JP2003100356A - バッテリの劣化判定装置および劣化判定方法 - Google Patents
バッテリの劣化判定装置および劣化判定方法Info
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Abstract
る。 【解決手段】バッテリの劣化判定装置は、放電を行って
いる際のバッテリ1の第1の電圧と第2の電圧とを所定
間隔でそれぞれ検出する電圧検出装置3と、電圧検出装
置3により検出した第1の電圧と第2の電圧とに基づい
てバッテリ1の電圧特性を算出する電圧特性算出装置1
2と、電圧特性算出装置12により算出されたバッテリ
1の電圧特性と、バッテリが新品時の電圧特性とに基づ
いてバッテリの劣化を判定する判定装置とを備える。こ
れにより、バッテリが放電を行っている時にも正確にバ
ッテリの劣化を判定することができる。
Description
ブリッド車のバッテリの劣化を判定する装置および方法
に関する。
るバッテリは、充電・放電が繰り返し行われることによ
り劣化していく。このバッテリの劣化を判定する装置と
して、特開平11−52033号公報に記載されている
バッテリの劣化判定装置がある。このバッテリの劣化判
定装置では、一定電流にてバッテリの充電を行う際に、
バッテリの端子電圧が第1の電圧から第2の電圧に達す
るまでの時間を検出し、検出した時間に基づいてバッテ
リの劣化度合いを判定している。
バッテリの劣化判定装置では、電気自動車と充電器を接
続してバッテリの充電を行う際に劣化を判定している。
従って、劣化の判定はバッテリの充電時に限定され、電
気自動車の走行中にはバッテリの劣化を判定することが
できなかった。
わち、バッテリを搭載した電気自動車の走行時に正確に
バッテリの劣化判定を行うことができるバッテリの劣化
判定装置および劣化判定方法を提供することにある。
を参照して本発明を説明する。 (1)請求項1の発明によるバッテリの劣化判定装置
は、放電を行っている際のバッテリ1の第1の電圧と第
2の電圧とを所定間隔でそれぞれ検出する電圧検出装置
3と、電圧検出装置3により検出した第1の電圧と第2
の電圧とに基づいてバッテリ1の電圧特性を算出する電
圧特性算出装置12と、電圧特性算出装置12により算
出されたバッテリ1の電圧特性と、バッテリ1が新品時
の電圧特性とに基づいてバッテリ1の劣化を判定する判
定装置12とを備えることにより、上記目的を達成す
る。 (2)請求項2の発明は、請求項1のバッテリの劣化判
定装置において、第1の電圧と第2の電圧は、バッテリ
1の放電電流値が所定値より小さいときに検出すること
を特徴とする。 (3)請求項3の発明は、請求項1のバッテリの劣化判
定装置において、第1の電圧と第2の電圧は、バッテリ
1の放電電流値が所定値より小さく、かつ、その変動が
小さいときに検出することを特徴とする。 (4)請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかのバ
ッテリの劣化判定装置において、所定間隔を、電圧検出
装置3が第1の電圧を検出したときのバッテリ1のSO
C(充電率)に基づいて定めることを特徴とする。 (5)請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかのバ
ッテリの劣化判定装置において、バッテリ1の温度を検
出する温度検出装置13をさらに備え、温度検出装置1
3により検出したバッテリ1の温度に基づいて、バッテ
リ1が新品時の電圧特性を補正することを特徴とする。 (6)請求項6の発明によるバッテリの劣化判定方法
は、放電を行っている際のバッテリ1の第1の電圧と第
2の電圧とを所定間隔でそれぞれ検出し、検出した第1
の電圧と第2の電圧とに基づいてバッテリ1の電圧特性
を算出し、算出したバッテリ1の電圧特性と、バッテリ
1が新品時の電圧特性とに基づいてバッテリ1の劣化を
判定することにより、上記目的を達成する。
では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態
の図1と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態
に限定されるものではない。
る。 (1)請求項1〜5の発明によれば、放電を行っている
際のバッテリの第1の電圧と第2の電圧とを所定間隔で
それぞれ検出する電圧検出装置と、検出した第1の電圧
と第2の電圧とに基づいてバッテリの電圧特性を算出す
る電圧特性算出装置と、算出されたバッテリの電圧特性
とバッテリが新品時の電圧特性とに基づいてバッテリの
劣化を判定する判定装置とを備えることにより、バッテ
リが放電を行っているときに正確にバッテリの劣化を判
定することができる。 (2)請求項2の発明によれば、第1の電圧と第2の電
