WO2003061055A1

WO2003061055A1 - Evaluation de la capacite restante d'un accumulateur et dispositif a cet effet, systeme de bloc-batterie, et vehicule electrique

Info

Publication number: WO2003061055A1
Application number: PCT/JP2002/012614
Authority: WO
Inventors: Yusai Murakami; Masahiro Takada; Teruyoshi Egoshi; Norito Yamabe
Original assignee: Panasonic Ev Energy Co., Ltd.
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2003-07-24
Also published as: EP1460709A4; CN1300893C; JP2003197272A; US20050017725A1; KR100606876B1; JP4097183B2; US7339351B2; EP1460709B1; KR20040060998A; CN1610986A; EP1460709A1

Description

明細書

-次電池の残存容量推定方法および装置、電池パッ

並びに電動車両技術分野

本発明は、電気自動車（PEV)、ハイブリッド車両（HEV)、燃料電池とバッテリとのハイプリッド車両等の電動車両等に、モータの動力源および各種負荷の駆動源として搭載されるニッケル一水素（N i一 M H) バッテリなどの二次電池の残存容量（S〇C ： State of Charge) を推定する方法に関する。背景技術

従来より、 HEVでは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰の動力で発電機を駆動して二次電池の充電が行われる。逆に、エンジンからの出力が小さい場合には、二次電池の電力を用いてモータを駆動して不足の動力を出力する。この場合、二次電池の放電が行われる。かかる充放電等を制御して適正な動作状態に維持することが、二次電池を HE V等に搭載する場合に要求される。

そのために、電池の電圧、電流、温度等を検出して二次電池の残存容量（以下、 S OCと略称する）を演算により推定し、車両の燃料消費効率が最も良くなるように SOC制御を行っている。また、その時の S O Cレベルは、加速時のモータ駆動によるパヮ一アシストおよび減速時のエネルギー回収（回生制動）をバランス良く動作させるため、一般的には、例えば S OCが 5 0 %から 7 0 %の範囲内になるように、 S OCが低下して例えば 50 %になった場合には充電過多の制御を行い、逆に、 S O Cが上昇して例えば 7 0 %になった場合には放電過多の制御を行つて、 S O Cを制御中心に近づけようとするものである。

このような S〇C制御を正確に行うためには、充放電を行っている二次電池の S O Cを正確に推定することが必要になる。かかる従来の S〇 C推定方法としては、以下の 2種類の方法がある。

① 充放電された電流を測定し、その電流値（充電の場合はマイナス、放電の場合はプラスの符号を有する）に充電効率を乗算し、その乗算値をある時間期間にわたって積算することにより、積算容量を計算し、この積算容量に基づいて S〇 Cを推定する。

② 充放電された電流と、それに対応する二次電池の端子電圧とのぺアデ一タを複数個測定して記憶し、そのペアデータから、最小二乗法により' 1次の近似直線（電圧 V—電流 I近似直線）を求め、電流値 0 (ゼ口）に対応する電圧値（V— I近似直線の V切片）を無負荷電圧（V 0 ) として算出し、この無負荷電圧 V 0に基づいて S O Cを推定する。

また、二次電池を充放電すると、電池起電力に対して分極電圧が発生する。すなわち、充電時には電圧が高くなり、放電時には電圧が低くなり、この変化分が分極電圧と呼ばれる。上記②の方法のように S O Cを電圧により推定する場合や、また、所定時間内における電圧の上昇および降下を推定する場合、所定時間内における入出力可能電力を求める場合には、分極電圧を正確に把握する必要がある。

一般に、分極電圧の推定方法としては、複数の電流、電圧データから一次の回帰直線を求め、その直線の傾きを分極抵抗（部品抵抗、反応抵坊、および拡散抵抗）として、その分極抵抗に電流を乗算することで分極電圧としている。

しかしながら、上記 2種類の従来の S O C推定方法では、以下のような問題点がある。まず、上記①の積算容量による S O c推定方法の場合、電流値を積算する際に必要な充電効率は s〇c値、電流値、温度などに依存するため、それら各種の条件に適応した充電効率を見つけ出すことは困難である。また、バッテリが放置状態にある場合、その間の自己放電量を計算することができない。これら等の理由により、時間の経過とともに S O Cの真の値と推定値との誤差が大きくなるので、それを解消するために、完全放電ゃ満充電を行い、 S O Cの初期化を行うことが必要になる。

しかし、二次電池を H E Vに搭載して使用する場合、完全放電を行うと、二次電池からの電力供給ができなくなり、エンジンに負担がかかることになる。そのため、充電サイト等で車両を停止させ、二次電池の完全放電を行った後に、満充電になるまで二次電池を所定時間かけて充電する必要がある。このように、 H E V用途の場合、車両走行中に完全充放電を行い、 S O Cの初期化を行うことは不可能である。また、定期的に、 H E Vに搭載された二次電池の完全充放電を行うことは、ユーザにとって利便性に欠け、負担にもなる。

