JPWO2012169061A1

JPWO2012169061A1 - 電池制御装置、電池システム

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Publication number: JPWO2012169061A1
Application number: JP2013519326A
Authority: JP
Inventors: 大川　圭一朗; 圭一朗大川; 洋平河原; 亮平中尾
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2015-02-23

Abstract

電池の充電状態を精度よく演算することのできる電池制御装置を提供する。本発明に係る電池制御装置は、単電池の開回路電圧が、単電池の充電状態の変化に対して単電池の開放電圧が所定量以上大きく変化する高感度領域内にあるか否かを判定し、高感度領域内にある場合はあらかじめ保持しておいた電池の充電状態と開放電圧の対応関係テーブルを用いて充電状態を演算し、高感度領域内にない場合は、記憶部に記憶しておいた前回の充電状態演算結果を用いる（図７参照）。

Description

本発明は、電池の充電状態を演算する技術に関するものである。

電気を動力として走行する車両には、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの蓄電池が搭載される。ハイブリッド自動車や電気自動車が走行する際に必要となる電力は、これらの蓄電池によって賄われる。蓄電池の動作を制御するためには、特に電池の充電状態を演算し、その値に応じて充放電電流などを適正に制御する必要がある。

下記特許文献１には、分極電圧の影響を考慮して、電池の充電状態を演算する技術が記載されている。

特開２００８−６４４９６号公報

電池の開回路電圧（ＯＣＶ：ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔＶｏｌｔａｇｅ）と充電状態（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）との対応関係は、必ずしも比例関係にあるわけではない。電池の特性によっては、充電状態の変化に対して開回路電圧があまり変化しない場合もある。この場合、開回路電圧と充電状態の対応関係から充電状態を演算する方法では、電圧検出誤差により生じるＳＯＣ演算誤差が大きくなる。

この点において上記特許文献１に記載されている技術では、充電状態の変化に対する開回路電圧の変化を考慮していないため、充電状態の演算を開始する位置によっては、十分な演算精度が得られない可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電池の充電状態を精度よく演算することのできる電池制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池制御装置は、電池の開回路電圧（もしくはＳＯＣ）が、電池の充電状態の変化に対して電池の開回路電圧が所定量以上大きく変化する高感度領域内にあるか否かを判定し、高感度領域内にある場合はあらかじめ保持しておいた対応関係テーブルを用いて充電状態を演算し、高感度領域内にない場合は前回のＳＯＣ演算最終値を用いる。

本発明に係る電池制御装置によれば、テーブルを用いて充電状態を演算する精度が十分に高いと想定されるときはテーブルを用い、そうでない場合は前回のＳＯＣ演算最終値を用いるので、ＳＯＣ演算を開始する際の電池状態に応じてより精度よくＳＯＣを演算することができる。

実施形態１に係る電池システム１００とその周辺の回路構成を示す図である。単電池制御部１２１の回路構成を示す図である。記憶部１８０が格納しているＳＯＣテーブル１８１の例を示す図である。組電池制御部１５０が単電池１１１のＳＯＣを演算する全体手順を制御ブロックで表した図である。起動時ＳＯＣ演算部１５１とＳＯＣ変化量演算部１５２の詳細構成を示す図である。ＳＯＣｖ演算部１５１１とＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２の詳細構成を示す図である。電池システム１００が各単電池１１１のＳＯＣを演算する動作手順を説明するフローチャートである。実施形態２に係る電池システム１００とその周辺の回路構成を示す図である。実施形態２において、組電池制御部１５０が単電池１１１のＳＯＣを演算する全体手順を制御ブロックで表した図である。実施形態２におけるＳＯＣｖ演算部１５１１とＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２の詳細構成を示す図である。実施形態２において、電池システム１００が各単電池１１１のＳＯＣを演算する動作手順を説明するフローチャートである。実施形態３において、電池システム１００が各単電池１１１のＳＯＣを演算する動作手順を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

また、以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、他にもニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。なお、以下の実施形態では単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。

＜実施の形態１：システム構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電池システム１００とその周辺の回路構成を示す図である。電池システム１００はリレー３００と３１０を介してインバータ４００に接続され、リレー３２０と３３０を介して充電器４２０に接続される。電池システム１００は、組電池１１０、単電池管理部１２０、電流検知部１３０、電圧検知部１４０、組電池制御部１５０、記憶部１８０を備える。

