JP2015215272A - 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の状態またはユーザの使用状況に拘わらず二次電池の充電率を正確に検出すること。【解決手段】二次電池１４の電圧、電流、および、温度を測定する測定手段（電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３）と、二次電池を放電させる放電手段（放電回路１５）と、二次電池の電気的等価回路のパラメータを学習する学習手段（制御部１０）と、充電率の推定に影響を与える変動起因状態量を推定する推定手段（制御部１０）と、二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、等価回路のパラメータと、変動起因状態量とに基づいて二次電池の充電率を算出する算出手段（制御部１０）と、開回路電圧と充電率との関係から充電率を求出する求出手段（制御部１０）と、算出手段によって算出された充電率と、二次電池の開回路電圧とに基づいて、求出手段を補正する補正手段（制御部１０）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。

二次電池には、充電可能な電気容量に上限があり、この上限のＳＯＣ（State of Charge）を充電受入れ限界時（満充電状態）のＳＯＣという。二次電池の正確なＳＯＣを求めるためには、充電受入れ限界時の安定した二次電池の端子間電圧および充電率満充電状態のＳＯＣを基準にして充電率を求める必要がある。

このような満充電状態は、「ＪＩＳ. Ｄ． ５３０１．： ２００６．始動用鉛蓄電池の２．４．２充電の項」に記載されているいずれかの方法を実施し、充電を完了した状態をいう。しかしながら、車両に搭載された二次電池の場合には、前述のような充電方法を実行することが困難であるため、例えば、特許文献１〜３に示すような方法に基づいて、満充電状態を求めることが行われている。

特開２００２−３４５１６２号公報 特開２０１０−２８４０３８号公報 特開２０１１−１６３７８９号公報

しかしながら、特許文献１，３等に開示された技術では、二次電池の充電電流が所定の閾値以下になった場合に満充電状態と判断するが、実車両では、例えば、図９に示すように、充電電流が閾値以下となって満充電として検知される運転時間Ｃに到達する前の運転時間Ａ，Ｂの状態でユーザが下車してしまう場合もあるため、満充電状態を検出するまでに時間を要したり、場合によっては、満充電状態を検出できなかったりするため、充電率を正確に検出できないという問題点がある。

また、二次電池における充電率（ＳＯＣ）は、図１０に実線で示すように二次電池の端子間電圧と相関関係を有するとともに、二次電池の内部状態や環境条件等によって、例えば、図１０に破線または一点鎖線で示すように相関関係が大きく変動する。例えば、液式の鉛蓄電池では、水と硫酸との比重差により充電中に濃硫酸が電槽の下にたまって硫酸の濃度傾斜が形成される成層化が発生する。この成層化の度合いによって端子間電圧や充電受入性が変化する。また、二次電池の容量、液量、重量、容積等の状態量や、二次電池周辺の環境温度等によっても端子間電圧が変化する。二次電池の運用中は、これらの要因が一つあるいは複数組み合わさって端子間電圧に大きく影響する。このため、例えば、特許文献１，２等に開示された技術では、前述した変動要因の影響によって、満充電状態を正確に検出することができず、このため、充電率を正確に検出できないという問題点がある。

本発明は、二次電池の状態またはユーザの使用状況に拘わらず二次電池の充電率を正確に検出することが可能な二次電池検出装置および二次電池状態検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、前記二次電池の電圧、電流、および、温度を測定する測定手段と、前記二次電池を放電させる放電手段と、前記放電手段による放電時の電圧および電流の値に基づいて、前記二次電池の電気的等価回路のパラメータを学習する学習手段と、前記二次電池の充電率の推定に影響を与える変動起因状態量を推定する推定手段と、前記測定手段によって測定された前記二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、前記学習手段による学習によって得られた前記二次電池の等価回路のパラメータと、前記推定手段によって推定された前記変動起因状態量とに基づいて前記二次電池の充電率を算出する算出手段と、開回路電圧と充電率との関係から充電率を求出する求出手段と、前記算出手段によって算出された充電率と、前記二次電池の開回路電圧とに基づいて、前記求出手段を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の状態またはユーザの使用状況に拘わらず二次電池の充電率を正確に検出することが可能になる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記車両が停止する前に測定した前記二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、停止する前に推定した前記変動起因状態量と、停止中に得た前記等価回路のパラメータに基づいて、前記二次電池の充電率を算出することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の状態によらず、また、必ずしも満充電状態にしなくても、二次電池の充電率を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記補正手段は、前記車両が停止する前に測定した前記二次電池の電流の値が、前回の補正時における電流の値よりも小さい場合には、補正処理を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、より正確にできるタイミングで補正を行うことで、充電率をより正確に求めることができる。

