JP7157766B2 - 充電可能電池温度推定装置および充電可能電池温度推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電可能電池温度推定装置および充電可能電池温度推定方法に関するものである。

近年、自動車等においては、充電可能電池に蓄積されている電力によって動作する電気デバイスの数が増加するとともに、例えば、電動ステアリングおよび電動ブレーキ等のように走行の安全に関連するデバイスも充電可能電池によって駆動されるようになっている。このような充電可能電池は、温度によってその特性が変化することが知られている。例えば、充電可能電池の容量は温度が低くなる程小さくなるので、温度が低い場合にはエンジンの始動性が低下する場合がある。このため、安全面も考慮して、充電可能電池の温度を知る必要があるが、充電可能電池には、強酸性または強アルカリ性の腐食性が高い電解液が使用されているため、充電可能電池内部に温度センサを設置して内部温度を検出することは困難である。

特許文献１には、充電可能電池の外部温度を検出する温度センサによって検出された温度検出値と、過去の温度推定値との差分値に対して比例演算と積分演算を施すことで充電可能電池温度を推定する方法が提示されている。

また、特許文献２には、充放電電流による化学反応熱とジュール熱をそれぞれ算出し、その和を算出し、その和に基づいて電池温度を推定する方法が提示されている。

特開２０１２－１９２８１１号公報 特開２０１７－１５７３４８号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、充電可能電池の外部から、または、外部への熱の流入、または、流出による内部温度の変化量から充電可能電池の内部温度を推定しているため、充電可能電池内部での発熱である充放電電流によるジュール発熱、化学反応熱を考慮しておらず、充放電による内部発熱分が誤差となる。このため、内部温度を正しく推定できないという問題点がある。

また、特許文献２に開示された技術では、充放電電流に伴う内部発熱を考慮しているが、充放電電流による化学反応熱とジュール発熱をそれぞれ別々に算出したものを足し合わせるために計算負荷が大きくなる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、充電可能電池の内部温度を簡易な計算で正確に推定することが可能な充電可能電池温度推定装置および充電可能電池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、充電可能電池の内部温度を推定する充電可能電池温度推定装置において、前記充電可能電池に流れる電流を検出する電流センサから出力される電流検出値を取得する電流取得手段と、前記電流検出値に基づいて、電流に応じた前記充電可能電池の内部における発熱量を算出する算出手段と、前記充電可能電池の外部温度を検出する温度センサから出力される温度検出値を取得する温度取得手段と、前記発熱量と前記温度検出値とに基づいて、電流および外部温度に応じた前記充電可能電池の前記内部温度を推定する推定手段と、推定された前記内部温度を出力する出力手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部温度を簡易な計算で正確に推定することが可能となる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記充電可能電池の内部で発生するジュール熱および化学反応熱による熱量の総和を前記発熱量として算出することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部で発生する熱を精度良く検出し、内部温度を正確に推定することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、前記温度検出値と、過去の前記温度推定値との差分値を算出し、前記差分値に対して比例演算を施し、前記発熱量と前記差分値との加算値に対して積分演算を施し、前記比例演算と前記積分演算によって得られた値を加算して前記内部温度を推定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な計算によって、内部温度を正確に推定することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記電流検出値に対して所定の係数αを乗算することで前記発熱量を計算することを特徴とする。
このような構成によれば、発熱量を簡易に計算することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記電流センサによって検出された前記電流検出値に応じて前記αの値を変化させることを特徴とする。
このような構成によれば、発熱量を簡易な計算により正確に推定することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記充電可能電池が充電中と放電中で異なる前記αを設定することを特徴とする。
このような構成によれば、誤差の発生を低減することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記充電可能電池が充電中である場合において、電圧センサから取得した前記充電可能電池の電圧検出値に応じて前記αの値を設定することを特徴とする。
このような構成によれば、誤差の発生をさらに低減することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記充電可能電池が放電中である場合において、電圧センサから取得した前記充電可能電池の電圧検出値に応じて前記αの値を設定することを特徴とする。
このような構成によれば、誤差の発生をさらに低減することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記充電可能電池の劣化状態に応じて前記αの値を設定することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の劣化の状態に拘わらず、充電可能電池の内部温度を正確に推定することができる。

また、本発明は、前記推定手段は、以下の式に基づいて前記温度推定値を得る、Ｔｂ（ｎ）＝ＶＴ＿ｐｒｏｐ（ｎ）＋ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ）ここで、ＶＴ＿ｐｒｏｐ（ｎ）＝ｄＴ（ｎ）×Ｇ＿ｐｒｏｐ ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ）＝ｄＴ（ｎ）×Ｇ＿ｉｎｔｅｇ＋ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ－１）＋Ｉ（ｎ）×αまた、Ｔｂ（ｎ）は前記充電可能電池の内部温度の推定値、ｄＴ（ｎ）は前記温度センサによって検出された前記温度検出値と過去の前記温度推定値との前記差分値、Ｇ＿ｐｒｏｐは前記比例演算の比例ゲイン、Ｇ＿ｉｎｔｅｇは前記積分演算の積分ゲイン、Ｉ（ｎ）は前記電流センサによって検出された前記電流検出値、αは発熱量算出時における係数である、ことを特徴とする。
このような構成によれば、離散時間領域における演算により、充電可能電池の内部温度を正確に推定することができる。

