JP6011135B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池を備え、その蓄電池の残存容量を算出する電源システムに関する。

充放電可能な蓄電池を備える電源システムでは、蓄電池を効率的に充電することが求められる。この場合、蓄電池に流れる電流及び蓄電池の出力電圧を検出し、その検出結果を用いて蓄電池の充電状態である残存容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出するとともに、そのＳＯＣに基づいて電流を制御することが実施されている。また、蓄電池は過充電や過放電により劣化する。このため、ＳＯＣに基づいて電流を制御して、ＳＯＣを所定の範囲内に制御することが望ましい。そこで、ＳＯＣを正確に算出されることが求められている。

ＳＯＣは、充放電がなされていない状態での蓄電池の出力電圧（開放電圧）に基づいて算出することができる。ただし、充電又は放電により蓄電池に電流が流れている場合であっても、蓄電池の内部抵抗、蓄電池に流れる電流、及び蓄電池の出力電圧に基づいて蓄電池の開放電圧が算出可能であり、開放電圧が算出できれば、ＳＯＣの算出も可能となる。

ここで、充放電が行われている状態で開放電圧を算出するには、蓄電池の内部抵抗を正確に算出する必要があり、その内部抵抗の算出手法として、蓄電池の等価回路を用いたものが知られている。例えば、蓄電池の等価回路として、蓄電池の接続線による接触抵抗や電解溶の抵抗成分である抵抗成分Ｒｓ（内部インピーダンスの周波数に依存しない抵抗成分）と、電極界面の反応に起因する抵抗成分抵抗成分Ｒｎと、容量成分Ｃとからなる回路を想定し、それらの抵抗成分Ｒｓ，Ｒｎと容量成分Ｃとに基づいて蓄電池の内部抵抗を算出する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１０−７１７０３号公報

しかしながら、蓄電池においては、抵抗成分として上記の抵抗成分Ｒｓ，Ｒｎ以外に、拡散抵抗成分が含まれる。この場合、蓄電池の放電時間が長くなるほど、拡散抵抗成分の影響が顕著になり、内部抵抗の算出の精度が低下すると考えられる。そのため、上記のように抵抗成分Ｒｓ，Ｒｎと容量成分Ｃとからなる等価回路に基づいて内部抵抗を算出する技術では、蓄電池の開放電圧を正確に算出できず、ひいてはＳＯＣを精度良く算出することができないといった不都合が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、蓄電池の残存容量を算出する電源システムにおいて、正確に残存容量を算出することを目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本構成は、蓄電池（３０）と、前記蓄電池の出力電圧を検出する電圧検出手段（７０）と、前記蓄電池から出力される出力電流を検出する電流検出手段（７０）とを備え、前記蓄電池の充電と放電とが繰り返し実施される電源システムである。

そして、前記蓄電池が放電を開始してから放電を継続している放電継続時間に基づいて、前記蓄電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段（７０）と、前記出力電圧、前記出力電流、および、前記内部抵抗に基づいて前記蓄電池の開放電圧を算出し、算出された開放電圧に基づいて前記残存容量を算出する残存容量算出手段（７０）とを備えることを特徴とする。

蓄電池の内部抵抗の拡散抵抗成分は、時間変化しない抵抗成分と異なり、放電継続時間に応じて変化し、その抵抗値は、放電継続時間の長さに応じて増加する。上記構成によれば、放電継続時間に基づいて内部抵抗を算出することで、その拡散抵抗成分の影響を考慮した内部抵抗値を算出することができる。この算出された内部抵抗に基づいて開放電圧を算出し、その開放電圧に基づいて残存容量を算出することで、正確に残存容量を算出することができる。

本実施形態における電源システムの概略を示す構成図。 リチウムイオン蓄電池の等価回路図。 リチウムイオン蓄電池の内部抵抗のナイキスト線図。 リチウムイオン蓄電池の出力電流とＳＯＣとの時間変化を示す図。 放電継続時間および電池温度と内部抵抗との関係を示すマップ。 残存容量算出処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは車両に搭載される車載電源システムであり、車両は、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行するものである。エンジンの始動時にはスタータモータの駆動によりエンジンに初期回転が付与されるものとなっている。