組電池１１０は、複数の単電池１１１から構成される。単電池管理部１２０は、単電池１１１の状態を監視する。電流検知部１３０は、電池システム１００に流れる電流を検知する。電圧検知部１４０は、組電池１１０の総電圧を検知する。組電池制御部１５０は、組電池１１０を制御する。

組電池制御部１５０は、単電池管理部１２０が送信する単電池１１１の電池電圧や温度、電流検知部１３０が送信する電池システム１００に流れる電流値、電圧検知部１４０が送信する組電池１１０の総電圧値を受け取る。組電池制御部１５０は、受け取った情報をもとに組電池１１０の状態を検知し、動作を制御する。組電池制御部１５０による処理結果は、単電池管理部１２０や車両制御部２００に送信される。

組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成している。組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を実施する上で、所定の単位数にグループ分けされている。グループ分けされた単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ、１１２ｂを構成している。単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。

単電池管理部１２０は、組電池１１０を構成する単電池１１１の状態を監視する。単電池管理部１２０は、単電池群１１２毎に設けられた単電池制御部１２１を備える。図１では、単電池群１１２ａと１１２ｂに対応して、単電池制御部１２１ａと１２１ｂが設けられている。単電池制御部１２１は、単電池群１１２を構成する単電池１１１の状態を監視および制御する。

本実施形態１では、説明を簡略化するために、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂを構成し、単電池群１１２ａと１１２ｂをさらに電気的に直列接続して合計８個の単電池１１１を備える組電池１１０とした。

組電池制御部１５０と単電池管理部１２０は、フォトカプラに代表される絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して信号を送受信する。

組電池制御部１５０と、単電池管理部１２０を構成する単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂとの間の通信手段について説明する。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａおよび１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。組電池制御部１５０が単電池管理部１２０に送信した信号は、絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は信号通信手段１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力され、最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は絶縁素子１７０および信号通信手段１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。本実施形態１では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間は絶縁素子１７０を介していないが、絶縁素子１７０を介して信号を送受信することもできる。

記憶部１８０は、組電池１１０、単電池１１１、単電池群１１２の内部抵抗特性、満充電時の容量、分極特性、劣化特性、個体差情報、ＳＯＣと開回路電圧の対応関係などの情報を格納する。なお、本実施形態では、記憶部１８０は組電池制御部１５０または単電池管理部１２０の外部に設置されている構成としたが、組電池制御部１５０または単電池管理部１２０が記憶部を備える構成とし、これに上記情報を格納してもよい。

組電池制御部１５０は、単電池管理部１２０、電流検知部１３０、電圧検出部１４０、車両制御部２００から受け取った情報、記憶部１８０が格納している情報などを用いて、１つ以上の単電池１１１のＳＯＣ、劣化状態（ＳＯＨ：ＳｔａｔｅｏｆＨｅａｌｔｈ）、入出力可能な電流や電力の演算などを実行する。そして、各種演算結果を単電池管理部１２０や車両制御部２００に送信する。

車両制御部２００は、組電池制御部１５０から受信する情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されるインバータ４００を制御する。また、リレー３２０と３３０を介して電池システム１００に接続される充電器４２０を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。充電の際には、電池システム１００は充電器４２０と接続され、家庭用の電源または電気スタンドからの電力供給によって充電される。

充電器４２０は、家庭または電気スタンドに代表される外部の電源を用いて組電池１１０を充電する際に用いられる。本実施形態１では、充電器４２０は組電池制御部１５０または車両制御部２００からの指令に基づき充電電圧や充電電流などを制御する。

電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもと、電池システム１００はインバータ４００に接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いてモータジェネレータ４１０を駆動し、回生時はモータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。電池システム１００を備える車両が家庭用または電気スタンドに代表される外部の電源と接続された際には、車両制御部２００が発信する情報に基づき電池システム１００と充電器４２０とが接続され、組電池１１０が所定の条件になるまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されるか、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。

