(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄電池の交換による影響を受けず、蓄電池の劣化等の不都合を招くこともなく、充電容量を的確に推定することが可能な技術を提供すること。【解決手段】蓄電池の充電容量推定装置は、蓄電池の充電容量値と内部抵抗値との対応関係を示すデータを記憶する記憶部と、計測対象となる蓄電池による相対的に小電流の放電のときの第１内部抵抗値と相対的に大電流の放電のときの第２内部抵抗値とを求める内部抵抗検出部と、内部抵抗検出部によって求められた第１内部抵抗値及び第２内部抵抗値と記憶部に記憶されたデータを用いて、蓄電池の充電容量値を求める充電容量推定部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池の充電容量値と内部抵抗値との対応関係を示すデータを記憶する記憶部と、
計測対象となる蓄電池による相対的に小電流の放電のときの第１内部抵抗値と、相対的に大電流の放電のときの第２内部抵抗値とを求める内部抵抗検出部と、
前記内部抵抗検出部によって求められた前記第１内部抵抗値及び前記第２内部抵抗値と前記記憶部に記憶された前記データを用いて、前記蓄電池の充電容量値を求める充電容量推定部、
を含む、蓄電池の充電容量推定装置。
【請求項２】
前記記憶部に記憶された前記データは、複数の充電容量値とそれらに対応する前記第１内部抵抗値及び前記第２内部抵抗値を含む、
請求項１に記載の蓄電池の充電容量推定装置。
【請求項３】
前記記憶部に記憶された前記データは、複数の充電容量値とそれら各々に対応する前記第１内部抵抗値及び前記第２内部抵抗値の比を含む、
請求項１に記載の蓄電池の充電容量推定装置。
【請求項４】
前記内部抵抗検出部は、
前記蓄電池の両端電圧を検出する電圧検出部、
前記蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部、
前記電圧検出部により検出される前記両端電圧と前記電流検出部により検出される前記電流に基づいて前記第１内部抵抗値と前記第２内部抵抗値を計算する内部抵抗計算部、
を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の充電容量推定装置。
【請求項５】
計測対象となる蓄電池による相対的に小電流の放電のときの第１内部抵抗値を求めるステップと、
前記蓄電池による相対的に大電流の放電のときの第２内部抵抗値を求めるステップと、
前記第１内部抵抗及び前記第２内部抵抗と、予め記憶手段に記憶された充電容量値と内部抵抗値との対応関係を示すデータを用いて、前記蓄電池の充電容量値を求めるステップと、
を含む、蓄電池の充電容量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池（二次電池）の充電容量を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用ほか多くの用途で広く用いられる蓄電池（二次電池）の満充電容量を推定する方法としては、大別して、劣化前の電池特性と劣化後の電池特性を比較する方法と、充放電量および充放電前後の充電残容量の変化量から推定する方法の二種類がある。そして、前者の先行例は、例えば特開２００５−３７２３３号公報（特許文献１）に開示されており、後者の先行例は、例えば特開２００６−２９２４９２号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００３】
ところで、上記した特許文献１に開示されるような先行例では、劣化前後の電池特性を比較することを原理としているため、例えば車両のユーザが車両用バッテリーとしての鉛蓄電池を元々搭載されていたものとは異なるメーカ等のものに交換した場合には、交換前後で鉛蓄電池の特性が異なってしまうため、原理上、満充電容量の推定が難しくなる。
【０００４】
