(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池に流出入する電流および鉛蓄電池の両極間の電圧を検出するとともに検出された電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流０のときの電圧値を算出することにより鉛蓄電池の起電圧を得、該起電圧に基づいて鉛蓄電池の容量を求める鉛蓄電池の容量検出方法において、
充電による分極状態が安定しているか否かを判断する第１の手順と、
該第１の手順が肯定判断された後に検出された複数組の電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流−電圧特性線を推定して、起電圧を算出する第２の手順とを順行し、
前記第１の手順では、電流値が０．５Ｃ以上であり、かつ、電流の向きが充電の方向である状態が５秒以上となっているとき充電による分極状態が安定していると判断することを特徴とする鉛蓄電池の容量検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の鉛蓄電池の容量検出方法において、前記第２の手順では、
第１の手順が肯定判断された状態において、前記電流の向きに基づいて充電から放電に切り替わったか否かを判断し、
前記複数組の電流および電圧のデータを、前記判断が肯定判断された直前の電流および電圧のデータおよび直後の電流および電圧のデータとした鉛蓄電池の容量検出方法。
【請求項３】
鉛蓄電池に流出入する電流および鉛蓄電池の両極間の電圧を検出するとともに検出された電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流０のときの電圧値を算出することにより鉛蓄電池の起電圧を得、該起電圧に基づいて鉛蓄電池の容量を求める鉛蓄電池の容量検出方法において、
放電による分極状態が安定しているか否かを判断する第１の手順と、
該第１の手順が肯定判断された後に検出された複数組の電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流−電圧特性線を推定して、起電圧を算出する第２の手順とを順行し、
前記第１の手順では、電流値が０．５Ｃ以上であり、かつ、電流の向きが放電の方向である状態が５秒以上となっているとき、放電による分極状態が安定していると判断することを特徴とする鉛蓄電池の容量検出方法。
【請求項４】
請求項３記載の鉛蓄電池の容量検出方法において、前記第２の手順では、
第１の手順が肯定判断された状態において、前記電流の向きに基づいて放電から充電に切り替わったか否かを判断し、
前記複数組の電流および電圧のデータを、前記判断が肯定判断された直前の電流および電圧のデータおよび直後の電流および電圧のデータとした鉛蓄電池の容量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等に用いられる鉛蓄電池の容量検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池は、自動車の電装品に給電するための給電源等として広く用いられている。鉛蓄電池の残存する容量を検出する方法として、鉛蓄電池に流出入する電流を積算して求める電流積算方式が知られている。この方式では累積誤差により検出精度が悪化するため、例えば特開平１１−２０６０２８号公報では電流値が正（放電）から負（充電）もしくは負から正に変化した時の電圧を開放電圧（起電圧）として、これを容量に換算し、得られた容量と電流積算により得られた容量とが許容値を越えて異なる場合には、起電圧に基づいて得られた容量を選択している。
【０００３】
また、前記特開平１１−２０６０２８号公報において、起電圧を求める方法として、多数組の電流および電圧のデータから最小二乗法により求めることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉛蓄電池では、充電での分極状態と放電での分極状態とで電流−電圧特性線が異なり、正確に起電圧が得られない。
【０００５】
また、最小二乗法によって求める場合には、電流および電圧のデータを蓄積し計算するための膨大な容量のメモリが必要になる。その上、電流および電圧のデータは同じ容量とみなせる期間に収集する必要があるが、多くの電流および電圧のデータを蓄積するほど、容量が変化しているおそれが高く、結局、容量の検出精度の向上は期待できない。
