JP2017195698A - 電池管理装置および電池管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されるような一般的な検出器等を用いていても、電池の充電率を高精度に算出し、推定することが可能な電池管理装置および電池管理方法を提案する。
【解決手段】電池管理装置１は、二次電池５の充放電電流Ｉの検出値および二次電池５の端子電圧Ｖの検出値の複数組のデータから回帰分析によって二次電池５の開放端電圧ＯＣＶを推定する開放端電圧推定部２１と、開放端電圧推定部２１の推定結果、および二次電池５の開放端電圧ＯＣＶと充電率との関係情報から二次電池５の回帰推定充電率ＳＯＣｒを推定する充電率回帰推定部２２と、を備え、開放端電圧推定部２１は、回帰分析の対象期間Ｐ内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを対象期間Ｐよりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間ｓｐで間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを回帰分析に用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池管理装置および電池管理方法に関する。

従来の電池管理装置は、電池の充放電電流の積算値に基づいて電流積算充電率変化量を算出し、この電流積算充電率変化量に基づいて電池容量を算出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２１５１２５号公報

電池の充放電電流の積算値に基づいて充電率を算出する場合には、充電率の正確さは、充放電電流の検出精度（測定精度）に大きく左右される。この検出精度は、充放電電流を検出する電流検出器の検出誤差や、電流検出器の測定結果を量子化する際に生じる量子化誤差などを含んでいる。

このため、研究室のように検出環境が整った場面ならば格別、自動車や自動二輪車などの車両に電池を適用するような一般的な電池の利用場面において、充放電電流の積算値に基づいて電池の充電率を算出する装置や方法は、充電率を正確に算出、あるいは推定することが難しい。

他方、一般的な電池の利用場面において、電池の充放電電流を高精度に検出するために高価な電流検出器や処理系を採用することは、費用対効果の観点から難しい。

そこで、本発明は、車両に搭載されるような一般的な検出器等を用いていても、電池の充電率を高精度に算出し、推定することが可能な電池管理装置および電池管理方法を提供する。

前記の課題を解決するため本発明に係る電池管理装置は、二次電池の充放電電流の検出値および前記二次電池の端子電圧の検出値の複数組のデータから回帰分析によって前記二次電池の開放端電圧を推定する開放端電圧推定部と、前記開放端電圧推定部の推定結果、および前記二次電池の開放端電圧と充電率との関係情報から前記二次電池の回帰推定充電率を推定する充電率回帰推定部と、を備え、前記開放端電圧推定部は、前記回帰分析の対象期間内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを前記対象期間よりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間で間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを前記回帰分析に用いる。

また、本発明に係る電池管理方法は、二次電池の充放電電流の検出値および前記二次電池の端子電圧の検出値の複数組のデータから回帰分析によって前記二次電池の開放端電圧を推定し、前記開放端電圧の推定結果、および前記二次電池の開放端電圧と充電率との関係情報から前記二次電池の回帰推定充電率を推定し、前記二次電池の開放端電圧の推定では、前記回帰分析の対象期間内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを前記対象期間よりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間で間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを前記回帰分析に用いる。

本発明によれば、車両に搭載されるような一般的な検出器等を用いていても、電池の充電率を高精度に算出し、推定することが可能な電池管理装置および電池管理方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る電池管理装置および電池管理方法を備える電池システムの一例を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る電池管理装置における電流積算充電率の一例を示すグラフ。 本発明の実施形態に係る電池管理装置のブロック図。 本発明の実施形態に係る電池管理装置が実行する回帰推定充電率の推定処理の概略を示す図。 本発明の実施形態に係る開放端電圧の推定処理に用いられるデータを示す概念的な図。 本発明の実施形態に係る回帰推定充電率第一補正値の算出処理における対象区間を示す概念的な図。 本発明の実施形態に係る回帰推定充電率第二補正値の算出処理における回帰分析の概略を示すグラフ。 本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する回帰推定充電率第二補正値の一例を示すグラフ。 本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する回帰推定充電率第二補正値の一例を示すグラフであって、図８の一部を拡大したグラフ。 本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する電流積算充電率補正値の一例を示すグラフ。 本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する電流積算充電率補正値の一例を示すグラフであって、図１０の一部を拡大したグラフ。

以下、本発明に係る電池管理装置および電池管理方法の実施の形態について、図１から図１１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電池管理装置および電池管理方法を備える電池システムの一例を示すブロック図である。

本実施形態に係る電池管理装置１（Battery Management Unit、BMU）は、電池システム３に組み込まれて二次電池５を管理する。電池システム３は、例えばHV(hybrid vehicle)、電動二輪車、および電気自動車などの電動車両に搭載される。

図１に示すように、本実施形態に係る電池システム３は、主電源部６と、主電源部６に接続される負荷７と、主電源部６を補助する二次電池５と、を備えている。
主電源部６は、内燃機関や、燃料電池である。

