JP5644190B2 - 電池状態推定装置および電池情報報知装置 - Google Patents

Description

本発明は電池状態推定装置および電池情報報知装置に係り、特に、エンジン始動用電池の電池状態を推定する電池状態推定装置およびエンジン始動用電池の電池情報を車両制御部に報知する電池情報報知装置に関する。

近年、内部抵抗、放電電圧、開回路電圧、残容量、充電状態（ＳＯＣ）、健康度（ＳＯＨ）などの電池状態を表すパラメータや電池状態を演算するための測定パラメータ（電池情報）が広く用いられている。このような背景には、例えば、自動車等の移動体や携帯機器の高性能化に伴い、これらに使用される電池の負荷が大きくなってきているという事情があり、種々の要求機能を果たすために電池状態の監視や電池状態制御の重要性がますます高まっている。

車両に搭載されたエンジン始動用電池では、排ガスの削減のために行われるアイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）、回生充電などに対応するため、これらの用途に適した電池状態に電池を保つ技術が望まれている。鉛電池はこれらの用途に適用可能な電池の代表的なもののひとつである。エンジン始動用電池において、電池状態を推定する技術としては、エンジン始動時の電圧や直流内部抵抗を予め測定したデータマップと比較して電池状態を算出する技術や、リアルタイムで充電状態（ＳＯＣ）を推定するために車両に電流センサを搭載し電流積算によってＳＯＣを補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

エンジン始動時の電池情報から電池状態を演算（推定）する場合、放電電圧が電流に依存することから、一般的には電圧と電流のマップが参照される。図６は、エンジン始動時の鉛電池の電圧および電流の波形を模式的に示したものである。なお、図６では、電流の符号は充電電流を正、放電電流を負で表している。

図６に示すように、エンジン始動時には、まず、スタータに突入電流（放電電流）が流れ、その後スタータが作動することによってエンジンが始動し発電機が動き始めると充電電流が流れる。エンジン始動用電池の電圧、電流から電池状態を推定するには、過去の充放電によるエンジン始動用電池の濃度分極の影響を避けるため、通電開始後短い時間内に測定した電圧、電池データを用いることが好ましい。また、電流を測定する場合には、暗電流等の影響を排除するために、ある程度大きな電流が流れている状態で測定することが好ましい。このため、電池状態の推定のための電池情報の測定タイミングとしては、例えば、突入電流が流れているタイミングが適しており、このタイミングで測定した電池情報を用いて鉛電池の電池状態を推定する電池状態推定装置が一部実用化されている。

しかし、エンジン始動時の突入電流を測定する場合には、突入電流が４００Ａ〜１３００Ａの大電流のため、電流センサが高コストとなり装置全体のコストアップを招くことから、一般的には、エンジン始動時の突入電流が測定不能なフルスケール１００Ａ〜２００Ａの電流センサが用いられ、測定タイミングも突入電流ではなくその後に流れる電流が測定されている（図６の「電流測定」参照）。

特開平７−６３８３０号公報 特許第３１７２９７７号公報

しかしながら、上述した小さなフルスケールの電流センサは低コストではあるものの、突入電流の後、電流センサが測定可能な電流レンジに入った後の電流を用いて電池状態の推定を行わざるを得ず、突入電流による大きな電気量が流れた後のため、エンジン始動用電池の濃度分極の影響によって正確な電池状態の推定が難しい、という問題がある。

本発明は上記事案に鑑み、小さなフルスケールの電流センサを用いてエンジン始動用電池の電池状態ないし電池情報を正確に推定ないし取得可能な電池状態推定装置および電池情報報知装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、エンジン始動用電池の電池状態を推定する電池状態推定装置において、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された電圧の値を参照して、予め定められた第１の所定時間内に予め設定された値以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときに、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったと判断する判断手段と、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値から前記電池の内部抵抗の値を演算し、該演算した内部抵抗の値から前記電池の電池状態を推定する推定手段と、を備え、前記推定手段は、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうちの一対の電圧および電流の値、並びに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻２０ｍｓ以上前の第２の所定時間前に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうち一対の電圧および電流の値を用いて前記内部抵抗の値を演算する、ことを特徴とする。

