JP2013142561A - 車両用蓄電池の劣化推定装置及び劣化推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電池の内部抵抗値が電流値に応じて変化する場合であっても、高精度に蓄電池の劣化度を推定できる劣化推定装置を提供する。
【解決手段】 劣化推定装置１は、車両に搭載された蓄電池２から出力された電圧値ＶＢを検知する電圧値検知手段３と、蓄電池２から出力された電流値ＩＢを検知する電流値検知手段４と、電圧値ＶＢ及び電流値ＩＢに基づいて蓄電池２の劣化度ＤＲを推定する制御装置５とを備える。制御装置５は、状態電流値ＣＩに対する内部抵抗値Ｒｉ（ＣＩ）を
Ｒｉ（ＣＩ）＝Ｒ＋ＣＡ・ｌｎ｛（ＣＩ＋ＣＢ）／（ＩＢ２＋ＣＢ）｝
によって求める。このようにして求められた内部抵抗値Ｒｉ（ＣＩ）と状態電流値ＣＩに対する基準内部抵抗値Ｒｂとを比較することで、蓄電池２の劣化度ＤＲを推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用蓄電池の劣化推定装置及びその劣化推定方法に関する。

従来、車両に搭載される蓄電池の劣化状態を推定する装置が知られている（特許文献１）。この装置では、蓄電池を交換した時の当該蓄電池の内部抵抗値を、当該蓄電池から出力される電圧値及び電流値から推定して保存している。そして、車両の駆動源であるエンジンが始動される度に、蓄電池から出力される電圧値及び電流値を検知して、当該エンジン始動時の蓄電池の内部抵抗値を推定する。そして、該推定された内部抵抗値と、交換時に保存した内部抵抗値とを比較することで蓄電池の劣化度を推定している。

特開２００３−１２９９２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、蓄電池の内部抵抗値が当該蓄電池の出力する電流値に応じて（依存して）変化する場合を考慮していない。通常、蓄電池から出力される電流値は、車載された電気機器の作動状態の変化、エンジン始動時の負荷の変化等、蓄電池にかかる負荷の変化によって変化する。また、この電流値は、そのときの環境に応じて変化するものであり意図的に値を設定することは難しい。

従って、内部抵抗を推定したときの電流値が、交換時に内部抵抗値を推定したときの電流値と一致する保障はない。このため、蓄電池の内部抵抗値が電流値に応じて変化する場合には、異なる２つの電流値のそれぞれに基づいた２つの内部抵抗値を互いに比較することで得られた劣化度は、高精度なものとは言い難い。

本発明は、蓄電池の内部抵抗値が電流値に応じて変化する場合であっても、高精度に蓄電池の劣化度を推定できる劣化推定装置及び劣化推定方法を提供することを目的とする。

本発明は、車両に搭載された蓄電池から出力された電圧値を検知する電圧値検知手段と、前記蓄電池から出力された電流値を検知する電流値検知手段と、前記電圧値検知手段によって検知された電圧値及び前記電流値検知手段によって検知された電流値に基づいて前記蓄電池の劣化度を推定する推定手段とを備える車両用蓄電池の劣化推定装置であって、前記蓄電池は、当該蓄電池から出力される電流値に応じて値が変化する内部抵抗を有し、前記内部抵抗の値は、前記電流値を変数とする関数の値と、前記蓄電池の劣化度に対応した劣化度数とにより演算することで規定されるものであり、前記推定手段は、前記電流値と前記電圧値とから前記蓄電池の内部抵抗の値を推定し、前記劣化度数を、前記推定された内部抵抗の値と、該内部抵抗の値を推定したときの電流値を前記変数の値としたときの前記関数とにより表すことで、所定の電流値に対する前記内部抵抗の値を前記関数によって演算し、前記演算された前記所定の電流値に対する前記内部抵抗の値と、前記所定の電流値に対する基準となる内部抵抗の値とに応じて前記蓄電池の劣化度を推定することを特徴とする。

本発明の装置によれば、蓄電池の内部抵抗の値は、電流値を変数とする関数の値と、劣化度数とにより演算するように規定される。例えば、内部抵抗の値（以下、「内部抵抗値」という）をＲ、電流値をＩ、関数をｆ（Ｉ）、劣化度数をＲ０とし、演算を加算とした場合、次式(i)のように表される。

Ｒ＝ｆ（Ｉ）＋Ｒ０ …(i)
推定手段によって内部抵抗値Ｒｘを推定したときの電流値をＩｘとすると、上式(i)は次のようになる。

Ｒｘ＝ｆ（Ｉｘ）＋Ｒ０
これを劣化度数Ｒ０について表すと、
Ｒ０＝Ｒｘ−ｆ（Ｉｘ） …(ii)
となる。式(ii)は、劣化度数を、推定された内部抵抗値と、該内部抵抗値を推定したときの電流値を変数の値としたときの関数とにより表している。

そして、この式(ii)で表される劣化度数Ｒ０を上述した式(i)に代入することで、次のようになる。

Ｒ＝ｆ（Ｉ）＋Ｒｘ−ｆ（Ｉｘ） …(iii)
式(iii)は、Ｒｘ、Ｉｘが既知であるので、所定の電流値Ｉを変数として、該所定の電流値Ｉに対する内部抵抗値Ｒを得ることができる。式(iii)は、「劣化度数を、推定された内部抵抗の値と、該内部抵抗の値を推定したときの電流値を変数の値としたときの関数とにより表すことで、所定の電流値に対する内部抵抗の値を関数によって演算」することに相当している。

以上により、蓄電池にかかる負荷が変化して蓄電池から出力される電流値が変化しても、現時点での内部抵抗値と基準となる内部抵抗値との２つの内部抵抗値を、同一の所定の電流値に対する内部抵抗値にできるので、蓄電池の劣化度を高精度に推定できる。

