JP7263988B2

JP7263988B2 - 充電率推定装置

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Publication number: JP7263988B2
Application number: JP2019162130A
Authority: JP
Inventors: 保大森
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: JP2021039063A

Description

本発明は、充電率推定装置に関する。

特許文献１に記載の電気自動車は、組電池と、監視装置と、情報集約装置と、を備える。組電池は、複数の電池セルを有するセルユニットを複数備える。監視装置は、セルユニット毎に設けられている。監視装置は、セルユニットの状態を監視している。情報集約装置には、各監視装置から情報が送られる。情報集約装置は、監視装置から送られる情報から組電池の充電率を推定している。

特開２０１２－１３２７６１号公報

ところで、複数の電池セルを有する複数のセルユニットを並列接続した組電池の充電率を推定する場合、セルユニット毎に設けられた監視装置によってセルユニットの充電率を推定し、推定した充電率の情報を情報集約装置に送る場合がある。情報集約装置は、セルユニットの充電率の平均値を算出し、算出した平均値に基づきセルユニットを選定する。情報集約装置は、選定したセルユニットの充電率を組電池の充電率として採用する。このように、複数のセルユニットから１つのセルユニットを選定し、選定されたセルユニットの充電率を組電池の充電率とする場合、監視装置による充電率の推定精度によっては、組電池の充電率の推定精度が低下するおそれがある。

本発明の目的は、組電池の充電率の推定精度を向上させることができる充電率推定装置を提供することにある。

上記課題を解決する充電率推定装置は、複数の電池セルを有する複数のセルユニットを並列接続した組電池の充電率を推定する充電率推定装置であって、前記セルユニット毎に設けられた監視装置のそれぞれから、前記セルユニットの各電池セルのうち充電状態の推定値が最も高い高電池セルの前記推定値、及び前記推定値が最も低い低電池セルの前記推定値を取得する推定値取得部と、前記監視装置のそれぞれから前記セルユニットの充電率を取得する充電率取得部と、前記監視装置のそれぞれから前記セルユニットに流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、前記セルユニットそれぞれの前記高電池セルの前記推定値及び前記低電池セルの前記推定値が予め定められた上限値と下限値との間の範囲内に含まれているか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定の結果、前記高電池セル及び前記低電池セルの全ての前記推定値が前記範囲内に含まれている場合、前記セルユニットの充電率の平均値を算出し、前記平均値が高いほど充電率の高い前記セルユニットを選定し、選定された前記セルユニットの充電率を前記組電池の充電率として採用する選定制御部と、前記判定部による判定の結果、前記高電池セル及び前記低電池セルのうちの少なくとも１つの前記推定値が前記範囲外となる場合、当該判定が行われる前の制御周期で推定された前記組電池の充電率と前記監視装置から取得した前記検出値とに基づき、電流積算法により前記組電池の充電率を推定する積算制御部と、を備える。

充電率推定装置は、全ての高電池セル及び低電池セルの充電状態の推定値が範囲内に含まれている場合には選定制御部により組電池の充電率を推定する。一方で、充電率推定装置は、少なくとも１つの高電池セル及び低電池セルの推定値が範囲外となる場合、積算制御部により組電池の充電率を推定する。監視装置により推定されるセルユニットの充電率は、セルユニットが満充電に近づくと、実際の充電率よりも高い値になる場合がある。これは、監視装置によりセルユニットが満充電と判定されると、充電率が１００［％］ではないにも関わらず監視装置が充電率を１００［％］とみなすためである。同様に、監視装置により推定されるセルユニットの充電率は、セルユニットが完全放電に近づくと、実際の充電率よりも低い値になる場合がある。これは、監視装置によりセルユニットが完全放電と判定されると、充電率が０［％］ではないにも関わらず監視装置が充電率を０［％］とみなすためである。即ち、監視装置によりセルユニットが満充電と判定されたり、完全放電と判定されると、監視装置による充電率の推定精度が低下する。電池セルの充電状態の推定値が上限値と下限値との間の範囲内に含まれている場合、セルユニットは満充電でも完全放電でもないため、選定制御部により組電池の充電率を推定することができる。一方で、電池セルの充電状態の推定値が範囲外となる場合、セルユニットは満充電、あるいは、完全放電のおそれがある。この場合には、監視装置によるセルユニットの充電率の推定精度が低下しているおそれがあるため、監視装置から取得した電流の検出値を用いて電流積算法により組電池の充電率を推定する。これにより、推定精度が低下しているおそれのある充電率を用いずに組電池の充電率を推定することができる。電池セルの充電状態の推定値に関わらず、常に選定制御部により組電池の充電率を推定する場合に比べて、組電池の充電率の推定精度を向上させることができる。

