JP2018077170A - バッテリ評価方法およびバッテリ評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプリング間隔の長短を問わず、直流抵抗と反応抵抗を求めるバッテリ評価方法およびバッテリ評価装置を提供する。
【解決手段】突入電流が初期電流値から最大電流値まで増加した後、最大電流値から定常電流値まで減少する初期期間中に、バッテリ１２の放電電流Ｉと、放電電流Ｉに対応するバッテリ１２の端子間電圧Ｖｂとを複数回繰り返し測定し、初期期間のうちで突入電流が減少する減少期間において、閾値電流以上の大電流領域で測定された放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂとの関係を示す一次関数により直流抵抗Ｒｄを求め、一次関数にかかる切片の電圧Ｖｓと、通電前の電圧との電圧差を最大電流値で除することにより反応抵抗Ｒｒを求める。この構成によれば、放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂの標本データに基づく一次関数により直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒが求められ、サンプリング間隔の長短を問わない。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくともバッテリの直流抵抗と反応抵抗とを求めるバッテリ評価方法およびバッテリ評価装置に関する。

バッテリの抵抗には、バッテリ自体の構造などに起因する純抵抗、化学的な反応に起因する反応抵抗、濃度分極に起因する分極抵抗の３つがある。純抵抗は後述する「直流抵抗」に相当する。バッテリの劣化度を推定するには、純抵抗と反応抵抗を分離して求めることが望まれる。純抵抗は、高周波の交流を用いて求めることが一般的に知られているが、車載用のバッテリでは非常に短時間の周期でサンプリングを行うことは困難であった。

従来では、例えば下記の特許文献１において、車両使用中でもバッテリの純抵抗を測定できることを目的とする車載バッテリ純抵抗測定方法に関する技術が開示されている。この車載バッテリ純抵抗測定方法は、放電電流と端子電圧との相関を示す突入電流の単調増加期間に対する電流−電圧特性の二次式からなる第１の近似式と、突入電流の単調減少期間に対する電流−電圧特性の二次式からなる第２の近似式とを求める。そして、放電電流が流れることにより生じる電圧降下から、化学的な反応に基因して発生する濃度分極成分による電圧降下を除いた第１及び第２の近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの２つの端子電圧変化の値の中間の値を求め、求めた中間の値をバッテリの純抵抗の値として測定する。

特許第４３８３０２０号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、電流が単調増加する突入電流期間で複数回の測定を行い、二次式で近似することが必要となる。例えばスタータモータとして直流モータを使用している場合は、突入電流期間が４[msec]以下となる。通常の電流や電圧を測定するセンサではサンプリング間隔が突入電流期間よりも長いため、実用的な測定ができない。一方、サンプリング間隔が短いセンサは存在するものの、高価であるためにコストが嵩む。

本開示はこのような点に鑑みてなしたものであり、サンプリング間隔の長短にかかわらず、少なくとも直流抵抗と反応抵抗を測定できるバッテリ評価方法およびバッテリ評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、バッテリ（１２）の直流抵抗（Ｒｄ）と反応抵抗（Ｒｒ）とを求めるバッテリ評価方法において、突入電流が初期電流値（Ｉｏ）から最大電流値（Ｉmax）まで増加した後、前記最大電流値から定常電流値（Ｉst）まで減少する初期期間（Ｔｓ）中に、前記バッテリの放電電流（Ｉ）と、前記放電電流に対応する前記バッテリの端子間電圧（Ｖｂ）とを複数回繰り返し測定し、前記初期期間のうちで前記突入電流が減少する期間（Ｔｄ）において、閾値電流（Ｉth）以上の大電流領域（Ｂｃ）で測定された前記放電電流と前記端子間電圧との関係を示す一次関数（Ｌ２）により前記直流抵抗を求め、前記一次関数にかかる切片の電圧（Ｖｓ）と、前記初期期間の始期以前の電圧（Ｖnow）との電圧差（Ｖｄ）を、前記最大電流値で除することにより前記反応抵抗を求める。

第２の発明は、バッテリ（１２）の直流抵抗（Ｒｄ）と反応抵抗（Ｒｒ）とを求めるバッテリ評価装置において、突入電流が初期電流値（Ｉｏ）から最大電流値（Ｉmax）まで増加した後、前記最大電流値から定常電流値（Ｉst）まで減少する初期期間中に、前記バッテリの放電電流（Ｉ）と、前記放電電流に対応する前記バッテリの端子間電圧（Ｖｂ）とを複数回繰り返し測定する測定部（１３ｄ）と、前記初期期間のうちで前記突入電流が減少する期間（Ｔｄ）において、閾値電流（Ｉth）以上の大電流領域（Ｂｃ）で前記放電電流と前記端子間電圧との関係を示す一次関数（Ｌ２）により前記直流抵抗を求める直流抵抗算出部（１３ｃ）と、前記一次関数にかかる切片の電圧（Ｖｓ）と、前記初期期間の始期以前の電圧（Ｖnow）との電圧差（Ｖｄ）を、前記最大電流値で除することにより前記反応抵抗を求める反応抵抗算出部（１３ｆ）とを有する。

上述した各発明の構成によれば、測定した複数の放電電流と複数の端子間電圧からなる標本データに基づいて回帰分析を行って一次関数を求め、当該一次関数の傾きから直流抵抗を求める。一次関数の切片にかかる電圧と、初期期間の始期以前に測定しておいた電圧との差分を最大電流値で除すれば、反応抵抗が求められる。また、サンプリング間隔の長短にかかわらず、簡単なステップで求めることができる。

