JP2004301784A - バッテリの放電可能容量推定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大小さまざまな負荷を確実に駆動できるように、放電電流の大きさに応じて変化する電気量を放電可能な容量として推定できるバッテリの放電可能容量推定方法及び装置を提供する。
【解決手段】放電可能容量推定手段２３ａ−１がバッテリの高率放電時に得られる放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対に基づいて、電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定する。関係式決定手段２３ａ−２が、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す予め用意した一般式と、放電可能容量推定手段２３ａ−１により推定した電流と放電可能容量との関係とに基づいて、当該バッテリに適用される関係式を決定し、この決定した関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電できる放電可能容量を推定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリの放電可能な容量を推定するバッテリの放電可能容量推定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリは放電或いは充放電によって取り出せる電気量である放電可能容量が時々刻々変化するが、バッテリからの電力供給によって負荷を適切に動作する上で、この放電可能容量を把握することが求められる。例えば、車載のバッテリでは、 車両の種類によってその求められる機能が若干相違するものの、以下のような理由で、その放電可能容量が適切に把握される必要がある。
【０００３】
例えば、駆動動力源が燃料の燃焼によって回転力を発生する内燃機関（以下エンジンという。）であるエンジン搭載車では、エンジンの始動を行うためのスタータモータへの電力供給をバッテリから行われるが、バッテリがスタータモータを回転動作させる電力を供給することができなければ、エンジンを始動することができなくなる。エンジンを始動させた後は、エンジンによって駆動させるジェネレータが電力を発生するので、この電力によってバッテリへの充電が行われるとともに、他の負荷が動作されるようになり、バッテリは補助的な位置づけとなる。勿論、ジェネレータが故障したときには、バッテリは電気的負荷を駆動するための唯一無二の電力供給源となり、重要な役割を果たさなければならなくなる。
【０００４】
また、駆動動力源がバッテリからの電力の供給を受けて回転力を発生する電動モータとなっている電気自動車では、バッテリが唯一無二の電力供給源であり、バッテリが電動モータを回転動作する電力を供給することができなければ、自動車の走行が停止してしまう。
【０００５】
その他、駆動動力源としてエンジンとバッテリからの電力の供給を受けて回転する電動モータの両方を有するハイブリット車では、バッテリの補助的機能が、走行途中でエンジンを停止し、エンジンに代わって走行の駆動力を発生する電動モータに電力供給する機能分高められているが、基本的には、エンジン搭載車と同様に、エンジンの始動するためのスタータモータを回転動作するだけの電力をバッテリが供給できなければ、エンジンを始動することができなくなる。
【０００６】
以上のような背景で、少なくとも、エンジン搭載車においてはスタータモータによってエンジンを始動することができること、或いは、電気自動車においては電動モータによって走行可能なうちにバッテリへの充電が行われることを目安に、バッテリの放電可能容量を把握することが必要とされている。さらに、電気自動車におけるバッテリの放電可能容量はエンジン搭載車における燃料残量に相当するものであるので、容量の量的な把握を行うことも求められる。
【０００７】
ところで、バッテリから取り出すことのできる電気量である充電状態は一般にＳＯＣで表され、これに対し、実際に負荷を動作できるような電気量を取り出すことができる放電可能な容量は一般にＡＤＣで表される。ＡＤＣについては、電流時間積Ａｈで表される満充電時の充電状態ＳＯＣと放電終止電圧時の充電状態ＳＯＣとの差に相当する電気量として把握され、場合によっては、満充電時を１００％、放電終止電圧時を０％とする電気量に対する百分率％で表すこともある。
【０００８】
なお、バッテリのＳＯＣは、充放電によってバッテリ内に発生する各種の分極が解消している平衡状態にあるときのバッテリの開放端子電圧である開回路電圧に対し、一定の関係にあることが知られており、この関係を利用して推定或いは実測したバッテリの開回路電圧から求めることが一般に行われる（例えば特許文献１参照。）。勿論、ＳＯＣは電流時間積で表されるものであるので、充放電によりバッテリ端子を通じて流れる電流を測定して時間積を取ることによって、時々刻々変化するＳＯＣを把握することもできる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２３６１５７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように求めたＳＯＣはバッテリから取り出せる電気量ではあるが、バッテリには内部抵抗が存在し、この内部抵抗によって放電電流に応じた大きさの電圧降下が内部的に発生してバッテリ端子電圧が低下するようになる。このため、バッテリの端子電圧が負荷を駆動できる電圧（放電終止電圧）以下に低下するようなＳＯＣとなるような状況の電気量は、負荷を駆動するために放電可能な容量とはみることができない。
【００１１】
上述した従来のＡＤＣの捉え方では、現在のＳＯＣと放電終止電圧に対応するＳＯＣとの差を単にバッテリの放電可能な容量としているため、バッテリに放電可能な電気量があるにも拘わらず、負荷を実際に駆動しようとしたとき、駆動することができなくなる状況が発生しかねない。また、負荷には、動作に必要な電流が異なる大小さまざまなものがあるが、その大小とは関係なく、状況によってその負荷の機能の重要度が変化する。このようなことを背景として、状況によって必要とされる重要度の変化する大小さまざまな負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能な容量を把握できることが求められる。
【００１２】
よって、本発明は、状況によって必要とされる重要度の変化する大小さまざまな負荷を確実に駆動できるように、放電電流の大きさに応じて変化する電気量を放電可能な容量として推定できるバッテリの放電可能容量推定方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１乃至請求項１０記載の本発明は、バッテリの放電可能容量推定方法に、請求項１１記載の本発明は、バッテリの放電可能容量推定装置にそれぞれ関し、いずれの発明も、バッテリの高率放電時の放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対から得た放電特性に基づいて、バッテリから電流を持続的に放電することができる放電可能容量を表す一般式から当該バッテリの関係式を定め、任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するようにしたものである。
【００１４】
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、バッテリの放電可能な容量を推定する方法であって、任意の大きさの電流を持続的に放電することのできる放電可能容量を示す一般式を予め用意し、バッテリの高率放電時の放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対から得た放電特性に基づいて、特定の大きさの放電電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定し、該放電電流と推定した放電可能容量との関係を前記一般式に適用して、当該バッテリの任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を定め、該関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するようにしたことを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００１５】
