JP7452508B2 - バッテリー診断装置、方法、プログラム、及び車両 - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載されたバッテリーの状態を診断するバッテリー診断装置などに関する。

特許文献１に、車両に搭載されたバッテリーの内部抵抗値を電圧値及び電流値に基づいて算出し、この算出した内部抵抗値からバッテリーの劣化状態を推定する劣化状態推定装置が、開示されている。

特開２０１６－１２５９３２号公報

バッテリーの劣化が進むとバッテリーの内部抵抗値が増加するため、内部抵抗値からバッテリーの劣化状態を推定することが可能である。しかしながら、バッテリーの温度が高くなればなるほど、劣化したバッテリーの内部抵抗値と劣化していない正常なバッテリーの内部抵抗値との差が小さくなる。このため、バッテリーの温度が高い場合には、劣化したバッテリーを正常な状態であると誤判断してしまうおそれがあり、バッテリーの劣化判定の診断精度が低下するという課題がある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バッテリーの劣化判定の診断精度を向上させることができるバッテリー診断装置などを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、バッテリーの状態を診断するバッテリー診断装置であって、バッテリーの実使用年数を取得する第１取得部と、バッテリーの満充電容量を取得する第２取得部と、実使用年数と満充電容量とに基づいて、バッテリーの劣化判定を行う判定部と、を備え、判定部は、実使用年数が判定年数を超えており、かつ、満充電容量が判定容量未満である場合に、バッテリーが劣化したと判定する、バッテリー診断装置である。

上記本開示のバッテリー診断装置などによれば、バッテリーの実使用年数と満充電容量とに基づいてバッテリーの劣化判定を行うので、バッテリーの劣化判定の診断精度を向上させることができる。

本実施形態に係るバッテリー診断装置及びその周辺部の機能ブロック図 バッテリー診断装置が実行するバッテリー劣化判定処理のフローチャート バッテリーの実使用年数に伴う満充電容量の変化の一例を示す図 バッテリーの劣化判定手法を説明する図

本開示のバッテリー診断装置は、バッテリーの実使用年数と満充電容量とに基づいて、バッテリーの劣化判定を行う。この劣化判定処理によって、バッテリーの劣化判定の診断精度を向上させることができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係るバッテリー診断装置及びその周辺部の機能ブロック図である。図１に例示した機能ブロックは、バッテリー１００と、バッテリー診断装置２００と、を備えている。このバッテリー１００及びバッテリー診断装置２００は、例えば車両に搭載される。

バッテリー１００は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池や鉛蓄電池などの、充放電可能に構成された二次電池である。このバッテリー１００としては、車両を駆動させるための主機的な機器（図示せず）に必要な電力を供給する駆動用バッテリーや、車両を駆動させるため以外の補機的な機器（図示せず）に必要な電力を供給する補機バッテリーや、自動運転時におけるメイン電源をバックアップするためのサブバッテリーなど、を例示できる。

バッテリー診断装置２００は、バッテリー１００の状態を診断するための装置であり、より特定的にはバッテリー１００の劣化に関する診断を行うことができる。このバッテリー診断装置２００は、定数設定部２１０、取得部２２０、及び判定部２３０を構成に含んでいる。

定数設定部２１０は、後述する判定部２３０が実施するバッテリー１００の劣化判定処理に用いられる定数である「判定年数Ｙｂ」及び「判定容量Ｃｂ」を設定する。この定数について説明をする。

判定年数Ｙｂは、バッテリー１００を実際に使用した時間に基づいて、バッテリー１００の劣化判定を行うためのパラメーターである。本実施形態では、この実使用時間を、時間を年に換算した「実使用年数［単位：年］」として用いている。この判定年数Ｙｂは、以下のようにして設定される。

まず、製品としてバッテリー１００の性能が保証される期間である「保証年数Ｙｗ」が設定される。この保証年数Ｙｗは、典型的には、バッテリー１００の製造会社や販売会社などが予め製品に対して性能の保証を規定した年数である。本実施形態では、保証年数Ｙｗが５年である例を説明する（Ｙｗ＝５）。

次に、バッテリー１００が使用される形態、目的、及び環境などに基づいて、バッテリー１００の使用が想定される期間である「想定使用年数Ｙｕ」が設定される。例えば、バッテリー１００が過酷な環境で使用される場合には、想定使用年数Ｙｕを相対的に短く設定することができ、またバッテリー１００が少ない頻度で使用される場合には、想定使用年数Ｙｕを相対的に長く設定することができる。本実施形態では、想定使用年数Ｙｕが４年である例を説明する（Ｙｕ＝４）。

