JP2013195319A - ２次電池の充電相当量算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流積算処理によれば、電流センサの検出誤差が積算されていくため、充電率の算出精度が低下するおそれがあること。
【解決手段】ステップＳ３２〜Ｓ３６では、電池セルの端子電圧の推定値（推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ））と検出値（セル電圧Ｖｉｊ（ｎ））との差の絶対値が規定値ΔＶｔｈ以下となる充放電電流Ｉｉｊを、ニュートン法によって探索する。こうして探索された充放電電流Ｉｉｊは、ステップＳ３８において、全電池セルで平均化される。こうして算出された平均値Ｉａ（ｎ）の積算演算によって、電池セルの充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）が算出される（Ｓ４０）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、２次電池の端子電圧を、該２次電池の充電率および該２次電池の充放電の履歴に基づき算出する２次電池の充電相当量算出装置に関する。

この種の充電相当量算出装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、オリビン鉄系リチウムイオン２次電池等の充電率を高精度に算出するためのものも提案されている。具体的には、この装置は、充電率の変化に対する開放端電圧の変化速度が大きい領域においては、バッテリ電圧を入力とし、充電率に対する開放端電圧の変化を利用して充電率を推定する一方、上記変化速度が小さい領域では、バッテリの充放電電流量の積算値によって充電率を算出する。これにより、上記変化速度が小さい領域を有するが故に上記充電率に対する開放端電圧の変化を利用した充電率の算出精度が低下する状況下であっても、電流積算処理によって、算出精度を高精度に維持できるとしている。

特開２０１０−２８３９２２号公報

ただし、バッテリ電流の検出に際しては、検出誤差が生じる。そして電流積算処理によれば、検出誤差が積算されていくため、充電率の算出精度が低下するおそれがある。特に、車載バッテリのようにバッテリの充放電電流量が大きくなる場合、検出誤差も比較的大きくなりやすく、ひいては積算処理による充電率の算出誤差が大きくなるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、２次電池の端子電圧を、該２次電池の充電率および該２次電池の充放電の履歴に基づき算出する新たな２次電池の充電相当量算出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、２次電池（Ｃ１１〜Ｃｎｍ）の端子電圧を、該２次電池の充電量を表現する物理量である充電相当量および該２次電池の充放電の履歴に基づき推定する端子電圧推定手段（Ｓ３２）と、前記２次電池の端子電圧の検出値を入力とし、前記端子電圧推定手段の推定値が前記検出値に近似する前記２次電池の充放電電流を算出する充放電電流算出手段（Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３８ａ）と、前記充放電電流算出手段によって算出される充放電電流を入力とし、前記２次電池の充放電電流の積算処理を行なう積算処理手段（Ｓ４０）と、該積算処理手段の積算値に基づき、前記充電相当量を算出する充電相当量算出手段（Ｓ４０，Ｓ４０ａ）と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、端子電圧推定手段による推定値が実際の端子電圧に近似する値となるように積算処理の積算対象となる充放電電流を算出することで、充放電電流の検出値を直接用いる場合と比較して、電流の検出誤差の影響を回避することができる。

なお、本発明にかかる以下の代表的な実施形態に関する概念の拡張については、代表的な実施形態の後の「その他の実施形態」の欄に記載してある。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる電池セルの開放端電圧と充電率との関係を示す図。 同実施形態にかかる充電率の算出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる充電率の算出処理のサブルーチン。 第２の実施形態にかかる充電率の算出処理のサブルーチン。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる２次電池の充電相当量算出装置を車載バッテリに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示される高電圧バッテリ１０は、電池セルＣ１１〜Ｃｎｍの直列接続体としての組電池であり、その開放端電圧がたとえば百Ｖ以上となるものである。電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）は、リチウムイオン２次電池である。電池セルＣ１１〜Ｃｎｍは、個体差を除き、互いに等しい構成である。すなわち、充電率（ＳＯＣ：満充電電荷量に対する実際の充電量の比率）に対する開放端電圧の関係や、満充電電荷量、内部抵抗値等が互いに等しいものである。

高電圧バッテリ１０には、インバータ１２を介してモータジェネレータ１４が接続されている。モータジェネレータ１４は、車載主機であり、その回転子が駆動輪１６に機械的に連結されている。なお、モータジェネレータ１４は、制御装置（ＰＴＥＣＵ５０）によって制御される。

