(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の負荷に電力を供給するため車両に搭載されたバッテリの純抵抗を測定する車両用バッテリ純抵抗測定方法において、
前記負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときの前記バッテリの端子電圧と放電電流とを周期的に測定してこれら端子電圧と放電電流との相関を示す前記増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似二次曲線式と前記減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似二次曲線式とを求めると共に、該求めた２つの近似二次曲線式をそれぞれ微分して前記増大する放電電流及び前記減少する放電電流に対して前記バッテリが呈する合成抵抗の変化を示す２つの直線式を求め、
該求めた２つの直線式の前記最大値に対応する２つの値の間に前記バッテリの呈する合成抵抗中の純抵抗があるとして純抵抗を測定する
ことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の車両用バッテリ純抵抗測定方法において、
前記２つの値の中間点の値を前記純抵抗として測定する
ことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の車両用バッテリ純抵抗測定方法において、
前記第１の近似曲線式と前記第２の近似曲線式とを求めるに当たって、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、記憶しておく
ことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定方法。
【請求項４】
車両の負荷に電力を供給するため車両に搭載されたバッテリの純抵抗を測定する車両用バッテリ純抵抗測定装置において、
前記負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときの前記バッテリの端子電圧と放電電流とを周期的に測定する電圧・電流測定手段と、
該電圧・電流測定手段によって測定した端子電圧と放電電流との相関を示す前記増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似曲線式と前記減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似曲線式とを求める近似曲線式算出手段と、
該近似曲線式算出手段により求めた前記２つの近似二次曲線式をそれぞれ微分して前記増大する放電電流及び前記減少する放電電流に対して前記バッテリが呈する合成抵抗の変化を示す２つの直線式を求め、該求めた２つの直線式の前記最大値に対応する２つの値を求める演算手段と、
該演算手段によって求めた前記２つの値の間に前記バッテリの呈する合成抵抗中の純抵抗があるとして純抵抗を測定する
ことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両用バッテリ純抵抗測定装置において、
前記２つの値の中間点の値を前記純抵抗として測定する
ことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の車両用バッテリ純抵抗測定装置において、
前記近似曲線式算出手段は、前記第１の近似曲線式と前記第２の近似曲線式を求めるために、前記電圧・電流測定手段により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、記憶する記憶手段を有する
ことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の負荷に電力を供給するため車両に搭載されたバッテリの純抵抗を測定する車両用バッテリ測定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バッテリから電流が放電されるとバッテリの端子電圧に降下を生じる。その電圧降下はバッテリの内部インピーダンス（合成抵抗）によるものであるが、バッテリの構造などに基因するＩＲ損（純抵抗、すなわち、オーミック抵抗による電圧降下）と、化学的な反応に基因する分極抵抗成分（活性化分極、濃度分極）による電圧降下に分けることができる。電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を求めた場合、ＩＲ損による電圧降下は、バッテリの状態が同じであれば変化しないが、分極抵抗成分による電圧降下は電流の大きさと電流の放電している時間によって変化する。よって、分極抵抗成分を含んだＶ−Ｉ特性から、バッテリの様々な状態を推定すると、不正確な推定結果となることがわかるので、分極抵抗成分を分離した純抵抗のみを測定する技術が必要とされる。
【０００３】
