JP2004301781A - バッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、バッテリ状態監視装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CPU23aは、温度による変動分を除去したバッテリ13の開回路電圧に基づき、充電状態を求める。そして、CPU23aは、求めた充電状態に基づき、バッテリ13の状態を監視する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、バッテリ状態監視装置に係わり、特に、バッテリの開回路電圧に基づいて、バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
バッテリは、例えば、電気自動車においては車両を走行させるための唯一無二のエネルギ源であることから、また、通常の車両や電動モータをエンジンの補助推進駆動源として使用するハイブリッド車両においては、エンジンの電動始動装置を駆動するために必要なエネルギ源であることから、いずれも、バッテリに蓄積されている電気量を把握することが重要となる。
【0003】
上記バッテリに蓄積されている電気量とは、電解液中の活物質量(例えば、鉛バッテリの場合、電解液中のH2SO4量)に相当するものである。そこで、従来は、バッテリの開回路電圧(=充放電に伴ってバッテリ内に発生する分極が解消した状態にあるバッテリ端子の開放電圧)が電解液比重と比例することに着目し、バッテリに蓄積されている電気量に相当する電圧として、バッテリの開回路電圧を用い、この開回路電圧に基づき、充電状態SOCなどバッテリの状態を把握するための指標を求めていた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−286818公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したバッテリの開回路電圧(OCV)は、電解液中のH2Oに対する活物質量の比重に比例した値であるため、図4に示すように、温度依存性がある。一方、活物質量の絶対値は、温度の変動によって変化するものではなく、バッテリに蓄積されている電気量に温度依存性はないと考えられる。
【0006】
このため、バッテリに蓄積されている電気量に相当する電圧として、温度依存性のある開回路電圧を用いて、充電状態SOCなどの指標を求めると、温度が変化したことによって、実際にはバッテリに蓄積されている電気量は変化していないにもかかわらず、計算上では変動し、その分誤差が生じてしまうという問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な指標を求めることができるバッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、正確にバッテリの状態を監視することができるバッテリ状態監視装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出装置であって、前記バッテリの開回路電圧の温度による変動分を除去する除去手段を備え、前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記指標を求めることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【0009】
請求項1記載の発明によれば、除去手段が、バッテリの開回路電圧の温度による変動分を除去する。温度による変動分を除去したバッテリの開回路電圧を用いて、バッテリの状態を把握するための指標を求める。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な指標を求めることができる。
【0010】
請求項2記載の発明は、請求項1記載のバッテリ状態検出装置であって、前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態であり、前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記充電状態を求めることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【0011】
請求項2記載の発明によれば、指標が、バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態であり、変動分を除去した開回路電圧を用いて充電状態を求めることができる。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができる。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項2記載のバッテリ状態検出装置であって、前記充電状態は、満充電時に前記バッテリに蓄積されている電気量を100%とし、放電終止時に前記バッテリに蓄積されている電気量を0%としたときの前記バッテリに蓄積された電気量の相対値に相当することを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【0013】
請求項3記載の発明によれば、充電状態が、満充電時にバッテリに蓄積されている電気量を100%とし、放電終止時に前記バッテリに蓄積されている電気量を0%としたときのバッテリに蓄積された電気量の相対値に相当する。従って、実際に消費することができる電気量に対する蓄積されている電気量の割合を充電状態として求めることができる。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1記載のバッテリ状態検出装置であって、前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量から、前記バッテリの内部抵抗により放電できない電気量を差し引いた放電可能容量であり、前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記放電可能容量を求めることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【0015】
請求項4記載の発明によれば、指標が、バッテリに蓄積されている電気量から、バッテリの内部抵抗により放電できない電気量を差し引いた放電可能容量であり、変動分を除去した開回路電圧を用いて放電可能容量を求めることができる。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な放電可能容量を求めることができる。
【0016】
請求項5記載の発明は、バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置であって、請求項2又は3記載のバッテリ状態検出装置が検出した充電状態、及び、請求項4記載のバッテリ状態検出装置が検出した放電可能容量の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視することを特徴とするバッテリ状態監視装置に存する。
