JP6323441B2 - リチウムイオン電池残容量推定装置 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、リチウムイオン電池残容量推定装置に関するものである。

近年、車両の燃費性能を改善する観点から、車両の減速時に集中的に発電を行うことによってエンジンの負担を軽減する、いわゆる減速回生システムを採用した車両が増えつつある。

減速回生システムを採用した車両では、減速時に発電される大容量の電力を短時間で充電するために、従来から広く使われてきた鉛バッテリとは別に、鉛バッテリよりも急速な充放電が可能なリチウムイオン電池が搭載されることが多い。特性の異なる２種類の蓄電装置を搭載することにより、減速時に発生する電力を無駄なく回収しつつ、十分に大きな充電容量を確保することが可能となる。

特許文献１には、エンジン始動時に２つのタイミングでリチウムイオン電池の電圧及び電流を計測し、それに基づいてリチウムイオン電池の正極及び負荷のそれぞれの劣化を推定する技術が開示されている。

特開２０１４−４４１４９号公報

リチウムイオン電池の容量劣化の進行は一定ではないため、短期的に劣化状態を推定する必要がある。更に、リチウムイオン電池は正極と負極とで経年劣化の進み具合が異なるため、それぞれの電極の容量劣化を推定する必要がある。ここで、リチウムイオン電池の正極及び負極の容量劣化を推定するには、リチウムイオン電池が負荷に電力を供給してから２つのタイミングでリチウムイオン電池の電圧及び電流を検出する必要があるが、リチウムイオン電池からできるだけ大きな電流が流れることが好ましい。この点において、リチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させるときにリチウムイオン電池の電圧及び電流を検出することが好ましいが、エンジン始動が早すぎるとリチウムイオン電池の電圧及び電流が検出できないことがある。この場合、リチウムイオン電池の残容量推定が正確にできなくなるおそれがある。

上記問題に鑑み、ここに開示された技術は、車両に搭載されたリチウムイオン電池の残容量推定の精度を向上させることを課題とする。

ここに開示された技術は、エンジンスタータを始動させるリチウムイオン電池の残容量を推定するリチウムイオン電池残容量推定装置であって、リチウムイオン電池の電圧を検出する電圧センサと、リチウムイオン電池の電流を検出する電流センサと、エンジンスタータが始動してから第１の時間経過時の電圧センサ及び電流センサの検出値並びに第１の時間よりも長い第２の時間経過時の電圧センサ及び電流センサの検出値に基づいてリチウムイオン電池の正極及び負極のそれぞれの抵抗値を算出し、正極及び負極の各抵抗値の経年増加からリチウムイオン電池の残容量を推定する制御部とを備え、制御部は、前回のエンジンスタータの始動時間が第２の時間よりも短い、又は、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、エンジンスタータの始動時間が長くなるような条件でリチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させることを特徴とするものである。

この構成によれば、前回のエンジンスタータの始動時間が第２の時間よりも短い、又は、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、エンジンスタータの始動時間が延ばされることで、エンジンスタータが始動してから第２の時間経過時のリチウムイオン電池の電圧及び電流を検出可能になる。これにより、リチウムイオン電池の残容量を精度よく推定することができる。

制御部は、電圧センサの検出値がエンジンスタータを始動させるための基準値よりも低い場合においてもリチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させてエンジンスタータの始動時間を長くするものであってもよい。

また、上記リチウムイオン電池残容量推定装置は、ラジエータの水温を検出する温度センサを備えていてもよく、制御部は、温度センサの検出値がエンジンスタータを始動させるための基準値よりも低い場合においてもリチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させてエンジンスタータの始動時間を長くするものであってもよい。

また、制御部は、エンジンのアイドルストップ後の温間再始動時にリチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させるものであり、更に、エンジンの冷間始動時においてもリチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させてエンジンスタータの始動時間を長くするものであってもよい。

また、制御部は、前回のエンジンスタータの始動時間が第２の時間よりも短く、かつ、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、エンジンスタータとは別のスタータに発電負荷を作用させてリチウムイオン電池により別のスタータを始動させ、そのときのリチウムイオン電池の電圧値及び電流値からリチウムイオン電池の残容量を推定するものであってもよい。

また、制御部は、リチウムイオン電池によりエンジンスタータを始動させることができない場合、リチウムイオン電池により補機を駆動させ、そのときのリチウムイオン電池の電圧値及び電流値からリチウムイオン電池の残容量を推定するものであってもよい。