また、バッテリは放電電流をカバーする充電を行うことによって、その充電容量の範囲内において繰り返し使用できることになっているが、過放電や電解液不足などの不測の事態を招いた場合は勿論のこと、これらの事態を招かなくても、長期間にわたって使用し経年変化が起こると、放電によって負荷に供給できる電力量である放電可能容量が急激に低下するようになる。このため、経年変化によって放電可能容量の低下している状態においては、充電を上回る放電がわずかな期間発生しても、エンジン停止後にスタータモータを起動してエンジンを再始動できなくなる事態を招きかねない。
【０００４】
因みに、新品と経年変化の生じているバッテリとを比較した場合、新品に比べて経年変化の生じているバッテリでは、その純抵抗が大きくなることが知られている。そのため、車両の定期点検時などに、バッテリ交換の目安としてバッテリの純抵抗を測定することが考えられている。これは、純抵抗を知ることによって、純抵抗と分極抵抗成分との割合などを考慮し、劣化度を定めることができるからである。また、純抵抗が分かると、バッテリの開回路電圧を推定するためにも利用できる。
【０００５】
従来、バッテリの純抵抗を測定するために一般に使用されている測定器では、バッテリが静的な状態にあるとき、すなわち、充放電により電解液に分極などの電圧上昇や電圧降下が生じていない平衡状態にあるときに、バッテリの純抵抗を測定している。（削除します。）
【０００６】
その一例として、バッテリに１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の周波数の交流を印加して充放電を繰り返し、充電及び放電のいずれの分極も蓄積しない状況で、たとえば１μ秒程度の一定時間内に変化する電圧と電流の関係から純抵抗を求める方法がある。これは、図１０に示すように、放電を止めた後、電圧が急激に回復し、その後に緩やかに回復する現象を捉え、一定時間Δｔ内の急激な電圧の回復が純抵抗Ｒによる成分のみにより生じ、その後の緩やかな変化は純抵抗を除く分極を含むその他の要素による成分（キャパシタンスおよびインダクタンス成分）により生じているとみなし、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の周波数の交流の各印加サイクルの短い時間内における電圧と電流の変化を捉えて純抵抗を測定しようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両に搭載したバッテリを対象として用いる場合には、静的な状態は限られた場合にしか存在せず、車両が使用状態にあるときには適用することができない。
【０００８】
また、上述した例の場合、短時間内に電圧Ｖおよび電流Ｉのデータを収集する必要から、非常に周期の短いサンプリングを行ってＡ／Ｄ変換を行うことを一定時間Δｔ内に行わなければならず、単独で使用する測定器として実現できるものの、車両に搭載して使用することは非常に難しい。しかも、求めるΔＶ／ΔＩが精度のよいものとなるためには、ΔＶ、ΔＩの各々が大きな値を示さなければならないが、車両では限られた場合にしかこのようなものは測定できない。さらに、車両動作中に任意の交流をバッテリに印加することができない。したがって、上述した例の方法は、車両使用中のバッテリの純抵抗を測定するために適用できないという現実がある。
【０００９】
よって、本発明は上述した状況に鑑み、車両使用中でもバッテリの純抵抗を測定できる車両用バッテリ純抵抗測定方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【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３記載の本発明は、車両用バッテリ純抵抗測定方法に関するものであり、請求項４乃至請求項６記載の本発明は、車両用バッテリ純抵抗測定装置に関するものである。
【００１１】
上記課題を解決するためなされた請求項１記載の発明は、車両の負荷に電力を供給するため車両に搭載されたバッテリの純抵抗を測定する車両用バッテリ純抵抗測定方法において、前記負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときの前記バッテリの端子電圧と放電電流とを周期的に測定してこれら端子電圧と放電電流との相関を示す前記増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似二次曲線式と前記減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似二次曲線式とを求めると共に、該求めた２つの近似二次曲線式をそれぞれ微分して前記増大する放電電流及び前記減少する放電電流に対して前記バッテリが呈する合成抵抗の変化を示す２つの直線式を求め、該求めた２つの直線式の前記最大値に対応する２つの値の間に前記バッテリの呈する合成抵抗中の純抵抗があるとして純抵抗を測定することを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定方法に存する。
【００１２】
