特許 6490414 二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6490414

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/36 20190101AFI20190318BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20190318BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20190318BHJP

   H02J 7/14 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/36 A

   H01M10/48 P

   H01M10/48 301

   H02J7/00 X

   H02J7/14 R

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-247479(P2014-247479)

(22)【出願日】2014年12月5日

(65)【公開番号】特開2016-109565(P2016-109565A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】391045897

【氏名又は名称】古河ＡＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130247

【弁理士】

【氏名又は名称】江村 美彦

(74)【代理人】

【識別番号】100167863

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 恵

(72)【発明者】

【氏名】高嶋 直也

(72)【発明者】

【氏名】岩根 典靖

【審査官】 山崎 仁之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０５１４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９６９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５２９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７８２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、
前記二次電池の開回路電圧を測定または推定する測定手段と、
前記測定手段によって測定または推定された前記開回路電圧を、前記開回路電圧と充電率との相関を示す相関式に適用することで充電率を求出する求出手段と、
前記二次電池の内部抵抗に基づいて充電率を算出する算出手段と、
前記求出手段によって求出した充電率と、前記算出手段によって算出した充電率の値が異なる場合には、前記求出手段の前記相関式を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする二次電池状態検出装置。

【請求項2】

前記二次電池を放電し、放電時の電圧および電流から前記二次電池の等価回路の素子値を学習する学習手段と、
前記二次電池を充電し、充電時の電圧および電流から前記二次電池の抵抗値を計測する計測手段と、を有し、
前記算出手段は、前記計測手段によって求めた内部抵抗から導電抵抗および液抵抗を減算して得た反応抵抗成分と、前記学習手段によって求めた反応抵抗の合算値との比に基づいて、前記充電率を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態検出装置。

【請求項3】

前記算出手段は、前記計測手段によって求めた内部抵抗から導電抵抗および液抵抗を減算して得た反応抵抗成分と、前記学習手段によって求めた反応抵抗の合算値との比を含む所定の関数に対して、前記二次電池の温度に基づく補正を行うことで前記充電率を算出することを特徴とする請求項２に記載の二次電池状態検出装置。

【請求項4】

前記計測手段は、充電時の電圧から、前記開回路電圧、成層化電圧、および、分極電圧を減算して得られる過電圧値を電流値で除算して得られる値を、前記二次電池の抵抗値とすることを特徴とする請求項２または３に記載の二次電池状態検出装置。

【請求項5】

前記補正手段は、前記二次電池が車両に搭載された後の初回処理である場合、充電電流が前回処理時よりも小さい場合、または、前回処理から所定以上の期間が経過している場合に、前記求出手段の前記相関式に対する補正処理を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池状態検出装置。

【請求項6】

二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、
前記二次電池の開回路電圧を測定または推定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定または推定された前記開回路電圧を、前記開回路電圧と充電率との相関を示す相関式に適用することで充電率を求出する求出ステップと、
前記二次電池の内部抵抗に基づいて充電率を算出する算出ステップと、
前記求出ステップにおいて求出した充電率と、前記算出ステップにおいて算出した充電率の値が異なる場合には、前記求出ステップの前記相関式を補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする二次電池状態検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池状態検出装置および二次電池状態検出方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、満充電完了時および走行中の一時停止時に実行される内部抵抗の測定に基づいて定義・算出した内部抵抗率から、各測定時点の放電率を取得し、電流積算方式によって二次電池の残存容量の算出値を補正するようにした電気自動車用鉛蓄電池の残存容量メータであって、ケーブル接続される計測部、表示回路、および、表示ＬＥＤ部の各ユニットから構成され、計測部がアナログ回路部とデジタル回路部を有し、アナログ回路部が抵抗器による強制放電回路と、強制放電時の電圧降下および電流変化を検出する微分回路からなる内部抵抗検出手段を有する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−１９１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された技術では、充電率１００〜３０％の範囲で、内部抵抗率の変化に対して充電率が急激に変化するため、充電率１００〜３０％の範囲では電流積算方式を主体とする必要があり、充電率１００〜３０％の範囲の推定に問題がある。

【0005】

また、二次電池における内部抵抗と放電率（充電率）の関係あるいは経年劣化容量は、新品から経時劣化していく過程で変化し、劣化モード（負極活物質の硬化、正極格子の腐食、正極活物質の軟化等）によっても変化率は異なる。また、取り付け時の二次電池が新品とは限らず、取り付け時点で劣化している場合、それまでの経年劣化量が判らないため、残存容量を正確に推定することができないという問題点がある。

