JP6580784B2 - 電池状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池状態推定装置に関する。

リチウムニ次電池、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電手段を用いた装置には、例えば、電池システム、分散型電力貯蔵装置、電気自動車等がある。それらの装置では、蓄電手段を安全かつ有効に使用するために、蓄電手段の状態を検知する状態検知装置が用いられている。蓄電手段の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態（State of Charge：以下ではＳＯＣと称す）、どの程度まで劣化しているのかを示す健康状態（State of Health：以下ではＳＯＨと称す）などがある。

携帯機器用や電気自動車等の電池システムにおけるＳＯＣは、満充電からの放電電流を積算し、最大限充電可能な電荷量（全容量）に対し、蓄電手段に残っている電荷量（残存容量）の比を算出することにより検出することができる。このようにして求められるＳＯＣをＳＯＣｉと呼ぶことにする。また、ＳＯＣｉとは別に、電池の両端電圧（開回路電圧）と電池の残存容量の関係をあらかじめデータテーブルなどに定義しておき、これを参照することにより、現在の残存容量を算出することもできる。このようにして求められるＳＯＣをＳＯＣｖと呼ぶことにする。さらには、これら手法を組み合わせて充電状態を求めることもできる。例えば、特許文献１には、ＳＯＣｉとＳＯＣｖとを組み合わせる際に、蓄電手段の使用状況に応じてこれらの重み付けを決定することが記載されている。

電池の開回路電圧は、電池の充放電停止から時間が経過して安定した状態となっている場合に測定することで得られる。しかし、電池システムの動作中は充放電によって発生したＩＲドロップ（電流×直流成分内部抵抗）や分極電圧が発生しているため、開回路電圧を直接測定することは困難である。したがって、ＩＲドロップと分極電圧を、電池システムの動作中の電圧（閉回路電圧）や電池に流れる電流、電池の温度などの状態量を計測して、これに基づいて推定するようにしている。こうして得られたＩＲドロップと分極電圧を閉回路電圧から減算することにより開回路電圧を求めて、充電状態を算出する方式が一般的である。

特開２０１０−２５６３２３号公報

ところで、ＩＲドロップと分極電圧は、電池の温度によってその特性が顕著に変化することが知られている。電池の形状や材質によって温度が均一でなく分布が発生したり、また、電池システムが動作中に充放電されることで温度分布が変化したりすることがある。電池の温度が均一でない場合には電池の温度は一意に求めることができず、その温度差が大きいとＩＲドロップと分極電圧を正確に推定することが困難となる。その場合、正しい開回路電圧が求められないため、充電状態の算出に誤差が生じる恐れがある。

本発明の態様によると、電池状態推定装置は、電池の両端電圧を用いて第１の充電状態を算出する第１演算部と、前記電池に流れる電流を積算して第２の充電状態を算出する第２演算部と、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態とを重み付け加算して電池充電状態を算出する第３演算部と、前記電池の計測位置が異なる複数の温度が入力され、前記複数の温度に基づく第１温度および第２温度を設定する温度処理部と、を備え、前記第３演算部は、前記第１温度と前記第２温度との差の絶対値が第１閾値以上の場合には、前記第１の充電状態の重み付けよりも前記第２の充電状態の重み付けを大きくする。

本発明によれば、電池充電状態の演算精度の悪化を防ぐことができる。

図１は、電池システムの構成を示すブロック図である。 図２は、電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 図３は、電池の等価回路を示す図である。 図４は、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。 図５は、電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図である。 図６は、補正係数の一例を示す図である。 図７は、第２の実施の形態における補正係数の設定方法を説明する図である。 図８は、第３の実施の形態における補正係数の設定方法を説明する図である。 図９は、第４の実施の形態における補正係数の設定方法を説明する図である。 図１０は、第５の実施の形態を説明する図である。 図１１は、第５の実施の形態の変形例を示す図である。 図１２は、第６の実施の形態における第１温度算出部および第２温度算出部を示す図である。 図１３は、計測位置の一例を示す図である。 図１４は、第１温度算出部および第２温度算出部の他の例を示す図である。

−第１の実施の形態−
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図であり、電池システム１０００の構成を示すブロック図である。電池システム１０００は、電池４００が蓄積している電荷を外部装置に電力として供給するシステムであり、電池制御装置１００、計測部２００、出力部３００を備えている。電池システム１０００が電力を供給する対象としては、例えば電気自動車やハイブリッド自動車、電車などが考えられる。

