JP2004045235A

JP2004045235A - 内部抵抗推定方法、充電状態推定方法及びエンジン始動判定方法

Info

Publication number: JP2004045235A
Application number: JP2002203550A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yamada; 山田　惠造
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】高精度で低コストの内部抵抗推定方法を提供する。
【解決手段】異なる３つの時刻で鉛電池の電流値、電圧値及び温度値を測定し、η＝ｂ−Ｅ＋Ｉ・Ｒｏｈｍとしたときに、０．７＜Ｉ／ａ［ｅｘｐ（１．７×１０^４η／Ｔ）−ｅｘｐ（−１．１×１０^４η／Ｔ）］＜１．３の不等式に代入してパラメータａ、ｂを演算し（Ｓ２００）、現在の電流値、電圧値及び温度値を測定して（Ｓ２０２）内部抵抗Ｒｏｈｍを不等式から算出する（Ｓ２０４）。電流に依存しない電池の内部抵抗値が得られる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部抵抗推定方法、充電状態推定方法及びエンジン始動判定方法に係り、特に、電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法、電池の充電状態を推定する充電状態推定方法及び電池の充電状態を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内部抵抗、放電電圧、開回路電圧などが劣化状態や充電状態などの電池状態の指標として用いられている。自動車、携帯機器などの高性能化や多機能化に伴いこれらに使用される電池の負荷が大きくなるに従い、電池状態監視や充電状態制御の重要性が益々大きくなってきている。自動車用の電池においては、自動車高性能化の一つであるアイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）、回生充電などによる排ガスの削減に対応するため、これらの用途に適した電池状態に電池を保つ技術が望まれている。鉛電池はこれらの用途に応用できる代表的な電池のひとつである。
【０００３】
ところで、電池の内部抵抗は電池の充電状態や劣化状態に依存するため、上記の用途に適した電池状態の指標としてしばしば用いられる。内部抵抗の求め方としては、交流法や直流法で求める方法と、内部抵抗と一緒に開回路電圧と充電状態とを開回路電圧と内部抵抗との関係式やマップ等から求める方法とがある。
【０００４】
通常の交流法や直流法で求めた内部抵抗は電流に依存するので、電流に依存しない内部抵抗として電圧電流曲線の傾きから求める微分内部抵抗が電池状態の指標として提案されている。また、通常の交流法や直流法で求めた内部抵抗を用いて充電状態を推定する場合には、例えば、特開平８−８３６２８号公報や特開平５−１７２９１３号公報に開示されているように、電流と内部抵抗との関係を対応づけるマップを参照して電流依存性を排除している。
【０００５】
通常の交流法や直流法が電流変化を必要とするのに対し、内部抵抗を開回路電圧と内部抵抗との関係式等から求める方法では、例えば、特開２０００−２５８５１３号に開示されているように、定常電流が流れている状態でも内部抵抗の測定が可能である。
【０００６】
また、直流抵抗測定において測定の自動化（特開平１０−１９７６１３）やノイズの影響を除くための方法（特開平８−１４６１０７）も考案され、内部抵抗測定精度の向上が試みられてきた。
【０００７】
一方、内部抵抗を充電状態の推定に利用する場合には、上述した特開平８−８３６２８号公報や特開平５−１７２９１３号公報に開示されているように、内部抵抗や放電電圧と充電状態との関係を対応づけるマップを参照することで内部抵抗から充電状態を推定する方法が一般的である。放電電圧は直流法による内部抵抗と実質的に同じ意味を持ち、内部抵抗と同様に充電状態推定に利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した交流法や直流法において、電流依存性を排除するために電流と内部抵抗との関係を対応づけるマップを参照する場合には、電池の仕様毎に電流・温度補正のために大量のデータ収集・解析が必要となるので、開発費用の増大や、新しい仕様の電池の充電状態推定に利用する際にマップ変更の煩雑さを伴うなどの不都合が生ずる。
【０００９】
