(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、該周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する車両用バッテリ充電状態測定方法において、
各種の容量におけるバッテリの電圧−電流特性を表す式に基づいて、容量に対して電圧が直線的に変化する電流の値を仮想電流として予め求めておき、
平衡状態の前記バッテリの端子電圧を開回路電圧として測定し、該測定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの残存容量を演算し、該演算により求めた前記残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定し、
平衡状態の前記バッテリによる定負荷への放電時に、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記バッテリの端子電圧と放電電流を周期的に測定し、該周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流を代入して求めた前記定負荷の放電時における前記バッテリの推定電圧の値と前記開回路電圧の値との差値を、前記バッテリによる定負荷への放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量の差である残存電圧降下差値として予め求めておき、
非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を求め、該求めた電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記予め求め残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにした
ことを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定方法。
【請求項２】
前記定負荷が前記車両のエンジンを始動させるためのセルモータである
ことを特徴とする請求項１記載の車両用バッテリ充電状態測定方法。
【請求項３】
非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を求め、該求めた電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流値を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記予め求めた残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにした
ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用バッテリ充電状態測定方法。
【請求項４】
前記他の負荷が、点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプ、走行用動力源としてのエンジンを補助するため前記車両が補助駆動源として有する、駆動時にラッシュ電流の流れる駆動モータの少なくとも１つである
ことを特徴とする請求項３記載の車両用バッテリ充電状態測定方法。
【請求項５】
周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶しておき、
該記憶しておいた最新の所定時間分の前記バッテリの端子電圧と放電電流とを用いて、放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中の前記電圧−電流特性を表す式を求める
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用バッテリ充電状態測定方法。
【請求項６】
エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定する電流測定手段と、該電流測定手段によって周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記電流測定手段により周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する積算式充電状態測定手段とを備える車両用バッテリ充電状態測定装置において、
前記バッテリの端子電圧を周期的に測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とからこれらの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式を決定する電圧−電流特性決定手段と、
前記電圧測定手段により平衡状態の前記バッテリの端子電圧を開回路電圧として測定し、該測定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの残存容量を演算し、該演算により求めた前記残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する第１の充電状態更新設定手段と、
平衡状態の前記バッテリによる定負荷への放電時に、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とからこれらの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式を前記電圧−電流特性決定手段に決定させ、前記電圧−電流特性決定手段が決定した電圧−電流特性を表す式に、各種の容量におけるバッテリの電圧−電流特性を表す式に基づいて仮想電流として予め求めてた容量に対して電圧が直線的に変化する電流の値を代入して前記定負荷の放電時における前記バッテリの推定電圧の値と前記開回路電圧の値との差値を、前記バッテリによる定負荷への放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量の差である残存電圧降下差値として記憶する残存電圧降下差値記憶手段と、
非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を前記電圧−電流特性決定手段に決定させ、前記電圧−電流特性決定手段が決定した電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記残存電圧降下差値記憶手段に予め記憶した残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する第２の充電状態更新設定手段と
を備えることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定装置。
【請求項７】
前記定負荷が前記車両のエンジンを始動させるためのセルモータである
ことを特徴とする請求項６記載の車両用バッテリ充電状態測定装置。
【請求項８】
前記第２の充電状態更新設定手段は、非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を前記電圧−電流特性決定手段に決定させ、前記電圧−電流特性決定手段が決定した電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流値を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記残存電圧降下差値記憶手段に予め記憶した残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する
ことを特徴とする請求項６記載の車両用バッテリ充電状態測定装置。
【請求項９】
前記他の負荷が、点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプ、走行用動力源としてのエンジンを補助するため前記車両が補助駆動源として有する、駆動時にラッシュ電流の流れる駆動モータの少なくとも１つである
ことを特徴とする請求項８記載の車両用バッテリ充電状態測定装置。
【請求項１０】
周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶する測定電圧・電流記憶手段を備え、
前記電圧−電流特性決定手段が、前記測定電圧・電流記憶手段に記憶しておいた最新の所定時間分の前記バッテリの端子電圧と放電電流とを用いて前記電圧−電流特性を表す式を求める
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の車両用バッテリ充電状態測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンや軽油等を燃料とするエンジンを動力源として走行する車両に搭載され、エンジンを始動するためのセルモータに対し、エンジン始動時に電力供給するバッテリの充電状態を測定する車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
エンジンを動力源として走行する車両においては、エンジンの回転中、その動力を受けて交流発電するオルターネータが備えられているので、エンジンの回転中は、負荷に供給される電力はオルターネータの発電する交流を整流したものが主に使用され、バッテリから電力供給されることが少ない。むしろ、負荷に供給される電力量がオルターネータの発電量よりも小さく、余剰の電力があるときには、満充電状態にないバッテリが充電される。したがって、バッテリは通常満充電状態に近い状態に保持されるようになっている。
【０００３】
しかし、エンジンを回転しない状態での負荷への電力供給が続いた場合には、負荷への電力供給が専らバッテリから行われるので、バッテリの放電可能容量が減少するようになる。このような状況は、例えば、一定時間を超える停車毎にエンジンを停止してエンジンを再始動するためにセルモータを頻繁に回転させることを必要とするアイドリングストップ車において、エンジンを回転している時間の割に、すなわち、走行距離の割にセルモータによりエンジン起動する頻度が高い場合に起こりうる。
【０００４】
また、オルターネータの発電量を上回る電力供給が続いた場合にも、足りない分をバッテリからの放電によりまかなうので、バッテリの放電可能容量が減少するようになる。このような状況は、例えば、渋滞時のようにエンジン回転数が上がらず、発電量も少ない状態で大きな負荷への電力供給が長時間続いた場合に起こりうる。
【０００５】
セルモータは比較的大きな負荷であってその動作開始時に大電流を供給する必要があるので、バッテリの放電可能容量が減少し、バッテリの端子電圧が低下して最大放電電流も低下してしまうと、一度停車した後に、セルモータを回転させて、エンジンを再始動できなくなることが起こる。したがって、アイドリングストップ車に限らず、エンジンを動力源とする車両においては、エンジンを始動できるかどうかを判断することが重要であり、この判断を行うためにはバッテリから取り出せる電気量、すなわち、放電可能容量を知る必要がある。
【０００６】
