(57)【要約】【課題】バッテリの状態を正確に把握することができるバッテリ状態監視装置及びその方法を提供する。【解決手段】マイクロコンピュータ２３が、電流センサ１５や電圧センサ１７の出力に基づいて、バッテリ１３の内部抵抗の増加による第１劣化度及びバッテリ１３の活物質の不活性化による第２劣化度を検出し、検出した第１及び第２劣化度に基づき、前記バッテリの状態を監視する。【選択図】      図１
2004301779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの状態を監視するためのバッテリ状態監視装置であって、
前記バッテリの内部抵抗の増加による第１劣化度を検出する第１劣化度検出手段と、
前記バッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少による第２劣化度を検出する第２劣化度検出手段とを備え、
前記第１劣化度及び第２劣化度の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視する
ことを特徴とするバッテリ状態監視装置。
【請求項２】
請求項１記載のバッテリ状態監視装置であって、
前記第１劣化度検出手段は、高率放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧に基づき、前記バッテリの純抵抗を求め、
放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧と、前記バッテリの純抵抗に基づき、前記純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め、
前記求めた純抵抗及び前記飽和分極に基づき、前記第１劣化度を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態監視装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のバッテリ状態監視装置であって、
前記第２劣化度検出手段は、新品バッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づき、前記第２劣化度を検出する
ことを特徴とするバッテリ状態監視装置。
【請求項４】
バッテリの状態を監視するためのバッテリの状態監視方法であって、
前記バッテリの内部抵抗の増加による第１劣化度、及び、前記バッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少量を表す第２劣化度の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視する
ことを特徴とするバッテリ状態監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリ劣化度監視装置及びその方法に係わり、特に、バッテリの劣化度を監視するためのバッテリ劣化度監視装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ることから、その充電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、バッテリは一般に充放電を繰り返すと、バッテリの端子電圧が次第に低下していく。それゆえ、バッテリの充電状態を正確に把握するに当たっては、バッテリの最新の劣化状態（劣化度）を認識することが重要な課題である。そこで、従来では、内部抵抗のうち、放電電流や放電時間によって変化しない成分であるバッテリの純抵抗（オーミック抵抗）を検出し、検出した純抵抗に基づき、劣化の指標である劣化度を求めていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッテリの内部抵抗が増加する要因としては、温度変化に起因して一次的に生じてしまう可逆性の劣化と、充放電を繰り返すうちに、格子の腐食、サルフェーション、活物質脱落などが発生し、活物質が不活性化してしまうことにより生じる不可逆性の劣化とがある。
【０００５】
従って、内部抵抗の増加に起因する劣化を監視すれば、上述した可逆性の劣化と不可逆性の劣化とを合わせた劣化を把握することができる。しかしながら、内部抵抗に起因する劣化を監視するだけでは、充放電を繰り返すことにより生じた不可逆性の劣化を把握することができず、バッテリの状態を正確に把握したとは言えないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、バッテリの状態を正確に把握することができるバッテリ状態監視装置及びその方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、バッテリの状態を監視するためのバッテリ状態監視装置であって、前記バッテリの内部抵抗の増加による第１劣化度を検出する第１劣化度検出手段と、前記バッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少による第２劣化度を検出する第２劣化度検出手段とを備え、前記第１劣化度及び第２劣化度の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視することを特徴とするバッテリ状態監視装置に存する。
