JP2005065482A - 二次電池の充放電電気量推定方法および装置、二次電池の分極電圧推定方法および装置、並びに二次電池の残存容量推定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流測定誤差の影響なく充放電電気量を推定できる装置を提供する。
【解決手段】 無負荷電圧演算部１０５が、特定の選別条件が満たされた場合に、電流データＩ（ｎ）と、該電流データに対応した電圧データＶ（ｎ）との複数の組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧Ｖｓｅｐを算出する。また、開放電圧算出部１０６が、特定の電流条件がある時間継続して満たされた場合に、二次電池の端子電圧を開放電圧Ｖｏｃとして算出する。推定充放電電気量演算部１１４が、予め設定された電圧変化量調整定数ΔＶｂｃ・調整係数Ｋｂ、起電力変化定数Ｋｅｑ、分極電圧発生定数Ｋｐｏｌを用いて、所定期間における無負荷電圧または開放電圧の変化量ΔＶｂの関数として推定充放電電気量ΔＱｅを算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）等に、モータの動力源および各種負荷の駆動源として搭載されるニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリなどの二次電池の残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）を推定する技術に関する。

従来より、ＨＥＶでは、二次電池の電圧、電流、温度等を検出して二次電池の残存容量（以下、ＳＯＣと略称する）を演算により推定し、車両の燃料消費効率が最も良くなるようにＳＯＣ制御を行っている。ＳＯＣ制御を正確に行うためには、充放電を行っている二次電池のＳＯＣを正確に推定することが必要になる。

かかる従来のＳＯＣ推定方法として、まず、所定期間に電池電圧Ｖと充放電された電流Ｉを測定し、その電流の積算値∫Ｉを計算し、また温度Ｔ、電池電圧Ｖ、電流積算値∫Ｉの関数から、前回推定した電池の分極電圧Ｖｃ（ｔ−１）をＶｃ（ｔ）として更新して、補正電圧Ｖ’（＝Ｖ−Ｖｃ（ｔ））を求め、補正電圧Ｖ’と電流Ｉとのペアデータを複数個取得して記憶し、そのペアデータから、回帰分析により１次の近似直線（電圧Ｖ’−電流Ｉ近似直線）を求め、Ｖ’−Ｉ近似直線のＶ切片を起電力Ｅとして推定し、前回推定したＳＯＣ、起電力Ｅ、温度Ｔ、電流積算値∫Ｉの関数から、ＳＯＣを推定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２２３０３３号公報

しかしながら、上記従来のＳＯＣ推定方法では、以下のような問題点がある。

まず、ＳＯＣを推定するために、二次電池に流れる充放電電流を電流センサによって測定している。この電流センサは、ＨＥＶ等に用いられる場合、大電流を測定する必要があり、高精度のものを用いるとコストアップとなるため、低コストで精度のあまり良くないものを使わざるをえないというのが実情である。そのため、電流センサにより検出した電流値には測定誤差が含まれ、この電流誤差がＳＯＣの推定誤差となってしまう。特に、充放電レートが電流誤差よりも小さい場合（例えば、１Ａの充放電レートに対して±２Ａの電流誤差がある場合など）、時間の経過とともに、推定したＳＯＣの挙動が著しくおかしくなる。

また、上記従来例のように、かかる電流センサによって測定した電流の積算値の関数として、前回推定した電池の分極電圧Ｖｃ（ｔ−１）をＶｃ（ｔ）として更新し、分極電圧の影響を考慮したＳＯＣの推定を行う方法では、過去の分極電圧の演算に電流誤差が含まれ、この電流誤差が分極電圧の推定誤差となり、これが累積されていくため、時間の経過ととともに、ＳＯＣの真の値と推定値との誤差が大きくなってしまう、という問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流測定誤差の影響を受けずに充放電電気量、分極電圧を推定できる方法および装置を提供し、それにより電流値に測定誤差を含む場合でも、ＳＯＣを高精度に推定できる方法および装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定方法は、二次電池に流れる電流と、該電流に対応した二次電池の端子電圧との組データを測定し、組データを複数個取得する工程と、特定の選別条件（例えば、電流の値が充電側および放電側で所定の範囲内（例えば、±５０Ａ）にあり、複数の組データ数が充電側と放電側で所定数（例えば、６０サンプル中の各１０個）以上であり、複数個の組データの取得中における充放電電気量が所定の範囲内（例えば、０．３Ａｈ）にあるという条件）が満たされた場合に、複数個の組データに対して、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧（Ｖｓｅｐ）を算出する工程と、特定の電流条件（例えば、電流の絶対値が１０アンペア未満であるという条件）または電圧条件（例えば、電圧の変化量が１ボルト未満であるという条件）がある時間継続して（例えば、１０秒間）満たされた場合に、二次電池の端子電圧から開放電圧（Ｖｏｃ）を算出する工程と、所定期間（例えば、１分間）における無負荷電圧または開放電圧の変化量（ΔＶｂ）を算出する工程と、無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、二次電池に対する推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する工程とを含むものである。

本発明に係る二次電池の充放電電気量推定方法はさらに、無負荷電圧または開放電圧の変化量（ΔＶｂ）に対して、二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される電圧変化量の調整定数（ΔＶｂｃ）および調整係数（Ｋｂ）を予め設定する工程と、二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する起電力の変化量である起電力変化定数（Ｋｅｑ）を予め設定する工程と、二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する分極電圧の変化量である分極電圧発生定数（Ｋｐｏｌ）を予め設定する工程とを含み、推定充放電電気量ΔＱｅは、ΔＱｅ＝Ｋｂ×（ΔＶｂ＋ΔＶｂｃ）／（Ｋｅｑ＋Ｋｐｏｌ）で表される式を用いて、無負荷電圧または開放電圧の変化量ΔＶｂの関数として算出される。

