JP6895537B2 - 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、例えば電池システム、分散型電力貯蔵装置、電気自動車においては、蓄電手段を安全かつ有効に使用するため、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（ＳＯＣ：State of Charge）、どの程度まで劣化しているのかを示す健康状態（ＳＯＨ：State of Health）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。その他、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、これを参照して現在の残存容量を算出することにより、ＳＯＣを検出することもできる。さらには、これら手法を組み合わせてＳＯＣを求めることもできる。

下記特許文献１には、電池電圧に基づき算出したＳＯＣ（ＳＯＣｖ）と電池電流を積算することによって算出したＳＯＣ（ＳＯＣｉ）を重みＷにより重み付け加算することで、両手法を組み合わせたＳＯＣ（ＳＯＣｗ）を求める際に、電池温度が所定の温度閾値以下であり、かつ電池電流が所定の電流閾値以下である場合は、ＳＯＣｉの比重を大きくする方法が記載されている。

特開２０１４−４４０７４号公報

上記特許文献１に記載されている技術では、充放電電流の変化によって重みＷの値が大きく変化した場合に、ＳＯＣｗの算出結果において、電池の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向が不一致になるという矛盾が生じることがある。

本発明による電池状態推定装置は、充放電可能な電池の充電状態を推定する装置であって、前記電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態であるＳＯＣｖを算出するＳＯＣｖ演算部と、前記電池に流れる電流を積算して前記電池の充電状態であるＳＯＣｉを算出するＳＯＣｉ演算部と、前記ＳＯＣｖと前記ＳＯＣｉとを重み付け加算するための重みＷを算出する重み演算部と、前記重みＷに基づいて前記ＳＯＣｖと前記ＳＯＣｉとを重み付け加算したＳＯＣｗを算出するＳＯＣｗ演算部と、前記ＳＯＣｗ演算部による前記ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じた場合に、前記重みＷの変化を調節する重み調節部と、を備える。

本発明によれば、ＳＯＣｗの算出結果における矛盾を改善することができる。

本発明の一実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 電池の等価回路を示す図である。 ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。 電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図である。 ＳＯＣｉ＞ＳＯＣｖのときに発生するＳＯＣｗの矛盾を説明する図である。 ＳＯＣｉ＜ＳＯＣｖのときに発生するＳＯＣｗの矛盾を説明する図である。 本発明の第１の実施形態において重み調節部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 ＳＯＣｉ＞ＳＯＣｖのときに発生したＳＯＣｗの矛盾の改善を説明する図である。 ＳＯＣｉ＜ＳＯＣｖのときに発生したＳＯＣｗの矛盾の改善を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態において重み調節部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施形態において重み調節部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。

−第１の実施の形態−
図１は、本発明の一実施の形態に係る電池システム５００の構成を示すブロック図である。電池システム５００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５００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二次電池などの充放電可能な電池である。その他、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二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。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Ｔ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、本発明の第１の実施形態に係る電池状態推定装置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、重み調節部１１５の各機能ブロックを有し、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。これらの各機能ブロックは、例えば電池状態推定装置１１０を構成するハードウェアや、ＣＰＵが実行するソフトウェアとして実現される。なお、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、電池温度Ｔに基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Ｒを取得する。

重み演算部１１４は、電池温度Ｔ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。重み調節部１１５は、所定の条件が満たされたときに、重み演算部１１４が算出した重みＷの調節を行う。Ｗの算出方法および調節方法については後述する。

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、乗算器ＭＰ１、減算器ＤＦ、乗算器ＭＰ２および加算器ＡＤの各算術演算器は、重みＷに基づいてＳＯＣｖとＳＯＣｉとを重み付け加算したＳＯＣｗを算出するＳＯＣｗ演算部として作用する。ここで、ＳＯＣｗは次式（１）によって表される。なお、式（１）において重みＷは０以上１以下の値である。
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、電池温度Ｔ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。

