JP4956476B2

JP4956476B2 - バッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システム

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Publication number: JP4956476B2
Application number: JP2008092789A
Authority: JP
Inventors: 典靖岩根; 悦蔵佐藤; ミヒャルフィ・タマーシュ
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009244179A

Description

本発明は、バッテリの放電持続時間予測方法とバッテリ状態検知方法、これを適用したバッテリ状態検知装置、およびバッテリ状態検知装置を搭載したバッテリ電源システムに関するものである。

近年、自動車分野においては、多くの電気デバイスが搭載されるようになっており、とくに安全系装置の電気制御化が進むのに伴って車載電源の重要度が一層高まっている。また、省エネや二酸化炭素の排出規制への対応として、交差点などにおけるアイドリングストップ機能とその再始動能力の確保が求められている。

アイドルストップの普及に伴って、その再始動能力を確保するためにバッテリの状態を的確に監視するための技術が強く望まれるようになってきている。このように、バッテリの重要性が高まるのに伴って、バッテリ状態をモニタして状態検知する技術の必要性が急速に高まりつつあり、これに対応してバッテリの劣化度（ＳＯＨ）あるいは放電能力（ＳＯＦ）を予測する技術がこれまでに多数提案されている（特許文献１〜４）。

特許文献１では、バッテリの状態監視方法として、バッテリの寿命末期近傍において、一定期間前の内部抵抗と残存容量との相関を示す近似式を求め、それに基づいてバッテリの寿命予測を順次更新する技術が開示されている。また、特許文献２では、測定電圧から算出した電圧降下と、事前に記憶させたテーブルから求めた内部抵抗値とからバッテリの放電量を求め、これを前回算出の電気量から差し引いて現在の電気量を求めて監視する放電監視装置が開示されている。

特許文献３では、エンジン始動時の開回路電圧および内部抵抗の特性を反映させたバッテリの残容量を推定する方法が開示されている。また、推定された残容量を用いてエンジン始動の可否を判定することが記載されている。さらに、特許文献４では、電圧・電流からバッテリの充電率を算出するとともに、使用中の電気量を算出してバッテリ上がりまでの時間を算出監視装置が開示されている。
特許第４０１１３０３号実公平７−４２１５１号特開２００４−４２７９９号特開２００７−２５３７１６号

アイドリングストップ中等のようにバッテリの充電を行うことなく放電を続ける場合、バッテリの状態を考慮することなく放電を続けると、再びエンジンを始動しようとしたときにバッテリの残容量が不足して再始動できなくなったり、制御装置等の重要な機器が動作不能になるおそれがある。

上記の特許文献１乃至４に開示されている技術では、バッテリの残容量等を推定または算出する技術が記載されているものの、制御装置等の重要な機器に影響を与えることなくエンジン始動等の機器動作に必要な充電容量を確保するための技術は記載されていない。充電容量がある程度維持されている場合でも、バッテリの劣化状態等によってはエンジン始動等で電圧が大幅に低下するおそれがあり、これにより制御装置等が正常に動作できなくなるといった問題がある。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、放電中のバッテリに対し、所定の機器を動作させるのに必要な充電容量を確保させることが可能となるバッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムを提供することを目的とする。

この発明のバッテリの放電持続時間予測方法の第１の態様は、バッテリから所定電流パターンで放電を継続して所定の機器動作用電流の供給を行った場合の機器の安定動作が確保可能な閾値電圧に達するまでの放電持続時間を予測するバッテリの放電持続時間予測方法であって、電流値と内部抵抗または内部インピーダンスとを変数として放電による安定電圧からの電圧降下量を算出する電圧降下量算出式を事前に作成し、所定時点における前記バッテリの内部抵抗または内部インピーダンスを測定し、前記所定時点から前記電流パターンで放電を継続して時間ｔだけ経過したときの充電率変化に伴う前記安定電圧の変化を予測する安定電圧予測演算と、前記機器動作用電流値と前記内部抵抗または内部インピーダンスとを前記電圧降下量算出式に代入して電圧降下量を算出する電圧降下量演算と、前記経過時間ｔにおける前記安定電圧予測値から前記電圧降下量を減算して前記経過時間ｔにおける応答電圧を予測する応答電圧予測演算と、からなる予測演算を前記経過時間ｔを更新しながら繰り返し行い、前記応答電圧予測値が所定の閾値に達する前記経過時間ｔを求めて前記放電持続時間とするバッテリの放電持続時間予測方法において、充電率または電流値を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの算出相関式を事前に作成し、前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値と前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の充電率または放電電流値とを前記算出相関式に代入することによって前記調整パラメータを決定し、前記経過時間ｔにおける前記バッテリの充電率を予測して得た充電率予測値または前記機器動作用電流値と決定された調整パラメータとを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入し、前記放電持続時間を所定の負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、前記バッテリへの充電を開始させることを特徴とする。

