JP2022003633A - 温度推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池のオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を精度よく推定できる温度推定装置を提供すること。【解決手段】蓄電池１４を備える電源システム１００に適用され、蓄電池のオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定する温度推定装置３０であって、蓄電池の通電時において、蓄電池に所定周波数の交流電流又は交流電圧を印加し、蓄電池のオーミック抵抗を通電時抵抗として算出する抵抗算出部と、蓄電池の通電時において、蓄電池のＳＯＣを通電時容量として算出する容量算出部と、通電時容量と通電時抵抗とに基づいて、蓄電池の通電時における蓄電池の温度を推定する温度推定部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電池の温度を推定する温度推定装置に関する。

従来、車両に搭載される蓄電池の温度を推定する装置として、蓄電池のオーミック抵抗を用いるものが知られている（例えば、特許文献１）。この装置では、複数の周波数の交流電圧を蓄電池に印加し、それら各周波数で蓄電池のインピーダンスを算出する。それらインピーダンスのうち、インピーダンスの虚数成分がゼロとなるオーミック抵抗を選出し、このオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定する。

特開２０１８−１９０５０２号公報

オーミック抵抗は、蓄電池のＳＯＣ（State Of Charge）の影響を受けにくいため、オーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定することで、ＳＯＣが変化する蓄電池の通電時において蓄電池の温度を推定することができる。しかし、蓄電池のオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定する技術については、未だ改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電池のオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を精度よく推定できる温度推定装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、蓄電池を備える電源システムに適用され、前記蓄電池のオーミック抵抗に基づいて前記蓄電池の温度を推定する温度推定装置であって、前記蓄電池の通電時において、前記蓄電池に所定周波数の交流電流又は交流電圧を印加し、前記蓄電池のオーミック抵抗を通電時抵抗として算出する抵抗算出部と、前記蓄電池の通電時において、前記蓄電池のＳＯＣを通電時容量として算出する容量算出部と、前記通電時容量と前記通電時抵抗とに基づいて、前記蓄電池の通電時における前記蓄電池の温度を推定する温度推定部と、を備える。

蓄電池のオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定する温度推定装置では、オーミック抵抗を用いることで、蓄電池のＳＯＣの影響を受けにくくすることができるが、その影響はゼロではない。そのため、蓄電池の通電時において、通電に伴う蓄電池のＳＯＣの変化により、抵抗と温度との相関を示す特性のずれが生じ、蓄電池の温度の推定精度が低下する。

その点、上記構成では、蓄電池の通電時において通電時抵抗と通電時容量とを算出し、これらに基づいて蓄電池の通電時における温度を推定するようにした。通電時容量を用いて通電時抵抗におけるＳＯＣの影響を抑制することができる。そのため、通電時抵抗と通電時容量とに基づいて蓄電池の温度を推定することで、ＳＯＣの影響を抑制して蓄電池の温度を精度よく推定することができる。

第２の手段では、前記容量算出部は、前記蓄電池の通電開始時における前記ＳＯＣを開始時容量として算出し、前記通電時容量と前記開始時容量との差分容量に基づいて、前記通電時抵抗を補正する補正部を備え、前記温度推定部は、前記補正部による補正後の前記通電時抵抗に基づいて、前記蓄電池の温度を推定する。

上記構成では、蓄電池の通電開始時における開始時容量を算出し、通電時容量と開始時容量との差分容量に基づいて通電時抵抗を補正するようにした。蓄電池の通電時では、通電開始時からの蓄電池のＳＯＣの変化量に依存した特性のずれが生じる。そのため、差分容量に基づいて通電時抵抗を補正することで、補正後の通電時抵抗に基づいて蓄電池の温度を精度よく推定することができる。

第３の手段では、前記蓄電池の複数のＳＯＣについて、ＳＯＣ毎に前記蓄電池のオーミック抵抗と温度との関係を示す相関情報が記憶された記憶部と、前記開始時容量に対応する前記相関情報を、前記記憶部に記憶された複数の前記相関情報から取得する情報取得部と、を備え、前記補正部は、前記差分容量に基づいて、補正後の前記通電時抵抗が、前記情報取得部により取得された前記相関情報に対応するオーミック抵抗となるように、前記通電時抵抗を補正する。

蓄電池の通電時では、蓄電池の温度及びＳＯＣに変化が生じ、通電時抵抗及び通電時容量に応じた通電時抵抗が算出される。しかし、蓄電池の通電時におけるオーミック抵抗と温度との関係は、開始時容量に基づいて決定されるため、算出された通電時抵抗は、通電開始時からの蓄電池のＳＯＣの変化量により、開始時容量に対応する相関情報からずれたものとなる。

その点、上記構成では、通電時容量と開始時容量との差分容量に基づいて、補正後の通電時抵抗が、開始時容量に対応する相関情報におけるオーミック抵抗となるように通電時抵抗を補正するようにした。そのため、補正後の通電時抵抗を開始時容量に対応するオーミック抵抗とすることができ、開始時容量に対応する相関情報に基づいて蓄電池の温度を精度よく推定することができる。

第４の手段では、前記補正部は、前記差分容量及び前記蓄電池の劣化度合いに基づいて、前記通電時抵抗を補正する。

蓄電池が劣化すると、抵抗と温度との相関を示す特性にずれが生じる。この点、上記構成では、差分容量に加えて蓄電池の劣化度合いに基づいて、通電時抵抗を補正するようにした。そのため、蓄電池の劣化度合いを考慮して、蓄電池の温度を推定することができる。

第５の手段では、前記蓄電池の周辺温度を取得する温度取得部と、前記周辺温度に基づいて前記所定周波数を設定する周波数設定部と、を備える。

蓄電池のオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定する温度推定装置では、オーミック抵抗を算出する場合に蓄電池に印加する交流電流又は交流電圧の所定周波数が、蓄電池の温度により変化する。この場合、蓄電池の温度が変化し得る温度範囲に対応させた交流電流又は交流電圧の全周波数帯において複数の周波数の交流電流又は交流電圧を蓄電池に印加し、それら各周波数で蓄電池のインピーダンスを算出することが考えられる。この場合、算出されるインピーダンスに含まれるオーミック抵抗に基づいて蓄電池の温度を推定できるものの、その推定が遅れる。

