JP2018087716A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】開放電圧を正確に求めることができるバッテリシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】バッテリシステム１０は、バッテリ１２と、電池電流Ｉｂを検出する電流センサ３０と、電池温度Ｔｂを検出する温度センサ２８と、バッテリ１２の停止期間の時間である停止継続時間ｔｄを計測するタイマ３８と、現在の電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂと、過去に算出された分極電圧Ｖｐと、に基づいて現在の分極電圧Ｖｐを算出する分極電圧算出部と、バッテリ１２の起動直後に分極電圧算出部で算出された分極電圧Ｖｐを補正する分極電圧補正部と、を備え、分極電圧補正部は、バッテリ１２の停止直前の電池電流Ｉｂと、バッテリ１２の停止直前および起動直後の電池温度Ｔｂと、停止継続時間ｔｄと、に基づいて、バッテリ１２の停止期間中に解消された分極電圧Ｖｐを分極解消量Ｄとして算出し、算出された分極解消量Ｄで分極電圧Ｖｐを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリの開放電圧を求めるために、検出電圧に含まれる分極電圧を推定するバッテリシステムに関する。

車両を走行させる駆動源の一つとして、モータを搭載した電動車両（例えばハイブリッド自動車、電気自動車）が従来から広く知られている。こうした電動車両には、走行用モータに電力を供給する車載バッテリが搭載されている。

車載バッテリは、充放電可能な二次電池である。二次電池である車載バッテリは、過放電および過充電にならないように充放電制御する必要があり、かかる制御のためには、車載バッテリのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を正確に把握することが求められる。

バッテリのＳＯＣは、当該バッテリの開放電圧（ＯＣＶ）から求めることが出来る。そのため、従来から、バッテリの開放電圧を求めるための技術が、多数提案されている。例えば、特許文献１には、電圧センサで検出された測定電圧値に、内部抵抗による電圧降下値（ドロップ電圧）と、分極現象による電圧値（分極電圧）と、を加算して開放電圧を求める技術が開示されている。この特許文献１では、内部抵抗による電圧降下値は、電池温度に基づいて定まる内部抵抗値に、電流センサで検知された電流値を乗算して求める。また、特許文献１では、分極電圧は、電池温度と充放電電流とをパラメータとしたマップから算出している。

ここで、内部抵抗の影響は、瞬間的なものであり、充放電を停止した後は、ドロップ電圧は、即座に解消される。一方、分極は、時間の経過とともに徐々に変化する。すなわち、充放電した場合、分極電圧の絶対値は、時間の経過とともに徐々に増加し、充放電を停止すれば、時間の経過とともに分極電圧の絶対値は徐々に減少する。そのため、現時点の電池温度、電池電流だけからは、分割電圧を適切に求めることはできない。したがって、分極電圧を求めるためには、過去の充放電履歴も考慮する必要がある。

そこで、従来から、現在の分極電圧を、過去の分極電圧と、現在の電池電流と、電池温度と、に基づいて算出することが提案されている。例えば、現在の電池電流および電池温度に基づいて更新値を特定したうえで、「現在の分極電圧＝Ａ×１サンプリング前の分極電圧＋（１−Ａ）×今回の更新値」のように、過去の算出値に現在の更新値を順次加算していくような方法で分極電圧を算出する技術が知られている。かかる算出方法によれば、過去の履歴を考慮した分極電圧を得ることができる。

特開２００５−１１４６４６号公報

しかしながら、従来の分極電圧の算出では、バッテリが停止している期間中の分極の解消については何ら考慮されていなかった。すなわち、バッテリ停止期間中は、充放電も停止しているため、分極は、徐々に解消（分極電圧の絶対値は、徐々に低下）する。しかし、バッテリ停止期間中は、分極電圧の演算も停止する。その結果、バッテリが停止状態から起動状態に切り替わった起動直後において、「１サンプリング前の分極電圧」とは、停止直前の分極電圧であり、「今回の更新値」とは、起動直後の電池温度および電池電流から求まる値となる。つまり、従来の算出方法では、バッテリの停止期間中の分極電圧の挙動については、何ら考慮されないことになる。

その結果、バッテリの起動直後、実際に分極が解消されているにもかかわらず、その解消分が反映されない分極電圧が算出されることになる。この場合、分極電圧の絶対値が、実際以上に過大に推定されてしまい、開放電圧の誤差が大きくなる。ここで、分極電圧は、過去の算出値を引き継いでいくため、バッテリの起動直後の誤差は、その後も、累積し続けることになり、開放電圧の誤差が、残り続けることになる。

