JP2007024703A - 二次電池の充電率推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適応デジタルフィルタを用いた充電率推定方法では、入力電流が一定状態で電池モデルのパラメータが変化するような場合には充電率の推定に誤差を生じるが、そのような場合でも充電率を精度良く推定できる二次電池の充電率推定装置を提供する。
【解決手段】適応デジタルフィルタを用いて電流と端子電圧の計測値から開路電圧を推定し、予め求めた開路電圧と充電率との関係に基づいて前記開路電圧推定値から第１充電率推定値を演算する第１充電率推定手段６と、電流積算によって第２充電率推定値を演算する第２充電率推定手段７と、電流の変化率もしくは変化幅が所定時間連続して所定値以下の場合には前記第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合は前記第１充電率推定値を選択する充電率推定値選択手段８と、を備えた二次電池の充電率推定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電率（ＳＯＣ）を推定する装置に関する。

二次電池の充電率ＳＯＣ（充電状態とも言う）は開路電圧Ｖ_０（通電遮断時の電池端子電圧であり、起電力、開放電圧とも言う）と相関があるので、開路電圧Ｖ_０を求めれば充電率を推定することが出来る。しかし、二次電池の端子電圧は、通電を遮断（充放電を終了）した後も安定するまでに時間を要するので、正確な開路電圧Ｖ_０を求めるには、充放電を終了してから所定の時間が必要である。したがって充放電中や充放電直後では、正確な開路電圧Ｖ_０を求めることが出来ないので、上記の方法で充電率ＳＯＣを求めることが出来ない。そのため、従来は、下記のような方法を用いて開路電圧Ｖ_０を推定している。
下記特許文献１に記載された二次電池の充電率推定装置は、二次電池の電流Ｉと端子電圧Ｖから適応デジタルフィルタを用いて開路電圧Ｖ_０を推定し、予め計測したデータに基づき上記の推定した開路電圧Ｖ_０から充電率ＳＯＣを推定するものである。
また、下記特許文献２には、２種類の充電率推定手法を各方法における推定誤差に応じて切替えて用いる方法が記載されている。

特開２００４−１７８８４８号公報 論文 木下他「カルマンフィルタを用いた二次電池の残量推定」電気学会自動車研究会 ＶＴ−０３−７（２００３）

しかし、特許文献１に記載の装置においては、入力する電流値Ｉが一定の時に、電池モデルのパラメータＫ，Ｔ_１，Ｔ_２の真値が変化しても適応デジタルフィルタの推定値は精度良く追従できない。これは、適応デジタルフィルタ手法の原理に起因しており、一般に入力信号に電池モデルのパラメータに応じた周波数成分がないと正確にパラメータ同定ができないからである。特に、特許文献１の電池モデルの場合には、積分項（原点に極）を持っているために、入力（電流Ｉ）が一定状態でパラメータＫ（内部抵抗）が変化すると、積分項（係数ｈ）がモデル出力（電圧Ｖの推定値）を実際値（電圧Ｖ）と一致させてしまうので、更に推定精度が悪化してしまう。そのため、例えばリチウムイオン電池のように比較的大電流での放電を継続（例えば数秒間）した際に内部抵抗が増大するといった特性を有する二次電池においては、各パラメータならびに充電率ＳＯＣを精度良く推定することが出来なくなるという問題点があった。
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、入力（電流Ｉ）が一定状態で電池モデルのパラメータが変化するような場合でも充電率を精度良く推定することの出来る二次電池の充電率推定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、計測した二次電池の電流と端子電圧とを入力し、適応デジタルフィルタを用いて電流と端子電圧の計測値から開路電圧を推定し、予め求めた開路電圧と充電率との関係に基づいて前記開路電圧推定値から第１充電率推定値を演算する第１充電率推定手段と、電流が一定状態で、かつ前記適応デジタルフィルタの電池パラメータが変化する状態でも充電率推定が可能な方法で第２充電率推定値を演算する第２充電率推定手段と、電流の変化率もしくは変化幅が所定時間連続して所定値以下の場合には前記第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合には前記第１充電率推定値を選択する充電率推定値選択手段と、を備え、適応デジタルフィルタを用いた充電率推定値と他の方法で求めた充電率推定値とを電流値による条件に応じて切り替えて用いるように構成している。なお、第２充電率推定手段は、例えば請求項３に記載のように、総容量推定値を用いて（数５）式に基づき電流を積算することにより第２充電率推定値を演算する構成を用いることが出来る。