電池４００は、例えばリチウムイオン２次電池などの充電可能な電池である。その他、ニッケル水素電池、鉛電池、電気２重層キャパシタなどの電力貯蔵機能を有するデバイスに対しても、本発明を適用することができる。電池４００は、単電池セルであっても良いし、単電池セルを複数組み合わせたモジュール構造でも良い。

計測部２００は、電池４００の物理特性、例えば電池４００の両端電圧Ｖ、電池４００に流れる電流（電池電流）Ｉ、電池４００の温度ｔ１，ｔ２などを計測する機能部であり、各値を計測するセンサ、必要な電気回路などによって構成されている。本実施の形態では、計測部２００は、電池４００の異なる２つの位置における温度を計測することができ、ｔ１は第１計測位置で検出した温度であり、ｔ２は第２計測位置で検出した温度である。なお、後述するように電池状態の推定には電池４００の内部抵抗Ｒも必要であるが、本実施の形態では、電池状態推定装置１１０において、その他の計測パラメータを用いて算出する。

出力部３００は、電池制御装置１００の出力を外部装置（例えば、電気自動車が備える車両制御装置などの上位装置）に対して出力する機能部である。

電池制御装置１００は、電池４００の動作を制御する装置であり、電池状態推定装置１１０と記憶部１２０とを備える。

電池状態推定装置１１０は、計測部２００により計測された両端電圧Ｖ、電池電流Ｉ、電池温度ｔ１，ｔ２と、記憶部１２０に格納されている電池４００の特性情報とに基づいて、電池４００のＳＯＣを算出する。ＳＯＣの算出手法の詳細については後述する。

記憶部１２０は、電池４００の内部抵抗Ｒ、分極電圧Ｖｐ、充電効率、許容電流、全容量などの、あらかじめ知ることができる電池４００の特性情報を記憶している。この特性情報は、充電・放電の動作別に値を個別に記憶するようにしてもよいし、充電状態や温度など、電池４００の状態毎に値を個別に記憶するようにしてもよいし、電池４００のあらゆる状態に共通した１つの値を記憶するようにしてもよい。

電池制御装置１００および電池状態推定装置１１０は、その機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することができる。また、その機能を実装したソフトウェアを、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。後者の場合は、当該ソフトウェアは例えば記憶部１２０に格納される。

記憶部１２０は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、磁気ディスクなどの記憶装置を用いて構成される。記憶部１２０は、電池状態推定装置１１０の外部に設けてもよいし、電池状態推定装置１１０の内部に備えるメモリ装置として実現してもよい。記憶部１２０は、取り外し可能にしてもよい。取り外し可能にした場合、記憶部１２０を取り替えることによって、特性情報とソフトウェアを簡単に変更することができる。また、記憶部１２０を複数有し、特性情報とソフトウェアを取り替え可能な記憶部１２０に分散させて格納することにより、特性情報とソフトウェアを小単位毎に更新することができる。

図２は、電池状態推定装置１１０の詳細を示す機能ブロック図である。電池状態推定装置１１０は、ＳＯＣｖ演算部１１１、ＳＯＣｉ演算部１１２、ＩＲ演算部１１３、重み演算部１１４、第１温度算出部１１５および第２温度算出部１１６を備え、電池４００の充電状態を推定した結果である充電状態ＳＯＣｗを出力する。その他の演算器については後述する。

ＳＯＣｖ演算部１１１は、計測部２００が計測した電池４００の両端電圧Ｖを用いて、電池４００のＳＯＣを算出する。以下ではこれをＳＯＣｖと称する。ＳＯＣｉ演算部１１２は、計測部２００が計測した電池４００の電池電流Ｉを積算することにより、電池４００のＳＯＣを算出する。以下ではこれをＳＯＣｉと称する。ＳＯＣｖとＳＯＣｉの算出方法については後述する。ＩＲ演算部１１３は、電池電流Ｉと内部抵抗Ｒを乗算する。内部抵抗Ｒを求める方法については後述するが、第１温度算出部１１５から入力される第１温度Ｔ１に基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Ｒを取得する。

