JP5028315B2 - 二次電池の充電状態推定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ニッケル水素電池等の二次電池のＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）を推定する二次電池の充電状態推定方法及び装置に関する。

従来より、二次電池の電流値を積算して、二次電池のＳＯＣを推定する技術が知られている。この技術では、長時間運用すると、検出された電流値に含まれる誤差が蓄積され、推定されるＳＯＣの推定精度が低下するという問題がある。そこで、電流値を積算して得られたＳＯＣを補正する技術がある。

例えば、特許文献１には次のような技術が記載されている。まず、電池の動作履歴を考慮してＳＯＣ初期値を算出し、ＳＯＣ初期値を起点に電池電流を積算して擬似ＳＯＣを算出する。そして、擬似ＳＯＣから電池の起電力Ｖｏｃを推定し、電池電流と内部抵抗（予め決めた値）から内部抵抗による電圧変化分Ｖｒを算出し、電池電流を入力とする状態方程式から動的な電圧変化分Ｖｄｙｎを算出し、これらの合計によって電池電圧推定値Ｖｅｓｔ（＝Ｖｏｃ＋Ｖｒ＋Ｖｄｙｎ）を算出する。そして、電池電圧推定値Ｖｅｓｔが電池電圧測定値と等しくなるようにＳＯＣ修正量を算出し、擬似ＳＯＣにＳＯＣ修正量を加算してＳＯＣ推定値を求めるようにしている。
特開平１１−３４６４４４号公報

特許文献１に記載の技術では、電池の内部抵抗として予め決めた値を用いて推定計算しているため、電池温度の変化や充電状態の変化による電池の内部抵抗の変化に対応していない。したがって、電池温度の変化等による電池特性の変化を考慮してＳＯＣを推定することができず、ＳＯＣの推定精度の向上を図る上で問題がある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電状態推定方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の二次電池の充電状態推定方法は、二次電池の電池電圧値、充放電電流値及び電池温度を計測する第１のステップと、所与の内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出する第２のステップと、前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて内部抵抗による電圧変化量を算出する第３のステップと、前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて充放電履歴による動的電圧変化量を算出する第４のステップと、前記電池電圧値と前記内部抵抗による電圧変化量と前記充放電履歴による動的電圧変化量とに基づいて前記二次電池の起電力を算出する第５のステップと、前記二次電池の起電力に基づいて前記二次電池の充電状態を推定する第６のステップとを有する。

この方法によれば、内部抵抗基準値を電池温度に基づいて補正して内部抵抗値を算出するようにしているため、電池温度の変化による電池特性の変化に対応でき、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる。また、充放電電流値の積算を行わないため、充放電電流値の計測誤差が蓄積されることがなく、ＳＯＣの推定を長時間にわたって行っても精度良く推定することができる。また、ＳＯＣの初期値を与える必要がないため、同初期値の誤差が発生することがなく、長時間放置した後でもＳＯＣを精度良く推定することができる。

また、前記第１〜第６のステップからなる一連のステップを繰り返し行い、ｎ回目（ｎは２以上の整数）の前記一連のステップにおける前記第２のステップは、前記内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正するとともに（ｎ−１）回目の前記一連のステップで推定された前記二次電池の充電状態に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出するようにしてもよい。

この方法によれば、内部抵抗基準値を電池温度だけでなく前回の一連のステップで推定された二次電池の充電状態にも基づいて補正して内部抵抗値を算出するようにしているため、電池温度の変化や充電状態の変化による電池特性の変化に対応でき、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、前記第４のステップは、前記充放電電流値に対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行うことにより複数の一次遅れ処理値を求め、次に各々の前記一次遅れ処理値と前記内部抵抗値との積の総和を求め、前記積の総和を前記充放電履歴による動的電圧変化量とするようにしてもよい。

