JP5412891B2 - 二次電池の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の制御装置に関するものである。

二次電池の制御装置として、二次電池の電圧が所定の基準変動量だけ変動した場合に、二次電池の内部抵抗に基づいて、電流の変動量を推定し、得られた電流の変動量の推定値と、電流センサなどの電流検出手段で検出した電流の変動量の検出値とを比較することにより、電流センサなどの電流検出手段の中間張り付き故障を検知する制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１０−２５３６８２号公報

しかしながら、上記従来技術では、電流検出手段だけでなく、電圧検出手段が故障した場合でも、電流の変動量の推定値と、電流の変動量の検出値とが対応しなくなってしまうため、電流検出手段および電圧検出手段のうちいずれが故障しているかの判断ができないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、電流検出手段および電圧検出手段の故障を適切に検出することができる二次電池の制御装置を提供することである。

本発明は、電流検出手段および電圧検出手段により二次電池の電流および端子電圧を検出し、二次電池の電池モデルを定義して、検出した電流および端子電圧の計測値から、電池モデルを用いて適応デジタルフィルタ演算を行って、適応デジタルフィルタ演算により、二次電池の内部抵抗、二次電池の電気二重層容量、および後述する式（４）を満足するパラメータｈを含む電池モデルのパラメータを一括推定することで、二次電池の内部状態を推定し、推定した二次電池の内部抵抗の推定値がゼロに収束する場合に、電圧検出手段が故障していると判定することにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、電流検出手段および電圧検出手段により検出した二次電池の電流および端子電圧から、二次電池の内部状態を推定し、推定した二次電池の内部状態に基づいて、電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出することにより、電流検出手段および電圧検出手段のいずれが故障しているかを適切に判定することができる。

図１は、本実施形態に係る二次電池の制御システムの構成を示す図である。 図２は、本実施形態に係る電子制御ユニット３０の機能ブロック図である。 図３は、二次電池の電池モデルを示す等価回路モデルを示す図である。 図４は、二次電池の開路電圧−充電率特性の一例を示す図である。 図５は、本実施形態における二次電池の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理を示すフローチャートである。 図６は、他の実施形態における二次電池の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理を示すフローチャートである。

図１は、本実施形態に係る二次電池の制御システムの構成を示す図である。図１に示す制御システムは、二次電池でモータ等の負荷を駆動したり、モータの回生による電力やエンジンを動力源としてオルタネータで発電した電力で二次電池を充電するシステムに、本発明に係る二次電池の制御装置を適用した例である。

二次電池１０は、複数の単位電池を直列に接続してなるものであり、二次電池１０を構成する単位電池としては、たとえば、リチウムイオン二次電池などのリチウム系二次電池などが挙げられる。負荷２０としては、たとえば、モータなどが挙げられる。

電流センサ４０は、二次電池１０に流れる充放電電流を検出するセンサであり、電流センサ４０により検出された信号は、電子制御ユニット３０へ送出される。また、電圧センサ５０は、二次電池１０の端子電圧を検出するセンサであり、電圧センサ５０により検出された信号は、電子制御ユニット３０へ送出される。

電子制御ユニット３０は、二次電池１０を制御するための制御ユニットであり、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。図２に、電子制御ユニット３０の機能ブロック図を示す。

図２に示すように、電子制御ユニット３０は、電流検出部３０１、電圧検出部３０２、適応デジタルフィルタ演算部３０３、センサ故障検出部３０４、および充電容量推定部３０７を備える。また、図２に示すように、センサ故障検出部３０４は、電圧センサ故障検出部３０５および電流センサ故障検出部３０６を備える。

電流検出部３０１は、電流センサ４０からの信号を所定周期で取得し、電流センサ４０からの信号に基づき、二次電池１０に流れる充放電電流を検出することにより、電流計測値Ｉ（ｔ）を取得する。電流検出部３０１は、取得した電流計測値Ｉ（ｔ）を適応デジタルフィルタ演算部３０３、センサ故障検出部３０４および充電容量推定部３０７に送出する。

