JP2016109455A - 蓄電池の充電率の算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置における記憶量を少なくして、精度良く充電率を算出することができる蓄電池の充電率の算出方法を提供すること。【解決手段】負荷状態にある蓄電池２の電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔを測定し、測定した温度Ｔを、温度−内部抵抗関係式Ｘ１、温度−充電率係数関係式Ｘ２及び温度−開放電圧関係式Ｘ３にそれぞれ代入して、測定時点における内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を算出する。その後、測定した電圧Ｖ及び電流Ｉ、並びに測定時点における内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を用いて、充電率としての算出充電率ＳＯＣ１を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の満充電量に対する現在の充電量を示す充電率を算出する方法に関する。

蓄電池において、満充電量に対する現在の充電量を示す充電率（ＳＯＣ、State Of Charge）は、例えば、開放電圧推定法、電流積算法等によって求められている。
開放電圧推定法においては、充電及び放電を行わない無負荷状態における蓄電池の開放電圧が充電率に応じて変化する特性を利用する。そして、準備時において、開放電圧と充電率との関係をマップとして予め求めておき、制御時においては、開放電圧をマップに照合して、充電率を求めている。

一方、電流積算法においては、充電又は放電を行う際に蓄電池に流れる電流を電流センサによって測定し、この電流の積算値に基づいて充電率の変化量を求める。また、制御開始時において、充電又は放電の開始時における初期充電率を、測定等を行って求めておき、制御時においては、初期充電率に対して充電率の変化量を加減して、現在の充電率を求めている。

また、例えば、特許文献１のバッテリ充電状態演算方法においては、ある温度におけるバッテリ電流及びバッテリ電圧からバッテリの電流‐電圧特性の一次近似式を求め、この一次近似式の傾き及び切片を用いてバッテリの充電状態（ＳＯＣ）等を推定することが記載されている。また、バッテリの電流‐電圧特性の一次近似式は、任意の温度ごとにマップとして求めておき、現在使用中のバッテリの充電状態等を、温度変化を考慮して求めることが記載されている。

特開２００５−３４５１３５号公報

しかし、開放電圧推定法においては、蓄電池の充電又は放電を開始する前、あるいは蓄電池の充電又は放電が終了した後の充電率しか求められない。一方、電流積算法においては、蓄電池に流れる電流を積算していくために、電流センサに生じた測定誤差を蓄積してしまう。開放電圧推定法と電流積算法とを併用することも考えられるが、蓄電池の温度の変化による影響を受けて、充電率が変化する問題を解決することはできない。
また、引用文献１においては、任意の温度ごとに求める、電流‐電圧特性の一次近似式のマップの量が膨大になる。そのため、膨大な量のマップを制御装置に記憶させる必要が生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、制御装置における記憶量を少なくして、精度良く充電率を算出することができる蓄電池の充電率の算出方法を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、蓄電池の満充電量に対する現在の充電量を示す充電率を算出する方法であって、
上記蓄電池を使用する前の準備段階において、上記蓄電池の充電又は放電を行う負荷状態において、該蓄電池の電流を変化させたときの該蓄電池の電圧の変化を示す関係グラフの傾きとして、該蓄電池の内部抵抗を読み取るとともに、該蓄電池の温度を変化させたときの上記内部抵抗の変化を読み取って、温度と内部抵抗との関係式としての温度−内部抵抗関係式を算出し、
かつ、上記蓄電池の充電及び放電を行わない無負荷状態において、該蓄電池の上記充電率を変化させたときの該蓄電池の開放電圧の変化を示す関係グラフの係数として、該蓄電池の充電率係数を読み取るとともに、該蓄電池の温度を変化させたときの上記充電率係数の変化を読み取って、温度と充電率係数との関係式としての温度−充電率係数関係式を算出し、
かつ、上記蓄電池の充電及び放電を行わない無負荷状態において、上記充電率をほぼゼロにした場合の上記蓄電池のゼロ開放電圧を読み取るとともに、上記蓄電池の温度を変化させたときの上記ゼロ開放電圧の変化を読み取って、温度とゼロ開放電圧との関係式としての温度−ゼロ開放電圧関係式を算出し、
上記蓄電池を使用する制御段階において、上記負荷状態又は上記無負荷状態にある上記蓄電池の電圧、電流及び温度を測定し、
該測定した温度を、上記温度−内部抵抗関係式、上記温度−充電率係数関係式及び温度−ゼロ開放電圧関係式にそれぞれ代入して、測定時点における内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧を算出し、
上記測定した電圧及び電流、並びに上記測定時点における内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧を用いて、上記充電率としての算出充電率を算出することを特徴とする蓄電池の充電率の算出方法にある。