また、制御部は、エンジンの点火タイミングを遅らせてエンジンスタータの始動時間を長くするものであってもよい。

ここに開示された技術によると、車両に搭載されたリチウムイオン電池の残容量推定の精度を向上させることができる。

車両用電源制御装置の電気的構成を示す回路図である。 制御系統の接続を示すブロック図である。 リチウムイオン電池の等価回路図である。 リチウムイオン電池の交流インピーダンス特性を示すナイキスト図である。 正極及び負極の交流インピーダンス特性を示すナイキスト図である。 正極抵抗及び負極抵抗の経年増加を示すグラフである。 正極容量及び負極容量の経年劣化を示すグラフである。 エンジンの始動時に行われる制御（第１の制御例）の手順を示すフローチャートである。 エンジンの始動時に行われる制御（第２の制御例）の手順を示すフローチャートである。 エンジンの始動時に行われる制御（第３の制御例）の手順を示すフローチャートである。 エンジンの始動時に行われる制御（第４の制御例）の手順を示すフローチャートである。 エンジンの始動時に行われる制御（第５の制御例）の手順を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（１）車両の全体構成
図１は、車両用電源制御装置の電気的構成を示す回路図である。図１に示される車両は、エンジンルームに設けられた図外のガソリンエンジン（以下、単にエンジンともいう）から動力を得て発電するＢ−ＩＳＧ（ベルト駆動式インテグレーテッド・スタータ／ジェネレータ）１と、Ｂ−ＩＳＧ１と電気的に接続され、Ｂ−ＩＳＧ１で発電された電力を蓄えるバッテリ２及びリチウムイオン電池（ＬｉＢ）３と、Ｂ−ＩＳＧ１で発電された電力を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、電力を消費する各種電装品からなる電気負荷５と、エンジンの始動時に駆動されてエンジンをクランキングするスタータ６とを備えている。なお、Ｂ−ＩＳＧ１は請求項にいう「エンジンスタータ」に相当し、スタータ６は請求項にいう「別のスタータ」に相当し、電気負荷５は請求項にいう「補機」に相当する。

Ｂ−ＩＳＧ１は、プーリベルト（図示省略）を介してエンジンの出力軸と連結されており、エンジンの出力軸と連動して回転するロータを磁界中で回転させることにより発電を行うもので、磁界を発生されるフィールドコイルへの印加電流の増減に応じて最大２５Ｖまでの範囲で発電電力を調節することが可能である。また、Ｂ−ＩＳＧ１には、発電された交流電力を直流電力に変換する整流器（図示省略）が内蔵されている。つまり、Ｂ−ＩＳＧ１で発電された電力は、この整流器で直流に変換された後に各部に送電される。逆に、Ｂ−ＩＳＧ１は、ＬｉＢ３から電力の供給を受けることでスタータとして動作してエンジンを始動させることができる。

バッテリ２は、車両用の蓄電装置として一般的な公称電圧１２Ｖの鉛バッテリである。このようなバッテリ２は、化学反応によって電気エネルギを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、充電容量を確保し易いため、比較的多量の電力を蓄えることができるという特性がある。

ＬｉＢ３は、基本単位であるリチウムイオンバッテリセルを複数個連結して大容量化したもので、最大２５Ｖまで充電することが可能である。このようなＬｉＢ３は、バッテリ２とは異なり、リチウムイオンの物理的な吸着によって電気を蓄えるものであるため、比較的急速な充放電が可能で、内部抵抗も少ないという特性がある。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、内蔵するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング動作）によって電圧を変化させるスイッチング方式のものである。なお、本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、Ｂ−ＩＳＧ１又はＬｉＢ３の側から電気負荷５又はバッテリ２の側に（つまり図中左側から右側に）供給される電力の電圧をスイッチング動作により降圧する機能を有しているが、これ以外の機能、例えば上記とは反対方向への（つまり図中右側から左側への）電力の供給を許容したり、電圧を昇圧したりする機能は有していない。

Ｂ−ＩＳＧ１とＬｉＢ３とは給電用の第１ライン７を介して互いに接続されている。第１ライン７からは第２ライン８が分岐しており、この第２ライン８の途中にＤＣ／ＤＣコンバータ４が介設されている。第２ライン８からは第３ライン９が分岐しており、この第３ライン９を介してバッテリ２と第２ライン８とが互いに接続されている。第３ライン９からは第４ライン１０が分岐しており、この第４ライン１０を介してスタータ６とバッテリ２とが互いに接続されている。

第１ライン７における第２ライン８との分岐点からＬｉＢ３までの間の部位には、Ｂ−ＩＳＧ１とＬｉＢ３との接続を断続するためのＬｉＢ遮断リレー１２が設けられている。ＬｉＢ遮断リレー１２は、Ｂ−ＩＳＧ１からＬｉＢ３への給電を許可するオン状態（閉：接続状態）と、同給電を遮断するオフ状態（開：遮断状態）とに切り替え可能とされている。

