(57)【要約】【課題】電池の放電電流、放電期間を抑制しながら、電池を診断できる電池の診断装置および診断方法を提供する。【解決手段】電池の診断装置は、電池の電流値および電圧値を取得する測定部と、測定部が取得する電流値および電圧値に基づいて、電池の内部抵抗値を算出し、内部抵抗値に基づいて電池の診断を行う診断部とを備え、診断部は、電池に、所定の目標電流値より小さい第１電流値、第２電流値での放電を、それぞれ所定の目標期間より短い第１期間、第２期間行わせ、第１期間内および第２期間内の内部抵抗値の変化に基づいて、電池に目標電流値での放電を目標期間行わせた時の内部抵抗値を推定し、電池の診断を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の診断装置であって、
前記電池の電流値および前記電圧値を取得する測定部と、
前記測定部が取得する前記電流値および前記電圧値に基づいて、前記電池の内部抵抗値を算出し、前記内部抵抗値に基づいて前記電池の診断を行う診断部とを備え、
前記診断部は、
前記電池に、所定の目標電流値より小さい第１電流値での放電を、所定の目標期間より短い第１期間行わせ、前記第１期間内の前記内部抵抗値の変化に基づいて、前記第１電流値での放電を前記目標期間継続した時の前記内部抵抗値である第１内部抵抗値を推定し、
前記電池に、前記目標電流値より小さく前記第１電流値より大きい第２電流値での放電を、前記目標期間より短い第２期間行わせ、前記第２期間内の前記内部抵抗値の変化に基づいて、前記第２電流値での放電を前記目標期間継続した時の前記内部抵抗値である第２内部抵抗値を推定し、
前記第１内部抵抗値と前記第２内部抵抗値とに基づいて、前記電池に前記目標電流値での放電を前記目標期間行わせた時の前記内部抵抗値である第３内部抵抗値を推定し、
前記第３内部抵抗値に基づいて、前記電池の診断を行う、電池の診断装置。
【請求項２】
前記診断部は、前記電池に、前記第１電流値での放電を行わせた後に、前記第２電流値での放電を行わせる、請求項１に記載の電池の診断装置。
【請求項３】
電池の診断装置のコンピューターが実行する電池の診断方法であって、
前記電池に、所定の目標電流値より小さい第１電流値での放電を、所定の目標期間より短い第１期間行わせ、前記電池の電流値および電圧値に基づいて算出される前記第１期間内の前記内部抵抗値の変化に基づいて、前記第１電流値での放電を前記目標期間継続した時の前記内部抵抗値である第１内部抵抗値を推定するステップと、
前記電池に、前記目標電流値より小さく前記第１電流値より大きい第２電流値での放電を、前記目標期間より短い第２期間行わせ、前記電池の電流値および電圧値に基づいて算出される前記第２期間内の前記内部抵抗値の変化に基づいて、前記第２電流値での放電を前記目標期間継続した時の前記内部抵抗値である第２内部抵抗値を推定するステップと、
前記第１内部抵抗値と前記第２内部抵抗値とに基づいて、前記電池に前記目標電流値での放電を前記目標期間行わせた時の前記内部抵抗値である第３内部抵抗値を推定するステップと、
前記第３内部抵抗値に基づいて、前記電池の診断を行うステップとを含む、電池の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される電池の診断装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等においては、メイン電池のような主電源とは別にサブ電池を備える構成が採用されている。サブ電池は、例えば自動運転機能の実行時においてメイン電池が万一失陥した場合であっても、車両の各機能部に電力供給を行って所定の退避動作を可能にする。このようにサブ電池は重要であるため、サブ電池が所定の電力供給能力を有することを、通常の走行時に診断して確認できることが好ましい。
【０００３】
電池の診断には、一般に電池の内部抵抗が用いられる。特許文献１は、車両の走行中に電流値と電圧値とに基づいて一定時間間隔で内部抵抗値とその演算精度を算出し、演算精度が所定範囲内の場合、内部抵抗値に基づいて劣化判定を行うことで判定精度を向上させることを開示している。特許文献２は、充電時の電圧、電流と、放電時の電圧、電流とを、充電と放電との切り替わり時点から同一時間経過後に取得して、内部抵抗を算出することで算出精度を向上させることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６５９４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サブ電池の診断のためには、所定の目標期間、目標電流を放電させたのちの内部抵抗を用いることが好ましい。