なお、本実施の形態では、ＳＯＣｖ演算部１１１およびＩＲ演算部１１３は、第１温度算出部１１５から入力される第１温度Ｔ１を温度情報としてそれぞれの処理を実行する構成としたが、第１温度Ｔ１に代えて、例えば、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との平均温度を用いても良いし、第２温度Ｔ２を用いても良い。

重み演算部１１４は、電池４００に関する２種類の温度、すなわち、第１温度算出部１１５から出力される第１温度Ｔ１および第２温度算出部１１６から出力される第２温度Ｔ２に基づいて、ＳＯＣｖとＳＯＣｉを重み付け加算するための重みＷを算出する。Ｗの算出方法については後述する。第１温度算出部１１５は、電池４００の第１計測位置で検出した温度ｔ１を、第１温度Ｔ１として出力する。第２温度算出部１１６は、電池４００の第２計測位置で検出した温度ｔ２を、第２温度Ｔ２として出力する。

乗算器ＭＰ１は、ＳＯＣｖと重みＷを乗算してＷ×ＳＯＣｖを求める。減算器ＤＦは、（１−Ｗ）を求める。乗算器ＭＰ２は、ＳＯＣｉと（１−Ｗ）を乗算して（１−Ｗ）×ＳＯＣｉを求める。加算器ＡＤは、これらを足し合わせてＳＯＣｗを求める。すなわち、ＳＯＣｗは次式（１）によって表される。
ＳＯＣｗ＝Ｗ×ＳＯＣｖ＋（１−Ｗ）×ＳＯＣｉ ・・・（１）

［ＳＯＣｖ演算部１１１の動作］
次に、ＳＯＣｖ演算部１１１の動作について説明する。図３は、電池４００の等価回路図である。電池４００は、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対、内部抵抗Ｒ、開回路電圧ＯＣＶの直列接続によって表すことができる。電池４００に電池電流Ｉを印加すると、電池４００の端子間電圧である閉回路電圧ＣＣＶは次式（２）で表される。式（２）において、Ｖｐは分極電圧であり、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対の両端電圧に相当する。
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・Ｒ＋Ｖｐ ・・・（２）

ＳＯＣｖの算出には開回路電圧ＯＣＶが用いられるが、電池４００が充放電している間は直接測定することができない。そこで、ＳＯＣｖ演算部１１１は、次式（３）のように閉回路電圧ＣＣＶからＩＲドロップと分極電圧Ｖｐを差し引くことにより、開回路電圧ＯＣＶを求める。
ＯＣＶ＝ＣＣＶ−ＩＲ−Ｖｐ ・・・（３）

内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、記憶部１２０にあらかじめ特性情報として格納されている。内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、電池４００の充電状態や温度などに応じて異なるので、これらの組合せ毎に個別の値が記憶部１２０に格納されている。本実施の形態では、内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの対応関係を定義する特性情報が抵抗テーブルとして格納されている。図２に示すように、ＳＯＣｖ演算部１１１は、第１温度算出部１１５から入力される第１温度Ｔ１に基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Ｒを取得する。

図４は、電池４００の開回路電圧ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。この対応関係は電池４００の特性によって定まるものであり、記憶部１２０には、その対応関係を定義するデータがＳＯＣテーブルとして予め格納されている。ＳＯＣｖ演算部１１１は、上述の式（３）を用いて開回路電圧ＯＣＶを算出し、これをキーにしてＳＯＣテーブルを参照することにより、電池４００のＳＯＣｖを算出することができる。

［ＳＯＣｉ演算部１１２の動作］
次いで、ＳＯＣｉ演算部１１２の動作について説明する。ＳＯＣｉ演算部１１２は、電池４００が充放電する電池電流Ｉを次式（４）にしたがって積算することにより、電池４００のＳＯＣｉを求める。式（４）において、Ｑmaxは電池４００の満充電容量であり、予め記憶部１２０に格納されている。ＳＯＣoldは、前回演算周期において式（１）により算出されたＳＯＣｗの値である。
ＳＯＣｉ＝ＳＯＣold＋１００×∫Ｉ／Ｑmax ・・・（４）