［重み調節部１１５の動作］
重み調節部１１５は、電池電流Ｉと加算器ＡＤから出力されたＳＯＣｗとに基づき、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が発生したか否かを判断する。具体的には、電池電流Ｉの正負から電池４００の充放電方向を判断する。そして、重みＷが所定の閾値を超えており、かつ電池４００の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向とが異なる場合に、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じたと判断する。その結果、矛盾が発生したと判断した場合は、その矛盾を改善するように、重み演算部１１４が設定した重みＷの変化を調節する。

ＳＯＣｗの算出結果における矛盾の発生について、以下に図６、７を参照して説明する。図６は、ＳＯＣｉ＞ＳＯＣｖのときに発生するＳＯＣｗの矛盾を説明する図である。図６において、グラフ６１０は電池電流Ｉの変化を示し、グラフ６１１は重みＷの変化を示している。また、グラフ６１２、６１３、６１４はＳＯＣｉ、ＳＯＣｖ、ＳＯＣｗの変化をそれぞれ示している。これらのグラフの横軸は時間をそれぞれ表しており、各グラフの横軸上の位置同士は互いに対応している。すなわち、図６では、同一時刻における電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｉ、ＳＯＣｖ、ＳＯＣｗの値を、グラフ６１０〜６１４において横軸上の同じ位置にそれぞれ示している。また、グラフ６１４のうち符号６２０、６２１に示した部分は、ＳＯＣｗの矛盾発生箇所をそれぞれ示している。

図６では、グラフ６１０の左側に示すように、電池電流Ｉが充電側（プラス側）にあるときには、グラフ６１２、６１３に示すように、時間の経過に従ってＳＯＣｉとＳＯＣｖがそれぞれ増加する。一方、グラフ６１０の右側に示すように、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）にあるときには、グラフ６１２、６１３に示すように、時間の経過に従ってＳＯＣｉとＳＯＣｖがそれぞれ減少する。

前述のように重みＷは、電池電流Ｉの絶対値の大きさに応じて設定される。すなわち、電池電流Ｉの絶対値が小さくなるに従って重みＷが増加し、反対に電池電流Ｉの絶対値が大きくなるに従って重みＷが減少する。そのため、図６では電池電流Ｉがグラフ６１０のように変化すると、充電側から放電側への移行期間において、グラフ６１１に示すように重みＷが変化し、電池電流Ｉが０のとき、すなわち充放電方向の切り替え時に最大となる。その結果、充放電方向の切り替え前後において、グラフ６１４の矛盾発生箇所６２０、６２１に示すように、充放電方向とは異なる方向にＳＯＣｗが増減するという矛盾が発生することがある。

図６において、矛盾発生箇所６２０は、ＳＯＣｉ＞ＳＯＣｖのときに、電池電流Ｉが充電側（プラス側）であるにも関わらず、ＳＯＣｗが減少するという矛盾が発生することを示している。また、矛盾発生箇所６２１は、ＳＯＣｉ＞ＳＯＣｖのときに、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）であるにも関わらず、ＳＯＣｗが増加するという矛盾が発生することを示している。

図７は、ＳＯＣｉ＜ＳＯＣｖのときに発生するＳＯＣｗの矛盾を説明する図である。図７においても図６と同様に、グラフ６１０は電池電流Ｉの変化を示し、グラフ６１１は重みＷの変化を示している。また、グラフ６１２、６１３、６１４はＳＯＣｉ、ＳＯＣｖ、ＳＯＣｗの変化をそれぞれ示している。これらのグラフの横軸は時間をそれぞれ表しており、各グラフの横軸上の位置同士は互いに対応している。また、グラフ６１４のうち符号６２２、６２３に示した部分は、ＳＯＣｗの矛盾発生箇所をそれぞれ示している。

図７では、グラフ６１０の左側に示すように、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）にあるときには、グラフ６１２、６１３に示すように、時間の経過に従ってＳＯＣｉとＳＯＣｖがそれぞれ減少する。一方、グラフ６１０の右側に示すように、電池電流Ｉが充電側（プラス側）にあるときには、グラフ６１２、６１３に示すように、時間の経過に従ってＳＯＣｉとＳＯＣｖがそれぞれ増加する。

