JP6867478B2 - 電池制御装置および車両システム - Google Patents

Description

本発明は、電池制御装置および車両システムに関する。

電気自動車(ＥＶ)やプラグインハイブリッド自動車(ＰＨＥＶ)、ハイブリッド自動車(ＨＥＶ)等の電動車両に搭載する電動車両システムには、電池の性能を最大限に引き出すために、電池の電圧や温度、電流を検出し、これらに基づいて電池の充電状態(State of Charge：ＳＯＣ)、劣化状態(State of Health：ＳＯＨ)や電池の入出力可能な電力を演算する電池制御装置を備えている。

電池の状態は、予め電池を充放電させたときの電圧と電流から求めた電池の内部抵抗特性をデータベース化しておき、これを用いて、現時点での内部抵抗を算出し、電池のＳＯＨを演算している。

特許文献１では、ＳＯＣが２０％未満の場合と、ＳＯＣが１００％に近い状態（満充電に近い状態）では、内部抵抗値が急激に変化するため、ＳＯＣが２０％未満の場合と、ＳＯＣが１００％に近い状態では、内部抵抗値を測定せず、ＳＯＨの演算を実行しないようにしている。

特開２０１４−０７４５８８号公報

ところで、電池の負極に黒鉛系の材料を使用した場合は、負極の結晶構造が、電池のＳＯＣに応じて異なることが知られており、結晶構造が切り替わる領域（以下、相変化領域）では、電流パターン（例えば、充電と放電、等）によって内部抵抗値が様々に異なる。このため、予め測定した内部抵抗特性に基づく、内部抵抗推定精度の確保が困難になる。その為、相変化領域では、電池の内部抵抗に基づき演算するＳＯＨの演算精度の低下が懸念される。

本発明による電池制御装置は、電池の充電状態を算出するＳＯＣ演算部と、前記電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化度を更新するＳＯＨ演算部とを備え、前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態が前記電池の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制し、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制とは、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を停止することではなく、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新割合を少なくすることである。
本発明による電池制御装置は、電池の充電状態を算出するＳＯＣ演算部と、前記電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化度を更新するＳＯＨ演算部とを備え、前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態が前記電池の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制し、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制とは、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を停止することであり、前記ＳＯＨ演算部は、前記劣化度の更新停止期間が継続した場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新割合を変更して前記劣化度の更新を行う。
本発明による車両システムは、電池の充電状態を算出するＳＯＣ演算部と、前記電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化度を更新するＳＯＨ演算部と、を備えた電池制御装置と、前記電池制御装置より、前記電池の充電状態および前記電池の劣化度を受信する車両制御装置とを備える車両システムにおいて、前記電池制御装置は、前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態が前記電池の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を停止し、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新停止期間が継続した場合は、更新停止期間が継続していることを前記車両制御装置へ通知し、前記車両制御装置は、前記通知を受けて、前記ＳＯＨ演算部による前記更新が行われるようなＳＯＣ制御値に変更し、ＳＯＣを相変化領域外とすることで、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を行う。

本発明によれば、電池の内部抵抗値に基づく劣化度の演算誤差を低減することができる。

車両システムのブロック構成図である。 電池制御装置の構成図である。 電池の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフである。 電池のＳＯＣと電極電位との関係を示した図である。 電池のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図である。 第１の実施形態における電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 （Ａ）は、電池の充放電を示すグラフ、（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフ、（Ｄ）は、ＳＯＨの更新状態を示すグラフである。 第２の実施形態における電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 ＳＯＣと重み係数ｗの関係を示す図である。 （Ａ）は、電池の充放電を示すグラフ、（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフ、（Ｄ）は、重み係数ｗの状態を示すグラフである。 第３の実施形態における電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 （Ａ）は、電池の充放電を示すグラフ、（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフ、（Ｄ）は、重み係数ｗの状態を示すグラフである。 ＳＯＨに対するＳＯＣの相変化領域の関係を示した図である。 第４の実施形態における電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 電池の劣化度におけるＳＯＣと重み係数ｗの関係を示す図である。 第５の実施形態における電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 第６の実施形態における電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 （Ａ）は、電池の充放電を示すグラフ、（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフである。

−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態における車両システム１０００のブロック構成図である。車両システム１０００は、電池１００、計測部２００、電池制御装置３００、車両制御装置４００を備え、電池１００が蓄積している電荷を車両制御装置４００へ電力として供給するシステムである。電池制御装置３００が電力を供給する対象の車両制御装置４００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。車両制御装置４００は、電池制御装置３００より電池１００の充電状態および前記電池の劣化度を受信する。また、電池制御装置３００は、車両制御装置４００へ後述するＳＯＣ制御値を通知する。

電池１００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、本実施形態を適用することができる。電池１００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１００の物理特性、例えば電池１００の両端電圧Ｖ、電池１００に流れる電流（電池電流）Ｉ、電池１００の電池温度Ｔ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。