なお「バッテリ」は、充電と放電が可能な二次電池やキャパシタである。「直流抵抗」は、電極間における電子の移動に対する電気的な抵抗であり、純抵抗に相当する。「反応抵抗」は、充電時または放電時に行われる化学的な反応に対する電気的な抵抗である。直流抵抗と反応抵抗は、いずれもバッテリの内部抵抗に含まれる。「初期期間の始期以前」は、放電電流の大小を問わず、初期期間の始期（すなわち放電電流のうちの突入電流が初期電流値の時点）または当該始期よりも前のタイミングである。「サンプリング間隔」は、標本データを取得する時間間隔であり、サンプリング周期とも呼ぶ。「負荷装置」は、バッテリとの電気的な接続に伴って突入電流が流れる装置であって、始動装置や起動装置等を含む。

電源システムの構成例を示す模式図である。 評価装置の構成例を示す模式図である。 バッテリ評価処理の手続き例を示すフローチャート図である。 始動判定処理の手続き例を示すフローチャート図である。 劣化度推定処理の手続き例を示すフローチャート図である。 放電電流の経時的な変化例を示すタイムチャート図である。 サンプリング間隔が長い場合の放電電流と端子間電圧との関係例を示すグラフ図である。 サンプリング間隔が短い場合の放電電流と端子間電圧との関係例を示すグラフ図である。 反応抵抗と劣化度との関係例を示すグラフ図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。本形態では、車両用の電源システムとし、バッテリに対する評価を行う評価装置および評価方法に適用する。特に明示しない限り、「初期期間の始期以前」には通電前や始動前を含み、「算出」には推定や特定を含む。

（評価装置）
図１に示す電源システム１０は、車両に備えられ、エンジン１１，バッテリ１２，評価装置１３，制御装置１４，始動装置１５などを有する。この電源システム１０は、始動装置１５によってエンジン１１の始動を行う。車両には、例えばエンジン１１のみを動力源とする車両や、エンジン１１と電動機を動力源とするハイブリッド車両、バッテリ１２から供給される電力によって作動する電動機を動力源とする電気自動車を含む。電動機には、電動機能と発電機能を兼ねる回転電機を含む。

エンジン１１は、燃料をシリンダー内で燃焼させ、燃焼ガスを直接作動流体として用いて、その熱エネルギーによって仕事をする原動機であればよい。例えば、燃料による区分ではガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が該当し、構造による区分ではレシプロエンジンやロータリーエンジン等が該当する。

バッテリ１２は、後述する始動装置１５を含めて電力を必要とする機器や部品等に電力を供給し、充電と放電が可能な二次電池やキャパシタである。二次電池は、例えばリチウムイオン電池，リチウムイオンポリマー電池，ニッケル水素電池，鉛蓄電池などが該当する。キャパシタは、例えば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタが該当する。また、バッテリ１２は複数の単位電池が接続されて構成されていてもよい。本形態のバッテリ１２は、リチウムイオン電池である。

評価装置１３は、「バッテリ評価装置」に相当し、後述する機能を実現できれば任意に構成してよい。本形態の評価装置１３はＥＣＵとする。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの頭文字からなる略称の処理装置である。

制御装置１４は、通信回線を介して送受信可能に接続される評価装置１３の上位装置にあたり、電源システム１０全体の制御を司る。評価装置１３は通信部１３ａを介して制御装置１４との通信を行う。本形態の制御装置１４はＥＣＵとする。

始動装置１５は、バッテリ１２との接続に伴って突入電流が流れる点で「負荷装置」に相当し、制御装置１４から伝達される始動信号に基づいてエンジン１１を始動する機能を担う。この始動装置１５は、スタータモータ１５ａや制御部１５ｂなどを有する。スタータモータ１５ａは、エンジン１１を始動させるモータである。本形態における「始動」には、駐車等によってエンジンが駆動停止しているときに行う通常の始動と、アイドリングストップを含めてエンジンが一時的に駆動停止しているときに行う再始動を含む。制御部１５ｂは、評価装置１３または制御装置１４から伝達される信号に従ってスタータモータ１５ａの駆動を制御する。スタータモータ１５ａは、電動機でもよく、回転電機でもよい。本形態の制御部１５ｂはＥＣＵとする。

図２に示す評価装置１３は、通信部１３ａ，始動判定部１３ｂ，直流抵抗算出部１３ｃ，測定部１３ｄ，電力算出部１３ｅ，反応抵抗算出部１３ｆ，劣化度推定部１３ｇ，記録媒体１３ｈなどを有する。本形態の評価装置１３はソフトウェア構成とする。ソフトウェア構成は、ＣＰＵがプログラムを実行することで各要素の機能を実現する構成である。

測定部１３ｄは、電流センサＳｉ，電圧センサＳｖ，温度センサＳｔを含み、バッテリ１２に関する放電電流Ｉ，端子間電圧Ｖｂ，バッテリ温度Ｔを測定する機能を担う。電流センサＳｉは、放電時にバッテリ１２から始動装置１５に流れる放電電流Ｉを測定する。電圧センサＳｖは、バッテリ１２の端子間電圧Ｖｂを測定する。端子間電圧Ｖｂは、バッテリ１２におけるプラス極端子とマイナス極端子との間の電位差である。電流センサＳｉと電圧センサＳｖの測定は、初期期間Ｔｓ中にサンプリング間隔をあけて複数回行う。本形態の電流センサＳｉ，電圧センサＳｖ，温度センサＳｔはそれぞれセンサＩＣで構成する。初期期間Ｔｓについては後述する。サンプリング間隔は、センサの種類にもよるが、長短を問わず任意に設定してよい。

直流抵抗算出部１３ｃは、測定部１３ｄで測定した複数の放電電流Ｉと複数の端子間電圧Ｖｂからなる標本データに基づいて求められる一次関数により直流抵抗Ｒｄを算出する機能を担う。標本データは、初期期間Ｔｓのうちで突入電流が減少する減少期間Ｔｄ、かつ、放電電流Ｉが閾値電流以上の電流になる大電流領域に限定する。具体的な直流抵抗Ｒｄの算出法については後述する。

