WO2016157731A1 - 二次電池の状態推定装置および状態推定方法 - Google Patents

二次電池の状態推定装置および状態推定方法 Download PDF

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琢磨 飯田
毅 千葉
峻介 新田
杉江　一宏
裕行 神保
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Definitions

  • the present invention relates to a state estimation device and a state estimation method for a secondary battery.
  • Vehicles with an engine as the main drive source are equipped with a secondary battery as a power source for starting the engine.
  • the engine is started by driving a starter motor.
  • a lead storage battery is generally used as the secondary battery.
  • the battery state estimation device of Patent Document 1 uses a small full-scale current sensor to calculate a battery state parameter using the voltage and current values of the secondary battery before the starter switch is turned on.
  • the battery state parameters are calculated using the voltage and current values of the secondary battery before the starter switch is turned on. For this reason, the battery state parameter calculated by the battery state estimation device of Patent Document 1 cannot correspond to the time constant of a drastic voltage change that occurs when a large current is output. Therefore, when estimating the state of the secondary battery when a large current is output using this parameter, there is a problem that the estimation accuracy is lowered.
  • An object of the present invention is to provide a state estimation device and a state estimation method for a secondary battery that can accurately estimate the state of the secondary battery when a large current is output.
  • the state estimation device for a secondary battery has the following configuration. That is, a sensor unit that detects the terminal voltage and charge / discharge current of the secondary battery, and an internal resistance calculation unit that calculates the DC internal resistance of the secondary battery based on the terminal voltage and charge / discharge current detected by the sensor unit; .
  • the internal resistance calculation unit calculates the DC internal resistance based on the terminal voltage and the charge / discharge current detected by the sensor unit in the following (period 1) and (period 2).
  • Period 1 A stable period in which the terminal voltage and charge / discharge current of the secondary battery are within a predetermined fluctuation range before the start of the drive source for running the vehicle.
  • Period 2 A large current output period during which the power for starting the drive source is output from the secondary battery when the drive source is started, and the terminal voltage of the secondary battery is substantially minimized.
  • a state estimation method for a secondary battery includes a step of detecting a terminal voltage and a charge / discharge current of the secondary battery, and a secondary battery based on the detected terminal voltage and the charge / discharge current. Calculating a direct current internal resistance.
  • the DC internal resistance is calculated based on the detected terminal voltage and charge / discharge current in the following (Period 1) and (Period 2).
  • Period 1 A stable period in which the terminal voltage and charge / discharge current of the secondary battery fall within a predetermined fluctuation range before the start of the drive source for running the vehicle.
  • Period 2 A large current output period during which the power for starting the drive source is output from the secondary battery when the drive source is started, and the terminal voltage of the secondary battery is substantially minimized.
  • the DC internal resistance of the secondary battery is calculated using the detected value when a large charge / discharge current is generated. Therefore, the state of the secondary battery when a large current is output can be estimated with high accuracy using the calculated DC internal resistance.
  • the block diagram which shows the state estimation apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and a part of vehicle Graph showing secondary battery voltage and charge / discharge current during cranking The graph which expands and shows the part of the range W1 of FIG. Graph explaining data acquisition timing
  • the block diagram which shows the state estimation apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention, and a part of vehicle The block diagram which shows the state estimation apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention, and a part of vehicle
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a state estimation device and a partial configuration of a vehicle according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the state estimation device 10 for a secondary battery according to Embodiment 1 of the present invention is mounted on a vehicle that travels mainly with engine power.
  • the vehicle includes a state estimation device 10, a lead storage battery 20 as a secondary battery, an ECU (Electronic Control Unit) 30, a load 31, an alternator 32, a starter motor 33, a relay 34, and an ignition key 35.
  • a state estimation device 10 a lead storage battery 20 as a secondary battery
  • ECU Electronic Control Unit
  • load 31 an alternator
  • alternator 32 a starter motor 33
  • a relay 34 a relay 34
  • an ignition key 35 I have.
  • the vehicle has an engine and driving wheels.
  • the vehicle may be a vehicle having an idling stop system (ISS) that requires more accurate estimation of the state of the secondary battery during cranking.
  • ISS idling stop system
  • the starter motor 33 is a motor that starts the engine.
  • the crankshaft is rotated by driving the starter motor 33, and the engine starts when the engine stroke starts. Rotating the crankshaft of the engine by driving the starter motor 33 is called cranking.
  • the relay 34 is a switch for starting the starter motor 33.
  • the relay 34 is turned on and a voltage is output to the C terminal of the starter motor 33, the internal state of the starter motor 33 is switched, current is input from the B terminal, and the starter motor 33 starts to rotate.
  • the relay 34 is switched on and off by the electric power of the lead storage battery 20 based on, for example, an operation control signal of the ECU 30.
  • the alternator 32 generates power using the rotational power of the crankshaft.
  • the alternator 32 may generate power using the rotational power of the drive wheels.
  • the alternator 32 rectifies the generated power and adjusts the voltage based on the voltage control signal of the ECU 30.
  • the load 31 is an electrical auxiliary machine necessary for operating the engine, for example, and includes, for example, a fuel injection device, a spark plug, and the like.
  • the auxiliary machine means peripheral equipment necessary for operating the engine in addition to the engine body.
  • the load 31 may include various electric devices mounted on the vehicle such as an interior lighting, a meter panel, and a lighting device.
