JP2010055785A - 電池モジュールの充電状態推定方法およびこれを利用した車両の走行可能距離推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再現性の高い放電開始時の第１電流ピークに基づいて測定した電池の内部抵抗値を利用することにより、容易かつ高精度に電池の充電状態を推定する方法、および車両の走行可能距離を推定する方法を提供する。
【解決手段】複数の単位電池を電気的に接続してなる電池積層体および温度測定装置を備える電池モジュールの、実際の使用条件における放電開始時と同等の模擬的放電条件によって、前記電池積層体の、電流−電圧特性における第１電流ピークから算出する内部抵抗および電池温度と、充電状態との相関特性を予め用意しておき、当該電池モジュールの放電開始時の、前記電池積層体の電流−電圧特性における第１電流ピークから算出した内部抵抗測定値および温度測定装置により測定した電池温度を、前記相関特性と比較して充電状態を推定し、かつ、この充電状態推定値を利用して車両の走行可能距離を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池モジュールの充電状態、特には所定の条件で運転される電車のような車両に搭載される大型の二次電池モジュールの充電状態を、電池の内部抵抗に基づいて推定する方法、および、この内部抵抗推定値を利用して当該車両の走行距離を推定する方法に関する。

従来、主として携帯機器用の電源として使用する充放電可能な種々の二次電池が提案されてきた。さらには、近年、環境への配慮から、自動車や電車などの車両に充放電可能な二次電池を搭載したものが開発されている。車両に二次電池を搭載した場合には、ブレーキ時に生じる回生電力をこの搭載電池に蓄えておき、車両の動力源として使用することができるので、車両のエネルギー効率を高めることができる。このように車両に搭載する二次電池としては、エネルギー密度、負荷変動追従性、耐久性、製造コストなどの諸条件から、例えばニッケル水素二次電池が適しているとされる（特許文献１）。

このような車両、特に、所定の区間を走行する電車のような車両に電池を搭載する場合には、走行区間の途中で停止することのないよう、電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、つまり電池の残容量を正確に推定する必要がある。

従来、二次電池のＳＯＣを推定する方法として、充放電時の電流値を積算し、この積算値に基づいて推定する技術が知られている（特許文献２）。しかしながら、この方法では、長期間運用すると電流値の検出誤差が蓄積されて、ＳＯＣの推定精度が次第に低下していくという問題がある。

また、ＳＯＣを推定する別の方法として、電池電圧とＳＯＣの相関関係に基づいて推定する技術も知られている。しかしながら、特にニッケル水素二次電池では、ＳＯＣに対する電圧変化が小さい領域が存在し、ＳＯＣを精度よく推定することが困難である。この傾向は、電車のような車両に搭載される電池で一般に使用されるＳＯＣの中間領域（例えば２０〜８０％程度）において特に顕著である。

さらには、放電時の電流−電圧特性から算出した電池の内部抵抗値と、ＳＯＣとの相関特性を予め用意しておき、電池使用時に測定した内部抵抗値を相関特性と比較することによってＳＯＣを推定することも提案されている（特許文献３）。しかしながら、実際の電池の使用条件において、内部抵抗値は電池の履歴に大きく影響される。これは、電池の内部抵抗測定値には抵抗成分として反応過電圧、拡散過電圧、およびオーム損などが含まれるが、電池の履歴によって反応律速過程が変化すること、また、電池反応とは関係のないキャパシタ成分も含まれていることによるものと考えられる。したがって、通常、実際の使用における多様な放電パターンに対して精度の高いＳＯＣ推定を行おうとすれば、予め用意すべき相関特性のデータ量が膨大になり、推定するためのシステムも複雑化するという課題があった。

特開２００１−１１０３８１号公報 特開２００５−２６９８２４号公報 特許第３７５２８８８号公報

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、電池の履歴の影響を排除するべく、再現性の高い放電開始時の第１電流ピークに基づいて測定した電池の内部抵抗値を利用することにより、容易かつ高精度に電池の充電状態を推定する方法、および、当該推定方法を利用した高精度な車両の走行可能距離推定方法を提供することである。