更に、第１ライン７からは第２ライン８と並列にバイパスライン１１が分岐しており、このバイパスライン１１はＤＣ／ＤＣコンバータ４よりも出力側に位置する第２ライン８の途中部に接続されている。つまり、バイパスライン１１は、Ｂ−ＩＳＧ１と電気負荷５とをＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに接続するとともに、バッテリ２とＬｉＢ３とをＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに接続するものである。これらの接続を断続するために、バイパスライン１１にはバイパスリレー１３が設けられている。バイパスリレー１３は、バイパスライン１１を通じた（ＤＣ／ＤＣコンバータ４をバイパスした）給電を許可するオン状態（閉：接続状態）と、同給電を遮断するオフ状態（開：遮断状態）とに切り替え可能とされている。

電気負荷５には、ドライバによるステアリング操作を電気モータ等の駆動力を用いてアシストする電動式のパワーステアリング機構（以下、ＥＰＡＳと略称する）２１の他、エアコン２２、オーディオ２３等が含まれている。これらＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３等の電気負荷は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が設けられた第２ライン８か、又はＤＣ／ＤＣコンバータ４が設けられていないバイパスライン１１を介して、第１ライン７と接続されている。

更に、本実施形態の電気負荷５には、ＥＰＡＳ２１等の電気負荷以外に、グロープラグ２６も含まれている。グロープラグ２６は、エンジン（本実施形態ではガソリンエンジン）の冷間始動時に通電加熱によりエンジンの燃焼室を温めるためのヒータである。グロープラグ２６は、スタータ６と並列にバッテリ２に接続されているが、ＰＴＣヒータ２５は、通電加熱により室内を暖房するためのヒータであり、最大２５Ｖでも安定して作動するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に対してＢ−ＩＳＧ１及びＬｉＢ３側に配置されている。

（２）制御系統
図２は、制御系統の接続を示すブロック図である。本図に示すように、上述したＢ−ＩＳＧ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、スタータ６、ＬｉＢ遮断リレー１２、バイパスリレー１３、電気負荷５（ＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３、…）等の部品は、各種信号線を介してコントローラ３０と接続されており、コントローラ３０からの指令に基づき制御される。コントローラ３０は、従来周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータであり、請求項にいう「制御部」に相当するものである。

また、コントローラ３０は、車両に設けられた各種センサ類と信号線を介して接続されている。具体的に、本実施形態の車両には、電圧センサＳＮ１、電流センサＳＮ２、スタートスイッチセンサＳＮ３、及び温度センサＳＮ４等が設けられており、これらのセンサ類により検出された情報がコントローラ３０に逐次入力されるようになっている。

電圧センサＳＮ１は、図１にも示すように、ＬｉＢ３の電圧を検出するセンサである。

電流センサＳＮ２は、図１にも示すように、ＬｉＢ３の電流を検出するセンサである。

スタートスイッチセンサＳＮ３は、エンジンを始動又は停止する際にドライバにより操作される図外のイグニッションキーがエンジン始動位置に操作されたことを検出するセンサである。

温度センサＳＮ４は、図外のラジエータの水温を検出するセンサである。

コントローラ３０は、各センサ類ＳＮ１〜ＳＮ４からの入力情報に基づいて、Ｂ−ＩＳＧ１による電力発電量及びスタータとしての動作、ＤＣ／ＤＣコンバータ４による降圧動作、電気負荷５及びスタータ６の駆動／停止、リレー１２，１３のオン／オフ操作等を制御するとともに、ＬｉＢ３の残容量を推定する。

（３）リチウムイオン電池の残容量推定
次に、リチウムイオン電池一般の残容量の推定方法について説明する。図３は、リチウムイオン電池の等価回路図である。このように、リチウムイオン電池において、正極、負極、表面皮膜（ＳＥＩ:Solid Electrolyte Interface）などは、それぞれ、Ｒ−ＣＰＥ（Constant Phase Element）並列回路で表すことができ、これらＲ−ＣＰＥ並列回路は直列接続されている。

リチウムイオン電池の電池内部状態は交流インピーダンス法により解析することができる。図４は、リチウムイオン電池の交流インピーダンス特性を示すナイキスト図である。図４の交流インピーダンス特性には、図３の等価回路における正極、負極、ＳＥＩの各Ｒ−ＣＰＥ並列回路の交流インピーダンス特性が含まれている。したがって、図４の交流インピーダンス特性を図３の等価回路に同定し、その結果を正極及び負極別に解析すると正極及び負極の交流インピーダンス特性が得られる。

