JP2020128953A - 電池システム及び二次電池のｓｏｃ推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが存在する二次電池のＳＯＣ推定精度を向上させる。【解決手段】車両１のシステム停止時のＳＯＣが、システム起動時のＯＣＶから放電カーブを用いて推定されるＳＯＣを示す第１のＳＯＣよりも高い場合、又は、システム停止時のＳＯＣが、システム起動時のＯＣＶから充電カーブを用いて推定されるＳＯＣを示す第２のＳＯＣよりも低い場合、ＥＣＵ１００は、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣをＳＯＣ初期値として設定する。システム停止時のＳＯＣが、第１のＳＯＣ以下であり、かつ、第２のＳＯＣ以上である場合には、ＥＣＵ１００は、システム停止時のＳＯＣをＳＯＣ初期値として設定する。【選択図】図１

Description

本開示は、二次電池を備える電池システム、及び二次電池のＳＯＣ推定方法に関する。

特開２００４−２７１４３４号公報（特許文献１）は、二次電池の残存容量推定装置を開示する。この推定装置では、イグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）がオン操作されると、電池電圧Ｖ２が取得され、ＩＧ−ＳＷのオフ操作時に記憶された電池電圧Ｖ１との電圧差ΔＶが演算される。電圧差ΔＶが判定値ΔＶＣよりも小さい場合は、不使用期間前に記憶された分極電圧が分極電圧初期値とされる。一方、電圧差ΔＶが判定値ΔＶＣ以上である場合は、分極電圧初期値が０とされる。この分極電圧初期値を用いてＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が算出され、算出されたＯＣＶからＳＯＣ（State Of Charge）が算出される。これにより、分極電圧の推移を考慮して二次電池の残存容量を推定可能な低コストの残存容量推定装置を提供することができる（特許文献１参照）。

特開２００４−２７１４３４号公報

二次電池のＳＯＣを高精度に推定することは、二次電池を十分に活用し、かつ、適切に保護する上で重要である。二次電池のＳＯＣを推定する一手法として、二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いてＯＣＶからＳＯＣを推定する手法が広く知られている。

二次電池には、放電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを示す放電曲線と、充電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを示す充電曲線とが顕著に乖離するものが存在する。放電曲線と充電曲線とが乖離することを、以下では、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブに「ヒステリシス」が存在すると言う。

たとえば、リチウムイオン二次電池において、シリコン系材料（ＳｉやＳｉＯ等）を負極活物質として用いることが検討されている。シリコン系材料を負極活物質に用いることで、シリコン系材料を用いない場合と比べて、エネルギ密度を増加させて満充電容量を増加させることができる。一方、シリコン系材料を負極活物質に用いると、シリコン系材料を用いない場合と比べて、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブのヒステリシスが大きくなる。

ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが存在する場合は、ＯＣＶが同じであっても、それまでの充放電の履歴によってＳＯＣ−ＯＣＶカーブから得られるＳＯＣが異なるため、ＯＣＶに基づくＳＯＣの推定精度が低い可能性がある。特許文献１では、上記のようなＳＯＣ−ＯＣＶカーブのヒステリシスについて考慮しておらず、ＳＯＣの推定精度につき改善の余地がある。

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、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが存在する二次電池のＳＯＣ推定精度を向上させることである。

本開示の電池システムは、二次電池と、制御装置とを備える。制御装置は、二次電池が放電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す放電曲線（放電カーブ）と、二次電池が充電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す充電曲線（充電カーブ）とを用いて、ＯＣＶからＳＯＣを推定するように構成される。制御装置は、車両のシステム停止後の次のシステム起動時に、ＳＯＣの初期値を設定する設定処理を実行する。設定処理は、第１の処理と、第２の処理とを含む。第１の処理では、システム停止時のＳＯＣが、システム起動時のＯＣＶから放電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第１のＳＯＣよりも高い場合、又は、システム停止時のＳＯＣが、システム起動時のＯＣＶから充電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第２のＳＯＣよりも低い場合に、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣが初期値として設定される。第２の処理では、システム停止時のＳＯＣが、第１のＳＯＣ以下であり、かつ、第２のＳＯＣ以上である場合に、システム停止時のＳＯＣが初期値として設定される。

また、本開示のＳＯＣ推定方法は、電池システムにおける二次電池のＳＯＣ推定方法である。電池システムは、二次電池と、制御装置とを備える。制御装置は、二次電池が放電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す放電曲線（放電カーブ）と、二次電池が充電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す充電曲線（充電カーブ）とを用いて、ＯＣＶからＳＯＣを推定するように構成される。ＳＯＣ推定方法は、車両のシステム停止後の次のシステム起動時に、ＳＯＣの初期値を設定するステップを含む。当該ステップは、システム停止時のＳＯＣが、システム起動時のＯＣＶから放電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第１のＳＯＣよりも高い場合、又は、システム停止時のＳＯＣが、システム起動時のＯＣＶから充電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第２のＳＯＣよりも低い場合に、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣを初期値として設定するステップと、システム停止時のＳＯＣが、第１のＳＯＣ以下であり、かつ、第２のＳＯＣ以上である場合に、システム停止時のＳＯＣを初期値として設定するステップとを含む。

