(57)【要約】【課題】鉛蓄電池の充電時の温度を精度良く推定できる温度推定方法及び温度推定装置を提供する。【解決手段】温度推定方法では、推定する鉛蓄電池の推定温度をＴ（ｎ）、当該Ｔ（ｎ）を推定する直前の鉛蓄電池の温度をＴ（ｎ−１）、鉛蓄電池の発熱量をＱ（ｎ）、鉛蓄電池の雰囲気温度をｔ（ｎ）、熱放散を表現し発熱量に依存しない係数をα及びβとし、発熱量Ｑ（ｎ）を鉛蓄電池の内部抵抗値及び充電電流に基づいて求め、内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗を用い、充電電圧が所定の値に到達した場合には第１の内部抵抗値よりも大きい第２内部抵抗値を用い、Ｔ（ｎ）＝（１―α）×ｔ（ｎ）＋α×Ｔ（ｎ−１）＋［（１−α）／β］×Ｑ（ｎ）により鉛蓄電池の充電時の温度を求める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の充電時の温度を推定する温度推定方法であって、
推定する前記鉛蓄電池の推定温度をＴ（ｎ）、当該Ｔ（ｎ）を推定する直前の前記鉛蓄電池の温度をＴ（ｎ−１）、前記鉛蓄電池の発熱量をＱ（ｎ）、前記鉛蓄電池の雰囲気温度をｔ（ｎ）、前記発熱量に依存しない係数をα及びβとし、
前記発熱量Ｑ（ｎ）を前記鉛蓄電池の内部抵抗値及び充電電流に基づいて求め、
前記内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗値を用い、前記充電電圧が所定の値に到達した場合には前記第１の内部抵抗値よりも大きい第２内部抵抗値を用い、
Ｔ（ｎ）＝（１―α）×ｔ（ｎ）＋α×Ｔ（ｎ−１）＋［（１−α）／β］×Ｑ（ｎ）
により前記鉛蓄電池の充電時の温度を求めることを特徴とする温度推定方法。
【請求項２】
前記充電電圧の所定の値は、前記充電電圧の傾きが所定の傾きよりも大きくなる値であることを特徴とする請求項１記載の温度推定方法。
【請求項３】
前記係数α及びβのそれぞれは、前記鉛蓄電池のセルの配置に依存する熱放散を表現した係数であることを特徴とする請求項１又は２記載の温度推定方法。
【請求項４】
鉛蓄電池の充電時の温度を推定する温度推定装置であって、
推定する前記鉛蓄電池の推定温度をＴ（ｎ）、当該Ｔ（ｎ）を推定する直前の前記鉛蓄電池の温度をＴ（ｎ−１）、前記鉛蓄電池の発熱量をＱ（ｎ）、前記鉛蓄電池の雰囲気温度をｔ（ｎ）、前記発熱量に依存しない係数をα及びβとした場合、
Ｔ（ｎ）＝（１―α）×ｔ（ｎ）＋α×Ｔ（ｎ−１）＋［（１−α）／β］×Ｑ（ｎ）
により前記鉛蓄電池の充電時の温度を推定する温度推定手段を備え、
前記発熱量Ｑ（ｎ）は、前記鉛蓄電池の内部抵抗値及び充電電流に基づいて求められており、
前記温度推定手段は、前記内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗値を用い、前記充電電圧が所定の値に到達した場合には前記第１の内部抵抗値よりも大きい第２内部抵抗値を用いることを特徴とする温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池の充電時の温度推定方法及び温度推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池の充電の際には、良好な充電を実現するために、鉛蓄電池の充電時の温度を把握する必要がある。鉛蓄電池の充電時の温度を推定する方法としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の温度推定装置では、バッテリの内部抵抗での発熱量を求め、この発熱量に基づいて推定したバッテリの液温を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鉛蓄電池を満充電する場合には過充電を行う必要がある。このとき、鉛蓄電池の充電末期では、鉛蓄電池内の電解液からガスの発生が生じ、鉛蓄電池の状態が大きく変化する。そのため、鉛蓄電池の充電における鉛蓄電池の温度を精度良く推定するために、充電末期の鉛蓄電池の状態を考慮した鉛蓄電池の温度の推定方法が求められている。
【０００５】