また、本発明は、前記算出手段は、前記電流センサによって検出された前記電流検出値の絶対値が所定の閾値以上である場合にのみ前記発熱量を算出することを特徴とする。
このような構成によれば、計算量を減らしつつ、充電可能電池の内部温度を正確に推定することができる。

また、本発明は、前記出力手段は、車両に搭載された前記充電可能電池の温度を推定して出力し、前記車両が有するプロセッサは、前記出力手段から出力される温度の推定値に基づいて前記車両の動作状態を変更することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の温度に応じて車両の状態を適切に制御することが可能になる。

また、本発明は、充電可能電池の内部温度を推定する充電可能電池温度推定方法において、前記充電可能電池に流れる電流を検出する電流センサから出力される電流検出値を取得する電流取得ステップと、前記電流検出値に基づいて、電流に応じた前記充電可能電池の内部における発熱量を算出する算出ステップと、前記充電可能電池の外部温度を検出する温度センサから出力される温度検出値を取得する温度取得ステップと、前記発熱量と前記温度検出値とに基づいて、電流および外部温度に応じた前記充電可能電池の前記内部温度を推定する推定ステップと、推定された前記内部温度を出力する出力ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、充電可能電池の内部温度を簡易な計算で正確に推定することが可能となる。

また、本発明は、充電可能電池の内部温度を推定する充電可能電池温度推定装置において、プロセッサと、前記プロセッサによって読み込まれて実行された場合に以下の動作を実行する複数の実行可能な命令群を記憶するメモリと、を有し、前記充電可能電池に流れる電流を検出する電流センサから出力される電流検出値を取得し、前記電流検出値に基づいて、電流に応じた前記充電可能電池の内部における発熱量を算出し、前記充電可能電池の外部温度を検出する温度センサから出力される温度検出値を取得し、前記発熱量と前記温度検出値とに基づいて、電流および外部温度に応じた前記充電可能電池の前記内部温度を推定し、推定された前記内部温度を出力する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の内部温度を簡易な計算で正確に推定することが可能となる。

本発明によれば、充電可能電池の内部温度を簡易な計算で正確に推定することが可能な充電可能電池温度推定装置および充電可能電池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充電可能電池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２に示すプログラムが実行された場合に実現されるアルゴリズムを示すブロック線図である。 実測結果と、本実施形態による推定結果と、特許文献１の技術による推定結果を比較する図である。 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ためのフローチャートである。 本発明の変形実施形態を説明するための図である。 本発明の他の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図１１に示す充放電パターンにおける誤差を示す図である。 図１１に示す充放電パターンにおける誤差を示す図である。 充放電パターンの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。

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充電可能電池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、充電可能電池温度推定装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３を主要な構成要素としており、充電可能電池１４の内部温度を推定し、図示しない上位の装置（例えば、ＥＣＵ（Electric Control Unit））に通知する。

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、充電可能電池１４の内部温度を推定する。また、制御部１０は、充電可能電池１４の状態を検出するとともに、オルタネータ１５の発電電圧を制御することで充電可能電池１４の充電状態を制御する。なお、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３は、制御部１０に内蔵してもよいし、制御部１０の外部に設けるようにしてもよい。

電圧センサ１１は、充電可能電池１４の端子電圧を検出し、電圧検出信号としてＩ／Ｆ１０ｅを介してＣＰＵ１０ａに供給する。電流センサ１２は、充電可能電池１４に流れる電流を検出し、電流検出信号としてＩ／Ｆ１０ｅを介してＣＰＵ１０ａに供給する。

温度センサ１３は、例えば、サーミスタまたは熱電対等によって構成され、充電可能電池１４の電槽に近接した位置に配置され、充電可能電池１４の外部温度を検出し、温度検出信号としてＩ／Ｆ１０ｅを介してＣＰＵ１０ａに供給する。

なお、本実施形態において、「内部温度」とは、充電可能電池１４の電解液の温度をいうものとする。また、外部温度とは、充電可能電池１４の外部の温度であって、例えば、充電可能電池１４が配置された環境の雰囲気温度または電槽を構成する樹脂の温度をいうものとする。

もちろん、外部温度として、充電可能電池１４の電極端子（不図示）自体の温度、その周辺温度、または、図示しない液口栓内の温度を用いることも可能である。なお、内部温度を推定する対象となるのは電解液であるので、温度センサ１３を設ける位置としては、例えば、電槽の電解液が満たされている部分の近傍であることが望ましい。また、内部温度は、後述するように、エンジン１６からの熱に影響を受けるので、温度センサ１３を取り付ける位置としては、エンジン１６にできるだけ近い位置とすることができる。

なお、制御部１０がオルタネータ１５の発電電圧を制御することで充電可能電池１４の充電状態を制御するのではなく、例えば、図示しないＥＣＵが充電状態を制御するようにしてもよい。

