JP2016125932A - 二次電池の劣化状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の劣化状態を精度よく推定することができる二次電池の劣化状態推定装置を提供すること。【解決手段】ＢＭＳは、所定時間ｄｔの間、バッテリが放電状態にあり、かつ所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩが第１の所定値Ｉｔｈ１以下であること、または所定時間ｄｔの間、バッテリが充電状態にあり、かつ所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩが第２の所定値Ｉｔｈ２以上であることのいずれかを満たす場合に、所定時間ｄｔ内の内部抵抗値ｒからＳＯＨ＿１を推定する。【選択図】図６

Description

本発明は、二次電池の劣化状態を推定する劣化状態推定装置に関する。

従来の二次電池の劣化状態推定装置として、バッテリの電圧及び電流からバッテリの内部抵抗を求め、当該内部抵抗に基づいて二次電池の劣化状態（State Of Health、以下、単に「ＳＯＨ」という）を推定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、内部抵抗に基づきＳＯＨを精度よく推定するためには、内部抵抗成分のうち、電極表面と電解液との間に存在する界面抵抗成分及び電荷移動抵抗成分を含むオーミック抵抗成分のみを用いたほうがよい点が開示されている。このため、特許文献１に記載の劣化状態推定装置は、内部抵抗成分のうちオーミック抵抗成分のみを測定するために短時間でバッテリの電圧及び電流を測定するようにしている。

特許第４７６３０５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の劣化状態推定装置にあっては、例えば瞬間的にバッテリの充電と放電とが反転した場合等の所定条件下においては分極抵抗成分が内部抵抗成分に含まれることとなり、純粋なオーミック抵抗成分を内部抵抗成分として抽出することが困難となる。

このため、特許文献１に記載の劣化状態推定装置では、所定条件下においては測定した内部抵抗成分に誤差が生じてしまい、精度よくＳＯＨを推定することができないおそれがあった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなれたもので、二次電池の劣化状態を精度よく推定することができる二次電池の劣化状態推定装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両に搭載された二次電池の劣化状態を示すＳＯＨを推定する制御部を有する劣化状態推定装置であって、所定時間内の前記二次電池の電圧値及び電流値に基づいて内部抵抗値を算出する内部抵抗算出部を備え、前記制御部は、前記所定時間内の前記二次電池の変化が所定条件を満たす場合に、前記内部抵抗算出部によって算出された内部抵抗値から前記二次電池の劣化状態を推定する構成を有する。

本発明によれば、二次電池の劣化状態を精度よく推定することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置を搭載した車両の要部を示す構成図である。 図２は、図１に示した電池パックの実装状態を示す構成図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置によるＳＯＨ＿１の算出方法を示す概念図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置によって参照される各種テーブル及びＳＯＨ＿２の算出方法を示す概念図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置の劣化状態推定動作を示すフローチャートである。 図６は、第１のＳＯＨ推定処理を示すフローチャートである。 図７は、図５のステップＳ２で示した第２のＳＯＨ推定処理を示すフローチャートである。 図８は、第１のＳＯＨ推定処理の変形例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置を搭載した車両１は、電池パック２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３と、インバータ４と、モータ５と、モータ制御装置（以下、単に「ＭＧ−ＥＣＵ」という）６と、を含んで構成される。なお、車両１は、少なくとも車両の駆動力源としてモータを備えた電動車両またはハイブリッド車両である。

電池パック２内には、二次電池としてのバッテリ１０と、バッテリ管理システム（Battery Management System、以下、単に「ＢＭＳ」という）１１とが収容されている。バッテリ１０は、高電圧バッテリであり、リチウムイオン電池などによって構成され、直流の電源を構成する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、バッテリ１０から供給された直流電力を低電圧に変換する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、低電圧に変換した電力を、例えば、１２Ｖの補機等に電力を供給するための低電圧バッテリ（図示しない）に供給する。

本実施の形態において、インバータ４は、ＭＧ−ＥＣＵ６の制御により、バッテリ１０から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ５に供給するようになっている。モータ５は、インバータ４から供給された三相交流電力によって回転駆動するようになっている。このように、モータ５は、原動機として機能し、モータ５が回転駆動することにより、その駆動力が車両１の駆動輪に伝達され、車両１が走行可能となる。

また、モータ５は、車両１の駆動輪から伝達された駆動力によって回転させられることにより、発電機としても機能し、インバータ４に三相交流電力を供給するようになっている。インバータ４は、ＭＧ−ＥＣＵ６の制御により、モータ５から供給された三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ１０に供給するようになっている。

図２に示すように、電池パック２は、車両１のリアフロア１２上に設けられている。電池パック２には、車両前方側が開口したインレットダクト２０と、車両後方側に冷却ファン２２が設けられたアウトレットダクト２１が接続されている。すなわち、インレットダクト２０、電池パック２、アウトレットダクト２１及び冷却ファン２２によってバッテリ１０を冷却する冷却風を通す通路２３が形成されている。