この発明のバッテリの放電持続時間予測方法の他の態様は、温度を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの算出相関式を事前に作成し、前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値および前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の温度を前記算出相関式に代入することによって前記調整パラメータを決定し、前記経過時間ｔにおける前記バッテリの温度および決定された調整パラメータを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入することを特徴とする。

この発明のバッテリの放電持続時間予測方法の他の態様は、前記放電持続時間を所定の負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、前記バッテリへの充電を開始させることを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知装置の第１の態様は、バッテリの少なくとも内部抵抗または内部インピーダンスを測定するバッテリ状態測定部と、所定の電流パターンと所定の機器動作用電流値、及び機器の安定動作に必要な最低閾値電圧とを保存する記憶部と、前記バッテリ状態測定部から所定時点における前記バッテリの内部抵抗または内部インピーダンスを入力し、前記記憶部から読み込んだ前記電流パターンで前記所定時点から放電を継続して時間ｔだけ経過したときの充電率変化に伴う前記安定電圧の変化を予測する安定電圧予測演算と、前記記憶部から読み込んだ前記機器動作用電流値と前記内部抵抗または内部インピーダンスとを事前に作成された電圧降下量算出式に代入して電圧降下量を算出する電圧降下量演算と、前記経過時間ｔにおける前記安定電圧予測値から前記電圧降下量を減算して前記経過時間ｔにおける応答電圧を予測する応答電圧予測演算と、からなる予測演算を前記経過時間ｔを更新しながら繰り返し行い、前記応答電圧予測値が所定の閾値に達する前記経過時間ｔを求めて前記放電持続時間とする演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、充電率または電流値を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの事前に作成された算出相関式に対して、前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値と前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の充電率または放電電流値とを代入することによって前記調整パラメータを決定し、前記経過時間ｔにおける前記バッテリの充電率を予測して得た充電率予測値または前記機器動作用電流値と決定された調整パラメータとを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入し、前記演算処理部は、前記放電持続時間を所定の負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、前記バッテリへの充電を開始させることを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知装置の他の態様は、前記演算処理部は、前記放電持続時間を所定の負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、前記バッテリへの充電を開始させることを特徴とする。

本発明によれば、放電中のバッテリに対し、所定の機器を動作させるのに必要な充電容量を確保させることが可能となるバッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムを提供することができる。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態におけるバッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムの構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

バッテリから所定の放電電流パターンで放電を継続した場合、充電容量の低下に伴ってバッテリ電圧はたとえば図２に示す電圧１０のように低下していく。バッテリから受電する機器には、その動作に必要な最低電圧（閾値、以下では動作限界電圧Ｖｔｈという）が規定されており、放電が継続されてバッテリの電圧が動作限界電圧以下に達してしまうと、その後機器は正常に動作できなくなってしまう。

また、バッテリ電圧が動作限界電圧以上に確保されている場合でも、それまで停止中の機器を動作させることができなくなるおそれもある。例えば、図２において、停止中の機器を動作させたときにバッテリ電圧１０が符号１１で示す大きさの電圧降下を伴う場合には、電圧降下時の電圧が動作限界電圧以上である必要がある。

本発明のバッテリの放電持続時間予測方法の第１の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。本実施形態では、バッテリから所定の電流パターン（以下では電流パターンＡという）で放電を継続した状態で、所定の機器（以下では機器Ｂとする）を動作させた時の電圧が動作限界電圧Ｖｔｈに達するときのそれまでの放電持続時間を予測する。本実施形態の放電持続時間の予測方法を、図３を用いて説明する。

