JP2008189010A - 車両用の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池を無駄に放電することなく、また車両の走行状態によらず走行用バッテリの内部抵抗値を検出する。専用の放電抵抗やスイッチを設けることなく、コンデンサのプリチャージを利用して走行用バッテリの内部抵抗値を正確に検出する。
【解決手段】車両用の電源装置は、充電できる走行用バッテリ１と、走行用バッテリ１を負荷１０に接続するコンタクタ２と、コンタクタ２と並列に接続されて負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３と、プリチャージ回路３とコンタクタ２を制御する制御回路４とを備える。プリチャージ回路３は、プリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗６と、プリチャージスイッチ７とを備える。制御回路４は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えてプリチャージ抵抗６にコンデンサ１３の充電電流を流して走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する検出回路８を内蔵している。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用バッテリの内部抵抗値を検出する制御回路を備える車両用の電源装置に関する。

電池の内部抵抗値は、電池の状態を示す重要なパラメータのひとつである。電池が劣化すると内部抵抗値が大きくなることから、内部抵抗値を検出して電池の劣化度を判定できる。また、電池の充放電の電流を積算して残容量を演算するとき、内部抵抗値が消費する電力を検出して、残容量をより正確に演算できる。とくに、車両用の電源装置は、電池の寿命を長くすることが要求されることから、電池の劣化度を正確に検出することが大切である。電池の劣化度で電池の出力をコントロールして、電池の寿命を長くしながら、電池を最適な状態で充放電できるからである。これ等のことを実現するために電池の内部抵抗値を検出する車両用の電源装置は開発されている。（特許文献１参照）

特許文献１は、車両走行中における電池の内部抵抗値を検出する装置を記載する。この装置は、充電時の電圧−電流近似直線の傾きから充電時の内部抵抗値Ｒcを算出する。また、充放電時の電圧−電流近似直線の傾きから充放電時の内部抵抗値Ｒcdを算出する。検出された充電時の内部抵抗値と、充放電時の内部抵抗値から、電池の内部抵抗値を検出する。

さらに特許文献２は、ハイブリッド車両用電池の放電時と充電時における電池のＳＯＣが略同一であると推定される時点で、電池の電圧Ｖd、Ｖcと電流Ｉd、Ｉcを測定して、放電時と充電時の電圧Ｖd、Ｖcと電流Ｉd、Ｉcの測定値に基づいて内部抵抗値を検出する。
特開２００６−１２６１７２号公報 特開２０００−２１４５５号公報

特許文献１と２に記載される車両用の電源装置は、電池を充電し、又は放電するときに電池の電圧と電流を検出して内部抵抗値を検出する。この装置は、電池を充電し、また充電して電圧と電流を検出して内部抵抗値を検出するので、内部抵抗値を検出するタイミングが電池を充放電している状態に特定される。また、電池を充放電する状態で内部抵抗値を検出する装置は、電池を放電する電力が負荷の大きさに特定され、また電池を充電する状態は車両の走行状態等で特定されることから、必ずしも内部抵抗値を検出するために好ましい電流とならない。電池の電流が車両の走行状態等、他の要因で特定されて、必ずしも内部抵抗値を検出するのに好ましい電流とならないからである。このため、電流が異なる複数の状態で電池の電圧と電流を検出して内部抵抗値を検出するので、内部抵抗値の検出に時間がかかる欠点がある。この欠点は、電池と直列に内部抵抗値を検出するための放電抵抗を接続し、電池を放電して電圧を検出して解消できる。ただ、この構造によると、電池の内部抵抗値を検出するために電池を無駄に放電する必要がある。また、内部抵抗値を検出するために専用の放電抵抗を設け、さらに、この放電抵抗を電池に接続するスイッチを設ける必要がある。さらに、小さい電池の内部抵抗値を正確に検出するためには、放電抵抗の抵抗値を小さくする必要がある。抵抗値の小さい放電抵抗は電池の消費電力が多きくなる。放電抵抗の消費電力が抵抗値に反比例して電池の電圧の２乗に比例するからである。このため、内部抵抗値を検出するために電池が無駄に消費する電力が大きくなる。また、放電抵抗には、ワット数の大きなものを使用する必要があって、部品コストが高くなる。さらに大きな放電抵抗を設けるスペースも必要とする。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池を無駄に放電することなく、また車両の走行状態によらず走行用バッテリの内部抵抗値を検出でき、さらに、負荷のコンデンサをプリチャージするプリチャージ抵抗を利用して走行用バッテリの内部抵抗値を検出することから、内部抵抗値を検出するために専用の放電抵抗を設け、またこの放電抵抗を電池に接続する専用のスイッチも必要とせず、コンデンサのプリチャージを利用して走行用バッテリの内部抵抗値を正確に検出できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、充電できる走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１を負荷１０に接続するコンタクタ２と、このコンタクタ２と並列に接続されて、車両のイグニッションスイッチ１４から入力される信号で負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３と、このプリチャージ回路３とコンタクタ２を制御する制御回路４とを備える。プリチャージ回路３は、コンデンサ１３を充電するプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗６と、このプリチャージ抵抗６に直列に接続しているプリチャージスイッチ７とを備える。さらに、車両用の電源装置は、制御回路４が、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えてプリチャージ抵抗６にコンデンサ１３の充電電流を流して走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する検出回路８を内蔵している。