前記した目的を達成するために、本発明に係る電池モジュールの充電状態推定方法は、複数の単位電池を電気的に接続してなる電池積層体および該電池積層体の電池温度を測定する温度測定装置を備える電池モジュールの充電状態を推定する方法であって、前記電池モジュールの実際の使用条件における放電開始時と同等の模擬的放電条件によって、前記電池積層体の、電流−電圧特性における第１電流ピークから算出する内部抵抗および電池温度と、充電状態との相関特性を予め用意しておき、当該電池モジュールの放電開始時の、前記電池積層体の電流−電圧特性における第１電流ピークから算出した内部抵抗測定値および前記温度測定装置によって測定した電池温度測定値を、前記相関特性と比較して充電状態を算出する。なお、本明細書において、単に「内部抵抗」という場合には、直流内部抵抗を意味する。

この構成によれば、電池モジュールの放電開始直後の第１電流ピークに基づいて算出した内部抵抗測定値を予め用意した相関特性と比較することにより充電状態を推定する。これにより、電池の履歴の影響が可及的に排除された、再現性の高い状態において電池モジュールの内部抵抗の算出が行われるので、精度の高いＳＯＣ推定を効率的に行うことができる。

本発明に係る充電状態推定方法において、前記電池モジュールは、例えば、所定の経路を走行する車両に使用される電池モジュールである。このような用途で使用される電池モジュールは放電開始時以降の放電パターンがほぼ一定であるので、上記の第１電流ピークを利用したＳＯＣの推定を行うことによって、より高い精度で充電状態を推定することができる。ここに所定の経路とは、例えば、鉄道車両のために予め敷設されたレール等の軌道上を意味するが、これに限られず、車両が走行する道順、勾配、曲線、発進・停止位置、移動距離等が予め定められているものであればよい。したがって、所定の経路を走行する車両とは、鉄道車両のほかに、例えば、バスや、空港等に設置される乗客輸送用車両であってもよい。このような車両の例としては、トロリーバスやピープルムーバーなどがある。

上記のように、当該充電状態推定方法を、所定の経路を走行する車両に使用する電池モジュールに適用する場合、特に前記車両が電車である場合には、前記相関特性を、電車の加速時のノッチ毎に用意しておいてもよい。電車の実際の走行における加速時の第１電流ピークの立ち上がりにおける放電特性、特に電流変化率は、加速時に投入するノッチの段数によってほぼ決定されるので、相関特性をノッチ毎に測定して用意しておくことにより、少量のデータ取得によって効率的に、精度の高い充電状態推定を行うことができる。

また、本発明に係る車両の走行可能距離推定方法は、充電状態推定方法を含む、前記電池モジュールを搭載した車両の走行可能距離推定方法であって、前記電池積層体の充電状態の推定値と、前記所定の経路の経路情報とに基づいて走行可能距離を算出する。このように構成することにより、精度の高い充電状態推定値および一定の放電パターンを有する経路情報を利用して、容易にかつ高精度に車両の走行可能距離を推定することができる。この場合において、さらに、車両に搭載されている機器の消費電力情報に基づいて当該車両の走行可能距離を算出すれば、一層高い精度で走行可能距離の推定を行うことができる。

また、上記の車両の走行距離推定方法において、前記所定の経路が、複数の停止地点と走行区間とからなる場合、各停止地点において、強制的に前記模擬的放電条件で放電することにより前記充電状態の推定値を算出することができる。このように構成すれば、各停止地点において、次の停止地点まで到達可能か否かを判断することができるので、車両の安全な運行が可能となる。

以上のように、本発明に係る電池モジュールの充電状態推定方法およびこの推定方法を利用した車両の走行可能距離推定方法によれば、再現性の高い放電開始時の第１電流ピークに基づいて測定した電池の内部抵抗値を利用して、容易かつ高精度に電池の充電状態を推定することができるとともに、当該推定方法を利用して高精度に車両の走行可能距離を推定することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る充電状態推定方法を実行するためのＳＯＣ推定システムおよび電池モジュールの概略構成を示す図である。本実施形態に係る電池モジュールＢは、電池積層体１および温度測定装置３を主要な構成要素としている。一方、ＳＯＣ推定システムＳＥは、電池モジュールＢで測定されたパラメータを基に電池モジュールＢの内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段５およびＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段７を主要な構成要素としている。

