JP2020128970A - 満充電容量推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の満充電容量の推定精度を向上させる。【解決手段】電池の満充電容量を推定する満充電容量推定方法は、電池への充電の開始時における電池の充電率、電池への充電の終了後における電池の充電率、および充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて第１の満充電容量を計算し、電池の使用量に対する電池の満充電容量の変化を表す特性情報に基づいて第２の満充電容量を計算し、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定し、第１の満充電容量および反映率を用いて第２の満充電容量を補正することで電池の満充電容量を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池の満充電容量を推定する方法に係わる。

二次電池の満充電容量は、経年変化により、徐々に小さくなることが知られている。そして、二次電池の満充電容量が小さくなると、例えば、その二次電池が電気自動車またはプラグインハイブリッド車に搭載される場合、その車両の走行距離が短くなる。したがって、二次電池の満充電容量を推定する技術が提案および実用化されている。

電池の満充電容量は、例えば、（１）式により推定される。
満充電容量＝電流積算値／（充電後ＳＯＣ−充電前ＳＯＣ）×１００・・・（１）
（１）式において、電流積算値は、充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値を表す。充電前ＳＯＣは、電池への充電の開始時におけるＳＯＣを表す。充電後ＳＯＣは、電池への充電の終了後におけるＳＯＣを表す。ＳＯＣ（State of Charge）は、満充電容量に対する現在の充電容量を表す。即ち、ＳＯＣは、電池の充電率を表す。なお、充電前ＳＯＣおよび充電後ＳＯＣは、それぞれ、例えば、電池の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）に基づいて算出される。

満充電容量の推定に係わる技術として、特許文献１は、精度の高い二次電池の寿命予測を可能とする方法を開示する。特許文献２は、電池の満充電容量の推定精度および推定頻度を向上させる技術を開示する。特許文献３は、電動車両に搭載された二次電池の劣化度の推定精度を高める技術を開示する。

特開２０１２−１８１０６６号公報 特開２０１５−０４０８３２号公報 特開２０１８−０２９４３０号公報

上述した推定方法においては、誤差が大きくなることがある。例えば、電流センサが誤差を有する場合、電流積算値の誤差が蓄積し、満充電容量の推定誤差も大きくなってしまう。また、電池の分極が十分に解消していない状態でその電池の電圧に基づいてＳＯＣが計算されたときも、満充電容量の推定誤差が大きくなり得る。

本発明の１つの側面に係わる目的は、電池の満充電容量の推定精度を向上させることである。

本発明の１つの態様の満充電容量推定方法は、電池の満充電容量を推定する処理において、前記電池への充電の開始時における前記電池の充電率、前記電池への充電の終了後における前記電池の充電率、および充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて第１の満充電容量を計算し、前記電池の使用量に対する前記電池の満充電容量の変化を表す特性情報に基づいて第２の満充電容量を計算し、前記第１の満充電容量と前記第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定し、前記第１の満充電容量および前記反映率を用いて前記第２の満充電容量を補正することで前記電池の満充電容量を推定する。

上述の特性情報は、電池の使用環境等に応じて変化し得るので、この特性情報のみに基づいて推定される満充電容量（すなわち、第２の満充電容量）は、誤差を含む。そこで、電池の電圧および充電電流に基づいて新たに推定される満充電容量（すなわち、第１の満充電容量）で第２の満充電容量を補正する。ただし、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分が大きいときは、第１の満充電容量の信頼性が低いおそれがある。そこで、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて反映率を決定し、第１の満充電容量および反映率を用いて第２の満充電容量を補正することで電池の満充電容量を推定する。したがって、電池の満充電容量の推定精度が向上する。

前記第１の満充電容量がＣ１であり、前記第２の満充電容量がＣ２であり、前記反映率がＲであるときに、Ｃ２×（１−Ｒ）＋Ｃ１×Ｒで前記電池の満充電容量を推定してもよい。この場合、反映率が大きいときは、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度が高くなる。よって、第１の満充電容量の信頼性が高いときは、反映率を大きくすることで、満充電容量の推定値の精度が高くなる。一方、反映率が小さいときは、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度が低くなる。よって、第１の満充電容量の信頼性が低いときは、反映率を小さくすることで、満充電容量の推定精度をかえって低くしてしまう補正が抑制される。

前記第１の満充電容量と前記第２の満充電容量との差分が大きいほど前記反映率を小さくしてもよい。第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分が大きいときは、第１の満充電容量の信頼性が低いおそれがある。よって、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分が大きいときは、反映率を小さくすることで、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度が低くなり、満充電容量の推定精度をかえって低くしてしまう補正が抑制される。

前記第１の満充電容量が前回の充電時に推定された満充電容量よりも大きいときは、前記反映率をゼロに設定してもよい。また、前記第１の満充電容量が前回の充電時に推定された満充電容量よりも大きいときは、前記差分に対応して決まる反映率よりも小さい反映率を使用して前記電池の満充電容量を推定してもよい。さらに、前記第１の満充電容量が前回の充電時に推定された満充電容量よりも大きいときは、前記電池の満充電容量の推定値として、前回の充電時に推定された満充電容量の値を出力してもよい。