その点、上記構成では、蓄電池の周辺温度を取得し、その周辺温度に基づいて所定周波数を設定するようにした。そのため、オーミック抵抗を算出する場合に蓄電池に印加する周波数の数を減らすことができ、蓄電池の温度を早期に推定することができる。

第６の手段では、前記容量算出部は、前記蓄電池の通電開始時における前記蓄電池のＳＯＣを開始時容量として算出し、前記周波数設定部は、前記開始時容量が大きいほど前記蓄電池に印加する前記所定周波数が低くなるようにする。

上記構成では、蓄電池のオーミック抵抗を算出する場合に、開始時容量が大きいほど蓄電池に印加する交流電流又は交流電圧の周波数が低くなるようにした。そのため、開始時容量を考慮して蓄電池のオーミック抵抗を算出することができ、これにより蓄電池の温度を精度よく推定することができる。

第７の手段では、前記補正部による補正後の前記通電時抵抗に基づいて、前記蓄電池におけるハイレート劣化の劣化度合いを推定する劣化推定部を備える。

オーミック抵抗は、蓄電池におけるハイレート劣化の劣化度合いと相関する。上記構成では、補正後の通電時抵抗に基づいてハイレート劣化の劣化度合いを推定するため、ＳＯＣの影響を抑制してハイレート劣化の劣化度合いを精度よく推定することができる。

第８の手段では、蓄電池を備える電源システムに適用され、前記蓄電池に所定周波数の交流電流又は交流電圧を印加して前記蓄電池のオーミック抵抗を算出するとともに、算出したオーミック抵抗に基づいて前記蓄電池の温度を推定する温度推定装置であって、前記蓄電池の周辺温度を取得する温度取得部と、前記周辺温度に基づいて前記所定周波数を設定する周波数設定部と、を備える。

電源システムの全体構成図。 内部抵抗の等価回路モデルと、インピーダンスの周波数特性とを示す図。 第１実施形態における温度推定処理の手順を示すフローチャート。 バッテリの充電時における温度推定処理を示す図。 温度推定処理により推定されるバッテリ温度の推移を示す図。 バッテリ温度とオーミック抵抗との関係を示すグラフ。 バッテリ温度と周波数との関係を示すグラフ。 バッテリのＳＯＣと周波数との関係を示すグラフ。 第２実施形態における温度推定処理の手順を示すフローチャート。 オーミック抵抗とハイレート劣化度との関係を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る温度推定装置を車載の電源システム１００に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、電源システム１００は、回転電機１０及び電気負荷１２との間で電力の伝達を行うシステムである。電源システム１００は、蓄電池としてのバッテリ１４と、発信装置１６と、電流計１８と、温度センサ２０と、電圧計２２と、温度推定装置としての制御装置３０と、を備えている。

回転電機１０は、力行駆動及び回生駆動の機能を有し、具体的には、ＭＧ（Motor Generator）である。回転電機１０は、バッテリ１４との間で電力の入出力を行うものである。具体的には、回転電機１０は、力行駆動時には、バッテリ１４から入力される電力により駆動し、車両に推進力を付与し、回生駆動時には、車両の減速エネルギを用いて発電を行い、バッテリ１４に電力を出力する。

電気負荷１２は、定電圧要求負荷と一般負荷とを含む。ここで定電圧要求負荷は、供給電力の電圧が概ね一定、又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定していることが要求される負荷であり、一般負荷は、定電圧負荷以外の負荷である。

発信装置１６は、バッテリ１４と、回転電機１０及び電気負荷１２との間の接続点ＰＶに接続されており、この接続点ＰＶに所定の周波数Ｆの交流電圧を出力する。交流電圧は、例えば正弦波電圧や矩形波電圧である。

電流計１８は、接続点ＰＶと、回転電機１０及び電気負荷１２との間の接続経路ＬＶに接続されており、発信装置１６が交流電圧を出力した時に接続経路ＬＶに流れる電流を検出する。温度センサ２０は、バッテリ１４周囲の周辺温度ＴＳを検出する。電圧計２２は、発信装置１６に並列接続されており、接続点ＰＶの電圧を検出する。電圧計２２は、例えばロックインアンプである。電流計１８、温度センサ２０及び電圧計２２の検出値は、制御装置３０に入力される。

バッテリ１４は、充放電可能な蓄電池であり、複数の電池セルが直列接続された組電池である。バッテリ１４は、例えばリチウムイオン蓄電池である。バッテリ１４は、電池セルの集合体２４とともに、内部抵抗２６を有している。

制御装置３０は、発信装置１６を介して接続点ＰＶに所定の周波数Ｆの交流電圧を出力させ、電流計１８及び電圧計２２から入力される検出値に基づいて、バッテリ１４の内部抵抗２６を算出する。また、制御装置３０は、ＩＧスイッチ３２及び報知部３４に接続されている。ＩＧスイッチ３２は、車両の起動スイッチである。制御装置３０は、ＩＧスイッチ３２の開閉状態を監視する。報知部３４は、視覚または聴覚的にドライバに報知する装置であり、例えば車室内に設置されたディスプレイやスピーカである。

制御装置３０は、バッテリ１４からの電力供給により作動し、バッテリ１４の内部抵抗２６やＩＧスイッチ３２の開閉状態に基づいて車両を制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭ内の演算プログラムや制御データを参照して、車両を制御するための種々の機能を実現する。

