(57)【要約】【課題】大電流レンジの電流センサを用いることなく、車両用二次電池の内部抵抗を高精度に算出すること。【解決手段】大電流放電直前の電流値Ibe、電圧値Vbeを放電前座標点として記憶し（Ｓ303）、この大電流放電中、所定の電流範囲の期間だけ電流Ibと電圧Vbとの電圧・電流ペアを多数記憶し（Ｓ304）、記憶した多数の電圧・電流ペアから公知の手法で回帰曲線（回帰直線でもよい）を求める（Ｓ305）。回帰曲線に電流センサの検出可能電流レンジより大きい所定の放電電流値Ipを代入することにより電圧値Vpを算出し、求めた放電電流値Ip、電圧Vpを最大放電座標点とする（Ｓ306）。次に、求めた電流値Ibe、電圧値Vbe、放電電流値Ip、電圧Vpから内部抵抗値Rinを算出する（Ｓ307）。このようにすれば、従来より大幅に高精度に車両用二次電池の内部抵抗を検出することができることがわかった。【選択図】図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用二次電池の大電流放電時に前記車両用二次電池の電圧及び電流を計測し、前記計測した電圧及び電流から前記電流検出用の電流センサの検出可能電流範囲内にて回帰特性線を算出し、前記回帰特性線の傾斜率に基づいて前記車両用二次電池の内部抵抗を算出する車両用二次電池の内部抵抗算出方法において、
前記検出可能電流範囲よりも大放電電流側へ前記回帰特性線を延長した延長回帰特性線上に所定の最大放電座標点を設定し、
前記大電流放電直前の前記車両用二次電池の電圧及び電流の計測値により指定される放電前座標点を設定し、
前記両座標点を結ぶ直線の傾斜率に基づいて前記車両用二次電池の内部抵抗を算出することを特徴とする車両用二次電池の内部抵抗算出方法。
【請求項２】
請求項１記載の車両用二次電池の内部抵抗算出方法において、
前記回帰特性線は、車両のエンジン始動時に採取される電圧電流データに基づいて算出される車両用二次電池の内部抵抗算出方法。
【請求項３】
請求項２記載の車両用二次電池の内部抵抗算出方法において、
前記最大放電座標点は、前記エンジン始動時における前記車両用二次電池の想定最大放電電流値とその時の電池電圧とにより指定される座標点に略等しく設定される車両用二次電池の内部抵抗算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用二次電池の内部抵抗算出方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用二次電池の内部インピーダンスのうちその内部抵抗は、電池劣化の判定や蓄電状態の判定に使用可能な重要なパラメータとして知られている。たとえば内部抵抗は、ＳＯＣ演算を行うニューラルネットに入力パラメータとして入力すると、ＳＯＣを高精度に検出することができる。従来、この内部抵抗の算出は、二次電池の電流・電圧特性から回帰直線を求め、この回帰直線の傾きを蓄電装置の内部抵抗とする方法が下記の特許文献１、２などに提案されている。
【特許文献１】特許公開２００２−３４３４４４号公報
【特許文献２】特許公開２００５−１４６９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、車両用二次電池たとえば鉛蓄電池の電流・電圧特性は激しく変動し、それに応じて分極状態が大きく変動するため、車両用二次電池の電流・電圧特性から精度良く内部抵抗を求めることは簡単ではないことが知られていた。このため、車両用二次電池では、短時間に大電流変化が生じるエンジン始動時に計測した電流・電圧特性を用いて高精度に内部抵抗を求める方法（エンジン始動時内部抵抗計測方式）が知られている。このエンジン始動時内部抵抗計測方式では、内部抵抗演算精度向上のために大きな電流レンジで電圧・電流特性を計測する必要がある。
【０００４】
