WO2004088342A1

WO2004088342A1 - バッテリ状態監視装置及びその方法

Info

Publication number: WO2004088342A1
Application number: PCT/JP2004/003925
Authority: WO
Inventors: Yoichi Arai; Yoshiya Miyazaki
Original assignee: Yazaki Corporation
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2004-10-14
Also published as: EP1615043A4; US20060273763A1; JP2004301779A; EP1615043A1

Abstract

マイクロコンピュータ23が、電流センサ15や電圧センサ17の出力に基づいて、バッテリ13の内部抵抗の増加による第1劣化度及びバッテリ13の活物質の不活性化による第2劣化度を検出し、検出した第1及び第2劣化度に基づき、バッテリの状態を監視する。

Description

明細書

パッテリ状態監視装置及ぴその方法技術分野

この発明は、バッテリ劣化度監視装置及びその方法に係わり、特に、バッテリの劣化度を監視するためのパッテリ劣化度監視装置及びその方法に関する。背景技術

車両に搭載される車載用のバッテリは、エンジンの始動や車載電装品の作動の電源として幅広く用いられることから、その充電状態を正確に把握しておくことは非常に重要である。

ところで、バッテリは一般に充放電を繰り返すと、バッテリの端子電圧が次第に低下していく。それゆえ、パッテリの充電状態を正確に把握するに当たっては、バッテリの最新の劣化状態（劣化度）を認識することが重要な課題である。そこで、従来では、内部抵抗のうち、放電電流や放電時間によって変化しない成分であるバッテリの純抵抗（ォーミック抵抗）を検出し、検出した純抵抗に基づき、劣化の指標である劣化度を求めていた。

ところで、パッテリの内部抵抗が増加する要因としては、温度変化に起因して一次的に生じてしまう可逆性の劣化と、充放電を繰り返すうちに、格子の腐食、サルフエーシヨン、活物質脱落などが発生し、活物質が不活性化してしまうことにより生じる不可逆性の劣化とがある。

従って、内部抵抗の増加に起因する劣化を監視すれば、上述した可逆性の劣化と不可逆性の劣化とを合わせた劣化を把握することができる。しかしながら、内部抵抗に起因する劣化を監視するだけでは、充放電を繰り返すことにより生じた不可逆性の劣化を把握することができず、パッテリの状態を正確に把握したとは言えないという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、パッテリの状態を正確に把握することができるパッテリ状態監視装置及びその方法を提供することを課題とする。発明の開示

請求項 1記載の発明は、バッテリの状態を監視するためのパッテリ状態監視装置であって、前記パッテリの内部抵抗の増加による第 1劣化度を検出する第 1劣化度検出手段と、前記パッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少による第 2劣化度を検出する第 2劣化度検出手段とを備え、前記第 1劣化度及ぴ第 2劣化度の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視することを特徴とする。

請求項 2記載の発明は、請求項 1記載のバッテリ状態監視装置であって、前記第 1劣化度検出手段は、高率放電が行われたときに検出した前記パッテリの放電電流及び端子電圧に基づき、前記バッテリの純抵抗を求め、放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧と、前記バッテリの純抵抗に基づき、前記純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め、前記求めた純抵抗及び前記飽和分極に基づき、前記第 1劣化度を検出することを特徴とする。

請求項 3記載の発明は、請求項 1又は 2記載のパッテリ状態監視装置であって、前記第 2劣化度検出手段は、新品パッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づき、前記第 2劣化度を検出することを特徴とする。

請求項 4記載の発明は、パッテリの状態を監視するためのパッテリの状態監視方法であって、前記パッテリの内部抵抗の增加による第 1劣化度、及び、前記バッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少量を表す第 2劣化度の両者に基づき、前記パッテリの状態を監視することを特徴とする。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明のパッテリ状態監視方法を実施したパッテリ状態監視装置の一実施の形態を示すブロック図である。第 2図は、スタータモータ駆動開始時の突入電流に伴う放電電流の一例を示すグラフである。第 3図は、二次近似式で表した I一 V特性の一例を示すグラフである。第 4図は、増加方向の近似式から濃度分極成分の除き方の一例を説明するためのグラフである。第 5図は、減少方向の近似式から濃度分極成分の除き方の一例を説明するためのグラフである。第 6図は、増加方向を一次近似式で表した I一 V特性の一例を示すグラフである。第 7図は、減少方向の近似式から濃度分極成分の除き方の他の例を説明するためのグラフである。第 8図は、減少方向の近似式から濃度分極成分の除き方の別の例を説明するためのグラフである。第 9図は、飽和分極検出条件を満たす放電中におけるバッテリの内部で発生する電圧降下の内容を説明するためのグラフである。発明を実施するめの最良の形態