更に、特許文献１に記載の装置においては、蓄電池を交換したときの内部抵抗値を記憶しているが、本発明においては、蓄電池を交換したときの内部抵抗値を記憶することなく蓄電池の劣化度を推定できる。このため、新品ではなく中古の蓄電池を交換したとき等であっても、高精度に蓄電池の劣化度を推定できる。

本発明において、前記車両が始動するときの電流値は、前記車両に搭載された機器が始動するときの電流値より大きく、当該２つの電流値の間の所定の値を閾値としたとき、前記関数は、前記電流値が前記閾値より大きいときと前記閾値以下のときとで、当該関数の特性を規定する要素が変化するものであり、前記推定手段は、前記電流値検知手段によって検知された電流値が、前記閾値より大きいか否かに応じて前記要素を変更することが好ましい。これにより、電流値に応じて関数の特性が変化するような場合であっても、電流値に応じて要素を変更することで高精度に蓄電池の劣化度を推定できる。

本発明は、車両に搭載された蓄電池から出力された電圧値を検知する電圧値検知手段と、前記蓄電池から出力された電流値を検知する電流値検知手段とを備える車両用蓄電池の劣化推定方法であって、前記蓄電池は、当該蓄電池から出力される電流値に応じて値が変化する内部抵抗を有し、前記内部抵抗の値は、前記電流値を変数とする関数の値と、前記蓄電池の劣化度に対応した劣化度数とにより演算することで規定されるものであり、前記電流値と前記電圧値とから前記蓄電池の内部抵抗の値を推定する第１内部抵抗値演算工程と、前記劣化度数を、前記第１内部抵抗値演算工程で推定された内部抵抗の値と、該内部抵抗の値を推定したときの電流値を前記変数の値としたときの前記関数とにより表すことで、所定の電流値に対する前記内部抵抗の値を前記関数によって演算する第２内部抵抗値演算工程と、前記第２内部抵抗値演算工程で演算された前記所定の電流値に対する前記内部抵抗の値と、前記所定の電流値に対する基準となる内部抵抗の値とに応じて前記蓄電池の劣化度を推定する劣化度推定工程とを備えることを特徴とする。

本発明の方法によれば、蓄電池の内部抵抗値が上式(i)によって表される。第２内部抵抗値演算工程では、上式(iii)によって所定の電流値に対する内部抵抗値を演算する。そして、劣化度推定工程で、現時点での内部抵抗値と基準となる内部抵抗値との２つの内部抵抗値に応じて劣化度を推定する。このとき、式(iii)によって、現時点での内部抵抗値を、基準となる内部抵抗値に対する所定の電流値と同じ値にしたときの内部抵抗値にできるので、蓄電池の劣化度を高精度に推定できる。

本発明の実施形態の劣化推定装置の構成を示すブロック図。 （ａ）はエンジンオン状態のときに蓄電池から出力される電流波形の一例を示す図、（ｂ）はアクセサリオン状態のときに蓄電池から出力される電流波形の一例を示す図。 実施形態の劣化推定装置の制御装置が実行する劣化度推定処理を示すフローチャート。 電流値と内部抵抗値との関係を示す図。 オフ状態及びエンジンオン状態のときに蓄電池から出力される電流波形の一例を示す図。

本発明の実施形態の劣化推定装置の構成について説明する。図１に示されるように、本実施形態の劣化推定装置１は、車両の二次電池として構成された鉛蓄電池である蓄電池２の両端子間の電位差（電圧値）を検知する電圧センサである電圧値検知手段３と、蓄電池２から出力された電流値を検知する電流センサである電流値検知手段４と、蓄電池２の劣化度ＤＲを推定する推定手段としての制御装置５とを備える。

車両は、当該車両に搭載された電気機器６が作動し、エンジン７が作動しないアクセサリオン状態、電気機器６及び当該車両の駆動源であるエンジン７が作動するエンジンオン状態、及び電気機器６及びエンジン７の作動を停止するオフ状態を当該車両の運転席付近に設けられたスタートスイッチ（図示省略）により切り替え可能となっている。

車両は、アクセサリオン状態においては、第１スイッチＳＷ１内の両端子間を接続することで蓄電池２と電気機器６とが電気的に接続され、電気機器６が作動を開始する。ここで、電気機器６とは、例えば、ＥＴＣ（電子料金収受システム）車載機、カーナビゲーションシステム又はカーステレオ等の蓄電池２から電力が供給されることで作動する車載機器である。車両は、電気機器６として、これらの車載機器を複数備えている。

車両は、エンジンオン状態においては、第１スイッチＳＷ１内の両端子間を接続することで蓄電池２と電気機器６とが電気的に接続されると共に、第２スイッチＳＷ２内の両端子間を接続することで蓄電池２とセルモータ８とが電気的に接続され、セルモータ８が作動を開始する。このときのセルモータ８の回転出力によって、エンジン７のクランクシャフト（図示省略）が回転し、ガソリン等の燃料を噴射することでエンジン７の作動が開始される。エンジン７が始動された後は、第２スイッチＳＷ２内の両端子間の接続を断つことにより蓄電池２とセルモータ８との電気的な接続を断つ。

また、車両は、エンジンオン状態において、エンジン７の駆動力によって車両が走行するときに、当該エンジン７の回転出力が発電機９に伝達されることで発電機９が発電を開始する（電力が生成される）。車両は、発電機９が発電しているときには、発電機９から出力される電力を、蓄電池２から出力される電力よりも優先的に使用するように構成されている。