また、本発明は、前記補正手段は、前記車両が停止する前に測定した前記二次電池の電流の値が、１０Ａよりも小さい場合に、補正処理を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、充電率が高く、より正確にできるタイミングで補正を行うことで、充電率をより正確に求めることができる。

また、本発明は、前記学習手段は、等価回路パラメータとして内部抵抗を有し、内部抵抗＝（充電電圧−開回路電圧）／充電電流に基づいて、学習処理を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単なパラメータを用いることで、充電率をより正確に求めることができる。

また、本発明は、前記放電手段は、前記二次電池を所定の周波数および電流値で放電させ、前記学習手段は、等価回路パラメータとして、溶液抵抗、反応抵抗、および、電気二重層容量を有し、前記放電手段による所定の周波数および電流の値による放電に基づいて、前記等価回路パラメータの学習処理を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、複数のパラメータを用いることで、充電率をさらに正確に求めることができる。

また、本発明は、前記変動起因状態量は、前記二次電池の温度、成層化の状態、分極の状態、劣化の状態、電池容量、電池サイズの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の状態によらず、充電率を正確に求めることができる。

また、本発明は、前記二次電池の劣化の状態は、前記液抵抗、反応抵抗、および、電気二重層容量の経時変化に基づいて求めることを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の経時変化を正確に求めることで、経時変化によらず、充電率を正確に求めることができる。

また、本発明は、車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、前記二次電池の電圧、電流、および、温度を測定する測定ステップと、前記二次電池を放電させる放電ステップと、前記放電ステップにおいて放電時の電圧および電流の値に基づいて、前記二次電池の電気的等価回路のパラメータを学習する学習ステップと、前記二次電池の充電率の推定に影響を与える変動起因状態量を推定する推定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、前記学習ステップにおける学習によって得られた前記二次電池の等価回路のパラメータと、前記推定ステップにおいて推定された前記変動起因状態量とに基づいて前記二次電池の充電率を算出する算出ステップと、開回路電圧と充電率との関係から充電率を求出する求出ステップと、前記算出ステップによって算出された充電率と、前記二次電池の開回路電圧とに基づいて、前記求出ステップを補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の状態またはユーザの使用状況に拘わらず二次電池の充電率を正確に検出することが可能になる。

本発明によれば、二次電池の状態またはユーザの使用状況に拘わらず二次電池の充電率を正確に検出することが可能な二次電池検出装置および二次電池状態検出方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置の構成例を示す図である。 図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。 二次電池の等価回路の一例を示す図である。 二次電池の電圧と電流の時間的変化を示す図である。 時間とＳＯＣとの関係を示す図である。 図１に示す実施形態において実行される処理の一例を示す図である。 図６に示すステップＳ２２の処理の詳細を説明するためフローチャートである。 図６に示すステップＳ２３の処理の詳細を説明するためフローチャートである。 運転時間と充電電流の関係を示す図である。 開回路電圧と充電率との関係を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る二次電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の状態を検出する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。

二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブルまたは数式等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５に駆動電流を供給してこれを制御する。