図１において、ＭＧ−ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ＭＧ−ＥＣＵ６のネットワークモジュールは、ＢＭＳ１１等の他のＥＣＵ（Electronic Control Unit）とＣＡＮ（Controller Area Network）を介して通信を行うことができるようになっている。

なお、本実施の形態において、ＭＧ−ＥＣＵ６及びＢＭＳ１１は、ＣＡＮを介して通信を行うものとして説明するが、フレックスレイ等の他の規格に準拠したネットワークを介して通信を行うようにしてもよい。

ＭＧ−ＥＣＵ６のＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＭＧ−ＥＣＵ６として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ６において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＭＧ−ＥＣＵ６として機能する。

例えば、ＭＧ−ＥＣＵ６は、インバータ４を制御し、バッテリ１０を充放電させるようになっている。詳細には、ＭＧ−ＥＣＵ６は、バッテリ１０の充電状態（State Of Charge、以下、単に「ＳＯＣ」という）及びバッテリ１０の劣化状態（State Of Health、以下、単に「ＳＯＨ」という）をＢＭＳ１１からＣＡＮを介して受信するようになっている。ここで、ＳＯＣは、バッテリ１０の「現在の充電容量／初期満充電容量×１００」で表される値（％）である。また、ＳＯＨは、バッテリ１０の「現在の出力（入力）可能電力／初期の出力（入力）可能電力×１００」で表される値（％）である。

また、本実施の形態では、ＭＧ−ＥＣＵ６及びＢＭＳ１１がＣＡＮを介して通信を行う構成としたが、ＢＭＳ１１からＳＯＣ及びＳＯＨを受信し、ＭＧ−ＥＣＵ６にモータトルク要求を送信する上位コントローラを備えた構成、すなわちＭＧ−ＥＣＵ６及びＢＭＳ１１が上位コントローラを介して通信を行う構成であってもよい。

ＭＧ−ＥＣＵ６は、ＢＭＳ１１から受信したＳＯＣ及びＳＯＨに基づいて、バッテリ１０が充電可能な状態にあるか否か、及び、バッテリ１０が放電可能な状態にあるか否かを判断し、これら判断結果と、他のＥＣＵから受信した車両１の運転状態とに応じてインバータ４を制御するようになっている。

ＢＭＳ１１は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、ＲＯＭと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。ＢＭＳ１１のネットワークモジュールは、ＭＧ−ＥＣＵ６等の他のＥＣＵとＣＡＮを介して通信を行うことができるようになっている。

ＢＭＳ１１のＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＢＭＳ１１として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＢＭＳ１１において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＢＭＳ１１として機能する。

ＢＭＳ１１の入力ポートには、後述するイグニッションスイッチ（以下、単に「ＩＧ」という）３３がオンされてからオフされるまでの間におけるバッテリ１０の充放電電流を検出する電流検出部としての電流センサ３０と、インレットダクト２０内の温度である吸気温を検出する吸気温度センサ３１と、バッテリ１０の温度を示すバッテリ温度Ｔｂを検出するバッテリ温度センサ３４とが接続されている。

電流センサ３０は、ＩＧ３３がオンされてからオフされるまでの間、所定の時間間隔で充放電電流を検出する。吸気温度センサ３１は、例えばインレットダクト２０と電池パック２との接続部分近辺に配置され（図２参照）、吸気温をバッテリ１０の環境温度として検出するものである。バッテリ温度センサ３４は、バッテリ１０の上部に配置されている（図２参照）。

また、ＢＭＳ１１は、ＣＡＮを介してコントローラ３２に接続されている。コントローラ３２には、ＩＧ３３が接続されている。そして、コントローラ３２は、ＩＧ３３がオンまたはオフされたときにイグニッション信号を取得し、この取得したイグニッション信号に基づいてＢＭＳ１１を起動するための指令信号を出力する。ＢＭＳ１１は、電流センサ３０によって検出された充放電電流に基づいて、ＳＯＣを算出するようになっている。また、ＢＭＳ１１は、コントローラ３２から取得した指令信号に基づいて起動する。

ＢＭＳ１１は、後述する第１のＳＯＨ推定部４１により推定された第１のＳＯＨ（以下、「ＳＯＨ＿１」と記す）と、第２のＳＯＨ推定部４２により推定された第２のＳＯＨ（以下、「ＳＯＨ＿２」と記す）とに基づき、車両１に搭載されたバッテリ１０のＳＯＨの真値を推定する制御部４０としての機能を有する。以下、ＳＯＨの真値の推定に用いられるＢＭＳ１１の各種機能について説明する。

ＢＭＳ１１は、バッテリ１０の端子電圧（以下、単に「電圧」という）を監視する電圧監視部３８を含み、当該電圧監視部３８を介してバッテリ１０の電圧を検出する。電圧監視部３８は、例えば電圧監視ＩＣによって構成される。

