JP7110957B2

JP7110957B2 - 電池システム

Info

Publication number: JP7110957B2
Application number: JP2018229860A
Authority: JP
Inventors: 良樹杉野; 信行田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: JP2020091246A

Description

本発明は、電池システムに関する。

従来、この種の電池システムとしては、複数の電池セルを有する組電池と、各電池セルの電圧を測定する電圧測定回路と、組電池の電流を検出する電流測定回路と、電圧測定回路により測定された測定電圧値と電流測定回路により検出された電流測定値とを記憶するメモリと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電圧システムでは、第１期間毎に測定電圧値および測定電流値をメモリに記憶し、複数の第１期間を含む第２期間に測定された複数の測定電圧値の平均電圧値と複数の測定電流値の平均電流値とを算出し、連続する第２期間の平均電圧値の差分値と平均電流値の差分値とを算出し、複数の第２期間を含む第３期間における平均電圧値の差分値と平均電流値の差分値との複数の組から回帰直線の傾きを内部抵抗として算出する。

特開２０１１－１２８０１０号公報

本発明者らは、解析などにより、二次電池の充電が継続すると、蓄電割合と開放電圧との関係が充電曲線に沿って移動し、二次電池の放電が継続すると、この関係が充電曲線とは異なる放電曲線に沿って移動し、二次電池の充電と放電とが切り替わると、この関係が充電曲線と放電曲線との間で遷移することを確認した。即ち、二次電池の充放電履歴（充電継続時か放電継続時か充電と放電との切替時か）に応じて、同一の蓄電割合に対する開放電圧が異なることを確認した。そして、二次電池の蓄電割合と開放電圧との関係が異なると、二次電池の電流と電圧との関係も異なる。上述の電池システムでは、平均電圧値の差分値と平均電流値の差分値との各組を、二次電池の充放電履歴を考慮せずにそのまま用いて内部抵抗を推定するから、内部抵抗の推定精度が十分でないと考えられる。

本発明の電池システムは、二次電池の内部抵抗の推定精度を向上させることを主目的とする。

本発明の電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電池システムは、
二次電池と、
前記二次電池の電流を検出する電流センサと、
前記二次電池の電圧を検出する電圧センサと、
前記二次電池の内部抵抗を推定する抵抗推定部と、
を備える電池システムであって、
前記抵抗推定部は、
前記電流および前記電圧の組をサンプルデータとして、複数のグループのうち前記二次電池の充放電履歴に応じたグループに格納し、
前記複数のグループのうちの何れか１つのグループに属する複数の前記サンプルデータに基づいて前記内部抵抗を推定する、
ことを要旨とする。

この本発明の電池システムでは、電流センサにより検出される二次電池の電流および電圧センサにより検出される二次電池の電圧の組をサンプルデータとして、複数のグループのうち二次電池の二次電池の充放電履歴（充電継続時か放電継続時か充電と放電との切替時か）に応じたグループに格納し、複数のグループのうちの何れか１つのグループに属する複数のサンプルデータに基づいて内部抵抗を推定する。これにより、二次電池の内部抵抗の推定精度を向上させることができる。

本発明の電池システムにおいて、前記抵抗推定部は、前記充放電履歴を反映する充放電指標の前回値に前記電流を加えた値を仮充放電指標に設定し、前記仮指標を第１，第２所定値で上下限ガードして前記充放電指標の今回値を設定し、前記サンプルデータを前記複数のグループのうち前記充放電指標に応じたグループに格納するものとしてもよい。このようにして、充放電指標の設定およびサンプルデータの格納を行なうことができる。

本発明の電池システムにおいて、前記抵抗推定部は、前記複数のグループのうちサンプルデータ数が最大のグループに属する複数の前記サンプルデータに基づいて前記内部抵抗を推定するものとしてもよい。こうすれば、二次電池の内部抵抗の推定精度をより向上させることができる。