充電可能電池１４は、電解液を有する充電可能電池、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、または、ニッケル水素電池等によって構成され、オルタネータ１５によって充電され、スタータモータ１７を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１８に電力を供給する。なお、充電可能電池１４は、複数のセルを直列接続して構成されている。オルタネータ１５は、エンジン１６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、充電可能電池１４を充電する。オルタネータ１５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１６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１７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１５を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１７は、例えば、直流電動機によって構成され、充電可能電池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１６を始動する。負荷１８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、充電可能電池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、および、バス１０ｆ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、ＣＰＵ１０ａによって実行可能なプログラム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、後述するテーブル等のデータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ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、オルタネータ１５、および、スタータモータ１７等に駆動電流を供給してこれらを制御する。バス１０ｆは、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃ、通信部１０ｄ、および、Ｉ／Ｆ１０ｅを相互に接続し、これらの間で情報の授受を可能とするための信号線群である。なお、ＣＰＵ１０ａの代わりに、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、または、ＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）を用いるようにしてもよい。

図３は、図２に示すプログラム１０ｂａが実行されることにより実現される温度推定アルゴリズムを示すブロック線図である。この図に示すブロック線図は、加減算回路３１、定数倍回路３２～３４、加算回路３５，３７、積分回路３６、および、遅延回路３８を有している。

ここで、加減算回路３１は、温度センサ１３から供給される温度検出値Ｔａ（ｎ）から、遅延回路３８から出力される前回の温度推定値Ｔｂ（ｎ－１）を減算し、得られた値を差分値ｄＴ（ｎ）として出力する。なお、ｎは処理回数を示している。

定数倍回路３２は、加減算回路３１から出力される差分値ｄＴ（ｎ）に対して積分ゲインであるＧ＿ｉｎｔｅｇを乗算して得られる値を出力する。定数倍回路３３は、加減算回路３１から出力される差分値ｄＴ（ｎ）に対して比例ゲインであるＧ＿ｐｒｏｐを乗算して得られる値を出力する。

定数倍回路３４は、電流センサ１２によって検出される電流検出値Ｉを入力し、係数であるαを乗算して得られる値を出力する。加算回路３５は、定数倍回路３２から出力される値と、定数倍回路３４から出力される値を加算して出力する。

積分回路３６は、加算回路３５から出力される値を積分して出力する。加算回路３７は、定数倍回路３３の出力値と、積分回路３６の出力値を加算し、得られた値を温度推定値Ｔｂ（ｎ）として出力する。

遅延回路３８は、加算回路３７から出力される温度推定値Ｔｂ（ｎ）を１サンプル期間分だけ遅延し、Ｔｂ（ｎ－１）として加減算回路３１に出力する。

なお、以上のブロック線図は以下の式（１）～（３）によって表される。
Ｔｂ（ｎ）＝ＶＴ＿ｐｒｏｐ（ｎ）＋ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ） ・・・（１）

ここで、
ＶＴ＿ｐｒｏｐ（ｎ）＝ｄＴ（ｎ）×Ｇ＿ｐｒｏｐ ・・・（２）
また、
ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ）＝ｄＴ（ｎ）×Ｇ＿ｉｎｔｅｇ＋ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ－１）
＋Ｉ（ｎ）×α
・・・（３）

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本実施形態の動作の概略について説明する。本実施形態では、図２に示すプログラム１０ｂａを実行することにより、図３に示すブロック線図のアルゴリズムを実現し、温度センサ１３から出力される温度検出値を所定の周期でサンプリングし、比例演算および積分演算に基づいて温度推定値を出力する。そして、このようにして得られた温度推定値は、図示せぬＥＣＵに供給され、ＥＣＵは、供給された温度推定値に基づいて、例えば、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の温度補正等の処理を実行する。

図２に示すプログラム１０ｂａを実行することにより、図３に示すブロック線図のアルゴリズムが実現されると、以下の動作が実行される。

すなわち、加減算回路３１は、温度センサ１３から供給される温度検出値Ｔａ（ｎ）を入力し、遅延回路３８から供給される１サンプリング周期前の温度推定値であるＴｂ（ｎ－１）と加算してｄＴ（ｎ）として出力する。

定数倍回路３２は、加減算回路３１から出力されるｄＴ（ｎ）に対して積分ゲインであるＧ＿ｉｎｔｅｇを乗算して出力する。定数倍回路３３は、加減算回路３１から出力されるｄＴ（ｎ）に対して比例ゲインであるＧ＿ｐｒｏｐを乗算して出力する。

定数倍回路３４は、電流センサ１２から供給される電流検出値Ｉ（ｎ）に対してαを乗算して出力する。

ここで、αは、充電可能電池１４に流れる電流の値と、電流の方向によって値が変化する定数である。より詳細には、定数倍回路３４の係数αの値は、以下のように表すことができる。

