JP6379878B2 - 二次電池の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも電動機を駆動源とする車両に搭載される二次電池の制御装置に関する。

プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）における二次電池の制御において、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）の推定精度を向上させることは、とりわけ電池パックの容量削減によるコスト低減に大きく寄与することから、重要である。ＳＯＣの推定は、センサにより検出される二次電池の両端電圧から開回路電圧（ＯＣＶ）を推定し、予め決定されたＯＣＶ−ＳＯＣ特性に基づいて行われる。

特許文献１に記載のバッテリのパラメータ等推定装置は、抵抗およびコンデンサをパラメータとして有するバッテリの等価回路モデルと、パラメータを対数変換して得た対数変換パラメータ値を状態変数とし、これを用いて状態方程式と出力方程式からカルマン・フィルタでパラメータの対数変換値を、検出した充放電電流および端子電圧に基づいて逐次推定する対数変換パラメータ値推定部と、推定した対数変換パラメータ値からこの値に対応する真数であるパラメータの推定値を得る逆対数変換部と、を備える。そして、推定された各パラメータに基づいて、ＯＣＶが推定され、ＯＣＶに対応するＳＯＣが算出される。

特開２０１４−７４６８２号公報

ところで、一般的に、ＰＨＶの走行モードの切り替えはＳＯＣに依存する。例えば、十分充電がなされＳＯＣが十分に大きい場合には、車両はＥＶ走行を行う。また、ＥＶ走行によりＳＯＣが所定の値まで低下すると、車両はＨＶ走行に移行してＳＯＣを一定に保持するように駆動する。

ここで、例えばＨＶ走行時にＯＣＶの推定を実行する場合、ＳＯＣを一定に保持するために長時間の充放電は行われない。このため、センサにより検出される電圧あるいは電流に、充放電に係る時定数の大きな成分がほとんど含まれない。一方、ＥＶ走行時には長時間の放電が行われる場合があり、その場合であれば、時定数の大きな成分を加味したうえでＯＣＶの推定が可能である。ただし、ＥＶ走行が短時間である場合など、常に時定数の大きな成分を含めてＯＣＶの推定ができるとは限らない。すなわち、ＨＶ走行時でも、ＥＶ走行時でも、充放電に係る時定数の大きな成分が含まれることを保証できず、ＯＣＶの推定、ひいてはＳＯＣの十分な推定精度を確保できない虞がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、ＳＯＣの推定に必要なパラメータのより精度の高い推定が可能な二次電池の制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも電動機（２００）を駆動源とする車両に搭載される二次電池（１０）の制御装置であって、二次電池と、車両の走行モードの継続時間を計測するモード時間計測部（４０）と、車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する停止検出部（５０）と、車両の停止後における充電動作の有無を検出する充電検出部（６０）と、モード時間計測部、停止検出部、および、充電検出部に通信可能に接続されるとともに、二次電池の等価回路における特性パラメータを推定する制御部（７０）と、を備え、等価回路は、充放電に係る時定数に対応し、特性パラメータにより規定される少なくとも１つのインピーダンス回路（１１〜１５）から構成されるインピーダンス回路群を有し、制御部は、停止検出部が車両の停止を検出した後に、車両の停止前の走行モードおよびその継続時間に基づいてインピーダンス回路に蓄積された電荷の初期値を推定し、さらに、初期値と、車両の停止後の充電の有無と、に基づいて特性パラメータを推定するか否かを判別し、停止検出部が車両の停止を検出した後に、充電検出部が車両の充電を検出する場合において、制御部は、車両の停止前の走行モードがＨＶ走行であり、且つ、該ＨＶ走行の継続時間が、所定の判定時間よりも長いことを以って、特性パラメータの推定を実行することを特徴とする。

従来の構成では、特性パラメータの推定は、車両の走行中における二次電池の電流および電圧に基づいて実行される。これに対して、本発明における制御部は、車両の停止を検出した後にも特性パラメータの推定を実施する。走行時のように、運転の仕方や周辺環境によって走行モードが任意に切り替わる状態に較べて、停止時は、インピーダンス回路に流れる電流あるいは電圧が長時間ほぼ一定に保持された状態で特性パラメータの推定を実行することができる。とくに、充電時には、電流が一定の充電方式であるＣＣ（Constant Current）充電や、電圧が一定の充電方式であるＣＶ（Constant Voltage）充電などがあり、車両が停止した後の充電時における二次電池の電圧や電流の変化に基づいて特性パラメータの推定が可能である。そして、時定数の大きなインピーダンス回路について、等価回路を構成する、例えば抵抗器やコンデンサの特性パラメータの同定は、走行中では困難であったが、本発明によれば、これを精度よく行うことができる。したがって、インピーダンス回路群全体の端子電圧が精度よく推定でき、ひいてはＯＣＶを精度よく推定することができる。つまり、従来の構成に較べてＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

