JP2001297800A - バッテリ充電状態判定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリを交換した場合でも、このバッテリ
の充電状態を高精度に検出する。 【解決手段】 バッテリ１０に発電機１２が接続され、
バッテリ１０の充電状態を判定装置１４で判定する。判
定装置１４は、充電電圧と充電電流及び充電状態の関係
を記憶するメモリを有し、この関係に基づいて充電状態
を検出する。バッテリ１０を交換した場合、判定装置１
４はこの交換を検出してバッテリ１０を満充電状態から
順次放電して任意の充電状態を作り出し、そのときの充
電電圧と充電電流を検出して新たな関係を作成してメモ
リの内容を更新する。メモリの内容を更新した後、新た
なバッテリ１０の充電状態を新たに作成した関係に基づ
いて検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバッテリ充電状態判
定方法及び装置、特に充電電圧と充電電流に基づいてバ
ッテリの充電状態を判定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、充電電圧と充電電流からバッ
テリの充電状態を判定する技術が知られている。

【０００３】例えば、特開平４−３７２５３６号公報に
は、バッテリの適正充電電圧より低い電圧、適正充電電
圧、適正充電電圧より高い電圧でバッテリを充電し、こ
のときの充電電流と、バッテリが正常な場合であって充
電完了状態にあるときの充電完了電流値とを比較してバ
ッテリの充電状態を判定する装置が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】充電電流と充電電圧に
基づいてバッテリの充電状態を判定する場合、予め充電
電流と充電電圧及び充電状態との関係を規定する必要が
あるが、バッテリの劣化により新たなバッテリに交換せ
ざるを得なくなった場合、新たなバッテリの特性が古い
バッテリの特性と同一である保証は必ずしもなく、特に
異なる種別（具体的には異なる製造元）のバッテリに交
換した場合にはその特性が異なることが予想される。し
たがって、予め規定された関係に基づいて新たなバッテ
リの充電状態を判定すると、その判定精度が低下し、バ
ッテリの充電状態に基づいた種々の制御に影響を与える
可能性もある。

【０００５】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、バッテリを交換し
た場合でも、そのバッテリの充電状態を高精度に判定す
ることができる方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、予め定められた充電電圧と充電電流及び
充電状態との関係に基づいてバッテリの充電状態を判定
する方法であって、前記バッテリの交換を検出する検出
ステップと、前記検出ステップで前記バッテリの交換を
検出した場合に、前記バッテリの満充電状態から放電し
て得られる充電状態における充電電圧と充電電流に基づ
き、前記関係を新たに作成する作成ステップとを有する
ことを特徴とする。バッテリが交換された場合、交換前
のバッテリ特性をそのまま用いることはできない。そこ
で、満充電状態から放電した場合にはバッテリの充電状
態を正確に評価できることを利用し、満充電状態から放
電して得られる任意の充電状態において充電電圧と充電
電流を検出し、交換後の新たなバッテリの特性、すなわ
ち充電電圧と充電電流及び充電状態の関係を算出する。
これにより、バッテリを交換した後においても、新たに
作成された関係に基づいてそのバッテリの充電状態を高
精度に判定することができる。なお、新たな関係が作成
されるまでは、関係に基づいてそのバッテリの充電状態
を判定することはできないが、満充電状態からの放電量
を用いて充電状態を判定できる。

【０００７】ここで、バッテリは例えば車載バッテリで
あり、検出ステップでは、車両電源回路の端子電圧変化
に基づき検出することが好適である。バッテリ交換時に
は、バッテリに接続されていた電源回路が一時的に端子
間電圧０となり、再び元の電圧に戻る。このような電圧
の変化により、バッテリの交換を検出することができ、
この検出をトリガとして新たなバッテリの関係を作成す
る。

【０００８】また、検出ステップでは、異なるバッテリ
種別間の交換を検出することが好適である。バッテリが
交換された場合でも、同一種別のバッテリである場合に
は交換前の関係をそのまま維持できる場合もあるからで
ある。種別の異なるバッテリに交換された場合にのみ新
たなバッテリの関係を作成することで、効率的な処理が
可能となる。

