JP3695175B2

JP3695175B2 - Device for determining full charge of secondary battery for vehicle

Info

Publication number: JP3695175B2
Application number: JP29540998A
Authority: JP
Inventors: 克英菊地; 中村　　勉; 吉則岡崎; 孝紀守屋
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP2000123886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用二次電池の満充電判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、車両用バッテリの満充電判定装置としては、バッテリの充電時にて、その満充電時付近で、端子電圧が上昇する現象を利用して、端子電圧の上昇を検出しその上昇電圧を所定の閾値と比較して満充電状態を判定するものがある。
【０００３】
しかし、車両の走行中においては、放電特性や充電特性が変化する履歴現象が発生する。このため、必ずしも、バッテリの満充電状態と、その対応端子電圧とが一致しない。よって、バッテリの満充電状態を正確に検出できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッテリ内では、充電電流の流入直後、若しくは負荷電流の放電直後には、バッテリ内に生じる分極により、電圧変化（以下、電圧変化ΔＶという）が発生する。
具体的には、バッテリ内に分極が生じていない状態では、端子電圧Ｖと充電電流Ｉと間には、数１の式の関係を有するけれど、分極が生じている状態では、数１の式に示す関係が成り立たず、数２の式にて示す電圧変化ΔＶが生じることになる。
【０００５】
【数１】
Ｖ＝Ｅ＋Ｉ・Ｒ
但し、符号Ｅはバッテリの起電力を示し、符号Ｒはバッテリの内部抵抗を示す。
【０００６】
【数２】
ΔＶ＝Ｖ−Ｅ−Ｉ・Ｒ
そこで、本発明者等は、分極による電圧変化ΔＶに着目して、この電圧変化ΔＶに関して調査してみると、電圧変化ΔＶは、バッテリを充電することにより増大する一方、この電圧変化ΔＶは、バッテリを放電することにより減少する現象（以下、電圧変化増減現象という）があることが分かった。
【０００７】
この電圧変化増減現象の原因を調べてみると、電圧変化ΔＶが電極表面での濃度変化に応じて生じ、当該濃度変化が分極の一要因である電解液の拡散層の発生に応じて生じることによることが分かった。
特に、十分に短い時間における電解液の濃度変化は、電極表面での電池反応に基づき生じる。このため、十分に短い時間での濃度変化は、電池反応に寄与した電気量、ひいては、電池反応に寄与した電流を積算することにより見積もることができると考えられる。
【０００８】
また、電圧変化ΔＶに関する調査によれば、電圧変化ΔＶは、バッテリを充放電をせずに放置すると、電圧変化ΔＶは次第に減少し、値としては０になる現象があることが分かった。
このように、時間の経過でもって、電圧変化ΔＶが減少する現象が生じるのは、電極表面での電解液の一時的な濃度変化が、時間の経過でもって、拡散し、電極表面での電解液の濃度が、バッテリの電池漕内の平均濃度に落ちつくからである。
【０００９】
そこで、発明者等は、上述した電圧変化ΔＶの減少過程を詳細に調査するため、実験で、充電状態８０％の鉛蓄電池に、振幅１０Ａ、波長６０sec の矩形波の１波長分の電流を充電し、その時の鉛蓄電池の端子電圧を測定したところ図４に示すタイミングチャートが得られた。
ここで、図４では、図示左側縦軸は端子電圧（Ｖ）を示し、図示右側縦軸は電流（Ｉ）を示し、符号Ａは当該鉛蓄電池に充電した電流を示し、符号Ｂは鉛蓄電池の端子電圧を示す。
【００１０】
そして、本発明者等は、図４のタイミングチャートを参照し、符号Ｂにて示す端子電圧が指数関数的に減少することに着目して、電圧変化ΔＶの減少過程は、数３の式でもってほぼ近似できることを見出した（図４にて符号ＶＢ参照）。
【００１１】
【数３】
ＶＢ＝Ｌ×ｅｘｐ｛−（ｔ−ｔ0 ）／ｔｄ｝＋Ｍ
但し、符号Ｌ及び符号Ｍは定数を示し、符号ｔ0 は電圧変化ΔＶの減少の開始時間を示し、符号ｔｄは電圧変化ΔＶの減少過程の時定数を示す。
上述の如く、電圧変化ΔＶの減少過程は数３にて示す指数関数で見積もられ、上記電圧変化増減現象は電流積算で見積もられる。
【００１２】
これにより、分極の大きさを示す値（以下、分極指標Ｐという）を数４の式でもって定義できることを見出した。
【００１３】
【数４】

【００１４】
但し、符号Ｐ０は時刻ｔ１直前の分極指標を示す。そして、符号ｔは時間を示し、符号ａ［１／sec ］は定数を示す。そこで、実際に車両に搭載されたバッテリにつき、その非満充電時にて、端子電圧及び充電電流を交互に複数回サンプリングして、このサンプリングによる各サンプリングデータでもって、数２及び数４の両式に基づき電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐを算出した。
【００１５】
なお、電圧変化ΔＶは、数２の式の電圧Ｖに端子電圧のサンプリングデータを代入すると共に、数２の式の電圧Ｉに充電電流のサンプリングデータを代入して算出される。そして、分極指標Ｐは、数４の式の充電電流Ｉに充電電流のサンプリングデータを代入し算出される。そして、電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐの関係を調べるため、横軸を電圧変化ΔＶとし、縦軸を分極指標Ｐとする座標とした場合、図５に図示するように、互いに対応する電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐに基づく多数のプロット点が得られた。
【００１６】
