(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電を行っている際のバッテリの第１の電圧と第２の電圧とを所定の時間間隔でそれぞれ検出する電圧検出装置と、
前記電圧検出装置により検出した前記第１の電圧と前記第２の電圧とに基づいてバッテリの電圧特性を算出する電圧特性算出装置と、
前記電圧特性算出装置により算出された前記バッテリの電圧特性と、バッテリが新品時の電圧特性とに基づいてバッテリの劣化を判定する判定装置とを備えることを特徴とするバッテリの劣化判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリの劣化判定装置において、
前記第１の電圧と前記第２の電圧は、前記バッテリの放電電流値が所定値より小さいときに検出することを特徴とするバッテリの劣化判定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバッテリの劣化判定装置において、
前記所定の時間間隔を、前記電圧検出装置が前記第１の電圧を検出したときの前記バッテリのＳＯＣ（充電率）に基づいて定めることを特徴とするバッテリの劣化判定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のバッテリの劣化判定装置において、
バッテリの温度を検出する温度検出装置をさらに備え、
前記温度検出装置により検出した前記バッテリの温度に基づいて、前記バッテリが新品時の電圧特性を補正することを特徴とするバッテリの劣化判定装置。
【請求項５】
放電を行っている際のバッテリの第１の電圧と第２の電圧とを所定の時間間隔でそれぞれ検出し、
検出した前記第１の電圧と前記第２の電圧とに基づいてバッテリの電圧特性を算出し、
算出した前記バッテリの電圧特性と、バッテリが新品時の電圧特性とに基づいてバッテリの劣化を判定することを特徴とするバッテリの劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車のバッテリの劣化を判定する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッド車で用いられるバッテリは、充電・放電が繰り返し行われることにより劣化していく。このバッテリの劣化を判定する装置として、特開平１１−５２０３３号公報に記載されているバッテリの劣化判定装置がある。このバッテリの劣化判定装置では、一定電流にてバッテリの充電を行う際に、バッテリの端子電圧が第１の電圧から第２の電圧に達するまでの時間を検出し、検出した時間に基づいてバッテリの劣化度合いを判定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバッテリの劣化判定装置では、電気自動車と充電器を接続してバッテリの充電を行う際に劣化を判定している。従って、劣化の判定はバッテリの充電時に限定され、電気自動車の走行中にはバッテリの劣化を判定することができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、バッテリの放電時、すなわち、バッテリを搭載した電気自動車の走行時に正確にバッテリの劣化判定を行うことができるバッテリの劣化判定装置および劣化判定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明によるバッテリの劣化判定装置は、放電を行っている際のバッテリ１の第１の電圧と第２の電圧とを所定の時間間隔でそれぞれ検出する電圧検出装置３と、電圧検出装置３により検出した第１の電圧と第２の電圧とに基づいてバッテリ１の電圧特性を算出する電圧特性算出装置１２と、電圧特性算出装置１２により算出されたバッテリ１の電圧特性と、バッテリ１が新品時の電圧特性とに基づいてバッテリ１の劣化を判定する判定装置１２とを備えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１のバッテリの劣化判定装置において、第１の電圧と第２の電圧は、バッテリ１の放電電流値が所定値より小さいときに検出することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２のバッテリの劣化判定装置において、所定の時間間隔を、電圧検出装置３が第１の電圧を検出したときのバッテリ１のＳＯＣ（充電率）に基づいて定めることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかのバッテリの劣化判定装置において、バッテリ１の温度を検出する温度検出装置１３をさらに備え、温度検出装置１３により検出したバッテリ１の温度に基づいて、バッテリ１が新品時の電圧特性を補正することを特徴とする。
（５）請求項５の発明によるバッテリの劣化判定方法は、放電を行っている際のバッテリ１の第１の電圧と第２の電圧とを所定間隔でそれぞれ検出し、検出した第１の電圧と第２の電圧とに基づいてバッテリ１の電圧特性を算出し、算出したバッテリ１の電圧特性と、バッテリ１が新品時の電圧特性とに基づいてバッテリ１の劣化を判定することにより、上記目的を達成する。
