JP2017112754A

JP2017112754A - 二次電池の制御装置、制御方法及び制御プログラム

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Publication number: JP2017112754A
Application number: JP2015245997A
Authority: JP
Inventors: 尚志赤嶺; Hisashi Akamine
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: JP6605938B2

Abstract

【課題】二次電池の現状の性能に合わせた出力電力の制御を行う、二次電池の制御装置を提供する。【解決手段】二次電池の制御装置１は、二次電池の電池電流値と、二次電池の温度情報とをパラメータとする電池電圧モデルに基づき電圧推定値を算出する電池電圧推定部１２と、二次電池の電圧計測値と電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出する電圧誤差算出部１３と、電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定する充電率推定部１８と、充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、二次電池のメモリ効果に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出する電池電圧誤差推定部１６と、電圧誤差計測値と電圧誤差推定値との差分が小さくなるように補正値を算出する補正値算出部１５とを有する。制御装置は、補正値に基づき二次電池の制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は二次電池の制御装置、制御方法及び制御プログラムに関し、特に、二次電池から放電可能な電力の許容量を示す放電電力許容量を算出する二次電池の制御装置、制御方法及び制御プログラムに関する。

近年、自動車等においても二次電池の利用が拡大している。二次電池には、充放電を繰り返すことで出力可能な電力が低下するメモリ効果がある。そのため、二次電池を利用する場合、メモリ効果を考慮して出力可能な電力の大きさ（以下、放電電力許容値）を決定する必要がある。そこで、メモリ効果による二次電池の出力特性の変化を推定する技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の電気化学素子の制御方法では、電極とイオン伝導体とを具備する電気化学素子の状態を、電極の電位モデル、電極の電子輸送モデル、電極のイオン輸送モデル、イオン伝導体のイオン輸送モデル、電極とイオン伝導体との界面で生じる電気化学反応を表すモデルからなる群より選択される少なくとも一種のモデルを用いて分析し、その分析結果に基づいて電気化学素子の特定の特性を制御する。

特開２０００−１００４７９号公報

ここで、メモリ効果に起因する二次電池の出力電圧の低下について説明する。そこで、図５に二次電池におけるメモリ効果を説明する充電率に対する出力電圧の変化を示すグラフを示す。図５に示すように、二次電池は、充電率の変化に伴い出力電圧が変化する。そして、二次電池は、出荷時には出荷時の出力電圧曲線（図５の二点鎖線）と下限出力電圧との差分に相当する放電電力許容値Ｗｏｕｔ１を有する。しかしながら、二次電池にメモリ効果の影響が現れると、ある充電率以下の出力電圧が出荷時の出力電圧よりも低下する。そのため、メモリ効果が現れたあとは、二次電池の放電電力許容値Ｗｏｕｔ２は、実線で示した出力電圧曲線と下限出力電圧との差分となる。

しかしながら、二次電池のメモリ効果による電圧降下の大きさ、或いは、電圧降下が生じる充電率は、例えば、充放電回数、充放電開始電圧等の二次電池の利用状態により変化する。そのため、特許文献１に記載の技術を用いてメモリ効果を解析しても、当該解析結果から得られる最悪条件に合わせて放電電力許容電力を設定しなければならない。図５では、メモリ効果による電圧降下の最悪条件に合わせた二次電池の出力電圧曲線を一点鎖線で示した。そして、図５に示した例では、放電可能許容電力Ｗｏｕｔ３は、最悪条件に合わせた二次電池の出力電圧と下限出力電圧との差分となる。つまり、特許文献１に記載したメモリ効果の推定方法を用いた場合、本来出力可能なはずの放電電力許容値Ｗｏｕｔ２は出力することは出来ず、放電電力許容値を過剰に制限した放電電力許容値Ｗｏｕｔ３としなければならい。

このように、特許文献１に記載の技術では予め二次電池の性能劣化を解析できるが、二次電池の現状に合わせた二次電池の制御を行うことは出来ない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の現状の性能に合わせた制御を行うことを目的とするものである。

