WO2016178308A1 - 二次電池の充電率算出装置、及び蓄電池システム - Google Patents

二次電池の充電率算出装置、及び蓄電池システム Download PDF

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欣之介 板橋
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Definitions

  • the present invention relates to a charging rate calculation device and a storage battery system that calculate the charging rate of a secondary battery used in, for example, a hybrid vehicle.
  • a method for estimating the charging rate using a current integration method (Coulomb count method) or an open-circuit voltage estimation method (sequential parameter method) is known (for example, Patent Document 1).
  • the current integration method the charge / discharge current of the secondary battery is detected in time series and the current is integrated to estimate the current integration method charging rate (ASOC: Absolute State State of Charge).
  • ASOC Absolute State State of Charge
  • the open-circuit voltage method charging rate (RSOC: Relative State of Charge) is estimated by estimating the open-circuit voltage of the battery using an equivalent circuit model of the battery.
  • V the measurement terminal voltage
  • I the measured charge / discharge current
  • R the estimated internal resistance of the battery.
  • the charge / discharge current I is relatively large, such as charging with a large current
  • the error contributes to the estimated internal resistance R, so there is room for improvement in the estimation accuracy of the open-circuit voltage value and the charging rate.
  • An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a charging rate calculation device and a storage battery system that improve the estimation accuracy of the charging rate of a secondary battery.
  • a charging rate calculation apparatus provides: A charge / discharge current detector for detecting a charge / discharge current value of the secondary battery; A terminal voltage detector for detecting a terminal voltage value of the secondary battery; A first estimation unit that accumulates the charge / discharge current values and estimates a first charging rate; A second estimation unit that estimates a second charging rate based on a relationship between an open-circuit voltage value of the secondary battery and a charging rate; A charge rate calculation unit for calculating a third charge rate based on the first charge rate and the second charge rate each weighted based on the charge / discharge current value; It is characterized by providing.
  • the charging rate calculation apparatus is:
  • the charging rate calculation unit is configured based on the first charging rate and the second charging rate that are respectively weighted according to a charging / discharging rate obtained by dividing the charging / discharging current value by a battery capacity of the secondary battery. It is preferable to calculate the charging rate.
  • the charging rate calculation apparatus is: It is preferable that the higher the charge / discharge rate is, the smaller the weighting for the second charge rate is.
  • the charging rate calculation apparatus is: The second estimation unit further estimates a full charge capacity of the secondary battery, The charging rate calculation unit preferably calculates a charge / discharge rate using the estimated full charge capacity as the battery capacity.
  • the storage battery system is: Lead acid battery, A secondary battery other than the lead storage battery, having a voltage value substantially equal to the voltage value of the lead storage battery and connected in parallel with the lead storage battery, A charge rate calculation device for calculating a charge rate of the secondary battery,
  • the charging rate calculation device includes: A charge / discharge current detector for detecting a charge / discharge current value of the secondary battery; A terminal voltage detector for detecting a terminal voltage value of the secondary battery; A first estimation unit that accumulates the charge / discharge current values and estimates a first charging rate; A second estimation unit that estimates a second charging rate based on a relationship between an open-circuit voltage value of the secondary battery and a charging rate; A charge rate calculation unit that calculates a third charge rate based on the first charge rate and the second charge rate, each weighted based on the charge / discharge current value.
  • the first weighting coefficient ⁇ and the second weighting coefficient ⁇ are based on the charge / discharge current value i (k) of the first secondary battery. It is determined. Then, the final third charging rate SOC3 (k) is calculated based on the weighted first charging rate ⁇ SOC1 (k) and the weighted second charging rate ⁇ SOC2 (k). As described above, the estimation accuracy of the second charging rate SOC2 (k) using the open-circuit voltage estimation method varies depending on the charge / discharge current value i (k). Therefore, the estimation accuracy of the charging rate of the first secondary battery is improved by performing the weighting based on the charging / discharging current value i (k) as described above.
  • the charge / discharge current value i (k) is divided by the battery capacity (design capacity DC or full charge capacity FCC (k)) of the first secondary battery. Weighting is performed according to the charged / discharge rate C (k). Therefore, for example, in the plurality of storage battery systems 10 each using the same type of secondary battery having different battery capacities as the first secondary battery, the first lookup table and the second lookup table can be shared, and the development cost can be shared. Is reduced.
  • the second charging rate SOC2 (k) multiplied by the second charging rate SOC2 (k) as the charging / discharging current value i (k) or the charging / discharging rate C (k) increases.
  • the weight coefficient ⁇ is determined to be small. For this reason, when the charge / discharge current value i (k) is relatively large, the contribution of the second charging rate SOC2 (k), which decreases the estimation accuracy as described above, becomes small. The estimation accuracy of the charging rate is further improved.
  • the charge / discharge rate C (k) is calculated using the estimated full charge capacity FCC (k) as the battery capacity. For this reason, compared with the case where design capacity DC is used, the estimation precision of charging / discharging rate C (k) improves, and the estimation precision of the charging rate of a 1st secondary battery further improves.
  • the first weighting factor ⁇ and the second weighting factor ⁇ are determined based on the charge / discharge current value i (k) of the first secondary battery.
  • the final third charging rate SOC3 (k) is calculated based on the weighted first charging rate ⁇ SOC1 (k) and the weighted second charging rate ⁇ SOC2 (k).
  • the estimation accuracy of the second charging rate SOC2 (k) using the open-circuit voltage estimation method varies depending on the charge / discharge current value i (k). Therefore, the estimation accuracy of the charging rate of the first secondary battery is improved by performing the weighting based on the charging / discharging current value i (k) as described above.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows schematic structure of the storage battery system which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows schematic structure of the charging rate calculation apparatus of FIG. It is a block diagram which shows schematic structure of the charging rate calculation part of FIG. It is a figure which shows the relationship between the electric current or charging / discharging rate in a 1st look-up table, and a coefficient. It is a figure which shows the relationship between the electric current or charging / discharging rate in a 2nd look-up table, and a coefficient.