この方法によれば、充放電履歴による動的電圧変化量を、充放電電流値に対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行い、それらの結果を用いて算出することにより、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、各々の前記一次遅れ処理に用いる伝達関数に含まれるパラメータ群として、前記二次電池が充電中であるときに用いる充電用パラメータ群と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる放電用パラメータ群とを予め準備しておき、前記第４のステップは、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、前記判定結果に応じて前記充電用パラメータ群と前記放電用パラメータ群とのいずれか一方を各々の前記一次遅れ処理に用いる前記伝達関数に含まれるパラメータ群に選択し、前記充放電履歴による動的電圧変化量を算出するようにしてもよい。

この方法によれば、各々の一次遅れ処理に用いる伝達関数に含まれるパラメータ群として、二次電池が充電中であるときにはそれに適した充電用パラメータ群を選択し、充電中ではないときにはそれに適した放電用パラメータ群を選択して用いることにより、充電中であるときとそれ以外のときとの電池特性の変化に応じた充放電履歴による動的電圧変化量をより正確に算出することができ、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、前記内部抵抗基準値として、前記二次電池が充電中であるときに用いる第１の基準値と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる第２の基準値とを予め準備しておき、前記第２のステップは、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、この判定結果に応じて前記第１の基準値と前記第２の基準値とのいずれか一方を前記内部抵抗基準値に選択し、前記内部抵抗値を算出するようにしてもよい。

この方法によれば、内部抵抗基準値として、二次電池が充電中であるときにはそれに適した第１の基準値を選択し、充電中ではないときにはそれに適した第２の基準値を選択して用いることにより、充電中であるときとそれ以外のときとの電池特性の変化に応じた内部抵抗値をより正確に算出することができ、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、本発明の二次電池の充電状態推定装置は、二次電池の電池電圧値を計測する電圧センサと、前記二次電池の充放電電流値を計測する電流センサと、前記二次電池の電池温度を計測する温度センサと、前記電圧センサにより計測される前記電池電圧値と前記電流センサにより計測される前記充放電電流値と前記温度センサにより計測される前記電池温度とを入力する第１の処理と、所与の内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出する第２の処理と、前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて内部抵抗による電圧変化量を算出する第３の処理と、前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて充放電履歴による動的電圧変化量を算出する第４の処理と、前記電池電圧値と前記内部抵抗による電圧変化量と前記充放電履歴による動的電圧変化量とに基づいて前記二次電池の起電力を算出する第５の処理と、前記二次電池の起電力に基づいて前記二次電池の充電状態を推定する第６の処理とを行う演算装置とを備えている。

この構成によれば、内部抵抗基準値を電池温度に基づいて補正して内部抵抗値を算出するようにしているため、電池温度の変化による電池特性の変化に対応でき、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる。また、充放電電流値の積算を行わないため、充放電電流値の計測誤差が蓄積されることがなく、ＳＯＣの推定を長時間にわたって行っても精度良く推定することができる。また、ＳＯＣの初期値を与える必要がないため、同初期値の誤差が発生することがなく、長時間放置した後でもＳＯＣを精度良く推定することができる。

また、前記演算装置は、前記第１〜第６の処理からなる一連の処理を繰り返し行い、ｎ回目（ｎは２以上の整数）の前記一連の処理における前記第２の処理において、前記内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正するとともに（ｎ−１）回目の前記一連の処理で推定された前記二次電池の充電状態に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出するようにしてもよい。

この構成によれば、内部抵抗基準値を電池温度だけでなく前回の一連のステップで推定された二次電池の充電状態にも基づいて補正して内部抵抗値を算出するようにしているため、電池温度の変化や充電状態の変化による電池特性の変化に対応でき、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、前記演算装置は、前記第４の処理において、前記充放電電流値に対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行うことにより複数の一次遅れ処理値を求め、次に各々の前記一次遅れ処理値と前記内部抵抗値との積の総和を求め、前記積の総和を前記充放電履歴による動的電圧変化量とするようにしてもよい。

