JP6826935B2

JP6826935B2 - 二次電池内部温度推定装置および二次電池内部温度推定方法

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Publication number: JP6826935B2
Application number: JP2017069330A
Authority: JP
Inventors: 泰司光山
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018170263A

Description

本発明は、二次電池内部温度推定装置および二次電池内部温度推定方法に関するものである。

特許文献１には、二次電池の外部温度と内部温度の関係を示す関係式に基づいて、二次電池の内部温度を推定する推定手段と、二次電池の等価回路の素子値を算出する算出手段と、算出手段によって算出された等価回路の素子値に基づいて、関係式の係数を求出する求出手段と、求出手段によって得られた係数を関係式に適用する適用手段と、を有し、推定手段は、適用手段によって係数が適用された関係式に基づいて、二次電池の内部温度を推定する技術が開示されている。

特開２０１５−１８５２８４号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、二次電池の電気的な等価回路（以下、「電気的等価回路」と称する）を用いる。電気的等価回路は、二次電池に充放電が行われておらず、また、分極または成層化が生じていない状態では正確な素子値を求めることができるが、それ以外の場合には正確な素子値を求めることができない。このため、二次電池を充放電している際には、正確な内部温度の推定が難しいという問題点がある。

一方、二次電池の熱的な等価回路（以下、「熱的等価回路」と称する）を用いて二次電池の内部温度を推定する方法も提案されている。このような熱的等価回路を用いる場合では、二次電池の充放電の状態に拘わらず、内部温度を推定することができる。

しかしながら、熱的等価回路を用いた場合では、例えば、断熱材としてのインシュレータを装着したときには、熱的特性が変化することから、内部温度を正確に推定できないという問題点がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、二次電池の使用中や熱的特性が変化した場合でも正確な内部温度を推定することが可能な二次電池内部温度推定装置および二次電池内部温度推定方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、二次電池の内部温度を推定する二次電池内部温度推定装置において、前記二次電池の外部温度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記外部温度を、前記二次電池の熱的等価回路に適用して前記内部温度を推定する推定手段と、前記二次電池の熱的特性の変化の有無を検知する検知手段と、前記検知手段によって前記二次電池の前記熱的特性の変化が検知された場合には、前記推定手段の前記熱的等価回路のパラメータを調整する調整手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の使用中や熱的特性が変化した場合でも正確な内部温度を推定することが可能となる。

また、本発明は、前記検知手段は、前記二次電池に断熱材としてのインシュレータの装着の有無を前記熱的特性の変化として検知し、前記調整手段は、前記インシュレータが着脱された場合には、前記インシュレータの前記熱的特性に基づいて前記熱的等価回路を調整する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、インシュレータが新たに装着されたり、取り外されたりした場合でも正確な内部温度を推定することができる。

また、本発明は、前記調整手段は、前記インシュレータが装着されていない場合と、装着されている場合の前記熱的等価回路の前記パラメータを記憶して有しており、前記検知手段の検知結果に応じて前記パラメータを選択し、前記推定手段に設定することを特徴とする。
このような構成によれば、パラメータの選択により、インシュレータの有無に確実に対応することができる。

また、本発明は、前記調整手段は、前記二次電池の前記熱的特性の変化が検知された場合には、フィッティング処理に基づいて前記熱的等価回路の前記パラメータを調整することを特徴とする。
このような構成によれば、熱的特性が明確でないインシュレータが装着された場合でも正確な内部温度を推定することができる。

また、本発明は、前記検知手段は、前記二次電池の電気的等価回路を構成する素子値に基づいて推定した前記二次電池の前記内部温度と、前記熱的等価回路に基づいて推定した前記二次電池の前記内部温度との差分値が所定の閾値以上になった場合には、前記二次電池の前記熱的特性が変化したと判定することを特徴とする。
このような構成によれば、熱的特性の変化を確実に検出することができる。

また、本発明は、二次電池の内部温度を推定する二次電池内部温度推定方法において、前記二次電池の外部温度を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された前記外部温度を、前記二次電池の熱的等価回路に適用して前記内部温度を推定する推定ステップと、前記二次電池の熱的特性が変化の有無を検知する検知ステップと、前記検知ステップにおいて前記二次電池の前記熱的特性の変化が検知された場合には、前記推定ステップの前記熱的等価回路のパラメータを調整する調整ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の使用中や熱的特性が変化した場合でも正確な内部温度を推定することが可能となる。