一方、上記バッテリの満充電時にて、上述した非満充電時の場合と実質的に同様に、端子電圧及び充放電電流の双方を複数回サンプリングし、これによる各サンプリングデータでもって、電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐを算出した。そして、上述した非満充電時の場合と実質的に同様に、横軸を電圧変化ΔＶとし、縦軸を分極指標Ｐとする座標とした場合、図６に図示するように、互いに対応する電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐに基づく多数のプロット点が得られた。
【００１７】
そこで、図５の各プロット点に基づき、最小二乗法でもって、非満充電時における電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐの双方の関係を一次近似した回帰直線（図５にて図示符号Ｃ１参照）に変換しその勾配（以下、勾配Ｋ１という）を算出した。これと共に、図６の各プロット点に基づき、満充電時における電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐの双方の関係を一次近似した回帰直線（図６にて図示符号Ｃ２参照）に変換しその勾配（以下、勾配Ｋ２という）を算出した。
【００１８】
これにより、バッテリの満充電時の勾配Ｋ２は、その非満充電時の勾配Ｋ１よりも大きく、両勾配Ｋ１、Ｋ２の比較判定でもってバッテリの満充電時を判定できることが分かった。そこで、本発明は、このようなことに鑑みて、二次電池内に生じる分極に着目して、履歴現象による影響とは係わりなく、満充電状態を判定する車両用二次電池の満充電判定装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、車両に搭載された二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段（４０）と、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段（５０）と、電圧検出手段によって検出された複数の端子電圧と電流検出手段によって検出された複数の電流とに基づき、二次電池内に生じる分極による電圧変化と分極の大きさを示す分極指標との関係を示す一次直線の勾配を算出する勾配算出手段（１５０）と、勾配算出手段の算出勾配が、予め定められた二次電池の満充電状態の電圧変化と分極指標との関係を示す一次直線の勾配より大きいか否かを判定する判定手段（１７０）とを備える。なお、分極の大きさを示す分極指標は、数４の式でもって定義される値を意味する。
【００２０】
このように、判定手段は、勾配算出手段による算出勾配と予め定められた満充電状態の電圧変化と分極指標との関係を示す一次直線の勾配との比較判定に応じて、二次電池の満充電状態を判定するため、履歴現象の影響とは係わりなく、精度良く満充電状態の判定をし得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る車両用バッテリＢを充電制御するための充電制御システムの一例を示す。当該バッテリＢは、二次電池の一種である鉛蓄電池である。
当該充電制御システムは、図１に示すように、オルタネータ１０、整流器２０及びレギュレータ３０を備えている。オルタネータ１０は、レギュレータ３０による制御のもと、当該車両のエンジンの駆動に応じて発電する。
【００２２】
整流器２０は、オルタネータ１０からの発電出力を受けて、整流出力を発生する。これにより、オルタネータ１０はその発電による電気エネルギーを整流器２０を通して負荷Ｌ或いはバッテリＢに供給することになる。
レギュレータ３０は、整流器２０からの整流電圧及び後述するマイクロコンピュータからの信号に応じて、ロータコイルＲ（図１参照）に流す電流量を制御する。
【００２３】
具体的には、レギュレータ３０は、基準電圧（以下、基準電圧Ｄという）と整流器２０からの整流電圧との比較に応じて、ロータコイルＲ（図１参照）に流す電流量を制御する。これにより、オルタネータ１０からの発電電圧が調整されることになる。また、マイクロコンピュータからの信号は、レギュレータ３０の基準電圧Ｄの値を補正する役割を果たす。
【００２４】
充電制御システムは、電流計４０、電圧計５０、マイクロコンピュータ６０及び不揮発性メモリ７０を備えている。電流計４０はバッテリＢの充放電電流を検出し、電圧計５０はバッテリＢの端子電圧を検出する。
マイクロコンピュータ６０は、図２及び図３にて示すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを実行し、このマイクロコンピュータ６０は、コンピュータプログラムを実行中にて、電流計４０からの検出電流、電圧計５０からの検出電圧及び不揮発性メモリ８０のデータに応じてバッテリＢの満充電判定処理、その他の処理を行う。
【００２５】
このように構成した実施形態の作動について説明する。マイクロコンピュータ６０は、イグニッションスイッチのオンにて、図２及び図３に示すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを開始する。ステップ１００で、先回算出したバッテリＢの充電状態のデータが不揮発性メモリ７０から呼び出され、先回の充電状態（以下、充電状態ＳＯＣ0 という）として、マイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶される。なお、当該充電状態（残存容量）は満充電状態を１００％としたバッテリＢの充電状態の割合（％）である。
【００２６】
そして、ステップ１１０で、電流計４０からの検出電流に基づきサンプリングがなされ、このサンプリングによるサンプリングデータ（以下、サンプリングデータＳ１という）がマイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶される、
これと共に、電圧計５０からの検出電圧に基づきサンプリングがなされ、このサンプリングによるサンプリングデータ（以下、サンプリングデータＳ２という）がマイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶される。。
