JP7028781B2 - 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法 - Google Patents

二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。
二次電池が満充電状態になったことを検出する技術としては、例えば、特許文献１～３に開示された技術がある。
特許文献１には、電圧値および電流値を電流電圧平面上にプロットし、プロットされた点の電流電圧平面上の位置に応じて、二次電池が充電受け入れ限界に達したか否かを判定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、充電時の電流・電圧の関係から、二次電池の充電反応の反応抵抗を求め、この反応抵抗の上昇から二次電池の満充電を検出する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、充電時の電圧と開回路電圧ＯＣＶとの差（ΔＶ）および別途求めた放電時の内部抵抗（Ｒｏｈｍ，Ｒｃｔ１，・・・）から満充電検出および満充電検出時のＳＯＣを算出する技術が開示されている。
特許第５８６３６５８号公報 特許第５３０７１１３号公報 特開２０１６－１０９５６５号公報
ところで、近年、燃費削減のために二次電池を無駄に充電しないようにオルタネータから供給する充電電圧を段階的に変化させる技術が広く用いられるようになっている。このように、オルタネータの発電電圧が変化する場合、電圧が変化しないことを前提とした、前述の従来技術を使用すると、満充電を正確に検出できない場合があるという問題点がある。
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、オルタネータの発電電圧が変化する場合でも、二次電池の満充電を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次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、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、１または複数のプロセッサと、１または複数の前記プロセッサと通信可能に接続された１または複数のメモリと、を有し、１または複数の前記プロセッサは、１または複数の前記メモリに格納された命令群を読み取り、発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を検出する検出処理、前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出処理、前記検出処理によって検出された前記充電電圧と、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定処理、を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、オルタネータの発電電圧が変化する場合でも、二次電池の満充電を正確に検出することが可能となる。
また、本発明は、前記推定処理は、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗の値が変動値である所定の閾値以上になった場合には、満充電または所定の充電率であると推定し、前記閾値は前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて値が小さくなるように変動することを特徴とする。
このような構成によれば、オルタネータの発電電圧が変化した場合でも、満充電または所定の充電率（例えば、充電率９０％）になったことを正確に検出することができる。
また、本発明は、前記推定処理は、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗の値が固定値である所定の閾値以上になった場合には、所定の前記充電率であると推定し、推定される所定の前記充電率は前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれてその値が大きくなることを特徴とする。
このような構成によれば、オルタネータの発電電圧が変化した場合でも、充電電圧によって定まる所定の充電率になったことを正確に検出することができる。
また、本発明は、前記推定処理は、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗の値が変動値である所定の閾値以上になった場合には、所定の前記充電率であると推定し、前記閾値は前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて値が小さくなるように変動し、前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて所定の前記充電率の値が大きくなることを特徴とする。
このような構成によれば、オルタネータの発電電圧が変化した場合でも、充電電圧によって定まる所定の充電率になったことを正確に検出することができるとともに、充電電圧毎の所定の充電率を調整することができる。
また、本発明は、前記算出処理は、前記充電電圧と開回路電圧の差分値を充電電流で除することによって前記充電抵抗を算出することを特徴とする。
このような構成によれば、充電抵抗を簡易に求めることができる。
