JP5081722B2 - 二次電池の充電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両に搭載される二次電池であるバッテリ等、二次電池の充電状態を適正に制御するための二次電池の充電制御装置に関する。

一般に、車両には、電源として二次電池であるバッテリ（蓄電池）が搭載され、特に、鉛バッテリ（蓄電池）が用いられることが多い。車両用バッテリ、特に鉛バッテリ（蓄電池）では、その電気化学的性質上現在の充電状態を知ることが困難である。しかしながら、車両の走行中等にエンジンにより交流発電機を駆動して充電することからバッテリの充電状態は車両の燃費にも関係し、また、車両に具備された各種の電気・電子機器に安定して電力を供給するためにも、バッテリを特定の充電状態に維持しておく必要性は高い。従って、現在の充電状態から上記特定の充電状態まで充電するために必要な充電時間等を正確に算出できるのが望ましい。

従来、携帯電話等の携帯型電子機器にも、電源として二次電池が用いられている。このような携帯型電子機器においても、通常の商用電源を使用する機器とは異なり、確実な動作を保証するために、二次電池の残容量を把握して正確な充放電時間を求めることが要求される。

そこで、充電又は放電時の電流を検出する電流検出手段と、充電又は放電時の相対時間と電流値を記憶する記憶手段と、相対時間と電流値の関数を近似する近似手段と、近似した関数と現在の残容量に基づき充放電完了時間を求める演算手段とを備え、記憶手段に記憶した相対時間と電流値に基づき関数を近似することで二次電池の充放電完了時間を求める二次電池の充電制御技術が提案されている。即ち、この従来例では、定電圧充電時の相対時間と電流値の関数を近似し、この近似関数から所定の充電電流値になる時点を求めることで、所定の充電電流になるまでの充電容量や充電時間を求めるものであり、これにより、電流値が変化している場合でも、その変化に応じた充放電時間の算出が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２４９７８８号公報

上記特許文献１記載の従来技術では、充電初期に求めた近似関数から電流値を予測して充電時間を求めるため、相対時間の経過につれて実測電流値からの誤差が生じるのは避けられない。従って、残容量が不足し充電時間が長くなるほど誤差も大きくなるため、充電容量を正確に検知することができないという問題がある。このような場合、誤った充電容量を用いれば、不適切な充電状態で二次電池を運用する虞があり、当該二次電池の寿命が低下する要因となる。

特に、上記特許文献１記載の従来技術を、車両用バッテリの充電に用いた場合、その実測電流値からの誤差が大きくなり、充電容量を精度良く検知することは困難である。従って、車両用バッテリの充電時間の算出に上記特許文献１記載の従来技術を用いると、バッテリの寿命が著しく低下し、更には車両の燃費も悪化させてしまう等多くの問題を生じる虞がある。

かかる観点から、例えば、車両に搭載される二次電池であるバッテリ等、二次電池の充電容量を精度良く算出することを可能とする技術の開発が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、車両に搭載される二次電池であるバッテリ等、二次電池の充電容量を精度良く算出し得る技術を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧により充電される二次電池と、前記二次電池の充放電電圧である調整電圧を制御するレギュレータと、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段を備える車両に使用され、前記二次電池の充電状態を制御する充電制御装置であって、
前記電圧検出手段により検出される前記二次電池の端子電圧が前記調整電圧に達し前記二次電池への定電圧充電が開始された後、所定時間内に前記電流検出手段により検出された複数時点の電流値と各相対時間を記憶する記憶手段と、
前記複数時点の電流値と各相対時間から近似関数を導出する近似関数導出手段と、
前記近似関数導出手段により導出された近似関数から所定の電流になるまでの積算容量を算出する積算容量算出手段と、
前記近似関数の所定の特性を検出する特性検出手段と、
前記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブルを参照し、発生する誤差を予測する誤差予測手段と、
前記誤差予測手段により予測された誤差に相当する分だけ前記積算容量算出手段により求めた積算容量を補正して充電容量を算出する誤差補正手段と、を有することを特徴とする車両用二次電池の充電制御装置。

