JP2017017907A - 電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の分極状態をより正確に反映した許容充放電電流値を得ることができる電池制御装置の提供。
【解決手段】バッテリコントローラ１０１は、電池の開回路電圧OCVおよび電池に設定された上下限電圧Vmax,Vminに基づいて、無分極状態を仮定した場合の電池の電流制限値である第１許容電流値Imax1を算出する第１許容電流値演算部７０４と、前記電流制限値の算出時における電池の分極状態を推定する電池等価回路モデル７０２と、推定された分極状態に基づいて第１許容電流値Imax1を補正する許容電流値補正値ΔIを算出する補正量演算部７０６ｔ、を備え、補正された第１許容電流値である第２許容電流値Imax2を、電池の許容充放電電流値として出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池システムの電池制御装置に関する。

近年、移動体向け蓄電装置や系統連系安定化用蓄電装置、非常用蓄電装置といった多数の電池を内蔵する電池システムが注目を浴びている。これらシステムの性能を引き出すには、電池の充電率（以下ではＳＯＣと記載する）や劣化率（ＳＯＨ）、充放電可能な最大電流（許容電流値）といったパラメータを算出して電池制御に利用したり、各電池の充電率を適切に揃えたりする必要がある。

これらを実現するため各電池には電池電圧計測用の回路（セルコントローラ）が取り付けられ、これらセルコントローラから送られてくる情報に基づき中央演算処理装置（ＣＰＵ）を搭載したバッテリコントローラが前記演算や動作を実行するようにしている。許容電流値の演算は電池の過電圧を防ぐ安全機能の一部であり、許容電流値を超えないように電流を制限することで、電池システムの安全を維持している。

電池が過電圧とならない最大電流を演算するためには、電池の開放電圧（以下では、ＯＣＶと記載する）や内部抵抗情報等の電池の内部状態やパラメータを使う必要がある。特に、常時不規則な電流が流れている移動体向け蓄電装置では電池に生じる分極電圧の影響をする必要がある。前述したＣＰＵの演算性能を考慮すると、特に移動体向けの許容電流値演算にはＯＣＶや内部抵抗、分極電圧の影響を考慮した安全な電流を少ない計算量で算出することが要求される。しかし、分極電圧の演算には指数関数等の計算量が大きい関数を用いる必要がありＣＰＵで演算することは困難であった。

そこで、電池に電流が連続して流れた時間を計測し、これを用いて分極電圧の影響を反映済みの抵抗値テーブルから許容電流値演算に用いる抵抗値を参照する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、指数関数等を用いること無く少ない計算量で許容電流値が算出可能となる。また、同じく特許文献１にあるように、ハイブリッド自動車のように電流が連続して流れる時間が短いアプリケーション向けでは充分大きな分極電圧に対応した固定の抵抗値を用いる手法が用いられている。これらの手法により、分極電圧が存在しても電池が過電圧とならない電流が、少ない計算量で算出可能となっている。

国際公開番号ＷＯ２０１２／１６９０６３号公報

ところで、特許文献１に記載の発明では、分極電圧の影響を許容電流値演算に反映させるために、一定時間電流を流し続けた場合の抵抗値を用いている。しかし、実際には、想定した一定時間よりも短い時間で充電期間、放電期間、休止期間が切り替わる場合があり、実際の抵抗値は想定したものよりも小さくなる傾向にあった。そのため、許容電流値の値が制限過剰となることがあった。

本発明による電池制御装置は、電池の開回路電圧および電池に設定された上下限電圧に基づいて、無分極状態を仮定した場合の電池の電流制限値を算出する電流制限値算出部と、前記電流制限値の算出時における電池の分極状態を推定する推定部と、前記推定された分極状態に基づいて前記電流制限値を補正する補正部と、を備え、前記補正部により補正された電流制限値を、電池の許容充放電電流値として出力する。

