JP3288257B2 - バッテリ充電状態検出装置 - Google Patents
バッテリ充電状態検出装置Info
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- JP3288257B2 JP3288257B2 JP12582397A JP12582397A JP3288257B2 JP 3288257 B2 JP3288257 B2 JP 3288257B2 JP 12582397 A JP12582397 A JP 12582397A JP 12582397 A JP12582397 A JP 12582397A JP 3288257 B2 JP3288257 B2 JP 3288257B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はバッテリの充電状態
検出装置に関し、特に車載用バッテリにおけるバッテリ
充電状態検出装置に関する。
検出装置に関し、特に車載用バッテリにおけるバッテリ
充電状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
技術として、例えば、特開平１─１２９１７７号公報に
は、バッテリ状態検出装置として、バッテリの開放電圧
の経時変化量が所定値以下になる状態において出力イン
ピーダンスを検出することによりバッテリの充電状態を
検出する技術が開示されている。
技術として、例えば、特開平１─１２９１７７号公報に
は、バッテリ状態検出装置として、バッテリの開放電圧
の経時変化量が所定値以下になる状態において出力イン
ピーダンスを検出することによりバッテリの充電状態を
検出する技術が開示されている。
【０００３】通常、バッテリ内には分極が生じるが、上
記の従来方法は車両停止時のバッテリの開放電圧の経時
変化量によって分極の減少した時期を検出するものであ
る。なお、ここで「分極」とは、起電力から決まる理論
的なバッテリの開放電圧と実際のバッテリの開放電圧と
の差、と定義する。しかし、この方法では、分極を車両
停止時にしか検出できない問題や、車両の走行中のバッ
テリ充電状態によっては、分極が減少するまでにかなり
時間を要するという問題がある。
記の従来方法は車両停止時のバッテリの開放電圧の経時
変化量によって分極の減少した時期を検出するものであ
る。なお、ここで「分極」とは、起電力から決まる理論
的なバッテリの開放電圧と実際のバッテリの開放電圧と
の差、と定義する。しかし、この方法では、分極を車両
停止時にしか検出できない問題や、車両の走行中のバッ
テリ充電状態によっては、分極が減少するまでにかなり
時間を要するという問題がある。
【０００４】上述の問題は、車両走行時における分極の
影響が把握できない、ということに原因があることに着
目し、本発明は、走行中のバッテリ電流を観測すること
により局部的な電解液の濃度変化を予測することによっ
て分極の度合いを推定し、分極の影響が小さい時を狙っ
て測定した電圧─電流特性から充電状態を検出できるよ
うにすることを目的とする。
影響が把握できない、ということに原因があることに着
目し、本発明は、走行中のバッテリ電流を観測すること
により局部的な電解液の濃度変化を予測することによっ
て分極の度合いを推定し、分極の影響が小さい時を狙っ
て測定した電圧─電流特性から充電状態を検出できるよ
うにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、バッテ
リの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリ
の充放電電流を検出する電流検出手段とを備え、検出し
た充放電電流値からバッテリ電解液の拡散に起因する補
正項を減じた値を積算してこれを分極指数とし、算出し
た分極指数の絶対値が所定の値以下のときにバッテリ電
圧及び電流値から充電状態を算出し、さらに電流を０に
外挿したときの電圧値を求めこの電圧値と充電状態との
既定のマップとから充電状態を算出することを特徴とす
るもので、走行中のバッテリ電流を観測することにより
局部的な電解液の濃度変化を予測することにより分極の
度合いを推定し、充電状態もしくは放電率に応じた補正
項及び電圧値のマップを参照しつつ分極の影響が小さい
時を狙って測定した電圧−電流特性から充電状態を検出
する。
リの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリ
の充放電電流を検出する電流検出手段とを備え、検出し
た充放電電流値からバッテリ電解液の拡散に起因する補
正項を減じた値を積算してこれを分極指数とし、算出し
た分極指数の絶対値が所定の値以下のときにバッテリ電
圧及び電流値から充電状態を算出し、さらに電流を０に
外挿したときの電圧値を求めこの電圧値と充電状態との
