JP5888209B2 - 蓄電装置診断システム及び蓄電装置診断方法 - Google Patents

蓄電装置診断システム及び蓄電装置診断方法 Download PDF

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Description

本発明は、蓄電装置を診断する蓄電装置診断システム及び蓄電装置診断方法に関する。
従来、車両用バッテリの理論内部抵抗値と実内部抵抗値との偏差に基づいて鉛蓄電池の劣化度を推定する充電制御装置が知られている(特許文献1参照。)。この充電制御装置は、エンジン始動時に測定した鉛蓄電池の電圧等に基づいて実内部抵抗値を算出する。
通常、鉛蓄電池は、長持ちさせるためには満充電の状態を維持することが望ましいため、高い蓄電レベル(例えば、充電状態(SOC:State Of Charge)で表される充電レベルである。)を保つように充電される。
特許文献1の充電制御装置も、SOCのレベルの低下を検知した場合には、鉛蓄電池の劣化度を考慮して決定される目標充電電圧が達成されるまで充電処理を実行し、低下したSOCのレベルを速やかに復元させている。そのため、この充電制御装置は、エンジン始動時の高いSOCのレベルにある鉛蓄電池の電圧等に基づいて実内部抵抗値を取得し、その実内部抵抗値と理論内部抵抗値との偏差に基づいて鉛蓄電池の劣化度を推定することとなる。
特開2007−244007号公報
しかしながら、鉛蓄電池が高いSOCのレベルにある場合には、その鉛蓄電池の劣化の度合いにかかわらず、実内部抵抗値における差が現れにくい。具体的には、劣化していない(新品の)鉛蓄電池の実内部抵抗値と、劣化が進んだ鉛蓄電池の実内部抵抗値とが共に測定誤差の範囲内に入ってしまう場合がある。そのため、特許文献1の充電制御装置は、鉛蓄電池の劣化度を高い精度で推定することができない。
上述の点に鑑み、本発明は、蓄電装置の劣化をより高精度に推定できる蓄電装置診断システム及び蓄電装置診断方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る蓄電装置診断システムは、蓄電装置を診断する蓄電装置診断システムであって、前記蓄電装置の蓄電レベルを取得する蓄電レベル取得部と、前記蓄電装置の蓄電レベルを制御する蓄電レベル制御部と、前記蓄電装置の劣化度を推定する劣化度推定部と、を有し、前記蓄電レベル制御部は、前記劣化度推定部が前記蓄電装置の劣化度を推定する際に、前記蓄電装置の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、前記蓄電装置の蓄電レベルを下げ、前記劣化度推定部は、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の劣化度を推定する。
また、本発明の実施例に係る及び蓄電装置診断方法は、蓄電装置を診断する蓄電装置診断方法であって、前記蓄電装置の蓄電レベルを取得する蓄電レベル取得ステップと、前記蓄電装置の蓄電レベルを制御する蓄電レベル制御ステップと、前記蓄電装置の劣化度を推定する劣化度推定ステップと、を有し、前記蓄電レベル制御ステップでは、前記劣化度推定ステップにおいて前記蓄電装置の劣化度を推定する際に、前記蓄電装置の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、前記蓄電装置の蓄電レベルを下げ、前記劣化度推定ステップでは、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の劣化度を推定する。
上述の手段により、本発明は、蓄電装置の劣化をより高精度に推定できる蓄電装置診断システム及び蓄電装置診断方法を提供することができる。
本発明の実施例に係る蓄電装置診断システムの構成例を示すブロック図である。 劣化時内部抵抗値と基準内部抵抗値との関係を示す図である。 劣化度推定処理の流れを示すフローチャートである。 蓄電レベル制御処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態の説明を行う。
