WO2017085869A1 - 容量維持率推定装置又は容量維持率推定方法 - Google Patents

Abstract

バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定装置であって、バッテリの電流及びバッテリの電圧を検出する検出部と、バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第１時点からバッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第２時点までの期間を積算期間として特定し、検出部により検出されたバッテリの検出電流に基づき、積算期間におけるバッテリの電流の積算値を演算する電流積算値演算部と、検出部により検出された検出電圧に基づき第１時点におけるバッテリの第１開放電圧を演算し、検出部により検出された検出電圧に基づき第２時点におけるバッテリの第２開放電圧を演算する開放電圧演算部と、第１開放電圧と第２開放電圧との電圧差と所定の条件を満たす積算値とに基づきバッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定部とを備え、所定の条件は、積算値が所定の下限値以上であり、かつ、積算期間におけるバッテリの電流の平均値が所定値以上である。

Description

容量維持率推定装置又は容量維持率推定方法

　本発明は、バッテリの容量維持率推定装置又はバッテリの容量維持率推定方法に関するものである。

　電池容量を算出できる電池容量算出方法が知られている。この電池容量算出方法は、バッテリの充電期間内における所定電流積算期間のセンサ電流の積算値に基づいて電流積算充電率変化量を算出し、バッテリの状態量に基づいて所定電流積算期間の開始時および終了時の開放電圧を推定し、推定した開放電圧から所定電流積算期間の開始時および終了時の充電率を求め、両者の差分から開放電圧充電率変化量を算出する。そして、開放電圧充電率変化量に対する電流積算充電率変化量の比である容量維持率を算出し、バッテリの初期バッテリ容量に容量維持率を乗算してバッテリの電池容量を算出する（特許文献１）。

特開２０１１－２１５１２５号公報

　しかしながら、センサの検出誤差によって、容量維持率の演算精度が低いという問題があった。

　本発明が解決しようとする課題は、容量維持率の推定精度の高い容量維持率推定装置及び容量維持率推定方法を提供することである。

　本発明は、バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第１時点からバッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第２時点までの期間を積算期間として特定し、積算期間におけるバッテリの電流の積算値を演算し、バッテリの検出電圧に基づき当該第１時点における第１開放電圧及び当該第２時点における第２開放電圧を演算し、当該第１開放電圧と当該第２開放電圧との電圧差と所定の条件を満たす積算値とに基づきバッテリの容量維持率を推定し、積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上であることを当該所定の条件とすることによって上記課題を解決する。

　本発明によれば、センサの検出誤差に対して影響の小さい電流積算値を用いて、容量維持率を演算するため、容量維持率の推定精度を高めることができる、という効果を奏する。

本実施形態に係る容量維持率推定装置を備えたバッテリパックのブロック図である。 図１のバッテリコントローラのブロック図である。 図１のバッテリコントローラの制御フローを示すフローチャートである。 バッテリの電流積算値に対するＯＣＶ変化量の特性を示すグラフである。 図１の電流センサの検出電流に対する誤差の変化を示すグラフである。 図１のバッテリの電流の経時的な変化を示すグラフである。 図１のバッテリの分極による電流変化を示すグラフであって、（ａ）は電流変化を示すグラフであり、（ｂ）は電圧変化を示すグラフである。 図１のバッテリの電流積算値と容量維持率の演算誤差との関係を示すグラフである。 図１のバッテリのＳＯＣ演算値の誤差変化を示すグラフである。 図１のバッテリの状態変化（充電時）を示すグラフであって、（ａ）は電流変化を示すグラフであり、（ｂ）はＳＯＣ変化を示すグラフである。 図１のバッテリの状態変化（充電時）を示すグラフであって、（ａ）は電流変化を示すグラフであり、（ｂ）は電圧変化を示すグラフである。 図１のバッテリの状態変化（放電時）を示すグラフであって、（ａ）は電流変化を示すグラフであり、（ｂ）はＳＯＣ変化を示すグラフである。 図１のバッテリの温度に対する内部抵抗の変化を示すグラフである。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。　
《第１実施形態》

　図１は、本実施形態に係る容量維持率推定装置を備えたバッテリパックのブロック図である。容量維持率推定装置は、バッテリの容量維持率（劣化度に相当）を推定するための装置である。本実施形態では、容量維持率推定装置はバッテリパック内に搭載されている。容量維持率推定装置は、必ずしもバッテリパック内に搭載されている必要なく、バッテリパックの外部に設けられていてもよい。

　バッテリパック１は、セル１０及びバッテリコントローラ２０を備えている。バッテリパック１は、二次電池及びコントローラをモジュール化したデバイスである。バッテリパック１は、車両用の電源又は定置用の電源等に用いられる。