  • the storage battery system 10 is mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle (HEV vehicle).
  • a vehicle such as a hybrid vehicle (HEV vehicle).
  • HEV vehicle hybrid vehicle
  • the storage battery system 10 includes an alternator 12, a starter 13, a first secondary battery 14, a charge rate calculation device 15, a second secondary battery 16, a load 17, a first switch 18, 2 switch 19, third switch 20, and control unit 21.
  • the alternator 12, the starter 13, the first secondary battery 14, the second secondary battery 16, and the load 17 are connected in parallel.
  • the alternator 12 is a generator and is mechanically connected to a vehicle engine.
  • the alternator 12 can generate electric power by driving the engine.
  • the power generated by the alternator 12 by driving the engine can be supplied to the first secondary battery 14, the second secondary battery 16, the load 17, and the vehicle auxiliary equipment by adjusting the output voltage with a regulator.
  • the alternator 12 can generate power by regeneration when the vehicle is decelerated.
  • the electric power regenerated by the alternator 12 can be used to charge the first secondary battery 14 and the second secondary battery 16.
  • the starter 13 includes a cell motor, for example, and receives power supply from at least one of the first secondary battery 14 and the second secondary battery 16 to start the engine of the vehicle.
  • the first secondary battery 14 is a secondary battery other than a lead storage battery, such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
  • the output voltage of the first secondary battery 14 is substantially the same as the output voltage of the second secondary battery 16 and is, for example, 12V.
  • the output voltage of the first secondary battery 14 may be different from the output voltage of the second secondary battery 16.
  • the output voltage of the first secondary battery 14 is adjusted by the DC / DC converter so as to be substantially the same as the output voltage of the second secondary battery 16.
  • the first secondary battery 14 can supply electric power to the auxiliary machine including the starter 13, the load 17, the ECU, and the like while the engine drive is stopped (when idling is stopped).
  • the charging rate calculation device 15 calculates the charging rate of the first secondary battery 14. Details of the charging rate calculation device 15 will be described later.
  • the second secondary battery 16 is a lead storage battery having an output voltage of a nominal voltage of 12 V, for example, and can supply power to the load 17.
  • the load 17 is a load including an audio, an air conditioner, a navigation system, and the like provided in the vehicle, for example, and operates by consuming the supplied power.
  • the load 17 operates by receiving power supply from the first secondary battery 14 and the second secondary battery 16 while the engine drive is stopped, and the alternator 12 and the first secondary battery 14 while the engine is driven. And the power supply from the second secondary battery 16 operates.
  • the first switch 18 is a switch connected in series with the starter 13.
  • the first switch 18 connects or disconnects the starter 13 in parallel with other components.
  • the second switch 19 is a switch connected in series with the first secondary battery 14.
  • the second switch 19 connects or disconnects the first secondary battery 14 in parallel with other components.
  • the third switch 20 is a switch connected in series with the second secondary battery 16 and the load 17.
  • the third switch 20 connects or disconnects the second secondary battery 16 and the load 17 in parallel with other components.
  • the control unit 21 includes, for example, an ECU provided in the vehicle, and controls the entire operation of the storage battery system 10. For example, the control unit 21 controls the operations of the first switch 18, the second switch 19, and the third switch 20, respectively, and the alternator 12, the first secondary battery 14, and the second secondary battery. Power supply by 16 and charging of the first secondary battery 14 and the second secondary battery 16 are performed.
  • the charging rate calculation device 15 includes a charge / discharge current detection unit 22, a terminal voltage detection unit 23, a current integration method estimation unit (first estimation unit) 24, and an open-circuit voltage method estimation unit (second estimation unit) 25. And a charging rate calculation unit 26 and a delay element 27.
  • the charge / discharge current detection unit 22 includes, for example, a shunt resistor and detects the charge / discharge current value i (k) of the first secondary battery 14.
  • k indicates time in discrete time.
  • the charge / discharge current value i (k) is the absolute value of the charge / discharge current.
  • the detected charge / discharge current value i (k) is input as an input signal to the current integration method estimation unit 24, the open-circuit voltage method estimation unit 25, and the charge rate calculation unit 26, respectively.
  • the charging / discharging current detection unit 22 is not limited to the above-described configuration, and those having various structures and formats can be appropriately employed.
  • the terminal voltage detector 23 detects the terminal voltage value v (k) of the first secondary battery 14.
  • the detected terminal voltage value v (k) is input as an input signal to the current integration method estimation unit 24 and the open-circuit voltage method estimation unit 25, respectively.
  • the terminal voltage detection unit 23 those having various structures and formats can be appropriately adopted.
  • the charging rate corresponding to the terminal voltage value v (0) regarded as OCV (0) is estimated as the first charging rate SOC1 (0).
  • the first charging rate SOC1 (0) is input to the charging rate calculation unit 26 as an input signal.
  • the current integration method estimation unit 24 inputs from the charge / discharge current detection unit 22 to the previous value SOC3 (k ⁇ 1) of the third charging rate input from the delay element 27 as described later.
  • a value obtained by adding the charged and discharged current values i (k) is estimated as the first charging rate SOC1 (k).
  • the estimated first charging rate SOC1 (k) is input to the charging rate calculation unit 26 as an input signal.