上記の電池システム及び二次電池のＳＯＣ推定方法においては、システム停止時のＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）が第１のＳＯＣ以下であり、かつ、第２のＳＯＣ以上である場合は、ＳＯＣ前回値からのＳＯＣの変化（ずれ）がヒステリシスの影響によるものである可能性がある。そこで、この場合は、システム起動時のＳＯＣ初期値として、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣ（ＳＯＣ今回値）を採用せずにＳＯＣ前回値が設定される。一方、ＳＯＣ前回値が第１のＳＯＣよりも高い場合、又は、ＳＯＣ前回値が第２のＳＯＣよりも低い場合は、ＳＯＣ前回値からのＳＯＣの変化（ずれ）はヒステリシスの影響によるものではない。そこで、この場合は、システム起動時のＳＯＣ初期値として、ＳＯＣ今回値が設定される。したがって、この電池システム及びＳＯＣ推定方法によれば、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが存在する二次電池のＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

制御装置は、システム起動時に二次電池の分極が解消している場合に、上記の設定処理を実行し、システム起動時に分極が解消していない場合には、システム停止時のＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）を初期値として設定するようにしてもよい。

システム起動時に分極が解消していない場合には、ＳＯＣ前回値からのＳＯＣの変化（ずれ）は分極の影響によるものである可能性がある。そこで、システム起動時に分極が解消していない場合には、ＳＯＣ今回値の信頼性が高くないため、システム起動時のＳＯＣ初期値としてＳＯＣ前回値が設定される。一方、システム起動時に分極が解消している場合には、上記の設定処理が実行される。したがって、この電池システムによれば、分極の影響を排除してＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

好ましくは、制御装置は、システム停止中の時間が、二次電池の分極が解消する時間を示す分極解消時間を経過している場合に、分極が解消しているものと判定してもよい。ここで、分極解消時間は、二次電池の温度が低いほど長く設定されるようにしてもよい。

このような構成により、分極の解消有無が精度良く判定されるので、分極の影響を排除してＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

本開示の電池システム及び二次電池のＳＯＣ推定方法によれば、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが存在する二次電池のＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

本開示の実施の形態１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す図である。 図１に示す組電池の構成の一例を示す図である。 各セルの構成の一例を示す図である。 組電池を構成するセルのＳＯＣ−ＯＣＶカーブの一例を示す図である。 放電カーブ及び充電カーブのマップの一例を示す図である。 車両のシステム起動時にＥＣＵにより実行されるＳＯＣ初期値設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 分極解消時間マップの一例を示す図である。 実施の形態２において、車両のシステム起動時にＥＣＵにより実行されるＳＯＣ初期値設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 変形例において、車両のシステム起動時にＥＣＵにより実行されるＳＯＣ初期値設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。

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。

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態１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す図である。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するが、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、以下に説明される組電池１０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、インレット４０と、充電装置５０とを備える。また、車両１は、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor Generator）」と称する。）６１，６２と、エンジン６３と、動力分割装置６４と、駆動軸６５と、駆動輪６６と、補機バッテリ７０と、イグニッションスイッチ（以下「ＩＧ−ＳＷ」と称する。）８０とをさらに備える。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。

ＭＧ６１，６２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。ＭＧ６１は、主として、動力分割装置６４を経由してエンジン６３により駆動される発電機として用いられる。ＭＧ６１が発電した電力は、ＰＣＵ３０を通じて組電池１０又はＭＧ６２に供給される。

ＭＧ６２は、主として電動機として動作し、駆動輪６６を駆動する。ＭＧ６２は、組電池１０からの電力及びＭＧ６１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動力を発生し、ＭＧ６２が発生した駆動力は、駆動軸６５を通じて駆動輪６６へ伝達される。一方、車両の制動時には、ＭＧ６２は、発電機として作動して回生発電を行なう。ＭＧ６２が発電した電力は、ＰＣＵ３０を通じて組電池１０に供給される。

エンジン６３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等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発生する内燃機関である。動力分割装置６４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６４は、エンジン６３から出力される動力を、ＭＧ６１を駆動する動力と、駆動輪６６を駆動する動力とに分割する。