負荷７は、車両の駆動輪を駆動するモータや、モータに電力を供給するインバータである。

二次電池５はリチウムイオン電池である。二次電池５は、継電器８を介して主電源部６と負荷７との間の通電路に接続されている。

また、電池システム３は、二次電池５の端子電圧Ｖを検出する電圧検出部１１と、二次電池５の充放電電流Ｉを検出する充放電電流検出部１２と、二次電池５の電池温度Ｔを検出する温度検出部１３と、を備えている。

電圧検出部１１は、二次電池５の端子電圧Ｖを検出し、端子電圧Ｖに対応する検出信号を電池管理装置１へ出力する。

充放電電流検出部１２は、二次電池５の充放電電流Ｉを検出し、充放電電流Ｉに対応する検出信号を電池管理装置１へ出力する。

温度検出部１３は、二次電池５の電池温度Ｔを検出し、電池温度Ｔに対応する検出信号を電池管理装置１へ出力する。

なお、電圧検出部１１、充放電電流検出部１２、および温度検出部１３は、車両に用いられる一般的なセンサである。

車両コントローラ１５は、上位のシステム、つまり電動車両を制御する。車両コントローラ１５は、電池管理装置１から受信する二次電池５のステータス信号に基づいて継電器８のＯＮ／ＯＦＦ（接続／開放）を切り換えて二次電池５の充放電を行い、主電源部６を補助する。

また、車両コントローラ１５は、二次電池５の劣化を抑えて寿命を延ばすため、二次電池５の充電率（State Of Charge、SOC）が適宜の範囲、例えば７０％から３０％の範囲に納まるように継電器８をスイッチングして二次電池５の充放電を行う。この際、電池管理装置１が車両コントローラ１５に送信する充電率の正確さ、つまり充電率の算出誤差または推定誤差（以下、単に「充電率の誤差」と言う。）が、二次電池５の充電率を適宜の範囲に納めるために重要になる。

電池管理装置１は、継電器８の状態（接続または開放）をステータス信号として上位のシステム、例えば電動車両の車両コントローラ１５に送信する。

また、電池管理装置１は、二次電池５の状態（正常または異常）を監視し、その状態をステータス信号として上位のシステム、例えば電動車両の車両コントローラ１５に送信する。車両コントローラ１５に送信する二次電池５の状態量には、二次電池５の充電率が含まれている。二次電池５の充電率を正確に推定することができれば、二次電池５の過充電や過放電を回避し、二次電池５を安全に使用することができる。また、二次電池５の充電率を正確に推定することができれば、二次電池５の容量を最大限に利用でき、ひいては電池量の削減、車両の航続距離の改善、電費の改善にも寄与できる。

さらに、電池管理装置１は、主電源部６の起動時や停止時、二次電池５の異常時などに継電器８をスイッチングして主電源部６および二次電池５の保護を図る。

ここで、二次電池５の充放電電流Ｉの積算値に基づいて算出される充電率（以下、単に「電流積算充電率ＳＯＣｉ」と言う。）、および電流積算充電率ＳＯＣｉの誤差について説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る電池管理装置における電流積算充電率の一例を示すグラフである。

図２の横軸は経過時間を示し、縦軸は二次電池５の充電率を示している。また、図２の実線は電流積算充電率ＳＯＣｉを示し、破線は充電率の真値（以下、単に「真値充電率ＳＯＣｔ」）を示している。

なお、図２は、WMTC（Worldwide-harmonized Motorcycle Test Cycle）モードで得られる充放電電流Ｉの時系列データから二次電池５の単セルあたりの充放電電流Ｉを算出し、この単セルあたりの充放電電流Ｉを単セルに適用して得られた実験結果である。

また、真値充電率ＳＯＣｔは、以下の２つの方法のうちいずれか一方の方法で算出されている。

１つ目の方法は、スタート時（経過時間＝０秒）における開放端電圧から充電率（経過時間＝０秒）を予め得ておき、充放電電流Ｉｔの時間積分で求められる充電率変化量を充電率（経過時間＝０秒）に加算、または減算して経過時間ごとに真値充電率ＳＯＣｔを算出する方法である。なお、充放電電流Ｉｔは、一般的な車載センサよりも高精度な電流センサの検出結果であり、車載用に適用することが難しい。

２つ目の方法は、終了時における開放端電圧から充電率を求め、この充電率と終了時の電流積算充電率ＳＯＣｉとの差（つまり誤差）が経過時間内で一定に生じていたと仮定して経過時間ごとの真値充電率ＳＯＣｔを算出する方法である。

他方、電流積算充電率ＳＯＣｉは、スタート時（経過時間＝０秒）における開放端電圧から充電率（経過時間＝０秒）を予め得ておき、充放電電流Ｉの時間積分で求められる充電率変化量を充電率（経過時間＝０秒）に加算、または減算して経過時間ごとに算出される。