上述した請求項１記載の手順によれば、バッテリの高率放電時の放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対から得た放電特性に基づいて推定した特定の大きさの放電電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量と、任意の大きさの電流を持続的に放電することのできる放電可能容量を示す予め用意した一般式とにより、バッテリの任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を定めて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するようにしているので、関係式によって推定した、任意の大きさの放電電流についての放電可能容量の残余の有る限り、任意の大きさの電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能容量を管理することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記一般式がポイケルトの式
Ｉ^ｎ ・ｔ＝Ｃ
（式中、Ｉは放電電流、ｔは放電持続時間、ｎは放電電流によって放電可能容量が変わる程度を示す目安となる１．１〜１．４の値であり、Ｃは放電可能容量の大小の目安を示す値である。）
からなり、該一般式の定数ｎとＣを、異なる大きさの２電流と、該２電流について推定した前記放電可能容量との関係によって決定して前記関係式を定め、該定めた関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電できる放電可能容量を推定することを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００１７】
上述した請求項２記載の手順によれば、放電電流Ｉ、放電持続時間ｔ、放電電流によって放電可能容量が変わる程度を示す目安となる１．１〜１．４の値からなる定数ｎ、放電可能容量の大小の目安となる定数Ｃの関係を示すポイケルトの式
Ｉ^ｎ ・ｔ＝Ｃ
の２つの未知数である定数ｎとＣを、異なる大きさの２電流と、該２電流について推定した放電可能容量との関係によって決定しているので、任意の大きさの放電電流Ｉに対する持続時間ｔを求めることができ、両者の積を取ることによって、任意の大きさの電流を持続的に放電できる放電可能容量を推定することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記２電流の一方が前記高率放電時の最大電流であり、他方が放電可能容量を低下させないような小電流であることを特徴する請求項２記載のバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００１９】
上述した請求項３記載の手順によれば、ポイケルトの式の定数を決定するに当たって、高率放電時の最大電流と予め定め小電流の２電流を用いているので、関係式の決定が、比較的精度良く推定できる放電可能容量を用いて行うことができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記関係式を、当該バッテリの高率放電時毎に更新することを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００２１】
上述した請求項４記載の発明によれば、関係式の更新をバッテリの高率放電時毎に行っているので、バッテリの状態変化を反映した最新の関係式を用いて、バッテリの任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記２電流を持続的にそれぞれ放電することができる当該バッテリの放電可能な容量は、前記２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の電圧降下を推定し、該２電流に対して推定した電圧降下に基づいて求めた放電できない電気量分を、前記高率放電時の放電可能な容量からそれぞれ減らした電気量として推定したものであることを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００２３】
上述した請求項５記載の発明によれば、２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の推定電圧降下に基づいて放電できない電気量分を求め、高率放電時の放電可能な容量からそれぞれ減らした電気量として推定したものであるので、放電電流によってバッテリ内部に発生する電圧降下を反映した放電可能容量によって関係式の決定を行うことができる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項２乃至４の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記２電流を持続的にそれぞれ放電することができる当該バッテリの放電可能な容量は、前記２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の電圧降下を推定し、該推定した最大の電圧降下の、前記２電流による各放電時にバッテリに許容される最大の電圧降下幅に対する割合を求め、該求めた割合分を前記高率放電時の放電可能な電気量からそれぞれ差し引いた残余として推定したものであることを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００２５】
上述した請求項６記載の手順によれば、２電流を流し続けたときのバッテリ端子電圧の推定した最大の電圧降下の２電流による放電時にバッテリに許容される最大の電圧降下幅に対する割合分、任意の充電状態において放電可能な電気量から差し引いた残余を、２電流に相当する大きさの電流をバッテリから負荷を通じて持続的に放電することができる放電可能な電気量として推定しているので、２放電電流によってバッテリ内部に発生する電圧降下を反映した放電可能容量によって関係式の決定を行うことができる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記最大の電圧降下幅は、バッテリの満充電時の開回路電圧と、バッテリの放電終止電圧が前記最大電流の放電により発生する満充電時純抵抗分降下した電圧との差電圧であることを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００２７】
上述した請求項７記載の手順によれば、２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の最大の電圧降下幅を、バッテリの満充電時の開回路電圧と、負荷を通じて２電流の放電を行うことができなくなる負荷時の放電終止電圧との差電圧としているので、２電流が定まれば既知の値として予め定めることができ、高率放電時に電圧降下が推定されることで、この電圧降下の最大の電圧降下幅に対するの割合を簡単に求めることができる。
【００２８】
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記推定した電圧降下は、前記高率放電時に推定した当該バッテリの純抵抗による推定純抵抗電圧降下、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下、及び前記２電流によってそれぞれ発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下を含むことを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００２９】