次に、上記②の無負荷電圧による S O C推定方法の場合、まず、大きな放電を行った後における V— I近似直線の V切片は低めになり、大きな充電を行った後における V— I近似直線の V切片は高めになるというように、過去の充放電電流の履歴によって、同一の S O Cにおいても無負荷電圧が変化する。この変化分は分極電圧によるものである。このように、 V— I近似直線の V切片である無負荷電圧は、分極電圧の要因により、充電方向と放電方向とで異なってしまう。それにより、この電圧差が S O Cの推定誤差となる。また、メモリ一効果や放置による電圧低下、電池劣化等も S O C推定の誤差要因となる。

また、上記従来の分極電圧の推定方法では、分極抵抗により分極電圧を求めると、分極抵抗に含まれる、電池の活物質と電解液界面の反応による反応抵抗や、活物質内、活物質間、および電解液内の反応による拡散抵抗の推定が十分に行えないため、推定された分極電圧の精度が悪く

、 S O C推定のための電池起電力を求めるために、上記②の無負荷電圧を補正に用いるのは実用的ではない。発明の開示

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、定期的に二次電池の完全充放電を行って S〇 Cを初期化することなく、 S O Cを高精度に推定できる方法および装置、かかる方法における処理を実行するコンピュータシステム（電池用の電子制御ユニット（電池 E C U) ) を塔載した電池パックシステム、かかる電池パックシステムを塔載した電動車両を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 1の二次電池の残存容量推定方法は、二次電池に流れる電流と、電流に対応した二次電池の端子電圧との組データを測定し、組データを複数個取得する工程と、取得した複数個の組データに基づいて、二次電池の起電力を算出する工程と、算出した起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する工程と、補正量と充電効率とから、電流積算係数を算出する工程と、算出した電流積算係数を測定した電流に乗算して、電流積算により、二次電池の残存容量を推定する工程とを含むことを特徴とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 2の二次電池の残存容量推定方法は、二次電池である複数個の単電池を組み合わせて成り、中間的充電状態で使用される電池パックに流れる電流と、電流に対応した二次電池の端子電圧との組データを測定し、組データを複数個取得するェ程と、取得した複数個の組デ一夕に基づいて、二次電池の起電力を算出する工程と、算出した前記起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する工程と、補正量と充電効率とから、電流積算係数を算出する工程と、算出した電流積算係数を測定した電流に乗算して、電流積算により、二次電池の残存容量を推定する工程とを含むことを特徴とする。上記の方法によれば、電池起電力に応じて電流積算係数に補正を加え、電流積算により S O Cを推定することで、 S〇 C中間領域において電流積算による誤差が蓄積されなくなり、高い精度で S〇 Cを推定することが可能になる。 .

また、長期放置等による自己放電後の S O Cも容易に推定でき、定期的に完全放電や完全充電を行って、 S O Cを初期化する必要もなくなる。第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法はさらに、二次電池の温度を測定する工程と、測定した温度、電流および推定した残存容量に基づいて、充電中における充電効率を算出する工程とを含むことが好ましい。

この方法によれば、電池の温度変化、電流変化および残存容量推定値を充電効率にフィードバックすることで、積算容量の算出精度を向上させることができる。

第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、補正量の決定工程は、あらかじめ残存容量に対する起電力の特性を求め、この特性を記憶した参照テーブルまたは式に基づいて、推定した残存容量から推定起電力を算出する工程と、起電力の算出工程で求めた起電力と推定起電力との差分値に基づいて、補正量を決定する工程とを含むことが好ましい。

この方法によれば、残存容量推定値を推定起電力としてフィードバックし、算出した起電力と推定起電力の差分値がゼロになるように制御することで、積算容量の算出精度をさらに向上させることができる。

また、第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、起電力の算出工程は、複数個の組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を求め、無負荷電圧を起電力として算出する工程を含むことが好ましい。

この方法によれば、簡単な構成で、起電力に応じた電流積算係数の補正を行うことができる。

または、第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、起電力の算出工程は、測定した電流から過去の所定期間における積算容量の変化量を算出する工程と、積算容量の変化量に基づいて、分極電圧を算出する工程と、複数個の組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を算出する工程と、無負荷電圧から分極電圧を減算して、起電力を算出する工程とを含むことが好ましい。

この方法によれば、積算容量の変化量に基づいて分極電圧を算出するため、分極電圧の算出精度がよくなり、無負荷電圧から分極電圧を減算した電池起電力（平衡電位）の算出精度も良くなつて、精度の高い s〇

Cの推定が可能になる。

第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、起電力の算出工程は、積算容量の変化量に対して時間遅延処理を施す工程を含むことが好ましい。

この方法によれば、積算容量の変化量に対して遅延時間を有する分極電圧を、積算容量の変化量にリアルタイムに追従させて算出することができる。

また、第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、積算容量の変化量に対する時間遅延処理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すことが好ましい。この方法によれば、分極電圧の算出に不要な積算容量の変動成分を低減することができる。

また、第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、起電力の算出工程は、分極電圧に対して時間遅延処理を施す工程を含むことが好ましい。

この方法によれば、無負荷電圧と分極電圧との時間合わせを行い、適切な起電力の算出を行うことができる。

この場合、分極電圧に対する時間遅延処理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すことが好ましい。

この方法によれば、起電力の算出に不要な分極電圧の変動成分を低減することができる。

第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法はさらに、取得した複数個の組データを所定の選別条件に基づき選別する工程を含み、所定の選別条件として、電流の値が充電側および放電側で所定の範囲内にあり、複数の組データ数が充電側と放電側で所定数以上であり、複数個の組デ —夕の取得中における積算容量の変化量が所定の範囲内にある場合に、複数個の組データを選択することが好ましい。