この構成によれば、充放電履歴による動的電圧変化量を、充放電電流値に対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行い、それらの結果を用いて算出することにより、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、前記演算装置は、各々の前記一次遅れ処理に用いる伝達関数に含まれるパラメータ群として、前記二次電池が充電中であるときに用いる充電用パラメータ群と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる放電用パラメータ群とを予め記憶しておき、前記第４の処理において、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、前記判定結果に応じて前記充電用パラメータ群と前記放電用パラメータ群とのいずれか一方を各々の前記一次遅れ処理に用いる前記伝達関数に含まれるパラメータ群に選択し、前記充放電履歴による動的電圧変化量を算出するようにしてもよい。

この構成によれば、各々の一次遅れ処理に用いる伝達関数に含まれるパラメータ群として、二次電池が充電中であるときにはそれに適した充電用パラメータ群を選択し、充電中ではないときにはそれに適した放電用パラメータ群を選択して用いることにより、充電中であるときとそれ以外のときとの電池特性の変化に応じた充放電履歴による動的電圧変化量をより正確に算出することができ、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、前記演算装置は、前記内部抵抗基準値として、前記二次電池が充電中であるときに用いる第１の基準値と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる第２の基準値とを予め記憶しておき、前記第２の処理において、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、この判定結果に応じて前記第１の基準値と前記第２の基準値とのいずれか一方を前記内部抵抗基準値に選択し、前記内部抵抗値を算出するようにしてもよい。

この構成によれば、内部抵抗基準値として、二次電池が充電中であるときにはそれに適した第１の基準値を選択し、充電中ではないときにはそれに適した第２の基準値を選択して用いることにより、充電中であるときとそれ以外のときとの電池特性の変化に応じた内部抵抗値をより正確に算出することができ、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

本発明は、以上に説明した構成を有し、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電状態推定方法及び装置を提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態の二次電池の充電状態推定装置の概略構成を示す図である。

本実施の形態の二次電池の充電状態推定装置は、二次電池１の端子電圧値である電池電圧値Ｖｂを検出する電圧センサ２と、二次電池１の充放電電流値である電池電流値Ａｂを検出する電流センサ３と、二次電池１の温度Ｔｂを検出する温度センサ４と、これらによって検出される電池電圧値Ｖｂ、電池電流値Ａｂ及び電池温度Ｔｂに基づいてＳＯＣ推定値を算出する演算装置５とを備えている。なお、電流センサ３は、二次電池１が放電しているときは電池電流値Ａｂを正の値として検出して演算装置５へ出力し、二次電池１が充電されているときは電池電流値Ａｂを負の値として検出して演算装置５へ出力する。

演算装置５で算出されたＳＯＣ推定値は、例えば表示装置（図示せず）へ出力されて表示される。演算装置５は、例えば、ＣＰＵ及びメモリ等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。

図２は、本実施の形態の二次電池の充電状態推定方法を示すフローチャートである。この二次電池の充電状態推定方法は、本実施の形態の二次電池の充電状態推定装置の動作によって遂行される。以下の説明中で用いる符号は、後述する図３の符号と対応している。

まず、ステップＳ１では、電池電圧値Ｖｂ、電池電流値Ａｂ及び電池温度Ｔｂを計測する。なお、このステップＳ１は、二次電池の充電状態推定装置においては、演算装置５が、電圧センサ２により計測される電池電圧値Ｖｂと、電圧センサ３により計測される電池電流値Ａｂと、温度センサ４により計測される電池温度Ｔｂとを、それぞれ読み込む（データとして入力する）ことにより行われる。

次に、ステップＳ２では、電池温度Ｔｂ及び１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄに基づいて内部抵抗基準値Ｒ００を補正して内部抵抗値Ｒ１を算出する。

次に、ステップＳ３では、電池電流値Ａｂ及び内部抵抗値Ｒ１に基づいて内部抵抗による電圧変化量Ｖｒを算出する。この電圧変化量Ｖｒは、二次電池１の内部抵抗による電池電圧の変動分である。