また、従来の開回路電圧と内部抵抗との関係式等から充電状態を求める方法では、内部抵抗と充電状態との関係が既知であるとして扱っているので、仕様の異なる電池に載せ換えたり、電池が劣化した場合には、電池の内部抵抗と充電状態との関係が変化して内部抵抗に誤差が生ずる。また、個々の電池の製造条件のバラツキに起因する、内部抵抗と充電状態との関係の個体差が誤差を大きくし、これを避けることができない。従って、これらの誤差のために、充電状態の推定値の誤差も大きくなる、という問題がある。
【００１０】
更に、交流法や直流法で求めた内部抵抗や、従来の開回路電圧と内部抵抗との関係式等から求めた内部抵抗を、内部抵抗と充電状態との関係が未知の電池に適用しても、高精度の充電状態推定値を得ることは難しく、たとえ内部抵抗と充電状態との関係が既知だとしても製造条件のバラツキに起因する内部抵抗と充電状態との関係の個体差による誤差を避けることはできない。
【００１１】
また、内部抵抗の測定をリアルタイムに行う場合に、例えば、電池に流れる電流を積算する電流積算回路を用いると、コスト高を招くという問題がある。多くの時間、電池には低電流が流れており、低電流時の電池電圧などの測定値から充電状態を高精度で推定できれば低コストでリアルタイムな充電状態推定が可能なはずであるが、低電流での電圧降下は大電流の場合よりオーミックな抵抗成分の寄与が少ないため測定誤差が大きくなってしまう。例えば、鉛電池では、充電状態による内部抵抗の変化が、充電状態によって電解液濃度が変化し電解液抵抗を含む内部抵抗のオーミックな成分の大きさも変わるので、オーミックな抵抗成分だけを取り出すことは難しい。
【００１２】
本発明は上記事案に鑑み、高精度で低コストの内部抵抗推定方法、充電状態推定方法及びエンジン始動判定方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法であって、異なる２以上の時刻に前記電池を流れる電流及び前記電池の放電電圧を測定し、少なくとも前記内部抵抗及び前記電池の開回路電圧に対応するパラメータを含む不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値を代入して前記内部抵抗の抵抗値を求める。
【００１４】
本態様では、異なる２以上の時刻に電池を流れる電流及び電池の放電電圧を測定して不等式に代入して内部抵抗の抵抗値を求めることで、電流に依存しない内部抵抗を得ることができる。このため、仕様毎に電流と内部抵抗との関係を対応づけるマップの作成が不要となるので、低コストで内部抵抗を推定することができると共に、内部抵抗を求める不等式には少なくとも電池の開回路電圧に対応するパラメータが含まれており、エンジン始動時以外の低電流の電流値を用いて内部抵抗を求めることができるので、高精度に内部抵抗を推定することができる。
【００１５】
このような不等式としては、例えば、下記式（３）や電池温度を考慮した下記式（１）及び式（２）を用いることができる。
【００１６】
【数３】

【００１７】
【数４】

【００１８】
上記不等式において、Ｉは電池を流れる電流の値（Ａ）、Ｅは電池の放電電圧の値（Ｖ）、Ｔは電池の温度の値（°Ｃ）、Ｒｏｈｍは内部抵抗の値（Ω）、反応分極をη、ａは電極反応種の電極表面濃度と反応速度定数とに依存するパラメータ、ｂ、ｃは電池の開回路電圧に対応するパラメータである。なお、パラメータｂ、ｃは上述したように同一の意味を有するパラメータであるが、異なる式中で用いられるので、必ずしも同じ値とはならない。
【００１９】
本発明の第２の態様は、電池の充電状態を推定する充電状態推定方法であって、異なる２以上の時刻に前記電池を流れる電流及び前記電池の放電電圧を測定し、少なくとも前記内部抵抗及び前記電池の開回路電圧に対応するパラメータを含む不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値を代入して前記内部抵抗の抵抗値を求め、前記求めた内部抵抗値を指標として前記電池の充電状態の値を算出する。本態様では、高精度かつ低コストの第１の態様の内部抵抗推定方法を用いて内部抵抗値を求め、該内部抵抗値を指標として充電状態を推定するので、高精度かつ低コストで電池の充電状態を推定することができる。
【００２０】
