JP5640344B2 - 電池制御装置および電池の内部抵抗推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池制御装置および電池の内部抵抗推定方法に関するものである。

電気車両用組電池などの組電池において、電池の使用電圧範囲の推定や電池保護を行うために、電池の状態を逐次推定することが行なわれている。電池の状態を推定するにあたっては、特に電池の内部抵抗を推定することが有効であり、たとえば、電池動作中に逐次電池の内部抵抗を推定する為に、予め想定した電池モデルから充放電時間と内部抵抗との相関式を求め、該相関式を用い、充放電時間に基づいて、電池の内部抵抗を推定する技術が知られている（特許文献１）。

特開２００４−１３０９０９号公報

ここで、リチウムイオン電池などの二次電池においては、充放電時間（電池を継続して充電または放電している時間）に伴って、内部抵抗が上昇していく一方で、充放電時間が所定以上となると、内部抵抗の上昇が収束し、内部抵抗値が飽和するという性質を有している。これに対して、上記従来技術においては、電池の内部抵抗を推定する際に、このように内部抵抗の上昇が収束し、内部抵抗値が飽和するという性質を加味していないため、充放電時間が長くなった場合に、内部抵抗の推定精度が低下してしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、電池の内部抵抗を適切に推定することができる電池制御装置および電池の内部抵抗推定方法を提供することにある。

本発明は、充放電時間ｔに応じた電池の内部抵抗値の上昇が収束し、電池の内部抵抗値が飽和状態にあるか否かを判断し、電池の内部抵抗値が飽和状態となる前には、充放電時間ｔに応じて、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出し、電池の内部抵抗値が飽和状態となった後には、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを所定の固定値に設定することにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、電池の内部抵抗値が飽和状態となっているか否かに応じて、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔの推定方法を切り替えることができるため、これにより、電池の内部抵抗を適切に推定することが可能となる。

図１は、本実施形態に係る電池制御装置を電気車両用の組電池に適用した場合の強電システムの構成図である。 図２は、本実施形態に係る組電池の等価回路を示す図である。 図３は、本実施形態に係る電池制御装置の機能ブロック図である。 図４は、組電池について、継続して充電を行なった場合における、充電時間と、内部抵抗Ｒｅｓｔおよび仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔとの関係を表すグラフを示す。 図５は、本実施形態に係る内部抵抗飽和判断処理を示すフローチャートである。 図６は、本実施形態に係る内部抵抗算出処理を示すフローチャートである。 図７は、充放電電流ＢＡＴＣＵＲと電流補正係数Ｋｓｏｈｉとの相関テーブルの一例を示す図である。 図８は、電池温度ＢＡＴＴＥＭＰと温度補正係数Ｋｓｏｈｔとの相関テーブルの一例を示す図である。 図９は、残容量ＳＯＣとＳＯＣ補正係数Ｋｓｏｈｓとの相関テーブルの一例を示す図である。 図１０は、本実施形態の効果を説明するための図である。 図１１は、組電池の状態および負荷に応じた内部抵抗Ｒｅｓｔの算出例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る電池制御装置を電気車両用の組電池に適用した場合の強電システムの構成図である。

図１に示すように、組電池１０１は、正極（＋）側および負極（−）側に接続された強電ハーネス１０２，１０３を介してインバータ１０４および車両駆動用モータ１０５に電力を供給する。なお、車両駆動用モータ１０５へ供給される電力は、インバータ１０４により直流から交流に変換された状態で、モータ電源ハーネス１０６を介して供給される。組電池１０１は、複数のセル１０７を直列に接続してなり、直列接続された複数のセル１０７のうち所定の２つのセル間には、遮断スイッチ１０８およびヒューズ１０９を内蔵するスイッチボックス１１０が、延長ケーブル１１１を介して、接続される。

強電ハーネス１０２，１０３には、電極供給を開始／遮断するためのリレー１１２，１１３が設置され、リレー１１２，１１３のＯＮ／ＯＦＦは、電池制御装置１１４のリレー制御信号線１１５からのリレー制御信号によって行われる。また、電池制御装置１１４は、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を備え、電圧センサ入力信号線１１７を介して電圧センサ１１６から入力される入力信号、電流センサ入力信号線１１９を介して電流センサ１１８から入力される入力信号、および電池温度検出信号線１２１を介してサーミスタ１２０から入力される入力信号を基に、組電池１０１の電池電圧ＢＡＴＶＯＬ、充放電電流ＢＡＴＣＵＲおよび電池温度ＢＡＴＴＥＭＰを規定周期でサンプリングする。さらに、電池制御装置１１４は、通信線１２３を介して上位制御器である車両制御コントローラ１２２から入力される入力信号を基に、起動またはシャットダウンされるようになっている。

