JP2008256642A - 蓄電池の劣化状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の劣化状態検出パラメータとして用いるＤＣＩＲは測定電流域によって検出精度が変動するため、結果として劣化状態検出精度が著しく低下していた。
【解決手段】蓄電池に流れる負荷電流と蓄電池電圧よりＤＣＩＲを検出して、このＤＣＩＲより蓄電池の劣化状態を検出する場合において、負荷電流領域別にＤＣＩＲを検出し、より高い負荷電流域でのＤＣＩＲを、低い負荷電流領域のＤＣＩＲに優先させて劣化状態を検出する。但し、より高い電流域でのＤＣＩＲの検出ができない状態で、所定時間が経過した際には、より低い電流域にて検出したＤＣＩＲを用いて蓄電池の劣化状態を検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電池の劣化状態検出に関するものである。

従来の技術では蓄電池の劣化状態と直流状態での内部抵抗（以下、ＤＣＩＲ）の相関が密接であることから、ＤＣＩＲを蓄電池の劣化状態の指標として用いてきた。このＤＣＩＲの測定方法としては、例えば、車両用の蓄電池においては車両走行中の、蓄電池の負荷電流Ｉと、そのときの蓄電池電圧Ｖを測定し、Ｉ−Ｖ特性の履歴データを線形近似して、その傾きをＤＣＩＲとして用いてきた（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−２２０６１６号公報

しかしながら、上記従来の方法では、測定する電流領域によってＤＣＩＲ値の精度が左右され、その結果、高精度のＤＣＩＲ値検出が困難であり、蓄電池の劣化状態検出精度が低下していた。

本発明は上記従来の課題を解決しようとするもので、蓄電池に流れる負荷電流より蓄電池のＤＣＩＲを検出し、このＤＣＩＲより蓄電池の劣化状態を検出する蓄電池の劣化状態検出方法であり、負荷電流が高負荷電流域内である時点で蓄電池のＤＣＩＲを検出してＤＣＩＲ１とし、負荷電流が低負荷電流域内である時点で蓄電池のＤＣＩＲを検出してＤＣＩＲ２とし、ＤＣＩＲ１を検出した際には、このＤＣＩＲ１を蓄電池のＤＣＩＲとし、前記ＤＣＩＲ１検出後、所定時間内にＤＣＩＲ１を検出しない場合にＤＣＩＲ２を蓄電池のＤＣＩＲとすることを特徴とする蓄電池の劣化状態検出方法を示すものである。

なお、負荷電流が放電側で単調推移した際にＤＣＩＲ１及びＤＣＩＲ２を検出することにより、充電時のガス発生による影響を省き、より高精度のＤＣＩＲの算出を行うことができ、好ましい。

本発明によれば、劣化状態検出のパラメータであるＤＣＩＲの検出精度が顕著に向上するため、結果として、蓄電池の劣化状態を精度よく検出できるという顕著な効果を奏する。

本発明の蓄電池の劣化状態検出方法は、蓄電池に流れる負荷電流より蓄電池のＤＣＩＲを検出し、このＤＣＩＲより蓄電池の劣化状態を検出する。

負荷電流からの蓄電池のＤＣＩＲの検出方法として、蓄電池の負荷電流Ｉとそのときの蓄電池電圧Ｖを所定時間間隔で、最低２点計測し、図１に示すようなＩ―Ｖ特性において、計測された２点間を直線で結び、その直線の傾きをＤＣＩＲとして算出することができる。

また、検出ポイントを２点とするのではなく、３点以上とすることもＤＣＩＲの測定精度向上の面で好ましい。３点以上の複数点よりＤＣＩＲを検出する場合は最小二乗法によりＩ−Ｖ間の近似直線を求め、その傾きをＤＣＩＲとすればよい。また、負荷電流Ｉが、放電側で単調推移している間にＤＣＩＲを検出することにより、充電時に発生するガスの影響や、電流変化に伴う電圧変化の遅れの影響を低減することができ、より高精度にＤＣＩＲを検出できるため、好ましい。

図２は、本発明の蓄電池の劣化状態検出方法を適用する蓄電池の放電負荷特性の一例を示す図である。なお、図２に示した例は、蓄電池を電動車に搭載した場合の例を示している。放電負荷電流Ｉは、車両の走行や停止その他の運行状況によって急激に変化する。本発明では、負荷電流が高負荷電流域（図２に示す領域１）内である時点で蓄電池のＤＣＩＲを検出してＤＣＩＲ１とする。

