JP3966810B2 - 蓄電池の満充電判定装置、残存容量推定装置、満充電判定方法及び残存容量推定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の満充電判定装置、残存容量推定装置、満充電判定方法及び残存容量推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用蓄電池は、一般的に言ってエンジンを始動させる時に最大の電流を供給し、エンジン回転中はエンジンによって駆動される発電機によって定電圧充電される。自動車用蓄電池の残存容量が小さくなり過ぎると、エンジンを停止させた後、エンジンを再始動させることができない。近年、大気汚染及びエコロジーへの関心の高まりから、不要な排気ガスの排出及びエネルギー消費を抑えるために、短時間の駐停車時でも自動車のエンジンをアイドリング状態にすることなく停止すること（アイドルストップ）が推奨されている。そのため、自動車用蓄電池は、しばしばエンジンを始動させるために大電流を供給する。自動車をアイドルストップした後にエンジンが再始動不能にならないように、蓄電池の充電状態（以下、「ＳＯＣ」と言う。具体的には、蓄電池の残存容量を意味する。）を常に正確に把握している必要がある。
【０００３】
蓄電池のＳＯＣは、満充電時のＳＯＣに満充電後の充放電電流を積算した値を加減算して推定できる。しかし、充放電電流を長時間積算し続けると電流検出誤差が累積しＳＯＣの推定精度が悪くなる。適当なタイミングで蓄電池を充電し、満充電を正確に検出し、ＳＯＣを１００％に設定することが、ＳＯＣの推定精度向上につながる。
【０００４】
特開平６−１８９４６６号公報に従来例１の二次電池システム及び充電方法が開示されている。従来例１の二次電池の充電方法は、初めは二次電池を定電流充電し、充電電圧が設定値に達した後は定電圧充電し、充電電流の時間微分値が設定値を越えたときに満充電と判断する方法である。
【０００５】
特開平７−２３５３３２号公報に従来例２の二次電池の充電方法が開示されている。従来例２の二次電池の充電方法は、二次電池を定電圧充電し、充電電流が設定値以下になったときに充電を中断し、電池の開放電圧を測定し満充電を検出する方法である。
【０００６】
特開２０００−３２４７０２号公報に従来例３のバッテリの放電容量検出方法及びその装置並びに車両用バッテリ制御装置が開示されている。従来例３のバッテリの放電容量検出方法では、負荷の駆動電源となると共に定電圧充電可能な鉛−酸電池（鉛蓄電池）からなるバッテリについて、定電圧充電中に充電電流の時間変化率の絶対値が所定値を下回ったときに満充電判定を行う。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１８９４６６号公報
【特許文献２】
特開平７−２３５３３２号公報
【特許文献３】
特開２０００−３２４７０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１〜３に開示されている満充電判定方法は、充電電圧及び負荷が比較的安定したシステムにおいて、正確に蓄電池の満充電を判定することができる。しかし、車載用蓄電池及びその満充電判定装置においては、充電器（発電機）の出力電圧及び負荷が自動車の走行の状態等によって短時間に大きく変動するため、従来例１〜３の満充電判定方法では、正確に蓄電池の満充電を判定することができなかった。従来例１〜３の満充電判定方法は蓄電池の充電電流又は充電電流の時間微分値に基づいて蓄電池の満充電を判定するが、車載用蓄電池及びその満充電判定装置においては、判定条件である蓄電池の充電電流及び充電電流の時間微分値が、蓄電池の充電以外の原因によって短時間に大きく変動するからである。そのため、従来例の満充電判定方法を充電電圧又は負荷の変動が大きいシステム（例えば車載用蓄電池及びその満充電判定装置）に適用した場合、正確に満充電を判定することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システムにおいて、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システムにおいて、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
請求項１に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に前記蓄電池の充電電圧及び前記蓄電池の充電電流の測定を行った中で、
前記充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して前記条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記測定又は前記判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池及び満充電判定装置が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の満充電判定装置と、前記満充電判定装置が満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を１００％に設定する残存容量推定部と、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定装置である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に前記蓄電池の充電電圧及び前記蓄電池の充電電流の測定を行った中で、
前記充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して前記条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記判定を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの請求項に記載の満充電判定方法を実行する満充電判定ステップと、前記満充電判定ステップで満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を１００％に設定する残存容量推定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定方法である。
【００２３】
本発明は、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を実現できるという作用を有する。
【００２４】
本発明は、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を実現できるという作用を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
【００２６】
《実施例１》
図１〜図４を用いて、本発明の実施例１の蓄電池の残存容量推定装置（満充電判定部を含む。）を説明する。実施例１の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。
【００２７】
図２は、本発明の実施例の電源システムの構成を示すブロック図である。図２において、２０１は発電機、２０２は負荷、２０３は鉛蓄電池、２０４は電流センサ、２０５は電流計測部、２０６は電圧計測部、２１０は発電機制御部、２１１はエンジン、２１２は残存容量推定装置である。残存容量推定装置２１２は、満充電判定部２０７、残存容量推定部２０８及び表示部２０９を有する。
【００２８】
発電機２０１は自動車のエンジン２１１によって駆動されて発電を行う。発電された電力は負荷２０２及び鉛蓄電池２０３に供給される。負荷２０２は、具体的にはエンジン始動用のセルモータ、オーディオ装置、エアコン、ランプ等である。鉛蓄電池２０３は走行中はほとんど常に定電圧充電されている。発電機２０１の出力が不足するエンジン始動時及び発電機２０１が停止するアイドルストップ中は、鉛蓄電池２０３が負荷２０２に電力を供給する。
