WO2006019005A1

WO2006019005A1 - 放電可能容量検出方法

Info

Publication number: WO2006019005A1
Application number: PCT/JP2005/014537
Authority: WO
Inventors: Youichi Arai
Original assignee: Yazaki Corporation
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2006-02-23
Also published as: US20070279005A1; CN101006354A; EP1780553A1; JP2006058012A

Abstract

【課題】バッテリの状態を正確に把握することができるようになる放電可能容量検出方法を提供する。【解決手段】任意時バッテリの平衡状態時の開回路電圧ＯＣＶｎから放電終止時の端子電圧Ｆ．Ｖと任意時バッテリの内部抵抗最大値（Ｒｎ＋Ｒpolsat）により生じる電圧降下量（Ｒｎ＋Ｒpolsat）×Ｉｐとを差し引いた電圧Ｖ２を、任意時バッテリが任意の充電容量ＳＯＣ２（Ａｈ）全てを放電したときの端子電圧の降下量Ｖ１で除した値に、任意の充電容量ＳＯＣ２（Ａｈ）を乗じて放電可能容量（Ａｈ）として求める。

Description

明細書

放電可能容量検出方法

技術分野

[0001] 本発明は、放電可能容量検出方法に係わり、特に、バッテリの放電可能容量を検出する放電可能容量検出方法に関するものである。

背景技術

[0002] 例えば、車両に搭載されるバッテリを例に取ると、特にモータを唯一の推進駆動源とする電気自動車にぉ、ては、一般のエンジンを推進駆動源とする車両におけるガソリンに相当するものであることから、ノッテリがどの程度充電されているかを認識しておくことは、車両の正常な走行を確保する上で非常に重要である。

[0003] このため従来では、ノッテリがどの程度充電されているかを認識するために、ノッテリの平衡状態での開回路電圧から充電容量の相対値である充電状態（％)や、絶対値である充電容量 (Ah)を検出して!/、た (例えば特許文献 1)。

充電状態（％) = { (OCVn— OCVe)Z(OCVf— OCVe) } X 100

充電容量 (Ah) =充電状態（％) X SOCf (Ah)

但し、 OCVnは任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧を示し、 OCVfは満充電時バッテリの平衡状態での開回路電圧を示す。また、 OCVeは放電終止時バッテリの平衡状態での開回路電圧を示し、 SOCfは満充電容量 (Ah)を示す。

特許文献 1：特開 2002 - 303658号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上述した SOCは、ノッテリに蓄えられた電気量 (クーロン量）に相当するものである力実際に利用する際、その電気量を全て利用することはできない。その理由は、放電電流を流すとバッテリの内部抵抗により電圧降下が発生するからである。そして、その降下量は、 SOC、放電電流の大きさ、放電時間、温度によって変化し、降下量が大きくなればなるほど放電できる電気量は小さくなる。

[0005] 従来考えられて!/、る SOCは、この電圧降下量が考慮されて、な、ため、正確に負荷に放電することができる電気量を把握することができないでいた。つまり、 SOCの監視だけでは、ノッテリの状態を正確に把握することができな力つた。

[0006] そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、バッテリの状態を正確に把握することができるようになる放電可能容量検出方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0007] 請求項 1記載の発明は、図 1に示すように、任意バッテリに蓄積された任意の充電容量 SOC2 (Ah)のうち、負荷に対して放電することができる放電可能容量 ADC (A h)を検出する放電可能容量検出方法であって、平衡状態の前記任意時バッテリを所定電流 Ipで放電したときの端子電圧の変化に対する充電容量の変化を示す放電カーブ Ldcにおいて、前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVn力も前記所定電流 Ipでの放電中に前記任意時バッテリの内部抵抗最大値 (Rn+Rpolsat) によって生じる内部抵抗電圧降下量 { (Rn+Rpolsat) ·Ιρ}を差し引いた端子電圧上の点 Αと、前記所定電流 Ipで放電したときの放電終止時の端子電圧 F. V上の点 Bとを結ぶ第 1直線 L1を引き、該第 1直線 L1と平行で、かつ、前記放電カーブ Ldcにおいて、前記任意の充電容量 SOC2 (Ah)上の点 Cを通る第 2直線 L2を引いたとき、前記第 2直線 L2上において、前記任意の充電容量 SOC2 (Ah)から充電容量ゼロの変化に対する端子電圧の降下量である端子電圧降下量 VIを推定し、前記任意時ノッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVnから、前記放電終止時の端子電圧 F. V と、前記内部抵抗電圧降下量 { (Rn+Rpolsat) ·Ιρ}とを差し引いた電圧 V2を前記推定した端子電圧降下量 VIで除した値に、前記任意の充電容量 SOC2 (Ah)を乗じて放電可能容量 ADC (Ah)とすることを特徴とする放電可能容量検出方法に存する