次に、ステップＳ４では、電池電流値Ａｂ及び内部抵抗値Ｒ１に基づいて充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋを算出する。この動的電圧変化量Ｖｋは、二次電池１の充放電電流の変化に基づいた電池電圧の変動分である。

次に、ステップＳ５では、電池電圧値Ｖｂと内部抵抗による電圧変化量Ｖｒと充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋとに基づいて電池起電力Ｅを算出する。

次に、ステップＳ６では、電池起電力Ｅに基づいてＳＯＣ推定値を算出する。

次に、ステップＳ７では、ステップＳ６で算出したＳＯＣ推定値を記憶する。

本実施の形態の二次電池の充電状態推定装置では、電源投入後、上記のステップＳ１〜Ｓ７の一連のステップを、予め定められた一定時間（例えば１秒）ごとに繰り返し行う。この一定時間が１計算周期である。なお、ステップＳ３とステップＳ４とは順序が逆になってもよい。また、本充電状態推定装置の電源投入後、１回目に行われるステップＳ２のときには、１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄは存在しないので、電池温度Ｔｂのみに基づいて内部抵抗基準値Ｒ００を補正することにより内部抵抗値Ｒ１を算出する。

上記の二次電池の充電状態推定方法の詳細については、以下の演算装置５の内部構成の説明によって明らかにする。

図３は、演算装置５の内部構成を示すブロック図である。この演算装置５には、内部抵抗値Ｒ１を算出する内部抵抗算出部３１と、動的電圧変化量Ｖｋを算出する電圧変化量算出部３２と、電圧変化量Ｖｒを算出する乗算器１５と、電池起電力Ｅを算出する起電力算出部３３と、ＳＯＣ推定値を算出する充電状態推定ブロック２３とが備えられている。

演算装置５は、１計算周期ごとに、電池電圧値Ｖｂ（Ｖ）、電池電流値Ａｂ（Ａ）及び電池温度Ｔｂ（℃）を読み込む（ステップＳ１）。

まず、内部抵抗算出部３１では、電池温度Ｔｂ及び１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄ（％）に基づいて内部抵抗基準値Ｒ００（Ω）を補正することにより、内部抵抗値Ｒ１（Ω）を算出する（ステップＳ２）。

電池温度Ｔｂは減算器１１に入力される。減算器１１では、電池温度Ｔｂから電池温度基準値Ｔ０（℃）を減算し、その減算結果を乗算器１２へ出力する。乗算器１２では、減算器１１の減算結果に温度補正係数ＫＴ（Ω／℃）を乗算して電池温度に基づく内部抵抗補正値Ｒ０ｔ（Ω）を算出する。

また、抵抗補正値演算ブロック２５では、レジスタ２４に格納されている１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄ（％）を読みだし、ＳＯＣ推定値と内部抵抗補正値Ｒ０ｓとの関係を示す内部抵抗補正値算出マップを参照して、ＳＯＣ推定値ＳＯＣｄに対応するＳＯＣに基づく内部抵抗補正値Ｒ０ｓ（Ω）を求める。なお、内部抵抗補正値算出マップは、例えば予め二次電池１を恒温槽内に置いて実験などを行うことによってＳＯＣ推定値と内部抵抗補正値Ｒ０ｓとの関係を求めて作成され、予め演算装置５内のメモリに記憶されている。内部抵抗補正値算出マップの一例を図４に示す。図４の内部抵抗補正値算出マップにおいて、横軸はＳＯＣ推定値を示し、縦軸は内部抵抗補正値Ｒ０ｓを示す。

なお、抵抗補正値演算ブロック２５では、レジスタ２４に１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄが格納されていない場合、すなわち、本充電状態推定装置の電源投入後、演算装置５が１回目のＳＯＣ推定値を算出する場合には、内部抵抗補正値Ｒ０ｓは０である。

そして、内部抵抗基準値Ｒ００に、電池温度に基づく内部抵抗補正値Ｒ０ｔを加算器１３によって加算し、さらに１計算周期前のＳＯＣ推定値に基づく内部抵抗補正値Ｒ０ｓを加算器１４によって加算して内部抵抗値Ｒ１を算出する。