電圧検出部３０２は、電圧センサ５０からの信号を所定周期で取得し、電圧センサ５０からの信号に基づき、二次電池１０の端子電圧を検出することにより、電圧計測値Ｖ（ｔ）を取得する。電圧検出部３０２は、取得した電圧計測値Ｖ（ｔ）を適応デジタルフィルタ演算部３０３およびセンサ故障検出部３０４に送出する。

適応デジタルフィルタ演算部３０３は、二次電池１０の電池モデルを定義し、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｔ）および電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｔ）から、適応デジタルフィルタ演算により、二次電池１０の電池モデルのパラメータを一括推定することで、二次電池１０の内部状態の推定を行う。
以下、適応デジタルフィルタ演算部３０３による二次電池１０の内部状態の推定方法について説明する。

まず、本実施形態で用いる「電池モデル」について、説明する。図３は、二次電池１０の電池モデルを示す等価回路モデルであり、図３に示す等価回路モデルは、下記式（１）で表される。

ここで、モデル入力は電流Ｉ［Ａ］（正値は充電、負値は放電）、モデル出力は端子電圧Ｖ［Ｖ］であり、Ｒ_１〔Ω］は電荷移動抵抗、Ｒ_２［Ω］は純抵抗、Ｃ_１［Ｆ］は電気二重層容量、Ｖ_０［Ｖ］は開路電圧である。また、上記式（１）中、ｓは微分オペレータである。なお、本実施形態に係る電池モデルは、正極、負極を特に分離していないリダクションモデル（１次）であるが、実際の電池の充放電特性を比較的正確に示すことが可能である。このように本実施形態においては、電池モデルの次数を１次にした構成を例として説明する。

ここで、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｃ_１を下記式（２）のように表すと、上記式（１）は、下記式（３）で表されることとなる。

次いで、上記式（３）に示される電池モデルから、適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ（Ｋ，Ｔ_１，Ｔ_２）の推定方法について、説明する。開路電圧Ｖ_０（ｔ）は、電流Ｉ（ｔ）に可変なパラメータｈを乗じたものをある初期状態から積分したものと考えれば、開路電圧Ｖ_０（ｔ）は、下記式（４）で表すことができる。

そして、上記式（３）に、上記式（４）を代入すると、下記式（５）となり、これを整理すると下記式（６）となる。

さらに、上記式（６）の両辺に安定なローパスフィルタ１／Ｇ_ｌｐ（ｓ）を乗じて、整理すると下記式（７）となる。

なお、本実施形態においては、ローパスフィルタ１／Ｇ_ｌｐ（ｓ）として、下記式（８）に示すものを用いたが、下記式（８）に示すものに限定はされない。下記式（８）において、τはフィルタの時定数である。

ここで、電流検出部３０１で検出した電流計測値Ｉ（ｔ）、および電圧検出部３０２で検出した電圧計測値Ｖ（ｔ）に、ローパスフィルタを施した値を下記式（９）で定義する。

上記式（７）を上記式（９）で書き直し、これをＶ_２（ｔ）について整理すると、下記式（１０）となる。

そして、上記式（１０）は、計測可能な値（Ｉ_１(ｔ）、Ｉ_２(ｔ）、Ｉ_３(ｔ）、Ｖ_２(ｔ）、Ｖ_３(ｔ））と未知パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）との積和式になっているため、適応デジタルフィルタの標準形である下記式（１１）と一致する。

ただし、上記式（１１）中、ｙ＝Ｖ_２(ｔ）、 ω^Ｔ＝［Ｖ_３(ｔ），Ｉ_３(ｔ），Ｉ_２(ｔ），Ｉ_１(ｔ）］、θ＝［−Ｔ_１，Ｋ・Ｔ_２，Ｋ，ｈ］ である。

したがって、電流検出部３０１で検出した電流計測値Ｉ（ｔ）、および電圧検出部３０２で検出した電圧計測値Ｖ（ｔ）にフィルタ処理した信号を、適応デジタルフィルタ演算に用いることで、電池内部状態を表す内部抵抗Ｋ、時定数Ｔ_１およびＴ_２、パラメータｈから構成される未知パラメータベクトルθを一括推定することができる。