【０００８】
請求項４記載の発明は、バッテリの状態を監視するためのバッテリの状態監視方法であって、前記バッテリの内部抵抗の増加による第１劣化度、及び、前記バッテリの充電容量の減少要因となる前記バッテリの活物質の減少量を表す第２劣化度の両者に基づき、前記バッテリの状態を監視することを特徴とするバッテリ状態監視方法に存する。
【０００９】
請求項１及び４記載の発明によれば、バッテリの内部抵抗の増加による第１劣化度、及び、バッテリの充電容量の減少要因となるバッテリの活物質の減少による第２劣化度を検出する。そして、検出した第１及び第２劣化度の両者に基づき、バッテリの状態を監視する。従って、第１劣化度により、不可逆性及び可逆性の劣化を合わせた劣化を把握することができ、第２劣化度により、不可逆性の劣化を把握することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバッテリ状態監視装置であって、前記第１劣化度検出手段は、高率放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧に基づき、前記バッテリの純抵抗を求め、放電が行われたときに検出した前記バッテリの放電電流及び端子電圧と、前記バッテリの純抵抗に基づき、前記純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め、前記求めた純抵抗及び前記飽和分極に基づき、前記第１劣化度を検出することを特徴とするバッテリ状態監視装置に存する。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、第１劣化度検出手段が、高率放電が行われたときに検出したバッテリの放電電流、端子電圧に基づき、バッテリの純抵抗を求め、放電が行われたときに検出したバッテリの放電電流、端子電圧と、バッテリの純抵抗に基づき、純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め、求めた純抵抗及び前記飽和分極に基づき、第２劣化度を検出する。
【００１２】
従って、各種放電が行われたときのバッテリの放電電流と端子電圧とを検出し、この検出結果を処理するだけで、純抵抗と、飽和分極とを求めることができる。しかも、飽和分極を求めることにより、放電が継続して、放電できる容量が最も低くなる点での第１劣化度を監視することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のバッテリ状態監視装置であって、前記第２劣化度検出手段は、新品バッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づき、前記第２劣化度を検出することを特徴とするバッテリ状態監視装置に存する。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、第２劣化度検出手段が、新品バッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づき、前記第２劣化度を検出する。従って、満充電容量の減少量を求めることで、簡単に第２劣化度を求めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバッテリ状態監視方法を実施したバッテリ状態監視装置の一実施の形態を図面に基づいて説明するが、その前に、バッテリの内部抵抗増加に起因した第１劣化度（以下、ＳＯＨ１）を算出するために、バッテリの純抵抗の求め方について説明する。
【００１６】
ところで、バッテリが搭載され、バッテリから電力供給されて動作する車両負荷として、１２Ｖ車、４２Ｖ車、ＥＶ車、ＨＥＶ車には、スタータモータ、モータジェネレータ、走行用モータなどの大電流を必要とする定負荷が搭載されている。例えば、スタータモータ又はこれに類する大電流定負荷をオンしたとき、定負荷には、その駆動開始の初期の段階で突入電流が流れた後、負荷の大きさに応じた定常値の電流が流れるようになる。因みに、負荷がランプである場合には、突入電流に相当するものをラッシュ電流と呼ぶこともある。
【００１７】
