JP5865546B2 - 蓄電デバイス電力量推定装置および蓄電デバイス電力量推定方法 - Google Patents

Description

この発明は、蓄電デバイスの電力量を推定する、蓄電デバイス電力量推定装置および蓄電デバイス電力量推定方法に関する。

蓄電デバイスの充放電を制御するためには、放電可能電力および充電可能電力を正確に把握する必要がある。すなわち、開放電圧（開回路電圧）、内部抵抗、およびＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）を正確に把握する必要がある。

蓄電デバイスの充電状態を直接測定することは困難である。しかし、蓄電デバイスのＳＯＣと開放電圧との間には、ある程度の相関関係が認められている。そこで特許文献１に開示される電気自動車用二次電池のＳＯＣ演算方法においては、所定抵抗値、電池温度に基づく第１の抵抗比、および所与の基準充電状態に基づく第２の抵抗比を乗算し、二次電池の電池内部抵抗を算出する。そして、算出された電池内部抵抗と充放電時の電池の電流および電圧とから開放電圧を算出し、開放電圧とＳＯＣの相関関係に基づき、電池のＳＯＣを算出する。

特許文献２に開示される電池残存容量検出装置は、二次電池に負荷抵抗を接続し、定電流放電させ、定電流放電開始直後および一定時間経過後の端子間電圧に基づいて、二次電池における電極内反応物質が反応部位まで移動する動き易さに基づく内部物質移動支配の分極値または内部物質移動支配の抵抗値を検出する。そして、内部物質移動支配の分極値または内部物質移動支配の抵抗値に基づき二次電池のＳＯＣを検出する。

特許文献３に開示される電池劣化測定装置は、異なる充電電流値を供給した場合の電池電圧に基づき電池の内部抵抗を算出し、初期状態の内部抵抗との比に基づき電池セルの劣化率を算出する。

特許文献４に開示されるバッテリの劣化度推定装置は、異なる劣化度ごとに電荷量と開放電圧値との関係をあらかじめ測定して得た関係データを用い、電流センサで検出した充放電電流値を時間積算して算出したバッテリの電荷に基づきバッテリの劣化度を算出する。

特開２０００−２５８５１３号公報 特開２００７−０１７３５７号公報 特開２００８−１２３９６１号公報 特開２０１２−０５７９５６号公報

例えば電池内部の充放電可能な反応点の一部において機械的損傷や剥離が生じたために、蓄電デバイスの容量が減少する劣化が起きることがある。その場合には、特許文献１、２に開示される技術のように、内部抵抗に基づき蓄電デバイスの劣化を推定する方法では、蓄電デバイスの劣化の推定が困難になる。

特許文献３に開示される電池劣化測定装置では、蓄電デバイスの容量の劣化と内部抵抗の増大が同時に進行しない場合には、蓄電デバイスの劣化の推定が困難になる。

特許文献４に開示されるバッテリの劣化度推定装置では、予め劣化度ごとに電荷量と開放電圧の関係を取得するため、実使用条件での様々な劣化のメカニズムを事前に予測してデータを取得することが必要である。しかし、実使用条件での劣化のメカニズムを十分に予測することは困難である。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、蓄電デバイスの電力量を推定する精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の蓄電デバイス電力量推定装置は、充放電回路、スイッチ、電圧検出部、電流検出部、回路選択部、電気量推定部、内部抵抗推定部、および電力量推定部を備える。充放電回路は、抵抗を備え、蓄電デバイスに接続される。スイッチは、充放電回路の電路を切り替えて充放電回路の抵抗値を変更する。電圧検出部は、蓄電デバイスの電圧を検出する。電流検出部は、蓄電デバイスを流れる電流を検出する。回路選択部は、電圧が第１の閾値以上の状態で蓄電デバイスの放電を開始してから、電圧が第２の閾値以下となるまで、または、電圧が第３の閾値以下の状態で蓄電デバイスの充電を開始してから、電圧が第４の閾値以上となるまで、の間に充放電回路の抵抗値が少なくとも１度は変わるようにスイッチを切り替える。電気量推定部は、放電または充電の開始時点から任意に定めた時点までの電流を時間積分して電気量を算出し、電気量と電圧との関係を算出する。内部抵抗推定部は、放電または充電の開始以降の充放電回路の抵抗値が異なる時点の、電圧および電流に基づき、蓄電デバイスの内部抵抗を算出する。電力量推定部は、電気量と電圧との関係、電流および内部抵抗に基づき、電気量と蓄電デバイスの開放電圧との関係を算出し、電気量と開放電圧との関係、内部抵抗、および放電または充電の際に蓄電デバイスを流れる電流に基づき、蓄電デバイスの電力量を推定する。

