JP2023178646A - 管理装置、蓄電装置及び電圧シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放電パターンによる放電可否の誤判定を抑制する。【解決手段】蓄電装置５０の電圧シミュレーションを周期的に実行する管理装置１３０であって、演算部１３１と、記憶部１３２と、を含む。前記記憶部１３２は、放電電流の時系列データからなる放電パターンＰを記憶する。前記放電パターンＰは、放電電流の第１時系列データＤ１と第２時系列データＤ２と、を含み、前記第１時系列データＤ１は、放電電流の所定時間分の時系列データであり、前記第２時系列データＤ２は、前記蓄電装置の電圧シミュレーション実行周期内における放電電流の時系列データである。前記演算部１３１は、前記蓄電装置を前記放電パターンＰで放電した時の前記蓄電装置５０の電圧変化を推定する電圧シミュレーションを、周期的に実行し、電圧シミュレーションの結果に基づいて、前記蓄電装置の前記放電パターンＰによる放電可否を周期的に判定する。【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は、蓄電装置の電圧シミュレーションに関する。

蓄電装置は、自動車等に代表される移動体の電源や太陽光発電システムの蓄電用など、さまざまな用途で使用されている（特許文献１、２参照）。

特開２０１７－５９８５号公報 特開２０１９－１２６１１０号公報

蓄電装置の機能の一つに電圧シミュレーションがある。電圧シミュレーションは、所定の放電パターンで放電したときの、蓄電装置の電圧変化を推定するものである。例えば、自動車用の蓄電装置の場合、電圧シミュレーションの結果を用いて、放電パターンによる放電可否を、判定している。

電圧シミュレーションを周期的に実行することで、放電パターンによる放電が可能か、周期的に確認できる。電圧シミュレーションは、自動車用に限らず、太陽光発電システムの蓄電用など他の用途にも、適用することもできる。

しかしながら、電圧シミュレーションの実行周期内で、蓄電装置が放電していると、放電可否を誤判定する可能性があった。

本発明の課題は、放電パターンによる放電可否の誤判定を抑制することである。

管理装置の概要を説明する。
管理装置は、蓄電装置の電圧シミュレーションを周期的に実行する装置である。管理装置は、演算部と、記憶部と、を含む。蓄電装置の電圧シミュレーションは、外部端子の電圧シミュレーションでもよいし、セルや組電池の電圧シミュレーションでもよい。

前記記憶部は、放電電流の時系列データからなる放電パターンを記憶する。前記放電パターンは、放電電流の第１時系列データと第２時系列データと、を含む。前記第１時系列データは、放電電流の所定時間分の時系列データであり、前記第２時系列データは、前記蓄電装置の電圧シミュレーション実行周期内における放電電流の時系列データである。

前記演算部は、前記蓄電装置が前記放電パターンで放電した時の前記蓄電装置の電圧変化を推定する電圧シミュレーションを周期的に実行し、電圧シミュレーションの結果に基づいて、前記蓄電装置の前記放電パターンによる放電可否を周期的に判定する。

本技術は、電圧シミュレーション方法や電圧シミュレーションプログラムに適用することが出来る。

本技術は、放電パターンによる放電可否の誤判定を抑制することができる。

自動車の側面図 バッテリの分解斜視図 二次電池セルの平面図 図３のＡ－Ａ線断面図 バッテリの電気的構成を示すブロック図 改善前の放電パターンの波形 改善後の放電パターンの波形 電圧シミュレーションのタイムライン 電圧シミュレーションによる電圧推定結果 電圧シミュレーションによる電圧推定結果 演算部に対する入出力を示す図 電圧シミュレーションの実行周期を示す図 第１放電パターンの波形 第２放電パターンの波形 電圧シミュレーションのフローチャート 演算部に対する入出力を示す図

管理装置の概要を説明する。
（１）本発明の一実施形態に係る管理装置は、蓄電装置の電圧シミュレーションを周期的に実行する装置である。管理装置は、演算部と、記憶部と、を含む。

前記記憶部は、放電電流の時系列データからなる放電パターンを記憶する。前記放電パターンは、放電電流の第１時系列データと第２時系列データと、を含む。前記第１時系列データは、放電電流の所定時間分の時系列データであり、前記第２時系列データは、前記蓄電装置の電圧シミュレーション実行周期内における放電電流の時系列データである。

前記演算部は、前記蓄電装置が前記放電パターンで放電した時の前記蓄電装置の電圧変化を推定する電圧シミュレーションを周期的に実行し、電圧シミュレーションの結果に基づいて、前記蓄電装置の前記放電パターンによる放電可否を周期的に判定する。

上記（１）に記載の管理装置によれば、放電パターンは、放電電流の第１時系列データに加え、第２時系列データを含む。第２時系列データは、蓄電装置の電圧シミュレーション実行周期内における放電電流の時系列データであるから、実行周期内の放電を考慮した、電圧シミュレーションが可能となる。