【００２７】
ついで、ステップ１２０で、各サンプリングデータＳ１に基づき、電流積算でもって、バッテリＢの充電状態（以下、充電状態ＳＯＣという）が算出される。
具体的には、数５の式でもって充電状態ＳＯＣが算出される。
【００２８】
【数５】
ＳＯＣ＝ＳＯＣ0 ＋｛１００／［容量］｝・Ｉ・Δｔ
但し、符号ＳＯＣ0 は充電状態の先回値を意味する。そして、［容量］はバッテリの定格容量（Ａ・sec ）を示し、符号Ｉは電流、すなわちサンプリングデータＳ１を意味し、符号Δｔはサンプリング間隔（sec)を示す。
【００２９】
そして、ステップ１３０で、各サンプリングデータＳ１、Ｓ２に基づき、電圧変化ΔＶが、数２の式でもって、算出される。
具体的には、数２の式にて示す電圧ＶにサンプリングデータＳ２が代入されると共に、数２の式にて示す電流ＩにサンプリングデータＳ１が代入されて電圧変化ΔＶが算出される。なお、数２の式にて示す起電力Ｅ及び内部抵抗Ｒの両データはマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００３０】
ついで、算出された電圧変化ΔＶのデータがマイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶される。そして、分極指標Ｐのデータが、数４の式に示す電流ＩにサンプリングデータＳ１が代入されて算出される。なお、数４に示す定数ａのデータはマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００３１】
ついで、算出された分極指標Ｐのデータがマイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶される。
しかして、ステップ１４０で、マイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶された、分極指標Ｐ（或いは電圧変化ΔＶ）のデータ個数（以下、データ個数Ｍという）と閾値（以下、閾値Ｋという）との比較判定がなされる。当該閾値Ｋは、後述するステップ１５０の処理での最小二乗法の信頼性を確保するための最小限度のデータ個数である。
【００３２】
そこで、ステップ１４０で、データ個数Ｍ＞閾値Ｋであるならば、ＹＥＳと判定される。
すると、ステップ１５０で、ステップ１３０での処理で算出された各分極指標Ｐの各データ及び各電圧変化ΔＶの各データに基づき、最小二乗法でもって、分極指標Ｐ及び電圧変化ΔＶの関係を示す回帰直線の勾配（以下、勾配Ｋ３という）が、算出される。そして、この勾配Ｋ３のデータがマイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶される。
【００３３】
そして、ステップ１６０で、各サンプリングデータＳ１、Ｓ２、各分極指標Ｐ及び電圧変化ΔＶの各データが、マイクロコンピュータ６０のＲＡＭから先に記憶された順に一個づつ消去される。しかして、ステップ１７０で、勾配Ｋ３と、閾値（以下、閾値Ｎという）との比較判定がなされる。当該閾値Ｎは、最小二乗法でもって、満充電状態時における分極指標Ｐ及び電圧変化ΔＶに関係を示す回帰直線の勾配のデータを意味する。なお、閾値Ｎのデータは、マイクロコンピュータ６０のＲＯＭに予め記憶されている。また、閾値Ｎのデータは、図５にて図示回帰直線Ｃ２の勾配Ｋ２のデータに相当する。
【００３４】
そこで、ステップ１７０で、勾配Ｋ３＞閾値Ｎであるならば、バッテリＢが満充電状態であるとＹＥＳとの判定されて、ステップ１８０で、マイクロコンピュータ６０のＲＡＭに記憶された充電状態ＳＯＣが満充電状態、すなわち１００％に修正される。ついで、ステップ１９０で、当該満充電状態に応じたレギュレータ３０の制御処理がなされる。
【００３５】
ここで、マイクロコンピュータ６０は、当該満充電状態を示す信号をレギュレータ３０に出力する。レギュレータ３０の基準値Ｄは、当該信号に応じて補正される。このように補正された基準値Ｄに応じて、レギュレータ３０は、ロータコイルＲに流す電流を少なくする。この結果、オルタネータ１０からの発電電圧は下がる。
【００３６】
また、ステップ１７０で、勾配Ｋ３≦閾値Ｎであるならば、非満充電状態であるとＮＯとの判定されて、ステップ１９０で、ステップ１２０の処理での充電状態ＳＯＣに応じて、レギュレータ３０の制御処理がなされる。
ここで、マイクロコンピュータ６０は上記充電状態ＳＯＣを示す信号をレギュレータ３０に出力する。レギュレータ３０の基準値Ｄは、当該信号に応じて補正される。このように補正された基準値Ｄに応じて、レギュレータ３０は、ロータコイルＲに流す電流を多くする。この結果、オルタネータ１０からの発電電圧は上がる。
【００３７】
その後、ステップ２１０で、充電状態ＳＯＣが不揮発性メモリ７０に記憶され、充電状態ＳＯＣ0 の値が充電状態ＳＯＣの値で置き換えられる。
具体的には、ステップ１４０或いはステップ１７０での判定処理で、ＮＯとの判定された場合には、ステップ１２０での処理で算出された充電状態ＳＯＣのデータが不揮発性メモリ７０に記憶される。
【００３８】
なお、ステップ１７０での判定処理で、満充電状態であるとＹＥＳとの判定された場合には、上述の如く、ステップ１８０の処理で、充電状態ＳＯＣが満充電状態を示すデータに修正されているため、満充電状態を示すデータが不揮発性メモリ７０に記憶される。そして、ステップ２２０で、イグニッションスイッチ（以下、スイッチＳＷという）がオンであるか否かが判定されて、スイッチＳＷがオンであるならばＹＥＳとの判定がなされ、ステップ１１０の処理がなされる。
【００３９】
以上説明した如く、各サンプリングデータＳ１と各サンプリングデータＳ２とに基づき、電圧変化ΔＶと分極指標Ｐとの関係を示す回帰直線の勾配Ｋ３が算出される。そして、当該回帰直線の勾配Ｋ３と、満充電状態における電圧変化ΔＶと分極指標Ｐとの関係を示す回帰直線の勾配（閾値Ｎ）との比較判定でもって、満充電状態が判定される。このため、履歴現象の影響とは係わりなく、正確な満充電状態の判定をし得る。
【００４０】