【００２９】
電流センサ２０４は鉛蓄電池２０３に流れる電流を検出し、電流計測部２０５に出力する。電圧計測部２０６及び電流計測部２０５は０．２秒毎に電圧及び電流をそれぞれ計測し、１秒分（５個）の測定値の平均値を鉛蓄電池２０３の電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）として、１秒毎に満充電判定部２０７に出力する。
【００３０】
満充電判定部２０７は、電圧計測部２０６の測定電圧及び電流計測部２０５の測定電流を入力し、鉛蓄電池２０３が満充電状態か否かを判定し、判定結果を残存容量推定部２０８に送る。残存容量推定部２０８は、満充電判定部２０７の判定結果、電圧計測部２０６の測定電圧及び電流計測部２０５の測定電流を入力し、鉛蓄電池２０３の残存容量（ＳＯＣ）を推定する。残存容量推定部２０８は、満充電判定部２０７から鉛蓄電池２０３が満充電であるという判定結果を入力した時、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。その後残存容量推定部２０８は、鉛蓄電池２０３の充放電電圧及び充放電電流に基づいて、鉛蓄電池２０３の充放電電力量を積算し、その残存容量を推定する。
【００３１】
残存容量推定部２０８は、推定した残存容量の情報を表示部２０９と発電機制御部２１０とに送る。表示部２０９は、残存容量推定部２０８から送られた残存容量の情報に基づき、ユーザに残存容量を表示する。表示方法は任意である。実施例においては、表示部２０９は、残存容量が少ない場合に黄色のランプを点灯させ、残存容量が所定の値以下の場合（鉛蓄電池２０３がエンジンを始動させることが出来ない程その残存容量が少ない場合）に赤色のランプを点灯させる。
【００３２】
発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８から伝送された残存容量の情報に基づき、残存容量が１００％に達した時、発電機のステータに流す電流を下げ、発電機２０１の発電電圧を下げる。これにより、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。発電機制御部２１０は、残存容量が所定の値以下になった場合は、発電機のステータに流す電流を上げ、発電機２０１の発電電圧を上げる。これにより、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。
【００３３】
発電機２０１及び鉛蓄電池２０３から負荷２０２への電流は、エンジン始動時には数秒の間２００アンペア程度に達し（主としてセルモータの駆動電流である。）、エンジンが始動した後は、数１０アンペア以下で変動する。エンジンが始動した後も、動作条件に応じて負荷２０２は変動する（例えばランプがＯＮかＯＦＦか等）。発電機２０１の出力電圧及び出力電流は、エンジンの回転数等に応じて短時間で大きく変化する。従って、鉛蓄電池２０３の充電電流（又は放電電流）（Ｉ）及び充電電圧（又は放電電圧）（Ｖ）は、発電機２０１の出力変動及び負荷２０２の変動の影響を受けて、時間的に大きく変動する。
【００３４】
図３は、蓄電池の充電電圧及び充放電電流の時間変化を示す図である。電流は充電時に正の値になるように定義している。エンジン始動時と、アイドルストップ後のエンジン再始動時には１秒程度に渡って鉛蓄電池２０３が電力を放電し（電流が負の値になり）、電流計測部２０５の測定電流と電圧計測部２０６の測定電圧とはスパイク的に低下する。その他の走行時は、鉛蓄電池２０３はほぼ定電圧充電される。鉛蓄電池２０３が満充電に近づくにつれて、充電電流は漸減する。
【００３５】
図１は本発明の実施例１の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部２０７は、６０秒分（６０個）の電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）の測定値に基づいて、鉛蓄電池２０３の満充電判定を行う。
【００３６】
ステップ１０１で、電流と電圧の測定回数Ｎと満充電判定のための指数ｎに初期値０を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δｔを１秒に設定する。ステップ１０２でＮに１を加算する。ステップ１０３で、Ｎが６０より大きいか否か、つまり満充電判定のための測定時間が６０秒間を上回ったかどうか判断する。Ｎが６０より大きい場合はステップ１０９に進む。Ｎが６０以下の場合は、ステップ１０４に進む。
【００３７】
電圧計測部２０６は電圧Ｖを、電流計測部２０５は電流Ｉを満充電判定部２０７に出力する（ステップ１０４）。ステップ１０５で電圧Ｖが１３．７ボルト以上かつ１４．３ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ１０２に戻る。該当する場合はステップ１０６に進む。ステップ１０６で、電流Ｉが２アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ１０２に戻る。該当する場合はステップ１０７に進む。ステップ１０７で、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを測定時間間隔Δｔで除した値（充電電流の時間変化率又は微分値）が所定の閾値Ｃ以下か否か判断する。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩが所定の閾値Ｃ以下か否か判断しても良い。該当しない場合はステップ１０２に戻る。該当する場合はステップ１０８に進む。ステップ１０５、１０６及び１０７で行う判断に全て該当し、ステップ１０８まで進んだ場合、鉛蓄電池２０３が１秒間満充電状態であったと判断する。ｎに１を加算し、ステップ１０２に戻る。
【００３８】
電流と電圧を６０秒間計測し終わった場合、ステップ１０３からステップ１０９に進む。ステップ１０９でＮに対するｎの割合が０．８以上か否か判断する。つまり、６０秒間のうち８割以上が満充電状態であったか否か判断する。８割以上が満充電状態であった場合は、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態であると判定する（ステップ１１０）。８割未満が満充電状態であった場合は、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態でないと判定する（ステップ１１１）。ステップ１１２で満充電判定部２０７は、判定結果を残存容量推定部２０８に送る。処理を終了する。
【００３９】
残存容量推定部２０８は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界（ステータ電流）を制御する。鉛蓄電池２０３が満充電された場合、発電機２０１の発電電圧Ｖを下げ、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。鉛蓄電池２０３の残存容量が所定以下になると、発電機２０１の発電電圧Ｖを上げ、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。鉛蓄電池２０３の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部２１０はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【００４０】
図４は、ｎ／Ｎの満充電判定閾値と、その閾値で満充電を判定した時の鉛蓄電池の実際のＳＯＣとの関係を示す図である。図１のフローチャートにおいて、ｎ／Ｎの閾値を様々に変化させて満充電判定を行い（ステップ１０９）、満充電であると判定した時の鉛蓄電池の実際のＳＯＣを測定した（満充電と判定された鉛蓄電池から実際に取り出せる電力量を測定した。）。ｘ印が測定結果を示す。ｎ／Ｎが０．８以上では、ＳＯＣが９８％を越え、精度良く満充電判定できることがわかる。