本発明によれば、蓄電デバイスの電力量を推定する精度を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１における蓄電デバイスを流れる電流と蓄電デバイスの電圧の変化の例を示す図である。 実施の形態１における電気量の算出の例を示す図である。 実施の形態１における電気量の算出の例を示す図である。 実施の形態１における電気量と蓄電デバイスの電圧との関係および電気量と内部抵抗との関係の例を示す図である。 実施の形態１における蓄電デバイスの電力量の推定の例を示す図である。 実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う測定の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う電力量推定の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置の異なる構成例を示すブロック図である。 実施の形態１における蓄電デバイスを流れる電流と蓄電デバイスの電圧の変化の異なる例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２における蓄電デバイスの温度と内部抵抗との関係の例を示す図である。 実施の形態２における電気量と内部抵抗との関係の例を示す図である。 実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う測定の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う電力量推定の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置の構成例を示すブロック図である。蓄電デバイス劣化推定装置１は、電圧検出部１１、電流検出部１２、回路選択部１３、電気量推定部１４、内部抵抗推定部１５、電力量推定部１６、抵抗Ｒ１、Ｒ２、およびスイッチＳ１、Ｓ２を備える。蓄電デバイス２は二次電池であり、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池などである。蓄電デバイス２の充放電を繰り返すと、充放電の繰り返しに伴う劣化により、蓄電デバイス２の容量が減少し、蓄えられる電力量が減少する。蓄電デバイス劣化推定装置１は、蓄電デバイス２の劣化を推定、すなわち蓄電デバイス２の電力量を推定する。

抵抗Ｒ１およびスイッチＳ１からなる回路と、抵抗Ｒ２およびスイッチＳ２からなる回路とで構成される充放電回路１７の一端は蓄電デバイス２の正極に接続され、他端は蓄電デバイス２の負極に接続される。抵抗Ｒ１、Ｒ２の一端は、蓄電デバイス２の正極に接続され、他端はスイッチＳ１、Ｓ２に接続される。スイッチＳ１、Ｓ２は、任意のスイッチング素子であり、例えばトランジスタを用いることができる。図１の例では、スイッチＳ１、Ｓ２のコレクタ端子は、抵抗Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ接続され、スイッチＳ１、Ｓ２のエミッタ端子は、電流検出部１２を介して蓄電デバイス２の負極に接続されている。スイッチＳ１、Ｓ２のベース端子は、回路選択部１３に接続されている。スイッチＳ１、Ｓ２のオンとオフが切り替わることで、電路が切り替わり、充放電回路１７の抵抗値が変化する。

電圧検出部１１は、蓄電デバイス２の正極と負極との間の電圧（以下、単に電圧という）を検出する。電流検出部１２は、蓄電デバイス２を流れる電流（以下、単に電流という）を検出する。回路選択部１３は、任意に定めた制御パターンに従ってスイッチＳ１、Ｓ２にゲート信号を出力し、スイッチＳ１、Ｓ２のオンとオフを切り替える。スイッチＳ１、Ｓ２の制御パターンは、充放電中に少なくとも１度は充放電回路１７の抵抗値が変化するように、任意に定めた制御パターンである。電気量推定部１４は、蓄電デバイス２の放電または充電の開始時点から任意に定めた時点までの、電流を時間積分して、放電または充電された電気量（単位：Ａｈ）を算出し、電気量と電圧との関係を算出する。

内部抵抗推定部１５は、充放電回路１７の抵抗値が異なる時点の、電圧および電流に基づき、蓄電デバイス２の内部抵抗を算出する。電力量推定部１６は、電気量推定部１４で算出した電気量と電圧との関係、電流および内部抵抗に基づき、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係を算出する。

上述のように算出した値に基づき、蓄電デバイス２を放電または充電する際に、電力量推定部１６は、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係、内部抵抗、および蓄電デバイス２を放電または充電する際の電流に基づき、蓄電デバイス２の電力量を推定する。