【0017】
請求項5記載の発明によれば、請求項2又は3記載のバッテリ状態検出装置が検出した充電状態、及び、請求項4記載のバッテリ状態検出装置が検出した放電可能容量の両者に基づき、バッテリの状態を監視する。バッテリの内部抵抗は、温度により変化する。このため、放電可能容量は、温度の影響を考慮したバッテリの状態を表すものといえる。従って、充電状態により、温度の影響を受けない状態でのバッテリの状態を把握することができ、放電可能容量により、温度の影響を考慮したバッテリの状態を把握することができる。
【0018】
請求項6記載の発明は、バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出方法であって、温度による変動分を除去した前記バッテリの開回路電圧に基づき、前記指標を求めることを特徴とするバッテリ状態検出方法に存する。
【0019】
請求項6記載の発明によれば、温度による変動分を除去したバッテリの開回路電圧に基づき、充電状態を求める。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な指標を求めることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明のバッテリ状態検出方法を実施したバッテリ状態検出装置を組み込んだバッテリ状態監視装置である。図中符号1で示すバッテリ状態監視装置は、エンジン3に加えてモータジェネレータ5を有するハイブリッド車両に搭載されている。
【0021】
そして、このハイブリッド車両は、通常時はエンジン3の出力のみをドライブシャフト7からディファレンシャルケース9を介して車輪11に伝達して走行させ、高負荷時には、バッテリ13からの電力によりモータジェネレータ5をモータとして機能させて、エンジン3の出力に加えてモータジェネレータ5の出力をドライブシャフト7から車輪11に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。
【0022】
また、このハイブリッド車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ5をジェネレータ(発電機)として機能させ、運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ13を充電させるように構成されている。
【0023】
なお、モータジェネレータ5はさらに、図示しないスタータスイッチのオンに伴うエンジン3の始動時に、エンジン3のフライホイールを強制的に回転させるセルモータとして用いられるが、その場合にモータジェネレータ5には、短時間に大きな電流が流される。
【0024】
また、バッテリ状態監視装置1は、アシスト走行用のモータやセルモータとして機能するモータジェネレータ5等に対するバッテリ13の放電電流Iや、ジェネレータとして機能するモータジェネレータ5からのバッテリ13に対する充電電流を検出する電流センサ15と、バッテリ13に並列接続した無限大抵抗を有し、バッテリ13の端子電圧Vを検出する電圧センサ17と、バッテリの温度を検出する温度センサ18とを備えている。
【0025】
尚、上述した電流センサ15及び電圧センサ17は、イグニッションスイッチのオン状態によって閉回路状態となる回路上に配置されている。
【0026】
また、本実施形態のバッテリ状態監視装置1は、上述した電流センサ15、電圧センサ17や温度センサ18の出力がインタフェース回路(以下、「I/F」と略記する。)21におけるA/D変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」と略記する。)23をさらに備えている。
【0027】
そして、前記マイコン23は、CPU23a、RAM23b、及び、ROM23cを有しており、このうち、CPU23aには、RAM23b及びROM23cの他、前記I/F21が接続されており、また、上述した不図示のイグニッションスイッチのオンオフ状態を示す信号が入力される。
【0028】
前記RAM23bは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ROM23cには、CPU23aに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。
【0029】
上述した構成のバッテリ状態監視装置の動作について、図2のCPU23aのフローチャートを参照して以下説明する。
バッテリ13からの給電を受けてマイコン23が起動しプログラムがスタートすると、CPU23aは、まず初期設定を実行する。初期設定が済んだならば、CPU23aは、イグニッションスイッチのオンオフ状態などを監視して、例えばスタータモータの駆動時等、高効率放電が行われる場合のような、充電状態SOCや、放電可能容量ADCを検出し直す必要のある程度の放電が行われる毎に、充電状態・放電可能容量検出処理を開始する。
【0030】
まず、CPU23aは、放電開始時のバッテリ13の開回路電圧(以下、OCV)を求める(ステップS1)。ここで、OCVの具体的な求め方について説明する。バッテリ13が平衡状態であり、分極が解消した状態であれば、そのとき実測したバッテリ13の開放電圧をOCVとして求める。
【0031】
一方、バッテリが平衡状態でなく、分極が解消した状態でなければ、例えば、以前行われた充放電後に、電圧センサ17を用いて収集した、端子電圧Vに基づいて推測したOCVを、放電開始時のOCVとする。
【0032】
実測や推定によりOCVを求めたならば、CPU23aは、次に除去手段として働き、温度センサ18を用いて求めたバッテリ温度に基づき、OCVの温度による変動分の除去を行い、補正OCVを求める(ステップS2)。ところで、比重と、OCVの温度係数との関係は、図3に示すようになる。同図に示すように、比重が1.12以上になると、OCVの温度係数も約0.2(mV/°C)でほぼ一定となる。また、通常のバッテリは、比重1.12以上で作動させる。
【0033】
そこで、ステップS2において、CPU23aは、温度係数0.2(mV/°C)として、温度による変動分を除去した補正OCVを求める。
【0034】
次に、CPU23aは、上述して求めた補正OCVを下記の式(1)に代入して、充電状態SOCを算出する(ステップS3)。
SOC(%)={(補正OCV−OCVe)/(OCVf−OCVe)}×100%…(1)
但し、OCVeは、放電終止状態での開回路電圧であり、OCVfは、満充電状態での開回路電圧である。
【0035】
つまり、上述した充電状態SOCは、満充電時にバッテリ13に蓄積されている電気量を100%とし、放電終止時にバッテリ13に蓄積されている電気量を0%としたときの現在のバッテリに蓄積された電気量の相対値に相当するものと言える。
【0036】
また、CPU23aは、上述して求めた補正OCVを下記の式(2)に代入して、放電可能容量ADCを算出して(ステップS4)、充電状態・放電可能容量検出処理を終了する。
