(57)【要約】【課題】精度良くバッテリの充電状態を検知可能な電池状態検知システムを提供する。【解決手段】自動車に搭載された電池状態検知システムは、鉛電池に流れる電流を計測する電流センサ及び鉛電池の充電状態を演算するマイコンを備えており、現在から３０分前までの充放電履歴を用いて演算された初期充電状態ＳＯＣ０からＳＯＣ−ｃ２マップを作成し（Ｓ１１４）、ＳＯＣ−ｃ２マップを用いて充電状態ＳＯＣに対応する充電効率ｃ２’を演算（Ｓ１１６）した後、充電効率ｃ２’を用いて充電状態ＳＯＣを演算する（Ｓ１０４）。現在に近い充放電履歴を充電効率ｃ２’に反映させる。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充放電電気量を計測する電気量計測手段を有する電池状態検知システムであって、前記電気量計測手段は、現在から所定時間過去までの充放電履歴より決定される充電効率を用いたことを特徴とする電池状態検知システム。
【請求項２】
前記充電効率は、前記所定時間を複数に分割した各時間のうち現在に近い時間ほど重みづけを表す係数が大きいことを特徴とする請求項１に記載の電池状態検知システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電池状態検知システムを備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池状態検知システム及び自動車に係り、特に、バッテリの充放電電気量を計測する電気量計測手段を有する電池状態検知システム及び該電池状態検知システムを備えた自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジン自動車による排気ガスの削減に対応するために、アイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）が行われており、エンジン自動車をアイドルストップ可能な状態に保つ技術が望まれている。エンジン自動車は、ＩＳＳ時にエンジン始動用の電力を供給するバッテリ（蓄電池）を備えている。鉛電池は、この種の用途に対応できる代表的な電池である。アイドルストップ時、電気負荷は、バッテリによってまかなわれる。バッテリは、ＩＳＳ可能な状態を保つために、電池状態検知システムにより、常に充電状態（ＳＯＣ）が推定（検知）されている。バッテリの充電状態の推定方法には、例えば、特開平第９−９８５０４号公報に開示されているように、バッテリの充放電電気量を計測することにより求める方法等がある。図７に示すように、バッテリの充電効率は、一般的に、充電状態により変化するが、充電状態が分かれば一義的に定められる、と考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、充電効率を的確に捉えていないため、バッテリの充電状態を精度よく推定することができずＩＳＳ可否判定で誤判定をする可能性がある。すなわち、実際にはバッテリの充電効率は充電状態により一義的には決まらず、図５に示すように、例えば、鉛電池の場合に、同じ充電状態（ＳＯＣ）９０％でも、完全放電状態（ＳＯＣ＝０％）から充電したときと、完全充電状態（ＳＯＣ＝１００％）から放電したときとを比較すると、前者の充電効率が後者の充電効率の２倍以上となる。
【０００４】
本発明は上記事案に鑑み、精度良くバッテリの充電状態を検知可能な電池状態検知システム及び該電池状態検知システムを備えた自動車を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、バッテリの充放電電気量を計測する電気量計測手段を有する電池状態検知システムであって、前記電気量計測手段は、現在から所定時間過去までの充放電履歴より決定される充電効率を用いる。
【０００６】
第１の態様では、電池状態の検出に、現在から所定時間過去までの充放電履歴より決定される充電効率が用いられる。本態様によれば、現在から所定時間過去までの充放電履歴が充電効率に反映され、現在に近い過去の充電効率により電池状態を推定するので、現在のバッテリの充電状態を精度よく検知することができる。本態様において、充電効率は、所定時間を複数に分割した各時間のうち現在に近い時間ほど重みづけを表す係数が大きいことが好ましい。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１態様の電池状態検知システムを備えた自動車である。本態様の自動車は、第１態様の電池状態検知システムによりバッテリの充電状態を精度よく検知ことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を自動車に搭載される鉛電池の電池状態を検知する電池状態検知システムに適用した実施の形態について説明する。
【０００９】
＜構成＞
図１に示すように、自動車２０は、自動車２０の駆動源となるエンジン、エンジンを始動するセルモータ、エンジンの駆動力で発電し鉛電池を充電する発電機及び鉛電池に流れる電流から充電状態（ＳＯＣ、Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を演算する電池状態検知システムを備えている。
