(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電可能な充電率の上限である充電受入れ限界時の充電率を所定周期の周期動作時点毎に検知する二次電池の充電受入れ限界検知方法であって、
前記周期動作時点に達すると、
前記二次電池の電圧、電流、及び温度を測定し、
前記電流測定値をもとに前記二次電池の充電率を算出し、
前記電流測定値の所定期間における平均値に相当する平均電流を算出し、
前記電圧測定値が所定の期間に所定の電圧閾値より大きくなる割合を示す電圧超過率を算出し、
前記温度測定値が所定の温度閾値より大きく、前記電圧測定値が前記電圧閾値より大きく、前記平均電流が所定の電流閾値範囲内であり、かつ前記電圧超過率が所定の電圧超過率閾値より大きい、の条件を満たすと判定すると、前記条件を継続して満たしている条件成立継続時間を算出し、
前記条件成立継続時間が所定の継続時間閾値より長いと判定すると、前記充電率を前記充電受入れ限界時の充電率に設定する
ことを特徴とする二次電池の充電受入れ限界検知方法。
【請求項２】
所定の重み係数をＷ（０＜Ｗ＜１）とするとき、前記平均電流Ｉａは、前回の周期動作時点で算出された前記平均電流Ｉａ’と前記電流測定値Ｉｍから、次式
Ｉａ＝Ｉａ’×（１−Ｗ）＋Ｉｍ×Ｗ
で算出される
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電受入れ限界検知方法。
【請求項３】
１ビットデータである電圧超過判定値とｎ（２以上の自然数）ビットからなるｎビットデータをｍ（２以上の自然数）個用い、
前記電圧超過判定値の値を、前記電圧測定値が前記電圧閾値より大きいとき１、それ以外のとき０に設定し、
第１の前記ｎビットデータを１ビット分だけ右にシフトして左端の先頭ビットに前記電圧超過判定値の値を設定し、
前記第１のｎビットデータのすべてのビットに前記電圧超過判定値の値が設定されると、第２の前記ｎビットデータを１ビット分だけ右にシフトし、前記第２のｎビットデータの先頭ビットに前記第１のｎビットデータの値が１のビット数が所定個数以上のとき１、それ以外のとき０を設定し、前記第１のｎビットデータのすべてのビットの値を０にクリアし、
以下同様にして第ｍのｎビットデータのすべてのビットに値が設定されると、前記第ｍのｎビットデータの値が１のビット数の割合を前記電圧超過率に設定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池の充電受入れ限界検知方法。
【請求項４】
前記充電率がそれ以前に設定された前記充電受入れ限界時の充電率より大きいと判定すると、前記充電率を前記充電受入れ限界時の充電率に設定する
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の充電受入れ限界検知方法。
【請求項５】
二次電池の充電可能な充電率の上限である充電受入れ限界時の充電率を所定周期の周期動作時点毎に検知する二次電池の充電受入れ限界検知装置であって、
前記二次電池の電圧を測定する電圧センサ、電流を測定する電流センサ、及び温度を測定する温度センサを具備する状態検知センサ部と、
記憶部と、
前記電流センサで測定された電流測定値と前記記憶部に保存された前回の周期動作時点で算出された前回の充電率とから前記周期動作時点での充電率を算出する充電率算出手段と、所定の充電受入れ限界条件を判定してこれを満たすと前記充電受入れ限界時の充電率を出力する充電受入れ限界算出手段と、を有する演算処理部と、を備える
ことを特徴とする二次電池の充電受入れ限界検知装置。
【請求項６】
前記充電受入れ限界算出手段は、
前記電圧測定値が所定の期間に所定の電圧閾値より大きくなる割合を示す電圧超過率を算出し、
前記充電受入れ限界条件として、前記温度測定値が所定の温度閾値より大きく、前記電圧測定値が前記電圧閾値より大きく、前記電流測定値の所定期間における平均値に相当する平均電流が所定の電流閾値範囲内であり、かつ前記電圧超過率が所定の電圧超過率閾値より大きい、の条件を満たしていると判定すると、前記条件を継続して満たしている条件成立継続時間を算出し、
前記条件成立継続時間が所定の継続時間閾値より長いと判定すると、前記充電率を充電受入れ限界時の充電率に設定する
ことを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電受入れ限界検知装置。
【請求項７】
前記演算処理部は、さらに、