車両は、オフ状態において、第１スイッチＳＷ１内の両端子間の接続を断つことにより、蓄電池２と電気機器６との電気的接続を断つことで電気機器６の作動を停止すると共に、エンジン７への燃料噴射を停止することで、エンジン７の作動を停止する。なお、このとき、第２スイッチＳＷ２内の両端子間が接続されている場合には、当該第２スイッチＳＷ２内の両端子間の接続を断つ。

制御装置５は、各種演算処理を実行する中央演算処理装置である演算回路と、この演算回路で実行される各種演算プログラム、各種テーブル、演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭからなる記憶装置である記憶部５５とを備える。制御装置５は、演算回路によって実行される演算プログラムとして、モード判定部５１と、第１内部抵抗値演算部５２と、第２内部抵抗値演算部５３と、劣化度演算部５４とを備える。

図２は、エンジンオン状態及びアクセサリオン状態の各状態において、蓄電池２から出力される電流の時間変化（電流波形）を示す。図２（ａ）及び（ｂ）のいずれにおいても、横軸は時間を示し、縦軸は蓄電池２から出力されている電流値を示す。図２（ａ）は、エンジンオン状態を示しており、時刻ｔａ０はオフ状態からエンジンオン状態になった時刻を示し、時刻ｔａ１はエンジンオン状態において発電機９が発電を開始して、蓄電池２から電力が出力されなくなった時刻を示す。

図２（ａ）に示されるように、オフ状態である時刻ｔａ０以前において、蓄電池２から出力される電流の値は、車両に搭載された電気機器６の待機電力を賄うために暗電流値ＩＤとなっている。時刻ｔａ０において、オフ状態からエンジンオン状態になることで、エンジン７を始動するセルモータ８に電力を供給するために、蓄電池２からは始動電流値ＩＥが瞬時に出力される。そして、蓄電池２から出力される電流値は、時刻ｔａ０から時刻ｔａ１にかけて徐々に小さくなる。時刻ｔａ１以降は、エンジン７の回転出力により発電機９が発電を開始し、蓄電池２から出力される電流値が小さくなる。このとき、蓄電池２から出力される電流は、車両が要求する電力（電気機器６の電力）から発電機９が賄えなかった分の電力に相当するものとなる。

図２（ｂ）は、アクセサリオン状態を示しており、時刻ｔｂ０はオフ状態からアクセサリオン状態になった時刻を示し、時刻ｔｂ１は車両に搭載された全ての電気機器６が作動を開始した時刻を示す。図２（ｂ）に示されるように、オフ状態である時刻ｔｂ０以前においては、図２（ａ）の時刻ｔａ０以前のときと同様に、蓄電池２から出力される電流の値は暗電流値ＩＤとなっている。時刻ｔｂ０において、電気機器６の作動が開始され、全ての電気機器６の作動が開始する時刻ｔｂ１まで徐々に電流が増加する。時刻ｔｂ１において、蓄電池２から出力される電流値は機器電流値ＩＳになる。

なお、機器電流値ＩＳは、搭載される電気機器６の作動状態に応じて変化するものである。更に、機器電流値ＩＳは、作動していない電気機器６が多いほど小さくなり、作動している電気機器６が多いほど大きくなる。図２（ｂ）では、蓄電池２の電流波形を模式的に例示したものであるので、時刻ｔｂ１以降において蓄電池２から出力される電流の値が一定（ＩＳ）であるように示されているが、随時変化している場合もある。

以上のように、各状態において蓄電池２から出力される電流が変化する。制御装置５は、オフ状態からオフ状態ではなくなったとき（エンジンオン状態又はアクセサリオン状態）を、次に示すように検知している。制御装置５は、暗電流値ＩＤより大きな値としてオン電流値Ｉ１を設定すると共に、当該オン電流値Ｉ１を機器電流値ＩＳよりも充分に小さい値に設定する。このとき、オン電流値Ｉ１は、蓄電池２から出力される電流値にノイズが生じたときであっても、すなわち、暗電流値ＩＤにノイズ分の値が加わったときでもオン電流値Ｉ１を超えない程度に設定される。そして、制御装置５は、蓄電池２から出力された電流値ＩＢがオン電流値Ｉ１を超えたとき、オフ状態からオフ状態ではなくなったと判定している。

また、制御装置５は、オフ状態からオフ状態ではなくなったときに、エンジンオン状態及びアクセサリオン状態のいずれの状態に遷移したかを、次に示すように検知している。エンジンオン状態においては、セルモータ８によってエンジン７のクランクシャフトを回転させるので、始動電流値ＩＥ（図２（ａ））は機器電流値ＩＳ（図２（ｂ））に比べて非常に大きい値となる。このため、制御装置５は、機器電流値ＩＳよりも（ノイズの影響を受けない程度に）大きく且つ始動電流値ＩＥよりも（ノイズの影響を受けない程度に）小さい値として、状態閾値Ｉ２を設定する。

そして、蓄電池２から出力された電流値ＩＢが、オン電流値Ｉ１を超え、更に状態閾値Ｉ２を超えたとき（Ｉ１＜Ｉ２＜ＩＢ）にエンジンオン状態であると検知し、蓄電池２から出力された電流値ＩＢが、オン電流値Ｉ１を超えたが、状態閾値Ｉ２以下のとき（Ｉ１＜ＩＢ≦Ｉ２）にアクセサリオン状態であると検知する。ここで、状態閾値Ｉ２が、本発明における「閾値」に相当する。

以上のように、各値の大きさの関係が「ＩＤ＜Ｉ１＜ＩＳ＜Ｉ２＜ＩＥ」として設定されることで、蓄電池２から出力された電流値ＩＢがこれらのいずれの範囲であるかに応じて、制御装置５は、「オフ状態からオフ状態ではなくなったとき」及び「エンジンオン状態及びアクセサリオン状態のいずれの状態か」を検知することができる。

