JP6953323B2

JP6953323B2 - 充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法

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Publication number: JP6953323B2
Application number: JP2018016813A
Authority: JP
Inventors: 岩根　典靖; 典靖岩根
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: JP2019132780A

Description

本発明は、充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法に関するものである。

充電可能電池の状態を検出する技術としては、例えば、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に開示された技術は、電池に所定の電流値で略矩形波のパルス放電を行わせる放電手段と、電池をパルス放電させたときの応答電圧をサンプリングしてこれを直交する矩形波成分に展開する矩形波展開手段と、矩形波展開手段で算出した係数と電流値から擬似インピーダンスを算出する擬似インピーダンス算出手段と、擬似インピーダンスを用いて電池の劣化状態を判定する劣化判定手段を有している。

特開２００６−２８４５３７号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、疑似インピーダンスを用いて電池の劣化判定をするが、疑似インピーダンスを構成する内部抵抗は、電池に流れる電流によってその値が変化する。このため、車載の電池等のように流れる電流が車両の要求に支配され、絶えず変動するような場合には、一定の電流を流す構成を採用するか、あるいは、流れている電流値を観測し、電流値が内部抵抗を求める条件を満たしているか否かを判断し、条件を満たしたときのみ内部抵抗の算出を行うようにする必要がある。

一定の電流を流す構成を採用するためには、放電機構および充電機構等を追加する必要があり大きなコストアップ要因となる。また、電流値が内部抵抗を求める条件を満たしているか否かを判断する場合は、内部抵抗を求められるタイミングが車両等の電流を流す側の状況に支配されるため、十分な頻度で内部抵抗を求めることを確実に保証することが困難という問題がある。

また、条件を満たしたときのみ内部抵抗の算出を行う場合、予測したい要求電流と同様の電流が流れたタイミングで内部抵抗を求めれば、求めた内部抵抗から正確に応答電圧を推定することができる。しかしながら、多くの場合、要求電流は過酷な条件を想定して設定されるため、要求電流が流れる頻度は極めてまれであることから、十分な頻度で内部抵抗を求めることを確実に保証することが困難という問題がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能な充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出装置において、前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された電流および端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、電流を入力変数とする前記関数として特定する特定手段と、前記特定手段によって特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能となる。

また、本発明は、前記特定手段が用いる前記関数は、少なくとも１つの指数関数項を有することを特徴とする。
このような構成によれば、内部抵抗の値を、電流を入力変数とする関数として精度よくフィッティングすることができる。

また、本発明は、前記特定手段は、最小二乗法、カルマンフィルタ、または、ニューラルネットワークを用いた演算処理によって前記関数をフィッティングすることを特徴とする。
このような構成によれば、関数の係数を精度よく求めることが可能になる。

また、本発明は、前記特定手段は、前記充電可能電池の周辺温度または電解液温度、ＳＯＣ、および、放電開始からの経過時間の少なくとも１つに基づいて、前記関数の係数の少なくとも１つを補正することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池のおかれている状況等によらず、充電可能電池の状態を精度よく検出することができる。

また、本発明は、前記検出手段は、前記関数に基づいて前記充電可能電池に所定の電流が流れたときの応答電圧としてのＳＯＦを求めることを特徴とする。
このような構成によれば、十分な頻度で充電可能電池のＳＯＦを求めることができる。

また、本発明は、前記検出手段は、前記関数に基づいて前記充電可能電池の劣化度としてのＳＯＨを求めることを特徴とする。
このような構成によれば、十分な頻度で充電可能電池のＳＯＨを求めることができる。

また、本発明は、充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出方法において、前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記電流および前記端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、前記電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、前記電流を入力変数とする前記関数として特定する特定ステップと、前記特定ステップにおいて特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能となる。

