JP4375458B2 - ２次電池の充電状態推定装置及び充電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置に関する。

この種の推定装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、内燃機関によって駆動されるオルタネータの出力電圧を第１の電圧及びこれよりも低い第２の電圧に交互に変化させる制御を繰り返す処理を行い、最後に第１の電圧とした際にバッテリの充電電流が所定値となることに基づき、バッテリが所定の充電状態となった旨判断するものも提案されている。これによれば、バッテリの充電状態を推定することができる。

一方、近年、内燃機関の燃料消費量の低減の観点から、オルタネータの発電に伴う内燃機関の燃料消費量の増量量が少ないほど出力電圧を大きく設定する制御も提案され、実用されている。こうした制御をする場合には、出力電圧を小さく設定することでバッテリの放電を促進する際に、バッテリの信頼性を維持することのできる範囲でバッテリを適切に放電させることが望まれる。そしてこのためには、バッテリの充電状態を高精度に推定することが望まれている。

なお、従来の推定装置としては、他にも例えば下記特許文献２に記載されたものがある。
特開２００４−１６８１２６号公報 特開２００３−３０７５５７号公報

こうした状況下、上記推定装置を用いて充電状態を推定した後、バッテリからの都度の電流の流出入量に基づき充電状態の推定値を更新したのでは、その充電状態の推定精度が低下し、ひいては上記燃料消費量を低減する制御を十分に行うことができなくなるおそれがある。また、充電状態の推定値を上記手法にて比較的短い周期で更新することも考えられるが、この場合、オルタネータの出力電圧を燃料消費量の低減の観点とは独立に制御する必要が生じるため、燃料消費量の低減制御を行うことができなくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を適切に推定することのできる２次電池の充電状態推定装置及びこれを搭載する充電制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置において、前記２次電池の充放電の履歴を定量化する履歴定量化手段と、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である際の前記２次電池の流出入電流を表現するパラメータと、前記充放電の履歴とを入力として、前記充電状態を推定する推定手段とを備え、前記推定手段は、前記充放電の履歴に基づき、前記流出入電流が前記出力電圧に応じた収束値へと収束するまでの所要時間を算出する手段と、該所要時間の経過時以降における前記パラメータの値に基づき、前記２次電池の充電状態を推定する手段とを備えることを特徴とする。

発電装置の出力電圧を変化させてある一定値へと固定する場合、２次電池に充電される電流又は２次電池から放電される電流（２次電池の流出入電流）は、切り替えに伴って一旦上昇した後、漸減し、充電状態（２次電池の放電能力を定量化した物理量）と発電装置の出力電圧とに応じて定まる所定値へと収束することが発明者らによって見出されている。ただし、流出入電流が収束する以前における流出入電流の挙動は、２次電池の充電状態と出力電圧によっては一義的に定まらず、出力電圧の変化前の２次電池の分極状態に依存することも発明者らによって見出されている。これは、流出入電流から分極の影響を除去すると、２次電池の充電状態と出力電圧とから流出入電流が定まることを意味する。すなわち、流出入電流及び出力電圧と２次電池の充電状態とを関係付ける関係情報が定まることを意味する。

一方、分極は、２次電池の充電及び放電の履歴に応じて生じるものである。このため、充放電の履歴を定量化することで、２次電池の分極状態を定量化することができると考えられる。上記発明では、この点に着目し、充放電の履歴に基づき、流出入電流を表現するパラメータの挙動への２次電池の分極による影響を補償しつつ充電状態を適切に推定することができる。
詳しくは、上記発明では、所要時間を算出することで、流出入電流が変動しなくなることに基づき収束値を特定する場合と比較して、収束値を迅速且つ確実に取得することができる。
ここで、前記所要時間の経過時以降における前記パラメータの値に基づく前記充電状態の推定は、前記出力電圧に応じた前記流出入電流の収束値と前記２次電池の充電状態との関係情報に基づき行われることが望ましい。

なお、「発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である」とは、２次電池の充電状態と出力電圧とに応じた流出入電流を表現するパラメータの挙動についての、出力電圧の変動に伴う変動量が無視し得る程度であることをいう。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記推定手段は、前記推定に際し、前記２次電池の温度を加味することを特徴とする。

２次電池の温度が高いほど流出入電流が大きくなる傾向にある。このため、上述した「流出入電流及び出力電圧と２次電池の充電状態とを関係付ける関係情報」は、温度依存性を有することとなる。上記発明ではこの点に着目し、推定に際して温度を加味することで、上記関係情報の温度依存性を補償することができる。このため、２次電池の温度にかかわらず、推定精度を高く維持することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記所要時間は、前記２次電池の温度が高いほど長く算出されることを特徴とする。

２次電池の温度が高いと、２次電池の充電性能や放電性能が良くなるため、所要時間が長くなる傾向にある。上記発明では、この点に鑑み、２次電池の温度を加味することで、２次電池の温度に見合った所要時間を算出することができ、ひいては２次電池の温度にかかわらず所要時間を高精度に算出することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記推定手段は、前記所要時間の経過時以降における前記パラメータの値に基づく前記２次電池の充電状態の推定に際し、前記２次電池の温度を加味することを特徴とする。

上記収束値は、２次電池の温度に応じて変動する。特に、２次電池の温度が高いほど上記収束値が大きくなる傾向にある。この点、上記発明では、２次電池の温度を加味することで、収束値と充電状態との対応付けに際して２次電池の温度による影響を除去することができ、ひいては、２次電池の温度にかかわらず充電状態を高精度に推定することができる。

請求項５記載の発明は、出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置において、前記２次電池の充放電の履歴を定量化する履歴定量化手段と、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である際の前記２次電池の流出入電流を表現するパラメータと、前記充放電の履歴とを入力として、前記充電状態を推定する推定手段とを備え、前記推定手段は、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下となってからの前記流出入電流を表現するパラメータの時間積分値に基づき、該時間積分値と充電状態との関係情報を用いて前記充電状態を推定するに際し、前記所定以下となる以前の充放電の履歴を加味するものであることを特徴とする。

発電装置の出力電圧を変化させてある一定値へと固定する場合、２次電池に充電される電流又は２次電池から放電される電流（２次電池の流出入電流）は、切り替えに伴って一旦上昇した後、漸減し、充電状態（２次電池の放電能力を定量化した物理量）と発電装置の出力電圧とに応じて定まる所定値へと収束することが発明者らによって見出されている。ただし、流出入電流が収束する以前における流出入電流の挙動は、２次電池の充電状態と出力電圧によっては一義的に定まらず、出力電圧の変化前の２次電池の分極状態に依存することも発明者らによって見出されている。これは、流出入電流から分極の影響を除去すると、２次電池の充電状態と出力電圧とから流出入電流が定まることを意味する。すなわち、流出入電流及び出力電圧と２次電池の充電状態とを関係付ける関係情報が定まることを意味する。
一方、分極は、２次電池の充電及び放電の履歴に応じて生じるものである。このため、充放電の履歴を定量化することで、２次電池の分極状態を定量化することができると考えられる。上記発明では、この点に着目し、充放電の履歴に基づき、流出入電流を表現するパラメータの挙動への２次電池の分極による影響を補償しつつ充電状態を適切に推定することができる。
なお、「発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である」とは、２次電池の充電状態と出力電圧とに応じた流出入電流を表現するパラメータの挙動についての、出力電圧の変動に伴う変動量が無視し得る程度であることをいう。
特に、収束する以前における流出入電流の挙動は、微小な時間間隔で振動することがある。そしてこうした振動成分は、流出入電流を表現するパラメータに基づく充電状態の推定に際して誤差を生じさせる要因となり得る。この点、時間積分値は、上記振動成分の影響を十分に抑制する効果が期待できるため、上記発明では、充電状態の推定を高精度に行うことができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記推定手段は、前記流出入電流の時間積分値を算出する手段と、前記充放電履歴に基づき前記時間積分値を補正する手段と、該補正された時間積分値に基づき、前記２次電池の充電状態を推定する手段とを備えることを特徴とする。