バッテリの充電状態を知るための方法には、バッテリの端子電圧を測定する電圧測定方式、バッテリ電解液の比重を測定する電解液比重測定方式、バッテリの充放電電流を積算する電流積算（電力積算）方式などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電圧測定方式においては、電流の大きさによって電圧が変化し、放電電流を安定させない限り端子電圧も安定しないので、現実には、バッテリの充電状態と相関のある端子電圧を測定により得ることは期待できない。電解液比重測定方式においては、バッテリの電解液比重と充電状態との間には一定の直線的な相関があるので、電解液比重を測定すればバッテリの充電状態を把握することができるはずであるが、実際には、充放電中や充放電の終了直後のバッテリにおいては、電解液と電極との間で発生した化学反応により電解液の比重が不均一となってしまうので、正確な電解液比重を測定してバッテリの充電状態を正確に把握することができない。
【０００８】
この点、電流積算（電力積算）方式は、上述した電圧測定方式や電解液比重測定方式のような問題がなく、バッテリの充放電される電気量を積算するものであるので、電気量（Ａｈ）で表されるバッテリの容量を求めるのに都合がよいとの理由から、充放電を伴うバッテリ使用中の充電状態を求める場合の主流となっている。
【０００９】
すなわち、電流積算方式では、車載バッテリがその種類に応じた満充電状態でのＡｈ値Ｘが予め分かっており、また、Ａｈ値が予め定めた値Ｙ以下になったときそれ以上の放電をすべきでないことも分かっているので、Ｘを充電状態１００％、Ｙを充電状態０％とし、１％当たりのＡｈ値Ｚを（Ｘ−Ｙ）／１００を予め求めておくとともに、充電電流Ｉｊと放電電流Ｉｄを一定時間間隔で測定し、各測定値に一定時間ｔを乗じたＡｈ値を加算したり減算して求めた積算値が±Ａｈ値Ｚ以上となる毎に％で表された現在の充電状態ｘに±１することによってバッテリ使用中の充電状態を求めるようにしたものである。
【００１０】
しかしながら、この方式の場合、積算すべきバッテリの充放電電流を正確に測定できていないとき、僅かの誤差であっても、長期間にわたって連続的に積算することによって誤差が累積し、求めたバッテリの充電状態が現状と大きくかけ離れてしまい、結果的に、バッテリの充電状態を正確に把握することができなくなってしまう問題がある。
【００１１】
そこで、バッテリが例えば少なくとも１日以上使用されておらず平衡状態にあるとき、その状態での開回路端子電圧を測定し、この測定した開回路端子電圧を利用して充電状態が求められたときには、積算方式によって求めた充電状態を開回路端子電圧により求めた充電状態によって更新し、積算方式により求めた充電状態を表す値に累積した誤差をキャンセルすることが行われる。
【００１２】
しかし、バッテリの個体差や劣化の進行度合い等によってバッテリの開回路端子電圧が変化してしまい、この開回路端子電圧を利用して求めた充電状態自体が信頼できないものとなってしまう。また、長い期間にわたって平衡状態になることがないとき、すなわち、充放電が行われないバッテリ未使用状態になっても、その期間が短い場合には、累積した誤差をキャンセルする頻度が極めて少なくなり、大きな累積誤差を含んだままの充電状態しか知り得ない状態に置かれることになり、バッテリの現在の充電状態が正確なものでなくなるという問題もある。
【００１３】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、バッテリの個体差や劣化の進行度合い等によって変化する充電状態を正確に割り出し積算すべき元々のバッテリの充電状態をより正確に測定できるようにして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようにした車両用バッテリ充電状態測定方法と、この方法を実施する際に用いて好適な車両用バッテリ充電状態測定装置とを提供することを課題としている。
【００１４】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、充放電電流を長期間にわたって連続的に積算することによる大きな累積誤差の発生を生じ難くして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようにした車載用バッテリ充電状態測定方法と、この方法を実施する際に用いて好適な車両用バッテリ充電状態測定装置とを提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する請求項１乃至請求項５記載の本発明は、車両用バッテリ充電状態測定方法に関するものであり、請求項６乃至請求項１０記載の本発明は、車両用バッテリ充電状態測定装置に関するものである。
【００１６】
そして、請求項１に記載した本発明は、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、該周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する車両用バッテリ充電状態測定方法において、各種の容量におけるバッテリの電圧−電流特性を表す式に基づいて、容量に対して電圧が直線的に変化する電流の値を仮想電流として予め求めておき、平衡状態の前記バッテリの端子電圧を開回路電圧として測定し、該測定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの残存容量を演算し、該演算により求めた前記残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定し、平衡状態の前記バッテリによる定負荷への放電時に、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記バッテリの端子電圧と放電電流を周期的に測定し、該周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流を代入して求めた前記定負荷の放電時における前記バッテリの推定電圧の値と前記開回路電圧の値との差値を、前記バッテリによる定負荷への放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量の差である残存電圧降下差値として予め求めておき、非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を求め、該求めた電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記予め求めた残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにしたことを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定方法に存する。
【００１７】
請求項１に記載した本発明によれば、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、この周期的に測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算及び周期的に測定した放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行って電流積算方式によってバッテリの充電状態を測定するものであって、車両の走行中のように充放電電流の変化する中で、測定した充放電電流を加算及び減算することでバッテリの充電状態を測定できる。
【００１８】
そして、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に、この放電の開始前のバッテリの端子電圧である開回路電圧を測定し、この測定した開回路電圧に基づいてバッテリの残存容量を演算し、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定するので、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時毎に、電流積算方式によって求めた充電状態に累積する誤差を解消できる。
【００１９】
また、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、バッテリの端子電圧と放電電流を周期的に測定して、この周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式に仮想電流を代入して求めた定負荷の放電時における前記バッテリの推定電圧の値と開回路電圧の値との差値を、前記バッテリによる定負荷への放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量の差である残存電圧降下差値として予め求めておく。この残存電圧降下差値は、推定電圧が放電開始直前の開回路電圧にほぼ等しくなるべきなのが、種々の要因によって、等しくならない場合のその差の大きさを表すもので、推定電圧から開回路電圧を推定するにはこの差値分で推定電圧を修正することで開回路電圧が推定できることになる。
【００２０】
そして、非平衡状態のバッテリによる定負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とから電圧−電流特性を表す式を求め、この電圧−電流特性を表す式に仮想電流を代入してバッテリの現在の推定電圧を推定する。
【００２１】
非平衡状態からの放電であっても、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する放電である場合、この放電によって生じる分極成分による電圧降下値は、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に生じる上記残存電圧降下値と等しくなるので、上記推定したバッテリの現在の推定電圧の値に予め求めた残存電圧降下差値を加算することによって推定の開回路電圧が求まり、この推定開回路電圧に基づいてバッテリの残存容量を演算し、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する。
【００２２】
したがって、非平衡状態であっても放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する放電毎に、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００２３】
また、請求項２に記載した本発明は、請求項１記載の車両用バッテリ充電状態測定方法において、前記定負荷が前記車両のエンジンを始動させるためのセルモータであることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２４】
請求項２に記載した本発明によれば、定負荷が車両のエンジンを始動させるためのセルモータであるので、請求項１記載の発明の作用に加え、エンジンの始動時毎に、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００２５】
