JP2018128383A - 電池状態推定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インピーダンスを用いて電池の充電量を正確に推定する。【解決手段】電池状態推定装置（１００）は、電池（１０）の複素インピーダンスを取得する取得手段（１１０）と、複素インピーダンスに関する所定の特徴量の変化量の割合を算出する算出手段（１２０）と、電池に流れる電流の積算値である積算電流値に対する、所定の特徴量の変化量の割合に基づいて、電池の充電量を推定する推定手段（１４０）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載される電池の状態を推定する電池状態推定装置の技術分野に関する。
この種の装置として、電池のインピーダンスを解析することで、電池の充電量や劣化状態等を推定するものが知られている。例えば特許文献１では、周波数の異なる２つ以上の複素インピーダンスを結んだ直線の傾き角度から、電池の充電量を検出するという技術が提案されている。
また、電池のインピーダンスを算出する方法として、例えば特許文献２では、入力した矩形波信号に対する応答信号をフーリエ変換し、算出された周波数特性に基づいて電気化学セルのインピーダンス特性を算出するという技術が開示されている。
国際公開２０１３／１１４６６９号 特開２０１４−１２６５３２号公報
電池のインピーダンスは、電池の劣化状態に応じて変動する。このため、電池が初期品である場合と、電池品が劣化品（例えば、長期間の使用によって充電量が減少したもの）である場合とでは、電池のインピーダンスの傾きが互いに同じ値であっても、電池の充電量（例えば、ＳＯＣ：State Of Charge）には違いが生ずる。
この場合、電池のインピーダンスの傾きから、正確に電池の充電量を推定するためには、電池の劣化状態（例えば、ＳＯＨ：State Of Health）も推定しておくことが要求される。具体的には、電池の劣化状態に応じて、インピーダンスの傾きと充電量との関係を更新することが求められる。この結果、電池の充電量を推定する処理が、高度複雑化してしまうという技術的問題点が生ずる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池の劣化状態によらずに、電池のインピーダンスから電池の充電量を正確に推定することが可能な電池状態推定装置を提供することを課題とする。
＜１＞
本発明の電池状態推定装置は、電池の複素インピーダンスを取得する取得手段と、前記複素インピーダンスから所定の特徴量の変化量の割合を算出する算出手段と、前記電池に流れる電流の積算値である積算電流値に対する、前記所定の特徴量の変化量の割合に基づいて、前記電池の充電量を推定する推定手段とを備える。
本発明の電池状態推定装置によれば、電池の積算電流値に対する所定の特徴量の変化量の割合に基づいて、電池の充電量（例えば、ＳＯＣ）が推定される。所定の特徴量は、電池の複素インピーダンスから算出可能なパラメータである。
本願発明者の研究するところによれば、電池の積算電流値に対する所定の特徴量の変化量の割合と、電池の充電量との関係は、電池の劣化状態によらず概ね一定であることが判明している。よって、電池の積算電流値に対する所定の特徴量の変化量の割合を利用すれば、電池の劣化状態によらずに充電量を正確に推定できる。
＜２＞
本発明の電池状態推定装置の一態様では、前記算出手段は、前記複素インピーダンスの実数成分を前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出する。
この態様によれば、電池の積算電流値に対する複素インピーダンスの実数成分の変化の割合に基づいて、電池の充電量を正確に推定できる。
＜３＞
本発明の電池状態推定装置の他の態様では、前記算出手段は、前記複素インピーダンスの虚数成分を前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出する。
この態様によれば、電池の積算電流値に対する複素インピーダンスの虚数成分の変化の割合に基づいて、電池の充電量を正確に推定できる。
＜４＞
本発明の電池状態推定装置の他の態様では、前記算出手段は、前記複素インピーダンスの絶対値を前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出する。
この態様によれば、電池の積算電流値に対する複素インピーダンスの絶対値の変化の割合に基づいて、電池の充電量を正確に推定できる。
＜５＞