この方法によれば、複数個の組データを、放電側および充電側で均一に、かつ積算容量の変化量の影響を受けることなく取得することができる。

第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法はさらに、算出した無負荷電圧が有効であるか否かを所定の判定条件に基づき判定する工程を含み、所定の判定条件として、最小二乗法を用いて統計処理を行って求めた近似直線に対する複数個の組データの分散値が所定の範囲内にある、または近似直線と複数個の組データとの相関係数が所定値以上である場合に、算出した無負荷電圧を有効とすることが好ましい。この方法によれば、無負荷電圧の算出精度を向上させることができる。第 1および第 2の二次電池の残存容量推定方法において、二次電池は、ニッケル一水素二次電池である。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 1の電池パックシステムは、第 2の二次電池の残存容量推定方法を実行するコンピュータシステムと、電池パックとを備えたことを特徴とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 1の電動車両は、第 1の電池パックシステムを塔載したことを特徴とする。

この構成によれば、マイクロコンピュータシステムとして、例えば電池 ECUを塔載した電池パックシステムが、例えば HEV等に塔載された場合、高精度に推定した S OCに基づいて、正確な S O C制御を行うことができる。すなわち、演算により推定している S OC (SOC推定値）が真の SOC (SOC真値）よりも高いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が減算されることにより、その後の積算時に、 SOC推定値は以前の積算よりも低下するので、 S OC真値に近づくことになる。一方、 S〇C推定値が S OC真値よりも低いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が加算されることにより、その後の積算時に、 s〇c推定値は以前の積算よりも上昇するので、やはり SO C真値に近づくことになる。したがって、この制御を継続することにより、 S OC推定値と S〇C真値は常に一致する方向に管理され、かつ S O C真値に対する S〇 C推定値の偏差が少なくなるので、システム全体のエネルギー管理の精度を大幅に向上させることができる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 1の二次電池の残存容量推定装置は、二次電池に流れる電流を電流デ一夕として測定する電流測定部と、電流に対応した二次電池の端子電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、電流測定部からの電流データと電圧測定部からの電圧デ一夕との複数個の組データに基づいて、二次電池の起電力を算出する起電力算出部と、起電力算出部からの起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する電流積算係数補正部と、電流積算係数補正部からの補正量と充電効率とから、電流積算係数を出力する加算器と、加算器からの電流積算係数を電流データに乗算して、電流積算により、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部とを備えたことを特徴とする前記の目的を達成するため、本発明に係る第 2の二次電池の残存容量推定装置は、二次電池である複数個の単電池を組み合わせて成り、中間的充電状態で使用される電池パックに流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、電流に対応した二次電池の端子電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、電流測定部からの電流データと電圧測定部からの電圧データとの複数個の組データに基づいて、二次電池の起電力を算出する起電力算出部と、起電力算出部からの起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する電流積算係数補正部と、電流積算係数補正部からの補正量と充電効率とから、電流積算係数を出力する加算器と、加算器からの電流積算係数を電流データに乗算して、電流積算により、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部とを備えたことを特徴とする。

上記の構成によれば、電池起電力に応じて電流積算係数に補正を加え、電流積算により S O Cを推定することで、 S 0 C中間領域において電流積算による誤差が蓄積されなくなり、高い精度で S〇 Cを推定することが可能になる。

また、長期放置等による自己放電後の S O Cも容易に推定でき、定期的に完全放電や完全充電を行って、 S O Cを初期化する必要もなくなる。第 1および第 2の二次電池の残存容量推定装置はさらに、二次電池の温度を温度データとして測定する温度測定部と、温度測定部からの温度、電流測定部からの電流および残存容量推定部からの残存容量推定値に基づいて、充電中における充電効率を算出する充電効率算出部とを備えることが好ましい。

この構成によれば、電池の温度変化および残存容量推定値を充電効率にフィードバックすることで、積算容量の算出精度を向上させることができる。

また、第 1および第 2の二次電池の残存容量推定装置はさらに、あらかじめ求められた、残存容量に対する起電力の特性を記憶した参照テーブルまたは式に基づいて、残存容量推定値から推定起電力を算出する推定起電力算出部を備え、電流積算係数補正部は、起電力算出部からの起電力と推定起電力との差分値に基づいて、補正量を決定することが好ましい。

この構成によれば、残存容量推定値を推定起電力としてフィードバックし、算出した起電力と推定起電力の差分値がゼロになるように制御することで、積算容量の算出精度をさらに向上させることができる。第 1および第 2の二次電池の残存容量推定装置において、起電力算出部は、複数個の組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を求め、無負荷電圧を起電力として算出することが好ましい。

この構成によれば、簡単な構成でも、起電力に応じた電流積算係数の補正を行うことができる。

第 1および第 2の二次電池の残存容量推定装置において、起電力算出部は、電流データから過去の所定期間における積算容量の変化量を算出する変化容量算出部と、変化容量算出部からの積算容量の変化量に基づいて、分極電圧を算出する分極電圧算出部と、複数個の組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を算出する無負荷電圧算出部と、無負荷電圧から前記分極電圧を減算して、起電力を出力する減算器とを備えることが好ましい。