本発明の請求項２の車両用の電源装置は、請求項１の構成に加えて、検出回路８が、プリチャージスイッチ７のオフ状態における走行用バッテリ１の開放電圧（Ｖocv）と、プリチャージスイッチ７のオン状態における走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）及びプリチャージ抵抗６の電流（Ｉ）を検出して、開放電圧（Ｖocv）と負荷電圧（Ｖccv）と電流（Ｉ）から走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を以下の式で検出する。
Ｒ＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］／電流（Ｉ）

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、請求項２の構成に加えて、検出回路８が、プリチャージスイッチ７のオン状態でプリチャージ抵抗６の両端の電圧（Ｖpre）を検出し、検出した電圧（Ｖpre）とプリチャージ抵抗６の抵抗値（Ｒpre）からプリチャージ抵抗６の電流（Ｉ）を検出する。

本発明の請求項４の車両用の電源装置は、請求項２の構成に加えて、検出回路８が、プリチャージスイッチ７のオン状態で走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）を検出し、検出した負荷電圧（Ｖccv）とプリチャージ抵抗６の抵抗値（Ｒpre）からプリチャージ抵抗６の電流（Ｉ）を検出して走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。

本発明の請求項５の車両用の電源装置は、請求項１の構成に加えて、検出回路８が、プリチャージスイッチ７をオンにしてコンデンサ１３を充電する時間（ｔ）と、コンデンサ１３の静電容量（Ｃ）から走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。

本発明の請求項６の車両用の電源装置は、請求項１の構成に加えて、制御回路４が、走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）から走行用バッテリ(1)の劣化度を判定する。

本発明の車両用の電源装置は、走行用バッテリの内部抵抗値を検出するために電池を無駄に放電する必要がない。それは、負荷のコンデンサの充電を利用して内部抵抗値を検出するからである。車両用の電源装置は、走行用バッテリを負荷に接続するに先だってコンデンサをプリチャージする。コンタクタの接点が、コンデンサの大きな瞬間電流で溶着するのを防止するためである。本発明の電源装置は、コンデンサをプリチャージするときの電圧や電流を検出して走行用バッテリの内部抵抗値を検出するので、内部抵抗値を検出するために電池を無駄に放電することがない。