通常時は精度の良い第１充電率推定値が用いられ、大振幅でかつ一定値の放電が継続し、しばらくしてから内部抵抗が増加（または減少）したことにより第１充電率推定値に誤差が生じるような場合には、第２充電率推定値が選択されるため、常に精度良く充電率ＳＯＣを推定することが出来る、という効果がある。特許文献１に記載のように積分項を有する構成においては、電流が一定でパラメータが変化するような場合に誤差が増大するので、本発明は特に有効である。

（実施例１）
図１は、本発明の一実施例を機能ブロックで表した図である。図１において、１は二次電池（以下、単に電池と記載）の電流Ｉを検出する電流検出手段、２は電池の端子電圧Ｖを検出する端子電圧検出手段、３は前処理フィルタ演算手段、４はパラメータ推定演算手段、５は開路電圧演算手段、６は開路電圧から充電率ＳＯＣを演算する第１充電率推定手段（ＡＤＦＳＯＣ推定）、７は適応デジタルフィルタ以外の方法、例えば電流積算方法で充電率を推定する第２充電率推定手段（電流積算ＳＯＣ推定：詳細後述）、８は電流検出手段１で検出した電流値の状態に応じてＡＤＦＳＯＣ（適応デジタルフィルタによって推定した充電率）と電流積算ＳＯＣの何れかを選択して出力する最終充電率推定値選択手段（詳細後述）である。上記の前処理フィルタ演算手段３は後述するローパスフィルタやバンドパスフィルタからなる。

図２は、実施例の具体的な構成を示すブロック図である。この実施例は、二次電池でモータ等の負荷を駆動したり、モータの回生電力で二次電池を充電するシステムに、二次電池の充電率推定装置を設けた例を示す。
図２において、１０は二次電池（単に電池ともいう）、２０はモータ等の負荷、３０は電池の充電状態を推定する電子制御ユニットで、プログラムを演算するＣＰＵやプログラムを記憶したＲＯＭや演算結果を記憶するＲＡＭから成るマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。４０は電池から充放電される電流を検出する電流計、５０は電池の端子電圧を検出する電圧計であり、それぞれ電子制御ユニット３０に接続される。上記の電子制御ユニット３０は前記図１の前処理フィルタ演算手段３、パラメータ推定演算手段４、開路電圧演算手段５、第１充電率推定手段６、第２充電率推定手段７および最終充電率推定値選択手段８の部分に相当する。また、電流計４０は電流検出手段１に、電圧計５０は端子電圧検出手段２に、それぞれ相当する。

上記の内容を具体的に説明すると次のようになる。
まず、本実施例で用いる「電池モデル」を説明する。図３は、二次電池の等価回路モデルを示す図であり、二次電池の電池モデルは下記（数６）式で示される。

（数６）式において、モデル入力は電流Ｉ［Ａ］（正値は充電、負値は放電）、モデル出力は端子電圧Ｖ［Ｖ］、Ｒ_１〔Ω］は電荷移動抵抗、Ｒ_２［Ω］は純抵抗、Ｃ_１［Ｆ］は電気二重層容量、Ｖ_０［Ｖ］は開路電圧である。なお、ｓはラプラス演算子である。本モデルは、正極、負極を特に分離していないリダクションモデル（１次）であるが、実際の電池の充放電特性を比較的正確に示すことが可能である。このように本実施例においては、電池モデルの次数を１次にした構成を例として説明する。
（数６）式の電池モデルから適応デジタルフィルタまでの導出を最初に説明する。
（数６）式を変形すると（数７）式になる。

上記のように、電池パラメータＫ＝Ｒ_１＋Ｒ_２であって、これは電池モデルの内部抵抗推定値に相当する。
開路電圧Ｖ_０は、電流Ｉに可変な効率ｈを乗じたものを、ある初期状態から積分したものと考えれば、（数８）式で書ける。