上記蓄電池の充電率の算出方法においては、蓄電池における電圧と電流との第１関係、及び蓄電池における開放電圧と充電率との第２関係が、温度によって変化することを考慮し、第１関係と第２関係とを合わせて充電率を求める際に用いる、温度によって変化する各関数の関係式を算出する。
具体的には、蓄電池を使用する前の準備段階において、蓄電池の温度と蓄電池の内部抵抗との関係を示す温度−内部抵抗関係式、蓄電池の温度と蓄電池の充電率係数との関係を示す温度−充電率係数関係式、及び蓄電池の温度と蓄電池のゼロ開放電圧との関係を示す温度−ゼロ開放電圧関係式を算出する。これらの関係式はいずれも、温度を変数として各関数の値が変化する形で算出されており、各関数である内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧の値は、蓄電池の温度を代入すれば直接的に算出することが可能である。

そして、蓄電池を使用する制御段階においては、負荷状態又は無負荷状態にある蓄電池の電圧、電流及び温度を測定する。また、測定した温度を、温度−内部抵抗関係式、温度−充電率係数関係式及び温度−ゼロ開放電圧関係式にそれぞれ代入して、測定時点における内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧を直接的に算出する。こうして、測定した電圧及び電流、並びに測定時点における内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧を用いて、算出充電率を容易に算出することができる。

これにより、制御段階において、蓄電池の温度が変化する場合であっても、この温度の変化に対応して充電率を算出することができる。そのため、蓄電池の温度の変化による影響を見込んで充電率を算出することができ、充電率の算出精度を向上させることができる。
また、蓄電池の充電率の算出方法を実行する制御装置においては、上記各関係式を記憶しておけばよく、任意の温度ごとの電圧と電流の関係マップを記憶しておく必要がない。そのため、制御装置における記憶量を少なくすることができる。

それ故、上記蓄電池の充電率の算出方法によれば、制御装置における記憶量を少なくして、精度良く充電率を算出することができる。

実施例１にかかる、蓄電池システムの構成を模式的に示す説明図。 実施例１にかかる、（ａ）温度−内部抵抗関係式、（ｂ）温度−充電率係数関係式、（ｃ）温度−開放電圧関係式を示すグラフ。 実施例１にかかる、（ａ）電圧と電流の第１関係グラフ、（ｂ）開放電圧と充電率の第２関係グラフを模式的に示す説明図。 実施例１にかかる、（ａ）温度及び充電率が変化したときの、電圧と電流の第１関係グラフ、（ｂ）温度が変化したときの、開放電圧と充電率の第２関係グラフを模式的に示す説明図。 実施例１にかかる、蓄電池の充電率の算出方法を示すフローチャート。 実施例２にかかる、蓄電池システムの構成を模式的に示す説明図。 実施例２にかかる、蓄電池の充電率の算出方法を示すフローチャート。

上述した蓄電池の充電率の算出方法における好ましい実施の形態について説明する。
上記蓄電池の充電率の算出方法においては、上記制御段階において、上記測定した電圧をＶ、上記測定した電流をＩ、上記測定した温度をＴ、上記測定した温度を上記温度−内部抵抗関係式に代入して得られる内部抵抗をＲ（Ｔ）、上記測定した温度を上記温度−充電率係数関係式に代入して得られる充電率係数をＡ（Ｔ）、上記測定した温度を上記温度−ゼロ開放電圧関係式に代入して得られるゼロ開放電圧をＶｃ（Ｔ）としたとき、上記蓄電池の上記算出充電率ＳＯＣ１を、ＳＯＣ１＝ＥＸＰ［｛Ｖ−Ｖｃ（Ｔ）−Ｒ（Ｔ）・Ｉ｝／Ａ（Ｔ）］の式に基づいて算出することができる。
これにより、算出充電率を迅速かつ容易に算出することができる。