ADC(%)={(補正OCV−VR−OCVe)/(補正OCV−R0×In−OCVe)}×100%…(2)
【0037】
なお、VRは、例えば、今回の放電における任意電流In(例えば、ピーク電流)が流れたときのバッテリ13の内部抵抗による電圧降下分であり、今回、又は、以前の放電時に、電流センサ15及び電圧センサ17を用いて収集した、放電電流I及び端子電圧Vに基づいて求めたものである。また、R0は、新品時のバッテリの純抵抗R0であり、予めROM23c内に格納された値である。
【0038】
そして、CPU23aは、上述した充電状態・放電可能容量検出処理により求めた充電状態SOC・放電可能容量ADCに基づいて、バッテリの状態を監視する。
【0039】
上述したように、バッテリ状態監視装置によれば、温度による変動分を除去したバッテリ13の補正OCVに基づいて、充電状態SOCや、放電可能容量ADCを求めている。このため、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態SOC、放電可能容量ADCを求めることができる。
【0040】
また、上述したバッテリ状態監視装置によれば、補正OCVに基づいて求めた充電状態SOC及び放電可能容量ADCの両者に基づいて、バッテリの状態を監視している。ところで、バッテリの内部抵抗は、温度により変化する。このため、放電可能容量ADCは、温度の影響を考慮したバッテリの状態を表すものといえる。従って、充電状態SOCにより、温度の影響を受けない状態でのバッテリの状態を把握することができ、放電可能容量ADCにより、温度の影響を考慮したバッテリの状態を把握することができ、正確にバッテリの状態を把握することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1及び6記載の発明によれば、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができるバッテリ状態検出装置及びその方法を得ることができる。
【0042】
請求項2記載の発明によれば、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができるバッテリ状態検出装置を得ることができる。
【0043】
請求項3記載の発明によれば、実際に消費することができる電気量に対する蓄積されている電気量の割合を充電状態として求めることができるので、バッテリの状態を把握し易い充電状態検出装置を得ることができる。
【0044】
請求項4記載の発明によれば、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な放電可能容量を求めることができるバッテリ状態検出装置を得ることができる。
【0045】
請求項5記載の発明によれば、充電状態により、温度の影響を受けない状態でのバッテリの状態を把握することができ、放電可能容量により、温度の影響を考慮したバッテリの状態を把握することができるので、正確にバッテリの状態を把握することができるバッテリ状態監視装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の充電状態検出方法を実施した充電状態検出装置を組み込んだバッテリ状態監視装置である。
【図2】図1のバッテリ状態監視装置を構成するCPU23aの充電状態・放電可能容量検出処理における処理手順を示すフローチャートである。
【図3】バッテリ13の比重−開回路電圧OCVの温度係数特性を示すグラフである。
【図4】バッテリの開回路電圧OCVと温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 バッテリ状態監視装置
13 バッテリ
23a CPU(除去手段)
Claims (6)
- バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出装置であって、
前記バッテリの開回路電圧の温度による変動分を除去する除去手段を備え、
前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記指標を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。 - 請求項1記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態であり、
前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記充電状態を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。 - 請求項2記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記充電状態は、満充電時に前記バッテリに蓄積されている電気量を100%とし、放電終止時に前記バッテリに蓄積されている電気量を0%としたときの前記バッテリに蓄積された電気量の相対値に相当する
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。 - 請求項1記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量から、前記バッテリの内部抵抗により放電できない電気量を差し引いた放電可能容量であり、
前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記放電可能容量を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。 - バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置であって、
請求項2又は3記載のバッテリ状態検出装置が検出した充電状態、及び、請求項4記載のバッテリ状態検出装置が検出した放電可能容量の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視する
ことを特徴とするバッテリ状態監視装置。 - バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出方法であって、
温度による変動分を除去した前記バッテリの開回路電圧に基づき、前記指標を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出方法。
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JP2003097465A JP2004301781A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | バッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、バッテリ状態監視装置 |
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