JP6135898B2

JP6135898B2 - 蓄電素子の充電制御装置、蓄電装置および充電制御方法

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Publication number: JP6135898B2
Application number: JP2012220247A
Authority: JP
Inventors: 寛関口
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: JP2014071100A

Description

蓄電素子の充電可能電力を推定する技術に関する。

充電可能電力は、蓄電素子に入力可能な最大電力である。例えば、ハイブリッド車の中には、二次電池を監視する監視装置が二次電池の充電可能電力を推定し、ハイブリッド制御ＥＣＵが、当該充電可能電力を超えない範囲内で、ハイブリッド車の減速時のモータの回生作動により得られる回生エネルギーにより蓄電素子を充電するよう制御するものがある。ここで、従来から、予め計測した所定時間充電後の電流―内部抵抗特性と、所定時間充電したことによって変化する開放電圧の変化量の推定値と、二次電池の上限電圧値とから、所定時間充電した後の二次電池の端子電圧が上限電圧値となる最大充電可能電流値を求め、上限電圧値と最大充電可能電流値とから充電可能電力を推定する技術がある（特許文献１）。

特開２００７−１４７４８７号公報

ところで、二次電池等の蓄電素子を使用する際、上記上限電圧値だけでなく、安全面上の理由等から、上限電流値も考慮する必要があることが少なくない。しかし、上記従来技術では、充電可能電力を推定するにあたって、上限電圧値しか考慮されておらず、上限電流値については考慮されていない。このため、上記従来技術では、推定した充電可能電力で所定時間充電すると、その所定時間内に充電電流が上限電流値を超えてしまうおそれがある。

本明細書では、蓄電素子に流れる電流が上限電流値を超えることが少ない充電可能電力を推定するための技術を開示する。

本明細書によって開示される充電可能電力推定装置は、処理実行部を備え、前記処理実行部は、前記充電可能電力を推定する実行条件を満たすかを判断する条件判断処理と、前記実行条件を満たすと判断した場合、前記蓄電素子の状態が、前記蓄電素子に流れる電流の値が上限電流値に達する前に当該蓄電素子の端子電圧の値が上限電圧値に達する電圧制限状態であるか、前記蓄電素子の端子電圧の値が前記上限電圧値に達する前に当該蓄電素子に流れる電流の値が前記上限電流値に達する電流制限状態であるか、を判断する状態判断処理と、前記蓄電素子の状態が前記電圧制限状態であると判断した場合、前記蓄電素子の内部抵抗と、前記上限電圧値と、前記実行条件を満たすと判断した実行判断時から基準時間経過時における前記蓄電素子の開放電圧とから、前記蓄電素子の充電可能電力を推定し、前記蓄電素子の状態が前記電流制限状態であると判断した場合、前記蓄電素子の内部抵抗と、前記上限電流値と、前記実行判断時以降で且つ前記基準時間経過前における前記蓄電素子の開放電圧とから、前記蓄電素子の充電可能電力を推定する電力推定処理と、を実行する構成を有する。

上記充電可能電力推定装置では、前記処理実行部は、前記二次電池に流れる電流の値が前記上限電流値であるときの当該二次電池の端子電圧を推定する端子電圧推定処理を実行する構成を有し、前記状態判断処理では、前記端子電圧の推定値が前記上限電圧値以下である場合に、前記蓄電素子の状態が前記電流制限状態であると判断し、前記端子電圧の推定値が前記上限電圧値を超える場合に、前記蓄電素子の状態が前記電圧制限状態であると判断してもよい。

上記充電可能電力推定装置では、前記処理実行部は、前記基準時間経過時、および、前記基準時間経過前の前記蓄電素子の開放電圧を推定する開放電圧推定処理を実行する構成を有し、前記端子電圧推定処理では、前記開放電圧の推定値に基づき、前記端子電圧を推定し、前記電力推定処理では、前記開放電圧の推定値に基づき、前記充電可能電力を推定してもよい。

また、蓄電素子と、充電可能電力推定装置と、を備える蓄電装置でもよい。

なお、本明細書に開示される技術は、故障診断装置、故障診断方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

本明細書によって開示される発明によれば、蓄電素子に流れる電流が上限電流値を超えることが少ない充電可能電力を推定することができる。

一実施形態に係る電池パックの構成を示すブロック図二次電池の開放電圧、上限電圧値、上限電流値および内部抵抗の関係を示すグラフ二次電池の充電可能電力推定処理のフローチャート電圧制限状態時における二次電池の開放電圧、上限電圧値、上限電流値および内部抵抗の関係を示すグラフ電圧制限状態時における二次電池の電圧、電流および充電可能電力の時間変化を示したグラフ電流制限状態時における二次電池の開放電圧、上限電圧値、上限電流値および内部抵抗の関係を示すグラフ電流制限状態時における二次電池の電圧、電流および充電可能電力の時間変化を示したグラフＳＯＣの現在値と充電可能電力を示すグラフ