手段１によれば、車両用二次電池の充電初期に求めた近似関数から電流値を予測し、相対時間の経過につれて実測電流値からの誤差が大きくなったとしても、前記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブルを参照し、予測された誤差に相当する分だけ補正するので、正確に充電容量を求めることができる。従って、誤った充電容量を用いた不適切な充電状態で運用する虞が無くなり、車両用二次電池の寿命が低下することを有効に防止することができる。

２．前記二次電池への定電圧充電は車両の始動直後に開始されることを特徴とする手段１に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段２によれば、車両の始動直後にバッテリ容量を増加させるための補充電を行う場合にも、補充電する容量を正確に算出することができる。

３．前記二次電池への定電圧充電は車両の走行中に開始されることを特徴とする手段１に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段３によれば、車両の走行中にバッテリ容量を増加させるための補充電を行う場合にも、補充電する容量を正確に算出することができる。

４．前記記憶手段には、前記調整電圧に達した後、一定時間が経過した時よりも後の複数時点の電流値と各相対時間が記憶されることを特徴とする手段２に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

車両の始動直後は、充電による容量上昇および分極生成以外の要因で電流が垂下することがあり、手段４によれば、このような段階で近似関数を導出することを避けることが可能である。

５．前記近似関数は、電流値をＩ、時間をｔとした時、Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）で表される指数関数であることを特徴とする手段１乃至４の何れかに記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段５によれば、充電される二次電池が鉛蓄電池であるのに応じた近似関数を得ることができる。

６．前記所定の特性は、傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）であることを特徴とする手段５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段６によれば、充電される二次電池が鉛蓄電池である場合に、誤差の発生に最も影響の大きい特性を考慮することができる。

７．前記所定の特性は、定数ａの値であることを特徴とする手段５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段７によれば、充電される二次電池が鉛蓄電池である場合に、誤差の発生に影響の大きい特性を考慮することができる。

８．前記所定の特性は、時定数ｂの値であることを特徴とする手段５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段８によれば、所定の充電時間内の中で特性の変化に応じた誤差予測を可能とすることができる。

９．前記特性検出手段は、前記近似関数の所定の特性として、傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）及び定数ａの値を検出し、前記テーブルには、傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）及び定数ａの値を組合わせて実測値からの誤差との対応関係を予め記憶してあることを特徴とする手段５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。

手段９によれば、傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）及び定数ａの値を組合わせることで、充電対象となる二次電池の残存容量如何に拘らず、より精度の高い誤差補正が可能となる。

１０．定電圧充電される二次電池の充電状態を制御する充電制御装置であって、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記定電圧充電が開始された後、所定時間内に前記電流検出手段により検出された複数時点の電流値と各相対時間を記憶する記憶手段と、
前記複数時点の電流値と各相対時間から近似関数を導出する近似関数導出手段と、
前記近似関数導出手段により導出された近似関数から前記二次電池に流れる電流が所定の電流値になるまでの積算容量を算出する積算容量算出手段と、
前記近似関数の所定の特性を検出する特性検出手段と、
前記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブルを参照し、発生する誤差を予測する誤差予測手段と、
前記誤差予測手段により予測された誤差に相当する分だけ前記積算容量算出手段により求めた積算容量を補正して充電容量を算出する誤差補正手段と、を有することを特徴とする二次電池の充電制御装置。

手段１０によれば、充電初期に求めた近似関数から電流値を予測し、相対時間の経過につれて実測電流値からの誤差が大きくなったとしても、前記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブルを参照し、予測された誤差に相当する分だけ補正するので、正確に充電容量を求めることができる。従って、誤った充電容量を用いた不適切な充電状態で二次電池を運用する虞が無くなり、二次電池の寿命が低下することを有効に防止することができる。

以下、本発明の二次電池の充電制御装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１には、本発明を車両用バッテリＢを充電制御するための充電制御装置に適用した実施形態の構成例が示されている。尚、車両用バッテリＢは、二次電池の一種である鉛蓄電池等により構成されている。