上述したように、流出入電流が収束する以前における流出入電流の挙動は、２次電池の充電状態と出力電圧によっては一義的に定まらず、２次電池の分極状態に依存するため、その時間積分値も分極状態に依存すると考えられる。この点、上記発明では、充放電の履歴に基づき時間積分値から分極状態による変動量を除去することで、時間積分値と充電状態とを適切に対応付けることができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記２次電池及び前記発電装置には、電気負荷が接続されてなり、前記推定手段は、前記２次電池から前記電気負荷へと電流が流れるように前記出力電圧が設定されて且つ前記電気負荷の要求電力量が一定である場合、前記発電装置の電流の時間積分値を算出する手段と、前記充放電履歴に基づき前記時間積分値を補正する手段と、該補正された時間積分値に基づき、前記２次電池の充電状態を推定する手段とを備えることを特徴とする。

２次電池から電気負荷へと電流が流れるように出力電圧が設定される場合、電気負荷に流すべき全電流のうち２次電池の放電電流による不足分は、発電装置によって供給されることとなる。そして、この不足分は、２次電池の放電電流量、ひいては２次電池の充電状態に依存する。ただし、２次電池の放電電流量は、これが収束するまでの間は、分極状態に依存したものとなる。この点、上記発明では、充放電の履歴に基づき、発電装置の電流の時間積分値から分極状態の影響量を除去することができる。このため、時間積分値と充電状態とを適切に対応付けることができる。

請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の発明において、前記推定手段は、前記２次電池の充電状態を推定するに際し、前記２次電池の温度を加味することを特徴とする。

上記時間積分値は、２次電池の温度に応じて変動する。この点、上記発明では、２次電池の温度を加味することで、時間積分値と充電状態との対応付けに際して２次電池の温度による影響を除去することができ、ひいては、２次電池の温度にかかわらず充電状態を高精度に推定することができる。
請求項９記載の発明は、出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置において、前記２次電池の充放電の履歴を定量化する履歴定量化手段と、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である際の前記２次電池の流出入電流を表現するパラメータと、前記充放電の履歴とを入力として、前記充電状態を推定する推定手段とを備え、前記推定手段は、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下となってから前記流出入電流が前記出力電圧に応じた収束値へと収束すると想定される時間よりも短い所定時間の経過時における前記流出入電流と前記所定以下となる以前の充放電の履歴とに基づき、前記２次電池の充電状態を推定することを特徴とする。
発電装置の出力電圧を変化させてある一定値へと固定する場合、２次電池に充電される電流又は２次電池から放電される電流（２次電池の流出入電流）は、切り替えに伴って一旦上昇した後、漸減し、充電状態（２次電池の放電能力を定量化した物理量）と発電装置の出力電圧とに応じて定まる所定値へと収束することが発明者らによって見出されている。ただし、流出入電流が収束する以前における流出入電流の挙動は、２次電池の充電状態と出力電圧によっては一義的に定まらず、出力電圧の変化前の２次電池の分極状態に依存することも発明者らによって見出されている。これは、流出入電流から分極の影響を除去すると、２次電池の充電状態と出力電圧とから流出入電流が定まることを意味する。すなわち、流出入電流及び出力電圧と２次電池の充電状態とを関係付ける関係情報が定まることを意味する。
一方、分極は、２次電池の充電及び放電の履歴に応じて生じるものである。このため、充放電の履歴を定量化することで、２次電池の分極状態を定量化することができると考えられる。上記発明では、この点に着目し、充放電の履歴に基づき、流出入電流を表現するパラメータの挙動への２次電池の分極による影響を補償しつつ充電状態を適切に推定することができる。
なお、「発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である」とは、２次電池の充電状態と出力電圧とに応じた流出入電流を表現するパラメータの挙動についての、出力電圧の変動に伴う変動量が無視し得る程度であることをいう。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記推定手段は、前記発電装置による前記２次電池の充電がなされる場合に前記推定を行うことを特徴とする。

車載２次電池にあっては、常時所定以上の電力の供給が可能なようにその充電状態が制御される傾向にある。このため、発電装置の出力電圧が低く設定される際の制限は、高く設定される際の制限よりも厳しくなる傾向にある。一方、上記流出入電流を表現するパラメータに基づき２次電池の充電状態を推定するためには、出力電圧を大きく変化させることが望ましい。この点、上記発明では、２次電池の充電がなされる場合に充電状態を推定することで、充電状態の推定頻度を高く維持することができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記２次電池及び前記発電装置には、電気負荷が接続されており、前記推定手段は、前記２次電池の放電がなされる場合に前記推定を行うことを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記２次電池及び前記発電装置には、電気負荷が接続されており、前記推定手段は、前記発電装置による前記２次電池の充電がなされる状況下、前記発電装置が前記２次電池に供給可能な電流量が所定以上の場合に、前記推定を行うことを特徴とする。

発電装置が２次電池に供給可能な電流量が小さい場合、２次電池に供給される電流量は、出力電圧と充電状態とに応じて定まる値よりも小さくなるため、上記流出入電流を表現するパラメータに基づく充電状態の推定を適切に行うことができなくなる。この点、上記発明では、供給可能な電流量が所定以上の場合に推定を行うことで、推定を高精度に行うことができる。

請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発明において、前記発電装置は、車載内燃機関の出力軸の回転力によって回転するものであって且つ、発電に伴う前記内燃機関の燃料消費量の増量量に応じて前記出力電圧が可変とされるものであることを特徴とする。

上記発明では、燃料消費量の増量量に応じて出力電圧が可変とされるために、出力電圧が頻繁に変化する傾向にある。このため、出力電圧の変動量が所定以下である場合に限って出力電圧及び流出入電流と充電状態との関係情報を用いることが特に有効となる。

請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３記載の発明において、前記発電装置は、車載内燃機関の出力軸の回転力によって回転するものであり、前記出力電圧は、発電に伴う前記内燃機関の燃料消費量の増量量が閾値以下となる第１の状況下において前記２次電池への充電を促進するための値に設定されて且つ、前記発電に伴う前記内燃機関の燃料消費量の増量量が前記閾値よりも大きくなる第２の状況下において前記２次電池の充電状態に応じて設定されることを特徴とする。

上記発明によれば、燃料消費量の増量量が小さい場合に発電装置の発電量を増量させることで２次電池の充電量を増量させることができ、且つ燃料消費量の増量量が大きい場合に上記小さい場合に充電された電流を放電させることができるため、燃料消費量を好適に低減させることができる。ただし、こうした制御を高精度に行うためには、都度の充電状態を高精度に把握している必要がある。このため、本発明は、請求項１〜１４の発明を適用するメリットが特に大きいものとなっている。

請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置と、前記発電装置とを備えることを特徴とする充電制御システムである。

上記充電制御システムは、推定手段によって充電状態を適切に推定することができるため、その利用価値が高いものとなっている。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる２次電池の充電状態推定装置及び充電制御システムをガソリン機関を動力発生装置とする車両の２次電池の充電状態推定装置及び充電制御システムに適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステムの全体構成を示す。

発電装置１０は、発電機としてのオルタネータ１２と、オルタネータ１２の出力を制御する制御回路としてのレギュレータ１４とを備えて構成されている。ここで、オルタネータ１２は、そのロータが、ガソリン機関（内燃機関２０）のクランク軸２２と機械的に連結されており、クランク軸２２の回転力によってロータが回転するものである。

発電装置１０のバッテリ端子ＴＢには、鉛蓄電池としてのバッテリ３０が接続されている。そして、バッテリ３０には、これと並列に、スイッチ４０を介して電気負荷４２が接続されている。更に、バッテリ端子ＴＢ及びバッテリ３０間の給電ラインと、発電装置１０のイグニッション端子ＴＩＧとは、イグニッションスイッチ４４を介して接続されている。そして、イグニッションスイッチ４４及びイグニッション端子ＴＩＧ間には、チャージランプ４６が接続されている。

