JPWO2016013241A1 - 内部状態推定システム、及びその推定方法 - Google Patents

Abstract

複数の蓄電池からなる蓄電システムの内部状態を蓄電システムの充電率として推定する方法及び、その方法を利用した内部状態推定システムに関する。電圧測定部３は、蓄電システム部２を構成するすべて蓄電池１の電圧を測定する。システムセル電圧決定部５は、電圧測定部３で計測した複数の蓄電池１における電圧値に基づいて、蓄電システム部２のSOC値の推定の基となるシステムセル電圧を決定する。システムセル電圧決定部５は、予め算出した前記蓄電システム部２のSOC値に応じて前記電圧値に重みづけを加えシステムセル電圧とする。システムSOC推定部６は、蓄電池１を流れる電流とシステムセル電圧とに基づいて蓄電システム部２のSOC値の推定を行う。

Description

本発明の実施形態は、複数の蓄電池からなる蓄電システムの内部状態を蓄電システムの充電率として推定する方法及び、その方法を利用した内部状態推定システムに関するものである。

一般に、蓄電池の内部状態推定方法においては、蓄電池の充電率（SOC: State of Charge）の推定が目的となる。SOC値を推定する方法としては、電流が流れていない時の電圧である開回路電圧（OCV: Open Circuit Voltage）とSOCとの関係を基準とし、充放電電流の積算値を合算することでSOCを推定する方法がある。

しかしながら、風力発電の出力変動抑制用途のように常時充放電が行われる場合はOCVを取得することが出来ず、長時間充放電が続けば微小の電流積算誤差が累積されてしまう。よって、いずれはその誤差をリセットさせるために意図的に充放電を停止させてOCVを取得しなければならない。この問題に対応可能な方法としてカルマンフィルタを利用したSOC推定方法というものがある。

特開2012-63244号公報

カルマンフィルタを利用したSOC推定方法においては、蓄電池に接続された各検出器によって検出された電流実測値と電圧実測値を計測し、その計測値からカルマンフィルタを用いて抵抗とコンデンサからなるバッテリ等価回路モデルを作成する。そしてこのバッテリ等価回路モデルに基づいてOCVを推定し、OCV推定値と蓄電池のSOCの関係データに基づいてSOCを算出する。一つ前のサンプリング時に得たOCV推定値から求めたコンデンサ容量を逐次用いることで、精度の高いSOCを得ることができる。

しかしながら、上述した蓄電池の内部状態推定方法では、蓄電池が単体の場合にはSOCを推定することが可能であるが、複数の蓄電池が多並列多直列に接続された蓄電システムのSOC（以下、システムSOC）推定に適用する場合は、どの蓄電池の電圧を推定に用いれば良いか定かではない。

また、全ての蓄電池のSOCを推定してその平均値をシステムSOCとする方法も考えられるが、大規模な蓄電システムについては数多くの蓄電池一つ一つに対して演算を行わなければならず、計算量が増大する可能性がある。

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、複数の蓄電値からなる蓄電システムの内部SOCを効率良く推定するものであり、蓄電システムを構成する蓄電池の電圧値に重みづけを加えることでシステムセル電圧とし、そのシステムセル電圧に基づいて蓄電システムのシステムSOCを推定する。これにより、演算量を抑えた内部状態推定システム及び、その推定方法を提供する。

本発明の実施形態における内部状態推定システムは、上記の目的を達成するために、以下の構成を有することを特徴とする。
（１）複数の前記蓄電池における電圧を測定する電圧測定部を備える。
（２）複数の前記蓄電池を流れる電流を測定する電流測定部を備える。
（３）前記電圧測定部で計測した複数の蓄電池における電圧値に基づいて、蓄電システム部のSOCの推定の基となるシステムセル電圧を決定するシステムセル電圧決定部を備える。
（４）前記蓄電池を流れる電流とシステムセル電圧とに基づいて前記蓄電システム部のSOCの推定を行うシステムSOC推定部を備える。
（５）前記システムセル電圧決定部は、予め算出した前記蓄電システム部のSOCに応じて前記電圧値に重みづけを加えシステムセル電圧とする。

また、複数の蓄電池からなる蓄電システム部のSOCの推定を行う内部状態推定方法も本実施形態の一態様である。

本発明の第１実施形態における内部状態推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における内部状態推定システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における蓄電システム部のシステムSOCとシステムセル電圧の関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における蓄電システム部のシステムSOCとシステムセル電圧の関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における蓄電システム部のシステムSOCとシステムセル電圧の関係を示すグラフである。 従来の蓄電システム部のシステムSOCと蓄電システム部の最低電圧と最高電圧の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における内部状態推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における内部状態推定システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態における内部状態推定システムの構成を示すブロック図である。

［１．第１の実施形態］
以下には、本発明の第１の実施形態である内部状態推定システムを図１〜図４を用いて説明する。本実施形態の内部状態推定システムは、複数の蓄電池からなる蓄電システム部のシステムSOCの推定を行う。内部状態推定システムは、蓄電システム部におけるシステムSOCの推定を行うことで、蓄電システム部の内部状態の推定を行う。システムSOCの推定に際しては、蓄電システム部を構成する蓄電池のすべての電圧値を測定し、その中からいずれかの電圧値を選択し、選択した電圧値に対して重みづけを加えシステムセル電圧とする。システムSOCを推定する際には、このシステムセル電圧に基づいて推定を行う。

