WO2015151848A1 - 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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岩根　典靖
直也 高嶋
泰司 光山
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery state detection device and a secondary battery state detection method.
  • the secondary battery mounted on the vehicle may be replaced with a new secondary battery depending on the lifetime.
  • the battery is replaced with a new secondary battery, it is necessary to newly update the element value of the equivalent circuit and update the usage history such as the integrated current value of the secondary battery in order to accurately detect the state.
  • the usage history such as the integrated current value of the secondary battery
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery state detection device and a secondary battery state detection method capable of accurately detecting that a secondary battery has been replaced.
  • the present invention provides a secondary battery state detection device for detecting a state of a secondary battery mounted on a vehicle, based on the voltage and current of the secondary battery.
  • a learning means for learning an element value of an equivalent circuit is compared with an element value obtained by learning at different timings by the learning means, and when the at least one element value changes by a predetermined threshold value or more, the secondary Determining means for determining that the battery has been replaced. According to such a configuration, it is possible to accurately detect that the secondary battery has been replaced.
  • the determination means when the electric double layer capacity constituting the equivalent circuit changes by a predetermined threshold value or more and the change in reaction resistance is a predetermined threshold value or less, the determination means has two kinds of the same kind having different deterioration degrees. It is determined that the secondary battery has been replaced. According to such a configuration, it can be accurately determined that a deteriorated secondary battery is replaced with a new secondary battery of the same type.
  • the present invention is characterized in that the determination means determines that the secondary battery has been replaced with a different type when the reaction resistance constituting the equivalent circuit has changed by a predetermined threshold value or more. According to such a configuration, it can be accurately determined that a different type of secondary battery has been replaced by the driver.
  • the present invention includes an erasing unit that erases an element value of the equivalent circuit that has been learned in the past and stored in a storage device when the determination unit determines that the secondary battery has been replaced. It is characterized by that. According to such a configuration, by erasing the element value, it can be replaced with a new equivalent circuit of a secondary battery, and the state of the replaced secondary battery can be accurately detected.
  • the present invention provides the information indicating the usage history of the secondary battery stored in the storage device when the erasing unit determines that the secondary battery has been replaced by the determination unit. It is characterized by erasing. According to such a configuration, a new secondary battery can be accurately controlled by deleting the use history.
  • the invention is characterized in that the element value of the equivalent circuit is corrected so as to be an element value at a reference temperature and a reference SOC. According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of replacement regardless of the temperature and the SOC value.
  • a secondary battery state detection method for detecting a state of a secondary battery mounted on a vehicle, wherein an element value of an equivalent circuit of the secondary battery is determined based on a voltage and a current of the secondary battery.
  • a learning step to learn and an element value obtained by learning at different timings in the learning step are compared, and it is determined that the secondary battery has been replaced when at least one element value has changed by a predetermined threshold value or more And a determination step. According to such a method, it is possible to accurately detect that the secondary battery has been replaced.
  • the present invention it is possible to provide a secondary battery state detection device and a secondary battery state detection method capable of accurately detecting that the secondary battery has been replaced.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a power supply system of a vehicle having a secondary battery state detection device according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery state detection device 1 includes a control unit 10, a voltage sensor 11, a current sensor 12, a temperature sensor 13, and a discharge circuit 15 as main components, and detects the state of the secondary battery 14.
  • the control unit 10 refers to outputs from the voltage sensor 11, the current sensor 12, and the temperature sensor 13 to detect the state of the secondary battery 14.
  • the voltage sensor 11 detects the terminal voltage of the secondary battery 14 and notifies the control unit 10 of it.
  • the current sensor 12 detects the current flowing through the secondary battery 14 and notifies the control unit 10 of the current.
  • the temperature sensor 13 detects the secondary battery 14 itself or the surrounding environmental temperature, and notifies the control unit 10 of it.
  • the discharge circuit 15 is configured by, for example, a semiconductor switch and a resistance element connected in series, and the secondary battery 14 is intermittently discharged when the control unit 10 performs on / off control of the semiconductor switch.
  • the secondary battery 14 is composed of, for example, a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, or a lithium ion battery, and is charged by the alternator 16 to drive the starter motor 18 to start the engine and load 19 To supply power.
  • the alternator 16 is driven by the engine 17 to generate AC power, convert it into DC power by a rectifier circuit, and charge the secondary battery 14.
  • the engine 17 is composed of, for example, a reciprocating engine such as a gasoline engine and a diesel engine, a rotary engine, or the like.
  • the engine 17 is started by a starter motor 18 and drives driving wheels via a transmission to give propulsive force to the vehicle. Drive to generate power.
  • the starter motor 18 is constituted by, for example, a DC motor, and generates a rotational force by the electric power supplied from the secondary battery 14 to start the engine 17.