本発明によれば、組電池の充電率の推定精度を向上させることができる。

無人搬送車が用いられるコンテナターミナルを模式的に示す図。無人搬送車の概略構成図。組電池の充電率を推定する際に情報集約装置が行う処理を示すフローチャート。選定制御について説明するための図。選定制御について説明するための図。選定制御について説明するための図。

以下、充電率推定装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、港湾のコンテナターミナルでは、管制塔７１からの指令により複数台の無人搬送車１０が予め定められた走行経路Ｒを走行している。図１では、走行経路Ｒを１つのみ図示しているが、走行経路Ｒは複数であってもよい。コンテナターミナルには、無人搬送車１０にコンテナＣを積載する積載位置Ｐ１及び充電器７２が配置された充電位置Ｐ２が設定されている。各無人搬送車１０は、管制塔７１からの指令によりコンテナＣの積載位置Ｐ１に停車する。ガントリークレーン７３は、コンテナＣを吊り下げた状態でコンテナＣの積載位置Ｐ１まで移動させられる。ガントリークレーン７３は、積載位置Ｐ１に停車した無人搬送車１０にコンテナ船ＣＳからコンテナＣを積載する。コンテナＣが積載された無人搬送車１０は、走行経路Ｒに沿ってラバータイヤクレーン７４まで走行する。ラバータイヤクレーン７４により無人搬送車１０に積載されたコンテナＣが降ろされる。コンテナＣが降ろされた無人搬送車１０は、走行経路Ｒに沿ってガントリークレーン７３まで戻る。

図２に示すように、無人搬送車１０は、複数の電池ユニット１１と、インバータ２１と、走行用モータ２２と、充電口２３と、車両ＥＣＵ３１と、情報集約装置４１と、を備える。電池ユニット１１は、複数設けられていればよく、その数は任意である。各電池ユニット１１の構成は同一である。各電池ユニット１１は、セルユニット１２と、電圧検出部１５と、電流検出部１６と、電池ＥＣＵ１７と、を備える。

セルユニット１２は、複数の電池セル１３を備える。電池セル１３は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池など充放電可能なものであればどのようなものを用いていてもよい。複数の電池セル１３同士は直列接続されている。なお、電池セル１３は、並列接続されていてもよいし、直列接続、又は並列接続された複数の電池セル１３同士を直列接続や並列接続したものであってもよい。即ち、複数の電池セル１３同士の接続態様は任意である。

電圧検出部１５は、電池セル１３毎の端子間電圧を検出する。本実施形態の端子間電圧は、セルユニット１２と走行用モータ２２とが接続された状態で電圧検出部１５により検出される閉回路電圧である。電流検出部１６は、セルユニット１２に流れる電流を検出する。電流には、電池セル１３からの放電電流及び電池セル１３への充電電流が含まれる。なお、以下の説明において、放電電流及び充電電流を総称して充放電電流と称する。

電池ＥＣＵ１７は、ハードウェアとしてＣＰＵ１８及び記憶部１９を備える電子制御ユニット：Electronic Control Unitである。電池ＥＣＵ１７は、セルユニット１２の状態の監視等、セルユニット１２に関する制御を行う。記憶部１９には、セルユニット１２を制御するための種々のプログラムが記憶されている。ＣＰＵ１８は、記憶部１９を参照することで種々の処理を実行する。ＣＰＵ１８は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、それらの組み合わせを含む回路として構成し得る。記憶部１９は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆるものを含む。

電池ＥＣＵ１７は、電圧検出部１５の検出値である端子間電圧、及び電流検出部１６の検出値である充放電電流を取得可能である。電池セル１３のＳＯＣ＝充電率と電池セル１３の端子間電圧には相間関係があり、電池セル１３の充電率が低下するほど電池セル１３の端子間電圧は低下する。従って、電池セル１３の端子間電圧から電池セル１３の充電率を推定することができる。本実施形態において、電池セル１３の充電状態の推定値は、電池セル１３の端子間電圧である。