図２は、本実施形態に係る電池モジュールＢを示す部分破断側面図である。この電池モジュールＢは、例えば、所定の経路を走行する電車のような車両に搭載されてその動力源として使用される。電池モジュールＢの電池積層体１は、大型の角形二次電池である単位電池Ｃを、単位電池Ｃの厚み方向に複数個（本実施形態では３０個）積層し、さらに、単位電池Ｃ間に放熱板１３を介在させて構成されている。また、電池モジュールＢは、電池積層体１の電圧および電流をそれぞれ測定する電圧計１５および電流計１７を有している。

なお、本実施形態における単位電池Ｃは、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とする、繰り返し充放電が可能なニッケル水素二次電池として構成している。また、単位電池Ｃは、厚み方向の一端面に正極端子３３が形成され、他端面に負極端子３５が形成されている構造を有している。

電池モジュールＢの電池積層体１においては、図２に示すように、隣接する単位電池Ｃの間に介在して、放熱板１３が積層されている。単位電池Ｃは、隣接する単位電池Ｃの一方の正極集電体３３と、他方の負極集電体３５とが互いに対向する方向に積層されており、さらに、２つの単位電池Ｃに１つの割合で、放熱板１３が介在している。放熱板１３は、これら２つの単位電池Ｃを電気的に接続するべく、電気導電性を有する物質、例えば、ニッケルメッキを施したアルミニウム素材で形成されている。

図３（ａ）に示すように、放熱板１３は、電池積層体１の積層方向Ｘに直交する方向に延びる直線状の貫通孔として形成された、冷却用の空気を通すための複数の通風孔１３ａを有している。なお、図示しないが、電池モジュールＢには、冷却用の送風装置である電動ファンが設置されており、この電動ファンから放熱板１３の通風孔１３ａに冷却空気が送られる。

さらに、電池積層体１の積層方向Ｘの中央付近に配置される放熱板１３の複数の通風孔１３ａの一つに、本実施形態における温度測定装置３である熱電対の温度検知部３ａを配置している。熱電対の温度検知部３ａは、通風孔１３ａをほぼ塞ぐような状態で、通風孔１３ａの上下方向（貫通方向）のほぼ中央に配置される。なお、図３（ｂ）に示すように、放熱板１３の複数の通風孔１３ａの１つの孔を、その下側開口をパテなどで塞いで温度検知穴１３ｂとして形成し、この温度検知穴１３ｂ内の底部付近に、温度検知部３ａを配置してもよい。また、電池温度を精度よくかつ遅れなく検出するために、通風孔１３ａまたは温度検知穴１３ｂに、例えば、バネのような弾性部材を充填して、温度検知部３ａが放熱板１３に強く接触するようにしてもよい。なお、本実施形態においては、温度検知部３ａの取り付けの便宜を考慮して、温度検知部３ａを、放熱板１３の幅方向中央から外側にずれた位置の通風孔１３ａに配置しているが、放熱板１３の幅方向中央付近に位置する通風孔１３ａに配置してもよい。

次に、本発明の一実施形態に係るＳＯＣ推定方法について説明する。このＳＯＣ推定方法は、上記で説明した図１の電池モジュールＢのＳＯＣを推定する方法であって、電池モジュールＢの実際の使用条件における放電開始時と同等の模擬的放電条件によって、電池積層体１の、電流−電圧特性における第１電流ピークから算出する内部抵抗ｒおよび電池温度ｔと、充電状態との相関特性Ｓｔ（ｒ）を予め用意しておき、電池モジュールＢの放電開始時の電流−電圧特性における第１電流ピークから算出した内部抵抗測定値ｒ_ｉおよび電池温度測定値ｔ_ｉを、相関特性Ｓｔ（ｒ）と比較して充電状態を算出するものであり、図４のフロー図に示すように、主に以下のステップ（１）〜（６）で構成されている。
（１）準備段階として、実験などによって、電池モジュールＢの使用環境に応じた充電条件における、電池積層体１（図１）の内部抵抗ｒおよび電池温度ｔと充電状態との相関特性Ｓｔ（ｒ）を用意するステップ。
（２）電池温度測定装置３によって、電池積層体１の電池温度を測定し、温度測定値ｔ_ｉをＳＯＣ算出手段７へ出力するステップ。
（３）電圧計１５および電流計１７によって、電池積層体１の電圧値および電流値をそれぞれ測定し、電圧測定値Ｖ_ｉおよび電流測定値Ｉ_ｉを内部抵抗算出手段５へ出力するステップ。
（４）内部抵抗算出手段５によって、充電時の電池積層体１の内部抵抗を算出し、内部抵抗測定値ｒ_ｉとしてＳＯＣ算出手段７へ出力するステップ。
（５）ＳＯＣ算出手段７において、温度測定値ｔ_ｉおよび内部抵抗測定値ｒ_ｉを、予め用意された内部抵抗および電池温度と充電状態との相関特性Ｓｔ（ｒ）と比較して、電池モジュールＢのＳＯＣ推定値Ｅｓを算出するステップ。
（６）ＳＯＣ算出手段７で算出されたＳＯＣ推定値ＥｓをＳＯＣ表示手段４１、または後述の走行可能距離算出手段７１へ出力するステップ。