第１実施形態に係る二次電池の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 二次電池の等価回路である。 モード時間計測部により記録される走行モードの時系列表である。 二次電池の制御装置の動作フロー図である。 ＨＶ走行後に充電される場合の、二次電池に流れる電流、および、インピーダンス回路群の両端電圧の時間変化を示す図である。 ＥＶ走行後に充放電される場合の、二次電池に流れる電流、および、インピーダンス回路群の両端電圧の時間変化を示す図である。 二次電池の制御装置における動作の一覧表である。 その他の実施形態において、ＨＶ走行後に充電される場合の、二次電池に流れる電流、および、インピーダンス回路群の両端電圧の時間変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る二次電池の制御装置の概略構成について説明する。

本実施形態に係る制御装置は、電動機を駆動源として有する車両に搭載された二次電池の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を推定し、車両の走行状態に反映させる。とくに、ここに例示する車両はプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）であり、走行モードとして、電気自動車としてのＥＶ走行と、ガソリンエンジンと電動機２００を併用するハイブリッド自動車としてのＨＶ走行とを有している。

図１に示すように、この二次電池の制御装置１００は、電動機２００に対する力行および回生のための二次電池１０と、二次電池１０に流れる電流を検出する電流検出部２０と、二次電池１０の両端にかかる総電圧を検出する電圧検出部３０と、を備えている。

さらに、制御装置１００は、車両の走行モードとその継続時間を計測するモード時間計測部４０と、車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する停止検出部５０と、車両の停止後における充電動作の有無を検出する充電検出部６０と、を備えている。

そして、電流検出部２０、電圧検出部３０、モード時間計測部４０、停止検出部５０、および、充電検出部６０に対して通信可能に接続され、これら各部からの信号に基づいて二次電池１０の特性パラメータを推定する制御部７０を備えている。特性パラメータとは、図２に示すように、二次電池１０の等価回路を想定したとき、等価回路を構成する抵抗器の抵抗値やキャパシタの静電容量などのことを指す。また、制御部７０は、特性パラメータの推定とともに、無負荷状態における両端電圧である開回路電圧ＯＣＶを推定し、さらに、ＯＣＶからＳＯＣを推定する機能も有する。

二次電池１０は、車両に搭載される充電式電池として一般的に知られたリチウムイオン式やニッケルカドミウム式を採用することができる。なお、電気伝導を担うイオン種や正極に用いる元素の化学種を限定するものではない。二次電池１０は、充放電の際に、異なった反応速度の化学反応が複合的に生じており、それら化学反応が総合して充放電に係る時定数となる。換言すれば、複数の異なる時定数の化学反応が同時進行して充放電が行われる。

以上のことから、本実施形態における二次電池１０は、一例として、図２に示すような等価回路を想定することができる。この等価回路は、時定数の異なる複数のインピーダンス回路１１〜１５と、開回路電圧ＯＣＶを発生させる開回路電圧源ＶＳと、を有している。各々のインピーダンス回路１１〜１５は直列に接続されている。以下、インピーダンス回路１１〜１５を総称してインピーダンス回路群という。このインピーダンス回路群と開回路電圧源ＶＳも、互いに直列に接続されている。

インピーダンス回路１１〜１５は、それぞれ異なる時定数が想定されている。例えば、インピーダンス回路１１は、その時定数τ_１としてゼロが想定されている。インピーダンス回路１２は、その時定数τ_２として１０ｍｓオーダー（例えば３０ｍｓ）が想定されている。インピーダンス回路１３は、その時定数τ_３として秒オーダー（例えば３ｓ）が想定されている。インピーダンス回路１４は、その時定数τ_４として１０ｓオーダー（例えば３０ｓ）が想定されている。インピーダンス回路１５は、その時定数τ_５として１００ｓオーダー（例えば３００ｓ）が想定されている。本実施形態では、インピーダンス回路１１〜１５のうち、インピーダンス回路１５の時定数τ_５が、想定される最大の時定数であり、このような最大の時定数が想定されるインピーダンス回路を、とくに拡散回路と称する。以降、インピーダンス回路１５を拡散回路１５とも表記することがある。また、拡散回路１５を除くインピーダンス回路１１〜１４を、反応回路と称する。以降、インピーダンス回路１１〜１４を反応回路１１〜１４と表記することがある。

以上の構成から、電圧検出部３０により検出される二次電池１０の総電圧Ｖｔは、開回路電圧ＯＣＶと、反応回路１１〜１４の両端の電圧Ｖｒと、拡散回路１５の両端の電圧Ｖｄの和として表現することができる。

各インピーダンス回路１１〜１５は、図２に示すように、抵抗器とキャパシタの並列回路（いわゆるＲＣ並列回路）により構成されている。インピーダンス回路１１〜１５における抵抗器の抵抗値をそれぞれＲ_１〜Ｒ_５とし、キャパシタの静電容量をそれぞれＣ_１〜Ｃ_５と示す。このとき、インピーダンス回路１１〜１５の時定数τ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）は、τ_ｉ＝Ｒ_ｉＣ_ｉである。各抵抗器の抵抗値Ｒ_ｉと各キャパシタの静電容量Ｃ_ｉは、それぞれ設定される時定数τ_ｉになるように、予め定められた所定の数値範囲内の値が割り当てられる。なお、インピーダンス回路１１の時定数τ_１はゼロが想定されており、Ｃ_１＝０であるから、図２にはインピーダンス回路１１のキャパシタは図示していない。