しかし、メイン電池が失陥していない通常の走行時には、サブ電池はこのような放電を行う機会がないため、測定が困難である。また、診断のために放電させると、その直後にメイン電源が失陥した場合、サブ電池の出力可能な電力が不足するおそれがあるため、やはり測定は困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、電池の放電電流、放電期間を抑制しながら、電池を診断できる電池の診断装置および診断方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、電池の診断装置であって、電池の電流値および電圧値を取得する測定部と、測定部が取得する電流値および電圧値に基づいて、電池の内部抵抗値を算出し、内部抵抗値に基づいて電池の診断を行う診断部とを備え、診断部は、電池に、所定の目標電流値より小さい第１電流値での放電を、所定の目標期間より短い第１期間行わせ、第１期間内の内部抵抗値の変化に基づいて、第１電流値での放電を目標期間継続した時の内部抵抗値である第１内部抵抗値を推定し、電池に、目標電流値より小さく第１電流値より大きい第２電流値での放電を、目標期間より短い第２期間行わせ、第２期間内の内部抵抗値の変化に基づいて、第２電流値での放電を目標期間継続した時の内部抵抗値である第２内部抵抗値を推定し、第１内部抵抗値と第２内部抵抗値とに基づいて、電池に目標電流値での放電を目標期間行わせた時の内部抵抗値である第３内部抵抗値を推定し、第３内部抵抗値に基づいて、電池の診断を行う、電池の診断装置である。
【０００８】
これにより、目標電流値、目標期間での放電を行った時の電池の内部抵抗値を、目標電流値より小さい電流値、目標期間より短い期間での放電によって推定し、電池の診断を行うことができる。
【０００９】
また、診断部は、電池に、第１電流値での放電を行わせた後に、第２電流値での放電を行わせてもよい。
【００１０】
これにより、小さい電流値の放電の後に大きい電流値の放電を行うので、算出される内部抵抗値への影響を小さくすることができる。
【００１１】
本発明の他の局面は、電池の診断装置のコンピューターが実行する電池の診断方法であって、電池に、所定の目標電流値より小さい第１電流値での放電を、所定の目標期間より短い第１期間行わせ、電池の電流値および電圧値に基づいて算出される第１期間内の内部抵抗値の変化に基づいて、第１電流値での放電を目標期間継続した時の内部抵抗値である第１内部抵抗値を推定するステップと、電池に、目標電流値より小さく第１電流値より大きい第２電流値での放電を、目標期間より短い第２期間行わせ、電池の電流値および電圧値に基づいて算出される第２期間内の内部抵抗値の変化に基づいて、第２電流値での放電を目標期間継続した時の内部抵抗値である第２内部抵抗値を推定するステップと、第１内部抵抗値と第２内部抵抗値とに基づいて、電池に目標電流値での放電を目標期間行わせた時の内部抵抗値である第３内部抵抗値を推定するステップと、第３内部抵抗値に基づいて、電池の診断を行うステップとを含む、電池の診断方法である。
【００１２】
これにより、目標電流値、目標期間での放電を行った時の電池の内部抵抗値を、目標電流値より小さい電流値、目標期間より短い期間での放電によって推定し、電池の診断を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、目標電流値、目標期間での放電を行った時の電池の内部抵抗値を、目標電流値より小さい２つの電流値、目標期間より短い期間での放電を行った時の、内部抵抗の測定値の変化に基づいて、好適に推定することができるため、電池の放電電流、放電期間を抑制しながら、電池を診断できる電池の診断装置および診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両に搭載される電源システムを示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る診断処理を示すフローチャート
【図３】本発明の一実施形態に係る診断に用いるの電流パターンの例を示すグラフ
【図４】本発明の一実施形態に係る診断時の測定サンプルおよび内部抵抗の例を示すグラフ
【図５】本発明の一実施形態に係る内部抵抗の外挿処理の例を示すグラフ
【図６】本発明の一実施形態に係る内部抵抗の時間特性の例を示すグラフ
【図７】本発明の一実施形態に係る内部抵抗の外挿処理の例を示すグラフ
【図８】本発明の一実施形態に係る内部抵抗の電流特性の例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（概要）