また、上述の如く、判定された満充電状態を示す信号がマイクロコンピュータ６０でもってレギュレータ３０に出力されると、当該信号に応じてレギュレータ３０が制御されるため、オルタネータ１０の発電出力が少なくなる。この結果、バッテリＢへの充電電流が少なくなるため、バッテリＢの過充電を精度よく防ぐことができる。この結果、バッテリＢの寿命を延ばすことができる。
【００４１】
また、上述の如く、勾配Ｋ３と閾値Ｎとの判定に応じてバッテリＢの満充電状態の判定がなされれば、その後の処理にて、この満充電状態が初期値として、数５の式に基づき電流積算でもって充電容量が算出される。よって、数５の式に基づく充電容量の算出の精度が向上する。なお、本実施形態によれば、上述の如く、充電状態が電流積分でもって算出される。この算出充電状態に応じてレギュレータ３０が制御されており、この制御に応じてオルタネータ１０の発電出力が調整される。この結果、例えば、充電状態の低い場合でも、応答性良く充電されるため、不意のバッテリ上がりを未然に防ぐことができる。
【００４２】
なお、本発明にあたり、バッテリＢのケースの表面に温度センサを装着して、この温度センサの検出温度に応じて、勾配Ｋ３、バッテリＢの起電力Ｅ、内部抵抗Ｒ及び定数ａ（数４の式参照）の各データを、各々、換えて各ステップの処理を行うようにしてもよい。これは、勾配Ｋ３、バッテリＢの起電力Ｅ、内部抵抗Ｒ及び定数ａは、各々、バッテリＢの温度により値が変動するからである。
【００４３】
この場合、勾配Ｋ３、バッテリＢの起電力Ｅ、内部抵抗Ｒ及び定数ａを、各々、各温度毎の複数のデータをマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに予め記憶しておき、マイクロコンピュータ６０は、温度センサからの検出温度に応じて各データを選択して各ステップの処理を実行する。
これにより、上記実施形態に比較してより一層、精度良くバッテリＢの満充電状態の判定をするこができる。
【００４４】
なお、本発明にあたり、バッテリＢの起電力Ｅ及び内部抵抗Ｒをステップ１２０での充電状態ＳＯＣに応じて換えて各ステップの処理を行うようにしてもよい。これは、起電力Ｅ及び内部抵抗ＲがバッテリＢの充電状態に応じて値が変動するからである。
この場合、各充電状態ＳＯＣに応じた起電力Ｅ及び内部抵抗Ｒの複数のデータをマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに予め記憶しておき、マイクロコンピュータ６０は、ステップ１２０の処理による充電状態ＳＯＣに応じて各データを選択して各ステップの処理を実行する。
【００４５】
なお、本実施形態では、電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐの関係を示す勾配Ｋ３に応じてバッテリＢの満充電状態を判定した例について説明したが、これに限らず、電圧変化ΔＶ及び分極指標Ｐを２つの変数とし、両変数の分布のばらつきを示す相関係数に基づきバッテリＢの満充電状態を判定してもよい。具体的には、非満充電時には、図５に示すように、各プロット点の分布状態は直線的に集中しているが、満充電時には、図６に示すように、各プロット点の分布状態は、非満充電時に比較して拡がっている。このように、各プロット点の分布状態が、満充電時と非満充電時とで、異なる原因を調べて見ると、満充電時には、電池反応が進み難く、副反応である水の電気分解反応が相対的に進み易くなり、電圧変化ΔＶが、相対的に大きくなって、非満充電時の直線的に集中した分布状態が崩れるからである。
【００４６】
なお、本発明の実施にあたり、ステップ１７０の処理の判定でもって満充電状態であると判定された場合、その旨を当該車両の乗員に知らせるブザー或いは表示装置を設けるようにしてもよい。さらに、本発明の実施にあたり、ステップ１２０の処理でもって充電状態ＳＯＣが低い（例えば、３０％以下）の場合には、その旨を当該車両の乗員に知らせるブザー或いは表示装置を設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、本発明の実施にあたり、上記実施形態のフローチャートにおける各ステップの処理は、それぞれ、機能実行手段としてハードロジック構成により実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のマイクロコンピュータの作用の一部を示すフローチャートである。
【図３】上記マイクロコンピュータの作用の残りを示すフローチャートである。
【図４】車両用バッテリの端子に矩形状電流を流したときのその電流と、端子電圧とを示すタイミングチャートである。
【図５】非満充電時の鉛蓄電池における電圧変化ΔＶと分極指数Ｐとの関係を示す回帰直線を調べるためのプロット分布図である。
【図６】満充電時の鉛蓄電池における電圧変化ΔＶと分極指数Ｐとの関係を示す回帰直線を調べるためのプロット分布図である。
【符号の説明】
４０…電流計、５０…電圧計、６０…マイクロコンピュータ、Ｂ…バッテリ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a full charge determination device for a secondary battery for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, as a vehicle battery full charge determination device, when a battery is charged, the rise of the terminal voltage is detected by using a phenomenon in which the terminal voltage rises near the full charge. Some determine the fully charged state by comparing with a predetermined threshold.