反応抵抗算出部１３ｆは、バッテリ１２の反応抵抗Ｒｒを算出する機能を担う。具体的には、直流抵抗算出部１３ｃで求めた一次関数にかかる切片の電圧と初期期間Ｔｓの始期以前の電圧との電圧差を、最大電流値Ｉmaxで除することで反応抵抗Ｒｒを算出する。具体的な反応抵抗Ｒｒの算出法については後述する。反応抵抗算出部１３ｆは、反応抵抗Ｒｒを算出するごとに記録媒体１３ｈに記録する。

記録媒体１３ｈは、所要の処理に必要な情報が記録可能な媒体であればよい。所要の処理に必要な情報には、例えば反応抵抗Ｒｒ、直流抵抗Ｒｄ、バッテリ温度Ｔと係数Ｋとの関係を表す関係情報を含む。関係情報は、例えばマップ，テーブル，データベース等として記録してもよく、一次式以上の関数式を含む数式で定義される情報を記録してもよい。記録媒体１３ｈには、例えばＳＳＤを含むフラッシュメモリや、ハードディスク、光磁気ディスク等を含む光ディスク、ＲＡＭなどのうちで一以上が該当する。なお、反応抵抗Ｒｒはエンジン１１を始動するごとに算出するため、算出前には電源システム１０を備えた車両の駐車等で電源が遮断される場合がある。そのため、記録媒体１３ｈには電源遮断後も記録内容を保持可能な不揮発性メモリを含むのが望ましい。

電力算出部１３ｅは、バッテリ１２の放電可能電力Ｐｄを算出する機能を担う。具体的には、直流抵抗算出部１３ｃで算出した直流抵抗Ｒｄと、反応抵抗算出部１３ｆで算出した反応抵抗Ｒｒとを用いて放電可能電力Ｐｄを算出する。具体的な放電可能電力Ｐｄの算出法については後述する。

始動判定部１３ｂは、エンジン１１の始動が行えるか否かの判定を行う機能を担う。具体的には、電力算出部１３ｅで算出した放電可能電力Ｐｄが閾値電力Ｐth以上であるか否かよって判定を行う。閾値電力Ｐthは、エンジン１１を始動する際に駆動するスタータモータ１５ａに必要な最低限度の電力を設定するとよい。始動判定部１３ｂは、エンジン１１の始動が行えるか否かを判定した始動判定結果Ｊｓを制御装置１４に伝達する。

劣化度推定部１３ｇは、記録媒体１３ｈに記録された一以上の反応抵抗Ｒｒに基づいて、バッテリ１２の劣化度ＳＯＨを推定する。劣化度はバッテリ１２の劣化状態を示す値であって、State Of Healthの頭文字からなる略称を符号として用いる。具体的な劣化度ＳＯＨの推定法については後述する。

（評価方法）
上述した評価装置１３の作動時に繰り返し実行される処理について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３に示すバッテリ評価処理では、ステップＳ１８，Ｓ１９が直流抵抗算出部１３ｃおよび反応抵抗算出部１３ｆに相当する。図４に示す始動判定処理では、ステップＳ２２，Ｓ２３が電力算出部１３ｅに相当し、ステップＳ２４〜Ｓ２６が始動判定部１３ｂに相当する。図５に示す劣化度推定処理は劣化度推定部１３ｇに相当する。なお、バッテリ評価処理と劣化度推定処理における終了には、リターンする場合を含む。電流は、バッテリ１２に充電する方向をプラスとし、バッテリ１２から放電する方向をマイナスと定義する。

図３のステップＳ１０では、操作信号Ｃｉに基づいてエンジン１１を始動する操作がされたか否かを判別する。もしエンジン１１を始動する操作がされた場合はＹＥＳになり、ステップＳ１１に進む。これに対して、エンジン１１を始動する操作が行われていない場合はＮＯになり、バッテリ評価処理を終了する。

ステップＳ１０の操作信号Ｃｉは、図２に示す外部装置から制御装置１４を介して評価装置１３に入力される信号である。図示を省略した外部装置は、評価装置１３と同様の装置であって、電源システム１０または車両に備えられる始動操作部材の操作を検出して操作信号Ｃｉを出力する。始動操作部材は、例えばイグニッションキー，スタートボタン，アクセルペダル，ブレーキペダルなどが該当する。

図２に示す制御装置１４は、操作信号Ｃｉを受けて、評価装置１３に操作信号Ｃｉを伝達するとともに、エンジン１１を始動させるべく始動装置１５に始動信号Ｃｓを伝達する。始動信号Ｃｓを受けた始動装置１５は、バッテリ１２から供給される電力によってスタータモータ１５ａを駆動させ、エンジン１１の始動を行う。スタータモータ１５ａを駆動させるに伴って、バッテリ１２からスタータモータ１５ａに放電電流Ｉが流れる。

図３に戻って、ステップＳ１１ではバッテリ１２の端子間電圧Ｖｂを電圧センサＳｖで測定し、測定した端子間電圧Ｖｂを初期期間Ｔｓの始期以前（すなわち通電前や始動前）の電圧Ｖnowとして記録媒体１３ｈに記録する。記録した後は、バッテリ１２とスタータモータ１５ａとを接続して通電する。この通電に伴って、バッテリ１２からスタータモータ１５ａに突入電流が流れる。この突入電流は、後述する放電電流Ｉの一部である。