以下、これらの制御装置５によって実行される処理について図３を参照して説明する。

まず、最初のステップＳＴ１では、電圧値検知手段３及び電流値検知手段４によって、蓄電池２から出力される電流値ＩＢ及び電圧値ＶＢを検知する。

次にステップＳＴ２に進み、ステップＳＴ１で検知した電流値ＩＢがオン電流値Ｉ１より大きいか否かを判定する。ステップＳＴ２で、電流値ＩＢがオン電流値Ｉ１以下と判定された場合（ステップＳＴ２の判定結果がＮＯの場合）、ステップＳＴ３に進み、ステップＳＴ１で検知した電流値ＩＢを第１電流値ＩＢ１として記憶し、ステップＳＴ１で検知した電圧値ＶＢを第１電圧値ＶＢ１として記憶する。

次に、ステップＳＴ４に進み、タイマー値ｔｍにサンプリング時間Ｔ１の値を加算する。ここで、タイマー値ｔｍとは、図３のフローチャートの処理が開始された時点からの経過時間を表す値である。図３のフローチャートの処理が開始された時点では、タイマー値ｔｍは０になっている。次に、ステップＳＴ５に進み、サンプリング時間Ｔ１の時間分待機（遅延）した後、ステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ２で、電流値ＩＢがオン電流値Ｉ１より大きいと判定された場合（ステップＳＴ２の判定結果がＹＥＳの場合）、ステップＳＴ６に進み、タイマー値ｔｍが安定判断時間Ｔ０より大きいか否かを判定する。ここで、安定判断時間Ｔ０とは、蓄電池２の状態が安定していると判断できる時間を表す。蓄電池２は、充放電が行われた直後には、その状態が不安定、すなわち、出力された電圧値及び電流値が短期間で様々な値に変化する。

このため、不安定な状態の電圧値及び電流値に基づいて蓄電池２の内部抵抗値を演算したとしても、その演算結果は精度が低いものとなる。従って、蓄電池２の状態が安定している状態で蓄電池２の内部抵抗値を演算することが望ましい。安定判断時間Ｔ０は、蓄電池２の充放電が行われなくなってから蓄電池２が安定するまでに必要と思われる時間に設定されている。このような時間は、蓄電池の構成に応じて変化するので、蓄電池に応じて適宜設定される。

ステップＳＴ２で第１電流値ＩＢ１がオン電流値Ｉ１よりも大きい（ＩＢ＞Ｉ１）と判定され、且つステップＳＴ６でタイマー値ｔｍが安定判断時間Ｔ０以下（ｔｍ≦Ｔ０）と判定される場合とは、次のいずれかであると考えられる。
・オフ状態になった後に、蓄電池２を安定させるために充分な時間が経過せずに、アクセサリオン状態又はエンジンオン状態のいずれかが選択された。
・蓄電池２が不安定な状態のため、オフ状態中に大きなノイズが偶然生じて「ＩＢ＞Ｉ１」となった。

上記のいずれの場合であっても、演算された蓄電池２の内部抵抗値の精度が低くなり、ひいては、蓄電池２の劣化度ＤＲの推定の精度も低下する。このため、蓄電池２の内部抵抗値の演算を行わずに終了する方がよい。従って、ステップＳＴ６で、タイマー値ｔｍが安定判断時間Ｔ０以下であると判定された場合（ステップＳＴ６の判定結果がＮＯの場合）には、蓄電池２の劣化度推定処理を終了するために、ステップＳＴ７に進み、タイマー値ｔｍを０に設定して本制御処理を終了する。

以上のようなステップＳＴ１〜ＳＴ５の処理によって、電流値ＩＢがオン電流値Ｉ１以下である間、サンプリング時間Ｔ１毎に第１電流値ＩＢ１及び第１電圧値ＶＢ１が更新されると共に、タイマー値ｔｍが増加する。

ステップＳＴ６で、タイマー値ｔｍが安定判断時間Ｔ０より大きいと判定された場合（ステップＳＴ６の判定結果がＹＥＳの場合）には、蓄電池２が安定した状態であるとしてステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８では、ステップＳＴ１で検知した電流値ＩＢが、状態閾値Ｉ２より大きいか否かを判定する。ステップＳＴ８で、電流値ＩＢが状態閾値Ｉ２より大きいと判定された場合（ステップＳＴ８の判定結果がＹＥＳの場合）には、エンジンオン状態であると判定してステップＳＴ９に進む。

ステップＳＴ９では、状態係数ＣＡにエンジンオン状態係数ＣＡｅを設定し、状態バイアス値ＣＢにエンジンオン状態バイアス値ＣＢｅを設定し、状態電流値ＣＩにエンジンオン状態電流値ＣＩｅを設定し、基準内部抵抗値ＣＲにエンジンオン状態基準内部抵抗値ＣＲｅを設定する。状態係数ＣＡ，状態バイアス値ＣＢ，状態電流値ＣＩ，基準内部抵抗値ＣＲ，エンジンオン状態係数ＣＡｅ，エンジンオン状態バイアス値ＣＢｅ，エンジンオン状態電流値ＣＩｅ及びエンジンオン状態基準内部抵抗値ＣＲｅに関しては後述する。

ステップＳＴ８で、電流値ＩＢが状態閾値Ｉ２以下であると判定された場合（ステップＳＴ８の判定結果がＮＯの場合）には、アクセサリオン状態であると判定してステップＳＴ１０に進む。ステップＳＴ１０では、状態係数ＣＡにアクセサリオン状態係数ＣＡａを設定し、状態バイアス値ＣＢにアクセサリオン状態バイアス値ＣＢａを設定し、状態電流値ＣＩにアクセサリオン状態電流値ＣＩａを設定し、基準内部抵抗値ＣＲにアクセサリオン状態基準内部抵抗値ＣＲａを設定する。アクセサリオン状態係数ＣＡａ，アクセサリオン状態バイアス値ＣＢａ，アクセサリオン状態電流値ＣＩａ及びアクセサリオン状態基準内部抵抗値ＣＲａに関しては後述する。

