WO2014132491A1 - 電池残容量推定方法及び装置 - Google Patents

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隆広 都竹
博之 野村
西垣　研治
征志 城殿
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株式会社豊田自動織機
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery remaining capacity estimation method and apparatus for a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
  • the estimation of the remaining capacity of the battery can be estimated by a charging rate (SOC: State Of Charge) which is a ratio of the remaining charge amount to the full charge capacity of the battery.
  • SOC State Of Charge
  • the charging rate (SOC) is also referred to as a state of charge.
  • the charging rate (SOC) is also referred to as remaining capacity (SOC).
  • an open circuit voltage (OCV) is generally estimated from a closed circuit voltage (CCV). Then, the remaining capacity (SOC) is estimated from the open circuit voltage (OCV) with reference to map data of SOC-OCV characteristics in which the remaining capacity (SOC) and the open circuit voltage (OCV) are associated with each other.
  • the value of the open circuit voltage (OCV) of the battery is obtained, for example, from the voltage value of the battery after 3 hours have elapsed from the stop of energization at a temperature of 25 degrees.
  • OCV open circuit voltage
  • Patent Document 1 for a battery that is repeatedly charged and discharged at random, the remaining capacity SOCx is obtained by referring to the SOC-CCV characteristics based on the battery voltage at the time of discharge, and the remaining capacity SOCx is stored in the storage means.
  • a charging state management device is described that outputs the remaining capacity SOCx as the current remaining capacity SOC when the stored minimum remaining capacity SOCmin falls below, and updates the minimum remaining capacity SOCmin with the remaining capacity SOC.
  • FIG. 9A shows an example of the SOC-CCV characteristic in which the closed circuit voltage (CCV) and the remaining capacity (SOC) are associated with each other.
  • reference numeral 91 denotes a charging side SOC-CCV characteristic measured during charging
  • 92 denotes a discharging side SOC-CCV characteristic measured during discharging.
  • the remaining capacity (SOC) using the SOC-CCV characteristics if only discharging is performed from the fully charged state and the entire capacity of the battery is used up, the discharge side SOC-CCV characteristics are calculated from the closed circuit voltage (CCV) on the way. 92, the remaining capacity (SOC) on the way can be estimated.
  • the charge-side SOC-CCV characteristic 91 is referred to from the closed circuit voltage (CCV) in the middle, and the remaining capacity (SOC) in the middle is determined. Can be estimated.
  • the charging side SOC-CCV characteristic 91 and the discharging side are determined.
  • the correspondence between the remaining capacity (SOC) and the closed circuit voltage (CCV) does not apply, and the accuracy of estimation of the remaining capacity (SOC) deteriorates.
  • the present invention provides a battery that has a large polarization and takes a long time to depolarize, when charging starts in the middle of discharging before reaching a fully discharged state, or before reaching a fully charged state.
  • a battery remaining capacity estimating method and apparatus capable of accurately estimating the remaining capacity (SOC) of a battery from the closed circuit voltage (CCV) of the battery even when discharging is started in the middle of charging.
  • the battery remaining capacity estimation method is a charge that represents the correlation between the remaining battery capacity (SOC) and the closed circuit voltage (CCV) of the battery when only charging is performed from the fully discharged state to the fully charged state.
  • Discharge side SOC-CCV representing the correlation between the remaining SOC (SOC) of the battery and the closed circuit voltage (CCV) of the battery when only discharging from the fully charged state to the fully discharged state is performed.
  • the remaining capacity (SOC) and the closed circuit voltage shift from one of the charge-side SOC-CCV characteristic and the discharge-side SOC-CCV characteristic to the other are switched.
  • CCV is generated from the closed circuit voltage (CCV) using the transient characteristic until the polarization of the battery is saturated when the charge / discharge of the battery is switched. battery And it estimates the remaining capacity (SOC).
  • the battery remaining capacity estimation device calculates the correlation between the remaining battery capacity (SOC) and the closed circuit voltage (CCV) of the battery when only charging is performed from the fully discharged state to the fully charged state.
  • the charge-side SOC-CCV characteristic, and the discharge-side SOC representing the correlation between the remaining battery capacity (SOC) and the closed-circuit voltage (CCV) of the battery when only discharging is performed from the fully charged state to the fully discharged state.
  • SOC-CCV map data storage means for storing SOC-CCV map data of CCV characteristics, and when charging / discharging of the battery is switched, the charge-side SOC-CCV characteristics and discharge are based on the SOC-CCV map data
  • a transient characteristic generating means for generating a transient characteristic indicating a correlation between a remaining capacity (SOC) and a closed circuit voltage (CCV) that shifts from one of the side SOC-CCV characteristics to the other; and the battery Estimating the remaining capacity (SOC) of the battery from the closed circuit voltage (CCV) using the transient characteristics until the polarization of the battery is saturated when charging / discharging is switched Means.
