二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法
【課題】二次電池の種類や個体差によらずＳＯＣを正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置を提供すること。
【解決手段】二次電池１４の状態を検出する二次電池状態検出装置１において、二次電池の任意の時点における内部抵抗を二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比と、二次電池の残容量と満充電容量の比によって求まる相対ＳＯＣとの対応関係を示す情報を格納する格納手段（ＲＡＭ１０ｃ）と、二次電池の内部抵抗を検出する検出手段（電圧センサ１１、電流センサ１２）と、検出手段によって検出された内部抵抗に基づいて内部抵抗比を求め、格納手段に格納されている対応関係を示す情報に基づいて相対ＳＯＣを特定する特定手段（ＣＰＵ１０ａ）と、を有する。
【解決手段】二次電池１４の状態を検出する二次電池状態検出装置１において、二次電池の任意の時点における内部抵抗を二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比と、二次電池の残容量と満充電容量の比によって求まる相対ＳＯＣとの対応関係を示す情報を格納する格納手段（ＲＡＭ１０ｃ）と、二次電池の内部抵抗を検出する検出手段（電圧センサ１１、電流センサ１２）と、検出手段によって検出された内部抵抗に基づいて内部抵抗比を求め、格納手段に格納されている対応関係を示す情報に基づいて相対ＳＯＣを特定する特定手段（ＣＰＵ１０ａ）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等においては、二次電池に蓄積されている電力によって動作する電気デバイスの数が増加するとともに、例えば、電動ステアリングおよび電動ブレーキ等のように走行の安全に関連するデバイスも二次電池によって駆動されるようになっている。このため、二次電池の充電状態（例えば、ＳＯＣ：State of Charge）を正確に知る必要が高くなっている。
【０００３】
このようなＳＯＣを検出するための技術として、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８８９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された技術では、例えば、二次電池の種類や個体差に起因してＳＯＣを正確に検出することが困難な場合があるという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、前記二次電池の任意の時点における内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比と、前記二次電池の残容量と満充電容量の比によって求まる相対ＳＯＣとの対応関係を示す情報を格納する格納手段と、前記二次電池の内部抵抗を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された内部抵抗に基づいて前記内部抵抗比を求め、前記格納手段に格納されている前記対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能となる。
【０００８】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記基準の充電状態における内部抵抗は、前記二次電池が満充電か、または、それに近い状態における内部抵抗であることを特徴とする。
このような構成によれば、相対ＳＯＣの変化に対して内部抵抗の変化が少ない満充電またはそれに近い状態を基準とすることで、満充電からずれた状態を基準とした場合であっても誤差の発生を抑えることができる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記内部抵抗比は、前記二次電池の任意の時点における内部抵抗および基準の充電状態における内部抵抗を、基準温度における値にそれぞれ補正した値に基づいて算出することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の温度が変化した場合であっても、二次電池の状態を正確に検出することができる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとを対応付けしたテーブルとして前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする。
このような構成によれば、テーブルを参照することで、低い計算コストで相対ＳＯＣを得ることができる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとの関係を示す関係式として前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする。
このような構成によれば、計算式を利用することで、格納部の必要な記憶領域を減らすことができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記二次電池に流れる積算電流を検出する積算電流検出手段と、前記積算電流検出手段によって検出された積算電流の値と、前記特定手段によって特定された前記相対ＳＯＣの値に基づいて前記二次電池の満充電容量を計算し、前記二次電池の劣化状態を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の劣化状態を正確かつ簡易に判定することができる。
【００１３】
また、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、前記二次電池の内部抵抗を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出した内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比を求めるとともに、前記内部抵抗比と、前記二次電池の残容量とＳＯＨの比によって求まる相対ＳＯＣの値との対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図５】図４の測定対象の二次電池のＳＯＨを示す図である。
【図６】相対ＳＯＣを求める際に実行される処理の一例を示す図である。
【図７】ＳＯＨを求める際に実行される処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を主要な構成要素としており、二次電池１４の状態を検出する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。
【００１８】
二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。
【００１９】
エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。
【００２０】
