JP2014196985A - 電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の劣化にともなって充電状態に関する特性が変化しても、充電状態を精度よく検知することができる電池制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る電池制御装置は、電池の開回路電圧と充電状態の対応関係を記述したマップデータを備え、同じ値の開回路電圧について、経過時間に応じて異なる値の充電状態を出力する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電池制御装置に関し、特に電池の充電状態を求める技術に関する。

電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）に搭載する電池システムは、電池システムを構成する電池を安全に使用し、かつ電池の性能を最大限に引き出すために、電池の電圧、温度、電流を検出し、これらに基づいて電池の充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）や劣化状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ：ＳＯＨ）などの電池パラメータを演算する電池制御装置を備えている。

電池のＳＯＣと開回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）との関係や内部抵抗特性などの電池パラメータは、電池のＳＯＨや劣化モードによって様々に変化する。電池パラメータを正確に把握するためには、劣化にともなう電池特性の変化を検知し、電池パラメータを演算する際にその変化を反映させる必要がある。

下記特許文献１は、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係の変化率（ｄＯＣＶ／ｄＳＯＣ）を検出し、電池が劣化する前の変化率と比較することにより、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係が電池の劣化にともなって変化したことを検知する技術を記載している。

特開２０１０−６６２３２号公報

電池は、時間の経過に伴い、経過時間内での電池の保存状態や使用履歴に応じて劣化が進んでいく。電池が劣化したときのＳＯＣとＯＣＶの対応関係は、電池が劣化していないときのものとは異なる特性を有する。電池パラメータはＳＯＣとＯＣＶの対応関係に基づき演算されるため、劣化時に変化したＳＯＣとＯＣＶの対応関係を電池パラメータの演算に反映させる必要がある。上記特許文献１は、電池の劣化を検出する技術については開示しているものの、劣化時に変化したＳＯＣとＯＣＶの対応関係を電池パラメータの演算に反映させる方法については開示していない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、電池の劣化にともなってＳＯＣとＯＣＶの対応関係が変化しても、ＳＯＣを始めとする電池パラメータを精度よく検知することができる電池制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池制御装置は、電池のＳＯＣとＯＣＶの対応関係を記述したマップデータを備え、電池の電圧に基づき、時間の経過に伴って異なるＳＯＣを出力する。

本発明に係る電池制御装置によれば、電池の劣化に応じて、ＯＣＶとＳＯＣの対応関係を変化させるので、劣化の進行に追随して充電状態を求めることができる。

上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかになるであろう。

実施形態１に係る電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。 単電池制御部１２１の回路構成を示す図である。 組電池制御部１５０の構成図である。 記憶部１８０が格納しているＳＯＣテーブル１８１の構成例を示す図である。 ＳＯＣテーブル１８１の別構成例を示す図である。 ＯＣＶカーブ決定部１５１の構成図である。 ＯＣＶ演算部１５１１がＯＣＶを演算する手順を説明する図である。 ＯＣＶカーブ判定部１５１３の構成図である。 Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２が格納している、残容量とＯＣＶの対応関係を記述したＱ−ＯＣＶカーブを例示する図である。 判定部１５１３１がＱ−ＯＣＶカーブを特定する手順を説明する図である。 ＯＣＶカーブ修正部１５１４の構成図である。 ＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２が格納しているＳＯＣ−ＯＣＶカーブを例示する図である。 ＯＣＶカーブ決定部１５１の別構成例を示す図である。 電池制御システム１００の全体動作を説明するフローチャートである。 ステップＳ１３０の詳細を説明するフローチャートである。 ステップＳ１５０の詳細を説明するフローチャートである。 ステップＳ１３０においてＯＣＶカーブ決定部１５１が残容量ＱとＯＣＶのペアを取得する際の動作イメージを示す図である。 実施形態２におけるＯＣＶカーブ決定部１５１の構成図である。 実施形態２におけるＯＣＶカーブ判定部１５１３の構成図である。 Ｒ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３３が格納している、電池の内部抵抗ＲとＯＣＶの対応関係を記述したＲ−ＯＣＶカーブを例示する図である。 実施形態３における組電池制御部１５０の構成図である。 充電器制御部１５３の構成図である。 充電器制御部１５３の動作フローチャートである。 ステップＳ３５０の詳細を説明するフローチャートである。 ステップＳ３５３において充電器制御部１５３が残容量ＱとＯＣＶのペアを取得する動作を例示する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。以下に説明する実施形態の構成は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などの乗用車やハイブリッド鉄道車両といった産業用車両の電源を構成する蓄電装置の蓄電器制御回路にも適用できる。

以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、他にもニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。なお、以下の実施形態では単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。

＜実施の形態１：システム構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。電池システム１００はリレー３００と３１０を介してインバータ４００に接続され、リレー３２０と３３０を介して充電器４２０に接続される。電池システム１００は、組電池１１０、単電池管理部１２０、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、組電池制御部１５０、記憶部１８０を備える。