また、請求項３に記載した本発明は、請求項１又は２記載の車両用バッテリ充電状態測定方法において、非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を求め、該求めた電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流値を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記予め求めた残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにしたことを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２６】
請求項３に記載した本発明によれば、非平衡状態からの放電が定負荷以外の他の負荷への放電であっても、他の負荷が定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少するものである場合には、この放電によって生じる分極成分による電圧降下値は、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に生じる上記残存電圧降下値と等しくなるので、請求項１又は２記載の発明の作用に加え、上記推定したバッテリの現在の推定電圧の値に予め求めた残存電圧降下差値を加算することによって推定の開回路電圧が求まり、この推定開回路電圧に基づいてバッテリの残存容量を演算し、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する。
【００２７】
したがって、非平衡状態であって、しかも、定負荷に対する放電でなくても、定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷に対する放電毎に、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００２８】
また、請求項４に記載した本発明は、請求項３記載の車両用バッテリ充電状態測定方法において、前記他の負荷が、点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプ、走行用動力源としてのエンジンを補助するため前記車両が補助駆動源として有する、駆動時にラッシュ電流の流れる駆動モータの少なくとも１つであることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２９】
請求項４に記載した本発明によれば、他の負荷が点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプ、走行用動力源としてのエンジンを補助するため前記車両が補助駆動源として有する、駆動時にラッシュ電流の流れる駆動モータの少なくとも１つであるので、請求項３記載の発明の作用に加え、少なくともヘッドランプの点灯又は駆動モータの駆動時毎にも、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００３０】
また、請求項５に記載した本発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用バッテリ充電状態測方法において、周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶しておき、該記憶しておいた最新の所定時間分の前記バッテリの端子電圧と放電電流とを用いて、放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中の前記電圧−電流特性を表す式を求めることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３１】
請求項５に記載した本発明によれば、周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶しておき、この記憶しておいた最新の所定時間分のバッテリの端子電圧と放電電流とを用いて、所定値から減少している間の電圧−電流特性を表す式を求ているので、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の作用に加え、電圧−電流特性を表す式を求めるための処理を任意時点で行えるようになる。
【００３２】
また、請求項６に記載した本発明は、図１の基本構成図に示すように、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリ１３の充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定する電流測定手段２３ａ−１と、該電流測定手段によって周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記電流測定手段により周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する積算式充電状態測定手段２３ａ−２とを備える車両用バッテリ充電状態測定装置において、前記バッテリの端子電圧を測定する電圧測定手段２３ａ−３と、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とからこれらの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式を決定する電圧−電流特性決定手段２３ａ−４と、前記電圧測定手段により平衡状態の前記バッテリの端子電圧を開回路電圧として測定し、該測定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの残存容量を演算し、該演算により求めた前記残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する第１の充電状態更新設定手段２３ａ−５と、平衡状態の前記バッテリによる定負荷５への放電時に、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とからこれらの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式を前記電圧−電流特性決定手段に決定させ、前記電圧−電流特性決定手段が決定した電圧−電流特性を表す式に、各種の容量におけるバッテリの電圧−電流特性を表す式に基づいて仮想電流として予め求めてた容量に対して電圧が直線的に変化する電流の値を代入して前記定負荷の放電時における前記バッテリの推定電圧の値と前記開回路電圧の値との差値を、前記バッテリによる定負荷への放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量の差である残存電圧降下差値として記憶する残存電圧降下差値記憶手段２３ａ−６と、非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を前記電圧−電流特性決定手段に決定させ、前記電圧−電流特性決定手段が決定した電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記残存電圧降下差値記憶手段に予め記憶した残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する第２の充電状態更新設定手段２３ａ−７とを備えることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定装置に存する。
【００３３】
請求項６に記載した本発明によれば、車両用バッテリ充電状態測定装置は、電流測定手段２３ａ−１がエンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリ１３の充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、積算式充電状態測定手段２３ａ−２が電流測定手段によって周期的に測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算及び周期的に測定した放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定するものであって、車両の走行中のように充放電電流の変化する中で、測定した充放電電流を加算及び減算することでバッテリの充電状態を測定できる。
【００３４】
そして、第１の充電状態更新設定手段２３ａ−５が、電圧測定手段２３ａ−３により平衡状態のバッテリの端子電圧を開回路電圧として測定し、この測定した開回路電圧に基づいてバッテリの残存容量を演算し、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定するので、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電毎に、積算式充電状態測定手段により電流積算方式によって求めた充電状態に累積する誤差を解消できる。
【００３５】
また、残存電圧降下値記憶手段２３ａ−６が、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に、その初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、電圧測定手段２３ａ−３及び電流測定手段２３ａ−１によってそれぞれ周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とから電圧−電流特性決定手段２３ａ−４が決定するこれらの端子電圧と放電電流との相関を示す電圧−電流特性を表す式に、各種の容量におけるバッテリの電圧−電流特性を表す式に基づいて仮想電流として予め求めてた容量に対して電圧が直線的に変化する電流の値を代入して所定の大電流値による定負荷の放電時におけるバッテリの推定電圧の値と開回路電圧の値との差値を、バッテリによる定負荷への放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量の差である残存電圧降下差値として記憶しているが、この残存電圧降下差値は、推定電圧が放電開始直前の開回路電圧にほぼ等しくなるべきなのが、種々の要因によって、等しくならない場合のその大きさの差を表すもので、推定電圧から開回路電圧を推定する際にこの差値で推定電圧を修正することで開回路電圧を正しく推定できることになる。
【００３６】
そして、第２の充電状態更新設定手段２３ａ−７が、非平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、電圧測定手段及び電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とから電圧−電流特性を表す式を電圧−電流特性決定手段２３ａ−４に決定させ、電圧−電流特性決定手段２３ａ−４が決定した電圧−電流特性を表す式に仮想電流を代入して求めたバッテリの現在の推定電圧の値に差値記憶手段２３ａ−６に予め記憶した差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算したバッテリの残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する。
【００３７】