図２に示すように、電流積算充電率ＳＯＣｉは、時間経過とともに真値充電率ＳＯＣｔとの間の差（誤差）が拡大する。この誤差は、充放電電流検出部１２のオフセット誤差、リニアリティ誤差、および充放電電流検出部１２を含む回路の精度などの要因に基づいている。また、この誤差は、車両に用いられる一般的な電流センサでは１時間（３６００秒）あたり２％から３％に達する。

つまり、電流積算充電率ＳＯＣｉは、数秒から数百秒程度の範囲なら実用に耐えうる一方、数千秒以上の長時間に及ぶと数％オーダーで誤差が拡大してしまう。充電率の推定誤差、あるいは算出誤差は、二次電池５の充放電サイクルにおいて充電率を適宜の範囲（例えば７０％から３０％）に納まることを阻害し、二次電池５の寿命に悪影響を及ぼす。

そこで、本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、回帰分析によって電流積算充電率ＳＯＣｉより誤差の小さい、高精度な充電率（以下、単に「回帰推定充電率ＳＯＣｒ」と言う。）を算出または推定する。

図３は、本発明の実施形態に係る電池管理装置のブロック図である。

図３に示すように、本実施形態に係る電池管理装置１は、二次電池５の充放電電流Ｉの検出値および二次電池５の端子電圧Ｖの検出値の複数組のデータから回帰分析によって二次電池５の開放端電圧ＯＣＶを推定する開放端電圧推定部２１と、開放端電圧推定部２１の推定結果、および二次電池５の開放端電圧ＯＣＶと充電率との関係情報から二次電池５の回帰推定充電率ＳＯＣｒを推定する充電率回帰推定部２２と、を備えている。

また、電池管理装置１は、回帰分析の対象期間Ｐの中間時刻から現時刻までの二次電池５の充放電電流Ｉの検出値を積算する電流積算部２３と、回帰推定充電率ＳＯＣｒを電流積算部２３の積算値で補正して回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出する第一補正充電率算出部２６と、を備えている。

さらに、電池管理装置１は、第一補正充電率算出部２６が算出する複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を補正して回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出する第二補正充電率算出部２７を備えている。

さらにまた、電池管理装置１は、電流積算部２３の積算値に基づく電流積算充電率ＳＯＣｉを回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２で補正して電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２を算出する第三補正充電率算出部２８と、を備えている。

電池管理装置１は、ＣＰＵ３１（中央処理装置、 Central Processing Unit）、ＲＯＭ３２（読み出し専用メモリ、Read Only Memory）、ＲＡＭ３３（Random Access Memory）、記憶装置３５、通信部３６、およびこれらを電気的、電子的に接続するバス３７を含んでいる。

ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２や記憶装置３５に格納されるプログラムを読み出し、ＲＡＭ３３に展開して各種の演算処理を実行する演算回路である。

記憶装置３５は、ハードディスクや不揮発性の半導体メモリであって、オペレーティングシステム（図示省略）や各種プログラム（図示省略）、およびこれらのプログラムの実行や協働によって得られる各種のデータを格納している。記憶装置３５に格納される各種プログラムには、開放端電圧推定部２１、充電率回帰推定部２２、電流積算部２３、第一補正充電率算出部２６、第二補正充電率算出部２７、および第三補正充電率算出部２８が含まれている。なお、図３は、記憶装置３５に格納される開放端電圧推定部２１、充電率回帰推定部２２、電流積算部２３、第一補正充電率算出部２６、第二補正充電率算出部２７、および第三補正充電率算出部２８がＲＡＭ３３に展開されている状態で図示されている。

充電率回帰推定部２２は、二次電池５の開放端電圧ＯＣＶと充電率との関係情報を予め記憶している。この関係情報はいわゆるSOC-OCV特性であり、二次電池５の劣化状態と温度とが決まれば二次電池５に固有の特性として決まる。二次電池５の劣化状態は、既知の様々な推定方法を適用できる。温度は、温度検出部１３が検出する二次電池５の電池温度Ｔである。

充電率回帰推定部２２は、開放端電圧推定部２１が推定した開放端電圧ＯＣＶをSOC-OCV特性に照らし合わせて充電率を得る。本実施形態において、充電率回帰推定部２２がSOC-OCV特性に照らし合わせて得る充電率が回帰推定充電率ＳＯＣｒにあたる。

電流積算部２３は、図２において説明した方法、つまり充放電電流検出部１２が検出する二次電池５の充放電電流Ｉを時間積分して充電率変化量を求めている（つまり、図２において説明した方法）。

次いで、開放端電圧推定部２１および充電率回帰推定部２２が協働して行う回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理、第一補正充電率算出部２６が実行する回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１の算出処理（演算処理）、第二補正充電率算出部２７が実行する回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２の算出処理（演算処理）、および第三補正充電率算出部２８が実行する電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２の算出処理（演算処理）について順に説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る電池管理装置が実行する回帰推定充電率の推定処理の概略を示す図である。

