JP2017169367A - 電池装置、残量推定装置および残量推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池を備える電池モジュールの残量を正確に推定する電池装置、残量推定装置および残量推定方法を提供する。
【解決手段】直列接続された複数の二次電池（セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）を含む電池モジュール２０と、複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測部（電圧センサ１８）と、電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、当該特定した二次電池の電圧に基づいて電池モジュールの残量を推定する推定部１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールの残量を正確に推定する電池装置、残量推定装置および残量推定方法に関する。

自動車等の車両には、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）が搭載されることが多い。このような二次電池は、例えばエンジン等から伝達される機械的運動エネルギーをオルタネーターで変換して得られる電気エネルギーを蓄積（充電）し、車両を駆動するためのモータへ電気エネルギーを供給（放電）する。

ここで、複数の二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）のセルを直列に接続した電池モジュールが車両に搭載されることがある。このような電池モジュールで充放電が繰り返されると一部のセルが劣化し、各セルの充電率（充電量）に差が生じることがある。そのため、最も劣化したセルを正確に把握して、そのセルの特性に合わせて放電を行うことが、電池モジュールの利用効率の向上につながる。

例えば、特許文献１の技術は、各セルの電圧を測定して、最も電圧の低いセルが最も劣化しているため最も早く完全放電すると判断する。そして、特許文献１の技術は、そのセルの電圧に基づいて電池モジュールの残量を推定する。

特開平１０−２３６７４号公報

ここで、常時放電する電池モジュールでは最も電圧の低いセルが最も早く完全放電する。しかし、車両に搭載される電池モジュールでは回生時に充電が行われる。そのため、最も早く完全放電するセルが常に最も低い電圧となるとは限らない。なぜならば、最も劣化したセルは内部抵抗が大きいため、放電時には電圧が低下しやすいが、充電時には電圧が上昇しやすいからである。つまり、最も早く完全放電するセルが、回生時の充電等により他のセルよりも電圧が高くなる状態も存在し得る。このような場合、特許文献１記載の技術では、最も早く完全放電するセル（最も劣化したセル）を正確に選択できず、電池モジュールにまだ残量があると推定し過放電を生じるおそれがあった。したがって、車両に使用される場合も含めて、複数の二次電池を備える電池モジュールの残量をより正確に推定できる技術が求められている。

前記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、複数の二次電池を備える電池モジュールの残量を正確に推定する電池装置、残量推定装置および残量推定方法を提供することにある。

前記課題を解決するために第１の観点に係る電池装置は、直列接続された複数の二次電池を含む電池モジュールと、前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測部と、前記電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、当該特定した二次電池の電圧に基づいて前記電池モジュールの残量を推定する推定部と、を備える。

また、第２の観点に係る電池装置は、第１の観点の電池装置において、前記推定部が、前記電池モジュールの非充電時に、前記電圧計測部によって計測された電圧のピークホールド処理を実行し、前記ピークホールド処理で最小値を示す二次電池を前記電圧の変動が最も大きい二次電池として特定する。

また、第３の観点に係る電池装置は、第２の観点の電池装置において、前記推定部が、前記ピークホールド処理の前に、前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を均等化する。

また、第４の観点に係る電池装置は、第１の観点の電池装置において、前記推定部が、前記電池モジュールの充電時に、前記電圧計測部によって計測された電圧が上限値となった二次電池を前記電圧の変動が最も大きい二次電池として特定する。

また、第５の観点に係る電池装置は、第４の観点の電池装置において、記憶部を備え、前記推定部が、前記特定された二次電池の電圧と前記電池モジュールの残量とを関連付けた残量推定情報を前記記憶部に記憶させ、前記残量推定情報が前記記憶部に記憶されている場合に、前記残量推定情報を用いて前記電池モジュールの残量を推定する。

また、第６の観点に係る電池装置は、第５の観点の電池装置において、前記推定部が、前記電池モジュールの充電が開始された後で停止した場合に、前記残量推定情報を用いて前記電池モジュールの残量を推定する。

また、第７の観点に係る電池装置は、第５または第６の観点の電池装置において、前記推定部が、前記電池モジュールの放電が開始された場合に、前記残量推定情報を用いて前記電池モジュールの残量を推定する。

また、第８の観点に係る残量推定装置は、直列接続された複数の二次電池を含む電池モジュールと接続される残量推定装置であって、前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測部と、前記電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、当該特定した二次電池の電圧に基づいて前記電池モジュールの残量を推定する推定部と、を備える。

