JP2005345136A

JP2005345136A - バッテリ満充電状態検出装置、バッテリ充電状態演算装置、およびバッテリ充電状態演算方法

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Publication number: JP2005345136A
Application number: JP2004161986A
Authority: JP
Inventors: Motoji Kiribayashi; 基司桐林; Seiji Anzai; 清治安西; Shinji Fujiwara; 慎二藤原
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP4686140B2

Abstract

【課題】サルフェーションを考慮したバッテリの残存容量、つまりバッテリのＳＯＣを容易に把握する。
【解決手段】バッテリ電圧検出手段１と、バッテリ電流検出手段２と、バッテリの電流−電圧特性を近似的に求め、記憶する第１の電流−電圧特性記憶手段３と、電流−電圧特性をあらかじめ記憶している第２の電流−電圧特性記憶手段４と、所定電流値記憶手段５と、所定負荷時のバッテリ電圧算出手段６と、バッテリの充電状態を演算するＳＯＣ演算手段７と、満充電状態における電池容量を推定する満充電判定手段１００とを備え、満充電判定手段１００で満充電の条件が成立した時点でのＳＯＣ演算手段７から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回ったことを検出して、当該バッテリがサルフェーションを起こしていると判定するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両などに用いられるバッテリの満充電状態の検出を行うバッテリ満充電状態検出装置、サルフェーションの発生を考慮してバッテリの充電状態演算を行うバッテリ満充電状態検出装置、およびサルフェーションの発生を考慮してバッテリの充電状態演算を行うバッテリ充電状態演算方法に関するものである。

従来のバッテリの残存容量の推定方法（即ち、バッテリの充電状態の推定方法）としては、バッテリ端子開放電圧から計算したバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を初期値とし、バッテリ充放電電流の積算値で補正する方法が一般的に知られている。また、特許文献１には、バッテリの分極を考慮した正確なＩ‐Ｖ（電流‐電圧）近似直線を得ることで、ハイブリッドカーでも精度のよい充電状態を得ることのできる「分極を考慮したバッテリ容量演算装置」が開示されている。

この特許文献１に開示されている分極を考慮したバッテリ容量演算装置は、「車両の負荷に放電電流を流すバッテリの電圧・電流を収集して電圧‐電流特性を求め、この電圧‐電流特性を用いてバッテリの現在の電圧を推定し、この推定電圧からバッテリの現在の充電状態を求める一方、収集した電流がバッテリの最大の分極発生の大電流に最初に到達し、かつ該到達後に電流が大電流以下の所定電流値に最初に到達したとき、このときのバッテリ電圧を最大の分極の影響を残した状態の最大分極影響残存時の推定電圧とし、この最大分極影響残存時の推定電圧と走行開始時のバッテリの開回路電圧との差を用いて充電状態を補正する」ものである。

特開２００１−１７４５３５号公報

近年脚光を浴びている低排出ガス・低燃費を目的とした例えばアイドルストップ車両においては、アイドリング中にエンジン停止を行う機能が備わるため、エンジン停止後にエンジン再始動可能な電力をバッテリに蓄えておく必要があり、バッテリの使用中において、その充電状態（即ち、バッテリの残存容量）を正確に把握する必要がある。しかしながら、バッテリ液量、劣化（軟化、腐食、サルフェーション、等）、バッテリ温度、分極の影響などにより、バッテリの開放電圧、バッテリ容量は変化するため、バッテリ残存容量を正確に推定することは困難であった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、バッテリの満充電状態の検出およびこの満充電状態における電池容量からサルフェーションを考慮したバッテリの残存容量、言い換えれば、現在使用中のバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を容易に把握することのできるバッテリ満充電状態検出装置およびバッテリ充電状態演算装置を提供することを目的とする。

この発明に係るバッテリ満充電状態判定装置は、バッテリの充放電電流値および電圧値が一定時間、所定の条件内にあった場合に上記バッテリは満充電状態に達したとみなすようにしたものである。