図２の上側に、内部抵抗２６の等価回路モデルを示す。本実施形態において、等価回路モデルは、オーミック抵抗モデル、反応抵抗モデル及び拡散抵抗モデルの各抵抗モデルの直列列接続体として表されている。オーミック抵抗モデルは、バッテリ１４を構成する電極や電解液での通電抵抗を表すものであり、コイル成分ＬＸと第１抵抗成分ＲＡとの直列接続体として表される。反応抵抗モデルは、電極における電極界面反応による抵抗を表すものであり、第２抵抗成分ＲＢと容量成分ＣＸとの並列接続体として表される。拡散抵抗モデルは、電極表面に塗布された電極活物質内部へのリチウムイオンの拡散に伴う抵抗を表すものであり、第２抵抗成分ＲＢに直列接続された第３抵抗成分ＲＣとして表される。つまり、バッテリ１４は、内部抵抗２６の等価回路モデルの回路成分として、抵抗成分ＲＡ〜ＲＣ、コイル成分ＬＸ及び容量成分ＣＸを有しており、これらの成分により内部抵抗２６の値は複素インピーダンス（以下、単にインピーダンス）ＺＡとして表される。制御装置３０は、バッテリ１４のインピーダンスＺＡを算出する。

図２の下側に、インピーダンスＺＡの周波数特性を示す。インピーダンスＺＡは、接続点ＰＶに印加する交流電圧の周波数Ｆにより変化し、インピーダンスＺＡの実数成分ＺＲは、印加する周波数Ｆが低くなるほど大きくなる。インピーダンスＺＡの虚数成分ＺＩは、第１特定周波数Ｆｔｇ１でゼロとなる。第１特定周波数Ｆｔｇ１よりも高い周波数範囲では、オーミック抵抗モデルが支配的となり、印加する周波数Ｆが高くなるほど虚数成分ＺＩが小さくなる。

虚数成分ＺＩが第１特定周波数Ｆｔｇ１よりも低い周波数範囲において、虚数成分ＺＩは第２特定周波数Ｆｔｇ２において極小値となる。第１特定周波数Ｆｔｇ１よりも低く第２特定周波数Ｆｔｇ２よりも高い周波数範囲では、反応抵抗モデルが支配的となり、印加する周波数Ｆが低くなるのに伴って、増加した後に減少する。また、第２特定周波数Ｆｔｇ２よりも低い周波数範囲では、拡散抵抗モデルが支配的となり、印加する周波数Ｆが低くなるほど虚数成分ＺＩが大きくなる。

ところで、第１特定周波数Ｆｔｇ１のインピーダンスＺＡに基づいてバッテリ温度ＴＥが推定可能であることが知られている。以下、第１特定周波数Ｆｔｇ１のインピーダンスＺＡをオーミック抵抗ＲＨという（図２参照）。ここでバッテリ温度ＴＥは、バッテリ１４の内部温度であり、バッテリ１４周囲の周辺温度ＴＳとは必ずしも等しくない。バッテリ温度ＴＥは、例えばバッテリ１４の凍結や過充法電などのバッテリ１４の状態を表す。そのため、電源システム１００に温度センサ２０が設けられている場合でも、バッテリ温度ＴＥの推定が実施されており、この推定に用いられるオーミック抵抗ＲＨが算出される。

オーミック抵抗ＲＨは、バッテリ１４のＳＯＣ（State Of Charge）の影響を受けにくいため、オーミック抵抗ＲＨに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定することで、ＳＯＣが変化するバッテリ１４の通電（充放電）期間においてバッテリ温度ＴＥを推定することができる。本発明者らは、オーミック抵抗ＲＨはＳＯＣの依存性は低いものの、オーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとが相関することを見出した。本発明者らは、この点に着目し、オーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定することで、バッテリ１４の通電時において精度よくバッテリ温度ＴＥを推定できるとの知見を得た。

上記知見に基づいて、本実施形態では、バッテリ１４の通電時においてオーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとを算出し、これらに基づいてバッテリ１４の通電時におけるバッテリ温度ＴＥを推定する温度推定処理を実施するようにした。この温度推定処理では、ＳＯＣを用いてオーミック抵抗ＲＨにおけるＳＯＣの影響を抑制することができる。したがって、オーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定することで、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

図３に、本実施形態の温度推定処理のフローチャートを示す。制御装置３０は、ＩＧスイッチ３２が閉状態に切り替えられると、所定の制御周期毎に温度推定処理を繰り返し実施する。

温度推定処理を開始すると、まずステップＳ１０において、バッテリ１４の通電が開始されたか否かを判定する。例えば電流計１８から取得される電流値の絶対値が所定の通電閾値よりも小さい場合には、バッテリ１４が通電していないため、ステップＳ１０で否定判定する。この場合、ステップＳ１２において、バッテリ１４の通電開始前（通電開始時）におけるオーミック抵抗ＲＨを開始時抵抗ＲＨＡとして算出されているか否かを判定する。

ステップＳ１２で肯定判定すると、温度推定処理を終了する。一方、ステップＳ１２で否定判定すると、ステップＳ１４において、通電開始時におけるバッテリ１４のＳＯＣを開始時容量ＳＡとして算出する。開始時容量ＳＡは、例えば通電開始前に電圧計２２から取得される電圧値である開路電圧ＯＣＶに基づいて算出することができる。

ステップＳ１６では、通電開始時におけるバッテリ温度ＴＥを開始時温度ＴＡとして取得する。通電開始時において、バッテリ温度ＴＥとバッテリ１４周囲の周辺温度ＴＳとは略等しい。そのため、ステップＳ１６では、温度センサ２０を用いて開始時温度ＴＡ（周辺温度ＴＳ）を取得する。なお、本実施形態において、ステップＳ１６の処理が「温度取得部」に相当する。

