JP3540437B2

JP3540437B2 - 電池状態判別装置

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Publication number: JP3540437B2
Application number: JP13834095A
Authority: JP
Inventors: 直樹木下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: US5703469A; JPH08336202A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電気自動車等の電気推進車両に動力源として搭載されるニッケルカドミウム２次電池またはニッケル水素２次電池（nickel-metal hydride secondary battery）等の、いわゆるニッケル系２次電池の状態を判別する電池状態判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気推進車両の規定の出力は、バッテリ電圧（以下、電池電圧ともいう。）がある一定の電圧以上に保持されているときの出力として定義される。
【０００３】
そして、図１０に示すように、電気推進車両の規定の出力が確保できる一定の最小電圧を放電終止電圧Ｖｄｅと設定した場合、放電開始後、バッテリ電圧ＶＢが、その放電終止電圧Ｖｄｅまで下がったとき（ＶＢ＝Ｖｄｅ）の放電容量Ｐの値Ｐ＝Ｐ０を使用可能な許容放電容量としている。
【０００４】
バッテリ電圧ＶＢが放電終止電圧Ｖｄｅになるまでは、電気推進車両の規定の出力が保持できるが、これ以下の電圧では、規定の出力を保持することができなくなる。
【０００５】
規定の出力を保持することができなくなった場合の具体的に不都合な状態としては、バッテリ電圧ＶＢが放電終止電圧Ｖｄｅ以下の状態になった場合において、例えば、運転者は、それまでの感覚でアクセルペダルを踏んでいても加速性が悪くなったと感じ、また、アクセルペダルをさらに踏み込んでも感覚に合った所望の加速力が得られないという、いわゆる官能性低下の問題が発生する。
【０００６】
このように放電容量Ｐが増加して残存容量が少ないときに、バッテリ電圧ＶＢが規定の放電終止電圧Ｖｄｅより低下して官能性低下の問題が発生した場合には、通常、バッテリの交換を行う必要がある。
【０００７】
ところで、一般的に、バッテリ電圧ＶＢの低下の原因として、経年変化によるバッテリの劣化を原因とするものが知られている。この経年変化によるバッテリの劣化は、周知のように、バッテリの充放電を繰り返すことでバッテリの内部抵抗値が徐々に高くなり、負荷時にバッテリ電圧が低下する現象として現れる。
【０００８】
また、経年変化以外の他のバッテリ電圧の低下の原因として、ニッケル水素２次電池等のニッケル極を正極とするアルカリ溶液を用いた、いわゆるニッケル系２次電池においては、メモリ効果を原因とするものが知られている。メモリ効果は、放電深度（ＤＯＤ：depth of discharge）の浅い充放電サイクルを繰り返した後、深い放電を行うと放電時の電圧が階段状に低下する現象である。
【０００９】
図１１は、メモリ効果の発生したバッテリの放電特性を、バッテリ電圧ＶＢ＝ＶＢ１の実線で示している。図１１から分かるように、バッテリにメモリ効果が現れた場合には、放電容量ＰがＰ＝Ｐ１の点でバッテリ電圧ＶＢ１が放電終止電圧Ｖｄｅよりも低下し、その点以降の点では、電気推進車両の規定の出力が確保できなくなってしまう。結局、放電容量Ｐが許容放電容量Ｐ０から許容放電容量Ｐ１に放電容量がΔＰだけ低下してしまうという、いわゆるバッテリの容量減が発生する。
【００１０】
このメモリ効果の発生を防止する技術として、バッテリの充電開始時に充電電流を供給する前に、バッテリを一度ＤＯＤが約１００％になるまで放電した後、すなわち、完全放電した後に充電を開始する、いわゆるリコンディショニング処理が知られている（特開平５−２２７６７１号公報参照）。このリコンディショニング処理により、メモリ効果によりバッテリ電圧が階段状に低下する現象を解消することができる。
【００１１】
ところが、電気推進車両に搭載されるバッテリの容量は、例えば、２０ｋＷｈ程度と大容量であり、満充電（０％ＤＯＤ）後の実質的な使用域が５０％ＤＯＤ程度であると仮定しても、残存容量（残存エネルギ）が１０ｋＷ程度となり、充電時に毎回リコンディショニング処理による放電を実施しようとすると、例えば、４ｋＷクラスの放電システムにより放電したとしても２時間以上かかり、その分充電時間が延長されてしまい、現実的でないという問題が発生する。しかも、単に、放電すると仮定すると、その１０ｋＷの電力が無駄になるという問題も現れる。