　セル１０は、バッテリ１１、電流センサ１２、電圧センサ１３、及び温度センサ１４を有している。バッテリ１１は、複数の二次電池を直列又は並列に接続した組電池である。バッテリ１１は、バッテリパック１に接続された負荷に対して、電力を出力する。バッテリ１１は、バッテリパック１に接続された充電器により充電可能である。バッテリ１１は、負荷の回生により充電されてもよい。二次電池は、リチウムイオン電池等である。

　電流センサ１２は、バッテリ１１の充電電流及び放電電流を検出する。電圧センサ１３はバッテリ１１の電圧を検出する。温度センサ１４は、バッテリ１１の付近に設置されており、バッテリ１１の温度を検出する。電流センサ１２、電圧センサ１３及び温度センサ１４の検出値はバッテリコントローラ２０に出力される。

　バッテリコントローラ２０は、電流センサ１２、電圧センサ１３、及び温度センサ１４の検出値に基づき、バッテリ１１の状態を管理する。

　次に、図２を用いて、バッテリコントローラ２０の構成について説明する。図２はバッテリコントローラ２０のブロック図である。バッテリコントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。バッテリコントローラ２０は、バッテリ１１の状態の管理機能を動作するための機能ブロックとして、ゼロ電流時点特定部２１、電流積算値演算部２２、平均電流演算部２３、推定条件判定部２４、ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５、ＯＣＶ演算部２６、ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７、容量維持率演算部２８、及び満充電容量演算部２９を有している。

　ゼロ電流時点特定部２１は、電流センサ１２の検出電流に基づき、バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍である時点を、ゼロ電流時点として特定する。０アンペア近傍は、０以上所定値未満の範囲を示している。所定値は、バッテリ１１の充放電電流がゼロであると判断できる値、言い換えるとバッテリ１１に負荷がかかっていない（充放電していない）と判断できる値である。所定値は、電流センサ１２の誤差又はバッテリ１１の性質等により予め設定されている。バッテリ１１の放電電流又は充電電流は、バッテリ１１の使われ方に応じて時系列で変化する。そのため、ゼロ電流時点は、時系列に特定される。

　電流積算値演算部２２は、複数のゼロ電流時点の間の時間を積算時間として特定しつつ、電流センサ１２の検出電流を積算することで、当該積算期間におけるバッテリ電流の積算値を演算する。

　平均電流演算部２３は、電流センサ１２の検出電流に基づき、積算期間におけるバッテリ１１の平均電流を演算する。

　推定条件判定部２４は、積算期間における電流積算値が、推定条件を満たしているか否かを判定する。推定条件は、電流積算値が容量維持率の推定のために適した値であることを示した条件である。推定条件は、積算期間における電流積算値が所定の下限値以上であり、かつ、積算期間における平均電流が平均電流閾値以上であることである。電流積算値の下限値及び平均電流閾値は、電流センサ１２の誤差範囲に応じて予め設定されている。推定条件を満たしていない電流積算値は、容量維持率の推定に適した値ではないため、演算対象から除外される。

　ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５は、推定条件を満たす電流積算値に対応するＳＯＣの差を演算する。すなわちΔＳＯＣ－ｉ演算部２５は、積算期間の始点から終点までの電流積算量（Ａｈ）をバッテリの新品時における満充電容量（Ａｈ）で除算する事によって、積算期間の始点から終点までの間のＳＯＣの変化量を算出する。ＯＣＶ演算部２６は、電圧センサ１３の検出電圧に基づき、ゼロ電流時点における開放電圧を演算する。積算期間の始点と終点は、ゼロ電流時点となる。そのため、ＯＣＶ演算部２６は、温度や劣化度によって変化するバッテリ１１の内部抵抗の影響を極力抑制して、積算期間の始点と終点それぞれについて、開放電圧を演算することができる。なお、以下では開放電圧をＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）とも記載する。

　ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７は、積算期間の始点における開放電圧と、積算期間の終点における開放電圧との電圧差を演算する。ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７は、演算した電圧差に対応するＳＯＣの差を演算する。すなわちΔＳＯＣ－ｖ演算部２７は、積算期間の始点における開放電圧と終点における開放電圧との差に基づいて、積算期間の始点から終点までの間のＳＯＣの変化量を算出する。

　容量維持率演算部２８は、ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５により演算されたＳＯＣ差（ΔＳＯＣ－ｉ）とΔＳＯＣ－ｖ演算部２７により演算されたＳＯＣ差（ΔＳＯＣ－ｖ）に基づき、バッテリ１１の現在の容量維持率を演算する。容量維持率演算部２８は、ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５により演算されたＳＯＣ差（ΔＳＯＣ－ｉ）をΔＳＯＣ－ｖ演算部２７により演算されたＳＯＣ差（ΔＳＯＣ－ｖ）で割ることで、現在の容量維持率を演算する。すなわち、ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５による演算、ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７による演算、及び、容量維持率演算部２８による演算により、容量維持率が推定される。そして、満充電容量演算部２９は、現在の容量維持率及びバッテリ１１の初期の満充電容量に基づき、バッテリ１１の現在の満充電容量を演算する。

