(57)【要約】【課題】車両等、充放電が繰り返されて使用される２次電池の充電状態を精度よく検出すること。【解決手段】車両等の、充放電が繰り返し行なわれる２次電池への充放電電流を時間で積算して得た充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）と、放電電気量（ＤＩＳＣＡＰ）とから、前記２次電池の充電状態（ＳＯＣ）を検出する２次電池の充電状態の検出方法であり、２次電池の電圧（Ｖ）および内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）より充電効率（η）を求め、充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）を前記充電効率（η）で補正する。これにより、２次電池の充電状態を精度よく検出することが可能となる。【選択図】図１
2010060300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電が繰り返し行なわれる２次電池への充放電電流を時間で積算して得た充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）と、放電電気量（ＤＩＳＣＡＰ）とから、前記２次電池の充電状態（ＳＯＣ）を検出する２次電池の充電状態の検出方法であって、
前記２次電池の電圧（Ｖ）および内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）より充電効率（η）を求め、
前記充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）を前記充電効率（η）で補正することを特徴とする２次電池の充電状態検出方法。
【請求項２】
予め設定された、前記２次電池の電圧（Ｖ）および直流法によって求めた直流内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）と充電効率（η）との関係を示すテーブルより、前記電圧（Ｖ）と前記内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を求め、前記テーブルを参照して前記充電効率（η）を得る請求項１に記載の２次電池の充電状態検出方法。
【請求項３】
所定の時間間隔△ｔで前記２次電池の充放電電流および電池電圧を計測し、
前記２次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Ｉと、
そのときの電池電圧（Ｖ）を疑似的な開路電圧ＯＣＶとして計測し、
前記充電電流Ｉと前記した疑似的な開路電圧（ＯＣＶ）のデータ対（Ｉ，ＯＣＶ）を少なくとも２対以上計測し、
前記データ対から得られた充電電流Ｉ−擬似的な開路電圧（ＯＣＶ）との関係より前記内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を求めることを特徴とする請求項１〜２に記載の２次電池の充電状態検出方法。
【請求項４】
所定の時間間隔△ｔで前記２次電池の充放電電流および電池電圧を計測し、
前記２次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Ｉと、
そのときの電池電圧（Ｖ）を疑似的な開路電圧ＯＣＶとして計測して得た、前記充電電流Ｉと前記した疑似的な開路電圧（ＯＣＶ）のデータ対（Ｉ，ＯＣＶ）と、
このデータ対の前記所定時間間隔△ｔ後に測定される前記充電電流Ｉ′と、その時の電
池電圧（Ｖ′）を前記した疑似的な開路電圧ＯＣＶ′として計測して得たデータ対（Ｉ′，ＯＣＶ′）とから得られた充電電流Ｉ−擬似的な開路電圧（ＯＣＶ）との関係より前記内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を求めることを特徴とする請求項１〜２に記載の２次電池の充電状態検出方法。
【請求項５】
充放電が行なわれていない間に生ずる自己放電量で前記充電状態（ＳＯＣ）を補正することを特徴とする請求項１〜４に記載の２次電池の充電状態検出方法。
【請求項６】
前記２次電池の温度（Ｔ）もしくは前記２次電池周辺の雰囲気温度（Ｔａ）の少なくともいずれか一方により、前記自己放電量を補正する請求項５に記載の２次電池の充電状態検出方法。
【請求項７】
前記２次電池の温度（Ｔ）もしくは記鉛蓄電池周辺の雰囲気温度（Ｔａ）の少なくともいずれか一方により、充電効率（η）を補正することを特徴とする請求項１〜６に記載の２次電池の充電状態検出方法。
【請求項８】
請求項１〜７の２次電池の充電状態検出方法により、充電状態を検出する２次電池の充電状態検出装置。
【請求項９】
請求項８の２次電池の充電状態検出装置を備えた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池の充電状態検出方法、充電状態検出装置およびこの装置を用いた機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、Ｌｉ２次電池等の各種の２次電池は、バックアップ用や、自動車用、各種電動車用の電源として用いられている。これらの２次電池の使用機器の使用者に対して、機器の使用可能時間、あるいは使用可能期間を知らしめるため、さらには近年のハイブリッド車のように、回生電力を２次電池に回収するため、充電状態（ＳＯＣ）を５０〜７０％といった中間状態に制御する必要上、２次電池の充電状態（ＳＯＣ）を検出する方法が種々提案されてきている。