組電池１１０は、複数の単電池１１１から構成される。単電池管理部１２０は、単電池１１１の状態を監視する。電流検知部１３０は、電池システム１００に流れる電流を検知する。電圧検知部１４０は、組電池１１０の総電圧を検知する。組電池制御部１５０は、組電池１１０の状態を検知し、状態の管理等も行う。

組電池制御部１５０は、単電池管理部１２０が送信する単電池１１１の電池電圧や温度、電流検知部１３０が送信する電池システム１００に流れる電流値、電圧検知部１４０が送信する組電池１１０の総電圧値を受け取る。組電池制御部１５０は、受け取った情報をもとに組電池１１０の状態を検知する。組電池制御部１５０による状態検知の結果は、単電池管理部１２０や車両制御部２００に送信される。

組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成されている。組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を実施する上で、所定の単位数にグループ分けされている。グループ分けされた単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ、１１２ｂを構成している。単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。

単電池管理部１２０は、組電池１１０を構成する単電池１１１の状態を監視する。単電池管理部１２０は、単電池群１１２毎に設けられた単電池制御部１２１を備える。図１では、単電池群１１２ａと１１２ｂに対応して、単電池制御部１２１ａと１２１ｂが設けられている。単電池制御部１２１は、単電池群１１２を構成する単電池１１１の状態を監視および制御する。

本実施形態１では、説明を簡略化するために、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂを構成し、単電池群１１２ａと１１２ｂをさらに電気的に直列接続して合計８個の単電池１１１を備える組電池１１０とした。

組電池制御部１５０と単電池管理部１２０は、フォトカプラに代表される絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して信号を送受信する。絶縁素子１７０を設けるのは、組電池制御部１５０と単電池管理部１２０は、動作電源が異なるためである。すなわち、単電池管理部１２０は、組電池１１０から電力をうけて動作するのに対して、組電池制御部１５０は、車載補機用のバッテリ（例えば１４Ｖ系バッテリ）を電源として用いている。絶縁素子１７０は、単電池管理部１２０を構成する回路基板に実装してもよいし、組電池制御部１５０を構成する回路基板に実装してもよい。システム構成によっては、絶縁素子１７０を省略することもできる。

組電池制御部１５０と、単電池管理部１２０を構成する単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂとの間の通信手段について説明する。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａおよび１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。組電池制御部１５０が単電池管理部１２０に送信した信号は、絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力され、最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。本実施形態１では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間は絶縁素子１７０を介していないが、絶縁素子１７０を介して信号を送受信することもできる。

記憶部１８０は、組電池１１０、単電池１１１、および単電池群１１２の内部抵抗特性、満充電時の容量、分極特性、劣化特性、個体差情報、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係などの情報を格納する。尚、本実施形態１では、記憶部１８０は組電池制御部１５０または単電池管理部１２０の外部に設置されている構成としたが、組電池制御部１５０または単電池管理部１２０が記憶部を備える構成とし、これに上記情報を格納してもよい。

車両制御部２００は、組電池制御部１５０が送信する情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されるインバータ４００を制御する。また、リレー３２０と３３０を介して電池システム１００に接続される充電器４２０を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。充電の際には、電池システム１００は充電器４２０と接続され、家庭用の電源または電気スタンドからの電力供給によって充電される。

充電器４２０は、家庭または電気スタンドに代表される外部の電源を用いて組電池１１０を充電する際に用いられる。本実施形態１では、充電器４２０は車両制御部２００からの指令に基づき充電電圧や充電電流などを制御する構成としているが、組電池制御部１５０からの指令に基づき制御を実施してもよい。また、充電器４２０は車両の構成、充電器４２０の性能、使用目的、外部の電源の設置条件などに応じて車両内部に設置してもよいし、車両の外部に設置することもできる。

電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもと、電池システム１００はインバータ４００に接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いてモータジェネレータ４１０を駆動し、回生時はモータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。電池システム１００を備える車両が家庭用または電気スタンドに代表される外部の電源と接続された際には、車両制御部２００が発信する情報に基づき電池システム１００と充電器４２０とが接続され、組電池１１０が所定の条件になるまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されるか、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。さらに必要に応じて、家庭用の電源に代表される外部電源へも放出する場合がある。

図２は、単電池制御部１２１の回路構成を示す図である。単電池制御部１２１は、電圧検出回路１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、温度検知部１２５を備える。電圧検出回路１２２は、各単電池１１１の端子間電圧を測定する。制御回路１２３は、電圧検出回路１２２および温度検知部１２５から測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、単電池制御部１２１に一般的に実装される、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣばらつきを均等化する回路構成は、周知のものであると判断して記載を省略した。

図２における単電池制御部１２１が備える温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２全体として１つの温度を測定し、単電池群１１２を構成する単電池１１１の温度代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５が測定した温度は、単電池１１１、単電池群１１２、または組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。図２はこれを前提とするため、単電池制御部１２１に１つの温度検知部１２５を設けた。単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて単電池１１１毎に温度を測定し、単電池１１１毎の温度に基づいて各種演算を実行することもできるが、この場合は温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１の構成が複雑となる。