スタータモータとして直流モータを使用している場合、界磁コイルに流れる突入電流は、図２に示すように、定負荷駆動開始直後の例えば３ミリ秒という短時間内に、ほぼ０から定常電流に比べて何倍も大きなピーク値、例えば５００（Ａ）まで単調増加した後、このピーク値から例えば１５０ミリ秒という短時間内に定負荷の大きさに応じた定常値まで単調減少するような流れ方をし、バッテリから放電電流として供給される。したがって、定負荷に突入電流が流れる状況で、バッテリの放電電流とこれに対応する端子電圧を測定することによって、０からピーク値に至る広い範囲の電流変化に対する端子電圧の変化を示すバッテリの放電電流（Ｉ）−端子電圧（Ｖ）特性を測定することができる。
【００１８】
そこで、スタータモータをオンしたときに流れる突入電流に相当する模擬的な放電として、０からほぼ２００Ａまで０．２５秒かけて増加し、同じ時間をかけてピーク値から０まで減少する放電を電子負荷を使用してバッテリに行わせ、そのときのバッテリの放電電流と端子電圧とを対にして短い一定周期で測定し、これによって得た測定データ対を横軸に放電電流、縦軸に端子電圧をそれぞれ対応させてプロットして図３に示すグラフを得た。図３のグラフに示す放電電流の増加時と減少時の電流−電圧特性は、最小二乗法を用いて以下のような二次式に近似できる。
Ｖ＝ａ１Ｉ２  ＋ｂ１Ｉ＋ｃ１  ……（１）
Ｖ＝ａ２Ｉ２  ＋ｂ２Ｉ＋ｃ２  ……（２）
なお、図中には、二次の近似式の曲線も重ねて描かれている。
【００１９】
図３中において、電流増加方向の近似曲線の切片と電流減少方向の近似曲線の切片の電圧差（ｃ１−ｃ２）は、電流が流れていない０（Ａ）の時の電圧差であるため、純抵抗と活性化分極による電圧降下を含まない、放電によって新たに発生した濃度分極成分のみによる電圧降下と考えられる。従って、この電圧差（ｃ１−ｃ２）は、濃度分極のみによるものであり、この電流０（Ａ）点の濃度分極をＶｐｏｌｃ０  とする。また、任意の濃度分極は、突入電流の大きさに電流の流れた時間を乗じて積算したもの、すなわちＡｈ（短時間なので、以下Ａｓｅｃ  で表す）に比例すると考えられる。
【００２０】
次に、この電流０（Ａ）点の濃度分極Ｖｐｏｌｃ０を利用して電流ピーク値の濃度分極を算出する方法を説明する。今、電流ピーク値の濃度分極をＶｐｏｌｃｐとすると、Ｖｐｏｌｃｐは次式のように表される。
Ｖｐｏｌｃｐ＝［（電流増加時のＡｓｅｃ）／（放電全体のＡｓｅｃ）］×Ｖｐｏｌｃ０……（３）
なお、放電全体のＡｓｅｃは次式で表される。
放電全体のＡｓｅｃ＝（電流増加時のＡｓｅｃ＋電流減少時のＡｓｅｃ）
【００２１】
上述のようにして求めたピーク値における濃度分極Ｖｐｏｌｃｐを式（１）の電流増加方向のピーク値における電圧に加算して、図４に示すように、ピーク値における濃度分極成分を削除する。なお、ピーク値における濃度分極成分を削除した後の電圧をＶ１とすると、Ｖ１は次式で表される。
Ｖ１＝ａ１Ｉｐ２＋ｂ１Ｉｐ＋ｃ１＋Ｖｐｏｌｃｐ
Ｉｐはピーク値における電流値である。
【００２２】
次に、増加方向時の図４で示すような純抵抗と活性化分極だけの電流−電圧特性の近似式を仮に次式で表す。
Ｖ＝ａ３Ｉ２＋ｂ３Ｉ＋ｃ３  ……（４）
【００２３】
放電開始前である電流が０（Ａ）の点は、活性化分極も極性分極も発生していないため、式（１）より、ｃ３＝ｃ１である。また、電流増加の初期状態から電流は急激に増加するが、濃度分極の反応は遅く、反応がほとんど進行していないとすると、式（１）および（４）の電流が０（Ａ）の点の微分値は等しくなるので、ｂ３＝ｂ１である。従って、ｃ３＝ｃ１、ｂ３＝ｂ１を代入することで、式（４）は
Ｖ＝ａ３Ｉ２＋ｂ１Ｉ＋ｃ１  ……（５）
と書き直され、未知数はａ３のみとなる。
【００２４】
次に、式（５）に電流増加のピーク値の座標（Ｉｐ、Ｖ１）を代入してａ３について整理すると、次式が求められる。
ａ３＝（Ｖ１−ｂ１Ｉｐ−ｃ１）／Ｉｐ２
従って、純抵抗と活性化分極成分だけの電流−電圧特性の近似式（４）が式（５）によって決定される。
【００２５】
続いて、電流減少曲線からの濃度分極成分の削除の仕方を、以下説明する。純抵抗と活性化分極の電流減少方向の関係式は、電流ピーク値における濃度分極の削除と同様の方法で可能である。ピーク値以外の２点をＡ点およびＢ点とし、各点における濃度分極ＶｐｏｌｃＡ  、ＶｐｏｌｃＢ  を次式のようにして求める。
2004301779.tif 000003
【００２６】
上式（６）および（７）によって、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した２点が求まったら、この２点とピーク値との３点の座標を利用して次式で表される、図５に示すような、純抵抗と活性化分極の電流減少方向曲線が求められる。
Ｖ＝ａ４Ｉ２  ＋ｂ４Ｉ＋ｃ４  ……（８）
なお、式（８）の係数ａ４、ｂ４、ｃ４は、２点Ａ及びＢとピーク点の電流値と電圧値とを、式（８）にそれぞれ代入して立てた３点の連立方程式を解くことによって決定できる。
【００２７】
