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】異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、状態を正確に検出すること。
【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において、二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得手段（Ｉ／Ｆ１０ｄ）と、取得手段によって取得された抵抗値をパラメータとして用いて、二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出手段（ＣＰＵ１０ａ）と、算出手段によって算出された劣化指標値の初期値を格納する格納手段（ＲＡＭ１０ｃ）と、算出手段によって算出された劣化指標値の初期値からの変化率を求め、二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出手段（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において、二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得手段（Ｉ／Ｆ１０ｄ）と、取得手段によって取得された抵抗値をパラメータとして用いて、二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出手段（ＣＰＵ１０ａ）と、算出手段によって算出された劣化指標値の初期値を格納する格納手段（ＲＡＭ１０ｃ）と、算出手段によって算出された劣化指標値の初期値からの変化率を求め、二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出手段（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）やＳＯＨ（State of Health）を正確に知る必要性が高くなっている。
【０００３】
従来、ＳＯＨを求める方法としては、例えば、特許文献１に示すように、二次電池の内部インピーダンスを求め、この内部インピーダンスから劣化度としてのＳＯＨを求めることが行われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２１４８７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、従来の技術では、ＳＯＨ等の状態を検出する対象となる二次電池としては、自動車の出荷時において標準装備されている特定の二次電池に限定されることが一般的である。詳細には、特定の二次電池の特性を予め実測して関係式やテーブルを作成し、これらの関係式やテーブルに基づいて状態を検出する。このため、検出対象となる二次電池は、特定のメーカの特定の型番に限定されることが一般的である。
【０００６】
しかしながら、自動車に搭載されている二次電池は、ユーザによって任意の二次電池に交換される場合が多い。ユーザによって二次電池が標準装備されているものとは異なる二次電池に交換された場合には、前述した関係式やテーブルをそのまま使用したのでは誤差が大きくなるため、正確な検出を行うことができないという問題点がある。そこで、使用が想定される全ての二次電池についての関係式やテーブルを予め作成して記憶しておき、二次電池が交換された場合には新たに搭載された二次電池に対応する関係式やテーブルを選択して使用することも技術的には可能である。しかし、そのような方法では、多数の二次電池に対応する関係式やテーブルを事前に作成して格納しておく必要があるため、手間とコストがかかるという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、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】
【０００８】
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、前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納手段と、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、状態を正確に検出することが可能になる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記複数の抵抗要素は、前記二次電池の導体抵抗および電解液抵抗に対応する抵抗要素と、前記二次電池の反応抵抗に対応する抵抗要素とを少なくとも有していることを特徴とする。
このような構成によれば、様々な原因に対応した劣化を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、前記劣化指標値は、各抵抗値を相互に乗算することによって算出することを特徴とする。
このような構成によれば、抵抗値を乗算することにより、簡単に劣化指標値を算出することが可能になる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記劣化指標値は、各抵抗値に所定の定数を乗算し、所定の定数を加算して得た値を相互に乗算することによって算出することを特徴とする。
このような構成によれば、定数の値を調整することにより、二次電池の容量または種類が変わった場合であっても、劣化指標値を正確に算出することができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記検出手段は、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値と前記初期値とを所定の関数に代入することで、前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求めることを特徴とする。
このような構成によれば、関数自体や関数に含まれているパラメータを調整することにより、二次電池の劣化を正確に検出することが可能になる。
【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、前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納ステップと、前記算出ステップによって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、状態を正確に検出することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、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】二次電池の等価回路の一例を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】二次電池の等価回路の他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、温度センサ１３、および、放電回路１５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。
【００１８】
ここで、制御部１０は、放電回路１５を制御するとともに、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。
【００１９】
二次電池１４は、例えば、正極（陽極板）に二酸化鉛、負極（陰極板）に海綿状の鉛、電解液として希硫酸を用いた鉛蓄電池によって構成され、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１７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。
【００２０】
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、ライト、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およびオルタネータ１６からの電力によって動作する。
【００２１】