本発明によれば、電池の分極状態をより正確に反映した許容充放電電流値を得ることができる。

図１は、電池システムの一実施の形態を示す図である。 図２は、許容電流値を演算するための構成を説明するブロック図である。 図３は、電池等価回路モデルの一例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、電池システム１００の一実施の形態を示す図であり、電池電力供給装置に用いられる電池システムの一例を示す。電池システム１００の出力電圧は、電池の残容量や出力電流等により変動する直流電圧のため、負荷１１１に直接電力を供給するには適さない場合がある。そこで、図１に示す例では、インバータ１１０により電池システム１００の出力電圧を三相交流に変換し、負荷１１１に供給している。インバータ１１０、電力変換装置全体を制御する上位コントローラ１１２により制御される。

なお、負荷に直流電圧や他の多相交流、単相交流を供給する場合も同様の構成となる。また、負荷１１１が電力を出力する場合には、インバータ１１０を双方向インバータとすることにより、負荷１１１が出力した電力を電池モジュール１０５に蓄えることができる。また、インバータ１１０と並列に充電システムを電池システム１００に接続することで、必要に応じ電池モジュール１０５を充電することも可能である。

電池システム１００は、インバータ１１０や負荷１１１の制御に有用な電池の充電率（ＳＯＣ）や劣化率（ＳＯＨ）、電池に流すことができる最大充放電電流（許容電流値）、電池温度、電池異常の有無等の電池状態に関する情報を、上位コントローラ１１２に送信する。上位コントローラ１１２は、これらの情報に基づき、エネルギーマネージメントや異常検知等を行う。また、上位コントローラ１１２は、電池システム１００をインバータ１１０または負荷１１１から切り離すべきと判断した場合は、切断指示を電池システム１００に対し送信する。

電池システム１００は、複数個の電池からなる１台以上の電池モジュール１０５と、電池システム１００の状態を監視・推定・制御するバッテリコントローラ１０１と、電池システム１００の出力を断続するリレー１０６と、電池に流れた電流を計測する電流センサ１０８と、電池電圧を計測する電圧センサ１０２と、電池システム１００と例えばアースとの間の絶縁抵抗を計測する漏電センサ１０３と、電池システム１００の出力電圧に応じ設けられる遮断器１０７と、電池温度を計測する温度センサ１６１を備えている。バッテリコントローラ１０１は、各種演算を行うＣＰＵ６０１、後述する電池パラメータが記憶される記憶部６０２を備えている。図１に示す電池システム１００は、遮断器１０７を介して直列接続された２台の電池モジュール１０５を備えている。

電池モジュール１０５は複数個の単位電池を有し、モジュール内部の温度や各単位電池の電圧を計測する回路、および、必要に応じ単位電池単位での充放電を行う回路を備えている。これにより単位電池単位での電圧監視や電圧調整が可能となり、また温度に応じて特性が変化する電池状態の推定に必要な温度情報を計測可能となる。詳細は後述する。

直列接続された電池モジュール１０５には、電流センサ１０８と一対のリレー１０６とが直列に接続される。電流センサ１０８は、電池モジュール１０５の状態を監視・推定するために必要な電流値が計測する。一対のリレー１０６の開閉を上位コントローラの指令に基づき制御することで、電池システム１００の出力を遮断または接続することができる。電池モジュール１０５の電圧が例えば１００Ｖ以上の高電圧となる場合には、電池システム１００への電力入出力を人力で遮断するための遮断器１０７を追加することがある。遮断器１０７を用いて強制的に遮断を行うことで、電池システム１００の組み立て時や解体時、電池システム１００を搭載した装置の事故対応時に感電事故や短絡事故の発生を防ぐことが可能となる。

なお、電池モジュール１０５が複数台並列に接続されている場合は、各列にリレー１０６、遮断器１０７、電流センサ１０８を設けてもよいし、電池システム１００の出力部分にのみリレー１０６、遮断器１０７、電流センサ１０８を設けてもよい。また、各列および電池システム１００の出力部の両方にリレー１０６、遮断器１０７、電流センサ１０８を設けてもよい。