また、第９の観点に係る残量推定方法は、直列接続された複数の二次電池を含む電池モジュールと接続される残量推定装置が実行する残量推定方法であって、前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測ステップと、前記電圧計測ステップにおいて計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定する特定ステップと、前記特定ステップにおいて特定した二次電池の電圧に基づいて前記電池モジュールの残量を推定するステップと、を含む。

第１の観点に係る電池装置によれば、推定部は電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、特定された二次電池の電圧に基づいて電池モジュールの残量を推定する。最も劣化した二次電池は内部抵抗が大きいため、電池モジュールの放電時には電圧が低くなりやすいが、電池モジュールの充電時および回生時には電圧が高くなりやすい。つまり、最も劣化した二次電池は電圧の変動が最も大きい。本観点に係る電池装置は、電圧の変動の大きさの観点から最も劣化した二次電池を特定するので、電池モジュールの残量を正確に推定することができる。

また、第２の観点に係る電池装置によれば、電池モジュールの非充電時に電圧のピークホールド処理で最小値を示す二次電池、すなわち放電時の電圧の変動（低下）が最も大きい二次電池を特定する。本観点に係る電池装置は、ピークホールド処理を行うことで回生時の電圧上昇の影響を受けることなく、最も劣化した二次電池を正確にかつ短時間で特定することができる。

また、第３の観点に係る電池装置によれば、ピークホールド処理の前に、前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を均等化する。本観点に係る電池装置は、最も劣化した二次電池を一層正確に特定することができる。

また、第４の観点に係る電池装置によれば、電池モジュールの充電時に電圧が上限値となった二次電池、すなわち放電時の電圧の変動（上昇）が最も大きい二次電池を特定する。本観点に係る電池装置は、電池モジュールの充電時に電圧と上限値とを比較することで、最も劣化した二次電池を正確に特定することができる。

また、第５の観点に係る電池装置によれば、特定された二次電池（最も劣化した二次電池）の電圧と電池モジュールの残量とを関連付けた残量推定情報を記憶部に記憶して、その後は残量推定情報を用いて電池モジュールの残量を推定する。本観点に係る電池装置は、電池モジュールの残量を効率的に推定することができる。

また、第６の観点に係る電池装置によれば、電池モジュールの充電が開始された後で停止した場合に、電池モジュールの残量を推定する。本観点に係る電池装置は、電池モジュールの残量を効率的に推定することができる。

また、第７の観点に係る電池装置によれば、電池モジュールの放電が開始された場合に、電池モジュールの残量を推定する。本観点に係る電池装置は、電池モジュールの残量を効率的に推定することができる。

また、第８の観点に係る残量推定装置によれば、推定部は電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、特定された二次電池の電圧に基づいて電池モジュールの残量を推定する。本観点に係る電池装置は、電圧の変動の大きさの観点から最も劣化した二次電池を特定するので、電池モジュールの残量を正確に推定することができる。

また、第９の観点に係る残量推定方法によれば、電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定するステップと、特定された二次電池の電圧に基づいて電池モジュールの残量を推定するステップとを含む。本観点に係る電池装置は、電圧の変動の大きさの観点から最も劣化した二次電池を特定するので、電池モジュールの残量を正確に推定することができる。

実施形態に係る電池装置を示すブロック図である。 複数の二次電池の電圧の時間変化を例示する図である。 ピークホールド処理を説明するための図である。 電圧の均等化を行っていない複数の二次電池の電圧の時間変化を例示する図である。 図５（Ａ）は充電時の電流の時間変化を例示する図である。図５（Ｂ）は充電時の複数の二次電池の電圧の時間変化を例示する図である。 実施形態の残量推定方法の処理を示す図である。 実施形態の残量推定方法の第１の処理を示す図である。 実施形態の残量推定方法の第２の処理を示す図である。 実施形態の残量推定方法の第３の処理を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（全体構成）
まず、本実施形態に係る電池装置１の全体構成を、図１を参照しながら説明する。電池装置１は、電池モジュール２０と、残量推定装置２とを備える。

電池モジュール２０は、直列接続されたセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備える。セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃはリチウムイオン二次電池である。本実施形態において、電池モジュール２０は自動車等の車両に搭載されている。電池モジュール２０を充電器によって充電する場合には、車両のシステムによってスイッチ１００が図１のａ側に接続される。車両の走行時には、車両のシステムによってスイッチ１００が図１のｂ側に接続される。さらに、車両が走行中であって、減速時、制動時ならば車両のシステムによってスイッチ１０１が図１のｃ側に接続される。このとき、電池モジュール２０は、車両の機械的運動エネルギーを発電機（オルタネーター）で変換して得られる電気エネルギーを充電する。また、車両が走行中であって、減速時でも制動時でもない（例えば加速時等）ならば車両のシステムによってスイッチ１０１が図１のｄ側に接続される。このとき、電池モジュール２０は放電して電気負荷（例えば車両の駆動モータ等）へ電気エネルギーを供給する。なお、本実施形態において、電池モジュール２０は３つのセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備えるが複数であれば特に限定されない。また、セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは二次電池であれば特にリチウムイオン電池に限定されず、他の種類の電池（例えばリチウムポリマー電池等）であってもよい。