また、ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ（例えば、０．１秒）内のバッテリ１０の電圧値Ｖ及び充放電電流の値を示す電流値Ｉに基づいてバッテリ１０の内部抵抗値ｒを算出する内部抵抗算出部３９としての機能を有する。

ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ（例えば、０．１秒）内のバッテリ１０の変化が所定条件を満たす場合に、上述のように算出したバッテリ１０の内部抵抗値ｒからＳＯＨ＿１を推定する第１のＳＯＨ推定部４１としての機能を有する。

ここで、バッテリ１０の内部抵抗成分には、電極表面と電解液との間に存在する界面抵抗成分及び電荷移動抵抗成分を含むオーミック抵抗成分と、電解液中の電解質濃度の偏りに起因する分極抵抗成分とが含まれている。

例えば、車両１に対して急加速要求がなされた場合等は、バッテリ１０が充電状態から放電状態に瞬間的に切り替わることがある。このような瞬間的な充放電の切替が行われた場合には、分極抵抗成分がバッテリ１０の電圧変化に影響を与えてしまう。分極抵抗成分は、オーミック抵抗成分に比べて時間的な変動が大きい。こうした分極抵抗成分を内部抵抗値に含む場合には、内部抵抗値に基づき推定するＳＯＨ＿１に誤差を生じさせてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、分極抵抗成分を極力取り除いた内部抵抗成分、すなわちオーミック抵抗成分のみに基づいてＳＯＨ＿１を推定するようにしている。具体的には、ＢＭＳ１１は、分極抵抗成分が内部抵抗成分に極力含まれない条件下、つまりオーミック抵抗成分のみを内部抵抗成分に含む条件下で算出した内部抵抗値ｒに基づいて、図３に示す推定手法にしたがってＳＯＨ＿１を推定する。

ここで、オーミック抵抗成分のみを内部抵抗成分に含む条件下とは、上述した所定時間ｄｔ内のバッテリ１０の変化が所定条件を満たす場合である。

本実施の形態における上記所定条件は、所定時間ｄｔの間、バッテリ１０が放電状態にあり、かつ当該所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩが第１の所定値Ｉｔｈ１（例えば、−３０Ａ）以下であること、または上記所定時間ｄｔの間、バッテリ１０が充電状態にあり、かつ当該所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩが第２の所定値Ｉｔｈ２（例えば、３０Ａ）以上であることのいずれかである。

前段の所定条件は、バッテリ１０が放電状態にあるときに電流値Ｉが放電を終了させる側に大きく変化したこと、すなわち電流値Ｉが第１の所定値Ｉｔｈ１（例えば、−３０Ａ）以上、減少したことを表している。

一方、後段の所定条件は、バッテリ１０が充電状態にあるときに電流値Ｉが充電を終了させる側に大きく変化したこと、すなわち電流値Ｉが第２の所定値Ｉｔｈ２（例えば、３０Ａ）以上、増加したことを表している。なお、本実施の形態において、電流値Ｉは、バッテリ１０が放電状態にあるときには正の値を示し、充電状態にあるときには負の値を示す。

次に、図３を参照して、ＳＯＨ＿１［％］の推定手法について説明する。図３に示すように、ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ内の電圧値Ｖの変化量ΔＶ［Ｖ］と所定時間ｄｔ内の電流値Ｉ［Ａ］の変化量ΔＩとに基づき、現在の内部抵抗値ｒ［ｍΩ］を算出する。具体的には、ＢＭＳ１１は、算出式「ｒ＝（ΔＶ／ΔＩ）×１０００」に基づいて、現在の内部抵抗値ｒ［ｍΩ］を算出する。

次いで、ＢＭＳ１１は、現在の内部抵抗値ｒ［ｍΩ］と初期オーミック抵抗ｒ０［ｍΩ］とに基づき、抵抗値変化率Δｒ（＝ｒ／ｒ０）を算出する。ここで、初期オーミック抵抗ｒ０［ｍΩ］は、バッテリ温度Ｔｂ［℃］と初期オーミック抵抗テーブルとに基づき求められる。初期オーミック抵抗テーブルは、バッテリ温度Ｔｂ［℃］と初期オーミック抵抗ｒ０［ｍΩ］との関係を予め実験的に求めたもので、ＢＭＳ１１のＲＯＭに予め記憶されている。

その後、ＢＭＳ１１は、上述の通り算出した抵抗値変化率Δｒに基づき、ＳＯＨ＿１［％］（＝（１／Δｒ）×１００）を算出する。なお、「１／Δｒ」は、出力性能維持率である。

また、図１に示すように、ＢＭＳ１１は、ＩＧ３３がオンされたとき、バッテリ１０の使用が開始されてから現在まで、すなわち前回ＩＧ３３がオフされたときまでのバッテリ１０の総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}と、バッテリ１０の環境温度に応じた補正係数Ｋとに基づき、バッテリ１０のＳＯＨ＿２を推定する第２のＳＯＨ推定部４２としての機能を有する。