したがって、非平衡状態であってもバッテリによる定負荷への放電毎に、第２の充電状態更新設定手段２３ａ−５によって、種々の要因によって発生する推定電圧と開回路電圧との間の差を補正した推定開回路電圧に基づいて、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００３８】
また、請求項７に記載した本発明は、請求項６記載の車両用バッテリ充電状態測定装置において、前記定負荷が前記車両のセルモータであることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定装置に存する。
【００３９】
請求項７に記載した本発明によれば、定負荷が前車両のセルモータ５であるので、請求項６記載の発明の作用に加え、エンジンの始動時毎に、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００４０】
また、請求項８に記載した本発明は、請求項６記載の車両用バッテリ充電状態測装置において、前記第２の充電状態更新設定手段は、非平衡状態の前記バッテリによる前記定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷への放電毎に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、前記電圧測定手段及び前記電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とから前記電圧−電流特性を表す式を前記電圧−電流特性決定手段に決定させ、前記電圧−電流特性決定手段が決定した電圧−電流特性を表す式に前記仮想電流値を代入して求めた前記バッテリの現在の推定電圧の値に前記残存電圧降下差値記憶手段に予め記憶した残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算した前記バッテリの残存容量を用いて前記現在の充電状態を更新して設定することを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４１】
請求項８に記載した本発明によれば、第２の充電状態更新設定手段２３ａ−７が、非平衡状態のバッテリによる定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷への放電時に、放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、電圧測定手段及び電流測定手段によってそれぞれ周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とから電圧−電流特性を表す式を電圧−電流特性決定手段２３ａ−４に決定させ、電圧−電流特性決定手段２３ａ−４が決定した電圧−電流特性を表す式に仮想電流値を代入して求めたバッテリの現在の推定電圧の値に残存電圧降下差値記憶手段２３ａ−６に予め記憶した残存電圧降下差値を加算して推定開回路電圧を求め、該求めた推定開回路電圧に基づいて演算したバッテリの残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する。
【００４２】
したがって、非平衡状態であって、しかも、定負荷に対する放電でなくても、定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷への放電毎に、第２の充電状態更新設定手段２３ａ−５によって、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００４３】
また、請求項９に記載した本発明は、請求項８記載の車両用バッテリ充電状態測定装置において、前記他の負荷が、点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプ、走行用動力源としてのエンジンを補助するため前記車両が補助駆動源として有する、駆動時にラッシュ電流の流れる駆動モータの少なくとも１つであることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４４】
請求項９に記載した本発明によれば、定負荷が点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプ、走行用動力源としてのエンジンを補助するため前記車両が補助駆動源として有する、駆動時にラッシュ電流の流れる駆動モータの少なくとも１つであるので、請求項８記載の発明の作用に加え、少なくともヘッドランプの点灯又は駆動モータの駆動時毎にも、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。
【００４５】
また、請求項１０に記載した本発明は、請求項６〜９のいずれかに記載の車両用バッテリ充電状態測装置において、周期的に測定した前記バッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶する測定電圧・電流記憶手段２３ｂを備え、前記電圧−電流特性決定手段が、前記測定電圧・電流記憶手段に記憶しておいた最新の所定時間分の前記バッテリの端子電圧と放電電流とを用いて前記電圧−電流特性を表す式を求めることを特徴とする車両用バッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４６】
請求項１０に記載した本発明によれば、測定電圧・電流記憶手段２３ｂが、周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶し、電圧−電流特性決定手段２３ａ−４が、測定電圧・電流記憶手段に記憶しておいた最新の所定時間分のバッテリの端子電圧と放電電流とを用いて電圧−電流特性を表す式を求めているので、請求項６〜９記載の発明の作用に加え、放電電流が所定値から減少している間の電圧−電流特性を表す式を電圧−電流特性決定手段が求めるための処理を任意時点で行えるようになる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用バッテリ充電状態測定方法を、本発明による車両用バッテリ充電状態測定装置と共に、図２を参照して説明するが、その前に、バッテリそのものの特性について検討する。
【００４８】
まず、バッテリの端子電圧はそのバッテリの様々な条件を含んだバッテリの状態を表していることに着目し、バッテリの個体差や劣化の進行度合い等によって変化する充電容量を正確に割り出して、積算すべき元々のバッテリの充電状態をより正確に測定できるようにするために、車両走行中に激しく変化するバッテリの端子電圧から安定した電圧を推定できるようにする方法について、その詳細を以下説明する。
【００４９】
ところで、図３の特性図に示すように、バッテリを１０Ａ刻みで１０〜８０（Ａ）の各定電流にて放電させると、放電時間（横軸）とバッテリの端子電圧（Ｖ：縦軸）との相関は、放電電流が小さいほど放電時間が長い点において相互に異なっているが、放電時間が経過するにつれてバッテリの端子電圧が急激に降下する点において共通している。
【００５０】
図３の特性図において、横軸は時間であるが、定電流放電であることと、バッテリ容量が電気量（Ａｈ）で表されることとを考慮すると、この横軸はバッテリ容量と見ることができる。
【００５１】
そこで、図３の特性図を、定電流放電時における横軸のバッテリ容量と縦軸の端子電圧との相関として見ると、放電電流が小さいほど大きな電力を取り出すことができ、かつ、縦軸側に近いバッテリの満充電状態の付近では容量降下が遅く、縦軸から図３中右側に離れて放電終止電圧に近づくほど急激に容量が降下してしまうことが判る。
【００５２】
以上のことから、仮に放電電流を安定させることができたとしても、バッテリの充電容量と端子電圧との間には直線的な相関がないので、バッテリの端子電圧から充電容量を求めることはできないことが判る。
【００５３】
そこで注目されるのは、ほぼ直線的な相関があるバッテリの電解液比重と開回路電圧との関係と、同じく直線的な相関があるバッテリの電解液比重と充電状態との関係から、直線的な相関が成り立つはずの、バッテリの充電状態と開回路電圧との関係を利用する容量演算方式である。
【００５４】
ただし、この容量演算方式の唯一の弱点は、バッテリの開回路電圧を測定できるのが、自然放電を除くと充電状態に変化のない非放電時に限られることであり、換言すると、充電状態に変化の生じる放電時、すなわち、バッテリ使用時にはバッテリの開回路電圧を測定することができないことである。
【００５５】
したがって、バッテリの充電状態と開回路電圧との関係を利用する容量演算方式を用いる上での最大のポイントは、バッテリの放電時に如何にして開回路電圧を見つけるか、ということになる。
【００５６】
ところで、バッテリの放電時に測定できるのは、バッテリの端子電圧と放電電流であるが、図４の特性図から、バッテリの充電状態が変わらなくても放電電流が上がればバッテリの端子電圧が下がるのは明らかであるから、端子電圧と放電電流との間には、負の相関を示す電圧−電流特性（Ｉ−Ｖ特性）があり、また、この電圧−電流特性は、バッテリの充電状態が変わると変化することが判る。
【００５７】
そこで、バッテリの電圧−電流特性をバッテリの充電状態に応じて複数求めるために、次のような測定を行う。
【００５８】
まず、或る電流Ｉa とこの電流Ｉa よりも低い電流Ｉb とが周期的に交互に現れるパルス状の電流によるバッテリの放電を連続して行い、そのときに放電電流とは逆位相で現れるバッテリの端子電圧と放電電流との組（Ｉa ，Ｖ1 ）、（Ｉb ，Ｖ2 ）、（Ｉa ，Ｖ3 ）、（Ｉb ，Ｖ4 ），…を、放電電流のパルス周期（例えば１ｍｓ）に同期し連続して所定数（例えば１００サンプル）サンプリングする。
【００５９】
そして、所定数サンプリングしたバッテリの端子電圧と放電電流との組（Ｉa ，Ｖ01）、（Ｉb ，Ｖ02）、（Ｉa ，Ｖ03）、（Ｉb ，Ｖ04），…から、最小二乗法により、Ｖ＝ａ1 Ｉ＋ｂ1 なるバッテリの直線的な電圧−電流特性式における係数ａ1 ，ｂ1 を得て、この式Ｖ＝ａ1 Ｉ＋ｂ1 を、上記したサンプリングの間における容量に対応したバッテリの電圧−電流特性として位置づける。
【００６０】
次に、上記と同様の放電によって、パルス状の電流Ｉa ，Ｉa によるバッテリの放電を連続して行い、そのときに放電電流とは逆位相で現れるバッテリの端子電圧と放電電流との組（Ｉa ，Ｖ11）、（Ｉb ，Ｖ12）、（Ｉa ，Ｖ13）、（Ｉb ，Ｖ14），…を連続して所定数サンプリングし、これらから、最小二乗法により、Ｖ＝ａ2 Ｉ＋ｂ2 なるバッテリの直線的な電圧−電流特性式における係数ａ2 ，ｂ2 を得て、この式Ｖ＝ａ2 Ｉ＋ｂ2 を、上記したサンプリングの間における容量に対応したバッテリの電圧−電流特性として位置づける。
【００６１】
以後、同様にして、Ｖ＝ａn Ｉ＋ｂn なるバッテリの直線的な電圧−電流特性式における係数ａn ，ｂn を得て、この式Ｖ＝ａn Ｉ＋ｂn を、バッテリの徐々に減少する互いに異なる容量に対応した電圧−電流特性として位置づけることで、１００％から０％までの各容量に対応したバッテリの電圧−電流特性を得る。
【００６２】