本発明によれば、二次電池の使用中や熱的特性が変化した場合でも正確な内部温度を推定することが可能な二次電池内部温度推定装置および二次電池内部温度推定方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る二次電池内部温度推定装置の構成例を示す図である。図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。図１に示す二次電池の熱的等価回路の一例を示す図である。図１に示す二次電池の電気的等価回路の一例を示す図である。Ｃｏｒｒ＿Ｒｃｔ１の内部温度による変化をＳＯＣ毎に示す図である。Ｃｏｒｒ＿Ｃ１の内部温度による変化をＳＯＣ毎に示す図である。エンジン始動時におけるインシュレータの有無による内部温度の時間的変化を示す図である。エンジン停止時におけるインシュレータの有無による内部温度の時間的変化を示す図である。図１に示す実施形態において実行される処理の流れを説明するフローチャートの一例である。図１に示す実施形態において実行される処理の流れを説明するフローチャートの一例である。フィッティング処理の一例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池内部温度推定装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池内部温度推定装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の充電状態を制御する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１６の発電電圧を制御することで二次電池１４の充電状態を制御する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。なお、オルタネータの制御は、他の装置（例えば、図示しないＥＣＵ（Electric Control Unit））が実行するようにしてもよい。

二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。オルタネータ１６は、制御部１０によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａを実行する際に生成されるデータや、後述する数式またはテーブル等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５、オルタネータ１６、および、スタータモータ１８等に駆動電流を供給してこれらを制御する。

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。

二次電池１４の内部温度（電解液温度）を推定する方法として、本実施形態では、以下の２つの方法を用いる。

まず、１つ目は、熱的等価回路を用いる方法である。図３は、二次電池１４の熱的等価回路の一例を示す図である。なお、熱的等価回路では、温度差を電圧に、熱流量を電流に対応させる。図３に示すように、二次電池１４の外部温度をＴｅとし、内部温度（電解液温度）をＴｉとする。また、二次電池１４の熱的等価回路は、熱抵抗Ｒと熱容量Ｃによって表されるとする。このとき、外部温度と内部温度の温度差ΔＴ（＝Ｔｅ−Ｔｉ）が存在する場合には、温度の高い方から低い方に熱が伝導する。例えば、エンジン１７を長時間停止し、内部温度と外部温度が等しくなっている場合に、エンジン１７を始動すると、エンジン１７が発生する熱によって外部温度Ｔｅが上昇し、Ｔｅ＞Ｔｉの状態となる。この場合、温度差ΔＴ（＝Ｔｅ−Ｔｉ）に応じた熱が熱抵抗Ｒを介して移動し、熱容量Ｃに蓄積される。この結果、内部温度Ｔｉが上昇する。熱の移動は、外部温度Ｔｅと内部温度Ｔｉが等しくなるまで継続するが、熱の移動速度は熱抵抗Ｒと熱容量Ｃの大小によって決まる。しかしながら、熱抵抗Ｒおよび熱容量Ｃは、一般的には固定値であるので、これらの値が分かれば、外部温度Ｔｅから内部温度Ｔｉを一意に推定することができる。

つぎに、２つ目は、二次電池１４の電気的等価回路を用いる方法である。図４（Ａ）は、二次電池１４の電気的等価回路の一例を示す図である。図４（Ａ）の例では、電気的等価回路は、二次電池１４内部の導体要素および電解液抵抗に対応する抵抗成分であるＲｏｈｍと、電極の活物質反応の反応抵抗に対応する抵抗成分であるＲｃｔ１と、電極と電解液の界面の電気二重層に対応する容量成分であるＣ１とを有している。

電気的等価回路を構成する素子の素子値は、二次電池１４の内部温度と、ＳＯＣ（State of Charge）に応じて変化する。このため、ＳＯＣや内部温度の影響を低減するために、二次電池１４の基準状態（例えば、内部温度が２５℃で、ＳＯＣが１００％等）を定め、算出したその時点における素子値を、次に示す式（１）〜式（３）に示す補正係数を用いて、基準状態における素子値に補正する。なお、Ｃｒ＿ＲｏｈｍはＲｏｈｍに関する補正係数であり、Ｃｒ＿Ｒｃｔ１はＲｃｔ１に関する補正係数であり、Ｃｒ＿Ｃ１はＣ１に関する補正係数である。また、ｆ１（Ｔｉ，ＳＯＣ）〜ｆ３（Ｔｉ，ＳＯＣ）は、ＴｉおよびＳＯＣを変数とする関数である。

