JPWO2018186088A1 - 電池制御装置 - Google Patents

Abstract

従来、ＳＯＣを高い精度で算出するための重み付けの設定が困難であった。本発明の電池制御装置は、電流Ｉの大きさに応じてＳＯＣvの比重とＳＯＣiの比重が自動的に選択されるように、重み係数演算部１１４は式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出する。Ｗ＝１／｛（１＋｜Ｉ｜×Ｒ×Ｇ2）×Ｇ1｝ ・・・（５）ここで、補正係数Ｇ1は、本実施形態及び以下の実施形態では、１以上の値であり、且つ、例えば１００など所定値以下の値に設定する。補正係数Ｇ2は、０以上の値に設定する。補正係数Ｇ1、Ｇ2は、電池４００の特性に応じた値を予め記憶部１２０に記憶している。なお、補正係数Ｇ1の値は、例えば１００など所定値以下の値であればよい。

Description

本発明は、電池制御装置に関する。

リチウムニ次電池、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの電池を用いた装置には、例えば、電池システム、分散型電力貯蔵装置、電気自動車等がある。これらの装置では、電池を安全かつ有効に使用するために、電池の状態を検知する電池状態検知装置が用いられている。電池の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態（State of Charge：以下ではＳＯＣと称す）、どの程度まで劣化しているのかを示す健康状態（State of Health：以下ではＳＯＨと称す）などがある。

電気自動車等の電池システムにおけるＳＯＣは、満充電からの放電電流を積算し、最大限充電可能な電荷量（全容量）に対し、電池に残っている電荷量（残存容量）の比を算出して求めることができる。このようにして求められたＳＯＣをＳＯＣiと称する。また、ＳＯＣiとは別に、電池の両端電圧（開回路電圧）と電池の残存容量の関係を予めデータテーブルなどに定義しておき、これを参照することにより、現在の残存容量を算出することもできる。このようにして求められたＳＯＣをＳＯＣvと称する。さらには、これら手法を組み合わせて充電状態を求めることもできる。例えば、特許文献１には、ＳＯＣiとＳＯＣvとを組み合わせる際に、電池の温度に応じてこれらを重み付け加算することが記載されている。

特開２０１４−４４０７４号公報

上述した特許文献１に記載の方法を用いた場合、ＳＯＣを高い精度で算出するための重み付けの設定が困難であった。

本発明による電池制御装置は、電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態を算出するＳＯＣv演算部と、前記電池に流れる電流Iを積算して前記電池の充電状態を算出するＳＯＣi演算部と、前記電流Iの大きさの絶対値と、前記電池の内部抵抗Ｒと、第１の係数Ｇ1と、第２の係数Ｇ2とを備えた計算式に基づいて重み係数Ｗを算出する重み係数演算部と、前記ＳＯＣv演算部が算出した前記電池の充電状態と前記ＳＯＣi演算部が算出した前記電池の充電状態を前記重み係数Ｗを用いて重み付け加算するＳＯＣw演算部と、を備え、
前記計算式の前記第１の係数Ｇ1は、前記計算式の全体に係り、前記第２の係数Ｇ2は、前記計算式内の前記電流Iの大きさの絶対値に係る。

本発明によれば、ＳＯＣを高い精度で算出するための重み付けの設定が容易になる。

電池システムのブロック構成図である。 電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 電池の等価回路を示す図である。 ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。 電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図である。 第２の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブルを示す図である。 第３の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブルを示す図である。 第４の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブルを示す図である。 各実施形態のまとめを示す図である。

−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態における電池システム１０００のブロック構成図である。電池システム１０００は、電池４００、計測部２００、電池制御装置１００、出力部３００を備え、電池４００が蓄積している電荷を出力部３００より電力として供給するシステムである。電池システム１０００が電力を供給する対象としては、例えば電気自動車やハイブリッド自動車、電車などが考えられる。

電池４００は、例えばリチウムイオン２次電池などの充電可能な電池である。その他、ニッケル水素電池、鉛電池、電気２重層キャパシタなどの電力貯蔵機能を有するデバイスに対しても、本実施形態を適用することができる。電池４００は、単電池セルであっても良いし、単電池セルを複数組み合わせたモジュール構造でも良い。

計測部２００は、電池４００の物理特性、例えば電池４００の両端電圧Ｖ、電池４００に流れる電流（電池電流）Ｉ、電池４００の電池温度Ｔなどを計測する機能部であり、各値を計測するセンサ、必要な電気回路などによって構成されている。