そのため、実行周期内の放電により、実際には、蓄電装置が放電パターンで放電する余力が無い状態であるにも関わらず、蓄電装置は放電パターンにより放電可能である、と誤判定することを抑制できる。

（２）上記（１）に記載の管理装置において、電圧シミュレーションの実行周期は、切り換え可能でもよい。上記（２）に記載の管理装置によれば、実行周期を短くすることで、放電可否の判定周期が短くなるため、蓄電装置が放電可能な状態から不能な状態に移行した場合、それを早期に発見できる。実行周期を長くすることで、演算部の演算負荷を下げ、省エネルギーにできる。

（３）上記（２）に記載の管理装置において、前記蓄電装置は車両用でもよい。上記（３）に記載の管理装置によれば、前記演算部は、車両が第１状態の場合、第１周期で、電圧シミュレーションを実行し、車両が第２状態の場合、第２周期で、電圧シミュレーションを実行してもよい。この構成では、車両の状態に応じて、放電可否の判定精度を切り換えることが出来る。

（４）上記（３）に記載の管理装置において、前記第１状態は、車両走行中、第２状態は、車両非走行中であり、前記第２周期は、前記第１周期より長くてもよい。上記（４）に記載の管理装置によれば、車両走行中は、電圧シミュレーションを第１周期（短周期）で実行するから、蓄電装置が放電パターンによる放電が不能な状態に至った場合、それを早期に発見することが可能である。一方、車両非走行中は、電圧シミュレーションを第２周期（長周期）で実行するから、管理装置の電力消費を抑え、省エネルギーにすることが出来る。

（５）上記（３）又は（４）に記載の管理装置において、前記第２時系列データは、車両の状態により、異なってもよい。上記（５）に記載の管理装置によれば、電圧シミュレーションを、車両の状態に応じた第２時系列データを用いて行うから、電圧シミュレーションの実行周期内における放電電流の推定誤差を抑えることが出来る。そのため、精度の高い電圧シミュレーションを実行することが出来る。

（６）上記（５）に記載の管理装置において、前記第１状態は、車両走行中、第２状態は、車両非走行中でもよい。車両非走行中の第２時系列データは、車両走行中の第２時系列データよりも小さくてもよい。上記（５）に記載の管理装置によれば、放電が多い車両走行中は、第２時系列データの値を大きくし、放電が少ない車両非走行中は、第２時系列データの値を小さくすることで、放電電流の誤差（実際の放電電流とシミュレーションの放電電流の誤差）を小さくすることが出来る。

（７）上記（２）から（６）のいずれか一項に記載の管理装置において、前記記憶部は、電圧シミュレーションの前記実行周期として、第１周期用の時系列データを有する第１放電パターンと、第２周期用の時系列データを有する第２放電パターンと、を記憶してもよい。前記演算部は、第１周期が選択された場合、前記第１放電パターンを選択して、電圧シミュレーションを実行し、第２周期が選択された場合、前記第２放電パターンを選択して、電圧シミュレーションを実行してもよい。上記（７）に記載の管理装置によれば、放電パターンを周期ごとに設けているから、周期の相違によらず、電圧シミュレーションの精度が高い。そのため、放電パターンによる放電可否の判定精度をより向上させることが出来る。

（８）上記（１）から（７）のいずれか一項に記載の管理装置において、前記演算部は、前記電圧シミュレーションにおいて、前記蓄電装置のＳＯＣと、セルの内部抵抗と、放電電流と、セルの温度と、充放電履歴と、に基づいて、前記蓄電装置の電圧変化を推定してもよい。上記（８）に記載の管理装置によれば、ＳＯＣ変化に伴う電圧変化や内部抵抗、温度、充放電履歴による電圧変化を加味した電圧シミュレーションを行うから、電圧推定精度、電力供給可否の判定精度を高くすることが出来る。

（９）上記（１）から（８）のいずれか一項に記載の管理装置において、前記演算部は、複数の放電パターンを用いて、複数の電圧シミュレーションを並行して行ってもよい。上記（９）に記載の管理装置によれば、複数の放電パターンによる放電可否を判定することが出来る。

（１０）本発明の一実施形態に係る蓄電装置は、セルと、上記（１）から（９）のいずれか一項に記載の管理装置と、を含む。上記（１０）に記載の管理装置によれば、放電パターンによる電圧シミュレーションを内蔵する管理装置で実行できる。
＜実施形態１＞
１．バッテリ５０の説明
図１に示すように、自動車１０には、エンジン２０と、バッテリ５０とが搭載されている。バッテリ５０は、自動車１０の補機用である。バッテリ５０は、「蓄電装置」の一例である。自動車１０には、車両駆動用の蓄電装置や、燃料電池が搭載されていてもよい。