組電池１０は、複数の二次電池（セル）を含んで構成される。本実施の形態１では、各セルは、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池の電解質は、液体であってもよいし、ポリマーであってもよいし、固体であってもよい。組電池１０は、ＭＧ６１，６２を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ３０を通じてＭＧ６１，６２へ電力を供給する。また、組電池１０は、ＭＧ６１，６２の発電時にＰＣＵ３０を通じて発電電力を受けて充電される。組電池１０の出力電圧は、たとえば数百Ｖである。

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に含まれる各セルの電圧ＶＢｉを検出する。電流センサ２２は、組電池１０に入出力される電流ＩＢを検出する。以下では、充電時の電流ＩＢの符号を負とし、放電時の電流ＩＢの符号を正とする。温度センサ２３は、セル毎の温度ＴＢｉを検出する。各センサは、検出結果をＥＣＵ１００へ出力する。

なお、電圧センサ２１は、たとえば直列接続された複数のセルを監視単位として電圧を検出してもよい。また、温度センサ２３は、隣接する複数のセルを監視単位として温度を検出してもよい。本実施の形態１では、センサの監視単位は特に限定されない。

ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、組電池１０とＭＧ６１，６２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ３０は、ＭＧ６１，６２の状態を個別に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ６１を回生（発電）状態にしつつ、ＭＧ６２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ６１，６２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。

インレット４０は、車両１の外部に設けられる電源９０の充電ケーブルの先端に設けられるコネクタを接続可能に構成されている。充電ケーブルのコネクタがインレット４０に接続されている状態で、インレット４０は、電源９０から充電ケーブルを通じて電力の供給を受ける。電源９０は、たとえば商用電源である。

充電装置５０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、インレット４０により受電された電力を組電池１０の充電に適した電力に変換する。充電装置５０は、たとえば、インバータ及びコンバータ（いずれも図示せず）を含んで構成されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ（具体的には、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））１０４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。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、ＥＣＵ１００により実行される処理が記されている。

ＥＣＵ１００により実行される主要な処理の一つとして、ＥＣＵ１００は、監視ユニット２０の各センサから受ける信号、並びにメモリ１０４に記憶されたプログラム及びマップに基づいて、組電池１０のセル毎のＳＯＣを算出する。そして、セル毎に算出されたＳＯＣを合算することによって、組電池１０全体のＳＯＣが算出される。ＥＣＵ１００は、組電池１０全体のＳＯＣに基づいて、組電池１０の充放電を制御する。

この実施の形態１では、セル毎のＳＯＣの算出は、以下のようにして行なわれる。すなわち、ＥＣＵ１００は、車両１のシステム起動時に、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いてＳＯＣを推定し、その推定されたＳＯＣを用いてＳＯＣの初期値を設定する。なお、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブには、後述のようにヒステリシスが存在しており、このヒステリシスの影響を考慮してＳＯＣ初期値が設定される。この実施の形態１に従う電池システム２におけるＳＯＣ初期値の設定方法については、後ほど詳しく説明する。

ＳＯＣ初期値が設定されると、ＥＣＵ１００は、設定されたＳＯＣ初期値に充放電電流の積算値を加算することによって、システム起動中のＳＯＣを推定する。なお、セル毎の充放電電流は、たとえば、電流センサ２２の検出値を組電池１０の並列セル数で除算することによって算出してもよいし、並列セルにおける温度ばらつきや抵抗ばらつきを考慮して公知の各種手法を用いて算出してもよい。

なお、上記では、ＥＣＵ１００によってＳＯＣが推定され、さらに、ＰＣＵ３０や充電装置５０、エンジン６３等もＥＣＵ１００によって制御されるものとしているが、処理毎にＥＣＵを分けて構成してもよい。たとえば、ＳＯＣの推定処理、充電装置５０の制御、ＰＣＵ３０の制御、及びエンジン６３の制御を、それぞれ電池ＥＣＵ、充電ＥＣＵ、駆動ＥＣＵ、エンジンＥＣＵ等に分けて実装してもよい。

補機バッテリ７０は、車両１に搭載される図示しない各種補機へ作動電力を供給する。また、補機バッテリ７０は、ＥＣＵ１００へも作動電力を供給する。補機バッテリ７０は、たとえば鉛蓄電池であるが、その種類は特に限定されるものではなく、その他の二次電池や電気二重層キャパシタ等であってもよい。補機バッテリ７０の出力電圧は、組電池１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖである。

ＩＧ−ＳＷ８０は、運転者が操作可能なスイッチであり、運転者は、ＩＧ−ＳＷ８０をオン操作することによって車両１のシステムを起動し、ＩＧ−ＳＷ８０をオフ操作することによって車両１のシステムを停止させることができる。