【００１２】
したがって、特に、電気推進車両においては、メモリ効果の発生を検出した時点でのみリコンディショニング処理を実施するようにすれば効率的であるという知見が得られる。
【００１３】
バッテリにおけるメモリ効果の発生を検出する手法は、以下に示すように、種々提案されている。
【００１４】
例えば、特開平５−７７７９０号公報に公表されている技術は、バッテリが満充電とされた状態から所定のバッテリ電圧に低下するまでの放電容量の積算値を求め、この積算放電容量が、定格放電容量よりも小さくなった場合に、メモリ効果が発生していると判定する技術である。図１１を用いて説明すれば、定格放電容量を許容放電容量Ｐ０、定格放電容量よりも小さくなった積算放電容量を放電容量Ｐ１と考えることと等価である。
【００１５】
また、特開平４−１８６１８０号公報に公表されている技術は、放電時においてバッテリ電圧を一定時間毎にサンプリングすることで、バッテリ電圧が２度目に急降下する時点（図１１を用いて説明すれば、最初に急降下する時点が時点ｔ１であり、２度目に急降下する時点が時点ｔ２である。）をメモリ効果発生時点と検出する技術である。
【００１６】
さらに、特開平５−２６０６７４号公報に公表されている技術は、放電時のバッテリ電圧特性曲線の傾き値を算出し、放電を開始した後、一定時間内に２度目の急傾斜が発生した場合（図１１を用いて説明すれば、最初に急傾斜が発生する時点が時点ｔ１近傍であり、２度目に急傾斜が発生する時点が時点ｔ２近傍である。）にメモリ効果が発生していると判定する技術である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のメモリ効果の発生検出技術は、無線機や液晶ディスプレイあるいはバッテリチャージャに適用された技術であり、これらの機器において、バッテリ電圧の変化は、比較的に緩やかな変化、いわゆる静的な変化であるといえる。
【００１８】
しかしながら、図１２に示す電気自動車の市街地走行モードにおけるバッテリ電圧の変化特性から理解されるように、電気推進車両においては、バッテリの放電電流値が、アクセルペダルの踏み加減、いわゆるアクセル開度に応じて常時大きく変動し、これに伴ってバッテリ電圧値も、いわゆる動的に変化するため、上述の従来技術による静的な変化に基づいてメモリ効果を検出する技術を適用してもメモリ効果を的確に検出することができないという問題がある。
【００１９】
また、電気推進車両においては、そのような動的変化状態においても、電池のメモリ効果による電圧降下と電池の劣化に基づく電圧降下を区別して識別することが要望されているが、これに応える技術は現在のところ提案されていない。
【００２０】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、放電中に、電流値・電圧値が頻繁に変化する電池の使用状態においても電池のメモリ効果および（または）電池の劣化を検出することを可能とする電池状態検出装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、例えば、図１に示すように、電気推進車両１１に動力源として搭載されるニッケル系２次電池１５の放電電流値が変動する放電中に、前記電池の劣化と前記電池のメモリ効果を判別する電池状態判別装置であって、
電池の電圧値ＶＢを検出する電圧センサ２１と、
電池から負荷１２、１３に流れる電流値ＩＢを検出する電流センサ２１と、
電圧センサと電流センサのそれぞれの検出値を電池の放電過程の複数の時点で記憶するとともに、予め前記電池の未劣化時内部抵抗値と前記電池の正常時開放電圧とを記憶するメモリ２４と、
前記放電中に、このメモリに記憶した検出値に基づいて電池の内部抵抗値Ｒｃと電池の開放電圧値Ｅｃを演算し、演算した電池内部抵抗値と前記未劣化時内部抵抗値に基づいて電池の劣化を判別し、演算した電池開放電圧値と前記正常時開放電圧に基づいて前記電池のメモリ効果を判別する処理手段２７、２８、２６とを備えることを特徴とする。
【００２２】
また、この発明は、前記処理手段により前記電池の劣化およびメモリ効果を判別したときに、前記電池の劣化とメモリ効果のそれぞれの判別結果を表示する表示装置を備えることを特徴とする。
【００２３】
さらに、この発明は、前記処理手段が、前記メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により前記電池内部抵抗値と前記電池開放電圧値とを求めることを特徴とする。
【００２５】
さらにまた、この発明は、電気推進車両に動力源として搭載されるニッケル系２次電池の放電電流値が変動する放電中に、前記電池のメモリ効果を判別する電池状態判別装置であって、
前記電池の電圧値を検出する電圧センサと、