図２に示すように、バッテリ５０は、組電池６０と、回路基板ユニット６５と、収容体７１を備える。収容体７１は、合成樹脂材料からなる本体７３と蓋体７４とを備える。本体７３は有底筒状であり、底面部７５と、４つの側面部７６と、を備える。４つの側面部７６によって、本体７３の上端に開口部７７が形成されている。

収容体７１は、組電池６０と回路基板ユニット６５を収容する。回路基板ユニット６５は、回路基板１００上に各種部品（電流遮断装置５３、図５に示す電流検出部５４や管理装置１３０等）を搭載した基板ユニットであり、図２に示すように組電池６０の、例えば上方に隣接して配置されている。代替的に、回路基板ユニット６５は、組電池６０の側方に隣接して配置されていてもよい。

蓋体７４は、本体７３の開口部７７を閉鎖する。蓋体７４の周囲には外周壁７８が設けられている。蓋体７４は、平面視略Ｔ字形の突出部７９を有する。蓋体７４の前部のうち、一方の隅部に正極の外部端子５１が固定され、他方の隅部に負極の外部端子５２が固定されている。回路基板ユニット６５は、収容体７１の本体７３に代えて、蓋体７４内に（例えば突出部７９内に）収容されていてもよい。

組電池６０は、複数のセル６２から構成されている。図４に示すように、セル６２は、直方体形状（プリズマティック）のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容したものである。セル６２は、例えばリチウムイオン二次電池セルである。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。

電極体８３は、詳細は図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極板と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極板との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極板と正極板とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。電極体８３は、巻回タイプのものに代えて、積層タイプのものであってもよい。

正極板には正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極板には負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とを有する。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極板又は負極板に接続されている。

正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらが組み付けられている。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、図３に示すように、このガスケット９４から外方へ露出されている。

蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、安全弁である。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限を超えた場合に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。

図５は、バッテリ５０の電気的構成を示すブロック図である。バッテリ５０は、組電池６０と、電流検出部５４と、電流遮断装置５３と、電圧検出部１１０と、温度センサ５８と、管理装置１３０と、を備える。

バッテリ５０には、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１４０と、エンジン２０の動力により発電する発電機であるオルタネータ１５０と、自動車１０の補機１６０と、が電気的に接続されている。車両ＥＣＵ１４０は、自動車１０を制御する車両制御部である。

車両ＥＣＵ１４０は、オルタネータ１５０や補機１６０を制御する。車両ＥＣＵ１４０は、エンジン等の駆動系も制御してもよい。車両ＥＣＵ１４０は１つに限らず、複数でもよい。

補機１６０は、特定負荷１６０Ａと一般負荷１６０Ｂを含む。特定負荷１６０Ａは、後述する電圧シミュレーションの対象負荷である。一般負荷１６０Ｂは、例えば、ヘッドライド、ワイパー、カーナビゲーションシステム、空調装置などが含まれる。

エンジン２０の駆動中において、オルタネータ１５０の発電量が補機１６０の電力消費量より大きい場合、バッテリ５０はオルタネータ１５０により充電される。オルタネータ１５０の発電量が補機１６０の電力消費量より小さい場合、バッテリ５０は、その不足分を補うため、放電する。

エンジン２０の停止中、オルタネータ１５０は発電を停止する。発電停止中、バッテリ５０は、充電されない状態となり、車両ＥＣＵ１４０や補機１６０に対して放電のみ行う状態となる。

組電池６０のセル６２は、例えば１２個あり（図２参照）、３並列で４直列に接続されている。図５は、並列に接続された３つのセル６２を１つの電池記号で表している。セル６２は、「蓄電セル」の一例である。

蓄電セルは、プリズマティックセルに限定はされず、円筒型セルであってもよいし、ラミネートフィルムケースを有するパウチセルであってもよい。バッテリ５０は、定格１２Ｖである。

組電池６０、電流遮断装置５３及び電流検出部５４は、パワーライン５５Ｐ、パワーライン５５Ｎを介して、直列に接続されている。パワーライン５５Ｐ、５５Ｎは、銅などの金属材料からなる板状導体であるバスバーＢＳＢ（図２参照）を用いることが出来る。

図５に示すように、パワーライン５５Ｐは、正極の外部端子５１と組電池６０の正極とを接続する。パワーライン５５Ｎは、負極の外部端子５２と組電池６０の負極とを接続する。外部端子５１、５２は、バッテリ５０の、自動車１０（補機１６０）との接続用端子である。バッテリ５０を、外部端子５１、５２を介してオルタネータ１５０や補機１６０に電気的に接続することが出来る。

電流遮断装置５３は、正極のパワーライン５５Ｐに設けられている。電流遮断装置５３は、ＦＥＴなどの半導体スイッチでもよいし、機械式の接点を有するリレーでもよい。電流遮断装置５３は、ラッチリレーなどの自己保持型スイッチであることが好ましい。

電流遮断装置５３は、ノーマリクローズタイプであり、正常時、クローズ状態に制御される。バッテリ５０に何らかの異常があった場合、電流遮断装置５３をクローズ状態からオープン状態に切り換えることで、組電池６０の電流を遮断できる。