なお、以下においては、組電池１０１を構成する各セル１０７がリチウムイオン二次電池である場合を例示して説明するが、組電池１０１を構成する各セル１０７としては特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などであってもよい。また、本実施形態においては、組電池１０１を、図２に示すような等価回路を有するものを想定している。なお、図２中において、Ｅ_０は組電池１０１の開放電圧であり、ＢＡＴＶＯＬは組電池１０１の電池電圧であり、ＢＡＴＣＵＲは組電池１０１の充放電電流である。

電池制御装置１１４は、組電池１０１の状態の監視および制御を行う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３に、電池制御装置１１４の機能ブロック図を示す。

図３に示すように、電池制御装置１１４は、電流検出部２０１、電圧検出部２０２、電池温度検出部２０３、仮想内部抵抗演算部２０４、判断部２０５、タイマ２０６、補正係数算出部２０７、内部抵抗算出部２０８、およびメモリ２０９を備える。

電流検出部２０１は、電流センサ１１８により測定された組電池１０１の充放電電流ＢＡＴＣＵＲ（単位：Ａ）を、電流センサ入力信号線１１９を介して取得する。そして、電流検出部２０１は、取得した充放電電流ＢＡＴＣＵＲを、仮想内部抵抗算出部２０４、タイマ２０６および補正係数算出部２０７に送出する。

電圧検出部２０２は、電圧センサ１１６により測定された組電池１０１の電池電圧ＢＡＴＶＯＬ（単位：Ｖ）を、電圧センサ入力信号線１１７を介して取得する。そして、電圧検出部２０２は、取得した電池電圧ＢＡＴＶＯＬを、仮想内部抵抗算出部２０４および補正係数算出部２０７に送出する。

電池温度検出部２０３は、サーミスタ１２０により測定された組電池１０１の電池温度ＢＡＴＴＥＭＰ（単位：℃）を、電池温度検出信号線１２１を介して取得する。そして、電池温度検出部２０３は、取得した電池温度ＢＡＴＴＥＭＰを、補正係数算出部２０７に送出する。

仮想内部抵抗算出部２０４は、組電池１０１の仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔ（単位：Ω）の算出を行なう。仮想内部抵抗算出部２０４は、組電池１０１の開放電圧Ｅ_０（単位：Ｖ）の推定を行い、推定した開放電圧Ｅ_０と、電流検出部２０１から送出された充放電電流ＢＡＴＣＵＲ、および電圧検出部２０２から送出された電池電圧ＢＡＴＶＯＬと、に基づき、下記式にしたがって、仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔの算出を行なう。
Ｒｖｉｒｔ＝｜ＢＡＴＶＯＬ−Ｅ_０｜／｜ＢＡＴＣＵＲ｜

なお、仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔは、上記式からも確認できるように、推定開放電圧Ｅ_０と、実測された充放電電流ＢＡＴＣＵＲおよび電池電圧ＢＡＴＶＯＬと、に基づいて算出される内部抵抗である。仮想内部抵抗算出部２０４は、算出した仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔを、判断部２０５に送出する。

判断部２０５は、仮想内部抵抗算出部２０４により算出された仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔに基づいて、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔ（単位：Ωｓ^−１）の算出を行ない、算出された仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔが、所定の閾値ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃以下であるか否かの判定を行なう。すなわち、「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」となっているか否かの判定を行なう。なお、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔの算出方法については、後述する。

ここで、リチウムイオン二次電池などの二次電池においては、二次電池に対して充電または放電を継続的に行なうと、時間の経過とともに（すなわち、充電または放電が継続して行なわれるにしたがって）、内部抵抗値が上昇していく一方で、一定の時間経過後、内部抵抗値の上昇は収束し、一定の値となる性質を有する。すなわち、内部抵抗値が、一定の値にて飽和することとなる。

