JP5158872B2 - バッテリ状態検知方法、状態検知装置及びバッテリ電源システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの状態検知を行うバッテリ状態検知方法等に関し、特にバッテリの充電状態を検知するバッテリ状態検知方法、状態検知装置及びバッテリ電源システムの技術分野に関するものである。

近年、自動車の安全性、快適性の一層の向上のために多くの電気デバイスが用いられており、これに対応して搭載されるバッテリ電源の重要性がますます高まっている。一例として、電動ブレーキに代表される安全系の部品が電気で制御されるようになってきており、また省エネや二酸化炭素の排出規制等に対応して、交差点などでアイドリングストップが行われるようになっている。このように、バッテリ電源の重要性が高まるのに伴って、バッテリの充電率を高精度に推定する技術が強く望まれている。

鉛バッテリの充電率を推定する方法として、バッテリの安定時の開放端電圧（ＯＣＶ）を用いる方法が知られている。ここで、開放端電圧とは、バッテリの両端子が開放されて通電されていないときの電圧である。液式の鉛バッテリにおいては、充放電によって充電率（ＳＯＣ）とともに電解液濃度が変化するが、充放電を長時間停止すると電解液濃度が均一化してバッテリの安定状態が得られる。このときの電圧が安定開放端電圧（安定ＯＣＶ）であり、この安定ＯＣＶとＳＯＣとの間には略線形の関係があることが知られている。この関係を用いることにより、ＯＣＶの測定値からＳＯＣを推定することができる。

液式の鉛バッテリでは、放電時に極板表面で水が発生する一方充電時には硫酸が発生するため、両者の比重差により電解液が不均一となる。すなわち、充放電中は水と硫酸との比重差により、比重の重い硫酸が下に沈殿する一方水が上方に溜まって成層化が形成される。このような成層化が形成されると、硫酸濃度の高い下層部の影響でＯＣＶが高めに検出されてしまう。成層化は、充放電を行わない状態で時間とともに徐々に解消され、ＯＣＶが安定電圧に収束していく。しかし、充放電終了からの経過時間が十分でないと安定電圧とは異なるＯＣＶを測定してしまい、正しいＳＯＣを推定できなくなってしまうといった問題がある。

安定ＯＣＶを精度良く推定して充電率を求める方法が、例えば特許文献１に開示されている。ここでは、二次電池のＯＣＶの時間特性を近似する４次以上の指数減衰関数の係数を決定し、少なくとも決定した係数に基づき二次電池のＯＣＶの収束値を求め、ＯＣＶの収束値に基づき充電率を推定している。