次に、バッテリの純抵抗の算出の仕方を説明する。上式（５）で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流増加方向の曲線と、式（８）で表される同じく濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流減少方向の曲線との相違は、活性化分極成分の相違によるものであるので、活性化分極成分を除けば純抵抗が求められる。
【００２８】
ところで、活性化分極が互いに等しい値となる両曲線のピーク値に着目し、ピーク値での電流増加の微分値Ｒ１と電流減少の微分値Ｒ２とを次式によって求める。
Ｒ１＝２×ａ３×Ｉｐ  ＋ｂ３  ……（１０）
Ｒ２＝２×ａ４×Ｉｐ  ＋ｂ４  ……（１１）
【００２９】
上式によって求められる微分値Ｒ１およびＲ２の差は、一方が活性化分極の増加方向でのピーク値であるのに対し、他方が減少方向でのピーク値であることに基因する。そして、突入電流に相当する模擬的な放電として、０から２００Ａまで０．２５秒かけて増加し、同じ時間をかけてピーク値から０まで減少する放電を電子負荷を使用してバッテリに行わせた場合には、ピーク値近傍での両者の変化率が等しく、両者の中間に純抵抗による電流−電圧特性が存在すると理解できるので、両微分値を加算して２で割ることによって、純抵抗Ｒを次式によって求めることができる。
【００３０】
以上は、突入電流に相当する模擬的な放電を電子負荷を使用してバッテリに行わせた場合について説明したが、実車両の場合には、上述したようにスタータモータとして直流モータを使用しているとき、界磁コイルに突入電流が流れている間に電流はピークに達し、クランキングはピークに達した後ピーク電流の半分以下に低下した電流で作動している。
【００３１】
従って、電流増加方向は３ミリ秒（ｍｓｅｃ）という短時間で終了してしまい、電流増加ピーク値ではほとんど濃度分極が発生しない早い電流の変化であるが、電流減少方向は電流増加方向に比べて１５０ｍｓｅｃという長い時間電流が流れるので、減少方向とはいえ、大きな濃度分極が発生する。ただし、クランキング期間については、突入電流の流れている期間とは異質の現象が生じているので、この期間のバッテリの放電電流と端子電圧については、電流減少方向の電流−電圧特性を決定するためのデータとしては使用しないようにする。
【００３２】
このような状況で、実車両では、図６に示すように、電流増加方向は電流増加開始点とピーク値の２点間を結ぶ直線にて近似することができ、しかもこのピーク値５００（Ａ）での濃度分極の発生は０（Ａ）と近似することも可能である。この場合には、電流増加方向については、ピーク値の微分値としては、電流増加方向の近似直線の傾きを使用することになる。
【００３３】
ただし、このような場合には、電流増加方向の近似直線の傾きと、電流減少方向の二次の近似式のピーク点における接線の傾きとを単純に加算平均することはできない。何故ならば、このような状況では、ピーク点までとそれ以降で、活性化分極の発生度合いが全く異なり、ピーク値近傍での両者の変化率が等しくなるという前提が成立しなくなるからである。
【００３４】
このような場合には、純抵抗を求めるに当たって、濃度分極による電圧降下を除いた第１及び第２の近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの２つの端子電圧変化の値、すなわち、傾きに、突入電流が流れている総時間に占める単調増加期間及び単調減少期間の時間の割合をそれぞれ乗じた上で加算すればよい。すなわち、総時間を単調増加及び単調減少にそれぞれ要した時間で比例按分した按分率を各傾きに乗じた上で加算することになる。このようにすることによって、活性化分極と濃度分極とが相互に影響し合うことを考慮して純抵抗を求めることができる。
【００３５】
すなわち、活性化分極は原則電流値に応じた大きさのものが生じるが、その時々の濃度分極量に左右され、原則通りには生じることにならず、濃度分極が小さければ活性化分極も小さくなり、大きければ大きくなる。何れにしても、濃度分極成分による電圧降下を除いた２つの近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの２つの端子電圧変化の値の中間の値をバッテリの純抵抗の値として測定することができる。
【００３６】
また、最近の車両では、モータとしては、マグネットモータなどのＤＣブラッシレスなどの三相入力を必要とする交流モータが使用されることが増えてきている。このようなモータの場合、突入電流はそれ程早く短時間にピーク値に達することがなく、１００ｍｓｅｃほどの時間を要し、電流増加方向においても濃度分極の発生が起こるので、上述した模擬的な放電の場合と同様に、電流増加方向の電流変化曲線は曲線近似することが必要になる。
【００３７】