  • the load 19 is configured by, for example, an electric steering motor, a defogger, an ignition coil, a car audio, a car navigation, and the like, and operates with electric power from the secondary battery 14.
  • FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of the control unit 10 shown in FIG.
  • the control unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 10a, a ROM (Read Only Memory) 10b, a RAM (Random Access Memory) 10c, a communication unit 10d, and an I / F (Interface) 10e.
  • the CPU 10a controls each unit based on the program 10ba stored in the ROM 10b.
  • the ROM 10b is configured by a semiconductor memory or the like, and stores a program 10ba or the like.
  • the RAM 10c is configured by a semiconductor memory or the like, and stores data generated when the program 10ba is executed and parameters 10ca such as a table or a mathematical expression described later.
  • the communication unit 10d communicates with an upper device such as an ECU (Electronic Control Unit) and notifies the detected information to the upper device.
  • the I / F 10e converts the signal supplied from the voltage sensor 11, the current sensor 12, and the temperature sensor 13 into a digital signal and takes it in, and supplies a driving current to the discharge circuit 15 to control it.
  • an equivalent circuit of the secondary battery 14 having the configuration shown in FIG. 3 is obtained by learning processing. Each time the learning process is executed, the newly obtained element value is compared with the element value obtained in the past. When the element value changes discontinuously, the secondary battery 14 is replaced. judge.
  • FIG. 4 shows element values of equivalent circuits of different types of secondary batteries having substantially the same size.
  • four types of secondary batteries of Company A type A, Company B type A, Company C type A, and Company A type B are shown.
  • Each type of secondary battery is 1 to 3.
  • Three individuals are shown as samples.
  • “SOH” at the right end indicates SOH at the time of measurement of each secondary battery.
  • the solution resistance Rohm hardly changes depending on the type of the secondary battery.
  • the electric double layer capacity C the value of Company B type A is slightly different, but other than that, it hardly changes.
  • the reaction resistance Rct varies little depending on the type of secondary battery, although it does not vary greatly depending on the individual. For this reason, by observing a change in reaction resistance, it can be detected that the battery has been replaced with a different type of secondary battery.
  • FIG. 5 shows element values of an equivalent circuit of a new secondary battery of the same type and a deteriorated secondary battery.
  • a new article No. 1-No. Reference numeral 3 denotes a new secondary battery.
  • Sulfuration degradation No. 1-No. Reference numeral 3 denotes a secondary battery that has been left for a long period of time in a low SOC state and has undergone sulfation degradation.
  • Deep charge / discharge cycle deterioration No. 1-No. Reference numeral 3 denotes a secondary battery that has deteriorated due to a deep charge / discharge cycle that repeats a full charge state and a low SOC state. Idling stop cycle deterioration No. 1-No.
  • FIG. 3 shows a secondary battery deteriorated by a test based on SBA S 0101 of the battery industry association standard.
  • the second SOH (Ah) from the right in the figure indicates the SOH indicated by Ah, and the rightmost SOH indicates the percentage SOH.
  • the electric double layer capacity C is greatly changed as compared with a new battery. Therefore, by observing the change in the electric double layer capacity, it can be detected that the secondary battery has been replaced with the same type of secondary battery having a different degree of deterioration.
  • the CPU 10a for example, when a predetermined time elapses after the engine 17 is stopped or when a power-on reset is executed on the secondary battery state detection device 1, A process for learning an equivalent circuit of the secondary battery 14 is executed to obtain an element value.
  • the CPU 10a obtains the element value obtained by the past process and stored in the RAM 10c, and compares it with the newly obtained element value. More specifically, the CPU 10a determines whether or not
  • the secondary battery 14 has been replaced with a different type.
  • the past element values stored in the RAM 10c are erased and the usage history of the secondary battery 14 is erased from the RAM 10c.
  • the usage history is information such as the accumulated charge / discharge current of the secondary battery 14, the usage time, the environmental temperature history, and the travel distance, for example.
  • the CPU 10a deletes these usage histories from the RAM 10c.
  • the CPU 10a determines whether or not
  • the above is the operation when the secondary battery 14 is replaced with a different or the same type of secondary battery 14. For example, when the power-on reset is executed without replacing the secondary battery 14, Since the element value of the equivalent circuit does not change, the element value and usage history of the equivalent circuit are not erased.
  • the replacement of the secondary battery 14 since the replacement of the secondary battery 14 is detected from the change in the element value of the equivalent circuit, the replacement of the secondary battery 14 can be accurately detected. Further, it is possible to identify the replacement with the secondary battery 14 of the same type or different type depending on the type of the element value that changes. For this reason, for example, when the battery is replaced with a different type of secondary battery 14, the state detection accuracy may be lower than that of the same type of secondary battery 14. Charging control or the like can be performed.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining an example of processing executed in the embodiment shown in FIG. When this flowchart is started, the following steps are executed.