また、内部抵抗値を検出するタイミングが車両の走行状態に特定されず、イグニッションスイッチをオンにして車両を走行させるときには、いつでも走行用バッテリの内部抵抗値を検出できる。また、走行用バッテリを放電して内部抵抗値を検出するにもかかわらず、専用の放電抵抗と専用のスイッチを設ける必要がない。それは、負荷のコンデンサをプリチャージするプリチャージ抵抗とプリチャージスイッチを利用して、走行用バッテリの内部抵抗値を検出するからである。とくに、プリチャージ抵抗の抵抗値は小さく、低抵抗な内部抵抗を高い精度で検出できる特徴も実現する。プリチャージ抵抗の抵抗値が小さいのは、プリチャージ抵抗の抵抗値がコンデンサの充電時間を特定し、これを小さくしてコンデンサの充電時間を短くできるからである。さらに、本発明の電源装置は、コンデンサをプリチャージするときに、電圧や電流を検出し、あるいはコンデンサに所定の状態までチャージされる時間を検出し、検出された電圧と電流と時間から内部抵抗値を検出するので、コンデンサのプリチャージに影響を与えることなく、また走行用バッテリの内部抵抗値を検出するために専用の制御をすることなく、プリチャージ回路がコンデンサをプリチャージする状態で走行用バッテリの内部抵抗値を検出できる。このことは、プリチャージ回路や制御回路を複雑にすることなく、走行用バッテリの内部抵抗値を正確に検出できる特徴を実現する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す車両用の電源装置は、ハイブリッドカー、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載されて、負荷１０として接続されるモーター１１を駆動して車両を走行させる。走行用バッテリ１の負荷１０となるモーター１１は、インバータ１２を介して走行用バッテリ１に接続される。インバータ１２は、走行用バッテリ１の直流を３相の交流に変換して、モーター１１への供給電力をコントロールする。

図の電源装置は、走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１の出力側に接続されて、負荷１０への電力供給をオンオフに切り換えるコンタクタ２と、このコンタクタ２をオンに切り換える前に、負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージするプリチャージ回路３と、このプリチャージ回路３とコンタクタ２をオンオフに制御し、さらに走行用バッテリの内部抵抗値を検出する検出回路８を内蔵する制御回路４とを備える。

負荷１０は、インバータ１２の出力側にモーター１１を接続している。負荷１０であるインバータ１２は、並列に大容量のコンデンサ１３を並列に接続している。このコンデンサ１３は、コンタクタ２をオンに切り換える状態で、走行用バッテリ１と両方から負荷１０のインバータ１２に電力を供給する。とくに、コンデンサ１３からは、負荷１０のインバータ１２に瞬間的に大電力を供給する。走行用バッテリ１に並列にコンデンサ１３を接続することで、負荷１０に供給できる瞬間電力を大きくできる。コンデンサ１３から負荷１０のインバータ１２に供給できる瞬間最大電力は、静電容量に比例するので、このコンデンサ１３には、たとえば４０００〜６０００μＦと極めて大きい静電容量のものが使用される。放電状態にある大容量のコンデンサ１３が、出力電圧の高い走行用バッテリ１に接続されると、瞬間的に極めて大きいチャージ電流が流れる。コンデンサ１３のインピーダンスが極めて小さいからである。

走行用バッテリ１は、インバータ１２を介して車両を走行させるモーター１１を駆動する。モーター１１に大電力を供給できるように、走行用バッテリ１は多数の充電できる素電池５を直列に接続して出力電圧を高くしている。素電池５は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が使用される。ただ、電池には、ニッケルカドミウム電池など充電できる全ての電池を使用できる。走行用バッテリ１は、モーター１１に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を２００〜４００Ｖと高くしている。ただし、電源装置は、走行用バッテリの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を接続して、走行用バッテリの電圧を昇圧して、負荷に電力を供給することもできる。この電源装置は、直列に接続する電池の個数を少なくして、走行用バッテリの出力電圧を低くできる。したがって、走行用バッテリは、たとえば出力電圧を１５０〜４００Ｖとすることができる。

プリチャージ回路３は、イグニッションスイッチ１４から入力されるオン信号で、コンタクタ２をオンに切り換えるに先だって、負荷１０のコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、コンデンサ１３の充電電流を制限しながらコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６にプリチャージスイッチ７を直列に接続している。プリチャージ抵抗６は、負荷１０のコンデンサ１３のプリチャージ電流を制限する。プリチャージ回路３は、プリチャージ抵抗６の抵抗値を大きくしてプリチャージ電流を小さくできる。たとえば、プリチャージ抵抗６は、１０Ω、３０Ｗのセメント抵抗である。このプリチャージ抵抗６は、出力電圧４００Ｖの走行用バッテリ１がコンデンサ１３を充電するピークの充電電流を４０Ａに制限する。プリチャージ抵抗６は、抵抗値を大きくしてプリチャージ電流の最大値を小さくできる。ただ、プリチャージ抵抗６の抵抗値を大きくすると、コンデンサ１３をプリチャージする時間が長くなる。プリチャージ電流が小さくなるからである。また、プリチャージ抵抗６がコンデンサ１３をプリチャージするときのピーク消費電力は、走行用バッテリ１の電圧の２乗に比例して、プリチャージ抵抗６の抵抗値に反比例する。したがって、プリチャージ抵抗６の抵抗値を小さくすると電流が増加してピークの消費電力が大きくなる。プリチャージ抵抗６の抵抗値は、プリチャージ電流とプリチャージ時間と消費電力を考慮して、たとえば、５〜２０Ω、好ましくは６〜１８Ω、さらに好ましくは６〜１５Ωに設定される。