また、純抵抗と活性化分極の電流減少方向の近似をする場合、ピーク値とこれ以外の２点を定める際、図７に示すように、Ｂ点として電流０（Ａ）の点を使用すると、近似式を求める際の計算を簡略化することができる。
【００３８】
さらに、例えば、ピーク電流の１／２程度の電流値に対応する点に濃度分極の削除した点を定めた場合、図８に示すように、この点とピーク値の２点を結ぶ直線に一次近似してもよい。この場合、電流減少方向については、ピーク値の微分値としては、電流減少方向の近似直線の傾きを使用することになるが、二次曲線を使用したものと変わらない、精度のよい純抵抗が求められる。
【００３９】
以上要するに、濃度分極成分による電圧降下を除いた２つの近似式のピーク値に対応する点における単位電流変化当たりの２つの端子電圧変化の値の中間の値をバッテリの純抵抗の値として測定することができる。
【００４０】
そこで、車載バッテリ純抵抗測定方法を、定負荷として、増加する放電電流及び減少する放電電流のいずれにおいても濃度分極の発生を伴う突入電流が流れる例えばスタータモータが使用されている場合について具体的に説明する。
【００４１】
定負荷が動作されると、バッテリからは定常値を越えて単調増加しピーク値から定常値に単調減少する放電電流が流れる。このときのバッテリの放電電流と端子電圧とを、例えば１００マイクロ秒（μｓｅｃ）の周期にてサンプリングすることで周期的に測定し、バッテリの放電電流と端子電圧との組が多数得られる。
【００４２】
このようにして得られたバッテリの放電電流と端子電圧との組の最新のものを、所定時間分、例えばＲＡＭなどの書換可能な記憶手段としてのメモリに格納、記憶して収集する。メモリに格納、記憶して収集した放電電流と端子電圧との組を用いて、最小二乗法により、端子電圧と放電電流との相関を示す増加する放電電流及び減少する放電電流に対する電流−電圧特性について式（１）及び（２）に示すような２つの曲線近似式を求める。次に、この２つの近似式から濃度分極成分による電圧降下を削除し、濃度分極成分を含まない修正した曲線近似式を求める。
【００４３】
このために、まず、式（１）及び（２）の近似式の電流が流れていない０（Ａ）の時の電圧差を、純抵抗と活性化分極による電圧降下はなく、濃度分極によるものであるとして求める。また、この電圧差を利用して、増加する放電電流についての電流−電圧特性の近似式（１）上の電流ピーク値での濃度分極成分による電圧降下を求める。このために、濃度分極は、電流の大きさに電流の流れた時間を乗じた電流時間積によって変化していることを利用する。
【００４４】
増加する放電電流についての電流−電圧特性の近似式上の電流ピーク値での濃度分極成分による電圧降下が求まったら次に、濃度分極成分の含まない近似式と含む近似式のいずれも定数及び一次係数が等しいとして、含まない近似式の二次係数を定め、増加する放電電流についての電流−電圧特性の近似式について修正した曲線近似式（５）を求める。
【００４５】
次に、減少する放電電流に対する電流−電圧特性について近似式（２）から濃度分極成分の含まない近似式を求める。このために、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した２点を求める。この際に、濃度分極は、電流の大きさに電流の流れた時間を乗じた電流時間積によって変化していることを利用する。そして、ピーク値以外に濃度分極成分を削除した２点が求まったら、この２点とピーク値との３点の座標を利用して、減少する放電電流についての電流−電圧特性の近似式（２）について修正した曲線近似式（８）を求める。
【００４６】
上式（５）で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流増加方向の修正曲線近似式と、式（８）で表される濃度分極成分を削除した純抵抗と活性化分極の電流減少方向の修正曲線近似式は、活性化分極成分の相違によるものであるので、活性化分極成分を除けば純抵抗が求められる。このために、両近似式のピーク値に着目し、ピーク値での電流増加の微分値と電流減少の微分値との差は、一方が活性化分極の増加方向であるのに対し、他方が減少方向であることに基因するものであるが、ピーク値近傍での両者の変化率の中間に純抵抗による電流−電圧特性が存在するとし、両微分値に突入電流が流れている総時間に占める単調増加期間及び前記単調減少期間の時間の割合をそれぞれ乗じた上で加算することによって、純抵抗を求める。
【００４７】
例えば、電流増加時間が３ｍｓｅｃ、電流減少時間が１００ｍｓｅｃとし、ピーク値での電流増加の微分値をＲｐｏｌｋ１  、と電流減少の微分値をＲｐｏｌｋ２  とすると、以下のようなようにして純抵抗Ｒｎを算出することができる。
Ｒｎ＝Ｒｐｏｌｋ１  ×１００／１０３＋Ｒｐｏｌｋ２  ×３／１０３
【００４８】