または、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定方法はさらに、二次電池に流れる電流から所定期間における測定充放電電気量（ΔＱｍ）を算出する工程と、測定充放電電気量に基づいて二次電池の分極電圧（Ｖｐｏｌ）を算出する工程と、測定充放電電気量に基づいて二次電池の起電力（Ｖｅｑ）を算出する工程と、所定期間における分極電圧の変化量（ΔＶｐｏｌ）および起電力の変化量（ΔＶｅｑ）を算出する工程とを含み、推定充放電電気量の算出工程において、分極電圧変化量、起電力変化量、および無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、推定充放電電気量（ΔＱｅ）が算出される。

この場合、推定充放電電気量の算出工程は、分極電圧変化量、起電力変化量、および無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、測定充放電電気量に対する補正係数（α）を算出する工程を含み、測定充放電電気量（ΔＱｍ）に補正係数を乗算して推定充放電電気量（ΔＱｅ）が算出される。

ここで、分極電圧変化量をΔＶｐｏｌ、起電力変化量をΔＶｅｑ、無負荷電圧または開放電圧の変化量をΔＶｂ、補正係数をαとした場合、補正係数αは、α＝ΔＶｂ／（ΔＶｐｏｌ＋ΔＶｅｑ）で表される。

分極電圧の算出工程において、所定期間前に算出された推定充放電電気量（ΔＱｅ）に基づいて算出された分極電圧（Ｖｐｐｒｅ）と、測定充放電電気量（ΔＱｍ）とに基づいて、分極電圧（Ｖｐｏｌ）が算出される。

また、起電力の算出工程において、所定期間前に算出された推定充放電電気量（ΔＱｅ）に基づいて算出された起電力（Ｖｅｐｒｅ）と、測定充放電電気量（ΔＱｍ）とに基づいて、起電力（Ｖｅｑ）が算出される。

分極電圧の算出工程において、温度をパラメータとして予め準備されている分極電圧−充放電電気量特性を参照して、分極電圧が算出される。

起電力の算出工程において、所定期間前に算出した残存容量と測定充放電電気量との加算値に基づいて、温度をパラメータとして予め準備されている起電力−残存容量特性を参照して、起電力が算出される。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の分極電圧推定方法は、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定方法を用いて推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する工程と、推定充放電電気量に基づいて、二次電池の分極電圧（Ｖｐｅ）を再計算する工程とを含むものである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の残存容量推定方法は、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定方法を用いて推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する工程と、推定充放電電気量に基づいて、二次電池の残存容量（ＳＯＣ）を算出する工程とを含むものである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定装置は、二次電池に流れる電流を電流データ（Ｉ（ｎ））として測定する電流測定部と、二次電池の端子電圧を電圧データ（Ｖ（ｎ））として測定する電圧測定部と、電流測定部からの電流データと、該電流データに対応した電圧測定部からの電圧データとの組データを複数個取得し、特定の選別条件（例えば、電流の値が充電側および放電側で所定の範囲内（例えば、±５０Ａ）にあり、複数の組データ数が充電側と放電側で所定数（例えば、６０サンプル中の各１０個）以上であり、複数個の組データの取得中における充放電電気量が所定の範囲内（例えば、０．３Ａｈ）にあるという条件）が満たされた場合に、複数個の組データに対して、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧（Ｖｓｅｐ）を算出する無負荷電圧演算部と、特定の電流条件（例えば、電流の絶対値が１０アンペア未満であるという条件）または電圧条件（例えば、電圧の変化量が１ボルト未満であるという条件）がある時間継続して（例えば、１０秒間）満たされた場合に、二次電池の端子電圧を開放電圧（Ｖｏｃ）として算出する開放電圧算出部と、所定期間（例えば、１分間）における無負荷電圧または開放電圧の変化量（ΔＶｂ）を算出する測定電圧変化量算出部と、無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、二次電池に対する推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する推定充放電電気量演算部とを備えたものである。

本発明に係る二次電池の充放電電気量推定装置はさらに、無負荷電圧または開放電圧の変化量（ΔＶｂ）に対して、二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される電圧変化量の調整定数（ΔＶｂｃ）および調整係数（Ｋｂ）を予め設定する電圧変化量調整定数／調整係数設定部と、二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する起電力の変化量である起電力変化定数（Ｋｅｑ）を予め設定する起電力変化定数設定部と、二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する分極電圧の変化量である分極電圧発生定数（Ｋｐｏｌ）を予め設定する分極電圧発生定数設定部とを備え、推定充放電電気量演算部は、ΔＱｅ＝Ｋｂ×（ΔＶｂ＋ΔＶｂｃ）／（Ｋｅｑ＋Ｋｐｏｌ）で表される式を用いて、無負荷電圧または開放電圧の変化量ΔＶｂの関数として推定充放電電気量ΔＱｅを算出する。