本発明の電池状態推定装置の他の態様では、前記算出手段は、前記複素インピーダンスの実数成分及び虚数成分を軸とする複素平面上の原点と、前記複素インピーダンスの第１所定周波数における値とを互いに結んだ直線の傾きを前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出する。
この態様によれば、電池の積算電流値に対する複素平面上の原点と複素インピーダンスの第１所定周波数における値とを結ぶ直線（或いは、近似直線）の傾きの変化の割合に基づいて、電池の充電量を正確に推定できる。
＜６＞
本発明の電池状態推定装置の他の態様では、前記取得手段は、相異なる複数の温度で電池の複素インピーダンスを取得し、前記算出手段は、前記複素インピーダンスの実数成分及び虚数成分を軸とする複素平面上で、前記取得された複数の前記複素インピーダンスの第２所定周波数における値を互いに結んだ直線の傾きを前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出する。
この態様によれば、複素インピーダンスが相異なる複数の温度で複数回取得され、複数の複素インピーダンスの第２所定周波数における値を互いに結んだ直線（或いは近似直線）の傾きが所定の特徴量として算出される。
本願発明者の研究するところによれば、複素インピーダンスは本来温度依存性を有するものであるが、上述したようにして算出された所定の特徴量は、温度依存性を有しないことが判明している。このため本態様では、電池の劣化状態による影響だけでなく、複素インピーダンスの温度依存性による影響を排除して、より正確な電池の充電量を推定できる。
＜７＞
上述した複数の前記複素インピーダンスの第２所定周波数における値を互いに結んだ直線の傾きを、所定の特徴量として算出する態様では、前記取得された複数の前記複素インピーダンスの第３所定周波数における値を互いに結んだ直線と、前記実数成分の軸との交点を基準点として決定する決定手段と、前記算出手段で算出された前記所定の特徴量を、前記基準点と前記複素インピーダンスの前記第２所定周波数における値とを結んだ直線の傾きに補正する補正手段とを更に備えてもよい。
この場合、複素インピーダンスの第２所定周波数における値を互いに結んだ直線（或いは近似直線）と実数成分の軸との交点が基準点として決定され、基準点を通る直線（或いは近似直線）に基づいて、所定の特徴量が補正される。具体的には、基準点と複素インピーダンスの第２所定周波数における値とを結んだ直線（或いは近似直線）の傾きが補正後の所定の特徴量とされる。
本願発明者の研究するところによれば、このように所定の特徴量を補正することで、複素インピーダンスが有する温度依存性による影響を、より効果的に排除することが可能であることが判明している。よって、補正後の所定の特徴量を利用すれば、より正確な電池の充電量を推定できる。
＜８＞
上述した所定の特徴量を補正する態様では、前記決定手段は、前記第３所定周波数を変化させて前記交点を複数算出し、算出された複数の前記交点の分布が収束する収束値に対応する点を前記基準点として決定してもよい。
この場合、第３所定周波数を変化させることにより、複素インピーダンスの第２所定周波数における値を互いに結んだ直線と実数成分の軸との交点が複数算出される。そして、複数の交点が収束する収束値に対応する点が基準点として決定される。なお「交点の分布が収束する」とは、複数の交点が、特定の周波数範囲において実数軸上の１つの点に近付く若しくは集まる、又は実数軸上の極めて狭い範囲内に位置することを意味する。例えば、このように収束する複数の交点の位置を平均した値が、基準点として決定されてもよい。
上述したように複数の交点の分布が収束する収束値を基準点とすれば、例えば複素インピーダンス取得時のノイズ等の影響を排除することができ、所定の特徴量をより適切な値へと補正することが可能である。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
第１実施形態に係る電池状態推定装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る電池状態推定装置の動作の流れを示すフローチャートである。 複素平面上の原点と、複素インピーダンスの第１所定周波数の値とを結ぶ直線の傾きを示すグラフである。 