JP2019148460A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセルブロックを含んで構成される組電池を備える電池システムにおいて、満充電容量を常時推定可能とする。【解決手段】電池システム２は、組電池１０と、対象セルブロックの満充電容量を推定するＥＣＵ１００とを備える。ＥＣＵ１００は、所定の条件が成立した場合に対象セルブロックのベース満充電容量を算出する。また、ＥＣＵ１００は、基準セルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、上記の所定の条件が成立することによって算出されたベース満充電容量を上記抵抗比で除算した値を対象セルブロックの満充電容量の推定値とする。【選択図】図１

Description

本開示は、電池システムに関し、特に、複数の電池セルが並列接続されたセルブロックを複数含んで構成される組電池を備える電池システムに関する。

二次電池は、その使用とともに劣化し、満充電容量が低下する。二次電池の劣化状態を監視するために、二次電池の満充電容量を推定することが行なわれている。たとえば、特開２０１２−１８９３７３号公報（特許文献１）には、二次電池の満充電容量の算出方法が開示されている。具体的には、ある期間において、二次電池に流れる電流を積算することによって得られる電流積算値ΣＩと、二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）の変化量ΔＳＯＣとが算出され、電流積算値ΣＩをΔＳＯＣで除算することによって満充電容量が算出される（特許文献１参照）。

特開２０１２−１８９３７３号公報 国際公開第２０１５／１１５０４４号パンフレット 特開２０１４−６６５５６号公報 特開２０１３−２０５１２５号公報

複数の二次電池（各二次電池は「セル」や「単電池」等とも称され、以下では、各二次電池を「セル」と称する場合がある。）が並列接続されたセルブロックを複数含んで構成される組電池を備える電池システムが知られている。

このような電池システムに対しても、所定のセルブロックの満充電容量を推定するのに特許文献１に記載の手法を採用し得る。しかしながら、上記手法は、ΔＳＯＣが小さいと、満充電容量の推定誤差が大きくなる。上記手法は、満充電容量の推定精度を確保するには、ΔＳＯＣがある程度大きくなければならず、満充電容量を常時推定することができないとの問題がある。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、複数のセルブロックを含んで構成される組電池を備える電池システムにおいて、満充電容量を常時推定可能とすることである。

本開示における電池システムは、複数のセルブロックを含んで構成される組電池と、複数のセルブロックのうちの所定のセルブロック（以下「対象セルブロック」とも称する。）の満充電容量を推定する制御装置とを備える。複数のセルブロックの各々は、並列接続された複数の電池セルによって構成される。制御装置は、所定の条件が成立した場合に満充電容量を算出する（以下、この所定の条件が成立した場合に算出される満充電容量を「ベース満充電容量」とも称する。）。また、制御装置は、複数のセルブロックのうちの基準となるセルブロック（以下「基準セルブロック」とも称する。）の抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を算出する。そして、制御装置は、ベース満充電容量を抵抗比で除算した値を満充電容量の推定値とする。

このような構成とすることにより、たとえばΔＳＯＣがある程度大きいとの条件（所定の条件）が成立するまでの間においても、満充電容量を推定することができる。すなわち、セルブロックの抵抗値は、セルブロックに流れる電流及び電圧から常時算出可能であり、セルブロックの抵抗値を用いて満充電容量を常時推定することも可能である。しかしながら、抵抗値は、温度やＳＯＣ等の環境の影響を受けて変化するので、満充電容量の推定精度も環境の影響を受けやすい。そこで、この電池システムでは、単にセルブロックの抵抗値から満充電容量を推定するのではなく、基準となるセルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を算出し、この抵抗比を用いて満充電容量を推定する。上記のような抵抗比を用いることによって、満充電容量の推定値に対する環境の影響を低減することができる。したがって、この電池システムによれば、常時、満充電容量を高精度に推定することができる。

基準となるセルブロックの抵抗値は、対象セルブロックの過去の抵抗値であってもよいし、対象セルブロックと異なる他のセルブロックの抵抗値であってもよい。後者の場合は、対象セルブロックと環境が似ている、対象セルブロックに隣接するセルブロックの抵抗値が好適である。

所定の条件は、たとえば、ある期間における対象セルブロックの電流積算値をΔＳＯＣで除算することによってベース満充電容量が算出される場合に、ΔＳＯＣがある程度大きい場合（たとえば５０％以上）に成立する条件である。