【0006】

さらに、特許文献１に開示された技術では、二次電池の内部状態や環境条件等によって大きく変動する。例えば、液式の鉛バッテリでは、水と硫酸との比重差により充電中に濃硫酸が下にたまって硫酸の濃度傾斜が形成される（成層化）が、その成層化度合いによって端子間電圧や充電受入性が変化する。また、二次電池の容量、液量、重量、容積等の状態量や、二次電池周辺の環境温度等によっても端子間電圧が変化する。二次電池の運用中は、これらの要因が一つあるいは複数組み合わさって端子間電圧に大きく影響する。このため、特許文献１に開示された技術では、前述した変動要因の影響によって、充電状態を正確に検出することができず、充電率を正確に検出できないという問題点がある。また、二次電池の充電率（ＳＯＣ）を正確に求めるためには、二次電池の充電状態に対応した端子間電圧をできるだけ正確に測定もしくは、推定する必要があるという問題点もある。

【0007】

本発明は、二次電池の充電率をその状態に拘わらず正確に検出することが可能な二次電池検出装置および二次電池状態検出方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置において、前記二次電池の開回路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を測定または推定する測定手段と、前記測定手段によって測定または推定された前記開回路電圧を、前記開回路電圧と充電率との相関を示す相関式に適用することで充電率を求出する求出手段と、前記二次電池の内部抵抗に基づいて充電率を算出する算出手段と、前記求出手段によって求出した充電率と、前記算出手段によって算出した充電率の値が異なる場合には、前記求出手段の前記相関式を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の充電率をその状態に拘わらず正確に検出することが可能になる。

【0009】

また、本発明は、前記二次電池を放電し、放電時の電圧および電流から前記二次電池の等価回路の素子値を学習する学習手段と、前記二次電池を充電し、充電時の電圧および電流から前記二次電池の抵抗値を計測する計測手段と、を有し、前記算出手段は、前記計測手段によって求めた内部抵抗から導電抵抗および液抵抗を減算して得た反応抵抗成分と、前記学習手段によって求めた反応抵抗の合算値との比に基づいて、前記充電率を算出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、これらの抵抗値の比に基づいて、二次電池の状態に拘わらず充電率を正確に求めることができる。

【0010】

また、本発明は、前記算出手段は、前記計測手段によって求めた内部抵抗から導電抵抗および液抵抗を減算して得た反応抵抗成分と、前記学習手段によって求めた反応抵抗の合算値との比を含む所定の関数に対して、前記二次電池の温度に基づく補正を行うことで前記充電率を算出することを特徴とする。
このような構成によれば、二次電池の温度が変化した場合であっても充電率を正確に求めることができる。

【0011】

また、本発明は、前記計測手段は、充電時の電圧から、前記開回路電圧、成層化電圧、および、分極電圧を減算して得られる過電圧値を電流値で除算して得られる値を、前記二次電池の抵抗値とすることを特徴とする。
このような構成によれば、成層化および分極の影響を考慮して、充電率を求めることができる。

【0012】

また、本発明は、前記補正手段は、前記二次電池が車両に搭載された後の初回処理である場合、充電電流が前回処理時よりも小さい場合、または、前回処理から所定以上の期間が経過している場合に、前記求出手段の前記相関式に対する補正処理を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、適切なタイミングで補正処理を実行することで、二次電池の状態変化に対応して、正確な充電率を求めることができる。

【0013】

また、本発明は、二次電池の状態を検出する二次電池状態検出方法において、前記二次電池の開回路電圧を測定または推定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定または推定された前記開回路電圧を、前記開回路電圧と充電率との相関を示す相関式に適用することで充電率を求出する求出ステップと、前記二次電池の内部抵抗に基づいて充電率を算出する算出ステップと、前記求出ステップにおいて求出した充電率と、前記算出ステップにおいて算出した充電率の値が異なる場合には、前記求出ステップの前記相関式を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、二次電池の充電率をその状態に拘わらず正確に検出することが可能になる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、二次電池の充電率をその状態に拘わらず正確に検出することが可能な二次電池検出装置および二次電池状態検出方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置の構成例を示す図である。

【図2】図１の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。

【図3】二次電池の等価回路の一例を示す図である。

【図4】式（３）によって得られたＳＯＣと実測によって得られたＳＯＣを比較する図である。

【図5】図１に示す実施形態において実行される処理の一例を説明するフローチャートである。

【図6】図５のステップＳ１８の「条件Ｃ設定処理」の詳細な処理の一例を説明するフローチャートである。

【図7】図５のステップＳ２０の「ＳＯＣ算出処理」の詳細な処理の一例を説明するフローチャートである。

【図8】図５のステップＳ２１の「ＳＯＣ補正・算出処理」の詳細な処理の一例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明の実施形態について説明する。

