JP2014190723A - 充電状態検出装置および充電状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の端子電圧の値がどのＯＣＶ領域に属するかに関係なく同一の条件を利用する構成に比べて、ＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、不必要に長い時間待機したりすることを抑制しつつ、ＳＯＣを推定すること。
【解決手段】ＣＰＵ３５は、低変化電圧領域と高変化電圧領域とで、ＣＰＵ３５が二次電池２のＳＯＣの値を推定するための待機時間を分ける。そして、ＣＰＵ３５は、待機時間が経過したと判断した場合、当該判断時での二次電池２の端子電圧値から、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブに基づいて、二次電池２のＳＯＣを推定する。
【選択図】図１

Description

蓄電素子の充電状態を推定する技術に関する。

従来から、二次電池の開放電圧（開路電圧ともいう。Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ 以下、単にＯＣＶという）を検出し、その検出したＯＣＶの値から、ＯＣＶと充電状態（残容量ともいう。Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ 以下、単にＳＯＣという）との相関関係を利用して、二次電池のＳＯＣを推定する技術がある（特許文献１）。

この従来技術では、二次電池の電流が所定の電流値以下になってから二次電池の単位時間当たりの電圧変化量が所定量以下になるまでの待機時間の経過を待って、二次電池の端子電圧を検出し、その検出値に基づいて、ＳＯＣを推定している。即ち、従来技術では、単位時間当たりの電圧変化量が所定量以下になったという条件を満たしたときの二次電池の端子電圧の検出値を、一律に、ＯＣＶの値としている。

特開２０１１−１６９８３１号公報

ところで、二次電池等の蓄電素子のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示すグラフによれば、ＯＣＶの単位変化量あたりのＳＯＣ変化量であるＳＯＣ変化率は、一定とは限らず、ＯＣＶ領域には、ＳＯＣ変化率が相対的に高い高変化電圧領域と、ＳＯＣ変化率が相対的に低い低変化電圧領域とが含まれることがある。

しかし、上記従来技術では、二次電池の端子電圧の値がどのＯＣＶ領域に属しているかに関係なく同じ条件を利用して端子電圧の検出値をＯＣＶの値として、ＳＯＣを推定している。このため、例えば、二次電池の端子電圧の検出値が高変化電圧領域に属する場合、上記条件を満たしたときの端子電圧の検出誤差によりＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、端子電圧の検出値が低変化電圧領域に属する場合、所望の精度を得られる値になっているにもかかわらず、上記条件を満たすまで不必要に長い時間待機しなければならないという不都合が生じたりする。

本明細書では、蓄電素子の端子電圧の値がどのＯＣＶ領域に属するかに関係なく同一の条件を利用する構成に比べて、ＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、不必要に長い時間待機したりすることを抑制しつつ、ＳＯＣを推定することが可能な技術を開示する。

本明細書によって開示される充電状態推定装置は、開放電圧と充電状態との変化特性において、開放電圧の単位変化量に対する充電状態の変化量である充電状態変化率が互いに異なる電圧領域が含まれる蓄電素子の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、前記蓄電素子の端子電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が基準電流値以下の入出力をしているときに前記電圧検出部が検出した前記蓄電素子の前記端子電圧の検出値が、前記複数の電圧領域のいずれに属するかを判断する領域判断処理と、前記端子電圧の検出値が属する電圧領域の前記充電状態変化率が高いほど、前記蓄電素子の前記端子電圧をより安定した状態にするための条件を、推定条件として設定する条件設定処理と、前記蓄電素子が前記推定条件を満たすと判断した場合、前記蓄電素子の充電状態を推定する推定処理と、を実行する構成を有する。

本明細書によって開示される発明によれば、蓄電素子の端子電圧の値がどのＯＣＶ領域に属するかに関係なく同一の条件を利用する構成に比べて、ＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、不必要に長い時間待機したりすることを抑制しつつ、ＳＯＣを推定することができる。

一実施形態に係る充電状態推定装置の電気的構成を示すブロック図 二次電池の端子電圧とＳＯＣを示すグラフ 充放電停止後の端子電圧の推移を示すグラフ 積算ＳＯＣ推定処理を示すフローチャート リセット用ＳＯＣ推定処理を示すフローチャート 充放電停止後の端子電圧の推移を示すグラフ

（実施形態の概要）
本明細書によって開示される充電状態推定装置は、開放電圧と充電状態との変化特性において、開放電圧の単位変化量に対する充電状態の変化量である充電状態変化率が互いに異なる電圧領域が含まれる蓄電素子の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、前記蓄電素子の端子電圧を検出する電圧検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蓄電素子が基準電流値以下の入出力をしているときに前記電圧検出部が検出した前記蓄電素子の前記端子電圧の検出値が、前記複数の電圧領域のいずれに属するかを判断する領域判断処理と、前記端子電圧の検出値が属する電圧領域の前記充電状態変化率が高いほど、前記蓄電素子の前記端子電圧をより安定した状態にするための条件を、推定条件として設定する条件設定処理と、前記蓄電素子が前記推定条件を満たすと判断した場合、前記蓄電素子の充電状態を推定する推定処理と、を実行する構成を有する。