上述の内部抵抗値Ｒ１を算出するための計算式は、次式で示される。

Ｒ１＝Ｒ００＋ＫＴ×（Ｔｂ−Ｔ０）＋Ｒ０ｓ
なお、内部抵抗基準値Ｒ００は、電池温度Ｔｂが電池温度基準値Ｔ０であるときの内部抵抗値であり、予め実験などを行うことによって求められた値である。電池温度基準値Ｔ０は、予め決められた値（例えば２５℃）であり、温度補正係数ＫＴは、予め実験などを行うことによって求められた値である。内部抵抗基準値Ｒ００、電池温度基準値Ｔ０及び温度補正係数ＫＴは、予め演算装置５内のメモリに記憶されている。

次に、乗算器１５では、電池電流値Ａｂと内部抵抗値Ｒ１とを乗算することにより内部抵抗による電圧変化量Ｖｒ（Ｖ）を算出する（ステップＳ３）。

また、電圧変化量算出部３２では、電池電流値Ａｂ及び内部抵抗値Ｒ１に基づいて、充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋ（Ｖ）を算出する（ステップＳ４）。

一次遅れ演算ブロック１６，１８では、それぞれ、電池電流値Ａｂを入力して一次遅れ処理を施して出力する。一次遅れ演算ブロック１６の出力値は乗算器１７によって内部抵抗値Ｒ１と乗算される。また、一次遅れ演算ブロック１８の出力値は乗算器１９によって内部抵抗値Ｒ１と乗算される。さらに、乗算器１７の乗算結果と乗算器１９の乗算結果とが加算器２０によって加算されて充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋが算出される。

上述の動的電圧変化量Ｖｋを算出するための計算式は、次式で示される。

Ｖｋ＝Ａｂ×{Ｒ１×Ｋ１／（１＋Ｔ１×ｓ）＋Ｒ１×Ｋ２／（１＋Ｔ２×ｓ）}
なお、Ｋ１，Ｋ２は一次遅れ演算ブロック１６、１８のゲイン、Ｔ１，Ｔ２は一次遅れ演算ブロック１６、１８の時定数、ｓはラプラス演算子である。ゲインＫ１，Ｋ２及び時定数Ｔ１，Ｔ２は、予め実験などを行って求められている。例えば、Ｔ１＜Ｔ２、Ｋ１＞Ｋ２となるような値になる。

次に、起電力算出部３３では、電池電圧値Ｖｂに、内部抵抗による電圧変化量Ｖｒを加算器２１によって加算し、さらに充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋを加算器２２によって加算して電池起電力Ｅ（Ｖ）を算出する（ステップＳ５）。

上述の電池起電力Ｅを算出するための計算式は、次式で示される。

Ｅ＝Ｖｂ＋Ｖｒ＋Ｖｋ
次に、充電状態推定ブロック２３では、電池起電力とＳＯＣ推定値との関係を示すＳＯＣ推定値算出マップを参照して、電池起電力Ｅに対応するＳＯＣ推定値を求める（ステップＳ６）。なお、ＳＯＣ推定値算出マップは、予め実験などを行うことによって電池起電力ＥとＳＯＣ推定値との関係を求めて作成され、予め演算装置５内のメモリに記憶されている。ＳＯＣ推定値算出マップの一例を図５に示す。図５のＳＯＣ推定値算出マップにおいて、横軸は電池起電力Ｅを示し、縦軸はＳＯＣ推定値を示す。

充電状態推定ブロック２３で算出されたＳＯＣ推定値は、例えば表示装置等へ出力されて表示されるとともに、レジスタ２４に格納され（ステップＳ７）、次の計算周期において１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄとして用いられる。