第１の態様では、記憶手段に、電圧測定手段で測定された電圧および電流測定手段で測定された電流の値が所定時間毎に記憶される。判断手段により、記憶手段に記憶された電圧の値が参照されて、予め定められた第１の所定時間内に予め設定された値以上の電圧降下があるか否かが判断され、肯定判断のときに、スタータスイッチがオン状態となったと判断され、推定手段により、判断手段がスタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、スタータスイッチがオン状態となる前の記憶手段に記憶された電圧および電流の値から電池の内部抵抗の値を演算し、該演算した内部抵抗の値から電池の電池状態が推定されるが、推定手段は、判断手段がスタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、判断手段によるスタータスイッチがオン状態の判断から時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間に記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうちの一対の電圧および電流の値、並びに、判断手段によるスタータスイッチがオン状態の判断から時刻２０ｍｓ以上前の第２の所定時間前に記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうち一対の電圧および電流の値を用いて内部抵抗の値を演算する。イグニッションスイッチがスタート端子位置に位置付けられた後、スタータスイッチがオン状態となるまでの間にはタイムラグが存在し、その間にスタータスイッチのソレノイドに電池から負荷電流が流れる。この負荷電流は比較的大きな値のため電圧も精度よく測定できるとともに、フルスケールの小さい電流測定手段を用いても電流の測定が可能である。

第１の態様において、記憶手段は、１０ｍｓ以内の周期で電圧測定手段で測定された電圧および電流測定手段で測定された電流の値を記憶することが好ましい。車両制御部からイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得する情報取得手段をさらに備え、判断手段は、情報取得手段が前記ＩＧＮ情報を取得した後、記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、スタータスイッチがオン状態となったか否かを判断するようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、エンジン始動用電池の電池状態を推定する電池状態推定装置において、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断する判断手段と、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値を用いて前記電池の電池状態を推定する推定手段と、車両制御部からイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得する情報取得手段と、を備え、前記判断手段は、前記情報取得手段が前記ＩＧＮ情報を取得した後、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するためのスタータを作動させるスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断し、前記記憶手段は、１０ｍｓを超える周期で前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶するとともに、前記情報取得手段が前記情報を取得した後の次の一回については前回電圧および電流の値を記憶したときから１０ｍｓ以内に前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶する、ことを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、エンジン始動用電池の電池情報を車両制御部に報知する電池情報報知装置において、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された電圧の値を参照して、予め定められた第１の所定時間内に予め設定された値以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときに、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったと判断する判断手段と、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値から前記電池の内部抵抗の値を演算し、該演算した内部抵抗の値を前記電池の電池情報として前記車両制御部に報知する報知手段と、を備え、前記報知手段は、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうちの一対の電圧および電流の値、並びに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻２０ｍｓ以上前の第２の所定時間前に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうち一対の電圧および電流の値を用いて前記内部抵抗の値を演算する、ことを特徴とする。また、本発明の第４の態様は、エンジン始動用電池の電池情報を車両制御部に報知する電池情報報知装置において、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断する判断手段と、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値を前記電池の電池情報として前記車両制御部に報知する報知手段と、車両制御部からイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得する情報取得手段と、を備え、前記判断手段は、前記情報取得手段が前記ＩＧＮ情報を取得した後、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するためのスタータを作動させるスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断し、前記記憶手段は、１０ｍｓを超える周期で前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶するとともに、前記情報取得手段が前記情報を取得した後の次の一回については前回電圧および電流の値を記憶したときから１０ｍｓ以内に前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶する、ことを特徴とする。第３および第４の態様の電池情報報知装置は、第１、第２の態様の電池状態推定装置が電池状態を推定するのに対し、そのような推定は車両制御部側で行われるものであり、その推定に必要な電池情報を報知手段で車両制御部に報知するものである。

本発明の第１および第２の態様によれば、推定手段によりスタータスイッチがオン状態となる前の電圧および電流の値を用いて電池の電池状態が推定されるので、推定には突入電流が流れる前に測定した電流の値で足りるため、フルスケールの小さい電流測定手段を用いることができるとともに、突入電流による電池の濃度分極の影響がないため、正確に電池状態を推定することができる、という効果を得ることができる。また、第３および第４の態様によれば、突入電流が流れる前の電流を測定するため、フルスケールの小さい電流測定手段を用いることができるとともに、突入電流による電池の濃度分極の影響がないため、正確な電池情報を車両制御部に報知することができる、という効果を得ることができる。