（数８）式を（数７）式に代入すれば（数９）式になり、整理すれば（数１０）式になる。

安定なローパスフィルタＧ_ＬＰＦ(ｓ)を（数１０）式の両辺に乗じて、整理すれば（数１１）式になる。

なお、請求項に記載の前記（数１）式は電池モデルの一般式（連続時間系）であり、（数１）式のＡ(ｓ）、Ｂ(ｓ）を、それぞれ
Ａ(ｓ）＝Ｔ_１・ｓ＋１
Ｂ(ｓ）＝Ｋ(Ｔ_２・ｓ＋１）
ただし、Ｔ_１＝Ｃ_１・Ｒ_１、Ｔ_２＝（Ｃ_１・Ｒ_１・Ｒ_２）／（Ｒ_１＋Ｒ_２）、Ｋ＝Ｒ_１＋Ｒ_２
とおけば、前記（数１）式は（数６）式と等しくなり、前記（数３）式は（数１１）式に等しくなる。

また、上記と同様のローパスフィルタＧ_ＬＰＦ(ｓ)を（数１）式の両辺に乗じて、整理すれば前記（数４）式が得られる。

上記のように、本実施例においては、一般的には、（数１）式に示す電池モデル（連続時間系）に開路電圧と電流の関係が積分特性であると仮定することにより得られる（数２）式を代入し、さらに両辺に前処理フィルタ処理を施すことにより得られる（数３）式のパラメータ（多項式Ａ(ｓ）、Ｂ(ｓ）の係数）を適応デジタルフィルタを用いて一括推定するように構成している。

次に、実際に計測可能な電流Ｉや端子電圧Ｖに、ローパスフィルタやバンドパスフィルタを処理した値を、下記（数１２）式のように定義する。

なお、Ｇ_ＬＰＦ(ｓ)はローパスフィルタ、ｓ・Ｇ_ＬＰＦ(ｓ)やｓ^２・Ｇ_ＬＰＦ(ｓ)はバンドパスフィルタである。
（数１２）式を用いて（数１１）式を書き直せば（数１３）式になる。

更に変形すれば（数１４）式になる。

（数１４）式は、計測可能な値と未知パラメータの積和式になっているので、一般的な適応デジタルフィルタの標準形（数１５）式と一致する。

ただし、ｙ＝Ｖ_２、 ω^Ｔ＝［Ｖ_３，Ｉ_３，Ｉ_２，Ｉ_１］
θ^Ｔ＝［−Ｔ_１，Ｋ・Ｔ_２，Ｋ，ｈ］
従って、電流Ｉと端子電圧Ｖにフィルタ処理した信号を、適応デジタルフィルタ演算に用いることで、未知パラメータベクトルθを推定することが出来る。
本実施例では、単純な「最小二乗法による適応デジタルフィルタ」の論理的な欠点（一度推定値が収束すると、その後パラメータが変化しても再度正確な推定ができないこと）を改善した「両限トレースゲイン方式」を用いる。
（数１５）式を前提に未知パラメータベクトルθを推定するためのパラメータ推定アルゴリズムは下記（数１６）式となる。ただし、ｋ時点のパラメータ推定値をθ(ｋ)とする。

ただし、λ_１、λ_３、γ_Ｕ、γ_Ｌは初期設定値で、０＜λ_１＜１、０＜λ_３＜∞とする。Ｐ(０)は十分大きな値、θ(０)は非ゼロな十分小さな値を初期値とする。trace｛Ｐ｝は行列Ｐのトレースを意味する。またλ_３は適応デジタルフィルタの推定速度を設定する定数（調整ゲイン）であり、値を大きくすることにより推定速度は速くなるが、その反面ノイズの影響を受けやすくなる。

次に、図４は、電子制御ユニット３０のマイコンが行う処理のフローチャートである。この実施例は電池モデルの次数を１次にしたものである。なお、図４のルーチンは一定周期Ｔ_０毎に実施される。例えば、Ｉ(ｋ）は今回の演算値、Ｉ(ｋ−１）は１回前の演算値を意味する。
まず、ステップＳ１０では、電流Ｉ(ｋ）、端子電圧Ｖ(ｋ）を計測する。
ステップＳ２０では、二次電池の遮断リレーの判断する。電子制御ユニット３０は二次電池の遮断リレーの制御も行っており、リレー遮断時（電流Ｉ＝０）はステップＳ３０へ進む。リレー締結時はステップＳ４０へ進む。