【0017】

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池状態検出装置１は、制御部１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、および、放電回路１５を主要な構成要素としており、二次電池１４の状態を検出する。ここで、制御部１０は、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３からの出力を参照し、二次電池１４の状態を検出する。電圧センサ１１は、二次電池１４の端子電圧を検出し、制御部１０に通知する。電流センサ１２は、二次電池１４に流れる電流を検出し、制御部１０に通知する。温度センサ１３は、二次電池１４自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１０に通知する。放電回路１５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部１０によって半導体スイッチがオン／オフ制御されることにより二次電池１４を間欠的に放電させる。

【0018】

二次電池１４は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ１６によって充電され、スタータモータ１８を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１９に電力を供給する。オルタネータ１６は、エンジン１７によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池１４を充電する。

【0019】

エンジン１７は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ１８によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ１６を駆動して電力を発生させる。スタータモータ１８は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池１４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１７を始動する。負荷１９は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池１４からの電力によって動作する。

【0020】

図２は、図１に示す制御部１０の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｃ、通信部１０ｄ、Ｉ／Ｆ（Interface）１０ｅを有している。ここで、ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに格納されているプログラム１０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ１０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム１０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ１０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムｂａを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブルまたは数式等のパラメータ１０ｃａを格納する。通信部１０ｄは、上位の装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）等との間で通信を行い、検出した情報を上位装置に通知する。Ｉ／Ｆ１０ｅは、電圧センサ１１、電流センサ１２、および、温度センサ１３から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路１５に駆動電流を供給してこれを制御する。

【0021】

（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、図を参照して、本発明の実施形態の動作について説明する。本発明の実施形態では、エンジン１７を始動する際に操作されるイグニッションスイッチ（不図示）がオフの状態にされてエンジン１７が停止され、一定時間が経過すると、制御部１０は放電回路１５を制御して、所定の周波数および所定の電流にて、二次電池１４を放電させる。そして、放電時の電圧値および電流値を電圧センサ１１および電流センサ１２によって検出し、検出した電圧値および電流値と、放電前の電圧値および電流値に基づいて二次電池１４の電気的な等価回路のパラメータに対する学習処理を実行する。

【0022】

図３は、二次電池１４の電気的等価回路の一例を示す図である。この例では、等価回路は、導電抵抗および液抵抗であるＲｏｈｍに対して、並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ１および電気二重層容量Ｃ１と、並列接続された反応抵抗Ｒｃｔ２および電気二重層容量Ｃ２とが直列接続されている。制御部１０のＣＰＵ１０ａは、このような等価回路のパラメータ（素子値）を、例えば、カルマンフィルタまたはサポートベクタマシン等のアルゴリズムを用いて学習処理する。ＣＰＵ１０ａは、学習処理によって得られた等価回路のパラメータを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。

【0023】

なお、図３に示す等価回路は一例であって、並列接続される反応抵抗と電気二重層容量が１つずつ存在してもよいし、あるいは、反応抵抗と電気二重層容量が３つ以上存在してもよい。また、電気二重層容量を有しない抵抗だけの構成としてもよい。

【0024】

つぎに、イグニッションスイッチがオンの状態にされてエンジン１７が始動され、車両が動作状態になると、制御部１０のＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１および電流センサ１２によって二次電池１４の電圧値Ｖ、電流値Ｉを所定の周期で測定し、測定したこれらの値をＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。

【0025】

また、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の変動起因状態量を所定の周期で取得し、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。ここで、変動起因状態量とは、二次電池１４が基準状態から外れる（変動する）要因（起因）の状態量をいう。変動起因状態量の具体的な例としては、例えば、温度Ｔを例に挙げることができるが、これ以外にも、例えば、成層化Ｓｔ、分極Ｐｌ、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚを変動起因状態量として用いることができる。なお、成層化Ｓｔとは、二次電池１４の電解液のイオン濃度によって形成される層の状態をいい、分極Ｐｌとは、例えば、充放電によって電極電位が静止電位からずれた状態をいい、劣化状態Ｄｔとは、二次電池１４の劣化状態（例えば、ＳＯＨ（State of Health））をいい、電池容量Ｃｐとは二次電池１４のその時点において充放電可能な容量をいい、また、電池サイズＳｚは二次電池１４の初期における充放電可能な容量をいう。なお、電池サイズＳｚは時間の経過に拘わらず一定の値であるが、それ以外は時間の経過に応じて変化する値である。以下の説明では、変動起因状態量として、温度Ｔ、成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌを例に挙げて説明しているが、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚを用いるようにしてもよい。