図５は、正極及び負極の交流インピーダンス特性を示すナイキスト図である。図５に示すように、正極及び負極のいずれも交流インピーダンス特性は半円状の曲線で表される。ここで、正極及び負極はそれぞれ固有の頂点周波数ｆ_ｃａ及びｆ_ａｎを有し、これら頂点周波数はリチウムイオン電池が経年劣化しても一定である。したがって、リチウムイオン電池が負荷に電力供給を開始してから時間Ｔ_１＝１／ｆ_ｃａ経過時のリチウムイオン電池の電圧及び電流から正極抵抗を計算することができ、時間Ｔ_２＝１／ｆ_ａｎ経過時のリチウムイオン電池の電圧及び電流から負極抵抗を計算することができる。時間Ｔ_１は請求項にいう「第１の時間」に相当し、時間Ｔ_２は請求項にいう「第２の時間」に相当する。以下、抵抗を測定すると言うことがあるが、それは電圧及び電流から抵抗を計算するということを意味する。

正極抵抗及び負極抵抗は経年増加し、リチウムイオン電池の容量劣化の原因となる。正極抵抗及び負極抵抗の経年増加率は、これまでの測定値から計算することができる。図６は、正極抵抗及び負極抵抗の経年増加を示すグラフである。図６のグラフは、最初に測定した正極抵抗及び負極抵抗を初期値（原点）として、以後測定した正極抵抗及び負極抵抗を初期値に対する相対値としてプロットしたものである。このように、過去の複数時点において測定した正極抵抗及び負極抵抗について重回帰分析を行うことで、正極抵抗及び負極抵抗の経年増加率を計算することができる。なお、前回の測定値と今回の測定値から正極抵抗及び負極抵抗の経年増加率を計算することもできる。

初期（新品）状態のリチウムイオン電池の残容量をＳＯＨ^（０）、容量維持率をηとすると、リチウムイオン電池の残容量ＳＯＨは、
ＳＯＨ＝η×ＳＯＨ^（０） （１）
と表される。すなわち、リチウムイオン電池の容量劣化は容量維持率ηの減少として捉えることができる。容量維持率ηは、正極及び負極の容量維持率の初期値及び正極抵抗及び負極抵抗の経年増加率から推定することができる。いま、正極及び負極の容量維持率の初期値をη_ｃａ ^（０）及びη_ａｎ ^（０）、正極及び負極の経年増加率を容量減少率に変換する関数（時間ｔを引数とする関数）をｆ_ｃａ（ｔ）及びｆ_ａｎ（ｔ）とすると、リチウムイオン電池の正極及び負極の容量維持率η_ｃａ及びη_ａｎは、
η_ｃａ＝ｆ_ｃａ（ｔ）＋η_ｃａ ^（０） （２）
η_ａｎ＝ｆ_ａｎ（ｔ）＋η_ａｎ ^（０） （３）
と表される。

図７は、正極容量及び負極容量の経年劣化を示すグラフである。一般に、リチウムイオン電池は正極リッチ又は負極リッチのいずれかで製造されていると考えられるため、正極及び負極の容量維持率の初期値η_ｃａ ^（０）及びη_ａｎ ^（０）は互いに異なる。また、リチウムイオン電池の正極及び負極の容量維持率は、（２）式及び（３）式に従って互いに独立に経年劣化する。よって、正極及び負極の容量維持率の経年変化を表す２本の直線を引くと、図７に示すように、リチウムイオン電池の使用開始から所定期間が経過した時刻Ｐで２本の直線が交差することがある。

リチウムイオン電池全体の容量維持率は、正極の容量維持率及び負極の容量維持率のうちの低い方に制限される。したがって、図７の例では、（１）式におけるリチウムイオン電池全体の容量維持率ηは、使用開始から時刻Ｐまではη＝η_ａｎであり、時刻Ｐ以降はη＝η_ｃａとなる。すなわち、図７の例では、リチウムイオン電池の容量劣化は、使用開始から時刻Ｐまでは負極容量の劣化が支配的であり、時刻Ｐ以降は正極容量の劣化が支配的となる。

（４）リチウムイオン電池残容量推定装置によるＬｉＢ３の残容量推定
次に、本実施形態のリチウムイオン電池残容量推定装置によるＬｉＢ３の残容量推定について詳しく説明する。図２のコントローラ３０、電圧センサＳＮ１、電流センサＳＮ２、温度センサＳＮ４からなる部分が本実施形態のリチウムイオン電池残容量推定装置に相当する。

本実施形態のリチウムイオン電池残容量推定装置において、コントローラ３０は、上記方法に従ってＬｉＢ３の残容量を推定する。更に、コントローラ３０は、ＬｉＢ３の残容量を推定してＬｉＢ３の容量劣化がカタログスペック以上に進行していると判断した場合、ＬｉＢ３の異常を判定することもできる。具体的には、リチウムイオン電池製品ではカタログ値として残容量と開回路電圧とを対応付けた特性が公表されている。コントローラ３０は、上記方法に従って算出したＬｉＢ３の残容量が上記特性から得られる残容量よりも所定値以上又は所定割合以上低ければ、ＬｉＢ３の異常を判定することができる。