[0008] 請求項 1記載の発明によれば、任意時バッテリの平衡状態時の開回路電圧 OCVn から放電終止時の端子電圧 F. Vと任意時バッテリの内部抵抗最大値 (Rn+Rpolsat )により生じる電圧降下量 (Rn+Rpolsat) X Ipとを差し引いた電圧 V2を、推定した端子電圧降下量 VIで除した値に、任意充電容量 SOCn2 (Ah)を乗じて放電可能容量 (Ah)として求める。

[0009] 従って、バッテリに蓄えられた充電容量 SOC2 (Ah)のうち、内部抵抗最大値 (Rn +Rpolsat)によって放電できない容量を差し引いた、実際に負荷に対して放電することができる容量 (Ah)を求めることができる。また、任意充電容量 SOCn2 (Ah)に対する放電可能容量 ADC (Ah)の割合と同じである、端子電圧降下量 VIと電圧 V2との割合を利用して、放電可能容量 ADC (Ah)を求めることにより、正確に放電可能容量を求めることができる。

[0010] 請求項 2記載の発明は、図 1に示すように、請求項 1記載の放電可能容量検出方法であって、満充電時の平衡状態での開回路電圧を 100%、放電終止時の平衡状態での開回路電圧を 0%としたときの、前記任意時バッテリの平衡状態における開回路電圧 OCVnの相対値である任意時の充電状態を求め、該求めた任意時の充電状態に基づいて、前記端子電圧降下量 VIを推測することを特徴とする放電可能容量検出方法に存する。

[0011] 請求項 2記載の発明によれば、満充電時の平衡状態での開回路電圧を 100%、放電終止時の平衡状態での開回路電圧を 0%としたときの、任意時バッテリの平衡状態における開回路電圧 OCVnの相対値である任意時の充電状態を求める。求めた任意時の充電状態に基づいて、端子電圧降下量 VIを推測する。従って、端子電圧降下量 VIは任意時の充電状態に依存することに着目し、任意時の充電状態から端子電圧降下量 VIを正確に推測することができる。

[0012] 請求項 3記載の発明は、図 1に示すように、請求項 1又は 2記載の放電可能容量検出方法であって、前記内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに基づいて、前記端子電圧降下量 VIを推測することを特徴とする放電可能容量検出方法に存する。

[0013] 請求項 3記載の発明によれば、内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに基づいて、前記端子電圧降下量 VIを推測する。従って、端子電圧降下量 VIは内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに依存することに着目し、内部抵抗電圧降下量 (Rn +Rpolsat) 'Ipから端子電圧降下量 VIを正確に推測することができる。

[0014] 請求項 4記載の発明は、図 1に示すように、請求項 2又は 3記載の放電可能容量検出方法であって、前記内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに、前記任意時の充電状態の逆数力求めた増加比率を乗じ、該乗じた値を、前記放電終止時の端子電圧 F. Vと、前記第 2直線 L2上において、前記充電容量ゼロに対する端子電圧であるゼロ端子電圧 VO' との差分 V12として推測し、該推測した差分 V12に、前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVnから前記放電終止時の端子電圧 F . Vを差し引いた電圧 VI Iを加算した値を、前記端子電圧降下量 VIとして求めることを特徴とする放電可能容量検出方法に存する。

[0015] 請求項 4記載の発明によれば、内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに、任意時の充電状態の逆数から求めた増加比率を乗じる。乗じた値を、放電終止時の端子電圧 F. Vと、前記第 2直線 L2上において、充電容量ゼロに対する端子電圧であるゼ口端子電圧 V0' との差分 VI 2として推測する。推測した差分 V12に、任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVn力放電終止時の端子電圧 F. Vを差し引いた電圧 VI Iを加算した値を、端子電圧降下量 VIとして求める。従って、端子電圧降下量 VIは任意時の充電状態や、内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに依存することに着目し、任意時の充電状態及び内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ' から端子電圧降下量 VIを正確に推測することができる。

[0016] 請求項 5記載の発明は、請求項 4記載の放電可能容量検出方法であって、前記任意時バッテリの純抵抗 Rnの、満充電時バッテリの純抵抗 R100に対する増加比に、前記逆数を乗じた値を前記増加比率 OCとして求めることを特徴とする放電可能容量検出方法に存する。

[0017] 請求項 5記載の発明によれば、任意時バッテリの純抵抗の満充電時バッテリの純抵抗に対する増加比に、逆数を乗じた値を増加比率とした。以上のようにして求めた増加比率を使って求めた放電可能容量 (Ah)は実測された放電可能容量 (Ah)とほぼ同じ値を示すことが実験により得られた。

