(57)【要約】【課題】バッテリの満充電状態の容量が変動したりしても、正確にバッテリの満充電状態を検出することができる満充電状態検出装置及びその方法を提供する。【解決手段】ＣＰＵ２３ａが、電流センサ１５及び電圧センサ１７を用いて求めた充電電流や充電電圧に基づいて、バッテリ１３の充電開始から充電終了までの任意の時点における、バッテリ１３に流れ込んでいる電気量のうち、起電力としてバッテリ１３に蓄積される電気量の割合である充電効率を検出する。そして、検出した充電効率が０であるとみなせるとき、バッテリ１３の満充電状態を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点における、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに蓄積される電気量の割合を表す充電効率を検出する充電効率検出手段を備え、
前記検出した充電効率が０であるとみなせるとき、前記バッテリの満充電状態を検出する
ことを特徴とする満充電状態検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の満充電状態検出装置であって、
前記充電効率検出手段は、前記バッテリの満充電状態における内部抵抗値に対する、前記バッテリの充電開始時点における内部抵抗値と、前記バッテリの充電開始後から充電終了までの任意の時点における内部抵抗値との差の割合に基づいて、前記バッテリの充電効率を検出する
ことを特徴とする満充電状態検出装置。
【請求項３】
バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態を求める充電状態検出装置であって、
請求項１又は２記載の満充電状態検出装置が満充電状態を検出した時点において前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意の時点における前記バッテリに蓄積された電気量の相対値を、前記充電状態として検出する充電状態検出手段を
備えることを特徴とする充電状態検出装置。
【請求項４】
バッテリの劣化度を求める劣化度検出装置であって、
新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの請求項１又は２記載の満充電状態検出装置が満充電状態を検出した時点において前記バッテリに蓄積されている電気量の相対値を、前記劣化度として検出する劣化度検出手段を
備えることを特徴とする劣化度検出装置。
【請求項５】
バッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点における、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに蓄積される電気量の割合である充電効率が０であるとみなせるとき、前記バッテリの満充電状態を検出する
ことを特徴とする満充電状態検出方法。
【請求項６】
バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態を求める充電状態検出方法であって、
請求項５記載の満充電状態検出方法を用いて、満充電状態が検出された時点における前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意の時点における前記バッテリに蓄積された電気量の相対値を充電状態として検出する
ことを特徴とする充電状態検出方法。
【請求項７】
バッテリの劣化度を求める劣化度検出方法であって、
新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの請求項５記載の満充電状態検出方法を用いて、満充電状態が検出された時点において前記バッテリに蓄積されている電気量の相対値を、前記劣化度として検出する
ことを特徴とする劣化度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、満充電状態検出装置及びその方法、充電状態検出装置及びその方法、劣化度検出装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリは、満充電状態にも係わらず充電し続けると、バッテリに流れ込んでいる電気量が電解液中の水Ｈ２Ｏの分解に使われてしまい、これに伴って電解液が減り、バッテリの劣化を進行させてしまう。そこで、従来では、例えば、定電流又は定電圧で充電を行い、この結果、バッテリに蓄積された電気量が予め定めた値以上となると、以降、微小電流で所定時間の充電を行う。そして、この所定時間の微小電流での充電が完了した時点を、バッテリが満充電状態となった時点として、充電を終了していた。