電池ＥＣＵ１７は、セルユニット１２の充電率を推定する。セルユニット１２の充電率は、電流積算法により推定される。電流積算法は、セルユニット１２の充放電電流を積算することにより充電率を推定する方法である。電池ＥＣＵ１７は、セルユニット１２の充放電が開始されると、セルユニット１２の充放電電流と所定周期との積を所定周期毎に積算することでセルユニット１２の容量の変化量［Ａｈ］を算出する。電池ＥＣＵ１７は、セルユニット１２の容量の変化量をセルユニット１２の満充電容量［Ａｈ］で除算することでセルユニット１２の充電率の変化量を算出する。電池ＥＣＵ１７は、セルユニット１２の充放電前の充電率に算出した充電率の変化量を加算、あるいは、減算することでセルユニット１２の充電率を推定する。セルユニット１２の満充電容量は、記憶部１９に記憶されている。なお、セルユニット１２の充電率は、各電池セル１３の端子間電圧から電池セル１３の充電率を推定し、電池セル１３の充電率から代表値を選定することで推定されてもよい。また、セルユニット１２の充電率は、各電池セル１３の充電率の平均値としてもよい。即ち、セルユニット１２の充電率の推定は、任意の手法で行うことができる。

複数のセルユニット１２同士は互いに並列接続されている。これにより、複数のセルユニット１２によって組電池１４が構成されている。各電池ユニット１１の電池ＥＣＵ１７は、組電池１４のセルユニット１２毎に設けられ、セルユニット１２の監視を行う監視装置として機能している。

インバータ２１は、組電池１４から入力される直流電力を交流電力に変換して走行用モータ２２に出力する。なお、無人搬送車１０は、組電池１４の直流電力を変圧してインバータ２１に出力するコンバータを備えていてもよい。

走行用モータ２２は、交流回転電機である。走行用モータ２２は、インバータ２１に接続されている。走行用モータ２２は、インバータ２１からの電力供給時には電動機として動作し、回転駆動力を発生させる。この回転駆動力が車軸を通じて駆動輪に伝達されることで無人搬送車１０は走行する。一方、走行用モータ２２は、無人搬送車１０の制動時や下り斜面での加速度低減時には発電機として動作し、回生発電を行なう。走行用モータ２２が発電した電力は、充電電流としてインバータ２１を通じて組電池１４に供給される。

充電口２３は、充電器７２に接続可能なインレットである。充電口２３は、組電池１４と充電器７２とを接続する。
車両ＥＣＵ３１は、ハードウェアとしてＣＰＵ３２と、記憶部３３と、を備える。車両ＥＣＵ３１は、無人搬送車１０の走行に関する制御を行う。例えば、車両ＥＣＵ３１は、インバータ２１を制御することで無人搬送車１０の走行速度等を制御して無人搬送車１０を走行させる。記憶部３３には、無人搬送車１０を制御するための種々のプログラムが記憶されている。記憶部３３は、ＲＡＭ及びＲＯＭなどで構成される。電池ＥＣＵ１７と同様に、車両ＥＣＵ３１は、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣを備えてもよい。車両ＥＣＵ３１は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いはそれらの組み合わせを含む回路として構成し得る。

情報集約装置４１は、組電池１４に対して１つ設けられている。情報集約装置４１は、ハードウェアとしてＣＰＵ４２と、記憶部４３と、を備える。記憶部４３は、ＲＡＭ及びＲＯＭなどで構成される。ＣＰＵ４２は、記憶部４３を参照することで種々の処理を実行する。ＣＰＵ４２は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、それらの組み合わせを含む回路として構成し得る。記憶部４３は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆるものを含む。

情報集約装置４１は、各電池ＥＣＵ１７からセルユニット１２についての情報を取得する。即ち、各セルユニット１２についての情報は情報集約装置４１に集約される。本実施形態では、情報集約装置４１は、セルユニット１２の充電率、セルユニット１２を構成する全ての電池セル１３の端子間電圧、及びセルユニット１２の充放電電流に関する情報を各電池ＥＣＵ１７から取得する。セルユニット１２を構成する全ての電池セル１３には、端子間電圧が最も高い高電池セルと、端子間電圧が最も低い低電池セルとが含まれている。従って、情報集約装置４１は、高電池セルの端子間電圧及び低電池セルの端子間電圧の情報を取得しているといえる。情報集約装置４１は、推定値取得部、充電率取得部及び電流取得部として機能している。情報集約装置４１は、各電池ＥＣＵ１７から取得した情報を用いて組電池１４の充電率を推定する。情報集約装置４１は、推定した組電池１４の充電率を車両ＥＣＵ３１に送る。