また、上記蓄電池の充電率の算出方法は、電流積算法に基づく充電率を補正する方法として用いることができる。
具体的には、この電流積算法に基づく充電率の補正方法は、上記制御段階において、上記負荷状態にある上記蓄電池の電流の変化を逐次測定するとともに、該電流の変化の積算値を算出し、該積算値に基づいて上記充電率としての積算充電率を算出し、かつ、上記負荷状態又は上記無負荷状態にある上記蓄電池の電圧、電流及び温度を逐次測定するとともに、上記算出充電率を逐次算出し、上記積算充電率と上記算出充電率との差が所定の誤差範囲内にあるときには、上記積算充電率を上記蓄電池の上記充電率として用い、一方、上記積算充電率と上記算出充電率との差が所定の誤差範囲を超えたときには、上記算出充電率に基づいて補正した上記積算充電率を上記蓄電池の上記充電率として用いる構成とすることができる。
この場合には、電流積算法に基づく積算充電率を、蓄電池の充電率の算出方法によって算出する算出充電率によって適宜補正することができ、電流積算法に基づく充電率の算出精度を向上させることができる。

以下に、蓄電池の充電率の算出方法にかかる実施例について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の蓄電池２の充電率の算出方法は、蓄電池２の満充電量に対する現在の充電量を示す充電率を算出する方法である。まず、蓄電池２を使用する前の準備段階において、図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔと蓄電池２の内部抵抗Ｒ（Ｔ）との関係を示す温度−内部抵抗関係式Ｘ１、蓄電池２の温度Ｔと蓄電池２の充電率係数Ａ（Ｔ）との関係を示す温度−充電率係数関係式Ｘ２、及び蓄電池２の温度Ｔと蓄電池２のゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）との関係を示す温度−開放電圧関係式Ｘ３を算出する。

温度−内部抵抗関係式Ｘ１の算出においては、図３（ａ）に示すように、蓄電池２の充電又は放電を行う負荷状態において、蓄電池２の電流Ｉを変化させたときの蓄電池２の電圧Ｖの変化を示す第１関係グラフ（関係式）Ｇ１の傾きとして、蓄電池２の内部抵抗Ｒ（Ｔ）を読み取る。また、図４（ａ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔを変化させたときに、電圧Ｖと電流Ｉとの第１関係グラフＧ１に基づく内部抵抗Ｒ（Ｔ）がどれだけ変化するかを読み取って、温度−内部抵抗関係式Ｘ１を算出する。

温度−充電率係数関係式Ｘ２においては、図３（ｂ）に示すように、蓄電池２の充電及び放電を行わない無負荷状態において、蓄電池２の充電率ＳＯＣを変化させたときの蓄電池２の開放電圧Ｖ０の変化を示す第２関係グラフ（関係式）Ｇ２の係数として、蓄電池２の充電率係数Ａ（Ｔ）を読み取る。また、図４（ｂ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔを変化させたときに、充電率ＳＯＣと開放電圧Ｖ０との第２関係グラフＧ２に基づく充電率係数Ａ（Ｔ）がどれだけ変化するかを読み取って、温度−充電率係数関係式Ｘ２を算出する。

温度−開放電圧関係式Ｘ３においては、図３（ｂ）に示すように、蓄電池２の充電及び放電を行わない無負荷状態において、充電率ＳＯＣをほぼゼロにした場合の蓄電池２のゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を読み取る。また、図４（ｂ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔを変化させたときに、ゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）がどれだけ変化するかを読み取って、温度−開放電圧関係式Ｘ３を算出する。

次いで、蓄電池２を使用する制御段階においては、図１、図５に示すように、負荷状態にある蓄電池２の電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔを測定する（図５のステップＳ１）。そして、測定した温度Ｔを、温度−内部抵抗関係式Ｘ１、温度−充電率係数関係式Ｘ２及び温度−開放電圧関係式Ｘ３にそれぞれ代入して、測定時点における内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を算出する（図５のＳ２）。その後、測定した電圧Ｖ及び電流Ｉ、並びに測定時点における内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を用いて、充電率としての算出充電率ＳＯＣ１を算出する（図５のＳ３）。

以下に、本例の蓄電池２の充電率の算出方法について、図１〜図５を参照して詳説する。
図１に示すように、本例の蓄電池２の充電率の算出方法は、複数の蓄電池２が直列又は並列に接続されたパック電池の充電及び放電を制御する制御装置３に適用される。制御装置３を構成するコンピュータにおいては、蓄電池２の充電率の算出方法を実行するプログラムが構築されている。制御装置３には、算出充電率ＳＯＣ１を算出する充電率算出手段４１が構築されており、また、温度−内部抵抗関係式Ｘ１、温度−充電率係数関係式Ｘ２、及び温度−開放電圧関係式Ｘ３が記憶されている。

