JP2007033112A

JP2007033112A - 二次電池の充電率推定装置

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Publication number: JP2007033112A
Application number: JP2005213906A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ashizawa; 裕之芦沢; Hisaaki Asai; 央章浅井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: JP4923462B2

Abstract

【課題】適応デジタルフィルタを用いた推定方法と他の推定方法とを切り替えて使用する場合に、切替時でも推定誤差を低減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より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、電流の変化率または変化幅が所定時間連続して所定値未満の場合に第２充電率推定値を選択し、電流の変化率または変化幅が所定値以上変化し、かつ適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下の場合に第１充電推定率に切り替え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の変化および推定誤差に応じて切替えて用いる。
【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。

特開２００４−１７８８４８号公報

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。したがって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があった。そのため、適応デジタルフィルタを用いる方法が適用困難な場合には、他の推定方法（例えば電流を積算することによる充電率推定方法）と適応デジタルフィルタを用いた推定方法とを併用し、状況に応じて切り替えて使用することが考えられる。
しかし、上記のように適応デジタルフィルタを用いた推定方法と他の推定方法とを切り替えて使用する場合、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して内部抵抗が増大している期間は他の方法で充電率を推定し、その後、電流が変化したことを検知した際に直ちに適応デジタルフィルタを用いた推定方法に切り替えてしまうと、未だ適応デジタルフィルタのパラメータ推定値が真値に追従する前に切替が行われるおそれがあり、そのような場合にはパラメータ推定値が真値に追従するまでの間、充電率を誤推定してしまう、という問題があった。
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、適応デジタルフィルタを用いた推定方法と他の推定方法とを切り替えて使用する場合に、両方法の切替時においても充電率の推定誤差を低減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未満の場合には前記第２充電率推定値を選択し、電流の変化率もしくは変化幅が前記所定値以上変化し、かつ、前記適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下となった場合には前記第１充電推定率に切り替え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の変化および適応デジタルフィルタの推定誤差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、電流を積算（後記数２０式参照）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、かつ、第２充電率推定値から第１充電率推定値へ切り替える際には、電流の変化率もしくは変化幅が前記所定値以上変化し、かつ、前記適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下となった場合に切り替えるように構成しているので、切替時の充電率推定誤差を減少させ、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およびパラメータ推定演算手段の推定誤差に応じて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８）式で示される。

（数８）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８）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８）式を変形すると（数９）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１０）式で書ける。

（数１０）式を（数９）式に代入すれば（数１１）式になり、整理すれば（数１２）式になる。

安定なローパスフィルタＧ_ＬＰＦ(ｓ)を（数１２）式の両辺に乗じて、整理すれば（数１３）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８）式と等しくなり、前記（数３）式は（数１３）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６）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１４）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１４）式を用いて（数１３）式を書き直せば（数１５）式になる。

更に変形すれば（数１６）式になる。

（数１６）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１７）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１７）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１８）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１９）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２０）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２１）式、（数２２）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２３）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１８）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２３）式で演算したＩ_１〜Ｉ_２およびＶ_１〜Ｖ_２を（数２４）式に代入し、開路電圧△Ｖ_０’を演算する。

（数２４）式は電池モデル（数１０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で算出した△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）を下式から算出する。
Ｖ_０(ｋ）＝△Ｖ_０’(ｋ）＋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で算出したＶ_０(ｋ）からＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ(ｋ）を算出する。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、電流Ｉと、パラメータ推定演算手段４からの推定誤差ｅと、ステップＳ５０で算出したＳＯＣ選択フラグと、ステップＳ９０で算出した電流積算ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｉ(ｋ）と、ステップＳ１４０で算出したＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ(ｋ）から切り替え時における最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）を演算する。なお、詳細な演算方法については後述する。

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２５）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。

つぎに最終ＳＯＣ推定値の演算方法の詳細について説明する。
図６は最終ＳＯＣ推定値の演算方法を示すフローチャートである。
図６において、まず、ステップＳ１５０１では、選択フラグｆ_ＳＯＣＳＷがセットされているか否かを判定する。そしてクリアされている場合にはステップＳ１５０２へ、セットされている場合にはステップＳ１５１１へ進む。