  • the ignition key 35 is a key operated by the driver, and switches the connection between the lead 31 and the power line L10 to which the load 31, the alternator 32, and the starter motor 33 are connected. For example, when the ignition key 35 is switched off (OFF), the connection is cut off, and when the ignition key 35 is switched on (ON), the connection is established. Further, when the ignition key 35 is switched to START (START), the starter motor 33 is started. The state of the ignition key 35 is transmitted to the ECU 30 as key information.
  • the lead storage battery 20 is a battery that can be charged and discharged, and corresponds to an example of a secondary battery according to the present invention.
  • the lead storage battery 20 is charged by the electric power of the alternator 32.
  • the lead storage battery 20 supplies electric power to the starter motor 33, the relay 34, the load 31, and the ECU 30 when the ignition key 35 is turned on or started.
  • the lead storage battery 20 supplies power to the state estimation device 10 regardless of switching of the ignition key 35.
  • the ECU 30 controls the engine. Specifically, the ECU 30 controls the operation of the starter motor 33, the auxiliary machine, and the generated voltage of the alternator 32. Further, the ECU 30 receives battery state information of the lead storage battery 20 from the state estimation device 10 and performs control according to the information.
  • the battery state information includes discharge performance (SOF: State of Function). Further, the battery state information may include a charging rate (SOC: State of Charge).
  • SOF State of Function
  • SOC State of Charge
  • the discharge performance is an index representing the ability to maintain a specified voltage when an assumed large current is output.
  • the ECU 30 controls the idling stop system when the discharge performance is higher than the predetermined first threshold, and prohibits the control of the idling stop system when the discharge performance is lower than the predetermined second threshold. Then, control such as warning may be performed.
  • the ECU 30 further sends start information indicating the timing for starting the starter motor 33 to the state estimation device 10.
  • the state estimation device 10 estimates the discharge performance (SOF) as the state of the lead storage battery 20.
  • the state estimation device 10 may further estimate the charge rate (SOC) of the lead storage battery 20.
  • the state estimation device 10 includes a timing determination unit 11, an internal resistance calculation unit 12, a state estimation unit 13, and a sensor unit 14.
  • Each functional block of the state estimation device 10 may be configured as a one-chip semiconductor integrated circuit, excluding elements (such as current detection resistors) of the sensor unit 14.
  • the state estimation device 10 may be configured by a plurality of semiconductor integrated circuits except for the elements of the sensor unit 14.
  • a part of the state estimation device 10 or the whole of the sensor unit 14 except for the elements may be configured by one semiconductor integrated circuit together with the ECU 30 or another ECU mounted on the vehicle.
  • the plurality of functional blocks of the state estimation device 10 may be integrated into one functional block.
  • the sensor unit 14 detects the voltage and charge / discharge current of the lead storage battery 20 and outputs a detection signal to the internal resistance calculation unit 12 and the state estimation unit 13.
  • the detected voltage is the voltage between the terminals of the lead storage battery 20 at the time of charging, discharging, and when the terminal is opened.
  • the timing determination unit 11 determines the start timing of the starter motor 33 based on the start information sent from the ECU 30, and notifies the internal resistance calculation unit 12 of this timing.
  • the internal resistance calculation unit 12 takes in the voltage of the lead storage battery 20 and the detected value of the charge / discharge current from the sensor unit 14 based on the timing notified by the timing determination unit 11, and uses these to detect the direct current internal resistance of the lead storage battery 20. (DCIR) is calculated. Details of the internal resistance calculation process will be described later.
  • the state estimation unit 13 estimates a battery state such as a discharge characteristic (SOF) and a charge rate (SOC) based on the detection value of the sensor unit 14 and the DC internal resistance calculated by the internal resistance calculation unit 12.
  • SOF discharge characteristic
  • SOC charge rate
  • the discharge characteristic indicates a predicted value of the voltage drop amount of the lead storage battery 20 when a large current is output to the starter motor 33.
  • the state estimation unit 13 calculates as shown in the following formula (1) to obtain the discharge characteristics.
  • Vf Vc ⁇ (Ib ⁇ Ic) ⁇ Ri (1)
  • Vf is a discharge characteristic
  • Vc is a closed circuit voltage (CCV) of the lead storage battery 20 before cranking
  • Ib is a charge / discharge current immediately before cranking
  • Ic is a maximum assumed at the time of cranking.
  • Is a DC internal resistance.
  • the state estimation unit 13 outputs information on the estimated battery state to the ECU 30.
  • FIG. 2 is a graph showing the inter-terminal voltage and charge / discharge current of the secondary battery during cranking.
  • FIG. 3 is an enlarged graph showing a portion of the range W1 in FIG.
  • the internal resistance calculation unit 12 calculates the DC internal resistance by a two-point method. In the two-point method, using the voltage and charge / discharge current of the lead storage battery 20 detected at the first timing and the voltage and charge / discharge current of the lead storage battery 20 detected at the second timing, The DC internal resistance is obtained by performing the calculation as shown.
  • Ri (V1-V2) / (I1-I2) (2)
  • Ri is the DC internal resistance
  • V1 is the voltage at the first timing
  • V2 is the voltage at the second timing
  • I1 is the charge / discharge current at the first timing
  • I2 is the charge / discharge current at the second timing.
  • timing for acquiring the voltage and charge / discharge current a predetermined timing before and after cranking is adopted as will be described subsequently.
  • the ECU 30 When starting the starter motor 33, first, the ECU 30 outputs an operation control signal for switching on the relay 34.