電池制御装置３００は、電池１００の動作を制御する装置であり、電池状態推定装置３１０と記憶部３２０とを備える。なお、後述するように電池状態を求めるには電池１００の内部抵抗値Ｒも必要であるが、本実施形態では、電池状態推定装置３１０において、その他の計測パラメータを用いて算出する。

電池状態推定装置３１０は、計測部２００により計測された電池１００の両端電圧Ｖ、電池１００に流れる電池電流Ｉ、及び電池１００の電池温度Ｔに基づいて、記憶部３２０に格納されている電池１００の特性情報を参照して、電池１００のＳＯＣやＳＯＨ（劣化度）を算出する。ＳＯＣやＳＯＨの算出手法については後述する。

記憶部３２０は、電池１００の初期の内部抵抗値Ｒ0などの予め知ることができる電池１００の特性情報を電池１００に応じて記憶している。さらに、電池１００の負極の結晶構造が切り替わる相変化領域に該当するＳＯＣ範囲を電池１００ごとに記憶している。さらに、記憶部３２０は、電池１００に対応して初期の内部抵抗値Ｒ0等を記憶している。

電池状態推定装置３１０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３２０に格納される。

記憶部３２０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３２０は、電池状態推定装置３１０の外部に設けてもよいし、電池状態推定装置３１０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３２０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３２０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３２０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３２０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３１０と記憶部３２０よりなる電池制御装置３００の構成図である。
電池状態推定装置３１０は、ＳＯＣ演算部３１１、内部抵抗判定部３１２、ＳＯＨ演算部３１３を備える。

ＳＯＣ演算部３１１には、電池１００の両端電圧Ｖ、電池１００に流れる電流（電池電流）Ｉ、電池１００の電池温度Ｔなどが入力される。ＳＯＣ演算部３１１は、入力された電流と、ＳＯＣ演算部３１１によるＳＯＣ演算結果の前回値（一周期前の演算結果）とに基づいて、電流の積算値に基づくＳＯＣを演算して出力する。ＳＯＣは、例えば、次式（１）で算出される。式（１）において、ＳＯＣoldは、ＳＯＣの前回値である。また、ΔＳＯＣは、前回の演算時から今回の演算時までに流れた電流ＩによるＳＯＣの変化量であり、Ｑmaxは電池１００の満充電容量、ｔsは制御周期(電流や電圧等のサンプリング周期)である。
ＳＯＣ＝ＳＯＣold＋ΔＳＯＣ …（１）
ただし、ΔＳＯＣ＝１００×Ｉ×ｔs／Ｑmaxである。

このように、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいて、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、電池１００に残っている電荷量（残存容量）の比を算出してＳＯＣを求める。なお、ＳＯＣを求める手法は種々の手法があり、本実施形態ではいずれの手法で求めたＳＯＣを用いてもよい。例えば、電池１００の両端電圧（開回路電圧）と電池１００のＳＯＣの関係を予めＳＯＣテーブルなどに定義して記憶部３２０に記憶しておき、検出した電池１００の両端電圧に基づいてＳＯＣテーブルを参照することにより、現在のＳＯＣを求めることができる。さらには、この手法および式（１）で求められたＳＯＣを重み付け加算してＳＯＣを求めることもできる。

内部抵抗判定部３１２は、計測部２００により計測された電池１００の両端電圧Ｖ、電池１００に流れる電池電流Ｉに基づいて電池１００の内部抵抗値Ｒ1を算出する。
ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣおよび温度に対応した初期の内部抵抗値Ｒ0と、現時点の内部抵抗値Ｒ1とに基づき、例えば、次式（２）によりＳＯＨを算出する。
ＳＯＨ＝１００×Ｒ1/Ｒ0 …（２）
初期の内部抵抗値Ｒ0は電池１００に対応して記憶部３２０へ予め記憶されている。ＳＯＨ演算部３１３は、通常は、式（２）に基づく演算を制御周期(電流や電圧等のサンプリング周期)などの所定周期毎に更新して出力する。

ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣ範囲が後述する電池１００の相変化領域であれば、ＳＯＨの更新を停止する、もしくはＳＯＨの更新割合を小さくして、ＳＯＨの更新を抑制する。

図３は、電池１００の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフである。電池１００が新品時のＳＯＨ（図示５００）は、電池１００が使用時間に応じて劣化しないと仮定した場合を示す。時間が経過した時点のＳＯＨ（図示５１０）は、電池１００の使用時間に応じて劣化した状態（ＳＯＨ１００％以上）を示す。一般的に、電池１００の使用時間に従いＳＯＨは上昇する。現時点のＳＯＨはＳＯＨ演算部３１３で算出され、ＳＯＨ演算部３１３は継続的にＳＯＨを更新している。更新されたＳＯＨは逐次、車両制御装置４００へ出力されると共に記憶部１０３に記憶される。

