（−Ｉth）以下であって（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、電流変化速度ΔＩが正であると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、測定された電流値と電圧値とが記憶される。このような状態で、電流値と電圧値との組が２組以上測定されて記憶されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒが算出される（Ｓ４１０）。
【００６６】
このようにして充電時および放電時のいずれの場合であっても、充電時の電流値が＋電流しきい値以上になってその後に電流値が０に向かう方向が継続して、電流値および電圧値がそれぞれ２以上記憶されると内部抵抗値Ｒが算出される。また、放電時において測定された電流値が−電流しきい値以下になってその後に電流値が０に向かう方向が継続して、電流値および電圧値がそれぞれ２以上記憶されると内部抵抗値Ｒが算出される。
【００６７】
算出された内部抵抗値Ｒと内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））とが比較され、算出された内部抵抗値Ｒが内部抵抗のしきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＢ））よりも大きいとその電池モジュール２４１２は劣化していると判断されて、表示部２４２４に電池モジュール２４１２が劣化していることを表わす情報が表示される（Ｓ６１０）。
【００６８】
図９および図１０に、このようにして算出した電池モジュール２４１２の内部抵抗値と電流変化速度との関係を示す。図９は、充放電パターン（２）および（４）の状態において算出された内部抵抗値のばらつきを示し、図１０は、充放電パターン（１）および（３）の状態において算出された内部抵抗値のばらつきを示す。図９および図１０から、充放電パターン（２）および（４）の方が、充放電パターン（１）および（３）に比べて、算出される内部抵抗値は、電流変化速度の影響を受けずに、そのばらつきも小さいことがわかる。
【００６９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池ＥＣＵによると、電流検出回路により検出された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（すなわち充電時の電流値を正とし放電時の電流値を負として、充電電流値が減少したり放電電流値が増加したりすると）、測定された電流値および電圧値に基づいて、電池モジュールの内部抵抗値が算出される。二次電池において、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生するが、この分極電圧の影響が、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が小さくなる。さらに、充放電電流値の絶対値が予め定められた電流しきい値以上であると、電流変化速度ΔＩの影響を受けにくくなる。その結果、充電時および放電時のいずれにおいても、ピーク電流値の絶対値が予め定められたしきい値以上であって、その後電流値が０に向かうときには、分極電圧の影響および電流変化速度の影響を少なくできるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高くなる。その結果、分極電圧や電流の変化速度を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出するとともに、正確に検出された内部抵抗値に基づいて電池の劣化を判定することができる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態においては、算出された内部抵抗値Ｒと、電池ＥＣＵ２４２２の記憶部に記憶された内部抵抗しきい値Ｒlimitとを比較して電池の劣化を判定して表示部２４２４に電池の劣化に関する情報を表示するように説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電池が劣化していると判断されると、電池ＥＣＵ２４２２から、ハイブリッド車両の全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵに対して、電池が劣化していることを示す情報を送信する。ＨＶ＿ＥＣＵにおいては、電池が劣化していることを検知すると、ハイブリッド車両の制御に一定の制限を加えるようにすることもできる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵが搭載される車両のパワートレーンを示す図である。
【図２】 図１に示す電池ユニットの制御ブロック図である。
【図３】 充放電パターンを示す図である。
【図４】 電流の経時的変化を示す図である。
【図５】 ピーク電流値と内部抵抗値との関係を示す図（その１）である。
【図６】 ピーク電流値と内部抵抗値との関係を示す図（その２）である。
【図７】 電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その１）である。
【図８】 本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。
【図９】 電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その２）である。
【図１０】 電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その３）である。
【符号の説明】
２１００ エンジン、２２００ ジェネレータ、２３００ インバータ、２４００ 電池ユニット、２４１０ 電池パック、２４１２ 電池モジュール、２４１４ 電流検出回路、２４１６ 電圧検出回路、２４１８ 温度センサ、２４２０ 温度検出回路、２４２２ 電池ＥＣＵ、２４２４ 表示部、２５００ トルク配分装置、２６００ モータ、２７００ ギヤユニット、２８００ 駆動輪。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載されて車両を駆動する電動機に電力を供給する二次電池に関し、特に、二次電池の内部抵抗や劣化の状態を正確に検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
このような車両においては、回生制動、すなわち、車両制動時に電動機を発電機として機能させ、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより制動する機能を備えている。ここで変換された電気エネルギは二次電池に蓄えられ、加速する時などに再利用される。