上記バッテリ３０の電気負荷の１つとしての電子制御装置（ＥＣＵ５０）は、内燃機関２０や、発電装置１０を制御対象とするものである。特に、ＥＣＵ５０では、バッテリ３０から放電される電流やバッテリ３０へと充電される電流を検出する電流センサ５２の検出値や、バッテリ３０の温度を検出する温度センサ５４の検出値に基づき、発電装置１０のバッテリ端子ＴＢに印加される電圧（発電装置１０の出力電圧）を制御する。詳しくは、ＥＣＵ５０は、発電装置１０の指令端子ＴＲに、出力電圧の指令値（指令電圧）を出力する。これにより、レギュレータ１４では、出力電圧を指令電圧に制御する。また、ＥＣＵ５０は、発電装置１０のモニタ端子ＴＦを介して、発電装置１０の発電能力を示す発電状態信号を取り込む。ここで、発電能力とは、レギュレータ１４内のスイッチング素子のオン・オフの時比率（詳しくは、オン・オフ周期に対するオン時間の比：Ｄｕｔｙ）によって定量化される。

上記出力電圧の制御は、バッテリ３０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を許容範囲内としつつも、発電装置１０による発電による内燃機関２０の燃料消費量の増量量を極力低減するように行われる。ここで、ＳＯＣは、バッテリ３０の放電能力を定量化した物理量である。詳しくは、バッテリ３０の満充電に対する現在の充電量の割合を定量化したものである。ＳＯＣは、通常「５時間率容量」や、「１０時間率容量」等によって定量化される。バッテリ３０は、その端子が開放されているときの電圧である開放端電圧ＯＣＶが、ＳＯＣに依存することが知られている。詳しくは、ＳＯＣが大きいほど、開放端電圧ＯＣＶが高くなる。具体的には例えば、ＳＯＣが「１００％」のときの開放端電圧は、「１２．８Ｖ」であり、「０％」のときの開放端電圧は、「１１．８Ｖ」となる。

以下、出力電圧の制御について、図２に基づき説明する。図２に、本実施形態にかかる出力電圧の設定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、減速運転時であるか否かを判断する。この処理は、オルタネータ１２の発電に伴う内燃機関２０の燃料消費量の増量量が、他の運転状態と比較して少ない値となるか否かを判断するものである。すなわち、減速時においては、駆動輪側がクランク軸２２を回転させる傾向にあるため、オルタネータ１２の発電のためのエネルギが駆動輪側から供給されることとなり、燃料消費量が少量（ゼロを含む）となる。なお、減速運転時であるか否かの判断は、例えばアクセルが解放されているとの条件と車速が低下しているとの条件との論理積条件が成立するか否かによって判断すればよい。

そして、ステップＳ１０において肯定判断される場合には、発電に伴う燃料消費量の増量量が他の運転状態と比較して少ないと考えられるため、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２においては、発電装置１０の出力電圧の指令値（指令電圧）を第１の電圧ＶＨに設定する。ここで、第１の電圧ＶＨは、バッテリ３０の充電を促進することができる値に設定されている。詳しくは、第１の電圧ＶＨは、ＳＯＣが「１００％」となるときの開放端電圧ＯＣＶ（例えば「１２．８Ｖ」）よりも高い電圧（例えば「１４．７Ｖ」）に設定される。

一方、ステップＳ１０において否定判断される場合には、オルタネータ１２の発電をすることが燃料消費量の低減の観点から特に有利な状況ではないと判断され、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４においては、加速運転時であるか否かを判断する。この処理は、内燃機関２０に対する要求トルクが大きい状況を判断するものである。なお、加速運転時であるか否かは、例えばアクセルが加速側に所定以上操作されているとの条件と車速が上昇しているとの条件との論理積条件が成立するか否かによって判断すればよい。

そして、ステップＳ１４において肯定判断される場合には、ステップＳ１６において、指令電圧を上記第１の電圧ＶＨよりも低い第２の電圧ＶＬに設定する。ここで、第２の電圧ＶＬは、バッテリ３０の放電を促進する電圧に設定されている。

これに対し、ステップＳ１４において否定判断される場合には、ステップＳ１８において、ＳＯＣを一定値に保つように、指令電圧を調節する制御を行う。

なお、上記ステップＳ１２、Ｓ１６，Ｓ１８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

上記指令電圧の設定によれば、内燃機関２０の燃料消費量の増量量が少ないところで発電した電気エネルギをそれ以外の状況下において消費することで、燃料消費量を低減することが可能となる。ただし、ステップＳ１８において参照するＳＯＣの精度が低い場合には、上記一連の処理による燃料消費量の低減効果が低下するおそれがある。すなわち、この場合、ステップＳ１８において実際のバッテリ３０のＳＯＣが目標とする値よりも大きくなるように制御されるおそれがあり、この場合、ステップＳ１２における充電可能な量が減少する。したがって、発電に伴う燃料消費量の増量量が少ないところで極力バッテリ３０の充電を行うことができなくなる。

そこで、本実施形態では、ＳＯＣを以下の態様にて推定することで、ＳＯＣの推定精度を高く維持する。図３に、発電装置１０の出力電圧が増大された後のバッテリ３０へ充電される電流の挙動を示す。図示されるように、出力電圧をステップ状に増大させた場合、バッテリ３０の充電電流は、一旦上昇した後、漸減し、出力電圧とＳＯＣとに応じて定まる所定値に収束することが発明者らによって見出されている。ただし、充電電流が収束値へと収束するまでの過程における充電電流の挙動は、これら出力電圧とＳＯＣによっては定まらず、バッテリ３０の状態に応じて変動する。ここで、充電電流の挙動に影響を与えるバッテリ３０の状態は、出力電圧の変更直前の分極状態であると考えられる。ここで分極とは、バッテリ３０の電極近傍の硫酸イオンの濃度分布等に起因した現象であり、分極状態は、バッテリ３０の充電及び放電の履歴に応じて定まる。

このため、本実施形態では、分極状態を分極相関量Ｐとして定量化する。図４に、分極相関量Ｐの算出手法を示す。この処理は、ＥＣＵ５０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、バッテリ３０の電流Ｉ（ｎ）を取得する。ここで、「ｎ」は、サンプリング番号を示すパラメータである。続くステップＳ２２においては、前回の分極相関量Ｐ（ｎ−１）が、ゼロ以上であるか否かを判断する。この処理は、バッテリ３０に充電の影響の方が強く残っているのか、放電の影響の方が強く残っているのかを判断するためのものである。これは、バッテリ３０に充電の影響の方が強く残っている場合と放電の影響の方が強く残っている場合とで分極状態の解消速度が相違することに鑑みて設けられるものである。

ステップＳ２２において前回の分極相関量Ｐ（ｎ−１）がゼロ以上である場合には、充電の影響の方が強く残っていると判断し、ステップＳ２４において、拡散時定数τを、充電用時定数τｃとする。これに対し、ステップＳ２２において否定判断される場合には、放電の影響の方が強く残っていると判断し、ステップＳ２６において、拡散時定数τを、放電用時定数τｄとする。ここで、放電用時定数τｄは、充電用時定数τｃよりも小さい値に設定されている。これは、充電の履歴の方が解消されやすいことを定量的に表した結果である。

ステップＳ２４、Ｓ２６の処理が完了する場合には、ステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８においては、分極相関量Ｐ（ｎ）を算出する。ここでは、前回の分極相関量Ｐ（ｎ−１）に、２つの項を加算することで分極相関量Ｐ（ｎ）を算出する。ここで、第１の項「γ・Ｉ（ｎ）・ｄｔ」は、充放電の履歴を定量化するためのものである。詳しくは、この一連の処理の周期ｄｔと、充電効率γとに基づき、バッテリ３０の電流Ｉ（ｎ）に応じた量「γ・Ｉ（ｎ）」の時間積分値を算出するための項である。ここで、電流Ｉ（ｎ）は、充電時に正、放電時に負となるため、電流Ｉ（ｎ）に応じた量の時間積分値によって、充放電の履歴を定量化することができる。なお、充電効率γは、電流Ｉ（ｎ）の符号に応じて値を相違させてもよいが、本実施形態では、簡易的に電流Ｉ（ｎ）の符号にかかわらず変化しない固定値としている。

