JP5442583B2

JP5442583B2 - 電源装置用状態検知装置及び電源装置

Info

Publication number: JP5442583B2
Application number: JP2010254627A
Authority: JP
Inventors: 洋平河原; 昭彦江守; 修子山内; 広考高橋; 正実志田; 彰彦工藤
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2025-03-07
Also published as: US20060202857A1; JP2011085592A; CN1835273B; CN1835273A; KR20060097581A; US7622894B2; KR101195515B1; JP4767558B2; EP1701175A3; EP1701175A2; EP1701175B1; US8054045B2; US20100030499A1; JP2006242880A

Description

本発明は、蓄電池の状態を検知するに好適な電源装置用状態検知装置及び電源装置に関する。

リチウムニ次電池やニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電手段を用いた電源装置，分散型電力貯蔵装置，電気自動車では、蓄電手段を安全に、且つ有効に使用するために、蓄電手段の状態を検知する状態検知装置が用いられている。蓄電手段の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態（SOC：State of Charge）又は残存容量や、どの程度まで劣化や弱っているのかを示す健康状態（SOH：State of Health）又は劣化度などがある。また、蓄電手段のそれらの状態を検知するためには、蓄電手段の特性情報（内部抵抗等）を予め把握する必要がある。

携帯機器用や電気自動車等の電源装置でのSOC（充電状態）は、満充電からの放電電流を積算し、最大限充電可能な電荷量（全容量）に対し、蓄電手段に残っている電荷量（残存容量）の比を算出することで検出することができる。しかし、多くの蓄電手段は、SOH（健康状態）や温度等により全容量が変化するため、この様な経時変化や環境変化に対する正確なSOC検出が困難である。

そこで、従来は、例えば、特開平１０−２８９７３４号公報に記載のように、電池の温度に基づいて算出した温度補正係数及び電池の劣化に基づいて算出した劣化補正係数により初期電池特性を補正し、その補正された電池特性と放電中の放電電流及び端子電圧に基づいて電池の残存容量を算出するものが知られている。

また、特開平１１−２１８５６７号公報に記載のように、温度補正係数，内部抵抗劣化補正係数，容量劣化補正係数との関係から、初期電池特性を補正して劣化時の電池特性を算出するものが知られている。

さらに、特開２０００−１６６１０５号公報に記載のように、充放電電流に基づいて充電状態を検出し、電圧に基づいて蓄電状態を検出し、これらの検出に基づいて充電状態を制御するものが知られている。

また、特開２０００−１６６１０９号公報に記載のように、充放電電流と電圧とに基づいて起電圧を求め、この起電圧と充電特性との関係に基づいて充電特性を算出するものが知られている。

さらに、特開２００１−８５０７１号公報に記載のように、各々の端子間の電圧と各々に流れる電流とに基づいて組み電池モジュールの各々の温度を推定するものが知られている。

特開平１０−２８９７３４号公報特開平１１−２１８５６７号公報特開２０００−１６６１０５号公報特開２０００−１６６１０９号公報特開２００１−８５０７１号公報

しかしながら、特開平１０−２８９７３４号公報記載の方法では、温度や劣化の影響を考慮して、これらの影響を温度補正係数や劣化補正係数として取り入れたものであり、残存容量の算出に必要なパラメータを複雑な算出過程を経たこれらの補正係数で補正する。このため、補正係数の値自体が正しいか、また全ての電池特性が補正できているか疑問が残る。

加えて、ある種の蓄電手段は充電効率やメモリ効果などの特性もあるため、高精度な残存容量推定には、これらの特性も考慮し補正する必要がある。また、一般に蓄電手段の初期特性は個体差があるため、高精度な残存容量推定には、これらの個体差も補正する必要がある。

即ち、高精度な残存容量推定等の状態検知を行うには、蓄電手段の特性を忠実にモデリングし、複数のパラメータを取り入れる必要がある。更にこれらのパラメータの経時変化や環境変化に伴う補正を行う必要がある。

このため、蓄電手段の初期特性や複数のパラメータ、また補正係数のデータを取得するために、膨大な時間や労力が費やされる。しかし、どんなに演算を複雑なものにしたとしても、演算結果は電池特性の理論又はモデルに基づく推定の域を脱せず、推定結果が真の値に対し正しいか依然として疑問が残る。

本発明の目的は、高精度な蓄電手段の状態検知を行うことができる電源装置用状態検知装置及び電源装置を提供することにある。

本発明は、高精度な蓄電手段の状態検知を行うことができる電源装置用状態検知装置を提供する。

本発明の最も代表的な特徴は、前記蓄電手段の特性情報が格納された記憶手段と、前記計測手段の出力から得られた計測情報と、前記記憶手段に格納された特性情報と、を含む情報を用いて、前記蓄電手段の充電状態を検知するための演算を実行する演算手段と、を備え、前記演算手段は、前記計測情報及び前記特性情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の開放電圧求めると共に、前記開放電圧を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第１充電状態を求める第１充電状態検出手段と、前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第２充電状態を求める第２充電状態検出手段と、前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流と前記蓄電手段の内部抵抗との積を求める誤差検出手段と、前記誤差検出手段が求めた前記電流と内部抵抗との積を用いて、前記誤差検出手段が求めた前記電流Ｉと内部抵抗Ｒとの積を用いて、前記第１充電状態及び前記第２充電状態のそれぞれに重み付けされる第１の重みを１／（１＋Ｒ・Ｉ）として求め、第２重みを（１−第１の重み）として求める重み決定手段と、前記第１充電状態に前記第１重みが重み付けされて求められた充電状態と、前記第２充電状態に前記第２重みが重み付けされて求められた充電状態と、を組み合わせて、前記蓄電手段の充電状態を求める手段とを備えたものである。

また、本発明は、高精度な蓄電手段の状態検知を行うことができる電源装置を提供する。

本発明の最も代表的な特徴は、蓄電手段と、前記蓄電手段の少なくとも電圧，電流，温度を計測するための計測手段と、前記蓄電手段の充電状態を検知する状態検知装置と、を備え、前記状態検知装置は、前記蓄電手段の特性情報が格納された記憶手段と、前記計測手段の出力から得られた計測情報と、前記記憶手段に格納された特性情報と、を含む情報を用いて、前記蓄電手段の充電状態を検知するための演算を実行する演算手段と、を備えており、前記演算手段は、前記計測情報及び前記特性情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の開放電圧を求めると共に、前記開放電圧を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第１充電状態を求める第１充電状態検出手段と、前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第２充電状態を求める第２充電状態検出手段と、前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流と前記蓄電手段の内部抵抗との積を求める誤差検出手段と、前記誤差検出手段が求めた前記電流と内部抵抗との積を用いて、前記誤差検出手段が求めた前記電流Ｉと内部抵抗Ｒとの積を用いて、前記第１充電状態及び前記第２充電状態のそれぞれに重み付けされる第１の重みを１／（１＋Ｒ・Ｉ）として求め、第２重みを（１−第１の重み）として求める重み決定手段と、前記第１充電状態に前記第１重みが重み付けされて求められた充電状態と、前記第２充電状態に前記第２重みが重み付けされて求められた充電状態と、を組み合わせて、前記蓄電手段の充電状態を求める手段とからなるものである。