  • the remaining capacity (SOC) of the battery can be accurately estimated from the closed circuit voltage (CCV) of the battery.
  • the remaining capacity (from the point on one curve of the charge side SOC-CCV characteristic 91 and the discharge side SOC-CCV characteristic 92 to the point on the other curve ( A new SOC-CCV characteristic indicating the correlation between the SOC and the closed circuit voltage (CCV) is generated as a transient characteristic, and the transient characteristic is used for estimating the remaining capacity (SOC).
  • FIG. 1 shows an example of generation of transient characteristics when charging / discharging is switched halfway.
  • the charge-side SOC-CCV characteristic 91 data shown in FIG. 1 is obtained by measuring the remaining capacity (SOC) in advance while charging only with a predetermined current flowing through a charger.
  • the remaining capacity (SOC) and the closed circuit voltage ( (CCV) is stored in a storage unit (not shown).
  • the discharge-side SOC-CCV characteristic 92 data is obtained by measuring the remaining capacity (SOC) while only discharging at a discharge rate in a typical battery usage pattern or a typical battery usage pattern.
  • Map data in which (SOC) and closed circuit voltage (CCV) are associated with each other is stored in a storage unit (not shown).
  • FIG. 1B shows an example of a newly generated transient characteristic 11.
  • the transient characteristic 11 is used until the polarization of the battery is reversed and saturated, and after the polarization is saturated, the charging side SOC-CCV Using the characteristic 91, the remaining battery capacity (SOC) is estimated from the closed circuit voltage (CCV).
  • SOC closed circuit voltage
  • FIG. 1D shows an example of a newly generated transient characteristic 12.
  • the transient characteristic 12 is used until the polarization of the battery is reversed and saturated, and after the polarization is saturated, the discharge-side SOC-CCV Using the characteristic 92, the remaining battery capacity (SOC) is estimated from the closed circuit voltage (CCV). Note that when charging is stopped and discharging is started, in addition to stopping charging by an external charger, stopping charging by a regenerative current generated when the electric vehicle is decelerated is also included.
  • FIG. 2 shows an example of generation of transient characteristics when charging / discharging is switched before polarization is saturated.
  • FIG. 2A shows the transient characteristic 11 generated when the discharge is stopped halfway and charging is started as described in FIG.
  • FIG. 2B shows the transition to the discharge on the curve of the transient characteristic 11 is made.
  • the estimation accuracy of the remaining capacity (SOC) can be further improved.
  • the generation of such a curve requires actual measurement data measured under various conditions, which complicates the generation of a transient characteristic curve. Therefore, the transient characteristic curve is generated by various pseudo curves approximated by a straight line, a quadratic function, etc. in consideration of the complexity of the generation of the transient characteristic curve and the accuracy of the required remaining capacity (SOC). Also good.
  • the transient characteristics include a transient characteristic 11 when switching to charging during discharging and a transient characteristic 12 when switching to discharging during charging.
  • the generation of the transient characteristic 11 when switching to charging during discharging will be described.
  • the transient characteristic 12 when switching to discharging during charging can also be generated by the same method.
  • the point P2 (SOC1, CCV2) of the charge side SOC-CCV characteristic 91 is specified with the same remaining capacity SOC1 as the point P1 (SOC1, CCV1) immediately before the start of charging on the curve of the discharge side SOC-CCV characteristic 92. .
  • the amount of change ⁇ SOC of the remaining capacity necessary to become saturated after the polarization inversion is measured in advance and stored in advance in the storage unit as the polarization inversion change map data in association with the remaining capacity SOC at the time of charge / discharge switching. Keep it.
  • the above-described point P3 (SOC3, CCV3) of the remaining capacity SOC3 on the curve of the charge-side SOC-CCV characteristic 91 is specified.
  • FIG. 4A three points P1, P2, and P3 are specified on a plane with the horizontal axis representing SOC and the vertical axis representing CCV.
  • a curve of transient characteristics from the three points to the point P3 to the point P3 is generated.
  • the curve of the transient characteristic is the direction of the vector V1 from the point P1 to the point P2 at the point P1, and the direction of the vector V2 from the point P2 to the point P3 at the point P3. Is generated to be a smooth curve.
  • the above curve may be, for example, a method of creating a B-spline curve or a Bezier curve, or in order to reduce the processing load, a simple and pseudo curve is generated, and the vectors V1, V1 and P3 are generated at points P1 and P3. It may be a pseudo curve that does not completely coincide with the direction of V2.
  • the transient characteristics are generated by incorporating the influence of the voltage drop or voltage increase due to the internal resistance of the battery.