［重み演算部１１４の動作］
図５は、電池４００の内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの関係を示す図である。一般的に、電池４００は、図５に示すように低ＳＯＣ状態では内部抵抗Ｒが高く、低温状態のときに内部抵抗Ｒの値が大きい。したがって、そのような場合には、内部抵抗Ｒの誤差の影響を受け易いＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いることが望ましいと考えられる。また、電池電流Ｉの絶対値が小さいときは電流センサの僅かな計測誤差によって影響を受けるので、ＳＯＣｉではなくＳＯＣｖを用いることが望ましいと考えられる。

以上に基づき、重み演算部１１４は、電池電流Ｉの絶対値が小さいときはＳＯＣｖを主に用いてＳＯＣｗを算出し、電池電流Ｉの絶対値が大きいときはＳＯＣｉを主に用いてＳＯＣｗを算出するように、重みＷを設定する。同様に、内部抵抗Ｒが小さいときはＳＯＣｖを主に用いてＳＯＣｗを算出し、内部抵抗Ｒが大きいときはＳＯＣｉを主に用いてＳＯＣｗを算出するように、重みＷを設定する。

さらに、本実施の形態では、電池４００における温度バラツキも考慮して、重みＷをより適切に設定するようにした。

図５に示したように、電池４００の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔによって変化する。また、ＳＯＣｖ演算部１１１の動作で記述したように、内部抵抗Ｒは抵抗テーブルを用いて電池温度Ｔから算出するようにしている。

ここで、電池４００の第１計測位置における第１温度Ｔ１と、第２計測位置における第２温度Ｔ２との差が大きい場合を考える。第１温度Ｔ１と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗を内部抵抗Ｒ１とし、第２温度Ｔ２と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗を内部抵抗Ｒ２とする。第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きいと、内部抵抗Ｒ１と内部抵抗Ｒ２との差が大きくなる可能性がある。その場合、電池４００の真の内部抵抗Ｒは、内部抵抗Ｒ１あるいは内部抵抗Ｒ２のいずれかの結果に近いかもしれないし、あるいは両者の合成値かもしれないし、あるいは両者のいずれとも異なる値かもしれない。

図２に示す例では第１温度Ｔ１がＳＯＣｖ演算部１１１に入力される構成となっているが、上述のように第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きいと、電池４００の真の内部抵抗Ｒを正確に算出することは難しく、内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる。内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなると、式（３）により算出される開回路電圧ＯＣＶも不正確な値となりＳＯＣｖの演算精度が悪化し、さらに、式（１）により算出されるＳＯＣｗについても演算精度が悪化するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２とを重み演算部１１４に入力し、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiff（＝｜Ｔ１−Ｔ２｜）に応じて設定される補正係数Ｋtdiffを用いて、重みＷを次式（５）のように設定する。なお、補正係数Ｋtdiffは０から１の値に設定される。補正係数Ｋtdiffの設定方針としては、内部抵抗Ｒの算出誤差によるＳＯＣｗの演算精度が悪化するのを回避するために、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上である場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdthより小さい場合よりもＳＯＣｉの重み付けを大きくするように、補正係数Ｋtdiffをより小さく設定する。
Ｗ＝Ｋtdiff×１／（１＋Ｒ・｜Ｉ｜） ・・・（５）

図６は補正係数Ｋtdiffの一例を示す図であり、横軸は第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffである。図６に示す例では、所定閾値Ｔdthに対してＴdiff＜Ｔdthの場合にはＫtdiff＝１に設定し、Ｔdiff≧Ｔdthの場合にはＫtdiffを略ゼロに設定する。
このように補正係数Ｋtdiffを設定することで、Ｔdiff≧Ｔdthのときの重みＷは式（５）より略ゼロとなり、式（１）からＳＯＣｗ≒ＳＯＣｉとなる。すなわち、ＳＯＣｉで演算される場合とほぼ等価となる。

ＳＯＣｉは式（４）から明らかなように内部抵抗Ｒを含んでいないので、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きくて内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる場合であっても、その影響を受けることがない。したがって、図６に示すような補正係数Ｋtdiffを導入することにより、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きい場合においては、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算される。その結果、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

さらに、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満では、補正係数Ｋtdiffは１となり、次式（６）に示すように、特許文献１に開示されている従来の重みＷと等価になる。すなわち、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が小さいために内部抵抗Ｒの算出誤差を無視できるような場合では、従来のＳＯＣｗ演算が適用されるので、ＳＯＣｗの挙動や演算精度が変化する恐れがない。
Ｗ＝１／（１＋Ｒ・｜Ｉ｜） ・・・（６）

