JP2015169450A - 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の初期満充電容量またはサイズを推定すること。
【解決手段】車両に搭載される二次電池１４の状態を検出する二次電池状態検出装置において、二次電池に流れる電流の値および二次電池の電圧の値を検出する検出手段（電圧センサ１１、電流センサ１２）と、二次電池の放電前の電圧値および電流値を検出手段によって検出するとともに、二次電池の放電中の電圧値および電流値を検出手段によって検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、二次電池の反応抵抗に関する値を求出する求出手段（制御部１０）と、求出手段によって求出された反応抵抗に関する値と、二次電池の初期満充電容量とが有する相関関係に基づいて、初期満充電容量を推定する推定手段（制御部１０）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。

特許文献１には、自動車のエンジン始動時における電流および電圧から二次電池の純抵抗成分および分極抵抗成分を計算し、これら純抵抗成分および分極抵抗成分の新品時との比較により、二次電池の劣化を判定する技術が開示されている。

特開２００３−１７７１６４号公報

ところで、二次電池のＳＯＣ（State of Charge）またはＳＯＨ（State of Health）を精度良く求めるためには、分極電圧または分極量および成層化電圧または成層化量に基づいた補正を行う必要があり、このような補正を行うための係数は、二次電池のサイズ（初期満充電容量）によって異なる。特許文献１に示すような従来の技術では、予め定められたサイズの二次電池を使用することを想定し、この定められたサイズの二次電池に応じた補正係数を用いて補正を行っていた。

このため、予め定められたサイズとは異なる二次電池に交換された場合には、精度良く補正を行うことができないことから、二次電池の状態を正確に検出することができないという問題点がある。

本発明は、二次電池の初期満充電容量またはサイズを推定することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、前記二次電池に流れる電流の値および前記二次電池の電圧の値を検出する検出手段と、前記二次電池の放電前の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出するとともに、前記二次電池の放電中の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、前記二次電池の反応抵抗に関する値を求出する求出手段と、前記求出手段によって求出された前記反応抵抗に関する値と、前記二次電池の初期満充電容量とが有する相関関係に基づいて、前記初期満充電容量を推定する推定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の初期満充電容量またはサイズを推定することが可能になる。

また、本発明は、前記求出手段は、前記車両のエンジンを始動するスタータモータの回転前の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出するとともに、前記スタータモータの回転中の前記二次電池の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、前記二次電池の反応抵抗に関する値を求出することを特徴とする。
このような構成によれば、ある程度の大きさの電流が、ある程度の時間流れるスタータモータ回転時を用いることで二次電池の初期満充電容量を安定して推定することが可能になる。

また、本発明は、前記求出手段は、前記二次電池の放電前の電圧値と放電中の電圧値の差分の電圧値を求めるとともに、前記二次電池の放電前の電流値と放電中の電流値の差分の電流値を求め、前記差分の電圧値を前記差分の電流値で除算して得られた値を、前記反応抵抗に関する値とすることを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の放電前後の電圧値および電流値に基づいて、初期満充電容量を精度良く求めることができる。

また、本発明は、前記求出手段は、前記二次電池の放電前の電圧値と放電開始直後の電圧値の差分の電圧値を求めるとともに、前記二次電池の放電前の電流値と放電開始直後の電流値の差分の電流を求め、前記差分の電圧値を前記差分の電流値で除算して得られた値を第１抵抗値とし、前記二次電池が放電前の電圧値と放電開始直後よりも後の電圧値の差分の電圧値を求めるとともに、前記二次電池の放電前の電流値と放電開始直後よりも後の電流値の差分の電流値を求め、前記差分の電圧値を前記差分の電流値で除算して得られた値を第２抵抗値とし、前記第２抵抗値から前記第１抵抗値を減算して得た値を、前記反応抵抗に関する値とすることを特徴とする。
このような構成によれば、導体抵抗の影響を低減することで、初期満充電容量をさらに精度良く求めることができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記求出手段によって求出された前記反応抵抗に関する値と、前記二次電池の初期満充電容量値との関係を示す一次関数に基づいて前記二次電池の初期満充電容量値を推定することを特徴とする。
このような構成によれば、一次関数を用いることにより、簡易な計算で精度良く初期満充電容量を求めることができる。