ステップＳ３０では、端子電圧Ｖ(ｋ）を端子電圧初期値Ｖ_iniとして記憶する。
ステップＳ４０では、端子電圧差分値△Ｖ(ｋ）を演算する。
ただし、△Ｖ(ｋ）＝Ｖ(ｋ）−Ｖ_ini
これは、適応デジタルフィルタ内の推定パラメータの初期値を約０としているので、推定演算開始時に推定パラメータが発散しないように、入力を全て０とするためである。リレー遮断時はステップＳ３０を通るので、Ｉ＝０かつ△Ｖ(ｋ）＝０なので、推定パラメータは初期状態のままである。

ステップＳ５０では、後述する二つの方法で推定した充電率ＳＯＣの何れを最終推定値として選択するかを決めるフラグｆ_ＳＯＣＳＷを、電流偏差△Ｉ(ｋ）に基づいて下記のように設定する。なお、電流偏差△Ｉ(ｋ）は単位時間当たりの電流の変化、つまり電流の変化率を表すものであり、
△Ｉ(ｋ）＝｜Ｉ(ｋ）−Ｉ(ｋ−１）｜
である。ただし、Ｉ(ｋ）は今回の電流計測値、Ｉ(ｋ−１）は前回の電流計測値
（１） △Ｉ(ｋ）が所定時間ｔ_ｓのあいだ連続して所定値β以下となった場合は、つまり電流の変動が小さい場合は、選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷをセットする（電流積算ＳＯＣ推定値を選択）。

（２） （１）以外の場合は、選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷをクリアする（ＡＤＦＳＯＣ推定値を選択）。

あるいは、下記（３）、（４）に記載のように、電流偏差△Ｉ(ｋ）と電流値（絶対値）から選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷを設定するようにしてもよい。

（３） Ｉ(ｋ）または｜Ｉ(ｋ）｜が所定値α以上であり、かつ、△Ｉ(ｋ）が所定時間ｔ_ｓのあいだ連続して所定値β以下となった場合は、選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷをセットする（電流積算ＳＯＣ推定値を選択）。つまり、電流偏差△Ｉ(ｋ）が小さく、かつ、電流値（絶対値）が所定値よりも大きい場合に選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷをセットする。

（４） （３）以外の場合は、選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷをクリアする（ＡＤＦＳＯＣ推定値を選択）。

また、上記条件の電流偏差△Ｉ(ｋ）の代わりに、電流の変化を所定時間内における電流の変化幅（最大値−最小値）として求めてよい。
また、前述した所定時間ｔ_ｓを電流（絶対値）に応じて変化させるように設定してもよい。つまり、電流の絶対値が大きくなるにつれて所定時間ｔ_ｓを小さくするように設定する。

次に、ステップＳ６０では、電流積算によるＳＯＣ推定演算を行うか否かを選択する。選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷがクリアされている場合には、ステップＳ７０に進み電流積算によるＳＯＣ推定の初期化処理を行ない、セットされている場合にはステップＳ８０に進み電流積算によるＳＯＣ推定を行なう。
なお、電流が一定状態で、かつ前記適応デジタルフィルタの電池パラメータが変化する状態でも充電率推定が可能な方法としては、上記の電流積分（積算）に基づく方法の他に、開放電圧（Ｉ−Ｖ特性）に基づく方法、カルマンフィルタを用いる方法、などがあるが、ここでは電流積算による充電率ＳＯＣの推定方法を用いる場合を例として説明する。

ステップＳ７０では、下式に基づき前回の適応デジタルフィルタによるＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ(ｋ−１）で電流積算ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｉ’(ｋ）を初期化する。
ＳＯＣ_ｉ’(ｋ）＝ＳＯＣ_ａ(ｋ−１）
なお、下記（数１７）式に示すようなオフセット値を決めて初期化することも出来る。

ただし、Ｑ_ｍａｘ：総容量、ＳＯＣ_ａ：第１充電率推定値（ＡＤＦによる推定値）、
ＳＯＣ_ｉ：第２充電率推定値（電流積算による推定値）
ステップＳ８０では、後述する総容量推定値Ｑ_ｍａｘを用いて下記（数１８）式に基づいて電流を積算（積分）することにより電流積算ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｉ’を演算する。