図２は、実施の形態１における蓄電デバイスを流れる電流と蓄電デバイスの電圧の変化の例を示す図である。上段が電流を示し、下段が電圧を示す。横軸が時間であり、上段の縦軸が電流であり、下段の縦軸が電圧である。電圧が第１の閾値以上の状態で放電を開始し、電圧が第２の閾値以下となるまで放電を継続する場合を例にして説明する。なお第１の閾値および第２の閾値は、任意に定めることができる。例えば第１の閾値を蓄電デバイス２の上限電圧とし、第２の閾値を蓄電デバイス２の下限電圧とする。なお放電電流を正で表している。図２に示すように、電圧は上限電圧Ｖ_ＵＬから、下限電圧Ｖ_ＬＬまで変化する。

電圧が上限電圧Ｖ_ＵＬである状態であって、スイッチＳ１、Ｓ２がオフの状態から、時刻Ｔ１において、スイッチＳ１をオンにし、蓄電デバイス２の放電を開始する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、電流はＩ_１１であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて電圧はＶ_１１まで減少する。時刻Ｔ２において、さらにスイッチＳ２をオンにすると、電流はＩ_２１となり、電圧はＶ_２１となる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、電流はＩ_２１であり、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて電圧は減少する。時刻Ｔ３においてスイッチＳ２をオフにすると、電流はＩ_１２となり、電圧はＶ_２１程度まで増加する。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間、電流はＩ_１２であり、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて電圧はＶ_１２まで減少する。時刻Ｔ４においてスイッチＳ２をオンにすると、電流はＩ_２２となり、電圧はＶ_２２となる。時刻Ｔ４以降、電圧が下限電圧に達するまで、電圧検出部１１および電流検出部１２は、任意に定めた間隔で電圧および電流を検出する。

内部抵抗推定部１５は、充放電回路１７の抵抗値が互いに異なる時点、例えば時刻Ｔ２の直前と直後における、電圧および電流に基づき、蓄電デバイス２の内部抵抗を算出する。時刻Ｔ２の直前と直後の電圧および電流に基づく内部抵抗Ｒ_Ｂ１は、Ｒ_Ｂ１＝｜Ｖ_１１−Ｖ_２１｜／｜Ｉ_１１−Ｉ_２１｜で表される。また時刻Ｔ４の直前と直後の電圧および電流に基づく内部抵抗Ｒ_Ｂ２は、Ｒ_Ｂ２＝｜Ｖ_１２−Ｖ_２２｜／｜Ｉ_１２−Ｉ_２２｜で表される。スイッチＳ１、Ｓ２を切り替える任意の時点の直前の電圧をＶ_１ｎ、直前の電流をＩ_１ｎとし、直後の電圧をＶ_２ｎ、直後の電流をＩ_２ｎとすると、任意の時点の直前と直後における電圧および電流に基づく内部抵抗Ｒ_Ｂｎは、Ｒ_Ｂｎ＝｜Ｖ_１ｎ−Ｖ_２ｎ｜／｜Ｉ_１ｎ−Ｉ_２ｎ｜で表される。

図３および図４は、実施の形態１における電気量の算出の例を示す図である。電気量推定部１４は、放電を開始した時刻Ｔ１から、例えば時刻Ｔ２までの電流を時間積分して電気量を算出する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの電流に基づき算出した電気量Ｑ_１は、図３において斜線で表される部分の面積に相当する。また電気量推定部１４は、放電を開始した時刻Ｔ１から、例えば時刻Ｔ４までの電流を時間積分して電気量を算出する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの電流に基づき算出した電気量Ｑ_２は、図４において斜線で表される部分の面積に相当する。

電気量推定部１４は、時刻Ｔ２の直前における電圧Ｖ_１１と時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの電流に基づく電気量Ｑ_１を対応付け、時刻Ｔ４の直前における電圧Ｖ_１２と時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの電流に基づく電気量Ｑ_２を対応付ける。電気量推定部１４は、上述のように放電の開始時点から任意に定めた時点までの電流に基づき電気量を算出し、電気量と電圧との関係を算出する。図５は、実施の形態１における電気量と蓄電デバイスの電圧との関係および電気量と内部抵抗との関係の例を示す図である。図５の上段の実線のグラフは電気量と電圧との関係を示す。電気量推定部１４は、例えば図５の上段の実線のグラフのような電気量と電圧との関係を算出する。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの電流に基づく電気量はＱ_１であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの電流に基づく電気量はＱ_２である。また時刻Ｔ２の直前と直後の電圧および電流に基づく内部抵抗はＲ_Ｂ１であり、時刻Ｔ４の直前と直後の電圧および電流に基づく内部抵抗はＲ_Ｂ２である。したがって、内部抵抗と電気量との関係は、図５の下段のように表される。内部抵抗推定部１５が所定のタイミングの電圧と電流に基づき算出した内部抵抗を基準とし、補間処理を行うと、例えば図５の下段のグラフのような電気量と内部抵抗との関係が得られる。