蓄電池２の充電率の算出方法を実行する蓄電池システム１は、制御装置３の他に、直列に接続された蓄電池２の両端の電圧Ｖを測定する電圧センサ３１、直列に接続された蓄電池２に流れる電流Ｉを測定する電流センサ３２、複数の蓄電池２に対して共通して設けられた温度センサ３３を備えている。また、蓄電池システム１は、蓄電池２の充電率ＳＯＣ１、電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔ等を表示することができるモニタ３４を備えている。
なお、並列に接続される複数の蓄電池２がある組電池の場合には、電圧センサ３１、電流センサ３２及び温度センサ３３は、並列に接続される複数の蓄電池２ごとに設けることができる。

制御装置３は、充電を行う際には、蓄電池２の電圧Ｖが所定の上限電圧以上になったときに充電を停止し、放電を行う際には、蓄電池２の電圧Ｖが所定の下限電圧以下になったときに放電を停止するよう構成されている。そして、複数の電圧センサ３１を用いる場合に、各電圧センサ３１が示す電圧Ｖが互いに異なったときには、蓄電池２の電圧Ｖが所定の上限電圧を超えず、かつ所定の下限電圧よりも小さくならないように、算出充電率ＳＯＣ１の算出に用いる電圧Ｖを決定する。すなわち、蓄電池２の充電率の算出方法においては、各蓄電池２の充電を行う際には、複数の電圧センサ３１が示す電圧Ｖのうち最大の電圧Ｖを用い、各蓄電池２の放電を行う際には、複数の電圧センサ３１が示す電圧Ｖのうち最小の電圧Ｖを用いることができる。
また、各蓄電池２の充電及び放電を行ういずれの際にも、蓄電池２の充電率の算出方法においては、複数の温度センサ３３が示す温度Ｔのうち最小の温度Ｔを用いることができる。

本例の制御段階においては、蓄電池２の算出充電率ＳＯＣ１を、ＳＯＣ１＝ＥＸＰ［｛Ｖｃ（Ｔ）−Ｒ（Ｔ）・Ｉ｝／Ａ（Ｔ）］の算出式Ｙに基づいて算出する。
ここで、Ｖは測定した電圧を示し、Ｉは測定した電流を示し、Ｔは測定した温度を示す。また、Ｒ（Ｔ）は、測定した温度Ｔを温度−内部抵抗関係式Ｘ１に代入して得られる内部抵抗を示し、Ａ（Ｔ）は、測定した温度Ｔを温度−充電率係数関係式Ｘ２に代入して得られる充電率係数を示し、Ｖｃ（Ｔ）は、測定した温度Ｔを温度−開放電圧関係式Ｘ３に代入して得られるゼロ開放電圧を示す。

この算出充電率ＳＯＣ１の算出式Ｙは、次のようにして準備段階において求めたものである。
図３（ａ）に示すように、蓄電池２の充電又は放電を行う負荷状態においては、蓄電池２の電圧Ｖは、蓄電池２の内部抵抗Ｒ（Ｔ）の存在により、蓄電池２に電流Ｉが流れると電圧降下を生じる。そして、蓄電池２の電圧Ｖは、蓄電池２の電流Ｉが大きくなるほど小さくなる関係にある。このとき、電圧Ｖと電流Ｉとの第１関係グラフＧ１は、負の係数を持つ一次関数として、Ｖ＝Ｒ（Ｔ）・Ｉ＋Ｖ０（Ｔ，ＳＯＣ）（第１関係式）によって表される。

ここで、Ｖ０（Ｔ，ＳＯＣ）は、充電率ＳＯＣがゼロでない場合の蓄電池２の無負荷状態の開放電圧を示す。また、蓄電池２の負荷状態における内部抵抗Ｒ（Ｔ）は、温度Ｔによって変化する関数であり、蓄電池２の無負荷状態における開放電圧Ｖ０（Ｔ，ＳＯＣ）は、温度Ｔ及び充電率ＳＯＣによって変化する関数である。Ｒ（Ｔ）は、電圧Ｖと電流Ｉとの第１関係グラフＧ１の傾きであり、Ｖ０（Ｔ，ＳＯＣ）は、この第１関係グラフＧ１の切片である。