【００４１】
充電効率は温度によって異なるので、ステップ１０６で使用する、電流の閾値に温度補正を施せば、満充電判定の精度が上がる。充電電圧が高い場合は、充電に要する時間が短縮されるので、ステップ１０３で使用するＮの閾値を小さくしてよい。満充電判定を行うためのその他の閾値及び電流と電圧の測定時間間隔は鉛蓄電池２０３及び走行条件によって変更する必要がある。
【００４２】
従来例２に開示されている二次電池の充電方法は、充電電流が設定値以下になったときに満充電判定を行う方法である。従って、図３のように鉛蓄電池２０３の電流が時間変化する場合、エンジン再始動時にも、満充電判定をしてしまう可能性があった。従来例１及び従来例３に開示されている方法は、充電電流の時間変化率が小さくなったときに満充電判定を行う。図３のようにエンジンの再始動が繰り返される場合には、電流の大きな変化が繰り返されるため、満充電判定部がいつまでも満充電と判定せず、蓄電池が過充電される恐れがあった。又、蓄電池の残存容量を誤って推定する恐れがあった。
【００４３】
満充電判定部２０７は、電流、電流の時間変化率及び電圧がすべて満充電判定のための条件を満たす回数が一定割合以上ある時に、鉛蓄電池２０３が満充電であると判断する。本発明によれば、図３のように電流と電圧とが激しく変動する場合にも、正確な満充電判定が可能である。
【００４４】
《実施例２》
図２及び図５を用いて、本発明の実施例２の蓄電池の残存容量推定装置（満充電判定部を含む。）を説明する。実施例２の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。実施例２の蓄電池の残存容量推定装置は、実施例１と同一のハードウエアを有する（図２）。図２については、実施例１において説明した。実施例２の蓄電池の残存容量推定装置は、満充電の判定方法のみが実施例１と異なる。それ以外の点において、実施例２は実施例１と同じである。以下、図５を用いて、実施例２の満充電判定方法を説明する。
【００４５】
図５は本発明の実施例２の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部２０７は、６０秒分（６０個）の電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）の測定値に基づいて、鉛蓄電池２０３の満充電判定を行う。
【００４６】
ステップ５０１で、電流と電圧の測定回数Ｎと満充電判定のための指数ｎに初期値０を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δｔを１秒に設定する。ΣΔＩに初期値０を代入する。ΣΔＩは、２回の電流の測定値の差ΔＩの総和である。ステップ５０２でＮに１を加算する。ステップ５０３で、Ｎが６０より大きいか否か、つまり満充電判定のための測定時間が６０秒間を上回ったかどうか判断する。Ｎが６０より大きい場合はステップ５０９に進む。Ｎが６０以下の場合は、ステップ５０４に進む。
【００４７】
電圧計測部２０６は電圧Ｖを、電流計測部２０５は電流Ｉを満充電判定部２０７に出力する（ステップ５０４）。ステップ５０５で電圧Ｖが１３．７ボルト以上かつ１４．３ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ５０２に戻る。該当する場合はステップ５０６に進む。ステップ５０６で、電流Ｉが２アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ５０２に戻る。該当する場合はステップ５０７に進む。ステップ５０７で、ｎに１を加算する。次に、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを積算する（ステップ５０８）。ΣΔＩは積算結果を示す。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを測定時間間隔Δｔで除した値（充電電流の時間変化率又は微分値）を積算しても良い。ステップ５０２に戻る。
【００４８】
電流と電圧を６０秒間計測し終わった場合、ステップ５０３からステップ５０９に進む。ステップ５０９でＮに対するｎの割合が０．８以上か否か判断する。つまり、６０秒間のうち８割以上が満充電状態であったか否か判断する。Ｎに対するｎの割合が０．８以上であった場合は、ステップ５１０に進む。ステップ５１０で、ΣΔＩをｎで割り、１３．７≦Ｖ≦１４．３（ステップ５０５）及びＩ≦２（ステップ５０６）の条件を満たす場合における、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩの平均値を算出する。ΣΔＩ／ｎが所定の閾値Ｃ以下か否かを判断する。ΣΔＩ／ｎが所定の閾値Ｃ以下であれば、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電であると判断する（ステップ５１１）。満充電判定部２０７は、判定結果を出力する（ステップ５１３）。処理を終了する。
【００４９】
ステップ５０９において、Ｎに対するｎの割合が０．８未満であった場合は、ステップ５１２に進む。ステップ５１０において、ΣΔＩ／ｎが所定の閾値Ｃより大きければ、ステップ５１２に進む。ステップ５１２において、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態でないと判断する。満充電判定部２０７は、判定結果を出力する（ステップ５１３）。処理を終了する。
【００５０】
残存容量推定部２０８は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界（ステータ電流）を制御する。鉛蓄電池２０３が満充電された場合、発電機２０１の発電電圧Ｖを下げ、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。鉛蓄電池２０３の残存容量が所定以下になると、発電機２０１の発電電圧Ｖを上げ、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。鉛蓄電池２０３の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部２１０はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【００５１】
実施例１及び２において、所定回数（Ｎ回）の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、所定の満充電の判定条件が満たされた割合が所定の値（０．８）以上であった場合、蓄電池が満充電であると判定した。所定回数（Ｎ回）の充電電圧及び充電電流の測定に代えて、所定時間内で充電電圧及び充電電流の測定を行い、その測定結果に基づいて満充電判定を行っても良い。所定の満充電の判定条件が満たされた割合を閾値とすることに代えて、所定の満充電の判定条件が満たされた回数若しくは時間を閾値としても良い。
【００５２】
《実施例３》
図２及び図６を用いて、本発明の実施例３の蓄電池の残存容量推定装置（満充電判定部を含む。）を説明する。実施例３の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。実施例２の蓄電池の残存容量推定装置は、実施例１と同一のハードウエアを有する（図２）。図２については、実施例１において説明した。実施例３の蓄電池の残存容量推定装置は、満充電の判定方法のみが実施例１と異なる。それ以外の点において、実施例３は実施例１と同じである。以下、図６を用いて、実施例３の満充電判定方法を説明する。
【００５３】
図６は本発明の実施例３の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部２０７は、満充電状態が連続して一定時間（又は回数＝Ｄ）継続した場合に、鉛蓄電池２０３が真に満充電であると判定する。
【００５４】