充電可能電池１４が充電されている場合
α＝ｆｃ（Ｉ） ・・・（４）

充電可能電池１４が放電されている場合
α＝ｆｄ（Ｉ） ・・・（５）

ここで、ｆｃ（Ｉ）は電流Ｉを独立変数とする関数であり充電電流Ｉに応じて値が変化する関数である。また、ｆｄ（Ｉ）は電流Ｉを独立変数とする関数であり放電電流Ｉに応じて値が変化する関数である。

ｆｃ（Ｉ）およびｆｄ（Ｉ）は、実測によって求めることができる。ｆｃ（Ｉ）およびｆｄ（Ｉ）の電流依存性は充電可能電池１４を温度変化から保護するためのインシュレータの有無、充電可能電池１４のサイズ、極板の枚数、種類（通常液式、シール式）等によって変化する。このため、インシュレータの有無およびサイズ、極板の枚数、種類（通常液式、シール式）等によってｆｃ（Ｉ）およびｆｄ（Ｉ）を個別に求めることで、さらに高精度に充電可能電池１４の内部温度を推定することができる。

また、車載の鉛蓄電池を例に挙げると、鉛蓄電池の放電反応は吸熱反応であり、充電反応は発熱反応である。このため、充電の場合と放電の場合に分けてそれぞれに適合する関数ｆｃ（Ｉ）およびｆｄ（Ｉ）を用いることで、高精度に内部温度を求めることができる。

なお、充電可能電池１４の劣化状態によっても、ｆｃ（Ｉ）およびｆｄ（Ｉ）が変化する。例えば、鉛蓄電池の場合、劣化が進行すると、内部抵抗が増加することから、ジュール熱（Ｉ^２×Ｒ）が増加する。このため、充電可能電池１４の劣化状態に応じて、ｆｃ（Ｉ）およびｆｄ（Ｉ）を補正することで、劣化状態に拘わらず、内部温度を精度良く推定することが可能となる。

加算回路３５は、定数倍回路３４の出力値と定数倍回路３２の出力値とを加算して積分回路３６に供給する。積分回路３６は、加算回路３５の出力値を積分して加算回路３７に供給する。加算回路３７は、積分回路３６の出力値と、定数倍回路３３の出力値とを加算して充電可能電池１４の内部温度に関する温度推定値Ｔｂ（ｎ）として出力する。

遅延回路３８は、加算回路３７の出力値を１サンプリング期間分だけ遅延して加減算回路３１に供給する。

以上の動作によって、電流センサ１２による電流検出値と、温度センサ１３による温度検出値とに基づいて、充電可能電池１４の内部温度を推定することができる。

図４は、本実施形態による内部温度の推定結果と、特許文献１に開示された技術による内部温度の推定結果を比較した図である。図４の縦軸は温度［℃］を示し、横軸は時間［ｈ］を示している。また、実線は実測結果を示し、間隔が短い破線は本実施形態による内部温度の推定結果を示し、間隔が長い破線は特許文献１に開示された技術による内部温度の推定結果を示している。なお、実測の方法としては、充電可能電池１４に対して、５０Ａの充放電電流による充放電を３０秒間隔で３０分間繰り返し、２０Ａの充放電電流による充放電を３０秒間隔で３０分間繰り返した後に、充放電を停止して温度変化を実測している。

図４に示す実線と、特許文献１に係る間隔が長い破線とを比較すると、これらは大きく乖離している。一方、実線と、間隔が短い破線を比較すると、これらはよく一致している。図４に示すように、本実施形態では、充放電による発熱および吸熱を考慮したことから、特許文献１に開示された技術と比較すると、推定精度が向上している。

以上に説明したように、本発明の実施形態では、図３に示す定数倍回路３４と加算回路３５を設け、電流センサ１２によって検出される電流検出値に応じた値を加算するようにしたので、図４に示すように、充放電が行われている場合でも、内部温度を正確に推定することができる。

つぎに、図５を参照して、図１に示す制御部１０で実行される処理の詳細について説明する。図５に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、Ｉ／Ｆ１０ｅを介して、電流センサ１２によって検出された電流検出値Ｉを取得する。なお、充電可能電池１４が充電されている場合には電流検出値をプラスとし、充電可能電池１４が放電されている場合には電流検出値をマイナスと定義することができる。もちろん、この逆の定義でもよい。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１０で取得した電流検出値Ｉの絶対値Ｉａを算出する。例えば、ステップＳ１０で取得した電流が－２５Ａである場合には、２５Ａが得られる。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１１で算出した電流検出値の絶対値Ｉａと所定の閾値Ｔｈを比較し、Ｉａ＞Ｔｈと判定した場合（ステップＳ１２：Ｙ）にはステップＳ１３に進み、それ以外の場合（ステップＳ１２：Ｎ）にはステップＳ１９に進む。例えば、Ｉａ＞Ｔｈ（１Ａ）の場合には、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、充電可能電池１４が放電中か否かを判定し、放電中と判定した場合（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Ｓ１５に進む。例えば、図９で取得した電流検出値がマイナスである場合には、放電中と判定することができる。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、定数倍回路３４に対して、式（５）に示すαを設定する。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、定数倍回路３４に対して、式（４）に示すαを設定する。