なお、図６では補正係数Ｋtdiffは所定閾値Ｔdth以上では略ゼロに設定しているが、ＳＯＣｗの演算精度が悪化しないようにＳＯＣｉの比重が大きくなるような設定値であれば略ゼロでなくてもよいし、また固定値でなく変動する値にしてもよい。

以上のように、実施の形態では、ＳＯＣｖ演算部で算出されたＳＯＣｖとＳＯＣｉ演算部で算出されたＳＯＣｉとを重み付け加算してＳＯＣｗが算出する際に、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffの大きさに関連づけて、ＳＯＣｉの重み付けを変化させるようにした。式（６）を用いた従来の電池状態算出方法では、電池に温度分布が生じてＳＯＣｖの演算誤差が大きくなっても重みＷが一定なので、ＳＯＣｖの演算誤差に応じてＳＯＣｗの演算誤差も大きくなってしまう。一方、本実施の形態では、電池に温度差が生じた場合には、その温度差の絶対値Ｔdiffの大きさに関連づけてＳＯＣｉの重み付けを変化させるようにしたので、すなわち、式（５）に示すようにＴdiffの大きさに関連づけて補正係数Ｋtdiffを変化させて重みＷを変化させているので、それによりＳＯＣｗにおけるＳＯＣｖの演算誤差の影響を低減させることが可能となる。その結果、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防止することができる。

例えば、図６に示すように、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上の場合には、絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満の場合よりもＳＯＣｉの重み付けを大きくする。ＳＯＣｖの誤差の影響が顕著となるＴdiff≧ＴdthではＴdiffが略ゼロとされるので、ＳＯＣｗはＳＯＣｗ≒ＳＯＣｉとなり、ＳＯＣｉで演算される場合とほぼ等価となる。これにより電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる場合において、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるため、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

−第２の実施の形態−
図７は、第２の実施の形態における補正係数Ｋtdiffの設定方法を説明する図である。
上述した第１の実施の形態では、補正係数Ｋtdiffは温度差の絶対値Ｔdiffに依存して変化した。一方、本実施の形態では、図７に示すように、補正係数Ｋtdiffは温度差の絶対値Ｔdiffだけでなく、温度Ｔlowにも依存するようにした。図７において、横軸は温度差の絶対値Ｔdiffであり、横軸は温度Ｔlowである。ここで、温度Ｔlowは、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の内の低い方の温度である。

図７に示す例では、温度Ｔlowが０℃〜−３０℃では、温度差の絶対値Ｔdiffが１０℃以上ではＫtdiff＝０に設定され、Ｔdiff＜１０℃ではＫtdiff＝１に設定される。すなわち、上述した図６において所定閾値Ｔdth＝１０℃とした場合に対応している。一方、温度Ｔlowが所定閾値Ｔth（＝０℃）を上回る場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが０℃〜２０℃のいずれであってもＫtdiff＝１に設定される。

図５に示したように、電池４００の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔによって変化し、低温状態のときに内部抵抗Ｒの値は大きいが、電池温度Ｔが高いときは内部抵抗Ｒの値は小さい。したがって、電池温度Ｔが高いときに第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きくても、低温状態のときと比較して電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差は小さい。このことから、電池温度に関して温度Ｔlowを追加条件として補正係数Ｋtdiffを設定することで、より適切に重みＷを決定することができる。

すなわち、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の内の低い方（すなわちＴlow）が所定閾値Ｔth以下で、かつ、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上のときには、ＳＯＣｉの重み付けを大きくするように補正係数Ｋtdiffが０とされるので、式（５）の重みＷはＷ＝０となりＳＯＣｗはＳＯＣｉで演算される。しかし、それ以外の条件では補正係数Ｋtdiffは１とされ、従来の式（６）による重みＷでＳＯＣｗが演算される。そのため、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

なお、図７では補正係数Ｋtdiffは０または１に設定されるが、Ｋtdiff＝０の欄については、ＳＯＣｗの演算精度が悪化しないようにＳＯＣｉの比重が大きくなるような設定値であれば０でなくてもよい。また、温度Ｔlowや補正係数Ｋtdiffの値に応じてＳＯＣｗの演算精度が悪化しないような値を、補正係数Ｋtdiffに設定してもよい。