ステップＳＴ９又はステップＳＴ１０の処理が終了するとステップＳＴ１１に進む。ステップＳＴ１１では待機時間Ｔ２の時間分待機（遅延）して、ステップＳＴ１２に進む。

ステップＳＴ１２では、電圧値検知手段３及び電流値検知手段４によって、蓄電池２から出力される電流値ＩＢ及び電圧値ＶＢを検知する。そして、第２電流値ＩＢ２に電流値ＩＢを設定し、第２電圧値ＶＢ２に電圧値ＶＢを設定する。ステップＳＴ３で設定された第１電流値ＩＢ１及び第１電圧値ＶＢ１は、オフ状態且つ蓄電池２が安定した状態において蓄電池２から出力された電流値ＩＢ及び電圧値ＶＢを意味しており、本ステップＳＴ１２で設定された第２電流値ＩＢ２及び第２電圧値ＶＢ２は、エンジンオン状態又はアクセサリオン状態になった時点から待機時間Ｔ２後に、蓄電池２から出力された電流値ＩＢ及び電圧値ＶＢを意味する。

ステップＳＴ１２の処理が終了すると、ステップＳＴ１３に進み、次式（１）により、内部抵抗値Ｒを演算する。

ここで、式（１）により内部抵抗値Ｒを演算することが、本発明における「前記電流値と前記電圧値とから前記蓄電池の内部抵抗の値を推定」することに相当する。

本出願人は、様々な実験結果に基づいて、蓄電池２の内部抵抗値Ｒを精度良く推定するために、蓄電池２から出力される電流値ＩＢと蓄電池２の内部抵抗値Ｒとの間に、図４に示されるような関係があることに着目した。図４の横軸は蓄電池２から出力された電流値ＩＢに対数（本実施形態ではネイピア数ｅを底とする自然対数）をとった値であり、縦軸は蓄電池２の内部抵抗値Ｒを示す値である。

図４に示されるように、内部抵抗値Ｒは、電流値ＩＢの値が増加するに従って減少する傾向があり、「内部抵抗値Ｒ」と「電流値ＩＢの対数をとった値」とは略比例の関係にある（このとき、比例係数は負の値となる）。以下、電流値ＩＢに対数をとった値と内部抵抗値Ｒとの関係を表す線を「関係線」という。

そこで、内部抵抗値Ｒと電流値ＩＢとについて、次式（２）で表される関係式を定義した。

ここで、ＩＢは蓄電池２から出力される電流値、Ｒｉ（ＩＢ）は電流値ＩＢに対する（依存する）蓄電池２の内部抵抗値Ｒ、ＣＡ及びＣＢはそれぞれ状態係数及び状態バイアス値であり蓄電池２の種類に応じて予め決定される定数、Ｒ０は蓄電池２の劣化度ＤＲに依存する定数（以下、「劣化度数」という）を示す。

劣化度数Ｒ０は、電流値ＩＢの対数をとった値に比例する内部抵抗値Ｒに含まれたバイアス（関係線の切片）を示す。蓄電池２は、劣化度ＤＲが高いほど（すなわち、劣化しているほど）同一の電流値ＩＢに対する内部抵抗値Ｒが上昇する。すなわち、関係線は、劣化度合が低い場合に比べて劣化度合が高い方が図４の上方向に位置する。式（２）の第１項Ｒ０は、この内部抵抗値Ｒの上昇分を補正する項である。

なお、状態係数ＣＡは、図４において関係線の傾きを示す。また、状態バイアス値ＣＢは、主に電流値ＩＢが０であるときに、マイナス無限大に発散することを防止するためのバイアス値（オフセット値）を示す。

ここで、本実施形態における式（２）が、本発明における「前記内部抵抗値は、前記電流値を変数とする関数の値と、前記蓄電池の劣化度に応じた劣化度数とにより演算することで規定される」ことに相当する。すなわち、本実施形態における電流値ＩＢに関する式（２）の第２項「ＣＡ・ｌｎ（ＩＢ＋ＣＢ）」が本発明の「関数」に相当する。

上述したように、内部抵抗値Ｒと電流値ＩＢの対数をとった値とは略比例の関係にあるが、図４に示されるように、例えば、電流値８０［Ａ］付近において関係線の傾きが変化している。すなわち、関係線の傾きを表す状態係数ＣＡは、電流値ＩＢが電流値８０［Ａ］以下か否かで異なっている必要がある。

上述したように、始動電流値ＩＥは、機器電流値ＩＳに比べて大電流である。また、本実施形態における蓄電池２では、始動電流値ＩＥが８０［Ａ］より充分高い電流値であった。更に、本実施形態における蓄電池２では、機器電流値ＩＳが８０［Ａ］より充分低い電流値であった。

従って、本実施形態においては、状態閾値Ｉ２を、関係線の傾きが変化する８０［Ａ］とし、ステップＳＴ８〜ＳＴ１０の処理により、エンジンオン状態とアクセサリオン状態との各状態において状態係数ＣＡを変更している。これによって、各状態のそれぞれに対して、蓄電池２の劣化度を高精度に求めることができる。