電力量推定部１６は、図５の上段に実線で示す電気量と電圧との関係、電流および内部抵抗に基づき、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係を算出する。電気量Ｑ_１に対応する蓄電デバイス２の開放電圧Ｅ_１は、Ｅ_１＝Ｖ_１１＋Ｉ_１１・Ｒ_Ｂ１で表される。また電気量Ｑ_２に対応する蓄電デバイス２の開放電圧Ｅ_２は、Ｅ_２＝Ｖ_１２＋Ｉ_１２・Ｒ_Ｂ２で表される。任意の時点の直前と直後における電圧および電流に基づく内部抵抗Ｒ_Ｂｎに対応する電気量をＱ_ｎとすると、電気量Ｑ_ｎに対応する蓄電デバイス２の開放電圧Ｅ_ｎは、Ｅ_ｎ＝Ｖ_１ｎ＋Ｉ_１ｎ・Ｒ_Ｂｎで表される。電力量推定部１６は、上述のように電気量に対する開放電圧を求め、図５の上段に破線で示すように電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係を算出する。

上記のように算出した値に基づき、電力量推定部１６は蓄電デバイス２の使用時に、使用条件に基づいて蓄電デバイス２の電力量を推定する。電力量の推定について以下に説明する。蓄電デバイス２の電圧が上限電圧である状態から放電電流を一定値Ｉとして電圧が下限電圧に到達するまで蓄電デバイス２の放電を行う場合を例にして説明する。電力量推定部１６は、放電電流値Ｉを取得し、放電時の蓄電デバイス２の上限電圧Ｖ_ＵＬ’および下限電圧Ｖ_ＬＬ’を取得する。図６は、実施の形態１における蓄電デバイスの電力量の推定の例を示す図である。破線のグラフは、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係を示す。放電電流をＩとすると、電圧降下が生じるため、電気量Ｑ_１に対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_１は、Ｖ_１＝Ｅ_１−Ｉ・Ｒ_Ｂ１で表される。また電気量Ｑ_２に対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_２は、Ｖ_２＝Ｅ_２−Ｉ・Ｒ_Ｂ２で表される。

同様に、電気量に対応する蓄電デバイス２の電圧を算出する。例えば電気量Ｑ_ｎに対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_ｎは、Ｖ_ｎ＝Ｅ_ｎ−Ｉ・Ｒ_Ｂｎで表される。上述のように、電力量推定部１６は、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係、内部抵抗および放電電流Ｉに基づき、電気量と放電電流を一定値Ｉとした場合の放電中の蓄電デバイス２の電圧との関係を算出する。放電電流を一定値Ｉとした場合の放電中の蓄電デバイス２の電圧は、図６の実線で示すグラフのように変化する。電力量推定部１６は、上限電圧Ｖ_ＵＬ’および下限電圧Ｖ_ＬＬ’で定められる範囲内において、電気量に対する放電電流を一定値Ｉとした場合の放電中の蓄電デバイス２の電圧を積分し、蓄電デバイス２の電力量（単位：Ｗｈ）を推定する。蓄電デバイス２の電力量は、図６において斜線で示す部分の面積に相当する。

なお電力量推定部１６は、蓄電デバイス２の電圧を充電する際にも上述の例と同様に、充電の条件に応じて、蓄電デバイス２の電力量を推定することができる。充電電流をＩとすると、Ｉは負の値であるため、電気量Ｑ_１に対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_１は、Ｖ_１＝Ｅ_１＋Ｉ・Ｒ_Ｂ１で表される。また電気量Ｑ_２に対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_２は、Ｖ_２＝Ｅ_２＋Ｉ・Ｒ_Ｂ２で表される。なお積分の対象となる範囲は、電気量に基づき決定してもよい。

実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置１によれば、電圧検出部１１および電流検出部１２で測定した電圧および電流に基づき電気量と開放電圧との関係を算出し、内部抵抗による電圧降下の影響を除いて、放電または充電条件ごとに蓄電デバイス２の電力量を推定することができるため、蓄電デバイス２の電力量の推定精度を向上させることが可能となる。