また、本発明は、前記算出処理は、前記二次電池の等価回路モデルを前記二次電池の放電時の電圧および電流の関係から学習し、得られた等価回路モデルの抵抗要素によって前記充電抵抗を算出することを特徴とする。
このような構成によれば、等価回路モデルを用いて充電抵抗をより正確に求めることができる。
また、本発明は、前記推定処理によって前記二次電池が満充電または所定の前記充電率と推定した場合に、前記二次電池の等価回路モデルを前記二次電池の放電時の電圧および電流の関係から学習し、得られた等価回路モデルの抵抗要素と、前記充電電圧と開回路電圧の差分値を充電電流で除することによって算出した前記充電抵抗との比に基づいて前記充電率を算出し、当該充電率をそのときの前記充電率とすることを特徴とする。
このような構成によれば、満充電または所定の充電率と判定された場合の充電率を正確に求めることができる。
また、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を電圧センサからの出力によって検出する検出ステップと、前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧と、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、オルタネータの発電電圧が変化する場合でも、二次電池の満充電を正確に検出することが可能になる。
本発明によれば、オルタネータの発電電圧が変化する場合でも、二次電池の満充電を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る二次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。 従来の二次電池状態検出装置の動作を説明するための図である。 第１実施形態の動作を説明するための図である。 第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の動作を説明するための図である。 第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 変形実施形態の動作を説明するための図である。 変形実施形態を説明するための図である。 変形実施形態の動作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）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る二次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、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の充電状態を制御する。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、二次電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１６の発電電圧を制御することで二次電池１４の充電状態を制御する。電圧センサ１１は、二次電池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、二次電池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、二次電池１４の電解液または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を二次電池状態検出装置１の命令に従って放電させる。
二次電池１４は、電解液を有する二次電池、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１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７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、二次電池１４を充電する。オルタネータ１６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１７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１８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１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池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１７を始動する。負荷１９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、二次電池１４からの電力によって動作する。
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、例えば、１チップのマイコンであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅ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、後述する数式またはテーブル等のパラメータ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、放電回路１５、オルタネータ１６、および、スタータモータ１８等に駆動電流を供給してこれらを制御する。なお、図２の例では、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、および、ＲＡＭ１０ｃは、それぞれ１つずつ有するようにしたが、これらを複数有するようにしてもよい。また、ＣＰＵ１０ａに変えて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いるようにしてもよい。