また、負荷電流が低負荷電流域内（図２に示す領域２）である時点で蓄電池のＤＣＩＲを検出してＤＣＩＲ２とする。

図３は、負荷電流ＩとＤＣＩＲとの関係の一例を示す図である。図３から、負荷電流Ｉの差分ΔＩと、ＤＣＩＲの差分ΔＤＣＩＲの比（ΔＤＣＩＲ／ΔＩ）は、負荷電流が高い領域で、負荷電流が低い領域よりも大幅に低下することがわかる。すなわち、負荷電流が高い領域では、低い領域に比較して、負荷電流の変化がＤＣＩＲの変化に及ぼす影響はより小さい。したがって、高い負荷電流で計測したＤＣＩＲ１は、低い負荷電流で計測したＤＣＩＲ２に比較して、蓄電池のＤＣＩＲとして、より精度の高い値であることがわかる。

しかしながら、図２に示したように、負荷電流が高負荷電流領域内にある確率は、低負荷電流領域内にある確率よりも極めて低く、ＤＣＩＲ１を常時得ることはできない。

したがって、本発明では、図４に示したようなフローによってＤＣＩＲの検出を行う。図２に示した負荷電流推移において、常時蓄電池の負荷電流Ｉと電圧Ｖを測定し（Ｓ１）、低負荷電流領域にてＤＣＩＲが検出できた場合（図２におけるポイントＡ及びＢ、図４におけるＳ２）には、これをＤＣＩＲ２として記憶し（Ｓ３）、高負荷電流領域にてＤＣＩＲが検出できた場合（図２におけるポイントＣ、図４におけるＳ４）には、これをＤＣＩＲ１として記憶する（Ｓ５）。

ＤＣＩＲ１（図２におけるポイントＣ）が得られたときには、常にＤＣＩＲ１をＤＣＩＲとして採用するが（Ｓ７）、ＤＣＩＲ１を検出後、ＤＣＩＲ１が得られないまま所定時間Ｔを経過した場合、ＤＣＩＲ１の精度は低下していると考えられ、より直近に検出されたＤＣＩＲ２（図２に示すポイントＤ）をＤＣＩＲとして採用する（Ｓ８）ことで、蓄電池のＤＣＩＲの精度を一定水準以上に保つ事ができる。

なお、ＤＣＩＲ１に替えて直近に得られたＤＣＩＲ２値を採用する前記の所定時間Ｔは、負荷電流の時間的推移と、劣化の進行度合いに応じて設定すべきである。例えば、劣化が早期に進行する場合は、所定時間Ｔを短く、例えば１時間〜２４時間といったスパンとし、劣化が早期に進行せず、緩慢に進行する場合には、所定時間Ｔを長く、例えば２４０時間以上に設定することができる。なお、所定時間Ｔを越えた後に、ＤＣＩＲ１が検出された場合（図２に示すポイントＥ），ただちにこのＤＣＩＲ１を蓄電池のＤＣＩＲとして採用する。

高負荷電流領域と低負荷電流領域の設定方法は、あらかじめ、車両等の使用機器のすべての使用モードにおける負荷電流推移を計測しておき、その負荷電流の範囲に応じて設定すればよい。高負荷電流域は前記使用機器の使用モードにおける最大電流値に近い範囲に設定するほうがよい。また、低負荷電流域は、使用頻度が多く、かつ、なるべく最大電流値に近い領域を設定するほうがよい。その際、高負荷電流域と低負荷電流域は重複してはならない。

例えば、図２に示した電流推移において、最大負荷電流が１８０Ａの場合、高負荷電流領域を１２０Ａ〜１８０Ａ、低負荷電流領域を２０Ａ〜６０Ａと設定することができる。

前記して得られた蓄電池のＤＣＩＲから、蓄電池の劣化状態を検出する（Ｓ９）。その後、再度Ｓ１へ戻るという計測ループを繰り返して行なうことにより、連続して蓄電池の劣化状態を検出できる。なお、蓄電池のＤＣＩＲから劣化状態を検出方法の一例としては以下の方法によることができる。

例えば、蓄電池の満充電時の総容量ＳＯＨ（Ａｈ）を蓄電池の劣化状態として採用する場合、図５に示すように、予め作成した温度別の蓄電池のＤＣＩＲ及び充電状態（ＳＯＣ）と、蓄電池の劣化状態（ＳＯＨ）との相関を示すマップを用いて、本発明によって得られたＤＣＩＲ値と、別途算出したＳＯＣ値からＳＯＨを検出する。

なお、図５に示したマップの例においては、前回得られたＳＯＨと電流積算によって得たその時点における残存容量Ｑとから、ＳＯＣを求める（Ｑ／ＳＯＨ×１００）。このＳＯＣと本発明で得たＤＣＩＲ値と蓄電池の温度から、図５に示したマップより、更新されたＳＯＨを求めることができる。