[0018] 請求項 6記載の発明は、請求項 2又は 3記載の放電可能容量検出方法であって、前記内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに、前記任意時の充電状態の逆数から求めた増加量を加算し、該加算した値を、前記放電終止時の端子電圧 F. Vと、前記第 2直線 L2上において、前記充電容量ゼロに対する端子電圧であるゼロ端子電圧 V( との差分 VI 2として推測し、該推測した差分 V12に、前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVnから前記放電終止時の端子電圧 F. Vを差し引いた電圧 VI Iを加算した値を、前記端子電圧降下量 VIとして求めることを特徴とする放電可能容量検出方法に存する。

[0019] 請求項 6記載の発明によれば、内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに、任意時の充電状態の逆数から求めた増加量を加算する。加算した値を、放電終止時の端子電圧 F. Vと、第 2直線 L2上において、充電容量ゼロに対する端子電圧であるゼロ端子電圧 V( との差分 VI 2として推測する。推測した差分 V12に、任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVnから放電終止時の端子電圧 F. Vを差し引いた電圧 VI Iを加算した値を、端子電圧降下量 VIとして求める。従って、端子電圧降下量 VIは任意時の充電状態や、内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに依存することに着目し、任意時の充電状態及び内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ' から端子電圧降下量 VIを正確に推測することができる。

[0020] 請求項 7記載の発明は、請求項 6記載の放電可能容量検出方法であって、前記放電終止時バッテリの純抵抗と満充電時バッテリの純抵抗との差分に、前記逆数を乗じた値を前記増加量として求めることを特徴とする放電可能容量検出方法に存する。

[0021] 請求項 7記載の発明によれば、放電終止時バッテリの純抵抗と満充電時バッテリの純抵抗との差に、逆数を乗じた値を増加量とした。以上のようにして求めた増加量を使って求めた放電可能容量 (Ah)は実測された放電可能容量 (Ah)とほぼ同じ値を示すことが実験により得られた。

発明の効果

[0022] 以上説明したように請求項 1記載の発明によれば、バッテリに蓄えられた充電容量のうち、内部抵抗最大値によって放電できない容量を差し引いた、実際に負荷に対して放電することができる容量 (Ah)を求めることができる。また、任意充電容量に対する放電可能容量の割合と同じである、端子電圧降下量 VIと電圧 V2との割合を利用して、放電可能容量を求めることにより、正確に放電可能容量を求めることができるので、正確にバッテリの状態を把握することができるようになる放電可能容量検出方法を得ることができる。

[0023] 請求項 2記載の発明によれば、端子電圧降下量は任意時の充電状態に依存することに着目し、任意時の充電状態から端子電圧降下量を正確に推測することができるので、正確に放電可能容量 (Ah)を求めることができる放電可能容量検出方法を得ることができる。

[0024] 請求項 3記載の発明によれば、端子電圧降下量は内部抵抗電圧降下量に依存することに着目し、内部抵抗電圧降下量力端子電圧降下量を正確に推測することができるので、正確に放電可能容量 (Ah)を求めることができる放電可能容量検出方法を得ることができる。

[0025] 請求項 4及び 6記載の発明によれば、端子電圧降下量は任意時の充電状態や、内部抵抗電圧降下量に依存することに着目し、任意時の充電状態及び内部抵抗電圧降下量力端子電圧降下量を正確に推測することができるので、正確に放電可能容量 (Ah)を求めることができる放電可能容量検出方法を得ることができる。

[0026] 請求項 5及び 7記載の発明によれば、以上のようにして求めた増加比率や増加量を使って求めた放電可能容量 (Ah)は実測された放電可能容量 (Ah)とほぼ同じ値を示すことが実験により得られたので、正確に放電可能容量 (Ah)を求めることができる放電可能容量検出方法を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]平衡状態の開回路電圧 OCVnのバッテリをピーク電流 Ipで放電したときの残存充電容量 (Ah)の変化に対する端子電圧 Vの変化を示す放電カーブ Ldcである。

[図 2]二次近似式で表した放電電流一端子電圧特性の一例を示すグラフである。

[図 3]充電状態（％) =80%、 50%のバッテリを各々、ピーク電流 Ipで充電状態（％) =0、充電容量 (Ah) =0まで放電したときの充電容量 (Ah)の変化に対する端子電圧 Vの変化を示す放電カーブ Ldc , Ldc を示すグラフである。

80% 50%

[図 4]SOCl (%)とバッテリの内部抵抗との関係を示すグラフである。

[図 5]推定 ADC (Ah)と実測 ADC (Ah)との関係を示すグラフである。

[図 6]本発明の放電可能容量検出方法を実施したバ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。

符号の説明

[0028] F. V 放電終止時の端子電圧

Ip ピーク電流 (所定電流）

OCVn 任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧 OCVe 放電終止時の平衡状態での開回路電圧