　次に、バッテリコントローラ２０が満充電容量を演算する際の制御フローを、図３を用いて、図３は、バッテリコントローラ２０の制御フローを示すフローチャートである。なお、図３に示す制御フローは、ゼロ電流時点を特定したタイミングで繰り返し実行される。

　ステップＳ１にて、電流積算値演算部２２は、前回のゼロ電流時点から今回のゼロ電流時点までの電流積算値を演算する。

　ステップＳ２にて、平均電流演算部２３は、前回のゼロ電流時点から今回のゼロ電流時点までの平均電流を演算する。

　ステップＳ３にて、推定条件判定部２４は、電流積算値が予め定めた下限値以上から上限値以下までの範囲内であるか否かを判定する。電流積算値が下限値未満である場合、又は、電流積算値が上限値より大きい場合には、制御フローを終了する。電流積算値が下限値以上から上限値以下までの範囲内である場合には、制御フローはステップＳ４に進む。

　ステップＳ４にて、推定条件判定部２４は、平均電流値が予め定めた平均電流閾値以上であるか否かを判定する。平均電流値が平均電流閾値未満である場合には、制御フローを終了する。平均電流値が平均電流閾値以上である場合には、制御フローはステップＳ５に進む。

　ここで、ステップＳ３，４の制御フローの判定に用いた推定条件について、説明する。まず、推定条件のうち電流積算値の下限値について図４を用いて説明する。図４は、電流積算値と開放電圧の変化量との関係を示すグラフである。グラフａはバッテリ１１の新品時の特性を示す。グラフｂは、バッテリ１１の満充電容量が半分になった時の特性を示す。バッテリ１１の電流積算値と、電流積算値に相当するＯＣＶの変化量をそれぞれ測定すると、測定値は図４に示すような点でプロットされる。電流積算値とＯＣＶ変化量との間には比例関係がある。ただし、バッテリの劣化が進むと、満充電容量の低下に応じて電流積算値に対するＯＣＶ変化量が大きくなり、グラフの傾きが大きくなる。

　ここで、電流積算値はバッテリ１１の残充電電荷量の変化量に相当する。一方、ＯＣＶはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ:満充電時の充電電荷量に対する残充電電荷量の割合）と相関が有り、従って、ＯＣＶの変化量はバッテリ１１のＳＯＣの変化量に相当する。このため、残充電電荷量の変化量に相当する電流積算値とＳＯＣに相当するＯＣＶの変化量とは相関する。但し、残充電電荷量の変化量である電流積算値が同じであっても、バッテリの劣化による満充電時の充電電荷量（満充電容量）の低下に伴ってＳＯＣの変化量に相当するＯＣＶの変化量は大きくなる。なお、上述の通りＯＣＶはＳＯＣと相関が有り、ＳＯＣはＯＣＶから一義的に導き出せるため、 実質的にはＯＣＶとＳＯＣとは同義である。

　図４のグラフにより、電流積算値が小さい時には、ＯＣＶ変化量が小さい。そして、電流積算値が小さい時には、ＯＣＶの変化量が小さい分、ＯＣＶの変化量に対して、電流センサ１２の誤差の影響が大きくなる。すなわち、電流積算値が小さい時には、ＯＣＶの変化が、バッテリ１１の充放電による変化か、電流センサの誤差による変化なのか、判別が難しい。そのため、本実施形態では、推定条件として電流積算値の下限値が設定されている。

　次に、推定条件のうち電流積算値の上限値について図５を用いて説明する。図５は、電流センサの検出値と誤差との関係を示すグラフである。

　図５に示すように、電流センサ１２の誤差特性は、電流ゼロの時の誤差を最小値とした２次曲線となる。すなわち、電流値の絶対値が大きくなるほど、誤差は大きくなる。電流積算値が大きくなると、電流センサの誤差が積み上がることになり、電流積算値に対する誤差の影響が大きくなる。そのため、本実施形態では、推定条件として電流積算値の上限値が設定されている。
　上述の通り、電流積算値が下限値より小さい場合には、ＯＣＶの変化量に対して、電流センサ１２の誤差の影響が大きくなる。一方で、電流値が大きく、電流積算値が上限値より大きい場合には、電流センサの誤差による電流積算値に対する誤差の影響が大きくなる。このため、電流積算値の上限値及び下限値は、電流センサの誤差による影響を抑制できるような値を、予め実験等によって定めたものである。