リレー１０６は１台のリレーで構成してもよいし、メインリレーとプリチャージリレー、抵抗の組で構成してもよい。後者の構成ではプリチャージリレーと直列に抵抗を配置し、これらをメインリレーと並列接続する。そしてリレー１０６を接続する場合、まずプリチャージリレーを接続する。プリチャージリレーを流れる電流は直列接続した抵抗により制限されるため、前者の構成で生じうる突入電流を制限することができる。そしてプリチャージリレーを流れる電流が十分小さくなったのちにメインリレーを接続する。メインリレー接続のタイミングはプリチャージリレーを流れる電流を基準にしてもよいし、抵抗にかかる電圧やメインリレーの端子間電圧を基準にしてもよい。また、プリチャージリレーを接続してから経過した時間を基準にしてもよい。

電圧センサ１０２は、電池モジュール１０５の状態監視・推定に必要な電圧値を計測する。電圧センサ１０２は、１台または複数台の電池モジュール１０５に対して並列接続されたり、または、電池モジュール１０５の各１直列に対し並列に接続されたりする。また、電池モジュール１０５には漏電センサ１０３が接続され、漏電が生じる前に漏電が生じうる状態、すなわち絶縁抵抗が低下した状態を検知し事故の発生を予防可能とする。

電池モジュール１０５、電流センサ１０８、電圧センサ１０２、漏電センサ１０３の計測値はバッテリコントローラ１０１に送信される。バッテリコントローラ１０１は、受信した計測値に基づいて、電池状態の監視や推定、および電池システム１００の制御を行う。ここで制御とは、例えば、各単位電池の電圧を均等化するための単位電池毎の充放電や、各センサの電源制御、センサのアドレッシング、バッテリコントローラ１０１に接続されたリレー１０６の制御等を指す。電池状態の監視や推定、制御に必要な演算はＣＰＵ６０１が行う。

なお、電池システム１００にはシステム冷却用のファンが含まれてもよく、その制御をバッテリコントローラ１０１が行うこともある。このように冷却まで電池システム１００が行うことで、上位コントローラとの通信量を削減することが可能となる。

図１に示す例では、電圧センサ１０２や漏電センサ１０３をバッテリコントローラ１０１とは別部品とすることで自由度を持たせているが、バッテリコントローラ１０１に電圧センサ１０２や漏電センサ１０３を内蔵する構成としても良い。内蔵構成とすることで、個別のセンサを用意する場合にくらべハーネス本数が減り、センサ取り付けの手間も削減できる。ただし、センサを内蔵することでバッテリコントローラ１０１が対応可能な電池システム１００の規模（最大出力電圧、電流等）が限定されてしまう場合もあるので、そのような場合には別部品とするのが望ましい。

図２は、許容電流値を演算するための構成を説明するブロック図である。許容電流値演算は、ＣＰＵ６０１において行われる。ＣＰＵ６０１は、機能構成として、電池等価回路モデル７０２、第１許容電流値演算部７０４、分極予測部７０５、補正量演算部７０６、および第２許容電流値演算部７０７を備えている。なお、データベース７０３は、記憶部６０２に記憶されている電池パラメータである。

電池等価回路モデル７０２は、単位電池の内部状態を表現するための等価回路モデルである。第１許容電流値演算部７０４は、電池に分極が無かった場合の第１許容電流値を演算する。分極予測部７０５は、一定時間後の電池の分極を予測する。補正量演算部７０６は、第１許容電流値演算部７０４が算出した第１許容電流値に対する分極による影響を、補正値（許容電流値補正値）として算出する。第２許容電流値演算部７０７は、第１許容電流値演算部７０４が算出した許容電流値を補正量演算部７０６で算出された許容電流値補正値で補正して、それを第２許容電流値として出力する。