複素インピーダンスの実数成分とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 複素インピーダンスの虚数成分とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 複素インピーダンスの絶対値とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 原点傾きとバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 複素インピーダンスの実数成分の変化量割合とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 複素インピーダンスの虚数成分の変化量割合とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 複素インピーダンスの絶対値の変化量割合とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 原点傾きの変化量割合とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 第２実施形態に係る電池状態推定装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る電池状態推定装置の動作の流れを示すフローチャートである。 複数温度でのバッテリ初期品の複素インピーダンスの一例を示すグラフである。 複数温度でのバッテリ劣化品の複素インピーダンスの一例を示すグラフである。 第３実施形態に係る所定の特徴量とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 第３実施形態に係る所定の特徴量の変化量割合とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。 所定の特徴量を示す直線とＸ軸との交点を示すグラフである。 所定の特徴量を示す直線とＸ軸との交点の分布が、特定の周波数帯で収束することを示すグラフである。 補正前の所定の特徴量の周波数特性を示すボード線図である。 補正後の所定の特徴量の周波数特性を示すボード線図である。 補正前及び補正後の所定の特徴量の周波数特性をＳＯＣ別に示すボード線図である。
図面を参照しながら、本発明の電池状態推定装置の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る電池状態推定装置１００について説明する。以下では、電池状態推定装置１００が、車両のバッテリに係る電池状態を推定する装置として構成されている場合を例に挙げて説明する。
（１）装置構成
まず、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００は、車両のバッテリ１０に電気的に接続された電子ユニットであり、バッテリ１０の電池状態であるＳＯＣを推定する装置として構成されている。なお、バッテリ１０は、「電池」の一具体例であり、例えばリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池として構成されている。
電池状態推定装置１００は、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、インピーダンス取得部１１０、特徴量算出部１２０、割合算出部１３０、電池状態推定部１４０を備えて構成されている。
インピーダンス取得部１１０は、「取得手段」の一具体例であり、バッテリ１０の複素インピーダンスを取得可能に構成されている。インピーダンス取得部１１０は、例えばバッテリ１０に対して周波数を変化させながら交流電圧を印加することで、複素インピーダンスを取得する。なお、複素インピーダンスの取得方法には既存の技術を適宜採用できるため、ここでの詳細な説明は省略する。インピーダンス取得部１１０で取得されたバッテリ１０の複素インピーダンスは、特徴量算出部１２０に出力される構成となっている。
特徴量算出部１２０は、「算出手段」の一具体例であり、バッテリ１０の複素インピーダンスから所定の特徴量を算出可能に構成されている。特徴量算出部１２０で算出された所定の特徴量は、割合算出部１３０に出力される構成となっている。
割合算出部１３０は、バッテリ１０の積算電流値に対する、所定の特徴量の変化量の割合（以下、適宜「変化量割合」と称する）を算出可能に構成されている。割合算出部１３０で算出された変化量割合は、電池状態推定部１４０に出力される構成となっている。
電池状態推定部１４０は、「推定手段」の一具体例であり、割合算出部１３０で算出された変化量割合から、ＳＯＣを推定可能に構成されている。なお、電池状態推定部１４０は、ＳＯＣの具体的な数値を推定するものであってもよいし、ＳＯＣが所定の基準（例えば、満充電に近い状態）に達しているか否かを判定するようなものであってもよい。また、推定されるＳＯＣは、１００％を超える過充電状態を示すものであってもよいし、０％を下回る過放電状態を示すものであってもよい。電池状態推定部１４０は、推定したバッテリ１０のＳＯＣに関する情報を出力可能に構成されている。