図４は、電池１００のＳＯＣと電極電位との関係を示した図である。電池１００はリチウムイオン電池であり、負極に黒鉛６０５系の材料を使用した場合を示す。
電池１００の正極電位６００は、ＳＯＣに対応した正極の電位状態を示したものである。この図４に示すように、ＳＯＣの上昇に伴い、正極電位６００は上昇する。電池１００の負極電位６０１は、ＳＯＣに対応した負極の電位状態を示したものである。この図４に示すように、ＳＯＣの上昇に伴い、負極電位６０１は減少（負側に増加）する。

図４に示す状態Ａは、高ＳＯＣ時の負極の結晶構造６０２を示したものである。状態Ｂは、中ＳＯＣ時の負極の結晶構造６０３を示したものである。結晶構造６０２、６０３において、リチウムイオン６０４は、負極で保持されるリチウムイオンの結晶構造の略図であり、黒鉛６０５は、負極の材料である黒鉛の結晶構造の略図である。負極の結晶構造が状態Ａと状態Ｂとに切り替わる領域は相変化領域Ｃである。

相変化領域Ｃでは、負極の結晶構造が切り替わる領域であり、状態Ａにおける結晶構造の黒鉛６０５と状態Ｂにおける結晶構造の黒鉛６０５が混在している領域である。この相変化領域Ｃでは、電池１００の通電時における電圧挙動が複雑になる為、内部抵抗判定部３１２による内部抵抗値の演算に誤差が生じる要因になる。電圧挙動が複雑になる理由として、相変化領域Ｃ内において、状態Ａから状態Ｂに変化（放電）する際のリチウムイオンの拡散や電気化学的な反応に必要なエネルギー（過電圧）と状態Ｂから状態Ａに変化（充電）する際のリチウムイオンの拡散や電気化学的な反応に必要なエネルギー（過電圧）が異なることが挙げられる。このため、相変化領域Ｃにおいては、充電や放電で内部抵抗値の値が異なってくる。さらに、車両走行中においては、充電と放電が様々に切り替わるため、現時点までの充放電の履歴によっても内部抵抗値の見え方は様々に異なり得る。内部抵抗値は、電池１００の劣化度（ＳＯＨ)を推定するための情報であり、相変化領域Ｃのように正確に内部抵抗値を測定することが困難な領域では、ＳＯＨ演算部３１３の演算に誤差が生じる。

図５は、電池１００のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図である。電池１００が放電方向に変化した場合における電池１００の内部抵抗値と電池１００が充電方向に変化した場合における電池１００の内部抵抗値とを計測したものである。相変化領域は、放電方向に変化した場合における内部抵抗値と充電方向に変化した場合における内部抵抗値との差分が所定値以上の領域である。

電池１００の電極材料の特性により、相変化領域は異なっていて、ＳＯＣに応じて複数の相変化領域がみられる場合もある。図５では、相変化領域が２つの場合を示す。相変化領域Ｃ１は、中ＳＯＣ時の相変化領域を示したものである。相変化領域Ｃ２は、高ＳＯＣ時の相変化領域を示したものである。同じＳＯＣ領域でも、電池１００の充放電により、内部抵抗値にばらつきが見られる。例えば、相変化領域Ｃ２において、放電時に測定した内部抵抗値６０６と充電時に測定した内部抵抗値６０７とでは内部抵抗値の差分が大きくなっている。相変化領域は、電池１００の劣化度（ＳＯＨ)や使用環境（温度）で変化し得るため、あらかじめ相変化領域の変化状況を把握し、相変化領域に該当するＳＯＣ範囲を電池１００ごとに記憶部３２０に記憶しておく。

図６は、電池制御装置３００の動作を示すフローチャートである。この例では、ＳＯＣが相変化領域である場合はＳＯＨ（劣化度）の更新を行わない。
ステップＳ１０で、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいてＳＯＣを算出する。ステップＳ１１で、ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣが電池１００に対応して記憶部３２０に予め記憶された相変化領域内であるかを判定する。ＳＯＣが相変化領域内でなければ、ステップＳ１２で、ＳＯＨ演算部３１３は、式（２）に基づいてＳＯＨを算出してその結果を出力すると共に、記憶部３２０に記憶する（ＳＯＨの更新）。ステップＳ１１でＳＯＣが相変化領域内であれば、ステップＳ１３に進み、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新を停止する。その結果、記憶部３２０には、前回のＳＯＨが保持されたままとなり、ＳＯＨ演算部３１３から前回のＳＯＨが出力される。

図７（Ａ）は、電池１００の充放電を示すグラフ、図７（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、図７（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフ、図７（Ｄ）は、ＳＯＨの更新状態を示すグラフである。