本開示における電池システムによれば、対象セルブロックの満充電容量を常時高精度に推定することができる。

本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両の構成を概略的に示した図である。 図１に示す組電池の構成の一例を示した図である。 対象セルブロックの実効電極面積の低下が発生した場合に、対象セルブロックの満充電容量及び抵抗値が変化する様子の一例を示した図である。 対象セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生した場合の抵抗変化率及び容量変化率を示した図である。 基準セルブロックの一例を示した図である。 隣接するセルブロックの抵抗値の推移の一例を示した図である。 実効電極面積の低下の二重カウントを説明するための参考図である。 本実施の形態に従う電池システムにおける満充電容量の推定値の推移を示した図である。 ＥＣＵにより実行される満充電容量の推定処理の手順の一例を示したフローチャートである。 ベース満充電容量の算出方法の一例を説明するための図である。 仮学習マップ及び本学習マップの一例を示した図である。 複数の電流値及び電圧値を用いて最小二乗法により抵抗値を算出する手法を説明するための図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両１の構成を概略的に示した図である。なお、以下では、車両１がハイブリッド車両である場合について代表的に説明されるが、本開示に従う電池システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものに限定されず、組電池を搭載した車両全般、さらには車両以外の用途にも適用可能である。

図１を参照して、車両１は、電池システム２と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する。）３０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor Generator）」と称する。）４１，４２と、エンジン５０と、動力分割装置６０と、駆動軸７０と、駆動輪８０とを備える。電池システム２は、組電池１０と、監視ユニット２０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）１００とを含む。

エンジン５０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。動力分割装置６０は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置６０は、エンジン５０から出力される動力を、ＭＧ４１を駆動する動力と、駆動輪８０を駆動する動力とに分割する。

ＭＧ４１，４２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ４１は、主として、動力分割装置６０を経由してエンジン５０により駆動される発電機として用いられる。ＭＧ４１が発電した電力は、ＰＣＵ３０を介してＭＧ４２又は組電池１０に供給される。

ＭＧ４２は、主として電動機として動作し、駆動輪８０を駆動する。ＭＧ４２は、組電池１０からの電力及びＭＧ４１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、ＭＧ４２の駆動力は駆動軸７０に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、ＭＧ４２は、発電機として動作して回生発電を行なう。ＭＧ４２が発電した電力は、ＰＣＵ３０を介して組電池１０に供給される。

組電池１０は、並列接続された複数のセル（二次電池）を含んで構成される（詳細な構成は後述）。組電池１０は、ＭＧ４１，４２を駆動するための電力を蓄える。そして、組電池１０は、ＰＣＵ３０を通じてＭＧ４１，４２へ電力を供給することができる。また、組電池１０は、ＭＧ４１，４２の発電時にＰＣＵ３０を通じて発電電力を受けて充電される。

監視ユニット２０は、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ２１は、組電池１０において並列接続される複数のセルの電圧Ｖｉを検出する。電流センサ２２は、組電池１０に流れる電流Ｉを検出する。温度センサ２３は、セル毎の温度Ｔｉを検出する。なお、温度センサ２３は、隣接する複数（たとえば数個）のセルを監視単位として温度を検出してもよい。

ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、組電池１０とＭＧ４１，４２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ３０は、ＭＧ４１，４２の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ４１を回生（発電）状態にしつつ、ＭＧ４２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ４１，４２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を組電池１０の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））１０５と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサから受ける信号並びにメモリ１０５に記憶されたプログラム及びマップに基づいてエンジン５０及びＰＣＵ３０を制御することにより、車両１の走行や組電池１０の充放電を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

図２は、図１に示した組電池１０の構成の一例を示した図である。図２を参照して、この組電池１０においては、複数のセルが並列接続されてセルブロック（或いはモジュール）を構成し、複数のセルブロックが直列接続されて組電池１０を構成する。具体的には、組電池１０は、直列に接続されるセルブロック１０−１〜１０−Ｍを含み、セルブロック１０−１〜１０−Ｍの各々は、並列接続されたＮ個のセルを含む。