本明細書においては、車両のシステムによってスイッチ１００が図１のａ側に接続されて電池モジュール２０が充電されている場合を「充電時」という。また、車両のシステムによってスイッチ１００が図１のｂ側に接続され、かつスイッチ１０１が図１のｃ側に接続されて電池モジュール２０が充電されている場合を「回生時」という。また、車両のシステムによってスイッチ１００が図１のｂ側に接続され、かつスイッチ１０１が図１のｄ側に接続されて電池モジュール２０が放電している場合を「放電時」という。そして、「回生時」と「放電時」とをあわせて「非充電時」という。

残量推定装置２は、推定部１０と、表示部１２と、記憶部１６と、電圧センサ１８と、セルバランス回路３０と、を備える。残量推定装置２は、電池モジュール２０と接続されてセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのいずれかの電圧に基づいて電池モジュール２０の残量を推定する装置である。

セルバランス回路３０は、抵抗３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、スイッチ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、を備える。セルバランス回路３０は、抵抗３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃとスイッチ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃとが交互に直列接続された構成を有する。そして、抵抗３１Ａとスイッチ３２Ａとはセル２１Ａに並列に接続される。同様に、抵抗３１Ｂとスイッチ３２Ｂとはセル２１Ｂに並列に接続され、抵抗３１Ｃとスイッチ３２Ｃとはセル２１Ｃに並列に接続される。スイッチ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは個別に推定部１０によってオン（電気的な接続状態）またはオフ（電気的な切断状態）に設定される。例えばスイッチ３２Ａがオンになるとセル２１Ａの電力が抵抗３１Ａによって熱に変換されるので、セル２１Ａの充電率を調整する（下げる）ことができる。同様に、スイッチ３２Ｂ，３２Ｃがそれぞれオンになることで、セル２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれの充電率（および充電率と対応づけられる電圧）を調整することができる。つまり、本実施形態に係る電池装置１において、推定部１０がセルバランス回路３０のスイッチ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃのオンとオフとを切り替えることにより、効率的にセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧を均等化することができる。

電圧センサ１８は、セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれの電圧を計測する。電圧センサ１８は、本発明の電圧計測部に対応する。電圧センサ１８が計測したセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧は推定部１０に出力される。セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧の情報は推定部１０によって記憶部１６に記憶されてもよい。ここで、セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの充電率は電圧と対応づけられるため、公知の手法でセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧から充電率を推定可能である。そして、算出された充電率から電池モジュール２０の残量を算出できるから、電圧センサ１８が計測したセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧から電池モジュール２０の残量を推定できる。

表示部１２は、推定部１０が推定した電池モジュール２０の残量を受け取って表示する。表示部１２は例えば小型の液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイまたは無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスであってもよい。表示部１２は、電池装置１の筐体部分の一部に設けられていてもよいし、配線等によって電池装置１から離れて車両の室内に設けられてもよい。表示部１２において、電池モジュール２０の残量は例えば８０％等といった数値で示されてもよいし、充電インジケーターの点灯、表示色の変化等で示されてもよい。

記憶部１６は、推定部１０が電池モジュール２０の残量を推定する一連の処理で用いる情報（例えばセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧、後述する残量推定情報等）を記憶する。記憶部１６は例えば各種のメモリやハードディスク等であってもよい。記憶部１６に記憶された情報は、推定部１０によって読み出されたり、更新されたりする。また、推定部１０がプログラムを読み込むことによって残量推定装置２が電池モジュール２０の残量を推定する処理（以下、残量推定処理ともいう）を実行する場合には、記憶部１６はプログラムの格納場所であってもよい。

推定部１０は、残量推定装置２を制御して残量推定処理を実行する。推定部１０は、例えば特定のプログラムを読み込むことにより特定の機能を実現するＣＰＵである。推定部１０は、電池モジュール２０のセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのうちで電圧の変動が最も大きいものを特定する。そして、特定されたセル（例えば、セル２１Ｂ）の電圧に基づいて電池モジュール２０の残量を推定する。残量推定処理の詳細については後述する。

（残量推定方法の概要）
以下に、本実施形態に係る電池装置１の残量推定装置２が実行する残量推定処理（すなわち、残量推定方法）の概要について説明する。残量推定処理のうち、まず非充電時（放電時および回生時）の処理について説明し、その後に充電時の処理について説明する。