図２は、図１に示した組電池１０の構成の一例を示す図である。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ブロック（或いはモジュール）が構成され、複数のブロックが直列接続されて組電池１０が構成されている。具体的には、組電池１０は、直列に接続されるブロック１０−１〜１０−Ｍを含み、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、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、ブロック１０−１を構成するＮ個のセルの電圧ＶＢ１を検出する。電圧センサ２１−２は、ブロック１０−２を構成するＮ個のセルの電圧ＶＢ２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、各ブロック１０−１〜１０−Ｍに流れる電流ＩＢを検出する。すなわち、電流センサ２２は、各ブロックのＮ個のセルに流れる総電流を検出する。

図３は、各セルの構成の一例を示す図である。なお、図３では、セル内部の一部が透視して示されている。図３を参照して、セル１１は、筐体１１１と、正極外部端子１１３と、負極外部端子１１４と、電極体１１５とを含む。筐体１１１は、角型（略直方体形状）であり、筐体１１１の上面は、蓋体１１２によって封じられている。蓋体１１２は、注液孔、ガス排出弁、電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）等を備えていてもよい。なお、筐体１１１の形状は、角型（略直方体形状）に限定されるものではなく、円筒型又はラミネート型であってもよい。

正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４は、蓋体１１２の上面に設けられている。正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４は、筐体１１１の内部においてそれぞれ正極集電端子及び負極集電端子（いずれも図示せず）に接続されている。

電極体１１５は、正極シートと、負極シートと、セパレータとによって形成されている。電極体１１５は、図示されるような巻回型であってもよいし、積層（スタック）型であってもよい。電極体１１５は、正極部１１６と、負極部１１７とを含む。正極部１１６は、正極シートの未塗布部によって形成される。負極部１１７は、負極シートの未塗布部によって形成される。正極部１１６は、図示しない正極集電端子を通じて正極外部端子１１３に接続され、負極部１１７は、図示しない負極集電端子を通じて負極外部端子１１４に接続される。

電極体１１５の正極シート、セパレータ、及び電解液には、それぞれリチウムイオン二次電池の正極シート、セパレータ、及び電解液として従来公知の構成及び材料を用いることができる。一例として、正極シートには、コバルト酸リチウムの一部がニッケル及びマンガンにより置換された三元系の材料を用いることができる。セパレータには、ポリオレフィン（たとえばポリエチレン又はポリプロピレン）を用いることができる。電解液は、有機溶媒（たとえば、ＤＭＣ（Dimethyl Carbonate）とＥＭＣ（Ethyl Methyl Carbonate）とＥＣ（ethylene carbonate）との混合溶媒）と、リチウム塩（たとえばＬｉＰＦ₆）と、添加剤（たとえば、ＬｉＢＯＢ（lithium bis（oxalate）borate）又はＬｉ［ＰＦ₂（Ｃ₂Ｏ₄）₂］）とを含む。電解液に代えて、ポリマー系電解質を用いてもよいし、酸化物系、硫化物系等の無機系固体電解質を用いてもよい。

従来より、リチウムイオン二次電池の典型的な負極活物質には、炭素材料（たとえば黒鉛（グラファイト））が採用されている。これに対して、本実施の形態１では、炭素材料にシリコン系材料（Ｓｉ又はＳｉＯ）を混合した混合材が負極シートの活物質として採用されている。シリコン系材料を混合することで、組電池１０のエネルギ密度を増加させて満充電容量を増加させることができる。なお、負極活物質として、シリコン系材料のみを採用してもよい。

負極活物質にシリコン系材料が用いられると、満充電容量を増加させることができる一方で、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが顕著に現れる。なお、このようなヒステリシスが生じるのは、充放電に伴なう負極活物質の体積変化が要因と考えられる。

＜ＳＯＣ−ＯＣＶカーブのヒステリシス＞
図４は、組電池１０を構成するセルのＳＯＣ−ＯＣＶカーブの一例を示す図である。図４において、縦軸はセルのＯＣＶ（Ｖ）を示し、横軸はセルのＳＯＣ（％）を示す。

図４を参照して、曲線Ｌ１は、セルが放電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶカーブの一例を示す。この曲線Ｌ１は、セルを満充電状態にしてから放電と休止（放電停止）とを繰り返すことで取得される。曲線Ｌ２は、セルが充電される場合のＳＯＣ−ＯＣＶカーブの一例を示す。この曲線Ｌ２は、セルを完全放電状態にしてから充電と休止（充電停止）とを繰り返すことで取得される。なお、以下では、曲線Ｌ１を「放電カーブＬ１」と称し、曲線Ｌ２を「充電カーブＬ２」と称する。