しかしながら、-1000〜-600Aといった非常に大電流の車両のエンジン始動電流をフルレンジで計測するには必要精度でこの大電流レンジを計測可能な電流センサが必要となる。しかし、このような大電流レンジの各部においてそれぞれ必要精度を保証する電流センサは極めて高価となり、しかもこのような大電流計測はエンジン始動時以外には必要がない。また、エンジン始動電流は、最小値から最大値まで1〜3msec程度で変化するため、車両において、前記始動電流を広いレンジにわたって正確かつ高速にサンプリングすることは容易ではない。このような必要性及び経済性の観点から、従来の二次電池の電流検出では、エンジンクランキング電流の計測を目的として-500〜＋100Aといったレベルの計測レンジをもつ電流センサ（ミドルレンジ電流センサ）が用いられている。このミドルレンジ電流センサによるエンジン始動時の検出電流波形を図11に示す。図11からわかるように、このミドルレンジ電流センサでは、エンジン始動時の大電流レンジの放電電流検出は不可能であった。
【０００５】
けれども、このミドルレンジ電流センサが検出したクランキング時の電流・電圧特性を用いる場合には、図12に示すように電池分極の影響が大きいため二次電池の内部抵抗を精度良く検出できないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、大電流レンジにわたって必要精度を満たす電流センサを用いることなく高精度にエンジン始動時に車両用二次電池の内部抵抗を算出可能な車両用二次電池の内部抵抗算出方法を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の車両用二次電池の内部抵抗算出方法は、車両用二次電池の大電流放電時に前記車両用二次電池の電圧及び電流を計測し、前記計測した電圧及び電流から前記電流検出用の電流センサの検出可能電流範囲内にて回帰特性線を算出し、前記回帰特性線の傾斜率に基づいて前記車両用二次電池の内部抵抗を算出する車両用二次電池の内部抵抗算出方法において、前記検出可能電流範囲よりも大放電電流側へ前記回帰特性線を延長した延長回帰特性線上に所定の最大放電座標点を設定し、前記大電流放電直前の前記車両用二次電池の電圧及び電流の計測値により指定される放電前座標点を設定し、前記両座標点を結ぶ直線の傾斜率に基づいて前記車両用二次電池の内部抵抗を算出することをその特徴としている。なお、上記で言う回帰特性線は、最小自乗法などにより求めた回帰曲線又は回帰直線とすることができる。
【０００８】
この発明によれば、広電流範囲において必要精度を保証する非常に高価な電流センサを用いることなく、従来より内部抵抗を実用上十分な精度で算出できることがわかった。
【０００９】
好適な態様において、前記回帰特性線は、車両のエンジン始動時に採取される電圧電流データに基づいて算出される。これにより、分極変化が小さい短時間内に車両用二次電池の電圧及び電流のデータを大きな電流レンジで採取することと同等に高精度の内部抵抗検出が可能となる。
【００１０】
好適な態様において、前記最大放電座標点は、前記エンジン始動時における前記車両用二次電池の想定最大放電電流値とその時の電池電圧とにより指定される座標点に略等しく設定される。エンジン始動時に車両用二次電池に生じる最大放電電流値は多少の変動はあるもののほぼ分かっているので、実機に即した高精度の内部抵抗算出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の車両用二次電池の内部抵抗算出方法を採用する二次電池の内部状態検出装置の好適な実施形態を以下に説明する。
【００１２】
（1）実施形態1
（回路構成）
この実施形態の二次電池（蓄電池とも言う）の内部状態検出装置を図１に示すブロック回路図を参照して説明する。
【００１３】
201は状態検出対象の蓄電池であり、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池、リチウム電池など種類は限定しない。202は車載エンジン（図示せず）にて駆動される発電機、203は車載の電気負荷、204は前記蓄電池の充放電電流値を検出する電流センサである。205は内部状態検出装置であり、電流センサ204の出力信号、蓄電池201の端子電圧を読み込んで記憶するバッファ部206と、バッファ部206で処理された信号を入力してＳＯＣなどの内部状態量を演算する演算処理部207とを有している。208はエンジン制御装置（ECU）であり、内部状態検出装置205からの出力信号や、エンジンの状態、車速、発電機の回転数などの車両情報210に応じて、発電指令、及び発電抑制指令を発電制御装置209に出力し、発電制御装置209を通じて発電機202の発電量を最適に制御する。