図１に示すように、本電源システムは、オルタネータ１０（発電機）、第１蓄電池としての鉛蓄電池２０、第２蓄電池としてのリチウムイオン蓄電池３０、各種の電気負荷４１，４２，４３、接続スイッチとしてのＭＯＳスイッチ５０及び蓄電池スイッチとしてのＳＭＲスイッチ６０を備えている。鉛蓄電池２０、リチウムイオン蓄電池３０及び電気負荷４１〜４３は、接続線としての給電線１５によりオルタネータ１０に対して並列に電気接続されている。この給電線１５により、上記の各電気要素について相互の給電経路が形成されている。

鉛蓄電池２０は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池３０は、鉛蓄電池２０に比べて充放電のエネルギー効率、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池３０は、複数の単電池を直列に接続してなる組電池により構成されている。なお、鉛蓄電池２０の蓄電容量は、リチウムイオン蓄電池３０の蓄電容量よりも大きく設定されている。

ＭＯＳスイッチ５０は、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチであり、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と、リチウムイオン蓄電池３０との間に設けられている。ＭＯＳスイッチ５０は、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０に対するリチウムイオン蓄電池３０の導通（オン）と遮断（オフ）を切り替えるスイッチとして機能する。

ＭＯＳスイッチ５０のオン／オフは、ＥＣＵ７０（電子制御装置）により制御される。つまり、ＭＯＳスイッチ５０のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）との切替はＥＣＵ７０により実施される。

また、ＳＭＲスイッチ６０は、ＭＯＳスイッチ５０と同様に、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチにより構成されており、ＭＯＳスイッチ５０及び電気負荷４３の接続点（図のＸ）とリチウムイオン蓄電池３０との間に設けられている。ＳＭＲスイッチ６０は、ＭＯＳスイッチ５０及び電気負荷４３の接続点に対するリチウムイオン蓄電池３０の導通及び遮断を切り替えるスイッチとして機能する。

ＳＭＲスイッチ６０のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）との切替はＥＣＵ７０により実施される。このＳＭＲスイッチ６０は非常時用の開閉手段でもあり、通常時には、ＥＣＵ７０からオン信号が出力されることでオン状態に保持される。そして、以下に例示する非常時に、オン信号の出力が停止されてＳＭＲスイッチ６０がオフ作動される。このＳＭＲスイッチ６０のオフ作動により、リチウムイオン蓄電池３０の過充電及び過放電の回避が図られている。

例えば、オルタネータ１０に設けられたレギュレータが故障して設定電圧Ｖｒｅｇが異常に高くなる場合には、リチウムイオン蓄電池３０が過充電の状態になることが懸念される。この場合にはＳＭＲスイッチ６０をオフ作動させる。また、オルタネータ１０の故障やＭＯＳスイッチ５０の故障によりリチウムイオン蓄電池３０への充電ができなくなる場合には、リチウムイオン蓄電池３０が過放電になることが懸念される。この場合にもＳＭＲスイッチ６０をオフ作動させる。

なお、ＳＭＲスイッチ６０をノーマリオープン式の電磁リレーを用いて構成してもよい。この場合、ＥＣＵ７０が故障してＳＭＲスイッチ６０の作動を制御できなくなったとしても、ＳＭＲスイッチ６０が自動的に開作動し、導通が遮断される。

リチウムイオン蓄電池３０と、スイッチ５０，６０と、ＥＣＵ７０とは筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニットＵとして構成されている。電池ユニットＵ内のＥＣＵ７０は、リチウムイオン蓄電池３０の出力電流、出力電圧、及び、温度を検出する。また、ＥＣＵ７０は、電池ユニット外のＥＣＵ８０（電子制御装置）に接続されている。つまり、これらＥＣＵ７０，８０は、ＬＩＮ等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、各ＥＣＵ７０，８０に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。