前記電池から負荷に流れる電流値を検出する電流センサと、
前記電圧センサと前記電流センサのそれぞれの検出値を前記電池の放電過程の複数の時点で記憶するとともに、予め前記電池の正常時開放電圧を記憶するメモリと、
前記放電中に、このメモリに記憶した検出値に基づいて前記電池の開放電圧値を演算し、演算した電池開放電圧値と前記正常時開放電圧に基づいて前記電池のメモリ効果を判別する処理手段とを備えることを特徴とする。この場合、前記処理手段は、前記メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により前記電池開放電圧値を求めることを特徴とする。
【００２６】
【作用】
この発明によれば、電圧センサと電流センサのそれぞれの検出値を電池の放電過程の複数の時点でメモリに記憶し、処理手段により、このメモリに記憶した検出値に基づいて電池の内部抵抗値と開放電圧値を演算しているので、演算結果の電池内部抵抗値に基づいて電池の劣化を判別でき、演算結果の電池開放電圧値に基づいて電池のメモリ効果を判別できる。
【００２７】
また、この発明によれば、処理手段により電池の劣化およびメモリ効果を判別したときに、それぞれの判別結果を表示装置に表示するようにしているので、電池劣化およびメモリ効果の判別時点を視認することが容易である。
【００２８】
さらに、この発明によれば、メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により電池内部抵抗値と前記電池開放電圧値とを処理手段により求めるようにしているので、放電中に、電流値・電圧値が頻繁に変化する電池の使用状態においても電池のメモリ効果と電池の劣化を回帰分析により検出することができる。
【００３０】
さらにまた、この発明によれば、電圧センサと電流センサのそれぞれの検出値を電池の放電過程の複数の時点でメモリに記憶し、処理手段により、このメモリに記憶した検出値に基づいて電池の開放電圧値を演算しているので、演算結果の電池開放電圧値に基づいて電池のメモリ効果を判別することができる。この場合、処理手段は、メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により電池開放電圧値を求めるようにしているので、放電中に、電流値・電圧値が頻繁に変化する電池の使用状態においても電池のメモリ効果を回帰分析により検出することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、この発明の一実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図１０〜図１２に示したものと対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。また、必要に応じて図１０〜図１２をも参照して説明する。
【００３２】
図１は、この発明の一実施例が適用された電気推進車両１１の構成を示している。
【００３３】
電気推進車両１１は、走行用の駆動源である３相交流モータ１２を有し、このモータ１２には、動力源であるバッテリ（２次電池または単に電池ともいう。）１５からインバータ回路１３を介して電力が供給される。この場合、モータ１２の出力は、インバータ回路１３のデューティ比を制御する走行制御手段であるＥＣＵ（electronic control unit ）１６により制御される。ＥＣＵ１６の入力ポートには、アクセルペダル１７の踏み込み長さに対応した電圧が供給され、その電圧に応じてインバータ回路１３のデューティ比が制御される。ただし、デューティ比が制御されても、バッテリ電圧ＶＢが図１０に示した放電終止電圧Ｖｄｅ以下の値になっている場合には、モータ１２は規定出力を発生することができなくなる。
【００３４】
ＥＣＵ１６は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、マイクロコンピュータは、周知のように、中央処理装置（ＣＰＵ）に対応するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）と、このマイクロプロセッサに接続される入出力装置としてのＡ／Ｄ変換回路やＤ／Ａ変換回路、Ｉ／Ｏポート、システムプログラム等が書き込まれる読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、処理データを一時的に保存等するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭであり、書き込み読み出しメモリ）、タイマ回路および割り込み処理回路等を１チップに集積したＬＳＩデバイスとして提供される。
【００３５】
