(57)【要約】【課題】高率放電時に確実に最大放電電流を取得することができる最大放電電流取得装置及び当該最大放電電流取得装置を用いたバッテリ状態検出装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ２３ａは、電流センサ１５及び電圧センサ１７を用いて、高率放電中のバッテリ１３の端子電圧Ｖ及び放電電流Ｉをサンプリングする。次に、ＣＰＵ２３ａは、サンプリングしたデータ対（Ｉ、Ｖ）に基づいて、放電電流増加方向におけるＩ−Ｖの関係を示す放電電流増加時近似線及び放電電流減少方向におけるＩ−Ｖの関係を示す放電電流減少時近似線を算出し、算出した近似線の交点における放電電流を高率放電におけるピーク電流Ｉｐとして取得する。また、ＣＰＵ２３ａは、算出した近似線の交点がなかったり、あっても所定範囲外である場合、サンプリングした放電電流Ｉのうち最大のものをピーク電流Ｉｐとして取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電中のバッテリの端子電圧及び放電電流をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリングした端子電圧及び放電電流に基づいて、放電電流増加方向における当該放電電流及び端子電圧の関係を示す放電電流増加時近似線及び放電電流減少方向における当該放電電流及び端子電圧の関係を示す放電電流減少時近似線を算出する近似線算出手段と、該近似線算出手段が算出した前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線との交点における放電電流を、当該放電における最大放電電流として取得する最大放電電流取得手段とを備えた最大放電電流取得装置であって、
前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線との交点における放電電流を、当該放電における最大放電電流として取得できるか否かを判断する判断手段をさらに備え、
前記最大放電電流取得手段は、前記判断手段が否と判断した場合、前記サンプリング手段がサンプリングした放電電流のうち、最大のものを最大放電電流として取得することを特徴とする最大放電電流取得装置。
【請求項２】
請求項１記載の最大放電電流取得装置であって、
前記判断手段は、前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線とが交わらないとき、または、前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線との交点が所定範囲外にあるとき、取得できないと判断することを特徴とする最大放電電流取得装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の最大放電電流取得装置と、
前記最大放電電流取得手段が取得した最大放電電流を用いて、前記バッテリの状態を検出する状態検出手段を備えたことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最大放電電流取得装置及びバッテリ状態検出装置に係わり、特に、放電の最大放電電流を取得する最大放電電流取得装置及び当該最大放電電流取得装置を用いたバッテリ状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される車載用のバッテリは、エンジンの始動や車載電装品の作動の電源として幅広く用いられていることから、そのバッテリの状態を正確に把握しておくことは非常に重要である。
【０００３】
ところで、車載バッテリでは、エンジンの始動の際にスタータモータを通じて放電が行われるが、このとき、突入電流と一般に呼ばれる、スタータモータの定常電流値と比べて非常に大きな最大電流値まで短時間に増大し最大電流から定常電流値まで短時間に減少する放電電流が流れる。一般に、このような放電を高率放電と呼んでいる。
【０００４】
従って、高率放電中にバッテリの放電電流Ｉとこれに対応するバッテリの端子電圧Ｖをサンプリングすれば、０から最大電流値に至る広い範囲の放電電流変化に対する端子電圧の変化をサンプリングすることができる。そして、この高率放電中にサンプリングした放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖからバッテリ状態を検出する技術が、例えば、特許文献１に記載されている。この特許文献１には、サンプリングして得たデータ対（Ｉ、Ｖ）に近似処理を施して得たバッテリの放電電流増加方向及び放電電流減少方向それぞれのＩ−Ｖ近似線と高率放電中のピーク電流（＝最大放電電流）とからバッテリの状態を検出している。
【０００５】