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、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｄ、バス１０ｅ、および、通信部１０ｆ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１０ｂａを実行する際に生成されるパラメータ１０ｃａを格納する。Ｉ／Ｆ１０ｄ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に駆動信号を供給してこれを制御する。バス１０ｅは、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃ、および、Ｉ／Ｆ１０ｄを相互に電気的に接続し、これらの間で情報の授受を可能にするための信号線群である。通信部１０ｆは、他の装置（例えば、図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit））等に通信線を介して接続され、他の装置との間で情報を授受する。
【００２２】
（Ｂ）実施形態の概略の動作の説明
つぎに、本実施形態の動作について説明する。以下では、本実施形態の動作の概略について説明した後に、詳細な動作について説明する。
【００２３】
本実施形態では、二次電池１４を、例えば、図３に示すような等価回路として表す。図３の例では、二次電池１４の等価回路は、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１、および、コンデンサ要素Ｃを有し、抵抗要素Ｒ１とコンデンサ要素Ｃが並列接続され、これらに抵抗要素Ｒ０が直列接続されている。なお、抵抗要素Ｒ０は、二次電池１４の集電体の導体抵抗および電解液抵抗等に起因する抵抗である。また、抵抗要素Ｒ１は、電極反応における電子授受の速度に起因する抵抗（電荷移動抵抗）や化学反応に起因する抵抗（化学反応抵抗）である。さらに、コンデンサ要素Ｃは、電気二重層容量である。
【００２４】
二次電池１４が工場で搭載された場合またはユーザ（または作業員）によって交換された場合、制御部１０は、新たに搭載された二次電池１４の初期容量値を測定し、得られた初期容量値を初期値ＳＯＨ＿ＩＮＩとして記憶する。なお、初期容量値を測定するのではなく、新たに搭載された二次電池１４の公称容量値をユーザ等が入力するようにしてもよい。
【００２５】
つぎに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の実測を行う。抵抗要素Ｒ０については、放電回路１５により、二次電池１４に対して所定の周期で矩形波のパルス放電を行わせ、その際の電圧と電流の時間的変化をサンプリングしてフーリエ展開し、基本周波数成分を抽出する。そして、電圧の基本周波数成分を電流の基本周波数成分で除算することで抵抗要素Ｒ０の値を得ることができる。なお、フーリエ展開を行うのではなく、電圧を直交する矩形波成分に展開し、矩形波成分の基本周波数成分を電流値によって除算して擬似的な抵抗成分を求め、これを補正することでも求めることができる。すなわち、フーリエ展開で得られる値と、矩形波成分に展開して得られる値との間には、一定の比例関係が存在するので、この比例関係に基づいて矩形波成分に展開して得られた値を、フーリエ展開の値に補正することで、より正確な値を得ることができる。
【００２６】
一方、抵抗要素Ｒ１については、放電開始前の二次電池１４の端子電圧Ｖ１を求めた後に、放電回路１５により、１００Ｈｚ以上の周波数による電流値Ｉ０のパルス放電を所定回数繰り返し実行する。そして、パルス放電終了後の電圧Ｖ２を測定し、放電前後の電圧降下量ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２を求める。そして、ΔＶをＩ０で除算することにより抵抗要素Ｒ１の値を求めることができる。
【００２７】
なお、以上のようにして求めた抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値は、温度センサ１３の出力を参照して温度による補正を行う。なお、これ以外にも、例えば、充電率ＳＯＣに基づいて各要素を補正したり、あるいは、分極の値に基づいて補正したりしてもよい。
【００２８】
つぎに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を、例えば、以下の式（１）に適用し、二次的な劣化指標Ｄｅｇの初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩを算出する。
Ｄｅｇ＿ＩＮＩ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（１）
【００２９】
ここで、α、β、γ、δは、定数であり、例えば、実験等によって求めることができる。このようにして求めたＤｅｇ＿ＩＮＩはＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納される。
【００３０】
そして、一定の時間が経過すると、前述の場合と同様に、制御部１０は、図３の等価回路の抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を求め、温度センサ１３の出力に基づいて補正を行う。そして、制御部１０は、得られた抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を、例えば、以下の式（２）に適用し、劣化指標Ｄｅｇを算出する。なお、α、β、γ、δは、式（１）と同様である。
Ｄｅｇ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（２）
【００３１】
劣化指標値が得られると、以下の式（３）に基づいてＳＯＨを算出する。
ＳＯＨ＝ＳＯＨ＿ＩＮＩ×Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇ ・・・（３）
【００３２】
式（３）では、劣化指標の初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩと、現在値Ｄｅｇとの比を計算する。抵抗要素の絶対値は、二次電池１４の容量、型番、メーカ等によって異なるが、その比は、これらの相違に拘わらず、ＳＯＨの変化に伴って一定の割合で減少していく。このため、式（３）に基づいてＳＯＨを計算することにより、二次電池１４の容量、型番、メーカ等に拘わらず、正確な値を得ることができる。
【００３３】
また、ＳＯＨが低下する原因としては、例えば、二次電池１４のサルフェーションや電解液の比重の低下、極板の故障等の様々な要因がある。本実施形態では、式（２）に示すように、劣化指標Ｄｅｇを求めるために２つの抵抗要素Ｒ０，Ｒ１をパラメータとして用いている。ここで、抵抗要素Ｒ０は二次電池１４の集電体の導体抵抗および電解液抵抗等に起因する抵抗であり、抵抗要素Ｒ１は電極反応における電子授受の速度に起因する電荷移動抵抗や化学反応に起因する化学反応抵抗である。抵抗要素Ｒ１は、例えば、サルフェーションの進行に伴って値が増加する。また、抵抗要素Ｒ０は、例えば、電解液の比重の低下に伴って増加する。したがって、これら２種類の抵抗要素をパラメータとして用いて劣化指標を求めることにより、サルフェーションや電解液の比重低下等に起因する劣化を正確に求めることができるので、劣化の原因によらずＳＯＨを正確に求めることができる。もちろん、前述した以外の原因についても、これら２つの抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の変化として現れることから、前述した以外の原因についても劣化指数に反映させることができる。
【００３４】
以上に説明したように、本実施形態によれば、抵抗要素から求めた劣化指標値の変化率に応じてＳＯＨを求めるようにしたので、相対的な変化に基づくことで、二次電池１４の容量、型番、メーカ等の相違によらず正確にＳＯＨを求めることができる。また、本実施形態では、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の２種類の抵抗要素に基づいて劣化指標値を求め、得られた劣化指標値に基づいてＳＯＨを求めるようにしたので、劣化の原因によらずＳＯＨを正確に求めることができる。
【００３５】