以下、本発明によるバッテリ状態監視方法を実施したパッテリ状態監視装置の一実施の形態を図面に基づいて説明するが、その前に、パッテリの内部抵抗増加に S因した第 1劣化度（以下、 S O H 1 ) を算出するために、バッテリの純抵抗の求め方について説明する。

ところで、バッテリが搭載され、バッテリから電力供給されて動作する車両負荷として、 1 2 V車、 4 2 V車、 E V車、 H E V車には、スタータモータ、モータジェネレータ、走行用モータなどの大電流を必要とする定負荷が搭載されている。例えば、スタータモータ又はこれに類する大電流定負荷をオンしたとき、定負荷には、その駆動開始の初期の段階で突入電流が流れた後、負荷の大きさに応じた定常値の電流が流れるようになる。因みに、負荷がランプである場合には、突入電流に相当するものをラッシュ電流と呼ぶこともある。

スタータモータとして直流モータを使用している場合、界磁コイルに流れる突入電流は、図 2に示すように、定負荷駆動開始直後の例えば 3ミリ秒という短時間内に、ほぼ 0から定常電流に比べて何倍も大きなピーク値、例えば 5 0 0 (A ) まで単調増加した後、このピーク値から例えば 1 5 0ミリ秒という短時間内に定負荷の大きさに応じた定常値まで単調減少するような流れ方をし、パッテリから放電電流として供給される。したがって、定負荷に突入電流が流れる状況で、パッテリの放電電流とこれに対応する端子電圧を測定することによって、 0 からピーク値に至る広い範囲の電流変化に対する端子電圧の変化を示すバッテリの放電電流（ I ) 一端子電圧（V) 特性を測定することができる。

そこで、スタータモータをオンしたときに流れる突入電流に相当する模擬的な放電として、 0からほぼ 2 0 0 Aまで 0. 2 5秒かけて増加し、同じ時間をかけてピーク値から 0まで減少する放電を電子負荷を使用してバッテリに行わせ、そのときのパッテリの放電電流と端子電圧とを対にして短い一定周期で測定し、これによって得た測定データ対を横軸に放電電流、縦軸に端子電圧をそれぞれ対応させてプロットして図 3に示すグラフを得た。図 3のグラフに示す放電電流の増加時と減少時の電流一電圧特性は、最小二乗法を用いて以下のような二次式に近似できる。

V=al I ² +bl I +cl …… ( 1 )

V=a2 I ² +b2 I +c2 …… （2)

なお、図中には、二次の近似式の曲線も重ねて描かれている。

図 3中において、電流増加方向の近似曲線の切片と電流減少方向の近似曲線の切片の電圧差（cl-c2) は、電流が流れていない 0 (A) の時の電圧差であるため、純抵抗と活性化分極による電圧降下を含まない、放電によって新たに発生した濃度分極成分のみによる電圧降下と考えられる。従って、この電圧差（cl-c2 ) は、濃度分極のみによるものであり、この電流 0 (A) 点の濃度分極を V polcO とする。また、任意の濃度分極は、突入電流の大きさに電流の流れた時間を乗じて積算したもの、すなわち Ah (短時間なので、以下 Asec で表す）に比例すると考えられる。

次に、この電流 0 (A) 点の濃度分極 VpolcO を利用して電流ピーク値の濃度分極を算出する方法を説明する。今、電流ピーク値の濃度分極を Vpolcp とすると、 Vpolcpは次式のように表される。

Vpolcp= [ (電流増加時の Asec) / (放電全体の Asec) ] X VOOICO …… （3)