Ｃｒ＿Ｒｏｈｍ＝ｆ１（Ｔｉ，ＳＯＣ）・・・（１）
Ｃｒ＿Ｒｃｔ１＝ｆ２（Ｔｉ，ＳＯＣ）・・・（２）
Ｃｒ＿Ｃ１＝ｆ３（Ｔｉ，ＳＯＣ）・・・（３）

なお、ｆ１（Ｔｉ，ＳＯＣ）〜ｆ３（Ｔｉ，ＳＯＣ）を求める方法としては、例えば、図５および図６に示す実測値から導出することができる。ここで、図５は、Ｃｒ＿Ｒｃｔ１の内部温度による変化をＳＯＣ毎に示す図である。また、図６は、Ｃｒ＿Ｃ１の内部温度による変化をＳＯＣ毎に示す図である。これらの図に示すように、Ｃｒ＿Ｒｃｔ１およびＣｒ＿Ｃ１は、内部温度およびＳＯＣによって変化する。

ここで、式（１）〜式（３）の逆関数を、式（４）〜式（６）で表し、これらの逆関数によって求まる内部温度をＴｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１とする。

Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ＝ｆ１^−１（Ｃｒ＿Ｒｏｈｍ，ＳＯＣ）・・・（４）
Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１＝ｆ２^−１（Ｃｒ＿Ｒｃｔ１，ＳＯＣ）・・・（５）
Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１＝ｆ３^−１（Ｃｒ＿Ｃ１，ＳＯＣ）・・・（６）

これらの式（４）〜式（６）の右辺に対して、算出したその時点のＳＯＣを代入するとともに、以下の式（７）〜式（９）で求めたＣｒ＿Ｒｏｈｍ，Ｃｒ＿Ｒｃｔ１，Ｃｒ＿Ｃ１を右辺に代入する。なお、基準状態のＲｏｈｍの値、基準状態のＲｃｔ１の値、および、基準状態のＣ１の値は、過去の各時点において測定され、基準状態に補正されたこれらの素子値の平均値を用いることができる。

Ｃｒ＿Ｒｏｈｍ＝基準状態のＲｏｈｍの値／その時点でのＲｏｈｍの値・・・（７）
Ｃｒ＿Ｒｃｔ１＝基準状態のＲｃｔ１の値／その時点でのＲｃｔ１の値・・・（８）
Ｃｒ＿Ｃ１＝基準状態のＣ１の値／その時点でのＣ１の値・・・（９）

そして、式（４）〜式（６）によって求めたＴｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１を以下の式（１０）に代入することで、内部温度Ｔｉを推定することができる。

Ｔｉ＝α×Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ＋β×Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１＋γ×Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１・・・（１０）

なお、α，β，γは所定の係数であり、α＋β＋γ＝１となるように設定される。

ところで、１つ目の熱的等価回路を用いる方法では、二次電池１４の熱的な特性が変化した場合には、内部温度を正確に推定できない。例えば、二次電池１４の内部温度の変化を緩慢にするために、二次電池１４の外周を覆うように装着される断熱材としてのインシュレータが取り付けられた場合には、熱的な特性が変化する。すなわち、このような場合には、図３に示す熱的等価回路において、熱抵抗Ｒの値が大きくなるので、熱的な特性が変化する。

図７は、エンジン１７の始動時における二次電池１４の内部温度の時間的変化を示す図である。この図７において実線はインシュレータを装着しない場合の内部温度の時間的変化を示し、破線はインシュレータを装着した場合の内部温度の時間的変化を示している。破線は実線に比較して、変化が緩慢となっている。このため、インシュレータを装着しているにも拘わらず、インシュレータを装着しない場合の熱的等価回路を用いて内部温度を推定した場合には、実線と破線に示す誤差が生じる。