図1は、本発明の実施例に係る蓄電装置診断システム100の構成例を示すブロック図である。蓄電装置診断システム100は、エンジン駆動の車両又は電動モータ駆動の車両に搭載される、蓄電装置2を診断する車載システムであり、制御装置1、蓄電装置2、電力供給装置3、電気負荷4を主な構成要素として含む。
制御装置1は、電力供給装置3及び電気負荷4を制御することによって、蓄電装置2の蓄電レベルを制御する装置であり、本実施例では、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備えたコンピュータである。制御装置1は、例えば、後述の蓄電レベル取得部10、劣化度推定部11、及び蓄電レベル制御部12の各機能要素に対応するプログラムをROMから読み出してRAMに展開し、各機能要素に対応する処理をCPUに実行させる。なお、各機能要素に対応するプログラムは、通信ネットワークを通じてダウンロードされてもよく、記録媒体に記録された状態で提供されてもよい。
蓄電装置2は、電気を蓄積する車載装置である。本実施例では、蓄電装置2は、鉛蓄電池等の車載低電圧バッテリであり、主に電気負荷4に含まれる補機を駆動するために用いられる。また、蓄電装置2は、電力供給装置3が供給する電気を蓄積(充電)し、充電した電気を電気負荷4に対して供給(放電)する。なお、車載低電圧バッテリの「低電圧」は、車両走行用モータに電力を供給する車載高電圧バッテリの「高電圧」に比べて低いことを意味する。
蓄電装置2は、電流計及び電圧計を含み、電流計及び電圧計が所定周期で繰り返し測定する値を制御装置1に対して出力する。
電力供給装置3は、蓄電装置2に対して電力を供給する車載装置であり、例えば、エンジン(図示せず。)からの機械的運動エネルギを交流の電気エネルギに変換するオルタネータである。
また、電力供給装置3は、制御装置1からの制御指令に応じて蓄電装置2に対する充電量を制御する。具体的には、電力供給装置3としてのオルタネータは、制御装置1からの制御指令に応じて発電電圧を下げ或いは発電を停止することによって蓄電装置2に対する充電量を減少させ或いは消失させる。電気負荷4等への放電を行う蓄電装置2に対する充電量を減少させ或いは消失せることによって、蓄電装置2のSOCのレベルを低下させるためである。
また、電力供給装置3は、車載高電圧バッテリの高電圧を蓄電装置2に適合する低電圧に変換するDC−DCコンバータであってもよい。この場合、電力供給装置3としてのDC−DCコンバータは、制御装置1からの制御指令に応じて電圧変換を停止し或いは出力電圧を下げることによって蓄電装置2に対する充電量を減少させ或いは消失させる。電気負荷4等への放電を行う蓄電装置2に対する充電量を減少させ或いは消失せることによって、蓄電装置2のSOCのレベルを低下させるためである。
電気負荷4は、蓄電装置2から電力の供給を受けて作動する車載電装品であり、例えば、ワイパ、ランプ、ナビゲーション装置等の補機類を含む。
また、電気負荷4は、制御装置1からの制御指令に応じて蓄電装置2からの放電量を制御する。具体的には、電気負荷4は、制御装置1からの制御指令に応じて作動を開始し或いは作動内容を変更することで消費電力を増大させることによって蓄電装置2からの放電量を増加させる。蓄電装置2からの放電量を増加させることによって、蓄電装置2のSOCのレベルを低下させるためである。
次に、制御装置1で動作する機能要素について説明する。
蓄電レベル取得部10は、蓄電装置2の蓄電レベルを取得する機能要素である。本実施例では、蓄電レベル取得部10は、蓄電装置2の電圧を測定する電圧計の出力と、蓄電装置2に出入りする電流を測定する電流計の出力とに基づいて蓄電装置2のSOCのレベルを算出する。具体的には、蓄電レベル取得部10は、無負荷時の蓄電装置2の開放電圧と、電流計の出力の積算値とに基づいてSOCのレベルを算出する。なお、SOCのレベルは、他の方法で算出されてもよい。
劣化度推定部11は、蓄電装置2の劣化度を推定する機能要素である。本実施例では、劣化度推定部11は、蓄電装置2の実内部抵抗値と、蓄電装置2の基準内部抵抗値との差(以下、「内部抵抗差」とする。)に基づいて蓄電装置2の劣化度を推定する。
「実内部抵抗値」は、蓄電装置2の現在の内部抵抗値であり、例えば、蓄電装置2における電圧計の出力と電流計の出力とに基づいて算出される。具体的には、実内部抵抗値は、無負荷時の蓄電装置2の開放電圧と、負荷時の蓄電装置2の電圧と、負荷時に蓄電装置から流れる負荷電流とに基づいて算出される。なお、実内部抵抗値は、他の方法で算出されてもよく、抵抗測定器が測定する値であってもよい。