  • the relay 34 is moved from off to on by physically moving the contact point during a short period T1. In this period T1, a physical operation is generated by electric power, so that the operating voltage and current of the relay 34 change relatively greatly.
  • the internal resistance calculation unit 12 acquires the detected value of the voltage and charge / discharge current from the sensor unit 14 with the timing of any one of the stable periods T2 before cranking as the first timing A1.
  • the internal resistance calculation unit 12 obtains a detection value of the voltage charge / discharge current from the sensor unit 14 with the timing at which the voltage drops substantially at the time of cranking as the second timing A2. Then, the DC internal resistance of the lead storage battery 20 is calculated from the detection value at the first timing A1 and the detection value at the second timing A2 using the above-described equation (2).
  • FIG. 4 is a graph illustrating data acquisition timing.
  • the second timing A2 at which the voltage at the time of cranking substantially decreases may be a timing B1 at which the voltage actually decreases most, or slightly different timings before and after this timing B1. It is good.
  • timing within the allowable error period T5 before the timing B1 and timing within the allowable error period T6 after the timing B1 can be adopted.
  • These allowable error periods T5 and T6 correspond to a large current output period in which the terminal voltage of the lead storage battery 20 is substantially minimized.
  • the allowable error period T5 before the timing B1 is, for example, 5 ms, more preferably 3 ms.
  • the allowable error period T6 after the timing B1 is, for example, 15 ms, more preferably 10 ms.
  • the previous allowable error period T5 is shorter than the subsequent allowable error period T6.
  • the calculated DC internal resistance is also changed.
  • the calculation result of the DC internal resistance becomes a value that does not exceed the allowable error threshold DCIRth of the DC internal resistance.
  • the DC internal resistance of the secondary battery is calculated using the detected value when a large charge / discharge current is generated. Therefore, the state of the secondary battery when a large current is output can be estimated with high accuracy using the calculated DC internal resistance.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a part of the state estimation device and the vehicle according to the second embodiment.
  • the state estimation device 10A of the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment except for the input of the timing determination unit 11A.
  • symbol is attached
  • the timing determination unit 11A inputs a signal from the sensor unit 14. 11A of timing judgments monitor the detection signal of the voltage of the sensor part 14, or charging / discharging electric current, and the timing at which discharge at the time of engine starting (at the time of cranking) is performed from the lead storage battery 20 shown in FIG. 2 and FIG. Is determined. Then, the internal resistance calculation unit 12 can be notified of the timing at the time of engine start.
  • the DC internal resistance calculation process by the internal resistance calculation unit 12 is the same as that in the first embodiment.
  • the same state estimation as that of the first embodiment can be performed without receiving start information from the ECU 30 of the vehicle.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a state estimation device and a part of a vehicle according to the third embodiment.
  • the state estimation device 10B of the third embodiment calculates the DC internal resistance of the lead storage battery 20 by using the temperature of the lead storage battery 20 and information on the SOC (charge rate: State of Charge). Other configurations are the same as those of the first embodiment. About the same structure as Embodiment 1, the same code
  • the state estimation device 10B includes a timing determination unit 11, an internal resistance calculation unit 12B, a state estimation unit 13B, a sensor unit 14, and a thermometer 15.
  • the internal resistance calculation unit 12B of the third embodiment inputs the detection signal of the thermometer 15 and the estimated value of the SOC of the state estimation unit 13B.
  • the internal resistance calculation unit 12B calculates the DC internal resistance described in the first embodiment. For example, when the temperature of the lead storage battery is abnormally high or abnormally low, the type determination is not performed. In addition, when the SOC is not within the predetermined range, the type determination is not performed.
  • the internal resistance calculation unit 12B does not calculate the DC internal resistance when the temperature or SOC of the lead storage battery is outside the predetermined range and the estimation accuracy decreases, and as a result, The calculation accuracy of the internal resistance and the state estimation accuracy of the state estimation device 10B can be further increased.
  • the internal resistance calculation unit 12B may calculate the DC internal resistance of the lead storage battery using OCV (Open Circuit Circuit) of the lead storage battery instead of the SOC. Or internal resistance calculation part 12B may calculate direct-current internal resistance of a lead storage battery using all or any of SOC, OCV, and temperature.
  • OCV Open Circuit Circuit
  • the internal resistance calculation unit 12B is configured not to calculate the DC internal resistance when the temperature, SOC, or OCV is outside a predetermined range, and is calculated by the temperature, SOC, or OCV.
  • the DC internal resistance may be corrected by correcting the value of the DC internal resistance or by correcting the parameter value for calculating the DC internal resistance.
  • the DC internal resistance of the lead storage battery 20 that can cope with the time constant of a drastic current change is calculated, and the state of the lead storage battery 20 at the time of outputting a large current. Can be estimated with high accuracy.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the method of calculating the DC internal resistance using the two-point method has been described.
  • the DC internal resistance may be calculated by, for example, the IV plot method using the voltages and charge / discharge currents at a plurality of timings within the allowable error periods T5 and T6.
  • the stabilization period T2 is shown as the stabilization period T2 in the latter half of the period from when the relay 34 is turned on until a large current flows through the starter motor 33.
  • the stable period T2 is preferably a period from 10 ms before the start timing at which power output to the starter motor 33 is started to the start timing.
  • the stabilization period T2 is shown as the stabilization period T2 in the latter half of the period from when the relay 34 is turned on until a large current flows through the starter motor 33.
  • the stable period T2 is set. The charge / discharge current may be detected.