  • step S10 the CPU 10a determines whether or not a power-on reset has been executed. If it is determined that the power-on reset has been executed (step S10: Yes), the process proceeds to step S12, and otherwise (step S10). : No), the process proceeds to step S11.
  • the power-on reset means that the supply of power is resumed by reconnection after the connection between the secondary battery state detection device 1 and the secondary battery 14 is disconnected, and reset due to power-on occurs.
  • step S11 for example, the CPU 10a refers to the charging current flowing through the secondary battery 14 by the current sensor 12, determines whether or not the engine 17 is stopped, and determines that it is stopped (step S11: Yes). Advances to step S12, and otherwise ends the process (step S11: No).
  • step S12 the CPU 10a executes a learning process for an equivalent circuit (see FIG. 3) of the secondary battery 14. Details of the process in step S12 will be described later with reference to FIG.
  • step S13 the CPU 10a determines whether or not the element value of the equivalent circuit has already been stored in the RAM 10c. If it has been stored (step S13: Yes), the process proceeds to step S14, and otherwise (step S13). : No), the process proceeds to step S24. For example, if the vehicle is immediately after being assembled on the assembly line, the element value of the equivalent circuit is not stored in the RAM 10c. In this case, the determination is No and the process proceeds to step S24.
  • step S14 the CPU 10a acquires the reaction resistance Rctm of the equivalent circuit (calculated in the past) stored in the RAM 10c.
  • step S15 the CPU 10a acquires the reaction resistance Rctl obtained by the learning process in step S12.
  • step S16 the CPU 10a determines whether or not
  • step S17 the CPU 10a determines that a different type of secondary battery 14 has been replaced, and proceeds to step S22.
  • the host device via the communication unit 10d that it has been determined that the secondary battery 14 has been replaced with a different type of secondary battery 14, and the host device displays the determination result on the display unit or the like. May be notified.
  • step S18 the CPU 10a acquires the electric double layer capacitance Cm of the equivalent circuit (calculated in the past) stored in the RAM 10c.
  • step S19 the CPU 10a acquires the electric double layer capacity Cl obtained by the learning process in step S12.
  • step S20 the CPU 10a determines whether or not
  • step S21 the CPU 10a determines that the secondary battery 14 has been replaced with the same type, and proceeds to step S22.
  • the host device displays the determination result on the display unit or the like. May be notified.
  • step S22 the CPU 10a erases the element values (solution resistance Rohm, reaction resistance Rct, and electric double layer capacitance C) of the equivalent circuit stored in the RAM 10c.
  • step S23 the CPU 10a deletes the usage history stored in the RAM 10c.
  • the usage history includes integrated charge / discharge current, usage time, environmental temperature history, and travel distance, and the CPU 10a erases these information from the RAM 10c.
  • step S24 the CPU 10a stores the element value of the equivalent circuit newly obtained by the learning process shown in step S12 in the RAM 10c, and ends the process.
  • the process of step S24 is executed, after that, it is determined Yes in step S13, and the process proceeds to step S14.
  • step S12 shown in FIG. 6 Details of the processing in step S12 shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG.
  • the process shown in FIG. 7 is executed, the following steps are executed.
  • step S30 the CPU 10a controls the discharge circuit 15 to pulse discharge the secondary battery 14 at a predetermined frequency and a predetermined current value.
  • step S31 the CPU 10a refers to the outputs of the voltage sensor 11, the current sensor 12, and the temperature sensor 13, and measures the voltage V, current I, and temperature T of the secondary battery 14 that is being discharged.
  • step S32 the CPU 10a executes a learning process for an equivalent circuit of the secondary battery 14. For example, the CPU 10a obtains element values of the equivalent circuit shown in FIG. 3 based on the voltage V and current I measured in step S31 based on an algorithm such as a Kalman filter or a support vector machine.
  • an algorithm such as a Kalman filter or a support vector machine.
  • step S33 the CPU 10a corrects the element value of the equivalent circuit obtained in step S32 to the element value at the reference temperature (for example, 25 ° C.).
  • the reference temperature for example, 25 ° C.
  • a table or a mathematical expression indicating a change in each element value depending on the temperature is stored in the RAM 10c. Based on the temperature T measured in step S31 and these tables or mathematical expressions, The element value at the reference temperature can be corrected.
  • step S34 the CPU 10a corrects the element value of the equivalent circuit obtained in step S32 to the element value in the reference SOC (for example, 100%).
  • the correction process for example, a table or a mathematical expression indicating changes in each element value due to the SOC is stored in the RAM 10c, and a reference value is determined based on the SOC value at that time and these tables or mathematical expressions. It can correct
  • the replacement of the secondary battery 14 is accurately performed. Can be determined.