特開２００５−４３３３９

しかしながら、特許文献１に記載の検出方法では、成層化による電圧上昇幅が考慮されておらず、成層化の生じているバッテリに適用した場合はＳＯＣの推定誤差が著しく増大するといった問題がある。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、充放電による充電量の変化速度に基づいて成層化による電圧上昇幅を高精度に推定することにより、バッテリの状態検知を高精度に行うバッテリ状態検知方法、状態検知装置及びバッテリ電源システムを提供することを目的とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の第１の態様は、バッテリの成層化による電圧上昇幅を推定して状態検知を行うバッテリ状態検知方法であって、前記バッテリの充放電による充電量Ｘの所定の単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎充電変化量ΔＸと前記充放電に伴う成層化による前記電圧上昇幅Ｖｓの前記単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓとの相関を予め第１の相関式で表現し、前記バッテリの電流を前記単位時間ΔＴ毎に測定して電流測定値を取得し、前記電流測定値を用いて前記単位時間毎充電変化量ΔＸを算出し、該単位時間毎充電変化量ΔＸを前記第１の相関式に代入して前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを推定し、該単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを前回算出された前記電圧上昇幅Ｖｓに加算して前記電圧上昇幅Ｖｓを更新することを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記第１の相関式は、前記単位時間毎充電変化量ΔＸが正（充電）の場合には、前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓが正で前記単位時間毎充電変化量ΔＸに対し正の第１の比例係数Ｋ１で略比例して変化し、前記単位時間毎充電変化量ΔＸが負（放電）の場合には、前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓが負となり、前記単位時間毎充電変化量ΔＸの絶対値｜ΔＸ｜が小さいときはΔＶｓの絶対値｜ΔＶｓ｜が｜ΔＸ｜の増加とともに比較的大きく増大し、所定のΔＸで最大となった後は｜ΔＶｓ｜が緩やかに減少することを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記充電量Ｘ及び単位時間毎充電変化量ΔＸとして、前記バッテリの充電率ＳＯＣ及び前記単位時間ΔＴにおける前記ＳＯＣの変化量（単位時間毎充電率変化量とする）ΔＳＯＣを用いることを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記充電量Ｘ及び単位時間毎充電変化量ΔＸとして、前記バッテリの充放電電気量Ｑ及び前記単位時間ΔＴにおける前記Ｑの変化量（単位時間毎充放電電気量変化量とする）ΔＱを用いることを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記第１の相関式の１つ以上の係数を、前記バッテリの電流及び温度の少なくともいずれか一方の関数で表すことを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記電流測定値の絶対値が所定の電流閾値以下の場合には、前記電流閾値以下の状態の継続時間の関数である第１の減衰演算式を用いて前記電圧上昇幅Ｖｓを減衰させることを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記第１の減衰演算式の１つ以上の係数を、前記バッテリの温度の関数で表すことを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記バッテリが満充電状態であると判定されかつ充電が継続されている場合には、前記満充電状態に達してからの経過時間の関数である第２の減衰演算式を用いて前記電圧上昇幅Ｖｓを減衰させることを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記充電率ＳＯＣが所定の基準値以上となるか、あるいは前記バッテリの電圧を測定して取得した電圧測定値が所定値以上でかつ前記電流測定値との間で所定の相関条件が成立するときに前記満充電状態であると判定することを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記相関条件は、前記電流測定値が前記電圧測定値に対応して決定される電流判定値より小さい時に成立することを特徴とする。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記成層化による電圧上昇幅Ｖｓを、少なくとも１つの補正量としてバッテリの安定電圧を求めることを特徴とする。ここでの安定電圧とは、安定開放端電圧（安定ＯＣＶ）とは異なり、バッテリの端子に負荷が接続された状態において、実質的に充放電を長時間停止したときの電圧であり、成層化の影響がない電圧である。

この発明のバッテリ状態検知方法の他の態様は、前記バッテリの充電率ＳＯＣと前記安定電圧とを予め第２の相関式で表現し、前記第２の相関式に前記算出された安定電圧を代入して前記充電率ＳＯＣを推定することを特徴とする。安定電圧とＳＯＣとの間には略線形の関係があり、この関係を第２の相関式として用いることにより、安定電圧からＳＯＣを推定することができる。

この発明のバッテリ状態検知装置の第１の態様は、バッテリの電圧、電流、及び温度を測定する状態検知センサと、前記バッテリの充放電による充電量Ｘの所定の単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎充電変化量ΔＸと前記充放電に伴う電圧上昇幅Ｖｓの前記単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓとの相関を表す第１の相関式を事前に記憶する記憶部と、前記状態検知センサから電流測定値及び電圧測定値を取得し、前記電流測定値を用いて前記単位時間毎充電変化量ΔＸを算出し、算出された前記単位時間毎充電変化量ΔＸを前記第１の相関式に代入して前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを推定し、推定された前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを前回算出された前記電圧上昇幅Ｖｓに加算して前記電圧上昇幅Ｖｓを更新し、前記電圧測定値から前記電圧上昇幅Ｖｓを減算して安定電圧を算出する演算処理部と、を備えることを特徴とする。