電池等価回路モデル７０２は、電流センサ１０８で計測された電流値、温度センサ１６１で計測された電池温度、電圧センサ１０２で計測された電池の閉回路電圧（以下では、ＣＣＶと記載する）に基づいて、単位電池のＳＯＣやＯＣＶ、分極電圧を推定し出力する。なお、ＣＣＶとしては、電圧センサ１０２で計測された電圧値を単位電池当たりに換算したものや、単位電池毎のＣＣＶが取得できる構成であれば各々のＣＣＶが使用される。このような電池等価回路モデル７０２を用いることで、直接は観測することができない単位電池の内部状態を推定することができ、その推定値を他の処理に使用することが可能となる。

図３は、電池等価回路モデル７０２の一例を示す図である。図３に示す例では、ＯＣＶを電圧源７５１で表現し、直流抵抗を抵抗７５２で表現し、分極抵抗を抵抗７５３で表現し、分極容量をキャパシタ７５４で表現している。これらの値は電池の劣化により変化するので、劣化に応じた値が用いられる。初期電圧をＯＣＶとして電池等価回路モデル７０２に与えることで分極がゼロの状態に初期化し、電池等価回路モデル７０２に電流センサ１０８で計測された電流値を与え続けることで、電池等価回路モデル７０２により現在の電池状態を表現することができる。それにより、分極電圧を算出可能としている。

例えば、予めＳＯＣとＯＣＶとの相関テーブルを記憶しておき、この相関テーブルと、初期電圧として取り込んだＯＣＶとから、ＳＯＣの初期値を求める。動作中は、例えば、ＳＯＣの初期値と電流積算値とからＳＯＣを推定する。推定したＳＯＣと相関テーブルとから、動作中のＯＣＶを推定することができる。

なお、図３に示す例では分極の項を１個としているが、複数個用いることで演算をより高精度化することが可能である。初期化において、キャパシタ７５４に溜まっている電荷の初期値は０とする。これは、システム起動前には一般的に電池の時定数より充分長い休止時間が存在し、キャパシタ７５４が完全放電しているためである。初期化は、電池システム１００の起動時や、上位コントローラ１１２からの初期化指令値受信時等の、リレー１０６が開いているタイミングにおいて行われる。

図２に戻って、データベース７０３は、電池等価回路モデル７０２から出力されたＳＯＣ、温度センサ１６１から出力された温度、および電流センサ１０８から出力された電流に基づき、許容電流値演算に必要な上下限電圧と、後述する第１抵抗および第１ゲインとを出力する。電池等価回路モデル７０２から出力されるＯＣＶ，ＳＯＣおよび分極電圧は現在の電池状態に応じた値なので、データベース７０３から出力される上下限電圧、第１抵抗および第１ゲインも、現在の電池状態に応じた値となっている。これらの出力値を用いることにより、電池状態に則した許容電流値演算が可能となる。

このように、出力データの値をマップに基づいて求めることにより、計算量の削減や、理論式が不明な特性への対応が可能となる。また、近似式により出力してもよい。これにより、データ量の削減や出力値の精度向上が可能となる。

第１許容電流値演算部７０４は、電池等価回路モデル７０２が出力したＯＣＶ、データベース７０３が出力した上下限電圧および第１抵抗に基づき、第１許容電流値Imax1を演算する。式（１）は、許容充電電流Icmax1の演算式の一例を示したものである。
Icmax1＝(Vmax-OCV)/R1 …（１）

式（１）において、Vmaxは上限電圧、R1は第１抵抗である。ここで、第１抵抗R1は、初期化された無分極状態から一定電流を流した場合を仮定し、その一定電流を所定時間流した後に予想される電池の抵抗値（内部抵抗）である。本実施の形態では、第１抵抗R1の値を予め実験やシミュレーション等で取得し、その値がデータベース７０３に格納されている。

演算時点（現在）における電池の内部抵抗は分極ゼロの状態の内部抵抗なので、上記第１抵抗R1よりも値が小さい。すなわち、式（１）により算出される許容充電電流Icmax1は、現在の電池状態に応じた許容充電電流（式（１）に現在の内部抵抗を代入して算出される許容充電電流）よりも小さい。そして、無分極状態から一定電流を流し続けた場合、所定時間経過したとき、算出される許容充電電流はIcmax1に達する。

