JPWO2009118904A1 - 電池状態検知システムおよびこれを備えた自動車 - Google Patents

Abstract

鉛電池の残存容量を精度よく推定できる電池状態検知システムを提供する。電池状態検知システム１２は、車両停止時の鉛電池１のＯＣＶをＯＣＶと残存容量との関係を定めた関係式ないしマップに代入することにより鉛電池の残存容量ＱＯＣＶを算出するとともに、鉛電池１からセルモータ９にイグニッションスイッチ５を介して電力を供給する際に測定した鉛電池１の内部抵抗を、複数の温度、残存容量に対応する鉛電池１の内部抵抗値のマップないし関係式に代入することにより鉛電池１の残存容量ＱＲを算出するマイコン１０を備えており、マイコン１０で算出された残存容量ＱＯＣＶ、ＱＲおよび直接測定量の誤差より決定される係数ＷＯＣＶ、ＷＲから走行前の鉛電池１の残存容量を推定する。

Description

本発明は電池状態検知システムおよびこれを備えた自動車に係り、特に、車両に搭載された鉛電池の電池状態を検知する電池状態検知システムおよび該電池状態検知システムを備えた自動車に関する。

近年、エンジン自動車による排ガスの削減に対応するため、エンジン停止後の再始動（アイドルストップ・スタート）が行われており、アイドルストップ可能な状態に鉛電池を保つ技術が望まれている。すなわち、アイドルストップ機能を有する自動車（車両）では、エンジン停止中のエアコン、カーステレオなどの負荷は、すべて鉛電池からの電力で賄われる。このため、従来に比べ鉛電池の深い放電が増加し、鉛電池の残存容量が小さくなる傾向にある。鉛電池の出力は鉛電池の残存容量に依存するため、エンジン停止中に鉛電池の残存容量が小さくなると、エンジンを始動する充分な出力が得られなくなり、エンジン停止後の再始動ができなくなるおそれがある。

従って、再始動可能な状態を保つためには、鉛電池の残存容量や充電状態（ＳＯＣ）を演算（推定）してエンジン始動に必要な出力の有無を監視し、エンジン始動に必要な出力がある場合には、アイドルストップ可能、エンジン始動に必要な出力がない場合には、アイドルストップを止め、鉛電池を充電するなどの信号を車両側のコンピュータに送信する必要がある。

鉛電池はこの種の用途に対応できる代表的な電池である。鉛電池の残存容量の推定技術として、鉛電池の開回路電圧（ＯＣＶ）を計測することにより求める技術（例えば、日本国特開平４−２６４３７１号公報参照）や、鉛電池の内部抵抗を測定することにより求める技術（例えば、日本国特開２００２−３３４７２５号公報参照）が知られている。前者の技術では、残存容量とＯＣＶとの関係が一次式で表されることを利用し、車両停止時に測定したＯＣＶをこの式に代入することにより残存容量を算出している。後者の技術では、例えば、エンジン始動時に測定した鉛電池の内部抵抗を、複数の温度、残存容量に対応する鉛電池の内部抵抗値のマップに代入することにより残存容量を算出している。

なお、本発明に関連する技術として、鉛電池の健康状態ないし劣化度（ＳＯＨ）を推定する技術（例えば、日本国特開２００６−１０６０１号公報参照）や車両に搭載された鉛電池の開回路電圧（ＯＣＶ）および内部抵抗を、複数の劣化度に応じてＯＣＶと内部抵抗との関係が予め定義されたマップに当てはめて鉛電池の劣化度を推定する劣化度推定技術（例えば、日本国特開２００６−１５８９６号公報参照）が開示されている。

ＯＣＶから残存容量を推定する場合、以下の課題がある。図２に示すように、新品（ＳＯＨ１００％）の鉛電池では残存容量とＯＣＶがほぼ一直線上にあるが、劣化するにつれこの直線からはずれてしまうため、１つの一次式から残存容量を算出することはできない。この問題は、ＯＣＶを鉛電池の劣化度（ＳＯＨ）により補正することで解決できる。ところが、鉛電池の劣化のメカニズムが複雑であるため、ＳＯＨを精度よく推定できない場合がある。つまり、劣化電池の場合、残存容量の推定誤差が大きくなる可能性がある、という課題がある。

一方、内部抵抗から残存容量を推定する場合、以下の課題がある。図３に示すように、この推定技術では、劣化しても新品とほぼ同一曲線上であるため、ＳＯＨを推定することなく残存容量を算出できるという利点がある反面、残存容量が大きい領域では残存容量に対する内部抵抗の感度が小さいため、残存容量の推定誤差が大きくなる傾向がある、という課題がある。