この構成によれば、積算容量の変化量に基づいて分極電圧を算出するため、分極電圧の算出精度がよくなり、無負荷電圧から分極電圧を減算した電池起電力（平衡電位）の算出精度も良くなつて、精度の高い S O Cの推定が可能になる。

第 1または第 2の二次電池の残存容量推定装置はさらに、変化容量算出部からの積算容量の変化量に対して時間遅延処理を施す第 1の演算処理部を備えることが好ましい。

この構成によれば、積算容量の変化量に対して遅延時間を有する分極電圧を、積算容量の変化量にリアルタイムに追従させて算出することができる。

また、第 1または第 2の二次電池の残存容量推定装置において、第 1 の演算処理部は、積算容量の変化量に対して、時間遅延処理と共に、フィル夕リングにより平均化処理を施すことが好ましい。

この構成によれば、分極電圧の算出に不要な積算容 *の変動成分を低減することができる。

第 1または第 2の二次電池の残存容量推定装置はさらに、分極電圧に対して時間遅延処理を施す第 2の演算処理部を備えることが好ましい。

この構成によれば、無負荷電圧と分極電圧との時間合わせを行い、適切な起電力の算出を行うことができる。

この場合、第 2の演算処理部は、時間遅延処理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すことが好ましい。

この構成によれば、起電力の算出に不要な分極電圧の変動成分を低減することができる。また、第 1または第 2の二次電池の残存容量推定装置はさらに、複数個の組データを所定の選別条件に基づき選別し、無負荷電圧算出部に出力する組データ選別部を備え、組データ選別部は、所定の選別条件として、電流の値が充電側および放電側で所定の範囲内にあり、複数個の組データ数が充電側と放電側で所定数以上であり、複数個の組データの取得中における積算容量の変化量が所定の範囲内にある場合に、複数個の組データを選択することが好ましい。

この構成によれば、複数個の組データを、放電側および充電側で均一に、かつ積算容量の変化量の影響を受けることなく取得することができる。

また、第 1または第 2の二次電池の残存容量推定装置はさらに、無負荷電圧算出部により算出された無負荷電圧が有効であるか否かを所定の判定条件に基づき判定する無負荷電圧判定部を備え、無負荷電圧判定部は、所定の判定条件として、最小二乗法を用いて統計処理を行って求めた近似直線に対する複数個の組データの分散値が所定の範囲内にあるか、または近似直線と複数個の組データとの相関係数が所定値以上である場合に、算出した無負荷電圧を有効とすることが好ましい。

この構成によれば、無負荷電圧の算出精度を向上させることができる。第 1および第 2の二次電池の残存容量推定装置において、二次電池は、ニッケル一水素二次電池である。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 2の電池パックシステムは、第 2の二次電池の残存容量推定装置と、電池パックとを備えたことを特徴とする。この場合、第 2の二次電池の残存容量推定装置はコンビユー夕システムとして構成されることが好ましい。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 2の電動車両は、第 2の電池パックシステムを塔載したことを特徴とする。この構成によれば、マイクロコンピュータシステムとして、例えば電池 E CUを塔載した電池パックシステムが、例えば HE V等に塔載された塲合、高精度に推定した S OCに基づいて、正確な S OC制御を行うことができる。すなわち、演算により推定している S〇C (SOC推定値）が真の SOC (SOC真値）よりも高いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が減算されることにより、その後の積算時に、 SOC推定値は以前の積算よりも低下するので、 S OC真値に近づくことになる。一方、 S OC推定値が SOC真値よりも低いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が加算されることにより、その後の積算時に、 SOC推定値は以前の積算よりも上昇するので、やはり SO C真値に近づくことになる。したがって、この制御を継続することにより、 SOC推定値と SOC真値は常に一致する方向に管理され、かつ S〇C真値に対する S〇 C推定値の偏差が少なくなるので、システム全体のエネルギー管理の精度を大幅に向上させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。

図 2は、電圧データ V (n) と電流データ I (n) の組データと、それから統計処理により無負荷電圧 V 0を求めるための近似直線とを示す図である。

図 3は、本発明の第 1の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。

図 4は、本発明の第 2の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。

図 5は、本発明の第 2の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチヤ一トである。

図 6は、本発明の第 3の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。

図 7は、第 3の実施形態における、積算容量の変化量と分極電圧 V p o 1の時間変化の一例を示す図である。

図 8は、本発明の第 3の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。

図 9は、第 3の実施形態における、無負荷電圧 V 0、起電力 V e q、電流積算係数 k、 S O C真値（S OC t)、および SOC推定値（ S〇 C e s ) の時間変化を示す図である。

図 1 0は、第 3の実施形態における、 SOC推定時の初期値を変化させた場合における S〇 C推定値の収束性を示す図である。

図 1 1は、本発明の第 4の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。

図 1 2は、本発明の第 4の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

(第 1の実施形態）

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る電池パックシステム 1 Aの一構成例を示すブロック図である。図 1において、電池パックシステム 1 Aは、電池パック 1 00と、マイクロコンピュータシステムの一部として本発明に係る残存容量推定装置が含まれる電池 E CU 1 0 1 Aとで構成される。