なお、許容放電電流Idmax1についても許容充電電流Icmax1の場合と同様に考え、次式（２）により算出する。Vminは下限電圧である。なお、式（２）では所定時間経過後の内部抵抗を充電の場合と同一の第１抵抗R1としたが、実際の電池では充電方向と放電方向とでは値が異なっており、ここでも電流方向に応じた値を用いるのが好ましい。
Idmax＝(OCV-Vmin)/R1 …（２）

このように、第１抵抗R1を用いて算出された許容電流値（許容充電電流値、許容放電電流値）Imax1により充放電電流を制御することで、この範囲内で最大電流を使用し続けても所定時間経過するまではＣＣＶが上下限電圧に達することがない。

なお、第１許容電流値演算部７０４で算出される第１許容電流値Imax1は、現時点での電池状態が無分極であると仮定した場合の許容電流値である。そのため、現時点が初期化タイミングから時間が経過した時点である場合、現時点の電池状態は無分極ではないので誤差が生じる。そこで、現時点の電池状態が無分極でない場合にも正確な許容電流値が得られるように、分極予測部７０５、補正量演算部７０６、および第２許容電流値演算部７０７を設けて以下のような補正処理を行う。

ところで、上述した第１許容電流値演算部７０４では一定電流が所定時間流れた場合の第１抵抗R1を用いて第１許容電流値Imax1を算出した。このように一定電流が流れている場合の所定時間後の分極電圧を予測するためには、一般に、指数関数を用いた次式（３）を用いる必要がある。ただし、Vptは所定時間後の分極電圧、Rpは分極抵抗、Iは電流、Vp0は現在の分極電圧、Cpは分極容量であり、tは所定時間である。
Vpt＝IRp-(IRp-Vp0)exp(-t/RpCp) …（３）

式（３）の右辺を、分極電圧Vp0を含まない項と、分極電圧Vp0を含む項とに分けて記載すると次式（４）になる。なお、Gt＝exp(-t/RpCp)である。式（４）においてI=０とした場合、Vpt＝Vp0・Gtとなる。電池に流れる電流をゼロとすると、時間の経過とともに分極電圧は減少する。そして、値Vp0の分極電圧は、時間の経過と共に減少し、所定時間ｔが経過したときにVpt＝Vp0・Gtとなる。このように、第１ゲインGtは分極電圧の時間的な変化（減衰）を表すパラメータであり、所定時間ｔの大きさによって決まる定数である。
Vpt＝IRp(1-Gt)+Vp0・Gt …（４）

式（４）を用いて図３のＯＣＶ，ＣＣＶ，Ｒdcの関係を表すと、次式（５）のようになる。なお、Ｉは電池を流れる電流である。
CCV＝OCV+I・Rdc+Vpt
＝OCV+I・Rdc+IRp(1-Gt)+Vp0・Gt
＝OCV+I(Rdc+Rp(1-Gt))+Vp0・Gt …（５）

上述した第１許容電流値演算部７０４で算出される許容充電電流Icmax1は、式（５）においてVp0＝０と考え、第２項の「Rdc+Rp(1-Gt)」の部分を第１抵抗R1とした場合に相当する。そして、式（５）の第３項＝Vp0・Gtは、現時点における分極電圧Vp0に依存する電圧であり、分極予測部７０５において算出される。本実施形態では、Gtを第１ゲインと呼び、第３項＝Vp0・Gtを第１分極電圧と呼ぶことにする。分極電圧Vp0は電池等価回路モデル７０２によって算出され、第１ゲインGtはデータベース７０３から出力される。

すなわち、分極予測部７０５は、電池等価回路モデル７０２が出力する現時点の分極電圧Vp0と、データベース７０３が出力する第１ゲインGtとに基づき、所定時間ｔ後の分極電圧である第１分極電圧（Vp0・Gt）を算出する。分極電圧Vp0の電池を電流ゼロの状態で放置すると徐々に分極電圧が低下するが、所定時間ｔが経過したときの分極電圧が第１分極電圧（Vp0・Gt）である。