本発明の第３の態様は、電池の充電状態を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法であって、異なる２以上の時刻に前記電池を流れる電流及び前記電池の放電電圧を測定し、少なくとも前記内部抵抗及び前記電池の開回路電圧に対応するパラメータを含む不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値を代入して前記内部抵抗の抵抗値を求め、前記求めた内部抵抗値を指標として前記電池の充電状態の値を算出し、前記算出した充電状態の値と予め設定され前記エンジンの始動に必要な最小の充電状態を表す最小充電状態値とを比較して前記算出した充電状態の値が前記最小充電状態値以上のときに前記エンジンの始動が可能と判定する。本態様では、高精度かつ低コストの第２の態様の充電状態推定方法を用いて充電状態の値を算出し、該算出した充電状態の値と予め設定されエンジンの始動に必要な最小の充電状態を表す最小充電状態値とを比較してエンジン始動の適性を判定するので、高精度かつ低コストでエンジンの始動適性の判定を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明をエンジン始動判定装置に適用した第１の実施の形態について説明する。本実施形態のエンジン始動判定装置は、鉛電池の内部抵抗を演算してエンジン始動が可能か否かの判定をするものである。なお、鉛電池は図示しない発電機で充電可能な４２Ｖ系システムの一部を構成している。
【００２２】
＜構成＞
鉛電池は、内部を縦横に仕切る隔壁によって１８個のセル室が画定されたシール（密閉）型の電池である。各セル室には、複数の正極板と、正極板の枚数より１枚多い負極板とがセパレータ（リテーナ）を挟んで交互に配列され両外側に負極板を配置した極板群が１組ずつ収納されており、リテーナに電解液（希硫酸）が保持されている。各セル室は密閉されており、上部に制御弁が配設されている。各セル間は導電性の接続部材により直列に接続されている。各セル電圧は２Ｖであり、鉛電池全体の公称電圧は３６Ｖである。鉛電池の上部対角位置には正極端子及び負極端子が立設されている。
【００２３】
図１に示すように、鉛電池１０の正極端子は、鉛電池１０に流れる電流Ｉを検出するためのシャント抵抗２１の一端に接続されている。シャント抵抗２１の他端は外部＋端子に接続されている。シャント抵抗２１の両端は、後述する電流検出部２６に接続されている。また、鉛電池１０の正極端子及び負極端子は、鉛電池１０の両端電圧Ｅを検出する電圧計２２にそれぞれ接続されている。電圧計２２は、後述する電圧検出部２７に接続されている。鉛電池１０の負極端子は、外部−端子に接続されている。鉛電池１０の略中央部表面には、鉛電池１０の温度Ｔを検出するサーミスタ等の温度センサ２３が固着されている。温度センサ２３の両端は後述する温度検出部２８に接続されている。
【００２４】
エンジン始動判定装置２０は、装置全体の制御を行うＣＰＵブロック３０を備えている。ＣＰＵブロック３０は、エンジン始動判定装置２０内の各部とのデータ転送を制御しデータの演算を行うＣＰＵ３０ａ、エンジン始動判定装置２０の基本制御プログラムが記憶されたＲＯＭ３０ｂ、ＣＰＵのワークエリアとして働くと共に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ３０ｃ及びこれらを接続する内部バスで構成されている。
【００２５】
ＣＰＵブロック３０には外部バス２９が接続されている。外部バス２９は、シャント抵抗２１で検出した電圧を電流値としてＡ／Ｄ変換する電流検出部２６、電圧計２２で検出した鉛電池１０の両端の電圧ＥをＡ／Ｄ変換する電圧検出部２７、温度センサ２３で検出した鉛電池１０の温度ＴをＡ／Ｄ変換する温度検出部２８、後述するテーブル等を記憶した不揮発性のＥＰＲＯＭ３１、車輌側ＣＰＵ３５にデータを出力するときのインターフェースとなるパラレルインターフェース３３にそれぞれ接続されている。
【００２６】
＜動作＞
次に、フローチャートを参照して本実施形態のエンジン始動判定装置２０の動作について説明する。エンジン始動判定装置２０に鉛電池１０から図示しない電源部を介して電源が投入されると、ＲＯＭ３０ｂに記憶されている基本制御プログラムはＲＡＭ３０ｃに展開され、以降ＣＰＵ３０ａはＲＡＭ３０ｃに展開された基本制御プログラムに従って鉛電池１０の内部抵抗Ｒｏｈｍを演算してエンジンの始動を判定するエンジン始動判定ルーチンを実行する。なお、この時点でＥＰＲＯＭ３１に記憶されたマップのデータ等もＲＡＭ３０ｃに展開されている。
【００２７】
図２に示すように、エンジン始動判定ルーチンでは、まず、ステップ２００において、電極反応種の電極表面濃度と反応速度定数に依存するパラメータａ及び開回路電圧に対応するパラメータｂを演算するパラメータ演算処理サブルーチンを実行する。
【００２８】
図３に示すように、このパラメータ演算処理サブルーチンでは、ステップ３００において、電流Ｉのサンプリング時刻を異ならせるために、所定時間（例えば１０秒）が経過するまで待機する。次のステップ３０２では、電流検出部２６でＡ／Ｄ変換された電流値Ｉを取り込む。
【００２９】