この充電状態推定装置は、蓄電素子の電流が基準値以下であるときに検出した蓄電素子の端子電圧の検出値が属する電圧領域の充電状態変化率が高いほど、前記蓄電素子の前記端子電圧をより安定した状態にするための条件を、推定条件として設定する。そして、充電状態推定装置は、蓄電素子が推定条件を満たすと判断した場合、当該判断をしたときに電圧検出部が検出した端子電圧の検出値から、変化特性に基づいて、蓄電素子の充電状態を推定する。これにより、蓄電素子の端子電圧の値がどのＯＣＶ領域に属するかに関係なく同一の条件を利用する構成に比べて、ＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、不必要に長い時間待機したりすることを抑制しつつ、ＳＯＣを推定することができる。

上記充電状態推定装置では、前記制御部は、前記推定条件の設定後、当該推定条件を満たす前に、前記電圧検出部が検出した前記端子電圧の検出値が属する電圧領域が別の電圧領域に変更になったか否かを判断する変更判断処理と、前記電圧領域が変更になったと判断した場合、前記推定条件を、前記別の電圧領域に対応した条件に変更する条件変更処理と、を実行する構成でもよい。

この上記充電状態推定装置では、推定条件の設定後、当該推定条件を満たす前に、電圧検出部が検出した端子電圧の検出値が属する電圧領域が別の電圧領域に変更になったと判断した場合、推定条件を、別の電圧領域に対応した条件に変更する。これにより、電圧領域の変更に応じて推定条件を変更しない構成に比べて、推定条件をより正確に設定できるため、蓄電素子の充電状態を、より精度良く推定することができる。

上記充電状態推定装置では、前記電圧領域は、前記充電状態変化率が高い領域は、前記充電状態変化率が低い領域に挟まれている構成でもよい。

この充電状態推定装置によれば、充電状態変化率が高い領域が、充電状態変化率が低い領域に挟まれていない構成に比べて、変更判断処理と、条件変更処理によって、隣接する領域に遷移しやすい特性の電池であったとしても、高い精度で、蓄電素子の充電状態を推定することができる。

上記充電状態推定装置では、前記推定条件は、充放電停止から待機時間だけ経過することであり、前記条件設定処理では、前記端子電圧の検出値が属する電圧領域の前記充電状態変化率が高いほど、前記待機時間が長い条件を、前記推定条件として設定し、前記推定処理では、当該判断をしたときに前記電圧検出部が検出した前記端子電圧の検出値から、前記変化特性に基づいて、前記蓄電素子の充電状態を推定してもよい。

この充電状態推定装置によれば、推定条件は、充放電停止から待機時間だけ経過することであり、端子電圧の検出値が属する電圧領域の充電状態変化率が高いほど、待機時間が長い条件を、推定条件として設定する。これにより、充放電停止後に、推定条件を満たしたかどうかを判断するのに、端子電圧を常に検出する必要が無いため、充電状態推定装置の消費電力を低減できる。

上記充電状態推定装置では、前記蓄電素子の温度を検出する温度検出部を備え、前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記蓄電素子の温度が基準温度値より低いと判断した場合、前記推定処理を実行しない構成を有してもよい。

この充電状態推定装置によれば、蓄電素子の温度に関係なく推定処理を実行する構成に比べて、無駄に長い待機時間を設定することを抑制することができる。

また、蓄電素子と、充電状態推定装置と、を備える蓄電装置でもよい。

＜一実施形態＞
一実施形態について図１〜図６を参照しつつ説明する。本実施形態の電池パック１は、例えば、エンジン駆動の従来式車両（コンベ車）、電気自動車、およびハイブリッド自動車（以下、単に自動車という）に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給する。

（電池パックの構成）
図１に示すように、電池パック１は、二次電池２、及び、電池管理装置（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ 以下、ＢＭＳという）３を備える。二次電池２は、蓄電素子の一例であり、例えば単電池である。より具体的には、グラファイト系材料で形成された負極と、ＬｉＦｅＰＯ４などのリン酸鉄系材料を含有する正極を有する、リチウムイオン電池である。なお、電池パック１は、蓄電装置の一例であり、ＢＭＳ３は充電状態推定装置の一例である。

二次電池２は、自動車の内部または外部に設けられた充電装置４０、または、自動車の内部に設けられた動力源等の負荷４１に、配線４およびスイッチ４２を介して電気的に接続される。充電装置４０は、図示しない外部電源から電力供給を受けて、二次電池２を充電する。

ＢＭＳ３は、制御ユニット３１、アナログ−デジタル変換機（以下、ＡＤＣという）３２、電流センサ３３、電圧センサ３４、温度センサ３０を備える。制御ユニット３１は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）３５、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ３６を有する。メモリ３６には、ＢＭＳ３の動作を制御するための各種のプログラム（ＳＯＣ推定プログラムを含む）が記憶されており、ＣＰＵ３５は、メモリ３６から読み出したプログラムに従って、後述するＳＯＣ推定処理を実行するなど、各部の制御を行う。なお、制御ユニット３１は、制御部の一例であり、電圧センサ３４は電圧検出部の一例である。