上記高電圧バッテリ１０を構成する電池セルＣ１１〜Ｃｎｍは、互いに隣接するｍ（＞２）個ずつが同一グループとされモジュール化されている。ここで、第ｉモジュールは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍからなる。

上記各モジュールには、それぞれ検出ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）が設けられている。検出ユニットＵ１〜Ｕｎは、互いに同一の機能を搭載している。詳しくは、検出ユニットＵｎについて例示するように、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのそれぞれに並列接続された放電用抵抗体３０およびスイッチング素子３２と、スイッチング素子３２を選択的にオン操作する放電制御部３４とを備えている。また、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍの端子電圧（セル電圧Ｖｉ１〜Ｖｉｍ）のうちの１つを選択的に差動増幅回路３８に印加するマルチプレクサ３６を備えている。これにより、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのそれぞれの端子電圧は、差動増幅回路３８を介してアナログデジタル変換器４０に入力され、ここでデジタルデータに変換される。

一方、高電圧バッテリ１０の制御装置（電池ＥＣＵ５２）は、検出ユニットＵｉを操作することで、高電圧バッテリ１０の状態を制御するものである。電池ＥＣＵ５２は、アナログデジタル変換器４０の出力するデジタルデータ（セル電圧Ｖｉ１〜Ｖｉｍ）を入力し、これに基づき、指令信号Ｓｃを検出ユニットＵｉの放電制御部３４に出力する機能を有する。ここで、指令信号Ｓｃは、放電用抵抗体３０を用いて電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのうちのいずれを放電させるか（また、放電を停止するか）を指令するものである。なお、電池ＥＣＵ５２およびＰＴＥＣＵ５０は、いずれも高電圧バッテリ１０よりも端子電圧が低くて且つ、車体電位を基準電位とする低電圧バッテリ５４を電源とする。

電池ＥＣＵ５２は、上記セル電圧Ｖｉ１〜Ｖｉｍや電流センサ５６によって検出される高電圧バッテリ１０の充放電電流Ｉ、温度センサ５８によって検出される電池セルＣｉｊの温度Ｔｉｊに基づき、高電圧バッテリ１０の許容最大出力に関する情報をＰＴＥＣＵ５０に逐次提供している。そして、ＰＴＥＣＵ５０では、この情報に基づき、モータジェネレータ１４の制御量を制御する。

本実施形態では、上記電池セルＣｉｊとして、オリビン鉄系のリチウムイオン２次電池を採用している。この場合、図２に示すように、充電率（ＳＯＣ）の上昇に対する開放端電圧（ＯＣＶ）の上昇速度が極めて小さい領域（以下、プラトー領域）が存在する。そして、プラトー領域においては、充電率と開放端電圧との関係情報に基づく周知の手法により充電率を算出する場合、その算出精度が低下する。

そこで本実施形態では、以下のようにして充電率を算出することで、その算出精度の低下を回避する。

図３に、本実施形態にかかる充電率の算出処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ５２によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、電池セルＣ１１〜Ｃｎｍについての前回の開放端電圧ＯＣＶｉｊ（ｎ−１）の最大値ＯＣＶＨと、最小値ＯＣＶＬとを算出する。続くステップＳ１２においては、最小値ＯＣＶＬがプラトー領域の上限側の境界値以上の値を有する上限側閾値ＯＣＶｔｈ１よりも大きいことと、最大値ＯＣＶＨがプラトー領域の下限側の境界値以下の値を有する下限側閾値ＯＣＶｔｈ２よりも小さいこととについて、それら一対の条件の論理和が真であるか否かを判断する。この処理は、開放端電圧を算出して且つ、充電率と開放端電圧との関係情報に基づき充電率を算出する場合に、算出精度が低下しないか否かを判断するためのものである。

そして、ステップＳ１２において肯定判断される場合、精度の低下を招くことなく、充電率と開放端電圧との関係情報に基づき充電率を算出することができると判断し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、電流センサ５６によって検出される電流の検出値（充放電電流Ｉ（ｎ））が略ゼロか否かを判断する。この処理は、各電池セルＣｉｊの端子電圧（セル電圧Ｖｉｊ）を開放端電圧とみなして、開放端電圧と充電率との関係に基づき充電率を算出することができるか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ１４において肯定判断される場合、ステップＳ１６において、セル電圧Ｖｉｊを開放端電圧とみなし、開放端電圧と充電率との関係に基づき、各電池セルＣｉｊの充電率ＳＯＣｉｊを算出する。なお、実際には、充放電電流Ｉ（ｎ）が略ゼロとなったとしても、しばらくは分極によってセル電圧Ｖｉｊと開放端電圧との間にはずれが生じる。このため、セル電圧Ｖｉｊを開放端電圧とみなした充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）の算出処理は、充放電電流Ｉ（ｎ）が略ゼロとなってから所定時間経過後とすることが望ましい。