具体的には、例えばバッテリの内部抵抗や放電可能容量などを検出している。上述した内部抵抗はバッテリの劣化の進行に従って増加するものであり、これによりバッテリの劣化を把握することができる。一方、放電可能容量は、バッテリの充電容量から、バッテリの内部抵抗に放電電流が流れて発生する電圧降下によって放電できない容量を減じたものであり、これにより、負荷を確実に駆動できるか否かを判断することができる。つまり、内部抵抗及び放電可能容量を求めることによって、バッテリの状態を検出することができる。また、ピーク電流が流れている時点が内部抵抗に発生する電圧降下が最大となる時点であることに着目し、ピーク電流が流れているときの放電可能容量を求めている。
【０００６】
次に、上述したピーク電流の取得方法について説明する。上述した放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖのサンプリングは間欠的に行われるものである。このため、放電電流がピークとなるタイミングでサンプリングが行われているとは限らない。そこで、放電電流増加方向のＩ−Ｖ近似線と放電電流減少方向のＩ−Ｖ近似線との交点における放電電流をピーク電流とすることにより、正確なピーク電流を取得していた。
【特許文献１】特開２００４−４５３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に、車両には様々な電子機器が搭載されており、これら電子機器の影響などにより、放電時にサンプリングした放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖにノイズが乗ってしまう場合がある。また、サンプリングして得たデータ対（Ｉ、Ｖ）によっては正確に近似することが難しく、算出されたＩ−Ｖ近似線と実際のＩ−Ｖ特性との間にピーク電流付近でズレが生じてしまう場合がある。このような場合、サンプリングした放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖから求めた放電電流増加方向のＩ−Ｖ近似線と放電電流減少方向のＩ−Ｖ近似線とに交点がなく、ピーク電流を取得できなかったり、また、交点があったとしても、正確なピーク電流を取得することができない。
【０００８】
上述したようにピーク電流を取得できない、又は、取得できたとしても正確でない場合、バッテリに接続すると高率放電が生じる負荷を搭載していれば、再度高率放電を発生させてピーク電流を取得することが考えられる。しかしながら、上述した負荷を搭載しておらず、高率放電が発生するタイミングが例えばスタータ時しかない場合、次にスタータ始動時となるまでピーク電流を取得することができず、バッテリの状態を検出することができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、高率放電時に確実に最大放電電流を取得することができる最大放電電流取得装置及び当該最大放電電流取得装置を用いたバッテリ状態検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、放電中のバッテリの端子電圧及び放電電流をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリングした端子電圧及び放電電流に基づいて、放電電流増加方向における当該放電電流及び端子電圧の関係を示す放電電流増加時近似線及び放電電流減少方向における当該放電電流及び端子電圧の関係を示す放電電流減少時近似線を算出する近似線算出手段と、該近似線算出手段が算出した前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線との交点における放電電流を、当該放電における最大放電電流として取得する最大放電電流取得手段とを備えた最大放電電流取得装置であって、前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線との交点における放電電流を、当該放電における最大放電電流として取得できるか否かを判断する判断手段をさらに備え、前記最大放電電流取得手段は、前記判断手段が否と判断した場合、前記サンプリング手段がサンプリングした放電電流のうち、最大のものを最大放電電流として取得することを特徴とする最大放電電流取得装置に存する。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、判断手段が放電電流増加時近似線と放電電流減少時近似線との交点における放電電流を、その放電における最大放電電流として取得できるか否かを判断する。最大放電電流取得手段は、判断手段が否と判断した場合、サンプリング手段がサンプリングした放電電流のうち、最大のものを最大放電電流として取得する。