　推定条件のうち平均電流閾値について図５を用いて説明する。バッテリ１１の容量維持率の演算式は、開放電圧に基づくＳＯＣ差（ΔＳＯＣ－ｖ）を分子とし、電流積算値に基づくＳＯＣ差（ΔＳＯＣ－i ）を分母としている。図５に示す特性より、バッテリ１１の電流（充放電電流）が小さい場合には、検出電流値の誤差は小さくなる。容量維持率の演算式において、検出電流値の誤差成分は分母に影響する。そのため、検出電流値の誤差が小さいほど容量維持率の演算値に対する影響が小さくなる。そこで、本実施形態では、推定条件として平均電流閾値が設定されている。

　また、平均電流閾値を設定する他の理由として、以下の理由が挙げられる。例えば一例として、電流の経時的変化が図６に示すような変化であると仮定する。図６は、電流の経時的変化を示すグラフである。図６に示すような電流変化において、電流積算値は下限値以上から上限値以下までの範囲内とする。

　図６に示す電流変化では、時間ｔ_１までの高電流の期間は短く、時間ｔ_１以降の低電流の期間は長くなっている。時間ｔ_１以降、電流値は低いため、電流センサ１２の誤差は小さい。しかしながら、時間ｔ_１以降の低電流の期間が長いため、小さな電流誤差が長い時間をかけて積み上がることになり、その結果、電流積算値に含まれる全体の誤差は大きくなる。そのため、本実施形態では、推定条件として平均電流閾値が設定されている。図６に示すような電流変化では、平均電流が平均電流閾値未満となるため、推定条件を満たさないことになる。

　ステップＳ３及びステップＳ４の制御フローにおいて、推定条件を満たす場合には、ＯＣＶ演算部２６は、前回のゼロ電流時点における開放電圧（ＯＣＶ_１）と今回のゼロ電流時点における開放電圧（ＯＣＶ_２）を演算する。

　図７を用いて、開放電圧の演算に用いられる検出電圧の検出タイミングについて説明する。図７は、ゼロ電流時点（ｔ_ａ）の前後におけるバッテリ１１電流変化（図７（ａ）に示す電流変化）及び電圧変化（図７（ｂ）に示す電圧変化）を示すグラフである。

　図７に示すように、バッテリ１１の充電電流は、時間ｔ_ａでゼロになる。バッテリ１１の電圧は、時間ｔ_ａで下がり始めるが、分極現象によって、時間ｔ_ａでは完全には下がらない。バッテリ１１の電圧は、時間ｔ_ａ以降も徐々に下がる。そして、時間ｔ_ｂで、分極がほぼ解消され、バッテリ１１の電圧は下がりきった電圧となる。すなわち、時間ｔ_ａから時間ｔ_ｂまでの間は分極期間となり、バッテリ電圧が不安定な状態なる。そして、分極期間中の検出電圧に基づいて、開放電圧が演算された場合には、演算誤差の要因にもなる。そのため、ＯＣＶ演算部２６は、ゼロ電流時点から所定の分極期間の経過後の検出電圧に基づき開放電圧を演算している。分極期間は、バッテリ１１の特性に応じて予め設定されている。また、ＯＣＶ演算部２６は、バッテリの電圧の大きさに応じて、分極時間の長さを設定してよい。これにより、分極が解消された電圧に基づき開放電圧を演算しているため、開放電圧の演算精度を高めることができる。

　ステップＳ５の制御フローにて開放電圧（ＯＣＶ_１、ＯＣＶ_２）を演算した後、ステップＳ６にて、ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７は、今回の開放電圧（ＯＣＶ_２）に対応する充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を演算する。開放電圧とＳＯＣとの間には相関関係がある。ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７は、この相関関係をマップとして予め記憶し、当該マップを参照してＳＯＣを演算する。そして、ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７は、今回の開放電圧（ＯＣＶ_２）に対応するＳＯＣ_２と前回の開放電圧（ＯＣＶ_１）に対応するＳＯＣ_１との差分を演算することで、ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ－ｖ）を演算する。

　ステップＳ７にて、ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５は、現在のバッテリ１１の満充電容量に対する電流積算値の比で表す演算式によって、ＳＯＣ変化量（ΔＳＯＣ－ｉ）を演算する。ステップＳ８にて、容量維持率演算部２８は、ＳＯＣ変化量（ΔＳＯＣ－ｉ）に対するＳＯＣ変化量（ΔＳＯＣ－ｖ）の比で表す演算式によって、容量維持率を演算する。ステップＳ９にて、満充電容量演算部２９は、初期の満充電容量に、現在の容量維持率を乗ずることで、現在の満充電容量を演算する。

　上記のように、本実施形態では、バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第１時点からバッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第２時点までの期間を積算期間として特定し、積算期間におけるバッテリの電流の積算値を演算し、バッテリの検出電圧に基づき第１時点における第１開放電圧及び第２時点における第２開放電圧を演算し、第１開放電圧と第２開放電圧との電圧差と推定条件を満たす積算値とに基づきバッテリの容量維持率を推定する。このとき、積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上であることを、推定条件として設定されている。これにより、センサの検出誤差に対して影響の小さい電流積算値を用いて、容量維持率を演算するため、容量維持率の推定精度を高めることができる。