ステップ６０１で、電流と電圧の測定回数Ｎと満充電判定のための指数ｍ及びｎに初期値０を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δｔを１秒に設定する。ステップ６０２で電圧計測部２０６は電圧Ｖを、電流計測部２０５は電流Ｉを満充電判定部２０７に出力する
【００５５】
ステップ６０３で電圧Ｖが１３．７ボルト以上かつ１４．３ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ６１１に進む。該当する場合はステップ６０４に進む。ステップ６０４で、電流Ｉが２アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ６１１に進む。該当する場合はステップ６０５に進む。ステップ６０５で、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを測定時間間隔Δｔで除した値（充電電流の時間変化率又は微分値）が所定の閾値Ｃ以下か否か判断する。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩが所定の閾値Ｃ以下か否か判断しても良い。
【００５６】
ステップ６０５で、該当しない場合はステップ６１１に進む。該当する場合はステップ６０６に進む。ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断に全て該当し、ステップ６０６まで進んだ場合、鉛蓄電池２０３が１秒間満充電状態であったと判断する。ｎに１を加算し（ステップ６０６）、ｍを０に設定する（ステップ６０７）。ｎは鉛蓄電池２０３が満充電状態を継続した回数（時間）を意味し、ｍは鉛蓄電池２０３が満充電でない状態を継続した回数（時間）を意味する。
【００５７】
次にｎがＤ以上か否かを判断する（ステップ６０８）。Ｄは、鉛蓄電池２０３が満充電状態を継続した回数（時間）の閾値（例えばＤ＝１０）である。ｎがＤ以上であれば、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態であると判定する（ステップ６０９）。満充電判定部２０７は、ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断に全て該当する状態がＤ以上継続した場合に、鉛蓄電池２０３が満充電状態であると判定（ステップ６０９）、判定結果を出力する（ステップ６１０）。ステップ６０２に戻る。
【００５８】
ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断のいずれかに該当しないで、ステップ６１１まで進んだ場合、鉛蓄電池２０３が１秒間満充電でない状態であったと判断する。ｍに１を加算し（ステップ６１１）、ｎを０に設定する（ステップ６１２）。
【００５９】
次にｍがＤ以上か否かを判断する（ステップ６１３）。Ｄは、鉛蓄電池２０３が満充電でない状態を継続した回数（時間）の閾値（例えばＤ＝１０）である。ステップ６０８における閾値（満充電状態の継続回数の閾値）と、ステップ６１３における閾値（満充電でない状態の継続回数の閾値）とが異なる数値であっても良い。ｍがＤ以上であれば、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態でないと判定する（ステップ６１４）。満充電判定部２０７は、ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断において、いずれかに該当しない状態がＤ以上継続した場合に、鉛蓄電池２０３が満充電でない状態であると判定し（ステップ６１４）、判定結果を出力する（ステップ６１５）。ステップ６０２に戻る。
【００６０】
残存容量推定部２０８は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界（ステータ電流）を制御する。鉛蓄電池２０３が満充電された場合、発電機２０１の発電電圧Ｖを下げ、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。鉛蓄電池２０３の残存容量が所定以下になると、発電機２０１の発電電圧Ｖを上げ、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。鉛蓄電池２０３の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部２１０はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【００６１】
正確にＳＯＣを推定するためには、長時間の走行中に一定時間毎に鉛蓄電池２０３を充電し満充電判定を行い、ＳＯＣを１００％に設定（リセット）すると良い。エンジン始動時も、始動前の停車時の暗電流などによりＳＯＣが低下しているので、鉛蓄電池２０３を充電し満充電判定を行い、ＳＯＣを１００％に設定（リセット）すると良い。満充電判定は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に行うことが好ましい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【００６３】
本発明によれば、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【図２】本発明の実施例の電源システムの構成を示すブロック図
【図３】蓄電池の充電電圧及び充放電電流の時間変化を示す図
【図４】ｎ／Ｎの満充電判定閾値と満充電判定時の実際のＳＯＣとの関係を示す図
【図５】本発明の実施例２の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例３の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【符号の説明】
２０１ 発電機
２０２ 負荷
２０３ 鉛蓄電池
２０４ 電流センサ
２０５ 電流計測部
２０６ 電圧計測部
２０７ 満充電判定部
２０８ 残存容量推定部
２０９ 表示部
２１０ 発電機制御部
２１１ エンジン
２１２ 残存容量推定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の満充電判定装置、残存容量推定装置、満充電判定方法及び残存容量推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用蓄電池は、一般的に言ってエンジンを始動させる時に最大の電流を供給し、エンジン回転中はエンジンによって駆動される発電機によって定電圧充電される。自動車用蓄電池の残存容量が小さくなり過ぎると、エンジンを停止させた後、エンジンを再始動させることができない。近年、大気汚染及びエコロジーへの関心の高まりから、不要な排気ガスの排出及びエネルギー消費を抑えるために、短時間の駐停車時でも自動車のエンジンをアイドリング状態にすることなく停止すること（アイドルストップ）が推奨されている。そのため、自動車用蓄電池は、しばしばエンジンを始動させるために大電流を供給する。自動車をアイドルストップした後にエンジンが再始動不能にならないように、蓄電池の充電状態（以下、「ＳＯＣ」と言う。具体的には、蓄電池の残存容量を意味する。）を常に正確に把握している必要がある。
【０００３】
蓄電池のＳＯＣは、満充電時のＳＯＣに満充電後の充放電電流を積算した値を加減算して推定できる。しかし、充放電電流を長時間積算し続けると電流検出誤差が累積しＳＯＣの推定精度が悪くなる。適当なタイミングで蓄電池を充電し、満充電を正確に検出し、ＳＯＣを１００％に設定することが、ＳＯＣの推定精度向上につながる。
【０００４】
特開平６−１８９４６６号公報に従来例１の二次電池システム及び充電方法が開示されている。従来例１の二次電池の充電方法は、初めは二次電池を定電流充電し、充電電圧が設定値に達した後は定電圧充電し、充電電流の時間微分値が設定値を越えたときに満充電と判断する方法である。