（Ｂ）本発明の第１実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第１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、第１実施形態の動作原理について説明する。図３は、オルタネータ１６の発電電圧を変化させて二次電池１４を充電した場合における二次電池１４のＳＯＣ（State of Charge：充電率）と充電抵抗との関係を示す図である。なお、この図において、実線の曲線は１５．５Ｖの電圧で充電した場合の二次電池１４のＳＯＣと充電抵抗の関係を示し、間隔の短い破線の曲線は１４．５Ｖの電圧で充電した場合のＳＯＣと充電抵抗の関係を示し、間隔の長い破線の曲線は１３．５Ｖの電圧で充電した場合のＳＯＣと充電抵抗の関係を示している。ここで、充電抵抗とは、二次電池１４がオルタネータ１６によって充電されている場合の二次電池１４の内部の電気的な抵抗をいい、より詳細には、例えば、二次電池１４を充電する際に二次電池１４に印加する電圧Ｖ、開回路電圧ＯＣＶ、および、電流Ｉから求まる抵抗Ｒ（＝（Ｖ－ＯＣＶ）／Ｉ）をいう。なお、充電抵抗は、前述した以外の方法によって求めるようにしてもよい。
図３において、充電電圧が１５．５Ｖである場合には、充電抵抗が約３０ｍΩ以上になると満充電（ＳＯＣ＝１００％）であると判定することができる。すなわち、閾値として３０ｍΩを用い、この閾値と充電抵抗の大小を比較することで満充電か否かを判定することができる。しかしながら、充電電圧が１４．５Ｖまたは１３．５Ｖである場合には、充電抵抗が３０ｍΩの場合、ＳＯＣは１００％未満となる。このため、オルタネータ１６の発電電圧が固定でなく、変動する場合には、同じ閾値を用いて満充電の判定を行うと、正確な判定ができないという問題点がある。
そこで、本発明の第１実施形態では、図４に示すように、オルタネータ１６の発電電圧（＝充電電圧）に応じて変動する閾値を用いることで、発電電圧が変化した場合でも二次電池１４の満充電を検出することができる。例えば、図４の例では、オルタネータ１６の発電電圧が１５．５Ｖである場合には閾値Ｔｈ１を用いて判定し、発電電圧が１４．５Ｖである場合には閾値Ｔｈ２を用いて判定し、発電電圧が１３．５Ｖである場合には閾値Ｔｈ３を用いて判定する。このような方法によれば、オルタネータ１６の発電電圧が変化した場合でも、二次電池１４が満充電状態になったことを正確に検出することができる。
なお、図４では、満充電（充電率１００％）を検出するようにしたが、所定の充電率（例えば、充電率９５％等）を検出するようにしてもよい。また、図４の例では、充電電圧毎に閾値Ｔｈ１～Ｔｈ３を定めるようにしたが、図５を参照して後述するように、基準となる閾値Ｔｈを充電電圧に応じて補正してＴｈ’とし、この閾値Ｔｈ’を用いて判定するようにしてもよい。
つぎに、図５を参照して、第１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５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、制御部１０は、電流センサ１２の出力を参照し、二次電池１４がオルタネータ１６によって充電中か否かを判定し、充電中であると判定した場合（ステップＳ１０：Ｙ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎ）には同様の処理を繰り返す。なお、充電中でない場合には、同様の処理を繰り返すのではなく、処理を終了するようにしてもよい。
ステップＳ１１では、制御部１０は、電圧センサ１１の出力を参照し、オルタネータ１６の発電電圧Ｖを取得する。この結果、例えば、１５．５Ｖ等の電圧が取得される。
ステップＳ１２では、制御部１０は、充電抵抗Ｒを算出する。より詳細には、ステップＳ１０で取得した電流Ｉと、ステップＳ１１で取得した発電電圧Ｖと、例えば、車両が停車されてから所定の時間が経過した場合に二次電池１４の電圧を測定することで得られる開回路電圧ＯＣＶを用いてＲ＝（Ｖ－ＯＣＶ）／Ｉによって求めることができる。
ステップＳ１３では、制御部１０は、ステップＳ１１で取得した発電電圧Ｖに基づいて、満充電か否かを判定するための閾値Ｔｈを、Ｔｈ’に補正する。より詳細には、基準となる閾値Ｔｈに対して、ｇ（Ｖ）を乗算することにより、Ｔｈ’＝Ｔｈ×ｇ（Ｖ）によって閾値Ｔｈを補正する。なお、ｇ（Ｖ）は、発電電圧Ｖの値が小さくなるにつれて値が大きくなる関数である。図４の例では、発電電圧Ｖ＝１５．５Ｖである場合の閾値Ｔｈ１を基準となる閾値Ｔｈとすると、発電電圧Ｖ＝１４．５Ｖである場合にはＴｈ’＝Ｔｈ１×ｇ（Ｖ）＝Ｔｈ２となり、発電電圧Ｖ＝１３．５Ｖである場合にはＴｈ’＝Ｔｈ１×ｇ（Ｖ）＝Ｔｈ３となるようにｇ（Ｖ）を設定する。
なお、以上の例では、発電電圧Ｖのみを考慮するようにしたが、例えば、温度センサ１３によって検出された二次電池１４の温度も考慮して、閾値Ｔｈの補正を行うようにしてもよい。具体的には、発電電圧Ｖと温度θを変数とする関数ｇ（Ｖ，θ）を用いて、Ｔｈ’＝Ｔｈ×ｇ（Ｖ，θ）によって補正するようにしてもよい。