図２は、車両の走行時のセル２１Ａおよびセル２１Ｂの電圧の時間変化を例示する図である。セル２１Ｃの電圧の時間変化はセル２１Ａとほぼ同じであるため図示および以下の説明を省略する。図２の破線Ｃａはセル２１Ａの電圧の時間変化を示し、実線Ｃｂはセル２１Ｂの電圧の時間変化を示す。電圧の測定を開始した時刻ｔ０においては、セル２１Ａおよびセル２１Ｂの電圧はともにＶ０で同じである。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間Ｔ１では車両が減速して、セル２１Ａおよびセル２１Ｂは発電機（オルタネーター）によって充電される。つまり、期間Ｔ１は回生時である。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ２では車両が加速して、セル２１Ａおよびセル２１Ｂは放電する。その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ３でセル２１Ａおよびセル２１Ｂは充電されて、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間Ｔ４でセル２１Ａおよびセル２１Ｂは放電する。このように、車両の走行時のセル２１Ａおよびセル２１Ｂは充電と放電が繰り返される。

図２において、セル２１Ａの電圧の時間変化を示す破線Ｃａよりも、セル２１Ｂの電圧の時間変化を示す実線Ｃｂの方が、電圧の変動が大きい。ここで、電圧の変動は、ある期間における最も低い電圧と最も高い電圧との差をいう。例えば、期間Ｔ１において充電の条件は同じであるが、時刻ｔ１におけるセル２１Ａの電圧Ｖ１ａよりもセル２１Ｂの電圧Ｖ１ｂの方が高い。また例えば、期間Ｔ２において放電の条件は同じであるが、時刻ｔ２におけるセル２１Ａの電圧Ｖ２ａよりもセル２１Ｂの電圧Ｖ２ｂの方が低い。期間Ｔ１においても期間Ｔ２においても、セル２１Ｂはセル２１Ａより電圧の変動が大きい。劣化した二次電池のセルは内部抵抗が大きいため、放電時には電圧が低下しやすいが、回生時には電圧が上昇しやすい。そのため、セル２１Ｂはセル２１Ａよりも劣化が進んでいる。

ここで、上記のように、特許文献１の技術は最も電圧の低いセルが最も劣化していると判断する。しかし、セル２１Ａおよびセル２１Ｂが発電機（オルタネーター）によって充電される期間Ｔ１では、セル２１Ａよりも劣化が進んでいるセル２１Ｂの方がより高い電圧を示す。そのため、特許文献１の技術は、回生時に実行すると、劣化の少ないセルを誤って最も劣化したセルであると特定し得る。つまり、特許文献１の技術は、誤った残量推定処理をする可能性があった。

（非充電時の処理の概要）
図３は、本実施形態に係る電池装置１の非充電時の残量推定処理のために実行されるピークホールド処理を説明する図である。図３の破線Ｃａ（セル２１Ａの電圧の時間変化）および実線Ｃｂ（セル２１Ｂの電圧の時間変化）は図２と同じである。一般にピークホールド処理は最も大きい値、または最も小さい値を一定にホールド（保持）する処理をいう。本実施形態に係る電池装置１では、最も低い電圧（以下、最低電圧という）についてピークホールド処理を実行して、最も劣化したセルを特定する。

推定部１０は、電圧センサ１８から計測したセル２１Ａおよび２１Ｂの電圧を受け取る。推定部１０は、セル２１Ａおよび２１Ｂについて、それまでの最低電圧をホールドしておき、電圧センサ１８から最低電圧よりも低い電圧を受け取った場合に最低電圧を更新する。ピークホールド処理を開始する時刻ｔ０で、セル２１Ａ，２１Ｂの最低電圧はＶ０である。セル２１Ａおよび２１Ｂの電圧がＶ０以上である時刻ｔｐまで、推定部１０は最低電圧をＶ０にホールドする。その後、放電によってセル２１Ａおよび２１Ｂの電圧がＶ０未満になると、推定部１０は最低電圧を更新する。そして、時刻ｔｑ以降に充電によってセル２１Ａおよび２１Ｂの電圧が上昇すると、推定部１０は時刻ｔｑにおけるセル２１Ａおよび２１Ｂの電圧をそれぞれホールドする。推定部１０のピークホールド処理の結果、セル２１Ａの最低電圧は破線Ｐａのように変化し、セル２１Ｂの最低電圧は実線Ｐｂのように変化する。このとき、セル２１Ｂの最低電圧は、常にセル２１Ａの最低電圧以下である。つまり、推定部１０はピークホールド処理によって、回生時の電圧の上昇に影響されることなく最も劣化したセルを特定することが可能である。図３の例では時刻ｔ０から時刻ｔｒまでの期間Ｔｒでピークホールド処理が実行されて、推定部１０は時刻ｔｒでの最低電圧を比較して最も劣化したセルを特定する。セル２１Ａの時刻ｔｒでの最低電圧はＶｒａである。一方、セル２１Ｂの時刻ｔｒでの最低電圧はＶｒｂであり、Ｖｒａよりも低い。図３の例では、推定部１０はセル２１Ｂを最も劣化したセルと特定する。ここで、上記のように、ピークホールド処理において、最も劣化しているセルの最低電圧が他のセルの最低電圧を上回ることはない。そのため、期間Ｔｒを設けることなく、比較するセルの最低電圧に差が生じた時点（図３の例では時刻ｔｐより後）で推定部１０は最も劣化しているセルを特定することができる。つまり、本実施形態に係る電池装置１は、電池モジュール２０の非充電時にピークホールド処理を行うことで、最も劣化したセルを正確にかつ短時間で特定することが可能である。