（実施形態の概要）
本実施形態の充電可能電力推定装置では、蓄電素子が充電される場合、その蓄電素子が電圧制限状態であるか、電流制限状態であるかを判断する。充電可能電力推定装置は、電圧制限状態であると判断した場合、実行条件を満たすと判断した実行判断時から基準時間経過時における蓄電素子の開放電圧を求め、当該開放電圧、内部抵抗、および上限電圧値から、蓄電素子の充電可能電力を推定する。これに対し、充電可能電力推定装置は、電流制限状態であると判断した場合、上記実行判断時から基準時間経過前における蓄電素子の開放電圧を求め、当該開放電圧、内部抵抗、および上限電流値から、蓄電素子の充電可能電力を推定する。これにより、蓄電素子の状態が電流制限状態であるか電圧制限状態であるかを問わず、一律に、実行判断時から基準時間経過時における蓄電素子の開放電圧に基づき充電可能電力を推定する構成に比べて、蓄電素子に流れる電流が上限電流値を超えることが少ない充電可能電力を推定することが可能である。

この充電可能電力推定装置によれば、二次電池に流れる電流の値が上限電流値であるときの当該二次電池の端子電圧を推定し、その推定値が上限電圧値以下である場合に、蓄電素子の状態が電流制限状態であると判断し、端子電圧の推定値が上限電圧値を超える場合に、蓄電素子の状態が電圧制限状態であると判断する。これにより、電圧比較という比較的簡単な方法により、蓄電素子の状態を判断することができる。

この充電可能電力推定装置によれば、基準時間経過時、および、前記基準時間経過前の前記蓄電素子の開放電圧を推定し、当該開放電圧の推定値に基づき、前記端子電圧を推定し、当該開放電圧の推定値に基づき、前記充電可能電力を推定する。これにより、条件判断処理と電力推定処理とで共通の端子電圧を利用することができる。

（電池パックの電気的構成）
一実施形態の電池パック１について図１から図８を参照しつつ説明する。なお、電池パック１は、蓄電装置の一例である。また、電池パック１は、例えば電気自動車やハイブリット自動車（以下、単に自動車という）に搭載され、図示しない電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）からの制御により、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給したり、当該動力源から電力を供給されたりするものである。

例えば、自動車の運転者により自動車のアクセルが踏まれると、電池パック１は放電し、ＥＣＵは、その電気エネルギーを運動エネルギーに変換して電動機１１（走行用モータ）を駆動させる。一方、運転者によりブレーキが踏まれると、ＥＣＵは、電動機１１を発電機として作動させ、運動エネルギーを電気エネルギーに変換させる。これにより、電動機１１は、いわゆる回生ブレーキによる二次電池５の充電が可能になる。そして、ＥＣＵは、後述する充電可能電力値あるいは当該充電可能電力値よりやや小さい値の電力で、電動機１１から電池パック１への充電を開始させる。

図１に示すように、電池パック１は、電池モジュール２、当該電池モジュール２を管理するバッテリ−マネージャー（以下、ＢＭという）３、電流センサ４を備える。電池モジュール２は、二次電池５、温度センサ６、電池温度計測部７および電池電圧計測部８を有する。なお、電池温度計測部７及び電池電圧計測部８は、例えば共通の基板上に配置されており、この回路基板を、以下、セルセンサ（以下、ＣＳという）９という。ＢＭ３及びＣＳ９は、処理実行部、充電可能電力推定装置の一例である。

二次電池５は、蓄電素子の一例であり、例えばリチウムイオン電池である。なお、蓄電素子は、二次電池５以外にキャパシタなどでもよい。二次電池５及び電流センサ４は、配線１０を介して電動機１１と直列に接続されている。温度センサ６は、二次電池５に接触して、あるいは、近傍に配置されている。電池温度計測部７は、温度センサ６を用いて接触式あるいは非接触式で二次電池５の温度Ｄ［℃］を測定し、その測定結果を、通信ライン１６を介してＢＭ３に送信する。電池電圧計測部８は、二次電池５の端子電圧Ｖ［Ｖ］を測定し、その測定結果を、通信ライン１６を介してＢＭ３に送信する。

ＢＭ３は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１２と、メモリ１３と、電流計測部１４とを備える。電流計測部１４は、電流センサ４を用いて二次電池５への充電電流または電動機１１への放電電流（以下、充放電電流という）の電流値Ｉ［Ａ］を測定する。なお、ＢＭ３と電流センサ４とＣＳ９とを含めた構成をバッテリマネジメントシステム（以下、ＢＭＳという）１５と呼び、ＢＭＳ１５は処理実行部、充電可能電力推定装置の一例である。

メモリ１３には、ＣＳ９の動作を制御するための各種のプログラムが記憶されている。ＣＰＵ１２は、メモリ１３から読み出したプログラムに従って、後述する充電可能電力推定処理を実行するなど、各部の制御を行う。また、メモリ１３には、二次電池５の内部抵抗Ｒの初期値、および、抵抗係数対応テーブルが記憶されている。ここで、内部抵抗Ｒの初期値は、例えば、二次電池５の温度が２５℃で、二次電池５のＳＯＣが５０％の時の値である。抵抗係数は、二次電池５の内部抵抗Ｒの初期値に対する係数であり、この抵抗係数は、二次電池５の温度と充電状態（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ、残存容量ともいう以下、ＳＯＣという）とに応じて変わる。上記抵抗係数対応関係テーブルは、二次電池５の温度およびＳＯＣの各組み合わせと、抵抗係数とが対応付けられて記憶されたものである。そして、メモリ１３には、ＳＯＣと開放電圧（ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔＶｏｌｔａｇｅ以下、ＯＣＶともいう）との関係性を示すＳＯＣ−ＯＣＶマップが記憶されている。更に、メモリ１３には、後述する二次電池５の上限電圧値Ｖｍおよび上限電流値Ｉｍが記憶されている。