ステップＳ９０では、下記（数１９）式、（数２０）式に示すように、ステップＳ８０で演算した電流積算ＳＯＣ推定値に対して、後述する適応デジタルフィルタヘの入力信号を演算するためのフィルタと同等の遅れＧ_ＬＰＦ(ｓ）を有するローパスフィルタ処理を施す。

ただし、ｐ：フィルタ時定数［ｓｅｃ］
実際には、タスティン近似などで離散化して得られた漸化式を用いて演算する。
ステップＳ１００では、電流Ｉ(ｋ）と端子電圧差分値△Ｖ(ｋ）に、下記（数２１）式に基づいてローパスフィルタ、バンドパスフィルタの処理を施し、Ｉ_１〜Ｉ_３およびＶ_１〜Ｖ_３を演算する。

実際には、タスティン近似などで離散化して得られた漸化式を用いて演算する。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で演算したＩ_１〜Ｉ_３、Ｖ_２〜Ｖ_３、を前記（数１６）式に代入し、パラメータ推定値θ(ｋ）を演算する。
ただし、ｙ＝Ｖ_２、 ω^Ｔ＝［Ｖ_３，Ｉ_３，Ｉ_２，Ｉ_１］
θ^Ｔ＝［−Ｔ_１，Ｋ・Ｔ_２，Ｋ，ｈ］
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で演算したパラメータ推定値θ(ｋ）の中からＴ_１、Ｋ・Ｔ_２、Ｋと、（数２１）式で演算したＩ_１〜Ｉ_２およびＶ_１〜Ｖ_２を（数２２）式に代入し、開路電圧△Ｖ_０’を演算する。

（数２２）式は電池モデル（数８式）を変形し、ローパスフィルタＧ_ＬＰＦ(ｓ）を両辺に乗じた式であるため、実際には開路電圧△Ｖ_０に対してローパスフィルタを施した値、つまりＧ_ＬＰＦ(ｓ)・△Ｖ_０である。しかしながら、開路電圧は変化が緩やかなので△Ｖ_０をＧ_ＬＰＦ(ｓ)・△Ｖ_０で代用することができる。
ただし、ここで求まるのは推定演算開始時からの開路電圧推定値の変化分△Ｖ_０(ｋ）であるため、後段のステップＳ１３０で初期値を加算する。

ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で演算した△Ｖ_０'(ｋ）に開路電圧初期値すなわち端子電圧初期値Ｖ_iniを加算して、開路電圧推定値Ｖ_０(ｋ）を下式から演算する。
Ｖ_０(ｋ）＝△Ｖ_０'(ｋ）十Ｖ_ini
ステップＳ１４０では、図５に示す開路電圧と充電率の相関マップを用いて、ステップＳ１３０で演算したＶ_０(ｋ）からＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ(ｋ）を演算する。なお、図５のＶ_ＬはＳＯＣ＝０％に、Ｖ_ＨはＳＯＣ＝１００％に相当する開路電圧である。

ステップＳ１５０では、ステップＳ５０で演算したＳＯＣ選択フラグがセットされている場合には電流積算ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｉ(ｋ）を、クリアされている場合にはＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ(ｋ）を最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）として選択する。

ステップＳ１６０では、ステップＳ１５０で演算した充電率ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）と電流Ｉ(ｋ）から総容量Ｑ_ｍａｘ(ｋ）を演算する。その方法としては、例えば、下記（数２３）式に示すように、電流Ｉ(ｋ）を充電率推定値ＳＯＣの時間微分値で除算して求めることが出来る。

ステップＳ１７０では、次回の演算に必要な数値を保存して、今回演算を終了する。

つぎに本発明の効果をシミュレーションにより説明する。
図６および図７は本発明の効果を示すためのシミュレーションの一例図であり、時間５［ｓｅｃ］の時点において電流を０から−１２０Ａ（放電）へステップ的に変化させたことにより、その６［ｓｅｃ］後の１１［ｓｅｃ］から内部抵抗Ｋが徐々に増加している場合の結果を示す図である。なお、図６は従来例の特性、図７は本発明の特性を示している。

従来例においては、図６に示すように、５［ｓｅｃ］から２５［ｓｅｃ］のあいだ電流が変化せずに、６［ｓｅｃ］後の１１［ｓｅｃ］から内部抵抗Ｋが増加している。この変化は、電流が変化していないため適応デジタルフィルタではそれを推定できず、その結果、ＡＤＦによるＳＯＣ推定値の誤差が大きくなってしまっている。