上記方法に従ってＬｉＢ３の残容量を推定するにはＬｉＢ３の正極抵抗及び負極抵抗を測定する必要があるが、これら抵抗を精度よく測定するにはＬｉＢ３が大電流を出力するタイミングでＬｉＢ３の電圧及び電流を検出することが好ましい。したがって、エンジンの始動時、すなわち、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させるタイミングでＬｉＢ３の電圧及び電流を検出することが好ましい。

更に、ＬｉＢ３がＢ−ＩＳＧ１に電力供給を開始してから時間Ｔ_１（例えば、０．１秒）経過時及び時間Ｔ_２（例えば、０．５秒）経過時の両時点でのＬｉＢ３の電圧及び電流を検出する必要があるが、エンジンの始動が早いと、時間Ｔ_２経過前にＬｉＢ３からＢ−ＩＳＧ１への電力供給が終了してしまい、Ｂ−ＩＳＧ１が始動中の時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧及び電流が検出できなくなる。上述したように、本実施形態のリチウムイオン電池残容量推定装置は、過去の複数時点において測定した正極抵抗及び負極抵抗について重回帰分析を行うことで、正極抵抗及び負極抵抗の経年増加率を計算するため、時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧及び電流が検出できない事態が所定期間以上続くと、ＬｉＢ３の残容量推定精度が低下するおそれがある。そこで、そのような事態が所定期間以上続く場合には、コントローラ３０は、次回、Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間が長くなるような条件でＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させるようにするか、又は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１以外の負荷、例えば、電気負荷５を駆動させるようにして、時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧及び電流の検出を可能にする。以下、コントローラ３０による制御例を説明する。

≪第１の制御例≫
図８は、エンジンの始動時にコントローラ３０により行われる制御（第１の制御例）の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１でイグニッションスイッチがオン操作されると、ステップＳ２で、電圧センサＳＮ１及び電流センサＳＮ２は、ＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出を開始し、温度センサＳＮ４は、温度（ラジエータの水温）Ｔの検出を開始する。

コントローラ３０は、ステップＳ３で、スタートスイッチセンサＳＮ３からの入力情報に基づいて、スタートスイッチがオン操作されたか否か（つまりドライバがエンジンを始動させる操作を行ったか否か）を判定する。その結果、ＮＯの場合、ステップＳ２に戻り、電圧センサＳＮ１、電流センサＳＮ２、温度センサＳＮ４が電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔの検出を継続する。一方、ＹＥＳの場合、ステップＳ４に進む。

コントローラ３０は、ステップＳ４で、前回のＢ−ＩＳＧ１の始動時間が時間Ｔ_２よりも短い、又は、前回のＬｉＢ３の残容量推定から所定期間が経過しているか否かを判定する。前回のＢ−ＩＳＧ１の始動時間が時間Ｔ_２よりも短いということは、前回のエンジン始動時にＬｉＢ３の残容量推定ができなかった、あるいは、後述するように、Ｂ−ＩＳＧ１よりも消費電流の少ない電気負荷５をＬｉＢ３で駆動したときのＬｉＢ３の電圧及び電流からＬｉＢ３の残容量推定が行われたことを意味する。

ステップＳ４でＮＯの場合、ステップＳ５で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３の電圧Ｖ（電圧センサＳＮ１の検出値）と基準値Ｖａとを比較する。そして、Ｖ＞Ｖａの場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。ＬｉＢ３の電圧が低すぎるとＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させることができないため、このようにＬｉＢ３によるＢ−ＩＳＧ１始動の基準となる基準値Ｖａを設けている。一方、Ｖ≦Ｖａの場合（ステップＳ５でＮＯ）、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させることができないと判断して、ステップＳ７で、バッテリ２によりスタータ６を始動させる。

一方、ステップＳ４でＹＥＳの場合、ステップＳ８で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３の電圧Ｖ（電圧センサＳＮ１の検出値）と別の基準値Ｖｂとを比較する。ここで、基準値Ｖｂは基準値Ｖａよりも低く設定されている。そして、Ｖ＞Ｖｂの場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。すなわち、ＬｉＢ３によるＢ−ＩＳＧ１始動の基準を緩和して、ＬｉＢ３の電圧Ｖが多少低くてもＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。一方、Ｖ≦Ｖｂの場合（ステップＳ８でＮＯ）、コントローラ３０は、緩和基準を適用してもＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させることができないと判断して、ステップＳ７で、バッテリ２によりスタータ６を始動させる。