なお、各所定数サンプリングしたバッテリの端子電圧と放電電流との組（Ｉa ，Ｖn1）、（Ｉb ，Ｖn2）、（Ｉa ，Ｖn3）、（Ｉb ，Ｖn4），…と、これらに最小二乗法を適用して得られる直線的な電圧−電流特性式Ｖ＝ａn Ｉ＋ｂn との関係を、図４に模式的に示した。
【００６３】
ここで、上述のようにして得た各容量に応じたバッテリの電圧−電流特性式に、仮想の定電流値である仮想電流値Ｉｓを各々代入し、それによって求まるＶを、バッテリの定負荷放電状態における推定上の端子電圧である推定電圧Ｖｎと定義すると、図５のグラフに示すような定電流放電特性が得られる。
【００６４】
そして、仮想電流値Ｉｓとして正のいずれの値を代入しても、その仮想電流値Ｉｓによる定電流放電特性は、横軸に取った容量が図５中右側に進んで０に近づくにつれて推定電圧Ｖｎが急激に低下する非直線的な特性となり、理論上開回路電圧を示すはずの仮想電流値Ｉｓ＝０Ａの場合においても、定電流放電特性は同様の特性を示すことが判る。
【００６５】
ただし、図５のグラフによれば、仮想電流値Ｉｓが小さければ小さいほど、容量が０に近づくにつれて推定電圧Ｖｎが低下する度合いが小さくなっているため、あくまで仮想の領域であるが、上述のようにして得た各容量に応じたバッテリの電圧−電流特性式に仮想電流値Ｉｓとして負の値を代入して、その負の値の仮想電流値Ｉｓによる定電流放電特性をグラフに示すと、図６に示すように、図示のグラフの場合においては、仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａを境に、容量０に近い領域の推定電圧Ｖｎの特性変化が変曲する。当然のことながら、図示の特性と異なる特性を有するバッテリでは、仮想電流値Ｉｓの値は−１０Ａ以外の値になる。
【００６６】
したがって、理論上では、仮想電流値Ｉｓを−１０Ａとすると、定電流放電における推定電圧Ｖｎがバッテリの容量に対して直線的な特性を示すことになる。
【００６７】
そこで、上述のようにして得た各容量に応じたバッテリの電圧−電流特性を、縦軸を放電電流Ｉとし横軸を端子電圧Ｖとした図７のグラフ上において、定電流放電における推定電圧Ｖｎがバッテリの容量に対して直線的な特性を示すことを検証してみる。
【００６８】
まず、各電圧−電流特性式の傾きを表す係数ａ1 ，ａ2 ，…，ａn が各々異なり、かつ、各電圧−電流特性式の切片を表す係数ｂ1 ，ｂ2 ，…，ｂn も各々異なることから、図７中の現実に存在する正の放電電流領域においては、バッテリ容量の変化に対して端子電圧Ｖが直線的に変化する放電電流値Ｉは存在しない。
【００６９】
しかし、図７中の想像上の領域である負の放電電流領域においては、放電電流値Ｉ＝−１０Ａの時に、バッテリの容量に対して端子電圧Ｖが直線的に変化する特性を示すことになり、この放電電流値Ｉ＝−１０Ａにおける各容量に対応するバッテリの端子電圧Ｖが、推定電圧Ｖｎであるということになる。
【００７０】
そこで、この仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａにおけるバッテリの容量とこれに対して直線的な相関を有する推定電圧Ｖｎとの関係をグラフに表すと、図８に示すように、縦軸の満充電時の開回路電圧Ｖｓと放電終止時の開回路電圧Ｖｅとの間に推定電圧Ｖｎが存在することになり、この推定電圧Ｖｎに対応する横軸の容量上の値が、バッテリの残存容量、つまり、充電状態ＳＯＣ（State of charge ）ということになる。
【００７１】
したがって、推定電圧Ｖｎはバッテリの開回路電圧に代わるものであるということができ、開回路電圧が測定できない放電時においても、その放電が、電力を供給する負荷が放電中に変化しない定負荷放電であれば、その放電中に微妙に変動するバッテリの端子電圧と放電電流とを測定することで、その定負荷放電におけるバッテリの端子電圧と放電電流との相関である電圧−電流特性を求めて、その特性式（Ｖ＝ａＩ＋ｂ）に予め求めておいた仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａを代入して推定電圧Ｖｎを求めることで、この推定電圧Ｖｎからバッテリの充電状態ＳＯＣを求めることができる。
【００７２】
そして、図８の縦軸上における推定電圧Ｖｎと満充電時の開回路電圧Ｖｓとの比に換算して、満充電容量に対する現在の充電状態ＳＯＣを求めると、
ＳＯＣ＝｛（Ｖｎ−Ｖｅ）／（Ｖｓ−Ｖｅ）｝×１００（％）
となる。
【００７３】
しかし、正確を期して、電力（Ｖ×Ａｈ）の比に換算して満充電容量に対する現在の充電状態ＳＯＣを求めると、
0003869666.tif 000002
となる。
【００７４】
ところで、バッテリの放電中には、図９に示すように、純抵抗（バッテリのオーミック抵抗）の影響による電圧降下、つまり、純抵抗に放電電流を乗じたＩＲ降下や、放電側分極による電圧降下が生じ、逆に、バッテリの充電中には、これら純抵抗の影響による電圧上昇や充電側分極による電圧上昇が生じる。
【００７５】
特に、図９に示すように、バッテリの放電時に生じる放電側分極に含まれる、電極の表面上で酸化還元反応を進行させるための活性化分極や、物質移動の結果として電極表面と溶液バルクとの間に生じた反応物や生成物の濃度差による濃度分極は、放電電流の増減に対して多少遅れて反応するため、放電電流の値に比例するような直線的相関を示さない。
【００７６】
そのため、上述したように、バッテリの充電状態ＳＯＣを求めるために、放電時に測定できないバッテリの開回路電圧に代わって予め定めた仮想電流を用いて推定電圧Ｖｎを求める場合、その前段階として、端子電圧と放電電流とを放電中に測定してバッテリの電圧−電流特性を求めると、その端子電圧が放電時の分極による電圧降下を含んでいることから、求めたバッテリの電圧−電流特性やその電圧−電流特性から推定した推定電圧Ｖｎが、バッテリの充電状態ＳＯＣだけでなく分極による電圧降下の大きさを反映したものとなってしまい、よって、この推定電圧Ｖｎをそのまま用いたのでは、バッテリの充電状態ＳＯＣを正確に求めることができない。
【００７７】
なお、放電時に測定できるバッテリの端子電圧と放電電流との相関から求められる、バッテリの定負荷放電状態における推定上の端子電圧である推定電圧を用いて、バッテリの充電状態を求める。このとき、推定電圧を求めるのに用いた放電中のバッテリの端子電圧が、前回の充電や放電による電圧上昇や電圧降下の完全に解消していないものである場合であっても、分極による電圧降下の大きさの差による影響を排除した推定電圧を求めることで、バッテリの充電状態を正確に測定することができれば、この時点で、測定したバッテリの充電状態を、それまで積算方式によって求めたバッテリの充電状態に代えて利用することによって、長期間にわたって連続的に積算して大きな誤差が累積しないようにできるとともに、バッテリの個体差や劣化の進行度合い等によって変化する充電容量を正確に割り出して、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようになる。したがって、このようなことを可能にした車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置の具体的な実施の形態を、図２に戻って以下説明する。
【００７８】
図２は本発明の車両用バッテリ充電状態測定方法を適用した本発明の一実施形態に係る車両用バッテリ充電状態測定装置の概略構成を一部ブロックにて示す説明図であり、図中符号１で示す本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置は、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。この電流はラッシュ電流と呼ばれるもので、このときモータジェネレータ５は、ハイブリッド車両に搭載された他の電動負荷が同時に複数動作している定常状態よりも多くの電力を単独で消費する。
【００８２】
ちなみに、本実施形態のハイブリッド車両においては、スタータスイッチはオフであるものの、図示しないアクセサリスイッチやイグニッションスイッチとか、モータジェネレータ５以外の電装品（負荷）のスイッチ（図示せず。）がオンであるために、エアコン、オーディオ機器、パワーウィンド、ヘッドライト、並びに、ルームランプ（いずれも図示せず。）等が定常作動している場合、バッテリ１３から流れる放電電流は、それらの電装品が同時に複数作動していても例えば３５Ａ（アンペア）に満たない。
【００８３】
逆に、アクセサリスイッチがオンされ、その上でスタータスイッチがオンされて、エンジン３を始動させるためにモータジェネレータ５をセルモータとして作動させる際には、例え他の電装品が何も作動していなくても、例えば２５０Ａ（アンペア）に達するラッシュ電流がバッテリ９から瞬時的に流れる。同様のことは、パワーウインドスイッチやライティングスイッチのオン操作によって、比較的大きな負荷であるパワーウインドやヘッドライトの起動時やオン時にも、セルモータとして用いられるモータジェネレータ５と同じとはならないが、モータジェネレータ５に流れるものに近い大きなラッシュ電流が瞬時的に流れる。
【００８４】
したがって、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１においては、バッテリ１３の放電電流が目標電流値＝３５Ａ（下限）から最大電流値＝２５０Ａ（上限）までの間にあるかどうかが、モータジェネレータ５をセルモータとして作動させるための定負荷放電が行われていること、及び、この定負荷放電に類似した負荷放電が行われていることを見分けるための目安となる。
【００８５】
なお、スタータスイッチのオンによりモータジェネレータ５によってエンジン３が始動されると、イグニッションキー（図示せず。）の操作解除に伴って、スタータスイッチがオフになってイグニッションスイッチやアクセサリスイッチのオン状態に移行する。また、イグニッションスイッチやアクセサリスイッチのオン状態において、パワーウインドスイッチやライティングスイッチのオンによりパワーウインドやヘッドライトが起動されたりオンされると、これに伴ってモータジェネレータ５に流れるものに近い大きなラッシュ電流がパワーウインドやヘッドライトに瞬時的に流れた後、バッテリ１３から流れる放電電流は、例えば３５Ａ（アンペア）に満たない定常電流に移行する。
【００８６】
話を構成の説明に戻すと、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１は、上述したバッテリ１３の充電状態を測定するもので、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、電装品に対するバッテリ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測定する電流センサ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を測定する電圧センサ１７とを備えている。
【００８７】
