JP2013083497A - 充電率推定装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリの充電率(SOC)の推定誤差を少なく抑えることができる充電率推定装置を提供する。
【解決手段】 バッテリの充電率推定装置は、充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出する電流積算法充電率算出手段３と、充放電電流および端子電圧とから推定したバッテリの開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出する開放電圧推定法充電率算出手段４と、電流積算法充電率の変化量と開放電圧推定法充電率の変化量との差に応じて重みを計算する重み付け計算手段５と、開放電圧推定法充電率と重みとを用いて加重平均処理をして開放電圧推定法加重平均充電率を得る加重平均処理手段７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車等に用いるバッテリの充電率を推定するバッテリの充電率推定装置に関する。

たとえば、電気自動車やハイブリッド電気自動車などでは、これらの車両を駆動する電気モータへ電力を供給したり、制動時のエネルギを発電機として機能させる電気モータから、あるいは地上に設置した電源から、充電して電気エネルギを蓄積したりするため、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）が用いられる。

この場合、長期にわたってバッテリを最適な状態に保つためには、バッテリの状態、とりわけ充電率（SOC: State of Charge）を常にモニタして、バッテリ・マネージメントを行う必要がある。
従来の充電率検出方法としては、バッテリの電圧や電流などの出入りを時系列データですべて記録し、これらのデータを用いて電流を時間積分して現時点での電荷量を求め、バッテリに充電された電荷の初期値と満充電容量を用いて充電率を求める電流積算法（クーロン・カウント法あるいは逐次状態記録法ともいう）や、バッテリの入力電流値と端子電圧値を入力し、バッテリ等価回路モデルを用いてモデルの状態量である開放電圧値を逐次推定し、この開放電圧値から充電率を推定する開放電圧推定法が知られている。

上記各方法には一長一短があり、前者の電流積算法は、短時間での充電率の推定にあっては、開放電圧値を用いて充電率を推測する後者の開放電圧推定法より精度が高いものの、常時観測が必要である上、時間が経つにつれ誤差が集積されて精度が悪くなっていく。これに対し、後者の開放電圧推定法では、常時観測は必要ないものの、充電率の変化に対する開放電圧の変動が小さいため、短時間における充電量の変動量を推定するには、前者の電流積算法に劣っている。
そこで、これらの方法で得られた充電率の推定誤差を小さくするように上記電流積算法で得られた充電率（SOC_i）と上記開放電圧推定法で得られた充電率（SOC_V）との両方の充電率を用いて、充電率の推定精度を向上させようとする装置・方法が従来から知られている。

このような従来のバッテリの充電率推定装置の一つとしては、バッテリの電流、電圧および温度を測定して電流データ、電圧データおよび温度データを得るバッテリ情報獲得部と、電流データを積算して充電率（SOC_i）を算出する電流積算部と、電流データ、電圧データおよびバッテリを、電気回路を通じて簡単に表現した等価回路モデルを用いて起電力（OCV）を算出する起電力算出部と、算出した起電力(OCV)と温度データを用いて充電率（SOC_V）を推定するSOC_V推定部と、一定時間区間でバッテリ電流状態を判断し、SOC_iおよびSOC_Vの少なくとも一つを用いてバッテリの充電率（SOC）を設定するSOC設定部と、を備えたバッテリ管理システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
ここで、上記SOC設定部では、一定時間区間を２０秒から６０秒とし、上記時間区間でバッテリ電流状態が低電流状態であると、充電率（SOC_ｖ）をバッテリの充電率（SOC）に設定し、その他の場合には充電率（SOC_i）をバッテリの充電率（SOC）に設定するようにしている。