ステップＳ１８では、開始時抵抗ＲＨＡを算出するために接続点ＰＶに印加する交流電圧の周波数Ｆを設定する。開始時抵抗ＲＨＡの算出では、第１特定周波数Ｆｔｇ１を含む所定周波数範囲の周波数Ｆを接続点ＰＶに印加する必要があり、その周波数Ｆは開始時容量ＳＡ及び開始時温度ＴＡにより変動する。ステップＳ１８では、ステップＳ１４で取得した開始時温度ＴＡ、つまり周辺温度ＴＳに基づいて周波数Ｆを設定するとともに、開始時容量ＳＡが大きいほどバッテリ１４に印加する周波数Ｆが低くなるように周波数Ｆを設定する。なお、本実施形態において、ステップＳ１８の処理が「周波数設定部」に相当する。

ステップＳ２０では、ステップＳ１８で設定した周波数Ｆの交流電圧を接続点ＰＶに印加して、開始時抵抗ＲＨＡを算出し、温度推定処理を終了する。

一方、電流計１８から取得される電流値の絶対値が通電閾値よりも大きい場合には、バッテリ１４が通電しているため、ステップＳ１０で否定判定する。この場合、ステップＳ３２において、バッテリ１４の通電時におけるオーミック抵抗ＲＨを通電時抵抗として算出する。ステップＳ３２では、その処理の実施時に設定されている周波数Ｆを用いて通電時抵抗を算出する。続くステップＳ３４では、ステップＳ３２で算出した通電時抵抗とステップＳ２０で算出した開始時抵抗ＲＨＡとの差分値である抵抗差ΔＲＨを算出する。なお、本実施形態において、ステップＳ３２の処理が「抵抗算出部」に相当する。

ステップＳ３６では、通電時におけるバッテリ１４のＳＯＣを通電時容量として算出する。通電時容量は、例えば通電時に電流計１８から取得される電流値の時間積分値である電流積算値及び開始時容量ＳＡを用いて算出することができる。続くステップＳ３８では、ステップＳ３６で算出した通電時容量とステップＳ１４で算出した開始時容量ＳＡとの差分容量である容量差ΔＳＯＣを算出する。なお、本実施形態において、ステップＳ３６の処理が「容量算出部」に相当する。

ステップＳ４０では、相関情報を取得する。ここで相関情報は、バッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨとバッテリ温度ＴＥとの関係を示す情報であり、例えばマップ情報や相関式である。相関情報は、バッテリ１４のＳＯＣ毎に設定されており、制御装置３０の記憶部３６には、バッテリ１４の複数のＳＯＣについて、ＳＯＣ毎に相関情報が記憶されている。各相関情報において、オーミック抵抗ＲＨとバッテリ温度ＴＥとは線形比例しており、オーミック抵抗ＲＨに対するバッテリ温度ＴＥの傾きをθとすると、ＳＯＣが大きくなるほど、対応する相関情報における傾きθが小さくなるように設定されている。

ステップＳ４０では、記憶部３６に記憶された複数の相関情報から、ステップＳ１４で算出された開始時容量ＳＡに対応する相関情報を取得する。具体的には、記憶部３６に開始時容量ＳＡに対応する相関情報が記憶されている場合には、その相関情報を取得する。記憶部３６に開始時容量ＳＡに対応する相関情報が記憶されていない場合には、記憶部３６に記憶された複数の相関情報を用いて、線形補間等により開始時容量ＳＡに対応する相関情報を算出する。なお、本実施形態において、ステップＳ４０の処理が「情報取得部」に相当する。

続くステップＳ４２では、ステップＳ３８で算出した容量差ΔＳＯＣに基づいて抵抗差ΔＲＨを補正する。上述したように、オーミック抵抗ＲＨはバッテリ１４のＳＯＣに対する依存性が低いものの、オーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとは相関する。ステップＳ３４で算出した抵抗差ΔＲＨでは、その算出に用いた通電時抵抗及び開始時抵抗ＲＨＡにおいて相関するＳＯＣが相違するため、この相違により、オーミック抵抗ＲＨとバッテリ温度ＴＥとの相関を示す特性のずれが生じる。具体的には、通電時抵抗に相関するＳＯＣは通電時容量であり、開始時抵抗ＲＨＡに対応するＳＯＣは開始時容量ＳＡであり、相関するＳＯＣの差分容量である容量差ΔＳＯＣに対応する特性のずれが生じる。

ステップＳ４２では、容量差ΔＳＯＣに基づいて通電時抵抗を補正することで、容量差ΔＳＯＣに基づいて抵抗差ΔＲＨを補正する。これにより、通電時抵抗は、通電時容量に相関するものから開始時容量ＳＡに相関するものに補正され、補正後の通電時抵抗が、ステップＳ４０で取得された相関情報に対応するオーミック抵抗ＲＨとなる。具体的には、補正前の通電時抵抗をＲＨとし、補正後の通電時抵抗をＲＨＲとすると、補正後の通電時抵抗ＲＨＲは、容量差ΔＳＯＣ及び所定の比例定数Ａを用いて、以下の（式１）のように表される。なお、本実施形態において、ステップＳ４２の処理が「補正部」に相当する。

ＲＨＲ＝ＲＨ×Ａ×ΔＳＯＣ・・・（式１）
なお、補正後の通電時抵抗ＲＨＲから開始時抵抗ＲＨＡを引いたものが補正後の抵抗差ΔＲＨＲとなる。

ここで比例定数Ａは、バッテリ１４の劣化度合いに基づいて可変に設定される定数である。制御装置３０の記憶部３６には、例えばバッテリ１４の工場出荷時における出荷時抵抗が記憶されており、記憶部３６に記憶された出荷時抵抗とステップＳ３２で算出した通電時抵抗との比からバッテリ１４の劣化度合いを算出し、この劣化度合いに基づいて比例定数Ａを設定する。そのため、ステップＳ４２では、容量差ΔＳＯＣとともにバッテリ１４の劣化度合いに基づいて通電時抵抗を補正する。