【０００３】
また、バッテリの実電圧とバッテリの指令電圧との差が所定値を下回る状態が一定時間Ｔ２０だけ継続し、かつ、充電電流Ｉが所定のしきい値Ｉ０を下回る状態が一定時間Ｔ１０だけ継続した場合に、バッテリが満充電状態にあると判断するものも提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３４５１６２公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に、バッテリは充電と放電を繰り返すうちに次第に劣化して、満充電状態の容量が次第に低下していく特性がある。このため、バッテリが劣化すると、微小電流での充電が所定時間に達していない時点や、充電電流Ｉがしきい値Ｉ０を下回る状態となる前にバッテリが満充電状態になってしまい、正確にバッテリの満充電状態を検出することができない。
【０００６】
さらに、バッテリは、バッテリ温度が低下すると満充電状態の容量も低下するという特性がある。このため、雰囲気温度が低い場所でバッテリを使用しても、微小電流での充電が所定時間に達していない時点でバッテリが満充電状態になってしまい、正確にバッテリの満充電状態を検出することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、バッテリの満充電状態の容量が変動したりしても、正確にバッテリの満充電状態を検出することができる満充電状態検出装置及びその方法、当該満充電状態検出装置及びその方法を用いて充電状態を検出する充電状態検出装置及びその方法、当該満充電状態検出装置及びその方法を用いて劣化度を検出する劣化度検出装置及びその方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【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、バッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点における、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに蓄積される電気量の割合を表す充電効率を検出する充電効率検出手段を備え、前記検出した充電効率が０であるとみなせるとき、前記バッテリの満充電状態を検出することを特徴とする満充電状態検出装置に存する。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、バッテリが満充電状態にあるときは、バッテリに流れ込んでいる電気量のすべてがバッテリの起電力のために使われずに水の電気分解に使われてしまい、充電効率が０となることに着目し、充電効率検出手段が、バッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点における、バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに蓄積される電気量の割合である充電効率を検出する。そして、検出した充電効率が０であるとみなせるとき、バッテリの満充電状態を検出する。従って、バッテリの充電効率により満充電状態を検出することにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電状態の容量の変動の影響を受けずに満充電状態の検出を行うことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の満充電状態検出装置であって、前記充電効率検出手段は、前記バッテリの満充電状態における内部抵抗値に対する、前記バッテリの充電開始時点における内部抵抗値と、前記バッテリの充電開始後から充電終了までの任意の時点における内部抵抗値との差の割合に基づいて、前記バッテリの充電効率を検出することを特徴とする満充電状態検出装置に存する。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、充電効率検出手段が、バッテリの満充電状態における内部抵抗値に対する、バッテリの充電開始時点における内部抵抗値と、バッテリの充電開始後から充電終了までの任意の時点における内部抵抗値との差の割合に基づいて、前記バッテリの充電効率を検出する。