  • the internal resistance of the battery can be determined based on battery specifications or by measuring voltage and current during charging / discharging. Since the voltage drop or voltage rise due to the internal resistance is irrelevant to the remaining capacity (SOC), it is represented as a vertical straight line 51 on the transient characteristics as shown in FIG.
  • the transient characteristic incorporating the influence of the internal resistance is the same point as the remaining capacity SOC1 of the point P1 from the point P1 of the remaining capacity SOC1 and the closed circuit voltage CCV1 immediately before the switching of charging / discharging, and the point P1 And the point P4 between the point P2 and the point P2 is generated as a characteristic that is linear.
  • the point P5 on the SOC-OCV characteristic 52 representing the correlation between the remaining capacity (SOC) of the battery and the open circuit voltage (OCV) of the battery. It can be. If the battery is left for a while after the discharge stops at the point P1, the battery voltage approaches the open circuit voltage (OCV).
  • FIG. 6 shows a flow of an operation example of the remaining battery capacity estimation according to the present invention.
  • the remaining capacity SOC
  • CCV closed circuit voltage
  • step S63 it is determined whether or not the state of charge / discharge has changed from charge to discharge or from discharge to charge. If the state of charge / discharge has changed (in the case of YES), the above method is used to make a transient. A characteristic is generated (step S64). After generating the transient characteristics, the process returns to step S62 and the same operation flow is repeated. Moreover, also when it determines with the state of charging / discharging not changing by the above-mentioned step S63 (in the case of NO), it returns to step S62 and repeats the same operation
  • FIG. 7 shows an example of the functional block configuration of the battery remaining capacity estimation apparatus of the present invention.
  • the battery remaining capacity estimation device of the present invention includes an SOC-CCV map data storage unit 71, a transient characteristic generation unit 72, a polarization inversion change map data storage unit 73, and a remaining capacity (SOC) estimation unit 74.
  • SOC remaining capacity
  • the SOC-CCV map data storage unit 71 represents the correlation between the remaining battery capacity (SOC) and the closed circuit voltage (CCV) of the battery when only charging is performed from the fully discharged state to the fully charged state. Stores map data of SOC-CCV characteristics.
  • the SOC-CCV map data storage unit 71 is a discharge representing a correlation between the remaining capacity (SOC) of the battery and the closed circuit voltage (CCV) of the battery when only discharging is performed from the fully charged state to the fully discharged state.
  • the map data of the side SOC-CCV characteristics is stored.
  • the SOC-CCV map data storage unit 71 stores map data of SOC-OCV characteristics representing the correlation between the remaining battery capacity (SOC) and the open circuit voltage (OCV) of the battery.
  • the polarization inversion change map data storage unit 73 changes the remaining capacity (SOC) required for the charge / discharge state to change and the polarization to invert to reach the saturation state, and the remaining capacity at the time of change of the charge / discharge state.
  • SOC remaining capacity
  • a map table in which (SOC) is associated is stored.
  • the transient characteristic generation unit 72 refers to the stored data in the polarization inversion change map data storage unit 73 from the remaining capacity (SOC) when the charge / discharge state changes, and until the polarization is inverted and becomes saturated. The amount of change in the required remaining capacity (SOC) is specified.
  • the transient characteristic generation unit 72 refers to the SOC-CCV map data storage unit 71 and the polarization inversion change map data storage unit 73 by the above-described method when the charge / discharge state of the battery is changed and the charge / discharge state is changed. Then, a transient characteristic curve indicating a correlation between the remaining capacity (SOC) and the closed circuit voltage (CCV), which shifts from one of the SOC-CCV characteristics on the discharge side and the charge side to the other, is generated.
  • SOC remaining capacity
  • CCV closed circuit voltage
  • the remaining capacity (SOC) estimation unit 74 uses the transient characteristic generated by the transient characteristic generation unit 72 until the polarization is reversed and becomes a saturated state, and the closed circuit voltage (CCV) To estimate the remaining battery capacity (SOC). After the polarization reaches saturation, the remaining battery capacity (SOC) is estimated from the closed circuit voltage (CCV) using the charge-side SOC-CCV characteristic or the discharge-side SOC-CCV characteristic.
  • the SOC-CCV map data storage unit 71 and the polarization inversion change map data storage unit 73 can be constructed using various storage devices 75 such as a magnetic memory or a semiconductor memory.
  • the transient characteristic generation unit 72 and the remaining capacity (SOC) estimation unit 74 can be constructed by using a control device 76 such as a processor capable of various arithmetic processing by a program or a programmable logic device.