これに対し、ステップＳ１４において否定判断される場合、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、充電率に応じた開放端電圧に加えて、内部抵抗による電圧降下や分極の影響を考慮したモデルを用いて、開放端電圧ＯＣＶｉｊ（ｎ）を算出する。本実施形態では、上記開放端電圧を有する電源と、抵抗体およびコンデンサの並列接続体と、抵抗体との直列接続体として、電池セルＣｉｊをモデル化する。ここで、抵抗体およびコンデンサの並列接続体の電圧降下量ΔＶと、上記並列接続体に直列接続された抵抗体の電圧降下量とが、開放端電圧とセル電圧Ｖｉｊとの差となる。

この処理は、セル電圧Ｖｉｊと、充放電電流Ｉ（ｎ）とを入力として行われる。すなわち、充放電電流Ｉ（ｎ）に基づき、上記電圧降下量ΔＶ等を算出し、これらをセル電圧Ｖｉｊから減算することで、開放端電圧ＯＣＶｉｊを算出する。ちなみに、電圧降下量ΔＶは、今回の充放電電流Ｉ（ｎ）のみによって算出されるものではない。なぜなら、モデルがコンデンサを含み、このコンデンサの充電電圧が過去の充放電電流に依存するためである。すなわち、本実施形態では、開放端電圧ＯＣＶｉｊを、セル電圧Ｖｉｊと、充放電電流Ｉ（ｎ）の履歴に基づき算出する。

もっとも、この処理において、上記並列接続体の今回の電圧降下量ΔＶ（ｎ）（コンデンサの充電電圧）を、前回の電圧降下量ΔＶ（ｎ−１）を用いた以下の式（ｃ１）によって算出するなら、今回の開放端電圧ＯＣＶｉｊ（ｎ）を算出するに際し、過去の充放電電流Ｉ（ｎ−１），Ｉ（ｎ−２）…があらわに利用されることはない。しかし、この場合、前回の電圧降下量ΔＶ（ｎ−１）が、充放電電流の履歴を表現するパラメータとなっている。

ΔＶ（ｎ）＝Ａ・ΔＶ（ｎ−１）＋Ｂ・Ｉ（ｎ） …（ｃ１）
なお、上記の式（ｃ１）の導出については、本明細書最後部の「備考」欄に与えてある。ちなみに、係数Ａ，Ｂを電池セルＣｉｊの温度Ｔｉｊに応じて可変設定することが望ましい。これは、上記モデルにおける並列接続体を構成する抵抗体の抵抗値やコンデンサの静電容量が温度依存性を有することに鑑みたものである。こうして開放端電圧ＯＣＶｉｊを算出すると、ステップＳ１６に移行する。

これに対し、ステップＳ１２において否定判断される場合、ステップＳ２０において、電流積算によってＳＯＣｉｊを算出する。

なお、ステップＳ１６，Ｓ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図４に、上記ステップＳ２０の処理の詳細を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、各電池セルＣｉｊの充放電電流Ｉｉｊを、充放電電流Ｉ（ｎ）に設定する。続くステップＳ３２においては、上述したモデルを用いて、セル電圧Ｖｉｊの推定値Ｖｊｉｅ（ｎ）を算出する。これは、充電率と充放電電流の履歴とに基づき、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）を算出する処理となる。すなわち、たとえば上記の式（ｃ１）に基づき算出される電圧降下量ΔＶ（ｎ）と、充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ−１）を入力とし、開放端電圧および充電率の関係から算出される開放端電圧との和として、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）を算出することができる。この処理は、本実施形態において、端子電圧推定手段を構成する。

続くステップＳ３４では、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）とセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）との差の絶対値が規定値ΔＶｔｈ以下となるか否かを判断する。この処理は、充放電電流Ｉｉｊの信頼性を評価するためのものである。すなわち、充放電電流Ｉｉｊの信頼性が高いなら、セル電圧Ｖｉｊの推定精度も高くなり、セル電圧Ｖｉｊ（ｎ）と推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）との差が小さくなると考えられる。