無人搬送車１０では、組電池１４の充電率に応じて組電池１４の入出力制限が行われる。入力制限は、組電池１４を構成する各セルユニット１２の少なくとも１つの充電率が第１閾値より高くなった場合に行われる。第１閾値は、セルユニット１２の充電率が過剰に高くならないように設定された値である。出力制限は、組電池１４を構成する各セルユニット１２の少なくとも１つの充電率が第１閾値よりも低い第２閾値より低くなった場合に行われる。第２閾値は、セルユニット１２の充電率が過剰に低くならないように設定された値である。

組電池１４の出力制限は、出力制限値を設定することで行われる。車両ＥＣＵ３１によって出力制限値が設定されると、インバータ２１は組電池１４の出力が出力制限値を上回らないように制御される。組電池１４の入力制限は、車両ＥＣＵ３１によって入力制限値を設定することで行われる。入力制限値が設定されると、インバータ２１は組電池１４への入力が入力制限値を上回らないように制御される。インバータ２１による組電池１４の出力及び入力の制御は、公知の手段によって行われ、特に限定されない。例えば、インバータ２１のスイッチング周波数を変化させ、デューティ比を増減させることで、組電池１４の出力及び入力の制御を行うことができる。なお、本実施形態の入力制限は、回生による組電池１４の充電時に行われるが、充電器７２による組電池１４の充電時に行われてもよい。この場合の入力制限は、充電器７２により実施される。

次に、情報集約装置４１が組電池１４の充電率を推定する際に行う処理について説明する。
図３に示すように、ステップＳ１において、情報集約装置４１は、セルユニット１２それぞれの各電池セル１３の端子間電圧が予め定められた上限値以上か否かを判定する。上限値としては、例えば、電池セル１３が満充電の場合の端子間電圧や、電池セル１３が満充電の場合の端子間電圧よりも若干低い値が用いられる。即ち、電池ＥＣＵ１７で満充電判定が行われたことを情報集約装置４１で判定できるように上限値は設定されている。ステップＳ１の判定結果が肯定の場合、情報集約装置４１はステップＳ２の処理を行う。一方で、ステップＳ１の判定結果が否定の場合、情報集約装置４１はステップＳ３の処理を行う。

ステップＳ２において、情報集約装置４１は、充電率推定をオンにする。また、１回前の制御周期で、後述するステップＳ６又はステップＳ７で推定された組電池１４の充電率を記憶部４３のＲＡＭに記憶する。情報集約装置４１は、ステップＳ２の処理を終えると、ステップＳ３の処理を行う。

ステップＳ３において、情報集約装置４１は、セルユニット１２それぞれの各電池セル１３の端子間電圧が予め定められた下限値以下か否かを判定する。下限値としては、例えば、電池セル１３が完全放電の場合の端子間電圧や、電池セル１３が完全放電の場合の端子間電圧よりも若干高い値が用いられる。即ち、電池ＥＣＵ１７で完全放電判定が行われたことを情報集約装置４１で判定できるように下限値は設定されている。ステップＳ３の判定結果が肯定の場合、情報集約装置４１はステップＳ４の処理を行う。一方で、ステップＳ３の判定結果が否定の場合、情報集約装置４１はステップＳ５の処理を行う。

ステップＳ４において、情報集約装置４１は、充電率推定をオンにする。また、１回前の制御周期で、後述するステップＳ６又はステップＳ７で推定された組電池１４の充電率を記憶部４３のＲＡＭに記憶する。即ち、ステップＳ４では、ステップＳ２と同様の処理が行われる。言い換えれば、ステップＳ１及びステップＳ３では、セルユニット１２それぞれについて、各電池セル１３の端子間電圧が予め定められた上限値と下限値との間の範囲内に含まれているか否かの判定が行われる。そして、判定の結果、端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲外となる電池セル１３が存在する場合、１回前の制御周期で情報集約装置４１によって推定された充電率が記憶部４３に記憶されることになる。なお、各電池セル１３の端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲内に含まれているか否か判定されることで、高電池セルの端子間電圧及び低電池セルの端子間電圧についても、上限値と下限値との間の範囲内に含まれているか否かが判定されているといえる。情報集約装置４１は、ステップＳ１及びステップＳ３の処理を行うことで、判定部として機能している。情報集約装置４１は、ステップＳ４の処理を終えると、ステップＳ５の処理を行う。