図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、表示部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブルまたは数式等のパラメータ１０ｃａを格納する。表示部１０ｄは、ＣＰＵ１０ａから供給される情報を表示する、例えば、液晶ディスプレイ等によって構成される。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５に駆動電流を供給してこれを制御する。
【００２１】
（Ｂ）実施形態の動作原理の説明
つぎに、図３〜５を参照して、実施形態の動作原理について説明する。本発明者は、二次電池１４の内部抵抗を、二次電池１４の基準の充電状態における内部抵抗との比として表した内部抵抗比と、相対ＳＯＣ（State of Charge）との関係が二次電池の種類や個体に拘わらず略一定であることを見いだした。そこで、本実施形態では、内部抵抗比と相対ＳＯＣとの関係を利用し、内部抵抗比から相対ＳＯＣを求めることを特徴とする。なお、相対ＳＯＣとは二次電池１４の残容量を満充電容量ＳＯＨ（State of Health）によって除算して得られる値（＝残容量／ＳＯＨ）である。
【００２２】
より詳細には、二次電池１４が所定の状態（例えば、満充電の状態または満充電に近い状態）における基準となる内部抵抗（以下、「基準内部抵抗」と称する）Ｚ０と、検出時における内部抵抗Ｚとの比である内部抵抗比Ｚｒ（＝Ｚ／Ｚ０）を求める。そして、各Ｚｒにおける相対ＳＯＣの値を求め、これらを対応付けたテーブルを作成する。このようにして作成したテーブルは、前述したように二次電池１４の種類（例えば、製造メーカや容量）または個体によらず略一定である。そして、相対ＳＯＣを求める場合には、測定した内部抵抗と、基準内部抵抗の比である内部抵抗比を求め、この内部抵抗比に対応する相対ＳＯＣをテーブルから取得することにより、相対ＳＯＣを得ることができる。なお、内部抵抗は二次電池１４の温度によって変化することが知られているので、内部抵抗を基準となる温度における値に補正（温度補正）して用いることが望ましい。
【００２３】
図３は、相対ＳＯＣと内部抵抗比との関係を示す図である。この図３では、菱形の各点が実測値であり、実線は実測値を式（１）に示す三次式によって近似した結果を示している。なお、式（１）ではｘが相対ＳＯＣを示し、ｙが内部抵抗比を示し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数である。図３の例では、内部抵抗比と相対ＳＯＣとの関係は、相対ＳＯＣが１００％に近づくにつれて内部抵抗比が１に漸近し、１００％から離れるにつれて内部抵抗比が１よりも大きくなる曲線である。なお、内部抵抗比は、温度補正を行った内部抵抗に基づいて求める。
【００２４】
ｙ＝ａ・ｘ３＋ｂ・ｘ２＋ｃ・ｘ＋ｄ ・・・（１）
【００２５】
前述したテーブルは、式（１）に基づいて作成することができる。
【００２６】
図４は、同じ種類の異なる個体の二次電池を、加速試験によってＳＯＨを劣化させた場合の相対ＳＯＣと内部抵抗比との関係を示す図である。ここで、４桁の数は二次電池の個体を特定する番号である。この例では、０００４および０００５以外は加速試験によってＳＯＨを意図的に劣化させてある。図５は各二次電池の番号と、ＳＯＨとの関係を示している。図４に示すように、ＳＯＨが異なる個体であっても同一の曲線上に実測値が分布していることが分かる。すなわち、個体によらず相対ＳＯＣと内部抵抗比との関係は略一定であることが理解できる。なお、このような関係は、二次電池１４の種類に拘わらず成立することが、発明者の実測から明らかになっているので、二次電池１４の種類が異なっている場合でも二次電池１４の相対ＳＯＣを求めることができる。なお、以上では、テーブルに基づいて相対ＳＯＣを求めるようにしたが、式（１）を記憶しておき、この式（１）に解の公式を適用して、相対ＳＯＣを求めるようにしてもよい。
【００２７】
（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明
つぎに、図６および図７を参照して、本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。図６は相対ＳＯＣを検出する処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理が開始されると以下のステップが実行される。なお、以下の説明では、図３に示す曲線に対応する情報を格納したテーブルがＲＡＭ１０ｃのパラメータ１０ｃａとして予め格納されているものとし、このテーブルに基づいて以下の処理を実行するものとする。なお、テーブルに格納するデータとしては、例えば、達成しようとする相対ＳＯＣの分解能が、例えば、２％である場合には、図３に示す相対ＳＯＣを２％刻みでサンプリングし、それぞれのサンプリング点における内部抵抗比を取得してテーブルに格納する。具体的には、例えば、相対ＳＯＣが１０％から１００％の範囲を２％刻み（１０％，１２％，１４％，・・・，１００％）で内部抵抗比をサンプリングし、テーブルに格納する。なお、相対ＳＯＣの刻みが一定である場合には、該当する内部抵抗比の値が格納されているアドレス値から相対ＳＯＣを求めることができる。もちろん、曲線の傾きに応じてサンプリングの刻みを調整することも可能である。具体的には、傾きが小さい場合にはサンプリングの刻みを大きくし、傾きが大きい場合にはサンプリングの刻みを小さくすることで誤差を抑制しつつ、テーブルのデータ量を減らすことができる。
【００２８】
ステップＳ１０では、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の静的内部抵抗Ｚを測定する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が電気的平衡状態（充放電が殆どなされない状態）において、放電回路１５により所定の周期で二次電池１４を繰り返し放電させ、電圧と電流から二次電池１４の静的内部抵抗（二次電池１４が平衡状態における内部抵抗）Ｚを測定する。なお、このとき、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の温度に基づいて静的内部抵抗Ｚの温度補正を行う。すなわち、内部抵抗は温度によって変化する（温度が上昇すると内部抵抗値が減少する）ので、温度と内部抵抗値との関係を示すテーブルをＲＡＭ１０ｃに格納しておき、温度センサ１３からの出力を参照してこのテーブルに基づいて基準温度における内部抵抗に温度補正を行う。あるいは、温度と内部抵抗の関係を示す温度特性曲線を、例えば、多項式によって近似し、この多項式に基づいて温度補正を行う。
【００２９】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されている基準内部抵抗Ｚ０を取得する。なお、基準内部抵抗Ｚ０としては、例えば、二次電池１４が満充電か満充電に近い状態である場合に測定された静的内部抵抗に対して前述した温度補正を行って得られた値を基準内部抵抗として使用することができる。より詳細には、例えば、二次電池１４の開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が所定の閾値（例えば、１２．７Ｖ）よりも高い場合に測定された静的内部抵抗を基準内部抵抗Ｚ０としてＲＡＭ１０ｃに格納しておくことができる。なお、満充電または満充電に近い状態を基準として用いる理由としては、図３の曲線からも明白であるように、満充電に近い状態では曲線の傾きが小さいので満充電状態から多少ずれた状態を基準とした場合であっても誤差を少なくすることができるからである。