なお、放電全体の Asecは次式で表される。

放電全体の Asec= (電流増加時の Asec +電流減少時の Asec)

上述のようにして求めたピーク値における濃度分極 Vpolcp を式（1) の電流增加方向のピーク値における電圧に加算して、図 4に示すように、ピーク値における濃度分極成分を削除する。なお、ピーク値における濃度分極成分を削除した後の電圧を V Iとすると、 V Iは次式で表される。

V 1 =al I p²+bl I p+cl+ Vpolcp

I pはピーク値における電流値である。

次に、増加方向時の図 4で示すような純抵抗と活性化分極だけの電流一電圧特性の近似式を仮に次式で表す。

V = a3 I ²+b3 I +c3 (4)

放電開始前である電流が 0 (A) の点は、活性化分極も極性分極も発生していないため、式（1) より、 c3 = cl である。また、電流増加の初期状態から電流は急激に増加するが、濃度分極の反応は遅く、反応がほとんど進行していないとすると、式（1) および（4) の電流が 0 (A) の点の微分値は等しくなるので、 b3 = blである。従って、 c3 = cl、 b3 = blを代入することで、式（4) は

V=a3 I ²+bl I +cl …… (5)

と書き直され、未知数は a3のみとなる。

次に、式（5) に電流増加のピーク値の座標（ Ip、 V I) を代入して a3について整理すると、次式が求められる。

a3= (V 1— bl I p-cl) / I p²

従って、純抵抗と活性化分極成分だけの電流一電圧特性の近似式（4) が式（ 5) によって決定される。

続いて、電流減少曲線からの濃度分極成分の削除の仕方を、以下説明する。純抵抗と活性化分極の電流減少方向の関係式は、電流ピーク値における濃度分極の削除と同様の方法で可能である。ピーク値以外の 2点を A点および B点とし、各点における濃度分極 VpolcA 、 VpolcB を次式のようにして求める。 V polcA = [ (電流增加時開始から A点までの A sec ) / (放電全体の A sec ) ] X VpolcO ( 6 )

VpolcB = [ (電流増加時開始から B点までの Asec ) / (放電全体の A sec ) ] X VpolcO …… ( 7 )

上式（6 ) および（7 ) によって、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した 2 点が求まったら、この 2点とピーク値との 3点の座標を利用して次式で表される、図 5に示すような、純抵抗と活性化分極の電流減少方向曲線が求められる。

V =a4 I ² +b4 I + c4 ( 8 )

なお、式（8 ) の係数 a4、 b4、 c4 は、 2点 A及ぴ Bとピーク点の電流値と電圧値とを、式（8 ) にそれぞれ代入して立てた 3点の連立方程式を解くことによつて決定できる。

次に、パッテリの純抵抗の算出の仕方を説明する。上式（5 ) で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流増加方向の曲線と、式（8 ) で表される同じく濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流減少方向の曲線との相違は、活性化分極成分の相違によるものであるので、活性化分極成分を除けば純抵抗が求められる。

ところで、活性化分極が互いに等しい値となる両曲線のピーク値に着目し、ピーク値での電流增加の微分値 R 1と電流減少の微分値 R 2とを次式によって求める。

R 1 = 2 X a3x I p +b3 …… （10)

R 2 = 2 X a4x I p +b4 …… （11)

上式によって求められる微分値 R 1および R 2の差は、一方が活性化分極の増加方向でのピーク値であるのに対し、他方が減少方向でのピーク値であることに基因する。そして、突入電流に相当する模擬的な放電として、 0から 2 0 0 Aまで 0 . 2 5秒かけて増加し、同じ時間をかけてピーク値から 0まで減少する放電を電子負荷を使用してパッテリに行わせた場合には、ピーク値近傍での両者の変化率が等しく、両者の中間に純抵抗による電流一電圧特性が存在すると理解できるので、両微分値を加算して 2で割ることによって、純抵抗 Rを次式によって求めることができる。

以上は、突入電流に相当する模擬的な放電を電子負荷を使用してバッテリに行わせた場合について説明したが、実車両の場合には、上述したようにスタータモータとして直流モータを使用しているとき、界磁コイルに突入電流が流れている間に電流はピークに達し、クランキングはピークに達した後ピーク電流の半分以下に低下した電流で作動している。