  • the open-circuit voltage method estimation unit 25 estimates the open-circuit voltage method charging rate (second charging rate) SOC2 (k). Specifically, first, the open-circuit voltage method estimation unit 25 is based on the charge / discharge current value i (k) and the terminal voltage value v (k) input from the charge / discharge current detection unit 22 and the terminal voltage detection unit 23, respectively. For example, each parameter in the equivalent circuit model of the first secondary battery 14 such as a Foster type RC ladder circuit or a Cowell type RC ladder circuit is estimated.
  • the open-circuit voltage method estimation unit 25 uses an adaptive filter such as a Kalman filter or a least-squares method, and the like, the capacitance value C (k) of the capacitor, the internal resistance value R (k), and the open-circuit voltage value OCV (k). Is estimated.
  • the open-circuit voltage method estimation unit 25 uses an OCV-SOC look-up table that shows a relationship between the open-circuit voltage and the charging rate of the first secondary battery 14 obtained in advance by experiment or simulation, and uses the open-circuit voltage value OCV.
  • the charging rate corresponding to the value of (k) is estimated as the second charging rate SOC2 (k).
  • the estimated second charging rate SOC2 (k) is input to the charging rate calculation unit 26 as an input signal.
  • the open circuit voltage method estimation unit 25 further estimates the soundness SOH (k) based on the relationship between the internal resistance of the first secondary battery 14 and the soundness (SOH: State of Health). Specifically, the open-circuit voltage method estimation unit 25 uses an R-SOH look-up table that shows a relationship between the internal resistance and the soundness level of the first secondary battery 14 obtained in advance by experiment or simulation.
  • the soundness level corresponding to the internal resistance value R (k) is estimated as the soundness level SOH (k).
  • the soundness level SOH (k) is a parameter indicating the degree of deterioration of the battery.
  • the charge rate calculator 26 uses the first charge rate ⁇ SOC1 (k) and the second weight weighted using the first weighting factor ⁇ and the second weighting factor ⁇ based on the charge / discharge current value i (k), respectively. Based on the charging rate ⁇ SOC2 (k), a third charging rate SOC3 (k) is calculated. Preferably, the charging rate calculation unit 26 calculates the first weighting coefficient ⁇ and the second weighting coefficient ⁇ based on the charge / discharge current value i (k) and the battery capacity (design capacity DC or full charge capacity FCC (k)). Based on the weighted first charging rate ⁇ SOC1 (k) and second charging rate ⁇ SOC2 (k), the third charging rate SOC3 (k) is calculated. In the present embodiment, the third charging rate SOC3 (k) is determined as the charging rate of the first secondary battery 14 at time k. Details of the charging rate calculation unit 26 will be described later.
  • the delay element 27 inputs the previous value SOC3 (k ⁇ 1) of the third charging rate to the current integrating method estimating unit 24. .
  • the charging rate calculation unit 26 includes a first coefficient determination unit 28, a second coefficient determination unit 29, a first multiplier 30, a second multiplier 31, and an adder 32.
  • the first coefficient determination unit 28 determines a first weighting coefficient ⁇ to be multiplied by the first charging rate SOC1 (k) based on the charge / discharge current value i (k). Specifically, the first coefficient determination unit 28 calculates a coefficient corresponding to the charge / discharge current value i (k) using a predetermined first look-up table indicating the relationship between the current and the coefficient. The first weighting factor ⁇ is set. Preferably, the first coefficient determination unit 28, according to the charge / discharge rate C (k) obtained by dividing the charge / discharge current value i (k) by the battery capacity (design capacity DC or full charge capacity FCC (k)), A first weighting factor ⁇ is determined.
  • the first coefficient determination unit 28 uses the first look-up table that indicates the relationship between the charge / discharge rate and the coefficient to determine the coefficient corresponding to the charge / discharge rate C (k).
  • the weight coefficient ⁇ is set to 1. Details of the first lookup table will be described later.
  • the design capacity DC may be employed as the battery capacity, but it is desirable to employ the full charge capacity FCC (k).
  • the second coefficient determination unit 29 uses the second lookup table indicating the relationship between the charge / discharge rate and the coefficient, and sets the coefficient corresponding to the charge / discharge rate C (k). A weighting factor ⁇ of 2 is set.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current or charge / discharge rate and the coefficient in the first lookup table.
  • the horizontal axis indicates the current or charge / discharge rate
  • the vertical axis indicates the coefficient.
  • the larger the current value or the charge / discharge rate the larger the value of the corresponding coefficient. That is, the larger the charging / discharging current value i (k) or the charging / discharging rate C (k), the larger the weight of the first charging rate SOC1 (k) estimated by the current integration method.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current or charge / discharge rate and the coefficient in the second lookup table.
  • the horizontal axis indicates the current or charge / discharge rate
  • the vertical axis indicates the coefficient.
  • the larger the current value or the charge / discharge rate the smaller the value of the corresponding coefficient. That is, the larger the charging / discharging current value i (k) or the charging / discharging rate C (k), the smaller the weight of the second charging rate SOC2 (k) estimated by the open circuit voltage estimation method.
  • the first multiplier 30 shown in FIG. 3 calculates a weighted first charging rate ⁇ SOC1 (k) by multiplying the first charging rate SOC1 (k) by the determined first weighting factor ⁇ . To do.
  • the second multiplier 31 multiplies the second charging rate SOC2 (k) by the determined second weighting coefficient ⁇ to calculate a weighted second charging rate ⁇ SOC2 (k).
  • the adder 32 calculates the sum of the weighted first charging rate ⁇ SOC1 (k) and the weighted second charging rate ⁇ SOC2 (k), and adds the sum to the third charging rate SOC3 (k). Determine.