［１．構成］
図１は、本実施形態の内部状態推定システムの概略を示す構成図である。本実施形態の内部状態推定システムは、複数の蓄電池１からなる蓄電システム部２に接続される。内部状態推定システムでは、蓄電システム部２を構成するそれぞれの蓄電池１の電圧を測定し、その電圧に対して重みづけを加えてシステムセル電圧を決定する。この決定したシステムセル電圧と、各蓄電池を流れる電流とに基づいて蓄電システムのシステムSOCを推定する。内部状態推定システムは、システムSOCを推定するために電圧測定部３、電流測定部４、システムセル電圧決定部５、システムSOC推定部６を備える。

推定対象となる蓄電システム部２は、複数の蓄電池１が電気的に接続され、定格容量、及び定格出力を単独の蓄電池１より大きくしたものである。蓄電池１は、所謂二次電池であり、充放電を繰り返し行うことが可能な電池である。蓄電システム部２における蓄電池１の接続方法としては、複数の蓄電池１を直列に接続した多直列、複数の蓄電池１を並列に接続した他並列、または蓄電池１を多直列にした複数のグループを並列に接続した多並列多直列を採用することができる。

電圧測定部３では、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１の電圧を行う。電圧測定部３では、任意の方法により電圧Ｖの測定を行う。例えば、測定対象となる蓄電池１は、蓄電システム部２がｍ個の蓄電池１より構成させる場合には、電圧値Ｖ１〜ｍが測定され、測定された個々の蓄電池１の電圧値Ｖ１〜ｍは、システムセル電圧決定部５に対して出力される。

電流測定部４は、蓄電システム部２内の個々の蓄電池１に流れる個々の電流の測定を行う。個々の蓄電池１に流れる電流の測定方法としては、任意の方法を使用する。電流測定部４で測定された個々の蓄電池１の電流情報は、システムSOC推定部６に対して出力される。

システムセル電圧決定部５は、電圧測定部３から送られる蓄電池１の電圧値Ｖ１〜ｍを用いて蓄電システム部２のシステムセル電圧Vsysを決定する。システムセル電圧Vsysとは、蓄電システム部２のSOCの推定に使用する電圧である。

システムセル電圧決定部５は、蓄電池１の電圧値Ｖ１〜ｍの中からいずれかの値を選択し、予め算出した蓄電システム部２のシステムSOCに応じて重みづけを加えシステムセル電圧Vsysとする。蓄電池１の電圧値Ｖ１〜ｍの中から選択するいずれかの値は、電圧値Ｖ１〜ｍにおける最大の電圧値（以下、最大電圧Vmax）と、最小の電圧値（以下、最小電圧Vmin）とする。

システムセル電圧決定部５は、システムセル電圧Vsysを決定するために電圧値記憶部５１、電圧値選択部５２、決定条件記憶部５３とを備える。

電圧値記憶部５１は、電圧測定部３から送られる蓄電池１の電圧値Ｖ１〜ｍを記憶する。記憶する電圧値Ｖ１〜ｍは、時間ごとの蓄電システム部２のすべての蓄電池１であり、例えば、時間t1における電圧値Ｖt１〜Ｖtｍを記憶する。

電圧値選択部５２は、システムセル電圧Vsysを決定する際に使用する電圧値の選択を行う。システムセル電圧Vsysの決定に際して、最大電圧Vmaxと、最小電圧Vminとを用いる場合には、電圧値選択部５２は、電圧値記憶部５１に記憶されたある時間における電圧値の中から最大電圧Vmaxと、最小電圧Vminとを選択する。例えば、電圧値記憶部５１に時間t1における電圧値Vt1〜Vtmが記憶された場合に、電圧値Vt1〜Vtmの中で最大となる電圧値を最大電圧Vmaxとし、最小となる電圧値を最小電圧Vminとする。

決定条件記憶部５３は、選択した電圧値に対する重みづけを加える際の条件を記憶する。この重みづけとしては、蓄電システム部２のシステムSOCが高領域では最大電圧Vmaxが支配的とし、システムSOCが低領域では低SOC領域では最小電圧Vminが支配的となる条件が好ましい。例えば、最大電圧をVmax、最小電圧をVminとすると、システムセル電圧Vsysは以下の式（１）により決定される場合、決定条件記憶部５３はこの式（１）を記憶する。
［式１］

決定条件記憶部５３に記憶する重みづけの条件は、設置する蓄電システム部２の構成や設置場所などに対応して変更することもある。そのため、決定条件記憶部５３にシステムセル電圧Vsysを決定するための条件を複数記憶しておくこともでき、例えば以下の条件を記憶しておくこともできる。決定条件記憶部５３に記憶する重みづけのパターンは以下の通りである。