本実施形態に係る充電制御装置は、図１に示すように、交流発電機１１、整流器１２及びレギュレータ１３を備えている。交流発電機１１は、当該車両のエンジンＥにより駆動されて交流電圧を発生する。整流器１２は、交流発電機１１の交流電圧を整流して整流電圧を発生し、バッテリＢ及びレギュレータ１３に供給する。レギュレータ１３は、後述するマイクロコンピュータ１６により制御されて整流器１２の整流電圧を制御し、調整電圧としてバッテリＢ及び負荷Ｌに出力する。また、当該充電制御装置は、電流検出手段としての電流センサ１４、電圧検出手段としての電圧センサ１５及びマイクロコンピュータ１６を備えている。電流センサ１４は、バッテリＢに直列に接続された電流検出用抵抗Ｒｉにより充電電流や放電電流を検出する。電圧センサ１５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１６は、充電制御プログラムを図５にて示すフローチャートに従い実行する。このマイクロコンピュータ１６は、上記充電制御プログラムの実行中に電流センサ１４の検出値に基づきバッテリＢの充放電収支の算出、レギュレータ１３の制御に要する処理やデータの記憶処理などを行う。例えば、マイクロコンピュータ１６は、その内部にサンプリング回路、記憶回路及び時計等を含んでいる。マイクロコンピュータ１６内において、時計がサンプリング回路にサンプリングの時刻情報を与え、サンプリング回路が設定された所定のサンプリング周期にしたがって電流センサ１４で検出する充電電流や放電電流をサンプリングし、記憶回路がそのデータを充電／放電、時刻と共に記憶するようになっている。

本実施形態においては、車両始動直後にバッテリＢの補充電を行う場合について説明する。即ち、マイクロコンピュータ１６は、バッテリＢから常時給電されて作動状態にあるが、当該車両のイグニッションスイッチＩＧオンにより、充電制御プログラムの実行を開始する。尚、上記充電制御プログラムはマイクロコンピュータ１６内の図示しないＲＯＭに予め記憶されている。

ここで、本発明の基本的特徴（基本原理）について説明しておく。上述したように、従来技術の近似式を用いて充電容量を算出し充電時間を求める方法では、近似式にて予測する充電容量と実際に充電され得る容量（実測値）との間に誤差を生じ、その誤差は相対時間の経過につれて大きくなるため、当該バッテリの正確な充電容量を検知することができない。

そこで、本発明者らは、前述した近似式を用いる従来技術に対して、鉛蓄電池等の車両用バッテリに用いた場合における近似の精度を上げることを企図した。そして、かかる車両用バッテリでは後述する如き指数関数の近似式が得られ、特に当該近似式を特徴づける諸特性のうち、その傾きや時定数等を規定する項（係数）が、近似式にて予測する充電容量と実際に充電され得る容量（実測値）との間に発生する誤差に影響を与え、密接に関係することを見出した。

即ち、本実施形態では、まず、鉛蓄電池から成る車両用バッテリＢの充電容量の算出において、上述した従来技術と同様に、充電初期に検出した複数の電流値と相対時間とから近似式を求めたところ、電流値をＩ、時間をｔとした時、以下の数式（１）で表される指数関数が得られることが分かった。
［数１］ Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）―――――――――（１）

そして、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）において、その関数の所定の特性（近似関数を規定する各要素）が発生する誤差に密接に関係することを見出した。その関数の所定の特性とは、導出した近似式の接線の傾きや近似式の係数、及びそれらと関連するものを意味する。例えば、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の場合、所定の特性には、接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値、定数ａの値、時定数ｂの値が含まれる。

以下、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の所定の特性のうち、接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値が、発生する誤差に影響を与えることを、図２を用いて説明する。

図２は、鉛蓄電池から成る車両用バッテリＢに定電圧充電を行った場合の電流の時間による変化を表す図である。図２において、曲線Ｃは、車両用バッテリＢに定電圧充電を行った場合の衰下していく電流を表し、この曲線Ｃが示す電流値が目標とする充電状態である目的電流値Ｉｔａｒｇｅｔに到達すれば充電完了となる。しかしながら、充電時間の予測は必然的に充電初期において行う必要性が高いため、同図のグラフにおいて左上側に位置する充電初期の、傾きが急峻な段階で予測を行わざるを得ない。この場合、従来技術でも用いる近似式から積算容量に達する時間を予測する方式では、近似式の傾きが急であるが故に、いきおい本来の充電時間（実測値）Ｒよりも短い、前の時間が充電時間（積算値）Ｓとして求められてしまう傾向がある。このような場合には、本来の充電時間（実測値）Ｒから充電時間（積算値）Ｓを引いた差分に相当する誤差Ｅが発生することになる。即ち、鉛蓄電池から成る二次電池では、充電初期には、分極の発生が活発になり、電流の衰下の程度が大きく、従って、近似関数の曲線の傾きが大きくなる。しばらくして分極の発生が抑えられるようになると、電流の衰下の程度、従って、近似関数の曲線の傾きもなだらかになる。このため、充電初期において近似式を求めて目標電流値に達する時間を求めると、分極の影響を強く受けて不可避的に本来の時間よりも早い時間を近似してしまうことが多い。結果として、充電不足状態を生じてバッテリ寿命の低下を招く。