本発明によれば、高精度な蓄電手段の状態を検知できるものとなる。

本発明の第１の実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による電源装置の状態検知手段の処理内容を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態による電源装置に用いる蓄電手段の等価回路を示す回路図である。本発明の第１の実施形態による電源装置におけるＯＣＶとＳＯＣの特性情報の説明図である。本発明の第１の実施形態による電源装置における充電時の電流とＳＯＣ（充電状態）の変化の説明図である。本発明の第１の実施形態による電源装置における蓄電手段のＳＯＣ（充電状態）と許容電流を示す線図である。本発明の第２の実施形態による電源装置の矛盾検知手段の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施形態による電源装置に用いる状態検知手段の中の演算手段の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態による電源装置に用いる蓄電手段の内部抵抗の温度による変化を示す説明図である。本発明の第４の実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態による電源装置における蓄電手段の劣化時のＳＯＣ（充電状態）の変化の説明図である。本発明の第４の実施形態による電源装置に用いる劣化判定手段の処理内容を示すフローチャートである。本発明の第５の実施形態による電源装置を用いた初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第５の実施形態による電源装置を用いた初期特性抽出装置が備える充放電装置の処理内容を示すフローチャートである。本発明の第５の実施形態による電源装置を用いた初期特性抽出装置が備える充放電装置の説明図である。本発明の第６の実施形態による電源装置を用いた第２の初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第６の実施形態による電源装置における初期特性抽出方法の説明図である。本発明の第７の実施形態による電源装置を用いた第３の初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。本発明の第７の実施形態による電源装置における初期特性抽出方法の説明図である。本発明の第８の実施形態による電源装置を用いた第４の初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の第１の実施形態による電源装置の構成及び動作について説明する。

最初に、図１を用いて、本実施形態による電源装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態による電源装置は、状態検知手段１００と、蓄電手段２００と、計測手段３００と、出力手段４００とから構成される。蓄電手段２００は、電気を蓄えて放電を行うものであり、例えば、リチウムニ次電池である。なお、蓄電手段２００としては、他に、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの電力貯蔵機能を有するデバイスに対しても、本実施形態は適用できるものである。蓄電手段２００は、単セルであっても良いし、単セルを複数組み合わせたモジュール構造にしても良いものである。

計測手段３００は、蓄電手段２００の情報（電圧Ｖ，電流Ｉ，温度Ｔなど）を取得するためのセンサや電気回路である。

状態検知手段１００は、演算手段１１０と、矛盾検知手段１２０と、補正手段１３０と、記憶手段１４０とからなる。

演算手段１１０は、計測手段３００から取得した計測値（Ｖ，Ｉ，Ｔ）と、記憶手段１３０から読み出した蓄電手段２００の特性情報（蓄電手段２００の分極電圧Ｖｐ，内部抵抗Ｒ）に基づいて、蓄電手段２００のSOC（充電状態）を算出する。演算手段１１０は、マイクロプロセッサやコンピュータなどからなる。演算手段１１０におけるSOC（充電状態）を算出方法については、図３及び図４を用いて後述する。

矛盾検知手段１２０は、計測手段３００で取得した計測値（Ｉ）と演算手段１１０が算出したSOC（充電状態）とに基づいて、演算手段１１０で求めた結果が、理論値から外れる矛盾が生じていないか監視を行う。演算手段１１０で求めた結果が理論値から外れている場合は矛盾として検知する。矛盾検知手段１２０による矛盾検知の具体的方法については、図５及び図６を用いて後述する。

補正手段１４０は、記憶手段１３０に格納された特性情報（分極電圧Ｖｐ，内部抵抗Ｒ）を補正する。補正手段１４０は、矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾を検知した場合にのみ起動しても良いし、理論値から外れる矛盾の有無に関わらず起動させても良い。

理論値から外れる矛盾の有無に関わらず補正手段１４０を起動させる場合、矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾を検知した際には所定の補正量で特性情報の補正を行い、理論値から外れる矛盾が無い場合は補正量を０として特性情報の補正を行う。また、補正手段１４０は、矛盾検知手段１２０が検知した理論値から外れる矛盾内容に応じて特性情報の補正を行う。補正手段１４０の動作については、後述する。

記憶手段１３０は、内部抵抗、分極電圧、充電効率、許容電流、全容量などの、蓄電手段２００から予め求めることができる特性情報を記憶している。これらの特性情報は、充電・放電別に特性値を持たせても良いし、充電状態や温度など、蓄電手段２００の状態に応じて値を持たせても良く、蓄電手段２００のあらゆる状態に共通した１つの値を特性情報として持たせても良い。

記憶手段１３０は、フラッシュメモリ、EEPROM、磁気ディスク等のメモリ装置からなる。記憶手段１３０は、演算手段１１０の外部に備えても良いし、演算手段１１０の内部に備えるメモリ装置として実現しても良い。記憶手段１３０は、蓄電手段２００の特性情報の他に、蓄電手段２００の状態検知を行うための演算手順を格納してもよい。

記憶手段１３０は、取り外し可能にしても良い。取り外し可能にした場合、記憶手段１３０を取り替えることによって、特性情報と演算手順とを簡単に変更することができる。また、記憶手段１３０を複数有し、特性情報と演算手順とを取替え可能な記憶手段１３０に分散させて格納すると、特性情報と演算手順とを細かに更新することが可能となる。

出力手段４００は、演算手段１１０で求めたSOC（充電状態）などを、外部に出力する。

次に、図２〜図６を用いて、本実施形態による電源装置の状態検知手段１００の動作について説明する。

最初に、図２を用いて、本実施形態による電源装置の状態検知手段１００の全体的な処理の内容について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態による電源装置の状態検知手段の処理内容を示すフローチャートである。

図２のステップｓ１０において、演算手段１１０は、蓄電手段２００の計測値（Ｖ，Ｉ，Ｔ）と、記憶手段１３０から読み出した蓄電手段２００の特性情報（蓄電手段２００の分極電圧Ｖｐ，内部抵抗Ｒ）に基づいて、蓄電手段２００のSOC（充電状態）を算出して、状態検知を行う。

ここで、図３及び図４を用いて、本実施形態による状態検知手段１００の演算手段１１０の処理の内容について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による電源装置に用いる蓄電手段の等価回路を示す回路図である。図４は、本発明の第１の実施形態による電源装置におけるＯＣＶとＳＯＣの特性情報の説明図である。

図３は、蓄電手段２００の等価回路を示している。蓄電手段２００は、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対と、内部抵抗Ｒと、起電力ＯＣＶの直列接続で表される。

蓄電手段２００に電流Ｉを印加すると、蓄電手段２００の端子間電圧（ＣＣＶ）は、以下の式（１）で表される。

ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・Ｒ＋Ｖｐ …（１）

ここで、Ｖｐは分極電圧であり、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対の電圧に相当する。

起電力ＯＣＶはＳＯＣ（充電状態）の演算に用いられるが、蓄電手段２００が充放電されている状況では、起電力ＯＣＶを直接測定することが不可能である。このため、起電力ＯＣＶは、以下の式（２）の様に、起電力ＣＣＶからＩＲドロップと分極電圧Ｖｐを差し引いて、算出される。

ＯＣＶ＝ＣＣＶ−ＩＲ−Ｖｐ …（２）

ここで、内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、記憶手段１３０に格納されている特性情報から求めることができる。なお、内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、蓄電手段２００の充電状態や温度などに応じて値を持っている。電流値Ｉは計測手段３００で取得した計測値から得られる。

図４は、起電力ＯＣＶとＳＯＣ（充電状態）の関係を示している。式（２）により、電流値Ｉと内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐを用いて起電力ＯＣＶが算出されると、さらに、予め求めた起電力ＯＣＶとＳＯＣ（充電状態）の特性情報を用いることによって、蓄電手段２００のＳＯＣ（充電状態）を推定することができる。

演算手段１１０は、以上のようにして求めたＳＯＣ（充電状態）を矛盾検知手段１２０に送信する。

次に、図２のステップｓ２０において、矛盾検知手段１２０は、演算手段１１０から受け取ったＳＯＣ（充電状態）と、計測手段３００によって計測された計測値（Ｉ）により、理論値から外れる矛盾がないか監視する。矛盾がない場合にはステップｓ５０に進み、矛盾がある場合には、ステップｓ３０に進む。