この発明のバッテリ電源システムの第１の態様は、前記バッテリと、上記に記載のバッテリ状態検知装置と、を備えることを特徴とする。

本発明のバッテリ状態検知方法、状態検知装置及びバッテリ電源システムによれば、充放電による充電量の変化速度に基づいて成層化による電圧上昇幅を高精度に推定することで、バッテリの状態検知を高精度に行うことが可能となる。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態におけるバッテリ状態検知方法、バッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムの構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明のバッテリ状態検知方法は、液式バッテリにおいて、バッテリの充放電履歴による成層化で生じる電圧上昇幅を高精度に推定するために、運転時には所定の単位時間毎に充放電電流による充電量の変化量（変化速度に相当）を求め、この変化量から単位時間における成層化による電圧上昇幅の変化量（変化速度に相当）を推定し、このような単位時間での電圧上昇幅変化量を積算して成層化による電圧上昇幅を推定している。そして、充放電による分極の影響がない状態において、この電圧上昇幅で電圧測定値を補正することにより、成層化の影響を除外した安定電圧を求めている。この安定電圧を用いることにより、バッテリの状態検知を高精度に行うことが可能となる。

バッテリの状態検知を行う方法として、上記のようにして求めた安定電圧から、所定の相関式を用いてバッテリの充電量を推定し、この充電量に基づいてバッテリが十分な充電量を有しているか、あるいは充電を行う必要があるかを判定することができる。バッテリの充電量としては、バッテリの充電率（ＳＯＣ）を用いることができ、あるいはバッテリの充放電電気量Ｑを用いてもよい。以下では、一例として充電率ＳＯＣを用いて説明する。

液式バッテリでは、充電時に生成された硫酸が沈殿して成層化が形成されるが、この成層化は以下の状態のときに徐々に解消される。
・充放電を休止している間に、沈殿した硫酸が時間の経過とともに拡散する。
・放電により、比重（硫酸濃度）の高い下層の硫酸が消費される。
・満充電後も充電を継続することで、水の電気分解で生じたガスにより電解液が攪拌される。
このように、バッテリの成層化の状態は、充放電に伴って複雑な変化を示す。

本発明の第１の実施の形態に係るバッテリ状態検知方法を以下に説明する。本実施形態のバッテリ状態検知方法では、上記のような成層化の変化に伴う単位時間毎のバッテリ電圧上昇幅の変化量を推定し、これを積算して成層化による電圧上昇幅を求めており、充放電が行われていない状態においてこの電圧上昇幅を電圧測定値から差し引くことにより、成層化の影響を除外した安定電圧を推定している。充放電による成層化の変化に伴う電圧上昇幅を高精度に推定するために、本実施形態のバッテリ状態検知方法では図１に例示するようなバッテリの特性を用いている。

バッテリ内に形成される成層化は、それまでの充放電の履歴によって複雑に変化するため、一時点だけの電流、電圧で成層化による電圧上昇幅を推定することはできない。しかしながら、発明者は、所定の単位時間における充電率の変化量（充電率変化速度）と電圧上昇幅の変化量（電圧上昇幅変化速度）との間に、図１に例示するような相関があることを見出した。

図１では、単位時間ΔＴ［ｓ］における充電率の変化量（単位時間毎充電率変化量）をΔＳＯＣ（横軸）で表し、単位時間ΔＴ［ｓ］における電圧上昇幅の変化量（単位時間毎電圧上昇幅変化量）をΔＶｓ（左縦軸）で表したときの両者の相関を符号１０のグラフで示している。また、ΔＶｓのΔＳＯＣに対する比（ただしここでは絶対値｜ΔＳＯＣ｜に対する比としている）を符号１１のグラフであわせて示している（右縦軸）。バッテリの電流を充電時を正とし放電時を負としてＩ［Ａ］と表した時、単位時間ΔＴ［ｓ］だけ電流Ｉで充電または放電したときの単位時間毎充電率変化量ΔＳＯＣは、
ΔＳＯＣ＝Ｉ×（ΔＴ／３６００）／Ｃnom×１００
で与えられる。ここで、Ｃnom［Ａｈ］はバッテリの満充電時の容量を示している。