また、上記した特許文献２に開示されるような先行例は、これを例えば車両用バッテリーとしての鉛蓄電池に適用した場合には、過度に放電させるとエンジン始動に支障をきたし、かつ鉛蓄電池の急激な劣化を招くという不都合がある。一方で、満充電に近い状態では充電効率が低下するので、回生制御を行ったとしてもあまり効率は上がらない。そのため、充電残容量が一定値付近になるように制御を行うので、充放電前後の充電残容量の変化は小さい。ここで、満充電容量＝充放電量／充電残容量と定義されているため、充電残容量の変化が小さい場合には、満充電容量の推定値の誤差が増加する。なお、上記では一例として車両用バッテリーとしての鉛蓄電池を例にして背景技術を説明したが、蓄電池一般においても同様の不都合が生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３７２３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明に係る具体的態様は、蓄電池の交換による影響を受けず、蓄電池の劣化等の不都合を招くこともなく、充電容量を的確に推定することが可能な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一態様の蓄電池の充電容量推定装置は、（ａ）蓄電池の充電容量値と内部抵抗値との対応関係を示すデータを記憶する記憶部と、（ｂ）計測対象となる蓄電池による相対的に小電流の放電のときの第１内部抵抗値と、相対的に大電流の放電のときの第２内部抵抗値とを求める内部抵抗検出部と、（ｃ）内部抵抗検出部によって求められた第１内部抵抗値及び第２内部抵抗値と記憶部に記憶されたデータを用いて、蓄電池の充電容量値を求める充電容量推定部、を含む蓄電池の充電容量推定装置である。
【０００８】
上記構成によれば、蓄電池の交換による影響を受けず、蓄電池の劣化等の不都合を招くこともなく、充電容量を的確に推定することが可能な充電容量推定装置が得られる。
【０００９】
上記の充電容量推定装置において、例えば、記憶部に記憶されたデータは、複数の充電容量値とそれらに対応する第１内部抵抗値及び第２内部抵抗値を含むものであってもよい。また、この記憶部に記憶されたデータは、複数の充電容量値とそれら各々に対応する第１内部抵抗値及び第２内部抵抗値の比を含むものであってもよい。
【００１０】
これらによれば、内部抵抗検出部によって求められた第１内部抵抗値および第２内部抵抗値を用いてデータを参照することで簡単に充電容量値を求めることができる。
【００１１】
上記の充電容量推定装置において、内部抵抗検出部は、例えば、蓄電池の両端電圧を検出する電圧検出部、蓄電池に流れる電流を検出する電流検出部、および、電圧検出部により検出される両端電圧と電流検出部により検出される電流に基づいて第１内部抵抗値と第２内部抵抗値を計算する内部抵抗計算部、を有することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る一態様の蓄電池の充電容量推定方法は、（ａ）計測対象となる蓄電池による相対的に小電流の放電のときの第１内部抵抗値を求めるステップと、（ｂ）蓄電池による相対的に大電流の放電のときの第２内部抵抗値を求めるステップと、（ｃ）第１内部抵抗及び第２内部抵抗と、予め記憶手段に記憶された充電容量値と内部抵抗値との対応関係を示すデータを用いて、蓄電池の充電容量値を求めるステップを含む、蓄電池の充電容量推定方法である。
【００１３】
上記構成によれば、蓄電池の交換による影響を受けず、蓄電池の劣化等の不都合を招くこともなく、充電容量を的確に推定することが可能な充電容量推定方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、蓄電池の充電容量推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、蓄電池の電流値に対する内部抵抗値の特性の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、正規化して表した電流値に対する内部抵抗値のグラフである。
【図４】図４は、蓄電池の充電容量推定装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、蓄電池の放電電流の過渡特性の一例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、蓄電池の充電容量推定装置の構成を示すブロック図である。図１に示す充電容量推定装置は、蓄電池１と接続されてこの蓄電池１の充電容量の推定値を求めるものである。この充電容量推定装置は、蓄電池１の両端電圧を検出する電圧計（電圧検出部）６と、蓄電池１による放電電流を検出する電流計（電流検出部）７と、マイコン１１と、このマイコン１１に接続されたメモリ２１を含んで構成されている。
【００１７】