プリチャージ抵抗６は、コンデンサ１３をプリチャージする電流のジュール熱で加熱される。プリチャージ抵抗６が加熱される温度は、その許容電力であるＷ数を大きくすると低く、Ｗ数を小さくすると高温になる。Ｗ数の大きいプリチャージ抵抗は、大型でコストも高くなる。とくに、この種の用途に使用されるプリチャージ抵抗は、数十Ｗと大型であるから、さらにＷ数を大きくすることは、配置するスペースを大きくすることから非常に難しい。ただ、プリチャージ抵抗のＷ数を小さくすると、高温に加熱されて周囲の部材に熱障害を与える。したがって、プリチャージ抵抗６のＷ数は、抵抗値とイグニッションスイッチ１４を連続してオンに切り換える頻度等を考慮して、２０〜５０Ｗのものを使用する。

プリチャージ回路３は、コンタクタ２の接点に並列に接続される。図の電源装置は、プラス側とマイナス側の両方にコンタクタ２を設けて、プラス側のコンタクタ２Ａの接点と並列にプリチャージ回路３を接続している。この電源装置は、マイナス側のコンタクタ２Ｂをオンとし、プラス側のコンタクタ２Ａをオフとする状態で、プリチャージ回路３でコンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ回路３でコンデンサ１３がプリチャージされると、プラス側のコンタクタ２Ａをオフからオンに切り換えて、プリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオフに切り換える。

プリチャージ回路３は、プリチャージスイッチ７をオンにして、コンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージスイッチ７は、リレー等の機械的な接点を有するスイッチである。ただ、プリチャージスイッチは、トランジスターやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子も使用できる。半導体スイッチング素子のプリチャージスイッチは、接点のように劣化がないので寿命を長くできる。また非常に短時間で高速にオンオフに切り換えできるので、コンデンサをオンオフに切り換えながらプリチャージすることができる。オンオフに切り換えてコンデンサをプリチャージする半導体スイッチング素子は、制御回路が電圧と電流を検出するタイミングに同期してオンに切り換られる。制御回路が、検出する電圧や電流から走行用バッテリ１の内部抵抗値を検出するためである。

また、半導体スイッチング素子は、オンオフに切り換えるデューティでプリチャージ電流をコントロールすることができる。すなわち、オフ時間に対するオン時間を短くしてプリチャージ電流を小さくし、反対にオフ時間に対するオン時間を長くしてプリチャージ電流を大きくできる。このようにデューティを変更してプリチャージ電流をコントロールする半導体スイッチング素子は、デューティを変更しながらコンデンサをプリチャージすることもできる。たとえば、コンデンサをプリチャージする最初には、デューティを小さくしてプリチャージ電流を小さく制限し、コンデンサがプリチャージされて電流が減少するようになると、デューティを大きくして電流を増加させることができる。この方式は、プリチャージ電流の変化を少なくしてコンデンサをプリチャージできる。半導体スイッチング素子は、制御回路でもって所定のデューティでオンオフすることができる。

制御回路４は、プリチャージ回路３でコンデンサ１３をプリチャージした後、プリチャージ回路３と並列に制御しているプラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えて、走行用バッテリ１から負荷１０に電力を供給できる状態、すなわち走行用バッテリ１でモーター１１を駆動して車両を走行できる状態とする。

さらに、制御回路４は、イグニッションスイッチ１４をオンに切り換えてコンデンサ１３をプリチャージする状態で走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する検出回路８を備える。