図７は、実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う測定の動作の一例を示すフローチャートである。蓄電デバイス２の電圧が第１の閾値以上の状態で放電を開始し、蓄電デバイス２の電圧が第２の閾値以下となるまで放電を行う場合を例にして説明する。蓄電デバイス２の電圧が上限電圧に達している状態であって、スイッチＳ１、Ｓ２がオフの状態から、スイッチＳ１をオンにし、蓄電デバイス２の放電を開始する（ステップＳ１１０）。電圧検出部１１は蓄電デバイス２の電圧を検出し、電流検出部１２は蓄電デバイス２を流れる電流を検出する（ステップＳ１２０）。電圧が下限電圧に達していない間は（ステップＳ１３０；Ｎ）、ステップＳ１２０の処理を繰り返す。

電圧が下限電圧に達した場合には（ステップＳ１３０；Ｙ）、内部抵抗推定部１５は、充放電回路１７の抵抗値が互いに異なる時点の、電圧および電流に基づき、蓄電デバイス２の内部抵抗を算出する（ステップＳ１４０）。電気量推定部１４は、放電の開始時点から任意に定めた時点までの電流を時間積分して電気量を算出し、電気量と電圧との関係を算出する（ステップＳ１５０）。電力量推定部１６は、電気量と電圧との関係、電流および内部抵抗に基づき、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係を算出する（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０の処理が完了すると、蓄電デバイス劣化推定装置１は、測定処理を終了する。ステップＳ１４０の内部抵抗算出処理、およびステップＳ１５０の電気量算出処理の実行の順序は任意であり、並行して処理を行ってもよい。

図８は、実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う電力量推定の動作の一例を示すフローチャートである。電力量推定部１６は、充放電電流を取得し、充放電時の蓄電デバイス２の上限電圧および下限電圧を取得する（ステップＳ２１０）。電力量推定部１６は、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係、内部抵抗および充放電電流に基づき、電気量と充放電中の蓄電デバイス２の電圧との関係を算出する（ステップＳ２２０）。電力量推定部１６は、上限電圧および下限電圧で定められる範囲内において、電気量に対する充放電中の蓄電デバイス２の電圧を積分し、蓄電デバイス２の電力量を推定する（ステップＳ２３０）。

上述の例では、蓄電デバイス２の放電中に検出した電圧および電流に基づき、内部抵抗および電気量と開放電圧との関係を算出したが、蓄電デバイス２の充電中に検出した電圧および電流に基づき、内部抵抗および電気量と開放電圧との関係を算出してもよい。図９は、実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置の異なる構成例を示すブロック図である。蓄電デバイス２は、充電装置３によって充電される。図９に示す蓄電デバイス劣化推定装置１の各部の動作は、図１に示す蓄電デバイス劣化推定装置１と同様である。

図１０は、実施の形態１における蓄電デバイスを流れる電流と蓄電デバイスの電圧の変化の異なる例を示す図である。上段が電流を示し、下段が電圧を示す。横軸が時間であり、上段の縦軸が電流であり、下段の縦軸が電圧である。電圧が第３の閾値以下の状態で充電を開始し、電圧が第４の閾値以上となるまで充電を行う場合を例にして説明する。なお第３の閾値および第４の閾値は、任意に定めることができる。例えば第３の閾値を蓄電デバイス２の下限電圧とし、第４の閾値を蓄電デバイス２の上限電圧とする。なお充電電流を負で表している。図１０に示すように、電圧は下限電圧Ｖ_ＬＬから、上限電圧Ｖ_ＵＬまで変化する。

電圧が下限電圧Ｖ_ＬＬである状態であって、スイッチＳ１、Ｓ２がオフの状態から、時刻Ｔ１において、スイッチＳ１をオンにし、蓄電デバイス２の充電を開始する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、電流は−Ｉ_１１であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて電圧はＶ_１１まで増加する。時刻Ｔ２において、さらにスイッチＳ２をオンにすると、電流は−Ｉ_２１となり、電圧はＶ_２１となる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、電流は−Ｉ_２１であり、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて電圧は増加する。時刻Ｔ３においてスイッチＳ２をオフにすると、電流は−Ｉ_１２となり、電圧はＶ_２１程度まで減少する。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間、電流は−Ｉ_１２であり、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて電圧はＶ_１２まで増加する。時刻Ｔ４においてスイッチＳ２をオンにすると、電流は−Ｉ_２２となり、電圧はＶ_２２となる。時刻Ｔ４以降、電圧が上限電圧に達するまで、電圧検出部１１および電流検出部１２は、任意に定めた間隔で電圧および電流を検出する。