次に、バッテリー１００の使用時間に関する情報を取得するときに生じる誤差が導出される。導出される誤差として、バッテリー１００を利用する各種のシステムに発生する「クロック誤差Ｃｅ」と、バッテリー１００の使用時間に関する情報を取得するときに発生する「サンプリング誤差Ｓｅ」とを、例示できる。

クロック誤差Ｃｅは、一例として、正規のシステムクロック周波数からずれるパーセンテージで示す誤差［単位：％］とすることができる。本実施形態では、クロック誤差Ｃｅを９％としている（Ｃｅ＝０．０９）。

サンプリング誤差Ｓｅは、一例として、使用時間に関する情報を取得する行為の１回あたりの誤差［単位：秒］とすることができる。バッテリー１００が車両に搭載された例を挙げると、バッテリー１００が使用される期間は、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ－ＯＮ）されてからイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ－ＯＦＦ）されるまでの期間である。本実施形態では、サンプリング誤差Ｓｅを５９秒としている（Ｓｅ＝５９）。このオン／オフ１回の期間にサンプリング誤差Ｓｅが発生するので、１日にイグニッションスイッチがオン／オフされる回数Ｎ（想定値）から、１日あたりのサンプリング誤差“Ｎ×Ｓｅ［単位：秒］”を求めることができる。なお、１日にイグニッションスイッチがオン／オフされる回数Ｎは、１日あたりの車両稼働時間Ｗ（想定値）と、１日あたりのイグニッションスイッチがオン／オフされる頻度Ｉ（想定値）とに基づいて、Ｎ＝Ｗ／Ｉと算出することができる。本実施形態では、１日あたりの車両稼働時間Ｗを２０時間とし、１日あたりのイグニッションスイッチがオン／オフされる頻度Ｉを１．５時間としている。そして、１日あたりのサンプリング誤差“Ｎ×Ｓｅ［単位：秒］”を年に換算すると、“Ｎ×Ｓｅ／３６００／２４［単位：年］”となる。

さらに、上記算出したクロック誤差Ｃｅ［単位：％］及び１年あたりのサンプリング誤差“Ｎ×Ｓｅ／３６００／２４［単位：年］”から、各々の誤差分を考慮した判定年数Ｙｂが取り得る上限値である上限年数Ｙｂｈ及び下限値である下限年数Ｙｂｌを、下記の式１及び式２に基づいて導出する。
上限年数Ｙｂｈ＝判定年数Ｙｂ＋クロック誤差Ｃｅ＋サンプリング誤差Ｓｅ
＝Ｙｂ×｛（１＋Ｃｅ）＋Ｎ×Ｓｅ／３６００／２４｝ … ［式１］
下限年数Ｙｂｌ＝判定年数Ｙｂ－クロック誤差Ｃｅ－サンプリング誤差Ｓｅ
＝Ｙｂ×｛（１－Ｃｅ）－Ｎ×Ｓｅ／３６００／２４｝ … ［式２］

そして、判定年数Ｙｂは、上記算出した上限年数Ｙｂｈ及び下限年数Ｙｂｌに基づいて下記の式３に示す条件を満足する値に設定される。
想定使用年数Ｙｕ≦下限年数Ｙｂｌ＜判定年数Ｙｂ＜上限年数Ｙｂｈ≦保証年数Ｙｗ
… ［式３］

例えば、判定年数Ｙｂを４．５年とすれば、下限年数Ｙｂｌが４．０５年に、上限年数Ｙｂｈが４．９５年となり、想定使用年数Ｙｕの４年と保証年数Ｙｗの５年とのあいだに下限年数Ｙｂｌ、判定年数Ｙｂ、及び上限年数Ｙｂｈの全てが入る。よって、定数設定部２１０は、判定年数Ｙｂを４．５年として設定することができる。

なお、判定年数Ｙｂは、上記式３に示す条件を満足すればどのような値を設定しても構わない。よって、例えば、バッテリー１００の劣化判定を早めたい場合には、想定使用年数Ｙｕ＝下限年数Ｙｂｌとなる判定年数Ｙｂを設定すればよいし、バッテリー１００の劣化判定を遅くしたい場合は、上限年数Ｙｂｈ＝保証年数Ｙｗとなる判定年数Ｙｂを設定すればよい。

判定容量Ｃｂは、バッテリー１００の満充電容量に基づいて、バッテリー１００の劣化判定を行うためのパラメーター［単位：Ａｈ］である。この判定容量Ｃｂは、以下のようにして設定される。