　ここで、電流積算値と容量維持率の演算誤差との関係について、図８を用いて説明する。図８は、電流積算値と演算誤差との関係を示すグラフである。図８において、菱形は、電流積算値に対する演算誤差の測定値をプロットしたものである。容量維持率の演算は、図３に示す制御フローで実行した演算方式（以下、ΔＳＯＣ演算方式とも称す）を用いている。

　電流積算値は、上記の推定条件に限定せず、少なくともゼロより高くしつつ、広い範囲としている。また演算誤差は、ＳＯＣ演算方式を使って演算した演算値と、実際の容量維持率との差に相当する。そして、許容できる演算誤差の下限値をＣ_Ｌとし、上限値をＣ_Ｈとする。

　図８に示すように、電流積算値がゼロに近い値で、演算誤差が最も大きくなる。そして、電流積算値の絶対値が大きくなるにつれて、演算誤差が小さくなる。さらに電流積算値の絶対値が大きくなると、所定の領域を境に、演算誤差が再び大きくなる。プロットされた測定値に対して、近似曲線を描くと、グラフａのようなグラフとなる。そして、近似曲線ａと演算誤差の上限値Ｃ_Ｈとの交点で示される範囲Ａが、電流積算値に対した演算誤差が小さくなる範囲となる。範囲Ａは、近似曲線ａと演算誤差の下限値Ｃ_Ｌとの交点で示される範囲とも同じ範囲となる。

　本実施形態では、範囲Ａに相当する電流積算値の上限値及び下限値を、推定条件における電流積算値の上限値及び下限値に設定している。図８に示すように、推定条件を満たす電流積算値は、範囲Ａ内に含まれることになるため、演算誤差は、範囲Ａ外の誤差と比較して小さくなる。これにより、推定条件を満たす電流積算値を演算対象にすることで、容量維持率の推定精度を高めることができる。

　また本実施形態では、ゼロ電流時点の間の期間を、容量維持率の演算対象の期間に設定している。これにより、開放電圧（無負荷電圧）の推定精度を高め、満充電容量の演算精度を向上させることができる。

　ここで、図９を用いて、演算方式とＳＯＣ誤差との関係について説明する。ＳＯＣを演算する方式として、電流積算値及び開放電圧からＳＯＣを演算する方式が考えられる。すなわち、この方式は、開放電圧から求めたＳＯＣ（以下、ＳＯＣ-ｖ）と電流積算値から求めたＳＯＣ（以下、ＳＯＣ-ｉ）とを所定の比率で合算する（重み付け合成する）ことによってＳＯＣを演算する方式であり、以下ではブレンド方式とも言う。ブレンド方式のＳＯＣ算出方法において、電流値が比較的小さい場合にはＳＯＣ-ｖの比率が大きい比率に設定され、ＳＯＣ-ｉの比率が小さい比率に設定される。電流値が比較的大きい場合にはＳＯＣ-ｉの比率が大きい比率に設定され、ＳＯＣ-ｖの比率が小さい比率に設定される。そして、設定されたＳＯＣ-ｉの比率及び設定されたＳＯＣ-ｖの比率を合算することで、ＳＯＣが算出される。なお、このようなブレンド方式のＳＯＣ算出方法は例えば特開２０１３-２１７８９９号等に記載の通りよく知られた算出方法であり、以下では詳述しない。また、本実施形態においてはＳＯＣ算出方法をＳＯＣ-ｖとＳＯＣ-ｉとを所定の比率で合算するブレンド方式として記載するが、ＳＯＣ算出方法はブレンド方式に限らない。例えば電流値に応じてＳＯＣ-ｖとＳＯＣ-ｉとのいずれかをＳＯＣとして採用するＳＯＣ算出方法であってもよい。

　図９はブレンド方式でＳＯＣを演算したときのＳＯＣ誤差である。そして、時間ｔ_Ａから時間ｔ_Ｂまでの期間は、電流が小さくなった期間であり、時間０から時間ｔ_Ａまでの期間及び時間ｔ_Ｂ以降の期間は電流が大きくなった期間である。ゼロ電流時点は、時間ｔ_Ａから時間ｔ_Ｂの期間内にあったとする。

　ブレンド方式のＳＯＣ算出方法においては、時間０から時間ｔ_Ａまでの期間及び時間ｔ_Ｂ以降の期間は電流値が大きいためＳＯＣ-ｉの合成比率が大きく、ＳＯＣ-ｖの合成比率が小さい。一方、時間ｔ_Ａから時間ｔ_Ｂまでの期間はＳＯＣ-ｖの合成比率が大きく、ＳＯＣ-ｉの合成比率が小さい。合成比率は、ＳＯＣ-ｉの比率とＳＯＣ-ｖの比率とを合算した合算比率に対する割合に相当する。