本発明にかかる二次電池の制御装置の一態様は、二次電池から出力される電力を制御する二次電池の制御装置であって、前記二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、前記二次電池の温度を示す温度情報と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき前記二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出する電池電圧推定部と、前記二次電池の電圧の計測値である電圧計測値と前記電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出する電圧誤差算出部と、前記電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定する充電率推定部と、前記充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、前記二次電池のメモリ効果に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出する電池電圧誤差推定部と、前記電圧誤差計測値と前記電圧誤差推定値との差分が小さくなるように前記補正値を算出する補正値算出部と、を有し、前記補正値に基づき前記二次電池の制御を行う。

本発明にかかる二次電池の制御装置の一態様によれば、二次電池の現状から算出された補正値に基づき二次電池を制御することができる。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第１の別の態様は、前記補正値が、前記メモリ効果が発生する充電率を示すメモリ効果発生充電率と、前記メモリ効果発生充電率よりも高い充電率の時に発生する前記二次電池の電圧上昇量を示す上昇変動電圧と、前記メモリ効果発生充電率よりも低い充電率の時に発生する前記二次電池の電圧下降量を示す下降変動電圧と、を少なくとも含む。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第１の別の態様によれば、二次電池で現在生じているメモリ効果に起因する出力電圧曲線を推定し、現状の二次電池の性能を把握することができる。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第２の別の態様は、前記充電率に対する前記二次電池の初期の起電圧の変動曲線に対して前記補正値を適用して電池電圧推定曲線を算出し、前記二次電池に対して予め設定される下限出力電圧と、前記電池電圧推定曲線と、の差分を、前記二次電池から放電可能な電力の許容量を示す放電電力許容値として出力する放電電力許容量算出部を更に有する。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第２の別の態様によれば、二次電池から得られたパラメータに基づき推定された電池電圧推定曲線に基づき、二次電池の現在の状態に合わせた放電電力許容値を得ることができる。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第３の別の態様は、前記電圧誤差モデルは、前記充電率及び前記補正値をパラメータとするメモリ効果誤差モデルに基づき算出されるメモリ効果電圧誤差値と、前記二次電池から放電される電流を測定する電流センサに起因する誤差を示す電流センサオフセット誤差推定値と、を含む。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第４の別の態様は、前記電流センサが出力した電流計測値に前記電流センサオフセット誤差推定値を引くことで前記電池電流値を算出する電池電流算出部を更に有する。

本発明にかかる二次電池の制御装置の第３の別の態様及び第４の別の態様によれば、電流センサのオフセット誤差の影響を低減した精度の高い補正値を得ることができる。

本発明にかかる二次電池の制御方法の一態様は、二次電池の温度、前記二次電池が出力する電圧を示す電圧計測値、及び、前記二次電池が出力する電流の大きさを示す電流計測値を取得して、前記温度、前記電圧計測値及び前記電流計測値に基づき前記二次電池の出力電圧の変動量を推定することにより補正値を算出して、当該補正値に基づき前記二次電池から出力される電力を制御する二次電池の制御方法であって、前記二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、前記二次電池の温度を示す温度情報と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき前記二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出し、前記電圧計測値と前記電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出し、前記電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定し、前記充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、前記二次電池の特性変動に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出し、前記電圧誤差計測値と前記電圧誤差推定値との差分が小さくなるように前記補正値を算出し、前記補正値に基づき前記二次電池の制御を行う。

本発明にかかる二次電池の制御方法の一態様によれば、二次電池の現状から算出された補正値に基づき二次電池を制御することができる。

本発明にかかる二次電池の制御プログラムの一態様は、プログラムを実行可能な演算部で実行され、二次電池の温度、前記二次電池が出力する電圧を示す電圧計測値、及び、前記二次電池が出力する電流の大きさを示す電流計測値を取得して、前記温度、前記電圧計測値及び前記電流計測値に基づき前記二次電池の出力電圧の変動量を推定することにより補正値を算出して、当該補正値に基づき前記二次電池から出力される電力を制御する二次電池の制御プログラムであって、前記二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、前記二次電池の温度を示す温度情報と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき前記二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出し、前記電圧計測値と前記電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出し、前記電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定し、前記充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、前記二次電池の特性変動に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出し、前記電圧誤差計測値と前記電圧誤差推定値との差分が小さくなるように前記補正値を算出し、前記補正値に基づき前記二次電池の制御を行う。