従って、電流増加方向は 3ミリ秒（m s e c ) という短時間で終了してしまい、電流増加ピーク値ではほとんど濃度分極が発生しない早い電流の変化であるが、電流減少方向は電流増加方向に比べて 1 5 0 m s e cという長い時間電流が流れるので、減少方向とはいえ、大きな濃度分極が発生する。ただし、クランキング期間については、突入電流の流れている期間とは異質の現象が生じているので

、この期間のバッテリの放電電流と端子電圧については、電流減少方向の電流一電圧特性を決定するためのデータとしては使用しないようにする。

このような状況で、実車両では、図 6に示すように、電流増加方向は電流増加開始点とピーク値の 2点間を結ぶ直線にて近似することができ、しかもこのピーク値 5 0 0 ( A) での濃度分極の発生は 0 ( A) と近似することも可能である。この場合には、電流增加方向については、ピーク値の微分値としては、電流増加方向の近似直線の傾きを使用することになる。

ただし、このような場合には、電流増加方向の近似直線の傾きと、電流減少方向の二次の近似式のピーク点における接線の傾きとを単純に加算平均することはできない。何故ならば、このような状況では、ピーク点までとそれ以降で、活性化分極の発生度合いが全く異なり、ピーク値近傍での両者の変化率が等しくなるという前提が成立しなくなるからである。

このような場合には、純抵抗を求めるに当たって、濃度分極による電圧降下を除いた第 1及び第 2の近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの 2つの端子電圧変化の値、すなわち、傾きに、突入電流が流れている総時間に占める単調増加期間及び単調減少期間の時間の割合をそれぞれ乗じた上で加算すればよい。すなわち、総時間を単調増加及び単調減少にそれぞれ要した時間で比例按分した按分率を各傾きに乗じた上で加算することになる。このようにすることによって、活性化分極と濃度分極とが相互に影響し合うことを考慮して純抵抗を求めることができる。

すなわち、活性化分極は原則電流値に応じた大きさのものが生じるが、その時々の濃度分極量に左右され、原則通りには生じることにならず、濃度分極が小さければ活性化分極も小さくなり、大きければ大きくなる。何れにしても、濃度分極成分による電圧降下を除いた 2つの近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの 2つの端子電圧変化の値の中間の値をバッテリの純抵抗の値として測定することができる。

また、最近の車両では、モータとしては、マグネットモータなどの D Cブラッシレスなどの三相入力を必要とする交流モータが使用されることが増えてきている。このようなモータの場合、突入電流はそれ程早く短時間にピーク値に達することがなく、 1 0 O m s e cほどの時間を要し、電流増加方向においても濃度分極の発生が起こるので、上述した模擬的な放電の場合と同様に、電流増加方向の電流変化曲線は曲線近似することが必要になる。

また、純抵抗と活性化分極の電流減少方向の近似をする場合、ピーク値とこれ以外の 2点を定める際、図 7に示すように、 B点として電流 0 (A) の点を使用すると、近似式を求める際の計算を簡略化することができる。

さらに、例えば、ピーク電流の 1 / 2程度の電流値に対応する点に濃度分極の削除した点を定めた場合、図 8に示すように、この点とピーク値の 2点を結ぶ直線に一次近似してもよい。この場合、電流減少方向については、ピーク値の微分値としては、電流減少方向の近似直線の傾きを使用することになるが、二次曲線を使用したものと変わらない、精度のよい純抵抗が求められる。

以上要するに、濃度分極成分による電圧降下を除いた 2つの近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの 2つの端子電圧変化の値の中間の値をパッテリの純抵抗の値として測定することができる。