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Abstract

　二次電池の電池残容量推定方法及び装置に関し、電池の充放電が切替えられた場合に、該電池の残容量（ＳＯＣ）を精度良く推定することを可能にする。電池の残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表すＳＯＣ－ＣＣＶ特性であって、完全放電状態から満充電状態まで充電のみを行った場合の特性を表す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１と、満充電状態から完全放電状態まで放電のみを行った場合の特性を表す放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２のマップデータに基づいて、電池の充放電を切替えたとき、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方から他方へ移行する、残容量と閉回路電圧との相関を示す過渡特性１１，１２を生成する。電池の充放電を切替えたとき、該電池の分極が飽和した状態になるまで、過渡特性１１，１２を用いて電池の閉回路電圧から該電池の残容量を推定する。

Description

電池残容量推定方法及び装置
　本発明は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池の電池残容量推定方法及び装置に関する。
　電池の残容量の推定は、電池の満充電容量に対する残存充電量の比率である充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）により推定することができる。充電率（ＳＯＣ）は、充電状態とも称され、ここでは充電率（ＳＯＣ）を残容量（ＳＯＣ）とも称する。
　リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの残容量（ＳＯＣ）の推定では、一般的に、閉回路電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）から開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を推定する。そして、残容量（ＳＯＣ）と開回路電圧（ＯＣＶ）とを対応付けたＳＯＣ－ＯＣＶ特性のマップデータを参照して、開回路電圧（ＯＣＶ）から残容量（ＳＯＣ）を推定する。
　ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を求める際に、電池の開回路電圧（ＯＣＶ）の値は、例えば温度２５度で通電停止から３時間経過後の電池の電圧値により求めている。しかし、ＳｉＯ負極を採用したリチウムイオン電池等では、通電停止から３時間経過した後でも分極が完全に解消していないため、厳密な開回路電圧（ＯＣＶ）とはならない。
　そのため、分極が大きくかつ分極解消に長時間を要する電池では、図８に示すように、充電時に測定した充電側ＳＯＣ－ＯＣＶ特性８１と放電時に測定した放電側ＳＯＣ－ＯＣＶ特性８２とで、ヒステリシスが大きく異なる特性となり、開回路電圧（ＯＣＶ）から残容量（ＳＯＣ）を推定することが困難となる。
　そこで、閉回路電圧（ＣＣＶ）と残容量（ＳＯＣ）とを対応付けたＳＯＣ－ＣＣＶ特性を使用する残容量（ＳＯＣ）の推定が検討されている。ＳＯＣ－ＣＣＶ特性は、充電中と放電中とで特性が異なるが、該ＳＯＣ－ＣＣＶ特性を使用して残容量（ＳＯＣ）の推定する技術は、下記の引用文献１等に記載されている。
　特許文献１には、ランダムに充放電が繰り返される電池に対して、放電時の電池電圧に基づいてＳＯＣ－ＣＣＶ特性を参照してその残容量ＳＯＣxを求め、該残容量ＳＯＣxが、記憶手段に記憶された最小残容量ＳＯＣminを下回るとき、該残容量ＳＯＣxを現在の残容量ＳＯＣとして出力し、該残容量ＳＯＣにて最小残容量ＳＯＣminを更新する充電状態管理装置が記載されている。
特開２０００－０７８７５７号公報
　閉回路電圧（ＣＣＶ）と残容量（ＳＯＣ）とを対応付けたＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一例を図９の（ａ）に示す。図９の（ａ）において、９１は充電時に測定した充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性、９２は放電時に測定した放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性を示している。
　ＳＯＣ－ＣＣＶ特性を使用する残容量（ＳＯＣ）の推定において、満充電状態から放電のみを行い、電池の全容量を使い切る場合は、その途中の閉回路電圧（ＣＣＶ）から放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２を参照して、その途中の残容量（ＳＯＣ）を推定することができる。
　また、完全放電状態から充電のみを行い、満充電状態にする場合は、その途中の閉回路電圧（ＣＣＶ）から充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１を参照して、その途中の残容量（ＳＯＣ）を推定することができる。
　しかし、図９の（ｂ）に示すように、完全放電状態に至る前に放電の途中で充電が開始された場合、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との対応は、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２から充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１へと、過渡的な曲線９３に沿って推移することが実験により確かめられている。
　また、満充電状態に至る前に充電の途中で放電が開始された場合は、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との対応は、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１から放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２へと、過渡的な曲線９４に沿って推移することが実験により確かめられている。