電池パック 1 00は、 HE V等に搭載された場合、通常、モータに対する所定の出力を得るため、例えばニッケル一水素バッテリである複数の単電池が電気的に直列接続された電池モジュール（セル）をさらに複数個電気的に直列接続されて構成される。

電池 E CU 1 0 1 Aにおいて、 1 02は電圧センサ（不図示）により検出された二次電池 1 00の端子電圧を所定のサンプリング周期で電圧デ一夕 V (n) として測定する電圧測定部で、 1 0 3は電流センサ（不図示）により検出された二次電池 1 00の充放電電流を所定のサンプリング周期で電流データ I (n) (その符号は充電方向か放電方向かを表す）として測定する電流測定部で、 1 04は温度センサ（不図示）により検出された二次電池 1 0 0の温度を温度データ T (n) として測定する温度測定部である。

1 0 5は起電力算出部であり、組デ一夕選別部 1 0 6と、無負荷電圧算出部 1 0 7と、無負荷電圧判定部 1 08とで構成される。

電圧測定部 1 02からの電圧データ V (n) と、電流測定部 1 03からの電流デ一夕 I (n) は、組データとして、組データ選別部 1 06に入力される。組データ選別部 1 06では、選別条件として、充電方向（一）と放電方向（+ ) における電流データ I (n) の値が所定の範囲内（例えば、 ± 5 0 A)にあり、充電方向と放電方向における電流データ I (n) の個数が所定数以上（例えば、 60サンプル中の各 1 0個）あり、また組データ取得中の積算容量の変化量が所定の範囲内（例えば、 0. 3 Ah) にある場合に、電圧データ V (n) と電流データ I (n) の組データが有効であると判断され、それらを選択して有効な組データ S (V (n), I (n)) として出力される。

組データ選別部 1 0 6からの有効な組データ S (V (n), I (n)) は、無負荷電圧算出部 1 0 7に入力される。無負荷電圧算出部; L 07では、図 2に示すように、有効な組データ S (V (n), I (n)) から、最小二乗法を用いた統計処理により、 1次の電圧一電流直線（近似直線）が求められ、電流がゼロの時の電圧値（電圧（V) 切片）である無負荷電圧 V 0が算出される。

無負荷電圧算出部 1 0 7からの無負荷電圧 V 0は、次に、無負荷電圧判定部 1 0 8に入力される。無負荷電圧判定部 1 0 8では、判定条件として、近似直線に対する組データ S (V (n), I (n)) の分散値が求められ、この分散値が所定の範囲内にあるか、または近似直線と組デー夕 S (V (n), I (n)) との相関係数を求め、この相関係数が所定値以上である場合に、算出された無負荷電圧 V 0が有効であると判断し、電池の起電力 V e qとして出力される。

起電力算出部 1 0 5からの起電力 V e Qは、電流積算係数補正部 1 0 9に入力される。電流積算係数補正部 1 09では、起電力 Ve Qに応じて、電流積算係数 kに対する補正量ひが決定される。起電力 V e qに対する補正量 αは 1次式で表され、この 1次式は系の収束性を考慮して決定される。電流積算係数補正部 1 0 9で求められた補正量 αは、充電効率算出部 1 1 0から出力される充電効率 7?と加算器 1 1 1により加算または減算あるいは乗算されて、電流積算係数 kとなる。

加算器 1 1 1からの電流積算係数 kは、残存容量推定部 1 1 2に入力される。残存容量推定部では、電流測定部 1 0 3からの電流デ一タ I (n) に電流積算係数 kが乗算されて、所定期間における電流積算により、残存容量 S O Cが推定される。

また、この SOC推定値は、上記の充電効率算出部 1 1 0に入力され、充電効率算出 1 1 0では、予め記憶されている、温度をパラメータとした SO C推定値に対する充電効率 77の特性曲線から、温度測定部 1 04 で測定された温度データ T (n) に基づいて、充電効率？7が算出される。なお、電池パック 1 0 0が放電状態にある場合は、充電効率 7?は 1に固定され、電池パック 1 00が充電状態にある場合に、充電効率算出部 1 1 0により算出された充電効率 ? が用いられる。

次に、以上のように構成された電池パックシステムにおける残存容量推定の処理手順について、図 3を参照して説明する。

図 3は、本発明の第 1の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。図 3において、まず、電圧データ V (n) と電流データ I (n) を組データとして測定する（S 3 0 1)。次に、ステップ S 3 0 1で測定された電圧データ V (n) と電流データ I (n) の組データが、有効な組データであるか否かを調べるために、それらが上記したような選別条件を満たすか否かを判断する（S 3 02 )。ステップ S 30 2の判断で、選別条件を満たさない場合（N o)、ステップ S 301に戻って、電圧データ V (n) と電流データ I (n) の組データを再度測定する。一方、ステップ S 30 2の判断で、選別条件を満たす場合（Y e s；)、ステップ S 30 3に進んで、複数個（例えば， 6 0サンプル中の充電および放電方向で各 1 0個）の有効な組デ一夕 S (V (n), I (n)) を取得する（S 30 3 )。