図１に示した単位時間毎充電率変化量ΔＳＯＣと単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓとの相関は、バッテリの満充電容量Ｃnomや温度、単位時間ΔＴの長さ、等によって変化する。図１は、一例としてＣnom＝４０［Ａｈ］のバッテリで、ΔＴ＝０．１秒としたときの相関を示している。また、バッテリ温度を２５℃としている。

図１では、まずΔＳＯＣが正となる充電時は、ΔＶｓも正となって成層化による電圧上昇幅Ｖｓが大きくなることを示している。充電時は、ΔＶｓの｜ΔＳＯＣ｜に対する比が一定（グラフ１１）となっており、ΔＳＯＣが大きくなるのにつれてΔＶｓも比例して大きくなる（グラフ１０）ことから、急速充電になるほど単位時間当たりの硫酸生成量が増大してΔＶｓが大きくなることがわかる。

一方、ΔＳＯＣが負となる放電時は、ΔＶｓが負となって成層化による電圧上昇幅Ｖｓを低減させていく。特に、放電電流Ｉが低くΔＳＯＣが０とΔＶｓが最小となるΔＳＯＣ１の間にあるときは、ΔＳＯＣの絶対値を大きくするほどΔＶｓの絶対値も大きくなる（グラフ１０）。ΔＳＯＣ１よりさらに放電電流を大きくしていくと、ΔＶｓの絶対値は逆に緩やかに小さくなっていく。ΔＶｓの｜ΔＳＯＣ｜に対する比は（グラフ１１）、｜ΔＳＯＣ｜が０に近いところでその絶対値が急激に小さくなっており、｜ΔＳＯＣ｜に比べて｜ΔＶｓ｜の変化が急激に小さくなることを示している。｜ΔＳＯＣ｜がさらに大きくなると、ΔＶｓの｜ΔＳＯＣ｜に対する比は緩やかに０に近付き、ΔＶｓはΔＳＯＣ１で最小となった後緩やかに０に近づいていく。これより、ΔＳＯＣがΔＳＯＣ１程度となるように放電を行うことで、ΔＶｓが最小となってＶｓの減少が最も速くなることがわかる。このとき、成層化が最も短時間で解消される。

本実施形態のバッテリ状態検知方法では、図１に示した単位時間毎充電率変化量ΔＳＯＣと単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓとの相関を第１の相関式ΔＶｓ＝Ｆ１（ΔＳＯＣ）で表し、ΔＳＯＣを第１の相関式に代入してΔＶｓを算出している。第１の相関式は、ΔＳＯＣが正のときは正の第１の比例係数Ｋ１を用いて
ΔＶｓ＝Ｋ１×ΔＳＯＣ
と表すことができる。また、ΔＳＯＣが負のときは、ΔＳＯＣ１でΔＶｓが最小となる下に凸の関数（ｆ１とする）を用いて表すことができる。

第１の相関式ΔＶｓ＝Ｆ１（ΔＳＯＣ）は、バッテリの電流Ｉ及び温度Ｔempの少なくともいずれか一方の関数で表される係数を１つ以上有している。例えば、図１に示した第１の相関式ΔＶｓ＝Ｆ１（ΔＳＯＣ）の第１の比例係数Ｋ１や関数ｆ１の係数、等がバッテリの温度Ｔempによって変化する場合には、これらを温度Ｔempの関数とすることができる。

充放電が行われている運転状態においては、成層化による電圧上昇幅Ｖｓが上記の第１の相関式Ｆ１を用いて算出される一方、電流測定値Ｉｍの絶対値が所定の電流閾値Ｉｔｈ以下で充放電が実質的に行われていない状態（以下では休止状態という）では、図２に示すように、運転状態のときに算出された電圧上昇幅Ｖｓが時間とともに減衰していく。