なお、本実施形態では、ＤＣＩＲから劣化状態を検出するステップとして、図５に示したマップを用いた例を説明したが、他に知られている方法であってもよい。例えば、初期状態の蓄電池のＤＣＩＲ値と、現時点でのＤＣＩＲ値との比率を蓄電池の劣化状態のパラメータとし、このパラメータ値によって、「良好」、「劣化」等のメッセージをＬＣＤパネル等の表示手段で表示したり、電子ブザーや電子音声等の音響・音声的手段により、蓄電池の劣化状態を使用者に告知する方法を用いてもよい。

本発明では、蓄電池の劣化状態のパラメータとして、ＤＣＩＲを検出する際、検出頻度は低いが、より高い精度のＤＣＩＲ値が得られる高負荷電流領域でのＤＣＩＲ１値を、検出頻度は高いが精度の低い低負荷電流領域でのＤＣＩＲ２値に優先させる。これにより、精度の高いＤＣＩＲ検出が可能となり、このＤＣＩＲを劣化状態パラメータとした蓄電池の劣化状態検出の精度を顕著に高めることができる。

なお、本実施形態では、高負荷電流域と低負荷電流域と２つの電流域に分けてＤＣＩＲを検出したが、使用モードに応じて、ＤＣＩＲ検出の負荷電流域を３つ以上に設定してもよい。

例えば３つの負荷電流域を設定する場合、高負荷電流域、中負荷電流域及び低負荷電流域を設ける。高負荷電流域は使用機器の使用モードにおける最大電流値に近い範囲に設定し、中負荷電流域は、使用頻度が高負荷電流域よりも多く、かつ、なるべく高負荷電流域に近い領域を設定、低負荷電流域は、使用頻度が中負荷電流域よりも多く、かつ、なるべく中負荷電流域に近い領域を設定する。その際、高負荷電流域と中負荷電流域と低負荷電流域は重複してはならない。

図６は、図５と同様に、蓄電池を電動車に搭載し、その時の蓄電池の放電負荷特性の一例を示す図である。高負荷電流域（図６に示す領域１）で検出されるＤＣＩＲをＤＣＩＲ１とし、中負荷電流域（図６に示す領域２）で検出されるＤＣＩＲを便宜上ＤＣＩＲ１．５とし、低負荷電流域（図６に示す領域３）で検出されるＤＣＩＲをＤＣＩＲ２とし、図７に示すフローによってＤＣＩＲの検出を行なう。

図６に示した負荷電流推移において、常時蓄電池の負荷電流Ｉと電圧Ｖを測定し（Ｓ´１）、低負荷電流領域にてＤＣＩＲが検出できた場合（図６におけるポイントＡ及びＢ、図７におけるＳ´２）には、これをＤＣＩＲ２として記憶し（Ｓ´３）、中電流領域にてＤＣＩＲが検出できた場合（図６におけるポイントＣ、図７におけるＳ´４）には、これをＤＣＩＲ１．５として記憶し（Ｓ´５）、高負荷電流領域にてＤＣＩＲが検出できた場合（図６におけるポイントＤ、図７におけるＳ´６）には、これをＤＣＩＲ１として記憶する（Ｓ´７）。

ＤＣＩＲ１が得られたときには、常にＤＣＩＲ１をＤＣＩＲとして採用する（Ｓ´９）が、ＤＣＩＲ１を検出後、ＤＣＩＲ１が得られないまま所定時間Ｔを経過した場合（Ｓ´８のＹｅｓ）、ＤＣＩＲ１の精度は低下していると考えられ、より直近に検出されたＤＣＩＲ２（図６に示すポイントＥ、図７のＳ´１２）もしくはＤＣＩＲ１．５をＤＣＩＲとして採用する（図７のＳ´１１）。

なお、最後のＤＣＩＲ１．５検出からの経過時間が前記した所定時間Ｔを経過している場合、このＤＣＩＲ１．５も誤差が生じているため、より直近のＤＣＩＲ２をＤＣＩＲとして採用する（Ｓ´１２）。

なお、図６の例では、所定時間Ｔ内にＤＣＩＲ２のみ得られているので、このＤＣＩＲ２を蓄電池のＤＣＩＲとすることになる。所定時間Ｔ内にＤＣＩＲ２とＤＣＩＲ１．５が得られている場合は、ＤＣＩＲ２を採用せず、ＤＣＩＲ１．５を蓄電池のＤＣＩＲとして採用する。

上記より得られたＤＣＩＲ値より既述の方法によって蓄電池の劣化状態を検出し（Ｓ´１３）、再度Ｓ´１へ戻ることによって繰り返して連続的に蓄電池の劣化状態を検出できる。