  • the charging rate calculation device 15 based on the charge / discharge current value i (k) of the first secondary battery 14, the first weighting factor ⁇ and the A weighting factor ⁇ of 2 is determined. Then, the final third charging rate SOC3 (k) is calculated based on the weighted first charging rate ⁇ SOC1 (k) and the weighted second charging rate ⁇ SOC2 (k). As described above, the estimation accuracy of the second charging rate SOC2 (k) using the open-circuit voltage estimation method varies depending on the charge / discharge current value i (k). Therefore, the estimation accuracy of the charging rate of the first secondary battery 14 is improved by performing the weighting based on the charge / discharge current value i (k) as described above.
  • the charging rate calculation device 15 the charge / discharge rate C obtained by dividing the charge / discharge current value i (k) by the battery capacity (design capacity DC or full charge capacity FCC (k)) of the first secondary battery 14. Weighting is performed according to (k). For this reason, for example, in the plurality of storage battery systems 10 each using the same type of secondary battery having different battery capacities as the first secondary battery 14, the first lookup table and the second lookup table can be shared and developed. Cost is reduced.
  • the charge rate calculation device 15 calculates the charge / discharge rate C (k) using the estimated full charge capacity FCC (k) as the battery capacity. For this reason, compared with the case where design capacity DC is used, the estimation precision of charging / discharging rate C (k) improves, and the estimation precision of the charging rate of the 1st secondary battery 14 further improves.
  • the storage battery system 10 mounted on the hybrid vehicle has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the storage battery system 10 may be mounted on an electric vehicle (EV vehicle).
  • EV vehicle electric vehicle
  • the storage battery system 10 has been described with respect to the configuration including the first secondary battery such as a lithium ion battery and the second secondary battery that is a lead storage battery, but is not limited thereto.
  • the storage battery system 10 may further include another secondary battery having a battery capacity different from that of the first secondary battery or the second secondary battery.

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Abstract

二次電池の充電率の推定精度を向上させる充電率算出装置、及び蓄電池システムを提供する。 二次電池１４の充電率算出装置１５は、二次電池１４の充放電電流値を検出する充放電電流検出部２２と、二次電池１４の端子電圧値を検出する端子電圧検出部２３と、充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の推定部２４と、二次電池１４の開放電圧値と充電率との関係に基づき第２の充電率を推定する第２の推定部２５と、充放電電流値に基づきそれぞれ重み付けされた第１の充電率及び第２の充電率に基づいて、第３の充電率を算出する充電率算出部２６と、を備える。

Description

二次電池の充電率算出装置、及び蓄電池システム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年５月１日に日本国に特許出願された特願２０１５－０９４３８８に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本発明は、例えばハイブリッド車等に用いる二次電池の充電率を算出する充電率算出装置、及び蓄電池システムに関する。
　従来から、充放電が可能な二次電池が、ハイブリッド車等の車両に採用されている。例えば車両の航続可能距離を把握するために、二次電池の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）を検出する必要がある。