このように、指数関数で表される第１ゲインGtをデータベース７０３から出力する構成とすることで、計算量の多い指数関数を不要とすることができ、計算能力に制約のある組み込み向けＣＰＵでも一定時間後の分極電圧が容易に演算可能となる。

補正量演算部７０６は、第１許容電流値演算部７０４が算出した第１許容電流値Imax1に対する分極による影響を、許容電流値補正値ΔIとして算出する。上述したように、第１許容電流値Imax1は、式（５）でVp0＝０とした場合の電流値である。そのため、Vp0≠０の場合の許容電流値（すなわち補正後に得られる許容電流値）は、第１許容電流値Imax1よりも許容電流値補正値ΔIだけ小さくなる。ここでは、補正後の許容電流値を第２許容電流値Imax2と呼ぶことにする。

式（５）においてCCV＝Vmax、I＝Icmax2のように置き換えて式変形すると、次式（６）が得られる。すなわち、許容電流値補正値ΔIは、ΔI＝Vp0・Gt/R1のように算出される。
Icmax2＝(Vmax-OCV)/(Rdc+Rp(1-Gt))-Vp0・Gt/(Rdc+Rp(1-Gt))
＝(Vmax-OCV)/R1-Vp0・Gt/R1 …（６）

第２許容電流値演算部７０７は、第１許容電流値演算部７０４が算出した第１許容電流値Imax1から補正量演算部７０６で算出された許容電流値補正値ΔIをマイナスして、式（６）で表される第２許容電流値Imax2を出力する。

このように、本実施の形態では、現時点の分極が無分極状態であると仮定して算出した第１許容電流値を、現時点の分極電圧Vp0に基づいて算出した許容電流値補正値ΔIで補正し、その補正された第２許容電流値Imax2を用いて充放電時の電流を制御するようにした。第２許容電流値Imax2は電池の分極状況に応じて算出されるので、所定時間流し続けてもＣＣＶが上下限電圧に到達しない最も大きい電流（すなわち許容電流値）を、より正確に算出することができる。なお、上述した説明では所定時間ｔについてｔ≠０の場合を例に説明しているが、ｔ＝０の場合にも適用することができる。

従来、現時点の電池状態における許容充放電電流を算出する場合、現時点の内部抵抗を正確に知る必要がある。例えば、現時点の電池状態における許容充電電流を算出する場合には、式（１）において第１抵抗の代わりに現時点の内部抵抗を用いることで算出することができる。この内部抵抗は電池の分極状態に依存しているが、上述した特許文献１に記載の技術では、現時点の分極状態を推定する代わりに、一定の電流が一定時間流れた時の電池の内部抵抗を代用している。

例えば、ハイブリッド自動車に搭載される電池システムでは、数秒〜１０秒程度の間隔で充電、放電が行われるので、一例として、電池が出力可能な電流値（例えば、２００Ａ）の電流が３〜５秒程度流れたときの内部抵抗が用いられる。そのため、算出時点の電池状態に基づく許容充電電流に比べて、より小さな許容充電電流が算出されることになる。すなわち、必要以上に充電電流を制限してしまうことになる。

ところで、従来の技術では、「今この瞬間」に流すことが可能な許容電流値を演算している。しかし、エネルギー管理の観点等から「今から一定時間」流し続けることが可能な許容電流値を演算することが求められはじめている。従来のように「今この瞬間」に流すことが可能な許容電流値を演算している。そのため、その許容電流値に基づいて制御した場合に、「今から所定時間」まで許容電流値範囲内の一定電流で流し続けられないおそれがある。一方、本実施の形態では、一定の電流を現時点から所定時間流し続けることが可能な許容電流値を算出することができる。そのため、その許容電流値範囲内の電流で確実に所定時間まで制御することができる。