図４に示す回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理には、開放端電圧推定部２１が実行する開放端電圧ＯＣＶの推定処理が含まれている。

なお、図４には、横軸に時間をとり、縦軸に二次電池５の充放電電流Ｉをとった電流散布図（ａ）、横軸に時間をとり、縦軸に二次電池５の端子電圧Ｖをとった電圧散布図（ｂ）、および横軸に二次電池５の端子電圧Ｖをとり、縦軸に二次電池５の充放電電流Ｉをとった散布図（ｃ）が含まれている。散布図（ｃ）には回帰分析によって得られる関係式が直線ａで示されている。

電流散布図（ａ）は、縦軸の正側に充電電流を示し、縦軸の負側に放電電流を示している。

また、図４の散布図（ｄ）は、SOC-OCV特性の代表例である。

回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理は、充放電電流検出部１２の検出結果（すなわち二次電池５の充放電電流Ｉ）、および電圧検出部１１の検出結果（すなわち二次電池５の端子電圧Ｖ）から回帰分析、具体的には１次回帰によって開放端電圧ＯＣＶを推定する。この１次回帰によって、開放端電圧推定部２１は充放電電流Ｉ＝０Ａにおける端子電圧Ｖを算出する。この端子電圧Ｖ（充放電電流Ｉ＝０Ａ）は開放端電圧ＯＣＶの推定値である。つまり、図４の散布図（ｃ）において、縦軸の切片が開放端電圧ＯＣＶの推定値にあたる。

充電率回帰推定部２２は、開放端電圧推定部２１が推定した開放端電圧ＯＣＶをSOC-OCV特性に照らし合わせて回帰推定充電率ＳＯＣｒを得る。

回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理は、図４の電流散布図（ａ）および電圧散布図（ｂ）において、現時刻ｔから遡って対象期間Ｐの間にサンプリングされる充放電電流Ｉの検出値および端子電圧Ｖの検出値を回帰分析の対象にしている。

また、回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理は、現時刻ｔを含む対象期間Ｐについて充電電流の積算値と放電電流の積算値とが実質的に同じになったときに実行される。ここで、「充電電流の積算値と放電電流の積算値とが実質的に同じになったとき」とは、図４の電流散布図（ａ）において充放電電流Ｉの正側と負側との時間積分が実質的に同じになるときと等価である。また、「実質的に同じ」とは、充電電流の積算値と放電電流の積算値との差が、開放端電圧ＯＣＶの推定に影響しない適宜の閾値に納まっていることを言う。

ここで、発明者らは、充放電電流Ｉおよび端子電圧Ｖのサンプリング間隔を０．１秒に設定し、回帰分析の対象期間Ｐを数秒から数百秒まで変更して回帰推定充電率ＳＯＣｒを推定し、回帰推定充電率ＳＯＣｒと図４の真値充電率ＳＯＣｔとを比較した。この比較結果から、発明者らは、対象期間Ｐを６０秒以上に設定することで回帰推定充電率ＳＯＣｒと真値充電率ＳＯＣｔとの差異（つまり誤差）を小さくできることを見出した。この評価は、対象期間Ｐごとの回帰推定充電率ＳＯＣｒと真値充電率ＳＯＣｔとの差異（誤差）のばらつき（標準偏差、または分散）を求め、このばらつきの大小関係に基づいている。

しかしながら、対象期間Ｐが長くなるほど、回帰分析に用いられる充放電電流Ｉと端子電圧Ｖとのデータの組み合わせが増加し、回帰分析を行うＣＰＵ３１の負荷（使用率）が高くなる。電池管理装置１のＣＰＵ３１は、回帰推定充電率ＳＯＣｒを推定するための回帰分析以外に様々な処理を行っているため、回帰分析にともなう負荷を下げることが望ましい。

そこで、開放端電圧推定部２１は、回帰分析の対象期間Ｐ内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを対象期間Ｐよりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間ｓｐで間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを回帰分析に用いている。

図５は、本発明の実施形態に係る開放端電圧の推定処理に用いられるデータを示す概念的な図である。

図５に示すように、本実施形態に係る電池管理装置１は、対象期間Ｐ内で検出される二次電池５の充放電電流Ｉ、および二次電池５の端子電圧Ｖの全てを回帰分析に用いるのではなく、対象期間Ｐ内で縞模様のように並ぶ複数の小期間ｓｐで検出される二次電池５の充放電電流Ｉ、および二次電池５の端子電圧Ｖを回帰分析に用いている。