出力部３００は、電池制御装置１００の出力を外部装置（例えば、電気自動車が備える車両制御装置などの上位装置）に対して出力する機能部である。

電池制御装置１００は、電池４００の動作を制御する装置であり、電池状態推定装置１１０と記憶部１２０とを備える。なお、後述するように電池状態の推定には電池４００の内部抵抗Ｒも必要であるが、本実施形態では、電池状態推定装置１１０において、その他の計測パラメータを用いて算出する。

電池状態推定装置１１０は、計測部２００により計測された電池４００の両端電圧Ｖ、電池４００に流れる電池電流Ｉ、及び電池４００の電池温度Ｔに基づいて、記憶部１２０に格納されている電池４００の特性情報を参照して、電池４００のＳＯＣを算出する。ＳＯＣの算出手法の詳細については後述する。

記憶部１２０は、電池４００の内部抵抗Ｒ、分極電圧Ｖｐなどの予め知ることができる電池４００の特性情報を電池４００に応じて記憶している。さらに、記憶部１２０は、電池４００の内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの関係を示す抵抗テーブル、電池４００の開回路電圧ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示すＳＯＣテーブル等を記憶している。

電池制御装置１００および電池状態推定装置１１０は、その機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することができる。また、その機能を実装したソフトウェアを、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。後者の場合は、当該ソフトウェアは例えば記憶部１２０に格納される。

記憶部１２０は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、磁気ディスクなどの記憶装置を用いて構成される。記憶部１２０は、電池状態推定装置１１０の外部に設けてもよいし、電池状態推定装置１１０の内部に備えるメモリ装置として実現してもよい。記憶部１２０は、取り外し可能にしてもよい。取り外し可能にした場合、記憶部１２０を取り替えることによって、特性情報とソフトウェアを簡単に変更することができる。また、記憶部１２０を複数有し、特性情報とソフトウェアを取り替え可能な記憶部１２０に分散させて格納することにより、特性情報とソフトウェアを小単位毎に更新することができる。

図２は、電池状態推定装置１１０の詳細を示す機能ブロック図である。電池状態推定装置１１０は、ＳＯＣv演算部１１１、ＳＯＣi演算部１１２、重み係数演算部１１４を備え、電池４００の充電状態を推定した結果である充電状態ＳＯＣwを出力する。その他の演算器については後述する。

ＳＯＣv演算部１１１は、計測部２００が計測した電池４００の両端電圧Ｖを用いて、電池４００のＳＯＣを算出する。以下ではこれをＳＯＣvと称する。ＳＯＣi演算部１１２は、計測部２００が計測した電池４００の電池電流Ｉを積算することにより、電池４００のＳＯＣを算出する。以下ではこれをＳＯＣiと称する。ＳＯＣvとＳＯＣiの算出方法については後述する。

重み係数演算部１１４は、電池電流Ｉと電池温度Ｔに基づいて、ＳＯＣvとＳＯＣiを重み付け加算するための重み係数Ｗを算出する。重み係数Ｗの算出方法については後述する。

乗算器ＭＰ１は、ＳＯＣvと重み係数Ｗを乗算してＷ×ＳＯＣvを求める。減算器ＤＦは、（１−Ｗ）を求める。乗算器ＭＰ２は、ＳＯＣiと（１−Ｗ）を乗算して（１−Ｗ）×ＳＯＣiを求める。加算器ＡＤは、これらを足し合わせてＳＯＣwを求める。すなわち、ＳＯＣwは次式（１）によって表される。
ＳＯＣw＝Ｗ×ＳＯＣv＋（１−Ｗ）×ＳＯＣi ・・・（１）

［ＳＯＣv演算部１１１の動作］
次に、ＳＯＣv演算部１１１の動作について説明する。図３は、電池４００の等価回路図である。電池４００は、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対、内部抵抗Ｒ、開回路電圧ＯＣＶの直列接続によって表すことができる。電池４００に電池電流Ｉを印加すると、電池４００の端子間電圧である閉回路電圧ＣＣＶは次式（２）で表される。式（２）において、Ｖｐは分極電圧であり、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対の両端電圧に相当する。
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・Ｒ＋Ｖｐ ・・・（２）

ＳＯＣvの算出には開回路電圧ＯＣＶが用いられるが、電池４００が充放電している間は直接測定することができない。そこで、ＳＯＣv演算部１１１は、次式（３）のように閉回路電圧ＣＣＶからＩＲドロップと分極電圧Ｖｐを差し引くことにより、開回路電圧ＯＣＶを求める。
ＯＣＶ＝ＣＣＶ−Ｉ・Ｒ−Ｖｐ ・・・（３）

内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、記憶部１２０に予め電池４００の特性情報として格納されている。内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、電池４００の充電状態や電池温度Ｔなどに応じて異なるので、これらの組合せ毎に個別の値が記憶部１２０に格納されている。本実施形態では、内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの対応関係を定義する特性情報が抵抗テーブルとして格納されている。図２に示すように、ＳＯＣv演算部１１１は、電池温度Ｔに基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Ｒを取得し、ＩＲドロップを求める。
する。