本発明によれば、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能な充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る充電可能電池状態検出装置の構成例を示す図である。図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。スタータモータによるクランキング時に充電可能電池に流れる電流と端子電圧の時間的変化を示す図である。図３に示す電圧および電流から求めた内部抵抗の時間的変化を示す図である。充電可能電池の電気的な等価回路モデルを示す図である。図４に示す測定結果を、横軸を電流として並べ換えて表示した図である。フィッティングされた関数による推定値と実測値との関係を示す図である。内部抵抗とＳＯＦの関係を示す図である。本発明の実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。図９に示すフローチャートの変形実施形態の一例を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る充電可能電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、充電可能電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を主要な構成要素としており、充電可能電池１４の内部における異常の発生を検出する。なお、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を別々の構成とするのではなく、これらの一部または全てをまとめた構成としてもよい。

ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、充電可能電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１５の発電電圧を制御することで充電可能電池１４の充電状態を制御する。電圧センサ１１は、充電可能電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、充電可能電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、充電可能電池１４の電解液または充電可能電池１４の周囲の温度を検出し、制御部１０に通知する。なお、制御部１０がオルタネータ１５の発電電圧を制御することで充電可能電池１４の充電状態を制御するのではなく、例えば、図示しないＥＣＵ（Electric Control Unit）が充電状態を制御するようにしてもよい。

充電可能電池１４は、電解液を有する充電可能電池、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、または、ニッケル水素電池等によって構成され、オルタネータ１５によって充電され、スタータモータ１７を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１８に電力を供給する。なお、充電可能電池１４は、複数のセルを直列接続して構成されている。オルタネータ１５は、エンジン１６によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、充電可能電池１４を充電する。オルタネータ１５は、制御部１０によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。

エンジン１６は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１７によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１５を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１７は、例えば、直流電動機によって構成され、充電可能電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１６を始動する。負荷１８は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、充電可能電池１４から供給される電力によって動作する。なお、図１の例では、エンジン１６のみが駆動力を出力する構成としたが、例えば、エンジン１６をアシストする電動モータを具備したハイブリッド車であってもよい。ハイブリッド車の場合、充電可能電池１４は、リチウム電池等によって構成される高圧システム（電動モータを駆動するシステム）を起動し、高圧システムがエンジン１６を始動する。

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅ、および、バス１０ｆを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブル等のデータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、オルタネータ１５、および、スタータモータ１７等に駆動電流を供給してこれらを制御する。バス１０ｆは、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃ、通信部１０ｄ、および、Ｉ／Ｆ１０ｅを相互に接続し、これらの間で情報の授受を可能とするための信号線群である。

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。

まず、本発明の実施形態の動作原理について説明する。図３は、スタータモータ１７によってエンジン１６を始動する際に、充電可能電池１４からスタータモータ１７に流れる電流と、充電可能電池１４の端子電圧の時間的変化を示す図である。図３において、塗りつぶされた四角形は充電可能電池１４の端子電圧の時間的変化を示し、中抜きの四角形は充電可能電池１４に流れる電流の時間的変化を示している。なお、図３では、充電可能電池１４を充電する場合を正とし、放電する場合を負としている。図３に示すように時刻０において、スタータモータ１７への通電が開始されると、４００Ａを超える突入電流が流れるとともに充電可能電池１４の端子電圧が低下する。そして、エンジン１６をクランキング（エンジン１６のクランクシャフトを回転させること）すると、エンジン１６のピストンが上死点に達するタイミングで大きな電流が流れる。また、エンジン１６の回転数が上昇するにつれて電流が減少し、端子電圧も増加する。

図４は、図３における内部抵抗の時間的変化を示す図である。なお、この図４において、塗りつぶされた四角形は導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍと反応抵抗Ｒｃｔの双方を含む内部抵抗Ｒ（＝Ｒｏｈｍ＋Ｒｃｔ）の時間的変化を示し、中抜きの四角形は反応抵抗Ｒｃｔだけの内部抵抗の時間的変化を示している。

図５は充電可能電池１４の電気的等価回路モデルの一例を示している。図５に示す等価回路モデルでは、並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ１および電気二重層容量Ｃ１と、同様に並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ２および電気二重層容量Ｃ２と、導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍとが直列接続されて構成されている。導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍは電流依存性を有しない抵抗であり、反応抵抗Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２は電流依存性を有する抵抗である。以下では、直列接続された反応抵抗Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２を反応抵抗Ｒｃｔ（＝Ｒｃｔ１＋Ｒｃｔ２）と表す。