（１）パターン１：充放電するSOC領域が低SOC領域の場合は最小電圧を支配的に採用し、高SOC領域の場合は最大電圧を支配的に採用する。
このパターンでは、予め算出したシステムSOCに応じて最小電圧値及び最大電圧値に対して重みづけを行う。この場合は、Vsysは、以下の式で表すことができる。
［式２］

（２）パターン２：充放電するSOC領域が閾値A未満の場合は最小電圧を採用し、閾値A以上の場合は最大電圧を採用する。
このパターンでは、予め算出した蓄電システム部２のシステムSOC値に応じて、システムセル電圧Vsysとして採用する電圧値を最小電圧値から最大電圧値へ、若しくは最大電圧値から最小電圧値へ切り替える。すなわち、SOC値が閾値A未満の場合には最小電圧を採用し、閾値A以上の場合は最大電圧を採用する。この場合、Vsysは、以下の式で表すことができる。
［式３］

上記式３にあるように、閾値Aは0%〜100%の範囲で自由に設定することができる。ただし、蓄電システム部２の充放電時においては、SOCが蓄電システム部２の充電末や放電末の近傍の0付近または100付近では、蓄電池電圧の増加、または減少が激しくなる。一方、充電末や放電末以外では、蓄電池電圧の増加、または減少は比較的緩やかになる。蓄電池電圧の増加、または減少が激しくなると、各蓄電システム部２内の蓄電池１同士で電圧値の格差が大きくなるため、その値を基に算出されるシステムセル電圧Vsysの値も大きく変化する。そのため、閾値Aをその蓄電池電圧の増加、または減少が比較的緩やかな範囲に設定することが好ましい。例えば、図３~６においては、20%〜80%の範囲である。この範囲はあくまで例示であり、蓄電池１の種類によっては、蓄電池電圧の増加、または減少が比較的緩やかな範囲が30%〜60%となるものもあるが、その場合は、蓄電システム部２に使用する蓄電池１の種類に応じて閾値Aの設定を行うことが望ましい。

（３）パターン３：充放電するSOC領域が閾値A未満の場合は最小電圧を採用し、閾値B以上の場合は最大電圧を採用し、その間の領域は平均電圧を採用する。
このパターンでは、蓄電システム部２のSOCに応じて採用する電圧情報値を３つに切り替える。すなわち、システムセル電圧Vsysとして、蓄電システム部２のSOCが最小値付近では最小電圧値を採用し、蓄電システム部２のSOCが中央付近では平均電圧値を採用し、蓄電システム部２のSOCが最大値付近では最大電圧値を採用する。この場合、Vsysは、以下の式で表すことができる。
［式４］

上記式（４）にあるように、閾値Aは閾値Bより小さな値であれば、0%〜100%の範囲で自由に設定することができる。算出されるシステムセル電圧Vsysの値の変化を少なくするために、パターン１と同様に閾値A及び閾値Bは、蓄電池電圧の増加、または減少が比較的緩やかな範囲に設定することが好ましい。また、閾値Aと閾値Bとの間隔は、一定間隔を以て設定されることが望ましい。

以上の様なパターン１〜３の何れかの方法により決定されたシステムセル電圧Vsysは、システムセル電圧決定部５と接続するシステムSOC推定部６に対して伝送される。

システムSOC推定部６は、入力するシステムセル電圧Vsysと、電流測定部４で測定された個々の蓄電池１の電流値に基づいて、蓄電システム部２におけるSOCの推定を行う。蓄電システム部２におけるSOCの推定は、蓄電池１が多並列多直列の場合、１直列に流れる電流値から１直列分のSOCを算出し、各直列のSOCの平均値を蓄電システム部２におけるSOCとする。これだけでなく、他並列に流れる電流の平均値を用いて蓄電システム部２におけるSOCの推定を採用しても良い。

ここで推定されるシステムSOCは、蓄電システム部２の内部状態を示す値となる。このシステムSOC推定部６におけるシステムSOCの推定方法は、任意の方法を採用することができる。例えば、（特許文献１）のように、抵抗とコンデンサからなるバッテリ等価回路モデルを利用したり、OCVとSOCの関係データに基づいてSOCを算出するように、蓄電池の特性データを用いてSOCを算出する。

［１−２．作用］
以上のような構成を有する図１の内部状態推定システムの動作の概略は次の通りである。図２は、内部状態推定システムにおける蓄電システム部２の内部状態の推定の際の工程を示すフローチャートである。

内部状態の推定が開始されると、仮のシステムSOCの算出を行う（S101）。本実施形態では、システムSOCの推定に、予め算出されたシステムSOCが必要である。既にシステムSOCの推定が行われていれば、推定したシステムSOCを用いることが可能であるが、システムの稼動開始時点では、システムSOCを推定していない。そこで、他の方法を用いて、内部状態の推定の開始時点におけるシステムSOCを算出する。

内部状態の推定の開始時点におけるシステムSOCを算出方法は、既知の方法を用いて行うことができる。例えば、前記蓄電システム部２における開回路電圧とSOC値の関係に基づいて推定したSOCを使用しても良い。