上記（１）〜（６）の各ステップについて、以下に具体的に説明する。

本実施形態におけるステップ（１）では、実験により相関特性Ｓｔ（ｒ）を求める。相関特性Ｓｔ（ｒ）は、電池モジュールＢの、実際の使用における放電条件や環境温度を考慮して、その条件の範囲で行うことが好ましい。特に、本実施形態では、電車の走行における放電開始時の放電パターンを模擬した、電車の加速時のノッチに応じた複数の放電条件によって、ＳＯＣ３０〜９０％の範囲で相関特性Ｓｔ（ｒ）を異なる温度ｔ_１〜ｔ_３ごとに求める実験を行った。

本実施形態に係る電池モジュールＢが搭載される電車の走行時の放電パターンの一例を、図５に模式的に示す。図５において縦軸は放電電流値を、横軸は走行時間を示している。また、縦軸が示す電流値における正の値（＋）は放電における電流値であることを示し、負の値（−）は走行中のブレーキ作動による回生充電による電流値であることを示している。

この図５に示すように、走行開始時には、大きな加速の必要な力行領域Ｌ１において、大電流での放電が行われる。電車が十分に加速した後は、ほとんど電力を要しない走行を行う惰行領域Ｍに移行し、減速のためにブレーキを作動させる減速領域Ｎでは回生充電電流が流れ、電池モジュールＢの充電が行われる。その後さらに惰行領域Ｍに移行し、必要に応じて、加速が行われる力行領域Ｌ２に移行して再び放電が行われる。

本実施形態においては、力行領域Ｌ１，Ｌ２における、放電開始時の最初の放電電流ピークである第１電流ピークＰ１部分を模擬した放電パターンを用いて、電池積層体１の内部抵抗ｒとＳＯＣの相関特性Ｓｔ（ｒ）を用意し、実際の走行における第１電流ピークにおける電流−電圧特性から算出した内部抵抗測定値ｒ_ｉとの比較によってＳＯＣ推定値Ｅｓを算出する。通常、電池の内部抵抗値は、同一のＳＯＣに対応するものであっても、電池の履歴によって値が異なる。したがって、放電状態が一定時間継続した後の、力行領域Ｌ１における電流ピークＰｎを用いて精度の高いＳＯＣ推定を行おうとすれば、準備すべき相関特性Ｓｔ（ｒ）の量が膨大となり、算出処理するためのシステムも複雑化する。しかしながら、放電開始直後や、惰行後の加速による第１電流ピークＰ１は、電池履歴による影響が小さく、実験において再現を取り易いので、これを用いることにより精度の高いＳＯＣ推定を容易に行うことができる。

本実施形態において、内部抵抗ｒの測定は、一般的に知られている、電流−電圧特性を測定することにより行っている。すなわち、図６（ａ）に示すように、所定の異なる充電状態にある電池モジュールＢについて、それぞれ何点かの異なる電流値に対して電池電圧の値をプロットし、得られる直線の傾きから内部抵抗ｒを求める。

次に、図６（ｂ）に示すように、上記のような測定を異なる温度ごと（本実施形態ではｔ_１〜ｔ_３）に行って、各温度に対する相関特性Ｓｔ_１（ｒ）〜Ｓｔ_３（ｒ）を求める。さらに、上述のように、このようにして求める相関特性Ｓｔ（ｒ）を、電車の実際の走行で使用される加速時のノッチ毎に用意する。