また、本発明は、車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、前記二次電池に流れる電流の値および前記二次電池の電圧の値を検出する検出ステップと、前記二次電池の放電前の電圧値および電流値を前記検出ステップにおいて検出するとともに、前記二次電池の放電中の電圧値および電流値を前記検出ステップにおいて検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、前記二次電池の反応抵抗に関する値を求出する求出ステップと、前記求出ステップにおいて求出された前記反応抵抗に関する値と、前記二次電池の初期満充電容量とが有する相関関係に基づいて、前記初期満充電容量を推定する推定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の初期満充電容量またはサイズを推定することが可能になる。

本発明によれば、二次電池の初期満充電容量またはサイズを検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る二次電池状態検出装置の構成例を示す図である。 図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。 二次電池を放電した場合の抵抗の時間的変化を示す図である。 スタータモータを回転させたときの電流の時間的変化を示す図である。 反応抵抗と初期満充電容量の関係を示す図である。 第１実施形態によるＳＯＨの推定値と、実測値の関係を示す図である。 第１実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。 二次電池を放電した場合の抵抗の時間的変化を示す図である。 第２実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。 反応抵抗と初期満充電容量の関係を示す図である。 変形実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る二次電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の状態を検出する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。

二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。なお、エンジン１７の代わりに電動モータを使用するようにしてもよい。

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブルまたは数式等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５に駆動電流を供給してこれを制御する。

（Ｂ）第１実施形態の動作原理の説明
つぎに、図を参照して、本発明の第１実施形態の動作原理について説明する。図３は二次電池１４を放電させた場合における二次電池１４の抵抗値の時間的な変化を示す図である。この図３において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は抵抗（Ω）を示す。また、実線の曲線は二次電池の抵抗値の時間的変化を示す。タイミングｔ０において放電が開始されると、この図３に示すように、二次電池１４の抵抗値は時間の経過とともに増加し、所定の時間が経過すると一定となる。ここで、二次電池１４の放電中の抵抗は、化学反応に起因する抵抗成分である反応抵抗を有しており、この反応抵抗は二次電池のサイズ（初期満充電容量）との間に高い相関性を有することが、本願発明者の実験によって明らかになった。そこで、本実施形態では、二次電池１４の放電時における抵抗値（図３に示すＺ）を求め、求めた抵抗値から二次電池１４のサイズを推定する。そして、推定されたサイズを参照して、最適な補正係数を選択することで、二次電池１４の状態（例えば、ＳＯＣまたはＳＯＨ）をより精度良く推定することができる。なお、第１実施形態では、「反応抵抗に関する値」とは、二次電池１４の放電時における抵抗値を示すものとする。

つぎに、本発明の実施形態のより詳細な動作について説明する。例えば、二次電池１４がユーザ等によって新品に交換された場合には、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御し、二次電池１４を所定の周期でパルス放電させ、そのときの電圧、電流、および、温度を電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３によって検出し、これらの検出値に基づいて二次電池１４のＳＯＣを算出する。

そして、ＣＰＵ１０ａは、算出したＳＯＣを参照し、二次電池１４が満充電（ＳＯＣ＝１００％）の状態である場合には、以下の処理を実行し、それ以外の場合には、二次電池１４が満充電の状態になるまで待機する。なお、満充電の状態まで待機するのは、ＳＯＣが同じとなる条件で測定する方が、測定精度が高くなるためである。もちろん、所定のＳＯＣ（例えば、９０％）を基準として測定を実行するようにしてもよい。

二次電池１４が満充電の状態になった場合には、二次電池１４が放電状態になるまで待機する。例えば、スタータモータ１８が回転されるまで待機し、ユーザがイグニッションをオンの状態にした場合には、スタータモータ１８がその後に回転されると判定し、制御部１０は、放電前に二次電池１４に流れる電流Ｉｂと、二次電池１４の電圧Ｖｂを検出する。