なお、本実施の形態における所定時間は、電池システム１００の使用環境に応じて設定される。例えば、ハイブリッド自動車に用いられる場合には、一般的な車両使用状況において予想される充電、放電が継続される時間程度に設定される。一定電流の値についても、一般的な車両使用状況に応じて要求される電流値などを考慮して設定される。所定時間および一定電流に関する設定値は、図１の上位コントローラ１１２から入力される。

ところで、補正量演算部７０６は、分極電圧が許容電流値に与える影響を算出するものである。図２に示す例では、補正量演算部７０６は、分極情報として所定時間ｔが経過したときの第１分極電圧Vp0・Gtを用いて許容電流値補正値ΔIを算出しているので、確実に一定時間流し続けられる許容電流値（第２許容電流値Imax2）の演算が可能となる。

なお、図２示す処理とは異なるが、分極情報として、第１分極電圧Vp0・Gtに代えて電池等価回路モデル７０２の出力する分極電圧Vp0を補正量演算部７０６に入力し、許容電流値補正値ΔIを、ΔI＝Vp0/R1のように算出しても良い。これは、Gt(0)=１、すなわちｔ＝０のときの第１ゲインを用いることに相当する。第１ゲインGtはGt＝exp(-t/RpCp)であるので、ｔ＝０のときが最も大きく、時間の経過と共に減少する。よって、分極情報として分極電圧Vp0を用いる場合、分極電圧を大きめに見積もることになる。そのため、許容電流値は小さくなるが、安全をより確実に担保することができる。

なお、分極電圧に固定値を掛けて利用することで分極電圧の影響を調整することができ、電池等価回路モデル７０２の分極電圧推定誤差による過電圧を防ぐことが可能となる。

上述した実施形態では、電池の内部抵抗に相当する第１抵抗R1の値を、データベース７０３に格納するという構成とした。しかし、電池の直流抵抗Rdc、単位電流あたりのＯＣＶ変化率Gsoc（以下では、第２ゲインと呼ぶ）、分極抵抗Rp、第１ゲインGtから、次式（７）のように第１抵抗R1を計算で求めても良い。このように第１抵抗R1を間接的に計算することで、電池の劣化等によるパラメータ変化に対応することが可能となる。なお、上述した式（５）においては、単位電流あたりのＯＣＶ変化率である第２ゲインGsocを省略して説明したが、第１抵抗R1をより正確に表現するためには、式（７）のように第２ゲインGsocも考慮した方が良い。
R1=Rdc+Gsoc+Rp(1-Gt) …（７）

上述した実施の形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（ａ）電池制御装置であるバッテリコントローラ１０１は、電池の開回路電圧（OCV）および電池に設定された上下限電圧（Vmax,Vmin）に基づいて、無分極状態を仮定した場合の電池の電流制限値である第１許容電流値を算出する第１許容電流値演算部７０４と、前記電流制限値の算出時における電池の分極状態を推定する電池等価回路モデル７０２と、推定された分極状態に基づいて第１許容電流値を補正する補正部としての分極予測部７０５、補正量演算部７０６および第２許容電流値演算部７０７、を備える。そして、補正された第１許容電流値、すなわち第２許容電流値Imax2を、電池の許容充放電電流値として出力する。

現時点の分極が無分極状態であると仮定して算出した第１許容電流値を、現時点の分極電圧Vp0に基づいて算出した許容電流値補正値ΔIで補正しているので、電池の状況に応じた正確な許容電流値を算出することができる。

（ｂ）さらに、第１許容電流値演算部７０４は、電池の開回路電圧（OCV）、電池に設定された上下限電圧（Vmax,Vmin）、および、電池に一定電流を無分極状態から所定時間流した場合の電池内部抵抗である第１抵抗R1に基づいて、電池の第１許容電流値を算出し、分極予測部７０５は、電池等価回路モデル７０２で推定された分極状態の電池を電流ゼロの状態に前記所定時間維持したときの第１分極電圧Vp0・Gtを算出し、算出された第１分極電圧Vp0・Gtに対応する許容電流値補正値ΔIを用いて第１許容電流値を補正するようにしても良い。