電気推進車両１１に搭載されるバッテリ１５としては、浅いＤＯＤで充放電を繰り返すと放電の初期に電圧が急降下する現象、いわゆるメモリ効果を有するが、小型で高出力、高容量のニッケル水素２次電池を用いる。この図１に示したバッテリ１５は、公称値１２Ｖの単電池が、例えば、２０個直列接続された組電池の構成になっている。
【００３６】
バッテリ１５の端子間電圧とインバータ回路１３に供給される電流（電流値ともいう。）ＩＢが電圧・電流検出器（電流センサと電圧センサ）２１で検出され、この電圧・電流検出器２１から単電池当たりの電圧値（データともいう。）ＶＢと電流値（データともいう。）ＩＢが出力される。単電池当たりの電圧値ＶＢは、バッテリ１５の端子間電圧を単電池の数で割った値である。
【００３７】
バッテリ１５の温度（温度値または温度データという。）ＴＢがバッテリ温度検出器２２で検出され出力される。なお、この実施例において、実際上、検出器２２は、アナログ信号の検出部（電圧計と電流計と温度計）と、検出部の電気的アナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。
【００３８】
これらの電圧値ＶＢと電流値ＩＢとは、マイクロコンピュータで構成される特性監視部２０中の記憶部（メモリ）２４に供給され、電流値ＩＢは、放電電流量積算部２５に供給される。半導体ＲＡＭ等で構成される記憶部２４には、一定時間（この実施例では、１秒）毎に電圧値ＶＢと電流値ＩＢとが連続的に記憶される。なお、特性監視部２０は、ＥＣＵ１６と兼用してもよい。
【００３９】
放電電流量積算部２５は、電流値ＩＢと時間Δｈ（これも、例えば、１秒毎）の乗算値ＩＢ×Δｈの積算値Σ（ＩＢ×Δｈ）、すなわち放電容量Ｐを出力し、電池開放電圧判定部２６の一方の入力に供給する。なお、電池開放電圧Ｅｃは、電池１５の等価回路を抵抗器と理想電池と考えた場合の、理想電池の端子間電圧をいい、電池起電圧ともいう。
【００４０】
記憶部２４から読み出された電圧値ＶＢと電流値ＩＢの所定個数のデータ群から、回帰直線演算部２７において回帰直線（後述する）が演算され、その回帰直線から導かれる電池開放電圧Ｅｃが電池開放電圧判定部２６に供給されるとともに、回帰直線から導かれる内部抵抗値Ｒｃが内部抵抗値判定部２８の一方の入力に供給される。
【００４１】
内部抵抗値判定部２８の他方の入力にはバッテリ温度値ＴＢが供給される。そして、内部抵抗値判定部２８の判定結果に応じて、表示部３０を構成するバッテリ劣化警告灯３１が点灯制御される。また、電池開放電圧判定部２６の出力によりメモリ効果警告等３２が点灯制御される。
【００４２】
次に、図１例の動作を図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４３】
まず、バッテリ１５からインバータ回路１３を通じてモータ１２へ電流ＩＢの供給が開始されると（ステップＳ１）、記憶部２４を構成するメモリの記憶値が消去される（ステップＳ２）。この場合、記憶部２４のメモリアドレスをパラメータＪで表すとき、電流ＩＢのメモリデータＩ（Ｊ）｛Ｉ（Ｊ）＝Ｉ（０），Ｉ（１），……，Ｉ（Ｊｌｉｍ）｝と電圧ＶＢのメモリデータＶ（Ｊ）｛Ｖ（Ｊ）＝Ｖ（０），Ｖ（１），……，Ｖ（Ｊｌｉｍ）｝の全てがゼロ値にクリアされるとともに、パラメータＪがＪ←０とされる。パラメータＪの値は、０，１，……，Ｊｌｉｍをとる。
【００４４】
バッテリ１５の放電状態において、一定時間間隔Δｈ、具体的には、例えば、１秒毎に電圧・電流検出器２１によって得られたデータＶＢとデータＩＢとが、メモリデータである電流値Ｉ（ｊ）＝Ｉ（０）、電圧値Ｖ（ｊ）＝Ｖ（０）として記憶部２４に記憶される（ステップＳ３）。
【００４５】
これと同時に、放電電流量積算部２５において、放電電流の積算値、すなわち放電容量（アンペア・アワー）Ｐが次の（１）式に示すように計算され、電池開放電圧判定部２６に供給される（ステップＳ４）。
【００４６】
Ｐ←Ｐ＋Ｉ（ｊ）×Δｈ …（１）
次に、（１）式で計算した放電容量Ｐが、予め定めた放電容量Ｐｍａｘを超えているかどうかを判断する（ステップＳ５）。放電容量Ｐｍａｘは、例えば、ＤＯＤが９０％の放電容量に設定される。
【００４７】
ステップＳ５の判断が成立した場合には、過放電警告処理を行い（ステップＳ６）、使用者からの使用停止命令の待機状態に入り終了する。なお、過放電警告処理は、例えば、燃料計の針の振れをエンプティ（Ｅ）位置側にする処理であり、表示灯、音声またはブザー等で知らせるようにしてもよい。
【００４８】
次に、１秒経過後に、パラメータｊを１だけ増加させ、ｊ←ｊ＋１とし（ステップＳ７）、次いで、メモリデータＩ（ｊ）、Ｖ（ｊ）の数が、設定値（Ｊｌｉｍ）になったかどうかを判定し（ステップＳ８）、ステップＳ２〜Ｓ８を繰り返して設定値（Ｊｌｉｍ）になるまで、メモリデータＩ（ｊ）、Ｖ（ｊ）を取得する。