（電流制限状態および電圧制限状態）
二次電池５は、ＳＯＣの現在値や温度に応じて、電流制限状態になったり、電圧制限状態になったりする。電流制限状態は、二次電池５の端子電圧の値が上限電圧値Ｖｍに達する前に当該二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍに達するため、電流を制限すべき状態である。電圧制限状態は、二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍに達する前に当該二次電池５の端子電圧の値が上限電圧値Ｖｍに達するため、端子電圧を制限すべき状態である。

図２に示すように、上限電流値Ｉｍおよび上限電圧値Ｖｍは、例えば二次電池５の使用可能範囲Ｐの上限値であり、使用可能範囲Ｐは、例えば二次電池５を安全に使用するために仕様上定められている範囲である。なお、上限電流値Ｉｍおよび上限電圧値Ｖｍは、上記ＥＣＵで予め定められた制御範囲の上限値などでもよい。また、同図には、使用可能範囲Ｐの各下限値として、下限電圧値Ｖｓおよび下限電流値Ｉｓが示されている。

図２中の直線Ｆ１は、二次電池５が電流制限状態である場合における充放電電流と端子電圧との変化特性を示すグラフである。二次電池５の開放電圧の値は第１電圧値Ｅ１であり、内部抵抗は第１抵抗値Ｒ１である。この直線Ｆ１によれば、二次電池５の端子電圧の値が上限電圧値Ｖｍに達する前に当該二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍに達している。このため、直線Ｆ１の状態の二次電池５は電流制限状態であるといえる。

同図中の直線Ｆ２は、二次電池５が電圧制限状態である場合における充放電電流と端子電圧との変化特性を示すグラフである。二次電池５の開放電圧の値は第２電圧値Ｅ２（＞Ｅ１）であり、内部抵抗は第２抵抗値Ｒ２（＞Ｒ１）である。この直線Ｆ２によれば、二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍに達する前に当該二次電池５の端子電圧の値が上限電圧値Ｖｍに達している。このため、直線Ｆ２の状態の二次電池５は電圧制限状態であるといえる。

同図から明らかなように、二次電池５の状態が、電流制限状態および電圧制限状態のいずれであるかは、主として、二次電池５の開放電圧および内部抵抗によって定まる。特に、二次電池５の温度変化が小さく内部抵抗の変化が微少である環境下では、二次電池５の状態が、電流制限状態および電圧制限状態のいずれであるかは、主として、二次電池５の開放電圧によって定まる。なお、二次電池５の開放電圧は、ＳＯＣとの相関関係があり、内部抵抗は、二次電池５の劣化度合いと相関関係がある。

（充電可能電力推定処理）
ＢＭＳ１５は、例えば二次電池５から電力が供給されることにより、図３に示す充電可能電力推定処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ１２は、まず、ＥＣＵから充電可能電力の推定要求があるか否かを判断する（Ｓ１１）。なお、ＥＣＵからの充電可能電力の推定要求は、実行条件の一例であり、Ｓ１１の処理は条件判断処理の一例である。

ＣＰＵ１２は、ＥＣＵから充電可能電力の推定要求があったと判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、後述するように、ＥＣＵからの当該充電可能電力の推定要求時（以下、推定要求時という。）から、予め定められた基準時間Ｔ経過時の二次電池５の状態が、電流制限状態なのか電圧制限状態なのかを判断する（Ｓ１８）。上述したように、二次電池５の状態が、電流制限状態および電圧制限状態のいずれであるかは、主として、二次電池５の内部抵抗および開放電圧によって定まる。そこで、ＣＰＵ１２は、二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値および開放電圧Ｅの現在値を推定する。

具体的には、ＣＰＵ１２は、電池温度計測部７の測定結果から、二次電池５の現在の温度を検知し（Ｓ１２）、また、二次電池５のＳＯＣの現在値を推定する（Ｓ１３）。ここで、ＣＰＵ１２は、次のようにＳＯＣの現在値を推定する。すなわち、ＣＰＵ１２は、例えば自動車が停止しており二次電池５が数時間使用されていない状態で、電池電圧計測部８の測定結果から二次電池５の開放電圧を検知する。そして、ＣＰＵ１２は、メモリ１３に記憶された上記ＳＯＣ−ＯＣＶマップを参照して、その検知した開放電圧に対応するＳＯＣを、ＳＯＣの初期値として求める。その後、例えば自動車の運転者がイグニッションキーをオン操作することにより、ＣＰＵ１２は、電流計測部１４の測定結果を用いて、二次電池５の充放電電流の値を時間経過に伴って積算していく。