【0026】

イグニッションスイッチがオフの状態にされて、エンジン１７が停止されると、ＣＰＵ１０ａは、停止直前に測定された二次電池１４の電圧値Ｖ、電流値Ｉ、および、停止直前に取得された変動起因状態量としての温度Ｔ、成層化Ｓｔ、および、分極ＰｌをＲＡＭ１０ｃから取得する。

【0027】

つぎに、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣの相関を示す相関式（以下、「ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式」と称する）に対する補正処理を実行する条件を満たすか否かを判定する。具体的には、例えば、二次電池１４を車両に搭載した後の初回の処理である場合には条件を満たすと判定する。また、今回のエンジン１７の停止時に取得した電流値Ｉと、前回の停止時に取得した電流値Ｉとを比較し、今回取得した電流値Ｉの方が前回取得した電流値Ｉよりも小さい場合、あるいは、前回の補正処理から所定の期間（１ヶ月）が経過した場合には、条件を満たしていると判定する。条件を満たしていると判定した場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する処理を実行する。

【0028】

ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式の補正処理としては、まず、ＣＰＵ１０ａは、エンジン１７の停止直前まで平均化処理により算出した平均充電電圧、初期学習あるいは前回学習したＯＣＶ−ＳＯＣ相関式からＳＯＣ（ここでは充放電積算で計算したＳＯＣ）を用いて算出した開回路電圧ＯＣＶ、および、停止直前に取得した変動起因状態量としての成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌを以下の式（１）に適用してΔＶを算出する。そして、ΔＶと、停止直前まで平均化処理により算出した平均電流値Ｉと、を式（２）に適用して、内部抵抗Ｒを算出する。ここで、内部抵抗Ｒは、図３に示すＲｏｈｍ（液抵抗、導体抵抗）、Ｒｃｔ１（負極の反応抵抗）、および、Ｒｃｔ２（正極の反応抵抗）により構成されていると考えることができる。内部抵抗Ｒが求まると、ＣＰＵ１０ａは、式（３）に基づいて、充電率ＳＯＣを計算する。式（３）において、温度による影響を考慮するため、例えば、温度を変数とするアンプリチュード係数ｆ（Ｔ）、を乗算したり、オフセット値ｆ’（Ｔ）を加算したりすることができる。これらのｆ（Ｔ）およびｆ’（Ｔ）に基づいて温度による補正を行うことができる。また、ｅｘｐ（Ｒ，Ｒｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２）は、Ｒ，Ｒｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２を変数とする指数関数であり、括弧内の減衰係数は、例えば、内部抵抗Ｒから導電抵抗および液抵抗であるＲｏｈｍを減算した反応抵抗成分と、予め取得していたＲｃｔ１とＲｃｔ２の合算値との比によって表される内部抵抗比とすることができる。なお、Ｒｏｈｍ、Ｒｃｔ１、Ｒｃｔ２、成層化Ｓｔ、および、分極Ｐｌは、温度の影響を受けてその値が変化するため、検出した温度Ｔによる補正を行うことが望ましい。さらに、式（３）は、一次の指数関数としているが、高次の指数関数、または、対数関数としてもよい。

【0029】

ΔＶ＝充電電圧−開回路電圧−Ｓｔ−Ｐｌ ・・・（１）

【0030】

Ｒ＝ΔＶ／Ｉ ・・・（２）

【0031】

ＳＯＣ＝ｆ（Ｔ）×ｅｘｐ（Ｒ，Ｒｏｈｍ，Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２）＋ｆ’（Ｔ） ・・・（３）

【0032】

図４は、４種類の二次電池♯１〜♯４について電流積算方式によって算出したＳＯＣと、式（３）によって得られたＳＯＣの対応関係を示す図である。この図において、横軸は電流積算方式にて算出したＳＯＣを示し、縦軸は式（３）によって推定したＳＯＣを示している。また、実線は二次電池♯１（停車時にアイドリングを停止するいわゆる「アイドリングストップ」機能付き車両用の二次電池（Ｑ−８５））の実測結果を、間隔が短い破線は二次電池♯２（通常の二次電池（５５Ｄ２３））の実測結果を、間隔が長い破線は二次電池♯３（通常の二次電池（３８Ｂ１９））の実測結果を、一点鎖線は二次電池♯４（アイドリングストップ機能付き車両用の二次電池（Ｍ−４２））の実測結果を示している。実測方法としては、これらの二次電池♯１〜♯４を車両に搭載し、ＳＯＣ＝９０％から充電を開始し、公道を走行してＳＯＣ＝１００％まで充電して測定した。図４にはＳＯＣ９５〜１００％の挙動を示す。この図では、横軸をｘとし、縦軸をｙとした場合に、直線ｙ＝ｘ上に測定結果が位置すれば、式（３）によって得られたＳＯＣと電流積算方式によるＳＯＣは誤差の無い理想的な関係となる。これら４種類の測定結果は、ｙ＝ｘの直線付近に配置されることから、式（３）により電流積算方式と同等のＳＯＣを推定可能なことが分かる。