これに対して、本実施形態においては、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔを算出し、「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」となっているか否かの判定を行うことで、内部抵抗値の上昇が収束しているか否かの判断を行なうものである。図４に、組電池１０１について、継続して充電を行なった場合における、充電時間と、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔとの関係を表すグラフを示す。なお、図４においては、組電池１０１について、継続して定電流充電を行なった場合を例示したが、組電池１０１について、継続して放電を行なった場合にも同様となる。

そして、本実施形態では、「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」である場合（すなわち、図４に示す例においては、時間Ｔ_ＳＴ以降）には、判断部２０５は、組電池１０１について継続して充電電流または放電電流が流されたことにより、組電池１０１の内部抵抗値の上昇が収束し、組電池１０１の内部抵抗値が飽和状態にあると判断し、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１とする。一方、「ΔＲｖｉｒｔ＞ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」である場合（すなわち、図４に示す例においては、時間Ｔ_ＳＴより前）には、判断部２０５は、組電池１０１の内部抵抗値の上昇は収束していないと判断し、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝０とする。

タイマ２０６は、電流検出部２０１から送出された充放電電流ＢＡＴＣＵＲに基づいて、組電池１０１に充電方向または放電方向に継続して電流が流れている時間を測定する。具体的には、タイマ２０６は、充放電電流ＢＡＴＣＵＲが、ゼロの状態から、充電方向または放電方向に増加したときにカウントアップタイマＴＭＣＮＴのカウントアップを開始し、充電の開始時点または放電の開始時点からの経過時間ｔ（単位：秒）の算出を行なう。そして、充放電電流ＢＡＴＣＵＲの符号が反転したとき（すなわち、充電電流から放電電流へと反転したときや、放電電流から充電電流へと反転したとき）には、カウントアップタイマＴＭＣＮＴをリセットしてゼロとし、再度、カウントアップタイマＴＭＣＮＴのカウントアップを行なう。あるいは、タイマ２０６は、充放電電流ＢＡＴＣＵＲがゼロとなった場合には、カウントアップタイマＴＭＣＮＴをリセットしてゼロとし、再び、充放電電流ＢＡＴＣＵＲが充電方向または放電方向に増加するまで、待機する。

補正係数算出部２０７は、内部抵抗算出部２０８により、組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出するために用いる補正係数Ｋの算出を行ない、算出した補正係数Ｋを内部抵抗算出部２０８に送出する。なお、具体的な補正係数Ｋの決定方法については後述する。

内部抵抗算出部２０８は、組電池１０１の内部抵抗の算出を行なう。すなわち、内部抵抗算出部２０８は、補正係数算出部２０７により算出された補正係数Ｋ、ワールブルグ係数ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃および経過時間ｔに基づいて、組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔの算出を行なう。一方、内部抵抗算出部２０８は、判断部２０５により、組電池１０１の内部抵抗値が飽和状態にあると判断され、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１にセットされている場合には、組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔを、所定の飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴに設定する。図４に、組電池１０１について、継続して充電を行なった場合における、充電時間と、内部抵抗算出部２０８により算出される組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔとの関係を表すグラフを示す。なお、図４においては、組電池１０１について、継続して定電流充電を行なった場合を例示したが、組電池１０１について、継続して放電を行なった場合にも同様となる。

メモリ２０９は、電池制御装置１１４の動作に用いられる各種情報が記憶される。メモリ２０９に記憶される情報としては、たとえば、組電池１０１の開放電圧Ｅ_０と残容量ＳＯＣ（単位：％）との関係を表すテーブルや、補正係数算出部２０７により補正係数を算出するために用いるための各種テーブルなどが挙げられる。

次いで、本実施形態の電池制御装置１１４の動作について説明する。電池制御装置１１４は、組電池１０１の内部抵抗値の上昇が収束し、組電池１０１の内部抵抗値が飽和状態にあるか否かを判断するための内部抵抗飽和判断処理、および組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出する内部抵抗算出処理を行なう。まず、これらの処理のうち、内部抵抗飽和判断処理について説明する。

図５は、本実施形態に係る内部抵抗飽和判断処理を示すフローチャートである。内部抵抗飽和判断処理は、電気車両の起動により、図１に示す電池制御装置１１４の電源が入り、電池制御装置１１４が起動することにより、開始する。