本発明にかかる二次電池の制御プログラムの一態様によれば、二次電池の現状から算出された補正値に基づき二次電池を制御することができる。

本発明の二次電池の制御装置、制御方法及び制御プログラムによれば、二次電池の現在の性能に合わせた二次電池の制御を行うことが可能になる。

実施の形態１にかかる制御装置のブロック図である。実施の形態１にかかる制御装置におけるモデル誤差値の算出に用いる電圧推定モデルを説明するグラフである。実施の形態１にかかる制御装置における補正値の算出手順を説明するフローチャートである。実施の形態１にかかる制御装置において補正値から推定される起電圧曲線を説明する図である。二次電池におけるメモリ効果を説明する充電率に対する出力電圧の変化を示すグラフである。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅｓｔｏｒａｇｅｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

実施の形態１
実施の形態１にかかる制御装置１は、二次電池から出力される電力を二次電池の出力電圧、出力電流、及び、温度に基づき制御する。また、実施の形態１にかかる制御装置１は、例えば、マイクロコントローラ等の演算装置において実行されるプログラムによって実現される。また、マイクロコントローラは、演算処理で利用される電圧等のアナログ値のパラメータをデジタル値として取り込むアナログデジタル変換回路を有する。さらにマイクロコントローラは、演算により得られ二次電池の制御パラメータ（以下の例では、放電電力許容値Ｗｏｕｔ）を上位のシステムに出力する出力インタフェース或いは通信インタフェースを有するものとする。以下の説明では、プログラムにおける処理を処理の種類毎に処理ブロックに置き換えたブロック図を用いて制御装置１を説明する。

また、実施の形態１にかかる制御装置１は、以下の説明では、制御装置１が行う制御の１つの例として、二次電池のメモリ効果に起因する出力電圧の低下を考慮した放電電力許容値の変化に対応した二次電池の制御を行う例を説明する。また、実施の形態１にかかる制御装置１は、二次電池の非線形性に対応するために拡張カルマンフィルタに基づく演算を行う。なお、実施の形態１にかかる制御装置１は、メモリ効果を考慮して二次電池を制御するため、メモリ効果の影響が大きい二次電池（例えば、ニッケル水素蓄電池）に好適である。

図１に実施の形態１にかかる制御装置１のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる制御装置１は、電池電流算出部１１、電池電圧推定部１２、電圧誤差算出部１３、観測誤差算出部１４、補正値算出部１５、電池電圧誤差推定部１６、放電電力許容値算出部１７、充電率推定部１８を有する。

電池電流算出部１１は、図示を省略した電流センサが出力した電流計測値から電流センサオフセット誤差推定値δｃｕｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}を引くことで電池電流値を算出する。図１に示した例では、電池電流算出部１１は、電流計測値から電流センサオフセット誤差推定値δｃｕｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}を引くことで電池電流値を算出する。

電池電圧推定部１２は、二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、二次電池の温度を示す温度情報（例えば、温度計測値）と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出する。ここで、電池電圧モデルは、電極の電位モデル、電極の電子輸送モデル、電極のイオン輸送モデル、イオン伝導体のイオン輸送モデル、電極とイオン伝導体との界面で生じる電気化学反応を表すモデルからなる群より選択される少なくとも一種のモデルを含む。

電圧誤差算出部１３は、二次電池の電圧の計測値である電圧計測値と電圧誤差算出部１３が出力する電圧推定値との差分を電圧誤差計測値ｙとして算出する。図１に示す例では、電圧誤差算出部１３は、電圧計測値から電圧推定値を引くことで電圧誤差計測値ｙを算出する。