【０００６】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、簡単で高精度に容量を検出することのできる鉛蓄電池の容量検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、鉛蓄電池に流出入する電流および鉛蓄電池の両極間の電圧を検出するとともに検出された電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流０のときの電圧値を算出することにより鉛蓄電池の起電圧を得、該起電圧に基づいて鉛蓄電池の容量を求める鉛蓄電池の容量検出方法において、
充電による分極状態が安定しているか否かを判断する第１の手順と、
該第１の手順が肯定判断された後に検出された複数組の電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流−電圧特性線を推定して、起電圧を算出する第２の手順とを順行する方法とする。
前記第１の手順では、電流値が０．５Ｃ以上であり、かつ、電流の向きが充電の方向である状態が５秒以上となっているとき充電による分極状態が安定していると判断する。
【０００８】
分極状態が安定し鉛蓄電池の両極間の電圧にばらつきのない状態での電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流−電圧特性線が推定されるから、多くの電流および電圧のデータを蓄積しなくとも電流−電圧特性線の信頼性が高い。したがって、鉛蓄電池の容量の検出精度が高い。しかも多量の電流および電圧のデータを蓄積したり複雑な計算をする必要もないから簡単である。
鉛蓄電池の分極状態は、一定以上の電流が流れる充電状態が一定の期間続くと安定するから、かかる充電状態が持続していれば、分極状態が安定していると、判断することができる。起電圧の算出に必須の測定項目である電流を監視するだけでよいから簡単である。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明において、前記第２の手順では、
第１の手順が肯定判断された状態において、前記電流の向きに基づいて充電から放電に切り替わったか否かを判断し、
前記複数組の電流および電圧のデータを、前記判断が肯定判断された直前の電流および電圧のデータおよび直後の電流および電圧のデータとする。
【００１０】
起電圧は、充電状態のときの電流および電圧のデータと放電状態のときの電流および電圧のデータとを内挿することにより得ることになるから、２組の電流および電圧のデータに基づくものであっても起電圧の精度がきわめて高い。
【００１３】
請求項３記載の発明では、鉛蓄電池に流出入する電流および鉛蓄電池の両極間の電圧を検出するとともに検出された電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流０のときの電圧値を算出することにより鉛蓄電池の起電圧を得、該起電圧に基づいて鉛蓄電池の容量を求める鉛蓄電池の容量検出方法において、
放電による分極状態が安定しているか否かを判断する第１の手順と、
該第１の手順が肯定判断された後に検出された複数組の電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流−電圧特性線を推定して、起電圧を算出する第２の手順とを順行する方法とする。
前記第１の手順では、電流値が０．５Ｃ以上であり、かつ、電流の向きが放電の方向である状態が５秒以上となっているとき、放電による分極状態が安定していると判断する。
【００１４】
分極状態が安定し鉛蓄電池の両極間の電圧にばらつきのない状態での電流および電圧のデータに基づいて鉛蓄電池の電流−電圧特性線が推定されるから、多くの電流および電圧のデータを蓄積しなくとも電流−電圧特性線の信頼性が高い。したがって、鉛蓄電池の容量の検出精度が高い。しかも多量の電流および電圧のデータを蓄積したり複雑な計算をする必要もないから簡単である。
鉛蓄電池の分極状態は、一定以上の電流が流れる放電状態が一定の期間続くと安定するから、かかる放電状態が持続していれば、分極状態が安定していると、判断することができる。起電圧の算出に必須の測定項目である電流を監視するだけでよいから簡単である。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項３の発明において、前記第２の手順では、
第１の手順が肯定判断された状態において、前記電流の向きに基づいて放電から充電に切り替わったか否かを判断し、
前記複数組の電流および電圧のデータを、前記判断が肯定判断された直前の電流および電圧のデータおよび直後の電流および電圧のデータとする。
【００１６】
