(57)【要約】【課題】温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができる充電状態検出装置及びその方法、並びに、正確な充電状態に基づき、バッテリの状態を監視することができるバッテリ状態監視装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ２３ａは、温度による変動分を除去したバッテリ１３の開回路電圧に基づき、充電状態を求める。そして、ＣＰＵ２３ａは、求めた充電状態に基づき、バッテリ１３の状態を監視する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出装置であって、
前記バッテリの開回路電圧の温度による変動分を除去する除去手段を備え、
前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記指標を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態であり、
前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記充電状態を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記充電状態は、満充電時に前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止時に前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの前記バッテリに蓄積された電気量の相対値に相当する
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
【請求項４】
請求項１記載のバッテリ状態検出装置であって、
前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量から、前記バッテリの内部抵抗により放電できない電気量を差し引いた放電可能容量であり、
前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記放電可能容量を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出装置。
【請求項５】
バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置であって、
請求項２又は３記載のバッテリ状態検出装置が検出した充電状態、及び、請求項４記載のバッテリ状態検出装置が検出した放電可能容量の両者に基づき、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６】
バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出方法であって、
温度による変動分を除去した前記バッテリの開回路電圧に基づき、前記指標を求める
ことを特徴とするバッテリ状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、バッテリ状態監視装置に係わり、特に、バッテリの開回路電圧に基づいて、バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリは、例えば、電気自動車においては車両を走行させるための唯一無二のエネルギ源であることから、また、通常の車両や電動モータをエンジンの補助推進駆動源として使用するハイブリッド車両においては、エンジンの電動始動装置を駆動するために必要なエネルギ源であることから、いずれも、バッテリに蓄積されている電気量を把握することが重要となる。
【０００３】
上記バッテリに蓄積されている電気量とは、電解液中の活物質量（例えば、鉛バッテリの場合、電解液中のＨ２ＳＯ４量）に相当するものである。そこで、従来は、バッテリの開回路電圧（＝充放電に伴ってバッテリ内に発生する分極が解消した状態にあるバッテリ端子の開放電圧）が電解液比重と比例することに着目し、バッテリに蓄積されている電気量に相当する電圧として、バッテリの開回路電圧を用い、この開回路電圧に基づき、充電状態ＳＯＣなどバッテリの状態を把握するための指標を求めていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８６８１８公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したバッテリの開回路電圧（ＯＣＶ）は、電解液中のＨ２Ｏに対する活物質量の比重に比例した値であるため、図４に示すように、温度依存性がある。一方、活物質量の絶対値は、温度の変動によって変化するものではなく、バッテリに蓄積されている電気量に温度依存性はないと考えられる。
【０００６】
このため、バッテリに蓄積されている電気量に相当する電圧として、温度依存性のある開回路電圧を用いて、充電状態ＳＯＣなどの指標を求めると、温度が変化したことによって、実際にはバッテリに蓄積されている電気量は変化していないにもかかわらず、計算上では変動し、その分誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な指標を求めることができるバッテリ状態検出装置及びその方法、並びに、正確にバッテリの状態を監視することができるバッテリ状態監視装置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、バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出装置であって、前記バッテリの開回路電圧の温度による変動分を除去する除去手段を備え、前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記指標を求めることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、除去手段が、バッテリの開回路電圧の温度による変動分を除去する。温度による変動分を除去したバッテリの開回路電圧を用いて、バッテリの状態を把握するための指標を求める。