【０００５】
特開平７−２３５３３２号公報に従来例２の二次電池の充電方法が開示されている。従来例２の二次電池の充電方法は、二次電池を定電圧充電し、充電電流が設定値以下になったときに充電を中断し、電池の開放電圧を測定し満充電を検出する方法である。
【０００６】
特開２０００−３２４７０２号公報に従来例３のバッテリの放電容量検出方法及びその装置並びに車両用バッテリ制御装置が開示されている。従来例３のバッテリの放電容量検出方法では、負荷の駆動電源となると共に定電圧充電可能な鉛−酸電池（鉛蓄電池）からなるバッテリについて、定電圧充電中に充電電流の時間変化率の絶対値が所定値を下回ったときに満充電判定を行う。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１８９４６６号公報
【特許文献２】
特開平７−２３５３３２号公報
【特許文献３】
特開２０００−３２４７０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１〜３に開示されている満充電判定方法は、充電電圧及び負荷が比較的安定したシステムにおいて、正確に蓄電池の満充電を判定することができる。しかし、車載用蓄電池及びその満充電判定装置においては、充電器（発電機）の出力電圧及び負荷が自動車の走行の状態等によって短時間に大きく変動するため、従来例１〜３の満充電判定方法では、正確に蓄電池の満充電を判定することができなかった。従来例１〜３の満充電判定方法は蓄電池の充電電流又は充電電流の時間微分値に基づいて蓄電池の満充電を判定するが、車載用蓄電池及びその満充電判定装置においては、判定条件である蓄電池の充電電流及び充電電流の時間微分値が、蓄電池の充電以外の原因によって短時間に大きく変動するからである。そのため、従来例の満充電判定方法を充電電圧又は負荷の変動が大きいシステム（例えば車載用蓄電池及びその満充電判定装置）に適用した場合、正確に満充電を判定することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システムにおいて、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システムにおいて、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
請求項１に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に前記蓄電池の充電電圧及び前記蓄電池の充電電流の測定を行った中で、
前記充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して前記条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記測定又は前記判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池及び満充電判定装置が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定装置である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の満充電判定装置と、前記満充電判定装置が満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を１００％に設定する残存容量推定部と、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定装置である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に前記蓄電池の充電電圧及び前記蓄電池の充電電流の測定を行った中で、
前記充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して前記条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記判定を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定方法である。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの請求項に記載の満充電判定方法を実行する満充電判定ステップと、前記満充電判定ステップで満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を１００％に設定する残存容量推定ステップと、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定方法である。
【００２３】
本発明は、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を実現できるという作用を有する。
【００２４】
本発明は、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を実現できるという作用を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。
【００２６】
《実施例１》
図１〜図４を用いて、本発明の実施例１の蓄電池の残存容量推定装置（満充電判定部を含む。）を説明する。実施例１の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。
【００２７】
図２は、本発明の実施例の電源システムの構成を示すブロック図である。図２において、２０１は発電機、２０２は負荷、２０３は鉛蓄電池、２０４は電流センサ、２０５は電流計測部、２０６は電圧計測部、２１０は発電機制御部、２１１はエンジン、２１２は残存容量推定装置である。残存容量推定装置２１２は、満充電判定部２０７、残存容量推定部２０８及び表示部２０９を有する。
【００２８】
発電機２０１は自動車のエンジン２１１によって駆動されて発電を行う。発電された電力は負荷２０２及び鉛蓄電池２０３に供給される。負荷２０２は、具体的にはエンジン始動用のセルモータ、オーディオ装置、エアコン、ランプ等である。鉛蓄電池２０３は走行中はほとんど常に定電圧充電されている。発電機２０１の出力が不足するエンジン始動時及び発電機２０１が停止するアイドルストップ中は、鉛蓄電池２０３が負荷２０２に電力を供給する。
【００２９】
電流センサ２０４は鉛蓄電池２０３に流れる電流を検出し、電流計測部２０５に出力する。電圧計測部２０６及び電流計測部２０５は０．２秒毎に電圧及び電流をそれぞれ計測し、１秒分（５個）の測定値の平均値を鉛蓄電池２０３の電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）として、１秒毎に満充電判定部２０７に出力する。
【００３０】
満充電判定部２０７は、電圧計測部２０６の測定電圧及び電流計測部２０５の測定電流を入力し、鉛蓄電池２０３が満充電状態か否かを判定し、判定結果を残存容量推定部２０８に送る。残存容量推定部２０８は、満充電判定部２０７の判定結果、電圧計測部２０６の測定電圧及び電流計測部２０５の測定電流を入力し、鉛蓄電池２０３の残存容量（ＳＯＣ）を推定する。残存容量推定部２０８は、満充電判定部２０７から鉛蓄電池２０３が満充電であるという判定結果を入力した時、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。その後残存容量推定部２０８は、鉛蓄電池２０３の充放電電圧及び充放電電流に基づいて、鉛蓄電池２０３の充放電電力量を積算し、その残存容量を推定する。
【００３１】
残存容量推定部２０８は、推定した残存容量の情報を表示部２０９と発電機制御部２１０とに送る。表示部２０９は、残存容量推定部２０８から送られた残存容量の情報に基づき、ユーザに残存容量を表示する。表示方法は任意である。実施例においては、表示部２０９は、残存容量が少ない場合に黄色のランプを点灯させ、残存容量が所定の値以下の場合（鉛蓄電池２０３がエンジンを始動させることが出来ない程その残存容量が少ない場合）に赤色のランプを点灯させる。