【００３０】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０で取得した基準内部抵抗Ｚ０と、ステップＳ１１で取得した静的内部抵抗Ｚの比を計算し、内部抵抗比Ｚｒ（＝Ｚ／Ｚ０）を得る。
【００３１】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２で算出した内部抵抗比Ｚｒに対応する相対ＳＯＣを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されているテーブルに基づいて求める。具体的には、内部抵抗比が１．１の場合には、図３に示すように、相対ＳＯＣとして７０弱の値が得られる。なお、内部抵抗比に該当する値がテーブルに格納されていない場合には、内部抵抗比により近い値を選択するか、あるいは、内部抵抗値に近い値の平均値を求めるようにしてもよい。
【００３２】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１３で得られた相対ＳＯＣを、例えば、図示せぬＥＣＵ（Engine Control Unit）に通知する。この結果、ＥＣＵでは、例えば、相対ＳＯＣの値が所定の閾値よりも小さい場合には、オルタネータ１６に内蔵されているレギュレータ（不図示）を制御して出力電圧を高くすることにより充電を促進する。また、相対ＳＯＣの値が所定の閾値よりも大きい場合には、例えば、レギュレータを制御して出力電圧を低くすることによりエンジン１７にかかる負荷を軽減することで燃費を向上させることができる。あるいは、相対ＳＯＣの値が所定の閾値よりも小さい場合には、信号待ち等の場合にエンジン１７を停止させることによりアイドリングによる燃料消費を抑制するいわゆるアイドリングストップ制御を実行しないことで、電力不足でエンジン１７の再始動ができなくなることを防止できる。
【００３３】
つぎに、図７を参照して、二次電池１４の劣化を判定する際に実行されるフローチャートについて説明する。図７に示すフローチャートが実行されると、以下のステップが実行される。
【００３４】
ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御してパルス状の放電を行わせるとともに、そのときの電流および電圧を検出し、静的内部抵抗Ｚ１を測定する。なお、このようにして測定した静的内部抵抗Ｚ１に対しても、前述の場合と同様に温度補正を行う。
【００３５】
ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で測定した静的内部抵抗Ｚ１に基づいてテーブルから対応する相対ＳＯＣ１を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で測定した静的内部抵抗Ｚ１と、基準内部抵抗Ｚ０との比から内部抵抗比Ｚｒを求め、内部抵抗比Ｚｒに対応する相対ＳＯＣ１をテーブルから求める。
【００３６】
ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、過去に求めた静的内部抵抗Ｚ２をＲＡＭ１０ｃから取得する。ここで、過去に求めた静的内部抵抗Ｚ２としては、例えば、図７に示すフローチャートが前回実行された際に取得した静的内部抵抗Ｚ１を使用してもよいし、あるいは、前々回以前に実行された際に取得した静的内部抵抗Ｚ１を使用してもよい。なお、Ｚ１およびＺ２の差が大きい程、より高い精度でＳＯＨを判定することができるので、例えば、Ｚ２の候補を複数格納しておき、Ｚ１との差が大きいものを選択するようにしてもよい。もちろん、静的内部抵抗Ｚ２に対しても温度補正が行われているものとする。
【００３７】
ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３２で取得した静的内部抵抗Ｚ２に基づいてテーブルから対応する相対ＳＯＣ２を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３２で取得した静的内部抵抗Ｚ２と、基準内部抵抗Ｚ０との比から内部抵抗比Ｚｒを求め、内部抵抗比Ｚｒに対応する相対ＳＯＣ２をテーブルから求める。なお、テーブルから求めるのではなく、例えば、過去に相対ＳＯＣ２を求めた際に、静的内部抵抗Ｚ２と相対ＳＯＣ２とを対応付けしてＲＡＭ１０ｃに格納しておき、ＲＡＭ１０ｃから取得するようにしてもよい。
【００３８】
ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、静的内部抵抗Ｚ２を測定したタイミングから、静的内部抵抗Ｚ１を測定するタイミングまでの間に二次電池１４に流れた電流の電流積算値ΔＩを取得する。ここで、電流積算値とは、二次電池１４に流れる充放電電流値を積算することで得られる値であり、二次電池１４の充放電電流の時間積分値を示す。
【００３９】
ステップＳ３５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３３で読み出した相対ＳＯＣ２とステップＳ３１で取得した相対ＳＯＣ１の差ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣ２−ＳＯＣ１）を求める。
【００４０】
ステップＳ３６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３４で取得した電流積算値ΔＩとステップＳ３５で取得したΔＳＯＣの比（＝ΔＩ／ΔＳＯＣ）からＳＯＨを求める。
【００４１】
ステップＳ３７では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３６で求めたＳＯＨが閾値Ｔｈよりも小さいか否かを判定し、小さい場合（ステップＳ３７：Ｙｅｓ）にはステップＳ３８に進み、それ以外の場合（ステップＳ３７：Ｎｏ）には処理を終了する。一例として、例えば、ＳＯＨの値が、二次電池１４の新品時の半分以下になった場合にはステップＳ３７においてＹｅｓと判定されてステップＳ３８に進むようにすることができる。もちろん、これ以外の判定基準であってもよい。
【００４２】
ステップＳ３８では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が劣化していると判定し、例えば、表示部１０ｄに二次電池１４が劣化しているので交換の必要があることを示すメッセージを表示することができる。あるいは、図示しないＥＣＵに通知し、ＥＣＵが主体となって同様のメッセージを表示するようにすることもできる。
【００４３】
以上に説明したように、本実施形態によれば、内部抵抗比と相対ＳＯＣの関係に基づいて相対ＳＯＣを求めるようにした。前述したように、内部抵抗比と相対ＳＯＣの関係を示す図３の曲線は、二次電池１４の種類または個体によらず略一定であることから、二次電池の種類または個体によらず相対ＳＯＣを正確に求めることができる。
【００４４】