また、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１は、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力を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変換後に取り込むマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）２３と、このマイコン２３に接続された不揮発性メモリ（以下、「ＮＶＭ」と略記する。）２５，２７とをさらに備えている。
【００８８】
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及びＮＶＭ２５が各々接続されており、また、上述した図示しないスタータスイッチ、イグニッションスイッチやアクセサリスイッチ、モータジェネレータ５以外の電装品（負荷）のスイッチ、例えばパワーウインドスイッチやライティングスイッチ等が、さらに接続されている。
【００８９】
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。
【００９０】
前記ＮＶＭ２５には、充電容量の変化に応じて変化する前記バッテリ１３の平衡状態、即ち、充放電時の分極による電圧上昇や電圧降下が完全に解消して残っていない状態における端子電圧Ｖが、バッテリ１３の開回路電圧ＯＣＶとして格納、記憶される。
【００９１】
なお、ハイブリッド車両が製造された当初の時点では、実装時に別途計測されたバッテリ１３の端子電圧Ｖが、開回路電圧ＯＣＶとしてＮＶＭ２５に予め格納、記憶されている。
【００９２】
前記ＮＶＭ２７（残存電圧降下差値記憶手段に相当）には、図示しないイグニッションスイッチのオンに伴って、モータジェネレータ５によりエンジン３を始動させるためにバッテリ１３が瞬時的に定負荷放電を行った際に、その定負荷放電中に電流センサ１５や電圧センサ１７により測定されたバッテリ１３の端子電圧Ｖと放電電流Ｉとの相関を基にして、後述する処理によって推定される、定負荷放電状態における推定上の端子電圧Ｖである推定電圧Ｖｎを、ＮＶＭ２５に格納、記憶されているバッテリ１３の開回路電圧ＯＣＶから差し引いた、バッテリ１３の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量である残存電圧降下差値ｅ0 が、格納、記憶される。
【００９３】
なお、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力である電流値及び電圧値は、短い周期で高速にサンプリングされてＩ／Ｆ２１を介して常時マイコン２３のＣＰＵ２３ａに取り込まれ、取り込まれた電流値及び電圧値は前記ＲＡＭ２３ｂのデータエリア（測定電圧・電流記憶手段に相当）に所定期間前のものから最新のものまでの分、格納、記憶される。この記憶されたデータは、電流積算を行ったり、充電状態に応じたバッテリの電圧−電流特性を求めるために利用される。
【００９４】
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１０〜図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００９５】
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（ステップＳ１）。
【００９６】
このステップＳ１における初期設定では、ＲＡＭ２３ｂのワークエリアに設けられたフラグエリアのフラグのリセットやタイマエリアのゼロリセット等を行う。
【００９７】
ステップＳ１の初期設定が済んだならば、次に、ＣＰＵ２３ａは、電流センサ１５の測定したバッテリ１３の放電電流Ｉと電圧センサ１７の測定したバッテリ１３の端子電圧ＶとのＡ／Ｄ変換値を対にしてＩ／Ｆ２１を介して読み込み、読み込んだ実データの最新のものを、所定時間分、ＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納、記憶して収集する実データ収集処理を実行する（ステップＳ２）。このステップＳ２における実データ収集処理は常に継続的に行う。
【００９８】
その後、ステップＳ３及びステップＳ４において後述するフラグＦ１及びＦ２がそれぞれ「１」であるか否かを判定する。フラグＦ１及びＦ２がともに「１」でないとき（ステップＳ３のＮ、ステップＳ４のＮ）には、続いて何れかのスイッチがオフからオンになっているかを判断する（ステップＳ５）。何れかのスイッチがオフからオンしたとき（ステップＳ５のＹ）には、そのスイッチが定負荷であるセルモータに対する放電を開始させるスタータスイッチ（ＳＴＳＷ）であるかどうかを判断する（ステップＳ６）。オフからオンされたスイッチがＳＴＳＷでないとき（ステップＳ６のＮ）には、次に、定負荷であるセルモータと近似した大きなラッシュ電流を流す他の負荷であるパワーウインドモータやヘッドライトに対する放電を開始させるパワーウインドスイッチやライティングスイッチ等の大電流スイッチ（ＬＩＳＷ）がオンされたかどうかを判断する（ステップＳ７）。
【００９９】
オフからオンされたスイッチがＳＴＳＷ及びＬＩＳＷの何れでもないとき（ステップＳ６のＮ、ステップＳ７のＮ）には、これらのスイッチ以外のスイッチがオンされたとして、上述したステップＳ２で収集したバッテリの充電電流及び放電電流を用いて電流積算処理を行う（ステップＳ８）。すなわち、ステップＳ８の電流積算処理では、測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算と、放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算とをそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する積算式の充電状態測定を実行する。
【０１００】
ステップＳ８において積算式の充電状態測定を行った後はイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）及びアクセサリスイッチ（ＡＣＣＳＷ）がオフになっているかどうかを判断し（ステップＳ９）、ＩＧＳＷ及びＡＣＣＳＷがオフになっていなければ（ステップＳ９のＮ）、そのままステップＳ２の実データ収集処理を継続的に行う。これに対し、ＩＧＳＷ及びＡＣＣＳＷがオフになっていれば（ステップＳ９のＹ）、タイマＴをクリアして（ステップＳ１０）からステップＳ２の実データ収集処理を継続的に行う。タイマＴは、後述するように、ＩＧＳＷ及びＡＣＣＳＷがオフしてからの時間を計時するためのもので、充放電によって発生した最大の分極が例えば２４時間の所定時間Ｔｈを経過することによって解消することに着目し、このタイマＴの計時時間ＴがＴｈ以上であるかどうかによって分極の解消を判断するために利用される。
【０１０１】
ＳＴＳＷがオフからオンすると（ステップＳ６のＹ）、次にタイマＴの計時した時間が所定時間Ｔｈ以上であるかどうかを判断し（ステップＳ１１）、タイマＴの計時した時間が所定時間Ｔｈを経過しているとき（ステップＳ１１のＹ）には、ステップＳ２で収集してある実データからＳＴＳＷがオフからオンになる直前のバッテリ端子電圧である開回路電圧ＯＣＶを抽出し、これをＮＶＭ２５に格納、記憶し、この記憶したＯＣＶに基づいて残存容量を演算し、この演算した残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する充電状態更新設定処理を行う（ステップＳ１２）。すなわち、ステップＳ１２の充電状態更新設定処理では、平衡状態のバッテリによる定負荷であるセルモータへの放電時に、測定した放電の開始前のバッテリの端子電圧である開回路電圧に基づいてバッテリの残存容量を演算して、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する。
【０１０２】
バッテリの残存容量の演算は、具体的には、ステップＳ１２で記憶したＯＣＶを、
ＳＯＣ＝｛（ＯＣＶ−Ｖｅ）／（Ｖｓ−Ｖｅ）｝×１００（％）
又は、
0003869666.tif 000003
（但し、Ｖｓは満充電時の開回路電圧、Ｖｅは放電終止時の開回路電圧）
のいずれかの式に代入して、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣを求める。
【０１０３】
その後、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に、放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少している期間中に、それぞれ周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とからこれらの端子電圧と放電電流との相関を示す、放電電流が減少している期間の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を表す式を同定するＶ−Ｉ特性決定処理を後述するステップＳ１５において行うために必要な実データが収集されているかどうかを判断し（ステップＳ１３）、必要なデータが収集されていないとき（ステップＳ１３のＮ）には、フラグＦ１を「１」にしてから（ステップＳ１４）、ステップＳ９或いはステップＳ１０を経て上述のステップＳ２に戻る。ステップＳ１４においてフラグＦ１を「１」にした後は、ステップＳ３の判定がＹＥＳになるので、ステップＳ４〜ステップＳ１２の処理を飛ばしてステップＳ１３に進み、ステップＳ１３の判定がＹＥＳになるまで、すなわち、必要な実データが収集されるまで、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ９或いはステップＳ１０が繰り返される。
【０１０４】
Ｖ−Ｉ特性を表す式を同定するために必要な実データが収集されているとき（ステップＳ１３のＹ）には、収集されている実データを用いてＶ−Ｉ特性を示す近似式を同定するＶ−Ｉ特性決定処理を行う（ステップＳ１５）。このステップＳ１５のＶ−Ｉ特性決定処理では、具体的には、以下のような処理を行う。
【０１０５】
すなわち、バッテリの放電電流Ｉが３５Ａ（アンペア）まで低下した場合は、それまでの間に収集したバッテリの端子電圧Ｖと放電電流ＩとのＡ／Ｄ変換値を利用し、そのデータの相関性を確認するための相関係数ｒを算出してその値が−０．９≧ｒ≧−１．０の許容範囲内にあるか否かを確認し、相関係数ｒが許容範囲内にあって相関がＯＫである場合は、電流センサ１５の検出したバッテリ１３の放電電流Ｉと電圧センサ１７の検出したバッテリ１３の端子電圧ＶとのＡ／Ｄ変換値の対に、最小二乗法を適用して、直線的なＶ−Ｉ特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂを割り出す。
【０１０６】
次に、定電流放電における推定電圧Ｖｎがバッテリ１３の容量に対して直線的な特性を示すようになる仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａ（アンペア）を、上記割り出した電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂに代入して、推定電圧Ｖｎを推定する（ステップＳ１６）。続いて、ステップＳ１２においてＮＶＭ２５に格納、記憶されているＯＣＶからステップＳ１６で推定した推定電圧Ｖｎを差し引いて残存電圧降下値ｅ0 を求め（ステップＳ１７）、ＮＶＭ２７に格納、記憶されている残存電圧降下値ｅ0 をステップＳ１７で求めた残存電圧降下値ｅ0 に更新する（ステップＳ１８）。残存電圧降下値ｅ0 の更新後は、上記ステップＳ１４において「１」にしたフラグＦ１を「０」にし（ステップＳ１９）てから上記ステップＳ９或いはステップＳ１０を経てステップＳ２に戻り、実データの収集を継続する。