既定のマップとから充電状態を算出することを特徴とす
るもので、走行中のバッテリ電流を観測することにより
局部的な電解液の濃度変化を予測することにより分極の
度合いを推定し、充電状態もしくは放電率に応じた補正
項及び電圧値のマップを参照しつつ分極の影響が小さい
時を狙って測定した電圧−電流特性から充電状態を検出
する。
【０００６】このようにすることにより、バッテリの充
電状態を精度よく検出することができるばかりか、突然
のバッテリあがりを防止することができ、さらに、過充
電を防止する充電制御によりバッテリの寿命を延ばすこ
とができる効果がある。
電状態を精度よく検出することができるばかりか、突然
のバッテリあがりを防止することができ、さらに、過充
電を防止する充電制御によりバッテリの寿命を延ばすこ
とができる効果がある。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず、本発明のバッテリ充電状態
検出装置に用いる分極指数について、以下に詳しく説明
する。本発明では、分極を予測するモデルとして、電流
が流れていない時における分極の主要因は、局部的なバ
ッテリ電解液の濃度の変化（増減）と拡散現象であると
いう点に着目する。この観点に立って分極指数を以下の
ように定義し、その値が十分に小さくなった時の電圧─
電流特性からバッテリの充電状態を予測する。
検出装置に用いる分極指数について、以下に詳しく説明
する。本発明では、分極を予測するモデルとして、電流
が流れていない時における分極の主要因は、局部的なバ
ッテリ電解液の濃度の変化（増減）と拡散現象であると
いう点に着目する。この観点に立って分極指数を以下の
ように定義し、その値が十分に小さくなった時の電圧─
電流特性からバッテリの充電状態を予測する。
【０００８】即ち、時間ｔ１における分極指数ｐを、以
下の式で定義する。
下の式で定義する。
【０００９】
【数１】
【００１０】なお、Ｉはバッテリ電流（Ａ）であり、γ
は充電効率の変動に対する第１の補正項であり、Ｉｄは
バッテリ電解液の拡散に起因する第２の補正項である。
また、ｔは時間（秒）であり、ａ及びｂは定数であり、
ｐ０はｔ１の直前における分極指数である。
は充電効率の変動に対する第１の補正項であり、Ｉｄは
バッテリ電解液の拡散に起因する第２の補正項である。
また、ｔは時間（秒）であり、ａ及びｂは定数であり、
ｐ０はｔ１の直前における分極指数である。
【００１１】ここで、補正項γの値は充電状態や電流に
より変化するために、使用するバッテリの実態に合わせ
て事前に作成したマップより求めた値を用いる。図３は
実際的な補正項γのマップの一例である。縦軸は補正項
γであり、横軸は充電状態（％）である。本例では横軸
に充電状態を用いているが、各時点における充電状態は
本案により求めた充電状態を基準とし、その時点までの
電流の積算値により補正して用いる。
より変化するために、使用するバッテリの実態に合わせ
て事前に作成したマップより求めた値を用いる。図３は
実際的な補正項γのマップの一例である。縦軸は補正項
γであり、横軸は充電状態（％）である。本例では横軸
に充電状態を用いているが、各時点における充電状態は
本案により求めた充電状態を基準とし、その時点までの
電流の積算値により補正して用いる。
【００１２】上述の如く走行中のバッテリ電流Ｉから分
極の状態を予測することで、分極の影響が小さい時の電
圧─電流特性から充電状態を正確に知ることができる。
図１は本発明のバッテリ充電状態検出装置の一実施形態
のブロック構成図である。オルタネータ（ＡＬＴ）９
は、整流器１２を通して、バッテリ８、車両負荷１０に
並列に接続されている。オルタネータ９の出力はレギュ
レータ（ＲＥＧ）１１により制御される。
極の状態を予測することで、分極の影響が小さい時の電
圧─電流特性から充電状態を正確に知ることができる。
図１は本発明のバッテリ充電状態検出装置の一実施形態
のブロック構成図である。オルタネータ（ＡＬＴ）９
は、整流器１２を通して、バッテリ８、車両負荷１０に
並列に接続されている。オルタネータ９の出力はレギュ
レータ（ＲＥＧ）１１により制御される。
【００１３】バッテリ８の電圧、電流及び温度は、電圧
検出装置５、電流検出装置６、及び温度検出装置７によ
りそれぞれ検出され、Ｉ／Ｏユニット４に入力される。
演算装置（ＣＰＵ）１は記憶装置（ＲＯＭ２及びＲＡＭ
３）に書き込まれたプログラム及びマップに基づき、上
述の式により分極指数ｐ（以下、ｐ値）を計算し、ｐ値
が所定範囲に入ったなら、電圧─電流特性からバッテリ
充電状態を求める。
検出装置５、電流検出装置６、及び温度検出装置７によ
りそれぞれ検出され、Ｉ／Ｏユニット４に入力される。
演算装置（ＣＰＵ）１は記憶装置（ＲＯＭ２及びＲＡＭ
３）に書き込まれたプログラム及びマップに基づき、上
述の式により分極指数ｐ（以下、ｐ値）を計算し、ｐ値