【００３２】
発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８から伝送された残存容量の情報に基づき、残存容量が１００％に達した時、発電機のステータに流す電流を下げ、発電機２０１の発電電圧を下げる。これにより、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。発電機制御部２１０は、残存容量が所定の値以下になった場合は、発電機のステータに流す電流を上げ、発電機２０１の発電電圧を上げる。これにより、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。
【００３３】
発電機２０１及び鉛蓄電池２０３から負荷２０２への電流は、エンジン始動時には数秒の間２００アンペア程度に達し（主としてセルモータの駆動電流である。）、エンジンが始動した後は、数１０アンペア以下で変動する。エンジンが始動した後も、動作条件に応じて負荷２０２は変動する（例えばランプがＯＮかＯＦＦか等）。発電機２０１の出力電圧及び出力電流は、エンジンの回転数等に応じて短時間で大きく変化する。従って、鉛蓄電池２０３の充電電流（又は放電電流）（Ｉ）及び充電電圧（又は放電電圧）（Ｖ）は、発電機２０１の出力変動及び負荷２０２の変動の影響を受けて、時間的に大きく変動する。
【００３４】
図３は、蓄電池の充電電圧及び充放電電流の時間変化を示す図である。電流は充電時に正の値になるように定義している。エンジン始動時と、アイドルストップ後のエンジン再始動時には１秒程度に渡って鉛蓄電池２０３が電力を放電し（電流が負の値になり）、電流計測部２０５の測定電流と電圧計測部２０６の測定電圧とはスパイク的に低下する。その他の走行時は、鉛蓄電池２０３はほぼ定電圧充電される。鉛蓄電池２０３が満充電に近づくにつれて、充電電流は漸減する。
【００３５】
図１は本発明の実施例１の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部２０７は、６０秒分（６０個）の電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）の測定値に基づいて、鉛蓄電池２０３の満充電判定を行う。
【００３６】
ステップ１０１で、電流と電圧の測定回数Ｎと満充電判定のための指数ｎに初期値０を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δｔを１秒に設定する。ステップ１０２でＮに１を加算する。ステップ１０３で、Ｎが６０より大きいか否か、つまり満充電判定のための測定時間が６０秒間を上回ったかどうか判断する。Ｎが６０より大きい場合はステップ１０９に進む。Ｎが６０以下の場合は、ステップ１０４に進む。
【００３７】
電圧計測部２０６は電圧Ｖを、電流計測部２０５は電流Ｉを満充電判定部２０７に出力する（ステップ１０４）。ステップ１０５で電圧Ｖが１３．７ボルト以上かつ１４．３ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ１０２に戻る。該当する場合はステップ１０６に進む。ステップ１０６で、電流Ｉが２アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ１０２に戻る。該当する場合はステップ１０７に進む。ステップ１０７で、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを測定時間間隔Δｔで除した値（充電電流の時間変化率又は微分値）が所定の閾値Ｃ以下か否か判断する。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩが所定の閾値Ｃ以下か否か判断しても良い。該当しない場合はステップ１０２に戻る。該当する場合はステップ１０８に進む。ステップ１０５、１０６及び１０７で行う判断に全て該当し、ステップ１０８まで進んだ場合、鉛蓄電池２０３が１秒間満充電状態であったと判断する。ｎに１を加算し、ステップ１０２に戻る。
【００３８】
電流と電圧を６０秒間計測し終わった場合、ステップ１０３からステップ１０９に進む。ステップ１０９でＮに対するｎの割合が０．８以上か否か判断する。つまり、６０秒間のうち８割以上が満充電状態であったか否か判断する。８割以上が満充電状態であった場合は、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態であると判定する（ステップ１１０）。８割未満が満充電状態であった場合は、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態でないと判定する（ステップ１１１）。ステップ１１２で満充電判定部２０７は、判定結果を残存容量推定部２０８に送る。処理を終了する。
【００３９】
残存容量推定部２０８は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界（ステータ電流）を制御する。鉛蓄電池２０３が満充電された場合、発電機２０１の発電電圧Ｖを下げ、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。鉛蓄電池２０３の残存容量が所定以下になると、発電機２０１の発電電圧Ｖを上げ、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。鉛蓄電池２０３の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部２１０はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【００４０】
図４は、ｎ／Ｎの満充電判定閾値と、その閾値で満充電を判定した時の鉛蓄電池の実際のＳＯＣとの関係を示す図である。図１のフローチャートにおいて、ｎ／Ｎの閾値を様々に変化させて満充電判定を行い（ステップ１０９）、満充電であると判定した時の鉛蓄電池の実際のＳＯＣを測定した（満充電と判定された鉛蓄電池から実際に取り出せる電力量を測定した。）。ｘ印が測定結果を示す。ｎ／Ｎが０．８以上では、ＳＯＣが９８％を越え、精度良く満充電判定できることがわかる。
【００４１】
充電効率は温度によって異なるので、ステップ１０６で使用する、電流の閾値に温度補正を施せば、満充電判定の精度が上がる。充電電圧が高い場合は、充電に要する時間が短縮されるので、ステップ１０３で使用するＮの閾値を小さくしてよい。満充電判定を行うためのその他の閾値及び電流と電圧の測定時間間隔は鉛蓄電池２０３及び走行条件によって変更する必要がある。
【００４２】
従来例２に開示されている二次電池の充電方法は、充電電流が設定値以下になったときに満充電判定を行う方法である。従って、図３のように鉛蓄電池２０３の電流が時間変化する場合、エンジン再始動時にも、満充電判定をしてしまう可能性があった。従来例１及び従来例３に開示されている方法は、充電電流の時間変化率が小さくなったときに満充電判定を行う。図３のようにエンジンの再始動が繰り返される場合には、電流の大きな変化が繰り返されるため、満充電判定部がいつまでも満充電と判定せず、蓄電池が過充電される恐れがあった。又、蓄電池の残存容量を誤って推定する恐れがあった。
【００４３】
満充電判定部２０７は、電流、電流の時間変化率及び電圧がすべて満充電判定のための条件を満たす回数が一定割合以上ある時に、鉛蓄電池２０３が満充電であると判断する。本発明によれば、図３のように電流と電圧とが激しく変動する場合にも、正確な満充電判定が可能である。
【００４４】
《実施例２》