本発明が適用可能な実施形態の電池状態推定装置および自動車のブロック配線図である。 実施形態の電池状態推定装置のマイコンのＣＰＵが実行する電池状態推定ルーチンのフローチャートである。 スタータスイッチがオン状態となる前後の鉛電池の電圧変化および電流変化を模式的に示すグラフである。 マイコンのＲＯＭに格納されたＳＯＨマップを示すグラフである。 実施例および比較例の電池状態推定装置により演算されたＳＯＨ推定値とＳＯＨ実測値との関係を示すグラフである。 エンジン始動時の鉛電池の電圧と電流の波形を模式的に示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明を、アイドルストップ・スタート機能（以下、ＩＳＳ機能という。）を有するガソリン自動車（以下、ＩＳＳ車両という。）に搭載されたエンジン始動用鉛電池の電池状態を推定する電池状態推定装置に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の電池状態推定装置１０は、鉛電池１に流れる電流を測定するホールセンサ等の電流センサ２、差動増幅回路を有し鉛電池１の両端電圧を測定する電圧測定回路３、鉛電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサ４および鉛電池１の電池状態を推定するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）５を備えている。

鉛電池１は、電池容器となる角型の電槽を有している。電槽の材質には、成形性、電気的絶縁性、耐腐食性および耐久性等の点で優れる、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を選択することができる。電槽の中央部の隔壁にはセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔には温度センサ４が挿入されており、接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。電槽には合計６組の極板群が収容されている。各極板群は、複数枚の負極板および正極板がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、セル電圧は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池１の公称電圧は１２Ｖである。電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＰＰ、ＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池１を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状の正極外部端子および負極外部端子が立設されている。

鉛電池１の正極外部端子は、電流センサ２を介してイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮと略称する。）２１の中央端子に接続されている。ＩＧＮ２１は、中央端子とは別に、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子およびＳＴＡＲＴ端子（スタート端子）を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣおよびＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。

ＳＴＡＲＴ端子は、スタータスイッチ２２を介してエンジン２４を始動するセルモータ（スタータ）２３の一端に接続されている。鉛電池１からセルモータ２３に大きな電流値の突入電流が流れることから、スタータスイッチ２２にはリレーが用いられている。ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられる（切り替えられる）と、スタータスイッチ２２は車両ＥＣＵ２０によりオン状態に制御される。すなわち、ＩＳＳ機能を有しない通常のエンジン自動車であればＩＧＮ２１からスタータスイッチ２２に直接接続されていてもよいが、ＩＳＳ車両では信号待ちなどでアイドルストップの後エンジン２４の再始動（アイドルスタート）が行われるため、鉛電池１の電力でセルモータ２３を作動可能か（エンジンの再始動が可能か）を判断し、可能な場合に鉛電池１の電力でセルモータ２３を作動させるため、スタータスイッチ２２が必要となる。なお、セルモータ２３は、図示しないクラッチ機構を介してエンジン２４の回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。

また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、エアコン、ラジオ、ランプ等の補機２６および一方向への電流の流れを許容する整流器を介してエンジン２４の回転により発電する発電機２５の一端に接続されている。すなわち、整流器のアノード側は発電機２５の一端に、カソード側はＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されている。エンジン２４の回転軸は、不図示のクラッチ機構を介して発電機２５に動力の伝達が可能である。このため、エンジン２４が回転状態にあるときは、不図示のクラッチ機構を介して発電機２５が作動し、発電機２５からの電力が補機２６や鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。

また、セルモータ２３、発電機２５および補機２６の他端、鉛電池１の負極外部端子は、それぞれ自動車のシャーシと同電位のグランドに接続されている。なお、補機２６の一端はＯＮ／ＡＣＣ端子に車両ＥＣＵ２０でオン・オフが制御されるリレーを介して接続されているが、図１ではそのようなリレーを捨象している。

鉛電池１の正負極外部端子は、電圧測定回路３に接続されており、電圧測定回路３の出力側はマイコン５に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン５は、鉛電池１の電圧をデジタル値で取り込むことができる。同様に、電流センサ２および温度センサ４の出力端子は、それぞれ、マイコン５に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、マイコン５は、鉛電池１に流れる電流や鉛電池１の温度をデジタル値で取り込むことができる。

マイコン５は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、電池状態判定装置１０の基本制御プログラムおよび後述する数式やマップ等のプログラムデータが格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ、電圧測定回路３および電流センサ２を介して測定した電圧および電流の値を記憶するリングバッファ、車両ＥＣＵ２０と通信するための通信部等を含んで構成されている。マイコン５は、通信線を介して車両ＥＣＵ２０に接続されており、ＩＳＳ車両のシャーシと同電位のグランドにも接続されている。また、マイコン５の各Ａ／Ｄコンバータは、鉛電池１の電圧および鉛電池１に流れる電流を１ミリ秒（１ｍｓ）間隔でサンプリングし、鉛電池１の温度を１秒（１ｓ）間隔でサンプリングする。なお、リングバッファは必ずしも必要ないが、例えば、ＲＡＭに格納する場合に比べ処理時間が大幅に短縮されるため、本実施形態ではリングバッファに電圧、電流の値を格納する構成が採られている。また、マイコン５は図示を省略した電源回路を介して鉛電池１の電力で作動する。