または、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定装置はさらに、二次電池に流れる電流から所定期間（例えば、１分間）における測定充放電電気量（ΔＱｍ）を算出する測定充放電電気量算出部と、測定充放電電気量に基づいて二次電池の分極電圧（Ｖｐｏｌ）を算出する分極電圧演算部と、測定充放電電気量に基づいて二次電池の起電力（Ｖｅｑ）を算出する起電力演算部と、所定期間（例えば、１分間）における分極電圧の変化量（ΔＶｐｏｌ）を算出する分極電圧変化量演算部と、所定期間（例えば、１分間）における起電力の変化量（ΔＶｅｑ）を算出する起電力変化量演算部とを備え、推定充放電電気量演算部は、分極電圧変化量、起電力変化量、および無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する。

この場合、推定充放電電気量演算部は、分極電圧変化量、起電力変化量、および無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、測定充放電電気量に対する補正係数（α）を算出する補正係数演算部を備え、測定充放電電気量（ΔＱｍ）に補正係数を乗算して推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する。

ここで、分極電圧変化量をΔＶｐｏｌ、起電力変化量をΔＶｅｑ、無負荷電圧または開放電圧の変化量をΔＶｂ、補正係数をαとした場合、補正係数αは、α＝ΔＶｂ／（ΔＶｐｏｌ＋ΔＶｅｑ）で表される。

分極電圧演算部は、所定期間前に算出された推定充放電電気量（ΔＱｅ）に基づいて算出された分極電圧（Ｖｐｐｒｅ）と、測定充放電電気量（ΔＱｍ）とに基づいて、分極電圧（Ｖｐｏｌ）を算出する。

また、起電力演算部は、所定期間前に算出された推定充放電電気量（ΔＱｅ）に基づいて算出された起電力（Ｖｅｐｒｅ）と、測定充放電電気量（ΔＱｍ）とに基づいて、起電力（Ｖｅｑ）を算出する。

本発明に係る二次電池の充放電電気量推定装置はさらに、二次電池の温度を温度データとして測定する温度測定部を備え、分極電圧演算部は、温度測定部からの温度データ（Ｔ（ｎ））をパラメータとして予め準備されている分極電圧−充放電電気量特性を参照して、分極電圧を算出する。

また、起電力演算部は、所定期間前に算出した残存容量と測定充放電電気量との加算値に基づいて、温度測定部からの温度データ（Ｔ（ｎ））をパラメータとして予め準備されている起電力−残存容量特性を参照して、起電力を算出する。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の分極電圧推定装置は、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定装置により算出された推定充放電電気量（ΔＱｅ）に基づいて、二次電池の分極電圧（Ｖｐｅ）を再計算する分極電圧再計算部を備えたものである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池の残存容量推定装置は、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定装置により算出された推定充放電電気量（ΔＱｅ）に基づいて、二次電池の残存容量（ＳＯＣ）を算出する残存容量演算部を備えたものである。

本発明によれば、電流測定誤差の影響が少ない測定電圧（無負荷電圧または開放電圧）から、または電流測定誤差を含む測定充放電電気量から、電流測定誤差を含まない推定充放電電気量を算出することができ、この推定充放電電気量を用いることにより、電流測定誤差に依存しない分極電圧およびＳＯＣを算出することが可能となる。したがって、ＳＯＣ推定精度が向上し、ＳＯＣ管理による電池の保護制御や長寿命化が可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。図１において、電池パックシステム１Ａは、電池パック１００と、マイクロコンピュータシステムの一部として本発明に係る残存容量推定装置が含まれる電池ＥＣＵ１０１Ａとで構成される。

電池パック１００は、ＨＥＶ等に搭載された場合、通常、モータに対する所定の出力を得るため、例えばニッケル−水素バッテリである複数の単電池または単位電池が電気的に直列接続された電池ブロックをさらに複数個電気的に直列接続されて構成される。

電池ＥＣＵ１０１Ａにおいて、１０２は電圧センサ（不図示）により検出された電池パック１００内の各電池ブロックにおける端子電圧を所定のサンプリング周期で電圧データＶ（ｎ）として測定する電圧測定部で、１０３は電流センサ（不図示）により検出された電池パック１００の充放電電流を所定のサンプリング周期で電流データＩ（ｎ）（その符号は充電方向か放電方向かを表す）として測定する電流測定部で、１０４は温度センサ（不図示）により検出された電池パック１００内の各電池ブロックにおける温度を温度データＴ（ｎ）として測定する温度測定部である。

電圧測定部１０２からの電圧データＶ（ｎ）と、電流測定部１０３からの電流データＩ（ｎ）は、組データとして、無負荷電圧演算部１０５に入力される。無負荷電圧演算部１０５は、まず、特定の選別条件として、充電方向（−）と放電方向（＋）における電流データＩ（ｎ）の値が所定の範囲内（例えば、±５０Ａ）にあり、充電方向と放電方向における電流データＩ（ｎ）の個数が所定数以上（例えば、６０サンプル中の各１０個）あり、また組データ取得中の充放電電気量が所定の範囲内（例えば、０．３Ａｈ）にある場合に、電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）の組データが有効であると判断する。

次に、無負荷電圧演算部１０５は、有効な組データから、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により、１次の電圧−電流直線（近似直線）を求め、電流がゼロの時の電圧値（電圧切片）である無負荷電圧Ｖｓｅｐを算出する。