ここで、走行用バッテリ１は、多数の素電池５を直列に接続しており、図２に示すように、走行用バッテリ１を構成する各素電池５ごとに内部抵抗５ａがあり、その内部抵抗５ａも直列に接続されている。このため、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）は、各内部抵抗５ａの抵抗値（Ｒ1、Ｒ2・・・Ｒn）の和となる。したがって、本明細書において、走行用バッテリの内部抵抗値（Ｒ）を検出するとは、走行用バッテリを構成する複数の素電池の内部抵抗の抵抗値の和を検出することを意味している。なお、図１、図３、図４においては、走行用バッテリ１を構成する各素電池５の内部抵抗を省略し、これらの内部抵抗の合成抵抗を、走行用バッテリ１の内部抵抗１ａとして表している。
ただ、本発明の電源装置は、必ずしも複数の素電池で一の走行用バッテリを構成する必要はなく、１ないし複数の素電池で複数の走行用のバッテリを構成して、各走行用バッテリごとに電圧を検出して、各走行用バッテリごとに内部抵抗値を検出することもできる。このように、複数の走行用バッテリに分割して内部抵抗値を検出する構造は、分割した走行用バッテリごとに電池の劣化度を判定できる。

検出回路８が走行用バッテリ１の内部抵抗値を検出する動作原理を図３と図４に示す。検出回路８は、走行用バッテリ１の電圧と電流から内部抵抗値（Ｒ）を検出する。走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）は、以下の式で検出される。
Ｒ＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］／電流（Ｉ）

走行用バッテリ１の開放電圧（Ｖocv）は、図３に示すように、プリチャージスイッチ７をオフにして走行用バッテリ１の電流を遮断する状態で検出される。走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）は、図４に示すように、プリチャージスイッチ７をオンにする状態で検出される。走行用バッテリ１の電流（Ｉ）は、電流センサ９で検出される。また、走行用バッテリ１の電流（Ｉ）は、プリチャージ抵抗６の電圧（Ｖpre）を検出して検出することもできる。走行用バッテリ１の電流（Ｉ）がプリチャージ抵抗６の電流となり、プリチャージ抵抗６の電圧（Ｖpre）がプリチャージ抵抗６の抵抗値（Ｒpre）と電流（Ｉ）の積となるので、電流（Ｉ）は以下の式で検出できる。
電流（Ｉ）＝電圧（Ｖpre）／プリチャージ抵抗の抵抗値（Ｒpre）

したがって、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）は、以下の式で検出される。
Ｒ＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］／電流（Ｉ）
＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］
×プリチャージ抵抗の抵抗値（Ｒpre）／電圧（Ｖpre）

この式で走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する検出回路８は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えた後、プリチャージ抵抗６に電流が流れている特定のタイミングで負荷電圧（Ｖccv）とプリチャージ抵抗６の電圧（Ｖpre）を同期して同じタイミングで検出して走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。

制御回路４がプリチャージスイッチ７をオンに切り換えると、コンデンサ１３をプリチャージする電流が流れる。コンデンサ１３のプリチャージ電流は、図５に示すように、最初に大きく、コンデンサ１３が充電されるにしたがって減少する。プリチャージスイッチ７をオンに切り換えた瞬間であって、コンデンサ１３がチャージされない状態で、コンデンサ１３の両端の電圧は０Ｖ、いいかえるとコンデンサ１３は直流的にはショート状態となり、時間が経過してコンデンサ１３が充電されるにしたがって、コンデンサ両端の電圧は次第に上昇する。プリチャージスイッチ７をオンに切り換えた瞬間の負荷電圧（Ｖccv）は最低電圧（Ｖmin）となり、電流（Ｉ）は最大のピーク電流（Ｉmax）となる。

ピーク電流（Ｉmax）は、以下の式で表される。
ピーク電流（Ｉmax）＝最低電圧（Ｖmin）／プリチャージ抵抗の抵抗値（Ｒpre）
したがって、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）は、以下の式で検出される。
Ｒ＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］／電流（Ｉ）
＝［開放電圧（Ｖocv）−最低電圧（Ｖmin）］／ピーク電流（Ｉmax）
＝［開放電圧（Ｖocv）−最低電圧（Ｖmin）］
×プリチャージ抵抗の抵抗値（Ｒpre）／最低電圧（Ｖmin）