エンジンオン状態係数ＣＡｅ及びアクセサリオン状態係数ＣＡａは、予め実験等によって、蓄電池２の電流値ＩＢと内部抵抗値Ｒとの特性を調査し、当該特性を適切に表す値となるように設定され、記憶部５５に記憶保持されている。また、エンジンオン状態バイアス値ＣＢｅ及びアクセサリオン状態バイアス値ＣＢａについても、予め実験等によって適切な値が設定され、記憶部５５に記憶保持されている。

ここで、本実施形態の状態係数ＣＡが本発明における「要素」に相当する。また、状態係数ＣＡが、エンジンオン状態及びアクセサリオン状態の各状態において異なる値となる（図４の８０［Ａ］近辺で関係線の傾きが変化する）。このことが、本発明における「前記電流値が前記閾値より大きいときと前記閾値以下のときとで、当該関数の特性を規定する要素が変化する」ことに相当する。更に、ステップＳＴ８の判定結果に応じて、ステップＳＴ９又はステップＳＴ１０で状態係数ＣＡが、各状態（エンジンオン状態又はアクセサリオン状態）に応じた値に設定されている。このことが、本発明における「前記推定手段は、前記電流値検知手段によって検知された電流値が、前記閾値より大きいか否かに応じて前記要素を変更する」ことに相当する。

上記式（２）に、ステップＳＴ１３で演算して得られた内部抵抗値Ｒを代入すると次式（３）となる。

ここで、式（３）をＲ０に関する式に変形して、式（２）のＲ０に代入することで次式（４）が得られる。

式（４）により、所定の電流値ＩＢに対する蓄電池２の内部抵抗値Ｒｉ（ＩＢ）を推定することができる。このとき推定された内部抵抗値Ｒｉ（ＩＢ）は、現時点での蓄電池２の劣化度ＤＲに応じたものとなる。

ステップＳＴ１４では、この式（４）を用いて所定の電流値ＩＢに対する内部抵抗値Ｒｉ（ＩＢ）を演算する。このとき、式（４）の第１項の「Ｒ」はステップＳＴ１３で演算された値を用い、第２項の「ＣＡ」及び「ＣＢ」はステップＳＴ９又はＳＴ１０で設定された値を用い、第２項の「ＩＢ２」はステップＳＴ１２で設定された値を用いる。また、第２項の「ＩＢ」はステップＳＴ９又はＳＴ１０で設定された状態電流値ＣＩを用いる。

本実施形態においては、上述したように、始動電流値ＩＥと機器電流値ＩＳとが大きく異なっている。また、状態閾値Ｉ２より大きいか否かによって、蓄電池２の内部抵抗値Ｒと電流値ＩＢとの関係を表す関数、詳細には関係線の傾きを示す状態係数ＣＡが異なっている。

このため、現時点での車両の状態のときの、関数の特性を規定する要素が同じとなる電流値を用いて式（４）による計算をする方がよい。これは、例えば、所定の電流値ＩＢを、車両がエンジンオン状態のとき（始動電流値ＩＥは８０［Ａ］より大きい）には式（４）のＩＢを１００［Ａ］とし、車両がアクセサリオン状態のとき（機器電流値ＩＳは８０［Ａ］以下）には式（４）のＩＢを５０［Ａ］とする。

これにより、エンジンオン状態のときには、所定の電流値ＩＢ（詳細には、エンジンオン状態電流値ＣＩｅ）と始動電流値ＩＥとが、いずれも同じ関係線の傾き（いずれの電流値であっても関係線の傾きをエンジンオン状態係数ＣＡｅで表せる）となり、アクセサリオン状態のときには、所定の電流値ＩＢ（詳細には、アクセサリオン状態電流値ＣＩａ）と機器電流値ＩＳとが、いずれも同じ関係線の傾き（いずれの電流値であっても関係線の傾きをアクセサリオン状態係数ＣＡａで表せる）となる。

従って、本実施形態の蓄電池２の関係線において、その傾きを、所定の電流値ＩＢと第２電流値ＩＢ２（内部抵抗値Ｒを推定したときの電流値ＩＢ）とのいずれであっても同一の値（状態係数ＣＡ）で表せることとなり、この２つの値を使用する式（４）を用いて得られる結果が、傾きが異なる場合（例えば、第２電流値ＩＢ２が８０［Ａ］より大きい場合に、所定の電流値ＩＢを８０［Ａ］以下とする場合。）に比べて高精度となる。

また、エンジンオン状態電流値ＣＩｅ及びアクセサリオン状態電流値ＣＩａは、各状態において実際の電流値ＩＢに近い値に設定されている。これにより、電流値ＩＢに依存する内部抵抗値Ｒを高精度に算出することができる。

以上のように、ステップＳＴ１４において、電流値ＩＢとして上記のように設定されたＣＩを用いることで、得られた内部抵抗値Ｒｉ（ＣＩ）は、各状態において適切な電流値ＩＢに対する内部抵抗値Ｒを表す。ここで、式（４）を用いて、電流値ＩＢを状態電流値ＣＩ（すなわち、本発明における所定の電流値）として、当該状態電流値ＣＩに対する内部抵抗値Ｒを演算することが、本発明における「前記劣化度数を、前記推定された内部抵抗の値と、該内部抵抗の値を推定したときの電流値を前記変数の値としたときの前記関数とにより表すことで、所定の電流値に対する前記内部抵抗の値を前記関数によって演算」することに相当する。