図７（Ａ）に示すような電池１００の充放電に伴い、図７（Ｂ）に示すようにＳＯＣは増加と減少を繰り返す。このときのＳＯＣが、電池１００の負極材料の特性である相変化領域内にあれば、ＳＯＨ演算部３１３の更新を停止しなかった場合は、図７（Ｃ）の破線ａで示すように、ＳＯＨの演算誤差が増加する。ＳＯＣが相変化領域の外になると、ＳＯＨの演算誤差が小さくなるため真値に収束する。このように、ＳＯＣが相変化領域にある場合は、ＳＯＨ演算部３１３の誤差増加によりＳＯＨが信用できなくなるため、ＳＯＨの更新を停止する。図７（Ｄ）は、ＳＯＨの更新停止の期間を示す。ＳＯＨの更新を停止すると、図７（Ｃ）の実線ｂで示すように、一時的にＳＯＨの演算結果が前回値（一定値）となる。

第１の実施形態によれば、ＳＯＣが相変化領域にある場合は、ＳＯＨの更新を停止する。これにより、電池１００の負極の相変化領域において、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。さらに、ＳＯＨ演算の誤差を低減し、電池１００の寿命や性能を正確に把握することが可能となるので、性能低下による電池１００の交換時期が正確になり、電池１００の寿命限界まで使用することができる。

−第２の実施形態−
第１の実施形態で示した、図１の車両システム１０００のブロック構成図、図２の電池制御装置３００の構成図、図３の電池１００の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフ、図４の電池１００のＳＯＣと電極電位との関係を示した図、図５の電池１００のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図は、本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、式（１）等に基づくＳＯＣ演算部３１１の動作、式（２）等に基づくＳＯＨ演算部３１３の動作は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。

図８は、第２の実施形態における電池制御装置３００の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態では、ＳＯＣが相変化領域である場合はＳＯＨ（劣化度）の更新割合を少なくする。

具体的には、ＳＯＨ平均化処理の更新割合をＳＯＣに応じて変化させるような重み係数ｗを用いて次式（３）より求め、このＳＯＨ_平均をＳＯＨとする。
ＳＯＨ_平均＝（１−ｗ）×ＳＯＨ_平均（前回）+ｗ×ＳＯＨ …（３）
ここで、重み係数ｗは 0≦ｗ≦1である。重み係数ｗは、ＳＯＣに対応する値であり、ｗ=ｋ（SOC）で表される。kは補正係数である。ＳＯＨ_平均（前回）は、式（３）を用いて前回に更新されたＳＯＨ_平均である。

例えば、重み係数ｗは、ＳＯＣが相変化領域外の場合は重み係数ｗを１（100％）とすることで、ＳＯＨを更新する。ＳＯＣが相変化領域内の場合は重み係数ｗを0＜ｗ＜1（0％＜ｗ＜100％）とすることで、ＳＯＨの更新割合を変化させる。相変化領域内でＳＯＣに応じて重み係数ｗを調整するように、ＳＯＣと重み係数ｗの関係をテーブルまたは式により電池１００に対応して記憶部３２０に予め記憶しておく。図９は、ＳＯＣと重み係数ｗの関係を示す図である。この図９に示すように、相変化領域の中心部では重み係数ｗを0に、相変化領域の周辺部では重み係数ｗを徐々に1から0へ、若しくは0から1へ変化する値に設定しておく。

以下、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２０で、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいてＳＯＣを算出する。ステップＳ２１で、ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣが電池１００に対応して記憶部３２０に予め記憶された相変化領域内であるかを判定する。ＳＯＣが相変化領域内でなければ、ステップＳ２２で、ＳＯＨ演算部３１３は、式（２）に基づいてＳＯＨを算出してその結果を出力すると共に、記憶部３２０に記憶する（ＳＯＨの更新）。ステップＳ２１でＳＯＣが相変化領域内であれば、ステップＳ２３に進み、ステップＳ２０で算出したＳＯＣに対するＳＯＨ更新割合（重み係数ｗ）を記憶部３２０を参照して求める。

続いてステップＳ２４で、ステップＳ２３で求めた重み係数ｗを用いて、式（３）に基づいてＳＯＨ_平均を求め、これをＳＯＨとして記憶部３２０に記憶すると共に出力する（更新する）。

図１０（Ａ）は、電池１００の充放電を示すグラフ、図１０（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、図１０（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフ、図１０（Ｄ）は、重み係数ｗの状態を示すグラフである。

図１０（Ａ）に示すような電池１００の充放電に伴い、図１０（Ｂ）に示すようにＳＯＣは増加と減少を繰り返す。このときのＳＯＣが、電池１００の相変化領域内にあり、ＳＯＨ演算部３１３の更新割合を変更しなかった場合は、図１０（Ｃ）の破線ａで示すように、ＳＯＨの演算誤差が増加する。ＳＯＣが相変化領域の外になると、ＳＯＨの演算誤差が小さくなるため真値に収束する。このように、ＳＯＣが相変化領域にある場合は、ＳＯＨ演算部３１３の誤差増加によりＳＯＨが信用できなくなるため、ＳＯＨの更新割合を変更する。図１０（Ｄ）は、ＳＯＨの更新割合の変更の期間を示す。ＳＯＨの更新割合を少なくすると、図１０（Ｃ）の実線ｂで示すように、一時的にＳＯＨの演算結果が前回値（一定値）を反映したものとなる。