そこで、本願では、開放電圧をより正確に求めることができるバッテリシステムを提供することを目的とする。

本願で開示するバッテリシステムは、車両に搭載され、充放電が可能な起動状態および充放電が不可となる停止状態で切り替え可能なバッテリと、前記バッテリの充放電電流を電池電流として検出する電流検出部と、前記バッテリの温度を電池温度として検出する温度検出部と、前記バッテリが停止してから、再び、起動するまでの時間である停止継続時間を計測する時間計測部と、前記バッテリの検出電圧値に含まれる、分極現象に起因する電圧変化分である分極電圧を算出する分極電圧算出部であって、現在の電池温度および電池電流と、過去に算出された分極電圧と、に基づいて現在の分極電圧を算出する分極電圧算出部と、前記バッテリの起動直後に前記分極電圧算出部で算出された分極電圧を補正する分極電圧補正部と、を備え、前記分極電圧補正部は、前記バッテリの停止直前の電池電流と、前記バッテリの停止直前および起動直後の電池温度と、停止継続時間と、に基づいて、前記バッテリの停止期間中に解消された分極電圧を分極解消量として算出し、算出された前記分極解消量で前記分極電圧算出部で算出された分極電圧を補正する、ことを特徴とする。

本願で開示するバッテリシステムによれば、起動直後には、バッテリの停止直前の電池電流と、バッテリの停止直前および起動直後の電池温度と、停止継続時間と、に基づいて、バッテリの停止期間中の分極解消量が算出され、当該分極解消量で分極電圧算出部で算出された分極電圧が補正される。その結果、分極電圧、ひいては、開放電圧をより正確に求めることができる。

バッテリシステムの概略構成を示す図である。 制御部の機能ブロック図である。 電池電圧の変化の一例を示す図である。 電池電圧の変化の一例を示す図である。 ＳＯＣの推測処理の流れを示すフローチャートである。 分極電圧の補正処理の流れを示すフローチャートである。

以下、実施形態であるバッテリシステム１０について図面を参照して説明する。図１は、バッテリシステム１０の構成を示す図である。このバッテリシステム１０は、動力源の一つとして回転電機１００を搭載した電動車両（例えば電気自動車やハイブリッド自動車等）に搭載される。

バッテリシステム１０は、走行用の回転電機１００に電力を供給するバッテリ１２を備えている。バッテリ１２は、複数の単電池１４を直列または並列（図示例では直列）に接続して構成されている。一つのバッテリ１２を構成する単電池１４の個数は、バッテリ１２の要求出力等に基づいて、適宜、設定できる。単電池１４は、充放電可能な二次電池、例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池等である。

バッテリ１２は、システムメインリレー（以下「ＳＭＲ」と呼ぶ）２０を介してインバータ１０２に接続されている。ＳＭＲ２０は、バッテリ１２とインバータ１０２を電気的に接続または接続解除する。ＳＭＲ２０がオンされると、バッテリ１２の充放電が許容される。ユーザは、車両を起動する際には、当該車両に搭載されたスタートスイッチをオンするが、このＳＭＲ２０は、当該スタートスイッチに連動してオン／オフが切り替わる。

インバータ１０２は、バッテリ１２と回転電機１００との間で、電力を直流から交流に、または、交流から直流に変換しながら、電流制御を行なう。回転電機１００は、車両の走行用動力を出力するモータとして機能するとともに、動力を電力に変換するジェネレータとしても機能する。回転電機１００で発電された電力は、インバータ１０２を介して、バッテリ１２に送られ、これにより、バッテリ１２が充電される。また、回転電機１００は、モータとして機能する場合には、バッテリ１２から送られた電力で駆動する。なお、図１では、回転電機１００の個数を一つとしているが、回転電機１００は、複数設けてもよい。例えば、主にモータとして機能する第二回転電機と、主にジェネレータとして機能する第一回転電機と、を設けてもよい。

バッテリ１２は、さらに、充電リレー２２、充電器２４、インレット２６を介して、外部電源（図示せず）に接続可能となっている。インレット２６は、外部電源、例えば、商用電源に接続可能なコネクタである。このインレット２６を外部電源に接続するとともに充電リレー２２をオンにすることで、外部電力によるバッテリ１２の充電が可能となる。充電器２４は、交流電力である外部電力を直流電力に変換し、バッテリ１２に出力する。