（２）動作説明
次に、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００の動作について、図２を参照して簡単に説明する。図２は、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００の動作の流れを示すフローチャートである。
図２に示すように、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００の動作時には、まずインピーダンス取得部１１０が、バッテリ１０の複素インピーダンスを取得する（ステップＳ１０１）。なお、複素インピーダンスは、相異なる複数のタイミング（即ち、バッテリ１０の積算電流値が異なる複数のタイミング）で取得される。
複素インピーダンスが取得されると、特徴量算出部１２０は、取得された複素インピーダンスから、所定の特徴量を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、所定の特徴量は、複素インピーダンスの実数成分、虚数成分、絶対値、又は原点と複素インピーダンスの第１所定周波数の値とを結んだ直線（近似直線でもよい）の傾きとして算出される。
ここで、原点と複素インピーダンスの第１所定周波数の値とを結んだ直線の傾き（以下、適宜「原点傾き」と称する）について、図３を参照して説明する。図３は、複素平面上の原点と、複素インピーダンスの第１所定周波数の値とを結ぶ直線の傾きを示すグラフである。
図３に示すように、原点傾きは、複素インピーダンスを複素平面上にプロットした場合に、原点（即ち、実数成分及び虚数成分のいずれもゼロとなる点）と、複素インピーダンスの第１所定周波数の値を結んだ直線（即ち、図中の破線で示された直線）との傾きとして算出される。
第１所定周波数は、原点傾きを算出するために予め設定される値であり、複素インピーダンスを取得するためにバッテリ１０に印加される交流電圧の周波数の範囲内から適宜選択される。
図２に戻り、所定の特徴量が算出されると、割合算出部１３０は、バッテリ１０の積算電流値に対する、所定の特徴量の変化量の割合を算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、変化量割合は、バッテリ１０の積算電流値が所定値増えた場合に、所定の特徴量がどれだけ変化したかを示す値として算出される。
変化量割合が算出されると、電池状態推定部１４０は、変化量割合に応じたＳＯＣを算出する（ステップＳ１０４）。電池状態推定部１４０は、例えば変化量割合と、ＳＯＣとの関係を示すマップ等を予め記憶しており、それを読み出してＳＯＣを算出する。
最後に、電池状態推定部１４０は、算出したＳＯＣに関する情報を外部に出力する（ステップＳ１０５）。出力されたＳＯＣの値は、例えば車両の搭乗者が視認可能なディスプレイに表示されたり、車両の走行制御に利用されたりする。
なお、バッテリ１０のＳＯＣを推定する一連の処理は以上で終了となるが、例えば所定期間経過後に、再びステップＳ１０１から処理が開始されてもよい。
（３）ＳＯＣと所定の特徴量との関係
次に、バッテリ１０のＳＯＣと、所定の特徴量との関係について、図４から図１１を参照して詳細に説明する。図４から図７は夫々、複素インピーダンスの実数成分、虚数成分、絶対値、及び原点傾きの各々と、バッテリのＳＯＣとの関係を示すグラフである。図８から図１１は夫々、複素インピーダンスの実数成分、虚数成分、絶対値、及び原点傾きの各々の変化量割合と、バッテリのＳＯＣとの関係を示すグラフである。
図４から図７に示すように、所定の特徴量である複素インピーダンスの実数成分、虚数成分、絶対値、及び原点傾きと、バッテリ１０のＳＯＣとの関係は、バッテリ１０が初期品（即ち、ほとんど劣化していないもの）であるのか、それとも劣化品（即ち、長期使用等によって劣化してしまったもの）であるのかによって大きく異なるものとなる。このため、バッテリの劣化状態（例えば、ＳＯＨ）が判明していなければ、所定の特徴量からバッテリ１０のＳＯＣを推定することは難しい。
一方、図８から図１１に示すように、所定の特徴量である複素インピーダンスの実数成分、虚数成分、絶対値、及び原点傾きの各々の変化量割合と、バッテリ１０のＳＯＣとの関係については、バッテリ１０が初期品であっても劣化品であっても、それほど大きな差はない。このため、所定の特徴量の変化量割合を利用すれば、バッテリ１０の劣化状態によらず、ＳＯＣを推定することができる。