なお、相関特性Ｓｔ（ｒ）を用意する際に、上記のようにノッチ毎にデータを取得するのに加えて、または代えて、下記の過程ｉ）〜ｖ）のいずれかを単独でまたは組み合わせて取り入れることにより、一層高い精度でのＳＯＣ推定が可能となる。
ｉ） 第１電流ピークの立ち上がりにおける電流変化率毎に区分けした相関特性の測定を行う（例えば、１０Ａ／ｓ、２０Ａ／ｓ、５０Ａ／ｓ…）。なお、各ノッチに対する電流変化率はほぼ一定であるので、上述のようにノッチ毎に相関特性Ｓｔ（ｒ）を測定することによっても、電流変化率による区分けが可能である。
ｉｉ） 電車の加速時間毎に区分けした相関特性の測定を行う（例えば、５秒以上、１０秒以上…）。
ｉｉｉ） 第１電流ピークにおけるピーク電流値毎に区分けした相関特性の測定を行う（例えば、１００Ａ、２００Ａ、…）。
ｉｖ） 放電が開始されるまでの放電停止時間毎に区分けした相関特性の測定を行う（例えば、２０秒以上、３０秒以上、…）。放電停止時間には、電車が停止している時間のみならず、惰行運転によって放電が停止されている時間も含む。
ｖ） 図６（ａ）の電流−電圧特性から内部抵抗ｒを算出する際に同時に求められる開放電圧Ｅ毎に区分けして相関特性Ｓｔ（ｒ）を用意する。

さらには、実際の走行時に得られた相関特性Ｓｔ（ｒ）を上記のように区分してデータベースのデータを順次補充していくことにより、ＳＯＣ推定の精度を一層向上させることができる。

なお、この実験におけるＳＯＣの測定は、例えば、充電電流値を計測し、これを積算することにより求めることができる。また、相関特性Ｓｔ（ｒ）は、テーブル状のマップとして求めてもよく、各測定値から近似的に導き出した数式として求めてもよい。このようにして求めた相関特性Ｓｔ（ｒ）は、ＳＯＣ算出手段７内の図示しない記憶手段に記憶される。

次に、本実施形態に係るステップ（２）では、放電開始時点における図１の電池積層体１の電池温度を測定し、その測定値ｔ_ｉをＳＯＣ算出手段７へ出力する。また、ステップ（３）では、電圧計１５および電流計１７でそれぞれ測定した電池積層体１の電圧測定値Ｖ_ｉおよび電流測定値Ｉ_ｉを内部抵抗算出手段５に出力する。

ステップ（４）では、内部抵抗算出手段５が、電圧測定値Ｖ_ｉおよび電流測定値Ｉ_ｉに基づいて電池積層体１の内部抵抗測定値ｒ_ｉを算出し、ＳＯＣ算出手段７に出力する。

次のステップ（５）では、ＳＯＣ算出手段７が、温度測定値ｔ_ｉおよび内部抵抗測定値ｒ_ｉを、上記ステップ（１）で用意した相関特性Ｓｔ（ｒ）と比較することによって、ＳＯＣの推定値Ｅｓを算出する。このステップ（５）におけるＳＯＣ推定値Ｅｓの算出手法の最も簡単な例としては、ＳＯＣ算出手段７は、まず、温度ごとに用意された複数の相関特性Ｓｔ（ｒ）（本実施形態ではＳｔ_１（ｒ）〜Ｓｔ_３（ｒ））から、温度測定値ｔ_ｉに最も近い、例えば温度ｔ_２に対応する相関特性Ｓｔ_２（ｒ）を選択し、次に、この相関特性Ｓｔ_２（ｒ）を利用して、現在の内部抵抗測定値ｒ_ｉに対応するＳｔ_２（ｒ_ｉ）をＳＯＣ推定値Ｅｓとして算出する。