もう一つの項「−Ｐ（ｎ−１）・ｄｔ／τ」は、分極状態の減衰効果（バッテリ３０の電極近傍の硫酸の拡散現象）を定量化するためのものである。ここでは、前回の分極相関量Ｐ（ｎ−１）と逆符号の量を用いることで、現在の分極状態の減衰を表現している。

なお、ステップＳ２８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図５に、上記分極相関量Ｐが正である場合における分極相関量Ｐと、バッテリ３０の充電電流との関係を示す。図示されるように、分極相関量Ｐによって、出力電圧の変更に伴う充電電流の挙動が相違する。また、図６に、分極相関量Ｐが負である場合における分極相関量Ｐと、バッテリ３０の充電電流との関係を示す。図示されるように、この場合にも、分極相関量によって、出力電圧の変更に伴う充電電流の挙動が相違する。

そこで、本実施形態では、出力電圧に応じたＳＯＣと収束値との関係に基づきＳＯＣを推定すべく、収束までに要する所要時間を分極相関量Ｐに応じて算出する。図７に、収束値に応じたＳＯＣの推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

以下では、先の図２のステップＳ１２の処理が開始された直後を想定して充電電流が収束するまでステップＳ１２の処理が継続する場合についての説明をした後、途中でステップＳ１２の処理が終了した場合の処理を説明する。
＜ＳＯＣの推定完了までの充電処理が継続する場合＞
この一連の処理では、まずステップＳ４０において、先の図２のステップＳ１２の処理がなされる旨の定圧充電フラグＦｃが「１」となっているか否かを判断する。この処理は、指令電圧が第１の電圧ＶＨに固定されてバッテリ３０の充電が促進される状況であるか否かを判断するものである。そしてステップＳ４０において否定判断される場合には、ステップＳ４２において、指令電圧が第１の電圧ＶＨに変更された直後であるか否かを判断する。すなわち、前回のこの一連の処理のタイミングにおいては、指令電圧が第１の電圧ＶＨに変更されておらず、今回のタイミングにおいて変更されたか否かを判断する。そして、ステップＳ４２において変更されたと判断される場合には、ステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４においては、定圧充電フラグＦｃを「１」とするとともに、分極相関量Ｐ及び温度ＢＴに基づき、充電電流の収束までの所要時間Ｔを算出する。この処理は、図８に示すものとなる。

図８において、所要時間ベース値算出部Ｂ２は、分極相関量Ｐに基づき、所要時間Ｔのベース値を算出する。ここで、分極相関量Ｐが正の領域にあっては、分極相関量Ｐが大きいほど所要時間Ｔが長く設定されている。これは、充電分極の影響が強く残っているほど、これが解消されるまでには時間がかかることに鑑みてなされる設定である。これに対し、分極相関量Ｐが負の領域にあっては、分極相関量Ｐの絶対値が大きいほど所要時間Ｔが長く設定されている。これは、放電分極の影響が強く残っているほど、これが解消されるまでには時間がかかることに鑑みてなされる設定である。特に、放電の影響の方が解消されにくいことに鑑み、放電の影響が強く残っている方が充電の影響が強く残っている場合よりも所要時間Ｔを長くする。これは、本実施形態では、分極相関量Ｐの絶対値の増加量に対する所要時間Ｔの伸長量を、分極相関量Ｐが負の場合の方が大きくすることで行う。

一方、温度補正部Ｂ４は、所要時間Ｔの温度依存性を定量化する。詳しくは、温度が高いほど所要時間Ｔが長くなることを表現する。本実施形態では、特に、上記ベース値の補正係数ＫＴによって、温度依存性を定量化する。所要時間算出部Ｂ６では、ベース値に補正係数ＫＴを乗算することで、所要時間Ｔを算出する。

先の図７のステップＳ４６においては、バッテリ３０の電流Ｉ（ｎ）を取得する。そして、ステップＳ４８においては、所要時間Ｔが経過したか否かを判断する。ここでは、指令電圧が第１の電圧ＶＨに変更された直後であることから、否定判断される。そして、ステップＳ４８において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

次回この一連の処理が起動される際には、ステップＳ４０において肯定判断されるため、ステップＳ５０に移行する。ステップＳ５０では、指令電圧が第１の電圧ＶＨから他へ変更されたか否かを判断する。この処理は、出力電圧を第１の電圧ＶＨに固定することによるバッテリ３０の充電処理が完了するか否かを判断するものである。そして、ステップＳ５０において否定判断される場合には、ステップＳ４６に移行する。以下、所要時間Ｔが経過するまで、上述したステップＳ４６、Ｓ４８の処理が繰り返されることとなる。

そして、所要時間Ｔが経過すると、ステップＳ５２において、バッテリ３０の電流の収束値Ｉｆを、現在の電流Ｉ（ｎ）とする。続くステップＳ５４においては、ＳＯＣの推定が許可されるか否かを判断する。この処理は、出力電圧に応じた収束値とＳＯＣとの関係情報に基づくＳＯＣの推定を適切に行うことができるか否かを判断するためのものである。ここでは、（ア）電流Ｉのサンプリング期間において発電装置１０がバッテリ３０に供給可能な電流量が所定以上であるとの条件と、（イ）電流Ｉのサンプリング期間におけるバッテリ３０の充電電流の変動量が所定以下であるとの条件との論理積条件が成立する場合に、ＳＯＣの推定を許可する。ここで、上記（イ）の条件は、電流Ｉの変動が大きい場合には、電気負荷４２の消費電流の変動が大きく、ＳＯＣの推定誤差も大きくなると考えられることに鑑みてなされるものである。

上記（ア）の条件は、電流Ｉが収束値と成りえるか否かを判断するものである。これは、バッテリ３０を充電可能な電流量が上記収束値以下の場合には、出力電圧に応じた収束値とＳＯＣとの関係情報に基づく推定を行うことができないことに鑑みてなされるものである。この(ア)の条件は、以下のいずれかの条件とすればよい。
・発電装置１０の発電能力が所定以下であること。上述したように、発電能力は、レギュレータ１４のＤｕｔｙのことであり、Ｄｕｔｙが大きく発電能力が高い場合には、電気負荷４２への流出電流が大きく、バッテリ３０に充電可能な電流量が上記収束値に満たないおそれがある。
・発電装置１０の発電電流量が回転速度に応じた閾値以下であること。発電装置１０の発電能力は回転速度に依存する。そして、回転速度の割に発電電流が過大である場合、電気負荷４２への流出電流が大きく、バッテリ３０に充電可能な電流量が上記収束値に満たないおそれがある。
・電気負荷４２の消費電流が所定以下であること。電気負荷の消費電流が過度に大きいと、バッテリ３０に充電可能な電流量が上記収束値に満たないおそれがあるためである。

ステップＳ５４において肯定判断される場合には、ステップＳ５６において、バッテリ３０の温度ＢＴ及び収束値Ｉｆに基づき、ＳＯＣを推定する。ここで、バッテリ３０の温度ＢＴを用いるのは、出力電圧及びＳＯＣに応じた収束値Ｉｆが、温度に応じて変化することに鑑みてなされるものである。詳しくは、温度が高いほど、ＳＯＣに対する収束値ＩＦが増大する。このため、バッテリ３０の温度ＢＴにかかわらず、ＳＯＣを高精度に推定すべく、出力電圧及び収束値ＩｆとＳＯＣとの関係情報の温度依存性を補償しつつＳＯＣを推定する。ここでは、例えば温度ＢＴ及び収束値ＩｆとＳＯＣとの関係を定める２次元マップを用いてＳＯＣを推定すればよい。また、これに代えて、収束値ＩｆとＳＯＣとの関係を定めるマップによって算出されるＳＯＣを、温度ＢＴにて補正してもよい。