電流センサ３３は、充電時に充電装置４０から二次電池２へ流れる充電電流および、放電時に二次電池２から負荷４１へ流れる放電電流の電流値Ｉ［Ａ］を検出し、その検出した電流値Ｉに応じたアナログの検出信号ＳＧ１をＡＤＣ３２に送信する。なお、以下では、充電電流および放電電流をまとめて充放電電流という。電圧センサ３４は、二次電池２の両端に接続され、二次電池２の端子電圧である電圧値Ｖ［Ｖ］を検出し、その検出した電圧値Ｖに応じたアナログの検出信号ＳＧ２をＡＤＣ３２に送信する。なお、電圧センサ３４では、配線４を介さず、端子電圧を直接検出することで、配線４の配線抵抗による影響を抑制した正確な電圧値Ｖを検出することができる。温度センサ３０は、二次電池２の電池温度Ｔを検出する。

ＡＤＣ３２は、電流センサ３３、電圧センサ３４、温度センサ３０から送信される検出信号ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３を、アナログ信号からデジタル信号に変換し、電流値Ｉ、電圧値Ｖ、電池温度Ｔを示すデジタルデータを制御ユニット３１へ送信する。そして、制御ユニット３１は、当該デジタルデータをメモリ３６に記憶する。

（二次電池のＯＣＶ−ＳＯＣカーブ）
図２には、二次電池２のＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰが実線で示されており、二次電池２の充電カーブＱが一点鎖線で示されており、放電カーブＲが二点鎖線で示されている。

ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰは、二次電池２のＯＣＶとＳＯＣとの変化特性（相関関係）を示している。このＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰ上でのＯＣＶとは、安定状態のときの二次電池２の端子電圧であり、例えば、二次電池２の単位時間当たりの電圧変化量が規定量以下であるときの二次電池２の端子電圧である。なお、当該規定量は、二次電池２の仕様や所定の実験等により予め定めることができる。図１に示す通り、メモリ３６に当該ＯＣＶ−ＳＯＣカーブに関するデータが記憶されている。

充電カーブＱは、予め定められた充電レートで二次電池２を充電しているときの端子電圧とＳＯＣとの相関関係を示す情報であり、図２では、充電レートが１Ｃの場合の充電カーブＱが例示されている。また、放電カーブＲは、予め定められた放電レートで二次電池２を放電しているときの端子電圧とＳＯＣとの相関関係を示す情報であり、図２では、放電レートが１Ｃの場合の放電カーブＲが例示されている。

同図に示す二次電池２のＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰによれば、二次電池２の端子電圧が変化し得る電圧領域には、ＳＯＣ変化率が互いに異なる複数の電圧領域が含まれている。このＳＯＣ変化率は、ＯＣＶの単位変化量あたりのＳＯＣの変化量であり、充電状態変化率の一例である。具体的には、異なる複数の電圧領域には、ＳＯＣ変化率が基準変化率より高い高変化電圧領域ＥＨ（ＥＨ１、ＥＨ２）と、ＳＯＣ変化率が基準変化率以下である低変化電圧領域ＥＬとが含まれている。

具体的には、例えば同図に示す例では、ＯＣＶの値が約３．２８Ｖ〜約３．３１５Ｖの電圧領域は、第１高変化電圧領域ＥＨ１であり、ＯＣＶの値が約３．３４Ｖ〜約３．３５Ｖの電圧領域は、第２高変化電圧領域ＥＨ２である。なお、第１高変化電圧領域ＥＨ１でのＳＯＣ変化率と第２高変化電圧領域ＥＨ２でのＳＯＣ変化率とは、互いに異なり、具体的には、第２高変化電圧領域ＥＨ２でのＳＯＣ変化率は、第１高変化電圧領域ＥＨ１でのＳＯＣ変化率に比べてやや高い。

なお、高変化電圧領域ＥＨが存在する理由は、当該領域で、グラファイト系材料で形成された負極のステージ構造が変化することが考えられる。具体的には、グラファイトで形成された負極の電位（ＯＣＰ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）がＳＯＣ６０％付近で階段状に変化するから、高変化電圧領域ＥＨが存在する。このため、本実施形態では、リン酸鉄系材料を含有する正極を用いているが、正極の種類は特に限定されない。

一方、ＯＣＶの値が約３．２８Ｖ以下の電圧領域は、第１低変化電圧領域ＥＬ１であり、ＯＣＶの値が約３．３１５Ｖ〜約３．３４Ｖの領域は、第２低変化電圧領域ＥＬ２であり、ＯＣＶの値が約３．３５Ｖ以上の領域は、第３低変化電圧領域ＥＬ３である。なお、各低変化電圧領域ＥＬでのＳＯＣ変化率は互いに異なり、具体的には、第１低変化電圧領域ＥＬ１でのＳＯＣ変化率が最も高く、第３低変化電圧領域ＥＬ３でのＳＯＣ変化率が最も低い。なお、基準変化率は、例えば、ＯＣＶの所定の検出誤差に対するＳＯＣの推定誤差が許容範囲内であるか否かに応じて任意に定めることができる。

なお、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰによれば、二次電池２のＳＯＣが変化し得るＳＯＣ領域には、ＯＣＶ変化率が互いに異なる複数のＳＯＣ領域が含まれる。ＯＣＶ変化率は、ＳＯＣの単位変化量当たりのＯＣＶの変化量である。上記高変化電圧領域ＥＨは、ＯＣＶ変化率が比較的に低い、より具体的には、略ゼロであるＳＯＣ領域（ＳＯＣが約３０％〜約６４％の領域、ＳＯＣが約６８％〜約９８％の領域 以下、プラトー領域ともいう）に対応している。