  • the lead storage battery is shown as the secondary battery, but other types of secondary batteries such as a lithium ion storage battery and a nickel metal hydride storage battery may be applied.
  • the method of calculating the DC internal resistance of the secondary battery using the detected value at the time of cranking the engine vehicle has been shown.
  • the DC internal resistance of the secondary battery may be similarly calculated using detection values before and after the timing at which a large current is output when the vehicle starts to run.
  • the present invention can be used for an apparatus for estimating the state of a secondary battery mounted on a vehicle, for example.

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Abstract

　大電流が出力されるときの二次電池の状態を高い精度で推定できる二次電池の状態推定装置および状態推定方法を提供する。この二次電池の状態推定装置は、二次電池の端子電圧と充放電電流とを検出するセンサ部と、センサ部が検出した端子電圧と充放電電流とに基づいて二次電池の直流内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、を備える。内部抵抗算出部は、車両を走行させる駆動源の始動時の前で、且つ、二次電池の端子電圧および充放電電流が所定の変動範囲に収まる安定期間（Ｔ２）と、駆動源の始動時、二次電池から駆動源を始動させるための電力が出力され、二次電池の端子電圧が実質的に最小となる大電流出力期間（Ｔ３）とに、センサ部が検出した端子電圧および充放電電流に基づいて直流内部抵抗を算出する。

Description

二次電池の状態推定装置および状態推定方法
　本発明は、二次電池の状態推定装置および状態推定方法に関する。
　エンジンを主たる駆動源とする車両は、エンジンを始動するための電源として二次電池を搭載している。エンジンはスタータモータの駆動により始動する。二次電池としては、一般に鉛蓄電池が使用される。
　近年、エンジンを主たる駆動源とする車両の排ガスを削減するために、アイドリングストップシステムが採用されている。しかし、アイドリングストップシステムに性能の低下した二次電池が使用されると、アイドリングストップシステムが正常に機能しなくなる場合がある。このような二次電池のトラブルを未然に防ぐために、車両に搭載されている二次電池の状態を推定する装置がある（例えば特許文献１を参照）。
　特許文献１の電池状態推定装置は、小さなフルスケールの電流センサを用いて、スタータスイッチがオンとなる前の二次電池の電圧および電流の値を用いて電池状態のパラメータを算出する。
特開２０１１－２５７２１４号公報
　スタータモータの始動時には、非常に大きな突入電流が発生し、これにより、大きな二次電池の電圧降下が生じる。電圧降下により、二次電池の電圧が一定値を下回ると、エンジンが始動しない、或いは、ＥＣＵ（Engine Control Unit）がリセットするなどの問題が生じる場合がある。よって、スタータモータの始動時など、非常に大きな電流が生じるときの二次電池の性能をより正確に推定したいという要望がある。
　しかしながら、特許文献１の電池状態推定装置では、スタータスイッチがオンとなる期間の前に、二次電池の電圧および電流の値を用いて電池状態のパラメータを算出する。このため、特許文献１の電池状態推定装置が算出した電池状態のパラメータは、大電流の出力時に生じる激しい電圧変化の時定数に対応できない。よって、このパラメータを用いて、大電流が出力されるときの二次電池の状態の推定を行うと、推定精度が低下するという問題がある。
　本発明の目的は、大電流が出力されるときの二次電池の状態を高い精度で推定できる二次電池の状態推定装置および状態推定方法を提供することである。
　本発明の一態様に係る二次電池の状態推定装置は、以下の構成を採る。すなわち、二次電池の端子電圧と充放電電流とを検出するセンサ部と、センサ部が検出した端子電圧と充放電電流とに基づいて二次電池の直流内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、を備える。内部抵抗算出部は、以下の（期間１）および（期間２）において、センサ部が検出した端子電圧および充放電電流に基づいて直流内部抵抗を算出する。（期間１）車両を走行させる駆動源の始動時の前で、且つ、二次電池の端子電圧および充放電電流が所定の変動範囲に収まる安定期間。（期間２）駆動源の始動時、二次電池から駆動源を始動させるための電力が出力され、二次電池の端子電圧が実質的に最小となる大電流出力期間。