電流検出部２０は、二次電池１０と電動機２００に対して直列に接続され、二次電池１０に流れる電流を検出可能になっている。電流を検出するための具体的な回路構成等は、周知の構成を採用することができる。

電圧検出部３０は、二次電池１０と電動機２００に対して並列に接続され、二次電池１０の両端の電圧である総電圧Ｖｔを検出可能になっている。電圧を検出するための具体的な回路構成等は、周知の構成を採用することができる。

モード時間計測部４０は、車両の走行モードを検出し、その走行モードの継続時間を計測する。例えば、図３に示すように、検出した走行モードと、計測した継続時間と、を図示しないメモリに保持する。図３に示す例では、記録された最後の走行モードはＨＶ走行であり、時刻２２時３４分０３秒にＨＶ走行を終了し、その継続時間は２時間２２分３６秒である。

停止検出部５０は、車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する。停止検出部５０は、例えば、回転角センサであり、ドライブシャフトの角速度がゼロになることを以って車両が停止したと判断する。また、例えば、イグニッションスイッチをオフしたことを以って車両が停止したと判断してもよい。

充電検出部６０は、車両の停止後における、外部の充電装置からの充電動作の有無を検出する。車両の充電動作は、例えば有線給電の場合、電源プラグが車両に接続されたことを以って、充電動作有りと判断するように構成することができる。また、例えば非接触給電の場合、給電装置と車両との相互認証が成され、給電の動作が開始されたことを以って、充電動作有りと判断するように構成することができる。

制御部７０は、電流検出部２０、電圧検出部３０、モード時間計測部４０、停止検出部５０、および、充電検出部６０に対して通信可能に接続されている。そして、制御部７０は、これら各部からの信号に基づいて、インピーダンス回路１１〜１５の特性パラメータを推定する。ひいては、反応回路１１〜１４の両端の電圧Ｖｒと、拡散回路１５の両端の電圧Ｖｄを推定し、電圧検出部３０によって検出された総電圧ＶｔからＶｒおよびＶｄを減算して開回路電圧ＯＣＶを推定する。さらに、予め実験等により決定されたＯＣＶ−ＳＯＣ特性ダイアグラムに基づいてＳＯＣを推定する。

次に、制御部７０がインピーダンス回路１１〜１５の両端の電圧（Ｖｒ＋Ｖｄ）を推定し、開回路電圧ＯＣＶを推定するＯＣＶ推定動作について、具体的な方法を説明する。

各インピーダンス回路１１〜１５の両端の電圧は時間ｔの関数として表される。そして、各インピーダンス回路１１〜１５はＲＣ並列回路であるから、この関数には時定数τ_ｉ（＝Ｒ_ｉＣ_ｉ）、および、ｔ＝０における初期値φ_ｉ０が定数として含まれる。各インピーダンス回路１１〜１５の両端の電圧を表す関数をφ（ｔ，Ｒ_ｉ，Ｃ_ｉ，φ_ｉ０）と表せば、インピーダンス回路１１〜１５を総合したインピーダンス回路群の両端電圧ｆ（ｔ）は数式１のように表すことができる。

一方、制御部７０は、インピーダンス回路群の両端の電圧の実測値Ｆ（ｔ）を数式２に基づいて計算する。数式２において、Ｖｔは電圧検出部３０により検出される総電圧であり、ＯＣＶｐｒｅは以前推定された開回路電圧の値である。

制御部７０は、複数の時刻Ｔに対して、実測値Ｆ（Ｔ）を取得する。そして、等価回路により規定される関数ｆ（ｔ）をモデル関数として、最小二乗法による定数Ｒ_ｉおよびＣ_ｉの同定を行う。具体的には、制御部７０は、数式３に示す、時刻Ｔにおけるモデル関数ｆ（Ｔ）と実測値Ｆ（Ｔ）との残差ｆ（Ｔ）−Ｆ（Ｔ）の二乗δが最小になるように、特性パラメータＲ_ｉおよびＣ_ｉを確定させる。

なお、数式３に基づく計算は、各インピーダンス回路１１〜１５における両端電圧の初期値φ_ｉ０が一意に定まるタイミングにおいて実行される。これにより、δを最小にするために変動させるべき特性パラメータはＲ_ｉおよびＣ_ｉのみである。制御部７０は、Ｒ_１〜Ｒ_５およびＣ_２〜Ｃ_５の、計９個の特性パラメータを変動させてδを最小にする。そして、決定された特性パラメータＲ_ｉおよびＣ_ｉに基づいて、各インピーダンス回路１１〜１５の両端の電圧φ（ｔ，Ｒ_ｉ，Ｃ_ｉ，φ_ｉ０）を決定し、電圧検出部３０により検出された総電圧Ｖｔと数式４とに基づいて開回路電圧ＯＣＶの推定値を算出することができる。さらに、予め実験等により決定されたＯＣＶ−ＳＯＣ特性ダイアグラムに基づいてＳＯＣを推定することができる。