図２では、簡易的に温度検知部１２５を示した。実際は温度測定対象に温度センサが設置され、設置した温度センサが温度情報を電圧として出力し、これを測定した結果が制御回路１２３を介して信号入出力回路１２４に送信され、信号入出力回路１２４が単電池制御部１２１の外に測定結果を出力する。この一連の流れを実現する機能が単電池制御部１２１に温度検知部１２５として実装され、温度情報（電圧）の測定には電圧検出回路１２２を用いることもできる。

図３は、組電池制御部１５０の構成図である。組電池制御部１５０は、ＯＣＶカーブ決定部１５１、電池状態検知部１５２を備える。組電池制御部１５０は、単電池管理部１２０が出力する単電池１１１の電池電圧と温度の計測値、電流検知部１３０が出力する電池電流値、電圧検出部１４０が出力する組電池１１０の総電圧値、車両制御部２００が出力する制御信号が入力される。

電池状態検知部１５２は、入力された各情報と、記憶部１８０が記憶している単電池１１１の内部抵抗、後述の図４で説明するＳＯＣとＯＣＶの対応関係に基づいて、単電池１１１のＳＯＣやＳＯＨを演算する。演算結果やこれに基づく指令は、単電池管理部１２０や車両制御部２００に出力される。ＯＣＶカーブ決定部１５１の構成については後述の図６で説明する。

図４は、記憶部１８０が格納しているＳＯＣとＯＣＶの対応関係の一例を示す図である。電池状態検知部１５２は、例えば、閉回路電圧ＣＣＶからＩＲドロップとＶｐを差し引くことでＯＣＶを求め、図４に示すＳＯＣとＯＣＶの対応関係に基づき、求めたＯＣＶからＳＯＣを求める。ただしこのＳＯＣは単電池１１１の劣化状態に応じて変化するため、後述する手法によって劣化状態に応じた値を改めて求める必要がある。

ＳＯＣテーブル１８１は、単電池１１１のＯＣＶと、単電池１１１のＳＯＣとの対応関係をテーブルや関数などの形式で記述したデータである。図５は、ＳＯＣテーブル１８１の構成例を示す図である。ＳＯＣテーブル１８１は、単電池１１１のＯＣＶと単電池１１１のＳＯＣとの対応関係を単電池１１１の温度に応じて記述したデータテーブルとして構成されている。

図６は、ＯＣＶカーブ決定部１５１の構成図である。ＯＣＶカーブ決定部１５１は、ＯＣＶ演算部１５１１、残容量演算部１５１２、ＯＣＶカーブ判定部１５１３、ＯＣＶカーブ修正部１５１４を備える。

ＯＣＶ演算部１５１１は、単電池１１１の電流、電圧、温度を入力として、単電池１１１のＯＣＶを演算する。残容量演算部１５１２は、電流検知部１３０が検知した電池電流を積算することにより、単電池１１１の残容量を演算する。ＯＣＶカーブ判定部１５１３は、ＯＣＶと残容量を入力として、後述の図９で説明するＳＯＣ−ＯＣＶカーブの特性が変化したか否かを判定する。ＯＣＶカーブ修正部１５１４は、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブの特性が変化したことをＯＣＶカーブ判定部１５１３が検知した場合、変化後の特性に対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択し直して出力する。ＳＯＣ−ＯＣＶカーブは、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係を温度毎に記述したマップデータとして記述することができる。

図７は、ＯＣＶ演算部１５１１がＯＣＶを演算する手順を説明する図である。単電池１１１は、図７に例示するような等価回路として表すことができる。すなわち単電池１１１は、電池の開回路電圧を模擬した直流電源、電極や電解液などの電気抵抗を表すＲｏ、電池の電気化学的な反応に伴う損失分を表すＲｐとＣの並列回路、を直列に接続した回路として表すことができる。電圧検知部１４０または電圧検出回路１２２が検知する電圧は、図７におけるＣＣＶ（閉回路電圧）に相当する。図７に示す等価回路に電流Ｉが通電した場合のＯＣＶは、下記式１で表すことができる。

ＲｏとＲｐは、記憶部１８０にあらかじめ格納しておくデータテーブルに基づき定めることができる。ＳＯＨＲは、電池の内部抵抗に基づき求めたＳＯＨであり、電池の劣化にともない上昇する電池内部抵抗の上昇率を表しており、以下の式２で定義される。ＯＣＶ演算部１５１１は、上記式１を用いてＯＣＶを演算する。式１において、電流Ｉが０の場合は、右辺第２項は０となり、右辺第３項も通電終了時から所定時間経過後に０となる。つまり、電流Ｉが０で通電終了から所定時間が経過した後の電圧は、電圧検知部１４０または電圧検出回路１２２が検知する電圧はＯＣＶとみなすことができるので、ＯＣＶを取得するには好適である。

Ｒ１（ＳＯＣ，Ｔ）は、現在（劣化後）の単電池１１１の内部抵抗［Ω］を示す。Ｒ０（ＳＯＣ，Ｔ）は、新品時の単電池１１１の内部抵抗［Ω］を示す。Ｒ１（ＳＯＣ，Ｔ）は、例えば、下記式３に示すように、充放電期間中の電流変化（ΔＩ＝Ｉ２−Ｉ１）と電圧変化（ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１）の比に基づき算出することができる。

