JP2022096471A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずに２次電池の蓄電容量を適正に算出できる電池監視装置を提供すること。【解決手段】通電に伴い蓄電容量が変化する際に所定容量で反応熱量の変化が生じる２次電池４０に適用され、通電時に前記２次電池のインピーダンス値変化を取得する取得部５０と、前記取得部により取得された前記インピーダンス値変化に基づいて、前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることを判定する容量判定部５０と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、２次電池の電池監視装置に関する。

近年、リチウムイオン電池は、軽量且つ高エネルギー密度の２次電池として注目されている。リチウムイオン電池では、蓄電池の蓄電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）の変化に伴う開路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）の変化が小さい領域、すなわちプラトー領域を有するものが存在する。プラトー領域では、ＳＯＣと開路電圧ＯＣＶとの相関関係を示すＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて２次電池のＳＯＣを算出することが難しい。

ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずにＳＯＣを算出する技術として、２次電池に対して流入及び流出する電流を積算してＳＯＣを算出する技術が知られている。ただし、電流積算によるＳＯＣの算出では、電流積算期間が長期化すると積算誤差が蓄積され、ＳＯＣの算出精度が低下する問題が生じる。そこで、特許文献１では、充電中又は放電中における２次電池の単位時間当たりの電圧変化を、その間に２次電池に対して流入及び流出した電流容量で割った値である電圧変化率に基づいて２次電池のＳＯＣを算出している。

国際公開第２０１７／０１０４７５号

通電中の電圧変化率は、２次電池の温度に大きく依存する。そのため、通電中の電圧変化率によるＳＯＣの算出では、通電中の２次電池の温度変化によりＳＯＣを適正に算出することができない。ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずに２次電池のＳＯＣを適正に算出できる技術が望まれている。

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、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずに２次電池の蓄電容量を適正に算出できる電池監視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、通電に伴い蓄電容量が変化する際に所定容量で反応熱量の変化が生じる２次電池に適用され、通電時に前記２次電池のインピーダンス値変化を取得する取得部と、前記取得部により取得された前記インピーダンス値変化に基づいて、前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることを判定する容量判定部と、を備える。

通電に伴い所定容量で反応熱量の変化が生じる２次電池では、当該所定容量において、反応熱量の変化に伴って２次電池の温度が変化する。２次電池では温度とインピーダンス値とが相関関係を有し、２次電池の温度が変化する場合に２次電池のインピーダンス値が変化する。つまり、上記２次電池では、所定容量において２次電池のインピーダンス値が変化する。本発明者らは、この点に着目し、蓄電容量を算出する方法を見出した。

具体的には、上記構成では、通電時に２次電池のインピーダンス値変化を取得し、このインピーダンス値変化に基づいて、２次電池の蓄電容量が所定容量であることを判定する。２次電池の所定容量におけるインピーダンス値変化を用いて２次電池の蓄電容量を算出することができ、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずに２次電池の蓄電容量を適正に算出することができる。

第２の手段では、前記容量判定部は、前記インピーダンス値変化の時間変化量の絶対値が所定の閾値よりも大きい場合に、前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることを判定する。

２次電池のインピーダンス値変化が変化しても、その変化が微少であればノイズ等によりインピーダンス値変化が変化した可能性が高い。上記構成では、インピーダンス値変化の時間変化量の絶対値が所定の閾値よりも大きい場合に、２次電池の蓄電容量が所定容量であることを判定する。そのため、ノイズ等の影響を抑制して２次電池の蓄電容量を適正に算出することができる。

第３の手段では、前記所定容量として第１容量と第２容量とを有し、充電時には前記第１容量の高容量側では低容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が大きく、前記第２容量の高容量側では低容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が小さく、放電時には前記第１容量の低容量側では高容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が大きく、前記第２容量の低容量側では高容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が小さい前記２次電池に適用され、前記容量判定部は、通電に伴って前記インピーダンス値変化が減少する場合に、前記２次電池の蓄電容量が前記第１容量であると判定し、通電に伴って前記インピーダンス値変化が増加する場合に、前記２次電池の蓄電容量が前記第２容量であると判定する。

２次電池では、所定容量を複数有するものが存在する。この場合、インピーダンス値変化に基づいて所定容量であることを判定しても、複数の所定容量のうちのどの所定容量であるかを判定できない。その点、本実施形態では、所定容量として第１容量と第２容量とを有しており、充電時には第１容量の高容量側では低容量側よりもインピーダンス値変化の絶対値が大きく、第２容量の高容量側では低容量側よりもインピーダンス値変化の絶対値が小さい。また、放電時には第１容量の低容量側では高容量側よりもインピーダンス値変化の絶対値が大きく、第２容量の低容量側では高容量側よりもインピーダンス値変化の絶対値が小さい。そのため、第１容量では、通電に伴ってインピーダンス値変化が減少し、第２容量では、通電に伴ってインピーダンス値変化が増加する。したがって、所定容量を複数有する２次電池において、このインピーダンス値変化の態様の違いを用いて所定容量が第１容量であるか第２容量であるかを判定することができる。

第４の手段では、前記２次電池に対して流入及び流出する電流を積算することで前記２次電池の蓄電容量を算出容量として算出する算出容量算出部を備え、前記算出容量算出部は、前記容量判定部により前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることが判定された場合に、前記所定容量を用いて前記算出容量を補正する。

電流積算による蓄電容量の算出では、電流積算期間が長期化すると積算誤差が蓄積され、算出容量の算出精度が低下する。その点、上記構成では、所定容量を用いて算出容量を補正するため、算出容量の積算誤差をリセットすることができる。