図２は、単電池制御部１２１の回路構成を示す図である。単電池制御部１２１は、電圧検出回路１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、温度検知部１２５を備える。電圧検出回路１２２は、各単電池１１１の端子間電圧を測定する。温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する。制御回路１２３は、電圧検出回路１２２および温度検知部１２５からの測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、単電池制御部１２１に一般的に実装される、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣばらつきを均等化する回路構成は、周知のものであると判断して記載を省略した。

図２における単電池制御部１２１が備える温度検知部１２５は、単電池群１１２の温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２全体として１つの温度を測定し、単電池群１１２を構成する単電池１１１の温度代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５が測定した温度は、単電池１１１、単電池群１１２、または組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。図２はこれを前提とするため、単電池制御部１２１に１つの温度検知部１２５を設けた。単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて単電池１１１毎に温度を測定し、単電池１１１毎の温度に基づいて各種演算を実行することもできるが、この場合は温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１の構成が複雑となる。

図２では、簡易的に温度検知部１２５を示した。実際は温度測定対象に温度センサが設置され、設置した温度センサが温度情報を電圧として出力し、これを測定した結果が制御回路１２３を介して信号入出力回路１２４に送信され、信号入出力回路１２４が単電池制御部１２１の外に測定結果を出力する。この一連の流れを実現する機能が単電池制御部１２１に温度検知部１２５として実装され、温度情報（電圧）の測定には電圧検出回路１２２を用いることもできる。

以上、電池システム１００の構成について説明した。次に、電池システム１００が単電池１１１のＳＯＣを演算する手法について説明する。

＜実施の形態１：充電状態を演算する手法＞
図３は、記憶部１８０が格納しているＳＯＣテーブル１８１の例を示す図である。ＳＯＣテーブル１８１は、単電池１１１のＯＣＶと、単電池１１１のＳＯＣとの対応関係を記述したデータテーブルである。データ形式は任意でよいが、ここでは説明の便宜上、グラフ形式でデータ例を示す。なお、本実施例の説明ではデータテーブルを用いたが、ＯＣＶとＳＯＣとの対応関係を数式などで表現してもよく、データテーブルという形に限定されるものではない。また、ＯＣＶとＳＯＣの対応関係が電池の温度に応じて変化する場合は、温度に応じてＯＣＶとＳＯＣの対応関係を表現するようにしてもよい。

ＯＣＶは、単電池１１１の無負荷時の電圧である。リレー３００、３１０、３２０、３３０が閉じる前、またはリレー３００、３１０、３２０、３３０が閉じられているが組電池１１０の充放電が開始されていない状態、などのタイミングにおいて取得される単電池１１１の端子電圧をＯＣＶとみなすことができる。また、組電池１１０の充電または放電を実施しているがその電流値が微弱な場合にも、単電池１１１の電圧をＯＣＶとして取り扱ってもよい。

組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１が検出した単電池１１１のＯＣＶとＳＯＣテーブル１８１を用いることにより、単電池１１１のＳＯＣを得ることができる。また、単電池１１１のＯＣＶの合計値を求め、組電池１１０のＳＯＣを求めることもできる。単電池１１１毎にＳＯＣ特性が異なる場合は、各単電池１１１についてＳＯＣテーブル１８１を設けてもよい。

ここで、ＳＯＣテーブル１８１を用いた場合のＳＯＣ検出精度について検討する。単電池１１１のＯＣＶを用いてＳＯＣを精度よく演算するためには、ＳＯＣの変化に対してＯＣＶが大きく変化する方が望ましい。ＳＯＣの変化に対してＯＣＶの変化が小さいと、僅かな電圧検出誤差によって全く異なるＳＯＣの値を導く可能性があるからである。図３では、ＳＯＣ≧ＳＯＣ_{ｔｈｒｅｓｈ＿ｕｐｐｅｒ}の領域とＳＯＣ≦ＳＯＣ_{ｔｈｒｅｓｈ＿ｌｏｗｅｒ}の領域が、ＳＯＣの変化に対してＯＣＶが大きく変化する高感度領域に相当する。高感度領域は電池特性によって異なるので、どの領域が高感度領域に相当するかをあらかじめ実験などによって把握し、ＳＯＣテーブル１８１に記録しておく必要がある。