ステップＳ１２では、バッテリ１２の放電電流Ｉ，端子間電圧Ｖｂ，バッテリ温度Ｔを測定する。測定はサンプリング間隔ごとに行う。放電電流Ｉは電流センサＳｉで測定する。端子間電圧ＶｂはステップＳ１１と同じく電圧センサＳｖで測定する。バッテリ温度Ｔは温度センサＳｔで測定する。測定した放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂは、後述する最大電流値Ｉmaxを検出したり、一次関数を求めたりするために標本データとして記録媒体１３ｈに記録する。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２で測定した放電電流Ｉについて、最大電流値Ｉmaxを検出したか否かを判別する。もし最大電流値Ｉmaxを検出した場合はＹＥＳになり、ステップＳ１４に進む。これに対して、最大電流値Ｉmaxを検出していない場合はＮＯになり、標本データを収集するためにステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４では、後述する直流抵抗Ｒｄを求めるために、ステップＳ１３で検出した最大電流値Ｉmaxを記録媒体１３ｈに記録する。

ステップＳ１５では、標本データの収集を終えるか否かを判断するため、ステップＳ１２で測定した放電電流Ｉが閾値電流Ｉthよりも小さいか否かを判別する。閾値電流Ｉthには、定常電流値Ｉstよりも小さい値が設定される。もし放電電流Ｉが閾値電流Ｉthよりも小さい場合はＹＥＳになり、ステップＳ１６に進む。これに対して、放電電流Ｉが閾値電流Ｉthよりも大きい場合はＮＯになり、標本データの収集を続けるためにステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１６では、記録媒体１３ｈに記録された複数の放電電流Ｉと複数の端子間電圧Ｖｂの標本データに基づいて、回帰分析を行って一次関数を求める。一次関数を求める際に用いる標本データは、突入電流が減少する期間（以下では「減少期間Ｔｄ」と呼ぶ）に測定されたものである。減少期間Ｔｄは、ステップＳ１２で放電電流Ｉの最大電流値Ｉmaxを検出してから、ステップＳ１５で放電電流Ｉが閾値電流Ｉthよりも小さいと判別されるまでの期間である。本形態の回帰分析は、最小二乗法とする。

ステップＳ１７では、ステップＳ１６で求めた一次関数について、相関係数Ｒ²値の検定が有意か否かを判別する。言い換えると、一次関数で表される式と標本データとの間に相関があるかを判別する。有意か否かについては、例えば閾値をＲthとすると、Ｒth≦Ｒ²≦１を満たすか否かで判別すればよい。もし相関係数Ｒ²値の検定が有意である場合はＹＥＳになり、ステップＳ１８に進む。これに対して、相関係数Ｒ²値の検定が有意でない場合はＮＯになり、推定した抵抗値を採用せず、ステップＳ１０に戻って標本データの再収集を行う。

ステップＳ１８では、ステップＳ１６で求めた一次関数（例えば図７，図８に示す特性線Ｌ２）に基づいて、直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒを算出する。直流抵抗Ｒｄは、一次関数の傾きから算出できる。反応抵抗Ｒｒは、一次関数にかかる切片の電圧と、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowとの差分（すなわち電圧差Ｖｄ）を最大電流値Ｉmaxで除すれば算出できる。直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒとのうちで、少なくとも反応抵抗Ｒｒは記録媒体１３ｈに記録する。

二点鎖線で示すステップＳ１９では、ステップＳ１８で求めた直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒについて、バッテリ１２の温度に基づく補正を行う。具体的には、まず記録媒体１３ｈに記録された関係情報を参照して、ステップＳ１２で測定したバッテリ温度Ｔに対応する係数Ｋを求める。そして、直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒをそれぞれ係数Ｋで補正する。すなわちＲｄ＝Ｒｄ×ＫやＲｒ＝Ｒｒ×Ｋの演算を行う。演算で補正された直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒを標本データとして記録媒体１３ｈに記録した後、バッテリ評価処理を終了する。なお、ステップＳ１９は抵抗値の温度補正が必要な場合に実行してよく、当該温度補正が不要な場合には実行しなくてもよい。

図４に示す始動判定処理では、エンジン１１を始動できるか否かの判定を行う。ステップＳ２０では、始動判定条件を満たすか否かを判別する。始動判定条件は、エンジン１１が始動するか否かの判定を行う条件であれば任意に設定してよい。例えば、図３のステップＳ１０と同じ条件でもよく、バッテリ１２の状態（例えば端子間電圧Ｖｂや充電容量等）に関する条件でもよく、その他の条件でもよい。もし始動判定条件を満たす場合はＹＥＳになり、ステップＳ２１に進む。これに対して、始動判定条件を満たさない場合はＮＯになり、始動判定処理を終了する。

ステップＳ２１では、図３のステップＳ１８が実行されて直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒが記録媒体１３ｈに記録されているか否かを判別する。もし直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒが記録されていた場合はＹＥＳになり、ステップＳ２２に進む。これに対して、直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒが記録されていない場合はＮＯになり、始動判定処理を終了する。言い換えると、最初の始動時にバッテリ評価処理が実行されても、まだ直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒが記録されていないため、始動判定処理のステップＳ２２以降は実行されない。そのため、２回目の始動（特に再始動）以降にステップＳ２２以降が実行される。

ステップＳ２２では、バッテリ１２の放電可能電力を算出する。ここで、放電可能電力をＰｄとし、初期期間Ｔｓの始期以前（すなわち通電前や始動前）に図３のステップＳ１１で測定されたバッテリ１２の電圧をＶnowとし、バッテリ１２の使用下限電圧をＶminとする。これらとともに、直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒを用いて式で表すと、Ｐｄ＝（Ｖnow−Ｖmin）/（Ｒｄ＋Ｒｒ）×Ｖminの関係が成り立つ。