蓄電池１は、例えば車載されたバッテリーとして用いられる鉛蓄電池である。この蓄電池１は、図１に示すように、車載された電子回路２およびセルモーター３のそれぞれに対して電力を供給するものである。電子回路２は、車載された種々の電子機器に含まれる電子回路である。また、セルモーター３は、車両のエンジンを始動させるためのモーターである。例えば、これらの電子回路２とセルモーター３は互いに並列に接続され、かつ蓄電池１と接続されており、それぞれ蓄電池１から電力供給を受ける。また、スイッチ４は、蓄電池１と電子回路２の間の電流経路上に設けられている。スイッチ５は、蓄電池１とセルモーター３の間の電流経路上に設けられている。
【００１８】
マイコン１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータであり、所定の動作プログラムを実行することにより、内部抵抗計算部１２および満充電容量推定部１３としての機能を奏する。
【００１９】
内部抵抗計算部１２は、電圧計６により検出される蓄電池１の両端電圧と電流計７により検出される蓄電池の放電電流に基づいて、相対的に小電流での放電が行われたときの第１内部抵抗値と、相対的に大電流での放電が行われたときの第２内部抵抗値とを求める。なお、本実施形態では、この内部抵抗計算部１２と電圧計６および電流計７が「内部抵抗検出部」に対応する。
【００２０】
満充電容量推定部１３は、内部抵抗計算部１２によって求められた第１内部抵抗値および第２内部抵抗値とメモリ２１に記憶されたデータを用いて、蓄電池１の充電容量値（推定値）を求める。
【００２１】
メモリ（記憶部）２１は、複数の異なる充電容量における電流値と内部抵抗値との関係を示すデータを記憶する。また、メモリ２１は、内部抵抗計算部１２により計算される第１内部抵抗値および第２内部抵抗値を一時的に記憶する。このメモリ２１としては、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）などの不揮発性メモリが好適に用いられる。
【００２２】
図２は、蓄電池の電流値に対する内部抵抗値の特性の一例を示すグラフである。一般的に、蓄電池の内部抵抗値を測定するとその特性は電流依存性をもつ。この特性から、図２に例示するように、電流値が低下するに従って内部抵抗値は増加し、ある程度電流値が低下すると内部抵抗値は上限値に収束する。また、満充電容量の大きい蓄電池のほうが収束する電流値が高くなっているが、これは満充電容量が大きいということはいくつかの蓄電池が並列に接続されていることと等価であり、例えば満充電容量が２倍であれば内部抵抗値が飽和する電流値も２倍となるからである。ここで、電流値１００Ａにおける内部抵抗値を基準にして正規化して表した電流値に対する内部抵抗値のグラフを図３に示す。このグラフからも、満充電容量が大きい蓄電池は高い電流値で内部抵抗値が飽和していることが分かる。この性質を利用し、相対的に小さい電流値（例えば数アンペア）に対応する第１内部抵抗値Ｒ１と相対的に大きい電流値（例えば１００アンペア）に対応する第２内部抵抗値Ｒ２を用いることにより、蓄電池の満充電容量を推定することができる。
【００２３】
上記したような蓄電池の特性に基づき、メモリ２１には、例えば、複数の満充電容量の値とそれら各々に対応する第１内部抵抗値Ｒ１および第２内部抵抗値Ｒ２を組み合わせたデータが記憶される。このようなデータを予め用意しておくことで、計測対象となる蓄電池１のＲ１、Ｒ２を求めればそれらの値からメモリ２１のデータを参照することで、その蓄電池１の満充電容量の推定値を求めることができる。ここで、データの参照をより簡単にするには、ある満充電容量に対応するＲ１とＲ２の比Ｒ１／Ｒ２（あるいはＲ２／Ｒ１）を求め、このＲ１／Ｒ２の値と満充電容量とを対応付けたテーブルを予め求め、メモリ２１に記憶させておくことが好ましい。本実施形態ではこのようなテーブルがメモリ２１に格納されているものとする。
【００２４】
本実施形態の蓄電池の充電容量推定装置は以上のような構成を備えており、次にその動作について詳細に説明する。
【００２５】
図４は、蓄電池の充電容量推定装置の動作手順を示すフローチャートである。図５は、蓄電池の放電電流の過渡特性の一例を示す波形図である。ここでは、車両でのエンジンの始動前後における蓄電池１の放電を想定して説明する。この場合、図５に示すように、無負荷（電源オフ）から電気回路２に電力供給の開始に伴う小電流放電が起こり、次いでセルモーター３の始動に伴う大電流放電が起こるというプロセスを経る。