ステップＳ５６の処理が完了する場合や、ステップＳ５４において否定判断される場合には、ステップＳ５８に移行する。ステップＳ５８においては、電流のサンプリング値を消去する。

＜所要時間Ｔ内に充電処理が中断する場合＞
この場合には、ステップＳ５０において肯定判断されるために、ステップＳ６０に移行する。ステップＳ６０においては、定圧充電フラグＦｃをゼロとする。続くステップＳ６２においては、バッテリ３０の電流のサンプリング数が所定数Ｎ以上であるか否かを判断する。この処理は、サンプリング値によって、収束値を精度良く推定することができるか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ６２において肯定判断される場合には、ステップＳ６４において、指令電圧が第１の電圧ＶＨとされている期間におけるバッテリ電流Ｉのサンプリング値に基づき、第１の電圧ＶＨとされる期間がそのまま継続されていた場合に想定される充電電流の時間発展を表現する関係式ｆを導出する。

詳しくは、この関係式ｆは、第１の電圧ＶＨとされる期間が継続してもＳＯＣが変化しないとした場合に想定される充電電流の時間発展を表現するものとする。これによれば、時間が無限に経過する際の関係式ｆの値を、ＳＯＣ及び出力電圧に応じた電流値とすることができる。複数のサンプリング値から上記関係式ｆを導出可能な理由は、第１の電圧ＶＨの変更に伴って充電電流が一旦上昇した後漸減する際の充電電流の変化速度が、収束前と比較して収束後の方が非常に小さいことである。すなわち、収束後においては、ＳＯＣの緩やかな変化に伴って充電電流が漸減するため、収束前の過渡的な挙動と比較して充電電流の変化速度の絶対値が非常に小さくなる。このため、収束前のサンプリング値を用いるなら、第１の電圧ＶＨとされる期間が永続される際にＳＯＣが変化しないと仮定した仮想的な条件下において想定される電流値と時間との関係を示す関係式を導出することが可能となる。

この関係式ｆは、時間の経過に伴って電流の減少速度が漸減し所定値（＞０）に収束するものとする。この際、複数のサンプリング値からなるサンプリング値群についての互いに異なるサンプリング値群に基づき導出される関係式ｆが同一の収束値を推定可能との条件を課す。これは、先の図３に示したように、ＳＯＣが同一であっても、収束前の過渡的な充電電流の挙動は分極の影響等に起因して一義的に定まらないためである。このため、互いに相違するサンプリング値群から導出される収束値が同一の収束値を推定可能としなければならない。これは、サンプリング値群によって定まる関係式ｆのパラメータの数を２以上とすることで可能となる。本実施形態では、こうした条件を満たす関係式ｆとして、「ｆ＝ａ・ｅｘｐ（−ｂｔ）＋ｃ」を用い、複数のサンプリング値によって、例えば最小２乗法等を用いて３つのパラメータａ，ｂ，ｃを特定する。

続くステップＳ６６においては、関係式ｆに基づき収束値Ｉｆを推定する。ここでは、上記関係式ｆの係数（切片）ｃを収束値Ｉｆとする。そして、ステップＳ６６の処理が完了する場合には、ステップＳ５４に移行する。

こうした処理によれば、指令電圧が第１の電圧ＶＨとなる期間が都度の分極状態に応じた所要時間Ｔ以上となる場合には、図９（ａ）に示すように、所要時間Ｔの経過時の検出値としての収束値Ｉｆによって、ＳＯＣを推定することができる。ここで、特に所要時間Ｔの経過時の検出値を用いることで、ＳＯＣの推定精度を高く維持することができる。すなわち、所要時間Ｔの経過時は、第１の電圧ＶＨへの変更前の分極の影響が解消するタイミングであるため、充電電流とＳＯＣとの相関関係が最も顕著となるタイミングである。これに対し、所要時間Ｔの経過時よりも後とすると、ＳＯＣが徐々に変化することに加えて、第１の電圧ＶＨとすることによるバッテリ３０の充電状態の継続に起因する分極の影響が顕著となることが懸念される。

また、第１の電圧ＶＨを、ＳＯＣが「１００％」のときの開放端電圧ＯＣＶよりも十分に大きくすることで、図９（ｂ）に示されるように、ＳＯＣの値に応じて収束値が大きく相違するようにすることができる。このため、ＳＯＣの推定精度を高く維持することができる。

一方、指令電圧が第１の電圧ＶＨとなる期間が所要時間Ｔよりも短い場合には、図９（ｃ）に実線にて示す関係式ｆに基づき収束値Ｉｆを推定し、これによりＳＯＣを推定することができる。なお、図９（ｃ）において、白丸印は、ＳＯＣが互いに異なる３つの値をとるときのそれぞれの電流のサンプリング値であり、関係式ｆは、指令電圧の変更から６秒までの電流のサンプリング値を用いて導出されたものである。ただし、図９（ｃ）では、関係式ｆによる電流の推定精度を評価すべく、実際には関係式ｆの導出に用いる電流のサンプリングの終了後も指令電圧を維持することで、電流のサンプリングを継続している。図示されるように、関係式ｆは、その導出に用いた電流のサンプリングの終了後における電流と時間との関係を高精度に近似している。

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。

（１）発電装置１０の出力電圧及びＳＯＣとバッテリ３０の充電電流の収束値との関係情報に基づき、ＳＯＣを推定した。これにより、充電状態を適切に推定することができる。

（２）指令電圧が第１の電圧ＶＨに固定される期間が所要時間Ｔ以上となる場合、充電電流の検出値に基づき、バッテリ３０のＳＯＣを推定した。これにより、ＳＯＣを極力高精度に推定することができる。

（３）分極相関量Ｐに基づき所要時間Ｔを算出した。これにより、所要時間Ｔを適切に算出することができる。

（４）収束値に基づきＳＯＣを推定する際に、バッテリ３０の温度を加味した。これにより、温度変化による収束値とＳＯＣとの関係の変動を補償しつつＳＯＣを高精度に推定することができる。

（５）指令電圧が第１の電圧ＶＨとされてからの充電電流の複数の検出値によって収束値Ｉｆを推定しつつＳＯＣを推定した。充電電流が収束までに要する所要時間Ｔは、通常１０秒程度かかるため、充電電流が収束するのに十分長い時間にわたって指令電圧が固定される際に限ってＳＯＣを推定したのでは、推定頻度を十分に確保することができなくなるおそれがある。この点、本実施形態では、複数の検出値に基づき上記収束値を推定することで、電流値が収束するまで指令電圧の変動量が所定以下の状態が継続しなかったとしても、収束値に関する情報を取得することができる。このため、これに基づきＳＯＣを推定することができ、ひいては推定頻度を高く維持することができる。

（６）充電電流の複数の検出値に基づき、充電電流の時間変化を推定する関係式ｆを導出し、導出された関係式ｆに基づき収束値を算出し、算出された収束値に基づきＳＯＣを推定した。これにより、収束値を適切に推定することができる。

（７）発電装置１０によるバッテリ３０の充電がなされる場合にＳＯＣの推定を行った。ここで、出力電圧に応じた収束値がＳＯＣに応じて変化するようにするためには、出力電圧をバッテリ３０の開放端電圧ＯＣＶから大きく離間させることが望ましい。一方、指令電圧を低く設定することについては、指令電圧を高く設定する場合より、厳しい制約が課せられる傾向にある。この点、本実施形態では、バッテリ３０の充電がなされる場合にＳＯＣを推定することで、出力電圧に応じた収束値とＳＯＣとの関係情報を用いたＳＯＣの推定頻度を高く維持することができる。

（８）発電装置１０によるバッテリ３０の充電がなされる状況下、発電装置１０がバッテリ３０に供給可能な電流量が所定以上の場合に、推定を行った。これにより、推定を高精度に行うことができる。

（９）発電に伴う内燃機関２０の燃料消費量の増量量に応じて指令電圧を可変とした。これにより、充電電流が収束する前に指令電圧が変更される現象が頻繁に生じると考えられるため、関係式ｆに基づき収束値Ｉｆを推定することが特に有効である。