上述した請求項１記載の手順によれば、車両の負荷にバッテリから電力が供給され、車両の負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときのバッテリの端子電圧と放電電流とを周期的に測定してこれら端子電圧と放電電流との相関を示す増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似曲線式と減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似曲線式とを求める。
【００１３】
次に、求めた２つの近似二次曲線式をそれぞれ微分して前記増大する放電電流及び前記減少する放電電流に対して前記バッテリが呈する合成抵抗の変化を示す２つの直線式を求める。
【００１４】
その後、求めた２つの直線式の最大値に対応する２つの値の間にバッテリの呈する合成抵抗中の純抵抗の値があるとして純抵抗を測定している。このように測定した抵抗値は他の方法で実測した抵抗とも良く一致し、このことは、他の方法で実測した抵抗のみによる電圧−電流特性の傾きが、最大値の点を境に、一方の増大する放電電流に対する電圧−電流特性の最大値における接線の傾きよりも小さく、他方の減少する放電電流に対する電圧−電流特性の最大値における接線の傾きが大きくなることからも理解できる。したがって、車両の通常の使用状態で負荷に電力を供給したときのバッテリの端子電圧と放電電流とを測定し、この測定の結果得られるデータを処理するだけで、バッテリの純抵抗を測定することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用バッテリ純抵抗測定方法において、前記２つの値の中間点の値を前記純抵抗として測定することを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定方法に存する。
【００１６】
上述した請求項２記載の手順によれば、２つの値の中間点の値を純抵抗として測定しているので、例えば、２つの値を加算して求めた値に１／２を乗する簡単な演算によって純抵抗を測定することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の車両用バッテリ純抵抗測定方法において、前記第１の近似曲線式と前記第２の近似曲線式とを求めるに当たって、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、記憶しておくことを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定方法に存する。
【００１８】
上述した請求項３記載の手順によれば、第１の近似曲線式と第２の近似曲線式とを求めるに当たって、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、記憶しているので、この記憶した実データを用いて、第１の近似曲線式と第２の近似曲線式とを求めるに必要な放電電流が流れたことを確認してから、記憶してある実データを用いて第１の近似曲線式と第２の近似曲線式とを求めることができる。
【００１９】
上記課題を解決するためなされた請求項４記載の発明は、図１の基本構成図に示す如く、車両の負荷に電力を供給するため車両に搭載されたバッテリの純抵抗を測定する車両用バッテリ純抵抗測定装置において、前記負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときの前記バッテリの端子電圧と放電電流とを周期的に測定する電圧・電流測定手段２３ａ−１と、該電圧・電流測定手段によって測定した端子電圧と放電電流との相関を示す前記増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似曲線式と前記減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似曲線式とを求める近似曲線式算出手段２３ａ−２と、該近似曲線式算出手段により求めた前記２つの近似二次曲線式をそれぞれ微分して前記増大する放電電流及び前記減少する放電電流に対して前記バッテリが呈する合成抵抗の変化を示す２つの直線式を求め、該求めた２つの直線式の前記最大値に対応する２つの値を求める演算手段２３ａ−３と、該演算手段によって求めた前記２つの値の間に前記バッテリの呈する合成抵抗中の純抵抗があるとして純抵抗を測定することを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定装置に存する。
【００２０】
上述した請求項４記載の構成によれば、バッテリから車両の負荷に電力を供給して負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときのバッテリの端子電圧と放電電流とを電圧・電流測定手段２３ａ−１が周期的に測定する。電圧・電流測定手段によって測定した端子電圧と放電電流との相関を示す増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似曲線式と減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似曲線式とを近似曲線式算出手段２３ａ−２が求める。