図４は、スタータモータ１８によるクランキングが実行された場合の二次電池１４に流れる電流の時間的な変化を示す図である。この図４では、−０．５（ｓ）付近でイグニッションがオンの状態にされて、微弱な電流（例えば、１Ａ未満の電流）が二次電池１４からイグニッションコイル等に供給される。そして、０（ｓ）においてスタータモータ１８への電力の供給が開始されると、突入電流が流れ、スタータモータ１８が回転を開始し、エンジン１７がクランキングされる。スタータモータ１８が回転を開始すると、エンジン１７の図示しないピストンが上死点に達するタイミングで小さなピーク電流が流れ、エンジン１７の回転数が上昇するとともに放電電流の値が減少し、エンジン１７が完爆状態になるとスタータモータ１８への電力の供給が停止される。本実施形態では、スタータモータ１８が回転される直前における二次電池１４の電圧および電流を測定し、これらを電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂとする。そして、放電開始から所定の時間が経過し、図３に示す抵抗値が一定の値になるタイミング（例えば、ｔ１以降のタイミング）において、再度、二次電池１４の電圧および電流を所定のサンプリング周期で測定し、これらをＶ（ｔｎ）およびＩ（ｔｎ）とする。なお、ｔｎはエンジン１７への電力の供給開始からの経過時間を示す変数である。

制御部１０は、サンプリングを実行する毎に、以下の式（１）に基づいて、Ｚ（ｔｎ）を計算するとともに、ｃｏｕｎｔ＿ｔｎの値を１ずつインクリメントする（ｃｏｕｎｔ＿ｔｎ＝ｃｏｕｎｔ＿ｔｎ＋１とする）。ここで、式（１）では、放電前の電圧Ｖｂから放電中の電圧Ｖ（ｔｎ）を減算して得た値を、放電前の電流Ｉｂから放電中の電流Ｉ（ｔｎ）を減算して得た値で除算することにより、Ｚ（ｔｎ）を得る。なお、ｃｏｕｎｔ＿ｔｎは、後述する式（２）で用いる。

・・・（１）

また、制御部１０は、以下の式（２）に基づいて、サンプリング毎に前述した式（１）によって得られるＺ（ｔｎ）の平均値であるＺ（ｔｎ＿ａｖｅ）を求める。

・・・（２）

そして、制御部１０は、以下の式（３）に基づいて初期満充電容量ＳＯＨ０を求める。なお、ｆ（Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ））は所定の関数を示し、例えば、ｆ（Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ））＝Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ）とすることができる。また、α，βはパラメータであり、予め実測によって求めることができる。

・・・（３）

図５は、８３個の新品の二次電池１４の抵抗値（Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ））と、初期満充電容量ＳＯＨ０との関係を示す図である。この図５に示すように、放電中の抵抗値が小さいほど、初期満充電容量ＳＯＨ０が大きくなる傾向にあり、抵抗値の初期満充電容量ＳＯＨ０に対する寄与率Ｒ^２は、０．８９５３であり、これらの間には強い相関があることがわかる。

図６は、前述した方法によって推定した初期満充電容量ＳＯＨ０と、実測した初期満充電容量ＳＯＨ０との関係を示す図である。この図６に示すように、推定した初期満充電容量ＳＯＨ０と、実測した初期満充電容量ＳＯＨ０とは、破線で示す傾きが“１”の直線上の上またはその近傍に配置され、推測が正確であることか示されている。また、推定した初期満充電容量ＳＯＨ０と、実測した初期満充電容量ＳＯＨ０との間の寄与率Ｒ^２は、０．９１であり、これらの間には強い相関があることがわかる。

以上に説明したように、本発明の第１実施形態によれば、二次電池１４の放電前後の電圧値および電流値から抵抗値を求め、この抵抗値から二次電池１４の初期満充電容量を求めるようにしたので、抵抗値と初期満充電容量との高い相関に基づいて、二次電池１４の初期満充電容量を精度良く求めることができる。また、このようにして求めた初期満充電容量を参照して、各種の補正係数を選択することにより、二次電池１４の状態をより精度良く検出することが可能になる。