ここで、小期間ｓｐを採用期間ｓｐと呼び換え、隣り合う小期間ｓｐの間を不採用期間ｒｐと呼ぶ。

採用期間ｓｐと不採用期間ｒｐとは交互に並んでいる。対象期間Ｐの開始時刻ｔｓは最初の採用期間ｓｐに含まれ、終了時刻ｔｅは最後の採用期間ｓｐに含まれている。換言すると、対象期間Ｐは、採用期間ｓｐと不採用期間ｒｐとを一組とする期間を繰り返し数Ｎ回含み、さらに採用期間ｓｐを１つ含んでいる（対象期間Ｐ＝（採用期間ｓｐ＋不採用期間ｒｐ）×繰り返し数Ｎ＋採用期間ｓｐ）。終了時刻ｔｅは現時刻ｔにあたる。

電池管理装置１は、回帰分析の対象期間Ｐ内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを対象期間Ｐよりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間ｓｐで間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを回帰分析に用いることによって、ＣＰＵ３１の負荷を下げることができる。

なお、発明者らは、間引きデータを用いることによって、間引きせずに全てのデータを用いる場合よりも、充電電流の積算値と放電電流の積算値とが実質的に同じになる機会が増し、ひいては開放端電圧ＯＣＶの推定処理の実行機会が増加し、つまり回帰推定充電率ＳＯＣｒを得られる機会が増すことを見出している。

また、採用期間ｓｐを０．２秒から５秒、不採用期間ｒｐを０．８秒から２０秒、繰り返し数Ｎを１回から２０回に設定することが好ましい。

回帰分析に用いるデータを間引くことによって、ＣＰＵ３１の負荷を下げることができる一方、回帰分析の対象期間Ｐは長時間化（長期間化）する。例えば、採用期間ｓｐ＝２秒、不採用期間ｒｐ＝８秒、繰り返し数Ｎ＝２０回に設定すると、対象期間Ｐ＝（２＋８）×２０＋２＝２０２秒（約３．３７分）に及ぶ。この対象期間Ｐの長時間化は、現時刻における充電率（真値充電率ＳＯＣｔ）と、現時刻を含む対象期間Ｐにおける回帰推定充電率ＳＯＣｒとの間に乖離を生じさせる。

そこで、第一補正充電率算出部２６は、回帰推定充電率ＳＯＣｒを電流積算部２３の積算値で補正して回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出する。

発明者らは、回帰推定充電率ＳＯＣｒが、回帰分析の対象期間Ｐの中間時刻ｔｃ（中間時刻ｔｃ＝終了時刻ｔｅ−（開始時刻ｔｓ＋終了時刻ｔｅ）／２）における充電率を表しているものと仮定した。

そして、第一補正充電率算出部２６は、中間時刻ｔｃから現時刻ｔまで、つまり中間時刻ｔｃから終了時刻ｔｅまでの充電率ΔＳＯＣを回帰推定充電率ＳＯＣｒに加算して現時刻ｔにおける充電率、つまり回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出する。回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１は、［数１］の式で算出される。

中間時刻ｔｃから現時刻ｔまでの充電率ΔＳＯＣは、電流積算部２３が算出する充放電電流Ｉの積算値に基づくものであって、［数１］の式で算出される。

なお、充電率ΔＳＯＣは、図５中の期間αにおける電流積算充電率の変化量に相当する。

電池管理装置１は、第一補正充電率算出部２６が実行する回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１の算出処理によって、対象期間Ｐの長期化による影響を抑制する。なお、充電率ΔＳＯＣの誤差は、対象期間Ｐの半分の期間、つまり中間時刻ｔｃから終了時刻ｔｅ（現時刻ｔ）までの期間程度であれば無視し得る。このことは、図２においてスタート直後の電流積算充電率ＳＯＣｉと真値充電率ＳＯＣｔとの差異が小さいことから明らかである。

図６は、本発明の実施形態に係る回帰推定充電率第一補正値の算出処理における対象区間を示す概念的な図である。

図６に示すように、本実施形態に係る電池管理装置１の第一補正充電率算出部２６は、現時刻ｔを含む最新の回帰推定充電率ＳＯＣｒに加えて、過去に推定された回帰推定充電率ＳＯＣｒ（回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分）についても、現時刻ｔにおける充電率、つまり回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出することができる。

第一補正充電率算出部２６は、回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分それぞれの対象期間Ｐにおける中間時刻ｔｃから現時刻までの充電率ΔＳＯＣを回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分それぞれに加算して現時刻における複数の充電率、つまり複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出する。複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１は、［数２］の式で算出される。

ここで、［数２］の添え字「ｉ」は、過去分および最新の対象期間Ｐを識別する整数値である。この整数値は昇順に付与されていても良いし、降順に付与されていても良い。図６では、最新を「ｉ＝０」とし、過去に遡るにつれて整数値を増加させる降順で「ｉ」を付与している。

なお、対象期間Ｐにおいて充電電流の積算値と放電電流の積算値とが実質的に同じになったときに回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理が実行されるため、回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分それぞれの対象期間Ｐは、図６のように時間軸上で部分的に重なり合うことがあり得る。