ここで、図４は電圧の均等化を行っていないセル２１Ａおよびセル２１Ｂの電圧の時間変化を例示する図である。図４の破線Ｃａ（セル２１Ａの電圧の時間変化）および実線Ｃｂ（セル２１Ｂの電圧の時間変化）は図２および図３と同じである。セルの電圧の均等化は、電池モジュール２０を構成する各セルの充電率を調整して、充電率と対応づけられる電圧を均等化することである。図４の例では、時刻ｔ０においてセル２１Ａの電圧はＶ０ａであるのに対し、セル２１Ｂの電圧はＶ０ｂである。つまり、セル２１Ａの電圧とセル２１Ｂの電圧とは均等化されていない。そのため、例えば時刻ｔｓにおいて、セル２１Ａの最低電圧（Ｖｓａ）は、セル２１Ｂの最低電圧（Ｖｓｂ）よりも低い。そのため、図４の例では、推定部１０がピークホールド処理をしても誤ってセル２１Ａが最も劣化したセルと特定されてしまう。

誤った特定を回避するため、推定部１０はピークホールド処理の前に、複数の二次電池（図４の例ではセル２１Ａおよび２１Ｂ）のそれぞれの電圧を均等化するセルバランス処理を実行してもよい。セルバランス処理を実行すれば、ピークホールド処理を開始する時刻ｔ０で、図２のように電圧を均等化することができる。セルバランス処理は推定部１０がセルバランス回路３０のスイッチ３２Ａ，３２Ｂを制御することで実行できる。詳細に述べると、まず推定部１０は電圧センサ１８が計測したセル２１Ａおよびセル２１Ｂの電圧を受け取る。推定部１０は受け取った電圧を比較して、低い方の電圧に揃えるように、高い方の電圧を有するセルに接続されたスイッチ（スイッチ３２Ａまたはスイッチ３２Ｂ）をオンにして放電させる。そして、セル２１Ａおよびセル２１Ｂの電圧が均等になったらスイッチをオフにする。このように、推定部１０がピークホールド処理の前にセルバランス処理を実行することで、最も劣化したセルを一層正確に特定することができる。

（充電時の処理の概要）
次に、本実施形態に係る電池装置１の充電時の残量推定処理のために実行される処理について説明する。図５（Ａ）は充電時の電流の時間変化を例示する図である。充電時の電流は充電器（図１参照）から供給される。また、図５（Ｂ）は充電時の複数の二次電池（この例ではセル２１Ａおよびセル２１Ｂ）の電圧の時間変化を例示する図である。図５（Ａ）と図５（Ｂ）の時間軸は同じである。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示されるように、時刻ｔｘに充電が開始され、時刻ｔｙまでは電流Ｉｃを供給する定電流充電（ＣＣ充電）が実行される。電圧が上限値Ｖｍａｘに近づいた時刻ｔｙからは定電圧充電（ＣＶ充電）が実行される。そして、いずれかの二次電池（図５（Ｂ）の例ではセル２１Ｂ）の電圧が上限値Ｖｍａｘとなった時刻ｔｚで充電は終了する。ここで、上限値Ｖｍａｘはセル１つ当たりの上限電圧（１００％の充電率に対応する電圧）を示す。また、図２〜図４と同様に、破線Ｃａはセル２１Ａの電圧の時間変化を示し、実線Ｃｂはセル２１Ｂの電圧の時間変化を示す。