まず、ステップＳ１０１では、電流検出部２０１、電圧検出部２０２および電池温度検出部２０３により、電流センサ１１８により測定された組電池１０１の充放電電流ＢＡＴＣＵＲ（単位：Ａ）、電圧センサ１１６により測定された組電池１０１の電池電圧ＢＡＴＶＯＬ（単位：Ｖ）、およびサーミスタ１２０により測定された組電池１０１の電池温度ＢＡＴＴＥＭＰ（単位：℃）の取得が開始される。そして、電流検出部２０１により取得された充放電電流ＢＡＴＣＵＲは、仮想内部抵抗算出部２０４、タイマ２０６および補正係数算出部２０７に、電圧検出部２０２により取得された電池電圧ＢＡＴＶＯＬは、仮想内部抵抗算出部２０４および補正係数算出部２０７に、電池温度検出部２０３により取得された電池温度ＢＡＴＴＥＭＰは、補正係数算出部２０７に、それぞれ送出される。

ステップＳ１０２では、仮想内部抵抗算出部２０４により、電気車両の起動時（電池制御装置１１４の起動時）の残容量ＳＯＣ（単位：％）である初期残容量ＳＯＣ_ＩＮＩＴ（単位：％）の算出が行なわれる。初期残容量ＳＯＣ_ＩＮＩＴは、電気車両の起動時（電池制御装置１１４の起動時）における電池電圧ＢＡＴＶＯＬから、メモリ２０９に記憶されている開放電圧Ｅ_０と残容量ＳＯＣとの関係を表すテーブルに基づいて、算出される。

ステップＳ１０３では、仮想内部抵抗算出部２０４により、組電池１０１の残容量ＳＯＣの算出が開始される。本実施形態では、組電池１０１の残容量ＳＯＣの算出は、下記式に従って行なわれる。なお、残容量ＳＯＣの算出は、電流センサ１１８による充放電電流ＢＡＴＣＵＲのサンプリング間隔ＳＡＭＰＴ（単位：秒）ごとに行なわれる。
ＳＯＣ＝ＳＯＣ_ＩＮＩＴ＋（ＢＡＴＣＵＲ×ＳＡＭＰＴ／３６００）／ＣＡＰＦ×１００
ただし、上記式において、ＣＡＰＦは、組電池１０１の満充電時の電池容量（単位：Ａｈ）である。

ステップＳ１０４では、仮想内部抵抗算出部２０４により、電流検出部２０１により取得された充放電電流ＢＡＴＣＵＲが所定の充放電電流閾値ＢＡＴＣＵＲ_ＭＩＮ以上であるか否かの判断が行なわれる。すなわち、「ＢＡＴＣＵＲ≧ＢＡＴＣＵＲ_ＭＩＮ」を満たしているか否かの判断が行なわれる。「ＢＡＴＣＵＲ≧ＢＡＴＣＵＲ_ＭＩＮ」を満たしている場合には、ステップＳ１０５に進み、「ＢＡＴＣＵＲ≧ＢＡＴＣＵＲ_ＭＩＮ」を満たしていない場合には、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５では、仮想内部抵抗算出部２０４により、仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔ（単位：Ω）の算出が行なわれる。仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔの算出は、次のようにして行なわれる。すなわち、まず、仮想内部抵抗算出部２０４は、ステップＳ１０３において算出された残容量ＳＯＣから、メモリ２０９に記憶されている開放電圧Ｅ_０と残容量ＳＯＣとの関係を表すテーブルに基づいて、組電池１０１の開放電圧Ｅ_０（単位：Ｖ）の推定を行なう。そして、仮想内部抵抗算出部２０４は、推定した開放電圧Ｅ_０と、電流検出部２０１から送出された充放電電流ＢＡＴＣＵＲ、および電圧検出部２０２から送出された電池電圧ＢＡＴＶＯＬと、に基づき、下記式にしたがって、仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔの算出を行なう。
Ｒｖｉｒｔ＝｜ＢＡＴＶＯＬ−Ｅ_０｜／｜ＢＡＴＣＵＲ｜
算出された仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔは、判断部２０５およびメモリ２０９に送出され、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔに用いられるとともに、メモリ２０９に記憶される。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔに基づいて、判断部２０５により、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔ（単位：Ωｓ^−１）の算出が行なわれる。仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔの算出は、次のようにして行なわれる。すなわち、まず、判断部２０５は、ステップＳ１０５において算出された仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔ（今回値）、およびメモリ２０９に記憶されている前回処理時以前の仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔの取得を行い、これらに基づき、仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔのｎ回移動平均値ＲｖｉｒｔＡＶＥの算出を行なう。なお、ｎ回移動平均値ＲｖｉｒｔＡＶＥを算出する際における「ｎ」としては、特に限定されず、適宜設定すればよい。そして、判断部２０５は、今回の処理において算出した移動平均値ＲｖｉｒｔＡＶＥ（今回値）、および前回の処理において算出した移動平均値ＲｖｉｒｔＡＶＥ（前回値）に基づいて、下記式にしたがって、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔを算出する。算出された仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔは、メモリ２０９に送出され、メモリ２０９に記憶される。
ΔＲｖｉｒｔ＝ＲｖｉｒｔＡＶＥ（今回値）−ＲｖｉｒｔＡＶＥ（前回値）