ここで、電池の満充電容量は、電池の使用量の増加に伴って徐々に小さくなってゆくはずである。すなわち、ある充電動作において計算された第１の満充電容量が、前回の充電動作で推定された満充電容量よりも大きいときは、その第１の満充電容量の信頼性は低いと考えられる。よって、このようなケースでは、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度を無くす又は小さくすることで、満充電容量の推定精度をかえって低くしてしまう補正が抑制される。

前記電池への充電の開始の直前に前記電池が使用されずに放置されていた期間が短いほど前記反映率を小さくしてもよい。また、前記電池への充電が終了したときから、前記電池の電圧に基づいて前記電池への充電の終了後における前記電池の充電率が計算されるまでの間の、前記電池が使用されずに放置されていた期間が短いほど前記反映率を小さくしてもよい。これらの期間が短いときは、電池の分極が解消していない可能性があるので、第１の満充電容量の信頼性は低い。よって、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度を小さくすることで、満充電容量の推定精度をかえって低くしてしまう補正が抑制される。

充電開始時から充電終了時までの期間における温度変化が大きいほど前記反映率を小さくしてもよい。上述の温度変化が大きいときは、電池の電圧および充電電流の測定中の電池の状態が変化し、また、電流センサ及び／又は電圧センサにより検知される値の誤差が大きくなることがあるので、第１の満充電容量の信頼性は低くなる。よって、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度を小さくすることで、満充電容量の推定精度をかえって低くしてしまう補正が抑制される。

上述のケースの他にも、第１の満充電容量の信頼性が低いときは、反映率を小さくすることで、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度を小さくすることが好ましい。例えば、充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値が小さいときは、反映率を小さくしてもよい。また、充電電流が小さいときは、反映率を小さくしてもよい。さらに、充電終了時における電池の温度が低いときは、反映率を小さくしてもよい。さらに、電池の開回路電圧に対応する、電池の充電率と開回路電圧との関係を表す特性曲線の傾きが所定の閾値より小さいときは、電池の開回路電圧に対応する、特性曲線の傾きが閾値より大きいときと比較して、反映率を小さくしてもよい。さらに、電池の劣化度が進行したときは、反映率を小さくしてもよい。

本発明の他の態様の満充電容量推定方法は、電池の満充電容量を推定する処理において、前記電池の使用量に対する前記電池の満充電容量の変化を表す特性情報をメモリから取得し、所定のモニタ期間において、前記電池が充電された回数に対する、予約された時間帯に前記電池を充電するタイマ充電が行われた回数の割合を検出し、前記割合に応じて前記特性情報を補正し、補正された前記特性情報に基づいて前記電池の満充電容量を推定する。このとき、例えば、前記割合が高いほど使用量に対する前記電池の満充電容量が大きくなるように、或いは、前記割合が低いほど使用量に対する前記電池の満充電容量が小さくなるように、前記特性情報を補正する。

タイマ充電でない通常の充電が行われるケースと比較すると、タイマ充電が行われるケースでは、電池が放置されるときのＳＯＣが低くなる傾向がある。また、ＳＯＣが高い状態で電池が放置されるときと比較すると、ＳＯＣが低い状態で電池が放置される期間が長いときは、電池の劣化が遅くなる傾向が見られる。したがって、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合に応じて特性情報を補正すれば、その特性情報を用いて推定される満充電容量の精度は高くなる。

上述の態様によれば、電池の満充電容量の推定精度が向上する。

本発明の実施形態に係わる満充電容量推定方法が使用される電池パックの一例を示す図である。 電池の満充電容量の劣化ラインの一例を示す図である。 充電動作および第１の満充電容量の計算の一例を示す図である。 反映率の決定および反映率に基づく満充電容量の推定の例を示す図である。 満充電容量推定方法の一例を示すフローチャートである。 第１の満充電容量の信頼性が低いケースの一例を示す図である。 ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線の一例を示す図である。 ＳＯＣの変化の一例を示す図である。 タイマ充電の割合に応じた劣化ラインの補正の一例を示す図である。 他の実施形態に係る満充電容量推定方法の一例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係わる満充電容量推定方法が使用される電池パックの一例を示す。図１に示す電池パック１００は、例えば、電気自動車またはプラグインハイブリッド車に実装される。なお、以下の記載では、電気自動車またはプラグインハイブリッド車を「電動車両」と呼ぶことがある。

電池パック１００は、図１に示すように、電池１、電流センサ２、電圧センサ３、温度センサ４、プロセッサ１０、メモリ２０を備える。なお、電池パック１００は、図１に示していない他の回路要素を備えていてもよい。

電池１は、二次電池であり、充電装置２００により充電され得る。なお、充電装置２００は、電池パック１００に着脱され得る。また、電池１は、不図示の負荷に電流を供給することができる。負荷は、例えば、電動車両のモータを含む。

電流センサ２は、充電装置２００と電池１との間に設けられ、電池１の充電電流を検知する。電圧センサ３は、電池１の正極端子と負極端子との間の電圧を検知する。温度センサ４は、電池パック１００内の温度を検知する。

プロセッサ１０は、充電装置２００による充電動作を制御する。例えば、プロセッサ１０は、充電装置２００に充電電流の指令値を与えることができる。また、プロセッサ１０は、電池１の状態を管理することができる。電池１の状態を管理する処理は、電池１の満充電容量を推定する処理を含む。すなわち、プロセッサ１０は、電池１の満充電容量を推定する満充電容量推定装置として動作することができる。この場合、満充電容量推定装置は、プロセッサ１０に加えて電流センサ２および電圧センサ３を含んでもよい。