図４は、電池４００の開回路電圧ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。この対応関係は電池４００の特性によって定まるものであり、記憶部１２０には、その対応関係を定義するデータがＳＯＣテーブルとして予め格納されている。ＳＯＣv演算部１１１は、上述の式（３）を用いて開回路電圧ＯＣＶを算出し、これをキーにしてＳＯＣテーブルを参照することにより、電池４００のＳＯＣvを算出する。

［ＳＯＣi演算部１１２の動作］
次いで、ＳＯＣi演算部１１２の動作について説明する。ＳＯＣi演算部１１２は、電池４００が充放電する電池電流Ｉを次式（４）にしたがって積算することにより、電池４００のＳＯＣiを求める。式（４）において、Ｑmaxは電池４００の満充電容量であり、予め記憶部１２０に格納されている。ＳＯＣoldは、前回の演算周期において式（１）により算出されたＳＯＣwの値である。
ＳＯＣi＝ＳＯＣold＋１００×∫Ｉ／Ｑmax ・・・（４）

［重み係数演算部１１４の動作］
図５は、電池４００の内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの関係を示す図である。一般的に、電池４００は、図５に示すように低ＳＯＣ状態では内部抵抗Ｒが高く、低温状態のときに内部抵抗Ｒの値が大きい。したがって、そのような場合には、内部抵抗Ｒの誤差の影響を受け易いＳＯＣvではなくＳＯＣiを用いることが望ましいと考えられる。また、電池電流Ｉの絶対値が小さいときは電流センサの僅かな計測誤差によって影響を受けるので、ＳＯＣiではなくＳＯＣvを用いることが望ましいと考えられる。

以上に基づき、一般に、重み係数演算部１１４は、電池電流Ｉの絶対値が小さいときはＳＯＣvを主に用いてＳＯＣwを算出し、電池電流Ｉの絶対値が大きいときはＳＯＣiを主に用いてＳＯＣwを算出するように、重み係数Ｗを設定する。同様に、内部抵抗Ｒが小さいときはＳＯＣvを主に用いてＳＯＣwを算出し、内部抵抗Ｒが大きいときはＳＯＣiを主に用いてＳＯＣwを算出するように、重み係数Ｗを設定する。

本実施形態では、電池電流Ｉの大きさに応じてＳＯＣvの比重とＳＯＣiの比重が自動的に選択されるように、重み係数演算部１１４は式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出する。
Ｗ＝１／｛（１＋｜Ｉ｜×Ｒ×Ｇ2）×Ｇ1｝ ・・・（５）

ここで、補正係数Ｇ1は、本実施形態及び以下の実施形態では、１以上の値であり、且つ、例えば１００など所定値以下の値に設定する。補正係数Ｇ2は、０以上の値に設定する。補正係数Ｇ1、Ｇ2は、電池４００の特性に応じた値を予め記憶部１２０に記憶している。なお、本実施形態及び以下の実施形態では補正係数Ｇ1の値は１として説明するが、例えば１００など所定値以下の値であればよい。補正係数Ｇ1を所定値以下の値することにより、補正係数Ｇ2による設定をより有効にすることができる。

式（５）によれば、Ｇ2を０〜１未満に設定すると、例えばＧ2＝０、Ｇ1＝１にしたときは、Ｗ＝１となり、式（１）よりＳＯＣw＝ＳＯＣvとなり、電流の大きさによらずにＳＯＣvの比重が高いＳＯＣとなる。
また、式（５）によれば、１を超える値にＧ2を設定すると、例えばＧ2＝２、Ｇ1＝１にしたときは、電流の大きさに応じてＳＯＣvの比重とＳＯＣiの比重が自動的に選択されるようになる。以下に、電流の大きさが小さい場合と大きい場合について説明する。

（ａ）＜電流が小さい場合＞
電流の大きさが小さい場合、たとえば電流＝１Ａ、内部抵抗＝２ｍΩのとき、式（５）より重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１×２×２）×１｝＝１／５
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／５）×ＳＯＣv＋（４／５）×ＳＯＣi

このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvは１／５反映され、後述の電流が大きい場合と比較して、ＳＯＣvの比重が大きい。この場合、仮にそれ以前の状態でＳＯＣiの比重が大きくなっていて、式（４）に基づく電流積算誤差によりＳＯＣ誤差が蓄積していたとしても、電流が小さい場合はＳＯＣvの比重が大きくなる。このため式（３）をキーにして求めたＳＯＣvによって、ＳＯＣ誤差を解消できる。すなわち、ＳＯＣvによって、ＳＯＣが校正される。