（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、図を参照して、本発明の実施形態の動作について説明する。本発明の実施形態では、車両が停止中に、制御部１０が放電回路１５を制御して、所定の周波数および所定の電流にて、二次電池１４を放電させ、そのときの電圧値および電流値を電圧センサ１１および電流センサ１２によって検出し、検出した電圧値および電流値と、放電前の電圧値および電流値に基づいて二次電池１４の電気的な等価回路のパラメータに対する学習処理を実行する。ここで、停止とはエンジン１７が停止し、負荷１９にいわゆる暗電流のみが流れている状態をいう。

図３は、二次電池１４の電気的等価回路の一例を示す図である。この例では、等価回路は、導電抵抗および液抵抗であるＲｏｈｍに対して、並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ１および電気二重層容量Ｃ１と、並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ２および電気二重層容量Ｃ２とが直列接続されている。制御部１０のＣＰＵ１０ａは、このような等価回路のパラメータ（素子値）を、例えば、カルマンフィルタまたはサポートベクタマシン等のアルゴリズムを用いて学習処理する。ＣＰＵ１０ａは、学習処理によって得られた等価回路のパラメータを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。

なお、図３に示す等価回路は一例であって、並列接続される反応抵抗と電気二重層容量が１つずつ存在してもよいし、あるいは、反応抵抗と電気二重層容量が３つ以上存在してもよい。また、電気二重層容量を有しないで、抵抗だけの構成としてもよい。

つぎに、エンジン１７が始動され、車両が運転状態になると、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１および電流センサ１２によって二次電池１４の電圧値Ｖ、電流値Ｉを所定の周期で測定し、測定したこれらの値をＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。

また、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の変動起因状態量を所定の周期で取得し、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。ここで、変動起因状態量とは、二次電池１４が基準状態から外れる（変動する）要因（起因）の状態量をいう。この変動起因状態量としては、例えば、温度Ｔが存在する。図４は、二次電池１４の充電過程における電圧と電流の時間的変化の一例を示す図である。図４に示すように、二次電池１４の温度が基準状態よりも低い場合には二次電池１４の端子電圧および充電電流は破線で示すように、実線で示す基準状態から外れた状態となる。より詳細には、二次電池１４を充電する場合に、充電率が低いときには、オルタネータ１６は定電流による充電を行う。図４では、下に示す実線の電流のグラフは時間Ｔ１までは時間の経過に拘わらず一定であり、上に示す実線の電圧のグラフは時間の経過とともに増加する。そして、電圧が所定の電圧閾値（一点鎖線）よりも大きくなると、定電流充電から定電圧充電に移行する。この結果、時間Ｔ１以降は電圧が一定になるとともに、電流は充電の進行に従って減少する。そして、電流が所定の電流閾値（一点鎖線）よりも小さくなった場合には満充電状態と判定する。二次電池１４の温度が低い場合には、破線で示すように、時間Ｔ２（＜Ｔ１）において電圧が電圧閾値を超えてしまう。また、基準状態よりも早いタイミングで電流が電流閾値よりも小さくなるため、満充電であると誤って判定される。

以上に説明したように、変動起因状態量としては、例えば、温度Ｔを例に挙げることができるが、これ以外にも、例えば、成層化Ｓｔ、分極Ｐｌ、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚを変動起因状態量として用いることができる。なお、成層化Ｓｔとは、二次電池１４の電解液のイオン濃度によって形成される層の状態をいい、分極Ｐｌとは、例えば、充放電によって電極電位が静止電位からずれた状態をいい、劣化状態Ｄｔとは、二次電池１４の劣化状態（例えば、ＳＯＨ（State of Health））をいい、電池容量Ｃｐとは二次電池１４のその時点において充放電可能な容量をいい、また、電池サイズＳｚは二次電池１４の初期における充放電可能な容量をいう。なお、電池サイズＳｚは時間の経過に拘わらす一定の値であるが、それ以外は時間の経過に応じて変化する値である。以下の説明では、変動起因状態量として、温度Ｔ、成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌを例に挙げて説明しているが、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚを用いるようにしてもよい。