第５の手段では、前記２次電池に対して流入及び流出する電流に重畳する所定の交流電流を発生させる交流電流発生部を備え、前記取得部は、前記交流電流発生部による前記交流電流の発生時に前記インピーダンス値変化を取得する。

２次電池に流入及び流出する電流が変化したときに２次電池のインピーダンス値変化が変化するため、２次電池のインピーダンス値変化は、この電流が変化したときに取得される。しかし、例えば２次電池が定電流充電されている場合など、２次電池に流入及び流出する電流の変化が小さい場合には、２次電池のインピーダンス値変化を取得することができず、２次電池の蓄電容量が所定容量であることを判定することができない。この点、上記構成では、２次電池に流入及び流出する電流に交流電流を重畳させる交流電流発生部が備えられている。交流電流を用いて２次電池に流入及び流出する電流を変化させることで、重畳前における電流の変化が小さい場合でも２次電池の蓄電容量を適正に算出することができ、２次電池の蓄電容量が所定容量であることを判定することができる。

第６の手段では、前記２次電池が満充電となったことを判定する満充電判定部と、前記容量判定部により前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることが判定された第１タイミング及び前記満充電判定部により前記２次電池が満充電状態となったことが判定された第２タイミングの間に前記２次電池に対して流入及び流出する電流の積算量と、前記所定容量とを用いて前記２次電池の放電容量を算出する放電容量算出部と、を備える。

２次電池では、劣化により２次電池の劣化状態を示す放電容量が減少する。一方、所定容量は、２次電池の劣化により変化しない量である。上記構成では、２次電池の劣化により変化しない所定容量を用いて放電容量を算出することで、２次電池の放電容量を適正に算出することができる。

第７の手段では、前記２次電池は、前記２次電池の蓄電容量の変化に伴う前記２次電池の開路電圧の変化が小さいプラトー領域を有するものであり、前記所定容量は、前記プラトー領域内に存在する。

プラトー領域を有する２次電池では、プラトー領域においてＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて蓄電容量を算出することが難しい。その点、上記構成では、プラトー領域に反応熱量の変化が生じる所定容量が存在するため、この所定容量を用いてプラトー領域において２次電池の蓄電容量を適正に算出することができる。

第１実施形態に係るバッテリ制御装置の全体構成図。 蓄電容量と電圧変化量との関係を示す図。 第１実施形態に係る判定処理のフローチャート。 第１実施形態の判定処理の一例を示すタイムチャート。 第１実施形態の判定処理の別例を示すタイムチャート。 第２実施形態に係るバッテリ制御装置の全体構成図。 電流の重畳を示す図。 第２実施形態に係る判定処理のフローチャート。 バッテリの劣化に伴う放電容量の変化を示す図。 第３実施形態に係る判定処理のフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る電池監視装置を、車載のバッテリ制御装置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、本実施形態に係るバッテリ制御装置１００は、バッテリ４０の蓄電容量や充放電状態を監視する装置である。バッテリ４０は、充放電可能な蓄電池（２次電池）であり、具体的には、複数のリチウムイオン蓄電池４１が直列接続された組電池である。本実施形態では、リチウムイオン蓄電池４１として、正極活物質にリン酸鉄リチウム、負極活物質に黒鉛を使用したものが用いられている。

バッテリ４０は、インバータ２０を介して、回転電機１０に接続されている。回転電機１０は、バッテリ４０との間で電力の入出力を行うものであり、力行時には、バッテリ４０から供給される電力により車両に推進力を付与し、回生時には、車両の減速エネルギーを用いて発電を行い、バッテリ４０に電力を出力する。

バッテリ制御装置１００は、電圧センサ３０と、電流センサ３１と、第１～第４リレースイッチ３２～３５と、電池監視装置としてのＢＭＵ（Battery Management Unit）５０と、を備えている。

電圧センサ３０は、バッテリ４０を構成するリチウムイオン蓄電池４１それぞれの端子間電圧を検出し、これらの端子間電圧を合計したバッテリ電圧ＶＢを検出する。電流センサ３１は、バッテリ４０とインバータ２０とを接続する接続線ＬＣ上に設けられており、バッテリ４０に対して流入及び流出する電流である充放電電流ＩＳの大きさと向きを検出する。各センサの検出値は、ＢＭＵ５０に入力される。

バッテリ４０は、第１，第２外部充電端子ＴＡ，ＴＢを介して車外充電器２００に接続可能に構成されている。車外充電器２００は、例えばＤＣ急速充電器である。バッテリ４０は、第１，第２外部充電端子ＴＡ，ＴＢに車外充電器２００が接続されると、車外充電器２００から入力される高圧の直流電力により定電流充電又は定電圧充電される。

第１，第２外部充電端子ＴＡ，ＴＢは、第１，第２充電経路ＬＡ，ＬＢを介して接続線ＬＣに接続されている。具体的には、第１外部充電端子ＴＡは、第１充電経路ＬＡを介して、接続線ＬＣにおけるバッテリ４０の正極端子とインバータ２０との間の第１接点ＰＡに接続されている。第２外部充電端子ＴＢは、第２充電経路ＬＢを介して、接続線ＬＣにおけるバッテリ４０の負極端子とインバータ２０との間の第２接点ＰＢに接続されている。