図２では、横軸を休止状態になってからの経過時間とし、縦軸を休止状態となった時点のＶｓを１に正規化した時の電圧上昇幅の変化を示している。これより、本実施形態では図２に示すＶｓの減衰を、第１の減衰演算式Ｇ１を用いて近似している。第１の減衰演算式Ｇ１として、例えば指数関数を用いることができる。第１の減衰演算式Ｇ１は、バッテリの温度Ｔemp等によって変化する可能性があることから、第１の減衰演算式Ｇ１の１以上の係数をバッテリ温度Ｔempの関数とすることができる。

本実施形態のバッテリ状態検知方法では、走行時のように充放電が行われている状態においては、単位時間ΔＴを周期として、電流測定値Ｉｍから単位時間毎充電率変化量ΔＳＯＣを算出し、これを第１の相関式ΔＶｓ＝Ｆ１（ΔＳＯＣ）に代入して単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを算出し、前回の周期までで算出された電圧上昇幅Ｖｓに今回算出したΔＶｓを加算してＶｓを更新する。また、充電率ＳＯＣについても、それまでのＳＯＣにΔＳＯＣを加算して更新する。走行状態では、このＳＯＣを用いて充電状態を判定させることができる。

一方、バッテリが休止状態の場合には、運転状態において算出された電圧上昇幅Ｖｓを、休止状態での経過時間に従って第１の減衰演算式Ｇ１を用いて減衰させる。そして、バッテリの状態検知を行うタイミングにおいて、電圧測定値Ｖｍから電圧上昇幅Ｖｓを減算することにより、成層化の影響を除外した安定電圧Ｖｔを算出する。この安定電圧Ｖｔをもとに、バッテリの状態検知を高精度に行うことができる。例えば、安定電圧Ｖｔを所定の閾値Ｖｔｈと比較し、Ｖｔが閾値Ｖｔｈ以上の場合にはバッテリ状態が良好と判定し、閾値Ｖｔｈ未満の場合には充電が必要と判定させることができる。

休止状態におけるバッテリの別の状態検知方法として、上記で推定した安定電圧Ｖｔから充電率ＳＯＣを推定し、運転状態の場合と同様に充電率ＳＯＣを用いて状態検知を行う方法がある。この場合、推定した充電率ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣｔｈ以上の場合にはバッテリ状態が良好と判定し、閾値ＳＯＣｔｈ未満の場合には充電が必要と判定させることができる。安定電圧Ｖｔから充電率ＳＯＣを推定する方法として、図３に示すような相関を用いる方法がある。図３に示す相関を第２の相関式Ｆ２で表現し、第２の相関式Ｆ２に安定電圧Ｖｔを代入することにより充電率ＳＯＣを算出するようにすることができる。図３において、閾値ＳＯＣｔｈと閾値Ｖｔｈとは第２の相関式Ｆ２を満たしている。

本実施形態のバッテリ状態検知方法の処理の流れを、図４に示す流れ図を用いて説明する。本実施形態のバッテリ状態検知方法は、バッテリの充放電が行われる運転状態のときと、充放電が実質的に停止されている休止状態のときとで処理方法が異なっている。運転状態のときは、単位時間ΔＴを周期として上記説明の単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを推定する処理が行われるのに対し、休止状態のときは、電圧上昇幅Ｖｓの減衰を評価することから、必ずしも単位時間ΔＴの周期で処理を行う必要はない。以下では、運転状態時の処理周期をΔＴ１（＝ΔＴ）とし、休止状態時の処理周期をΔＴ２とする。

運転状態における処理として、周期的な処理の前に、まずステップＳ１で第１の相関式Ｆ１を記憶装置等から読み込む。つぎのステップＳ２において、所定の状態検知センサからバッテリの電圧測定値Ｖｍ及び電流測定値Ｉｍを取得する。
ステップＳ３では、周期ΔＴ１の間の充電率変化量ΔＳＯＣを算出する。つぎのステップＳ４では、第１の相関式ΔＶｓ＝Ｆ１（ΔＳＯＣ）にステップＳ３で算出したΔＳＯＣを代入して単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを算出する。続くステップＳ５において、前回の周期までに積算された電圧上昇幅ＶｓにステップＳ４で算出されたΔＶｓを加算して電圧上昇幅Ｖｓを更新する。さらにステップＳ６では、ステップＳ３で算出された充電率変化量ΔＳＯＣを前回の周期までに積算された充電率ＳＯＣに加算してこれを更新する。

