WO2017195760A1 - 電池状態推定装置 - Google Patents

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WO2017195760A1
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temperature
battery
estimation device
calculation unit
charge
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PCT/JP2017/017486
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French (fr)
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大川　圭一朗
亮平 中尾
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery state estimation device.
  • Examples of devices using power storage means such as lithium secondary batteries, nickel metal hydride batteries, lead batteries, and electric double layer capacitors include battery systems, distributed power storage devices, and electric vehicles.
  • a state detection device that detects the state of the power storage means is used in order to use the power storage means safely and effectively.
  • the state of the storage means is a state of charge (State of Charge: hereinafter referred to as SOC) indicating how much the battery is charged or how much charge can be discharged.
  • SOC state of charge
  • SOH health state
  • the SOC in battery systems for portable devices and electric vehicles integrates the discharge current from full charge, and the amount of charge remaining in the storage means (remaining capacity) relative to the maximum charge amount (total capacity) Can be detected by calculating the ratio.
  • the SOC thus obtained will be referred to as SOCi.
  • the relationship between the voltage across the battery (open circuit voltage) and the remaining capacity of the battery is defined in advance in a data table or the like, and the current remaining capacity can be calculated by referring to this. it can.
  • the SOC thus obtained will be referred to as SOCv.
  • the state of charge can also be obtained by combining these methods.
  • Patent Document 1 describes that when SOCi and SOCv are combined, these weightings are determined according to the usage status of the power storage means.
  • the open circuit voltage of a battery can be obtained by measuring when the battery has been in a stable state after a lapse of charge / discharge.
  • IR drop current ⁇ DC component internal resistance
  • polarization voltage generated by charging and discharging are generated during the operation of the battery system. Therefore, the IR drop and the polarization voltage are estimated based on the measured state quantities such as the voltage (closed circuit voltage) during operation of the battery system, the current flowing through the battery, and the temperature of the battery.
  • a general method is to calculate the state of charge by obtaining the open circuit voltage by subtracting the IR drop and polarization voltage thus obtained from the closed circuit voltage.
  • the characteristics of the IR drop and the polarization voltage change remarkably depending on the temperature of the battery.
  • the temperature may not be uniform and a distribution may occur, or the battery system may be charged and discharged during operation to change the temperature distribution. If the temperature of the battery is not uniform, the temperature of the battery cannot be determined uniquely. If the temperature difference is large, it is difficult to accurately estimate the IR drop and the polarization voltage. In this case, since a correct open circuit voltage cannot be obtained, an error may occur in the calculation of the state of charge.
  • the battery state estimation device calculates the second charge state by integrating the first calculation unit that calculates the first charge state using the both-end voltage of the battery and the current flowing through the battery.
  • a plurality of temperatures at which the measurement positions of the batteries are different, and a second calculation unit that calculates the battery charge state by weighted addition of the first charge state and the second charge state A temperature processing unit that sets a first temperature and a second temperature based on the plurality of temperatures, and the third calculation unit has a magnitude of an absolute value of a difference between the first temperature and the second temperature. The weight of the second state of charge is changed in association with the height.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the battery system.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing details of the battery state estimation device.
  • FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the battery.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between OCV and SOC.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the internal resistance of the battery and the battery temperature.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the correction coefficient.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a correction coefficient setting method according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a correction coefficient setting method according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a correction coefficient setting method according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the battery system.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing details of the battery state estimation device.
  • FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the battery.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a modification of the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a first temperature calculation unit and a second temperature calculation unit according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a measurement position.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the first temperature calculation unit and the second temperature calculation unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and is a block diagram showing a configuration of a battery system 1000.
  • the battery system 1000 is a system that supplies the electric charge accumulated in the battery 400 as electric power to an external device, and includes a battery control device 100, a measurement unit 200, and an output unit 300.
  • a battery control device 100 As an object to which the battery system 1000 supplies power, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a train, and the like can be considered.
  • the battery 400 is a rechargeable battery such as a lithium ion secondary battery.
  • the present invention can be applied to devices having a power storage function, such as nickel metal hydride batteries, lead batteries, and electric double layer capacitors.
  • the battery 400 may be a single battery cell or a module structure in which a plurality of single battery cells are combined.
  • the measuring unit 200 is a functional unit that measures the physical characteristics of the battery 400, such as the voltage V across the battery 400, the current (battery current) I flowing through the battery 400, the temperatures t1 and t2 of the battery 400, and measures each value. Sensor, necessary electric circuit, etc.
  • measurement unit 200 can measure temperatures at two different positions of battery 400, t1 is a temperature detected at the first measurement position, and t2 is a temperature detected at the second measurement position. It is.
  • the internal resistance R of the battery 400 is also required for estimation of the battery state, but in the present embodiment, the battery state estimation device 110 uses other measurement parameters to calculate.
  • the output unit 300 is a functional unit that outputs the output of the battery control device 100 to an external device (for example, a host device such as a vehicle control device provided in an electric vehicle).
  • an external device for example, a host device such as a vehicle control device provided in an electric vehicle.
  • the battery control device 100 is a device that controls the operation of the battery 400, and includes a battery state estimation device 110 and a storage unit 120.
  • the battery state estimation device 110 uses the voltage V of the both ends, the battery current I, the battery temperatures t1 and t2 measured by the measuring unit 200, and the characteristic information of the battery 400 stored in the storage unit 120. Calculate the SOC. Details of the SOC calculation method will be described later.
  • the storage unit 120 stores characteristic information of the battery 400 that can be known in advance, such as the internal resistance R, the polarization voltage Vp, the charging efficiency, the allowable current, and the total capacity of the battery 400.
  • This characteristic information may be stored individually for each charge / discharge operation, or may be stored separately for each state of the battery 400, such as the state of charge and temperature. One value common to all 400 states may be stored.
  • the battery control device 100 and the battery state estimation device 110 can be configured using hardware such as a circuit device that realizes the function. Moreover, it is also possible to configure the software in which the function is implemented by executing an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit). In the latter case, the software is stored in the storage unit 120, for example.
  • an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the software is stored in the storage unit 120, for example.
  • the storage unit 120 is configured using a storage device such as a flash memory, an EEPROM (Electrically-Erasable-Programmable-Read-Only Memory), or a magnetic disk.
  • the storage unit 120 may be provided outside the battery state estimation device 110, or may be realized as a memory device provided inside the battery state estimation device 110.
  • the storage unit 120 may be removable. When the storage unit 120 is removable, the characteristic information and software can be easily changed by replacing the storage unit 120. Further, by storing a plurality of storage units 120 and storing the characteristic information and software in the replaceable storage unit 120, the characteristic information and software can be updated for each small unit.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing details of the battery state estimation device 110.
  • Battery state estimation device 110 includes SOCv calculation unit 111, SOCi calculation unit 112, IR calculation unit 113, weight calculation unit 114, first temperature calculation unit 115, and second temperature calculation unit 116, and estimates the state of charge of battery 400.
  • the state of charge SOCw that is the result of this is output.
  • Other arithmetic units will be described later.
  • the SOCv calculation unit 111 calculates the SOC of the battery 400 using the voltage V across the battery 400 measured by the measurement unit 200.
  • SOCv The SOCi calculation unit 112 calculates the SOC of the battery 400 by integrating the battery current I of the battery 400 measured by the measurement unit 200.
  • SOCi The calculation method of SOCv and SOCi will be described later.
  • the IR calculation unit 113 multiplies the battery current I by the internal resistance R. Although a method for obtaining the internal resistance R will be described later, the internal resistance R is acquired from the resistance table based on the first temperature T1 input from the first temperature calculation unit 115.