電流検出部５４は、負極のパワーライン５５Ｎに設けられている。電流検出部５４は、シャント抵抗でもよい。抵抗式の電流検出部５４は、電流検出部５４の両端電圧Ｖｒに基づいて、組電池６０の電流Ｉを計測することができる。抵抗式の電流検出部５４は、電圧の極性（正負）から放電と充電を判別できる。代替的に、電流検出部５４は、磁気センサでもよい。

電圧検出部１１０は、セル６２の電圧Ｖｓと、組電池６０の総電圧Ｖｔを検出することができる。温度センサ５８は、組電池６０に取り付けられており、組電池６０の電池温度ＴＳあるいはその周囲の温度ＴＳを検出する。

管理装置１３０は、回路基板１００（図２参照）上に実装されており、図５に示すように、ＣＰＵ等の演算部１３１と、記憶部１３２と、通信部１３３を備える。

通信部１３３は、信号線を介して、車両ＥＣＵ１４０に接続されており、車両ＥＣＵ１４０と通信する。管理装置１３０は、車両ＥＣＵ１４０から、自動車１０の動作状態（走行中、停車中、駐車中など）に関する信号を通信により受信できる。

管理装置１３０は、電圧検出部１１０、電流検出部５４、温度センサ５８の出力に基づいて、バッテリ５０の状態を監視する。つまり、組電池６０の電池温度ＴＳ、電流Ｉ、総電圧Ｖｔを監視する。

管理装置１３０は、組電池６０の電流Ｉに基づいて、組電池６０のＳＯＣ［％］を推定する。

ＳＯＣ（state of charge：充電状態）は、満充電容量に対する残存容量の比率であり、下記の（１）式にて表される。

ＳＯＣ＝（Ｃｒ／Ｃｏ）×１００・・・・・・・・・・（１）
Ｃｏはセルの満充電容量、Ｃｒはセルの残存容量である。

ＳＯＣは、下記の（２）式で示すように、電流Ｉの時間に対する積分値に基づいて推定することが出来る。電流Ｉの符号を、充電時はプラス、放電はマイナスとする。

ＳＯＣ＝ＳＯＣｏ＋１００×（∫Ｉｄｔ／Ｃｏ）・・・（２）
ＳＯＣｏは、ＳＯＣの初期値、Ｉは電流である。

記憶部１３２には、電圧シミュレーションの実行プログラムやプログラムの実行に必要なデータが記憶されている。記憶部１３２に記憶されるデータには、後述する放電パターンＰのデータが含まれる。また、組電池６０の内部抵抗Ｒのデータやバッテリ５０の充放電履歴のデータが含まれる。

プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に記憶して使用、譲渡、貸与等されてもよい。プログラムは、電気通信回線を用いて配信されてもよい。

２．電圧シミュレーション
電圧シミュレーションは、放電パターンＰを用いて、組電池６０の総電圧Ｖｔの時間変化を推定するものである。

放電パターンＰは、放電電流の所定時間分の第１時系列データD１である。例えば、図６Ａの放電パターンＰは、横軸を時間、縦軸を放電電流としたグラフにより規定される１２秒間の放電電流のデータである。放電パターンＰは、一例として、特定機器１６０Ａの動作に必要な放電電流であり、特定機器１６０Ａの動作時間が１２秒の場合、放電パターンＰは、１２秒分のデータである。

電圧シミュレーションにより、バッテリ５０が放電パターンＰに従って１２秒間放電した時、つまり、特定機器１６０Ａに対して１２秒間放電した時の、総電圧Ｖｔ０～Ｖｔ１２が得られる。

総電圧Ｖｔ０～Ｖｔ１２を、総電圧Ｖｔの下限電圧ＶＬと比較することにより、バッテリ５０が放電パターンＰで放電可能か、つまり、特定負荷１６０Aを動作させる電力を特定負荷１６０Ａに対して供給可能か、判定することが出来る。

図７は、電圧シミュレーションのタイムライン、図８はシミュレーション結果である。図８のシミュレーション結果によると、総電圧Ｖｔ０～Ｖｔ１２は下限電圧ＶＬ以上であることから、この場合、バッテリ５０は放電パターンＰにより放電可能、つまり、特定負荷１６０Ａに対して電力供給可能（特定負荷１６０Ａは動作可能）と判定される。

一方、総電圧Ｖｔ０～Ｖｔ１２の一部が下限電圧ＶＬを下回った場合（Ｖｔ＜ＶＬ）、放電パターンＰによる放電は不可能、つまり、特定負荷１６０Ａに対して電力供給不能（特定負荷１６０Ａは動作不可）と判定される。

図７に示すように、電圧シミュレーションを周期的（ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・）に実行することで、放電パターンＰによる放電可否を、周期的に確認できる。