ステップＳ４６では、ステップＳ４２で算出した補正後の抵抗差ΔＲＨＲ、つまり補正後の通電時抵抗ＲＨＲに基づいて、通電時におけるバッテリ温度ＴＥとして通電時温度を推定する。具体的には、補正後の抵抗差ΔＲＨＲにステップＳ４２で取得された相関情報の傾きθを掛け、その積にステップＳ１６で取得した開始時温度ＴＡを加算することで通電時温度を推定する。通電時温度をＴＥとすると、通電時温度ＴＥは、以下の（式２）のように表される。なお、本実施形態において、ステップＳ４６の処理が「温度推定部」に相当する。

ＴＥ＝ΔＲＨＲ×θ＋ＴＡ＝（ＲＨＲ−ＲＨＡ）×θ＋ＴＡ・・・（式２）
続くステップＳ４８では、ステップＳ３８で推定された容量差ΔＳＯＣ及びステップＳ４６で推定された通電時温度に基づいて周波数Ｆを変更し、温度推定処理を終了する。そのため、次回温度推定処理を実施する場合には、前回の温度推定処理における通電時温度ＴＥに基づいて設定された周波数Ｆを用いて、通電時抵抗が算出される。

続いて、図４〜図８に、温度推定処理の一例を示す。図４は、バッテリ１４の充電時における温度推定処理を示しており、温度推定処理のうち、容量差ΔＳＯＣに基づいて通電時抵抗を補正する補正処理を示している。

図４において、第１直線ＬＡは、第１容量ＳＡに対応する相関情報を示す。第２直線ＬＢは、第１容量ＳＡよりも大きい第２容量ＳＢに対応する相関情報を示す。第３直線ＬＣは、第２容量ＳＢよりも大きい第３容量ＳＣに対応する相関情報を示す。ここでは、一例として第１容量ＳＡを開始時容量ＳＡとし、第２、第３容量ＳＢ，ＳＣを通電時容量として説明する。第１〜第３容量ＳＡ〜ＳＣに対応する相関情報は互いに異なっているため、第１〜第３直線ＬＡ〜ＬＣは互いに異なっている。

図４に点ＰＡで示すように、充電開始時において、バッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨは開始時抵抗ＲＨＡである第１抵抗ＲＨＡであり、バッテリ温度ＴＥは開始時温度ＴＡである第１温度ＴＡである。充電開始時において、バッテリ１４のＳＯＣは第１容量ＳＡであるため、点ＰＡは第１直線ＬＡ上に位置する。

バッテリ１４の充電に伴って、バッテリ１４のＳＯＣは第２容量ＳＢ、第３容量ＳＣの順に増加するとともに、バッテリ温度ＴＥが上昇する。本実施形態では、バッテリ１４の充電時に伴って、バッテリ１４の状態が点ＰＢ、点ＰＣに示す状態に変化する。ここで点ＰＢは、バッテリ１４のＳＯＣが第２容量ＳＢである状態であり、バッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨは第１抵抗ＲＨＡよりも大きい第２抵抗ＲＨＢであり、バッテリ温度ＴＥは第１温度ＴＡよりも大きい第２温度ＴＢである。また、点ＰＣは、バッテリ１４のＳＯＣが第３容量ＳＢである状態であり、バッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨは第２抵抗ＲＨＢよりも大きい第３抵抗ＲＨＣであり、バッテリ温度ＴＥは第２温度ＴＢよりも大きい第３温度ＴＣである。なお、第２抵抗ＲＨＢ及び第３抵抗ＲＨＢは通電時抵抗に相当し、第２温度ＴＢ及び第３温度ＴＣは通電時温度に相当する。

点ＰＢにおけるバッテリ１４のＳＯＣは第２容量ＳＢであるため、点ＰＡは第２直線ＬＢ上に位置する。そのため、点ＰＢにおける第２抵抗ＲＨＢから第２温度ＴＢを推定する場合には、第２直線ＬＢに示す第２容量ＳＢの相関情報が必要となる。しかし、第２容量ＳＢなどの通電時容量は、通電時における電流積算値を用いて算出されるため、開路電圧ＯＣＶに基づいて算出される第１容量ＳＡよりも算出精度が低く、点ＰＢに対応する相関情報を適正に取得しづらい。そのため、第１容量ＳＡの相関情報を用いて、第２抵抗ＲＨＢから第２温度ＴＢを推定することが望まれる。つまり、バッテリ１４の通電時におけるオーミック抵抗ＲＨとバッテリ温度ＴＥとの関係は、開始時容量ＳＡに基づいて決定する必要がある。

この場合に、点ＰＢが、第１直線ＬＡにおいて点ＰＢにおける第２抵抗ＲＨＢを有する点である点ＰＷであると擬制し、点ＰＷにおける温度ＴＷを推定することが考えられる。つまり、第２抵抗ＲＨＢを補正せずに、この第２抵抗ＲＨＢから温度ＴＷを推定することが考えられる。しかし、推定される温度ＴＷは、第２温度ＴＢと異なり、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができない。

そこで本実施形態では、点ＰＢが、第１直線ＬＡにおいて点ＰＢにおける第２温度ＴＢを有する点である点ＰＸとなるように補正し、点ＰＸにおける第２温度ＴＢを推定するようにした。つまり、点ＰＢにおける第２抵抗ＲＨＢを補正して、補正後の第２抵抗ＲＨＢが第１直線ＬＡ上の点ＰＸの抵抗ＲＨＸとなるようにした。具体的には、第１直線ＬＡに対応する第１容量ＳＡと第２直線ＬＢに対応する第２容量ＳＢとの容量差ΔＳＯＣである差分容量（ＳＢ−ＳＡ）に基づいて、第２抵抗ＲＨＢを補正するようにした。これにより、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