図６は、本実施の形態により求めたＳＯＣ推定値と実験によって求めた真のＳＯＣとを示す図である。

ここで、真のＳＯＣとは、次のようにして求めた値である。ここでは、従来より知られている、初期のＳＯＣ（ＳＯＣ初期値）を基準に、二次電池の電流値を積算して二次電池のＳＯＣを推定する電流積算方式を改良して用いた。通常の電流積算方式では、長時間運用すると、検出された電流値に含まれる誤差が蓄積され、推定されるＳＯＣの推定精度が低下するという問題があるため、上記誤差が蓄積されることによる影響が無視できる数時間程度の短時間の実験とした。また、通常の電流積算方式では、ＳＯＣ初期値を与えるときに真のＳＯＣが不明という問題がある。そこで、電池特性より、真のＳＯＣ＝０％であるときの電池電圧をＶｂ０（Ｖ）と決め、電池電圧がＶｂ０となるまで放電を行い、この時点で、電流積算法におけるＳＯＣ初期値を０％とする。これにより、通常の電流積算方式において、ＳＯＣ初期値を与えるときに真のＳＯＣが不明という問題を解消した。そして、数時間程度の短時間の充放電を行い、電流積算方式により求めたＳＯＣを真のＳＯＣとした。

図６から、本実施の形態によって求められたＳＯＣ推定値は、真のＳＯＣとの誤差が非常に小さく、精度の高いものであることがわかる。

本実施の形態では、充放電電流値の積算を行わないため、充放電電流値の計測誤差が蓄積されることがなく、ＳＯＣの推定を長時間にわたって行っても精度良く推定することができる。また、ＳＯＣの初期値を与える必要がないため、同初期値の誤差が発生することがなく、長時間放置した後でもＳＯＣを精度良く推定することができる。

さらに、内部抵抗基準値Ｒ００を電池温度Ｔｂ及び１計算周期前に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣｄに基づいて補正して内部抵抗値Ｒ１を算出するようにしているため、電池温度の変化及び充電状態の変化による電池特性の変化に対応でき、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる。

また、充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋを、充放電電流値Ａｂに対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行い、それらの結果を用いて算出することにより、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

また、本実施の形態において、内部抵抗基準値Ｒ００、ゲインＫ１，Ｋ２及び時定数Ｔ１，Ｔ２を、それぞれ充電時用と充電時以外用の２つずつ用意しておき、二次電池１が充電中であるか否かに応じて切り替えるようにしてもよい。この場合の演算装置５の構成を図７に示す。

この図７の構成では、一次遅れ演算ブロック１６、１８で用いる伝達関数に含まれるパラメータであるゲインＫ１，Ｋ２及び時定数Ｔ１，Ｔ２と、加算器１３へ入力される内部抵抗基準値Ｒ００とのそれぞれの値を、二次電池１が充電中であるか否かに応じて切り替えるためのパラメータ切替器２６を設けていることが、図３の構成と異なる。他の構成については図３と同様であるので、その説明を省略する。

パラメータ切替器２６は、二次電池１が充電中であるときに一次遅れ演算ブロック１６、１８で用いるゲインＫ１、Ｋ２としてＫ１ｃ、Ｋ２ｃを、時定数Ｔ１、Ｔ２としてＴ１ｃ、Ｔ２ｃを予め記憶しているとともに、二次電池１が充電中ではないときに一次遅れ演算ブロック１６、１８で用いるゲインＫ１、Ｋ２としてＫ１ｄ、Ｋ２ｄを、時定数Ｔ１、Ｔ２としてＴ１ｄ、Ｔ２ｄを予め記憶している。さらに、パラメータ切替器２６は、二次電池１が充電中であるときに加算器１３へ出力する内部抵抗基準値Ｒ００としてＲ００ｃを、二次電池１が充電中ではないときに加算器１３へ出力する内部抵抗基準値Ｒ００としてＲ００ｄを予め記憶している。なお、一次遅れ演算ブロック１６で用いるゲインＫ１ｄ、Ｋ１ｃ及び時定数Ｔ１ｄ、Ｔ１ｃと一次遅れ演算ブロック１８で用いるゲインＫ２ｄ、Ｋ２ｃ及び時定数Ｔ２ｄ、Ｔ２ｃとは、予め実験などを行って求められたものである。また、内部抵抗基準値Ｒ００ｄ、Ｒ００ｃも、予め実験などを行って求められたものである。