なお、本実施形態における開回路電圧ＯＣＶの推定動作は、車両の走行中だけでなく、車両が停止した後にも実行される。車両が停止する前には、反応回路１１〜１４のうちの最大時定数であるτ_４（上記一例ではτ_４＝３０ｓ）よりも十分長い時間の走行が行われていることが殆どである。このため、走行中における二次電池１０の総電圧Ｖｔの時間変化には、時定数τ_１〜τ_４の成分が含まれている。しかしながら、走行中の総電圧Ｖｔの時間変化には、拡散回路１５における時定数τ_５の成分は、その時定数の長さから、十分に含まれていないことがある。よって、制御部７０は、車両の走行中において、拡散回路１５におけるＲ_５およびＣ_５を除く特性パラメータ、すなわち、反応回路１１〜１４におけるＲ_１〜Ｒ_４およびＣ_２〜Ｃ_４の、計７個の特性パラメータを変動させる対象とする。そして、拡散回路１５におけるＲ_５およびＣ_５については、車両の停止後に確定させる。Ｒ_５およびＣ_５を確定させる際は、数式３に基づく計算において変動させるべき特性パラメータは２個であり、９個の特性パラメータを変動させる場合に較べて、数式３に係る計算負荷を大幅に軽減することができる。また、９個の特性パラメータを変動させる場合に較べて、精度よく特性パラメータの同定を行うことができる。

次に、図４〜図７を参照して、本実施形態に係る二次電池の制御装置１００の動作フローについて説明する。

図４に示すように、制御部７０はステップＳ１を実行する。ステップＳ１は、制御部７０が停止検出部５０から入力される信号に基づいて、車両の停止を判断するステップである。停止検出部５０が車両の停止を検出した場合はＹＥＳ判定となり、車両の停止を検出しない場合はＮＯ判定となる。ＮＯ判定の場合は、再びステップＳ１に戻る。ＹＥＳ判定の場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２は、制御部７０がモード時間計測部４０から入力される信号に基づいて、車両停止前の走行モードを識別するステップである。停止前の走行モードがＨＶ走行であればステップＳ３に進む。一方、停止前の走行モードがＥＶ走行であればステップＳ７に進む。

ステップＳ３は、ステップＳ２において、車両が停止前にＨＶ走行していた場合に実行される。ステップＳ３は、制御部７０が充電検出部６０から入力される信号に基づいて、車両に対して外部の充電装置からの充電動作が行われたか否かを判断するステップである。充電動作行われた場合にはＹＥＳ判定となる。一方、充電動作が行われない場合にはＮＯ判定となる。なお、ステップＳ３において充電動作が行われないとは、例えば、車両が停止後に、再びイグニッションスイッチがオンになるまでに充電が実施されない場合を指している。この場合には、ステップＳ３においてＮＯ判定となる。

ステップＳ３においてＮＯ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは、フル充電ではない、中途半端に放電された状態にある。換言すれば、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０を一意に確定することができない。あるいは、十分な時間が経過している場合には拡散回路１５のキャパシタは放電された状態にある。且つ、充電動作も実行されないため、数式３におけるモデル関数として、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）は相応しくない。よって、数式３に基づく計算を実行することができない。

上記したように、ステップＳ３においてＮＯ判定の場合には、ＯＣＶ推定動作を実行するための条件を満たすことができず、制御部７０は動作フローをステップＳ１に戻す。これに対して、ステップＳ３においてＹＥＳ判定の場合、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４は、制御部７０が停止検出部５０から入力される信号に基づいて、車両が停止した時点からステップＳ４が実行された時点までの経過時間が、判定時間（本実施形態では時定数τ_５に同じ）よりも長いか否かを判別するステップである。車両の停止からの経過時間が判定時間よりも長い場合にはＹＥＳ判定となる。車両の停止からの経過時間が判定時間よりも短い場合にはＮＯ判定となる。

なお、判定時間は任意に設定することができるが、本実施形態では、拡散回路１５における充放電の時定数τ_５と同一の値に設定している。好ましくは、時定数τ_５以上の時間に設定するとよい。

ステップＳ４においてＹＥＳ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは放電された状態にあって、且つ、外部の充電装置からの充電動作が実行される。つまり、図５に示すように、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０が一意な値（≒ゼロ）に確定された状態であり、充電動作も行われるため、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）をモデル関数として、数式３に基づく計算を実行することができる。よって、ステップＳ４においてＹＥＳ判定の場合、ステップＳ５に進み、制御部７０は拡散回路１５の特性パラメータＲ_５およびＣ_５の推定動作、ひいてはＯＣＶ推定動作を実行する。一方、ステップＳ４においてＮＯ判定の場合、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６は、制御部７０がモード時間計測部４０から入力される信号に基づいて、車両の停止前における走行モードの継続時間が、判定時間よりも長いか否かを判別するステップである。走行モード（ＨＶ走行）の継続時間が判定時間よりも長い場合にはＹＥＳ判定となる。走行モード（ＨＶ走行）の継続時間が判定時間よりも短い場合にはＮＯ判定となる。