さらに、検出回路８は、図６に示すように変化するコンデンサ１３の電圧から、電圧が所定の電圧になるまでの時間を検出して、走行用バッテリ１の内部抵抗値を検出することもできる。
図６は、プリチャージスイッチ７がオンに切り換えられてコンデンサ１３にチャージされる電荷Ｑ(t)が変化する状態を示している。コンデンサ１３にチャージされる電荷Ｑ(t)は、以下の式で示すように変化する。
電荷Ｑ(t)＝Ｃ×Ｖocv×［１−ｅｘｐ｛ｔ／［（Ｒ＋Ｒpre）×Ｃ］｝］
ただし、この式においてＣは負荷に接続しているコンデンサ１３の静電容量、ｔはプリチャージスイッチ７をオンにして経過する時間、Ｒは走行用バッテリ１の内部抵抗値、Ｒpreはプリチャージ抵抗の抵抗値である。
τ＝（Ｒ＋Ｒpre）×Ｃとすれば、
電荷Ｑ(τ)＝Ｃ×Ｖocv×［１−１／ｅ］＝０．６３２１２×Ｃ×Ｖocvとなる。
負荷電圧（Ｖccv）が開放電圧（Ｖocv）の０．６３２１２倍となるまでが時間（τ）となるので、この時間（τ）を検出して、以下の式から走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。
Ｒ＝（τ／Ｃ）−Ｒpre

車両用の電源装置は、多数の充電できる素電池５を直列に接続して走行用バッテリ１としている。この電源装置は、素電池５を直列に接続するバスバー等の接続部に接続抵抗１５がある。この電源装置は、図７の等価回路図に示すように、接続抵抗１５が走行用バッテリ１の内部抵抗値１ａと直列に接続されて、その合成抵抗が走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）として検出される。ただ、接続抵抗１５の抵抗値（ＲK）は一定で既知の値であるから、接続抵抗１５の抵抗値（ＲK）を、前述の式から検出した内部抵抗値（Ｒ）から減算して、走行用バッテリ１の内部抵抗値（ＲE）が得られる。したがって、本発明では、走行用バッテリ１の内部抵抗値として、接続抵抗１５の抵抗値（ＲK）を含む内部抵抗値（Ｒ）を検出し、あるいは接続抵抗１５の抵抗値（ＲK）を減算した内部抵抗値（ＲE）を検出することができる。

制御回路４は、以上の式から演算される走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）から劣化度を判定することができる。制御回路４は、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）から劣化度を特定する関数やテーブルを記憶しており、記憶される関数やテーブルから走行用バッテリ１の劣化度を判定する。内部抵抗値（Ｒ）から劣化度を判定するには、新しい走行用バッテリの内部抵抗値である最小内部抵抗値（Ｒmin）と、寿命が尽きた走行用バッテリの内部抵抗値である最大内部抵抗（Ｒmax）を実測し、走行用バッテリの内部抵抗値（Ｒ）が最大内部抵抗（Ｒmax）になると電池が完全に劣化したとして、劣化度０％とする。走行用バッテリ１の劣化度は、新しい状態での劣化度を１００％、完全に劣化した状態での劣化度を０％とする。図８は、制御回路４が、走行用バッテリ１の内部抵抗値から劣化度を判別するのに使用する関数を例示する。この図は、内部抵抗値に対して劣化度をリニアに変化させるが、内部抵抗値に対する劣化度は必ずしもリニアに変化させる必要はない。制御回路４は、内部抵抗値から走行用バッテリの劣化度を判定すると、この劣化度に基づいて走行用バッテリを充放電する電流や電圧を制限する制御をし、あるいは、判定した走行用バッテリの劣化度を示す信号を外部に出力する。

コンタクタ２は、機械的に可動する接点を有するリレーである。コンタクタ２は、プラス側のコンタクタ２Ａをオフに保持して、マイナス側のコンタクタ２Ｂのみをオンに切り換える。この状態で、プリチャージ回路３でコンデンサ１３をプリチャージする。コンデンサ１３がプリチャージされた後、プラス側のコンタクタ２Ａをオフからオンに切り換えて、走行用バッテリ１を負荷１０に接続する。その後、プリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオフに切り換える。オン状態のコンタクタ２をオフに切り換えるときは、両方の接続を同時にオフにする。