Ｒ０の値は、単電池１１１のＳＯＣと温度に応じて記述したデータテーブルとしてあらかじめ記憶部１８０に格納しておくことができ、下記式４にしたがって、充放電期間中のＳＯＣと温度に対応したＲ０を得ることができる。式３と式４によって得られるＲ１とＲ０の値を式２に適用することにより、単電池１１１のＳＯＨＲを求めることができる。

残容量演算部１５１２は、充放電期間中に電流検知部１３０が取得した電流値を積算することにより、組電池１１０または組電池１１０を構成する各単電池１１１に蓄えられている残容量を演算する。

図８は、ＯＣＶカーブ判定部１５１３の構成図である。ＯＣＶカーブ判定部１５１３は、判定部１５１３１、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２を備える。判定部１５１３１は、残容量演算部１５１２が演算した残容量、ＯＣＶ演算部１５１１が演算したＯＣＶ、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２が格納している残容量とＯＣＶの対応関係を記述したＱ−ＯＣＶカーブを用いて、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係が変化しているか否かを判定する。

図９は、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２が格納している、残容量とＯＣＶの対応関係を記述したＱ−ＯＣＶカーブを例示する図である。図９の横軸は残容量Ｑ（Ａｈ）、縦軸はＯＣＶ（Ｖ）である。

電池の劣化が進行すると、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブが変化するだけでなく、満充電容量も減少する。このため、残容量とＯＣＶの関係は図９（ａ）に示すように劣化にともなって変化し、同じ残容量に対応するＯＣＶの値は劣化度に応じて異なる。そこで、あらかじめ劣化状態に応じた残容量とＯＣＶの関係を測定し、それぞれＱ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２に記憶しておく。

図９（ｂ）は、Ｑ−ＯＣＶカーブが電池劣化にともなって変化するその他の例を示している。図９（ｂ）の満充電時における値が示すように、満充電容量が同一であってもＱ−ＯＣＶカーブが異なる特性を示す場合があるので、単に満充電容量が減少していないということのみをもって、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係が変化していないと判断することはできない。

図１０は、ＯＣＶカーブ判定部１５１３１がＱ−ＯＣＶカーブを特定する手順を説明する図である。ＯＣＶカーブ判定部１５１３１は、残容量とＯＣＶの組み合せを複数点取得し、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２が格納しているＱ−ＯＣＶカーブのうちいずれが、取得した残容量とＯＣＶに合致するかを判定する。判定結果は、例えばＱ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２が格納しているＱ−ＯＣＶカーブの識別番号などの形態で、ＯＣＶカーブ修正部１５１４に出力される。

図１１は、ＯＣＶカーブ修正部１５１４の構成図である。ＯＣＶカーブ修正部１５１４は、ＯＣＶカーブ選択部１５１４１とＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２を備える。ＯＣＶカーブ選択部１５１４１は、ＯＣＶカーブ判定部１５１３の判定結果を受け取り、判定結果に対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブをＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２から選択して出力する。

図１２は、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２が格納しているＳＯＣ−ＯＣＶカーブを例示する図である。ＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２は、図９で例示したＱ−ＯＣＶカーブの様々なパターンに対応する複数のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを記憶している。個々のＳＯＣ−ＯＣＶカーブは、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係を温度毎に記述したマップデータとして記述することができる。ＯＣＶカーブ選択部１５１４１は、判定部１５１３１が出力したＱ−ＯＣＶカーブの判定結果（例えばＱ−ＯＣＶカーブの識別番号）に対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択する。両者の対応関係は、あらかじめ定義しておくものとする。

図１３は、ＯＣＶカーブ決定部１５１の別構成例を示す図である。組電池１１０を構成する単電池１１１においては、個体差によるばらつきや劣化特性のばらつきが生じる。そこで、図１３に示すように単電池管理部１２０が取得する単電池１１１それぞれの電圧をＯＣＶカーブ決定部１５１へ入力することにより、単電池１１１毎にＳＯＣとＯＣＶの対応関係を決定することができる。この場合、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２とＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２は、個体差によるばらつき情報と関連付けて各データを記憶しておくことが望ましい。

なお、単電池１１１個々の特性を考慮せず組電池１１０毎の電池電圧を計測値として用いる場合は、例えば個々の単電池１１１の両端電圧を合算したものを組電池１１０の両端電圧として用いればよい。

＜実施の形態１：システム動作＞
図１４は、電池制御システム１００の全体動作を説明するフローチャートである。以下図１４の各ステップについて説明する。

（図１４：ステップＳ１００）
組電池制御部１５０は、車両が起動したことを示す信号を受信したか否かを判定する。受信した場合はステップＳ１１０へ進み、受信していない場合は受信するまで待機する。

（図１４：ステップＳ１１０）
ＯＣＶ演算部１５１１は、組電池１１０と負荷が接続される前の無負荷状態における電池電圧、すなわちＯＣＶを取得し、ＳＯＣテーブル１８１を用いてＯＣＶをＳＯＣへ変換する。本ステップにおいて求めるＳＯＣは、以下のステップにおいて修正される暫定的なものであることに留意されたい。