一方、ステップＳ１０４において、「ＢＡＴＣＵＲ≧ＢＡＴＣＵＲ_ＭＩＮ」を満たしていないと判断された場合、すなわち、電流検出部２０１により取得された充放電電流ＢＡＴＣＵＲが所定の充放電電流閾値ＢＡＴＣＵＲ_ＭＩＮ未満であると判断された場合には、ステップＳ１０７に進み、判断部２０５は、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔが、前回処理時から変化していないものと判断し、仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔとして、前回処理時に算出したものをそのまま用いる。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６またはステップＳ１０７で算出あるいは設定された仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔに基づいて、判断部２０５により、「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」を満たすか否かの判断が行なわれる。「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」を満たす場合には、ステップＳ１０９に進み、「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」を満たさない場合には、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０９では、判断部２０５は、組電池１０１について継続して充電電流または放電電流が流されたことにより、組電池１０１の内部抵抗値の上昇が収束し、組電池１０１の内部抵抗値が飽和状態にあると判断し、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１とする。

一方、ステップＳ１１０では、判断部２０５は、組電池１０１の内部抵抗値の上昇が収束していないと判断し、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝０とする。

ステップＳ１１１では、電池制御装置１１４が、車両制御コントローラ１２２から通信線１２３を介してシャットダウン要求信号を受信しているか否かを判断する。電池制御装置１１４が、シャットダウン要求信号を受信している場合には、内部抵抗飽和判断処理を終了する。一方、シャットダウン要求信号を受信していない場合には、ステップＳ１０４に戻り、再び所定のＪＯＢ周期で処理を行う。

以上のようにして、本実施形態に係る内部抵抗飽和判断処理が実行される。

次いで、本実施形態に係る内部抵抗算出処理について説明する。図６は、本実施形態に係る内部抵抗算出処理を示すフローチャートである。内部抵抗算出処理は、電気車両の起動により、図１に示す電池制御装置１１４の電源が入り、電池制御装置１１４が起動することにより、開始する。なお、内部抵抗算出処理は、上述の内部抵抗飽和判断処理と並行して行なわれる。

まず、ステップＳ２０１では、上述のステップＳ１０１と同様に、充放電電流ＢＡＴＣＵＲ（単位：Ａ）、電池電圧ＢＡＴＶＯＬ（単位：Ｖ）および電池温度ＢＡＴＴＥＭＰ（単位：℃）の取得が開始される。なお、これらの取得処理は、内部抵抗飽和判断処理と共通して行なわれることとなる。

ステップＳ２０２では、補正係数算出部２０７により、組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出するために用いる補正係数Ｋの算出が行なわれる。補正係数Ｋは、下記式にしたがって算出される。
Ｋ＝ＫＣＯＮＳＴ＃×Ｋｓｏｈｉ／（Ｋｓｏｈｔ×Ｋｓｏｈｓ×Ｋｓｏｈｍ）
ただし、上記式中、ＫＣＯＮＳＴ＃はチューニング定数、Ｋｓｏｈｉは電流補正係数、Ｋｓｏｈｔは温度補正係数、ＫｓｏｈｓはＳＯＣ補正係数、Ｋｓｏｈｍは内部抵抗の経時劣化補正係数である。

ここで、電流補正係数Ｋｓｏｈｉは、電流検出部２０１から送出された充放電電流ＢＡＴＣＵＲに応じて設定される補正係数であり、充放電電流ＢＡＴＣＵＲから、メモリ２０９に記憶されている充放電電流ＢＡＴＣＵＲと電流補正係数Ｋｓｏｈｉとの相関テーブルに基づいて、設定される。図７に、充放電電流ＢＡＴＣＵＲと電流補正係数Ｋｓｏｈｉとの相関テーブルの一例を示す。