OCVf 満充電時バッテリの平衡状態での開回路電圧

Rn 任意時バッテリの純抵抗

Rpolsat 任意時バッテリの飽和分極成分

Rn+Rpolsat 任意時バッテリの内部抵抗最大値

R100 満充電時バッテリの純抵抗

R0 SOC2 (Ah) =0時点でのバッテリの純抵抗

SOCl (%) 任意の充電状態

SOC2 (Ah) 任意の充電容量 (Ah)

a 増加率

β 増加量

発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、本発明につ、て図面を参照して説明する。

図 1は平衡状態での開回路電圧が OCVnである任意時バッテリをピーク電流 Ip ( = 所定電流)で放電し続けたときのバッテリの残存充電容量 (Ah)の変化に対する端子電圧 (V)の変化を示す放電カーブである。同図に示すように、放電が進むに連れてノッテリの端子電圧 (V)は充電容量 (Ah)と共に減少してヽく。

[0030] 図中、 OCVe (V)は放電終止時の平衡状態での開回路電圧であり、平衡状態となつたときの開回路電圧が OCVe以下とならないようにバッテリを使用する必要がある。抵抗 R0は、平衡状態の開回路電圧が OCVeになったとき、すなわち、上述した従来で示した充電状態（％) =0、充電容量 (Ah) =0となったときの新品ノッテリの純抵抗 (設計値)に相当する。

[0031] また、上述したピーク電流 Ipは高率放電時のピーク電流とする。例えば、車両に搭載されたバッテリでは、エンジンの始動の際にスタータモータを通じて放電が行われる。このとき、突入電流と一般に呼ばれる、定常電流値と比べて非常に大きな大電流まで短時間に増大し大電流から定常電流値まで短時間に減少する放電電流が流れる。一般に、このような放電を高率放電と呼ぶ。

[0032] F. V (V)は、放電終止時の端子電圧であり、上述した放電終止時の開回路電圧 O CVeカゝら抵抗 R0にピーク電流 Ipが流れたときに生じる電圧降下分 R0 X Ipを差し引いた値に相当する。つまり、放電中にバッテリの端子電圧が F. V (V)を下回らなければ、たとえ分極が全く発生しな力つたとしても（実際には放電中に分極が全く発生しないことはない）、放電が終了して平衡状態に戻ったときの開回路電圧が OCVeを下回ることはない。このため、ノッテリは放電中の端子電圧が F. V(V)以下とならないように使用される。

[0033] SOC2 (Ah)は平衡状態時の開回路電圧が OCVnである任意時バッテリに蓄積されている充電容量 (Ah)である。実際のバッテリは内部抵抗や分極により放電できない電気量が存在するため上述した SOC2 (Ah)は全て放電することはできないが、無限小電流で放電すれば分極の発生は無視できるほど小さ、ため、内部抵抗による電圧降下が限りなく 0になるので SOC2 (Ah)は全て放電することができる。

[0034] 上述した理由によりピーク電流 Ipで放電し続けても SOC2 (Ah)全てを放電することはできないが、 V0 (V)は、仮にピーク電流 Ipで放電し続けた結果、充電容量 (Ah) = 0になったときの端子電圧 (V)に相当する値である。また、（Rn+Rpolsat)は、開回路電圧 OCVnのバッテリがピーク電流 Ipで放電しているときに発生する内部抵抗の最大値であり、詳しい内容については後述する。

[0035] 今、平衡状態の開回路電圧が OCVnであるバッテリが実際に負荷に対して放電できる電気量である放電可能容量 (Ah:電流時間積）は、図中 ADC (Ah)に相当する。詳しくは、 F. V(V)に相当する容量と放電中にバッテリの内部で発生する内部抵抗電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに相当する容量 (Ah) (=バッテリの内部抵抗により放電できな!/、容量）とを、 SOC2 (Ah)力も減じた容量 (Ah) t 、うことになる。また、 V 2は開回路電圧 OCVnから、 F. V (V)と（Rn+Rpolsat) 'Ip (V)とを差し引いた電圧に相当する。

[0036] そこで、放電カーブ Ldc上において、点 Aと点 Bとを結ぶ直線 L1 (第 1直線）を引いてみる。同図からも明らかなように、点 Aは放電カーブ Ldcにおいて、開回路電圧 OC Vnから (Rn+Rpolsat) ·Ιρを差し引いた端子電圧上の点であり、点 Βは F. V上の点である。次に、直線 L1と平行で、かつ、放電カーブにおいて、 SOC2 (Ah)上の点 C を通る直線 L2 (第 2直線)を引く。 [0037] 上述した直線 L2上にお!、て、残存充電容量 (Ah)の SOC2 (Ah)力 0の変化に対する端子電圧 Vの降下量を VI (V)とすると、 SOC2 (Ah)と ADC (Ah)の比は、 V 1 (V)と V2 (V)との比に相当する。従って、 SOC2 (Ah)を求め、 VI (V)、 V2 (V)が推測できれば、 V2 (V)を VI (V)で除した値に、 SOC2 (Ah)を乗じることによって、 A DC (Ah)を求めることができる。