  • the SOCv calculation unit 111 and the IR calculation unit 113 are configured to execute the respective processes using the first temperature T1 input from the first temperature calculation unit 115 as temperature information.
  • the temperature T1 instead of the temperature T1, for example, an average temperature of the first temperature T1 and the second temperature T2 may be used, or the second temperature T2 may be used.
  • the weight calculation unit 114 is based on two types of temperatures related to the battery 400, that is, based on the first temperature T1 output from the first temperature calculation unit 115 and the second temperature T2 output from the second temperature calculation unit 116. And a weight W for weighting and adding SOCi are calculated. A method for calculating W will be described later.
  • the first temperature calculation unit 115 outputs the temperature t1 detected at the first measurement position of the battery 400 as the first temperature T1.
  • the second temperature calculation unit 116 outputs the temperature t2 detected at the second measurement position of the battery 400 as the second temperature T2.
  • Multiplier MP1 multiplies SOCv and weight W to obtain W ⁇ SOCv.
  • the subtractor DF obtains (1-W).
  • Multiplier MP2 multiplies SOCi and (1-W) to obtain (1-W) ⁇ SOCi.
  • the adder AD adds these to obtain SOCw. That is, SOCw is expressed by the following equation (1).
  • SOCw W ⁇ SOCv + (1 ⁇ W) ⁇ SOCi (1)
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the battery 400.
  • the battery 400 can be represented by a parallel connection pair of an impedance Z and a capacitance component C, an internal resistance R, and an open circuit voltage OCV connected in series.
  • the closed circuit voltage CCV that is the voltage between the terminals of the battery 400 is expressed by the following equation (2).
  • Vp is a polarization voltage and corresponds to the voltage across the parallel connection pair of the impedance Z and the capacitance component C.
  • CCV OCV + I ⁇ R + Vp (2)
  • the open circuit voltage OCV is used to calculate the SOCv, but cannot be directly measured while the battery 400 is being charged / discharged. Therefore, the SOCv calculation unit 111 obtains the open circuit voltage OCV by subtracting the IR drop and the polarization voltage Vp from the closed circuit voltage CCV as shown in the following equation (3).
  • OCV CCV-IR-Vp (3)
  • the internal resistance R and the polarization voltage Vp are stored as characteristic information in the storage unit 120 in advance. Since the internal resistance R and the polarization voltage Vp differ depending on the state of charge of the battery 400, the temperature, etc., individual values are stored in the storage unit 120 for each of these combinations.
  • characteristic information that defines the correspondence between the internal resistance R and the battery temperature T is stored as a resistance table. As illustrated in FIG. 2, the SOCv calculation unit 111 acquires the internal resistance R from the resistance table based on the first temperature T1 input from the first temperature calculation unit 115.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the open circuit voltage OCV and the SOC of the battery 400. This correspondence is determined by the characteristics of the battery 400, and data defining the correspondence is stored in advance in the storage unit 120 as an SOC table.
  • the SOCv computing unit 111 can calculate the SOCv of the battery 400 by calculating the open circuit voltage OCV using the above-described equation (3) and referring to the SOC table using this as a key.
  • the SOCi calculation unit 112 calculates the SOCi of the battery 400 by accumulating the battery current I charged and discharged by the battery 400 according to the following equation (4).
  • Qmax is the full charge capacity of the battery 400 and is stored in the storage unit 120 in advance.
  • SOCold is a value of SOCw calculated by the equation (1) in the previous calculation cycle.
  • SOCi SOCold + 100 ⁇ ⁇ I / Qmax (4)
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the internal resistance R of the battery 400 and the battery temperature T.
  • the battery 400 has a high internal resistance R in a low SOC state and a large value of the internal resistance R in a low temperature state. Therefore, in such a case, it is considered desirable to use SOCi instead of SOCv that is easily affected by the error of the internal resistance R. Further, when the absolute value of the battery current I is small, it is influenced by a slight measurement error of the current sensor, so it is considered desirable to use SOCv instead of SOCi.
  • the weight calculation unit 114 calculates the SOCw mainly using the SOCv when the absolute value of the battery current I is small, and calculates the SOCw mainly using the SOCi when the absolute value of the battery current I is large.
  • the weight W is set.
  • the SOC W is calculated mainly using the SOCv
  • the weight W is set so that the SOCw is calculated mainly using the SOCi.
  • the weight W is set more appropriately in consideration of temperature variations in the battery 400.
  • the internal resistance R of the battery 400 varies with the battery temperature T. Further, as described in the operation of the SOCv calculation unit 111, the internal resistance R is calculated from the battery temperature T using a resistance table.
  • the difference between the first temperature T1 at the first measurement position of the battery 400 and the second temperature T2 at the second measurement position is large.
  • the internal resistance calculated using the first temperature T1 and the resistance table is defined as an internal resistance R1
  • the internal resistance calculated using the second temperature T2 and the resistance table is defined as an internal resistance R2. If the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 is large, the difference between the internal resistance R1 and the internal resistance R2 may increase. In that case, the true internal resistance R of the battery 400 may be close to the result of either the internal resistance R1 or the internal resistance R2, or may be a composite value of the two, or may be a value different from either of the two. .
  • the first temperature T1 is input to the SOCv calculation unit 111.
  • the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 is large as described above, the true value of the battery 400 is increased. It is difficult to accurately calculate the internal resistance R, and the calculation error of the internal resistance R becomes large.
  • the open circuit voltage OCV calculated by the equation (3) also becomes an inaccurate value, and the calculation accuracy of the SOCv deteriorates. Further, the SOCw calculated by the equation (1) is also calculated. The accuracy may deteriorate.
  • the weight W is set as in the following equation (5) using the correction coefficient Ktdiff set according to The correction coefficient Ktdiff is set to a value from 0 to 1.
  • the correction coefficient Ktdiff As a policy for setting the correction coefficient Ktdiff, in order to avoid deterioration in the accuracy of calculation of SOCw due to the calculation error of the internal resistance R, when the absolute value Tdiff of the temperature difference is greater than or equal to a predetermined threshold Tdth, The correction coefficient Ktdiff is set to be smaller so that the SOCi weight is larger than when the absolute value Tdiff is smaller than the predetermined threshold Tdth.
  • W Ktdiff ⁇ 1 / (1 + R ⁇
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the correction coefficient Ktdiff, and the horizontal axis represents the absolute value Tdiff of the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2.
  • Ktdiff 1
  • Tdiff ⁇ Tdth Ktdiff is set to substantially zero.
  • SOCi does not include the internal resistance R as apparent from the equation (4), even if the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 is large and the calculation error of the internal resistance R is large, It will not be affected. Therefore, by introducing the correction coefficient Ktdiff as shown in FIG. 6, when the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 is large, the SOCi is used instead of the SOCv that may deteriorate the calculation accuracy. SOCw is calculated. As a result, it is possible to prevent deterioration in the calculation accuracy of SOCw.
  • the correction coefficient Ktdiff is set to substantially zero above the predetermined threshold Tdth.
  • the setting value is such that the specific gravity of SOCi is large so that the calculation accuracy of SOCw is not deteriorated, it is not substantially zero.
  • it may be a variable value instead of a fixed value.
  • the SOCw calculated by weighting the SOCv calculated by the SOCv calculation unit and the SOCi calculated by the SOCi calculation unit is calculated, the first temperature T1 and the second temperature T2 The SOCi weighting is changed in association with the magnitude of the absolute value Tdiff of the difference.
  • the weight W is constant even when the temperature distribution occurs in the battery and the calculation error of the SOCv increases, so the calculation error of the SOCw also increases according to the calculation error of the SOCv. turn into.