図２及び図５を用いて、本発明の実施例２の蓄電池の残存容量推定装置（満充電判定部を含む。）を説明する。実施例２の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。実施例２の蓄電池の残存容量推定装置は、実施例１と同一のハードウエアを有する（図２）。図２については、実施例１において説明した。実施例２の蓄電池の残存容量推定装置は、満充電の判定方法のみが実施例１と異なる。それ以外の点において、実施例２は実施例１と同じである。以下、図５を用いて、実施例２の満充電判定方法を説明する。
【００４５】
図５は本発明の実施例２の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部２０７は、６０秒分（６０個）の電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）の測定値に基づいて、鉛蓄電池２０３の満充電判定を行う。
【００４６】
ステップ５０１で、電流と電圧の測定回数Ｎと満充電判定のための指数ｎに初期値０を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δｔを１秒に設定する。ΣΔＩに初期値０を代入する。ΣΔＩは、２回の電流の測定値の差ΔＩの総和である。ステップ５０２でＮに１を加算する。ステップ５０３で、Ｎが６０より大きいか否か、つまり満充電判定のための測定時間が６０秒間を上回ったかどうか判断する。Ｎが６０より大きい場合はステップ５０９に進む。Ｎが６０以下の場合は、ステップ５０４に進む。
【００４７】
電圧計測部２０６は電圧Ｖを、電流計測部２０５は電流Ｉを満充電判定部２０７に出力する（ステップ５０４）。ステップ５０５で電圧Ｖが１３．７ボルト以上かつ１４．３ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ５０２に戻る。該当する場合はステップ５０６に進む。ステップ５０６で、電流Ｉが２アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ５０２に戻る。該当する場合はステップ５０７に進む。ステップ５０７で、ｎに１を加算する。次に、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを積算する（ステップ５０８）。ΣΔＩは積算結果を示す。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを測定時間間隔Δｔで除した値（充電電流の時間変化率又は微分値）を積算しても良い。ステップ５０２に戻る。
【００４８】
電流と電圧を６０秒間計測し終わった場合、ステップ５０３からステップ５０９に進む。ステップ５０９でＮに対するｎの割合が０．８以上か否か判断する。つまり、６０秒間のうち８割以上が満充電状態であったか否か判断する。Ｎに対するｎの割合が０．８以上であった場合は、ステップ５１０に進む。ステップ５１０で、ΣΔＩをｎで割り、１３．７≦Ｖ≦１４．３（ステップ５０５）及びＩ≦２（ステップ５０６）の条件を満たす場合における、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩの平均値を算出する。ΣΔＩ／ｎが所定の閾値Ｃ以下か否かを判断する。ΣΔＩ／ｎが所定の閾値Ｃ以下であれば、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電であると判断する（ステップ５１１）。満充電判定部２０７は、判定結果を出力する（ステップ５１３）。処理を終了する。
【００４９】
ステップ５０９において、Ｎに対するｎの割合が０．８未満であった場合は、ステップ５１２に進む。ステップ５１０において、ΣΔＩ／ｎが所定の閾値Ｃより大きければ、ステップ５１２に進む。ステップ５１２において、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態でないと判断する。満充電判定部２０７は、判定結果を出力する（ステップ５１３）。処理を終了する。
【００５０】
残存容量推定部２０８は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界（ステータ電流）を制御する。鉛蓄電池２０３が満充電された場合、発電機２０１の発電電圧Ｖを下げ、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。鉛蓄電池２０３の残存容量が所定以下になると、発電機２０１の発電電圧Ｖを上げ、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。鉛蓄電池２０３の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部２１０はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【００５１】
実施例１及び２において、所定回数（Ｎ回）の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、所定の満充電の判定条件が満たされた割合が所定の値（０．８）以上であった場合、蓄電池が満充電であると判定した。所定回数（Ｎ回）の充電電圧及び充電電流の測定に代えて、所定時間内で充電電圧及び充電電流の測定を行い、その測定結果に基づいて満充電判定を行っても良い。所定の満充電の判定条件が満たされた割合を閾値とすることに代えて、所定の満充電の判定条件が満たされた回数若しくは時間を閾値としても良い。
【００５２】
《実施例３》
図２及び図６を用いて、本発明の実施例３の蓄電池の残存容量推定装置（満充電判定部を含む。）を説明する。実施例３の残存容量推定装置は車載用電源システムに組み込まれており、蓄電池は自動車用鉛蓄電池である。実施例２の蓄電池の残存容量推定装置は、実施例１と同一のハードウエアを有する（図２）。図２については、実施例１において説明した。実施例３の蓄電池の残存容量推定装置は、満充電の判定方法のみが実施例１と異なる。それ以外の点において、実施例３は実施例１と同じである。以下、図６を用いて、実施例３の満充電判定方法を説明する。
【００５３】
図６は本発明の実施例３の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャートである。満充電判定部２０７は、満充電状態が連続して一定時間（又は回数＝Ｄ）継続した場合に、鉛蓄電池２０３が真に満充電であると判定する。
【００５４】
ステップ６０１で、電流と電圧の測定回数Ｎと満充電判定のための指数ｍ及びｎに初期値０を代入する。電流と電圧の測定時間間隔Δｔを１秒に設定する。ステップ６０２で電圧計測部２０６は電圧Ｖを、電流計測部２０５は電流Ｉを満充電判定部２０７に出力する
【００５５】
ステップ６０３で電圧Ｖが１３．７ボルト以上かつ１４．３ボルト以下か否か判断する。該当しない場合はステップ６１１に進む。該当する場合はステップ６０４に進む。ステップ６０４で、電流Ｉが２アンペア以下か否か判断する。該当しない場合はステップ６１１に進む。該当する場合はステップ６０５に進む。ステップ６０５で、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩを測定時間間隔Δｔで除した値（充電電流の時間変化率又は微分値）が所定の閾値Ｃ以下か否か判断する。これに代えて、前回計測した電流と今回測定した電流の差ΔＩが所定の閾値Ｃ以下か否か判断しても良い。
【００５６】
ステップ６０５で、該当しない場合はステップ６１１に進む。該当する場合はステップ６０６に進む。ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断に全て該当し、ステップ６０６まで進んだ場合、鉛蓄電池２０３が１秒間満充電状態であったと判断する。ｎに１を加算し（ステップ６０６）、ｍを０に設定する（ステップ６０７）。ｎは鉛蓄電池２０３が満充電状態を継続した回数（時間）を意味し、ｍは鉛蓄電池２０３が満充電でない状態を継続した回数（時間）を意味する。
【００５７】