ここで、図５及び図６を用いて、本実施形態による状態検知手段１００の矛盾検知手段１２０の処理の内容について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による電源装置における充電時の電流とＳＯＣ（充電状態）の変化の説明図である。

図５（Ａ）は電流の変化を示し、図５（Ｂ）は演算手段１１０で求められたＳＯＣ（充電状態）の変化を示している。図５（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、蓄電手段２００への充電が開始すると、電流Ｉが０から正の値に変化する。それに対して、図５（Ｂ）に示すように、演算手段１１０が算出した状態検知の結果（ＳＯＣ（充電状態））は、時刻ｔ１から増加を示す。

このとき、矛盾検知手段１２０は、ＳＯＣの増加が所定の閾値Ｔｈを超えていないかを監視する。図５（Ｂ）に示すように、所定の閾値Ｔｈを超えてＳＯＣが増加した場合、矛盾検知手段１２０は、ＳＯＣの変化が過度であり理論値から外れると判断する。

以上は、充電開始状態についてであるが、電流値Ｉが０から減少して、放電を示す場合には、演算手段１１０で求めた結果であるＳＯＣの減少量を監視する。ＳＯＣが閾値Ｔｈを超えて減少する場合、矛盾検知手段１２０は理論値から外れていると判断し、矛盾として検知する。

ＳＯＣ（充電状態）の変化が過度であると判定するために用いる閾値Ｔｈは、蓄電手段２００の性能から求まる許容最大充放電電流値Ｉmaxと全容量Ｑmaxとを用いて、以下の式（３）から得られる。

Ｔｈ＝ΔＳＯＣmax＝１００×Ｉmax／Ｑmax …（３）

蓄電手段２００は性能上、どのような状態に応じてもΔＳＯＣmaxを超えてＳＯＣが変化しない。従って、求めたＳＯＣがΔＳＯＣmaxを超えて増加若しくは減少した場合は、理論値から外れる矛盾として判断できる。

次に、図６を用いて、蓄電手段２００の性能と状態に応じて閾値Ｔｈを変化させる場合について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による電源装置における蓄電手段のＳＯＣ（充電状態）と許容電流を示す線図である。

図６に示すように、ＳＯＣ（充電状態）の増加に伴い許容放電電流が増加し、許容充電電流は減少する。蓄電手段２００の上限電圧をＶmax、下限電圧をＶminとすると、許容充電電流Ｉｃmaxと許容放電電流Ｉｄmaxは、以下の式（４）及び式（５）で求まる。

Ｉcmax＝（Ｖmax−ＯＣＶ）／Ｒｚ …（４）

Ｉdmax＝（ＯＣＶ−Ｖmin）／Ｒｚ …（５）

ここで、Ｒｚは、図３におけるＲ，Ｚ，Ｃの等価インピーダンスである。

蓄電手段２００の全容量Ｑmaxを用いて、以下の式（６）と式（７）から、蓄電手段２００の性能及び温度、ＳＯＣに応じた充電時のＳＯＣの最大増加量ΔＳＯＣcmaxと放電時の最大減少量ΔＳＯＣdmaxが求まる。

ΔＳＯＣcmax＝１００×Ｉcmax／Ｑmax …（６）

ΔＳＯＣdmax＝１００×Ｉdmax／Ｑmax …（７）

蓄電手段２００のＳＯＣは充電時にΔＳＯＣmaxを超えて増加することはなく、放電時にΔＳＯＣdmaxを超えて減少することはない。従って、矛盾検知手段１２０は、ΔＳＯＣcmaxとΔＳＯＣdmaxを、蓄電手段２００の性能及び温度、ＳＯＣに応じて可変となる閾値Ｔｈとして用いることができる。すなわち、図５に示したように、充電開始時のように電流がステップ的に変化する場合だけでなく、なだらかに変化する場合でも、充電時のＳＯＣの最大増加量ΔＳＯＣcmaxと放電時の最大減少量ΔＳＯＣdmaxを使うことで、矛盾を検知することができる。

前述した閾値Ｔｈの決定方法は、蓄電手段２００の性能のみを考慮に入れた場合である。これに加えて、蓄電手段２００を電源として使用するシステムに応じた最大許容充放電電流を考慮すれば、より確実な閾値Ｔｈの決定が可能になる。例えば、放電時について説明すると、蓄電手段自体の最大許容放電電流が２００Ａとしても、この蓄電手段をシステムである自動車に用いたとき、システムが使用する最大の電流値が１００Ａであれば、１００Ａを最大許容放電電流として用いて閾値Ｔｈを決定すればよい。また、充電時について説明すると、システムである自動車に用いる場合、最大許容充電電流は、蓄電手段自体の最大許容充電電流が２００Aとしても、オルタネータや発電機として用いられる発電電動機（Ｍ／Ｇ）の最大発電電流が１００Aであれば、１００Aを最大許容充電電流として用いて閾値Ｔｈを決定すればよい。

次に、図２のステップ３０において、ステップｓ２０で矛盾が検知された場合、補正手段１４０は、特性情報を補正し、補正された特性情報を記憶手段１３０に格納する。

理論値から外れる矛盾に対して、補正手段１４０は、記憶手段１３０に記憶されている内部抵抗Ｒの数値を上げ、補正された内部抵抗Ｒ’は新たな特性情報として記憶手段１３０に格納され、次回の演算から新たな特性情報として用いられる。

ここで、内部抵抗Ｒの補正量は１％上げる方法でも良いし、特性情報として持たせた値の最小単位だけ上げる方法でも良く、理論値からはずれる現象が大きいほど補正量を大きく、理論値からはずれる現象が小さいほど補正量を小さくする方法でも良い。特性情報として持たせた値の最小単位とは、記憶手段１３０に持たせることが可能な内部抵抗の桁数の、最小単位である。例えば、内部抵抗の最小値が０．１ｍΩとすると０．１ｍΩ単位で内部抵抗を上げる。

また、補正量を可変にしたい場合は、例えば、以下の方法を用いる。閾値Ｔｈを超えてＳＯＣ（充電状態）が変化した場合、１つ前の充電状態ＳＯＣoldを用いて充電状態ＳＯＣthを、以下の式（８）により求める。

ＳＯＣth＝ＳＯＣold＋Ｔｈ …（８）

図４で示した起電力ＯＣＶとＳＯＣ（充電状態）の関係から、充電状態ＳＯＣthに対応する起電力ＯＣＶthを求めることができる。得られたＯＣＶthを用いると、式（２）は以下の式（９）のように書き換えることができる。

ＯＣＶth＝ＣＣＶ−ＩＲth−Ｖｐ …（９）

式（９）を整理すると、閾値Ｔｈを超えないＳＯＣの変化を得るためのＲｔｈを、以下の式（１０）として求めることができる。

Ｒｔｈ＝（ＣＣＶ−ＯＣＶｔｈ−Ｖｐ）／Ｉ …（１０）

式（１０）で求めたＲｔｈになるように、補正手段１４０は、内部抵抗Ｒを補正する。このようにすれば、特性情報の補正量を動的に変更することが可能になる。

次に、計測手段３００で取得した電流値Ｉが充電を示し、演算手段１１０が実行した状態検知の結果がＳＯＣ（充電状態）の減少を示した場合、或いは電流値が放電を示し、状態検知の結果がＳＯＣの増加を示した場合の、矛盾検知手段１２０の動作について、以下、説明する。