ステップＳ１４では、制御部１０は、ステップＳ１２で算出した充電抵抗Ｒと、ステップＳ１３で得られた補正後の閾値Ｔｈ’とを比較し、Ｒ≧Ｔｈ’を満たす場合（ステップＳ１４：Ｙ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４：Ｎ）にはステップＳ１６に進む。
ステップＳ１５では、制御部１０は、満充電（ＳＯＣ＝１００％）と判定する。この結果、制御部１０は、エンジン１７によるオルタネータ１６の駆動を停止することで、エンジン１７の負荷を軽減し、燃費を改善することができる。
ステップＳ１６では、制御部１０は、満充電ではないと判定する。この結果、制御部１０は、エンジン１７によるオルタネータ１６の駆動を継続することで、二次電池１４が満充電になるまで充電を継続する。
以上の動作によれば、オルタネータ１６の発電電圧に応じて基準となる閾値Ｔｈを補正し、補正後の閾値Ｔｈ’に基づいて満充電状態を判定できるので、発電電圧が変化した場合でも、満充電状態を正確に判定することができる。
（Ｃ）本発明の第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本発明の第２実施形態の構成は、第１実施形態と同様であり、制御部１０において実行される処理が異なるので、構成の説明については省略する。
（Ｄ）本発明の第２実施形態の動作の説明
本発明の第２実施形態の動作について、図６を参照して説明する。第２実施形態では、図６に示すような固定値である閾値Ｔｈを用いる。そして、充電抵抗が閾値Ｔｈ以上になった場合であって、充電電圧が１３．５Ｖであるときは充電率がＳＯＣ１になったと判定する。また、充電抵抗が閾値Ｔｈ以上になった場合であって、充電電圧が１４．５Ｖであるときは充電率がＳＯＣ２になったと判定する。さらに、充電抵抗が閾値Ｔｈ以上になった場合であって、充電電圧が１５．５Ｖであるときは充電率がＳＯＣ３になったと判定する。なお、閾値Ｔｈとしては、オルタネータ１６が最大の発電電圧を供給して充電した場合に、充電率が１００％以下となるＴｈを用いることが望ましい。例えば、最大の発電電圧が１５．５Ｖである場合には、ＳＯＣ３≦１００％となるようにＴｈを設定することが望ましい。このように設定することで、オルタネータ１６の発電電圧が変化した場合でも、ＳＯＣが１００％を超えて充電が継続されることを防止できる。なお、以上では、充電電圧に応じてＳＯＣ１～ＳＯＣ３を選択するようにしたが、後述するように、基準となるＳＯＣ（基準ＳＯＣ）を設定し、充電電圧に応じて基準ＳＯＣを補正するようにしてもよい。
つぎに、本発明の第２実施形態の詳細な動作について、図７を参照して説明する。図７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。なお、図７において、図５と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図７では、図５を比較すると、ステップＳ１３～ステップＳ１６の処理が削除され、ステップＳ３１～ステップＳ３３の処理が追加されているので、以下ではステップＳ３１～ステップＳ３３の処理を中心に説明する。
ステップＳ３１では、制御部１０は、ステップＳ１２で算出した充電抵抗Ｒと閾値Ｔｈを比較してＲ≧Ｔｈが成立するか否かを判定し、Ｒ≧Ｔｈが成立すると判定した場合（ステップＳ３１：Ｙ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１：Ｎ）には処理を終了する。例えば、図６に示す閾値Ｔｈと充電抵抗Ｒとを比較し、Ｒ≧Ｔｈが成立すると判定した場合にはステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２では、制御部１０は、基準ＳＯＣを設定する。より詳細には、制御部１０は、例えば、図７に示すＳＯＣ３を基準ＳＯＣに設定する。もちろん、これ以外のＳＯＣを基準ＳＯＣとしてもよい。
ステップＳ３３では、制御部１０は、ステップＳ１１で取得した発電電圧Ｖに応じて、ステップＳ３２で設定した基準ＳＯＣを補正する。より詳細には、例えば、基準ＳＯＣに対して、ｈ（Ｖ）を乗算することにより、ＳＯＣ’＝ＳＯＣ×ｈ（Ｖ）によって基準ＳＯＣを補正する。なお、ｈ（Ｖ）は、発電電圧Ｖの値が小さくなるにつれて値が小さくなる関数である。図６の例では、発電電圧Ｖ＝１５．５Ｖである場合のＳＯＣ３を基準ＳＯＣとすると、発電電圧Ｖ＝１４．５Ｖである場合にはＳＯＣ’＝ＳＯＣ３×ｈ（Ｖ）＝ＳＯＣ２となり、発電電圧Ｖ＝１３．５Ｖである場合にはＳＯＣ’＝ＳＯＣ３×ｈ（Ｖ）＝ＳＯＣ１となるようにｈ（Ｖ）を設定する。
なお、以上の例では、発電電圧Ｖのみを考慮するようにしたが、例えば、温度センサ１３によって検出された二次電池１４の温度も考慮して、基準ＳＯＣの補正を行うようにしてもよい。具体的には、発電電圧Ｖと温度θを変数とする関数ｈ（Ｖ，θ）を用いて、ＳＯＣ’＝ＳＯＣ×ｈ（Ｖ，θ）によって補正するようにしてもよい。
以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、オルタネータ１６の発電電圧に応じて基準ＳＯＣを補正するようにしたので、発電電圧が変動した場合であっても、ＳＯＣを正確に求めて充電制御を行うことができる。