また、図３（ｂ）に示すように、蓄電池２の無負荷状態における開放電圧Ｖ０は、蓄電池２の充電率ＳＯＣと相関関係があり、この第２関係グラフＧ２は、自然対数の関数として、Ｖ０＝Ａ（Ｔ）・ｌｎ（ＳＯＣ）＋Ｖｃ（Ｔ）（第２関係式）によって表される。
ここで、Ｖ０は、Ｖ０（Ｔ，ＳＯＣ）と同じものである。また、蓄電池２の無負荷状態における充電率係数Ａ（Ｔ）及び蓄電池２の無負荷状態におけるゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）は、温度Ｔによって変化する関数である。Ａ（Ｔ）は、開放電圧Ｖ０と充電率ＳＯＣとの第２関係グラフＧ２の係数であり、Ｖｃ（Ｔ）は、この第２関係グラフＧ２の定数項である。

そして、第１関係式におけるＶ０（Ｔ，ＳＯＣ）に、第２関係式におけるＶ０を代入し、式を変形して、ＳＯＣ１＝ＥＸＰ［｛Ｖｃ（Ｔ）−Ｒ（Ｔ）・Ｉ｝／Ａ（Ｔ）］の算出式Ｙが求められる。ここで、この算出式Ｙにおいては、ＳＯＣをＳＯＣ１とする。
本例の蓄電池２の充電率の算出方法においては、上記算出式Ｙに、蓄電池２が測定した任意の温度ＴであるときのＶ、Ｉ、Ｖｃ（Ｔ）、Ｒ（Ｔ）、Ａ（Ｔ）の各値を代入して、蓄電池２の算出充電率ＳＯＣ１を求める。

温度−内部抵抗関係式Ｘ１は、次のようにして求める。
具体的には、蓄電池２の温度Ｔが所定の温度であるときに、蓄電池２に加わる負荷の大きさを変化させて、蓄電池２の充電又は放電を行い、蓄電池２に流れる電流Ｉと、蓄電池２の電圧Ｖとを測定し、電流Ｉと電圧Ｖの第１関係を求める。この第１関係は、回帰分析等を行うことによって一次関数の関係で表され、蓄電池２の温度Ｔが所定の温度であるときの、一次関数における傾きとしての内部抵抗Ｒ（Ｔ）が求められる。

また、図４（ａ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔを所定の温度から適宜変化させたときについても同様に、蓄電池２に加わる負荷の大きさを変化させて、蓄電池２の充電又は放電を行い、蓄電池２に流れる電流Ｉと、蓄電池２の電圧Ｖとを測定し、電流Ｉと電圧Ｖの第１関係を求める。そして、蓄電池２の温度Ｔが種々の温度であるときの内部抵抗Ｒ（Ｔ）が求められる。こうして、図２（ａ）に示すように、各温度Ｔごとの内部抵抗Ｒ（Ｔ）の値をプロットして、温度−内部抵抗関係式Ｘ１が求められる。
ここで、図４（ａ）においては、蓄電池２が高温の場合における、充電率ＳＯＣが２０％、５０％、８０％であるときの第１関係グラフを、Ｇ１ａ（２０）、Ｇ１ａ（５０）、Ｇ１ａ（８０）として示す。また、蓄電池２が低温の場合における、充電率ＳＯＣが２０％、５０％、８０％であるときの第１関係グラフを、Ｇ１ｂ（２０）、Ｇ１ｂ（５０）、Ｇ１ｂ（８０）として示す。

温度−充電率係数関係式Ｘ２は、次のようにして求める。
具体的には、蓄電池２の温度Ｔが所定の温度であって、蓄電池２の充電率ＳＯＣが所定の充電率であるときに、蓄電池２の無負荷状態の電圧Ｖである開放電圧Ｖ０を測定する。そして、蓄電池２の充電又は放電を行って、蓄電池２の充電率ＳＯＣを適宜変化させ、充電率ＳＯＣを適宜変化させたときの蓄電池２の開放電圧Ｖ０を測定し、充電率ＳＯＣと開放電圧Ｖ０の第２関係を求める。この第２関係は、回帰分析等を行うことによって自然対数の関数の関係で表され、蓄電池２の温度Ｔが所定の温度であるときの、自然対数の関数における係数としての充電率係数Ａ（Ｔ）が求められる。