本実施形態では、単純な「最小二乗法による適応デジタルフィルタ」の論理的な欠点（一度推定値が収束すると、その後パラメータが変化しても再度正確な推定ができないこと）を改善した「両限トレースゲイン方式」を用いる。すなわち、上記式（１１）を前提にすると、適応デジタルフィルタにより未知パラメータベクトルθを推定するためのアルゴリズムは、下記式（１２）となる。

上記式（１２）において、θ＾（ｋ）は、ｋ時点の電池パラメータθ（ｋ）の推定値を意味する。また、θ＾（ｋ）における右肩に付した「＾」は、その値が推定値であることを示す。なお、上記式（１２）中では、推定値である「＾」を、θ（ｋ）の「θ」の真上に示しているが、下記式（１３）に示すように、これはθ＾（ｋ）と同義である。以下、Ｒ＾（ｔ）、Ｃ＾（ｔ）、Ｖ_０＾（ｔ）、Ｖ＾（ｔ）、Ｉ＾（ｔ）、ＳＯＣ＾（ｔ）、Ｃａｐ＾（ｔ）においても同様である。

また、上記式（１２）において、ｔｒａｃｅ｛Ｑ(ｋ）｝は行列Ｑ(ｋ）のトレース（対角要素の和）を意味し、λ_１、λ_３、γ_Ｕ、γ_Ｌは設計パラメータであり、０＜λ_１＜１、０＜λ_３＜∞とする。λ_３は適応デジタルフィルタの推定速度を設定する定数（調整ゲイン）であり、値を大きくすることにより推定速度は速くなるが、その反面ノイズの影響を受けやすくなる。γ_Ｕおよびγ_Ｌはそれぞれ行列Ｑ(ｋ）のトレースの上下限を規定するパラメータであり、０＜γ_Ｌ＜γ_Ｕとなるように設定する。また、Ｐ(０）は十分大きな値を初期値とし、θ＾（０）は非ゼロな十分小さな値を初期値とする。このようにして、適応デジタルフィルタ演算部３０３により、適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）の推定が行われる。そして、このようにして推定された電池パラメータから、二次電池１０の内部抵抗推定値Ｒ＾（ｔ）、および電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｔ）の算出が行われ、これら内部抵抗推定値Ｒ＾（ｔ）、および電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｔ）は、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）とともに、センサ故障検出部３０４に送出される。

さらに、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、上述した方法にしたがって算出した電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）および電流検出部３０１で検出した電流計測値Ｉ（ｔ）を用いて、たとえば、上記式（６）から、端子電圧推定値Ｖ＾（ｔ）を算出する。また、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、同様に、算出した電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）および電圧検出部３０２で検出した電圧計測値Ｖ（ｔ）を用いて、たとえば、上記式（６）から、電流推定値Ｉ＾（ｔ）を算出する。そして、算出された電圧推定値Ｖ＾（ｔ）および電流推定値Ｉ＾（ｔ）も、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｔ）、電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｔ）、および電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）とともに、センサ故障検出部３０４に送出される。

また、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、次のようにして、推定した電池パラメータから、二次電池１０の開路電圧Ｖ_０を算出する。まず、上記式（３）を開路電圧Ｖ_０について整理すると、下記式（１４）となる。

開路電圧Ｖ_０（ｔ）の変化は比較的に穏やかであるため、上記式（１４）の両辺に安定なローパスフィルタ１／Ｇ_ｌｐ（ｓ）を乗じ、１／Ｇ_ｌｐ（ｓ）を乗じて得られた値を開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｔ）として、下記式（１５）によって推定する。

そして、上記式（１５）に、上記式（９）を代入すると、下記式（１６）となる。

よって、上記式（１６）に、適応デジタルフィルタを用いて推定した電池パラメータ推定値（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ）とローパスフィルタの出力（Ｉ_１(ｔ）、Ｉ_２(ｔ）、Ｖ_１(ｔ）、Ｖ_２(ｔ））を代入することで開路電圧の推定を行うことでき、これにより開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｔ）の算出が行われる。このようにして算出された開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｔ）は、センサ故障検出部３０４および充電容量推定部３０７に送出される。また、開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｔ）は、二次電池１０の充放電可能容量の推定や入出力可能電力の推定などの二次電池１０を制御するための各種演算に用いられる。