ステップＳ１６では、充電可能電池１４が劣化しているか否かを判定し、劣化していると判定した場合（ステップＳ１６：Ｙ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎ）にはステップＳ１８に進む。例えば、エンジン１６を始動する際の電圧および電流を、電圧センサ１１および電流センサ１２によって測定し、これらから充電可能電池１４の劣化を示すＳＯＨ（State of Health）を求める。そして、ＳＯＨが所定の閾値よりも小さい場合には劣化していると判定し、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、充電可能電池１４の劣化状態に応じて、αの値を補正する。より詳細には、劣化が進んでいる場合には、内部抵抗が増加してジュール熱の発生量が増加することから、劣化の進行に応じて、前述した充電用のαおよび放電用のαを補正する。

ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、充放電補正有り温度推定処理を実行する。より詳細には、図３において、定数倍回路３４からの出力を考慮して、充電可能電池１４の内部温度を推定する処理を実行する。

ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、充放電補正無し内部温度推定処理を実行する。より詳細には、図３において、定数倍回路３４からの出力を考慮せずに（定数倍回路３４を停止して）、充電可能電池１４の内部温度を推定する処理を実行する。

以上の処理によれば、充電可能電池１４の充放電によるジュール熱および化学反応熱を考慮して、内部温度を推定するようにしたので、内部温度を正確に推定することができる。

また、充放電電流が所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合に、充放電補正有りの内部温度推定処理を実行し、それ以外の場合には充放電補正無しの内部温度推定処理を実行するようにした。このため、影響が小さい充放電電流が閾値未満の場合には定数倍回路３４の動作を停止させることで、計算のコストを低減することができる。

また、充電可能電池１４の劣化を考慮して、αを補正するようにしたので、充電可能電池１４の劣化の状態によらず、内部温度を正確に推定することができる。

（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にのみ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、前述した式（４）および式（５）を用いて、充放電補正を行うようにしたが、例えば、電流検出値とαの値の対応関係を示すテーブルを、例えば、ＲＡＭ１０ｃに格納しておき、このテーブルを参照して充放電補正を行うようにしてもよい。

また、図５に示すフローチャートでは、充電中と放電中で同じ閾値Ｔｈを用いるようにしたが、例えば、充電中と放電中で異なる閾値を用いるようにしてもよい。例えば、充電中の場合には閾値Ｔｈ１を用いて判定し、放電中の場合には閾値Ｔｈ２（Ｔｈ１≠Ｔｈ２）を用いて判定するようにしてもよい。例えば、放電中の方が小さい電流検出値でも影響が大きい場合には、Ｔｈ２＜Ｔｈ１になるように設定してもよい。

また、図５の例では、充電可能電池１４の劣化が所定以上に進行している場合にはαを補正するようにしたが、式（４）および式（５）がＳＯＨも考慮した以下の式（６）および式（７）を用いるようにしてもよい。なお、数式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。

充電可能電池１４が充電されている場合
α＝ｆｃ（Ｉ，ＳＯＨ） ・・・（６）

充電可能電池１４が放電されている場合
α＝ｆｄ（Ｉ，ＳＯＨ） ・・・（７）

また、図３に示す定数倍回路３２，３３の比例ゲインおよび積分ゲインを車両の動作状態に応じて設定するようにしてもよい。例えば、定数倍回路３２，３３の比例ゲインおよび積分ゲインを、図６に示すように２種類準備する。具体的には、値の大きい第１比例ゲインおよび第１積分ゲインならびに値の小さい第２比例ゲインおよび第２積分ゲインである。これら２種類のゲインは、車両の動作状態に応じて設定される。

より詳細には、エンジン１６が動作状態の場合には、第１比例ゲインおよび第１積分ゲインが定数倍回路３２，３３に設定され、エンジン１６が停止状態の場合には、第２比例ゲインおよび第２積分ゲインが定数倍回路３２，３３に設定される。このように、車両の状態に応じて、ゲインを変更するのは、車両の動作状態、特に、エンジン１６の動作状態によって充電可能電池１４の温度変化の傾向が変化するためである。

すなわち、充電可能電池１４の温度変化の主な原因は、エンジン１６が動作することにより発生する熱が、例えば、熱放射によって充電可能電池１４に伝播されたり、あるいは、走行風、または、ラジエターファンによって発生する風によって充電可能電池１４に伝播されたりするためである。

つまり、充電可能電池１４が配置されているエンジンルーム内にはエンジン１６が配置されており、エンジン１６の動作中はこのエンジン１６が大量の熱を発生し続けるので温度が急激に上昇する。一方、エンジン１６が停止されると、エンジン１６自体が有する熱や、エンジンルーム内に残っている熱が自然冷却によって冷却されるため、温度が緩やかに下降する。このため、温度上昇時と温度下降時では、温度の変化率が異なることから、本実施形態ではこれらを分けて温度の推定を行うこととしている。

ところで、充電可能電池１４のＳＯＣが低い状態、劣化が進んだ状態、または、低温の状態では、充電可能電池１４の電圧が低下する。このような場合に、充電可能電池１４を充放電すると、内部抵抗が通常よりも高くなることがある。