放電パターンＰによる放電が不可能な場合、車両ＥＣＵ１４０に充電を促することで、特定負荷１６０Ａに対して電力供給可能な状態にバッテリ５０を戻することができる。

特定負荷１６０Ａは、一例として、電動ブレーキ、電動ステアリング等の安全関連負荷であり、この実施形態では、自動車の機能安全を目的に、電圧シミュレーションを実行する。安全関連負荷を対象として、電圧シミュレーションを実行することで、自動運転中に車両発電システム(DCDCやオルタネータ)が故障した際に、安全関連負荷に対して自動車が停止するまでに期間中(例えば、1分程度)、バッテリ５０から安全関連負荷に対して電力供給可能か、判断することが出来る。電圧シミュレーションは、機能安全に限らず、快適性の確保など、他の用途、目的に用いることが可能である。

管理装置１３０は、電圧シミュレーションの結果、例えば、図７のｔ２の時点の判定が放電可能であった場合（Ｖｔ＞ＶＬの場合）、次の判定までの期間ｔ２～ｔ３は、放電パターンにより放電可能（特定負荷１６０Ａに対して電力供給可能）と判断する。

しかし、電圧シミュレーションの実行周期Ｔ内の放電を考慮すると、放電パターンＰによる放電が不可能な可能性がある（放電可否の誤判定）。

具体的に説明すると、バッテリ５０は、電圧シミュレーションの対象となる特定負荷１６０Ａだけでなく、一般負荷１６０Ｂに放電する場合がある。一般負荷１６０Ｂの種類により、常時放電する場合もある。

一般負荷１６０Ｂへの放電がある場合（特定負荷１６０Ａなど一般負荷１６０Ｂ以外の負荷に放電している場合も同様）、電圧シミュレーションの実行周期Ｔ内においても、バッテリ５０の蓄電量が減少する。

例えば、時刻ｔ２において、放電パターンＰによる放電が可能な状態で、放電後の総電圧Ｖｔ１２が下限電圧ＶＬに対して余裕がある状態でも、ｔ２以降は、実行周期Ｔ内の放電により、下限電圧ＶＬに対する余裕が減少する。時刻ｔａ時点で余裕が無くなると、時刻ｔａから次の判定時点ｔ３までの期間に、放電パターンＰで放電した場合、総電圧Ｖｔが下限電圧ＶＬを下回る可能性がある。

図９は、時刻ｔｂで放電パターンＰによる放電を開始した時の総電圧Ｖｔの変化を示している。この例では、時刻ｔｂで放電開始後、１０秒～１１秒の時点で、総電圧Ｖｔは下限電圧ＶＬを下回り、バッテリ５０は電欠状態に至っている。

管理装置１３０は、こうした問題を解決するため、電圧シミュレーションに、改良した放電パターンＰを用いる。

改良した放電パターンＰは、図６Ｂに示すように、第１時系列データＤ１に対して第２時系列データＤ２を付加したものである。つまり、放電時間を、第１時系列データＤ１と第２時系列データＤ２の合計時間とし、第１時系列データＤ１のみ放電する場合に比べて、第２時系列データＤ２分だけ、余分に放電する放電パターンとしている。

第２時系列データＤ２は、実行周期Ｔ内において、バッテリ５０が、一般負荷１６０Ｂ等に放電する放電電流の時系列データである。第２時系列データＤ２は、過去の実績値（固定値）を用いてもよいし、前回周期Ｔの放電電流を用いてもよい。また、自動車１０の動作状態に応じて切り換えてもよい。この実施形態は、放電電流は、約５０Ａの固定値としている。

改良した放電パターンＰは、改良前の放電パターンＰよりも、１周期分長いデータである。第１時系列データＤ１は１２秒、実行周期Ｔは１秒であり、放電パターンＰは１３秒のデータである。

この実施形態では、第１時系列データＤ１の前（図６Ｂの左）に、第２時系列データＤ２を付加しているが、第１時系列Ｄ１の後（図６Ｂの右）に付加してもよい。

図１０に示すように、演算部１３１は、（Ａ）～（Ｆ）を入力として、放電パターンＰで放電した時の組電池６０の総電圧Ｖｔの時間変化を推定する（電圧シミュレーション）。

具体的には、（３）式で示すように、総電圧の初期値Ｖｔ０から、放電パターンＰによる放電に伴う総電圧の電圧変化量ΔＶを減算することで、総電圧Ｖｔの時間変化を推定する。

電圧変化量ΔＶは、組電池６０のＳＯＣ、内部抵抗Ｒ、電池温度ＴＳ及び充放電履歴Ｚの情報等から算出できる。ΔＶは、所定の演算式を用いて算出してもよいし、参照テーブルを用いて算出してもよい。

Ｖｔ＝Ｖｔ０－ΔＶ（ＳＯＣ、Ｒ、Ｉ、ＴＳ、Ｚ） （３）式
Ｖｔは総電圧、Ｖｔ０は総電圧の初期値、ΔＶは電圧変化量、Ｒは組電池の内部抵抗、Ｉは特定負荷への放電電流、ＴＳは電池温度である。Ｚはバッテリ５０の充放電履歴である。