　時間０を始点として、電流積算値に基づくＳＯＣ-ｉの合成比率が高いため、電流センサ１２による誤差が時間の経過と共に積み上がる。時間ｔ_Ａ以降も電流積算値に基づくＳＯＣ-ｉの合成比率が高いままであると、電流が低くなっても、誤差は積み上がり、電流誤差はさらに積み上がる。一方、電流値が小さい場合にはＳＯＣ-ｖの合成比率を大きくするブレンド方式であれば、ゼロ電流時点における電圧に基づいて開放電圧を演算し、この開放電圧を用いて算出したＳＯＣ-ｖの合成比率が大きくなるため、ゼロ電流時点における開放電圧に基づくＳＯＣの演算が、電流積算値に基づくＳＯＣ誤差を補正していることになる。すなわち、ブレンド方式では、電流積算値に基づくＳＯＣの推定誤差を、ゼロ電流地点時点における開放電圧に基づくＳＯＣの推定によって、補正を行っていることなる。その結果として、満充電容量の演算精度を向上させることができる。

　また本実施形態では、積算値が所定の下限値以上から上限値以下までの範囲が推定条件として設定されている。これにより、センサの検出誤差に対して影響の小さい電流積算値を用いて、容量維持率を演算するため、容量維持率の推定精度を高めることができる。

　また、本実施形態の変形例として、推定条件判定部２４は、容量維持率の推定値に基づき、推定条件に含まれる電流積算値の下限値を設定してもよい。図１０は、バッテリ１１の電流変化（図１０（ａ）に示す変化）及び電圧変化（図１０（ｂ）に示す変化）の一例を示すグラフである。

　図１０に示す電流及び電圧変化は、バッテリが、ある充電状態（ＳＯＣ_Ｓ）から充電された際の変化であって、グラフａは初期状態（劣化前）の電流変化を示し、グラフｂは劣化後の電流変化を示す。また時間ｔ_ｐは、初期状態のバッテリ１１において、時間ｔ_０から積算された電流積算値が推定条件の下限値に達した時間を表している。

　バッテリ１１の管理を行う際には、バッテリ１１の保護を目的として、ＳＯＣの上限値（ＳＯＣ_Ｈ）が予め設定されている。バッテリコントローラ２０はバッテリ１１のＳＯＣが上限値（ＳＯＣ_Ｈ）より高くならないように、バッテリ１１を管理している。初期状態のバッテリ１１では、ＳＯＣ_Ｓから充電を開始した場合に、ＳＯＣがＳＯＣ_Ｈに達する前に、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する。そのため、時間ｔ_０から時間ｔ_ｐまでに積層された電流積算値を、容量維持率の推定制御に用いることができる。

　一方、バッテリ１１が劣化した場合には、満充電容量が小さくなるため、充電電流を同じ値とした時、劣化後のＳＯＣの変化量（図１１（ｂ）のグラフの傾きに相当）は初期状態（劣化前）のＳＯＣの変化量よりも大きくなる。そして、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する前に、時間ｔ_ｑの時点で、ＳＯＣが上限値（ＳＯＣ_Ｈ）に達し、充電電流は低くなる。そのため、容量維持率を推定する頻度が少なくなる。

　図１１に示す特性は、図１０と同様に、バッテリが、ある電圧（Ｖ_Ｓ）から充電された際の電流及び電圧変化の一例であって、グラフａは初期状態（劣化前）の特性を示し、グラフｂは劣化後の特性を示す。また時間ｔ_ｐは、初期状態のバッテリ１１において、時間ｔ_０から積算された電流積算値が推定条件の下限値に達した時間を表している。

　バッテリ１１の管理を行う際には、バッテリ１１の保護を目的として、電圧の上限値（Ｖ_Ｈ）及び下限値（Ｖ_Ｌ）が予め設定されている。バッテリコントローラ２０はバッテリ１１の電圧が上限値（Ｖ_Ｈ）より高くならないように、バッテリ１１を管理している。初期状態のバッテリ１１では、Ｖ_Ｓから充電を開始した場合に、バッテリ電圧がＶ_Ｈに達する前に、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する。そのため、時間ｔ_０から時間ｔ_ｐまでに積層された電流積算値を、容量維持率の推定制御に用いることができる。