従って、近似線を用いて最大放電電流が取得できなくても、サンプリングした放電電流のうち最大のものを最大放電電流として取得することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の最大放電電流取得装置であって、前記判断手段は、前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線とが交わらないとき、または、前記放電電流増加時近似線と前記放電電流減少時近似線との交点が所定範囲外にあるとき、取得できないと判断することを特徴とする最大放電電流取得装置に存する。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、放電電流増加時近似線と放電電流減少時近似線とが交わらないとき、または、放電電流増加時近似線と放電電流減少時近似線との交点が所定範囲外にあるとき、判断手段が否と判断する。従って、最大放電電流を取得するために行われる、放電電流増加時近似線と放電電流減少時近似線との交点の算出を利用して、簡単に、かつ、正確に判断を行うことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の最大放電電流取得装置と、前記最大放電電流取得手段が取得した最大放電電流を用いて、前記バッテリの状態を検出する状態検出手段を備えたことを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の最大放電電流取得装置が取得した最大放電電流を用いて、バッテリの状態を検出する。従って、近似線を用いて最大放電電流が取得できなくても、サンプリングした放電電流のうち最大のものを最大放電電流として取得して、バッテリの状態を検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、近似線を用いて最大放電電流が取得できなくても、サンプリングした放電電流のうち最大のものを最大放電電流として取得することができるので、高率放電時に確実に最大放電電流を取得することができる最大放電電流取得装置を得ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、最大放電電流を取得するために行われる、放電電流増加時近似線と放電電流減少時近似線との交点の算出を利用して、簡単に、かつ、正確に判断を行うことができる最大放電電流取得装置を得ることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、近似曲線を用いて最大放電電流が取得できなくても、サンプリングした放電電流の内最大のものを最大放電電流として取得して、バッテリの状態を検出することができるので、高率放電時に確実にバッテリの状態を検出することができるバッテリ状態検出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の最大放電電流取得装置及びバッテリ状態検出装置を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の最大放電電流取得装置を組み込んだバッテリ状態検出装置の一実施形態を示すブロック図である。図中符号１で示す本実施形態の装置は、エンジン３に加えてモータジェネレータ５を有する車両に搭載されている。
【００２０】
そして、この車両は、エンジン３の出力をドライブシャフト７からディファレンシャルギア９を介して車輪１１に伝達して走行させる。また、この車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ５をジェネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１３を充電させるように構成されている。ここで言うバッテリ１３とは、鉛酸電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池を示す。
【００２１】
また、本実施形態の装置１は、バッテリ１３に直列接続され、バッテリ１３の放電電流を検出する電流センサ１５と、バッテリ１３に並列接続した１Ｍオーム程度の抵抗値を有し、バッテリ１３の端子電圧を検出する電圧センサ１７とを備えている。
【００２２】
さらに、本実施形態の装置１は、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力がインタフェース回路（以下、「Ｉ／Ｆ」と略記。）２１におけるＡ／Ｄ変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記。）２３をさらに備えている。
【００２３】
そして、前記マイコン２３は、ＣＰＵ２３ａ、ＲＡＭ２３ｂ及びＲＯＭ２３ｃを有しており、このうち、ＣＰＵ２３ａには、ＲＡＭ２３ｂ及びＲＯＭ２３ｃの他、前記Ｉ／Ｆ２１が接続されている。また、上述した図示しないスタータスイッチ、イグニッションスイッチやアクセサリスイッチ、モータジェネレータ５以外の電装品（負荷）のスイッチ等が、さらに接続されている。