また、このとき電流が小さいため、ＳＯＣv自体の誤差も少ない。その理由は以下のとおりである。ＳＯＣvは次の式（６）のように（ＣＣＶ−Ｉ×Ｒ）の関数ｆで表される。
ＳＯＣv＝ｆ（ＣＣＶ−Ｉ×Ｒ） ・・・（６）
そのため、電池電流Ｉが非常に小さい状態ではＩ×Ｒが小さくなり、内部抵抗Ｒの誤差の影響を受けにくくなり、ＳＯＣv自体の誤差も少なくなる。なお、電池の内部抵抗Ｒは、特に低温では大きい値をとるため、温度センサなどの誤差があると、大きな誤差要因となる。

（ｂ） ＜電流が大きい場合＞
電流の大きさが大きい場合、たとえば電流＝１００Ａ、内部抵抗＝２ｍΩのとき、式（５）より重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１００×２×２）×１｝＝１／４０１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／４０１）×ＳＯＣv＋（４００／４０１）×ＳＯＣi

このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvは１／４０１しか反映されず、電流が小さい場合と比較して、ＳＯＣiの比重が大きい。この場合、ＳＯＣvの影響をほとんど受けないため、ＳＯＣwは略ＳＯＣiの結果が反映される。ＳＯＣiは式（４）で表され、ＳＯＣiが電圧や内部抵抗Ｒの影響を受けないため、ＳＯＣwは非常に安定した値を示す。

以上のように、１を超える値にＧ2を設定すると、電流の大きさに応じて、ＳＯＣvの比重とＳＯＣiの比重が自動的に切り替わる。電流の大きさが小さい場合は、ＳＯＣvの比重が大きくなり、誤差の少ないＳＯＣvがＳＯＣwに反映される。電流の大きさが大きい場合は、ＳＯＣiの比重が大きくなり、電圧や内部抵抗Ｒの影響を受けないＳＯＣiがＳＯＣwに反映される。仮に電流センサの誤差による積算誤差がある場合であっても、ハイブリッド車両や電気自動車においては、電流の大きさは小および大がある頻度で交互に発生するため、電流が大きい場合のみが連続することはなく、積算誤差は、電流が小さくなった時点で解消される。よって、本実施形態を用いると、電流の大きさに応じて、ＳＯＣvによる誤差の校正とＳＯＣiによる安定性を自動的に選択しながら精度の高いＳＯＣwを得ることができる。

−第２の実施形態−
第２の実施形態において、第１の実施形態で説明した、図１の電池システムのブロック構成図、図２の電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図、図３の電池の等価回路を示す図、図４のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図、図５の電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図は同様であるのでその説明を省略する。

図６は、第２の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブル１３０を示す図である。このテーブル１３０に示す補正係数Ｇ2は一例であり、記憶部１２０に記憶される。このテーブル１３０では、電池温度Ｔが−１０℃以上、かつ１０℃以下で、電池電流Ｉの絶対値が２０Ａ以上の範囲１３１の補正係数Ｇ2を、５〜１００の値に、その他の範囲は補正係数Ｇ2を１の値に設定している。重み係数演算部１１４は、検出された電池電流Ｉと電池温度Ｔとに基づいて記憶部１２０内のテーブル１３０を参照して補正係数Ｇ2を読み出し、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出する。

電池４００が、弱低温領域（例えば、−１０℃以上、かつ１０℃以下）で、且つ内部抵抗が小さい（例えば、負極が黒鉛系の電池）ものでは、電流が大きい場合でも重み係数Ｗが十分に小さくならず、そのためＳＯＣiの比重が大きくならずＳＯＣの精度が悪化する。そのために、本実施形態では、電池温度Ｔが所定値以上、所定値以下、かつ電池電流Ｉの絶対値が所定値以上の場合は、ＳＯＣiの比重が大きくなるように補正係数Ｇ2を設定する。

電池４００が、弱低温領域（例えば、−１０℃以上、かつ１０℃以下）で、且つ内部抵抗が小さい電池（例えば、負極が黒鉛系の電池）で、電池電流が大きい場合を説明する。例えば、電池電流Ｉが３０Ａ、電池温度が０℃の場合、テーブル１３０より補正係数Ｇ2の値５０を読み出す。ここで内部抵抗＝１ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋３０×１×５０）×１｝＝１／１５０１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／１５０１）×ＳＯＣv＋（１５００／１５０１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvは１／１５０１しか反映されず、ＳＯＣiの比重が大きい。したがって、ＳＯＣiによって、ＳＯＣの精度が向上する。