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な指標を求めることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバッテリ状態検出装置であって、前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態であり、前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記充電状態を求めることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、指標が、バッテリに蓄積されている電気量を表す充電状態であり、変動分を除去した開回路電圧を用いて充電状態を求めることができる。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のバッテリ状態検出装置であって、前記充電状態は、満充電時に前記バッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止時に前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときの前記バッテリに蓄積された電気量の相対値に相当することを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、充電状態が、満充電時にバッテリに蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止時に前記バッテリに蓄積されている電気量を０％としたときのバッテリに蓄積された電気量の相対値に相当する。従って、実際に消費することができる電気量に対する蓄積されている電気量の割合を充電状態として求めることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のバッテリ状態検出装置であって、前記指標は、前記バッテリに蓄積されている電気量から、前記バッテリの内部抵抗により放電できない電気量を差し引いた放電可能容量であり、前記変動分を除去した開回路電圧を用いて前記放電可能容量を求めることを特徴とするバッテリ状態検出装置に存する。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、指標が、バッテリに蓄積されている電気量から、バッテリの内部抵抗により放電できない電気量を差し引いた放電可能容量であり、変動分を除去した開回路電圧を用いて放電可能容量を求めることができる。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な放電可能容量を求めることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置であって、請求項２又は３記載のバッテリ状態検出装置が検出した充電状態、及び、請求項４記載のバッテリ状態検出装置が検出した放電可能容量の両者に基づき、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。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、請求項２又は３記載のバッテリ状態検出装置が検出した充電状態、及び、請求項４記載のバッテリ状態検出装置が検出した放電可能容量の両者に基づき、バッテリの状態を監視する。バッテリの内部抵抗は、温度により変化する。このため、放電可能容量は、温度の影響を考慮したバッテリの状態を表すものといえる。従って、充電状態により、温度の影響を受けない状態でのバッテリの状態を把握することができ、放電可能容量により、温度の影響を考慮したバッテリの状態を把握することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、バッテリの開回路電圧を用いて、前記バッテリの状態を把握するための指標を求めるバッテリ状態検出方法であって、温度による変動分を除去した前記バッテリの開回路電圧に基づき、前記指標を求めることを特徴とするバッテリ状態検出方法に存する。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、温度による変動分を除去したバッテリの開回路電圧に基づき、充電状態を求める。従って、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な指標を求めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のバッテリ状態検出方法を実施したバッテリ状態検出装置を組み込んだバッテリ状態監視装置である。図中符号１で示す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。
【００２１】
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。
【００２２】
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バッテリ１３を充電させるように構成されている。
【００２３】
なお、モータジェネレータ５はさらに、図示しない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が、その場合にモータジェネレータ５には、短時間に大きな電流が流される。
【００２４】
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、バッテリの温度を検出する温度センサ１８とを備えている。
【００２５】
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。
【００２６】
また、本実施形態のバッテリ状態監視装置１は、上述した電流センサ１５、電圧センサ１７や温度センサ１８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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
上述した構成のバッテリ状態監視装置の動作について、図２のＣＰＵ２３ａ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、まず初期設定を実行する。初期設定が済んだならば、ＣＰＵ２３ａは、イグニッションスイッチのオンオフ状態などを監視して、例えばスタータモータの駆動時等、高効率放電が行われる場合のような、充電状態ＳＯＣや、放電可能容量ＡＤＣを検出し直す必要のある程度の放電が行われる毎に、充電状態・放電可能容量検出処理を開始する。