　充電率は直接検出できないため、電流積算法（クーロン・カウント法）や開放電圧推定法（逐次パラメータ法）を用いて充電率を推定する手法が知られている（例えば、特許文献１）。電流積算法は、二次電池の充放電電流を時系列で検出し電流を積算することで電流積算法充電率（ＡＳＯＣ：Absolute State of Charge）を推定する。また、開放電圧推定法は、電池の等価回路モデルを用いて電池の開放電圧を推定することで開放電圧法充電率（ＲＳＯＣ：Relative State of Charge）を推定する。
特開２００５－２０１７４３号公報
　しかしながら、電流積算法において、電流センサの誤差が蓄積するため、充電率の推定精度について改善の余地があった。また開放電圧推定法において、開放電圧ＯＣＶは、測定端子電圧をＶ、測定充放電電流をＩ、及び電池の推定内部抵抗をＲとして、ＯＣＶ＝Ｖ＋（Ｉ×Ｒ）で算出される。ここで、例えば大電流による充電等、充放電電流Ｉが比較的大きい場合、推定内部抵抗Ｒの誤差の寄与が大きくなるため、開放電圧値及び充電率の推定精度について改善の余地があった。
　かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、二次電池の充電率の推定精度を向上させる充電率算出装置、及び蓄電池システムを提供することにある。
　上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る充電率算出装置は、
　二次電池の充放電電流値を検出する充放電電流検出部と、
　前記二次電池の端子電圧値を検出する端子電圧検出部と、
　前記充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の推定部と、
　前記二次電池の開放電圧値と充電率との関係に基づき第２の充電率を推定する第２の推定部と、
　前記充放電電流値に基づきそれぞれ重み付けされた前記第１の充電率及び前記第２の充電率に基づいて、第３の充電率を算出する充電率算出部と、
を備える
ことを特徴とする。
　また、本発明の第２の観点に係る充電率算出装置は、
　前記充電率算出部は、前記充放電電流値を前記二次電池の電池容量で除算した充放電レートに応じてそれぞれ重み付けされた前記第１の充電率及び前記第２の充電率に基づき第３の充電率を算出する
ことが好ましい。
　また、本発明の第３の観点に係る充電率算出装置は、
　前記充放電レートが大きい程、前記第２の充電率に対する重み付けが小さい
ことが好ましい。
　また、本発明の第４の観点に係る充電率算出装置は、
　前記第２の推定部は、更に前記二次電池の満充電容量を推定し、
　前記充電率算出部は、推定された前記満充電容量を前記電池容量として用いて充放電レートを算出する
ことが好ましい。
　また、本発明の第５の観点に係る蓄電池システムは、
　鉛蓄電池と、
　前記鉛蓄電池の電圧値と略等しい電圧値を有し前記鉛蓄電池と並列に接続された、鉛蓄電池以外の二次電池と、
　前記二次電池の充電率を算出する充電率算出装置と、を備え、
　前記充電率算出装置は、
　　前記二次電池の充放電電流値を検出する充放電電流検出部と、
　　前記二次電池の端子電圧値を検出する端子電圧検出部と、
　　前記充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の推定部と、
　　前記二次電池の開放電圧値と充電率との関係に基づき第２の充電率を推定する第２の推定部と、
　　前記充放電電流値に基づきそれぞれ重み付けされた前記第１の充電率及び前記第２の充電率に基づいて、第３の充電率を算出する充電率算出部と、を含む
ことを特徴とする。
　本発明の第１の観点に係る充電率算出装置によれば、第１の二次電池の充放電電流値ｉ（ｋ）に基づいて、第１の重み係数α及び第２の重み係数βが決定される。そして、重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）と重み付けされた第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）に基づいて、最終的な第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）が算出される。上述したように、開放電圧推定法を用いた第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）の推定精度は、充放電電流値ｉ（ｋ）の値に応じて異なる。したがって、上述のように充放電電流値ｉ（ｋ）に基づく重み付けを行なうことによって、第１の二次電池の充電率の推定精度が向上する。
　本発明の第２の観点に係る充電率算出装置によれば、充放電電流値ｉ（ｋ）を第１の二次電池の電池容量（設計容量ＤＣ又は満充電容量ＦＣＣ（ｋ））で除算した充放電レートＣ（ｋ）に応じて重み付けが行なわれる。このため、例えば電池容量が異なる同一種の二次電池を第１の二次電池としてそれぞれ用いる複数の蓄電池システム１０において、第１のルックアップテーブル及び第２のルックアップテーブルを共用でき、開発コストが低減される。
　本発明の第３の観点に係る充電率算出装置によれば、充放電電流値ｉ（ｋ）又は充放電レートＣ（ｋ）が大きい程、第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）に乗じる第２の重み係数βが小さくなるように定められる。このため、充放電電流値ｉ（ｋ）が比較的大きい場合、上述したように推定精度が減少する第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）の寄与度が小さくなるので、第１の二次電池の充電率の推定精度が更に向上する。
　本発明の第４の観点に係る充電率算出装置によれば、推定された満充電容量ＦＣＣ（ｋ）を電池容量として用いて充放電レートＣ（ｋ）が算出される。このため、設計容量ＤＣを用いる場合と比較して充放電レートＣ（ｋ）の推定精度が向上し、第１の二次電池の充電率の推定精度が更に向上する。
　本発明の第５の観点に係る蓄電池システムによれば、第１の二次電池の充放電電流値ｉ（ｋ）に基づいて、第１の重み係数α及び第２の重み係数βが決定される。そして、重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）と重み付けされた第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）に基づいて、最終的な第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）が算出される。上述したように、開放電圧推定法を用いた第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）の推定精度は、充放電電流値ｉ（ｋ）の値に応じて異なる。したがって、上述のように充放電電流値ｉ（ｋ）に基づく重み付けを行なうことによって、第１の二次電池の充電率の推定精度が向上する。
本発明の実施の形態１に係る蓄電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図１の充電率算出装置の概略構成を示すブロック図である。 図２の充電率算出部の概略構成を示すブロック図である。 第１のルックアップテーブルにおける電流又は充放電レートと係数との関係を示す図である。 第２のルックアップテーブルにおける電流又は充放電レートと係数との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　はじめに図１を参照して、本発明の実施の形態に係る蓄電池システム１０の概略構成について説明する。蓄電池システム１０は、例えばハイブリッド車（ＨＥＶ車）等の車両に搭載される。