観測誤差算出部１４は、電圧誤差算出部１３が出力する電圧誤差計測値ｙと電池電圧誤差推定部１６が出力する電圧誤差推定値ｚとの差分を観測誤差値として算出する。図１に示す例では、観測誤差算出部１４は、電圧誤差計測値ｙから電圧誤差推定値ｚを引くことで観測誤差値を算出する。

補正値算出部１５は、電圧誤差計測値ｙと電圧誤差推定値ｚとの差分（観測誤差値）が小さくなるように補正値を算出する。実施の形態１にかかる制御装置１では、補正値には、メモリ効果が発生する充電率を示すメモリ効果発生充電率ＳＯＣ_{ｍｅｍｏｒｙ}と、メモリ効果発生充電率ＳＯＣ_{ｍｅｍｏｒｙ}よりも高い充電率の時に発生する二次電池の電圧上昇量を示す上昇変動電圧δｖ_ｕｐと、メモリ効果発生充電率よりも低い充電率の時に発生する二次電池の電圧下降量を示す下降変動電圧δｖ_ｄｏｗｎと、を少なくとも含む。また、実施の形態１にかかる制御装置１で用いられる補正値には、二次電池から放電される電流を測定する電流センサに起因する誤差を示す電流センサオフセット誤差推定値δｃｕｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}が含まれる。

電池電圧誤差推定部１６は、充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、二次電池のメモリ効果に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値ｚを算出する。ここで、電圧誤差モデルＶ_{ｅｒｒ，ｍｄｌ}は、（１）式で表されるものであり、（１）式に基づき算出される値が電圧誤差推定値ｚとなる。

この（１）式において、Ｒ_ｄｃは二次電池の直流抵抗であり、直流抵抗Ｒｄｃと電流センサオフセット誤差推定値δｃｕｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}の積の項は電流センサオフセット電圧値である。また、（１）式におけるδＶ_ｍｄｌの項はモデル誤差値である。このモデル誤差値δＶ_ｍｄｌは、電圧推定モデルに基づき算出される。図２に実施の形態１にかかる制御装置におけるモデル誤差値の算出に用いる電圧推定モデルを説明するグラフを示す。

図２に示すように、電圧推定モデルは、横軸を充電率ＳＯＣ、縦軸を出力電圧変化量とし、上昇変動電圧δｖ_ｕｐ、下降変動電圧δｖ_ｄｏｗｎ及びメモリ効果発生充電率ＳＯＣ_{ｍｅｍｏｒｙ}の３つのパラメータを有するグラフである。また、電圧推定モデルでは、メモリ効果発生充電率ＳＯＣ_{ｍｅｍｏｒｙ}を中心に電圧変化量が正から負に切り替わる充電率ＳＯＣの範囲の大きさを示すΔＳＯＣを固定値として有する。そして、電池電圧誤差推定部１６では、電圧推定モデルに対して充電率推定部１８が出力するＳＯＣ推定値を入力し、図２のグラフにおいて入力されたＳＯＣ推定値に対応する出力電圧変化量をモデル誤差値ΔＶ_ｍｄｌとして算出する。

実施の形態１にかかる制御装置１では、補正値算出部１５において補正値に含まれる４つのパラメータを変化させることで、補正値算出部１５が出力する電圧誤差推定値ｚの値を変化させる。そして、実施の形態１にかかる制御装置１では、電圧誤差観測値ｙと電圧誤差推定値ｚとの差分となる観測誤差値が十分に小さくなったと判断されたときの補正値のパラメータに基づき二次電池の制御を行う。具体的には、補正値に含まれるパラメータのうち上昇変動電圧δｖ_ｕｐ、下降変動電圧δｖ_ｄｏｗｎ及びメモリ効果発生充電率ＳＯＣ_{ｍｅｍｏｒｙ}に基づき制御装置１の上位システムである車両に放電電力許容値Ｗｏｕｔを出力する。また、補正値に含まれる電流センサオフセット誤差推定値δｃｕｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}に基づき電池電流値を算出する。