[0003]
However, while the vehicle is running, a history phenomenon in which the discharge characteristics and the charge characteristics change occurs. For this reason, the fully charged state of the battery does not necessarily match the corresponding terminal voltage. Therefore, the full charge state of the battery could not be accurately detected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the battery, immediately after the charging current flows or immediately after the load current is discharged, a voltage change (hereinafter referred to as a voltage change ΔV) occurs due to the polarization generated in the battery.
Specifically, when there is no polarization in the battery, the terminal voltage V and the charging current I have the relationship of the formula (1), but in the state of polarization, the formula (1) Therefore, the voltage change ΔV shown in the equation (2) occurs.
[0005]
[Expression 1]
V = E + I ・ R
However, the code | symbol E shows the electromotive force of a battery and the code | symbol R shows the internal resistance of a battery.
[0006]
[Expression 2]
ΔV = V−E−I · R
Therefore, the present inventors pay attention to the voltage change ΔV due to polarization and investigate the voltage change ΔV. The voltage change ΔV increases when the battery is charged, whereas the voltage change ΔV is It has been found that there is a phenomenon (hereinafter referred to as voltage change increase / decrease phenomenon) that decreases by discharging the battery.
[0007]
When the cause of this voltage change increase / decrease phenomenon is examined, the voltage change ΔV is generated according to the concentration change on the electrode surface, and the concentration change is generated according to the generation of the electrolyte diffusion layer which is a factor of polarization. I understood that.
In particular, a change in the concentration of the electrolytic solution in a sufficiently short time occurs based on a battery reaction on the electrode surface. For this reason, it is considered that the concentration change in a sufficiently short time can be estimated by integrating the amount of electricity that contributed to the battery reaction, and thus the current that contributed to the battery reaction.
[0008]
Further, according to the investigation on the voltage change ΔV, it has been found that the voltage change ΔV gradually decreases when the battery is left without being charged / discharged, and the value becomes zero.
As described above, the phenomenon in which the voltage change ΔV decreases with the passage of time occurs because the temporary concentration change of the electrolytic solution on the electrode surface diffuses with the passage of time, and the electrolysis on the electrode surface occurs. This is because the concentration of the liquid falls on the average concentration in the battery case of the battery.
[0009]
In order to investigate the decrease process of the voltage change ΔV described above in detail, the inventors charged a lead-acid battery of 80% charged state with a current corresponding to one wavelength of a rectangular wave having an amplitude of 10 A and a wavelength of 60 sec. And when the terminal voltage of the lead acid battery at that time was measured, the timing chart shown in FIG. 4 was obtained.
Here, in FIG. 4, the left vertical axis in the figure indicates the terminal voltage (V), the right vertical axis in the figure indicates the current (I), the symbol A indicates the current charged in the lead storage battery, and the symbol B indicates the lead storage battery. The terminal voltage is shown.
[0010]
Then, the inventors refer to the timing chart of FIG. 4 and pay attention to the fact that the terminal voltage indicated by the symbol B decreases exponentially, and the decrease process of the voltage change ΔV is expressed by the following equation (3). As a result, it was found that it can be approximated (see symbol VB in FIG. 4).
[0011]
[Equation 3]
VB = L * exp {-(t-t0) / td} + M
Here, the reference symbols L and M indicate constants, the reference symbol t0 indicates the start time of the decrease of the voltage change ΔV, and the reference symbol td indicates the time constant of the decreasing process of the voltage change ΔV.
As described above, the decreasing process of the voltage change ΔV is estimated by an exponential function expressed by Equation 3, and the voltage change increasing / decreasing phenomenon is estimated by current integration.
[0012]
As a result, it has been found that a value indicating the magnitude of polarization (hereinafter referred to as polarization index P) can be defined by the equation (4).
[0013]
[Expression 4]

[0014]
However, the code | symbol P0 shows the polarization parameter | index immediately before the time t1. The symbol t indicates time, and the symbol a [1 / sec] indicates a constant. Therefore, actual per battery mounted on a vehicle at the time of the HiMitsuru charged, and sampled multiple times the terminal voltage and charging current alternately, with each sampled data according to the sampling number 2 and number 4 in both equations Based on the above, the voltage change ΔV and the polarization index P were calculated.