また、図４（ｂ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔを所定の温度から適宜変化させたときについても同様に、蓄電池２の充電率ＳＯＣを適宜変化させたときの蓄電池２の開放電圧Ｖ０を測定し、充電率ＳＯＣと開放電圧Ｖ０の関係を求める。そして、蓄電池２の温度Ｔが種々の温度であるときの充電率係数Ａ（Ｔ）が求められる。こうして、図２（ｂ）に示すように、各温度Ｔごとの充電率係数Ａ（Ｔ）の値をプロットして、温度−充電率係数関係式Ｘ２が求められる。
ここで、図４（ｂ）においては、蓄電池２が高温の場合の第１関係グラフを、Ｇ２ａとして示し、蓄電池２が低温の場合の第２関係グラフを、Ｇ２ｂとして示す。

温度−開放電圧関係式Ｘ３は、次のようにして求める。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、蓄電池２の温度Ｔが所定の温度であって、蓄電池２の充電率ＳＯＣがほぼゼロであるときに、蓄電池２の無負荷状態の電圧Ｖである開放電圧Ｖ０をゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）として測定する。そして、蓄電池２の温度Ｔを適宜変化させ、温度Ｔを適宜変化させたときの蓄電池２のゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を測定し、温度Ｔとゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）の第３関係を求める。この第３関係は、回帰分析等を行うことによって所定の関係で表され、蓄電池２の温度Ｔが種々の温度であるときのゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）が求められる。こうして、図２（ｃ）に示すように、各温度Ｔごとのゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）の値をプロットして、温度−開放電圧関係式Ｘ３が求められる。

制御段階における制御装置３の動作は次のように行われる。
蓄電池２の充電及び放電の制御を行うときには、図５に示すように、制御装置３は、充電又は放電を行う負荷状態にある蓄電池２の電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔを、所定の時間間隔で逐次測定する（図５のステップＳ１）。また、この測定を行った後には、制御装置３の充電率算出手段４１は、測定した温度Ｔを、温度−内部抵抗関係式Ｘ１、温度−充電率係数関係式Ｘ２及び温度−開放電圧関係式Ｘ３にそれぞれ代入して、測定時点における内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を逐次算出する（Ｓ２）。また、この算出を行った後には、充電率算出手段４１は、測定した電圧Ｖ及び電流Ｉ、並びに測定時点における内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を算出式Ｙに代入して、算出充電率ＳＯＣ１を逐次算出する（Ｓ３）。そして、充電率算出手段４１は、算出充電率ＳＯＣ１の算出を所定の時間間隔で繰り返し行い（Ｓ１〜Ｓ４）、この算出充電率ＳＯＣ１をモニタ３４に表示する。

なお、蓄電池２が無負荷状態にあるときにおいても、制御装置３は、蓄電池２の電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔを所定の時間間隔で逐次測定し、算出充電率ＳＯＣ１を算出することができる。この場合には、蓄電池２が、長期間未使用状態にあって、蓄電池２から自然放電がなされた場合の充電率を算出することができる。

次に、本例の蓄電池２の充電率の算出方法の作用効果について説明する。
本例の算出方法においては、制御段階において、制御装置３によって電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔを測定し、これらを用いて算出充電率ＳＯＣ１を算出する。これにより、蓄電池２の温度Ｔが変化する場合であっても、この温度Ｔの変化に対応して充電率を算出することができる。そのため、蓄電池２の温度Ｔの変化による影響を見込んで充電率を算出することができ、充電率の算出精度を向上させることができる。

また、制御装置３には、温度−内部抵抗関係式Ｘ１、温度−充電率係数関係式Ｘ２、及び温度−開放電圧関係式Ｘ３を示すデータが記憶されているのみであり、任意の温度Ｔごとの電圧Ｖと電流Ｉの関係マップを記憶しておく必要がない。そのため、制御装置３における記憶量を少なくすることができる。
また、各関係式Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３はいずれも、温度Ｔを変数として関数の値が変化する形で算出されており、各関数である内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）の値は、蓄電池２の温度Ｔを代入して直接的に算出することができるものである。そして、測定した電圧Ｖ及び電流Ｉと、算出した内部抵抗Ｒ（Ｔ）、充電率係数Ａ（Ｔ）及びゼロ開放電圧Ｖｃ（Ｔ）を用いることにより、蓄電池２の充電率を極めて容易に算出することができる。