その結果、一定の電流を現時点から所定時間流し続けることが可能な許容電流値（許容充放電電流値）を算出することができ、その許容電流値範囲内の電流で確実に所定時間まで制御することができる。なお、許容電流値補正値ΔIを、電池内部抵抗である第１抵抗R1と第１分極電圧Vp0・Gtとを用いて、ΔI＝Vp0・Gt/R1のように算出するようにしても良い。

（ｃ）また、電池内部抵抗である第１抵抗R1を、電池の直流抵抗Rdc、単位電流当たりの電池の開回路電圧変化量である第２ゲインGsoc、および電池の分極抵抗Rpに基づいて、上述した式（７）で算出するようにしても良い。このように第１抵抗R1を計算することで、電池の劣化等によるパラメータ変化に対応することが可能となる。

（ｄ）また、電池内部抵抗である第１抵抗R1、電池の電流をゼロとした場合の分極電圧の時間変化を示す係数である第１ゲインGt、および上下限電圧の少なくとも一つを、電池の温度、電池の充電率（SOC）および電池を流れる電流の少なくとも一つに応じた値としても良い。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００…電池システム、１０１…バッテリコントローラ、１０２…電圧センサ、１０５…電池モジュール、１０８…電流センサ、１６１…温度センサ、６０１…ＣＰＵ、６０２…記憶部、７０２…電池等価回路モデル、７０３…データベース、７０４…第１許容電流値演算部、７０５…分極予測部、７０６…補正量演算部、７０７…第２許容電流値演算部、Imax1…第１許容電流値、Imax2…第２許容電流値、Gsoc…ＯＣＶ変化率（第２ゲイン）、Gt…第１ゲイン、R1…第１抵抗、Vmax…上限電圧、Vmin…下限電圧、Vp0…分極電圧、Vp0・Gt…第１分極電圧、ΔI…許容電流値補正値

Claims (7)

1. 電池の開回路電圧および電池に設定された上下限電圧に基づいて、無分極状態を仮定した場合の電池の電流制限値を算出する電流制限値算出部と、
   前記電流制限値の算出時における電池の分極状態を推定する推定部と、
   前記推定された分極状態に基づいて前記電流制限値を補正する補正部と、を備え、
   前記補正部により補正された電流制限値を、電池の許容充放電電流値として出力する、電池制御装置。
2. 請求項１に記載の電池制御装置において、
   前記電流制限値算出部は、電池の開回路電圧、電池に設定された上下限電圧、および、電池に一定電流を無分極状態から所定時間流した場合の電池内部抵抗に基づいて、電池の電流制限値を算出し、
   前記補正部は、前記推定部で推定された分極状態の電池を電流ゼロの状態に前記所定時間維持したときの分極電圧を算出し、算出された分極電圧に対応する補正電流値を用いて前記電流制限値を補正する、電池制御装置。
3. 請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記電池内部抵抗は、電池の直流抵抗、単位電流当たりの電池の開回路電圧変化量および電池の分極抵抗に基づいて算出される、電池制御装置。
4. 請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記補正部は、前記電池内部抵抗と前記分極電圧とに基づいて、前記補正電流値を算出する、電池制御装置。
5. 請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記分極電圧は、電池の電流をゼロとした場合の分極電圧の時間変化を示す係数と、前記推定部で推定された分極状態における分極電圧との積で算出される、電池制御装置。
6. 請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記推定部で推定される分極状態は、電池制御装置の起動時、または、電池に接続されている負荷の起動時に初期化される、電池制御装置。
7. 請求項５に記載の電池制御装置において、
   前記電池内部抵抗、電池の電流をゼロとした場合の分極電圧の時間変化を示す前記係数、および前記上下限電圧の少なくとも一つは、電池の温度、電池の充電率および電池を流れる電流の少なくとも一つに応じた値とされる、電池制御装置。

Images