[0015]
The voltage change ΔV is calculated by substituting the sampling data of the terminal voltage into the voltage V of the formula 2 and the sampling data of the charging current into the voltage I of the formula 2. The polarization index P is calculated by substituting charging current sampling data into the charging current I of the equation (4). Then, in order to investigate the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P, when the horizontal axis is the voltage change ΔV and the vertical axis is the coordinate having the polarization index P, as shown in FIG. And a number of plot points based on the polarization index P were obtained.
[0016]
On the other hand, at the time of full charge of the battery, substantially as in the case of time HiMitsuru charge described above, both the terminal voltage and the discharge current was sampled a plurality of times, with each sampling data by this voltage change ΔV And the polarization index P was calculated. As in the case of the non-full charge described above, when the horizontal axis is the voltage change ΔV and the vertical axis is the coordinate with the polarization index P, as shown in FIG. A number of plot points based on the change ΔV and the polarization index P were obtained.
[0017]
Therefore, based on the plot points in FIG. 5, a regression line (see reference symbol C1 in FIG. 5) that linearly approximates the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P at the time of non-full charge by the least square method. After conversion, the gradient (hereinafter referred to as gradient K1) was calculated. At the same time, based on the plot points in FIG. 6, the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P at the time of full charge is converted into a regression line (see the reference symbol C2 in FIG. 6) that is linearly approximated, and the gradient (hereinafter referred to as the slope) , Slope K2).
[0018]
Thus, the gradient K2 when fully charged battery, the HiMitsuru greater than the gradient K1 during charging, it has been found that can determine the time of full charge of the battery with the comparison determination of both gradients K1, K2. Accordingly, the present invention is, in view of the above, the secondary battery occurs in focusing on polarization, regardless of the influence of the hysteresis, the full charge determination of the vehicle for a secondary battery and determines fully charged An object is to provide an apparatus.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the current detection means (40) for detecting the current flowing in the secondary battery mounted on the vehicle and the voltage detection for detecting the terminal voltage of the secondary battery. and means (50), based on the plurality of current detected me by the plurality of terminal voltage and current detecting means is detected me by the voltage detecting means, the voltage change due to polarization occurring in the secondary cell polarization A slope calculating means (150) for calculating a slope of a primary straight line indicating a relationship with a polarization index indicating the magnitude of the current, and a slope calculated by the slope calculating means is a predetermined voltage change in a fully charged state of the secondary battery. Determination means (170) for determining whether or not the gradient of the linear straight line indicating the relationship with the polarization index is larger. The polarization index indicating the magnitude of polarization means a value defined by the equation (4).
[0020]
As described above, the determination unit determines whether the secondary battery is fully charged according to the comparison determination between the gradient calculated by the gradient calculation unit and the gradient of the primary line indicating the relationship between the voltage change in the fully charged state and the polarization index. Since the state of charge is determined, the fully charged state can be accurately determined regardless of the influence of the history phenomenon.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment shown in the drawings of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an example of a charging control system for controlling charging of a vehicle battery B according to the present invention. The battery B is a lead storage battery that is a kind of secondary battery.
The charging control system includes an alternator 10, a rectifier 20, and a regulator 30, as shown in FIG. The alternator 10 generates power in accordance with the driving of the engine of the vehicle under the control of the regulator 30.
[0022]
The rectifier 20 receives the power generation output from the alternator 10 and generates a rectified output. Thereby, the alternator 10 supplies the electric energy generated by the power generation to the load L or the battery B through the rectifier 20.
The regulator 30 controls the amount of current flowing through the rotor coil R (see FIG. 1) in accordance with the rectified voltage from the rectifier 20 and a signal from a microcomputer to be described later.
[0023]
Specifically, the regulator 30 controls the amount of current that flows through the rotor coil R (see FIG. 1) according to a comparison between a reference voltage (hereinafter referred to as a reference voltage D) and a rectified voltage from the rectifier 20. Thereby, the power generation voltage from the alternator 10 is adjusted. The signal from the microcomputer plays a role of correcting the value of the reference voltage D of the regulator 30.
[0024]
The charge control system includes an ammeter 40, a voltmeter 50, a microcomputer 60, and a nonvolatile memory 70. The ammeter 40 detects the charging / discharging current of the battery B, and the voltmeter 50 detects the terminal voltage of the battery B.
The microcomputer 60 executes a computer program according to the flowcharts shown in FIG. 2 and FIG. 3, and the microcomputer 60 detects the detected current from the ammeter 40 and the detected from the voltmeter 50 during the execution of the computer program. Depending on the voltage and the data in the nonvolatile memory 80, a full charge determination process for the battery B and other processes are performed.
[0025]
The operation of the embodiment thus configured will be described. The microcomputer 60 starts the computer program in accordance with the flowcharts shown in FIGS. 2 and 3 when the ignition switch is turned on. In step 100, the previously calculated state of charge of the battery B is retrieved from the nonvolatile memory 70 and stored in the RAM of the microcomputer 60 as the previous state of charge (hereinafter referred to as the state of charge SOC0). The state of charge (remaining capacity) is the ratio (%) of the state of charge of battery B with the fully charged state as 100%.