第１リレースイッチ３２は、接続線ＬＣにおける第１接点ＰＡとインバータ２０との間に設けられており、第２リレースイッチ３３は、接続線ＬＣにおける第２接点ＰＡとインバータ２０との間に設けられている。第１，第２リレースイッチ３２，３３は、バッテリ４０と回転電機１０との接続状態を切り替える。また、第３リレースイッチ３４は、第１充電経路ＬＡに設けられており、第４リレースイッチ３５は、第２充電経路ＬＢに設けられている。第３，第４リレースイッチ３４，３５は、バッテリ４０と車外充電器２００との接続状態を切り替える。

ＢＭＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどから構成される制御装置である。ＢＭＵ５０は、各センサから入力された検出値に基づいて、バッテリ４０の蓄電容量を算出する。ＢＭＵ５０は、算出されたバッテリ４０の蓄電容量に基づいて、バッテリ４０の劣化状態を示す放電容量を算出する。

また、ＢＭＵ５０は、第１～第４リレースイッチ３２～３５に接続されており、バッテリ４０の蓄電容量に基づいて、第１～第４リレースイッチ３２～３５の接続状態を切り替える。さらに、ＢＭＵ５０は、車載ネットワークインタフェース５１を介して、走行制御ＥＣＵ７０と通信可能に接続されており、バッテリ４０の蓄電容量に基づいて回転電機１０を制御する指令を走行制御ＥＣＵ７０に出力する。走行制御ＥＣＵ７０は、ＢＭＵ５０からの指令に基づき、回転電機１０の制御量をその指令に従って制御すべく、インバータ２０を制御する。制御量は、例えばトルクである。

ところで、バッテリ４０の蓄電容量を算出する方法として、バッテリ４０の蓄電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）と開路電圧ＯＣＶとの相関関係を示すＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いる方法が知られている。しかし、本実施形態では、バッテリ４０を構成するリチウムイオン蓄電池４１として、正極活物質にリン酸鉄リチウム、負極活物質に黒鉛を使用したものを用いている。これらの活物質を用いた蓄電池では、ＳＯＣの広い範囲で開路電圧ＯＣＶが安定しており、ＳＯＣの変化に伴う開路電圧ＯＣＶの変化が小さい領域、すなわちプラトー領域ＰＲを有する。プラトー領域ＰＲでは、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて蓄電池のＳＯＣを算出し、蓄電容量を算出することが難しい。

ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずにバッテリ４０の蓄電容量を算出する技術として、バッテリ４０の充放電電流ＩＳを積算して蓄電容量を算出する技術が知られている。ただし、電流積算による蓄電容量の算出では、電流積算期間が長期化すると積算誤差が蓄積され、蓄電容量の算出精度が低下する問題が生じる。

蓄電池では、通電に伴い蓄電容量が変化する際に、反応熱量ＷＲの変化が生じる。反応熱量ＷＲとは、下記の式（１）に示すように、通電に伴う蓄電池の発熱量ＷＢから蓄電池のインピーダンス成分によるジュール熱ＷＪを除いたものである。反応熱量ＷＲは、蓄電池の温度ＴＭ、充放電電流ＩＳ、及び単位温度当たりの開路電圧ＯＣＶの変化量である電圧変化量ΔＯＣＶを用いて、下記の式（２）のように表される。

ＷＢ＝ＷＪ＋ＷＲ・・・（１）
ＷＲ＝ＴＭ×ＩＳ×ΔＯＣＶ・・・（２）
式（２）によれば、反応熱量ＷＲは電圧変化量ΔＯＣＶに比例する。この電圧変化量ΔＯＣＶは、蓄電池の蓄電容量毎に値を持ち、蓄電池の中には、蓄電容量が変化した時に、電圧変化量ΔＯＣＶが変化する蓄電池が存在する。このような蓄電池では、蓄電容量が変化すれば、反応熱量ＷＲが変化するため、温度ＴＭが変化する。また、蓄電池では、温度ＴＭとインピーダンス値ＲＡとが相関関係を有する。そのため、蓄電池の温度ＴＭが変化すると、蓄電池のインピーダンス値ＲＡが変化する。

蓄電池では、使用される活物質等により、比較的大きな電圧変化量ΔＯＣＶが生じる所定容量が予め定められている。図２に、本実施形態のバッテリ４０における蓄電容量と電圧変化量ΔＯＣＶとの関係を示す。図２に示すように、バッテリ４０では、所定容量として第１容量ＱＡと第２容量ＱＢとを有しており、蓄電容量が低容量側から第１容量ＱＡに増加する場合に電圧変化量ΔＯＣＶが急増し、蓄電容量が第１容量ＱＡとなると電圧変化量ΔＯＣＶの増加が飽和傾向になる。また、蓄電容量が低容量側から第２容量ＱＢに増加する場合に電圧変化量ΔＯＣＶが急減し、蓄電容量が第２容量ＱＢとなると電圧変化量ΔＯＣＶの減少が飽和傾向になる。

第１,第２容量ＱＡ,ＱＢでは、電圧変化量ΔＯＣＶの変化が急峻であることからインピーダンス値ＲＡの変化が大きくなる。本発明者らは、この点に着目し、バッテリ４０の蓄電容量を算出する方法を見出した。