内部抵抗には、導体抵抗、液抵抗、負極反応抵抗、正極反応抵抗、および、拡散抵抗が存在する。

これらの抵抗のうち、正極反応抵抗と拡散抵抗は、充電可能電池１４の電圧が低い場合に放電すると、これらの値が増加して誤差が大きくなることがある。そこで、図７に示す他の実施形態に係るフローチャートでは、充電可能電池１４の放電中において、充電可能電池１４の電圧が所定の閾値未満である場合には、αを補正するようにしている。

なお、図７において、図５と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図７では、図５と比較すると、ステップＳ３０～ステップＳ３２が追加されている。これら以外は、図５と同様であるので、以下では、ステップＳ３０～ステップＳ３２について説明する。

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、充電可能電池１４の電圧を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、Ｉ／Ｆ１０ｅを介して、電圧センサ１１から充電可能電池１４の端子電圧を取得する。

ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ３０で取得した電圧Ｖと閾値Ｔｈ１を比較し、Ｖ＜Ｔｈ１を満たす場合（ステップＳ３１：Ｙ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１：Ｎ）にはステップＳ１６に進む。例えば、電圧Ｖが閾値Ｔｈ１（例えば、１０Ｖ）未満である場合にはＹと判定してステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、αを補正する。より詳細には、例えば、以下の式（８）に基づいて、αを補正する。ここで、ｆｄｌ（Ｉ，Ｖ，ＳＯＨ）は電流Ｉ，Ｖ，ＳＯＨを独立変数とする関数であり、放電電流Ｉ、電圧Ｖ、ＳＯＨ（State of Health）に応じて値が変化する関数である。なお、式（７）と比較すると、ｆｄｌ（Ｉ，Ｖ，ＳＯＨ）＞ｆｄ（Ｉ，ＳＯＨ）となる。

α＝ｆｄｌ（Ｉ，Ｖ，ＳＯＨ） ・・・（８）

以上に説明したように、図７に示すフローチャートの処理によれば、充電可能電池１４の放電中において、端子電圧Ｖが所定の閾値Ｔｈ１未満である場合には、式（８）によってαを補正するようにした。これにより、正極反応抵抗および拡散抵抗の増加分をαに含ませることで、温度の推定誤差を少なくすることができる。

なお、以上では、充電可能電池１４の電圧が低い場合に放電する際のαの補正について説明したが、充電可能電池１４の電圧が高い場合に充電する際にもαを補正することで温度の推定誤差を少なくすることができる。

すなわち、充電可能電池１４の電圧が高い状態では、水の電気分解が進み、極板表面上に気体（水素および酸素）が付着し、気体によって電解液と極板表面の接触が阻害されるため、内部抵抗が増加する場合がある。

そこで、図８に示す他の実施形態に係るフローチャートでは、充電可能電池１４を充電中に、充電可能電池１４の電圧が所定の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合には、αを補正するようにしている。

なお、図８において、図５と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図８では、図５と比較すると、ステップＳ５０～ステップＳ５２が追加されている。これら以外は、図５と同様であるので、以下では、ステップＳ５０～ステップＳ５２について説明する。

ステップＳ５０では、ＣＰＵ１０ａは、充電可能電池１４の端子電圧Ｖを取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、Ｉ／Ｆ１０ｅを介して、電圧センサ１１から充電可能電池１４の端子電圧を取得する。

ステップＳ５１では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ５０で取得した電圧Ｖと閾値Ｔｈ２を比較し、Ｖ＞Ｔｈ２を満たす場合（ステップＳ５１：Ｙ）にはステップＳ５２に進み、それ以外の場合（ステップＳ５１：Ｎ）にはステップＳ１６に進む。例えば、電圧Ｖが閾値Ｔｈ２（例えば、１５Ｖ）を超える場合にはＹと判定してステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２では、ＣＰＵ１０ａは、αを補正する。より詳細には、例えば、以下の式（９）に基づいて、αを補正する。ここで、ｆｃｉ（Ｉ，Ｖ，ＳＯＨ）は電流Ｉ，Ｖ，ＳＯＨを独立変数とする関数であり、放電電流Ｉ、電圧Ｖ、ＳＯＨに応じて値が変化する関数である。なお、式（６）と比較すると、ｆｃｉ（Ｉ，Ｖ，ＳＯＨ）＞ｆｃ（Ｉ，ＳＯＨ）となる。

α＝ｆｃｉ（Ｉ，Ｖ，ＳＯＨ） ・・・（９）

以上に説明したように、図８に示すフローチャートの処理によれば、充電可能電池１４の充電中において、端子電圧Ｖが所定の閾値Ｔｈ２を超える場合には、式（９）によって得た値によってαを補正するようにした。これにより、電気分解による気体による内部抵抗の増加分をαに含ませることで、温度の推定誤差を少なくすることができる。