矛盾検知手段１２０は、計測手段３００で取得した蓄電手段２００の電流値Ｉが充電を示したとき、演算手段１１０が実行した状態検知の結果がＳＯＣが減少して「逆転」を示した場合、矛盾検知手段１２０は理論値から外れる矛盾として検知する。また、計測手段３００で取得した電流値が放電を示し、ＳＯＣが増加する「逆転」を示した場合においても、同様に矛盾検知手段１２０は理論値から外れる矛盾として検知する。

なお、矛盾検知手段１２０は、計測値の電流に対して少しでもＳＯＣが逆転を示した場合に矛盾として検知しても良く、閾値Ｔｈ以下の範囲で用意した所定の値まではＳＯＣの逆転を許すなど、マージンを持たせる方法でも良い。

ＳＯＣの逆転時には、補正手段１４０は内部抵抗Ｒを下げる補正をする。補正量で補正された内部抵抗Ｒ’は、新たな特性情報として記憶手段１３０に格納され、次回の演算から新たな特性情報が用いられる。

ここで、以下の（表１）に、矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾を検知する動作と、矛盾が生じた原因と、矛盾を解決するために行う補正手段１４０の補正内容を示す。このように、Ｒが小さすぎると発生する過度のＳＯＣの変化と、Ｒが大きすぎると発生するＳＯＣの逆転とを理論値から外れる矛盾として矛盾検知手段１２０が検知し、矛盾内容に応じて補正手段１４０がＲを補正するので、ＳＯＣの過度な変化がなく、ＳＯＣの逆転がないＲを用いて蓄電手段２００の状態検知を行うことができる。

次に、図２のステップｓ４０において、演算手段１１０は、新たな特性情報を用いて蓄電手段２００の状態検知を再度行うと、より精度が高い状態検知結果が得られる。

次に、図２のステップｓ５０において、得られた状態検知の結果は出力手段４００に送信され、出力される。

なお、以上の説明で、図１の矛盾検知手段１２０及び補正手段１４０は、それぞれマイクロプロセッサやコンピュータとして実現しても良いし、矛盾検知手段１２０と補正手段１４０の処理をまとめて実行する１つのマイクロプロセッサやコンピュータとして実現しても良い。演算手段１１０と矛盾検知手段１２０と補正手段１４０は情報及び命令のやり取りを行う通信手段で接続される。

また、図１の矛盾検知手段１２０及び補正手段１４０は、演算手段１１０の外部に設置してあるが、それぞれ前述した処理内容を行うプログラムモジュール、サブルーチンとして実現しても良く、矛盾検知手段１２０と補正手段１４０の処理を１つにまとめた演算手続きとして実現しても良い。この場合、矛盾検知手段１２０及び補正手段１４０は、記憶手段１３０に格納され、演算手段１１０で実行される。

出力手段４００は、CSMA/CDという方式を採用するＬＡＮ、ＣＡＮ、無線ＬＡＮ、短距離無線通信、又は、フォトカプラやリレーなどの０Ｎ−０ＦＦ信号を通信するデバイスや回路から成り、有線通信でも無線通信でも良い。出力手段４００としてディスプレイなどの表示装置を用いても良く、現在の状態検知の結果のみ表示させても良いし、現在と過去の状態検知の結果を合わせて表示することで、時系列的なグラフとして表示させても良い。

また、本実施例では、Ａ／Ｄ変換器やフラッシュメモリ、マイクロプロセッサ、通信回路が同一デバイス上に構成されたマイクロコンピュータを用いれば、計測手段３００、記憶手段１３０、演算手段１１０、矛盾検知手段１２０、補正手段１４０、出力手段４００は同一デバイス上に構成することができる。また、これらは、その他の制御装置と兼用することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、矛盾検知手段１２０によって過度なＳＯＣの変化検知された場合には、内部抵抗Ｒを上げる補正を行い、ＳＯＣの逆転が検知された場合には、内部抵抗を下げる補正を行うようにしているので、パラメータの経時変化や環境変化に対しても、高精度な蓄電手段の状態検知を行うことができる。

次に、図１及び図７を用いて、本発明の第２の実施形態による電源装置の構成及び動作について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態による電源装置の矛盾検知手段の動作を示すフローチャートである。

本実施形態による電源装置の全体構成は、図１に示したものと同様である。本実施形態では、矛盾検知手段１２０における処理内容が、図２のものと異なっている。

矛盾検知手段１２０は、蓄電手段２００の充放電が終了した後、すなわち、計測値の中の電流値が０Ａを示すようになった場合、ＳＯＣは自己放電を無視できる環境下では変化が起こらないのが通常の状況である。そこで、矛盾検知手段１２０は充放電が終了した後の演算手段１１０が求めたＳＯＣを監視し、推定されたＳＯＣに変化が見られた場合は理論値から外れる矛盾として検知する。

ここで、図７を用いて、矛盾検知手段１２０の具体的な矛盾検知方法について説明する。

ステップｓ１００において、矛盾検知手段１２０は、ＳＯＣ推定結果の数をカウントするために用意したカウンタに０をセットする。

次に、ステップｓ１１０において、計測値の中の電流を監視し、電流が０Ａになった場合に蓄電手段２００の充放電が終了したと判断する。

次に、ステップｓ１２０において、充放電が終了したと判断された後の、蓄電手段２００の状態検知の結果を演算手段１１０内の書き換え可能なメモリ装置などに格納し、ステップｓ１３０において、カウンタの値を１つ増加する。この場合、カウンタに格納される値は１になる。

次に、ステップｓ１４０において、カウンタに格納される値が用意した所定の閾値以上であるか監視する。カウンタの値が所定の閾値に満たない場合、ステップｓ１１０に戻る。ステップｓ１１０により現在の蓄電手段２００の状態が監視され、充放電されていない場合は蓄電手段２００の状態検知を行った結果を以前格納した結果に追加して格納する。カウンタの値をさらに１つ増やしてカウンタの値は２となる。カウンタの値が所定の閾値以上になるまで手順を繰り返し、充放電終了後のＳＯＣ推定結果を格納し続ける。

カウンタの値が所定の閾値を越えた場合、ステップｓ１５０において、矛盾検知手段１２０は、メモリ装置に格納した複数の状態検知の結果を解析し、蓄電手段２００が充放電されていないときのＳＯＣの変化を確認する。メモリ装置に格納されている結果は、蓄電手段２００の充放電が行われていない状況であるからＳＯＣに変化が見られないのが通常の状況である。そこで、ＳＯＣに変化が見られる状況のとき、矛盾検知手段１２０は、理論値から外れる矛盾が生じていると判定する。

矛盾が生じている場合には、補正手段１４０は、ステップｓ１６０において、分極電圧Ｖｐを補正する。

なお、閾値は２以上の値を用いる。閾値として２を用いた場合、センシング誤差などの影響で生じるＳＯＣの変化を理論値から外れる矛盾として捉える可能性が大きいため、注意が必要である。

補正手段１４０は、矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾を検知したときのみ起動しても良いし、矛盾が検知されない場合においても常時起動させても良い。この場合、補正手段１４０は矛盾が検知されない場合は分極電圧Ｖｐを補正量０で、矛盾が検知された場合は所定の補正量でＶｐの補正を行う。

カウンタの値が所定の閾値を越える前に電流ＯＡ以外の計測値が取得された場合、すなわち、蓄電手段２００の充放電が開始された場合は前述格納した状態検知の結果は消去され、カウンタの値も０にセットし直される。次に電流０Ａを検知したとき、前述した処理を同様に行う。