さらに、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、後述するセンサ故障検出部３０４から、電流センサ４０および電圧センサ５０の故障判定結果を取得する。そして、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、センサ故障検出部３０４により電流センサ４０が故障している旨の判定結果を取得した場合には、電圧検出部３０１により検出された電圧計測値Ｖ（ｔ）のみを用いて、適応デジタルフィルタ演算を行う。同様に、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、センサ故障検出部３０４により電圧センサ５０が故障している旨の判定結果を取得した場合には、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｔ）のみを用いて、適応デジタルフィルタ演算を行う。

センサ故障検出部３０４は、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｔ）、電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｔ）、ならびに、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電流推定値Ｉ＾（ｔ）、電圧推定値Ｖ＾（ｔ）、開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｔ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｔ）、電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｔ）、および電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）に基づいて、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの検出を行う。そして、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判定された場合には、電圧センサ故障検出部３０５により、電流センサ４０および電圧センサ５０のうちいずれのセンサが故障しているかについての判定が行われる。そして、判定結果は、適応デジタルフィルタ演算部３０３および充電容量推定部３０７に送出される。なお、センサ故障検出部３０４および電圧センサ故障検出部３０５による故障判定方法については後述する。

充電容量推定部３０７は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｔ）を用いて、予め取得した二次電池１０の開路電圧−充電率特性に基づいて、二次電池１０の充電率を推定し、これにより、充電率推定値ＳＯＣ＾（ｔ）を算出する。そして、充電容量推定部３０７は、充電率推定値ＳＯＣ＾（ｔ）および二次電池１０の電池容量から、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｔ）を算出する。ここで、二次電池１０の開路電圧−充電率特性の一例を図４に示す。本実施形態では、二次電池１０の開路電圧−充電率特性は、電子制御ユニット３０に備えられたＲＡＭに予め記憶されており、二次電池１０について、予め実験などにより、開路電圧と充電率との関係を求めることにより得ることができる。

また、充電容量推定部３０７は、センサ故障検出部３０４から、電流センサ４０および電圧センサ５０の故障判定結果を取得する。そして、センサ故障検出部３０４により電圧センサ５０が故障している旨の判定結果を取得した場合には、充電容量推定部３０７は、上記方法に代えて、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｔ）を積算することにより、二次電池１０の充電容量を推定して、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｔ）を算出する。一方、センサ故障検出部３０４により電流センサ４０が故障している旨の判定結果を取得した場合には、充電容量推定部３０７は、上記方法に代えて、電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｔ）のみを用いて、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電流推定値Ｉ＾（ｔ）を取得し、電流推定値Ｉ＾（ｔ）を積算することにより、二次電池１０の充電容量を推定して、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｔ）を算出する。

次いで、本実施形態における、二次電池１０の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図５に示す処理は一定周期毎（本実施形態では、１００ｍｓｅｃ毎）に実施される。以下の説明においては、Ｉ(ｋ）は今回の実行周期の電流値（今回の計測値）、Ｉ(ｋ−１）は１回前の実行周期での電流値（前回の計測値）とし、電流以外の値に関しても同様に表記する。なお、以下に説明する処理は、電子制御ユニット３０により行われる。

まず、ステップＳ１では、電流検出部３０１、および電圧検出部３０２により、電流計測値Ｉ（ｋ）、および電圧計測値Ｖ（ｋ）の取得が行われる。電流計測値Ｉ（ｋ）は適応デジタルフィルタ演算部３０３、センサ故障検出部３０４および充電容量推定部３０７に、電圧計測値Ｖ（ｋ）は適応デジタルフィルタ演算部３０３およびセンサ故障検出部３０４に、それぞれ送出される。

ステップＳ２では、適応デジタルフィルタ演算部３０３により、ステップＳ１で取得した電流計測値Ｉ（ｋ）、および電圧計測値Ｖ（ｋ）に基づき、上述した方法にしたがい、適応デジタルフィルタ演算により、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｋ）、電流推定値Ｉ＾（ｋ）、電圧推定値Ｖ＾（ｋ）、および開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｋ）の算出が行われ、これらは、サンサ故障検出部３０４に送出される。また、算出された開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｋ）は、充電容量推定部３０７へも送出される。