電圧センサ２１−１は、セルブロック１０−１の電圧を検出する。すなわち、電圧センサ２１−１は、セルブロック１０−１を構成するＮ個のセルの電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ２１−２は、セルブロック１０−２を構成するＮ個のセルの電圧Ｖ２を検出する。電圧センサ２１−Ｍについても同様である。電流センサ２２は、各セルブロック１０−１〜１０−Ｍに流れる電流Ｉを検出する。すなわち、電流センサ２２は、各セルブロックのＮ個のセルに流れる総電流を検出する。

この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、各セルブロック１０−１〜１０−Ｍの満充電容量を推定する。以下、セルブロック１０−１〜１０−Ｍのうちの所定のセルブロック（対象セルブロック）の満充電容量を推定する場合について説明する。

対象セルブロックの満充電容量を推定する手法として、上記の特許文献１に記載のような手法を採用することが考えられる。この手法では、ある期間における対象セルブロックの電流積算値ΣＩ及びＳＯＣ変化量ΔＳＯＣが算出され、電流積算値ΣＩをΔＳＯＣで除算することによって対象セルブロックの満充電容量が算出される。ΔＳＯＣの算出に用いられるＳＯＣは、たとえばＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの関係を示すＯＣＶ−ＳＯＣカーブ（マップ等）を用いて、対象セルブロックの電圧Ｖｉ、電流Ｉ及び抵抗値（温度Ｔｉに依存）から算出されるＯＣＶに基づいて算出することが可能である。なお、以下では、上記のような手法によって算出される満充電容量を「ベース満充電容量」と称する。

上記の手法は、演算に用いるΔＳＯＣの値が小さいと、満充電容量の推定誤差が大きくなる。そのため、満充電容量の推定精度を確保するためには、ΔＳＯＣがある程度大きいとの条件（たとえば５０％以上）が成立することが必要であり、ΔＳＯＣの大きさに拘わらず満充電容量を常時（連続的に）推定することはできない。

満充電容量は、通常であれば、時間の経過や使用とともに徐々に低下するものであり、このような変化幅の小さい容量低下であれば、上記の手法を採用しても問題はならない。しかしながら、対象セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生すると、満充電容量は不連続に急速に低下する。実効電極面積の低下は、たとえば、電極活物質の滑落や、電極集電箔のはがれ、電極間のガス噛み、電解液の液枯れ等により発生する。ΔＳＯＣに関する条件の成立が必要なために演算間隔が空き得る上記の手法では、このような満充電容量の急速な低下の検知が遅れ、満充電容量を用いた各種制御等に悪影響を与える可能性がある。

そこで、この実施の形態では、実効電極面積の低下による満充電容量の急速な低下も検知可能な推定手法が提供される。具体的には、この実施の形態に従う電池システム２においては、ＥＣＵ１００は、セルブロック１０−１〜１０−Ｍのうちの基準となるセルブロック（詳細は後述）の抵抗値に対する、対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、演算間隔の空き得るベース満充電容量を上記の抵抗比で除算した値を対象セルブロックの満充電容量の推定値とする。抵抗値はΔＳＯＣの大きさ等に拘わらず基本的に常時算出可能であり、上記抵抗比は実効電極面積の低下による満充電容量の急速な低下を検知可能であるので、ベース満充電容量を上記抵抗比で補正することにより、演算間隔の空き得るベース満充電容量では検知できない満充電容量の急速な低下も推定可能としたものである。この電池システム２によれば、対象セルブロックの満充電容量を常時推定することができる。以下、本実施の形態における満充電容量の推定方法について詳細に説明する。

上述のように、この実施の形態では、基準セルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を用いて、対象セルブロックの満充電容量が推定される。セルブロックの抵抗値は、セルブロックの電圧及び電流から基本的に常時算出可能であり、抵抗値と満充電容量との間には相関があることから、抵抗値から直接満充電容量を常時推定することも考えられる。しかしながら、抵抗値は、温度やＳＯＣ、抵抗値を算出する際の時定数、劣化モード等の影響を受けて変化するので、抵抗値と満充電容量との関係を一意に対応付けることが難しく、抵抗値を直接用いる手法では満充電容量の推定誤差が大きくなる可能性がある。そこで、この実施の形態では、対象セルブロックの抵抗値から満充電容量を直接推定するのではなく、基準となるセルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比が用いられる。

