(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムであって、
該電池に電流測定装置、電池電圧測定装置、電池温度測定装置を接続し、
さらに該電流測定装置、電池電圧測定装置、電池温度測定装置を各々からの信号を送信する演算装置（ＣＰＵ）に接続し、
またさらに該演算装置には、所定の温度範囲及び電圧範囲での内部抵抗値と劣化状態因子と有効充電電気量の相関関係を記憶させた記憶装置（ＲＯＭ）と、
累積充電電気量と、累積充電電気量に基づいて実測した有効累積充電電気量のデータを格納し、電池の充電時には電流測定装置で測定した電流値を読み込み時間で積分して有効累積充電電気量を随時更新し、該有効累積充電電気量を演算装置（ＣＰＵ）に読み込み、該有効累積充電電気量に対応する劣化状態因子を前記記憶装置（ＲＯＭ）から読み込み、続いて、前記電池電圧測定装置で測定した電池電圧値と、前記電池温度測定装置で測定した電池温度値を読み込んで、読み込んだ電池電圧と電池温度に対応した電池温度のみに依存した内部抵抗値と電池温度と電池電圧に依存した内部抵抗値とを前記記憶装置（ＲＯＭ）から読み込んで、先に記憶装置（ＲＯＭ）から読み込んだ劣化状態因子、電池温度、電池電圧に依存した内部抵抗値を用いて内部抵抗総和を算出する記憶装置（ＲＡＭ）とが接続されている、
ことを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法であって、
まず格納してある有効累積充電電気量値から劣化状態因子を推算し、
次いで電池温度、電池電圧から内部抵抗因子を算出し、
次いで前記内部抵抗因子と劣化状態因子を用いて内部抵抗を算出する、
ことを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法において、電池の劣化状態は累積充電電気量の総和を用いて定めることを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法。
【請求項４】
請求項２に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法において、第三の関数は電池温度及び電池電圧に依存した第四の関数に劣化状態を表すパラメーターを乗算して求めることを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法。
【請求項５】
請求項２に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法において、一定期間ごとに実際に内部抵抗を測定して電池の劣化状態のパラメーターとしての累積充電電気量を修正することを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法。
【請求項６】
請求項１に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムにおいて、二次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車用二次電池の内部抵抗検出法とそれを用いた出力計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車は、まだ技術的に完成されているわけではなく開発段階にあるといえる。現状、要求性能を十分に満たす電池の開発が大きな課題であり、新型電池の研究が活発に行われている。従来のガソリン車と同等以上の動力性能を出すのは簡単でなくとも、環境・エネルギー問題の観点からは利点が大きいので電気自動車を何とか実用化していきたい。そのためには電池を上手に使いこなし、電気自動車を乗員にとって便利に、快適に、そして安全に走行できるようにする必要がある。この観点からの電気自動車の性能を決める重要な電池パラメーターとして電池の内部抵抗がある。電池の内部抵抗は、低温時や寿命末期の電気自動車の動力性能を支配するのみならず、電池の発熱、回生、容量見積や充放電エネルギー効率に関わる。電気自動車が走行中にこの内部抵抗を見積るためには、従来は鉛酸電池やニッカド電池向けであるが、電流値を二点以上変えて電池の端子電圧を測定し、その傾きから内部抵抗、切辺から開放電圧や最大出力（内部抵抗と開放電圧から見積れる）を見積るという方法が用いられていた。その例として特開平６−１７４８０８号公報が挙げられる。また、別の方法として、外部の抵抗に電流を流しその時の端子電圧の変化から見積る方法も提案されている（特開平５−１７２９１３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来例では、電池に実際に電流を流さないと測定できないことと、電気自動車が定速走行している時には電流値があまり変化しないので内部抵抗を見積りにくいという問題があった。
【０００４】