車両が停止されると、ＣＰＵ１０ａは、停止直前に測定された二次電池１４の電圧値Ｖ、電流値Ｉ、および、停止直前に取得された変動起因状態量としての温度Ｔ、成層化Ｓｔ、および、分極ＰｌをＲＡＭ１０ｃから取得する。

つぎに、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式（後述する）に対する補正処理を以前に実行したことがない場合（今回が初めてである場合）、または、今回取得した電流値Ｉと、前回の停止時において取得した電流値Ｉとを比較し、今回取得した電流値Ｉの方が前回取得した電流値Ｉよりも小さい場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式の補正処理を実行する。

ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式の補正処理としては、まず、ＣＰＵ１０ａは、停止直前に測定された充電電圧、停止中に測定された開回路電圧、および、停止直前に取得された変動起因状態量としての成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌを以下の式（１）に適用してΔＶを算出し、このΔＶと、停止直前に測定された電流値Ｉ、Ｒｏｈｍ、Ｒｃｔ１、Ｒｃｔ２、および、オフセット値Ｙ０を式（２）に代入し、ＳＯＣの値を算出する。なお、式（２）のＡ１は所定の定数を示す。また、成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌは、温度の影響を受けてその値が変化するため、検出した温度Ｔによる補正を行うことが望ましい。さらに、式（２）は、一次の指数関数としているが、高次の指数関数、または、対数関数としてもよい。

ΔＶ＝充電電圧−開回路電圧＋Ｓｔ＋Ｐｌ ・・・（１）

ＳＯＣ＝Ａ１×ｅｘｐ（ΔＶ，Ｉ，Ｒｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２）＋Ｙ０ ・・・（２）

車両が停止する前に、経時的に測定した二次電池の電圧、電流、および温度の値と、停止する前に推定した変動起因状態量と、停止中に得た等価回路のパラメータに基づいて、式（１），（２）からＳＯＣが得られる。得られたＳＯＣを、二次電池の電圧、電流、および温度の値を測定した時間に対してプロットした例を図５に示す。式（１），（２）の関係を用いることにより、図５のように任意の時点におけるＳＯＣを推定することが可能となる。そのため、停止直前の取得値から、二次電池の状態またはユーザの使用状況に拘わらず二次電池の充電率を推定できる。

つぎに、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の開回路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を求める。具体的には、エンジン１７を停止してから一定時間以上が経過した際に二次電池１４の電圧を測定するか、または、エンジン１７を停止した後の二次電池１４の電圧変化から、一定時間以上が経過した後の電圧を予測し、これをＯＣＶとする。

つづいて、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に対してＯＣＶを適用してＳＯＣを求め、この求めたＳＯＣと前述した式（１），（２）で求めたＳＯＣを比較し、これらが一致する場合にはＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は正しいと判定し、それ以外の場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する。なお、補正の方法としては、例えば、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は一次関数（例えば、ＳＯＣ＝ａ・ＯＣＶ＋ｂ）によって表されるが、この一次関数の切片であるｂの値を補正することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式にＯＣＶを適用して得たＳＯＣと、式（１），（２）によって得たＳＯＣが一致するようにする。なお、ａ，ｂは、温度依存性があるため、これらａ，ｂは温度によって補正することが望ましい。

以上のようにして、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式が補正されると、それ以降は、補正後のＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に基づいて、ＯＣＶからＳＯＣを正確に求めることができる。

なお、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式の補正処理は、エンジン１７の停止直前に測定した電流値が、前回の測定値よりも小さい場合に実行される。ここで、電流値が小さいことは、ＳＯＣが大きいことを示し、ＳＯＣが大きい方が、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式をより正確に補正することができる。このため、前回よりも電流値が小さい場合に、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式をより正確なものにすることができる。但し、電流値が前回値よりも大きい状態が続く場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式の補正が実行されなくなるので、例えば、補正処理を実行してから所定の期間（例えば、３ヶ月）が経過した場合には、無条件で補正処理を実行することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を経時変化に対応させることができる。