本発明は上記事案に鑑み、鉛電池の残存容量を精度よく推定することができる電池状態検知システムおよび該電池状態検知システムを備えた自動車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、車両に搭載された鉛電池の状態を判定する電池状態検知システムにおいて、車両停止時の前記鉛電池の開回路電圧（ＯＣＶ）をＯＣＶと残存容量との関係を定めた関係式ないしマップに代入することにより前記鉛電池の残存容量Ｑ_ＯＣＶを算出する第１の残存容量推定部と、前記鉛電池からエンジン始動用セルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給する際に測定した前記鉛電池の内部抵抗を、複数の温度、残存容量に対応する前記鉛電池の内部抵抗値のマップないし関係式に代入することにより前記鉛電池の残存容量Ｑ_Ｒを算出する第２の残存容量推定部と、を備え、前記第１および第２の残存容量推定部で算出された残存容量Ｑ_ＯＣＶ、Ｑ_Ｒおよび測定量の誤差より決定される係数Ｗ_ＯＣＶ、Ｗ_Ｒから走行前の前記鉛電池の残存容量を推定することを特徴とする。

本態様において、車両走行時は電流積算値に鉛電池の充電効率を乗じた値を走行前の残存容量に加算することにより鉛電池の残存容量を推定することが好ましい。また、推定した残存容量と車両の抵抗値とにより車両のエンジン始動の可否を判定する判定部をさらに備えるようにしてもよい。このとき、車両の抵抗値は、エンジン始動時の最低電圧Ｖｐｅａｋをエンジン始動時の最大電流Ｉｐｅａｋで除することにより求めたり、車両の抵抗値をＯｕｔＲ、エンジン始動時の最低電圧をＶｐｅａｋ、鉛電池の内部抵抗をＩｎＲとしたときに、ＯｕｔＲ＝Ｖｐｅａｋ×ＩｎＲ／（ＯＣＶ−Ｖｐｅａｋ）で求めたりすることができる。さらに、エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．７〜０．９より小さい場合、走行前の残存容量を０Ａｈとすることが望ましい。例えば、エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．８未満の場合、走行前の残存容量を０Ａｈとするようにしてもよい。また、鉛電池の充放電電気量を計測する電力計測部を備え、電力計測部は電池温度、電圧データを複数の温度、電圧に対応する充電効率のマップないし関係式に代入することにより決定される充電効率を用いるようにしてもよい。さらに、ＯＣＶは車両停止時に鉛電池から車両負荷へ流れる暗電流と鉛電池の劣化度（ＳＯＨ）と電池温度とにより補正されることが望ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の電池状態検知システムを備えた自動車である。

本発明によれば、第１および第２の残存容量推定部で算出された残存容量Ｑ_ＯＣＶ、Ｑ_Ｒおよび直接測定量の誤差より決定される係数Ｗ_ＯＣＶ、Ｗ_Ｒから走行前の鉛電池の残存容量を推定するので、鉛電池の残存容量を精度よく推定することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る自動車の実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の自動車１００はガソリンエンジン車であり、自動車１００は、例えば、エンジンルームに、液式鉛電池１と、鉛電池１の上部に配置され鉛電池１の電池状態を判定する電池状態検知システム１２とを備えている。なお、本実施形態では、鉛電池１と電池状態検知システム１２とは一体化されている。

図４に示すように、電池状態検知システム１２は、鉛電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサ２、差動増幅回路等を有し鉛電池１の外部端子に接続された電圧測定部３、ホール素子等の電流センサ４および鉛電池１の電池状態を検知するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）１０を備えている。

鉛電池１は、電池容器となる略角型の電槽を有しており、電槽内には合計６組の極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を用いることができる。各極板群は複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されており、セル電圧は２．０Ｖである。このため、鉛電池１の公称電圧は１２Ｖとされている。電槽の上部は、電槽の上部開口を密閉するＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極端子および負極端子が立設されている。なお、上述した温度センサは電槽の側面部または底面部に固定されている。

鉛電池１の正極端子は、電流センサ４を介してイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮ５は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子およびＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣおよびＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。

ＳＴＡＲＴ端子はエンジン始動用セルモータ（スタータ）９に接続されている。セルモータ９は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン８の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。