これに対して、本発明者らは、同図からも明らかなように、近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の特性のうち、接線ＴＬの傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値（電流の変化量に相当する）が発生する誤差の量を左右することを見出した。このように、接線ＴＬの傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値が発生する誤差に密接に関係するのは、特に、鉛蓄電池から成る二次電池では、接線の傾きが分極状態の進行の程度を表すからであり、分極が強い状態であればあるほど近似式を求めた場合の誤差が大きくなるからである。従って、この関係を近似式における近似の精度を向上させることに用いることができる。具体的には、鉛蓄電池から成る二次電池の充電初期では、分極状態の進行程度が大きいため、電流の衰下の程度が大きく、近似関数の接線の傾きが大きくなるが、この充電初期で近似する場合には、近似関数の接線の傾きで誤差の程度が決まることを用いて誤差の補正を行うことが必要且つ大変有効になる。

かかる関係を実験により実証するため、本発明者らは、ＳＯＣ（充電容量）や劣化の程度がそれぞれ異なる複数のバッテリを用意し、それぞれ上記近似関数を求めた上で上記の接線の傾きを用いて誤差を補正した充電を行い、実測値からの誤差を求めてグラフにしてみた。図３（ａ）は、導出した近似式（関数）の所定の特性と積算容量の実測値からの誤差との関係を示す一例であり、同図の場合には、品番、使用距離及び期間が異なる結果、定格容量［Ａｈ］や始動時内部抵抗が異なる、即ち、充電開始時のＳＯＣ（充電容量）や、劣化度合いが異なる車両用バッテリについて、導出した近似式（関数）の接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］と誤差［Ａｈ］との関係をプロットした図である。同図（ｂ）は、上記実験で使用した車両用バッテリの種類を示す表である。

同図（ｂ）に示すように、番号（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）の６個のバッテリを用意し、これらは、使用距離（当該バッテリを搭載した状態での車両の走行距離）と使用期間が同図に示す表のようにそれぞれ相違し、従って、定格容量［Ａｈ］や始動時内部抵抗も表のようにそれぞれ相違している。これらについて積算容量の実測値からの誤差と接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］との関係を複数点プロットし、これら複数のプロットした点に基づいて最小二乗法により接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］と誤差［Ａｈ］との関係を近似したところ同図（ａ）に破線で示す近似直線が得られた。例えば、同図（ａ）に示すように、接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］が−０．０１より小さいバッテリでは０．５未満の誤差を生じるだけであるが、接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］が−０．０２より大きくなるバッテリでは１以上の誤差を生じるようになる。同図（ａ）からも明らかなように、両者の関係は、例えば、接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］が２倍、３倍になれば、誤差も２倍、３倍に増加するという同図（ａ）の近似直線で表される比例関係にある。

従って、この図３（ａ）に示す近似直線（近似式）を図１に示したマイクロコンピュータ１６内の図示しないＲＯＭ等に格納し、或いはこの近似直線（近似式）に相当するテーブルを予め記憶しておくことで、誤差を補正することができる。

また、上記実験により、接線の傾き［Ａ／ｓｅｃ］と誤差［Ａｈ］との間の上記近似直線（近似式）で規定される比例関係は、バッテリの種類によらないこと、また、充電開始時のＳＯＣ（充電容量）如何によらないことが分かった。従って、誤差補正方法として十分実用に耐え得るものであることを確認することができた。