ここで、「バッテリ１０の使用が開始されてから」とは、例えば「車両出荷時から」、または「バッテリ交換時から」等、バッテリ１０の初期状態からとの意味である。

具体的には、ＢＭＳ１１は、バッテリ１０の総放電容量Ｑｄｍａｘを記憶する記憶部４６を備えている。記憶部４６は、例えば不揮発性のフラッシュメモリによって構成されている。

ＢＭＳ１１は、ＩＧ３３がオンされてからオフされるまでの間に電流センサ３０によって検出された放電電流に基づき車両１の今回の走行におけるバッテリ１０の放電容量Ｑｄを算出する。

詳細には、ＢＭＳ１１は、ＩＧ３３がオンされてからオフされるまでの間に電流センサ３０によって検出された放電電流を積算し、この積算された総放電電流に基づき車両１の今回の走行におけるバッテリ１０の放電容量Ｑｄを算出する。

ここで、電流センサ３０によって検出される充放電電流は、上述した通り、放電側が正、充電側が負の値である。このため、ＢＭＳ１１は、電流値Ｉ＞０の条件を満たしたときに放電電流を積算する。

そして、ＢＭＳ１１は、上述のように算出した放電容量Ｑｄと、バッテリ１０の使用が開始されてから前回ＩＧ３３がオフされたときまでのバッテリ１０の総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}とを加算した値を、バッテリ１０の使用が開始されてから今回ＩＧ３３がオフされたときまでのバッテリ１０の総放電容量Ｑｄｍａｘ_（ｎ）として記憶部４６に記憶する。このとき記憶された総放電容量Ｑｄｍａｘ_（ｎ）は、次回ＩＧ３３がオンされたときに総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}として、バッテリ１０のＳＯＨ＿２の推定に用いられる。

したがって、ＢＭＳ１１は、次回ＩＧ３３がオンされたとき、記憶部４６に記憶された総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}と、バッテリ１０の環境温度に応じた補正係数Ｋとに基づいて、図４に示す推定手法にしたがってバッテリ１０のＳＯＨ＿２を推定する。

図４に示すように、ＩＧ３３がオンされると、ＢＭＳ１１は、記憶部４６に記憶された総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}からＳＯＨベーステーブルを参照して、ＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅを算出する。

ＳＯＨベーステーブルは、総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}に応じたバッテリ１０の平均的な使用状況を考慮したＳＯＨをＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅとして算出するもので、予め実験的に求めてＢＭＳ１１のＲＯＭに記憶されている。

また、ＳＯＨベーステーブルは、総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}が大きくなるほどＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅが小さな値となる特性を有する。なお、本実施の形態のＳＯＨベーステーブルは、一例であって、これに限定されるものではなく、総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}を、例えば「１ｋＡｈ」ごとに細分化し、その細分化した総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}に対応するようにＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅが規定されていてもよい。また、総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}に対して線形となるようＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅが規定されていれば、より詳細にＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅを算出することができる。

また、ＢＭＳ１１は、吸気温度センサ３１によって検出された環境温度の平均値を平均環境温度として算出し、算出した平均環境温度から補正係数テーブルを参照して、補正係数Ｋを算出する。

具体的には、ＢＭＳ１１は、吸気温度センサ３１によって検出された環境温度を記憶部４６に記憶し、バッテリ１０の使用が開始されてから現在まで記憶部４６に記憶した環境温度に対して、加重平均化処理等の平均化処理を施すことによって、補正係数Ｋを特定するときの平均環境温度を決定する。

すなわち、ＢＭＳ１１は、電流センサ３０によって充放電電流が検出されたときにおける環境温度を記憶部４６に記憶し、ＩＧ３３がオンにされたときに、記憶部４６に記憶されている環境温度に対して、平均化処理を施すことによって環境温度の平均値（平均環境温度）を求める。そして、ＢＭＳ１１は、平均環境温度に基づいて補正係数テーブルを参照することにより補正係数Ｋを特定する。

補正係数テーブルは、平均環境温度と補正係数Ｋとの関係を予め実験的に求めたもので、ＢＭＳ１１のＲＯＭに記憶されている。また、補正係数テーブルは、平均環境温度が高いほど補正係数Ｋが大きな値となる特性を有する。なお、本実施の形態の補正係数テーブルは、一例であって、これに限定されるものではなく、平均環境温度を、例えば「１℃」や「５℃」ごとに細分化し、その細分化した平均環境温度に対応するように補正係数Ｋが規定されていてもよい。また、平均環境温度に対して線形となるよう補正係数Ｋが規定されていれば、より詳細に補正係数Ｋを算出することができる。

ＢＭＳ１１は、ＳＯＨベーステーブル及び補正係数テーブルを参照して得られたＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅ及び補正係数Ｋを用いて、算出式「ＳＯＨ＿２＝１００−（１００−ＳＯＨｂａｓｅ）×Ｋ」に基づきＳＯＨ＿２を算出する。