【００２１】
バッテリの純抵抗として測定するに当たって、演算手段２３ａ−３が、まず、近似曲線式算出手段により求めた前記２つの近似二次曲線式をそれぞれ微分して前記増大する放電電流及び前記減少する放電電流に対して前記バッテリが呈する合成抵抗の変化を示す２つの直線式を求める。次に、求めた２つの直線式の放電電流の最大値に対応する２つの値を求める。そして、求めた２つの値を加算して求めた値に１／２を乗じて純抵抗を測定する。このように測定した抵抗値は他の方法で実測した抵抗とも良く一致し、このことは、他の方法で実測した抵抗のみによる電圧−電流特性の傾きが、最大値の点を境に、一方の増大する放電電流に対する電圧−電流特性の最大値における接線の傾きよりも小さく、他方の減少する放電電流に対する電圧−電流特性の最大値における接線の傾きが大きくなることからも理解できる。したがって、車両の通常の使用状態で負荷に電力を供給したときのバッテリの端子電圧と放電電流とを測定し、この測定の結果得られるデータを処理するだけで、バッテリの純抵抗を測定することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の車両用バッテリ純抵抗測定装置において、前記２つの値の中間点の値を前記純抵抗として測定することを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定装置に存する。
【００２３】
上述した請求項５記載の構成によれば、２つの値の中間点の値を前記純抵抗として測定しているので、例えば、２つの値を加算して求めた値に１／２を乗する簡単な演算によって純抵抗を測定することができる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の車両用バッテリ純抵抗測定装置において、前記近似曲線式算出手段は、前記第１の近似曲線式と前記第２の近似曲線式を求めるために、前記電圧・電流測定手段により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、記憶する記憶手段２３ｂを有することを特徴とする車両用バッテリ純抵抗測定装置に存する。
【００２５】
上述した請求項６記載の構成によれば、記憶手段２３ｂが、第１の近似曲線式と第２の近似曲線式を求めるために、電圧・電流測定手段により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、記憶しているので、この記憶した実データを用いて、第１の近似曲線式と第２の近似曲線式とを求めるに必要な放電電流が流れたことを確認してから、記憶してある実データを用いて第１の近似曲線式と前記第２の近似曲線式とを求めることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用バッテリ純抵抗測定方法を、本発明による車両用バッテリ純抵抗測定装置と共に、図面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。
【００２７】
因みに、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負荷を搭載されており、これらの負荷に電力を供給するバッテリの電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性の例は、図３及び図４に示すようになる。
【００２８】
従来、Ｖ−Ｉ特性は図３に示すように、１次式Ｖ＝ａＩ＋ｂで近似する方式が一般に行われてきたが、図５に示す分極抵抗成分の非直線形の特性の影響により、１次式では高い相関を有する式を得ることは難しいことがわかった。そこで、本発明では、図４に示すように、Ｖ＝ａＩ2 ＋ｂＩ＋ｃなる２次式の近似曲線式を最小二乗法によって得ることによって、高い相関を有する近似式を用いるようにする。
【００２９】
上述したような大電流を必要とする負荷を駆動したとき、１回の放電によって、所定値を越えて単調増大し１００Ａの最大値から所定値以下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端子電圧と放電電流とを周期的に測定してこれら端子電圧と放電電流との相関を示す実データに基づいて、図６のグラフ中に示すように、放電が開始され増加方向に向かう増大する放電電流に対するＶ−Ｉ特性の第１の近似曲線式Ｍ１と、電流が最大に達しその後減少方向に向かう減少する放電電流に対するＶ−Ｉ特性の第２の近似曲線式Ｍ２の２つの式が得られる。なお、図６中に記載の式は実データによって得られた具体的な近似曲線式の一例である。これらの２つの近似曲線式Ｍ１と近似曲線式Ｍ２との違いを以下分析する。
【００３０】
一方の近似曲線式Ｍ１の場合、放電開始時点での分極抵抗成分を基準にすると、放電が開始し電流が増加すると、分極抵抗成分は徐々に増加していく。その後、電流が最大値になったところで、分極抵抗成分がピークに達し、電流の減少に伴って分極が解消していくはずである。しかし、実際には、電流の減少に比例して分極抵抗成分は解消するのではなく反応が遅れて現れるため、近似曲線式Ｍ２の場合、増加方向と同じＶ−Ｉ特性を示さず、増加方向よりも大きな電圧降下を発生させることになり、電流の増加と減少時にそれぞれ対応する２つの二次の近似曲線式Ｍ１及びＭ２が得られることになる。