電気負荷４１〜４３のうち符号４３に示す負荷は、供給電力の電圧が概ね一定であるか、または電圧変動が所定範囲内であり安定していることが要求される定電圧要求電気負荷であり、ＭＯＳスイッチ５０に対してリチウムイオン蓄電池３０の側に電気接続されている。これにより、定電圧要求電気負荷である電気負荷４３への電力供給は、主にリチウムイオン蓄電池３０が分担することとなる。また、電気負荷４３は、消費電力の変動が少なく、電気負荷４３に供給される電流は概ね一定であるか、または電流変動が所定範囲内であり安定している。

電気負荷４３の具体例としてはナビゲーション装置やオーディオ装置が挙げられる。例えば、供給電力の電圧が一定ではなく大きく変動している場合、或いは前記所定範囲を超えて大きく変動している場合には、電圧が瞬時的に最低動作電圧よりも低下して、ナビゲーション装置等の作動がリセットする不具合が生じる。そこで、電気負荷４３へ供給される電力は、電圧が最低動作電圧よりも低下することのない一定の値に安定していることが要求される。

また、電気負荷４１〜４３のうち符号４１に示す負荷は、エンジンを始動させるスタータモータであり、符号４２に示す負荷は、電気負荷４３（定電圧要求電気負荷）及びスタータ４１以外の一般的な電気負荷である。電気負荷４２の具体例としてはヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。また、電気負荷４２は、パワーステアリングや、パワーウィンドウなどの所定の駆動条件が成立した場合に駆動する駆動負荷を含む。これらのスタータ４１及び電気負荷４２は、ＭＯＳスイッチ５０に対して鉛蓄電池２０の側に電気接続されている。これにより、スタータ４１及び電気負荷４２への電力供給は主に鉛蓄電池２０が分担することとなる。

オルタネータ１０は、エンジンのクランク軸（出力軸）の回転エネルギにより発電するものである。オルタネータ１０の構成等は周知であるため、ここでは図示を省略し、簡単に説明する。オルタネータ１０のロータがクランク軸により回転すると、ロータコイルに流れる励磁電流に応じてステータコイルに交流電流が誘起され、整流器により直流電流に変換される。そして、ロータコイルに流れる励磁電流をレギュレータが調整することで、発電された直流電流の電圧を設定電圧Ｖｒｅｇとなるよう調整する。オルタネータ１０のレギュレータに対する制御はＥＣＵ８０により実施される。

オルタネータ１０で発電した電力は、各種電気負荷４１〜４３へ供給されるとともに、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０へ供給される。エンジンの駆動が停止してオルタネータ１０で発電が実施されていない場合には、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４１〜４３へ電力供給される。鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４１〜４３への放電量、及びオルタネータ１０から各蓄電池２０，３０への充電量は、各蓄電池２０，３０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）が過充放電とならない範囲（適正範囲）となるよう制御される。つまり、上記のとおり過剰な充放電とならないように、ＥＣＵ８０により設定電圧Ｖｒｅｇが調整されるとともに、ＥＣＵ７０によりＭＯＳスイッチ５０の作動が制御されるようになっている。

また、本実施形態では、車両の回生エネルギによりオルタネータ１０を発電させて両蓄電池２０，３０（主にはリチウムイオン蓄電池３０）に充電させる減速回生を行っている。この減速回生は、車両が減速状態であること、エンジンへの燃料噴射をカットしていること等の条件が成立した時に実施される。

ここで、両蓄電池２０，３０は並列接続されているため、オルタネータ１０により充電を実施する際には、ＭＯＳスイッチ５０とＳＭＲスイッチ６０とをオン作動させていれば、端子電圧の低い側の蓄電池に対してオルタネータ１０の起電流が流れ込むこととなる。一方、電気負荷４２，４３へ電力供給（放電）する際には、非発電時にＭＯＳスイッチ５０とＳＭＲスイッチ６０とをオン作動させていれば、端子電圧の高い側の蓄電池から電気負荷へ放電がなされることとなる。