なお、以上の説明では、劣化指標Ｄｅｇおよび初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩについては、式（１），（２）に基づいて算出するようにしたが、これ以外の式を用いることも可能である。例えば、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１同士の和や商を含む式を用いたり、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１以外の項（例えば、他の抵抗要素）を含む式を用いたり、あるいは、二次電池１４の温度係数を各要素に乗算する式を用いることも可能である。より詳細には、ＤｅｇおよびＤｅｇ＿ＩＮＩを求める式として、（α・Ｒ０＋β）＋（γ・Ｒ１＋δ）を用いたり、（α・Ｒ０＋β）／（γ・Ｒ１＋δ）もしくは（γ・Ｒ１＋δ）／（α・Ｒ０＋β）を用いたりすることも可能である。もちろん、α，β，γ，δ以外のパラメータを含んでいてもよい。また、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１以外に、抵抗要素Ｒ２，・・・，Ｒｎ（ｎ＞２）を含むようにすることも可能である。さらに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１に対して二次電池１４の温度に対応した温度係数ａ，ｂを乗算するようにしてもよい。
【００３６】
（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明
つぎに、本実施形態の詳細な動作について説明する。図４は図２に示す制御部１０において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理が実行されると、以下のステップが実行される。
【００３７】
ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３から二次電池１４自体またはその周辺の温度を取得する。
【００３８】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、充電率ＳＯＣの値を取得する。なお、充電率ＳＯＣは回路開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）より求めたり、あるいは、二次電池１４の内部抵抗から求めたりして、ＲＡＭ１０ｃに格納しておくことができる。ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃに格納した充電率ＳＯＣを取得する。
【００３９】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、分極値を取得する。ここで、分極とは、電流が流れているときの電極電位が、電流の流れていないときの電位（平衡電位）と異なる値になることをいう。具体的には、二次電池１４は充電と放電を繰り返すことから、充電分極または放電分極が生じる。そこで、ＣＰＵ１０ａは、このような分極の状態を示す値（分極値）を、例えば、電流の積算値から推定してＲＡＭ１０ｃに格納しておき、ステップＳ１２では、ＲＡＭ１０ｃに格納された分極値をＲＡＭ１０ｃから取得する。なお、ステップＳ１０〜Ｓ１２において取得した温度、充電率、および、分極値については、ステップＳ１７，Ｓ２１において抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を補正する際に用いる。
【００４０】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が交換されたか否かを判定し、交換されたと判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）にはステップＳ１９に進む。例えば、電圧センサ２１の検出値が「０Ｖ」になる時間が一定時間（例えば、１０秒）以上継続し、その後に１２Ｖ以上になった場合には二次電池１４が交換されたと判定することができるので、その場合にはステップＳ１４に進む。なお、制御部１０が二次電池１４から給電されている場合には、例えば、制御部１０が再起動された場合には、二次電池１４が交換されたと判定することができる。
【００４１】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の初期容量値Ｘを取得する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、例えば、通信部１０ｆを介して、新たに装着された二次電池１４の公称容量値の入力をユーザ等から受けることにより初期容量値Ｘを取得することができる。なお、これ以外にも、例えば、放電回路１５によって二次電池１４を放電させ、そのときの電圧の変化、または、内部インピーダンスの変化から二次電池１４の初期容量値を実測してもよい。
【００４２】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１４で取得した二次電池１４の初期容量値Ｘを、ＳＯＨの初期値を保持する変数ＳＯＨ＿ＩＮＩに代入する。これにより、変数ＳＯＨ＿ＩＮＩには、二次電池１４の初期容量値が保持される。
【００４３】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を測定によって求める。具体的には、抵抗要素Ｒ０については、放電回路１５により、二次電池１４に対して所定の周期で矩形波のパルス放電を行わせ、その際の電圧と電流をサンプリングしてフーリエ展開して基本周波数成分を抽出する。そして、電圧の基本周波数成分を電流の基本周波数成分で除算することで抵抗要素Ｒ０の値を得ることができる。なお、フーリエ展開を行うのではなく、電圧を直交する矩形波成分に展開し、矩形波成分の基本周波数成分を電流値によって除算して擬似的な抵抗成分を求め、これを補正することでも求めることができる。なお、補正の方法については、前述の場合と同様である。
【００４４】
一方、抵抗要素Ｒ１については、放電開始前の電圧Ｖ１を求めた後に、放電回路１５により、１００Ｈｚ以上の周波数による電流値Ｉ０のパルス放電を所定回数繰り返し実行する。そして、パルス放電終了後の電圧Ｖ２を測定し、放電前後の電圧降下量ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２を求める。そして、ΔＶをＩ０で除算することにより抵抗要素Ｒ１の値を求めることができる。
【００４５】
なお、これ以外にも、例えば、一定以上の周波数領域に渡って二次電池１４のインピーダンススペクトルを取得し、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を含んだ等価回路モデルの定数フィッティングによって抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を求めることができる。あるいは、図３に示す等価回路を用いて所定の電流を流した場合の電圧を予測し、予測した電圧と、実測値との差分値を求め、この差分値に基づいて等価回路の構成要素について学習処理を実行することで、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を求めることができる。
【００４６】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１６で求めた抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を、ステップＳ１０〜Ｓ１２において求めた温度、充電率、および、分極値に基づいて補正する。なお、これら全てに対する補正をするのではなく、これらの一部に基づいて補正を行うようにしてもよい。
【００４７】
ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、劣化指標の初期値を格納する変数Ｄｅｇ＿ＩＮＩに、例えば、以下の式によって求めた値を格納する。なお、α，β，γ，δは、所定の定数であり、例えば、実験等によって求めることができる。
Ｄｅｇ＿ＩＮＩ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（４）
【００４８】
以上のステップＳ１３〜Ｓ１８の処理により、二次電池１４が交換された場合には、二次電池１４の初期容量値が取得されてＳＯＨ＿ＩＮＩに格納されるとともに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１が測定され、これらに基づいて劣化指標の初期値が計算されてＤｅｇ＿ＩＮＩに格納される。なお、二次電池１４が交換されない場合には、ステップＳ１３〜Ｓ１８の処理は実行されない。
【００４９】
ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、所定時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）には所定の時間が経過するまで同様の処理を繰り返す。例えば、所定の時間として１０分が経過した場合には、ステップＳ２０に進み、それ以外の場合にはステップＳ１９の処理を繰り返す。なお、１０分は一例であって、用途に応じた適切な時間（例えば、数時間）を設定することができる。