図３は、対象セルブロックの実効電極面積の低下が発生した場合に、対象セルブロックの満充電容量及び抵抗値が変化する様子の一例を示した図である。図３を参照して、線Ｌ１は、対象セルブロックの満充電容量の推移を示し、線Ｌ２は、対象セルブロックの抵抗値の推移を示す。

時刻ｔ０において、対象セルブロックの実効電極面積が低下したものとする。実効電極面積が低下することにより、満充電容量の急速な低下と、抵抗値の急速な上昇とが同時に発生する。

図４は、セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生した場合の抵抗変化率及び容量変化率を示した図である。図４を参照して、実効電極面積の低下が発生していないセルブロック（正常ブロック）の各セル（正常セル）の実効電極面積をＸとする。上述のように、セルブロックを構成するセルの数はＮである。また、正常セルの抵抗値をａとし、正常セルの容量（満充電容量）をｂとする。この場合、正常ブロックの抵抗値はａ／Ｎであり、正常ブロックの容量（満充電容量）はｂＮである。

実効電極面積の低下が発生したセルブロック（実効電極面積低下ブロック）において、正常セルの数をＹとし、実効電極面積が低下したセル（実効電極面積低下セル）の数を（Ｎ−Ｙ）とする。また、実効電極面積が低下した各セルでは、セル抵抗がＺ倍（Ｚ＞１）になり、抵抗値がａＺになるものとする。この場合、各実効電極面積低下セルの実効電極面積はＸ／Ｚとなり、セル容量はｂ／Ｚとなる。

上記から、実効電極面積低下ブロックの抵抗値はａ×Ｚ／（Ｎ＋Ｙ（Ｚ−１））となり、実効電極面積低下ブロックの容量（満充電容量）はｂ×（Ｎ＋Ｙ（Ｚ−１））／Ｚとなる。したがって、セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生した場合の抵抗変化率は（Ｎ＋Ｙ（Ｚ−１））／（ＮＺ）となる。また、セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生した場合の容量変化率（満充電容量の変化率）はＮＺ／（Ｎ＋Ｙ（Ｚ−１））となる。

実効電極面積の低下が発生した場合の、正常時に対するセルブロックの容量変化率と抵抗変化率とは、逆数の関係にある。したがって、正常時の対象セルブロックの抵抗値と、実効電極面積の低下が発生したときの対象セルブロックの抵抗値とが分かれば、すなわち、対象セルブロックの抵抗値の変化が分かれば、対象セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生した場合の抵抗変化率から対象セルブロックの容量変化率（満充電容量の変化率）が分かる。そして、実効電極面積の低下によらない満充電容量の低下は徐々に生じることから、ベース満充電容量を上記の容量変化率で補正することによって、対象セルブロックの満充電容量を推定することが可能である。

上述のように、抵抗値を直接用いる手法では、満充電容量の推定誤差が大きくなる可能性がある。そこで、対象セルブロックと環境が似ているセルブロックを基準として（基準セルブロック）、基準セルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を対象セルブロックの抵抗変化率とみなして、対象セルブロックの満充電容量が推定される。このような抵抗比を用いることによって、温度やＳＯＣ等の環境変化の影響を低減することができる。

基準セルブロックとしては、対象セルブロックと環境が酷似していることが好ましい。たとえば、図５に示されるように、対象セルブロックがセルブロック１０−Ａである場合に、対象セルブロック１０−Ａに隣接して配設されるセルブロック１０−Ｂを基準セルブロックとするのが好ましい。この場合、セルブロック１０−Ａ，１０−Ｂに実効電極面積の低下が発生していなければ、対象セルブロック１０−Ａのセルブロック抵抗値Ｒａは、セルブロック１０−Ｂのセルブロック抵抗値Ｒｂとほぼ等しい（環境が酷似しているため）。

或いは、組電池１０が収容されるケースの端部に対象セルブロックが配設されている場合に、そのケース端部に同列に配設されているセルブロックや、ケースの反対側の端部に配設されているセルブロック等を基準セルブロックとしてもよい。また、正常時（実効電極面積の低下が発生していない）の過去の対象セルブロックを基準セルブロックとしてもよい。但し、この場合は、対象セルブロックにおいて実効電極面積の低下が発生した場合に、正常時からの環境変化は満充電容量の推定誤差となり得る。