ここで、本実施形態との比較の為に、Ｇ2＝１とした場合を説明する。電池電流Ｉが３０Ａ、電池温度が０℃の場合に、Ｇ2＝１とする。また、内部抵抗＝１ｍΩ、Ｇ1＝１とする。この場合は、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋３０×１×１）×１｝＝１／３１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／３１）×ＳＯＣv＋（３０／３１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、本実施形態と比較して、ＳＯＣvは１／３１が反映され、少しずつＳＯＣvによる校正が発生するため、ＳＯＣiの比重が大きくならずＳＯＣの精度が悪化する。

電池４００が、弱低温領域（例えば、−１０℃以上、かつ１０℃以下）で、且つ内部抵抗が小さい電池（例えば、負極が黒鉛系の電池）で、電流が小さい場合を説明する。例えば、電池電流Ｉが１０Ａで、電池温度Ｔが０℃ の場合は、テーブル１３０より補正係数Ｇ2の値１を読み出す。ここで内部抵抗＝１ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１０×１×１）×１｝＝１／１１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／１１）×ＳＯＣv＋（１０／１１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvによる校正が発生する。このように、テーブル１３０の電流が小さい領域ではＧ2＝１とすることで、補正係数Ｇ2の影響を受けない従来どおりの動作によって、ＳＯＣvによる校正を期待できる。

本実施形態によれば、弱低温領域、かつ内部抵抗が小さい電池であっても、電池電流が大きい場合には重み係数Ｗが十分に小さくなり、ＳＯＣiの比重が大きくなってＳＯＣの精度が向上する。電流が小さい場合は、従来どおりの動作によって、ＳＯＣvによる校正を期待できる。

−第３の実施形態−
第３の実施形態において、第１の実施形態で説明した、図１の電池システムのブロック構成図、図２の電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図、図３の電池の等価回路を示す図、図４のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図、図５の電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図は同様であるのでその説明を省略する。

図７は、第３の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブル１４０を示す図である。このテーブル１４０に示す補正係数Ｇ2は一例であり、記憶部１２０に記憶される。このテーブル１４０では、電池温度Ｔに依らず、電池電流Ｉの絶対値が１０Ａ以内の範囲１４１の補正係数Ｇ2を、０の値に、その他の範囲は補正係数Ｇ2を１の値に設定している。重み係数演算部１１４は、検出された電池電流Ｉと電池温度Ｔとに基づいて記憶部１２０内のテーブル１４０を参照して補正係数Ｇ2を読み出し、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出する。

電池特性として内部抵抗が大きい電池４００では、式（５）に示すように、電流が小さい場合でも重み係数Ｗが十分に大きくならず、ＳＯＣvの比重が大きくならないためにＳＯＣの校正頻度が少ない。このため電流センサの誤差によってＳＯＣiの電流積算誤差が蓄積している場合に、校正頻度が少ないことによってＳＯＣの精度が悪化する。そのために、本実施形態では、電池電流Ｉの絶対値が所定値以下の場合は、ＳＯＣvの比重が大きくなるように補正係数Ｇ2を設定する。

内部抵抗が大きい電池４００で、電池電流が小さい場合を説明する。例えば、電池電流Ｉが１０Ａ、電池温度が２５℃ の場合、テーブル１４０より補正係数Ｇ2の値０を読み出す。ここで内部抵抗＝１０ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１０×１０×０）×１｝＝１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝１×ＳＯＣv＋０×ＳＯＣi＝ＳＯＣv
このＳＯＣwの式から分かるように、電池電流Ｉの絶対値が所定値以下の場合は、ＳＯＣvの比重が大きくなる。

ここで、本実施形態との比較の為に、Ｇ2＝１とした場合を説明する。電池電流Ｉが１０Ａ、電池温度が２５℃ の場合、Ｇ2＝１とする。また、内部抵抗＝１０ｍΩ、Ｇ1＝１とする。この場合は、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１０×１０×１）×１｝＝１／１０１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／１０１）×ＳＯＣv＋（１００／１０１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、本実施形態と比較して、ＳＯＣvの校正頻度が少なく、ＳＯＣiの比重が大きく、ＳＯＣの精度が悪化する。

内部抵抗が大きい電池４００で、電池電流が大きい場合を説明する。例えば、電池電流Ｉが５０Ａ、電池温度が２５℃ の場合、テーブル１４０より補正係数Ｇ2の値１を読み出す。ここで内部抵抗＝１０ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋５０×１０×１）×１｝＝１／５０１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／５０１）×ＳＯＣv＋（５００／５０１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、電池電流Ｉの絶対値が所定値以上の場合は、ＳＯＣiの比重が大きくなる。このように、電池電流Ｉが大きい補正係数Ｇ2のテーブル１４０の値を１にすることで、補正係数Ｇ2の影響を受けない従来どおりの動作によって、ＳＯＣiの比重を大きくして精度の高いＳＯＣを得ることができる。