特に、図で示されているような、バッテリ１０のＳＯＣが１００％に近い範囲（例えば、８５％〜１００％の範囲）では、所定の特徴量の変化量割合が、バッテリ１０のＳＯＣに対して大きく変動する。よって、このような範囲においては、所定の特徴量の変化量割合から、極めて正確にバッテリ１０のＳＯＣを推定することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る電池状態推定装置１００によれば、バッテリ１０の複素インピーダンスを利用して、バッテリ１０のＳＯＣを劣化状態によらずに正確に推定することができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００について説明する。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて、一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については概ね同様である。このため、以下では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
（１）装置構成
まず、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００の構成について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００の構成を示すブロック図である。なお、図１２では、図１で示した構成要素と同様のものに同一の参照符号を付している。
図１２に示すように、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００は、第１実施形態に係る電池状態推定装置１００（図１参照）の構成要素に加えて、満充電判定部１５０と、充電制御部１６０とを備えて構成されている。また第２実施形態に係るバッテリ１０は、図示せぬ充電手段による充電制御によって充電を行うことが可能に構成されている。充電手段の一例としては、例えば回生機能を有したモータジェネレータ等が挙げられる。
満充電判定部１５０は、電池状態推定部１４０で推定されたバッテリ１０のＳＯＣに関する情報から、バッテリ１０が満充電状態であるか否かを判定可能に構成されている。なお、ここでの「満充電」とは、バッテリ１０のＳＯＣが１００％である状態だけでなく、１００％に極めて近い値や、バッテリ１０にそれ以上の充電を行うべきでないと判断できるような状態を含む。具体的には、満充電判定部１５０は、バッテリ１０のＳＯＣが、バッテリ１０の劣化を抑制するために設けられた上限値に達している状態を「満充電」と判定してもよい。満充電判定部１５０の判定結果は、充電制御部１６０に出力される構成となっている。
充電制御部１６０は、充電手段によるバッテリ１０の充電を制御可能に構成されている。また、本実施形態に係る充電制御部１６０は特に、満充電判定部１５０の判定結果次第で、バッテリ１０の充電を停止することが可能に構成されている。
（２）動作説明
次に、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００の動作について、図１３を参照して説明する。図１３は、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００の動作の流れを示すフローチャートである。なお、図１３では、図２で示した処理と同様のものに同一の参照符号を付している。また、以下の処理は、バッテリ１０への充電が実行されている状態で開始されるものとする。
図１３に示すように、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００の動作時には、まずインピーダンス取得部１１０が、バッテリ１０の複素インピーダンスを取得し（ステップＳ１０１）、特徴量算出部１２０が、取得された複素インピーダンスから所定の特徴量を算出する（ステップＳ１０２）。そして、割合算出部１３０が、変化量割合を算出し（ステップＳ１０３）、変化量割合に基づいて現在のバッテリ１０のＳＯＣを推定する（ステップＳ１０４）。即ち、ここまでは、第１実施形態と同様の処理が実行される。
第２実施形態では特に、電池状態推定部１４０によってバッテリ１０のＳＯＣが推定されると、満充電判定部１５０が、バッテリ１０が満充電であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。なお、バッテリ１０が満充電に近づくと、図８から図１１に示したように、所定の特徴量の変化量割合は、比較的大きく変動し始める。よって、電池状態推定部１４０は、変化量割合の変動が所定の閾値を超えるような状況を、バッテリ１０が満充電であると判定してもよい。この場合、電池状態推定部１４０によるＳＯＣの推定（即ち、ＳＯＣの具体的な値を推定する処理）は省略されてもよい。