前記充電受入れ限界算出手段で算出された充電受入れ限界時の充電率をもとに、前記二次電池に対する充電制御範囲を算出する充電制御範囲算出手段を有する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の二次電池の充電受入れ限界検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電可能な充電率の上限である充電受入れ限界時充電率を検知する二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（バッテリ）に対するニーズは、近年ますます高まっており、例えば自動車の分野では、二次電池から電源供給を受けて動作する電気機器が多く搭載されるようになるのに伴って、車載用二次電池に対する要求も高くなっている。二次電池に対する要求として、例えば、二次電池を常時使用可能な状態に維持することが求められる。このような要求を満たすために、例えば、二次電池の状態監視を行う装置等が従来より開発されている。
【０００３】
二次電池の状態監視の一例として、特許文献１では、二次電池の過渡変化を異なる３つの時定数の成分に分けて近似することで、二次電池の開回路電圧及び残容量を推定する方法が開示されている。このように、二次電池の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）や劣化度（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）を検知する技術については、従来より多く知られている。さらに、二次電池のＳＯＣを維持するために、例えば車載用二次電池では、オルタネータによる充電を制御する技術が知られている。
【０００４】
二次電池では、充電可能な電気容量に上限があり、この上限のＳＯＣを充電受入れ限界時のＳＯＣという。充電受入れ限界時のＳＯＣを有する二次電池に対し、さらに充電を継続してもほとんど充電されることはなく、エネルギーを無駄に消費することになる。また、自動車においては、エンジンへの負荷を不必要に増大させることになり、燃費を低下させてしまう。
【０００５】
そこで、このような不必要な充電を回避して燃費を向上させるために、従来より二次電池に対し充電制御が行われている。一般的に従来の充電制御では、ＳＯＣが所定の値になるよう、あるいは所定の範囲内になるよう、二次電池の充電を制御する。この充電制御を行う条件となるＳＯＣの値あるいは範囲は、事前に設定された一定値あるいは一定範囲に固定されている。
【０００６】
従来の充電制御の方法を、図３を用いて説明する。図３では、従来の充電制御方法を説明するために、充電制御を行ったときのＳＯＣの推移の一例を示している。バッテリの充電率の制御では、ＳＯＣが所定の充電制御範囲（図３に示す上限ＳＯＣ１と下限ＳＯＣ２との間の範囲）に維持されるように充電電流を制御している（部分充電率制御）。このような充電制御を行うことにより、上限ＳＯＣ１以上で充電を行うといった不要な発電をなくすことができ、エンジンへの負荷を軽減して燃費を改善することができる。また、バッテリのＳＯＣが下限ＳＯＣ２以下とならないように充電が行われることから、バッテリの充電状態を適切な状態に維持することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２００５−１０６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、二次電池は、製品毎にバラツキがあったり劣化状態が異なることから、充電受入れ限界時のＳＯＣも、製品毎に異なったり、劣化状態によって異なってくる。二次電池は、劣化が進むにつれて容量が小さくなっていくため、充電受入れ限界時のＳＯＣも低下していく。そのため、充電制御を行う条件となるＳＯＣの値あるいは範囲が固定されていると、充電受入れ限界時のＳＯＣが低下するのに伴って、充電制御が可能なＳＯＣの範囲も狭くなっていく。また、二次電池の劣化がさらに進むと、充電制御ができなくなってしまうおそれもある。そこで、充電受入れ限界時のＳＯＣを検知して充電制御を行う条件を調整していくのがよいが、充電受入れ限界時のＳＯＣを検知する方法が、従来知られていなかった。
【０００９】
図３に示すように、従来のバッテリの充電制御では、充電制御範囲の上限ＳＯＣ１及び下限ＳＯＣ２を一定値に固定している。これに対し、バッテリの充電可能な上限のＳＯＣ、すなわち充電受入れ限界時のＳＯＣは、図４（ａ）に例示するように、バッテリの劣化とともに低下していく。図４は、バッテリの充電受入れ限界時のＳＯＣの経時的な変化の一例を示す説明図である。ここで、符号５１、５２は、それぞれ充電受入れ限界時のＳＯＣ、充電可能な充電制御範囲を示している。
【００１０】
充電受入れ限界時のＳＯＣの低下は、バッテリの電極板にサルフェーション（硫酸鉛の結晶）が生成され、これが長期間使用する間に硬質化して分解されなくなることによって起こる。分解されないサルフェーションが電極板に増加していくと、電極板の充放電面積が減少し、充電受入れ限界時のＳＯＣの低下につながる。
【００１１】