次に、内部状態推定システムは、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１の電圧値情報を取得する（S102）。所得した電圧情報は、蓄電池１の電圧値としてシステムセル電圧決定部５内の電圧値記憶部５１に送られる。電圧値記憶部５１では時間ごとの各蓄電池１の電圧値として記憶する。また、内部状態推定システムは、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１に流れる電流情報を取得する（S103）。所得した電流情報は、蓄電池１の電流値としてシステムSOC推定部６に送られる。

そして、システムセル電圧決定部５では、予め算出した前記蓄電システム部２のSOCに応じて、電圧値記憶部５１に記憶した電圧値に重みづけを加える。その際に重みづけを加える電圧として、時間ごとの各蓄電池１の電圧値の中から最大電圧値と最小電圧値とを選択する(S104)。さらに、システムセル電圧決定部５では、選択した電圧値に対する重みづけの条件に基づいて、最大電圧値と最小電圧値に対して重みづけを加えることで、システムセル電圧Vsysを決定する(S105)。

その後、決定したシステムセル電圧Vsysと、蓄電システム部２を流れる電流値とに基づいて蓄電システム部２におけるシステムSOCの推定を行う（S106）。

内部状態の推定を続ける場合には（S107のNO）には、S106で推定したシステムSOCに基づいて、電圧値記憶部５１に記憶した電圧値に重みづけを加えることでシステムセル電圧Vsysを決定し、そのシステムセル電圧Vsysと蓄電システム部２を流れる電流情報とに基づいて蓄電システム部２におけるシステムSOCの推定を行う。このS104〜S106を繰り返し、推定終了(S107のYES)までシステムSOCを連続的に推定する。

本実施形態では、以上の様な工程を経ることにより、蓄電システムのシステムSOCの推定を可能にする。また、システムセル電圧Vsysの決定には、パターンごとに重みづけの条件を変更することが可能である。以下では、重みづけの条件の違いによるシステムセル電圧決定部５の動作について説明する。

（パターン１の場合）
決定条件記憶部５３に記憶されるパターン１の重みづけの条件では、予め算出したシステムSOCに応じて最小電圧値及び最大電圧値に対して重みづけを行うことで、蓄電システム部２のSOCが低SOC領域にあると推定される場合は前記最小電圧に対する重みづけを大きくし、蓄電システム部２のSOCが高SOC領域にあると推定される場合は前記最大電圧に対する重みづけを大きくする。

図３は、パターン１の重みづけの条件に基づいて決定したシステムセル電圧Vsysを示すグラフである。図３のなかで、システムSOCが0の場合には、システムセル電圧Vsysは最小電圧Vminと一致する。この時、最小電圧Vminは、放電終始電圧と一致する。

この状態からシステムSOCを大きくすると、最小電圧Vminに対する重みづけが小さくなる一方で最大電圧Vmaxに対する重みづけが大きくなる。例えば、システムSOCが20[%]になった場合には、システムセル電圧Vsysは、以下の式で表される。
［式５］
つまり、システムSOC=20[%]の場合のシステムセル電圧Vsysは、最大電圧Vmaxには20%の重みづけがなされ、最小電圧Vminに対しては80[%]の重みづけがなされる。図３のシステムSOCが20[%]の場合には、システムセル電圧Vsysを示す線は最小電圧Vminに近い位置に位置する。

さらに、システムSOCが20[%]より高くなるに従って、システムセル電圧Vsysは最小電圧Vmin側から離れ、最大電圧Vmax側にシフトする。システムSOC が70[%]となると、最大電圧Vmaxには70[%]の重みづけがなされ、最小電圧Vminに対しては30[%]の重みづけがなされる。図３のシステムSOCが70[%]の場合には、システムセル電圧Vsysを示す線は、最大電圧Vmaxに近い位置に位置する。

そして、システムSOCが100になると最大電圧Vmaxには100[%]の重みづけがなされ、システムセル電圧Vsysは、最大電圧Vmaxと一致する。この時、最大電圧Vmaxは、充電終止電圧と一致する。

この様に式（２）に示す重みづけの条件により、蓄電システム部２のSOCが低SOC領域にあると推定される場合は前記最小電圧に対する重みづけを大きくなり、蓄電システム部２のSOCが高SOC領域にあると推定される場合は前記最大電圧に対する重みづけを大きくなる。

（パターン２の場合）
決定条件記憶部５３に記憶されるパターン２の重みづけの条件では、充放電するSOC領域が閾値A未満の場合は最小電圧を採用し、閾値A以上の場合は最大電圧を採用する。

図４は、閾値Aを35[%]とした場合のパターン２の重みづけの条件に基づいて決定したシステムセル電圧Vsysを示すグラフである。図４のなかで、システムSOCが0の場合には、システムセル電圧Vsysは最小電圧Vminと一致する。この時、最小電圧Vminは、放電終始電圧と一致する。

システムSOCを0[%]から増加させると、それに伴い最小電圧Vminも増加する。また、閾値A未満ではシステムセル電圧Vsysは最小電圧Vminと一致するため、最小電圧Vminが増加するとシステムセル電圧Vsysも増加する。