起電圧は、放電状態のときの電流および電圧のデータと充電状態のときの電流および電圧のデータとを内挿することにより得ることになるから、２組の電流および電圧のデータに基づくものであっても起電圧の精度がきわめて高い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の鉛蓄電池の容量検出方法を適用した自動車の電池システムを示す。電池１は鉛蓄電池であり、給電線２を介して自動車に搭載された電装品等の負荷と接続される。電池１の両極間の電圧を検出する電圧検出回路３１が設けられ、電圧の検出信号が制御用のマイクロコンピュータ３０に入力せしめてある。また、給電線２の途中に比較的抵抗値の小さな抵抗器３４が設けられ、その両端間電圧が電流検出回路３２に入力している。この入力電圧に基づいて電流検出回路３２が電池１に流出入する電流、すなわち充電電流と放電電流とを検出する。電流の検出信号は電流検出回路３２からマイクロコンピュータ３０に入力せしめてある。
【００２０】
これら電池１の電流および電圧のデータに基づいてマイクロコンピュータ３０が電池１の容量を演算する。
【００２１】
また、温度センサ３５と、その出力信号を入力とする温度検出回路３３が設けられ、電池１の温度を検出するようになっている。温度センサ３５は電池１の表面に取り付けられて表面温度を検出するものや、電解液の温度を検出するものを用い得る。温度検出回路３３からの温度の検出信号はマイクロコンピュータ３０に入力し、マイクロコンピュータ３０が検出温度に基づいて前記容量の補正をするようになっている。
【００２２】
マイクロコンピュータ３０は、ＣＰＵ３０１やその作業領域となるＲＡＭ３０２、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ３０３等からなる一般的な構成のもので、図２にその制御プログラムにおける容量検出フローを示す。
【００２３】
本フローはイグニッションオンでスタートする（ステップＳ１０１）。そして、電池１の電流および電圧を測定する（ステップＳ１０２）。電流および電圧のサンプリング間隔は例えば１秒とする。また、マイクロコンピュータ３０のＲＡＭ３０２には、測定した電流および電圧のデータを格納する領域が設定されており、今回サンプリングしたデータ用のものと、前回１秒前にサンプリングしたデータ用のものとの２種類が割り当てられ、後述するように、１秒間隔で時間を追って更新されていく。
【００２４】
続く第１の手順であるステップＳ１０３では、０．５Ｃ以上の電流での充電継続時間が５秒以上となったか否かを判断する。鉛蓄電池には、良好な作動状態を確保するため上限電圧および下限電圧、若しくは目標容量が設定されており、容量を調整するために充電状態や放電状態を継続させるように電池システムが働き、かかる場合に、前記のごとく充電が継続することになる。
【００２５】
ここで、充電継続時間は、電流の向きが放電方向であるか、または充電電流の大きさが０．５Ｃ以下である状態から、電流の大きさが０．５Ｃ以上で、かつ、電流の向きが充電方向である状態に変化すると、タイマが起動してカウントする。また、電流が０．５Ｃ以上の充電電流であるか否かは、前回１秒前にサンプリングしたデータに基づいて判断する。したがって、前回のサンプリング時に充電継続時間が５秒以上経過したか否かを判断していることになる。あるいは、電流が０．５Ｃ以上の充電電流であるか否かを今回サンプリングしたデータに基づいて判断して、充電継続時間が５秒を越えたら、その旨のフラグをＲＡＭ３０２の所定領域に立てるようにし、次回のサンプリング時にこのフラグに基づいて判断するようにしてもよい。
【００２６】
ステップＳ１０３が否定判断されると、すなわち、前記充電継続時間が５秒に達していなければステップＳ１０２に戻る。このとき、ＲＡＭ３０２の電流および電圧のデータは更新され、常に、最新の電流および電圧のデータと、その１秒前の電流および電圧のデータとが記憶されていることになる。
【００２７】
そして、充電継続時間が５秒を越えると、ステップＳ１０３が肯定判断され、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４およびステップＳ１０５は第２の手順であり、先ず、ステップＳ１０４では、今回サンプリングされた電流の向きに基づいて、放電か否かを判断する。否定判断されると、ステップＳ１０２に戻る。
【００２８】
そして、充電継続時間が５秒を越え（ステップＳ１０３）、さらに、充電から放電に変わり、ステップＳ１０４が肯定判断されると、ステップＳ１０５に進む。
【００２９】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２を実行するごとに更新される最新の電流および電圧のデータと、その１秒前の電流および電圧のデータとに基づいて、起電圧を算出する。充電が６秒間継続し、７秒目に放電に変わったとすると、起電圧の算出に供されるデータは６秒目のデータと７秒目のデータということになる。以下、適宜、前記１秒前の電流および電圧のデータを充電期間最終データといい、前記最新の電流および電圧のデータを放電時データという。起電圧の算出は、充電期間最終データおよび放電時データを内挿して、電流＝０のときの電圧値を算出し、起電圧とする。