充電受入れ限界時のＳＯＣが図４（ａ）に示すように低下していくと、予め設定された充電制御範囲の上限ＳＯＣ１までバッテリを充電することはできず、それより低い充電受入れ限界時のＳＯＣ５１が充電可能な上限となる。その結果、充電制御範囲５２は、下限ＳＯＣ２以上かつ充電受入れ限界時のＳＯＣ５１以下となり、制御可能な範囲が狭くなってしまう。
【００１２】
バッテリの劣化がさらに進行すると、図４（ｂ）に例示するように、充電受入れ限界時のＳＯＣ５１は充電制御範囲の下限ＳＯＣ２より小さくなってしまう。このような状態では、充電制御範囲を確保することはできず、バッテリを常時充電することになってしまう。その結果、エンジンの燃費改善を図ることはできなくなる。バッテリの劣化が進行しても充電制御範囲を確保して充電制御が行えるようにするためには、劣化とともに低下する充電受入れ限界時のＳＯＣ５１を検知し、それをもとに、図４（ｃ）に例示するように、充電制御範囲を適切に調整していく必要がある。
【００１３】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、二次電池の充電が可能な充電受入れ限界時の充電率を検知する二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知方法の第１の態様は、二次電池の充電可能な充電率の上限である充電受入れ限界時の充電率を所定周期の周期動作時点毎に検知する二次電池の充電受入れ限界検知方法であって、前記周期動作時点に達すると、前記二次電池の電圧、電流、及び温度を測定し、前記電流測定値をもとに前記二次電池の充電率を算出し、前記電流測定値の所定期間における平均値に相当する平均電流を算出し、前記電圧測定値が所定の期間に所定の電圧閾値より大きくなる割合を示す電圧超過率を算出し、前記温度測定値が所定の温度閾値より大きく、前記電圧測定値が前記電圧閾値より大きく、前記平均電流が所定の電流閾値範囲内であり、かつ前記電圧超過率が所定の電圧超過率閾値より大きい、の条件を満たすと判定すると、前記条件を継続して満たしている条件成立継続時間を算出し、前記条件成立継続時間が所定の継続時間閾値より長いと判定すると、前記充電率を前記充電受入れ限界時の充電率に設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知方法の他の態様は、所定の重み係数をＷ（０＜Ｗ＜１）とするとき、前記平均電流Ｉａは、前回の周期動作時点で算出された前記平均電流Ｉａ’と前記電流測定値Ｉｍから、次式
Ｉａ＝Ｉａ’×（１−Ｗ）＋Ｉｍ×Ｗ
で算出されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知方法の他の態様は、１ビットデータである電圧超過判定値とｎ（２以上の自然数）ビットからなるｎビットデータをｍ（２以上の自然数）個用い、前記電圧超過判定値の値を、前記電圧測定値が前記電圧閾値より大きいとき１、それ以外のとき０に設定し、第１の前記ｎビットデータを１ビット分だけ右にシフトして左端の先頭ビットに前記電圧超過判定値の値を設定し、前記第１のｎビットデータのすべてのビットに前記電圧超過判定値の値が設定されると、第２の前記ｎビットデータを１ビット分だけ右にシフトし、前記第２のｎビットデータの先頭ビットに前記第１のｎビットデータの値が１のビット数が所定個数以上のとき１、それ以外のとき０を設定し、前記第１のｎビットデータのすべてのビットの値を０にクリアし、以下同様にして第ｍのｎビットデータのすべてのビットに値が設定されると、前記第ｍのｎビットデータの値が１のビット数の割合を前記電圧超過率に設定することを特徴とする。
【００１７】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知方法の他の態様は、前記充電率がそれ以前に設定された前記充電受入れ限界時の充電率より大きいと判定すると、前記充電率を前記充電受入れ限界時の充電率に設定することを特徴とする。
【００１８】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知装置の第１の態様は、二次電池の充電可能な充電率の上限である充電受入れ限界時の充電率を所定周期の周期動作時点毎に検知する二次電池の充電受入れ限界検知装置であって、前記二次電池の電圧を測定する電圧センサ、電流を測定する電流センサ、及び温度を測定する温度センサを具備する状態検知センサ部と、記憶部と、前記電流センサで測定された電流測定値と前記記憶部に保存された前回の周期動作時点で算出された前回の充電率とから前記周期動作時点での充電率を算出する充電率算出手段と、所定の充電受入れ限界条件を判定してこれを満たすと前記充電受入れ限界時の充電率を出力する充電受入れ限界算出手段と、を有する演算処