次に、有効な組データ S (V (n), I (n)) から、最小二乗法を用いた銃計処理により、 1次の近似直線（V— I直線）を求め、その近似直線の V切片を無負荷電圧 V 0として算出する（S 304)。次に、ステップ S 3 04で算出した無負荷電圧 V 0が有効であるか否かを調べるために、それが上記したような判定条件を満たすか否かを判断する（S 3' 0 5)。ステップ S 30 5の判断で、判定条件を満たさない場合（No)、ステップ S 303に戻って、別の複数個（例えば、 6 0サンプル中の別の各 1 0個）の有効な組データ S (V (n), I (n)) を取得して、ステツプ S 304、 S 30 5を繰り返す。一方、ステップ S 30 5の判断で、算出した無負荷電圧 V 0が判定条件を満たす場合（Y e s)、それを起電力 Ve Qとする。

次に、起電力 V e Qに応じて、電流積算係数 kに対する補正量 αを算出する（S 3 06 )。また、測定した温度デ一夕 Τ (η) に基づいて、現在推定している残存容量 S〇C (SOC推定値）から充電効率を算出する（S 3 0 7 )。次に、ステップ S 3 0 6で求めた補正量 αとステップ S 30 7で求めた充電効率 77とを加算して、電流積算効率 kを算出する (S 30 8 )。最後に、電流積算係数 kを電流データ I (n) に乗算して、所定期間における電流積算により、残存容量 S OCを推定する（S 3 0 9)。

以上のように、本実施形態によれば、電池起電力 Ve qに応じて電流積算係数 kに補正を加え、電流積算により SOCを推定することで、 S 〇c中間領域において電流積算による誤差が蓄積されなくなり、高い精度で S OCを推定することが可能になる。

(第 2の実施形態）

図 4は、本発明の第 2の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示すブロック図である。なお、図 4において、第 1の実施形態の構成を示す図 1と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省赂する。

本実施形態は、第 1の実施形態に、推定起電力算出部 1 1 3と減算器 1 14とを追加して、電池 E CU 1 0 1 Bを構成する。

推定起電力算出部 1 1 3は、現在推定している SOCから推定起電力 V e sを求める。減算器 1 14は、起電力算出部 1 0 5で算出された起電力 V e Qから推定起電力算出部 1 1 3で算出された推定起電力 V e s を減算して、起電力偏差 Vdを電流積算係数補正部 1 0 9に出力する。次に、以上のように構成された電池パックシステムにおける残存容量推定の処理手順について、図 5を参照して説明する。図 5は、本発明の第 2の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。なお、図 5において、第 1の実施形態の処理手順を示す図 3と同じ処理工程については、同一の符号を付して説明を省略する。

図 5において、無負荷電圧 V 0の判定工程（S 3 0 5 ) までは、第 1 の実施形態と同じであるので、説明を省略する。ステップ S 3 0 5の判断で、算出した無負荷電圧 V 0が判定条件を満たす場合（Y e s )、あらかじめ求められた、残存容量に対する起電力の特性を記憶した参照テーブルまたは式に基づいて、 S O C推定値から推定起電力 V e sを算出する（S 5 0 1 )。次に、ステップ S 3 0 5で判定された起電力 V e Qから推定起電力 V e sを減算して、起電力偏差 V dを算出する（S 5 0 2 )。次に、起電力偏差 V dに応じて、電流積算係数 kに対する補正量 αを算出する（S 5 0 3 )。

以降のステップは、第 1の実施形態と同じであるので、説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、 S O C推定値を推定起電力 V e sとしてフィードバックし、算出した起電力 V e Qと推定起電力 V e s の差分値がゼロになるように制御することで、積算容量の算出精度をさらに向上させることができる。

(第 3の実施形態）

図 6は、本発明の第 3の実施形態に係る電池パックシステム 1 Cの一構成例を示すブロック図である。なお、図 6において、第 2の実施形態の構成を示す図 4と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第 2の実施形態の起電力算出部 1 0 5に、変化容量算出部 1 1 5と、第 1の演算処理部 1 1 6と、分極電圧算出部 1 1 7と、減算器 1 1 8とを追加し、起電力算出部 1 0 5 ' として、電池 E CU 1 0 1 Cを構成する。

変化容量算出部 1 1 5は、電流デ一夕 I (n)から過去の所定期間（例えば、 1分間）における積算容量の変化量を求める。

第 1の演算処理部 1 1 6は、低域通過フィルタ（L P F) として機能し、変化容量算出部 1 1 5からの積算容量の変化量と、後続の分極電圧算出部 1 1 7で求められる分極電圧 Vp 0 1 とのタイミング合わせを行うための時間遅延処理と、積算容量の変化量における不要な高周波成分に相当する変動成分を除去するための平均化処理とを行い、 L P F (A Q) として出力する。ここで、図 7に、一例として、過去 1分間の積算容量の変化量を実線で、分極電圧 Vp o 1を破線で示す。図 7から、過去 1分間の積算容量の変化量 Δ Qから数十秒遅れて分極電圧 Vp o 1が変化している様子が分かる。この時間遅れに対応して、第 1の演算処理部 1 1 6を構成する L P Fの時定数て（なお、本実施形態では、 L P Fを 1次遅れ要素で構成している）が決定される。この時定数ては、に 1次遅れ要素を演算し、 L P F (AQ) と分極電圧 Vp o 1 との相関係数が最大となるように決定される。