（Ａ）改良した放電パターンＰ
（Ｂ）組電池６０の総電圧の初期値Ｖｔ０
（Ｃ）組電池６０のＳＯＣ
（Ｄ）組電池６０の内部抵抗Ｒ
（Ｅ）電池温度ＴＳ
（Ｆ）バッテリ５０の充放電履歴Ｚ

Ｖｔ０は電圧検出部１１０の計測値、ＴＳは温度センサ５８の計測値を用いる。ＳＯＣは電流積算法による演算値を用いる。Ｉは放電パターンのデータを用いる。内部抵抗Ｒは、記憶部１３２に記憶した固定値（経験値）を用いてもよいし、電流検出部５４、電圧検出部１１０の計測値Ｉ、Ｖｔから求めた演算値を用いてもよい。

電池温度ＴＳを、電圧シミュレーションの入力値に含める理由は、内部抵抗Ｒを温度補正するためである。温度補正をしない場合、電池温度ＴＳは入力から省いてもよい。

バッテリ５０の充放電履歴Ｚ（充放電回数等）を、電圧シミュレーションの入力値に含める理由は、バッテリ５０の劣化による内部抵抗Ｒの増加を考慮するためである。バッテリ５０の劣化を考慮しない場合、充放電履歴Ｚは入力から省いてもよい。

この実施形態では、特定負荷１６０Ａを電動ブレーキ、電動ステアリング等の安全関連負荷としたが、ドアロック装置や自動車１０の運転モードを切り換える装置でもよい。非常時の退避走行に使用される機器でもよい。

３．効果説明
電圧シミュレーションに、第２時系列データＤ２を付加した放電パターンＰを用いることで、実行周期Ｔ内におけるバッテリ５０の放電により、実際には、放電パターンＰで放電する余力が無い状態にも関わらず、バッテリ５０は放電可能である、と誤判定することを抑制できる。よって、放電パターンＰによる放電可否を正確に判定することが出来る。

＜実施形態２＞
実施形態２は、図１１に示すように、電圧シミュレーションの実行周期Ｔを、第１周期Ｔ１と第２周期Ｔ２の２周期設定しており、実行周期Ｔの切り換えが可能である。

Ｔ１は短周期である。Ｔ１の選択により、放電パターンＰによる放電可否の判定周期が短くなるため、バッテリ５０が放電可能な状態から不可能な状態に移行した場合、それを早期に発見できる。

Ｔ２は長周期である。Ｔ２の選択により、管理装置１３０の演算負荷を軽減し、消費電力を抑えることが出来る。

記憶部１３２は、第１放電パターンＰ１と、第２放電パターンＰ２を記憶する。図１２Ａは、第１放電パターンＰ１の波形、図１２Ｂは、第２放電パターンＰ２の波形である。

第１放電パターンP１及び第２放電パターンＰ２は、いずれも、第１時系列データＤ１と第２時系列データＤ２から構成されている。

第１放電パターンＰ１はＴ１用（短周期）、第２放電パターンＰ２はＴ２用（長周期）である。２つの放電パターンＰ１、Ｐ２は、周期の相違により、第２時系列データＤ２が相違している。具体的には、データ長（放電時間）と電流値が異なっている。

また、２つの放電パターンＰ１、Ｐ２は、同じ特定負荷１６０Ａに対する電力供給可否の判定用であり、第１時系列データＤ１は共通している。

この実施形態は、自動車１０の状態に応じて、実行周期Ｔ、放電パターンＰを切り換えており、図１２に示すように、自動車１０の走行中は、第１放電パターンＰ１を選択して、第１周期Ｔ１で電圧シミュレーションを実行し、非走行中は、第２放電パターンＰ２を選択して、第２周期Ｔ２で電圧シミュレーションを実行する。

図１３は、電圧シミュレーションのフローチャートである。
電圧シミュレーションの実行処理は、Ｓ１０～Ｓ７０の７つのステップから構成されている。

管理装置１３０の起動後、Ｓ１０に移行し、演算部１３１は、自動車１０の動作状態が走行中か判定する。自動車１０の動作状態は、車両ＥＣＵ１４０との通信により、判定することが出来る。自動車１０の動作状態は、バッテリ５０の電流Ｉで判定することもできる。

走行中の場合、Ｓ２０に移行し、演算部１３１は、記憶部１３２から第１放電パターンＰ１を読み出す。

その後、演算部１３１は、第１放電パターンＰ１を用いて、電圧シミュレーションを行い、第１放電パターンＰ１で放電した時の組電池６０の総電圧Ｖｔの電圧変化を推定する（Ｓ４０）。