ステップＳ１５０２では、後述するＳＯＣ切替終了フラグがセットされいているか否かを判定する。クリアされている場合にはステップＳ１５０３へ、セットされている場合にはステップＳ１５１０へ進む。

ステップＳ１５０３では、前述した電流変化率（または変化幅）が所定値β以上か否かを判定（制御周期Ｔ_０毎に変化したか否かを判定）する。電流変化率（または変化幅）が所定値以上の場合にはステップＳ１５０４へ、未満の場合にはステップＳ１５０５へ進む。

ステップＳ１５０４では、上記ステップＳ１５０３で判定した電流が所定値以上変化した場合の回数をカウントする。実際には図示しないカウンタＣＮＴ_１をカウントアップ（変化した回数を積算）する。

ステップＳ１５０５では、パラメータ推定演算手段（適応デジタルフィルタ）の推定誤差ｅによる第１切替係数Ｋsocsw_eを演算する。実際には、まず、ステップＳ１００で算出したＩ_１〜Ｉ_３およびＶ_１〜Ｖ_３と、ステップＳ１１０で算出した電池パラメータ推定値から、（数２６）式に基づいて推定誤差ｅ(ｋ）を算出する。

そして、算出した推定誤差ｅ(ｋ）から、例えば図７（Ａ）示すマップを用いて第１切替係数Ｋsocsw_eを演算する。ただし、Ｋsocsw_e_maxはＫsocsw_eの上限値である。

なお、推定誤差ｅが所定値以上の場合にＫsocsw_e＝Ｋsocsw_e_max、所定値以下の場合にＫsocsw_e＝０としても良い。つまり推定誤差ｅが所定値以上か否かによって第１切替係数Ｋsocsw_eを上限値と０の２値に切り替えてもよい。この場合には、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未満の場合には第２充電率推定値を選択し、電流の変化率もしくは変化幅が前記所定値以上変化し、かつ、適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下となった場合には第１充電推定率に切り替えられることになる。

ステップＳ１５０６では、ステップＳ１５０４で演算したカウンタＣＮＴ_１から第２切替係数Ｋsocsw_icを演算する。つまり、図７（Ｂ）に示すマップに基づいて電流変化回数に対応した第２切替係数Ｋsocsw_icを求める。ただし、Ｋsocsw_ic_maxはＫsocsw_icの上限値である。

ステップＳ１５０７では、上記のようにして求めた第１切替係数Ｋsocsw_e、第２切替係数Ｋsocsw_ic、ＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ、電流積算ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｉおよびあらかじめ設定したＫsocsw_e_max、Ｋsocsw_ic_maxに応じて、（数２９）式を用いて切り替え時における最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）を演算する。

なお、（数２９）式は、第１切替係数と第２切替係数の両方による判断によって出力を切り替える場合であるが、それぞれ一方のみの判断に応じて切り替えるように構成してもよい。すなわち、第１切替係数のみを用いる場合は（数２７）式、第２切替係数のみを用いる場合は（数２８）式に示すようになる。

ただし、
Ｋsocsw_e：第１切替係数
Ｋsocsw_e_max：第１切替係数の上限値
ＳＯＣ_ａ：第１充電率推定値
ＳＯＣ_ｉ：第２充電率推定値
ＳＯＣ：最終充電率推定値

ただし、
Ｋsocsw_ic：第２切替係数
Ｋsocsw_ic_max：第２切替係数の上限値

ただし、
Ｋsocsw＝Ｋsocsw_ic＋Ｋsocsw_e
Ｋsocsw_max＝Ｋsocsw_ic_max＋Ｋsocsw_e_max
ステップＳ１５０８では、ＳＯＣ切替終了フラグをセットするか否かを判定する。つまり各切替係数Ｋsocsw_e、Ｋsocsw_icがいずれも十分小さくなった場合にはステップＳ１５０９へ進んでＳＯＣ切替終了フラグをセットし、それ以外の場合には今回の演算を終了する。