ステップＳＴ１４で内部抵抗値Ｒｉ（ＩＢ）を演算した後、ステップＳＴ１５に進み、蓄電池２の劣化度ＤＲの推定を行う。制御装置５は、記憶部５５内に、各状態における状態電流値ＣＩｅ，ＣＩａのそれぞれについて、基準となる内部抵抗値（以下、「基準内部抵抗値」という）ＣＲを記憶保持している。詳細には、制御装置５は、エンジンオン状態において基準内部抵抗値ＣＲとして用いるために、エンジンオン状態電流値ＣＩｅに対する内部抵抗値Ｒとしてエンジンオン状態基準内部抵抗値ＣＲｅが記憶保持し、アクセサリオン状態において基準内部抵抗値ＣＲとして用いるために、アクセサリオン状態電流値ＣＩａに対する内部抵抗値Ｒとしてアクセサリオン状態基準内部抵抗値ＣＲａが記憶保持している。そして、基準内部抵抗値ＣＲは、上述したステップＳＴ８〜ＳＴ１０の処理によって、各状態に応じた値に設定されている。

このように、各状態において、基準内部抵抗値ＣＲに対応する状態電流値ＣＩをそれぞれ設定し、当該状態電流値ＣＩを式（４）に適用して内部抵抗を算出することにより、「基準内部抵抗値ＣＲ」と「ステップＳＴ１４で得られた内部抵抗値Ｒｉ（ＣＩ）」とにより得られる劣化度ＤＲが電流値ＩＢに依存することを低減できる。

蓄電池２は、劣化するほど同じ電流値ＩＢに対する内部抵抗値Ｒの値が増加する。このため、次式（５）によって表される「ステップＳＴ１４で得られた内部抵抗値Ｒｉ（ＣＩ）」と「基準内部抵抗値ＣＲ」との比を、蓄電池２の劣化度ＤＲとして推定する。

本実施形態では、基準内部抵抗値ＣＲを、蓄電池２が未使用状態での状態電流値（ＣＩｅ又はＣＩａ）に対する内部抵抗値とし、劣化度ＤＲを「Ｒｉ（ＣＩ）／ＣＲ」として得られた値で表し、当該劣化度ＤＲが２以上になったときを、蓄電池２の交換をする適切なときとしている。

なお、劣化度ＤＲを他の方法によって推定してもよい。例えば、基準内部抵抗値ＣＲを、蓄電池２が交換を推奨される程度に劣化したときの状態電流値（ＣＩｅ又はＣＩａ）に対する内部抵抗値とした場合においては、劣化度ＤＲを「Ｒｉ（ＣＩ）／ＣＲ」として得られた値で表し、当該劣化度ＤＲが１以上になったときを蓄電池２の交換をする適切な時期としてもよい。また、劣化度ＤＲを式（５）によって推定する必要はなく他の式によって推定してもよい。

このように、少なくとも蓄電池２の交換をするために適切な時期を提示できるものであれば、基準内部抵抗値ＣＲの決定方法及び劣化度ＤＲを得るための方法は、どのようなものであってもよい。このとき、劣化度ＤＲによって、蓄電池２を交換までどの程度使用可能かを表すことができると使用者の利便性が向上する。例えば、本実施形態においては、蓄電池２が未使用状態（所謂、新品の状態）における劣化度ＤＲを１とし、蓄電池２の交換を推奨するときの劣化度ＤＲを２とすることで、劣化度ＤＲが１から２の間である場合には、その値に応じて蓄電池２を交換するまでどの程度使用可能かを把握できる。

ここで、上述したように、基準内部抵抗値ＣＲを所定の内部抵抗値とし、「Ｒｉ（ＣＩ）／ＣＲ」として劣化度ＤＲを得ることが、本発明における「前記演算された前記所定の電流値に対する前記内部抵抗の値と、前記所定の電流値に対する基準となる内部抵抗の値とに応じて前記蓄電池の劣化度を推定する」に相当する。

ステップＳＴ１５の処理が終了すると、ステップＳＴ１６に進み、タイマー値ｔｍを０に設定して本制御処理を終了する。

ここで、制御装置５のモード判定部５１は、ステップＳＴ８の処理に相当する。制御装置５の第１内部抵抗値演算部５２は、ステップＳＴ１３の処理に相当し、当該処理は本発明における「第１内部抵抗値演算工程」に相当する。制御装置５の第２内部抵抗値演算部５３は、ステップＳＴ１４の処理に相当し、当該処理は本発明における「第２内部抵抗値演算工程」に相当する。制御装置５の劣化度演算部５４は、ＳＴ１５の処理に相当し、当該処理は本発明における「劣化度推定工程」に相当する。

図５は、蓄電池２から出力される電流の時間変化（電流波形）の一例を示す。横軸は時間を示し、縦軸は蓄電池２から出力されている電流値を示す。詳細には、図５は、時刻ｔ０において車両の走行を停止した後にオフ状態となり、時刻ｔ０から時間Ｔ３（但し、Ｔ３＞Ｔ０）だけ経過した時刻ｔ１において、エンジンオン状態に遷移したときの電流波形である。

制御装置５は、図５の電流波形に対して、図３のフローチャートに従って次のように処理をする。制御装置５は、図５の時刻ｔ０でオフ状態になってから図３のフローチャートの実行を開始する。制御装置５は、時刻ｔ０〜ｔ１の間で、図５のステップＳＴ１〜ＳＴ５の処理が繰り返され、時刻ｔ１において、ステップＳＴ２の判定結果がＹＥＳとなり、ステップＳＴ６に進む。このとき、制御装置５は、時間Ｔ３が安定判断時間Ｔ０より大きいと判定してステップＳＴ８に進む。制御装置５は、時刻ｔ１における電流値ＩＢが状態閾値Ｉ２より大きいのでエンジンオン状態であると判定する。そして、各種値ＣＡ，ＣＢ，ＣＩにエンジンオン状態用の値ＣＡｅ，ＣＢｅ，ＣＩｅを設定し（ステップＳＴ９）、待機時間Ｔ２分だけ遅延する（ステップＳＴ１１）。そして、時刻ｔ１から待機時間Ｔ２だけ経過した時刻ｔ２において電流値ＩＢ及び電圧値ＶＢを検知する（ステップＳＴ１２）。その後、上述したステップＳＴ１３〜１５の処理により、蓄電池２の劣化度ＤＲを判定する。