放電電力許容値算出部１７は、充電率ＳＯＣに対する二次電池の初期の起電圧の変動曲線に対して補正値（例えば、補正値に含まれる電圧推定パラメータ）を適用して電池電圧推定曲線を算出する。電圧推定パラメータには、上昇変動電圧δｖ_ｕｐ、下降変動電圧δｖ_ｄｏｗｎ及びメモリ効果発生充電率ＳＯＣ_{ｍｅｍｏｒｙ}が含まれる。また、放電電力許容値算出部１７は、二次電池に対して予め設定される下限出力電圧と、算出した電池電圧推定曲線と、の差分を、二次電池から放電可能な電力の許容量を示す放電電力許容値Ｗｏｕｔとして出力する。この放電電力許容値Ｗｏｕｔは制御装置１の上位システムである車両に対して送信される。車両は受信した放電電力許容量Ｗｏｕｔに基づき二次電池から放電させる電力の大きさを調節する。

充電率推定部１８は、電池電流算出部１１が出力する電池電流値に基づき二次電池の充電率ＳＯＣを推定する。より具体的には、充電率推定部１８は、電池電流値を積算する積算処理により生成された積算値に基づき充電率ＳＯＣを算出する。算出された充電率ＳＯＣはＳＯＣ推定値として電池電圧誤差推定部１６に出力される。また、ＳＯＣ推定値は、上位システムである車両にも出力される。

続いて、実施の形態１にかかる制御装置１におけるメモリ効果の推定手順について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる制御装置１における補正値の算出手順を説明するフローチャートを示す。実施の形態１にかかる制御装置１では、図３に示したフローを電圧誤差計測値ｙと電圧誤差推定値ｚとの差が十分に小さくなるまで繰り返し実行する。また、図３に示したフローは、補正値算出部１５及び電池電圧誤差推定部１６により行われる処理である。

また、図３では、各処理で利用される式を示したが、式中のｋは１つの補正値を算出する１処理期間中の計算サイクルの番号を示す整数である。文字の右上に付された“＋”は、その値がｋ番目の計算サイクルにおいて新しく算出された値であることを示し、“−”は、その値がｋ番目よりも前の計算サイクルにおいて算出された古い値であることを示す。文字の上に付されたハット記号は、当該文字が示す値が推定値であることを示すものである。また、図３では、補正値をｘで表した。このｘは、上述した４つのパラメータを含む転置行列であり、（２）式で表されるものである。

図３に示すように、実施の形態１にかかる制御装置１では、メモリ効果に起因する出力電圧の変化を補正するための補正値の算出処理をステップＳ１〜Ｓ４の処理により実施する。

ステップＳ１では、１つ前の計算サイクルにおいて算出した推定値（例えば、補正値）の線形化処理を行う。ステップＳ１の線形化処理は、（３）式に基づき行われ、線形化処理により行列Ａ_ｄが求められる。

ステップＳ２では、推定値の時間更新処理を行う。これは、前の計算サイクルで算出された値を現在の計算サイクルにおける過去の値にするための処理である。この時間更新処理は、（４）式〜（６）式に基づき行われる。

（４）式では、前計算サイクルで算出された補正値ｘを関数ｆ（ｘ）に代入して現在の計算サイクルにおける古い補正値とする。（５）式では、（４）式で算出された前計算サイクルの補正値ｘを関数ｈ（ｘ）に代入して現在の計算サイクルにおける電圧誤差推定値ｚとする。（６）式では前計算サイクルにおいて算出された共分散行列Ｐに基づき現在の計算サイクルにおける古い共分散行列Ｐを得る。なお（６）式におけるＱは、電圧誤差モデルと実際の二次電池の特性とのズレを示すプロセスノイズの共分散行列である。

ステップＳ３では、現在の計算サイクルにおいて入力されている補正値ｘの線形化を行う。ステップＳ３の線形化処理は、（７）式に基づき行列Ｃを算出する。

ステップＳ４では、観測値の時間更新処理を行う。これは、現在の計算サイクルで算出された値を最新の値として保持するための処理である。この時間更新処理は、（８）式〜（１０）式に基づき行われる。なお、（８）式で算出されるＫはカルマンゲインであり、（８）式内のＲは観測ノイズの共分散行列であり、（９）式におけるＩは単位行列である。また、（１０）式のｙは電圧誤差計測値であり、ｚは電圧誤差推定値である。