【００４９】
ステップＳ８の判断が成立した時点で、図３に示すように、インバータ回路１３とモータ１２から構成される負荷３５に供給される電流をＸ、端子間電圧をＹ（実際の計算では、単電池当たりの端子間電圧）と定義したときの回帰直線を求める。ここで、図３において、バッテリ１５は、理想電圧である開放電圧（無負荷電圧、起電圧）をＥｃ（Ｅｃは開放電圧値ともいう。）、バッテリ１５の内部抵抗値をＲｃ（ここでは、単電池当たりの内部抵抗値）で表している。なお、実際上、バッテリ１５の負荷３５としては、電動コンプレッサで構成される空気調和装置も含まれる。
【００５０】
図３において、電圧Ｙ、電流Ｘ、内部抵抗値Ｒｃ、および開放電圧Ｅｃの関係式は、（２）式のように得られる。
【００５１】
Ｙ＝Ｅｃ−Ｒｃ・Ｘ
＝−Ｒｃ・Ｘ＋Ｅｃ …（２）
図４は、メモリデータ｛Ｉ（ｊ），Ｖ（ｊ）｝と関係式Ｙ（電圧Ｙ）の関係を表している。すなわち、メモリデータ｛Ｉ（ｊ），Ｖ（ｊ）｝に対して関係式Ｙを回帰分析により求める。回帰分析によれば、関係式Ｙの傾きである内部抵抗値Ｒｃは、（３）式で求められ、関係式ＹのＹ軸切片である開放電圧値Ｅｃは（４）式で求められる。なお、この実施例において、メモリデータ｛Ｉ（ｊ），Ｖ（ｊ）｝は、１秒毎にサンプリングして、これを１分間連続して取得した時の６０組のデータである。この６０組のデータ群に基づいて回帰分析を行うようにしている。
【００５２】
Ｒｃ＝−｛Ｊｌｉｍ×ΣＩ（ｊ）・Ｖ（ｊ）｝
÷｛Ｊｌｉｍ×ΣＩ（ｊ）²−（ΣＩ（ｊ））²｝ …（３）
Ｅｃ＝｛ΣＩ（ｊ）²×ΣＶ（ｊ）−Σ（ｊ）×ΣＩ（ｊ）・Ｖ（ｊ）｝
÷｛Ｊｌｉｍ×ΣＩ（ｊ）²−（ΣＩ（ｊ））²｝ …（４）
次に、ステップＳ４で計算してある現在の放電容量Ｐが比較的に深いＤＯＤ、例えばＤＯＤ＝８０％程度に対応する所定の放電容量Ｐｌｉｍに達しているかどうかを判定する（ステップＳ１０）。
【００５３】
現在の放電容量Ｐがその所定の放電容量Ｐｌｉｍに達していない場合、言い換えれば、比較的に浅いＤＯＤ状態にある場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒｃの値はＤＯＤの値によらずに一定であるので、ステップＳ１５以降のバッテリ１５の劣化検出処理に移る。一方、所定の放電容量Ｐｌｉｍに達している深いＤＯＤ状態にある場合には、内部抵抗値Ｒｃが急激に増加するので劣化判定を行うことができない（ステップＳ１０：ＮＯ）。そこで、ステップＳ１１以降のバッテリ１５のメモリ効果の検出処理に移る。
【００５４】
バッテリ１５の劣化検出処理では、バッテリ温度検出器２２によって検出されたバッテリ温度ＴＢを内部抵抗値判定部２８に取り込む（ステップＳ１１）。
【００５５】
次いで、バッテリ１５の新品時（劣化が始まっていない時であり、未劣化時ともいう。）において予め作成した温度・未劣化時内部抵抗値テーブルを参照して、バッテリ温度ＴＢのときの未劣化時内部抵抗値（新品時内部抵抗値ともいう。）Ｒｎ（ＴＢ）を取り込む（ステップＳ１２）。
【００５６】
図５において、実線は、等価的に、温度・未劣化時内部抵抗値テーブルＲｎ・ＴＢを表しており、一点鎖線は、等価的に、温度・劣化時内部抵抗値テーブルＲｐ・ＴＢを表している。この図５から、内部抵抗値Ｒｃは、低温になるほど、また寿命劣化が進むほど大きな値になることが分かる。この温度・未劣化時内部抵抗値テーブルＲｎ・ＴＢは、内部抵抗値判定部２８中の図示しない記憶手段であるＲＯＭ中に記憶されている。
【００５７】
なお、図６は、複数のバッテリ１５について、常温で測定した内部抵抗値Ｒｃと放電容量Ｐとの関係を表しており、ＤＯＤが９０％程度以上の放電の末期を除いて、内部抵抗値Ｒｃは、具体的には、未劣化時内部抵抗値Ｒｎと劣化時内部抵抗値Ｒｐとは、いずれも放電容量Ｐに依存せずにほぼ一定値であることが分かる。
【００５８】
ステップＳ１２では、図５に示した温度・未劣化時内部抵抗値テーブルＲｎ・ＴＢから、ステップＳ１１で測定したバッテリ温度ＴＢに対応する未劣化時内部抵抗値Ｒｎ（ＴＢ）を取り込む。
【００５９】
次に、現在の内部抵抗値Ｒｃと未劣化時内部抵抗値Ｒｎ（ＴＢ）との差｛Ｒｃ−Ｒｎ（ＴＢ）｝をとり、その差｛Ｒｃ−Ｒｎ（ＴＢ）｝が一定の基準抵抗値Ｒｌｉｍを超えていないかどうかを判定する（ステップＳ１３）。
【００６０】
なお、基準抵抗値Ｒｌｉｍは、図５に示すように、当該バッテリ温度ＴＢにおける未劣化時内部抵抗値Ｒｎと劣化時内部抵抗値Ｒｐの差として得られる。この値は、温度にほとんど依存しない値であり、使用するバッテリ１５の仕様が決定すれば、一意に定めることができる。もちろん、より正確には、温度に応じて値を変化させてもよい。
【００６１】