圧は、バッテリの放電電流値が所定値より小さいときに
検出するので、電圧の検出精度を向上することができ
る。 (3)請求項3の発明によれば、第1の電圧と第2の電
圧は、バッテリの放電電流値が所定値より小さく、か
つ、その変動が小さいときに検出するので、さらに電圧
の検出精度を向上することができる。 (4)請求項4の発明によれば、所定間隔を第1の電圧
を検出したときのバッテリのSOCに基づいて定めるの
で、正確にバッテリの電圧特性を算出することができ
る。 (5)請求項5の発明によれば、バッテリの温度を検出
する温度検出装置をさらに備え、温度検出装置により検
出したバッテリの温度に基づいて、バッテリが新品時の
電圧特性を補正するので、さらに正確にバッテリの劣化
を判定することができる。 (6)請求項6の発明によれば、放電を行っている際の
バッテリの第1の電圧と第2の電圧とを所定間隔でそれ
ぞれ検出し、検出した第1の電圧と第2の電圧とに基づ
いてバッテリの電圧特性を算出し、算出したバッテリの
電圧特性と、バッテリが新品時の電圧特性とに基づいて
バッテリの劣化を判定することにより、バッテリの放電
時に正確にバッテリの劣化を判定することができる。
判定装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を
示す図である。この電気自動車は、バッテリ1の直流電
力をインバータ4で交流電力に変換し、走行駆動源であ
る三相同期モータ5へ交流電力を供給する。供給された
交流電力により三相同期モータ5が回転駆動することに
より、減速機6、ドライブシャフト7a,7bを介して
左右の駆動輪8a,8bが回転して電気自動車が駆動す
ることができる。
個)が直列に接続されて構成され、完全に充電したとき
の端子電圧は403.2V(=4.2×96)である。電流センサ
2は、バッテリ1に流れる充放電電流、すなわち、バッ
テリ1を充電・放電する際に流れる電流を検出する。検
出した電流値は、バッテリコントローラ12に出力す
る。電圧センサ3は、バッテリ1の総電圧を検出して、
バッテリコントローラ12に出力する。温度センサ13
は、バッテリ1の温度を検出して、バッテリコントロー
ラ12に出力する。
CPU,ROM,RAM,送信端子,受信端子を備えて
いる。バッテリコントローラ12は、セルコントローラ
(C/C)11、電流センサ2、電圧センサ3、温度セ
ンサ13等から得られる情報に基づいて、バッテリ1の
各情報を演算し、バッテリ1の制御を行う。バッテリー
コントローラ3とセルコントローラ11とは通信線で接
続されている。セルコントローラ11は、各セルの電圧
を検出するとともに、バッテリコントローラ12から送
信される信号に基づいて、不図示の容量調整回路等を制
御して各セルの容量を調整することができる。
高電圧を低電圧(例えば12V)に変換する。変換され
た電圧は、不図示の12Vバッテリやエアコンのコンプ
レッサ等の補機10に用いられる。
施の形態の手順を示すフローチャートである。このフロ
ーチャートにおける処理は、不図示のイグニッションス
イッチがオンされることにより始まり、所定時間ごとに
バッテリコントローラ12により行われる。以下、ステ
ップS100から順に説明する。
りバッテリ1の充放電電流Iを検出する。なお、電流値
は放電側、すなわち、バッテリ1を放電しているときに
流れる電流をプラスとする。検出した電流Iは、バッテ
リコントローラ12に送信される。次のステップS11
0では、ステップS100で検出した電流Iが所定の範
囲内(0<I<α)であるか否かを判定する。この判定
は、以後の処理で行う電圧の検出を正確に行い、バッテ
リ1の劣化を正確に判定するために行われる。αは、電
圧の検出精度を確保するためのしきい値であり、検出し
た電流Iが所定の範囲内の小さい値であるか、すなわ
ち、バッテリ1が放電状態であり、かつ、ほぼ一定の電
流であるか否かを判定している。所定の範囲内であると
判定するとステップS120に進む。所定の範囲内では
ないと判定するとステップ100に戻り、再び電流を検
出する。
よりバッテリ1の温度を検出する。検出した温度はバッ
テリコントローラ12に送信される。ステップS130
では、ステップS120で検出した温度に基づいて温度
係数KCAPKを算出する。図3は、バッテリ1の温度と温
度係数KCAPK(%)との関係を示す図である。20℃を
基準(KCAPK=100)として、バッテリ1の温度が高
くなるほど温度係数も大きい値となる。温度係数KCAPK
を算出するとステップS140に進む。ステップS14
0では、電圧センサ3によりバッテリ1の総電圧を検出
する。検出した電圧値はバッテリコントローラ12に送
信される。
C(充電率:State of Charge)を算出する。具体的に