ＳＯＣ算出手段７におけるＳＯＣ推定値Ｅｓの算出方法としては、ＳＯＣ推定値Ｅｓに要求される精度とＳＯＣ算出手段７に許容されるプログラムサイズやコストとのバランスを考慮して、上記で説明したほかにも一般的に用いられている種々の手法を採用することができる。例えば、相関特性として用意したうちで温度測定値ｔ_ｉに最も近い温度ｔ_２と、温度測定値ｔ_ｉとの差が所定の範囲±Δｔ_２である場合には、相関特性としてこのＳｔ_２（ｒ_ｉ）を用いてＳＯＣ推定値Ｅｓを算出し、最も近い温度ｔ_２と、温度測定値ｔ_ｉとの差が所定の範囲±Δｔ_２を超える場合には、温度測定値ｔ_ｉの直近の上下２つの温度ｔ_２とｔ_３に対応する各相関特性から求めたＳｔ_２（ｒ_ｉ）とＳｔ_３（ｒ_ｉ）との平均値をＳＯＣ推定値Ｅｓとして算出してもよい。また、最も近い温度に対応する相関特性を選択する代わりに、近傍の温度に対応する２つの相関特性から、線形近似により内挿もしくは外挿補間して求めてもよい。さらには、ステップ（１）において用意する相関特性を、実験で得られた実測値から、内部抵抗測定値ｒ_ｉおよび温度測定値ｔ_ｉの関数Ｓ（ｔ，ｒ）として用意しておいてもよい。

なお、図１に示すＳＯＣ算出手段７としては、上記で説明した方法を実行できる装置であれば特に限定されることなく使用することが可能であり、例えば、ＣＰＵおよびメモリ等を備えたマイクロコンピュータによって構成することができる。

最後に、ステップ（６）において、ＳＯＣ推定値ＥｓをＳＯＣ表示手段４１に出力する。ＳＯＣ表示手段４１は、ＳＯＣを単にパーセントで表示するものであってもよく、他の表示形式、例えば、数段階に分けたランプを点灯させて表示するものであってもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る車両の走行距離推定方法について説明する。本実施形態に係る走行距離推定方法は、上記で説明した充電状態推定方法によって得られた充電状態推定値Ｅｓを利用して、車両の走行可能距離を推定するものであって、図４のフロー図に示した充電方法を構成するステップ（１）〜（６）に、後述のステップ（７）、（８）を追加したものである。また、この走行可能距離推定方法を実行する走行可能距離推定システムＤＥは、図７に示すように、充電状態推定システムＳＥに、経路情報記憶手段５１、消費電力情報記憶手段５３、走行可能距離算出手段５５、および走行可能距離表示手段５７を追加したものである。

経路情報記憶手段５１には、電池モジュールＢが搭載される車両が走行する経路に関する情報、特には、電池モジュールＢの放電パターンに影響を与える、走行距離、傾斜、カーブ、停止地点（例えば電車の駅など）などに関する情報が記憶されている。また、消費電力情報記憶手段５３には、車両に搭載されている電気機器、例えば、照明装置や空調装置などの消費電力に関する情報が記憶されている。

走行可能距離算出手段５５は、ＳＯＣ算出手段７から入力されたＳＯＣ推定値Ｅｓ、経路情報記憶手段５１から読み出した経路情報Ｒ、および消費電力情報記憶手段５３から読み出した消費電力情報Ｗに基づいて、車両の走行可能距離を算出する（ステップ（７））。この走行可能距離推定値Ｅｄに基づいて、走行可能距離表示手段５７が走行可能距離を表示するが（ステップ（８））、表示の形式は、単に走行可能距離として表示してもよく、あるいは、到達可能な停止地点として表示してもよく、さらには、次の停止地点まで到達不可能と判断した場合に警告を表示してもよい。

特に、車両の走行経路が、電車の走路と駅のように、複数の停止地点と走行区間とからなる場合、各停止地点において、強制的に第１電流ピークＰ１の模擬的な放電条件で放電することによりＳＯＣ推定値Ｅｓを算出して、走行可能距離推定値Ｅｄを得るようにしてもよい。

上記実施形態に係る電池モジュールＢの充電状態推定方法、およびこの充電状態推定方法を利用した走行可能距離推定方法によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態に係る電池モジュールＢの充電状態推定方法では、電池積層体１の放電開始時における第１電流ピークＰ１を模擬した放電パターンから算出する内部抵抗ｒ、および電池温度ｔと、充電状態との相関特性Ｓｔ（ｒ）を予め用意しておき、電池モジュールＢの放電開始時の、電池積層体１の第１電流ピークＰ１から算出した内部抵抗測定値ｒ_ｉおよび温度測定装置３によって測定した電池温度測定値ｔ_ｉを、相関特性Ｓｔ（ｒ）と比較して充電状態を算出する。したがって、電池の履歴の影響が可及的に排除された、再現性の高い状態において電池積層体１の内部抵抗の算出が行われるので、精度の高いＳＯＣ推定を容易に行うことができる。