ステップＳ６においてＹＥＳ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは放電された状態にあって、且つ、充電動作が実行される。すなわち、ステップＳ４からステップＳ５への遷移条件と同様である。よって、ステップＳ６においてＹＥＳ判定の場合、ステップＳ５に進み、制御部７０はＯＣＶ推定動作を実行する。

一方、ステップＳ６においてＮＯ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは、中途半端に放電された状態にある。換言すれば、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０を一意に確定することができない。よって、ステップＳ６においてＮＯ判定の場合には、ＯＣＶ推定動作を実行するための条件を満たすことができず、制御部７０は動作フローをステップＳ１に戻す。

ステップＳ７は、ステップＳ２において、車両が停止前にＥＶ走行していた場合に実行される。ステップＳ７はステップＳ６と同様に、制御部７０がモード時間計測部４０から入力される信号に基づいて、車両の停止前における走行モードの継続時間が、判定時間よりも長いか否かを判別するステップである。

ステップＳ７においてＹＥＳ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは、ＥＶ走行中に充電された状態にある。この場合の拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０は、ＥＶ走行中に二次電池１０に流れる平均電流Ｊと抵抗値Ｒ_５とで規定される一意の値（≒ＪＲ_５）に確定された状態である。この場合、図６に示すように、車両の停止後、充電される場合でも、充電されない場合でも、電圧の時間的な変化が現れるため、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）をモデル関数として、数式３に基づく計算を実行することができる。よって、ステップＳ７においてＹＥＳ判定の場合、ステップＳ５に進み、制御部７０はＯＣＶ推定動作を実行する。一方、ステップＳ７においてＮＯ判定の場合はステップＳ８に進む。

ステップＳ８は、制御部７０が充電検出部６０から入力される信号に基づいて、車両に対して充電動作が行われたか否かを判断するステップである。充電動作行われた場合にはＹＥＳ判定となりステップＳ９に進む。一方、充電動作が行われない場合にはＮＯ判定となる。なお、充電の検出は、ステップＳ１において制御部７０が車両の停止を検出した後、予め定められた所定の時間が経過する前までに充電が開始されたか否かにより行われる。所定の時間とは、例えば、拡散回路１５の時定数τ_５に対して短い時間（例えば６０ｓ）とすることができる。以降、ここで示す所定の時間を、充電判断時間と称する。すなわち、車両が停止した後、この充電判断時間内に充電が開始されればＹＥＳ判定となり、充電判断時間内に充電が開始されなければＮＯ判定となる。なお、上記した６０ｓは一例であり、充電判断時間は、拡散回路１５の時定数τ_５に対して短い時間において任意に設定可能である。

ステップＳ８においてＮＯ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは、中途半端に充電された状態にある。換言すれば、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０を一意に確定することができない。よって、ステップＳ８においてＮＯ判定の場合には、ＯＣＶ推定動作を実行するための条件を満たすことができず、制御部７０は動作フローをステップＳ１に戻す。なお、例えば、車両が停止後に、再びイグニッションスイッチがオンになるまでに充電が実施されない場合、すなわち十分な時間が経過した後でも充電がされない場合も、ステップＳ８においてＮＯ判定となるが、この場合は、拡散回路１５のキャパシタは放電された状態（φ_５０＝０）にあって、且つ、充電動作も実行されない。よって、φ（ｔ，Ｒ_５，Ｃ_５，φ_５０）は時間ｔによらずゼロ近傍の値を取るため、数式３におけるモデル関数として、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）は相応しくない。よって、数式３に基づく計算を実行することができない。

ステップＳ９は、制御部７０が停止検出部５０から入力される信号に基づいて、車両が停止した時点からステップＳ８が実行された時点までの経過時間が、判定時間よりも長いか否かを判別するステップである。車両の停止からの経過時間が判定時間よりも長い場合にはＹＥＳ判定となる。車両の停止からの経過時間が判定時間よりも短い場合にはＮＯ判定となる。

ステップＳ９においてＹＥＳ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは放電された状態にあって、且つ、充電動作が実行される。つまり、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０が一意な値（≒ゼロ）に確定された状態であり、充電動作も行われるため、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）をモデル関数として、数式３に基づく計算を実行することができる。よって、ステップＳ８においてＹＥＳ判定の場合、ステップＳ５に進み、制御部７０はＯＣＶ推定動作を実行する。