（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明
つぎに、図６〜図８を参照して、実施形態の詳細な動作について説明する。図６は、図１に示す実施形態において実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、例えば、二次電池１４の電流値や電圧値を参照し、車両が停止中か否かを判定し、車両が停止中と判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）にはステップＳ１５に進む。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の状態が安定していることを示す所定の条件を満たしているか否かを判定し、所定の条件を満たしていると判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）にはステップＳ１２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）にはステップＳ１４に進む。より詳細には、例えば、二次電池１４から負荷１９に流れる電流が所定の閾値以下であり、また、二次電池１４の電圧が所定の閾値以下であり、かつ、通信部１０ｄによる通信が行われていない場合には、所定の条件を満たしているとしてステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、図３に示す、二次電池１４の等価回路の各パラメータについて学習処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御して、二次電池１４を所定の周波数および所定の電流で放電させる。そして、その時の電圧値および電流値を電圧センサ１１および電流センサ１２から取得し、放電前の電圧値および電流値に基づいて二次電池１４の電気的な等価回路のパラメータに対する学習処理を実行する。なお、学習処理としては、例えば、カルマンフィルタまたはサポートベクタマシン等のアルゴリズムを用いることができる。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１２の学習処理によって得られた等価回路のパラメータを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、車両が運転中か否かを判定し、運転中であると判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合にはステップＳ１１に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。なお、運転中か否かの判定は、例えば、二次電池１４の電流値や電圧値を参照することで行うことができる。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、変動起因状態量を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、温度Ｔ、成層化Ｓｔ、分極Ｐｌ、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚを変動起因状態量として取得する。ここで、温度Ｔは、温度センサ１３から取得する。また、電池サイズＳｚは、固定値であるので、予め格納されている値を、例えば、ＲＡＭ１０ｃから取得する。成層化Ｓｔ、分極Ｐｌ、劣化状態Ｄｔ、および、電池容量Ｃｐは、例えば、二次電池１４に流れる電流の積算値や、充放電の際の内部抵抗を参照して求めることができる。なお、特に、二次電池１４の劣化状態Ｄｔについては、導電抵抗・液抵抗、反応抵抗、および、電気二重層容量の経時変化に基づいて求めることができる。また、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚについては、式（１），（２）では使用していないが、これらを式（１），（２）に含むようにしてもよい。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１および電流センサ１２から、その時点における二次電池１４の電圧値および電流値を取得する。

ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１５で取得した変動起因状態量と、ステップＳ１６で取得した電圧値および電流値を、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして記憶する。

ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、車両が停止中か否かを判定し、停止中であると判定した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）にはステップＳ１９に進み、それ以外の場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）にはステップＳ１５に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。なお、車両が停止中か否かの判定は、前述したように、二次電池１４の電流値や電圧値を参照することで行うことができる。

ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、今回が初回処理であるか否かを判定し、初回処理であると判定した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２２に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）にはステップＳ２０に進む。より詳細には、例えば、組み立てラインにおいて、二次電池１４が搭載されてから最初の処理である場合、または、車両の納車後にユーザが二次電池１４を交換して最初の処理である場合には、Ｙｅｓと判定してステップＳ２２に進む。

ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１６で取得した今回測定した電流値と、前回の処理においてステップＳ１６で取得した電流値を比較し、今回の電流値の方が前回の電流値よりも小さい場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）にはステップＳ２２に進み、それ以外の場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）にはステップＳ２１に進む。ここで、電流値を比較する理由は、電流値（充電電流の値）が小さい場合には、二次電池１４の充電率が高いことを示し、充電率が高い場合にはより高い精度で、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正することができる。このため、本実施形態では、電流値を比較して、前回よりも電流値が小さい場合には、後述するステップＳ２２のＳＯＣ補正・算出処理を実行する。

ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、前回、ＳＯＣ補正・算出処理を実行してから所定の期間（例えば、３ヶ月）が経過したか否かを判定し、経過したと判定した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）にはステップＳ２２に進み、それ以外の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）には２３に進む。ここで、前回、ＳＯＣ補正・算出処理を実行してから所定の期間が経過した場合に、ＳＯＣ補正・算出処理を実行するのは、ある程度の期間が経過すると、二次電池１４の状態が変化するため、そのような場合に、ステップＳ２０の条件を満たさない場合であっても、ステップＳ２２の処理を実行するためである。