ステップＳ１５０９では、切替終了フラグをセットして今回の演算を終了する。
ステップＳ１５１０では、ＡＤＦＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ａ(ｋ）を最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）として出力し、今回の演算を終了する。
ステップＳ１５１１では、電流積算ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｉ(ｋ）を最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）として出力する。
ステップＳ１５１２では、ＳＯＣ切替終了フラグならびに前記カウンタＣＮＴ_１をクリアし、今回の演算を終了する。
なお、上記の説明では、第１切替係数と第２切替係数の両方による判断によって出力を切り替える場合を主として説明したが、前記（数２７）式、（数２８）式に示したように、それぞれ一方のみの判断に応じて切り替えるように構成してもよい。

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８〜図１１は本発明の効果を示すシミュレーションの一例を示す図であり、図８は電流値が変化した場合に直ちに電流積算ＳＯＣ推定値からＡＤＦＳＯＣ推定値に切り替えるように構成した場合、図９〜図１１は本発明の結果を示している。

図８〜図１０においては、いずれも時間５［ｓｅｃ］で電流を０から−１２０Ａ（放電開始）に、時間２５［ｓｅｃ］で−１２０から０［Ａ］（放電終了）にステップ的に変化させた場合の結果であり、放電電流が比較的大きいため、時間１１［ｓｅｃ］から徐々に内部抵抗値が増大している。

また、図１１は時間５［ｓｅｃ］で電流を０から−１２０Ａ（放電開始）にステップ的に変化させ、時間２５［ｓｅｃ］から段階的に放電から充電（電流値が正値）へと移行した場合を示している。

図８に示すように、放電終了時において放電中に増加した内部抵抗が未だ適応デジタルフィルタで推定できず誤差が大きくなっているにも関わらず、電流変化が所定値以上変化しているために、電流積算ＳＯＣ推定値からＡＤＦＳＯＣ推定値に切り替えた場合には、最終推定値の誤差が大きくなっている。

これに対して、電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化し、かつ、適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下となった場合にＡＤＦＳＯＣ推定値に切り替えるように構成した場合は、図９に示すように、ＳＯＣ選択フラグは放電終了時に切り替わっているものの、その時点の推定誤差ｅは依然として大きいため、すぐにはＡＤＦＳＯＣ推定値に切り替わらない。そして、推定誤差ｅが所定値以下となった時点でＡＤＦＳＯＣ推定値に移行しているため、図８の例と比較して切り替わり時のＳＯＣの推定誤差が小さくなっている。

また、前記（数２７）式に基づいて最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）を演算した場合には、図１０に示すように、推定誤差ｅが小さくなるにつれて徐々にＡＤＦＳＯＣ推定値に移行しているため、切り替わり時にＳＯＣ推定値が不連続になること防止することができている。

また、前記（数２９）式に基づいて最終ＳＯＣ推定値ＳＯＣ_ｅｓｔ(ｋ）を演算した場合には、図１１に示すように、推定誤差ｅと電流変化回数（カウント値）に応じて徐々にＡＤＦＳＯＣ推定値に移行しているため、内部抵抗値がまだ精度良く推定できていないにも関わらず推定誤差ｅが小さくなっているような場合（例えば時間２５〜３５［ｓｅｃ］の範囲）では、まだ完全にはＡＤＦＳＯＣ推定値に移行しない。そのため、このように推定誤差ｅと実際のパラメータ推定値の誤差が一致しない場合でもＳＯＣ推定値を精度良く推定できている。

以上説明したように、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未満の場合には第２充電率推定値（電流積算ＳＯＣ推定値）を選択し、電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化し、かつ、適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下となった場合には第１充電推定率（ＡＤＦＳＯＣ推定値）に切り替えるように構成した場合には、比較的大電流（一定）での放電が継続している間、第２充電率推定値（電流積算ＳＯＣ推定値）が最終推定値となり、その後は適応フィルタの推定誤差ｅが所定値以下となった場合、つまり第１充電率推定値（ＡＤＦＳＯＣ推定値）の推定誤差が小さくなってから切り替えることになるので、切替時の充電率推定誤差を小さくすることができる。

また、図７（Ａ）に示すようなマップに基づいて第１切替係数を求めるように構成した場合には、最終充電率推定値は、推定誤差が比較的大きい場合には第２充電率推定値の割合が多く、また推定誤差が比較的小さい場合には第１充電率推定値（ＡＤＦＳＯＣ推定値）の割合が多くなる。したがって、最終充電率推定値は、切替時に急変することなく常に精度良く充電率を推定できる。