そこで、車載バッテリ純抵抗測定方法を、定負荷として、増加する放電電流及び減少する放電電流のいずれにおいても濃度分極の発生を伴う突入電流が流れる例えばスタータモータが使用されている場合について具体的に説明する。定負荷が動作されると、パッテリからは定常値を越えて単調増加しピーク値から定常値に単調減少する放電電流が流れる。このときのパッテリの放電電流と端子電圧とを、例えば 1 0 0マイクロ秒（μ s e c ) の周期にてサンプリングすることで周期的に測定し、バッテリの放電電流と端子電圧との組が多数得られる。このようにして得られたバッテリの放電電流と端子電圧との組の最新のものを、所定時間分、例えば R AMなどの書換可能な記憶手段としてのメモリに格納、記憶して収集する。メモリに格納、記憶して収集した放電電流と端子電圧との組を用いて、最小二乗法により、端子電圧と放電電流との相関を示す増加する放電電流及び減少する放電電流に対する電流一電圧特性について式（1 ) 及び（2 ) に示すような 2つの曲線近似式を求める。次に、この 2つの近似式から濃度分極成分による電圧降下を削除し、濃度分極成分を含まない修正した曲線近似式を求める。

このために、まず、式（1 ) 及び（2 ) の近似式の電流が流れていない 0 (A ) の時の電圧差を、純抵抗と活性化分極による電圧降下はなく、濃度分極によるものであるとして求める。また、この電圧差を利用して、増加する放電電流についての電流—電圧特性の近似式（1 ) 上の電流ピーク値での濃度分極成分による電圧降下を求める。このために、濃度分極は、電流の大きさに電流の流れた時間を乗じた電流時間積によって変化していることを利用する。

增加する放電電流についての電流一電圧特性の近似式上の電流ピーク値での濃度分極成分による電圧降下が求まったら次に、濃度分極成分の含まない近似式と含む近似式のいずれも定数及び一次係数が等しいとして、含まない近似式の二次係数を定め、増加する放電電流についての電流一電圧特性の近似式について修正した曲線近似式（5 ) を求める。

次に、減少する放電電流に対する電流一電圧特性について近似式（2 ) から濃度分極成分の含まない近似式を求める。このために、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した 2点を求める。この際に、濃度分極は、電流の大きさに電流の流れた時間を乗じた電流時間積によって変化していることを利用する。そして、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した 2 点が求まったら、この 2点とピーク値との 3点の座標を利用して、減少する放電電流についての電流一電圧特性の近似式（2 ) について修正した曲線近似式（8 ) を求める。

上式（5 ) で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流増加方向の修正曲線近似式と、式（8 ) で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流減少方向の修正曲線近似式は、活性化分極成分の相違によるものであるので、活性化分極成分を除けば純抵抗が求められる。このために、両近似式のピーク値に着目し、ピーク値での電流増加の微分値と電流減少の微分値との差は、一方が活性化分極の増加方向であるのに対し、他方が減少方向であることに基因するものであるが、ピーク値近傍での両者の変化率の中間に純抵抗による電流一電圧特性が存在するとし、両微分値に突入電流が流れている総時間に占める単調増加期間及び前記単調減少期間の時間の割合をそれぞれ乗じた上で加算することによって、純抵抗を求める。

例えば、電流増加時間が 3 m s e c、電流減少時間が 1 0 0 m s e cとし、ピーク値での電流増加の微分値を Rpolkl 、と電流減少の微分値を R polk2 とすると、以下のようなようにして純抵抗 R nを算出することができる。

R n = Rpolkl X 1 0 0 / 1 0 3 + Rpolk2 x 3 / 1 0 3

また、パッテリの平衡状態における車両用パッテリの開回路電圧は、例えば、車両のィダニッションスィツチがオフされてから一定の充放電分極が解消されるのに十分な時間が経過する毎に、バッテリからの電力供給により作動する負荷を、コンピュータ等の暗電流供給が必要な負荷を除いて開放した状態で、端子電圧を測定して、これを最新の平衡状態における開回路電圧とする方法等によって、検出することができる。

次に、純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め方について説明する。

まず、パッテリが実際に負荷に放出できるエネルギは、バッテリの端子電圧の値に相当する充電容量（電流時間積）から、放電中にパッテリの内部で発生する電圧降下分に相当するよう量、すなわち、パッテリの内部抵抗により放電できない容量をを差し引いた、残りの容量ということになる。

そして、飽和分極検出条件を満たす放電中におけるパッテリの内部で発生する電圧降下は、図 9に示すように、パッテリの純抵抗の成分による電圧降下分（図中 I R降下と表記）と、純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分（図中飽和分極と表記）とに分けて考えることができる。