【００２４】
前記ＲＡＭ２３ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａに各種処理動作を行わせる制御プログラムが格納されている。
【００２５】
なお、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力である電流値及び電圧値は、短い周期で高速にサンプリングされてＩ／Ｆ２１を介して、マイコン２３のＣＰＵ２３ａに取り込まれ、取り込まれた電流値及び電圧値は、各種の処理のために使用される。このことから明らかなように、電流センサ１５、電圧センサ１７及びＣＰＵ２３ａは請求項中のサンプリング手段を構成している。
【００２６】
上述した構成のバッテリ状態検出装置の動作について、ＣＰＵ２３ａの処理手順を示す図２のフローチャートを参照して以下説明する。まず、ＣＰＵ２３ａはイグニッションスイッチがスタータポジションとなったとき、スタータモータによる高率放電が行われると判断して、バッテリの状態検出処理を開始する。
【００２７】
まず、ＣＰＵ２３ａは、サンプリング手段及び近似線算出手段として働き、電流センサ１５及び電圧センサ１７を用いて、高率放電時の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖをサンプリングすると共に、サンプリングして得たデータ対（Ｉ、Ｖ）に対して最小二乗法を用いて二次近似処理を行い、以下の式（１）及び（２）に示す放電電流増加時及び減少時それぞれの二次近似曲線を算出する（ステップＳ１）。
ａ1Ｉ2＋ｂ1Ｉ＋ｃ1＝Ｖ（放電電流増加時の二次近似曲線）  …（１）
ａ2Ｉ2＋ｂ2Ｉ＋ｃ2＝Ｖ（放電電流減少時の二次近似曲線）  …（２）
【００２８】
次に、算出した放電電流増加時の二次近似曲線と放電電流減少時の二次近似曲線との交点における放電電流Ｉｃを求める。この交点は式（１）及び（２）より
ａ1Ｉ2＋ｂ1Ｉ＋ｃ1＝ａ2Ｉ2＋ｂ2Ｉ＋ｃ2
（ａ2−ａ1）Ｉ2＋（ｂ2−ｂ1）Ｉ＋（ｃ2−ｃ1）＝０
となる。この解の公式（３）が交点における放電電流Ｉｃとなる。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
次に、ＣＰＵ２３ａは、判断手段として働き、交点における放電電流Ｉｃを、高率放電におけるピーク電流Ｉｐとして取得できるか否かを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ３の判断の詳細について、図３〜図５を参照して以下説明する。図３〜図５は各々、高率放電時にサンプリングした端子電圧−放電電流特性の一例を示すグラフである。図中、白丸は放電電流増加時にサンプリングした端子電圧及び放電電流を示し、黒丸は放電電流減少時にサンプリングした端子電圧及び放電電流を示す。
【００３１】
また、Ｌｉは放電電流増加時にサンプリングした端子電圧及び放電電流について最小二乗法を用いた近似処理を施して求めた放電電流増加時の二次近似曲線（＝放電電流増加時近似線）であり、Ｌｄは放電電流減少時にサンプリングした端子電圧及び放電電流について最小二乗法を用いた近似処理を施して求めた放電電流減少時の二次近似曲線（＝放電電流減少時近似線）である。さらに、所定範囲Ａはピーク電流Ｉｐが存在するであろう電流範囲である。この所定範囲Ａは高率放電を起こす負荷（本実施形態ではスタータモータ）の大きさに基づいて定められている。
【００３２】
先ず、ＣＰＵ２３ａは、図３に示すように、上述したステップＳ１で算出した放電電流増加時の二次近似曲線Ｌｉと放電電流減少時の二次近似曲線Ｌｄとの交点が存在し（式（３）の解が存在する場合）、かつ、その交点における放電電流Ｉｃが所定範囲Ａ内に存在するとき、交点における放電電流Ｉｃを高率放電におけるピーク電流Ｉｐとして取得できると判断する（ステップＳ３でＹ）。
【００３３】
これに対して、ＣＰＵ２３ａは、図４に示すように、放電電流増加時の二次近似曲線Ｌｉと放電電流減少時の二次近似曲線Ｌｄとの交点が存在しないときや（式（３）の解がない場合）、図５に示すように、交点が存在してもその交点における放電電流Ｉｃが所定範囲Ａ外にあるとき、交点における放電電流Ｉｃを高率放電におけるピーク電流Ｉｐとして取得できないと判断する（ステップＳ３でＮ）。
【００３４】
上述したステップＳ３で交点における放電電流Ｉｃを高率放電におけるピーク電流Ｉｐとして取得できると判断した場合（ステップＳ３でＹ）、ＣＰＵ２３ａは、交点における放電電流Ｉｃをピーク電流Ｉｐとして取得して（ステップＳ４）、次のステップＳ５に進む。これに対して、上述したステップＳ３で交点における放電電流Ｉｃを高率放電におけるピーク電流として取得できないと判断した場合（ステップＳ３でＮ）、ＣＰＵ２３ａは、サンプリングした放電電流Ｉのうち最大の放電電流Ｉｍａｘをピーク電流Ｉｐとして取得して（ステップＳ６）、次のステップＳ５に進む。