なお、図７と図８に示す実施形態では、充電の場合と放電にαの補正を別々に実行するようにしたが、図９に示すように、図７と図８に示すαの補正を同じフローチャートで実施するようにしてもよい。すなわち、図９に示すフローチャートでは、図７に示すステップＳ３０～ステップＳ３２の処理と、図８に示すステップＳ５０～ステップＳ５２の処理の双方を有している。これにより、放電中にＶ＜Ｔｈ１である場合には式（８）によってαを補正し、充電中にＶ＞Ｔｈ２である場合には式（９）によってαを補正することができる。

図１０および図１１は、実測結果を示す図である。より詳細には、図１０は、図５に示す処理を実行した場合の測定結果を示し、図１１は、図９に示す処理を実行した場合の実測結果を示している。

図１０では、ハッチングを施した矩形の領域内において、図１２に示すような充放電を繰り返し実行し、液温の推定値と実測値を示している。すなわち、図１２では、最初に、（１）４８Ａで５０秒間放電を実行し、つぎに、（２）３００Ａで１秒間放電を実行し、最後に、（３）６０Ａで５０秒間充電を実行する動作を１サイクルとする。そして、これら（１）～（３）のサイクルを繰り返し実行する。なお、（３）の充電については、定電圧充電であるので、実際の電流値は破線のように推移する。

図５に示すフローチャートの処理では、図１０に示すように、実測値である推定値と、間隔が短い破線である実測値は乖離し、間隔が長い破線で示すように誤差が大きい。一方、図９に示す処理を実行した場合には、図１１に示すように、実測値である推定値と、間隔が短い破線である実測値は、図１０に比較すると乖離が少なく、間隔が長い破線で示すように誤差が小さくなっている。

以上に説明したように、図９に示す処理によれば、図５の処理に比較して、放電中において電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合、または、充電中に電圧が閾値Ｔｈ２よりも大きい場合に、αの値を補正することで、温度の推定誤差の発生を低減することができる。

なお、図５、図７～図９に示すフローチャートは一例であって、本発明がこれらのフローチャートにのみ限定されるものではない。

また、以上の各実施形態では、温度推定値をＥＣＵに供給し、ＥＣＵが温度推定値に基づいて、充電率の温度補正等の処理を実行するようにした。充電可能電池温度推定装置１が温度推定値に基づいて充電率を推定してもよい。もちろん、ＥＣＵが温度推定値に基づいて、充電可能電池１４の状態を示す、ＳＯＣ以外の指標値（例えば、ＳＯＦ（State of Function）、ＳＯＨ）を求めるようにしてもよい。また、求めたこれらの指標値に基づいて、車両の動作状態を制御するようにしてもよい。例えば、ＳＯＣの場合であれば、ＥＣＵがオルタネータ１５を制御して充電可能電池１４を充電することができる。また、ＳＯＨについては、充電可能電池１４の劣化状態を示すので、ＳＯＨによって充電可能電池１４が所定値以上劣化した場合には、充電可能電池１４の交換を促すメッセージを提示するようにしてもよい。また、ＳＯＦについては、例えば、信号待ち等で停車する場合にエンジン１６を停止する、いわゆる、アイドリングストップを行う際に、エンジン１６の再始動が可能か否かをＳＯＦによって判定し、その結果に応じてエンジン１６を停止させるようにしてもよい。以上のように、本発明によって、充電可能電池の温度を精度良く推定できるため、充電可能電池の状態を示すＳＯＣ、ＳＯＦ、または、ＳＯＨ等の指標値の推定精度を向上させることができる。したがって、これらの指標値に基づいて上位の制御装置が車両の動作状態を制御する際に、安全に制御したり、より燃費が改善するような制御をしたりすることが可能となる。

なお、前述した式（８）および式（９）では、ＳＯＨを変数として含むようにしたが、ＳＯＨを含まない、すなわち、電圧Ｖと電流Ｉの式としてもよい。

１ 充電可能電池温度推定装置
１０ 制御部
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 通信部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
１４ 充電可能電池
１５ オルタネータ
１６ エンジン
１７ スタータモータ
１８ 負荷
３１ 加減算回路
３２～３４ 定数倍回路
３５，３７ 加算回路
３６ 積分回路
３８ 遅延回路

Claims (13)