このように、電池特性として内部抵抗が大きい電池であっても、その電池特性に合わせて、電池電流Ｉの絶対値が所定の値以下である場合は、ＳＯＣvの比重が大きくなるようにテーブル１４０を設定することで、ＳＯＣの校正頻度を向上させることができる。

−第４の実施形態−
第４の実施形態において、第１の実施形態で説明した、図１の電池システムのブロック構成図、図２の電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図、図３の電池の等価回路を示す図、図４のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図、図５の電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図は同様であるのでその説明を省略する。

図８は、第４の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブル１５０を示す図である。このテーブル１５０に示す補正係数Ｇ2は一例であり、記憶部１２０に記憶される。このテーブル１５０では、電池温度Ｔが０℃以下で、電池電流Ｉの絶対値が１０Ａ以上の範囲１５１の補正係数Ｇ2を、５０〜１００の値に、その他の範囲は補正係数Ｇ2を１の値に設定している。重み係数演算部１１４は、検出された電池電流Ｉと電池温度Ｔとに基づいて記憶部１２０内のテーブル１５０を参照して補正係数Ｇ2を読み出し、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出する。

電池によっては、電池温度が低く電池電流が小さい場合において、電池電圧が式（３）の関係性から大きく外れる事象が発生するものがある。このような電池に対して、式（５）に相当する従来の式（補正係数Ｇ2を含まない式）によれば、電池電流が小さいために重み係数ＷによってＳＯＣvの比重が大きくなるが、前述したように式（３）の関係性から外れているため、ＳＯＣvの誤差が大きくなり、これが最終的なＳＯＣとなるのでＳＯＣの誤差が大きくなってしまう。そのために、本実施形態では、電池温度Ｔが所定値以下、かつ電池電流Ｉの絶対値が所定値以下の場合は、ＳＯＣiの比重が大きくなるに補正係数Ｇ2を設定する。

図８に示す補正係数Ｇ2のテーブル１５０を参照して説明する。電池電流Ｉが小さい場合、例えば、電池電流Ｉが １０Ａ、電池温度Ｔが−１０℃ の場合、テーブル１５０より補正係数Ｇ2の値５０を読み出す。ここで内部抵抗＝３ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１０×３×５０）×１｝＝１／１５０１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／１５０１）×ＳＯＣv＋（１５００／１５０１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvは１／１５０１ずつしか反映されず校正頻度が少なく、ＳＯＣiの比重が大きい。

ここで、本実施形態との比較の為に、Ｇ2＝１とした場合を説明する。電池電流Ｉが１０Ａ、電池温度Ｔが−１０℃ で、Ｇ2＝１とする。ここで内部抵抗＝３ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋１０×３×１）×１｝＝１／３１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１／３１）×ＳＯＣv＋（３０／３１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvは、１／３１ずつ反映され、少しずつＳＯＣvによる校正が発生するため、ＳＯＣiの比重が大きいとはいえない。

一方、本実施形態において、電池電流Ｉが大きい場合、例えば、電池電流Ｉが２０Ａ、電池温度が−１０℃ の場合、テーブル１５０より補正係数Ｇ2の値１を読み出す。ここで内部抵抗＝３ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋２０×３×１）×１｝＝１／６１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝（１/６１）×ＳＯＣv＋（６０/６１）×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、電池電流Ｉが小さい場合に比較して、ＳＯＣvは１／６１ずつ反映されて校正頻度が多くなり、ＳＯＣiの比重が小さい。

また、本実施形態において、例えば、電池電流Ｉが０Ａ、電池温度が−１０℃ の場合、テーブル１５０より補正係数Ｇ2の値１００を読み出す。ここで内部抵抗＝３ｍΩ、Ｇ1＝１のとき、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出すると以下のようになる。
Ｗ＝１／｛（１＋０×３×１００）×１｝＝１
したがって、ＳＯＣwは式（１）より以下のようになる。
ＳＯＣw＝１×ＳＯＣv＋０×ＳＯＣi
このＳＯＣwの式から分かるように、ＳＯＣvが反映される状態となる。電池電流Ｉが０Aのときは、式（３）から、ＯＣＶ=ＣＣＶ‐Ｖｐとなり、電流の影響をほとんど受けずに電圧からＳＯＣを演算することが可能であり、ＳＯＣvの誤差は小さい。したがって、ＳＯＣvをＳＯＣに反映しても精度が悪化する懸念が少ないため、校正によるＳＯＣ精度が向上する。