次にステップ３０４において、自然放電と外部短絡とによる電流値を排除するために、取り込んだ電流値Ｉが１（Ａ）＜電流値Ｉ＜３００（Ａ）の範囲にあるか否かを判断し、否定判断のときはステップ３００に戻る。一方、肯定判断のときはステップ３０６において、ＲＡＭ３０ｃに１つ目の電流値Ｉが格納されているか否かを判断し、肯定判断のときはステップ３１０に進み、否定判断のときはステップ３０８に進む。
【００３０】
ステップ３０８では、既にＲＡＭ３０ｃに既に別の電流値Ｉが少なくとも１つ格納されているので、内部抵抗Ｒｏｈｍの演算精度を高めるために、既に格納されている電流値Ｉとステップ３０２で取り込んだ電流値Ｉとの差の絶対値が所定値（例えば、０．５（Ａ））以上か否かを判断し、否定判断のときは所定値以上差のある電流値Ｉを取り込むためにステップ３００に戻り、肯定判断のときはステップ３１０に進む。
【００３１】
ステップ３１０では、ステップ３０２で取り込んだ電流値ＩをＲＡＭ３０ｃに格納すると共に、電圧検出部２７及び温度検出部２８でＡ／Ｄ変換された電圧値Ｅ及び温度値Ｔを取り込んでＲＡＭ３０ｃに格納する。これにより、電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔの１組のデータ（Ｉ、Ｅ、Ｔ）がＲＡＭ３０ｃに格納される。
【００３２】
次のステップ３１２では、電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔの３組のデータを得るために、ＲＡＭ３０ｃに格納された電流値Ｉの個数が３個か否かを判断し、否定判断のときはステップ３００に戻り電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔの測定値が３組となるまで測定する。一方、肯定判断のときはステップ３１４において、下記式（１）及び式（２）をＲＡＭ３０ｃから読み出して、ステップ３１０で格納した異なる３つの時刻での電流、電圧及び温度の測定値（Ｉ１、Ｅ１、Ｔ１）、（Ｉ２、Ｅ２、Ｔ２）、（Ｉ３、Ｅ３、Ｔ３）と、を代入することにより、内部抵抗Ｒｏｈｍ、パラメータａ及びパラメータｂを演算する。なお、式（１）及び式（２）において、ηは反応分極を表している。
【００３３】
【数５】

【００３４】
この内部抵抗Ｒｏｈｍ、パラメータａ及びパラメータｂの演算について詳述すると、まず、式（２）の反応分極ηを未知のパラメータａ、パラメータｂ及び内部抵抗Ｒｏｈｍを含む式（１）に代入することで、式（１）において反応分極ηが消去された３元不等式を得る。この３元不等式の各辺の自然対数をとり変形することで、下式（４）を得る。
【００３５】
【数６】

【００３６】
式（４）中の電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔに、ＲＡＭ３０ｃに格納されている（Ｉ１、Ｅ１、Ｔ１）を代入することで、パラメータａ、パラメータｂ及び内部抵抗Ｒｏｈｍのみを含む３元不等式（４−１）を得る。同様にして、（Ｉ２、Ｅ２、Ｔ２）及び（Ｉ３、Ｅ３、Ｔ３）を式（４）に代入することで、３元不等式（４−２）及び３元不等式（４−３）を得る。次に、３元不等式（４−１）、（４−２）の各辺の差をとることで、パラメータａが消去された２元不等式（ａ１）を得る。また、３元不等式（４−１）、（４−３）の各辺の差をとることで、パラメータａが消去された２元不等式（ａ２）を得る。２元不等式（ａ１）と２元不等式（ａ２）とで、パラメータｂの係数を合わせてパラメータｂを消去することで、内部抵抗Ｒｏｈｍの範囲が得られる。内部抵抗Ｒｏｈｍの範囲を決定する最大値と最小値との中間の値の小数第３位以下を四捨五入して内部抵抗Ｒｏｈｍを求める。続いて、２元不等式（ａ１）又は（ａ２）に、求めた内部抵抗Ｒｏｈｍを代入することでパラメータｂの範囲を得、パラメータｂの範囲を決定する最大値と最小値との中間の値をパラメータｂとする。同様に内部抵抗Ｒｏｈｍ及びパラメータｂを３元不等式（４−１）〜（４−３）のいずれかに代入してパラメータａを得る。
【００３７】
次にステップ３１６では、ステップ３１４で演算したパラメータａ及びパラメータｂをＲＡＭ３０ｃに格納しパラメータ演算処理サブルーチンを終了して、図２のステップ２０２へ進む。
【００３８】
ステップ２０２では、電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔを取り込んでＲＡＭ３０ｃに格納し、次のステップ２０４において、ステップ２００及びステップ２０２でＲＡＭ３０ｃに格納した電流値Ｉ、電圧値Ｅ、温度値Ｔ、パラメータａ及びパラメータｂを読み出し、式（１）及び式（２）に代入して、内部抵抗Ｒｏｈｍの範囲を演算し、最大値と最小値との中間の値の小数第３位以下を四捨五入して現在の内部抵抗Ｒｏｈｍとして算出する。