ところで、パッテリの純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分は、放電電流に同期して增減しないので、例えば上述した方法により純抵抗を求めて、その純抵抗の成分による放電電流に比例する電圧降下分が解るパッテリについては、残る、分極成分による電圧降下分が、最大値、則ち、飽和値を迎えるタイミングを捉える必要がある。

そこで、図 9中の太線の曲線で示す部分のように、平衡状態からの短時間の放電の際に周期的に測定されたバッテリの放電電流と端子電圧から、下記に示す電流一電圧特性の近似式を求める。

V= a I ² + b I + c … (12)

上記パッテリの端子電圧 Vは、パッテリの純抵抗 Rnの成分による電圧降下分と純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分 V_R との合計によって、下記に示すようにも表される。

V= c— R n X I -V_R … (13)

式（12)及び（13)から下記の式を求めることができる。

a I ² +b I + c = c -Rn X I -V_R ··· (14)

上記式（14)を微分して、バッテリの純抵抗成分以外の内部抵抗成分による電圧降下の変化率 dV_R / ά Iを求める。

dV_R /d I = 2 a I +b-Rn …（15)

上記変化率 dV_R /d Iがゼロとなったときの充電電流が、バッテリの純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分が最大値（飽和値）を迎えたときの、端子電圧降下飽和電流値 I pol (= (b -Rn) /2 a) に相当する。

そして、求めた端子電圧降下飽和電流値 I pol を、パッテリの純抵抗 Rnの値と共に、上述した式（14) に放電電流 I として代入して、純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分の飽和値を示す飽和分極 V_R pol (=- a I pol ² - b I pol -R n X I pol ) を求める。

このようにして、純抵抗以外の内部抵抗成分による電圧降下分の飽和値を示す飽和分極 V_R pol を求めたならば、次に、パッテリの純抵抗 Rn及ぴ飽和分極 V_R pol を用いて S OH 1を求める。

SOH 1は、バッテリに蓄えられた電気量である充電容量（以下、 SOC) に対する、充電容量から内部抵抗により放電できない容量を差し引いた、放電可能容量（ADC) の比率を算出することにより求める。

S OH 1 =AD C/ S O C X 1 00 (%)

ところで、上述した放電可能容量 ADCに相当する電圧値 V_ADC は、以下に示すようにして求めることができる。

V_ADC =OCVn-Rn X I p - V_R pol

なお、 OCVnはバッテリの開回路電圧であり、 I pはこの放電のピーク電流値である。上述したように V_R pol を差し引くことにより、放電を継続したときに生じる最も低い電圧 V_ADC を求めることができる。

そして、上記のようにして求めた電圧値 V_ADC から、. 以下に示す電圧方式の換算式によって放電可能容量 ADCを求めることができる。

ADC= { (V_ADC - V e ) / (OCV f — OCV e) } X 1 00 %

V e =OCV f - I XR_{r e f}

但し、上式において OCV f は、新品時のバッテリの満充電時における開回路電圧であり、 OCV eは新品時のパッテリの放電終止時における開回路電圧である。さらに、 R_{r e i}は、開回路電圧 OCVn、つまり、放電開始時のバッテリの充電容量に対する新品パッテリの純抵抗（=ォ一ミック抵抗）の設計値に相当する。

また、 SOCは、下記の式から求めることができる。

S OC= { (OCVn— OCV e) / (OCV f —OCV e) } X 1 00 % 従って、上記 S OH 1は、バッテリの純抵抗 R n及び飽和分極 V_R pol を下記の式に代入することにより求めることができる。 S OH 1 = { (V_ADC - V e ) / ( OCVn-OCV e) } X 1 00 % — (16)

次に、パッテリの充電容量の減少要因となるバッテリの活物質の減少による第 2劣化度（以下、 SOH2) を算出する方法について説明する。

S OH 2は、新品パッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づいて求める。

—般的に、設計時のバッテリ、すなわち、新品バッテリについては、 V (ボルト）で表される満充電時開回路電圧 OCV f 及ぴ放電終止電圧 OCV eと、満充電開回路電圧から放電終止電圧までパッテリに蓄えることができる Ah (アンべァ ·時間）で表される初期電気量が予め定めることができる。上記満充電時開回路電圧 OC V f が新品バッテリの満充電容量に相当する。