ここで、ＳＭＲ２０がオフ、かつ、充電リレー２２がオフとなれば、バッテリ１２への充放電が不可になる。以下では、ＳＭＲ２０および充電リレー２２の双方がオフになり、バッテリ１２の充放電が不可になる状態を「バッテリ１２の停止」と呼ぶ。また、ＳＭＲ２０および充電リレー２２の少なくとも一つがオンになり、バッテリ１２の充放電が可能になる状態を「バッテリ１２の起動」と呼ぶ。なお、バッテリ１２の停止期間中は、制御部３２の大部分の機能も停止する。

バッテリ１２の近傍には、温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８は、バッテリ１２の温度を電池温度Ｔｂとして検出する温度検出部として機能する。検出された電池温度Ｔｂは、後述する制御部３２に送られ、記憶部３６に一時記憶される。なお、温度センサ２８は、単一でもよいし、複数でもよい。温度センサ２８が複数あり、複数の検出温度が同時に得られる場合は、これら複数の検出温度を統計処理して得られる一つの代表値、例えば、平均温度や最高温度、最低温度等を、電池温度Ｔｂとして取り扱えばよい。また、温度センサ２８を設ける替わりに、バッテリ１２の排気ダクトの温度や、外気温度等に基づいて、バッテリ１２の温度（電池温度Ｔｂ）を推測するようにしてもよい。

また、バッテリ１２には、電流センサ３０が接続されている。電流センサ３０は、バッテリ１２の入出力電力（充放電電力）を電池電流Ｉｂとして検出する電流検出部として機能する。検出された電池電流Ｉｂは、制御部３２に送られ、記憶部３６に一時記憶される。なお、電池電流Ｉｂは、放電時に正の値であり、充電時に負の値になる。

バッテリ１２には、さらに、電圧センサ３１が、並列接続されている。電圧センサ３１は、バッテリ１２の電池を電池電圧Ｖｂとして検出する電圧検出部として機能する。検出された電池電圧Ｖｂは、制御部３２に送られ、記憶部３６に一時記憶される。ここで、検出される電池電圧Ｖｂには、後述するように、バッテリ１２の開放電圧（ＯＣＶ）Ｖｏから、バッテリ１２の内部抵抗による電圧変化分であるドロップ電圧Ｖｒ、および、分極現象による電圧変化分である分極電圧Ｖｐ、を減算した値となる。換言すれば、電圧センサ３１で検出された電池電圧Ｖｂは、Ｖｂ＝Ｖｏ−Ｖｒ−Ｖｐであり、バッテリ１２の開放電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｂ＋Ｖｒ＋Ｖｐとなる。

なお、上述した温度センサ２８、電流センサ３０、電圧センサ３１による各種パラメータの検出は、バッテリ１２の起動期間中、所定のサンプリング周期（例えば数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ）で繰り返し行われる。一方、バッテリ１２の停止期間中、これらセンサ２８，３０，３１は、各種パラメータの検出を停止する。

バッテリ１２の充放電は、制御部３２により管理制御される。制御部３２は、各種演算を行うＣＰＵ３４と、各種プログラムやパラメータを記憶する記憶部３６と、を備えている。なお、図１では、制御部３２を、単一のユニットとしているが、制御部３２は、それぞれがＣＰＵ３４および記憶部３６を有する制御ユニットを複数、組み合わせて構成されてもよい。したがって、制御部３２は、ＣＰＵ３４および記憶部３６を複数有する構成としてもよい。また、制御部３２の一部の機能は、車両の外部に設けられるとともに、車載の制御ユニットと通信可能な車外制御ユニットで実現されてもよい。

制御部３２は、後に詳説するように、検出された電池温度Ｔｂ、電池電流Ｉｂ、電池電圧Ｖｂ等に基づいて、バッテリ１２のＳＯＣを推測する。ここで、ＳＯＣとは、Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの略であり、満充電に対する現在の充電率を示す。制御部３２は、推測されたＳＯＣが、規定の下限値以上、上限値以下の範囲に納まるように、バッテリ１２の充放電を制御する。また、制御部３２は、スタートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態や、インレット２６の接続状態等を監視し、これらの監視結果に応じて、ＳＭＲ２０および充電リレー２２のＯＮ／ＯＦＦ切り替えも行う。

バッテリシステム１０は、さらに、タイマ３８も有している。タイマ３８は、バッテリ１２が停止してから、再度、バッテリ１２が起動するまでの時間である停止継続時間ｔｄを計測する時間計測部として機能する。計測された停止継続時間ｔｄは、制御部３２に送られ、記憶部３６に一時記憶される。