【００３９】
次のステップ２０８では、内部抵抗Ｒｏｈｍと鉛電池１０の充電状態ＳＯＣとの対応関係を表すＲ−ＳマップをＲＡＭ３０ｃから読み出して、現在の内部抵抗Ｒｏｈｍを代入することで現在の鉛電池１０の充電状態ＳＯＣを演算する。Ｒ−Ｓマップは内部抵抗Ｒｏｈｍと充電状態ＳＯＣとの対応を有する複数組のデータで構成されている。従って、充電状態ＳＯＣの演算過程では比例計算が行われる。なお、Ｒ−ＳマップはＥＰＲＯＭ３１に格納されており、初期設定においてＲＡＭ３０ｃに展開されている。
【００４０】
次のステップ２１２では、ステップ２０８で求めた現在の充電状態ＳＯＣの値がエンジンの始動に必要な最小充電状態ＳＯＣｍｉｎの値以上か否かを判断し、肯定判断のときは、ステップ２１４で車輌側ＣＰＵ３５へパラレルインターフェース３３を介してエンジン始動可能通知を出力してステップ２００に戻る。これにより、車輌側ＣＰＵ３５は、駆動しているエンジンを停止してもエンジンの再始動可能なことを知ることができる。一方、否定判断のときは、ステップ２１６で車輌側ＣＰＵ３５へエンジン始動不能通知を出力してステップ２００に戻る。これにより、車輌側ＣＰＵ３５は、エンジンを停止するとエンジン再始動が不能なことを知ることができ、エンジンの駆動状態で発電機を作動させて鉛電池１０を充電することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、本発明をエンジン始動判定装置２０に適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に示したパラメータａ、ｂに代えてパラメータｃを用いてエンジン始動を判定するものである。なお、本実施形態において、上述した第１実施形態と同一の構成要素及びステップには同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態のエンジン始動判定ルーチンでは、ステップ４００において、開回路電圧に対応するパラメータｃを演算するパラメータ演算処理サブルーチンを実行する。
【００４３】
図５に示すように、本実施形態のパラメータ演算処理サブルーチンでは、ステップ３０６又はステップ３０８に続くステップ５１０で、ステップ３０２で取り込んだ電流値ＩをＲＡＭ３０ｃに格納すると共に、電圧値Ｅを取り込んでＲＡＭ３０ｃに格納する。
【００４４】
次にステップ５１２では、２組の電流及び電圧のデータ（Ｉ、Ｅ）を得るために、ＲＡＭ３０ｃに格納された電流値Ｉの個数が２か否かを判断し、否定判断のときはステップ３００に戻り、データ（Ｉ、Ｅ）の測定値が２組となるまで測定する。肯定判断のときは、次のステップ５１４において下式（３）をＲＡＭ３０ｃから読み出して、ステップ５１０で格納した異なる２つの時刻のデータ（Ｉ１、Ｅ１）、（Ｉ２、Ｅ２）を代入することで、現在の内部抵抗Ｒｏｈｍ及びパラメータｃを求める。
【００４５】
【数７】

【００４６】
内部抵抗Ｒｏｈｍ及びパラメータｃを演算するには、例えば、式（３）を内部抵抗Ｒｏｈｍについて解き下式（５）を得る。
【００４７】
【数８】

【００４８】
式（５）の電流Ｉ及び電圧Ｅに、測定値（Ｉ１、Ｅ１）及び（Ｉ２、Ｅ２）をそれぞれ代入することで、２元不等式（５−１）及び２元不等式（５−２）を得る。２元不等式（５−１）、（５−２）の各辺の差をとることでパラメータｃを消去し、内部抵抗Ｒｏｈｍの範囲を得る。内部抵抗Ｒｏｈｍの範囲を決定する最大値と最小値との中間の値の小数第３位以下を四捨五入して内部抵抗Ｒｏｈｍを求める。この内部抵抗Ｒｏｈｍを２元不等式（５−１）又は２元不等式（５−２）に代入することで、パラメータｃの範囲が得られ、パラメータｃの範囲を決定する最大値と最小値との中間の値をパラメータｃとする。
【００４９】
次のステップ５１６では、ステップ５１４で演算したパラメータｃをＲＡＭ３０ｃに格納してパラメータ演算処理サブルーチンを終了し、図４のステップ４０２へ進む。
【００５０】
ステップ４０２では、電流値Ｉ及び電圧値Ｅを取り込んでＲＡＭ３０ｃに格納し、次のステップ４０４において、ステップ４００及びステップ４０２でＲＡＭ３０ｃに格納した電流値Ｉ、電圧値Ｅ及びパラメータｃを読み出し、式（３）に代入して、内部抵抗Ｒｏｈｍの範囲を演算し最大値と最小値との中間の値の小数第３位以下を四捨五入して現在の内部抵抗Ｒｏｈｍとして算出する。
【００５１】