【０００３】
ここで、充電状態（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ、以下、ＳＯＣという）は、鉛蓄電池をはじめとする、各種の２次電池で共通して用いられているパラメータであり、２次電池容量と残存容量の比として、一般的には百分率で表示する。すなわち、２次電池が満充電状態であるときのＳＯＣは１００％であり、完全放電状態でのＳＯＣを０％として表す。なお、完全放電を行なうときの放電電気量は、放電電流と、放電終止電圧によって異なるため、使用機器の放電パターンおよびその電流値、放電終止電圧値に応じて、設計者が適宜設定する。この設定された放電条件で２次電池を完全放電状態としたときのＳＯＣを０％と定義することとなる。
【０００４】
例えば、鉛蓄電池のＳＯＣは、鉛蓄電池の動作原理上、電池内部の電解液中の硫酸濃度ならびに、開路電圧と強い相関性がある。また、他のＮｉ−ＭＨ２次電池やＬｉ２次電池も、開路電圧とＳＯＣとの相関性、特にＬｉ２次電池は開路電圧とＳＯＣとの相関性が強いため、このような、相関関係を利用した様々なＳＯＣの検出方法が提案されている。また、２次電池の充電電流と放電電流を検出し、これらを時間で積算することによって、によって、充電電気量と放電電気量を求め、これらの収支から、２次電池のＳＯＣを直接的に求める方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、鉛蓄電池の電解液比重と、充放電電流の積算値からバッテリの残存容量を求める方法が示されている。また、特に充電電気量については充電電流値の時間積算値に充電効率を乗じた値を採用することが示されており、この充電効率として、ＳＯＣおよび温度と充電効率との関係から、予め求めておいたテーブルを参照して求めることが示されている。
【特許文献１】特開平６−２８１７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、鉛蓄電池の充放電直後や、電解液が成層化した状態では、電解液中の硫酸濃度は均一ではなく、結果として、ＳＯＣを正確に検出できないという課題がある。また、ＳＯＣの検出にあたって、充電効率が考慮されているものの、充電効率を得る手法に関し、充電効率とＳＯＣおよび温度との相関はあるものの、ＳＯＣと温度のみからでは、得られる充電効率の精度は不十分であり、より精度の高いＳＯＣ検出には十分とはいえなかった。また、このような課題は、鉛蓄電池以外の他の２次電池にも共通の課題であった。本発明は、係る課題を解決し、検出精度をより向上させた２次電池の充電状態検出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、充放電が繰り返し行なわれる２次電池への充放電電流を時間で積算して得た充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）と、放電電気量（ＤＩＳＣＡＰ）とから、前記２次電池の充電状態（ＳＯＣ）を検出する２次電池の充電状態の検出方法であって、前記２次電池の電圧Ｖおよび内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）より充電効率（η）を求め、前記充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）を前記充電効率（η）で補正することを特徴とする２次電池の充電状態の検出方法を示すものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の２次電池の充電状態検出方法において、予め設定された、前記２次電池の電圧（Ｖ）および直流法によって求めた直流内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）と充電効率（η）との関係を示すテーブルより、前記電圧（Ｖ）と前記直流内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を求め、前記テーブルを参照して前記充電効率（η）を得ることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１〜２に記載の２次電池の充電状態検出方法において、所定の時間間隔△ｔで前記２次電池の充放電電流および電池電圧を計側し、前記２次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Ｉと、そのときの電池電圧（Ｖ）を疑似的な開路電圧ＯＣＶとして計測し、前記充電電流Ｉと前記した疑似的な開路電圧（ＯＣＶ）のデータ対（Ｉ，ＯＣＶ）を少なくとも２対以上計測し、前記データ対から得られた充電電流Ｉ−擬似的な開路電圧（ＯＣＶ）との関係より前記内