なお、図６に示す例において、その後ＤＣＩＲ１．５が検出できた場合（図６に示すポイントＦ、図７におけるＳ´４）は、ＤＣＩＲ１．５を蓄電池のＤＣＩＲとする（Ｓ´１１）。さらに、ＤＣＩＲ１が得られたとき（図に示すポイントＧ、図７に示すＳ´６）は、これをＤＣＩＲとして採用する（Ｓ´９）。既述した説明により、ＤＣＩＲの検出精度の面で、ＤＣＩＲ２が最も高く、ＤＣＩＲ１が最も低く、ＤＣＩＲ１．５はこれらの中間に位置している。一方、検出頻度は、検出精度とは全く逆のＤＣＩＲ１＞ＤＣＩＲ１．５＞ＤＣＩＲ２の傾向となる。

本発明では、ＤＣＩＲ２よりもＤＣＩＲ１．５を優先し、ＤＣＩＲ１．５よりもＤＣＩＲ１を優先採用する（Ｓ´９）。但し、前記した所定時間Ｔ内により精度の高いＤＣＩＲ１が得られない場合（Ｓ´８のＹｅｓ）は、直近に得られたＤＣＩＲ１．５をＤＣＩＲとして採用する（Ｓ´１１）。なお、ＤＣＩＲ１．５を得た時間から、さらに前記した所定時間内にＤＣＩＲ１．５もしくはＤＣＩＲ１が得られない場合（Ｓ´８のＹｅｓ、Ｓ´１０のＹｅｓ）は、ＤＣＩＲ２をＤＣＩＲＤＣＩＲとして採用する（Ｓ´１３）。

すなわち、所定時間内に現時点で採用しているＤＣＩＲｘ（ｘ＝１、１．５、２）と同負荷電流領域もしくは高負荷電流領域によるＤＣＩＲを得た場合は、この値をＤＣＩＲとして採用するが、所定時間に到達した時点で、現時点で採用しているＤＣＩＲｘ（ｘ＝１、１．５、２）よりも低負荷電流領域によるＤＣＩＲしか得られない場合、この値を蓄電池のＤＣＩＲとして採用する。

本発明では、検出精度のより高い負荷電流域でのＤＣＩＲ値を、検出精度のより低い低負荷電流域でのＤＣＩＲ値に優先して蓄電池のＤＣＩＲとするため、ＤＣＩＲの測定電流領域に何らの配慮もない、従来のＤＣＩＲ検出やこのＤＣＩＲ値に基いた蓄電池の劣化検出方法に比較して、高精度なＤＣＩＲ検出と、劣化検出を行なうことができる。

負荷電流域の区分を４つ以上に増やした場合にも、同様な検出フローを用いてＤＣＩＲを検出することができる。

なお、本発明は、ＤＣＩＲ値によって劣化状態を検知できる蓄電池、例えば鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池等の蓄電池に適用できる。

本発明の蓄電池の劣化状態検出方法は、前述したような電動車両用蓄電池をはじめとして、様々な用途の蓄電池の劣化状態検出方法として用いることができる。

蓄電池のＩ−Ｖ特性の一例を示す図 蓄電池の放電負荷特性の一例を示す図 負荷電流ＩとＤＣＩＲとの関係の一例を示す図 ＤＣＩＲの検出フローを示す図 蓄電池のＳＯＨ検出マップの一例を示す図 蓄電池の放電負荷特性の一例を示す他の図 ＤＣＩＲの検出フローを示す他の図

Claims (2)

1. 蓄電池に流れる負荷電流と蓄電池電圧とから前記蓄電池のＤＣＩＲを検出し、前記ＤＣＩＲより前記蓄電池の劣化状態を検出する蓄電池の劣化状態検出方法であり、
   前記負荷電流が高負荷電流域内である時点で前記ＤＣＩＲを検出してＤＣＩＲ１とし、
   前記ＤＣＩＲ１を検出した際には、前記ＤＣＩＲ１を蓄電池のＤＣＩＲとし、
   前記ＤＣＩＲ１検出後、所定時間内に高負荷電流域内で別のＤＣＩＲを検出しない場合に、遂次検出する前記負荷電流が低負荷電流域内である時点で前記ＤＣＩＲを検出してＤＣＩＲ２とし、
   前記ＤＣＩＲ２を蓄電池のＤＣＩＲとすることを特徴とする蓄電池の劣化状態検出方法。
2. 負荷電流が放電側で単調推移した際に前記ＤＣＩＲ１及び前記ＤＣＩＲ２を検出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の劣化状態検出方法。

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