本実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法では、電流パターンＡの放電による充電容量の低下に伴う安定電圧の変化を予測する。安定電圧は、バッテリが充放電を長時間行わず安定しているときの開回路電圧（ＯＣＶ）に相当する。図３では、本実施形態で予測された安定電圧（以下では、単にＯＣＶで表す）の変化の一例を符号２１で示す。また、機器Ｂを動作させたときの電圧降下ΔＶを符号２２、電圧降下後の応答電圧を２３でそれぞれ示す。本実施形態では、機器Ｂを動作させたときの電圧降下２２および電圧降下後の応答電圧２３を予測している。そして、予測された応答電圧２３が動作限界電圧Ｖｔｈに達するまでの放電持続時間を求めている。

本実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法を、図１に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
本実施形態では、機器Ｂを動作させたときの放電による安定電圧からの電圧降下量ΔＶを算出するのに電圧降下量算出式を用いており、第１ステップＳ１で電圧降下量算出式を事前に作成している。また、第１ステップＳ１では、バッテリから継続して放電する電流パターンも事前に作成している。本実施形態の放電持続時間予測方法では、所定時点からの経過時間ｔを所定の時間幅Δｔずつ進めながら放電持続時間を求めており、経過時間ｔの初期値として、第１ステップＳ１で経過時間ｔにゼロを設定している。

電圧降下量ΔＶは、放電電流値Ｉとバッテリの内部抵抗または内部インピーダンス（以下では内部インピーダンスＺを例に説明する）との間に次式のような相関がある。

ここで、α、βは実験データ等をもとに事前に決定される定数である。第１ステップＳ１で作成される電圧降下量算出式として、上式を用いることができる。

第２ステップＳ２では、所定時点におけるバッテリの内部抵抗または内部インピーダンスを測定する。
次の第３ステップＳ３以降は、放電持続時間が求まるまで繰り返し実行される。まず、第３ステップＳ３では、経過時間ｔを時間幅Δｔだけ進める。

第４ステップＳ４では、充電率演算として、経過時間ｔの時点における充電率を算出する。これは、次のステップの安定電圧予測演算で用いるためである。バッテリの満充電容量をＣｎｏｍとしたとき、充電率ＳＯＣは次式で算出することができる。

（式２）において、充電容量低下量ΔＣは、所定時点から経過時間ｔの間、電流パターンＡで放電を継続したときの放電電流Ｉの時間積分であり、次式で算出することができる。

ここで、上式の積分は、経過時間ｔの期間の電流Ｉを合計することを示している。

第５ステップＳ５では、安定電圧予測演算として、所定時点から電流パターンＡで放電を継続して経過時間ｔだけ経ったときの安定電圧を予測している。安定電圧ＯＣＶと充電率ＳＯＣとの間には、図４にみられるような相関がある。これより、安定電圧ＯＣＶは第４ステップＳ４で算出した充電率ＳＯＣを用いて次式で算出できる。

ここで、パラメータＫ１、Ｋ２は実験等で事前に決定されるパラメータである。

第６ステップＳ６では、電圧降下量演算として、安定電圧ＯＣＶからの電圧降下量ΔＶを、第１ステップＳ１で作成した電圧降下量算出式を用いて算出する。機器Ｂを動作させたときの機器動作用電流値Ｉと第２ステップＳ２で測定された内部インピーダンスＺとを、（式１）に示した電圧降下量算出式に代入して電圧降下量ΔＶを算出する。

第７ステップＳ７では、応答電圧予測演算として、第５ステップＳ５で予測された安定電圧ＯＣＶから第６ステップＳ６で算出された電圧降下量ΔＶを減算することで、経過時間ｔの時点で機器Ｂを動作させたときの応答電圧Ｖが算出される。