ステップＳ７では、更新された充電率ＳＯＣを所定の閾値ＳＯＣｔｈと比較し、ＳＯＣがＳＯＣｔｈより大きいときにはバッテリ状態（バッテリの充電率）が良好であると判定する（ステップＳ８）一方、ＳＯＣがＳＯＣｔｈ以下のときには充電が必要と判定する（ステップＳ９）。さらに、ステップＳ１０においてバッテリが休止状態に移行したか否かを判定する。一例として、電流測定値Ｉｍの絶対値が所定の電流閾値Ｉｔｈ以下のときを休止状態と判定し、この場合には休止状態時の処理を行うため、ステップＳ１１に進む。これに対し休止状態でないと判定された場合には、次の周期においてステップＳ２からの処理を繰り返す。

ステップＳ１０において休止状態であると判定された場合、周期的な処理を開始する前に、まずステップＳ１１において第１の減衰演算式Ｇ１を記憶装置等から読み込む。次のステップＳ１２において、第１の減衰演算式Ｇ１を用いて時間ΔＴ２の間に減衰する電圧上昇幅Ｖｓを算出してこれを更新する。次のステップＳ１３において、バッテリが運転状態に移行したか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１０における判定と同様にして行うことができる。

ステップＳ１３において、休止状態が継続されていると判定されると、次の周期においてステップＳ１２の処理を繰り返す。これに対し、ステップＳ１３において運転状態に移行したと判定されると、ステップＳ１４以降でバッテリの状態検知を行った後、運転状態における処理を行うためにステップＳ１に進む。なお、ここではバッテリの状態検知を運転状態への移行時に行うようにしているが、状態検知のタイミングはこれに限定されず、たとえばステップＳ１２の電圧上昇幅Ｖｓを更新した直後に周期的に行わせるようにしてもよい。

バッテリの状態検知の処理として、ステップＳ１４で第２の相関式Ｆ２を記憶装置等から読み込み、ステップＳ１５で状態検知センサからバッテリの電圧測定値Ｖｍを取得する。そして、ステップＳ１６において電圧測定値Ｖｍから電圧上昇幅Ｖｓを減算して安定電圧Ｖｔを算出し、ステップＳ１７で第２の相関式Ｆ２に安定電圧Ｖｔを代入することで充電率ＳＯＣを算出する。この充電率ＳＯＣは、運転状態への移行時の初期の充電率として用いられる。また、運転状態でのステップＳ７〜Ｓ９と同様にして状態検知を行うこともできる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係るバッテリ状態検知方法を以下に説明する。本実施形態では、第１の実施形態の処理に加えて、バッテリが満充電であるか否かを判定し、満充電状態であると判定された場合には、さらに充電が継続されているかを判定して所定の処理を行うようにしている。

バッテリが満充電状態にあるときにさらに充電を行うと、電解液に含まれる水が充電電流で電気分解されてガス（水素と酸素）を放出する。この発生ガスによって電解液が攪拌されることで、成層化の解消が促進されることになる。そこで、本実施形態では満充電後も充電が継続されていると判定すると、成層化による電圧上昇幅Ｖｓを第２の減衰演算式Ｇ２を用いて減衰させるようにしている。第２の減衰演算式Ｇ２は、満充電状態に達してからの充電継続時間Ｔ１の関数として、たとえば指数関数を用いて表すことができる。

バッテリが満充電状態にあるとの判定は、たとえば前回の周期で推定された充電率ＳＯＣを所定の基準値ＳＯＣｎと比較し、ＳＯＣが基準値ＳＯＣｎ以上のときに満充電状態であると判定させることができる。あるいは、電圧測定値が所定値以上でかつ電流測定値との間で所定の相関条件を満たすときに満充電状態であると判定させることもできる。