本実施形態によれば、電池温度が低く電池電流が小さい場合において電池電圧が式（３）の関係性から大きく外れる事象が発生するような特性を有する電池であっても、電池温度Ｔが所定値以下であり、かつ電池電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、ＳＯＣiの比重が多くなるようにテーブル１５０を設定する。これにより、ＳＯＣの精度を向上させることができる。さらに、電池電流が０AのときはＳＯＣvの比重が多くなるため、校正頻度も確保することができる。

−各実施形態のまとめ−
図９は第１〜第４の実施形態のまとめを示す図である。各実施形態について、電池電流Ｉの絶対値の大きさ、内部抵抗Ｒの大きさ、電池温度Ｔの範囲に応じて、設定する補正係数Ｇ2の値を示す。その結果、ＳＯＣvの比重を大きくしたり、ＳＯＣiの比重を大きくしたりすることができ、比重が大きくなる箇所に○印を示す。このように、電池電流Ｉの絶対値の大きさ、内部抵抗Ｒの大きさ、電池温度Ｔの範囲などの電池４００の特性に応じて、補正係数Ｇ2の値を設定することにより、適宜、ＳＯＣv若しくはＳＯＣiの比重を大きくすることができる。

以上説明した第１〜第４の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電池制御装置１００は、電池４００の両端電圧を用いて電池４００の充電状態を算出するＳＯＣv演算部１１１と、電池４００に流れる電流Iを積算して電池４００の充電状態を算出するＳＯＣi演算部１１２と、電流Iの大きさの絶対値と、電池の内部抵抗Ｒと、第１の係数Ｇ1と、第２の係数Ｇ2とを備えた計算式に基づいて重み係数Ｗを算出する重み係数演算部１１４と、ＳＯＣv演算部１１１が算出した電池４００の充電状態とＳＯＣi演算部１１２が算出した電池４００の充電状態を重み係数Ｗを用いて重み付け加算するＳＯＣw演算部ＭＰ１、ＭＰ２、ＤＦ、ＡＤと、を備え、計算式の第１の係数Ｇ1は、計算式の全体に係り、第２の係数Ｇ2は、計算式内の電流Iの大きさの絶対値に係る。これにより、ＳＯＣを高い精度で算出するための重み付けの設定が容易になる。

（２）電池制御装置１００において、計算式は以下の式であり、重み係数演算部１１４は、計算式に基づいて重み係数Ｗを算出する。これにより、ＳＯＣを高い精度で算出するための重み付けの設定が容易になる。
Ｗ＝１／｛（１＋｜Ｉ｜×Ｒ×Ｇ2）×Ｇ1｝

（３）電池制御装置１００において、ＳＯＣw演算部ＭＰ１、ＭＰ２、ＤＦ、ＡＤは、ＳＯＣv演算部１１１が算出した電池４００の充電状態ＳＯＣvと、ＳＯＣi演算部１１２が算出した電池４００の充電状態ＳＯＣiと、重み係数演算部１１４が算出した重み係数Ｗとを用いて以下の式に基づいて重み付け加算する。これにより、ＳＯＣを高い精度で算出するための重み付けの設定が容易になる。
ＳＯＣw＝Ｗ×ＳＯＣv＋（１−Ｗ）×ＳＯＣi

（４）電池制御装置１００において、重み係数演算部１１４は、電池４００の温度Ｔが低温側で第１所定値以上かつ高温側で第２所定値以下の範囲であり、かつ電池４００に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以上である場合は、第２の係数Ｇ2を１より大きな値に設定し、ＳＯＣw演算部ＭＰ１、ＭＰ２、ＤＦ、ＡＤは、温度Ｔが低温側で第１所定値以上かつ高温側で第２所定値以下の範囲であり、かつ電池４００に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以上である場合は、ＳＯＣi演算部１１２が算出した電池の充電状態の比重を大きくする。これにより、弱低温領域、かつ内部抵抗が小さい電池であっても、電池電流が大きい場合には重み係数Ｗが十分に小さくなり、ＳＯＣiの比重が大きくなってＳＯＣの精度が向上する。

（５）電池制御装置１００において、重み係数演算部１１４は、電池４００に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、第２の係数Ｇ2を０の値に設定し、ＳＯＣw演算部ＭＰ１、ＭＰ２、ＤＦ、ＡＤは、電池４００に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、ＳＯＣv演算部１１１が算出した電池４００の充電状態の比重を大きくする。これにより、電池特性として内部抵抗が大きい電池であっても、その電池特性に合わせて、電池電流Ｉの絶対値が所定の値以下である場合は、ＳＯＣvの比重が大きくなるようにテーブル１４０を設定することで、ＳＯＣの校正頻度を向上させることができる。