「基準内部抵抗値」は、劣化していない蓄電装置2(例えば新品の蓄電装置2である。)の内部抵抗値であり、例えば、制御装置1のROMに予め登録される。
図2は、劣化が進んだ蓄電装置2の内部抵抗値(以下、「劣化時内部抵抗値」とする。)と基準内部抵抗値との関係を示す図であり、縦軸に内部抵抗値[mΩ]を配し、横軸にSOC[%]を配する。また、太い実線で示す推移が基準内部抵抗値の推移を表し、太い破線で示す推移が劣化時内部抵抗値の推移を表す。また、2本の細い実線で示す範囲は、基準内部抵抗値の測定誤差の範囲を表し、2本の細い破線で示す範囲は、劣化時内部抵抗値の測定誤差の範囲を表す。
図2に示すように、基準内部抵抗値及び劣化時内部抵抗値は何れもSOCのレベルが上昇するにつれて減少する。
また、図2に示すように、基準内部抵抗値は、SOCのレベルにかかわらず劣化時内部抵抗値より小さく、基準内部抵抗値と劣化時内部抵抗値との間の差は、SOCのレベルが低下するにつれて増加する。具体的には、SOCが50[%]のときの基準内部抵抗値と劣化時内部抵抗値との間の差D1は、SOCが90[%]のときの基準内部抵抗値と劣化時内部抵抗値との間の差D2よりもよりも顕著に大きい。この傾向は、主に、負極活物質のサルフェーション(結晶性硫酸鉛の蓄積)に起因する。
また、図2は、SOCのレベルが70[%]以上になると、基準内部抵抗値の測定誤差の上限が、劣化時内部抵抗値の測定誤差の下限より大きくなることを示す。これは、SOCのレベルが高い程、内部抵抗差に基づく劣化度の推定精度が低下することを表す。
そこで、劣化度推定部11は、蓄電装置2の蓄電レベルが所定レベル以下となったときに蓄電装置2の劣化度を推定する。具体的には、劣化度推定部11は、蓄電レベル取得部10が算出する蓄電装置2のSOCのレベルを監視し、蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベル(例えば、50[%]である。)以下となったときに、内部抵抗差に基づいて劣化度を推定する。
そして、劣化度推定部11は、内部抵抗差が所定値以上の場合に、蓄電装置2の劣化度が顕著であると判断し、その旨を操作者に知らせる。具体的には、劣化度推定部11は、車載スピーカ、車載ディスプレイ等を通じてその旨を操作者に知らせる。なお、劣化度推定部11は、推定した現在の劣化度を車載ディスプレイに表示してもよい。
一方で、劣化度推定部11は、蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベルより高い場合には劣化度を推定しない。上述の通り、推定精度が低くなってしまうためである。この場合、劣化度推定部11は、蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベル以下となるまで待機する。具体的には、劣化度推定部11は、例えば、SOC目標値を低SOCに設定することによって、制御装置1による蓄電装置2の蓄電レベルの制御を開始させ、蓄電装置2のSOCのレベルを低下させる。その後、劣化度推定部11は、蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベル以下となったときに蓄電装置2の劣化度を推定する。
「SOC目標値」とは、蓄電装置2のSOCのレベルを能動的に制御する際の制御目標値であり、制御装置1は、SOC目標値が設定されると、蓄電装置2の充放電量を調整することによって蓄電装置2のSOCのレベルがSOC目標値になるようにする。
「低SOC」とは、蓄電装置2の劣化度を推定する際にSOC目標値として設定される値であり、内部抵抗差が比較的大きな値となるよう、比較的低い値が採用される。本実施例では、所定レベル(蓄電装置2の劣化度の推定を行う条件として用いられる値)以下の値が採用され、その所定レベルの値と関連付けて予め登録されている。SOC目標値が低SOCに設定された場合に蓄電装置2のSOCのレベルが確実にその所定レベル未満となるようにするためである。なお、その所定レベルの値が低SOCとして用いられてもよい。
蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2の蓄電レベルを制御する機能要素である。本実施例では、蓄電レベル制御部12は、劣化度推定部11が蓄電装置2の劣化度を推定する際に、蓄電装置2の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、蓄電装置2の蓄電レベルを下げる。
具体的には、蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、蓄電装置2に接続される電力供給装置3に対して制御指令を出力し、電力供給装置3による蓄電装置2に対する電力供給量を減少或いは消失させる。
より具体的には、蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、電力供給装置3としてのオルタネータに対して制御指令を出力し、オルタネータによる発電を停止させ、或いは、オルタネータの発電電圧を低下させる。
或いは、蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、電力供給装置3としてのDC−DCコンバータに対して制御指令を出力し、DC−DCコンバータによる電圧変換を停止させ、或いは、DC−DCコンバータの出力電圧を低下させる。
また、蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、蓄電装置2に接続される電気負荷4に対して制御信号を出力し、電気負荷4の消費電力を増大させる。
具体的には、蓄電レベル制御部12は、電気負荷4に対して制御信号を出力し、非作動状態(スイッチオフ状態)にある電気負荷4を作動状態(スイッチオン状態)にし、或いは、作動状態にある電気負荷4を流れる消費電流を増大させる。
このようにして、蓄電レベル制御部12は、電力供給装置3による充電量の減少又は消失、及び、電気負荷4による放電量の増加のうちの少なくとも一方を実行して、蓄電装置2の蓄電レベルを下げるようにする。
次に、図3を参照しながら、制御装置1が蓄電装置2の劣化度を推定する処理(以下、「劣化度推定処理」とする。)について説明する。なお、図3は、劣化度推定処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、制御装置1の蓄電レベル取得部10は、蓄電装置2のSOCのレベルを取得する(ステップS1)。
その後、制御装置1は、蓄電レベル取得部10が取得した蓄電装置2のSOCのレベルと、ROMに記憶された所定レベルAとを比較する(ステップS2)。所定レベルAは、例えば、50[%]である。
蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベルAより大きいと判定した場合(ステップS2のNO)、制御装置1の劣化度推定部11は、SOC目標値を低SOCに設定する(ステップS3)。なお、低SOCは、所定レベルA以下の値である。
蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベルA以下であると判定した場合(ステップS2のYES)、制御装置1の劣化度推定部11は、実内部抵抗値を取得する(ステップS4)。
その後、劣化度推定部11は、取得した実内部抵抗値と、ROMに記憶された基準内部抵抗値との差である内部抵抗差を算出し(ステップS5)、算出した内部抵抗差と、ROMに記憶された所定値Bとを比較する(ステップS6)。なお、所定値Bは、例えば、蓄電装置2のSOCのレベルに関連付けて予めROMに記憶されており、SOCのレベルが低い程大きい値となる。
内部抵抗差が所定値B以上であると判定した場合(ステップS6のYES)、劣化度推定部11は、蓄電装置2の劣化が顕著であると判断し、車載スピーカ、車載ディスプレイ等を通じて、その旨を操作者に知らせる(ステップS7)。
一方、内部抵抗差が所定値B未満であると判定した場合(ステップS6のNO)、劣化度推定部11は、蓄電装置2の劣化が顕著でないと判断し、何らの通知を行うことなく今回の劣化度推定処理を終了させる。なお、劣化度推定部11は、内部抵抗差の値にかかわらず、その内部抵抗差に基づいて推定される劣化度の値を車載ディスプレイに表示してもよい。この場合の劣化度の値は、例えば、蓄電装置2のSOCのレベルと、内部抵抗差の大きさとに関連付けて予めROMに記憶されている。