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知装置の他の態様は、前記充電受入れ限界算出手段は、前記電圧測定値が所定の期間に所定の電圧閾値より大きくなる割合を示す電圧超過率を算出し、前記充電受入れ限界条件として、前記温度測定値が所定の温度閾値より大きく、前記電圧測定値が前記電圧閾値より大きく、前記電流測定値の所定期間における平均値に相当する平均電流が所定の電流閾値範囲内であり、かつ前記電圧超過率が所定の電圧超過率閾値より大きい、の条件を満たしていると判定すると、前記条件を継続して満たしている条件成立継続時間を算出し、前記条件成立継続時間が所定の継続時間閾値より長いと判定すると、前記充電率を充電受入れ限界時の充電率に設定することを特徴とする。
【００２０】
本発明の二次電池の充電受入れ限界検知装置の他の態様は、前記演算処理部は、さらに、前記充電受入れ限界算出手段で算出された充電受入れ限界時の充電率をもとに、前記二次電池に対する充電制御範囲を算出する充電制御範囲算出手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、二次電池の充電が可能な充電受入れ限界時の充電率を検知する二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充電受入れ限界検知方法を説明するための流れ図である。
【図２】第１実施形態の充電受入れ限界検知装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の充電制御方法を説明するための説明図である。
【図４】二次電池の充電受入れ限界を説明するための説明図である。
【図５】電圧超過率の算出に用いるデータのメモリ構造の一例を示す説明図である。
【図６】周期を１０ｍｓとしたときの電圧変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図７】ＳＯＣをパラメータとしたときの電圧測定値対電流測定値の変化を示すグラフである。
【図８】ＳＯＣが約９５％のときの電圧測定値対電流測定値の変化を示すグラフである。
【図９】充電受入れ限界に近い状態での電流測定値と平均電流Ｉａ（重み係数Ｗ＝０．００２）の変化を示すグラフである。
【図１０】充電受入れ限界に近い状態での電流測定値と平均電流Ｉａ（重み係数Ｗ＝０．０１）の変化を示すグラフである。
【図１１】バッテリ１０が充電可能な状態での電流測定値と平均電流Ｉａ（重み係数Ｗ＝０．００２）の変化を示すグラフである。
【図１２】電圧測定値、電流測定値、ＳＯＣ、平均電流、及び充電受入れ限界時のＳＯＣの経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態における二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、自動車に搭載される二次電池（バッテリ）を例に本発明の実施形態を説明するが、これに限定されず、充電制御が行われるいずれの二次電池であってもよい。
【００２４】
本発明は、バッテリの充電受入れ限界時のＳＯＣを検知する二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置を提供するものである。また、本発明の別の目的として、検知した充電受入れ限界時のＳＯＣを用いて好適な充電制御範囲を設定する二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置を提供するものである。
【００２５】
本発明の第１の実施の形態に係る二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置を、図１、図２を用いて以下に説明する。図１は、第１実施形態の充電受入れ限界検知方法を説明するための流れ図であり、図２は、第１実施形態の充電受入れ限界検知装置の構成を示すブロック図である。
【００２６】
本実施形態の充電受入れ限界検知装置１００は、図２に示すように、状態検知センサ部１１０と、演算処理部１２０と、記憶部１３０を備えている。状態検知センサ部１１０は、バッテリ１０のそれぞれ電圧を測定する電圧センサ１１１、電流を測定する電流センサ１１２、及び温度を測定する温度センサ１１３を備えている。充電受入れ限界検知装置１００は、例えばバッテリ１０を備えるバッテリ電源システム１内に設けられる。バッテリ１０には、発電機（オルタネータ）２０と負荷３０が接続されており、負荷３０に対し必要な電流を供給する一方、発電機２０によって充電される構成となっている。
【００２７】