また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機６および一方向への電流の流れを許容する整流素子を含むレギュレータを介してエンジン８の回転により発電する発電機（オルタネータ）７の一端に接続されている。すなわち、レギュレータのアノード側は発電機７の一端に、カソード側はＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン８の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機７に動力の伝達が可能である。このため、エンジン８が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機７が作動し発電機７からの電力が補機６や鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。

電圧測定部３の出力側はマイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。また、温度センサ２および電流センサ４の出力側は、マイコン１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータにそれぞれ接続されている。このため、マイコン１０は、鉛電池１の電圧、温度および鉛電池１に流れる電流を所定時間毎にデジタル値で取り込むことができる。なお、マイコン１０は、Ｉ／Ｏを介して上位の車両制御システム１１と通信可能である。

マイコン１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態検知システム１２の基本制御プログラムや後述するマップや数式等のプログラムデータが格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ、不揮発性のＥＥＰＲＯＭ等を含んで構成されている。発電機７、セルモータ９および補機６の他端、鉛電池１の負極端子およびマイコン１０は、それぞれグランド（自動車のシャーシと同電位）に接続されている。なお、本実施形態のマイコン１０は、電圧、電流および温度を所定時間毎に（例えば、電圧、電流をそれぞれ２ｍ秒間隔、温度を１秒間隔で）それぞれサンプリングし、サンプリング結果をＲＡＭに格納する。また、電流については、放電電流と充電電流とに分け、それぞれの積算値を算出している。

（動作）
次に、電池状態検知システム１２の動作について、エンジン状態の検知、鉛電池１の残存容量の推定、エンジン始動の可否の判定の順に説明する。
＜１．エンジン状態の検知＞

マイコン１０のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵと略称する。）は、ＩＧＮ５の電圧を測定し（図４では構成を省略）、例えば、ＩＧＮ５の電圧が約０Ｖから１２Ｖ以上となった場合、ＩＧＮ５がＯＮ／ＡＣＣ端子位置に位置し、ＩＧＮ５の電圧が１２Ｖ以上の電圧から約０Ｖの電圧となったときにＩＧＮ５がオフ端子位置に位置したと判断し、車両のイグニッションスイッチがオンかオフか（キーによるエンジン始動、エンジン停止）を検知している。なお、ＩＧＮ５が端子位置について信号を出力するタイプのものであれば、その信号または車両制御システム１１からの信号によりエンジン状態を検知するようにしてもよい。

一般に、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車等の内燃機関を有する自動車では、鉛電池から電力を供給しセルモータを回して、エンジンを始動する。この際、大電流が流れるが、それに伴い、鉛電池１の端子間電圧は大きく降下する。このときの電圧降下および電流の時間変化を測定すると、セルモータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時に鉛電池１の端子間電圧は鋭い谷状の電圧降下を示す（図６も参照）。後述するように、エンジン始動時における鉛電池の最低電圧値Ｖｐｅａｋ、鉛電池に流れる最大電流値Ｉｐｅａｋ、および、自動車（車両）の抵抗値との間には、オームの法則が成り立つ。付言すれば、このオームの法則が成り立つのは、最低電圧値Ｖｐｅａｋおよび最大電流値Ｉｐｅａｋをとるときの一瞬であり、それ以外のときにはオームの法則は成立しない。

なお、ＣＰＵは、エンジン停止後、鉛電池１の分極反応が解消した所定時刻に、電圧測定部３を介して測定した鉛電池１の電圧をＯＣＶとして取り込むが、後述するように、エンジン停止後、ＣＰＵはタイマのみ作動させそれ以外の制御動作を行わない省電力モードに入り、タイマにより所定時刻となるとＯＣＶを取り込み、再度、省電力モードに入る。

＜２．鉛電池１の残存容量の算出＞
一般に、鉛電池の残存容量Ｑ（Ａｈ）は次式（１）で求めることができる。なお、式（１）において、Ｑｆは走行前容量、Ｑｏｕｔは放電電流積算値、Ｑｉｎは充電電流積算値、ｃは充電効率を表している。

走行前容量Ｑｆは車両停止時に測定したＯＣＶとエンジン始動時の内部抵抗から求めることができる。一般に、鉛電池では充放電による分極が解消するまで２〜１０時間以上かかる。このため、本実施形態では車両停止から６時間以上経過した状態でのＯＣＶを採用した。６時間以上経過しなかった場合は前回の走行終了時の残存容量推定値を走行前容量とした。すなわち、ＣＰＵは前回の走行終了時の残存容量推定値をＥＥＰＲＯＭに格納しておき、車両停止から６時間以上経過したか否かを判断し、否定判断のときに、ＥＥＰＲＯＭから前回の走行終了時の残存容量推定値を読み出して使用する。一方、６時間以上経過した場合の走行前容量Ｑｆは以下のように求めることができる。