第２の実施形態によれば、ＳＯＣが相変化領域内にある場合は、ＳＯＨの更新割合を小さくすることで、ＳＯＣが相変化領域内にある場合のＳＯＨの算出誤差を低減する。これにより、電池１００の負極の相変化領域において、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。さらに、ＳＯＨ演算の誤差を低減し、電池１００の寿命や性能を正確に把握することができる。

−第３の実施形態−
第１の実施形態で示した、図１の車両システム１０００のブロック構成図、図２の電池制御装置３００の構成図、図３の電池１００の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフ、図４の電池１００のＳＯＣと電極電位との関係を示した図、図５の電池１００のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図は、本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、式（１）等に基づくＳＯＣ演算部３１１の動作、式（２）等に基づくＳＯＨ演算部３１３の動作は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、第２の実施形態で示した、式（３）等に基づく重み係数ｗを用いたＳＯＨ平均化処理は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。

図１１は、第３の実施形態における電池制御装置３００の動作を示すフローチャートである。本実施形態では、ＳＯＣが相変化領域にあり、ＳＯＣの更新停止が長時間継続した場合に、ＳＯＨの更新割合を変更する。

以下、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ３０で、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいてＳＯＣを算出する。ステップＳ３１で、ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣが電池１００に対応して記憶部３２０に予め記憶された相変化領域内であるかを判定する。ＳＯＣが相変化領域内でなければ、ステップＳ３２で、ＳＯＨ演算部３１３は、式（２）に基づいてＳＯＨを算出してその結果を出力すると共に、記憶部３２０に記憶する（ＳＯＨの更新）。ステップＳ３１でＳＯＣが相変化領域内であれば、ステップＳ３３に進み、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新を停止する。次に、ステップＳ３４で、ＳＯＨの更新停止期間が所定の長時間継続しているかを判定する。長時間継続していなければ、処理を終了し、長時間継続していれば、ステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５では、ＳＯＨ更新割合（重み係数ｗ）を予め定められた値（0＜ｗ＜1）に変更して、式（３）に基づいてＳＯＨ_平均を求め、これをＳＯＨとして記憶部３２０に記憶すると共に出力する（更新する）。

重み係数ｗは、ＳＯＨの演算誤差が増加しないような電池１００の通電パターンや環境温度などからあらかじめ把握して記憶部３２０に記憶しておくことで、真値に近いＳＯＨを演算することができる。なお、重み係数ｗは、ＳＯＨの更新停止期間に応じて可変としてもよい。

図１２（Ａ）は、電池１００の充放電を示すグラフ、図１２（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、図１２（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフ、図１２（Ｄ）は、重み係数ｗの状態を示すグラフである。

図１２（Ａ）に示すような電池１００の充放電に伴い、図１２（Ｂ）に示すようにＳＯＣは増加と減少を繰り返す。このときのＳＯＣが、電池１００の負極材料の特性である相変化領域内にあり、ＳＯＨの更新停止期間が所定の長時間継続している場合は、図１２（Ｄ）に示すように、時刻ｔ0で重み係数ｗを変更する。重み係数ｗが変更されると、ＳＯＣが相変化領域内にあっても、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新が行われる。その結果、図１２（Ｃ）の実線ｂで示すように、一時的にＳＯＨの演算結果が反映される。すなわち、重み係数ｗが時刻ｔ0で０から１未満の値に変更されると、式（３）に基づいてＳＯＨが更新される。

第３の実施形態によれば、繰り返して演算されるＳＯＣが予め記憶している相変化領域内に継続して留まっていて、ＳＯＨの更新を所定時間継続して停止している場合は、ＳＯＨの更新割合を小さくしてＳＯＨの更新を行う。これにより、ＳＯＣが相変化領域内に継続した場合においても、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。さらに、ＳＯＨ演算の誤差を低減し、電池１００の寿命や性能を正確に把握することができる。

−第４の実施形態−
第１の実施形態で示した、図１の車両システム１０００のブロック構成図、図２の電池制御装置３００の構成図、図３の電池１００の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフ、図４の電池１００のＳＯＣと電極電位との関係を示した図、図５の電池１００のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図は、本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、式（１）等に基づくＳＯＣ演算部３１１の動作、式（２）等に基づくＳＯＨ演算部３１３の動作は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。