　バッテリ１１が劣化した場合には、満充電容量が小さくなり、バッテリ１１の内部抵抗が大きくなる。バッテリ電圧（Ｖ）、開放電圧（Ｅ）、バッテリ電流（Ｉ）、及び内部抵抗（Ｒ）を含むバッテリ１１の関係式（Ｖ＝Ｅ＋ＩＲ）によると、内部抵抗が増加すると電流と内部抵抗によって発生する電圧（ＩＲ）の変化が増加し、満充電容量が小さくなると残充電電荷量の変化に伴う電圧変化、すなわち開放電圧（Ｅ）の変化が大きくなる。すなわち、バッテリ１１が劣化した場合に、バッテリ電圧は、バッテリ１１の劣化前と比較して、変化しやすくなり、上限値又は下限値に当たりやすくなる。図１１（ｂ）に示すように、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する前に、時間ｔ_ｑの時点で、バッテリ電圧が上限値（Ｖ_Ｈ）に達し、充電電流は低くなる。そのため、容量維持率を推定する頻度が少なくなる。

　図１２に示す特性は、バッテリが、ある充電状態（ＳＯＣ_Ｓ）から放電された際の電流及びＳＯＣ変化の一例であって、グラフａは初期状態（劣化前）の電流変化を示し、グラフｂは劣化後のＳＯＣ変化を示す。また時間ｔ_ｐは、初期状態のバッテリ１１において、時間ｔ_０から積算された電流積算値が推定条件の下限値に達した時間を表している。

　バッテリ１１の管理を行う際には、バッテリ１１の保護を目的として、ＳＯＣの下限値（ＳＯＣ_Ｌ）が予め設定されている。バッテリコントローラ２０はバッテリ１１のＳＯＣが下限値（ＳＯＣ_Ｌ）より低くならないように、バッテリ１１を管理している。初期状態のバッテリ１１では、ＳＯＣ_Ｓから放電を開始した場合に、ＳＯＣがＳＯＣ_Ｌに達する前に、放電電流の積算値が推定条件の下限値に達する。そのため、時間ｔ_０から時間ｔ_ｐまでに積層された電流積算値を、容量維持率の推定制御に用いることができる。

　一方、バッテリ１１が劣化した場合には、満充電容量が小さくなるため、放電電流を同じ値とした時、劣化後のＳＯＣの変化量（図１１（ｂ）のグラフの傾きに相当）は初期状態のＳＯＣの変化量よりも大きくなる。そして、放電電流の積算値が推定条件の下限値に達する前に、時間ｔ_ｑの時点で、ＳＯＣが下限値（ＳＯＣ_Ｌ）に達し、放電電流はゼロになる。そのため、容量維持率を推定する頻度が少なくなる。

　変形例に係る推定条件判定部２４は、容量維持率の推定値に基づき、推定条件の下限値を小さくする。具体的には、推定条件判定部２４は、容量維持率が小さくなるほど、推定条件の下限値を小さくする。または、推定条件判定部２４は、容量維持率が所定値より低い場合には、推定条件の下限値を小さくする。これにより、バッテリ１１が劣化した場合でも、容量維持率の演算頻度を確保できる。

　また、変形例に係る推定条件判定部２４は、容量維持率の推定値の代わり、バッテリ１１の内部抵抗又はバッテリ１１の使用期間に基づいて、推定条件の下限値を設定する。具体的には、推定条件判定部２４は、内部抵抗が高くなるほど、又は、使用期間が長くなるほど、推定条件の下限値を小さくする。または、推定条件判定部２４は、内部抵抗が所定値より高い場合に、又は、使用期間が所定時間より長い場合に、推定条件の下限値を所定値より小さくする。

　また本実施形態の変形例として、推定条件判定部２４は、電流積算値が下限値以上から上限値以下までの範囲内であること、及び、平均電流値が平均電流閾値未満であることに加えて、温度センサ１４の検出電圧が所定の温度閾値以上であることを、推定条件に加える。

　図１３は、バッテリ１１の温度に対する内部抵抗の特性を示すグラフである。図１３に示すように、バッテリ１１の特性として、バッテリ１１の温度が所定値以上である場合にはバッテリ１１の内部抵抗は一定値で推移する。一方、バッテリ１１の温度が所定値未満である場合には、バッテリ１１の温度が低いほど、内部抵抗が大きくなる。また、低温領域における内部抵抗の上昇により、温度センサ１４の誤差が大きくなる。

　ＯＣＶ演算部２６が開放電圧を演算する際に、直線回帰演算方式を用いる場合には、演算式に内部抵抗を含むことになるため、低温領域では、開放電圧の誤差が大きくなる可能性がある。なお、直線回帰演算方式では、電流センサの検出値（Ｖ）、電圧センサの検出値（Ｉ）及びバッテリ１１の内部抵抗（Ｒ）を用いて、演算式（Ｖ＝Ｅ＋Ｉ×Ｒ）により開放電圧（Ｅ）を求める方式である。

　そのため、変形例では、推定条件判定部２４は、温度センサ１４の検出電圧が所定の温度閾値以上であることを、推定条件に加える。これにより、低温領域における温度センサの誤差による影響を抑制しつつ、容量維持率の演算精度を高めることができる。