なお、この実施例では、プロセッサ１０が充電制御および電池１の状態管理の双方を実行するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、充電装置２００に充電電流の指令値を与える充電制御、および電池１の状態を管理する状態管理が、別々のプロセッサで実行されるように構成してもよい。

メモリ２０は、電池１の特性を表す特性情報を格納する。特性情報は、電池１の満充電容量の劣化ラインを表す情報を含む。劣化ラインは、電池１の使用量に対する電池１の満充電容量の変化を表す。使用量とは、例えば、電池１が製造されたときからの時間経過［ｈ］、充電量［Ａｈ］、放電量［Ａｈ］、または、電動車両の走行距離［ｋｍ］などを用いることができる。なお、メモリ２０は、特性情報以外の情報を格納してもよい。また、メモリ２０は、プロセッサ１０により実行されるソフトウェアプログラムを格納してもよい。この場合、プロセッサ１０は、メモリ２０に格納されているソフトウェアプログラムを実行することで電池１の満充電容量を推定してもよい。

図２は、電池１の使用量として時間経過を使用するときの電池１の満充電容量の劣化ラインの一例を示す。横軸は、電池１が製造されたときからの時間経過を表す。縦軸は、電池１の満充電容量を表す。

電池１の満充電容量は、図２に示すように、経年劣化により時間経過とともに徐々に小さくなってゆく。例えば、電池１が製造されたときからの時間経過がＴ１であるときは、電池１の満充電容量はＣＣ１である。また、時間経過がＴ２であるときは、電池１の満充電容量はＣＣ２である。なお、劣化ラインは、電池１の構造および電池１を構成する材料などに応じて予め作成される。そして、この劣化ラインを表す情報がメモリ２０に格納される。

プロセッサ１０は、図１に示すように、充電制御部１１、第１の容量計算部１２、第２の容量計算部１３、反映率決定部１４、推定部１５、タイマ充電管理部１６、特性情報補正部１７を備える。なお、充電制御部１１、第１の容量計算部１２、第２の容量計算部１３、反映率決定部１４、推定部１５、タイマ充電管理部１６、特性情報補正部１７の機能は、たとえば、メモリ２０に格納されているソフトウェアプログラムを実行することにより実現される。また、プロセッサ１０は、図１に示していない機能を提供することもできる。

充電制御部１１は、充電電流の指令値を充電装置２００に与えることで充電装置２００を制御する。また、充電動作が定電流充電モードおよび定電圧充電モードを含むときは、充電制御部１１は、定電流充電モードから定電圧充電モードへの切替えタイミングを制御してもよい。例えば、充電動作の開始時は、定電流充電モードで電池１が充電される。このとき、充電制御部１１は、電圧センサ３により検知される電池１の電圧（閉回路電圧：ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）をモニタする。そして、電池１の電圧が満充電電圧に達すると、定電流充電モードから定電圧充電モードへ切り替えられる。定電圧充電モードにおいては、充電電流は段階的に引き下げられる。そして、充電電流が十分に小さい状態が所定時間継続すると、充電制御部１１は、充電動作を終了する。

第１の容量計算部１２は、電池１への充電の開始時における電池１のＳＯＣ、電池１への充電の終了後における電池１のＳＯＣ、および充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて第１の満充電容量を計算する。この実施例では、第１の満充電容量は、（２）式により推定される。
第１の満充電容量＝電流積算値／（充電後ＳＯＣ−充電前ＳＯＣ）×１００・・・（２）

（２）式において、充電後ＳＯＣは、電池１への充電の終了後における電池１のＳＯＣに相当する。充電前ＳＯＣは、電池１への充電の開始時における電池１のＳＯＣに相当する。ここで、ＳＯＣは、電池１の開回路電圧に一意に対応し、その対応関係は既知であるものする。そうすると、第１の容量計算部１２は、電圧センサ３により検知される電池１の電圧に基づいて、充電前ＳＯＣおよび充電後ＳＯＣを得ることができる。また、第１の容量計算部１２は、電流センサ２により検知される充電電流を積算する。したがって、第１の容量計算部１２は、第１の満充電容量を計算することができる。

図３は、充電動作および第１の満充電容量の計算の一例を示す。この例では、電池パック１００は、電動車両（電気自動車またはプラグインハイブリッド車）に搭載され、走行用モータ等に電力を供給するものとする。横軸は、時間を表す。縦軸は、電池１の電圧および電流を表す。正の電流は、電池１から負荷へ供給される電流に相当し、負の電流は、充電電流に相当する。なお、図３に示す例では、電動車両のモータから電池１に電流が回生されるときも、負の電流が発生する。

時刻Ｔ３以前は、電動車両は走行している。時刻Ｔ３〜Ｔ４においては、電池１は、使用されず、また、充電もされない。すなわち、電池１は放置されている。このとき、時間経過とともに電池１の分極が解消する。時刻Ｔ４〜Ｔ５において、充電装置２００により電池１が充電される。時刻Ｔ５〜Ｔ６においても、電池１は放置される。