【００５０】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を測定する。なお、ステップＳ２０の処理は、ステップＳ１６の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５１】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値が補正される。なお、ステップＳ２１の処理は、ステップＳ１７の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、以下の式（５）に基づいて劣化指標Ｄｅｇを求める。なお、α，β，γ，δは、ステップＳ１８の場合と同様である。
Ｄｅｇ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（５）
【００５３】
ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＨの値を以下の式（６）に基づいて求める。ここで、Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇは、劣化指標の初期値と現在値（ステップＳ２２で求めた値）との比である。また、ＳＯＨ＿ＩＮＩは、ＳＯＨの初期値である。このように、劣化指標の初期値と現在値との比を用いて、抵抗要素の相対的な変化に基づいてＳＯＨを計算するので、例えば、メーカや型番による抵抗値の相違（絶対値の相違）による影響を抑えることができる。また、ＳＯＨ＿ＩＮＩとして新たに搭載された二次電池１４の公称値、または、測定値を用いることで、どのような容量の二次電池１４に交換された場合でも対応することができる。
ＳＯＨ＝ＳＯＨ＿ＩＮＩ×Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇ ・・・（６）
【００５４】
ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２３で求めたＳＯＨの値を、例えば、通信部１０ｆを介して、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）に出力する。これにより、ＥＣＵは、二次電池１４のＳＯＨに基づいて、例えば、充電制御やアイドリングストップ等の制御を適切に実行することができる。
【００５５】
以上の処理によれば、前述したように、二次電池１４の容量、型番、メーカ等によらず、ＳＯＨを正確に求めることが可能になる。
【００５６】
（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２つの抵抗要素を有する等価回路に基づいてＳＯＨを計算するようにしたが、例えば、図４に示すように、３つ以上の抵抗を有する等価回路に基づいて計算をするようにしてもよい。その場合、例えば、以下の式（７）によって劣化指標値を求めるようにしてもよい。また、各構成要素の学習処理については、例えば、カルマンフィルタ等の演算処理に基づいて求めることができる。
【００５７】
また、以上の実施形態の式（１），（２），（４），（５），（７）では、抵抗要素の値に定数を乗算して得られた値に他の定数を加算し、その結果得られた値を相互に乗算して劣化指標を求めるようにしたが、例えば、これらの定数については除外するようにしてもよい。例えば、抵抗要素の値を相互に乗算することで劣化指標を求めるようにしたり、あるいは、乗算する定数、または、加算する定数の一方のみを用いるようにしたりしてもよい。さらに、定数として二次電池１４の温度に対応した定数を乗算するようにしてもよい。
【００５８】
また、以上の実施形態では、劣化指標Ｄｅｇおよび初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩを、式（１），（２），（４），（５）に基づいて算出するようにしたが、これ以外の式を用いることも可能である。例えば、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１同士の和または商を含む式として、（α・Ｒ０＋β）＋（γ・Ｒ１＋δ）または（α・Ｒ０＋β）／（γ・Ｒ１＋δ）もしくは（γ・Ｒ１＋δ）／（α・Ｒ０＋β）を用いることも可能である。もちろん、α，β，γ，δ以外のパラメータを含んでいてもよい。また、前述した式（７）のように、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１以外の抵抗要素を含む式を用いるだけでなく、二次電池１４の温度係数を各要素に乗算する式を用いることも可能である。具体的には、抵抗要素Ｒｉに対して二次電池１４の温度に対応した温度係数ａｉをそれぞれ乗算してもよい。
【００５９】
また、以上の実施形態では、劣化指標の初期値と現在値の比（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇ）をＳＯＨの初期値であるＳＯＨ＿ＩＮＩに乗算してＳＯＨを求めるようにしたが、これ以外にも、例えば、Ｄｅｇ＿ＩＮＩおよびＤｅｇをパラメータとする関数ｆ（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ，Ｄｅｇ）を用い、この関数にＳＯＨ＿ＩＮＩを乗算することで、ＳＯＨを求めるようにすることも可能である。具体的には、例えば、関数ｆを両者の対数値の引き算として表してもよく、ｆ（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ，Ｄｅｇ）＝ｌｏｇ（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ）−ｌｏｇ（Ｄｅｇ）によって求めることも可能である。
【００６０】
また、以上の実施形態では、二次電池１４が交換されると直ちに初期容量値、抵抗要素の値、および、劣化指標値を求めるようにしたが、例えば、一定期間（例えば、１分、１時間、あるいは、１日、１週間）程度が経過したときに、これらの値を測定するようにしてもよい。すなわち、本実施形態において、「初期値」とは交換された直後の値のみならず、一定期間を経過した後の値も含むものである。
【符号の説明】
【００６１】
１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ（算出手段、検出手段）
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ（格納手段）
１０ｄ 通信部
１０ｅ バス
１０ｆ Ｉ／Ｆ（取得手段）
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
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）やＳＯＨ（State of Health）を正確に知る必要性が高くなっている。
【０００３】
従来、ＳＯＨを求める方法としては、例えば、特許文献１に示すように、二次電池の内部インピーダンスを求め、この内部インピーダンスから劣化度としてのＳＯＨを求めることが行われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２１４８７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、従来の技術では、ＳＯＨ等の状態を検出する対象となる二次電池としては、自動車の出荷時において標準装備されている特定の二次電池に限定されることが一般的である。詳細には、特定の二次電池の特性を予め実測して関係式やテーブルを作成し、これらの関係式やテーブルに基づいて状態を検出する。このため、検出対象となる二次電池は、特定のメーカの特定の型番に限定されることが一般的である。
【０００６】
しかしながら、自動車に搭載されている二次電池は、ユーザによって任意の二次電池に交換される場合が多い。ユーザによって二次電池が標準装備されているものとは異なる二次電池に交換された場合には、前述した関係式やテーブルをそのまま使用したのでは誤差が大きくなるため、正確な検出を行うことができないという問題点がある。そこで、使用が想定される全ての二次電池についての関係式やテーブルを予め作成して記憶しておき、二次電池が交換された場合には新たに搭載された二次電池に対応する関係式やテーブルを選択して使用することも技術的には可能である。しかし、そのような方法では、多数の二次電池に対応する関係式やテーブルを事前に作成して格納しておく必要があるため、手間とコストがかかるという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、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】