次に、制御部３２の機能構成について図２を参照して説明する。図２は、制御部３２の機能ブロック図である。なお、制御部３２は、ＳＯＣ推測の他にも、充放電電力制御等、種々の機能を有しているが、図２では、ＳＯＣ推測に関連する機能のみを図示している。また、図２では、電池温度Ｔｂ、電池電流Ｉｂ、電池電圧Ｖｂ、停止継続時間ｔｄ、ＯＮ／ＯＦＦ信号が、いずれも、制御部３２の外部から、各部４０〜４８に入力されているが、実際には、これらのパラメータは、全て、記憶部３６に一時記憶されており、記憶部３６から各部４０〜４８に入力される。

制御部３２は、ＳＯＣ推測部４０を有している。ＳＯＣ推測部４０は、バッテリ１２の開放電圧Ｖｏに基づいて、バッテリ１２のＳＯＣを推測する。ここで、二次電池のＳＯＣは、当該二次電池の開放電圧Ｖｏにほぼ比例する。記憶部３６には、この開放電圧Ｖｏに対するＳＯＣの値を記録したＯＣＶ−ＳＯＣマップ５０が記憶されている。ＳＯＣ推測部４０は、後述するＯＣＶ推測部４２から出力された開放電圧Ｖｏを、当該ＯＣＶ−ＳＯＣマップ５０に照らし合わせて、バッテリ１２のＳＯＣを推測する。

ＯＣＶ推測部４２は、バッテリ１２の開放電圧Ｖｏを推測する。開放電圧Ｖｏは、既述した通り、電圧センサ３１で検出された電池電圧Ｖｂに、バッテリ１２の内部抵抗に起因する電圧変化分であるドロップ電圧Ｖｒ、および、分極現象に起因する電圧変化分である分極電圧Ｖｐを加算することで得られる（Ｖｏ＝Ｖｂ＋Ｖｒ＋Ｖｐ）。そこで、ＯＣＶ推測部４２は、Ｖｏ＝Ｖｂ＋Ｖｒ＋Ｖｐの演算を行い、開放電圧Ｖｏを算出する。

ドロップ電圧推測部４４は、ドロップ電圧Ｖｒを推測し、ＯＣＶ推測部４２に出力する。ドロップ電圧Ｖｒは、時間依存性がなく、バッテリ１２の内部抵抗値Ｒに、電池電流Ｉｂを乗算することで得られる。ここで、内部抵抗値Ｒは、バッテリ１２の温度に応じて変動し、通常、電池温度Ｔｂが低いほど、内部抵抗値Ｒは、高くなる。記憶部３６には、電池温度Ｔｂに対する内部抵抗値Ｒを記録した内部抵抗マップ５２が記憶されている。ドロップ電圧推測部４４は、温度センサ２８で検出された電池温度Ｔｂを内部抵抗マップ５２に照らし合わせて内部抵抗値Ｒを特定する。そして、ドロップ電圧推測部４４は、特定した内部抵抗値Ｒに、電流センサ３０で検出された電池電流Ｉｂを乗算した値をドロップ電圧Ｖｒとして出力する。

分極電圧算出部４６は、分極電圧Ｖｐを推測し、ＯＣＶ推測部４２に出力する。分極電圧Ｖｐは、電池電流Ｉｂの絶対値が高いほど、また、電池温度Ｔｂが低いほど、大きくなることが知られている。また、分極電圧Ｖｐの絶対値は、充放電の開始後、時間の経過とともに徐々に増加し、充放電の停止後は、時間の経過とともに徐々に減少する。分極電圧算出部４６は、現在の分極電圧Ｖｐを、現在の電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂと、過去に算出された分極電圧Ｖｐと、に基づいて算出する。具体的には、分極電圧算出部４６は、現在の分極電圧Ｖｐを得るために、１サンプリング前の分極電圧Ｖｐ［ｉ−１］と、現在の電池電流Ｉｂおよび電池温度Ｔｂから求まる更新値Ｖｕｄと、を重み付け加算している。すなわち、分極電圧算出部４６は、次の式１に従い、分極電圧Ｖｐを算出している。なお、αは、０超過１未満の重み係数である。
Ｖｐ＝α×Ｖｐ［ｉ−１］＋（１−α）×Ｖｕｄ 式１