[0038] 上述した SOC2 (Ah)は、以下の式で求めることができる。

SOC2 (Ah) = { (OCVn-OCVe) / (OCVf-OCVe) } X SOCf

…ひ）

ただし、 OCVe :放電終止時における平衡状態の開回路電圧 (設計値)、 OCVf :満充電時における平衡状態の開回路電圧 (設計値)、 SOCf (Ah)：満充電容量 (設計値)。

[0039] また、 V2 (V)は、 OCVnから（Rn+Rpolsat) X Ipと、 F. Vを差し引いて求めることができる。 OCVnは、それ以前の充放電によってバッテリ内に発生している分極の影響が完全に解消し、分極によるバッテリ端子電圧の低下或いは上昇がなくなつている平衡状態にあるときのノッテリの端子電圧を実測するか、又は、充放電停止直後のバッテリ端子電圧の変化を短時間観測した結果によって推定されるものが利用される

[0040] 内部抵抗による電圧降下 (Rn+Rpolsat) X Ipは以下のようにして求める。放電中におけるノッテリの内部で発生する電圧降下は、バッテリの純抵抗による電圧降下分と、純抵抗以外の内部抵抗による電圧降下分、即ち、分極による電圧降下分とに分けて考えることができる。

[0041] まず、開回路電圧 OCVnのバッテリの純抵抗 Rnの求め方の一例について説明する。高率放電をバッテリに行わせ、そのときのバ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する。横軸を放電電流、縦軸を端子電圧として、一定周期での測定によって得た測定データ対をプロットして図 2に示すグラフを得る。図 2に示す放電電流の増加時と減少時の電流電圧特性は、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 -I²+bl -I + cl - -- (2) V=a2 -I²+b2 -I + c2 · ' · (3)

なお、図中には、二次の近似式も曲線も重ねて描かれている。

[0042] 図 2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との電圧差（cl c2)は、電流が流れて!/ヽな、0 (A)の時の電圧差であるため、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。従つて、電流 0 (A)点での濃度分極 Vpolc0= (cl— c2)となる。また、任意の濃度分極は、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。

[0043] 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) Z (放電全体の Asec) ] X VpolcO …（4) 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)

[0044] 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（2)の電流増加方向のピーク値における電圧に加算して、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 Vplとすると、 Vplは次式で表される。

Vpl = allp²+bllp + cl + Vpolcp

[0045] 次に、電流増加方向の近似曲線に対し純抵抗と活性化分極だけの電圧降下曲線を定めその近似式を仮に次式で表す。

V=a3I²+b3I + c3 · ' · (5)

放電開始前である電流が OAの点は、活性化分極も濃度分極も clを基準にして分極を考えているため、式（2)より、 c3 = clである。

[0046] また、電流増加の初期状態力も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ないとすると、式（2)および（5)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（5) は V=a3I²+blI + cl · '· (6)

と書き直され、未知数は a3のみとなる。

[0047] 次に、式（6)に電流増加のピーク値の座標（Ip、 Vpl)を代入して a3について整理すると、次式が求められる。

a3= (Vl -blIp-cl) /lp²

従って、純抵抗と活性化分極だけの近似式 (5)が式 (6)によって決定される。

[0048] 続いて、電流減少曲線力ゝらの濃度分極成分の削除の仕方を説明する。純抵抗と活性ィ匕分極による電圧降下の電流減少方向の曲線の関係式力濃度分極成分の削除は、電流ピーク値における濃度分極成分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。

VpolcA= [ (電流増加開始から A点までの Asec) / (放電全体の Asec) ] XVpolcO … ）

VpolcB = [ (電流増加開始から B点までの Asec) / (放電全体の Asec) ] XVpolcO …

[0049] 上記（7)および (8)によって、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した 2点が求まつたら、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、純抵抗と活性化分極による電圧降下の電流減少方向の曲線が求められる。

V=a4I²+b4I + c4 · '· (9)

なお、式（9)の係数 a4、 b4、 c4は、 2点 A及び Bとピーク点の電流値と電圧値とを、式（ 9)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って決定できる。

[0050] 次に、純抵抗 Rnの算出の仕方を説明する。上記式 (6)で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性ィ匕分極による電圧降下の電流増加方向の曲線と、式（9)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による電圧降下の電流減少方向の曲線との相違は、活性ィ匕分極成分の相違によるものである。

[0051] ところで、ピーク値での電流増加の微分値 R1と電流減少の微分値 R2とを次式によつて求める。

Rl = 2 X a3 X Ip+b3 - -- (10) R2 = 2 X a4 X Ip+b4 〜（11)