特表２０１１−５１５６５１号公報

しかしながら、上記従来のバッテリ管理システムでは、起電力（OCV：開放電圧）推定において、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）に起因して推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれてしまうことがあるといった問題が生じる。
また、バッテリ電流状態が低電流状態にならない状態が長時間続くと、電流積算法による充電率（SOC_i）が長時間継続され、この結果、積算誤差が累積されていき、推定値と正しい値との誤差が大きくなってしまうといった問題も生じる。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、バッテリの充電率(SOC)の推定誤差を少なく抑えることができるようにした充電率推定装置およびその方法を提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の第１発明によるバッテリの充電率推定装置は、
バッテリの充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
前記バッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出する電流積算法充電率算出手段と、
前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流および前記端子電圧検出手段で検出した端子電圧とから前記バッテリの開放電圧を推定し、該開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出する開放電圧推定法充電率算出手段と、
前記電流積算法充電率算出手段で求めた電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求めるとともに前記開放電圧推定法充電率算出手段で求めた開放電圧推定法充電率から開放電圧推定法充電率変化量を求め、前記電流積算法充電率変化量と前記開放電圧推定法充電率変化量の差に応じて重みを計算する重み付け計算手段と、
前記開放電圧推定法充電率算出手段で求めた開放電圧推定法充電率と前記重み付け計算手段で得た重みとを用いて前記開放電圧推定法充電率の前後時間での値につき加重平均処理を行って開放電圧推定法加重平均充電率を求める加重平均処理手段と、
を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置は、
請求項１に記載の発明において、
前記重み付け計算手段で得られた重みを、所定範囲内に収めるように前記重みを制限する上下重み制限手段を備え、
前記加重平均処理手段は、前記上下重み制限手段で制限された重みを用いて前記加重平均処理を行う、
ことを特徴とする。

また、請求項３に記載のバッテリの充電率推定装置は、
請求項１または請求項２に記載の発明において、
電流積算法充電率および開放電圧推定法充電率からこれら間の誤差を推定し、電流積算法充電率および開放電圧推定法充電率の一方から誤差を減算した値を補正充電率として重み付け計算手段および加重平均処理手段へ入力する誤差補正手段を有し、
加重平均処理手段は、この加重平均処理手段で用いる開放電圧推定法充電率として補正充電率を用いてバッテリの充電率を算出する、
ことを特徴とする。

また、請求項４に記載のバッテリの充電率推定方法は、
充放電電流検出手段で検出したバッテリの充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出し、
前記充放電電流および端子電圧検出手段で検出した端子電圧とから前記バッテリの開放電圧を推定して、該開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出し、
前記電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求めるとともに前記開放電圧推定法充電率から開放電圧推定法充電率変化量を求め、前記電流積算法充電率変化量と前記開放電圧推定法充電率変化量の差に応じて重みを計算し、
前記開放電圧推定法充電率と前記重みとを用いて前記開放電圧推定法充電率の前後時間での値につき加重平均処理を行って開放電圧推定法加重平均充電率を求める、
ことを特徴とする。

請求項１に記載の第１発明によるバッテリの充電率推定装置にあっては、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）により、推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。これにより、バッテリの充電率の推定誤差を少なく抑えることができる。

請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置にあっては、加重平均処理で用いる重みを所定範囲内に収めるように制限したので、過度な重みを付与する心配がなく、また最低限の重み付けを確保できるので、バッテリの安定した充電率の推定が可能となる。

請求項３に記載のバッテリの充電率推定装置にあっては、加重平均処理手段で用いる開放電圧推定法充電率に誤差補正手段で補正した補正充電率を用いるようにしたので、バッテリの充電率をより精度よく推定することができるようになる。

請求項４に記載のバッテリの充電率推定方法にあっては、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）により、推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。これにより、バッテリの充電率の推定誤差を少なく抑えることができる。

本発明の実施例１に係る充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示した実施例１の充電率推定装置の開放推定部で用いるバッテリ・モデル回路を示す図である。 実施例１の充電率推定装置において、充電率推定のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例２に係る充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る充電率推定装置の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

まず、本発明の実施例１に係る充電率推定装置の全体構成を説明する。
この実施例１の充電率推定装置は、電気自動車に積載され、この電気モータ等へ電力を供給するバッテリの充電率（SOC: State of Charge）を推定するものである。
図１に示すように、バッテリＢＴに接続された充電率推定装置は、充放電電流検出部１と、端子電圧検出部２と、電流積算法充電率推定部３と、開放電圧推定法充電率推定部４と、重み付け計算部５と、上下重み制限部６と、加重平均処理部７と、を有する。

バッテリＢＴは、リチャージャブル・バッテリであり、本実施例にあっては、たとえばリチウム・イオン・バッテリを用いるが、これに限られることはなく、ニッケル・水素バッテリ等、他の種類のバッテリを用いてもよいことは言うまでもない。