【００３１】
上述したＶ−Ｉ特性の２つの二次の近似曲線式Ｍ１及びＭ２を用いて、バッテリの純抵抗Ｒを測定する方法を、図７及び図８を参照して、以下具体的に説明する。
【００３２】
ところで、２つの二次の近似曲線式Ｍ１及びＭ２で表される２つの近似曲線によれば、任意の放電電流の値に対する端子電圧の値はその電流値におけるバッテリの合成抵抗の値によって決定される。また、近似曲線上の任意の点における放電電流の単位変化ΔＩ当たりの端子電圧の変化ΔＶは、その点における近似曲線式Ｍ１及びＭ２の変化率、すなわち、その点におけるバッテリの合成抵抗の値によって決定され、近似曲線式Ｍ１及びＭ２の接線の傾きによって表される。一般に、二次曲線の任意の点の接線は、曲線を表す二次曲線式を微分して得た一次式によって表され、接線の傾きは、求めた一次式に代入される任意の点の合成抵抗の値を反映した値となっている。
【００３３】
具体的には、バッテリの合成抵抗Ｒは、常時一定値を保っている純抵抗成分と放電電流の大きさと放電時間によって変化する分極抵抗成分とから成っているが、純抵抗成分は接線の傾きを決定する要素の一部ではあるが、接線の傾きを変化させる要素としては働かず、接線の傾きを変化させているのは専ら単位電流変化当たりの分極（電圧降下）の変化、すなわち分極抵抗成分である。ところで、バッテリの任意の点の電流値に対応する合成抵抗の値は、２つの二次の近似曲線式Ｍ１及びＭ２をそれぞれ微分（ΔＶ１／ΔＩ、ΔＶ２／ΔＩ）して得た２つの一次の直線式に任意の点の電流値を代入することによって、２つ求められる。すなわち、バッテリは、増大する放電電流による分極の変化と、減少する放電電流による分極の変化とが異なるため、電流が増大する放電時と減少する放電時で異なる合成抵抗値を呈する。
【００３４】
更に具体的には、近似曲線式Ｍ１及びＭ２を、それぞれ、Ｖ１＝ａ１Ｉ2 ＋ｂ１Ｉ＋ｃ１及びＶ２＝ａ２Ｉ2 ＋ｂ２Ｉ＋ｃ２とすると、これらの近似曲線式Ｍ１及びＭ２を微分してΔＶ１／ΔＩ＝２ａ１Ｉ＋ｂ１＝Ｒ１及びΔＶ２／ΔＩ＝２ａ２Ｉ＋ｂ２＝Ｒ２なる一次式が得られる。そして、任意の点における合成抵抗Ｒ１及びＲ２は、上述のように、求めた一次の直線式に任意の点の電流値を代入することによって求められる。
【００３５】
実データに基づいて得られた図６中に記載の具体的な２つの近似曲線式Ｍ１＝０．００００３Ｉ2 −０．０１９７９Ｉ＋１２．０３２４３とＭ２＝０．００００４Ｉ2 −０．０１８３０Ｉ＋１１．７２０２６の場合、これらを微分することによって、Ｍ１′＝０．００００６Ｉ−０．０１９７９＝Ｒ１（Ｉ）とＭ２′＝０．００００８Ｉ−０．０１８３０１＝Ｒ２（Ｉ）なる２つの一次式が得られる。この電流に対して変化する抵抗を表す２つの電流−抵抗特性直線をグラフで表すと、図７に示すようになる。図７に示す２つの直線は、電流に対するバッテリの合成抵抗の変化を示すものであり、合成抵抗中の純抵抗成分は電流に対して常に一定値を保っているので、合成抵抗の変化の全ては、単位電流の変化に対する合成抵抗中の分極抵抗成分、すなわちの単位電流変化当たりの分極（電圧降下）の変化量によるものであることが理解できる。
【００３６】
２つの二次の近似曲線式Ｍ１及びＭ２とこれらを微分して得た２つの一次式を参照して更に検討すると、式Ｍ１及びＭ２にて表される近似曲線が交わる放電電流の最大値Ｉｐ（＝１００Ａ）における点は特異点である。この点での実データは同一の値であるにもかかわらず、この点における接線の傾き、すなわち、２つの一次式Ｒ１（Ｉ）及びＲ２（Ｉ）中の一次の項Ｉに１００（Ａ）を代入して得た２つの値Ｒ１（１００）及びＲ２（１００）に違いがある。これは一方が電流が増大する放電時の近似曲線式、他方が電流が減少する放電時の近似曲線式によるものであり、分極の発生の仕方が異なっているから当然のことであり、図８に示すような傾斜の異なる２つの接線が得られる。この違いを生じさせている原因の全ては特異点を境に放電電流が増加から減少に切り替わり、分極の変化の仕方に変化が生じた結果であり、これらの２点間に電流によって変化しない一定の純抵抗の値が存在することが想像される。このことは、各種のバッテリについて実測した純抵抗による電圧−電流特性の傾きが、２つの近似曲線について得られる特異点における接線の２つの傾きの中間の値を示すという経験とも一致している。
【００３７】
図７のグラフ中に示した純抵抗の点Ｒと合成抵抗の変化との関係についてさらに分析すると、増大する放電電流に対するＶ−Ｉ特性の第１の近似曲線式Ｍ１を微分して得た直線式Ｍ１′は、放電電流が最大値に向かって増大するに従って、単位電流増当たりの分極（電圧降下）の変化量が徐々に低下し、単位電流変化当たりの電圧変化を決定する分極抵抗成分が徐々に小さくなることによって、合成抵抗が徐々に小さくなっている。しかし、特異点に至った後も、分極を増加し電圧降下を増大させようとするバッテリ内の動作は停止しないため、特異点での見かけ上の合成抵抗の値は、純抵抗の値よりも大きなもととなっている。よって、増大する放電電流に対するＶ−Ｉ特性の第１の近似曲線式Ｍ１を微分して得た直線式Ｍ１′の最大値での値、すなわち合成抵抗の値は純抵抗の値よりも大きな値となる。