また、図７では縦軸を温度Ｔlowとしたが、内部抵抗Ｒhighとしてもよい。この場合の内部抵抗Ｒhighは、第１温度Ｔ１と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗Ｒ１と第２温度Ｔ２と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗Ｒ２の内の大きい方とする。この場合、内部抵抗Ｒhighが所定閾値Ｒth以上、かつ、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上の場合には、Ｋtdiff＝０のように設定する。これにより、温度以外の要因による内部抵抗の特性変化にも適切に対応することができる。

−第３の実施形態−
図８は、第３の実施の形態における補正係数Ｋtdiffの設定方法を説明する図である。本実施の形態では、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満である場合には、補正係数Ｋtdiffを、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffに応じて変化させるようにした。図８のラインＬ０で示すＴdiffの場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが略ゼロのときはＫtdiff＝１とし、Ｔdiffが大きくなるにしたがってＫtdiffを減少させ、所定閾値Ｔdth以上では略ゼロとする。

前述したように、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きい場合は電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなるが、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が小さい場合は内部抵抗Ｒの算出誤差は小さい（図５参照）。本実施の形態ではこの性質に着目し、温度差の絶対値Ｔdiffの大きさに応じて補正係数Ｋtdiff（すなわち、重みＷ）を設定するようにした。図８に示すラインＬ０では、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満である場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが大きいほどＳＯＣｉの比重が大きくなるように補正係数Ｋtdiffを設定する。

その結果、電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる場合には、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉに重点を置いてＳＯＣｗが演算される。一方、内部抵抗Ｒの算出誤差が小さい場合（Ｔdiff≒０）にはＫtdiff＝１と設定され、従来の重みＷの式（６）によってＳＯＣｗが演算される。このように、内部抵抗Ｒの算出誤差の大きさに応じて適切にＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗの演算が行われるので、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

なお、図８のラインＬ０の場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上では略ゼロとしたが、ラインＬ１のようにＴdiffが大きくなるに従ってＫtdiffが漸近的にゼロに近づくように設定しても良い。

−第４の実施の形態−
図９は、第４の実施の形態における補正係数Ｋtdiffの設定方法を説明する図である。本実施の形態では、図６〜８に示す補正係数Ｋtdiffに対する所定閾値Ｔdthを、電池４００の劣化度ＳＯＨに応じて変化させるようにした。図９に示す例では、この所定閾値Ｔdthを、電池４００の劣化度ＳＯＨが大きいほど小さくなるように設定する。

一般的には、電池の劣化度ＳＯＨが大きいと内部抵抗は高くなる。したがって、電池の劣化度ＳＯＨが大きいほど電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなり、前述した式（３）で算出される開回路電圧ＯＣＶが不正確な値となる。その結果、ＳＯＣｖの演算精度が悪化し、式（１）により算出されるＳＯＣｗの演算精度が悪化するおそれがある。

本実施の形態では、劣化度ＳＯＨによるＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐために、電池４００の劣化度ＳＯＨが大きいほど所定閾値Ｔdthを小さ設定するようにした。そのため、劣化度ＳＯＨが図９のようにＳＯＨ→ＳＯＨ１と大きくなって、内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなるケースでは所定閾値ＴdthはＴdth1に変更され、例えば、図８に示したラインＬ０は破線Ｌ２のようになる。

このように、劣化度ＳＯＨが大きくなると所定閾値Ｔdthはより小さく設定され、その結果、温度差の絶対値Ｔdiffが小さい場合でも所定閾値Ｔdth以上となって補正係数Ｋtdiffが略ゼロとなる。そのため、重みＷが略ゼロとなり、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるようになり、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

なお、電池４００の劣化度ＳＯＨについては、電池状態推定装置１１０に劣化度演算部を設けて演算する方式でもよいし、電池状態推定装置１１０に接続された他の装置から劣化度情報信号を受信する方式でもよいし、その両者の組み合わせ方式でもよい。