なお、内部抵抗Ｒは、測定された端子電圧をＶとし、測定された電流をＩとし、開回路電圧をＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とするとき、Ｒ＝（Ｖ−ＯＣＶ）／Ｉによって求めることができる。また、導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍは、充電可能電池１４を、例えば、１００Ｈｚ以下の周期を有する矩形波によるパルス放電させ、放電前の電圧Ｖ１と放電後の電圧Ｖ２の差（Ｖ１−Ｖ２）を電流Ｉで除して得られる値を導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍとすることができる。もちろん、これ以外の方法で求めるようにしてもよい。なお、図４では、中抜きの四角形で示す反応抵抗Ｒｃｔだけのグラフは、塗りつぶされた四角形は導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍと反応抵抗Ｒｃｔの双方を含む内部抵抗のグラフを下方向に平行移動したものとなっている。

図６は、図４に示す測定結果を、横軸を電流値とし、縦軸を抵抗値として並べ換えた図である。図６の例では、放電電流の減少に応じて内部抵抗の値が増加している。また、中抜きの四角形で示す反応抵抗Ｒｃｔのグラフは、塗りつぶされた四角形で示す導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍと反応抵抗Ｒｃｔの双方を含む内部抵抗のグラフを下方向に平行移動したものとなっている。

本実施形態では、図６に示す、反応抵抗Ｒｃｔのグラフを構成する各測定点の電流Ｉおよび反応抵抗Ｒｃｔを以下の式（１）を用いてフィッティングを行い、係数ａ，ｔ，ｙを求める。

Ｒｃｔ（Ｉ）＝ａ×ｅｘｐ（Ｉ／ｔ）＋ｙ・・・（１）

以上の式（１）を求めることにより、電流依存性を有する反応抵抗Ｒｃｔと電流の関係を求めることができる。図７は、式（１）による推定値（実線）と、実測値（四角形）との関係を示す図である。図７に示すように、推定値と実測値はよく一致していることから、式（１）を用いた推定が妥当であることが理解できる。

以上の式（１）を求めることで、任意の電流値における反応抵抗Ｒｃｔを求めることができる。反応抵抗Ｒｃｔを用いることで、例えば、図８に示すように、内部抵抗Ｒとの間で高い相関関係を有するＳＯＦ（State of Function）を任意の電流値において求めることができる。なお、図８は、横軸が内部抵抗を示し、縦軸がＳＯＦを示す。また、実線は推定値を示し、丸は実測値を示す。

また、任意の時点における所定の電流値に対する反応抵抗Ｒｃｔの値を、所定の電流値における内部抵抗の初期値Ｒｃｔ０（例えば、充電可能電池１４の新品時または交換時等の内部抵抗の値）で除算して百分率で表す（＝Ｒｃｔ／Ｒｃｔ０×１００）ことで、ＳＯＨ（State of Health）を求めることができる。

なお、前述した例では、ＳＯＦとＳＯＨは、反応抵抗Ｒｃｔのみから求めるようにしたが、Ｒｃｔ＋Ｒｏｈｍから求めるようにしてもよい。また、過充電または過放電がなされたり、短周期で充放電が繰り返されたりした場合には、充電可能電池１４のセル間で劣化のばらつきが生じる。このため、充電可能電池１４の使用状態の履歴を記憶し、充電可能電池１４のセル間の劣化のばらつきを誘発するような使用履歴を有する場合には、前述した式によって求めたＳＯＨを補正するようにしてもよい。なお、補正式としては、下の式（２）を用いることができる。ここで、ｇ（）は、１以下の値を有する関数であり、セル間の劣化のばらつきが少ない場合には１に近い値となり、セル間の劣化のばらつきが大きくなるにつれて値が小さくなる関数である。つまり、充電可能電池１４が新品時にはｇ（）＝１であり、また、劣化が進行した場合であっても充電可能電池１４のばらつきがない場合にはｇ（）＝１となる。一方、充電可能電池１４の劣化にばらつきがある場合には、ｇ（）は、例えば、「最も劣化したセルの容量／全セルの容量の平均値」に近い値となる。

ＳＯＨ＝ｆ（Ｒｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２，Ｃ１，Ｃ２）×ｇ（使用履歴に応じた１または複数の変数）・・・（２）