以上の電源装置は、図９のフローチャートで、コンデンサ１３をプリチャージすると共に、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。

［ｎ＝１のステップ］
イグニッションスイッチ１４から制御回路４にオン信号が入力されたかどうかを判定する。イグニッションスイッチ１４のオン信号が入力されるまで、このステップをループする。

［ｎ＝２のステップ］
イグニッションスイッチ１４から制御回路４にオン信号が入力されると、検出回路８は、走行用バッテリ１の開放電圧（Ｖocv）を検出する。走行用バッテリ１の開放電圧（Ｖocv）は、図３に示すように、プリチャージスイッチ７をオフにして走行用バッテリ１の電流を遮断する状態で検出される。

［ｎ＝３のステップ］
制御回路４は、コンタクタ２とプリチャージスイッチ７を制御してプリチャージを開始する。制御回路４は、一方のコンタクタ（図１でマイナス側のコンタクタ２Ｂ）をオン、他方のコンタクタ（図１でプラス側のコンタクタ２Ａ）をオフに保持して、オフのコンタクタ２と並列に接続しているプリチャージ回路３のプリチャージスイッチ７をオンに切り換える。この状態になると、走行用バッテリ１はプリチャージ抵抗６を介してコンデンサ１３に接続されて、コンデンサ１３をプリチャージする。プリチャージ抵抗６は、プリチャージ電流を制限しながら、走行用バッテリ１でコンデンサ１３をプリチャージする。

［ｎ＝４のステップ］
プリチャージが開始されると、検出回路８は、走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）と走行用バッテリ１の電流（Ｉ）を検出する。走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）と電流（Ｉ）は、図４に示すように、プリチャージスイッチ７をオンにする状態で検出される。走行用バッテリ１の電流（Ｉ）は、電流センサ９で検出される。ただ、走行用バッテリ１の電流（Ｉ）は、プリチャージ抵抗６の電圧（Ｖpre）を検出して、この電圧（Ｖpre）とプリチャージ抵抗６の抵抗値（Ｒpre）とから検出することもできる。
プリチャージスイッチ６をオンにしてプリチャージが開始されると、コンデンサ１３のプリチャージ電流は、図５に示すように、最初に大きく、コンデンサ１３が充電されるにしたがって減少する。また、走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）は、コンデンサ１３が充電されるにしたがって次第に上昇する。したがって、走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）と電流（Ｉ）は、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えた後、プリチャージ抵抗６に電流が流れている特定のタイミングで、同期して同じタイミングで検出される。走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）と電流（Ｉ）は、たとえば、プリチャージスイッチ７をオンに切り換えた瞬間の最低電圧（Ｖmin）と最大のピーク電流（Ｉmax）を検出することもできる。

［ｎ＝５のステップ］
このステップで、検出回路８は、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。検出回路８は、検出した開放電圧（Ｖocv）、負荷電圧（Ｖccv）、及び電流（Ｉ）から、以下の式に基づいて走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。
Ｒ＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］／電流（Ｉ）
ただ、検出回路８は、プリチャージスイッチ７をオンにしてコンデンサ１３を充電する時間（ｔ）と、コンデンサ１３の静電容量（Ｃ）から走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出することもできる。この検出回路８は、図６に示すように変化するコンデンサ１３の電圧が所定の電圧になるまでの時間を検出して、走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。検出回路８は、負荷電圧（Ｖccv）が開放電圧（Ｖocv）の０．６３２１２倍となるまでが時間（τ）を検出して、以下の式から走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する。
Ｒ＝（τ／Ｃ）−Ｒpre