２−１．走行前容量Ｑｆの算出
２−１−１．ＯＣＶからの残存容量Ｑ_ＯＣＶの算出
まず、車両停止時に測定したＯＣＶについて、次の方法で暗電流降下分を補正する。図５に０°Ｃで暗電流２５ｍＡ放電したときのＯＣＶと、無負荷状態での（真の）２５°ＣでのＯＣＶの関係を示す。劣化品では内部抵抗が大きくなるため、新品（ＳＯＨ１００％）より電圧降下が大きくなる。このため、図５に示すように、左方にシフトする。ＳＯＨ１００％の近似線をｆ３（ｘ）、ＳＯＨ４０％の近似線をｆ４（ｘ）とした。同様に、下表１に示すように、−２０，０，２５，６０°Ｃ、暗電流２５，３２，７５ｍＡについて、ＳＯＨ１００％の近似線、ＳＯＨ４０％の近似線を求めることができる。

電圧測定値ＯＣＶｂをこの補正式に代入し、比例計算により２５°ＣのＯＣＶ（ＯＣＶｂ＿２５）を算出する。例として、暗電流Ｉｘ＞３２ｍＡ、電池温度Ｔ＜０°Ｃの場合について説明する。

１）３２ｍＡ、−２０°Ｃ、ＳＯＨ４０％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ１）は、Ｄａｔａ１＝ｆ９（ＯＣＶｂ）で表すことができる。また、３２ｍＡ、−２０°Ｃ、ＳＯＨ１００％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ２）は、Ｄａｔａ２＝ｆ１０（ＯＣＶｂ）で表すことができる。従って、３２ｍＡ、−２０°Ｃ、ＳＯＨ（ＳＯＨ）％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ３）は、Ｄａｔａ３＝Ｄａｔａ２＋（Ｄａｔａ１−Ｄａｔａ２）×（１００−ＳＯＨ）／（１００−４０）・・・式（２）で表すことができる。

２）一方、３２ｍＡ、０°Ｃ、ＳＯＨ４０％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ４）は、Ｄａｔａ４＝ｆ１１（ＯＣＶｂ）で表すことができる。また、３２ｍＡ、０°Ｃ、ＳＯＨ１００％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ５）は、Ｄａｔａ５＝ｆ１２（ＯＣＶｂ）で表すことができる。従って、３２ｍＡ、０°Ｃ、ＳＯＨ（ＳＯＨ）％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ６）は、Ｄａｔａ６＝Ｄａｔａ５＋（Ｄａｔａ４−Ｄａｔａ５）×（１００−ＳＯＨ）／（１００−４０）・・・式（３）で表すことができる。

３）上記１）、２）から、３２ｍＡ、Ｔ°Ｃ、ＳＯＨ（ＳＯＨ）％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ７）は、Ｄａｔａ７＝Ｄａｔａ６＋（Ｄａｔａ３−Ｄａｔａ６）×（０−Ｔ）／（０−（−２０））・・・式（４）で表すことができる。同様に７５ｍＡ、Ｔ°Ｃ、ＳＯＨ（ＳＯＨ）％のときの２５°ＣＯＣＶ（Ｄａｔａ８）を求めることができる。

４）上記３）から、２５°ＣＯＣＶ（ＯＣＶｂ＿２５）は、ＯＣＶｂ＿２５＝Ｄａｔａ８＋（Ｄａｔａ７−Ｄａｔａ８）×（７５−Ｉｘ）／（７５−３２）・・・式（５）として得ることができる。

このＯＣＶｂ＿２５をさらに以下に示す方法でＳＯＨ補正する。図２に示したように、劣化品のＯＣＶは新品（ＳＯＨ１００％）の直線より上方に平行移動する。ＳＯＨｃ％で新品に対し上方にｂＶ平行移動したとするとＳＯＨｘ％のときのＯＣＶ補正値ΔＯＣＶは、ΔＯＣＶ＝ｄ×（１００−ｘ）／（１００−ｃ）・・・式（６）で表される。