本実施形態では、式（１）を用いることで、任意の電流値における内部抵抗の値を求めることができることから、一定の電流を流す構成を追加する必要がないため、装置のコストが上昇することを防止できる。また、所定の電流になることを待って測定をする必要がないので、所望のタイミングで内部抵抗を求め、ＳＯＨおよびＳＯＦ等の状態を求めることができる。

つぎに、図９を参照して、本発明の実施形態において実行される処理の一例について説明する。図９に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、充電可能電池１４の導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍを求める。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、図示しない放電回路を制御し、１００Ｈｚ以下の繰り返し周波数により、充電可能電池１４を、矩形波形状を有するパルス波による放電をさせ、放電前の電圧Ｖ１と放電後の電圧Ｖ２の差（Ｖ１−Ｖ２）を電流Ｉで除して得られる値を導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍとすることができる。もちろん、これ以外の方法で求めるようにしてもよい。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、電流センサ１２の出力を参照し、充電可能電池１４が放電状態であるか否かを判定し、放電状態と判定した場合（ステップＳ１１：Ｙ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１：Ｎ）には処理を終了する。例えば、スタータモータ１７によってエンジン１６を始動する場合には、Ｙと判定してステップＳ１２に進む。なお、スタータモータ１７以外の負荷（例えば、ステアリングモータ等）に対して電流を供給する場合に、以下のステップを実行するようにしてもよい。ある程度の電流が供給される負荷であれば、測定対象とすることができる。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１の出力を参照し、充電可能電池１４の端子電圧Ｖを求める。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、電流センサ１２の出力を参照し、充電可能電池１４に流れる電流Ｉを求める。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶを取得する。例えば、充電可能電池１４が安定時（例えば、車両が停車され、エンジン１６が停止されてから所定の時間（例えば、数時間〜十数時間）が経過したとき）に電圧センサ１１の出力を参照して取得してＲＡＭ１０ｃに格納してあるＯＣＶを取得する。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２で測定した端子電圧Ｖ、ステップＳ１３で測定した電流Ｉ、ステップＳ１４で取得したＯＣＶに基づき、Ｒ＝（Ｖ−ＯＣＶ）／Ｉによって、内部抵抗Ｒを求める。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１５で求めた内部抵抗Ｒから、ステップＳ１０で求めた導電抵抗・液抵抗Ｒｏｈｍを減算して得た値を、反応抵抗Ｒｃｔの値とする。

ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１６で求めた反応抵抗Ｒｃｔと、ステップＳ１３において測定した電流Ｉの値をＲＡＭ１０ｃに格納する。

ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、電流センサ１２の出力を参照し、放電が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合（ステップＳ１８：Ｙ）にはステップＳ１９に進み、それ以外の場合（ステップＳ１８：Ｎ）にはステップＳ１２に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。なお、放電の終了ではなく、所定の時間が経過した場合にステップＳ１９に進むようにしたり、電流値が所定の閾値以下になった場合にステップＳ１９に進むようにしたりしてもよい。

ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２〜ステップＳ１８の処理によって、ＲＡＭ１０ｃに格納されたＲｃｔ,Ｉの値を用いて、前述した式（１）をフィッティングする処理を実行する。なお、式（１）の係数ａ，ｔ，ｙを求める方法としては、最小二乗法、カルマンフィルタ、および、ニューラルネットワーク等の演算方法があり、これらの演算方法を適宜用いることによって最適な係数を決定することができる。

ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１９で求めた式（１）の係数ａ，ｔ，ｙの値を、温度センサ１３の出力を参照して補正する。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３によって検出された充電可能電池１４の外部温度と、充電可能電池１４の熱等価回路モデルに基づいて、充電可能電池１４の電解液の温度を推定する。ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されている、その時点の係数ａ，ｔ，ｙの値を基準温度（例えば、２５℃）における係数ａ，ｔ，ｙの値に変換するための変換式を用いて、基準温度における係数ａ，ｔ，ｙの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２０で温度による補正を行った係数ａ，ｔ，ｙを、その時点のＳＯＣに基づいて補正する。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶとＳＯＣの関係に基づいて求めたＳＯＣに対して、充電可能電池１４に流入出する電流値を累積加算することでその時点におけるＳＯＣを求める。ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されている、その時点の係数ａ，ｔ，ｙの値を基準ＳＯＣ（例えば、１００％）における係数ａ，ｔ，ｙの値に変換するための変換式を用いて、基準ＳＯＣにおける係数ａ，ｔ，ｙの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２１でＳＯＣによる補正を行った係数ａ，ｔ，ｙの値を、放電開始からの時間に基づいて補正する。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、放電開始から終了までの時間を計測し、ＲＯＭ１０ｂに格納されている、その時点の係数ａ，ｔ，ｙの値を放電開始からの基準時間（例えば、１秒）における係数ａ，ｔ，ｙの値に変換するための変換式を用いて、基準ＳＯＣにおける係数ａ，ｔ，ｙの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２０〜ステップＳ２２で係数が補正されたＲｃｔ（Ｉ）を用いてＳＯＦを求める。より詳細には、Ｒｃｔ（Ｉ）を用いて、所定の電流Ｉにおける反応抵抗Ｒｃｔの値を求め、ＲｃｔとＳＯＦの関係から、所定の電流ＩにおけるＳＯＦを求めることができる。なお、Ｒｃｔに対してＲｏｈｍを加算して得た値を用いてＳＯＦを求めるようにしてもよい。

ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２０〜ステップＳ２２で係数が補正されたＲｃｔ（Ｉ）を用いてＳＯＨを求める。より詳細には、Ｒｃｔ（Ｉ）を用いて、所定の電流値における反応抵抗Ｒｃｔの値を求め、所定の電流値における反応抵抗の初期値Ｒｃｔ０で除算して百分率で表す（＝Ｒｃｔ／Ｒｃｔ０×１００）ことで、ＳＯＨを求めることができる。なお、Ｒｃｔに対してＲｏｈｍを加算して得た値を用いてＳＯＨを求めるようにしてもよい。

以上の処理によれば、前述した動作を実現することができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、式（１）を用いて電流と反応抵抗の関係を求めるようにしたが、これ以外の式を用いるようにしてもよい。例えば、式（１）では、指数関数項は１項だけであるが２項以上を有するようにしてもよい。また、不定元をＩとする多項式（Ｒｃｔ（Ｉ）＝ａ_０＋ａ_１Ｉ＋ａ_２Ｉ^２＋・・・ａ_ｎＩ^ｎ）（ｎ≧１）を用いてフィッティングを行うようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、図９に示すフローチャートのステップＳ２０〜ステップＳ２２の処理により、式（１）の係数ａ，ｔ，ｙの値を温度、ＳＯＣ、放電開始からの経過時間に応じて補正するようにした。これ以外にも、例えば、図１０のステップＳ３０〜ステップＳ３２に示すように、反応抵抗Ｒｃｔの値を、温度、ＳＯＣ、放電開始からの経過時間に応じて補正するようにしてもよい。なお、図１０では、図９と比較してステップＳ２０〜２２が除外され、ステップＳ３０〜ステップＳ３２が追加されている。これら以外の処理は、図９と同様である。

より詳細には、図１０に示すフローチャートでは、ステップＳ３０〜ステップＳ３２において以下の処理が実行される。

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１６で求めた反応抵抗Ｒｃｔの値を、温度センサ１３の出力を参照して補正する。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３によって検出された充電可能電池１４の外部温度と、充電可能電池１４の熱等価回路モデルに基づいて、充電可能電池１４の電解液の温度を推定する。ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されている、その時点の反応抵抗Ｒｃｔの値を基準温度（例えば、２５℃）における反応抵抗Ｒｃｔの値に変換するための変換式を用いて、基準温度における反応抵抗Ｒｃｔの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で温度による補正を行った反応抵抗Ｒｃｔの値を、その時点のＳＯＣに基づいて補正する。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶとＳＯＣの関係に基づいて求めたＳＯＣに対して、充電可能電池１４に流入出する電流値を累積加算することでその時点におけるＳＯＣを求める。ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されている、その時点の反応抵抗Ｒｃｔの値を基準ＳＯＣ（例えば、１００％）における反応抵抗Ｒｃｔの値に変換するための変換式を用いて、基準ＳＯＣにおける反応抵抗Ｒｃｔの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３１でＳＯＣによる補正を行った反応抵抗Ｒｃｔの値を、放電開始からの時間に基づいて補正する。具体的には、例えば、ＣＰＵ１０ａは、放電開始からの時間を計測し、ＲＯＭ１０ｂに格納されている、その時点の反応抵抗Ｒｃｔの値を放電開始からの基準時間（例えば、１秒）における反応抵抗Ｒｃｔの値に変換するための変換式を用いて、基準ＳＯＣにおける反応抵抗Ｒｃｔの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