内部抵抗推定部１５は、上述した放電の場合と同様に、充放電回路１７の抵抗値が互いに異なる時点、例えば時刻Ｔ２の直前と直後における、電圧および電流に基づき、蓄電デバイス２の内部抵抗を算出し、時刻Ｔ４の直前と直後における、電圧および電流に基づき、蓄電デバイス２の内部抵抗を算出する。電気量推定部１４は、充電を開始した時刻Ｔ１から、例えば時刻Ｔ２までの電流の絶対値を時間積分して電気量を算出する。また電気量推定部１４は、充電を開始した時刻Ｔ１から、例えば時刻Ｔ４までの電流の絶対値を時間積分して電気量を算出する。電気量推定部１４は、上述した放電の場合と同様に、電気量と電圧との関係を算出する。

電力量推定部１６は、上述した放電の場合と同様に、電気量と電圧との関係、電流および内部抵抗に基づき、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係を算出する。そして算出した値に基づき、電力量推定部１６は蓄電デバイス２の使用時に、使用条件に基づいて蓄電デバイス２の電力量を推定する。蓄電デバイス２の充電中に算出した値に基づいても、上述した放電の場合と同様に蓄電デバイス２の電力量を推定することができる。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置１によれば、蓄電デバイス２の電力量の推定精度を向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置１は、実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置１の構成に加え、温度検出部１８をさらに備える。実施の形態１と異なる蓄電デバイス劣化推定装置１の動作について説明する。

温度検出部１８は、任意に定めた時点における蓄電デバイス２の表面温度を検出、または蓄電デバイス２の内部温度を推定する。温度検出または温度推定には、任意の従来技術を用いる。温度検出部１８は、例えば内部抵抗の算出時点にあわせて、蓄電デバイス２の表面温度を検出する。電圧および電流が図２のように変化する場合には、温度検出部１８は、例えば時刻Ｔ２における蓄電デバイス２の表面温度を検出する。

内部抵抗推定部１５は、実施の形態１と同様に内部抵抗を算出する。温度が異なる条件において、内部抵抗の算出を行い、温度検出部１８で検出した温度と内部抵抗との関係を算出する。図１２は、実施の形態２における蓄電デバイスの温度と内部抵抗との関係の例を示す図である。内部抵抗推定部１５は、図１２に黒丸で示すように、各温度に対する内部抵抗を得る。内部抵抗推定部１５は、得られた内部抵抗の値を補間して、図１２に実線のグラフで示すように、温度と内部抵抗との関係を算出する。

あるいは、内部抵抗推定部１５は、予め定めた温度と内部抵抗との関係を、温度検出部１８で検出した温度と実施の形態１と同様に算出した内部抵抗に基づき補正する。図１２に破線のグラフで示すように、内部抵抗推定部１５は、予め定めた温度と内部抵抗の関係を保持している。温度検出部１８で検出した温度がＴｈ１である場合における、電圧および電流に基づき算出した内部抵抗と、予め定めた温度と内部抵抗との関係に基づく内部抵抗と、の差Ｒ_Ｄに基づき、予め定めた温度と内部抵抗との関係を補正し、図１２に実線のグラフで示すように、温度と内部抵抗との関係を得る。

上記のように算出した値に基づき、電力量推定部１６は蓄電デバイス２の使用時に、使用条件に基づいて蓄電デバイス２の電力量を推定する。電力量の推定について以下に説明する。電力量推定部１６は、放電または充電の際の蓄電デバイス２の温度、および算出した温度と内部抵抗との関係または補正した温度と内部抵抗との関係に基づき、内部抵抗を補正する。蓄電デバイス２の電圧が上限電圧である状態から放電電流を一定値Ｉとして電圧が下限電圧に到達するまで蓄電デバイス２の放電を行う場合を例にして説明する。放電開始時の温度をＴｈ２とすると、図１２に示す算出した温度と内部抵抗との関係または補正した温度と内部抵抗との関係に示すように、内部抵抗はＲ_Ｂ１’である。