また、相対ＳＯＣと電流積算値に基づいてＳＯＨを求めるようにしたので、ＳＯＨを正確かつ簡易に求めることができる。また、二次電池１４を満充電にすることなく、放電可能容量または満充電容量を知ることができるので、例えば、車両に搭載される場合のように、充放電が常に実行されているような使用環境でも、放電可能容量または満充電容量を知ることができる。
【００４５】
また、満充電またはそれに近い状態の内部抵抗を基準内部抵抗として用いるようにしたので、図３に示すように曲線の傾きが小さい領域を使用するため、満充電から多少ずれた状態を基準として用いたとしても誤差の発生を抑えることができる。
【００４６】
（Ｄ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図３に示す曲線のデータをテーブルとして保持し、このテーブルに基づいて相対ＳＯＣを求めるようにしたが、例えば、図３に示す曲線を示す数式（例えば、前述した式（１））をＲＡＭ１０ｃに格納しておき、当該数式に、例えば、解の公式を適用して相対ＳＯＣを算出するようにしてもよい。
【００４７】
また、以上の実施形態では、図３に示す曲線を式（１）に示す三次方程式によって近似するようにしたが、もちろん、これ以外の数式によって近似することも可能である。例えば、二次方程式によって近似したり、四次方程式以上の方程式によって近似したりしてもよい。あるいは、指数関数等によって近似することも可能である。
【００４８】
また、以上の実施形態では、図３に示す曲線に対応するテーブルの値または数式は固定としたが、例えば、二次電池状態検出装置１の製品出荷時には、固定のテーブルまたは数式を記憶させておき、学習処理によって、テーブルの値または数式を調整するようにしてもよい。一例として、スタータモータ１８によってエンジン１７を始動する際（クランキングの際）に、二次電池１４の動的内部抵抗であるクランキング抵抗を測定し、このクランキング抵抗からＳＯＨを求めるとともに、電流積算値から残容量を求めＳＯＨと残容量の比（＝残容量／ＳＯＨ）から相対ＳＯＣを求める。そして、このようにして求めた相対ＳＯＣと実測した内部抵抗比に基づいて、テーブルの値を修正することができる。また、数式を用いる場合には、以下のようにすることもできる。
【００４９】
すなわち、求めようとする式を以下のように定義する。ここで、ｇｋは既知の関数であり、ａｋは定数であるとする。
【００５０】
【００５１】
このとき、測定値としての以下の組が存在するとする。
（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），・・・，（ｘ２，ｙ２） ・・・（３）
【００５２】
この場合、以下のＪを最小にするａｋを求めることで、適切なｆ（ｘ）を求めることができる。
【００５３】
【００５４】
また、図２に示す制御部１０では表示部１０ｄを設けるようにしたが、表示部１０ｄを設けない構成とし、制御部１０によって求めた相対ＳＯＣをＥＣＵに通知し、ＥＣＵによって制御される表示部に対して情報を表示するようにしてもよい。
【００５５】
また、静的内部抵抗を測定する際において、分極の影響または充放電電流の影響を排除する処理を行うようにしてもよい。具体的には、二次電池１４に発生する分極の影響により、内部抵抗の測定精度が低下することを防止するために、例えば、充電分極の影響を受けている場合には放電電流パルスを二次電池１４に印加し、放電分極の影響を受けている場合には充電電流パルスを二次電池１４に印加した後に内部抵抗を測定することでこれらの分極の影響を低減することができる。また、充放電電流の影響を排除する方法としては、電流の測定値から直流電流成分を算出し、直流電流と内部抵抗の関係を示す式に基づいて基準の直流電流値における内部抵抗を推定することができる。
【００５６】
また、以上の実施形態では、相対ＳＯＣまたはＳＯＨのみを求めるようにしたが、例えば、求めた相対ＳＯＣまたはＳＯＨに基づいて、例えば、エンジン１７のアイドリングを停止する、いわゆる、アイドリングストップの実行を制御するようにしてもよい。具体的には、ＳＯＣが所定の閾値よりも高いと判定された場合には、アイドリングストップを実行し、所定の閾値よりも低いと判定された場合には、アイドリングストップを実行しないようにしてもよい。また、相対ＳＯＣが前述した閾値に近づいている場合には、例えば、負荷１９の動作を停止させ、二次電池１４のさらなる消耗を防ぐようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ（特性手段、積算電流検出手段、判定手段）
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ（格納手段）
１０ｄ 表示部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ（検出手段）
１２ 電流センサ（検出手段）
１３ 温度センサ
１４ 二次電池
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等においては、二次電池に蓄積されている電力によって動作する電気デバイスの数が増加するとともに、例えば、電動ステアリングおよび電動ブレーキ等のように走行の安全に関連するデバイスも二次電池によって駆動されるようになっている。このため、二次電池の充電状態（例えば、ＳＯＣ：State of Charge）を正確に知る必要が高くなっている。
【０００３】
このようなＳＯＣを検出するための技術として、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８８９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された技術では、例えば、二次電池の種類や個体差に起因してＳＯＣを正確に検出することが困難な場合があるという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、前記二次電池の任意の時点における内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比と、前記二次電池の残容量と満充電容量の比によって求まる相対ＳＯＣとの対応関係を示す情報を格納する格納手段と、前記二次電池の内部抵抗を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された内部抵抗に基づいて前記内部抵抗比を求め、前記格納手段に格納されている前記対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能となる。
【０００８】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記基準の充電状態における内部抵抗は、前記二次電池が満充電か、または、それに近い状態における内部抵抗であることを特徴とする。