【００１４】
（内部状態検出装置205）
内部状態検出装置205は、蓄電池201の電圧値及び電流値のペアを多数読み込んで記憶しており、これら多数の電圧・電流ペアを用いて蓄電池201の内部抵抗を演算する。求めた内部抵抗の他、各電圧・電流ペアから求めた蓄電池201の他の特性値を用いて蓄電池201のＳＯＣが算出される。ＳＯＣ算出自体はこの発明の要旨ではないため、これ以上の説明を省略する。
【００１５】
（内部抵抗の算出）
次に、内部状態検出装置205による蓄電池201の内部抵抗算出方法を図2に示すフローチャートを参照して説明する。この実施形態では、図2に示すルーチンは一定短期間ごとに定期的な割り込み処理により実行される。まず蓄電池201の電流Ibと電圧Vbとを読み込み（Ｓ301）、大電流放電があったかどうかを調べ（Ｓ302）、なければメインルーチンにリターンし、あったら大電流放電直前の電流値Ibe、電圧値Vbeを放電前座標点として記憶する（Ｓ303）。次に、この大電流放電中、所定の電流範囲の期間(たとえば-500〜-100A)だけ、電流Ibと電圧Vbとの電圧・電流ペアを多数記憶し（Ｓ304）、記憶した多数の電圧・電流ペアから公知の手法で回帰曲線（回帰直線でもよい）を求める（Ｓ305）。回帰曲線を求める際、近似方法は限定しないが、この実施形態では、放電時の電流・電圧特性を精度良く近似できる指数関数近似法を用いた。この近似指数関数をステップＳ305に記載する。α、βは定数である。次に、回帰曲線として採用したこの近似指数関数に電流センサ204の電流レンジより大きい所定の放電電流値Ipを代入することにより電圧値Vpを算出し、求めた放電電流値Ip、電圧Vpを最大放電座標点として設定する（Ｓ306）。次に、求めた電流値Ibe、電圧値Vbe、放電電流値Ip、電圧Vpを数1に代入して内部抵抗値Rinを算出する（Ｓ307）。
【００１６】
【数１】
2008216018.tif 000003
【００１７】
上記内部抵抗値Ｒｉｎの算出手順を図3に示す。このようにして算出された内部抵抗値Ｒｉｎは、従来の電流センサ検出可能範囲の電流範囲の電圧・電流ペアから求めた回帰曲線と異なる傾斜率をもつ。これは、電流センサ検出可能範囲の電流範囲で計測した電圧・電流ペアから求めた回帰曲線は、分極やイオン移動遅れなどの影響により傾斜率が小さくなる傾向があるのに比べて、これらの影響の少ない傾斜率を得ることができるためと思われる。
【００１８】
（効果1）
下記の表1に示す5種類のバッテリで3回ずつ大電流放電を行い、内部抵抗Rinの推定をバッテリごとに3回ずつ実施した。
【００１９】
【表１】
2008216018.tif 000004
【００２０】
予め求めた各バッテリの内部抵抗値Ｒｉｎの真値と今回求めた内部抵抗値Ｒｉｎとの差の絶対値である推定誤差を図4に示す。誤差は最大で0.25mΩであった。比較のため、従来方法での推定誤差を図5に示す。なお、この従来方法では、クランキング時に計測した複数点のIb、Vb値において直線近似を行い、この直線近似式の傾きを内部抵抗Rdとして検出した。このため、内部抵抗値Rdは、クランキング中、分極等の影響を受けた。同様に算出した従来法における推定誤差すなわちRdとRin真値の差の絶対値は最大で1.6mΩであった。したがって、この実施形態の内部抵抗推定方法を用いることによって、推定誤差を大幅に低減できることがわかった。
【００２１】
（効果2）
この実施形態で検出した内部抵抗値Rinを用いて、次回のエンジン始動（すなわちエンジン再始動）の際の下限電圧推定について以下に説明する。エンジン始動時の下限電圧の推定は、頻繁にエンジン再始動を繰り返すアイドルストップ走行におけるアイドリング中のエンジン停止からのエンジン再始動などの状況において蓄電装置の再始動性能を確保するため重要である。ここでは、検出した内部抵抗値Rinから、次回エンジン始動時の下限電圧を推定した。ここで用いた下限電圧の推定手順を図6を参照して説明する。最も近い時刻に検出した内部抵抗値Rinと、エンジン始動前の電流Ibe・電圧Vbeに基づいて、下限電圧の推定値Vminは、下記の数2で算出できる。
【００２２】
【数２】
2008216018.tif 000005