本発明は前記ような問題を解決して、電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システム及びそれを用いた内部抵抗検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような問題を解決するために鋭意検討した結果本発明に至った。本発明は、電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムであって、該電池に電流測定装置、電池電圧測定装置、電池温度測定装置を接続し、さらに該電流測定装置、電池電圧測定装置、電池温度測定装置を各々からの信号を送信する演算装置（ＣＰＵ）に接続し、またさらに該演算装置には、所定の温度範囲及び電圧範囲での内部抵抗値と劣化状態因子と有効充電電気量の相関関係を記憶させた記憶装置（ＲＯＭ）と、累積充電電気量と、累積充電電気量に基づいて実測した有効累積充電電気量のデータを格納し、電池の充電時には電流測定装置で測定した電流値を読み込み時間で積分して有効累積充電電気量を随時更新し、該有効累積充電電気量を演算装置（ＣＰＵ）に読み込み、該有効累積充電電気量に対応する劣化状態因子を前記記憶装置（ＲＯＭ）から読み込み、続いて、前記電池電圧測定装置で測定した電池電圧値と、前記電池温度測定装置で測定した電池温度値を読み込んで、読み込んだ電池電圧と電池温度に対応した電池温度のみに依存した内部抵抗値と電池温度と電池電圧に依存した内部抵抗値とを前記記憶装置（ＲＯＭ）から読み込んで、先に記憶装置（ＲＯＭ）から読み込んだ劣化状態因子、電池温度、電池電圧に依存した内部抵抗値を用いて内部抵抗総和を算出する記憶装置（ＲＡＭ）とが接続されていることを特徴とする。
【０００６】
一方、本発明の請求項２に係わる発明は、請求項１に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法であって、まず格納してある有効累積充電電気量値から劣化状態因子を推算し、次いで電池温度、電池電圧から内部抵抗因子を算出し、次いで前記内部抵抗因子と劣化状態因子を用いて内部抵抗を算出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項３に係わる発明は、請求項２に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法において、電池の劣化状態は累積充電電気量の総和を用いて定めることを特徴とする電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いたことを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の請求項４に係わる発明は、請求項２に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法において、第三の関数は電池温度及び電池電圧に依存した第四の関数に劣化状態を表すパラメーターを乗算して求めることを特徴とする。
【０００９】
さらにまた、本発明の請求項５に係わる発明は、請求項２に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムを用いた内部抵抗検出方法において、一定期間ごとに実際に内部抵抗を測定して電池の劣化状態のパラメーターとしての累積充電電気量を修正することを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明の請求項６に係わる発明は、請求項１に記載の電気自動車用二次電池の内部抵抗検出システムにおいて、二次電池がリチウムイオン電池であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下実施の形態により本発明を更に具体的に説明する。
リチウムイオン電池の内部抵抗について交流インピーダンス法で詳細に検討した結果、内部抵抗は図１に示すように近似的にそれぞれ溶液抵抗＋集電体抵抗＋端子抵抗などの高周波数でも残る成分で温度のみの関数で電池電圧や電池の劣化状態に依存しない因子Ｒ１、温度と電池電圧に依存するが電池の劣化状態によらない因子Ｒ２、電池温度，電池電圧，電池の劣化状態に依存する因子Ｒ３の３つに分解できることがわかった。因子Ｒ２とＲ３の意味はまだ不確かな面もあるが、Ｒ２は正極の反応抵抗、Ｒ３は負極の反応抵抗と考えられる。
【００１２】
劣化していない電池でのそれぞれの内部抵抗因子の電池電圧依存性を図２に示す。Ｒ２は電池電圧に緩く依存するが、Ｒ３は電池電圧が下がると急激に増加する特徴を持つ。また、これら内部抵抗因子の温度依存性は図３（放電状態５０％でのデータ）に示すようにこれら因子の対数を絶対温度の逆数に対してとプロットすると右上がりの直線と近似できる。
【００１３】
この電池が劣化すると、放電容量が減少し、内部抵抗が増大するが、それはここでのＲ３の因子の増加が支配的であり他の因子はほとんど変化していない。劣化電池のＲ３因子を図３と同様にプロットをすると同様に直線とみなせて、その勾配は変わらず、直線が全体的に上（抵抗値が大きい方向）へシフトしているだけとみなせる。従って、劣化した電池のＲ３は劣化していない電池のそれに一定の劣化状態因子（以後αとおく）をかけあわせて近似することができる。電池の充放電を繰り返すとこのαはコンスタントに増加していき、電池の累積充放電電気量とよい相関がある。電池の雰囲気温度３０℃でのこの関係を図４に示した。このことは、電池の累積充電電気量をモニターすれば電池の劣化状態因子αを見積れ、それから更に劣化電池のＲ３因子を見積れることになる。