このような構成によれば、相対ＳＯＣの変化に対して内部抵抗の変化が少ない満充電またはそれに近い状態を基準とすることで、満充電からずれた状態を基準とした場合であっても誤差の発生を抑えることができる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記内部抵抗比は、前記二次電池の任意の時点における内部抵抗および基準の充電状態における内部抵抗を、基準温度における値にそれぞれ補正した値に基づいて算出することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の温度が変化した場合であっても、二次電池の状態を正確に検出することができる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとを対応付けしたテーブルとして前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする。
このような構成によれば、テーブルを参照することで、低い計算コストで相対ＳＯＣを得ることができる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとの関係を示す関係式として前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする。
このような構成によれば、計算式を利用することで、格納部の必要な記憶領域を減らすことができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記二次電池に流れる積算電流を検出する積算電流検出手段と、前記積算電流検出手段によって検出された積算電流の値と、前記特定手段によって特定された前記相対ＳＯＣの値に基づいて前記二次電池の満充電容量を計算し、前記二次電池の劣化状態を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の劣化状態を正確かつ簡易に判定することができる。
【００１３】
また、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、前記二次電池の内部抵抗を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出した内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比を求めるとともに、前記内部抵抗比と、前記二次電池の残容量とＳＯＨの比によって求まる相対ＳＯＣの値との対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、二次電池の種類や個体差によらず二次電池の状態を正確に検出することが可能な二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図５】図４の測定対象の二次電池のＳＯＨを示す図である。
【図６】相対ＳＯＣを求める際に実行される処理の一例を示す図である。
【図７】ＳＯＨを求める際に実行される処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を主要な構成要素としており、二次電池１４の状態を検出する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。
【００１８】
二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。
【００１９】
エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。
【００２０】
図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、表示部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブルまたは数式等のパラメータ１０ｃａを格納する。表示部１０ｄは、ＣＰＵ１０ａから供給される情報を表示する、例えば、液晶ディスプレイ等によって構成される。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５に駆動電流を供給してこれを制御する。
【００２１】
（Ｂ）実施形態の動作原理の説明
つぎに、図３〜５を参照して、実施形態の動作原理について説明する。本発明者は、二次電池１４の内部抵抗を、二次電池１４の基準の充電状態における内部抵抗との比として表した内部抵抗比と、相対ＳＯＣ（State of Charge）との関係が二次電池の種類や個体に拘わらず略一定であることを見いだした。そこで、本実施形態では、内部抵抗比と相対ＳＯＣとの関係を利用し、内部抵抗比から相対ＳＯＣを求めることを特徴とする。なお、相対ＳＯＣとは二次電池１４の残容量を満充電容量ＳＯＨ（State of Health）によって除算して得られる値（＝残容量／ＳＯＨ）である。
【００２２】
より詳細には、二次電池１４が所定の状態（例えば、満充電の状態または満充電に近い状態）における基準となる内部抵抗（以下、「基準内部抵抗」と称する）Ｚ０と、検出時における内部抵抗Ｚとの比である内部抵抗比Ｚｒ（＝Ｚ／Ｚ０）を求める。そして、各Ｚｒにおける相対ＳＯＣの値を求め、これらを対応付けたテーブルを作成する。このようにして作成したテーブルは、前述したように二次電池１４の種類（例えば、製造メーカや容量）または個体によらず略一定である。そして、相対ＳＯＣを求める場合には、測定した内部抵抗と、基準内部抵抗の比である内部抵抗比を求め、この内部抵抗比に対応する相対ＳＯＣをテーブルから取得することにより、相対ＳＯＣを得ることができる。なお、内部抵抗は二次電池１４の温度によって変化することが知られているので、内部抵抗を基準となる温度における値に補正（温度補正）して用いることが望ましい。
【００２３】
図３は、相対ＳＯＣと内部抵抗比との関係を示す図である。この図３では、菱形の各点が実測値であり、実線は実測値を式（１）に示す三次式によって近似した結果を示している。なお、式（１）ではｘが相対ＳＯＣを示し、ｙが内部抵抗比を示し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数である。図３の例では、内部抵抗比と相対ＳＯＣとの関係は、相対ＳＯＣが１００％に近づくにつれて内部抵抗比が１に漸近し、１００％から離れるにつれて内部抵抗比が１よりも大きくなる曲線である。なお、内部抵抗比は、温度補正を行った内部抵抗に基づいて求める。
【００２４】
ｙ＝ａ・ｘ３＋ｂ・ｘ２＋ｃ・ｘ＋ｄ ・・・（１）
【００２５】
前述したテーブルは、式（１）に基づいて作成することができる。
【００２６】
図４は、同じ種類の異なる個体の二次電池を、加速試験によってＳＯＨを劣化させた場合の相対ＳＯＣと内部抵抗比との関係を示す図である。ここで、４桁の数は二次電池の個体を特定する番号である。この例では、０００４および０００５以外は加速試験によってＳＯＨを意図的に劣化させてある。図５は各二次電池の番号と、ＳＯＨとの関係を示している。図４に示すように、ＳＯＨが異なる個体であっても同一の曲線上に実測値が分布していることが分かる。すなわち、個体によらず相対ＳＯＣと内部抵抗比との関係は略一定であることが理解できる。なお、このような関係は、二次電池１４の種類に拘わらず成立することが、発明者の実測から明らかになっているので、二次電池１４の種類が異なっている場合でも二次電池１４の相対ＳＯＣを求めることができる。なお、以上では、テーブルに基づいて相対ＳＯＣを求めるようにしたが、式（１）を記憶しておき、この式（１）に解の公式を適用して、相対ＳＯＣを求めるようにしてもよい。
【００２７】
（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明