【０００４】
二次電池は過放電、過充電を行なうと電池性能を劣化させることになるため、二次電池の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge、残存容量ともいう。）を把握して、充放電を制御する必要がある。特に、車両に搭載された熱機関により発電機を駆動して電力を発生し、これを二次電池に充電することができる形式のハイブリッド自動車においては、二次電池が、回生電力を受け入れられるように、また要求があれば直ちに電動機に対して電力を供給できるようにするために、その充電量は満充電の状態（１００％）と、全く充電されていない状態（０％）のおおよそ中間付近（５０〜６０％）に制御される場合がある。このため、二次電池の充電量をより正確に検知する必要がある。
【０００５】
また、このような用途に用いられるので、経時的に発生する様々な変化により二次電池が劣化して満充電時の充電量が減少したまま使用したのでは、二次電池の充電量をより正確に検知することができないばかりか、二次電池の充電量に基づく放電能力が正確に検知できなくなり、電気自動車の可能な走行距離が把握できず、最悪の場合には充電施設がない場所で車両が停止してしまうなどという事態も生ずる可能性がある。
【０００６】
特開平６−５９００３号公報（特許文献１）は、車両の運転中における二次電池の電池容量に基づいて二次電池の劣化度を算出する残存容量計を開示する。特許文献１に開示された残存容量計は、二次電池の放電電流を検出する電流計と、電流計で検出された放電電流の変化状態を検出する変化状態検出部と、二次電池の放電時における放電電圧を検出する電圧計と、電流計および変化状態検出部の検出結果より、放電電流が所定値以上であり、かつ放電電流が増加しているという条件が満足されているか否かを判定する条件判定部と、この条件判定部により条件が満足されていると判定された時に、そのときの電流および電圧と、予め設けられている放電電流および放電電圧に対する残存容量を示すマップに基づいて高負荷時残存容量を算出する高負荷時残存容量検出部と、満充電時から放電された電気量を積算することにより使用中の二次電池の充電状態を算出する充電状態検出部と、高負荷時残存容量検出部により算出された高負荷時残存容量と、充電状態検出部により算出された充電状態から二次電池の満充電状態の電池容量を推定する電池容量算出部と、算出された電池容量と公称容量とを比較することにより、二次電池の劣化度を算出する劣化度算出部とを含む。
【０００７】
特許文献１に開示された残存容量計によると、高負荷時残存容量検出部により、所定のタイミングにおいて高負荷時残存容量が検出される。一方、その高負荷時残存容量が検出された時点の電池の充電状態は、充電状態検出部により、電気量積算方式によって算出される。次に、ある時点の電池の充電状態と高負荷時残存容量が算出されることにより、電池容量算出部により、二次電池の満充電時の容量が算出される。そして、劣化度算出部により、この容量と公称容量とが比較されて電池の劣化度が求められる。二次電池の高負荷時残存容量を検出するにあたっては、条件判定部において、放電電流が所定値以上であり、かつ放電電流が増加しているという条件が満足されているか否かが判定される。そして、この判定結果により、条件が満足されている時に、予め設けられている放電電圧と残存容量のマップに基づいて、検出電圧および電流から電池高負荷時残存容量が算出される。これにより、電圧と残存容量の間によい相関関係がある状態になった時に、電池高負荷時残存容量が算出されることとなり、正確な残存容量の測定が行なえる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−５９００３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＶなどで市街地を走行すると、充電と放電との切替えの頻度が高く、充放電電流値が大きく変動する特性を有する。二次電池の電極近傍においては、電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧が表われると、電流−電圧特性を正確に把握することができないので、電池の内部抵抗値や残存容量を正確に算出できない。充電時および放電時のいずれの場合においても、充放電電流値の絶対値が増加する場合に、この分極電圧の影響が顕著に表われる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された残存容量計では、算出される残存容量の精度を低下させる分極電圧の影響が考慮されていない。そのため、的確に残存容量を検出できないばかりか、正確に二次電池の劣化度を求めることができない。特に、特許文献１においては、放電電流量が０．７５ＣＡ以上であり、この電流値が増加している状態（高負荷状態）にあるときの放電電流−電圧特性を直線で近似して二次電池の内部抵抗値を検出することが行なわれる。二次電池に接続された負荷により放電電流が増加しているときには、分極電圧の影響がより大きくなるので、検出される内部抵抗値のばらつきが大きくなる可能性があった。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、分極電圧の影響を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法を提供することである。さらに、この目的を達成するために、本発明の別の目的は、分極電圧の影響を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置は、電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する。この検出装置は、二次電池の電流値および電圧値を測定するための測定手段と、測定手段により測定された電流値の時間変化率を算出するための第１の算出手段と、時間変化率に基づいて電流値が０に向かう変化を検知すると、測定手段により測定された電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出するための第２の算出手段とを含む。
【００１３】