それ故、本例の蓄電池２の充電率の算出方法によれば、制御装置３における記憶量を少なくして、精度良く充電率を算出することができる。

（実施例２）
本例は、上記実施例１に記載した蓄電池２の充電率の算出方法を用いて、電流積算法に基づく充電率を補正する方法について示す。
本例の蓄電池システム１における制御装置３には、図６に示すように、電流積算法に基づく充電率を算出するための電流積算手段４２と、充電率の補正を行うか否かを判定する判定手段４３とが構築されている。その他の蓄電池システム１の構成は、図１の場合と同様である。

本例の制御段階においては、電流積算法に基づく充電率を算出するために、制御装置３は、負荷状態にある蓄電池２の電流Ｉの変化を逐次測定する（図７のステップＳ１）。そして、制御装置３の電流積算手段４２は、蓄電池２の電流Ｉの変化の積算値を算出し、この積算値に基づいて充電率としての積算充電率ＳＯＣ２を逐次算出する（Ｓ４）。また、制御装置３は、蓄電池２の電流Ｉを逐次測定すると同時に、蓄電池２の電圧Ｖ及び温度Ｔも逐次測定する（Ｓ１）。そして、蓄電池２の電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔを用い、上述した算出充電率ＳＯＣ１を逐次算出する（Ｓ２，Ｓ３）。

また、制御装置３の判定手段４３は、積算充電率ＳＯＣ２と算出充電率ＳＯＣ１との算出を行った後には、積算充電率ＳＯＣ２と算出充電率ＳＯＣ１との差が所定の誤差範囲内にあるか否かを逐次判定する（Ｓ６）。そして、積算充電率ＳＯＣ２と算出充電率ＳＯＣ１との差が所定の誤差範囲内にあるときには、積算充電率ＳＯＣ２を蓄電池２の充電率として用いる。一方、積算充電率ＳＯＣ２と算出充電率ＳＯＣ１との差が所定の誤差範囲を超えたときには、算出充電率ＳＯＣ１に基づいて補正した積算充電率ＳＯＣ２を蓄電池２の充電率として用いる（Ｓ６）。
なお、上記所定の範囲は、蓄電池２の充電及び放電を行う際に、許容される充電率の誤差に基づいて決定することができる。

本例の判定手段４３による積算充電率ＳＯＣ２の補正は、積算充電率ＳＯＣ２の値を、算出充電率ＳＯＣ１の値に近づけるよう、所定の期間に亘って段階的に補正する。この補正は、例えば、次のようにして行うことができる。具体的には、上記誤差範囲を超えた、積算充電率ＳＯＣ２（％）と算出充電率ＳＯＣ１（％）との誤差量を補正量Ｅとして、補正量Ｅは、Ｅ＝（ＳＯＣ２−ＳＯＣ１）／ＳＯＣ１×１００（％）として求められる。そして、積算充電率ＳＯＣ２及び算出充電率ＳＯＣ１の算出を行う所定の算出回数Ｎの間において、積算充電率ＳＯＣ２及び算出充電率ＳＯＣ１の算出を行う時点ごとに、補正後の積算充電率ＳＯＣ２’を、ＳＯＣ２’＝ＳＯＣ２＋Ｅ／Ｎとして求め、積算充電率ＳＯＣ２の値を算出充電率ＳＯＣ１の値に段階的に近づけることができる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号は実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

また、蓄電池２の充電率の算出方法によって算出される算出充電率ＳＯＣ１は、蓄電池２の劣化度合いを判定する際に用いることもできる。
具体的には、蓄電池２の劣化がない初期状態において、蓄電池２の算出充電率ＳＯＣ１が特定の充電率であって、蓄電池２の温度Ｔが特定の温度である場合の内部抵抗Ｒ（Ｔ）又は開放電圧Ｖ０を算出しておく。また、蓄電池２を長期間使用した後の劣化状態においても、蓄電池２の算出充電率ＳＯＣ１が特定の充電率であって、蓄電池２の温度Ｔが特定の温度である場合の内部抵抗Ｒ（Ｔ）又は開放電圧Ｖ０を算出する。そして、初期状態における内部抵抗Ｒ（Ｔ）又は開放電圧Ｖ０と、劣化状態における内部抵抗Ｒ（Ｔ）又は開放電圧Ｖ０とを比較して、両者の差に基づいて蓄電池２の劣化度合いを判定することができる。