このような放電カーブＬ１及び充電カーブＬ２は、事前の評価実験等により予め取得され、ＥＣＵ１００のメモリ１０４にマップとして格納されている。図５は、放電カーブＬ１及び充電カーブＬ２のマップの一例を示す図である。図５を参照して、ＳＯＣ１は、放電カーブＬ１上のＳＯＣを示し、ＳＯＣ２は、充電カーブＬ２上のＳＯＣを示す。セルの完全放電状態と満充電状態との間のＯＣＶとＳＯＣ１，ＳＯＣ２との関係が、事前の評価実験等により予め取得され、図５に示されるようなマップとしてメモリ１０４に記憶されている。

再び図４を参照して、あるＳＯＣに対して、放電カーブＬ１上のＯＣＶは、充電カーブＬ２上のＯＣＶよりも低い。この傾向は、ＳＯＣが低い領域（たとえば４０〜５０％よりも低い領域）において顕著である。なお、炭素材料とシリコン系材料との混合材ではなくシリコン系材料のみが負極活物質に用いられる場合には、ＳＯＣが高い領域においても、放電カーブＬ１上のＯＣＶが充電カーブＬ２上のＯＣＶよりも低くなる。

放電カーブＬ１上のＯＣＶは、各ＳＯＣにおけるＯＣＶの最低値を示し、充電カーブＬ２上のＯＣＶは、各ＳＯＣにおけるＯＣＶの最高値を示す。セルの状態は、放電カーブＬ１と充電カーブＬ２とにより囲まれた領域内（放電カーブＬ１，Ｌ２上を含む）のいずれかの状態をとり得る。放電カーブＬ１上のＯＣＶと、充電カーブＬ２上のＯＣＶとの乖離が、セルにおけるヒステリシスの存在を示している。

言い換えると、たとえばＯＣＶがＶｍであるとき、ＳＯＣは、充電カーブＬ２上のＳＯＣを示すＳＯＣ２から、放電カーブＬ１上のＳＯＣを示すＳＯＣ１までの範囲に存在し得る。そのため、システム起動時にＯＣＶからＳＯＣを推定する場合に、前回のシステム停止時におけるＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）が上記の範囲内であるときは、ＳＯＣ前回値からのＳＯＣの変化（ずれ）がヒステリシスの影響によるものである可能性がある。そこで、本実施の形態１に従う電池システム２では、システム停止時のＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）がＳＯＣ１以下であり、かつ、ＳＯＣ２以上である場合は、システム起動時のＳＯＣ初期値として、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣ（ＳＯＣ今回値）を採用せずに、ＳＯＣ前回値が設定される。

一方、システム起動時にＯＣＶからＳＯＣを推定する場合に、前回のシステム停止時におけるＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）が上記の範囲外であるときは、ＳＯＣ前回値からのＳＯＣの変化（ずれ）は、ヒステリシスの影響によるものではないといえる。そこで、本実施の形態１に従う電池システム２では、システム停止時のＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）がＳＯＣ１よりも高い場合、又は、ＳＯＣ前回値がＳＯＣ２よりも低い場合は、システム起動時のＳＯＣ初期値として、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣ（ＳＯＣ今回値）が設定される。このようにすることで、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブにヒステリシスが存在する二次電池のＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態１では、システム起動時に設定されるＳＯＣ初期値に充放電電流の積算値を加算することによって、システム作動中のＳＯＣが算出される。そして、上記において、ＳＯＣ前回値は、車両１のシステム停止時におけるＳＯＣの算出値である。また、本実施の形態１では、システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣ今回値は、放電カーブＬ１から推定されるＳＯＣと、充電カーブＬ２から推定されるＳＯＣとの中央値（平均値）としている。なお、ＳＯＣ今回値の算出方法は、これに限定されるものではなく、放電カーブＬ１から推定されるＳＯＣ１と、充電カーブＬ２から推定されるＳＯＣ２とを用いて、ＳＯＣ１とＳＯＣ２との間の値をＳＯＣ今回値として適宜算出可能である。

図６は、車両１のシステム起動時にＥＣＵ１００により実行されるＳＯＣ初期値設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、セル毎に実行され、たとえば運転者によりＩＧ−ＳＷ８０がオン操作されると開始される。

図６を参照して、ＩＧ−ＳＷ８０がオン操作されると、ＥＣＵ１００は、対象セルの電圧ＶＢｉを電圧センサ２１から取得する（ステップＳ１０）。ＩＧ−ＳＷ８０のオン操作直後は、組電池１０の充放電はまだ行なわれていないので、この時点で取得される電圧ＶＢｉはＯＣＶに相当し得る。

次いで、ＥＣＵ１００は、放電カーブＬ１（図４）のマップ（図５）を用いて、ステップＳ１０において取得されたＯＣＶからＳＯＣ（ＳＯＣ１）を算出する（ステップＳ２０）。さらに、ＥＣＵ１００は、充電カーブＬ２（図４）のマップ（図５）を用いて、ステップＳ１０において取得されたＯＣＶからＳＯＣ（ＳＯＣ２）を算出する（ステップＳ３０）。

そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０において算出されたＳＯＣ（ＳＯＣ１）と、ステップＳ３０において算出されたＳＯＣ（ＳＯＣ２）との中央値（平均値）ＳＯＣａを、対象セルのＳＯＣ（今回値）として算出する（ステップＳ４０）。

続いて、ＥＣＵ１００は、前回の車両１のシステム停止時すなわちＩＧ−ＳＷ８０のオフ操作時にメモリ１０４に記憶された対象セルのＳＯＣを、ＳＯＣ（前回値）としてメモリ１０４から取得する（ステップＳ５０）。そして、ＥＣＵ１００は、その取得されたＳＯＣ（前回値）がステップＳ２０において算出されたＳＯＣ１よりも高いか否かを判定する（ステップＳ６０）。

ＳＯＣ（前回値）がＳＯＣ１よりも高いと判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、ＳＯＣ（前回値）からのＳＯＣの変化は、ヒステリシスの影響によるものではないと考えられるため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０において算出されたＳＯＣ（今回値）を、システム起動時のＳＯＣ初期値として設定する（ステップＳ９０）。

ステップＳ６０においてＳＯＣ（前回値）がＳＯＣ１以下であると判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５０において取得されたＳＯＣ（前回値）がステップＳ３０において算出されたＳＯＣ２よりも低いか否かを判定する（ステップＳ７０）。

ＳＯＣ（前回値）がＳＯＣ２よりも低いと判定されると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、ＳＯＣ（前回値）からのＳＯＣの変化は、ヒステリシスの影響によるものではないと考えられるため、ステップＳ９０へ処理が移行される。すなわち、ステップＳ４０において算出されたＳＯＣ（今回値）が、システム起動時のＳＯＣ初期値として設定される。

ステップＳ７０において、ＳＯＣ（前回値）がＳＯＣ２以上であると判定されると（ステップＳ７０においてＮＯ）、ＳＯＣ（前回値）からのＳＯＣの変化がヒステリシスの影響によるものである可能性があるため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５０において取得されたＳＯＣ（前回値）を、システム起動時のＳＯＣ初期値として設定する（ステップＳ８０）。

以上のように、この実施の形態１によれば、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブのヒステリシスを考慮することによって、車両１のシステム起動時におけるＳＯＣ初期値の設定精度を向上させることができる。その結果、ＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

［実施の形態２］
セル内では、充放電に伴なって、活物質中及び電解液中の塩濃度差による分極が生じる。分極が生じていると、セルの端子間に分極電圧が発生し、ＯＣＶの検出精度の低下を招く。この塩濃度差による分極は、時間の経過とともに緩和するものであり、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブのヒステリシスとは異なるものである。塩濃度差による分極が生じている状態では、正確なＯＣＶを検出することが難しく、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いたＳＯＣの推定精度が低下する可能性がある。

そこで、この実施の形態２では、車両１のシステム起動時に実行されるＳＯＣ初期値設定処理において、システム停止期間（ＩＧ−ＳＷ８０のオフ期間）に分極が解消したか否かを判定し、分極が解消している場合に、実施の形態１で説明したＳＯＣ初期値設定処理が実行される。一方、システム起動時に分極が解消していない場合には、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いたＳＯＣ推定は行なわずに、システム停止時のＳＯＣ（ＳＯＣ前回値）がＳＯＣ初期値として設定される。

システム停止期間に分極が解消したか否かを判定するために、この実施の形態２では、システム停止期間が計時される。システム停止期間の計時は、システム停止期間中にタイマーを作動させることで行なわれる。そのため、この実施の形態２では、システム停止期間中においても、補機バッテリ７０からＥＣＵ１００或いは少なくともタイマー（図示せず）へ電力が供給される。

なお、分極の解消に要する時間（分極解消時間）は、セルの温度が低いほど長い。そこで、この実施の形態２では、分極解消時間とセルの温度との関係が事前の評価実験等により予め取得され、ＥＣＵ１００のメモリ１０４にマップとして格納されている。これにより、システム起動時に分極が解消しているか否かを正確に判断することができる。

図７は、分極解消時間マップの一例を示す図である。図７を参照して、セルの温度と分極解消時間との関係が、事前の評価実験等により予め取得され、図７に示されるようなマップとしてメモリ１０４に記憶されている。セルの温度が低いほど、分極解消時間は長い値に設定されており、たとえば、セルの温度につきＴ１＜Ｔ２＜・・・＜Ｔｎの関係がある場合に、分極解消時間はｔ１＞ｔ２＞・・・＞ｔｎとなる。

実施の形態２における車両の全体構成は、図１に示した車両１と同じである。そして、図８は、実施の形態２において、車両１のシステム起動時にＥＣＵ１００により実行されるＳＯＣ初期値設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、セル毎に実行され、たとえば運転者によりＩＧ−ＳＷ８０がオン操作されると開始される。