[0052] 上式によって求められる微分値 Rlおよび R2の差は、一方が活性化分極成分の増加方向でのピーク値であるのに対し、他方が減少方向のピーク値であることに起因する。また、活性ィ匕分極は原則放電電流に応じた大きさのものが生じる力その時々の濃度分極に左右され、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。そこで、ピーク値近傍での両者の変化率の間に純抵抗による電流電圧特性が存在すると考え、両微分値に突入電流が流れている総時間に示す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ることによって、純抵抗を求めることができる。

[0053] 例えば、電流増加時間を 3msec、電流減少時間を 100msecとすると、以下のようにして純抵抗 Rnを算出することができる。

Rn=Rl X 3/103+R2 X 100/103 - -- (12)

この純抵抗 Rnは、スタータモータの駆動時など、高率放電が行われる毎に、算出され、更新される。

[0054] 上述した純抵抗 Rnによる電圧降下分は、ノッテリの状態が同じであれば変化しない。なお、ダヴイット'リンデン著の「最新電池ハンドブック」 P10図 2. 1「作動電流の関数としてのセル」によれば、分極はある程度大きな放電電流を流したとき、その大きさに応じた一定値に飽和する飽和分極電圧降下が存在するといえる。従って、この飽和分極を迎える点を監視すれば、最も内部抵抗による電圧降下が大きくなる点を監視することができる。

[0055] 次に、飽和分極 V pol (=Rpolsat X Ip)の求め方について説明する。まず、バッテリ

R

に放電を行わせ、そ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

、式（13)に示す放電電流 Iに対する端子電圧 Vの近似式を求める。

V=al²+bl + c - -- (13)

[0056] 上記バッテリの端子電圧 Vは、ノッテリの純抵抗 Rnによる電圧降下と純抵抗以外の内部抵抗成分による電圧降下分 V (分極による電圧降下）との合計によって、下記に

R

示すようにも表現される。

V=c- (RnX I+V ) - -- (14) 式（13)及び（14)から下記に示す近似式と、純抵抗による電圧降下と、分極による電圧降下との関係式を求めることができる。

aI²+bI= - (RnX I+V ) - -- (15)

R

[0057] 上記式（15)を微分して、ノッテリの純抵抗以外の内部抵抗による電圧降下の変化率 dV Zdlを求める。

R

dV /dI= - 2aI-b-Rn - -- (16)

R

上記変化率 d R Zdlがゼロとなったときの放電電流力ノッテリの純抵抗以外の内部抵抗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 Ipol (= - (Rn+b) /2a)に相当する。

[0058] そして、平衡状態力もの放電であるとき、求めた端子電圧降下飽和電流値 Ipolを、ノッテリの純抵抗 Rnの値と共に、上述した式（15)の放電電流 Iとして代入して、求められる分極による電圧降下 V { =— alpof— blpol— Rn X Ipol"' (17) }を、飽和分極

R

V polとする。なお、この飽和分極 V polは、ノッテリが放電を行う毎に、算出され、更

R R

新される。以上のように求めた飽和分極 V polは Rpolsat X Ipに相当する値である。従

R

つて、式（12)で求まった純抵抗 Rn、式（17)で求まった飽和分極から（Rn+Rpolsat ) X Ipを求めることができる。なお、（Rn+Rpolsat) ·Ιρの求め方については上述した方法に限定されるものではない。

[0059] また、 VI (V)は、図 1に示すように、開回路電圧 OCVnと放電終止時の端子電圧 F . V (V)との差分である VI I (V)と、 F. V (V)と、直線 L2上において充電容量 (Ah) =0に対する端子電圧 V0' との差分である VI 2 (V)とを加算して求めることができる。 VI Iについては、実測又は推測により求めた OCVn力設計値力求められる F. V ( = OCVe-R0 X Ip)を差し引いて求めることができる。

[0060] 次に、上述した VI 2 (V)の推定方法について、図 3を参照して説明する。図中、放電カーブ Ldc 、 Ldc は各々、充電状態（％) =80%、 50%のバッテリをピーク電

80% 50%

流 Ipで充電状態（％) =0、充電容量 (Ah) =0まで放電したときの充電容量 (Ah)の変化に対する端子電圧 Vの変化を示す曲線である。

[0061] また、 OCV 、OCV は各々、充電状態（％) =80%、 50%バッテリの平衡状態

80% 50%

での開回路電圧である。（R +Rpolsat)、（R +Rpolsat)は各々、充電状態（％) = 80%、 50%バッテリの内部抵抗最大値である。放電カーブ Ldc 、 Ldc 各々に

80% 50% 対して引いた直線 Ll、 L2からも明らかなように、充電状態（％)が低くなるに従って、 V0' が低くなり、これにより V12 (V)が大きくなる。