【００１０】
鉛電池は容器となる角形の電槽を有しており、電槽の材質には成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂が用いられている。
【００１１】
また、鉛電池の電槽は、例えば、外周壁の内部を縦横に仕切る隔壁によって２行９列の合計１８個のセル室に画定され、一体成形されたモノブロック電槽として構成されている。電槽内の各セル室には極板群（セル）がそれぞれ１組ずつ収容されており、電槽全体には合計１８組の極板群が収容されている。各極板群は、未化成負極板６枚及び未化成正極板５枚がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、化成（初充電）後の公称電圧（セル電圧）は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池１の群電圧は３６Ｖである。
【００１２】
電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ等の高分子樹脂製の上蓋に接着（又は溶着）されている。上蓋には、各セル室の中央に対応する位置に各セル室の内圧を所定値以下に制御するための制御弁が配設されていると共に、対角隅部に鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が立設されている。
【００１３】
図２に示すように、電池状態検知システム１２は、上述した鉛電池１に流れる電流を計測するホール素子等の電流センサ４を有している。鉛電池１の正極外部出力端子は、電流センサ４を介してイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）５の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ５は中央端子とは別にＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。一方、鉛電池１の負極外部出力端子は、グランドに接続されている。電流センサ４は、ホール素子に流れる電流に応じて変化するホール電圧により電流を検出することが可能である。
【００１４】
電流センサ４の出力端子は、後述するマイコン１０内のＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン１０のＣＰＵは、鉛電池１の電流をデジタル値として取り込むことが可能である。
【００１５】
ＩＧＮスイッチ５のＯＮ／ＡＣＣ端子は、ランプ、ワイパー、ラジオ等の補機６の一端に接続されていると共に、一方向への電流の流れを許容する整流素子Ｄを介してエンジン８の回転駆動力で発電する発電機（オルタネータ）７の一端に接続されている。なお、整流素子Ｄは、アノード側が発電機７の一端に、カソード側がＯＮ／ＡＣＣ端子側に接続されている。また、ＩＧＮスイッチ５のＳＴＡＲＴ端子は、エンジン始動用セルモータ９の一端に接続されている。
【００１６】
セルモータ９の回転軸とエンジン８の回転軸との間にはセルモータ９の回転力をエンジン８に伝達する図示を省略したギヤプーリや無端ベルトが介在しており、エンジン８の回転軸と発電機７の回転軸との間にはエンジン８の回転駆動力を発電機７に伝達する電動クラッチが介在している。このため、エンジン８が駆動しているときは、エンジン８及び発電機７間の電動クラッチを接続状態としてエンジン８の回転駆動力を発電機７に伝達する。なお、ＩＧＮスイッチ５がＯＮ／ＡＣＣ位置にあり、発電機７が作動しているときは、鉛電池１はマイコン１０で算出された鉛電池１の充電状態（ＳＯＣ）に応じて充電される。
【００１７】
マイコン１０は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態検知システム１２の基本制御プログラム及び種々の設定値等が格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ等を含んで構成されている。また、発電機７、セルモータ９及び補機６の他端、鉛電池１の負極外部出力端子及びマイコン１０は、それぞれグランドに接続されている。なお、マイコン１０は、インターフェースを介して上位の車両制御システム１１と通信可能である。
【００１８】
＜動作＞
次に、フローチャートを参照して、マイコン１０のＣＰＵを主体として電池状態検知システム１２の動作について説明する。なお、マイコン１０に電源が投入されると、初期設定状態においてＲＯＭに格納された種々の設定値がＲＡＭに移行され、以下の電池状態検知ルーチンが実行される。
【００１９】
図３に示すように、電池状態検知ルーチンでは、まず、ステップ１０２において電流センサ４に流れる電流値を取り込んで、鉛電池１に対して入出力する充放電電気量（Ａｈ）の積算（電流積算）を開始する。
【００２０】