つぎに、図６および図７を参照して、本発明の実施形態の詳細な動作について説明する。図６は相対ＳＯＣを検出する処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理が開始されると以下のステップが実行される。なお、以下の説明では、図３に示す曲線に対応する情報を格納したテーブルがＲＡＭ１０ｃのパラメータ１０ｃａとして予め格納されているものとし、このテーブルに基づいて以下の処理を実行するものとする。なお、テーブルに格納するデータとしては、例えば、達成しようとする相対ＳＯＣの分解能が、例えば、２％である場合には、図３に示す相対ＳＯＣを２％刻みでサンプリングし、それぞれのサンプリング点における内部抵抗比を取得してテーブルに格納する。具体的には、例えば、相対ＳＯＣが１０％から１００％の範囲を２％刻み（１０％，１２％，１４％，・・・，１００％）で内部抵抗比をサンプリングし、テーブルに格納する。なお、相対ＳＯＣの刻みが一定である場合には、該当する内部抵抗比の値が格納されているアドレス値から相対ＳＯＣを求めることができる。もちろん、曲線の傾きに応じてサンプリングの刻みを調整することも可能である。具体的には、傾きが小さい場合にはサンプリングの刻みを大きくし、傾きが大きい場合にはサンプリングの刻みを小さくすることで誤差を抑制しつつ、テーブルのデータ量を減らすことができる。
【００２８】
ステップＳ１０では、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の静的内部抵抗Ｚを測定する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が電気的平衡状態（充放電が殆どなされない状態）において、放電回路１５により所定の周期で二次電池１４を繰り返し放電させ、電圧と電流から二次電池１４の静的内部抵抗（二次電池１４が平衡状態における内部抵抗）Ｚを測定する。なお、このとき、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の温度に基づいて静的内部抵抗Ｚの温度補正を行う。すなわち、内部抵抗は温度によって変化する（温度が上昇すると内部抵抗値が減少する）ので、温度と内部抵抗値との関係を示すテーブルをＲＡＭ１０ｃに格納しておき、温度センサ１３からの出力を参照してこのテーブルに基づいて基準温度における内部抵抗に温度補正を行う。あるいは、温度と内部抵抗の関係を示す温度特性曲線を、例えば、多項式によって近似し、この多項式に基づいて温度補正を行う。
【００２９】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されている基準内部抵抗Ｚ０を取得する。なお、基準内部抵抗Ｚ０としては、例えば、二次電池１４が満充電か満充電に近い状態である場合に測定された静的内部抵抗に対して前述した温度補正を行って得られた値を基準内部抵抗として使用することができる。より詳細には、例えば、二次電池１４の開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が所定の閾値（例えば、１２．７Ｖ）よりも高い場合に測定された静的内部抵抗を基準内部抵抗Ｚ０としてＲＡＭ１０ｃに格納しておくことができる。なお、満充電または満充電に近い状態を基準として用いる理由としては、図３の曲線からも明白であるように、満充電に近い状態では曲線の傾きが小さいので満充電状態から多少ずれた状態を基準とした場合であっても誤差を少なくすることができるからである。
【００３０】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０で取得した基準内部抵抗Ｚ０と、ステップＳ１１で取得した静的内部抵抗Ｚの比を計算し、内部抵抗比Ｚｒ（＝Ｚ／Ｚ０）を得る。
【００３１】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２で算出した内部抵抗比Ｚｒに対応する相対ＳＯＣを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納されているテーブルに基づいて求める。具体的には、内部抵抗比が１．１の場合には、図３に示すように、相対ＳＯＣとして７０弱の値が得られる。なお、内部抵抗比に該当する値がテーブルに格納されていない場合には、内部抵抗比により近い値を選択するか、あるいは、内部抵抗値に近い値の平均値を求めるようにしてもよい。
【００３２】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１３で得られた相対ＳＯＣを、例えば、図示せぬＥＣＵ（Engine Control Unit）に通知する。この結果、ＥＣＵでは、例えば、相対ＳＯＣの値が所定の閾値よりも小さい場合には、オルタネータ１６に内蔵されているレギュレータ（不図示）を制御して出力電圧を高くすることにより充電を促進する。また、相対ＳＯＣの値が所定の閾値よりも大きい場合には、例えば、レギュレータを制御して出力電圧を低くすることによりエンジン１７にかかる負荷を軽減することで燃費を向上させることができる。あるいは、相対ＳＯＣの値が所定の閾値よりも小さい場合には、信号待ち等の場合にエンジン１７を停止させることによりアイドリングによる燃料消費を抑制するいわゆるアイドリングストップ制御を実行しないことで、電力不足でエンジン１７の再始動ができなくなることを防止できる。
【００３３】
つぎに、図７を参照して、二次電池１４の劣化を判定する際に実行されるフローチャートについて説明する。図７に示すフローチャートが実行されると、以下のステップが実行される。
【００３４】
ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御してパルス状の放電を行わせるとともに、そのときの電流および電圧を検出し、静的内部抵抗Ｚ１を測定する。なお、このようにして測定した静的内部抵抗Ｚ１に対しても、前述の場合と同様に温度補正を行う。
【００３５】
ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で測定した静的内部抵抗Ｚ１に基づいてテーブルから対応する相対ＳＯＣ１を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で測定した静的内部抵抗Ｚ１と、基準内部抵抗Ｚ０との比から内部抵抗比Ｚｒを求め、内部抵抗比Ｚｒに対応する相対ＳＯＣ１をテーブルから求める。
【００３６】
ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、過去に求めた静的内部抵抗Ｚ２をＲＡＭ１０ｃから取得する。ここで、過去に求めた静的内部抵抗Ｚ２としては、例えば、図７に示すフローチャートが前回実行された際に取得した静的内部抵抗Ｚ１を使用してもよいし、あるいは、前々回以前に実行された際に取得した静的内部抵抗Ｚ１を使用してもよい。なお、Ｚ１およびＺ２の差が大きい程、より高い精度でＳＯＨを判定することができるので、例えば、Ｚ２の候補を複数格納しておき、Ｚ１との差が大きいものを選択するようにしてもよい。もちろん、静的内部抵抗Ｚ２に対しても温度補正が行われているものとする。
【００３７】
ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３２で取得した静的内部抵抗Ｚ２に基づいてテーブルから対応する相対ＳＯＣ２を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３２で取得した静的内部抵抗Ｚ２と、基準内部抵抗Ｚ０との比から内部抵抗比Ｚｒを求め、内部抵抗比Ｚｒに対応する相対ＳＯＣ２をテーブルから求める。なお、テーブルから求めるのではなく、例えば、過去に相対ＳＯＣ２を求めた際に、静的内部抵抗Ｚ２と相対ＳＯＣ２とを対応付けしてＲＡＭ１０ｃに格納しておき、ＲＡＭ１０ｃから取得するようにしてもよい。
【００３８】
ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、静的内部抵抗Ｚ２を測定したタイミングから、静的内部抵抗Ｚ１を測定するタイミングまでの間に二次電池１４に流れた電流の電流積算値ΔＩを取得する。ここで、電流積算値とは、二次電池１４に流れる充放電電流値を積算することで得られる値であり、二次電池１４の充放電電流の時間積分値を示す。
【００３９】
ステップＳ３５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３３で読み出した相対ＳＯＣ２とステップＳ３１で取得した相対ＳＯＣ１の差ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣ２−ＳＯＣ１）を求める。
【００４０】
ステップＳ３６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３４で取得した電流積算値ΔＩとステップＳ３５で取得したΔＳＯＣの比（＝ΔＩ／ΔＳＯＣ）からＳＯＨを求める。
【００４１】
ステップＳ３７では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３６で求めたＳＯＨが閾値Ｔｈよりも小さいか否かを判定し、小さい場合（ステップＳ３７：Ｙｅｓ）にはステップＳ３８に進み、それ以外の場合（ステップＳ３７：Ｎｏ）には処理を終了する。一例として、例えば、ＳＯＨの値が、二次電池１４の新品時の半分以下になった場合にはステップＳ３７においてＹｅｓと判定されてステップＳ３８に進むようにすることができる。もちろん、これ以外の判定基準であってもよい。
【００４２】
ステップＳ３８では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が劣化していると判定し、例えば、表示部１０ｄに二次電池１４が劣化しているので交換の必要があることを示すメッセージを表示することができる。あるいは、図示しないＥＣＵに通知し、ＥＣＵが主体となって同様のメッセージを表示するようにすることもできる。
【００４３】
以上に説明したように、本実施形態によれば、内部抵抗比と相対ＳＯＣの関係に基づいて相対ＳＯＣを求めるようにした。前述したように、内部抵抗比と相対ＳＯＣの関係を示す図３の曲線は、二次電池１４の種類または個体によらず略一定であることから、二次電池の種類または個体によらず相対ＳＯＣを正確に求めることができる。
【００４４】
また、相対ＳＯＣと電流積算値に基づいてＳＯＨを求めるようにしたので、ＳＯＨを正確かつ簡易に求めることができる。また、二次電池１４を満充電にすることなく、放電可能容量または満充電容量を知ることができるので、例えば、車両に搭載される場合のように、充放電が常に実行されているような使用環境でも、放電可能容量または満充電容量を知ることができる。
【００４５】
また、満充電またはそれに近い状態の内部抵抗を基準内部抵抗として用いるようにしたので、図３に示すように曲線の傾きが小さい領域を使用するため、満充電から多少ずれた状態を基準として用いたとしても誤差の発生を抑えることができる。
【００４６】
（Ｄ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図３に示す曲線のデータをテーブルとして保持し、このテーブルに基づいて相対ＳＯＣを求めるようにしたが、例えば、図３に示す曲線を示す数式（例えば、前述した式（１））をＲＡＭ１０ｃに格納しておき、当該数式に、例えば、解の公式を適用して相対ＳＯＣを算出するようにしてもよい。
【００４７】
また、以上の実施形態では、図３に示す曲線を式（１）に示す三次方程式によって近似するようにしたが、もちろん、これ以外の数式によって近似することも可能である。例えば、二次方程式によって近似したり、四次方程式以上の方程式によって近似したりしてもよい。あるいは、指数関数等によって近似することも可能である。
【００４８】
また、以上の実施形態では、図３に示す曲線に対応するテーブルの値または数式は固定としたが、例えば、二次電池状態検出装置１の製品出荷時には、固定のテーブルまたは数式を記憶させておき、学習処理によって、テーブルの値または数式を調整するようにしてもよい。一例として、スタータモータ１８によってエンジン１７を始動する際（クランキングの際）に、二次電池１４の動的内部抵抗であるクランキング抵抗を測定し、このクランキング抵抗からＳＯＨを求めるとともに、電流積算値から残容量を求めＳＯＨと残容量の比（＝残容量／ＳＯＨ）から相対ＳＯＣを求める。そして、このようにして求めた相対ＳＯＣと実測した内部抵抗比に基づいて、テーブルの値を修正することができる。また、数式を用いる場合には、以下のようにすることもできる。
【００４９】
すなわち、求めようとする式を以下のように定義する。ここで、ｇｋは既知の関数であり、ａｋは定数であるとする。
【００５０】
【００５１】
このとき、測定値としての以下の組が存在するとする。
（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），・・・，（ｘ２，ｙ２） ・・・（３）
【００５２】
この場合、以下のＪを最小にするａｋを求めることで、適切なｆ（ｘ）を求めることができる。
【００５３】
【００５４】
また、図２に示す制御部１０では表示部１０ｄを設けるようにしたが、表示部１０ｄを設けない構成とし、制御部１０によって求めた相対ＳＯＣをＥＣＵに通知し、ＥＣＵによって制御される表示部に対して情報を表示するようにしてもよい。
【００５５】
また、静的内部抵抗を測定する際において、分極の影響または充放電電流の影響を排除する処理を行うようにしてもよい。具体的には、二次電池１４に発生する分極の影響により、内部抵抗の測定精度が低下することを防止するために、例えば、充電分極の影響を受けている場合には放電電流パルスを二次電池１４に印加し、放電分極の影響を受けている場合には充電電流パルスを二次電池１４に印加した後に内部抵抗を測定することでこれらの分極の影響を低減することができる。また、充放電電流の影響を排除する方法としては、電流の測定値から直流電流成分を算出し、直流電流と内部抵抗の関係を示す式に基づいて基準の直流電流値における内部抵抗を推定することができる。
【００５６】