本実施形態において、判定容量Ｃｂは、バッテリー１００の実使用年数が上述した判定年数Ｙｂを超えた場合であっても、設計時に前提としている劣化状態に達していないバッテリー１００を劣化していると判定しないようにできる値に設定される。図３に、バッテリー１００の実使用年数に伴う満充電容量の変化（推定値）の一例を示す。

図３に例示するように、バッテリー１００の性能が保証される期間（保証年数Ｙｗ）である５年を経過した時点での設計による満充電容量（以下「推定満充電容量」という）の平均値は、２．７Ａｈである。本実施形態の定数設定部２１０は、この推定満充電容量のばらつきである標準偏差σによる＋３σの値である３．１Ａｈを、判定容量Ｃｂとして設定する。このように判定容量Ｃｂを設定することで、使用可能なバッテリー１００を無駄なく活用することができる。

なお、判定容量Ｃｂとして、－３σの値である２．５Ａｈを設定することも可能である。この場合には、設計時に前提としている劣化状態にもうすぐ達する可能性のあるバッテリー１００を劣化していると判定することができる。このように判定容量Ｃｂを設定することで、安全対策を早い段階で実施するという効果が期待できる。

取得部２２０は、バッテリー１００の実使用年数を取得する（第１取得部）。本実施形態では、バッテリー１００の実使用年数として、バッテリー１００の使用開始後（車両の販売後やバッテリー交換後など）、車両のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ－ＯＮ）されてからイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ－ＯＦＦ）されるまでの時間、つまりバッテリー１００を用いた電源システムの稼働時間を、積算した値［単位：年］を用いる。このバッテリー１００の実使用年数の情報は、バッテリー診断装置２００が自ら積算して保持してもよいし、車両に搭載された他の装置から取得してもよい。

また、取得部２２０は、バッテリー１００の満充電容量を取得する（第２取得部）。このバッテリー１００の満充電容量は、電流積算法に基づいて蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を推定する手法など、周知の手法を用いて算出することができる。このバッテリー１００の満充電容量の情報は、バッテリー診断装置２００が自ら算出してもよいし、車両に搭載された他の装置から取得してもよい。

判定部２３０は、取得部２２０が取得したバッテリー１００の実使用年数と満充電容量とに基づいて、バッテリー１００の劣化判定を行う。この劣化判定では、図４に例示するハッチング領域で示すように、バッテリー１００の実使用年数が判定年数Ｙｂ以上であり、かつ、バッテリー１００の満充電容量が判定容量Ｃｂ以下である場合に、バッテリー１００が劣化したと判定される。

なお、上述したバッテリー診断装置２００の一部又は全部は、典型的にはマイコンなどのプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスなどを含んだ電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）として構成され得る。この電子制御装置は、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、上述した定数設定部２１０、取得部２２０、及び判定部２３０の各機能の一部又は全部を実現することができる。

［制御］
次に、図２をさらに参照して、本実施形態に係るバッテリー診断装置２００が実行する制御を説明する。図２は、バッテリー診断装置２００が実行するバッテリー１００の劣化に関する処理（バッテリー劣化判定処理）の手順を説明するフローチャートである。図２に例示するバッテリー劣化判定処理は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ－ＯＮ）されるごとに実行される。

（ステップＳ２０１）
バッテリー診断装置２００の取得部２２０は、バッテリー劣化判定処理を行う時点におけるバッテリー１００の実使用年数を取得する。バッテリー１００の実使用年数が取得されると、ステップＳ２０２に処理が進む。

（ステップＳ２０２）
バッテリー診断装置２００の判定部２３０は、バッテリー１００の実使用年数が判定年数Ｙｂを超えているか否かを判定する。バッテリー１００の実使用年数が判定年数Ｙｂを超えている場合は（Ｓ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進む。一方、バッテリー１００の実使用年数が判定年数Ｙｂを超えていない場合は（Ｓ２０２、いいえ）、バッテリー１００はまだ劣化していると判定するまでに至っていないとして、本バッテリー劣化判定処理が終了する。

（ステップＳ２０３）
バッテリー診断装置２００の取得部２２０は、バッテリー劣化判定処理を行う時点におけるバッテリー１００の満充電容量を取得する。バッテリー１００の満充電容量が取得されると、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０４）
バッテリー診断装置２００の判定部２３０は、バッテリー１００の満充電容量が判定容量Ｃｂ未満であるか否かを判定する。バッテリー１００の満充電容量が判定容量Ｃｂ未満である場合は（Ｓ２０４、はい）、ステップＳ２０５に処理が進む。一方、バッテリー１００の満充電容量が判定容量Ｃｂ以上である場合は（Ｓ２０４、いいえ）、バッテリー１００はまだ劣化していると判定するまでに至っていないとして、本バッテリー劣化判定処理が終了する。

