特許 6494923 充電率検出装置および充電率検出方法

(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】6494923

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】充電率検出装置および充電率検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/36 20190101AFI20190325BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20190325BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/36 A

   H01M10/48 P

   H02J7/00 M

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-98791(P2014-98791)

(22)【出願日】2014年5月12日

(65)【公開番号】特開2015-215258(P2015-215258A)

(43)【公開日】2015年12月3日

【審査請求日】2017年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】枝本 吉広

【審査官】 山崎 仁之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０３６００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２４１２１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

動作中の鉛蓄電池の充電電流を積算して、充電電流積算値を生成する充電電流積算部と、
前記鉛蓄電池の放電電流を積算して、放電電流積算値を生成する放電電流積算部と、
条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも一方を満たす場合に、前記放電電流積算値の大きさを前記充電電流積算値の大きさで除算して得られる充電効率を算出する充電効率演算部と、
を含み、
前記条件（ａ）は、前記鉛蓄電池の推定される開放電圧が、変動があった後、積算開始時に推定された開放電圧から所定の範囲内にあることであり、
前記条件（ｂ）は、前記放電電流積算値の絶対値及び前記充電電流積算値の絶対値が、前記除算の精度を確保する大きさとなっていることを特徴とする充電率検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の充電率検出装置において、
検出された前記鉛蓄電池の電流および電圧から開放電圧を推定する開放電圧推定部を含み、
前記開放電圧推定部が推定した開放電圧に基づいて第１の充電率を算出する充電率検出装置。

【請求項3】

請求項２に記載の充電率検出装置において、
前記充電電流積算値の変化量、前記放電電流積算値の変化量、および前記充電効率に基づいて、前記開放電圧推定部が推定した開放電圧の変化量を調整するフィルタを有するフィルタ部を含み、
前記フィルタを通過した前記開放電圧に基づいて前記第１の充電率を算出する充電率検出装置。

【請求項4】

請求項２または３に記載の充電率検出装置において、
前記充電効率演算部が前記充電効率を算出した場合に、前記充電電流積算値、前記放電電流積算値、および前記充電効率に基づいて算出される第２の充電率、または前記第１の充電率を選択的に出力する充電率検出装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の充電率検出装置において、
前記鉛蓄電池は車両に搭載されており、
前記充電電流積算部および前記放電電流積算部は、
前記車両の複数回の動作において、前記充電電流および前記放電電流を継続して積算する充電率検出装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の充電率検出装置において、
前記鉛蓄電池の開放電圧が一定であるように制御する電池状態制御部を含む充電率検出装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の充電率検出装置において、
前記充電効率演算部は、前記条件（ａ）かつ（ｂ）を満たす場合に、前記充電効率を算出する充電率検出装置。

【請求項8】

（Ａ）動作中の鉛蓄電池の充電電流を積算して、充電電流積算値を生成するステップと、
（Ｂ）前記鉛蓄電池の放電電流を積算して、放電電流積算値を生成するステップと、
（Ｃ）条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも一方を満たす場合に、前記放電電流積算値の大きさを前記充電電流積算値の大きさで除算して得られる充電効率を算出するステップと、
を含み、
前記条件（ａ）は、前記鉛蓄電池の推定される開放電圧が、変動があった後、積算開始時に推定された開放電圧から所定の範囲内にあることであり、
前記条件（ｂ）は、前記放電電流積算値の絶対値及び前記充電電流積算値の絶対値が、前記除算の精度を確保する大きさとなっていることを特徴とする充電率検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は使用中の電池、特に鉛蓄電池の充電率（ＳＯＣ: Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を精度よく検出可能な充電率検出装置および充電率検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両には、リチャージャブル・バッテリ（二次電池、以下単に「電池」とする）が搭載されることが多い。このような電池は、例えばエンジン等から伝達される機械的運動エネルギーをオルタネーターで変換して得られる電気エネルギーを蓄積（充電）し、車両を駆動するためのモータへ電気エネルギーを供給（放電）する。車両の運転者が走行可能距離等を正確に把握できるように、車両の走行中にも、電池の内部状態量である充電率が精度よく算出される必要がある。

【0003】

使用中の電池の充電率算出方法として、電流を積算して求める方法がある。しかし、車両に搭載されることも多い鉛蓄電池では充電された電荷量がそのまま全て取り出せるわけではない。そのため、鉛蓄電池のような電池の充電率を算出する場合には、充電効率（放電量と充電量の比）を考慮する必要がある。