従って、充電中に計測可能な内部抵抗を用いて、任意の時点におけるバッテリの充電効率を正確に検出することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態を求める充電状態検出装置であって、請求項１又は２記載の満充電状態検出装置が満充電状態を検出した時点において前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意の時点における前記バッテリに蓄積された電気量の相対値を、前記充電状態として検出する充電状態検出手段を備えることを特徴とする充電状態検出装置に存する。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、充電状態検出手段が、請求項１記載の満充電状態検出装置が満充電状態を検出した時点において、バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態のバッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意の時点におけるバッテリに蓄積された電気量の相対値を充電状態として検出する。従って、バッテリの充電効率に基づき検出した満充電状態におけるバッテリに蓄積されている電気量を１００％として充電状態を検出することにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電状態の容量の変動を考慮した充電状態の検出を行うことができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、バッテリの劣化度を求める劣化度検出装置であって、新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの請求項１又は２記載の満充電状態検出装置が満充電状態を検出した時点において前記バッテリに蓄積されている電気量の相対値を、前記劣化度として検出する劣化度検出手段を備えることを特徴とする劣化度検出装置に存する。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、バッテリの劣化に起因して満充電状態の容量が変化することに着目し、劣化度検出手段が、新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの請求項１又は２記載の満充電状態検出装置が満充電状態を検出した時点においてバッテリに蓄積されている電気量の相対値を、劣化度として検出する。従って、バッテリの充電効率に基づき検出した満充電時においてバッテリに蓄積されている電気量に基づき劣化度を検出することにより、正確にバッテリの劣化度を検出することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、バッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点における、前記バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力として前記バッテリに蓄積される電気量の割合である充電効率が０であるとみなせるとき、前記バッテリの満充電状態を検出することを特徴とする満充電状態検出方法に存する。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、バッテリが満充電状態にあるときは、バッテリに流れ込んでいる電気量のすべてがバッテリの起電力のために使われずに水の電気分解に使われてしまい、充電効率が０となることに着目し、バッテリの充電開始から充電終了までの任意の時点における、バッテリに流れ込んでいる電気量のうち、起電力としてバッテリに蓄積される電気量の割合である充電効率が０であるとみなせるとき、バッテリの満充電状態を検出する。従って、バッテリの充電効率により満充電状態を検出することにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電容量の変動の影響を受けずに満充電状態の検出を行うことができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態を求める充電状態検出方法であって、請求項５記載の満充電状態検出方法を用いて、満充電状態が検出された時点における前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意の時点における前記バッテリに蓄積された電気量の相対値を充電状態として検出することを特徴とする充電状態検出方法に存する。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の満充電状態検出方法を用いて、満充電状態が検出された時点における前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意の時点における前記バッテリに蓄積された電気量の相対値を充電状態として検出する。