本発明の電池システムにおいて、前記抵抗推定部は、前記複数のグループのうち前記内部抵抗の推定に用いる予定のグループに属する複数の前記サンプルデータについての前記電流の分散の程度が所定分散程度未満のときには、前記内部抵抗を推定しないものとしてもよい。また、前記抵抗推定部は、前記複数のグループのうち前記内部抵抗の推定に用いる予定のグループに属する複数の前記サンプルデータを取得したときの前記蓄電割合のばらつきの程度が所定ばらつき程度よりも大きいときには、前記内部抵抗を推定しないものとしてもよい。これらのようにすれば、内部抵抗を低い精度で推定するのを回避することができる。

本発明の一実施例としての電池システムを搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。バッテリＥＣＵ５２により実行される内部抵抗推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。充放電指標設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係の一例を示す説明図である。バッテリ５０の電流Ｉｂと充放電指標ＩＤＸとの様子の一例を示す説明図である。実施例および比較例のバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂの推定方法を説明するための説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電池システムを搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、二次電池としてのバッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、クランクシャフト２６がダンパ２８を介してプラネタリギヤ３０のキャリヤに接続されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４により運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、上述したように、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に用いられると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０に接続されている。電力ライン５４には、平滑用のコンデンサ５７が取り付けられている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０に入力される信号としては、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖからの相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２などを挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の電気角θｅ１，θｅ２や角速度ωｍ１，ωｍ２、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン５４に接続されている。このバッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２により管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に取り付けられた電圧センサ５１ａからのバッテリ５０の電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂ（バッテリ５０から放電するときが正の値）、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂなどを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂとバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂとに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合であり、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０を充放電してよい許容最大電力である。バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂは、後述の内部抵抗推定ルーチンにより推定される。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖも挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

なお、実施例の「電池システム」としては、バッテリ５０と電流センサ５１ｂと電圧センサ５１ａとバッテリＥＣＵ５２とが該当する。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）や、エンジン２２の運転を伴わずに走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行する。

ＨＶ走行モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｄ（モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２）を乗じて駆動軸３６に要求される要求パワーＰｄ＊を計算する。続いて、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいてバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を設定し、要求パワーＰｄ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を減じてエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から出力されると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。そして、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を受信すると、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に基づいて運転されるようにエンジン２２の運転制御（吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御など）を行なう。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御を行なう（具体的には、インバータ４１，４２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう）。

ＥＶ走行モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｄ＊を設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０によるモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御については上述した。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定する際の動作について説明する。図２は、バッテリＥＣＵ５２により実行される内部抵抗推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間（例えば、数十～数百ｍｓｅｃ程度）毎に繰り返し実行される。

内部抵抗推定ルーチンが実行されると、バッテリＥＣＵ５２の図示しないＣＰＵは、最初に、バッテリ５０の電流Ｉｂや電圧Ｖｂ、蓄電割合ＳＯＣを入力する（ステップＳ１００）。ここで、バッテリ５０の電流Ｉｂは、電流センサ５１ｂにより検出された値（バッテリ５０から放電するときが正の値）を入力するものとした。バッテリ５０の電圧Ｖｂは、電圧センサ５１ａにより検出された値を入力するものとした。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリＥＣＵ５２により、本ルーチンと並行して演算された値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、図３の充放電指標設定ルーチンにより、バッテリ５０の充放電履歴を反映する充放電指標ＩＤＸを演算する（ステップＳ１１０）。以下、図２の説明を一旦中断し、図３の充放電指標設定ルーチンについて説明する。なお、充放電指標ＩＤＸには、イグニッションスイッチ８０がオンされた直後に初期値としての値０が設定される。

図３の充放電指標設定ルーチンでは、バッテリＥＣＵ５２は、最初に、前回に設定した充放電指標（前回ＩＤＸ）にバッテリ５０の電流Ｉｂを加えた値を充放電指標ＩＤＸの仮値としての仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐに設定する（ステップＳ３００）。続いて、仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐを負の所定値ＩＤＸ１および正の所定値ＩＤＸ２と比較する（ステップＳ３１０）。ここで、所定値ＩＤＸ１，ＩＤＸ２については後述する。

仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐが所定値ＩＤＸ１よりも大きく且つ所定値ＩＤＸ２よりも小さいときには、仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐを充放電指標ＩＤＸに設定して（ステップＳ３２０）、本ルーチンを終了する。仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐが所定値ＩＤＸ１以下のときには、所定値ＩＤＸ１を充放電指標ＩＤＸに設定して（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了する。仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐが所定値ＩＤＸ２以上のときには、所定値ＩＤＸ２を充放電指標ＩＤＸに設定して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。即ち、仮充放電指標ＩＤＸｔｍｐを所定値ＩＤＸ１，ＩＤＸ２で上下限ガードした値を充放電指標ＩＤＸに設定するのである。

図４は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係の一例を示す説明図である。図中、実線は充電曲線であり、破線は放電曲線であり、一点鎖線は中間曲線である。本発明者らは、解析などにより、バッテリ５０の充電が継続すると、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が充電曲線(図中、実線参照)に沿って蓄電割合ＳＯＣの大きい側に移動し、バッテリ５０の放電が継続すると、この関係が放電曲線（図中、破線参照）に沿って蓄電割合ＳＯＣの小さい側に移動し、バッテリ５０の充電と放電とが切り替わると、この関係が充電曲線と放電曲線との間で遷移することを確認した。即ち、バッテリ５０の充放電履歴（充電継続時か放電継続時か充電と放電との切替時か）に応じて、同一の蓄電割合ＳＯＣに対する開放電圧ＯＣＶが異なる（ヒステリシスを有する）ことを確認した。そして、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が異なると、バッテリ５０のの電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの関係も異なる。なお、中間曲線は、イグニッションスイッチ８０がオンされた直後のバッテリ５０の開放電圧ＯＣＶを蓄電割合ＳＯＣに基づいて推定するために、充電曲線と放電曲線との間の曲線として定めたものである。実施例では、簡単のために、各蓄電割合ＳＯＣについて充電曲線の開放電圧ＯＣＶｃｈと放電曲線の開放電圧ＯＣＶｄｉとの平均値が中間曲線の開放電圧ＯＣＶｍｉとなるように中間曲線を定めた。

上述の所定値ＩＤＸ１は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が充電曲線に沿って移動するときの充放電指標ＩＤＸを意味し、所定値ＩＤＸ２は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が放電曲線に沿って移動するときの充放電指標ＩＤＸを意味する。所定値ＩＤＸ１，ＩＤＸ２は、両者の差分が、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が充電曲線と放電曲線との間で遷移可能なバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値として定められる。所定値ＩＤＸ１は、例えば、－２Ａｈや－２．５Ａｈ、－３Ａｈなどが用いられ、所定値ＩＤＸ２は、例えば、２Ａｈや２．５Ａｈ、３Ａｈなどが用いられる。

図５は、バッテリ５０の電流Ｉｂと充放電指標ＩＤＸとの様子の一例を示す説明図である。図中、「ＩＤＸｒｅｆ１」，「ＩＤＸｒｅｆ２」については後述する。図示するように、時刻ｔ０にイグニッションスイッチ８０がオンされると、充放電指標ＩＤＸに値０が設定され、バッテリ５０の放電が行なわれると、それに伴って充放電指標ＩＤＸが増加して時刻ｔ１に所定値ＩＤＸ２に至り、更にバッテリ５０の放電が継続されても、充放電指標ＩＤＸは所定値ＩＤＸ２で保持される。これは、蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が、放電曲線に到達して放電曲線に沿って移動することを意味する。そして、時刻ｔ２からバッテリ５０の充電が行なわれると、それに伴って充放電指標ＩＤＸが減少して時刻ｔ３に所定値ＩＤＸ１に至り、更にバッテリ５０の充電が継続されても、充放電指標ＩＤＸは所定値ＩＤＸ１で保持される。これは、蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が、充電曲線に到達して充電曲線に沿って移動することを意味する。そして、時刻ｔ４からバッテリ５０の放電が行なわれると、それに伴って充放電指標ＩＤＸが増加する。