また、この発明に係るバッテリ充電状態演算装置は、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、バッテリの電流を検出するバッテリ電流検出手段と、複数のサンプリングポイントにおいて上記バッテリ電圧検出手段および上記バッテリ電流検出手段が検出する電圧値と電流値を用い、現在使用中の状態である第一の状態におけるバッテリの電流‐電圧特性を近似的に求め、これを第一の電流‐電圧特性として記憶する第１の電流‐電圧特性記憶手段と、上記第一の状態よりも取り出せるエネルギー量が少ない第二の状態における第二の電流‐電圧特性をあらかじめ記憶している第２の電流‐電圧特性記憶手段と、上記バッテリの所定負荷電流値を記憶している所定電流値記憶手段と、第１の電流‐電圧特性記憶手段が記憶している上記第一の電流‐電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第一のバッテリ電圧を算出し、上記第二の電流‐電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第二のバッテリ電圧を算出する所定負荷時のバッテリ電圧算出手段と、上記所定負荷時のバッテリ電圧算出手段によって算出される上記第一、第二のバッテリ電圧を用いて、上記第一の状態におけるバッテリの充電状態を演算するＳＯＣ演算手段と、上記電流検出手段および電圧検出手段から得られたバッテリの電流および電圧に基づき満充電状態における電池容量を推定する満充電判定手段とを備え、上記満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点での上記ＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回ったことを検出して、当該バッテリがサルフェーションを起こしていると判定するようにしたものである。

また、上記装置において、上記満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点での上記ＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回った回数をカウントし、カウント値が所定回数を超えたとき、当該バッテリはサルフェーションを起こしていると判定するものである。

また、上記装置において、バッテリがサルフェーションを起こしていると判定した場合、その判定を外部に信号として送る機能を有するものである。

また、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、バッテリの電流を検出するバッテリ電流検出手段と、複数のサンプリングポイントにおいて上記バッテリ電圧検出手段および上記バッテリ電流検出手段が検出する電圧値と電流値を用い、現在使用中の状態である第一の状態におけるバッテリの電流‐電圧特性を近似的に求め、これを第一の電流‐電圧特性として記憶する第１の電流‐電圧特性記憶手段と、上記第一の状態よりも取り出せるエネルギー量が少ない第二の状態における第二の電流‐電圧特性をあらかじめ記憶している第２の電流‐電圧特性記憶手段と、上記バッテリの所定負荷電流値を記憶している所定電流値記憶手段と、第１の電流‐電圧特性記憶手段が記憶している上記第一の電流‐電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第一のバッテリ電圧を算出し、上記第二の電流‐電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第二のバッテリ電圧を算出する所定負荷時のバッテリ電圧算出手段と、上記所定負荷時のバッテリ電圧算出手段によって算出される上記第一、第二のバッテリ電圧を用いて、上記第一の状態におけるバッテリの充電状態を演算するＳＯＣ演算手段と、上記第１の電流‐電圧特性記憶手段において、上記所定負荷電流記憶手段により記憶されている所定負荷電流の時の電圧Ｖｃと、上記第１の電流‐電圧特性記憶手段において、負荷電流がゼロの時の電圧Ｖｏからバッテリの劣化状態（ＳＯＨ）を検出し上記ＳＯＣ態演算手段より求められたバッテリ充電状態を補正する性能レベル検出手段と、上記電流検出手段および電圧検出手段から得られたバッテリの電流および電圧に基づき満充電状態における電池容量を推定する満充電判定手段とを備え、上記満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点での上記ＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回ったことを検出して、当該バッテリがサルフェーションを起こしていると判定したとき、上記性能レベル検出手段の出力を、当該バッテリが使用不可能であるという状態を示す値に強制的に書き換えるようにするものである。

また、この発明に係るバッテリ充電状態演算方法は、バッテリの充放電電流値および電圧値に基づき推定した満充電状態における電池容量と、サルフェーション判定条件成立時のバッテリの残存容量との差分をサルフェーションによる低下容量として検出し、上記満充電状態における電池容量から上記低下容量を差し引いた値を、新しく満充電状態における電池容量としてバッテリ充電状態を演算するようにしたものである。

この発明によるバッテリ満充電状態検出装置は、バッテリの充放電電流値および電圧値が一定時間、所定の条件内にあった場合に上記バッテリは満充電状態に達したとみなすものであるから、ＳＯＣやＳＯＨを演算する元となる満充電状態を簡単に検出することができる。

また、この発明によるバッテリ充電状態演算装置および演算方法は、満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点でのＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回ったことを検出して、当該バッテリがサルフェーションを起こしていると判定するものであるから、サルフェーションを考慮した誤差の少ないＳＯＣ、ＳＯＨの演算を可能とする。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態１．
この発明の一実施例を図面とともに説明する。図１は、実施の形態１によるバッテリ満充電判定手段を備えたバッテリ充電状態演算装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、本実施の形態によるバッテリ充電状態演算装置の動作を説明するための図である。図１および図２に基づいて、本実施の形態によるバッテリ充電状態演算装置の構成と動作を説明する。