次のステップ１０４では、ＲＡＭに展開されている下式（１）を用いて鉛電池１の充電状態ＳＯＣを演算する。なお、満充電時容量Ｑｆ及び電流係数ｃ１（ｃ１＝０．９〜１．０）は、鉛電池１に固有の所定値で予めＲＡＭに展開されており、充電効率ｃ２は、後述するステップ１１４で演算されたものである。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
次にステップ１０６において、充電状態ＳＯＣがセルモータ９の仕様などから決定されるエンジン始動を許容する最小充電状態ＳＯＣｍｉｎより大きいか否かを判断することで、エンジン再始動が可能か否か、すなわち、アイドルストップ（ＩＳ）可能か否かを判定する。肯定判断のときは、次のステップ１０８で車両制御システム１１にアイドルストップが可能な旨を報知し、否定判断のときは、ステップ１１０で車両制御システム１１にアイドルストップが不能な旨を報知してステップ１１２へ進む。車両制御システム１１のＣＰＵは、アイドルストップが可能な旨の報知を受けている間に車速が０となったときは、エンジン制御部を介してエンジン８の駆動を停止させ、アイドルストップ状態となった旨をマイコン１０に報知する。一方、車両制御システム１１のＣＰＵは、マイコン１０からアイドルストップが不能な旨の報知を受けたときは、エンジン８をアイドルストップ後に再始動することができないので、車速が０となってもエンジン８の駆動を続行させる。
【００２３】
ステップ１１２では、ＲＡＭに展開されている下式（２）を用いて、鉛電池１の初期充電状態ＳＯＣ０を演算する。
【００２４】
【数２】
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【００２５】
図４に示すように、現在（時刻ｔ０）から所定時間、例えば３０分過去までの時間を３つに等分割したときに、現在を基準にして、１０分前から現在、２０分前から１０分前、３０分前から２０分前の間に電流センサ４により計測された電流と、時間との積から各時間の充放電電気量の総和ｑ１、ｑ２及びｑ３（Ａｈ）が演算される。例えば、充放電電気量の総和ｑ３は、斜線部の面積に等しい充電電気量ｅ１、ｅ３、放電電気量ｅ２、ｅ４を用いてｑ３＝ｅ１−ｅ２＋ｅ３−ｅ４として演算される（ｑ１及びｑ２も同様に演算される）。また、３つに等分割された各時間のうち現在に近い時間ほど重みづけを表す重み係数ａｉ（ｉ＝１〜３）が大きく設定されている（ａ１≧ａ２≧ａ３：例えば、ａ１＝１、ａ２＝０．５、ａ３＝０．２）。従って、充放電電気量の総和ｑ３よりｑ２、ｑ２よりｑ１が、初期充電状態ＳＯＣ０に大きく反映される。
【００２６】
次にステップ１１４では、ＲＡＭに展開されている鉛電池１の充電状態ＳＯＣ及び充電効率ｃ２のマップ（図５参照）から、鉛電池１の初期充電状態がステップ１１２で演算した初期充電状態ＳＯＣ０のときの充電状態ＳＯＣの及び充電効率ｃ２の関係（ＳＯＣ−ｃ２マップ）を取得（演算）する。例えば、初期充電状態ＳＯＣ０が７０％のときには、ＳＯＣ０＝０％及び４０％のＳＯＣ−ｃ２マップを用いて、比例計算により３個（例えば、ＳＯＣ０＝７０、８０、９０％）のマップデータ（ＳＯＣｉ、ｃ２ｉ）（ｉ＝１〜３）が得られ、ＲＡＭに記憶される。従って、図５に示した粗いＳＯＣ−ｃ２マップから初期充電状態がステップ１１２で演算した初期充電状態ＳＯＣ０のときのＳＯＣ−ｃ２マップが得られる。
【００２７】
次いでステップ１１６では、ステップ１１４で得たＳＯＣ−ｃ２マップを用いて、ステップ１０４で演算した（現在の）充電状態ＳＯＣに対応する現在の充電効率ｃ２’が演算される。
【００２８】
次のステップ１１８では、ステップ１０４で用いた上式（１）中の充電効率ｃ２をステップ１１６で演算した充電効率ｃ２’に修正すると共にＲＡＭに記憶して、ステップ１０４に戻る。上述したステップ１０４では、ＲＡＭに記憶した充電効率ｃ２’を読み出して式（１）中の充電効率ｃ２に代えて充電効率ｃ２’を用いることで充電状態ＳＯＣが演算される。
【００２９】
＜作用・効果等＞
本実施形態の電池状態検知システム１２では、充放電履歴を用いて演算された初期充電状態ＳＯＣ０からＳＯＣ−ｃ２マップを作成し（ステップ１１４）、ＳＯＣ−ｃ２マップを用いて充電状態ＳＯＣに対応する充電効率ｃ２’を演算するので（ステップ１１６）、充放電履歴が充電効率ｃ２’に反映されると共に、充電効率ｃ２’により充電状態ＳＯＣを演算するので（ステップ１０４）、現在の鉛電池１の充電状態ＳＯＣを精度よく演算（検知）することができる。従って、本実施形態の電池状態検知システム１２によれば、鉛電池１の電池状態が精度よく演算（検知）されるので、ＩＳＳ時にエンジン８を停止してもエンジン８の再始動が確保でき、また、エンジン８の停止前にＩＳ可能かを予め把握することができる。このため、車両制御システム１１は、電池状態検知システム１２から報知を受けてエンジン８の停止・再始動（ＩＳＳ）の制御が確保可能であり、車両停止中の排ガス削減に寄与することができる。
【００３０】
また、本実施形態の電池状態検知システム１２では、現在から３０分前までの時間を３等分割した各時間のうち現在に近い時間ほど重み係数ａｉを大きくして（ａ１≧ａ２≧ａ３）充電効率ｃ２’を演算したので（ステップ１１２〜ステップ１１６）、現在に近い時間の履歴ほど大きく反映された（現在の）充電効率ｃ２’を用いて充電状態ＳＯＣを精度よく検知することができる（ステップ１０４）。