図２の説明に戻る。ステップＳ１１０で充放電指標ＩＤＸを設定すると、設定した充放電指標ＩＤＸを負の閾値ＩＤＸｒｅｆ１および正の閾値ＩＤＸｒｅｆ２と比較する（ステップＳ１２０）。この処理は、充放電指標ＩＤＸが充電曲線領域、中間曲線領域、放電曲線領域のうちの何れに含まれるかを判定する処理である。「充電曲線領域」は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が充電曲線（図４参照）付近になると想定される領域である。「放電曲線領域」は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が放電曲線（図４参照）付近になると想定される領域である。「中間曲線領域」は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が充電曲線付近にも放電曲線付近にもならない（中間曲線（図４参照）付近になる）と想定される領域である。閾値ＩＤＸｒｅｆ１は、充電曲線領域と中間曲線領域との境界値として上述の所定値ＩＤＸ１よりも大きく且つ値０よりも小さい値として定められ、例えば、所定値ＩＤＸ１の１／２や１／３などが用いられる。閾値ＩＤＸｒｅｆ２は、放電曲線領域と中間曲線領域との境界として上述の所定値ＩＤＸ２よりも小さく且つ値０よりも大きい値として定められ、例えば、所定値ＩＤＸ２の１／２や１／３などが用いられる。

充放電指標ＩＤＸは、バッテリ５０の充放電履歴（電継続時か放電継続時か充電と放電との切替時か）を反映するものであるから、実施例では、充放電指標ＩＤＸと閾値ＩＤＸｒｅｆ１，ＩＤＸｒｅｆ２との比較により、充放電指標ＩＤＸが充電曲線領域、中間曲線領域、放電曲線領域のうちの何れに含まれるかを判定するものとした。

ステップＳ１１０で充放電指標ＩＤＸが閾値ＩＤＸｒｅｆ１以下のときには、充放電指標ＩＤＸが充電曲線領域に含まれると判断し、バッテリ５０の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ、蓄電割合ＳＯＣの組をサンプルデータとしてバッテリＥＣＵ５２の図示しないＲＡＭにおける充電曲線グループの領域に格納する（ステップＳ１３０）。

ステップＳ１１０で充放電指標ＩＤＸが閾値ＩＤＸｒｅｆ２以上のときには、充放電指標ＩＤＸが放電曲線領域に含まれると判断し、バッテリ５０の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ、蓄電割合ＳＯＣの組をサンプルデータとしてバッテリＥＣＵ５２の図示しないＲＡＭにおける放電曲線グループの領域に格納する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１１０で充放電指標ＩＤＸが閾値ＩＤＸｒｅｆ１よりも大きく且つ閾値ＩＤＸｒｅｆ２よりも小さいときには、充放電指標ＩＤＸが中間曲線領域に含まれると判断し、バッテリ５０の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ、蓄電割合ＳＯＣの組をサンプルデータとしてバッテリＥＣＵ５２の図示しないＲＡＭにおける中間曲線グループの領域に格納する（ステップＳ１５０）。

次に、充電曲線グループ、放電曲線グループ、中間曲線グループのうちサンプルデータ数が最大のグループを判定用グループに設定し（ステップＳ１６０）、判定用グループのサンプルデータ数を所定数Ｎｊと比較する（ステップＳ１７０）。ここで、所定数Ｎｊは、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを精度よく推定するのに必要なサンプルデータ数であり、例えば、２５０や３００、３５０などが用いられる。判定用グループのサンプルデータ数が所定数Ｎｊ未満のときには、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを精度よく推定するのに必要なサンプルデータ数が揃っていないと判断し、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１７０でサンプルデータ数が所定数Ｎｊ以上のときには、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを精度よく推定するのに必要なサンプルデータ数が揃ったと判断し、判定用グループに属する複数のサンプルデータを用いて、バッテリ５０の電流Ｉｂの分散Ｖｉおよび蓄電割合ＳＯＣのばらつき量ΔＳを演算する（ステップＳ１８０）。蓄電割合ＳＯＣのばらつき量ΔＳは、例えば、複数のサンプルデータを用いて、蓄電割合ＳＯＣの最大値と最小値との差分として演算することができる。