（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、以上の各実施形態では、Ｘ軸（横軸）に平行な閾値を用いて判定するようにしたが、例えば、図８に示すように、Ｘ軸に対して傾きを持った閾値Ｔｈを用いるようにしてもよい。すなわち、固定値のＴｈではなく、発電電圧の関数であるＴｈ（Ｖ）を用いて、このＴｈ（Ｖ）と充電抵抗Ｒとを比較することで、満充電を判定するようにしてもよい。このような構成によれば、発電電圧に応じて最適な充電率で充電を打ち切ることができるため、例えば、発電電圧によって充電時間が大きく異なることを防ぐことができる。なお、発電電圧だけでなく、温度センサ１３で検出した二次電池１４の温度θを含む関数Ｔｈ（Ｖ，θ）と充電抵抗Ｒとを用いて判定するようにしてもよい。また、図８の例では、閾値Ｔｈは直線としたが、曲線の閾値Ｔｈを用いて判定するようにしてもよい。
また、以上の各実施形態では、判定後に発電電圧が変化する場合については言及していないが、例えば、第１実施形態において、充電電圧が１５．５Ｖである場合に、充電抵抗Ｒ≧Ｔｈ１であると判定した後に、充電電圧が１３．５Ｖに変化した場合には、充電抵抗Ｒ≧Ｔｈ３であるか否かを確認のために再度判定するようにしてもよい。そのような方法によれば、満充電をより正確に判定できる。また、第２実施形態および第３実施形態では、例えば、発電電圧が１３．５Ｖである場合にＲ≧Ｔｈであると判定した後に、発電電圧が１５．５Ｖに変化した場合には、再度、Ｒ≧Ｔｈになるまで充電を継続するようにしてもよい。
また、以上の各実施形態では、充電抵抗Ｒは、二次電池１４の開回路電圧ＯＣＶ、電圧Ｖ、および、電流Ｉから求めるようにしたが、例えば、図９（Ａ）または図９（Ｂ）に示すような二次電池１４の等価回路モデルを学習処理によって求め、求めた等価回路モデルに基づいて充電抵抗Ｒを求めるようにしてもよい。例えば、図９（Ａ）では、等価回路モデルは、電圧源Ｖ０、液抵抗Ｒｓ、反応抵抗Ｒｒ、および、コンデンサＣを主要な構成要素としている。ここで、液抵抗Ｒｓは、二次電池１４の電解液の液抵抗および電極の導電抵抗を主要な要素とする内部抵抗である。反応抵抗ＲｒとコンデンサＣとの並列接続回路は、二次電池１４の陽極とこれに接する電解液とに対応する等価回路である。電圧源Ｖ０は、内部インピーダンスが０の理想的な電圧源である。
図１０は、図９（Ａ）に示す等価回路モデルの学習処理について説明する図である。図１０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Ｓ５０では、制御部１０は、時間を示す変数Ｔｎに、前回値Ｔｎ－１にΔＴを加算した値を代入する。なお、ΔＴとしては、例えば、数ｍｓｅｃ～数百ｍｓｅｃを用いることができる。
ステップＳ５１では、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からの検出信号に基づいて、電流Ｉｎ、電圧Ｖｎ、温度θｎを測定する。
ステップＳ５２では、制御部１０は、ステップＳ５１で測定した電圧Ｖｎを以下の式（１）に適用し、電圧降下ΔＶｎを算出する。
ΔＶｎ＝Ｖｎ－ＯＣＶ ・・・（１）
ここで、ＯＣＶは、開回路電圧である。ＯＣＶを求める方法としては、例えば、二次電池１４の起動直前に測定された端子電圧、または、二次電池１４の充放電状態から推定した二次電池１４の開回路電圧をＯＣＶとすることができる。
ステップＳ５２では、制御部１０は、ｎ回目の観測値と前回の状態ベクトル推定値とから、以下の式（２）に基づいてヤコビアンＦｎの更新を行う。なお、ｄｉａｇ（）は対角行列を示す。
Ｆｎ＝ｄｉａｇ（１－ΔＴ／Ｒｒｎ・Ｃｎ，１，１，１，１） ・・・（２）
ステップＳ５４では、制御部１０は、ステップＳ５２で計算によって得たΔＶｎを以下の式（３）で示すように、拡張カルマンフィルタの実測観測値Ｙｎとする。
Ｙｎ＝ΔＶｎ ・・・（３）
ステップＳ５５では、制御部１０は、以下の式（４）に基づいて、一期先の状態ベクトルＸｎ＋１｜ｎを求める。
Ｘｎ＋１｜ｎ＝Ｆｎ・Ｘｎ＋Ｕｎ ・・・（４）
ここで、ＸｎおよびＵｎは、以下の式（５）および式（６）で表される。なお、Ｔは転置行列を示す。
Ｘｎ Ｔ＝（ΔＶ２，Ｒｓ，Ｒｒ，Ｃ，Ｖ０） ・・・（５）
Ｕｎ Ｔ＝（Δｔ・Ｉｎ／Ｃ，０，０，０，０） ・・・（６）
なお、Ｈｎ Ｔを以下の式（７）ように定めることで、観測方程式および予測観測値Ｙｎ＋１｜ｎを式（８）のように定めることができる。
Ｈｎ Ｔ＝（１，Ｉｎ，０，０，０） ・・・（７）
Ｙｎ＝Ｈｎ Ｔ・Ｘｎ ・・・（８）
ステップＳ５６では、制御部１０は、状態ベクトルの一期先の予測値Ｘｎ＋１｜ｎと実測観測値Ｙｎ＋１と予測観測値Ｙｎ＋１｜ｎに基づいて、カルマンゲイン計算とフィルタリング計算による拡張カルマンフィルタ演算により、最適な状態ベクトルＸｎを逐次的に推定し、推定された状態ベクトルＸｎから（等価回路モデルの）調整パラメータを最適なものに更新する。
そして、以上のようにして求めた等価回路モデルにおいて、例えば、反応抵抗Ｒｒを充電抵抗として用いることができる。なお、反応抵抗Ｒｒの代わりに液抵抗Ｒｓを使用したり、あるいは、反応抵抗Ｒｒと液抵抗Ｒｓの平均値または合計値を用いたりしてもよい。
また、以上の各実施形態では、充電抵抗Ｒは、充電電圧Ｖと開回路電圧ＯＣＶの差分値を充電電流Ｉで除することで算出するようにしたが、例えば、二次電池１４の成層化Ｓｔおよび分極Ｐｌを加味して算出するようにしてもよい。すなわち、以下の式（９）に基づいて充電抵抗Ｒを求めるようにしてもよい。
Ｒ＝（Ｖ－ＯＣＶ－Ｓｔ－Ｐｌ）／Ｉ ・・・（９）