図１において、１はハイブリッドカーや電気自動車およびアイドルストップ車などに搭載されているバッテリ（図示なし）のバッテリ電圧を検出する電圧検出手段、２は該バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段である。

３はバッテリの第１の電流（Ｉ）‐電圧（Ｖ）特性記憶手段である。以降は、「電流‐電圧特性」のことを「Ｉ‐Ｖ特性」と称することとする。第１のＩ‐Ｖ特性記憶手段３は、充電状態の演算対象である現在使用中のバッテリ（以下、単にバッテリあるいは当該バッテリと称す）のバッテリ電流（負荷電流）を所定負荷時（例えば、エンジン始動などのアプリケーションにおける最大負荷時）の電流からバッテリ負荷開放時の電流まで変化させた時に、電圧検出手段１および電流検出手段２が検出する複数のサンプリングポイント（図２中の●印で示した各ポイント）におけるバッテリ電圧Ｖおよびバッテリ電流Ｉを記憶する。ここで、現在使用中のバッテリの状態のことを「第一の状態」と称することとする。

そして、この第１のＩ‐Ｖ特性記憶手段３は、記憶された複数のサンプリングポイントにおけるバッテリ電圧Ｖおよびバッテリ電流Ｉの値から、例えば、最小二乗法による一次近似によって、“Ｖ＝−βＩ＋α”の式で表される当該バッテリの第一のＩ‐Ｖ特性（即ち、現在使用中の第一の状態におけるＩ‐
Ｖ特性）を演算して求め、記憶する。ここで、αおよびβは正の定数である。なお、図２中の符号Ａで示した直線は、この第一のＩ‐Ｖ特性を示している。

４は第２のＩ‐Ｖ特性記憶手段であって、この第２のＩ‐Ｖ特性記憶手段４には、当該バッテリから取り出せるエネルギー量が少ない状態の第二の状態における“Ｖ＝−β′Ｉ＋α′”の式で表される理論的な第二のＩ‐Ｖ特性があらかじめ記憶されている。ここで、α′、β′、も正の定数である。図２中の符号Ｂで示した直線は、第二のＩ‐Ｖ特性を示している。

上述したバッテリの「第二の状態」とは、例えば、バッテリが劣化し、残存容量が少なくなり、使用不可近くまで放電している「深放電状態」の場合、あるいはこれに近い状態のように、バッテリから取り出せるエネルギー量か少ない状態のことである。なお、「深放電状態」における理論的な第二のＩ‐Ｖ特性とは、バッテリが劣化状態であり、所定負荷電流（例えば、エンジン始動に必要な電流）以上の放電電流を流した場合でも、必要とする所定電圧以上のバッテリ電圧を確保できる最低限ラインのＩ‐Ｖ特性である。ここで図中に記載の「使用不可領域」との境界として用いられる最低限ラインのＩ‐Ｖ特性は、例えば、エンジンが始動可能な最低限の電圧、あるいは自動車に搭載されている制御ユニット（オーディオなど含む）の動作限界としての意味も兼ねている。つまり、ここでいうバッテリ充電状態とはバッテリとしての性能のみならず、接続される電気負荷を含めシステム全体が成立する最低限をＳＯＣ＝０とすることを意味し、それを示すラインが図２中の符号Ｂとなる。

５は各アプリケーション（例えば、エンジンの始動など）における所定電流値記憶手段であって、所定電流値記憶手段５には、例えば、エンジン始動に必要な電流値が記憶されている。６は所定負荷時のバッテリ電圧算出手段であって、所定負荷時のバッテリ電圧算出手段６は、第１のＩ‐Ｖ特性記憶手段３に記憶されている第一のＩ‐Ｖ特性（即ち、現在使用中の状態におけるバッテリのＩ‐Ｖ特性）および所定電流値記憶手段５に記憶されている所定電流値（例えば、エンジン始動電流Ｉｃ）を用いて、バッテリ電流が所定電流値（エンジン始動電流Ｉｃ）のときのバッテリ電圧Ｖｃ（図２参照）を算出する。なお、第一のＩ‐Ｖ特性から得られる「バッテリが所定負荷（所定電流値）のときのバッテリ電圧」を第一のバッテリ電圧と称することとする。従って、上記の算出されたバッテリ電圧Ｖｃは、第一のバッテリ電圧ということになる。