ちなみに、回生充電時には、リチウムイオン蓄電池３０の端子電圧が鉛蓄電池２０の端子電圧より低くなる機会が多くなるようにして、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウムイオン蓄電池３０に対する充電が実施されるようになっている。この設定は、両蓄電池２０，３０の開放電圧及び内部抵抗値を設定することで実現可能であり、開放電圧の設定は、リチウムイオン蓄電池３０の正極活物質、負極活物質及び電解液を選定することで実現可能である。

本実施形態の車両は、所定の自動停止条件を満たした場合にエンジンを自動停止させ、エンジンが自動停止された状態で所定の再始動条件を満たした場合にエンジンを自動で再始動させる、アイドリングストップ機能を有するものであり、ＥＣＵ８０によりアイドリングストップ制御が実施される。このアイドリングストップ制御においてエンジンの自動停止時には、エンジン回転速度の減少過程でリチウムイオン蓄電池３０の充電（回生充電）を行うべく、ＥＣＵ７０によりＭＯＳスイッチ５０がオン（導通）状態に操作される。また、エンジンの再始動時には、鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０とを電気的に切り離した状態で、鉛蓄電池２０によりスタータ（電気負荷４１）を駆動させるべく、ＥＣＵ７０によりＭＯＳスイッチ５０がオフ（遮断）状態に操作される。

また、回生充電時以外の車両走行時において、ＥＣＵ７０により、ＭＯＳスイッチ５０がオフ状態、ＳＭＲスイッチ６０がオン状態に操作される。オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と電気負荷４３との接続が遮断され、リチウムイオン蓄電池３０と電気負荷４３との接続が導通状態とされるため、リチウムイオン蓄電池３０が単独で電気負荷４３に対して電力供給がなされる。これにより、回生発電時には、その発電電力をリチウムイオン蓄電池３０に積極的に充電させることができる。リチウムイオン蓄電池３０は、鉛蓄電池２０と比べて、充放電時のエネルギ効率が高いため、電源システム全体としての充放電効率を向上させることができる。

蓄電池は、その蓄電池固有の開放電圧−ＳＯＣ特性を備えている。すなわち、蓄電池の開放電圧を検出し、その検出された開放電圧に基づき開放電圧−ＳＯＣ特性マップを用いて、ＳＯＣを算出することができる。ここで、蓄電池の開放電圧は、蓄電池に電流が流れておらず蓄電池における充電・放電が生じていない状態における蓄電池の出力電圧である。このため、蓄電池から電気負荷に対して充電または給電を行うと同時に、蓄電池の開放電圧を端子間電圧から直接検出することはできない。

そこで、蓄電池のＳＯＣを算出する方法として以下の方法が用いられる。第１の方法としては、最初に、蓄電池から電気負荷に対して給電がされていない状態で蓄電池の開放電圧を検出し、その開放電圧に基づいて蓄電池のＳＯＣを算出する。蓄電池から電気負荷に対する給電が開始された後は、蓄電池の出力電流の時間積分を算出することで、ＳＯＣの変化量を取得する。そして、開放電圧に基づいて算出されたＳＯＣに出力電流の時間積分によって算出されたＳＯＣの変化量を加算することで、蓄電池のＳＯＣを算出する。この第１の方法によって算出されたＳＯＣをＳＯＣ１とする。