車両ＥＣＵ２０はＩＧＮ２１、エンジン２４に接続されており、車両ＥＣＵ２０は、ＩＧＮ２１がいずれの端子位置に位置付けられているかや、エンジン２４の状態を把握可能である。また、車両ＥＣＵ２０は、マイコン５との間に接続された通信線を介して、マイコン５から鉛電池１の電池状態に関する情報（後述するＳＯＨ、ＳＯＣ）を取得し、アイドルストップを行う場合には、鉛電池１の電力でエンジン２４を再始動可能かをアイドルストップ前に判断する。

（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池状態推定装置１０の動作について、マイコン５のＣＰＵを主体として説明する。マイコン５に電源が投入されると、ＣＰＵは、図２に示す鉛電池１の電池状態を推定するための電池状態推定ルーチンを実行する。なお、ＲＯＭに格納されたプログラムやプログラムデータは、マイコン５への電源投入後の図示しない初期設定処理によりＲＡＭに展開される。

図２に示すように、電池状態推定ルーチンでは、ステップ１０２において、鉛電池１が放電している間（車両の運転中）分極が蓄積され、分極が解消された状態にならないため、鉛電池１の電圧が安定するまで待機する。すなわち、エンジン停止後所定時間（例えば、６時間）が経過したか否かを判断することにより、肯定判断のときに鉛電池１の電圧が安定したと判定する。エンジン２４が停止したか否かは、例えば、電圧測定回路３で測定した鉛電池１の電圧を監視してマイコン５でエンジン停止を判断するようにしてもよいし、後述するように、車両ＥＣＵ２０から報知を受けてもよい。

次いでステップ１０４では、鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶを測定する。すなわち、電圧測定回路３から出力された鉛電池１の電圧をＡ／Ｄコンバータを介してデジタル値で取り込み、ＲＡＭに記憶する。次にステップ１０６では、電圧測定回路３から出力された鉛電池１の電圧および電流センサ２から出力された電流の値を、それぞれＡ／Ｄコンバータを介して１ｍｓ毎にデジタル値で取り込み、リングバッファに格納（記憶）する。

次のステップ１０８では、温度センサ４から出力された鉛電池１の温度の値をＡ／Ｄコンバータを介して１ｓ毎にデジタル値で取り込み、ＲＡＭに記憶する。この処理は、１ｓ毎に行われるため、実際には、前回の温度測定時から１ｓ経過したか否かを判断し、経過していないと判断したときは、次のステップ１１０に進み、前回の温度測定時から１ｓ経過したと判断したときに行われる。次にステップ１１０において、リングバッファに格納された電圧値の変化を監視して、具体的には、１ｍｓ毎にリングバッファに格納された電圧の値を参照して、５０ｍｓ（第１の所定時間）内に１．５Ｖ（予め設定された値）以上の電圧降下があるか（あったか）否かを判断する。

ここで、図３を参照して、本実施形態の電池状態推定装置１０による鉛電池１の電池情報の取得原理について説明する。

ドライバによりＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられると、車両ＥＣＵ２０はスタータスイッチ２２をオン状態に制御し、スタータスイッチ２２のソレノイドには鉛電池１から電力が供給される。この結果、スタータスイッチ２２（のマグネットスイッチの接点）がオン状態となり、セルモータ２３に鉛電池１から電力供給が開始される。これにより、セルモータ２３には大きな突入電流が流れ始める。次いで、セルモータ２３の回転軸が回転し、図示しないクラッチ機構を介してエンジン２４の回転軸に回転駆動力が伝達され、エンジン２４が始動する。

ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられてからスタータスイッチ２２がオン状態となるまでは２０ｍｓ程度のタイムラグがあり、その間にスタータスイッチ２２のソレノイドには負荷電流が流れる。この電流値はＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられてから電流が安定するまで１０ｍｓ程度要し、その後スタータスイッチ２２がオン状態になるまでの残り１０ｍｓ程度は一般に４０Ａ以上で比較的大きい電流が安定して流れる。このように、スタータスイッチ２２のソレノイドに負荷電流が流れることにより鉛電池１の電圧も低下するため、電圧変化も十分測定可能である。ステップ１１０では、この負荷電流による電圧降下を考慮し、５０ｍｓ内に１．５Ｖ以上の電圧降下があるか否かを判断することにより、スタータスイッチ２２がオン状態となったか否かを判断するものである。突入電流が流れる前の概ね１０ｍｓ〜０ｍｓの間は電流、電圧ともに安定しており、エンジン始動毎の電流値のバラツキが小さく、その値も１００Ａ以下である。従って、このタイミング（ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられてからスタータスイッチ２２がオン状態となるまでの間）で測定した電圧、電流の値を用いることにより、鉛電池１の電池情報を正確に測定可能である。なお、鉛電池１の内部抵抗は一般的には電流依存性があるが、４０Ａ以上の電流値ではほぼ一定のため、電流補正が不要である。

ステップ１１０で否定判断のときには、スタータスイッチ２２は未だオフ状態であるとみなし、ステップ１０６に戻り、肯定判断のときは、スタータスイッチ２２がオン状態に制御されたとみなし、鉛電池１の電圧および電流の値のリングバッファへの格納を停止させて、次のステップ１１２へ進む。

ステップ１１２では、リングバッファに格納された電圧値および電流値のうち、スタータスイッチ２２がオン状態となったと判断された１０ｍｓ前から０ｍｓ前の電圧値Ｖ２、電流値Ｉ２、および、スタータスイッチ２２がオン状態となったと判断されたより２０ｍｓ以上前の電圧値Ｖ１、電流値Ｉ１を抽出する。

次のステップ１１４では、ステップ１１２で抽出した電圧値および電流値を用いて、次式（１）により鉛電池１の内部抵抗Ｒの値を演算する。電圧値Ｖ１、電流値Ｉ１の測定タイミングがあまり早すぎるとＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられるまでに流れる電流による分極が内部抵抗Ｒ演算の誤差要因となるため、電圧値Ｖ１、電流値Ｉ１はなるべく、ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられる直前の値であることが望ましい。実際上は、リングバッファの最古の値としても、想定されるリングバッファに収まるデータの時間範囲は５０ｍｓ（第１の所定時間）程度で短いので、リングバッファ内でスタータスイッチ２２がオン状態となったと判断されたより２０ｍｓ以上前のデータから電圧値Ｖ１、電流値Ｉ１を選ぶ限り、ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置付けられる直前の値だと考えてよい。

次にステップ１１６では、鉛電池１の電池状態を推定（演算）し、推定結果を車両ＥＣＵ２０に報知して電池状態推定ルーチンを終了する。以下では、一例として鉛電池１のＳＯＨおよびＳＯＣの推定方法を例示するが、他の公知の推定方法を用いるようにしてもよい。

鉛電池１のＳＯＨは、鉛電池１と同仕様の鉛電池を種々の劣化状態において予め測定しておいた内部抵抗ＲとＳＯＨとの関係を表すＳＯＨマップに当てはめることにより推定することができる。電池のＳＯＨは、一般に、劣化品満充電容量／新品満充電容量×１００％で定義され、次式（２）に示すように、内部抵抗Ｒ、温度Ｔ、開回路電圧ＯＣＶの関数として表される。

図４に、２５℃における判定マップを示す。内部抵抗Ｒの値を２５℃に換算する換算式を使うことで、２５℃以外でも図４に示すＳＯＨマップを用いてＳＯＨの推定可能である。なお、開回路電圧ＯＣＶの厳密な定義は電流ゼロでの開回路電圧であるが、上述したように、本実施形態ではエンジン停止後所定時間経過したときの鉛電池１の安定した電圧を開回路電圧ＯＣＶとみなした。

一方、ＳＯＣの推定は、ＯＣＶを温度や暗電流値とともにＳＯＣマップの引数として当てはめ残容量に変換し、得られた残容量をＳＯＨを用い次式（３）で補正することで推定（演算）される。