一方、ステップＳ９においてＮＯ判定の場合、拡散回路１５のキャパシタは、ＥＶ走行によって中途半端に充電された状態にある。換言すれば、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０を一意に確定することができない。よって、ステップＳ９においてＮＯ判定の場合には、ＯＣＶ推定動作を実行するための条件を満たすことができず、制御部７０は動作フローをステップＳ１に戻す。

以上の動作フローを一覧にしたものを図７に示す。車両の停止後に二次電池１０の充電を行う場合、停止前の走行モードがＨＶ走行またはＥＶ走行にかかわらず、走行モードの継続時間が判定時間に比べて長いときには、特性パラメータの推定（ひいてはＯＣＶ推定動作）を実行する。一方、走行モードの継続時間が判定時間に比べて短いときには、車両の停止から充電開始までの時間が判定時間に比べて長ければ特性パラメータの推定を実行し、短ければ実行しない。

一方、車両の停止後に二次電池１０の充電を行わない場合、車両の停止前の走行モードがＥＶ走行であり、且つ、その継続時間が判定時間に比べて長いときに、特性パラメータの推定（ひいてはＯＣＶ推定動作）を実行する。それ以外の条件では、後述する変形例２の場合を除き、特性パラメータの推定を実行しない。

なお、図４に示す動作フローは、図７に示す動作を実現するためのフローの一例であり、特性パラメータの推定のための動作フローとして、必ずしも図４に示す動作フローに限定されるわけではない。

最後に、本実施形態に係る二次電池の制御装置１００の作用効果について説明する。

以上記載したように、本実施形態に係る二次電池の制御装置１００は、車両の走行中において、反応回路１１〜１４における特性パラメータＲ_１〜Ｒ_４およびＣ_２〜Ｃ_４の、計７個の定数を確定した上で拡散回路１５の特性パラメータＲ_５およびＣ_５を同定する。特性パラメータＲ_５およびＣ_５の同定に際しては、車両の停止した後において、拡散回路１５の判定時間として時定数τ_５と同一の時間を設定し、判定時間よりも長い放電時間を確保してキャパシタの電荷をゼロとした上で、充電を行う際に最小二乗法によるモデル関数のフィッティングを行う。あるいは、車両の停止した後において、拡散回路１５の時定数τ_５よりも長い充電時間を確保してキャパシタの電荷をほぼフル充電とした上で、放電を行う際に最小二乗法によるモデル関数のフィッティングを行う。

モデル関数によるフィッティングは車両の停止後に行われるので、拡散回路１５の時定数τ_５より長い十分な時間を、拡散回路１５のキャパシタの充放電に充てることができ、より精度よく特性パラメータＲ_５およびＣ_５を同定することができる。

また、前述のとおり、数式３に基づく計算において変動させるべき特性パラメータは、Ｒ_５およびＣ_５の２個であり、９個の特性パラメータを変動させる場合に較べて、数式３に係る計算負荷を大幅に軽減することができる。また、９個の特性パラメータを変動させる場合に較べて、精度よく特性パラメータの同定を行うことができる。

（変形例１）
図４に示す動作フロー以外であっても、拡散回路１５におけるキャパシタに蓄積された電荷、すなわち、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０が一意な値に確定された状態で、時定数τ_５の成分を含むように、二次電池１０の総電圧Ｖｔが時間変化するような状況下であれば、特性パラメータＲ_５およびＣ_５の同定を実行することができる。

例えば、車両がＨＶ走行の後に停止し、充電動作が実行されることなく再びＨＶ走行を行う条件において、二度目のＨＶ走行を終了して停止した後に充電動作が開始された場合、ＨＶ走行の継続時間および車両の停止期間の合計時間が、判定時間よりも長い条件では、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０が一意な値（≒ゼロ）であると考えられる。そして、充電動作も行われるため、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）をモデル関数として、数式３に基づく計算を実行することができる。したがって、特性パラメータＲ_５およびＣ_５の同定を実行することができる。なお、上記した例では二度目のＨＶ走行を終了した後に充電動作が開始される例を示したが、この例に限定されない。充電動作が開始される前において、充電を経ないＨＶ走行の期間と停止期間の合計時間が判定時間より長ければ、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０が一意な値（≒ゼロ）であると考えられ、特性パラメータＲ_５およびＣ_５の同定を実行することができる。

（変形例２）
また、車両が、充電を経ることなく、ＥＶ走行と停止とを繰り返す状況下において、ＥＶ走行の間に実施される各停止時間が所定時間（例えば、充電判断時間）よりも短く、且つ、不連続なＥＶ走行の継続時間の合計が判定時間よりも長い場合にも特性パラメータＲ_５およびＣ_５の同定を実行することができる。