また、点ＰＣにおけるバッテリ１４のＳＯＣは第３容量ＳＣであるため、点ＰＣは第３直線ＬＢ上に位置する。そのため、点ＰＣにおける第３抵抗ＲＨＣから第３温度ＴＣを推定する場合には、第３直線ＬＣに示す第３容量ＳＣの相関情報が必要となる。しかし、第３容量ＳＣなどの通電時容量は、通電時における電流積算値を用いて算出されるため、開路電圧ＯＣＶに基づいて算出される第１容量ＳＡよりも算出精度が低く、点ＰＣに対応する相関情報を適正に取得しづらい。そのため、第１容量ＳＡの相関情報を用いて、第３抵抗ＲＨＣから第３温度ＴＣを推定することが望まれる。

この場合に、点ＰＣが、第１直線ＬＡにおいて点ＰＣにおける第３抵抗ＲＨＣを有する点である点ＰＹであると擬制し、点ＰＹにおける温度ＴＹを推定することが考えられる。つまり、第３抵抗ＲＨＣを補正せずに、この第３抵抗ＲＨＣから温度ＴＹを推定することが考えられる。しかし、推定される温度ＴＹは、第３温度ＴＣと異なり、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができない。

そこで本実施形態では、点ＰＣが、第１直線ＬＡにおいて点ＰＣにおける第３温度ＴＣを有する点である点ＰＺとなるように補正し、点ＰＺにおける第３温度ＴＣを推定するようにした。つまり、点ＰＣにおける第３抵抗ＲＨＣを補正して、補正後の第３抵抗ＲＨＣが第１直線ＬＡ上の点ＰＺの抵抗ＲＨＺとなるようにした。具体的には、第１直線ＬＡに対応する第１容量ＳＡと第３直線ＬＣに対応する第３容量ＳＣとの容量差ΔＳＯＣである差分容量（ＳＣ−ＳＡ）に基づいて、第３抵抗ＲＨＣを補正するようにした。これにより、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

図５は、バッテリ１４の充電時において、温度推定処理により推定されるバッテリ温度ＴＥの推移を示す。図５に破線で示すように、バッテリ温度ＴＥを推定する場合に、通電時抵抗を補正せずに、補正前の通電時抵抗からバッテリ温度ＴＥを推定すると、推定されるバッテリ温度ＴＥと、図５に一点鎖線で示す真のバッテリ温度ＴＥとの乖離が大きくなる。本実施形態では、バッテリ温度ＴＥを推定する場合に、容量差ΔＳＯＣに基づいて通電時抵抗を補正し、補正後の通電時抵抗からバッテリ温度ＴＥを推定する。そのため、図５に実線で示すように、推定されるバッテリ温度ＴＥと、真のバッテリ温度ＴＥとの乖離を小さくすることができ、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

本実施形態では、バッテリ温度ＴＥを精度よく推定できるため、このバッテリ温度ＴＥに基づいて、バッテリ１４の凍結や過充法電などのバッテリ１４の状態を適正に監視することができる。また、バッテリ温度ＴＥに基づいて、温度推定処理において通電時抵抗を算出する場合の周波数Ｆを適正に設定することができる。

図６は、バッテリ温度ＴＥとオーミック抵抗ＲＨとの関係を示すグラフであり、図７は、バッテリ温度ＴＥと周波数Ｆとの関係を示すグラフである。図６に示すように、オーミック抵抗ＲＨは、バッテリ温度ＴＥが高くなるほど小さくなる。これに対応して、図７に示すように、周波数Ｆは、バッテリ温度ＴＥが高くなるほど低くなる。図６，図７に示す関係を利用して、温度推定処理において通電時抵抗を算出する場合の周波数Ｆを適正に設定することで、通電時温度を精度よく算出することができるとともに、周波数Ｆに対応する所定周波数範囲を狭く設定することができ、通電時温度を早期に算出することができる。

また、図６，図７に示す関係を利用して、温度推定処理において開始時抵抗ＲＨＡを算出する場合の周波数Ｆを適正に設定することができる。具体的には、温度センサ２０を用いて取得した開始時温度ＴＡに基づいて周波数Ｆを設定することで、開始時温度ＴＡを精度よく算出することができるとともに、開始時温度ＴＡを早期に算出することができる。

なお、温度推定処理においてオーミック抵抗ＲＨを算出する場合の周波数Ｆは、バッテリ１４のＳＯＣにも相関する。図８は、バッテリ１４のＳＯＣと周波数Ｆとの関係を示すグラフである。図８に示すように、周波数Ｆは、ＳＯＣが大きくなるほど低くなる。図８に示す関係を利用して、温度推定処理においてオーミック抵抗ＲＨを算出する場合の周波数Ｆを適正に設定することで、オーミック抵抗ＲＨを精度よく算出することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

・本実施形態では、バッテリ１４のインピーダンスＺＡのうち、オーミック抵抗ＲＨに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定する。オーミック抵抗ＲＨを含むオーミック抵抗モデルでは、反応抵抗モデル及び拡散抵抗モデルに比べて抵抗モデルに電流が流れるのに要する時間である緩和時間が短い。そのため、オーミック抵抗ＲＨを用いることで、バッテリ１４に所定の周波数Ｆの交流電圧を印加した場合に、その交流電圧によりバッテリ１４に流れる電流の変化を、交流電圧の変化に追従させることができる。そのため、バッテリ１４に交流電圧を印加する形式によりオーミック抵抗ＲＨを算出することができ、オーミック抵抗ＲＨに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定することができる。

・また、バッテリ温度ＴＥを推定する場合に、オーミック抵抗ＲＨを用いることで、バッテリ１４のＳＯＣの影響を受けにくくすることができる。しかし、オーミック抵抗ＲＨに対するＳＯＣの影響はゼロではない。そのため、バッテリ１４の通電時において、通電に伴うバッテリ１４のＳＯＣの変化により、オーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとの相関を示す特性のずれが生じ、バッテリ温度ＴＥの推定精度が低下する。