また、本実施の形態では、二次電池１が充電中であるときの電池電流値Ａｂを負の値とし、二次電池１が放電中であるときの電池電流値Ａｂを正の値としているため、パラメータ切替器２６は、電池電流値Ａｂを入力し、電池電流値Ａｂが負の値であるか否かを判定することにより、二次電池１が充電中であるか否かを判別するようにしている。

したがって、パラメータ切替器２６は、入力される電池電流値Ａｂが負の値であるか否かを判定し、電池電流値Ａｂが負の値であるときには、二次電池１が充電中であるため、一次遅れ演算ブロック１６にゲインＫ１としてＫ１ｃを、時定数Ｔ１としてＴ１ｃを設定し、一次遅れ演算ブロック１８にゲインＫ２としてＫ２ｃを、時定数Ｔ２としてＴ２ｃを設定し、さらに加算器１３へ内部抵抗基準値Ｒ００としてＲ００ｃを出力する。また、電池電流値Ａｂが負の値ではないとき、すなわち、０または正の値であるときには、二次電池１が充電中ではないため、一次遅れ演算ブロック１６にゲインＫ１としてＫ１ｄを、時定数Ｔ１としてＴ１ｄを設定し、一次遅れ演算ブロック１８にゲインＫ２としてＫ２ｄを、時定数Ｔ２としてＴ２ｄを設定し、さらに加算器１３へ内部抵抗基準値Ｒ００としてＲ００ｄを出力する。

以上のように、二次電池１が充電中であるか否かによって、各パラメータ（Ｋ１、Ｋ２、Ｔ１、Ｔ２、Ｒ００）を二次電池１の動作状態に適した値に切り替えるようにすることにより、充放電履歴による動的電圧変化量Ｖｋ及び内部抵抗値Ｒ１をより正確に算出することができ、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

本発明は、充電及び放電が頻繁に繰り返される二次電池のＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電状態推定方法及び装置として有用である。

本発明の実施の形態の二次電池の充電状態推定装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態の二次電池の充電状態推定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の二次電池の充電状態推定装置における演算装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における内部抵抗補正値算出マップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるＳＯＣ推定値算出マップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態により求めたＳＯＣ推定値と実験によって求めた真のＳＯＣとを示す図である。 本発明の実施の形態における他の二次電池の充電状態推定装置における演算装置の内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 二次電池
２ 電圧センサ
３ 電流センサ
４ 温度センサ
５ 演算装置

Claims (10)