満充電状態を判定させる上記の相関条件として、電圧から電流判定値を算出する相関式を事前に作成しておき、この相関式に電圧測定値を代入してその時の電流判定値を求め、電流測定値がこれより小さい時に満充電状態であると判定させる。

上記の通り、満充電状態においてさらに充電が行われる可能性がある場合には、満充電状態で充電が継続されているかを検知させるようにし、これが検知されると充電継続時間に基づいて電圧上昇幅Ｖｓを減衰させるようにすることで、安定電圧Ｖｔをさらに高精度に推定することが可能となる。なお、車載用バッテリ等で満充電後は充電を行わないように構成されている場合には、本実施形態の処理は不要となる。

本発明の実施形態に係るバッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムを、図５を用いて以下に説明する。本実施形態のバッテリ電源システム１００は、バッテリ１０１と本実施形態のバッテリ状態検知装置１１０とを有している。また、本実施形態のバッテリ状態検知装置１１０は、状態検知センサ１１１と演算処理部１１２と記憶部１１３とを有している。

状態検知センサ１１１は、バッテリ１０１の電圧、電流、温度を測定するそれぞれ電圧センサ１１１ａ、電流センサ１１１ｂ、温度センサ１１１ｃを備えている。記憶部１１３は、演算処理部１１２での演算に必要な第１の相関式Ｆ１、第２の相関式Ｆ２等を事前に記憶する。

演算処理部１１２は、記憶部１１３から第１の相関式Ｆ１、第２の相関式Ｆ２等を読み込んだ後、単位時間ΔＴを周期として上記いずれかの実施形態のバッテリ状態検知方法による処理を行う。すなわち、単位時間ΔＴ毎に、状態検知センサ１１１からバッテリ１０１の電圧、電流等を読み込み、例えば図４に示した処理手順に従ってバッテリ１０１の充電率ＳＯＣを推定して状態検知を行う。これにより、バッテリ１０１の充電不足を早期に検出することが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るバッテリ状態検知方法、状態検知装置及びバッテリ電源システムの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるバッテリ状態検知方法等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態に係るバッテリ状態検知方法で用いる単位時間毎充電率変化量と単位時間毎電圧上昇幅変化量との相関を示すグラフである。 成層化による電圧上昇幅の充放電停止後の変化の一例を示すグラフである。 安定電圧と充電率との相関を示すグラフである。 第１の実施形態に係るバッテリ状態検知方法の処理の流れを示す流れ図である。 本発明の実施形態に係るバッテリ状態検知装置及びバッテリ電源システムの概略の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ バッテリ電源システム
１０１ バッテリ
１１０ バッテリ状態検知装置
１１１ 状態検知センサ
１１１ａ 電圧センサ
１１１ｂ 電流センサ
１１１ｃ 温度センサ
１１２ 演算処理部
１１３ 記憶部

Claims (14)