本発明に係る電池の診断装置は、目標電流値より小さい電流値、目標期間より短い期間での電池の放電を行った時の内部抵抗の測定値から、目標電流値、目標期間での放電を行った時の電池の内部抵抗値を推定し、これに基づいて電池を診断する。
【００１６】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
＜構成＞
図１に、本実施形態における電池の診断装置を含む電源システム１の機能ブロック図を示す。電源システム１は一例として車両に搭載される。電源システム１は、電池（サブ電池）１００、主電源２００、ＤＣＤＣコンバーター３００、負荷４００、電源ＥＣＵ１０を含む。主電源２００と電池１００とはＤＣＤＣコンバーター３００を介して負荷４００に接続される。電源ＥＣＵ１０は、ＤＣＤＣコンバーター３００を制御して、主電源２００または電池１００から負荷４００へ電力供給を行わせる電源制御部１１と、電池１００の診断を行う診断装置１２とを含む。電源制御部１１は、主電源２００が正常に動作している場合は、主電源２００からの電力を負荷４００に供給するが、主電源２００が失陥したことを検出すると電池１００からの電力を負荷４００に供給する。診断装置１２は、電池１００の電流および電圧を測定する測定部１４と、電池１００の放電電流を診断用に制御し、測定部１４から電流値、電圧値を取得して電池１００の内部抵抗値を算出し、これに基づいて電池１００の診断を行う診断部１３とを含む。なお、診断装置１２は、電源ＥＣＵ１０内に設けられ電源制御部１１と一部の実装を共用してもよいし、あるいは、電源ＥＣＵ１０とは別個に設けられてもよい。
【００１８】
＜処理＞
本実施形態に係る電池の診断処理の一例を以下に説明する。図２は、診断装置１２の診断部１３が実行する診断処理を示すフローチャートである。本処理は、車両の走行中に例えば定期的に開始、実行される。本処理においては、電池１００は、目標電流値（例えば５５Ａ）の電流を目標期間（例えば１５ｓ）出力した時点で、負荷４００の動作可能な下限電圧である電圧Ｖｌｏｗにおいて所定の電力値Ｗｔａｒｇｅｔが得られることが要求されているものとする。
【００１９】
（ステップＳ１０１）：診断部１３は、電池１００が安定しているか否か判定する。例えば診断部１３は、測定部１４から電池１００の電流値を取得し、一定時間以上電流値が所定範囲内にある場合に、電池１００が安定していると判定することができる。電池１００が安定していると判定した場合はステップＳ１０２に進み、そうでない場合は処理を終了する。
【００２０】
（ステップＳ１０２）：診断部１３は、電池１００の放電電流が所定の変化パターンで変化するよう放電制御を開始する。図３に電池１００の放電電流の変化パターンの例を示す。図３には、電流の変化に伴う電池１００の電圧の変化パターンの例を重ねて示す。初期状態において電流値は０Ａである。図３において、初期状態における電圧レベルと電流レベルとを一致させて示す。本変化パターンにおいては、一例として、電流０Ａの初期状態のあと、第１電流値（小電流：１０Ａ）で第１期間（５ｓ）のあいだ放電させ、その後、第１電流値より大きい第２電流値（大電流：２０Ａ）で第２期間（５ｓ）のあいだ放電させる。その後、放電を停止させる。第１電流値、第２電流値は、上述の目標電流値より小さく、第１期間、第２期間は、上述の目標期間より短い。電流値は急激に変化させることができないので、徐変させる。なお、実際の電流値は、第１期間中あるいは第２期間中であっても揺らぎが発生しうる。診断部１３は、電池１００の放電電流をこの変化パターンで変化させているあいだに、以下のステップＳ１０３〜Ｓ１０６のように、測定部１４が測定する電池１００の電流値および電圧値を取得する。
【００２１】
（ステップＳ１０３）：診断部１３は、電流値が略０Ａである期間Ｔ０において測定部１４が測定した電流値および電圧値の組である測定サンプルを取得する。測定サンプルは複数取得することが好ましく、本ステップで取得した測定サンプルの集合をＳ０とする。期間Ｔ０は例えば０．５ｓである。以降の各期間の長さも、例えば０．５ｓであり、期間内に複数の測定サンプルを取得することが好ましい。
【００２２】
（ステップＳ１０４）：診断部１３は、電流値が略１０Ａに達してから、一例として短時間（３ｓ）経過時から始まる０．５ｓの期間Ｔ１において測定部１４が測定した電流値および電圧値の組である測定サンプル集合Ｓ１を取得する。
【００２３】