（図１４：ステップＳ１２０）
残容量演算部１５１２は、ステップＳ１１０において取得したＳＯＣと電池の満充電容量Ｑｍａｘ（Ａｈ）を用いて、下記式５にしたがって電池の残容量Ｑを演算する。

（図１４：ステップＳ１３０）
判定部１５１３１は、Ｑ−ＯＣＶカーブの特性が変化しているかどうかを判定するために残容量ＱとＯＣＶのペアを複数点取得する。本ステップの詳細は後述の図１５で改めて説明する。

（図１４：ステップＳ１４０）
判定部１５１３１は、ステップＳ１３０で取得した残容量ＱとＯＣＶのペアの個数が所定個数以上に達したか否かを判定する。所定個数以上であればステップＳ１５０に進み、所定個数以上に達していない場合はステップＳ１３０を繰り返す。

（図１４：ステップＳ１５０）
判定部１５１３１は、ステップＳ１３０において取得した残容量ＱとＯＣＶのペアに基づき、Ｑ−ＯＣＶカーブの特性が変化したか否かを判定する。変化している場合は、変化後のＱ−ＯＣＶカーブに対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択する。本ステップの詳細は後述の図１６で改めて説明する。

図１５は、ステップＳ１３０の詳細を説明するフローチャートである。以下、図１５の各ステップについて説明する。

（図１５：ステップＳ１３１）
残容量演算部１５１２は、充放電期間中の電池電流値を積算し、その積算結果をステップＳ１２０において算出された残容量Ｑに加算することにより、複数時点における電池の残容量（Ｑ１〜Ｑｎ）を算出する。

（図１５：ステップＳ１３２〜Ｓ１３３）
残容量演算部１５１２は、車両停止信号を受信したか否かを判定する（Ｓ１３２）。受信した場合はステップＳ１３１において算出した残容量を記憶部１８０に格納し（Ｓ１３３）、受信していない場合はステップＳ１３１に戻る。

（図１５：ステップＳ１３２〜Ｓ１３３：補足）
車両が停止した時点において残容量を記憶部１８０に格納するのは、残容量とペアで取得するＯＣＶを次回、車両起動時に取得するためである。車両が走行している間は電池の電圧（ＣＣＶ）からＯＣＶを演算する際に電流センサの誤差や図７に示す分極電圧（Ｖｐ）のモデリング誤差などにより、ＯＣＶ演算結果に誤差が生じるためである。次回、車両起動時の安定した条件であればＯＣＶを精度良く取得出来る。このため、本実施例では、車両停止時に記録した残容量と次回起動時に取得した安定したＯＣＶのペアでＳＯＣとＯＣＶの対応関係の変化を検知する構成とした。後述の図１７において具体的な動作イメージを例示する。

（図１５：ステップＳ１３４〜Ｓ１３５）
ＯＣＶ演算部１５１１は、車両起動信号を受信したか否かを判定する（Ｓ１３４）。受信した場合は無負荷時の電圧すなわちＯＣＶを取得して記憶部１８０に格納し（Ｓ１３５）、受信していない場合はステップＳ１３４に戻る。なお、ＯＣＶを記憶部１８０に格納するとき、ステップＳ１３３において記憶部１８０に格納した残容量とペアにしておく。後述の図１７においてペアの具体的なイメージを例示する。

図１６は、ステップＳ１５０の詳細を説明するフローチャートである。以下、図１６の各ステップについて説明する。

（図１６：ステップＳ１５１〜Ｓ１５２）
判定部１５１３１は、ステップＳ１３０において記憶部１８０に格納された残容量ＱとＯＣＶのペアを読み出す（Ｓ１５１）。判定部１５１３１は、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２が格納しているＱ−ＯＣＶカーブの中から、ステップＳ１５１において読み出した残容量ＱとＯＣＶのペアに適合するものを検索する（Ｓ１５２）。

（図１６：ステップＳ１５３）
判定部１５１３１は、ステップＳ１５２におけるＱ−ＯＣＶカーブについての判定結果をＯＣＶカーブ修正部１５１４へ出力する。この判定結果は、例えばステップＳ１５２において特定したＱ−ＯＣＶカーブの識別番号などでもよいし、当該Ｑ−ＯＣＶカーブがどのような条件で計測されたものであるのか（例えば、電池のＳＯＣ、温度、使用状況）についての情報でもよい。すなわち、次のステップＳ１５４において、当該Ｑ−ＯＣＶカーブに対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを特定することができる情報であればよい。

（図１６：ステップＳ１５４）
ＯＣＶカーブ修正部１５１４は、ステップＳ１５３において特定されたＱ−ＯＣＶカーブに対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２から選択する。ＯＣＶカーブ修正部１５１４は、選択したＳＯＣ−ＯＣＶカーブを修正前のものと置き換える。

図１７は、ステップＳ１３０においてＯＣＶカーブ決定部１５１が残容量ＱとＯＣＶのペアを取得する際の動作イメージを示す図である。図１７は、車両が走行と停止を繰り返し、最後に充電器４２０によって満充電まで充電する動作パターンを示している。