つぎに、図７を参照して、制御部１０において実行される詳細な処理の一例について説明する。図７は制御部１０において実行される処理の一例を説明するフローチャートである。なお、この処理は、車両に新たな二次電池１４が搭載されるとともに、二次電池１４が満充電（ＳＯＣ＝１００％）になった場合であって、スタータモータ１８が回転されたときに一定間隔（例えば、数ｍｓ〜数百ｍｓ間隔）で繰り返し実行される。図７に示すフローチャートが開始されると以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、スタータモータ１８への電力の供給開始からの経過時間ｔｎが所定の範囲内（ｔａ≦ｔｎ≦ｔｂ）に入ったか否かを判定し、所定の範囲内に入ったと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）には処理を終了する。図４の例では、例えば、０．４［ｓ］から０．６［ｓ］の間を所定の範囲内（ｔａ≦ｔｎ≦ｔｂ）として用いることができる。なお、このように、スタータモータ１８が回転を開始してから一定時間経過後の電圧および電流を測定するのは、図３に示すように、抵抗値が一定になる範囲を測定するためである。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、前述した式（１）に基づいてＺ（ｔｎ）を計算する。なお、ＶｂおよびＩｂは、二次電池１４が放電を開始する前の電圧および電流である。より詳細には、例えば、図４に示す−０．４［ｓ］から０［ｓ］の間の電圧および電流を用いることができる。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、変数ｃｏｕｎｔ＿ｔｎの値を“１”だけインクリメントする。この結果、変数ｃｏｕｎｔ＿ｔｎの値は、処理の回数に応じて１ずつインクリメントされることになる。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、前述した式（２）に基づいて、Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ）を算出する。より詳細には、Ｚ（ｔｎ）は、１回目の測定によって得られた抵抗値であり、Ｚ（ｔｎ＋ｍ）は、（ｍ＋１）回目の測定によって得られた抵抗値である。したがって、式（２）により、第１回目から第（ｍ＋１）回目の測定によって得られた抵抗の平均値が算出される。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、ｔｎ≧ｔｂであり、かつ、ＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇ＝０を満たすか否かを判定し、これらを共に満たす場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）には処理を終了する。なお、ＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇは、初期値が“０”であり、ステップＳ１５に示す計算を実行した場合にその値が“１”に変更されるフラグである。このため、ｔａ≦ｔｎ＜ｔｂの範囲では、ｔｎ≧ｔｂの条件を満たさないので、Ｎｏと判定されて処理を終了し、ｔｎ＝ｔｂになった場合には、Ｙｅｓと判定されてステップＳ１５に進み、ＳＯＨ０ＣＥが計算され、ステップＳ１６でＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌａｇが“１”にされるので、それ以降（ｔｎ＞ｔｂ）の処理におけるステップＳ１４ではＮｏと判定されて処理を終了する。すなわち、ｔｎ＝ｔｂになった場合に１回だけステップＳ１５およびステップＳ１６の処理が実行される。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、前述した式（３）に基づいて、初期満充電容量ＳＯＨ０を計算する。なお、αおよびβとしては、実測等によって予め求めた値をＲＯＭ１０ｂに格納しておき、この値を読み出して用いることができる。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇを“１”に設定し、処理を終了する。

以上の処理によれば、スタータモータ１８によってエンジン１７が始動される際には、スタータモータ１８に電力が供給開始される直前に二次電池１４の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂが測定され、スタータモータ１８への電力供給が開始された場合には、一定時間が経過した後に電圧Ｖ（ｔｎ）および電流Ｉ（ｔｎ）が計測され、式（１）に基づいてＺ（ｔｎ）が計算される。このようにして求めたＺ（ｔｎ）から平均値Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ）が求められ、このＺ（ｔｎ＿ａｖｅ）を式（３）に代入することで、初期満充電容量ＳＯＨ０を得ることができる。