  • the type of the replaced secondary battery 14 is changed.
  • control for example, charging control
  • the element value of the equivalent circuit is erased. Therefore, by initializing the learning process, the equivalent circuit of the secondary battery 14 is shortened. Can be optimized in time.
  • the use history is erased, so that the state detection and control can be executed based on the new use history.
  • the replacement of the secondary battery 14 is determined using the reaction resistance Rct and the electric double layer capacity C separately.
  • the value obtained by the following equation (1) The presence or absence of replacement of the secondary battery 14 may be determined by comparing K with a threshold value.
  • W1, W2, and W3 are weighting factors, and are set so that the change in K becomes maximum when the secondary battery 14 is replaced regardless of whether it is the same type or different type.
  • weighting factors W1, W2, and W3 are adjusted so that K is maximized when the secondary batteries 14 are replaced with the same type, or when the secondary batteries 14 are replaced with different types. It may be possible to identify that the secondary battery 14 has been replaced with the same type or different type of secondary battery 14 by setting K so as to be maximized.
  • the learning process of the equivalent circuit is performed after the engine 17 is stopped.
  • the learning process may be executed at a timing other than this.
  • step S17 and step S21 in the flowchart shown in FIG. 6 are displayed on the display unit, and whether or not the determination is correct is confirmed with the user, and the element value is determined according to the confirmation result.
  • the usage history may be deleted. According to such a method, it is possible to prevent the element value and the use history from being erased due to erroneous determination.
  • the element value and usage history of the equivalent circuit stored in the RAM 10c may be deleted based on an instruction from the user. That is, for example, when the user instructs to erase the element value of the equivalent circuit from the host device, the element value stored in the RAM 10c may be erased. The same applies to the usage history. According to such a configuration, the element value or usage history of the equivalent circuit can be erased based on the user's intention.
  • the discharge circuit 15 is provided, and the element value of the equivalent circuit of the secondary battery 14 is obtained by pulse discharge using the discharge circuit 15.
  • the discharge circuit 15 is not provided, and the load is applied to the load.
  • the element value of the equivalent circuit may be obtained from the flowing current and the voltage behavior at that time. According to such a configuration, the discharge circuit 15 can be omitted, and a decrease in the charge amount of the secondary battery 14 due to the discharge for obtaining the element value can be avoided.

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Abstract