演算部１３１は、電圧シミュレーションの実行後、組電池６０の総電圧Ｖｔを下限電圧ＶＬと比較する（Ｓ５０）。

Ｖｔ≧ＶＬの場合（Ｓ６０：ＮＯ）、演算部１３１は、「第１放電パターンＰ１で放電可能」と判定する。その後、処理はＳ１０に戻る。

自動車１０の走行中、電圧シミュレーションの実行処理（Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０）は、第１周期Ｔ１で実行される。

自動車１０が停車、駐車など非走行状態に移行すると、Ｓ１０にてＮＯ判定され、Ｓ３０に移行し、演算部１３１は、記憶部１３２から第２放電パターンＰ２を読み出す。

その後、演算部１３１は、読み出した第２放電パターンＰ２を用いて、電圧シミュレーションを行い、第２放電パターンＰ２で放電した時の組電池６０の総電圧Ｖｔの電圧変化を推定する（Ｓ４０）。

演算部１３１は、組電池６０の総電圧Ｖｔを下限電圧ＶＬと比較し、第２放電パターンＰ２による放電可否を判定する（Ｓ５０、Ｓ６０）。

自動車１０の非走行中、電圧シミュレーションの実行処理（Ｓ１０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０）は、第２周期Ｔ２で実行される。

自動車１０が走行中、非走行中のいずれの場合も、電圧シミュレーションの結果、Ｖｔ＜ＶＬの場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）、演算部１３１は、「バッテリ５０は放電パターンＰによる放電は不可能」と判定する。

この場合、Ｓ７０に移行し、管理装置１３０は、車両ＥＣＵ１４０に警告情報を通知し、バッテリ５０の充電を促す。

充電によりバッテリ５０の総電圧Ｖｔは上昇し、第１放電パターンＰ又は第２放電パターンによる放電が可能な状態に復帰する。

この実施形態では、自動車１０の走行中は、電圧シミュレーションを短周期Ｔ１で実行するから、バッテリ５０が第１放電パターンＰ１による放電が不可能な状態に至った場合、それを早期に発見することが可能である。

一方、自動車１０の非走行中は、電圧シミュレーションを長周期Ｔ２で実行するから、管理装置１３０の電力消費を抑え、省エネルギーにすることが出来る。

＜実施形態３＞
実施形態３は、図１４に示すように、電圧シミュレーションに、２つの放電パターンＰａ、Ｐｂを使用する。例えば、第１放電パターンＰａは、第１特定負荷用（緊急用通信装置）、第２放電パターンＰｂは、第２特定負荷用（ハザードランプ）である。

放電パターンＰａ、Ｐｂは、第１時系列データD１が異なり、第２時系列データD２は共通する。第１時系列データＤ１が異なる理由は、電力供給対象となる特定負荷が異なるからである。

演算部１３１は、２つの放電パターンＰａ、Ｐｂを使用し、２パターンの電圧シミュレーションを、並行して行う。２パターンの電圧シミュレーションを並行して行うことで、２種類の放電パターンＰａ、Ｐｂによる放電可否を判定することが出来る。

上記例であれば、第１特定負荷（緊急用通信装置）に対する電力供給可否と、第２特定負荷（ハザードランプ）に対する電力供給可否を判定できる。

この構成であれば、バッテリ５０の放電パターンを選択することが可能となるから、車両ＥＣＵ１４０による、バッテリ５０の放電制御、車両負荷制御に役立てることが出来る。

この実施形態では、２つの放電パターンＰａ、Ｐｂを記憶しているから、２つの放電パターンで同時放電した場合（複数の特定負荷に同時に電力供給した場合）の電圧シミュレーションを行い、複数の放電パターンＰａ、Ｐｂによる同時放電の可否（複数の特定負荷に対する同時電力供給可否）を判断することもできる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）蓄電セル６２は、リチウムイオン二次電池に限らず、他の非水電解質二次電池でもよい。蓄電セル６２は、複数を直並列に接続する場合に限らず、直列の接続や、単セルでもよい。蓄電セル６２に代えて、キャパシタを用いることも出来る。

（２）上記実施形態では、バッテリ５０を自動車１０に搭載したが、船舶や航空機など車両以外の移動体に搭載してもよい。また、バッテリ（蓄電装置）５０は、移動体に限らず、分散型発電システムにおける変動吸収用の蓄電装置など、定置用途に用いてもよい。

（３）上記実施形態では、管理装置１３０を、バッテリ５０の内部に設けた。バッテリ５０は、電流検出部５４や電圧検出部１１０などの計器類を少なくとも備えていればよく、管理装置１３０や電流遮断装置５３は、バッテリ５０の装置外に有ってもよい。

（４）上記実施形態２では、実行周期Ｔ１、Ｔ２ごとに、放電パターンＰ１、Ｐ２を設けたが、放電パターンＰは共通でもよい。例えば、周期は、Ｔ１、Ｔ２を平均した平均周期Ｔａｖを用い、周期内の放電電流はＴ１、Ｔ２内の放電電流Ｉ１、Ｉ２を平均した平均電流Ｉａｖを用いた時系列データとすればよい。