【0033】

つぎに、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４の開回路電圧ＯＣＶを求める。具体的には、エンジン１７を停止してから一定時間以上が経過した際に二次電池１４の電圧を測定するか、または、エンジン１７を停止した後の二次電池１４の電圧変化から、一定時間以上が経過した後の電圧を推定し、これをＯＣＶとする。

【0034】

つづいて、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に対してＯＣＶを適用してＳＯＣを求め、この求めたＳＯＣと前述した式（１）〜（３）で求めたＳＯＣを比較し、これらが一致する場合にはＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は正しいと判定し、それ以外の場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する。なお、補正の方法としては、例えば、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は一次関数（例えば、ＳＯＣ＝ａ・ＯＣＶ＋ｂ）によって表されるが、この一次関数の切片であるｂの値を補正することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式にＯＣＶを適用して得たＳＯＣと、式（１）〜（３）によって得たＳＯＣが一致するようにする。なお、ａ，ｂは、温度依存性があるため、これらａ，ｂは温度によって補正することが望ましい。

【0035】

以上のようにして、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式が補正されると、それ以降は、補正後のＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に基づいて、ＯＣＶからＳＯＣを正確に求めることができる。

【0036】

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、式（１）および式（２）によって求めた内部抵抗Ｒと、学習処理によって求めた図３に示す等価回路を構成する抵抗素子とから求めた内部抵抗比に基づいて式（３）により充電率ＳＯＣを求め、この充電率ＳＯＣに基づいて、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正するようにしたので、例えば、二次電池１４の状態によらず、充電率ＳＯＣを正確に求めることが可能になる。

【0037】

（Ｃ）実施形態の詳細な動作の説明

【0038】

つぎに、図５〜図８を参照して、本発明の実施形態において実行される詳細な処理の一例について説明する。図５は、本発明の実施形態において実行されるメイン処理の一例を示す図である。この図５に示すフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。

【0039】

ステップＳ１０では、ＣＰＵ１０ａは、イグニッションスイッチ（不図示）がオフの状態にされたか否かを判定し、オフの状態にされたと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）にはステップＳ１３に進む。例えば、運転者によって、イグニッションスイッチがオフの状態にされた場合にはＹｅｓと判定してステップＳ１１に進む。

【0040】

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１０ａは、図３に示す、二次電池１４の等価回路を構成する各パラメータ（素子値）について学習処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ１０ａは、放電回路１５を制御して、二次電池１４を所定の周波数および所定の電流で放電させる。そして、その時の電圧値および電流値を電圧センサ１１および電流センサ１２から取得し、放電前の電圧値および電流値に基づいて二次電池１４の電気的な等価回路のパラメータに対する学習処理を実行する。なお、学習処理としては、例えば、カルマンフィルタまたはサポートベクタマシン等のアルゴリズムを用いることができる。

【0041】

ステップＳ１２では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１１の学習処理によって得られた等価回路のパラメータを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして格納する。

【0042】

ステップＳ１３では、ＣＰＵ１０ａは、イグニッションスイッチ（不図示）がオンの状態にされたか否かを判定し、オンの状態にされたと判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には処理を終了する。例えば、運転者によって、イグニッションスイッチがオンの状態にされた場合にはＹｅｓと判定してステップＳ１４に進む。

【0043】

ステップＳ１４では、ＣＰＵ１０ａは、電圧センサ１１および電流センサ１２から、その時点における二次電池１４の電圧値および電流値を取得する。

【0044】

ステップＳ１５では、ＣＰＵ１０ａは、変動起因状態量を取得する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、温度Ｔ、成層化Ｓｔ、分極Ｐｌ、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚを変動起因状態量として取得する。ここで、温度Ｔは、温度センサ１３から取得する。また、電池サイズＳｚは、固定値であるので、予め格納されている値を、例えば、ＲＡＭ１０ｃから取得する。成層化Ｓｔ、分極Ｐｌ、劣化状態Ｄｔ、および、電池容量Ｃｐは、例えば、二次電池１４に流れる電流の積算値や、充放電の際の内部抵抗を参照して求めることができる。なお、二次電池１４の劣化状態Ｄｔについては、導電抵抗・液抵抗、反応抵抗、および、電気二重層容量の経時変化に基づいて求めることができる。また、劣化状態Ｄｔ、電池容量Ｃｐ、および、電池サイズＳｚについては、式（１）〜（３）では使用していないが、これらを式（１）〜（３）に含むようにしてもよい。