また、バッテリの平衡状態における車両用バッテリの開回路電圧は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオフされてから一定の充放電分極が解消されるのに十分な時間が経過する毎に、バッテリからの電力供給により作動する負荷を、コンピュータ等の暗電流供給が必要な負荷を除いて開放した状態で、端子電圧を測定して、これを最新の平衡状態における開回路電圧とする方法等によって、検出することができる。
【００４９】
次に、純抵抗以外の内部抵抗成分による端子電圧の降下分の飽和値である飽和分極を求め方について説明する。
【００５０】
まず、バッテリが実際に負荷に放出できるエネルギは、バッテリの端子電圧の値に相当する充電容量（電流時間積）から、放電中にバッテリの内部で発生する電圧降下分に相当するよう量、すなわち、バッテリの内部抵抗により放電できない容量をを差し引いた、残りの容量ということになる。
【００５１】
そして、飽和分極検出条件を満たす放電中におけるバッテリの内部で発生する電圧降下は、図９に示すように、バッテリの純抵抗の成分による電圧降下分（図中ＩＲ降下と表記）と、純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分（図中飽和分極と表記）とに分けて考えることができる。
【００５２】
ところで、バッテリの純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分は、放電電流に同期して増減しないので、例えば上述した方法により純抵抗を求めて、その純抵抗の成分による放電電流に比例する電圧降下分が解るバッテリについては、残る、分極成分による電圧降下分が、最大値、則ち、飽和値を迎えるタイミングを捉える必要がある。
【００５３】
そこで、図９中の太線の曲線で示す部分のように、平衡状態からの短時間の放電の際に周期的に測定されたバッテリの放電電流と端子電圧から、下記に示す電流−電圧特性の近似式を求める。
Ｖ＝ａＩ２  ＋ｂＩ＋ｃ  …（１２）
上記バッテリの端子電圧Ｖは、バッテリの純抵抗Ｒｎの成分による電圧降下分と純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分ＶＲ  との合計によって、下記に示すようにも表される。
Ｖ＝ｃ−Ｒｎ×Ｉ−ＶＲ      …（１３）
【００５４】
式（１２）及び（１３）から下記の式を求めることができる。
ａＩ２  ＋ｂＩ＋ｃ＝ｃ−Ｒｎ×Ｉ−ＶＲ      …（１４）
上記式（１４）を微分して、バッテリの純抵抗成分以外の内部抵抗成分による電圧降下の変化率ｄＶＲ  ／ｄＩを求める。
ｄＶＲ  ／ｄＩ＝２ａＩ＋ｂ−Ｒｎ  …（１５）
【００５５】
上記変化率ｄＶＲ  ／ｄＩがゼロとなったときの充電電流が、バッテリの純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分が最大値（飽和値）を迎えたときの、端子電圧降下飽和電流値Ｉｐｏｌ（＝（ｂ−Ｒｎ）／２ａ）に相当する。
【００５６】
そして、求めた端子電圧降下飽和電流値Ｉｐｏｌ  を、バッテリの純抵抗Ｒｎの値と共に、上述した式（１４）に放電電流Ｉとして代入して、純抵抗の成分以外の内部抵抗成分による電圧降下分の飽和値を示す飽和分極ＶＲ  ｐｏｌ  （＝−ａＩｐｏｌ  ２  −ｂＩｐｏｌ  −Ｒｎ×Ｉｐｏｌ  ）を求める。
【００５７】
このようにして、純抵抗以外の内部抵抗成分による電圧降下分の飽和値を示す飽和分極ＶＲ  ｐｏｌ  を求めたならば、次に、バッテリの純抵抗Ｒｎ及び飽和分極ＶＲ  ｐｏｌ  を用いてＳＯＨ１を求める。
【００５８】
ＳＯＨ１は、バッテリに蓄えられた電気量である充電容量（以下、ＳＯＣ）に対する、充電容量から内部抵抗により放電できない容量を差し引いた、放電可能容量（ＡＤＣ）の比率を算出することにより求める。
ＳＯＨ１＝ＡＤＣ／ＳＯＣ×１００（％）
【００５９】
ところで、上述した放電可能容量ＡＤＣに相当する電圧値ＶＡＤＣ  は、以下に示すようにして求めることができる。
ＶＡＤＣ  ＝ＯＣＶｎ−Ｒｎ×Ｉｐ−ＶＲ  ｐｏｌ
なお、ＯＣＶｎはバッテリの開回路電圧であり、Ｉｐはこの放電のピーク電流値である。上述したようにＶＲ  ｐｏｌ  を差し引くことにより、放電を継続したときに生じる最も低い電圧ＶＡＤＣ  を求めることができる。
【００６０】
そして、上記のようにして求めた電圧値ＶＡＤＣ  から、以下に示す電圧方式の換算式によって放電可能容量ＡＤＣを求めることができる。
ＡＤＣ＝｛（ＶＡＤＣ  −Ｖｅ）／（ＯＣＶｆ−ＯＣＶｅ）｝×１００％
Ｖｅ＝ＯＣＶｆ−Ｉ×Ｒｒｅｆ
但し、上式においてＯＣＶｆは、新品時のバッテリの満充電時における開回路電圧であり、ＯＣＶｅは新品時のバッテリの放電終止時における開回路電圧である。さらに、Ｒｒｅｆは、開回路電圧ＯＣＶｎ、つまり、放電開始時のバッテリの充電容量に対する新品バッテリの純抵抗（＝オーミック抵抗）の設計値に相当する。