ＥＶ走行とＥＶ走行との間の停止時間は充電判断時間（例えば６０ｓ）よりも短い。この充電判断時間は、時定数τ_５よりも短い時間に設定されているので、ＥＶ走行とＥＶ走行との間の停止時間において、拡散回路１５に蓄積された電荷の放電量は僅かである。そして、車両が断続的にＥＶ走行を行うから、拡散回路１５の両端電圧の初期値φ_５０は、ＥＶ走行中に二次電池１０に流れる平均電流Ｊと抵抗値Ｒ_５とで規定される一意の値（≒ＪＲ_５）に確定された状態である。この場合、ステップＳ７と同様に、車両の停止後、充電される場合でも、充電されない場合でも、電圧の時間的な変化が現れるため、時定数が規定される式であるｆ（ｔ）をモデル関数として、数式３に基づく計算を実行することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した実施形態およびその変形例では、判定時間として、時定数τ_５を採用したが、判定時間は、時定数τ_５よりも十分に長い時間を設定することが好ましい。例えば、３τ_５や１０τ_５などを判定時間として採用すると良い。

また、上記した実施形態およびその変形例では、二次電池１０におけるインピーダンス回路１１〜１５の等価回路として、ＲＣ並列回路を採用する例を示したが、ＲＣ並列回路に限定されるものではないし、要素としてインダクタンス成分を含んでいてもよい。また、上記の実施形態では、インピーダンス回路１１〜１５として、５つの時定数を設定したが、時定数の設定は５つであることに限定されない。時定数の設定は、その設定数が大きいほどＳＯＣの推定精度は向上するが、数式３に基づく計算負荷が大きくなる。このため、時定数の設定数は、必要とされるＳＯＣの推定精度と計算負荷を考慮して決定されるべきである。

また、上記した実施形態では、モデル関数とのフィッティングの方法として、数式３に係る計算、すなわち、最小二乗法によりフィッティングする例を示した。最小二乗法によるフィッティングのアルゴリズムとしては、最急降下法やニュートン法をはじめ、レーベンバーグ・マルカート法などを採用することができる。さらにいえば、フィッティングの方法は最小二乗法に限定されるものではない。

さらには、モデル関数として、数式１に示すような連続時間系の例に限定されるものではなく、離散時間系のモデルを想定してもよい。また、モデル関数において、二次電池１０における電流および電圧の絶対値を計算の対象とせず、電流変化量や電圧変化量を計算の対象とし、計算負荷を軽減させるようにしてもよい。

また、上記した実施形態およびその変形例では、インピーダンス回路１１〜１５全体の両端電圧（Ｖｒ＋Ｖｄ）の時間変化の実測値を用いて、定数Ｒ_１〜Ｒ_５およびＣ_２〜Ｃ_５の同定を行う例について示したが、電流の時間変化からでも各定数の同定は可能である。例えば、図８に示すように、車両がＨＶ走行の後に停止し、停止の際に充電動作を開始したものと仮定する。充電の開始直後は効率よく充電を行うため、二次電池１０に定電流Ｉを流して充電する定電流充電が行われる。そして、例えば９０％程度の充電が完了すると、二次電池１０への負荷を軽減するため、定電流充電から定電圧充電に切り替える。定電圧充電では、二次電池１０の総電圧Ｖｔを一定に維持しながら充電を行う。この際、二次電池１０に流れる電流はある時定数を以って減少する。制御部７０は、電流検出部２０により検出される電流の時間変化に基づいて、定数Ｒ_１〜Ｒ_５およびＣ_２〜Ｃ_５の同定を行うことができる。

１０…二次電池，２０…電流検出部，３０…電圧検出部，４０…モード時間計測部，５０…停止検出部，６０…充電検出部，７０…制御部

Claims (9)