従って、任意時点のバッテリの満充電容量に相当する、任意時点のバッテリの満充電時開回路電圧 OCVdが分かれば、この OCV dと上記のように予め定められた OCV f とから、新品バッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量が分かることになる。

まず、 O CV dを検出する方法について説明する。車両において、バッテリは

、一般的に、満充電状態にまで至らない中間的な充電状態で使用されている。このような中間的な充電状態で充放電を繰り返している間に発生する劣化を改善させる目的で、バッテリを定期的に満充電状態まで充電してリフレッシュすることが行われる。 OCV dは、このようなリフレッシュ充電時の充電効率の低下を観測することにより検出することができる。

すなわち、リフレッシュ充電時にバッテリの充電状態が満充電に近づくと、充電効率は、ガッシングによるガス化抵抗成分の増加に起因して低下する（例えば、ほぼゼロに近い値まで低下する）ので、リフレッシュ充電中定期的に充電効率を算出し、算出した充電効率における上述の低下現象を観測することにより、バッテリが満充電状態に至った時点を判断することができ、その時点の開回路電圧を OCVdとして検出することができる。

なお、開回路電圧とバッテリに蓄えられる電気量との関係は、例えば、電解液の減少などによって新品時に比べて変化する。このため、 O C V dを、その変化量によつて補正すれば、さらに正確な満充電容量及び第 2劣化度を求めることができる。

次に、本発明のパッテリ状態監視方法を実施したバッテリ状態監視装置をその概略構成示す図 1を参照して説明する。

図 1は本発明の放電可能容量算出方法及びバッテリ状態監視方法を実施したバッテリ状態監視装置の一実施形態を示すプロック図である。図 1中引用符号 1で示す本実施形態のパッテリ状態監視装置は、エンジン 3に加えてモータジヱネレータ 5を有するハイプリッド車両に搭載されている。

そして、このハイブリッド車両は、通常時はエンジン 3の出力のみをドライブシャフト 7からディファレンシャルケース 9を介して車輪 1 1に伝達して走行させ、高負荷時には、パッテリ 1 3からの電力によりモータジェネレータ 5をモータとして機能させて、エンジン 3の出力に加えてモータジェネレータ 5の出力をドライブシャフト 7から車輪 1 1に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。

また、このハイブリッド車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ 5をジエネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギを電気工ネルギに変換して、各種の負荷に対して電力を供給するためにハイプリッド車両に搭載されたバッテリ 1 3を充電させるように構成されている。

尚、モータジェネレータ 5はさらに、不図示のスタータスイッチのオンに伴うエンジン 3の始動時に、エンジン 3のフライホイールを強制的に回転させるセルモータとして用いられる。

また、パッテリ状態監視装置 1は、アシスト走行用のモータやセルモータとして機能するモータジェネレータ 5等に対するパッテリ 1 3の放電電流 Iや、ジェネレータとして機能するモータジェネレータ 5からのパッテリ 1 3に対する充電電流を検出する電流センサ 1 5と、バッテリ 1 3に並列接続した無限大抵抗を有し、バッテリ 1 3の端子電圧 Vを検出する電圧センサ 1 7とを備えている。

尚、上述した電流センサ 1 5及び電圧センサ 1 7は、ィグニッシヨンスィッチのオン状態によって閉回路状態となる回路上に配置されている。また、本実施形態の車載用パッテリ充電電気量検出装置 1は、上述した電流センサ 1 5や電圧センサ 1 7の出力がインタフェース回路（以下、「 I ZF」と略記する。） 2 1における AZD変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。） 23、及び、不揮発性メモリ（NVM) 2 5をさらに備えている。

そして、前記マイコン 23は、 CPU 23 a、 RAM 23 b, 及ぴ、 ROM 2 3 cを有しており、このうち、 C PU 23 aには、 R AM 23 b及ぴ R OM 23 cの他、前記 I ZF 2 1が接続されており、また、上述した不図示のイダニッションスィツチのオンオフ状態を示す信号が入力される。