【課題】二次電池が交換されたことを正確に検出すること。 【解決手段】車両に搭載される二次電池１４の状態を検出する二次電池状態検出装置１において、二次電池１４の電圧および電流に基づいて、二次電池１４の等価回路の素子値を学習する学習手段（制御部１０）と、学習手段による異なるタイミングの学習によって得られた素子値を比較し、少なくとも１の素子値が所定の閾値以上変化している場合に、二次電池１４が交換されたと判定する判定手段（制御部１０）と、を有する。

Description

二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法
　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。
　近年、車両の燃費を向上させるために、例えば、信号待ち等においてアイドリングを停止するアイドリングストップ機能や、減速中にオルタネータの発電電圧を上昇させて回生電力により二次電池を充電する機能を有する車両が存在する。これらの機能を有効に利用するためには、二次電池の状態を正確に検出し、検出した状態に基づいてアイドリングストップ機能の実行の可否を判定したり、発電電圧の調整を行ったりする必要がある。従来、二次電池の状態を検出する技術としては、例えば、特許文献１に開示されるような技術がある。特許文献１に開示された技術では、二次電池の電圧および電流を測定し、測定した電圧値および電流値をフーリエ変換によって周波数領域に変換し、複素インピーダンスを求める。そして、得られた複素インピーダンスから等価回路を求め、この等価回路に基づいて二次電池の状態を検出する。
特開２００５－２２１４８７号公報
　ところで、車両に搭載された二次電池では、寿命等によって、新たな二次電池に交換されることがある。新たな二次電池に交換された場合には、状態検出を正確に実行するために、等価回路の素子値を新たに更新するとともに、二次電池の積算電流値等の使用履歴を更新する必要がある。しかしながら、従来においては、二次電池の交換を正確に検出する技術が存在しないという問題点がある。
　本発明は、二次電池が交換されたこと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、車両に搭載される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、前記二次電池の電圧および電流に基づいて、前記二次電池の等価回路の素子値を学習する学習手段と、前記学習手段による異なるタイミングの学習によって得られた素子値を比較し、少なくとも１の素子値が所定の閾値以上変化している場合に、前記二次電池が交換されたと判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
　このような構成によれば、二次電池が交換されたことを正確に検出することができる。
　また、本発明は、前記判定手段は、前記等価回路を構成する電気二重層容量が所定の閾値以上変化し、反応抵抗の変化が所定の閾値以下の場合には、劣化度の異なる同種の二次電池へ交換されたと判定することを特徴とする。
　このような構成によれば、劣化した二次電池が同種の新品の二次電池に交換されたことを正確に判定することができる。
　また、本発明は、前記判定手段は、前記等価回路を構成する反応抵抗が所定の閾値以上変化している場合には、異なる種類の二次電池に交換されたと判定することを特徴とする。
　このような構成によれば、異なる種類の二次電池にドライバによって交換されたことを正確に判定することができる。
　また、本発明は、前記判定手段によって前記二次電池が交換されたと判定された場合には、過去に学習して記憶装置に記憶されている前記等価回路の素子値を消去する消去手段を有することを特徴とする。
　このような構成によれば、素子値を消去することで、新たな二次電池の等価回路に置き換え、交換された二次電池の状態を正確に検出することができる。
　また、本発明は、前記消去手段は、前記判定手段によって前記二次電池が交換されたと判定された場合には、前記記憶装置に記憶されている前記二次電池の使用の履歴を示す情報を消去することを特徴とする。
　このような構成によれば、使用履歴を消去することで、新たな二次電池を正確に制御することができる。
　また、本発明は、前記等価回路の素子値は、基準温度および基準ＳＯＣにおける素子値になるように補正されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、温度およびＳＯＣの値に拘わらず、交換の有無を正確に判定することができる。
　また、本発明は、車両に搭載される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、前記二次電池の電圧および電流に基づいて、前記二次電池の等価回路の素子値を学習する学習ステップと、前記学習ステップにおける異なるタイミングの学習によって得られた素子値を比較し、少なくとも１の素子値が所定の閾値以上変化している場合に、前記二次電池が交換されたと判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。
　このような方法によれば、二次電池が交換されたことを正確に検出することができる。
　本発明によれば、二次電池が交換されたこと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。 本発明の実施形態において使用される二次電池の等価回路の一例である。 異なる種類の二次電池とそれぞれの等価回路の素子値を示す図である。 種類が同じで異なる劣化状態の二次電池とそれぞれの等価回路の素子値を示す図である。 本発明の実施形態で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６のステップＳ１２の処理の詳細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）実施形態の構成の説明
　図１は、本発明の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の状態を検出する。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。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自体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を間欠的に放電させる。
　二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン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。