ステップＳ１３の判定が成立した場合には、バッテリ１５の内部抵抗値Ｒｃが大きな値になっているので、バッテリ１５が劣化していると判断してバッテリ劣化警告灯３１を点灯させる（ステップＳ１４）。
【００６２】
なお、バッテリ劣化の警告は、警告灯３１の点灯に限らず、音声、ブザー等によってもよい。このバッテリ劣化の警告は、ステップＳ１３が一度成立した場合には、バッテリ１５を交換するまで継続するように構成してもよい。なお、警告の継続のために電力を消費しないように、警告灯は、ランプではなく、色表示を保持するように電気・機械的に構成してもよい。
【００６３】
一方、ステップＳ１０の判定が成立した場合、すなわち、現在の放電容量Ｐが所定の放電容量Ｐｌｉｍに達している比較的に深いＤＯＤ状態にある場合には、バッテリ１５のメモリ効果の検出処理に移る。なお、この実施例において、ステップＳ１３の判定不成立後、およびステップＳ１４のバッテリ劣化経過処理の後にもメモリ効果の検出処理に移るようにしているが、これらの場合には、ステップＳ２にもどるようにプログラムを変更してもよい。
【００６４】
ステップＳ１０の判定が成立した場合、予め作成してある放電容量・正常時開放電圧テーブルを参照して、メモリ効果の発生していない正常時のバッテリ開放電圧Ｅｎ（Ｐ）を得る（ステップＳ１５）。
【００６５】
図７において、２本の実線は、等価的に、それぞれ、温度が−１０℃および＋７０℃ときのメモリ効果が発生していない開放電圧Ｅｃ＝Ｅｎの放電容量・正常時開放電圧テーブルＥｎ・Ｐを示しており、一点鎖線は、メモリ効果が発生した場合の開放電圧Ｅｃ＝Ｅｍの放電容量・メモリ効果発生テーブルＥｍ・Ｐを表している。放電容量・正常時開放電圧テーブルＥｎ・Ｐは、電池開放電圧判定部２６中の図示しない記憶手段であるＲＯＭ中に記憶されている。
【００６６】
図７から、ステップＳ４で計算した放電容量Ｐに対する正常時開放電圧Ｅｎの値は、電気推進車両１１の使用温度範囲の−１０℃〜＋７０℃の間では、温度の影響を受けないことが分かる。言い換えれば、メモリ効果の発生を検出する場合には、温度を考慮する必要がない。この図７に示す放電容量・正常時開放電圧テーブルＥｎ・Ｐから、放電容量Ｐに対する正常時開放電圧ＥｎがＥｎ＝Ｅｎ（Ｐ）として得られる。
【００６７】
次に、この正常時の基準となるバッテリ開放電圧Ｅｎ（Ｐ）と、ステップＳ９で計算した回帰分析結果の現在のバッテリ開放電圧Ｅｃとの差｛Ｅ（Ｐ）−Ｅｃ｝をとり、その差｛Ｅ（Ｐ）−Ｅｃ｝が一定の基準電圧差Ｅｌｉｍを超えていないかどうかを判定する（ステップＳ１６）。なお、この場合の基準電圧差Ｅｌｉｍは、図７に示すように、バッテリ開放電圧Ｅｎ（Ｐ）とメモリ効果の発生している開放電圧Ｅｍ（Ｐ）との差として得られる。実際には、少し余裕を見て決める。この値も、上述の基準抵抗値Ｒｌｉｍと同様に温度にほとんど依存しない値である。
【００６８】
図８は、温度ＴＢ＝２５℃において、公称電圧値１２Ｖのニッケル水素２次電池の単電池をＤＯＤ５０％で使用し、その後、満充電とし、これを６０サイクル繰り返した場合の開放電圧Ｅｃの測定値をプロットしたものであり、メモリ効果発生前の正常時の特性Ｅｎ・Ｐとメモリ効果発生後の特性Ｅｍ・Ｐを表している。例えば、ＤＯＤがＤＯＤ＝７０％のときをみた場合に、正常時の開放電圧Ｅｎに対してメモリ効果発生時の開放電圧Ｅｍが電圧降下分ΔＥｃだけ低下していることが分かる。
【００６９】
図９は、図８に示すＤＯＤがＤＯＤ＝７０％のときの、サイクルテストの前後での回帰直線の計算結果を表している。
【００７０】
電流ＩＢがＩＢ＝０（Ａ）のときの電圧ＶＢ（この値は、図３に示す電圧Ｙに対応する。）が開放電圧Ｅｃであり、正常な場合には、Ｅｃ＝Ｅｎ＝１２．７（Ｖ）、メモリ効果が発生している場合には、Ｅｃ＝Ｅｍ＝１２．０（Ｖ）であることが算出される。電圧降下分ΔＥｃは、ΔＥｃ＝０．７（Ｖ）と算出される。また、内部抵抗値Ｒｃは、いずれの場合にも、Ｒｃ＝１６（ｍΩ）であることが算出される。
【００７１】
ステップＳ１６の判定が成立してバッテリ１５のメモリ効果の発生が検出された場合には、メモリ効果警告灯３２を点灯させる（ステップＳ１７）。なお、メモリ効果の警告は、バッテリ劣化の警告と同様に、警告灯３２の点灯に限らず、音声、ブザー等によってもよい。このメモリ効果の警告もバッテリの劣化の警告と同様に、一度発生した場合に、バッテリ１５の完全放電を行うまで継続するようにしてもよい。なお、上述したように、警告灯は、ランプではなく、色表示を保持するように電気・機械的に構成してよいことはもちろんである。
【００７２】
メモリ効果の発生が検出されなかった場合（ステップＳ１６：ＮＯ）またはメモリ効果の警告処理を行った場合には、新たにバッテリ劣化の検出処理とメモリ効果発生検出処理を行うため、ステップＳ２にもどり、上述の処理を繰り返す。なお、一度メモリ効果の警告処理を行った場合には、メモリ効果の検出処理は、省略してもよい。