そして、ＣＰＵ１２は、上記ＳＯＣの初期値に、現時点でのＳＯＣの積算値を加算した値を、ＳＯＣの現在値とする。なお、ＳＯＣの推定をするには、これ以外に様々な公知技術を利用することができる。ＣＰＵ１２は、Ｓ１２の処理とＳ１３の処理とを同時に実行してもよいし、Ｓ１３の処理を先に実行し、次にＳ１２の処理を実行してもよい。

次に、ＣＰＵ１２は、上記二次電池５の温度の値およびＳＯＣの現在値に基づき、二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値を推定する（Ｓ１４）。ＣＰＵ１２は、まずメモリ１３に記憶された上記抵抗係数対応テーブルを参照して、Ｓ１２で得られた二次電池５の温度の値、および、Ｓ１３で得られたＳＯＣの現在値に対応する抵抗係数を読み出す。そして、ＣＰＵ１２は、その読み出した係数と、メモリ１３に記憶されている内部抵抗Ｒの上記初期値との積から、二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値を推定する。なお、二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値を推定することは、二次電池５の内部抵抗Ｒの劣化度合いを推定することであるともいえる。なお、二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値を推定するには、これ以外に様々な公知技術を利用することができる。

次に、ＣＰＵ１２は、上記ＳＯＣ−ＯＣＶマップを参照して、Ｓ１３で取得したＳＯＣの現在値に対応する二次電池５の開放電圧Ｅの現在値を推定する（Ｓ１５）。なお、このＳ１５の処理は開放電圧推定処理の一例である。なお、二次電池５の開放電圧Ｅの現在値を推定することは、二次電池５のＳＯＣの現在値を推定することであるともいえる。また、ＣＰＵ１２は、Ｓ１４の処理とＳ１５の処理とを同時に実行してもよいし、Ｓ１５の処理を先に実行し、次にＳ１４の処理を実行してもよい。なお、開放電圧Ｅの現在値の推定をするには、これ以外に様々な公知技術を利用することができる。

次に、ＣＰＵ１２は、メモリ１３から二次電池５の上限電圧値Ｖｍおよび上限電流値Ｉｍを読み出す（Ｓ１６）。

そして、ＣＰＵ１２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時（例えば１０秒後）の二次電池５の開放電圧Ｅの値ＥＸを推定する（Ｓ１７）。このＳ１７の処理は、開放電圧推定処理の一例である。具体的には、ＣＰＵ１２は、二次電池５の上限電流値Ｉｍに上記基準時間Ｔを乗じて、推定要求時から基準時間Ｔ経過時までの電流積算値の変化量ΔＣＣを推定する。ＣＰＵ１２は、得られた電流積算値の変化量ΔＣＣを二次電池５の総容量Ｑで除して、推定要求時から基準時間Ｔ経過時までのＳＯＣの変化量を推定する。なお、このＳＯＣの変化量を推定することは、推定要求時から基準時間Ｔ経過時までの開放電圧Ｅの変化量を推定することであるといえる。

ＣＰＵ１２は、そのＳＯＣの変化量と、Ｓ１３で得たＳＯＣの現在値とを合算して、推定要求時から上記基準時間Ｔ経過時のＳＯＣの値を推定する。なお、ＳＯＣの変化量は、算出して求めるのではなく、予めメモリ１３に記憶しておいてもよい。そしてＣＰＵ１２は、上記ＳＯＣ−ＯＣＶマップを参照して、推定要求時から上記基準時間Ｔ経過時のＳＯＣの値に対応する開放電圧の値を、推定要求時から上記基準時間Ｔ経過時の開放電圧Ｅの値ＥＸとする。なお、推定要求時から上記基準時間Ｔ経過時の開放電圧Ｅの値ＥＸの推定をするには、これ以外に様々な公知技術を利用することができる。

次に、ＣＰＵ１２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の二次電池５の状態が、電流制限状態であるか電圧制限状態であるかを判断する状態判断処理を実行する（Ｓ１８）。具体的には、ＣＰＵ１２は、上限電流値Ｉｍ、Ｓ１４の二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値と、上記基準時間Ｔ経過時の開放電圧Ｅの値ＥＸとから、二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍであると仮定したときの端子電圧Ｖ（＝ＥＸ＋Ｒ×Ｉｍ）を推定する。この推定処理は、端子電圧算出処理の一例である。

ＣＰＵ１２は、この端子電圧Ｖが上限電圧値Ｖｍを超えると判断した場合、二次電池５の状態は電圧制限状態であると判断し（Ｓ１８：ＮＯ）、充電可能電力Ｗ１を、次の式１で算出し（Ｓ２０）、メモリ１３に記憶して（Ｓ２１）、Ｓ１１に戻る。なお、Ｓ２０の処理は、電力推定処理の一例である。
＜式１＞
Ｗ１＝Ｖｍ×（Ｖｍ−ＥＸ）／Ｒ

図４の例では、直線Ｆ３は、推定要求時における二次電池５の充放電電流と端子電圧との変化特性を示すグラフである。また、直線Ｆ４は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時における二次電池５の充放電電流と端子電圧との変化特性を示すグラフである。同図中の符号Ｅ３は、推定要求時の二次電池５の開放電圧値であり、符号ΔＥ１は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時までの開放電圧Ｅの変化量であり、符号Ｅ３＋ΔＥ１は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の開放電圧値である。また、符号Ｒ３は、二次電池５の内部抵抗Ｒの値である。