1. 少なくとも電動機を駆動源とする車両に搭載される二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池（１０）と、
   前記車両の走行モードの継続時間を計測するモード時間計測部（４０）と、
   前記車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する停止検出部（５０）と、
   前記車両の停止後における充電動作の有無を検出する充電検出部（６０）と、
   前記モード時間計測部、前記停止検出部、および、前記充電検出部に通信可能に接続されるとともに、前記二次電池の等価回路における特性パラメータを推定する制御部（７０）と、を備え、
   前記等価回路は、充放電に係る時定数に対応し、前記特性パラメータにより規定される少なくとも１つのインピーダンス回路（１１〜１５）から構成されるインピーダンス回路群を有し、
   前記制御部は、前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記車両の停止前の前記走行モードおよびその継続時間に基づいて前記インピーダンス回路に蓄積された電荷の初期値を推定し、さらに、前記初期値と、前記車両の停止後の充電の有無と、に基づいて前記特性パラメータを推定するか否かを判別し、
   前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記充電検出部が前記車両の充電を検出する場合において、前記制御部は、前記車両の停止前の前記走行モードがＨＶ走行であり、且つ、該ＨＶ走行の継続時間が、所定の判定時間よりも長いことを以って、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする二次電池の制御装置。
2. 前記制御部は、前記車両の停止前の前記走行モードがＥＶ走行であり、且つ、該ＥＶ走行の継続時間が、所定の判定時間よりも長いことを以って、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の制御装置。
3. 少なくとも電動機を駆動源とする車両に搭載される二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池（１０）と、
   前記車両の走行モードの継続時間を計測するモード時間計測部（４０）と、
   前記車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する停止検出部（５０）と、
   前記車両の停止後における充電動作の有無を検出する充電検出部（６０）と、
   前記モード時間計測部、前記停止検出部、および、前記充電検出部に通信可能に接続されるとともに、前記二次電池の等価回路における特性パラメータを推定する制御部（７０）と、を備え、
   前記等価回路は、充放電に係る時定数に対応し、前記特性パラメータにより規定される少なくとも１つのインピーダンス回路（１１〜１５）から構成されるインピーダンス回路群を有し、
   前記制御部は、前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記車両の停止前の前記走行モードおよびその継続時間に基づいて前記インピーダンス回路に蓄積された電荷の初期値を推定し、さらに、前記初期値と、前記車両の停止後の充電の有無と、に基づいて前記特性パラメータを推定するか否かを判別し、
   前記制御部は、前記車両の停止前の前記走行モードがＥＶ走行であり、且つ、該ＥＶ走行の継続時間が、所定の判定時間よりも長いことを以って、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする二次電池の制御装置。
4. 前記車両がＨＶ走行の後停止し、その後充電を経ることなく、ＨＶ走行のみを行った状況下において、前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記充電検出部が前記車両の充電を検出し、且つ、不連続なＨＶ走行の継続時間と停止期間の合計が判定時間よりも長い場合に、前記制御部は、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。
5. 少なくとも電動機を駆動源とする車両に搭載される二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池（１０）と、
   前記車両の走行モードの継続時間を計測するモード時間計測部（４０）と、
   前記車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する停止検出部（５０）と、
   前記車両の停止後における充電動作の有無を検出する充電検出部（６０）と、
   前記モード時間計測部、前記停止検出部、および、前記充電検出部に通信可能に接続されるとともに、前記二次電池の等価回路における特性パラメータを推定する制御部（７０）と、を備え、
   前記等価回路は、充放電に係る時定数に対応し、前記特性パラメータにより規定される少なくとも１つのインピーダンス回路（１１〜１５）から構成されるインピーダンス回路群を有し、
   前記制御部は、前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記車両の停止前の前記走行モードおよびその継続時間に基づいて前記インピーダンス回路に蓄積された電荷の初期値を推定し、さらに、前記初期値と、前記車両の停止後の充電の有無と、に基づいて前記特性パラメータを推定するか否かを判別し、
   前記車両がＨＶ走行の後停止し、その後充電を経ることなく、ＨＶ走行のみを行った状況下において、前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記充電検出部が前記車両の充電を検出し、且つ、不連続なＨＶ走行の継続時間と停止期間の合計が判定時間よりも長い場合に、前記制御部は、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする二次電池の制御装置。
6. 前記車両が、充電を経ることなく、ＥＶ走行と停止とを繰り返す状況下において、ＥＶ走行の間に実施される各停止期間が所定時間よりも短く、且つ、不連続なＥＶ走行の継続時間の合計が判定時間よりも長い場合に、前記制御部は、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。
7. 少なくとも電動機を駆動源とする車両に搭載される二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池（１０）と、
   前記車両の走行モードの継続時間を計測するモード時間計測部（４０）と、
   前記車両が走行状態から停止状態に移行したことを検出する停止検出部（５０）と、
   前記車両の停止後における充電動作の有無を検出する充電検出部（６０）と、
   前記モード時間計測部、前記停止検出部、および、前記充電検出部に通信可能に接続されるとともに、前記二次電池の等価回路における特性パラメータを推定する制御部（７０）と、を備え、
   前記等価回路は、充放電に係る時定数に対応し、前記特性パラメータにより規定される少なくとも１つのインピーダンス回路（１１〜１５）から構成されるインピーダンス回路群を有し、
   前記制御部は、前記停止検出部が前記車両の停止を検出した後に、前記車両の停止前の前記走行モードおよびその継続時間に基づいて前記インピーダンス回路に蓄積された電荷の初期値を推定し、さらに、前記初期値と、前記車両の停止後の充電の有無と、に基づいて前記特性パラメータを推定するか否かを判別し、
   前記車両が、充電を経ることなく、ＥＶ走行と停止とを繰り返す状況下において、ＥＶ走行の間に実施される各停止期間が所定時間よりも短く、且つ、不連続なＥＶ走行の継続時間の合計が判定時間よりも長い場合に、前記制御部は、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする二次電池の制御装置。
8. 前記停止検出部が前記車両の停止を検出した時点から、所定の判定時間よりも長い時間が経過した後に、前記充電検出部が前記車両の充電を検出する場合において、
   前記制御部は、前記特性パラメータの推定を実行することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。
9. 前記等価回路における前記インピーダンス回路は、最大の時定数を想定した拡散回路と、該拡散回路を除く反応回路と、を有し、
   前記判定時間は前記拡散回路に対応する時定数以上の時間であることを特徴とする請求項１〜３，６〜８のいずれか１項に記載の二次電池の制御装置。

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