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を求めることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜２に記載の２次電池の充電状態検出方法において、所定の時間間隔△ｔで前記２次電池の充放電電流および電池電圧を計側し、前記２次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Ｉと、そのときの電池電圧（Ｖ）を疑似的な開路電圧ＯＣＶとして計測して得た、前記充電電流Ｉと前記した疑似的な開路電圧（ＯＣＶ）のデータ対（Ｉ，ＯＣＶ）と、このデータ対の前記所定時間間隔△ｔ後に測定される前記充電電流Ｉ′と、その時の電池電圧（Ｖ′）を前記した疑似的な開路電圧ＯＣＶ′として計測して得たデータ対（Ｉ′，ＯＣＶ′）とから得られた充電電流Ｉ−擬似的な開路電圧（ＯＣＶ）との関係より前記内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を求めることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜４に記載の２次電池の充電状態検出方法において、充放電が行なわれていない間に生ずる自己放電量で前記充電状態（ＳＯＣ）を補正することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６に係る発明は、請求項５に記載の２次電池の充電状態検出方法において、前記２次電池の温度（Ｔ）もしくは前記２次電池周辺の雰囲気温度（Ｔａ）の少なくともいずれか一方により、前記自己放電量を補正することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項７に係る発明は、請求項１〜６に記載の２次電池の充電状態検出方法において、前記２次電池の温度（Ｔ）もしくは記鉛蓄電池周辺の雰囲気温度（Ｔａ）の少なくともいずれか一方により、充電効率（η）を補正することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項８に係る発明は、請求項１〜７の２次電池の充電状態検出方法により、充電状態を検出する２次電池の充電状態検出装置を示す。
【００１５】
また、本発明の請求項９に係る発明は、請求項８に記載の２次電池の充電状態検出装置を備えた機器を示す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１〜８に係る発明によれば、２次電池の充電状態の検出精度を大幅に向上できるという、顕著な効果を奏する。また、本発明の請求項９に係る発明によれば、本発明の２次電池の充電状態検出装置を車両や電源装置等に用いることにより、例えば車両搭載時においては、２次電池の最適なＳＯＣ制御が可能となるため、車両の燃費向上に効果を奏することができる。また、風力発電や、燃料電池等の他の独立電源と２次電池とを組み合わせた電源装置に本発明の充電状態検出装置を用いることにより、電源装置からの出力の安定化に効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（本発明の第１の実施形態）
本発明による２次電池の充電状態検出方法は、２次電池に流れる充電電流と放電電流を時間積算して２次電池のＳＯＣを検出する。
【００１８】
鉛蓄電池やＮｉ−ＭＨ電池あるいはＬｉ２次電池を充電する際に、充電電流の電解液の分解反応に費やされること、また、Ｌｉ２次電池では、負極の電極密度の変化等によって充電効率が低下するため、活物質の充電に費やした充電電気量（ＣＨＧＣＡＰ）は、実際に充電電流を積算して得た充電電気量（ＣＡＰ）よりも小となる。したがって、充電電流を積算しても、実際に活物質の充電に消費された充電電気量Ｑｔを検出できないため、ＳＯＣの検出精度が低下する。
【００１９】
本発明においては、（ＣＨＧＣＡＰ／ＣＡＰ）を充電効率（η）として求め、充電電流の積算値として求めた充電電気量（ＣＡＰ）を、この充電効率（η）で補正する、実際に充電電気量（ＣＡＰ）に充電効率（η）を乗ずることによって、実際に活物質の充電反応（Ｌｉ２次電池や、Ｎｉ−ＭＨ電池においては、Ｌｉ+イオンや、Ｈ+イオンの移動）に消費された充電電気量ＣＨＧＣＡＰを得る。
【００２０】
本発明の特徴とするところは、充電効率（η）を求める手法であって、本発明において、充電効率（η）を電池電圧Ｖと、充電時の内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）とから求めるところにある。なお、本発明では、なお、ＤＣ−ＩＲとは、直流法によって計測された内部抵抗を示し、２次電池の電圧と電流、あるいはこれらの変化量からオームの法則を用いて求めることができる。
【００２１】
以降は、なお、本実施形態では、２次電池として、鉛蓄電池（以下、電池）を用いた場合についての例を述べる。
【００２２】