その点、本実施形態では、バッテリ１４の通電時において通電時抵抗と通電時容量とを算出し、これらに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定するようにした。通電時容量を用いて通電時抵抗におけるＳＯＣの影響を抑制することができる。そのため、通電時抵抗と通電時容量とに基づいて通電時におけるバッテリ温度ＴＥを推定することで、ＳＯＣの影響を抑制してバッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

・具体的には、バッテリ１４の通電開始時における開始時抵抗ＲＨＡを算出し、通電時容量と開始時抵抗ＲＨＡとの容量差ΔＳＯＣに基づいて通電時抵抗を補正するようにした。バッテリ１４の通電時では、通電開始時からのバッテリ１４のＳＯＣの変化量に依存した特性のずれが生じる。そのため、容量差ΔＳＯＣに基づいて通電時抵抗を補正することで、補正後の通電時抵抗に基づいてバッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

・バッテリ１４の通電時では、バッテリ温度ＴＥ及びバッテリ１４のＳＯＣに変化が生じ、通電時抵抗及び通電時容量に応じた通電時抵抗が算出される。しかし、バッテリ１４の通電時におけるオーミック抵抗ＲＨとバッテリ温度ＴＥとの関係は、開始時容量ＳＡに基づいて決定されるため、算出された通電時抵抗は、通電開始時からのバッテリ１４のＳＯＣの変化量により、開始時容量ＳＡに対応する相関情報からずれたものとなる。

その点、本実施形態補正後の通電時抵抗が、通電時容量と開始時容量ＳＡとの容量差ΔＳＯＣに基づいて、開始時容量ＳＡに対応する相関情報におけるオーミック抵抗ＲＨとなるように通電時抵抗を補正するようにした。そのため、補正後の通電時抵抗を開始時容量ＳＡに対応するオーミック抵抗ＲＨとすることができ、開始時容量ＳＡに対応する相関情報に基づいてバッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

・バッテリ１４が劣化すると、オーミック抵抗ＲＨとＳＯＣとの相関を示す特性にずれが生じる。この点、本実施形態では、通電時容量と開始時容量ＳＡとの容量差ΔＳＯＣに加えてバッテリ温度ＴＥの劣化度合いに基づいて、通電時抵抗を補正するようにした。そのため、バッテリ温度ＴＥの劣化度合いを考慮して、バッテリ温度ＴＥを推定することができる。

・バッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定する場合に、バッテリ１４に印加する交流電圧の所定の周波数Ｆが、バッテリ温度ＴＥにより変化する。この場合、バッテリ温度ＴＥが変化し得る温度範囲に対応させた交流電流又は交流電圧の全周波数帯において複数の周波数Ｆの交流電流又は交流電圧をバッテリ１４に印加し、それら各周波数Ｆでバッテリ１４のインピーダンスＺＡを算出することが考えられる。この場合、算出されるインピーダンスＺＡに含まれるオーミック抵抗ＲＨに基づいてバッテリ温度ＴＥを推定できるものの、その推定が遅れる。

その点、本実施形態では、温度センサ２０を用いてバッテリ１４周囲の周辺温度ＴＳを取得し、その周辺温度ＴＳに基づいて周波数Ｆを設定するようにした。そのため、オーミック抵抗ＲＨを算出する場合にバッテリ１４に印加する周波数Ｆの数を減らすことができ、バッテリ温度ＴＥを早期に推定することができる。

・本実施形態では、バッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨを算出する場合に、開始時容量ＳＡが大きいほどバッテリ１４に印加する交流電流又は交流電圧の周波数Ｆが低くなるようにした。そのため、開始時容量ＳＡを考慮してバッテリ１４のオーミック抵抗ＲＨを算出することができ、これによりバッテリ温度ＴＥを精度よく推定することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図９，図１０を参照しつつ説明する。

本実施形態では、温度推定処理において、補正後のオーミック抵抗ＲＨを用いて、バッテリ１４におけるハイレート劣化の劣化度合いを示すハイレート劣化度ＨＦを推定する処理を実施する点で、第１実施形態と異なる。ここでハイレート劣化とは、バッテリ１４に高負荷状態が続いた場合に、電解質の塩濃度分布に偏りが生じ、それによりバッテリ１４の内部抵抗２６が増加する劣化である。また、ハイレート劣化度ＨＦは、塩濃度分布の偏りが大きくなるほど大きくなるように設定されたパラメータである。

図９に、本実施形態の温度推定処理のフローチャートを示す。図９において、先の図３に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

本実施形態の温度推定処理では、ステップＳ４２で抵抗差ΔＲＨを補正すると、ステップＳ５０において、ステップＳ４２で算出した補正後の抵抗差ΔＲＨＲ、つまり補正後の通電時抵抗ＲＨＲに基づいて、ハイレート劣化度ＨＦを推定する。図１０は、オーミック抵抗ＲＨとハイレート劣化度ＨＦとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、ハイレート劣化度ＨＦはオーミック抵抗ＲＨに比例し、通電時抵抗に基づいてハイレート劣化度ＨＦを推定することができる。ステップＳ５０では、補正後の通電時抵抗ＲＨＲに基づいてハイレート劣化度ＨＦを推定するため、ＳＯＣの影響を抑制してハイレート劣化の劣化度合いを精度よく推定することができる。なお、本実施形態において、ステップＳ３２の処理が「劣化推定部」に相当する。

ステップＳ５２では、ステップＳ５０で算出したハイレート劣化度ＨＦが、所定の劣化閾値Ｈｔｈよりも大きいか否かを判定する。ハイレート劣化度ＨＦが劣化閾値Ｈｔｈよりも小さく、バッテリ１４のハイレート劣化が進行していない場合には、ステップＳ５２で否定判定する。この場合、ステップＳ４６に進む。

一方、ハイレート劣化度ＨＦが劣化閾値Ｈｔｈよりも大きく、バッテリ１４のハイレート劣化が進行している場合には、ステップＳ５２で肯定判定する。この場合、ステップＳ５４において、報知部３４を用いて車両のドライバに報知し、温度推定処理を終了する。この報知は、バッテリ１４のハイレート劣化が進行していることをドライバに知らせるとともに、ドライバにバッテリ１４の交換を促すものである。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