【００３０】
ステップＳ１０６では、予めマイクロコンピュータ３０のＲＯＭ３０３に記憶した起電圧−容量マップにしたがって、ステップＳ１０５で得られた起電圧から電池１の容量を求め、現在の容量値を更新する。そして、ステップＳ１０２に戻る。なお、マップは、公知の種々の方法、例えば実験的な方法で求めることができる。一例を挙げれば、容量が１００％（満充電）の状態から、例えば０．５Ｃで放電した後、放電後の容量における起電圧のデータとして、電流＝０として電圧が安定した時の電圧値を測定するとともに、前記起電圧のデータと対をなす容量のデータとして、そこから容量が０％になるまでの放電電流量を測定する。これを放電時間の異なる場合について測定する。マップは、かかる測定により得られた電圧値および放電電流量のデータ間の相関をとることにより作成する。
【００３１】
本発明では、前記のごとく、２点のデータのみに基づいて電流−電圧特性線を推定し、電池１の起電圧を得ており、簡単に容量を求めることができる。
【００３２】
また、本発明では電池１の容量の検出精度は次のように十分に高いものである。鉛蓄電池の電気化学的な分極状態が安定しない状態では電圧値がばらつく。しかし、一定以上の電流、例えば０．５Ｃ以上の電流が流れている状態では、数秒で分極状態が安定する。図３は、鉛蓄電池の放電電流と電圧との関係を示す電流−電圧特性線で、右下がりの直線となる。０．５Ｃ以上の放電電流が流れはじめてから５秒後のものと６０秒後のものとの２つを併せて示している。図の例より知られるように５秒後における電流−電圧特性線は、６０秒後における電流−電圧特性線と実質的に同じとみなせる。これは、充電状態における電流−電圧特性線についても同様のことがいえる。
【００３３】
図４は、シール型で容量が３０Ａｈの鉛蓄電池における、０．５Ｃ以上の充電が５秒以上継続した後の充電時のデータ、および、０．５Ｃ以上の充電が５秒以上継続した後、放電に変わった直後のデータを示している。各データはサンプリング間隔１秒でとったものである。なお、後述するように、図には併せて０．５Ｃ以上の放電が５秒以上継続し、その後、充電に変わった場合のデータも示しており、図中上側のデータ群が前者であり、図中下側のデータ群が後者である。
【００３４】
充電から放電に変わった場合において、充電から放電に変わる直前直後のデータに着目する。例えば図中Ａ点が直前でＢ点が直後である。前記のごとく鉛蓄電池の分極状態は数秒で安定し、０．５Ｃ以上の充電が５秒以上継続した後の充電時のデータは電流と電圧との関係が線型的になり、Ａ点は所定の電流−電圧特性線にのっている。また、充電から放電に変わった直後は、変わる直前の分極状態と等価であり、Ｂ点も前記所定の電流−電圧特性線にのっているものと認められる。したがって、これらＡ点およびＢ点のデータは分極の不安定に基因した誤差は含んでいない。しかも、僅か１秒相前後するタイミングにおけるデータであるから、きわめて正確に、同じ起電圧すなわち同じ容量における電流−電圧特性線にのっている。本発明では、かかるＡ点およびＢ点のデータを起電圧の算出に用いるので、２点のデータからの内挿によるものであっても、高精度に起電圧を得ることができる。
【００３５】
さらに、Ａ点は充電の領域で０．５Ｃ以上の電流値をとり、Ｂ点は逆方向の放電の領域に位置するから、その電流差は比較的大きく、電流および電圧の測定誤差等が起電圧の算出値に与える影響は僅少である。
【００３６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５により説明する。電池システムの基本的な構成は第１実施形態のものと同じであり、相違点はマイクロコンピュータで実行される制御プログラムだけであるので、図５に示した制御プログラムを中心に説明する。
【００３７】
第１実施形態のステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様に、イグニッションオンでスタートし（ステップＳ２０１）、電流および電圧を測定する（ステップＳ２０２）。電流および電圧のデータは第１実施形態のごとくＲＡＭ３０２に記憶される。
【００３８】
続く第１の手順であるステップＳ２０３では、放電継続時間が５秒以上経過したか否かを判断する。ここで、放電継続時間とは、直近に０．５Ｃ以上の電流での放電状態となってからの時間であり、電流の大きさが０．５Ｃ以上で、かつ、電流の向きが放電方向である状態になるごとにタイマが起動してカウントする。