バッテリ１０が満充電であると判定されると（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、充電制御部１６０は、バッテリ１０の充電制御を停止する（ステップＳ２０２）。一方、バッテリ１０が満充電でないと判定されると（ステップＳ２０１：ＮＯ）、充電制御部１８０は、バッテリ１０の充電制御を停止しない（即ち、バッテリ１０の充電制御は続行される）。
以上説明したように、第２実施形態に係る電池状態推定装置２００によれば、所定の特徴量を用いて推定されたバッテリ１０のＳＯＣを用いて、バッテリ１０の過充電を好適に抑制することができる。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る電池状態推定装置について説明する。なお、第３実施形態は、上述した第１及び第２実施形態と比べて、一部の動作が異なるのみであり、その他の部分については概ね同様である。このため、以下では、すでに説明した第１及び第２実施形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
（１）所定の特徴量算出
第３実施形態に係る電池状態推定装置における複素インピーダンスの取得及び所定の特徴量の算出方法について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、複数温度でのバッテリ初期品の複素インピーダンスの一例を示すグラフである。図１５は、複数温度でのバッテリ劣化品の複素インピーダンスの一例を示すグラフである。なお、図１４及び図１５の各々は、バッテリ１０のＳＯＣがほぼ同じ状態で取得された複素インピーダンスを示している。
図１４及び図１５に示すように、第３実施形態に係る電池状態推定装置１００の動作時には、インピーダンス取得部１１０が、バッテリ１０の複素インピーダンスを、バッテリ１０の内部温度が相異なる複数の温度条件下で取得する。即ち、インピーダンス取得部１１０は、相異なる温度に対応する複数の複素インピーダンスを取得する。なお、３図１４及び図１５では、説明の便宜上、バッテリ１０の温度が、３０℃、２５℃、２０℃と正確に分かっている状態であるが、必ずしもバッテリ１０の正確な温度が判明していることは要求されない（即ち、相異なる温度で取得されたものであれば、具体的な温度の値は不明であってもよい）。
相異なる複数の温度で複素インピーダンスが取得されると、特徴量算出部１２０は、取得された複数の複素インピーダンスから、複素インピーダンスの傾きを算出する。バッテリ１０の温度が３０℃、２５℃、２０℃の状態で取得された複素インピーダンスを複素平面上に夫々プロットすると、温度が低くなる毎に右側にスライドするような別曲線として描かれる。特徴量算出部１２０は、これらの複素インピーダンスの第２所定周波数に対応する値を結ぶ直線（具体的には、当該値から導出される近似直線）の傾きを、複素インピーダンスの傾きとして算出する。なお、「第２所定周波数」は、複素インピーダンスの傾きを算出するために予め設定される値であり、複素インピーダンスを取得するためにバッテリ１０に印加される交流電圧の周波数の範囲内から適宜選択される。
図１４（即ち、バッテリ初期品に関するデータ）と、図１５（即ち、バッテリ劣化品に関するデータ）とを比べても分かるように、上述したように算出される所定の特徴量（即ち、図中の直線の傾き）も、バッテリ１０の劣化状態によって大きく異なるものとなる。具体的には、バッテリのＳＯＣがほぼ同じ状態であっても、所定の特徴量である直線の傾きは、バッテリ１０の劣化状態によって大きく変化している。しかしながら、本願発明者の研究するところによれば、このような所定の特徴量についても、すでに説明した第１実施形態に係る所定の特徴量と同様の傾向を示すことが判明している。
（２）ＳＯＣと所定の特徴量との関係
以下では、図１６及び図１７を参照して、バッテリ１０のＳＯＣと所定の特徴量との関係について説明する。図１６は、第３実施形態に係る所定の特徴量とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。図１７は、第３実施形態に係る所定の特徴量の変化量割合とバッテリＳＯＣとの関係を示すマップである。