　本発明の一態様に係る二次電池の状態推定方法は、二次電池の端子電圧と充放電電流とを検出するステップと、検出された端子電圧と充放電電流とに基づいて二次電池の直流内部抵抗を算出するステップと、を備える。直流内部抵抗を算出するステップは、以下の（期間１）および（期間２）において、検出された端子電圧および充放電電流に基づいて直流内部抵抗を算出する。（期間１）車両を走行させる駆動源の始動時の前で、且つ、二次電池の端子電圧および充放電電流が所定の変動範囲内に収まる安定期間。（期間２）駆動源の始動時、二次電池から駆動源を始動させるための電力が出力され、二次電池の端子電圧が実質的に最小となる大電流出力期間。
　本発明によれば、大きな充放電電流が生じるときの検出値を使用して、二次電池の直流内部抵抗が算出される。よって、算出された直流内部抵抗を用いて、大電流が出力されるときの二次電池の状態を高い精度で推定することができる。
本発明の実施の形態１に係る状態推定装置と車両の一部とを示すブロック図 クランキング時の二次電池の端子間電圧と充放電電流とを示すグラフ 図２の範囲Ｗ１の部分を拡大して示すグラフ データ取得タイミングを説明するグラフ 本発明の実施の形態２に係る状態推定装置と車両の一部とを示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る状態推定装置と車両の一部とを示すブロック図
　以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る状態推定装置と車両の一部の構成とを示すブロック図である。
　本発明の実施の形態１に係る二次電池の状態推定装置１０は、主にエンジンの動力で走行する車両に搭載される。車両は、状態推定装置１０と、二次電池としての鉛蓄電池２０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０と、負荷３１と、オルタネータ３２と、スタータモータ３３と、リレー３４と、イグニションキー３５とを備えている。図示は省略するが、車両は、エンジンおよび駆動輪を有する。車両は、クランキング時の二次電池の状態推定をより正確に行う必要のある、アイドリングストップシステム（ＩＳＳ）を有する車両であってもよい。
　スタータモータ３３は、エンジンを始動させるモータである。スタータモータ３３の駆動によりクランク軸が回転し、エンジン行程が開始することでエンジンが始動する。スタータモータ３３の駆動によりエンジンのクランク軸を回転させることをクランキングと呼ぶ。
　リレー３４は、スタータモータ３３を始動させるためのスイッチである。リレー３４がオンしてスタータモータ３３のＣ端子に電圧が出力されると、スタータモータ３３の内部状態が切り換わって、Ｂ端子から電流を入力し、スタータモータ３３が回転し始める。リレー３４は、例えばＥＣＵ３０の作動制御信号に基づき、鉛蓄電池２０の電力によってオンとオフとに切り替わる。
　オルタネータ３２は、クランク軸の回転動力により発電を行う。オルタネータ３２は、駆動輪の回転動力により発電を行ってもよい。加えて、オルタネータ３２は、発電電力の整流と、ＥＣＵ３０の電圧制御信号に基づく電圧の調整とを行う。
　負荷３１は、例えばエンジンを作動させるために必要な電気的な補機であり、例えば、燃料噴射装置、点火プラグなどを含む。補機とは、エンジン本体以外にエンジンを稼動させるために必要な周辺機器を意味する。負荷３１は、車内照明、メータパネル、灯火器などの車両に搭載される様々な電気機器を含んでいてもよい。
　イグニションキー３５は、運転者が操作するキーであり、負荷３１、オルタネータ３２、およびスタータモータ３３が接続される電源ラインＬ１０と、鉛蓄電池２０との接続を切り替える。例えば、イグニションキー３５がオフ（ＯＦＦ）に切り替えられると、接続が遮断され、オン（ＯＮ）に切り替えられると、接続される。また、イグニションキー３５がスタート（ＳＴＡＲＴ）に切り替えられると、スタータモータ３３が始動される。イグニションキー３５の状態は、キー情報としてＥＣＵ３０に伝えられる。
　鉛蓄電池２０は、充電と放電とが可能な電池であり、本発明に係る二次電池の一例に相当する。鉛蓄電池２０は、オルタネータ３２の電力により充電を行う。鉛蓄電池２０は、イグニションキー３５がオン又はスタートのときに、スタータモータ３３、リレー３４、負荷３１、ＥＣＵ３０に電力を供給する。鉛蓄電池２０は、イグニションキー３５の切り替わりに関わらずに、状態推定装置１０に電力を供給する。
　ＥＣＵ３０は、エンジンの制御を行う。具体的には、ＥＣＵ３０は、スタータモータ３３の作動制御、補機の制御、および、オルタネータ３２の発電電圧の制御を行う。さらに、ＥＣＵ３０は、状態推定装置１０から鉛蓄電池２０の電池状態情報を受けて、情報に応じた制御を行う。電池状態情報には、放電性能（ＳＯＦ：State of Function）が含まれる。さらに、電池状態情報には、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）が含まれていてもよい。放電性能とは、想定される大電流の出力時に、規定の電圧を維持できるかどうかの能力を表わす指標である。電池状態情報に基づき、ＥＣＵ３０は、放電性能が所定の第１閾値より高い場合に、アイドリングストップシステムの制御を行い、放電性能が所定の第２閾値より低い場合に、アイドリングストップシステムの制御を禁止し、警告を行う等の制御を行ってもよい。実施の形態１では、さらに、ＥＣＵ３０は、スタータモータ３３を始動させるタイミングを示すスタート情報を、状態推定装置１０へ送る。
　状態推定装置１０は、鉛蓄電池２０の状態として、放電性能（ＳＯＦ）を推定する。状態推定装置１０は、さらに、鉛蓄電池２０の充電率（ＳＯＣ）を推定してもよい。