第８ステップＳ８では、第７ステップＳ７で予測された応答電圧Ｖと動作限界電圧Ｖｔｈとを比較し、応答電圧Ｖが動作限界電圧Ｖｔｈより十分高い（両者の差が微小値εより大きい）ときは、第３ステップＳ３に戻って経過時間ｔをΔｔだけ進め、第４ステップ以降の演算を繰り返し行う。また、応答電圧Ｖが動作限界電圧Ｖｔｈに十分近い（両者の差が微小値ε以下）ときは、応答電圧Ｖが動作限界電圧Ｖｔｈに達したと判定し、次の第９ステップＳ９において、このときの経過時間ｔを放電継続時間に設定する。

本実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法では、電圧降下量ΔＶを（式１）を用いて算出するようにしているが、この算出に用いる内部インピーダンスとして、上記では第２ステップＳ２で測定された値を用いている。しかしながら、内部インピーダンスはバッテリの充電容量、電流、温度等によって変化することから、これを補正して所定の基準状態における値を用いるようにすることで、放電持続時間の精度をさらに高めることが可能となる。内部インピーダンスを補正するようにした実施例の処理の流れを図５に示す。

内部インピーダンスと充電率ＳＯＣとの間には、一例として図６にみられるような相関がある。そこで、電圧降下量ΔＶの算出に用いる内部インピーダンスを、経過時間ｔにおける充電容量ＳＯＣで補正することができる。一例として、内部インピーダンスＺを次式のように充電容量ＳＯＣの関数で表すことができる。

ここでＣは調整パラメータであり、ｆ_１(Ｃ)、ｇ_１(Ｃ)は予め実験等で定めた調整パラメータＣを変数とする関数である。

（式６）の内部インピーダンスＺの算出式は、第２ステップＳ２で測定された内部インピーダンスとその時の充電容量ＳＯＣを満たす必要がある。そこで、内部インピーダンスの測定値とその時の充電容量ＳＯＣを（式６）に代入することによって前記調整パラメータＣを決定するようにすることができる。調整パラメータＣの決定は、第２ステップＳ２において行うことができる。

図５に示す処理の流れでは、第４ステップＳ４の次にステップＳ１１を追加しており、ここで内部インピーダンスの補正を行うようにしている。すなわち、第２ステップＳ２で決定された調整パラメータＣを用い、第４ステップＳ４で算出された充電率ＳＯＣを調整パラメータＣとともに（式６）に代入して内部インピーダンスを算出している。

内部インピーダンスを補正する別の方法として、バッテリを流れている電流値で補正する方法がある。内部インピーダンスと電流値Ｉとの間には、たとえば次式で示すような相関がある。

ここで、Ｄは調整パラメータであり、ｆ_２(Ｄ)、ｇ_２(Ｄ)は予め実験等で定めた調整パラメータＤを変数とする関数である。

（式７）の内部インピーダンスＺの算出式は、第２ステップＳ２で測定された内部インピーダンスとその時の電流値Ｉを満たす必要がある。そこで、内部インピーダンスの測定値とその時の電流値Ｉを（式７）に代入することによって前記調整パラメータＤを決定するようにすることができる。Ｄの決定は、第２ステップＳ２において行うことができる。

また、内部インピーダンスの補正演算は、ステップＳ１１において機器Ｂを動作させたときの機器動作用電流値を調整パラメータＤとともに（式７）の電流値Ｉに代入することで、補正された内部インピーダンスを算出することができる。なお、経過時間ｔによらず機器Ｂを動作させたときの機器動作用電流値が一定のときは、上記の内部インピーダンスの補正演算を、たとえば第２ステップＳ２で調整パラメータＤの決定と同時に行ってもよい。

内部インピーダンスを補正するさらに別の方法として、バッテリ温度で補正する方法がある。内部インピーダンスとバッテリ温度（Ｔｅｍｐとする）との間には、たとえば次式で示すような相関がある。

ここで、Ｅは調整パラメータであり、ｆ_３（Ｅ）、ｇ_３（Ｅ）、ｌ_３（Ｅ）は予め実験等で定めたパラメータＥの関数である。

（式８）の内部インピーダンスＺの算出式は、第２ステップＳ２で測定された内部インピーダンスとその時のバッテリ温度Ｔｅｍｐを満たす必要がある。そこで、フィッティングパラメータＥを内部インピーダンスの測定値とその時のバッテリ温度Ｔｅｍｐから決定することができる。第２ステップＳ２において、内部インピーダンスの測定と同時にバッテリ温度Ｔｅｍｐを測定し、これを用いてフィッティングパラメータＥを決定することができる。