[0062] ところで、放電によってノッテリの充電状態（％)が低くなるに従って、そのバッテリに生じる内部抵抗最大値は大きくなる。そこで、電圧降下 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに対する V12の比率は、内部抵抗 (Rn+Rpolsat)に対する充電状態（％) =0、充電容量 (A h) =0のときの内部抵抗の増加比率 αと同等ではないかと考え、電圧降下量 (Rn+ Rpolsat) ·Ιρに、増加係数 αを乗じた値が V12に相当すると仮定した。

[0063] 次に、上述した増加比率 αの求め方について、図 4を参照して以下説明する。図 4 中、曲線 L3は充電状態（％) =80%のバッテリをピーク電流 Ιρで放電したときの充電状態 (％)と内部抵抗 R ( =純抵抗 +飽和分極抵抗)との関係を示す曲線である。また、曲線 L4は充電状態（％) =60%のバッテリをピーク電流 Ιρで充電状態（％) =0まで放電したときの充電状態 (％)と内部抵抗 R(=純抵抗 +飽和分極抵抗)との関係を示す曲線である。図中、（Rn+Rpolsat) 80%は、充電状態（％) =80%のバッテリの内部抵抗であり、（Rn+Rpolsat) 60%は、充電状態（％) =60%のバッテリの内部抵抗である。

[0064] 同図からも明らかなように曲線 L3、 L4の曲率は 1ZSOC1 (%) (=放電開始前の充電状態（％)、つまり任意時の充電状態（％) )に応じている。また、曲線 L3、 L4のオフセット ARは RnZRIOOに応じている。なお、 R100は充電状態（％) = 100のときのバッテリの純抵抗 (設計値）に相当する値である。このことから、増加比率 αは上述した 1ZSOC1 (%)と RnZRIOOとを乗じた値に相当すると推測される。

[0065] 以上のように求めた V2 (V)を VI (V)で除した値に、 SOC2 (Ah)を乗じて求めた推定 ADC (Ah)と、実測 ADC (Ah)とを比べて見ると、図 5に示すように、ほぼ同じ値となり、正確な ADC (Ah)を求められることが分かった。

[0066] 上述した放電可能容量検出方法によれば、任意時にバッテリに蓄えられた充電容量 SOC2 (Ah)のうち、内部抵抗最大値 (Rn+Rpolsat)によって放電できない容量を差し引いた、実際に負荷に対して放電することができる容量 (Ah)を求めることができる。また、図 1に示すように、 SOC2 (Ah)に対する ADC (Ah)の割合と同じである、降下量 VIと電圧 V2との割合を利用して、放電可能容量 ADC (Ah)を求めることにより、正確に放電可能容量を求めることができる。

[0067] また、上述した放電可能容量検出方法によれば、満充電時の平衡状態での開回路電圧を 100%、放電終止時の平衡状態での開回路電圧を 0%としたときの、任意時バッテリの平衡状態における開回路電圧 OCVnの相対値である SOC1 (%)を求め、求めた SOCl (%)や、（Rn+Rpolsat) ·Ιρに基づいて、降下量 VIを推測している。従って、降下量 VIは SOCl (%)や、（Rn+Rpolsat) ·Ιρに依存することに着目し、 SOCl (%)や、（Rn+Rpolsat) ·Ιρから端子電圧降下量 VIを正確に推測することができる。

[0068] 以上に説明した本発明のバッテリの放電可能容量検出方法は、図 6に示す構成によって実施することができる。図 6は本発明の放電可能容量検出方法を実施したバ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。図 6中引用符号 5で示す本実施形態のバッテリ状態監視装置は、エンジン 3に加えてモータジェネレータ 5を有するハイブリッド車両に搭載されて、る。

[0069] 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 力もディファレンシャルケース 9を介して車輪 11に伝達して走行させ、高負荷時には、ノッテリ 13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、ェンジン 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 11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。

[0070] 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ブリッド車両に搭載されたバッテリ 13を充電させるように構成されている。

[0071] 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。

[0072] また、バ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等に対するバッテリ 13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からのバッテリ 13に対する充電電流を検出する電流センサ 15と、ノッテリ 13に並列接続した無限大抵抗を有し、ノッテリ 13の端子電圧 Vを検出する電圧センサ 17とを備えている。

[0073] 尚、上述した電流センサ 15及び電圧センサ 17は、イダ-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。

[0074] また、本実施の形態のバッテリ状態監視装置 1は、上述した電流センサ 15や電圧センサ 17の出力がインタフェース回路（以下、「IZF」と略記する。） 21における AZ

D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、不図示の不揮発性メモリ (NVM)をさらに備えて！/、る。

[0075] そして、前記マイコン 23は、 CPU23a、 RAM23b及び ROM23cを有しており、このうち、 CPU23aには、 RAM23b及び ROM23cの他、前記 IZF21が接続されており、また、上述した不図示のイダ-ッシヨンスィッチのオンオフ状態を示す信号が入力される。