このようにして求めたＳＯＨ０を用いることで、例えば、分極電圧または分極量および成層化電圧または成層化量に応じた正確な補正を行うことができるため、二次電池１４の状態をより正確に推定することが可能になる。例えば、ＳＯＨ０が４０Ａｈである場合には、４０Ａｈに対応する補正係数を選択し、この補正係数に基づいて分極電圧または分極量および成層化電圧または成層化量を補正することができる。

（Ｃ）第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本発明の第２実施形態の構成は図１および図２と同じであるが、制御部１０において実行される処理が第１実施形態とは異なっている。そこで、第２実施形態の構成についての説明は省略し、第２実施形態の動作について説明する。

（Ｄ）第２実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第２実施形態の動作について説明する。図８は、第２実施形態の動作原理を説明するための図である。第１実施形態では、図３に示すように二次電池１４の放電中の抵抗値に基づいて初期満充電容量を求めるようにした。しかしながら、図８に示すように、二次電池１４の放電中の抵抗成分としては、反応抵抗Ｚｃｔと導体抵抗Ｚｃｎが存在する。ここで、導体抵抗Ｚｃｎは、例えば、電極の形状や大きさ等によって異なる値を有する。より詳細には、同じサイズの二次電池でもアイドリング時にエンジンを停止して燃費向上を図るための技術である「アイドリングストップ」に用いるための二次電池は、通常の二次電池に比較して導体抵抗が小さくなるように設計される。一方、反応抵抗Ｚｃｔは、化学反応による電荷の移動に応じた抵抗であり、二次電池のサイズ（初期満充電容量）との間に高い相関性を有する抵抗成分である。そこで、第２実施形態では、求めた抵抗成分から導体抵抗Ｚｃｎを除算することで、反応抵抗Ｚｃｔ成分を抽出し、この成分に基づいて二次電池１４の初期満充電容量を推定する。なお、第２実施形態では、「反応抵抗に関する値」とは、二次電池１４の放電時における反応抵抗Ｚｃｔの値を示すものとする。

つぎに、図９を参照して、第２実施形態の詳細な動作について説明する。図９は、第２実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。図９に示すフローチャートは、スタータモータ１８の回転が開始された場合に一定間隔（例えば、数ｍｓ〜数百ｍｓ間隔）で繰り返し実行される。このフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、スタータモータ１８への電力の供給開始からの経過時間を示す変数ｔｎの値が、ｔｎ＝ｔ０であるか否かを判定し、ｔｎ＝ｔ０である場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）にはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）にはステップＳ３２に進む。例えば、ステップＳ３０の処理が実行された時点がスタータモータ１８への電力供給を開始したタイミング（図８に示すｔ０または図４に示す時間“０”）である場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ３１に進み、それ以外の場合にはＮｏと判定されてステップＳ３２に進む。

ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、以下の式（４）に基づいてＺ（ｔ０）を算出する。なお、Ｚ（ｔ０）は、ｔ０における二次電池１４の抵抗を示す。

・・・（４）

ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、スタータモータ１８への電力の供給を開始してからの経過時間ｔｎが所定の範囲内（ｔａ≦ｔｎ≦ｔｂ）に入ったか否かを判定し、所定の範囲内に入ったと判定した場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）にはステップＳ３３に進み、それ以外の場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）にはステップＳ３８に進む。図４の例では、例えば、０．４［ｓ］から０．６［ｓ］の範囲を用いることができる。なお、このように、スタータモータ１８が回転を開始してから一定時間経過後の電圧および電流を測定するのは、前述のように二次電池１４の抵抗値が一定になる範囲を測定するためである。

ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、前述した式（１）に基づいてＺ（ｔｎ）を計算する。なお、ＶｂおよびＩｂは、二次電池１４が放電を開始する前の電圧および電流である。より詳細には、図４に示す−０．４［ｓ］から０［ｓ］の範囲（イグニッションコイルに１Ａ前後の電流が流れている範囲）の電圧および電流を用いることができる。

ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、処理の回数をカウントする変数ｃｏｕｎｔ＿ｔｎの値を“１”だけインクリメントする。この結果、変数ｃｏｕｎｔ＿ｔｎの値は、処理の回数に応じて１ずつインクリメントされることになる。