本発明は、鉛蓄電池の充電時の温度を精度良く推定できる温度推定方法及び温度推定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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、充電末期の鉛蓄電池の状態の変化において、内部抵抗の変化による発熱量の変動に着目し、発熱量の算出に用いる内部抵抗値を所定のポイントにおいて変えることにより、鉛蓄電池の充電時の温度を精度良く推定できるという知見を得た。本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
【０００７】
すなわち、本発明に係る温度推定方法は、鉛蓄電池の充電時の温度を推定する温度推定方法であって、推定する鉛蓄電池の推定温度をＴ（ｎ）、当該Ｔ（ｎ）を推定する直前の鉛蓄電池の温度をＴ（ｎ−１）、鉛蓄電池の発熱量をＱ（ｎ）、鉛蓄電池の雰囲気温度をｔ（ｎ）、発熱量に依存しない係数をα及びβとし、発熱量Ｑ（ｎ）を鉛蓄電池の内部抵抗値及び充電電流に基づいて求め、内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗値を用い、充電電圧が所定の値に到達した場合には第１の内部抵抗値よりも大きい第２内部抵抗値を用い、
Ｔ（ｎ）＝（１―α）×ｔ（ｎ）＋α×Ｔ（ｎ−１）＋［（１−α）／β］×Ｑ（ｎ）
により鉛蓄電池の充電時の温度を求めることを特徴とする。
【０００８】
この温度推定方法では、発熱量Ｑ（ｎ）の算出に用いる内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗値を用い、充電電圧が所定の値に到達した場合には第１の内部抵抗値よりも大きい第２内部抵抗値を用いている。このように、充電電圧の所定の値を境に内部抵抗値を第１の内部抵抗値と第２の内部抵抗値とで変えることにより、充電末期の内部抵抗値の変動に応じた発熱量Ｑ（ｎ）を求めることができる。したがって、鉛蓄電池の充電時の温度を精度良く推定できる。
【０００９】
充電電圧の所定の値は、充電電圧の傾きが所定の傾きよりも大きくなる値である。このように、充電電圧の傾きを用いることにより、充電電圧の状態の変化、すなわち内部抵抗値が変化する値（時）を確実に捉えることができる。
【００１０】
係数α及びβのそれぞれは、鉛蓄電池のセルの配置に依存する熱放散を表現した係数である。これらの係数α及びβを用いることにより、鉛蓄電池の充電時の温度をより精度良く推定することができる。
【００１１】
また、本実施形態に係る温度推定装置は、鉛蓄電池の充電時の温度を推定する温度推定装置であって、推定する鉛蓄電池の推定温度をＴ（ｎ）、当該Ｔ（ｎ）を推定する直前の鉛蓄電池の温度をＴ（ｎ−１）、鉛蓄電池の発熱量をＱ（ｎ）、鉛蓄電池の雰囲気温度をｔ（ｎ）、発熱量に依存しない係数をα及びβとした場合、
Ｔ（ｎ）＝（１―α）×ｔ（ｎ）＋α×Ｔ（ｎ−１）＋［（１−α）／β］×Ｑ（ｎ）
により鉛蓄電池の充電時の温度を推定する温度推定手段を備え、発熱量Ｑ（ｎ）は、鉛蓄電池の内部抵抗値及び充電電流に基づいて求められており、温度推定手段は、内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗値を用い、充電電圧が所定の値に到達した場合には第１の内部抵抗値よりも大きい第２内部抵抗値を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鉛蓄電池の充電時の温度を精度良く推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る温度推定装置の構成を示す図である。
【図２】温度推定部における温度推定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る温度推定装置の構成を示す図である。図１に示す温度推定装置１は、例えば鉛蓄電池を充電する充電装置（図示しない）に設けられている。温度推定装置１は、温度推定部（温度推定手段）１０を備えている。温度推定装置１には、温度センサ５が接続されている。温度センサ５は、鉛蓄電池が設けられている鉛蓄電池の周囲の雰囲気温度（外気温度）を測定する。温度センサ５は、測定した温度を示す温度情報を温度推定装置１に出力する。