電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）はまた、開放電圧演算部１０６に入力される。開放電圧演算部１０６は、特定の電流条件（例えば、電流データＩ（ｎ）の絶対値が１０Ａ未満である）または電圧条件（例えば、電圧データＶ（ｎ）の変化量が１Ｖ未満である）がある時間継続して（例えば、１０秒間）満たされた場合、各電池ブロックにおける電圧データＶ（ｎ）の平均値Ｖａｖｅに、電流データＩ（ｎ）の平均値Ｉａｖｅを部品抵抗値Ｒｃｏｍに乗算したものを加えて、部品抵抗による電圧降下分を補正し開放電圧Ｖｏｃを算出する（Ｖｏｃ＝Ｖａｖｅ＋Ｒｃｏｍ×Ｉａｖｅ）。

無負荷電圧演算部１０５からの無負荷電圧Ｖｓｅｐと、開放電圧演算部１０６からの開放電圧Ｖｏｃは、測定電圧選択部１０７に入力され、ここで上記選別条件を満たした場合には、無負荷電圧Ｖｓｅｐが選択され、選別条件を満たさず、上記電流条件または電圧条件がある時間継続して満たされた場合には、開放電圧Ｖｏｃが選択され、測定電圧Ｖｂとして出力される。なお、いずれの条件も満たさない場合は、電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）の組データが再度取得される。

測定電圧選択部１０７からの測定電圧Ｖｂは、測定電圧変化量演算部１０８に入力され、ここで所定期間（例えば、１分間）における測定電圧Ｖｂの変化量（測定電圧変化量）ΔＶｂが算出される。

電圧変化量調整定数（ΔＶｂｃ）・調整係数（Ｋｂ）設定部１１７は、測定電圧Ｖｂの変化量ΔＶｂに対して、二次電池の物性により決定される分極特性や、二次電池の充放電（使用）状態により決定される電圧減衰特性などに依存して、参照テーブル（ＬＵＴ）１１７１に予め記憶されている、温度をパラメータとした電圧変化量の調整定数ΔＶｂｃおよび調整係数Ｋｂから、電圧変化量の調整定数ΔＶｂｃおよび調整係数Ｋｂを予め設定する。例えば、温度が２５℃で、電圧変化量の調整定数ΔＶｂｃとして０．０１ボルト（Ｖ）がＬＵＴ１１７１に記憶されている。調整係数Ｋｂは、実際のシステムに合わせて適宜設定される係数である。

起電力変化定数（Ｋｅｑ）設定部１１８は、二次電池の物性や充放電（使用）状態に依存して、参照テーブル（ＬＵＴ）１１８１に予め記憶されている、温度をパラメータとしたＳＯＣ使用領域（例えば、ＳＯＣが２０％から８０％までの範囲）での充電（または放電）電気量に対する起電力変化定数Ｋｅｑの特性曲線の傾きから、温度測定部１０４で測定された温度データＴ（ｎ）に基づいて、起電力変化定数Ｋｅｑを予め設定する。例えば、温度が２５℃で、起電力変化定数Ｋｅｑとして０．１ボルト／アンペア・アワー（Ｖ／Ａｈ）がＬＵＴ１１８１に記憶されている。

分極電圧発生定数（Ｋｐｏｌ）設定部１１９は、二次電池の物性や充放電（使用）状態に依存して、参照テーブル（ＬＵＴ）１１９１に予め記憶されている、温度をパラメータとした充電（または放電）電気量に対する分極電圧発生定数Ｋｐｏｌの特性曲線の傾きから、温度測定部１０４で測定された温度データＴ（ｎ）に基づいて、分極電圧発生定数Ｋｐｏｌを予め設定する。例えば、温度が２５℃、ＳＯＣが６０％で、分極電圧発生定数Ｋｐｏｌとして０．１ボルト／アンペア・アワー（Ｖ／Ａｈ）がＬＵＴ１１９１に記憶されている。

測定電圧変化量演算部１０８からの測定電圧変化量ΔＶｂと、電圧変化量調整定数・調整係数設定部１１７からの電圧変化量調整定数ΔＶｂｃ、調整係数Ｋｂと、起電力変化定数設定部１１８からの起電力変化定数Ｋｅｑと、分極電圧発生定数設定部１１９からの分極電圧発生定数Ｋｐｏｌは、推定充放電電気量演算部１１４Ａに入力される。推定充放電電気量演算部１１４Ａは、
ΔＱｅ＝Ｋｂ×（ΔＶｂ＋ΔＶｂｃ）／（Ｋｅｑ＋Ｋｐｏｌ）で表される式を用いて、測定電圧Ｖｂの変化量ΔＶｂの関数として推定充放電電気量ΔＱｅを算出する。

推定充放電電気量ΔＱｅは、残存容量演算部１１５に入力されて、ここで、推定充放電電気量ΔＱｅに基づいて、電池パック１００内の各電池ブロックにおける残存容量ＳＯＣが算出される。さらに、推定充放電電気量ΔＱｅは、分極電圧再計算部１１６に入力される。分極電圧再計算部１１６は、参照テーブル（ＬＵＴ）１１６１に予め記憶されている、温度をパラメータとした推定充放電電気量ΔＱｅに対する分極電圧Ｖｐｅの特性曲線または式から、温度測定部１０４で測定された温度データＴ（ｎ）に基づいて、分極電圧Ｖｐｅを再計算する。