【００３８】
上述のような分極を増加し電圧降下を増大させようとするバッテリ内の動作は放電電流が減少に切り替わってもしばらく継続する。このため、放電電流が減少して純抵抗による電圧降下の減少があっても、分極による電圧降下分の増加があるため、見かけ上、純抵抗のみによる電圧増加よりも小さな電圧変化しか生じない。合成抵抗としては、純抵抗よりも小さい値を呈することになる。しかし、放電電流の減少が続き、ある電流値になると、分極の増加が停止し、減少に転じるようになり、分極による電圧降下に変化が生じなくなったとき、合成抵抗の値、すなわち接線の傾きは純抵抗のみの値と等しくなる。
【００３９】
さらに放電電流の減少が進み、ある値以下に低下した後は、分極の解消の速度が徐々に速まって電流の減少に対する電圧変化が純抵抗によるよりも大きなり、結果として、合成抵抗の値が電流が減少するに従って増大するようになる。
【００４０】
以上のことから明らかなように、特異点である放電電流の最大値の点での増大する放電電流に対するＶ−Ｉ特性の接線の傾きは純抵抗のみの傾きよりも大きく、減少する放電電流に対するＶ−Ｉ特性の接線の傾きは純抵抗のみの傾きよりも小さくなる。このことからバッテリの純抵抗は、特異点における傾きの大きさを示す２点の値の間に存在することがわかる。したがって、純抵抗は２つの二次の近似曲線式Ｍ１及びＭ２を微分して求めた２つの一次式に放電電流の最大値を代入して求めた２つの値の間に存在する値として測定することができる。具体的には、２つの値Ｒ１及びＲ２の中間点の値を、２つの点の値Ｒ１（Ｉｐ）及びＲ２（Ｉｐ）を加算して２で割って求めることによって、純抵抗Ｒとして測定できる。
【００４１】
そこで、車両用バッテリ純抵抗測定方法を図７乃至図９を参照して先ず説明する。車両の負荷に電力を供給するため車両に搭載された、例えばスタータモータ、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負荷が動作されると、バッテリからは所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下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端子電圧と放電電流とを、例えば１ｍｓの周期にてサンプリングすることで、周期的に測定することによって、バッテリの端子電圧と放電電流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端子電圧と放電電流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、記憶して収集した端子電圧と放電電流との組を用いて、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大する放電電流に対する電圧−電流特性の例えばＶ１（Ｉ）＝ａ１Ｉ2 ＋ｂ１＋ｃ１なる２次式で表される第１の近似曲線式Ｍ１と、減少する放電電流に対する電圧−電流特性の例えばＶ２（Ｉ）＝ａ２Ｉ2 ＋ｂ２Ｉ＋ｃ２なる２次式で表される第２の近似曲線式Ｍ２とを求める。
【００４３】
次に、第１の近似曲線式Ｍ１によって表される電圧−電流特性曲線上と、第２の近似曲線式Ｍ２によって表される電圧−電流特性曲線上の任意の点における接線を求めるため、第１の近似曲線式Ｍ１と第２の近似曲線式Ｍ２とをそれぞれ微分して一次の直線式Ｍ１′及びＭ２′をそれぞれ求める。この一次の直線式に任意の点の電流値を代入することによって、その任意の点における近似曲線式の接線の傾き、すなわち、第１の近似曲線式Ｍ１と第２の近似曲線式Ｍ２によって表される電圧−電流特性曲線上の任意の点におけるバッテリの合成抵抗を求めることができる。特に、２つの電圧−電流特性曲線上の放電電流の最大値の点の接線の傾きを求めるため、第１の近似曲線式Ｍ１及び第２の近似曲線式Ｍ２をそれぞれ微分して求めた一次の直線式Ｍ１′＝Ｒ１及びＭ２′＝Ｒ２に最大値の値、例えば１００Ａを代入する。その後、上述のようにして求めた２つの近似曲線式Ｍ１及びＭ２の最大値における２つの接線の傾きを加算して２で割る演算を行うことによって、２つの接線の傾きの間の中間値を、電流によって変化しないバッテリの合成抵抗中の純抵抗Ｒとして測定することができる。
【００４４】
上述したようなことを可能にして本発明の車両用バッテリ純抵抗測定方法を実施する装置の具体的な実施の形態を、図面に戻って以下説明する。
【００４５】
図２は本発明の車両用バッテリ純抵抗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純抵抗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純抵抗測定装置は、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。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し、これに伴ってバッテリ１３から流れる放電電流は、定常電流に移行する。