上述した請求項８記載の手順によれば、推定した電圧降下が、高率放電時に推定した当該バッテリの純抵抗による推定純抵抗電圧降下、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下、及び２電流によってそれぞれ発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下を含むので、２電流で放電し続けたときに飽和点に向かって増大する分極を含む最大の電圧降下となり、かつ、推定純抵抗電圧降下のうちには、充電状態、温度や劣化によって増減する純抵抗変動分も含まれることになり、２放電電流によってバッテリ内部に発生する電圧降下を反映した放電可能容量によって関係式の決定を精度良く行うことができる。
【００３０】
請求項９記載の発明は、請求項１又は２記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、前記２電流の一方が前記高率放電時の最大電流であり、他方が予め定めた小電流であり、前記推定した電圧降下は、前記高率放電時に推定した当該バッテリの純抵抗による推定純抵抗電圧降下、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下、及び前記２電流によってそれぞれ発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下を含み、前記２電流のうちの最大電流での飽和分極電圧降下は、高率放電時の放電電流と該放電電流に対応するバッテリ端子電圧とを周期的に測定して得たデータ対に基づいて作成した電流−電圧特性の近似曲線式から純抵抗電圧降下分を除いた分極電圧降下のみの電流−分極特性の近似曲線式を得、該電流−分極特性の近似曲線式を用いて求めた電流に対する最大の電圧降下として推定され、前記小電流での飽和分極電圧降下は、前記分極による最大の電圧降下を当該分極電圧を発生させる電流によって除算して電流に依存しない一定値を求め、該求めた一定値に前記小電流を乗じて求めた電圧降下として推定されることを特徴とするバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００３１】
上述した請求項９記載の手順によれば、高率放電時の最大電流での飽和分極電圧降下は、負荷への高率放電時の放電電流と該放電電流に対応するバッテリ端子電圧とを周期的に測定して得たデータ対に基づいて作成した電流−電圧特性の近似曲線式から純抵抗電圧降下分を除いた分極電圧降下のみの電流−分極特性の近似曲線式を得、該電流−分極特性の近似曲線式を用いて求めた電流に対する最大の電圧降下として推定され、小電流での飽和分極電圧降下は、分極による最大の電圧降下を当該分極電圧を発生させる電流によって除算して電流に依存しない一定値を求め、該求めた一定値に前記小電流を乗じて求めた電圧降下として推定されるので、高率放電時に純抵抗による電圧降下を求めるため推定した純抵抗を用いて、関係式を決定するための分極による飽和電圧降下を精度良く推定することができる。
【００３２】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法において、非劣化バッテリの放電可能容量に対する劣化後の放電可能容量の割合を示す劣化度を予め求めておき、該劣化度を前記推定した放電可能容量に乗じて放電可能容量を修正するようにしたことを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法に存する。
【００３３】
上述した請求項１０記載の手順によれば、非劣化バッテリの放電可能容量に対する劣化後の放電可能容量の割合を示す、予め求めておいた劣化度を、推定した放電可能容量に乗じて放電可能容量を修正するようにしたので、バッテリが劣化していても、任意の大きさの電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能容量を管理することができる。
【００３４】
請求項１１記載の発明は、図１に示す基本構成図に示すように、バッテリの放電可能な容量を推定する装置であって、バッテリの高率放電時に得られる放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対に基づいて、電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定する放電可能容量推定手段２３ａ−１と、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す予め用意した一般式と、前記放電可能容量推定手段２３ａ−１により推定した電流と放電可能容量との関係とに基づいて、当該バッテリに適用される、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を決定する関係式決定手段２３ａ−２とを備え、該関係式決定手段２３ａ−２によって決定した関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するようにしたことを特徴するバッテリの放電可能容量推定装置に存する。
【００３５】
上述した請求項１１記載の発明によれば、放電可能容量推定手段２３ａ−１がバッテリの高率放電時に得られる放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対に基づいて、電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定する。関係式決定手段２３ａ−２が、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す予め用意した一般式と、前記放電可能容量推定手段２３ａ−１により推定した電流と放電可能容量との関係とに基づいて、当該バッテリに適用される、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を決定し、この決定した関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するので、関係式によって推定した、任意の大きさの放電電流についての放電可能電気量の残余の有る限り、任意の大きさの電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能容量を管理することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバッテリの放電可能容量推定方法を、図２を参照して本発明によるバッテリの放電可能容量推定装置の一実施形態と共に説明する前に、本発明の基本的な考え方を図３〜図６を参照して説明する。
【００３７】
一般に、放電容量は放電電流や温度によって変化する他、電解液比重によっても変化するが、放電電流と放電持続時間との関係がポイケルトの式で表されることが知られている。また、バッテリの端子電圧は、バッテリの充電状態を反映した電圧値を示し、その内部の状態、すなわち、平衡状態にあるときと不平衡状態にあるときで異なるだけでなく、バッテリから放電電流が流れることによって、バッテリ内部に発生する電圧降下を反映した値をとることも知られている。
【００３８】
そこで、本発明は、このようなことに着目し、高率放電時にバッテリ内部において発生する電圧降下の内訳を特定の条件下で明確にすることによって、バッテリの放電可能電気量を特定の放電電流について推定し、この推定した特定の放電電流における放電可能容量を用いて一般式であるポイケルトの式を当該バッテリに適用可能な関係式に決定したものである。
【００３９】
ところで、ポイケルトの式は次式（１）のように表される。
Ｉ^ｎ ・ｔ＝Ｃ （１）