第１の容量計算部１２は、時刻Ｔ４において、電池１の開回路電圧を測定することにより充電前ＳＯＣを計算する。また、第１の容量計算部１２は、時刻Ｔ４〜Ｔ５における充電電流を積算する。なお、充電電流を積算値は、図３に示す斜線領域の面積に相当する。さらに、時刻Ｔ６において、電池１の開回路電圧を測定することにより充電後ＳＯＣを計算する。そして、第１の容量計算部１２は、上述した（２）式を利用して第１の満充電容量を計算する。

第２の容量計算部１３は、メモリ２０に格納されている特性情報に基づいて第２の満充電容量を計算する。具体的には、第２の容量計算部１３は、図２に示す劣化ラインを参照し、第２の満充電容量として、電池１が製造されたときからの時間経過に対応する満充電容量を計算する。例えば、電池１が製造されたときからの時間経過がＴ１であるときは、第２の満充電容量として「ＣＣ１」が得られる。なお、プロセッサ１０は、電池１が製造されたときからの時間経過を計時しているものとする。

反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定する。反映率は、ゼロ以上であり、且つ、１以下である。

推定部１５は、第１の満充電容量および反映率を用いて第２の満充電容量を補正することで電池１の満充電容量を推定する。この実施例では、推定部１５は、（３）式を用いて電池１の満充電容量を推定する。
満充電容量＝Ｃ２×（１−Ｒ）＋Ｃ１×Ｒ・・・（３）
Ｃ１は、第１の容量計算部１２により計算された第１の満充電容量を表す。Ｃ２は、第２の容量計算部１３により計算された第２の満充電容量を表す。Ｒは、反映率決定部１４により決定された反映率を表す。

ここで、第２の満充電容量は、図２に示す劣化ラインを利用して得られる。ところが、劣化ラインは、電池１が標準的な環境下で使用されたときの満充電容量の変化を表している。すなわち、実際の満充電容量は、電池１の使用環境に応じて、劣化ラインから乖離することがある。例えば、電池１が長い期間にわたって気温の高い地域で使用されたときは、実際の満充電容量は、劣化ラインで表される値より小さくなることがある。

そこで、推定部１５は、充電時に計算される第１の満充電容量を利用して第２の満充電容量を補正する。ただし、第１の満充電容量は、充電電流の積算値および電池１の電圧に対応するＳＯＣに基づいて計算されるので、誤差を含む。そして、第１の満充電容量の誤差が大きいときは、第１の満充電容量を利用して第２の満充電容量を補正することで電池１の満充電容量を推定すると、その推定結果の信頼性が低くなる。

したがって、推定部１５は、第１の満充電容量を利用して第２の満充電容量を補正する計算に反映率を導入する。ここで、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分が小さいときは、第１の満充電容量の信頼性が高いと考えられる。この場合、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度を大きくするために、反映率を大きくする。一方、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分が大きいときは、第１の満充電容量の信頼性が低いと考えられる。この場合、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度を小さくするために、反映率を小さくする。

たとえば、図４（ａ）に示す例では、充電時の測定により計算される第１の満充電容量Ｃ１と劣化ラインを利用して得られる第２の満充電容量Ｃ２との差分は小さい。この場合、反映率Ｒとして比較的大きい値が決定される。この例では、反映率Ｒは０．５である。一方、図４（ｂ）に示す例では、第１の満充電容量Ｃ１と第２の満充電容量Ｃ２との差分は大きい。この場合、反映率Ｒとして比較的小さい値が決定される。この例では、反映率Ｒは０．３である。

図５は、満充電容量を推定する方法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の手順は、例えば、電池１が充電されるときに実行される。

Ｓ１において、充電動作が開始される。充電動作は、例えば、電池パック１００に充電装置２００が接続されたときに実行される。Ｓ２において、第１の容量計算部１２は、第１の満充電容量を計算する。第１の満充電容量を計算する処理は、充電前ＳＯＣを計算する処理、充電電流を積算する処理、充電後ＳＯＣを計算する処理を含む。Ｓ３において、第２の容量計算部１３は、劣化ラインを利用して第２の満充電容量を計算する。Ｓ４において、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定する。Ｓ５において、推定部１５は、第１の満充電容量および反映率を用いて第２の満充電容量を補正することで電池１の満充電容量を推定する。このとき、推定部１５は、例えば、上述した（３）式を利用して電池１の満充電容量を推定する。

このように、本発明の実施形態に係わる満充電容量推定方法においては、測定により得られる第１の満充電容量および反映率を用いて、劣化ラインを利用して得られる第２の満充電容量を補正することで電池１の満充電容量が推定される。ここで、反映率は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定される。したがって、測定により得られる第１の満充電容量の信頼性を勘案して第２の満充電容量が補正されるので、電池１の満充電容量の推定精度が向上する。

なお、上述のようにして推定される満充電容量は、例えば、以降の充電動作においてＳＯＣを計算する際に使用される。この場合、ＳＯＣは（４）式で表される。
ＳＯＣ＝充電前ＳＯＣ＋１００×電流積算値／満充電容量・・・（４）
ここで、上述したように、満充電容量の推定精度は高い。したがって、この満充電容量の推定値を使用して得られるＳＯＣの精度も高くなる。

＜バリエーション１＞
電池１の満充電容量は、使用量の増加に伴って、徐々に小さくなってゆく。したがって、ある充電動作において新たに計算される第１の満充電容量が、前回の充電動作で推定された満充電容量より大きいときは、その第１の満充電容量の信頼性は低いと考えられる。