そして、バッテリ５０の電流Ｉｂの分散Ｖｉを閾値Ｖｉｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１９０）、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣのばらつき量ΔＳを閾値ΔＳｒｅｆと比較する（ステップＳ２００）。ここで、閾値Ｖｉｒｅｆおよび閾値ΔＳｒｅｆは、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂの推定を精度よく行なうための電流条件および蓄電割合条件が成立しているか否かを判定するのに用いられる閾値であり、閾値Ｖｉｒｅｆとしては、例えば、９０Ａ²や１００Ａ²、１１０Ａ²などが用いられ、閾値ΔＳｒｅｆとしては、例えば、４％や５％、６％などが用いられる。

ステップＳ１９０でバッテリ５０の電流Ｉｂの分散Ｖｉが閾値Ｖｉｒｅｆ以上で且つステップＳ２００でバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣのばらつき量ΔＳが閾値ΔＳｒｅｆ以下のときには、上述の電流条件および蓄電割合条件が成立していると判断し、判定用グループに属する複数のサンプルデータを用いてバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定し（ステップＳ２１０）、全てのサンプルデータをリセット（廃棄）して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。

図６は、実施例および比較例のバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂの推定方法を説明するための説明図である。図６では、全てのサンプルデータについて（充電曲線グループ、放電曲線グループ、中間曲線グループの何れに含まれるかに拘わらずに）図示した。実施例としては、充電曲線グループを判定用グループとする場合、即ち、充電曲線グループに属する複数のサンプルデータを用いてバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定する場合について説明し、比較例としては、全てのサンプルデータを用いてバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定する場合について説明する。

図示するように、実施例または比較例では、それぞれ、充電曲線グループに属する複数のサンプルデータ（電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの組）または全てのサンプルデータを、横軸を電流Ｉｂ、縦軸を電圧Ｖｂとするマップにそれぞれプロットし、プロットした各プロット点を用いて最小二乗法により近似直線を設定し、その近似直線の傾きをバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂとして推定する。図６に示すように、実施例と比較例とで近似直線の傾きが異なることが解る。これは、バッテリ５０の充放電の様子に応じてバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係が異なり（図３参照）、これにより電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの関係も異なるためである。したがって、実施例のように内部抵抗Ｒｂを推定することにより、比較例のように内部抵抗Ｒｂを推定するものに比して、内部抵抗Ｒｂの推定精度を向上させることができると言える。なお、見やすさを考慮して図示していないが、放電曲線グループや中間曲線グループを判定用グループとする場合でも、充電曲線グループを判定用グループとする場合と近似直線の傾きが略同一になることを、本発明者らは解析などにより確認した。

ここで、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂの推定のために電流条件や蓄電割合条件を用いる理由について説明する。最初に、電流条件について説明する。電流センサ５１ｂや電圧センサ５１ａの検出誤差の影響により、サンプルデータ（電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ）がばらつき、これにより、近似直線の傾きがばらつく。そして、電流Ｉｂの分散Ｖｉが小さいほど近似直線の傾きのばらつきが大きくなり、内部抵抗Ｒｂの推定精度が低くなりやすい。これを踏まえて、電流条件を用いるものとした。次に、蓄電割合条件について説明する。バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣが異なると、開放電圧ＯＣＶも異なる（図３参照）。そして、開放電圧ＯＣＶが異なると、電圧Ｖｂも異なるから、近似直線の傾きの精度、即ち、内部抵抗Ｒｂの推定精度が低くなりやすい。これを踏まえて、蓄電割合条件を用いるものとした。

バッテリＥＣＵ５２は、このようにしてバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定すると、内部抵抗Ｒｂが大きいほど絶対値が小さくなるようにバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する。バッテリ５０の経年劣化により内部抵抗Ｒｂが大きくなると、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの絶対値を小さくしてバッテリ５０が大きい電力で充放電されるのを抑制することにより、バッテリ５０の劣化が促進されるのを抑制し、バッテリ５０の寿命が短くなるのを抑制することができる。