[0026]
In step 110, sampling is performed based on the detected current from the ammeter 40, and sampling data by the sampling (hereinafter referred to as sampling data S1) is stored in the RAM of the microcomputer 60.
At the same time, sampling is performed based on the detected voltage from the voltmeter 50, and sampling data by the sampling (hereinafter referred to as sampling data S 2) is stored in the RAM of the microcomputer 60. .
[0027]
Next, at step 120, the state of charge of the battery B (hereinafter referred to as the state of charge SOC) is calculated by current integration based on each sampling data S1.
Specifically, the state of charge SOC is calculated using the equation (5).
[0028]
[Equation 5]
SOC = SOC0 + {100 / [capacity]} · I · Δt
However, the symbol SOC0 means the last value of the state of charge. [Capacity] indicates the rated capacity (A · sec) of the battery, the symbol I indicates the current, that is, the sampling data S1, and the symbol Δt indicates the sampling interval (sec).
[0029]
In step 130, the voltage change ΔV is calculated by the equation (2) based on the sampling data S1 and S2.
Specifically, the sampling data S2 is substituted for the voltage V expressed by the formula 2 and the sampling data S1 is substituted for the current I expressed by the formula 2 to calculate the voltage change ΔV. Both data of the electromotive force E and the internal resistance R shown in the equation 2 are stored in advance in the ROM of the microcomputer 60.
[0030]
Next, the calculated voltage change ΔV data is stored in the RAM of the microcomputer 60. Then, the data of the polarization index P is calculated by substituting the sampling data S1 for the current I shown in the equation ( 4 ). Note that the data of the constant a shown in Equation 4 is stored in advance in the ROM of the microcomputer 60.
[0031]
Next, the calculated polarization index P data is stored in the RAM of the microcomputer 60.
Accordingly, in step 140, the comparison determination between the number of data (hereinafter referred to as data number M) of the polarization index P (or voltage change ΔV) stored in the RAM of the microcomputer 60 and the threshold value (hereinafter referred to as threshold value K). Is made. The threshold value K is the minimum number of data for ensuring the reliability of the least square method in the processing of step 150 described later.
[0032]
Therefore, in step 140, if the number of data M> the threshold value K, it is determined YES.
Then, in step 150, the relationship between the polarization index P and the voltage change ΔV is shown by the least square method based on the data of each polarization index P and the data of each voltage change ΔV calculated in the processing in step 130. The slope of the regression line (hereinafter referred to as slope K3) is calculated. The data of the gradient K3 is stored in the RAM of the microcomputer 60.
[0033]
In step 160, the sampling data S1, S2, the polarization index P, and the voltage change ΔV are erased one by one from the RAM of the microcomputer 60 in the order stored. Accordingly, in step 170, the gradient K3 is compared with a threshold value (hereinafter referred to as threshold value N). The threshold value N means the data of the slope of the regression line indicating the relationship between the polarization index P and the voltage change ΔV in the fully charged state by the least square method. The threshold value N data is stored in advance in the ROM of the microcomputer 60. The data of the threshold value N corresponds to the data of the gradient K2 of the regression line C2 shown in FIG.
[0034]
Therefore, if gradient K3> threshold N in step 170, it is determined that battery B is fully charged , and in step 180, the state of charge SOC stored in the RAM of microcomputer 60 is full. The state of charge is corrected to 100%. Next, in step 190, the control process of the regulator 30 according to the fully charged state is performed.
[0035]
Here, the microcomputer 60 outputs a signal indicating the fully charged state to the regulator 30. The reference value D of the regulator 30 is corrected according to the signal. According to the reference value D corrected in this way, the regulator 30 reduces the current flowing through the rotor coil R. As a result, the generated voltage from the alternator 10 decreases.
[0036]
Further, in step 170, if gradient K3 ≦ threshold N, it is determined NO if the battery is not fully charged, and in step 190, according to the state of charge SOC in the process of step 120, the regulator 30 Control processing is performed.
Here, the microcomputer 60 outputs a signal indicating the state of charge SOC to the regulator 30. The reference value D of the regulator 30 is corrected according to the signal. In accordance with the reference value D corrected in this way, the regulator 30 increases the current flowing through the rotor coil R. As a result, the power generation voltage from the alternator 10 increases.
[0037]
Thereafter, in step 210, the state of charge SOC is stored in the nonvolatile memory 70, and the value of the state of charge SOC0 is replaced with the value of the state of charge SOC.
Specifically, when it is determined NO in the determination process in

step

140 or 170, the charge state SOC data calculated in the process in step 120 is stored in the nonvolatile memory 70.
[0038]
If it is determined in step 170 that the fully charged state is YES, the charged state SOC is corrected to data indicating the fully charged state in step 180 as described above. Therefore, data indicating the fully charged state is stored in the nonvolatile memory 70. Then, in step 220, it is determined whether or not an ignition switch (hereinafter referred to as switch SW) is on. If the switch SW is on, a determination of YES is made and the processing of step 110 is performed.