また、（式８）による内部インピーダンスの補正演算は、ステップＳ１１において行ってもよいが、バッテリ電圧Ｔｅｍｐとして第２ステップＳ２で測定した値を用いる場合には、内部インピーダンスの補正演算を第２ステップＳ２でフィッティングパラメータＥを決定した後に行ってもよい。

内部インピーダンスを補正するための相関式として、（式６）〜（式８）以外のものを用いることもできる。たとえば、内部インピーダンスの補正を、充電率ＳＯＣ、電流値Ｉ、およびバッテリ温度Ｔｅｍｐの２つ以上を含む相関式を用いて行ってもよい。一例として、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｔｅｍｐを含む下記の相関式を用いることで、内部インピーダンスの精度をさらに高めることができる。

ここで、ｇ１（ＳＯＣ）、ｇ２（ＳＯＣ）、ｇ３（ＳＯＣ）、ｇ４（ＳＯＣ）は、ＳＯＣの関数となっており、さらにそれらの各係数は予め定めた調整パラメータの関数として表現される。
また、上記では温度Ｔｅｍｐと充電率ＳＯＣに関して補正する相関式の例を述べたが、温度Ｔｅｍｐと電流Ｉ、或いは充電率ＳＯＣと電流Ｉ、さらには温度Ｔｅｍｐと電流Ｉと充電率ＳＯＣの全てについても同様に補正相関式を策定し、適宜補正計算を行なうことができる。）

なお、上記ではバッテリの内部インピーダンスを例に説明したが、バッテリの内部抵抗を用いる場合でも同様の処理で放電持続時間を求めることができる。バッテリの内部抵抗Ｒを用いる場合には、上記の（式１）に代えて次式を用いればよい。

また、（式６）〜（式９）に示した内部インピーダンスの補正式は、内部抵抗に対しても同様に作成することができる。

上記実施形態で予測した放電持続時間は、バッテリの状態監視や負荷制御等に用いることができる。本実施形態で求めた放電持続時間を用いた負荷制御の一実施例として、放電持続時間を所定の閾値（負荷制御時間）と比較してこれより短いと判断すると、電流パターンＡから優先度の低い機器を停止させることによって供給電流量を低減し、より長時間の電源供給を可能とするように制御することができる。あるいは、負荷制御の別の実施例として、放電持続時間を負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、バッテリへの充電を開始させるように制御することができる。

上記実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法は、たとえば車両でアイドリングストップを行う場合に、許容されるアイドリングストップ期間を事前に予測するのに適用することができる。車両がアイドリングストップでエンジンを停止させた場合、それまで使用中の車載電装品はエンジン停止後も動作し続けることから、そのような車載電装品にバッテリから電流が供給され続ける。エンジン停止が長く、その間のバッテリからの放電量が大きくなると、その後エンジンを再始動させようとしても再始動できなくなるおそれがある。

エンジン始動には、図７（ａ）に例示するように、短時間に大きな電流が必要となる。そのため、エンジン始動時の放電による応答電圧は、図７（ｂ）に例示するように大幅な電圧降下（（図中ΔＶで示す）を発生させる。その結果、エンジン始動直前のバッテリ電圧（図中Ｖ０で示す）が、それまでの放電により大きく低下していると、エンジン始動時の電圧降下により応答電圧が閾値（図中Ｖｔｈで示す）を下回ってしまうおそれがある。閾値Ｖｔｈは、車載電装品が正常に動作するための最低電圧に相当するものであり、応答電圧がこれを下回ると、車載電装品が正常に動作できなくなるおそれがある。特に、重要機器等の制御装置が正常に動作できなくなると、運転に大きな支障をきたしてしまう。

そこで、上記実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法を用いることで、エンジン始動が可能なアイドリングストップの最長時間を事前に知ることができる。すなわち、上記実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法において、電流パターンＡをアイドリング中の放電電流パターンとし、機器Ｂをエンジンとしてその始動時の電圧降下ΔＶおよび応答電圧を予測し、これをもとにエンジン始動が可能なアイドリングストップ期間を予測することができる。