劣化した二次電池のセルは内部抵抗が大きいため、充電時においても電圧の変動が大きい。したがって、充電時には、最も劣化したセルの電圧が最も速く上限値に達する。例えば図５（Ｂ）の例では、より劣化したセル２１Ｂがセル２１Ａよりも速くに上限値Ｖｍａｘに達している。このことにより、電池モジュール２０の充電時においては、各セルの電圧と上限値Ｖｍａｘとを比較することで、最も劣化した二次電池を正確に特定することができる。

そして、セル２１Ｂの電圧が上限値Ｖｍａｘとなった時点で電池モジュール２０の充電は完了し、電池モジュール２０の残量は１００％になったと認識される。言い換えると、電池モジュール２０の残量は最も劣化したセルの電圧と対応する。したがって、充電時における最も劣化したセルの電圧と電池モジュール２０の残量とを関連付けた残量推定情報を記憶部１６に記憶することにより、その後は残量推定情報を用いて電池モジュールの残量を効率的に推定することが可能である。図５（Ｂ）の例では、推定部１０は、まずセル２１Ｂの電圧の上限値Ｖｍａｘと残量の１００％とを関連付ける。推定部１０は、例えば公知の手法でセル２１Ｂの電圧（上限値Ｖｍａｘ以外）から充電率を推定して、残量が１００％のときの電池モジュール２０の充電率と比較することで残量推定情報を生成可能である。ここで、残量推定情報は最も劣化したセル（本発明の特定されたセル）の情報も含む。

（残量推定処理の流れ）
以下に、本実施形態に係る電池装置１の残量推定装置２が実行する残量推定処理を図６〜図９のフローチャートを参照しながら説明する。なお、電池装置１は図１の構成であって、電池モジュール２０は３つの３つのセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備える。

まず、図６は全体的な残量推定方法の処理を示す図である。まず、推定部１０は電池モジュール２０が充電中であるか否かを判定する。本実施形態において、推定部１０は車両のシステムによってスイッチ１００が図１のａ側とｂ側のどちらに接続されているかの情報を取得して電池モジュール２０の動作を知ることができる。推定部１０は、電池モジュール２０が充電中でないと判定すると（ステップＳ１のＮｏ）、ステップＳ５の「第３の処理」に進む。第３の処理は非充電時の残量推定処理である。推定部１０は、電池モジュール２０が充電中であると判定すると（ステップＳ１のＹｅｓ）、残量推定情報が記憶部１６に記憶されているか否かを判定する。推定部１０は、残量推定情報が記憶されていると判定すると（ステップＳ２のＹｅｓ）、ステップＳ４の「第２の処理」に進む。第２の処理は充電時の残量推定処理である。推定部１０は、残量推定情報が記憶されていないと判定すると（ステップＳ２のＮｏ）、ステップＳ３の「第１の処理」に進む。

（第１の処理）
図７は第１の処理を示す図である。第１の処理は充電時に実行される、残量推定処理のための最も劣化したセルの特定および残量推定情報の記憶といった処理を含む。第１の処理は、例えば電池モジュール２０が車両に搭載されて初めて充電されるときに実行されてもよいし、後述するように第３の処理で最も劣化したセルが変化したと判断された場合に実行されてもよい。

推定部１０は、電圧センサ１８が計測したセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧を取得する（ステップＳ１１）。そして、推定部１０は、電圧が上限値となったセルがあればステップＳ１３の処理に進み（ステップＳ１２のＹｅｓ）、電圧が上限値となったセルがなければステップＳ１１に戻る（ステップＳ１２のＮｏ）。

推定部１０は上限値となったセルを電圧の変動が最も大きいセル（最も劣化したセル）として特定する（ステップＳ１３）。以下においては、推定部１０はセル２１Ｂが最も劣化したセルであると特定したとして説明する。

推定部１０は、特定されたセル２１Ｂの残量推定情報を生成して記憶部１６に記憶して（ステップＳ１４）、第１の処理を終了する。残量推定情報は、セル２１Ｂの電圧と電池モジュール２０の残量とを対応させたテーブル形式で記憶されてもよい。

（第２の処理）
図８は、電池モジュールの充電時の残量推定処理である第２の処理を示す図である。第２の処理は、充電中に電池モジュール２０の残量を推定する処理である。

推定部１０は、充電器による電池モジュール２０の充電が停止したか否かを判定する。充電の停止は、充電の完了による停止だけでなく、例えばユーザによる中断、車両のシステムによる停止等も含む。推定部１０は、電池モジュール２０の充電が停止したと判定した場合、ステップＳ２１の処理に進む（ステップＳ２０のＹｅｓ）。推定部１０は、電池モジュール２０の充電が停止していない場合、つまり充電が継続中の場合には停止するまで待機する（ステップＳ２０のＮｏ）。