ステップＳ６で、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させると、ステップＳ９で、コントローラ３０は、Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間がＴ_２以上であるか否かを判定する。Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間がＴ_２以上である場合（Ｓ９でＹＥＳ）、ステップＳ１０で、コントローラ３０は、電圧センサＳＮ１及び電流センサＳＮ２から、ＬｉＢ３がＢ−ＩＳＧ１に電力供給を開始してから時間Ｔ_１経過時のＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出値、並びに時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出値を取得する。

一方、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動できずに、ステップＳ７で、バッテリ２によりスタータ６を始動させた場合、又は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させても始動時間が短くて、ステップＳ９で、Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間がＴ_２に満たなかった場合（ステップＳ９でＮＯ）、ステップＳ１１で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して電気負荷５に供給し、ＬｉＢ３により電気負荷５を駆動させる。ＬｉＢ３により電気負荷５を駆動させるときのＬｉＢ３の電流はＢ−ＩＳＧ１を始動させる場合に比べて小さいが、ＬｉＢ３が負荷に電力を供給する際のＬｉＢ３の電圧及び電流が検出可能になる。そこで、ステップＳ１２で、コントローラ３０は、電圧センサＳＮ１及び電流センサＳＮ２から、ＬｉＢ３が電気負荷５に電力供給を開始してから時間Ｔ_１経過時のＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出値、並びに時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出値を取得する。

ステップＳ１３で、コントローラ３０は、ステップＳ１０又はステップＳ１２で取得したＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉに基づいてＬｉＢ３の正極及び負極のそれぞれの抵抗値を算出し、正極及び負極の各抵抗値の経年増加からＬｉＢ３の残容量を推定する。ＬｉＢ３の残容量が推定できると、コントローラ３０は、ＬｉＢ３の異常判定を行ってドライバに通知することができる。

≪第２の制御例≫
図９は、エンジンの始動時にコントローラ３０により行われる制御（第２の制御例）の手順を示すフローチャートである。以下、第１の制御例と同じ点については説明を省略し、第１の制御例と異なる点について説明する。

第１の制御例では、Ｂ−ＩＳＧ１及びスタータ６のいずれでエンジンを始動させるのかをＬｉＢ３の電圧に基づいて決定するが、第２の制御例では、ラジエータの水温に基づいて決定する。すなわち、第２の制御例は、第１の制御例のステップＳ５及びステップＳ８をステップＳ１５及びステップＳ１８に置き換えたものである。

ステップＳ１からステップＳ４までは第１の制御例と同じである。ステップＳ４でＮＯの場合、ステップＳ１５で、コントローラ３０は、ラジエータの水温Ｔ（温度センサＳＮ４の検出値）と基準値Ｔａとを比較する。そして、Ｔ＞Ｔａの場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。エンジン温度が低すぎる場合にＢ−ＩＳＧ１を始動させるとＢ−ＩＳＧ１のベルト滑りが発生して好ましくないため、このようにＬｉＢ３によるＢ−ＩＳＧ１始動の基準となる基準値Ｔａを設けている。一方、Ｔ≦Ｔａの場合（ステップＳ１５でＮＯ）、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させることができないと判断して、ステップＳ７で、バッテリ２によりスタータ６を始動させる。

一方、ステップＳ４でＹＥＳの場合、ステップＳ１８で、コントローラ３０は、ラジエータの水温Ｔ（温度センサＳＮ４の検出値）と別の基準値Ｔｂとを比較する。ここで、基準値Ｔｂは基準値Ｔａよりも低く設定されている。そして、Ｔ＞Ｔｂの場合（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。すなわち、ＬｉＢ３によるＢ−ＩＳＧ１始動の基準を緩和して、エンジン温度が多少低くてもＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。一方、Ｔ≦Ｔｂの場合（ステップＳ１８でＮＯ）、コントローラ３０は、緩和基準を適用してもＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させることができないと判断して、ステップＳ７で、バッテリ２によりスタータ６を始動させる。以後のステップＳ９からステップＳ１３は第１の制御例と同じである。

≪第３の制御例≫
図１０は、エンジンの始動時にコントローラ３０により行われる制御（第３の制御例）の手順を示すフローチャートである。以下、第１の制御例と同じ点については説明を省略し、第１の制御例と異なる点について説明する。

車両によってはエンジンのアイドルストップ後の温間再始動にＢ−ＩＳＧ１を使用することがある。第３の制御例は、そのようなアイドルストップ後の温間再始動にＢ−ＩＳＧ１を使用する車両に適用可能な制御例である。第３の制御例は、第１の制御例のステップＳ８を省略し、ステップＳ５をステップＳ２５に置き換え、更に、ステップＳ２１を新たに設けたものである。