また、所定負荷時のバッテリ電圧算出手段６は、第２のＩ‐Ｖ特性記憶手段４に記憶されている第二のＩ‐Ｖ特性および所定電流値記憶手段５に記憶されている所定電流値を用いて、バッテリ電流が所定電流値のときのバッテリ電圧Ｖｃ０（図２参照）を算出する。なお、第二のＩ‐Ｖ特性から得られる「バッテリが所定負荷（所定電流値）のときのバッテリ電圧」を第二のバッテリ電圧と称することとする。従って、上記の算出されたバッテリ電圧Ｖｃ０は、第二のバッテリ電圧ということになる。また、図２において、Ｖｏ、Ｖｏ０は、それぞれ第一、第二のＩ‐Ｖ特性において、バッテリ電流がゼロ（負荷開放時）のときのバッテリ電圧である。

８は性能レベル判定・補正手段であり、バッテリ電圧Ｖｃと、Ｉ‐Ｖ特性においてバッテリ電流がゼロ（負荷開放時）のときのバッテリ電圧Ｖｏとを元に現在使用中のバッテリの性能レベルを検出する。バッテリは開放電圧Ｖｏを横軸に、バッテリ電圧Ｖｃを縦軸にプロットした場合、劣化度合いが進むにつれてプロット値が右下方向（後述する図８でレベル１からレベル４の方向）に遷移する特性がある。例えばこれを利用して、Ｉ‐Ｖ特性において、バッテリ電流がゼロ（負荷開放時）のときのバッテリ電圧ＶｏをＸ軸に、バッテリ電圧ＶｃをＹ軸とする図８の二次元マップをバッテリ性能レベル判定・補正手段８内に予め用意し、性能レベルを検出する。この二次元マップは、劣化状態の異なる多数のバッテリのデータから予め測定して作成する。

バッテリのアプリケーションが「エンジン始動」である場合、バッテリ電流がエンジン始動電流Ｉｃのときにバッテリ電圧がＶｃ０以下になるまで劣化すると、このバッテリは使用不可ということになる。

７はＳＯＣ（充電状態）演算手段であって、ＳＯＣ演算手段７は所定負荷時のバッテリ電圧算出手段６が算出した第一のバッテリ電圧Ｖｃ、および第二のバッテリ電圧Ｖｃ０を用いて、バッテリの充電状態（Ａｈ）を求め、また、電流検出手段２の電流値を積算する電流積算手段９により求められた電流積算値ΣＩおよび性能レベル判定・補正手段８で判定した上記性能レベル（つまり劣化状態ＳＯＨ）により充電状態ＳＯＣを演算する。

１００は満充電判定手段であり、バッテリ電流Ｉ、バッテリ電圧Ｖ、および温度検出手段１０で検出したバッテリ使用時の温度Ｔを入力として満充電状態を判定する。１０１は満充電判定時の残存容量（ＳＯＣ）からサルフェーションを判定するサルフェーション状態検出手段である。

次に、満充電判定手段１００およびサルフェーション状態検出手段１０１の動作を説明する。図３は満充電判定手段１００の満充電判定機能を示す機能図である。満充電判定条件は、ある温度Ｔの下で、バッテリの充放電電流Ｉおよびバッテリ電圧Ｖが、一定時間ｔの間、所定の条件内にあった場合に満充電と判定し、満充電フラグＦ１を立てる。上記条件の一例として、温度Ｔ＝２５℃における１セル当たりのバッテリ電圧が２.４Ｖ以上で且つ充電電流が０.１ＣＡ以下の状態を６０秒間持続した場合を満充電状態と判定する。この場合、０.００５Ｖ／℃の温度補正を加える。

図４はサルフェーション状態検出手段１０１によるサルフェーション判定機能を示す機能図、図５はその動作を示すグラフである。サルフェーション判定条件は、満充電判定手段１００で得られた図３に示す満充電フラグＦ１が立てられたときの残存容量ＱをＳＯＣから求め、その値が所定の値ａ、例えばバッテリ充電状態演算装置が推定記憶している満充電時の８０％の値、を下回った場合をサルフェーションが発生しているとしてサルフェーション判定フラグＦ２を立てる。