次のステップ４０８では、内部抵抗Ｒｏｈｍと鉛電池１０の充電状態ＳＯＣとの対応関係を表すＲ−ＳマップをＲＡＭ３０ｃから読み出して、現在の内部抵抗Ｒｏｈｍを代入することで現在の鉛電池１０の充電状態ＳＯＣを演算する。Ｒ−Ｓマップは内部抵抗Ｒｏｈｍと充電状態ＳＯＣとの対応を有する複数組のデータで構成されている。なお、Ｒ−ＳマップはＥＰＲＯＭ３１に格納されており、初期設定においてＲＡＭ３０ｃに展開されている。
【００５２】
【実施例】
次に、上記実施形態に従って作製した実施例のエンジン始動判定装置について説明する。なお、比較のために作製した比較例のエンジン始動判定装置についても併記する。
【００５３】
実施例及び比較例では、内部抵抗Ｒｏｈｍの推定対象となる電池に満充電容量１９Ａｈ、充電状態ＳＯＣ８０％の鉛電池を用い、充電状態ＳＯＣの推定対象となる電池に満充電容量１９Ａｈ、充電状態ＳＯＣ９０％の鉛電池を用いた。また、現在の内部抵抗Ｒｏｈｍ及び充電状態をリアルタイムに表示するために、図１に示すように、バス２９に表示制御部３４を介して表示装置３６を接続した。
【００５４】
（実施例１）
下表１に示すように、実施例１では、ＥＰＲＯＭ３１にパラメータａ及びパラメータｂを含む式（１）及び式（２）、Ｒ−Ｓマップを記憶させて、上述した第１実施形態のエンジン始動判定ルーチンが実行されるエンジン始動判定装置を作製した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
（実施例２）
表１に示すように、実施例２では、ＥＰＲＯＭ３１にパラメータｃを含む式（３）、Ｒ−Ｓマップを記憶させて、上述した第２実施形態のエンジン始動判定ルーチンが実行されるエンジン始動判定装置を作製した。
【００５７】
（比較例１）
表１に示すように、比較例１では、図２のステップ２００〜２０４に代えて、所定の電流値に電流が変化する瞬間の電流の変化量ΔＩに対する電圧Ｅの変化量ΔＥの比ΔＥ／ΔＩを現在の内部抵抗Ｒとして求め、図２のステップ２０８では内部抵抗Ｒと鉛電池１０の充電状態ＳＯＣとの対応関係を表すＲ−ＳマップをＲＡＭ３０ｃから読み出して、現在の内部抵抗Ｒを代入することで現在の鉛電池の充電状態ＳＯＣを演算するエンジン始動判定装置を作製した。なお、比較例１では、予め満充電容量３０Ａｈ、充電状態ＳＯＣ９０％の鉛電池で求めておいたＲ−Ｓマップを用いた。
【００５８】
＜試験・評価＞
次に、上記のように作製した実施例及び比較例の各装置により、鉛電池に１０Ａ充電、１５、３０、１００、２５０Ａ放電の順に電流をそれぞれ１０秒間流して充放電を行い鉛電池の内部抵抗を求めて表示装置３６に表示させた。なお、充放電は、２５゜Ｃの室温で行い、図２のステップ２０４、図４のステップ４０４の後に、求めた内部抵抗を表示させるためのステップを追加した。下表２に内部抵抗の表示結果を示す。
【００５９】
【表２】

【００６０】
表２に示すように、比較例１は、内部抵抗の電流依存性が大きく、この方法で求めた内部抵抗を異なる電流の放電電圧の推定等に用いる場合には、電流依存性を考慮した複雑な処理が必要になることが分かる。一方、実施例１では、充放電時共に、電流値Ｉの大きさによらず内部抵抗はほぼ一定値となった。実施例２では、充電での内部抵抗の精度が低いものの、放電での内部抵抗は実施例１より電流依存性が低い。エンジン始動判定では、放電時の内部抵抗の精度が重要となり、実施例１よりパラメータ数の少ない実施例２の内部抵抗推定方法は適用範囲が広いことが分かる。
【００６１】
次に、鉛電池に１０秒間２５０Ａ放電、５０秒間３０Ａ放電、３０秒間２０Ａ充電のパターンにより約１０分間充放電サイクルを行って鉛電池の充電状態ＳＯＣを算出して表示装置３６に表示させた。なお、充放電は、２５゜Ｃの室温で行い、図２のステップ２０８、図４のステップ４０８の後に、算出した充電状態ＳＯＣを表示させるためのステップを追加した。
【００６２】
実施例１では、異なる３つの時刻の測定値として、最後の充放電サイクルの２５０Ａ放電、３０Ａ放電、２０Ａ充電での電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔの測定値を取り込み（ステップ３１０、３１２）、実施例２では、異なる２つの時刻の測定値として、最後の充放電サイクルの２５０Ａ放電、３０Ａ放電での電流値Ｉ及び電圧値Ｅの測定値を取り込んで（ステップ５１０、５１２）、内部抵抗Ｒｏｈｍを算出した。また、比較例１では、鉛電池に流れる電流値が２５０Ａに変化する瞬間の比ΔＥ／ΔＩを内部抵抗Ｒとして算出した。下表３に表示装置３６に表示された充電状態ＳＯＣの算出値（推定値）と、充放電パターンで算出される充電状態ＳＯＣの理論値（５７％）とを示す。
【００６３】
【表３】

【００６４】