は、ステップS140で検出したバッテリ1の総電圧を
バッテリ1を構成するセル数で割ることにより、セルの
平均電圧を算出し、算出したセル電圧に基づいてSOC
を算出する。図4は、バッテリ1のSOCとセル電圧と
の関係を示す一例である。予め、図4に示すようなバッ
テリ1のSOCとセル電圧との関係を示すテーブルを用
意しておき、このテーブルと算出したセル電圧とに基づ
いてSOCを算出する。SOCを算出するとステップS
160に進む。
設定してスタートさせる。設定するタイマ時間Txは、
ステップS150で算出したバッテリ1のSOCに基づ
いて定める。図5は、バッテリ1のSOCとタイマ時間
Txとの関係を示す一例である。予め、図5に示すよう
なバッテリ1のSOCとタイマ時間Txとの関係を示す
テーブルを用意しておき、このテーブルとステップS1
50で算出したSOCとに基づいてタイマ時間Txを算
出する。タイマ時間Txを算出するとステップS170
に進む。
り再びバッテリ1の充放電電流Iを検出する。検出した
電流Iは、バッテリコントローラ12に送信される。次
のステップS180で行う処理は、ステップS110で
行った処理と同じである。すなわち、ステップS170
で検出した電流Iが所定の範囲内(0<I<α)である
か否かを判定する。所定の範囲内であると判定するとス
テップS190に進む。所定の範囲内ではないと判定す
るとステップ100に戻り、再び電流を検出する。
で設定したタイマ時間Txを経過したか否かを判定す
る。経過したと判定するとステップS200に進み、経
過していないと判定するとステップS170に戻る。本
実施の形態におけるバッテリの劣化判定では、ステップ
140でバッテリ1の総電圧を検出した後も、タイマ時
間Txを経過するまでは、何度もバッテリの充放電電流
を検出して所定の範囲内にあるか否かを判定し、所定の
範囲内にあると判定したときにステップS200以降の
処理が行われる。ステップS200では、電圧センサ3
により再びバッテリ1の総電圧を検出する。検出した電
圧値はバッテリコントローラ12に送信される。
バッテリ1の新品時の電圧特性を読み出し、ステップS
130で算出した温度係数KCAPKを用いて温度補正を行
う。バッテリ1の電圧特性とは、ある一定電流にてバッ
テリ1を放電させたときに、バッテリ1の電圧が第1の
電圧から第2の電圧に達するまでの時間変化の特性であ
る。図6は、バッテリ1が新品時の電圧特性と劣化時の
電圧特性を示す図である。図の詳細については後述す
る。この電圧特性は、バッテリ1の温度により異なるの
で、温度補正を行う必要がある。すなわち、バッテリ1
の温度が低いほどバッテリ1の内部抵抗は大きくなるの
で、放電時の時間変化に対する電圧変化も大きくなる。
従って、図7に示すように、バッテリ1の温度が低いほ
ど電圧特性の傾きが大きく(傾きの絶対値が大きく)な
るように温度補正を行う必要がある。この温度補正をバ
ッテリ1が新品時の電圧特性に対して行う。
度補正を行うとステップS220に進む。ステップS2
20では、ステップS140で検出した電圧とステップ
S200で検出した電圧との差をタイマ時間Txで割っ
た傾きと、ステップS210で補正した新品時の電圧特
性とに基づいて、バッテリ1の劣化演算を行う。ステッ
プS140で検出した電圧とステップS200で検出し
た電圧との差をタイマ時間Txで割った傾きを算出する
ことにより、上述した電圧特性を算出することができ
る。
劣化時の電圧特性を示す図である。バッテリ1の劣化が
進行すると、バッテリ1の内部抵抗が大きくなるので、
放電時の電圧の変動も大きくなる。すなわち、図6に示
すように、ある電圧V0から所定時間Txだけ放電を行
った場合、新品時の電圧V1は、バッテリ劣化時の電圧
V1'より大きい値となる。従って、劣化時の電圧特性
の傾きは新品時の電圧特性の傾きに対して大きくなる。
この新品時と劣化時の電圧特性の傾きの差異に基づい
て、バッテリ1の劣化係数を算出する。劣化係数は、図
8に示すように、バッテリ1が新品であるときの劣化係
数を基準(100(%))とし、バッテリ1の劣化が進
行するほど小さい値となる。
プS230に進む。ステップS230では、ステップS
220で算出した劣化係数を不図示のメモリに記憶して
本制御を終了する。
置によれば、充放電電流を検出し(ステップS10
0)、検出した電流が所定の範囲内であるか否かを判定
する(ステップS110)。検出した電流が所定の範囲
内であると判定するとバッテリ1の温度を検出して温度
係数を算出する(ステップS120,S130)。その
後、バッテリ1の総電圧(第1の電圧)を検出してバッ
テリ1のSOCを算出し、算出したSOCに基づいてタ
イマ時間Txを算出してタイマをスタートさせる(ステ
ップS140〜S160)。再び充放電電流を検出して