式中、Ｉは放電電流、ｔは放電持続時間、ｎとＣは放電データから決定される定数である。ｎは放電電流によって放電可能容量が変わる程度を示す目安となるもので、ｎ＝１のときには、放電電流を大きくしても放電可能容量は低下せず、ｎが大きいと、高率放電時の放電可能容量の低下が大きくなる。通常の鉛バッテリではｎの値は１．１〜１．４である。Ｃは放電可能容量の大小の目安となるものである。
【００４０】
上記式（１）は次式（２）のように書き直すことができる。
ｌｏｇｔ＝−ｎｌｏｇＩ＋Ｃ′ （２）
ここで、Ｃ′＝ｌｏｇＣである。
このポイケルトの式は、一般式であるが、２つの放電電流Ｉ１，Ｉ２と該放電電流に対応する放電持続時間ｔ１，ｔ２との関係が明らかなときには、式中の定数ｎとＣを決定することができる。このような定数を決定した関係式は、上記関係の成り立つ当該バッテリに適用可能な関係式として決定することができる。
【００４１】
今、上記放電電流Ｉ１，Ｉ２と該放電電流に対応する放電持続時間ｔ１，ｔ２を式（２）に代入すると、次の２式が生成できる。
ｌｏｇｔ１＝−ｎｌｏｇＩ１＋Ｃ′
ｌｏｇｔ２＝−ｎｌｏｇＩ２＋Ｃ′
この２つの式の両辺の差をとると、次式が得られる。
ｌｏｇｔ１−ｌｏｇｔ２＝−ｎｌｏｇＩ１＋ｎｌｏｇＩ２
この式を書き直すと、次式が得られる。
ｌｏｇ（ｔ１／ｔ２）＝ｎｌｏｇ（Ｉ２／Ｉ１）
ｎ＝ｌｏｇ（ｔ１／ｔ２）／ｌｏｇ（Ｉ２／Ｉ１）
Ｃ＝Ｉ^ｎ ・ｔ
【００４２】
以上によって、ｎとＣが求められた関係式によって、各放電電流に対する放電持続時間、すなわち、電流と時間の積である当該放電電流によって放電可能容量Ａｈを知ることができるようになる。
【００４３】
次に、高率放電時にバッテリ内部において発生する電圧降下の内訳を特定の条件下で明確にすることによって、バッテリの放電可能容量を特定の放電電流について推定する方法を以下説明する。
【００４４】
例えば、車載バッテリでは、エンジンの始動の際にスタータモータを通じて放電が行われるが、このとき、突入電流と一般に呼ばれる、定常電流値と比べて非常に大きな値の最大電流値まで短時間に増大し最大電流値から定常電流値まで短時間に減少する放電電流が流れる。一般に、このような放電を高率放電と呼ぶが、この高率放電時の放電電流とバッテリ端子電圧を高速サンプリングによって測定して得たデータ対について例えば最小自乗法を用いた近似処理を施し二次近似特性曲線を求め、横軸を放電電流、縦軸を端子電圧とするグラフにプロットすると、図３に示すような放電電流−端子電圧の関係を示す特性曲線が描かれる。
【００４５】
二次近似特性曲線のうち電流増加方向についての特性曲線に現れる放電電流の増大に伴う端子電圧の低下要因には、バッテリの内部抵抗による各種の電圧降下が含まれているが、図４を参照して、放電電流の最大電流（ピーク電流）の電流軸に着目して電圧降下の内訳を検討し、最大電流と小電流の２電流での負電荷能容量の求め方の説明を行う。
【００４６】
先ず、最大電流での電圧降下には、バッテリのそのときの充電状態における内部純抵抗Ｒｊを最大電流Ｉｐが流れることによる電圧降下（Ｒｊ×Ｉｐ）が含まれている。なお、この内部純抵抗Ｒｊは、例えば上述した高率放電時にサンプリングによって得たデータ対によって得られる２つの二次近似曲線を解析することによって推定することができるが、ここではその具体的な方法の詳細な説明は省略する。
【００４７】
この内部純抵抗Ｒｊには、バッテリの充電状態、すなわち、そのときのＳＯＣの減少に伴う増加分、温度や劣化による変化分も含まれている。バッテリの充電状態に応じた純抵抗の増加分については、満充電時の最小値と放電終止時の最大値の間で変化し、最大の純抵抗電圧降下の増加分としては、バッテリ設計仕様によって決まる既知の値である満充電純抵抗Ｒｆと放電終止純抵抗Ｒｅとの差（ΔＲ＝Ｒｅ−Ｒｆ）に相当する純抵抗の増加によるもので、（Ｒｅ−Ｒｆ）×Ｉｐなる計算式によって求めることができる。
【００４８】
次に、純抵抗による電圧降下（Ｒｊ×Ｉｐ）以外の電圧降下は、バッテリ内に発生する分極による電圧降下である。したがって、放電電流−端子電圧の二次近似特性曲線から純抵抗による電圧降下分を除去することによって、図５に示すような分極電圧降下の二次近似特性曲線を得ることができる。
【００４９】
なお、ダヴィット・リンデン著の「最新電池ハンドブック」Ｐ１０図２．１「作動電流の関数としてのセル」によれば、分極はある程度大きな放電電流を流したとき、その大きさに応じた一定値に飽和する飽和分極電圧降下が存在するといえる。
【００５０】
そこで、分極電圧降下の二次近似特性曲線の最大電圧降下点の電圧Ｖｐｐと放電開始前端子電圧Ｖｘとの差ΔＶを最大電流Ｉｐにおける飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）とする。また、差ΔＶをその点の電流値Ｉｐｏｌによって除算し単位放電電流当たりの分極電圧降下を求めた上で、これに高率放電時の小電流を乗じることによって、小電流における最大の分極電圧降下である飽和分極電圧降下を求めることができる。この飽和分極電圧降下の具体的な求め方については、分極電圧降下の二次近似特性曲線の求め方とともに後述する。
【００５１】
そこで、最大電流Ｉｐでの放電を持続したときにバッテリ内部に発生する最大の電圧降下については、図５に示すように、現時点での内部純抵抗Ｒｊによる電圧降下（Ｒｊ×Ｉｐ）に、最大の純抵抗電圧降下の増加分（ΔＲ×Ｉｐ）と飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）とを加算したものを総電圧降下（Ｖｍａｘ）として推定する。このような電圧降下がバッテリ内に発生することによって、この電圧降下分放電可能な電気量が減少することになる。
【００５２】
一方、最大電流で放電したとき現実にはないが想定される内部に発生する最小の電圧降下、すなわち、満充電純抵抗Ｒｆに最大電流Ｉｐを乗じて求めた電圧降下（Ｒｆ×Ｉｐ）を、既知の放電終止電圧（Ｖｅ）に加算することによって、最大電流での放電によって許容される最大の電圧降下値に対応する電圧として負荷時放電終止電圧（Ｖｅｆ）を求める。この負荷時放電終止電圧は、バッテリについて既知の放電終止電圧が最大電流の放電により発生する満充電時純抵抗分降下した電圧である。
【００５３】
そして、この負荷時放電終止電圧（Ｖｅｆ）と満充電開回路電圧（Ｖｆ）との差電圧（Ｖａｄｃ＝Ｖｆ−Ｖｅｆ）に占める上記総電圧降下（Ｖｍａｘ＝Ｒｊ×Ｉｐ＋ΔＲ×Ｉｐ＋Ｖｐｉｐ））の割合分（Ｖｍａｘ／Ｖａｄｃ）を、元々放電できるとされた電気量より差し引いて実際に放電できる割合を示すＡＤＣ率［＝１００％−（Ｖｍａｘ／Ｖａｄｃ）×１００％］を求め、これを実測又は推定したＯＣＶから推定した放電可能な電気量、すなわち、該ＯＣＶに対応するＳＯＣｊと負荷時放電終止電圧に対応するＳＯＣｅｆとの差（ΔＳＯＣ）に乗じて求めたものを、高率放電時の最大電流で放電し続けたときに放電可能な電気量（ＡＤＣｉｐ）として推定する。
【００５４】
また、最大電流以下の大きさの複数の放電電流について、上述した小電流の場合と同様の方法で、放電可能容量を推定し、プロットして見たところ、図６にＡで示すような直線が得られた。これを実測した各放電電流と放電可能な電気量との関係を示す曲線Ｂと比較して見ると、最大電流とこれに比べて十分に小さい、例えば、１００分の１以下の小電流とにおいて、推定値と実測値が非常に近似していることが確認できた。
【００５５】
そこで、高率放電時の最大電流と、実験的に実測値との一致度合いが高い比較的小さな予め定めた小電流とを、上述した２電流Ｉ１，Ｉ２とし、各電流について上述のようにして推定した放電可能容量Ｘ１，Ｘ２を用い、この放電可能容量をＩ１，Ｉ２で割って求めた放電時続時間をｔ１（＝Ｘ１／Ｉ１），ｔ２（＝Ｘ２／Ｉ２）としてポイケルトの式の決定を行った。同図には、この決定によって得られた曲線Ｃも一緒にプロットしているが、最小電流から最大電流まで広い範囲での放電電流に対して放電可能容量の推定曲線Ｃと実測曲線Ｂが非常に近似していることが確認された。従って、この電流を２電流のうちの小電流として予め定めておく。