  • the SOCi weight when a temperature difference occurs in the battery, the SOCi weight is changed in association with the magnitude of the absolute value Tdiff of the temperature difference.
  • the SOCi weighting is performed more than when the absolute value Tdiff is less than the predetermined threshold Tdth.
  • Tdiff is substantially zero when Tdiff ⁇ Tdth where the influence of the SOCv error becomes significant, SOCw becomes SOCw ⁇ SOCi, which is almost equivalent to the case where the calculation is performed with SOCi.
  • the SOCw is calculated using the SOCi instead of the SOCv that may deteriorate the calculation accuracy, so that the deterioration of the calculation accuracy of the SOCw is prevented. it can.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method for setting the correction coefficient Ktdiff in the second embodiment.
  • the correction coefficient Ktdiff changes depending on the absolute value Tdiff of the temperature difference.
  • the correction coefficient Ktdiff depends not only on the absolute value Tdiff of the temperature difference but also on the temperature Tlow.
  • the horizontal axis represents the absolute value Tdiff of the temperature difference
  • the horizontal axis represents the temperature Tlow.
  • the temperature Tlow is the lower one of the first temperature T1 and the second temperature T2.
  • Ktdiff 1 is set regardless of the absolute value Tdiff of the temperature difference between 0 ° C. and 20 ° C.
  • the internal resistance R of the battery 400 varies depending on the battery temperature T, and the value of the internal resistance R is large when the temperature is low, but the value of the internal resistance R is small when the battery temperature T is high. . Therefore, even when the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 is large when the battery temperature T is high, the calculation error of the internal resistance R of the battery 400 is small compared to when the battery temperature T is low. From this, the weight W can be determined more appropriately by setting the correction coefficient Ktdiff with the temperature Tlow as an additional condition regarding the battery temperature.
  • the lower one of the first temperature T1 and the second temperature T2 (that is, Tlow) is equal to or smaller than the predetermined threshold Tth, and the absolute value Tdiff of the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 is equal to or larger than the predetermined threshold Tdth.
  • the correction coefficient Ktdiff is set to 0 so as to increase the weight of SOCi
  • the correction coefficient Ktdiff is set to 1, and SOCw is calculated with the weight W according to the conventional equation (6). Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the calculation accuracy of SOCw.
  • the vertical axis is the temperature Tlow, but it may be the internal resistance Rhigh.
  • the internal resistance Rhigh in this case is the larger of the internal resistance R1 calculated using the first temperature T1 and the resistance table, the second temperature T2 and the internal resistance R2 calculated using the resistance table.
  • Ktdiff 0 is set.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method of setting the correction coefficient Ktdiff in the third embodiment.
  • the correction coefficient Ktdiff is changed according to the absolute value Tdiff of the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2. I made it.
  • Tdiff shown by the line L0 in FIG. 8
  • Ktdiff 1 is set when the absolute value Tdiff of the temperature difference is substantially zero, Ktdiff is decreased as Tdiff becomes larger, and is made almost zero when the threshold value Tdth is exceeded. .
  • the correction coefficient Ktdiff (that is, the weight W) is set according to the magnitude of the absolute value Tdiff of the temperature difference.
  • the correction coefficient Ktdiff is set so that the specific gravity of the SOCi increases as the absolute value Tdiff of the temperature difference increases.
  • the absolute value Tdiff of the temperature difference is substantially zero when the threshold value Tdth is equal to or greater than the predetermined threshold value Tdth, but Ktdiff asymptotically approaches zero as Tdiff increases as in the line L1. May be set.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method for setting the correction coefficient Ktdiff in the fourth embodiment.
  • the predetermined threshold Tdth for the correction coefficient Ktdiff shown in FIGS. 6 to 8 is changed according to the deterioration degree SOH of the battery 400.
  • the predetermined threshold value Tdth is set so as to decrease as the deterioration degree SOH of the battery 400 increases.
  • the predetermined threshold Tdth is set to be smaller as the deterioration degree SOH of the battery 400 is larger in order to prevent deterioration of the SOCw calculation accuracy due to the deterioration degree SOH. Therefore, when the degree of deterioration SOH increases from SOH ⁇ SOH1 as shown in FIG. 9 and the calculation error of the internal resistance R increases, the predetermined threshold Tdth is changed to Tdth1, for example, the line L0 shown in FIG. It becomes like L2.
  • the predetermined threshold Tdth is set smaller. As a result, even when the absolute value Tdiff of the temperature difference is small, the predetermined coefficient Ttth is exceeded and the correction coefficient Ktdiff becomes substantially zero. Therefore, the weight W becomes substantially zero, and SOCw is calculated using SOCi instead of SOCv, which may deteriorate the calculation accuracy, so that the deterioration of the calculation accuracy of SOCw can be prevented.
  • the deterioration degree SOH of the battery 400 may be calculated by providing a deterioration degree calculation unit in the battery state estimation device 110, or may receive a deterioration degree information signal from another device connected to the battery state estimation device 110. It is also possible to use a combination method of both.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the fifth embodiment.
  • FIG. 10 shows the first temperature calculation unit 115 and the second temperature calculation unit 116 of the battery state estimation device 110.
  • there are three temperature measurement positions of the battery 400 and the temperature t1 at the first measurement position, the temperature t2 at the second measurement position, and the temperature t3 at the third measurement position are changed from the measuring unit 200 to the battery state Input to the estimation device 110.
  • the temperatures t1 to t3 are input to the first temperature calculation unit 115 and the second temperature calculation unit 116, respectively.
  • the first temperature calculation unit 115 selects the highest temperature from the temperature t1, the temperature t2, and the temperature t3, and outputs the temperature as the first temperature T1.
  • the second temperature calculation unit 116 selects the lowest temperature from the temperature t1, the temperature t2, and the temperature t3, and outputs the temperature as the second temperature T2.
  • the weight calculator 114 sets the weight of the SOCv based on the absolute value Tdiff of the difference between the output maximum temperature (first temperature T1) and minimum temperature (second temperature T2).
  • the temperature distribution is not uniform depending on the shape and material of the battery 400, or the temperature distribution changes due to charging / discharging during operation of the battery system 1000.
  • the SOCw is calculated using the SOCi instead of the SOCv that may deteriorate the calculation accuracy, so that the deterioration of the calculation accuracy of the SOCw can be prevented. it can.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a modification of the fifth embodiment.
  • the first temperature calculation unit 115 outputs the highest temperature among the temperature t1, the temperature t2, and the temperature t3 as the first temperature T1.
  • the average temperature of the temperature t1, the temperature t2, and the temperature t3 is calculated, and the average temperature is output as the first temperature T1.
  • the first temperature T1 is the average temperature and the second temperature T2 is the minimum temperature. Since the average temperature is the midpoint between the maximum temperature and the minimum temperature, the average temperature and the minimum temperature are used. Even with this method, the characteristics of the battery 400 can be detected appropriately as in the case shown in FIG.
  • the number of temperature measurement positions of the battery 400 is three, but the number of measurement positions is not limited as long as it is two or more. The same effect can be obtained by selecting the maximum temperature in the second temperature calculation unit 116 of FIG.
  • -Sixth embodiment- 12 to 14 are diagrams showing a sixth embodiment.
  • the first temperature calculation unit 115 selects the highest temperature from the temperature t1, the temperature t2, and the temperature t3, and outputs the temperature as the first temperature T1.
  • the second temperature calculation unit 116 selects the lowest temperature from the temperatures t4 and t5, and outputs the temperature as the second temperature T2.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of measurement positions of temperatures t1 to t5. Adjacent to the battery 400, a cooling plate 401 that is a member that exchanges heat with the battery 400 is provided.