図２に示した新品の直線の一次式を、Ｑ_ＯＣＶ＝（ＯＣＶｂ＿２５−ｂ）／ａ・・・式（７）（ａ、ｂは定数）とすると、劣化品の直線の一次式は、Ｑ_ＯＣＶ＝（ＯＣＶｂ＿２５−ΔＯＣＶ−ｂ）／ａ・・・式（８）で表される。なお、残存容量Ｑ_ＯＣＶがＳＯＨで規定される満充電容量（＝（新品時の満充電容量）×ＳＯＨ／１００）より大きい場合は、Ｑ_ＯＣＶ＝（ＳＯＨで規定される満充電容量）とする。

ここで、ＯＣＶの測定誤差をδＯＣＶとすると、残存容量Ｑ_ＯＣＶの誤差δＱ_ＯＣＶは、δＱ_ＯＣＶ＝{（ＯＣＶｂ＿２５−ΔＯＣＶ＋δＯＣＶ−ｂ）／ａ−（（ＯＣＶｂ＿２５−ΔＯＣＶ−δＯＣＶ−ｂ）／ａ)｝／２・・・式（９）で表すことができる。

本実施形態では、残存容量Ｑ_ＯＣＶとＯＣＶとの関係式（式（８））や誤差算出式（式（９））等がプログラムデータとしてＲＯＭに格納されており、ＣＰＵは、ＲＡＭに展開されたこれらのプログラムデータを利用して残存容量Ｑ_ＯＣＶ等を算出する。なお、ＳＯＨは、例えば、特許文献３に記載された技術で求めることができる。

２−１−２．内部抵抗からの残存容量Ｑ_Ｒの算出
鉛電池１の内部抵抗は、図６に示すように、例えば、エンジン始動時（鉛電池１からＩＧＮ５を介してセルモータ９に電力を供給する際）の−１００〜−２００Ａの範囲の電圧電流データから最小二乗法により算出した近似線の傾きとして求めることができる。図７に示すように、予め内部抵抗と電池温度のマップを作成しておく（本実施形態ではＲＯＭからＲＡＭに展開されている。）。このマップにエンジン始動時の内部抵抗と電池温度を代入し残存容量Ｑ_Ｒを算出する。

具体的には、例えば、測定した電池温度ｔ°Ｃから比例計算によりｔ°ＣでのＱ−Ｒ関係式を求め、それに内部抵抗値を代入し残存容量Ｑ_Ｒを求める。ここで、残存容量Ｑ_ＲがＳＯＨで規定される満充電容量（＝（新品時の満充電容量）×ＳＯＨ／１００）より大きい場合は、Ｑ_Ｒ＝（ＳＯＨで規定される満充電容量）とする。

ｆａ()を内部抵抗Ｒ、電池温度ｔから残存容量を求める関数とすると、残存容量Ｑ_Ｒの誤差δＱ_Ｒは、δＱ_Ｒ＝{ｆａ（Ｒ＋δＲ，ｔ）−ｆａ（Ｒ−δＲ，ｔ）}／２・・・式（１０）で表すことができる。なお、式（１０）においてδＲは内部抵抗の測定誤差である。電池温度の測定誤差は内部抵抗に比べ小さかったため省略した。

本実施形態では、上述したマップや関係式、誤差算出式（式（１０））等がプログラムデータとしてＲＯＭに格納されており、ＣＰＵは、ＲＡＭに展開されたこれらのプログラムデータを利用して残存容量Ｑ_Ｒ等を算出する。

２−１−３．走行前容量Ｑｆの算出（誤差低減処理）
ＣＰＵは、算出精度を高めるため、最小誤差原理に基づく重み付平均により、走行前容量Ｑｆを、上述した、ＯＣＶからの残存容量Ｑ_ＯＣＶと内部抵抗からの残存容量Ｑ_Ｒとの両者から次式により算出する：Ｑｆ＝Ｗ_ＯＣＶ×Ｑ_ＯＣＶ＋Ｗ_Ｒ・Ｑ_Ｒ・・・式（１１）。ここで、係数Ｗ_Ｒは、Ｗ_Ｒ＝δＱ_ＯＣＶ ^２／（δＱ_ＯＣＶ ^２＋δＱ_Ｒ ^２）・・・式（１２）、係数Ｗ_ＯＣＶは、Ｗ_ＯＣＶ＝１−Ｗ_Ｒ・・・式（１３）である。