実施の形態１にかかる制御装置１では、上記のような手順により算出した補正値に基づき放電電力許容値Ｗｏｕｔを算出する。より具体的には、実施の形態１にかかる制御装置１では、放電電力許容値算出部１７が、算出された補正値に基づき起電圧曲線（初期の起電圧曲線）を補正した推定起電圧曲線を生成する。そこで、図４に実施の形態１にかかる制御装置において補正値から推定される電池電圧推定曲線（例えば、推定起電圧曲線）を説明する図を示す。

図４に示すように、実施の形態１にかかる制御装置１が生成する推定起電圧曲線は、メモリ効果に起因して充電率ＳＯＣが低い領域において初期の起電圧よりも電圧が低くなる。そして、実施の形態１にかかる制御装置１では、放電電力許容値算出部１７が推定器電圧曲線と予め設定した下限出力電圧との差分を放電電力許容値Ｗｏｕｔとして出力する。

上記説明より、実施の形態１にかかる制御装置１では、現状の二次電池から取得した電圧計測値、電流計測値及び温度計測値に基づき算出した電圧誤差観測値と、充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて算出した電圧誤差推定値と、の差が無くなるように補正値の値を求める。そして、当該補正値を用いて初期の起電圧を補正することで現状の二次電池で発生しているメモリ効果の影響を考慮した推定起電圧曲線を生成する。そして、実施の形態１にかかる制御装置１では、推定起電圧曲線と予め設定した下限出力電圧との差を放電電力許容値Ｗｏｕｔとして出力する。つまり、実施の形態１にかかる制御装置１を用いることで、現状の二次電池の状態に基づきメモリ効果の影響を考慮して動的に変化する放電電力許容値Ｗｏｕｔを出力することができる。

これにより、実施の形態１にかかる制御装置１は、二次電池のメモリ効果に起因する電圧出力特性の劣化具合が使用状態の違いに基づきばらついた場合であっても、当該ばらつきの影響を考慮したマージンをとることなく、又は、マージンを小さくして、二次電池の性能に応じた放電電力許容値Ｗｏｕｔを出力することができる。そして、実施の形態１にかかる制御装置１により制御される二次電池は、このようなメモリ効果に起因する性能劣化具合のばらつきを考慮したマージンを削減することによる出力性能を実質的に向上させることができる。また、性能劣化具合のばらつきを考慮したマージンを削減することで、二次電池から取り出すことができる電力が増加するため、二次電池が自動車の駆動モータに電力を供給する用途で利用されている場合には自動車の燃費を高めることができる。

また、上記説明では、実施の形態１にかかる制御装置１をメモリ効果の影響を考慮した放電電力許容値Ｗｏｕｔの算出に用いたが、制御装置１は、放電電力許容値Ｗｏｕｔ以外の値であってもメモリ効果に起因して変動する特性値を算出することができる。そのため、制御装置１を放電電力許容値Ｗｏｕｔ以外の特性値の算出及び当該特性値に基づく二次電池の制御に用いても良い。

また、実施の形態１にかかる制御装置１では、補正値が電流センサオフセット誤差推定値δｃｕｒ_{ｏｆｆｓｅｔ}を含む。これにより、実施の形態１にかかる制御装置１は、現状に応じた電流センサの検出誤差を反映した電池電流値の算出を行うことができる。つまり、実施の形態１にかかる制御装置１は、電池電流値の精度を高めることができる。これにより、実施の形態１にかかる制御装置１は、電池電圧推定部１２が算出する電圧推定値と、充電率推定部１８が算出するＳＯＣ推定値の精度を高め、結果的に得られる値の精度を全体的に高めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１制御装置
１１電池電流算出部
１２電池電圧推定部
１３電圧誤差算出部
１４観測誤差算出部
１５補正値算出部
１６電池電圧誤差推定部
１７放電電力許容値算出部
１８充電率推定部