また、上記低変化電圧領域ＥＬは、ＯＣＶ変化率が比較的に高い領域、即ち、ＳＯＣが約３０％以下の領域、ＳＯＣが約６４％〜約６８％の領域、およびＳＯＣが約９８％以上の領域（以下、非プラトー領域ともいう）に対応している。

（充放電開始から充放電停止後の端子電圧の推移）
図２では、二次電池２の充電ケースα、βが示されている。充電ケースαでは、二次電池２をＯＣＶの値が３．２１ＶでＳＯＣの値が１０％の安定状態（点α１）から規定値の電流で充電を開始する。二次電池２の端子電圧値は充電開始後、点α１から点α２まで上昇し、その後は点α２から充電カーブＱに沿って上昇する。

例えば点α３で充電が停止されると、二次電池２の端子電圧値は、点α３から点α４へ向かって下降する。二次電池２の端子電圧値が点α３から点α４へ下降する間、二次電池２は充放電されないため、ＳＯＣは実質変化せず約１９％を維持する。

充電ケースβでは、二次電池２をＯＣＶの値が３．３４ＶでＳＯＣの値が７５％の安定状態（点β１）から規定値の電流で充電を開始する。二次電池２の端子電圧値は充電開始後、点β１から点β２まで上昇し、その後は点β２から充電カーブＱに沿って上昇する。

例えば点β３で充電が停止されると、二次電池２の端子電圧値は、点β３から点β４へ向かって下降する。二次電池２の端子電圧値が点β３から点β４へ下降する間、二次電池２は充放電されないため、ＳＯＣは実質変化せず約８５％を維持する。

ここで図３のＧ１に示すように、二次電池２の端子電圧は短時間（Ｔ１）で急速にＯＣＶに近付き、その後、長時間（Ｔ２）かけて緩やかに収束する。図２の充電ケースαでは、二次電池２の端子電圧値が図２の点α３から点α４へ下降する途中の点α５に至った時点での時間がＴ１であり、ケースβでは、二次電池２の端子電圧値が図２の点β３から点β４へ下降する途中の点β５に至った時点での時間がＴ１である。なお、点α５は点α４よりやや二次電池２の端子電圧値が大きい点であり、点β５は点β４よりやや二次電池２の端子電圧値が大きい点である。

なお、単位時間当たりの充放電停止後の端子電圧の下降量は、端子電圧の下降速度を示している。従って、当該速度は、電圧変化率の一例である。電圧変化率は、図３に示すグラフでは、例えば点Ｂ１や点Ｂ２での接線である。当該接線は時間の経過と共に緩やかになることから、電圧変化率は、端子電圧の安定度合を示すものであるといえる。具体的には、電圧変化率が小さいほど、端子電圧がより安定した状態である。

また、図３のＧ２に示すように、二次電池２の端子電圧は、二次電池２の温度が低温であるほど、ＯＣＶに近付くまでの時間が長くなる。二次電池２の温度が高温である場合に比べて、二次電池２の内部抵抗の影響が大きくなるためである。

以下では、仮に高変化電圧領域、低変化電圧領域に関係なく、二次電池２の充放電が停止してからＴ１経過時に二次電池２のＳＯＣの値を推定する場合について説明する。なお、以下では、充放電が停止後のある基準時点から、二次電池２のＳＯＣの値を推定するための端子電圧を検出する時までの時間を待機時間という。充放電が停止後のある基準時点とは、充放電が停止後でもよく、電圧領域の変更があった時でもよい。

充電ケースαの場合、二次電池２の充放電が停止してからＴ１経過時に、二次電池２のＳＯＣの値を推定するとき、点α５での二次電池２の端子電圧値に基づいて、二次電池２のＳＯＣの値を推定する。点α５は低変化電圧領域に属しており、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰ上の点α６でのＳＯＣの値が二次電池２のＳＯＣの推定値となる。そして、当該推定値は約２１％となる。

一方、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰ上の点α４でのＳＯＣの値が二次電池２のＳＯＣの実際値となり、当該実際値は１９％である。充電ケースαの場合、当該推定値と当該実際値との誤差（以下、推定誤差という）Ｓ１は約２％である。よって、低変化電圧領域で二次電池２のＳＯＣの値を推定する場合は、比較的短時間であっても、二次電池２のＳＯＣの値の誤差が大きくならない。

充電ケースβの場合、二次電池２の充放電が停止してからＴ１経過時に、二次電池２のＳＯＣの値を推定するとき、点β５での二次電池２の端子電圧値に基づいて、二次電池２のＳＯＣの値を推定する。点β５は高変化電圧領域に属しており、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰ上の点β６でのＳＯＣの値が二次電池２のＳＯＣの推定値となる。そして、当該推定値は約９６％となる。

一方、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰ上の点β４でのＳＯＣの値が二次電池２のＳＯＣの実際値となり、当該実際値は８５％である。充電ケースβの場合、推定誤差Ｓ２は約１１％である。よって、高変化電圧領域で二次電池２のＳＯＣの値を推定する場合は、比較的短時間であると、二次電池２のＳＯＣの値の誤差が大きくなってしまうおそれがある。