　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、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、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、後述するテーブルまたは数式等のパラメータ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に駆動電流を供給してこれを制御する。
（Ｂ）実施形態の動作原理の説明
　つぎに、図を参照して、本発明の実施形態の動作原理について説明する。本実施形態では、図３に示す構成を有する二次電池１４の等価回路を学習処理によって求める。そして、学習処理が実行される毎に、新たに求めた素子値と、過去に求めた素子値とを比較し、素子値が不連続に変化した場合には、二次電池１４が交換されたと判定する。
　図４は、略同じサイズの異なる種類の二次電池の等価回路の素子値を示している。この例では、Ａ社タイプＡ、Ｂ社タイプＡ、Ｃ社タイプＡ、および、Ａ社タイプＢの４種類の二次電池が示されており、それぞれの種類の二次電池は１～３の３つの個体がサンプルとして示されている。なお、右端の「ＳＯＨ」はそれぞれの二次電池の測定時のＳＯＨを示している。この図４に示すように、溶液抵抗Ｒｏｈｍは二次電池の種類によってほとんど変化しない。電気二重層容量Ｃも、Ｂ社タイプＡは、値が若干異なっているが、それ以外はほとんど変化しない。一方、反応抵抗Ｒｃｔは、個体による変化は少ないが、二次電池の種類によって大きく変化する。このため、反応抵抗の変化を観測することで、異なる種類の二次電池に交換されたことを検出することができる。
　図５は同種の新品の二次電池と、劣化した二次電池の等価回路の素子値を示している。ここで、新品Ｎｏ．１～Ｎｏ．３は新品の二次電池を示している。サルフェーション劣化Ｎｏ．１～Ｎｏ．３は、ＳＯＣが低い状態で長期間放置され、サルフェーション劣化が生じた二次電池を示している。深充放電サイクル劣化Ｎｏ．１～Ｎｏ．３は、満充電状態と低ＳＯＣ状態を繰り返す深充放電サイクルによって劣化した二次電池を示している。アイドリングストップサイクル劣化Ｎｏ．１～Ｎｏ．３は、電池工業会規格のＳＢＡ　Ｓ　０１０１に基づく試験によって劣化した二次電池を示している。なお、図の右から２番目のＳＯＨ（Ａｈ）は、Ａｈによって示されるＳＯＨを示し、右端のＳＯＨは、百分率によるＳＯＨを示している。この図５に示すように、二次電池は劣化すると、新品時に比較して電気二重層容量Ｃが大きく変化する。このため、電気二重層容量の変化を観測することで、劣化度の異なる同種の二次電池に交換されたことを検出することができる。
　すなわち、本発明の実施形態では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、エンジン１７が停止されてから所定の時間が経過するか、あるいは、二次電池状態検出装置１に対してパワーオンリセットが実行されると、二次電池１４の等価回路を学習する処理を実行し、素子値を求める。学習処理によって素子値が求まると、ＣＰＵ１０ａは、過去の処理によって求めてＲＡＭ１０ｃに格納されている素子値を取得し、新たに求めた素子値と比較する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、過去の処理によって得た反応抵抗Ｒｃｔｍと、新たに求めた反応抵抗Ｒｃｔｌとの差分の絶対値である｜Ｒｃｔｍ－Ｒｃｔｌ｜が所定の閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判定し、所定の閾値Ｔｈ１より大きいと判定した場合には、異種の二次電池１４に交換されたと判定する。そして、異種類の二次電池１４に交換されたと判定した場合には、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている過去の素子値を消去するとともに、二次電池１４の使用履歴をＲＡＭ１０ｃから消去する。なお、使用履歴とは、例えば、二次電池１４の積算充放電電流、使用時間、環境温度履歴、および、走行距離等の情報である。ＣＰＵ１０ａは、これらの使用履歴をＲＡＭ１０ｃから消去する。
　つぎに、ＣＰＵ１０ａは、過去の処理によって得た電気二重層容量Ｃｍと、新たに求めた電気二重層容量Ｃｌとの差分の絶対値である｜Ｃｍ－Ｃｌ｜が所定の閾値Ｔｈ２より大きいか否かを判定し、所定の閾値Ｔｈ２より大きいと判定した場合には、同種の二次電池１４に交換されたと判定する。そして、同種類の二次電池１４に交換されたと判定した場合には、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている過去の素子値を消去するとともに、二次電池１４の使用履歴をＲＡＭ１０ｃから消去する。なお、使用履歴は、前述の場合と同様である。
　以上は、二次電池１４が異種または同種の二次電池１４に交換された場合についての動作であるが、例えば、二次電池１４が交換されずにパワーオンリセットが実行された場合には、等価回路の素子値は変化しないことから、等価回路の素子値および使用履歴は消去されない。
　以上の処理によれば、等価回路の素子値の変化から二次電池１４が交換されことを検出するようにしたので、二次電池１４の交換を正確に検出することができる。また、変化する素子値の種類によって、同種または異種の二次電池１４への交換を識別することができる。このため、例えば、異種の二次電池１４へ交換された場合には、同種の二次電池１４に比較して、状態検出の精度が低下する可能性があることから、制御時のマージンを大きめに設定して充電制御等を行うことができる。
　つぎに、図６および図７を参照して、本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。図６は、図１に示す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。このフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。
　ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、パワーオンリセットが実行されたか否かを判定し、パワーオンリセットが実行されたと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）にはステップＳ１１に進む。なお、パワーオンリセットとは、二次電池状態検出装置１と二次電池１４との接続が切断された後に、再接続されることで電力の供給が再開され、パワーオンによるリセットが生じることをいう。
　ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、電流センサ１２によって二次電池１４に流れる充電電流を参照し、エンジン１７が停止されたか否かを判定し、停止されたと判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には処理を終了する。
　ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の等価回路（図３参照）の学習処理を実行する。なお、ステップＳ１２の処理の詳細は、図７を参照して後述する。
　ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、等価回路の素子値をＲＡＭ１０ｃに既に記憶済みか否かを判定し、記憶済みである場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）にはステップＳ２４に進む。例えば、車両が組み立てラインで組み立てられた直後である場合には、ＲＡＭ１０ｃには等価回路の素子値は記憶されていないので、その場合にはＮｏと判定されてステップＳ２４に進む。
　ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている（過去に計算された）等価回路の反応抵抗Ｒｃｔｍを取得する。
　ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２における学習処理によって得られた反応抵抗Ｒｃｔｌを取得する。
　ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、過去の反応抵抗Ｒｃｔｍと、新たな反応抵抗Ｒｃｔｌの差分の絶対値である｜Ｒｃｔｍ－Ｒｃｔｌ｜が所定の閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定し、｜Ｒｃｔｍ－Ｒｃｔｌ｜＞Ｔｈ１が成立する場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）にはステップＳ１８に進む。例えば、異種の二次電池１４に交換された場合には、｜Ｒｃｔｍ－Ｒｃｔｌ｜＞Ｔｈ１が成立するので、その場合にはステップＳ１７に進む。
　ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、異種の二次電池１４に交換されたと判定し、ステップＳ２２に進む。なお、異種の二次電池１４に交換されたと判定したことを、例えば、通信部１０ｄを介して、上位の装置に通知し、上位の装置はその判定結果を、表示部等に表示してユーザに通知するようにしてもよい。
　ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている（過去に計算された）等価回路の電気二重層容量Ｃｍを取得する。
　ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２における学習処理によって得られた電気二重層容量Ｃｌを取得する。
　ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、過去の電気二重層容量Ｃｍと、新たな電気二重層容量Ｃｌの差分の絶対値である｜Ｃｍ－Ｃｌ｜が所定の閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判定し、｜Ｃｍ－Ｃｌ｜＞Ｔｈ２が成立する場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）にはステップＳ２１に進み、それ以外の場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）にはステップＳ２４に進む。例えば、同種の二次電池１４に交換された場合には、｜Ｃｍ－Ｃｌ｜＞Ｔｈ２が成立するので、その場合にはステップＳ２１に進む。
　ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、同種の二次電池１４に交換されたと判定し、ステップＳ２２に進む。なお、同種の二次電池１４に交換されたと判定したことを、例えば、通信部１０ｄを介して、上位の装置に通知し、上位の装置はその判定結果を、表示部等に表示してユーザに通知するようにしてもよい。
　ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている等価回路の素子値（溶液抵抗Ｒｏｈｍ、反応抵抗Ｒｃｔ、および、電気二重層容量Ｃ）を消去する。
　ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている使用履歴を消去する。なお、使用履歴としては、積算充放電電流、使用時間、環境温度履歴、および、走行距離があり、ＣＰＵ１０ａは、これらの情報をＲＡＭ１０ｃから消去する。
　ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２に示す学習処理によって新たに求めた等価回路の素子値をＲＡＭ１０ｃに格納し、処理を終了する。なお、ステップＳ２４の処理が実行されると、それ以降は、ステップＳ１３ではＹｅｓと判定され、ステップＳ１４に進む。
　つぎに、図７を参照して、図６に示すステップＳ１２の処理の詳細について説明する。図７に示す処理が実行されると、以下のステップが実行される。
　ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御して、二次電池１４を所定の周波数および所定の電流値にてパルス放電させる。
　ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３の出力を参照し、放電中の二次電池１４の電圧Ｖ、電流Ｉ、および、温度Ｔを測定する。
　ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の等価回路の学習処理を実行する。例えば、ＣＰＵ１０ａは、カルマンフィルタまたはサポートベクターマシン等のアルゴリズムに基づいて、ステップＳ３１で測定した電圧Ｖおよび電流Ｉに基づいて、図３に示す等価回路の素子値を求める。
　ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３２で求めた等価回路の素子値を、基準温度（例えば、２５℃）における素子値に補正する。なお、補正処理を実現するには、例えば、ＲＡＭ１０ｃに温度による各素子値の変化を示すテーブルまたは数式を記憶しておき、ステップＳ３１で測定した温度Ｔと、これらのテーブルまたは数式に基づいて、基準温度における素子値に補正することができる。
　ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３２で求めた等価回路の素子値を、基準ＳＯＣ（例えば、１００％）における素子値に補正する。なお、補正処理を実現するには、例えば、ＲＡＭ１０ｃにＳＯＣによる各素子値の変化を示すテーブルまたは数式を記憶しておき、その時点におけるＳＯＣの値と、これらのテーブルまたは数式に基づいて、基準ＳＯＣにおける素子値に補正することができる。温度およびＳＯＣによる補正処理が完了すると、図６の処理に復帰（リターン）する。
　以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、等価回路の素子値の変化から、二次電池１４の交換の有無を判定するようにしたので、二次電池１４の交換を正確に判定することができる。