次に、本発明の実施の形態に係るバッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムについて以下に説明する。本発明のバッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムは、本発明のバッテリの放電持続時間予測方法をバッテリの監視・制御に応用したものである。本実施形態のバッテリ状態検知方法等によるバッテリの監視・制御は、とくに車両のアイドリングストップ時のバッテリの監視および負荷制御等に適用するのに好適である。

本実施形態のバッテリ状態検知方法を図８に示すフローチャートを用いて説明する。バッテリ状態を監視して負荷制御を行う場合には、放電持続時間予測の場合のように経過時間を進めながら繰り返し計算を行う処理は不要となる。なお、以下では本実施形態のバッテリ状態検知方法を、アイドリングストップを一例に説明するが、これに限定されるものではない。

本実施形態のバッテリ状態検知方法の第１ステップＳ２１では、電圧降下量算出式を事前に作成している。この電圧降下量算出式は、放電持続時間予測で用いたものをそのまま利用することができ、たとえば（式１）または（式１０）を用いることができる。第２ステップＳ２２では、現在のバッテリの内部抵抗または内部インピーダンスを測定する。

第３ステップＳ２３では、充電率演算として、現在のバッテリの充電率ＳＯＣを算出する。ここで算出された充電率ＳＯＣは、つぎのステップの安定電圧の演算に用いられる。充電率ＳＯＣの算出は、放電持続時間予測で用いた（式２）を適用することができる。なお、（式２）の算出に用いられるΔＣは、アイドリングストップ後の放電電流を時間積算することで算出することができる。

第４ステップＳ２４では、現時点におけるバッテリの安定電圧を推定する。安定電圧ＯＣＶの推定には、放電持続時間予測で用いた（式４）を適用することができる。ここで、（式４）の算出に用いられる充電率ＳＯＣには、第３ステップＳ２３で算出したものを用いる。

第５ステップＳ２５では、電圧降下量演算として、安定電圧ＯＣＶからの電圧降下量ΔＶを、第１ステップＳ２１で作成した電圧降下量算出式を用いて算出する。エンジンを始動させたときの図７（ａ）に示す電流Ｉと第２ステップＳ２２で測定された内部抵抗または内部インピーダンスとを、たとえば（式１）の電圧降下量算出式に代入して電圧降下量ΔＶを算出する。

第６ステップＳ２６では、応答電圧推定演算として、第４ステップＳ２４で推定された安定電圧ＯＣＶから第５ステップＳ２５で算出された電圧降下量ΔＶを減算することで、現時点でエンジンを始動させたときの応答電圧Ｖを推定することができる。

第７ステップＳ２７では、第６ステップＳ２６で推定された応答電圧Ｖと動作限界電圧Ｖｔｈとを比較し、応答電圧Ｖが動作限界電圧Ｖｔｈより十分高い（両者の差が微小値εより大きい）ときは監視を終了する。また、応答電圧Ｖが動作限界電圧Ｖｔｈに十分近い（両者の差が微小値ε以下）ときは、応答電圧Ｖが動作限界電圧Ｖｔｈに達したと判定し、第８ステップＳ２８において所定の負荷制御を行う。

第８ステップＳ２８において行う負荷制御として、アイドリングストップ中も動作している電装負荷のうち、優先順位の低いものを停止させていく制御がある。この場合、停止させる電装負荷として、動作中のものすべてとしてもよく、あるいはあらかじ停止する電装負荷の優先順位を定めておき、前記優先順位に従って順番に停止するようにしておいてもよい。

第８ステップＳ２８において行う別の負荷制御として、エンジンを直ちに始動させてバッテリへの充電を開始させる制御がある。エンジン再始動ができなくなる直前にエンジン始動させることで、エンジン再始動ができなくなる事態を回避することができる。

本実施形態のバッテリ状態検知方法においても、放電持続時間予測の場合と同様に、電圧降下量ΔＶの算出に用いる内部抵抗または内部インピーダンスを、充電容量、放電電流、バッテリ温度等で補正することができる。補正された内部抵抗または内部インピーダンスを用いることで、エンジン始動時の応答電圧をさらに高精度に推定することができ、バッテリの負荷制御の精度を高めることができる。