具体的には、ＢＭＵ５０は、通電時にバッテリ４０のインピーダンス値変化ＨＡを取得する。ＢＭＵ５０は、充放電電流ＩＳが変化したときのバッテリ電圧ＶＢの変化量ΔＶＢを充放電電流ＩＳの変化量ΔＩＳで割ってインピーダンス値ＲＡを算出する。そして、単位時間当たりのインピーダンス値ＲＡの変化量であるインピーダンス値変化ＨＡを算出する。ＢＭＵ５０は、このインピーダンス値変化ＨＡに基づいて、バッテリ４０の蓄電容量が第１，第２容量ＱＡ，ＱＢであることを判定する判定処理を実施する。判定処理によれば、バッテリ４０の第１，第２容量ＱＡ，ＱＢにおけるインピーダンス値変化ＨＡを用いてバッテリ４０の蓄電容量を算出することができ、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずにバッテリ４０の蓄電容量を適正に算出できる。

そして、本実施形態のバッテリ４０では、図４,図５に示すように、プラトー領域ＰＲ内に第１，第２容量ＱＡ，ＱＢが存在している。そのため、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて蓄電池のＳＯＣを算出することが難しいプラトー領域ＰＲにおいて、バッテリ４０の蓄電容量を適正に算出できる。

図３に、本実施形態の判定処理のフローチャートを示す。ＢＭＵ５０は、バッテリ４０の通電時に、所定の制御周期毎に判定処理を繰り返し実施する。

判定処理を開始すると、まずステップＳ１０では、充放電電流ＩＳが閾値電流以上変化したか否かを判定する。ステップＳ１０で否定判定すると、判定処理を終了する。一方、ステップＳ１０で肯定判定すると、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、上述の方法によりバッテリ４０のインピーダンス値ＲＡを算出する。続くステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出されたインピーダンス値ＲＡを用いてインピーダンス値変化ＨＡを算出し、ステップＳ１３，Ｓ１４に進む。なお、本実施形態において、ステップＳ１２の処理が「取得部」に相当する。

ステップＳ１３，Ｓ１４では、ステップＳ１２で算出されたインピーダンス値変化ＨＡに基づいて、バッテリ４０の蓄電容量が第１，第２容量ＱＡ，ＱＢであることを判定する。具体的には、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡを算出し、その時間変化量ΔＨＡの絶対値が閾値α，β（α，β＞０）よりも大きいか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理が「容量判定部」に相当する。

ステップＳ１３では、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡの絶対値が閾値αよりも大きく、且つ通電に伴ってインピーダンス値変化ＨＡが減少しているか否かを判定する。第１容量ＱＡでは、電圧変化量ΔＯＣＶの変化に伴って、充電時には高容量側で低容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が大きく、放電時には低容量側で高容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が大きくなる。つまり、第１容量ＱＡでは、通電に伴ってインピーダンス値変化ＨＡが減少し、これにより時間変化量ΔＨＡが閾値－αよりも小さくなるため、ステップＳ１３で肯定判定する。この場合、ステップＳ１５において、バッテリ４０の蓄電容量が第１容量ＱＡであることを判定し、ステップＳ１８に進む。一方、ステップＳ１３で否定判定すると、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡの絶対値が閾値βよりも大きく、且つ通電に伴ってインピーダンス値変化ＨＡが増加しているか否かを判定する。なお、閾値βは、閾値αと等しくてもよければ、異なっていてもよい。第２容量ＱＢでは、電圧変化量ΔＯＣＶの変化に伴って、充電時には高容量側で低容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が小さく、放電時には低容量側で高容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が小さくなる。つまり、第２容量ＱＢでは、通電に伴ってインピーダンス値変化ＨＡが増加し、これにより時間変化量ΔＨＡが閾値βよりも大きくなるため、ステップＳ１４で肯定判定する。この場合、ステップＳ１６において、バッテリ４０の蓄電容量が第２容量ＱＢであることを判定し、ステップＳ１８に進む。一方、ステップＳ１４で否定判定すると、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、電流積算によりバッテリ４０の蓄電容量を算出し、判定処理を終了する。ステップＳ１７では、充放電電流ＩＳを積算することでバッテリ４０の蓄電容量を算出容量ＱＭとして算出する。具体的には、ステップＳ１７では、前回の判定処理から今回の判定処理までの間にバッテリ４０に対して流入及び流出した充放電電流ＩＳを積算し、この積算した値を前回の判定処理における算出容量ＱＭに加算する。

ステップＳ１８では、算出容量ＱＭをステップＳ１５，Ｓ１６で判定された第１，第２容量ＱＡ，ＱＢに補正し、判定処理を終了する。なお、本実施形態において、ステップＳ１７，Ｓ１８の処理が「算出容量算出部」に相当する。

続いて、図４,図５に、判定処理の一例を示す。図４には、車外充電器２００を用いてバッテリ４０を定電圧充電した場合における算出容量ＱＭの推移が示されている。図４,図５において、（Ａ）は、開路電圧ＯＣＶの推移を示し、（Ｂ）は、算出容量ＱＭの推移を示し、（Ｃ）は、インピーダンス値ＲＡの推移を示し、（Ｄ）は、インピーダンス値変化ＨＡの推移を示し、（Ｅ）は、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡの推移を示す。

なお、図４（Ｂ）,図５（Ｂ）では、正確な蓄電容量が破線で示されており、この蓄電容量に対して高容量側の積算誤差が蓄積された算出容量ＱＭが第１算出容量ＱＭ１として実線で示されており、低容量側の積算誤差が蓄積された算出容量ＱＭが第２算出容量ＱＭ２として実線で示されている。また、本実施形態では、バッテリ４０のインピーダンス値ＲＡのうち、その実数成分である抵抗値を用いる例が示されており、図４（Ｃ）,図５（Ｃ）では、抵抗値の推移が示されている。