さらに、システムSOCが増加し閾値であるSOC＝35 [%]を超えると、システムセル電圧Vsysは最大電圧Vmaxと一致する。図４中において、システムセル電圧Vsysを示す線は、閾値であるSOC＝35 [%]未満では最小電圧Vminと一致し、SOC＝35 [%]では最大電圧Vmaxと一致している。

そして、システムSOCが100においても、システムセル電圧Vsysは最大電圧Vmaxと一致する。この時、最大電圧Vmaxは、充電終止電圧と一致する。

（パターン３の場合）
決定条件記憶部５３に記憶されるパターン３の重みづけの条件では、充放電するSOC領域が閾値A未満の場合は最小電圧を採用し、閾値B以上の場合は最大電圧を採用し、その間の領域は平均電圧を採用する。

図５は、閾値Aを35[%]、閾値Bを70[%]とした場合のパターン３の重みづけの条件に基づいて決定したシステムセル電圧Vsysを示すグラフである。図５のなかで、システムSOCが0の場合には、システムセル電圧Vsysは最小電圧Vminと一致する。この時、最小電圧Vminは、放電終始電圧と一致する。

システムSOCを0[%]から増加させると、それに伴い最小電圧Vminも増加する。また、閾値A未満ではシステムセル電圧Vsysは最小電圧Vminと一致するため、最小電圧Vminが増加するとシステムセル電圧Vsysも増加する。

さらに、システムSOCが増加し閾値であるSOC＝35 [%]を超えると、システムセル電圧Vsysは、最大電圧Vmaxと最小電圧Vminとの平均電圧とする。そして、システムSOCが増加し閾値であるSOC＝70 [%]を超えると、システムセル電圧Vsysは、システムセル電圧Vsysは最大電圧Vmaxと一致する。図５中において、システムセル電圧Vsysを示す線は、閾値であるSOC＝35 [%]未満では最小電圧Vminと一致し、SOC＝35 [%]以上且つSOC＝70 [%]未満では平均電圧と一致し、SOC＝70 [%]以上では最大電圧Vmaxと一致する。

そして、システムSOCが100においても、システムセル電圧Vsysは最大電圧Vmaxと一致する。この時、最大電圧Vmaxは、充電終止電圧と一致する。

［１−３．効果］
以上のような構成及び作用を有する本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。

（１）一般に蓄電池には自己放電があり、その量は個々の蓄電池によって異なるため、蓄電システムを構成する蓄電池１の電圧にはばらつきが生じ、最大電圧と最小電圧が取得できる。どちらか一方を用いて推定したSOCをシステムSOCとする方法はあるが、その場合だと放電末もしくは充電末に推定誤差が大きくなる可能性がある。

例えば、図６を用いて説明すると、最大電圧を推定に用いる場合、充電末近傍の振る舞いは最大電圧が先に充電終止電圧に到達するので問題ないが、放電末近傍での振る舞いは最小電圧が先に放電終止電圧に到着する。蓄電システムは過放電を避けるためにシステムSOCを0[%]とするのが一般的だが、最大電圧はまだ放電終止電圧に達していないためギャップが生じる。

その最大電圧を用いれば推定されるシステムSOCはより誤差を含むことが考えられる。一方、最小電圧を推定に用いる場合も同様にギャップは生じてしまう。また、全ての蓄電池１のSOCを推定してその平均値をシステムSOCとする方法も考えられるが、大規模な蓄電システムについては数多くの蓄電池１一つ一つに対して演算を行わなければならず、計算量が増大する可能性がある。

本実施形態では、予め算出した前記蓄電システム部２のシステムSOC値に応じて計測した蓄電システム部２の蓄電池１の電圧値に重みづけを加えシステムセル電圧Vsysとする。重みづけにより放電末近傍では最小電圧を支配的に用い、充電末近傍では最大電圧を支配的に用いるシステムセル電圧Vsysを決定する。これにより、蓄電システムの状態に則した電圧値をシステムSOCの推定に用いることが可能となると共に、過放電や過充電を防止することができる。

（２）また、蓄電システムのシステムSOC推定においては、蓄電池１の数が膨大であるため、どの蓄電池１の電圧を推定に用いれば良いかが課題であった。本実施形態では、蓄電システムのシステムSOC推定にはシステムセル電圧Vsysを用いる。このシステムセル電圧Vsysは、蓄電システムを構成する蓄電池１の電圧値の最大電圧と、最小電圧に対して重みづけをすることで求められるものである。そのため、複数のデータから最大値と最小値を選択する作業と、選択した最大電圧値と最小電圧値との２つのデータからシステムセル電圧Vsysを算出することが可能であり、少ない演算量でシステムSOCの推定を行うことが可能となる。

（３）また、本実施形態では、複数の重みづけの条件を用いてシステムセル電圧Vsysを決定することができる。そのため、蓄電システム部２の構成や、配置場所などにより、最適な重みづけの選択を行うことで、より精度の高いシステムSOCの推定を行うことができる。