が所定範囲に入ったなら、電圧─電流特性からバッテリ
充電状態を求める。
【００１４】この場合、ｐ値の算出に用いられる定数や
マップはバッテリ温度により特性が変化するため、検出
した温度に応じて適切な値を用いる。本例では、定数
ａ，ｂとして、それぞれ、０．０００５、０．０１（３
０°Ｃの時）を用いた。この値は例として示したが、本
発明はこの値に限るものではない。電圧及び電流値から
充電状態を求める方法として、所定の電流領域では電圧
と電流は一次的な関係があり、電流を０に外挿したとき
の電圧値（Ｖ０）が充電状態により異なることを利用す
る方法を用いた。
マップはバッテリ温度により特性が変化するため、検出
した温度に応じて適切な値を用いる。本例では、定数
ａ，ｂとして、それぞれ、０．０００５、０．０１（３
０°Ｃの時）を用いた。この値は例として示したが、本
発明はこの値に限るものではない。電圧及び電流値から
充電状態を求める方法として、所定の電流領域では電圧
と電流は一次的な関係があり、電流を０に外挿したとき
の電圧値（Ｖ０）が充電状態により異なることを利用す
る方法を用いた。
【００１５】図４は充電状態と電圧値の関係の説明図で
ある。本図は、分極指数ｐの絶対値が２００以下のとき
と、それ以外における電圧値（Ｖ０）と充電状態との関
係を示す。分極指数ｐの絶対値が２００より大きいとき
の電圧値Ｖ０は、分極の影響があるため充電状態に応じ
てバラツクのに対して（Δ印）、分極指数ｐの絶対値が
２００以下のときの電圧値Ｖ０は充電状態とリニアな関
係があり（○印）、従って、電圧値Ｖ０からバッテリ充
電状態を求めることができる。実施形態として電圧値Ｖ
０を使用した方法を用いて説明したが、本発明はこの方
法に限るものではない。
ある。本図は、分極指数ｐの絶対値が２００以下のとき
と、それ以外における電圧値（Ｖ０）と充電状態との関
係を示す。分極指数ｐの絶対値が２００より大きいとき
の電圧値Ｖ０は、分極の影響があるため充電状態に応じ
てバラツクのに対して（Δ印）、分極指数ｐの絶対値が
２００以下のときの電圧値Ｖ０は充電状態とリニアな関
係があり（○印）、従って、電圧値Ｖ０からバッテリ充
電状態を求めることができる。実施形態として電圧値Ｖ
０を使用した方法を用いて説明したが、本発明はこの方
法に限るものではない。
【００１６】図２は本発明の制御フローチャートであ
る。本図は、ＣＰＵ１で行われる処理であり、エンジン
が始動してから後に充電状態を求め、警報又は充電制御
に用いるまでの過程を示す。図１を参照しつつ以下に詳
しく説明する。まず、ＣＰＵ１はエンジンが始動したか
否か判定し（ステップＳ１）、エンジンが始動している
ときは（Ｙｅｓ）、既に保持されている前回の作動時の
最終充電状態をＲＡＭ３から読み込む（ステップＳ
２）。
る。本図は、ＣＰＵ１で行われる処理であり、エンジン
が始動してから後に充電状態を求め、警報又は充電制御
に用いるまでの過程を示す。図１を参照しつつ以下に詳
しく説明する。まず、ＣＰＵ１はエンジンが始動したか
否か判定し（ステップＳ１）、エンジンが始動している
ときは（Ｙｅｓ）、既に保持されている前回の作動時の
最終充電状態をＲＡＭ３から読み込む（ステップＳ
２）。
【００１７】次に、予め求めておいたｐ値の初期値を読
み込む（ステップＳ３）。この初期値はエンジン始動時
のクランキングに必要な電気量により、おおよそ決まる
ので経験値を予め求めておく。次に電圧検出装置５、電
流検出装置６、及び温度検出装置７によりバッテリの電
圧、電流、温度を計測する（ステップＳ４）。
み込む（ステップＳ３）。この初期値はエンジン始動時
のクランキングに必要な電気量により、おおよそ決まる
ので経験値を予め求めておく。次に電圧検出装置５、電
流検出装置６、及び温度検出装置７によりバッテリの電
圧、電流、温度を計測する（ステップＳ４）。
【００１８】そして、ＣＰＵ１は充放電効率を考慮して
計測した電流値を積算し仮の充電状態を算出し（ステッ
プＳ５）、さらにここで求めた充電状態と温度と先のｐ
値を用いてｐ値を計算する（ステップＳ６）。次にＣＰ
Ｕ１は求めたｐ値の絶対値が所定の値以上か否か判定す
る（ステップＳ７）。ｐ値の絶対値が所定値以上のとき
は（Ｎｏ）、電圧、電流、温度の計測の行程に戻る。
計測した電流値を積算し仮の充電状態を算出し（ステッ
プＳ５）、さらにここで求めた充電状態と温度と先のｐ
値を用いてｐ値を計算する（ステップＳ６）。次にＣＰ
Ｕ１は求めたｐ値の絶対値が所定の値以上か否か判定す
る（ステップＳ７）。ｐ値の絶対値が所定値以上のとき
は（Ｎｏ）、電圧、電流、温度の計測の行程に戻る。
【００１９】そしてＣＰＵ１は求めたｐ値の絶対値が所
定の値以下のときは（Ｙｅｓ）、バッテリ電圧及び電流
から電圧値Ｖ０を求める（ステップＳ８）。そして、求
めた電圧値Ｖ０からマップにより充電状態を算出し、値
を更新する（ステップＳ９）。次にＣＰＵ１はエンジン