また、［数２］の充電率ΔＳＯＣは、図６に示すように回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分それぞれの対象期間Ｐの中間時刻ｔｃから現時刻ｔまでに電流積算部２３が算出する充放電電流Ｉの積算値に基づくものであって、それぞれの対象期間Ｐの中間時刻ｔｃから終了時刻ｔｅまでの積算値ではない。つまり、充電率ΔＳＯＣは、図６中の期間αにおける電流積算充電率の変化量に相当する

換言すると、第一補正充電率算出部２６が算出する回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１は、充放電電流Ｉの積算値によって回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分および最新値を現時刻ｔにおける充電率に補正した値である。

このように、第一補正充電率算出部２６は、回帰推定充電率ＳＯＣｒの過去分および最新値のそれぞれを電流積算部２３の積算値で補正して複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出する。

複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１は、その対象期間Ｐが図６のように部分的に重なり合うため、中間時刻ｔｃから現時刻ｔまでの期間が長時間化（長期化）することはなく、それぞれの充電率ΔＳＯＣの誤差は、中間時刻ｔｃから現時刻ｔまでの期間程度であれば無視し得る。このことは、図２においてスタート直後の電流積算充電率ＳＯＣｉと真値充電率ＳＯＣｔとの差異が小さいことから明らかである。

次いで、第二補正充電率算出部２７が実行する回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２の算出処理について説明する。

回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２の算出処理には、二通りの方法のいずれか一方が用いられる。

１つ目の方法は、過去分および最新値を含む複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を平均化する方法である。

第二補正充電率算出部２７は、複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１の算術平均を回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２として算出する。算術平均に用いられる回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１の数量は、最新値を含めて２つ以上あれば良い。また、算術平均に用いられる回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１は、過去に遡って順番に連続している必要はなく、飛び飛びに採用されていても良い。

２つ目の方法は、複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１から回帰分析によって回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出する方法である。

図７は、本発明の実施形態に係る回帰推定充電率第二補正値の算出処理における回帰分析の概略を示すグラフである。

図７に示すように、本実施形態に係る電池管理装置１の第二補正充電率算出部２７は、横軸に中間時刻ｔｃと現時刻ｔとの時間差Δｔをとり、縦軸に回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１をとって回帰分析を行う。第二補正充電率算出部２７は、１次回帰によって回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出する。図７において、縦軸の切片が回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２にあたる。

なお、複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１のそれぞれは現時刻ｔにおける充電率を表しているが、この回帰分析は、それぞれの中間時刻ｔｃと現時刻ｔとの時間差Δｔによって行われる。

図８は、本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する回帰推定充電率第二補正値の一例を示すグラフである。

図９は、本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する回帰推定充電率第二補正値の一例を示すグラフであって、図８の一部を拡大したグラフである。

図８の実線は電流積算充電率ＳＯＣｉであり、図８の破線は真値充電率ＳＯＣｔであって、いずれも図３と同じ情報である。図８の□プロットは、電池管理装置１が算出する回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２である。

図９の破線は真値充電率ＳＯＣｔであって、図３と同じ情報である。図９の□プロットは、電池管理装置１が算出する回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２である。図９の■プロット（黒塗りの四角いプロット）は、従来法で算出される充電率である。図９は、図８における８００秒から１８００秒を拡大した図である。

図８および図９の回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２（□プロット）は、採用期間ｓｐ＝２秒、不採用期間ｒｐ＝８秒、繰り返し数Ｎ＝２０回、対象期間Ｐ＝（２＋８）×２０＋２＝２０２秒（約３．３７分）で推定される回帰推定充電率ＳＯＣｒから算出されている。また、図８の回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２は、現時刻ｔを含む５０回分の回帰推定充電率ＳＯＣｒから算出される回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算術平均したものである。図８中、５００秒（領域ａ）までは、回帰推定充電率ＳＯＣｒが不足しているため回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２の算出結果がない。

図９の従来法で算出される充電率（■プロット、黒塗りの四角いプロット）は、対象期間Ｐ＝約１５０秒内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを回帰分析に用いて推定されている。換言すると、図９の■プロット（黒塗りの四角いプロット）は、間引き処理をともなう回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定処理、回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１の算出処理、および回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２の算出処理のいずれも適用されていない充電率を表している。

図８および図９に示すように、本実施形態に係る電池管理装置１が算出する回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２は、真値充電率ＳＯＣｔに近く、精度が高く、誤差の少ない充電率を表すことができる。

このように、電池管理方法は、二次電池５の充放電電流Ｉの検出値および二次電池５の端子電圧Ｖの検出値の複数組のデータから回帰分析によって二次電池５の開放端電圧ＯＣＶを推定し、開放端電圧ＯＣＶの推定結果、および二次電池５の開放端電圧ＯＣＶと充電率との関係情報から二次電池５の回帰推定充電率ＳＯＣｒを推定し、二次電池５の開放端電圧ＯＣＶを推定では、回帰分析の対象期間Ｐ内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを対象期間Ｐよりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間ｓｐで間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを回帰分析に用いる。