以上述べた通り、ＯＣＶの値に対応するＳＯＣを取得する場合は、ＳＯＣの変化に対してＯＣＶができる限り大きく変化する高感度領域の範囲内でＳＯＣテーブル１８１を用いることが望ましい。そこで、電池システム１００起動時に取得したＯＣＶの値（またはＳＯＣテーブル１８１から求めたＳＯＣの値）が高感度領域にあるか否かを判定し、高感度領域にあると判断された場合は、ＳＯＣテーブル１８１から求めたＳＯＣをＳＯＣ演算の初期値として採用する。いったんＳＯＣの初期値を取得すれば、取得したＳＯＣ初期値に、電池電流の積分値と電池の満充電容量に基づいて算出したＳＯＣの変化量を加算することにより、電池のＳＯＣを逐次演算することができる。

一方、ＯＣＶの値が高感度領域の範囲内にない場合は、ＳＯＣテーブル１８１からＳＯＣを取得しても、ＯＣＶの検出誤差などに起因してＳＯＣの値に大きな誤差が含まれる可能性がある。そこでこの場合は、ＳＯＣテーブル１８１は用いず、前回までのＳＯＣ演算結果を初期値として採用する。以後は取得したＳＯＣ初期値に、電池電流の積分値と電池の満充電容量に基づいて算出したＳＯＣの変化量を加算することにより、電池のＳＯＣを逐次演算することができる。

一方、前回までのＳＯＣ演算結果には、ＳＯＣ演算の際に電流の積分処理により累積する誤差（累積誤差）が含まれる。電池システム１００起動時のＯＣＶが高感度領域にない場合が続いた場合、上記累積誤差が拡大し続け、誤差が発散する恐れがある。そこで、本実施形態では、電池システム１００起動時にＳＯＣテーブル１８１から取得したＳＯＣと前回までのＳＯＣ演算結果を比較し、所定値以上の乖離がある場合は、前回までのＳＯＣ演算結果に含まれる累積誤差が拡大していると判断し、ＳＯＣ演算の初期値にＳＯＣテーブル１８１から取得したＳＯＣを採用し、ＳＯＣを演算することとした。

上述した所定値としては、例えばＳＯＣテーブル１８１から求めたＳＯＣに生じ得る誤差の値を設定すればよい。ＳＯＣテーブル１８１から求めるＳＯＣに生じ得る誤差は、ＳＯＣとＯＣＶの対応関係と電圧検出誤差から求めることができる。電池システム１００起動時に上述したＳＯＣ誤差を求めてもよいし、あらかじめ求めておいたＳＯＣの誤差を記憶部１８０に記憶しておいてもよい。

図４は、組電池制御部１５０が単電池１１１のＳＯＣを演算する全体手順を制御ブロックで表した図である。組電池制御部１５０は、起動時ＳＯＣ演算部１５１、ＳＯＣ変化量演算部１５２を備える。

起動時ＳＯＣ演算部１５１は、単電池１１１の開回路電圧と温度を単電池制御部１２１から入力として受け取り、後述の図７で説明する処理フローにしたがって、ＳＯＣの初期演算値ＳＯＣ０を演算する。ＳＯＣ変化量演算部１５２は、単電池１１１に流れる電池電流と単電池１１１の満充電容量を入力として受け取り、電池電流の積分値と電池の満充電容量に基づいて単電池１１１のＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを演算する。そして、式（１）に示すように、初期値ＳＯＣ０に対してＳＯＣ変化量ΔＳＯＣを逐次加算することにより、各時点におけるＳＯＣを演算することができる。
ＳＯＣ＝ＳＯＣ０＋ΔＳＯＣ・・・式（１）

図５は、起動時ＳＯＣ演算部１５１とＳＯＣ変化量演算部１５２の詳細構成を示す図である。以下、各部の詳細について説明する。

起動時ＳＯＣ演算部１５１は、ＳＯＣｖ演算部１５１１、ＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２、状態決定部１５１３を備える。

ＳＯＣｖ演算部１５１１は、単電池１１１の開回路電圧と温度を単電池制御部１２１から入力として受け取り、ＳＯＣテーブル１８１を用いてＳＯＣの演算値ＳＯＣｖを演算する。ＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２は、記憶部１８０が格納している前回のＳＯＣ演算値ＳＯＣｏｌｄに適当な変換処理などを施して出力する。ここで前回のＳＯＣ演算最終値ＳＯＣｏｌｄとは、過去に初期値ＳＯＣ０をいったん取得した後、電流を積算して以後のＳＯＣを演算した結果である。