演算処理部１２０は、ＳＯＣ算出手段１２１、充電受入れ限界算出手段１２２、及び充電制御範囲算出手段１２３を有している。ＳＯＣ算出手段１２１は、電流センサ１１２で測定された電流測定値をもとに、バッテリ１０の充電率（ＳＯＣ）を算出する。充電受入れ限界算出手段１２２は、本実施形態の充電受入れ限界検知方法を用いて、バッテリ１０の充電受入れ限界の条件を満たすときのＳＯＣを算出する。さらに、充電制御範囲算出手段１２３は、充電受入れ限界算出手段１２２で算出した充電受入れ限界時のＳＯＣをもとに、バッテリ１０に対する充電制御範囲を算出する。
【００２８】
本実施形態の充電受入れ限界検知方法では、充電受入れ限界の条件として、以下のものを設けている。
（１）バッテリ１０の温度が所定の温度閾値より大きい
（２）バッテリ１０の電圧が所定の電圧閾値より大きい
（３）バッテリ１０の平均電流が所定の電流閾値範囲内
（４）電圧超過率が所定の電圧超過率閾値より大きい
（５）上記（１）〜（４）の条件成立継続時間が所定の継続時間閾値より長い
上記の各閾値は、事前に記憶部１３０に記憶されており、これを読み込んで条件成立の判定に用いることができる。
【００２９】
充電受入れ限界検知装置１００は、起動されたときの起動状態から所定の周期で継続的に動作する走行状態に移行すると、各周期動作時点で状態検知センサ部１１０を用いてバッテリ１０の電圧、電流、及び温度を測定する。また、演算処理部１２０は、本実施形態の充電受入れ限界検知方法に従って、各周期動作時点で上記の測定値を用いてバッテリ１０の充電受入れ限界が成立するときのＳＯＣを算出する。
【００３０】
本実施形態の充電受入れ限界検知方法による処理の流れを、図１を用いて以下に説明する。充電受入れ限界検知装置１００が走行状態にあるときは、演算処理部１２０において、以下に説明する処理が所定の周期ｔｄ（例えば１０ｍｓ）の周期動作時点で定期的に実行される。まず、ステップＳ１において、状態検知センサ部１１０の各センサでバッテリ１０の温度測定値Ｔｍ、電圧測定値Ｖｍ、及び電流測定値Ｉｍが取得される。
【００３１】
ステップＳ２では、ＳＯＣ算出手段１２１を用いて、バッテリ１０のＳＯＣが最新の値に更新される。電流測定値Ｉｍが正のときを充電電流とし負のときを放電電流とするとき、ＳＯＣの更新は、例えば周期ｔｄの間に電流Ｉｍが充放電されるとしたときの容量を、前回の周期動作時点で算出されたＳＯＣに加算することで行うことができる。
【００３２】
ステップＳ３では、温度測定値Ｔｍが温度閾値Ｔｔより大きいかを判定する。温度測定値Ｔｍが温度閾値Ｔｔ以下の低温状態では、バッテリ１０の充電をほとんど行うことができない。そこで、温度測定値Ｔｍが温度閾値Ｔｔ以下のときは、充電受入れ限界を判定するための条件を満たしていないと判定してステップＳ１４に進む。一方、温度測定値Ｔｍが温度閾値Ｔｔより大きいときは、充電受入れ限界の別の条件を判定するためにステップＳ４に進む。温度閾値Ｔｔは、例えば０℃とすることができる。
【００３３】
ステップＳ４では、電圧測定値Ｖｍが電圧閾値Ｖｔより大きいかを判定する。発明者は、バッテリ１０の充電率ＳＯＣが、充電受入れ限界に近い状態にあるときは、電圧測定値Ｖｍが１４Ｖに近い値、あるいはそれ以上となることを見出した。そこで、電圧閾値Ｖｔに１４Ｖに近い値を設定し、電圧測定値Ｖｍがそれ以下のときはステップＳ９の処理を行う一方、電圧測定値Ｖｍが電圧閾値Ｖｔより大きいときは、充電受入れ限界の別の条件を判定するために次のステップＳ５に進む。電圧閾値Ｖｔは、例えば１３．５Ｖとすることができる。
【００３４】
ステップＳ５では、バッテリ１０の平均電流Ｉａの算出方法を選択するために、前回の周期動作時点で算出した平均電流（Ｉａ’とする）が所定の電流閾値Ｉｔより大きいか否かを判定する。平均電流Ｉａは、ステップＳ１で取得した電流測定値Ｉｍを、それまでの周期動作時点毎に取得した電流測定値と所定の方法で平均化した平均値である。
【００３５】
充電受入れ限界検知装置１００が走行状態になった直後の平均電流Ｉａの算出では、それ以前の周期動作時点で算出した平均電流Ｉａ’がないため、別の算出方法を用いる必要がある。そこで、走行状態になった直後の平均電流Ｉａの算出か否かを判定できるようにするために、走行状態になる前の起動状態のときに平均電流Ｉａに所定の初期値を設定しておく。この初期値は、電流測定値Ｉｍに比べて十分大きい値（桁が大きい値）とする。  また、電流閾値Ｉｔには、電流測定値Ｉｍに比べて十分大きく、かつ平均電流Ｉａの初期値より小さい値（平均電流Ｉａの初期値より小さくこれに近い値）を設定する。
【００３６】
平均電流Ｉａの初期値及び電流閾値Ｉｔを上記のように設定しておくことにより、走行状態になった直後の処理では、ステップＳ５の条件を満たしてステップＳ６における平均電流Ｉａの算出が行われる。また、走行状態になった直後の第１回目の周期動作時点で、ステップＳ３またはステップＳ４の条件を満たさず、２回目以降の周期動作時点でステップＳ３及びステップＳ４の条件を初めて満たしてステップＳ５に進んだときも、ステップＳ５の条件を満たしてステップＳ６における平均電流Ｉａの算出が行われる。一方、ステップＳ５の条件を満たさないときは、次にステップＳ７に進んで別の算出式による平均電流Ｉａの算出が行われる。