（１０）減速時において指令電圧をバッテリ３０への充電を促進するための第１の電圧ＶＨに設定して且つ、定常運転時においてＳＯＣに応じて指令電圧を設定した。こうした指令電圧の設定によれば、燃料消費量の低減を図るために都度のＳＯＣを高精度に把握していることが要求される。ここで、指令電圧が第１の電圧ＶＨとなる都度ＳＯＣを推定することができる本実施形態によれば、ＳＯＣの推定精度を高く維持することができるため、燃料消費量を好適に低減することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、発電装置１０の出力電圧が固定されてバッテリ３０が放電される際に、ＳＯＣを推定する。

図１０に、本実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１０において、先の図７に示した処理に対応する処理には、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理においては、ステップＳ４０ａにおいて、先の図２のステップＳ１６の処理が実行される旨の定圧放電フラグＦｄが「１」となっているか否かを判断する。そして、ステップＳ４０ａにおいて否定判断される場合には、ステップＳ４２ａにおいて、指令電圧が第２の電圧ＶＬに変更された直後か否かを判断する。そして、ステップＳ４２ａにおいて肯定判断される場合には、ステップＳ４４ａにおいて、先の図７のステップＳ４４における処理のうち定圧充電フラグＦｃに代えて、定圧放電フラグＦｄを「１」とする処理を行う。一方、ステップＳ４０ａにおいて肯定判断される場合には、ステップＳ５０ａにおいて、指令電圧が第２の電圧ＶＬから他へ変更された直後であるか否かを判断する。そして、ステップＳ５０ａにおいて肯定判断される場合には、ステップＳ６０ａにおいて、定圧放電フラグＦｄを「０」とする。更に、先の図７のステップＳ５４に代えて、ステップＳ５４ａでは、上記（イ）の条件と、（ウ）電気負荷４２の消費電流量が所定以上であるとの条件とが成立している場合に、ＳＯＣの推定を許可する。これは、電気負荷４２の消費電流量が過度に小さいと、バッテリ３０の放電電流の収束値が、出力電圧及びＳＯＣに応じた値とならないことに鑑みてなされるものである。その他の処理は、先の図７に示したものと同様である。

以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記（１）〜（６）、（９）、（１０）の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、指令電圧が第１の電圧ＶＨに変更されてからのバッテリ３０の放電電流の時間積分値に基づき、ＳＯＣを推定する。図１１に、本実施形態にかかるＳＯＣの推定原理を示す。図１１には、ＳＯＣが同一のバッテリ３０について、１点鎖線にて充電による分極の影響が強く残っている場合（分極相関量Ｐ＞０）のバッテリ３０の電流の挙動を示し、実線にて放電による分極の影響が強く残っている場合（分極相関量Ｐ＜０）のバッテリ３０の電流の挙動を示す。

図示されるように、充電の影響が強く残っている場合には、同一のＳＯＣであっても、指令電圧の変更から電流の収束までの過渡的な期間における電流値は小さくなる。一方、放電の影響が強く残っている場合には、同一のＳＯＣであっても、指令電圧の変更から電流の収束までの過渡的な期間における電流値は大きくなる。図中、２点鎖線は、分極の影響がない場合の電流の挙動である。分極の影響がない場合の電流の挙動は、発電装置１０の出力電圧とＳＯＣとによって定まると考えられる（ただし、過渡的な挙動には、バッテリ３０のキャパシタ性能の影響が含まれる）。このため、検出される電流の挙動から分極の影響を除去することができるなら、検出される電流の挙動に基づきＳＯＣを推定することができると考えられる。

そこで本実施形態では、所定時間Ｔａにおける充電電流の時間積分値を、分極相関量Ｐにて補正し、補正後の時間積分値に基づきＳＯＣを推定する。ここで、所定時間Ｔａは、上記所要時間Ｔと同一である必要はない。ただし、出力電圧の変化に対して電流がステップ状に上昇した後漸減し始めるまでの過度に短い時間や、所要時間Ｔよりも過度に長い時間とならないようにすることが望ましい。少なくとも充電電流が漸減しているある程度の期間における充電電流を用いるなら、これら電流のサンプリング値からＳＯＣについての情報を抽出することができると考えられる。

ただし、所定時間Ｔａの設定によっては、指令電圧が第１の電圧ＶＨとされる期間が所定時間Ｔａよりも短くなることも考えられる。そしてこの場合であっても、ＳＯＣの推定を可能とするため、本実施形態でも、図１２に示すように、関係式ｆによる所定時間Ｔａにおける充電電流の挙動の推定をも行う。

図１３に、本実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１３において、先の図７に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ４２において肯定判断される場合には、ステップＳ４４に代えて、ステップＳ４４ｂにおいて、定圧充電フラグＦを「１」とする処理と分極相関量Ｐを取得する処理とを行う。更に、ステップＳ４６の処理が完了すると、ステップＳ４８ｂにおいて、所定時間Ｔａの経過時であるか否かを判断する。この所定時間Ｔａは、分極相関量Ｐとは独立に設定することができる。そして、ステップＳ４８ｂにおいて所定時間Ｔａが経過した場合や、ステップＳ６４の処理が完了する場合には、ステップＳ７０において、指令電圧が第１の電圧ＶＨに変更されてからの所定時間Ｔａに渡るバッテリ３０の電流の時間積分値ＩＮＴＩを算出する。

続くステップＳ７２においては、分極相関量Ｐ及び温度ＢＴに基づき、時間積分値ＩＮＴを補正する。具体的には、図１４に示す処理となる。

分極補正量算出部Ｂ１０は、分極状態が電流の挙動に及ぼす影響をＳＯＣの推定から除去するための処理を行う。詳しくは、上記ステップＳ４４ｂにて取得した分極相関量Ｐを入力として、補正量を算出する。ここでは、分極相関量Ｐが正で大きいほど、補正量は正で大きい値とされる。これは、先の図１１に示したように、充電による分極の影響が強いほど、電流値が小さくなることに鑑みてなされる設定である。また、分極相関量Ｐが負で絶対値が大きいほど、補正量は負で絶対値が大きい値とされる。これは、先の図１１に示したように、放電による分極の影響が強いほど、電流値が大きくなることに鑑みてなされる設定である。

温度補正項算出部Ｂ１２は、バッテリ３０の温度が電流の挙動に及ぼす影響をＳＯＣの推定から除去するための処理を行う。詳しくは、バッテリ３０の温度を入力として、積分値の補正量を算出する。補正量合成部Ｂ１４では、分極補正量算出部Ｂ１０の補正量と、温度補正項算出部Ｂ１２の補正量とを合成することで、時間積分値の補正量を算出するものである。この合成手法としては、例えば、温度補正項算出部Ｂ１２の補正量を補正係数として、これを分極補正量算出部Ｂ１０の補正量に乗算することで行ってもよい。

最終積分値算出部Ｂ１６は、時間積分値を補正量合成部Ｂ１４の補正量にて補正することで最終的な時間積分値を算出する。

こうして時間積分値ＩＮＴＩを補正した後、先の図１３のステップＳ５４にて肯定判断される場合には、ステップＳ５６ｂにおいて、補正後の積分値ＩＮＴＩに基づき、ＳＯＣを推定する。ここでは、分極の影響がない場合の所定時間Ｔａに渡る時間積分値とＳＯＣとの関係情報を予め取得しておき、これに基づきＳＯＣを推定する。この関係情報は、時間積分値とＳＯＣとの関係を定める１次元マップ（テーブル）としてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１１）バッテリ３０の充電電流の時間積分値を分極相関量Ｐにて補正し、補正された時間積分値に基づき、ＳＯＣを推定した。このように分極相関量Ｐに基づき分極状態による変動量を除去することで、時間積分値とＳＯＣとを適切に対応付けることができる。特に、時間積分値を用いることで、充電電流の微小な時間変動の影響を好適に抑制しつつＳＯＣを推定することができる。