（ステップＳ１０５）：診断部１３は、電流値が略１０Ａに達してから、一例として長時間（５ｓ）経過時から始まる０．５ｓの期間Ｔ２において測定部１４が測定した電流値および電圧値の組である測定サンプル集合Ｓ２を取得する。
【００２４】
（ステップＳ１０６）：診断部１３は、電流値が略２０Ａに達してから、一例として短時間（３ｓ）経過時から始まる０．５ｓの期間Ｔ３において測定部１４が測定した電流値および電圧値の組である測定サンプル集合Ｓ３を取得する。
【００２５】
（ステップＳ１０７）：診断部１３は、電流値が略２０Ａに達してから、一例として長時間（５ｓ）経過時から始まる０．５ｓの期間Ｔ４において測定部１４が測定した電流値および電圧値の組である測定サンプル集合Ｓ４を取得する。図４に、横軸に電流、縦軸に電圧をとり、各測定サンプル集合Ｓ０〜Ｓ４をマップしたグラフを示す。図４では、各集合が１つのドットで示されているが、実際には各集合に属する複数の測定サンプルが一定の広がりで分布する。
【００２６】
（ステップＳ１０８）：診断部１３は、電流および電圧の２変数である、測定サンプルの和集合Ｓ０∪Ｓ１に含まれる測定サンプルの相関係数を算出する。同様にＳ０∪Ｓ２、Ｓ０∪Ｓ３、Ｓ０∪Ｓ４についてもそれぞれ相関係数を算出する。相関係数は−１以上１以下の範囲の値をとりうるが、これらの４つの和集合のいずれにおいても、測定サンプルに電池１００の内部抵抗による電圧降下の影響が精度よく反映され、他の要因による影響が少ないほど、相関係数の値は−１により近い負の相関係数を有する。
【００２７】
（ステップＳ１０９）：診断部１３は、ステップＳ１０８で算出したすべての相関係数が負の所定値（例えば−０．８５）以下であり、内部抵抗の影響が一定以上の精度で反映されている場合、ステップＳ１１０に進み、そうでない場合は処理を終了する。
【００２８】
（ステップＳ１１０）：診断部１３は、図４に示すように、測定サンプル集合Ｓ０およびＳ１に含まれる測定サンプルを直線近似し、その切片を、無電流時の電圧ＯＣＶとして算出し、その傾きの大きさを第１電流値（小電流１０Ａ）、短時間（３ｓ）経過時における内部抵抗Ｒ１１として算出する。また、診断部１３は、測定サンプル集合Ｓ０およびＳ２に含まれる測定サンプルを直線近似し、その傾きの大きさを第１電流値（小電流１０Ａ）、長時間（５ｓ）経過時における内部抵抗Ｒ１２として算出する。また、診断部１３は、測定サンプル集合Ｓ０およびＳ３に含まれる測定サンプルを直線近似し、その傾きの大きさを第２電流値（大電流２０Ａ）、短時間（３ｓ）経過時における内部抵抗Ｒ２１として算出する。また、診断部１３は、測定サンプル集合Ｓ０およびＳ４に含まれる測定サンプルを直線近似し、その傾きの大きさを第２電流値（大電流２０Ａ）、長時間（５ｓ）経過時における内部抵抗Ｒ２２として算出する。
【００２９】
（ステップＳ１１１）：診断部１３は、算出した内部抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を時間に沿って直線外挿し、目標期間（１５ｓ）に相当する値を、第１電流値（小電流１０Ａ）、目標期間（１５ｓ）経過時の内部抵抗Ｒ１（第１内部抵抗値）とする。また、診断部１３は、算出した内部抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を時間に沿って直線外挿し、目標期間（１５ｓ）に相当する値を、第２電流値（大電流２０Ａ）、目標期間（１５ｓ）経過時の内部抵抗Ｒ２（第２内部抵抗値）とする。図５に、横軸に時間、縦軸に内部抵抗をとり、内部抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ１、Ｒ２をマップしたグラフを示す。
【００３０】
ここで、電池の内部抵抗の一般的な特性を説明する。図６は、横軸に放電時間、縦軸に内部抵抗をとり、電池１００に、０℃、４０Ａの放電を行わせた場合の、所定の直線近似モデルで推定した内部抵抗値と、実測した内部抵抗値とを示すグラフである。図６に示すように、一般に電池の内部抵抗は、放電電流が一定である場合、時間についての直線近似モデルによっておおむね良好な近似が得られるが、放電時間が長くなるほど電池の分極の進行速度が遅くなるため、実際には直線近似モデルの推定値よりやや小さくなる傾向がある。
【００３１】
そのため、本ステップで時間に沿った直線外挿によって算出した内部抵抗Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ一定電流１０Ａ、２０Ａを目標期間１５ｓ放電させた時の内部抵抗の推定値として、実際よりやや大きいがおおむね良好な推定値であると判断できる。
【００３２】