充放電電流検出部１は、バッテリＢＴから図示しない電気モータ等へ電力を供給する場合の放電電流の大きさ、および制動時に電気モータを発電機として機能させて制動エネルギの一部を回収したり、あるいは地上の電源設備から充電したりする場合の充電電流の大きさを検出するもので、たとえば、シャント抵抗等を使ってバッテリＢＴに流れる充放電電流値ｉを検出する。検出した充放電電流値ｉは、入力信号として電流積算法充電率推定部３と開放電圧推定法充電率推定部４との双方へ入力される。
なお、電流検出部１は、上記構成に限られず種々の構造・形式を有するものを適宜採用でき、本発明の充放電電流検出手段に相当する。

端子電圧検出部２は、バッテリＢＴの端子間の電圧を検出するものであり、ここで検出した端子電圧値ｖは開放電圧推定法充電率推定部４へ入力される。
なお、端子電圧検出部２は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用でき、本発明の端子電圧検出手段に相当する。

電流積算法充電率推定部３は、積分器３１と、開放電圧−充電率算出部３２と、満充電容量算出部３３と、容量比演算部３４と、を有している。なお、電流積算法充電率算出部３は、本発明の電流積算法充電率算出手段に相当する。

積分器３１には、充放電電流検出部１で検出された充放電電流値ｉが入力されて、この充放電電流値ｉを時間積算して電流積算値（充放電された電荷容量に等しい）を算出することにより、バッテリＢＴに充放電された電荷量を求める。なお、この積分にあたって、積分器３１が、初期容量値として、後述の開放電圧値−充電率関係データ算出部３２で求めた値（初期充電率SOC_O）にバッテリＢＴの満充電電荷量FCCを掛けることで初期充電容量ｕ_０を算出する。次いで、積分器３１が、この初期充電容量ｕ_０に電流積算値を加算していくことで、バッテリＢＴに蓄えられた電荷量（残存容量）ｕ_１を算出し、この残存容量ｕ_１を容量比演算部３４へ出力する。

開放電圧値−充電率算出部３２は、あらかじめ実験で得た開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係データをルックアップ・テーブルとして記憶しており、端子電圧検出部２で充放電開始直前に検出された電圧値ｖに略等しい開放電圧値OCVが入力され、この開放電圧値OCVに相当する充電率SOCをルックアップ・テーブルから算出し、これを初期充電率SOC_Oとして積分器３１へ入力する。

一方、満充電容量算出部３３は、満充電容量FCCの初期値である設計容量DCが記憶されており、バッテリＢＴの健全度ＳＯＨ(State of Health)が入力されて設計容量DCと掛け合わされてそのときのバッテリＢＴの満充電容量ｕ_２が得られる。この満充電容量ｕ_２は、容量比演算器３４へ出力される。なお、健全度ＳＯＨの時間的変化は穏やかであるので、車両電源の前回ＯＦＦ時に記憶した値、あるいは今回車両電源をＯＮした際、算出した値のいずれを用いてもよい。

容量比演算器３４は、積分器３４から入力された電流積算値（＝残存容量）ｕ_１を、満充電容量算出部３３から入力されたｕ_２で除算することで電流積算法充電率SOC_Cを得、この電流積算法充電率SOC_Cを重み付け計算部５へ出力する。

一方、開放電圧推定法充電率推定部４は、減算器４１と、過電圧算出部４２と、開放推定部４３と、開放電圧値−充電率算出部４４とを有する。なお、開放電圧推定法充電率推定部４は、本発明の開放電圧推定法充電率算出手段に相当する。

減算器４１には、端子電圧部２で検出した端子電圧ｖと過電圧算出部４２で算出した過電圧ｖ₁とが入力され、端子電圧ｖから過電圧ｖ₁を減算して得た開放電圧OCV（OCV＝ｖ−ｖ₁）を開放電圧値−充電率算出部４４に出力する。

過電圧算出部４２には、充放電検出部１で検出した充放電電流ｉと後述の開放推定部４３で推定した抵抗値Ｒが入力され、充放電電流ｉと抵抗値Ｒとが掛け合わされて過電圧ｖ_１（＝ｉ×Ｒ）が得られる。この過電圧ｖ_１は、減算器４１へ出力される。