図1３は、ＳＯＨに対するＳＯＣの相変化領域の関係を示した図である。電池１００が充放電により劣化すると、ＳＯＣの相変化領域は変化する。図１３の例では、電池１００が新品時から劣化（ＳＯＨが増加）するとＳＯＣの相変化領域範囲が拡大することを示している。第４の実施形態では、ＳＯＣの相変化領域範囲がＳＯＨに応じて変化する場合に適用するものである。また、第４の実施形態では、図1３に示すような、ＳＯＨとＳＯＣの相変化領域範囲との関係を電池１００に応じて予め記憶部３２０に記憶しておく。

図１４は、第４の実施形態における電池制御装置３００の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ４０で、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいてＳＯＣを算出する。ステップＳ４１で、記憶部３２０を参照して、前回更新したＳＯＨに対応するＳＯＣの相変化領域を取得する。次のステップＳ４２で、ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣがステップＳ４１で取得された相変化領域内であるかを判定する。ＳＯＣが相変化領域内でなければ、ステップＳ４３で、ＳＯＨ演算部３１３は、式（２）に基づいてＳＯＨを算出してその結果を出力すると共に、記憶部３２０に記憶する（ＳＯＨの更新）。ステップＳ４２でＳＯＣが相変化領域内であれば、ステップＳ４４に進み、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新を停止する。その結果、記憶部３２０には、前回のＳＯＨが保持されたままとなり、ＳＯＨ演算部３１３から前回のＳＯＨが出力される。

第４の実施形態によれば、電池１００の負極の相変化領域が変化した場合であっても、変化した相変化領域に応じてＳＯＨの更新を行う。これにより、ＳＯＣの相変化領域がＳＯＨに応じて変化する場合に、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。さらに、ＳＯＨ演算の誤差を低減し、電池１００の寿命や性能を正確に把握することが可能となるので、性能低下による電池１００の交換時期が正確になり、電池１００の寿命限界まで使用することができる。

−第５の実施形態−
第１の実施形態で示した、図１の車両システム１０００のブロック構成図、図２の電池制御装置３００の構成図、図３の電池１００の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフ、図４の電池１００のＳＯＣと電極電位との関係を示した図、図５の電池１００のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図は、本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、式（１）等に基づくＳＯＣ演算部３１１の動作、式（２）等に基づくＳＯＨ演算部３１３の動作は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、第２の実施形態で示した、式（３）等に基づく重み係数ｗを用いたＳＯＨ平均化処理は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。

第５の実施形態では、電池１００の劣化度に応じてＳＯＣの相変化領域におけるＳＯＨの更新割合（重み係数ｗ）を変更するものである。図１５は、電池１００のＳＯＣと重み係数ｗの関係を示す図である。図１５に示すように、電池１００の新品時と劣化時では相変化領域が異なるので、ＳＯＣに対するＳＯＨ更新割合（重み係数ｗ）を電池１００の新品時のパターンｎと劣化時のパターンｍとで異ならせる。換言すれば、電池１００の劣化度（ＳＯＨ）に対応してＳＯＣに対するＳＯＨ更新割合（重み係数ｗ）を異ならせる。本実施形態では、図1５に示すような、電池１００の劣化度（ＳＯＨ）に対応してＳＯＣと重み係数ｗのパターンが記憶部３２０に予め複数記憶されている。

図１６は、第５の実施形態における電池制御装置３００の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ５０で、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいてＳＯＣを算出する。ステップＳ５１で、記憶部３２０を参照して、前回更新したＳＯＨに対応するＳＯＣの相変化領域を取得する。ステップＳ５２で、ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣがステップＳ５１で取得された相変化領域内であるかを判定する。ＳＯＣが相変化領域内でなければ、ステップＳ５３で、ＳＯＨ演算部３１３は、式（２）に基づいてＳＯＨを算出してその結果を出力すると共に、記憶部３２０に記憶する（ＳＯＨの更新）。ステップＳ５２でＳＯＣが相変化領域内であれば、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４では、前回更新したＳＯＨに対応するＳＯＨ更新割合（重み係数ｗ）のパターンを記憶部３２０より読み出し、このパターンの中からステップＳ５０で算出したＳＯＣに対するＳＯＨ更新割合（重み係数ｗ）を取得する。
続いてステップＳ５５で、ステップＳ５４で求めた重み係数ｗを用いて、式（３）に基づいてＳＯＨ_平均を求め、これをＳＯＨとして記憶部３２０に記憶すると共に出力する（更新する）。

本実施形態によれば、電池１００が新品時から劣化していき、相変化領域が変化した場合でも、ＳＯＨに応じて更新割合（重み係数ｗ）を可変にしてＳＯＨの更新を行う。図１５に示す例では、電池１００が劣化（ＳＯＨ増加）すると、重みｗが1より小さい範囲が拡大するため、ＳＯＨの更新割合の処理を実施するＳＯＣの範囲も拡大する。これにより、電池１００が徐々に劣化していく場合においても、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。さらに、ＳＯＨ演算の誤差を低減し、電池１００の寿命や性能を正確に把握することができる。