【００５６】
なお、上述した分極電圧降下の二次近似特性曲線は、電流増大時の放電電流−端子電圧の二次近似特性曲線から純抵抗Ｒｊによる電圧降下分を除去することによって得られ、得られた分極電圧降下の二次近似特性曲線を
Ｖ＝ａＩ^２ ＋ｂＩ＋ｃ
とする。このバッテリの端子電圧Ｖは、バッテリの純抵抗Ｒｊ以外の内部抵抗による電圧降下Ｖｏを表したものである。
【００５７】
この式から、単位電流当たりの純抵抗以外の内部抵抗による電圧降下ΔＶ／ΔＩを求めるため微分すると、次式が得られる。
ΔＶ／ΔＩ＝２ａＩ＋ｂ
【００５８】
この式のΔＶ／ΔＩが零になった点が、上記近似曲線の最大値であるので、
０＝２ａＩ＋ｂ
なる式が得られ、この式を整理すると、
Ｉ＝−ｂ／２ａ
となる。
【００５９】
したがって、この電流値Ｉを分極電圧降下の二次近似特性曲線を表す近似式に代入することによって、最大電流Ｉｐにおける最大の分極電圧降下である飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）を求めることができる。
【００６０】
なお、何等かの分極が残っている非平衡状態から放電が開始した場合、放電開始時点において推定した平衡状態の開回路電圧ＯＣＶと端子電圧の差に相当する電圧は、上述したようにして近似式から求めた最大電流Ｉｐにおける分極電圧降下に含まれていないので、近似式から求めた最大電流での飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）に加算したものを飽和分極電圧降下とする必要がある。
【００６１】
これに対し、小電流での飽和分極電圧降下については、最大電流Ｉｐにおける最大の分極電圧降下である飽和分極電圧降下（Ｖｐｉｐ）をその点の電流値によって除算し単位放電電流当たりの分極電圧降下を求め、これに高率放電時の小電流値を乗じることによって、小電流における最大の分極電圧降下である飽和分極電圧降下を求めることができる。
【００６２】
なお、何等かの分極が残っている非平衡状態から放電が開始した場合には、最大電流の場合と同様に、放電開始時点において推定した平衡状態の開回路電圧ＯＣＶと端子電圧の差に相当する電圧を、小電流での飽和分極電圧降下に加算したものを飽和分極電圧降下とする必要がある。
【００６３】
図２は本発明のバッテリの放電可能容量推定方法を適用した本発明の一実施形態に係る車載バッテリの放電可能容量推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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、車両の場合、イグニッションスイッチ又はアクセサリ（ＡＣＣ）スイッチがオンされることによって、そのときオン状態にある負荷への電源供給に伴い、バッテリの放電電流が流れる。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スタータ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、短時間に大きな突入電流が流される。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、負荷に応じた定常電流に移行する。
【００６７】
話を構成の説明に戻すと、本実施形態の装置１は、アシスト走行用のモータやスタータ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１Ｍオーム程度の抵抗値を有し、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。
【００６８】
また、本実施形態の装置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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、各種の処理のために使用される。
【００７２】
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７のフローチャートを参照して説明する。
【００７３】
イグニッション（ＩＧ）スイッチがオンされバッテリ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、比較的長いサンプリング周期での放電電流及び端子電圧のサンプリングを開始し（ステップＳ１）、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を介して測定データを読み込む処理を実行して放電電流が予め定めた所定値を越えるのを監視する。放電電流が所定値を越えたときには、突入電流が流れ始めたと判断し、サンプリング周期を例えば１００μｓｅｃの短い周期に切り替えて近似式を求めるための処理に入る（ステップＳ２）。放電電流の最大電流（ピーク電流）を検出する近似式を求めるための処理の途中で行われる。
【００７４】
なお、近似式を求める処理は、最小自乗法が用いられ、サンプリングした放電電流と端子電圧とに基づいて、電流増加時の近似式を求めるための各Σ項の演算を行い、サンプリング値が連続してｎ回減少しているとき、放電電流がピーク値から減少に転じていると判断し、以後、サンプリングした放電電流と端子電圧とに基づいて、電流減少時の近似式を求めるための各Σ項の演算を行う。その後に、放電電流が予め定めた所定値を越えて減少するかどうかを監視し、放電電流が所定値を越えて減少したとき、突入電流が終了したと判断して近似式を求めるための処理を終了し（ステップＳ３）、演算した電流増加時の各Σ項を用いて電流増加時の近似式を、演算した電流減少時の各Σ項を用いて電流減少時の近似式をそれぞれ求める（ステップＳ４）。
【００７５】
なお、図７のフローチャートには明記していないが、求めた近似式が有効なものであるかどうかの判定を行うことが当然に必要であり、この判定は、近似式の各係数を決定するための各Σ項の演算結果を利用して求めることができる電流増加時と電流減少時の相関係数と、ピーク電流の大きさとを予め定めた値と比較することによって行うことができる。特に、２つの所定値を設けることによって、誤差要因を取り除くことができる。
【００７６】
上述のようにして求まった二次近似式から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Ｓ５）。この演算処理においては、二次式に濃度分極成分による電圧降下が含まれている場合、この濃度分極電圧降下を除いた修正二次近似式を求める修正二次近似式算出処理を行い、この修正二次近似式を用いてバッテリの純抵抗を求めるための演算処理を実行することになり、この場合には、増加する放電電流及び減少する放電電流に対する電流−電圧特性の２つの修正二次近似式のピーク値での微分値を算出した上で、２つの微分値の中間の値をバッテリの純抵抗として求める演算を行う。そして、この求めたバッテリの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。
【００７７】
この微分値の中間の値を求める方法としては、突入電流の流れ方によって２つの方法がある。
突入電流の増加方向の時間と減少方向の時間とがほぼ等しいときには、２つの微分値の加算平均値を純抵抗Ｒｊとして求める演算を行う。
【００７８】
これに対して、突入電流の増加方向の時間と減少方向の時間とが大きく異なるときには、増加する放電電流に対する電流−電圧特性の修正二次近似式のピーク値での微分値に、放電電流の総時間に占める増加する放電電流の流れた時間の比率を乗じたものと、減少する放電電流に対する電流−電圧特性の２つの修正二次近似式のピーク値での微分値に、放電電流の総時間に占める減少する放電電流の流れた時間の比率を乗じたものとを加算した加算値を純抵抗として求める演算を行う。いずれの方法で純抵抗を求めた場合にも、バッテリの純抵抗Ｒｊは２つの微分値の中間の値として求められる。
【００７９】