開放推定部４３では、図２に示すバッテリ等価回路モデルに基づき、バッテリＢＴの抵抗Ｒを、たとえばカルマン・フィルタなどの適応フィルタを用いて推定する。

すなわち、バッテリ等価回路モデルは、本実施例では同図に示すように、フォスタ型ＲＣ梯子回路（ただし１次の並列回路のみ）を用いる。すなわち、この回路は、バッテリＢＴの電解液抵抗と結線によるオーム抵抗等の直流成分を設定するバルク抵抗（Ｒ_０）に、抵抗（Ｒ_１：ファラデー・インピーダンスでありバッテリＢＴ中の電荷移動過程における動的振る舞いを表す反応抵抗として設定）とコンデンサ（Ｃ_１：非ファラデー・インピーダンスであり電気二重層を表わすものとして設定）の並列回路を接続したものである。また、同図中には、開放電圧を表わすコンデンサＣ_ＯＣＶの開放電圧値をOCV、端子電圧値をｖで、また上記並列回路で発生する過電圧値をｖ_１でそれぞれ表示してある。端子電圧ｖは、上述したように、開放電圧値OCVと過電圧値ｖ_１との合計に等しくなる。抵抗Ｒは、バルク抵抗Ｒ_０とファラデー・インピーダンスＲ_１とを合算した値となる。

開放電圧値−充電率算出部４４は、電流積算法充電率推定部３の開放電圧値−充電率算出部３２と同様に、あらかじめ実験で得た開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係データをルックアップ・テーブルとして記憶しており、減算器４１で得られた開放電圧値OCVが入力されて、この開放電圧値OCVに相当する充電率SOC_Ｖを上記ルックアップ・テーブルから算出し、重み付け計算部５と加重平均処理部６に出力する。

重み付け計算部５は、第１微分器５１と、第２微分器５２と、減算器５３と、乗算器５４と、を有する。なお、重み付け計算部５は、本発明の重み付け計算手段に相応する。

第１微分器５１は、電流積算法充電率算出部３の容量比演算部３４で得られた電流積算法充電率SOC_Cが入力され、これをｚ変換により離散化して微分(差分)することで、電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cを得る。すなわち、この電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cは、電流積算法充電率SOC_Cの変化量（レート）を表すもので、この値は減算器５３に出力される。

第２微分器５２は、開放電圧推定法充電率算出部４の開放電圧−充電率算出部４４で得られた開放電圧推定法充電率SOC_Vが入力され、これをｚ変換により離散化して微分(差分)することで、開放電圧推定法充電率微分値ΔSOC_Vを得る。この値は、減算器５３に出力される。

減算器５３は、電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cから開放電圧推定法充電率微分値ΔSOC_Vを減算して、この値を乗算器５４へ出力する。

乗算器５４は、減算器５３から入力された減算値にゲインAWを掛けて重みWを上下重み制限部６に出力する。ゲインAWは、本実施例にあっては、たとえば3000000に設定する。

上下重み制限部６は、重みの大きさの上限値および下限値が所定値を超えないようにするものである。なお、上下重み制限部６は、本発明の上下重み制限手段に相当する。

上下重み制限部６では、重みWの上限値は過度な重みを付与しないようにするため、また下限値は最低限の重みを確保するための大きさであって、本実施例では、たとえば上限値を3000、下限値を100とし、Wが100＜W＜3000の範囲内の値をとるようにする。すなわち、重みWが上限値以上の場合には上限値と等しくし、下限値以下の場合には下限値と等しくし、上限値と下限値の間にある場合には、そのままの値となるようにする。このようにして制限された重みW*は、加重平均処理部７に出力される。

加重平均処理部７は、開放電圧推定法充電率算出部４の開放電圧−充電率算出部４４から入力された開放電圧推定法充電率SOC_Vと、上下重み制限部６から入力された制限重みW*とに基づき、開放電圧推定法充電率SOC_Vの現在値とその１つ前の値との加重平均を計算する。
すなわち、この加重平均は次式に基づき計算する。
（SOC_V[k]＋（｜W*|−１）・SOC_V[ｋ−１]）／｜W*|
ここで、｜｜は絶対値、ｋは開放電圧推定法充電率SOC_Vｒのデータのうちｋ番目を、またｋ−１はその一つ前を意味する。
このように加重平均処理を行った開放電圧推定法充電率SOC_Vは、開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveとして加重平均処理部７から出力される。
なお、加重平均処理部７は、本発明の加重平均処理手段に相当する。