次に、以上のように構成された本実施形態による電池パックシステムにおける残存容量推定および分極電圧推定の処理手順について、図２を参照して説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電電気量推定方法を含む残存容量推定方法および分極電圧推定方法における処理手順を示すフローチャートである。図２において、まず、電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）を組データとして測定する（Ｓ２０１）。次に、ステップＳ２０１で測定された電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）の組データが、有効な組データであるか否かを調べるために、それらが上記したような特定の選別条件を満たすか否かを判断する（Ｓ２０２）。ステップＳ２０２の判断で、特定の選別条件を満たす場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０３に進んで、複数個（例えば、６０サンプル中の充電および放電方向で各１０個）の有効な組データを取得し、有効な組データから、最小二乗法などの手法を用いた回帰分析等の統計処理により、１次の近似直線（Ｖ−Ｉ直線）を求め、その近似直線のＶ切片を無負荷電圧Ｖｓｅｐとして算出し、算出した無負荷電圧Ｖｓｅｐを測定電圧Ｖｂとして格納する（Ｖｂ←Ｖｓｅｐ）。

一方、ステップＳ２０２の判断で、特定の選別条件を満たさない場合（Ｎｏ）、ステップＳ２０４に進んで、電流データＩ（ｎ）が上記したような特定の電流条件または電圧条件をある時間継続して満たすか否かを判断する。ステップＳ２０４の判断で、特定の電流条件を満たす（例えば、電流データＩ（ｎ）の絶対値が１０秒間継続して１０Ａ未満である）場合（Ｙｅｓ）または電圧条件を満たす（例えば、電圧データＶ（ｎ）の変化量が１０秒間継続して１Ｖ未満である）場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に進んで、その時の各電池ブロックにおける電圧データＶ（ｎ）の平均をとって開放電圧Ｖｏｃを算出し、算出した開放電圧Ｖｏｃを測定電圧Ｖｂとして格納する（Ｖｂ←Ｖｏｃ）。

一方、ステップＳ２０４の判断で、特定の電流条件または電圧条件を満たさない場合（Ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻って、電圧データＶ（ｎ）と電流データＩ（ｎ）の組データを再度測定する。

次に、ステップＳ２０３またはＳ２０５で得られた測定電圧Ｖｂの所定期間（例えば、１分間）における変化量（測定電圧変化量）ΔＶｂを算出する（Ｓ２０６）。

次に、電圧変化量調整定数ΔＶｂｃ・調整係数Ｋｂ、起電力変化定数Ｋｅｑ、および分極電圧発生定数Ｋｐｏｌを予め設定し（Ｓ２０７、Ｓ２０８、Ｓ２０９）、ΔＱｅ＝Ｋｂ×（ΔＶｂ＋ΔＶｂｃ）／（Ｋｅｑ＋Ｋｐｏｌ）で表される式を用いて、測定電圧Ｖｂの変化量ΔＶｂの関数として推定充放電電気量ΔＱｅを算出する（Ｓ２１０）。

このようにして算出された推定充放電電気量ΔＱｅに基づいて、分極電圧Ｖｐｅを再計算する（Ｓ２１１）とともに、残存容量ＳＯＣを算出する（Ｓ２１２）。

以上のようにして、電池パック１００内の各電池ブロックにおける残存容量ＳＯＣおよび分極電圧Ｖｐｅが推定される。

なお、本実施形態では、推定充放電電気量ΔＱｅを算出するために、無負荷電圧または開放電圧の変化量ΔＶｂの１次関数式を用いたが、Ｎ（Ｎは自然数）次関数式または指数関数式を用いても良い。

図３は、本実施形態における図２のフローチャートに基づいて算出された推定充放電電気量ΔＱｅ、図２のフローチャートにおけるΔＶｂｃ、Ｋｂ、Ｋｅｑ、Ｋｐｏｌなどの定数、係数を使用しない方法により算出された推定充放電電気量ΔＱｃ、および高精度（電流誤差の無い）の電流センサを用いて測定された電流の積算値に基づいて算出された充放電電気量ΔＱｔ（本明細書では、真の充放電電気量と称する）の時間変化を示すグラフである。

図３に示すように、本実施形態によれば、推定充放電電気量ΔＱｅを真の充放電電気量ΔＱｔに近づけることができた。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。なお、図４において、第１の実施形態の説明で参照した図１と同様の構成および機能を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

電流測定部１０３で測定された電流データＩ（ｎ）は、測定充放電電気量演算部１０９に入力される。測定充放電電気量演算部１０９は、充電方向および放電方向の電流データＩ（ｎ）から所定期間（例えば、１分間）における測定充放電電気量ΔＱｍを算出する。

測定充放電電気量演算部１０９からの測定充放電電気量ΔＱｍは、次に、分極電圧演算部１１０に入力される。分極電圧演算部１１０は、参照テーブル（ＬＵＴ）１１０１に予め記憶されている、温度をパラメータとした測定充放電電気量ΔＱｍに対する分極電圧Ｖｐｏｌの特性曲線または式から、温度測定部１０４で測定された温度データＴ（ｎ）に基づいて、分極電圧Ｖｐｏｌを算出する。

分極電圧演算部１１０からの分極電圧Ｖｐｏｌは、次に、分極電圧変化量演算部１１１に入力され、ここで、所定期間（例えば、１分間）における分極電圧Ｖｐｏｌの変化量（分極電圧変化量）ΔＶｐｏｌが算出される。分極電圧変化量ΔＶｐｏｌは、測定充放電電気量ΔＱｍに基づいて算出された分極電圧Ｖｐｏｌから、後述するが、所定期間（例えば、１分）前に算出された推定充放電電気量ΔＱｅに基づいて算出された分極電圧Ｖｐｐｒｅを減算して算出される。