図６は、図５に示した隣接するセルブロック１０−Ａ，１０−Ｂの抵抗値の推移の一例を示した図である。図６において、セルブロック１０−Ａを対象セルブロックとし、セルブロック１０−Ｂを基準セルブロックとする。

図６を参照して、時刻ｔ０１において、セルブロック１０−Ａ（対象セルブロック）において実効電極面積の低下が発生したものとする。互いに隣接するセルブロック１０−Ａ，１０−Ｂは、環境が似ていることから、実効電極面積の低下が発生する時刻ｔ０１以前においては、セルブロック１０−Ａのセルブロック抵抗値Ｒａと、セルブロック１０−Ｂ（基準セルブロック）のセルブロック抵抗値Ｒｂとは、ほぼ同一に推移している。したがって、時刻ｔ０１以前においては、基準セルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比は、Ｒａ（１）／Ｒｂ（１）≒Ｒａ（２）／Ｒｂ（２）≒Ｒａ（３）／Ｒｂ（３）≒１である。

時刻ｔ０１において、セルブロック１０−Ａで実効電極面積の低下が発生すると、セルブロック１０−Ａのセルブロック抵抗値Ｒａが上昇する。実効電極面積の低下が発生した時刻ｔ０１以降の抵抗比は、Ｒａ（４）／Ｒｂ（４），Ｒａ（５）／Ｒｂ（５），Ｒａ（６）／Ｒｂ（６）・・・で示される。Ｒｂ（４），Ｒｂ（５），Ｒｂ（６）は、仮に実効電極面積の低下が発生していないとした場合のセルブロック１０−Ａのセルブロック抵抗値Ｒａ（４）＊，Ｒａ（５）＊，Ｒａ（６）＊に相当し、すなわち、上記抵抗比はセルブロック１０−Ａの抵抗変化率に相当する。したがって、このような抵抗比を用いることによって、環境の影響を低減してセルブロック１０−Ａ（対象セルブロック）の満充電容量を高精度に推定することができる。具体的には、セルブロック１０−Ａについて算出されるベース満充電容量を上記の抵抗比で除算することによって、セルブロック１０−Ａの満充電容量の推定値が算出される。

ところで、ベース満充電容量は、演算条件（上述のΔＳＯＣ条件）が成立すれば、実効電極面積が低下した対象セルブロックの満充電容量を推定することができるので、ベース満充電容量を上記の抵抗比で除算すると、実効電極面積の低下を抵抗比とベース満充電容量とで二重にカウントしてしまう。

図７は、実効電極面積の低下の二重カウントを説明するための参考図である。図７を参照して、線Ｌ２１は、対象セルブロックの実際の満充電容量を示す。線Ｌ２２は、ベース満充電容量の算出値を示し、線Ｌ２３は、ベース満充電容量を上述の抵抗比で除算した演算結果を示す。

ベース満充電容量は、ΔＳＯＣ条件（ΔＳＯＣがある程度大きいとの条件）が成立しないと算出されない。この例では、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ４，ｔ５の各タイミングでベース満充電容量が算出されており、次回の条件が成立するまでは、ベース満充電容量は前回値に保持される。実効電極面積の低下による満充電容量の急速な低下がなければ、満充電容量は時間の経過とともに徐々に低下するので、ベース満充電容量を満充電容量の推定値としてそのまま用いることが可能である。

この例では、時刻ｔ３において、対象セルブロックにて実効電極面積の低下が発生し、対象セルブロックの実効電極面積が低下することにより満充電容量が急速に低下している。この場合、ベース満充電容量は、時刻ｔ４まで値が更新されないので、実際の満充電容量（線Ｌ２１）とベース満充電容量（線Ｌ２２）との間に大きな乖離が生じている。

本実施の形態では、上述のように、ベース満充電容量を上述の抵抗比で除算した値を満充電容量の推定値としている。抵抗比は、対象セルブロック及び基準セルブロックの各々の抵抗値から基本的に常時算出可能であるので、実効電極面積の低下を抵抗比で捕捉することができ、実効電極面積の低下による満充電容量の低下を精度よく推定することができている（時刻ｔ３〜ｔ４における線Ｌ２３）。

しかしながら、時刻ｔ４において、ベース満充電容量が算出されると、実効電極面積の低下が反映されたベース満充電容量が算出される。そのため、実効電極面積の低下が反映されたベース満充電容量を抵抗比で除算すると、実効電極面積の低下を二重にカウントしてしまい、満充電容量を過小に推定してしまう（時刻ｔ４以降の線Ｌ２３）。