従って、バッテリの充電効率に基づき検出した満充電状態におけるバッテリに蓄積されている電気量を１００％として充電状態を検出することにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電状態の容量の変動を考慮した充電状態の検出を行うことができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、バッテリの劣化度を求める劣化度検出方法であって、新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの請求項５記載の満充電状態検出方法を用いて、満充電状態が検出された時点において前記バッテリに蓄積されている電気量の相対値を、前記劣化度として検出することを特徴とする劣化度検出方法に存する。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、バッテリの劣化に起因して満充電状態の容量が変化することに着目し、新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態の前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの請求項５記載の満充電状態検出方法を用いて、満充電状態が検出された時点において前記バッテリに蓄積されている電気量の相対値を、劣化度として検出する。従って、バッテリの充電効率に基づき検出した満充電時においてバッテリに蓄積されている電気量に基づき劣化度を検出することにより、正確にバッテリの劣化度を検出することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の満充電状態検出方法を実施した満充電状態検出装置、充電状態検出方法を実施した充電状態検出装置、及び、劣化度検出方法を実施した劣化度検出装置を組み込んだバッテリ管理装置の一実施の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管理装置は、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
本実施形態のバッテリ管理装置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の端子電圧を検出する電圧センサ１７とを備えている。
【００２７】
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。
【００２８】
また、本実施形態のバッテリ管理装置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をさらに備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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と共に、ハイブリッド車両への搭載時点、つまり、新品時のバッテリ１３の満充電時の純抵抗Ｒ０ｆと分極抵抗成分Ｒｐｏｌｆ（＝活性化＋濃度）との合計、即ち、内部抵抗Ｒｆ（＝Ｒ０ｆ＋Ｒｐｏｌｆ）の値が、バッテリ１３の固有の満充電抵抗値として予め格納されている。
【００３１】
そして、前記マイコン２３は、不図示のイグニッションスイッチのオフ状態では、バッテリ１３から供給される暗電流により必要最小限の処理のみを行うスリープモードとなり、イグニッションスイッチのオンによりウェイクアップして通常のアクティブモードとなる。
【００３２】
次に、上述したバッテリ１３の充電効率の基本的な考え方と、充電中におけるバッテリ１３の充電効率の求め方とについて、若干説明しておく。
【００３３】
まず、バッテリ１３が設定充電電圧値ＶＴにより定電圧充電される際に、それ以前の充放電が行われていない間にバッテリ１３の電極の表面に絶縁性の不動態膜が形成されていると、充電開始直後の段階で、設定充電電圧値ＶＴの電圧がバッテリ１３に印加されることで、不動態膜が徐々に破壊されてやがて解消される。
【００３４】
この場合には、バッテリ１３の充電が開始されても、設定充電電圧値ＶＴに応じた値の充電電流ＩＣＨＧが即座に流れ始めるのではなく、図２のグラフに示すように、不動態膜の破壊の進行により電極の導電性が徐々に回復するのに伴って、バッテリ１３の充電電流ＩＣＨＧが、設定充電電圧値ＶＴに応じた値へと徐々に増加することになる。
【００３５】