【００３７】
ステップＳ６では、次式により平均電流Ｉａが算出される。
Ｉａ＝Ｉｍ                                                      （１）
また、ステップＳ７では、次式により平均電流Ｉａが算出される。
Ｉａ＝Ｉａ’×（１−Ｗ）＋Ｉｍ×Ｗ                                （２）
ここで、Ｗは重み係数（０＜Ｗ＜１）を表す。また、式（２）の右辺のＩａ’は、前回の周期動作時点で算出した平均電流を表す。式（１）は、電流閾値Ｉｔより大きい場合に用いられ、電流閾値Ｉｔ以下の場合は式（２）を用いて平均電流Ｉａの算出が行われる。
【００３８】
式（２）を用いた平均電流Ｉａの算出方法では、平均電流Ｉａを算出するのに、それまでに取得した電流測定値Ｉｍを保存しておく必要はなく、前回の周期動作時点で算出した平均電流Ｉａ’のみを記憶部１３０に保存しておけばよい。式（２）では、重み係数Ｗを適切に設定することにより、好ましい平均電流Ｉａが得られる。式（２）を用いて平均電流Ｉａを算出することで、必要なメモリ容量が大幅に低減される。
【００３９】
ステップＳ６またはステップＳ７で平均電流Ｉａが算出されると、次にステップＳ８に進み、ステップＳ４で電圧測定値Ｖｍが電圧閾値Ｖｔより大きいと判定されたことに対応して、電圧超過判定値ＪＶに１を設定する。一方、ステップＳ４で電圧測定値Ｖｍが電圧閾値Ｖｔ以下と判定されたときは、ステップＳ９で電圧超過判定値ＪＶに０を設定する。電圧超過判定値ＪＶは、０または１の値を持つ１ビットのデータとする。ステップＳ８またはステップＳ９で電圧超過判定値ＪＶに１または０が設定されると、次にステップＳ１０に進む。
【００４０】
ステップＳ１０では、ステップＳ８またはステップＳ９で設定された電圧超過判定値ＪＶを用いて、電圧超過率ＲＶを算出する。電圧超過率を算出する方法を、図５を用いて説明する。図５は、電圧超過判定値ＪＶの値から電圧超過率ＲＶを算出するのに必要となるデータを、少ない容量で記憶部１３０に記憶させるようにしたメモリ構造の一例を示している。ここでは、電圧超過率算出用データを記憶させるのに、ｎ（自然数）ビットのデータを３個（第１〜第３のｎビットデータＤＴ１〜ＤＴ３）用いている。ｎの値として、例えば１０とすることができる。
【００４１】
第１のｎビットデータＤＴ１は、電圧超過判定値ＪＶの値を保存するのに用いている。ｎビットデータＤＴ１のデータを１ビットだけ右シフトした後、最新の電圧超過判定値ＪＶの値を先頭（左端）のビットに設定する。そして、ｎビット分（ｎ周期分）の電圧超過判定値ＪＶの値が設定されると、ｎビットのうち値が１のビット数が所定個数以上あるかを判定する。その結果、値１のビットが所定個数以上あるときは、第２のｎビットデータＤＴ２のデータを１ビットだけ右シフトした後、先頭のビットに判定値１を設定する。一方、値１のビットが所定個数未満のときは、同様に右シフトした後先頭のビットに判定値０を設定する。その後、第１のｎビットデータＤＴ１の全ビットの値を０にクリアする。なお、上記の所定個数として、ｎが１０のときは、例えば８とすることができる。
【００４２】
上記のようにして、第２のｎビットデータＤＴ２に１または０の判定値が設定され、ｎビット分（ｎ×ｎ周期分）の判定値が設定されると、次に第２のｎビットデータＤＴ２に対して、ｎビットのうち値１のビット数が所定個数以上あるかを判定する。その結果、値１のビットが所定個数以上あるときは、第３のｎビットデータＤＴ３のデータを１ビットだけ右シフトした後、先頭のビットに判定値１を設定する。一方、値１のビットが所定個数未満のときは、同様に右シフトした後先頭のビットに判定値０を設定する。その後、第２のｎビットデータＤＴ１の全ビットの値を０にクリアする。なお、ここでも上記の所定個数として、ｎが１０のときに例えば８とすることができる。
【００４３】
上記のように設定された第３のｎビットデータＤＴ３は、電圧超過率ＲＶの算出に用いられる。第１〜第３のｎビットデータＤＴ１〜ＤＴ３は、充電受入れ限界検知装置１００が走行状態に移行する前にすべて０にクリアされている。そして、第３のｎビットデータＤＴ３のｎビットすべてに判定値１または０が設定されるまでは、電圧超過率ＲＶの値を０とする。第３のｎビットデータＤＴ３のｎビットすべて（ｎ×ｎ×ｎ周期分）に判定値が設定されると、電圧超過率ＲＶの値を算出する。電圧超過率ＲＶは、第３のｎビットデータＤＴ３のｎビットのうち、値が１のビット数の割合として算出される。一例として、ｎが１０のとき、値１のビットが８個あるときは、電圧超過率ＲＶの値は８０％となる。なお、第３のｎビットデータＤＴ３のｎビットすべてに判定値が設定された後は、１ビットだけ右シフトしたときに最後尾（右端）のビットのデータが廃棄される。