（４）重みづけの条件として、蓄電システム部２の充放電が低SOC領域で行われる場合は前記最小電圧に対する重みづけを大きくし、充放電が高SOC領域で行わる場合には前記最大電圧に対する重みづけを大きくする。そのため、算出されるシステムセル電圧Vsysは連続した値となる。これにより推定されるシステムSOCの値も連続した値とすることができる。

（５）重みづけの条件として、充放電するSOC領域が閾値A未満の場合は最小電圧を採用し、閾値A以上の場合は最大電圧を採用する。１つの閾値Aで最小電圧と最大電圧とを切替えてをシステムセル電圧Vsysすることで、計算量を抑えることができ簡便なシステムにおいても、システムSOCを高精度で推定することが可能となる。

（６）重みづけの条件として、充放電するSOC領域が閾値A未満の場合は最小電圧を採用し、閾値B以上の場合は最大電圧を採用し、その間の領域は平均電圧を採用する。最小電圧と最大電圧とそれらの平均電圧を２つの閾値で切替えることで（５）の効果に加えて、切り替え時の際のシステムセル電圧Vsysの変化を小さく抑えることが可能となる。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
内部状態推定システムの第２実施形態について説明する。第２の実施形態では、システムSOCを推定する際に、蓄電システムの温度に即したシステムセル温度Tsysを採用することで、より正確なシステムSOCの推定を行うものである。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７は、本実施形態に係る内部状態推定システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の内部状態推定システムは、前記実施形態の構成に加えて温度測定部７と、システムセル温度決定部８とを備える。

温度測定部７は、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１の温度を測定する。温度測定部７は、任意の方法により、蓄電池１の温度の測定を行う。例えば、測定対象となる蓄電池１は、蓄電システム部２がｍ個の蓄電池１より構成させる場合には、温度T1~mが測定され、測定された個々の蓄電池１の温度T1~mは、システムセル温度決定部８に対して出力される。

システムセル温度決定部８は、温度測定部７から送られる蓄電池１の温度T1~mを用いて蓄電システム部２のシステムセル温度Tsysを決定する。システムセル温度Tsysとは、蓄電システム部２のSOC値の推定に使用する温度である。

システムセル温度決定部８は、最低温度、または平均温度をシステムセル温度Tsysとして決定する。システムセル温度決定部８は、温度記憶部８１、温度選択部８２とを備える。

温度記憶部５１は、温度測定部７から送られる蓄電池１の温度値T1~mを記憶する。記憶する温度T1~mは、時間ごとの蓄電システム部２のすべての蓄電池１の温度であり、例えば、時間t1における温度値Tt１〜Ttｍを記憶する。

温度選択部８２は、システムセル温度Tsysとして採用する温度に応じて温度記憶部５１に記憶された温度値Tt１〜Ttｍの中から、最低温度Tmin若しくは平均Taveを選択する。

［２−２．作用］
以上のような構成を有する図７の内部状態推定システムの動作の概略は次の通りである。図８は、内部状態推定システムにおける蓄電システム部２の内部状態の推定の際の工程を示すフローチャートである。

前記実施形態と同様に内部状態の推定が開始されると、仮のシステムSOCの算出を行い、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１の電圧値及び電流値を計測する（S201〜S203）点は同様である。内部状態推定システムは、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１の温度を取得する（S204）。そして、条件に応じたシステムセル温度Tsysを決定する(S205)。決定したシステムセル温度Tsysは、蓄電池１の温度としてシステムSOC推定部６に送られる。

そして、システムセル電圧決定部５では、重みづけを加える電圧として最大電圧値と最小電圧値とを選択し、最大電圧値と最小電圧値に対して重みづけを加えることで、システムセル電圧Vsysを決定する(S206〜S207)。

その後、システムセル電圧Vsysと、システムセル温度Tsys、及び蓄電システム部２を流れる電流値とに基づいて蓄電システム部２におけるシステムSOCの推定を行う（S208）。

内部状態の推定を続ける場合には（S209のNO）には、S208で推定したシステムSOCに基づいて、電圧値記憶部５１に記憶した電圧値に重みづけを加えることでシステムセル電圧Vsysを決定し、そのシステムセル電圧Vsysとシステムセル温度Tsysと蓄電システム部２を流れる電流情報とに基づいて蓄電システム部２におけるシステムSOCの推定を行う。このS206〜S209を繰り返し、推定終了(S209のYES)までシステムSOCを連続的に推定する。

［２−３．効果］
以上のような構成及び作用を有する本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。

（１）システムSOC推定部６によるシステムSOCの推定では、一般に蓄電池の特性は温度にも依存するため、幅広い環境温度域で使用される蓄電池にとって温度の影響を考慮することは必須である。例として、バッテリ等価回路モデルを構成している抵抗に関して言えば、温度が高いほど蓄電池の化学反応が速くなるため抵抗値は小さくなり、逆に、温度が低ければ抵抗値は大きくなる。

本実施形態によれば、蓄電システム部２の温度が変化に応じてシステムセル温度Tsysも変化する。そのため、システムSOC推定部６によるシステムSOCの推定において、抵抗を温度の関数にするなどして温度依存性を持たせることによって、温度変化に対応したシステムSOC推定のために採用することができる。