ステップＳ３５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３３で求めたＺ（ｔｎ）からステップＳ３１で求めたＺ（ｔ０）を減算し、得られた値をＺｃｔ（ｔｎ）とする。ここで、Ｚ（ｔ０）は、図８に示すｔ０における抵抗値であるので、Ｚｃｎに対応する値である。また、Ｚ（ｔｎ）は図８に示すＺｃｔ＋Ｚｃｎに対応する値である。このため、Ｚｃｔ（ｔｎ）−Ｚ（ｔ０）により、図８に示す反応抵抗Ｚｃｔに対応する値を得ることができる。

ステップＳ３６では、ＣＰＵ１０ａは、前述した式（２）に基づいて、Ｚ（ｔｎ＿ａｖｅ）を算出する。前述したように、Ｚ（ｔｎ）は、第１回目の測定によって得られた抵抗の値であり、Ｚ（ｔｎ＋ｍ）は、第（ｍ＋１）回目の測定によって得られた抵抗の値である。したがって、式（２）では、第１回目から第（ｍ＋１）回目の測定によって得られた抵抗の平均値が算出される。

ステップＳ３７では、ＣＰＵ１０ａは、以下の式（５）に基づいて、Ｚｃｔ（ｔｎ＿ａｖｅ）を算出する。ここで、Ｚｃｔ（ｔｎ）は、第１回目の測定によって得られた反応抵抗の値であり、Ｚｃｔ（ｔｎ＋ｍ）は、第（ｍ＋１）回目の測定によって得られた反応抵抗の値である。したがって、式（５）では、第１回目から第（ｍ＋１）回目の測定によって得られた反応抵抗の平均値が算出される。

・・・（５）

ステップＳ３８では、ＣＰＵ１０ａは、ｔｎ≧ｔｂであり、かつ、ＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇ＝０を満たすか否かを判定し、これらを共に満たす場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）にはステップＳ３９に進み、それ以外の場合（ステップＳ３８：Ｎｏ）には、処理を終了する。なお、ＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇは、初期値が“０”であり、ステップＳ３９に示す計算を実行した後にその値が“１”にされるフラグである。このため、ｔａ≦ｔｎ＜ｔｂの範囲では、ｔｎ≧ｔｂの条件を満たさないので、Ｎｏと判定されて処理を終了し、ｔｎ＝ｔｂになった場合には、Ｙｅｓと判定されてステップＳ３９に進み、ＳＯＨ０が算出され、ステップＳ４０でＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌａｇが“１”にされるので、それ以降（ｔｎ＞ｔｂ）の処理ではステップＳ３８ではＮｏと判定されて処理を終了する。すなわち、ｔｎ＝ｔｂになった場合に１回だけステップＳ３９およびステップＳ４０の処理が実行される。

ステップＳ３９では、ＣＰＵ１０ａは、以下の式（６）に基づいて、初期満充電容量ＳＯＨ０を計算する。なお、α，β，γとしては、実測によって予め求めた値をＲＯＭ１０ｂに格納しておき、この値を読み出して用いることができる。

・・・（６）

ステップＳ４０では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇを“１”に設定し、処理を終了する。

図１０は、図９の処理によって測定した８３個の新品の二次電池のＺｃｔ（ｔｎ＿ａｖｅ）の値と、初期満充電容量ＳＯＨ０との関係を示す図である。この図１０に示すように、Ｚｃｔ（ｔｎ＿ａｖｅ）の値が小さいほど、初期満充電容量ＳＯＨ０が大きくなる傾向にあり、Ｚｃｔ（ｔｎ＿ａｖｅ）の初期満充電容量ＳＯＨ０に対する寄与率Ｒ^２は、０．８４４５であり、これらの間には強い相関があることがわかる。

以上の処理によれば、エンジン１７を始動する際の電圧および電流の変化に基づいて、二次電池１４の初期満充電容量を正確に推定することができる。このようにして求めたＳＯＨ０を用いることで、例えば、分極電圧または分極量および成層化電圧または成層化量に応じた正確な補正を行うことができるため、二次電池１４の状態をより正確に推定することが可能になる。