また、以上の各実施形態では、充電抵抗が閾値以上になった場合には、満充電または所定のＳＯＣになったと判定するようにしたが、判定後に再度充電率を算出して、算出した値を正しい充電率の値として設定するようにしてもよい。具体的には、前述した式Ｒ＝（Ｖ－ＯＣＶ）／Ｉまたは式（９）によって求めた充電抵抗Ｒと、放電回路１５によって二次電池１４をパルス状に放電させ、例えば、前述の図１０の処理によって放電抵抗Ｒｄ（直列接続されたＲｓとＲｒによる抵抗）とを求める。充電抵抗Ｒと放電抵抗Ｒｄとの比率とＳＯＣとの間には相関関係があるので、これらの比率からＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを充電率の値として設定するようにしてもよい。
あるいは、エンジン１７の停止直前まで平均化処理により算出した平均充電電圧、初期学習あるいは前回学習したＯＣＶ－ＳＯＣ相関式からＳＯＣ（ここでは充放電積算で計算したＳＯＣ）を用いて算出した開回路電圧ＯＣＶ、および、停止直前に取得した成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌを前述した式（９）に適用するとともに、停止直前まで平均化処理により算出した平均電流値Ｉを式（９）に適用して内部抵抗Ｒを算出する。ここで、内部抵抗Ｒは、図９（Ｂ）に示すＲｓ（液抵抗、導体抵抗）、Ｒｒ１（負極の反応抵抗）、および、Ｒｒ２（正極の反応抵抗）により構成されていると考えることができる。内部抵抗Ｒが求まると、制御部１０は、以下の式（１０）に基づいて、充電率ＳＯＣを計算する。式（１０）において、温度による影響を考慮するため、例えば、温度θを変数とするアンプリチュード係数ｆ（θ）、を乗算したり、オフセット値ｆ’（θ）を加算したりすることができる。これらのｆ（θ）およびｆ’（θ）に基づいて温度による補正を行うことができる。また、ｅｘｐ（Ｒ，Ｒｓ，Ｒｒ１，Ｒｒ２）は、Ｒ，Ｒｓ，Ｒｒ１，Ｒｒ２を変数とする指数関数であり、括弧内の減衰係数は、例えば、内部抵抗Ｒから導電抵抗および液抵抗であるＲｓを減算した反応抵抗成分と、予め取得していたＲｒ１とＲｒ２の合算値との比によって表される内部抵抗比とすることができる。なお、Ｒｓ、Ｒｒ１、Ｒｒ２、成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌは、温度の影響を受けてその値が変化するため、検出した温度θによる補正を行うことが望ましい。さらに、式（１０）は、一次の指数関数としているが、高次の指数関数、または、対数関数としてもよい。
ＳＯＣ＝ｆ（θ）×ｅｘｐ（Ｒ，Ｒｓ，Ｒｒ１，Ｒｒ２）＋ｆ’（θ） ・・・（１０）
１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 通信部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
１４ 二次電池
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷

Claims (7)

  1. 二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
    １または複数のプロセッサと、
    １または複数の前記プロセッサと通信可能に接続された１または複数のメモリと、
    を有し、
    １または複数の前記プロセッサは、１または複数の前記メモリに格納された命令群を読み取り、
    発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を検出する検出処理、
    前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出処理、
    前記検出処理によって検出された前記充電電圧と、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定処理、を実行し、
    前記推定処理は、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗の値が変動値である所定の閾値以上になった場合には、満充電または所定の充電率であると推定し、前記閾値は前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて値が小さくなるように変動する
    ことを特徴とする二次電池状態検出装置。
  2. 二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
    １または複数のプロセッサと、
    １または複数の前記プロセッサと通信可能に接続された１または複数のメモリと、
    を有し、
    １または複数の前記プロセッサは、１または複数の前記メモリに格納された命令群を読み取り、
    発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を検出する検出処理、
    前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出処理、
    前記検出処理によって検出された前記充電電圧と、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定処理、を実行し、
    前記推定処理は、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗の値が固定値である所定の閾値以上になった場合には、所定の前記充電率であると推定し、推定される所定の前記充電率は前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれてその値が大きくなる