また、温度補正係数Ｋｓｏｈｔは、電池温度検出部２０３から送出された電池温度ＢＡＴＴＥＭＰに応じて設定される補正係数であり、電池温度ＢＡＴＴＥＭＰから、メモリ２０９に記憶されている電池温度ＢＡＴＴＥＭＰと温度補正係数Ｋｓｏｈｔとの相関テーブルに基づいて、設定される。図８に、電池温度ＢＡＴＴＥＭＰと温度補正係数Ｋｓｏｈｔとの相関テーブルの一例を示す。

さらに、ＳＯＣ補正係数Ｋｓｏｈｓは、仮想内部抵抗算出部２０４により算出された残容量ＳＯＣに応じて設定される補正係数であり、残容量ＳＯＣから、メモリ２０９に記憶されている残容量ＳＯＣとＳＯＣ補正係数Ｋｓｏｈｓとの相関テーブルに基づいて、設定される。図９に、残容量ＳＯＣとＳＯＣ補正係数Ｋｓｏｈｓとの相関テーブルの一例を示す。

なお、内部抵抗の経時劣化補正係数Ｋｓｏｈｍは、組電池１０１の経時劣化に応じて設定される補正係数であり、電池制御装置１１４により別途算出された内部抵抗の経時劣化度や、予め設定された内部抵抗の経時劣化度に基づいて、設定される。

ステップＳ２０３では、タイマ２０６により、カウントアップタイマＴＭＣＮＴのカウントアップが行なわれる。ただし、充放電電流ＢＡＴＣＵＲがゼロである場合には、カウントアップタイマＴＭＣＮＴのカウントアップは行なわれない。

ステップＳ２０４では、内部抵抗算出部２０８により、内部抵抗Ｒｅｓｔの算出が行なわれる。内部抵抗Ｒｅｓｔは、下記式にしたがって算出される。そして、算出された内部抵抗Ｒｅｓｔは、メモリ２０９に送出され、メモリ２０９に記憶される。
Ｒｅｓｔ＝Ｋ×ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃／√（π／ｔ）
ただし、上記式中、ＫはステップＳ２０２において算出された補正係数、ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃はワールブルグ係数、ｔはカウントアップタイマＴＭＣＮＴに基づいて算出される充電の開始時点または放電の開始時点からの経過時間（単位：秒）である。なお、ワールブルグ係数ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃は、組電池１０１についてインピーダンス特性を測定し、ｃｏｌｅ−ｃｏｌｅプロットに基づいて算出することができる。

ステップＳ２０５では、内部抵抗算出部２０８により、上述した内部抵抗飽和判断処理において内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１に設定されているか否かの判定が行なわれる。内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１に設定されている場合には、ステップＳ２０６に進み、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝０に設定されている場合には、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０６では、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１に設定されているため、内部抵抗算出部２０８は、組電池１０１の内部抵抗値の上昇が収束し、組電池１０１の内部抵抗値が飽和状態にあると判断し、内部抵抗Ｒｅｓｔを、前回処理時において算出された内部抵抗値を設定する。すなわち、内部抵抗Ｒｅｓｔを、前回処理時に算出されたものと同じ値とする。

一方、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝０に設定されている場合には、ステップＳ２０７に進み、タイマ２０６により、充放電電流ＢＡＴＣＵＲの符号が反転した（すなわち、充電から放電に、あるいは放電から充電に切り替わった）か否かの判定が行なわれる。充放電電流ＢＡＴＣＵＲの符号が反転した場合には、ステップＳ２０８に進み、充放電電流ＢＡＴＣＵＲの符号が反転していない場合には、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０８では、タイマ２０６により、充放電電流ＢＡＴＣＵＲの符号が反転したため、カウントアップタイマＴＭＣＮＴのクリアが行なわれる。

ステップＳ２０９では、電池制御装置１１４が、車両制御コントローラ１２２から通信線１２３を介してシャットダウン要求信号を受信しているか否かを判断する。電池制御装置１１４が、シャットダウン要求信号を受信している場合には、内部抵抗飽和判断処理を終了する。一方、シャットダウン要求信号を受信していない場合には、ステップＳ２０２に戻り、再び所定のＪＯＢ周期で処理を行う。