ステップＳ５において、情報集約装置４１は、充電率推定がオンか否かを判定する。情報集約装置４１は、ステップＳ５の判定結果が否定であれば、ステップＳ６の処理を行う。一方で、情報集約装置４１は、ステップＳ５の判定結果が肯定であれば、ステップＳ７の処理を行う。

ステップＳ６において、情報集約装置４１は、選定制御を行う。選定制御は、複数のセルユニット１２の充電率のうち、組電池１４の充電率として採用する充電率を選定する制御である。情報集約装置４１は、セルユニット１２の充電率の平均値を算出し、平均値が高いほど充電率の高いセルユニット１２を選定する。そして、選定されたセルユニット１２の充電率を組電池１４の充電率として採用する。以下、詳細に説明を行う。

図４に示すように、各セルユニット１２の充電率にはばらつきが生じる。このため、各セルユニット１２の充電率を高い順に整列させると、充電率の高い順に１番目～ｎ番目のセルユニット１２が存在することになる。なお、ｎはセルユニット１２の数であり、２以上の自然数である。図４に示す例では、ｎは４以上の自然数になる。

情報集約装置４１は、全てのセルユニット１２の充電率を加算し、ｎで除算することでセルユニット１２の充電率の平均値を算出する。情報集約装置４１は、充電率の平均値の区分と、選定されるセルユニット１２の順番とを対応付けたデータを記憶部４３に記憶しており、このデータに従ってセルユニット１２の選定を行う。なお、セルユニット１２の順番とは、充電率が高い順にセルユニット１２を整列させたときの順番である。

図５に示すように、充電率の平均値の区分は、所定の範囲毎の区分である。図５では、充電率の平均値は、１００～ａ［％］、ａ～ｂ［％］、ｂ～ｃ［％］…ｚ～０［％］の範囲で区分けされている。なお、ａは１００よりも低い値であり、ｚは０よりも高い値である。また、ａ＞ｂ＞ｃ…＞ｚの順に高い値である。選定されるセルユニット１２は、セルユニット１２を充電率の高い順に並べたときの順番によって定められている。図５では、１００～ａ［％］の区分には１番高い充電率のセルユニット１２、ａ～ｂ［％］の区分には２番目に高い充電率のセルユニット１２、ｂ～ｃ［％］の区分には３番目に高い充電率のセルユニット１２、ｚ～０［％］の区分には充電率が最も低いセルユニット１２がそれぞれ対応付けられている。

図６に示すように、情報集約装置４１は、充電率の平均値の区分に応じて、充電率の順序に従ったセルユニット１２を選定することで、充電率の平均値が高いほど充電率の高いセルユニット１２を選定することになる。例えば、充電率の平均値が最も高い区分では、最も充電率の高いセルユニット１２が選定され、充電率の平均値が最も低い区分では、最も充電率の低いセルユニット１２が選定される。情報集約装置４１は、ステップＳ６の処理を行うことで選定制御部として機能している。

次に、ステップＳ７の処理について説明する。
図３に示すように、ステップＳ７において、情報集約装置４１は、電流積算法で組電池１４の充電率を推定する。詳細にいえば、情報集約装置４１は、ステップＳ２又はステップＳ４で記憶部４３に記憶した充電率と、電池ＥＣＵ１７から取得した電流検出部１６の検出値とに基づき、組電池１４の充電率を推定する。ステップＳ２又はステップＳ４で記憶された充電率は、１回前の制御周期で推定された充電率であるため、ステップＳ７の処理を行う時点で、制御周期の分だけセルユニット１２が充放電されているといえる。情報集約装置４１は、セルユニット１２の充放電電流と制御周期とを積算することでセルユニット１２の容量の変化量［Ａｈ］を算出する。情報集約装置４１は、セルユニット１２の容量の変化量をセルユニット１２の満充電容量［Ａｈ］で除算することでセルユニット１２の充電率の変化量を算出する。情報集約装置４１は、ステップＳ２又はステップＳ４で記憶部４３に記憶された充電率に、算出した充電率の変化量を加算、あるいは、減算することでセルユニット１２の充電率を推定する。なお、セルユニット１２の満充電容量は、記憶部４３に記憶されていてもよいし、電池ＥＣＵ１７から取得してもよい。また、情報集約装置４１が電流積算に用いる充放電電流は、直近の選定制御で選定されたセルユニット１２の充放電電流を用いることが好ましい。情報集約装置４１は、ステップＳ２、ステップＳ４及びステップＳ７の処理を行うことで積算制御部として機能している。