1. 二次電池の電池電圧値、充放電電流値及び電池温度を計測する第１のステップと、
   所与の内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出する第２のステップと、
   前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて内部抵抗による電圧変化量を算出する第３のステップと、
   前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて充放電履歴による動的電圧変化量を算出する第４のステップと、
   前記電池電圧値と前記内部抵抗による電圧変化量と前記充放電履歴による動的電圧変化量とに基づいて前記二次電池の起電力を算出する第５のステップと、
   前記二次電池の起電力に基づいて前記二次電池の充電状態を推定する第６のステップとを有する、二次電池の充電状態推定方法。
2. 前記第１〜第６のステップからなる一連のステップを繰り返し行い、
   ｎ回目（ｎは２以上の整数）の前記一連のステップにおける前記第２のステップは、前記内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正するとともに（ｎ−１）回目の前記一連のステップで推定された前記二次電池の充電状態に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出する、請求項１に記載の二次電池の充電状態推定方法。
3. 前記第４のステップは、
   前記充放電電流値に対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行うことにより複数の一次遅れ処理値を求め、次に各々の前記一次遅れ処理値と前記内部抵抗値との積の総和を求め、前記積の総和を前記充放電履歴による動的電圧変化量とする、請求項１または２に記載の二次電池の充電状態推定方法。
4. 各々の前記一次遅れ処理に用いる伝達関数に含まれるパラメータ群として、前記二次電池が充電中であるときに用いる充電用パラメータ群と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる放電用パラメータ群とを予め準備しておき、
   前記第４のステップは、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、前記判定結果に応じて前記充電用パラメータ群と前記放電用パラメータ群とのいずれか一方を各々の前記一次遅れ処理に用いる前記伝達関数に含まれるパラメータ群に選択し、前記充放電履歴による動的電圧変化量を算出する、請求項３に記載の二次電池の充電状態推定方法。
5. 前記内部抵抗基準値として、前記二次電池が充電中であるときに用いる第１の基準値と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる第２の基準値とを予め準備しておき、
   前記第２のステップは、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、この判定結果に応じて前記第１の基準値と前記第２の基準値とのいずれか一方を前記内部抵抗基準値に選択し、前記内部抵抗値を算出する、請求項１または２に記載の二次電池の充電状態推定方法。
6. 二次電池の電池電圧値を計測する電圧センサと、
   前記二次電池の充放電電流値を計測する電流センサと、
   前記二次電池の電池温度を計測する温度センサと、
   前記電圧センサにより計測される前記電池電圧値と前記電流センサにより計測される前記充放電電流値と前記温度センサにより計測される前記電池温度とを入力する第１の処理と、所与の内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出する第２の処理と、前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて内部抵抗による電圧変化量を算出する第３の処理と、前記内部抵抗値及び前記充放電電流値に基づいて充放電履歴による動的電圧変化量を算出する第４の処理と、前記電池電圧値と前記内部抵抗による電圧変化量と前記充放電履歴による動的電圧変化量とに基づいて前記二次電池の起電力を算出する第５の処理と、前記二次電池の起電力に基づいて前記二次電池の充電状態を推定する第６の処理とを行う演算装置とを備えた、二次電池の充電状態推定装置。
7. 前記演算装置は、
   前記第１〜第６の処理からなる一連の処理を繰り返し行い、
   ｎ回目（ｎは２以上の整数）の前記一連の処理における前記第２の処理において、前記内部抵抗基準値を前記電池温度に基づいて補正するとともに（ｎ−１）回目の前記一連の処理で推定された前記二次電池の充電状態に基づいて補正することにより前記二次電池の内部抵抗値を算出する、請求項６に記載の二次電池の充電状態推定装置。
8. 前記演算装置は、
   前記第４の処理において、前記充放電電流値に対してそれぞれ異なる複数の一次遅れ処理を行うことにより複数の一次遅れ処理値を求め、次に各々の前記一次遅れ処理値と前記内部抵抗値との積の総和を求め、前記積の総和を前記充放電履歴による動的電圧変化量とする、請求項６または７に記載の二次電池の充電状態推定装置。
9. 前記演算装置は、
   各々の前記一次遅れ処理に用いる伝達関数に含まれるパラメータ群として、前記二次電池が充電中であるときに用いる充電用パラメータ群と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる放電用パラメータ群とを予め記憶しておき、
   前記第４の処理において、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、前記判定結果に応じて前記充電用パラメータ群と前記放電用パラメータ群とのいずれか一方を各々の前記一次遅れ処理に用いる前記伝達関数に含まれるパラメータ群に選択し、前記充放電履歴による動的電圧変化量を算出する、請求項８に記載の二次電池の充電状態推定装置。
10. 前記演算装置は、
    前記内部抵抗基準値として、前記二次電池が充電中であるときに用いる第１の基準値と、前記二次電池が充電中ではないときに用いる第２の基準値とを予め記憶しておき、
    前記第２の処理において、前記充放電電流値に基づいて前記二次電池が充電中であるか否かを判定し、この判定結果に応じて前記第１の基準値と前記第２の基準値とのいずれか一方を前記内部抵抗基準値に選択し、前記内部抵抗値を算出する、請求項６または７に記載の二次電池の充電状態推定装置。

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