図８は、エンジン１７の停止時における二次電池１４の内部温度の時間的変化を示す図である。この図８において実線はインシュレータを装着しない場合の内部温度の時間的変化を示し、破線はインシュレータを装着した場合の内部温度の時間的変化を示している。破線は実線に比較して、変化が緩慢となっている。このため、エンジン１７の停止時においても、インシュレータを装着しているにも拘わらず、インシュレータを装着しない場合の熱的等価回路を用いて内部温度を推定した場合には、実線と破線に示す誤差が生じる。

また、２つ目の電気的等価回路を用いる方法では、二次電池１４が安定した状態で測定する必要がある。すなわち、電気的等価回路は、二次電池１４に充放電が行われておらず、また、分極または成層化が生じていない状態では、正確な素子値を求めることができるが、それ以外の場合には正確な素子値を求めることができない。このため、二次電池１４を使用している際（充放電している際）には、正確な内部温度の推定が難しい。また、電気的等価回路を求めるためには、図１に示す放電回路１５によって二次電池１４を放電させる必要があることから、二次電池１４の電力を使用してしまうため、頻繁な測定が困難である。

そこで、本発明では、通常は、熱的等価回路を用いて二次電池１４の内部温度Ｔｉｔを推定するとともに、定期的に電気的等価回路を用いて二次電池１４の内部温度Ｔｉｅを推定する。そして、これらの２種類の内部温度Ｔｉｔ，Ｔｉｅの差分値が所定の閾値Ｔｈよりも大きくなった場合には、二次電池１４の熱的特性が変化したと判定し、変化後の熱特性に応じた熱的等価回路を新たに採用し、それ以降は新たな熱的等価回路に基づいて内部温度Ｔｉｔを推定する。より詳細には、内部温度Ｔｉｔ，Ｔｉｅの差分値が所定の閾値Ｔｈよりも大きくなった場合（｜Ｔｉｔ−Ｔｉｅ｜＞Ｔｈ）には、例えば、二次電池１４にインシュレータが装着されたと判定し、インシュレータを含む熱的等価回路（例えば、熱抵抗Ｒにインシュレータの熱抵抗を含む熱的等価回路）を用いて、内部温度Ｔｉｔを推定する。これにより、二次電池１４の内部温度を常に推定することができるとともに、二次電池１４の熱的な特性が変化した場合でも対応することができる。

つぎに、図９および図１０を参照して、詳細な動作について説明する。図９は、図１に示す実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、図９に示すフローチャートは、例えば、エンジン１７が停止されて所定の時間（例えば、数時間）が経過し、二次電池１４の状態が安定した場合に実行される。図９に示すフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１０は、放電回路１５を制御し、二次電池１４のパルス放電を開始する。

ステップＳ１１では、制御部１０は、電圧センサ１１の出力を参照し、二次電池１４の端子電圧を検出する。

ステップＳ１２では、制御部１０は、電流センサ１２の出力を参照し、二次電池１４に流れる電流を検出する。

ステップＳ１３では、制御部１０は、放電を終了するか否かを判定し、終了すると判定した場合（ステップＳ１３：Ｙ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎ）にはステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１４では、制御部１０は、ステップＳ１１およびステップＳ１２の測定結果に基づいて、図４（Ａ）に示す電気的等価回路を構成する素子の素子値を学習する処理を実行する。

ステップＳ１５では、制御部１０は、ステップＳ１４で算出した電気的等価回路の素子値をその時点での素子値として取得する。この結果、その時点におけるＲｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｃ１の値を得る。

ステップＳ１６では、制御部１０は、過去の各時点で測定され、基準状態（例えば、ＳＯＣが１００％、温度が２５℃の状態）における値に補正された素子値をＲＡＭ１０ｃから取得する。より詳細には、過去の各時点において測定されたＲｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｃ１の値に対して、前述した式（１）〜式（３）によって得られたＣｒ＿Ｒｏｈｍ，Ｃｒ＿Ｒｃｔ１，Ｃｒ＿Ｃ１の値をそれぞれ乗算して得られた複数の素子値を取得する。

ステップＳ１７では、制御部１０は、ステップＳ１６で取得した素子値の平均値を算出する。より詳細には、過去の各時点で測定され、基準状態における値に補正された素子値の平均値を算出する。なお、平均値をその都度計算するのではなく、予め計算した平均値をＲＡＭ１０ｃに格納しておくようにしてもよい。