一方、図７に示した本発明においては、時間５４０［ｓｅｃ］において従来例と同様に電流を０から−１２０Ａ（放電）へステップ的に変化させ、その後、５４０［ｓｅｃ］から５６０［ｓｅｃ］のあいだ電流が変化せずに、６［ｓｅｃ］後の５４６［ｓｅｃ］から内部抵抗Ｋが増加している。しかし、５４０［ｓｅｃ］から所定時間ｔ_ｓ（切替条件時間ｔ_ｓ＝５［ｓｅｃ］に設定）後の５４５［ｓｅｃ］から出力されるＳＯＣ推定値が電流積算ＳＯＣ推定値に切り替えているため、適応デジタルフィルタで誤差が生じている間でも最終的に出力されるＳＯＣ推定値の誤差は小さくなっている。
また、切り替える時点における積分器の初期値を、それまで適応デジタルフィルタで推定した結果としているため、長時間積算することにより積分器に誤差が蓄積されることはなく、常に精度良く充電率ＳＯＣを推定することができている。

上記のように本発明においては、通常時は推定精度の良いＡＤＦ充電率推定値が用いられ、大電流でかつ一定値の放電が継続し、しばらくしてから内部抵抗が増加（または減少）したことにより、適応デジタルフィルタによるＡＤＦ充電率推定値に誤差が生じるような場合には、他の方法（例えば電流積算による充電率推定値）による充電率推定値が選択されるため、常に精度良くＳＯＣ（充電率）が推定できる。

また、リチウムイオン電池においては、放電電流が比較的小さい場合には、上記のような内部抵抗が急増する現象は発生しない。さらに電流値が小さいとノイズの割合（Ｓ／Ｎ比）が大きくなり、電流積算値から演算した第２充電率推定値の方がかえって誤差が大きくなる可能性がある。また、出来る限り充電率の切替え頻度を減らした方が、推定値の連続性が増加する。このような理由により、電流変化率もしくは変化幅が所定値以下であり、かつ電流（絶対値）が所定値αよりも大きい場合にのみ、第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合にはＡＤＦ充電率推定値を選択することで、推定精度を向上させることができる。

また、第１充電率推定手段から第２充電率推定手段へ切替える際には、切替え直前の第１充電率推定値を第２充電率推定手段の初期値として積算を開始するように構成した場合には、充電率の推定方法を切替えた時でも常に推定値が連続的に推移するという効果がある。更に、電源ＯＮ時や電流ゼロ時などに初期化する他の初期化方法と比較すると、第２充電率推定手段が電流積算を始める直前の最も推定誤差が小さいと思われる第１充電率推定値で初期化するため推定誤差が最も小さくなる。

また、ＡＤＦ演算における前処理フィルタと同様の遅れを有するローパスフィルタ処理を第２充電率推定値に施すように構成した場合には、第１充電率推定値と第２充電率推定値の位相差を低減することができるため、常に安定（伝達特性が一定）して充電率を推定することができる。

また、電流変化率もしくは変化幅が所定値β以下であり、かつ電池パラメータの変化が予想されるような条件にも関わらず、ＡＤＦで推定した電池パラメータ推定値が変化しない場合、または予想される傾向と逆方向に変化した場合には、第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合には第１充電率推定値を選択するように構成した場合には、ＡＤＦによる推定値が真値との偏差を生じているような場合に、第２充電率推定値が選択されるため、より充電率推定値の精度が向上する。

また、第１充電率推定値と第２充電率推定値とを切り替えるための判断に用いる所定時間ｔ_ｓを電流（絶対値）に応じて変化させるように設定する、つまり、電流の絶対値が大きくなるにつれて所定時間ｔ_ｓを小さくするように設定するように構成した場合には、大電流による放電といった電池パラメータの変化が予想されるような場合には速やかに第２充電率推定値に切り替わる。また、小電流時には入力信号のノイズの影響を受けやすい第２充電率推定値を選択する割合が減少するため、全体的に充電率推定値の精度を向上させることが出来る。

本発明の一実施例を機能ブロックで表した図。 実施例の具体的な構成を示すブロック図。 二次電池の等価回路モデルを示す図。 実施例における処理のフローチャート。 開路電圧と充電率の関係を示す特性図。 従来例における動作のシミュレーション結果を示す図。 本発明における動作のシミュレーション結果を示す図。