１ 蓄電池システム
２ 蓄電池
３ 制御装置
Ｖ 電圧
Ｖ０ 開放電圧
Ｉ 電流
Ｔ 温度
Ｒ（Ｔ） 内部抵抗
Ａ（Ｔ） 充電率係数
Ｖｃ（Ｔ） ゼロ開放電圧
Ｘ１ 温度−内部抵抗関係式
Ｘ２ 温度−充電率係数関係式
Ｘ３ 温度−開放電圧関係式
ＳＯＣ１ 算出充電率
ＳＯＣ２ 積算充電率

Claims (3)

1. 蓄電池の満充電量に対する現在の充電量を示す充電率を算出する方法であって、
   上記蓄電池を使用する前の準備段階において、上記蓄電池の充電又は放電を行う負荷状態において、該蓄電池の電流を変化させたときの該蓄電池の電圧の変化を示す関係グラフの傾きとして、該蓄電池の内部抵抗を読み取るとともに、該蓄電池の温度を変化させたときの上記内部抵抗の変化を読み取って、温度と内部抵抗との関係式としての温度−内部抵抗関係式を算出し、
   かつ、上記蓄電池の充電及び放電を行わない無負荷状態において、該蓄電池の上記充電率を変化させたときの該蓄電池の開放電圧の変化を示す関係グラフの係数として、該蓄電池の充電率係数を読み取るとともに、該蓄電池の温度を変化させたときの上記充電率係数の変化を読み取って、温度と充電率係数との関係式としての温度−充電率係数関係式を算出し、
   かつ、上記蓄電池の充電及び放電を行わない無負荷状態において、上記充電率をほぼゼロにした場合の上記蓄電池のゼロ開放電圧を読み取るとともに、上記蓄電池の温度を変化させたときの上記ゼロ開放電圧の変化を読み取って、温度とゼロ開放電圧との関係式としての温度−ゼロ開放電圧関係式を算出し、
   上記蓄電池を使用する制御段階において、上記負荷状態又は上記無負荷状態にある上記蓄電池の電圧、電流及び温度を測定し、
   該測定した温度を、上記温度−内部抵抗関係式、上記温度−充電率係数関係式及び温度−ゼロ開放電圧関係式にそれぞれ代入して、測定時点における内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧を算出し、
   上記測定した電圧及び電流、並びに上記測定時点における内部抵抗、充電率係数及びゼロ開放電圧を用いて、上記充電率としての算出充電率を算出することを特徴とする蓄電池の充電率の算出方法。
2. 上記制御段階において、上記測定した電圧をＶ、上記測定した電流をＩ、上記測定した温度をＴ、上記測定した温度を上記温度−内部抵抗関係式に代入して得られる内部抵抗をＲ（Ｔ）、上記測定した温度を上記温度−充電率係数関係式に代入して得られる充電率係数をＡ（Ｔ）、上記測定した温度を上記温度−ゼロ開放電圧関係式に代入して得られるゼロ開放電圧をＶｃ（Ｔ）としたとき、上記蓄電池の上記算出充電率ＳＯＣ１を、
   ＳＯＣ１＝ＥＸＰ［｛Ｖ−Ｖｃ（Ｔ）−Ｒ（Ｔ）・Ｉ｝／Ａ（Ｔ）］の式に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の充電率の算出方法。
3. 請求項１又は２に記載の蓄電池の充電率の算出方法を用いて、電流積算法に基づく充電率を補正する方法であって、
   上記制御段階において、上記負荷状態にある上記蓄電池の電流の変化を逐次測定するとともに、該電流の変化の積算値を算出し、該積算値に基づいて上記充電率としての積算充電率を算出し、
   かつ、上記負荷状態又は上記無負荷状態にある上記蓄電池の電圧、電流及び温度を逐次測定するとともに、上記算出充電率を逐次算出し、
   上記積算充電率と上記算出充電率との差が所定の誤差範囲内にあるときには、上記積算充電率を上記蓄電池の上記充電率として用い、一方、上記積算充電率と上記算出充電率との差が所定の誤差範囲を超えたときには、上記算出充電率に基づいて補正した上記積算充電率を上記蓄電池の上記充電率として用いることを特徴とする電流積算法に基づく充電率の補正方法。

Images