また、測定充放電電気量演算部１０９からの測定充放電電気量ΔＱｍは、起電力演算部１１２にも入力される。起電力演算部１１２は、参照テーブル（ＬＵＴ）１１２１に予め記憶されている、温度をパラメータとした残存容量ＳＯＣに対する起電力Ｖｅｑの特性曲線または式から、温度測定部１０４で測定された温度データＴ（ｎ）に基づいて、起電力Ｖｅｑを算出する。

起電力演算部１１２からの起電力Ｖｅｑは、次に、起電力変化量演算部１１３に入力され、ここで、所定期間（例えば、１分間）における起電力Ｖｅｑの変化量（起電力変化量）ΔＶｅｑが算出される。起電力変化量ΔＶｅｑは、測定充放電電気量ΔＱｍに基づいて算出された起電力Ｖｐｏｌから、後述するが、所定期間（例えば、１分）前に算出された推定充放電電気量ΔＱｅに基づいて算出された起電力Ｖｅｐｒｅを減算して算出される。

第１の実施形態で述べた測定電圧変化量演算部１０８からの測定電圧変化量ΔＶｂと、分極電圧変化量演算部１１１からの分極電圧変化量ΔＶｐｏｌと、起電力変化量演算部１１３からの起電力変化量ΔＶｅｑは、推定充放電電気量演算部１１４Ｂに入力される。推定充放電電気量演算部１１４Ｂでは、まず、補正係数演算部１１４１により、測定電圧変化量ΔＶｂ、分極電圧変化量ΔＶｐｏｌ、および起電力変化量ΔＶｅｑから、補正係数αがα＝ΔＶｂ／（ΔＶｐｏｌ＋ΔＶｅｑ）として算出される。この補正係数αは、測定充放電電気量ΔＱｍに乗算されて、推定充放電電気量ΔＱｅが算出される。

このようにして算出された推定充放電電気量ΔＱｅは、分極電圧演算部１１０および起電力演算部１１２に供給されて、それぞれ、所定期間（例えば、１分）前の分極電圧Ｖｐｐｒｅおよび起電力Ｖｅｐｒｅが算出される。

以降の構成および機能は、第１の実施形態と同様である。

次に、以上のように構成された本実施形態による電池パックシステムにおける残存容量推定および分極電圧推定の処理手順について、図５を参照して説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る二次電池の充放電電気量推定方法を含む残存容量推定方法および分極電圧推定方法における処理手順を示すフローチャートである。なお、図５において、第１の実施形態の説明で参照した図２と同様の処理工程については、同一の符号を付して説明を省略する。

ステップＳ４０１において、充電方向および放電方向の電流データＩ（ｎ）から所定期間（例えば、１分間）における測定充放電電気量ΔＱｍを算出する。次に、算出された測定充放電電気量ΔＱｍと、ステップＳ４０６で所定期間（例えば、１分）前に算出された推定充放電電気量ΔＱｅに基づいて算出された分極電圧Ｖｐｐｒｅおよび起電力Ｖｅｐｒｅとに基づいて、それぞれ、分極電圧Ｖｐｏｌおよび起電力Ｖｅｑを算出する（Ｓ４０２）。そして、このようにして算出された分極電圧Ｖｐｏｌおよび起電力Ｖｅｑから、分極電圧変化量ΔＶｐｏｌおよび起電力変化量ΔＶｅｑを算出する（Ｓ４０３）。

次に、ステップＳ２０６で算出された測定電圧変化量ΔＶｂ、ステップＳ４０３で算出された分極電圧変化量ΔＶｐｏｌおよび起電力変化量Ｖｅｑを用いて、補正係数αをα＝ΔＶｂ／（ΔＶｐｏｌ＋ΔＶｅｑ）として算出する（Ｓ４０４）。このようにして算出された補正係数αを、ステップＳ４０１で算出された測定充放電電気量ΔＱｍに乗算して、推定充放電電気量ΔＱｅを算出する（Ｓ４０５）。算出された推定充放電電気量ΔＱｅに基づいて、分極電圧Ｖｐｅを再計算する（Ｓ２１１）とともに、残存容量ＳＯＣを算出する（Ｓ２１２）。

以上のようにして、電池パック１００内の各電池ブロックにおける残存容量ＳＯＣおよび分極電圧Ｖｐｅが推定される。

図６は、本実施形態における図５のフローチャートに基づいて算出された推定充放電電気量ΔＱｅ、図５のフローチャートにおける補正係数αを使用しない方法により算出された推定充放電電気量ΔＱｃ、および高精度（電流誤差の無い）の電流センサを用いて測定された電流の積算値に基づいて算出された充放電電気量ΔＱｔ（本明細書では、真の充放電電気量と称する）の時間変化を示すグラフである。