状態決定部１５１３は、後述の図７で説明する処理フローにしたがって、ＳＯＣｖとＳＯＣｏｌｄのいずれかをＳＯＣ０として採用するかを決定する。

ＳＯＣ変化量演算部１５２は、電流積算部１５２１を備える。電流積算部１５２１は、単電池１１１の電流を積算する。ＳＯＣ変化量演算部１５２は、電流積算部１５２１の演算結果と単電池１１１の満充電容量から以下の式（２）に従って、ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣを算出する。
ΔＳＯＣ＝１００×∫Ｉｄｔ／Ｑｍａx ・・・式（２）

ここで、Ｉは電池に流れる電流値［Ａ］、Ｑｍａｘは電池の満充電容量［Ａｈ］である。

図６は、ＳＯＣｖ演算部１５１１とＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２の詳細構成を示す図である。ＳＯＣｖ演算部１５１１は、単電池１１１の開回路電圧を単電池制御部１２１から入力として受け取り、対応するＳＯＣの値をＳＯＣテーブル１８１から取得する。図３では説明の簡易のためＯＣＶとＳＯＣの対応関係のみを示したが、さらに単電池１１１の温度によってＯＣＶとＳＯＣの対応関係が変わる場合は、ＯＣＶ、温度、ＳＯＣの対応関係をＳＯＣテーブル１８１に記憶しておき、これらの入力値を用いてＳＯＣを取得するようにしてもよい。ＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２は、記憶部１８０が格納している前回のＳＯＣ演算値に適当な変換処理などを施す。

＜実施の形態１：システムの動作手順＞
図７は、電池システム１００が各単電池１１１のＳＯＣを演算する動作手順を説明するフローチャートである。以下、図７の各ステップについて説明する。

（図７：ステップＳ７０１）
組電池制御部１５０は、起動するよう指示する起動信号を待ち受ける。起動信号を受信すると、以下のステップを実行する。

（図７：ステップＳ７０２）
起動時ＳＯＣ演算部１５１は、図５〜図６で説明したＳＯＣｖとＳＯＣｏｌｄを取得してその差分の絶対値を求める。求めた差分の絶対値が所定の誤差判定閾値ΔＳＯＣ_{ｔｈｒｅｓｈ}以上である場合はステップＳ７０５へスキップし、ΔＳＯＣ_{ｔｈｒｅｓｈ}未満である場合はステップＳ７０３へ進む。

（図７：ステップＳ７０３）
状態決定部１５１３は、ＳＯＣテーブル１８１から取得したＳＯＣの値が、図３で説明した高感度領域の範囲内にあるか否かを判断する。図３で説明した例では、ＳＯＣｖ≧ＳＯＣ_{ｔｈｒｅｓｈ＿ｕｐｐｅｒ}またはＳＯＣｖ≦ＳＯＣ_{ｔｈｒｅｓｈ＿ｌｏｗｅｒ}である場合は、ＳＯＣｖが高感度領域の範囲内にあることになる。ＳＯＣｖが高感度領域の範囲内にある場合はステップＳ７０５へ進み、ない場合はステップＳ７０４へ進む。

（図７：ステップＳ７０４〜Ｓ７０５）
状態決定部１５１３は、ＳＯＣｖが高感度領域の範囲内にある場合は初期値ＳＯＣ０としてＳＯＣｖを採用し、高感度領域の範囲内にない場合は初期値ＳＯＣ０としてＳＯＣｏｌｄを採用する。

（図７：ステップＳ７０６）
ＳＯＣ変化量演算部１５２は、電流を積算することによってＳＯＣ変化量ΔＳＯＣを演算する。組電池制御部１５０は、初期値ＳＯＣ０とＳＯＣ変化量ΔＳＯＣを用いてＳＯＣを演算する。

（図７：ステップＳ７０７）
組電池制御部１５０は、停止するよう指示する停止信号を受け取るまで、ステップＳ７０６を繰り返す。停止信号を受け取った場合は、ステップＳ７０８へ進む。