【００１６】
温度推定部１０は、鉛蓄電池の充電時の温度を推定する部分である。温度推定部１０は、下記式（１）により、鉛蓄電池の充電時の温度を推定する。
Ｔ（ｎ）＝（１―α）×ｔ（ｎ）＋α×Ｔ（ｎ−１）＋［（１−α）／β］×Ｑ（ｎ）  …（１）
上記式（１）において、Ｔ（ｎ）：推定する鉛蓄電池の温度［℃］、ｔ（ｎ）：鉛蓄電池の雰囲気温度［℃］、Ｔ（ｎ−１）：温度を推定する直前の鉛蓄電池の温度［℃］、Ｑ（ｎ）：鉛蓄電池の発熱量［Ｗ］、α，β：熱放散を表現した係数である。
【００１７】
ここで、係数α及びβのそれぞれは、鉛蓄電池のセルの配置に依存する熱放散（熱伝達）を表現した係数であり、上記式（１）の発熱量Ｑ（ｎ）には依存しない係数である。より具体的には、係数α及びβは、熱放散係数（熱伝達係数）と鉛蓄電池の表面積、温度推定周期、電池熱容量とし、
α＝ｅｘｐ（−１×熱放散係数×電池表面積×温度推定周期÷電池熱容量)  …（２）
β＝熱放散係数×電池表面積  …（３）
により求められる。
【００１８】
すなわち、係数α及びβのそれぞれは、熱放散係数や電池表面積、電池の熱容量から求められるものであり、鉛蓄電池のセルの配置によって変化する鉛蓄電池の熱放散の程度を表現した係数である。この係数α及びβを用いることにより、鉛蓄電池の充電時の温度をより精度良く推定することができる。この係数α及びβのそれぞれは、温度を推定する鉛蓄電池のセルの配置（例えば、６×４）に基づいて予め実験によって求められ、予め温度推定装置に記憶されている。
【００１９】
発熱量Ｑ（ｎ）は、充電によって鉛蓄電池内部で発生する熱量であり、下記（４）により求められる。
Ｑ（ｎ）＝（Ｉ２×Ｒ）  …（４）
上記式（４）において、Ｉ：充電電流［Ａ］、Ｒ：内部抵抗［Ω］である。内部抵抗には充電の状態に応じて、第１の内部抵抗Ｒ１又は第２の内部抵抗Ｒ２が用いられる。したがって、発熱量Ｑ（ｎ）は充電電流と鉛蓄電池の内部抵抗値とに基づいて求められる。
【００２０】
ここで、内部抵抗値は、第１の内部抵抗値Ｒ１と第２の内部抵抗値Ｒ２（図２参照）とを用いる。第１の内部抵抗値Ｒ１は、充電開始から充電末期前まで適用され、第２の内部抵抗値Ｒ２は、充電末期に適用される内部抵抗値である。第１の内部抵抗値Ｒ１及び第２の内部抵抗値Ｒ２は、電解液からのガスの発生など、鉛蓄電池の充電における充電状態の変化（反応変化、電気分解）によって、内部抵抗値が変化するものである。
【００２１】
なお、第１の内部抵抗値Ｒ１及び第２の内部抵抗値Ｒ２は、鉛蓄電池の構造や特性によって決まるものであり、第１の内部抵抗値Ｒ１、第２の内部抵抗値Ｒ２それぞれ実験等により予め測定し設定され、温度推定部１０に記憶されている。第２の内部抵抗値Ｒ２は、第１の内部抵抗値Ｒ１よりも大きく設定されている。
【００２２】
また、温度を推定する直前の鉛蓄電池の温度Ｔ（ｎ−１）は、温度Ｔ（ｎ）が求められる以前の鉛蓄電池の温度であり、センサにより測定された実測温度であってもよいし、推定された推定温度であってもよい。温度Ｔ（ｎ−１）が推定された温度である場合、温度推定部１０において例えば１０［ｓｅｃ］周期で温度を推定している場合には、温度Ｔ（ｎ）を求める直前（１０［ｓｅｃ］前）に推定された温度を用いる。
【００２３】
温度推定部１０は、温度センサ５から出力された温度情報または、推定された温度情報（Ｔ（ｎ−１））を取得すると共に、鉛蓄電池の充電電圧及び充電電流を取得し、鉛蓄電池の温度を推定する。
【００２４】
温度推定部１０は、充電電圧を監視し、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１の内部抵抗値Ｒ１を用いて発熱量Ｑ（ｎ）を求め、充電電圧が所定の値に到達した場合には第２の内部抵抗値Ｒ２を用いて発熱量Ｑ（ｎ）を求めて、鉛蓄電池の温度を推定する。発熱量Ｑ（ｎ）の算出について、図２を参照しながら説明する。
【００２５】