　従って、完全放電状態に至る前に放電の途中で充電が開始された場合、又は満充電状態に至る前に充電の途中で放電が開始された場合は、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２の何れにも、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との対応が当てはまらず、残容量（ＳＯＣ）の推定の精度が悪化する問題があった。
　上記課題に鑑み、本発明は、分極が大きくかつ分極解消に長時間を要する電池に対して、完全放電状態に至る前に放電の途中で充電を開始した場合、又は満充電状態に至る前に充電の途中で放電を開始した場合でも、電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）から該電池の残容量（ＳＯＣ）を精度良く推定することができる電池残容量推定方法及び装置を提供する。
　本発明に係る電池残容量推定方法は、完全放電状態から満充電状態まで充電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性、及び満充電状態から完全放電状態まで放電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性のマップデータに基づいて、前記電池の充放電を切替えたとき、前記充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方から他方へ移行する、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を示す過渡特性を生成し、前記電池の充放電を切替えたとき、該電池の分極が飽和した状態になるまで、前記過渡特性を用いて前記閉回路電圧（ＣＣＶ）から前記電池の残容量（ＳＯＣ）を推定するものである。
　また、本発明に係る電池残容量推定装置は、完全放電状態から満充電状態まで充電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性、及び満充電状態から完全放電状態まで放電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性のＳＯＣ－ＣＣＶマップデータを記憶したＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶手段と、前記電池の充放電を切替えたとき、前記ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータに基づいて、前記充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方から他方へ移行する、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を示す過渡特性を生成する過渡特性生成手段と、前記電池の充放電を切替えたとき、該電池の分極が飽和した状態になるまで、前記過渡特性を用いて前記閉回路電圧（ＣＣＶ）から前記電池の残容量（ＳＯＣ）を推定する残容量（ＳＯＣ）推定手段と、を備えたものである。
　本発明によれば、分極が大きくかつ分極解消に長時間を要する電池に対して、完全放電状態に至る前に放電の途中で充電を開始した場合、又は満充電状態に至る前に充電の途中で放電を開始した場合でも、電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）から該電池の残容量（ＳＯＣ）を精度良く推定することができる。
充放電が途中で切替わった場合の過渡特性の生成の例を示す図である。 分極が飽和する前に充放電を切替えた場合の過渡特性の生成の例を示す図である。 過渡特性の曲線の具体的な生成方法の説明図である。 過渡特性の曲線の具体的な生成方法の説明図である。 過渡特性の曲線の具体的な生成方法の説明図である。 電池残容量推定の動作例のフローを示す図である。 電池残容量推定装置の機能ブロックの構成例を示す図である。 充電側ＳＯＣ－ＯＣＶ特性と放電側ＳＯＣ－ＯＣＶ特性とを示す図である。 充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性と放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性とを示す図である。
　本発明では、電池の充放電が切替わったとき、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２の一方の曲線上の点から他方の曲線上の点へ移行する、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を示す新たなＳＯＣ－ＣＣＶ特性を過渡特性として生成し、該過渡特性を残容量（ＳＯＣ）の推定に使用する。
　図１は、充放電が途中で切替わった場合の過渡特性の生成の例を示す。図１に示す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１のデータは、予め充電器で所定の電流を流して充電のみを行いながら残容量（ＳＯＣ）を測定し、該残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）とを対応付けたマップデータを図示省略の記憶部に記憶させておく。
　また、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２のデータは、電池の典型的な使用パターンもしくは電池の典型的な使用パターンでの放電レートで放電のみを行いながら残容量（ＳＯＣ）を測定し、該残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）とを対応付けたマップデータを図示省略の記憶部に記憶させておく。
　放電が途中で停止して充電が開始された場合、図１の（ａ）に示すように、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２上の、放電が途中で停止したときの点Ｐ１から、点Ｐ１と同一の残容量（ＳＯＣ）の充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１の曲線上の点Ｐ２に向かって垂直に立ち上がり、電池の分極が反転して飽和した状態となる点Ｐ３で、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１の曲線に滑らかに接する新たなＳＯＣ－ＣＣＶ特性を過渡特性１１として作成する。