次に、以上のように構成した実施例１のバッテリＢＴの充電率推定装置の作用につき説明する。

まず、車両のイグニッション・キーを回してバッテリＢＴからの放電を可能にすると、充放電電流検出部１がバッテリＢＴの充放電電流ｉを検出して電流積算法充電率算出部３の積分器３１および開放電圧推定法充電率算出部４の過電圧算出部４２へとそれぞれ出力する。
また、これと同時に、端子電圧検出部２がバッテリＢＴの端子電圧ｖを検出し、電流積算法充電率算出部３の開放電圧−充電率算出部３２および開放電圧推定法充電率算出部４の減算器４１へとそれぞれ出力される。

電流積算法充電率算出部３では、放電開始当初に端子電圧検出部２で検出した端子電圧ｖがほぼ開放電圧OCVに近いことから、その検出値に基づいて開放電圧−充電率算出部３２で初期充電率SOC_Oを得、この初期充電率SOC_Oに記憶してあった満充電容量FCCを掛けて初期充電容量SOC₀を算出し、これを積分器３１へ出力し、ここで実行する積分の初期値とする。積分器３１では、充放電電流検出部１から入力されてくる充放電電流ｉを時間積分して上記初期値に加算していくことで、バッテリＢＴのそのときどきの残存容量ｕ_１を算出する。

一方、満充電容量算出部３３では、健全度ＳＯＨとあらかじめ記憶しておいた設計容量DCとを掛け合わせて、そのときの満充電容量ｕ₂を算出する。
容量比演算部３４では、積分器３１で得られた残存容量ｕ_１を満充電容量算出部３３で得られた満充電容量ｕ_２で除算することで、電流積算法充電率SOC_Ｃを算出し、この値を重み計算部５の大１微分器５１へと出力する。

重み付け計算部５では、第１微分器５１が電流積算法充電率算定部３の容量比演算部３４で得られた電流積算法充電率SOC_Ｃをｚ変換して離散化し、微分によりその変化量を求める一方、第２微分器５２が開放電圧推定法充電率算出部４の開放電圧−充電率算出部４４で得られた開放電圧推定法充電率SOC_Vをｚ変換して離散化し、微分によりその変化量を求める。これらの変化量は減算器５３に入力されて、ここで前者から後者が減算され、この減算値は乗算器５４にてゲインAWが掛けられて重みWが得られる。
この重みWは、上下重み制限部６へ入力されて、ここで上限値と下限値との範囲内の値となるように制限されて制限された重みW*として、加重平均処理部７に出力される。

加重平均処理部７では、開放電圧推定法充電率算出部４の開放電圧−充電率算出部４４で得られた開放電圧推定法充電率SOC_Vと、上下重み制限部６で得られた制限された重みW*とを用いて、式（SOC_V[k]＋（｜W*|−１）・SOC_V[ｋ−１]）／｜W*|を用いて開放電圧推定法充電率SOC_Vの現在値とその一つ前の値との加重平均値を算出し、開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveを出力する。この開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveは、バッテリＢＴの充電率SOCと見なされる。

なお、上記式から分かるように、この加重平均処理にあっては、電流積算法充電率SOC_Cの変化量である電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cと開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量である開放電圧推定法充電率微分値ΔSOC_Vとの差（充電率変化量の乖離）が大きくなると前回（ｋ−１番目）の値の重み付けを大きくし、その差が小さいと前回の値の重み付けを小さくするようにしている。

充電率推定装置は、電流積算法充電率算出部３で得られた電流積算法充電率SOC_Cと、加重平均処理部７で得られた開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveとを、公知の方法にて、状況に応じて使い分け、あるいは組み合わせて（いわゆるセンサフュージョン技術）、バッテリＢＴの充電率SOCを推定する。

図３に、実施例１のバッテリの充電率推定装置を用いて充電率を推定したシミュレーション結果を示す。

同図において、最上段には、充放電の電流値ｉの感度（ゲイン＝0.9）に誤差を与えた場合の電流値ｉを示し、中段には、上記電流値ｉを与えた際の各充電率、すなわち充電率SOCの真値を実線で、電流積算法充電率SOC_Cを２点鎖線で、開放電圧推定法充電率SOC_Vを１点鎖線で、また開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveを点線で示し、最下段には、これら各充電率と真値との推定誤差（絶対値）を示す。なお、開始から200秒は、電流積算法にて充電率を算出している。