（２）また、蓄電システム部２は複数の蓄電池１より構成されている。そのため、蓄電システムに対する蓄電池の位置や冷却装置の位置などによって個々の蓄電池の温度はばらつきを持つと、最高温度、最低温度、平均温度が取得できる。

高温の蓄電池と低温の蓄電池を同じSOCから一定電流で放電する場合、低温の蓄電池の方が電圧降下は顕著に現れるため、先に放電末に到達してしまう。つまり、最低温度をシステムセル温度Tsysとして採用することで放電可能な最低限のSOCを提示することが可能となる。

また、最高温度や最低温度、あるいは任意の蓄電池の温度をシステムセル温度Tsysとする場合に熱電対の故障等が理由でそれらの温度が異常値を示す場合、その値を用いてSOCを算出しなければならないため、結果、算出されたSOCは大きな誤差を伴うことになる。平均温度をシステムセル温度Tsysとして採用する場合には、温度の異常値による影響を抑制することができ、安定して高精度なSOC推定を行うことが可能となる。

最低温度、または平均温度をシステムセル温度Tsysとして採用することで、蓄電池１の温度はばらつきを持った場合においても、高精度にシステムSOCを推定することが可能となる。

（３）温度測定部７は、蓄電システム部２を構成するすべての蓄電池１の温度を測定としたが、すべての蓄電池に温度計測手段を設けて、直接的に蓄電池の温度を測定する必要はない。例えば、蓄電システム部２の蓄電池１が配置される場所を複数のブロックに分割し、そのブロックの温度を測定することで間接的に蓄電池１の温度を測定しても良い。

［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
内部状態推定システムの第３実施形態について説明する。第３実施形態では、蓄電システムの電流の測定方法を前記各実施形態より変更したものである。なお、前記各実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図９は、本実施形態に係る内部状態推定システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の内部状態推定システムは、蓄電システムの入出力端に１つの電流計測部４である電流センサー４を設置する。

［３−２．作用・効果］
以上の様な構成を有する本実施形態の内部状態推定システムでは、蓄電システムの入出力端の電流を測定し、計測した電流を基に蓄電システム内の蓄電池１を流れる電流を算出している。つまり、蓄電システム部２における蓄電池１が多並列多直列に接続される場合には、計測した電流値を並列数で除することで各蓄電池１に流れる電流値を算出することが可能となる。これにより、各実施形態の効果に加えて、電流センサー点数低減、データ通信の煩雑さ低減、演算用CPUの演算量低減などが可能となる。

また、複数の蓄電池システムを多数並列に接続し、大容量の蓄電池システムとして利用することも考えられる。この場合、それぞれの蓄電池システム設けられた電流測定部４からの電流情報に基づいて、蓄電池システムを構成するすべての蓄電池１を流れる電流値を算出とすると、大容量の蓄電池システムを構成する蓄電池システムの数の電流測定部４が必要になってくる。蓄電池１を流れる電流値の算出を電流測定部４で行わず、他の場所に設けられる制御装置などで行う場合には、電流測定部４から制御装置に対して伝送するために必要な配線や、伝送する電流値の量が多くなる。

このような大容量の蓄電池システムに対しても、本実施形態を適用することで電流センサー点数低減、データ通信の煩雑さ低減、演算用CPUの演算量低減を図るこが可能となる。つまり、本実施形態では、蓄電システムの入出力端に電流計測部を設置したが、大容量の蓄電池システムの入出力端に電流計測部を設置することで、上述のような問題を解決することが可能となる。

［４．他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、各実施形態において電圧測定部３では、蓄電システム部２内のすべての電圧値を測定したが、電圧値のデータにどの蓄電池１の電圧かを示す情報を付加させておくこともできる。これにより、システムセル電圧決定部５でシステムセル電圧Vsysを決定する際に採用した最大電圧もしくは最小電圧を示す蓄電池１がどの位置に配置されているかを知ることができる。そして、その配置場所の温度を考慮してシステムSOCを算出することで、より高精度なSOCを提示することが可能である。

１… 蓄電池
２… 蓄電システム部
３… 電圧測定部
４… 電流測定部
５… システムセル電圧決定部
５１… 電圧値記憶部
５２… 電圧値選択部
５３… 決定条件記憶部
６… システムSOC推定部
７… 温度計測部
８… システムセル温度決定部
８１… 温度記憶部
８２… 温度選択部

本発明の実施形態における内部状態推定システムは、上記の目的を達成するために、以下の構成を有することを特徴とする。
（１）複数の前記蓄電池における電圧を測定する電圧測定部を備える。
（２）複数の前記蓄電池を流れる電流を測定する電流測定部を備える。
（３）前記電圧測定部で計測した複数の蓄電池における電圧値に基づいて、蓄電システム部のSOCの推定の基となるシステムセル電圧を決定するシステムセル電圧決定部を備える。
（４）前記蓄電池を流れる電流とシステムセル電圧とに基づいて前記蓄電システム部のSOCの推定を行うシステムSOC推定部を備える。
（５）前記システムセル電圧決定部は、予め算出した前記蓄電システム部のSOCに応じて前記電圧値に重みづけを加えシステムセル電圧とし、前記電圧測定部で測定した複数の蓄電池の時間ごとの電圧値を記憶する電圧値記憶部と、前記電圧値記憶部に記憶した電圧値の中から最大電圧値と最小電圧値とを選択する電圧値選択部と、前記最大電圧値と前記最小電圧値に加える重みづけの条件を記憶する決定条件記憶部と、を備える。