【０１０７】
上記ステップＳ７の判定がＹＥＳのとき、すなわち、定負荷であるセルモータと近似したラッシュ電流を流す他の負荷であるパワーウインドモータやヘッドライトに対する放電を開始させるパワーウインドスイッチやライティングスイッチ等のＬＩＳＷがオフからオンされたとき、或いは、ステップＳ１１の判定がＮＯのとき、すなわち、タイマＴの計時した時間が所定時間Ｔｈ以上でなく分極が解消していないときには、ステップＳ２０に進んで、放電電流が減少しているときのＶ−Ｉ特性決定処理を後述するステップＳ２２において行うために必要な実データが収集されているかどうかを判断し（ステップＳ２０）、必要なデータが収集されていないとき（ステップＳ２０のＮ）には、フラグＦ２を「１」にしてから（ステップＳ２１）、上記ステップＳ９或いはステップＳ１０を経てステップＳ２に戻り、実データの収集を継続する。
【０１０８】
ステップＳ２０の判定がＹＥＳのとき、すなわち、ステップＳ２２においてＶ−Ｉ特性決定処理を行うために必要な実データが収集されているときには、放電電流が減少している期間の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を表す式を同定するＶ−Ｉ特性決定処理を行う（ステップＳ２２）。上述したステップＳ１６と同様にして、定電流放電における推定電圧Ｖｎがバッテリ１３の容量に対して直線的な特性を示すようになる仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａ（アンペア）を、上記ステップＳ２２で割り出したＶ−Ｉ特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂに代入して、推定電圧Ｖｎを推定する（ステップＳ２３）。次に、上記ステップＳ２３で取得した推定電圧ＶｎにＮＶＭ２７に格納、記憶されている残存電圧降下差値ｅ0 を加算して推定開回路電圧ＯＣＶ´を求め（ステップＳ２４）、この推定開回路電圧ＯＣＶ′に基づいてバッテリの残存容量を演算して、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定する（ステップＳ２５）。
【０１０９】
バッテリの残存容量の演算は、具体的には、ステップＳ２４で求めた推定開回路電圧ＯＣＶ´を、電圧比による算出式、
ＳＯＣ＝｛（ＯＣＶ´−Ｖｅ）／（Ｖｓ−Ｖｅ）｝×１００（％）
又は、電力比による算出式、
0003869666.tif 000004
（但し、Ｖｓは満充電時の開回路電圧、Ｖｅは放電終止時の開回路電圧）
のいずれかの式に代入して、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣを求める。
【０１１０】
そして、現在の残存容量の更新後は、上記ステップＳ２１において「１」にしたフラグＦ２を「０」にし（ステップＳ２６）てから上記ステップＳ９或いはステップＳ１０を経てステップＳ２に戻り、実データの収集を継続するとともに、上述した処理を繰り返す。なお、、バッテリ１３からの給電が断たれた場合は、図示しない終了処理を行った後一連の処理を停止する。
【０１１１】
以上の説明からも明らかなように、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、電流センサ１５及び電圧センサ１７と図１０中のフローチャートにおけるステップＳ２の処理とが、請求項中の電流測定手段２３ａ−１及び電圧測定手段２３ａ−３を構成し、図１０中のステップＳ８が、請求項中の積算式充電状態測定手段２３ａ−２に対応する処理となっていると共に、図１１中のステップＳ１５及びＳ２２の各々が、請求項中の電圧−電流特性決定手段２３ａ−４に対応する処理となっている。
【０１１２】
また、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、図１０中のフローチャートにおけるステップＳ１２が、請求項中の第１の充電状態更新設定手段２３ａ−５に対応する処理となっており、図１２中のステップＳ２５が、請求項中の第２の充電状態更新設定手段２３ａ−７に対応する処理となっている。
【０１１３】
さらに、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、ＮＶＭ２７と、図１１中のステップＳ１８とにより、請求項中の残存電圧降下値記憶手段２３ａ−６が構成されている。
【０１１４】
また、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、バッテリ１３の放電電流Ｉに関して、２５０Ａ（アンペア）が請求項中の所定値に相当している。
【０１１５】
次に、上述のように構成された本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１の動作（作用）について説明する。
【０１１６】
まず、モータジェネレータ５がジェネレータとして機能するように作動していて、それに伴いバッテリ１３が充電を行っている状態では、平衡状態のバッテリの端子電圧である開回路電圧は測定できないので、ＮＶＭ２５に格納、記憶されている開回路電圧ＯＣＶの更新は勿論のこと、ＮＶＭ２７に格納、記憶されている残存電圧降下値ｅ0 の更新も行われず、また、推定電圧Ｖｎの推定とこれを用いた充電状態ＳＯＣの演算、更新も行われない。
【０１１７】
次に、スタータスイッチのオンに伴って、ハイブリッド車両のモータジェネレータ５がセルモータとして機能するように作動し、これに伴いバッテリ１３が所定値例えば２５０Ａ（アンペア）を超える定負荷放電を行うと、その放電におけるバッテリ１３の放電電流Ｉが通常使用される定常電流値例えば３５Ａ（アンペア）に低下するまでの間、電流センサ１５及び電圧センサ１７により検出されたバッテリ１３の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖが、対となって周期的に収集され、一定の相関関係を満たすものであった場合には、これらに最小二乗法を適用して、バッテリ１３の直線的な電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂが割り出され、定電流放電における推定電圧Ｖｎがバッテリ１３の容量に対して直線的な特性を示すようになる仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａ（アンペア）を、この電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂに代入することで、充電状態にのみ依存する平衡状態の開回路電圧に相当する推定電圧Ｖｎが推定される。
【０１１８】
そして、ＮＶＭ２７に格納、記憶されている残存電圧降下差値ｅ0 を、先に推定された推定電圧Ｖｎに加算することで、補正後推定電圧Ｖｎ´が求められ、この補正後推定電圧Ｖｎ´を、電圧比又は電力比のいずれかの算出式に代入することで、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣが演算されて、その結果が、現在の充電状態を正確な値に更新して設定し直すために利用される。
【０１１９】
この場合、推定電圧Ｖｎを推定するのに用いるバッテリ１３の電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂを求めるために、対となって周期的に収集される、バッテリ１３の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖが、２５０Ａ（アンペア）という、ハイブリッド車両における最大の負荷であるセルモータとして機能させるモータジェネレータ５に対する放電の際に収集されたものであり、しかも、他の負荷に複数同時にバッテリ１３の電力が供給されていても到達しない３５Ａ（アンペア）を超える放電電流Ｉが流れている状態で収集されたものである。
【０１２０】
このため、モータジェネレータ５以外の負荷にバッテリ１３の電力が同時に供給されていて、それによる放電側分極による電圧降下が生じていても、モータジェネレータ５に対する放電の終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量として求められた残存電圧降下値ｅ0 を、推定した推定電圧Ｖｎに加算することで、バッテリ１３の実際の充電状態ＳＯＣを正確に演算することができる。
【０１２１】
なお、セルモータとして機能させるモータジェネレータ５からなる定負荷以外の、放電の開始時に２５０Ａ（アンペア）という所定値を越えて増大した後所定値以下に急激に減少するラッシュ電流が流れる他の負荷、例えば、点灯時にラッシュ電流の流れるヘッドランプであっても、定負荷についての上述の考え方が適用できる。走行用動力源としてのエンジンを補助するためモータジェネレータ５を車両が補助駆動源として使用したとき、駆動時に流れるラッシュ電流が所定値を越えて増大した後所定値以下に急激に減少する場合には、定負荷についての上述の考え方が適用できる。したがって、少なくともヘッドランプの点灯又は駆動モータの駆動時毎にも、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定し直されるようになる。
【０１２２】
また、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、スタータスイッチのオンに伴って、バッテリ１３が２５０Ａ（アンペア）を超える定負荷放電を開始する前の段階で、最大分極発生状態からの分極解消に必要な所定時間Ｔｈを超えて、バッテリ１３が充放電を行っていないと、前回にバッテリ１３が充放電を行った際に発生した分極による電圧変動（電圧上昇又は電圧降下）が完全に解消して平衡状態となっているものとして、ＮＶＭ２５に格納、記憶されているバッテリ１３の開回路電圧ＯＣＶが、この時点で検出されたバッテリ１３の端子電圧Ｖに更新される。
【０１２３】
このため、バッテリ１３の容量変化によって開回路電圧ＯＣＶが変動しても、バッテリ１３が平衡状態となる毎に、ＮＶＭ２５に格納、記憶される開回路電圧ＯＣＶを最新の値に更新して、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣの演算精度を高く維持することができる。
【０１２４】
同様に、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、セルモータとして機能させるモータジェネレータ５に対するバッテリ１３の放電が、バッテリ１３が平衡状態にある状況から行われると、ＮＶＭ２７に格納、記憶されているバッテリ１３の残存電圧降下差値ｅ0 が、放電開始前に更新されたＮＶＭ２５の開回路電圧ＯＣＶから、放電後に推定された推定電圧Ｖｎを差し引いた、最新の残存電圧降下差値ｅ0 に更新される。