図２は、温度推定部における温度推定方法を説明するための図である。図２に示す例では、定電流による充電結果を示している。図２では、横軸に時間［ｈ］を示し、縦軸に鉛蓄電池温度［℃］、充電電圧［Ｖ］、充電電流［Ａ］を示している。鉛蓄電池の温度は、本実施形態の温度推定装置１により推定された温度を実線で示し、実測値を破線で示している。
【００２６】
図２に示すように、温度推定部１０は、充電電圧が上昇して所定の値に到達したときに、発熱量Ｑ（ｎ）の算出に用いる内部抵抗値を、第１の内部抵抗値Ｒ１から第２の内部抵抗値Ｒ２を変更する。本実施形態では、温度推定部１０は、充電電圧の傾きがそれまでの充電電圧の傾きよりも大きくなり、所定の傾きよりも大きくなった時の充電電圧の値（所定の値）にて、発熱量Ｑ（ｎ）の算出に用いる内部抵抗値を第１の内部抵抗値Ｒ１から第２の内部抵抗値Ｒ２に切り替える。ここで、充電電圧の傾きは、充電時の充電電圧のセンシング時間当たりなど、単位時間当たりの電圧の変化量であり、所定の傾きは、充電電圧の大幅な変化（例えば、２倍）を検出するのに適した値に設定される。この充電電圧の傾きが所定の傾きより大きくなることは、充電中の鉛蓄電池の状態が大きく変化したことを示している。すなわち、鉛蓄電池の内部抵抗が大きくなったことを示している。なお、温度推定部１０は、内部抵抗値の切り替えを１度の充電において１回のみ実施する。また、充電電圧の傾きを検出する場合において、所定の係数を乗じて求めてもよい。
【００２７】
上記のように温度推定部１０により推定された温度に係る情報は、鉛蓄電池の充電器に出力される。充電器では、温度に係る情報を用いて充電電流を制御し、鉛蓄電池の充電を実施する。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態では、発熱量Ｑ（ｎ）の算出に用いる内部抵抗値として、充電開始から充電電圧が所定の値に到達するまでは第１内部抵抗値Ｒ１を用い、充電電圧が所定の値に到達した場合には第１の内部抵抗値Ｒ１よりも大きい第２内部抵抗値Ｒ２を用いている。このように、充電電圧の所定の値を境に内部抵抗値を第１の内部抵抗値Ｒ１と第２の内部抵抗値Ｒ２とで変えることにより、充電末期の内部抵抗値の変動に応じた発熱量Ｑ（ｎ）を求めることができる。したがって、図２に示すように、温度推定装置１では、推定した温度と実測温度との差異を低減することが可能となる。以上のように、本実施形態の温度推定装置１では、鉛蓄電池の充電時の温度を精度良く推定できる。
【００２９】
また、鉛蓄電池の温度を精度良く推定できるため、例えば鉛蓄電池の温度を測定するセンサが故障した場合であっても、温度センサを修理するまでの間、温度推定装置１により推定した温度により鉛蓄電池の充電を実施することができ、鉛蓄電池の充電を継続できる。したがって、センサが故障した場合でも鉛蓄電池保護のための入出力の制限を実施する必要がなく、利便性が改善される。
【００３０】
また、本実施形態では、充電電圧の傾きが大きくなった場合に、発熱量Ｑ（ｎ）の算出に用いる内部抵抗値を第１の内部抵抗値Ｒ１から第２の内部抵抗値Ｒ２に切り替えている。このように、充電電圧の傾きを用いることにより、充電電圧が急激に上昇するポイント（所定の値）を確実に捉えることができる。そして、充電電圧が急激に上昇するポイントは、鉛蓄電池の状態が変化したポイントであるため、鉛蓄電池の状態の変化、すなわち内部抵抗の変化を確実に捉えることができる。
【００３１】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、充電電圧の傾きにより、充電電圧が所定の値に到達したと判断しているが、充電電圧の所定の値は、転極点電圧となる電圧値であってもよい。また、充電電圧がそれまでの値に対して所定の倍数の値となった場合に、充電電圧が所定の値に到達したと判断してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…温度推定装置、１０…温度推定部。
【図１】
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【図２】
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