ステップＳ２２では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＣ補正・算出処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図７を参照して後述する。

ステップＳ２３では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＣ算出処理を実行する。なお、この処理の詳細は、図８を参照して後述する。

以上の処理によれば、車両が停止中に、二次電池１４の等価回路のパラメータを学習してＲＡＭ１０ｃに記憶し、車両が運転中になると二次電池１４の電圧値および電流値を取得するとともに、変動起因状態量を取得してＲＡＭ１０ｃに記憶する。そして、車両が停止した場合であって、初回の処理であるか、今回の電流値が前回の電流値よりも小さいか、または、前回の処理から所定の期間が経過したときにはＳＯＣ補正・算出処理を実行する。

つぎに、図７を参照して、図６のステップＳ２２に示す処理の詳細について説明する。図７に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、図６のステップＳ１３で記憶した等価回路のパラメータをＲＡＭ１０ｃから取得する。

ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、図６のステップＳ１７で記憶した変動起因状態量のうち、車両の停止前（例えば、停止直前）に記憶したものをＲＡＭ１０ｃから取得する。なお、車両が停止前に記憶した変動起因状態量を取得するのは、最新の変動起因状態量を使用するためである。もちろん、経時的な変化が少ない変動起因状態量については、停止直前ではなく、それよりも前の情報を使用するようにしてもよい。

ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、図６のステップＳ１７で記憶した電圧値および電流値のうち、車両の停止前（例えば、停止直前）に記憶したものをＲＡＭ１０ｃから取得する。なお、車両が停止前に記憶した電圧値および電流値を取得するのは、最新の電圧値および電流値を使用するためである。

ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、取得した等価回路パラメータ、変動起因状態量、および、電圧値・電流値を、前述した式（１），（２）に適用することで、その時点における二次電池１４のＳＯＣの値を算出する。なお、式（１），（２）は、一例であって、これ以外の式を用いるようにしてもよい。あるいは、式の代わりに、例えば、テーブルを用いるようにしてもよい。

ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、開回路電圧ＯＣＶを取得する。なお、開回路電圧ＯＣＶを求める方法としては、例えば、車両が停止してから所定の時間（例えば、数時間）が経過した場合であって、負荷１９に流れる電流が所定の閾値よりも小さい場合に二次電池１４の電圧を測定することで開回路電圧ＯＣＶを得ることができる。あるいは、二次電池１４の電圧の経時変化から、安定電圧である開回路電圧を推定するようにしてもよい。

ステップＳ３５では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する処理を実行する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に対して、ステップＳ３４で取得したＯＣＶを適用してＳＯＣを求め、この求めたＳＯＣと前述した式（１），（２）で求めたＳＯＣを比較し、これらの値が一致する場合にはＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は正しいと判定し、それ以外の場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する。なお、補正の方法としては、例えば、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は一次関数（例えば、ＳＯＣ＝ａ・ＯＣＶ＋ｂ）によって表されるが、この一次関数の切片であるｂの値を補正することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式にＯＣＶを適用して得たＳＯＣと、式（１），（２）によって得たＳＯＣが一致するようにする。

ステップＳ３６では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に対して、ステップＳ３４で求めた開回路電圧ＯＣＶを適用することで、充電率であるＳＯＣを求める。

以上の処理によれば、等価回路パラメータと、停止前の変動起因状態量と、停止前の電圧値・電流値を、式（１），（２）に適用して充電率ＳＯＣを求め、式（１），（２）から求めたＳＯＣと、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式から求めたＳＯＣとを比較することにより、これらが一致しない場合にはＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正することができる。

つぎに、図８を参照して、図６のステップＳ２３に示す処理の詳細について説明する。図８に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ５０では、ＣＰＵ１０ａは、積算ＳＯＣを算出する。より詳細には、ある時点におけるＳＯＣを基準として、二次電池１４に入出力される電流を積算することで積算ＳＯＣを得る。