−第５の実施の形態−
図１０は、第５の実施の形態を説明する図である。図１０は、電池状態推定装置１１０の第１温度算出部１１５および第２温度算出部１１６を示したものである。本実施の形態では、電池４００の温度計測位置が３箇所であって、第１計測位置の温度ｔ１、第２計測位置の温度ｔ２および第３計測位置の温度ｔ３が、計測部２００から電池状態推定装置１１０に入力される。温度ｔ１〜ｔ３は、第１温度算出部１１５および第２温度算出部１１６にそれぞれ入力される。

第１温度算出部１１５は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の中から最高温度を選択し、その温度を第１温度Ｔ１として出力する。一方、第２温度算出部１１６は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の中から最低温度を選択し、その温度を第２温度Ｔ２として出力する。そして、重み演算部１１４は、出力された最高温度（第１温度Ｔ１）と最低温度（第２温度Ｔ２）との差の絶対値Ｔdiffの大きさに基づいて、ＳＯＣｖの重み付けを設定する。

このような構成とすることで、例えば、電池４００の形状や材質によって温度が均一でなく分布が発生していたり、あるいは電池システム１０００が動作中に充放電されることにより前記温度分布が変化したりすることがあっても、複数の位置の温度から最高温度を選択して第１温度Ｔ１とし、最低温度を選択して第２温度Ｔ２とするため、電池４００の特性を適切に検出することができる。第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きい場合は、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるため、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

（変形例）
図１１は、第５の実施の形態の変形例を示す図である。図１０に示す例では、第１温度算出部１１５は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の内の最高温度を第１温度Ｔ１として出力した。しかし、図１１に示す変形例では、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の平均温度を算出し、その平均温度を第１温度Ｔ１として出力する。

本実施の形態では、第１温度Ｔ１が平均温度となり、第２温度Ｔ２が最低温度となるが、平均温度は最高温度と最低温度の中点であるため、この平均温度と最低温度とを使用する方法であっても、図１０に示す場合と同様に電池４００の特性を適切に検出することができる。

なお、図１０，１１では、電池４００の温度計測位置の数を３箇所としたが、２箇所以上であれば計測位置の個数はいくつであっても良い。また、図１１の第２温度算出部１１６において最高温度を選択するようにしても、同様の効果が得られる。

−第６の実施の形態−
図１２〜１４は、第６の実施の形態を示す図である。第６の実施の形態では、図１２に示すように、第１温度算出部１１５は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の中から最高温度を選択し、その温度を第１温度Ｔ１として出力する。一方、第２温度算出部１１６は、温度ｔ４、温度ｔ５の中から最低温度を選択し、その温度を第２温度Ｔ２として出力する。

図１３は、温度ｔ１〜ｔ５の計測位置の一例を示す図である。電池４００に隣接して、電池４００と熱授受を行う部材である冷却プレート４０１が設けられている。電池４００の３箇所の計測位置で検出した温度をそれぞれ温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３とし、冷却プレート４０１の２箇所の計測位置で検出した温度をそれぞれ温度ｔ４、温度ｔ５とした。

前述したように電池４００の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔによって変化する。電池４００に隣接する部材（冷却プレート４０１）がある場合、その部材との間との熱授受により電池４００に温度分布が生じ、電池４００の内部抵抗Ｒが隣接する部材の温度の影響を受ける。このような場合には、電池４００の温度だけでなく、電池４００と熱授受を行う部材の温度を考慮しないと、電池４００の内部抵抗Ｒを適切に求めることができない可能性がある。

例えば、電池４００が充放電によって発熱した場合にも電池４００の入出力特性の向上や、過熱による劣化や発火を防ぐために、図１３に示すような電池４００に冷却プレート４０１を取り付けることが考えられる。この冷却プレート４０１には冷却水を流すための配管を設置して冷却水を循環させることで、電池４００の温度を下げることができる。

このような場合、電池４００の温度よりも冷却プレート４０１の温度が低い状態となるが、電池４００が冷却プレート４０１と接している場所は、冷却プレート４０１の温度が伝わり、電池４００の温度が下がっている。しかし、電池４００の温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の計測位置が冷却プレート４０１と接している場所から離れている場合、電池４００の温度に対する冷却プレート４０１の影響を検出できない。

このような構成の場合、図１２のように、冷却プレート４０１の温度ｔ４、温度ｔ５の中から最低温度を選択し、第２温度Ｔ２として出力することで、電池４００の特性を適切に検出することができる。電池４００の温度である第１温度Ｔ１と冷却プレート４０１の温度である第２温度Ｔ２との差が大きい場合は、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるので、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