【０００８】
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、前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納手段と、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、状態を正確に検出することが可能になる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記複数の抵抗要素は、前記二次電池の導体抵抗および電解液抵抗に対応する抵抗要素と、前記二次電池の反応抵抗に対応する抵抗要素とを少なくとも有していることを特徴とする。
このような構成によれば、様々な原因に対応した劣化を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、前記劣化指標値は、各抵抗値を相互に乗算することによって算出することを特徴とする。
このような構成によれば、抵抗値を乗算することにより、簡単に劣化指標値を算出することが可能になる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記劣化指標値は、各抵抗値に所定の定数を乗算し、所定の定数を加算して得た値を相互に乗算することによって算出することを特徴とする。
このような構成によれば、定数の値を調整することにより、二次電池の容量または種類が変わった場合であっても、劣化指標値を正確に算出することができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記検出手段は、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値と前記初期値とを所定の関数に代入することで、前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求めることを特徴とする。
このような構成によれば、関数自体や関数に含まれているパラメータを調整することにより、二次電池の劣化を正確に検出することが可能になる。
【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、前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納ステップと、前記算出ステップによって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、状態を正確に検出することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異なる種類の二次電池に交換された場合であっても、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】二次電池の等価回路の一例を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】二次電池の等価回路の他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、温度センサ１３、および、放電回路１５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。
【００１８】
ここで、制御部１０は、放電回路１５を制御するとともに、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。
【００１９】
二次電池１４は、例えば、正極（陽極板）に二酸化鉛、負極（陰極板）に海綿状の鉛、電解液として希硫酸を用いた鉛蓄電池によって構成され、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１７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。
【００２０】
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、ライト、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およびオルタネータ１６からの電力によって動作する。
【００２１】
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、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｄ、バス１０ｅ、および、通信部１０ｆ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１０ｂａを実行する際に生成されるパラメータ１０ｃａを格納する。Ｉ／Ｆ１０ｄ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に駆動信号を供給してこれを制御する。バス１０ｅは、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃ、および、Ｉ／Ｆ１０ｄを相互に電気的に接続し、これらの間で情報の授受を可能にするための信号線群である。通信部１０ｆは、他の装置（例えば、図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit））等に通信線を介して接続され、他の装置との間で情報を授受する。
【００２２】
（Ｂ）実施形態の概略の動作の説明
つぎに、本実施形態の動作について説明する。以下では、本実施形態の動作の概略について説明した後に、詳細な動作について説明する。
【００２３】
本実施形態では、二次電池１４を、例えば、図３に示すような等価回路として表す。図３の例では、二次電池１４の等価回路は、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１、および、コンデンサ要素Ｃを有し、抵抗要素Ｒ１とコンデンサ要素Ｃが並列接続され、これらに抵抗要素Ｒ０が直列接続されている。なお、抵抗要素Ｒ０は、二次電池１４の集電体の導体抵抗および電解液抵抗等に起因する抵抗である。また、抵抗要素Ｒ１は、電極反応における電子授受の速度に起因する抵抗（電荷移動抵抗）や化学反応に起因する抵抗（化学反応抵抗）である。さらに、コンデンサ要素Ｃは、電気二重層容量である。
【００２４】
二次電池１４が工場で搭載された場合またはユーザ（または作業員）によって交換された場合、制御部１０は、新たに搭載された二次電池１４の初期容量値を測定し、得られた初期容量値を初期値ＳＯＨ＿ＩＮＩとして記憶する。なお、初期容量値を測定するのではなく、新たに搭載された二次電池１４の公称容量値をユーザ等が入力するようにしてもよい。
【００２５】
つぎに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の実測を行う。抵抗要素Ｒ０については、放電回路１５により、二次電池１４に対して所定の周期で矩形波のパルス放電を行わせ、その際の電圧と電流の時間的変化をサンプリングしてフーリエ展開し、基本周波数成分を抽出する。そして、電圧の基本周波数成分を電流の基本周波数成分で除算することで抵抗要素Ｒ０の値を得ることができる。なお、フーリエ展開を行うのではなく、電圧を直交する矩形波成分に展開し、矩形波成分の基本周波数成分を電流値によって除算して擬似的な抵抗成分を求め、これを補正することでも求めることができる。すなわち、フーリエ展開で得られる値と、矩形波成分に展開して得られる値との間には、一定の比例関係が存在するので、この比例関係に基づいて矩形波成分に展開して得られた値を、フーリエ展開の値に補正することで、より正確な値を得ることができる。
【００２６】
一方、抵抗要素Ｒ１については、放電開始前の二次電池１４の端子電圧Ｖ１を求めた後に、放電回路１５により、１００Ｈｚ以上の周波数による電流値Ｉ０のパルス放電を所定回数繰り返し実行する。そして、パルス放電終了後の電圧Ｖ２を測定し、放電前後の電圧降下量ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２を求める。そして、ΔＶをＩ０で除算することにより抵抗要素Ｒ１の値を求めることができる。