　状態推定装置１０は、タイミング判断部１１、内部抵抗算出部１２、状態推定部１３、およびセンサ部１４を備えている。状態推定装置１０の各機能ブロックは、センサ部１４の素子（電流検出用抵抗など）を除いて、ワンチップの半導体集積回路として構成してもよい。また、状態推定装置１０は、センサ部１４の素子を除いて、複数の半導体集積回路により構成してもよい。また、状態推定装置１０の一部またはセンサ部１４の素子を除いた全部を、ＥＣＵ３０或いは車両に搭載される他のＥＣＵと一緒に１つの半導体集積回路により構成してもよい。また、状態推定装置１０の複数の機能ブロックは、１つの機能ブロックに統合されてもよい。
　センサ部１４は、鉛蓄電池２０の電圧と充放電電流とを検出し、検出信号を内部抵抗算出部１２と、状態推定部１３とに出力する。検出される電圧は、充電時、放電時、および、端子開放時における鉛蓄電池２０の端子間電圧である。
　タイミング判断部１１は、ＥＣＵ３０から送られるスタート情報に基づいて、スタータモータ３３が始動するタイミングを判断し、このタイミングを内部抵抗算出部１２に通知する。
　内部抵抗算出部１２は、タイミング判断部１１により通知されたタイミングに基づいて、センサ部１４から鉛蓄電池２０の電圧および充放電電流の検出値を取り込み、これらを用いて鉛蓄電池２０の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）を算出する。内部抵抗算出処理の詳細は後述する。
　状態推定部１３は、センサ部１４の検出値と、内部抵抗算出部１２により算出された直流内部抵抗とに基づいて、放電特性（ＳＯＦ）および充電率（ＳＯＣ）などの電池状態を推定する。
　放電特性とは、スタータモータ３３に大電流が出力される際の鉛蓄電池２０の電圧降下量の予測値を示す。状態推定部１３は、次式（１）に示すような算出を行って、放電特性を求める。
　Ｖｆ ＝Ｖｃ －（Ｉｂ－Ｉｃ）× Ｒｉ　　　　　・・・（１）
　ここで、Ｖｆは放電特性、Ｖｃはクランキング前の鉛蓄電池２０の閉回路電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）、Ｉｂはクランキング時の直前の充放電電流、Ｉｃはクランキング時に想定される最大の充放電電流、Ｒｉは直流内部抵抗である。
　状態推定部１３は、推定した電池状態の情報をＥＣＵ３０に出力する。
　＜内部抵抗算出処理＞
　続いて、内部抵抗算出部１２による鉛蓄電池２０の直流内部抵抗の算出方法について説明する。
　図２は、クランキング時の二次電池の端子間電圧と充放電電流とを示すグラフである。図３は、図２の範囲Ｗ１の部分を拡大して示すグラフである。
　内部抵抗算出部１２は、２点法により直流内部抵抗を算出する。２点法では、第１タイミングに検出された鉛蓄電池２０の電圧と充放電電流と、第２タイミングに検出された鉛蓄電池２０の電圧と充放電電流とを用いて、次式（２）に示すような計算を行って、直流内部抵抗が求められる。
　Ｒｉ ＝（Ｖ１－Ｖ２）／（Ｉ１－Ｉ２）　　　　　・・・（２）
　ここで、Ｒｉは直流内部抵抗、Ｖ１は第１タイミングの電圧、Ｖ２は第２タイミングの電圧、Ｉ１は第１タイミングの充放電電流、Ｉ２は第２タイミングの充放電電流である。
　電圧と充放電電流とを取得するタイミングとしては、続いて説明するように、クランキングの前後の所定タイミングが採用される。
　クランキングの際、スタータモータ３３の回転開始時には、図２の範囲Ｗ１に示すように、非常に大きな電流がスタータモータ３３に流れる。続いて、図２の範囲Ｗ２に示すように、スタータモータ３３とエンジンのクランクとが数回の回転する期間を経て、エンジンが駆動する。次に、スタータモータ３３の始動時の動作について詳細に説明する。
　スタータモータ３３を始動する際には、先ず、ＥＣＵ３０がリレー３４をオンに切り替える作動制御信号を出力する。リレー３４は、僅かな期間Ｔ１に物理的に接点を移動して、オフからオンに切り換わる。この期間Ｔ１には、電力により物理的な動作を発生させるため、リレー３４の動作電圧および電流は、比較的に大きく変化する。
　リレー３４がオンの状態に切り替わると、スタータモータ３３のＣ端子に電圧が出力された後、僅かな安定期間Ｔ２を経て、スタータモータ３３のＢ端子に大電流が流れてスタータモータ３３が回転し始める。この安定期間Ｔ２には、リレー３４に出力される電流が安定し、これにより鉛蓄電池２０の電圧も安定する。この安定期間Ｔ２には、鉛蓄電池２０の端子間電圧および充放電電流は、所定の変動範囲に収まる。所定の変動範囲に収まるとは、開回路電圧（ＯＣＶ）に対する鉛蓄電池２０の充電分極の影響を低減する作用が得られる程度に変動範囲が小さいことを示す。
　内部抵抗算出部１２は、クランキングの前の安定期間Ｔ２の何れかのタイミングを第１タイミングＡ１として、センサ部１４からの電圧と充放電電流との検出値を取得する。
　続く、スタータモータ３３が始動する期間Ｔ３では、急激な電流がスタータモータ３３へ出力され、これに伴って、鉛蓄電池２０の電圧降下が生じる。
　内部抵抗算出部１２は、クランキング時に電圧が実質的に最も降下するタイミングを第２タイミングＡ２として、センサ部１４からの電圧充放電電流との検出値を取得する。そして、第１タイミングＡ１の検出値と第２タイミングＡ２の検出値とから、上述の式（２）を用いて、鉛蓄電池２０の直流内部抵抗を算出する。
　安定した電流出力のある安定期間Ｔ２内の第１タイミングＡ１の検出値を使用することで、鉛蓄電池２０の分極の影響を少なくした直流内部抵抗の算出が可能となる。また、クランキング時の大きな電流が出力されている第２タイミングＡ２の検出値を使用することで、クランキング時の大きな電流変化の時定数に対応できる直流内部抵抗の算出が可能となる。