さらに、ＢＭＳ１１は、ＳＯＨ＿１及びＳＯＨ＿２のいずれも算出済みである場合には、ＳＯＨ＿１とＳＯＨ＿２とを重みづけして合成することによりＳＯＨの真値を推定する。

すなわち、ＢＭＳ１１は、ＳＯＨ＿１及びＳＯＨ＿２のいずれも算出済みである場合には、所定の第１の補正係数（１−α）とＳＯＨ＿１とを乗算した値と、所定の第２の補正係数αとＳＯＨ＿２とを乗算した値とを加算した値を、ＳＯＨの真値であると推定する。

具体的には、ＢＭＳ１１は、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間を計測する経過時間計測部としてのタイマ４７を有する。なお、バッテリ１０が交換された場合には、経過時間はリセットされ、新たなバッテリの使用開始から再度計測される。

ＢＭＳ１１は、タイマ４７により計測された、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間に基づき、上述の第２の補正係数αを設定する係数設定部４５としての機能を有する。また、ＢＭＳ１１は、「１」から第２の補正係数αを減算した値、すなわち（１−α）を第１の補正係数として設定する。

ここで、ＢＭＳ１１のＲＯＭには、経過時間と第２の補正係数αとの関係を予め実験的に求めたマップが記憶されている。そして、第２の補正係数αは、当該マップにおいて、経過時間が長くなるほど大きな値となるよう規定されている。また、第２の補正係数αは、「０≦α≦１」の範囲で設定される。したがって、ＢＭＳ１１は、上述の経過時間から上記マップを参照することによって第２の補正係数αを設定することができる。

ＢＭＳ１１は、ＳＯＨ＿１、ＳＯＨ＿２、第１の補正係数（１−α）及び第２の補正係数αに基づき、次式（１）からＳＯＨを算出する。ＢＭＳ１１は、次式（１）で算出したＳＯＨの値を、ＳＯＨの真値として推定する。

また、ＢＭＳ１１は、ＳＯＨ＿１が算出済みでない場合には、ＳＯＨ＿２をＳＯＨの真値として推定する。

以上のように構成された本実施の形態に係る劣化状態推定装置による劣化状態推定動作について、図５〜図７を参照して説明する。なお、以下に説明する劣化状態推定動作は、ＩＧ３３がオンされて、ＢＭＳ１１が起動したときにスタートする。

図５に示すように、ＢＭＳ１１は、第１のＳＯＨ推定処理を実行する（ステップＳ１）。ＢＭＳ１１は、図６に示す第１のＳＯＨ推定処理にしたがってＳＯＨ＿１を推定する。

具体的には、図６に示すように、ＢＭＳ１１は、バッテリ温度センサ３４を介してバッテリ温度Ｔｂを測定する（ステップＳ２１）。その後、ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ内の電圧値Ｖの変化量ΔＶと所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩとに基づき、現在の内部抵抗値ｒを算出する（ステップＳ２２）。

次いで、ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ中、バッテリ１０の放電状態と充電状態とが反転していないか否か、すなわち所定時間ｄｔ中、電流値Ｉの正負が一定であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。

ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ中、電流値Ｉの正負が一定でないと判定した場合には、内部抵抗値ｒに分極抵抗成分が含まれる可能性が高いため正確なＳＯＨ＿１を推定できない可能性が高いと判断して、ＳＯＨ＿１を推定することなく、第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

一方、ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ中、電流値Ｉの正負が一定であると判定した場合には、バッテリ１０が放電状態、すなわち電流値Ｉが正（Ｉ＞０）であり、かつ所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩが第１の所定値Ｉｔｈ１（例えば、−３０Ａ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。

ＢＭＳ１１は、電流値Ｉが正であり、かつ変化量ΔＩが第１の所定値Ｉｔｈ１以下であると判定した場合には、ステップＳ２１で算出したバッテリ温度ＴｂとステップＳ２２で算出した現在の内部抵抗値ｒとに基づき、ＳＯＨ＿１を推定して（ステップＳ２５）、第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

一方、ＢＭＳ１１は、ステップＳ２４において、電流値Ｉが正であり、かつ変化量ΔＩが第１の所定値Ｉｔｈ１以下でないと判定した場合には、バッテリ１０が充電状態、すなわち電流値Ｉが負（Ｉ＜０）であり、かつ所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩが第２の所定値Ｉｔｈ２（例えば、３０Ａ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

ＢＭＳ１１は、電流値Ｉが負であり、かつ変化量ΔＩが第２の所定値Ｉｔｈ２以上でないと判定した場合には、内部抵抗値ｒに分極抵抗成分が含まれる可能性が高いため正確なＳＯＨ＿１を推定できない可能性が高いと判断して、ＳＯＨ＿１を推定することなく、第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

一方、ＢＭＳ１１は、ステップＳ２６において、電流値Ｉが負であり、かつ変化量ΔＩが第２の所定値Ｉｔｈ２以上であると判定した場合には、ステップＳ２１で算出したバッテリ温度ＴｂとステップＳ２２で算出した現在の内部抵抗値ｒとに基づき、ＳＯＨ＿１を推定して（ステップＳ２５）、第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