表３に示すように、実施例１、実施例２及び比較例１のエンジン始動判定装置では、充電状態ＳＯＣの推定における理論値との差は、それぞれ２、５、１２ポイントであり、実施例１及び実施例２のエンジン始動判定装置による充電状態推定方法は、理論値との差が小さいこと、すなわち、精度が高いことが分かる。比較例１のエンジン始動判定装置では、製造条件の僅かなバラツキに起因する鉛電池の個体差のために、マップの作成に使用した鉛電池と、充電状態ＳＯＣの推定に使用した鉛電池とで放電性能に違いがあったため充電状態ＳＯＣの誤差が大きくなり、実施例１、２では、リアルタイムな内部抵抗Ｒｏｈｍを用いて充電状態ＳＯＣを算出（推定）したので、高精度の推定を行うことができたものと考えられる。なお、比較例１のエンジン始動判定装置による充電状態ＳＯＣの推定では劣化した鉛電池を用いた場合でも同様に大きな誤差を生ずるはずである。
【００６５】
以上のように、上記実施形態では、パラメータ演算処理サブルーチンで、異なる２つ以上の時刻で鉛電池１０の電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔ、又は、電流値Ｉ及び電圧値Ｅを測定し（ステップ３１０、５１０）、式（１）及び式（２）、又は、式（３）に代入することで、電流に依存しない内部抵抗Ｒｏｈｍ、パラメータａ及びパラメータｂ、又は、パラメータｃを得ることができ（ステップ３１４、５１４）、鉛電池１０の仕様毎に電流と内部抵抗との関係を対応づけるマップの作成が不要となるので、低コストで内部抵抗Ｒｏｈｍを求める（推定する）ことができると共に、求めた内部抵抗Ｒｏｈｍは電流に依存しないので、内部抵抗の推定精度を高めることができる。また、内部抵抗Ｒｏｈｍが電流に依存しないことから、エンジン始動時以外の鉛電池１０に流れている小さな電流値の電流を用いて内部抵抗Ｒｏｈｍを演算することができるので、リアルタイムな（エンジン始動前に）内部抵抗Ｒｏｈｍを得ることができる（ステップ２００〜２０４、４００〜４０４）。また、高精度で内部抵抗Ｒｏｈｍが得られるので、高精度に充電状態ＳＯＣ、エンジン始動判定の適性を判断することが可能となる。
【００６６】
なお、上記第１実施形態では、異なる３つの時刻の測定値を取り込んで式（１）及び式（２）に代入し、第２実施形態では、異なる２つの時刻の測定値を取り込んで式（３）に代入した例を示したが、測定値の個数はこれらに限定されるものではなくそれぞれ４つ以上、３つ以上の異なる時刻での測定値を用いるようにしてもよい。このようにすれば、内部抵抗Ｒｏｈｍの最大値と最小値の範囲を狭めることができるので、内部抵抗Ｒｏｈｍの測定精度を向上させることができる。
【００６７】
また、上記実施形態では、所定時間毎に車輌側ＣＰＵにエンジン始動可能（又は不能）通知を出力する例を示したが、車輌側ＣＰＵから要求されたときに通知するようにしてもよい。この場合には、ステップ２００（又は４００）でのパラメータ演算処理サブルーチンを所定時間（例えば、５分）毎に行っておき、車輌側ＣＰＵから要求されたときにステップ２０２以降を実行すればよい。このようにすれば、エンジン始動判定装置２０の消費電力を低くすることができる。更に、温度Ｔは短い時間では大きく変化しないので、電池の用途や使用条件によっては、一旦測定した後所定時間（例えば、１０分）の間は改めて測定せず、前に測定した温度値と現在の温度と同じとみなし（前回の温度と同じと推定し）その推定値を用いるようにしてもよい。
【００６８】
更に、上記実施形態では、電流値Ｉ、電圧値Ｅ及び温度値Ｔを１０秒間隔で測定した例を示したが、例えば、１０秒間の平均測定値や１秒間等短い時間で複数回測定した測定値を加工して得られる値を用いることで、高精度の内部抵抗Ｒｏｈｍを得ることができる。また、高速フーリエ変換により高周波の成分を取り除いた値を利用することで雑音を取り除くことができるので、精度の向上が期待できる。
【００６９】
また、上記実施形態では、電流値Ｉを得るための条件を、１（Ａ）＜電流値Ｉ＜３００（Ａ）とした例を示したが、自然放電や外部短絡と区別できればこれらの数値に限定されず、例えば、０．５（Ａ）＜電流値Ｉ＜２５０（Ａ）としてもよい。また、上記実施形態では、精度を高めるために取り込む電流値同士の差の絶対値が０．５（Ａ）以上とした例を示したが、１０（Ａ）程度の差とするようにしてもよい。
【００７０】
更に、上記実施形態では、充電状態ＳＯＣが内部抵抗Ｒｏｈｍに対応する例を示したが、充電状態ＳＯＣは鉛電池１０の開回路電圧又は残存容量にも対応しているため、これらを充電状態ＳＯＣの推定に用いてもよい。
【００７１】