例えば、図６に示す例では、Ｎ−１回目の充電動作において、第１の満充電容量Ｃ１および第２の満充電容量Ｃ２に基づいて満充電容量の推定値Ｅが得られている、そして、Ｎ回目の充電動作において計算された第１の満充電容量Ｃ１は、Ｎ−１回目の充電動作において得られた満充電容量の推定値Ｅよりも大きい。

この場合、Ｎ回目の充電動作において計算された第１の満充電容量Ｃ１の信頼性は低いと判定される。そうすると、Ｎ回目の充電動作における満充電容量は、以下のいずれかの方法により推定される。

（１）反映率Ｒをゼロに設定する。この場合、上述の（３）式に「Ｒ＝ゼロ」が与えられるので「満充電容量＝Ｃ２」が得られる。すなわち、測定により得られる第１の満充電容量は無視され、Ｎ回目の充電動作において劣化ラインを利用して得られる第２の満充電容量が満充電容量の推定値として出力される。

（２）第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に対応して決まる反映率よりも小さい反映率を使用する。例えば、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に対応して決まる反映率が０．５である場合、反映率として０．１が使用される。この場合、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度が小さくなる。

（３）満充電容量の推定値として、前回の充電時に推定された満充電容量の値を出力する。例えば、図６に示す例では、Ｎ回目の充電動作に対する満充電容量の推定値として、Ｎ−１回目の充電時に得られている推定値Ｅが出力される。

＜バリエーション２＞
電池１の満充電容量は、上述したように、充電開始時のＳＯＣおよび充電終了後のＳＯＣを利用して計算される。ここで、ＳＯＣは、電池１の電圧に基づいて算出される。ところが、電池１の電圧は、電池の分極の影響を受ける。例えば、図３に示す例では、時刻Ｔ３において電池１の使用を停止したときから時刻Ｔ４において充電を開始するまでの放置期間が短いと、時刻Ｔ４において得られる充電前ＳＯＣの信頼性は低い。また、時刻Ｔ５において電池１の充電が終了したときから時刻Ｔ６において電池１の開回路電圧に基づいてＳＯＣを計算するまでの放置期間が短いと、時刻Ｔ６において得られる充電後ＳＯＣの信頼性は低い。すなわち、充電開始前の放置時間および／または充電終了後の放置期間が短いと、第１の満充電容量の信頼性は低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、上述の放置期間に応じて調整する。一例としては、反映率決定部１４は、以下のようにして反映率を調整する。

（１）電池１への充電の開始の直前に電池１が使用されずに放置されていた期間が短いほど反映率を小さくする。例えば、図３に示す期間Ｔ３〜Ｔ４が所定の閾値期間より短いときは、期間Ｔ３〜Ｔ４が閾値期間より長いときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、図３に示す期間Ｔ３〜Ｔ４が所定の閾値期間より短いときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

（２）電池１への充電が終了したときから、電池１の開回路電圧に基づいて充電の終了後における充電率が計算されるまでの間の放置期間が短いほど反映率を小さくする。例えば、図３に示す期間Ｔ５〜Ｔ６が所定の閾値期間より短いときは、期間Ｔ５〜Ｔ６が所定の閾値期間より長いときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、図３に示す期間Ｔ５〜Ｔ６が所定の閾値期間より短いときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

上述の調整によれば、電池１の分極が解消しておらず、時刻Ｔ４または時刻Ｔ６における開回路電圧の誤差が大きいと考えられるときには、反映率が小さくなり、満充電容量の推定値に対する第１の満充電容量の寄与度が小さくなる。したがって、満充電容量の推定精度をかえって低くしてしまう補正が抑制される。

＜バリエーション３＞
電池パック１００内の温度が変化すると、電池１の状態が変化し、また、電流センサ２及び／又は電圧センサ３により検知される値の誤差が大きくなることがある。すなわち、充電動作中に電池パック１００内の温度が変化すると、第１の満充電容量の信頼性は低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、電池パック１００内の温度の変化に応じて調整する。一例としては、反映率決定部１４は、充電開始時から充電終了時までの期間における温度変化が大きいほど反映率を小さくする。例えば、充電開始時から充電終了時までの期間における温度変化が所定の閾値より大きいときは、温度変化が所定の閾値より小さいときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、充電開始時から充電終了時までの期間における温度変化が所定の閾値より大きいときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。なお、電池パック１００内の温度は、温度センサ４により検知される。

＜バリエーション４＞
満充電容量を推定するために使用される第１の満充電容量は、上述したように、充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて計算される。ところが、充電電流の測定値は誤差を含む。そして、充電電流の積算値が小さいときは、（２）式における（充電後ＳＯＣ−充電前ＳＯＣ）に対する充電電流の測定誤差の影響が大きくなる。すなわち、充電電流の積算値が小さいときは、第１の満充電容量の信頼性が低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、充電電流の積算値に基づいて調整する。すなわち、充電電流の積算値が小さいほど反映率を小さくする。例えば、充電電流の積算値が所定の閾値より小さいときは、充電電流の積算値が所定の閾値より大きいときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、充電電流の積算値が所定の閾値より小さいときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