カウンタの値が閾値を超えた場合の、矛盾検知手段１２０の矛盾の検知方法について述べる。カウンタの値が閾値を超えた場合、矛盾検知手段１２０はメモリ装置に格納された２個以上のＳＯＣ推定結果を解析し、ＳＯＣの時系列的な変化を確認する。ＳＯＣの時系列的な変化を確認する方法として、例えば、最小二乗法などを用いることができる。最小二乗法により２個以上のＳＯＣの値を直線近似して時系列的な変化を直線の傾きｋとして表現できる。また、格納したＳＯＣ推定結果の時系列的な変化量を積算し、格納したＳＯＣの個数で割ることによって平均的なＳＯＣの変化量を求め、求めた変化量をｋとしてＳＯＣの時系列的な変化を確認しても良い。

（表２）は、充放電が終了した後の理論値から外れるＳＯＣの変化ｋと、その矛盾を解決するための補正手段が行うＶｐの補正について示している。

このように、充放電終了後にＳＯＣが増加せず、ＳＯＣが減少しないＶｐを用いて蓄電手段２００の状態検知を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、傾きｋを用いて分極電圧Ｖｐを補正するようにしているので、高精度なＳＯＣ推定を行うことが可能である。

次に、図１及び図８と図９を用いて、本発明の第３の実施形態による電源装置の構成及び動作について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態による電源装置に用いる状態検知手段の中の演算手段の構成を示すブロック図である。図９は、本発明の第３の実施形態による電源装置に用いる蓄電手段の内部抵抗の温度による変化を示す説明図である。

本実施形態による電源装置の全体構成は、図１に示したものと同様である。本実施形態では、状態検知手段の中の演算手段の構成が、以下に説明する図８の構成となっている。

充電状態ＳＯＣｖ検出手段１４０は、図１の演算手段１１０に相当する手段であり、式（２）から求めたＯＣＶを用いて、図４によりＳＯＣ（充電状態）を求めるものである。

充電状態ＳＯＣｉ検出手段１４２は、蓄電手段２００が充放電した電流Ｉを電流センサで取得し、以下の式（１１）に基づいて、ＳＯＣ（充電状態）を求める。
ＳＯＣｉ＝ＳＯＣ＋１００×∫Ｉ／Ｑmax …（１１）

ＩＲ誤差検出手段１４４は、電流値Ｉと内部抵抗Ｒを乗算してＲ・Ｉを求める。これにより、発生する誤差の影響を求める。重み決定手段１４６は、ＩＲ誤差検出手段１４４で求めた誤差の影響Ｒ・Ｉに基づき、ＳＯＣｖとＳＯＣｉの重み（１／（１＋Ｒ・Ｉ））を決定する。

一般に、センサを用いた電圧，電流，温度の各検出結果には、ほぼ一定のランダム誤差が含まれる。ここで、一般的に、電圧センサと比較すると、電流センサは精度が悪い。したがって、蓄電手段２００が大電流を流すほど、電流センサで取得した電流値Ｉが含む誤差は大きくなる。

内部抵抗Ｒを特性情報から取得する際、温度Ｔに対応する内部抵抗Ｒを求めると、センサから取得した温度Ｔには誤差が含まれているため、同様に内部抵抗Ｒも誤差が生じる。また、蓄電手段２００を複数組み合わせてモジュール構造とした場合、蓄電手段２００の性能ばらつきのため内部抵抗Ｒは誤差を含む。

図９に示すように、蓄電手段２００は一般的に、低ＳＯＣ状態では内部抵抗Ｒが高く、蓄電手段２００が低温状態のときに内部抵抗Ｒの値が大きい。また、蓄電手段２００が劣化すると内部抵抗Ｒの値は大きくなる。内部抵抗Ｒが大きくなると、その値に含まれる誤差も大きくなる。

センサで取得した電流値Ｉと温度Ｔ又はＳＯＣに対応する内部抵抗Ｒとを用いてＩＲ誤差検出手段８０２は前述した誤差の影響Ｒ・Ｉを算出する。算出されたＲ・Iに応じて、重み決定手段８０４はＳＯＣｉとＳＯＣｖの重み（Ｗ＝（１／（１＋Ｒ・Ｉ）））を決定する。例えば、低ＳＯＣ或いは低温時、劣化時、大電流のとき、ＳＯＣｖの重みを小さくする。

ＳＯＣｖの重みをＷとすると、ＳＯＣｖとＳＯＣｉとを組み合わせて行う充電状態の推定は、以下の式（１２）で行われる。

ＳＯＣｗ＝Ｗ×ＳＯＣｖ＋（１−Ｗ）×ＳＯＣｉ …（１２）

式（１２）により、ＳＯＣｗを求めるため、演算手段１０４Ａは、（１−Ｗ）を求めるための減算手段ＤＦ１と、Ｗ×ＳＯＣｖを求めるための乗算手段ＭＰ２と、（１−Ｗ）×ＳＯＣｉを求めるための乗算手段ＭＰ１と、乗算手段ＭＰ１，ＭＰ２の出力を加算するための加算手段ＡＤ１を備えている。

以上説明したように、特性情報を補正しながらＳＯＣｖを求め、さらにＲ．Ｉに応じた重みWに基づきＳＯＣiと組み合わせることによって、高精度な状態検知が可能となる。

次に、図１０〜図１２を用いて、本発明の第４の実施形態による電源装置の構成について説明する。
図１０は、本発明の第４の実施形態による電源装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図１１は、本発明の第４の実施形態による電源装置における蓄電手段の劣化時のＳＯＣ（充電状態）の変化の説明図である。図１２は、本発明の第４の実施形態による電源装置に用いる劣化判定手段の処理内容を示すフローチャートである。

図１０に示すように、本実施形態では、状態検知手段１００Ｂは、図１に示した構成に加えて、劣化判定手段１５０を備えている。劣化判定手段１５０は、記憶手段１３０を定期的に監視して、蓄電手段２００の劣化を判定するものである。

蓄電手段２００が劣化した場合、一般的に蓄電手段２００の内部抵抗Ｒは上昇する。内部抵抗Ｒが上昇した蓄電手段２００では、電流Ｉを印加した場合に生じるＩＲドロップは、初期の蓄電手段２００と比較して大きくなる。

初期の蓄電手段２００で求めた特性情報を用いて劣化した蓄電手段２００のＳＯＣ（充電状態）の推定を行うと、得られる結果に理論値から外れる矛盾が生じる。

図１１に示すように、蓄電手段２００が劣化していくに従って、ＳＯＣは過度な変化を示すようになる。蓄電池の劣化が生じていない段階では、図１１（Ａ）に示すように時刻ｔ１で充電が開始された場合、図１１（Ｂ）に示すようにＳＯＣ（充電状態）の変化は、閾値Ｔｈの範囲内である。しかし、蓄電手段２００が劣化すると、内部抵抗が上昇するため、図１１（Ｃ）に示すように、ＳＯＣは過度な変化を示し、充電開始時に算出されたＳＯＣが閾値Ｔｈを超えることになる。

矛盾検知手段１２０は、ＳＯＣの過度な変化を理論値から外れる矛盾として検知する。矛盾として検知されると、補正手段１４０は、特性情報を補正する。この場合、内部抵抗Ｒを上げる補正を行い、新たな特性情報として記憶手段１３０に格納する。

蓄電手段２００が劣化すると、状態検知手段１００Ｂは前述した動作を行う。さらに蓄電手段２００が劣化すると、再度ＳＯＣの過度な変化が検知され、内部抵抗Ｒが補正される。蓄電手段２００が劣化するに従って、状態検知手段１００Ｂは上記の手順を繰り返す。