次に、ステップＳ８において、情報集約装置４１は、セルユニット１２それぞれの各電池セル１３の端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲内に含まれているか否かを判定する。即ち、ステップＳ１又はステップＳ３で範囲外と判定された電池セル１３が範囲内に含まれるようになったか否かを判定する。ステップＳ８の判定結果が肯定の場合、情報集約装置４１はステップＳ９の処理を行う。一方で、ステップＳ８の判定結果が否定の場合、情報集約装置４１は処理を終了する。

情報集約装置４１は、ステップＳ９において、充電率推定をオフにして処理を終了する。これにより、以降の制御周期では、選定制御により組電池１４の充電率が推定されることになる。なお、ステップＳ１～ステップＳ９の処理は、所定の制御周期で繰り返し行われる。

上記したように、本実施形態では、情報集約装置４１が、各電池ＥＣＵ１７から取得した情報を用いてステップＳ１～ステップＳ９の処理を実行することで、組電池１４の充電率は推定される。即ち、情報集約装置４１が予め定められたプログラムに従って動作することで組電池１４の充電率を推定する充電率推定装置として機能している。

次に、本実施形態の作用について説明する。
電池ＥＣＵ１７により推定されるセルユニット１２の充電率は、セルユニット１２が満充電に近づくと、実際の充電率よりも高い値になる場合がある。これは、電池ＥＣＵ１７の種類によっては、セルユニット１２の満充電判定が行われており、電池ＥＣＵ１７によりセルユニット１２が満充電と判定されると、充電率が１００［％］ではないにも関わらず電池ＥＣＵ１７が充電率を１００［％］とみなすためである。例えば、電池ＥＣＵ１７により、セルユニット１２の充電率が９５［％］以上は満充電と判定されると、実際の充電率と電池ＥＣＵ１７により情報集約装置４１に送られる充電率には最大で５［％］の差分が生じることになる。

同様に、電池ＥＣＵ１７により推定されるセルユニット１２の充電率は、セルユニット１２が完全放電に近づくと、実際の充電率よりも低い値になる場合がある。これは、電池ＥＣＵ１７の種類によっては、セルユニット１２の完全放電判定が行われており、電池ＥＣＵ１７によりセルユニット１２が完全放電と判定されると、充電率が０［％］ではないにも関わらず電池ＥＣＵ１７が充電率を０［％］とみなすためである。例えば、電池ＥＣＵ１７により、セルユニット１２の充電率が５［％］以下は完全放電と判定されると、実際の充電率と電池ＥＣＵ１７により情報集約装置４１に送られる充電率には最大で５［％］の差分が生じることになる。

従って、電池ＥＣＵ１７によりセルユニット１２が満充電と判定されたり、完全放電と判定されると、電池ＥＣＵ１７によるセルユニット１２の充電率の推定精度が低下する。結果として、セルユニット１２が満充電に近い状態や完全放電に近い状態で、選定制御で組電池１４の充電率を推定すると、推定精度の低下した状態の電池ＥＣＵ１７により推定された充電率が採用されるおそれがある。セルユニット１２の充電率が１００～ａ［％］の場合には、充電率が１番高いセルユニット１２が選定されるため、電池ＥＣＵ１７により充電率が１００［％］と推定されたセルユニット１２が存在する場合には、このセルユニット１２が選定されると考えられる。すると、実際には組電池１４の充電率は１００［％］より低いにも関わらず、組電池１４の充電率は１００［％］と判定される。結果として、組電池１４には入力制限が課されることになり、実際には組電池１４の充電を行えるにも関わらず、組電池１４の充電が制限されるおそれがある。セルユニット１２の充電率がｚ～０［％］の場合には、充電率が１番低いセルユニット１２が選定されるため、電池ＥＣＵ１７により充電率が０［％］と推定されたセルユニット１２が存在する場合には、このセルユニット１２が選定されると考えられる。すると、実際には組電池１４の充電率は０［％］より高いにも関わらず、組電池１４の充電率は０［％］と判定される。結果として、組電池１４には出力制限が課されることになり、実際には組電池１４の放電を行えるにも関わらず、組電池１４の放電が制限されるおそれがある。