符号の説明

１…電流検出手段 ２…端子電圧検出手段
３…前処理フィルタ演算手段 ４…パラメータ推定演算手段
５…開路電圧演算手段 ６…第１充電率推定手段
７…第２充電率推定手段 ８…最終充電率推定値選択手段
１０…二次電池 ２０…負荷
３０…電子制御ユニット ４０…電流計
５０…電圧計

Claims (8)

1. 二次電池の電流と端子電圧をそれぞれ計測する手段と、
   前記計測した二次電池の電流と端子電圧とを入力し、適応デジタルフィルタを用いて前記電流と端子電圧の計測値から開路電圧を推定し、予め求めた開路電圧と充電率との関係に基づいて前記開路電圧推定値から第１充電率推定値を演算する第１充電率推定手段と、
   電流が一定状態で、かつ前記適応デジタルフィルタの電池パラメータが変化する状態でも充電率推定が可能な方法で第２充電率推定値を演算する第２充電率推定手段と、
   電流の変化率もしくは変化幅が所定時間連続して所定値以下の場合には前記第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合には前記第１充電率推定値を選択する充電率推定値選択手段と、
   を備えたことを特徴とする二次電池の充電率推定装置。
2. 前記第１充電率推定手段は、
   （数１）式に示す電池モデルに開路電圧と電流の関係が積分特性であると仮定することにより得られる（数２）式を代入し、さらに両辺にフィルタ処理を施すことにより得られる（数３）式のパラメータを適応デジタルフィルタを用いて一括推定するパラメータ推定手段と、
   前記（数２）式に前記と同様のフィルタ処理を施すことにより得られる（数４）式に基づいて、電流および端子電圧の計測値と前記パラメータ推定値から開路電圧推定値を演算する開路電圧演算手段と、
   予め求めた開路電圧と充電率との関係に基づいて、前記開路電圧推定値から第１充電率推定値を演算する充電率演算手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電率推定装置。
   

   

   

   

   

   Ａ(ｓ）、Ｂ(ｓ）：ｓの多項式、Ｉ：電流、Ｖ：端子電圧、Ｖ_０：開路電圧
   Ｇ_ＬＰＦ(ｓ）：ローパスフィルタの伝達特性（次数差はｎ＋１以上）
3. 前記第２充電率推定手段は、
   総容量推定値を用いて下記（数５）式に基づき電流を積算することにより第２充電率推定値を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電率推定装置。
   

   

   ただし、Ｑ_ｍａｘ：総容量、 ＳＯＣ_ｉ'(ｋ）：第２充電率推定値の今回演算値、
   ＳＯＣ_ｉ'(ｋ−１）：第２充電率推定値の前回演算値
4. 前記第２充電率推定手段は、
   前記充電率推定値選択手段が第１充電率推定値から第２充電率推定値へ切替える際には、切り替え直前の第１充電率推定値を初期値として電流値の積算を開始することを特徴とする請求項３に記載の二次電池の充電率推定装置。
5. 前記第２充電率推定手段は、
   前記第２充電率推定値に、前記第１充電率推定手段における前記フィルタ処理と同様の遅れを有するフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の二次電池の充電率推定装置。
6. 前記充電率推定値選択手段は、
   電流の変化率もしくは変化幅が所定時間連続して第１の所定値以下であり、かつ電流の絶対値が第２の所定値以上の場合には前記第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合には前記第１充電率推定値を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の二次電池の充電率推定装置。
7. 前記充電率推定値選択手段は、電流変化率もしくは変化幅が所定値以下で、かつ電池パラメータの変化が予想されるような条件にも関わらず、適応デジタルフィルタで推定した電池パラメータ推定値が変化しない場合、または予想される傾向と逆方向に変化した場合には、前記第２充電率推定値を選択し、それ以外の場合には前記第１充電率推定値を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の二次電池の充電率推定装置。
8. 前記充電率推定値選択手段は、第１充電率推定値と第２充電率推定値とを切り替えるための判断に用いる電流の変化率もしくは変化幅が連続している所定時間を、電流の絶対値が大きくなるにつれて短い値にすることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の二次電池の充電率推定装置。

Images