分極電圧算出部 1 1 7は、参照テーブル（LUT) 1 1 7 1に予め記憶されている、温度をパラメ一タとした L P F (AQ) に対する分極電圧 V p o 1の特性曲線または式から、温度測定部 1 04で測定された温度データ T (n) に基づいて、分極電圧 Vp o 1を算出する。

減算器 1 1 8は、有効な起電力 V 0_OKから分極電圧 V p o 1を減算して、起電力 V e Qとして出力する。

次に、以上のように構成された電池パックシステムにおける残存容量推定の処理手順について、図 8を参照して説明する。

図 8は、本発明の第 3の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。なお、図 8において、第 2の実施形態の処理手順を示す図 5と同じ処理工程については、同一の符号を付して説明を省略する。

図 8において、無負荷電圧 V 0の判定工程（S 3 0 5) までは、第 1 の実施形態と同じであるので、説明を省略する。本実施形態では、ステップ S 3 0 1で測定された電流データ I (n) から過去の所定期間（例えば、 1分間）における積算容量の変化量を求める（S 1 0 0 1)。次に、積算容量の変化量 AQに対してフィルタリング処理（時間遅延および平均化処理）を施し、 L P F (A Q) を演算する（S 1 0 0 2)。次に、演算した L P F (AQ) から、温度データ T .(n) をパラメ一夕とした分極電圧 V p ο 1 — L P F (A Q) 特性データが予め記憶されている参照テーブルまたは式に基づいて、分極電圧 V p o 1を算出する（S 1 0 0 3)。

次に、ステップ S 3 0 5で判定された有効な無負荷電圧 V 0。_κから、ステップ S 1 0 0 3で算出された分極電圧 V p o 1を減算して、起電力 V e qを算出する（S 1 0 0 4)。

以降のステップは、第 2の実施形態と同じであるので、説明を省略する。

図 9は、無負荷電圧 V 0、起電力 V e Q、電流積算係数 k、 S O C真値（S O C t)、および S O C推定値（S O C e s ) の時間変化を示す図である。図 9において、無負荷電圧 V 0から分極電圧 V p o 1を減算して起電力 V e qを求め、起電力 V e qに応じて補正した電流積算係数 k を用いて、 S O Cを推定することで、 S O C推定値 S 0 C e sが S〇 C 真値 S OC tに追随している様子が分かる。

図 1 0は、 S OC推定時の初期値を変化させた場合における S OC推定値の収束性を示す図である。図 1 0において、 P 0は初期値が 3. 9 P 漏 2/12614

Ah (SOC真値）の場合、 P Iは初期値が 6. 5 Ahの場合、 P 2は初期値が 5. 2 Ahの場合、 P 3は初期値が 2. 6 Ahの場合、 P 4は初期値が 1. 3 A hの場合における S 0 C推定値の時間変化を示すプロッ卜デ一夕である。図 1 0から分かるように、初期値が真値（3. 9 A h) に対して ± 2. 6 Ah (約 ± 67 %の誤差）であっても、約 1時間 (3 6 00秒）後には、 SOC推定値は真値（ 1. 3Ah) に対して土 0. 2 Ah (約 ± 1 5 %の誤差）にまで収束している。

以上のように、本実施形態によれば、積算容量の変化量 AQに基づいて分極電圧 Vp o 1を算出するため、分極電圧 Vp o 1の算出精度が良くなり、無負荷電圧 V 0から分極電圧 Vp o 1 を減算した電池起電力 V e Qの算出精度も良くなつて、精度の高い S OCの推定が可能になる。また、積算容量の変化量に対してフィル夕リング処理（時間遅延および平均化処理）を施すことで、積算容量の変化量 Δ(3に対して遅延時間を有する分極電圧 Vp o 1を、積算容量の変化量 ΔΟにリアルタイムに追従させて算出することができ、また分極電圧 Vp ο 1の算出に不要な積算容量の変動成分を低減することができる。

(第 4の実施形態）

図 1 1は、本発明の第 4の実施形態に係る電池パックシステム 1 Dの一構成例を示すブロック図である。なお、図 1 1において、第 3の実施形態の構成を示す図 6と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第 3の実施形態の起電力算出部 1 0 5 ' において、第 1の演算処理部 1 1 5を削除し、その代わり、第 2の演算処理部部 1 1 9を設け、起電力算出部 1 0 5" として、電池 ECU 1 0 I Dを構成する。

第 2の演算処理部 1 1 9は、低域通過フィルタ（LP F) として機能し、分極電圧算出部 1 1 7からの分極電圧 Vp o 1 と、無負荷電圧判定部 1 0 8からの有効な無負荷電圧 V 0 _OKとのタイミング合わせを行うための時間遅延処理と、分極電圧 Vp o 1における不要な高周波成分に相当する変動成分を除去するための平均化処理とを行い、 LP F (Vp 0 1 ) として出力する。

次に、以上のように構成された電池パックシステムにおける残存容量推定の処理手順について、図 1 2を参照して説明する。

図 1 2は、本発明の第 4の実施形態に係る二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャートである。なお、図 1 2において、第 3の実施形態の処理手順を示す図 8と同じ処理工程については、同一の符号を付して説明を省略する。