【００１４】
本発明は以上説明してきたことを基にしており、図５に示した流れ図のようにして任意の劣化状態、電圧、温度での電池の内部抵抗を見積ることができる。本発明では、それぞれの内部抵抗因子を関数として定義し、劣化電池のＲ３因子を第四の関数として定義し、初期のＲ３因子を第三の関数として定義する。つまり、任意の劣化状態、温度、電圧での内部抵抗は（１）式のように定義できる。
0003642092.tif 000002
ここで、Ｔは温度、Ｅは電池電圧、Ｒｔは内部抵抗の総和を表す。
【００１５】
電気自動車の電池は時には室温より高い温度で使われると考えられる。その場合には電池の劣化もいくらか増大し内部抵抗も増大するので、一定期間ごとに実際に内部抵抗を測定していわば有効累積充電電気量を求め、そこからあとはその値に充電電気量を加えていくことにして、この３０℃での関係を用いて電池の劣化状態因子を見積り、更に劣化状態でのＲ３を見積れば、電池が劣化した状態でも、電池電圧と電池温度とを測定すれば、あらかじめＲ１とＲ２の電池温度、電池電圧依存性を表か近似式にしておくことによって、電流を流すことなしに電池の内部抵抗を算出できる。
【００１６】
この方法を実施するための装置のブロック図を図６に示した。記憶装置ＲＯＭには、適当な温度範囲及び使用電圧範囲でのＲ１，Ｒ２，Ｒ３のデータと劣化状態因子αと有効充電電気量の関係を格納しておく。記憶装置ＲＡＭは累積充電電気量（Ｑｔ）と有効累積充電電気量（Ｑｔ，ｅｆｆ）のデータを格納し、電池の充電時には電流測定装置で電流を読んでそれを時間で積分して有効累積充電電気量（Ｑｔ，ｅｆｆ）を随時更新していく。内部抵抗を算出する時には、ＲＡＭの有効累積充電電気量（Ｑｔ，ｅｆｆ）の値を演算装置（ＣＰＵ）に読み込み、その値に対応する劣化状態因子αの値をＲＯＭから読み込む。続いて、電池電圧測定装置で電池電圧を読み込み、電池温度測定装置で電池温度を読み込んで、読み込んだ電池電圧と電池温度に対応したＲ１，Ｒ２，Ｒ３の値をＲＯＭから読み込んで（１）式に従って内部抵抗を計算する。読み込む電池電圧の値は、開回路電圧が好ましいが、あまり電流値が大きいときでなければさしつかえないので、電気自動車での普通の定速走行時にも内部抵抗を見積ることができる。
【００１７】
次にこの方法を用いて算出した内部抵抗を使っての現時点での電気自動車の可能な最大出力の見積方法について説明する。電池の最大出力は、電池の電圧下限がない場合には、電池の開回路電圧をＶｏｃｖ、内部抵抗をＲｔとすると、Ｖｏｃｖ2/４Ｒｔである。耐久性の観点から使用電圧下限を設定した方が良いリチウムイオン電池のような場合には、電圧下限をＶｏとすると、Ｖｏｃｖ／２＞ＶｏのときはＶｏｃｖ2/４Ｒｔであるが、Ｖｏｃｖ／２＜Ｖｏのときは可能最大電池出力はＶｏ（Ｖｏｃｖ−Ｖｏ）／Ｒｔとなる（内部抵抗による電圧降下で端子電圧がＶｏになるというところで）。電気自動車の現時点での可能最大出力は、モーター制御装置とモーターの効率を考慮して求めることができる。この値と、現時点での使用出力の両方、又はそれらの差をドライバーに提示できれば、寒冷地での始動時や、電池寿命末期での低温始動時など電池の内部抵抗が大きいために電気自動車の出力不足が懸念される場合にも運転の参考として役立つ。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電気自動車用非水二次電池の内部抵抗を、電池の累積充電電気量と電池温度、電池電圧を測定することによって電池に電流を流すことなしに算出できる。また、電気自動車が定速走行中で直接電池の内部抵抗を測定しずらい場合にも同様にして問題なく算出できる。この内部抵抗算出法を用いて、電気自動車の現時点での可能最大出力を算出でき、現時点での出力とこの可能最大出力の両方あるいはそれらの差をドライバーに運転の目安として提示することができ、電気自動車の電池が寿命末期のときや、寿命末期でなくとも冬場や寒冷地での始動時など電池温度が非常に低い時にも運転者がその状態で、高速道路への進入や追い越し、脇道から本道への進入などの際の目安となり運転者の不安感を感じ、運転しやすくすることができるので産業上寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】リチウムイオン電池のＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットの模式図。
【図２】リチウムイオン電池の内部抵抗因子の電池電圧依存性を示す図。
【図３】リチウムイオン電池の内部抵抗因子の温度依存性を示す図。
【図４】リチウムイオン電池の劣化状態因子と累積充電電気量の関係を示す図。
【図５】本発明により内部抵抗を算出するための流れ図。
【図６】本発明により内部抵抗を算出するための装置の実施例を示す図。
【図１】
0003642092.tif 000003
【図２】
0003642092.tif 000004
【図３】
0003642092.tif 000005
【図４】
0003642092.tif 000006
【図５】
0003642092.tif 000007
【図６】
0003642092.tif 000008