【0004】

例えば、特許文献１の発明は、鉛蓄電池の交換時に充電と放電を行い、元の電圧に戻るまでの放電電流積算値を充電電流積算値で割って充電効率を求めている。そのため、個体差のある鉛蓄電池の充電効率について、その使用開始時に個別に把握することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−３６００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の発明は、鉛蓄電池の交換時に求めた充電効率をその電池に対して使い続けるものであり、充電効率の経時変化に対応できない。また、鉛蓄電池の交換時に故意に行う充電と放電は電力を無駄に使用することとなり、その際に放電させ過ぎると鉛蓄電池の劣化を促進してしまう可能性がある。

【0007】

また、近年では常に充電の余力を残しておくために、電池を満充電状態でなく不完全充電状態で使用する場合も多い。特許文献１の発明では、処理のフローに満充電判定が組み込まれており、満充電を基本としたシステムにしか対応できない。

【0008】

前記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、充電効率の経時変化にも対応でき、不完全充電状態での使用であっても、使用中の電池の充電率を精度よく算出できる充電率検出装置及び充電率検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するために第１の発明に係る充電率検出装置は、動作中の電池の充電電流を積算して、充電電流積算値を生成する充電電流積算部と、前記電池の放電電流を積算して、放電電流積算値を生成する放電電流積算部と、条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも一方を満たす場合に、前記放電電流積算値の大きさを前記充電電流積算値の大きさで除算して得られる充電効率を算出する充電効率演算部と、を含み、前記条件（ａ）は、前記電池の推定される開放電圧が、変動があった後、積算開始時に推定された開放電圧から所定の範囲内にあることであり、前記条件（ｂ）は、前記放電電流積算値の絶対値及び前記充電電流積算値の絶対値が、前記除算の精度を確保する大きさとなっていることであることを特徴とする。

【0010】

また、第２の発明に係る充電率検出装置は、第１の発明の充電率検出装置において、検出された前記電池の電流および電圧から開放電圧を推定する開放電圧推定部を含み、前記開放電圧推定部が推定した開放電圧に基づいて第１の充電率を算出する。

【0011】

また、第３の発明に係る充電率検出装置は、第２の発明の充電率検出装置において、前記充電電流積算値の変化量、前記放電電流積算値の変化量、および前記充電効率に基づいて、前記開放電圧推定部が推定した開放電圧の変化量を調整するフィルタを有するフィルタ部を含み、前記フィルタを通過した前記開放電圧に基づいて前記第１の充電率を算出する。

【0012】

また、第４の発明に係る充電率検出装置は、第２または第３の発明の充電率検出装置において、前記充電効率演算部が前記充電効率を算出した場合に、前記充電電流積算値、前記放電電流積算値、および前記充電効率に基づいて算出される第２の充電率、または前記第１の充電率を選択的に出力する。

【0013】

また、第５の発明に係る充電率検出装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに記載の充電率検出装置において、前記電池は車両に搭載されており、前記充電電流積算部および前記放電電流積算部は、前記車両の複数回の動作において、前記充電電流および前記放電電流を継続して積算する。

【0014】

また、第６の発明に係る充電率検出装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに記載の充電率検出装置において、前記電池の開放電圧が一定であるように制御する電池状態制御部を含む。

【0015】

また、第７の発明に係る充電率検出装置は、第１から第６の発明のいずれか１つに記載の充電率検出装置において、前記充電効率演算部が、前記条件（ａ）かつ（ｂ）を満たす場合に、前記充電効率を算出する。

【0016】

また、第８の発明に係る充電率検出方法は、（Ａ）動作中の電池の充電電流を積算して、充電電流積算値を生成するステップと、（Ｂ）前記電池の放電電流を積算して、放電電流積算値を生成するステップと、（Ｃ）条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも一方を満たす場合に、前記放電電流積算値の大きさを前記充電電流積算値の大きさで除算して得られる充電効率を算出するステップと、を含み、前記条件（ａ）は、前記電池の推定される開放電圧が、変動があった後、積算開始時に推定された開放電圧から所定の範囲内にあることであり、前記条件（ｂ）は、前記放電電流積算値の絶対値及び前記充電電流積算値の絶対値が、前記除算の精度を確保する大きさとなっていることであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