推定部１０は、記憶部１６に記憶された残量推定情報を取得する（ステップＳ２１）。第２の処理の説明においても、先の例と同じく最も劣化したセルがセル２１Ｂであって、残量推定情報はセル２１Ｂの電圧と電池モジュール２０の残量とを対応させた情報であるとして説明する。

推定部１０は、残量推定情報に係るセル２１Ｂ、すなわち最も劣化したセル２１Ｂの電圧を電圧センサ１８から取得する（ステップＳ２２）。そして、推定部１０は、残量推定情報を用いて電池モジュール２０の残量を推定して（ステップＳ２３）、第２の処理を終了する。このとき、推定された電池モジュール２０の残量は表示部１２に出力されてもよい。表示部１２に電池モジュール２０の残量が表示されることで、ユーザは充電の状況を把握することができる。

以上のように、推定部１０は第２の処理によって、電池モジュールの充電中に残量推定情報を用いた効率的な残量の推定が可能である。また、第２の処理は、電池モジュールの充電が停止した場合に実行されるので、充電による電圧変動の影響を受けない正確な残量の推定が可能である。

（第３の処理）
図９は、電池モジュールの非充電時の残量推定処理である第３の処理を示す図である。第３の処理は、回生時または放電時の電池モジュール２０の残量を推定する処理である。

推定部１０は、セル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧を均等化する（ステップＳ３０）。このセルバランス処理によって、ピークホールド処理の開始時のセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧が同じになる。

推定部１０は、電圧センサ１８が計測したセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの電圧を取得する（ステップＳ３１）。そして、推定部１０はセル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの最低電圧についてピークホールド処理を実行する（ステップＳ３２）。ピークホールド処理によって、回生時の電圧上昇に影響されずに、最も劣化したセルを正確にかつ短時間で特定することができる。

推定部１０は、ピークホールド処理の結果から最小値（各セルの最低電圧のうちの最も小さい値）を示すセルを電圧の変動が最も大きいセルとして特定する（ステップＳ３３）。そして、推定部１０は、電池モジュールの非充電時のピークホールド処理の結果から特定されたセルと、残量推定情報に係るセル２１Ｂが一致するか否かを判定する（ステップＳ３４）。

ここで、最も劣化したセルは内部抵抗が大きく電圧の変動の大きいことから、通常、ピークホールド処理の結果からもセル２１Ｂが特定される。しかし、残量推定情報が記憶部１６に記憶されてから長時間経過するような場合に、経年劣化によって最も劣化したセルがセル２１Ｂから変化する可能性がある。このような理由により不一致が生じた場合には（ステップＳ３４のＮｏ）、推定部１０は、記憶部１６に記憶された残量推定情報を削除する（ステップＳ３８）。残量推定情報の削除によって、次の充電時に第１の処理が実行されるように促す。次の充電時に第１の処理が実行されれば、経年劣化によって最も劣化したセルについての残量推定情報が生成される。ステップＳ３８が実行されると第３の処理は終了する。つまり、推定部１０は、ステップＳ３８を実行した場合に、電池モジュール２０の残量を推定せずに処理を終了（異常終了）する。このとき、推定部１０は、ピークホールド処理の結果から特定されたセルと残量推定情報に係るセルとの不一致が生じたことを示す警告を表示部１２に表示させてもよい。

一方、推定部１０がピークホールド処理の結果からセル２１Ｂを最も劣化したセルであると特定した場合には、残量推定情報に係るセル２１Ｂと一致するのでステップＳ３５の処理に進む（ステップＳ３４のＹｅｓ）。この場合、推定部１０は、以下に述べるように残量推定情報を用いて電池モジュール２０の残量を効率的に推定する。

推定部１０は、記憶部１６に記憶された残量推定情報を取得する（ステップＳ３５）。そして、推定部１０は、残量推定情報に係るセル２１Ｂの電圧を電圧センサ１８から取得する（ステップＳ３６）。そして、推定部１０は、残量推定情報を用いて電池モジュール２０の残量を推定して（ステップＳ３７）、第３の処理を終了する。このとき、推定された電池モジュール２０の残量は表示部１２に出力されてもよい。表示部１２に電池モジュール２０の残量が表示されることで、ユーザは電池モジュール２０の使用状況を把握することができる。ここで、第３の処理の残量の推定は電池モジュール２０の放電が開始された場合に実行され、例えば回生時には実行されない。このことにより、車両の走行中の適切なタイミングで電池モジュール２０の残量の推定が実行される。