1. バッテリの成層化による電圧上昇幅を推定して状態検知を行うバッテリ状態検知方法であって、
   前記バッテリの充放電による充電量Ｘの所定の単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎充電変化量ΔＸと前記充放電に伴う成層化による前記電圧上昇幅Ｖｓの前記単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓとの相関を予め第１の相関式で表現し、
   前記バッテリの電流を前記単位時間ΔＴ毎に測定して電流測定値を取得し、
   前記電流測定値を用いて前記単位時間毎充電変化量ΔＸを算出し、
   該単位時間毎充電変化量ΔＸを前記第１の相関式に代入して前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを推定し、
   該単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを前回算出された前記電圧上昇幅Ｖｓに加算して前記電圧上昇幅Ｖｓを更新する
   ことを特徴とするバッテリ状態検知方法。
2. 前記第１の相関式は、前記単位時間毎充電変化量ΔＸが正（充電）の場合には、前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓが正で前記単位時間毎充電変化量ΔＸに対し正の第１の比例係数Ｋ１で略比例して変化し、前記単位時間毎充電変化量ΔＸが負（放電）の場合には、前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓが負となり、前記単位時間毎充電変化量ΔＸの絶対値｜ΔＸ｜が小さいときはΔＶｓの絶対値｜ΔＶｓ｜が｜ΔＸ｜の増加とともに比較的大きく増大し、所定のΔＸで最大となった後は｜ΔＶｓ｜が緩やかに減少する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態検知方法。
3. 前記充電量Ｘ及び単位時間毎充電変化量ΔＸとして、前記バッテリの充電率ＳＯＣ及び前記単位時間ΔＴにおける前記ＳＯＣの変化量（単位時間毎充電率変化量とする）ΔＳＯＣを用いる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ状態検知方法。
4. 前記充電量Ｘ及び単位時間毎充電変化量ΔＸとして、前記バッテリの充放電電気量Ｑ及び前記単位時間ΔＴにおける前記Ｑの変化量（単位時間毎充放電電気量変化量とする）ΔＱを用いる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ状態検知方法。
5. 前記第１の相関式の１つ以上の係数を、前記バッテリの電流及び温度の少なくともいずれか一方の関数で表す
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバッテリ状態検知方法。
6. 前記電流測定値の絶対値が所定の電流閾値以下の場合には、前記電流閾値以下の状態の継続時間の関数である第１の減衰演算式を用いて前記電圧上昇幅Ｖｓを減衰させる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバッテリ状態検知方法。
7. 前記第１の減衰演算式の１つ以上の係数を、前記バッテリの温度の関数で表す
   ことを特徴とする請求項６に記載のバッテリ状態検知方法。
8. 前記バッテリが満充電状態であると判定されかつ充電が継続されている場合には、前記満充電状態に達してからの経過時間の関数である第２の減衰演算式を用いて前記電圧上昇幅Ｖｓを減衰させる
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のバッテリ状態検知方法。
9. 前記充電率ＳＯＣが所定の基準値以上となるか、あるいは前記バッテリの電圧を測定して取得した電圧測定値が所定値以上でかつ前記電流測定値との間で所定の相関条件が成立するときに前記満充電状態であると判定する
   ことを特徴とする請求項８に記載のバッテリ状態検知方法。
10. 前記相関条件は、前記電流測定値が前記電圧測定値に対応して決定される電流判定値より小さい時に成立する
    ことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ状態検知方法。
11. 前記成層化による電圧上昇幅Ｖｓを、少なくとも１つの補正量としてバッテリの安定電圧を求める
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のバッテリ状態検知方法。
12. 前記バッテリの充電率ＳＯＣと前記安定電圧とを予め第２の相関式で表現し、前記第２の相関式に前記算出された安定電圧を代入して前記充電率ＳＯＣを推定する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ状態検知方法。
13. バッテリの電圧、電流、及び温度を測定する状態検知センサと、
    前記バッテリの充放電による充電量Ｘの所定の単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎充電変化量ΔＸと前記充放電に伴う電圧上昇幅Ｖｓの前記単位時間ΔＴにおける変化量である単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓとの相関を表す第１の相関式を事前に記憶する記憶部と、
    前記状態検知センサから電流測定値及び電圧測定値を取得し、前記電流測定値を用いて前記単位時間毎充電変化量ΔＸを算出し、算出された前記単位時間毎充電変化量ΔＸを前記第１の相関式に代入して前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを推定し、推定された前記単位時間毎電圧上昇幅変化量ΔＶｓを前回算出された前記電圧上昇幅Ｖｓに加算して前記電圧上昇幅Ｖｓを更新し、前記電圧測定値から前記電圧上昇幅Ｖｓを減算して安定電圧を算出する演算処理部と、を備える
    ことを特徴とするバッテリ状態検知装置。
14. 前記バッテリと、請求項１３に記載のバッテリ状態検知装置と、を備える
    ことを特徴とするバッテリ電源システム。

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