そして、上記実施形態では、充電状態ＳＯＣが最小充電状態ＳＯＣｍｉｎ未満となったときに車輌側ＣＰＵ３５にエンジン始動不能通知等を出力する例を示したが、エンジンの再始動が不能とならないように、充電状態ＳＯＣが最小充電状態ＳＯＣｍｉｎ近傍の値となったときに、停止しているエンジンを始動させると共に発電機を作動させ鉛電池１０を充電できるようにすることが好ましい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、異なる２以上の時刻に電池を流れる電流及び電池の放電電圧を測定して不等式に代入して内部抵抗の抵抗値を求めることで、電流に依存しない内部抵抗を得ることができ、仕様毎に電流と内部抵抗との関係を対応づけるマップの作成が不要となるので、低コストで内部抵抗を推定することができると共に、内部抵抗を求める不等式には少なくとも電池の開回路電圧に対応するパラメータが含まれており、エンジン始動時以外の低電流の電流値を用いて内部抵抗を求めることができるので、高精度に内部抵抗を推定することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態のエンジン始動判定装置の概略構成のブロック図である。
【図２】第１実施形態のエンジン始動判定装置のエンジン始動判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のエンジン始動判定ルーチンのステップ２００の詳細を示すパラメータ演算処理サブルーチンのフローチャートである。
【図４】第２実施形態のエンジン始動判定装置のエンジン始動判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態のエンジン始動判定ルーチンのステップ４００の詳細を示すパラメータ演算処理サブルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０　鉛電池（電池）
２０　エンジン始動判定装置
３０　ＣＰＵブロック
３０ａ　ＣＰＵ
３１　ＥＰＲＯＭ

Claims

電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法であって、異なる２以上の時刻に前記電池を流れる電流及び前記電池の放電電圧を測定し、少なくとも前記内部抵抗及び前記電池の開回路電圧に対応するパラメータを含む不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値を代入して前記内部抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする内部抵抗推定方法。
前記電池の温度を測定又は推定し、前記不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値、並びに、前記測定又は推定した温度値を代入して前記内部抵抗値を求めることを特徴とする請求項１に記載の内部抵抗推定方法。
前記不等式は、前記電流値をＩ（Ａ）、前記放電電圧値をＥ（Ｖ）、前記温度値をＴ（°Ｃ）、前記内部抵抗値をＲｏｈｍ（Ω）、反応分極をη、電極反応種の電極表面濃度と反応速度定数とに依存するパラメータをａ、前記開回路電圧に対応するパラメータをｂとしたときに、下記式（１）及び式（２）で表されることを特徴とする請求項２に記載の内部抵抗推定方法。
前記不等式は、前記電流値をＩ（Ａ）、前記放電電圧値をＥ（Ｖ）、前記内部抵抗値をＲｏｈｍ（Ω）、前記開回路電圧に対応するパラメータをｃとしたときに、下記式（３）で表されることを特徴とする請求項１に記載の内部抵抗推定方法。
電池の充電状態を推定する充電状態推定方法であって、異なる２以上の時刻に前記電池を流れる電流及び前記電池の放電電圧を測定し、少なくとも前記内部抵抗及び前記電池の開回路電圧に対応するパラメータを含む不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値を代入して前記内部抵抗の抵抗値を求め、前記求めた内部抵抗値を指標として前記電池の充電状態の値を算出することを特徴とする充電状態推定方法。
電池の充電状態を推定し該電池により始動する車輌駆動用エンジンの始動適性を判定するエンジン始動判定方法であって、異なる２以上の時刻に前記電池を流れる電流及び前記電池の放電電圧を測定し、少なくとも前記内部抵抗及び前記電池の開回路電圧に対応するパラメータを含む不等式に前記測定した電流値及び放電電圧値を代入して前記内部抵抗の抵抗値を求め、前記求めた内部抵抗値を指標として前記電池の充電状態の値を算出し、前記算出した充電状態の値と予め設定され前記エンジンの始動に必要な最小の充電状態を表す最小充電状態値とを比較して前記算出した充電状態の値が前記最小充電状態値以上のときに前記エンジンの始動が可能と判定することを特徴とするエンジン始動判定方法。