ステップＳ３では、センサ故障検出部３０４により、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの判定が行われる。なお、センサ故障検出部３０４による、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの判定は、たとえば、次に挙げる基準により行われる。

[ａ１]すなわち、第１に、センサ故障検出部３０４は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、少なくとも１つのパラメータが、１回前の実行周期（ｋ−１）と比較して、所定値以上変化した場合に、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断する。これら電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）は、通常は、徐々に変化していくものであり、短時間で大きく変化するものではないため、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、少なくとも１つのパラメータが、所定値以上変化した場合には、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断することができる。そのため、本実施形態では、このような場合に、いずれかのセンサが故障していると判断する。
なお、この場合において、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、少なくとも１つのパラメータが、１回前の実行周期（ｋ−１）と比較して、所定値以上変化したかを判断する代わりに、たとえば、電池パラメータを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるこれら電池パラメータの変化量のうち、少なくとも一つのパラメータの変化量が所定値以上である場合に、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断するような構成としてもよい。

[ａ２]第２に、センサ故障検出部３０４は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｋ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｋ）のうち少なくとも一つが、１回前の実行周期（ｋ−１）と比較して、所定値以上変化した場合に、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断する。二次電池１０の開路電圧Ｖ_０、内部抵抗Ｒ、電気二重層容量Ｃは、通常は、徐々に変化していくものであり、短時間で大きく変化するものではないため、開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｋ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｋ）のうち少なくとも一つが、所定値以上変化した場合には、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断することができる。そのため、本実施形態では、このような場合に、いずれかのセンサが故障していると判断する。
なお、この場合においても、開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｋ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および電気二重層容量推定値Ｃ＾（ｋ）のうち少なくとも一つが、１回前の実行周期（ｋ−１）と比較して、所定値以上変化したかを判断する代わりに、たとえば、これら各推定値を所定時間にわたって記憶しておき、所定時間における各推定値の変化量のうち、少なくとも一つの推定の変化量が所定値以上である場合に、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断するような構成としてもよい。

[ａ３]第３に、センサ故障検出部３０４は、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）と、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電流推定値Ｉ＾（ｋ）と、を比較して、これらの間に所定値以上の差がある場合に、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断する。電流計測値Ｉ（ｋ）と電流推定値Ｉ＾（ｋ）とは、通常、大きく乖離することはないため、これらの差が所定値以上である場合には、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断することができる。そのため、本実施形態では、このような場合に、いずれかのセンサが故障していると判断する。

以上の基準により、センサ故障検出部３０４は、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの判定を行う。

そして、センサ故障検出部３０４による判定の結果、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれも故障していないと判定された場合には、ステップＳ４にて、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれも正常であるとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部３０３および充電容量推定部３０７に送出された後、ステップＳ８に進む。一方、センサ故障検出部３０４による判定の結果、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判定された場合には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、電圧センサ故障検出部３０５により、電圧センサ５０が故障しているか否かの判定が行われる。なお、電圧センサ故障検出部３０５による、電圧センサ５０が故障しているか否かの判定は、たとえば、次に挙げる基準により行われる。

[ｂ１]すなわち、第１に、電圧センサ故障検出部３０５は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）がゼロに収束する場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。二次電池１０は、通常、所定の抵抗値を有するものであり、そのため、二次電池１０の内部抵抗Ｒはゼロとなることはない。その一方で、電圧センサ５０が故障している場合には、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）はゼロに収束する傾向にあるため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。なお、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）がゼロに収束したか否かの判断は、たとえば、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）を所定時間にわたって記憶しておき、所定時間における内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推移に基づいて判断することができる。

[ｂ２]第２に、電圧センサ故障検出部３０５は、電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）と、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電圧推定値Ｖ＾（ｋ）と、を比較して、これらの間に所定値以上の差がある場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。電圧計測値Ｖ（ｋ）と電圧推定値Ｖ＾（ｋ）とは、通常、大きく乖離することはないが、電圧センサ５０が故障している場合には、これらの差が乖離する傾向にある。そのため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。