図４に図示される例では、時刻ｔ１に、バッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲよりも低容量である状態で定電圧充電が開始される。時刻ｔ１では、バッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲ内に存在しないため、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２は、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて補正される。そして、定電圧充電が開始されると、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２及び開路電圧ＯＣＶが増加する。第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２は、電流積算により算出されるため、時刻ｔ１からの経過時間の増加とともに積算誤差ΔＱが増加する。開路電圧ＯＣＶは、その後の時刻ｔ２にバッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲの下限容量に到達すると、増加を停止して略一定に維持される。

インピーダンス値ＲＡは、時刻ｔ１からの経過時間の増加とともに所定の第１インピーダンス値変化ＨＡ１で減少する。その後の時刻ｔ３に、蓄電容量が第１容量ＱＡとなると、インピーダンス値ＲＡのインピーダンス値変化ＨＡが第１インピーダンス値変化ＨＡ１から所定の第２インピーダンス値変化ＨＡ２に減少する。これにより、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡが閾値－αよりも小さくなると、ＢＭＵ５０は、蓄電容量が第１容量ＱＡであることを判定し、この時刻ｔ３に第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を第１容量ＱＡに補正する。

その後の時刻ｔ４に、蓄電容量が第２容量ＱＢとなると、インピーダンス値ＲＡのインピーダンス値変化ＨＡが第２インピーダンス値変化ＨＡ２から所定の第３インピーダンス値変化ＨＡ３に増加する。これにより、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡが閾値βよりも大きくなると、ＢＭＵ５０は、蓄電容量が第２容量ＱＢであることを判定し、この時刻ｔ４に第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を第２容量ＱＢに補正する。

開路電圧ＯＣＶは、その後の時刻ｔ５にバッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲの上限容量に到達すると、再び増加する。そして、その後の時刻ｔ６に開路電圧ＯＣＶが所定の充電上限電圧ＶＵｔｈに到達すると、ＢＭＵ５０は、バッテリ４０が満充電状態であることを判定し、この時刻ｔ６にバッテリ４０の定電圧充電を終了する。

また、図５には、回転電機１０によりバッテリ４０を放電した場合における算出容量ＱＭの推移が示されている。図５に図示される例では、時刻ｔ１１に、バッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲよりも高容量である状態で放電が開始される。時刻ｔ１１では、バッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲ内に存在しないため、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２は、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて補正される。そして、放電が開始されると、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２及び開路電圧ＯＣＶが減少する。開路電圧ＯＣＶは、その後の時刻ｔ１２にバッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲの上限容量に到達すると、減少を停止して略一定に維持される。

インピーダンス値ＲＡは、時刻ｔ１１からの経過時間の増加とともに所定の第４インピーダンス値変化ＨＡ４で減少する。その後の時刻ｔ１３に、蓄電容量が第２容量ＱＢとなると、インピーダンス値ＲＡのインピーダンス値変化ＨＡが第４インピーダンス値変化ＨＡ４から所定の第５インピーダンス値変化ＨＡ５に増加する。これにより、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡが閾値βよりも大きくなると、ＢＭＵ５０は、蓄電容量が第２容量ＱＢであることを判定し、この時刻ｔ１３に第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を第２容量ＱＢに補正する。

その後の時刻ｔ１４に、蓄電容量が第１容量ＱＡとなると、インピーダンス値ＲＡのインピーダンス値変化ＨＡが第５インピーダンス値変化ＨＡ５から所定の第６インピーダンス値変化ＨＡ６に減少する。これにより、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡが閾値－αよりも小さくなると、ＢＭＵ５０は、蓄電容量が第１容量ＱＡであることを判定し、この時刻ｔ１４に第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を第１容量ＱＡに補正する。

開路電圧ＯＣＶは、その後の時刻ｔ１５にバッテリ４０の蓄電容量がプラトー領域ＰＲの下限容量に到達すると、再び減少する。そして、その後の時刻ｔ１６に開路電圧ＯＣＶが所定の放電下限電圧ＶＤｔｈに到達すると、ＢＭＵ５０は、バッテリ４０が完放電状態であることを判定し、この時刻ｔ１６にバッテリ４０の放電を終了する。

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、通電時にバッテリ４０のインピーダンス値変化ＨＡを算出し、このインピーダンス値変化ＨＡに基づいて、バッテリ４０の蓄電容量が第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２であることを判定する。バッテリ４０の第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２におけるインピーダンス値変化ＨＡを用いてバッテリ４０の蓄電容量を算出することができ、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いずにバッテリ４０の蓄電容量を適正に算出できる。

・特に本実施形態では、バッテリ４０がプラトー領域ＰＲを有しており、このプラトー領域ＰＲに第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２が存在する。そのため、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を用いて蓄電容量を算出することが難しいプラトー領域ＰＲにおいて、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を用いてバッテリ４０の蓄電容量を適正に算出できる。

・本実施形態では、電流積算により第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を算出している。電流積算による蓄電容量の算出では、電流積算期間が長期化すると積算誤差ΔＱが蓄積され、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２の算出精度が低下する。本実施形態では、バッテリ４０の第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２におけるインピーダンス値変化ＨＡを用いてバッテリ４０の蓄電容量を算出し、この第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を用いて第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２を補正するため、第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２の積算誤差ΔＱをリセットすることができる。

・バッテリ４０のインピーダンス値変化ＨＡが変化しても、その変化が微少であればノイズ等によりインピーダンス値変化ＨＡが変化した可能性が高い。上記構成では、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡの絶対値が所定の閾値α，βよりも大きい場合に、バッテリ４０の蓄電容量が第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２であることを判定する。そのため、ノイズ等の影響を抑制してバッテリ４０の蓄電容量を適正に算出できる。