図６に示すように、本実施形態によれば、推定充放電電気量ΔＱｅを真の充放電電気量ΔＱｔに近づけることができた。

以上のように、本発明に係る二次電池の充放電電気量推定方法および装置は、電流測定誤差の影響が少ない測定電圧（無負荷電圧または開放電圧）から、または電流測定誤差を含む測定充放電電気量から、電流測定誤差を含まない推定充放電電気量を算出し、また、本発明に係る二次電池の分極電圧推定方法および装置、二次電池の残存容量推定方法および装置は、電流測定誤差を含まない推定充放電電気量を用いることにより、電流測定誤差に依存しない分極電圧、残存容量を推定することで、残存容量の高い推定精度が必要な、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、燃料電池と二次電池とを有するハイブリッド車両等の電動車両等の用途に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充放電電気量推定方法を含む残存容量推定方法および分極電圧推定方法における処理手順を示すフローチャート 図２のフローチャートに基づいて算出された推定充放電電気量ΔＱｅ、図２のフローチャートにおけるΔＶｂｃ、Ｋｂ、Ｋｅｑ、Ｋｐｏｌなどの定数、係数を使用しない方法により算出された推定充放電電気量ΔＱｃ、および高精度の電流センサを用いて測定された電流の積算値に基づいて算出された真の充放電電気量ΔＱｔの時間変化を示すグラフ 本発明の第２の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図 本発明の第２の実施形態に係る二次電池の充放電電気量推定方法を含む残存容量推定方法および分極電圧推定方法における処理手順を示すフローチャート 図５のフローチャートに基づいて算出された推定充放電電気量ΔＱｅ、図５のフローチャートにおける補正係数αを使用しない方法により算出された推定充放電電気量ΔＱｃ、および高精度の電流センサを用いて測定された電流の積算値に基づいて算出された真の充放電電気量ΔＱｔの時間変化を示すグラフ

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 電池パックシステム
１００ 電池パック
１０１Ａ、１０１Ｂ 電池ＥＣＵ（充放電電気量推定装置、分極電圧推定装置、残存容量推定装置）
１０２ 電圧測定部
１０３ 電流測定部
１０４ 温度測定部
１０５ 無負荷電圧演算部
１０６ 開放電圧演算部
１０７ 測定電圧選択部
１０８ 測定電圧変化量演算部
１０９ 測定充放電電気量演算部
１１０ 分極電圧演算部
１１０１ 参照テーブル（ＬＵＴ）
１１１ 分極電圧変化量演算部
１１２ 起電力演算部
１１２１ 参照テーブル（ＬＵＴ）
１１３ 起電力変化量演算部
１１４ 推定充放電電気量演算部
１１４１ 補正係数演算部
１１５ 残存容量演算部
１１６ 分極電圧再計算部
１１６１ 参照テーブル（ＬＵＴ）
１１７ 電圧変化量調整定数（ΔＶｂｃ）・調整係数（Ｋｂ）設定部
１１７１ 参照テーブル（ＬＵＴ）
１１８ 起電力変化定数（Ｋｅｑ）設定部
１１８１ 参照テーブル（ＬＵＴ）
１１９ 分極電圧発生定数（Ｋｐｏｌ）設定部
１１９１ 参照テーブル（ＬＵＴ）

Claims (22)