なお、図１３では電池４００の３箇所の計測位置で温度を検出する例を示したが、２箇所以上であれば何箇所であっても良い。また冷却プレート４０１の２箇所の計測位置で温度を検出する例を示したが、１箇所でもよいし、３箇所以上であってもよい。

また、図１３では電池４００と熱授受を行う部材を冷却プレート４０１としたが、電池４００に隣接して電池４００と熱授受を行う部材であれば何でもよく、例えば冷却プレートでなく暖機用の部材であってもよいし、電池４００が設けられている電池ユニットのカバーであってもよい。また、熱授受を行う部材（冷却プレート４０１や暖機用の部材）を流体で冷却したり加熱したりする構成の場合、電池４００と熱授受を行う流体の温度を用いてもよい。さらにまた、冷却ファンや暖機用ファンを備える構成では、冷却ファンや暖機用ファンから送風された空気の温度を検出してもよい。

また、図１４の構成のように、第１温度算出部１１５は温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３、温度ｔ４、温度ｔ５の中から最高温度を選択し、第２温度算出部１１６は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３、温度ｔ４、温度ｔ５の中から最低温度を選択するようにしてもよい。このようにすることで、電池４００と電池４００に隣接する部材のいずれの温度が高い場合にも適切に最高温度および最低温度を検出することができる。すなわち隣接する部材が冷却用であっても暖機用であっても電池４００の特性を適切に検出することができ、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００…電池制御装置、１１０…電池状態推定装置、１１１…ＳＯＣｖ演算部、１１２…ＳＯＣｉ演算部、１１３…ＩＲ演算部、１１４…重み演算部、１１５…第１温度算出部、１１６…第２温度算出部、１２０…記憶部、２００…計測部、３００…出力部、４００…電池、４０１…冷却プレート、１０００…電池システム。

Claims (7)

1. 電池の両端電圧を用いて第１の充電状態を算出する第１演算部と、
   前記電池に流れる電流を積算して第２の充電状態を算出する第２演算部と、
   前記第１の充電状態と前記第２の充電状態とを重み付け加算して電池充電状態を算出する第３演算部と、
   前記電池の計測位置が異なる複数の温度が入力され、前記複数の温度に基づく第１温度および第２温度を設定する温度処理部と、を備え、
   前記第３演算部は、
   前記第１温度と前記第２温度との差の絶対値が第１閾値以上の場合には、前記第１の充電状態の重み付けよりも前記第２の充電状態の重み付けを大きくする、電池状態推定装置。
2. 請求項１に記載の電池状態推定装置において、
   前記第３演算部は、
   前記絶対値が前記第１閾値以上であって、かつ、前記第１温度および前記第２温度いずれか一方が第２閾値以下の場合に、前記第１の充電状態の重み付けよりも前記第２の充電状態の重み付けを大きくする、電池状態推定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池状態推定装置において、
   前記第１の充電状態の重み付けと前記第２の充電状態の重み付けとの和は、所定の値であり、
   前記第３演算部は、
   前記絶対値が前記第１閾値未満である場合には、前記第２の充電状態の重み付けを、前記第１閾値以上のときの前記第２の充電状態の重み付けよりも小くし、かつ、前記絶対値が大きいほど大きくする、電池状態推定装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の電池状態推定装置において、
   前記第３演算部は、前記電池の劣化度が大きいほど前記第１閾値を小さく設定する、電池状態推定装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の電池状態推定装置において、
   前記温度処理部は、
   前記複数の温度の内の最高温度を前記第１温度に設定すると共に、前記複数の温度の内の最低温度を前記第２温度に設定する、電池状態推定装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の電池状態推定装置において、
   前記温度処理部は、
   前記複数の温度の平均温度を前記第１温度として設定すると共に、前記複数の温度の内の最高温度または最低温度を前記第２温度として設定する、電池状態推定装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の電池状態推定装置であって、
   前記温度処理部は、
   前記電池の複数位置の温度、および前記電池と熱授受を行う部材または流体の温度が入力され、
   前記複数位置の温度の内の最高温度、最低温度および平均温度のいずれかを前記第１温度に設定すると共に、前記部材または流体に関する温度を前記第２温度に設定する、電池状態推定装置。

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