このとき二次電池５の端子電圧Ｖ（＝Ｅ３＋ΔＥ１＋Ｒ３×Ｉｍ）は、上限電圧値Ｖｍを超えているため、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電圧制限状態であると判断する（Ｓ１８：ＮＯ）。そして、ＣＰＵ１２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時に、二次電池５の端子電圧を上限電圧値Ｖｍとしたときの電力Ｗ１（＝Ｖｍ×（Ｖｍ−ＥＸ）／Ｒ）を、充電可能電力と推定する（図４でランダムな点で示した矩形領域を参照）。なお、推定要求時は、実行判断時の一例である。

説明を判り易くするために、以下では、図５に示すように、電圧制限状態の二次電池５を、上記充電可能電力Ｗ１で定電力充電した場合について説明する。同図中の符号ＣＴは、推定要求時を示している。同図の上段には、二次電池５の端子電圧について推定要求時からの変化が示されており、中段には、二次電池５に流れる電流について推定要求時からの変化が示されており、下段には、充電可能電力Ｗ１が示されている。この充電可能電力Ｗ１は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時に二次電池５に流れる電流値Ｉ（＝（Ｖｍ−ＥＸ）／Ｒ）と、上限電圧値Ｖｍとの積の値である。

ここで、電圧制限状態では、回生ブレーキによる二次電池５の充電途中で、自動車の運転者のドライバビリティが損なわれる可能性が特に高い。後述する図８に示すように、電圧制限状態では、電流制限状態よりも、二次電池５のＳＯＣが比較的高く、充電時に比較的早く満充電に至る可能性がある。このため、仮に、ＣＰＵ１２が、推定要求時に二次電池５に流れる電流値Ｉ（＝（Ｖｍ−Ｅ）／Ｒ）と上限電圧値Ｖｍとの積の値、即ち、推定要求時の開放電圧Ｅの値またはＳＯＣの値に基づき、充電可能電力を推定し、ＥＣＵが、その充電可能電力で二次電池５への充電制御を開始すると、二次電池５が比較的短時間で満充電になることがある。そうすると、ＥＣＵは、回生ブレーキを使用したブレーキ制御からパッドブレーキを使用したブレーキ制御に切り替える。これにより、運転者にとってブレーキフィールが変わってしまい、ドライバビリティが損なわれてしまう。

これに対し、本実施形態では、ＣＰＵ１２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の開放電圧Ｅの値ＥＸ、または、それに対応するＳＯＣの値に基づき、充電可能電力Ｗ１を推定し、ＥＣＵは、その充電可能電力Ｗ１で二次電池５への充電制御を開始する。ここで、前述したように、電圧制限状態は、端子電圧を制限すべき状態である。また、二次電池５の端子電圧は、充電中、時間経過に伴って増加する傾向にある。このため、ＥＣＵは、推定要求時から基準時間Ｔ経過時まで、端子電圧Ｖが上限電圧値Ｖｍを超えることなく、二次電池５の充電制御を継続することができ、ドライバビリティが損なわれる可能性が低い。

一方、ＣＰＵ１２は、この端子電圧Ｖが上限電圧値Ｖｍ以下であると判断した場合、二次電池５の状態は電流制限状態であると判断し（Ｓ１８：ＹＥＳ）、充電可能電力Ｗ２を、次の式２で算出し（Ｓ１９）、メモリ１３に記憶して（Ｓ２１）、Ｓ１１に戻る。なお、Ｓ１９の処理は、電力推定処理の一例である。
＜式２＞
Ｗ２＝（Ｅ＋Ｒ×Ｉｍ）×Ｉｍ

図６の例では、直線Ｆ５は、推定要求時における二次電池５の充放電電流と端子電圧との変化特性を示すグラフである。また、直線Ｆ６は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時における二次電池５の充放電電流と端子電圧との変化特性を示すグラフである。同図中の符号Ｅ４は、推定要求時の二次電池５の開放電圧値であり、符号ΔＥ２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時までの開放電圧Ｅの変化量であり、符号Ｅ４＋ΔＥ２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の開放電圧値である。また、符号Ｒ４は、二次電池５の内部抵抗Ｒの値である。

このとき二次電池５の端子電圧Ｖ（＝Ｅ４＋Ｒ４×Ｉｍ）は、上限電圧値Ｖｍ以下であるため、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電流制限状態であると判断する（Ｓ１８：ＹＥＳ）。そして、ＣＰＵ１２は、推定要求時に、二次電池５に流れる電流を上限電流値Ｉｍとしたときの電力Ｗ２（＝（Ｅ＋Ｒ×Ｉｍ）×Ｉｍ）を、充電可能電力と推定する（図６でランダムな点で示した矩形領域を参照）。