【0045】

ステップＳ１６では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１４で取得した電圧値および電流値と、ステップＳ１５で取得した変動起因状態量とを、ＲＡＭ１０ｃにパラメータ１０ｃａとして記憶する。

【0046】

ステップＳ１７では、ＣＰＵ１０ａは、イグニッションスイッチ（不図示）がオフの状態にされたか否かを判定し、オフの状態にされたと判定した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）にはステップＳ１８に進み、それ以外の場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）にはステップＳ１４に戻って同様の処理を繰り返す。例えば、運転者がイグニッションスイッチをオフの状態にしたと判定した場合にはＹｅｓと判定してステップＳ１８に進む。

【0047】

ステップＳ１８では、ＣＰＵ１０ａは、ＳＯＣの補正処理を実行するか否かを判定するための条件Ｃを設定する（求める）処理を実行する。条件Ｃは、補正処理が必要な場合にはＣ＝１に設定され、それ以外の場合にはＣ＝０に設定される。なお、条件Ｃ設定処理の詳細については、図６を参照して後述する。

【0048】

ステップＳ１９では、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１８において求めた条件Ｃ＝１であるか否かを判定し、Ｃ＝１である場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）にはステップＳ２０に進む。例えば、Ｃ＝１である場合にはＹｅｓと判定してステップＳ２１に進む。

【0049】

ステップＳ２０では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に基づいてＯＣＶからＳＯＣを算出する処理を実行する。なお、この処理の詳細については、図７を参照して後述する。

【0050】

ステップＳ２１では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正するとともに、ＳＯＣを算出する処理を実行する。なお、この処理の詳細については、図８を参照して後述する。

【0051】

つぎに、図６を参照して、図５のステップＳ１８に示す「条件Ｃ設定処理」の詳細について説明する。図５に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

【0052】

ステップＳ３０では、ＣＰＵ１０ａは、変数Ｃに初期値として“０”を代入する。

【0053】

ステップＳ３１では、ＣＰＵ１０ａは、初回の処理か否かを判定し、初回の処理である場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）にはステップＳ３２に進み、それ以外の場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）にはステップＳ３３に進む。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、二次電池１４が車両に搭載され、補正処理がまだ実行されていない場合には、Ｙｅｓと判定してステップＳ３２に進む。

【0054】

ステップＳ３２では、ＣＰＵ１０ａは、変数Ｃに値“１”を代入する。これにより、図５のステップＳ１９ではＹｅｓと判定される。

【0055】

ステップＳ３３では、ＣＰＵ１０ａは、平均電流値が正、かつ、前回よりも小さいか否かを判定し、小さい場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）にはステップＳ３４に進み、それ以外の場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）にはステップＳ３５に進む。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１４の処理により、エンジン１７の停止直前に測定した平均電流値が、前回の測定値よりも小さい場合にはＹｅｓと判定してステップＳ３４に進む。ここで、平均電流値が小さいことは、ＳＯＣが大きいことを示し、ＳＯＣが大きい方が、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式をより正確に補正することができる。このため、前回よりも平均電流値が小さい場合に、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式をより正確なものにすることができる。

【0056】

ステップＳ３４では、ＣＰＵ１０ａは、変数Ｃに値“１”を代入する。

【0057】

ステップＳ３５では、ＣＰＵ１０ａは、前回、補正処理が実行されてから、所定の期間以上が経過しているか否かを判定し、所定期間以上が経過していると判定した場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）にはステップＳ３６に進み、それ以外の場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）には図５の処理に復帰（リターン）する。例えば、前回、補正処理が実行されてから、１ヶ月以上が経過している場合にはＹｅｓと判定してステップＳ３６に進む。すなわち、平均電流値が前回値よりも大きい状態が続く場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式の補正が実行されなくなるので、例えば、補正処理を実行してから所定の期間（例えば、１ヶ月）が経過した場合には、補正処理を実行することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を経時変化に応じて補正することができる。

【0058】

ステップＳ３６では、ＣＰＵ１０ａは、変数Ｃに値“１”を代入する。そして、図５の処理に復帰（リターン）する。

【0059】

以上の処理によれば、補正処理を実行する条件を満たしている場合には条件Ｃ＝１とし、それ以外の場合には条件Ｃ＝０とすることができる。

【0060】

つぎに、図７を参照して、図５のステップＳ２０に示すＳＯＣ算出処理の詳細について説明する。図７に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