[0039]
As described above, the slope K3 of the regression line indicating the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P is calculated based on each sampling data S1 and each sampling data S2. Then, a gradient K3 of the regression line, with the comparison determination of the slope of the regression line showing the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P in a fully charged state (threshold N), the fully charged state is determined. Therefore, it is possible to accurately determine the full charge state regardless of the influence of the history phenomenon.
[0040]
Further, as described above, when a signal indicating the determined full charge state is output to the regulator 30 by the microcomputer 60, the regulator 30 is controlled in accordance with the signal, so that the power generation output of the alternator 10 decreases. . As a result, since the charging current to the battery B is reduced, overcharging of the battery B can be accurately prevented. As a result, the life of the battery B can be extended.
[0041]
Further, as described above, if the determination of the full charge state of the battery B is made in accordance with the determination of the gradient K3 and the threshold value N, in the subsequent processing, the full charge state is set as an initial value to the formula (5). Based on the current integration, the charge capacity is calculated. Therefore, the accuracy of calculation of the charging capacity based on Equation 5 is improved. Note that, according to the present embodiment, as described above, the state of charge is calculated by current integration. The regulator 30 is controlled according to the calculated charging state, and the power generation output of the alternator 10 is adjusted according to this control. As a result, for example, even when the state of charge is low, the battery is charged with good responsiveness.
[0042]
In the present invention, a temperature sensor is mounted on the surface of the case of the battery B, and the gradient K3, the electromotive force E of the battery B, the internal resistance R, and the constant a (equation 4) according to the detected temperature of the temperature sensor. Each data of (refer to the equation) may be changed and the process of each step may be performed. This is because the gradient K3, the electromotive force E of the battery B, the internal resistance R, and the constant a each vary depending on the temperature of the battery B.
[0043]
In this case, the gradient K3, the electromotive force E of the battery B, the internal resistance R, and the constant a are each stored in advance in the ROM of the microcomputer 60 as a plurality of data for each temperature. Each data is selected according to the detected temperature from and the processing of each step is executed.
Thereby, the fully charged state of the battery B can be determined with higher accuracy than in the above embodiment.
[0044]
In the present invention, the process of each step may be performed by changing the electromotive force E and the internal resistance R of the battery B in accordance with the state of charge SOC in step 120. This is because the values of the electromotive force E and the internal resistance R vary depending on the state of charge of the battery B.
In this case, a plurality of data of the electromotive force E and the internal resistance R corresponding to each state of charge SOC are stored in advance in the ROM of the microcomputer 60, and the microcomputer 60 responds to the state of charge SOC by the processing of step 120. Each data is selected and the process of each step is executed.
[0045]
In the present embodiment, the example in which the fully charged state of the battery B is determined according to the gradient K3 indicating the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P has been described. May be determined as the two variables, and the fully charged state of the battery B may be determined based on the correlation coefficient indicating the variation in the distribution of both variables. Specifically, HiMitsuru charging times, as shown in FIG. 5, the distribution state of each plotted point are linearly focused, but the full charge times, as shown in FIG. 6, the distribution state of each plotted point Is expanding compared to non-full charge . Thus, the distribution state of each plotted point and, in a fully charged state and HiMitsuru charging, when viewed examine the different causes, fully charged sometimes difficult progressed cell reaction, electrolysis reaction of water by-reactions This is because the voltage change ΔV becomes relatively large and the linearly concentrated distribution state at the time of non-full charge is broken.
[0046]
In implementing the present invention, a buzzer or a display device may be provided to notify the vehicle occupant of the fact that it is determined that the battery is fully charged as a result of the determination in step 170. Further, in the implementation of the present invention, when the state of charge SOC is low (for example, 30% or less) in the process of step 120, a buzzer or a display device for notifying the vehicle occupant to that effect may be provided. Good.
[0047]
In implementing the present invention, the processing of each step in the flowchart of the above embodiment may be executed by a hardware logic configuration as function execution means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a part of the operation of the microcomputer of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing the remaining operation of the microcomputer.
FIG. 4 is a timing chart showing a current and a terminal voltage when a rectangular current is passed through the terminal of the vehicle battery.
FIG. 5 is a plot distribution chart for examining a regression line showing a relationship between a voltage change ΔV and a polarization index P in a lead-acid battery during non-full charge.
FIG. 6 is a plot distribution diagram for examining a regression line showing the relationship between the voltage change ΔV and the polarization index P in a lead-acid battery when fully charged.
[Explanation of symbols]
40 ... ammeter, 50 ... voltmeter, 60 ... microcomputer, B ... battery.

Claims

Current detection means (40) for detecting a current flowing in the secondary battery (B) mounted on the vehicle;
Voltage detection means (50) for detecting a terminal voltage of the secondary battery;
Based on the said voltage detecting means a plurality of current detected me by the plurality of terminal voltage and the current detection means is detected me by the magnitude of the voltage change and the polarization due to polarization occurring in said secondary battery A gradient calculating means (150) for calculating a gradient of a linear line indicating a relationship with the polarization index indicating
A determination unit (170) for determining whether or not a calculation gradient of the gradient calculation unit is greater than a gradient of a primary straight line indicating a relationship between a predetermined voltage change of the secondary battery in a fully charged state and a polarization index; A fully charged determination device for a secondary battery for a vehicle.