また、第２の方法としては、蓄電池の内部抵抗に基づいて蓄電池の開放電圧を算出し、その開放電圧に基づいてＳＯＣを算出する方法である。蓄電池の開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）と、電気負荷への電力供給時の出力電圧（ＣＣＶ：Ｃｌｏｓｅ Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）と、蓄電池の出力電流（ＩＢ）と、蓄電池の内部抵抗（Ｒｂａｔ）とは、ＯＣＶ＝ＣＣＶ＋ＩＢ×Ｒｂａｔという関係を有する。このため、Ｒｂａｔの値を取得できれば、ＲｂａｔとＣＣＶとＩＢとに基づいて、蓄電池のＯＣＶを算出することが可能となり、そのＯＣＶに基づいてＳＯＣを算出することができる。この第２の方法によって算出されたＳＯＣをＳＯＣ２とする。リチウムイオン蓄電池は、鉛蓄電池と比較して、放電に伴うＯＣＶの変化量が大きい。このため、蓄電池の出力電流、出力電圧、内部抵抗に基づいてＯＣＶを算出して、そのＯＣＶに基づいてＳＯＣを算出する第２の方法は、特にリチウムイオン蓄電池３０において有効である。

本実施形態では、リチウムイオン蓄電池３０について、上記２つの方法によってＳＯＣを算出し、算出された２つのＳＯＣ（ＳＯＣ１，ＳＯＣ２）について重み付けを行って加算することで、ＳＯＣを算出する。

蓄電池の内部抵抗Ｒｂａｔは、内部インピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜として表すことができる。図２に蓄電池の内部インピーダンスＺの等価回路を表す。等価回路は、電池成分と、抵抗成分Ｒｓと抵抗成分Ｒｎと容量成分Ｃと、ワールブルグインピーダンスＺｗとを備える。電池成分に抵抗成分Ｒｓが接続され、抵抗成分Ｒｓに抵抗成分ＲｎおよびワールブルグインピーダンスＺｗと容量成分Ｃとが並列に接続されている。抵抗成分Ｒｓは、蓄電池の接続線による接触抵抗や、電解溶液中をイオンが通過するときの抵抗である。抵抗成分Ｒｎは、電極界面の反応に起因する抵抗である。容量成分Ｃは、電極と電解溶液の界面に形成される電気二重層に起因する容量成分である。Ｚｗは、電極内での拡散抵抗に起因するワールブルグインピーダンスである。

図３にリチウムイオン蓄電池３０の内部インピーダンスＺの周波数特性を表すナイキスト線図を示す。この周波数特性は、交流インピーダンス法によって測定することができる。交流インピーダンス法とは、解析対象の素子に対して周波数を変化させながら交流電圧を印加し、入力電圧に対する出力電流の大きさ、および、入力信号に対する出力信号の位相遅れを周波数毎に検出して解析を行う方法である。本実施形態では、ワールブルグインピーダンスＺｗを計測可能な領域を含む周波数域で周波数特性の測定が実施されている。

図に示す周波数ｆ１以上の周波数領域においては、抵抗成分Ｒｎと容量成分Ｃが支配的であり、周波数ｆが大きくなるほど、内部インピーダンスＺはＲｓに近づく。周波数ｆ１において、内部インピーダンスの実部Ｒｅ（Ｚ）は、Ｒｓ＋Ｒｎに近い値となる。周波数ｆ１以下の周波数領域においては、ワールブルグインピーダンスＺｗによって、周波数ｆが低下すると、内部インピーダンスＺの実部Ｒｅ（Ｚ）の大きさと、虚部Ｉｍ（Ｚ）の大きさとは、ともに大きくなる。

リチウムイオン蓄電池３０は、充電状態から放電状態に切り替わった後、再び充電状態に戻るようになっている。ここで、リチウムイオン蓄電池３０に流れる電流は、放電状態から充電状態に切り替わった後に、再度、充電状態から放電状態に切り替わる時点までを１周期とすれば、その１周期の逆数をその電流の周波数とみなすことができる。また、放電開始（Ｔ＝０）から時刻（Ｔ＝Ｔ０）までの間、リチウムイオン蓄電池３０が一定値の電流を放電し続けている場合、すなわち、放電継続時間がＴ０である場合には、その電流の周波数ｆは、ｆ＝１／（４×Ｔ０）として求めることができる。