[ｂ３]第３に、電圧センサ故障検出部３０５は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出されたパラメータｈがゼロに収束する場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。式（４）で示される通り、開路電圧Ｖ_０は、二次電池に流れる電流に可変なパラメータｈを乗じたものをある初期状態から積分したものと考えることができ、このパラメータｈは、通常、ゼロとなることはない。その一方で、電圧センサ５０が故障している場合には、パラメータｈはゼロに収束する傾向にあるため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。なお、パラメータｈがゼロに収束したか否かの判断は、たとえば、パラメータｈを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるパラメータｈの推移に基づいて判断することができる。

[ｂ４]第４に、電圧センサ故障検出部３０５は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、電流センサ４０により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）に対応したパラメータがゼロに収束する場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。ここで、適応デジタルフィルタ演算部３０３により行われる適応デジタルフィルタ演算においては、電流センサ４０により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）および電圧センサ５０により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）の間に一定の相関関係があることを前提として、それぞれに重み付けをして、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）を算出するものである。しかしその一方で、電圧センサ５０に故障が発生した場合には、正確な電圧計測値Ｖ（ｋ）を取得することができなくなり、これにより、電流計測値Ｉ（ｋ）と電圧計測値Ｖ（ｋ）との相関関係が無くなってしまい、その結果、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、電流センサ４０により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）に対応したパラメータがゼロに収束する傾向にある。そのため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ５０が故障していると判断する。なお、電流計測値Ｉ（ｋ）に対応したパラメータがゼロに収束したか否かの判断は、たとえば、電流計測値Ｉ（ｋ）に対応したパラメータを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるパラメータの推移に基づいて判断することができる。また、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、電流センサ４０により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）に対応したパラメータとしては、パラメータＴ_２，Ｋ，ｈが挙げられる（上記式（１０）参照）。

以上の基準により、電圧センサ故障検出部３０５は、電圧センサ５０が故障しているか否かの判定を行う。

そして、電圧センサ故障検出部３０５による判定の結果、電圧センサ５０が故障していると判定された場合には、ステップＳ６にて、電圧センサ５０が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部３０３および充電容量推定部３０７に送出された後、ステップＳ８に進む。一方、電圧センサ故障検出部３０５による判定の結果、電圧センサ５０が故障していないと判定された場合には、ステップＳ７にて、電流センサ４０が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部３０３および充電容量推定部３０７に送出された後、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、充電容量推定部３０７により、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｋ）の算出が行われる。充電容量推定部３０７は、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれも正常である旨の判定結果を取得している場合には、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された開路電圧推定値Ｖ_０＾（ｋ）を用いて、充電率推定値ＳＯＣ＾（ｋ）を算出し、これに基づき、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｋ）を算出する。また、充電容量推定部３０７は、電圧センサ５０が故障している旨の判定結果を取得している場合には、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）を積算することにより、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｋ）を算出する。さらに、充電容量推定部３０７は、電流センサ４０が故障している旨の判定結果を取得している場合には、電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）のみを用いて適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電流推定値Ｉ＾（ｋ）を取得し、電流推定値Ｉ＾（ｋ）を積算することにより、二次電池１０の充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｋ）を算出する。

本実施形態では、以上のようにして二次電池１０の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理が行われる。

本実施形態によれば、電池モデルを用いた適応デジタルフィルタ演算により、二次電池１０の電池モデルのパラメータを一括推定し、二次電池１０の内部状態の推定を行い、その結果に基づいて、電流センサ４０および電圧センサ５０の故障を検出するものであるため、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれが故障しているかを適切に判定することができる。特に、本実施形態によれば、電流センサ４０により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）および電圧センサ５０により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）以外の計測値や温度情報などのその他の情報を用いることなく、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれが故障しているかを適切に判定することができるものである。