以上のように、本実施形態に係る電池装置１によれば、電圧の変動の大きさの観点から最も劣化したセルを特定するので、充電と放電とが繰り返される場合でも、電池モジュール２０の残量を正確に推定することができる。また、本実施形態に係る電池装置１は、最も劣化したセルを正確に特定できるため過放電を回避できる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段及びステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段及びステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば電池装置１は、表示部１２が省略された構成であってもよい。このとき、推定部１０が推定した電池モジュール２０の残量の情報は例えば車両のシステムに出力されて、車両のシステムによってインストルメントパネルに電池モジュール２０の残量が表示されてもよい。

また、推定部１０は、第３の処理においてピークホールド処理の結果から特定されたセルと残量推定情報に係るセルとの不一致が生じた場合に、残量推定情報を用いることなく、電池モジュール２０の残量を別の公知の手法で推定してもよい。つまり、推定部１０は、第３の処理のステップＳ３８（記憶部１６に記憶された残量推定情報を削除する処理）に代えて、公知の手法によって電池モジュール２０の残量を推定する処理を行ってもよい。このとき、推定部１０は、ステップＳ３３で最小値を示したセル（電圧の変動が最も大きいセル）の電圧を用いて残量を推定してもよい。また、推定部１０は、第１の処理と第３の処理とで最も劣化したセルについて不一致が生じたことを示す警告を表示部１２に表示させてもよい。

また、例えば第１の処理、第２の処理、第３の処理のうちの一部だけが実行されてもよい。例えば、第１の処理で残量推定情報が記憶された後に、第２の処理または第３の処理だけが実行されてもよい。また、第３の処理は第１の処理と関連することなく実行されてもよい。このとき、推定部１０は第３の処理で残量推定情報を使用しない。つまり、推定部１０は、第３の処理でステップＳ３４，ステップＳ３５およびステップＳ３８を実行せず、ステップＳ３３に続いてステップＳ３６を実行する。そして、推定部１０は、ステップＳ３７において、残量推定情報を用いる手法に代えて別の公知の手法で電池モジュール２０の残量を推定する。

また、第３の処理の残量の推定は、電池モジュール２０の放電が開始された場合ではなく、定期的（例えば５分毎等）に実行されてもよい。

１ 電池装置
２ 残量推定装置
１０ 推定部
１２ 表示部
１６ 記憶部
１８ 電圧センサ
２０ 電池モジュール
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ セル
３０ セルバランス回路
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 抵抗
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，１００，１０１ スイッチ

Claims (9)

1. 直列接続された複数の二次電池を含む電池モジュールと、
   前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、当該特定した二次電池の電圧に基づいて前記電池モジュールの残量を推定する推定部と、を備える電池装置。
2. 前記推定部は、
   前記電池モジュールの非充電時に、前記電圧計測部によって計測された電圧のピークホールド処理を実行し、前記ピークホールド処理で最小値を示す二次電池を前記電圧の変動が最も大きい二次電池として特定する、請求項１に記載の電池装置。
3. 前記推定部は、
   前記ピークホールド処理の前に、前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を均等化する、請求項２に記載の電池装置。
4. 前記推定部は、
   前記電池モジュールの充電時に、前記電圧計測部によって計測された電圧が上限値となった二次電池を前記電圧の変動が最も大きい二次電池として特定する、請求項１に記載の電池装置。
5. 記憶部を備え、
   前記推定部は、
   前記特定された二次電池の電圧と前記電池モジュールの残量とを関連付けた残量推定情報を前記記憶部に記憶させ、
   前記残量推定情報が前記記憶部に記憶されている場合に、前記残量推定情報を用いて前記電池モジュールの残量を推定する、請求項４に記載の電池装置。
6. 前記推定部は、
   前記電池モジュールの充電が開始された後で停止した場合に、前記残量推定情報を用いて前記電池モジュールの残量を推定する、請求項５に記載の電池装置。
7. 前記推定部は、
   前記電池モジュールの放電が開始された場合に、前記残量推定情報を用いて前記電池モジュールの残量を推定する、請求項５または６に記載の電池装置。
8. 直列接続された複数の二次電池を含む電池モジュールと接続される残量推定装置であって、
   前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電圧計測部によって計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定し、当該特定した二次電池の電圧に基づいて前記電池モジュールの残量を推定する推定部と、を備える残量推定装置。
9. 直列接続された複数の二次電池を含む電池モジュールと接続される残量推定装置が実行する残量推定方法であって、
   前記複数の二次電池のそれぞれの電圧を計測する電圧計測ステップと、
   前記電圧計測ステップにおいて計測された電圧の変動が最も大きい二次電池を特定する特定ステップと、
   前記特定ステップにおいて特定した二次電池の電圧に基づいて前記電池モジュールの残量を推定するステップと、を含む残量推定方法。

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