二点鎖線で示すステップＳ２３では、ステップＳ２２で求めた放電可能電力について、図３のステップＳ１９と同様にして係数Ｋで補正する。すなわちＰｄ＝Ｐｄ×Ｋの演算を行い、補正された放電可能電力Ｐｄとして記録媒体１３ｈに記録する。なおステップＳ２３は、図３のステップＳ１９と同様に、抵抗値の温度補正が必要な場合に実行してよく、当該温度補正が不要な場合には実行しなくてもよい。

ステップＳ２４では、放電可能電力Ｐｄが始動可能な閾値電力Ｐth以上か否かを判別する。すなわち、Ｐｄ≧Ｐthを満たすか否かを判別する。もし放電可能電力Ｐｄが閾値電力Ｐth以上の場合はＹＥＳになり、ステップＳ２５に進む。これに対して、放電可能電力Ｐｄが閾値電力Ｐth未満の場合はＮＯになり、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２５では「始動可能」を始動判定結果Ｊｓとして制御装置１４に伝達し、ステップＳ２６では「始動不可」を始動判定結果Ｊｓとして制御装置１４に伝達する。いずれも始動判定結果Ｊｓを伝達した後、始動判定処理をリターンする。

図２において、評価装置１３から始動判定結果Ｊｓを受けた制御装置１４は、「始動可能」である場合に限って始動信号Ｃｓを始動装置１５に伝達する。制御装置１４から始動信号Ｃｓを受けた始動装置１５は、エンジン１１の始動を行うべくスタータモータ１５ａの駆動を開始する。これに対して、始動装置１５が制御装置１４から始動信号Ｃｓを受けない場合は、スタータモータ１５ａの駆動を開始しない。

次に、バッテリ１２の劣化度を推定する劣化度推定処理について、図５を参照しながら説明する。この劣化度推定処理は、反応抵抗Ｒｒが記録媒体１３ｈに記録されている場合に実行され、図３に示すバッテリ評価処理とは無関係に実行される。

図５のステップＳ３０では、記録媒体１３ｈに記録されている反応抵抗Ｒｒに基づいて、バッテリ１２の劣化度ＳＯＨを推定する。本形態では、劣化度ＳＯＨと反応抵抗Ｒｒとの関係を特性線として記録媒体１３ｈに記録しておき、反応抵抗Ｒｒに対応する劣化度ＳＯＨを特定することで推定する。

ステップＳ３１では、ステップＳ３０で推定した劣化度ＳＯＨが閾値劣化度ＳＯＨthを超えているか否かを判別する。もし劣化度ＳＯＨが閾値劣化度ＳＯＨthを超えている場合はＹＥＳになり、ステップＳ３２に進む。これに対して、劣化度ＳＯＨが閾値劣化度ＳＯＨth以下の場合はＮＯになり、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３２では、劣化度推定結果Ｊｄを「異常」とし、通信部１３ａを介して制御装置１４に伝達する。劣化度推定結果Ｊｄの伝達後は、劣化度推定処理を終了する。

ステップＳ３３では、劣化度推定結果Ｊｄを「正常」とし、通信部１３ａを介して制御装置１４に伝達する。劣化度推定結果Ｊｄの伝達後は、劣化度推定処理を終了する。

上述した評価装置１３によって行われる評価例について、図６〜図９を参照しながら説明する。ただし図６〜図９では、外部からバッテリ１２に流入する電流をプラスとし、バッテリ１２から外部に流出する電流をマイナスとする。放電電流Ｉはバッテリ１２から外部に流出する電流になるため、マイナス値になる。したがって、マイナス値が大きくなるにつれて放電電流Ｉが大きくなる。

図６には、時間ｔの経過とともに変化する放電電流Ｉの一例を示す。時刻ｔ１に始動操作部材が操作されたことで始動装置１５が作動し、放電電流Ｉが流れ始める。この時刻ｔ１は初期期間Ｔｓの始期に相当する。図６に示す時刻ｔ１における放電電流Ｉの初期電流値Ｉｏは０[Ａ]である。この初期電流値Ｉｏは、アイドリングストップなどでは０[Ａ]以外の値になる場合もある。０[Ａ]以外の値は、例えば所定時点の電流値でもよく、複数の時点で測定した電流値の平均値（単純平均値，加重平均値，移動平均値を含む）でもよい。つまり、初期電流値Ｉｏは０[Ａ]でもよく、０[Ａ]以外の値でもよい。放電電流Ｉは急激に増加し、時刻ｔ２に最大電流値の−Ｉmaxを検出し、時刻ｔ３に定常電流値の−Ｉstに至る。この時刻ｔ３は初期期間Ｔｓの終期に相当する。よって、時刻ｔ１から時刻ｔ３までが初期期間Ｔｓに相当し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までが減少期間Ｔｄに相当する。閾値電流−Ｉth以下のマイナス側の放電電流Ｉは、大電流領域Ｂｃに相当する。

図７には、サンプリング間隔を８[msec]とした測定例を示す。放電電流Ｉが０[Ａ]のとき、端子間電圧Ｖｂは初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowと等しい。実線で示す特性線Ｌ２は減少期間Ｔｄにおける放電電流Ｉから回帰分析を行って求めた一次関数である。放電電流Ｉが０[Ａ]のとき、特性線Ｌ２によって切片の電圧Ｖｓが求められる。二点鎖線で示す特性線Ｌ１は、特性線Ｌ２と傾きが同じ一次関数であって、電圧Ｖnowを通る。図示するように、特性線Ｌ２に関係する放電電流Ｉの最大値は電流−Ｉ１であり、特性線Ｌ１に関係する放電電流Ｉの最大値は電流−Ｉ２である。すなわち、放電電流Ｉがマイナス側で増加するときに最大となる電流−Ｉ１と、放電電流Ｉがマイナス側で減衰するときに最大となる電流−Ｉ２とで、電流値が異なる。