説明を判り易くするために、以下では、図７に示すように、電流制限状態の二次電池５を、上記充電可能電力Ｗ２で定電力充電した場合について説明する。同図中の符号ＣＴは、推定要求時を示している。同図の上段には、二次電池５の端子電圧について推定要求時からの変化が示されており、中段には、二次電池５に流れる電流について推定要求時からの変化が示されており、下段には、充電可能電力Ｗ２、Ｗ３が示されている。この充電可能電力Ｗ２は、推定要求時の二次電池５の端子電圧値（Ｅ＋Ｒ×Ｉｍ）と、上限電流値Ｉｍとの積の値である。また、充電可能電力Ｗ３は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の二次電池５の端子電圧値（ＥＸ＋Ｒ×Ｉｍ）と、上限電流値Ｉｍとの積の値である。

ここで、前述したように、電流制限状態は、電流を制限すべき状態である。また、二次電池５に流れる電流は、充電中、時間経過に伴って減少する傾向にある。このため、仮に、ＣＰＵ１２が、上記充電可能電力Ｗ３、即ち、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の開放電圧Ｅの値ＥＸまたはＳＯＣの値に基づき、充電可能電力を推定し、ＥＣＵが、その充電可能電力で二次電池５への充電制御を開始すると、同図の中段に示すように、推定要求時から基準時間Ｔ経過時までの間に二次電池５に流れる電流が上限電流値Ｉｍを超えてしまう（図７中段１点鎖線参照）。

これに対し、本実施形態では、ＣＰＵ１２は、推定要求時の開放電圧Ｅ、または、それに対応するＳＯＣの値に基づき、充電可能電力Ｗ２を推定し、ＥＣＵは、その充電可能電力Ｗ２で二次電池５への充電制御を開始する。このため、ＥＣＵは、推定要求時から基準時間Ｔ経過時まで、二次電池５に流れる電流が上限電流値Ｉｍを超えることなく、二次電池５の充電制御を継続することができる（図７中段実線参照）。なお、電流制限状態では、電圧制限状態よりも、二次電池５のＳＯＣが比較的低く、充電時に満充電に至る可能性が低いため、充電可能電力Ｗ２で充電を行っても、ドライバビリティが損なわれる可能性は低い。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、ＣＰＵ１２は、推定要求時から基準時間Ｔ経過時の二次電池５の状態が電流制限状態なのか電圧制限状態なのかを判断する処理を行う。ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電圧制限状態であると判断した場合は、推定要求時から基準時間経過時に、二次電池５の端子電圧を上限電圧値Ｖｍとしたときの電力Ｗ１（＝Ｖｍ×（Ｖｍ−ＥＸ）／Ｒ）を充電可能電力と推定する。また、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電流制限状態であると判断した場合は、推定要求時に、二次電池５に流れる電流を上限電流値Ｉｍとしたときの電力Ｗ２（＝（Ｅ＋Ｒ×Ｉｍ）×Ｉｍ）を充電可能電力と推定する。これにより、ＣＰＵ１２は、電流制限状態での二次電池５に流れる電流が上限電流値を超えない充電可能電力を推定することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

ＣＰＵ１２は、図３のＳ１２〜Ｓ１５の少なくとも１つの処理を実行せずに、ＥＣＵ等の外部機器が推定や測定した結果（温度、ＳＯＣ、内部抵抗）を受ける構成でもよい。この場合、ＣＰＵ１２は、電池温度計測部７、電池電圧計測部８、電流センサ４、電流計測部１４の少なくとも１つが不要となる。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、ＥＣＵから充電可能電力の推定要求があったと判断した場合、推定要求時から、予め定められた基準時間Ｔ経過時の二次電池５の状態が、電流制限状態なのか電圧制限状態なのかを判断した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、二次電池５の充電が開始したと判断した場合、当該判断時から予め定められた基準時間Ｔ経過時の二次電池５の状態が、電流制限状態なのか電圧制限状態なのかを判断してもよい。ＣＰＵ１２は、ＥＣＵ等からの充電開始信号やブレーキ信号等の外部信号を受けたことを条件に、二次電池５の充電が開始したと判断してもよい。また、ＣＰＵ１２は、上記電流センサ４の測定結果に基づき、配線１０に流れる電流の向きを検知する。そして、ＣＰＵ１２は、その検知した方向が、二次電池５の正極から流れ出す放電方向から、二次電池５の正極に流れ込む充電方向に切り替わったことを条件に二次電池５の充電が開始したと判断してもよい。