一方、車両ＥＣＵ２０は、車速がゼロになったときに、エンジン２４を停止するかどうかの判断（ＩＳ判断）に、シフトやブレーキ等の車両状態の他、電池状態推定装置１０から報知されたＳＯＨやＳＯＣの値を利用する。電池状態推定装置１０から報知されるＳＯＨやＳＯＣの値は、車両ＥＣＵ２０でＩＳ判断時に簡単に利用可能とするため、現在温度Ｔ、ＳＯＨでエンジン再始動可能なＳＯＣをＳＯＣ＝０、現在温度Ｔでエンジン再始動可能なＳＯＨをＳＯＨ＝０、などと定義されていることが望ましい。そうでなく、一般的なＳＯＣの定義ＳＯＣ＝１００％×残容量／満充電容量、一般的なＳＯＨの定義ＳＯＨ＝劣化品満充電容量／新品満充電容量×１００％を利用する場合には、ＳＯＨとＳＯＣを電池状態推定装置１０から車両ＥＣＵ２０に報知するたびにエンジン再始動可能なＳＯＣ基準値とエンジン再始動可能なＳＯＨ基準値も報知される必要があるため、現在温度Ｔ、ＳＯＨでのエンジン再始動可能なＳＯＣ基準値、現在温度でのエンジン再始動可能なＳＯＨ基準値が車両ＥＣＵ２０側の記憶装置に予め記憶されていることが好ましい。

（作用等）
次に、本実施形態の電池状態推定装置１０の作用効果等について説明する。

本実施形態の電池状態推定装置１０では、ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ端子位置に位置した後、スタータスイッチ２２がオン状態となる前の電圧および電流の値を用いて（図２のステップ１１２参照）鉛電池１の電池状態が推定されるので、推定には突入電流が流れる前に測定した電流（図３の「ＩＧＮ ＳＴＡＲＴ端子に接続」から「スタートスイッチオン」の間に１ｍｓ毎に測定した電流）の値で足りるため、フルスケールの小さい電流センサを用いることができるとともに、突入電流による鉛電池１の濃度分極の影響がないため、正確に鉛電池１の電池状態を推定することができる。

また、本実施形態の電池状態推定装置１０では、電圧測定回路３で測定された電圧および電流センサ２で測定された電流の値を１ｍｓ毎にリングバッファに格納してそれらの値の変化を監視するので、スタートスイッチ２２がオン状態となったことをリアルタイムで判断することができるとともに（ステップ１１０）、１０ｍｓ以内の周期で（本実施形態では１ｍｓ毎に）リングバッファに格納された電圧値および電流値を参照して内部抵抗Ｒの値の演算を行うので（ステップ１１２、１１４）、鉛電池１の内部抵抗値Ｒ、ひいては、鉛電池１の電池状態（ＳＯＨ、ＳＯＣ）を精度よく演算することができる（ステップ１１６）。

これに対し、この１０ｍｓを超える周期でリングバッファに電圧値および電流値を格納すると、突入電流直前の４０Ａ以上１０ｍｓのデータを飛ばして測定できない可能性があるため、適切に電圧値Ｖ２、電流値Ｉ２を測定できず鉛電池１の電池状態の推定精度が低下する。

また、本実施形態の電池状態推定装置１０では、スタータスイッチ２２がオン状態となったと判断したときに（図２のステップ１１０）、スタータスイッチ２２がオン状態となる時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間にリングバッファに記憶された電圧および電流の値のうちの一対の電圧値Ｖ２および電流値Ｉ２、並びに、スタータスイッチ２２がオン状態となる時刻より２０ｍｓ以上の第２の所定時間（本実施形態では３０ｍｓ）前にリングバッファに記憶された電圧および電流の値のうち一対の電圧値Ｖ１および電流値Ｉ１を用いて内部抵抗値Ｒを演算するので、上記電池情報の取得原理で述べたように、鉛電池１の電池情報を正確に取得できる。

なお、本実施形態では、鉛電池１の電圧および鉛電池１に流れる電流の値を常時監視することで、スタータスイッチ２２がオン状態となったか否かを判断する例を示したが（ステップ１０６、１１０）、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、マイコン５は、車両ＥＣＵ２０からＩＧＮ２１がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得し（例えば、車両ＥＣＵ２０は、マイコン５との間に接続された通信線や信号線を介して、マイコン５に、ＩＧＮ２１がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられたときに２値のうちのハイ信号を出力し、ＳＴＡＲＴ位置以外の位置に位置付けられているときにロー信号を出力することで、マイコン５にＩＧＮ２１の位置情報を報知する。）、その取得時点から鉛電池１の電圧および鉛電池１に流れる電流の値をリングバッファに格納するようにしてもよい。このような態様では、ステップ１０４でＯＣＶを測定する場合を除き、ＩＧＮ情報を取得する前に、鉛電池１を電源として作動するマイコン５を消費電力の少ないスリープ状態に維持できるため、マイコン５による鉛電池１の自己電力消費を抑えることができる。