図７では電池電流Ｉがグラフ６１０のように変化すると、放電側から充電側への移行期間において、グラフ６１１に示すように重みＷが変化し、電池電流Ｉが０のとき、すなわち充放電方向の切り替え時に最大となる。その結果、図６の場合と同様に、充放電方向の切り替え前後において、グラフ６１４の矛盾発生箇所６２２、６２３に示すように、充放電方向とは異なる方向にＳＯＣｗが増減するという矛盾が発生することがある。

図７において、矛盾発生箇所６２２は、ＳＯＣｉ＜ＳＯＣｖのときに、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）であるにも関わらず、ＳＯＣｗが増加するという矛盾が発生することを示している。また、矛盾発生箇所６２３は、ＳＯＣｉ＜ＳＯＣｖのときに、電池電流Ｉが充電側（プラス側）であるにも関わらず、ＳＯＣｗが減少するという矛盾が発生することを示している。

そこで、本実施形態の重み調節部１１５は、以上説明したようなＳＯＣｗの計算結果における矛盾が生じた場合に、重みＷの変化を調節することで矛盾を改善する。具体的には、矛盾が生じたと判断したときには重みＷの増加を抑制することで、ＳＯＣｗの算出に用いるＳＯＣｖの割合を増加させると共にＳＯＣｉの割合を減少させ、矛盾が解消されるようにする。

図８は、本発明の第１の実施形態において重み調節部１１５が実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図８のフローチャートに示す処理の実行主体は、例えば電池状態推定装置１１０を構成するＣＰＵである。

ステップＳ１０において、重み調節部１１５は、計測部２００、重み演算部１１４、加算器ＡＤから、電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｗの算出結果をそれぞれ取得する。

ステップＳ２０において、重み調節部１１５は、ステップＳ１０で取得した重みＷが所定の閾値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する。その結果、Ｗ＞Ｔｈであれば処理をステップＳ３０に進める。一方、Ｗ≦ＴｈであればステップＳ１０に戻り、電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｗの取得を続ける。すなわち、重みＷが閾値Ｔｈ以下の場合、重み調節部１１５はＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じていないと判断し、重みＷの調節を行わないようにする。

ステップＳ３０において、重み調節部１１５は、ステップＳ１０で取得した電池電流ＩとＳＯＣｗを比較し、電池４００の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向が一致しているか否かを判定する。その結果、これらが一致していない場合、すなわち図６、７で説明したように、電池電流Ｉが充電側（プラス側）であるにも関わらずＳＯＣｗが減少している場合や、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）であるにも関わらずＳＯＣｗが増加している場合には、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じていると判断し、処理をステップＳ４０に進める。一方、電池４００の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向が一致している場合はステップＳ１０に戻り、電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｗの取得を続ける。すなわち、これらが一致している場合、重み調節部１１５はＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じていないと判断し、重みＷの調節を行わないようにする。

ステップＳ４０において、重み調節部１１５は、重み演算部１１４が設定した重みＷの増加を抑制する。具体的には、例えば、ステップＳ３０でＳＯＣｗの算出結果に矛盾が生じていると判断された直前に取得した重みＷの値、すなわち最後に矛盾が生じていないと判断された重みＷの値を調節後の重みＷの値として設定することで、重みＷの増加を抑制する。また、ＳＯＣｗの算出結果に矛盾が生じていないと判断されるまで重みＷの値を徐々に減少させることで、重みＷの増加を抑制してもよい。これ以外にも、ＳＯＣｗの算出結果に矛盾が生じないようにできれば、任意の方法で重みＷの増加を抑制し、重みＷの変化を調節することが可能である。

ステップＳ５０において、重み調節部１１５は、ステップＳ４０で重みＷの変化に対する調節を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する。その結果、所定時間が経過していなければステップＳ１０に戻り、電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｗの取得を続ける。一方、所定時間が経過している場合、重み調節部１１５は図８のフローチャートに示す処理を終了し、重みＷの変化に対する調節を停止する。これにより、重みＷの調節を長期間続けることでＳＯＣｗの精度が低下してしまうのを防止する。