図１３は、実施の形態２における電気量と内部抵抗との関係の例を示す図である。電力量推定部１６は、放電開始時の温度Ｔｈ２および図１２に示す算出した温度と内部抵抗との関係または補正した温度と内部抵抗との関係に基づき、図１３に破線で示す電気量と内部抵抗との関係を補正し、図１３に実線で示す電気量と内部抵抗との関係を算出する。実施の形態１と同様に、電力量推定部１６は、放電電流値Ｉを取得し、放電時の蓄電デバイス２の上限電圧Ｖ_ＵＬ’および下限電圧Ｖ_ＬＬ’を取得する。放電電流をＩとすると、電圧降下が生じるため、電気量Ｑ_１に対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_１は、Ｖ_１＝Ｅ_１−Ｉ・Ｒ_Ｂ１’で表される。また電気量Ｑ_２に対応する蓄電デバイス２の電圧Ｖ_２は、Ｖ_２＝Ｅ_２−Ｉ・Ｒ_Ｂ２’で表される。Ｒ_Ｂ１’およびＲ_Ｂ２’は、図１３に示すように、放電開始時の温度に基づき補正された内部抵抗である。なお放電開始時の温度に限らず、放電開始から任意に定めた時間経過後の温度や放電開始から一定時間の温度の平均値に基づき、電気量と内部抵抗との関係を補正してもよい。

上述のように、電力量推定部１６は、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係、放電開始時の温度に基づき補正された内部抵抗および放電電流Ｉに基づき、電気量と放電電流を一定値Ｉとした場合の放電中の蓄電デバイス２の電圧との関係を算出する。電力量推定部１６は、実施の形態１と同様に、上限電圧Ｖ_ＵＬ’および下限電圧Ｖ_ＬＬ’で定められる範囲内において、電気量に対する放電電流を一定値Ｉとした場合の放電中の蓄電デバイス２の電圧を積分し、蓄電デバイス２の電力量を推定する。

なお電力量推定部１６は、蓄電デバイス２の電圧を充電する際にも上述の例と同様に、充電の条件に応じて、蓄電デバイス２の電力量を推定することができる。実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置１によれば、電圧検出部１１および電流検出部１２で測定した電圧および電流に基づき電気量と開放電圧との関係を算出し、蓄電デバイス２の温度によって変化する内部抵抗による電圧降下の影響を除いて、放電または充電条件ごとに蓄電デバイス２の電力量を推定することができるため、蓄電デバイス２の電力量の推定精度を向上させることが可能となる。

図１４は、実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う測定の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１０〜Ｓ１６０は、図７に示す実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置１が行うステップＳ１１０〜１６０の処理と同様である。内部抵抗推定部１５は、温度検出部１８で検出した温度と実施の形態１と同様に算出した内部抵抗との関係を算出、または、予め定めた温度と内部抵抗の関係を、温度検出部１８で検出した温度と実施の形態１と同様に算出した内部抵抗に基づき補正する（ステップＳ１７０）。

図１５は、実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置が行う電力量推定の動作の一例を示すフローチャートである。電力量推定部１６は、放電開始時の温度、および、算出した温度と内部抵抗との関係または補正した温度と内部抵抗との関係に基づき、電気量と内部抵抗との関係を補正する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２１０の処理は、図８に示す実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置１が行う動作と同様である。電力量推定部１６は、電気量と蓄電デバイス２の開放電圧との関係、放電開始時の温度に基づき補正された内部抵抗および充放電電流に基づき、電気量と充放電中の蓄電デバイス２の電圧との関係を算出する（ステップＳ２２１）。ステップＳ２３０の処理は、図８に示す実施の形態１に係る蓄電デバイス劣化推定装置１が行う動作と同様である。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態２に係る蓄電デバイス劣化推定装置１によれば、蓄電デバイス２の電力量の推定精度を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。充放電回路１７の構成は、図１の構成に限られず、充放電回路１７の抵抗値を変更できる任意の回路を用いることができる。抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は、蓄電デバイス２の規模に合わせて定めた任意の値である。蓄電デバイス２は、単一のセルまたは複数のセルを備える。またスイッチＳ１、Ｓ２を切り替える時点や順番も上述の実施の形態に限られず、任意である。

上述の実施の形態においては、電気量推定部１４は電気量の単位としてＡｈを用いたが、電気量の単位はＡｈに限られず、蓄電デバイス２の充放電レートにあわせた単位を用いることができる。例えば蓄電デバイス２の内部抵抗が非常に小さく、充放電レートが比較的高い場合には、数時間の測定時間は必要ないため、ＡｓやＡｍｉｎを用いることができる。回路選択部１３は、電気量推定部１４で算出した電気量が任意に定めた閾値に到達した時点で、スイッチＳ１、Ｓ２を切り替えるようにしてもよい。

蓄電デバイス２が電気鉄道車両、自動車などを駆動する場合には、例えば夜間の数時間の停車時間を利用して、蓄電デバイス２の電力量を日毎に算出することで、日毎の蓄電デバイス２の劣化の程度を正確に把握することができる。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