【００２３】
ΔIbeはエンジン始動前の電流Ibeからの電流変動分で、始動時の放電電流を想定した値とする。このようにして推定した下限電圧の推定値と実際に測定した下限電圧の真値との差の絶対値である推定誤差を図7に示す。また、従来方法で求めた内部抵抗値Rdを用いて同様に推定した下限電圧の推定誤差も比較のために図7に示す。
【００２４】
図7から、この実施例の内部抵抗値Ｒｉｎを用いると、推定誤差が 0.62Vから0.06Vへ大幅に低減でき、高精度の下限電圧推定が可能となることがわかる。
【００２５】
（2）実施形態2
上記した実施例1では電流・電圧特性に対して曲線近似（指数関数近似）を行った。その代わりに演算を簡素化するために直線近似を行ってもよい。この場合の内部抵抗検出動作を図8に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２６】
まず蓄電装置の電流Ib・電圧Vbの計測を開始し（Ｓ801）、大電流放電があったことを検知したら（Ｓ802）、大電流放電直前の電流Ibe、電圧Vbeを記憶する（Ｓ803）。次に、放電中、所定の電流範囲の期間(-500〜-100A等)、電流Ib・電圧Vbペアを複数点、記憶し（Ｓ804）、記憶した電流Ib、電圧Vbから次の数3により回帰直線を求める（Ｓ805）。  
【００２７】
【数３】
2008216018.tif 000006
【００２８】
次に、この回帰直線を示す近似直線式から、電流センサのレンジより大きい放電電流値での電圧値を予測する（Ｓ806）。すなわち、放電電流Ipとしたときの予測電圧値をVp( Vp = α・Ip + β )と、大電流放電前の電流・電圧値Ibe、Vbeとを次の数4に代入して内部抵抗値Rinを算出する（Ｓ807）。
【００２９】
【数４】
2008216018.tif 000007
【００３０】
この直線近似形式の内部抵抗検出手順を図9に図示する。放電電流をIpとしたとき、回帰直線から推定した電圧Vpと大電流放電前のIbe、Vbeに対し、これら2点を結んだ直線式の傾きが内部抵抗として検出される。
【００３１】
（効果1）
上記した表1に示す5種類のバッテリで3回ずつ大電流放電を行い、内部抵抗Rinの推定をバッテリごとに3回ずつ実施した。予め求めた各バッテリの内部抵抗値Ｒｉｎの真値と今回求めた内部抵抗値Ｒｉｎとの差の絶対値である推定誤差を図10に示す。誤差は最大で0.47mΩであった。比較のため、従来方法での推定誤差も求めた。誤差は既述したように最大で1.6mΩであった。したがって、直線近似法を用いる場合においても、内部抵抗値Ｒｉｎを従来より格段に高精度に検出できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態1の内部状態検出装置を示すブロック回路図である。
【図２】実施形態1の内部抵抗算出方法を示すフローチャートである。
【図３】内部抵抗値Ｒｉｎの算出手順を示す説明図である。
【図４】実施形態1の内部抵抗算出法で求めた内部抵抗値の推定誤差を示す図である。
【図５】従来の内部抵抗算出法で求めた内部抵抗値の推定誤差を示す図である。
【図６】下限電圧の推定手順を説明する図である。
【図７】下限電圧の推定誤差を示す図である。
【図８】実施形態2の内部抵抗算出方法を示すフローチャートである。
【図９】内部抵抗値Ｒｉｎの算出手順を示す説明図である。
【図１０】実施形態2の内部抵抗算出法で求めた内部抵抗値の推定誤差を示す図である。
【図１１】エンジン始動時の電流センサの出力波形を示す波形図である。
【図１２】計測可能電流レンジが狭い場合における内部抵抗値算出誤差が大きいと言う問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
201      蓄電池
202      発電機
204      電流センサ
205      内部状態検出装置
206      バッファ部
207      演算処理部
209      発電制御装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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