図５に示すように、ＢＭＳ１１は、第１のＳＯＨ推定処理を実行した後、第２のＳＯＨ推定処理を実行する（ステップＳ２）。ＢＭＳ１１は、図７に示す第２のＳＯＨ推定処理にしたがってＳＯＨ＿２を推定する。

具体的には、図７に示すように、ＢＭＳ１１は、前回ＩＧ３３がオフされたときの総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}を記憶部４６から読み出す（ステップＳ３１）。そして、ＢＭＳ１１は、ステップＳ３１で読み出した総放電容量Ｑｄｍａｘ_{（ｎ−１）}に基づき、ＳＯＨベーステーブルを参照してＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅを算出する（ステップＳ３２）。

次いで、ＢＭＳ１１は、吸気温度センサ３１を介して吸気温をバッテリ１０の環境温度として測定し（ステップＳ３３）、測定した環境温度に基づき平均環境温度を算出する（ステップＳ３４）。平均環境温度の算出方法は、上述した通りである。

その後、ＢＭＳ１１は、ステップＳ３４で算出した平均環境温度に基づき、補正係数テーブルを参照して補正係数Ｋを算出する（ステップＳ３５）。そして、ＢＭＳ１１は、ステップＳ３２で算出したＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅと、ステップＳ３５で算出した補正係数Ｋとを用いて、算出式「ＳＯＨ＿２＝１００−（１００−ＳＯＨｂａｓｅ）×Ｋ」に基づき、ＳＯＨ＿２を算出して（ステップＳ３６）、第２のＳＯＨ推定処理を終了する。

図５に示すように、ＢＭＳ１１は、第２のＳＯＨ推定処理を実行した後、第１のＳＯＨ推定処理においてＳＯＨ＿１を算出済みであるか否かを判定する（ステップＳ３）。

ＢＭＳ１１は、ＳＯＨ＿１を算出済みでないと判定した場合には、第２のＳＯＨ推定処理で算出したＳＯＨ＿２をＳＯＨの真値として推定して（ステップＳ７）、劣化状態推定動作を終了する。

一方、ＢＭＳ１１は、ＳＯＨ＿１を算出済みであると判定した場合には、タイマ４７に基づき、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間を読み出す（ステップＳ４）。

その後、ＢＭＳ１１は、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間に基づき、第１の補正係数（１−α）及び第２の補正係数αを設定する（ステップＳ５）。第１の補正係数（１−α）及び第２の補正係数αの設定方法については、上述した通りであるため詳細な説明を省略する。

次いで、ＢＭＳ１１は、ステップＳ１で推定したＳＯＨ＿１、ステップＳ２で算出したＳＯＨ＿２、第１の補正係数（１−α）及び第２の補正係数αに基づき、上述した式（１）からＳＯＨの真値を推定して（ステップＳ６）、劣化状態推定動作を終了する。

以上のように、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、所定時間ｄｔ内のバッテリ１０の変化が所定条件を満たす場合に、所定時間ｄｔ内の電圧値Ｖの変化量ΔＶと電流値Ｉの変化量ΔＩとに基づき算出したバッテリ１０の内部抵抗値ｒからＳＯＨ＿１を推定する。このため、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、分極抵抗成分を極力取り除いた内部抵抗成分、すなわちオーミック抵抗成分のみに基づいてＳＯＨ＿１を推定することができる。これにより、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、バッテリ１０のＳＯＨ＿１を精度よく推定することができる。

また、上記所定条件は、所定時間ｄｔの間、バッテリ１０が放電状態にあり、かつ当該所定時間ｄｔ内の変化量ΔＩが第１の所定値Ｉｔｈ１以下であること、または上記所定時間ｄｔの間、バッテリ１０が充電状態にあり、かつ当該所定時間ｄｔ内の変化量ΔＩが第２の所定値Ｉｔｈ２以上であることのいずれかである。

このため、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、バッテリ１０が放電状態にあるときに電流値Ｉが放電を終了させる側に大きく変化した場合、またはバッテリ１０が充電状態にあるときに電流値Ｉが充電を終了させる側に大きく変化した場合のいずれかの状態にあるときに算出した内部抵抗値ｒをＳＯＨ＿１の推定に用いる。したがって、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、ＳＯＨ＿１を推定する際には、分極抵抗成分が内部抵抗成分に極力含まれない条件下で算出した内部抵抗値ｒを用いることができる。

また、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、それぞれ異なる方法で推定されたＳＯＨ＿１とＳＯＨ＿２とに基づき、これらＳＯＨ＿１とＳＯＨ＿２とを重みづけして合成することによりＳＯＨの真値を推定する。このため、例えば総放電容量に基づき推定されるＳＯＨ＿２が真値に対して誤差を含んでいても、ＳＯＨ＿１を考慮してＳＯＨの真値を推定するため、バッテリ１０のＳＯＨを精度よく推定することができる。