これを図５により説明する。図５は横軸に時間ｔを、縦軸に推定残存容量Ｑをとっている。図でＦ１は満充電判定フラグ、Ｆ２はサルフェーション判定フラグ、ａは所定値である。ＳＯＣ演算手段７で得られるバッテリの推定残存容量Ｑ１が、満充電判定手段１００による満充電フラッグＦ１が立った時点ｔ１において所定値ａを下回っている場合、サルフェーションが発生していると判断してサルフェーション判定フラッグＦ２を立て、バッテリが使用不可能と判断して外部、例えばＳＯＣ演算手段７に信号を送る。

この実施の形態１によれば、バッテリ充電状態演算装置において、バッテリの満充電状態を判定し、満充電状態における推定残存容量によりサルフェーションを検出し、サルフェーションの検出時にバッテリの性能を判定するようにしているので、誤差の少ないＳＯＣの判定を可能にする。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係るバッテリ充電状態演算手段に用いられるサルフェーション判定機能を示す機能図であり、図７はその動作を説明するグラフである。実施の形態２は、図１のサルフェーション状態検出手段１０１にサルフェーション判定回数を記憶するサルフェーション判定カウンタ１０２を備え、図４のサルフェーション判定条件で判定したサルフェーション判定結果Ｑ＜ａの生じた回数をカウントし、判定結果が予め定めた回数に達した場合にサルフェーションを起こしていると判定しサルフェーション判定フラッグＦ２を立てるようにしたものである。その他の構成は実施の形態１と同じである。

図７により説明する。図は横軸に時間ｔをとり、縦軸に推定残存容量Ｑおよびサルフェーション判定カウンタ値Ｎを取っている。バッテリ充電状態演算装置により推定されるバッテリの推定残存容量Ｑは図のように増減を繰り返すが、満充電判定手段１００による満充電判定フラッグＦ１が立てられたｔ１の時点で残存容量Ｑ１が所定値ａに達していなければサルフェーション判定カウンタ１０２のカウント値Ｎを１増加させる。このように、満充電判定フラッグＦ１が立つ時点ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５での残存容量Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５と所定値ａとを比べ、その都度サルフェーション判定カウンタ１０２のカウント値を１ずつ増やす。カウント値Ｎが所定値（本例では５）に達した場合にサルフェーションが発生していると判断して、サルフェーション判定カウンタ１０２がサルフェーションフラッグＦ２を立てる。このように、複数回の条件をクリアした後、サルフェーション発生を判定しているので、より正確にサルフェーションの発生を検出できる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係るバッテリ性能判定機能を備えたバッテリ充電状態演算装置の一部を示すもので、サルフェーションの発生を検出したとき、バッテリが使用不能であるということを示す処理を行うバッテリ充電状態演算装置である。

図８は図１に示した装置の性能レベル判定・補正手段８の判定レベル出力端に切換スイッチ１０３を設け、この切換スイッチ１０３をサルフェーション状態検出手段１０１の出力により切り換えるようにしたものである。この切換スイッチ部分についてさらに詳細に説明する。切換スイッチ１０３は二つの接点Ｓ１とＳ２および可動片を有している。可動片はＳＯＨを出力するとともにＳＯＣ演算手段７に接続されている。接点の一方Ｓ１は性能レベル判定・補正手段８の性能レベル（ＳＯＨ：劣化状態を示すパラメータである）の出力端に接続されており、他の接点Ｓ２はバッテリが使用不能であるという状態を示す性能レベルに相当する所定の値に接続されている。切換スイッチ１０３の可動片は通常接点Ｓ１に接続されていて、ＳＯＣ演算手段７には性能レベル判定・補正手段８で得られた性能レベルの値が印加されている。その他の構成は図１と同様なので図示を省略している。

性能レベル判定・補正手段８は、バッテリ電圧Ｖｃと、Ｉ‐Ｖ特性においてバッテリ電流がゼロ（負荷開放時）のときのバッテリ電圧Ｖｏとを元に現在使用中のバッテリの性能レベルを検出する。性能レベル判定・補正手段８は、バッテリの開放時の電圧Ｖｏを横軸に、バッテリ電圧Ｖｃを縦軸にプロットした、図示の二次元マップを備えており、バッテリは、劣化度合いが進むにつれてプロット値が右下方向（図でレベル１からレベル４の方向）に遷移する特性があるので、このマップを用いて性能レベルが判定される。