次に、図１２を用いて、劣化判定手段１５０の動作について説明する。劣化判定手段１５０は、補正される特性情報を監視する。

ステップｓ２００において、劣化判定手段１５０は、特性情報、例えば、本実施例では内部抵抗Ｒを監視する。

次に、ステップｓ２１０において、劣化判定手段１５０は、蓄電手段２００の充電状態や温度などに応じて値を持つ内部抵抗Ｒの中に所定の閾値を超えているものがないか調べ、閾値を超える内部抵抗Ｒが存在する場合、劣化判定手段１５０は、蓄電手段２００が寿命であると判定する。

劣化判定手段１５０は、マイクロプロセッサやコンピュータとして実現できる。図１０に示したように、直接記憶手段１３０にアクセスして監視しても良いし、演算手段１１０が読み出した特性情報を監視しても良い。また、劣化判定手段１５０に表示装置を備えれば、劣化の進行状況や寿命と判定された結果がディスプレイなどに表示させることができる。

図１０の劣化判定手段１５０は、状態検知手段１００Ｂ内に設置してあるが、前述した処理内容を行うプログラムモジュールやサブルーチンとして実現しても良く、この場合、劣化判定手段１５０は記憶手段１３０に格納して、演算手段１１０で実行させる。劣化判定手段１５０が演算手段１１０により実行されると、直接記憶手段１３０を監視するか、記憶手段１３０に格納される特性情報を読み出し、前述した処理によって特性情報の監視を行う。劣化判定手段１５０が蓄電手段２００の寿命を判定した結果は、蓄電手段２００の状態検知の結果と合わせて出力手段４００に送信する。その場合、出力手段４００に接続された他のマイクロプロセッサやコンピュータなどに劣化の進行状況や寿命の判定結果を表示させる（図示せず）。

劣化判定手段１５０が寿命と判定するために用いる閾値は、蓄電手段２００の内部抵抗の２倍や３倍などの値として任意に決定しても良く、蓄電手段２００が電源として使用されるシステムの要求から決定しても良い。

本実施形態によれば、蓄電手段２００の劣化に合わせて特性情報が補正されるので、補正される特性情報を監視することによって、蓄電手段２００の寿命を定量的に判定できる。

次に、図１３〜図１５を用いて、本発明の第５の実施形態による電源装置を用いた初期特性抽出装置の構成について説明する。
図１３は、本発明の第５の実施形態による電源装置を用いた初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態の初期特性抽出装置は、図１３に示すように、図１に示した電源装置に加えて、充放電装置５００を備えている。

図１に示した電源装置においては、状態検知手段１００の記憶手段には、予め、蓄電手段２００の内部抵抗Ｒや分極電圧Ｖｐなどの特性情報が記憶されているものとした。本実施形態の初期特性抽出装置は、各蓄電手段毎の、内部抵抗Ｒや分極電圧Ｖｐなどの特性情報を自動的に求めるものである。求められた特性情報は、記憶手段１３０に記憶されているので、初期特性の抽出が終わると、蓄電手段２００は図１の蓄電手段として電源装置に組み込まれるとともに、記憶手段１３０に記憶されている特性情報を、図１の記憶手段１３０に記憶することで、容易に電源装置の初期化を行うことができる。

図１３において、本実施形態では、記憶手段１３０に最初に格納される特性情報の初期値は適当な値、例えば、他の蓄電手段２００の特性情報、仮の特性情報として乱数を発生させて得られる値、全て０などを与えるようにする。

充放電装置５００は、蓄電手段２００を、所定のパルスパターンで充電・放電することにより、蓄電手段２００の充電状態を変化させるものである。

図１４のステップｓ３００において、充放電装置５００は、最初に、蓄電手段２００を満充電に近い状態にする。

次に、ステップｓ３１０において、充放電装置５００は、所定のパルスパターンに従って、蓄電手段２００を充放電する。すなわち、図１５に示すように、放電用のパルスＰ１１により充放電装置５００は蓄電手段２００を放電させ、次に、充電用のパルスＰ１２により充放電装置５００は蓄電手段２００を充電させる。

充放電装置５００によって蓄電手段２００が放電・充電を行うと、計測手段３００はその放電・充電時の蓄電手段２００の計測値を取得し、演算手段１１０は計測値と適当に与えられた特性晴報とを用いて蓄電手段２００の状態検知を行う。矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾を検知する度に、補正手段１４０が適当に与えた特性情報を補正し続け、最終的には一定の範囲に収束させる。

所定の時間が過ぎた後、或いは特性情報の収束が確認された後に、ステップｓ３２０において、充放電装置５００は、蓄電手段２００を図１５の容量調整用パルスＰ１３によって放電させ、充電状態を下げる。

そして、ステップｓ３３０において、充電状態が所定の下限値、例えば、充電状態が０％を超えているか否かを判定し、超えている場合には、ステップｓ３１０，ｓ３２０を繰り返し、図１５のパルスＰ２１，Ｐ２２を与えて、特性情報を補正する。

そして、容量調整後に充電状態が所定の下限値（例えば、０％）以下になると、処理を終了する。

なお、充放電装置５００による充電状態の操作は、蓄電手段２００の充電状態を最初０％として、その後、充電と放電及び容量調整用の充電を行うことを繰り返し、徐々に満充電にする方法でも良い。

また、蓄電手段２００の温度状態も同様に変化させ、充放電装置５００に蓄電手段２００の充放電を行わせると、蓄電手段２００の温度状態に応じた特性情報の補正も可能となる。この場合、蓄電手段２００を指定した温度に保つ恒温槽などを用いる（図示せず）。そして、図１４を用いて説明した充放電装置５００による蓄電手段２００の充放電が終了するたびに恒温槽の設定温度を変更する。設定温度の変更方法は、図１４の動作が終了するたびに低温から高温にする方法でも良いし、高温から低温にする方法でも良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、種々の状態に応じた特性情報の自動的な補正が可能となり、蓄電手段２００の初期特性を抽出することができる。

次に、図１６及び図１７を用いて、本発明の第６の実施形態による電源装置を用いた第２の初期特性抽出装置の構成について説明する。
図１６は、本発明の第６の実施形態による電源装置を用いた第２の初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図１７は、本発明の第６の実施形態による電源装置における初期特性抽出方法の説明図である。

本実施形態においては、図１３の充放電装置５００に代えて、充放電装置５１０を備えている。充放電装置５１０の特性については、図１７を用いて説明する。また、特性抽出手段６００を備えている。特性抽出手段６００は、起電力（ＯＣＶ）と充電状態（ＳＯＣ）との関係を求めた特性情報を備え、計測手段３００で取得した計測値を用いて蓄電手段２００の特性を抽出する。

充放電装置５１０は、図１７（Ａ）に示すようなパルスパターンの電流信号を出力し、蓄電手段２００を充電する。このときの電圧の変化は、図１７（Ｂ）を示すようになる。

特性抽出手段６００は、図１７（Ａ）のような電流Ｉを印加した場合の計測値を所定時間取得する。取得した計測値の中で、まず、電流Ｉが印加される直前の電圧Ｖａを求める。ここで、電圧Ｖａは蓄電手段２００の起電力（ＯＣＶ１）を示すので、予め備えているＯＣＶとＳＯＣの関係から電流Ｉを印加する前の蓄電手段２００の充電状態（ＳＯＣ）を求める。電圧Ｖａは、計測値の中の電流値を監視し、電流値が急に増加する一つ前のタイミングの電圧値を取り込む。また、特性抽出手段６００は、計測値の中の温度情報を逐次取得する。すなわち、特性抽出手段６００は、電流Ｉを印加する前の蓄電手段２００の充電状態又は温度などの状態検知を自動的に行うことができる。

次に、蓄電手段２００が電流Ｉで充電された場合の特性抽出手段６００の動作について説明する。一般的に、蓄電手段２００を電流Ｉで充電した瞬間、蓄電手段２００の電圧はＩＲ増加する。充電を終了すると電圧垂下ＩＲが起こり、続いて分極電圧垂下Ｖｐが発生する。すなわち、図１７（Ｂ）中の電圧Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとを用いることによって、以下の式（１３），式（１４）により、内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐとを求めることができる。