【0061】

ステップＳ５０では、ＣＰＵ１０ａは、積算ＳＯＣを算出する。より詳細には、ある時点におけるＳＯＣを基準として、二次電池１４に入出力される電流を積算することで積算ＳＯＣを得る。

【0062】

ステップＳ５１では、ＣＰＵ１０ａは、開回路電圧ＯＣＶを取得する。なお、開回路電圧ＯＣＶを求める方法としては、例えば、車両が停止してから所定の時間（例えば、数時間）が経過した場合であって、負荷１９に流れる平均電流が所定の閾値よりも小さい場合に二次電池１４の電圧を測定することで開回路電圧ＯＣＶを得ることができる。あるいは、二次電池１４の電圧の経時変化から、安定電圧である開回路電圧を推定するようにしてもよい。

【0063】

ステップＳ５２では、ＣＰＵ１０ａは、図５のステップＳ２１で必要に応じて補正処理が施されたＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に、ステップＳ５１で求めた開回路電圧ＯＣＶを適用し、充電率ＳＯＣを求める。

【0064】

以上の処理によれば、積算ＳＯＣを求めるとともに、図５のステップＳ２１で必要に応じて補正処理が施されたＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を用いてＳＯＣを算出することが可能になり、両者を補完的に用いることにより、精度の高いＳＯＣを得ることができる。

【0065】

つぎに、図８を参照して、図５のステップＳ２１に示すＳＯＣ補正・算出処理の詳細について説明する。図８に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

【0066】

ステップＳ７０では、ＣＰＵ１０ａは、図５のステップＳ１２で記憶した等価回路のパラメータをＲＡＭ１０ｃから取得する。

【0067】

ステップＳ７１では、ＣＰＵ１０ａは、図５のステップＳ１５で記憶した変動起因状態量のうち、エンジン１７の停止前（例えば、停止直前）に記憶したものをＲＡＭ１０ｃから取得する。なお、エンジン１７の停止前に記憶した変動起因状態量を取得するのは、最新の変動起因状態量を使用するためである。もちろん、経時的な変化が少ない変動起因状態量については、停止直前ではなく、それよりも前の情報を使用するようにしてもよい。

【0068】

ステップＳ７２では、ＣＰＵ１０ａは、図５のステップＳ１４で記憶した電圧値および電流値のうち、エンジン１７の停止前（例えば、停止直前）に記憶したものをＲＡＭ１０ｃから取得する。なお、エンジン１７の停止前に記憶した電圧値および電流値を取得するのは、最新の電圧値および電流値を使用するためである。

【0069】

ステップＳ７３では、ＣＰＵ１０ａは、取得した等価回路パラメータ、変動起因状態量、および、電圧値・電流値を、前述した式（１）〜（３）に適用することで、その時点における二次電池１４のＳＯＣの値を算出する。なお、式（１）〜（３）は、一例であって、これ以外の式を用いるようにしてもよい。あるいは、式の代わりに、例えば、テーブルを用いるようにしてもよい。

【0070】

ステップＳ７４では、ＣＰＵ１０ａは、開回路電圧ＯＣＶを取得する。なお、開回路電圧ＯＣＶを求める方法としては、例えば、前述の場合と同様に、車両が停止してから所定の時間（例えば、数時間）が経過した場合であって、負荷１９に流れる電流が所定の閾値よりも小さい場合に二次電池１４の電圧を測定することで開回路電圧ＯＣＶを得ることができる。あるいは、二次電池１４の電圧の経時変化から、安定電圧である開回路電圧を推定するようにしてもよい。

【0071】

ステップＳ７５では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する処理を実行する。より詳細には、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に対して、ステップＳ７４で取得したＯＣＶを適用してＳＯＣを求め、この求めたＳＯＣと前述した式（１）〜（３）で求めたＳＯＣを比較し、これらの値が一致する場合にはＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は正しいために補正を必要ないと判定し、それ以外の場合には、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正する。なお、補正の方法としては、例えば、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式は一次関数（例えば、ＳＯＣ＝ａ・ＯＣＶ＋ｂ）によって表されるが、この一次関数の切片であるｂの値を補正することで、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式にＯＣＶを適用して得たＳＯＣと、式（１）〜（３）によって得たＳＯＣが一致するようにする。なお、傾きａについても合わせて補正するようにしてもよい。その場合には、複数のＳＯＣに基づいて計算を行うことで、ａ，ｂの双方を補正することができる。

【0072】

ステップＳ７６では、ＣＰＵ１０ａは、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式に対して、ステップＳ７４で求めた開回路電圧ＯＣＶを適用することで、充電率であるＳＯＣを求める。そして、図５の処理に復帰（リターン）する。