＜バリエーション５＞
バリエーション４に関連して説明したように、充電電流の測定誤差が第１の満充電容量の精度を低下させる。ここで、充電電流が小さいときは、充電電流の測定値に対する測定誤差の影響が大きくなる。すなわち、充電電流が小さいときは、第１の満充電容量の信頼性が低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、充電電流の大きさに基づいて調整する。すなわち、充電電流が小さいほど反映率を小さくする。例えば、充電電流が所定の閾値より小さいときは、充電電流が所定の閾値より大きいときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、充電電流が所定の閾値より小さいときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

＜バリエーション６＞
上述したように、電池１のＳＯＣは電池１の電圧に基づいて推定されるが、電池１の電圧は分極の影響を受ける。ここで、電池１の温度が低いときは、分極の解消が遅くなる。そして、電池１の分極が解消していないときは、電池１の電圧に基づいて推定されるＳＯＣの精度が低く、そのＳＯＣに基づいて計算される第１の満充電容量の精度も低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、充電終了時の電池１の温度に基づいて調整する。すなわち、充電終了時の電池１の温度が低いほど反映率を小さくする。例えば、充電終了時の電池１の温度が所定の閾値より低いときは、充電終了時の電池１の温度が所定の閾値より高いときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、充電終了時の電池１の温度が所定の閾値より低いときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

＜バリエーション７＞
電池１のＳＯＣは、例えば、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線を利用して推定される。ここで、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線は、予め用意されているものとする。この場合、電圧センサ３を用いて電池１の開回路電圧（即ち、ＯＣＶ）を測定することで、電池１のＳＯＣが推定される。ところが、電池１の種別によっては、図７に示すように、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線がフラット領域を有する。フラット領域は、ＳＯＣに対するＯＣＶの傾き（ΔＯＣＶ／ΔＳＯＣ）が、所定の閾値よりも小さい領域を表す。図７に示す例では、ＳＯＣが３０〜５５パーセントの領域がフラット領域に相当する。なお、リチウムイオン電池は、比較的広いフラット領域を有することが知られている。

フラット領域においては、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線を利用してＯＣＶからＳＯＣを推定する際に、ＯＣＶが僅かに変化しただけでＳＯＣが大きく変化する。このため、ＳＯＣの推定においてＯＣＶの測定誤差の影響が大きくなる。すなわち、電池１の状態がフラット領域内に入っているときは、電池１のＯＣＶに基づいて推定されるＳＯＣの精度が低く、そのＳＯＣに基づいて計算される第１の満充電容量の精度も低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、電池１の充電開始時または充電終了時における電池１の開回路電圧に対応するＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線の傾きに応じて調整する。具体的には、電池１の開回路電圧に対応するΔＯＣＶ／ΔＳＯＣが小さいほど、反映率を小さくする。例えば、電池１の開回路電圧に対応するΔＯＣＶ／ΔＳＯＣが所定の閾値より小さいときは、ΔＯＣＶ／ΔＳＯＣが所定の閾値より大きいときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、電池１の開回路電圧に対応するΔＯＣＶ／ΔＳＯＣが所定の閾値より小さいときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

＜バリエーション８＞
電池１が劣化すると、それに伴ってＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線が変化してゆく。そして、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線が変化してしまうと、電池１の電圧に基づくＳＯＣの推定精度が低くなり、第１の満充電容量の精度も低くなる。

そこで、反映率決定部１４は、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を、電池１の劣化度に応じて調整する。例えば、電池１の劣化度が所定の閾値レベルより進行したときは、電池１の劣化度が所定の閾値レベルより進行していないときに第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率より小さい値に調整された反映率を使用して満充電容量を推定する。一例としては、電池１の劣化度が所定の閾値レベルより進行したときは、第１の満充電容量と第２の満充電容量との差分に応じて決定した反映率を２分の１にする。

なお、電池１の現在の劣化度は、例えば、下記の方法で計算される。
（１）電池１の内部抵抗の初期値に対する現在の内部抵抗の値が大きいほど、電池１の劣化が進行していると判定される。電池１の内部抵抗は、例えば、Ｉ−Ｖプロットの傾き、或いは、電流を流す前後での電圧の変化量ΔＶ／Ｉなどに基づいて計算され得る。
（２）電池１の満充電容量の初期値に対する現在の満充電容量が小さいほど、電池１の劣化が進行していると判定される。
（３）電池１の使用開始時から現在までの期間における累積電流積算値が大きいほど、電池１の劣化が進行していると判定される。

＜他の実施形態＞
上述したように、推定部１５は、図２に示す劣化ラインを利用して電池１の満充電容量を推定する。ただし、劣化ラインは、電池１が標準的な環境下で使用されたときの満充電容量の変化を表している。すなわち、実際の満充電容量は、電池１の使用環境に応じて、劣化ラインから乖離することがある。

例えば、ＳＯＣ（すなわち、充電率）が高い状態で電池１が放置される期間が長いときは、ＳＯＣが低い状態で電池１が放置される期間が長いときと比較して、電池１の劣化が進みやすく、満充電容量が小さくなる傾向が見られる。よって、電池１のＳＯＣを継続的にモニタし、電池１が放置されているときのＳＯＣの分布または平均値に基づいて劣化ラインを補正すれば、満充電容量の推定精度の改善が期待される。

ところが、電池１のＳＯＣを継続的にモニタする場合、プロセッサ１０の処理量が増加し、また、ＳＯＣの計算結果を格納するためのメモリ容量も増加する。そこで、他の実施形態では、簡易な方法で劣化ラインを補正する機能を提供する。この機能は、図１に示すタイマ充電管理部１６および特性情報補正部１７を利用して実現される。