図８には、サンプリング間隔を０．１[msec]とした測定例を示す。測定できるサンプリング数が図７よりも大幅に増えるが、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnow，一次関数の切片の電圧Ｖｓは図７と同様に求められる。また、放電電流Ｉがマイナス側で増加するときに最大となる電流−Ｉ１と、放電電流Ｉがマイナス側で減衰するときに最大となる電流−Ｉ２とで、電流値が異なる。

図９は、反応抵抗Ｒｒに対する劣化度ＳＯＨの変化を特性線Ｌ３で示す。特性線Ｌ３は、反応抵抗Ｒｒが増加するにつれて、劣化度ＳＯＨも増加率が増える。劣化度ＳＯＨがＳＯＨ１のときは、反応抵抗ＲｒがＲ１である。劣化度ＳＯＨがＳＯＨ２のときは、反応抵抗ＲｒがＲ２である。バッテリ１２に異常があるか否かを判断する基準は閾値劣化度ＳＯＨthであり、具体的な数値は実験や実地データ等によって定めるとよい。劣化度ＳＯＨがＳＯＨthのときは、反応抵抗ＲｒがＲthである。図９の例によれば、Ｒ１＜Ｒth＜Ｒ２、ＳＯＨ１＜ＳＯＨth＜ＳＯＨ２である。例えば反応抵抗ＲｒがＲ１であれば、劣化度ＳＯＨはＳＯＨ１＜ＳＯＨthであるので、バッテリ１２は正常であると判断できる。一方、反応抵抗ＲｒがＲ２であれば、劣化度ＳＯＨはＳＯＨ２＞ＳＯＨthであるので、バッテリ１２は異常であると判断できる。

上述した実施の形態によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。

バッテリ評価方法に相当するバッテリ評価処理は、突入電流が初期電流値Ｉｏから最大電流値Ｉmaxまで増加した後、最大電流値Ｉmaxから定常電流値Ｉstまで減少する初期期間Ｔｓ中に、バッテリ１２の放電電流Ｉと、放電電流Ｉに対応するバッテリ１２の端子間電圧Ｖｂとを複数回繰り返し測定し、初期期間Ｔｓのうちで突入電流が減少する減少期間Ｔｄにおいて、閾値電流Ｉth以上の大電流領域Ｂｃで測定された放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂとの関係を示す一次関数（すなわち図７，図８に示す特性線Ｌ２）により直流抵抗Ｒｄを算出し、一次関数にかかる切片の電圧Ｖｓと、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowとの電圧差Ｖｄを、最大電流値Ｉmaxで除することにより反応抵抗Ｒｒを求める。この構成によれば、測定した複数の放電電流Ｉと複数の端子間電圧Ｖｂからなる標本データに基づいて回帰分析を行って一次関数を求め、当該一次関数の傾きから直流抵抗Ｒｄを求める。一次関数にかかる切片の電圧Ｖｓと、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowとの差分（すなわち電圧差Ｖｄ）を最大電流値Ｉmaxで除すれば、反応抵抗Ｒｒを求める。また、サンプリング間隔の長短にかかわらず、簡単なステップで求めることができる。

直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒとを用いてバッテリ１２の放電可能電力Ｐｄを算出し、放電可能電力Ｐｄが閾値電力Ｐth以上であるか否かよって、始動装置１５によるエンジン１１の始動が行えるか否かの判定を行う。この構成によれば、求められる放電可能電力Ｐｄに基づいて、エンジン１１の始動が行えるか否かを的確に判定できる。

反応抵抗Ｒｒを記録し、記録された反応抵抗Ｒｒに基づいてバッテリ１２の劣化度ＳＯＨを推定した。この構成によれば、反応抵抗Ｒの変化によって、バッテリ１２の劣化度ＳＯＨを的確に推定することができる。

バッテリ評価装置に相当する評価装置１３は、初期電流値Ｉｏから最大電流値Ｉmaxまで増加した後、最大電流値Ｉmaxから定常電流値Ｉstまで減少する突入電流が流れている初期期間Ｔｓ中に、バッテリ１２の放電電流Ｉと、放電電流Ｉに対応するバッテリ１２の端子間電圧Ｖｂとを複数回繰り返し測定する測定部１３ｄと、初期期間Ｔｓのうちで突入電流が減少する減少期間Ｔｄにおいて、閾値電流Ｉth以上の大電流領域Ｂｃで測定された放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂとの関係を示す一次関数により直流抵抗Ｒｄを算出する直流抵抗算出部１３ｃと、一次関数にかかる切片の電圧Ｖｓと、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowとの電圧差Ｖｄを、最大電流値Ｉmaxで除することにより反応抵抗Ｒｒを算出する反応抵抗算出部１３ｆとを有する。この構成によれば、測定した複数の放電電流Ｉと複数の端子間電圧Ｖｂからなる標本データに基づいて回帰分析を行って一次関数を求め、当該一次関数の傾きから直流抵抗Ｒｄを求める。一次関数にかかる切片の電圧Ｖｓと、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowとの差分（すなわち電圧差Ｖｄ）を最大電流値Ｉmaxで除すれば、反応抵抗Ｒｒを求める。また、サンプリング間隔の長短にかかわらず、簡単なステップで求めることができる。

評価装置１３は、直流抵抗Ｒｄと反応抵抗Ｒｒとを用いてバッテリ１２の放電可能電力Ｐｄを算出する電力算出部１３ｅと、放電可能電力Ｐｄが閾値電力Ｐth以上であるか否かよって、始動装置１５によるエンジン１１の始動が行えるか否かの判定を行う始動判定部１３ｂとを有する。この構成によれば、算出される放電可能電力Ｐｄに基づいて、エンジン１１の始動が行えるか否かを的確に判定できる。