第１の発明によると、測定手段により測定された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（充電時の電流値を正、放電時に電流値を負とすると、充電電流値が減少したり、放電電流値が増加したりすると）、電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値が算出される。二次電池においては、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧の影響は、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が、小さくなる。すなわち、充放電電流値の絶対値が増加するときに分極電圧の影響がより大きく表われることを示す。このため、充電時および放電時のいずれにおいても、電流値が０に向かうときは、電流値が０から離れるとき（すなわち、充放電電流値の絶対値が大きくなるとき）よりも、分極電圧の影響を少なくなるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高い。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置は、第１の発明の構成に加えて、測定手段により測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、内部抵抗値を算出するように第２の算出手段を制御するための制御手段をさらに含む。
【００１５】
第２の発明によると、電流値が予め定められた条件を満足すると、たとえば、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００１６】
第３の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置においては、第２の発明の構成に加えて、条件は、測定手段により測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である。
【００１７】
第３の発明によると、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると（ピーク電流値がしきい値以上であると）、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００１８】
第４の発明に係る二次電池の劣化判定装置は、第１〜３のいずれかに記載の二次電池の内部抵抗検出装置の構成に加えて、第２の算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化状態を判定するための判定手段をさらに含む。
【００１９】
第４の発明によると、分極電圧を考慮して正確に算出された二次電池の内部抵抗値が、たとえば予め定められたしきい値よりも高くなると二次電池が劣化していると判定できる。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定装置を提供することができる。
【００２０】
第５の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法は、電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する。この検出方法は、二次電池の電流値および電圧値を測定する測定ステップと、測定ステップにて測定された電流値の時間変化率を算出する第１の算出ステップと、時間変化率に基づいて電流値が０に向かう変化を検知すると、測定ステップにて測定された電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する第２の算出ステップとを含む。
【００２１】
第５の発明によると、測定ステップにて測定された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（充電時の電流値を正、放電時に電流値を負とすると、充電電流値が減少したり、放電電流値が増加したりすると）、電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値が算出される。二次電池においては、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧の影響は、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が、小さくなる。すなわち、充放電電流値の絶対値が増加するときに分極電圧の影響がより大きく表われることを表わす。このため、充電時および放電時のいずれにおいても、電流値が０に向かうときは、電流値が０から離れるとき（すなわち、充放電電流値の絶対値が大きくなるとき）よりも、分極電圧の影響を少なくなるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高い。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出方法を提供することができる。
【００２２】
第６の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法は、第５の発明の構成に加えて、測定ステップにて測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、内部抵抗値を算出するように第２の算出ステップを制御する制御ステップをさらに含む。
【００２３】
第６の発明によると、電流値が予め定められた条件を満足すると、たとえば、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００２４】
第７の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法においては、第６の発明の構成に加えて、条件は、測定ステップにて測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である。
【００２５】
第７の発明によると、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると（ピーク電流値がしきい値以上であると）、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００２６】
第８の発明に係る二次電池の劣化判定方法は、第５〜７のいずれかに記載の二次電池の内部抵抗検出方法の構成に加えて、第２の算出ステップにて算出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化状態を判定する判定ステップをさらに含む。
【００２７】
第８の発明によると、分極電圧を考慮して正確に算出された二次電池の内部抵抗値が、たとえば予め定められたしきい値よりも高くなると二次電池が劣化していると判定できる。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定方法を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２９】