  • the temperatures detected at the three measurement positions of the battery 400 were defined as temperature t1, temperature t2, and temperature t3, respectively, and the temperatures detected at the two measurement positions of the cooling plate 401 were defined as temperature t4 and temperature t5, respectively.
  • the internal resistance R of the battery 400 varies with the battery temperature T.
  • a member cooling plate 401 adjacent to the battery 400
  • temperature distribution occurs in the battery 400 due to heat exchange with the member, and the internal resistance R of the battery 400 is affected by the temperature of the adjacent member.
  • the internal resistance R of the battery 400 may not be obtained appropriately.
  • a cooling plate 401 to the battery 400 as shown in FIG. .
  • the cooling plate 401 is provided with piping for flowing cooling water, and the cooling water is circulated, whereby the temperature of the battery 400 can be lowered.
  • the temperature of the cooling plate 401 is lower than the temperature of the battery 400, the temperature of the cooling plate 401 is transmitted to the place where the battery 400 is in contact with the cooling plate 401, and the temperature of the battery 400 is lowered. ing. However, when the measurement positions of the temperature t1, the temperature t2, and the temperature t3 of the battery 400 are away from the place in contact with the cooling plate 401, the influence of the cooling plate 401 on the temperature of the battery 400 cannot be detected.
  • the lowest temperature is selected from the temperatures t4 and t5 of the cooling plate 401 and output as the second temperature T2, thereby appropriately detecting the characteristics of the battery 400. be able to.
  • the SOCw is calculated using SOCi instead of SOCv that may deteriorate the calculation accuracy. Therefore, it is possible to prevent deterioration in the calculation accuracy of SOCw.
  • the member that exchanges heat with the battery 400 is the cooling plate 401.
  • any member that exchanges heat with the battery 400 adjacent to the battery 400 may be used. It may be a member or a cover of a battery unit in which the battery 400 is provided.
  • the temperature of the fluid that performs heat transfer with the battery 400 may be used.
  • the temperature of air blown from the cooling fan or the warm-up fan may be detected.
  • the first temperature calculation unit 115 selects the highest temperature from the temperature t1, the temperature t2, the temperature t3, the temperature t4, and the temperature t5, and the second temperature calculation unit 116 sets the temperature t1.
  • the minimum temperature may be selected from among temperature t2, temperature t3, temperature t4, and temperature t5.

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Abstract

電池充電状態の演算精度の悪化を防ぐことができる電池状態推定装置の提供。電池状態推定装置１１０は、電池の両端電圧を用いてＳＯＣｖを算出するＳＯＣｖ演算部１１１と、電池に流れる電流を積算してＳＯＣｉを算出するＳＯＣｉ演算部１１２と、電池の計測位置が異なる複数の温度が入力され、前記複数の温度に基づく第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２を設定する第１および第２温度算出部１１５，１１６と、を備え、ＳＯＣｖとＳＯＣｉとを重み付け加算してＳＯＣｗを算出する。そして、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値の大きさに関連づけて、ＳＯＣｉの重み付けを変化させるようにした。

Description

電池状態推定装置
　本発明は、電池状態推定装置に関する。
　リチウムニ次電池、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電手段を用いた装置には、例えば、電池システム、分散型電力貯蔵装置、電気自動車等がある。それらの装置では、蓄電手段を安全かつ有効に使用するために、蓄電手段の状態を検知する状態検知装置が用いられている。蓄電手段の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態（State of Charge：以下ではＳＯＣと称す）、どの程度まで劣化しているのかを示す健康状態（State of Health：以下ではＳＯＨと称す）などがある。
　携帯機器用や電気自動車等の電池システムにおけるＳＯＣは、満充電からの放電電流を積算し、最大限充電可能な電荷量（全容量）に対し、蓄電手段に残っている電荷量（残存容量）の比を算出することにより検出することができる。このようにして求められるＳＯＣをＳＯＣｉと呼ぶことにする。また、ＳＯＣｉとは別に、電池の両端電圧（開回路電圧）と電池の残存容量の関係をあらかじめデータテーブルなどに定義しておき、これを参照することにより、現在の残存容量を算出することもできる。このようにして求められるＳＯＣをＳＯＣｖと呼ぶことにする。さらには、これら手法を組み合わせて充電状態を求めることもできる。例えば、特許文献１には、ＳＯＣｉとＳＯＣｖとを組み合わせる際に、蓄電手段の使用状況に応じてこれらの重み付けを決定することが記載されている。
　電池の開回路電圧は、電池の充放電停止から時間が経過して安定した状態となっている場合に測定することで得られる。しかし、電池システムの動作中は充放電によって発生したＩＲドロップ（電流×直流成分内部抵抗）や分極電圧が発生しているため、開回路電圧を直接測定することは困難である。したがって、ＩＲドロップと分極電圧を、電池システムの動作中の電圧（閉回路電圧）や電池に流れる電流、電池の温度などの状態量を計測して、これに基づいて推定するようにしている。こうして得られたＩＲドロップと分極電圧を閉回路電圧から減算することにより開回路電圧を求めて、充電状態を算出する方式が一般的である。
特開２０１０－２５６３２３号公報