このように、本実施形態によれば、車両用二次電池の充電初期に求めた近似関数から電流値を予測し、相対時間の経過につれて実測電流値からの誤差が大きくなったとしても、上記のように求めた近似関数の所定の特性（例えば、その近似関数の接線の傾き）と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブル等を参照し、予測された誤差に相当する分だけ補正するので、正確に充電容量を求めることができる。従って、誤った充電容量を用いた不適切な充電状態で運用する虞が無くなり、車両用二次電池の寿命が低下することを有効に防止することができる。

ここで、本発明者らは、本実施形態の充電制御装置による誤差抑制の効果を実験により確認した。図４は、この実験結果をプロットした図である。同図に示すように、特に従来法では、充電開始ＳＯＣの低容量から高容量の場合に亘って充電不足側の誤差が多く見られたが、本発明法では充電不足及び過充電共に誤差が大幅に縮小していることが分かる。この結果、誤差の縮小に応じてバッテリ寿命も大幅に延長され得ることが明らかとなった。

以上のように、本実施形態によれば、近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブル等を参照し、予測された誤差に相当する補正を行うので、正確に充電容量を求めることができ、車両用二次電池の寿命を大幅に延ばすことができる。

また、本実施形態の充電制御装置を用いた車両用バッテリへの充電を車両の始動直後に開始することにより、車両始動前の放置状態で自己放電した電池容量を回復でき、車両をスムースに再始動することができる。また、車両始動前の放置状態で自己放電があった場合にも、始動時に電池の残存容量を所定値以上確保できると共に、二次電池の過充電を防止でき、燃費の悪化、電池の液べりを抑制できる。尚、車両の走行中に、車両用バッテリへの充電を行う場合にも、同様に適用でき、当該車両用バッテリへの充電容量を精度良く算出することができるのは勿論である。

さて、マイクロコンピュータ１６が実行する充電制御プログラムの処理について、図５を用いて説明する。

上述したように、図１のイグニッションスイッチＩＧオンにより、充電制御プログラムの実行が開始されると、まず、交流発電機１１がエンジンＥにより駆動されて交流電圧を発生し、この交流電圧が整流器１２により整流されてバッテリＢ及びレギュレータ１３に供給されることで、二次電池としてのバッテリＢへの充電が開始される（ステップＳ２１）。そして、電圧検出手段としての電圧センサ１５によりバッテリＢの端子電圧Ｖｂａｔｔが検出されるようになり（ステップＳ２２）、電圧判定手段としてのマイクロコンピュータ１６は、検出されたバッテリＢの端子電圧Ｖｂａｔｔが上述した調整電圧に達したか否かを判定する（ステップＳ２３）。調整電圧に達したか否かを判定するのは、バッテリＢの残存容量が極めて少ない場合等には交流発電機１１の最大能力に応じた定電流が流れ続け、電圧が調整電圧に達した後、その電流が衰下していくので、電流が衰下する前に近似しても意味が無いからである。バッテリＢの端子電圧Ｖｂａｔｔの検出は上述した調整電圧に達するまで継続され（ステップＳ２３でＮｏ）、このバッテリＢの端子電圧Ｖｂａｔｔが調整電圧に達したと判定された場合には（ステップＳ２３でＹｅｓ）、その後、一定時間経過するまで待機する（ステップＳ２４）。即ち、記憶手段としてのマイクロコンピュータ１６は、一定時間が経過するまで待機（図２参照）してから、所定時間（図２参照）内に電流検出手段としての電流センサ１４により検出される電流Ｉｃｖを複数点Ｉｃｖ１〜Ｉｃｖｎ（図２参照）、各相対時間と共に記憶する（ステップＳ２５）。このように、調整電圧に達した後一定時間経過するまで待機する（ステップＳ２４）のは、車両の始動直後は、充電による容量上昇および分極生成以外の要因で電流が垂下することがあり、このような段階で近似関数を導出することを避けるためである。即ち、図２に示したように、充電初期の特に最初のうちは上述した傾きも急峻であり、正確な近似が困難であるため、図２に示した、このような最初の部分が終了するまで待機するためである。マイクロコンピュータ１６は、複数点の電流値Ｉｃｖ１〜Ｉｃｖｎ（図２参照）と各相対時間から近似関数を導出する（ステップＳ２６）。ここで、マイクロコンピュータ１６は、充電時の相対時間と電流値の関数を近似し、例えば最小二乗法により、少なくとも３点以上の電流値Ｉｃｖ１〜Ｉｃｖｎ（図２参照）から充電電流値と相対時間の関数を近似する。