【００６１】
また、ＳＯＣは、下記の式から求めることができる。
ＳＯＣ＝｛（ＯＣＶｎ−ＯＣＶｅ）／（ＯＣＶｆ−ＯＣＶｅ）｝×１００％
【００６２】
従って、上記ＳＯＨ１は、バッテリの純抵抗Ｒｎ及び飽和分極ＶＲ  ｐｏｌ  を下記の式に代入することにより求めることができる。
ＳＯＨ１＝｛（ＶＡＤＣ  −Ｖｅ）／（ＯＣＶｎ−ＯＣＶｅ）｝×１００％…（１６）
【００６３】
次に、バッテリの充電容量の減少要因となるバッテリの活物質の減少による第２劣化度（以下、ＳＯＨ２）を算出する方法について説明する。
ＳＯＨ２は、新品バッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量に基づいて求める。
【００６４】
一般的に、設計時のバッテリ、すなわち、新品バッテリについては、Ｖ（ボルト）で表される満充電時開回路電圧ＯＣＶｆ及び放電終止電圧ＯＣＶｅと、満充電開回路電圧から放電終止電圧までバッテリに蓄えることができるＡｈ（アンペア・時間）で表される初期電気量が予め定めることができる。上記満充電時開回路電圧ＯＣＶｆが新品バッテリの満充電容量に相当する。
【００６５】
従って、任意時点のバッテリの満充電容量に相当する、任意時点のバッテリの満充電時開回路電圧ＯＣＶｄが分かれば、このＯＣＶｄと上記のように予め定められたＯＣＶｆとから、新品バッテリの満充電容量に対する任意時点のバッテリの満充電容量の減少量が分かることになる。
【００６６】
まず、ＯＣＶｄを検出する方法について説明する。車両において、バッテリは、一般的に、満充電状態にまで至らない中間的な充電状態で使用されている。このような中間的な充電状態で充放電を繰り返している間に発生する劣化を改善させる目的で、バッテリを定期的に満充電状態まで充電してリフレッシュすることが行われる。ＯＣＶｄは、このようなリフレッシュ充電時の充電効率の低下を観測することにより検出することができる。
【００６７】
すなわち、リフレッシュ充電時にバッテリの充電状態が満充電に近づくと、充電効率は、ガッシングによるガス化抵抗成分の増加に起因して低下する（例えば、ほぼゼロに近い値まで低下する）ので、リフレッシュ充電中定期的に充電効率を算出し、算出した充電効率における上述の低下現象を観測することにより、バッテリが満充電状態に至った時点を判断することができ、その時点の開回路電圧をＯＣＶｄとして検出することができる。
【００６８】
なお、開回路電圧とバッテリに蓄えられる電気量との関係は、例えば、電解液の減少などによって新品時に比べて変化する。このため、ＯＣＶｄを、その変化量によって補正すれば、さらに正確な満充電容量及び第２劣化度を求めることができる。
【００６９】
次に、本発明のバッテリ状態監視方法を実施したバッテリ状態監視装置をその概略構成示す図１を参照して説明する。
【００７０】
図１は本発明の放電可能容量算出方法及びバッテリ状態監視方法を実施したバッテリ状態監視装置の一実施形態を示すブロック図である。図１中引用符号１で示す本実施形態のバッテリ状態監視装置は、エンジン３に加えてモータジェネレータ５を有するハイブリッド車両に搭載されている。
【００７１】
そして、このハイブリッド車両は、通常時はエンジン３の出力のみをドライブシャフト７からディファレンシャルケース９を介して車輪１１に伝達して走行させ、高負荷時には、バッテリ１３からの電力によりモータジェネレータ５をモータとして機能させて、エンジン３の出力に加えてモータジェネレータ５の出力をドライブシャフト７から車輪１１に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。
【００７２】
また、このハイブリッド車両は、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、各種の負荷に対して電力を供給するためにハイブリッド車両に搭載されたバッテリ１３を充電させるように構成されている。
【００７３】
尚、モータジェネレータ５はさらに、不図示のスタータスイッチのオンに伴うエンジン３の始動時に、エンジン３のフライホイールを強制的に回転させるセルモータとして用いられる。
【００７４】
また、バッテリ状態監視装置１は、アシスト走行用のモータやセルモータとして機能するモータジェネレータ５等に対するバッテリ１３の放電電流Ｉや、ジェネレータとして機能するモータジェネレータ５からのバッテリ１３に対する充電電流を検出する電流センサ１５と、バッテリ１３に並列接続した無限大抵抗を有し、バッテリ１３の端子電圧Ｖを検出する電圧センサ１７とを備えている。
【００７５】
尚、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７は、イグニッションスイッチのオン状態によって閉回路状態となる回路上に配置されている。
【００７６】