つまり、高変化電圧領域、低変化電圧領域に関係なく、二次電池２の充放電が停止してから同じ時間経過時に二次電池２のＳＯＣの値を推定すると、二次電池２の端子電圧が高変化電圧領域に属する場合、ＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、二次電池２の端子電圧が低変化電圧領域に属する場合、所望の精度を得られる値になっているにもかかわらず、不必要に長い時間待機しなければならないという不都合が生じたりする。

そこで、低変化電圧領域と高変化電圧領域とで、二次電池２のＳＯＣの値の誤差が同程度となるようにするため、待機時間を各領域に分けて設定する必要がある。具体的には、低変化電圧領域では当該待機時間を短待機時間に設定し、高変化電圧領域では当該待機時間を長待機時間に設定する。

（ＳＯＣ推定処理フロー）
例えば、運転者が自動車のキーをオンにすることなどで、二次電池２の充放電が開始されたことをトリガとして、図４に示す通り、ＣＰＵ３５は、積算ＳＣＯの推定処理を実行する。まず、ＣＰＵ３５は、メモリ３６に記憶されているＳＯＣ初期値を読み出す（Ｓ１）。そして、ＣＰＵ３５は、二次電池２の電流センサ３３からの検出信号ＳＧ１に基づき、充放電電流の電流を積算する（Ｓ２）。ＣＰＵ３５は、当該積算値からΔＳＯＣの値を算出し（Ｓ３）、二次電池２の充放電が停止したと判断するまで実行する（Ｓ４）。

ＣＰＵ３５は、二次電池２の充放電が停止していないと判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ２に戻り処理を継続する。一方、ＣＰＵ３５は、二次電池２の充放電が停止したと判断した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、メモリ３６から読み出したＳＯＣ初期値にΔＳＯＣの値を加えた値を新たにＳＯＣ初期値とする（Ｓ５）。そして、ＣＰＵ３５は、積算ＳＣＯの推定処理を終了する。

また、ＣＰＵ３５は、外部機器や上位の電子制御ユニットから要求があった場合、ＳＯＣ初期値にΔＳＯＣの値を加えた値を現在のＳＯＣの値として送信する。

なお、「二次電池２の充放電が停止した」とは、二次電池２が完全に充放電を停止している場合（スイッチ４２が開放されている状態）に限らず、スイッチ４２を介して二次電池２が接続されている負荷４１に待機電流が流れている場合（例えば、数ｍＡ未満）でも、ＢＭＳ３に暗電流が流れている場合（例えば、数百μＡ未満）でもよい。なお、待機電流や暗電流は、基準電流値の一例である。

一方、ＢＭＳ３に電源供給されている間、ＣＰＵ３５は、次述するリセット用ＳＯＣ推定処理を常時実行している。

リセットとは、ＳＯＣの値を更新することを指す。具体的には、例えば自動車が停止すると、ＣＰＵ３５は、二次電池２の端子電圧値に基づいて、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰから二次電池２のＳＯＣの値（ＳＯＣ１）を推定し、先述したＳＯＣ初期値をＳＯＣ１に置き換える。ＳＯＣ初期値は充放電電流の積算誤差が大きいため不正確な値となることが多いためである。

しかし、二次電池２では、先述したように、二次電池２のＳＯＣの値を推定するまでの待機時間について、どのＯＣＶ領域でも一律に設定してＯＣＶ測定法を実行してしまうと、ＣＰＵ３５は、ＳＯＣの値を大きく誤検出してしまうおそれがある。このため、ＣＰＵ３５が、二次電池２の電流を積算することによって推定したＳＯＣの値よりも、ＣＰＵ３５が二次電池２の端子電圧値に基づいて、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブＰから推定したＳＯＣの値の方が、精度が悪化するおそれがある。

そこで、後述するリセットＳＯＣ推定処理では、ＣＰＵ３５は、低変化電圧領域と高変化電圧領域とで、待機時間を分けて設定する。

ＣＰＵ３５は、まず、二次電池２の充放電が停止したか否かを判断する（Ｓ１１）。ＣＰＵ３５は、二次電池２の充放電が停止していないと判断した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、待機し、二次電池２の充放電が停止したと判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３５は、リセット処理条件を満足しているか否かを判断する（Ｓ１２）。

リセット処理条件とは、例えば自動車の走行距離が基準走行距離以上であることや前回リセットしてから基準リセット時間経過していることや、二次電池２の電池温度Ｔが基準値（例えば０℃）を下回っていることであり、ＣＰＵ３５は、自動車の走行距離が短すぎて基準走行距離に至っていないと判断した場合や、前回リセットしてからの時間があまり経過しておらず、基準リセット時間が経過していないと判断した場合や、二次電池２の電池温度Ｔが基準値を下回っていると判断した場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、ＳＯＣの推定をせずリセットＳＯＣ推定処理のフローを抜ける。なお、ＣＰＵ３５は、予め定めたＳＯＣ推定精度の範囲内に収まる限界値として当該条件を判断する。