以上のようにして、本実施形態に係る内部抵抗算出処理が実行される。

たとえば、図４に示す例においては、組電池１０１の充電が開始されると、内部抵抗算出部２０８により、下記式にしたがって、内部抵抗Ｒｅｓｔの算出が行なわれる。また、これと同時に、図４に示すように、仮想内部抵抗算出部２０４により仮想内部抵抗の時間変化量ΔＲｖｉｒｔの算出が行なわれる。
Ｒｅｓｔ＝Ｋ×ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃／√（π／ｔ）

そして、図４に示す例においては、時間Ｔ_ＳＴにおいて、「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」となるため、内部抵抗飽和フラグＦＲＳＡＴ＝１とされ、時間Ｔ_ＳＴにおいては、内部抵抗Ｒｅｓｔが、時間Ｔ_ＳＴにおける処理よりも一周期前の飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴに設定される。すなわち、時間Ｔ_ＳＴにおいて、組電池１０１の内部抵抗値の上昇が収束し、組電池１０１の内部抵抗値が飽和状態にあると判断し、内部抵抗値が飽和状態となったときの飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴを、組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔとして算出する。

さらに、図４に示す例においては、時間Ｔ_ＳＴ以降においても、継続的に「ΔＲｖｉｒｔ≦ＤＥＬＴＡＲＶＭＩＮ＃」を満たすこととなるため、内部抵抗値が飽和状態となったときの飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴを、組電池１０１の内部抵抗Ｒｅｓｔとして算出されることとなる。

本実施形態においては、充放電時間ｔに応じた電池の内部抵抗値の上昇が収束し、電池の内部抵抗値が飽和状態にあるか否かを判断し、電池の内部抵抗値が飽和状態となる前には、充放電時間ｔに応じて、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出し、電池の内部抵抗値が飽和状態となった後には、内部抵抗値が飽和状態となったときの飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴを、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔとして算出する。そのため、組電池１０１に対して、継続して充電または放電を行なった場合に、充電または放電している時間が長くなった場合においても、組電池１０１の内部抵抗を適切に推定することが可能となる。すなわち、図１０中に点線で示すように、従来のように、電池の内部抵抗値が飽和状態となった後においても、内部抵抗値が増加していくように算出されてしまうことを有効に防止することができる。そして、その結果として、組電池１０１の瞬時充放電可能電力を適切に推定することが可能となり、さらには、組電池１０１が過充電状態または過放電状態となってしまうことを有効に防止することができるとともに、充電時間の短縮を図ることもできる。また、組電池１０１が過充電状態または過放電状態となってしまうことを防止できることにより、組電池１０１の寿命の短縮や電池容量の低下を防ぐこともできる。

さらに、本実施形態によれば、内部抵抗値が飽和状態となったときに実際に算出された電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを、飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴとするため、電池の状態および負荷に応じて、飽和内部抵抗値Ｒ_ＳＴを適切に算出することができる。

加えて、本実施形態によれば、電流補正係数Ｋｓｏｈｉ、温度補正係数Ｋｓｏｈｔ、ＳＯＣ補正係数Ｋｓｏｈｓ、および内部抵抗の経時劣化補正係数Ｋｓｏｈｍに基づいて決定される補正係数Ｋ、ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃はワールブルグ係数、および充放電時間ｔに基づいて、下記式にしたがって、内部抵抗Ｒｅｓｔを算出するものである。すなわち、本実施形態によれば、充放電電流および電池電圧を用いずに、内部抵抗Ｒｅｓｔを算出するものである。
Ｒｅｓｔ＝Ｋ×ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃／√（π／ｔ）
そのため、本実施形態によれば、充放電電流および電池電圧が変化しない場合や変化が小さい場合（たとえば、定電流で充電または放電している場合）でも、内部抵抗Ｒｅｓｔを高い精度で、しかも、比較的少ない演算量で算出することができる。