記憶部３６には、この重み係数α、および、更新値Ｖｕｄを特定するための重み係数マップ５４と更新値マップ５６とが記憶されている。重み係数マップ５４では、電池電流Ｉｂの絶対値が大きいほど、電池温度Ｔｂが低いほど、重み係数αが、小さくなるように規定されている。分極電圧算出部４６は、現在の電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂを、重み係数マップ５４に照らし合わせて、重み係数αを特定する。

また、更新値マップ５６では、電池電流Ｉｂの絶対値が大きいほど、また、電池温度Ｔｂが低いほど、更新値Ｖｕｄが大きくなるように、規定されている。分極電圧算出部４６は、現在の電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂを、更新値マップ５６に照らし合わせて、更新値Ｖｕｄを特定する。重み係数αおよび更新値Ｖｕｄが特定できれば、分極電圧算出部４６は、これらの値に基づいて、分極電圧Ｖｐを算出する。

分極電圧補正部４８は、バッテリ１２の起動直後にのみ、分極電圧算出部４６で算出された分極電圧Ｖｐを補正する。この補正の具体的内容は、後に詳説するが、分極電圧補正部４８は、バッテリ１２の停止期間中に解消された分極電圧を分極解消量Ｄとして算出し、この算出された分極解消量Ｄを、分極電圧算出部４６で算出された分極電圧Ｖｐから減算する。すなわち、Ｖｐ＝Ｖｐ−Ｄの演算を行う。この補正処理は、バッテリ１２が停止状態から起動状態に切り替わった直後に１回だけ行われる。また、この補正のために、記憶部３６には、最大解消量マップ６０と、解消速度係数マップ５８と、が記憶されている。さらに、この補正のために、分極電圧補正部４８は、電池電流Ｉｂ、電池温度Ｔｂの他に、停止継続時間ｔｄと、ＯＮ／ＯＦＦ信号とが入力される。停止継続時間ｔｄは、既述した通り、バッテリ１２が停止してから再度、起動するまで時間であり、タイマ３８により計測される。ＯＮ／ＯＦＦ信号は、バッテリ１２の起動・停止状態を示す信号である。分極電圧補正部４８は、このＯＮ／ＯＦＦ信号を監視することで、現在が、起動直後か否かを、すなわち、分極電圧Ｖｐの補正の要否を判断する。

次に、こうしたバッテリシステム１０によるＳＯＣの算出について詳細に説明する。既述した通り、バッテリ１２のＳＯＣは、バッテリ１２の開放電圧Ｖｏから特定することができる。さらに、バッテリ１２の開放電圧Ｖｏは、ドロップ電圧Ｖｒ、分極電圧Ｖｐ、電池電圧Ｖｂ（検出電圧）から特定することができる。これら各種電圧の関係について図３を参照して説明する。図３は、放電に伴う電池電圧Ｖｂ（検出電圧）の変化の一例を示すグラフである。

図３に示すように、時刻ｔ０以前では、充放電が行われておらず、電池電圧Ｖｂは、一定値で安定していたとする。続いて、時刻ｔ０で放電を開始すると、電池電圧Ｖｂは、放電開始と同時に、急降下する。さらに、電池電圧Ｖｂは、放電を継続することで、電圧降下量が徐々に増加していく。ここで、放電開始と同時に生じた電圧降下量は、バッテリ１２の内部抵抗に起因する電圧変化分、すなわち、ドロップ電圧Ｖｒに該当する。また、時間の経過とともに徐々に増加する電圧降下量は、分極現象に起因する電圧変化分、すなわち、分極電圧Ｖｐに該当する。

続いて、時刻ｔ１において、放電を停止する。この場合、電池電圧Ｖｂは、放電停止と同時に、ドロップ電圧Ｖｒ分、急上昇する。一方、分極電圧Ｖｐは、時間の経過とともに徐々に解消されるため電池電圧Ｖｂは、放電停止後も時間の経過に伴い徐々に上昇する。そして、十分な時間が経過した時刻ｔ２において、電池電圧Ｖｂは、一定になる。ここで、ドロップ電圧Ｖｒが解消された後に生じる電池電圧Ｖｂの上昇量が、分極電圧Ｖｐの解消量である分極解消量Ｄとなる。また、この分極解消量Ｄの最大値、すなわち、時刻ｔ２における分極解消量Ｄが最大解消量Ｄｍａｘとなる。