（５）放電パターンＰの第２時系列データＤ２は、自動車１０の状態により、異なってもよい。例えば、放電が多い車両走行中は、第２時系列データＤ２の値を大きくし（図１２Ａに示す第１放電パターンＰ１）、放電が少ない車両非走行中は、第２時系列データＤ２の値を小さくしてもよい（図１２Ｂに示す第２放電パターンＰ２）。このようにすることで、放電電流の誤差（実際の放電電流とシミュレーションの放電電流の誤差）を小さくすることが出来る。

（６）放電パターンＰの第１時系列データＤ１は、放電電流の所定時間分の時系列データであれば、放電の目的は問わない。実施形態で例示したように、特定負荷１６０Ａへの放電を目的としていてもよいし、車両ＥＣＵ１４０や一般負荷１６０Ｂなど、特定負荷１６０Ａ以外の負荷への放電を目的としてもよい。複数負荷への放電を目的としてもよい。

１０ 自動車
５０ バッテリ（蓄電装置）
６０ 組電池
１３０ 管理装置
１３１ 演算部
１３２ 記憶部
１４０ 車両ＥＣＵ
１６０ 補機
１６０Ａ 特定負荷
１６０Ｂ 一般負荷

Claims (11)

1. 蓄電装置の電圧シミュレーションを周期的に実行する管理装置であって、
   演算部と、
   記憶部と、を含み、
   前記記憶部は、
   放電電流の時系列データからなる放電パターンを記憶し、
   前記放電パターンは、
   放電電流の第１時系列データと第２時系列データと、を含み、
   前記第１時系列データは、放電電流の所定時間分の時系列データであり、
   前記第２時系列データは、前記蓄電装置の電圧シミュレーション実行周期内における放電電流の時系列データであり、
   前記演算部は、
   前記蓄電装置が前記放電パターンで放電した時の前記蓄電装置の電圧変化を推定する電圧シミュレーションを周期的に実行し、電圧シミュレーションの結果に基づいて、前記蓄電装置の前記放電パターンによる放電可否を、周期的に判定する、管理装置。
2. 請求項１に記載の管理装置であって、
   電圧シミュレーションの実行周期は、切り換え可能である、管理装置。
3. 請求項２に記載の管理装置であって、
   前記蓄電装置は車両用であり、
   前記演算部は、
   車両が第１状態の場合、第１周期で、電圧シミュレーションを実行し、
   車両が第２状態の場合、第２周期で、電圧シミュレーションを実行する、管理装置。
4. 請求項３に記載の管理装置であって、
   前記第１状態は、車両走行中、第２状態は、車両非走行中であり、
   前記第２周期は、前記第１周期より長い、管理装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の管理装置であって、
   前記第２時系列データは、車両の状態により、異なる、管理装置。
6. 請求項５に記載の管理装置であって、
   前記第１状態は、車両走行中、第２状態は、車両非走行中であり、
   車両非走行中の第２時系列データは、車両走行中の第２時系列データよりも小さい、管理装置。
7. 請求項２又は請求項３に記載の管理装置であって、
   前記記憶部は、電圧シミュレーションの前記実行周期として、
   第１周期用の時系列データを有する第１放電パターンと、
   第２周期用の時系列データを有する第２放電パターンと、を記憶し、
   前記演算部は、
   第１周期が選択された場合、前記第１放電パターンを選択して、電圧シミュレーションを実行し、
   第２周期が選択された場合、前記第２放電パターンを選択して、電圧シミュレーションを実行する、管理装置。
8. 請求項１又は請求項２に記載の管理装置であって、
   前記演算部は、電圧シミュレーションにおいて、
   前記蓄電装置のＳＯＣと、セルの内部抵抗と、放電電流と、セルの温度と、充放電履歴と、に基づいて、前記蓄電装置の電圧変化を推定する、管理装置。
9. 請求項１又は請求項２に記載の管理装置であって、
   前記演算部は、第１時系列データの異なる複数の放電パターンを用いて、複数の電圧シミュレーションを並行して行う、管理装置。
10. 蓄電装置であって、
    セルと、
    請求項１又は請求項２に記載の管理装置と、を含む、蓄電装置。
11. 電圧シミュレーション方法であって、
    前記蓄電装置が放電パターンで放電した時の前記蓄電装置の電圧変化を推定する電圧シミュレーションを周期的に実行し、
    電圧シミュレーションの結果に基づいて、前記蓄電装置の前記放電パターンによる放電可否を周期的に判定し、
    前記放電パターンは、
    放電電流の第１時系列データと第２時系列データと、を含み、
    前記第１時系列データは、放電電流の所定時間分の時系列データであり、
    前記第２時系列データは、前記蓄電装置の電圧シミュレーション実行周期内における放電電流の時系列データである、電圧シミュレーション方法。

Images