図８を参照して、ステップＳ１１０からＳ１９０の処理は、図６に示したステップＳ１０からＳ９０の処理とそれぞれ同じである。このフローチャートでは、ステップＳ１１０の前に、ステップＳ１０２からＳ１０８の各処理が実行される。

すなわち、ＩＧ−ＳＷ８０がオン操作されると、ＥＣＵ１００は、ＩＧ−ＳＷ８０が前回オフ操作されてからの経過時間を示すＩＧオフ時間ｔｏｆｆ（システム停止期間）を取得する（ステップＳ１０２）。また、ＥＣＵ１００は、対象セルの温度ＴＢｉを温度センサ２３から取得する（ステップＳ１０４）。

次いで、ＥＣＵ１００は、セルの温度と分極解消時間との関係を示す分極解消時間マップ（図７）をメモリ１０４から読出し、分極解消時間マップを用いて、ステップＳ１０４において取得された温度ＴＢｉから分極解消時間ｔｂを推定する（ステップＳ１０６）。

そして、ＥＣＵ１００は、ＩＧオフ時間ｔｏｆｆが、ステップＳ１０６において推定された分極解消時間ｔｂよりも長いか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ＩＧオフ時間ｔｏｆｆが分極解消時間ｔｂよりも長い場合は（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、分極は解消しているものと判断され、ステップＳ１１０へ処理が移行される。ステップＳ１１０移行の処理は、図６で説明したとおりである。

ステップＳ１０８において、ＩＧオフ時間ｔｏｆｆが分極解消時間ｔｂ以下であると判定されると（ステップＳ１０８においてＮＯ）、分極は解消していないと判断され、ステップＳ１８０へ処理が移行される。すなわち、この場合は、正確なＯＣＶを検出することができず、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いたＳＯＣの推定精度が低下するため、前回の車両１のシステム停止時すなわちＩＧ−ＳＷ８０のオフ操作時にメモリ１０４に記憶されたＳＯＣ（前回値）が、システム起動時のＳＯＣ初期値として設定される。

以上のように、この実施の形態２によれば、分極の影響も考慮することによって、車両１のシステム起動時におけるＳＯＣ初期値の設定精度を向上させることができる。その結果、ＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

［変形例］
上記の実施の形態２では、車両１のシステム停止期間を計時するため、システム停止期間中においても、補機バッテリ７０からＥＣＵ１００或いは少なくともタイマー（図示せず）へ電力が供給されているものとしている。しかしながら、システム停止期間に、利用者により補機バッテリ７０が外される場合がある（たとえば、補機バッテリ７０の端子から電力ケーブルが外される。）。なお、以下では、システム停止期間中に補機バッテリ７０が外されることを、「補機バッテリ抜け」が有ったと言う。

この変形例では、補機バッテリ抜けが有った場合は、システム停止期間（ＩＧ−ＳＷ８０のオフ期間）を計時できていないため、システム停止期間中に分極が解消したか否かの判断は行なわれない。一方、補機バッテリ抜けが無かった場合は、実施の形態２と同様に、システム停止期間が計時され、システム起動時に分極が解消しているか否かの判定が行なわれる。

なお、補機バッテリ抜けの有無は、たとえば、メモリ１０４を構成するＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）のデータがシステム起動時に正常であるか否かによって判定可能である。すなわち、システム起動時にＳＲＡＭのデータが正常であれば、補機バッテリ抜けは無かったものと判断し、システム起動時にＳＲＡＭのデータが異常であれば（たとえばデータが存在しない等）、補機バッテリ抜けが有ったものと判断することができる。

図９は、この変形例において、車両１のシステム起動時にＥＣＵ１００により実行されるＳＯＣ初期値設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、セル毎に実行され、たとえば運転者によりＩＧ−ＳＷ８０がオン操作されると開始される。

図９を参照して、ステップＳ２０２からＳ２９０の処理は、図８に示したステップＳ１０２からＳ１９０の処理とそれぞれ同じである。このフローチャートでは、ステップＳ２０２の前に、ステップＳ２０１の処理が実行される。

すなわち、ＩＧ−ＳＷ８０がオン操作されると、ＥＣＵ１００は、システム停止期間中に補機バッテリ抜けが有ったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。補機バッテリ抜けは無かったと判定された場合は（ステップＳ２０１においてＮＯ）、ステップＳ２０２へ処理が移行され、ＩＧ−ＳＷ８０が前回オフ操作されてからの経過時間を示すＩＧオフ時間ｔｏｆｆ（システム停止期間）が取得される。