（ステップＳ１１２）：診断部１３は、算出した内部抵抗Ｒ１、Ｒ２を電流に沿って直線外挿し、目標電流値（５５Ａ）に相当する値を、目標電流（５５Ａ）、目標期間（１５ｓ）経過時の内部抵抗Ｒ（第３内部抵抗値）とする。図７に、横軸に電流、縦軸に内部抵抗をとり、内部抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒをマップしたグラフを示す。
【００３３】
ここで、ふたたび電池の内部抵抗の一般的な特性を説明する。図８は、横軸に放電電流、縦軸に内部抵抗をとり、電池１００に、−１５℃、−１０℃、２０℃で、電流１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ、５５Ａで所定時間放電させた場合の、実測した内部抵抗値を示すグラフである。図８に示すように、一般に電池の内部抵抗は、温度が一定である場合、電流についての直線近似モデルによって良好な近似が得られる。
【００３４】
そのため、本ステップで、電流に沿った直線外挿によって、目標電流値（５５Ａ）を目標期間（１５ｓ）放電させた時の内部抵抗値を推定することは妥当である。ただしステップＳ１１１で内部抵抗Ｒ１、Ｒ２を実際よりやや大きく推定したので、内部抵抗Ｒも実際よりやや大きく推定することになる。
【００３５】
（ステップＳ１１３）：診断部１３は、電池１００が、目標電流値の電流を目標期間出力した時点での、負荷４００の動作可能な下限電圧である電圧Ｖｌｏｗにおける電力値Ｗを、第３内部抵抗値Ｒ、ＯＣＶを用いて、以下の（式１）により計算する。
Ｗ＝（ＯＣＶ−Ｖｌｏｗ）／Ｒ×Ｖｌｏｗ      （式１）
【００３６】
診断部１３は、Ｗの値が上述の所定の電力値Ｗｔａｒｇｅｔ以上であれば、電池１００は、診断結果として、要求される電力を保持することが可能であると判定し、そうでなければ電力保持不可能と判定する。なお、診断部１３は内部抵抗Ｒに基づいて、他の方法により電池１００の診断を行ってもよい。一般に内部抵抗Ｒが大きいほど電池は劣化していると判断することができる。内部抵抗Ｒは上述のように実際よりやや大きく推定することになるため、診断結果は劣化の程度を実際より大きく評価することとなるが、電源システム１を厳しく評価し車両の安全性をより強く保証する観点では好適である。
【００３７】
診断部１３は、診断結果を車両に搭載された他のＥＣＵ等に通知してもよい。これにより車両は、診断結果に応じてユーザーへの通知等、所定の処理を実行することができる。
【００３８】
以上により本処理は終了する。なお、図３に示す放電電流の変化パターンにおいては、第１電流値（１０Ａ）の放電後に、連続的に第１電流値より大きい第２電流値（２０Ａ）の放電を実行するが、このように、小さい電流値の放電の後に大きい電流値の放電を行う順序であれば、算出される内部抵抗値への影響を小さくすることができる。また、第１電流値の放電と、第２電流値の放電とを、所定以上の間隔を設けて行う場合は、いずれを先に行ってもよい。また、上述の各電流値や各期間を特定する数値は一例であって、これらが異なる数値の場合であっても本発明は適用可能である。
【００３９】
＜効果＞
以上のように、本発明によれば、目標電流値、目標期間での放電を行った時の電池の内部抵抗値を、目標電流値より小さい２つの電流値、目標期間より短い期間での放電を行った時の、内部抵抗の測定値の変化に基づいて、好適に推定し、電池が所定の電力を供給できるか否か等の診断を行うことができる。そのため、診断対象が放電をさせにくいサブ電池である場合でも、放電電流、放電期間を抑制しながら、診断を行うことができる。
【００４０】
なお、本発明は、電池の診断装置として捉えるだけでなく、診断装置が備えるコンピューターが上述の各ステップの処理を実行する電池の診断方法やその処理を記載した電池の診断プログラム、あるいは、電源システム、車両として捉えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、車両等における電池の診断に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１    電源システム
１０    電源ＥＣＵ
１１    電源制御部
１２    診断装置
１３    診断部
１４    測定部
１００    電池
２００    主電源
３００    ＤＣＤＣコンバーター
４００    負荷
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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