２−１−４．過放電判定
図６に示した近似線（２−１−２参照）の相関係数と、鉛電池１の残存容量は、図８に示す関係にある。図８に示すように、相関係数が小さい場合、走行前容量Ｑｆはほぼ０Ａｈとなる。このため、本実施形態では、ＣＰＵは相関係数が０．８未満か否かを判断し、肯定判断のとき（相関係数＜０．８）は走行前容量Ｑｆ＝０Ａｈ、否定判断のとき（相関係数≧０．８）は走行前容量Ｑｆ＝算出した走行前容量Ｑｆとするステップ（アルゴリズム）を追加した。

２−２．充電効率ｃの算出
図９に示すように、予め電池電圧と電池温度のマップを作成しておく（本実施形態ではＲＯＭからＲＡＭに展開されている。）。このマップに測定した電池電圧Ｖと電池温度ｔを代入し充電効率ｃを推定する。具体的には、例えば、測定した電池温度ｔ°Ｃから比例計算によりｔ°ＣでのＶ−ｃ関係式を求め、それに電池電圧値を代入し充電効率ｃを求める。

ＣＰＵは、以上のようにして求めた各値を、式（１）に代入することにより、６時間以上経過した場合の走行前容量Ｑｆを推定する。また、式（１）からも明らかなように、車両走行中は、電流積算値に鉛電池１の充電効率ｃを乗じた値を走行前容量Ｑｆに加算することにより鉛電池１の残存容量を推定する。なお、本実施形態では、説明を明瞭に行うために、ステップ毎に式を明示したが、これらをまとめた式を用いるようにしてもよい。

＜３．エンジン始動の可否の判定＞
図１０はエンジン始動時の等価回路を示している。図１０より、次式（１４）、（１５）が成り立つ。なお、式（１４）、（１５）において、Ｖｐｅａｋはエンジン始動時の鉛電池１の最低電圧値、Ｉｐｅａｋはエンジン始動時の鉛電池１に流れる最大電流値、ＯｕｔＲは自動車の抵抗値、ＩｎＲは鉛電池１の内部抵抗値を表している。

式（１４）、（１５）より、Ｖｐｅａｋ＝（ＯＣＶ×ＯｕｔＲ）／（ＩｎＲ＋ＯｕｔＲ）・・・式（１７）が成り立つ。

ＣＰＵは、式（１７）に現在の残存容量推定値Ｑ、温度から求められたＯＣＶ（ＯＣＶ_Ｑ）、内部抵抗（ＩｎＲ_Ｑ）を代入することによりエンジン（再）始動時の最低電圧の推定値Ｖｅｘｐを算出する。

すなわち、Ｖｅｘｐ＝（ＯＣＶ_Ｑ×ＯｕｔＲ）／（ＩｎＲ_Ｑ＋ＯｕｔＲ）・・・式（１８）により、エンジン始動時の最低電圧の推定値Ｖｅｘｐを算出する。ただし、ＯＣＶ_Ｑ＝（Ｑ×ａ）＋ｂ・・・式（１８）、ＯｕｔＲ＝Ｖｐｅａｋ／Ｉｐｅａｋ・・・式（１９）であり、ＩｎＲ_Ｑは現在の残存容量推定値Ｑ、温度を予め作成してあるマップに代入演算することにより求められる内部抵抗である。なお、ＯｕｔＲは鉛電池１の使用期間中ほぼ一定とみなせるため、本実施形態では、電池搭載（ないし交換）後の数回のエンジン始動時の鉛電池１の最低電圧値Ｖｐｅａｋを最大電流値Ｉｐｅａｋで除した値（の平均値）を求め、その値をＥＥＰＲＯＭに格納しておき、格納した値を読み出して自動車の抵抗値ＯｕｔＲとして用いた。また、ＯｕｔＲは温度により若干異なる場合があるので、温度補正してもよい。

電流センサ２の測定範囲が狭くＩｐｅａｋが測定できない場合、ＯｕｔＲ＝Ｖｐｅａｋ×ＩｎＲ／（ＯＣＶ−Ｖｐｅａｋ）・・・式（２０）として算出するようにしてもよい。このような算出式を用いることにより、電流センサ２の低コスト化を図ることができる。なお、式（２０）において、ＩｎＲは、エンジン始動時のＩＶデ−タを最小２乗近似することにより算出される内部抵抗である。