図１を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が搭載される車両のパワートレーンについて説明する。図１に示すように、この車両のパワートレーンは、たとえば、ハイブリッド自動車に適用され、エンジン２１００と、エンジン２１００の駆動力の一部で発電する交流形式のジェネレータ２２００と、交流形式のジェネレータ２２００から出力される交流電力を直流電力に変換するインバータ２３００と、ニッケル水素電池で構成された電池ユニット２４００と、インバータ２３００に接続されたモータ２６００と、エンジン２１００、ジェネレータ２２００およびモータ２６００に接続されたトルク配分装置２５００と、エンジン２１００およびモータ２６００の少なくとも一部のトルクを駆動輪２８００に伝達するギアユニット２７００とを含む。
【００３０】
インバータ２３００は、電池ユニット２４００から出力される直流電力を交流電力に変換して、変換された交流電力をモータ２６００に供給する。また、インバータ２３００は、エンジン２１００の動力の一部により駆動されたジェネレータ２２００により発電された交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２４００を充電する。さらに、インバータ２３００は、車両が回生制動動作を行なった際にモータ２６００をジェネレータとして機能させて回生された交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２４００を充電する。
【００３１】
このように、この車両のパワーユニットは、エンジン２１００の駆動力の一部によりジェネレータ２２００で発電された電力および回生制動時にモータ２６００をジェネレータとして機能させて回生発電された電力を、インバータ２３００を介して電池ユニット２４００を充電する。また、エンジン２４００のみによる駆動力では駆動輪２８００におけるトルクが不足する場合には、電池ユニット２４００からインバータ２３００を介してモータ２６００に電力を供給し、エンジン２１００によるトルク不足をモータ２６００がアシストする。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、ハイブリッド車両に適用された場合を説明するが、本発明はこのようなハイブリッド車両に限定されず、電気自動車や燃料電池車であってもよい。
【００３３】
図２を参照して、図１に示す電池ユニット２４００の詳細な制御ブロックについて説明する。
【００３４】
図２に示すように、電池ユニット２４００は、複数の電池パック２４１０から構成される電池モジュール２４１２と、電池モジュール２４１２の充放電電流値を検出する電流検出回路２４１４と、電池パック２４１０毎の電池電圧値を検出する電圧検出回路２４１６と、電池モジュール２４１２毎の電池の温度を検知する温度センサ２４１８および温度検出回路２４２０と、電流検出回路２４１４、電圧検出回路２４１６および温度検出回路２４２０に接続された電池ＥＣＵ２４２２と、電池ＥＣＵ２４２２に接続され、電池の異常などを表示する表示部２４２４とを含む。
【００３５】
電池ユニット２４００の電池ＥＣＵ２４２２は、電池モジュール２４１２毎の電池の内部抵抗値を算出したり、電池モジュール２４１２毎の寿命などを判定したりするプログラムを実行する演算処理部と、演算処理部により実行されるプログラムや、各種データを記憶する記憶部とを含む。
【００３６】
電池パック２４１０は、所定の個数の電池モジュール２４１２を直列に接続した構造を有する。電池モジュール２４１２は、ニッケル水素電池により構成される。
【００３７】
図３を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵが搭載される車両の充放電パターンを説明する。図３（Ａ）に市街地走行モードにおける実際の充放電パターンの経時的変化を示す。図３（Ｂ）に、図３（Ａ）の一部を拡大した電流の経時的変化を示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、ハイブリッド車両においては、走行中に充電モードと放電モードとが繰返し切換えられる。このため、図３（Ｂ）に示すように、放電電流が増加する状態（以下、この状態を充放電パターン（１）と記す。）、放電電流が減少し充電側に向かう状態（以下、この状態を充放電パターン（２）と記す。）、充電電流が増加する状態（以下、この状態を充放電パターン（３）と記す。）、充電電流が減少して放電側に向かう状態（以下、この状態を充放電パターン（４）と記す。）の４つの状態に大きく分けることができる。
【００３８】
すなわち、図３（Ｃ）に示すように、ハイブリッド車両がエンジン２１００のトルクのみでの走行が困難になり、モータ２６００によりエンジン２１００のトルク不足をアシストするために、電池ユニット２４００からインバータ２３００を介してモータ２６００に電力が供給され、車両が加速する。この状態が、前述の（１）の状態である。このような状態で車両の運転者がブレーキを踏むなどすると、モータ２６００がジェネレータとして機能して回生制動が実行される。その結果、図３（Ｃ）に示すように、放電状態から充電状態に移行する。このように、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ハイブリッド車両の市街地における走行においては、三角波形で充放電電流の状態を模擬することができる。
【００３９】
図４を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２において電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出されるタイミングについて説明する。
【００４０】
図４に示すように、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２において電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出されるのは、充電時における電流値が充電電流しきい値（＋Ｉth）よりも大きい状態から電流値が０に向かう状態（ΔＩ＜０）または放電時の電流値が放電電流しきい値（−Ｉth）よりも小さい状態から電流値が０に向かう状態（ΔＩ＞０）のいずれかの場合である。すなわち、本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２においては、充電時であっても放電時であっても、その電流値の絶対値がしきい値以上になって、その後電流値が０に向かう変化が継続して検知されると、電流−電圧特性に基づいて電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出するものである。
【００４１】