ステップＳ１９０でバッテリ５０の電流Ｉｂの分散Ｖｉが閾値Ｖｉｒｅｆ未満のときや、ステップＳ２００でバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣのばらつき量ΔＳが閾値ΔＳｒｅｆよりも大きいときには、上述の電流条件および蓄電割合条件のうちの少なくとも一方が成立していないと判断し、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定することなく、全てのサンプルデータをリセット（廃棄）して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。これにより、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを低い精度で推定するのを回避することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０に搭載される電池システムでは、バッテリ５０の電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの組をサンプルデータとして、充電曲線グループ、放電曲線グループ、中間曲線グループのうちバッテリ５０の充放電履歴を反映する充放電指標ＩＤＸに応じたグループに格納し、充電曲線グループ、放電曲線グループ、中間曲線グループのうちサンプルデータ数が最大のグループに属する複数のサンプルデータを用いてバッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定する。これにより、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂの推定精度を向上させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０に搭載される電池システムでは、バッテリ５０の電流Ｉｂと電圧Ｖｂとの組をサンプルデータとして、充電曲線グループ、放電曲線グループ、中間曲線グループのうち充放電指標ＩＤＸに応じた応じたグループに格納するものとした。ここで、グループ数は、３つに限定されるものではなく、２つや４つなどとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０に搭載される電池システムでは、バッテリ５０の内部抵抗Ｒｂを推定する条件として、電流条件（バッテリ５０の電流Ｉｂの分散Ｖｉが閾値Ｖｉｒｅｆ以上である条件）および蓄電割合条件（バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣのばらつき量ΔＳが閾値ΔＳｒｅｆ以下である条件）を用いるものとした。しかし、これらのうちの何れか一方だけを用いるものとしてもよいし、何れも用いないものとしてもよい。

実施例では、ハイブリッド自動車２０に搭載される電池システムの形態としたが、自動車以外の駆動システム、例えば、移動しない建設設備などに搭載される電池システムの形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、電流センサ５１ｂが「電流センサ」に相当し、電圧センサ５１ａが「電圧センサ」に相当し、バッテリＥＣＵ５２が「抵抗推定部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電池システムの製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２３クランクポジションセンサ、２４エンジンＥＣＵ、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３８デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ駆動輪、４０モータＥＣＵ、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖ電流センサ、５０バッテリ、５１ａ電圧センサ、５１ｂ電流センサ、５１ｃ温度センサ、５２バッテリＥＣＵ、５４電力ライン、５７コンデンサ、７０ＨＶＥＣＵ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ。

Claims

二次電池と、
前記二次電池の電流を検出する電流センサと、
前記二次電池の電圧を検出する電圧センサと、
前記二次電池の内部抵抗を推定する抵抗推定部と、
を備える電池システムであって、
前記抵抗推定部は、
前記電流センサにより検出された前記二次電池の電流を前回の充放電指標に加えた値を第１所定値および第２所定値で上下限ガードして前記充放電指標を演算し、
演算した前記充放電指標が第１閾値以下のときには、前記電流センサにより検出された前記二次電池の電流および前記電圧センサにより検出された前記二次電池の電圧の組をサンプルデータとして第１グループに格納し、演算した前記充放電指標が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上のときには、前記電流センサにより検出された前記二次電池の電流および前記電圧センサにより検出された前記二次電池の電圧の組を前記サンプルデータとして第２グループに格納し、演算した前記充放電指標が前記第１閾値よりも大きく且つ前記第２閾値よりも小さいときには、前記電流センサにより検出された前記二次電池の電流および電圧センサにより検出された前記二次電池の電圧の組を前記サンプルデータとして第３グループに格納し、
前記第１グループ、前記第２グループ、前記第３グループのうち前記サンプルデータの数が最大のグループを判定用グループに設定し、
前記判定用グループに属する複数の前記サンプルデータを、横軸を前記電流、縦軸を前記電圧とするマップにそれぞれプロットし、プロットした複数のプロット点を用いて近似直線を設定し、設定した前記近似直線の傾きを前記内部抵抗として推定する、
電池システム。