ステップＳ３４において否定判断される場合、ステップＳ３６において、充放電電流Ｉｉｊを、規定量Δだけ補正し、ステップＳ３２に戻る。ここでは、ステップＳ３２〜Ｓ３６の処理を、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）を、セル電圧Ｖｉｊ（ｎ）との差の絶対値が規定値ΔＶｔｈ以下とする充放電電流Ｉｊｊがニュートン法によって探索される処理とする。なお、ステップＳ３２〜Ｓ３６の処理は、本実施形態において、探索手段を構成する。ちなみに、ニュートン法を用いて求められる最終的な充放電電流Ｉｉｊは、演算時間の制限がなければ、ステップＳ３０において充放電電流Ｉｉｊを検出値（充放電電流Ｉ（ｎ））とする処理を設けた場合と、この処理を設けなかった場合とで相違しないと考えられる。ただし、ステップＳ３０の処理を設けることで、ステップＳ３４において肯定判断されるまでに要する時間を短縮することはできる。

上記ステップＳ３４において肯定判断される場合、ステップＳ３８において、充放電電流Ｉｉｊの全電池セルＣｉｊによる平均値Ｉａ（ｎ）を求める。この処理は、ステップＳ３４において肯定判断されるときの充放電電流Ｉｉｊが電池セルＣ１１〜Ｃｎｍの全てで同一となるとは限らないことに鑑みたものである。

続くステップＳ４０においては、前回の充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ−１）から、この一連の処理の周期Ｔｃと平均値Ｉａ（ｎ）との積を満充電電荷量Ａｈ０にて除算したもの「Ｉａ・Ｔｃ／Ａｈ０」で減算することで、今回の充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）を算出する。ここで、「Ｉａ・Ｔｃ／Ａｈ０」は、周期Ｔｃの間の充電率の変化量である。また、減算処理とするのは、充放電電流Ｉｉｊを、放電側を正と定義したからである。

なお、ステップＳ４０の処理が完了する場合、先の図３のステップＳ２０の処理が完了する。ちなみに、この図４に示した処理がなされる場合、次の周期においては、先の図３のステップＳ１０において、図４に示した処理によって算出された充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）に基づき開放端電圧ＯＣＶｉｊ（ｎ−１）を算出し、これを用いればよい。

このように、本実施形態によれば、プラトー領域において、電流センサ５６の検出値（充放電電流Ｉ（ｎ））の積算処理によって充電率ＳＯＣｉｊを算出する代わりに、モデルに基づき算出されるセル電圧（推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ））がセル電圧Ｖｉｊに近似するときの充放電電流Ｉｉｊを用いて充電率ＳＯＣｉｊを算出した。これにより、電流センサ５６の検出誤差が充電率ＳＯＣｉｊに累積される事態を回避することができる。

ここで、本実施形態では、電池セルＣｉｊの電圧検出手段（差動増幅回路３８、アナログデジタル変換器４０）の検出誤差が充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）の算出精度に影響を及ぼしうる。しかし、この影響は、電流センサ５６の検出値を積算して充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）を算出する場合と比較して以下の理由により小さいものと考えられる。

第１に、電圧検出手段の検出誤差の方が小さくなるからである。これは、電流センサ５６の検出対象とする電流の範囲（たとえば、０Ａ〜数百Ａ）と比較して、電圧検出手段の検出対象とする電圧の範囲（たとえば、１〜５Ｖ）の方が小さいことなどが理由となるものである。すなわち、このため、電圧検出手段の最小分解能を充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）の算出に顕著に寄与しない程度に小さくすることの方が、電流センサ５６の最小分解能を小さくすることよりも容易となる傾向にある。

第２に、充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）の算出に利用される電圧検出手段が複数あるためである。これは、ステップＳ３８によって求められた平均値Ｉａ（ｎ）に基づき充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）を算出することで実現されている。すなわち、この場合、たとえば検出ユニットＵ１における電圧検出手段の検出値が、実際のセル電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｍよりも高い側の値となる誤差を有するとしても、他の検出ユニットＵ２〜Ｕｎにおける電圧検出手段の検出値の全てが同一の傾向を有する確率は極めて低い。このため、誤差の影響は低減される。