次にｎがＤ以上か否かを判断する（ステップ６０８）。Ｄは、鉛蓄電池２０３が満充電状態を継続した回数（時間）の閾値（例えばＤ＝１０）である。ｎがＤ以上であれば、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態であると判定する（ステップ６０９）。満充電判定部２０７は、ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断に全て該当する状態がＤ以上継続した場合に、鉛蓄電池２０３が満充電状態であると判定（ステップ６０９）、判定結果を出力する（ステップ６１０）。ステップ６０２に戻る。
【００５８】
ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断のいずれかに該当しないで、ステップ６１１まで進んだ場合、鉛蓄電池２０３が１秒間満充電でない状態であったと判断する。ｍに１を加算し（ステップ６１１）、ｎを０に設定する（ステップ６１２）。
【００５９】
次にｍがＤ以上か否かを判断する（ステップ６１３）。Ｄは、鉛蓄電池２０３が満充電でない状態を継続した回数（時間）の閾値（例えばＤ＝１０）である。ステップ６０８における閾値（満充電状態の継続回数の閾値）と、ステップ６１３における閾値（満充電でない状態の継続回数の閾値）とが異なる数値であっても良い。ｍがＤ以上であれば、満充電判定部２０７は、鉛蓄電池２０３が満充電状態でないと判定する（ステップ６１４）。満充電判定部２０７は、ステップ６０３、６０４及び６０５で行う判断において、いずれかに該当しない状態がＤ以上継続した場合に、鉛蓄電池２０３が満充電でない状態であると判定し（ステップ６１４）、判定結果を出力する（ステップ６１５）。ステップ６０２に戻る。
【００６０】
残存容量推定部２０８は、満充電であるという判定結果を入力した場合は、鉛蓄電池２０３の残存容量を１００％に設定する。発電機制御部２１０は、残存容量推定部２０８からの残存容量の情報に基づいて、モータの磁界（ステータ電流）を制御する。鉛蓄電池２０３が満充電された場合、発電機２０１の発電電圧Ｖを下げ、鉛蓄電池２０３の過充電を防止する。鉛蓄電池２０３の残存容量が所定以下になると、発電機２０１の発電電圧Ｖを上げ、鉛蓄電池２０３の充電を促進する。鉛蓄電池２０３の残存容量がエンジンを始動できる限度以下であれば、発電機制御部２１０はエンジンのアイドルストップを許可しない。
【００６１】
正確にＳＯＣを推定するためには、長時間の走行中に一定時間毎に鉛蓄電池２０３を充電し満充電判定を行い、ＳＯＣを１００％に設定（リセット）すると良い。エンジン始動時も、始動前の停車時の暗電流などによりＳＯＣが低下しているので、鉛蓄電池２０３を充電し満充電判定を行い、ＳＯＣを１００％に設定（リセット）すると良い。満充電判定は、前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に行うことが好ましい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行う満充電判定装置及び満充電判定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【００６３】
本発明によれば、充電器（発電機）が負荷に電力を供給しながら蓄電池を充電し、充電器の出力電圧及び負荷が短時間で大きく変動する電源システム（例えば車載用電源システム）において、蓄電池の満充電判定を高精度に行い、残存容量を高い精度で推定する残存容量推定装置及び残存容量推定方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【図２】本発明の実施例の電源システムの構成を示すブロック図
【図３】蓄電池の充電電圧及び充放電電流の時間変化を示す図
【図４】ｎ／Ｎの満充電判定閾値と満充電判定時の実際のＳＯＣとの関係を示す図
【図５】本発明の実施例２の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例３の電源システムにおける蓄電池の満充電判定方法を示すフローチャート
【符号の説明】
２０１ 発電機
２０２ 負荷
２０３ 鉛蓄電池
２０４ 電流センサ
２０５ 電流計測部
２０６ 電圧計測部
２０７ 満充電判定部
２０８ 残存容量推定部
２０９ 表示部
２１０ 発電機制御部
２１１ エンジン
２１２ 残存容量推定装置
Claims (10)
- 所定回数の若しくは所定時間内に前記蓄電池の充電電圧及び前記蓄電池の充電電流の測定を行った中で、
前記充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して前記条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置。 - 所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定装置。
- 前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記測定又は前記判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池の満充電判定装置。
- 前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池及び満充電判定装置が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定装置。
- 請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の満充電判定装置と、前記満充電判定装置が満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を１００％に設定する残存容量推定部と、を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定装置。
- 所定回数の若しくは所定時間内に前記蓄電池の充電電圧及び前記蓄電池の充電電流の測定を行った中で、
前記充電電圧が所定の範囲内の値であり、前記充電電流が所定値以下であり、且つ前記充電電流の時間微分若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値が所定値以下である条件が満たされた回数、割合若しくは時間が所定の値以上であった場合、又は所定時間若しくは所定回数連続して前記条件が満たされた場合、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法。 - 所定回数の若しくは所定時間内に蓄電池の充電電圧及び充電電流の測定を行った中で、前記充電電圧が所定の範囲内の値であり且つ前記充電電流が所定値以下である電圧電流条件を満たす回数、割合若しくは時間が所定の値以上であり、前記電圧電流条件を満たす場合における前記充電電流の時間微分の平均値若しくは前記充電電流の前回と今回との差分値の平均値が所定値以下である場合に、前記蓄電池が満充電であると判定することを特徴とする蓄電池の満充電判定方法。
- 前回の判定から所定時間以上の時間が経過し、且つ新たな充電開始時に前記判定を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の蓄電池の満充電判定方法。
- 前記蓄電池が自動車用鉛蓄電池であり、前記自動車用鉛蓄電池が自動車に搭載されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかの請求項に記載の蓄電池の満充電判定方法。
- 請求項６から請求項９のいずれかの請求項に記載の満充電判定方法を実行する満充電判定ステップと、
前記満充電判定ステップで満充電であると判定した時、前記蓄電池の残存容量を１００％に設定する残存容量推定ステップと、
を有することを特徴とする蓄電池の残存容量推定方法。
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