ステップＳ１からステップＳ４は第１の制御例と同じである。また、ステップＳ１でのイグニッションのオン操作とは別に、ステップＳ２１で、アイドルストップ後の温間再始動が指示されると、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。

ステップＳ４でＮＯの場合、ステップＳ２５で、コントローラ３０は、エンジンの冷間始動か否かを判定する。もし冷間始動であれば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ステップＳ７で、コントローラ３０は、バッテリ２によりスタータ６を始動させてエンジンを始動させる。一方、もし冷間始動でなければ（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させてエンジンを始動させる。

一方、ステップＳ４でＹＥＳの場合、コントローラ３０は、エンジンの冷間始動か否かを判定することなく、ステップＳ６で、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させてエンジンを始動させる。すなわち、たとえ冷間始動であったとしても、バッテリ２によりスタータ６を始動させずに、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させてエンジンを始動させる。以後のステップＳ９からステップＳ１３は第１の制御例と同じである。

≪第４の制御例≫
図１１は、エンジンの始動時にコントローラ３０により行われる制御（第４の制御例）の手順を示すフローチャートである。以下、第１の制御例と同じ点については説明を省略し、第１の制御例と異なる点について説明する。

ＬｉＢ３は、Ｂ−ＩＳＧ１を始動させるだけではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を介してスタータ６に電力を供給してスタータ６を始動させることもできる。そこで、第４の制御例では、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させることができない場合でも、ＬｉＢ３によりスタータ６を始動させてそのときのＬｉＢ３の電圧及び電流を検出する。第４の制御例は、第１の制御例のステップＳ５及びステップＳ８を省略し、ステップＳ７、ステップＳ９、ステップＳ１０を、それぞれ、ステップＳ１７、ステップＳ１９、ステップＳ２０に置き換えたものである。

ステップＳ１からステップＳ４は第１の制御例と同じである。ステップＳ４でＮＯの場合、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。一方、ステップＳ４でＹＥＳの場合、ステップＳ１７で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりスタータ６を始動させる。このとき、スタータ６に発電負荷を作用させてＬｉＢ３からより大きな電流が供給されるようにする。

ステップＳ６で、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる、又は、ステップＳ１７で、ＬｉＢ３によりスタータ６を始動させると、ステップＳ１９で、コントローラ３０は、Ｂ−ＩＳＧ１又はスタータ６の始動時間がＴ_２以上であるか否かを判定する。Ｂ−ＩＳＧ１又はスタータ６の始動時間がＴ_２以上である場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、ステップＳ２０で、コントローラ３０は、電圧センサＳＮ１及び電流センサＳＮ２から、ＬｉＢ３がＢ−ＩＳＧ１又はスタータ６に電力供給を開始してから時間Ｔ_１経過時のＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出値、並びに時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧Ｖ及び電流Ｉの検出値を取得する。

一方、ステップＳ１９で、Ｂ−ＩＳＧ１又はスタータ６の始動時間がＴ_２に満たなかった場合（ステップＳ１９でＮＯ）、ステップＳ１１で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して電気負荷５に供給し、ＬｉＢ３により電気負荷５を駆動させる。以後のステップＳ１１からＳ１３は第１の制御例と同じである。

≪第５の制御例≫
図１２は、エンジンの始動時にコントローラ３０により行われる制御（第５の制御例）の手順を示すフローチャートである。以下、第１の制御例と同じ点については説明を省略し、第１の制御例と異なる点について説明する。

上述したように、Ｂ−ＩＳＧ１を始動させているときのＬｉＢ３の電圧及び電流からＬｉＢ３の残容量推定を行うことが好ましい。そこで、第５の制御例では、Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間を強制的に延ばすような制御を行う。第５の制御例は、第１の制御例のステップＳ５、ステップＳ７、ステップＳ８を省略し、ステップＳ１６を設けたものである。

ステップＳ１からステップＳ４は第１の制御例と同じである。ステップＳ４でＮＯの場合、ステップＳ６で、コントローラ３０は、ＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。一方、ステップＳ４でＹＥＳの場合、ステップＳ１６で、コントローラ３０は、エンジンの点火タイミングを遅らせてＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。以後のステップＳ９からステップＳ１３は第１の制御例と同じである。

（５）作用
以上説明したとおり、本実施形態では、Ｂ−ＩＳＧ１を始動させるＬｉＢ３の残容量を推定するリチウムイオン電池残容量推定装置は、ＬｉＢ３の電圧を検出する電圧センサＳＮ１と、ＬｉＢ３の電流を検出する電流センサＳＮ２と、Ｂ−ＩＳＧ１が始動してから時間Ｔ_１経過時の電圧センサＳＮ１及び電流センサＳＮ２の検出値並びに時間Ｔ_１よりも長い時間Ｔ_２経過時の電圧センサＳＮ１及び電流センサＳＮ２の検出値に基づいてＬｉＢ３の正極及び負極のそれぞれの抵抗値を算出し、正極及び負極の各抵抗値の経年増加からＬｉＢ３の残容量を推定するコントローラ３０とを備え、コントローラ３０は、前回のＢ−ＩＳＧ１の始動時間が時間Ｔ_２よりも短い、又は、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間が長くなるような条件でＬｉＢ３によりＢ−ＩＳＧ１を始動させる。