そこで、本実施の形態に従う電池システム２においては、ベース満充電容量が算出されるタイミングで、それまでの抵抗比をキャンセルするための補正が行なわれ、ベース満充電容量が算出された後に満充電容量の変化が二重カウントされないようにしている。

図８は、本実施の形態に従う電池システム２における満充電容量の推定値の推移を示した図である。なお、この図８では、電池システム２において、図７に示した例と同じ実効電極面積の低下が発生した場合の満充電容量推定値の推移が示されている。また、この図８には、満充電容量の推定に用いられる抵抗比の推移も併せて示されている。

図８を参照して、線Ｌ２１，Ｌ２２は図７に示したものと同じである。すなわち、線Ｌ２１は、対象セルブロックの実際の満充電容量を示し、線Ｌ２２は、ベース満充電容量の算出値を示す。そして、線Ｌ３３は、ベース満充電容量の算出タイミングで抵抗比の補正が行なわれる、本実施の形態に従う電池システム２による満充電容量の推定値を示す。線Ｌ４１は、上述の抵抗比を示し、線Ｌ４２は、補正された抵抗比を示す。

時刻ｔ３において、実効電極面積の低下が発生し、満充電容量が急速に低下している。この場合、実際の満充電容量（線Ｌ２１）とベース満充電容量（線Ｌ２２）との間には大きな乖離が生じるけれども、実効電極面積の低下を抵抗比で捕捉することによって、満充電容量の低下を精度よく推定することができている（時刻ｔ３〜ｔ４）。

時刻ｔ４において、ベース満充電容量が算出されると、本実施の形態では、ベース満充電容量が算出される直前の抵抗比をリセットするように抵抗比が補正される（線Ｌ４２）。具体的には、ベース満充電容量が算出されたタイミングの抵抗比の逆数を補正係数とし、抵抗比に上記補正係数を乗じることによって抵抗比が補正される。これにより、実効電極面積の低下による満充電容量低下の二重カウントが抑制され、時刻ｔ４以降も満充電容量を精度よく推定することができている（線Ｌ３３）。

図９は、ＥＣＵ１００により実行される満充電容量の推定処理の手順の一例を示したフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、組電池１０を構成するセルブロック毎に、所定時間毎又は所定条件の成立時に繰返し実行される。

図９を参照して、ＥＣＵ１００は、対象セルブロックについてベース満充電容量Ｃの算出条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０）。この実施の形態では、ベース満充電容量Ｃは、ある期間における対象セルブロックの電流積算値ΣＩをその期間のΔＳＯＣで除算することによって算出される。そして、上記算出条件は、ΔＳＯＣが所定値以上になった場合に成立する。具体的には、ＥＣＵ１００は、ある時点（任意の時点）からのＳＯＣの変化量ΔＳＯＣが所定値以上になった場合に、ベース満充電容量Ｃの算出条件が成立したものとする。所定値は、ベース満充電容量Ｃの算出精度との関係で設定可能であり、所定値を大きくすれば、ベース満充電容量Ｃの算出精度は高くなるけれども算出間隔は大きくなる一方、所定値を小さくすれば、算出間隔は小さくなるけれども算出精度は低下する。所定値は、たとえば５０％に設定することができるが、この値に限定されるものではない。

ステップＳ１０において、ベース満充電容量Ｃの算出条件が成立したものと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ベース満充電容量Ｃを算出してその値を更新する（ステップＳ２０）。

図１０は、ベース満充電容量Ｃの算出方法の一例を説明するための図である。図１０を参照して、線Ｌ５は、各セルブロックのＯＣＶ−ＳＯＣカーブであり、実験等により予め準備されてＥＣＵ１００のメモリ１０５に記憶されている。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０においてベース満充電容量Ｃの算出条件が成立したか否かを判定するために、ある時点（任意の時点）からのΔＳＯＣを算出している。