これに対し、本実施形態の情報集約装置４１は、全ての電池セル１３の端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲内に含まれている場合には選定制御により組電池１４の充電率を推定する。一方で、情報集約装置４１は、少なくとも１つの電池セル１３の端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲外となる場合、電流積算法により組電池１４の充電率を推定する。電池セル１３の端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲内に含まれている場合、セルユニット１２は満充電でも完全放電でもないため、選定制御により組電池１４の充電率を推定することができる。一方で、電池セル１３の端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲内に含まれていない場合、セルユニット１２は満充電、あるいは、完全放電のおそれがある。この場合には、電池ＥＣＵ１７によるセルユニット１２の充電率の推定精度が低下しているおそれがあるため、電池ＥＣＵ１７から取得した電流検出部１６の検出値を用いて電流積算法により組電池１４の充電率を推定する。

なお、セルユニット１２の充電率の推定を開回路電圧と充電率との相間関係から行うことも考えられる。しかしながら、電圧検出部１５から開回路電圧を取得するためには、リレーによってセルユニット１２と走行用モータ２２との接続を遮断することでセルユニット１２を走行用モータ２２から切り離す必要がある。無人搬送車１０の走行中には、セルユニット１２と走行用モータ２２とを切り離しにくいため、開回路電圧と充電率との相間関係から充電率の推定を行いにくい。これに対して、本実施形態では、開回路電圧を取得することなく、セルユニット１２の充電率を推定しているため、セルユニット１２と走行用モータ２２との接続を遮断することなく、セルユニット１２の充電率を推定することができる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）電池セル１３の端子間電圧からセルユニット１２が満充電、あるいは、完全放電のおそれがあるか否かを判定している。そして、セルユニット１２が満充電、あるいは、完全放電のおそれがある場合、電池ＥＣＵ１７による充電率の推定精度が低下しているおそれがあるため、情報集約装置４１で充電率の推定を行う。推定精度が低下しているおそれのある充電率を用いずに組電池１４の充電率を推定することができる。電池セル１３の端子間電圧に関わらず、常に選定制御により組電池１４の充電率を推定する場合に比べて、組電池１４の充電率の推定精度を向上させることができる。

（２）情報集約装置４１は、選定制御に際して、セルユニット１２の充電率の平均値が高いほど充電率の高いセルユニット１２を選定している。仮に、セルユニット１２の充電率の平均値を組電池１４の充電率として採用すると、１つのセルユニット１２が入出力制限の必要となる充電率の場合に、他のセルユニット１２の充電率によって入出力制限の必要となるセルユニット１２の充電率が均されてしまう。結果として、入出力制限が必要にも関わらず入出力制限が行われず、セルユニット１２の劣化が促進される場合がある。これに対し、セルユニット１２の充電率の平均値が高いほど充電率の高いセルユニット１２を選定すると、平均値が高い場合には充電率の高いセルユニット１２が、平均値が低い場合には充電率の低いセルユニット１２が選定される。従って、入出力制限の必要なセルユニット１２の充電率が、他のセルユニット１２の充電率によって均されることがなく、入出力制限が必要なセルユニット１２が存在する場合に入出力制限が行われないことを抑止できる。

実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○情報集約装置４１は、電池ＥＣＵ１７のそれぞれから、少なくとも高電池セルの端子間電圧及び低電池セルの端子間電圧を取得できればよく、全ての電池セル１３の端子間電圧を取得しなくてもよい。即ち、各電池ＥＣＵ１７は、全ての電池セル１３の端子間電圧から、最も高い端子間電圧と、最も低い端子間電圧を選定して情報集約装置４１に送信してもよい。情報集約装置４１は、高電池セルの端子間電圧を取得することで、セルユニット１２が満充電のおそれがあるか否かを判定することができる。情報集約装置４１は、低電池セルの端子間電圧を取得することで、セルユニット１２が完全放電のおそれがあるか否かを判定することができる。従って、この場合であっても実施形態と同様の制御を行うことができる。