【００７３】
このように上述の実施例によれば、電圧ＶＢと電流ＩＢの比較的高速サンプリング結果の記憶データ群｛Ｉ（Ｊ），Ｖ（Ｊ）｝の回帰直線Ｙ（図４参照）を、バッテリ１２の状態（放電容量Ｐと温度ＴＢ）から一義的に算出しているので、、電圧ＶＢと電流ＩＢとが頻繁に変動しても、温度ＴＢに依存する内部抵抗値Ｒｃとバッテリの開放電圧Ｅｃを容易に算出することができる。
【００７４】
また、上述の実施例によれば、あるＤＯＤにおいて算出した開放電圧Ｅｃを、予め求めてあるメモリ効果が発生していないときの基準となる正常時開放電圧Ｅｎ（Ｐ）（図７参照）と比較することで｛Ｅｎ（Ｐ）−Ｅｃ＞Ｅｌｉｍ｝、メモリ効果の発生を確実に検出することができる。
【００７５】
さらに、上述の実施例によれば、バッテリ１５の劣化時には、バッテリ１５の内部抵抗値Ｒｃが上昇する特性に着目し（図５参照）、回帰直線Ｙから求めたバッテリ１５の内部抵抗値Ｒｃと、予め実験等により求めてあるバッテリ温度ＴＢに対応した正常時の基準内部抵抗値Ｒｎ（ＴＢ）と比較することで｛Ｒｃ−Ｒｎ（ＴＢ）＞Ｒｌｉｍ｝、バッテリ１５の劣化を確実に検出することができる。
【００７６】
さらにまた、上述の実施例によれば、バッテリ劣化警告灯３１の点灯を視認することにより、ユーザがバッテリ１５の交換の必要性を適時に認識することができる。
【００７７】
さらにまた、ユーザは、メモリ効果警告灯３２のみの点灯により、完全放電を行えば、バッテリ１５の性能を回復すること、また、当該電気推進車両１１の走行可能距離および最大加速力（出力）が低下していることをも認識することができる。なお、メモリ効果警告灯３２の点灯とともに、いわゆるヘルプ機能により、メモリ効果発生に伴うこれらの指示または内容をディスプレイ上に表示するようにすることもできる。
【００７８】
さらにまた、上述の実施例によれば、バッテリ１５の性能の低下を、バッテリ１５の（寿命）劣化による低下と、メモリ効果の発生による低下とを分離して、しかも同時に検出することができるという効果が達成される。この場合、バッテリ１５の劣化による場合には、完全放電を行っても所期の性能が回復しない。したがって、メモリ効果が発生した場合にのみ、完全放電によるリコンディショニング処理を行うことで、バッテリ１５の性能を保証するとともに、不要な放電を行ってしまうことに基づくエネルギの損失の発生、余分な作業時間の発生を解消することができる。すなわち、バッテリ１５の劣化とメモリ効果の発生とを区別することができない従来の技術に比較して、このような利点が挙げられる。
【００７９】
なお、この発明は上述の実施例に限らず、例えば、電気推進車両としてオートバイ、トラック等に適用する等、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電圧センサと電流センサのそれぞれの検出値を電池の放電過程の複数の時点でメモリに記憶し、処理手段により、このメモリに記憶した検出値に基づいて電池の内部抵抗値および（または）開放電圧値を演算しているので、演算結果の電池内部抵抗値に基づいて電池の劣化を判別でき、また、演算結果の電池開放電圧値に基づいて電池のメモリ効果を判別できるという効果が達成される。
【００８１】
また、この発明によれば、処理手段により電池の劣化およびメモリ効果を判別したときに、それぞれの判別結果を表示装置に表示するようにしているので、電池劣化およびメモリ効果の判別時点を正確に視認することができるという効果が達成される。
【００８２】
さらに、この発明によれば、メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により電池内部抵抗値と電池開放電圧値とを処理手段により求めるようにしているので、放電中に、電流値・電圧値が頻繁に変化する電池の使用状態においても電池のメモリ効果および（または）電池の劣化を回帰分析により検出することができるという効果が達成される。この発明は、特に、アクセルペダルの踏み加減によりバッテリから出力される電流が頻繁に変化する電気推進車両等に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例が適用される電気推進車両の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の一実施例の動作説明に供されるフローチャートである。
【図３】電池の等価回路と負荷との関係説明に供される回路図である。
【図４】回帰直線の説明に供される図である。
【図５】バッテリ温度に対する内部抵抗値の変化特性を示す図である。
【図６】放電容量に対する内部抵抗値の変化特性を示す図である。
【図７】放電容量に対する電池開放電圧の変化特性を示す図である。