そして、バッテリ１３の充電電流ＩＣＨＧが設定充電電圧値ＶＴに応じた値へと徐々に増加している段階では、充電効率の低下はないと見なすことができる。よって、充電電流ＩＣＨＧの値が設定充電電圧値ＶＴに応じた値に達するまでの期間は、充電時間の経過とは無関係に、充電効率＝１００％で充電されているものと見なされる。
【００３６】
一方、充電電流ＩＣＨＧの値が設定充電電圧値ＶＴに応じた値に達すると、その時点では、不動態膜が完全に破壊されて不動態膜を因子とする抵抗成分がなくなる。このことから、設定充電電圧値ＶＴによる定電圧充電の状況下にあるバッテリ１３の充電電流ＩＣＨＧの値を司るのは、バッテリ１３の内部起電力Ｅ０と、バッテリ１３の内部抵抗Ｒのみとなる。
【００３７】
不動態膜の破壊の進行によりバッテリ１３の充電電流ＩＣＨＧの値が設定充電電圧値ＶＴに応じた最大値に達するまでの期間に、バッテリ１３の内部起電力Ｅ０は上昇するが、その上昇量ΔＥ０は内部起電力Ｅ０に対して非常に小さい値である。従って、充電電流ＩＣＨＧの値が最大値に達した時点におけるバッテリ１３の抵抗成分は、実質的に、上昇分ΔＥ０に相当する抵抗成分を含まないと考えられる。
【００３８】
そこで、電極の表面に絶縁性の不動態膜が形成されていないバッテリ１３に設定充電電圧値ＶＴによる定電圧を印加し始めた時点か、或いは、電極の表面に形成されていた不動態膜が設定充電電圧値ＶＴによる定電圧の印加により完全に破壊されて、バッテリ１３の充電電流ＩＣＨＧの値が設定充電電圧値ＶＴに応じた最大値に達した時点を、バッテリ１３の充電開始時点であるものとする。
【００３９】
そして、この充電開始時点のバッテリ１３は、図３に示すように、バッテリ１３の内部抵抗Ｒ０と、起電力Ｅ０とを直列に接続した等価回路に置き換えることができる。なお、充電開始時点の内部抵抗Ｒ０は、次式で表すことができる。
Ｒ０＝Ｒｐ０＋Ｒｐｏｌ０
なお、Ｒｐ０は、充電開始時のバッテリ１３の純抵抗を示し、Ｒｐｏｌ０は、充電開始時のバッテリ１３の分極抵抗成分を示す。
【００４０】
そして、設定充電電圧値ＶＴによる充電中のバッテリ１３においては、起電力が上昇する。
∵起電力Ｅ０→Ｅ０＋ΔＥ０
一方、純抵抗や分極抵抗成分は、バッテリ１３の起電力が上昇し、設定充電電圧値ＶＴとバッテリ１３の起電力との電位差が小さくなるため、低下する。
∵純抵抗Ｒｐ０→Ｒｐ′（Ｒｐ′＜Ｒｐ０）
分極抵抗成分Ｒｐｏｌ０→Ｒｐｏｌ′（Ｒｐｏｌ′＜Ｒｐｏｌ０）
なお、Ｒｐ′は、充電中の任意のバッテリ１３の純抵抗を示し、Ｒｐｏｌ′は充電中の任意の分極抵抗成分を示す。
【００４１】
ここで、バッテリ１３の内部起電力Ｅ０の上昇分ΔＥ０を、起電力上昇分の抵抗の変化分ＲＥ０として捉えると、充電中のバッテリ１３の内部抵抗Ｒ′は、図４の等価回路に示すように、次式で表される。
Ｒ′＝ＲＥ０＋Ｒｐ′＋Ｒｐｏｌ′
【００４２】
ところで、バッテリ１３の充電の際に、バッテリ１３に流れ込んだ電気量と、起電力としてバッテリ１３に蓄積された電気量とが等しい、即ち、充電効率が理想値である１００％ならば、
Ｒ０＝Ｒ′
が成立すると考えられる。つまり、充電効率１００％のときは、常に内部抵抗Ｒ′が一定であると考えられる。これは、起電力上昇分に相当する抵抗が増加した分（＝ＲＥ０）、純抵抗や分極抵抗成分が減少するからである。
【００４３】
これに対して、充電効率１００％以下のとき、バッテリ１３の内部抵抗Ｒ′は、図５の等価回路に示すように、水の電気分解により起電力上昇に寄与しなかった電気量に相当するロス抵抗ＲＬＯＳＳ分、上乗せされた値になると考えられる。従って、充電中の内部抵抗Ｒ′は次式で表される。
Ｒ′＝ＲＥ０＋Ｒｐ′＋Ｒｐｏｌ′＋ＲＬＯＳＳ
以上のことから、充電中の任意の内部抵抗Ｒ′から充電開始時の内部抵抗Ｒ０を差し引けば、ロス抵抗ＲＬＯＳＳを求めることができる。
∴ＲＬＯＳＳ＝Ｒ′−Ｒ０
【００４４】
つまり、図６に示すように、バッテリ１３の内部抵抗は、満充電状態に近づくほど、増加し、充電開始時の内部抵抗Ｒ０から、増加した分がロス抵抗ＲＬＯＳＳに相当する。
【００４５】
ところで、実際にバッテリ１３に流れ込んでいる電気量に相当する充電電流をＩＣＨＧ（実測）、ＩＣＨＧ（実測）のうち、起電力としてバッテリ１３に実際に蓄積される電気量に相当する実効電流をＩＣＨＧ（実効）、ＩＣＨＧ（実効）とＩＣＨＧ（実測）との差分であり、起電力としてバッテリ１３に蓄積されず、水Ｈ２Ｏの電気分解に消費されてしまう電気量に相当するロス電流をＩＬＯＳＳとし、これを式で表すと、
ＩＣＨＧ（実測）＝ＩＣＨＧ（実効）＋ＩＬＯＳＳ
【００４６】
そうすると、バッテリ１３の充電効率は、次式
充電効率＝［ＩＣＨＧ（実効）／ＩＣＨＧ（実測）］×１００％
によって求めることができる。
【００４７】