　図１の（ｂ）は、新たに生成した過渡特性１１の例を示している。放電が途中で停止して充電が開始されたとき、電池の分極が反転して飽和した状態となるまで、過渡特性１１を用い、分極が飽和した状態となった後は、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１を用い、閉回路電圧（ＣＣＶ）から電池の残容量（ＳＯＣ）を推定する。なお、放電の途中で充電が開始される場合には、外部の充電器による充電のほかに、電動車両の減速時に発生する回生電流による充電も含まれる。
　充電が途中で停止して放電が開始された場合、図１の（ｃ）に示すように、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１上の、充電が途中で停止したときの点Ｑ１から、点Ｑ１と同一の残容量（ＳＯＣ）の放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２の曲線上の点Ｑ２に向かって垂直に立ち下がり、電池の分極が反転して飽和した状態となる点Ｑ３で、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２に滑らかに接する新たなＳＯＣ－ＣＣＶ特性を過渡特性１２として作成する。
　図１の（ｄ）は、新たに生成した過渡特性１２の例を示している。充電が途中で停止して放電が開始されたとき、電池の分極が反転して飽和した状態となるまで、過渡特性１２を用い、分極が飽和した状態となった後は、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２を用い、閉回路電圧（ＣＣＶ）から電池の残容量（ＳＯＣ）を推定する。なお、充電が停止し、放電が開始される場合には、外部の充電器による充電の停止のほかに、電動車両の減速時に発生する回生電流による充電の停止も含まれる。
　図２は分極が飽和する前に充放電を切替えた場合の過渡特性の生成の例を示す。図２の（ａ）は、図１で説明した、放電が途中で停止して充電が開始されたときに生成した過渡特性１１を示している。充電が開始された後、電池の分極が飽和した状態となる前の過渡期間において放電が開始された場合、図２の（ｂ）に示すように、過渡特性１１の曲線上の、放電に移行する点Ｒ１から、点Ｒ１と同一の残容量（ＳＯＣ）の放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２の曲線上の点Ｒ２に向かって垂直に立ち下がり、電池の分極が反転して飽和した状態となる点Ｒ３で、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２に滑らかに接する新たなＳＯＣ－ＣＣＶ特性を過渡特性１３として作成する。
　生成する過渡特性の曲線として、実測データに沿った滑らかな曲線を生成すれば、残容量（ＳＯＣ）の推定精度をより向上させることができる。しかし、そのような曲線の生成には、種々の条件で測定した実測データが必要となり、過渡特性の曲線の生成が複雑なものとなる。従って、過渡特性の曲線の生成の複雑さと、要求される残容量（ＳＯＣ）の精度との兼ね合いで、過渡特性の曲線を、直線や２次関数等で近似した種々の擬似曲線により生成してもよい。
　ここで、過渡特性の曲線の具体的な生成方法について図３～図５を参照して説明する。過渡特性は、図３の（ａ）に示すように、放電中に充電に切替わった場合の過渡特性１１と、充電中に放電に切替わった場合の過渡特性１２とがあるが、以下の説明では、放電中に充電に切替わった場合の過渡特性１１の生成について説明する。充電中に放電に切替わった場合の過渡特性１２についても、同様の方法により生成することができる。
　今、図３の（ｂ）に示すように、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２の曲線上の残容量ＳＯＣ１、閉回路電圧ＣＣＶ１の点Ｐ１で、充電が開始されたとする。このとき、過渡特性の生成に使用されるデータは、充電開始時の残容量ＳＯＣ１、閉回路電圧ＣＣＶ１、及び充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１である。
　まず、放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９２の曲線上の充電開始直前の点Ｐ１（ＳＯＣ１，ＣＣＶ１）と同一の残容量ＳＯＣ１で、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１の点Ｐ２（ＳＯＣ１，ＣＣＶ２）を特定する。
　次に、充電開始直前の残容量ＳＯＣ１に、分極反転後に飽和状態となるのに必要な残容量の変化量ΔＳＯＣを加えた残容量ＳＯＣ３（＝ＳＯＣ１＋ΔＳＯＣ）を求める。該分極反転後に飽和状態となるのに必要な残容量の変化量ΔＳＯＣは、予め測定し、充放電切替え時の残容量ＳＯＣに対応付けて、分極反転変化量マップデータとして記憶部に予め記憶しておく。次に、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性９１の曲線上における上述の残容量ＳＯＣ３の点Ｐ３（ＳＯＣ３，ＣＣＶ３）を特定する。
　上述の方法により、図４の（ａ）に示すように、横軸をＳＯＣ、縦軸をＣＣＶとする平面上に、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の３つの点が特定される。該３つの点から点Ｐ１から点Ｐ３に至る過渡特性の曲線を生成する。該過渡特性の曲線は、図４の（ｂ）に示すように、点Ｐ１では、点Ｐ１から点Ｐ２へ向かうベクトルＶ１の向きに、点Ｐ３では、点Ｐ２から点Ｐ３へ向かうベクトルＶ２の向きになる滑らか曲線となるよう生成される。
　上述の曲線は、例えば、Ｂ－スプライン曲線やベジェ曲線を作成する方法でも良いし、処理負荷を低減させるために、より簡易で擬似的な曲線を生成し、点Ｐ１、点Ｐ３においてベクトルＶ１，Ｖ２の向きに完全に一致しない擬似曲線であってもよい。