【０１２５】
このため、バッテリ１３の状態変化に伴って残存電圧降下値ｅ0 が変動しても、バッテリ１３が平衡状態となる毎に、ＮＶＭ２７に格納、記憶される残存電圧降下差値ｅ0 を最新の値に更新して、バッテリ１３の充電状態ＳＯＣの演算精度を高く維持することができる。
【０１２６】
また、推定電圧Ｖｎを推定するのに用いるバッテリ１３の電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂを求めるために、バッテリ１３の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖを対にして周期的に収集する期間は、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１のように、バッテリ１３が２５０Ａ（アンペア）を超える定負荷放電を行った場合、その放電電流Ｉが２５０Ａ（アンペア）から３５Ａ（アンペア）に減少する間に限らなくても良い。
【０１２７】
しかし、一般にバッテリ１３の放電時における電圧−電流特性は、図１３のグラフに示すように、放電電流Ｉの増加時と減少時とで異なり、実際にバッテリ１３が２５０Ａ（アンペア）を超える定負荷放電を行った場合の放電電流Ｉと端子電圧Ｖとを測定してみると、図１４のグラフに示すように、放電によりバッテリ１３に発生した分極による電圧降下が放電電流Ｉの減少に伴って解消するペースが、放電電流Ｉの増加に伴う発生のペースに対して遅れることから、放電電流Ｉの増加時よりも減少時の方が放電電流Ｉに対して端子電圧Ｖが低くなる。
【０１２８】
しかも、前回の充放電による電圧上昇や電圧降下が残った状態でバッテリ１３の放電が開始されると、図１５のグラフに一般的な傾向を示すように、放電電流Ｉの増加中における電圧−電流特性が、先に図１３のグラフを参照して説明した、平衡状態から放電を開始した場合の放電電流Ｉの増加中における電圧−電流特性とは異なってしまう。
【０１２９】
したがって、放電電流Ｉの増加中と減少中とでバッテリ１３の電圧−電流特性が同じ特性とならず、しかも、放電電流Ｉの増加中における電圧−電流特性については、放電の開始前のバッテリ１３が平衡状態にあったか否かによっても異なることを考慮すると、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１のように、放電電流Ｉが減少している間に限って周期的に収集したバッテリ１３の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖのみを用いて、バッテリ１３の電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂを求めるようにしている。
【０１３０】
そして、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、ＮＶＭ２５に格納、記憶されているバッテリ１３の開回路電圧ＯＣＶが、図１３中の放電電流Ｉの増加中における電圧−電流特性線の、放電電流Ｉ＝０Ａ（アンペア）上の点を示すことになり、放電電流Ｉが２５０Ａ（アンペア）から３５Ａ（アンペア）に減少する間に収集したバッテリ１３の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖのみを用いて求めた、バッテリ１３の電圧−電流特性から推定される推定電圧Ｖｎが、図１３中の放電電流Ｉの減少中における電圧−電流特性線の、仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａ（アンペア）上の点を示すことになる。
【０１３１】
なお、本実施形態の車両用バッテリ充電状態測定装置１では、平衡状態又は非平衡状態のバッテリからの定負荷又は他の負荷への放電時に、これに伴いバッテリ１３が所定値例えば２５０Ａ（アンペア）を超えた後通常使用される定常電流値例えば３５Ａ（アンペア）に低下するまでの間、電流センサ１５及び電圧センサ１７により検出されたバッテリ１３の放電電流Ｉ及び端子電圧Ｖを、対にして周期的に収集し、一定の相関関係を満たすものであった場合には、これらに最小二乗法を適用して、バッテリ１３の直線的な電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂを割り出し、放電における推定電圧Ｖｎがバッテリ１３の容量に対して直線的な特性を示すようになる仮想電流値Ｉｓ＝−１０Ａ（アンペア）を、この電圧−電流特性式Ｖ＝ａＩ＋ｂに代入することで、充電状態にのみ依存する平衡状態の開回路電圧に相当する推定電圧Ｖｎを推定しているが、バッテリ１３の電圧−電流特性を一次式でなく二次式に近似して割り出した方が、より精度の高い推定電圧を求めることができるようになる。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は６記載の発明によれば、電流積算方式によってバッテリの充電状態を測定するものであって、車両の走行中のように充放電電流の変化する中で、測定した充放電電流を加算及び減算することでバッテリの充電状態を測定でき、しかも、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時毎に、電流積算方式によって求めた充電状態に累積する誤差を解消でき、また、平衡状態のバッテリによる定負荷への放電時に、放電時の初期段階の放電終了時における残存分極の影響による残存電圧降下量である残存電圧降下差値として予め求めておき、この残存電圧降下差値を、非平衡状態のバッテリによる定負荷への放電毎に、測定したバッテリの端子電圧と放電電流とから求めた電圧−電流特性を表す式に予め定められた仮想電流値を代入して求めたバッテリの現在の推定電圧に加算して推定の開回路電圧を求め、この推定開回路電圧に基づいてバッテリの残存容量を演算し、この演算により求めた残存容量を用いて現在の充電状態を更新して設定することにより、非平衡状態であっても現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できるので、バッテリの個体差や劣化の進行度合い等によって変化する充電状態を正確に割り出し積算すべき元々のバッテリの充電状態をより正確に測定できるようにして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようにした車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【０１３３】
上述した請求項２又は７記載の構成によれば、エンジンの始動時毎に、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【０１３４】
上述した請求項３又は８記載の構成によれば、非平衡状態であって、しかも、定負荷に対する放電でなくても、定負荷と同様に放電の初期の段階で放電電流が所定値を越えて増大した後該所定値以下に減少する他の負荷に対する放電毎に、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できるので、充放電電流を長期間にわたって連続的に積算することによる大きな累積誤差の発生を生じ難くして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようにした車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【０１３５】
上述した請求項４又は９記載の構成によれば、少なくともヘッドランプの点灯又は駆動モータの駆動時毎にも、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【０１３６】
上述した請求項５又は１０記載の構成によれば、周期的に測定したバッテリの端子電圧と放電電流とを最新の所定時間分収集して格納、記憶して用い、所定値から減少している間の電圧−電流特性を求ているので、電圧−電流特性を求めるための処理を任意時点で行え、処理速度を上げなくても実施可能な車両用バッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用バッテリ充電状態測定装置の基本構成図である。
【図２】本発明の車両用バッテリ充電状態測定方法を適用した本発明の一実施形態に係る車両用バッテリ充電状態測定装置の概略構成を一部ブロックにて示す説明図である。
【図３】バッテリの定電流放電における端子電圧と放電時間との相関を示すグラフである。
【図４】バッテリの定電流放電中にサンプリングした所定数の端子電圧及び放電電流の組と、これらに最小二乗法を適用して得られる直線的な電圧−電流特性式との関係を模式的に示すグラフである。
【図５】図４に示す電圧−電流特性から推定した推定電圧により得られる複数の定電流放電特性を示すグラフである。
【図６】図４に示す電圧−電流特性から推定した推定電圧により得られる複数の仮想上の定電流放電特性を示すグラフである。
【図７】各容量に応じたバッテリの電圧−電流特性を同一平面上に展開したグラフである。
【図８】図６のグラフにおいて直線的特性を示す仮想上の放電電流値におけるバッテリの容量と図４に示す電圧−電流特性から推定した推定電圧との関係を示すグラフである。
【図９】バッテリの放電中に発生する電圧降下の内容を示すグラフである。
【図１０】図２のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納された制御プログラムに従いＣＰＵが行う処理の一部を示すフローチャートである。
【図１１】図２のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納された制御プログラムに従いＣＰＵが行う処理の他の一部を示すフローチャートである。
【図１２】図２のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納された制御プログラムに従いＣＰＵが行う処理のさらに他の一部を示すフローチャートである。
【図１３】平衡状態のバッテリが行う定負荷放電における放電電流の増加時と減少時との一般的な電圧−電流特性差を示すグラフである。
【図１４】図２のバッテリが平衡状態から行った２５０Ａの定負荷放電における放電電流の増加時と減少時との電圧−電流特性差を示すグラフである。
【図１５】平衡状態でないバッテリが行う定負荷放電における放電電流の増加時と減少時との一般的な電圧−電流特性差を示すグラフである。
【符号の説明】
５          定負荷（セルモータ）
１３        バッテリ
２３ａ−１  電流測定手段
２３ａ−２  積算式充電状態測定手段
２３ａ−３  電圧測定手段
２３ａ−４  電圧−電流特性決定手段
２３ａ−５  第１の充電状態更新設定手段
２３ａ−６  残存電圧降下値記憶手段
２３ａ−７  第２の充電状態更新設定手段
２３ｂ      測定電圧・電流記憶手段（ＲＡＭ）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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