上述したＩＣＨＧ（実測）は、実際にバッテリ１３に流れ込む充電電流の値であるから、Ｉ／Ｆ２１を介して電流センサ１５の出力を収集することで実測できる。ところが、ＩＣＨＧ（実効）や、ＩＬＯＳＳは、ＩＣＨＧ（実測）のように実際に測定することができない。このため、上記した充電効率の式、
充電効率＝［ＩＣＨＧ（実効）／ＩＣＨＧ（実測）］×１００％
を、測定乃至算出可能な別のファクタに置き換える必要がある。
【００４８】
ところで、バッテリ１３の満充電状態では、硫酸鉛ＰｂＳＯ４が極めて少なくなるため、ＩＣＨＧ（実測）の殆どが水Ｈ２Ｏの電気分解などに消費されてしまい、起電力としてバッテリ１３に電気量が蓄積されないことになる。
【００４９】
また、充電中のバッテリ１３の内部抵抗Ｒ′＝ＲＥ０＋Ｒｐ′＋Ｒｐｏｌ′＋ＲＬＯＳＳのうち、ロス抵抗ＲＬＯＳＳは、その時点における、バッテリ１３に流れ込む電気量のうち、起電力としてバッテリ１３に蓄積されない電気量の値に対応すると考えることができる。従って、充電中の任意の時点におけるロス抵抗ＲＬＯＳＳの値を、充電効率＝０、つまり満充電状態にあるバッテリ１３におけるロス抵抗ＲＬＯＳＳｆで除せば、バッテリ１３の充電効率の低下率を表す値を求めることができる。
【００５０】
充電中の任意の時点におけるロス抵抗ＲＬＯＳＳは、上述したように次式により求めることができる。
ＲＬＯＳＳ＝Ｒ′−Ｒ０
一方、バッテリ１３の固有の満充電状態における内部抵抗Ｒｆと、満充電状態にあるときのロス抵抗ＲＬＯＳＳｆとは、図６に示すような関係がある。
∵Ｒｆ＝ＲＬＯＳＳｆ＋Ｒ０
【００５１】
従って、満充電状態におけるロス抵抗ＲＬＯＳＳｆは、次式により求めることができる。
ＲＬＯＳＳｆ＝Ｒｆ−Ｒ０
【００５２】
以上から、充電中の任意の時点におけるロス抵抗ＲＬＯＳＳを、充電効率＝０、つまり、満充電状態におけるロス抵抗ＲＬＯＳＳｆで除した値は、次式で求めることができる。
（Ｒ′−Ｒ０）／（Ｒｆ−Ｒ０）
【００５３】
従って、充電中の任意の時点におけるバッテリ１３の充電効率の低下率を表す値を、
（Ｒ′−Ｒ０）／（Ｒｆ−Ｒ０）
なる式によって求めることができ、これから１を差し引いた、
｛１−（Ｒ′−Ｒ０）／（Ｒｆ−Ｒ０）｝×１００％
なる式によって、充電中の任意時点におけるバッテリ１３の充電効率を求めることができる。
【００５４】
以上が、バッテリ１３の充電効率の基本的な考え方と、充電中におけるバッテリ１３の充電効率の求め方である。
【００５５】
次に、上述したバッテリ１３の充電効率を求めるために必要となる、充電動作中におけるバッテリ１３の内部抵抗Ｒ′の求め方について、説明しておく。
【００５６】
先に説明した不動態膜がバッテリ１３の電極表面に形成されていないものとして、バッテリ１３の状態を式で表すと、バッテリ１３の端子電圧Ｖであるところの設定充電電圧値ＶＴから、充電開始前におけるバッテリ１３の内部起電力Ｅ０を減じた値が、バッテリ１３の内部抵抗Ｒ′に、充電電流ＩＣＨＧを乗じた値と等しくなるはずである。
ＶＴ−Ｅ０＝Ｒ′×ＩＣＨＧ
【００５７】
従って、充電時のバッテリ１３の内部抵抗Ｒ′は、次式、
Ｒ′＝（ＶＴ−Ｅ０）／ＩＣＨＧ
で求めることができる。
【００５８】
なお、充電開始前におけるバッテリ１３の内部起電力Ｅ０は、その時点におけるバッテリ１３の開回路電圧ＯＣＶ（＝平衡状態のバッテリ１３の開放端子電圧Ｖ）の値に等しいことから、この開回路電圧ＯＣＶの値を求めればよいことになる。
【００５９】
そこで、充電開始前におけるバッテリ１３の開回路電圧ＯＣＶの具体的な求め方を簡単に説明する。バッテリ１３が平衡状態であり、分極が解消した状態であれば、そのとき実測したバッテリ１３の開放電圧をＯＣＶとして求める。
【００６０】
一方、バッテリが平衡状態でなく、分極が解消した状態でなければ、例えば、以前行われた充放電後に、電圧センサ１７を用いて収集した、端子電圧Ｖに基づいて推測したＯＣＶを、充電開始前のＯＣＶとする。
【００６１】
次に、前記ＲＯＭ２３ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２３ａが行う処理を図７のフローチャートを参照して以下説明する。
バッテリ１３からの給電を受けてマイコン２３が起動しプログラムがスタートすると、ＣＰＵ２３ａは、減速時や制動時などバッテリ１３を充電することができるとき、後述する充電処理を開始する。
【００６２】
充電処理において、ＣＰＵ２３ａは、まず、上述したように実測や推測により現時点の開回路電圧ＯＣＶｎを算出すると共に、算出した開回路電圧ＯＣＶｎを、充電開始時点のバッテリ１３の内部起電力Ｅ０としてＲＡＭ２３ｂ内に格納した後（ステップＳ１）、モータジェネレータ５をジェネレータとして機能させてバッテリ１３の充電を開始する（ステップＳ２）。