ここで、既述した通り、開放電圧Ｖｏは、電池電圧Ｖｂに、ドロップ電圧Ｖｒおよび分極電圧Ｖｐを加算することで得られる。また、分極電圧Ｖｐは、時間依存性があるため、分極電圧Ｖｐは、式１に従い、過去の分極電圧Ｖｐ［ｉ−１］と更新値Ｖｕｄとを重み付け加算することで求められる。このように、過去の分極電圧Ｖｐ［ｉ−１］に、順次、更新値Ｖｕｄを加算していくことで、分極電圧Ｖｐの経時変化を反映した分極電圧Ｖｐが得られる。

しかしながら、こうした分極電圧Ｖｐの算出は、バッテリ１２の起動期間中にのみ、繰り返し行われている。換言すれば、バッテリ１２の停止期間中は、各種センサ２８，３０，３１による検出が行われないため、分極電圧Ｖｐの演算（更新）は行われない。その結果、式１で得られる分極電圧Ｖｐは、バッテリ１２の起動期間中における分極電圧Ｖｐの経時変化は反映するものの、バッテリ１２の起動期間中における分極電圧Ｖｐの経時変化は反映されないことになる。

これについて図４を参照して説明する。図４は、電池電圧Ｖｂの変動の一例を示す図である。図４では、バッテリ１２が、時刻ｔ０において起動し、時刻ｔ１において停止し、時刻ｔ２において、再度、起動している。

ここで、バッテリ１２の停止期間中、分極電圧Ｖｐの更新演算は、行わないため、再起動した時刻ｔ２において、「１サンプリング前の分極電圧Ｖｐ［ｉ−１］」とは、停止直前の分極電圧Ｖｐ、すなわち、時刻ｔ１における分極電圧Ｖｐ［ｔ１］になる。したがって、式１に従えば、時刻ｔ２における分極電圧Ｖｐ［ｔ２］は、Ｖｐ［ｔ２］＝Ｖｐ［ｔ１］＋Ｖｕｄとなる。

一方、実際には、停止期間中（時刻ｔ１から時刻ｔ２の間）に、分極電圧Ｖｐ［ｔ１］のうち分極解消量Ｄは、解消されている。したがって、時刻ｔ２における分極電圧Ｖｐ［ｔ２］は、本来、Ｖｐ［ｔ２］＝Ｖｐ［ｔ１］＋Ｖｕｄ−Ｄとなる。

つまり、式１に基づいて分極電圧Ｖｐを算出する場合、停止期間中の分極電圧Ｖｐの経時変化（分極解消量Ｄ）が反映されないため、算出される分極電圧Ｖｐの絶対値が、分極解消量Ｄの分だけ、過大になる。そして、分極電圧Ｖｐの絶対値が過大であると、その分、開放電圧Ｖｏ、ひいては、ＳＯＣの推測精度が低下する。

そこで、分極電圧補正部４８は、バッテリ１２の起動直後は、分極解消量Ｄを推測し、当該分極解消量Ｄで、分極電圧算出部４６で算出された分極電圧Ｖｐを補正している。具体的には、分極電圧補正部４８は、バッテリ１２が停止状態から起動状態に切り替わると、最大解消量Ｄｍａｘと、解消速度係数βと、を特定する。最大解消量Ｄｍａｘは、解消され得る分極電圧Ｖｐの最大値である。この最大解消量Ｄｍａｘは、停止直前における電池電流Ｉｂが大きいほど、また、停止期間中における電池温度が低いほど、大きくなる。ただし、停止期間中における電池温度は、得られないため、本開示では、起動直後の電池温度Ｔｂと起動直前の電池温度Ｔｂとの平均温度Ｔｂ＿ａｖｅを停止期間中における電池温度とみなしている。最大解消量マップ６０には、この電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂに対する最大解消量Ｄｍａｘが記録されている。分極電圧補正部４８は、最大解消量マップ６０に平均温度Ｔｂ＿ａｖｅ、および、停止直前の電池電流Ｉｂを照らし合わせて、最大解消量Ｄｍａｘを特定する。

また、解消速度係数βは、最大解消量Ｄｍａｘのうち、実際に解消された解消量の比率を示す係数であり、０以上１以下の値をとる。この解消速度係数βは、停止期間の継続時間ｔｄが長いほど、また、停止期間中の電池温度が低いほど大きくなる。なお、本開示では、停止直前および起動直後の電池温度Ｔｂの平均温度Ｔｂ＿ａｖｅを停止期間中における電池温度とみなしている。解消速度係数マップ５８には、停止継続時間ｔｄおよび電池温度Ｔｂに対する解消速度係数βが記録されている。分極電圧補正部４８は、解消速度係数マップ５８に平均温度Ｔｂ＿ａｖｅ、および、停止継続時間ｔｄを照らし合わせて、解消速度係数βを特定する。そして、分極電圧補正部４８は、特定された最大解消量Ｄｍａｘと解消速度係数βとの乗算値を、分極解消量Ｄとして算出する（Ｄ＝β×Ｄｍａｘ）。そして、分極電圧算出部４６で算出された分極電圧Ｖｐから、得られた分極解消量Ｄを減算した値を、補正後の分極電圧Ｖｐとして出力する（Ｖｐ＝Ｖｐ−Ｄ）。