ステップＳ１８では、制御部１０は、ステップＳ１５で取得した素子値と、ステップＳ１７で算出した素子値の比を計算する。より詳細には、前述した式（７）〜式（９）を用いて、Ｃｒ＿Ｒｏｈｍ，Ｃｒ＿Ｒｃｔ１，Ｃｒ＿Ｃ１の値を計算する。

ステップＳ１９では、制御部１０は、ＳＯＣを算出する。例えば、制御部１０は、二次電池１４が安定状態における開回路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を検出し、ＯＣＶとＳＯＣの関係を示す関係式に基づいてＳＯＣを算出する。もちろん、これ以外の方法によってＳＯＣを求めるようにしてもよい。

ステップＳ２０では、制御部１０は、ステップＳ１８で求めた素子値の比と、ステップＳ１９で求めたＳＯＣを逆関数に代入し、Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１を得る。より詳細には、制御部１０は、前述した式（４）〜式（６）に対して、ステップＳ１８で求めた素子値の比をＣｒ＿Ｒｏｈｍ，Ｃｒ＿Ｒｃｔ１，Ｃｒ＿Ｃ１として代入するとともに、ステップＳ１９で求めたＳＯＣを代入することで、Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１を得る。

ステップＳ２１では、制御部１０は、ステップＳ２０における計算によって算出されたＴｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｏｈｍ，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｒｃｔ１，Ｔｉ＿ｅｓｔ＿Ｃ１を、式（１０）に代入し、電気的等価回路に基づく内部温度Ｔｉｅを推定する。

つぎに、図１０を参照して、熱的等価回路を用いて内部温度Ｔｉｔを推定する処理について説明する。なお、図１０の処理は、例えば、エンジン１７が動作している場合に定期的（例えば、数分おき）に実行される。

ステップＳ５０では、制御部１０は、温度センサ１３の出力を参照して、二次電池１４の外部温度Ｔｅを検出する。

ステップＳ５１では、制御部１０は、熱的等価回路に基づいて、内部温度Ｔｉｔを推定する。より詳細には、以下の処理によって、内部温度Ｔｉｔを推定する。

すなわち、外部温度をＴｅとし、離散時間動作する場合の１ステップの時間間隔をΔｔとし、現時点での内部温度の推定値をＴｉｔ（ｎ×Δｔ）とし、１ステップ前の内部温度の推定値をＴｉｔ（（ｎ−１）×Δｔ）とする。また、比例ゲインをＫｐとし、積分ゲインをＫｉとし、積分時間をτｉとし、積分操作量をＩｎｔｇ（ｎ×Δｔ）として、以下の式（１１）に基づいて内部温度Ｔｉｔを推定する。