上記説明のバッテリの放電持続時間予測方法およびバッテリ状態検知方法を適用した本発明のバッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムの実施形態について、図９を用いて以下に説明する。図９は、本実施形態のバッテリ状態検知装置およびバッテリ電源システムの概略の構成を示すブロック図である。本実施形態のバッテリ電源システム１００は、バッテリ１０１と、オルタネータ１０２と、電源制御部１０３と、本実施形態のバッテリ状態検知装置１１０とを備える構成となっている。電源制御部１０３は、電源であるバッテリ１０１およびオルタネータ１０２を制御している。

バッテリ１０１およびオルタネータ１０２には負荷２００が接続され、エンジンが動作中はオルタネータ１０２から負荷２００に電力供給が行われている。また、アイドリングストップでエンジンが動作していないときは、オルタネータ１０２から電力供給が行えないため、バッテリ１０１から負荷２００への電力供給が行われる。電源制御部１０３は、エンジンの始動／停止の制御や、バッテリ１０１あるいはオルタネータ１０２から負荷２００への電力供給の制御を行っている。

本実施形態のバッテリ状態検知装置１１０は、バッテリ１０１の電流、内部抵抗または内部インピーダンス、温度等の測定値を入力するバッテリ状態測定部１１１と、バッテリ１０１の状態検知の処理を行う演算処理部１２０と、測定データや演算処理に必要なデータ等を保存する記憶部１１２とを備えている。

演算処理部１２０は、上記説明の放電持続時間予測と状態検知の各機能を実現するために、放電持続時間予測手段１２１と状態検知手段１２２を有している。各手段は、バッテリ状態測定部１１１からバッテリ１０１の電流や内部抵抗または内部インピーダンス等を入力するとともに、電圧降下量算出式等に用いられているフィッティングパラメータ等を記憶部１１２から読み込んで所定の演算を行う。

放電持続時間予測手段１２１では、上記説明の実施形態の放電持続時間予測方法を用いて、たとえば運転者からの要求によって放電持続時間を予測し、これを所定の表示装置（図示せず）に表示させるようにすることができる。また、予測した放電持続時間をもとに、電源制御部１０３に対し所定の負荷制御を行わせることができる。

状態検知手段１２２は、負荷制御が必要と判断すると、負荷制御要求を電源制御部１０３に出力する。電源制御部１０３は、放電持続時間予測手段１２１または状態検知手段１２２からの指示に従って、負荷２００への電力供給を停止または削減する、あるいはエンジンを始動させる、等の負荷制御を実行する。

上記説明のように、本発明のバッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置、およびバッテリ電源システムによれば、放電中のバッテリに対し、所定の機器を動作させるのに必要な充電容量を確保させることが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るバッテリの放電持続時間予測方法、バッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるバッテリの放電持続時間予測方等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態におけるバッテリの放電持続時間予測方法の処理の流れを示すフローチャートである。放電によるバッテリ電圧の変化の一例を示す図である。本実施形態のバッテリの放電持続時間予測方法を説明するための安定電圧および応答電圧の変化の一例を示す図である。安定電圧と充電容量との相関を示す図である。本発明の別の実施例の放電持続時間予測方法の処理の流れを示すフローチャートである。内部インピーダンスと充電容量との相関の一例を示す図である。エンジン始動に必要な電流および応答電圧の一例を示す図である。本発明の実施形態におけるバッテリ状態検知方法の処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるバッテリ状態検知装置およびバッテリ電源システムの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０負荷
１００バッテリ電源システム
１０１バッテリ
１０２オルタネータ
１０３電源制御部
１１０バッテリ状態検知装置
１１１バッテリ状態測定部
１１２記憶部
１２０演算処理部
１２１放電持続時間予測手段
１２２状態検知手段
２００負荷