また、上述した例では、第１及び第２の近似式が共に二次近似式としているが、第１の近似式が一次近似式であるときには、修正近似式を求める処理は当然に不要になる。そして、この場合には、一次式の傾きを微分値に代えて利用することになる。
【００８０】
次に、上述したステップＳ５において算出した純抵抗Ｒｊを利用し、ステップＳ４において算出した、電流増大時の近似式から純抵抗による電圧降下分を削除し、電流増大時の純抵抗以外の要因による電圧降下の近似式、すなわち、、電流増大時の分極近似式を求める（ステップＳ６）。ステップＳにおいて算出した純抵抗とステップＳ６で求めた分極近似式は、次のステップＳ７の総電圧降下推定処理において、純抵抗電圧降下及び飽和分極電圧降下を求めるために利用される。
【００８１】
ステップＳ７の総電圧降下推定処理においては、ステップＳ５において算出したバッテリの純抵抗Ｒｊによる純抵抗電圧降下（Ｒｆ×Ｉｐ）と、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下と、最大電流によって発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下Ｖｐｉｐとを含む、最大電流で放電し続けたときに飽和点に向かって増大する分極を含む最大の電圧降下である総電圧降下を推定する。
【００８２】
純抵抗電圧降下については、算出した純抵抗Ｒｊに最大電流Ｉｐを乗じることによって求められ、これには充電状態、温度や劣化によって増減する純抵抗変動分が含まれる。純抵抗増加電圧降下については、バッテリの充電状態に応じた純抵抗の最大の増加分によって発生するもので、バッテリ設計仕様によって決まる既知の値である満充電純抵抗Ｒｆと放電終止純抵抗Ｒｅとの差（ΔＲ＝Ｒｅ−Ｒｆ）に相当する純抵抗の増加によるもので、（Ｒｅ−Ｒｆ）×Ｉｐなる計算式によって求めることができる。飽和分極電圧降下Ｖｐｉｐについては、ステップＳ６の処理よって求めた電流増大時の分極電圧降下の近似式を用い、電流に対する分極電圧降下の最大点を推定し、この推定した最大点の分極電圧降下を当該分極電圧を発生させる電流によって除算して電流に依存しない一定値を求め、この一定値に最大電流Ｉｐを乗じて求めることができる。
【００８３】
ステップＳ７の総電圧降下推定処理によって、最大の電圧降下が求まったら、次のステップＳ８において、ＡＤＣ率算出処理を行う。このＡＤＣ率は、負荷への高率放電時の最大電流を流し続けたとき推定されるバッテリ端子電圧の最大の電圧降下の、最大電流による放電時にバッテリに許容される最大の電圧降下幅に対する割合分減少した実際に放電できる電気量の割合であり、具体的には次のようにして求める
【００８４】
すなわち、ＡＤＣ率は、負荷時放電終止電圧（Ｖｅｆ）と満充電開回路電圧（Ｖｆ）との差電圧（Ｖａｄｃ＝Ｖｆ−Ｖｅｆ）に占める上記総電圧降下（Ｖｍａｘ＝Ｒｊ×Ｉｐ＋ΔＲ×Ｉｐ＋Ｖｐｉｐ））の割合分（Ｖｍａｘ／Ｖａｄｃ）を、元々放電できるとされた電気量より差し引いて実際に放電できる割合を示し、１００％−（Ｖｍａｘ／Ｖａｄｃ）×１００％なる式の計算を実行することによって求められる。
【００８５】
ステップＳ８におけるＡＤＣ率の算出が終わったら、これを用いた推定するＡＤＣを求めるＡＤＣの算出処理を行う（ステップＳ９）。具体的には、実測又は推定したＯＣＶから推定した放電可能な電気量、すなわち、該ＯＣＶに対応するＳＯＣｊと負荷時放電終止電圧に対応するＳＯＣｅｆとの差（ΔＳＯＣ）にＡＤＣ率を乗じて求めたものを、高率放電時の最大電流で放電し続けたときに放電可能な電気量（ＡＤＣｉｐ）として推定する。また、予め定めた小電流Ｉｓでの放電可能容量（ＡＤＣＩｓ）も同様にして求める。
【００８６】
ステップＳ９の処理によって推定した２電流でのＡＤＣ、すなわち、高率放電時の最大電流と小電流で放電し続けることのできる放電可能電気量は、続く関係式決定処理において利用される（ステップＳ１０）。このステップＳ１０における関係式決定処理については、上述したように、ポイケルトの式のｎとＣを決定する演算処理である。
【００８７】
ステップＳ１０の処理によって当該バッテリの関係式が決定されることによって、任意の大きさの電流にて放電することのできる容量、すなわち、放電可能容量を求めることができる。そして、ステップＳ１０において決定された関係式は、次のステップＳ１１のその他の処理において利用される。
【００８８】
ステップＳ１１のその他の処理においては、任意の大きさの放電電流での放電可能容量は、例えば、アイドリングストップ制御の際に、アイドリングストップすべき状況が発生したときに、実際にアイドリングストップを実行して良いかどうかを判定する際に、アイドリングストップした後に再度エンジンを始動できるかどうかの判定を行う目安として利用することができる。また、各種の電気負荷を駆動するために、バッテリにどの程度の余裕度があるかを判断する目安になる情報を提供する。なお、図７のフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチがＯＮしている限り継続して実行される（ステップＳ１２）。
【００８９】
本実施形態の車載バッテリの放電可能容量推定装置１では、図７に示すフローチャートにおける処理を行うＣＰＵ２３ａが、図１に示したバッテリの放電可能な容量を推定する装置を構成し、バッテリの高率放電時に得られる放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対に基づいて、電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定する放電可能容量推定手段２３ａ−１と、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す予め用意した一般式と、前記放電可能容量推定手段により推定した電流と放電可能容量との関係とに基づいて、当該バッテリに適用される、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を決定する関係式決定手段２３ａ−２として機能し、関係式決定手段２３ａ−２によって決定した関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定することができる。
【００９０】
ＣＰＵ２３ａはまた、放電可能容量推定手段２３ａ−１として機能するに当たって、負荷への高率放電時の２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の電圧降下を推定する電圧降下推定手段と、この推定した電圧降下に基づいて求めた放電できない電気量分を任意の充電状態において放電可能な電気量から減らした電気量を、バッテリから前記負荷を通じて２電流を持続的にそれぞれ放電することができる放電可能な電気量として推定する放電可能電気量推定手段としても機能している。
【００９１】
よって、ＣＰＵ２３ａは、負荷への高率放電時の２電流を流し続けたときのバッテリ端子電圧の電圧降下を推定し、推定した電圧降下に基づいて求めた放電できない電気量分を任意の充電状態において放電可能な電気量から減らした電気量を、バッテリから負荷を通じて最大電流を持続的に放電することができる放電可能な電気量として推定しているので、推定した電圧降下に基づいて求めた放電できない電気量分を任意の充電状態において放電可能な電気量から減らした電気量の有る限り、負荷を通じて２電流を持続的に流すことができるバッテリの放電可能電気量を知ることができる。
【００９２】
ＣＰＵ２３ａはさらに、バッテリについて既知の満充電時の開回路電圧と負荷を通じて２電流の放電を行うことができなくなる負荷時の放電終止電圧との差電圧に対する前記推定した電圧降下の割合を求め、高率放電時のバッテリの充電状態に応じた負荷時放電終止電圧まで放電できる電気量のうち、求めた割合分任意の電気量から減じて求めた電気量を放電可能な電気量として推定するように機能する。
【００９３】