そしてＣＰＵ３５は、電圧センサ３４からの検出信号ＳＧ２に基づき、二次電池２の端子電圧値Ｖを検出する（Ｓ１３）。そして、ＣＰＵ３５は、メモリ３６に記憶されているＯＣＶ−ＳＯＣカーブ情報を参照して、当該端子電圧値が高変化電圧領域にあるか否かを判断する（Ｓ１４）。

ＣＰＵ３５は、当該端子電圧値が高変化電圧領域にあると判断した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、待機時間を長待機時間（例えば、２４時間）に設定し（Ｓ１５）、当該端子電圧値が高変化電圧領域にないと判断した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、待機時間を短待機時間（例えば、３時間）に設定する（Ｓ１６）。そして、ＣＰＵ３５は時間計測をスタートする（Ｓ１７）。なお、メモリ３６には高変化電圧領域に対応する長待機時間と、低変化電圧領域に対応する短待機時間とが、それぞれ対応付けられて記憶されている。

その後ＣＰＵ３５は、二次電池２の端子電圧値Ｖを検出し（Ｓ１８）、Ｓ１４で判定した電圧領域に変更があるか否かを判断する（Ｓ１９）。ＣＰＵ３５は、電圧領域が変更していると判断した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、電圧領域の変更に応じて待機時間を変更する（Ｓ２０）。例えば、ＣＰＵ３５は、二次電池２の端子電圧値Ｖが、高変化電圧領域から低変化電圧領域に変更したと判断した場合は、待機時間を長待機時間から短待機時間へ変更する。その後、ＣＰＵ３５は、当該変更した待機時間に基づいて、新たに時間計測をスタートする（Ｓ２１）。なお、Ｓ１９の処理は、変更判断処理の一例であり、Ｓ２０の処理は、条件変更処理の一例である。

Ｓ２１の処理後、または、ＣＰＵ３５は、電圧領域が変更していないと判断した場合（Ｓ１９：ＮＯ）、ＣＰＵ３５は、時間計測スタート時から待機時間が経過したか否かを判断する（Ｓ２２）。

ＣＰＵ３５は、時間計測スタート時から待機時間が経過していないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、Ｓ１８に戻り、再び二次電池２の端子電圧値Ｖを検出する。一方、ＣＰＵ３５は、時間計測スタート時から待機時間が経過したと判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、二次電池２の端子電圧値Ｖを検出し（Ｓ２３）、検出した当該端子電圧値に従ってＳＯＣを推定する（Ｓ２４）。そして、ＣＰＵ３５は、当該ＳＯＣの推定値をＳＯＣ初期値としてメモリ３６に記憶する（Ｓ２５）。ＳＣＯ推定処理を終了する。なお、Ｓ２４の処理は、推定処理の一例である。

次に、低変化電圧領域と高変化電圧領域とで、待機時間を分けて設定することの効果について図６で例を挙げて説明する。

まず、充電ケースαでは、点α３で二次電池２の充電が停止となり（Ｓ１１：ＹＥＳ）、点α３はＥＬ１内にあるため（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ３５は、待機時間を短待機時間に設定する（Ｓ１６）。その後、当該待機時間の経過時（Ｓ２２：ＹＥＳ）に二次電池２の端子電圧値Ｖが下降して点α５に至るが、電圧領域はＥＬ１のまま変わらない（Ｓ１９：ＮＯ）。

このため、ＣＰＵ３５は、二次電池２の充電が停止してから当該待機時間の経過時の点α５での二次電池２の端子電圧値Ｖに基づいて（Ｓ２３）、二次電池２のＳＯＣの値を点α６にて推定する（約２１％）（Ｓ２４）。ＣＰＵ３５は、点α４で二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合、当該推定値は約１９％となるため、ＣＰＵ３５が点α６にて二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合と比べて、推定誤差Ｓ１は約２％である。

次に、充電ケースβでは、点β３で二次電池２の充電が停止となり（Ｓ１１：ＹＥＳ）、点β３はＥＬ３内にあるため（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ３５は、待機時間を短待機時間に設定する（Ｓ１６）。その後、二次電池２の端子電圧値Ｖが下降して点β５に至ると、ＣＰＵ３５は、当該端子電圧値の電圧領域がＥＬ３からＥＨ２へ変更になったと判断し（Ｓ１９：ＹＥＳ）、待機時間を長待機時間に設定する（Ｓ２０）。

その後、当該端子電圧値は更に下降し、ＣＰＵ３５が待機時間を長待機時間に設定してから当該待機時間の経過時には（Ｓ２２：ＹＥＳ）点β４に限りなく近い点β６まで下降する。そしてＣＰＵ３５は、点β６での二次電池２の端子電圧値Ｖに基づいて（Ｓ２３）、二次電池２のＳＯＣの値を点β７にて推定する（約８７％）（Ｓ２４）。ＣＰＵ３５は、点β４で二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合、当該推定値は約８５％となるため、ＣＰＵ３５が点β７にて二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合と比べて、推定誤差Ｓ２は約２％である。

さらに、充電ケースγでは、点γ３で二次電池２の充電が停止となり（Ｓ１１：ＹＥＳ）、点γ３はＥＨ２内にあるため（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３５は、待機時間を長待機時間に設定する（Ｓ１５）。その後、二次電池２の端子電圧値Ｖが下降して点γ５に至ると、ＣＰＵ３５は、当該端子電圧値の電圧領域がＥＨ２からＥＬ２へ変更になったと判断し（Ｓ１９：ＹＥＳ）、待機時間を短待機時間に設定する（Ｓ２０）。