（６）電池制御装置１００において、重み係数演算部１１４は、電池４００の温度Ｔが所定の温度以下であり、かつ電池４００に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、第２の係数Ｇ2を１より大きな値に設定し、ＳＯＣw演算部ＭＰ１、ＭＰ２、ＤＦ、ＡＤは、電池４００の温度Ｔが所定の温度以下であり、かつ電池４００に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、ＳＯＣi演算部１１２が算出した電池４００の充電状態の比重を大きくする。これにより、これにより、ＳＯＣの精度を向上させることができる。

（７）電池制御装置１００において、重み係数演算部１１４は、第１の係数Ｇ1を、所定値以下の値に設定する。これにより、第２の係数Ｇ2による設定をより有効にすることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した第１〜第４の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）重み係数演算部１１４は、式（５）に基づいて重み係数Ｗを算出する例で説明した。しかし、次式（５’）に基づいて重み係数Ｗを算出してもよい。ここで、Ｋ1＝１／Ｇ1である。すなわち、係数Ｋ1、Ｇ1は、ともに計算式の全体に係る係数である。
Ｗ＝Ｋ1×１／（１＋｜Ｉ｜×Ｒ×Ｇ2） ・・・（５’）

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１００…電池制御装置、
１１０…電池状態推定装置、
１１１…ＳＯＣv演算部、
１１２…ＳＯＣi演算部、
１１４…重み係数演算部、
１３０…第２の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブル
１４０…第３の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブル
１５０…第４の実施形態における補正係数Ｇ2のテーブル
２００…計測部、
３００…出力部、
４００…電池、
１０００…電池システム

Claims (7)

1. 電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態を算出するＳＯＣv演算部と、
   前記電池に流れる電流Iを積算して前記電池の充電状態を算出するＳＯＣi演算部と、
   前記電流Iの大きさの絶対値と、前記電池の内部抵抗Ｒと、第１の係数Ｇ1と、第２の係数Ｇ2とを備えた計算式に基づいて重み係数Ｗを算出する重み係数演算部と、
   前記ＳＯＣv演算部が算出した前記電池の充電状態と前記ＳＯＣi演算部が算出した前記電池の充電状態を前記重み係数Ｗを用いて重み付け加算するＳＯＣw演算部と、を備え、
   前記計算式の前記第１の係数Ｇ1は、前記計算式の全体に係り、前記第２の係数Ｇ2は、前記計算式内の前記電流Iの大きさの絶対値に係る電池制御装置。
2. 請求項１に記載の電池制御装置において、
   前記計算式は以下の式であり、前記重み係数演算部は、前記計算式に基づいて前記重み係数Ｗを算出する電池制御装置。
   Ｗ＝１／｛（１＋｜Ｉ｜×Ｒ×Ｇ2）×Ｇ1｝
3. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記ＳＯＣw演算部は、前記ＳＯＣv演算部が算出した前記電池の充電状態ＳＯＣvと、前記ＳＯＣi演算部が算出した前記電池の充電状態ＳＯＣiと、前記重み係数演算部が算出した前記重み係数Ｗとを用いて以下の式に基づいて重み付け加算する電池制御装置。
   ＳＯＣw＝Ｗ×ＳＯＣv＋（１−Ｗ）×ＳＯＣi
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
   前記重み係数演算部は、前記電池の温度Ｔが低温側で第１所定値以上かつ高温側で第２所定値以下の範囲であり、かつ前記電池に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以上である場合は、前記第２の係数Ｇ2を１より大きな値に設定し、
   前記ＳＯＣw演算部は、前記温度Ｔが低温側で第１所定値以上かつ高温側で第２所定値以下の範囲であり、かつ前記電池に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以上である場合は、前記ＳＯＣi演算部が算出した前記電池の充電状態の比重を大きくする電池制御装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
   前記重み係数演算部は、前記電池に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、前記第２の係数Ｇ2を０の値に設定し、
   前記ＳＯＣw演算部は、前記電池に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、前記ＳＯＣv演算部が算出した前記電池の充電状態の比重を大きくする電池制御装置。
6. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
   前記重み係数演算部は、前記電池の温度Ｔが所定の温度以下であり、かつ前記電池に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、前記第２の係数Ｇ2を１より大きな値に設定し、
   前記ＳＯＣw演算部は、前記電池の温度Ｔが所定の温度以下であり、かつ前記電池に流れる電流Ｉの絶対値が所定の電流以下である場合は、前記ＳＯＣi演算部が算出した前記電池の充電状態の比重を大きくする電池制御装置。
7. 請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
   前記重み係数演算部は、前記第１の係数Ｇ1を、所定値以下の値に設定する電池制御装置。

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