・蓄電池では、比較的大きな電圧変化量ΔＯＣＶが生じる所定容量を複数有するものが存在する。この場合、インピーダンス値変化ＨＡに基づいて所定容量であることを判定しても、複数の所定容量のうちのどの所定容量であるかを判定できない。

その点、本実施形態では、所定容量として第１容量ＱＡと第２容量ＱＢとを有しており、充電時には第１容量ＱＡの高容量側では低容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が大きく、第２容量ＱＢの高容量側では低容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が小さい。また、放電時には第１容量ＱＡの低容量側では高容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が大きく、第２容量ＱＢの低容量側では高容量側よりもインピーダンス値変化ＨＡの絶対値が小さい。つまり、第１容量ＱＡでは、通電に伴ってインピーダンス値変化ＨＡが減少し、第２容量ＱＢでは、通電に伴ってインピーダンス値変化ＨＡが増加する。そのため、所定容量を複数有する２次電池において、このインピーダンス値変化ＨＡの様態の違いを用いて所定容量が第１容量ＱＡであるか第２容量ＱＢであるかを判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、先の第１実施形態との相違点を中心に図６～図８を参照しつつ説明する。本実施形態では、バッテリ制御装置１００が交流電流発生部としての電流発生回路６０を備えている点で第１実施形態と異なる。

上述したように、インピーダンス値ＲＡは、充放電電流ＩＳが変化したときのバッテリ電圧ＶＢの変化量ΔＶＢと電流の変化量ΔＩＳとを用いて算出される。そのため、例えばバッテリ４０が定電流充電されている場合には、充放電電流ＩＳが変化しないためインピーダンス値ＲＡが算出されず、インピーダンス値変化ＨＡをすることができない。そのため、インピーダンス値変化ＨＡに基づいてバッテリ４０の蓄電容量が第１,第２算出容量ＱＭ１,ＱＭ２であることを判定することができない。

そこで、本実施形態のバッテリ制御装置１００は、電流発生回路６０を備える。電流発生回路６０は、回転電機１０及び車外充電器２００による充放電電流ＩＳとは別に、インピーダンス値ＲＡを算出するための交流電流ＩＡを発生させる。図６に示すように、電流発生回路６０は、バッテリ４０を構成するリチウムイオン蓄電池４１それぞれの両端に接続されている。電流発生回路６０は交流電源を有しており、この交流電源を用いて各リチウムイオン蓄電池４１に対して個別に交流電圧を印加し、交流電流ＩＡを発生させる。

ＢＭＵ５０は、電流発生回路６０に接続されており、各リチウムイオン蓄電池４１に対して交流電流ＩＡが発生している状態と発生していない状態とを切り替える。これにより、充放電電流ＩＳに交流電流ＩＡが重畳する状態と重畳していない状態とが切り替えられる。

図７に、充放電電流ＩＳと交流電流ＩＡとの重畳を示す。本実施形態において、交流電流ＩＡは正弦波として設定される。正弦波の周波数は１ｋＨｚ以下にするのが好ましい。１ｋＨｚ以下では、温度依存性が顕著なイオン伝導性成分のインピーダンス値ＲＡが取得されるためである。図７に示すように、交流電流ＩＡの振幅は、充放電電流ＩＳの絶対値に比べて微少な値である。本実施形態の判定処理では、交流電流ＩＡにより充放電電流ＩＳが変化したときにインピーダンス値変化ＨＡが算出される。つまり、電流発生回路６０による交流電流ＩＡの発生時にインピーダンス値変化ＨＡが算出される。

図８に、本実施形態の判定処理のフローチャートを示す。なお、図６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。

図８に示すように、本実施形態の判定処理では、判定処理を開始すると、まずステップＳ２１では、充放電電流ＩＳに交流電流ＩＡを重畳させ、ステップＳ１１，Ｓ１２に進む。この場合、ステップＳ１２では、ステップＳ２１による交流電流ＩＡの重畳時にインピーダンス値変化ＨＡが算出される。なお、本実施形態において、ステップＳ２１の処理が「交流電流発生部」に相当する。

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、充放電電流ＩＳに交流電流ＩＡを重畳させる電流発生回路６０が備えられている。電流発生回路６０を用いることで交流電流ＩＡを用いて充放電電流ＩＳを変化させることができるため、例えばバッテリ４０が定電流充電されている場合など、重畳前における充放電電流ＩＳの変化が小さい場合でもバッテリ４０の蓄電容量を適正に算出することができる。

・本実施形態では、充放電電流ＩＳに重畳させる電流として交流電流ＩＡを用いる。そのため、直流電流を用いる場合に比べてＥＭＣ特定の低下を抑制することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第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、判定処理において、バッテリ４０の放電容量を算出放電容量ＱＨとして算出する点で第１実施形態と異なる。放電容量は、バッテリ４０の満充電状態における蓄電容量であり、バッテリ４０の劣化により減少する。

図９に、バッテリ４０の劣化に伴う放電容量の変化を示す。図７では、バッテリ４０の製造時における蓄電容量と電圧変化量ΔＯＣＶとの関係が実線で示されており、バッテリ４０の使用開始後における蓄電容量と電圧変化量ΔＯＣＶとの関係が破線で示されている。図７に矢印ＹＡで示すように、バッテリ４０では、劣化に伴って放電容量が減少する。一方、バッテリ４０では、放電容量が減少しても第１,第２容量ＱＡ,ＱＢが変化しない。本実施形態では、この点に着目して、第２容量ＱＢに基づいて算出放電容量ＱＨを算出する。