図４に使用時におけるリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣと充放電電流との時間変化を示す。放電時において、リチウムイオン蓄電池３０は、一定電流が供給される電気負荷４３に対して給電を行う。このため、リチウムイオン蓄電池３０からは一定電流が放電される。また、放電は、充電に比べて長い時間で行われる。このため、放電時におけるリチウムイオン蓄電池３０に流れる電流の周波数は図３のｆ１に比べて低い値となり、放電時においては、内部インピーダンスＺにおけるワールブルグインピーダンスＺｗの影響が大きくなることとなる。

図５に放電継続時間および電池温度とリチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗Ｒｂａｔ、すなわち、内部インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜との関係を示す。放電継続時間Ｔ＝０（ｓｅｃ）近くで、｜Ｚ｜は急速に立ち上がり、以後、放電継続時間が増加するほど、｜Ｚ｜が緩やかに増加する。また、温度が高いほど、｜Ｚ｜は低くなる。通常時において、リチウムイオン蓄電池３０は、放電状態を数十秒以上継続するため、放電継続時間が増加するほど、｜Ｚ｜は緩やかに増加することとなる。

図６は、リチウムイオン蓄電池３０の残存容量算出処理を示すフローチャートであり、本処理は、ＥＣＵ７０によって所定時間周期で行われる。

図６のステップＳ１１では、リチウムイオン蓄電池３０の出力電流ＩＢと、出力電圧ＶＢとを検出する。ステップＳ１２では、ＳＭＲスイッチ６０のオン・オフ状態に基づいて、リチウムイオン蓄電池３０が開放状態でないか否かを判断する。ＳＭＲスイッチ６０がオフ状態であり、リチウムイオン蓄電池３０が開放状態である場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１３では、リチウムイオン蓄電池３０の出力電圧ＶＢが開放電圧ＯＣＶであるため、ステップＳ１１で検出した出力電圧ＶＢ、すなわち、開放電圧ＯＣＶに基づいてＳＯＣを算出して処理を終了する。

ＳＭＲスイッチ６０がオン状態であり、リチウムイオン蓄電池３０が充電状態または放電状態の場合（Ｓ１2：ＹＥＳ）、ステップＳ１４では、リチウムイオン蓄電池３０が開放状態から充放電状態に切り替わった後に、リチウムイオン蓄電池３０に流れた電流の積算値を算出する。ステップＳ１５では、ステップＳ１３において算出したＳＯＣと、ステップＳ１４において算出した電流の積算値に基づいてリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣ（ＳＯＣ１）を算出する。

ステップＳ１６では、電流ＩＢに基づいて、リチウムイオン蓄電池３０が放電状態であるか否かを判断する。リチウムイオン蓄電池３０が充電状態である場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ２４において、ＳＯＣ１をＳＯＣとして、処理を終了する。リチウムイオン蓄電池３０が放電状態である場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１７では、開放状態または充電状態から放電状態に切り替わってから現在までの継続時間である放電継続時間を算出する。

ステップＳ１８では、リチウムイオン蓄電池３０の電池温度、および、放電開始前のリチウムイオン蓄電池３０の状態に基づいて、待ち時間を設定する。待ち時間とは、放電が開始されてから内部抵抗の算出を実行するまでに待機すべき時間である。待ち時間経過後に内部抵抗を算出することで、出力電圧に対する分極現象の影響を抑制することができる。電池温度が低いほど、待ち時間は短くなるように設定する。また、リチウムイオン蓄電池３０が放電開始前に充電状態であった場合には、開放状態であった場合と比較して、待ち時間を長くなるように設定する。

ステップＳ１９では、放電継続時間と待ち時間とを比較する。放電継続時間が待ち時間に満たない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、ステップＳ２４において、ＳＯＣ１をＳＯＣとして、処理を終了する。放電経過時間が待ち時間以上の場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２０では、図５に示すマップを用い、放電経過時間及び電池温度に基づいて、リチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗Ｒｂａｔ＝｜Ｚ｜を算出する。