本発明は、蓄電デバイスの電力量を推定する蓄電デバイス劣化推定装置に好適に採用され得る。

１ 蓄電デバイス劣化推定装置、２ 蓄電デバイス、３ 充電装置、１１ 電圧検出部、１２ 電流検出部、１３ 回路選択部、１４ 電気量推定部、１５ 内部抵抗推定部、１６ 電力量推定部、１７ 充放電回路、１８ 温度検出部、Ｒ１、Ｒ２ 抵抗、Ｓ１、Ｓ２ スイッチ。

Claims (3)

1. 抵抗を備え、蓄電デバイスに接続される充放電回路と、
   前記充放電回路の電路を切り替えて前記充放電回路の抵抗値を変更するスイッチと、
   前記蓄電デバイスの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電デバイスを流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電圧が第１の閾値以上の状態で前記蓄電デバイスの放電を開始してから、前記電圧が第２の閾値以下となるまで、または、前記電圧が第３の閾値以下の状態で前記蓄電デバイスの充電を開始してから、前記電圧が第４の閾値以上となるまで、の間に前記充放電回路の抵抗値が少なくとも１度は変わるように前記スイッチを切り替える回路選択部と、
   前記放電または前記充電の開始時点から任意に定めた時点までの前記電流を時間積分して電気量を算出し、前記電気量と前記電圧との関係を算出する電気量推定部と、
   前記放電または前記充電の開始以降の前記充放電回路の抵抗値が異なる時点の、前記電圧および前記電流に基づき、前記蓄電デバイスの内部抵抗を算出する内部抵抗推定部と、
   前記電気量と前記電圧との関係、前記電流および前記内部抵抗に基づき、前記電気量と前記蓄電デバイスの開放電圧との関係を算出し、前記電気量と前記開放電圧との関係、前記内部抵抗、および放電または充電の際に前記蓄電デバイスを流れる電流に基づき、前記蓄電デバイスの電力量を推定する電力量推定部と、
   を備える蓄電デバイス電力量推定装置。
2. 前記蓄電デバイスの温度を検出する温度検出部をさらに備え、
   前記内部抵抗推定部は、値が異なる、前記温度および前記内部抵抗に基づき補間を行って温度と内部抵抗との関係を算出し、または、予め定めた温度と内部抵抗との関係を前記温度および前記内部抵抗に基づき補正し、
   前記電力量推定部は、放電または充電の際の前記蓄電デバイスの温度、および前記算出した温度と内部抵抗との関係または前記補正した温度と内部抵抗との関係に基づき、前記内部抵抗を補正し、前記電気量と前記蓄電デバイスの開放電圧との関係、前記補正した前記内部抵抗、および放電または充電の際に前記蓄電デバイスを流れる電流に基づき、前記蓄電デバイスの電力量を推定する、
   請求項１に記載の蓄電デバイス電力量推定装置。
3. 抵抗を備え、蓄電デバイスに接続される充放電回路と、
   前記充放電回路の電路を切り替えて前記充放電回路の抵抗値を変更するスイッチと、
   を備える蓄電デバイス電力量推定装置が行う蓄電デバイスの電力量推定方法であって、
   前記蓄電デバイスの電圧を検出する電圧検出ステップと、
   前記蓄電デバイスを流れる電流を検出する電流検出ステップと、
   前記電圧が第１の閾値以上の状態で前記蓄電デバイスの放電を開始してから、前記電圧が第２の閾値以下となるまで、または、前記電圧が第３の閾値以下の状態で前記蓄電デバイスの充電を開始してから、前記電圧が第４の閾値以上となるまで、の間に前記充放電回路の抵抗値が少なくとも１度は変わるように前記スイッチを切り替える回路選択ステップと、
   前記放電または前記充電の開始時点から任意に定めた時点までの前記電流を時間積分して電気量を算出し、前記電気量と前記電圧との関係を算出する電気量推定ステップと、
   前記放電または前記充電の開始以降の前記充放電回路の抵抗値が異なる時点の、前記電圧および前記電流に基づき、前記蓄電デバイスの内部抵抗を算出する内部抵抗推定ステップと、
   前記電気量と前記電圧との関係、前記電流および前記内部抵抗に基づき、前記電気量と前記蓄電デバイスの開放電圧との関係を算出し、前記電気量と前記開放電圧との関係、前記内部抵抗、および放電または充電の際に前記蓄電デバイスを流れる電流に基づき、前記蓄電デバイスの電力量を推定する電力量推定ステップと、
   を備える蓄電デバイス電力量推定方法。

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