所定の範囲内であるか否かを判定し、所定の範囲内であ
ると判定すると、タイマ時間Txを経過したか否かを判
定する(ステップS170〜S190)。タイマ時間T
xを経過したと判定すると再びバッテリ1の総電圧(第
2の電圧)を検出(ステップS200)する。その後、
算出した温度係数に基づいてバッテリ1が新品時の電圧
特性に対して温度補正を行い(ステップS210)、放
電中に検出した第1の電圧と第2の電圧との差異をタイ
マ時間Txで割った値(放電特性の傾き)と補正後の新
品時の電圧特性の傾きとに基づいて、劣化係数を算出し
て記憶する(ステップS220,S230)。
置によれば、バッテリ1を搭載した電気自動車の走行中
においてもバッテリ1の劣化を判定することができるの
で、劣化判定を行う場面(状況)が増える。従って、走
行中の車両の状況に応じたバッテリ1の劣化度合いを検
出することができるので、例えば劣化度合いを用いてバ
ッテリ1の残量表示を行う場合に、残量表示の精度を向
上させることができる。また、劣化度合いを用いて車両
制御を行う場合には、制御の精度を向上させることもで
きる。
流が所定の範囲以内にあるときに検出するので、バッテ
リ1の電圧特性を正確に算出することができる。第1の
電圧を検出してから第2の電圧を検出するまでの時間
は、バッテリ1のSOCに基づいて算出しているので、
さらに正確にバッテリ1の電圧特性を算出することがで
きる。さらに、バッテリ1の温度に基づいて新品時の電
圧特性を補正するので、バッテリ1の劣化を正確に判定
することができる。
ことはない。例えば、本発明によるバッテリの劣化判定
装置をハイブリッド車に適用することもできるし、バッ
テリを搭載するものであれば、車両以外にも適用するこ
とができる。また、タイマ時間TxをバッテリのSOC
に基づいて定めたが、DOD(放電深度)に基づいて定
めることもできる。
動車に適用した一実施の形態の構成を示す図
形態のフローチャート
示す図
性を示す図
関係を示す図
示す図
インバータ、5…モータ、6…減速機、7a,7b…ド
ライブシャフト、8a,8b…車輪、9…DC/DCコ
ンバータ、10…補機、11…セルコントローラ、12
…バッテリコントローラ、13…温度センサ
Claims (6)
- 【請求項1】放電を行っている際のバッテリの第1の電
圧と第2の電圧とを所定間隔でそれぞれ検出する電圧検
出装置と、 前記電圧検出装置により検出した前記第1の電圧と前記
第2の電圧とに基づいてバッテリの電圧特性を算出する
電圧特性算出装置と、 前記電圧特性算出装置により算出された前記バッテリの
電圧特性と、バッテリが新品時の電圧特性とに基づいて
バッテリの劣化を判定する判定装置とを備えることを特
徴とするバッテリの劣化判定装置。 - 【請求項2】請求項1に記載のバッテリの劣化判定装置
において、 前記第1の電圧と前記第2の電圧は、前記バッテリの放
電電流値が所定値より小さいときに検出することを特徴
とするバッテリの劣化判定装置。 - 【請求項3】請求項1に記載のバッテリの劣化判定装置
において、 前記第1の電圧と前記第2の電圧は、前記バッテリの放
電電流値が所定値より小さく、かつ、その変動が小さい
ときに検出することを特徴とするバッテリの劣化判定装
置。 - 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載のバッテリ
の劣化判定装置において、 前記所定間隔を、前記電圧検出装置が前記第1の電圧を
検出したときの前記バッテリのSOC(充電率)に基づ
いて定めることを特徴とするバッテリの劣化判定装置。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載のバッテリ
の劣化判定装置において、 バッテリの温度を検出する温度検出装置をさらに備え、 前記温度検出装置により検出した前記バッテリの温度に
基づいて、前記バッテリが新品時の電圧特性を補正する
ことを特徴とするバッテリの劣化判定装置。 - 【請求項6】放電を行っている際のバッテリの第1の電
圧と第2の電圧とを所定間隔でそれぞれ検出し、 検出した前記第1の電圧と前記第2の電圧とに基づいて
バッテリの電圧特性を算出し、 算出した前記バッテリの電圧特性と、バッテリが新品時
の電圧特性とに基づいてバッテリの劣化を判定すること
を特徴とするバッテリの劣化判定方法。
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JP2001293637A JP3743337B2 (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | バッテリの劣化判定装置および劣化判定方法 |
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