【００３９】
ステップＳ２０３が否定判断されると、すなわち、放電継続時間が５秒に達していなければステップＳ２０２に戻る。このとき、ＲＡＭの電流および電圧のデータは更新され、常に、最新の電流および電圧のデータと、その１秒前の電流および電圧のデータとが記憶されていることになる。
【００４０】
そして、放電継続時間が５秒を越えると、ステップＳ２０３が肯定判断され、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４およびステップＳ２０５は第２の手順であり、先ず、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２における電流の向きに基づいて、充電か否かを判断する。否定判断されると、ステップＳ２０２に戻る。
【００４１】
そして、充電継続時間が５秒を越え（ステップＳ２０３）、さらに、放電から充電に変わり、ステップＳ２０４が肯定判断されると、ステップＳ２０５に進む。
【００４２】
ステップＳ２０５では、第１実施形態と同様に、最新の電流および電圧のデータと、その１秒前の電流および電圧のデータとに基づいて、起電圧を算出する。以下、適宜、前記１秒前の電流および電圧のデータを放電期間最終データといい、前記最新の電流および電圧のデータを充電時データという。起電圧は、放電期間最終データおよび充電時データを内挿して、電流＝０のときの電圧値を算出し、起電圧とする。
【００４３】
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で得られた起電圧から、第１実施形態のステップＳ１０６と同様に電池の容量を求める。そして、ステップＳ２０２に戻る。
【００４４】
本実施形態においても、前記のごとく、２点のデータのみに基づいて電流−電圧特性線を推定し、起電圧を得ており、簡単に容量を求めることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、第１実施形態とは逆に放電状態から充電状態に変わっている点を除けば第１実施形態と同様のことが言え、前掲図４に示すように、０．５Ｃ以上の放電が５秒以上継続した後のデータ（Ｃ点）、その直後に充電に変わった時のデータ（Ｄ点）とに基づいて、内挿により起電圧を算出するので、高精度に起電圧を得ることができる。
【００４６】
なお、前記各実施形態では、分極状態が安定した否かの判定を、充電状態もしくは放電状態において０．５Ｃ以上の充電若しくは放電が５秒以上継続したか否かに基づいて判断しているが、これらの電流のしきい値および時間のしきい値が電池１の種類等に応じて選択されるものであるのは勿論である。また、しきい値を電池１の温度等に応じて可変としてもよい。
【００４７】
また、分極状態が安定した否かの判定は、電解液の状態等に基づく方法等、本発明の趣旨に反しない限り、任意である。
【００４８】
また、起電圧の算出を、充電状態にあるときのデータと放電状態にあるときのデータとにより行っているが、例えば、分極状態が安定しているとみなせるときの、充電時のみの２組のデータか、放電時のみの２組のデータにより、起電圧を算出してもよい。この場合は、起電圧は外挿により求められることになる。
【００４９】
また、前記各実施形態は本発明を自動車の電池システムに適用したものを示したが、鉛蓄電池が用いられるものであれば他の用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉛蓄電池の容量検出方法を適用した第１の電池システムの構成図である。
【図２】前記電池システムを構成するマイクロコンピュータの制御プログラムの内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の鉛蓄電池の容量検出方法を説明する第１のグラフである。
【図４】本発明の鉛蓄電池の容量検出方法を説明する第２のグラフである。
【図５】本発明の鉛蓄電池の容量検出方法を適用した第２の電池システムを構成するマイクロコンピュータの制御プログラムの内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  電池（鉛蓄電池）
２  給電線
３０  マイクロコンピュータ
３０１  ＣＰＵ
３０２  ＲＡＭ
３０３  ＲＯＭ
３１  電圧検出回路
３２  電流検出回路
３３  温度検出回路
【図１】
0004731051.tif 000002
【図２】
0004731051.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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