Claims

バッテリから所定電流パターンで放電を継続して所定の機器動作用電流の供給を行った場合の機器の安定動作が確保可能な閾値電圧に達するまでの放電持続時間を予測するバッテリの放電持続時間予測方法であって、
電流値と内部抵抗または内部インピーダンスとを変数として放電による安定電圧からの電圧降下量を算出する電圧降下量算出式を事前に作成し、
所定時点における前記バッテリの内部抵抗または内部インピーダンスを測定し、
前記所定時点から前記電流パターンで放電を継続して時間ｔだけ経過したときの充電率変化に伴う前記安定電圧の変化を予測する安定電圧予測演算と、
前記機器動作用電流値と前記内部抵抗または内部インピーダンスとを前記電圧降下量算出式に代入して電圧降下量を算出する電圧降下量演算と、
前記経過時間ｔにおける前記安定電圧予測値から前記電圧降下量を減算して前記経過時間ｔにおける応答電圧を予測する応答電圧予測演算と、
からなる予測演算を前記経過時間ｔを更新しながら繰り返し行い、
前記応答電圧予測値が所定の閾値に達する前記経過時間ｔを求めて前記放電持続時間とするバッテリの放電持続時間予測方法において、
充電率または電流値を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの算出相関式を事前に作成し、
前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値と前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の充電率または放電電流値とを前記算出相関式に代入することによって前記調整パラメータを決定し、
前記経過時間ｔにおける前記バッテリの充電率を予測して得た充電率予測値または前記機器動作用電流値と決定された調整パラメータとを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入し、
前記放電持続時間を所定の負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、前記バッテリへの充電を開始させることを特徴とするバッテリの放電持続時間予測方法。
温度を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの算出相関式を事前に作成し、
前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値および前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の温度を前記算出相関式に代入することによって前記調整パラメータを決定し、
前記経過時間ｔにおける前記バッテリの温度および決定された調整パラメータを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入することを特徴とする請求項１に記載のバッテリの放電持続時間予測方法。
バッテリの少なくとも内部抵抗または内部インピーダンスを測定するバッテリ状態測定部と、
所定の電流パターンと、所定の機器動作用電流値、及び機器の安定動作に必要な最低閾値電圧とを保存する記憶部と、
前記バッテリ状態測定部から所定時点における前記バッテリの内部抵抗または内部インピーダンスを入力し、前記記憶部から読み込んだ前記電流パターンで前記所定時点から放電を継続して時間ｔだけ経過したときの充電率変化に伴う前記安定電圧の変化を予測する安定電圧予測演算と、前記記憶部から読み込んだ前記機器動作用電流値と前記内部抵抗または内部インピーダンスとを事前に作成された電圧降下量算出式に代入して電圧降下量を算出する電圧降下量演算と、前記経過時間ｔにおける前記安定電圧予測値から前記電圧降下量を減算して前記経過時間ｔにおける応答電圧を予測する応答電圧予測演算と、からなる予測演算を前記経過時間ｔを更新しながら繰り返し行い、前記応答電圧予測値が所定の閾値に達する前記経過時間ｔを求めて前記放電持続時間とする演算処理部と、を備え、
前記演算処理部は、充電率または電流値を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの事前に作成された算出相関式に対して、前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値と前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の充電率または放電電流値とを代入することによって前記調整パラメータを決定し、前記経過時間ｔにおける前記バッテリの充電率を予測して得た充電率予測値または前記機器動作用電流値と決定された調整パラメータとを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入し、
前記演算処理部は、前記放電持続時間を所定の負荷制御時間と比較してこれより短いと判断すると、前記バッテリへの充電を開始させることを特徴とするバッテリ状態検知装置。
前記演算処理部は、温度を変数とし、かつ調整パラメータを有する前記内部抵抗または内部インピーダンスの事前に作成された算出相関式に対して、前記内部抵抗または内部インピーダンスの測定値および前記内部抵抗または内部インピーダンス測定時の温度を代入することによって前記調整パラメータを決定し、前記経過時間ｔにおける前記バッテリの温度および決定された調整パラメータを前記算出相関式に代入して前記内部抵抗または内部インピーダンスを算出し、前記電圧降下量演算では該内部抵抗または内部インピーダンスを前記電圧降下量算出式に代入することを特徴とする請求項３に記載のバッテリ状態検知装置。