【００２７】
なお、以上のようにして求めた抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値は、温度センサ１３の出力を参照して温度による補正を行う。なお、これ以外にも、例えば、充電率ＳＯＣに基づいて各要素を補正したり、あるいは、分極の値に基づいて補正したりしてもよい。
【００２８】
つぎに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を、例えば、以下の式（１）に適用し、二次的な劣化指標Ｄｅｇの初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩを算出する。
Ｄｅｇ＿ＩＮＩ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（１）
【００２９】
ここで、α、β、γ、δは、定数であり、例えば、実験等によって求めることができる。このようにして求めたＤｅｇ＿ＩＮＩはＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納される。
【００３０】
そして、一定の時間が経過すると、前述の場合と同様に、制御部１０は、図３の等価回路の抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を求め、温度センサ１３の出力に基づいて補正を行う。そして、制御部１０は、得られた抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を、例えば、以下の式（２）に適用し、劣化指標Ｄｅｇを算出する。なお、α、β、γ、δは、式（１）と同様である。
Ｄｅｇ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（２）
【００３１】
劣化指標値が得られると、以下の式（３）に基づいてＳＯＨを算出する。
ＳＯＨ＝ＳＯＨ＿ＩＮＩ×Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇ ・・・（３）
【００３２】
式（３）では、劣化指標の初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩと、現在値Ｄｅｇとの比を計算する。抵抗要素の絶対値は、二次電池１４の容量、型番、メーカ等によって異なるが、その比は、これらの相違に拘わらず、ＳＯＨの変化に伴って一定の割合で減少していく。このため、式（３）に基づいてＳＯＨを計算することにより、二次電池１４の容量、型番、メーカ等に拘わらず、正確な値を得ることができる。
【００３３】
また、ＳＯＨが低下する原因としては、例えば、二次電池１４のサルフェーションや電解液の比重の低下、極板の故障等の様々な要因がある。本実施形態では、式（２）に示すように、劣化指標Ｄｅｇを求めるために２つの抵抗要素Ｒ０，Ｒ１をパラメータとして用いている。ここで、抵抗要素Ｒ０は二次電池１４の集電体の導体抵抗および電解液抵抗等に起因する抵抗であり、抵抗要素Ｒ１は電極反応における電子授受の速度に起因する電荷移動抵抗や化学反応に起因する化学反応抵抗である。抵抗要素Ｒ１は、例えば、サルフェーションの進行に伴って値が増加する。また、抵抗要素Ｒ０は、例えば、電解液の比重の低下に伴って増加する。したがって、これら２種類の抵抗要素をパラメータとして用いて劣化指標を求めることにより、サルフェーションや電解液の比重低下等に起因する劣化を正確に求めることができるので、劣化の原因によらずＳＯＨを正確に求めることができる。もちろん、前述した以外の原因についても、これら２つの抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の変化として現れることから、前述した以外の原因についても劣化指数に反映させることができる。
【００３４】
以上に説明したように、本実施形態によれば、抵抗要素から求めた劣化指標値の変化率に応じてＳＯＨを求めるようにしたので、相対的な変化に基づくことで、二次電池１４の容量、型番、メーカ等の相違によらず正確にＳＯＨを求めることができる。また、本実施形態では、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の２種類の抵抗要素に基づいて劣化指標値を求め、得られた劣化指標値に基づいてＳＯＨを求めるようにしたので、劣化の原因によらずＳＯＨを正確に求めることができる。
【００３５】
なお、以上の説明では、劣化指標Ｄｅｇおよび初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩについては、式（１），（２）に基づいて算出するようにしたが、これ以外の式を用いることも可能である。例えば、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１同士の和や商を含む式を用いたり、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１以外の項（例えば、他の抵抗要素）を含む式を用いたり、あるいは、二次電池１４の温度係数を各要素に乗算する式を用いることも可能である。より詳細には、ＤｅｇおよびＤｅｇ＿ＩＮＩを求める式として、（α・Ｒ０＋β）＋（γ・Ｒ１＋δ）を用いたり、（α・Ｒ０＋β）／（γ・Ｒ１＋δ）もしくは（γ・Ｒ１＋δ）／（α・Ｒ０＋β）を用いたりすることも可能である。もちろん、α，β，γ，δ以外のパラメータを含んでいてもよい。また、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１以外に、抵抗要素Ｒ２，・・・，Ｒｎ（ｎ＞２）を含むようにすることも可能である。さらに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１に対して二次電池１４の温度に対応した温度係数ａ，ｂを乗算するようにしてもよい。
【００３６】
（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明
つぎに、本実施形態の詳細な動作について説明する。図４は図２に示す制御部１０において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理が実行されると、以下のステップが実行される。
【００３７】
ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、温度センサ１３から二次電池１４自体またはその周辺の温度を取得する。
【００３８】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、充電率ＳＯＣの値を取得する。なお、充電率ＳＯＣは回路開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）より求めたり、あるいは、二次電池１４の内部抵抗から求めたりして、ＲＡＭ１０ｃに格納しておくことができる。ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｃに格納した充電率ＳＯＣを取得する。
【００３９】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、分極値を取得する。ここで、分極とは、電流が流れているときの電極電位が、電流の流れていないときの電位（平衡電位）と異なる値になることをいう。具体的には、二次電池１４は充電と放電を繰り返すことから、充電分極または放電分極が生じる。そこで、ＣＰＵ１０ａは、このような分極の状態を示す値（分極値）を、例えば、電流の積算値から推定してＲＡＭ１０ｃに格納しておき、ステップＳ１２では、ＲＡＭ１０ｃに格納された分極値をＲＡＭ１０ｃから取得する。なお、ステップＳ１０〜Ｓ１２において取得した温度、充電率、および、分極値については、ステップＳ１７，Ｓ２１において抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を補正する際に用いる。
【００４０】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が交換されたか否かを判定し、交換されたと判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）にはステップＳ１９に進む。例えば、電圧センサ２１の検出値が「０Ｖ」になる時間が一定時間（例えば、１０秒）以上継続し、その後に１２Ｖ以上になった場合には二次電池１４が交換されたと判定することができるので、その場合にはステップＳ１４に進む。なお、制御部１０が二次電池１４から給電されている場合には、例えば、制御部１０が再起動された場合には、二次電池１４が交換されたと判定することができる。