本実施形態の電池状態推定装置１１０は、以上説明した動作を重み調節部１１５が行うことにより、ＳＯＣｗの算出結果において発生した矛盾を改善することができる。以下では、図６、７に例示したＳＯＣｗの矛盾の改善について、図９、１０を参照してそれぞれ説明する。

図９は、図６に例示したＳＯＣｉ＞ＳＯＣｖのときに発生したＳＯＣｗの矛盾の改善を説明する図である。図９において、グラフ６１１のうち符号６４０に示した部分は、重み調節部１１５により重みＷの変化が調節された重み調節箇所を示している。また、グラフ６１４のうち符号６３０、６３１に示した部分は、ＳＯＣｗの矛盾が解消された矛盾解消箇所を示しており、図６の矛盾発生箇所６２０、６２１にそれぞれ対応している。

重み調節箇所６４０では、図６と比べて重みＷの増加が抑制されることで、重みＷの変化が調節されている。この調節後の重みＷの値を用いてＳＯＣｗを算出し直すことで、矛盾解消箇所６３０、６３１に示すように、図６の矛盾発生箇所６２０、６２１におけるＳＯＣｗの矛盾がそれぞれ解消される。すなわち、矛盾解消箇所６３０では、電池電流Ｉが充電側（プラス側）であるときにＳＯＣｗが増加しており、矛盾発生箇所６２０で示した矛盾が解消されていることが分かる。また、矛盾解消箇所６３１では、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）であるときにＳＯＣｗが減少しており、矛盾発生箇所６２１で示した矛盾が解消されていることが分かる。

図１０は、図７に例示したＳＯＣｉ＜ＳＯＣｖのときに発生したＳＯＣｗの矛盾の改善を説明する図である。図１０において、グラフ６１１のうち符号６４１に示した部分は、重み調節部１１５により重みＷの変化が調節された重み調節箇所を示している。また、グラフ６１４のうち符号６３２、６３３に示した部分は、ＳＯＣｗの矛盾が解消された矛盾解消箇所を示しており、図７の矛盾発生箇所６２２、６２３にそれぞれ対応している。

重み調節箇所６４１では、図９の重み調節箇所６４０と同様に、図７と比べて重みＷの増加が抑制されることで、重みＷの変化が調節されている。この調節後の重みＷの値を用いてＳＯＣｗを算出し直すことで、矛盾解消箇所６３２、６３３に示すように、図７の矛盾発生箇所６２２、６２３におけるＳＯＣｗの矛盾がそれぞれ解消される。すなわち、矛盾解消箇所６３２では、電池電流Ｉが放電側（マイナス側）であるときにＳＯＣｗが減少しており、矛盾発生箇所６２２で示した矛盾が解消されていることが分かる。また、矛盾解消箇所６３３では、電池電流Ｉが充電側（プラス側）であるときにＳＯＣｗが増加しており、矛盾発生箇所６２３で示した矛盾が解消されていることが分かる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池状態推定装置１１０は、充放電可能な電池４００の充電状態を推定する装置であって、ＳＯＣｖ演算部１１１と、ＳＯＣｉ演算部１１２と、重み演算部１１４と、乗算器ＭＰ１、減算器ＤＦ、乗算器ＭＰ２および加算器ＡＤの各算術演算器と、重み調節部１１５とを備える。ＳＯＣｖ演算部１１１は、電池４００の両端電圧Ｖを用いて電池４００の充電状態であるＳＯＣｖを算出する。ＳＯＣｉ演算部１１２は、電池４００に流れる電流Ｉを積算して電池４００の充電状態であるＳＯＣｉを算出する。重み演算部１１４は、ＳＯＣｖとＳＯＣｉとを重み付け加算するための重みＷを算出する。各算術演算器は、重みＷに基づいてＳＯＣｖとＳＯＣｉとを重み付け加算したＳＯＣｗを算出するＳＯＣｗ演算部として作用する。重み調節部１１５は、ＳＯＣｗ演算部によるＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じた場合に、重みＷの変化を調節する。このようにしたので、ＳＯＣｗの算出結果における矛盾を改善することができる。