この構成によれば、前回のＢ−ＩＳＧ１の始動時間が時間Ｔ_２よりも短い、又は、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、Ｂ−ＩＳＧ１の始動時間が延ばされることで、Ｂ−ＩＳＧ１が始動してから時間Ｔ_２経過時のＬｉＢ３の電圧及び電流を検出可能になる。これにより、ＬｉＢ３の残容量を精度よく推定することができる。

（６）変形例
上記実施形態では、ガソリンエンジンを搭載した車両にここに開示された技術を適用した場合を例に挙げて説明したが、ここに開示された技術は、ガソリンエンジン以外のエンジン（例えばディーゼルエンジン）を搭載した車両にも当然に適用することができる。

以上説明したように、ここに開示された技術は、リチウムイオン電池残容量推定装置として有用である。

１ Ｂ−ＩＳＧ（エンジンスタータ）
３ ＬｉＢ（リチウムイオン電池）
５ 電気負荷（補機）
６ スタータ（別のスタータ）
ＳＮ１ 電圧センサ
ＳＮ２ 電流センサ
ＳＮ４ 温度センサ
３０ コントローラ（制御部）

Claims (7)

1. エンジンスタータを始動させるリチウムイオン電池の残容量を推定するリチウムイオン電池残容量推定装置であって、
   前記リチウムイオン電池の電圧を検出する電圧センサと、
   前記リチウムイオン電池の電流を検出する電流センサと、
   前記エンジンスタータが始動してから第１の時間経過時の前記電圧センサ及び前記電流センサの検出値並びに前記第１の時間よりも長い第２の時間経過時の前記電圧センサ及び前記電流センサの検出値に基づいて前記リチウムイオン電池の正極及び負極のそれぞれの抵抗値を算出し、前記正極及び負極の各抵抗値の経年増加から前記リチウムイオン電池の残容量を推定する制御部とを備え、
   前記制御部は、前回の前記エンジンスタータの始動時間が前記第２の時間よりも短い、又は、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、前記エンジンスタータの始動時間が長くなるような条件で前記リチウムイオン電池により前記エンジンスタータを始動させることを特徴とするリチウムイオン電池残容量推定装置。
2. 前記制御部は、前記電圧センサの検出値が前記エンジンスタータを始動させるための基準値よりも低い場合においても前記リチウムイオン電池により前記エンジンスタータを始動させて前記エンジンスタータの始動時間を長くする請求項１に記載のリチウムイオン電池残容量推定装置。
3. ラジエータの水温を検出する温度センサを備え、
   前記制御部は、前記温度センサの検出値が前記エンジンスタータを始動させるための基準値よりも低い場合においても前記リチウムイオン電池により前記エンジンスタータを始動させて前記エンジンスタータの始動時間を長くする請求項１に記載のリチウムイオン電池残容量推定装置。
4. 前記制御部は、前記エンジンのアイドルストップ後の温間再始動時に前記リチウムイオン電池により前記エンジンスタータを始動させるものであり、更に、前記エンジンの冷間始動時においても前記リチウムイオン電池により前記エンジンスタータを始動させて前記エンジンスタータの始動時間を長くする請求項１に記載のリチウムイオン電池残容量推定装置。
5. 前記制御部は、前回の前記エンジンスタータの始動時間が前記第２の時間よりも短く、かつ、前回の残容量推定から所定期間が経過しているとき、前記エンジンスタータとは別のスタータに発電負荷を作用させて前記リチウムイオン電池により前記別のスタータを始動させ、そのときの前記リチウムイオン電池の電圧値及び電流値から前記リチウムイオン電池の残容量を推定する請求項１に記載のリチウムイオン電池残容量推定装置。
6. 前記制御部は、前記リチウムイオン電池により前記エンジンスタータを始動させることができない場合、前記リチウムイオン電池により補機を駆動させ、そのときの前記リチウムイオン電池の電圧値及び電流値から前記リチウムイオン電池の残容量を推定する請求項１に記載のリチウムイオン電池残容量推定装置。
7. 前記制御部は、前記エンジンの点火タイミングを遅らせて前記エンジンスタータの始動時間を長くする請求項１に記載のリチウムイオン電池残容量推定装置。

Images