先ず、最初に、図１に示したフローのステップ（Ｓ０）において、測定対象の電池のＳＯＣ＝１００％状態での電池容量（Ｑ）とＳＯＣの初期値を設定する。例えば電池を満充電状態としてＳＯＣ＝１００％と設定し、満充電状態から、放電を行い、完全放電状態（ＳＯＣ＝０％）となるまで行なうことによって電池容量（Ｑ）を計測できる。その後、電池を充電して満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）として計測を開始するならば、初期状態のＳＯＣを１００％とすればよい。また、ＳＯＣ１００％に限定されず、ＳＯＣ１００％の状態から０．５×Ｑに相当する電気量を放電すれば、ＳＯＣ＝５０％の状態となるので、この状態からＳＯＣを測定するならば、ＳＯＣ＝５０％とすればよい。いずれにせよ、測定電池を補充電して満充電状態とし、初期のＳＯＣ＝１００％とすることがもっとも簡便である。
【００２３】
次に、後述するＣＡＰ、ＤＩＳＣＡＰ、ＣＨＧＣＡＰを初期化、すなわち、ＣＡＰ＝０、ＤＩＳＣＡＰ＝０、ＣＨＧＣＡＰ＝０とする。また、充電効率（η）、すなわち、実際に活物質に充電される電気量Ａと、充電電流値の積算値によって得た、電池を充電するために通電した電気量Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を充電効率（η）とし、その初期値η0を設定する。多くの場合、充電効率（η）は１未満の値となるが、その初期値η0を便宜的に１と設定することができる。また、η0を１とすることは必須ではなく、例えば０．９５等の値に設定することができる。
【００２４】
なお、充電効率（η）として、前記した比（Ａ／Ｂ）の百分率を用いる場合もあるが、本明細書においての充電効率（η）は、前記した比（Ａ／Ｂ）の値を用いており、ηは０以上、１以下の値となる。
【００２５】
そして、次に、充放電電流（Ｉ）および電池電圧（Ｖ）を測定し（ステップ（Ｓ１））、この充放電電流の絶対値｜Ｉ｜に単位時間△ｔを乗じて得た｜Ｉ｜×△ｔをＣＡＰとして（ＣＡＰ＝｜Ｉ｜×△ｔ）をメモリー、ハードディスク等の記憶手段に記憶する（（Ｓ２））。
【００２６】
なお、上記測定の単位時間△ｔは、短いほど好ましいが、図１に示すフローを実行するマイコンの処理速度によって限定されるため、実用的には、０．０５〜０．５ｍｓｅｃ．の範囲で設定することができる。
【００２７】
次に、ステップ（Ｓ１）において測定した電流（Ｉ）の符号に基いて電流Ｉが電池に対して充電電流であるのか、放電電流であるのか、あるいはＩ＝０であるのかを判定する。なお、Ｉ＞０を充電、Ｉ＜０を放電としてもよいが、制御上、その逆、すなわち、Ｉ＜０を充電、Ｉ＞０を充電としても何ら差し支えなく、要は、電流Ｉの符号に基いて、電池が放電されたのか、充電されたのかが判明すればよい。
【００２８】
前述のステップ（Ｓ３）において、電流Ｉ（０を含まない）の符号によって、電池が放電（０を含まない）である場合には、ステップ（Ｓ２）で測定したＣＡＰを放電電気量ＤＩＳＣＡＰとし（ＤＩＳＣＡＰ＝ＣＡＰ）、充電電気量ＣＨＧＣＡＰに０を代入する（ＣＨＧＣＡＰ＝０）（（Ｓ１０））とする。
【００２９】
その後、保持しているＳＯＣを更新する。すなわち、ステップ（Ｓ１１）において、数１に示した式により演算処理を行なう。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
そして、更新されたＳＯＣ、すなわち、上述の数１における左辺のＳＯＣを現時点でのＳＯＣとして出力する（ステップ（Ｓ１２））。なお、ＳＯＣを１００分率で表示する場合、数１の右辺第２項の１００を（ＣＨＧＣＡＰ−ＤＩＳＣＡＰ）／Ｑに乗ずることが必要であるが、ＳＯＣの表記として、満充電状態のＳＯＣを１、完全放電状態のＳＯＣを０とする場合、（ＣＨＧＣＡＰ−ＤＩＳＣＡＰ）／Ｑに１を乗ずればよい。このようなＳＯＣの表記方法は適宜選択可能である。
【００３２】
そして、ステップ（Ｓ１２）より、再度ステップ（Ｓ１）に復帰し、再び電池に流れる電流（Ｉ）と電池電圧（Ｖ）を計測する。そして、ステップ（Ｓ２）にてステップ電流（Ｉ）を前記と同様、単位時間△ｔを乗じて、ＣＡＰを得る。ここでは、電流（Ｉ）が放電の場合には前記したので、以下は、電流（Ｉ）が０である場合を述べる。
【００３３】
Ｉ＝０の場合、は単位時間△ｔの間、自己放電が進行するため、この自己放電によるＳＯＣの減少量をＤＩＳＣＡＰとして、に示す数２の通り、求めることができる（ステップ（Ｓ１０−２））。
【００３４】
【数２】
2010060300.tif 000004
【００３５】
なお、ステップ（Ｓ１０−２）においてＤＩＳＣＡＰの設定と同時に、ＣＨＧＣＡＰに０を代入する（ＣＨＧＣＡＰ＝０）。そして、ステップ（Ｓ１０−２）終了後、ステップ（Ｓ１１）に移行し、前述の数１に示したように、更新されたＳＯＣを演算し、（Ｓ１２）に移行後、更新されたＳＯＣを出力（ステップ（Ｓ１２））した後、再び、ステップ（Ｓ１）に復帰する。
【００３６】
Ｉ＝０の場合に、ステップ（Ｓ１０−２）を設けることにより、電池が長期間放置されたときの自己放電をＳＯＣに反映することができ、より正確なＳＯＣ判定に好ましいことは言うまでもない。例えば、鉛蓄電池では、自己放電によって容量が減少していき、１日あたり、おおよそ０．１％程度、ＳＯＣが低下していく。このような、自己放電量は、電池の種類によって異なるため、電池の種類に応じて、定数ｋを設定すればよい。例えば、前記したような、１日当りの自己放電量によって０．１％のＳＯＣの低下が生じる場合ののｋ値は、１．１５７×１０-9ｍｓｅｃ-1といった値に設定することになる。