次に、このバッテリシステム１０におけるＳＯＣの推測処理の流れについて図５、図６を参照して説明する。図５は、ＳＯＣの推測処理の流れを、図６は、分極電圧Ｖｐの補正処理の流れを示すフローチャートである。

バッテリ１２の起動期間中、制御部３２は、図５に示す処理を、所定のサンプリング周期で繰り返す。一方、バッテリ１２の停止期間中、図５の処理や、各種センサ２８，３０，３１による検出処理は、停止され、タイマ３８による停止継続時間ｔｄの計測のみが行われる。

ＳＯＣの推測処理では、まず、ドロップ電圧Ｖｒが推測される（Ｓ１０，Ｓ１２）。具体的には、制御部３２は、温度センサ２８で検出された電池温度Ｔｂを、記憶部３６に記憶された内部抵抗マップ５２に照らし合わせて、バッテリ１２の内部抵抗値Ｒを特定する（Ｓ１０）。続いて、制御部３２は、特定された内部抵抗値Ｒに、電流センサ３０で検出された電池電流Ｉｂを乗算して、ドロップ電圧Ｖｒ＝Ｒ×Ｉｂを算出する（Ｓ１２）。

ドロップ電圧Ｖｒが推測できれば、続いて、制御部３２は、分極電圧Ｖｐを推測する（Ｓ１４〜Ｓ１８）。具体的には、制御部３２は、温度センサ２８で検出された電池温度Ｔｂおよび電流センサ３０で検出された電池電流Ｉｂを、記憶部３６に記憶された更新値マップ５６に照らし合わせて、更新値Ｖｕｄを特定する（Ｓ１４）。続いて、制御部３２は、電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂを重み係数マップ５４に照らし合わせて、重み係数αを特定する（Ｓ１６）。更新値Ｖｕｄおよび重み係数αが特定できれば、制御部３２は、式１に従い、１サンプリング前の分極電圧Ｖｐ［ｉ−１］と更新値Ｖｕｄを重み加算する（Ｓ１８）。

分極電圧Ｖｐが算出できれば、続いて、制御部３２は、現在が、起動直後か否かを確認する（Ｓ２０）。起動直後でない場合、制御部３２は、ステップＳ２４に進み、電圧センサ３１で検出された電池電圧Ｖｂ、推測されたドロップ電圧Ｖｒ、および、推測された分極電圧Ｖｐを加算して、開放電圧Ｖｏ＝Ｖｂ＋Ｖｒ＋Ｖｐを算出する。その後、制御部３２は、算出された開放電圧Ｖｏを、記憶部３６に記憶されたＯＣＶ−ＳＯＣマップに照らし合わせて、バッテリ１２のＳＯＣを特定する（Ｓ２６）。バッテリ１２のＳＯＣが特定できれば、ステップＳ１０に戻り、再度、同様の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２０において、起動直後と判定された場合（ステップＳ２０でＹｅｓ）、制御部３２は、分極電圧Ｖｐの補正処理（Ｓ２２）を実行する。具体的には、図６に示すように、まず、制御部３２は、起動直後の電池温度Ｔｂ（すなわち現在の電池温度Ｔｂ［ｉ］）と、停止直前の電池温度Ｔｂ（すなわち、１サンプリング前の電池温度Ｔｂ［ｉ−１］）と、の平均値を平均温度Ｔｂ＿ａｖｅとして算出する（Ｓ３０）。続いて、制御部３２は、算出された平均温度Ｔｂ＿ａｖｅおよび現在の電池温度Ｔｂを、最大解消量マップ６０に照らし合わせて、分極電圧の最大解消量Ｄｍａｘを特定する（Ｓ３２）。次に、制御部３２は、平均温度Ｔｂ＿ａｖｅおよびタイマ３８で計測された停止継続時間ｔｄを、解消速度係数マップ５８に照らし合わせて、解消速度係数βを特定する（Ｓ３４）。