加えて、本実施形態によれば、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれか一方が故障している場合には、充電容量推定部３０７による充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｋ）の算出方法を、故障が検出されたセンサの種類に応じて、変化させるものであるため、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれか一方に故障が検出された場合でも、良好に充電容量推定値Ｃａｐ＾（ｋ）の算出を継続することが可能となる。そして、その結果として、二次電池１０の制御精度（たとえば、二次電池１０の充放電可能容量の推定精度や入出力可能電力の推定精度など）の向上が可能となる。

なお、上述した実施形態において、電流センサ４０は本発明の電流検出手段に、電圧センサ５０は本発明の電圧検出手段に、適応デジタルフィルタ演算部３０３は本発明の内部状態推定手段および電圧推定手段に、センサ故障検出部３０４、電圧センサ故障検出部３０５および電流センサ故障検出部３０６は本発明の故障検出手段に、それぞれ相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述の実施形態においては、図５に示すように、ステップＳ５において、電圧センサ故障検出部３０５により、電圧センサ５０の故障の有無判定し、これに基づき、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれが故障しているかを判断するような構成としたが、図６に示すように、電流センサ故障検出部３０６により、電流センサ４０の故障の有無判定し、これに基づき、電流センサ４０および電圧センサ５０のいずれが故障しているかを判断するような構成としてもよい（図６のステップＳ５’）。なお、図６は、他の実施形態における二次電池の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理を示すフローチャートであり、図５に示すフローチャートにおけるステップＳ５の代わりに、ステップＳ５’を実行する以外は、同様となっている。

図６に示すフローチャートにおいては、ステップＳ４における、センサ故障検出部３０４による判定の結果、電流センサ４０および電圧センサ５０のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判定された場合には、ステップＳ５’に進み、電流センサ故障検出部３０６により、電流センサ４０が故障しているか否かの判定が行われる。なお、電流センサ故障検出部３０６による、電流センサ４０が故障しているか否かの判定は、たとえば、次に挙げる基準により行われる。

すなわち、電流センサ故障検出部３０６は、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、電圧センサ５０により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）に対応したパラメータが所定値に収束する場合に、電流センサ４０が故障していると判断する。上述したように、適応デジタルフィルタ演算部３０３により行われる適応デジタルフィルタ演算においては、電流センサ４０により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）および電圧センサ５０により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）の間に一定の相関関係があることを前提として、それぞれに重み付けをして、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）を算出するものである。しかしその一方で、電流センサ４０に故障が発生した場合には、正確な電流計測値Ｉ（ｋ）を取得することができなくなり、これにより、電流計測値Ｉ（ｋ）と電圧計測値Ｖ（ｋ）との相関関係が無くなってしまい、その結果、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、電圧センサ５０により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）に対応したパラメータが所定値に収束する傾向にある。そのため、本実施形態では、このような場合に、電流センサ５０が故障していると判断する。なお、電圧計測値Ｖ（ｋ）に対応したパラメータが所定値に収束したか否かの判断は、たとえば、電圧計測値Ｖ（ｋ）に対応したパラメータを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるパラメータの推移に基づいて判断することができる。また、電池パラメータ（Ｔ_１，Ｔ_２，Ｋ，ｈ）のうち、電圧センサ５０により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）に対応したパラメータとしては、パラメータＴ_１が挙げられる（上記式（１０）参照）。

そして、電流センサ故障検出部３０６による判定の結果、電流センサ４０が故障していると判定された場合には、ステップＳ７にて、電流センサ４０が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部３０３および充電容量推定部３０７に送出された後、ステップＳ８に進むこととなる。一方、電流センサ故障検出部３０６による判定の結果、電流センサ４０が故障していないと判定された場合には、ステップＳ６にて、電圧センサ５０が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部３０３および充電容量推定部３０７に送出された後、ステップＳ８に進むこととなる。

１０…二次電池
２０…負荷
３０…電子制御ユニット
３０１…電流検出部
３０２…電圧検出部
３０３…適応デジタルフィルタ演算部
３０４…センサ故障検出部
３０５…電圧センサ故障検出部
３０６…電流センサ故障検出部
３０７…充電容量推定部
４０…電流センサ
５０…電圧センサ

Claims (6)