【００３７】
さらに、自己放電率は、電池の温度Ｔもしくは雰囲気温度Ｔａの上昇によって加速される。例えば、鉛蓄電池において、２５℃雰囲気下の自己放電によるＳＯＣの低下率０．１％／日とした場合、温度が１０℃上昇するにしたがい、自己放電率が１．９〜２倍となる。すなわち、自己放電率は、温度に対して指数関数的に増大するため、電池の温度Ｔもしくは電池周囲の雰囲気温度Ｔａを計測し、この温度ＴもしくはＴａに基いて、ｋ値を補正することがより好ましい。また、このことは、鉛蓄電池に限定されず、他の２次電池においても、同様である。
【００３８】
なお、このＩ＝０における自己放電によって生じるＳＯＣの低下を演算するステップ（Ｓ１０−２）を設ける構成は、本発明においての必須の構成ではない。ステップ（Ｓ１０−２）を設ける構成は、充放電に加えて、休止期間が多く、ＳＯＣ検出に自己放電が無視できないほど大きい場合に適用することが好ましい。例えば、自動車、ＨＥＶあるいはＥＶといった用途がこれにあたる。これらの用途においては、ステップ（Ｓ１０−２）の構成を付加することによって、自己放電によるＳＯＣ低下を精度よく、補正でき、ＳＯＣの検出精度をより高めることができる。また、特に、Ｎｉ−ＭＨ電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池は、他の２次電池に比較して、同一期間内での自己放電量が大きいため、ステップ（Ｓ１０−２）の構成を用いることにより、より精度の高いＳＯＣ検出が可能となる。
【００３９】
一方、風力発電、燃料電池、ガスタービン発電といった、連続運転を基本とする、独立電源に組み合わされた電源用途に用いられる電池は、常時充放電され、休止時間がそれほど長期間とならないため、自己放電量を考慮する必要がない場合もある。このような場合には、ステップ（Ｓ１０−２）を省略してもよい。なお、この場合、ステップ（Ｓ３）において、Ｉ＝０を放電として判定し、（Ｓ１０）のステップへ移行させればよい。
【００４０】
次に、ステップ（Ｓ３）において、電池が充電されたと判定された場合、ステップ（Ｓ３）からステップ（Ｓ４）へ移行する。ステップ（Ｓ４）では、前回のフローにおけるステップ（Ｓ３）において、放電と判定したか、あるいは充電と判定したか、あるいは初回の充電であるかを判定する。
【００４１】
ステップ（Ｓ４）において、前回のフローのステップ（Ｓ３）において放電を検出した場合には、ステップ（Ｓ４）からステップ（Ｓ５）に移行する。ステップ（Ｓ５）においては、ステップ（Ｓ１）において記憶した電池電圧値Ｖを擬似開路電圧ＯＣＶに設定する。なお、一回目に検出したＯＣＶを便宜的にＯＣＶ１とし、電池電圧値ＶをＯＣＶ１に代入する、すなわち、ＯＣＶ１＝Ｖとする。なお、このときの電流値Ｉを一回目に得られた充電電流値Ｉ１とし、便宜上Ｉ１とする。すなわち、Ｉ１＝Ｉとする。そして、Ｉ１とＯＣＶ１はデータ対（Ｉ１，ＯＣＶ１）として記憶手段により、記憶される。なお、前回のフローが放電であり、今回のフローが充電である場合、充電に用いられる電流Ｉは、十分に小さい値であって、このときの電圧値Ｖは擬似的な開路電圧値と見なすことができ、本発明では、このときの電圧値Ｖを擬似開路電圧ＯＣＶに設定する。
【００４２】
ステップ（Ｓ５）完了後、ステップ（Ｓ５）が初回の場合、ＩおよびＯＣＶのデータ対は、（Ｉ１，ＯＣＶ１）の１データ対が取得された状態である。本実施形態では、ＤＣ−ＩＲを検出するため、後述の如く、少なくとも２個以上の（Ｉ，ＯＣＶ）のデータ対を要するため、ステップ（Ｓ５）が初回の場合、では、上述の如く、１個のＯＣＶのデータではＤＣ−ＩＲの検出は不可能である。
【００４３】
したがって、本発明の実施の形態例では、ステップ（Ｓ５）が初回の場合（ステップ（Ｓ５−２）におけるＹＥＳ）、充電効率（η）として、ステップ（Ｓ０）において設定したηの初期値、すなわち、前記したη0（例えばη0＝１）を採用する（ステップ（Ｓ６））。すなわち、η＝η0とする。実際のフローにおいては、ステップ（Ｓ５）完了後、ステップ（Ｓ５−２）に移行し、ステップ（Ｓ５−２）が初回である場合には、ステップ（Ｓ６）に移行し、η＝η0と設定すればよい。
【００４４】
そして、ステップ（Ｓ６）からステップ（Ｓ７）に移行する。ステップ（Ｓ６）〜ステップ（Ｓ７）においては、以下に示す数３にしたがって、ＣＨＧＣＡＰの算出およびＤＩＳＣＡＰの初期化を行なう。
【００４５】
【数３】
2010060300.tif 000005
【００４６】
なお、数３におけるＣＡＰはステップ（Ｓ２）において｜Ｉ｜×△ｔとして求めたＣＡＰである。そしてステップ（Ｓ７）完了後、既述したステップ（Ｓ１１）に移行してＳＯＣを更新、次にステップ（Ｓ１２）において更新したＳＯＣを出力した後、既述したと同様、ステップ（Ｓ１２）よりステップ（Ｓ１）に復帰する。
【００４７】