　蓄電池システム１０は、オルタネータ１２と、スタータ１３と、第１の二次電池１４と、充電率算出装置１５と、第２の二次電池１６と、負荷１７と、第１のスイッチ１８と、第２のスイッチ１９と、第３のスイッチ２０と、制御部２１と、を備える。オルタネータ１２、スタータ１３、第１の二次電池１４、第２の二次電池１６、及び負荷１７は、並列に接続される。
　オルタネータ１２は、発電機であって、車両のエンジンに機械的に接続される。オルタネータ１２は、エンジンの駆動によって発電可能である。オルタネータ１２がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、第１の二次電池１４、第２の二次電池１６、負荷１７、及び車両の補機に供給され得る。またオルタネータ１２は、車両の減速時等に回生によって発電可能である。オルタネータ１２が回生発電した電力は、第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の充電に使用され得る。
　スタータ１３は、例えばセルモータを含んで構成され、第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。
　第１の二次電池１４は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等、鉛蓄電池以外の二次電池である。本実施形態において、第１の二次電池１４の出力電圧は、第２の二次電池１６の出力電圧と略同一であって、例えば１２Ｖである。或いは、第１の二次電池１４の出力電圧は、第２の二次電池１６の出力電圧と異なってもよい。かかる場合、第１の二次電池１４の出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって、第２の二次電池１６の出力電圧と略同一となるように調整される。また第１の二次電池１４は、エンジン駆動の停止中（アイドリングの停止中）に、スタータ１３を含む補機、負荷１７、及びＥＣＵ等に対して電力を供給可能である。
　充電率算出装置１５は、第１の二次電池１４の充電率を算出する。充電率算出装置１５の詳細については後述する。
　第２の二次電池１６は、例えば公称電圧１２Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池であって、負荷１７に対して電力を供給可能である。
　負荷１７は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコン、及びナビゲーションシステム等を含む負荷であって、供給された電力を消費して動作する。負荷１７は、エンジン駆動の停止中に第１の二次電池１４、及び第２の二次電池１６からの電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ１２、第１の二次電池１４、及び第２の二次電池１６からの電力供給を受けて動作する。
　第１のスイッチ１８は、スタータ１３と直列に接続されるスイッチである。第１のスイッチ１８は、スタータ１３を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。
　第２のスイッチ１９は、第１の二次電池１４と直列に接続されるスイッチである。第２のスイッチ１９は、第１の二次電池１４を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。
　第３のスイッチ２０は、第２の二次電池１６及び負荷１７と直列に接続されるスイッチである。第３のスイッチ２０は、第２の二次電池１６及び負荷１７を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。
　制御部２１は、例えば車両に備えられたＥＣＵを含んで構成され、蓄電池システム１０の動作全体を制御する。例えば制御部２１は、第１のスイッチ１８、第２のスイッチ１９、及び第３のスイッチ２０の動作をそれぞれ制御して、オルタネータ１２、第１の二次電池１４、及び第２の二次電池１６による電力供給、並びに第１の二次電池１４及び第２の二次電池１６の充電を行なう。
　次に図２を参照して、充電率算出装置１５の詳細について説明する。充電率算出装置１５は、充放電電流検出部２２と、端子電圧検出部２３と、電流積算法推定部（第１の推定部）２４と、開放電圧法推定部（第２の推定部）２５と、充電率算出部２６と、遅延素子２７と、を備える。
　充放電電流検出部２２は、例えばシャント抵抗等を含んで構成され、第１の二次電池１４の充放電電流値ｉ（ｋ）を検出する。ここでｋは、離散時間における時刻を示す。また充放電電流値ｉ（ｋ）は、充放電電流の絶対値とする。検出された充放電電流値ｉ（ｋ）は、入力信号として、電流積算法推定部２４、開放電圧法推定部２５、及び充電率算出部２６にそれぞれ入力される。充放電電流検出部２２は、上記構成に限られず種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。
　端子電圧検出部２３は、第１の二次電池１４の端子電圧値ｖ（ｋ）を検出する。検出された端子電圧値ｖ（ｋ）は、入力信号として、電流積算法推定部２４及び開放電圧法推定部２５にそれぞれ入力される。端子電圧検出部２３は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。
　電流積算法推定部２４は、電流積算法充電率（第１の充電率）ＳＯＣ１（ｋ）を推定する。以下具体的に説明する。例えば車両（エンジン）の初回始動時を時刻ｋ＝０に定め、時刻ｋ＝０において第１の二次電池１４の状態が安定しており且つ無負荷状態であるものとする。かかる場合、端子電圧検出部２３から入力される端子電圧値ｖ（０）は開放電圧値ＯＣＶ（０）とみなすことができる。このため電流積算法推定部２４は、予め実験又はシミュレーションで求められた、第１の二次電池１４の開放電圧と充電率との関係を示すＯＣＶ－ＳＯＣルックアップテーブルを用いて、開放電圧値ＯＣＶ（０）とみなした端子電圧値ｖ（０）の値に対応する充電率を、第１の充電率ＳＯＣ１（０）として推定する。第１の充電率ＳＯＣ１（０）は、入力信号として、充電率算出部２６に入力される。また、時刻ｋ≧１において電流積算法推定部２４は、後述するように遅延素子２７から入力される第３の充電率の前回値ＳＯＣ３（ｋ－１）に、充放電電流検出部２２から入力される充放電電流値ｉ（ｋ）を加算した値を、第１の充電率ＳＯＣ１（ｋ）として推定する。推定された第１の充電率ＳＯＣ１（ｋ）は、入力信号として、充電率算出部２６に入力される。