また、適応デジタルフィルタでパラメータを推定する場合、個々のパラメータが真値に追従していなくても適応デジタルフィルタの推定誤差が小さくなることがある。一方、電流に変化が生じると、適応デジタルフィルタによる推定値はより真値へと追従する。したがって、電流が変化した回数を演算し、そのカウント数が所定値以上になった場合に第１充電率推定値（ＡＤＦＳＯＣ推定値）を最終充電率推定値とすることで、切替時に精度良く充電率を推定できる。

また、（数２８）式を用いて最終充電率推定値を演算するように構成した場合は、電流変化回数のカウント数が増加するに伴い徐々に第１充電率推定値（ＡＤＦＳＯＣ推定値）に移行するので、充電率推定値が切替時に急変することなく常に精度良く充電率を推定することができる。

また、（数２９）式を用いて最終充電率推定値を演算するように構成した場合は、電流変化回数のカウント数が増加し、かつ適応デジタルフィルタの推定誤差が減少した場合にのみ第１充電率推定値（ＡＤＦＳＯＣ推定値）の割合が多くなる。したがって切替時にさらに精度良く充電率を推定できる。

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。最終ＳＯＣ推定値の演算方法を示すフローチャート。第１切替係数と第２切替係数を求めるためのマップであり、（Ａ）は推定誤差ｅから第１切替係数Ｋsocsw_eを求めるためのマップ、（Ｂ）は電流変化回数から第２切替係数Ｋsocsw_icを求めるためのマップ。先行技術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その１。本発明における動作のシミュレーション結果を示す図その２。本発明における動作のシミュレーション結果を示す図その３。

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

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未満の場合には前記第２充電率推定値を選択し、電流の変化率もしくは変化幅が前記所定値以上変化し、かつ、前記適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下となった場合には前記第１充電推定率に切り替え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。
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）
前記第２充電率推定手段は、
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。
前記充電率推定値選択手段は、
前記充電率推定値選択手段が前記第２充電率推定値から前記第１充電率推定値へ切替える際には、（数５）式に基づいて充電率推定値を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の二次電池の充電率推定装置。

ただし、
Ｋsocsw_e：第１切替係数
Ｋsocsw_e_max：第１切替係数の上限値
ＳＯＣ_ａ：第１充電率推定値
ＳＯＣ_ｉ：第２充電率推定値
ＳＯＣ：最終充電率推定値
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、
所定時間以内に電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化した回数を演算し、前記所定時間以内に電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化しない場合には前記第２充電率推定値を選択し、前記所定時間以内に電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化した場合には変化した回数を積算し、積算した回数が所定回数以上となった場合には前記第１充電推定率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。
前記充電率推定値選択手段は、
前記充電率推定値選択手段が前記第２充電率推定値から前記第１充電率推定値へ切替える際には、（数６）式に基づいて充電率推定値を演算することを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電率推定装置。

ただし、
Ｋsocsw_ic：第２切替係数
Ｋsocsw_ic_max：第２切替係数の上限値
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未満の場合には前記第２充電率推定値を選択し、前記所定時間以内に電流の変化率もしくは変化幅が前記所定値以上変化し、かつ、前記適応デジタルフィルタの推定誤差が所定値以下で、かつ前記所定時間以内に電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化した回数の積算回数が所定回数以上となった場合には前記第１充電推定率に切り替え、また、前記適応デジタルフィルタの推定誤差から第１切替係数を求め、前記所定時間以内の電流の変化率もしくは変化幅が所定値以上変化した回数の積算回数から第２切替係数を求め、前記第２充電率推定値から前記第１充電率推定値へ切り替える際には、（数７）式に基づいて充電率推定値を演算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。

ただし、
Ｋsocsw＝Ｋsocsw_ic＋Ｋsocsw_e
Ｋsocsw_max=Ｋsocsw_ic_max+Ｋsocsw_e_max
Ｋsocsw_e：第１切替係数
Ｋsocsw_e_max：第１切替係数の上限値
Ｋsocsw_ic：第２切替係数
Ｋsocsw_ic_max：第２切替係数の上限値
ＳＯＣ_ａ：第１充電率推定値
ＳＯＣ_ｉ：第２充電率推定値
ＳＯＣ：最終充電率推定値