【０００９】また、本発明の充電状態判定装置は、予め
定められた充電電圧と充電電流及び充電状態との関係を
記憶する記憶手段と、バッテリの交換を検出する検出手
段と、前記検出手段で前記バッテリの交換を検出した場
合に、前記バッテリの満充電状態から放電して得られる
充電状態における充電電圧と充電電流に基づき、前記関
係を更新する更新手段とを有することを特徴とする。バ
ッテリが交換された場合に、新たなバッテリの充電電圧
と充電電流及び充電状態の関係を算出して記憶手段に記
憶されている交換前のバッテリの関係を更新すること
で、バッテリ交換後においてもバッテリの充電状態を精
度良く検出できる。なお、更新とは、記憶手段に記憶さ
れている関係を全面的に書き換える（オーバライト）場
合のみならず、記憶手段に記憶されている関係を維持し
つつ、その関係を補正する場合も含まれる。前者の場
合、記憶手段としては書き換え可能型であることが好ま
しく、後者の場合には読み出し専用型を用いることもで
きる。

【００１０】ここで、検出手段は、前記バッテリに接続
された電源回路のリセットを検出することでバッテリの
交換を検出するのが好適である。バッテリの交換に伴っ
て端子間電圧が０となると電源回路がリセットされるた
め、このリセット状態を検出して更新を開始すること
で、ユーザの手間を省くことができる。

【００１１】また、検出手段は、異なるバッテリ種別間
の交換を検出することが好適であり、種別の異同は、バ
ッテリの満充電状態から放電して得られる充電状態にお
ける充電電圧と充電電流の関係を、前記記憶手段に記憶
されている関係と比較することにより検出することが好
適である。種別が同一である場合は、充電電圧と充電電
流及び充電状態の関係も互いに一致ないし近似している
が、種別が異なる場合には関係も異なってくる。そこ
で、交換後のバッテリについて満充電状態から放電して
得られるある充電充電状態における充電電圧と充電電流
の関係と、記憶手段に記憶されている交換前のバッテリ
の対応する関係を比較し、相違する場合には種別が異な
ると判定することができる。２つの関係を比較する充電
状態の値は任意であるが、更新の必要性を早期に判定す
る観点からは、満充電に近い充電状態で判定すること
（例えば充電状態が９０％程度）が好適であろう。もち
ろん、種別の異なる２つのバッテリで、その特性変化が
顕著に現れるのが低い充電状態であるときにはその充電
状態で比較することが好適である。２つの関係を比較す
る際には、例えば新たなバッテリの充電状態Ｓにおける
充電電流Ｉａと記憶手段に記憶された充電状態Ｓにおけ
る充電電流Ｉｂを比較すればよく、あるいはバッテリの
経時劣化を考慮して記憶手段に記憶された関係を補正す
るパラメータを有している場合には、交換前のバッテリ
の補正パラメータと交換後のバッテリの補正パラメータ
を互いに比較することも好適である。補正パラメータ
は、バッテリの劣化特性を示すもので種別毎に異なるか
らである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について、車載バッテリを例にとり説明する。

【００１３】図１には、本実施形態の回路構成が示され
ている。バッテリ１０が設けられ、このバッテリ１０に
は発電機１２が接続される。発電機１２は、例えば車両
のオルタネータが用いられる。また、図示していない
が、バッテリ１０には負荷としてモータ／ジェネレータ
（Ｍ／Ｇ）等が接続され、バッテリ１０は必要な場合に
Ｍ／Ｇ等の負荷を駆動する。

【００１４】バッテリ１０が負荷を駆動するための十分
な容量を有しているか否かは、バッテリに接続された判
定装置１４により判定される。そして、バッテリ１０の
容量が十分でない、すなわち充電状態が低い場合には、
判定装置１４は発電機１２に制御信号ＣＯＮＴを出力し
て発電機１２を作動させバッテリ１０を充電する。な
お、バッテリ１０の充電電圧は、温度センサ１６で検出
されたバッテリ１０の温度に応じて設定することが好適
である。

【００１５】判定装置１４によるバッテリ１０の充電状
態判定は、バッテリ１０の充電電圧と充電電流に基づき
行われる。すなわち、充電電圧と充電電流及び充電状態
（ＳＯＣ）の関係は予め判定装置１４内のメモリに記憶
しておき、発電機１２が作動して充電するときの充電電
圧と充電電流をそれぞれ電圧センサ１８及び電流センサ
２０で検出し、検出した値と予めメモリに記憶されてい
る関係に基づいてバッテリ１０の充電状態を判定する。
図５には、メモリに記憶される充電電圧と充電電流及び
充電状態の関係の一例が示されている。なお、図では説
明の都合上、充電状態（ＳＯＣ）が５０％、７０％、９
０％の場合のみ示されているが、必要に応じてより細か
い充電状態における関係を記憶しておく。充電電圧と充
電電流を検出することで、対応する充電状態を一義的に
決定することができる。この関係は、関数として記憶し
てもよく、テーブル形式あるいはマップ形式で記憶して
もよい。