（２）重みＷは、０以上１以下の値である。ＳＯＣｗ演算部は、乗算器ＭＰ１によりＳＯＣｖに重みＷを乗じた値と、乗算器ＭＰ２によりＳＯＣｉに減算器ＤＦで１から重みＷを減じた値を乗じた値とを、加算器ＡＤにより合計することで、ＳＯＣｗを算出する。重み調節部１１５は、重みＷが所定の閾値Ｔｈを超え（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、かつ電池４００の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向とが異なる場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）に、矛盾が生じたと判断して重みＷの変化を調節する（ステップＳ４０）。具体的には、閾値Ｔｈを超えた重みＷの増加を抑制することで、重みＷの変化を調節する。このようにしたので、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じたか否かを確実に判断し、矛盾が生じたときにはこれを適切に改善することができる。

（３）重み調節部１１５は、重みＷの変化に対する調節を開始してから所定時間経過後に（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、調節を停止する。このようにしたので、重みＷの調節を長期間続けることでＳＯＣｗの精度が低下してしまうのを防止することができる。

なお、以上説明した本発明の第１の実施形態において、重み調節部１１５は、図８のステップＳ５０の判定に用いる所定時間を調節してもよい。例えば、計測部２００により計測された電池電流Ｉの精度を取得し、これに基づいて所定時間を調節することができる。このようにすれば、電池電流Ｉの精度が低下したときには、重みＷの変化に対する調節を行う期間を短く設定することができる。したがって、電池電流Ｉの精度低下によってＳＯＣｗの誤差が増大してしまうのを未然に防ぐことが可能となる。

−第２の実施の形態−
本実施形態では、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じたと判断した場合に、電池状態推定装置１１０の重み調節部１１５が第１の実施形態とは異なる動作を行う例について説明する。なお、本実施形態における電池システムおよび電池制御装置の構成は、第１の実施形態で説明した図１の電池システム５００、電池制御装置１００とそれぞれ同じである。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る電池状態推定装置１１０の詳細を示す機能ブロック図である。本実施形態の電池状態推定装置１１０の機能構成は、重み調節部１１５が電池状態推定装置１１０の外部、例えば出力部３００に対して警告信号を出力する点以外は、第１の実施形態で説明したのと同様である。

図１２は、本発明の第２の実施形態において重み調節部１１５が実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１２のフローチャートに示す処理の実行主体は、例えば電池状態推定装置１１０を構成するＣＰＵである。

ステップＳ１０〜Ｓ４０において、重み調節部１１５は、図８で説明した第１の実施形態とそれぞれ同様の処理を行う。ステップＳ４０を実行したら、重み調節部１１５は処理をステップＳ１１０に進める。

ステップＳ１１０において、重み調節部１１５は、ステップＳ４０で調節した重みＷを用いて算出されたＳＯＣｗの値を、重み調節後のＳＯＣｗとして取得する。

ステップＳ１２０において、重み調節部１１５は、重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離値を算出する。ここでは、ステップＳ１０で取得した重み調節前のＳＯＣｗの値と、ステップＳ１１０で取得した重み調節後のＳＯＣｗの値との差分を求めることにより、重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離値を算出する。

ステップＳ１３０において、重み調節部１１５は、ステップＳ１２０で算出した乖離値が所定の基準値を超えたか否かを判定する。その結果、乖離値が所定の基準値を超えている場合は処理をステップＳ１４０に進める。一方、乖離値が基準値以下である場合はステップＳ１０に戻り、電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｗの取得を続ける。