なお、図４に示した充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）の推定精度は、ステップＳ３２において利用されるモデルの精度に依存する。このため、このモデルのパラメータについては、高電圧バッテリ１０の経年変化を考慮し、適宜、学習更新することが望ましい。

以下、本実施形態によって得られる効果のいくつかを記載する。

（１）推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）をセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）との差の絶対値が小さいものとする充放電電流Ｉｉｊをニュートン法によって探索するに際し、初めに充放電電流Ｉｉｊを検出値（充放電電流Ｉ（ｎ））に仮設定した。これにより、充放電電流Ｉｉｊの探索に要する時間を短縮することができる。

（２）充電率に応じた開放端電圧と、内部抵抗の電圧降下や分極の影響とを、各別に扱うことのできるモデルを用いて推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）を算出した。これにより、過去の充放電の履歴の大部分を、充電率に応じた開放端電圧として扱うことで、電流積算によって端子電圧を算出する上で要求される充放電の履歴のタイムスケールを短縮することができる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかる先の図３のステップＳ２０の処理の詳細を示す。なお、図５において、先の図４に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図示されるように、本実施形態では、ステップＳ３２において推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）を算出すると、ステップＳ３５に移行する。ステップＳ３５では、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）をセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）にフィードバック制御するための操作量Ｑｉｊ（ｎ）を算出する。本実施形態では、セル電圧Ｖｉｊ（ｎ）から推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）を減算した値を入力とする比例要素および積分要素の各出力同士の和として、操作量Ｑｉｊ（ｎ）を算出する。

続くステップＳ３８ａでは、１周期Ｔｃの間の充放電電荷量Ｑ（ｎ）を、操作量Ｑｉｊ（ｎ）の平均値と、充放電電流Ｉ（ｎ）と周期Ｔｃとの積との和とする。なお、充放電電荷量Ｑ（ｎ）を周期Ｔｃで除算した値は、先の図４のステップＳ３８における充放電電流の平均値Ｉａに対応するものである。一方、充放電電荷量Ｑ（ｎ）は、周期Ｔｃの期間にわたる充放電電流の総量である。

そして、ステップＳ４０ａでは、前回の充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ−１）から、充放電電荷量Ｑ（ｎ）を満充電電荷量Ａｈ０にて除算したもの「Ｑ（ｎ）／Ａｈ０」を減算することで、今回の充電率ＳＯＣｉｊ（ｎ）を算出する。

なお、上記ステップＳ３５，Ｓ３８ａの処理は、本実施形態において、フィードバック手段を構成する。

以上説明した本実施形態によれば、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）をセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）にフィードバック制御するための操作量Ｑｉｊ（ｎ）を用いることで、充放電電流量の算出に際しての演算負荷を低減することが容易となる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

「探索手段について」
上記第１の実施形態（図４のステップＳ３２〜Ｓ３６）では、充放電電流の検出値（充放電電流Ｉ（ｎ））を入力とし、これに基づく推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）とセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）との差の絶対値が規定値ΔＶｔｈを超える場合に、充放電電流Ｉ（ｎ）を補正したがこれに限らない。たとえば、充放電電流Ｉ（ｎ）を用いることなく、デフォルト値から始めて、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）とセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）との差の絶対値を規定値ΔＶｔｈ以下とする充放電電流を探索してもよい。

上記第１の実施形態（図４のステップＳ３２〜Ｓ３６）では、ニュートン法を用いたがこれに限らない。たとえば、割線法を用いてもよい。

「フィードバック手段について」
上記第２の実施形態（図５のステップＳ３５）では、推定セル電圧Ｖｉｊｅ（ｎ）をセル電圧Ｖｉｊ（ｎ）にフィードバック制御するための操作量を、比例要素および積分要素の各出力同士の和としたが、これに限らない。たとえば、比例要素、積分要素および微分要素の各出力同士の和としてもよい。またたとえば、比例要素の出力のみを操作量としてもよい。

「端子電圧推定手段について」
推定に用いるモデルとしては、抵抗体およびコンデンサの並列接続体を１つ備えるモデルに限らず、たとえば、これらを２つ備えるものや３つ備えるもの等であってもよい。また、モデルにおける抵抗体の抵抗値やコンデンサの静電容量を温度に加えて、充電率や充放電電流Ｉ（ｎ）に応じて可変設定してもよい。