−第６の実施形態−
第１の実施形態で示した、図１の車両システム１０００のブロック構成図、図２の電池制御装置３００の構成図、図３の電池１００の使用時間とＳＯＨとの関係を示すグラフ、図４の電池１００のＳＯＣと電極電位との関係を示した図、図５の電池１００のＳＯＣと内部抵抗値との関係を示した図は、本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。また、式（１）等に基づくＳＯＣ演算部３１１の動作、式（２）等に基づくＳＯＨ演算部３１３の動作は本実施形態でも同様であるのでその説明を省略する。

図１７は、第６の実施形態における電池制御装置３００の動作を示すフローチャートである。本実施形態では、ＳＯＣが相変化領域内に継続し、ＳＯＨの更新を所定時間継続して停止している場合は、車両制御装置４００へ通知し、車両制御装置４００のＳＯＣ制御値を変更することで相変化領域外の値となり、ＳＯＨの更新を行う。

以下、図１７に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ６０で、ＳＯＣ演算部３１１は、式（１）に基づいてＳＯＣを算出する。ステップＳ６１で、ＳＯＨ演算部３１３は、ＳＯＣ演算部３１１で算出されたＳＯＣが、電池１００に対応して記憶部３２０に予め記憶された相変化領域内であるかを判定する。ＳＯＣが相変化領域内でなければ、ステップＳ６２で、ＳＯＨ演算部３１３は、式（２）に基づいてＳＯＨを算出してその結果を出力すると共に、記憶部３２０に記憶する（ＳＯＨの更新）。

ステップＳ６１でＳＯＣが相変化領域内であれば、ステップＳ６３に進み、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新を停止する。次に、ステップＳ６４で、ＳＯＨの更新停止期間が所定の長時間継続しているかを判定する。長時間継続していなければ、処理を終了し、長時間継続していれば、ステップＳ６５へ進む。ステップＳ６５では、車両制御装置４００へＳＯＣ制御値の変更要求を通知する。この通知を受けた車両制御装置４００はＳＯＣの制御狙い値を変更する。

図１８（Ａ）は、電池１００の充放電を示すグラフ、図１８（Ｂ）は、ＳＯＣの変化を示すグラフ、図１８（Ｃ）は、ＳＯＨの変化を示すグラフである。

図１８（Ａ）に示すような電池１００の充放電に伴い、図１８（Ｂ）に示すようにＳＯＣは増加と減少を繰り返す。このときのＳＯＣが、電池１００の負極材料の特性である相変化領域内にあり、ＳＯＨの更新停止期間が所定の長時間継続している場合は、図１８（Ｃ）に示すように、ＳＯＣ制御値を相変化領域外の値に設定する。ＳＯＣが相変化領域外の値に設定されると、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新が行われる。その結果、図１０（Ｃ）の実線ｂで示すように、ＳＯＨの演算結果が反映される。

なお、本実施形態では、車両制御装置４００から相変化領域外となるＳＯＣ制御値に変更することにより、ＳＯＨ演算部３１３によるＳＯＨの更新を行わせるようにしたが、車両制御装置４００からＳＯＨの更新を行わせる指令を送信し、ＳＯＨ演算部３１３はこの指令を受信してＳＯＨの更新を強制的に行うように構成してもよい。