第１の発明に係る充電率検出装置によれば、使用中の電池についての充電効率を演算で求めるため充電効率の経時変化にも対応し、この充電効率に基づいて充電率を精度よく算出できる。ここで、一度算出した充電効率を交換された電池に対して使い続ける特許文献１の発明では、電池交換の際に満充電状態を基準とする演算を行って各区間の充電効率を求めておく必要があった。しかし、電池の使用中に充電効率を算出できる本発明では、満充電状態を基準とする演算は必要ない。そのため、電池が不完全充電状態で使用される場合でも対応可能である。

【0018】

また、第２の発明に係る充電率検出装置によれば、内部抵抗の電圧降下分の誤差を考慮する必要のない開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を求めるので、開放電圧に基づいて精度の高い充電率（第１の充電率）の算出が可能である。

【0019】

また、第３の発明に係る充電率検出装置によれば、充電・放電電流積算値の変化量等を用いて推定された開放電圧の変化量を補正することにより、充電率（第１の充電率）の精度をより高めることができる。

【0020】

また、第４の発明に係る充電率検出装置によれば、充電・放電電流積算値に基づく第２の充電率と、推定された開放電圧に基づく第１の充電率とを、状況に応じて選択的に出力でき、最終的に出力される充電率の精度を保つことが可能になる。

【0021】

また、第５の発明に係る充電率検出装置によれば、電池は車両に搭載されている。そして、車両の１回の動作では短距離走行しかされないとしても、繰り返される短距離走行について累積的な積算ができるため、誤差の少ない充電効率が得られる。

【0022】

また、第６の発明に係る充電率検出装置によれば、充電率が大きく変化する場合には充電効率の誤差が大きくなる可能性があるところ、電池の開放電圧が一定であるように制御することで誤差を小さく抑えることができる。

【0023】

また、第７の発明に係る充電率検出装置によれば、充電効率は条件（ａ）かつ（ｂ）を満たす場合に算出されるため、さらに正確になる。

【0024】

また、第８の発明に係る充電率検出方法によれば、使用中の電池についての充電効率を演算で求めるため充電効率の経時変化にも対応し、この充電効率に基づいて充電率を精度よく算出できる。ここで、一度算出した充電効率を交換された電池に対して使い続ける特許文献１の発明では、電池交換の際に満充電状態を基準とする演算を行って各区間の充電効率を求めておく必要があった。しかし、電池の使用中に充電効率を算出できる本発明では、満充電状態を基準とする演算は必要ない。そのため、電池が不完全充電状態で使用される場合でも対応可能である。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本実施形態に係る充電率検出装置を示すブロック図である。

【図2】開放電圧推定部で用いる電池の等価回路を例示する図である。

【図3】図３（Ａ）、図３（Ｂ）はそれぞれフィルタ通過前、通過後の推定された開放電圧の変化を示す図である。

【図4】電池の開放電圧−充電率特性を示す図である。

【図5】電池の残量を一定に制御する場合の検出される残量と充電効率との関係を示す図である。

【図6】電池の推定される開放電圧の変化を例示する図である。

【図7】本実施形態に係る充電率検出装置の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施の形態について説明する。
（全体構成）
まず、本実施形態の充電率検出装置１０の全体構成を、図１を参照しながら説明する。充電率検出装置１０は、例えば自動車等の車両に搭載される電池Ｂに接続されている。電池Ｂの種類は特に限定されるものではないが、以下において鉛蓄電池であるとして説明する。電池Ｂは、機械的運動エネルギーをオルタネーターＡｌｔで変換して得られる電気エネルギーを蓄積（充電）し、図示しない車両の駆動モータ等へ電気エネルギーを供給（放電）する。本実施形態の電池Ｂは、車両の減速時に発生する回生電力をオルタネーターＡｌｔから受け取り充電する。充電率検出装置１０は、車両の動作中に、充電・放電を行う電池Ｂの充電率を算出するものである。また、本実施形態の充電率検出装置１０は、オルタネーターＡｌｔに制御信号を与えることで電池Ｂの状態も制御できる。ここで、車両の動作中とは、車両のエンジンが動いており、移動のために走行、停車等している状態をいう。