図１６に示すように、所定の特徴量である直線の傾きと、バッテリ１０のＳＯＣとの関係は、バッテリ１０が初期品（即ち、ほとんど劣化していないもの）であるのか、それとも劣化品（即ち、長期使用等によって劣化してしまったもの）であるのかによって大きく異なるものとなる。このため、バッテリの劣化状態（例えば、ＳＯＨ）が判明していなければ、所定の特徴量からバッテリ１０のＳＯＣを推定することは難しい。
一方、図１７に示すように、所定の特徴量である直線の傾きの変化量割合と、バッテリ１０のＳＯＣとの関係については、バッテリ１０が初期品であっても劣化品であっても、それほど大きな差はない。このため、所定の特徴量の変化量割合を利用すれば、バッテリ１０の劣化状態によらず、ＳＯＣを推定することができる。
また、バッテリ１０の複素インピーダンスの値は、基本的に温度依存性を有する値であるが、第３実施形態では、図１４及び図１５で説明したように、相異なる温度で取得された複数の複素インピーダンスを用いて所定の特徴量が算出されているため、所定の特徴量とＳＯＣとの関係が、ほとんど温度依存性を有しないものとなっている。即ち、バッテリ１０の温度が変化したとしても、図１６及び図１７に示す関係に変化はほとんど生じない。よって、例えば液系電池であるバッテリ１０の内部温度に部位毎のばらつきが生じており、適切な温度の検出が困難な状況であっても、バッテリ１０のＳＯＣを正確に推定することができる。
以上説明したように、第３実施形態に係る電池状態推定装置によれば、複数の複素インピーダンスから算出される所定の特徴量を利用することで、温度依存性の影響をより確実に排除し、バッテリ１０のＳＯＣを正確に推定することが可能である。
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る電池状態推定装置について説明する。なお、第４実施形態は、上述した第３実施形態と比べて、一部の動作が異なるのみであり、その他の部分については概ね同様である。このため、以下では、すでに説明した第３実施形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
（１）所定の特徴量の補正
第４実施形態に係る電池状態推定装置で行われる所定の特徴量の補正について、図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は、所定の特徴量を示す直線とＸ軸との交点を示すグラフである。図１９は、所定の特徴量を示す直線とＸ軸との交点の分布が、特定の周波数帯で収束することを示すグラフである。
図１８に示すように、第４実施形態に係る所定の特徴量を算出する際には、相異なる温度で取得された複数の複素インピーダンスについて、第３所定周波数に対応する値を互いに結ぶ直線（具体的には、近似直線）が算出され、その直線と複素平面のＸ軸との交点が算出される。なお、「第３所定周波数」は、補正基準点を決定するために予め設定される値であり、複素インピーダンスを取得するためにバッテリ１０に印加される交流電圧の周波数の範囲内から適宜選択される。第３所定周波数は複数の直線を算出するために複数設定される。第３所定周波数は、第２所定周波数を含んでいてもよい。
図１８に示す例では、第３所定周波数が、０．０１Ｈｚ、０．１Ｈｚ、１Ｈｚの３つに設定され、３本の直線及びそれらの直線とＸ軸との交点である３つの交点が算出されている。ここで、本願発明者の研究するところによれば、これら複数の直線とＸ軸との交点は、特定の周波数範囲において１つの点に収束することが判明している。
図１９に示すように、第３所定周波数が０．０１Ｈｚから０．１Ｈｚの範囲内では、複数の交点が極めて狭い範囲に収束している。このように複数の交点が収束する収束値に対応する点が、補正基準点として決定される。例えば、収束する複数の交点（即ち、図中の破線で囲んだ交点）の位置を平均した値を、補正基準点の位置として決定することができる。補正基準点は、「基準点」の一具体例である。
補正基準点が決定されると、補正基準点に基づいて特徴量算出部１２０で算出された所定の特徴量が補正される。より具体的には、補正基準点と、複数の複素インピーダンスのうちいずれかの第２所定周波数に対応する値とを結ぶ直線（具体的には、近似直線）の傾きが、所定の特徴量とされる。つまり、所定の特徴量は、補正基準点を通る直線の傾きとして補正される。
なお、上述した例では、第３所定周波数を複数設定して、複数の交点が収束する点を補正基準点として決定したが、第３所定周波数を１つだけ設定して、算出された１つの交点を補正基準として決定するようにしてもよい。
（２）補正の技術的効果
次に、補正基準点を用いた補正によって得られる技術的効果について、図２０から図２２を参照して詳細に説明する。図２０は、補正前の所定の特徴量の周波数特性を示すボード線図である。図２１は、補正後の所定の特徴量の周波数特性を示すボード線図である。図２２は、補正前及び補正後の所定の特徴量の周波数特性をＳＯＣ別に示すボード線図である。