また、以上の実施形態では、相対ＳＯＣまたはＳＯＨのみを求めるようにしたが、例えば、求めた相対ＳＯＣまたはＳＯＨに基づいて、例えば、エンジン１７のアイドリングを停止する、いわゆる、アイドリングストップの実行を制御するようにしてもよい。具体的には、ＳＯＣが所定の閾値よりも高いと判定された場合には、アイドリングストップを実行し、所定の閾値よりも低いと判定された場合には、アイドリングストップを実行しないようにしてもよい。また、相対ＳＯＣが前述した閾値に近づいている場合には、例えば、負荷１９の動作を停止させ、二次電池１４のさらなる消耗を防ぐようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ（特性手段、積算電流検出手段、判定手段）
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ（格納手段）
１０ｄ 表示部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ（検出手段）
１２ 電流センサ（検出手段）
１３ 温度センサ
１４ 二次電池
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
前記二次電池の任意の時点における内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比と、前記二次電池の残容量と満充電容量の比によって求まる相対ＳＯＣとの対応関係を示す情報を格納する格納手段と、
前記二次電池の内部抵抗を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された内部抵抗に基づいて前記内部抵抗比を求め、前記格納手段に格納されている前記対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定手段と、
を有することを特徴とする二次電池状態検出装置。
【請求項２】
前記基準の充電状態における内部抵抗は、前記二次電池が満充電か、または、それに近い状態における内部抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項３】
前記内部抵抗比は、前記二次電池の任意の時点における内部抵抗および基準の充電状態における内部抵抗を、基準温度における値にそれぞれ補正した値に基づいて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項４】
前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとを対応付けしたテーブルとして前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項５】
前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとの関係を示す関係式として前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項６】
前記二次電池に流れる積算電流を検出する積算電流検出手段と、
前記積算電流検出手段によって検出された積算電流の値と、前記特定手段によって特定された前記相対ＳＯＣの値に基づいて前記二次電池の満充電容量を計算し、前記二次電池の劣化状態を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項７】
二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
前記二次電池の内部抵抗を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出した内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比を求めるとともに、前記内部抵抗比と、前記二次電池の残容量とＳＯＨの比によって求まる相対ＳＯＣの値との対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定ステップと、
を有することを特徴とする二次電池状態検出方法。
【請求項１】
二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
前記二次電池の任意の時点における内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比と、前記二次電池の残容量と満充電容量の比によって求まる相対ＳＯＣとの対応関係を示す情報を格納する格納手段と、
前記二次電池の内部抵抗を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された内部抵抗に基づいて前記内部抵抗比を求め、前記格納手段に格納されている前記対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定手段と、
を有することを特徴とする二次電池状態検出装置。
【請求項２】
前記基準の充電状態における内部抵抗は、前記二次電池が満充電か、または、それに近い状態における内部抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項３】
前記内部抵抗比は、前記二次電池の任意の時点における内部抵抗および基準の充電状態における内部抵抗を、基準温度における値にそれぞれ補正した値に基づいて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項４】
前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとを対応付けしたテーブルとして前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項５】
前記格納手段は、前記内部抵抗比と、前記相対ＳＯＣとの関係を示す関係式として前記対応関係を示す情報を格納していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項６】
前記二次電池に流れる積算電流を検出する積算電流検出手段と、
前記積算電流検出手段によって検出された積算電流の値と、前記特定手段によって特定された前記相対ＳＯＣの値に基づいて前記二次電池の満充電容量を計算し、前記二次電池の劣化状態を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
【請求項７】
二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
前記二次電池の内部抵抗を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出した内部抵抗を前記二次電池が基準の充電状態における内部抵抗との比で表した内部抵抗比を求めるとともに、前記内部抵抗比と、前記二次電池の残容量とＳＯＨの比によって求まる相対ＳＯＣの値との対応関係を示す情報に基づいて前記相対ＳＯＣを特定する特定ステップと、
を有することを特徴とする二次電池状態検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８９３７３（Ｐ２０１２−１８９３７３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１５６７（Ｐ２０１１−５１５６７）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]