同図のシミュレーション結果から、推定開始から1.2×10^４秒付近までの時間は開放電圧推定法充電率SOC_Vの推定誤差が、大きくかつ安定しないが、開放電圧推定法制限充電率SOC_ｖｒ、すなわちバッテリＢＴの充電率SOCの推定誤差は、小さく安定しており、推定誤差のずれが抑えられていることが分かる。

以上の説明から分かるように、実施例１のバッテリの充電率推定装置は、以下の効果を有する。

すなわち、実施例１のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算法充電率算出部３で算出した電流積算法充電率SOC_Cの変化量（電流積算法充電率微分値ΔSOC_C）と開放電圧推定法充電率算出部４で算出した開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量（開放電圧推定法充電率微分値ΔSOC_V）との差に応じた重みWを決定し、この重みWを用いて開放電圧推定法充電率SOC_Vの今回の値とこの前回の値との加重平均を取り、開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveを算出するようにした。

これにより、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）に起因して開放電圧推定法充電率SOC_Vの推定が大きくずれるような場合にあっても、短時間の充電率SOC変動量の推定では電流積算法の方が開放電圧推定法より原理的に優れていることから、重み付け計算部５で電流積算法充電率SOC_Cの変化量と開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量との差の大小に応じて重みWを決め、加重平均処理部７で誤差集積が少なく常時観測データが不要な開放電圧推定法による開放電圧推定法充電率SOC_Vを加重平均処理して、上記差が大きく、このため充電率の推定が大きくずれるような場合には重みWを大きくして前回の開放電圧推定法充電率SOC_Vの重み付けが大きくなるようにした。

この結果、加重平均処理をした開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveの値は、大きくずれることが抑制される。したがって、上記のような場合にあっても、推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれてしまうのを防いで、充電率の推定誤差を小さく抑えることができる。

また、重み付け計算部５で計算した重みWを上下重み制限部６にて、その上限値および下限値を制限して得た重みW＊が所定範囲内に収まる（重みWが上限値を越す場合には上限値に、下限値を下回る場合には下限値に、上限値と下限値との間にある場合にはそのままの値となる）ように処理して加重平均処理部７での加重平均処理に使用するようにした。

したがって、加重平均処理部７での加重平均処理にあたって、過度な重みを付与することがなく、かつ最低限の重みを確保することができるようになり、安定した充電率の推定が可能となる。

次に、本発明の実施例２に係るバッテリの充電率推定装置を添付の図面に基づき説明する。
なお、本実施例の説明にあたっては、実施例２の構成のうち、実施例１と実質的の同じものについては実施例１と同じ番号を付してそれらの説明は省略し、相違点につき説明する。

実施例２の充電率推定装置を、図４に示す。本実施例にあっては、実施例１と以下の点が異なる。
すなわち、電流積算法充電率算出部３が電流積算法分散算出部３５を有し、開放電圧推定法充電率推定部４が開放電圧推定法分散算出部４５を有し、さらに誤差補正部８が新たに追加されている点である。

電流積算法分散算出部３５は、あらかじめ得られている充放電電流検出部１の検出精度に関する情報に基づき、再帰的行列演算を行い、電流積算法分散Q_ｉを求め、誤差補正部８へ出力する。
同様に、あらかじめ得ている充放電電流検出部１と端子電圧検出部２の検出精度に関する情報に基づき、開放電圧の分散P_OCVを算出し、この値の基づき開放電圧推定法充電率SOC_ｖの分散（開放電圧推定法分散：P_SOCV＝Q_ｖ）を算出し、これを誤差推定部８へ出力する。

誤差補正部８は、第１減算器８１と、誤差推定部８２と、第２減算器８３と、を備えており、電流積算法充電率SOC_Ｃの誤差ｎ_ｉを算出して、電流積算法充電率算出部３で算出した電流積算法充電率SOC_Ｃから推定誤差ｎ_ｉを除去した補正充電率SOC_ＣＶを得るものである。なお、誤差補正部８は、本発明の充電率補正手段に相当する。