【０００６】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図１と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１〜４の発明によれば、放電を行っている際のバッテリの第１の電圧と第２の電圧とを所定の時間間隔でそれぞれ検出する電圧検出装置と、検出した第１の電圧と第２の電圧とに基づいてバッテリの電圧特性を算出する電圧特性算出装置と、算出されたバッテリの電圧特性とバッテリが新品時の電圧特性とに基づいてバッテリの劣化を判定する判定装置とを備えることにより、バッテリが放電を行っているときに正確にバッテリの劣化を判定することができる。
（２）請求項２の発明によれば、第１の電圧と第２の電圧は、バッテリの放電電流値が所定値より小さいときに検出するので、電圧の検出精度を向上することができる。
（３）請求項３の発明によれば、所定の時間間隔を第１の電圧を検出したときのバッテリのＳＯＣに基づいて定めるので、正確にバッテリの電圧特性を算出することができる。
（４）請求項４の発明によれば、バッテリの温度を検出する温度検出装置をさらに備え、温度検出装置により検出したバッテリの温度に基づいて、バッテリが新品時の電圧特性を補正するので、さらに正確にバッテリの劣化を判定することができる。
（５）請求項５の発明によれば、放電を行っている際のバッテリの第１の電圧と第２の電圧とを所定の時間間隔でそれぞれ検出し、検出した第１の電圧と第２の電圧とに基づいてバッテリの電圧特性を算出し、算出したバッテリの電圧特性と、バッテリが新品時の電圧特性とに基づいてバッテリの劣化を判定することにより、バッテリの放電時に正確にバッテリの劣化を判定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるセルの劣化判定装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を示す図である。この電気自動車は、バッテリ１の直流電力をインバータ４で交流電力に変換し、走行駆動源である三相同期モータ５へ交流電力を供給する。供給された交流電力により三相同期モータ５が回転駆動することにより、減速機６、ドライブシャフト７ａ，７ｂを介して左右の駆動輪８ａ，８ｂが回転して電気自動車が駆動することができる。
【０００９】
バッテリ１は、複数のセル（例えば９６個）が直列に接続されて構成され、完全に充電したときの端子電圧は403.2Ｖ（＝4.2×96）である。電流センサ２は、バッテリ１に流れる充放電電流、すなわち、バッテリ１を充電・放電する際に流れる電流を検出する。検出した電流値は、バッテリコントローラ１２に出力する。電圧センサ３は、バッテリ１の総電圧を検出して、バッテリコントローラ１２に出力する。温度センサ１３は、バッテリ１の温度を検出して、バッテリコントローラ１２に出力する。
【００１０】
バッテリーコントローラ１２は、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，送信端子，受信端子を備えている。バッテリコントローラ１２は、セルコントローラ（Ｃ／Ｃ）１１、電流センサ２、電圧センサ３、温度センサ１３等から得られる情報に基づいて、バッテリ１の各情報を演算し、バッテリ１の制御を行う。バッテリーコントローラ３とセルコントローラ１１とは通信線で接続されている。セルコントローラ１１は、各セルの電圧を検出するとともに、バッテリコントローラ１２から送信される信号に基づいて、不図示の容量調整回路等を制御して各セルの容量を調整することができる。
【００１１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、バッテリ１の高電圧を低電圧（例えば１２Ｖ）に変換する。変換された電圧は、不図示の１２Ｖバッテリやエアコンのコンプレッサ等の補機１０に用いられる。
【００１２】
図２は、バッテリ１の劣化を判定する一実施の形態の手順を示すフローチャートである。このフローチャートにおける処理は、不図示のイグニッションスイッチがオンされることにより始まり、所定時間ごとにバッテリコントローラ１２により行われる。以下、ステップＳ１００から順に説明する。
【００１３】
ステップＳ１００では、電流センサ２によりバッテリ１の充放電電流Ｉを検出する。なお、電流値は放電側、すなわち、バッテリ１を放電しているときに流れる電流をプラスとする。検出した電流Ｉは、バッテリコントローラ１２に送信される。次のステップＳ１１０では、ステップＳ１００で検出した電流Ｉが所定の範囲内（０＜Ｉ＜α）であるか否かを判定する。この判定は、以後の処理で行う電圧の検出を正確に行い、バッテリ１の劣化を正確に判定するために行われる。αは、電圧の検出精度を確保するためのしきい値であり、検出した電流Ｉが所定の範囲内の小さい値であるか、すなわち、バッテリ１が放電状態であり、かつ、ほぼ一定の電流であるか否かを判定している。所定の範囲内であると判定するとステップＳ１２０に進む。所定の範囲内ではないと判定するとステップ１００に戻り、再び電流を検出する。