図２０に示すように、補正前の所定の特徴量の周波数特性は、０℃の場合を基準とすると、５℃の場合、及び−５℃の場合いずれにおいても、ある程度の角度差（傾きの差）が生じたものとなる。これは、第２所定周波数の値を結ぶ直線から複素インピーダンスの傾きを算出しただけでは、温度依存性の影響が完全に排除できていないことを示している。
一方、図２１に示すように、補正後の所定の特徴量の周波数特性は、０．０１Ｈｚから０．１Ｈｚの範囲（図中の破線で囲んだ範囲）で、０℃を基準とした場合の角度差が消失している。これは、補正基準点を通る直線で所定の特徴量を補正したことで、０．０１Ｈｚから０．１Ｈｚの範囲における温度依存性の影響をほぼ完全に排除できたことを示している。
図２２に示すように、ＳＯＣを１００％、９５％、９０％で変化させた場合にも、補正前に所定の特徴量（直線の角度θ）に生じていた温度の違いによるばらつきが、補正後には消失していることが分かる。このように、補正基準点を利用して所定の特徴量を補正すれば、温度依存性の影響をより好適に排除することが可能である。
以上説明したように、第４実施形態に係る電池状態推定装置によれば、補正基準点を用いて所定の特徴量を補正することで、温度依存性の影響をより確実に排除することができる。従って、バッテリ１０の温度を考慮せずとも、バッテリ１０のＳＯＣを正確に推定することが可能である。
本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電池状態推定装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
１０ バッテリ
１００，２００ 電池状態推定装置
１１０ インピーダンス取得部
１２０ 特徴量算出部
１３０ 割合算出部
１４０ 電池状態推定部
１５０ 満充電判定部
１６０ 充電制御部

Claims (8)

  1. 電池の複素インピーダンスを取得する取得手段と、
    前記複素インピーダンスから所定の特徴量の変化量の割合を算出する算出手段と、
    前記電池に流れる電流の積算値である積算電流値に対する、前記所定の特徴量の変化量の割合に基づいて、前記電池の充電量を推定する推定手段と
    を備えることを特徴とする電池状態推定装置。
  2. 前記算出手段は、前記複素インピーダンスの実数成分を前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
  3. 前記算出手段は、前記複素インピーダンスの虚数成分を前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
  4. 前記算出手段は、前記複素インピーダンスの絶対値を前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
  5. 前記算出手段は、前記複素インピーダンスの実数成分及び虚数成分を軸とする複素平面上の原点と、前記複素インピーダンスの第１所定周波数における値とを互いに結んだ直線の傾きを前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
  6. 前記取得手段は、相異なる複数の温度で電池の複素インピーダンスを取得し、
    前記算出手段は、前記複素インピーダンスの実数成分及び虚数成分を軸とする複素平面上で、前記取得された複数の前記複素インピーダンスの第２所定周波数における値を互いに結んだ直線の傾きを前記所定の特徴量として、前記所定の特徴量の変化量の割合を算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
  7. 前記取得された複数の前記複素インピーダンスの第３所定周波数における値を互いに結んだ直線と、前記実数成分の軸との交点を基準点として決定する決定手段と、
    前記算出手段で算出された前記所定の特徴量を、前記基準点と前記複素インピーダンスの前記第２所定周波数における値とを結んだ直線の傾きに補正する補正手段と
    を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の電池状態推定装置。
  8. 前記決定手段は、前記第３所定周波数を変化させて前記交点を複数算出し、算出された複数の前記交点の分布が収束する収束値に対応する点を前記基準点として決定することを特徴とする請求項７に記載の電池状態推定装置。
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