よって、ＣＰＵ２３ａは、バッテリについて既知の満充電時の開回路電圧と負荷を通じて２電流の放電を行うことができなくなる負荷時の放電終止電圧との差電圧に対する推定した電圧降下の割合を求め、高率放電時のバッテリの充電状態に応じた負荷時の放電終止電圧まで放電できる電気量のうち、求めた割合分任意の電気量から減じて求めた電気量を放電可能な容量として推定するので、２電流が定まれば既知の値として予め定めることができる差電圧に対して求めた、高率放電時に推定した最大の電圧降下の割合を用いて簡単に任意の時点での放電可能な電気量求めることができる。
【００９４】
ＣＰＵ２３ａはまた、高率放電時に推定した当該バッテリの純抵抗による純抵抗電圧降下を推定し、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下を算出し、２電流によってそれぞれ発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下を推定するように機能し、推定或いは算出した電圧により最大の電圧降下を推定するので、２電流で放電し続けたときに飽和点に向かって増大する分極を含む最大の電圧降下となり、かつ、推定純抵抗電圧降下のうちには、充電状態、温度や劣化によって増減する純抵抗変動分も含まれることになり、最大電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能電気量を全ての変動要因を含めて適切に知ることができる。
【００９５】
ＣＰＵ２３ａはまた、負荷への高率放電時の放電電流と該放電電流に対応するバッテリ端子電圧とを周期的に測定して得たデータ対に基づいて作成した電流−電圧特性の近似曲線式から純抵抗電圧降下分を除いた分極抵抗電圧降下のみの電流−分極特性の近似曲線式を得て、該電流−分極特性の近似曲線式を用いて電流に対する分極電圧降下の最大点を推定し、この推定した分極電圧降下を最大電流での飽和分極電圧降下とするとともに、該推定した最大点の分極電圧降下を当該分極電圧を発生させる電流によって除算して電流に依存しない一定の飽和分極抵抗を求め、該求めた飽和分極抵抗に小電流を乗じて求めた電圧降下を小電流での飽和分極電圧降下としてそれぞれ推定するように機能し、高率放電時に純抵抗による電圧降下を推定するため推定した純抵抗を用いて、分極による飽和電圧降下も推定することができる。
【００９６】
上述の説明では、車載バッテリの用途以外について特に言及しなかったが、バッテリの充電状態を適切に知り、効率的にバッテリの利用を図るために有効に適用できる。
【００９７】
なお、本願明細書中においては、分極などの影響を受けた端子電圧を開放電圧とし、平衡状態のときの端子電圧を開回路電圧としている。
【００９８】
また、適用する車両としては、一般的な１４Ｖ車両や１４Ｖと４２Ｖ等の多電源車、電気自動車、通常のガソリン自動車等、種々の車両に搭載されたバッテリの開回路電圧の推定に適用可能であることは、言うまでもない。
【００９９】
なお、上述の実施の形態では言及していないが、バッテリにおいては、バッテリ電極板の有効的に機能する部分の欠如や電解液の変質又は減少など、物理的或いは化学的な劣化が発生し、経時的に進行することが知られている。したがって、非劣化バッテリの初期放電可能電気量に対する任意時点の放電可能電気量の割合、或いは、充放電に伴う充電状態と開回路電圧の変化が初期の関係と異なる割合などを、例えば、開回路電圧を推定或いは実測できる機会を捉えて、劣化度として予め求め求めておき、これを上述したように本発明により推定して求めた放電可能容量に乗じることによって、劣化度による変化を補正した放電可能容量を推定することができるようになる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至１１記載の発明によれば、状況によって必要とされる重要度の変化する大小さまざまな負荷を確実に駆動できるように、放電電流の大きさに応じて変化する電気量を放電可能な容量として推定できるバッテリの放電可能容量推定方法及び装置を提供することができる。
【０１０１】
請求項１記載の発明によれば、関係式によって推定した、任意の大きさの放電電流についての放電可能容量の残余の有る限り、任意の大きさの電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能容量を管理することができるバッテリの放電可能容量推定推定方法を提供することができる。
【０１０２】
請求項２記載の発明によれば、当該バッテリについて決定された２電流について推定した放電可能容量との関係を示す関係式によって、任意の大きさの放電電流Ｉに対する持続時間ｔを求めることができ、両者の積を取ることによって、任意の大きさの電流を持続的に放電できる放電可能容量を推定することができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０３】
請求項３記載の発明によれば、ポイケルトの式の定数を決定するに当たって、高率放電時の最大電流と小電流の２電流を用いているので、関係式の決定が、比較的精度良く推定できる放電可能容量を用いて行うことができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０４】
請求項４記載の発明によれば、バッテリの状態変化を反映した最新の関係式を用いて、バッテリの任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定することができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０５】
請求項５記載の発明によれば、放電電流によってバッテリ内部に発生する電圧降下を反映した放電可能容量によって関係式の決定を行うことができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０６】
請求項６記載の発明によれば、２放電電流によってバッテリ内部に発生する電圧降下を反映した放電可能容量によって関係式の決定を行うことができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０７】
請求項７記載の発明によれば、２電流が定まれば既知の値として予め定めることができ、高率放電時に電圧降下が推定されることで、この電圧降下の最大の電圧降下幅に対するの割合を簡単に求めることができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０８】
請求項８記載の発明によれば、２電流で放電し続けたときに飽和点に向かって増大する分極を含む最大の電圧降下となり、かつ、推定純抵抗電圧降下のうちには、充電状態、温度や劣化によって増減する純抵抗変動分も含まれることになり、２放電電流によってバッテリ内部に発生する電圧降下を反映した放電可能容量によって関係式の決定を精度良く行うことができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１０９】
請求項９記載の発明によれば、高率放電時に純抵抗による電圧降下を推定するため推定した純抵抗を用いて、関係式を決定するための分極による飽和電圧降下を精度良く推定することができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１１０】
請求項１０記載の発明によれば、バッテリが劣化していても、任意の大きさの電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能容量を管理することができるバッテリの放電可能容量推定方法を提供することができる。
【０１１１】
請求項１１記載の発明によれば、関係式によって推定した、任意の大きさの放電電流についての放電可能電気量の残余の有る限り、任意の大きさの電流を流す必要のある負荷を確実に駆動できるバッテリの放電可能容量を管理することができるバッテリの放電可能容量推定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリの放電可能容量推定装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のバッテリの放電可能容量推定方法を実施する本発明の推定装置の一実施形態を示す構成図である。