また、本実施形態では、電池状態推定装置１０による鉛電池１の電池状態を高精度に推定するために、１０ｍｓ以内の周期でリングバッファに電圧値および電流値を格納する例を示したが、車両ＥＣＵ２０から上述したＩＧＮ情報を取得可能な場合には、１０ｍｓを超える周期で電圧値および電流値をリングバッファに格納するとともに、ＩＧＮ情報を取得した後の次の一回については前回電圧値および電流値を記憶したときから１０ｍｓ以内に電圧値および電流値を格納し、これらの値を内部抵抗Ｒの値の演算に用いてもよい。あるいは、ＩＧＮ情報を取得した後、直ちに１０ｍｓ以内の周期でリングバッファに電圧および電流の値を格納するように、格納レートを変更するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、鉛電池１の電池状態の推定を電池状態推定装置１０側で行う例を示したが、そのような推定を車両ＥＣＵ２０側で行うようにしてもよい。その場合には、電流センサ２、電圧測定回路３、温度センサ４およびマイコン５は、鉛電池１の電池情報を車両ＥＣＵに報知する電池情報報知装置として機能する。このような電池情報報知装置では、図２に示したステップ１１４、１１６に代えて、ステップ１０４、１０８でＲＡＭに格納した鉛電池１の開回路電圧ＯＣＶ、電池温度Ｔや、ステップ１１２で抽出した電池情報を車両ＥＣＵ２０に報知するようにすればよい。

また、本実施形態では、スタータスイッチ２２のオン状態を判断するため、第１の所定時間として５０ｍｓ、予め設定された値として１．５Ｖを例示したが（図２のステップ１１０参照）、本発明はこれに制限されるものではなく、車両ＥＣＵ２０によるＩＧＮ２１のＳＴＡＲＴ端子位置への切り替え把握からスタータスイッチ２２をオン状態に制御するまでの時間や、スタータスイッチ２２およびセルモータ２３の特性を考慮し、適宜設定することができる。

さらに、本実施形態では、スタータスイッチ２２がオン状態となったと判断された１０ｍｓ前の電圧値Ｖ２、電流値Ｉ２、および、スタータスイッチ２２がオン状態となったと判断された２０ｍｓ前の電圧値Ｖ１、電流値Ｉ１を抽出する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スタータスイッチ２２がオン状態の判断から時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間にリングバッファに格納（記憶）された電圧および電流の値のうちの一対の電圧および電流の値、並びに、該一対の電圧および電流の値が記憶された時刻より１０ｍｓ以内の所定時間前にリングバッファに格納された電圧および電流の値のうち一対の電圧および電流の値を用いるようにしてもよい。

次に、上述した実施形態に従って作製した電池状態推定装置１０の実施例について説明する。なお、比較例についても併記する。

（実施例１）
各種劣化状態でのＯＣＶ１２．４Ｖ、温度２５℃、５５Ｂ２４電池でエンジンを始動し、突入電流が流れる３０ｍｓ前と５ｍｓ前の電流と電圧を測定した。電流センサには、±１００Ａのホール式センサを使用した。電流、電圧のサンプリング周期は１ｍｓとした。突入電流が流れる３０ｍｓ前の電圧をＶ１、電流をＩ１、突入電流が流れる５ｍｓ前の電圧をＶ２、電流をＩ２として、上述した式（１）により内部抵抗Ｒの値を演算し、式（２）によりＳＯＨを演算した。

（比較例１）
突入電流が流れる３０ｍｓ前と突入電流が流れ始めてから３０ｍｓ後の電流と電圧を測定した以外は、実施例１と同様の電池、電流センサを用い、突入電流が流れる３０ｍｓ前の電圧をＶ１、電流をＩ１、突入電流が流れ初めてから３０ｍｓ後の電圧をＶ２、電流をＩ２として、上述した式（１）により内部抵抗Ｒの値を演算し、式（２）によりＳＯＨを演算した。なお、比較例１における電圧Ｖ２および電流Ｉ２は、突入電流が流れた後電流が最初に−９５Ａ未満となったときの電圧と電流の値である。

図５に、実施例１の電池状態推定装置１０で推定したＳＯＨと、比較例１の電池状態推定装置で推定したＳＯＨを示す。図５の実測値は、満充電に充電後、新品時満充電容量基準の５時間率放電で１０．５Ｖまで放電した時の電気量の、新品時満充電容量に対する百分率で求めたものである。図５に示すように、実施例１の電池状態推定装置１０の方が比較例１の電池状態推定装置より実測値に近い値となった。従って、実施例１の電池状態推定装置１０が優れていることがわかる。