ステップＳ５１では、ＣＰＵ１０ａは、開回路電圧ＯＣＶを取得する。なお、開回路電圧ＯＣＶを求める方法は、前述した図７のステップＳ３４の場合と同様である。

ステップＳ５２では、ＣＰＵ１０ａは、図７のステップＳ３５で必要に応じて補正処理が施されたＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に、ステップＳ５１で求めた開回路電圧ＯＣＶを適用し、充電率ＳＯＣを求める。なお、ステップＳ５０で求めたＳＯＣと、ステップＳ５２で求めたＳＯＣを比較し、これらが所定の閾値以上乖離している場合には、図７のステップＳ３５の処理を実行するようにしてもよい。

以上の処理によれば、積算ＳＯＣを求めるとともに、図７のステップＳ３５で必要に応じて補正処理が施されたＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を用いてＳＯＣを算出することが可能になる。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、前述した式（１），（２）に基づいてＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣに基づいてＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正するようにしたので、二次電池１４が満充電の状態でない場合でもＳＯＣを正確に求めることができる。このように、満充電状態まで待たないことにより、不要な充電を減らし、燃費を向上させることができる。

また、本実施形態では、変動起因状態量に基づいてＳＯＣを求め、このＳＯＣに基づいてＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正するようにしたので、二次電池１４の状態または使用関係によらず、ＳＯＣを精度良く求めることができる。また、二次電池１４の劣化状態や、二次電池１４の種類によって異なる因子を、変動起因状態量として取得し、この取得した変動起因状態量に基づいてＳＯＣを求めることで、二次電池１４が交換された場合（同じ種類の二次電池１４に交換された場合および異なる種類の二次電池１４に交換された場合）であっても、ＳＯＣを精度良く求めることができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、変動起因状態量として、温度、成層化、分極、劣化状態、電池容量、および、電池サイズを用いるようにしたが、これらの全てを用いるのではなく、これらの一部を用いるようにしてもよい。また、温度、成層化、分極の順に影響が大きいことが実験によって判明しているので、これらを優先して用いるようにしたり、あるいは、影響の大小に応じた係数を用いたりするようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、前述した式（１），（２）は一例であって、これ以外の式を用いるようにしてもよい。あるいは、数式の代わりに、テーブルを用いるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、変動起因状態量、電圧値、および、電流値としては、停止直前の値を用いるようにしたが、直前の値ではなく、数分から数十分前の値を用いるようにしてもよい。また、運転時間に応じて、取得するタイミングを変更するようにしてもよい。例えば、長時間運転する場合、例えば、温度に関してはある程度運転すると安定するので、安定した後の値を取得するようにすることができ、また、短時間運転の場合には安定する前に停止されるので、停止直前の値を取得することが望ましい。また、変動起因状態量の種類によって、取得するタイミングを設定するようにしてもよい。例えば、変化が激しい電圧値および電流値については停止直前に値を取得し、劣化状態については緩やかに変化するので、定期的（例えば、１週間毎）に取得することができる。なお、１回の計測によって得られた値を使用するのではなく、複数回の測定によって得られた値の平均値を求めるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、二次電池１４の等価回路としては、図３に示す等価回路を用いるようにしたが、これ以外の等価回路を用いるようにしてもよい。例えば、並列接続される反応抵抗と電気二重層容量の数が１つまたは３つ以上であってもよい。また、電気二重容量を有しない抵抗だけの等価回路を用いるようにしてもよい。なお、その場合には、内部抵抗＝（充電電圧−開回路電圧＋Ｓｔ＋Ｐ１）／充電電流によって学習処理を実行することができる。

また、以上の実施形態では、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式として、前述した一次式を使用するようにしたが、一次式以外の数式を用いたり、数式の代わりにテーブルを用いたりしてもよい。