　ところで、ＩＲドロップと分極電圧は、電池の温度によってその特性が顕著に変化することが知られている。電池の形状や材質によって温度が均一でなく分布が発生したり、また、電池システムが動作中に充放電されることで温度分布が変化したりすることがある。電池の温度が均一でない場合には電池の温度は一意に求めることができず、その温度差が大きいとＩＲドロップと分極電圧を正確に推定することが困難となる。その場合、正しい開回路電圧が求められないため、充電状態の算出に誤差が生じる恐れがある。
　本発明の態様によると、電池状態推定装置は、電池の両端電圧を用いて第１の充電状態を算出する第１演算部と、前記電池に流れる電流を積算して第２の充電状態を算出する第２演算部と、前記第１の充電状態と前記第２の充電状態とを重み付け加算して電池充電状態を算出する第３演算部と、前記電池の計測位置が異なる複数の温度が入力され、前記複数の温度に基づく第１温度および第２温度を設定する温度処理部と、を備え、前記第３演算部は、前記第１温度と前記第２温度との差の絶対値の大きさに関連づけて、前記第２の充電状態の重み付けを変化させる。
　本発明によれば、電池充電状態の演算精度の悪化を防ぐことができる。
図１は、電池システムの構成を示すブロック図である。 図２は、電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 図３は、電池の等価回路を示す図である。 図４は、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。 図５は、電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図である。 図６は、補正係数の一例を示す図である。 図７は、第２の実施の形態における補正係数の設定方法を説明する図である。 図８は、第３の実施の形態における補正係数の設定方法を説明する図である。 図９は、第４の実施の形態における補正係数の設定方法を説明する図である。 図１０は、第５の実施の形態を説明する図である。 図１１は、第５の実施の形態の変形例を示す図である。 図１２は、第６の実施の形態における第１温度算出部および第２温度算出部を示す図である。 図１３は、計測位置の一例を示す図である。 図１４は、第１温度算出部および第２温度算出部の他の例を示す図である。
－第１の実施の形態－
　図１は本発明の第１の実施の形態を示す図であり、電池システム１０００の構成を示すブロック図である。電池システム１０００は、電池４００が蓄積している電荷を外部装置に電力として供給するシステムであり、電池制御装置１００、計測部２００、出力部３００を備えている。電池システム１０００が電力を供給する対象としては、例えば電気自動車やハイブリッド自動車、電車などが考えられる。
　電池４００は、例えばリチウムイオン２次電池などの充電可能な電池である。その他、ニッケル水素電池、鉛電池、電気２重層キャパシタなどの電力貯蔵機能を有するデバイスに対しても、本発明を適用することができる。電池４００は、単電池セルであっても良いし、単電池セルを複数組み合わせたモジュール構造でも良い。
　計測部２００は、電池４００の物理特性、例えば電池４００の両端電圧Ｖ、電池４００に流れる電流（電池電流）Ｉ、電池４００の温度ｔ１，ｔ２などを計測する機能部であり、各値を計測するセンサ、必要な電気回路などによって構成されている。本実施の形態では、計測部２００は、電池４００の異なる２つの位置における温度を計測することができ、ｔ１は第１計測位置で検出した温度であり、ｔ２は第２計測位置で検出した温度である。なお、後述するように電池状態の推定には電池４００の内部抵抗Ｒも必要であるが、本実施の形態では、電池状態推定装置１１０において、その他の計測パラメータを用いて算出する。
　出力部３００は、電池制御装置１００の出力を外部装置（例えば、電気自動車が備える車両制御装置などの上位装置）に対して出力する機能部である。
　電池制御装置１００は、電池４００の動作を制御する装置であり、電池状態推定装置１１０と記憶部１２０とを備える。
　電池状態推定装置１１０は、計測部２００により計測された両端電圧Ｖ、電池電流Ｉ、電池温度ｔ１，ｔ２と、記憶部１２０に格納されている電池４００の特性情報とに基づいて、電池４００のＳＯＣを算出する。ＳＯＣの算出手法の詳細については後述する。
　記憶部１２０は、電池４００の内部抵抗Ｒ、分極電圧Ｖｐ、充電効率、許容電流、全容量などの、あらかじめ知ることができる電池４００の特性情報を記憶している。この特性情報は、充電・放電の動作別に値を個別に記憶するようにしてもよいし、充電状態や温度など、電池４００の状態毎に値を個別に記憶するようにしてもよいし、電池４００のあらゆる状態に共通した１つの値を記憶するようにしてもよい。
　電池制御装置１００および電池状態推定装置１１０は、その機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することができる。また、その機能を実装したソフトウェアを、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。後者の場合は、当該ソフトウェアは例えば記憶部１２０に格納される。
　記憶部１２０は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、磁気ディスクなどの記憶装置を用いて構成される。記憶部１２０は、電池状態推定装置１１０の外部に設けてもよいし、電池状態推定装置１１０の内部に備えるメモリ装置として実現してもよい。記憶部１２０は、取り外し可能にしてもよい。取り外し可能にした場合、記憶部１２０を取り替えることによって、特性情報とソフトウェアを簡単に変更することができる。また、記憶部１２０を複数有し、特性情報とソフトウェアを取り替え可能な記憶部１２０に分散させて格納することにより、特性情報とソフトウェアを小単位毎に更新することができる。
　図２は、電池状態推定装置１１０の詳細を示す機能ブロック図である。電池状態推定装置１１０は、ＳＯＣｖ演算部１１１、ＳＯＣｉ演算部１１２、ＩＲ演算部１１３、重み演算部１１４、第１温度算出部１１５および第２温度算出部１１６を備え、電池４００の充電状態を推定した結果である充電状態ＳＯＣｗを出力する。その他の演算器については後述する。
　ＳＯＣｖ演算部１１１は、計測部２００が計測した電池４００の両端電圧Ｖを用いて、電池４００のＳＯＣを算出する。以下ではこれをＳＯＣｖと称する。ＳＯＣｉ演算部１１２は、計測部２００が計測した電池４００の電池電流Ｉを積算することにより、電池４００のＳＯＣを算出する。以下ではこれをＳＯＣｉと称する。ＳＯＣｖとＳＯＣｉの算出方法については後述する。ＩＲ演算部１１３は、電池電流Ｉと内部抵抗Ｒを乗算する。内部抵抗Ｒを求める方法については後述するが、第１温度算出部１１５から入力される第１温度Ｔ１に基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Ｒを取得する。
　なお、本実施の形態では、ＳＯＣｖ演算部１１１およびＩＲ演算部１１３は、第１温度算出部１１５から入力される第１温度Ｔ１を温度情報としてそれぞれの処理を実行する構成としたが、第１温度Ｔ１に代えて、例えば、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との平均温度を用いても良いし、第２温度Ｔ２を用いても良い。
　重み演算部１１４は、電池４００に関する２種類の温度、すなわち、第１温度算出部１１５から出力される第１温度Ｔ１および第２温度算出部１１６から出力される第２温度Ｔ２に基づいて、ＳＯＣｖとＳＯＣｉを重み付け加算するための重みＷを算出する。Ｗの算出方法については後述する。第１温度算出部１１５は、電池４００の第１計測位置で検出した温度ｔ１を、第１温度Ｔ１として出力する。第２温度算出部１１６は、電池４００の第２計測位置で検出した温度ｔ２を、第２温度Ｔ２として出力する。
　乗算器ＭＰ１は、ＳＯＣｖと重みＷを乗算してＷ×ＳＯＣｖを求める。減算器ＤＦは、（１－Ｗ）を求める。乗算器ＭＰ２は、ＳＯＣｉと（１－Ｗ）を乗算して（１－Ｗ）×ＳＯＣｉを求める。加算器ＡＤは、これらを足し合わせてＳＯＣｗを求める。すなわち、ＳＯＣｗは次式（１）によって表される。
　　ＳＯＣｗ＝Ｗ×ＳＯＣｖ＋（１－Ｗ）×ＳＯＣｉ　・・・（１）
［ＳＯＣｖ演算部１１１の動作］
　次に、ＳＯＣｖ演算部１１１の動作について説明する。図３は、電池４００の等価回路図である。電池４００は、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対、内部抵抗Ｒ、開回路電圧ＯＣＶの直列接続によって表すことができる。電池４００に電池電流Ｉを印加すると、電池４００の端子間電圧である閉回路電圧ＣＣＶは次式（２）で表される。式（２）において、Ｖｐは分極電圧であり、インピーダンスＺとキャパシタンス成分Ｃの並列接続対の両端電圧に相当する。
　　ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・Ｒ＋Ｖｐ　・・・（２）
　ＳＯＣｖの算出には開回路電圧ＯＣＶが用いられるが、電池４００が充放電している間は直接測定することができない。そこで、ＳＯＣｖ演算部１１１は、次式（３）のように閉回路電圧ＣＣＶからＩＲドロップと分極電圧Ｖｐを差し引くことにより、開回路電圧ＯＣＶを求める。
　　ＯＣＶ＝ＣＣＶ－ＩＲ－Ｖｐ　・・・（３）
　内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、記憶部１２０にあらかじめ特性情報として格納されている。内部抵抗Ｒと分極電圧Ｖｐは、電池４００の充電状態や温度などに応じて異なるので、これらの組合せ毎に個別の値が記憶部１２０に格納されている。本実施の形態では、内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの対応関係を定義する特性情報が抵抗テーブルとして格納されている。図２に示すように、ＳＯＣｖ演算部１１１は、第１温度算出部１１５から入力される第１温度Ｔ１に基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Ｒを取得する。