【００１４】
ステップＳ１２０では、温度センサ１３によりバッテリ１の温度を検出する。検出した温度はバッテリコントローラ１２に送信される。ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で検出した温度に基づいて温度係数ＫCAPKを算出する。図３は、バッテリ１の温度と温度係数ＫCAPK（％）との関係を示す図である。２０℃を基準（ＫCAPK＝１００）として、バッテリ１の温度が高くなるほど温度係数も大きい値となる。温度係数ＫCAPKを算出するとステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、電圧センサ３によりバッテリ１の総電圧を検出する。検出した電圧値はバッテリコントローラ１２に送信される。
【００１５】
ステップＳ１５０では、バッテリ１のＳＯＣ（充電率：State of Charge）を算出する。具体的には、ステップＳ１４０で検出したバッテリ１の総電圧をバッテリ１を構成するセル数で割ることにより、セルの平均電圧を算出し、算出したセル電圧に基づいてＳＯＣを算出する。図４は、バッテリ１のＳＯＣとセル電圧との関係を示す一例である。予め、図４に示すようなバッテリ１のＳＯＣとセル電圧との関係を示すテーブルを用意しておき、このテーブルと算出したセル電圧とに基づいてＳＯＣを算出する。ＳＯＣを算出するとステップＳ１６０に進む。
【００１６】
ステップＳ１６０では、タイマ時間Ｔｘを設定してスタートさせる。設定するタイマ時間Ｔｘは、ステップＳ１５０で算出したバッテリ１のＳＯＣに基づいて定める。図５は、バッテリ１のＳＯＣとタイマ時間Ｔｘとの関係を示す一例である。予め、図５に示すようなバッテリ１のＳＯＣとタイマ時間Ｔｘとの関係を示すテーブルを用意しておき、このテーブルとステップＳ１５０で算出したＳＯＣとに基づいてタイマ時間Ｔｘを算出する。タイマ時間Ｔｘを算出するとステップＳ１７０に進む。
【００１７】
ステップＳ１７０では、電流センサ２により再びバッテリ１の充放電電流Ｉを検出する。検出した電流Ｉは、バッテリコントローラ１２に送信される。次のステップＳ１８０で行う処理は、ステップＳ１１０で行った処理と同じである。すなわち、ステップＳ１７０で検出した電流Ｉが所定の範囲内（０＜Ｉ＜α）であるか否かを判定する。所定の範囲内であると判定するとステップＳ１９０に進む。所定の範囲内ではないと判定するとステップ１００に戻り、再び電流を検出する。
【００１８】
ステップＳ１９０では、ステップＳ１６０で設定したタイマ時間Ｔｘを経過したか否かを判定する。経過したと判定するとステップＳ２００に進み、経過していないと判定するとステップＳ１７０に戻る。本実施の形態におけるバッテリの劣化判定では、ステップ１４０でバッテリ１の総電圧を検出した後も、タイマ時間Ｔｘを経過するまでは、何度もバッテリの充放電電流を検出して所定の範囲内にあるか否かを判定し、所定の範囲内にあると判定したときにステップＳ２００以降の処理が行われる。ステップＳ２００では、電圧センサ３により再びバッテリ１の総電圧を検出する。検出した電圧値はバッテリコントローラ１２に送信される。
【００１９】
ステップＳ２１０では、予め記憶しているバッテリ１の新品時の電圧特性を読み出し、ステップＳ１３０で算出した温度係数ＫCAPKを用いて温度補正を行う。バッテリ１の電圧特性とは、ある一定電流にてバッテリ１を放電させたときに、バッテリ１の電圧が第１の電圧から第２の電圧に達するまでの時間変化の特性である。図６は、バッテリ１が新品時の電圧特性と劣化時の電圧特性を示す図である。図の詳細については後述する。この電圧特性は、バッテリ１の温度により異なるので、温度補正を行う必要がある。すなわち、バッテリ１の温度が低いほどバッテリ１の内部抵抗は大きくなるので、放電時の時間変化に対する電圧変化も大きくなる。従って、図７に示すように、バッテリ１の温度が低いほど電圧特性の傾きが大きく（傾きの絶対値が大きく）なるように温度補正を行う必要がある。この温度補正をバッテリ１が新品時の電圧特性に対して行う。
【００２０】
バッテリ１が新品である時の電圧特性の温度補正を行うとステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、ステップＳ１４０で検出した電圧とステップＳ２００で検出した電圧との差をタイマ時間Ｔｘで割った傾きと、ステップＳ２１０で補正した新品時の電圧特性とに基づいて、バッテリ１の劣化演算を行う。ステップＳ１４０で検出した電圧とステップＳ２００で検出した電圧との差をタイマ時間Ｔｘで割った傾きを算出することにより、上述した電圧特性を算出することができる。
【００２１】