前記 RAM 23 bは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリァを有しており、前記 ROM 23 cには、 C PU 23 aに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。

従って、上記した各種の検出を、電流センサ 1 5や電圧センサ 1 7の出力に基づいてマイクロコンピュータ 23が行うことで、パッテリ 1 3の SOH 1や SO H 2が検出されることになる。このことから、マイクロコンピュータ 23が第 1 及び第 2劣化度検出手段として働くことがわかる。また、マイクロコンピュータ 2 3は、上記算出した SOH1及ぴ S OH2に基づいて、バッテリ 1 3状態の監視を行う。

以上のパッテリ状態監視装置によれば、 SOH 1により、不可逆性及び可逆性の劣化を合わせた劣化を把握することができ、 SOH2により、不可逆性の劣化を把握することができるので、 S OH 1及び S OH 2の両方に基づき、バッテリの状態を監視すれば、パッテリの状態を正確に把握することができる。

産業上の利用可能性

以上のように、請求項 1及び 4記載の発明によれば、バッテリの内部抵抗の增加による第 1劣化度、及び、バッテリの充電容量の減少要因となるバッテリの活物質の減少による第 2劣化度を検出する。そして、検出した第 1及び第 2劣化度の両者に基づき、パッテリの状態を監視する。このことにより、第 1劣化度により、不可逆性及ぴ可逆性の劣化を合わせた劣化を把握することができ、第 2 劣化度により、不可逆性の劣化を把握することができるので、第 1及ぴ第 2劣化度の両方に基づき、バッテリの状態を監視すれば、パッテリの状態を正確に把握することができるバッテリ状態監視装置及びその方法を得ることができる。

また、請求項 2記載の発明によれば、第 1劣化度検出手段が、高率放電が行われたときに検出したバッテリの放電電流、端子電圧に基づき、パッテリの純抵抗を求め、放電が行われたときに検出したバッテリの放電電流、端子電圧と、バッテリの純抵抗に基づき、純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め、求めた純抵抗及ぴ前記飽和分極に基づき、第 2劣化度を検出する。このことにより、各種放電が行われたときのバッテリの放電電流と端子電圧とを検出し、この検出結果を処理するだけで、純抵抗と、飽和分極とを求めることができる。しかも、飽和分極を求めることにより、放電が継続して、放電できる容量が最も低くなる点での第 1劣化度を監視することができるので、より一層バッテリの状態を正確に把握することができるバッテリ状態監視装置を得ることができる。

また、請求項 3記載の発明によれば、第 2劣化度検出手段が、新品パッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づき、前記第 2劣化度を検出する。このことにより、満充電容量の減少量を求めることで、簡単に第 2劣化度を求めることができるバッテリ状態監視装置を得ることができる

Claims

請求の範囲

1 . パッテリの状態を監視するためのバッテリ状態監視装置であって、前記バッテリの内部抵抗の増加による第 1劣化度を検出する第 1劣化度検出手段と、前記バッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少による第 2劣化度を検出する第 2劣化度検出手段とを備え、前記第 1劣化度及び第 2劣化度の両者に基づき、前記パッテリの状態を監視することを特徴とするパッテリ状態監

2 . 請求項 1記載のバッテリ状態監視装置であって、前記第 1劣化度検出手段は、高率放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧に基づき、前記バッテリの純抵抗を求め、放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧と、前記バッテリの純抵抗に基づき、前記純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め、前記求めた純抵抗及び前記飽和分極に基づき、前記第 1劣化度を検出することを特徴とするバッテリ状態監視装置。

3 . 請求項 1又は 2記載のバッテリ状態監視装置であって、前記第 2劣化度検出手段は、新品パッテリの満充電容量に対する任意時点のパッテリの満充電容量の減少量に基づき、前記第 2劣化度を検出することを特徴とするバッテリ状態監視

4 . パッテリの状態を監視するためのバッテリの状態監視方法であって、前記パッテリの内部抵抗の増加による第 1劣化度、及び、前記パッテリの充電容量の減少要因となる前記パッテリの活物質の減少量を表す第 2劣化度の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視することを特徴とするバッテリ状態監視方法。