　また本実施形態の変形例として、推定条件判定部２４は、電流積算値が下限値以上から上限値以下までの範囲内であること、及び、平均電流値が平均電流閾値未満であることに加えて、電流センサ１２の検出電流が、所定時間、所定の電流閾値以上であることを、推定条件に加えてもよい。図６に示したように、電流積算期間のうち、低電流の期間が長く続くと、電流センサ１２の誤差が電流積算値に積み上がることで、容量維持率の演算精度が低くなる。そのため、変形例に係る推定条件判定部２４は、バッテリ１１の電流値の条件を加えることで、電流積算期間が低電流期間（図６に示す時間ｔ_１以降の電流期間）を含む場合に、当該電流積算期間における電流積算値を、演算対象から除外している。これにより、容量維持率の推定精度を高めることができる。

　なお、本実施形態により推定された容量維持率は、容量維持率演算部２８で演算された容量維持率、又は、満充電容量演算部２９で演算された満充電容量に相当する。

　上記の電流センサ１２及び電圧センサ１３が本発明に係る検出部に相当し、推定条件判定部２４、ΔＳＯＣ－ｉ演算部２５、ΔＳＯＣ－ｖ演算部２７、及び容量維持率演算部２８、満充電容量演算部２９が本発明に係る容量維持率推定部に相当する。

１…バッテリパック
１０…セル
１１…バッテリ
１２…電流センサ
１３…電圧センサ
１４…温度センサ
２０…バッテリコントローラ
２１…ゼロ電流時点特定部
２２…電流積算値演算部
２３…平均電流演算部
２４…推定条件判定部
２５…ΔＳＯＣ－ｉ演算部
２６…ＯＣＶ演算部
２７…ΔＳＯＣ－ｖ演算部
２８…容量維持率演算部
２９…満充電容量演算部

Claims (8)

1. 　バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定装置であって、
   　前記バッテリの電流及び前記バッテリの電圧を検出する検出部と、
   　前記バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第１時点から前記バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第２時点までの期間を積算期間として特定し、前記検出部により検出された前記バッテリの検出電流に基づき、前記積算期間における前記バッテリの電流の積算値を演算する電流積算値演算部と、
   　前記検出部により検出された検出電圧に基づき前記第１時点における前記バッテリの第１開放電圧を演算し、前記検出部により検出された検出電圧に基づき前記第２時点における前記バッテリの第２開放電圧を演算する開放電圧演算部と、
   　前記第１開放電圧と前記第２開放電圧との電圧差と所定の条件を満たす前記積算値とに基づき前記バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定部とを備え、
   　前記所定の条件は、前記積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上である
   容量維持率推定装置。
2. 　前記所定の条件は、前記積算値が前記所定の下限値以上から所定の上限値以下の範囲である
   請求項１記載の容量維持率推定装置。
3. 　前記検出部は前記バッテリの温度を検出し、
   　前記所定の条件は、前記バッテリの温度が所定の温度閾値以上である
   請求項１又は２記載の容量維持率推定装置。
4. 　前記所定の条件は、前記バッテリの検出電流の絶対値が、所定期間、所定の電流閾値以上である
   請求項１～３のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。
5. 　前記開放電圧演算部は、
   　前記第１時点から所定の分極期間の経過後の前記バッテリの検出電圧に基づき前記第１開放電圧を演算し、前記第２時点から所定の分極期間の経過後の前記バッテリの検出電圧に基づき前記第２開放電圧を演算する
   請求項１～４のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。
6. 　前記容量維持率推定部は、前記容量維持率の推定値に基づき、前記所定の下限値を設定する
   請求項１～５のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。
7. 　前記容量維持率推定部は、前記バッテリの内部抵抗又は前記バッテリの使用期間に基づき、前記所定の下限値を設定する
   請求項１～５のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。
8. 　バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定方法であって、
   　センサを用いて、前記バッテリの電流及び前記バッテリの電圧を検出し、
   　前記バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第１時点から前記バッテリの電流の絶対値が０アンペア近傍になる第２時点までの期間を積算期間として特定し、
   　前記センサにより検出された前記バッテリの検出電流に基づき、前記積算期間における前記バッテリの電流の積算値を演算し、
   　前記センサにより検出された検出電圧に基づき前記第１時点における前記バッテリの第１開放電圧を演算し、
   　前記センサにより検出された検出電圧に基づき前記第２時点における前記バッテリの第２開放電圧を演算し、
   　前記第１開放電圧と前記第２開放電圧との電圧差を演算し、
   　所定の条件を満たす前記積算値と前記電圧差とに基づき前記バッテリの容量維持率を推定し、
   　前記所定の条件は、前記積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上である
   容量維持率推定方法。

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