一方、ステップＳ２０１において、システム停止期間中に補機バッテリ抜けが有ったものと判定されると（ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２からＳ２０８の処理を実行することなく、ステップＳ２１０へ処理を移行する。ステップＳ２１０移行の処理は、図６で説明したとおりである。

なお、システム停止期間中に補機バッテリ抜けが有った場合（ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、分極が解消したか否かを判断できないことから、ステップＳ２８０へ処理を移行させてもよい。すなわち、この場合は、分極が解消していない可能性があり、分極が解消していない場合は、正確なＯＣＶを検出することができないため、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブを用いたＳＯＣの推定精度が低下する。そこで、ステップＳ２８０へ処理を移行させ、前回の車両１のシステム停止時すなわちＩＧ−ＳＷ８０のオフ操作時にメモリ１０４に記憶されたＳＯＣ（前回値）が、システム起動時のＳＯＣ初期値として設定される。

以上のように、この変形例によれば、システム停止期間中の補機バッテリ抜けの有無もさらに考慮して、車両１のシステム起動時におけるＳＯＣ初期値の設定精度を向上させることができる。その結果、ＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

なお、上述した各実施の形態では、セル毎にＳＯＣ初期値設定処理が実行されるものとしたが、組電池１０全体のＯＣＶ及びＳＯＣに対して、ＳＯＣ初期値設定処理を実行するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態は、全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全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 ブロック、１１ セル、２０ 監視ユニット、２１ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３ 温度センサ、３０ ＰＣＵ、４０ インレット、５０ 充電装置、６１，６２ ＭＧ、６３ エンジン、６４ 動力分割装置、６５ 駆動軸、６６ 駆動輪、７０ 補機バッテリ、８０ ＩＧ−ＳＷ、 ９０ 電源、１００ ＥＣＵ、１０２ ＣＰＵ、１０４ メモリ、１１１ 筐体、１１２ 蓋体、１１３ 正極外部端子、１１４ 負極外部端子、１１５ 電極体、１１６ 正極部、１１７ 負極部。

Claims (4)

1. 二次電池と、
   前記二次電池が放電される場合の前記二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す放電曲線と、前記二次電池が充電される場合の前記二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す充電曲線とを用いて、前記二次電池のＯＣＶから前記二次電池のＳＯＣを推定するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、車両のシステム停止後の次のシステム起動時に、前記ＳＯＣの初期値を設定する設定処理を実行するように構成され、
   前記設定処理は、
   前記システム停止時のＳＯＣが、前記システム起動時のＯＣＶから前記放電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第１のＳＯＣよりも高い場合、又は、前記システム停止時のＳＯＣが、前記システム起動時のＯＣＶから前記充電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第２のＳＯＣよりも低い場合に、前記システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣを前記初期値として設定する第１の処理と、
   前記システム停止時のＳＯＣが、前記第１のＳＯＣ以下であり、かつ、前記第２のＳＯＣ以上である場合に、前記システム停止時のＳＯＣを前記初期値として設定する第２の処理とを含む、電池システム。
2. 前記制御装置は、
   前記システム起動時に前記二次電池の分極が解消している場合に、前記設定処理を実行し、
   前記システム起動時に前記二次電池の分極が解消していない場合には、前記システム停止時のＳＯＣを前記初期値として設定するように構成される、請求項１に記載の電池システム。
3. 前記制御装置は、前記システム停止中の時間が、前記二次電池の分極が解消する時間を示す分極解消時間を経過している場合に、前記分極が解消しているものと判定し、
   前記分極解消時間は、前記二次電池の温度が低いほど長く設定される、請求項２に記載の電池システム。
4. 電池システムにおける二次電池のＳＯＣ推定方法であって、
   前記電池システムは、
   前記二次電池と、
   前記二次電池が放電される場合の前記二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す放電曲線と、前記二次電池が充電される場合の前記二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す充電曲線とを用いて、前記二次電池のＯＣＶから前記二次電池のＳＯＣを推定するように構成された制御装置とを備え、
   前記ＳＯＣ推定方法は、車両のシステム停止後の次のシステム起動時に、前記ＳＯＣの初期値を設定するステップを含み、
   前記設定するステップは、
   前記システム停止時のＳＯＣが、前記システム起動時のＯＣＶから前記放電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第１のＳＯＣよりも高い場合、又は、前記システム停止時のＳＯＣが、前記システム起動時のＯＣＶから前記充電曲線を用いて推定されるＳＯＣを示す第２のＳＯＣよりも低い場合に、前記システム起動時のＯＣＶから推定されるＳＯＣを前記初期値として設定するステップと、
   前記システム停止時のＳＯＣが、前記第１のＳＯＣ以下であり、かつ、前記第２のＳＯＣ以上である場合に、前記システム停止時のＳＯＣを前記初期値として設定するステップとを含む、二次電池のＳＯＣ推定方法。

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