【００１６】しかしながら、バッテリ１０が劣化した等
によりユーザが新たなバッテリと交換した場合、新たな
バッテリの特性は交換前の古いバッテリの特性と異なる
ことがあり、特に種別、具体的には製造元の異なるバッ
テリに交換した場合にはその相違が顕著となる。

【００１７】そこで、本実施形態における判定装置１４
は、バッテリ１０の交換を検出し、バッテリ１０が交換
された場合にメモリに記憶されている関係を新たなバッ
テリで適用できるように更新する。判定装置１４は、具
体的にはＣＰＵ及びメモリを有するマイクロコンピュー
タで構成され、ＣＰＵがバッテリ１０の電源回路からの
取り外しと再接続、すなわち端子間電圧の変化（端子間
電圧の０状態への変化あるいはパワーリセット状態）に
基づいてバッテリ１０の交換を検出し、この交換検出を
トリガとして新たなバッテリの充電電圧と充電電流及び
充電状態との関係を作成し直してメモリに記憶された関
係を更新する。メモリは、例えば書き換え可能なＲＡＭ
あるいはＥＥＰＲＯＭで構成することができる。

【００１８】図２には、本実施形態における判定装置１
４の処理フローチャートが示されている。まず、バッテ
リ１０の交換を検出すると、バッテリ１０を満充電状態
まで充電する（Ｓ１０１）。なお、通常、新規のバッテ
リ１０に交換した場合には既に満充電状態となっている
ので、この処理を不要とすることができる。また、バッ
テリの交換を検出する処理については後述する。

【００１９】次に、一定の電流を放電し、バッテリ１０
が任意の容量となった時点で発電機１２を作動させてバ
ッテリ１０を充電し、そのときの充電電圧Ｖと充電電流
Ｉを検出する（Ｓ１０２）。満充電状態から放電した場
合、判定装置１４内のＣＰＵはその放電電流の積算値か
らバッテリ１０の容量、すなわち充電状態を高精度に推
定することができる。具体的には、負荷を駆動した際の
放電電流を積算してＡ・Ｈ（アンペアアワー）を算出
し、このアンペアパワー（電力）を満充電状態のＡ・Ｈ
から差し引いて充電状態を推定する。この処理により、
ある充電状態における（充電電圧、充電電流、充電状
態）の関係が算出されるので、判定装置１４内のＣＰＵ
はメモリに書き込むことで交換前のバッテリの関係を更
新する（Ｓ１０３）。関係が充電状態毎のマップ形式で
記憶されている場合には、その充電状態における充電電
圧値と充電電流値が更新されることになる。

【００２０】以上の処理をバッテリ１０が放電可能であ
るときに繰り返し実行し（放電可能であるか否かは、Ｓ
１０２で推定した充電状態から判定できる）、満充電状
態から放電して得られる充電状態において充電電圧と充
電電流を検出して（充電電圧、充電電流、充電状態）の
組を算出し、メモリ内に順次書き込んでいく（Ｓ１０
４、Ｓ１０５）。必要な全ての充電状態において充電電
圧と充電電流を算出しメモリに記憶すると、交換後の新
たなバッテリ１０についての関係（マップ）がメモリに
記憶されることとなり、以後はこの関係を用いてバッテ
リ１０の充電状態を正確に検出することができる。な
お、Ｓ１０２の処理において、充電状態を例えば１０％
きざみで設定し、その間の充電状態については線形補間
して処理を簡易化してもよい。すなわち、満充電状態か
ら９０％、８０％、７０％、・・まで順次放電させ、そ
れぞれの充電電圧と充電電流を検出して概略マップを作
成し、充電状態８５％の値は８０％と９０％の値の平均
値として算出する。もちろん、９０％、８０％、・・・
と予め充電状態を決定しておくのではなく、バッテリ１
０を任意に放電させ、そのときの充電状態及び充電電
圧、充電電流を検出して更新することもできる。また、
特定の範囲の充電状態、例えば５０％以下の充電状態の
みについて充電電圧と充電電流を検出し、この範囲につ
いて限定的に更新することもできる。