続いて、積算容量算出手段としてのマイクロコンピュータ１６は、近似関数導出手段により導出された近似関数から所定の電流になるまでの積算容量を算出する（ステップＳ２７）。次に、特性検出手段としてのマイクロコンピュータ１６が、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の所定の特性を検出する（ステップＳ２８）。

更に、マイクロコンピュータ１６は、誤差予測手段として、上記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブル或いはマップを参照し、発生する誤差を予測し（ステップＳ２９）、更に、誤差補正手段として、予測された誤差に相当する分だけ前記積算容量算出手段により求めた積算容量を補正し（ステップＳ３０）、これにより充電容量の算出が完了する（ステップＳ３１）。

マイクロコンピュータ１６は、誤差予測手段として、例えば、図３（ａ）に示した近似式に対応させたテーブルを使用して誤差を予測・算出する。ここで、上述したマイクロコンピュータ１６内の図示しないＥＥＰＲＯＭ等には、誤差予測手段として予め実験により求めた積算容量の実測値と上記近似関数より求めた（推定した）積算容量との誤差が求められ、上記所定の特性との対応関係を示すテーブルに記憶されている。

以上では、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）における所定の特性のうち、接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値を補正手段として用いることができることを説明した。この接線の傾きは、分極状態に影響される要素であるが、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）における所定の特性のうち、定数ａの値は、二次電池（バッテリ）の起電力に関係する要素として、同様に、補正手段として用いることが可能である。この点につき、図６を用いて説明する。二次電池に定電圧充電を行う場合には、外部から印加される電圧とその二次電池が有する起電力との差（電圧差）に相当する電流が流れる。図６に示す定数ａの値は、この電圧差を表す量であり、従って、定数ａの値が大きい程、その二次電池の充電開始時のＳＯＣ（充電容量）が低い、即ち、残存容量が少なく、大きな電流が流れることを表す。従って、定数ａの値が大きい程、電流値が目標とする充電状態である目的電流値Ｉｔａｒｇｅｔに到達して充電完了するのに時間がかかることになる。図６に示すように、この定数ａの値の大きさは、充電時間（積算値）の含む誤差に関係するので、誤差の補正に用いることが可能である。

また、上述した接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値は、分極状態の発生程度に関係し、充電初期からの時間に関係する量であるが、この定数ａの値は、充電開始時の残存容量に関係し、その時の二次電池の状態に関係する量であるので、このような物理的に異なる量を補正手段として組合わせることで、充電対象となる二次電池の残存容量如何に拘らず、より精度の高い誤差補正が可能となる。

更に、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）における所定の特性のうち、定数ｂの値は、電流の減少（衰下）の時定数であり、近似して求めた、上記接線の減少具合を表す量（時間に対する減衰量）を意味する。従って、物理的には分極状態に関係するものであり、上述した接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値に似た性質を有する。このため、定数ｂの値は、接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値よりも定数ａの値と組合わせることで、誤差補正の精度を高め得る可能性がある。

また、上記近似関数Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）における所定の特性のうち、上述した接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値が有効に機能するのは、充電初期の分極状態が比較的強い段階であり、この分極状態が安定すると時定数ｂの値が変わるため、上記接線の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）の値による誤差補正の程度を弱める等、誤差補正を複数回に分けて行う場合等に、この時定数ｂの値を用いることも考えられる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、車両用鉛バッテリ（蓄電池）に本発明を適用したが、車両用の二次電池であれば、例えば、リチウム・イオン電池やニッケル・水素電池等、鉛バッテリ以外のものでも良い。更に、本発明は、車両用の二次電池に限られず、広く二次電池一般にも適用可能である。