1. 二次電池の電流を検出する電流検出手段と、
   前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記二次電池の電池モデルを定義し、前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記電池モデルを用いて適応デジタルフィルタ演算を行って、前記適応デジタルフィルタ演算により、前記二次電池の内部抵抗、前記二次電池の電気二重層容量、および下記式（Ｉ）を満足するパラメータｈを含む前記電池モデルのパラメータを一括推定することで、前記二次電池の内部状態を推定する内部状態推定手段と、
   前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、を備え、
   前記故障検出手段は、前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部抵抗の推定値がゼロに収束する場合に、前記電圧検出手段が故障していると判定することを特徴とする二次電池の制御装置。
   

   

   上記式（Ｉ）中、Ｖ_０は開路電圧、Ｉは電流の計測値、ｓは微分オペレータである。
2. 二次電池の電流を検出する電流検出手段と、
   前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記二次電池の電池モデルを定義し、前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記電池モデルを用いて適応デジタルフィルタ演算を行って、前記電池モデルのパラメータを一括推定することで、前記二次電池の内部状態を推定する内部状態推定手段と、
   前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態、および前記電流検出手段により検出された電流の計測値から、前記二次電池の端子電圧を推定する電圧推定手段と、
   前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、を備え、
   前記故障検出手段は、前記電圧検出手段により検出された端子電圧の計測値と、前記電圧推定手段により推定された端子電圧の推定値とを比較し、前記端子電圧の計測値と前記端子電圧の推定値との差が所定値以上である場合に、前記電圧検出手段が故障していると判定することを特徴とする二次電池の制御装置。
3. 二次電池の電流を検出する電流検出手段と、
   前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記二次電池の電池モデルを定義し、前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記電池モデルを用いて適応デジタルフィルタ演算を行って、前記適応デジタルフィルタ演算により、前記二次電池の内部抵抗、前記二次電池の電気二重層容量、および下記式（Ｉ）を満足するパラメータｈを含む前記電池モデルのパラメータを一括推定することで、前記二次電池の内部状態を推定する内部状態推定手段と、
   前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、を備え、
   前記故障検出手段は、前記内部状態推定手段により推定したパラメータｈがゼロに収束する場合に、前記電圧検出手段が故障していると判定することを特徴とする二次電池の制御装置。
   

   

   上記式（Ｉ）中、Ｖ _０ は開路電圧、Ｉは電流の計測値、ｓは微分オペレータである。
4. 二次電池の電流を検出する電流検出手段と、
   前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記二次電池の電池モデルを定義し、前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記電池モデルを用いて適応デジタルフィルタ演算を行って、前記電池モデルのパラメータを一括推定することで、前記二次電池の内部状態を推定する内部状態推定手段と、
   前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、を備え、
   前記故障検出手段は、前記内部状態推定手段によって、適応デジタルフィルタ演算により一括推定されたパラメータのうち、前記電流検出手段により検出された電流の計測値に対応したパラメータがゼロに収束する場合に、前記電圧検出手段が故障していると判定することを特徴とする二次電池の制御装置。
5. 二次電池の電流を検出する電流検出手段と、
   前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記二次電池の電池モデルを定義し、前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記電池モデルを用いて適応デジタルフィルタ演算を行って、前記電池モデルのパラメータを一括推定することで、前記二次電池の内部状態を推定する内部状態推定手段と、
   前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、を備え、
   前記故障検出手段は、前記内部状態推定手段によって、適応デジタルフィルタ演算により一括推定されたパラメータのうち、前記電圧検出手段により検出された端子電圧の計測値に対応したパラメータが所定値に収束する場合に、前記電流検出手段が故障していると判定することを特徴とする二次電池の制御装置。
6. 前記二次電池の充電容量を推定する充電容量推定手段をさらに備え、
   前記充電容量推定手段は、前記故障検出手段により前記電圧検出手段が故障していると判定された場合には、前記電流検出手段により検出された電流の計測値を積算することで、前記二次電池の充電容量を推定し、
   前記充電容量推定手段は、前記故障検出手段により前記電流検出手段が故障していると判定された場合には、前記電圧検出手段により検出された端子電圧の計測値から、前記二次電池の電流値を推定して、推定した電流値を積算することで、前記二次電池の充電容量を推定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池の制御装置。

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