また、特開２００８−２４１２４６号公報に例示されているように、内部反応モデルを用いるものであってもよい。すなわち、特許文献１に例示される技術では、端子電圧の検出値に基づき内部反応モデルを用いて充放電電流を推定しているが、ここで、端子電圧の検出値と充放電電流との関係式を利用すれば、充放電電流を入力とし、端子電圧を推定する手段を構成することができる。

「電池セルについて」
電池セルとしては、オリビン鉄系リチウムイオン２次電池に限らない。さらに、リチウムイオン２次電池にも限らない。こうしたものにあっては、充電率の変化に対する開放端電圧の変化速度が比較的大きくなり得るものの、この関係を利用した充電率の算出処理と、電流積算処理による充電率の算出処理とを併用することがある。このため、こうした場合にあっては、電流積算処理による充電率の算出処理に本発明を適用することは有効である。さらに、こうしたものにあっては、本発明の適用が有効な別の理由もある。それは、電圧センサの検出精度が低くても、誤差が累積しないというものである。すなわち、たとえば電圧センサが実際の電圧よりも高い電圧を検出値とする場合、この検出値となるように、充放電電流が実際よりも大きく算出され、ひいては充電率が実際のものよりも高い値とされる。しかし、その結果、端子電圧推定手段によって推定される端子電圧が上昇することで、検出値を上回る場合には、充放電電流が実際よりも少量に算出され、ひいては充電率が過度に高い値とされることがない。

「単位電池について」
電池セルに限らず、たとえば隣接する２つの電池セルや、モジュールＭｉであってもよい。

「組電池について」
個体差を除き、互いに等しい構成の電池セルＣｉｊの直列接続体に限らない。たとえば、特定の電池セルに限って、補機を接続する場合等にあっては、その電池セルのみ満充電電荷量が大きいものを用いることも可能である。ただし、この場合、電流積算処理としては、この電池セルに限って、充放電電流が相違することに注意する。

「充電率の算出対象となる２次電池について」
組電池を構成する単一の電池セルや隣接する複数の電池セルに限らない。たとえば、端子電圧が１２Ｖ程度の鉛蓄電池（車載補機バッテリ）であってもよい。この場合であっても、充電率の算出処理として、電流積算処理を採用する場合にあっては、本発明の適用が有効となり得る状況がいくつも存在する。こうした状況としては、まず第１に、電流センサと比較して電圧検出手段の検出精度の方が高い場合である。第２に、充電率の変化に対する開放端電圧の変化速度が全使用領域において比較的大きい場合である。この場合に本発明の適用が有効となる理由については、「電池セルについて」の欄に記載したとおりである。

また、車載２次電池にも限らない。

「積算処理手段について」
上記第１の実施形態（図４のステップＳ３８）や、上記第２の実施形態（図５のステップＳ３８ａ）において例示したように、充放電電流算出手段の算出値の平均化処理を行なうものに限らない。たとえば、上記第１の実施形態において、充放電電流Ｉｉｊ（ｎ）の最大値や最小値を用いるものであってもよい。また、充電率ＳＯＣｉｊの算出に用いる充放電電流を、対応する充放電電流Ｉｉｊとしてもよい。

「充電相当量算出手段について」
上記実施形態（図３）では、ステップＳ１２において肯定判断される場合に、積算処理によって充電率を算出したが、これに限らない。たとえば各電池セルＣｉｊ毎に、その開放端電圧ＯＣＶｉｊが上限値ＯＣＶＨと下限値ＯＣＶＬとの間にある場合に、積算処理による充電率ＳＯＣｉｊの算出処理を行ってもよい。

充電率を算出するものに限らない。たとえば、充電量を満充電電荷量Ａｈ０で除算したものが充電率であることに鑑みれば、充電量自体を算出することも可能であることは明らかである。また、上記「電池セルについて」の欄に記載したように、充電率に対する開放端電圧の変化速度が比較的大きいものを用いる場合にあっては、開放端電圧を充電相当量として算出するものとしてもよい。

「そのほか」
高電圧バッテリ１０の電池セルＣｉｊの端子電圧（セル電圧Ｖｉｊ）の検出手段を、電池セルＣ１１〜Ｃｎｍの全てで共通としてもよい。この場合、検出手段の誤差特性が、全セル電圧Ｖ１１〜Ｖｎｍに共通して及ぶこととなる。しかし、この場合であっても、たとえば、セル電圧Ｖｉｊの検出精度の方が充放電電流Ｉ（ｎ）の検出精度よりも高いなら、本発明による電流積算処理を用いることで充電率の算出精度が向上する。
＜備考＞
以下、上記の式（ｃ１）の導出について記載する。