　図４は、データ取得タイミングを説明するグラフである。
　クランキング時の電圧が実質的に最も下降する第２タイミングＡ２とは、図４に示すように、電圧が実際に最も下降したタイミングＢ１としてもよいし、このタイミングＢ１の前後に僅かに異なるタイミングとしてもよい。前後に異なるタイミングとしては、図４に示すように、タイミングＢ１から前の許容誤差期間Ｔ５内と、タイミングＢ１から後の許容誤差期間Ｔ６内のタイミングとが採用できる。これら許容誤差期間Ｔ５、Ｔ６が、鉛蓄電池２０の端子電圧が実質的に最小となる大電流出力期間に相当する。
　タイミングＢ１より前の許容誤差期間Ｔ５は、例えば５ｍｓ、より好ましくは３ｍｓである。タイミングＢ１より後の許容誤差期間Ｔ６は、例えば１５ｍｓ、より好ましくは１０ｍｓである。典型的には、前の許容誤差期間Ｔ５は、後の許容誤差期間Ｔ６より、短くなる。
　検出値を取得する第２タイミングＡ２が、許容誤差期間Ｔ５、Ｔ６の範囲で、変化することで、算出される直流内部抵抗も変化する。しかしながら、上記のような許容誤差期間Ｔ５、Ｔ６を採用することで、直流内部抵抗の算出結果は、直流内部抵抗の許容誤差の閾値ＤＣＩＲｔｈを超えない値となる。
　以上のように、本実施の形態の二次電池の状態推定装置１０によれば、大きな充放電電流が生じるときの検出値を使用して、二次電池の直流内部抵抗が算出される。よって、算出された直流内部抵抗を用いて、大電流が出力されるときの二次電池の状態を高い精度で推定することができる。
　（実施の形態２）
　図５は、実施の形態２の状態推定装置と車両の一部を示すブロック図である。
　実施の形態２の状態推定装置１０Ａは、タイミング判断部１１Ａの入力が異なるだけで、他の構成は、実施の形態１の構成と同様である。同一の構成については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
　実施の形態２のタイミング判断部１１Ａは、センサ部１４の信号を入力する。タイミング判断部１１Ａは、センサ部１４の電圧または充放電電流の検出信号を監視し、図２と図３とに示した、鉛蓄電池２０からエンジン始動時（クランキング時）の放電が行われるタイミングを判別する。そして、エンジン始動時のタイミングを内部抵抗算出部１２へ通知することができる。
　内部抵抗算出部１２による直流内部抵抗の算出処理は、実施の形態１と同様である。
　以上のように、実施の形態２の状態推定装置１０Ａによれば、車両のＥＣＵ３０からスタート情報を受けなくても、実施の形態１と同様の状態推定を行うことができる。
　（実施の形態３）
　図６は、実施の形態３の状態推定装置と車両の一部を示すブロック図である。
　実施の形態３の状態推定装置１０Ｂは、鉛蓄電池２０の直流内部抵抗を、さらに鉛蓄電池２０の温度、および、ＳＯＣ（充電率：State of Charge）の情報を使用して算出する。その他の構成は、実施の形態１のものと同様である。実施の形態１と同一の構成については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
　実施の形態３の状態推定装置１０Ｂは、タイミング判断部１１、内部抵抗算出部１２Ｂ、状態推定部１３Ｂ、センサ部１４、および、温度計１５を有する。
　実施の形態３の内部抵抗算出部１２Ｂは、鉛蓄電池２０の直流内部抵抗を算出する際に、温度計１５の検出信号と、状態推定部１３ＢのＳＯＣの推定値とを入力する。
　内部抵抗算出部１２Ｂは、実施の形態１で説明した直流内部抵抗の算出を行うが、例えば、鉛蓄電池の温度が異常に高い場合、或いは、異常に低い場合には、種別判定を行わない。加えて、ＳＯＣが所定の範囲にない場合には、種別判定を行わない。
　このように、内部抵抗算出部１２Ｂは、鉛蓄電池の温度またはＳＯＣが所定の範囲外にあって推定精度が低下するような場合に、直流内部抵抗の算出を行わないことで、結果として、直流内部抵抗の算出精度、および、状態推定装置１０Ｂの状態推定精度を、より高くできる。
　なお、内部抵抗算出部１２Ｂは、ＳＯＣの替わりに、鉛蓄電池のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を用いて、鉛蓄電池の直流内部抵抗の算出を行ってもよい。或いは、内部抵抗算出部１２Ｂは、ＳＯＣとＯＣＶと温度の、全部または何れかを用いて、鉛蓄電池の直流内部抵抗の算出を行ってもよい。
　さらに、内部抵抗算出部１２Ｂは、温度、ＳＯＣ又はＯＣＶが、所定の範囲外になった場合に、直流内部抵抗の算出を行わないように構成されるほか、温度、ＳＯＣ又はＯＣＶにより、算出される直流内部抵抗の値を補正し、或いは、直流内部抵抗を算出するためのパラメータの値を補正し、直流内部抵抗の算出を行うようにしてもよい。
　以上のように、実施の形態３の状態推定装置１０Ｂによれば、激しい電流変化の時定数に対応できる鉛蓄電池２０の直流内部抵抗を算出して、大電流の出力時の鉛蓄電池２０の状態を高い精度で推定できる。
　以上、本発明の各実施の形態について説明した。
　なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではない。例えば、実施の形態では、２点法を用いて直流内部抵抗を算出する方法を示したが、安定期間Ｔ２内の複数のタイミングの電圧と充放電電流と、大電流が出力されるクランキング時の許容誤差期間Ｔ５、Ｔ６内の複数のタイミングの電圧と充放電電流とを用いて、例えばＩＶプロット法により、直流内部抵抗を算出してもよい。
　また、実施の形態では、安定期間Ｔ２として、リレー３４がオンとなってからスタータモータ３３に大電流が流れるまでの期間の後半の安定期間Ｔ２を示した。具体的には、安定期間Ｔ２は、スタータモータ３３へ電力の出力が開始される開始タイミングの１０ｍｓ前から開始タイミングまでの期間であることが好ましい。