【００３０】
まず、ＣＰＵ２３ａは、放電開始時のバッテリ１３の開回路電圧（以下、ＯＣＶ）を求める（ステップＳ１）。ここで、ＯＣＶの具体的な求め方について説明する。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。
【００３１】
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、放電開始時のＯＣＶとする。
【００３２】
実測や推定によりＯＣＶを求めたならば、ＣＰＵ２３ａは、次に除去手段として働き、温度センサ１８を用いて求めたバッテリ温度に基づき、ＯＣＶの温度による変動分の除去を行い、補正ＯＣＶを求める（ステップＳ２）。ところで、比重と、ＯＣＶの温度係数との関係は、図３に示すようになる。同図に示すように、比重が１．１２以上になると、ＯＣＶの温度係数も約０．２（ｍＶ／°Ｃ）でほぼ一定となる。また、通常のバッテリは、比重１．１２以上で作動させる。
【００３３】
そこで、ステップＳ２において、ＣＰＵ２３ａは、温度係数０．２（ｍＶ／°Ｃ）として、温度による変動分を除去した補正ＯＣＶを求める。
【００３４】
次に、ＣＰＵ２３ａは、上述して求めた補正ＯＣＶを下記の式（１）に代入して、充電状態ＳＯＣを算出する（ステップＳ３）。
ＳＯＣ（％）＝｛（補正ＯＣＶ−ＯＣＶｅ）／（ＯＣＶｆ−ＯＣＶｅ）｝×１００％…（１）
但し、ＯＣＶｅは、放電終止状態での開回路電圧であり、ＯＣＶｆは、満充電状態での開回路電圧である。
【００３５】
つまり、上述した充電状態ＳＯＣは、満充電時にバッテリ１３に蓄積されている電気量を１００％とし、放電終止時にバッテリ１３に蓄積されている電気量を０％としたときの現在のバッテリに蓄積された電気量の相対値に相当するものと言える。
【００３６】
また、ＣＰＵ２３ａは、上述して求めた補正ＯＣＶを下記の式（２）に代入して、放電可能容量ＡＤＣを算出して（ステップＳ４）、充電状態・放電可能容量検出処理を終了する。
ＡＤＣ（％）＝｛（補正ＯＣＶ−ＶＲ−ＯＣＶｅ）／（補正ＯＣＶ−Ｒ０×Ｉｎ−ＯＣＶｅ）｝×１００％…（２）
【００３７】
なお、ＶＲは、例えば、今回の放電における任意電流Ｉｎ（例えば、ピーク電流）が流れたときのバッテリ１３の内部抵抗による電圧降下分であり、今回、又は、以前の放電時に、電流センサ１５及び電圧センサ１７を用いて収集した、放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖに基づいて求めたものである。また、Ｒ０は、新品時のバッテリの純抵抗Ｒ０であり、予めＲＯＭ２３ｃ内に格納された値である。
【００３８】
そして、ＣＰＵ２３ａは、上述した充電状態・放電可能容量検出処理により求めた充電状態ＳＯＣ・放電可能容量ＡＤＣに基づいて、バッテリの状態を監視する。
【００３９】
上述したように、バッテリ状態監視装置によれば、温度による変動分を除去したバッテリ１３の補正ＯＣＶに基づいて、充電状態ＳＯＣや、放電可能容量ＡＤＣを求めている。このため、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態ＳＯＣ、放電可能容量ＡＤＣを求めることができる。
【００４０】
また、上述したバッテリ状態監視装置によれば、補正ＯＣＶに基づいて求めた充電状態ＳＯＣ及び放電可能容量ＡＤＣの両者に基づいて、バッテリの状態を監視している。ところで、バッテリの内部抵抗は、温度により変化する。このため、放電可能容量ＡＤＣは、温度の影響を考慮したバッテリの状態を表すものといえる。従って、充電状態ＳＯＣにより、温度の影響を受けない状態でのバッテリの状態を把握することができ、放電可能容量ＡＤＣにより、温度の影響を考慮したバッテリの状態を把握することができ、正確にバッテリの状態を把握することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び６記載の発明によれば、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができるバッテリ状態検出装置及びその方法を得ることができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な充電状態を求めることができるバッテリ状態検出装置を得ることができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、実際に消費することができる電気量に対する蓄積されている電気量の割合を充電状態として求めることができるので、バッテリの状態を把握し易い充電状態検出装置を得ることができる。
【００４４】
請求項４記載の発明によれば、温度に起因した誤差が生じることなく、正確な放電可能容量を求めることができるバッテリ状態検出装置を得ることができる。
【００４５】
請求項５記載の発明によれば、充電状態により、温度の影響を受けない状態でのバッテリの状態を把握することができ、放電可能容量により、温度の影響を考慮したバッテリの状態を把握することができるので、正確にバッテリの状態を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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充電状態検出方法を実施した充電状態検出装置を組み込んだバッテリ状態監視装置である。
【図２】図１のバッテリ状態監視装置を構成するＣＰＵ２３ａの充電状態・放電可能容量検出処理における処理手順を示すフローチャートである。
【図３】バッテリ１３の比重−開回路電圧ＯＣＶの温度係数特性を示すグラフである。
【図４】バッテリの開回路電圧ＯＣＶと温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      バッテリ状態監視装置
１３    バッテリ
２３ａ  ＣＰＵ（除去手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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