ＯＣＶカーブ決定部１５１は、走行終了時点または充電終了時点における残容量Ｑと、走行終了から所定時間経過後または充電終了から所定時間経過後のＯＣＶを取得する。電池の劣化は時間経過に応じて進行していくため、ＳＯＣとＯＣＶの関係を取得する際に用いる残容量ＱとＯＣＶのペアは、ある程度の長さを有する期間、例えば１ヶ月の間に取得することが望ましい。

なお、図１７に示す例においては、ＯＣＶを精度よく検知することができるように、車両起動後に電池電圧が安定した時点においてＯＣＶを取得することとしたが、式１にしたがって、通電中においてもＯＣＶを演算し、残容量ＱとＯＣＶの関係を取得するようにしてもよい。

＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る電池制御装置は、残容量ＱとＯＣＶの対応関係（Ｑ−ＯＣＶカーブ）が変化したことを検知し、変化後のＱ−ＯＣＶカーブに対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いる。これにより、電池の劣化に応じて充放電特性が変化しても、ＳＯＣを精度よく検知することができる。またこれにより、ＳＯＣを用いて演算するＳＯＨなどの電池パラメータについても精度よく演算することができるので、信頼性を確保した電池制御システムを提供することができる。

＜実施の形態２＞
実施形態１では、残容量ＱとＯＣＶの対応関係（Ｑ−ＯＣＶカーブ）が変化したことを検知することにより、電池の劣化にともなってＳＯＣ−ＯＣＶカーブが変化したことを検知することを説明した。電池の劣化にともなって変化するその他の電池パラメータとしては、電池の内部抵抗が考えられる。そこで本発明の実施形態２では、電池の内部抵抗が変化したことを検知することにより、電池の劣化にともなってＳＯＣ−ＯＣＶカーブが変化したことを検知する構成例を説明する。電池の内部抵抗の変化を検知する構成以外については実施形態１と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

図１８は、本実施形態２におけるＯＣＶカーブ決定部１５１の構成図である。本実施形態２において、ＯＣＶカーブ決定部１５１は、残容量演算部１５１２に代えて内部抵抗演算部１５１５を備える。内部抵抗演算部１５１５は、例えば式２〜式３で説明したＲ１（ＳＯＣ，Ｔ）などを用いて、単電池１１１の内部抵抗を演算する。

図１９は、本実施形態２におけるＯＣＶカーブ判定部１５１３の構成図である。本実施形態２において、ＯＣＶカーブ判定部１５１３は、Ｑ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３２に代えて、Ｒ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３３を備える。

図２０は、Ｒ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３３が格納している、電池の内部抵抗ＲとＯＣＶの対応関係を記述したＲ−ＯＣＶカーブを例示する図である。電池の内部抵抗は電池の劣化にともなって変化するので、内部抵抗の変化を検知することにより、電池の劣化を検知することができる。そこでＲ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１３３は、複数パターンのＲ−ＯＣＶカーブを格納しておき、判定部１５１３１は実施形態１において残容量Ｑを用いてＱ−ＯＣＶカーブを特定した動作と同様に、現在の劣化状態に対応するＲ−ＯＣＶカーブを特定する。ＯＣＶカーブ修正部１５１４は、特定されたＲ−ＯＣＶカーブに対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択する。

＜実施の形態３＞
実施形態１〜２においては、次回、車両起動時の安定した無負荷電圧と前回車両停止時に取得した残容量のペアを取得することとした。ＳＯＣ−ＯＣＶカーブの変化を検知するためには、残容量が少ない点から残容量が大きい点の幅広い範囲の中で略均等になるようにペアを取得するのが望ましい。但し、電池の使われ方は車両のユーザにより様々に異なるため、車両停止時の残容量とＯＣＶのペアは上記のようにＳＯＣ−ＯＣＶカーブを取得するのに適した点で取得出来るとは限らない。これに対し、充電器４２０を用いて充電をしている間は、電池制御装置の側で充電動作を制御することができる。

そこで本発明の実施形態３では、充電器４２０を用いて充電をしている間において、実施形態１〜２で説明した動作を実施する構成例を説明する。その他の構成は実施形態１〜２と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

図２１は、本実施形態３における組電池制御部１５０の構成図である。本実施形態３において、組電池制御部１５０は、実施形態１〜２で説明した構成に加えて充電器制御部１５３を備える。充電器制御部１５３は、充電器４２０の動作を制御する。

図２２は、充電器制御部１５３の構成図である。充電器制御部１５３は、モード判定部１５３１、メンテナンスモード用制御部１５３２、通常モード用制御部１５３３を備える。モード判定部１５３１は、電池の劣化状態（電池の内部抵抗を用いて演算したＳＯＨＲまたは電池の満充電容量を用いて演算したＳＯＨＱ）に基づき、後述の図２５で例示するメンテナンスモードを実施するか否かを判断する。メンテナンスモードを実施している間はメンテナンスモード用制御部１５３２が充電器４２０の動作を制御し、それ以外の通常モードにおいては通常モード用制御部１５３３が充電器４２０の動作を制御する。モード切替する理由については後述の図２５で説明する。