次に、図4を参照しながら、制御装置1の蓄電レベル制御部12が蓄電装置2の蓄電レベルを制御する処理(以下、「蓄電レベル制御処理」とする。)について説明する。なお、図4は、蓄電レベル制御処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、蓄電レベル制御部12は、SOC目標値を取得し(ステップS11)、SOC目標値が低SOCに設定されたか否かを判定する(ステップS12)。
SOC目標値が低SOCに設定されていないと判定した場合(ステップS12のNO)、蓄電レベル制御部12は、今回の蓄電レベル制御処理を終了する。蓄電装置2の劣化度の推定が行われないため、蓄電装置2のSOCのレベルを低下させる必要がないからである。
劣化度推定部11によりSOC目標値が低SOCに設定されたと判定した場合(ステップS12のYES)、蓄電レベル制御部12は、電力供給装置3としてのオルタネータに対して制御信号を出力し、オルタネータによる発電を停止させる(ステップS13)。蓄電装置2の充電量を消失させるためである。また、蓄電レベル制御部12は、電気負荷4に対して制御信号を出力し、非作動状態にある電気負荷4の作動を開始させ、或いは、作動状態にある電気負荷4の消費電力を増加させる(ステップS14)。蓄電装置2の放電量を増加させるためである。なお、蓄電レベル制御部12は、オルタネータによる発電を停止させる代わりに、オルタネータの発電電圧を低下させてもよい。
その後、蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2のSOCのレベルがSOC目標値以下となるまで、蓄電レベル取得部10が取得する蓄電装置2のSOCのレベルを監視する(ステップS15)。このとき、図3に示すように、劣化度推定部11は、蓄電装置2のSOCのレベルが所定レベルA未満となった場合に、内部抵抗差に基づいて蓄電装置2の劣化度を推定する。
その後、蓄電装置2のSOCのレベルがSOC目標値以下になったと判定した場合(ステップS15のYES)、蓄電レベル制御部12は、ステップ13で停止したオルタネータによる発電を再開し(ステップS16)、蓄電装置2の充電量を増大させる。また、蓄電レベル制御部12は、ステップ14で実行した電気負荷4による消費電力の増大を中止し(ステップS17)、蓄電装置2の放電量を減少させる。蓄電装置2のSOCのレベルを上昇させるためである。なお、蓄電レベル制御部12は、オルタネータの発電電圧を低下させていた場合には、オルタネータの発電電圧を元のレベルにまで上昇させる。
このようにして、蓄電レベル制御部12は、劣化度推定部11による蓄電装置2の劣化度の推定が高精度に行われるよう、蓄電装置2のSOCのレベルを一時的に且つ意図的に低SOCのレベル(所定レベルA以下のレベル)まで低下させる。
以上の構成により、蓄電装置診断システム100は、蓄電装置2のSOCを意図的に所定レベル以下とした上で蓄電装置2の劣化度を推定する。そのため、蓄電装置診断システム100は、劣化度の推定精度を向上させることができる。
また、蓄電装置診断システム100は、蓄電装置2のSOCを意図的に所定レベル以下とするので、長期駐車後、或いは、エンジン停止中に電装品を使用した後等の特定のタイミングに限らず、任意のタイミングで劣化度を高精度で推定することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上述の実施例では、蓄電レベル制御部12は、蓄電装置2のSOCのレベルを意図的に低下させるために、電力供給装置3の制御による蓄電装置2の充電量の消失又は減少と、電気負荷4の制御による蓄電装置2の放電量の増加とを同時に実行する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、蓄電レベル制御部12は、電力供給装置3の制御による蓄電装置2の充電量の消失又は減少、及び、電気負荷4の制御による蓄電装置2の放電量の増加のうちの一方のみを実行してもよい。
1・・・制御装置 2・・・蓄電装置 3・・・電力供給装置 4・・・電気負荷 10・・・蓄電レベル取得部 11・・・劣化度推定部 12・・・蓄電レベル制御部 100・・・蓄電装置診断システム