充電時および放電時において、電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出するタイミングは、電流値の絶対値が予め定められたしきい値より大きいタイミングである理由について説明する。
【００４２】
図５および図６に示すように、ピーク電流値と内部抵抗値との関係は、ピーク電流値が大きいほど内部抵抗値のばらつきが小さくなる傾向を有する。すなわち、ピーク電流値（内部抵抗値の算出時における最大電流値）によって、算出される内部抵抗値が変動するが、予め定められたしきい値以上の電流値ではこの変動が小さくなる。たとえば、図５に示すように、ピーク電流値がたとえば５０Ａ以上においては算出される電池モジュール２４１２の内部抵抗値は、電流変化速度（ΔＩ）によらずばらつきが小さくなる。また、図６に示すように、ピーク電流値が５０Ａ以上であると市街地、登坂路、高速道路および国道のいずれにおいても、算出された電池モジュール２４１２の内部抵抗値のばらつきが小さくなることがわかる。
【００４３】
次に、図７を参照して、電流変化速度と内部抵抗値との関係について説明する。図７に示すように、電流変化速度の電流変化速度（ΔＩ）の絶対値の変化の影響は、電流値が０Ａに向いて変化する場合の方が、電流が０Ａから離れるように変化する場合に比べてその影響は小さい。すなわち、放電時において放電から充電に向かう場合、充電時において充電から放電に向かう場合のいずれの場合においても、電流値は０Ａに向いて変化するが、その場合、図７の充放電パターン（２）および（４）に示すように、電流変化速度の変化に対する内部抵抗値のばらつきの度合いが小さい。一方、電流が０Ａから離れるように変化する場合には、電流変化速度の変化に対して内部抵抗値が大きく変化する。
【００４４】
すなわち、図５〜図７に示したように、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２は、充電時であっても放電時であっても、その電流値の絶対値（ピーク電流値）が予め定められたしきい値以上になって、その後電流値が０に向かう変化が検知した場合に電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出する。その結果、図４に示すような丸印のタイミングで電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出される。
【００４５】
図８を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２の演算処理部で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、各種データを初期化（Ｎ＝０、Ｃ＝０）する。
【００４７】
Ｓ１１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電池モジュール２４２２の電流値Ｉ、電圧値Ｖ、温度Ｔを測定する。このとき、電池ＥＣＵ２４２２は、電流検出回路２４１４、電圧検出回路２４１６および温度検出回路２４２０から入力された信号に基づいて、電池モジュール２４１２ごとの電流値Ｉ、電圧値Ｖおよび温度Ｔを測定する。
【００４８】
Ｓ１２０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｎに１を加算（Ｎ＝Ｎ＋１）する。Ｓ１３０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩを、ΔＩ＝（Ｉ（Ｎ）−Ｉ（Ｎ−１））／ｄｔの演算により算出する。Ｓ１４０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、その記憶部に記憶されたフラグＦ（１）が１であるか否かを判断する。フラグＦ（１）が１であると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理はＳ１５０へ移される。
【００４９】
Ｓ１５０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、その記憶部に記憶されたフラグＦ（２）が１であるか否かを判断する。フラグＦ（２）が１であると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１６０へ移される。
【００５０】
Ｓ１６０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ１１０にて測定した電流値Ｉが、＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であるか否かを判断する。測定した電流値Ｉが＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ移される。
【００５１】
Ｓ１７０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ１１０にて測定した電流値Ｉが、−電流しきい値（−Ｉth）以下であるか否かを判断する。測定した電流値Ｉが−電流しきい値（−Ｉth）以下であると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、処理はＳ１９０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１７０にてＮＯ）、処理はＳ４２０へ移される。
【００５２】
Ｓ１８０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（１）に１をセットする。Ｓ１９０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（２）に１をセットする。
【００５３】
Ｓ２００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩが負であるか否かを判断する。ΔＩが負であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２２０へ移される。
【００５４】
Ｓ２１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流値Ｉ（Ｎ）および電圧値Ｖ（Ｎ）を記憶する。また、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｃに１を加算（Ｃ＝Ｃ＋１）する。その後、処理はＳ５００へ移される。
【００５５】
Ｓ２２０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（１）に０をセットする。その後、処理はＳ４００へ移される。
【００５６】