図２３は、充電器制御部１５３の動作フローチャートである。以下、図２３の各ステップについて説明する。尚、以下に示すフローチャートでは、ＳＯＨＲもしくはＳＯＨＱを充電開始前に取得し、記憶部１８０に記憶されていることを前提とする。

（図２３：ステップＳ３００）
充電器制御部１５３は、充電器に接続されたかどうかを示す充電開始信号を受信したか否かを判定する。受信した場合はステップＳ３１０へ進み、受信していない場合は受信するまで待機する。

（図２３：ステップＳ３１０）
充電器制御部１５３は、予め取得した現在のＳＯＨＲもしくはＳＯＨＱを読み出す。

（図２３：ステップＳ３２０）
モード判定部１５３１は、ステップＳ３１０で演算してＳＯＨＲとＳＯＨＱが、前回ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルを選択し直したとき（初回である場合は出荷時）から所定値以上変化したか否か、すなわち電池の劣化が所定値以上進行したか否かを判定する。所定値以上変化している場合はステップＳ３３０へ進み、それ以外であればステップＳ３４０にスキップする。ＳＯＨＲとＳＯＨＱは、いずれか一方のみを用いてもよい。

（図２３：ステップＳ３３０〜Ｓ３５０）
モード判定部１５３１は、メンテナンスモードを実施すべき旨を指示するメンテナンスモード要求フラグを「１」にセットする（Ｓ３３０）。後述の図２４で説明するフローチャートにしたがって充電を実施する（Ｓ３４０）。

図２４は、ステップＳ３４０の詳細を説明するフローチャートである。以下、図２４の各ステップについて説明する。

（図２４：ステップＳ３４１）
充電器制御部１５３は、メンテナンスモード要求フラグが「１」になっているか否かを確認する。「１」になっている場合はステップＳ３４２へ進み、それ以外であればステップＳ３４６へスキップする。

（図２４：ステップＳ３４２）
充電器制御部１５３は、充電器４２０によって充電を開始した後、電池電圧が後述の図２５で例示する充電一時停止電圧に到達したか否かを判定する。到達していればステップＳ３４３へ進み、到達していなければ充電を継続する。

（図２４：ステップＳ３４３〜Ｓ３４４）
充電器制御部１５３は、充電を一時停止し、残容量ＱとＯＣＶのペアを取得する（Ｓ３４３）。取得した残容量ＱとＯＣＶのペアが所定個数以上に到達した場合はステップＳ３４５へ進み、到達していない場合はステップＳ３４２に戻る（Ｓ３４４）。

（図２４：ステップＳ３４５〜Ｓ３４６）
判定部１５１３１は、ステップＳ１５０と同様の手法を用いて、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択し直す（Ｓ３４５）。充電器制御部１５３は充電を再開し、電池電圧が充電終始電圧に到達するまで充電を継続する（Ｓ３４６）。

図２５は、ステップＳ３４３において充電器制御部１５３が残容量ＱとＯＣＶのペアを取得する動作を例示する図である。本実施形態３においては、車両が停止したことに代えて充電器４２０が充電を停止した時点で残容量ＱとＯＣＶのペアを取得する。充電器４２０の動作は充電器制御部１５３によって制御することができるので、より自由に残容量ＱとＯＣＶのペアを取得することができる。

ただし図２５に例示するように、残容量ＱとＯＣＶのペアを取得するためには充電を一時停止する必要があるので、通常の充電動作と比較して充電時間が長くかかる。そこで、電池劣化が進行していると考えられる時点までは図２５の動作を保留しておき、ステップＳ３２０において電池劣化が判定された時点で図２５の動作を実施する。これにより通常モード時においては充電動作を妨げずにおくことができる。

＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る電池制御装置は、電池の劣化状態がある程度進行した時点において充電器制御部１５３の動作モードを切り替え、残容量ＱとＯＣＶのペアを取得してＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択し直す。これにより、車両の走行状態に依拠することなくＳＯＣ−ＯＣＶカーブをより正確なものに改めることができる。

＜実施の形態４＞
実施形態１〜３では、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２にあらかじめ複数パターンのＳＯＣ−ＯＣＶカーブを格納しておき、残容量Ｑまたは内部抵抗Ｒの劣化度合いに対応するＳＯＣ−ＯＣＶカーブを選択する手法を説明した。これに代えて、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブ記憶部１５１４２には単一のＳＯＣ−ＯＣＶカーブのみを格納しておき、残容量とＯＣＶの関係に所定値以上のズレがあるのを検知した場合に所定値だけＯＣＶカーブを修正する構成とすることも可能である。

具体的には、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブのズレを検知した場合に補正量（例えば、1mVずつ）だけもとのＳＯＣ−ＯＣＶカーブに加算する。この処理を予め実装してある残容量とＯＣＶの関係との間の差異が十分小さくなるまで繰り返す。但し、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブのズレの方向（極性）はＳＯＣに応じて異なる可能性があるため、予めＳＯＣ−ＯＣＶカーブを調査しておき、補正量を設定する必要がある。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。