【００４１】
ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の初期容量値Ｘを取得する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、例えば、通信部１０ｆを介して、新たに装着された二次電池１４の公称容量値の入力をユーザ等から受けることにより初期容量値Ｘを取得することができる。なお、これ以外にも、例えば、放電回路１５によって二次電池１４を放電させ、そのときの電圧の変化、または、内部インピーダンスの変化から二次電池１４の初期容量値を実測してもよい。
【００４２】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１４で取得した二次電池１４の初期容量値Ｘを、ＳＯＨの初期値を保持する変数ＳＯＨ＿ＩＮＩに代入する。これにより、変数ＳＯＨ＿ＩＮＩには、二次電池１４の初期容量値が保持される。
【００４３】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を測定によって求める。具体的には、抵抗要素Ｒ０については、放電回路１５により、二次電池１４に対して所定の周期で矩形波のパルス放電を行わせ、その際の電圧と電流をサンプリングしてフーリエ展開して基本周波数成分を抽出する。そして、電圧の基本周波数成分を電流の基本周波数成分で除算することで抵抗要素Ｒ０の値を得ることができる。なお、フーリエ展開を行うのではなく、電圧を直交する矩形波成分に展開し、矩形波成分の基本周波数成分を電流値によって除算して擬似的な抵抗成分を求め、これを補正することでも求めることができる。なお、補正の方法については、前述の場合と同様である。
【００４４】
一方、抵抗要素Ｒ１については、放電開始前の電圧Ｖ１を求めた後に、放電回路１５により、１００Ｈｚ以上の周波数による電流値Ｉ０のパルス放電を所定回数繰り返し実行する。そして、パルス放電終了後の電圧Ｖ２を測定し、放電前後の電圧降下量ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２を求める。そして、ΔＶをＩ０で除算することにより抵抗要素Ｒ１の値を求めることができる。
【００４５】
なお、これ以外にも、例えば、一定以上の周波数領域に渡って二次電池１４のインピーダンススペクトルを取得し、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１を含んだ等価回路モデルの定数フィッティングによって抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を求めることができる。あるいは、図３に示す等価回路を用いて所定の電流を流した場合の電圧を予測し、予測した電圧と、実測値との差分値を求め、この差分値に基づいて等価回路の構成要素について学習処理を実行することで、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を求めることができる。
【００４６】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１６で求めた抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を、ステップＳ１０〜Ｓ１２において求めた温度、充電率、および、分極値に基づいて補正する。なお、これら全てに対する補正をするのではなく、これらの一部に基づいて補正を行うようにしてもよい。
【００４７】
ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、劣化指標の初期値を格納する変数Ｄｅｇ＿ＩＮＩに、例えば、以下の式によって求めた値を格納する。なお、α，β，γ，δは、所定の定数であり、例えば、実験等によって求めることができる。
Ｄｅｇ＿ＩＮＩ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（４）
【００４８】
以上のステップＳ１３〜Ｓ１８の処理により、二次電池１４が交換された場合には、二次電池１４の初期容量値が取得されてＳＯＨ＿ＩＮＩに格納されるとともに、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１が測定され、これらに基づいて劣化指標の初期値が計算されてＤｅｇ＿ＩＮＩに格納される。なお、二次電池１４が交換されない場合には、ステップＳ１３〜Ｓ１８の処理は実行されない。
【００４９】
ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、所定時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）には所定の時間が経過するまで同様の処理を繰り返す。例えば、所定の時間として１０分が経過した場合には、ステップＳ２０に進み、それ以外の場合にはステップＳ１９の処理を繰り返す。なお、１０分は一例であって、用途に応じた適切な時間（例えば、数時間）を設定することができる。
【００５０】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値を測定する。なお、ステップＳ２０の処理は、ステップＳ１６の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５１】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１の値が補正される。なお、ステップＳ２１の処理は、ステップＳ１７の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、以下の式（５）に基づいて劣化指標Ｄｅｇを求める。なお、α，β，γ，δは、ステップＳ１８の場合と同様である。
Ｄｅｇ＝（α・Ｒ０＋β）×（γ・Ｒ１＋δ） ・・・（５）
【００５３】
ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＨの値を以下の式（６）に基づいて求める。ここで、Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇは、劣化指標の初期値と現在値（ステップＳ２２で求めた値）との比である。また、ＳＯＨ＿ＩＮＩは、ＳＯＨの初期値である。このように、劣化指標の初期値と現在値との比を用いて、抵抗要素の相対的な変化に基づいてＳＯＨを計算するので、例えば、メーカや型番による抵抗値の相違（絶対値の相違）による影響を抑えることができる。また、ＳＯＨ＿ＩＮＩとして新たに搭載された二次電池１４の公称値、または、測定値を用いることで、どのような容量の二次電池１４に交換された場合でも対応することができる。
ＳＯＨ＝ＳＯＨ＿ＩＮＩ×Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇ ・・・（６）
【００５４】
ステップＳ２４では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ２３で求めたＳＯＨの値を、例えば、通信部１０ｆを介して、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）に出力する。これにより、ＥＣＵは、二次電池１４のＳＯＨに基づいて、例えば、充電制御やアイドリングストップ等の制御を適切に実行することができる。
【００５５】
以上の処理によれば、前述したように、二次電池１４の容量、型番、メーカ等によらず、ＳＯＨを正確に求めることが可能になる。
【００５６】
（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２つの抵抗要素を有する等価回路に基づいてＳＯＨを計算するようにしたが、例えば、図４に示すように、３つ以上の抵抗を有する等価回路に基づいて計算をするようにしてもよい。その場合、例えば、以下の式（７）によって劣化指標値を求めるようにしてもよい。また、各構成要素の学習処理については、例えば、カルマンフィルタ等の演算処理に基づいて求めることができる。
【００５７】