ステップＳ２１では、関係式「ＯＣＶ＝ＶＢ−ＩＢ×Ｒｂａｔ」を用い、リチウムイオン蓄電池３０の出力電流ＩＢ、出力電圧ＶＢ、内部抵抗Ｒｂａｔに基づいて、開放電圧ＯＣＶを算出する。ステップＳ２２では、ステップＳ２１において算出した開放電圧ＯＣＶに基づいてＳＯＣ（ＳＯＣ２）を算出する。ステップＳ２３では、ステップＳ１５において算出したＳＯＣ１に対して、ステップＳ２２において算出したＳＯＣ２を重み付けを行い加算することで、ＳＯＣ１を補正する。具体的には，重み付けの係数をｋ（０≦ｋ≦１）として、式「（１−ｋ）×ＳＯＣ１＋ｋ×ＳＯＣ２」によって算出された値を新たなＳＯＣとして、処理を終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）放電継続時間に基づいてリチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗を算出することで、その拡散抵抗成分の影響を考慮した抵抗値を算出することができる。この算出された内部抵抗に基づいて開放電圧を算出し、その開放電圧に基づいたＳＯＣを算出することで、正確に残存容量を算出することができる。

（２）リチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗に電流が流れることにより生じる電圧降下・電圧上昇の他に、分極現象に伴う起電力の変化によっても、リチウムイオン蓄電池３０の出力電圧は変化する。このため、分極現象の影響が大きい場合に、蓄電池の出力電圧から開放電圧を算出すると実際の開放電圧との誤差が大きくなる。ここで、蓄電池の分極の影響は、蓄電池が放電状態、または、充電状態を所定の時間継続することで飽和する。このため、分極現象の影響を低減するために、放電が開始されてから所定の待ち時間が経過するまで、内部抵抗に基づいた残存容量の算出を行わないことで、分極現象の影響を抑制することができる。

（３）充電状態から放電状態に切り替わったリチウムイオン蓄電池３０は、開放状態から放電状態に切り替わった蓄電池と比べて、分極現象による影響が大きい。このため、充電状態から放電状態に切り替わった場合に、開放状態から放電状態に切り替わった場合に比べて、内部抵抗に基づいた残存容量の算出を開始するまでの待ち時間を長くすることで、分極の影響が緩和されるまでの時間を確保するとともに、内部抵抗に基づいた残存容量の算出を行う機会を確保することができる。

（４）分極による影響が飽和するまでの時間は、温度によっても変化する。このため、リチウムイオン蓄電池３０の電池温度に基づいて、待ち時間を設定することで、分極の影響が緩和されるまでの時間を確保するとともに、内部抵抗に基づいた残存容量の算出を行う機会を確保することができる。

（５）放電継続時間とリチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗との関係は、交流インピーダンス測定法によって予め測定することができる。具体的には、まず、交流インピーダンス法により、リチウムイオン蓄電池３０の拡散抵抗（ワールブルグインピーダンスＺｗ）を計測可能な領域を含む周波数域で、各周波数におけるリチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗の抵抗値を取得する。ここで、交流インピーダンス法で取得される、ある周期の交流波を矩形波として考えた場合、ある周期の矩形派の内部抵抗の平均値は、その周期の１／４の放電継続時間のときの内部抵抗と等しいと考えられる。よって交流インピーダンス法で取得される、ある周波数ｆの内部抵抗は、周波数の逆数から求まる周期Ｔ＝１／ｆの１／４つまり、Ｔ／４（ｓｅｃ）のリチウムイオン蓄電池３０の放電継続時間の内部抵抗と等しいと考えられる。交流インピーダンス法によって取得した、内部抵抗と周波数との対応と、周波数と放電継続時間との関係を用いれば、リチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗と放電継続時間とを対応づけるマップを予め取得することが可能となる。