　なお、過渡特性の生成において、電池の化学反応による分極の影響のほかに、電池の内部抵抗による電圧降下又は電圧上昇の影響を組入れて過渡特性を生成する。電池の内部抵抗は、電池仕様を基に又は充放電中に電圧及び電流を測定することにより求めることができる。内部抵抗による電圧降下又は電圧上昇分は、残容量（ＳＯＣ）とは無関係であるため、図５の（ａ）に示すように、過渡特性上では、垂直な直線５１として表される。
　従って、内部抵抗による影響を組入れた過渡特性は、充放電の切替え直前の残容量ＳＯＣ１及び閉回路電圧ＣＣＶ１の点Ｐ１から、該点Ｐ１の残容量ＳＯＣ１と同一の点であって、該点Ｐ１と前述の点Ｐ２との間の点Ｐ４まで、直線状となるような特性として生成される。
　さらに、前述の点Ｐ４として、図５の（ｂ）に示すように、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の開回路電圧（ＯＣＶ）との相関を表すＳＯＣ－ＯＣＶ特性５２上の点Ｐ５とすることができる。点Ｐ１で放電が停止した後、暫く電池が放置された場合、電池の電圧は、開回路電圧（ＯＣＶ）に近づく。
　電池の充放電が行われず、放置されている状態では、残容量（ＳＯＣ）の変動は無い。従って、少なくとも、電池電圧が開回路電圧（ＯＣＶ）と等しくなるＰ５の点までは、Ｐ１の点から垂直に立ち上がる直線となるよう、過度特性の曲線を生成する。こうすることにより、放電停止後、暫く放置されてから充電が行われた場合でも、精度よく残容量（ＳＯＣ）を推定することができる過渡特性が生成される。
　図６は、本発明による電池残容量推定の動作例のフローを示す。図６に示すように、充放電が開始されると（ステップＳ６１）、電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）の測定値から、ＳＯＣ－ＣＣＶ特性を参照して残容量（ＳＯＣ）を推定する（ステップＳ６２）。
　そして、充電から放電へ又は放電から充電へと、充放電の状態が変化したか否かを判定し（ステップＳ６３）、充放電の状態が変化した場合（ＹＥＳの場合）、前述の方法により過渡特性を生成する（ステップＳ６４）。過渡特性を生成した後、ステップＳ６２に戻って同様の動作フローを繰り返す。また、前述のステップＳ６３で、充放電の状態が変化していないと判定された場合（ＮＯの場合）も、ステップＳ６２に戻って同様の動作フローを繰り返す。
　図７は、本発明の電池残容量推定装置の機能ブロックの構成例を示す。本発明の電池残容量推定装置は、ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部７１、過渡特性生成部７２、分極反転変化分マップデータ記憶部７３、及び残容量（ＳＯＣ）推定部７４を備える。
　ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部７１は、完全放電状態から満充電状態まで充電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性のマップデータを記憶する。
　また、ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部７１は、満充電状態から完全放電状態まで放電のみを行った場合の電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性のマップデータを記憶する。
　また、ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部７１は、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の開回路電圧（ＯＣＶ）との相関を表すＳＯＣ－ＯＣＶ特性のマップデータを記憶する。
　分極反転変化分マップデータ記憶部７３は、充放電状態が変化し、分極が反転して飽和状態に達するのに必要な残容量（ＳＯＣ）の変化分と、充放電状態の変化時の残容量（ＳＯＣ）とを対応付けたマップテーブルを記憶する。
　過渡特性生成部７２は、充放電状態が変化したときの残容量（ＳＯＣ）から、分極反転変化分マップデータ記憶部７３の記憶データを参照して、分極が反転して飽和状態になるまでに要する残容量（ＳＯＣ）の変化分を特定する。
　過渡特性生成部７２は、電池の充放電が切替わって充放電状態に変化があったとき、前述の方法により、ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部７１及び分極反転変化分マップデータ記憶部７３を参照し、放電側及び充電側のＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方から他方へ移行する、残容量（ＳＯＣ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を示す過渡特性の曲線を生成する。
　残容量（ＳＯＣ）推定部７４は、充放電状態が変化したとき、分極が反転して飽和状態になるまで、過渡特性生成部７２で生成された過渡特性を用いて、閉回路電圧（ＣＣＶ）から電池の残容量（ＳＯＣ）を推定する。分極が飽和状態に達した後は、充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性又は放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性を用いて、閉回路電圧（ＣＣＶ）から電池の残容量（ＳＯＣ）を推定する。
　ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部７１及び分極反転変化分マップデータ記憶部７３は、磁気メモリ又は半導体メモリ等による種々の記憶装置７５を用いて構築することができる。また、過渡特性生成部７２及び残容量（ＳＯＣ）推定部７４は、プログラムによって種々の演算処理が可能なプロセッサやプログラム可能なロジックデバイス等による制御装置７６を用いて構築することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は実施形態を取ることができる。
　１１，１２，１３　過渡特性
　５１　垂直な直線
　５２　ＳＯＣ－ＯＣＶ特性
　７１　ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶部
　７２　過渡特性生成部
　７３　分極反転変化分マップデータ記憶部