（図７：ステップＳ７０８〜Ｓ７０９）
組電池制御部１５０は、以上のステップによって得られたＳＯＣの演算値を記憶部１８０に書き込む（Ｓ７０８）。この値は、組電池制御部１５０が次回起動してＳＯＣを演算するとき、ＳＯＣｏｌｄとして用いられる。組電池制御部１５０は、記憶部１８０に演算結果を書き込んだ後、動作を停止する（Ｓ７０９）。

＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る電池システム１００は、単電池１１１のＳＯＣを演算するとき、まず単電池１１１のＯＣＶおよびＳＯＣが高感度領域の範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にある場合はＳＯＣテーブル１８１を用いて初期値ＳＯＣ０を演算し、範囲内にない場合は前回演算値を初期値ＳＯＣ０とする。これにより、より演算精度の高い初期値ＳＯＣ０を用いてＳＯＣ演算を開始することができるので、結果としてＳＯＣの演算精度を高めることができる。

また、本実施形態１に係る電池システム１００は、ＳＯＣｖとＳＯＣｏｌｄが大きく乖離している場合は、ＳＯＣｏｌｄに含まれる誤差が拡大していると判断し、ＳＯＣが高感度領域にない場合でもＳＯＣｏｌｄを採用せず、ＳＯＣテーブル１８１から取得したＳＯＣｖを初期値ＳＯＣ０に採用する。これにより、電流積算によるＳＯＣ演算の累積誤差をリセットする効果が発揮されるため、累積誤差の発散を防止することができる。

＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、実施形態１で説明した手法において、単電池１１１が電力を供給していない無負荷期間をさらに加味してＳＯＣを演算する手法を説明する。本実施形態における電池システム１００の構成を図８に示す。本実施形態では、単電池１１１が電力を供給していない無負荷期間を計測するための無負荷期間計測部１９０を図１に示した実施形態１における電池システム１００に追加した構成となっている。その他の構成に関しては、実施形態１と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

単電池１１１が充放電を行うと分極現象が発生する。分極が発生すると、電池電圧の正確な値を取得することが難しくなるため、分極が解消するのに十分な時間だけ待機してから電池電圧を取得することが望ましい。本実施形態２では、この点を考慮し、分極が解消されるのに十分な無負荷時間が経過している場合はＳＯＣテーブル１８１を用いて初期値ＳＯＣ０を演算し、そうでなければ前回ＳＯＣ演算値を初期値ＳＯＣ０とする。

図９は、本実施形態２において、組電池制御部１５０が単電池１１１のＳＯＣを演算する全体手順を制御ブロックで表した図である。本実施形態２において、起動時ＳＯＣ演算部１５１´は、単電池１１１の開回路電圧、温度に加え、タイマーなどの無負荷期間計測部１９０から出力される無負荷期間を入力として受け取り、後述の図１１で説明する処理フローにしたがって、ＳＯＣの初期値ＳＯＣ０を演算する。なお、本実施形態では、図８に示すように無負荷期間を計測する無負荷期間計測部１９０が組電池制御部１５０または単電池管理部１２０の外部に設置されている構成としたが、組電池制御部１５０または単電池管理部１２０が無負荷期間計測部１９０を備える構成としてもよい。

図１０は、本実施形態２におけるＳＯＣｖ演算部１５１１とＳＯＣｏｌｄ演算部１５１２の詳細構成を示す図である。状態決定部１５１３は、単電池１１１の無負荷期間を受け取り、後述の図１１で説明する処理フローにしたがって、ＳＯＣｖとＳＯＣｏｌｄのいずれを初期値ＳＯＣ０として採用するかを決定する。

図１１は、本実施形態２において、電池システム１００が各単電池１１１のＳＯＣを演算する動作手順を説明するフローチャートである。以下、図１１の各ステップについて説明する。

（図１１：ステップＳ１１０１〜Ｓ１１０２、Ｓ１１０４〜Ｓ１１０９）
これらのステップは、図７のステップＳ７０１〜Ｓ７０２、Ｓ７０４〜Ｓ７０９と同様である。

（図１１：ステップＳ１１０３）
状態決定部１５１３は、ＳＯＣテーブル１８１から取得したＳＯＣの値が、図３で説明した高感度領域の範囲内にあるか否かを判断する。さらに、単電池１１１の無負荷期間が所定の分極判定閾値Ｔｉｍｅ_{ｔｈｒｅｓｈ}以上であるか否かを判定する。両者の条件をともに満たす場合はステップＳ１１０５へ進み、少なくともいずれかの条件を満たさない場合はステップＳ１１０４へ進む。

＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る電池システム１００は、分極が解消されていると想定される十分な無負荷時間（＝分極判定閾値Ｔｉｍｅ_{ｔｈｒｅｓｈ}）が経過し、かつ単電池１１１のＯＣＶが高感度領域にある場合はＳＯＣテーブル１８１を用いて初期値ＳＯＣ０を演算し、そうでなければ、記憶部１８０に記憶されている前回ＳＯＣ演算値を初期値ＳＯＣ０とする。これにより、分極による影響を回避し、ＳＯＣを精度よく演算することができる。

＜実施の形態３＞
以上の実施形態１〜２において、記憶部１８０から前回までのＳＯＣ演算結果を取得することができない場合は、ＳＯＣｏｌｄを初期値ＳＯＣ０として用いることができない。ＳＯＣｏｌｄを取得できない例として、工場出荷直後で記憶部１８０に前回演算結果が格納されていない場合や、格納している値にエラーが生じている場合などが挙げられる。

そこで本発明の実施形態３では、前回演算結果ＳＯＣｏｌｄを取得できない場合には、その他の条件が成立するか否かによらず、ＳＯＣテーブル１８１からＳＯＣを取得することとする。電池システム１００の構成は実施形態１〜２と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。なお、以下の説明では実施形態２で説明した動作例に上記手法を加味した例を取り上げるが、同様の手法を実施形態１に適用することもできる。

図１２は、本実施形態３において、電池システム１００が各単電池１１１のＳＯＣを演算する動作手順を説明するフローチャートである。以下、図１２の各ステップについて説明する。

（図１２：ステップＳ１２０１）
本ステップは、図１０のステップＳ１２０１と同様である。ただし、本ステップで組電池制御部１５０が起動信号を受信した後は、本実施形態３で新たに設けたステップＳ１２０２へ進む。

（図１２：ステップＳ１２０２）
組電池制御部１５０は、記憶部１８０に有効な前回演算値ＳＯＣｏｌｄが格納されているか否かを判断する。記憶部１８０に格納されているＳＯＣｏｌｄが有効でない例としては、工場出荷直後で記憶部１８０に前回ＳＯＣ演算値ＳＯＣｏｌｄが格納されていない場合、組電池１１０が交換されていることを検知した場合、記憶部１８０が破損した場合が挙げられる。有効でない場合はステップＳ１２０６へスキップし、有効である場合はステップＳ１２０３へ進む。

（図１２：ステップＳ１２０３〜Ｓ１２１０）
これらのステップは、図１１のステップＳ１１０２〜Ｓ１１０９と同様である。

＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る電池システム１００は、記憶部１８０に有効な前回演算値ＳＯＣｏｌｄが格納されていない場合はＳＯＣテーブル１８１を用いて初期値ＳＯＣ０を演算し、有効な値が格納されている場合は実施形態１〜２と同様の手法を用いる。これにより、工場出荷時やメモリエラー発生時などにおいても、ＳＯＣ演算を適正に実施することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。

１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２：単電池群、１２０：単電池管理部、１２１：単電池制御部、１２２：電圧検出回路、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：電圧検知部、１５０：組電池制御部、１５１：起動時ＳＯＣ演算部（実施形態１）、１５１´：起動時ＳＯＣ演算部（実施形態２）、１５１１：ＳＯＣｖ演算部、１５１２：ＳＯＣｏｌｄ演算部、１５１３：状態決定部、１５２：ＳＯＣ変化量演算部、１５２１：電流積算部、１６０：信号通信手段、１７０：絶縁素子、１８０：記憶部、１８１：ＳＯＣテーブル、２００：車両制御部、１９０：無負荷期間計測部、３００〜３３０：リレー、４００：インバータ、４１０：モータジェネレータ、４２０：充電器

充電器４２０は、家庭用電源または電気スタンドに代表される外部の電源を用いて組電池１１０を充電する際に用いられる。本実施形態１では、充電器４２０は組電池制御部１５０または車両制御部２００からの指令に基づき充電電圧や充電電流などを制御する。