そして、二次電池２の端子電圧値が更に下降して点γ６に至ると、ＣＰＵ３５は、当該端子電圧値の電圧領域がＥＬ２からＥＨ１へ変更になったと判断し（Ｓ１９：ＹＥＳ）、待機時間を長待機時間に設定する（Ｓ２０）。その後、当該端子電圧値は更に下降し、当該待機時間の経過時には（Ｓ２２：ＹＥＳ）点γ４に限りなく近い点γ７まで下降する。

その後ＣＰＵ３５は、当該待機時間の経過時の点γ７での二次電池２の端子電圧値Ｖに基づいて（Ｓ２３）、二次電池２のＳＯＣの値を点γ８にて推定する（約４６％）（Ｓ２４）。ＣＰＵ３５は、点γ４で二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合、当該推定値は約４４％となるため、ＣＰＵ３５が点γ８にて二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合と比べて、推定誤差Ｓ３は約２％である。

最後に、放電ケースδでは、点δ３で二次電池２の放電が停止となり（Ｓ１１：ＹＥＳ）、点δ３はＥＬ１内にあるため（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ３５は、待機時間を短待機時間に設定する（Ｓ１６）。その後、当該待機時間の経過時（Ｓ２２：ＹＥＳ）に二次電池２の端子電圧値Ｖが下降して点δ５に至るが、電圧領域はＥＬ１のまま変わらない（Ｓ１９：ＮＯ）。

このため、ＣＰＵ３５は、二次電池２の充電が停止してから当該待機時間の経過時の点δ５での二次電池２の端子電圧値Ｖに基づいて（Ｓ２３）、二次電池２のＳＯＣの値を点δ６にて推定する（約２５％）（Ｓ２４）。ＣＰＵ３５は、点δ４で二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合、当該推定値は約２７％となるため、ＣＰＵ３５が点δ６にて二次電池２のＳＯＣの値を推定した場合と比べて、推定誤差Ｓ４は約２％である。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、低変化電圧領域と高変化電圧領域とで待機時間を分ける。これにより、ＳＯＣの推定誤差が大きくなったり、不必要に長い時間待機したりすることを抑制しつつ、ＳＯＣを推定することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

上記実施形態では、ＣＰＵ３５は、電流センサ３３により二次電池２の電流値Ｉを検出し、その電流値Ｉが基準電流値未満であると判断した場合、二次電池２が基準電流値以下の入出力をしている、換言すれば、リセット処理条件を満足していると判断した。しかし、これに限らず、ＣＰＵ３５は、充電停止や放電停止の制御を実行する構成であって、充電停止の制御や放電停止の制御を実行した場合、二次電池２が基準電流値以下の入出力をしていると判断してもよい。また、ＣＰＵ３５は、充電器等の外部機器から、充電停止信号や放電停止信号を受けた場合、二次電池２が基準電流値以下の入出力をしていると判断してもよい。これらの構成であれば、電流センサ３３により二次電池２の電流値Ｉを検出する必要がなくなる。

上記実施形態では、ＣＰＵ３５は、電圧領域が変更していると判断した場合、待機時間を新たに設定した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ３５は、Ｓ２０で設定した待機時間からＳ１６で設定した待機時間を減算した時間を待機時間として設定してもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ３５は、ＯＣＶの値に応じて電圧領域を設定した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ３５は、二次電池２の電池温度や二次電池２の劣化に応じて電圧領域を設定してもよい。

上記実施形態では、制御部の一例として、１つのＣＰＵ３５を有する制御ユニット３１を例に挙げた。しかし、制御部は、これに限らず、複数のＣＰＵを備える構成や、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びＣＰＵの両方を備える構成でもよい。例えば上記領域判断処理、条件設定処理、推定処理の少なくとも２つを、別々のＣＰＵやハード回路で実行する構成でもよい。

上記実施形態では、充電状態推定プログラムの一例として、ＲＡＭやＲＯＭを有するメモリ３６に記憶されたものを例に挙げた。しかし、充電状態推定プログラムは、これに限らず、ハードディスク装置、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリや、ＣＤ−Ｒなどの記憶媒体などに記憶されたものでもよい。

上記実施形態では、蓄電素子として単電池を例に挙げた。しかしこれに限らず、蓄電素子は、複数のセルを直列接続されたものでも、並列接続されたものでもよく、セル数は適宜変更可能である。また、蓄電素子は、正極活物質がリン酸鉄系物質であることに限定されず、また、必ずしもグラファイト系材料で形成された負極を有するものに限られない。要するに、ＯＣＶとＳＯＣとの相関関係において、階段状に変化する活物質であればよい。ＯＣＶ変化率が基準値以下である２つの微少変化領域、および、当該２つの微少変化領域に挟まれ、且つ、ＯＣＶ変化率が基準値よりも高い急峻変化領域が存在する蓄電素子であればさらに好ましい。また、蓄電素子は、鉛電池、マンガン系リチウムイオン電池など他の二次電池でもよい。更に、蓄電素子は、二次電池に限らず、キャパシタでも電気二重層コンデンサでもよい。