【００２１】図３には、判定装置１４の他の処理フロー
チャートが示されている。この処理においては、車両が
交差点などで停止した場合にエンジンを自動的に停止さ
せ、燃費向上を図る制御（以下、これを便宜上エコラン
制御と称する）と組み合わせた場合の処理である。エコ
ラン制御においては、バッテリ１０の充電状態を検出
し、充電状態が所定値以上（例えば６０％以上）であれ
ば車両停止中にエンジンも停止するエコラン制御に移行
し、充電状態が所定値より小さい場合には車両停止中で
あってもエンジンを自動停止させず発電機１２によりバ
ッテリ１０を充電する。したがって、現在のバッテリ１
０の充電状態を正確に評価することが必要となる。

【００２２】まず、判定装置１４はバッテリ１０の交換
を検出すると、バッテリ１０を満充電状態まで充電し、
エコラン制御に移行する（Ｓ２０１）。バッテリ１０が
新規バッテリである場合には、通常満充電状態であるの
で直ちにエコラン制御に入ってもよい。次に、エコラン
制御中の放電電流値を積算する（Ｓ２０２）。そして、
満充電状態からの放電電力を満充電状態の電力から差し
引くことで現在の充電状態を推定し、エンジンが再始動
し発電機１２でバッテリ１０を充電するときの充電電圧
と充電電流を検出して（Ｓ２０３）、そのときの（充電
電圧、充電電流、充電状態）の関係をメモリに書き込む
（Ｓ２０４）。エコラン制御中に以上の処理を必要な全
ての充電状態に対して繰り返し実行する（Ｓ２０５）。

【００２３】これにより、エコラン制御を行いつつ、交
換後のバッテリに対応した関係を作成してメモリに記憶
することができる。新たな関係が作成される間は、満充
電状態からの放電により推定される充電状態でエコラン
制御の可否を判定し、新たな関係が作成されメモリに記
憶された後は、ＣＰＵはこの関係を用いてバッテリ１０
の充電状態を検出し、エコラン制御の可否を判定する。

【００２４】図４には、判定装置１４においてバッテリ
１０の交換を検出する処理フローチャートが示されてい
る。まず、判定装置１４のＣＰＵはパワーリセットの有
無によりバッテリ１０の脱着を判定する（Ｓ３０１）。
そして、バッテリ１０が電源回路から取り外され、再接
続されたと判定した場合には、交換後のバッテリが交換
前のバッテリと同一種別か否かを判定する。この判定
は、新たなバッテリの特性と交換前のバッテリの特性の
相違、より具体的にはバッテリの劣化に伴う特性変化を
示す補正係数を用いて行われる。一般に、バッテリ１０
が充放電サイクルを繰り返すことにより劣化した場合、
当初の（充電電圧、充電電流、充電状態）の関係からず
れが生じ、正確に充電状態を検出することが困難とな
る。そこで、例えば本願出願人が先に特願平１１−３１
８３１２号で提案したように、満充電状態から放電させ
て得られる充電状態における充電電圧と充電電流との関
係と当初に規定された関係とを比較し、補正係数を算出
して当初の関係を補正することが有効となる。この補正
係数は、具体的にはα（Ｖ）＝Ｉｏ／Ｉにより算出する
ことができる。ここで、Ｉは満充電状態から放電して得
られるある充電状態における充電電流値であり、Ｉｏは
その充電状態における当初の充電電流値である。補正係
数は例えばＲＡＭに記憶され、検出された充電電流値を
この補正係数で補正することで、劣化状態においてもバ
ッテリ１０の充電状態を精度よく検出することができ
る。補正係数は、バッテリ１０の使用中において適当な
タイミングで繰り返し算出され、バッテリ１０の劣化状
態に応じた値に調整される。

【００２５】バッテリ１０が交換された場合、この新規
バッテリ１０は未だ劣化状態にないが、補正係数算出ア
ルゴリズムにしたがい補正係数を算出する、すなわち新
規バッテリ１０の補正係数をメモリに記憶された交換前
の関係に基づいて算出すると、既に算出されている補正
係数と異なる値となるが、同一種別のバッテリの場合に
はその相違は比較的小さくなる。そこで、この事実を利
用し、バッテリ１０が交換された場合には、ＣＰＵはこ
の新規バッテリ１０の補正係数を算出し（Ｓ３０２）、
既にＲＡＭに記憶されている交換前のバッテリ１０の補
正係数と比較する（Ｓ３０３）。比較の結果、両補正係
数に所定値以上のずれがない場合（Ｓ３０４でＮＯ）に
は同一種別のバッテリ１０に交換されたと判定し、メモ
リに記憶されている関係を更新することなくそのまま用
いてバッテリ１０の充電状態を検出する（Ｓ３０７）。