・オーミック抵抗ＲＨは、バッテリ１４におけるハイレート劣化の劣化度合いと相関し、通電時抵抗に基づいてハイレート劣化度ＨＦを推定することができる。本実施形態では、補正後の通電時抵抗に基づいてハイレート劣化の劣化度合いを示すハイレート劣化度ＨＦを推定するため、ＳＯＣの影響を抑制してハイレート劣化の劣化度合いを精度よく推定することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

・蓄電池は、リチウムイオン蓄電池に限られず、鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池であってもよい。

・上記実施形態では、発信装置１６が、回転電機１０及び電気負荷１２との間の接続点ＰＶに、所定の周波数Ｆの交流電圧を出力する例を示したが、例えばリップル電流など、所定の周波数Ｆの交流電流を出力してもよい。

・上記実施形態では、通電時容量と通電時抵抗とに基づいてバッテリ１４の通電時におけるバッテリ温度ＴＥを推定する方法として、通電時容量と開始時容量ＳＡとの容量差ΔＳＯＣに基づいて、通電時抵抗を補正する方法を例示したが、これに限られず、以下の方法であってもよい。

・例えば、通電時容量に対応する相関情報を取得し、この相関情報と通電時抵抗とに基づいてバッテリ１４の通電時におけるバッテリ温度ＴＥを推定してもよい。

・また例えば、開始時容量に対応する相関情報を取得し、この相関情報と通電時抵抗とに基づいて暫定的な温度ＴＷ，ＴＹ（図４参照）を推定する。そして、この暫定的な温度ＴＷ，ＴＹを容量差ΔＳＯＣに基づいて補正して、バッテリ１４の通電時におけるバッテリ温度ＴＥを推定してもよい。

・上記第１実施形態では、温度推定処理を、バッテリ１４の充電時に適用する例について説明したが、バッテリ１４の放電時に適用されてもよい。この場合に、バッテリ１４の充電時と放電時において、同じ相関情報を用いるようにしてもよければ、異なる相関情報を用いるようにしてもよい。例えば、制御装置３０の記憶部３６に、充電時の相関情報と放電時の相関情報とが別々に記憶させておき、バッテリ１４の通電状態（充電状態又は放電状態）によって、使用する相関情報を切り替えるようにしてもよい。

・上記第２実施形態では、バッテリ１４のハイレート劣化が進行している場合に車両のドライバに報知する例について説明したが、これに限られない。例えばバッテリ１４のハイレート劣化が進行している場合に、バッテリ１４を所定条件で充電又は放電を継続させ、ハイレート劣化の進行を抑制するようにしてもよい。

・本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１４…バッテリ、３０…制御装置、１００…電源システム。

Claims (8)

1. 蓄電池（１４）を備える電源システム（１００）に適用され、前記蓄電池のオーミック抵抗に基づいて前記蓄電池の温度を推定する温度推定装置（３０）であって、
   前記蓄電池の通電時において、前記蓄電池に所定周波数の交流電流又は交流電圧を印加し、前記蓄電池のオーミック抵抗を通電時抵抗として算出する抵抗算出部と、
   前記蓄電池の通電時において、前記蓄電池のＳＯＣを通電時容量として算出する容量算出部と、
   前記通電時容量と前記通電時抵抗とに基づいて、前記蓄電池の通電時における前記蓄電池の温度を推定する温度推定部と、を備える温度推定装置。
2. 前記容量算出部は、前記蓄電池の通電開始時における前記ＳＯＣを開始時容量として算出し、
   前記通電時容量と前記開始時容量との差分容量に基づいて、前記通電時抵抗を補正する補正部を備え、
   前記温度推定部は、前記補正部による補正後の前記通電時抵抗に基づいて、前記蓄電池の温度を推定する請求項１に記載の温度推定装置。
3. 前記蓄電池の複数のＳＯＣについて、ＳＯＣ毎に前記蓄電池のオーミック抵抗と温度との関係を示す相関情報が記憶された記憶部（３６）と、
   前記開始時容量に対応する前記相関情報を、前記記憶部に記憶された複数の前記相関情報から取得する情報取得部と、を備え、
   前記補正部は、前記差分容量に基づいて、補正後の前記通電時抵抗が、前記情報取得部により取得された前記相関情報に対応するオーミック抵抗となるように、前記通電時抵抗を補正する請求項２に記載の温度推定装置。
4. 前記補正部は、前記差分容量及び前記蓄電池の劣化度合いに基づいて、前記通電時抵抗を補正する請求項２又は３に記載の温度推定装置。
5. 前記蓄電池の周辺温度を取得する温度取得部と、
   前記周辺温度に基づいて前記所定周波数を設定する周波数設定部と、を備える請求項２から４までのいずれか一項に記載の温度推定装置。
6. 前記容量算出部は、前記蓄電池の通電開始時における前記蓄電池のＳＯＣを開始時容量として算出し、
   前記周波数設定部は、前記開始時容量が大きいほど前記蓄電池に印加する前記所定周波数が低くなるようにする請求項５に記載の温度推定装置。
7. 前記補正部による補正後の前記通電時抵抗に基づいて、前記蓄電池におけるハイレート劣化の劣化度合いを推定する劣化推定部を備える請求項２から６までのいずれか一項に記載の温度推定装置。
8. 蓄電池（１４）を備える電源システム（１００）に適用され、前記蓄電池に所定周波数の交流電流又は交流電圧を印加して前記蓄電池のオーミック抵抗を算出するとともに、算出したオーミック抵抗に基づいて前記蓄電池の温度を推定する温度推定装置（３０）であって、
   前記蓄電池の周辺温度を取得する温度取得部と、
   前記周辺温度に基づいて前記所定周波数を設定する周波数設定部と、を備える温度推定装置。

Images