Ｓ３００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩが正であるか否かを判断する。ΔＩが正であると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３１０へ移される。
【００５７】
Ｓ３１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（２）に０をセットする。その後、処理はＳ４００へ移される。
【００５８】
Ｓ４００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｃが１より大きいか否かを判断する。変数Ｃが１よりも大きいと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ４１０へ移される。Ｓ４１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、内部抵抗値Ｒを算出する。このとき、２以上測定された電流値と電圧値との関係に基づいて、内部抵抗値Ｒが算出される。その後、処理はＳ６００へ移される。
【００５９】
Ｓ６００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ４１０にて算出された内部抵抗値Ｒが、内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））よりも大きいか否かを判断する。この内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は、電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）に依存する電池モジュール２４２２が劣化したか否かを判断するための内部抵抗値のしきい値である。電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）が高いほど内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は低く、電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）が低いほど内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は高い関係がある。二次電池が劣化すると、その内部抵抗値は増加する。算出された内部抵抗値Ｒが内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））よりも大きいと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ６１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ４２０へ移される。
【００６０】
Ｓ６１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、表示部２４２４に電池モジュール２４１２の劣化を示す表示処理を実行する。その後、Ｓ４２０へ移される。
【００６１】
Ｓ５００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、イグニッションスイッチがオフ状態にされたか否かを判断する。イグニッションスイッチがオフ状態にされると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ１１０へ戻される。
【００６２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２の動作について説明する。
【００６３】
イグニッションスイッチがオンされハイブリッド車両が走行を開始すると、変数が初期化（Ｎ＝０、Ｃ＝０）される（Ｓ１００）。電池モジュール２４１２の電流値Ｉ、電圧値Ｖおよび温度Ｔが測定され（Ｓ１１０）、電流変化速度ΔＩが算出される。
【００６４】
充電状態において、測定された電流値が＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であって（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、電流変化速度ΔＩが負であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、測定された電流値と電圧値とが記憶される。このような状態で、電流値と電圧値との組が２組以上測定されて記憶されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒが算出される（Ｓ４１０）。
【００６５】
また、放電状態において、測定された電流値が−電流しきい値（−Ｉth）以下であって（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、電流変化速度ΔＩが正であると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、測定された電流値と電圧値とが記憶される。このような状態で、電流値と電圧値との組が２組以上測定されて記憶されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒが算出される（Ｓ４１０）。
【００６６】
このようにして充電時および放電時のいずれの場合であっても、充電時の電流値が＋電流しきい値以上になってその後に電流値が０に向かう方向が継続して、電流値および電圧値がそれぞれ２以上記憶されると内部抵抗値Ｒが算出される。また、放電時において測定された電流値が−電流しきい値以下になってその後に電流値が０に向かう方向が継続して、電流値および電圧値がそれぞれ２以上記憶されると内部抵抗値Ｒが算出される。
【００６７】
算出された内部抵抗値Ｒと内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））とが比較され、算出された内部抵抗値Ｒが内部抵抗のしきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＢ））よりも大きいとその電池モジュール２４１２は劣化していると判断されて、表示部２４２４に電池モジュール２４１２が劣化していることを表わす情報が表示される（Ｓ６１０）。
【００６８】
図９および図１０に、このようにして算出した電池モジュール２４１２の内部抵抗値と電流変化速度との関係を示す。図９は、充放電パターン（２）および（４）の状態において算出された内部抵抗値のばらつきを示し、図１０は、充放電パターン（１）および（３）の状態において算出された内部抵抗値のばらつきを示す。図９および図１０から、充放電パターン（２）および（４）の方が、充放電パターン（１）および（３）に比べて、算出される内部抵抗値は、電流変化速度の影響を受けずに、そのばらつきも小さいことがわかる。