【００４４】
上記のように、３つのｎビットデータＤＴ１〜ＤＴ３を用いることで、ｎ×ｎ×ｎ周期分の電圧超過判定値ＪＶの情報を用いて電圧超過率ＲＶを算出することが可能となる。また、ｎ×ｎ×ｎ周期分の電圧超過判定値ＪＶの情報を記憶部１３０に保存するのに、３ｎビット分のメモリを必要とするだけであり、必要なメモリ容量を大幅に低減することが可能となる。
【００４５】
ｎを１０とし、周期ｔｄを１０ｍｓとしたときの電圧変化の一例を、模式的に図６に示す。この場合には、３０ビットのメモリを用いて１０ｓ（１０ｍｓ×１０×１０×１０）間の電圧測定値Ｖｍから電圧超過率（図６に示す斜線部分の割合）を算出することができる。なお、ここでは、３つのｎビットデータＤＴ１〜ＤＴ３を用いているが、これに限定されず、ｎビットデータの個数を増加または減少させることができる。また、それに伴ってビット数ｎを減少または増加させることで、上記実施形態と同程度の電圧超過判定値ＪＶの情報量を記憶部１３０に保存させるようにすることも可能である。
【００４６】
ステップＳ１０で電圧超過率ＲＶが算出されると、ステップＳ１１において、電圧超過率ＲＶが電圧超過率閾値Ｒｔより大きいか否かを判定する。その結果、電圧超過率ＲＶが電圧超過率閾値Ｒｔより大きいと判定されると次のステップＳ１２に進む一方、圧超過率ＲＶが電圧超過率閾値Ｒｔ以下と判定されるとステップＳ１４に進む。
【００４７】
ステップＳ１２では、平均電流Ｉａが所定の電流閾値範囲内を満たしているかを判定する。ここでは、平均電流Ｉａが０に近い値となっているかを判定しており、具体的には、負の閾値Ｉｔ１と正の閾値Ｉｔ２を用いて行っている。すなわち、平均電流ＩａがＩｔ１より大きくかつＩｔ２より小さい電流閾値範囲内であるときに充電受入れ限界の条件を満たしていると判定してステップＳ１３に進み、それ以外のときは充電受入れ限界の条件を満たしていないと判定してステップＳ１４に進む。
【００４８】
ステップＳ１３では、充電受入れ限界の条件を満たしてからの経過時間、すなわち条件成立継続時間ｔｃを、ｔｃ＝ｔｃ’＋ｔｄで更新する。ここで、右辺のｔｃ’は、前回の周期動作時点で更新された条件成立継続時間である。一方、ステップＳ１４に進んだ場合には、条件成立継続時間ｔｃを０にクリアする。なお、条件成立継続時間ｔｃも、充電受入れ限界検知装置１００が走行状態に移行する前に０にクリアしておく。ステップＳ１３で条件成立継続時間ｔｃが更新された後はステップＳ１５に進み、ステップＳ１４で条件成立継続時間ｔｃが０にクリアされた後は、ステップＳ１７に進む。
【００４９】
ステップＳ１５では、条件成立継続時間ｔｃが所定の継続時間閾値ｔｔより長いかを判定している。条件成立継続時間ｔｃが所定の継続時間閾値ｔｔより長いと判定されるとステップＳ１６に進み、それ以外のときはステップＳ１７に進む。ステップＳ１６では、充電受入れ限界の条件をすべて満たしたことで、ステップＳ２で更新したＳＯＣを充電受入れ限界時のＳＯＣに設定し、次にステップＳ１９に進む。
【００５０】
一方、いずれかの充電受入れ限界の条件を満たしていないと判定されてステップＳ１７に進むと、ステップＳ２で更新された最新ＳＯＣとそれまでに設定されている充電受入れ限界時のＳＯＣとを比較し、最新ＳＯＣがそれまでの充電受入れ限界時のＳＯＣより大きいと判定されるとステップＳ１８に進み、それ以外のときはステップＳ１９に進む。ステップＳ１８では、ステップＳ２で更新された最新のＳＯＣを充電受入れ限界時のＳＯＣに設定し、次にステップＳ１９に進む。
【００５１】
上記のステップＳ１７及びＳ１８の処理は、充電受入れ限界検知装置１００による充電受入れ限界時のＳＯＣの周期的な更新が一旦停止され、その後再び再開されたときにＳＯＣがそれ以前より増加している場合には、充電受入れ限界時のＳＯＣを無条件に更新させるようにしたものである。すなわち、ステップＳ２で更新された最新ＳＯＣが前回算出した充電受入れ限界時充電率より大きいときは、充電受入れ限界の条件の成否にかかわらず、充電受入れ限界時のＳＯＣを最新のＳＯＣで更新する。これにより、ＳＯＣが増加したときは直ちに充電受入れ限界時の充電率を更新させることが可能となる。
【００５２】
ステップＳ１９では、ステップＳ１６またはＳ１８で設定された充電受入れ限界時のＳＯＣ、あるいは前回の周期動作時点までに設定された充電受入れ限界時のＳＯＣを用いて、バッテリ１０の充電制御範囲を算出する。充電制御範囲は、制御範囲の上限を充電受入れ限界時のＳＯＣとし、それから所定の充電率を減算したものを下限として設定することができる。また、設定された充電制御範囲とステップＳ２で更新されたＳＯＣから、充電可能容量及び放電可能容量を算出することも可能である。