（６）交流インピーダンス法で取得される、ある周波数ｆの内部抵抗と、周波数の逆数から求まる周期Ｔ＝１／ｆの１／４つまり、Ｔ／４（ｓｅｃ）のリチウムイオン蓄電池３０の放電継続時間の内部抵抗とが等しいという考えは、リチウムイオン蓄電池３０から出力される電流の変動が小さいほど精度よく成り立つ。この点、本実施例では、リチウムイオン蓄電池３０の給電対象を一定電流の給電を要求する電気負荷４３としている。このため、リチウムイオン蓄電池３０から出力される電流の変動が小さいため、リチウムイオン蓄電池３０の放電継続時間からリチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗を精度よく算出することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・図６に示す残存容量算出処理のステップＳ２３において、ＳＯＣ２をＳＯＣとする処理を実施するようにしてもよい。これは、重み係数ｋをｋ＝１にすることにも相当する。これによって、内部抵抗に基づき算出されたＳＯＣ（ＳＯＣ２）が、電流積算値に基づき算出されたＳＯＣ（ＳＯＣ１）と比べて精度が高い場合に、その精度の高いＳＯＣ２を用いて、リチウムイオン蓄電池３０の制御をすることが可能となる。

・電池温度、および、リチウムイオン蓄電池３０が放電状態に切り替わる前の状態に基づいて待ち時間を算出したが、これに換えて、待ち時間を所定の時間に設定してもよい。この場合の待ち時間は、電池温度が低く、かつ、リチウムイオン蓄電池３０が充電状態から放電状態に切り替わった場合において、分極現象の影響を抑制できる程度に長く設定するとよい。

・放電継続時間と内部抵抗との関係は、シミュレーションによって求めてもよい。この場合、放電継続時間が長くなるほど、ワールブルグインピーダンスＺｗが大きくなることが考慮されて、放電継続時間と内部抵抗との関係が規定されるとよい。

３０…リチウムイオン蓄電池、７０…ＥＣＵ。

Claims (4)

1. 蓄電池（３０）と、
   前記蓄電池の出力電圧を検出する電圧検出手段（７０）と、
   前記蓄電池から出力される出力電流を検出する電流検出手段（７０）と、を備え、前記蓄電池の充電と放電とが繰り返し実施される電源システムにおいて、
   前記蓄電池が放電を開始してから放電を継続している放電継続時間に基づいて、前記蓄電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段（７０）と、
   前記出力電圧、前記出力電流、および、前記内部抵抗算出手段によって算出された前記内部抵抗に基づいて前記蓄電池の開放電圧を算出し、算出された開放電圧に基づいて前記蓄電池の残存容量を算出する残存容量算出手段（７０）と、を備え、
   前記蓄電池が放電を開始してから所定の待ち時間が経過するまで、前記残存容量算出手段による前記残存容量の算出を行わず、さらに、前記蓄電池が充電状態から放電状態に切り替わった場合に、前記蓄電池が開放状態から放電状態に切り替わった場合と比較して、前記待ち時間を長く設定することを特徴とする電源システム。
2. 前記蓄電池の電池温度を検出する温度検出手段（７０）を備え、
   前記電池温度に基づいて、前記待ち時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記内部抵抗算出手段は、マップを用いて前記放電継続時間に基づいて前記内部抵抗を算出するものであり、
   交流インピーダンス測定法を用い、前記蓄電池の拡散抵抗を計測可能な領域を含む周波数域で、前記蓄電池から出力される出力電流の周波数と前記内部抵抗との対応づけを行い、前記周波数の逆数の四分の一を前記放電継続時間として前記周波数と前記放電継続時間との対応づけを行って、前記放電継続時間と前記内部抵抗とを対応づけた前記マップが予め設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
4. 前記蓄電池は、一定電流が供給されることで駆動される電気負荷（４３）を給電対象としており、前記蓄電池の放電時には、当該蓄電池から前記電気負荷に対して一定電流が出力されることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。

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