【0027】

充電率検出装置１０は、開放電圧推定部１２、ＳＯＣｖ算出部１４、電流積算部１６、ＳＯＣｉ算出部１８、ＳＯＣ選択部２０、電池状態制御部２２を含む。概略として、充電率検出装置１０は、車両の動作中すなわち電池Ｂの使用中に、電池Ｂの端子電圧ＶＢと電流ＩＢとを受け取り、所定の条件が満たされた場合にリアルタイムで電池Ｂの充電効率ηを演算で求める。そのため、電池Ｂの経時変化にも対応する充電効率ηを取得でき、経時変化を反映した充電効率ηに基づいて精度の高い充電率ＳＯＣを算出できる点が従来技術と相違する。なお、電池Ｂの端子電圧ＶＢは、図示しない電圧センサによって検出されて充電率検出装置１０へと出力される。また、電池Ｂの電流ＩＢは、図示しない電流センサによって検出されて充電率検出装置１０へと出力される。

【0028】

開放電圧推定部１２は、電池Ｂの端子電圧ＶＢと電流ＩＢとを受け取り、第１の推定開放電圧ＯＣＶｅを出力する。第１の推定開放電圧ＯＣＶｅは、開放電圧推定部１２が含む電池Ｂの等価回路（以下、「バッテリモデル」とする）に電流ＩＢを与えることで得られる。バッテリモデルの構成例については後述する。充電率検出装置１０は、開放電圧推定部１２を含むことで、電池Ｂの内部抵抗の電圧降下分の誤差を考慮する必要のない開放電圧に基づいて、精度の高い開放電圧充電率ＳＯＣｖの算出が可能である。

【0029】

ＳＯＣｖ算出部１４は、第１の推定開放電圧ＯＣＶｅを受け取り、開放電圧充電率ＳＯＣｖを出力する。開放電圧充電率ＳＯＣｖは本発明の第１の充電率に対応する。ＳＯＣｖ算出部１４は、フィルタ部２４、ＯＣＶ−ＳＯＣ変換部２６を含む。フィルタ部２４は第１の推定開放電圧ＯＣＶｅを受け取り、フィルタ処理を実行する。フィルタ部２４は、電流積算部１６から、電流積算法で得られる電流積算値Ｓａの変化量に対応する電流（補正値Ｓｄ）も受け取る。そして、補正値Ｓｄによって、第１の推定開放電圧ＯＣＶｅの変化量の制限（以下、「レートリミット」ともいう）を実行するフィルタ処理を行い、第１の推定開放電圧ＯＣＶｅより誤差の少ない第２の推定開放電圧ＯＣＶｖを出力する。第１の推定開放電圧ＯＣＶｅおよび第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの波形の例については後述する。なお、本実施形態では第２の推定開放電圧ＯＣＶｖが本発明の「推定される開放電圧」に対応するが、別の実施形態として第１の推定開放電圧ＯＣＶｅを本発明の「推定される開放電圧」としてもよい。

【0030】

ＯＣＶ−ＳＯＣ変換部２６は、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖを受け取り、開放電圧から充電率への変換（以下、「ＯＣＶ−ＳＯＣ変換」とする）を実行して、開放電圧充電率ＳＯＣｖを出力する。開放電圧と充電率との関係は、温度や劣化に依らず一定に保たれることが知られている。そのため、ＯＣＶ−ＳＯＣ変換部２６は、例えば実験等により予め得られた電池Ｂの開放電圧−充電率特性に基づくＯＣＶ−ＳＯＣ変換テーブルを記憶してもよい。開放電圧−充電率特性の例については後に例示する。

【0031】

電流積算部１６は、電池Ｂの電流ＩＢを受け取り、電流積算値Ｓａおよび補正値Ｓｄを出力する。電流積算値Ｓａは、電流積算法で得られる電池Ｂの電流ＩＢの積算値であり、補正値Ｓｄは、電流積算値Ｓａの変化量に対応する電流である。

【0032】

電流積算部１６は、充電電流積算部３３、放電電流積算部３２および充電効率演算部３５を含む。充電電流積算部３３は、電池Ｂの充電電流Ｉ_inを積算して、充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔを生成する。放電電流積算部３２は、電池Ｂの放電電流Ｉ_outを積算して、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔを生成する。充電効率演算部３５は、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔの大きさ（絶対値）を、充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔの大きさで除算して得られる充電効率ηを算出する。