　図４は、電池４００の開回路電圧ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す図である。この対応関係は電池４００の特性によって定まるものであり、記憶部１２０には、その対応関係を定義するデータがＳＯＣテーブルとして予め格納されている。ＳＯＣｖ演算部１１１は、上述の式（３）を用いて開回路電圧ＯＣＶを算出し、これをキーにしてＳＯＣテーブルを参照することにより、電池４００のＳＯＣｖを算出することができる。
［ＳＯＣｉ演算部１１２の動作］
　次いで、ＳＯＣｉ演算部１１２の動作について説明する。ＳＯＣｉ演算部１１２は、電池４００が充放電する電池電流Ｉを次式（４）にしたがって積算することにより、電池４００のＳＯＣｉを求める。式（４）において、Ｑmaxは電池４００の満充電容量であり、予め記憶部１２０に格納されている。ＳＯＣoldは、前回演算周期において式（１）により算出されたＳＯＣｗの値である。
　　ＳＯＣｉ＝ＳＯＣold＋１００×∫Ｉ／Ｑmax　・・・（４）
［重み演算部１１４の動作］
　図５は、電池４００の内部抵抗Ｒと電池温度Ｔとの関係を示す図である。一般的に、電池４００は、図５に示すように低ＳＯＣ状態では内部抵抗Ｒが高く、低温状態のときに内部抵抗Ｒの値が大きい。したがって、そのような場合には、内部抵抗Ｒの誤差の影響を受け易いＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いることが望ましいと考えられる。また、電池電流Ｉの絶対値が小さいときは電流センサの僅かな計測誤差によって影響を受けるので、ＳＯＣｉではなくＳＯＣｖを用いることが望ましいと考えられる。
　以上に基づき、重み演算部１１４は、電池電流Ｉの絶対値が小さいときはＳＯＣｖを主に用いてＳＯＣｗを算出し、電池電流Ｉの絶対値が大きいときはＳＯＣｉを主に用いてＳＯＣｗを算出するように、重みＷを設定する。同様に、内部抵抗Ｒが小さいときはＳＯＣｖを主に用いてＳＯＣｗを算出し、内部抵抗Ｒが大きいときはＳＯＣｉを主に用いてＳＯＣｗを算出するように、重みＷを設定する。
　さらに、本実施の形態では、電池４００における温度バラツキも考慮して、重みＷをより適切に設定するようにした。
　図５に示したように、電池４００の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔによって変化する。また、ＳＯＣｖ演算部１１１の動作で記述したように、内部抵抗Ｒは抵抗テーブルを用いて電池温度Ｔから算出するようにしている。
　ここで、電池４００の第１計測位置における第１温度Ｔ１と、第２計測位置における第２温度Ｔ２との差が大きい場合を考える。第１温度Ｔ１と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗を内部抵抗Ｒ１とし、第２温度Ｔ２と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗を内部抵抗Ｒ２とする。第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きいと、内部抵抗Ｒ１と内部抵抗Ｒ２との差が大きくなる可能性がある。その場合、電池４００の真の内部抵抗Ｒは、内部抵抗Ｒ１あるいは内部抵抗Ｒ２のいずれかの結果に近いかもしれないし、あるいは両者の合成値かもしれないし、あるいは両者のいずれとも異なる値かもしれない。
　図２に示す例では第１温度Ｔ１がＳＯＣｖ演算部１１１に入力される構成となっているが、上述のように第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きいと、電池４００の真の内部抵抗Ｒを正確に算出することは難しく、内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる。内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなると、式（３）により算出される開回路電圧ＯＣＶも不正確な値となりＳＯＣｖの演算精度が悪化し、さらに、式（１）により算出されるＳＯＣｗについても演算精度が悪化するおそれがある。
　そこで、本実施の形態では、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２とを重み演算部１１４に入力し、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiff（＝｜Ｔ１－Ｔ２｜）に応じて設定される補正係数Ｋtdiffを用いて、重みＷを次式（５）のように設定する。なお、補正係数Ｋtdiffは０から１の値に設定される。補正係数Ｋtdiffの設定方針としては、内部抵抗Ｒの算出誤差によるＳＯＣｗの演算精度が悪化するのを回避するために、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上である場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdthより小さい場合よりもＳＯＣｉの重み付けを大きくするように、補正係数Ｋtdiffをより小さく設定する。
　　Ｗ＝Ｋtdiff×１／（１＋Ｒ・｜Ｉ｜）　・・・（５）
　図６は補正係数Ｋtdiffの一例を示す図であり、横軸は第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffである。図６に示す例では、所定閾値Ｔdthに対してＴdiff＜Ｔdthの場合にはＫtdiff＝１に設定し、Ｔdiff≧Ｔdthの場合にはＫtdiffを略ゼロに設定する。
このように補正係数Ｋtdiffを設定することで、Ｔdiff≧Ｔdthのときの重みＷは式（５）より略ゼロとなり、式（１）からＳＯＣｗ≒ＳＯＣｉとなる。すなわち、ＳＯＣｉで演算される場合とほぼ等価となる。
　ＳＯＣｉは式（４）から明らかなように内部抵抗Ｒを含んでいないので、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きくて内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる場合であっても、その影響を受けることがない。したがって、図６に示すような補正係数Ｋtdiffを導入することにより、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きい場合においては、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算される。その結果、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
　さらに、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満では、補正係数Ｋtdiffは１となり、次式（６）に示すように、特許文献１に開示されている従来の重みＷと等価になる。すなわち、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が小さいために内部抵抗Ｒの算出誤差を無視できるような場合では、従来のＳＯＣｗ演算が適用されるので、ＳＯＣｗの挙動や演算精度が変化する恐れがない。
　　Ｗ＝１／（１＋Ｒ・｜Ｉ｜）　・・・（６）
　なお、図６では補正係数Ｋtdiffは所定閾値Ｔdth以上では略ゼロに設定しているが、ＳＯＣｗの演算精度が悪化しないようにＳＯＣｉの比重が大きくなるような設定値であれば略ゼロでなくてもよいし、また固定値でなく変動する値にしてもよい。
　以上のように、実施の形態では、ＳＯＣｖ演算部で算出されたＳＯＣｖとＳＯＣｉ演算部で算出されたＳＯＣｉとを重み付け加算してＳＯＣｗが算出する際に、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffの大きさに関連づけて、ＳＯＣｉの重み付けを変化させるようにした。式（６）を用いた従来の電池状態算出方法では、電池に温度分布が生じてＳＯＣｖの演算誤差が大きくなっても重みＷが一定なので、ＳＯＣｖの演算誤差に応じてＳＯＣｗの演算誤差も大きくなってしまう。一方、本実施の形態では、電池に温度差が生じた場合には、その温度差の絶対値Ｔdiffの大きさに関連づけてＳＯＣｉの重み付けを変化させるようにしたので、すなわち、式（５）に示すようにＴdiffの大きさに関連づけて補正係数Ｋtdiffを変化させて重みＷを変化させているので、それによりＳＯＣｗにおけるＳＯＣｖの演算誤差の影響を低減させることが可能となる。その結果、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防止することができる。
　例えば、図６に示すように、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上の場合には、絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満の場合よりもＳＯＣｉの重み付けを大きくする。ＳＯＣｖの誤差の影響が顕著となるＴdiff≧ＴdthではＴdiffが略ゼロとされるので、ＳＯＣｗはＳＯＣｗ≒ＳＯＣｉとなり、ＳＯＣｉで演算される場合とほぼ等価となる。これにより電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる場合において、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるため、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