【００６３】
次に、ＣＰＵ２３ａは、Ｉ／Ｆ２１を介して電流センサ１５の出力である充電電流ＩＣＨＧや、電圧センサ１７の出力である充電電圧Ｖの取得を行う（ステップＳ３）。次に、取得した充電電流ＩＣＨＧが、前回取得した充電電流ＩＣＨＧに比べて増加しているか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００６４】
増加している場合は（ステップＳ４でＹ）、不動態膜を因子とする抵抗成分があると判断して、再びステップＳ３に戻る。一方、増加していない場合は（ステップＳ４でＮ）、ＣＰＵ２３ａは、不動態膜を因子とする抵抗成分がないと判断して、直前のステップＳ３で取得した充電電流ＩＣＨＧを、充電開始時点の充電電流ＩＣＨＧ０とし、充電電圧Ｖを設定充電電圧値ＶＴとして、ＲＡＭ２３ｂ内に格納する（ステップＳ５）。
【００６５】
次に、ＣＰＵ２３ａは、次式
Ｒ０＝（ＶＴ−Ｅ０）／ＩＣＨＧ０
を用いて、計算上の充電開始時点におけるバッテリ１３の内部抵抗Ｒ０を求める（ステップＳ６）。
【００６６】
次に、ＣＰＵ２３ａは、再び、Ｉ／Ｆ２１を介して電流センサ１５の出力である充電電流ＩＣＨＧを取り込み（ステップＳ７）、取り込んだ充電電流ＩＣＨＧを現時点での充電電流ＩＣＨＧ′としてＲＡＭ２３ｂ内に格納する（ステップＳ８）。その後、ＣＰＵ２３ａは、次式
Ｒ′＝（ＶＴ−Ｅ０）／ＩＣＨＧ′
を用いて、現時点におけるバッテリ１３の内部抵抗Ｒ′を求める（ステップＳ９）。
【００６７】
次に、ＣＰＵ２３ａは、充電効率検出手段として働き、ステップＳ９で求めた内部抵抗Ｒ′の値と、ＲＯＭ２３ｃに格納されている満充電抵抗値Ｒｆと、ＲＡＭ２３ｂ内に格納されている内部抵抗Ｒ０とを用いて、この時点における、バッテリ１３の充電効率を次式、
｛１−（Ｒ′−Ｒ０）／（Ｒｆ−Ｒ０）｝×１００％
により求める（ステップＳ１０）。
【００６８】
次に、ＣＰＵ２３ａは、求めた充電効率が０％とみなせるか否かを判断する（ステップＳ１１）。充電効率が０％でなければ（ステップＳ１１でＮ）、ＣＰＵ２３ａは、再びステップＳ７に戻る。一方、充電効率が０％であれば（ステップＳ１１でＹ）、ＣＰＵ２３ａは、バッテリ１３が満充電状態であると判断し、バッテリ１３の充電を終了させる（ステップＳ１２）。
【００６９】
バッテリが満充電状態にあるときは、バッテリに流れ込んでいる電気量のすべてが水の電気分解に使われてしまい、充電効率が０となることに着目し、充電効率が０％となった時点をバッテリの満充電状態であるとして検出する。このことにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電状態の容量の変動の影響を受けずに満充電状態の検出を行うことができる。
【００７０】
次に、ＣＰＵ２３ａは、上述した推定によりこの時点での開回路電圧ＯＣＶｎを算出すると共に、算出した開回路電圧ＯＣＶｎを現在の満充電状態での開回路電圧ＯＣＶｆ′としてＲＡＭ２３ｂ内に格納する（ステップＳ１３）。さらに、ＣＰＵ２３ａは、劣化度検出手段として働き、バッテリ１３の劣化度を次式、
（ＯＣＶｆ′−ＯＣＶｅ）／（ＯＣＶｆ−ＯＣＶｅ）
により求めた後（ステップＳ１４）、充電処理を終了する。
なお、ＯＣＶｅはバッテリの放電終止状態での開回路電圧であり、ＯＣＶｆは、新品バッテリの満充電状態での開回路電圧である。
【００７１】
バッテリ１３に蓄積されている電気量は、バッテリ１３の開回路電圧に比例するものである。従って、上記式により、新品バッテリの満充電時に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態のバッテリ１３に蓄積されている電気量を０％としたときの、充電効率に基づいて満充電状態を検出した時点におけるバッテリ１３に蓄積された電気量の相対値を劣化度として求めることができる。
【００７２】
また、ＣＰＵ２３ａは、上述した充電処理の他、充電状態検出手段として働き、ステップＳ１４で格納したＯＣＶｆ′を用いて、バッテリ１３に蓄積されている電気量を表す充電状態の検出も行っている。
具体的には、ＣＰＵ２３ａが、充電状態を検出する必要があると判断したとき、その時点の開回路電圧ＯＣＶｎを上述したように実測または推測により求める。その後、ＣＰＵ２３ａは、バッテリ１３の充電状態を次式、
（ＯＣＶｎ−ＯＣＶｅ）／（ＯＣＶｆ′−ＯＣＶｅ）
により求める。
【００７３】