図 1 2において、無負荷電圧 V 0の判定工程（S 30 5) まで、および積算容量の変化量算出工程（S 1 0 0 1) までは、第 3の実施形態と同じであるので、説明を省略する。

ステップ S 1 0 0 1で求められた積算容量の変化量 Δ Qから、温度デ —夕 T (n) をパラメータとした分極電圧 Vp o 1— Δ<3特性データが予め記憶されている参照テ一ブルまたは式に基づいて、分極電圧 Vp o 1を算出する（S 1 2 0 1)。次に、算出した分極電圧 Vp o 1に対してフィルタリング処理（時間遅延および平均化処理）を施し、 L P F (V p o 1 ) を演算する（S 1 20 2)。次に、ステップ S 305で判定された有効な無負荷電圧 V 0。_Kから、ステップ S 1 202で演算されたフィル夕リング処理後の分極電圧 L P F (Vp o 1 ) を減算して、起電力 V e qを算出する。

以降のステップは、第 3の実施形態と同じであるので、説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、分極電圧 Vp o 1に対してフィル夕リング処理（時間遅延および平均化処理）を施すことで、無負荷電圧 V0と分極電圧 Vp o 1 との時間合わせを行い、適切な起電力 Ve q の算出を行うことができ、また起電力 Ve qの算出に不要な分極電圧 V P o 1の変動成分を低減することができる。

なお、上記第 2から第 4の実施形態において、積算容量の変化量厶 Q を算出するための所定期間を、例えば 1分間としたが、電池パックシステムが HE V等に塔載される場合、車両の走行状態に応じて変更しても良い。すなわち、二次電池の充放電が頻繁に行われる場合には、上記所定期間を短く設定し、二次電池の充放電が頻繁に行われない場合には、上記所定期間を長く設定することで、実際の走行状態に応じて最適に分極電圧の推定を行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、電池起電力に応じて電流積算係数に補正を加え、電流積算により S OCを推定することで、 S OC中間領域において電流積算による誤差が蓄積されなくなり、高い精度で s OCを推定することが可能になる。

また、長期放置等による自己放電後の SOCも容易に推定でき、定期的に完全放電や完全充電を行って、 S OCを初期化する必要もなくなる。さらに、電池パックシステムが、例えば HE V等に塔載された場合、高精度に推定した S〇 Cに基づいて、正確な S〇C制御を行うことができる。すなわち、 SOC推定値が S OC真値よりも高いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が減算されることにより、その後の積算時に、 SOC推定値は以前の積算よりも低下するので、 S OC 真値に近づくことになる。一方、 S OC推定値が SO C真値よりも低いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が加算されることにより、その後の積算時に、 S OC推定値は以前の積算よりも上昇するので、やはり S OC真値に近づくことになる。したがって、この制御を継続することにより、 S 0 C推定値と S〇 C真値は常に一致する方向に管理され、かつ S O C真値に対する S O C推定値の偏差が少なくなるので、システム全体のエネルギー管理の精度を大幅に向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 二次電池に流れる電流と、前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧との組データを測定し、前記組データを複数個取得する工程と、取得した前記複数個の組データに基づいて、前記二次電池の起電力を算出する工程と、

算出した前記起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する工程と、

前記補正量と充電効率とから、前記電流積算係数を算出する工程と、算出した前記電流積算係数を測定した前記電流に乗算して、電流積算により、前記二次電池の残存容量を推定する工程とを含むことを特徴とする二次電池の残存容量推定方法。

2 . 二次電池である複数個の単電池を組み合わせて成り、中間的充電状態で使用される電池パックに流れる電流と、前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧との組データを測定し、前記組データを複数個取得する工程と、

取得した前記複数個の組データに基づいて、前記二次電池の起電力を算出する工程と、

3 . 請求項 2記載の二次電池の残存容量推定方法を実行するコンピュ ' 前記電池パックとを備えたことを特徴とする電池パックシステム。

4 . 請求項 2記載の二次電池の残存容量推定方法を実行するコンピユー夕システムと、前記電池パックとを備えた電池パックシステムを塔載したことを特徴とする電動車両。

5 . 二次電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、

前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、

前記電流測定部からの電流デ一夕と前記電圧測定部からの電圧データとの複数個の組データに基づいて、前記二次電池の起電力を算出する起電力算出部と、

前記起電力算出部からの起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する電流積算係数補正部と、

前記電流積算係数補正部からの補正量と充電効率とから、前記電流積算係数を出力する加算器と、

前記加算器からの電流積算係数を前記電流データに乗算して、電流積算により、前記二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部とを備えたことを特徴とする二次電池の残存容量推定装置。

6 . 二次電池である複数個の単電池を組み合わせて成り、中間的充電状態で使用される電池パックに流れる電流を電流デ一夕として測定する電流測定部と、

前記電流測定部からの電流データと前記電圧測定部からの電圧データとの複数個の組データに基づいて、前記二次電池の起電力を算出する起電力算出部と、 ' 前記起電力算出部からの前記起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する電流積算係数補正部と、

7 . 請求項 6記載の二次電池の残存容量推定装置と、

前記電池パックとを備えたことを特徴とする電池パックシステム。

8 . 請求項 6記載の二次電池の残存容量推定装置と、前記電池パックとを備えた電池パックシステムを塔載したことを特徴とする電動車両 _t