【００２６】そして、新規バッテリ１０の劣化に伴う特
性変化に対応すべく、補正係数の算出を所定のタイミン
グで実行する（Ｓ３０８）。

【００２７】また、補正係数を比較した結果、所定値以
上のずれが存在する場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）には、異
なる種別のバッテリ１０に交換されたと判定し、メモリ
に記憶されている関係を更新する必要があるとして（Ｓ
３０５）、図２あるいは図３に示された更新処理に移行
し更新する（Ｓ３０６）。

【００２８】なお、同一種別のバッテリ１０に交換した
場合、その特性はメモリに記憶されている関係とほぼ同
一であるため補正係数は１に近くなり、異なる種別のバ
ッテリ１０に交換した場合には、その特性はメモリに記
憶されている関係と異なるため補正係数は１からずれる
ことになる。したがって、新規バッテリ１０の補正係数
の値自体から種別を判定することも可能である。

【００２９】以上、本発明の実施形態について説明した
が、これに限定されることなく本発明の技術思想の範囲
内で種々の変更が可能である。

【００３０】例えば、本実施形態ではバッテリの交換を
装置側で自動的に検出してメモリに記憶された（充電電
圧、充電電流、充電状態）の関係を更新しているが、バ
ッテリが交換された際のユーザからの入力（例えばボタ
ン操作）により更新処理を開始してもよい。バッテリの
種別の異同をユーザが入力するようにしてもよい。

【００３１】また、本実施形態では、同一種別に交換さ
れた場合には更新せず、異なる種別に交換された場合に
更新しているが、種別の有無にかかわらず更新処理を行
ってもよい。

【００３２】さらに、本実施形態では、バッテリが交換
された場合にメモリに記憶された関係自体を書き換える
ことで更新しているが、関係に対する補正係数を算出す
ることで間接的に更新してもよいことは言うまでもな
い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バッテリを交換した場合でも、このバッテリの充電状態
を高精度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の構成図である。

【図２】 実施形態の全体処理フローチャートである。

【図３】 他の実施形態の全体処理フローチャートであ
る。

【図４】 実施形態のバッテリ交換検出処理フローチャ
ートである。

【図５】 充電電圧と充電電流及び充電状態の関係を示
すグラフ図である。

【符号の説明】

１０ バッテリ、１２ 発電機、１４ 判定装置。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CB12 CB31 CC01 CC03 CC14 CC23 CC27 CC28 CF06 5G003 AA07 BA01 CA01 CA11 CA20 CB01 EA05 FA06 5G060 AA06 CB03 CB16 5H030 AA03 AS08 BB01 DD08 DD20 FF41 FF43

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定められた充電電圧と充電電流及び
   充電状態との関係に基づいてバッテリの充電状態を判定
   する方法であって、 前記バッテリの交換を検出する検出ステップと、 前記検出ステップで前記バッテリの交換を検出した場合
   に、前記バッテリの満充電状態から放電して得られる充
   電状態における充電電圧と充電電流に基づき、前記関係
   を新たに作成する作成ステップと、 を有することを特徴とするバッテリ充電状態判定方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 前記バッテリは車両に搭載されるバッテリであり、 前記検出ステップでは、車両電源回路の端子電圧変化に
   基づき検出することを特徴とするバッテリ充電状態判定
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載の方法に
   おいて、 前記検出ステップでは、異なるバッテリ種別間の交換を
   検出することを特徴とするバッテリ充電状態判定方法。
4. 【請求項４】 予め定められた充電電圧と充電電流及び
   充電状態との関係を記憶する記憶手段と、 バッテリの交換を検出する検出手段と、 前記検出手段で前記バッテリの交換を検出した場合に、
   前記バッテリの満充電状態から放電して得られる充電状
   態における充電電圧と充電電流に基づき、前記関係を更
   新する更新手段と、 を有することを特徴とするバッテリ充電状態判定装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の装置において、 前記検出手段は、前記バッテリに接続された電源回路の
   リセットを検出することを特徴とするバッテリ充電状態
   判定装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の装置において、 前記検出手段は、異なるバッテリ種別間の交換を検出す
   ることを特徴とするバッテリ充電状態判定装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の装置において、 前記検出手段は、前記バッテリの満充電状態から放電し
   て得られる充電状態における充電電圧と充電電流の関係
   を、前記記憶手段に記憶されている関係と比較すること
   により前記異なるバッテリ種別間の交換を検出すること
   を特徴とするバッテリ充電状態判定装置。