図１０に示すフローチャートによっても、温度、ＳＯＣ、放電開始からの経過時間によって式（１）に対する誤差の影響を少なくすることができる。

また、以上の実施形態では、スタータモータ１７に電流が流れる場合を例に挙げて説明したが、スタータモータ１７以外の負荷（例えば、ステアリングモータ）等に電流が流れる場合に測定を行うようにしてもよい。

また、図９および図１０の処理では、温度、ＳＯＣ、および、放電開始からの経過時間の全てに対して補正を行うようにしたが、これらの少なくとも１つに対して補正を行うようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、充電可能電池１４が安定している場合に開回路電圧を測定するようにしたが、推定値に基づいて求めるようにしてもよい。例えば、開回路電圧の時間的な変動を近似できる電圧特性式を用いることで、充電可能電池１４の安定時の開回路電圧を推定することができる。電圧特性式として、高次（例えば、４次以上）の指数減衰関数を含む近似式を用いることで、開回路電圧の時間変動を高精度に推定することができる。

また、図９および図１０に示すフローチャートは一例であって、本発明がこれらのフローチャートの処理のみに限定されるものではない。例えば、図９および図１０に示すフローチャートでは、ステップＳ１０において、Ｒｏｈｍを求めるようにしているが、ステップＳ１６の処理よりも前であれば、ステップＳ１１よりも後に配置されてもよい。また、ステップＳ１４のＯＣＶを取得する処理についても、ステップＳ１５の処理よりも前であれば、ステップＳ１３よりも前に配置されてもよい。

また、図５に示す電気的等価回路モデルは一例であって、このモデルに限られない。例えば、ＲＣ並列回路は１つや３つ以上であってもよく、少なくとも１つ以上のＲＣ並列回路を有する等価回路モデルとしてもよい。

１充電可能電池状態検出装置
１０制御部
１０ａＣＰＵ
１０ｂＲＯＭ
１０ｃＲＡＭ
１０ｄ通信部
１０ｅＩ／Ｆ
１１電圧センサ
１２電流センサ
１３温度センサ
１４充電可能電池
１５オルタネータ
１６エンジン
１７スタータモータ
１８負荷

Claims

充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出装置において、
前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された電流および端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、電流を入力変数とする前記関数として特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする充電可能電池状態検出装置。
前記特定手段が用いる前記関数は、少なくとも１つの指数関数項を有することを特徴とする請求項１に記載の充電可能電池状態検出装置。
前記特定手段は、最小二乗法、カルマンフィルタ、または、ニューラルネットワークを用いた演算処理によって前記関数をフィッティングすることを特徴とする請求項１または２に記載の充電可能電池状態検出装置。
前記特定手段は、前記充電可能電池の周辺温度または電解液温度、ＳＯＣ、および、放電開始からの経過時間の少なくとも１つに基づいて、前記関数の係数の少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電可能電池状態検出装置。
前記検出手段は、前記関数に基づいて前記充電可能電池に所定の電流が流れたときの応答電圧としてのＳＯＦを求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の充電可能電池状態検出装置。
前記検出手段は、前記関数に基づいて前記充電可能電池の劣化度としてのＳＯＨを求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の充電可能電池状態検出装置。
充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出方法において、
前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された前記電流および前記端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、前記電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、前記電流を入力変数とする前記関数として特定する特定ステップと、
前記特定ステップにおいて特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出ステップと、
を有することを特徴とする充電可能電池状態検出方法。