本発明は小さなフルスケールの電流センサを用いてエンジン始動用電池の電池状態ないし電池情報を正確に推定ないし取得可能な電池状態推定装置および電池情報報知装置を提供するものであるため、電池状態推定装置や電池情報報知装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

１ 鉛電池（電池）
２ 電流センサ（電流測定手段の一部）
３ 電圧測定回路（電圧測定手段の一部）
５ マイコン（記憶手段、判断手段、推定手段、情報取得手段）
１０ 電池状態推定装置
２０ 車両ＥＣＵ（車両制御部）
２１ イグニッションスイッチ
２２ スタータスイッチ
２３ セルモータ（スタータ）

Claims (6)

1. エンジン始動用電池の電池状態を推定する電池状態推定装置において、
   前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、
   前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された電圧の値を参照して、予め定められた第１の所定時間内に予め設定された値以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときに、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったと判断する判断手段と、
   前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値から前記電池の内部抵抗の値を演算し、該演算した内部抵抗の値から前記電池の電池状態を推定する推定手段と、
   を備え、
   前記推定手段は、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうちの一対の電圧および電流の値、並びに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻２０ｍｓ以上前の第２の所定時間前に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうち一対の電圧および電流の値を用いて前記内部抵抗の値を演算する、
   ことを特徴とする電池状態推定装置。
2. 前記記憶手段は、１０ｍｓ以内の周期で前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
3. 車両制御部からイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得する情報取得手段をさらに備え、前記判断手段は、前記情報取得手段が前記ＩＧＮ情報を取得した後、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するためのスタータを作動させるスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
4. エンジン始動用電池の電池状態を推定する電池状態推定装置において、
   前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、
   前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値を用いて前記電池の電池状態を推定する推定手段と、
   車両制御部からイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得する情報取得手段と、
   を備え、
   前記判断手段は、前記情報取得手段が前記ＩＧＮ情報を取得した後、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するためのスタータを作動させるスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断し、
   前記記憶手段は、１０ｍｓを超える周期で前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶するとともに、前記情報取得手段が前記情報を取得した後の次の一回については前回電圧および電流の値を記憶したときから１０ｍｓ以内に前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶する、
   ことを特徴とする電池状態推定装置。
5. エンジン始動用電池の電池情報を車両制御部に報知する電池情報報知装置において、
   前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、
   前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された電圧の値を参照して、予め定められた第１の所定時間内に予め設定された値以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときに、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったと判断する判断手段と、
   前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値から前記電池の内部抵抗の値を演算し、該演算した内部抵抗の値を前記電池の電池情報として前記車両制御部に報知する報知手段と、
   を備え、
   前記報知手段は、前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻０ｍｓ前から時刻１０ｍｓ前の間に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうちの一対の電圧および電流の値、並びに、前記判断手段による前記スタータスイッチがオン状態の判断から時刻２０ｍｓ以上前の第２の所定時間前に前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値のうち一対の電圧および電流の値を用いて前記内部抵抗の値を演算する、
   ことを特徴とする電池情報報知装置。
6. エンジン始動用電池の電池情報を車両制御部に報知する電池情報報知装置において、
   前記電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電池に流れる電流を測定する電流測定手段と、
   前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を所定時間毎に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するスタータに前記電池から電力を供給するためのスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段が前記スタータスイッチがオン状態となったと判断したときに、前記スタータスイッチがオン状態となる前の前記記憶手段に記憶された電圧および電流の値を前記電池の電池情報として前記車両制御部に報知する報知手段と、
   車両制御部からイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がスタート端子位置に位置付けられたことを表すＩＧＮ情報を取得する情報取得手段と、
   を備え、
   前記判断手段は、前記情報取得手段が前記ＩＧＮ情報を取得した後、前記記憶手段に記憶された電圧の値の変化を監視することにより、前記エンジンを始動するためのスタータを作動させるスタータスイッチがオン状態となったか否かを判断し、
   前記記憶手段は、１０ｍｓを超える周期で前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶するとともに、前記情報取得手段が前記情報を取得した後の次の一回については前回電圧および電流の値を記憶したときから１０ｍｓ以内に前記電圧測定手段で測定された電圧および前記電流測定手段で測定された電流の値を記憶する、
   ことを特徴とする電池情報報知装置。

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