　また、実施の形態では、安定期間Ｔ２として、リレー３４がオンとなってからスタータモータ３３に大電流が流れるまでの期間の後半の安定期間Ｔ２を示した。しかしながら、例えば、鉛蓄電池２０が長い期間放置されているときには、リレー３４がオンとなる前、充放電電流と電圧とが実質的にゼロとなって安定しているときを安定期間Ｔ２として、電圧と充放電電流を検出してもよい。
　また、実施の形態では、二次電池として鉛蓄電池を示したが、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池など、他の種類の二次電池を適用してもよい。
　また、実施の形態では、エンジン車両のクランキング時の検出値を用いて、二次電池の直流内部抵抗を算出する方法を示した。しかしながら、例えば、モータで走行する電動車両において、車両の走行始動時に大電流が出力されるタイミングの前後の検出値を用いて、同様に二次電池の直流内部抵抗を算出してもよい。
　なお、ガソリン車では、図４で示される直流内部抵抗の波形はクランキングによらずにほぼ一定になることが実験の結果、分かった。したがって、最も電圧が降下するタイミングを毎回判断、更新してもよいし、過去に判断したタイミングを用いるようにしてもよい。
　その他、実施の形態で説明された具体的な構成および方法は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　本発明は、例えば車両に搭載される二次電池の状態を推定する装置に利用できる。
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　状態推定装置
　１２，１２Ｂ　内部抵抗算出部
　１３，１３Ｂ　状態推定部
　１４　センサ部
　１５　温度計
　２０　鉛蓄電池
　３０　ＥＣＵ
　３３　スタータモータ
　３４　リレー
　３５　イグニションキー
　Ａ１　第１タイミング
　Ａ２　第２タイミング
　Ｔ２　安定期間
　Ｂ１　タイミング
　Ｔ５，Ｔ６　許容誤差期間

Claims (8)

  1. 　二次電池の端子電圧と充放電電流とを検出するセンサ部と、
    　前記センサ部が検出した前記端子電圧と前記充放電電流とに基づいて前記二次電池の直流内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、
    　を備え、
    　前記内部抵抗算出部は、
    　車両を走行させる駆動源の始動時の前で、且つ、前記二次電池の前記端子電圧および前記充放電電流が所定の変動範囲に収まる安定期間と、前記駆動源の始動時、前記二次電池から前記駆動源を始動させるための電力が出力され、前記二次電池の端子電圧が実質的に最小となる大電流出力期間とに、前記センサ部が検出した前記端子電圧および前記充放電電流に基づいて前記直流内部抵抗を算出する、
    　二次電池の状態推定装置。
  2. 　前記二次電池は、
    　スタータモータの駆動により前記駆動源としてエンジンが始動する車両における前記スタータモータの駆動電力を供給し、
    　前記大電流出力期間とは、前記スタータモータの始動により前記二次電池の前記端子電池が実質的に最小となる期間である、
    　請求項１記載の二次電池の状態推定装置。
  3. 　前記大電流出力期間とは、前記二次電池の前記端子電圧が最小となるタイミングの前５ｍｓから後１５ｍｓの期間である、
    　請求項２記載の二次電池の状態推定装置。
  4. 　前記二次電池は、
    　前記スタータモータへの電力の供給を可能とするリレーの開閉を切り換える電力を供給し、
    　前記安定期間とは、前記スタータモータへ電力を供給可能とするため前記二次電池から前記リレーを切り換える電流が出力される期間の後半部の期間である、
    　請求項２記載の二次電池の状態推定装置。
  5. 　前記安定期間とは、前記スタータモータへ電力の出力が開始される開始タイミングの１０ｍｓ前から前記開始タイミングまでの期間である、
    　請求項４記載の二次電池の状態推定装置。
  6. 　前記二次電池の充電率、開回路電圧、および、温度の何れか１つ又は複数を検出する付加センサ部を更に備え、
    　前記内部抵抗算出部は、さらに前記付加センサ部の検出結果を用いて、前記直流内部抵抗を算出する、
    　請求項１記載の二次電池の状態推定装置。
  7. 　算出された前記直流内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧とに基づいて、前記二次電池の放電性能を算出する放電性能算出部、
    　をさらに備える請求項１記載の二次電池の状態推定装置。
  8. 　二次電池の端子電圧と充放電電流とを検出するステップと、
    　前記検出された端子電圧と充放電電流とに基づいて前記二次電池の直流内部抵抗を算出するステップと、
    　を備え、
    　前記直流内部抵抗を算出するステップは、
    　車両を走行させる駆動源の始動時の前で、且つ、前記二次電池の前記端子電圧および前記充放電電流が所定の変動範囲内に収まる安定期間と、
    　前記駆動源の始動時、前記二次電池から前記駆動源を始動させるための電力が出力され、前記二次電池の前記端子電圧が実質的に最小となる大電流出力期間とに、
    　検出された前記端子電圧および前記充放電電流に基づいて前記直流内部抵抗を算出する、
    　二次電池の状態推定方法。
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