    ことを特徴とする二次電池状態検出装置。
  3. 二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
    １または複数のプロセッサと、
    １または複数の前記プロセッサと通信可能に接続された１または複数のメモリと、
    を有し、
    １または複数の前記プロセッサは、１または複数の前記メモリに格納された命令群を読み取り、
    発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を検出する検出処理、
    前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出処理、
    前記検出処理によって検出された前記充電電圧と、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定処理、を実行し、
    前記推定処理は、前記算出処理によって算出された前記充電抵抗の値が変動値である所定の閾値以上になった場合には、所定の前記充電率であると推定し、前記閾値は前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて値が小さくなるように変動し、前記検出処理によって検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて所定の前記充電率の値が大きくなる
    ことを特徴とする二次電池状態検出装置。
  4. 前記算出処理は、前記充電電圧と開回路電圧の差分値を充電電流で除することによって前記充電抵抗を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
  5. 二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
    発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を電圧センサからの出力によって検出する検出ステップと、
    前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧と、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定ステップと、
    を有し、
    前記推定ステップでは、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗の値が変動値である所定の閾値以上になった場合には、満充電または所定の充電率であると推定し、前記閾値は前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて値が小さくなるように変動する
    ことを特徴とする二次電池状態検出方法。
  6. 二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
    発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を電圧センサからの出力によって検出する検出ステップと、
    前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧と、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定ステップと、
    を有し、
    前記推定ステップでは、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗の値が固定値である所定の閾値以上になった場合には、所定の前記充電率であると推定し、推定される所定の前記充電率は前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれてその値が大きくなる
    ことを特徴とする二次電池状態検出方法。
  7. 二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
    発電電圧を調整可能なオルタネータが前記二次電池を充電する際の充電電圧を電圧センサからの出力によって検出する検出ステップと、
    前記オルタネータが前記二次電池を充電する際の前記二次電池の内部抵抗としての充電抵抗を算出する算出ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧と、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗とに基づいて、前記二次電池の充電率を推定する推定ステップと、
    を有し、
    前記推定ステップでは、前記算出ステップにおいて算出された前記充電抵抗の値が変動値である所定の閾値以上になった場合には、所定の前記充電率であると推定し、前記閾値は前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて値が小さくなるように変動し、前記検出ステップにおいて検出された前記充電電圧の値が大きくなるにつれて所定の前記充電率の値が大きくなる
    ことを特徴とする二次電池状態検出方法。
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