以上の式により、充電効率が０となり、満充電状態を検出した時点において、バッテリ１３に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止状態のバッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの任意時点におけるバッテリ１３に蓄積された電気量の相対値を充電状態として検出することができる。このため、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電容量の変動を考慮した充電状態の検出を行うことができる。
【００７４】
なお、上述した実施形態では、バッテリ１３の満充電状態におけるロス抵抗値ＲＬＯＳＳｆ＝Ｒｆ−Ｒ０とし、充電効率を次式により求めていた。
｛１−（Ｒ′−Ｒ０）／（Ｒｆ−Ｒ０）｝×１００％
【００７５】
しかしながら、充電効率＝０、つまり、満充電状態時のロス抵抗ＲＬＯＳＳｆの値に対して、これを除いた、バッテリ１３の内部抵抗ＲＥ０＋Ｒｐ′＋Ｒｐｏｌ′が、無視できるほど圧倒的に小さいという、
ＲＬＯＳＳｆ≫ＲＥ０＋Ｒｐ′＋Ｒｐｏｌ′の関係が成立する。
【００７６】
従って、バッテリ１３の固有の満充電状態における内部抵抗Ｒｆは、
Ｒｆ＝ＲＥ０＋Ｒｐ′＋Ｒｐｏｌ′＋ＲＬＯＳＳｆ≒ＲＬＯＳＳｆ
の関係が成立する。
【００７７】
よって、バッテリ１３の満充電状態におけるロス抵抗値ＲＬＯＳＳｆを、ＲＯＭ２３ｃ内に格納されたバッテリ１３固有の満充電抵抗値Ｒｆに置き換え、充電効率を次式により求めることも考えられる。
｛１−（Ｒ′−Ｒ０  ）／Ｒｆ｝×１００％
【００７８】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものでなく、例えば、充電効率を求める方法などは、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形や応用が可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び５記載の発明によれば、バッテリの充電効率により満充電状態を検出することにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電容量の変動の影響を受けずに満充電状態の検出を行うことができるので、正確に満充電状態を検出することができる満充電状態検出装置及びその方法を得ることができる。
【００８０】
請求項２記載の発明によれば、充電中に計測可能な内部抵抗を用いて、任意時点におけるバッテリの充電効率を正確に検出することができるので、より一層、正確に満充電状態を検出することができる満充電状態検出装置を得ることができる。
【００８１】
請求項３及び６記載の発明によれば、バッテリの充電効率に基づき検出した満充電状態におけるバッテリに蓄積されている電気量を１００％として充電状態を検出することにより、バッテリ温度やバッテリの劣化、さらにバッテリの個々の特性に起因する満充電状態の容量の変動を考慮した充電状態の検出を行うことができるので、正確に充電状態を検出することができる充電状態検出装置及びその方法を得ることができる。
【００８２】
請求項４及び７記載の発明によれば、バッテリの充電効率に基づき検出した満充電時においてバッテリに蓄積されている電気量に基づき劣化度を検出することにより、正確にバッテリの劣化度を検出することができる劣化度検出装置及びその方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の満充電状態検出方法を実施した満充電状態検出装置、充電状態検出方法を実施した充電状態検出装置、及び、劣化度検出方法を実施した劣化度検出装置を組み込んだバッテリ管理装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】充電時間と充電電流との関係を示すグラフである。
【図３】充電開始時点におけるバッテリ１３の等価回路である。
【図４】充電中（充電効率＝１００％）におけるバッテリ１３の等価回路である。
【図５】充電中（充電効率＝１００％未満）におけるバッテリ１３の等価回路である。
【図６】充電時間とバッテリ１３の内部抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】図１のバッテリ管理装置を構成するＣＰＵ２３ａの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１３    バッテリ
２３ａ  ＣＰＵ（充電効率検出手段、充電状態検出手段、劣化度検出手段）
【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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