【００３５】
次のステップＳ５において、ＣＰＵ２３ａはステップＳ１で算出した放電電流増加時の二次近似曲線Ｌｉ、放電電流減少時の二次近似曲線Ｌｄ及びステップＳ４又はＳ６で取得したピーク電流Ｉｐを用いてバッテリ１３の状態を検出して、処理を終了する。
【００３６】
上述した二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄ及びピーク電流Ｉｐからバッテリ１３の状態を検出する方法としては、例えば、特開２００４−４５３７５号公報に記載されたものが一例として挙げられる。ここでは、二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄ及びピーク電流Ｉｐを利用して、二次バッテリの純抵抗を検出する方法や、検出した純抵抗を利用して飽和分極を求める方法、バッテリの充電容量に相当する平衡状態時開回路電圧から、純抵抗にピーク電流Ｉｐが流れたときに生じる電圧降下量及び飽和分極を減じた値である放電可能容量を求める方法などが記載されているが、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３７】
以上のことから明らかなように、ＣＰＵ２３ａは請求項中の最大放電電流取得手段、判断手段、状態検出手段として働く。また、上述したバッテリ状態検出装置によれば、二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄの交点における放電電流Ｉｃをピーク電流Ｉｐとして取得できないと判断した場合、高率放電中にサンプリングした放電電流Ｉのうち、最大の放電電流Ｉｍａｘをピーク電流Ｉｐとして取得している。これにより、二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄを用いてピーク電流Ｉｐが取得できない場合であっても、ピーク電流Ｉｐを取得できないということがなくなり、高率放電時に確実にピーク電流Ｉｐを取得して、バッテリ状態を検出することができる。
【００３８】
また、上述したバッテリ状態検出装置によれば、二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄとが交わらないとき、または、二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄとの交点が所定範囲Ａ外にあるとき、交点における放電電流Ｉｃをピーク電流Ｉｐとして取得できないと判断している。これにより、ピーク電流Ｉｐを取得するために行われる、式（３）に示す二次近似曲線Ｌｉ、Ｌｄとの交点の算出を利用して、簡単に、かつ、正確に取得できないか否かの判断を行うことができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、式（１）及び（２）に示すように、二次近似していたが、近似は下記の式（４）及び（５）で示すように、一次近似であってもよい。
ｂ1Ｉ＋ｃ1＝Ｖ  …（４）
ｂ2Ｉ＋ｃ2＝Ｖ  …（５）
【００４０】
また、疑似負荷を設け、この疑似負荷をバッテリ１３に接続して、高率放電を発生させてバッテリ状態を検出するバッテリ状態検出装置に適用することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の最大放電電流取得装置を組み込んだバッテリ状態検出装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のバッテリ状態検出装置を構成するＣＰＵ２３ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】高率放電時にサンプリングした端子電圧−放電電流特性の一例を示すグラフである。
【図４】高率放電時にサンプリングした端子電圧−放電電流特性の一例を示すグラフである。
【図５】高率放電時にサンプリングした端子電圧−放電電流特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１５    電流センサ（サンプリング手段）
１７    電圧センサ（サンプリング手段）
２３ａ  ＣＰＵ（サンプリング手段、近似線算出手段、最大放電電流取得手段、判断手段、状態検出手段）
Ｉ      放電電流
Ｖ      端子電圧
Ｉｐ    ピーク電流（最大放電電流）
Ｌｉ    放電電流増加時の二次近似曲線（放電電流増加時近似線）
Ｌｄ    放電電流減少時の二次近似曲線（放電電流減少時近似線）
【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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