　また、本実施形態では、反応抵抗Ｒｃｔと電気二重層容量Ｃの変化によって、同種または異種の二次電池１４に交換されたことを識別するようにしたので、交換された二次電池１４の種類に応じた制御（例えば、充電制御）を実行することで、二次電池１４の短寿命化を防ぐとともに、最適な制御によって燃費の向上を図ることができる。
　また、本実施形態では、二次電池１４が交換された場合には、等価回路の素子値を消去するようにしたので、学習処理を初期化することで、二次電池１４の等価回路を短時間で最適化することができる。
　また、本実施形態では、二次電池１４が交換された場合には、使用履歴を消去するようにしたので、新たな使用履歴に基づいて状態検出および制御を実行することができる。
　また、本実施形態では、パワーオンリセットが実行された場合であっても、二次電池１４が交換されていないと判定された場合には、等価回路の素子値および使用履歴が消去されない。このため、例えば、電装品を新たに装備する際に、二次電池１４の端子を外した場合に、等価回路の素子値および使用履歴が誤って消去されることを防止できる。
（Ｄ）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、反応抵抗Ｒｃｔおよび電気二重層容量Ｃを別々に使用して二次電池１４の交換を判定するようにしたが、例えば、以下の式（１）によって得られた値Ｋと、閾値とを比較することで二次電池１４の交換の有無を判定するようにしてもよい。なお、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は重み係数であり、同種または異種に拘わらず二次電池１４が交換されたときに、Ｋの変化が最大になるように設定される。
Ｋ＝Ｗ１×Ｒｏｈｍ＋Ｗ２×Ｒｃｔ＋Ｗ３×Ｃ　・・・（１）
　なお、重み係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を調整し、同種の二次電池１４に交換された場合にＫが最大になるように設定したり、あるいは、異種の二次電池１４に交換された場合にＫが最大になるように設定したりすることで、同種または異種への二次電池１４に交換されたことを識別できるようにしてもよい。
　また、図６に示すフローチャートでは、等価回路の学習処理は、エンジン１７の停止後としたが、これ以外のタイミングで学習処理を実行するようにしてもよい。
　また、図６に示すフローチャートでは、ステップＳ１６およびステップＳ２０の処理において条件を満たすと１回判断されると、二次電池１４が交換されたと判定するようにしたが、例えば、同じ判断が複数回連続した場合に、二次電池１４が交換されたと判定するようにしてもよい。そのような方法によれば、計算の誤差等によって誤判断が生じることを防止できる。
　また、図６に示すフローチャートのステップＳ１７およびステップＳ２１の判断結果を、例えば、表示部に表示させるとともに、その判断が正しいか否かを、ユーザに確認し、確認の結果に応じて、素子値および使用履歴を消去するようにしてもよい。そのような方法によれば、誤判断によって素子値および使用履歴を消去してしまうことを防止できる。
　また、ＲＡＭ１０ｃに記憶されている等価回路の素子値および使用履歴を、ユーザからの指示に基づいて、消去できるようにしてもよい。すなわち、上位の装置からユーザが、例えば、等価回路の素子値を消去するように指示した場合には、ＲＡＭ１０ｃに格納されている素子値を消去するようにしてもよい。使用履歴についても同様である。このような構成によれば、ユーザの意思に基づいて、等価回路の素子値または使用履歴を消去することができる。
　また、前述の実施形態においては、放電回路１５を装備し、放電回路１５を用いたパルス放電により、二次電池１４の等価回路の素子値を求めたが、放電回路１５を備えず、負荷に流れる電流とその時の電圧挙動から、等価回路の素子値を求めてもよい。このような構成によれば、放電回路１５を省くことができるとともに、素子値を求めるための放電による二次電池１４の充電量の低下を避けることができる。また、放電電流ではなく、充電電流から二次電池１４の等価回路の素子値を求めるようにしてもよい。
　１　二次電池状態検出装置
　１０　制御部
　１０ａ　ＣＰＵ（学習手段、判定手段、消去手段）
　１０ｂ　ＲＯＭ
　１０ｃ　ＲＡＭ（記憶装置）
　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. 　車両に搭載される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、
    　前記二次電池の電圧および電流に基づいて、前記二次電池の等価回路の素子値を学習する学習手段と、
    　前記学習手段による異なるタイミングの学習によって得られた素子値を比較し、少なくとも１の素子値が所定の閾値以上変化している場合に、前記二次電池が交換されたと判定する判定手段と、
    　を有することを特徴とする二次電池状態検出装置。
  2. 　前記判定手段は、前記等価回路を構成する電気二重層容量が所定の閾値以上変化し、反応抵抗の変化が所定の閾値以下の場合には、劣化度の異なる同種の二次電池へ交換されたと判定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
  3. 　前記判定手段は、前記等価回路を構成する反応抵抗が所定の閾値以上変化している場合には、異なる種類の二次電池に交換されたと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池状態検出装置。
  4. 　前記判定手段によって前記二次電池が交換されたと判定された場合には、過去に学習して記憶装置に記憶されている前記等価回路の素子値を消去する消去手段を有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. 　前記消去手段は、前記判定手段によって前記二次電池が交換されたと判定された場合には、前記記憶装置に記憶されている前記二次電池の使用の履歴を示す情報を消去することを特徴とする請求項４に記載の二次電池状態検出装置。
  6. 　前記等価回路の素子値は、基準温度および基準ＳＯＣにおける素子値になるように補正されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
  7. 　車両に搭載される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、
    　前記二次電池に電圧および電流に基づいて、前記二次電池の等価回路の素子値を学習する学習ステップと、
    　前記学習ステップにおける異なるタイミングの学習によって得られた素子値を比較し、少なくとも１の素子値が所定の閾値以上変化している場合に、前記二次電池が交換されたと判定する判定ステップと、
    　を有することを特徴とする二次電池状態検出方法。
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