本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、回帰分析の対象期間Ｐ内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを対象期間Ｐよりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間ｓｐで間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを回帰分析に用いることによって、回帰分析の対象期間Ｐをより長時間化（長期間化）して開放端電圧ＯＣＶの推定精度を高め、回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定精度、算出精度を高めることができ、かつ対象期間Ｐをより長時間化（長期間化）にともなうＣＰＵ３１の負荷の増加を抑制できる。

また、本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、回帰分析の対象期間Ｐ内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを対象期間Ｐよりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間ｓｐで間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを回帰分析に用いることによって、間引しない場合よりも回帰推定充電率ＳＯＣｒを得られる機会を増すことができる。

さらに、本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、回帰推定充電率ＳＯＣｒを充放電電流Ｉの積算値で補正して回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を算出することによって、回帰分析の対象期間Ｐの長時間化（長期間化）による影響を抑制できる。

さらにまた、本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を補正して回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出することで、回帰推定充電率ＳＯＣｒの推定過程、算出過程で生じる誤差を抑制できる。

また、本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、現時刻における複数の回帰推定充電率第一補正値ＳＯＣｒ１を補正して回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出するため、算術平均のように極めて簡便な計算方法で回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出したり、回帰分析によってトレンドを反映した回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２を算出したりすることができる。

ところで、回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２は、充電電流の積算値と放電電流の積算値とが実質的に同じになったときに算出される回帰推定充電率ＳＯＣｒに基づいているため、不等間隔に算出される。

他方、電池管理装置１の上位システム、例えば電動車両の車両コントローラ１５が、等間隔、例えば０．１秒ごとに充電率を求める場合がある。このような場合、電池管理装置１は、上位システムの要求に応えることが難しい。

そこで、電池管理装置１の第三補正充電率算出部２８は、電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２の算出処理によって、等間隔に連続する充電率を算出する。

また、第三補正充電率算出部２８は、電流積算充電率ＳＯＣｉと回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２との差の一部または全部を徐々に補正する。

電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２は、［数３］の式で求められる。

［数３］の「ΔＳＯＣ２」は、［数３］のとおり直前の回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２と現在の電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２との差である。

［数３］の「ｋ」は補正率であり、「Ｔｃｏｒ」は補正実行間隔であり、「Δｔ」は上位システムの要求に応えるための算出間隔である。補正率ｋは１％から１００％に設定される。算出間隔Δｔは上位システムの要求に応じて、例えば０．１秒に設定される。補正実行間隔Ｔｃｏｒは少なくとも算出間隔Δｔよりも長く、５秒から２００秒に設定される。

「ΔＳＯＣｉ」は、算出間隔Δｔにおける充放電電量Ｉの積算値から算出される電流積算充電率変化量である。

なお、回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２が算出されない期間、例えば図８中、５００秒（領域ａ）までの期間では、ΔＳＯＣ２を算出できないので、電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２は、算出間隔Δごとの電流積算充電率変化量ΔＳＯＣｉの和に等しくなり、実質的に電流積算充電率ＳＯＣｉになる。

そして、第三補正充電率算出部２８は、回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２が算出され始めると、直前の回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２と現在の電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２との差ΔＳＯＣ２を補正実行間隔Ｔｃｏｒ内で徐々に電流積算充電率ＳＯＣｉに加算する。

直前の回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２と現在の電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２との差ΔＳＯＣ２は、その全量が電流積算充電率ＳＯＣｉに加算されるのではなく、補正率ｋ分だけ電流積算充電率ＳＯＣｉに加算される。

図１０は、本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する電流積算充電率補正値の一例を示すグラフである。

図１１は、本発明の実施形態に係る電池管理装置が算出する電流積算充電率補正値の一例を示すグラフであって、図１０の一部を拡大したグラフである。

なお、図１１は、図１０における１４００秒から１８００秒を拡大した図である。

図１０および図１１の実線ａは電流積算充電率ＳＯＣｉであり、図１０および図１１の破線は真値充電率ＳＯＣｔであって、いずれも図３と同じ情報である。図１０および図１１の□プロットは、電池管理装置１が算出する回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２である。図１０および図１１の実線ｂは電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２である。

図１０および図１１の電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２は、補正率ｋ＝２０％、算出間隔Δｔ＝０．１秒、補正実行間隔Ｔｃｏｒ＝５０秒の設定で算出されている。

図１０および図１１に示すように、本実施形態に係る電池管理装置１が算出する電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２は、真値充電率ＳＯＣｔに近く、精度が高く、誤差の少ない充電率を表し、これを上位システムの要求に応じて提供することができる。