また、以上の実施形態の式（１），（２），（４），（５），（７）では、抵抗要素の値に定数を乗算して得られた値に他の定数を加算し、その結果得られた値を相互に乗算して劣化指標を求めるようにしたが、例えば、これらの定数については除外するようにしてもよい。例えば、抵抗要素の値を相互に乗算することで劣化指標を求めるようにしたり、あるいは、乗算する定数、または、加算する定数の一方のみを用いるようにしたりしてもよい。さらに、定数として二次電池１４の温度に対応した定数を乗算するようにしてもよい。
【００５８】
また、以上の実施形態では、劣化指標Ｄｅｇおよび初期値Ｄｅｇ＿ＩＮＩを、式（１），（２），（４），（５）に基づいて算出するようにしたが、これ以外の式を用いることも可能である。例えば、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１同士の和または商を含む式として、（α・Ｒ０＋β）＋（γ・Ｒ１＋δ）または（α・Ｒ０＋β）／（γ・Ｒ１＋δ）もしくは（γ・Ｒ１＋δ）／（α・Ｒ０＋β）を用いることも可能である。もちろん、α，β，γ，δ以外のパラメータを含んでいてもよい。また、前述した式（７）のように、抵抗要素Ｒ０，Ｒ１以外の抵抗要素を含む式を用いるだけでなく、二次電池１４の温度係数を各要素に乗算する式を用いることも可能である。具体的には、抵抗要素Ｒｉに対して二次電池１４の温度に対応した温度係数ａｉをそれぞれ乗算してもよい。
【００５９】
また、以上の実施形態では、劣化指標の初期値と現在値の比（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ／Ｄｅｇ）をＳＯＨの初期値であるＳＯＨ＿ＩＮＩに乗算してＳＯＨを求めるようにしたが、これ以外にも、例えば、Ｄｅｇ＿ＩＮＩおよびＤｅｇをパラメータとする関数ｆ（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ，Ｄｅｇ）を用い、この関数にＳＯＨ＿ＩＮＩを乗算することで、ＳＯＨを求めるようにすることも可能である。具体的には、例えば、関数ｆを両者の対数値の引き算として表してもよく、ｆ（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ，Ｄｅｇ）＝ｌｏｇ（Ｄｅｇ＿ＩＮＩ）−ｌｏｇ（Ｄｅｇ）によって求めることも可能である。
【００６０】
また、以上の実施形態では、二次電池１４が交換されると直ちに初期容量値、抵抗要素の値、および、劣化指標値を求めるようにしたが、例えば、一定期間（例えば、１分、１時間、あるいは、１日、１週間）程度が経過したときに、これらの値を測定するようにしてもよい。すなわち、本実施形態において、「初期値」とは交換された直後の値のみならず、一定期間を経過した後の値も含むものである。
【符号の説明】
【００６１】
１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ（算出手段、検出手段）
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ（格納手段）
１０ｄ 通信部
１０ｅ バス
１０ｆ Ｉ／Ｆ（取得手段）
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
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、
前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納手段と、
前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出手段と、
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】
前記複数の抵抗要素は、前記二次電池の導体抵抗および電解液抵抗に対応する抵抗要素と、前記二次電池の反応抵抗に対応する抵抗要素とを少なくとも有してい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】
前記劣化指標値は、各抵抗値を相互に乗算することによっ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】
前記劣化指標値は、各抵抗値に所定の定数を乗算し、所定の定数を加算して得た値を相互に乗算することによっ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５】
前記検出手段は、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値と前記初期値とを所定の関数に代入することで、前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求めることを特徴とする請求項１乃至４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】
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、
前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納ステップと、
前記算出ステップによって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出ステップと、
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、
前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納手段と、
前記算出手段によって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出手段と、
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】
前記複数の抵抗要素は、前記二次電池の導体抵抗および電解液抵抗に対応する抵抗要素と、前記二次電池の反応抵抗に対応する抵抗要素とを少なくとも有してい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】
前記劣化指標値は、各抵抗値を相互に乗算することによっ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】
前記劣化指標値は、各抵抗値に所定の定数を乗算し、所定の定数を加算して得た値を相互に乗算することによっ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５】
前記検出手段は、前記算出手段によって算出された前記劣化指標値と前記初期値とを所定の関数に代入することで、前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求めることを特徴とする請求項１乃至４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】
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、
前記二次電池の電気的等価回路に含まれる複数の抵抗要素のそれぞれの抵抗値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得された前記抵抗値をパラメータとして用いて、前記二次電池の劣化の指標としての劣化指標値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記劣化指標値の初期値を格納する格納ステップと、
前記算出ステップによって算出された前記劣化指標値の前記初期値からの変化率を求め、前記二次電池の公称容量または初期容量と当該変化率に基づいて満充電容量の劣化状態を検出する検出ステップと、
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８８１５６（Ｐ２０１３−８８１５６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６４９３（Ｐ２０１１−２２６４９３）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【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２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【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）】
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