【００３１】
なお、本実施形態では、現在から所定時間（３０分）過去までの充放電履歴が鉛電池１の充電効率ｃ２に反映される例を示したが、所定時間は３０分に限定されず、例えば、現在から２０分前までの充放電履歴が充電効率ｃ２に反映されるようにしてもよい。このようにすれば、より現在に近い過去の履歴が反映された充電効率ｃ２を得られ、精度のよく充電状態ＳＯＣを検知することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、現在から３０分前までの時間を３つに等分割した例を示したが（１０分、１０分、１０分）、例えば、現在に近いほど時間を長くして５分割してもよい（１０分、８分、６分、４分、２分）。このようにすれば、過去の現在に近い充放電履歴がより精度よく充電効率ｃ２に反映されるので、更に精度のよい充電効率ｃ２を得て、充電状態ＳＯＣを検知することができる。
【００３３】
更に、本実施形態では、ステップ１０４で充電状態ＳＯＣを演算する毎に、ステップ１１２〜ステップ１１６で充電効率ｃ２’を演算する例を示したが、充電効率ｃ２は短時間で大きく変化しないので、所定時間（例えば３０分）毎に充電効率ｃ２’を演算してもよい。このようにすれば、電池状態検知システム１０の演算負荷を低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、ＳＯＣ−ｃ２マップを用いて充電効率ｃ２を演算した例を示したが、更に、図示しない鉛電池１の充電効率ｃ２及び温度Ｔのマップを用いて充電効率ｃ２を温度補正してもよい。このようにすれば、温度依存性を排除して鉛電池１の充電効率ｃ２を高精度に算出することができる。更に、鉛電池１に流れる電流値や電圧値で充電効率ｃ２を補正するようにしてもい。
【００３５】
更に、本実施形態では、自動車２０に搭載されたバッテリとして鉛電池１を例示したが、例えば、鉛電池１とリチウムイオン二次電池とを並列接続したり、鉛電池１とニッケル水素電池を並列接続したハイブリッド電池に適用してもよい。
【００３６】
また更に、本実施形態では、３６Ｖの群電圧を有する鉛電池１を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、現在車両に一般的に用いられている１２Ｖの鉛電池の電池状態を検知する電池状態検知システムに適用するようにしてもよい。
【００３７】
そして、本実施形態では、鉛電池１にセル室間の距離が短くセル室間を直列接続する導電部材の抵抗の小さいモノブロック電槽を用いた例を示したが、導電部材の抵抗やその劣化を考慮することで、更に高精度に鉛電池１全体の電池状態を検知することが可能となる。
【００３８】
＜試験＞
次に、実施形態に従って作製した実施例の電池状態検知システムと、図３のステップ１１２、１１４及び１１８を欠く（ＳＯＣ−ｃ２マップを作成しない）電池状態検知ルーチンが実行される比較例の電池状態検知システムと、を自動車に搭載して充電状態ＳＯＣを検出した。次に、検出された充電状態ＳＯＣと、実際に充放電して求めた充電状態ＳＯＣ（真値）と比較して、充電効率ｃ２の精度を確認した。
【００３９】
図６に示すように、比較例の電池状態検知システムでは、真値との測定誤差が２９ポイントであったのに対して、実施例の電池状態検知システムでは、真値との測定誤差は３ポイントであった。従って、実施例の電池状態検知システムが精度よく充電状態を検出できることが分かった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現在から所定時間過去までの充放電履歴が充電効率に反映され、現在に近い過去の充電効率により電池状態を推定するので、現在のバッテリの充電状態を精度よく検知することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電池状態検知システムを車載した自動車の側面図である。
【図２】実施形態の電池状態検知システムを示すブロック図である。
【図３】電池状態検知システムの電池状態検知ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】鉛電池の充放電履歴（充放電電流）を模式的に示すグラフである。
【図５】実施形態の電池状態検知システムに用いた鉛電池の充電効率と充電状態との関係を示すグラフである。
【図６】実施例及び比較例の鉛電池の充電状態と時間との関係を示すグラフである。
【図７】従来の電池状態検知システムに用いた鉛電池の充電効率と充電状態との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　鉛電池（バッテリ）
４　電流センサ（電流量計測手段）
１０　マイコン
１２　電池状態検知システム
２０　自動車
【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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