第６の実施形態によれば、ＳＯＣが相変化領域内に継続し、ＳＯＨの更新を所定時間継続して停止している場合は、車両制御装置４００へ通知し、車両制御装置４００のＳＯＣ制御値を相変化領域外の値になるように変更してＳＯＨの更新を行う。これにより、ＳＯＣが相変化領域内に継続した場合においても、車両制御装置４００のＳＯＣ制御によって内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。さらに、ＳＯＨ演算の誤差を低減し、電池１００の寿命や性能を正確に把握することができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電池制御装置３００は、電池１００の充電状態を算出するＳＯＣ演算部３１１と、電池１００の内部抵抗値に基づいて電池１００の劣化度を更新するＳＯＨ演算部３１３とを備え、ＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態が電池１００の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新を抑制する。これにより、電池の内部抵抗値に基づく劣化度の演算誤差を低減することができる。
（２）電池制御装置３００において、相変化領域は、電池１００が放電方向に変化した場合における電池１００の内部抵抗値と電池１００が充電方向に変化した場合における電池１００の内部抵抗値との差分が所定値以上の領域である。これにより、相変化領域において、電池の内部抵抗値に基づく劣化度の演算に生じる誤差を低減することができる。
（３）電池制御装置３００において、電池１００の負極材料は黒鉛である。これにより、電池１００の負極材料が黒鉛であっても、電池の内部抵抗値に基づく劣化度の演算誤差を低減することができる。
（４）電池制御装置３００において、ＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態が相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新を停止する。これにより、相変化領域において、電池の内部抵抗値に基づく劣化度の演算誤差を低減することができる。
（５）電池制御装置３００において、ＳＯＨ演算部３１３は、劣化度の更新停止期間が継続した場合は、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新割合を変更して劣化度の更新を行う。これにより、ＳＯＣが相変化領域内に継続した場合においても、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。
（６）電池制御装置３００において、ＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態が相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新割合を少なくする。これにより、電池１００の相変化領域において、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。
（７）電池制御装置３００において、ＳＯＨ演算部３１３は、電池１００の劣化度に対応した相変化領域を取得し、ＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態が取得した相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、劣化度の更新を停止する。これにより、ＳＯＣの相変化領域がＳＯＨに応じて変化する場合に、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。
（８）電池制御装置３００において、ＳＯＨ演算部３１３は、電池１００の劣化度に対応した相変化領域を取得し、ＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態が取得した相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、劣化度の更新割合を少なくする。これにより、電池が徐々に劣化していく場合においても、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。
（９）電池制御装置３００において、電池１００の劣化度に対応して充電状態と更新割合のパターンを記憶する記憶部３２０を備え、ＳＯＨ演算部３１３は、電池１００の劣化度に対応する更新割合のパターンを記憶部３２０より読み出し、読み出したパターンの中からＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態に対する更新割合を取得して劣化度の更新を行う。これにより、電池が徐々に劣化していく場合においても、内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。
（１０）電池１００の充電状態を算出するＳＯＣ演算部３１１と、電池１００の内部抵抗値に基づいて電池１００の劣化度を更新するＳＯＨ演算部３１３と、を備えた電池制御装置３００と、電池制御装置３００より、電池１００の充電状態および電池１００の劣化度を受信する車両制御装置４００とを備える車両システム１０００において、電池制御装置３００は、ＳＯＣ演算部３１１で演算された充電状態が電池１００の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新を停止し、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新停止期間が継続した場合は、更新停止期間が継続していることを車両制御装置４００へ通知し、車両制御装置４００は、通知を受けてＳＯＣ制御狙い値を変更し、相変化領域に対応するＳＯＣ範囲外になることで、ＳＯＨ演算部３１３による劣化度の更新を行う。これにより、ＳＯＣが相変化領域内に継続した場合においても、車両制御装置４００の制御によって内部抵抗値による演算の誤差を低減することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

１００ 電池
２００ 計測部
３００ 電池制御装置
３１０ 電池状態推定装置
３１１ ＳＯＣ演算部
３１２ 内部抵抗判定部
３１３ ＳＯＨ演算部
３２０ 記憶部
４００ 車両制御装置
１０００ 車両システム

Claims (6)

1. 電池の充電状態を算出するＳＯＣ演算部と、
   前記電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化度を更新するＳＯＨ演算部とを備え、
   前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態が前記電池の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制し、
   前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制とは、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を停止することではなく、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新割合を少なくすることである電池制御装置。
2. 請求項１に記載の電池制御装置において、
   前記電池の劣化度に対応して充電状態と更新割合のパターンを記憶する記憶部を備え、
   前記ＳＯＨ演算部は、前記電池の劣化度に対応する更新割合のパターンを前記記憶部より読み出し、前記読み出したパターンの中から前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態に対する更新割合を取得して前記劣化度の更新を行う電池制御装置。
3. 電池の充電状態を算出するＳＯＣ演算部と、
   前記電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化度を更新するＳＯＨ演算部とを備え、
   前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態が前記電池の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制し、
   前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を抑制とは、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を停止することであり、
   前記ＳＯＨ演算部は、前記劣化度の更新停止期間が継続した場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新割合を変更して前記劣化度の更新を行う電池制御装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池制御装置であって、
   前記相変化領域は、前記電池が放電方向に変化した場合における前記電池の内部抵抗値と前記電池が充電方向に変化した場合における前記電池の内部抵抗値との差分が所定値以上の領域である電池制御装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電池制御装置であって、
   前記電池の負極材料は黒鉛である電池制御装置。
6. 電池の充電状態を算出するＳＯＣ演算部と、前記電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の劣化度を更新するＳＯＨ演算部と、を備えた電池制御装置と、
   前記電池制御装置より、前記電池の充電状態および前記電池の劣化度を受信する車両制御装置とを備える車両システムにおいて、
   前記電池制御装置は、前記ＳＯＣ演算部で演算された充電状態が前記電池の負極の相変化領域に対応するＳＯＣ範囲である場合は、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を停止し、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新停止期間が継続した場合は、更新停止期間が継続していることを前記車両制御装置へ通知し、
   前記車両制御装置は、前記通知を受けて、前記ＳＯＨ演算部による前記更新が行われるようなＳＯＣ制御値に変更し、
   ＳＯＣを相変化領域外とすることで、前記ＳＯＨ演算部による前記劣化度の更新を行う車両システム。

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