Ｒ＝（Ｖｂ−Ｖｃ）／Ｉ …（１３）

Ｖｐ＝Ｖｃ−Ｖｄ …（１４）

ここで、電圧Ｖｂは電流Ｉによる充電が終了する直前の電圧なので、電流Ｉを監視すれば自動的に検出できる。電圧ＶｃはＩＲの電圧垂下が起きた後の電圧である。電圧Ｖｃの検出方法は、電流Ｉの充電が終了した任意の時間後の電圧値として自動的に決定しても良い。また、蓄電手段２００充電後の電圧変化が所定の閾値を超えている場合はＩＲの電圧垂下であり、所定の閾値を超えない電圧変化の場合は分極電圧垂下とした場合、蓄電手段２００を電流Ｉで充電した後に電圧値を監視して、設定した閾値を超えない電圧変化を検知したとき、その時点の電圧をＶｃとして自動的に検知することも可能である。また、電圧Ｖｄは電流Ｉでの充電終了後、電圧変化が見られなくなった時点での電圧なので、電圧の変化量を監視すれば自動的に検出できる。また、電圧Ｖｄは電流Ｉで充電された後の蓄電手段２００の起電力（ＯＣＶ２）である。

起電力ＯＣＶと充電状態ＳＯＣの特性情報から、電流Ｉで所定時間充電された後の蓄電手段２００の充電状態も自動的に算出できる。さらに、Ｖｃを検知した後にＶｄが検知されるまでの時間を用いれば、分極電圧垂下の遅れ時間（時定数τ）も自動的に算出可能である。

さらに、電流Ｉで所定時間充電したときの充電量∫Ｉと、充電前のＯＣＶ１から求めたＳＯＣ１と充電後のＯＣＶ２から求めたＳＯＣ２とを用いれば、以下の式（１５）により、蓄電手段２００の全容量Ｑmaxが自動的に算出できる。

Ｑmax＝１００ｘ∫Ｉ／（ＳＯＣ２−ＳＯＣ１） …（１５）

内部抵抗Ｒ又は分極電圧Ｖｐ、時定数τ、全容量Ｑmaxは、一つの電流Ｉに対して求めても良いし、電流Ｉを様々に変化させて複数求め、それぞれ平均値を算出する方法でも良い。

以上のようにして、特性抽出手段６００は現在の蓄電手段２００の温度及び充電状態と、その状態に対応する内部抵抗Ｒ又は分極電圧Ｖｐ、時定数τ、全容量Ｑmaxなどの特性惰報を自動的に算出することができる。算出された特性情報は、記憶手段１３０に初期値として記憶される。

さらに、図１４及び図１５にて説明したパルスパターンを用いることにより、様々な充電状態に対応する特性情報が算出可能である。また、恒温槽を用いた蓄電手段２００の温度調節も行うと、蓄電手段２００の温度又は充電状態に対応する特性情報が自動的に算出できる。

特性情報の算出方法を、電流Ｉで蓄電手段２００を放電した場合について解析すれば、放電時の蓄電手段２００の温度及び充電状態に対応する特性情報が自動抽出できる。

特性抽出手段６００によって算出された特性情報は記憶手段１３０に格納される。この場合、図１６に示すように特性抽出手段６００が直接記憶手段１３０に特性情報を送信して情報を格納させても良いし、特性情報を演算手段１１０に送信し、演算手段１１０が特性情報を記憶手段１３０に格納しても良い。

特性抽出手段６００は前述した処理を行うマイクロプロセッサやコンピュータなどとして実現しても良く、前述した特性情報の抽出を終了すると、特性抽出手段６００は受信する計測値をそのまま演算手段１１０又は矛盾検知手段１２０に送信する。

また、特性抽出手段６００は、前述した処理を行うプログラムモジュール又はサブルーチンとして実現しても良く、その場合、前述した処理を行う演算手続きとして記憶手段１３０に格納し、演算手段１１０で実行する。前述した特性抽出手段６００の処理が終了すると、演算手段１１０は特性抽出手段６００が作成した特性情報を用いて蓄電手段２００の状態検知を実行する。

特性抽出手段６００によって作成された特性情報を用いて、演算手段１１０が蓄電手段２００の状態検知を行い、矛盾検知手段１２０が前述した理論値から外れる矛盾がないか監視を行う。また、補正手段１４０が前述した所定の補正量で特性情報の補正を行う。

以上のようにして、特性抽出手段６００を備えることによって、初規の特性情報を求めることができ、さらに矛盾検知手段１２０で監視を行い補正手段１４０で特性情報の補正も行うので、高精度な初期特性が抽出可能となる。

次に、図１８及び図１９を用いて、本発明の第７の実施形態による電源装置を用いた第３の初期特性抽出装置の構成について説明する。
図１８は、本発明の第７の実施形態による電源装置を用いた第３の初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図１９は、本発明の第７の実施形態による電源装置における初期特性抽出方法の説明図である。

本実施形態では、２つ以上の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂ、及び蓄電手段２００Ａ，２２０Ｂの充放電を制御する充放電制御手段７００を備えている。

充放電制御手段７００は、図１９に示すように、蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの間で、電流の充電・放電を制御する。すなわち、蓄電手段２００Ａを放電させ、その放電電流で蓄電手段２００Ｂを充電させる。また、蓄電手段２００Ｂを放電させ、その放電電流で蓄電手段２００Ａを充電させる。同じ種類の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂを充電させる際には、ＤＣ・ＤＣコンバータなどを用いて放電側の電圧を昇圧しても良い。また、充電側が放電側の蓄電手段より電圧が低い場合には降圧するなどの処理を行っても良い。このようにすることによって、２つの蓄電手段２００Ａ，２０Ｂの間でパルスパターンのような充放電を行うことができる。

蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの間で充放電を行い、充放電を行った場合の計測値を計測手段３００が取得し、演算手段１１０が計測値と適当に与えられた特性情報を用いて蓄電手段２００の状態検知を行い、矛盾検知手段１２０が動作を行い理論値から外れる矛盾がないか監視を行い、補正手段１４０が適当に与えられた特性情報を補正する。最終的に収束された特性情報が、蓄電手段２００の初期特性として採用される。

なお、蓄電手段２００Ａ，２００Ｂは、全く同種類のものを備えても良く、リチウムイオン電池と鉛電池、リチウムイオン電池とニッケル水素電池、ニッケル水素電池と鉛電池など、異なる種類を用いても良い。また、２つ以上の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂは、複数の蓄電手段２００を組み合わせたモジュール構造にしても良い。

蓄電手段２００の計測値を取得するための計測手段３００は、図１８では１つ備える構成としてあるが、実際は蓄電手段２００Ａ，２００Ｂ毎に備え、それぞれの計測値を取得する。蓄電手段２００を２つ有する場合は計測手段３００も２つ備え、それぞれの蓄電手段２００の計測値を取得し、演算手段１１０又は矛盾検知手段１４０に送信する。

記憶手段１３０に格納される特性情報は、同種類の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂを備えた場合は一つ有していても良く、同種類の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂを備えた場合であってもそれぞれ専用の特性情報を持たせても良い。また、記憶手段１３０に格納される状態検知を行うための演算手順は、同種類の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂであれば一つ備える。種類が異なる蓄電手段２００Ａ，２００Ｂを用いている場合は一つの共通とする演算手順で状態検知を行うか、蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの種類毎に専用の演算手順を持たせて状態検知を行っても良い。