対象セルブロックのΔＳＯＣを算出するためのＳＯＣ（２点）は、この線Ｌ５で示されるＯＣＶ−ＳＯＣカーブによって求められる。すなわち、ＥＣＵ１００は、対象セルブロックの電圧Ｖｉ、電流Ｉ及び抵抗値Ｒｉから対象セルブロックのＯＣＶを算出し、ＯＣＶ−ＳＯＣカーブを用いて、算出されたＯＣＶからＳＯＣを算出する。なお、抵抗値Ｒｉは、対象セルブロックの温度Ｔｉに依存し、各セルブロックの温度と抵抗値との関係が実験等により予め準備されてＥＣＵ１００のメモリ１０５に記憶されている。

また、ＥＣＵ１００は、ΔＳＯＣの算出期間における電流Ｉの積算値も併せて算出する。そして、ステップＳ１０においてベース満充電容量Ｃの算出条件が成立したものと判定されると、ＥＣＵ１００は、ΔＳＯＣに対応する電流積算値ΣＩをΔＳＯＣで除算した値を、ベース満充電容量Ｃの算出値とする。

再び図９を参照して、対象セルブロックのベース満充電容量Ｃが算出されると、ＥＣＵ１００は、後述のステップＳ９０において仮学習マップに格納された抵抗比を本学習マップに格納（転写）する（ステップＳ３０）。

図１１は、仮学習マップ及び本学習マップの一例を示した図である。図１１を参照して、仮学習マップ及び本学習マップには、ＥＣＵ１００により算出される抵抗比が格納されるところ、抵抗比は、抵抗比が算出されたときの対象セルブロックのＳＯＣの高低及び温度Ｔｉの高低により区分されてマップに格納される。なお、一例として、ＳＯＣ「低」は、ＳＯＣが３０％以下であり、ＳＯＣ「中」は、ＳＯＣが３０〜７０％であり、ＳＯＣ「高」は、ＳＯＣが７０％以上である。また、温度「低」は、温度Ｔｉが−３０度以下であり、温度「中」は、温度Ｔｉが−３０〜３０度であり、温度「高」は、温度Ｔｉが３０度以上である。

再び図９を参照して、ステップＳ２０においてベース満充電容量Ｃが算出され、ステップＳ３０において抵抗比が本学習マップに格納されると、ＥＣＵ１００は、本学習マップに格納された抵抗比を用いて、抵抗比の補正係数を算出する（ステップＳ４０）。この補正係数は、図７，図８で説明した、ベース満充電容量Ｃ算出後における満充電容量変化の二重カウントを防止するためのものである。

後述のように、ステップＳ８０において算出される抵抗比は、仮学習マップに格納されるとともに、ステップＳ１００において満充電容量の推定値の算出に用いられる。ここで、図７で説明したように、ベース満充電容量Ｃが新たに算出されると、満充電容量の変化が二重にカウントされ、満充電容量が過小に推定されてしまう。そこで、ベース満充電容量Ｃが算出されると、ステップＳ８０において算出された抵抗比が格納されている仮学習マップを本学習マップに転写し、本学習マップに格納されている抵抗比を用いて補正係数が算出される。具体的には、ＥＣＵ１００は、対象セルブロックのＳＯＣ及び温度Ｔｉに対応する抵抗比を本学習マップから取得し、取得された抵抗比の逆数を補正係数として算出する。このような補正係数により抵抗比を補正することによって（後述のステップＳ１００）、満充電容量の変化の二重カウントが防止される。

ステップＳ４０において抵抗比の補正係数が算出されると、又はステップＳ１０においてベース満充電容量Ｃの算出条件が成立していないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、各セルブロックの電流Ｉ及び電圧Ｖｉを取得する（ステップＳ５０）。そして、ＥＣＵ１００は、抵抗比の算出タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ６０）。

この抵抗比の算出タイミングは、たとえば、前回の抵抗比の算出から所定時間経過したタイミングとすることができ、所定時間は、ベース満充電容量Ｃの算出間隔よりも十分に短い時間に設定される。所定時間が短いことにより、抵抗比の算出の常時性が確保される。但し、後述のように、複数の電流値及び電圧値の値を用いて最小二乗法によりセルブロックの抵抗値を算出する場合には、演算精度を確保するために、所定時間として、複数のデータ（電流値及び電圧値）を収集するのに必要なある程度の時間（たとえば５秒程度）を確保する必要がある。

ステップＳ６０において抵抗比の算出タイミングであると判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、対象セルブロック及び基準セルブロックの各々の抵抗値を算出する（ステップＳ７０）。一例として、対象セルブロック及び基準セルブロックの各々について、図１２に示されるように、複数の電流値及び電圧値を用いて最小二乗法により抵抗値を算出することができる。