　開放電圧法推定部２５は、開放電圧法充電率（第２の充電率）ＳＯＣ２（ｋ）を推定する。具体的には、はじめに開放電圧法推定部２５は、充放電電流検出部２２及び端子電圧検出部２３からそれぞれ入力される充放電電流値ｉ（ｋ）及び端子電圧値ｖ（ｋ）に基づいて、例えばフォスタ型ＲＣ梯子回路やカウエル型ＲＣ梯子回路等、第１の二次電池１４の等価回路モデルにおける各パラメータを推定する。例えば、開放電圧法推定部２５は、カルマンフィルタ等の適応フィルタ又は最小二乗法等を用いてコンデンサの静電容量値Ｃ（ｋ）、内部抵抗値Ｒ（ｋ）、及び開放電圧値ＯＣＶ（ｋ）を推定する。ここで開放電圧値ＯＣＶ（ｋ）は、例えばＯＣＶ（ｋ）＝ｖ（ｋ）＋（ｉ（ｋ）×Ｒ（ｋ））で算出される。そして開放電圧法推定部２５は、予め実験又はシミュレーションで求められた、第１の二次電池１４の開放電圧と充電率との関係を示すＯＣＶ－ＳＯＣルックアップテーブルを用いて、開放電圧値ＯＣＶ（ｋ）の値に対応する充電率を第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）として推定する。推定された第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）は、入力信号として、充電率算出部２６に入力される。
　好適には開放電圧法推定部２５は、更に第１の二次電池１４の内部抵抗と健全度（ＳＯＨ：State of Health）との関係に基づき健全度ＳＯＨ（ｋ）を推定する。具体的には、開放電圧法推定部２５は、予め実験又はシミュレーションで求められた、第１の二次電池１４の内部抵抗と健全度との関係を示すＲ－ＳＯＨルックアップテーブルを用いて、内部抵抗値Ｒ（ｋ）に対応する健全度を健全度ＳＯＨ（ｋ）として推定する。ここで健全度ＳＯＨ（ｋ）は、電池の劣化具合を示すパラメータであって、設計容量をＤＣ（定数）、満充電容量をＦＣＣ（ｋ）として、ＳＯＨ（ｋ）＝ＦＣＣ（ｋ）／ＤＣで示される。推定された健全度ＳＯＨ（ｋ）、又は健全度ＳＯＨ（ｋ）に設計容量ＤＣを乗じた満充電容量ＦＣＣ（ｋ）は、入力信号として、充電率算出部２６に入力される。
　充電率算出部２６は、充放電電流値ｉ（ｋ）に基づく第１の重み係数α及び第２の重み係数βを用いてそれぞれ重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）及び第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）に基づいて、第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）を算出する。好適には充電率算出部２６は、充放電電流値ｉ（ｋ）及び電池容量（設計容量ＤＣ又は満充電容量ＦＣＣ（ｋ））に基づく第１の重み係数α及び第２の重み係数βを用いて重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）及び第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）に基づいて、第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）を算出する。本実施形態において、第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）は、時刻ｋにおける第１の二次電池１４の充電率に定められる。充電率算出部２６の詳細については後述する。
　遅延素子２７は、充電率算出部２６から第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）が入力されると、第３の充電率の前回値ＳＯＣ３（ｋ－１）を電流積算法推定部２４に入力する。
　次に図３を参照して、充電率算出部２６の詳細について説明する。充電率算出部２６は、第１の係数決定部２８と、第２の係数決定部２９と、第１の乗算器３０と、第２の乗算器３１と、加算器３２と、を備える。
　第１の係数決定部２８は、充放電電流値ｉ（ｋ）に基づいて、第１の充電率ＳＯＣ１（ｋ）に乗じる第１の重み係数αを決定する。具体的には、第１の係数決定部２８は、予め定められた、電流と係数との関係を示す第１のルックアップテーブルを用いて、充放電電流値ｉ（ｋ）に対応する係数を第１の重み係数αに定める。好適には第１の係数決定部２８は、充放電電流値ｉ（ｋ）を電池容量（設計容量ＤＣ又は満充電容量ＦＣＣ（ｋ））で除した充放電レートＣ（ｋ）に応じて、第１の重み係数αを決定する。充放電レートＣ（ｋ）は、充放電電流値ｉ（ｋ）及び電池容量（設計容量ＤＣ又は満充電容量ＦＣＣ（ｋ））を用いて、Ｃ（ｋ）＝ｉ（ｋ）／ＤＣ又はＣ（ｋ）＝ｉ（ｋ）／ＦＣＣ（ｋ）で示される。かかる場合、第１の係数決定部２８は、予め定められた、充放電レートと係数との関係を示す第１のルックアップテーブルを用いて、充放電レートＣ（ｋ）に対応する係数を第１の重み係数αに定める。第１のルックアップテーブルの詳細については後述する。ここで電池容量として設計容量ＤＣを採用してもよいが、満充電容量ＦＣＣ（ｋ）を採用することが望ましい。満充電容量ＦＣＣ（ｋ）は、健全度ＳＯＨ（ｋ）及び設計容量ＤＣを用いて、ＦＣＣ（ｋ）＝ＳＯＨ（ｋ）×ＤＣで示される。
　第２の係数決定部２９は、充放電電流値ｉ（ｋ）に基づいて、第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）に乗じる第２の重み係数βを決定する。具体的には、第２の係数決定部２９は、予め定められた、電流と係数との関係を示す第２のルックアップテーブルを用いて、充放電電流値ｉ（ｋ）に対応する係数を第２の重み係数βに定める。好適には第２の係数決定部２９は、充放電レートＣ（ｋ）に応じて、第２の重み係数βを決定する。充放電レートＣ（ｋ）は、上述したように、Ｃ（ｋ）＝ｉ（ｋ）／ＤＣ又はＣ（ｋ）＝ｉ（ｋ）／ＦＣＣ（ｋ）で示される。かかる場合、第２の係数決定部２９は、予め定められた、充放電レートと係数との関係を示す第２のルックアップテーブルを用いて、充放電レートＣ（ｋ）に対応する係数を第２の重み係数βに定める。ここで電池容量として設計容量ＤＣを採用してもよいが、満充電容量ＦＣＣ（ｋ）を採用することが望ましい。満充電容量ＦＣＣ（ｋ）は、上述したように、ＦＣＣ（ｋ）＝ＳＯＨ（ｋ）×ＤＣで示される。
　ここで図４及び図５を参照して、第１のルックアップテーブル及び第２のルックアップテーブルについて説明する。
　図４は、第１のルックアップテーブルにおける電流又は充放電レートと係数との関係を示すグラフである。図４において、横軸は電流又は充放電レートを示し、縦軸は係数を示す。図示するように、第１のルックアップテーブルにおいて、電流値又は充放電レートが大きい程、対応する係数の値が大きい。すなわち、充放電電流値ｉ（ｋ）又は充放電レートＣ（ｋ）が大きい程、電流積算法によって推定される第１の充電率ＳＯＣ１（ｋ）の重みが大きくなるように定められる。
　一方、図５は、第２のルックアップテーブルにおける電流又は充放電レートと係数との関係を示すグラフである。図５において、横軸は電流又は充放電レートを示し、縦軸は係数を示す。図示するように、第２のルックアップテーブルにおいて、電流値又は充放電レートが大きい程、対応する係数の値が小さい。すなわち、充放電電流値ｉ（ｋ）又は充放電レートＣ（ｋ）が大きい程、開放電圧推定法によって推定される第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）の重みが小さくなるように定められる。