ステップＳ１４０において、重み調節部１１５は、乖離値が基準値を超えたことを示す警告信号を出力する。なお、このときステップＳ１２０で算出した乖離値を警告信号と共に出力してもよいし、警告信号の代わりに乖離値を出力してもよい。ステップＳ１４０を実行したら、重み調節部１１５は図１２のフローチャートに示す処理を終了し、重みＷの変化に対する調節を停止する。これにより、重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離が進行してＳＯＣｗの精度が低下してしまうのを防止する。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）、（２）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（４）重み調節部１１５は、調節前の重みＷに基づいて算出されたＳＯＣｗと、調節後の重みＷに基づいて算出されたＳＯＣｗとの乖離値が所定の基準値を超えた場合（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）に、所定の動作を実行する。この所定の動作は、警告信号の出力（ステップＳ１４０）、乖離値の出力、重みＷの変化に対する調節の停止の少なくともいずれか一つを含む。このようにしたので、重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離が進行してＳＯＣｗの精度が低下してしまうのを防止することができる。

−第３の実施の形態−
本実施形態では、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じたと判断した場合に、電池状態推定装置１１０の重み調節部１１５が第１、第２の実施形態とは異なる動作を行う例について説明する。なお、本実施形態における電池システムおよび電池制御装置の構成は、第１の実施形態で説明した図１の電池システム５００、電池制御装置１００とそれぞれ同じである。

図１３は、本発明の第３の実施形態に係る電池状態推定装置１１０の詳細を示す機能ブロック図である。本実施形態の電池状態推定装置１１０の機能構成は、重み調節部１１５が電池状態推定装置１１０の外部、例えば出力部３００に対して乖離値を出力すると共に、外部から校正指示が入力される点以外は、第１の実施形態で説明したのと同様である。

図１４は、本発明の第３の実施形態において重み調節部１１５が実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１４のフローチャートに示す処理の実行主体は、例えば電池状態推定装置１１０を構成するＣＰＵである。

ステップＳ１０〜Ｓ４０において、重み調節部１１５は、図８で説明した第１の実施形態とそれぞれ同様の処理を行う。また、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０において、重み調節部１１５は、図１２で説明した第２の実施形態とそれぞれ同様の処理を行う。ステップＳ１２０を実行したら、重み調節部１１５は処理をステップＳ２１０に進める。

ステップＳ２１０において、重み調節部１１５は、ステップＳ１２０で算出した重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離値を出力する。なお、このとき第２の実施形態と同様に、乖離値が所定の基準値を超えている場合には、警告信号を併せて出力してもよい。

ステップＳ２２０において、重み調節部１１５は、ステップＳ２１０で出力した乖離値に応じて外部からＳＯＣｗの校正指示が入力されたか否かを判定する。その結果、校正指示が入力されていなければステップＳ１０に戻り、電池電流Ｉ、重みＷ、ＳＯＣｗの取得を続ける。一方、校正指示が入力された場合、重み調節部１１５は図１４のフローチャートに示す処理を終了し、重みＷの変化に対する調節を停止する。これにより、外部からの校正指示に応じて、重みＷの調節を続けることでＳＯＣｗの精度が低下してしまうのを防止する。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）、（２）および第２の実施形態で説明した（４）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（５）重み調節部１１５は、外部からの指示に応じて（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）重みＷの変化に対する調節を停止する。このようにしたので、重みＷの調節を続けることでＳＯＣｗの精度が低下してしまうのを防止することができる。

なお、以上説明した第１〜第３の各実施形態は、それぞれ任意に組み合わせることも可能である。例えば、第１、第２の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、外部から入力される校正指示に応じて重みＷの変化に対する調節を停止してもよい。また、第１の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離値を算出し、その乖離値が所定の基準値を超えたときに重みＷの変化に対する調節を停止してもよいし、第３の実施形態と同様に、重み調節前後でのＳＯＣｗの乖離値を算出して外部に出力してもよい。これ以外にも、本発明の特徴を損なわない限り、任意の組み合わせが可能である。