電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもと、電池システム１００はインバータ４００に接続され、組電池１１０が蓄えているエネルギーを用いてモータジェネレータ４１０を駆動し、回生時はモータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。電池システム１００を備える車両が家庭用電源または電気スタンドに代表される外部の電源と接続された際には、車両制御部２００が発信する情報に基づき電池システム１００と充電器４２０とが接続され、組電池１１０が所定の条件になるまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されるか、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。

組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１が検出した単電池１１１のＯＣＶとＳＯＣテーブル１８１を用いることにより、単電池１１１のＳＯＣを得ることができる。また、単電池１１１のＯＣＶの合計値を求め、組電池１１０のＳＯＣを求めることもできる。単電池１１１毎にＯＣＶとＳＯＣの対応関係が異なる場合は、各単電池１１１についてＳＯＣテーブル１８１を設けてもよい。

図１０は、本実施形態２における起動時ＳＯＣ演算部１５１’とＳＯＣ変化量演算部１５２の詳細構成を示す図である。状態決定部１５１３は、単電池１１１の無負荷期間を受け取り、後述の図１１で説明する処理フローにしたがって、ＳＯＣｖとＳＯＣｏｌｄのいずれを初期値ＳＯＣ０として採用するかを決定する。

（図１２：ステップＳ１２０１）
本ステップは、図１１のステップＳ１１０１と同様である。ただし、本ステップで組電池制御部１５０が起動信号を受信した後は、本実施形態３で新たに設けたステップＳ１２０２へ進む。

Claims

単電池が複数接続された組電池を制御する制御部と、
前記単電池または前記組電池の端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記単電池または前記組電池の電流を測定する電流測定部と、
前記単電池の開回路電圧と充電状態の対応関係を示す電池特性情報を格納する記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記単電池の開回路電圧が、前記記憶部に格納された前記対応関係のうち、前記単電池の充電状態の変化に対して前記単電池の開放電圧の変化が所定量以上大きく変化する高感度領域内にあるか否かを判定し、
前記単電池の開回路電圧が前記高感度領域内にある場合は、
前記電圧測定部が測定した前記端子間電圧と前記電池特性情報を用いて取得した前記単電池の充電状態を初期値として採用した後、前記電流測定部が測定した電流を積分して前記単電池の充電状態の変化量を演算し、その演算値と前記電池特性情報を用いて前記単電池の充電状態を演算し、その演算結果を前記記憶部に格納し、
前記単電池の開回路電圧が前記高感度領域内にない場合は、
前記記憶部に保存されている前記充電状態を初期値として採用した後、前記電流測定部が測定した電流を積分して前記単電池の充電状態の変化量を演算し、その演算値と前記記憶部に保存されている前記充電状態を用いて前記単電池の充電状態を演算する
ことを特徴とする電池制御装置。
前記制御部は、
前記電圧測定部が測定した前記端子間電圧と前記電池特性情報を用いて取得した前記単電池の充電状態と、前記記憶部に保存されている前記充電状態との間の差を算出し、
前記差が所定の誤差判定閾値以上である場合は、前記電圧測定部が測定した前記端子間電圧と前記電池特性情報を用いて取得した前記単電池の充電状態を前記初期値として採用する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
前記制御部は、
前記記憶部に保存されている前記充電状態が有効でない場合は、前記電圧測定部が測定した前記端子間電圧と前記電池特性情報を用いて取得した前記単電池の充電状態を前記初期値として採用する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
前記制御部は、
前記単電池の開回路電圧が前記高感度領域内にあり、かつ前記単電池および前記組電池が電力を供給していない期間が所定の閾値以上である場合は、前記電圧測定部が測定した前記端子間電圧と前記電池特性情報を用いて取得した前記単電池の充電状態を前記初期値として採用し、
前記単電池の開回路電圧が前記高感度領域内にないか、または前記単電池および前記組電池が電力を供給していない期間が前記閾値未満である場合は、前記記憶部に保存されている前記充電状態を前記初期値として採用する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御装置。
請求項１記載の電池制御装置と、
単電池が複数接続された組電池と、
を有し、
前記電池制御装置は、前記単電池および前記組電池を制御する
ことを特徴とする電池システム。