上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２：単電池群、１２０：単電池管理部、１２１：単電池制御部、１２２：電圧検出回路、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０：組電池制御部、１５１：ＯＣＶカーブ決定部、１５２：電池状態検知部、１５３：充電器制御部、１６０：信号通信手段、１７０：絶縁素子、１８０：記憶部、２００：車両制御部、３００〜３３０：リレー、４００：インバータ、４１０：モータジェネレータ、４２０：充電器。

Claims (11)

1. 電池或いは前記電池が複数、電気的に接続されて構成された組電池の電圧に応じた、前記電池或いは前記組電池の充電状態（SOC））に関する情報を出力する制御部を備えた電池制御システムであって、
   前記制御部は、前記電池或いは前記組電池の電圧とSOCの関係を有し、前記単電池或いは前記組電池の電圧が同一でも時間の経過に伴って、SOCに関する情報の出力結果が異なる
   ことを特徴とする電池制御装置
2. 前記制御部は、
   前記電池の開回路電圧と前記電池の充電状態の対応関係を記述したＳＯＣ−ＯＣＶマップデータを記憶するＳＯＣ−ＯＣＶマップデータ記憶部を有し、
   前記電池の開回路電圧と前記電池に流れる電流に基づき、ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している対応関係を修正することにより、前記経過時間に応じて異なる値の充電状態を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
3. 前記電池制御装置は、
   前記電池に流れる電流を積算することにより前記電池の残容量を演算する残容量演算部と、
   前記電池の残容量と前記電池の開回路電圧の対応関係を記述したＱ−ＯＣＶマップデータを記憶するＱ−ＯＣＶマップデータ記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記残容量演算部が演算した前記電池の残容量と前記Ｑ−ＯＣＶマップデータの記述にしたがって、前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している対応関係を、前記電池の劣化状態に対応するように修正する
   ことを特徴とする請求項２記載の電池制御装置。
4. 前記電池制御装置は、
   前記電池の開回路電圧と前記電池に流れる電流に基づき前記電池の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
   前記電池の内部抵抗と前記電池の開回路電圧の対応関係を記述したＲ−ＯＣＶマップデータを記憶するＲ−ＯＣＶマップデータ記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の内部抵抗と前記Ｒ−ＯＣＶマップデータの記述にしたがって、前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している対応関係を、前記電池の劣化状態に対応するように修正する
   ことを特徴とする請求項３記載の電池制御装置。
5. 前記電池制御装置は、
   前記電池を充電する充電器の動作を制御する充電器制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記充電器制御部が前記充電器による充電を実施している期間において、前記残容量演算部が演算した前記電池の残容量を取得し、その残容量にしたがって、前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している対応関係を、前記電池の劣化状態に対応するように修正する
   ことを特徴とする請求項３記載の電池制御装置。
6. 前記電池制御装置は、
   前記電池を充電する充電器の動作を制御する充電器制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記充電器制御部が前記充電器による充電を実施している期間において、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の内部抵抗を取得し、前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している対応関係を、前記電池の劣化状態に対応するように修正する
   ことを特徴とする請求項４記載の電池制御装置。
7. 前記充電器制御部は、
   前記電池を充電している期間において、充電動作とこれを一時的に中断する動作を繰り返し実施し、
   前記制御部は、
   前記充電器制御部が前記充電動作を一時的に中断している時点において、
   前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している対応関係を修正するのに必要な残容量もしくは内部抵抗と前記電池の開回路電圧を取得し、前記電池の劣化状態に対応するように修正する
   ことを特徴とする請求項５または６記載の電池制御装置。
8. 前記電池制御装置は、
   前記電池の劣化状態が所定程度に達したか否かを判定するモード判定部を備え、
   前記制御部は、
   前記充電器制御部が前記充電器による充電を実施する前に、前記電池の劣化状態が前記所定程度に達したと前記モード判定部が判定した場合に、充電動作とこれを一時的に中断する動作を繰り返す、
   ことを特徴とする請求項７記載の電池制御装置。
9. 前記充電器制御部は、
   前記電池の劣化状態が前記所定程度に達していないと前記モード判定部が判定した場合に、前記充電動作を一時的に中断する動作を実施しない
   ことを特徴とする請求項８記載の電池制御装置。
10. 前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータは、
    前記電池の開回路電圧と前記電池の充電状態の対応関係のパターンを、前記電池の充放電特性のパターンに対応して複数記述しており、
    前記制御部は、
    前記電池の開回路電圧と前記電池に流れる電流に基づき、前記電池の特性が変化したことを検知し、変化後の現在の電池の特性に対応して前記充電状態に関する情報を出力する
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の電池制御装置。
11. 前記制御部は、
    前記電池の開回路電圧と前記電池に流れる電流に基づき、前記電池の特性が変化したことを検知し、
    その変化量に応じて、前記ＳＯＣ−ＯＣＶマップデータが記述している前記電池の開回路電圧と前記電池の充電状態の対応関係を所定値補正することにより、前記変化後の電池の状態に対応した前記充電状態に関する情報を出力する、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の電池制御装置。

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