図６は、バッテリ１が新品時の電圧特性と劣化時の電圧特性を示す図である。バッテリ１の劣化が進行すると、バッテリ１の内部抵抗が大きくなるので、放電時の電圧の変動も大きくなる。すなわち、図６に示すように、ある電圧Ｖ０から所定時間Ｔｘだけ放電を行った場合、新品時の電圧Ｖ１は、バッテリ劣化時の電圧Ｖ１'より大きい値となる。従って、劣化時の電圧特性の傾きは新品時の電圧特性の傾きに対して大きくなる。この新品時と劣化時の電圧特性の傾きの差異に基づいて、バッテリ１の劣化係数を算出する。劣化係数は、図８に示すように、バッテリ１が新品であるときの劣化係数を基準（１００（％））とし、バッテリ１の劣化が進行するほど小さい値となる。
【００２２】
バッテリ１の劣化係数を算出するとステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で算出した劣化係数を不図示のメモリに記憶して本制御を終了する。
【００２３】
本実施の形態によるバッテリの劣化判定装置によれば、充放電電流を検出し（ステップＳ１００）、検出した電流が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。検出した電流が所定の範囲内であると判定するとバッテリ１の温度を検出して温度係数を算出する（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）。その後、バッテリ１の総電圧（第１の電圧）を検出してバッテリ１のＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣに基づいてタイマ時間Ｔｘを算出してタイマをスタートさせる（ステップＳ１４０〜Ｓ１６０）。再び充放電電流を検出して所定の範囲内であるか否かを判定し、所定の範囲内であると判定すると、タイマ時間Ｔｘを経過したか否かを判定する（ステップＳ１７０〜Ｓ１９０）。タイマ時間Ｔｘを経過したと判定すると再びバッテリ１の総電圧（第２の電圧）を検出（ステップＳ２００）する。その後、算出した温度係数に基づいてバッテリ１が新品時の電圧特性に対して温度補正を行い（ステップＳ２１０）、放電中に検出した第１の電圧と第２の電圧との差異をタイマ時間Ｔｘで割った値（放電特性の傾き）と補正後の新品時の電圧特性の傾きとに基づいて、劣化係数を算出して記憶する（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）。
【００２４】
本実施の形態によるバッテリの劣化判定装置によれば、バッテリ１を搭載した電気自動車の走行中においてもバッテリ１の劣化を判定することができるので、劣化判定を行う場面（状況）が増える。従って、走行中の車両の状況に応じたバッテリ１の劣化度合いを検出することができるので、例えば劣化度合いを用いてバッテリ１の残量表示を行う場合に、残量表示の精度を向上させることができる。また、劣化度合いを用いて車両制御を行う場合には、制御の精度を向上させることもできる。
【００２５】
また、第１の電圧と第２の電圧は、放電電流が所定の範囲以内にあるときに検出するので、バッテリ１の電圧特性を正確に算出することができる。第１の電圧を検出してから第２の電圧を検出するまでの時間は、バッテリ１のＳＯＣに基づいて算出しているので、さらに正確にバッテリ１の電圧特性を算出することができる。さらに、バッテリ１の温度に基づいて新品時の電圧特性を補正するので、バッテリ１の劣化を正確に判定することができる。
【００２６】
本発明は上述した実施の形態に限定されることはない。例えば、本発明によるバッテリの劣化判定装置をハイブリッド車に適用することもできるし、バッテリを搭載するものであれば、車両以外にも適用することができる。また、タイマ時間ＴｘをバッテリのＳＯＣに基づいて定めたが、ＤＯＤ（放電深度）に基づいて定めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバッテリの劣化判定装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を示す図
【図２】バッテリの劣化を判定する手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図３】バッテリの温度と温度係数との関係を示す図
【図４】バッテリのＳＯＣとセル電圧との関係を示す図
【図５】バッテリのＳＯＣとタイマ時間Ｔｘとの関係を示す図
【図６】バッテリが新品時の電圧特性と劣化時の電圧特性を示す図
【図７】バッテリの温度と電圧特性の傾きの絶対値との関係を示す図
【図８】バッテリの劣化の進行度と劣化係数との関係を示す図
【符号の説明】
１…バッテリ、２…電流センサ、３…電圧センサ、４…インバータ、５…モータ、６…減速機、７ａ，７ｂ…ドライブシャフト、８ａ，８ｂ…車輪、９…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０…補機、１１…セルコントローラ、１２…バッテリコントローラ、１３…温度センサ
【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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