タイマ充電管理部１６は、所定のモニタ期間において、電池１が充電された回数およびタイマ充電が行われた回数をそれぞれカウントする。タイマ充電は、この実施例では、ユーザ等により予約された時間帯に電池１を充電する充電動作を意味する。そして、タイマ充電管理部１６は、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合を検出する。例えば、所定のモニタ期間において１００回の充電が行われ、そのうちの５０回がタイマ充電であったケースでは、「割合：０．５」が得られる。

特性情報補正部１７は、タイマ充電管理部１６により検出された割合に応じて特性情報を補正する。具体的には、特性情報補正部１７は、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合に応じて図２に示す劣化ラインを補正する。モニタ期間は、特に限定されるものではないが、例えば、１年程度である。この場合、１年ごとに劣化ラインが補正される。そして、推定部１５は、特性情報補正部１７により補正された特性情報（すなわち、劣化ライン）に基づいて電池１の満充電容量を推定する。

図８は、ＳＯＣの変化の一例を示す。この実施例では、電池パック１００が電動車両に搭載され、電池１は走行用モータに電力を供給する。また、電動車両は、午前９時から午後６時の間に走行する。すなわち、電池１は、午前９時から午後６時の間に使用される。

図８（ａ）に示すケースでは、ユーザは、午後６時に電動車両の走行を終えると、即座に電池１の充電を開始する。そして、充電は、３時間で完了する。すなわち、午後９時に充電が終了する。この場合、電池１のＳＯＣは、午後９時から翌日の午前９時までの間、１００パーセントに近い状態に保持される。すなわち、電池１が放置されている期間のＳＯＣは高くなる。

一方、図８（ｂ）に示すケースでは、ユーザは、タイマ充電を行う。この例では、翌日の午前９時に充電が終了するように、タイマ充電が設定される。ここで、充電時間は３時間なので、翌日の午前６時に充電が開始される。この場合、電池１のＳＯＣは、午後６時から翌日の午前６時までの間、電動車両の走行後の状態に保持される。すなわち、電池１が放置されている期間のＳＯＣは低くなる。

このように、タイマ充電でない通常の充電が行われるケースと比較すると、タイマ充電が行われるケースでは、電池１が放置されている期間のＳＯＣが低くなる傾向がある。また、ＳＯＣが高い状態で電池１が放置されるときと比較すると、ＳＯＣが低い状態で電池１が放置される期間が長いときは、電池１の劣化が遅く、電池１の製造時に想定された標準的な劣化ラインよりも満充電容量が大きくなる傾向が見られる。したがって、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合が高いほど、満充電容量の劣化ラインは、満充電容量が大きくなる方向にシフトすると考えられる。

そこで、特性情報補正部１７は、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合に応じて劣化ラインを補正する。このとき、特性情報補正部１７は、図９に示すように、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合が高いほど、時間経過に対する電池１の満充電容量が大きくなるように劣化ラインを補正する。また、特性情報補正部１７は、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合が低いほど、時間経過に対する電池１の満充電容量が小さくなるように劣化ラインを補正する。この結果、ＳＯＣに起因する劣化ラインの変動が補償されるので、満充電容量の推定精度が向上する。

図１０は、他の実施形態に係る満充電容量推定方法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の手順は、定期的（例えば、１年ごと）に実行されるようにしてもよい。なお、タイマ充電管理部１６は、電池１の充電が実行された回数およびタイマ充電が実行された回数をそれぞれカウントするものとする。そして、これらのカウント値は、メモリ２０に格納されている。

Ｓ１１において、タイマ充電管理部１６は、所定のモニタ期間における充電回数を取得する。Ｓ１２において、タイマ充電管理部１６は、所定のモニタ期間におけるタイマ充電の回数を取得する。Ｓ１３において、タイマ充電管理部１６は、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合を計算する。

Ｓ１４において、特性情報補正部１７は、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合に応じて劣化ラインを補正する。そして、Ｓ１５において、推定部１５は、補正後の劣化ラインを利用して電池１の満充電容量を推定する。

このように、他の実施形態においては、タイマ充電が行われる割合が高いときに電池１が低いＳＯＣで放置される傾向が強いことを利用し、タイマ充電が行われる割合に応じて劣化ラインが補正される。この結果、満充電容量の推定精度が高くなる。加えて、電池１のＳＯＣを継続的にモニタして記録する代わりに、充電回数およびタイマ充電の回数をカウントすることで劣化ラインを補正するので、プロセッサ１０の処理量が削減され、また、ＳＯＣの計算結果を格納するためのメモリ容量も削減される。

なお、図８に示す実施例では、電池１が使用される時刻から逆算してタイマ充電の開始時刻が設定されるが、本発明はこのケースに限定されるものではない。例えば、電気料金の安い時間帯に充電が行われるようにタイマ充電が設定されるようにしてもよい。

また、図５に示す手順および図１０に示す手順を組み合わせてもよい。すなわち、第２の容量計算部１３は、図１０に示すフローチャートの手順で補正された劣化ラインを利用して第２の満充電容量を計算してもよい。この場合、第２の満充電容量の信頼性が高くなるので、推定部１５により得られる満充電容量の推定値の精度がさらに高くなる。