特に、電池モジュールＢが、所定の経路を走行する車両に使用される電池モジュールである場合には、放電開始時以降の放電パターンがほぼ一定であるので、より高い精度で充電状態を推定することができる。

特に、車両が電車である場合には、相関特性Ｓｔ（ｒ）を、電車の加速時のノッチ毎に用意しておくことが好ましい。電車の実際の走行における加速時の第１電流ピークの立ち上がりにおける電流変化率のような放電特性は、加速時に投入するノッチによってほぼ決定されるので、相関特性Ｓｔ（ｒ）をノッチ毎に測定して用意しておけば、少量のデータ取得によって効率的に、精度の高い充電状態推定を行うことができる。

また、本実施形態に係る車両の走行可能距離推定方法は、上記の充電状態推定方法を利用し、さらに所定の経路の経路情報Ｒおよび車両に搭載されている機器の消費電力情報Ｗに基づいて走行可能距離を算出するので、容易にかつ高精度に車両の走行可能距離を推定することができる。なお、車両の種類や使用環境などによって、車両に搭載される機器の消費電力が、車両を駆動するのに要する電力に比較して、走行可能距離への影響が無視できる程度に小さい場合には、消費電力情報Ｗを省略してもよい。

さらには、電池モジュールＢが搭載される車両が走行する所定の経路が、複数の停止地点と走行区間とからなる場合には、強制的に第１電流ピークＰ１の模擬的な放電条件で放電することによりＳＯＣ推定値Ｅｓを算出して走行可能距離推定値Ｅｄを得るようにすることで、次の停止地点まで到達可能か否かを判断することができるので、車両の安全な運行が可能となる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施形態に係るＳＯＣ推定システムおよび電池モジュールの概略構成図である。 図１の電池モジュールを示す部分破断側面図である。 図１の電池モジュールに使用される放熱板を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る充電状態推定方法および走行可能距離推定方法を示すフロー図である。 本実施形態に係る充電状態推定方法を適用する車両の走行パターンの例を模式的に示すパターン図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る充電状態推定方法における内部抵抗測定の原理を示す電流−電圧特性図であり、（ｂ）は同充電状態推定方法に使用する相関特性の例を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る走行可能距離推定システムおよび電池モジュールの概略構成図である。

符号の説明

１ 電池積層体
３ 電池温度測定装置
５ 内部抵抗算出手段
７ ＳＯＣ算出手段
Ｃ 単位電池
Ｂ 電池モジュール
Ｐ１ 第１電流ピーク
Ｓｔ（ｒ） 相関特性

Claims (6)

1. 複数の単位電池を電気的に接続してなる電池積層体および該電池積層体の電池温度を測定する温度測定装置を備える電池モジュールの充電状態を推定する方法であって、
   前記電池モジュールの実際の使用条件における放電開始時と同等の模擬的放電条件によって、前記電池積層体の、電流−電圧特性における第１電流ピークから算出する内部抵抗および電池温度と、充電状態との相関特性を予め用意しておき、
   当該電池モジュールの放電開始時の、前記電池積層体の電流−電圧特性における第１電流ピークから算出した内部抵抗測定値および前記温度測定装置によって測定した電池温度測定値を、前記相関特性と比較して充電状態を算出する電池モジュールの充電状態推定方法。
2. 請求項１において、前記電池モジュールは、所定の経路を走行する車両に使用される電池モジュールである電池モジュールの充電状態推定方法。
3. 請求項２において、前記車両が電車であって、前記相関特性を、電車の加速時のノッチ毎に用意しておくことを含む電池モジュールの充電状態推定方法。
4. 請求項３に記載の充電状態推定方法を含む、前記電池モジュールを搭載した車両の走行可能距離推定方法であって、前記電池積層体の充電状態の推定値と、前記所定の経路の経路情報とに基づいて走行可能距離を算出する車両の走行可能距離推定方法。
5. 請求項４において、さらに、車両に搭載されている機器の消費電力情報に基づいて当該車両の走行可能距離を算出する車両の走行可能距離推定方法。
6. 請求項４または５において、前記所定の経路が、複数の停止地点と走行区間とからなり、各停止地点において、強制的に前記模擬的放電条件で放電することにより前記充電状態の推定値を算出する車両の走行可能距離推定方法。

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