なお、このような複数の電流値及び電圧値を用いた最小二乗法による抵抗値の算出においては、所定時間（たとえば５秒程度）の間に電流の正負の切替わりが含まれていることが好ましい。反応抵抗や拡散抵抗等の時定数の大きい抵抗成分は、環境による変動が大きいために誤差が大きくなり得るところ、電流の正負の切替わりが含まれたデータを用いることによって、時定数の小さい抵抗成分（コンデンサ成分）を利用することができ、誤差を小さくすることができる。

なお、抵抗値の算出方法は、上記の手法に限定されるものではなく、種々の公知の手法を採用してもよい。なお、この実施の形態では、基準セルブロックには、対象セルブロックに隣接するセルブロックが採用される。上述のように、対象セルブロックに隣接するセルブロックは、対象セルブロックと環境が似ていると考えられるからである。

再び図９を参照して、対象セルブロック及び基準セルブロックの各々の抵抗値が算出されると、ＥＣＵ１００は、対象セルブロックの抵抗値を基準セルブロックの抵抗値で除算することによって抵抗比を算出する（ステップＳ８０）。そして、ＥＣＵ１００は、算出した抵抗比を仮学習マップ（図１１）に格納する（ステップＳ９０）。なお、抵抗比は、それが算出されたときの対象セルブロックのＳＯＣの高低及び温度Ｔｉの高低により区分されて仮学習マップに格納される。

ステップＳ９０において抵抗比が仮学習マップに格納されると、又はステップＳ６０において抵抗比の算出タイミングではないと判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ８０において算出された抵抗比、及びステップＳ４０において算出された補正係数を用いて、対象セルブロックの満充電容量の推定値を算出する（ステップＳ１００）。具体的には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０において算出されたベース満充電容量Ｃを、抵抗比に補正係数を乗算した値（補正係数により補正された抵抗比）で除算することによって、対象セルブロックの満充電容量の推定値を算出する。これにより、図８に示したように、対象セルブロックの満充電容量を高精度に推定することができる。

以上のように、この実施の形態によれば、基準セルブロックの抵抗値に対する対象セルブロックの抵抗値の比である抵抗比を用いて満充電容量を推定することにより、ベース満充電容量Ｃの算出条件（ΔＳＯＣ条件）が成立するまでの間においても、満充電容量を精度よく推定することができる。

また、この実施の形態によれば、上記抵抗比を用いて満充電容量を推定するので、対象セルブロックの抵抗値そのものから満充電容量を推定する場合に比べて、満充電容量の推定値に対する環境の影響を低減することができる。

なお、上記の実施の形態においては、基準セルブロックは、対象セルブロックに隣接して配設されるセルブロックとしたが、基準セルブロックはこれに限定されない。たとえば、基準セルブロックの抵抗値は、対象セルブロックの過去の抵抗値であってもよい。なお、この場合は、対象セルブロックにおいて実行電極面積の低下が発生した場合に、正常時からの環境変化は満充電容量の推定誤差となり得るため、上記実施の形態のように、対象セルブロックに隣接して配設されるセルブロックを基準セルブロックとするのが好適である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 電池システム、１０ 組電池、１０−１〜１０−Ｍ セルブロック、２０ 監視ユニット、２１，２１−１〜２１−Ｍ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３ 温度センサ、３０ ＰＣＵ、４１，４２ ＭＧ、５０ エンジン、６０ 動力分割装置、７０ 駆動軸、８０ 駆動輪、１００ ＥＣＵ、１０２ ＣＰＵ、１０５ メモリ。

Claims (1)

1. 複数のセルブロックを含んで構成される組電池を備え、
   前記複数のセルブロックの各々は、並列接続された複数の電池セルによって構成され、さらに、
   前記複数のセルブロックのうちの所定のセルブロックの満充電容量を推定する制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   所定の条件が成立した場合に前記満充電容量を算出し、
   前記複数のセルブロックのうちの基準となるセルブロックの抵抗値に対する、前記所定のセルブロックの抵抗値の比である抵抗比を算出し、
   前記所定の条件が成立することによって算出された前記満充電容量を前記抵抗比で除算した値を前記満充電容量の推定値とする、電池システム。

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