次に、ステップ（Ｓ２）に移行後、ステップ（Ｓ３）において再度、放電／充電の判定が行われる。ここでは、実施形態の説明の便宜上、前回のフローにおけるステップ（Ｓ３）において放電の判定が為された後、今回のフローにおけるステップ（Ｓ３）において充電の判定が為された場合、すなわち、ステップ（Ｓ４）において、「前回は放電」と判定された場合を説明する。
【００４８】
本発明では、このような場合、ステップ（Ｓ４）よりステップ（Ｓ５）に移行し、ステップ（Ｓ５）において、ステップ（Ｓ１）で計測した電流Ｉおよび電圧Ｖを、それぞれ電流Ｉ２および擬似開路電圧ＯＣＶ２とする。
【００４９】
なお、電流Ｉ２も、放電から充電に移行した直後の電流であるため、電流Ｉ１と同様、０に近接しており、このときの電圧であるＯＣＶ２を擬似的な開路電圧として扱うことができる。
【００５０】
したがって、図１に示したＳＯＣ検出フローの（Ｓ０）開始後、放電の後に行なわれる充電が２回行われることにより、０に近接した充電電流Ｉと、それが故に開路電圧ＯＣＶと見なせる電流−電圧データ対、すなわち、（Ｉ１，ＯＣＶ１）および（Ｉ２，ＯＣＶ２）の２対のデータが得られる。ステップ（Ｓ５）においては、少なくとも、前回の充電時におけるデータ対を記憶しておく機能を有している。そして、この記憶データから参照したデータ対（Ｉ１，ＯＣＶ１）と、ステップ（Ｓ１）で記憶されたデータ対（Ｉ２，ＯＣＶ２）を次のステップ（Ｓ５−２）を介してステップ（Ｓ６−２）に提供する。
【００５１】
そして、ステップ（Ｓ６−２）ではこれら上記２対のデータを図２に示したように、電流Ｉを横軸とし、疑似開路電圧ＯＣＶを縦軸としたグラフ上にプロットすれば、その傾きの絶対値として直流法による内部抵抗値である、ＤＣ−ＩＲ値を得ることができる。なお、便宜上、図２のグラフを示したが、実際には、グラフを描画する必要は全くなく、以下の数４に示す演算によってＤＣ−ＩＲ値を得ることができる。そして得られたＤＣ−ＩＲ値が記憶される（ステップ（Ｓ６−２））。
【００５２】
【数４】
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【００５３】
なお、本例では、電流Ｉと疑似開路電圧ＯＣＶのデータ対を２対としたが、３対あるいはそれ以上とした上で、最小２乗法等により、これらデータ対を結ぶ直線の傾きであるＤＣ−ＩＲ値を演算することもでき、さらにＤＣ−ＩＲの精度を高めることができる。但しその場合、ステップ（Ｓ５）において、使用するデータ対の数に応じて、過去の充電時におけるデータ対を記憶する機能を有する。例えば、５個のデータ対を用いてＤＣ−ＩＲを演算する場合、過去の４個の（Ｉ，ＯＣＶ）データ対を記憶しておき、これらのデータ対と、最新のデータ対であるステップ（Ｓ１）で記憶された（Ｉ，ＯＣＶ）データ対を併せて、演算すればよいことは言うまでもない。
【００５４】
なお、ステップ（Ｓ５）における複数の（Ｉ，ＯＣＶ）データ対の中で、最も過去に得られた（Ｉ，ＯＣＶ）データ対は、最新の（Ｉ，ＯＣＶ）データ対が得られた時点で、順次消去していけば必要とする記憶容量の節約にもなり、好ましいことであることは言うまでもない。
【００５５】
そして、本発明で最も特徴付けられることは、ステップ（Ｓ６）で得られ、ステップ（Ｓ７）で記憶されたＤＣ−ＩＲ値と、その時点での最新の電圧Ｖ値、すなわち、ＤＣ−ＩＲ値を更新したフローにおけるステップ（Ｓ１）において測定された最新の電圧Ｖ値（疑似開路電圧ＯＣＶに相当）により、充電効率（η）を求めることにあり、また、ＤＣ−ＩＲ値が更新された時点で、ステップ（Ｓ６−２）内に記憶され、更新された最新のＤＣ−ＩＲ値と、ステップ（Ｓ５）で記憶された、更新された最新の電圧Ｖ値（疑似開路電圧ＯＣＶ）とで、ステップ（Ｓ８）において充電効率（η）を求めることにある。
【００５６】
本発明においては、その一例として、図３（ａ）に示したように、ＤＣ−ＩＲと電圧Ｖ（疑似開路電圧ＯＣＶ）との関係を予め求めておき、記憶手段にこれらの関係を示すテーブルを記憶させておけばよい。更新された最新のＤＣ−ＩＲ値と、この最新のＤＣ−ＩＲ値が得られた時点での電圧Ｖ（疑似開路電圧ＯＣＶ）値で、前記のテーブルを参照することにより、充電効率（η）を得ることができ（ステップ（Ｓ８））、次のステップ（Ｓ８−２）に移行して、このステップ（Ｓ８−２）において、以前のフローで求めた充電効率（η）を、この最新の充電効率（η）で更新し、その値を記憶手段にて記憶する（ステップＳ８−２）。
【００５７】
そして以降は、ステップ（Ｓ８−２）からステップ（Ｓ９）に移行し、ステップ（Ｓ９）において補正された充電効率（η）で充電電気量ＣＨＧＣＡＰが補正され、ステップ（Ｓ１１）において、ＳＯＣが更新された後、およびステップ（Ｓ１２）（更新されたＳＯＣの出力）を経てステップ（Ｓ１）に復帰する。
【００５８】
本発明は、充電効率（η）を演算し、更新するに際し、ＤＣ−ＩＲと電圧Ｖ（疑似開路電圧ＯＣＶ）から図３（ａ）のような予め測定されたテーブルに基いて充電効率（η）を得ることを特徴とする。このような方法によれば、充電効率ηをＳＯＣと、温度から求める方法より高精度でＳＯＣを検出可能である。本発明者らの別途に行なった実験では、本実施形態による方法でＳＯＣの検知精度は、±５％、特許文献１に記載されたような、ＳＯＣと温度とから求める方法でのＳＯＣの検知精度は±１１％であり、従来の方法に対して顕著なＳＯＣ検出精度向上効果が得られた。