【００５３】
図１に示した本実施形態の充電受入れ限界検知方法の処理の流れにおいて、充電受入れ限界の成立条件として、ステップＳ４で電圧測定値Ｖｍに対する条件を判定し、ステップＳ１２で平均電流に対する条件を判定している。これは、バッテリ１０の電圧及び電流が、ＳＯＣによって図７、８に示すような変化を示すことに基づいている。図７は、ＳＯＣをパラメータとしたときの電圧測定値対電流測定値の変化を示しており、ＳＯＣが３０〜５０％、５０〜８０％、８０〜９０％、及び９０〜１００％のときの電圧測定値対電流測定値の変化を、それぞれ符号６１、６２、６３、及び６４で示している。また図８は、ＳＯＣが約９５％のときの電圧測定値対電流測定値の変化を示している。
【００５４】
図７、８に示すように、バッテリ１０のＳＯＣが充電受入れ限界（ＳＯＣが９０〜１０００％）に近づくと、電圧が１４Ｖに近いかそれ以上となり、電流の絶対値が略１０Ａ以下になることがわかる。これより、電圧閾値Ｖｔを例えば１３．５Ｖに設定するのが好ましい。
【００５５】
また、ステップＳ７で算出する平均電流Ｉａとその算出に用いる重み係数Ｗについて、図９、１０、１１に示す一例を用いて以下に説明する。図９は、バッテリ１０が充電受入れ限界に近い状態で測定した電流測定値Ｉｍと、これを重み係数Ｗ＝０．００２として式（２）で算出した平均電流Ｉａの変化を示す。同様に、図１０は、重み係数Ｗ＝０．０１としたときの平均電流Ｉａの変化を示している。また、図１１は、バッテリ１０が充電可能な状態で測定した電流測定値Ｉｍと、これを重み係数Ｗ＝０．００２として式（２）で算出した平均電流Ｉａの変化を示す。
【００５６】
図９、１０より、バッテリ１０が充電受入れ限界に近い状態にあるときは、平均電流は０Ａに近い値を示すことがわかる。また、図１１より、バッテリ１０が充電可能な状態にあるときは、充電受入れ限界に近い状態のときに比べて、平均電流が大きくなることがわかる。これより、電流閾値範囲Ｉｔ１〜Ｉｔ２を例えば−１Ａ〜１Ａとするのがよい。一方、図１０に示す重み係数Ｗ＝０．０１としたときは、平均電流Ｉａが安定しないことがわかる。これより、重み係数Ｗを０．００２程度とするのが好ましい。
【００５７】
本実施形態のバッテリ１０の充電受入れ限界検知方法及び充電受入れ限界検知装置を用いて充電受入れ限界時のＳＯＣを算出する一例を、図１２を用いて以下に説明する。図１２は、バッテリ１０の電圧測定値Ｖｍ、電流測定値Ｉｍ、ＳＯＣ、平均電流Ｉａ、及び充電受入れ限界時のＳＯＣの経時変化を示すグラフである。
【００５８】
図１２では、横軸の時間ｔ＝ｔ１の時点で充電受入れ限界の条件を満たし、これが時間ｔ２の時点を経由して時間ｔ３まで継続する一例を示している。時間ｔ１から時間ｔ２までの継続時間が継続時間閾値ｔｔに等しくなっており、時間ｔ２の時点から時間ｔ３の時点まで充電受入れ限界時のＳＯＣが更新される。充電受入れ限界時のＳＯＣは、時間ｔ２〜ｔ３の各時点でそのときのＳＯＣに変更されている。
【００５９】
上記説明の実施形態に示すように、本発明の充電受入れ限界検知方法及びその装置によれば、二次電池の充電が可能な充電受入れ限界の時点における充電率を検知することが可能となり、これにより劣化状態の二次電池でも、その時の状態に応じて充電制御範囲を好適に調整することが可能となる。また、充電制御範囲から、二次電池の現在の充電可能容量や放電可能容量を計算することも可能となる。さらに、充電受入れ限界時の充電率の算出に必要となるメモリ容量を大幅に低減することができ、本発明の充電受入れ限界検知装置を低コストで提供することが可能となる。
【００６０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における二次電池の充電受入れ限界検知方法及びその装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１        電源システム
１０      バッテリ
２０      発電機
３０      負荷
１００    充電受入れ限界検知装置
１１０    状態検知センサ部
１１１    電圧センサ
１１２    電流センサ
１１３    温度センサ
１２０    演算処理部
１２１    ＳＯＣ算出手段
１２２    充電受入れ限界算出手段
１２３    充電制御範囲算出手段
１３０    記憶部
【図１】
0005503318.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005503318.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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