評価装置１３は、反応抵抗算出部１３ｆによって反応抵抗Ｒｒを記録する記録媒体１３ｈと、記録媒体１３ｈに記録された反応抵抗Ｒｒに基づいて、バッテリ１２の劣化度ＳＯＨを推定する劣化度推定部１３ｇとを有する。この構成によれば、反応抵抗Ｒの変化によって、バッテリ１２の劣化度ＳＯＨを的確に推定することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態では、電源システム１０を車両に適用した。この形態に代えて、電源システム１０を車両以外の他の装置に適用してもよい。他の装置は、例えば商用電源が無い現場で使用される発電機や、鉄道車両，船舶，航空機を含む輸送機器などが該当する。また、評価装置１３は、バッテリ１２を電源とする一般的な電気機器、例えば、携帯電話や蓄電池などに適用されるものであってもよい。その他には、家電製品，音響機器，携帯電話を除く携帯機器，通信機器，電力機器などに適用されるものであってもよい。電源システム１０や評価装置１３を適用する対象が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、バッテリ１２であるリチウムイオン電池を評価した。この形態に代えて、リチウムイオン電池以外の二次電池を評価してもよい。リチウムイオン電池以外の二次電池は、一般型，液循環型，メカニカルチャージ型，高温動作型，電子トラップ型などの二次電池が該当する。一般型の二次電池は、例えば鉛蓄電池，リチウムイオンポリマー電池，ニッケル・水素蓄電池，ニッケル・カドミウム蓄電池，ニッケル・鉄蓄電池，ニッケル・亜鉛蓄電池，酸化銀・亜鉛蓄電池などが該当する。液循環型の二次電池は、例えばレドックス・フロー電池，亜鉛・塩素電池，亜鉛・臭素電池，メカニカルチャージ型，アルミニウム・空気電池，空気亜鉛電池，空気・鉄電池などが該当する。メカニカルチャージ型の二次電池は、例えばルミニウム・空気電池，空気亜鉛電池，空気・鉄電池などが該当する。高温動作型の二次電池は、例えばナトリウム・硫黄電池，リチウム・硫化鉄電池などが該当する。電子トラップ型の二次電池は、例えば半導体二次電池などが該当する。バッテリ１２の種類が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、バッテリ１２との接続に伴って突入電流が流れる負荷装置を、スタータモータ１５ａを含む始動装置１５とした。この形態に代えて、他の負荷装置としてもよい。他の負荷装置は、バッテリ１２から供給される電力を受けて作動し、かつ、バッテリ１２との接続に伴って突入電流が流れる装置であれば任意に適用してよい。例えば、起動装置，発電機，電動機，回転電機，電装部品，商用電源などが該当し、主に誘導性素子を含む装置である。電動機や回転電機には、車両を含む輸送機器を運行させる際に用いるモータを含む。負荷装置の種類が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、評価装置１３や制御装置１４をソフトウェア構成のＥＣＵとした。この形態に代えて、ハードウェア構成としてもよく、ＥＣＵ以外の制御装置としてもよい。ハードウェア構成は、電子回路や論理回路などを含むハードウェアロジックで各要素の機能を実現する構成である。ＥＣＵ以外の制御装置は、コンピュータ、ワンチップマイコンを含むマイコンなどが該当する。評価装置１３や制御装置１４の構成が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂとの関係を表す一次関数を最小二乗法によって求めた。この形態に代えて、最小二乗法以外の回帰分析によって求めてもよい。最小二乗法以外の回帰分析には、重回帰分析を含めてよく、モデルを問わない。例えば、線形回帰，リッジ回帰，Ｌａｓｓｏ回帰，エラスティックネットなどが該当する。モデルには、例えば一般線形モデル，一般化線形モデル，混合モデル，一般化線形混合モデルなどが該当する。一次関数を求める手法が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、図３のステップＳ１２では、サンプリング間隔ごとにバッテリ１２の放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂを測定した。図８のサンプリング間隔は８[msec]とし、図９のサンプリング間隔は０．１[msec]とした。この形態に代えて、他のサンプリング間隔ごとにバッテリ１２の放電電流Ｉと端子間電圧Ｖｂを測定してもよい。すなわち、電流センサＳｉと電圧センサＳｖの種類に応じてサンプリング間隔を定めてよい。サンプリング間隔の長さが相違するに過ぎず、一次関数である特性線Ｌ２を求めることができればよいので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、図５のステップＳ３０および図９において、記録媒体１３ｈに記録された特性線Ｌ３に基づいて、反応抵抗Ｒｒに対応する劣化度ＳＯＨを特定することで推定した。この形態に代えて、他の推定法で劣化度ＳＯＨを推定してもよい。他の推定法は、例えば劣化度ＳＯＨと反応抵抗Ｒｒとの関係を関数式で記録媒体１３ｈに記録しておき、反応抵抗Ｒｒを変数とし、関数式を演算して劣化度ＳＯＨを求めることで推定してもよい。また、図３のステップＳ１６と同様に複数の反応抵抗Ｒｒに基づいて回帰分析を行って一次関数を求め、当該一次関数に従って現時点の反応抵抗Ｒｒから劣化度ＳＯＨを特定することで推定してもよい。劣化度ＳＯＨを推定法が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、図５のステップＳ１５において、標本データの収集を終えるか否かの判断として、放電電流Ｉが閾値電流Ｉthよりも小さいか否かを判別した。この形態に代えて、他の条件を満たすか否かで判別してもよい。他の条件は、標本データの収集を終える条件であれば任意に設定してよい。例えば、特性線Ｌ２を求めるのに必要な数の標本データを収集したこと、始動操作部材が操作された図６の時刻ｔ１から所定期間を経過したことなどが該当する。所定期間は、特性線Ｌ２を求めるのに必要な数の標本データを収集できる時間間隔である。標本データの収集を終えるか否かの条件が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowを、図３のステップＳ１１でエンジン１１を始動する操作がされた時点（図６では時刻ｔ１）に測定した電圧とした。この形態に代えて、初期期間Ｔｓの始期以前における他のタイミングで測定した電圧を電圧Ｖnowとしてもよい。他のタイミングは、例えばエンジン１１をストップする時点や、バッテリ１２の状態（例えば端子間電圧Ｖｂや充電容量等）が所要の状態になった時点などが該当する。あるいは、複数の時点で測定した電圧値の平均値（単純平均値，加重平均値，移動平均値を含む）でもよい。初期期間Ｔｓの始期以前の電圧Ｖnowを測定するタイミング等が相違するに過ぎないので、実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０…車両、１１…エンジン、１２…バッテリ、１３…評価装置、１４…制御装置、１３ａ…通信部、１３ｂ…始動判定部、１３ｃ…直流抵抗算出部、１３ｄ…測定部、１３ｅ…電力算出部、１３ｆ…反応抵抗算出部、１３ｇ…劣化度推定部、１３ｈ…記録媒体、１５…始動装置、１５ａ…スタータモータ、１５ｂ…制御部、Ｓｖ…電圧センサ、Ｓｉ…電流センサ、Ｒｄ…直流抵抗、Ｒｒ…反応抵抗、Ｐｄ…放電可能電力、Ｐth…閾値電力、Ｉ…放電電流、Ｉ１，Ｉ２…電流、Ｉｏ…初期電流値、Ｉmax…最大電流値、Ｉst…定常電流値、Ｉth…閾値電流、Ｖｂ…端子間電圧、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…電圧、Ｖｄ…電圧差、Ｔｓ…初期期間、Ｔｄ…減少期間、Ｂｃ…大電流領域、Ｖnow…初期期間の始期以前の電圧、Ｖｓ…切片の電圧、Ｖｄ…電圧差、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…特性線、ＳＯＨ…劣化度、ＳＯＨth…閾値劣化度、Ｊｄ…劣化度推定結果、Ｊｓ…始動判定結果、Ｃｉ…操作信号、Ｃｓ…始動信号