【００４９】
話を構成の説明に戻すと、本実施形態の車両用バッテリ純抵抗測定装置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、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。
【００５０】
また、本実施形態の車両用バッテリ純抵抗測定装置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。
【００５１】
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）のスイッチ等が、さらに接続されている。
【００５２】
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。
【００５３】
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、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（記憶手段に相当する）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。この記憶された実データは、バッテリの電圧−電流特性の２次の近似曲線式を求めるために利用される。
【００５４】
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９を参照して説明する。
【００５５】
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）。
【００５６】
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われる。
【００５７】
続いて、ステップＳ２において収集された放電電流Ｉと端子電圧Ｖとの最新の所定時間分の実データは分析され、最小二乗法を適用して、電圧−電流特性の２次の近似曲線式を求めるのに適当なものであるかどうかが判定される。すなわち、バッテリから所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れているかどうかを分析する分析処理を行う（ステップＳ３）。
【００５８】
ステップＳ３における分析の結果、電圧−電流特性の２次の近似曲線式を求めるのに適当なものが収集されているとき（ステップＳ４のＹ）、増大する放電電流に対する電圧−電流特性のＶ１（Ｉ）＝ａ１Ｉ2 ＋ｂ１＋Ｃ１なる２次式で表される第１の近似曲線式Ｍ１と、減少する放電電流に対する電圧−電流特性の例えばＶ２（Ｉ）＝ａ２Ｉ2 ＋ｂ２Ｉ＋Ｃ２なる２次式で表される第２の近似曲線式Ｍ２とを求める近似曲線式算出処理を実行する（ステップＳ５）。
【００５９】
ステップＳ５の近似曲線式算出処理によって、２つの近似曲線式Ｍ１及びＭ２が求まった後、次に、バッテリの純抵抗を求めるための演算処理を実行する（ステップＳ６）。ステップＳ６における演算処理では、増大する放電電流に対する電圧−電流特性のＶ１（Ｉ）＝ａ１Ｉ2 ＋ｂ１＋ｃ１なる２次式で表される第１の近似曲線式Ｍ１と、減少する放電電流に対する電圧−電流特性の例えばＶ２（Ｉ）＝ａ２Ｉ2 ＋ｂ２Ｉ＋ｃ２なる２次式で表される第２の近似曲線式Ｍ２とをそれぞれ微分して２つの一次の直線式を求める。
【００６０】
ステップＳ６における演算処理では、さらに、求めた２つの一次の直線式近に最大値を代入して最大値における２つの接線の傾きを求める。そして、ステップＳ６において求めた２つの接線の傾きを加算平均し、この値をバッテリの純抵抗として測定し、この測定した純抵抗は種々の目的で使用するため、ＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納されて記憶される（ステップＳ７）。ステップＳ７の測定処理が終了したら、次にステップＳ４の判定がＹとなって、ステップＳ５の近似曲線式算出処理、ステップＳ６の演算処理を実行する機会がくるまで、ステップＳ２の収集処理とステップＳ３の分析処理とを繰り返し実行する。
【００６１】
また、本実施形態の車両用バッテリ純抵抗測定装置１ではフローチャートにおけるステップＳ２が請求項中の電圧・電流測定手段に対する処理となっており、ステップＳ５が請求項中の近似曲線算出手段に対応する処理となっており、ステップＳ６が請求項中の演算手段に対応する処理となっている。
【００６２】
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純抵抗測定装置１の動作（作用）について説明する。
【００６３】