図８に、本実施形態の判定処理のフローチャートを示す。図８には、バッテリ４０の充電中に算出放電容量ＱＨを算出する判定処理のフローチャートを示す。なお、図８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。

図８に示すように、本実施形態の判定処理では、ステップＳ１５でバッテリ４０の蓄電容量が第１容量ＱＡであることを判定すると、ステップＳ１８において、第１容量ＱＡに算出容量ＱＭを補正し、判定処理を終了する。

また、ステップＳ１６でバッテリ４０の蓄電容量が第２容量ＱＢであることを判定すると、ステップＳ３１において、第２容量ＱＢに算出容量ＱＭを補正する。続くステップＳ３２では、バッテリ４０が充電中であるか否かを判定する。バッテリ４０が充電中であるか否かの判定は、電流センサ３１により検出される充放電電流ＩＳの向きにより判定される。ステップＳ３２で否定判定すると、判定処理を終了する。一方、ステップＳ３２で肯定判定すると、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、満充電フラグＦＡをオンし、ステップＳ３４に進む。満充電フラグＦＡは、バッテリ４０の蓄電容量が第２容量ＱＢ以上であり、且つバッテリ４０が充電中であることを示すフラグであり、上記２つの条件が満たされた場合にオンされる。

ステップＳ３４では、電流積算による加算容量ＱＤの算出を開始し、判定処理を終了する。加算容量ＱＤは、バッテリ４０の蓄電容量が第２容量ＱＢであることが判定されたタイミングから、バッテリ４０が満充電状態となったことが判定されたタイミングまでの間にバッテリ４０に対して流入及び流出する充放電電流ＩＳの積算量である。なお、本実施形態において、ステップＳ１６の処理のタイミングが「第１タイミング」に相当する。

また、ステップＳ１７で電流積算により算出容量ＱＭを算出すると、ステップＳ３５において、満充電フラグＦＡがオンであるか否かを判定する。ステップＳ３５で否定判定すると、判定処理を終了する。一方、ステップＳ３５で肯定判定すると、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６では、バッテリ４０が満充電状態であるか否かを判定する。ステップＳ３６で否定判定すると、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、電流積算により加算容量ＱＤを算出し、判定処理を終了する。

一方、ステップＳ３６で肯定判定すると、ステップＳ３８に進む。ステップＳ３８では、第２容量ＱＢに加算容量ＱＤを加算して算出放電容量ＱＨを算出する。続くステップＳ３９では、満充電フラグＦＡをオフし、判定処理を終了する。なお、本実施形態において、ステップＳ３６の処理が「満充電判定部」に相当し、ステップＳ３８の処理が「放電容量算出部」に相当する。また、ステップＳ３６の肯定判定のタイミングが「第２タイミング」に相当する。

以上詳述した本実施形態によれば、第２容量ＱＢを用いて算出放電容量ＱＨを算出する。バッテリ４０では、劣化によりバッテリ４０の放電容量が減少する。一方、第２容量ＱＢは、バッテリ４０の劣化により変化しない。そのため、バッテリ４０の劣化により変化しない第２容量ＱＢを用いて算出放電容量ＱＨを算出することで、算出放電容量ＱＨを適正に算出することができる。

（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。

・上記実施形態では、判定処理において、インピーダンス値変化ＨＡの時間変化量ΔＨＡの絶対値を閾値α，βと比較する例を示したが、これに限られない。例えば、時間変化量ΔＨＡそのものを閾値－α，βと比較するようにしてもよい。

・上記実施形態では、判定処理において、第１，第２容量ＱＡ，ＱＢを用いて算出容量ＱＭを補正する場合に、第１，第２容量ＱＡ，ＱＢを算出容量ＱＭに補正する例を示したが、これに限られない。例えば、バッテリ４０の充電中であれば、実際に補正が行われるまでの充電による蓄電容量の増加分を考慮して、算出容量ＱＭを、第１，第２容量ＱＡ，ＱＢに当該増加分を加算したものに補正するようにしてもよい。また例えば、バッテリ４０の放電中であれば、実際に補正が行われるまでの放電による蓄電容量の減少分を考慮して、算出容量ＱＭを、第１，第２容量ＱＡ，ＱＢに当該減少分を減算したものに補正するようにしてもよい。

・上記実施形態では、判定処理に用いるインピーダンス値として、インピーダンス値の実数成分である抵抗値を用いる例を示したが、これに限らない。例えば、インピーダンス値の虚数成分を用いてもよければ、インピーダンス値の位相、つまり充放電電流ＩＳとバッテリ電圧ＶＢとの位相差を用いてもよい。さらには、インピーダンス値の絶対値を用いてもよい。

・上記第２実施形態では、充放電電流ＩＳに重畳させる交流電流ＩＡの波形として、正弦波を例示したが、これに限られず、台形波又は矩形波などの周期波であってもよい。

・上記第２実施形態では、インピーダンス値ＲＡを算出する場合にのみバッテリ４０に交流電流ＩＡを印加する例を示したが、これに限られない。例えば、バッテリ４０に常時交流電流ＩＡを印加するようにしてもよい。この場合、ＢＭＵ５０による電流発生回路６０の制御が不要となる。