Ｔｉｔ（ｎ×Δｔ）＝Ｋｐ×（Ｔｅ（ｎ×Δｔ）−Ｔｉｔ（（ｎ−１）×Δｔ））＋Ｉｎｔｇ（ｎ×Δｔ）・・・（１１）

なお、Ｉｎｔｇ（ｎ×Δｔ）は、以下の式（１２）で表され、また、Ｋｉは以下の式（１３）で表される。

Ｉｎｔｇ（ｎ×Δｔ）＝Ｉｎｔｇ（（ｎ−１）×Δｔ）＋Ｋｉ×（Ｔｅ（ｎ×Δｔ））−Ｔｉｔ（（ｎ−１）×Δｔ）・・・（１２）

Ｋｉ＝Ｋｐ／τｉ・・・（１３）

ステップＳ５２では、制御部１０は、電気的等価回路に基づく内部温度Ｔｉｅが直近で求められたか否かを判定し、求められたと判定した場合（ステップＳ５２：Ｙ）にはステップＳ５３に進み、それ以外の場合（ステップＳ５２：Ｎ）には処理を終了する。例えば、図９に示す処理によって、電気的等価回路に基づく内部温度が直近（例えば、１分以内）に求められた場合にはＹと判定してステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３では、制御部１０は、ステップＳ５１において熱的等価回路に基づいて推定した内部温度Ｔｉｔと、図９のステップＳ２１において電気的等価回路に基づいて推定した内部温度Ｔｉｅの差分値の絶対値（＝｜Ｔｉｔ−Ｔｉｅ｜）を求め、差分の絶対値が所定の閾値Ｔｈよりも大きいか否かを判定し、｜Ｔｉｔ−Ｔｉｅ｜＞Ｔｈを満たす場合（ステップＳ５３：Ｙ）にはステップＳ５４に進み、それ以外の場合（ステップＳ５３：Ｎ）には処理を終了する。例えば、二次電池１４にインシュレータが装着され、二次電池１４の熱的特性が変化した場合には、熱的等価回路に基づいて推定した内部温度Ｔｉｔが図７および図８に示すように誤差を有するようになる一方で、電気的等価回路に基づいて推定した内部温度Ｔｉｅは誤差を有しないので、その場合にはＹと判定してステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４では、制御部１０は、二次電池１４にインシュレータが装着されたと判定する。なお、判定結果を、例えば、インジケータ等に表示して、ユーザに通知するようにしてもよい。これにより、ユーザは、制御部１０がインシュレータの装着の有無を正確に判定しているか知ることができる。

ステップＳ５５では、制御部１０は、インシュレータ装着時の係数（パラメータ）を、ＲＡＭ１０ｃのパラメータ１０ｃａから取得する。より詳細には、ＲＡＭ１０ｃには、インシュレータ装着時と未装着時のそれぞれについての比例ゲインＫｐおよび積分時間τｉを格納しておき、ステップＳ５４の判定結果に基づいて、対応する係数を選択して取得するようにすればよい。

ステップＳ５６では、制御部１０は、前述した式（１１）〜式（１３）に対して、ステップＳ５５で取得した係数を適用する。

ステップＳ５７では、制御部１０は、熱的等価回路によって内部温度Ｔｉｔを推定する。より詳細には、ステップＳ５６で係数を適用した式（１１）〜式（１３）を用いて、内部温度Ｔｉｔを推定し、ステップＳ５１で推定した値よりも正確な値として採用する。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、熱的等価回路を用いて二次電池１４の内部温度を推定するようにしたので、二次電池１４が安定していない場合であっても内部温度を知ることができる。

また、本発明の実施形態では、電気的等価回路による内部温度の推定結果と比較し、これらの差分値が大きい場合には、二次電池１４の熱的特性が変化した（インシュレータが装着された）と判定して、インシュレータ装着時の係数に変更するようにしたので、熱的特性が変化した場合でも正確な内部温度を知ることができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、電気的等価回路としては、図４（Ａ）に示す回路を用いるようにしたが、例えば、図４（Ｂ）に示す等価回路を用いるようにしてもよい。図４（Ｂ）に示す回路では、図４（Ａ）に示す等価回路に対して、並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ２と電気二重層容量Ｃ２とが新たに追加されている。このような電気的等価回路によれば、二次電池１４の内部温度をより正確に推定することができる。

また、以上の実施形態では、インシュレータの装着の有無に応じて、予め格納してある熱的等価回路の係数（比例ゲインＫｐおよび積分時間τｉ）を変更するようにした。しかしながら、フィッティング処理によって、係数を求めるようにしてもよい。

より詳細には、電気的等価回路によって内部温度を複数のタイミングで推定してＴｉｅ１，Ｔｉｅ２，Ｔｉｅ３，・・・，Ｔｉｅｍ（ｍ＞１）とし、同様に、熱的等価回路によって内部温度を複数のタイミングで推定してＴｉｔ１，Ｔｉｔ２，Ｔｉｔ３，・・・，Ｔｉｔｍとし、また、これらを推定した時刻（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔｍ）とともに格納しておく。そして、Ｔｉｅ１，Ｔｉｅ２，Ｔｉｅ３，・・・，Ｔｉｅｍと、Ｔｉｔ１，Ｔｉｔ２，Ｔｉｔ３，・・・，Ｔｉｔｍとの誤差平方和ＲＳＳを、以下の式に基づいて求め、この求めたＲＳＳを最小にするようなτｉとＫｐを最小二乗法などにより学習することにより、液温推定誤差を低減することができる。