また、上記実施形態において、電池１の使用量としての時間経過を他の使用量に置き換えてもよい。

１ 電池
２ 電流センサ
３ 電圧センサ
４ 温度センサ
１０ プロセッサ
１１ 充電制御部
１２ 第１の容量計算部
１３ 第２の容量計算部
１４ 反映率決定部
１５ 推定部
１６ タイマ充電管理部
１７ 特性情報補正部
２０ メモリ
１００ 電池パック

Claims (19)

1. 電池の満充電容量を推定する満充電容量推定方法であって、
   前記電池への充電の開始時における前記電池の充電率、前記電池への充電の終了後における前記電池の充電率、および充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて第１の満充電容量を計算し、
   前記電池の使用量に対する前記電池の満充電容量の変化を表す特性情報に基づいて第２の満充電容量を計算し、
   前記第１の満充電容量と前記第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定し、
   前記第１の満充電容量および前記反映率を用いて前記第２の満充電容量を補正することで前記電池の満充電容量を推定する
   ことを特徴とする満充電容量推定方法。
2. 前記第１の満充電容量がＣ１であり、前記第２の満充電容量がＣ２であり、前記反映率がＲであるときに、前記電池の満充電容量はＣ２×（１−Ｒ）＋Ｃ１×Ｒで表される
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
3. 前記第１の満充電容量と前記第２の満充電容量との差分が大きいほど前記反映率は小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
4. 前記第１の満充電容量が前回の充電時に推定された満充電容量よりも大きいときは、前記反映率はゼロである
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
5. 前記第１の満充電容量が前回の充電時に推定された満充電容量よりも大きいときは、前記差分に対応して決まる反映率よりも小さい反映率を使用して前記電池の満充電容量を推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
6. 前記第１の満充電容量が前回の充電時に推定された満充電容量よりも大きいときは、前記電池の満充電容量の推定値として、前回の充電時に推定された満充電容量の値を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
7. 前記電池への充電の開始の直前に前記電池が使用されずに放置されていた期間が短いほど前記反映率は小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
8. 前記電池への充電が終了したときから、前記電池の電圧に基づいて前記電池への充電の終了後における前記電池の充電率が計算されるまでの間の、前記電池が使用されずに放置されていた期間が短いほど前記反映率は小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
9. 充電開始時から充電終了時までの期間における温度変化が大きいほど前記反映率は小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
10. 充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値が小さいほど前記反映率は小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
11. 充電電流が小さいほど前記反映率は小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
12. 充電終了時における前記電池の温度が低いほど前記反映率は小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
13. 前記電池の開回路電圧に対応する、前記電池の充電率と開回路電圧との関係を表す特性曲線の傾きが所定の閾値より小さいときは、前記電池の開回路電圧に対応する、前記特性曲線の傾きが前記閾値より大きいときと比較して、前記反映率を小さくする
    ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
14. 前記電池の劣化度が進行するほど前記反映率は小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の満充電容量推定方法。
15. 電池の満充電容量を推定する満充電容量推定方法であって、
    前記電池の使用量に対する前記電池の満充電容量の変化を表す特性情報をメモリから取得し、
    所定のモニタ期間において、前記電池が充電された回数に対する、予約された時間帯に前記電池を充電するタイマ充電が行われた回数の割合を検出し、
    前記割合に応じて前記特性情報を補正し、
    補正された前記特性情報に基づいて前記電池の満充電容量を推定する
    ことを特徴とする満充電容量推定方法。
16. 前記割合が高いほど使用量に対する前記電池の満充電容量が大きくなるように、或いは、前記割合が低いほど使用量に対する前記電池の満充電容量が小さくなるように、前記特性情報を補正する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の満充電容量推定方法。
17. 前記電池への充電の開始時における前記電池の充電率、前記電池への充電の終了後における前記電池の充電率、および充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて第１の満充電容量を計算し、
    補正された前記特性情報に基づいて第２の満充電容量を計算し、
    前記第１の満充電容量と前記第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定し、
    前記第１の満充電容量および前記反映率を用いて前記第２の満充電容量を補正することで前記電池の満充電容量を推定する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の満充電容量推定方法。
18. 電池と、
    前記電池への充電の開始時における前記電池の充電率、前記電池への充電の終了後における前記電池の充電率、および充電開始時から充電終了時までの期間における充電電流の積算値に基づいて第１の満充電容量を計算する第１の容量計算部と、
    前記電池の使用量に対する前記電池の満充電容量の変化を表す特性情報に基づいて第２の満充電容量を計算する第２の容量計算部と、
    前記第１の満充電容量と前記第２の満充電容量との差分に対応する反映率を決定する反映率決定部と、
    前記第１の満充電容量および前記反映率を用いて前記第２の満充電容量を補正することで前記電池の満充電容量を推定する推定部と、
    を備える電池パック。
19. 電池と、
    所定のモニタ期間において、前記電池が充電された回数に対する、予約された時間帯に前記電池を充電するタイマ充電が行われた回数の割合を検出するタイマ充電管理部と、
    前記電池の使用量に対する前記電池の満充電容量の変化を表す特性情報をメモリから取得し、前記割合に応じて前記特性情報を補正する特性情報補正部と、
    補正された前記特性情報に基づいて前記電池の満充電容量を推定する推定部と、
    を備える電池パック。

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