（１２）時間積分値に基づきＳＯＣを推定するに際し、バッテリ３０の温度ＢＴを加味した。これにより、バッテリ３０の温度にかかわらずＳＯＣを高精度に推定することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１及び第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、指令電圧が第２の電圧ＶＬとされることでバッテリ３０の放電が促進される期間における所定時間Ｔａに渡る時間積分値に基づき、ＳＯＣを推定する。ここで所定時間Ｔａは、先の第３の実施形態におけるものとは値を相違させてもよい。

図１５に、本実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１５に示す処理は、先の図８の処理と図１３の処理との組み合わせであるため、これらの処理と対応するものについては便宜上同一のステップ番号を付している。

図１５において、ステップＳ７２における分極相関量Ｐに基づく時間積分値ＩＮＴＩの補正は、放電電流の絶対値に対して先の図１４に示した処理と同様の処理を行えばよい。すなわち、先の図１１からもわかるように、充電による分極の影響が大きいほど放電電流の絶対値は小さくなる傾向にあり、放電による分極の影響が大きいほど放電電流の絶対値は大きくなる傾向にある。このため、放電電流の絶対値に対して、充電電流において施した補正と定性的には同一の補正を施すことで、時間積分値ＩＮＴＩから分極の影響を除去することができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、放電時におけるバッテリ３０の電流を表現するパラメータとして、放電電流の検出値に代えて、電気負荷の要求電力量が一定である状況下における発電装置１０の出力電流を用いる。すなわち、この場合、図１６に示すように、バッテリ３０の放電能力が電気負荷４２の要求する電流量以上である間は、バッテリ３０によって電流がまかなわれる一方、放電能力が要求電流量未満となると、不足分は発電装置１０によって補われる。このため、発電装置１０の出力電流の挙動を、バッテリ３０の放電電流の挙動を表現するパラメータとして利用できる。

図１７に、本実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１７において、先の図１５の処理と対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図１７において、ステップＳ７２ｃにおける分極相関量Ｐに基づく時間積分値ＩＮＴＩの補正は、オルタ電流に対して先の図１４に示したステップＳ７２の処理とは定性的に逆の処理を行えばよい。すなわち、先の図１１からもわかるように、充電による分極の影響が大きいほど放電電流の絶対値は小さくなる傾向にあるため、発電装置１０の出力電流は大きくなる傾向にある。また、放電による分極の影響が大きいほど放電電流の絶対値は大きくなる傾向にあるため、発電装置１０の出力電流は小さくなる傾向にある。このため、充電による分極の影響が大きいほど、時間積分値を低減させる補正をし、放電による分極の影響が大きいほど、時間積分値を増大させる補正を行うことで、時間積分値ＩＮＴＩから分極の影響を除去することができる。

また、本実施形態では、ステップＳ５６ｃにおいて、補正後の時間積分値ＩＮＴＩに基づきＳＯＣを推定する際に、バッテリ３０の温度ＢＴを加味する。すなわち、本実施形態では、温度ＢＴに基づく時間積分値ＩＮＴＩの補正を行わない代わりに、ステップＳ５６ｃにおいて時間積分値ＩＮＴＩとＳＯＣとの関係の温度ＢＴ依存性を補償する。ここでは、温度ＢＴが高いほど、発電装置１０の電流の時間積分値ＩＮＴＩは小さくなることを考慮する。

（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第４の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、上記第１の実施形態における所要時間Ｔよりも短いと想定される所定時間Ｔａにおけるバッテリ３０の電流値に基づきＳＯＣを推定し、この推定に際してバッテリ３０の分極による影響を除去する。すなわち、電流の挙動から分極の影響を除去したもの（先の図１１の２点鎖線）は、発電装置１０の出力電圧及びＳＯＣに応じて一義的に定まると考えられるため、収束値を用いなくても、分極の影響を除去することでＳＯＣを推定することが可能と考えられる。そして、所定時間Ｔａを所要時間Ｔよりも短くすることで、ＳＯＣの推定の間出力電圧が固定される機会を増大させることができ、ひいては関係式ｆに頼らないＳＯＣの推定頻度を向上させることができる。

図１８に、本実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１８において、先の図７と対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図１８に示す処理においては、所定時間Ｔａの間指令電圧が変更されない場合には、所定時間Ｔａ経過時の電流ＩＴａとして電流の検出値Ｉ（ｎ）を用い（ステップＳ５２ｄ）、また、所定時間Ｔａの経過前に指令電圧が変更されて且つ関係式ｆの導出が可能な場合には、ステップＳ６６ｄにおいて、関係式ｆにおいて「ｔ＝Ｔａ」とすることで電流ＩＴａを推定する。そして、ステップＳ５６ｄにおいては、ステップＳ４４ｂにて取得した分極相関量Ｐ及び温度ＢＴと、電流ＩＴａとに基づき、ＳＯＣを推定する。この処理は、例えば分極相関量Ｐ及び温度ＢＴ及び電流ＩＴａとＳＯＣとの関係を定めたマップを用いて行ってもよい。また、これに代えて、電流ＩＴａを、分極相関量Ｐ及び温度ＢＴにて補正し、所定時間Ｔａ経過時の電流とＳＯＣとの関係情報と、補正後の電流とに基づきＳＯＣを推定してもよい。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・バッテリ３０の充電電流又は放電電流（流出入電流）を推定する関係式としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば「ｆ＝ａ／（ｔ・ｔ）＋ｂ／ｔ＋ｃ」や「ｆ＝ａ／ｔ＋ｂ」、「１／（ａｔ＋ｂ）＋ｃ／ｔ」でもよい。ここで、関係式は、時間の経過に伴って電流の減少速度が漸減し所定値に収束するものであることが望ましい。

・バッテリ３０の流出入電流の複数の検出値に基づくその後の流出入電流の挙動の推定手法としては、関係式に基づくものに限らない。例えば３つ以上の検出値について、時系列的に互いに隣接する検出値同士の差と、時系列上の最も古い検出値とを入力として、収束値を算出する手段としてもよい。この手段は、例えば上記複数の差及び最も古い検出値と収束値との関係を定めたマップを用いて構成することができる。また例えば、上記差に基づき検出値の減少速度の減速度を算出し、算出した減速度に基づき減少度合いがゼロとなるまでの電流の減少量を算出することで収束値を推定する手段としてもよい。

・バッテリ３０の充放電の履歴に基づく分極相関量Ｐの算出手法としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば先の図４におけるステップＳ３０の式において、硫酸の拡散を定量的に表現する項「−Ｐ（ｎ−１）・ｄｔ／τ」を除去してもよい。

・上記第３、第４の実施形態において、バッテリ３０の温度に応じて時間積分値を補正する代わりに、先の第５、第６の実施形態のように、時間積分値ＩＮＴＩからＳＯＣを推定する際にバッテリ３０の温度を加味してもよい。

・上記第５の実施形態において、時間積分値ＩＮＴＩからＳＯＣを推定する際にバッテリ３０の温度を加味する代わりに、上記第３、第４の実施形態のように、バッテリ３０の温度に応じて時間積分値を補正してもよい。

・上記第６の実施形態において、指令電圧が第２の電圧ＶＬとされる際の所定時間Ｔａ経過時の電流ＩＴａを用いてＳＯＣを推定してもよい。また、この際、放電電流を表現するためのパラメータとして、先の第５の実施形態で例示したように、発電装置１０の出力電流を用いてもよい。

・出力電圧が変更されてから前記流出入電流が収束するまでの間における前記流出入電流の挙動が前記２次電池の分極に依存することに起因して前記分極が前記推定される充電状態に及ぼす影響を前記充放電の履歴に基づき除去する手法としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、先の第３の実施形態において、補正前の時間積分値ＩＮＴＩからＳＯＣを推定し、これを分極相関量Ｐや温度ＢＴに応じて補正することで最終的なＳＯＣの推定値を推定してもよい。