以上のように、本実施形態の劣化推定装置１は、式（４）によって任意の電流値ＩＢに対する内部抵抗値Ｒｉ（ＩＢ）を得ることができる。これにより、蓄電池２の内部抵抗値Ｒが、当該蓄電池２から出力される電流値ＩＢに依存する（応じて変化する）場合であっても、同一の電流値（状態電流値ＣＩ）に対する「基準内部抵抗値ＣＲ」と「式（４）によって得られる内部抵抗値Ｒ」とにより劣化度ＤＲが推定される。従って、蓄電池２から出力される電流値ＩＢからの影響を著しく低減でき、高精度に蓄電池２の劣化度ＤＲを推定できる。

本実施形態では、電流値を変数とする関数は、式（２）の第２項「ＣＡ・ｌｎ（ＩＢ＋ＣＢ）」であるがこれに限られない。例えば、対数の底は本実施形態のようにネイピア数ｅ以外に、１０（自然対数）又は２、その他任意の値であってもよい。また、関数を対数とせずに、他の関係式で表されるようなものであってもよい。すなわち、蓄電池２の内部抵抗値Ｒを、電流値を変数とする関数の値と前記蓄電池の劣化度に応じた劣化度数とにより演算することで規定すればよく、これは、例えば、次式（６）によって表されるようなものであればよい。

式（６）は、第１項「ｆ（Ｉ）」が本発明における「関数」に相当する。 本実施形態においては、式（６）の第１項「ｆ（Ｉ）」が「ＣＡ・ｌｎ（Ｉ＋ＣＢ）」である。

そして、式（６）に基づいて得られる本実施形態の式（４）に対応した式は、次式（７）となる。

このように規定された式（６）、ひいては式（７）によって、所定の電流値ＩＢに対する内部抵抗値Ｒｉ（ＩＢ）を推定できるので、蓄電池２から出力される電流値ＩＢからの影響を著しく低減でき、高精度に蓄電池２の劣化度ＤＲを推定できるという効果が得られる。また、式（６）において、関数ｆ（Ｉ）は不連続関数であってもよい。

また、本実施形態では、内部抵抗値Ｒを式（１）によって求めているが、これに限らず、他の方法によって内部抵抗値Ｒを推定してもよい。

１…劣化推定装置、ＤＲ…劣化度、２…蓄電池、３…電圧値検知手段、４…電流値検知手段、５…制御装置（推定手段）、ＣＡ…状態係数（要素）、Ｉ２…状態閾値（閾値）。

Claims (3)

1. 車両に搭載された蓄電池から出力された電圧値を検知する電圧値検知手段と、前記蓄電池から出力された電流値を検知する電流値検知手段と、前記電圧値検知手段によって検知された電圧値及び前記電流値検知手段によって検知された電流値に基づいて前記蓄電池の劣化度を推定する推定手段とを備える車両用蓄電池の劣化推定装置であって、
   前記蓄電池は、当該蓄電池から出力される電流値に応じて値が変化する内部抵抗を有し、
   前記内部抵抗の値は、前記電流値を変数とする関数の値と、前記蓄電池の劣化度に対応した劣化度数とにより演算することで規定されるものであり、
   前記推定手段は、
   前記電流値と前記電圧値とから前記蓄電池の内部抵抗の値を推定し、
   前記劣化度数を、前記推定された内部抵抗の値と、該内部抵抗の値を推定したときの電流値を前記変数の値としたときの前記関数とにより表すことで、所定の電流値に対する前記内部抵抗の値を前記関数によって演算し、
   前記演算された前記所定の電流値に対する前記内部抵抗の値と、前記所定の電流値に対する基準となる内部抵抗の値とに応じて前記蓄電池の劣化度を推定することを特徴とする劣化推定装置。
2. 請求項１に記載の劣化推定装置において、
   前記車両が始動するときの電流値は、前記車両に搭載された機器が始動するときの電流値より大きく、当該２つの電流値の間の所定の値を閾値としたとき、
   前記関数は、前記電流値が前記閾値より大きいときと前記閾値以下のときとで、当該関数の特性を規定する要素が変化するものであり、
   前記推定手段は、前記電流値検知手段によって検知された電流値が、前記閾値より大きいか否かに応じて前記要素を変更することを特徴とする劣化推定装置。
3. 車両に搭載された蓄電池から出力された電圧値を検知する電圧値検知手段と、前記蓄電池から出力された電流値を検知する電流値検知手段とを備える車両用蓄電池の劣化推定方法であって、
   前記蓄電池は、当該蓄電池から出力される電流値に応じて値が変化する内部抵抗を有し、
   前記内部抵抗の値は、前記電流値を変数とする関数の値と、前記蓄電池の劣化度に対応した劣化度数とにより演算することで規定されるものであり、
   前記電流値と前記電圧値とから前記蓄電池の内部抵抗の値を推定する第１内部抵抗値演算工程と、
   前記劣化度数を、前記第１内部抵抗値演算工程で推定された内部抵抗の値と、該内部抵抗の値を推定したときの電流値を前記変数の値としたときの前記関数とにより表すことで、所定の電流値に対する前記内部抵抗の値を前記関数によって演算する第２内部抵抗値演算工程と、
   前記第２内部抵抗値演算工程で演算された前記所定の電流値に対する前記内部抵抗の値と、前記所定の電流値に対する基準となる内部抵抗の値とに応じて前記蓄電池の劣化度を推定する劣化度推定工程とを備えることを特徴とする劣化推定方法。

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