－第２の実施の形態－
　図７は、第２の実施の形態における補正係数Ｋtdiffの設定方法を説明する図である。
上述した第１の実施の形態では、補正係数Ｋtdiffは温度差の絶対値Ｔdiffに依存して変化した。一方、本実施の形態では、図７に示すように、補正係数Ｋtdiffは温度差の絶対値Ｔdiffだけでなく、温度Ｔlowにも依存するようにした。図７において、横軸は温度差の絶対値Ｔdiffであり、横軸は温度Ｔlowである。ここで、温度Ｔlowは、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の内の低い方の温度である。
　図７に示す例では、温度Ｔlowが０℃～－３０℃では、温度差の絶対値Ｔdiffが１０℃以上ではＫtdiff＝０に設定され、Ｔdiff＜１０℃ではＫtdiff＝１に設定される。すなわち、上述した図６において所定閾値Ｔdth＝１０℃とした場合に対応している。一方、温度Ｔlowが所定閾値Ｔth（＝０℃）を上回る場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが０℃～２０℃のいずれであってもＫtdiff＝１に設定される。
　図５に示したように、電池４００の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔによって変化し、低温状態のときに内部抵抗Ｒの値は大きいが、電池温度Ｔが高いときは内部抵抗Ｒの値は小さい。したがって、電池温度Ｔが高いときに第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きくても、低温状態のときと比較して電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差は小さい。このことから、電池温度に関して温度Ｔlowを追加条件として補正係数Ｋtdiffを設定することで、より適切に重みＷを決定することができる。
　すなわち、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２の内の低い方（すなわちＴlow）が所定閾値Ｔth以下で、かつ、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上のときには、ＳＯＣｉの重み付けを大きくするように補正係数Ｋtdiffが０とされるので、式（５）の重みＷはＷ＝０となりＳＯＣｗはＳＯＣｉで演算される。しかし、それ以外の条件では補正係数Ｋtdiffは１とされ、従来の式（６）による重みＷでＳＯＣｗが演算される。そのため、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
　なお、図７では補正係数Ｋtdiffは０または１に設定されるが、Ｋtdiff＝０の欄については、ＳＯＣｗの演算精度が悪化しないようにＳＯＣｉの比重が大きくなるような設定値であれば０でなくてもよい。また、温度Ｔlowや補正係数Ｋtdiffの値に応じてＳＯＣｗの演算精度が悪化しないような値を、補正係数Ｋtdiffに設定してもよい。
　また、図７では縦軸を温度Ｔlowとしたが、内部抵抗Ｒhighとしてもよい。この場合の内部抵抗Ｒhighは、第１温度Ｔ１と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗Ｒ１と第２温度Ｔ２と抵抗テーブルを用いて算出した内部抵抗Ｒ２の内の大きい方とする。この場合、内部抵抗Ｒhighが所定閾値Ｒth以上、かつ、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上の場合には、Ｋtdiff＝０のように設定する。これにより、温度以外の要因による内部抵抗の特性変化にも適切に対応することができる。
－第３の実施形態－
　図８は、第３の実施の形態における補正係数Ｋtdiffの設定方法を説明する図である。本実施の形態では、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満である場合には、補正係数Ｋtdiffを、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差の絶対値Ｔdiffに応じて変化させるようにした。図８のラインＬ０で示すＴdiffの場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが略ゼロのときはＫtdiff＝１とし、Ｔdiffが大きくなるにしたがってＫtdiffを減少させ、所定閾値Ｔdth以上では略ゼロとする。
　前述したように、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きい場合は電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなるが、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が小さい場合は内部抵抗Ｒの算出誤差は小さい（図５参照）。本実施の形態ではこの性質に着目し、温度差の絶対値Ｔdiffの大きさに応じて補正係数Ｋtdiff（すなわち、重みＷ）を設定するようにした。図８に示すラインＬ０では、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth未満である場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが大きいほどＳＯＣｉの比重が大きくなるように補正係数Ｋtdiffを設定する。
　その結果、電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなる場合には、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉに重点を置いてＳＯＣｗが演算される。一方、内部抵抗Ｒの算出誤差が小さい場合（Ｔdiff≒０）にはＫtdiff＝１と設定され、従来の重みＷの式（６）によってＳＯＣｗが演算される。このように、内部抵抗Ｒの算出誤差の大きさに応じて適切にＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗの演算が行われるので、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
　なお、図８のラインＬ０の場合には、温度差の絶対値Ｔdiffが所定閾値Ｔdth以上では略ゼロとしたが、ラインＬ１のようにＴdiffが大きくなるに従ってＫtdiffが漸近的にゼロに近づくように設定しても良い。
－第４の実施の形態－
　図９は、第４の実施の形態における補正係数Ｋtdiffの設定方法を説明する図である。本実施の形態では、図６～８に示す補正係数Ｋtdiffに対する所定閾値Ｔdthを、電池４００の劣化度ＳＯＨに応じて変化させるようにした。図９に示す例では、この所定閾値Ｔdthを、電池４００の劣化度ＳＯＨが大きいほど小さくなるように設定する。
　一般的には、電池の劣化度ＳＯＨが大きいと内部抵抗は高くなる。したがって、電池の劣化度ＳＯＨが大きいほど電池４００の内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなり、前述した式（３）で算出される開回路電圧ＯＣＶが不正確な値となる。その結果、ＳＯＣｖの演算精度が悪化し、式（１）により算出されるＳＯＣｗの演算精度が悪化するおそれがある。
　本実施の形態では、劣化度ＳＯＨによるＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐために、電池４００の劣化度ＳＯＨが大きいほど所定閾値Ｔdthを小さ設定するようにした。そのため、劣化度ＳＯＨが図９のようにＳＯＨ→ＳＯＨ１と大きくなって、内部抵抗Ｒの算出誤差が大きくなるケースでは所定閾値ＴdthはＴdth1に変更され、例えば、図８に示したラインＬ０は破線Ｌ２のようになる。
　このように、劣化度ＳＯＨが大きくなると所定閾値Ｔdthはより小さく設定され、その結果、温度差の絶対値Ｔdiffが小さい場合でも所定閾値Ｔdth以上となって補正係数Ｋtdiffが略ゼロとなる。そのため、重みＷが略ゼロとなり、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるようになり、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
　なお、電池４００の劣化度ＳＯＨについては、電池状態推定装置１１０に劣化度演算部を設けて演算する方式でもよいし、電池状態推定装置１１０に接続された他の装置から劣化度情報信号を受信する方式でもよいし、その両者の組み合わせ方式でもよい。
－第５の実施の形態－
　図１０は、第５の実施の形態を説明する図である。図１０は、電池状態推定装置１１０の第１温度算出部１１５および第２温度算出部１１６を示したものである。本実施の形態では、電池４００の温度計測位置が３箇所であって、第１計測位置の温度ｔ１、第２計測位置の温度ｔ２および第３計測位置の温度ｔ３が、計測部２００から電池状態推定装置１１０に入力される。温度ｔ１～ｔ３は、第１温度算出部１１５および第２温度算出部１１６にそれぞれ入力される。
　第１温度算出部１１５は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の中から最高温度を選択し、その温度を第１温度Ｔ１として出力する。一方、第２温度算出部１１６は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の中から最低温度を選択し、その温度を第２温度Ｔ２として出力する。そして、重み演算部１１４は、出力された最高温度（第１温度Ｔ１）と最低温度（第２温度Ｔ２）との差の絶対値Ｔdiffの大きさに基づいて、ＳＯＣｖの重み付けを設定する。