【0073】

以上の処理によれば、等価回路パラメータと、停止前の変動起因状態量と、停止前の電圧値・電流値を、式（１）〜（３）に適用して充電率ＳＯＣを求め、式（１）〜（３）から求めたＳＯＣと、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式から求めたＳＯＣとを比較することにより、これらが一致しない場合にはＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正することができる。

【0074】

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、前述した式（１）〜（３）に基づいてＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣに基づいてＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正するようにしたので、二次電池１４が満充電の状態でない場合でもＳＯＣを正確に求めることができる。このように、満充電状態まで待たないことにより、不要な充電を減らし、燃費を向上させることができる。

【0075】

また、本実施形態では、内部抵抗比および変動起因状態量に基づいてＳＯＣを求め、このＳＯＣに基づいてＯＣＶ−ＳＯＣ相関式を補正するようにしたので、二次電池１４の状態または使用関係によらず、ＳＯＣを精度良く求めることができる。また、二次電池１４の劣化状態や、二次電池１４の種類によって異なる因子を、変動起因状態量として取得し、この取得した変動起因状態量に基づいてＳＯＣを求めることで、二次電池１４が交換された場合（同じ種類の二次電池１４に交換された場合および異なる種類の二次電池１４に交換された場合）であっても、ＳＯＣを精度良く求めることができる。

【0076】

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、式（３）では、ｆ（Ｔ）およびｆ’（Ｔ）を用いて補正を行うようにしたが、これらの一方のみを用いるようにしたり、あるいは、これらの双方を用いないようにしたりしてもよい。

【0077】

また、以上の実施形態では、補正処理において、式（３）で求めたＳＯＣとＯＣＶ−ＳＯＣ相関式によって求めたＳＯＣが同じでない場合には補正を行うようにしたが、例えば、これらの差分値が所定の閾値未満である場合に補正を実行するようにしてもよい。

【0078】

また、以上の実施形態では、変動起因状態量として、温度、成層化、分極、劣化状態、電池容量、および、電池サイズを用いるようにしたが、これらの全てを用いるのではなく、これらの一部を用いるようにしてもよい。また、温度、成層化、分極の順に影響が大きいことが実験によって判明しているので、これらを優先して用いるようにしたり、あるいは、影響の大小に応じた係数を用いたりするようにしてもよい。

【0079】

また、以上の実施形態では、前述した式（１）〜（３）は一例であって、これ以外の式を用いるようにしてもよい。あるいは、数式の代わりに、テーブルを用いるようにしてもよい。

【0080】

また、以上の実施形態では、変動起因状態量、電圧値、および、電流値としては、エンジン１７の停止直前の値を用いるようにしたが、直前の値ではなく、数分から数十分前の値を用いるようにしてもよい。また、運転時間に応じて、取得するタイミングを変更するようにしてもよい。例えば、長時間運転する場合、例えば、温度に関してはある程度運転すると安定するので、安定した後の値を取得するようにすることができ、また、短時間運転の場合には安定する前に停止されるので、停止直前の値を取得することが望ましい。また、変動起因状態量の種類によって、取得するタイミングを設定するようにしてもよい。例えば、変化が激しい電圧値および電流値については停止直前に値を取得し、劣化状態については緩やかに変化するので、定期的（例えば、１週間毎）に取得することができる。なお、１回の計測によって得られた値を使用するのではなく、複数回の測定によって得られた値の平均値を求めるようにしてもよい。

【0081】

また、以上の実施形態では、二次電池１４の等価回路としては、図３に示す等価回路を用いるようにしたが、これ以外の等価回路を用いるようにしてもよい。例えば、並列接続される反応抵抗と電気二重層容量の数が１つまたは３つ以上であってもよい。また、電気二重容量を有しない抵抗だけの等価回路を用いるようにしてもよい。

【0082】

また、以上の実施形態では、ＯＣＶ−ＳＯＣ相関式として、前述した一次式を使用するようにしたが、一次式以外の数式を用いたり、数式の代わりにテーブルを用いたりしてもよい。

【0083】

また、図６のステップＳ３３に示すように、前回と今回の電流値を比較して判定するのではなく、例えば、今回の電流値が所定の閾値よりも小さい場合に、Ｃ＝１に設定するようにしてもよい。なお、閾値としては、例えば、１０Ａを用いることができる。

【符号の説明】

【0084】

１ 二次電池状態検出装置
１０ 制御部（求出手段、算出手段、補正手段、学習手段、計測手段）
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ 通信部
１０ｅ Ｉ／Ｆ
１１ 電圧センサ（測定手段）
１２ 電流センサ
１３ 温度センサ
１４ 二次電池
１５ 放電回路
１６ オルタネータ
１７ エンジン
１８ スタータモータ
１９ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】