Claims (11)

1. 複数の蓄電池からなる蓄電システム部のシステムSOCの推定を行う内部状態推定システムにおいて、
   複数の前記蓄電池における電圧を測定する電圧測定部と、
   複数の前記蓄電池を流れる電流を測定する電流測定部と、
   前記電圧測定部で計測した複数の蓄電池における電圧値に基づいて、蓄電システム部のSOCの推定の基となるシステムセル電圧を決定するシステムセル電圧決定部と、
   前記蓄電池を流れる電流とシステムセル電圧とに基づいて前記蓄電システム部のSOCの推定を行うシステムSOC推定部と、
   を備え、
   前記システムセル電圧決定部は、予め算出した前記蓄電システム部のSOCに応じて前記電圧値に重みづけを加えシステムセル電圧とすることを特徴とする内部状態推定システム。
2. 前記システムセル電圧決定部は、
   電圧測定部で測定した複数の蓄電池の時間ごとの電圧値を記憶する電圧値記憶部と、
   電圧値記憶部に記憶した電圧値の中から最大電圧値と最小電圧値とを選択する電圧値選択部と、
   前記最大電圧値と前記最小電圧値に加える重みづけの条件を記憶する決定条件記憶部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の内部状態推定システム。
3. 前記決定条件記憶部は、
   前記蓄電システム部の充放電が低SOC領域で行われる場合は前記最小電圧に対する重みづけを大きくし、
   充放電が高SOC領域で行わる場合には前記最大電圧に対する重みづけを大きくする重みづけ条件を記憶することを特徴とする請求項２に記載の内部状態推定システム。
4. 前記決定条件記憶部は、
   前記蓄電システム部のSOCにおける第１の閾値を記憶し、
   前記蓄電システム部のSOCが前記第１の閾値未満の場合には前記最小電圧がシステムセル電圧となり、前記蓄電システム部のSOC値が前記第１の閾値以上の場合には前記最大電圧がシステムセル電圧となる重みづけの条件を記憶することを特徴とする請求項２に記載の内部状態推定システム。
5. 前記決定条件記憶部は、
   前記蓄電システム部のSOCにおける第１及び第２の閾値を記憶し、
   前記蓄電システム部のSOCが前記第１の閾値未満の場合には前記最小電圧をシステムセル電圧し、
   前記蓄電システム部のSOCが前記第１の閾値以上、且つ第２の閾値未満の場合は複数の蓄電池における電圧値の平均値である平均電圧をシステムセル電圧し、
   前記蓄電システム部のSOCが前記第２の閾値以上の場合には前記最大電圧をシステムセル電圧とする重みづけの条件を記憶することを特徴とする請求項２に記載の内部状態推定システム。
6. 前記第１の閾値及び／または第２の閾値は、前記蓄電システム部の充放電曲線における傾きが緩い領域に設定されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内部状態推定システム。
7. 前記複数の前記蓄電池の温度を測定する温度測定部と、
   蓄電システム部のSOCの推定の基となるシステムセル温度を決定するシステムセル温度決定部と、
   を更に備え、
   前記システムSOC推定部は、前記蓄電池を流れる電流、システムセル電圧、及びシステムセル温度に基づいて前記蓄電システム部のSOCの推定を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内部状態推定システム。
8. 前記電流測定部は、前記蓄電システム部の１か所に設置され、
   設置場所で計測される電流値に基づいて、前記電流測定部を構成する前記蓄電池に流れる電流値を算出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内部状態推定システム。
9. 予め算出した前記蓄電システム部のSOCとして、システムSOC推定部で推定した前記蓄電システム部のSOCを使用することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内部状態推定システム。
10. 予め算出した前記蓄電システム部のSOCとして、前記蓄電システム部における開回路電圧とSOCの関係に基づいて推定したSOCを使用することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の内部状態推定システム。
11. 複数の蓄電池からなる蓄電システム部のSOCの推定を行う内部状態推定方法において、
    複数の前記蓄電池における電圧を測定する電圧測定工程と、
    複数の前記蓄電池を流れる電流を測定する電流測定工程と、
    計測した複数の蓄電池における電圧値に基づいて、蓄電システム部のSOCの推定の基となるシステムセル電圧を決定するシステムセル電圧決定工程と、
    前記蓄電池を流れる電流とシステムセル電圧とに基づいて前記蓄電システム部のSOCの推定を行うシステムSOC推定工程と、
    を含み、
    前記システムセル電圧決定工程では、予め算出した前記蓄電システム部のSOCに応じて前記電圧値に重みづけを加えシステムセル電圧とすることを特徴とする内部状態推定方法。