上記の構成において、満充電判定手段１００が満充電のフラッグを立て、その結果、サルフェーション状態検出手段１０１がサルフェーションを検出すれば、サルフェーション状態検出手段１０１は出力を出して切換スイッチ１０３の可動片を接点Ｓ２側へ切り換える。これにより、接点Ｓ２はバッテリが使用不能であるという状態を示す性能レベルに相当する所定の値１１に接続されているから、ＳＯＣ演算手段７はバッテリの使用不能を判定することになる。

実施の形態４．
本実施の形態４はバッテリ性能判定機能を有するバッテリ充電状態演算装置において、サルフェーション発生時におけるバッテリ充電状態演算をサルフェーションによるバッテリ容量低下を考慮して行うようにすることにより、より正確なバッテリ充電状態を把握しようとするバッテリ充電状態演算方法に関するものである。

バッテリがサルフェーションという劣化現象を起こすと、例えば新品電池のＳＯＣ８０％にあたる性能レベル（Ｖｏ‐Ｖｃ特性）が、サルフェーションにより劣化した電池のＳＯＣ１００％（満充電）の状態になってしまうことがある。これを避けるために、サルフェーションを起こした電池が満充電になったと判定されたときの性能レベル（Ｖｏ‐Ｖｃ特性）や残存容量をもって、サルフェーションを起こしている電池の満充電容量と定義し直すということをする必要がある。

図９はこの動作を説明するグラフであり、横軸に時間ｔをとって示している。Ｆ２はサルフェーション判定フラグ、Ｔはバッテリの温度、Ｑは残存容量、ｑはサルフェーションによる低下容量、Ｑｍは満充電容量、ａは所定値である。バッテリ充電状態演算装置は、バッテリの満充状態の電池容量Ｑｍを推定して記憶し、この値を元にＳＯＣ、ＳＯＨを演算する。時間ｔ１においてサルフェーション判定フラグＦ２が立てられると、満充電容量Ｑｍと、サルフェーション判定成立時の残存容量との差をサルフェーションによる低下容量ｑとして記憶し、満充電状態の電池容量Ｑｍからサルフェーションによる低下容量ｑを差し引いた値Ｑｍ’を新しく満充電状態の容量としてバッテリ充電状態の演算を行うものである。

このように、サルフェーションの発生による容量低下を考慮してＳＯＣおよびＳＯＨの演算を行うことにより、より実情に即したバッテリの充電状態演算が可能となる。

本発明は、車両などに用いられるバッテリの使用中の状態における残存容量の状態を検知するバッテリ充電状態演算装置に適用して好適である。

この発明の実施の形態１に係るバッテリ充電状態検出装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１によるバッテリ充電状態検出装置の動作を説明するための図である。実施の形態１による満充電判定機能を説明する機能図である。実施の形態１によるバッテリ充電状態演算装置のサルフェーション判定機能を説明する機能図である。実施の形態１によるサルフェーション判定機能を説明するグラフである。この発明の実施の形態２に係るバッテリ充電状態演算装置のサルフェーション判定機能を説明する機能図である。実施の形態２によるサルフェーション判定機能を説明するグラフである。この発明の実施の形態３に係るバッテリ充電状態演算装置の一部を示すブロック図である。この発明の実施の形態４に係るバッテリ充電状態演算方法を説明するためのグラフである。

符号の説明

１電圧検出手段、
２電流検出手段、
３第１のＩ‐Ｖ特性（電流‐電圧特性）記憶手段、
４第２のＩ‐Ｖ特性（電流‐電圧特性）記憶手段、
５所定電流値記憶手段、
６所定負荷時のバッテリ電圧算出手段、
７ＳＯＣ（充電状態）演算手段、
８性能レベル判定・補正手段、
９電流積算手段、
１０温度検出手段、
１１所定値（レベル）、
１００満充電判定手段、
１０１サルフェーション状態検出手段、
１０２サルフェーション判定カウンタ、
１０３切換スイッチ、
Ａ第一の状態のＩ‐Ｖ特性、
Ｂ最低限ラインのＩ‐Ｖ特性。