まず、ハイブリッド車両のモータジェネレータ５以外の電装品（負荷）が作動したり、モータジェネレータ５がモ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が放電を行っている状態では、負荷に所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れたときのバッテリの端子電圧と放電電流とが周期的に測定される。
【００６４】
また、本実施形態の車両用バッテリ純抵抗測定装置１では、周期的に測定された最新のものが、所定時間分、ＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納、記憶して収集され、収集された放電電流Ｉと端子電圧Ｖとの最新の所定時間分の実データは分析され、最小二乗法を適用して、電圧−電流特性の２次の近似曲線式を求めるのに適当なものであるかどうかが判定される。すなわち、バッテリから所定値を越えて単調増大し最大値から所定値以下に単調減少する放電電流が流れているかどうかが分析される。
【００６５】
このため、電圧−電流特性の２次の近似曲線式を求めるのに適当なものが収集されるまで、近似曲線式算出処理が行われることがなく、近似曲線式算出処理も、過去に収集した所定時間分の実データを用いて行わればよいので、端子電圧と放電電流との周期的な測定に同期して処理を行わなくてもよく、早い処理速度が求められない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は４記載の発明によれば、車両の通常の使用状態で負荷に電力を供給したときのバッテリの端子電圧と放電電流とを測定し、この測定の結果得られるデータを処理して、増大する放電電流に対する電圧−電流特性の第１の近似曲線式と減少する放電電流に対する電圧−電流特性の第２の近似曲線式とを求め、求めた２つの直線式の最大値に対応する２つの値の間にバッテリの呈する合成抵抗中の純抵抗があるとして純抵抗を測定しているので、バッテリを通常状態で使用している際、すなわち、車両使用中でもバッテリの純抵抗を測定できる車両用バッテリ純抵抗測定方法及び装置を提供することができる。
【００６７】
上述した請求項２又は５記載の発明によれば、純抵抗を測定するために２点間の傾斜を求めるための少なくとも一方が実データに基づくものとなり、実際から大きく外れた点を使用することをなくすることができるので、純抵抗の測定精度を安定したもに保つことのできる車両用バッテリ純抵抗測定方法及び装置を提供することができる。
【００６８】
上述した請求項３又は６記載の発明によれば、記憶した実データを用いて、第１の近似曲線式と第２の近似曲線式とを求めるに必要な放電電流が流れたことを確認してから、記憶してある実データを用いて第１の近似曲線式と第２の近似曲線式とを求めることができるので、無駄な処理を省くとともに、リアルタイムな高速処理を行うことなく純抵抗を測定することのできる車両用バッテリ純抵抗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純抵抗測定装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の車両用バッテリ純抵抗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純抵抗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】１次近似式で表したＶ−Ｉ特性の一例を示すグラフである。
【図４】２次近似式で表したＶ−Ｉ特性の一例を示すグラフである。
【図５】電流に対する分極の変化の一例を示すグラフである。
【図６】１回の放電によって得られる２つの２次の近似曲線式で表される近似特性曲線の一例を示すグラフである。
【図７】図６に示した２つの近似特性曲線上の任意の点における接線の傾きを示すグラフである。
【図８】図６の２つの近似特性曲線に対して曲線上の放電電流が最大値となる点における接線を書き込んだグラフである。
【図９】図２中のマイコンが純抵抗測定のため予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャートである。
【図１０】従来のバッテリの純抵抗の測定の仕方を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
２３ａ−１  電圧・電流測定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−２  近似曲線式算出手段（ＣＰＵ）
２３ａ−３  演算手段（ＣＰＵ）
２３ｂ      記憶手段（ＲＡＭ）
【図１】
0003908913.tif 000002
【図２】
0003908913.tif 000003
【図３】
0003908913.tif 000004
【図４】
0003908913.tif 000005
【図５】
0003908913.tif 000006
【図６】
0003908913.tif 000007
【図７】
0003908913.tif 000008
【図８】
0003908913.tif 000009
【図９】
0003908913.tif 000010
【図１０】
0003908913.tif 000011