Claims

二次電池から出力される電力を制御する二次電池の制御装置であって、
前記二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、前記二次電池の温度を示す温度情報と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき前記二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出する電池電圧推定部と、
前記二次電池の電圧の計測値である電圧計測値と前記電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出する電圧誤差算出部と、
前記電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定する充電率推定部と、
前記充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、前記二次電池のメモリ効果に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出する電池電圧誤差推定部と、
前記電圧誤差計測値と前記電圧誤差推定値との差分が小さくなるように前記補正値を算出する補正値算出部と、を有し、
前記補正値に基づき前記二次電池の制御を行う二次電池の制御装置。
前記補正値は、前記メモリ効果が発生する充電率を示すメモリ効果発生充電率と、前記メモリ効果発生充電率よりも高い充電率の時に発生する前記二次電池の電圧上昇量を示す上昇変動電圧と、前記メモリ効果発生充電率よりも低い充電率の時に発生する前記二次電池の電圧下降量を示す下降変動電圧と、を少なくとも含む請求項１に記載の二次電池の制御装置。
前記充電率に対する前記二次電池の初期の起電圧の変動曲線に対して前記補正値を適用して電池電圧推定曲線を算出し、前記二次電池に対して予め設定される下限出力電圧と、前記電池電圧推定曲線と、の差分を、前記二次電池から放電可能な電力の許容量を示す放電電力許容値として出力する放電電力許容量算出部を更に有する請求項１又は２に記載の二次電池の制御装置。
前記電圧誤差モデルは、前記充電率及び前記補正値をパラメータとするモデル誤差値と、前記二次電池から放電される電流を測定する電流センサに起因する誤差を示す電流センサオフセット誤差推定値に基づき算出される電流センサオフセット電圧値と、を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。
前記電流センサが出力した電流計測値に前記電流センサオフセット誤差推定値を引くことで前記電池電流値を算出する電池電流算出部を更に有する請求項４に記載の二次電池の制御装置。
二次電池の温度、前記二次電池が出力する電圧を示す電圧計測値、及び、前記二次電池が出力する電流の大きさを示す電流計測値を取得して、前記温度、前記電圧計測値及び前記電流計測値に基づき前記二次電池の出力電圧の変動量を推定することにより補正値を算出して、当該補正値に基づき前記二次電池から出力される電力を制御する二次電池の制御方法であって、
前記二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、前記二次電池の温度を示す温度情報と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき前記二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出し、
前記電圧計測値と前記電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出し、
前記電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定し、
前記充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、前記二次電池の特性変動に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出し、
前記電圧誤差計測値と前記電圧誤差推定値との差分が小さくなるように前記補正値を算出し、
前記補正値に基づき前記二次電池の制御を行う二次電池の制御方法。
プログラムを実行可能な演算部で実行され、二次電池の温度、前記二次電池が出力する電圧を示す電圧計測値、及び、前記二次電池が出力する電流の大きさを示す電流計測値を取得して、前記温度、前記電圧計測値及び前記電流計測値に基づき前記二次電池の出力電圧の変動量を推定することにより補正値を算出して、当該補正値に基づき前記二次電池から出力される電力を制御する二次電池の制御プログラムであって、
前記二次電池から放電される電流の大きさを示す電池電流値と、前記二次電池の温度を示す温度情報と、をパラメータとする電池電圧モデルに基づき前記二次電池の電圧を推定した電圧推定値を算出し、
前記電圧計測値と前記電圧推定値との差分を電圧誤差計測値として算出し、
前記電池電流値に基づき二次電池の充電率を推定し、
前記充電率と補正値とをパラメータとする電圧誤差モデルを用いて、前記二次電池の特性変動に起因して発生する電池電圧の誤差を示す電圧誤差推定値を算出し、
前記電圧誤差計測値と前記電圧誤差推定値との差分が小さくなるように前記補正値を算出し、
前記補正値に基づき前記二次電池の制御を行う二次電池の制御プログラム。