また、本実施形態の車載用バッテリ充電電気量検出装置１は、上述した電流センサ１５や電圧センサ１７の出力がインタフェース回路（以下、「Ｉ／Ｆ」と略記する。）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」と略記する。）２３、及び、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）２５をさらに備えている。
【００７７】
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が接続されており、また、上述した不図示のイグニッションスイッチのオンオフ状態を示す信号が入力される。
【００７８】
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ための制御プログラムが格納されている。
【００７９】
従って、上記した各種の検出を、電流センサ１５や電圧センサ１７の出力に基づいてマイクロコンピュータ２３が行うことで、バッテリ１３のＳＯＨ１やＳＯＨ２が検出されることになる。このことから、マイクロコンピュータ２３が第１及び第２劣化度検出手段として働くことがわかる。また、マイクロコンピュータ２３は、上記算出したＳＯＨ１及びＳＯＨ２に基づいて、バッテリ１３状態の監視を行う。
【００８０】
以上のバッテリ状態監視装置によれば、ＳＯＨ１により、不可逆性及び可逆性の劣化を合わせた劣化を把握することができ、ＳＯＨ２により、不可逆性の劣化を把握することができるので、ＳＯＨ１及びＳＯＨ２の両方に基づき、バッテリの状態を監視すれば、バッテリの状態を正確に把握することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び４記載の発明によれば、第１劣化度により、不可逆性及び可逆性の劣化を合わせた劣化を把握することができ、第２劣化度により、不可逆性の劣化を把握することができるので、第１及び第２劣化度の両方に基づき、バッテリの状態を監視すれば、バッテリの状態を正確に把握することができるバッテリ状態監視装置及びその方法を得ることができる。
【００８２】
請求項２記載の発明によれば、各種放電が行われたときのバッテリの放電電流と端子電圧とを検出し、この検出結果を処理するだけで、純抵抗と、飽和分極とを求めることができるので、バッテリ使用中でも第１劣化度を検出することができる。しかも、飽和分極を求めることにより、放電が継続して、放電できる容量が最も低くなる点での第１劣化度を監視することができるので、より一層バッテリの状態を正確に把握することができるバッテリ状態監視装置を得ることができる。
【００８３】
請求項３記載の発明によれば、満充電容量の減少量を求めることで、簡単に第２劣化度を求めることができるバッテリ状態監視装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリ状態監視方法を実施したバッテリ状態監視装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】スタータモータ駆動開始時の突入電流に伴う放電電流の一例を示すグラフである。
【図３】二次近似式で表したＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。
【図４】増加方向の近似式から濃度分極成分の除き方の一例を説明するためのグラフである。
【図５】減少方向の近似式から濃度分極成分の除き方の一例を説明するためのグラフである。
【図６】増加方向を一次近似式で表したＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。
【図７】減少方向の近似式から濃度分極成分の除き方の他の例を説明するためのグラフである。
【図８】減少方向の近似式から濃度分極成分の除き方の別の例を説明するためのグラフである。
【図９】飽和分極検出条件を満たす放電中におけるバッテリの内部で発生する電圧降下の内容を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
５    モータジェネレータ
１３  バッテリ
１５  電流センサ
１７  電圧センサ
２３  マイクロコンピュータ（第１劣化度検出手段、第２劣化度検出手段）
【図１】
2004301779.tif 000004
【図２】
2004301779.tif 000005
【図３】
2004301779.tif 000006
【図４】
2004301779.tif 000007
【図５】
2004301779.tif 000008
【図６】
2004301779.tif 000009
【図７】
2004301779.tif 000010
【図８】
2004301779.tif 000011
【図９】
2004301779.tif 000012