始動から所定時間が経過したか否か判定する（ステップ
Ｓ１０）。即ち、上述した行程で、充電状態は求められ
るが、エンジン始動後の初期充電状態は車両停止期間中
にずれている可能性があるからである。そして所定時間
が経過して（Ｙｅｓ）、即ち充電状態が真値に収束する
まで所定の期間経過した後、この値を警報又は充電制御
に用いる（ステップＳ１１）。
定の値以下のときは（Ｙｅｓ）、バッテリ電圧及び電流
から電圧値Ｖ０を求める（ステップＳ８）。そして、求
めた電圧値Ｖ０からマップにより充電状態を算出し、値
を更新する（ステップＳ９）。次にＣＰＵ１はエンジン
始動から所定時間が経過したか否か判定する（ステップ
Ｓ１０）。即ち、上述した行程で、充電状態は求められ
るが、エンジン始動後の初期充電状態は車両停止期間中
にずれている可能性があるからである。そして所定時間
が経過して（Ｙｅｓ）、即ち充電状態が真値に収束する
まで所定の期間経過した後、この値を警報又は充電制御
に用いる（ステップＳ１１）。
【００２０】ステップＳ１１で求めた充電状態は用途に
応じて充電状態の警報や充電制御に用いられる。本実施
形態では、充電制御を行っており、以下に充電制御の手
順を説明する。即ち、通常の車両では、レギュレータ１
１の制御電圧（バッテリ端子電圧を調整する調整電圧）
はレギュレータ内部温度により制御されており、バッテ
リ充電状態が所定領域内にある時はこの制御方法に従
う。バッテリ充電状態が所定値より大きくなった場合、
レギュレータ１１の制御電圧を通常の制御値より下げ、
オルタネータ９の発電電流を減少させ、バッテリの過充
電を防止する。
応じて充電状態の警報や充電制御に用いられる。本実施
形態では、充電制御を行っており、以下に充電制御の手
順を説明する。即ち、通常の車両では、レギュレータ１
１の制御電圧（バッテリ端子電圧を調整する調整電圧）
はレギュレータ内部温度により制御されており、バッテ
リ充電状態が所定領域内にある時はこの制御方法に従
う。バッテリ充電状態が所定値より大きくなった場合、
レギュレータ１１の制御電圧を通常の制御値より下げ、
オルタネータ９の発電電流を減少させ、バッテリの過充
電を防止する。
【００２１】逆に、バッテリ充電状態が所定値より小さ
くなった場合、制御電圧を通常の制御値より上げ、オル
タネータ９の発電電流を増大させ、バッテリあがりを防
止する。ここで、充電制御を行うのに不適当な長い期
間、ｐ値が充電状態の検出可能な条件にならなかった場
合は、ｐ値の極性及び電流積算値から求めた充電状態に
応じて制御を行う。ｐ値が正で、かつ電流積算値から求
めた充電状態が所定値より大きければ、制御電圧を通常
の制御値より下げる。ｐ値が負で、かつ電流積算値から
求められた充電状態が所定値より小さければ、制御電圧
を通常の制御値より上げる。
くなった場合、制御電圧を通常の制御値より上げ、オル
タネータ９の発電電流を増大させ、バッテリあがりを防
止する。ここで、充電制御を行うのに不適当な長い期
間、ｐ値が充電状態の検出可能な条件にならなかった場
合は、ｐ値の極性及び電流積算値から求めた充電状態に
応じて制御を行う。ｐ値が正で、かつ電流積算値から求
めた充電状態が所定値より大きければ、制御電圧を通常
の制御値より下げる。ｐ値が負で、かつ電流積算値から
求められた充電状態が所定値より小さければ、制御電圧
を通常の制御値より上げる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、バッテリの充電状態を
精度よく検出することができるばかりか、突然のバッテ
リあがりを防止することができ、さらに、過充電を防止
する充電制御によりバッテリの寿命を延ばすことができ
る効果がある。
精度よく検出することができるばかりか、突然のバッテ
リあがりを防止することができ、さらに、過充電を防止
する充電制御によりバッテリの寿命を延ばすことができ
る効果がある。
【図１】本発明のバッテリ充電状態検出装置の一実施形
態のブロック構成図である。
態のブロック構成図である。
【図２】本発明の制御フローチャートである。
【図３】実際的な補正項γのマップの一例である。
【図４】充電状態と電圧値の関係の説明図である。
１…演算装置 ２…ＲＯＭ ３…ＲＡＭ ４…Ｉ／Ｏ装置 ５…電圧検出装置 ６…電流検出装置 ７…温度検出装置 ８…バッテリ ９…オルタネータ １０…車両負荷 １１…レギュレータ １２…整流器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森藤 雅之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 岡崎 吉則 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 31/36 H02J 7/00 - 7/12