演算手段１１０は蓄電手段２００Ａ，２００Ｂ毎の計測値を受信し、記憶手段１３０に格納された蓄電手段２００の特性情報を用いて各蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの状態検知を行う、演算手段１１０は複数の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂに対して一つ備えても良く、備えた蓄電手段２００Ａ，２００Ｂ毎に備えても良い。

矛盾検知手段１２０及び補正手段１４０も演算手段１１０と同様に、複数の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂに対して１つ有していても良く、備えた蓄電手段２００Ａ，２００Ｂ毎に備えていても良い。

前述した構成により、２つ以上備えた蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの状態検知を行い、矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾を検知した場合は補正手段１４０が補正を行う。
以上のようにして、２つ以上の蓄電手段間の充放電により特性情報の初期特性を得ることができる。

次に、図２０を用いて、本発明の第８の実施形態による電源装置を用いた第４の初期特性抽出装置の構成について説明する。
図２０は、本発明の第８の実施形態による電源装置を用いた第４の初期特性抽出装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、図１８に示した初期特性抽出装置に対して、図１６にて説明した特性抽出手段６００を備えるようにしたものである。２つ以上の蓄電手段２００Ａ，２００Ｂを備え、充放電制御手段７００は、蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの間で充放電を行う。充放電を行った場合の計測値を計測手段３００が取得し、特性抽出手段６００が計測値を用いた解析方法に基づき特性情報を抽出する。抽出された特性情報と計測値を用いて演算手段１１０が蓄電手段２００Ａ，２００Ｂの状態検知を行い、矛盾検知手段１２０が理論値から外れる矛盾がないか監視を行い、補正手段１４０が特性情報の補正を行う。

以上のようにして、２つ以上の蓄電手段間の充放電により特性情報の初期特性を得ることができる。

以上のようにして、本発明によれば、蓄電手段の充電状態を高精度に推定することができる。また、定量的に蓄電手段の寿命を判定できる。さらに、蓄電手段の初期特性を抽出可能である。これらは、モバイル、ＵＰＳ，ＨＥＶ又はＥＶなどの車両など、幅広い分野に適用可能である。

１００…状態検知手段
１１０…演算手段
１２０…矛盾検知手段
１３０…記憶手段
１４０…補正手段
２００…蓄電手段
１４２…電流積算手段
１４４…ＩＲ誤差検出手段
１４６…重み決定手段
１５０…劣化判定手段
３００…計測手段
４００…出力手段
５００…充放電装置
６００…特性抽出手段
７００…充放電制御装置

Claims

蓄電手段及び前記蓄電手段の少なくとも電圧，電流，温度を計測するための計測手段を備えた電源装置に用いられる電源装置用状態検知装置であって、
前記蓄電手段の特性情報が格納された記憶手段と、
前記計測手段の出力から得られた計測情報と、前記記憶手段に格納された特性情報と、を含む情報を用いて、前記蓄電手段の充電状態を検知するための演算を実行する演算手段と、を備え、
前記演算手段は、
前記計測情報及び前記特性情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の開放電圧求めると共に、前記開放電圧を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第１充電状態を求める第１充電状態検出手段と、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第２充電状態を求める第２充電状態検出手段と、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流と前記蓄電手段の内部抵抗との積を求める誤差検出手段と、
前記誤差検出手段が求めた前記電流Ｉと内部抵抗Ｒとの積を用いて、前記第１充電状態及び前記第２充電状態のそれぞれに重み付けされる第１の重みを１／（１＋Ｒ・Ｉ）として求め、第２重みを（１−第１の重み）として求める重み決定手段と、
前記第１充電状態に前記第１重みが重み付けされて求められた充電状態と、前記第２充電状態に前記第２重みが重み付けされて求められた充電状態と、を組み合わせて、前記蓄電手段の充電状態を求める手段と、
を備えることを特徴とする電源装置用状態検知装置。
請求項１に記載の電源装置用状態検知装置において、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が大きくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が大きくなる状況では、前記第１重みを小さく、前記第２重みを大きくし、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が小さくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が小さくなる状況では、前記第１重みを大きくし、前記２重みを小さくすることを特徴とする電源装置用状態検知装置。
請求項１に記載の電源装置用状態検知装置において、さらに、
前記演算手段で求めた前記蓄電手段の充電状態が、所定の閾値を越えて変化した場合若しくは前記計測手段の出力から得られた計測情報に対して電流が充電を示すのに対して充電状態が減少する、若しくは電流が放電を示すのに対して充電状態が増加する逆転が発生した場合に、理論値から外れる矛盾として検知する矛盾検知手段と、
前記矛盾検知手段によって検知された矛盾に応じて、前記記憶手段に格納されている前記特性情報を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする電源装置用状態検知装置。
請求項３に記載の電源装置用状態検知装置において、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が大きくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が大きくなる状況では、前記第１重みを小さく、前記第２重みを大きくし、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が小さくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が小さくなる状況では、前記第１重みを大きくし、前記第２重みを小さくする
ことを特徴とする電源装置用状態検知装置。
蓄電手段及び前記蓄電手段の少なくとも電圧，電流，温度を計測するための計測手段を備えた電源装置であって、
蓄電手段と、
前記蓄電手段の少なくとも電圧，電流，温度を計測するための計測手段と、
前記蓄電手段の充電状態を検知する状態検知装置と、を備え、
前記状態検知装置は、
前記蓄電手段の特性情報が格納された記憶手段と、
前記計測手段の出力から得られた計測情報と、前記記憶手段に格納された特性情報と、を含む情報を用いて、前記蓄電手段の充電状態を検知するための演算を実行する演算手段と、を備えており、
前記演算手段は、
前記計測情報及び前記特性情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の開放電圧を求めると共に、前記開放電圧を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第１充電状態を求める第１充電状態検出手段と、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流情報を含む情報を用いて、前記蓄電手段の第２充電状態を求める第２充電状態検出手段と、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流と前記蓄電手段の内部抵抗との積を求める誤差検出手段と、
前記誤差検出手段が求めた前記電流Ｉと内部抵抗Ｒとの積を用いて、前記第１充電状態及び前記第２充電状態のそれぞれに重み付けされる第１の重みを１／（１＋Ｒ・Ｉ）として求め、第２重みを（１−第１の重み）として求める重み決定手段と、
前記第１充電状態に前記第１重みが重み付けされて求められた充電状態と、前記第２充電状態に前記第２重みが重み付けされて求められた充電状態と、を組み合わせて、前記蓄電手段の充電状態を求める手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。
請求項５に記載の電源装置において、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が大きくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が大きくなる状況では、前記第１重みを小さく、前記第２重みを大きくし、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が小さくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が小さくなる状況では、前記第１重みを大きくし、前記第２重みを小さくする
ことを特徴とする電源装置。
請求項５に記載の電源装置において、
前記状態検知装置が、さらに、前記演算手段で求めた前記蓄電手段の充電状態が、所定の閾値を越えて変化した場合若しくは前記計測手段の出力から得られた計測情報に対して電流が充電を示すのに対して充電状態が減少する、若しくは電流が放電を示すのに対して充電状態が増加する逆転が発生した場合に、理論値から外れる矛盾として検知する矛盾検知手段と、
前記矛盾検知手段よって検知された矛盾に応じて、前記記憶手段に格納されている前記特性情報を補正する補正手段と
を備えることを特徴とする電源装置。
請求項７に記載の電源装置において、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が大きくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が大きくなる状況では、前記第１重みを小さく、前記第２重みを大きくし、
前記計測手段の出力から得られた前記蓄電手段の電流が小さくなる状況若しくは前記蓄電手段の内部抵抗が小さくなる状況では、前記第１重みを大きくし、箭記第２重みを小さくする
ことを特徴とする電源装置。