【００２６】
まず、車両の電源がオフ状態でありスイッチ４、５ともにオフ状態（開状態）であるとする（ステップＳ１１）。この状態において、車両の電源がオン状態となり、まずはスイッチ４のみがオン状態（閉状態）となり、スイッチ５はオフ状態を維持する（ステップＳ１２）。これにより、電気回路２と蓄電池１が接続された状態となり、蓄電池１は小電流放電を開始する。
【００２７】
このとき、蓄電池１の両端電圧（端子電圧）が電圧計６によって検出され、かつ蓄電池１の放電電流が電流計７によって検出される（ステップＳ１３）。これらに基づいて内部抵抗計算部１２は、小電流放電に対応する第１内部抵抗値Ｒ１を計算する（ステップＳ１４）。具体的には、内部抵抗計算部１２は、電流計７によって検出される電流値が所定のしきい値（例えば数アンペア）を超えたかどうかを判定し、超えたときの両端電圧および放電電流の各値に基づいて第１内部抵抗値Ｒ１を計算する。ここで求められた第１内部抵抗値Ｒ１はメモリ２１において一時的に記憶される（ステップＳ１５）。
【００２８】
次いで、スイッチ４に加えてスイッチ５もオン状態となる（ステップＳ１６）。これにより、セルモーター３と蓄電池１が接続された状態となって蓄電池１は大電流放電を開始し、それによりエンジンの始動（クランキング）が実行される。
【００２９】
このとき、蓄電池１の両端電圧（端子電圧）が電圧計６によって検出され、かつ蓄電池１の放電電流が電流計７によって検出される（ステップＳ１７）。これらに基づいて内部抵抗計算部１２は、大電流放電に対応する第２内部抵抗値Ｒ２を計算する（ステップＳ１８）。具体的には、内部抵抗計算部１２は、電流計７によって検出される電流値が所定のしきい値（例えば１００アンペア）を超えたかどうかを判定し、超えたときの両端電圧および放電電流の各値に基づいて第２内部抵抗値Ｒ２を計算する。ここで求められた第２内部抵抗値Ｒ２はメモリ２１において一時的に記憶される（ステップＳ１９）。
【００３０】
次いで、満充電容量推定部１３は、メモリ２１に記憶された第１内部抵抗値Ｒ１および第２内部抵抗値Ｒ２の各値とメモリ２１に記憶された上記のデータを用いて、蓄電池１の満充電容量の推定値を求める（ステップＳ２０）。具体的には、満充電容量推定部１３は、Ｒ１／Ｒ２を求め、この値に対応する満充電容量の値をメモリ２１のデータから読み出す。
【００３１】
以上のような本実施形態によれば、蓄電池の交換による影響を受けず、また、蓄電池を過度に放電させる必要もないため蓄電池の劣化等の不都合を招くこともない。さらに、単純に内部抵抗値から満充電容量を推定する場合には蓄電池に取り付ける端子の接触状態等による影響を受けるが、抵抗値において、このような接触状態に依存する部分は電流値による依存性が低いため、小電流による抵抗値と大電流による抵抗値に基づいて満充電容量を求める本実施形態によれば、そのような接触状態による抵抗値変化の影響を受けにくい。したがって、充電容量を的確に推定することが可能な充電容量推定装置が得られる。
【００３２】
なお、内部抵抗値は充電残容量が低下した状態では充電残容量による依存性をもつため、これを盛り込むと予め用意しておくデータが膨大な量となるが、車両の場合、背景技術において述べたように充電残容量が一定値付近になるよう制御を行うので充電残容量依存性の影響を受けにくい。そのため、充電残容量の影響は低いとみなすことができ、充電残容量によるデータ量の増加を抑えることができる。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では車両に搭載されてバッテリーとして用いられる蓄電池を例にしていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず他の用途の蓄電池にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１：蓄電池（二次電池）
２：電子回路
３：セルモーター
４、５：スイッチ
６：電圧計
７：電流計
１１：マイコン
１２：内部抵抗計算部
１３：満充電容量推定部
２１：メモリ
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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