1. 二次電池に流れる電流と、前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧との組データを測定し、前記組データを複数個取得する工程と、
   特定の選別条件が満たされた場合に、前記複数個の組データに対して、統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を算出する工程と、
   特定の電流条件または電圧条件がある時間継続して満たされた場合に、前記二次電池の端子電圧から開放電圧算出する工程と、
   所定期間における前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量（ΔＶｂ）を算出する工程と、
   前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量に基づいて、前記二次電池に対する推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する工程とを含む二次電池の充放電電気量推定方法。
2. 前記方法はさらに、
   前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量（ΔＶｂ）に対して、前記二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される電圧変化量の調整定数（ΔＶｂｃ）および調整係数（Ｋｂ）を予め設定する工程と、
   前記二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する起電力の変化量である起電力変化定数（Ｋｅｑ）を予め設定する工程と、
   前記二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する分極電圧の変化量である分極電圧発生定数（Ｋｐｏｌ）を予め設定する工程とを含み、
   前記推定充放電電気量ΔＱｅは、
   ΔＱｅ＝Ｋｂ×（ΔＶｂ＋ΔＶｂｃ）／（Ｋｅｑ＋Ｋｐｏｌ）
   で表される式を用いて、前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量ΔＶｂの関数として算出される請求項１記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
3. 前記方法はさらに、
   前記二次電池に流れる電流から前記所定期間における測定充放電電気量を算出する工程と、
   前記測定充放電電気量に基づいて前記二次電池の分極電圧を算出する工程と、
   前記測定充放電電気量に基づいて前記二次電池の起電力を算出する工程と、
   前記所定期間における前記分極電圧の変化量および前記起電力の変化量を算出する工程とを含み、
   前記推定充放電電気量の算出工程において、前記分極電圧変化量、前記起電力変化量、および前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量に基づいて、推定充放電電気量が算出される請求項１記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
4. 前記推定充放電電気量の算出工程は、前記分極電圧変化量、前記起電力変化量、および前記無負荷電圧または開放電圧の変化量に基づいて、前記測定充放電電気量に対する補正係数を算出する工程を含み、前記測定充放電電気量に前記補正係数を乗算して前記推定充放電電気量が算出される請求項３記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
5. 前記分極電圧変化量をΔＶｐｏｌ、前記起電力変化量をΔＶｅｑ、前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量をΔＶｂ、前記補正係数をαとした場合、前記補正係数αは、α＝ΔＶｂ／（ΔＶｐｏｌ＋ΔＶｅｑ）で表される請求項４記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
6. 前記分極電圧の算出工程において、前記所定期間前に算出された前記推定充放電電気量に基づいて算出された分極電圧と、前記測定充放電電気量とに基づいて、前記分極電圧が算出される請求項３から５のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
7. 前記起電力の算出工程において、前記所定期間前に算出された前記推定充放電電気量に基づいて算出された起電力と、前記測定充放電電気量とに基づいて、前記起電力が算出される請求項３から５のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
8. 前記分極電圧の算出工程において、温度をパラメータとして予め準備されている分極電圧−充放電電気量特性を参照して、前記分極電圧が算出される請求項３記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
9. 前記起電力の算出工程において、前記所定期間前に算出した残存容量と前記測定充放電電気量との加算値に基づいて、温度をパラメータとして予め準備されている起電力−残存容量特性を参照して、前記起電力が算出される請求項３記載の二次電池の充放電電気量推定方法。
10. 請求項１から５のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定方法を用いて推定充放電電気量を算出する工程と、
    前記推定充放電電気量に基づいて、前記二次電池の分極電圧を再計算する工程とを含む二次電池の分極電圧推定方法。
11. 請求項１から５のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定方法を用いて推定充放電電気量を算出する工程と、
    前記推定充放電電気量に基づいて、前記二次電池の残存容量を算出する工程とを含む二次電池の残存容量推定方法。
12. 二次電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、
    前記二次電池の端子電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、
    前記電流測定部からの電流データと、該電流データに対応した前記電圧測定部からの電圧データとの組データを複数個取得し、特定の選別条件が満たされた場合に、前記複数個の組データに対して、統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を算出する無負荷電圧演算部と、
    特定の電流条件または電圧条件がある時間継続して満たされた場合に、前記二次電池の端子電圧から開放電圧を算出する開放電圧演算部と、
    所定期間における前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量（ΔＶｂ）を算出する測定電圧変化量演算部と、
    前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量に基づいて、前記二次電池に対する推定充放電電気量（ΔＱｅ）を算出する推定充放電電気量演算部とを備えた二次電池の充放電電気量推定装置。
13. 前記装置はさらに、
    前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量（ΔＶｂ）に対して、前記二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される電圧変化量の調整定数（ΔＶｂｃ）および調整係数（Ｋｂ）を予め設定する電圧変化量調整定数・調整係数設定部と、
    前記二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量に対する起電力の変化量である起電力変化定数（Ｋｅｑ）を予め設定する起電力変化定数設定部と、
    前記二次電池の物性および充放電状態に依存して決定される、残存容量の使用領域での充放電電気量の変化量に対する分極電圧の変化量である分極電圧発生定数（Ｋｐｏｌ）を予め設定する分極電圧発生定数設定部とを備え、
    前記推定充放電電気量演算部は、
    ΔＱｅ＝Ｋｂ×（ΔＶｂ＋ΔＶｂｃ）／（Ｋｅｑ＋Ｋｐｏｌ）
    で表される式を用いて、前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量ΔＶｂの関数として前記推定充放電電気量ΔＱｅを算出する請求項１２記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
14. 前記装置はさらに、
    前記二次電池に流れる電流から前記所定期間における測定充放電電気量を算出する測定充放電電気量演算部と、
    前記測定充放電電気量に基づいて前記二次電池の分極電圧を算出する分極電圧演算部と、
    前記測定充放電電気量に基づいて前記二次電池の起電力を算出する起電力演算部と、
    前記所定期間における前記分極電圧の変化量を算出する分極電圧変化量演算部と、
    前記所定期間における前記起電力の変化量を算出する起電力変化量演算部とを備え、
    前記推定充放電電気量演算部は、前記分極電圧変化量、前記起電力変化量、および前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量に基づいて、前記推定充放電電気量を算出する請求項１２記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
15. 前記推定充放電電気量演算部は、前記分極電圧変化量、前記起電力変化量、および前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量に基づいて、前記測定充放電電気量に対する補正係数を算出する補正係数演算部を備え、前記測定充放電電気量に前記補正係数を乗算して前記推定充放電電気量を算出する請求項１４記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
16. 前記分極電圧変化量をΔＶｐｏｌ、前記起電力変化量をΔＶｅｑ、前記無負荷電圧または前記開放電圧の変化量をΔＶｂ、前記補正係数をαとした場合、前記補正係数αは、α＝ΔＶｂ／（ΔＶｐｏｌ＋ΔＶｅｑ）で表される請求項１５記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
17. 前記分極電圧演算部は、前記所定期間前に算出された前記推定充放電電気量に基づいて算出された分極電圧と、前記測定充放電電気量とに基づいて、前記分極電圧を算出する請求項１４から１６のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
18. 前記起電力演算部は、前記所定期間前に算出された前記推定充放電電気量に基づいて算出された起電力と、前記測定充放電電気量とに基づいて、前記起電力を算出する請求項１４から１６のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
19. 前記装置はさらに、前記二次電池の温度を温度データとして測定する温度測定部を備え、前記分極電圧演算部は、前記温度測定部からの温度データをパラメータとして予め準備されている分極電圧−充放電電気量特性を参照して、前記分極電圧を算出する請求項１４記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
20. 前記装置はさらに、前記二次電池の温度を温度データとして測定する温度測定部を備え、前記起電力演算部は、前記所定期間前に算出した残存容量と前記測定充放電電気量との加算値に基づいて、前記温度測定部からの温度データをパラメータとして予め準備されている起電力−残存容量特性を参照して、前記起電力を算出する請求項１４記載の二次電池の充放電電気量推定装置。
21. 請求項１２から１６のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定装置により算出された推定充放電電気量に基づいて、前記二次電池の分極電圧を再計算する分極電圧再計算部を備えた二次電池の分極電圧推定装置。
22. 請求項１２から１６のいずれか一項記載の二次電池の充放電電気量推定装置により推定された充放電電気量に基づいて、前記二次電池の残存容量を算出する残存容量演算部を備えた二次電池の残存容量推定装置。

Images