ＣＰＵは、エンジン始動時の最低電圧の推定値Ｖｅｘｐがエンジン始動のための最低電圧値Ｖｍｉｎに対し、Ｖｅｘｐ≦Ｖｍｉｎ・・・式（２１）か否かを判断し、肯定判断ときにはエンジンを停止すると再始動が不能になると判断してその旨を車両制御システム１１に報知し、否定判断のときにはエンジンを停止しても再始動（ＩＳＳ）が可能と判断してその旨を車両制御システム１１に報知する。否定判断の報知を受けた車両制御システム１１は、エンジンを停止せず、発電機７を継続作動させることで鉛電池１を充電する。なお、エンジン始動のための最低電圧値Ｖｍｉｎは自動車により異なるが６．８〜７．８Ｖ程度であり、本実施形態では７．２Ｖとした。

（効果等）
次に、本実施形態の自動車の作用・効果等について、電池状態検知システム１２の作用・効果等を中心に説明する。

電池状態検知システム１２は、残存容量Ｑ_ＯＣＶ、Ｑ_Ｒおよび測定量の誤差より決定される係数Ｗ_ＯＣＶ、Ｗ_Ｒを算出し、これらから鉛電池１の走行前容量Ｑｆを推定している（式（１１））。このため、従来技術のようにＯＣＶから残存容量を推定する場合の原理的誤差や内部抵抗から残存容量を推定する場合の原理的誤差を小さくすることができるので、走行前の鉛電池１の残存容量を精度よく推定することができる。また、車両走行時は電流積算値に鉛電池１の充電効率ｃを乗じた値を走行前容量Ｑｆに加算することにより鉛電池１の残存容量Ｑを推定しているが、車両走行中の基準となる走行前容量Ｑｆを精度よく推定するとともに、走行中の実際の充放電電流を積算しているので、車両走行中の鉛電池１の残存容量を精度よく把握することができる。

また、電池状態検知システム１２は、エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．８未満の場合、走行前容量Ｑｆを０Ａｈとしている。これにより、鉛電池１の実際の残存容量を反映させた走行前容量Ｑｆを得ることができる。

さらに、電池状態検知システム１２は、精度よく推定した車両走行中の鉛電池１の残存容量Ｑと実際の自動車の抵抗値ＯｕｔＲとにより自動車のエンジン始動の可否を判定している（式（１８）、（２１））。このため、エンジン始動の可否の精度を高めることができる。

また、本実施形態の自動車では、鉛電池１の残存容量を精度よく推定可能な電池状態検知システム１２を備えているので、アイドルストップ・スタートの際に、エンジン再始動を確保することができる。

なお、本実施形態では、相関係数が０．８未満か否かを判断し、肯定判断のとき（は走行前容量Ｑｆ＝０Ａｈ、否定判断のときは走行前容量Ｑｆ＝算出した走行前容量Ｑｆとする例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、相関係数の範囲を０．７〜０．９の範囲で定めることができる。

また、本実施形態では、鉛電池１に１４Ｖ系液式鉛電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、４２Ｖ系液式鉛電池、リテーナに電解液を含有させたタイプの鉛電池、鉛電池の一種のバイポーラ電池等にも適用可能である。またさらに、本実施形態では、アイドルストップ・スタート機能を有する自動車を例示したが、本発明はこのような機能を有しない自動車に適用可能なことは云うまでもない。

さらに、本実施形態では、ホール式の電流センサを例示したが、本発明はこれに限らず、シャント式の電流センサを用いるようにしてもよい。また、本実施形態では、エンジン状態の検知を電圧変動を把握することで検知する例を示したが、電流変動で把握したり、電圧変動および電流変動の両者で把握したりするようにしてもよい。

そして、本実施形態では、マップないし関係式の一方を例示したが、マップを関係式に、または、関係式をマップに置き換えてＣＰＵが演算することができることや、マイコン１０によるソフトウエアをハードウエア等に置換可能なことは論を待たない。

本発明は鉛電池の残存容量を精度よく推定することができる電池状態検知システムおよび該電池状態検知システムを備えた自動車を提供するものであるため、電池状態検知システムおよび自動車の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の自動車の模式図である。 １４Ｖ系鉛電池の残存容量とＯＣＶとの関係を示す説明図である。 電池温度２５°Ｃにおける鉛電池の残存容量と内部抵抗との関係を示す説明図である。 実施形態の自動車のブロック回路図である。 ０°Ｃで暗電流２５ｍＡ放電したときのＯＣＶと２５°ＣＯＣＶとの関係を示す特性線図である。 内部抵抗の算出方法を模式的に示す説明図である。 電池温度、内部抵抗と残存容量のマップである。 残存容量と相関係数との関係を示す説明図である。 電池温度、電圧と充電効率のマップである。 エンジン始動時の自動車の等価回路を示す回路図である。