・上記第２実施形態では、電流発生回路６０で発生させる正弦波の周波数を１ｋＨｚ以下とし、温度依存性が顕著なイオン伝導性成分のインピーダンス値ＲＡを取得する例を示したが、これに限らない。周波数を１ｋＨｚより高くしてもよい。周波数を１ｋＨｚより高くした場合でも、１ｋＨｚ以下とした場合と同様に、インピーダンス値ＲＡは電池温度が高くなるにつれて低下する特性を有する。そのため、周波数を１ｋＨｚより高くした場合でもインピーダンス値ＲＡを取得することができる。

・上記第２実施形態では、充放電電流ＩＳに正弦波の交流電流ＩＡを重畳する際、交流電流ＩＡの振幅を振幅ＷＡとすると、重畳後の電流の極大値が充放電電流ＩＳ＋振幅ＷＡとなり、極小値が充放電電流ＩＳ－振幅ＷＡとなる例を示したが、これに限らない。例えば、極大値が充放電電流ＩＳとなり、極小値が充放電電流ＩＳ－２×振幅ＷＡとなるように交流電流ＩＡを調整してもよければ、極大値が充放電電流ＩＳ＋２×振幅ＷＡとなり、極小値が充放電電流ＩＳとなるように交流電流ＩＡを調整してもよい。

・上記第３実施形態では、判定処理において、バッテリ４０を充電する場合に算出放電容量ＱＨを算出する例を示したが、バッテリ４０を放電する場合に算出放電容量ＱＨを算出するようにしてもよい。例えば、満充電状態からバッテリ４０を放電する場合に、放電開始から、バッテリ４０の蓄電容量が第２容量ＱＢであることが判定されるまでの加算容量ＱＤを算出し、第２容量ＱＢに加算容量ＱＤを加算して算出放電容量ＱＨを算出するようにしてもよい。この場合、放電開始のタイミングが「第２タイミング」に相当する。

・上記実施形態では、算出容量ＱＭを算出する方法として、電流積算によるものを例示したが、これに限られず、バッテリ４０の蓄電容量を算出する周知の技術を用いることができる。

・上記実施形態では、バッテリ４０としてプラトー領域ＰＲを有する蓄電池を用いる例を示したが、プラトー領域ＰＲを有しない蓄電池に対して、本実施形態の技術が用いられてもよい。

・上記実施形態では、第１容量ＱＡと第２容量ＱＢとの２つの所定容量を有するバッテリ４０を用いる例を示したが、これに限られない。バッテリ４０における所定容量の数や大きさは、バッテリ４０に用いられる正極活物質及び負極活物質により変動する。本実施形態の技術は、バッテリ４０における所定容量の数や大きさに関わらず適用することが可能である。

・上記実施形態では、２次電池のインピーダンス値変化として単位時間当たりの変化量を用いる例を示したが、これに限られない。例えば、単位容量当たりの変化量を用いてもよい。

・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部及びその手法は、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部及びその手法は、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。

４０…バッテリ、５０…ＢＭＵ。

Claims (7)

1. 通電に伴い蓄電容量が変化する際に所定容量で反応熱量の変化が生じる２次電池（４０）に適用され、
   通電時に前記２次電池のインピーダンス値変化を取得する取得部（５０）と、
   前記取得部により取得された前記インピーダンス値変化に基づいて、前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることを判定する容量判定部（５０）と、を備える電池監視装置。
2. 前記容量判定部は、前記インピーダンス値変化の時間変化量の絶対値が所定の閾値よりも大きい場合に、前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることを判定する請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記所定容量として第１容量と第２容量とを有し、充電時には前記第１容量の高容量側では低容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が大きく、前記第２容量の高容量側では低容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が小さく、放電時には前記第１容量の低容量側では高容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が大きく、前記第２容量の低容量側では高容量側よりも前記インピーダンス値変化の絶対値が小さい前記２次電池に適用され、
   前記容量判定部は、
   通電に伴って前記インピーダンス値変化が減少する場合に、前記２次電池の蓄電容量が前記第１容量であると判定し、
   通電に伴って前記インピーダンス値変化が増加する場合に、前記２次電池の蓄電容量が前記第２容量であると判定する請求項１又は２に記載の電池監視装置。
4. 前記２次電池に対して流入及び流出する電流を積算することで前記２次電池の蓄電容量を算出容量として算出する算出容量算出部（５０）を備え、
   前記算出容量算出部は、前記容量判定部により前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることが判定された場合に、前記所定容量を用いて前記算出容量を補正する請求項１から３までのいずれか一項に記載の電池監視装置。
5. 前記２次電池に対して流入及び流出する電流に重畳する所定の交流電流を発生させる交流電流発生部（６０）を備え、
   前記取得部は、前記交流電流発生部による前記交流電流の発生時に前記インピーダンス値変化を取得する請求項１から４までのいずれか一項に記載の電池監視装置。
6. 前記２次電池が満充電となったことを判定する満充電判定部（５０）と、
   前記容量判定部により前記２次電池の蓄電容量が前記所定容量であることが判定された第１タイミング及び前記満充電判定部により前記２次電池が満充電状態となったことが判定された第２タイミングの間に前記２次電池に対して流入及び流出する電流の積算量と、前記所定容量とを用いて前記２次電池の放電容量を算出する放電容量算出部（５０）と、を備える請求項１から５までのいずれか一項に記載の電池監視装置。
7. 前記２次電池は、前記２次電池の蓄電容量の変化に伴う前記２次電池の開路電圧の変化が小さいプラトー領域を有するものであり、
   前記所定容量は、前記プラトー領域内に存在する請求項１から６までのいずれか一項に記載の電池監視装置。

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