第１減算器８１は、開放電圧推定法充電率推定部４から入力された開放電圧推定法充電率SOC_ｖから電流積算法充電率算出部３１から入力された電流積算法充電率SOC_Ｃを減算し、この減算値ｙを誤差推定部８２へ出力する。

誤差推定部８２は、電流積算法充電率算出部３の電流積算法分散算出部３５から入力された電流積算法分散Q_ｉと、開放電圧推定法推定部４から入力された開放電圧推定法分散Q_ｖと、第１減算器８１から入力された減算値ｙと、に基づき、カルマン・フィルタを用いて電流積算法充電率SOC_Ｃの推定誤差ｎ_ｉを推定し、第２減算器８３へ出力する。

誤差補正部８でのカルマン・フィルタは、誤差モデルで推定した誤差を、第１減算器８１で算出した減算値ｙと比較し、両者に差があればこの差にカルマン・ゲインを掛けてフィードバックし、誤差が最小となるように誤差モデルを修正していく。これを逐次繰り返して、真の充電率推定誤差を推定する。
なお、この詳細については、上記同様、本出願人による特願２０１１−００７８７４号に説明してある。

第２減算器８３では、電流積算法充電率算出部３から得た電流積算法充電率SOC_Ｃから誤差推定部８２で得た誤差ｎ_ｉを減算して補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを得、重み付け計算部５と加重平均処理部７へ出力する。なお、補正電流積算法充電率SOC_ＣＶは、本発明の補正充電率に相当する。

加重平均処理部７では、誤差補正部８から入力されたSOC_ＣＶと上下重み制限部６から入力された制限された重みｗ＊とに基づき、次式から開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveを求める。この開放電圧推定法加重平均充電率SOC_aveは、バッテリＢＴの充電率SOCと見なされる。
（SOC_ＣＶ[k]＋（｜W*|−１）・SOC_ＣＶ[ｋ−１]）／｜W*|
その他の構成は、実施例１と同様である。

上記のように構成された実施例２のバッテリＢＴの充電率推定装置にあっては、実施例１の効果に加え、下記の効果を有する。
すなわち、実施例２のバッテリＢＴの充電率推定装置では、誤差補正部８にて、開放電圧推定法充電率SOC_ｖおよび電流積算法充電率SOC_ｃを用いて補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを求め、変化量制限処理部６に入力するようにしたので、その分、バッテリＢＴの充電率SOCの推定精度を上げることが可能となる。

以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明はこの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、電流積算法充電率算出部３での初期値の求め方や、開放電圧推定法充電率算出部４での開放電圧の求め方は、上記実施例と異なるようにしてもよい。

また、重み付け計算部５の乗算器５４で用いるゲインAWの大きさや、上下重み制限部６で用いる上限値および下限値は、充電率推定装置の特性や設計目標等に応じて適宜設定することができる。

また、実施例２では、誤差補正部８で電流積算法充電率SOC_ｃおよび開放電圧推定法充電率を用いて誤差を推定して補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを求め、重み付け計算部５および加重平均処理部６で利用するようにしたが、誤差補正部８の代わりに図５に示す誤差補正部９を用い補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖを求め、この値を、重み付け計算部５および加重平均処理部６に入力するようにしてもよい。

すなわち、誤差補正部９は、第１減算器９１と、誤差推定部９２と、第２減算器９３と、を備えており、開放電圧推定法充電率SOC_Ｖの誤差ｎ_Ｖを算出して、開放電圧推定法充電率算出部４で算出した開放電圧推定法充電率SOC_Ｖから推定誤差ｎ_Ｖを除去した補正充電率SOC_ｖｖを得るものである。なお、誤差補正部９は、本発明の充電率補正手段に相当する。

第１減算器９１は、電流積算法充電率算出部３１から入力された電流積算法充電率SOC_Ｃから開放電圧推定法充電率推定部４から入力された開放電圧推定法充電率SOC_ｖを減算し、この減算値ｙを誤差推定部９２へ出力する。

誤差推定部９２は、電流積算法充電率算出部３の電流積算法分散算出部３５から入力された電流積算法分散Q_ｉと、開放電圧推定法推定部４から入力された開放電圧推定法分散Q_ｖと、第１減算器９１から入力された減算値ｙと、に基づき、カルマン・フィルタを用いて開放電圧推定法充電率SOC_ｖの推定誤差ｎ_ｖを推定し、第２減算器９３へ出力する。