【００５９】
また、本発明において、ＤＣ−ＩＲと電圧Ｖとから、充電効率（η）を求めるに際し、図３（ａ）（２５℃用）に示したテーブルを、図３（ｂ）（４０℃用）および図３（ｃ）（６０℃用）のように、温度別に求めておき、同時に電池温度Ｔもしくは電池周囲の雰囲気温度Ｔａを計測するサーミスタ等の温度検出手段を設けておき、この得られた温度Ｔもしくは雰囲気温度Ｔａに応じて用いるテーブルを選択することができる。また、より好ましくは、図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）のようにテーブルとして記憶しておくのではなく、これらのテーブルから、予め重回帰分析によって、充電効率（η）をＤＣ−ＩＲ、電圧Ｖおよび温度Ｔもしくは温度Ｔａの関数、すなわち、充電効率（η）＝ｆ（ＤＣ−ＩＲ，Ｖ，Ｔ）もしくは、充電効率（η）＝ｇ（ＤＣ−ＩＲ，Ｖ，Ｔ）として表しておき、この重回帰式によって充電効率（η）を算出することがより好ましい。なお、図３（ａ）〜（ｃ）に示された表は、ある特定の鉛蓄電池に適用する一例を示すものであって、２次電池の種類、機種に応じて、改変することは言うまでもない。
【００６０】
温度Ｔもしくは、雰囲気温度Ｔａを考慮した重回帰式によって求めた充電効率（η）によって得たＳＯＣの検出精度は±１．８％であり、特許文献１に記載された、従来のＳＯＣと温度とから充電効率を求めてＳＯＣを検出する方法に対して極めて精度の高いＳＯＣ検出が可能となる。
【００６１】
次に、本発明の実施形態において、ステップ（Ｓ４）において、前回フローが充電である場合のフローについて説明する。電池が充電されたと判定された場合、ステップ（Ｓ３）からステップ（Ｓ４）へ移行するし、ステップ（Ｓ４）では、前回のフローにおけるステップ（Ｓ３）において、放電と判定した場合については、前記したように、ステップ（Ｓ４）からステップ（Ｓ５）に移行することは既に説明した通りである。
【００６２】
ステップ（Ｓ３）において、電池が充電されたと判定された場合、ステップ（Ｓ３）からステップ（Ｓ４）へ移行する。ステップ（Ｓ４）では、前回のフローにおけるステップ（Ｓ３）において、放電と判定したか、あるいは充電と判定したか、あるいは初回の充電であるかを判定することは既述した通りである。そして、ステップ（Ｓ４）において、放電と判定し、次回のフローのステップ（Ｓ４）において、充電と判定した場合については、前に述べたとおりである。
【００６３】
ここでは、初回のフローが充電である場合、また、前回のフローが充電で次のフローも充電である場合について述べる。
【００６４】
図１に示したフローの初回のステップ（Ｓ３）において、充電である場合、ステップ（Ｓ３）からステップ（Ｓ４）に移行した後、ステップ（Ｓ６）に移行する。その後は、既述したとおり、ステップ（Ｓ７）において、充電効率（η）として、その初期値η0を採用する。初回の充電時には、更新された充電効率（η）が得られていないからである。
【００６５】
図１に示したフローにおいて、前回のフローが充電であり、今回も充電である場合、ステップ（Ｓ４−２）に移行する。ステップ（Ｓ４−２）においては、ステップ（Ｓ８−２）において記憶された更新された充電効率ηの有無を参照し、更新された充電効率ηが存在する場合、ステップ（Ｓ９）へ移行し、ステップ（Ｓ１１）においてＳＯＣを更新した後、更新されたＳＯＣが出力され（ステップ（Ｓ１２））、再び、ステップＳ１に復帰する。
【００６６】
上記した本発明の第１の実施形態の理解の一助となるため、図４に本発明を適用する２次電池の充放電パターンの例を示す。また、その充放電パターンの一部を拡大した図を図５に示す。
【００６７】
これまで述べてきた、図１に示したフローでは、ＤＣ−ＩＲの計測方法に関してのみ言えば、図４における放電から充電への移行部分の充電側（図４におけるＡ部およびＢ部）において、充電電流Ｉとそのときの電池電圧Ｖを擬似的な開路電圧ＯＣＶとして測定し、このデータ対（Ｉ，ＯＣＶ）を少なくとも２点以上計測し、充電電流Ｉ−擬似的な開路電圧Ｖとの関係におけるこれら２点を結ぶ直線の傾きの絶対値をＤＣ−ＩＲとして計測するものである。このような手法は、本願の請求項３に対応するものである。
【００６８】
また、より詳細には、図４に示したＡ部およびＢ部の詳細を図５に示して説明する。２次電池の電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）は所定時間間隔△ｔ毎に計測されている。Ａ部では、放電（ａ１）の開始△ｔ後に充電（ａ２）に移行し、同じくＢ部では、放電（ｂ１）の開始△ｔ後に充電（ｂ２）に移行した例を示している。
【００６９】
本発明の第１の実施形態では、放電（ａ１）に引き続いて行なわれる充電電流Ｉ１による充電（ａ２）時における電池電圧Ｖを擬似的な電池電圧ＯＣＶ１として計測し、（Ｉ１，  ＯＣＶ１）なるデータ対を取得し、次回の放電から充電に移行するＢ部において、放電（ｂ１）に引き続いて行なわれる充電（ｂ２）における充電電流Ｉ２と、このときの電池電圧Ｖを擬似的な電池電圧ＯＣＶ２として、（Ｉ２，ＯＣＶ２）として２対のデータ対を得ることができる。電流−電圧の関係として、上記２対のデータ対をプロットした傾きの絶対値としてＤＣ−ＩＲ値を得ることができる。