【図３】高率放電時の放電電流とバッテリ端子電圧の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の放電可能容量推定方法の原理を説明するために使用するグラフである。
【図５】図４中の飽和分極電圧降下の推定の仕方を説明するために使用するグラフである。
【図６】ポイケルトの式を特定のバッテリの関係式に決定する方法を説明するとともに決定した関係式と実測曲線との対比を行うために使用するグラフである。
【図７】図２中のマイコンがバッテリ放電可能容量推定のため予め定めたプログラムに従って行うメイン処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２３ａ−１ 放電可能容量推定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−２ 関係式決定手段（ＣＰＵ）

Claims (11)

1. バッテリの放電可能な容量を推定する方法であって、
   任意の大きさの電流を持続的に放電することのできる放電可能容量を示す一般式を予め用意し、
   バッテリの高率放電時の放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対から得た放電特性に基づいて、特定の大きさの放電電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定し、
   該放電電流と推定した放電可能容量との関係を前記一般式に適用して、当該バッテリの任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を定め、
   該関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するようにした
   ことを特徴するバッテリの放電可能容量推定方法。
2. 前記一般式がポイケルトの式
   Ｉ^ｎ ・ｔ＝Ｃ
   （式中、Ｉは放電電流、ｔは放電持続時間、ｎは放電電流によって放電可能容量が変わる程度を示す目安となる１．１〜１．４の値であり、Ｃは放電可能容量の大小の目安を示す値である。）
   からなり、
   該一般式の定数ｎとＣを、異なる大きさの２電流と、該２電流について推定した前記放電可能容量との関係によって決定して前記関係式を定め、
   該定めた関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電できる放電可能容量を推定する
   ことを特徴する請求項１記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
3. 前記２電流の一方が前記高率放電時の最大電流であり、他方が放電可能容量を低下させないような小電流である
   ことを特徴する請求項２記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
4. 前記関係式を、当該バッテリの高率放電時毎に更新する
   ことを特徴する請求項１乃至３の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
5. 前記２電流を持続的にそれぞれ放電することができる当該バッテリの放電可能な容量は、
   前記２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の電圧降下を推定し、該２電流に対して推定した電圧降下に基づいて求めた放電できない電気量分を、前記高率放電時の放電可能な電気量からそれぞれ減らした電気量として推定したものである
   ことを特徴する請求項２乃至４の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
6. 前記２電流を持続的にそれぞれ放電することができる当該バッテリの放電可能な容量は、
   前記２電流をそれぞれ流し続けたときのバッテリ端子電圧の電圧降下を推定し、該推定した最大の電圧降下の、前記２電流による各放電時にバッテリに許容される最大の電圧降下幅に対する割合を求め、該求めた割合分を前記高率放電時の放電可能な電気量からそれぞれ差し引いた残余として推定したものである
   ことを特徴する請求項２乃至４の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
7. 前記最大の電圧降下幅は、バッテリの満充電時の開回路電圧と、バッテリの放電終止電圧が前記最大電流の放電により発生する満充電時純抵抗分降下した電圧との差電圧である
   ことを特徴する請求項６記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
8. 前記推定した電圧降下は、前記高率放電時に推定した当該バッテリの純抵抗による推定純抵抗電圧降下、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下、及び前記２電流によってそれぞれ発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下を含む
   ことを特徴する請求項５乃至７の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
9. 前記２電流の一方が前記高率放電時の最大電流であり、他方が予め定めた小電流であり、
   前記推定した電圧降下は、前記高率放電時に推定した当該バッテリの純抵抗による推定純抵抗電圧降下、バッテリの充電状態に応じて変化する最大の純抵抗変化分による純抵抗増加電圧降下、及び前記２電流によってそれぞれ発生する分極による最大の電圧降下である飽和分極電圧降下を含み、
   前記２電流のうちの最大電流での飽和分極電圧降下は、高率放電時の放電電流と該放電電流に対応するバッテリ端子電圧とを周期的に測定して得たデータ対に基づいて作成した電流−電圧特性の近似曲線式から純抵抗電圧降下分を除いた分極電圧降下のみの電流−分極特性の近似曲線式を得、該電流−分極特性の近似曲線式を用いて求めた電流に対する最大の電圧降下として推定され、
   前記小電流での飽和分極電圧降下は、前記分極による最大の電圧降下を当該分極電圧を発生させる電流によって除算して電流に依存しない一定値を求め、該求めた一定値に前記小電流を乗じて求めた電圧降下として推定される
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
10. 非劣化バッテリの放電可能容量に対する劣化後の放電可能容量の割合を示す劣化度を予め求めておき、
    該劣化度を前記推定した放電可能容量に乗じて放電可能容量を修正するようにした
    ことを特徴する請求項１乃至９の何れかに記載のバッテリの放電可能容量推定方法。
11. バッテリの放電可能な容量を推定する装置であって、
    バッテリの高率放電時に得られる放電電流とバッテリ端子電圧とのデータ対に基づいて、電流を持続的に放電することができる当該バッテリの放電可能容量を推定する放電可能容量推定手段と、
    電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す予め用意した一般式と、前記放電可能容量推定手段により推定した電流と放電可能容量との関係とに基づいて、当該バッテリに適用される、電流と該電流を持続的に放電することができる放電可能容量の関係を示す関係式を決定する関係式決定手段と、
    該関係式決定手段によって決定した関係式を用いて任意の大きさの電流を持続的に放電することができる放電可能容量を推定するようにした
    ことを特徴するバッテリの放電可能容量推定装置。

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