[0076] 前記 RAM23b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アを有しており、前記 ROM23cには、 CPU23a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！、る。

[0077] 従って、上述した放電時の各種の検出を電流センサ 15や電圧センサ 17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、放電可能容量 ADC (Ah)が検出される。

[0078] なお、上述した実施形態では、上述した電圧降下 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに対する V12 の比率は、内部抵抗 (Rn+Rpolsat)に対する充電状態（％) =0、充電容量 (Ah) = 0のときの内部抵抗の増加比率ひと同等ではないかと考え、電圧降下量 (Rn+Rpols at) ·Ιρに、増加係数 αを乗じた値力に相当すると推定していた。これに対して、例えば、上述した電圧降下 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに対する V12の増加量は、内部抵抗 (Rn+Rpolsat)に対する充電状態（％) =0、充電容量 (Ah) =0のときの内部抵抗の増加量 j8と同等ではないかと考え、電圧降下量 (Rn+Rpolsat) ·Ιρに、増加量 j8を加算した値を VI 2として推定することも考えられる。

[0079] 増加量 |8は (R0— R100)を SOC1 (%)を除した値に相当すると推定される。このようにして求めた増加量 j8を (Rn+Rpolsat) ·Ιρに加算して求めた V12を用いて ADC (Ah)を推定すると、この場合も実測 ADC (Ah)とほぼ同じ値になった。

Claims

請求の範囲

[1] 任意バッテリに蓄積された任意の充電容量のうち、負荷に対して放電することができる放電可能容量を検出する放電可能容量検出方法であって、

平衡状態の前記任意時バッテリを所定電流で放電したときの端子電圧の変化に対する充電容量の変化を示す放電カーブにぉヽて、前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧力前記所定電流での放電中に前記任意時バッテリの内部抵抗最大値によって生じる内部抵抗電圧降下量を差し引いた端子電圧上の点と、前記所定電流で放電したときの放電終止時の端子電圧上の点とを結ぶ第 1直線を引き、該第 1直線と平行で、かつ、前記放電カーブにおいて、前記任意の充電容量上の点を通る第 2直線を引いたとき、

前記第 2直線上において、前記任意の充電容量から充電容量ゼロの変化に対する端子電圧の降下量である端子電圧降下量を推定し、

前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧から、前記放電終止時の端子電圧と、前記内部抵抗電圧降下量とを差し引いた電圧を前記推定した端子電圧降下量で除した値に、前記任意の充電容量を乗じて放電可能容量とすることを特徴とする放電可能容量検出方法。

[2] 請求項 1記載の放電可能容量検出方法であって、

満充電時の平衡状態での開回路電圧を 100%、放電終止時の平衡状態での開回路電圧を 0%としたときの、前記任意時バッテリの平衡状態における開回路電圧の相対値である任意時の充電状態を求め、

該求めた任意時の充電状態に基づいて、前記端子電圧降下量を推測することを特徴とする放電可能容量検出方法。

[3] 請求項 1又は 2記載の放電可能容量検出方法であって、

前記内部抵抗電圧降下量に基づいて、前記端子電圧降下量を推測することを特徴とする放電可能容量検出方法。

[4] 請求項 2又は 3記載の放電可能容量検出方法であって、

前記内部抵抗電圧降下量に、前記任意時の充電状態の逆数から求めた増加比率を乗じ、該乗じた値を、前記放電終止時の端子電圧と、前記第 2直線上において、前記充電容量ゼロに対する端子電圧であるゼロ端子電圧との差分として推測し、

該推測した差分に、前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧から前記放電終止時の端子電圧を差し引いた電圧を加算した値を、前記端子電圧降下量として求めることを特徴とする放電可能容量検出方法。

[5] 請求項 4記載の放電可能容量検出方法であって、

前記任意時バッテリの純抵抗の、満充電時バッテリの純抵抗に対する増加比に、前記逆数を乗じた値を前記増加比率として求めることを特徴とする放電可能容量検出方法。

[6] 請求項 2又は 3記載の放電可能容量検出方法であって、

前記内部抵抗電圧降下量に、前記任意時の充電状態の逆数力求めた増加量を加算し、

該加算した値を、前記放電終止時の端子電圧と、前記第 2直線上において、前記充電容量ゼロに対する端子電圧であるゼロ端子電圧との差分として推測し、該推測した差分に、前記任意時バッテリの平衡状態での開回路電圧から前記放電終止時の端子電圧を差し引いた電圧を加算した値を、前記端子電圧降下量として求めることを特徴とする放電可能容量検出方法。

[7] 請求項 6記載の放電可能容量検出方法であって、

前記放電終止時バッテリの純抵抗と満充電時バッテリの純抵抗との差分に、前記逆数を乗じた値を前記増加量として求めることを特徴とする放電可能容量検出方法