［ｎ＝６のステップ］
このステップでは、コンデンサ１３のプリチャージが完了したかどうかを判定する。プリチャージの完了は、プリチャージ電流が設定電流まで減少したことで検出し、あるいはプリチャージスイッチ７をオンにする時間で検出する。プリチャージが完了するまで、このステップをループする。
［ｎ＝７のステップ］
プリチャージが完了されると、プラス側のコンタクタ２Ａをオンに切り換えた後、プリチャージスイッチ７をオフに切り換える。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 走行用バッテリの回路図である。 図１に示す車両用の電源装置で、開放電圧（Ｖocv）を検出する状態を示す原理図である。 図１に示す車両用の電源装置で、負荷電圧（Ｖccv）を検出する状態を示す原理図である。 コンデンサをプリチャージするときのプリチャージ電流と負荷電圧が時間と共に変化する状態を示すグラフである。 コンデンサにチャージされる電荷が時間と共に変化する状態を示すグラフである。 走行用バッテリの内部抵抗と直列に接続される接続抵抗を示す等価回路図である。 走行用バッテリの内部抵抗から劣化度を判別する関数の一例を示す図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置が走行用バッテリの内部抵抗値を検出するフローチャートである。

符号の説明

１…走行用バッテリ １ａ…内部抵抗
２…コンタクタ ２Ａ…プラス側のコンタクタ
２Ｂ…マイナス側のコンタクタ
３…プリチャージ回路
４…制御回路
５…素電池 ５ａ…内部抵抗
６…プリチャージ抵抗
７…プリチャージスイッチ
８…検出回路
９…電流センサ
１０…負荷
１１…モーター
１２…インバータ
１３…コンデンサ
１４…イグニッションスイッチ
１５…接続抵抗

Claims (6)

1. 充電できる走行用バッテリ(1)と、この走行用バッテリ(1)を負荷(10)に接続するコンタクタ(2)と、このコンタクタ(2)と並列に接続されて、車両のイグニッションスイッチ(14)から入力される信号で負荷(10)のコンデンサ(13)をプリチャージするプリチャージ回路(3)と、このプリチャージ回路(3)とコンタクタ(2)を制御する制御回路(4)とを備える車両用の電源装置であって、
   プリチャージ回路(3)は、コンデンサ(13)を充電するプリチャージ電流を制限するプリチャージ抵抗(6)と、このプリチャージ抵抗(6)に直列に接続しているプリチャージスイッチ(7)とを備えており、
   制御回路(4)が、プリチャージスイッチ(7)をオンに切り換えてプリチャージ抵抗(6)にコンデンサ(13)の充電電流を流して走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）を検出する検出回路(8)を内蔵する車両用の電源装置。
2. 検出回路(8)が、プリチャージスイッチ(7)のオフ状態における走行用バッテリ(1)の開放電圧（Ｖocv）と、プリチャージスイッチ(7)のオン状態における走行用バッテリ(1)の負荷電圧（Ｖccv）及びプリチャージ抵抗(6)の電流（Ｉ）を検出して、開放電圧（Ｖocv）と負荷電圧（Ｖccv）と電流（Ｉ）から走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）を以下の式で検出する請求項１に記載される車両用の電源装置。
   Ｒ＝［開放電圧（Ｖocv）−負荷電圧（Ｖccv）］／電流（Ｉ）
3. 検出回路(8)が、プリチャージスイッチ(7)のオン状態でプリチャージ抵抗(6)の両端の電圧（Ｖpre）を検出し、検出した電圧（Ｖpre）とプリチャージ抵抗(6)の抵抗値（Ｒpre）からプリチャージ抵抗(6)の電流（Ｉ）を検出する請求項２に記載される車両用の電源装置。
4. 検出回路(8)が、プリチャージスイッチ(7)のオン状態で走行用バッテリ１の負荷電圧（Ｖccv）を検出し、検出した負荷電圧（Ｖccv）とプリチャージ抵抗(6)の抵抗値（Ｒpre）からプリチャージ抵抗(6)の電流（Ｉ）を検出して走行用バッテリ１の内部抵抗値（Ｒ）を検出する請求項２に記載される車両用の電源装置。
5. 検出回路(8)が、プリチャージスイッチ(7)をオンにしてコンデンサ(13)を充電する時間（ｔ）と、コンデンサ(13)の静電容量（Ｃ）から走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）を検出する請求項１に記載される車両用の電源装置。
6. 制御回路(4)が、走行用バッテリ(1)の内部抵抗値（Ｒ）から走行用バッテリ(1)の劣化度を判定する請求項１に記載される車両用の電源装置。

Images