・発電に伴う燃料消費量の増量量に応じて出力電圧を可変とする制御としては、上述したものに限らない。例えば、先の図２において、ステップＳ１０にて否定判断される場合には、常時ステップＳ１８の処理をしてもよい。また例えば、特開２００２−１１８９０５号公報や特開２００４−２６０９０８号公報に見られるように、発電装置による単位発電量あたりの内燃機関の燃料消費量の増量量である電費に基づき、出力電圧を設定するものであってもよい。この場合であっても、出力電圧の変動量が所定以下となる状態が継続するなら、上記各実施形態で例示した要領で、ＳＯＣを推定することができる。なお、指令電圧を様々に変更する場合には、指令電圧に応じて所要時間Ｔが変化することも想定されるため、分極相関量のみならず指令電圧に応じて所要時間Ｔを算出することが望ましい。また、所定時間Ｔａ経過時の電流ＩＴａや時間積分値、収束値Ｉｆも指令電圧に応じて変動すると想定されるため、ＳＯＣを推定する際に指令電圧を加味することが望ましい。

・収束値Ｉｆは、所要時間Ｔの経過時の値に限らない。ただし、所要時間Ｔの経過時近傍であることが望ましい。

・ＳＯＣの推定に際して指令電圧変更前の分極の影響を除去するための分極相関量Ｐの取得タイミングは、指令電圧の変更時に限らない。ただし、変更時近傍であることが望ましい。

・上記第２の実施形態において、バッテリ３０の電流の検出手法としては、上記電流センサ５２の検出値を用いるものに限らず、例えば、電気負荷４２の消費電流と、発電装置１０の出力電流とから検出してもよい。

・２次電池としては、鉛蓄電池に限らない。この際、分極の影響があるものにあっては、上記所要時間Ｔの算出や、関係式ｆによる収束値Ｉｆの推定が特に有効である。

・内燃機関としては、ガソリン機関等の火花点火式内燃機関に限らず、例えばディーゼル機関等の圧縮着火式内燃機関であってもよい。

・内燃機関を単一の動力発生装置として用いる車両に搭載される２次電池に限らず、例えばハイブリッド車に搭載される２次電池であってもよい。

第１の実施形態のかかるシステムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかるオルタネータの発電制御の処理手順を示す流れ図。 バッテリへの充電電流の挙動と分極度合いとの関係を示すタイムチャート。 上記実施形態にかかる分極相関量の算出処理の手順を示す流れ図。 上記分極相関量と充電時のバッテリ電流波形との関係を示すタイムチャート。 上記分極相関量と充電時のバッテリ電流波形との関係を示すタイムチャート。 上記第１の実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる所要時間Ｔの設定手法を示す図。 同実施形態にかかるＳＯＣの推定態様を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかるＳＯＣの推定原理を説明するためのタイムチャート。 同実施形態にかかるＳＯＣの推定手法を説明するためのタイムチャート。 第３の実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる積分値の補正態様を示すブロック図。 第４の実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す流れ図。 第５の実施形態にかかるＳＯＣの推定手法を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す流れ図。 第６の実施形態にかかるＳＯＣの推定処理の手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…発電装置、１２…オルタネータ、１４…レギュレータ、２０…内燃機関、２２…クランク軸、３０…バッテリ、５０…ＥＣＵ（充電状態推定装置の一実施形態）、５２…電流センサ、５４…温度センサ。

Claims (15)

1. 出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置において、
   前記２次電池の充放電の履歴を定量化する履歴定量化手段と、
   前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である際の前記２次電池の流出入電流を表現するパラメータと、前記充放電の履歴とを入力として、前記充電状態を推定する推定手段とを備え、
   前記推定手段は、前記充放電の履歴に基づき、前記流出入電流が前記出力電圧に応じた収束値へと収束するまでの所要時間を算出する手段と、該所要時間の経過時以降における前記パラメータの値に基づき、前記２次電池の充電状態を推定する手段とを備えることを特徴とする２次電池の充電状態推定装置。
2. 前記推定手段は、前記推定に際し、前記２次電池の温度を加味することを特徴とする請求項１記載の２次電池の充電状態推定装置。
3. 前記所要時間は、前記２次電池の温度が高いほど長く算出されることを特徴とする請求項１又は２記載の２次電池の充電状態推定装置。
4. 前記推定手段は、前記所要時間の経過時以降における前記パラメータの値に基づく前記２次電池の充電状態の推定に際し、前記２次電池の温度を加味することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置。
5. 出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置において、
   前記２次電池の充放電の履歴を定量化する履歴定量化手段と、
   前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である際の前記２次電池の流出入電流を表現するパラメータと、前記充放電の履歴とを入力として、前記充電状態を推定する推定手段とを備え、
   前記推定手段は、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下となってからの前記流出入電流を表現するパラメータの時間積分値に基づき、該時間積分値と充電状態との関係情報を用いて前記充電状態を推定するに際し、前記所定以下となる以前の充放電の履歴を加味するものであることを特徴とする２次電池の充電状態推定装置。
6. 前記推定手段は、前記流出入電流の時間積分値を算出する手段と、前記充放電履歴に基づき前記時間積分値を補正する手段と、該補正された時間積分値に基づき、前記２次電池の充電状態を推定する手段とを備えることを特徴とする請求項５記載の２次電池の充電状態推定装置。
7. 前記２次電池及び前記発電装置には、電気負荷が接続されてなり、
   前記推定手段は、前記２次電池から前記電気負荷へと電流が流れるように前記出力電圧が設定されて且つ前記電気負荷の要求電力量が一定である場合、前記発電装置の電流の時間積分値を算出する手段と、前記充放電履歴に基づき前記時間積分値を補正する手段と、該補正された時間積分値に基づき、前記２次電池の充電状態を推定する手段とを備えることを特徴とする請求項６記載の２次電池の充電状態推定装置。
8. 前記推定手段は、前記２次電池の充電状態を推定するに際し、前記２次電池の温度を加味することを特徴とする請求項６又は７に記載の２次電池の充電状態推定装置。
9. 出力電圧を可変とする車載発電装置によって充電可能な２次電池について、その充電状態を推定する２次電池の充電状態推定装置において、
   前記２次電池の充放電の履歴を定量化する履歴定量化手段と、
   前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下である際の前記２次電池の流出入電流を表現するパラメータと、前記充放電の履歴とを入力として、前記充電状態を推定する推定手段とを備え、
   前記推定手段は、前記発電装置の出力電圧の変動量が所定以下となってから前記流出入電流が前記出力電圧に応じた収束値へと収束すると想定される時間よりも短い所定時間の経過時における前記流出入電流と前記所定以下となる以前の充放電の履歴とに基づき、前記２次電池の充電状態を推定することを特徴とする２次電池の充電状態推定装置。
10. 前記推定手段は、前記発電装置による前記２次電池の充電がなされる場合に前記推定を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置。
11. 前記２次電池及び前記発電装置には、電気負荷が接続されており、
    前記推定手段は、前記２次電池の放電がなされる場合に前記推定を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置。
12. 前記２次電池及び前記発電装置には、電気負荷が接続されており、
    前記推定手段は、前記発電装置による前記２次電池の充電がなされる状況下、前記発電装置が前記２次電池に供給可能な電流量が所定以上の場合に、前記推定を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置。
13. 前記発電装置は、車載内燃機関の出力軸の回転力によって回転するものであって且つ、発電に伴う前記内燃機関の燃料消費量の増量量に応じて前記出力電圧が可変とされるものであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置。
14. 前記発電装置は、車載内燃機関の出力軸の回転力によって回転するものであり、
    前記出力電圧は、発電に伴う前記内燃機関の燃料消費量の増量量が閾値以下となる第１の状況下において前記２次電池への充電を促進するための値に設定されて且つ、前記発電に伴う前記内燃機関の燃料消費量の増量量が前記閾値よりも大きくなる第２の状況下において前記２次電池の充電状態に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜１３記載の２次電池の充電状態推定装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の２次電池の充電状態推定装置と、
    前記発電装置とを備えることを特徴とする充電制御システム。

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