上記実施形態では、高変化電圧領域や低変化電圧領域が複数存在する特性を持つ二次電池２を例に挙げた。しかしこれに限らず、高変化電圧領域や低変化電圧領域は１つしか存在しない特性を持つ二次電池でも、３以上存在する特性を持つ二次電池でもよい。

上記実施形態では、電流値Ｉが基準電流値未満（例えば、数ｍＡ未満）であると判断した場合、ＣＰＵ３５は、リセット処理条件を満足しているか否かを判断した。しかしこれに限らず、基準電流値は数ｍＡよりやや高い値であってもよい。

上記実施形態では、時間計測スタート時から待機時間経過後の二次電池２の端子電圧値Ｖに基づいてＳＯＣの値を推定した。しかしこれに限らず、電圧変化率の高低および二次電池２の端子電圧値Ｖに基づいてＳＯＣの値を推定してもよい。

上記実施形態では、第１高変化電圧領域ＥＨ１と第２高変化電圧領域ＥＨ２とは、待機時間が同じであった。しかしこれに限らず、ＥＨ１とＥＨ２とは待機時間が異なっていてもよい。同様に、１低変化電圧領域ＥＬ１、２低変化電圧領域ＥＬ２および第３低変化電圧領域ＥＬ３も、それぞれ待機時間が異なっていてもよい。そして、ＥＨ１、ＥＨ２などのしきい値は、電池特性に応じて適宜変更が可能であり、上記実施形態の値に限定されない。

上記実施形態では、ＣＰＵ３５は、時間計測スタート時から待機時間が経過していないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、Ｓ１８に戻り、再び二次電池２の端子電圧値Ｖを検出した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ３５は、時間計測スタート時から待機時間が経過していないと判定した場合、再び二次電池２の端子電圧値Ｖを検出しなくてもよい。

１：電池パック ２：二次電池 ３：ＢＭＳ ３１：制御ユニット ３３：電流センサ ３４：電圧センサ ３５：ＣＰＵ ３６：メモリ

Claims (7)

1. 開放電圧と充電状態との変化特性において、開放電圧の単位変化量に対する充電状態の変化量である充電状態変化率が互いに異なる電圧領域が含まれる蓄電素子の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
   前記蓄電素子の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記蓄電素子が基準電流値以下の入出力をしているときに前記電圧検出部が検出した前記蓄電素子の前記端子電圧の検出値が、前記複数の電圧領域のいずれに属するかを判断する領域判断処理と、
   前記端子電圧の検出値が属する電圧領域の前記充電状態変化率が高いほど、前記蓄電素子の前記端子電圧をより安定した状態にするための条件を、推定条件として設定する条件設定処理と、
   前記蓄電素子が前記推定条件を満たすと判断した場合、前記蓄電素子の充電状態を推定する推定処理と、を実行する構成を有する、充電状態推定装置。
2. 請求項１に記載の充電状態推定装置であって、
   前記制御部は、
   前記推定条件の設定後、当該推定条件を満たす前に、前記電圧検出部が検出した前記端子電圧の検出値が属する電圧領域が別の電圧領域に変更になったか否かを判断する変更判断処理と、
   前記電圧領域が変更になったと判断した場合、前記推定条件を、前記別の電圧領域に対応した条件に変更する条件変更処理と、を実行する構成を有する、充電状態推定装置。
3. 請求項２に記載の充電状態推定装置であって、
   前記電圧領域は、前記充電状態変化率が高い領域は、前記充電状態変化率が低い領域に挟まれている、充電状態推定装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の充電状態推定装置であって、
   前記推定条件は、充放電停止から待機時間だけ経過することであり、
   前記条件設定処理では、前記端子電圧の検出値が属する電圧領域の前記充電状態変化率が高いほど、前記待機時間が長い条件を、前記推定条件として設定し、
   前記推定処理では、当該判断をしたときに前記電圧検出部が検出した前記端子電圧の検出値から、前記変化特性に基づいて、前記蓄電素子の充電状態を推定する、充電状態推定装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の充電状態推定装置であって、
   前記蓄電素子の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記制御部は、
   前記温度検出部が検出した前記蓄電素子の温度が基準温度値より低いと判断した場合、前記推定処理を実行しない構成を有する、充電状態推定装置。
6. 蓄電素子と、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の充電状態推定装置と、を備える蓄電装置。
7. 開放電圧と充電状態との変化特性において、開放電圧の単位変化量に対する充電状態の変化量である充電状態変化率が互いに異なる電圧領域が含まれる蓄電素子の充電状態を推定する充電状態推定方法であって、
   前記蓄電素子が基準電流値以下の入出力をしているときに前圧検出部が検出した前記蓄電素子の端子電圧の検出値が、前記複数の開放電圧領域のいずれに属するかを判断する領域判断工程と、
   前記端子電圧の検出値が属する電圧領域の前記充電状態変化率が高いほど、前記蓄電素子の前記端子電圧をより安定した状態にするための条件を、推定条件として設定する条件設定工程と、
   前記蓄電素子が前記推定条件を満たすと判断した場合、前記蓄電素子の充電状態を推定する推定工程と、を備えた、充電状態推定方法。

Images