符号の説明

１ 鉛電池
１０ マイコン（第１の残存容量推定部の一部、第２の残存容量推定部の一部、判定部、電力計測部）
１２ 電池状態検知システム
１００ 自動車

Claims (15)

1. 車両に搭載された鉛電池の状態を判定する電池状態検知システムにおいて、
   車両停止時の前記鉛電池の開回路電圧（ＯＣＶ）をＯＣＶと残存容量との関係を定めた関係式ないしマップに代入することにより前記鉛電池の残存容量Ｑ_ＯＣＶを算出する第１の残存容量推定部と、
   前記鉛電池からエンジン始動用セルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給する際に測定した前記鉛電池の内部抵抗を、複数の温度、残存容量に対応する前記鉛電池の内部抵抗値のマップないし関係式に代入することにより前記鉛電池の残存容量Ｑ_Ｒを算出する第２の残存容量推定部と、
   を備え、前記第１および第２の残存容量推定部で算出された残存容量Ｑ_ＯＣＶ、Ｑ_Ｒおよび測定量の誤差より決定される係数Ｗ_ＯＣＶ、Ｗ_Ｒから走行前の前記鉛電池の残存容量を推定することを特徴とする電池状態検知システム。
2. 車両走行時は電流積算値に前記鉛電池の充電効率を乗じた値を前記走行前の残存容量に加算することにより前記鉛電池の残存容量を推定することを特徴とする請求項１に記載の電池状態検知システム。
3. 前記推定した残存容量と前記車両の抵抗値とにより前記車両のエンジン始動の可否を判定する判定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電池状態検知システム。
4. 前記車両の抵抗値は、エンジン始動時の最低電圧Ｖｐｅａｋをエンジン始動時の最大電流Ｉｐｅａｋで除することにより求めることを特徴とする請求項３に記載の池状態検知システム。
5. 前記車両の抵抗値は、前記車両の抵抗値をＯｕｔＲ、エンジン始動時の最低電圧をＶｐｅａｋ、前記鉛電池の内部抵抗をＩｎＲとしたときに、ＯｕｔＲ＝Ｖｐｅａｋ×ＩｎＲ／（ＯＣＶ−Ｖｐｅａｋ）で求めることを特徴とする請求項３に記載の池状態検知システム。
6. 前記推定した残存容量と前記車両の抵抗値とにより前記車両のエンジン始動の可否を判定する判定部をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の電池状態検知システム。
7. 前記車両の抵抗値は、エンジン始動時の最低電圧Ｖｐｅａｋをエンジン始動時の最大電流Ｉｐｅａｋで除することにより求めることを特徴とする請求項６に記載の池状態検知システム。
8. 前記車両の抵抗値は、前記車両の抵抗値をＯｕｔＲ、エンジン始動時の最低電圧をＶｐｅａｋ、前記鉛電池の内部抵抗をＩｎＲとしたときに、ＯｕｔＲ＝Ｖｐｅａｋ×ＩｎＲ／（ＯＣＶ−Ｖｐｅａｋ）で求めることを特徴とする請求項６に記載の池状態検知システム。
9. エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．７〜０．９より小さい場合、前記走行前の残存容量を０Ａｈとすることを特徴とする請求項１に記載の電池状態検知システム。
10. エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．８未満の場合、前記走行前の残存容量を０Ａｈとすることを特徴とする請求項９に記載の電池状態検知システム。
11. エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．７〜０．９より小さい場合、前記走行前の残存容量を０Ａｈとすることを特徴とする請求項２に記載の電池状態検知システム。
12. エンジン始動時の電流、電圧データを用い最小二乗法により求められた近似曲線の相関係数が０．８未満の場合、前記走行前の残存容量を０Ａｈとすることを特徴とする請求項１１に記載の電池状態検知システム。
13. 前記鉛電池の充放電電気量を計測する電力計測部を備え、前記電力計測部は電池温度、電圧データを複数の温度、電圧に対応する充電効率のマップないし関係式に代入することにより決定される充電効率を用いることを特徴とする請求項２に記載の電池状態検知システム。
14. 前記ＯＣＶは車両停止時に前記鉛電池から車両負荷へ流れる暗電流と前記鉛電池の劣化度（ＳＯＨ）と電池温度とにより補正されることを特徴とする請求項１に記載の電池状態検知システム。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の電池状態検知システムを備えた自動車。

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