Claims (6)

1. バッテリ（１２）の直流抵抗（Ｒｄ）と反応抵抗（Ｒｒ）とを求めるバッテリ評価方法において、
   突入電流が初期電流値（Ｉｏ）から最大電流値（Ｉmax）まで増加した後、前記最大電流値から定常電流値（Ｉst）まで減少する初期期間（Ｔｓ）中に、前記バッテリの放電電流（Ｉ）と、前記放電電流に対応する前記バッテリの端子間電圧（Ｖｂ）とを複数回繰り返し測定し、
   前記初期期間のうちで前記突入電流が減少する期間（Ｔｄ）において、閾値電流（Ｉth）以上の大電流領域（Ｂｃ）で測定された前記放電電流と前記端子間電圧との関係を示す一次関数（Ｌ２）により前記直流抵抗を求め、
   前記一次関数にかかる切片の電圧（Ｖｓ）と、前記初期期間の始期以前の電圧（Ｖnow）との電圧差（Ｖｄ）を、前記最大電流値で除することにより前記反応抵抗を求めるバッテリ評価方法。
2. 前記直流抵抗と前記反応抵抗とを用いて前記バッテリの放電可能電力（Ｐｄ）を求め、
   前記放電可能電力が閾値電力（Ｐth）以上であるか否かよって、負荷装置（１５）の作動が行えるか否かの判定を行う請求項１に記載のバッテリ評価方法。
3. 前記反応抵抗を記録し、
   記録された前記反応抵抗に基づいて、前記バッテリの劣化度（ＳＯＨ）を推定する請求項１に記載のバッテリ評価方法。
4. バッテリ（１２）の直流抵抗（Ｒｄ）と反応抵抗（Ｒｒ）とを求めるバッテリ評価装置において、
   突入電流が初期電流値（Ｉｏ）から最大電流値（Ｉmax）まで増加した後、前記最大電流値から定常電流値（Ｉst）まで減少する初期期間中に、前記バッテリの放電電流（Ｉ）と、前記放電電流に対応する前記バッテリの端子間電圧（Ｖｂ）とを複数回繰り返し測定する測定部（１３ｄ）と、
   前記初期期間のうちで前記突入電流が減少する期間（Ｔｄ）において、閾値電流（Ｉth）以上の大電流領域（Ｂｃ）で前記放電電流と前記端子間電圧との関係を示す一次関数（Ｌ２）により前記直流抵抗を求める直流抵抗算出部（１３ｃ）と、
   前記一次関数にかかる切片の電圧（Ｖｓ）と、前記初期期間の始期以前の電圧（Ｖnow）との電圧差（Ｖｄ）を、前記最大電流値で除することにより前記反応抵抗を求める反応抵抗算出部（１３ｆ）と、
   を有するバッテリ評価装置。
5. 前記直流抵抗と前記反応抵抗とを用いて前記バッテリの放電可能電力（Ｐｄ）を求める電力算出部（１３ｅ）と、
   前記放電可能電力が閾値電力（Ｐth）以上であるか否かよって、負荷装置（１５）の作動が行えるか否かの判定を行う始動判定部（１３ｂ）と、
   を有する請求項４に記載のバッテリ評価装置。
6. 前記反応抵抗算出部によって求められた前記反応抵抗を記録する記録媒体（１３ｈ）と、
   前記記録媒体に記録された前記反応抵抗に基づいて、前記バッテリの劣化度（ＳＯＨ）を推定する劣化度推定部（１３ｇ）と、
   を有する請求項４または５に記載のバッテリ評価装置。

Images