第２減算器９３では、海保電圧推定法充電率算出部４から得た開放電圧推定法充電率SOC_ｖから誤差推定部９２で得た誤差ｎ_ｖを減算して補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖを得、重み付け計算部５および加重平均処理部６へ出力する。加重平均処理部６では、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖを用いて開放電圧法制限充電率SOC_ｖｒを算出し、この値をバッテリＢＴの充電率SOCとする。なお、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖは、本発明の補正充電率に相当する。

このように、誤差補正部では、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖあるいは補正電流積算法充電率SOC_ＣＶのいずれを求めるようにしてもよい。この理由は、誤差補正部８、９では、開放電圧推定法充電率SOC_ｖおよび電流積算法充電率SOC_Ｃの両方を用いて得た推定誤差を除去するようにしているので、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖ、補正電流積算法充電率SOC_ＣＶのいずれの値も実質的に同じであるとみなせるからである。

ＢＴ バッテリ
１ 充放電検出部（充放電検出手段）
２ 端子電圧検出部（端子電圧検出手段）
３ 電流積算法充電率算出部（電流積算法充電率算出手段）
３１ 積分器
３２ 開放電圧−充電率算出部
３３ 満充電容量算出部
３４ 容量比演算部
３５ 電流積算法分散算出部
４ 開放電圧推定法充電率算出部（開放電圧推定法充電率算出手段）
４１ 減算器
４２ 過電圧算出部
４３ 開放推定部
４４ 開放電圧−充電率算出部
４５ 開放電圧推定法分散算出部
５ 重み付け計算部（重み付け計算手段）
５１ 第１微分器
５２ 第２微分器
５３ 減算器
５４ 乗算器
６ 上下重み制限部（上下重み制限手段）
７ 加重平均処理部（加重平均処理手段）

Claims (4)

1. バッテリの充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
   前記バッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
   前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出する電流積算法充電率算出手段と、
   前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流および前記端子電圧検出手段で検出した端子電圧とから前記バッテリの開放電圧を推定し、該開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出する開放電圧推定法充電率算出手段と、
   前記電流積算法充電率算出手段で求めた電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求めるとともに前記開放電圧推定法充電率算出手段で求めた開放電圧推定法充電率から開放電圧推定法充電率変化量を求め、前記電流積算法充電率変化量と前記開放電圧推定法充電率変化量の差に応じて重みを計算する重み付け計算手段と、
   前記開放電圧推定法充電率算出手段で求めた開放電圧推定法充電率と前記重み付け計算手段で得た重みとを用いて前記開放電圧推定法充電率の前後時間での値につき加重平均処理を行って開放電圧推定法加重平均充電率を求める加重平均処理手段と、
   を備えたことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
2. 請求項１に記載のバッテリの充電率推定装置において、
   前記重み付け計算手段で得られた重みを、所定範囲内に収めるように前記重みを制限する上下重み制限手段を備え、
   前記加重平均処理手段は、前記上下重み制限手段で制限された重みを用いて前記加重平均処理を行う、
   ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置において、
   前記電流積算法充電率および前記開放電圧推定法充電率からこれら間の誤差を推定し、前記電流積算法充電率および前記開放電圧推定法充電率の一方から前記誤差を減算した値を補正充電率として前記重み付け計算手段および前記加重平均処理手段へ入力する誤差補正手段を有し、
   前記加重平均処理手段は、該加重平均処理手段で用いる開放電圧推定法充電率として前記補正充電率を用いて前記バッテリの充電率を算出する、
   ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
4. 充放電電流検出手段で検出したバッテリの充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出し、
   前記充放電電流および端子電圧検出手段で検出した端子電圧とから前記バッテリの開放電圧を推定して、該開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出し、
   前記電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求めるとともに前記開放電圧推定法充電率から開放電圧推定法充電率変化量を求め、前記電流積算法充電率変化量と前記開放電圧推定法充電率変化量の差に応じて重みを計算し、
   前記開放電圧推定法充電率と前記重みとを用いて前記開放電圧推定法充電率の前後時間での値につき加重平均処理を行って開放電圧推定法加重平均充電率を求める、
   ことを特徴とするバッテリの充電率推定方法。

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