【００６９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池ＥＣＵによると、電流検出回路により検出された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（すなわち充電時の電流値を正とし放電時の電流値を負として、充電電流値が減少したり放電電流値が増加したりすると）、測定された電流値および電圧値に基づいて、電池モジュールの内部抵抗値が算出される。二次電池において、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生するが、この分極電圧の影響が、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が小さくなる。さらに、充放電電流値の絶対値が予め定められた電流しきい値以上であると、電流変化速度ΔＩの影響を受けにくくなる。その結果、充電時および放電時のいずれにおいても、ピーク電流値の絶対値が予め定められたしきい値以上であって、その後電流値が０に向かうときには、分極電圧の影響および電流変化速度の影響を少なくできるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高くなる。その結果、分極電圧や電流の変化速度を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出するとともに、正確に検出された内部抵抗値に基づいて電池の劣化を判定することができる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態においては、算出された内部抵抗値Ｒと、電池ＥＣＵ２４２２の記憶部に記憶された内部抵抗しきい値Ｒlimitとを比較して電池の劣化を判定して表示部２４２４に電池の劣化に関する情報を表示するように説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電池が劣化していると判断されると、電池ＥＣＵ２４２２から、ハイブリッド車両の全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵに対して、電池が劣化していることを示す情報を送信する。ＨＶ＿ＥＣＵにおいては、電池が劣化していることを検知すると、ハイブリッド車両の制御に一定の制限を加えるようにすることもできる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵが搭載される車両のパワートレーンを示す図である。
【図２】 図１に示す電池ユニットの制御ブロック図である。
【図３】 充放電パターンを示す図である。
【図４】 電流の経時的変化を示す図である。
【図５】 ピーク電流値と内部抵抗値との関係を示す図（その１）である。
【図６】 ピーク電流値と内部抵抗値との関係を示す図（その２）である。
【図７】 電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その１）である。
【図８】 本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。
【図９】 電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その２）である。
【図１０】 電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その３）である。
【符号の説明】
２１００ エンジン、２２００ ジェネレータ、２３００ インバータ、２４００ 電池ユニット、２４１０ 電池パック、２４１２ 電池モジュール、２４１４ 電流検出回路、２４１６ 電圧検出回路、２４１８ 温度センサ、２４２０ 温度検出回路、２４２２ 電池ＥＣＵ、２４２４ 表示部、２５００ トルク配分装置、２６００ モータ、２７００ ギヤユニット、２８００ 駆動輪。
Claims (2)
- 電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する検出装置であって、
前記二次電池の電流値および電圧値を測定するための測定手段と、
前記測定手段により測定された電流値の時間変化率を算出するための第１の算出手段と、
前記第１の算出手段により算出された時間変化率に基づいて前記二次電池の電流値が変化する方向を判定し、判定結果が充電時または放電時において電流値の変化が０に向かう方向であった場合にのみ、前記測定手段により測定された前記電流値および前記電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出するための第２の算出手段と、
前記測定手段により測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、前記内部抵抗値を算出するように前記第２の算出手段を制御するための制御手段とを備え、
前記条件は、前記測定手段により測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である、二次電池の内部抵抗検出装置。 - 電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する検出方法であって、
前記二次電池の電流値および電圧値を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにて測定された電流値の時間変化率を算出する第１の算出ステップと、
前記第１の算出ステップにより算出された時間変化率に基づいて前記二次電池の電流値が変化する方向を判定し、判定結果が充電時または放電時において電流値の変化が０に向かう方向であった場合にのみ、前記測定ステップにて測定された前記電流値および前記電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する第２の算出ステップと、
前記測定ステップにて測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、前記内部抵抗値を算出するように前記第２の算出ステップを制御する制御ステップとを備え、
前記条件は、前記測定ステップにて測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である、二次電池の内部抵抗検出方法。
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