上記実施形態では、図６、図７に例示したような状況が発生したときに、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じたと判断する例を説明したが、本発明で判断するＳＯＣｗの矛盾はこれらの例に限定されない。例えば、充放電電流が０であるにも関わらずＳＯＣｗが増加または減少する場合や、充放電電流が０ではないにも関わらずＳＯＣｗが変化しない場合なども、ＳＯＣｗの矛盾として判断してよい。要するに、重みＷが所定の閾値を超えており、かつ電池４００の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向とが一致していなければ、ＳＯＣｗの算出結果において矛盾が生じたと判断することが可能である。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や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…重み調節部、
１２０…記憶部、
２００…計測部、
３００…出力部、
４００…電池、
５００…電池システム

Claims (8)

1. 充放電可能な電池の充電状態を推定する装置であって、
   前記電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態であるＳＯＣｖを算出するＳＯＣｖ演算部と、
   前記電池に流れる電流を積算して前記電池の充電状態であるＳＯＣｉを算出するＳＯＣｉ演算部と、
   前記ＳＯＣｖと前記ＳＯＣｉとを重み付け加算するための重みＷを算出する重み演算部と、
   前記重みＷに基づいて前記ＳＯＣｖと前記ＳＯＣｉとを重み付け加算したＳＯＣｗを算出するＳＯＣｗ演算部と、
   前記ＳＯＣｗ演算部による前記ＳＯＣｗの算出結果において、電池の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向の不一致が生じた場合に、前記重みＷの変化を調節する重み調節部と、を備え、
   前記重み調節部は、前記重みＷの変化に対する調節を開始してから所定時間経過後に、前記調節を停止する電池状態推定装置。
2. 充放電可能な電池の充電状態を推定する装置であって、
   前記電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態であるＳＯＣｖを算出するＳＯＣｖ演算部と、
   前記電池に流れる電流を積算して前記電池の充電状態であるＳＯＣｉを算出するＳＯＣｉ演算部と、
   前記ＳＯＣｖと前記ＳＯＣｉとを重み付け加算するための重みＷを算出する重み演算部と、
   前記重みＷに基づいて前記ＳＯＣｖと前記ＳＯＣｉとを重み付け加算したＳＯＣｗを算出するＳＯＣｗ演算部と、
   前記ＳＯＣｗ演算部による前記ＳＯＣｗの算出結果において、電池の充放電方向とＳＯＣｗの増減方向の不一致が生じた場合に、前記重みＷの変化を調節する重み調節部と、を備え、
   前記重みＷは、０以上１以下の値であり、
   前記ＳＯＣｗ演算部は、前記ＳＯＣｖに前記重みＷを乗じた値と、前記ＳＯＣｉに１から前記重みＷを減じた値を乗じた値とを合計することで、前記ＳＯＣｗを算出し、
   前記重み調節部は、前記重みＷが所定の閾値を超え、かつ前記電池の充放電方向と前記ＳＯＣｗの増減方向とが異なる場合に、前記不一致が生じたと判断して前記重みＷの変化を調節する、電池状態推定装置。
3. 請求項２に記載の電池状態推定装置において、
   前記重み調節部は、前記閾値を超えた前記重みＷの増加を抑制することで前記重みＷの変化を調節する、電池状態推定装置。
4. 請求項３に記載の電池状態推定装置において、
   前記重み調節部は、前記重みＷの変化に対する調節を開始してから所定時間経過後に、前記調節を停止する電池状態推定装置。
5. 請求項４に記載の電池状態推定装置において、
   前記重み調節部は、前記電流の精度に基づいて前記所定時間を調節する電池状態推定装置。
6. 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状態推定装置において、
   前記重み調節部は、調節前の前記重みＷに基づいて算出された前記ＳＯＣｗと、調節後の前記重みＷに基づいて算出された前記ＳＯＣｗとの乖離値が所定の基準値を超えた場合に、所定の動作を実行する、電池状態推定装置。
7. 請求項６に記載の電池状態推定装置において、
   前記所定の動作は、警告信号の出力、前記乖離値の出力、前記重みＷの変化に対する調節の停止の少なくともいずれか一つを含む、電池状態推定装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置において、
   前記重み調節部は、外部からの指示に応じて前記重みＷの変化に対する調節を停止する、電池状態推定装置。
   

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