本発明は、二次電池の充電制御に広く適用可能である。

本発明の実施形態に係る車両用二次電池の充電制御装置の構成例を示す図である。 鉛蓄電池から成る車両用バッテリに定電圧充電を行った場合の電流の時間による変化を表す図である。 充電容量等の異なる複数の車両用鉛バッテリに対し、それぞれ近似関数を求めた上でその接線の傾きと近似関数から積算した充電時間と実測値に基づく充電時間との間の誤差を計測した実験結果を示す図であり、（ａ）は、導出した近似関数の接線の傾きと、近似関数から積算した充電時間と実測値に基づく充電時間との間の誤差との対応関係をプロットしたグラフであり、（ｂ）は、上記実験で使用した車両用鉛バッテリの種類を示す表である。 本発明の実施形態に係る車両用二次電池の充電制御装置の効果を実証するために行った実験結果を示すグラフである。 図１に示された車両用二次電池の充電制御装置におけるマイクロコンピュータが実行する充電制御処理を示すフローチャートである。 近似関数における所定の特性のうち、定数ａの値を積算容量の補正事項として用いる場合の有効性を説明するための図である。

符号の説明

１１ 交流発電機、１２ 整流器、１３ レギュレータ、１４ 電流センサ、１５ 電圧センサ、１６ マイクロコンピュータ、Ｂ バッテリ、Ｅ エンジン、Ｌ 負荷

Claims (10)

1. 交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧により充電される二次電池と、前記二次電池の充放電電圧である調整電圧を制御するレギュレータと、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段を備える車両に使用され、前記二次電池の充電状態を制御する充電制御装置であって、
   前記電圧検出手段により検出される前記二次電池の端子電圧が前記調整電圧に達し前記二次電池への定電圧充電が開始された後、所定時間内に前記電流検出手段により検出された複数時点の電流値と各相対時間を記憶する記憶手段と、
   前記複数時点の電流値と各相対時間から近似関数を導出する近似関数導出手段と、
   前記近似関数導出手段により導出された近似関数から所定の電流になるまでの積算容量を算出する積算容量算出手段と、
   前記近似関数の所定の特性を検出する特性検出手段と、
   前記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブルを参照し、発生する誤差を予測する誤差予測手段と、
   前記誤差予測手段により予測された誤差に相当する分だけ前記積算容量算出手段により求めた積算容量を補正して充電容量を算出する誤差補正手段と、を有することを特徴とする車両用二次電池の充電制御装置。
2. 前記二次電池への定電圧充電は車両の始動直後に開始されることを特徴とする請求項１に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
3. 前記二次電池への定電圧充電は車両の走行中に開始されることを特徴とする請求項１に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
4. 前記記憶手段には、前記調整電圧に達した後、一定時間が経過した時よりも後の複数時点の電流値と各相対時間が記憶されることを特徴とする請求項２に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
5. 前記近似関数は、電流値をＩ、時間をｔとした時、Ｉ＝ａ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）で表される指数関数であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
6. 前記所定の特性は、前記近似関数の傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）であることを特徴とする請求項５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
7. 前記所定の特性は、前記近似関数の定数ａの値であることを特徴とする請求項５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
8. 前記所定の特性は、時定数ｂの値であることを特徴とする請求項５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
9. 前記特性検出手段は、前記近似関数の所定の特性として、傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）及び定数ａの値を検出し、前記テーブルには、傾きａ*ｂ*ｅｘｐ（ｂ*ｔ）及び定数ａの値を組合わせて実測値からの誤差との対応関係を予め記憶してあることを特徴とする請求項５に記載の車両用二次電池の充電制御装置。
10. 定電圧充電される二次電池の充電状態を制御する充電制御装置であって、
    前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記定電圧充電が開始された後、所定時間内に前記電流検出手段により検出された複数時点の電流値と各相対時間を記憶する記憶手段と、
    前記複数時点の電流値と各相対時間から近似関数を導出する近似関数導出手段と、
    前記近似関数導出手段により導出された近似関数から前記二次電池に流れる電流が所定の電流値になるまでの積算容量を算出する積算容量算出手段と、
    前記近似関数の所定の特性を検出する特性検出手段と、
    前記近似関数の所定の特性と実測値からの誤差との対応関係を予め記憶したテーブルを参照し、発生する誤差を予測する誤差予測手段と、
    前記誤差予測手段により予測された誤差に相当する分だけ前記積算容量算出手段により求めた積算容量を補正して充電容量を算出する誤差補正手段と、を有することを特徴とする二次電池の充電制御装置。

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