特に、本実施形態によれば、内部抵抗Ｒｅｓｔを算出するに際して、電流補正係数Ｋｓｏｈｉ、温度補正係数Ｋｓｏｈｔ、ＳＯＣ補正係数Ｋｓｏｈｓ、および内部抵抗の経時劣化補正係数Ｋｓｏｈｍに基づいて決定される補正係数Ｋを用いているものであるため、図１１に示すように、組電池１０１の状態および負荷に応じた内部抵抗Ｒｅｓｔを算出することが可能となる。すなわち、組電池１０１の状態および負荷に応じて、たとえば、図１１に示す内部抵抗Ｒｅｓｔ（１）から、内部抵抗Ｒｅｓｔ（２）に示すように算出したり、内部抵抗Ｒｅｓｔ（３）に示すように算出したりすることが可能となる。

なお、上述した実施形態において、電流検出部２０１は本発明の電流検出手段に、電圧検出部２０２は本発明の電圧検出手段に、仮想内部抵抗演算部２０４は本発明の容量算出手段、開放電圧推定手段および仮想内部抵抗算出手段に、判断部２０５は本発明の判断手段に、タイマ２０６は本発明の計時手段に、内部抵抗算出部２０８は本発明の内部抵抗算出手段に、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。

１０１…組電池
１１４…電池制御装置
１１６…電圧センサ
１１８…電流センサ
１２０…サーミスタ
２０１…電流検出部
２０２…電圧検出部
２０３…電池温度検出部
２０４…仮想内部抵抗演算部
２０５…判断部
２０６…タイマ
２０７…補正係数算出部
２０８…内部抵抗算出部
２０９…メモリ

Claims (6)

1. 電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された充放電電流に基づいて、電池を継続して充電または放電している時間である充放電時間ｔを計測する計時手段と、
   前記充放電時間ｔに応じて、前記電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出する内部抵抗算出手段と、
   前記充放電時間ｔに応じた前記電池の内部抵抗値の上昇が収束し、前記電池の内部抵抗値が飽和状態にあるか否かを判断する判断手段と、を備え、
   前記内部抵抗算出手段は、前記電池の内部抵抗値が飽和状態にあると判断された場合に、該判断がされた後における前記電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを所定の固定値に設定することを特徴とする電池制御装置。
2. 請求項１に記載の電池制御装置において、
   前記内部抵抗算出手段は、前記所定の固定値として、前記電池の内部抵抗値が飽和状態にあると判断されたときに算出された内部抵抗Ｒｅｓｔを用いることを特徴とする電池制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電池制御装置において、
   電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段および前記電流検出手段により検出された前記電池の端子電圧の値および充放電電流の値から、前記電池の残存容量を算出する容量算出手段と、
   前記電池の端子電圧の値、電流の値、および残存容量から、前記電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、
   前記開放電圧推定手段により推定された開放電圧から仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔを算出する仮想内部抵抗算出手段と、をさらに備え、
   前記判断手段は、前記仮想内部抵抗Ｒｖｉｒｔの時間変化量ΔＲｖｉｒｔが、所定値以下となった場合に、前記電池の内部抵抗値の上昇が収束し、前記電池の内部抵抗値が飽和状態にあると判断することを特徴とする電池制御装置。
4. 請求項３に記載の電池制御装置において、
   前記電池に流れる充放電電流、前記電池の温度、前記電池の残存容量、および前記電池の経時劣化度に基づいて決定される係数をＫとし、ワールブルグ係数をＫＷＡＲＢＵＲＧ＃とした場合に、
   前記内部抵抗算出手段は、係数Ｋ、ワールブルグ係数ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃および充放電時間ｔに基づいて、前記充放電時間ｔに応じた内部抵抗Ｒｅｓｔの算出を行なうことを特徴とする電池制御装置。
5. 請求項４に記載の電池制御装置において、
   前記内部抵抗算出手段は、下記式（１）に基づいて、前記充放電時間ｔに応じた内部抵抗Ｒｅｓｔの算出を行なうことを特徴とする電池制御装置。
   Ｒｅｓｔ＝Ｋ×ＫＷＡＲＢＵＲＧ＃／√（π／ｔ） …（１）
6. 電池を継続して充電または放電している時間である充放電時間ｔに応じた前記電池の内部抵抗値の上昇が収束し、前記電池の内部抵抗値が飽和状態にあるか否かを判断し、
   前記電池の内部抵抗値が飽和状態となる前には、充放電時間ｔに応じて、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを算出し、前記電池の内部抵抗値が飽和状態となった後には、電池の内部抵抗Ｒｅｓｔを所定の固定値に設定することを特徴とする電池の内部抵抗推定方法。

Images