（ステップＳ２０５）
バッテリー診断装置２００の判定部２３０は、バッテリー１００が劣化していると判定する。この判定の結果は、例えば、車両の使用者などに通知されてバッテリー１００の交換などが促される。バッテリー１００の劣化が判定されると、本バッテリー劣化判定処理が終了する。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係るバッテリー診断装置２００によれば、電池温度などに影響されるバッテリー１００の内部抵抗値を用いるのではなく、バッテリー１００の実使用年数とバッテリー１００の満充電容量とに基づいて、バッテリー１００の劣化判定を行う。この劣化判定処理によって、バッテリー１００の劣化判定の診断精度を向上させることができる。

以上、本開示の一実施形態を説明したが、本開示は、バッテリー診断装置、プロセッサとメモリとを備えたバッテリー診断装置が実行するバッテリー診断方法、バッテリー診断方法を実行するための制御プログラム、制御プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的記憶媒体、及びバッテリー診断装置を搭載した車両として捉えることが可能である。

本開示のバッテリー診断装置などは、車両に搭載されたバッテリーの状態を診断することに利用可能である。

１００ バッテリー
２００ バッテリー診断装置
２１０ 定数設定部
２２０ 取得部
２３０ 判定部

Claims (7)

1. バッテリーの状態を診断するバッテリー診断装置であって、
   前記バッテリーの実使用年数を取得する第１取得部と、
   前記バッテリーの満充電容量を取得する第２取得部と、
   前記実使用年数と前記満充電容量とに基づいて、前記バッテリーの劣化判定を行う判定部と、を備え、
   前記判定部は、前記実使用年数が判定年数を超えており、かつ、前記満充電容量が判定容量未満である場合に、前記バッテリーが劣化したと判定し、
   前記判定年数は、前記バッテリーの使用が想定される期間と、前記バッテリーの性能が保証される期間とに基づいて設定される、
   バッテリー診断装置。
2. バッテリーの状態を診断するバッテリー診断装置であって、
   前記バッテリーの実使用年数を取得する第１取得部と、
   前記バッテリーの満充電容量を取得する第２取得部と、
   前記実使用年数と前記満充電容量とに基づいて、前記バッテリーの劣化判定を行う判定部と、を備え、
   前記判定部は、前記実使用年数が判定年数を超えており、かつ、前記満充電容量が判定容量未満である場合に、前記バッテリーが劣化したと判定し、
   前記判定年数は、前記判定年数から所定の誤差分を減算した下限年数と、前記判定年数に前記誤差分を加算した上限年数と、前記バッテリーの使用が想定される期間である想定使用年数と、前記バッテリーの性能が保証される期間である保証年数とに基づいて、下記の第１式を満足する値に設定される、
   バッテリー診断装置。
   想定使用年数≦下限年数＜判定年数＜上限年数≦保証年数 … ［第１式］
3. 前記判定容量は、前記バッテリーの性能が保証される期間が経過した時点において予想される前記満充電容量に基づいて設定される、
   請求項１又は２に記載のバッテリー診断装置。
4. 前記判定容量は、前記バッテリーの性能が保証される期間が経過した時点において推定される推定満充電容量と、前記推定満充電容量のばらつきである標準偏差とに基づいて、下記の第２式を満足する値に設定される、
   請求項３に記載のバッテリー診断装置。
   判定容量＝推定満充電容量＋３×標準偏差 … ［第２式］
5. 車両に搭載されたバッテリーの状態を診断するバッテリー診断装置のコンピューターが実行する方法であって、
   前記バッテリーの実使用年数を取得するステップと、
   前記バッテリーの満充電容量を取得するステップと、
   前記実使用年数が、前記バッテリーの使用が想定される期間と前記バッテリーの性能が保証される期間とに基づいて設定される判定年数を超えており、かつ、前記満充電容量が判定容量未満である場合に、前記バッテリーが劣化したと判定するステップと、を含む、
   方法。
6. 車両に搭載されたバッテリーの状態を診断するバッテリー診断装置のコンピューターに実行させるプログラムであって、
   前記バッテリーの実使用年数を取得するステップと、
   前記バッテリーの満充電容量を取得するステップと、
   前記実使用年数が、前記バッテリーの使用が想定される期間と前記バッテリーの性能が保証される期間とに基づいて設定される判定年数を超えており、かつ、前記満充電容量が判定容量未満である場合に、前記バッテリーが劣化したと判定するステップと、を含む、
   プログラム。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバッテリー診断装置を搭載した、車両。

Images