1. 充電可能電池の内部温度を推定する充電可能電池温度推定装置において、
   前記充電可能電池に流れる電流を検出する電流センサから出力される電流検出値を取得する電流取得手段と、
   前記電流検出値に基づいて、電流に応じた前記充電可能電池の内部における発熱量を算出する算出手段と、
   前記充電可能電池の外部温度を検出する温度センサから出力される温度検出値を取得する温度取得手段と、
   前記発熱量と前記温度検出値とに基づいて、電流および外部温度に応じた前記充電可能電池の前記内部温度を推定する推定手段と、
   推定された前記内部温度を出力する出力手段と、
   を有し、
   前記推定手段は、
   前記温度検出値と、過去の前記内部温度の推定値との差分値を算出し、
   前記差分値に対して比例演算を施し、
   前記発熱量と前記差分値との加算値に対して積分演算を施し、
   前記比例演算と前記積分演算によって得られた値を加算して前記内部温度を推定する、
   ことを特徴とする充電可能電池温度推定装置。
2. 前記算出手段は、前記充電可能電池の内部で発生するジュール熱および化学反応熱による熱量の総和を前記発熱量として算出することを特徴とする請求項１に記載の充電可能電池温度推定装置。
3. 前記算出手段は、前記電流検出値に対して所定の係数αを乗算することで前記発熱量を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電可能電池温度推定装置。
4. 前記算出手段は、前記電流センサによって検出された前記電流検出値に応じて前記αの値を変化させることを特徴とする請求項３に記載の充電可能電池温度推定装置。
5. 前記算出手段は、前記充電可能電池が充電中と放電中で異なる前記αを設定することを特徴とする請求項３に記載の充電可能電池温度推定装置。
6. 前記算出手段は、前記充電可能電池が充電中である場合において、電圧センサから取得した前記充電可能電池の電圧検出値に応じて前記αの値を設定することを特徴とする請求項５に記載の充電可能電池温度推定装置。
7. 前記算出手段は、前記充電可能電池が放電中である場合において、電圧センサから取得した前記充電可能電池の電圧検出値に応じて前記αの値を設定することを特徴とする請求項５に記載の充電可能電池温度推定装置。
8. 前記算出手段は、前記充電可能電池の劣化状態に応じて前記αの値を設定することを特徴とする請求項３に記載の充電可能電池温度推定装置。
9. 前記推定手段は、以下の式に基づいて前記内部温度の推定値を得る、
   Ｔｂ（ｎ）＝ＶＴ＿ｐｒｏｐ（ｎ）＋ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ）
   ここで、
   ＶＴ＿ｐｒｏｐ（ｎ）＝ｄＴ（ｎ）×Ｇ＿ｐｒｏｐ
   ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ）＝ｄＴ（ｎ）×Ｇ＿ｉｎｔｅｇ＋ＶＴ＿ｉｎｔｅｇ（ｎ－１）＋Ｉ（ｎ）×α
   また、Ｔｂ（ｎ）は前記充電可能電池の前記内部温度の推定値、ｄＴ（ｎ）は前記温度センサによって検出された前記温度検出値と過去の前記内部温度の推定値との前記差分値、Ｇ＿ｐｒｏｐは前記比例演算の比例ゲイン、Ｇ＿ｉｎｔｅｇは前記積分演算の積分ゲイン、Ｉ（ｎ）は前記電流センサによって検出された前記電流検出値、αは発熱量算出時における係数である、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の充電可能電池温度推定装置。
10. 前記算出手段は、前記電流センサによって検出された前記電流検出値の絶対値が所定の閾値以上である場合にのみ前記発熱量を算出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の充電可能電池温度推定装置。
11. 前記出力手段は、車両に搭載された前記充電可能電池の温度を推定して出力し、前記車両が有するプロセッサは、前記出力手段から出力される温度の推定値に基づいて前記車両の動作状態を変更することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の充電可能電池温度推定装置。
12. 充電可能電池の内部温度を推定する充電可能電池温度推定方法において、
    前記充電可能電池に流れる電流を検出する電流センサから出力される電流検出値を取得する電流取得ステップと、
    前記電流検出値に基づいて、電流に応じた前記充電可能電池の内部における発熱量を算出する算出ステップと、
    前記充電可能電池の外部温度を検出する温度センサから出力される温度検出値を取得する温度取得ステップと、
    前記発熱量と前記温度検出値とに基づいて、電流および外部温度に応じた前記充電可能電池の前記内部温度を推定する推定ステップと、
    推定された前記内部温度を出力する出力ステップと、
    を有し、
    前記推定ステップでは、
    前記温度検出値と、過去の前記内部温度の推定値との差分値を算出し、
    前記差分値に対して比例演算を施し、
    前記発熱量と前記差分値との加算値に対して積分演算を施し、
    前記比例演算と前記積分演算によって得られた値を加算して前記内部温度を推定する、
    ことを特徴とする充電可能電池温度推定方法。
13. 充電可能電池の内部温度を推定する充電可能電池温度推定装置において、
    プロセッサと、
    前記プロセッサによって読み込まれて実行された場合に以下の動作を実行する複数の実行可能な命令群を記憶するメモリと、を有し、
    前記充電可能電池に流れる電流を検出する電流センサから出力される電流検出値を取得し、
    前記電流検出値に基づいて、電流に応じた前記充電可能電池の内部における発熱量を算出し、
    前記充電可能電池の外部温度を検出する温度センサから出力される温度検出値を取得し、
    前記発熱量と前記温度検出値とに基づいて、電流および外部温度に応じた前記充電可能電池の前記内部温度を推定し、
    推定された前記内部温度を出力し、
    前記内部温度の推定は、
    前記温度検出値と、過去の前記内部温度の推定値との差分値を算出し、
    前記差分値に対して比例演算を施し、
    前記発熱量と前記差分値との加算値に対して積分演算を施し、
    前記比例演算と前記積分演算によって得られた値を加算することによって実行される、
    ことを特徴とする充電可能電池温度推定装置。

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