ＲＳＳ＝Σ（Ｔｉｅｊ−Ｔｉｔｊ）^２・・・（１４）
但し、ｊ＝１，２，３，・・・，ｍ

なお、図１１は、フィッティング処理の結果を示す図である。図１１において、実線は実測の内部温度を示し、菱形は１時間毎に電気的等価回路に基づく内部温度の推定結果を示し、破線は多項式によるフィッティング結果を示している。図１１に示すように、実測値と電気的等価回路による推定結果は非常によく一致しており、また、多項式を用いたフィッティング結果は、実測結果によく一致している。この図１１から、フィッティングを用いた場合には、高い精度で内部温度を推定することができることが分かる。

また、以上の実施形態では、インシュレータが装着されていない状態から装着された状態に変化した場合に、熱的等価回路の係数を変更するようにしたが、装着されている状態から装着されていない状態に変化した場合に本発明を適用することも可能である。

また、以上の実施形態では、二次電池１４の熱的特性が変化する例として、インシュレータの着脱を例に挙げて説明したが、熱的特性が変化する場合としては、これ以外にも、例えば、電解液が補液または減液した場合（熱容量Ｃが変化する場合）や、二次電池１４を収容するケースが交換された場合（熱抵抗Ｒが変化する場合）や、二次電池１４自体が交換された場合（熱容量Ｃと熱抵抗Ｒの双方が変化する場合）に、前述した処理を実行するようにしてもよい。

また、図９および図１０に示すフローチャートは一例であって、図９および図１０以外の処理を実行するようにしてもよい。

１二次電池内部温度推定装置
１０制御部（推定手段、検知手段、調整手段）
１０ａＣＰＵ
１０ｂＲＯＭ
１０ｃＲＡＭ
１０ｄ通信部
１０ｅＩ／Ｆ
１１電圧センサ
１２電流センサ
１３温度センサ（検出手段）
１４二次電池
１５放電回路
１６オルタネータ
１７エンジン
１８スタータモータ
１９負荷

Claims

二次電池の内部温度を推定する二次電池内部温度推定装置において、
前記二次電池の外部温度を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記外部温度を、前記二次電池の熱的等価回路に適用して前記内部温度を推定する推定手段と、
前記二次電池の熱的特性の変化の有無を検知する検知手段と、
前記検知手段によって前記二次電池の前記熱的特性の変化が検知された場合には、前記推定手段の前記熱的等価回路のパラメータを調整する調整手段と、
を有し、
前記検知手段は、前記二次電池の電気的等価回路を構成する素子値に基づいて推定した前記二次電池の前記内部温度と、前記熱的等価回路に基づいて推定した前記二次電池の前記内部温度との差分値が所定の閾値以上になった場合には、前記二次電池の前記熱的特性が変化したと判定することを特徴とする二次電池内部温度推定装置。
前記検知手段は、前記二次電池に断熱材としてのインシュレータの装着の有無を前記熱的特性の変化として検知し、
前記調整手段は、前記インシュレータが着脱された場合には、前記インシュレータの前記熱的特性に基づいて前記熱的等価回路を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池内部温度推定装置。
前記調整手段は、前記インシュレータが装着されていない場合と、装着されている場合の前記熱的等価回路の前記パラメータを記憶して有しており、前記検知手段の検知結果に応じて前記パラメータを選択し、前記推定手段に設定することを特徴とする請求項２に記載の二次電池内部温度推定装置。
前記調整手段は、前記二次電池の前記熱的特性の変化が検知された場合には、フィッティング処理に基づいて前記熱的等価回路の前記パラメータを調整することを特徴とする請求項２に記載の二次電池内部温度推定装置。
二次電池の内部温度を推定する二次電池内部温度推定方法において、
前記二次電池の外部温度を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出された前記外部温度を、前記二次電池の熱的等価回路に適用して前記内部温度を推定する推定ステップと、
前記二次電池の熱的特性が変化の有無を検知する検知ステップと、
前記検知ステップにおいて前記二次電池の前記熱的特性の変化が検知された場合には、前記推定ステップの前記熱的等価回路のパラメータを調整する調整ステップと、
を有し、
前記検知ステップでは、前記二次電池の電気的等価回路を構成する素子値に基づいて推定した前記二次電池の前記内部温度と、前記熱的等価回路に基づいて推定した前記二次電池の前記内部温度との差分値が所定の閾値以上になった場合には、前記二次電池の前記熱的特性が変化したと判定することを特徴とする二次電池内部温度推定方法。