（Ｄ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、初期満充電容量ＳＯＨ０を算出することを目的としたが、例えば、図１１に示すように、算出した初期満充電容量ＳＯＨ０に基づいて、二次電池１４の大きさを判定するようにしてもよい。この図１１では、図７と比較すると、ステップＳ５０〜Ｓ５４の処理が追加されている。それ以外は、図７と同様であるので、以下では、ステップＳ５０〜Ｓ５４について説明する。ステップＳ１５の処理によりＳＯＨ０が計算され、ステップＳ１６の処理によりＳＯＨ０ＣＥ＿ｆｌｇが“１”にされた後、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、ステップＳ１５で算出したＳＯＨ０がＳＯＨ＿ｓｍａｌｌ≦ＳＯＨ０≦ＳＯＨ＿ｌａｒｇｅの条件を満たすか否かを判定し、満たす場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）にはステップＳ５１に進み、Ｂａｔｔｅｒｙ＿ｓｉｚｅ＝ｍｉｄｄｌｅと判定して処理を終了し、それ以外の場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）にはステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、ＳＯＨ０＜ＳＯＨ＿ｓｍａｌｌを満たすか否かを判定し、満たす場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）にはステップＳ５３に進み、Ｂａｔｔｅｒｙ＿ｓｉｚｅ＝ｓｍａｌｌと判定して処理を終了し、それ以外の場合（ステップＳ５２：Ｎｏ）にはステップＳ５４に進み、Ｂａｔｔｅｒｙ＿ｓｉｚｅ＝ｌａｇｅと判定して処理を終了する。以上の処理によれば、判別閾値であるＳＯＨ＿ｓｍａｌｌ，ＳＯＨ＿ｍｉｄｄｌｅ，ＳＯＨ＿ｌａｒｇｅを適宜設定することにより、推定された初期満充電容量ＳＯＨ０に基づいて、二次電池１４のサイズをｓｍａｌｌ，ｍｉｄｄｌｅ，ｌａｒｇｅに分類することができる。なお、図１１では、３つのサイズに分類するようにしたが、２つまたは４つ以上に分類するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、スタータモータ１８を回転させる前の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂについては、１回だけ測定するようにしたが、例えば、複数回測定してその平均値を用いるようにしてもよい。また、スタータモータ１８が回転中においては、電圧Ｖ（ｔｎ）および電流Ｉ（ｔｎ）を複数回測定し、複数回の測定結果に基づいて平均値であるＺ（ｔｎ＿ａｖｅ）またはＺｃｔ（ｔｎ＿ａｖｅ）を計算するようにしたが、例えば、１回の測定結果を用いてこれらを計算するようにしてもよい。すなわち、電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂならびに電圧Ｖ（ｔｎ）および電流Ｉ（ｔｎ）については、それぞれ１回または複数回のいずれを選択するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、ｔａ〜ｔｂの期間中に測定した電圧および電流は全て使用するようにした。しかしながら、実測結果によれば、図４に示す電流変化の変曲点（エンジン１７のピストンが上死点または下死点に達する点）の電圧および電流を用いない方が、推定精度が高いことが判明したので、変曲点近傍の電圧および電流については測定対象または計算対象から除外するようにしてもよい。具体的には、サンプリングによって得られた電流を時間的に微分し、得られた値が“０”に近い場合には、変曲点であるとし、変曲点前後のデータについては計算対象から除外することができる。

また、以上の各実施形態では、スタータモータ１８に電流が流れる場合を測定対象として説明したが、二次電池１４にある程度の大きさの電流が所定時間流れる場合であれば、測定対象とすることができる。例えば、停車時においてステアリングが操作される場合（いわゆる「据え切り」をした場合）にはステアリングモータにある程度の大きさの電流（例えば、百アンペア程度）が一定時間以上流れるので、その場合も測定対象とすることができる。