　７４　残容量（ＳＯＣ）推定部
　７５　記憶装置
　７６　制御装置
　８１　充電側ＳＯＣ－ＯＣＶ特性
　８２　放電側ＳＯＣ－ＯＣＶ特性
　９１　充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性
　９２　放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性
　９３，９４　過渡的な曲線

Claims (8)

  1. 　完全放電状態から満充電状態まで充電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性、及び満充電状態から完全放電状態まで放電のみを行った場合の、電池の残容量と該電池の閉回路電圧との相関を表す放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性のマップデータに基づいて、
    　前記電池の充放電を切替えたとき、前記充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方から他方へ移行する、残容量と閉回路電圧との相関を示す過渡特性を生成し、
    　前記電池の充放電を切替えたとき、該電池の分極が飽和した状態になるまで、前記過渡特性を用いて前記閉回路電圧から前記電池の残容量を推定する
    　ことを特徴とする電池残容量推定方法。
  2. 　前記過渡特性の生成において、前記電池の充放電を切替えたときの、前記充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性上の切替え直前の残容量及び閉回路電圧の第１の点から、他方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性における同一の残容量の点である第２の点の近傍を通過し、前記他方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性上の点で、前記第２の点から分極が反転して飽和状態となるのに要する残容量の変化分だけ移動した第３の点で、前記他方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性に滑らかに接する過渡特性を生成することを特徴とする請求項１記載の電池残容量推定方法。
  3. 　前記分極が反転して飽和状態となるのに要する残容量の変化分と、前記電池の充放電を切替えたときの残容量とを対応付けた、分極反転変化分マップデータを記憶しておき、
    　前記電池の充放電を切替えたときの残容量から、前記分極反転変化分マップデータを参照して、前記分極が反転して飽和状態となるのに要する残容量の変化分を特定することを特徴とする請求項２記載の電池残容量推定方法。
  4. 　前記切替え直前の残容量及び閉回路電圧の第１の点から、該第１の点の残容量と同一の点であって、前記電池の残容量と該電池の開回路電圧との相関を表すＳＯＣ－ＯＣＶ特性上の点まで、直線状となる過渡特性を生成することを特徴とする請求項２又は３記載の電池残容量推定方法。
  5. 　完全放電状態から満充電状態まで充電のみを行った場合の、電池の残容量（ＳＯＣ）と該電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）との相関を表す充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性、及び満充電状態から完全放電状態まで放電のみを行った場合の、電池の残容量と該電池の閉回路電圧との相関を表す放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性のＳＯＣ－ＣＣＶマップデータを記憶したＳＯＣ－ＣＣＶマップデータ記憶手段と、
    　前記電池の充放電を切替えたとき、前記ＳＯＣ－ＣＣＶマップデータに基づいて、前記充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方から他方へ移行する、残容量と閉回路電圧との相関を示す過渡特性を生成する過渡特性生成手段と、
    　前記電池の充放電を切替えたとき、該電池の分極が飽和した状態になるまで、前記過渡特性を用いて前記閉回路電圧から前記電池の残容量を推定する残容量推定手段と、
    　を備えたことを特徴とする電池残容量推定装置。
  6. 　前記過渡特性生成手段は、前記電池の充放電を切替えたときの、前記充電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性及び放電側ＳＯＣ－ＣＣＶ特性の一方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性上の切替え直前の残容量及び閉回路電圧の第１の点から、他方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性における同一の残容量の点である第２の点の近傍を通過し、前記他方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性上で、前記第２の点から分極が反転して飽和状態となるのに要する残容量の変化分だけ移動した第３の点で、前記他方のＳＯＣ－ＣＣＶ特性に滑らかに接する過渡特性を生成することを特徴とする請求項５記載の電池残容量推定装置。
  7. 　前記分極が反転して飽和状態となるのに要する残容量の変化分と、前記電池の充放電を切替えたときの残容量とを対応付けた、分極反転変化分マップデータを記憶した分極反転変化分マップデータ記憶手段を備え、
    　前記過渡特性生成手段は、前記電池の充放電を切替えたときの残容量から、前記分極反転変化分マップデータを参照して、前記分極が反転して飽和状態となるのに要する残容量の変化分を特定することを特徴とする請求項６記載の電池残容量推定装置。
  8. 　前記過渡特性生成手段は、前記切替え直前の残容量及び閉回路電圧の第１の点から、該第１の点の残容量と同一の点であって、前記電池の残容量と該電池の開回路電圧との相関を表すＳＯＣ－ＯＣＶ特性上の点まで、直線状となる過渡特性を生成することを特徴とする請求項６又は７記載の電池残容量推定装置。
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