最大解消量Ｄｍａｘおよび解消速度係数βが特定できれば、制御部３２は、両者を乗算し、分極解消量Ｄ＝β×Ｄｍａｘを算出する（Ｓ３６）。そして、算出された分極解消量Ｄを、ステップ１８で算出された分極電圧Ｖｐから減算した値を、新たな分極電圧Ｖｐ＝Ｖｐ−Ｄとして出力する（Ｓ３８）。その後は、図５のフローに戻り、開放電圧Ｖｏの算出（Ｓ２４）、ＳＯＣの特定（Ｓ２６）を行う。

以上の説明から明らかな通り、本開示のバッテリシステム１０では、起動直後には、停止期間中の分極電圧の解消量Ｄを算出し、算出された分極解消量Ｄで、分極電圧Ｖｐを補正している。その結果、停止期間中の分極電圧の経時変化を反映した分極電圧Ｖｐが得られ、開放電圧ＶｏひいてはＳＯＣの推定精度が向上する。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、起動直後に、停止直前および起動直後の電池温度と、起動直後の電池電流Ｉｂと、停止継続時間ｔｄと、に基づいて、停止期間中の分極解消量Ｄを算出し、算出された分極解消量Ｄで、分極電圧Ｖｐを補正するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、分極解消量Ｄを、平均温度Ｔｂ＿ａｖｅと、停止直前の電池電流Ｉｂと、停止継続時間ｔｄを変数とする関数Ｄ（Ｔｂ，Ｉｂ，ｔｄ）として記憶しておき、この関数Ｄ（Ｔｂ，Ｉｂ，ｔｄ）に基づいて、分極解消量Ｄを算出してもよい。

また、上記説明では、式１に従って分極電圧Ｖｐを算出しているが、分極電圧Ｖｐは、過去の分極電圧Ｖｐと、現在の電池温度Ｔｂおよび電池電流Ｉｂと、に基づいて算出するのであれば、他の方法で算出されてもよい。例えば、分極電圧Ｖｐは、式１に替えて、次の式２に従って算出されてもよい。なお、式２においてＶｐ［ｔ０］は、時刻ｔ＝ｔ０の分極電圧、τは、電池温度Ｔｂにより変化する時定数、ｆ｛Ｉｂ［ｔ］｝は予め求められた分極電圧の電流依存性、Ｉｂ［ｔ］は、時刻ｔにおける電池電流である。
Ｖｐ［ｔ０］＝（１／τ）∫ｆ｛Ｉｂ［ｔ］｝ｅｘｐ｛（ｔ−ｔ０）／τ｝ｄｔ 式２

１０ バッテリシステム、１２ バッテリ、１４ 単電池、１８ ステップ、２２ 充電リレー、２４ 充電器、２６ インレット、２８ 温度センサ、３０ 電流センサ、３１ 電圧センサ、３２ 制御部、３４ ＣＰＵ、３６ 記憶部、３８ タイマ、４０ ＳＯＣ推測部、４２ ＯＣＶ推測部、４４ ドロップ電圧推測部、４６ 分極電圧算出部、４８ 分極電圧補正部、５０ ＯＣＶ−ＳＯＣマップ、５２ 内部抵抗マップ、５４ 重み係数マップ、５６ 更新値マップ、５８ 解消速度係数マップ、６０ 最大解消量マップ、１００ 回転電機、１０２ インバータ。

Claims (1)

1. 車両に搭載され、充放電が可能な起動状態および充放電が不可となる停止状態で切り替え可能なバッテリと、
   前記バッテリの充放電電流を電池電流として検出する電流検出部と、
   前記バッテリの温度を電池温度として検出する温度検出部と、
   前記バッテリが停止してから、再び、起動するまでの時間である停止継続時間を計測する時間計測部と、
   前記バッテリの検出電圧値に含まれる、分極現象に起因する電圧変化分である分極電圧を算出する分極電圧算出部であって、現在の電池温度および電池電流と、過去に算出された分極電圧と、に基づいて現在の分極電圧を算出する分極電圧算出部と、
   前記バッテリの起動直後に前記分極電圧算出部で算出された分極電圧を補正する分極電圧補正部と、
   を備え、
   前記分極電圧補正部は、前記バッテリの停止直前の電池電流と、前記バッテリの停止直前および起動直後の電池温度と、前記停止継続時間と、に基づいて、前記バッテリの停止期間中に解消された分極電圧を分極解消量として算出し、算出された前記分極解消量で前記分極電圧算出部で算出された分極電圧を補正する、
   ことを特徴とするバッテリシステム。
   

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