コンデンサおよび抵抗体の並列接続体におけるコンデンサの静電容量Ｃ，および充電電圧Ｖを用いると、充電電流は、「ＣｄＶ／ｄｔ」となる。このため、抵抗体の抵抗値Ｒを用いると、以下の式（ｃ２）が成立する。

Ｖ＝Ｒ・（−Ｉ−ＣｄＶ／ｄｔ） …（ｃ２）
上記の式（ｃ２）を離散化すると、下記の式（ｃ３）となる。

Ｖ（ｎ）＝−Ｒ・Ｉ（ｎ）−ＲＣ｛Ｖ（ｎ）−Ｖ（ｎ−１）｝／Δｔ …（ｃ３）
上記の式（ｃ３）を、充電電圧Ｖ（ｎ）について解き、充電電圧Ｖを電圧降下量ΔＶと置き換えることで、上記の式（ｃ１）が得られる。ただし、ここで、係数Ａ，Ｂは、以下の式（ｃ４），（ｃ５）を満たす。

Ａ＝（Ｃ１／Δｔ）／｛（Ｃ／Δｔ）＋（１／Ｒ）｝ …（ｃ４）
Ｂ＝１／｛（Ｃ／Δｔ）＋（１／Ｒ）｝ …（ｃ５）

１０…高電圧バッテリ、５２…電池ＥＣＵ、５６…電流センサ、Ｕ１〜Ｕｎ…検出ユニット。

Claims (7)

1. ２次電池（Ｃ１１〜Ｃｎｍ）の端子電圧を、該２次電池の充電量を表現する物理量である充電相当量および該２次電池の充放電の履歴に基づき推定する端子電圧推定手段（Ｓ３２）と、
   前記２次電池の端子電圧の検出値を入力とし、前記端子電圧推定手段の推定値が前記検出値に近似する前記２次電池の充放電電流を算出する充放電電流算出手段（Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３８ａ）と、
   前記充放電電流算出手段によって算出される充放電電流を入力とし、前記２次電池の充放電電流の積算処理を行なう積算処理手段（Ｓ４０）と、
   該積算処理手段の積算値に基づき、前記充電相当量を算出する充電相当量算出手段（Ｓ４０，Ｓ４０ａ）と、
   を備えることを特徴とする２次電池の充電相当量算出装置。
2. 前記充放電電流算出手段は、前記推定値と前記検出値との差の絶対値が規定値以下となる充放電電流を探索する探索手段（Ｓ３４，Ｓ３６）を備えることを特徴とする請求項１記載の２次電池の充電相当量算出装置。
3. 前記探索手段は、前記充放電電流の検出値を入力とし、これを用いた場合の推定値と前記検出値との差の絶対値が規定値を超える場合、前記充放電電流の検出値を補正することで前記規定値以下となる充放電電流を探索することを特徴とする請求項２記載の２次電池の充電相当量算出装置。
4. 前記充放電電流算出手段は、前記充放電電流の検出値に基づき前記端子電圧推定手段によって推定される推定値と前記２次電池の端子電圧の検出値との差をゼロにフィードバック制御するための操作量に基づき、前記充放電電流を算出するフィードバック手段（Ｓ３５）を備えることを特徴とする請求項１記載の２次電池の充電相当量算出装置。
5. 前記２次電池は、充電率の変化に対する開放端電圧の変化速度が規定値以下となる領域と規定値を超える領域とを有し、
   前記充電相当量算出手段は、前記規定値以下となる領域において前記充電相当量を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の２次電池の充電相当量算出装置。
6. 前記２次電池は、複数の電池セルの直列接続体としての組電池（１０）について、単一の電池セルおよび前記組電池の一部であって且つ隣接する複数個の電池セルのいずれかである単位電池であり、
   前記積算処理手段は、前記充放電電流算出手段による前記単位電池毎の算出値の平均化処理によって得られる値の積算値を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の２次電池の充電相当量算出装置。
7. 前記端子電圧推定手段は、前記２次電池を、充電率に応じた開放端電圧を有する電源と、抵抗体およびキャパシタの並列接続体との直列接続体のモデルに基づき、前記端子電圧を推定するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の２次電池の充電相当量算出装置。

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