上記実施形態では、実行条件の一例としてＥＣＵから充電可能電力の推定要求を挙げ、また、条件判断処理の一例として、ＣＰＵ１２が、ＥＣＵから充電可能電力の推定要求があるか否かを判断することを挙げた。しかしこれに限らず、以下でもよい。すなわち、ＣＰＵ１２は、図３に示す充電可能電力推定処理を実行し、充電可能電力推定処理を実行してから予め定められた一定時間が経過した後、再び充電可能電力推定処理を実行する。つまり、ＣＰＵ１２は、予め定められた一定時間が経過するたびに、換言すれば、周期的に充電可能電力推定処理を実行する。そして、当該予め定められた一定時間が経過したことを実行条件としてもよい。この場合、条件判断処理は、ＣＰＵ１２が、予め定められた一定時間が経過したか否かを判断することである。なお、ＣＰＵ１２が、周期的に充電可能電力推定処理を実行する始期は、例えば自動車の運転者がイグニッションキーをオン操作する等により、ＣＰＵ１２に電源が供給された時としてもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、二次電池５の内部抵抗Ｒを、抵抗係数対応テーブルと内部抵抗の初期値とから推定した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、まず、電池電圧計測部８で二次電池５の電圧値を測定し、電流計測部１４で二次電池５の電流値を測定する。そして、ＣＰＵ１２は、検出した電圧値および電流値の複数のデータに基づいて直線を求め、求めた直線の傾きから、二次電池５の内部抵抗Ｒを推定してもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、初期ＳＯＣに積算ＳＯＣを加算したＳＯＣを、推定ＳＯＣとし、ＳＯＣ−ＯＣＶマップから開放電圧Ｅを推定した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、まず、電池電圧計測部８で二次電池５の電圧値を測定し、電流計測部１４で二次電池５の電流値を測定する。そして、ＣＰＵ１２は、検出した電圧値および電流値の複数のデータに基づいて直線を求める。次にＣＰＵ１２は、求めた直線の傾きから二次電池５の内部抵抗Ｒを求める。最後に、ＣＰＵ１２は、上記電流値に上記内部抵抗Ｒを乗じたものに、上記電圧値を加えることで、開放電圧Ｅを推定してもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、初期ＳＯＣに積算ＳＯＣを加算したＳＯＣを、推定ＳＯＣとし、ＳＯＣ−ＯＣＶマップから開放電圧Ｅを推定した。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、まず、電池電圧計測部８で二次電池５の端子電圧値を測定し、電流計測部１４で二次電池５へ流れる電流の値を測定する。そして、ＣＰＵ１２は、推定した内部抵抗Ｒの現在値と当該測定した電圧値／電流値とから、直線を求め、当該直線で電流がゼロの時の電圧を開放電圧Ｅの現在値として推定してもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、上記ＳＯＣの初期値に、現時点でのＳＯＣの積算値を加算した値を、ＳＯＣの現在値とした。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、まず、電池電圧計測部８で二次電池５のＯＣＶを測定する。そして、ＣＰＵ１２は、予め定められたＳＯＣ−ＯＣＶマップを参照して、測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣを、ＳＯＣの現在値としてもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍであると仮定したときの端子電圧Ｖ（＝ＥＸ＋Ｒ×Ｉｍ）と、メモリ１３から読み出した上限電圧値Ｖｍとを比較することで、二次電池５の状態が、電流制限状態か電圧制限状態かの判断を行った。しかし当該判断はこれに限らない。図８から、推定要求時から基準時間Ｔ経過時のＳＯＣが閾値以下（例えば７０％以下）であれば、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電流制限状態であると判断し、充電可能電力を推定する。一方、推定要求時から基準時間Ｔ経過時のＳＯＣが閾値より大きい（例えば７０％より大きい）のであれば、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電圧制限状態であると判断し、充電可能電力を推定する。ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態が電流制限状態か電圧制限状態かを、上記のように判断してもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍであると仮定したときの端子電圧Ｖ（＝ＥＸ＋Ｒ×Ｉｍ）と、メモリ１３から読み出した上限電圧値Ｖｍとを比較することで、電流制限状態か電圧制限状態かの判断を行った。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、電池パック１の使用環境が温度に依存しない場合等では、二次電池５の内部抵抗Ｒの現在値を一定とみなして判断を行ってもよい。この場合、ＣＰＵ１２は、開放電圧Ｅの現在値および推定要求時から上記基準時間Ｔ経過時の開放電圧Ｅの値ＥＸのみの推定で、二次電池５の状態は電流制限状態が電圧制限状態かを判断できる。従って、ＣＰＵ１２は、開放電圧と相関関係のあるＳＯＣによって、二次電池５の状態を判断してもよい。

上記実施形態では、ＣＰＵ１２は、二次電池５に流れる電流の値が上限電流値Ｉｍであると仮定したときの端子電圧Ｖ（＝ＥＸ＋Ｒ×Ｉｍ）と、メモリ１３から読み出した上限電圧値Ｖｍとを比較することで、二次電池５の状態が電流制限状態か電圧制限状態かの判断を行った。しかしこれに限らず、ＣＰＵ１２は、二次電池５の端子電圧の値が上限電圧値Ｖｍであると仮定したときの二次電池５に流れる電流値Ｉ（＝（Ｖｍ−ＥＸ）／Ｒ）を推定し、メモリ１３から読み出した上限電流値Ｉｍとを比較することで、二次電池５の状態が電流制限状態か電圧制限状態かを判断してもよい。具体的には、上記電流値Ｉが上限電流値Ｉｍよりも大きい場合は、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態は電流制限状態であると判断し、上記電流値Ｉが上限電流値Ｉｍ以下の場合は、ＣＰＵ１２は、二次電池５の状態は電圧制限状態であると判断してもよい。

上記実施形態では、電動機１１は走行用モータを例に挙げた。しかしこれに限らず、電動機１１は、例えば充電スタンドなど、車両の外部から二次電池５に充電する充電装置でもよい。