　このような構成とすることで、例えば、電池４００の形状や材質によって温度が均一でなく分布が発生していたり、あるいは電池システム１０００が動作中に充放電されることにより前記温度分布が変化したりすることがあっても、複数の位置の温度から最高温度を選択して第１温度Ｔ１とし、最低温度を選択して第２温度Ｔ２とするため、電池４００の特性を適切に検出することができる。第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との差が大きい場合は、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるため、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
（変形例）
　図１１は、第５の実施の形態の変形例を示す図である。図１０に示す例では、第１温度算出部１１５は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の内の最高温度を第１温度Ｔ１として出力した。しかし、図１１に示す変形例では、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の平均温度を算出し、その平均温度を第１温度Ｔ１として出力する。
　本実施の形態では、第１温度Ｔ１が平均温度となり、第２温度Ｔ２が最低温度となるが、平均温度は最高温度と最低温度の中点であるため、この平均温度と最低温度とを使用する方法であっても、図１０に示す場合と同様に電池４００の特性を適切に検出することができる。
　なお、図１０，１１では、電池４００の温度計測位置の数を３箇所としたが、２箇所以上であれば計測位置の個数はいくつであっても良い。また、図１１の第２温度算出部１１６において最高温度を選択するようにしても、同様の効果が得られる。
－第６の実施の形態－
　図１２～１４は、第６の実施の形態を示す図である。第６の実施の形態では、図１２に示すように、第１温度算出部１１５は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の中から最高温度を選択し、その温度を第１温度Ｔ１として出力する。一方、第２温度算出部１１６は、温度ｔ４、温度ｔ５の中から最低温度を選択し、その温度を第２温度Ｔ２として出力する。
　図１３は、温度ｔ１～ｔ５の計測位置の一例を示す図である。電池４００に隣接して、電池４００と熱授受を行う部材である冷却プレート４０１が設けられている。電池４００の３箇所の計測位置で検出した温度をそれぞれ温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３とし、冷却プレート４０１の２箇所の計測位置で検出した温度をそれぞれ温度ｔ４、温度ｔ５とした。
　前述したように電池４００の内部抵抗Ｒは電池温度Ｔによって変化する。電池４００に隣接する部材（冷却プレート４０１）がある場合、その部材との間との熱授受により電池４００に温度分布が生じ、電池４００の内部抵抗Ｒが隣接する部材の温度の影響を受ける。このような場合には、電池４００の温度だけでなく、電池４００と熱授受を行う部材の温度を考慮しないと、電池４００の内部抵抗Ｒを適切に求めることができない可能性がある。
　例えば、電池４００が充放電によって発熱した場合にも電池４００の入出力特性の向上や、過熱による劣化や発火を防ぐために、図１３に示すような電池４００に冷却プレート４０１を取り付けることが考えられる。この冷却プレート４０１には冷却水を流すための配管を設置して冷却水を循環させることで、電池４００の温度を下げることができる。
　このような場合、電池４００の温度よりも冷却プレート４０１の温度が低い状態となるが、電池４００が冷却プレート４０１と接している場所は、冷却プレート４０１の温度が伝わり、電池４００の温度が下がっている。しかし、電池４００の温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３の計測位置が冷却プレート４０１と接している場所から離れている場合、電池４００の温度に対する冷却プレート４０１の影響を検出できない。
　このような構成の場合、図１２のように、冷却プレート４０１の温度ｔ４、温度ｔ５の中から最低温度を選択し、第２温度Ｔ２として出力することで、電池４００の特性を適切に検出することができる。電池４００の温度である第１温度Ｔ１と冷却プレート４０１の温度である第２温度Ｔ２との差が大きい場合は、演算精度が悪化する可能性のあるＳＯＣｖではなくＳＯＣｉを用いてＳＯＣｗが演算されるので、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
　なお、図１３では電池４００の３箇所の計測位置で温度を検出する例を示したが、２箇所以上であれば何箇所であっても良い。また冷却プレート４０１の２箇所の計測位置で温度を検出する例を示したが、１箇所でもよいし、３箇所以上であってもよい。
　また、図１３では電池４００と熱授受を行う部材を冷却プレート４０１としたが、電池４００に隣接して電池４００と熱授受を行う部材であれば何でもよく、例えば冷却プレートでなく暖機用の部材であってもよいし、電池４００が設けられている電池ユニットのカバーであってもよい。また、熱授受を行う部材（冷却プレート４０１や暖機用の部材）を流体で冷却したり加熱したりする構成の場合、電池４００と熱授受を行う流体の温度を用いてもよい。さらにまた、冷却ファンや暖機用ファンを備える構成では、冷却ファンや暖機用ファンから送風された空気の温度を検出してもよい。
　また、図１４の構成のように、第１温度算出部１１５は温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３、温度ｔ４、温度ｔ５の中から最高温度を選択し、第２温度算出部１１６は、温度ｔ１、温度ｔ２、温度ｔ３、温度ｔ４、温度ｔ５の中から最低温度を選択するようにしてもよい。このようにすることで、電池４００と電池４００に隣接する部材のいずれの温度が高い場合にも適切に最高温度および最低温度を検出することができる。すなわち隣接する部材が冷却用であっても暖機用であっても電池４００の特性を適切に検出することができ、ＳＯＣｗの演算精度の悪化を防ぐことができる。
　上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　１００…電池制御装置、１１０…電池状態推定装置、１１１…ＳＯＣｖ演算部、１１２…ＳＯＣｉ演算部、１１３…ＩＲ演算部、１１４…重み演算部、１１５…第１温度算出部、１１６…第２温度算出部、１２０…記憶部、２００…計測部、３００…出力部、４００…電池、４０１…冷却プレート、１０００…電池システム。

Claims (8)

  1. 　電池の両端電圧を用いて第１の充電状態を算出する第１演算部と、
    　前記電池に流れる電流を積算して第２の充電状態を算出する第２演算部と、
    　前記第１の充電状態と前記第２の充電状態とを重み付け加算して電池充電状態を算出する第３演算部と、
    　前記電池の計測位置が異なる複数の温度が入力され、前記複数の温度に基づく第１温度および第２温度を設定する温度処理部と、を備え、
    　前記第３演算部は、
    　前記第１温度と前記第２温度との差の絶対値の大きさに関連づけて、前記第２の充電状態の重み付けを変化させる、電池状態推定装置。
  2. 　請求項１に記載の電池状態推定装置において、
    　前記第３演算部は、
    　前記第１温度と前記第２温度との差の絶対値が第１閾値以上の場合には、前記絶対値が前記第１閾値未満の場合よりも前記第２の充電状態の重み付けを大きくする、電池状態推定装置。
  3. 　請求項２に記載の電池状態推定装置において、
    　前記第３演算部は、
    　前記絶対値が前記第１閾値以上であって、かつ、前記第１温度および前記第２温度いずれか一方が第２閾値以下の場合に、前記第２の充電状態の重み付けを大きくする、電池状態推定装置。
  4. 　請求項２または３に記載の電池状態推定装置において、
    　前記第３演算部は、
    　前記絶対値が前記第１閾値未満である場合には、前記絶対値が大きいほど前記第２の充電状態の重み付けを大きくする、電池状態推定装置。
  5. 　請求項２または請求項３に記載の電池状態推定装置において、
    　前記第３演算部は、前記電池の劣化度が大きいほど前記第１閾値を小さく設定する、電池状態推定装置。
  6. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置において、
    　前記温度処理部は、
    　前記複数の温度の内の最高温度を前記第１温度に設定すると共に、前記複数の温度の内の最低温度を前記第２温度に設定する、電池状態推定装置。
  7. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置において、
    　前記温度処理部は、
    　前記複数の温度の平均温度を前記第１温度として設定すると共に、前記複数の温度の内の最高温度または最低温度を前記第２温度として設定する、電池状態推定装置。
  8. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置であって、
    　前記温度処理部は、
    　前記電池の複数位置の温度、および前記電池と熱授受を行う部材または流体の温度が入力され、
    　前記複数位置の温度の内の最高温度、最低温度および平均温度のいずれかを前記第１温度に設定すると共に、前記部材または流体に関する温度を前記第２温度に設定する、電池状態推定装置。
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