【００７０】
本発明では、ＤＣ−ＩＲを得るタイミングが電流が小さく、開路電圧値に極めて近い時点で計測する。すなわち、ＤＣ−ＩＲを計測する条件がほぼ一定となるため、ＤＣ−ＩＲと擬似的なＯＣＶから充電効率ηを得るにあたり、ＤＣ−ＩＲ値の精度が高まり、結果として充電効率（η）の計測精度が高まり、最終的な目的とするＳＯＣの検出精度を高めることができる。
【００７１】
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、前記した第１の実施形態において、ＤＣ−ＩＲの計測タイミングを変化させたものであり、ＤＣ−ＩＲの計測に関しては、請求項４に対応する手法である。
【００７２】
すなわち、図５に示したＡ部詳細において、放電（ａ１）に引き続いて行なわれる充電電流Ｉ１による充電（ａ２）時における電池電圧Ｖを擬似的な電池電圧ＯＣＶ１として計測し、（Ｉ１，  ＯＣＶ１）なるデータ対を取得し、充電（ａ２）に引き続いて行なわれる充電（ａ３）における充電電流Ｉ１．１における電池電圧Ｖを疑似的な電池電圧ＯＣＶ１．１として計測し、（Ｉ１．１，ＯＣＶ１．１）なるデータ対を得るものである。すなわち、放電から充電の移行段階において、データ対を２対得ることができるため、以降は、第１の実施形態と同様、電流−電圧の関係として、上記２対のデータ対をプロットした傾きの絶対値としてＤＣ−ＩＲ値を得ることができる。また、Ｂ部においても、同様、ＤＣ−ＩＲ値を得ることが可能となる。
【００７３】
したがって、第２の実施形態においては、ＤＣ−ＩＲ値の測定頻度が第１の実施形態の少なくとも、おおよそ２倍以上となるため、充電効率（η）の更新頻度も２倍となる。しかしながら、２対のデータ対のうち、一方のデータ対は、開路電圧に近接したところで測定されるが、もう一方のデータ対が開路電圧から若干はなれた時点で計測してしまうため、ばらつきの要因が若干増大するものの、そのばらつき（公差）の増大量は最大で第１の実施形態の１．２倍程度である。したがって、第２の実施形態においても、特許文献１に示された方式に比較して高い精度で２次電池のＳＯＣを得ることができる。さらに、ＳＯＣの更新出力頻度が第１の実施形態の２倍となる利点もあるため、２次電池の特性、充放電条件に応じて、これらの手法から適宜選択すればよい。
【００７４】
本発明は、鉛蓄電池に適用した例について述べたが、ＳＯＣと電池電圧との間に相関を有した２次電池であれば、その計測原理上、他の２次電池に適用可能であることは言うまでもない。但し、２次電池の中でも、ＳＯＣと電池電圧との間の相関性が明確な鉛蓄電池やリチウム２次電池に好適である。
【００７５】
本発明の第１および第２の実施形態については、その方法のみを記載したが、パソコン上で動作するプログラミング言語を用いて、その方法に応じたプログラムを作成することにより、当業者であれば、比較的簡便に、本発明の２次電池の充電状態検出装置を構成することが容易にできる。
【００７６】
なお、第１の実施の形態において、２次電池の状態検出方法のフロー図を示したが、本発明の請求の範囲を越えない範囲内であり、本発明の請求の範囲に記載された、構成を逸脱しない範囲の改変も可能であり、係る改変によっても、本発明の範囲に含まれることは明らかである。
【００７７】
前記した本発明の構成によれば、２次電池の充電状態の検出精度を大幅に向上できるという、顕著な効果を奏する。また、本発明の２次電池の充電状態検出装置を車両や電源装置等に用いることにより、例えば車両搭載時においては、２次電池の最適なＳＯＣ制御が可能となるため、車両の燃費向上に効果を奏することができる。また、風力発電や、燃料電池等の他の独立電源と２次電池とを組み合わせた電源装置に本発明の充電状態検出装置を用いることにより、電源装置からの出力の安定化に効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、充放電を繰り返して行なう２次電池の状態検出方法と装置として好適であり、ハイブリッド車や、独立電源と２次電池とを組み合わせた電源等、充放電を繰り返しながら２次電池を使用する機器に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明による充電状態の検出フローを示す図
【図２】電流−擬似開路電圧との関係を示す図
【図３】（ａ）温度２５℃において、ＯＣＶとＤＣＩＲとから充電効率（η）を求めるテーブルを示す図（ｂ）温度０℃において、ＯＣＶとＤＣＩＲとから充電効率（η）を求めるテーブルを示す図（ｃ）温度４０℃において、ＯＣＶとＤＣＩＲとから充電効率（η）を求めるテーブルを示す図
【図４】２次電池の電流−時間特性の一例を示す図
【図５】２次電池の電流−時間特性の一例の一部詳細を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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