上記実施形態では、ＢＭ３及びＣＳ９を充電可能電力推定装置の一例として挙げた。しかしこれに限らず、ＢＭ３及びＣＳ９は放電可能電力推定装置としても各種処理を実行する構成でもよい。具体的には、ＣＰＵ１２は、図３のフローの処理を一部変更して実行する。同図のＳ１１において、ＣＰＵ１２は、放電可能電力の推定要求があるか否かを判断する。そして同図のＳ１６で、ＣＰＵ１２は、メモリ１３から、二次電池５の下限電圧値Ｖｓを読み出し、二次電池５の下限電流値Ｉｓを読み出す。そして、同図のＳ１８で、ＣＰＵ１２は、端子電圧Ｖが下限電圧値Ｖｓを超えるか否かを判断する。ＣＰＵ１２は、端子電圧Ｖが下限電圧値Ｖｓを超えると判断した場合、二次電池５は電流制限状態であると判断し、同図のＳ１９で放電可能電力を（Ｅ＋Ｒ×Ｉｓ）×Ｉｓと推定する。また、ＣＰＵ１２は、端子電圧Ｖが下限電圧値Ｖｓ以下であると判断した場合、二次電池５は電圧制限状態であると判断し、同図のＳ２０で放電可能電力をＶｓ×（Ｖｓ−ＥＸ）／Ｒと推定する。

上述した放電可能電力推定装置は、次のような構成として記載することができる。すなわち、蓄電素子の放電可能電力を推定する放電可能電力推定装置であって、処理実行部を備え、前記処理実行部は、前記放電可能電力を推定する実行条件を満たすかを判断する条件判断処理と、前記実行条件を満たすと判断した場合、前記蓄電素子の状態が、前記蓄電素子に流れる電流の値が下限電流値に達する前に当該蓄電素子の端子電圧の値が下限電圧値に達する電圧制限状態であるか、前記蓄電素子の端子電圧の値が前記下限電圧値に達する前に当該蓄電素子に流れる電流の値が前記下限電流値に達する電流制限状態であるか、を判断する状態判断処理と、前記蓄電素子の状態が前記電圧制限状態であると判断した場合、前記蓄電素子の内部抵抗と、前記下限電圧値と、前記実行条件を満たすと判断した実行判断時から基準時間経過時における前記蓄電素子の開放電圧とから、前記蓄電素子の放電可能電力を推定し、前記蓄電素子の状態が前記電流制限状態であると判断した場合、前記蓄電素子の内部抵抗と、前記下限電流値と、前記実行判断時以降で且つ前記基準時間経過前における前記蓄電素子の開放電圧とから、前記蓄電素子の放電可能電力を推定する電力推定処理と、を実行する構成を有する、放電可能電力推定装置。

３：ＢＭ、５：二次電池、９：ＣＳ、１２：ＣＰＵ、１５：ＢＭＳ

Claims

蓄電素子の充電を制御するための処理実行部を備えた蓄電素子の充電制御装置であって、
前記処理実行部は、
前記処理実行部に処理が要求された時から所定の基準時間が経過した時点で、前記蓄電素子の状態が、前記蓄電素子に流れる電流の値が上限電流値に達する前に当該蓄電素子の端子電圧の値が上限電圧値に達する電圧制限状態となるか、前記蓄電素子の端子電圧の値が前記上限電圧値に達する前に当該蓄電素子に流れる電流の値が前記上限電流値に達する電流制限状態になるか、を判断する状態判断処理と、
前記状態判断処理の結果に応じて前記電圧制限状態における充電制御と前記電流制限状態における充電制御とを切り換えるための情報を提供する処理とを実行する構成を有する蓄電素子の充電制御装置。
請求項１において、前記電圧制限状態における充電制御と前記電流制限状態における充電制御とを切り換えるための情報が前記蓄電素子の充電可能電力である蓄電素子の充電制御装置。
請求項２において、前記蓄電素子の状態が前記電圧制限状態となると判断された場合には、前記充電可能電力を、前記蓄電素子の内部抵抗と、前記上限電圧値と、前記基準時間が経過した時に予測される前記蓄電素子の開放電圧とに基づいて算出し、前記蓄電素子の状態が前記電流制限状態となると判断された場合には、前記充電可能電力を、前記蓄電素子の内部抵抗と、前記上限電流値と、前記処理実行部に処理が要求された時以降で且つ前記基準時間経過前の時に予測される前記蓄電素子の開放電圧とに基づいて算出する電力推定処理を行う蓄電素子の充電制御装置。
蓄電素子と、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電制御装置とを備える蓄電装置。
蓄電素子の充電を制御するための蓄電素子の充電制御方法であって、
所定の基準時間内に、前記蓄電素子の状態が、前記蓄電素子に流れる電流の値が上限電流値に達する前に当該蓄電素子の端子電圧の値が上限電圧値に達する電圧制限状態となるか、前記蓄電素子の端子電圧の値が前記上限電圧値に達する前に当該蓄電素子に流れる電流の値が前記上限電流値に達する電流制限状態になるか、を判断する処理と、
前記状態判断処理の結果に応じて前記電圧制限状態における充電制御と前記電流制限状態における充電制御とを切り換えるための情報を提供する処理とを実行する蓄電素子の充電制御方法。