また、以上の各実施形態では、ＳＯＨ０を求める式としては、式（３）および式（６）を用いるようにしたが、これらは一例であって、これら以外の式を用いることができる。例えば、前述の説明では、ｆ（Ｚ（ｔｎ））およびｆ（Ｚｃｔ（ｔｎ））については、ｆ（Ｚ（ｔｎ））＝Ｚ（ｔｎ）およびｆ（Ｚｃｔ（ｔｎ））＝Ｚｃｔ（ｔｎ）として説明したが、例えば、２次以上の高次式もしくは指数関数、または、多項式を用いるようにしてもよい。

また、図１１に示す実施形態では、二次電池１４の大きさを、大、中、小の３つに分類するようにしたが、例えば、２つに分類したり、４つ以上に分類したりするようにしてもよい。また、サイズを分類するのではなく、初期満充電容量の単位であるＡｈを推定して表示するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、満充電状態になった後に、二次電池１４の測定を実行するようにしたが、例えば、満充電状態でない場合に実行するようにしてもよい。なお、その場合には、二次電池１４のＳＯＣ毎に式（３）および式（６）のパラメータα，β，γをＳＯＣに応じて準備しておき、ＳＯＣの値に応じたパラメータを読み出してＳＯＨ０を算出するようにしてもよい。

１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部（求出手段、推定手段）
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 表示部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ（検出手段）
１２ 電流センサ（検出手段）
１３ 温度センサ
１４ 二次電池
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷

Claims (6)

1. 車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
   前記二次電池に流れる電流の値および前記二次電池の電圧の値を検出する検出手段と、
   前記二次電池の放電前の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出するとともに、前記二次電池の放電中の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、前記二次電池の反応抵抗に関する値を求出する求出手段と、
   前記求出手段によって求出された前記反応抵抗に関する値と、前記二次電池の初期満充電容量とが有する相関関係に基づいて、前記初期満充電容量を推定する推定手段と、
   を有することを特徴とする二次電池状態検出装置。
2. 前記求出手段は、前記車両のエンジンを始動するスタータモータの回転前の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出するとともに、前記スタータモータの回転中の前記二次電池の電圧値および電流値を前記検出手段によって検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、前記二次電池の反応抵抗に関する値を求出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
3. 前記求出手段は、前記二次電池の放電前の電圧値と放電中の電圧値の差分の電圧値を求めるとともに、前記二次電池の放電前の電流値と放電中の電流値の差分の電流値を求め、前記差分の電圧値を前記差分の電流値で除算して得られた値を、前記反応抵抗に関する値とすることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池状態検出装置。
4. 前記求出手段は、前記二次電池の放電前の電圧値と放電開始直後の電圧値の差分の電圧値を求めるとともに、前記二次電池の放電前の電流値と放電開始直後の電流値の差分の電流を求め、前記差分の電圧値を前記差分の電流値で除算して得られた値を第１抵抗値とし、前記二次電池が放電前の電圧値と放電開始直後よりも後の電圧値の差分の電圧値を求めるとともに、前記二次電池の放電前の電流値と放電開始直後よりも後の電流値の差分の電流値を求め、前記差分の電圧値を前記差分の電流値で除算して得られた値を第２抵抗値とし、前記第２抵抗値から前記第１抵抗値を減算して得た値を、前記反応抵抗に関する値とすることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池状態検出装置。
5. 前記推定手段は、前記求出手段によって求出された前記反応抵抗に関する値と、前記二次電池の初期満充電容量値との関係を示す一次関数に基づいて前記二次電池の初期満充電容量値を推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
6. 車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
   前記二次電池に流れる電流の値および前記二次電池の電圧の値を検出する検出ステップと、
   前記二次電池の放電前の電圧値および電流値を前記検出ステップにおいて検出するとともに、前記二次電池の放電中の電圧値および電流値を前記検出ステップにおいて検出し、これらの電圧値および電流値に基づいて、前記二次電池の反応抵抗に関する値を求出する求出ステップと、
   前記求出ステップにおいて求出された前記反応抵抗に関する値と、前記二次電池の初期満充電容量とが有する相関関係に基づいて、前記初期満充電容量を推定する推定ステップと、
   を有することを特徴とする二次電池状態検出方法。

Images