Claims (6)

  1. 所定レベルより高い蓄電レベルを保つように充電される鉛蓄電池としての蓄電装置を診断する蓄電装置診断システムであって、
    前記蓄電装置の蓄電レベルを取得する蓄電レベル取得部と、
    前記蓄電装置の蓄電レベルを制御する蓄電レベル制御部と、
    前記蓄電装置の劣化度を推定する劣化度推定部と、を有し、
    前記蓄電レベル制御部は、前記劣化度推定部が前記蓄電装置の劣化度を推定する際に、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベルより高いときに、前記蓄電装置の蓄電レベルを下げ、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の蓄電レベルを上げ、
    前記劣化度推定部は、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の劣化度を推定する、
    蓄電装置診断システム。
  2. 前記蓄電レベル制御部は、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベルより高いときに、前記蓄電装置に接続される電気負荷の消費電力を増大させる、
    請求項1に記載の蓄電装置診断システム。
  3. 前記蓄電レベル制御部は、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベルより高いときに、前記蓄電装置に接続される電力供給装置による前記蓄電装置に対する電力供給量を減少或いは消失させる、
    請求項1又は2に記載の蓄電装置診断システム。
  4. 前記電力供給装置は、オルタネータであり、
    前記蓄電レベル制御部は、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベルより高いときに、前記蓄電装置に接続される前記オルタネータによる発電を停止し、或いは、該オルタネータの発電電圧を下げる、
    請求項3に記載の蓄電装置診断システム。
  5. 蓄電装置を診断する蓄電装置診断システムであって、
    前記蓄電装置の蓄電レベルを取得する蓄電レベル取得部と、
    前記蓄電装置の蓄電レベルを制御する蓄電レベル制御部と、
    前記蓄電装置の劣化度を推定する劣化度推定部と、を有し、
    前記蓄電レベル制御部は、前記劣化度推定部が前記蓄電装置の劣化度を推定する際に、前記蓄電装置の蓄電レベルが所定レベルより高いときに、前記蓄電装置としての低電圧バッテリと高電圧バッテリとの間に接続されるDC−DCコンバータによる電圧変換を停止し、或いは、該DC−DCコンバータの出力電圧を下げることで該DC−DCコンバータによる前記蓄電装置に対する電力供給量を減少或いは消失させ、前記蓄電装置の蓄電レベルを下げ
    前記劣化度推定部は、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の劣化度を推定する、
    電装置診断システム。
  6. 所定レベルより高い蓄電レベルを保つように充電される鉛蓄電池としての蓄電装置を診断する蓄電装置診断方法であって、
    前記蓄電装置の蓄電レベルを取得する蓄電レベル取得ステップと、
    前記蓄電装置の蓄電レベルを制御する蓄電レベル制御ステップと、
    前記蓄電装置の劣化度を推定する劣化度推定ステップと、を有し、
    前記蓄電レベル制御ステップでは、前記劣化度推定ステップにおいて前記蓄電装置の劣化度を推定する際に、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベルより高いときに、前記蓄電装置の蓄電レベルを下げ、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の蓄電レベルを上げ、
    前記劣化度推定ステップでは、前記蓄電装置の蓄電レベルが前記所定レベル以下となったときに前記蓄電装置の劣化度を推定する、
    蓄電装置診断方法。
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