なお、第三補正充電率算出部２８は、電流積算充電率ＳＯＣｉと回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２との差が予め定める閾値より大きい場合には、電流積算充電率ＳＯＣｉを予め定める補正値で補正して電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２を算出する。具体的には、第三補正充電率算出部２８は、［数４］の式が成立する場合には［数５］の式で電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２を求める。なお、第三補正充電率算出部２８は、［数４］の式が成立しない場合には［数３］の式で電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２を求める。

本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、電流積算充電率ＳＯＣｉと回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２との差の一部または全部を徐々に補正することによって、等間隔に連続的な充電率（電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２）をシステム側へ提供することができる。

さらに、本実施形態に係る電池管理装置１および電池管理方法は、電流積算充電率ＳＯＣｉと回帰推定充電率第二補正値ＳＯＣｒ２との差が予め定める閾値より大きい場合には、電流積算充電率ＳＯＣｉを予め定める補正値で補正して電流積算充電率補正値ＳＯＣｉ２を算出することによって、充放電サイクルの急変などで万一、回帰推定充電率ＳＯＣｒに突発的な誤差要因が生じても、その影響を抑制することができる。

したがって、本発明に係る電池管理装置１および電池管理方法によれば、車両に搭載されるような一般的な検出器等を用いていても、二次電池５の充電率を高精度に算出し、推定することができる。

１…電池管理装置、３…電池システム、５…二次電池、６…主電源部、７…負荷、８…継電器、１１…電圧検出部、１２…充放電電流検出部、１３…温度検出部、１５…車両コントローラ、２１…開放端電圧推定部、２２…充電率回帰推定部、２３…電流積算部、２６…第一補正充電率算出部、２７…第二補正充電率算出部、２８…第三補正充電率算出部、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＯＭ、３３…ＲＡＭ、３５…記憶装置、３６…通信部、３７…バス。

Claims (8)

1. 二次電池の充放電電流の検出値および前記二次電池の端子電圧の検出値の複数組のデータから回帰分析によって前記二次電池の開放端電圧を推定する開放端電圧推定部と、
   前記開放端電圧推定部の推定結果、および前記二次電池の開放端電圧と充電率との関係情報から前記二次電池の回帰推定充電率を推定する充電率回帰推定部と、を備え、
   前記開放端電圧推定部は、前記回帰分析の対象期間内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを前記対象期間よりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間で間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを前記回帰分析に用いる電池管理装置。
2. 前記回帰分析の対象期間の中間時刻から現時刻までの前記二次電池の充放電電流の検出値を積算する電流積算部と、
   前記回帰推定充電率を前記電流積算部の積算値で補正して回帰推定充電率第一補正値を算出する第一補正充電率算出部と、を備える請求項１に記載の電池管理装置。
3. 前記第一補正充電率算出部は、前記回帰推定充電率の過去分および最新値のそれぞれを前記電流積算部の積算値で補正して複数の前記回帰推定充電率第一補正値を算出し、
   前記第一補正充電率算出部が算出する複数の前記回帰推定充電率第一補正値を補正して回帰推定充電率第二補正値を算出する第二補正充電率算出部を備える請求項２に記載の電池管理装置。
4. 前記第二補正充電率算出部は、複数の前記回帰推定充電率第一補正値の算術平均を前記回帰推定充電率第二補正値として算出する請求項３に記載の電池管理装置。
5. 前記第二補正充電率算出部は、複数の前記回帰推定充電率第一補正値から回帰分析によって前記回帰推定充電率第二補正値を算出する請求項３に記載の電池管理装置。
6. 前記電流積算部の積算値に基づく電流積算充電率を前記回帰推定充電率第二補正値で補正して電流積算充電率補正値を算出する第三補正充電率算出部を備え、
   前記第三補正充電率算出部は、前記電流積算充電率と前記回帰推定充電率第二補正値との差の一部または全部を徐々に補正する請求項３から５のいずれか１項に記載の電池管理装置。
7. 前記第三補正充電率算出部は、前記電流積算充電率と前記回帰推定充電率第二補正値との差が予め定める閾値より大きい場合には、前記電流積算充電率を予め定める補正値で補正して前記電流積算充電率補正値を算出する請求項６に記載の電池管理装置。
8. 二次電池の充放電電流の検出値および前記二次電池の端子電圧の検出値の複数組のデータから回帰分析によって前記二次電池の開放端電圧を推定し、
   前記開放端電圧の推定結果、および前記二次電池の開放端電圧と充電率との関係情報から前記二次電池の回帰推定充電率を推定し、
   前記二次電池の開放端電圧の推定では、前記回帰分析の対象期間内にサンプリングされる全てのデータの組み合わせを前記対象期間よりも短くかつ飛び飛びの複数の小期間で間引きし、この間引き処理で得られる複数組のデータを前記回帰分析に用いる電池管理方法。

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