ここで、ＳＯＨ＿２の推定に関わるＳＯＨベーステーブルは、バッテリ１０の平均的な使用状況を考慮したＳＯＨをＳＯＨベース結果ＳＯＨｂａｓｅとして算出するものである。また、ＳＯＨは、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間によっても変動し、当該経過時間が長くなるほど低い値となる。

したがって、ＳＯＨベーステーブルは、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間を考慮して定められている。つまり、ＳＯＨベーステーブルは、バッテリ１０の平均的な使用状況下において、総放電容量が例えば１０［ｋＡｈ］のときは、経過時間が「ｔ１」程度であるとの想定に基づき定められたものである。このように、ＳＯＨベーステーブルで考慮されている経過時間は、バッテリ１０の平均的な使用状況下での経過時間である。

しかしながら、バッテリ１０の使用頻度が平均的な使用頻度よりも多い場合、総放電容量が例えば１０［ｋＡｈ］であっても、実際の経過時間が「ｔ１」よりも短い「ｔ２」となることがある。このような場合、ＳＯＨベーステーブルを用いた第２のＳＯＨ推定処理では、ＳＯＨ＿２が、実際のＳＯＨ、すなわちＳＯＨの真値よりも低い値として推定されるおそれがある。

こうした場合、ＳＯＨ＿２は、ＳＯＨの真値に対して誤差を含んでいる可能性がある。ただし、こうしたＳＯＨ＿２の誤差は、バッテリ１０の使用が開始されてから現在までの経過時間が短いほど大きく、当該経過時間が長くなるほど小さくなる。

したがって、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置では、経過時間が短いほど第２の補正係数αの値を小さくすることにより、ＳＯＨの真値を推定するにあたってのＳＯＨ＿１に対するＳＯＨ＿２の比率を下げるようにしている。これにより、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、ＳＯＨ＿２が誤差を含んでいた場合であっても、バッテリ１０のＳＯＨを精度よく推定することができる。

一方、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、経過時間が長い場合には、ＳＯＨ＿２の精度が高いと想定されるため、第２の補正係数αの値を大きくすることにより、ＳＯＨの真値を推定するにあたってのＳＯＨ＿１に対するＳＯＨ＿２の比率を上げるようにしている。これにより、本実施の形態に係る二次電池の劣化状態推定装置は、経過時間が長い場合にもバッテリ１０のＳＯＨを精度よく推定することができる。

なお、本実施の形態においては、図６に示した第１のＳＯＨ推定処理のステップＳ２３、Ｓ２４、Ｓ２６の各判定において、電流値Ｉ及びその変化量ΔＩを用いたが、これらのパラメータに代えて、バッテリ１０の内部抵抗の両端にかかる電圧ｖとその変化量Δｖを用いてもよい。この場合、第１の所定値及び第２の所定値は、それぞれ所定の電圧値となる。これら所定の電圧値は、放電状態にあるバッテリ１０が放電を終了する側に大きく変化したこと、及び充電状態にあるバッテリ１０が充電を終了する側に大きく変化したことを示す電圧値にそれぞれ設定される。

また、本実施の形態においては、ＳＯＨ＿１を図６に示した第１のＳＯＨ推定処理にしたがって推定したが、これに限らず、例えば図８に示す第１のＳＯＨ推定処理にしたがって推定してもよい。

具体的には、図８に示すように、ＢＭＳ１１は、バッテリ温度センサ３４を介してバッテリ温度Ｔｂを測定する（ステップＳ５１）。その後、ＢＭＳ１１は、所定時間ｄｔ内の電圧値Ｖの変化量ΔＶと所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩとに基づき、現在の内部抵抗値ｒを算出する（ステップＳ５２）。

次いで、ＢＭＳ１１は、バッテリ１０が非充放電状態にあるか、すなわち非充放電中か否かを判定する（ステップＳ５３）。ＢＭＳ１１は、例えばバッテリ１０の電流値Ｉが一定時間以上、所定の範囲内にあるか否かを判断することにより、バッテリ１０が非充放電中か否かを判定することができる。

ＢＭＳ１１は、バッテリ１０が非充放電中でないと判定した場合には、ＳＯＨ＿１を推定することなく、図８に示す第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

一方、ＢＭＳ１１は、バッテリ１０が非充放電中であると判定した場合には、バッテリ１０が充放電を開始したか否かを判定する（ステップＳ５４）。ＢＭＳ１１は、例えばバッテリ１０の電流値Ｉが上述した所定の範囲外となったか否かを判断することにより、バッテリ１０が充放電を開始したか否かを判定することができる。ＢＭＳ１１は、バッテリ１０が充放電を開始していないと判定した場合には、再度ステップＳ５４の処理を繰り返す。

一方、ＢＭＳ１１は、バッテリ１０が充放電を開始したと判定した場合には、所定時間ｄｔ内の電流値Ｉの変化量ΔＩの絶対値｜ΔＩ｜が第３の所定値Ｉｔｈ３（例えば、３０Ａ）以上であるか、またはバッテリ１０の内部抵抗の両端にかかる電圧ｖの定時間ｄｔ内の変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定値ｖｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５５）。