また、図６の処理では、ステップＳ２０において、今回の電流値が前回の電流値よりも小さい場合には、ステップＳ２２の処理を必ず実行するようにしたが、例えば、前回の処理からの経過時間が所定の閾値よりも小さい場合には、ステップＳ２２の処理を実行せずに、ステップＳ２０に進むようにしてもよい。また、前回と今回の電流値を比較して判定するのではなく、例えば、今回の電流値が所定の閾値よりも小さい場合に、ステップＳ２２の処理を実行するようにしてもよい。なお、閾値としては、例えば、１０Ａを用いることができる。

１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部（学習手段、推定手段、算出手段、求出手段、補正手段）
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 表示部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ（測定手段）
１２ 電流センサ（測定手段）
１３ 温度センサ（測定手段）
１４ 二次電池
１５ 放電回路（放電手段）
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷

Claims (9)

1. 車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
   前記二次電池の電圧、電流、および、温度を測定する測定手段と、
   前記二次電池を放電させる放電手段と、
   前記放電手段による放電時の電圧および電流の値に基づいて、前記二次電池の電気的等価回路のパラメータを学習する学習手段と、
   前記二次電池の充電率の推定に影響を与える変動起因状態量を推定する推定手段と、
   前記測定手段によって測定された前記二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、前記学習手段による学習によって得られた前記二次電池の等価回路のパラメータと、前記推定手段によって推定された前記変動起因状態量とに基づいて前記二次電池の充電率を算出する算出手段と、
   開回路電圧と充電率との関係から充電率を求出する求出手段と、
   前記算出手段によって算出された充電率と、前記二次電池の開回路電圧とに基づいて、前記求出手段を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする二次電池状態検出装置。
2. 前記算出手段は、前記車両が停止する前に測定した前記二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、停止する前に推定した前記変動起因状態量と、停止中に得た前記等価回路のパラメータに基づいて、前記二次電池の充電率を算出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。
3. 前記補正手段は、前記車両が停止する前に測定した前記二次電池の電流の値が、前回の補正時における電流の値よりも小さい場合には、補正処理を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池状態検出装置。
4. 前記補正手段は、前記車両が停止する前に測定した前記二次電池の電流の値が、１０Ａよりも小さい場合に、補正処理を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
5. 前記学習手段は、等価回路パラメータとして内部抵抗を有し、
   内部抵抗＝（充電電圧−開回路電圧）／充電電流
   に基づいて、学習処理を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
6. 前記放電手段は、前記二次電池を所定の周波数および電流値で放電させ、
   前記学習手段は、等価回路パラメータとして、溶液抵抗、反応抵抗、および、電気二重層容量を有し、前記放電手段による所定の周波数および電流の値による放電に基づいて、前記等価回路パラメータの学習処理を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
7. 前記変動起因状態量は、前記二次電池の温度、成層化の状態、分極の状態、劣化の状態、電池容量、電池サイズの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。
8. 前記二次電池の劣化の状態は、前記液抵抗、反応抵抗、および、電気二重層容量の経時変化に基づいて求めることを特徴とする請求項７に記載の二次電池状態検出装置。
9. 車両に搭載される二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
   前記二次電池の電圧、電流、および、温度を測定する測定ステップと、
   前記二次電池を放電させる放電ステップと、
   前記放電ステップにおいて放電時の電圧および電流の値に基づいて、前記二次電池の電気的等価回路のパラメータを学習する学習ステップと、
   前記二次電池の充電率の推定に影響を与える変動起因状態量を推定する推定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定された前記二次電池の電圧、電流、および、温度の値と、前記学習ステップにおける学習によって得られた前記二次電池の等価回路のパラメータと、前記推定ステップにおいて推定された前記変動起因状態量とに基づいて前記二次電池の充電率を算出する算出ステップと、
   開回路電圧と充電率との関係から充電率を求出する求出ステップと、
   前記算出ステップによって算出された充電率と、前記二次電池の開回路電圧とに基づいて、前記求出ステップを補正する補正ステップと、
   を有することを特徴とする二次電池状態検出方法。

Images