【図８】放電深度５０％で６０サイクル充放電を繰り返した前後における放電容量に対する電池開放電圧の変化特性を示す図である。
【図９】図８において、放電深度７０％の点における回帰直線の計算結果を示す図である。
【図１０】一般的に、バッテリが正常時の場合の放電特性を示す図である。
【図１１】メモリ効果が発生した場合の放電特性を示す図である。
【図１２】電気推進車両の市街化走行時におけるバッテリ電圧の変化特性を示す図である。
【符号の説明】
１１…電気推進車両１２…モータ
１３…インバータ回路１５…バッテリ
１６…ＥＣＵ１７…アクセルペダル
２０…特性監視部２１…電圧・電流検出器
２２…バッテリ温度検出器２４…記憶部
２６…電池開放電圧判定部２７…回帰直線演算部
２８…内部抵抗値判定部３０…表示部
３１…バッテリ劣化警告灯３２…メモリ効果警告灯
ＩＢ…バッテリ電流ＶＢ…バッテリ電圧
Ｐ…放電容量（放電電流の積算値）Ｊ…メモリアドレス（パラメータ）
Ｉ（Ｊ）…電流ＩＢのメモリデータＶ（Ｊ）…電圧ＶＢのメモリデータ
Ｅｃ…バッテリの開放電圧Ｅｍ…メモリ効果発生時の開放電圧
Ｅｎ…正常時（メモリ効果が発生していない時）の開放電圧
Ｒｃ…バッテリの内部抵抗値Ｒｎ…未劣化時内部抵抗値
Ｒｐ…劣化時内部抵抗値ＤＯＤ…放電深度

Claims

電気推進車両に動力源として搭載されるニッケル系２次電池の放電電流値が変動する放電中に、前記電池の劣化と前記電池のメモリ効果を判別する電池状態判別装置であって、
前記電池の電圧値を検出する電圧センサと、
前記電池から負荷に流れる電流値を検出する電流センサと、
前記電圧センサと前記電流センサのそれぞれの検出値を前記電池の放電過程の複数の時点で記憶するとともに、予め前記電池の未劣化時内部抵抗値と前記電池の正常時開放電圧とを記憶するメモリと、
前記放電中に、このメモリに記憶した検出値に基づいて前記電池の内部抵抗値と前記電池の開放電圧値を演算し、演算した電池内部抵抗値と前記未劣化時内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化を判別し、演算した電池開放電圧値と前記正常時開放電圧に基づいて前記電池のメモリ効果を判別する処理手段と、
を備えることを特徴とするニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
前記処理手段により前記電池の劣化およびメモリ効果を判別したときに、前記電池の劣化とメモリ効果のそれぞれの判別結果を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項１記載のニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
前記表示装置には、バッテリ交換の指示および完全放電の指示を表示することを特徴とする請求項２記載のニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
前記処理手段は、前記メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により前記電池内部抵抗値と前記電池開放電圧値とを求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
電気推進車両に動力源として搭載されるニッケル系２次電池の放電電流値が変動する放電中に、前記電池のメモリ効果を判別する電池状態判別装置であって、
前記電池の電圧値を検出する電圧センサと、
前記電池から負荷に流れる電流値を検出する電流センサと、
前記電圧センサと前記電流センサのそれぞれの検出値を前記電池の放電過程の複数の時点で記憶するとともに、予め前記電池の正常時開放電圧を記憶するメモリと、
前記放電中に、このメモリに記憶した検出値に基づいて前記電池の開放電圧値を演算し、演算した電池開放電圧値と前記正常時開放電圧に基づいて前記電池のメモリ効果を判別する処理手段と、
を備えることを特徴とするニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
前記処理手段により前記電池のメモリ効果を判別したときに、前記電池のメモリ効果の判別結果を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項５記載のニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
前記表示装置には、完全放電の指示を表示することを特徴とする請求項６記載のニッケル系２次電池の電池状態判別装置。
前記処理手段は、前記メモリに記憶した検出値に基づき得られる回帰直線式により前記電池開放電圧値を求めることを特徴とする請求項６または７記載のニッケル系２次電池の電池状態判別装置。