Claims (2)
- 【請求項１】 バッテリの端子電圧を検出する電圧検出
手段と、 前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段とを
備え、 検出した充放電電流値からバッテリ電解液の拡散に起因
する補正項を減じた値を積算してこれを分極指数とし、
算出した分極指数の絶対値が所定の値以下のときにバッ
テリ電圧及び電流値から充電状態を算出することを特徴
とする バッテリ充電状態検出装置。 - 【請求項２】 電流を０に外挿したときの電圧値を求
め、この電圧値と充電状態との既定のマップとから充電
状態を算出する請求項１に記載のバッテリ充電状態検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12582397A JP3288257B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | バッテリ充電状態検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12582397A JP3288257B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | バッテリ充電状態検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10319100A JPH10319100A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3288257B2 true JP3288257B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=14919831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12582397A Expired - Fee Related JP3288257B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | バッテリ充電状態検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3288257B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1230962C (zh) * | 1999-09-09 | 2005-12-07 | 丰田自动车株式会社 | 电池容量测量与剩余容量计算系统 |
| DE60020821T2 (de) * | 1999-10-08 | 2006-05-11 | Yazaki Corp. | Verfahren zur berechnung der kapazität einer batterie und vorrichtung dafür |
| JP2002345162A (ja) * | 2001-05-11 | 2002-11-29 | Toyota Motor Corp | バッテリの満充電判定方法及び満充電判定装置 |
| JP4039323B2 (ja) * | 2003-06-23 | 2008-01-30 | 株式会社デンソー | 車載バッテリの状態監視装置 |
| US7317300B2 (en) | 2003-06-23 | 2008-01-08 | Denso Corporation | Automotive battery state monitor apparatus |
| JP4038456B2 (ja) | 2003-08-25 | 2008-01-23 | 株式会社豊田中央研究所 | 電池特性検出方法 |
| JP5210591B2 (ja) * | 2007-10-15 | 2013-06-12 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池の制御システムおよびそれを搭載した電動車両ならびに二次電池の制御方法 |
| JP5379672B2 (ja) | 2009-12-25 | 2013-12-25 | プライムアースＥｖエナジー株式会社 | 二次電池の分極電圧演算装置及び充電状態推定装置 |
| CN103728567B (zh) * | 2013-12-31 | 2016-06-08 | 电子科技大学 | 一种基于优化初始值的荷电状态估算方法 |
-
1997
- 1997-05-15 JP JP12582397A patent/JP3288257B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10319100A (ja) | 1998-12-04 |
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