ＢＭＳ１１は、絶対値｜ΔＩ｜が第３の所定値Ｉｔｈ３以上であるか、または絶対値｜Δｖ｜が所定値ｖｔｈ以上であるかのいずれの条件も満たしていないと判定した場合には、ＳＯＨ＿１を推定することなく、図８に示す第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

一方、ＢＭＳ１１は、絶対値｜ΔＩ｜が第３の所定値Ｉｔｈ３以上であるか、または絶対値｜Δｖ｜が所定値ｖｔｈ以上であると判定した場合には、ステップＳ５１で算出したバッテリ温度ＴｂとステップＳ５２で算出した現在の内部抵抗値ｒとに基づき、ＳＯＨ＿１を推定して（ステップＳ５６）、図８に示す第１のＳＯＨ推定処理を終了する。

ここで、図８に示す変形例では、ＳＯＨ＿１を推定する所定条件は、非充放電状態にあるバッテリ１０において充放電が開始された場合における絶対値｜ΔＩ｜が第３の所定値Ｉｔｈ３以上であること、または絶対値｜Δｖ｜が所定値ｖｔｈ以上であることのいずれかである。

図８に示す変形例にあっても、バッテリ１０が非充放電状態から急激に放電状態または充電状態に切り替わる際の内部抵抗値ｒをＳＯＨ＿１の推定に用いるので、分極抵抗成分を極力取り除いた内部抵抗成分、すなわちオーミック抵抗成分のみに基づいてＳＯＨ＿１を推定することができる。これにより、図８に示す変形例にあっても、バッテリ１０のＳＯＨ＿１を精度よく推定することができる。

また、本実施の形態においては、吸気温度センサ３１によって検出された吸気温をバッテリ１０の環境温度として用いたが、これに限らず、例えばバッテリ温度センサ３４によって検出されたバッテリ１０の温度を環境温度として用いてもよい。

また、本実施の形態の第２のＳＯＨ推定処理においては、ＳＯＨ＿２を推定するにあたってバッテリ１０の総放電容量を用いる例について説明したが、これに限らず、ＳＯＨ＿２を推定するにあたって総放電容量に代えて総充電容量を用いてもよいし、総放電容量に加えて総充電容量を用いてもよい。

以上、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が特許請求の範囲に記載された請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
１０ バッテリ（二次電池）
１１ ＢＭＳ
３０ 電流センサ
３１ 吸気温度センサ
３２ コントローラ
３３ ＩＧ
３４ バッテリ温度センサ
３８ 電圧監視部
３９ 内部抵抗算出部
４０ 制御部
４１ 第１のＳＯＨ推定部
４２ 第２のＳＯＨ推定部
４５ 係数設定部
４６ 記憶部
４７ タイマ（経過時間計測部）

Claims (5)

1. 車両に搭載された二次電池の劣化状態を示すＳＯＨを推定する制御部を有する劣化状態推定装置であって、
   所定時間内の前記二次電池の電圧値及び電流値に基づいて内部抵抗値を算出する内部抵抗算出部を備え、
   前記制御部は、前記所定時間内の前記二次電池の変化が所定条件を満たす場合に、前記内部抵抗算出部によって算出された内部抵抗値から前記二次電池の劣化状態を推定することを特徴とする二次電池の劣化状態推定装置。
2. 前記所定条件は、前記所定時間の間、前記二次電池が放電状態にあり、かつ前記所定時間内の電流値の変化量が第１の所定値以下であること、または前記所定時間の間、前記二次電池が充電状態にあり、かつ前記所定時間内の電流値の変化量が第２の所定値以上であることのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
3. 前記所定条件は、非充放電状態にある前記二次電池において充放電が開始された場合における前記所定時間内の電流値の変化量の絶対値が第３の所定値以上であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
4. 前記制御部は、
   前記内部抵抗値から推定される前記二次電池の劣化状態を第１のＳＯＨとして推定する第１のＳＯＨ推定部と、
   前記二次電池の使用が開始されてから現在までの前記二次電池の総放電容量に基づき、前記二次電池の第２のＳＯＨを推定する第２のＳＯＨ推定部と、を有し、
   前記第１のＳＯＨと所定の第１の補正係数とを乗算した値と、前記第２のＳＯＨと所定の第２の補正係数とを乗算した値とを加算した値を、前記ＳＯＨの真値であると推定し、
   前記第１の補正係数は、前記第２の補正係数をαとしたとき、（１−α）であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
5. 前記二次電池の使用が開始されてから現在までの経過時間を計測する経過時間計測部をさらに備え、
   前記第２の補正係数αは、前記経過時間計測部により計測された前記経過時間に基づき設定されることを特徴とする請求項４に記載の二次電池の劣化状態推定装置。
   

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