　また、第１のルックアップテーブル及び第２のルックアップテーブルにおいて、任意の電流値又は充放電レートに対してそれぞれ定まる係数の合計が１となるように、電流又は充放電レートと係数との関係が定められる。したがって、充放電電流値ｉ（ｋ）に対して定まる第１の重み係数αと第２の重み係数βとの和は、常に１である。
　図３に示す第１の乗算器３０は、第１の充電率ＳＯＣ１（ｋ）に、決定された第１の重み係数αを乗じて、重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）を算出する。
　第２の乗算器３１は、第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）に、決定された第２の重み係数βを乗じて、重み付けされた第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）を算出する。
　加算器３２は、重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）と重み付けされた第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）との和を算出し、当該和を第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）に定める。
　このように、本発明の実施の形態１に係る充電率算出装置１５によれば、第１の二次電池１４の充放電電流値ｉ（ｋ）に基づいて、第１の重み係数α及び第２の重み係数βが決定される。そして、重み付けされた第１の充電率αＳＯＣ１（ｋ）と重み付けされた第２の充電率βＳＯＣ２（ｋ）に基づいて、最終的な第３の充電率ＳＯＣ３（ｋ）が算出される。上述したように、開放電圧推定法を用いた第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）の推定精度は、充放電電流値ｉ（ｋ）の値に応じて異なる。したがって、上述のように充放電電流値ｉ（ｋ）に基づく重み付けを行なうことによって、第１の二次電池１４の充電率の推定精度が向上する。
　また、充電率算出装置１５によれば、充放電電流値ｉ（ｋ）を第１の二次電池１４の電池容量（設計容量ＤＣ又は満充電容量ＦＣＣ（ｋ））で除算した充放電レートＣ（ｋ）に応じて重み付けが行なわれる。このため、例えば電池容量が異なる同一種の二次電池を第１の二次電池１４としてそれぞれ用いる複数の蓄電池システム１０において、第１のルックアップテーブル及び第２のルックアップテーブルを共用でき、開発コストが低減される。
　また、充電率算出装置１５において、充放電電流値ｉ（ｋ）又は充放電レートＣ（ｋ）が大きい程、第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）に乗じる第２の重み係数βが小さくなるように定められる。このため、充放電電流値ｉ（ｋ）が比較的大きい場合、上述したように推定精度が減少する第２の充電率ＳＯＣ２（ｋ）の寄与度が小さくなるので、第１の二次電池１４の充電率の推定精度が更に向上する。
　また、充電率算出装置１５において、推定された満充電容量ＦＣＣ（ｋ）を電池容量として用いて充放電レートＣ（ｋ）が算出される。このため、設計容量ＤＣを用いる場合と比較して充放電レートＣ（ｋ）の推定精度が向上し、第１の二次電池１４の充電率の推定精度が更に向上する。
　本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
　また、上述した実施形態において、ハイブリッド車に搭載される蓄電池システム１０について説明したが、これに限られない。例えば、蓄電池システム１０は電気自動車（ＥＶ車）に搭載されてもよい。
　また、上述した実施形態において、蓄電池システム１０はリチウムイオン電池等の第１の二次電池及び鉛蓄電池である第２の二次電池を備える構成について説明したが、これに限られない。例えば、蓄電池システム１０は、第１の二次電池又は第２の二次電池とは電池容量が異なる他の二次電池を更に備えてもよい。
１０　　蓄電池システム
１２　　オルタネータ
１３　　スタータ
１４　　第１の二次電池
１５　　充電率算出装置
１６　　第２の二次電池
１７　　負荷
１８　　第１のスイッチ
１９　　第２のスイッチ
２０　　第３のスイッチ
２１　　制御部
２２　　充放電電流検出部
２３　　端子電圧検出部
２４　　電流積算法推定部
２５　　開放電圧法推定部
２６　　充電率算出部
２７　　遅延素子
２８　　第１の係数決定部
２９　　第２の係数決定部
３０　　第１の乗算器
３１　　第２の乗算器
３２　　加算器

Claims (6)

  1. 　二次電池の充放電電流値を検出する充放電電流検出部と、
    　前記二次電池の端子電圧値を検出する端子電圧検出部と、
    　前記充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の推定部と、
    　前記二次電池の開放電圧値と充電率との関係に基づき第２の充電率を推定する第２の推定部と、
    　前記充放電電流値に基づきそれぞれ重み付けされた前記第１の充電率及び前記第２の充電率に基づいて、第３の充電率を算出する充電率算出部と、
    を備える、二次電池の充電率算出装置。
  2. 　請求項１に記載の充電率算出装置であって、
    　前記充電率算出部は、前記充放電電流値を前記二次電池の電池容量で除算した充放電レートに応じてそれぞれ重み付けされた前記第１の充電率及び前記第２の充電率に基づき第３の充電率を算出する、充電率算出装置。
  3. 　請求項２に記載の充電率算出装置であって、
    　前記充放電レートが大きい程、前記第２の充電率に対する重み付けが小さい、充電率算出装置。
  4. 　請求項２に記載の充電率算出装置であって、
    　前記第２の推定部は、更に前記二次電池の満充電容量を推定し、
    　前記充電率算出部は、推定された前記満充電容量を前記電池容量として用いて充放電レートを算出する、充電率算出装置。
  5. 　請求項３に記載の充電率算出装置であって、
    　前記第２の推定部は、更に前記二次電池の満充電容量を推定し、
    　前記充電率算出部は、推定された前記満充電容量を前記電池容量として用いて充放電レートを算出する、充電率算出装置。
  6. 　鉛蓄電池と、
    　前記鉛蓄電池の電圧値と略等しい電圧値を有し前記鉛蓄電池と並列に接続された、鉛蓄電池以外の二次電池と、
    　前記二次電池の充電率を算出する充電率算出装置と、を備え、
    　前記充電率算出装置は、
    　　前記二次電池の充放電電流値を検出する充放電電流検出部と、
    　　前記二次電池の端子電圧値を検出する端子電圧検出部と、
    　　前記充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の推定部と、
    　　前記二次電池の開放電圧値と充電率との関係に基づき第２の充電率を推定する第２の推定部と、
    　　前記充放電電流値に基づきそれぞれ重み付けされた前記第１の充電率及び前記第２の充電率に基づいて、第３の充電率を算出する充電率算出部と、を含む蓄電池システム。
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