○電池セル１３の充電状態の推定値として、端子間電圧に代えて、電池セル１３の充電率を用いてもよい。電池セル１３の充電率は、電流積算法により推定されてもよいし、電池セル１３の端子間電圧から推定してもよい。電池セル１３の端子間電圧から電池セル１３の充電率を推定する場合、例えば、端子間電圧から開回路電圧を推定し、開回路電圧と電池セル１３の充電率との相間関係から充電率の推定を行う。開回路電圧と電池セル１３の充電率との相間関係は、例えば、電池ＥＣＵ１７の記憶部１９に記憶される。また、電池セル１３の充電状態の推定値として、端子間電圧に代えて、電池セル１３の残容量［Ａｈ］を用いてもよい。電池セル１３の残容量は、電池セル１３の充電率と電池セル１３の満充電容量［Ａｈ］から算出することができる。電池セル１３の満充電容量は、例えば、電池ＥＣＵ１７の記憶部１９に記憶される。

○電池ＥＣＵ１７により推定されたセルユニット１２の充電率と、情報集約装置４１により電流積算法により推定されたセルユニット１２の充電率との差が閾値以上の場合に、情報集約装置４１は、組電池１４に異常が生じていると判断してもよい。この場合、リレー等で組電池１４と走行用モータ２２とを遮断することで、組電池１４の放電を規制してもよい。

○情報集約装置４１によって推定された組電池１４の充電率は、入出力制限以外に用いられてもよい。無人搬送車１０では、組電池１４の充電率が低下すると、充電器７２によって組電池１４の充電を行う。情報集約装置４１によって推定された組電池１４の充電率から充電を行うか否かが判定されてもよい。

○情報集約装置４１は、端子間電圧が上限値と下限値との間の範囲外となる電池セル１３が存在する場合、２回前や３回前の制御周期の充電率を記憶し、この充電率と充放電電流とに基づき組電池１４の充電率を推定してもよい。

○推定値取得部、充電率取得部、電流取得部、判定部、選定制御部及び積算制御部は、それぞれ個別の制御装置であってもよい。
○情報集約装置４１は、組電池１４が搭載される装置であれば、無人搬送車１０とは異なる装置に搭載されていてもよい。例えば、フォークリフト等の産業車両、乗用車、車両以外の電化製品等、組電池１４の充電率を推定する必要のある装置であれば、どのような装置であってもよい。

１２…セルユニット、１３…電池セル、１４…組電池、１７…監視装置としての電池ＥＣＵ、４１…充電率取得部、推定値取得部、電流取得部、判定部、選定制御部、積算制御部及び充電率推定装置として機能する情報集約装置。

Claims

複数の電池セルを有する複数のセルユニットを並列接続した組電池の充電率を推定する充電率推定装置であって、
前記セルユニット毎に設けられた監視装置のそれぞれから、前記セルユニットの各電池セルのうち充電状態の推定値が最も高い高電池セルの前記推定値、及び前記推定値が最も低い低電池セルの前記推定値を取得する推定値取得部と、
前記監視装置のそれぞれから前記セルユニットの充電率を取得する充電率取得部と、
前記監視装置のそれぞれから前記セルユニットに流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、
前記セルユニットそれぞれの前記高電池セルの前記推定値及び前記低電池セルの前記推定値が予め定められた上限値と下限値との間の範囲内に含まれているか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定の結果、前記高電池セル及び前記低電池セルの全ての前記推定値が前記範囲内に含まれている場合、前記セルユニットの充電率の平均値を算出し、前記平均値を所定の範囲毎に区分けした区分と前記セルユニットを充電率の高い順に並べた際の順番とを対応付けたデータであって前記平均値が高い区分ほど高い前記順番に対応付けたデータに基づいて、算出された前記平均値に対応する前記セルユニットを選定し、選定された前記セルユニットの充電率を前記組電池の充電率として採用する選定制御部と、
前記判定部による判定の結果、前記高電池セル及び前記低電池セルのうちの少なくとも１つの前記推定値が前記範囲外となる場合、当該判定が行われる前の制御周期で推定された前記組電池の充電率と前記監視装置から取得した前記検出値とに基づき、電流積算法により前記組電池の充電率を推定する積算制御部と、を備える充電率推定装置。