Claims

バッテリの充放電電流値および電圧値が一定時間、所定の条件内にあった場合に上記バッテリは満充電状態に達したとみなすことを特徴とするバッテリ満充電状態検出装置。
バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、バッテリの電流を検出するバッテリ電流検出手段と、複数のサンプリングポイントにおいて上記バッテリ電圧検出手段および上記バッテリ電流検出手段が検出する電圧値と電流値を用い、現在使用中の状態である第一の状態におけるバッテリの電流−電圧特性を近似的に求め、これを第一の電流−電圧特性として記憶する第１の電流−電圧特性記憶手段と、上記第一の状態よりも取り出せるエネルギー量が少ない第二の状態における第二の電流−電圧特性をあらかじめ記憶している第２の電流−電圧特性記憶手段と、上記バッテリの所定負荷電流値を記憶している所定電流値記憶手段と、第１の電流−電圧特性記憶手段が記憶している上記第一の電流−電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第一のバッテリ電圧を算出し、上記第二の電流−電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第二のバッテリ電圧を算出する所定負荷時のバッテリ電圧算出手段と、上記所定負荷時のバッテリ電圧算出手段によって算出される上記第一、第二のバッテリ電圧を用いて、上記第一の状態におけるバッテリの充電状態を演算するＳＯＣ演算手段と、上記電流検出手段および電圧検出手段から得られたバッテリの電流および電圧に基づき満充電状態における電池容量を推定する満充電判定手段とを備え、上記満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点での上記ＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回ったことを検出して、当該バッテリがサルフェーションを起こしていると判定することを特徴とするバッテリ充電状態演算装置。
上記満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点での上記ＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回った回数をカウントし、カウント値が所定回数を超えたとき、当該バッテリはサルフェーションを起こしていると判定することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ充電状態演算装置。
バッテリがサルフェーションを起こしていると判定した場合、その判定を外部に信号として送る機能を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のバッテリ充電状態演算装置。
バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、バッテリの電流を検出するバッテリ電流検出手段と、複数のサンプリングポイントにおいて上記バッテリ電圧検出手段および上記バッテリ電流検出手段が検出する電圧値と電流値を用い、現在使用中の状態である第一の状態におけるバッテリの電流−電圧特性を近似的に求め、これを第一の電流−電圧特性として記憶する第１の電流−電圧特性記憶手段と、上記第一の状態よりも取り出せるエネルギー量が少ない第二の状態における第二の電流−電圧特性をあらかじめ記憶している第２の電流−電圧特性記憶手段と、上記バッテリの所定負荷電流値を記憶している所定電流値記憶手段と、第１の電流−電圧特性記憶手段が記憶している上記第一の電流−電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第一のバッテリ電圧を算出し、上記第二の電流−電圧特性を用いてバッテリ電流が上記所定負荷電流値のときの第二のバッテリ電圧を算出する所定負荷時のバッテリ電圧算出手段と、上記所定負荷時のバッテリ電圧算出手段によって算出される上記第一、第二のバッテリ電圧を用いて、上記第一の状態におけるバッテリの充電状態を演算するＳＯＣ演算手段と、上記第１の電流−電圧特性記憶手段において、上記所定負荷電流記憶手段により記憶されている所定負荷電流の時の電圧Ｖｃと、上記第１の電流−電圧特性記憶手段において、負荷電流がゼロの時の電圧Ｖｏからバッテリの劣化状態（ＳＯＨ）を検出し上記ＳＯＣ態演算手段より求められたバッテリ充電状態を補正する性能レベル検出手段と、上記電流検出手段および電圧検出手段から得られたバッテリの電流および電圧に基づき満充電状態における電池容量を推定する満充電判定手段とを備え、上記満充電判定手段で満充電の条件が成立した時点での上記ＳＯＣ演算手段から得られたバッテリの残存容量が所定の値を下回ったことを検出して、当該バッテリがサルフェーションを起こしていると判定したとき、上記性能レベル検出手段の出力を、当該バッテリが使用不可能であるという状態を示す値に強制的に書き換えるようにすることを特徴とするバッテリ充電状態演算装置。
バッテリの充放電電流値および電圧値に基づき推定した満充電状態における電池容量と、サルフェーション判定条件成立時のバッテリの残存容量との差分をサルフェーションによる低下容量として検出し、上記満充電状態における電池容量から上記低下容量を差し引いた値を、新しく満充電状態における電池容量としてバッテリ充電状態を演算するようにしたことを特徴とするバッテリ充電状態演算方法。