【0033】

また、本実施形態の充電率検出装置１０では、電流積算部１６は分離変換部３１、乗算器および加算器を含む。分離変換部３１は、電池Ｂの電流ＩＢを受け取り、充電電流Ｉ_inと放電電流Ｉ_outとに分離して、後段の回路で効率的な演算が可能なように符号付きの値で出力する。乗算器および加算器は、電流積算値Ｓａおよび補正値Ｓｄを得るための演算で用いられる。電流積算値Ｓａおよび補正値Ｓｄの計算式については後述する。

【0034】

ＳＯＣｉ算出部１８は、電流積算値Ｓａを受け取り、積算開始時の初期値（以下、「初期充電率」とする）を加算して、電流積算充電率ＳＯＣｉを出力する。電流積算充電率ＳＯＣｉは本発明の第２の充電率に対応する。ＳＯＣｉ算出部１８は、記憶部３８を含む。記憶部３８は例えば不揮発性メモリであって、初期充電率が記憶されている。また、記憶部３８は以前にＳＯＣｉ算出部１８が出力した電流積算充電率ＳＯＣｉ（以下、「過去の電流積算充電率ＳＯＣｉ」とする）を記憶してもよい。そして、ＳＯＣｉ算出部１８は、電流積算値Ｓａに基づいて演算で得られる電流積算充電率ＳＯＣｉの精度が低いような場合に、記憶部３８から読み出した過去の電流積算充電率ＳＯＣｉを出力することができる。

【0035】

ＳＯＣ選択部２０は、選択信号Ｓｅｌに応じて開放電圧充電率ＳＯＣｖ、または電流積算充電率ＳＯＣｉを選択して、充電率ＳＯＣとして出力する。選択信号Ｓｅｌは図示しない選択制御部から出力され、選択制御部は、例えば開放電圧充電率ＳＯＣｖと電流積算充電率ＳＯＣｉとを比較して、より精度が高いと思われる方を選択させるように選択信号Ｓｅｌを出力してもよい。また、選択制御部は、車両の動作に連動した選択（例えば、車両が停車しているときには電流積算充電率ＳＯＣｉを出力する等）をするように選択信号Ｓｅｌを出力してもよい。本実施形態では、後述するように、原則として電流積算充電率ＳＯＣｉが充電率ＳＯＣとして選択されるが、充電電流積算部３３、放電電流積算部３２および記憶部３８のデータがリセットされた場合には開放電圧充電率ＳＯＣｖが選択される。充電率検出装置１０は、ＳＯＣ選択部２０を含むことで、開放電圧充電率ＳＯＣｖと電流積算充電率ＳＯＣｉとを状況に応じて選択的に出力でき、最終的に出力される充電率ＳＯＣの精度を保つことが可能になる。

【0036】

電池状態制御部２２は、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖに基づいて、オルタネーターＡｌｔに制御信号を与えることで、電池Ｂがターゲットの開放電圧となるように制御する。充電率検出装置１０は、電池状態制御部２２を含むことで、電池Ｂの開放電圧が一定であるように制御することが可能である。電流積算中に電池Ｂの充電率が大きく変化している場合には充電効率ηの誤差が大きくなる可能性があるところ、電池状態制御部２２が電池Ｂの開放電圧が一定であるように制御すれば、充電効率ηの誤差を小さく抑えることができる。また、充電効率演算部３５は、満充電を基準に充電効率ηを求めるわけではないので、電池Ｂを満充電にする必要性はない。そのため、電池状態制御部２２を備える充電率検出装置１０は、電池Ｂを不完全充電状態で用いるシステムで好適に用いられる。

【0037】

以上、図１を参照しながら充電率検出装置１０の全体構成を説明したが、以下に、開放電圧推定部１２、ＳＯＣｖ算出部１４、電流積算部１６の詳細について説明し、その後、充電率検出装置１０の処理について説明する。

【0038】

（開放電圧推定部）
図２は、電池Ｂの等価回路（バッテリモデル）である。バッテリモデルは、電解液抵抗とオーム抵抗等の直流成分を設定する抵抗Ｒ０と、電荷移動過程における動的な振る舞いを表す反応抵抗として設定する抵抗Ｒ１と、電気二重層として設定するＣ１と、拡散過程における動的な振る舞いを表すものとして設定するＲ２、Ｃ２とにより構成される。ここでは、電荷移動過程で一次の並列回路、拡散過程で二次の並列回路の等価回路モデルで表しているが、次数は必要に応じて設定する。

【0039】

電流ＩＢをバッテリモデルに入力したとき、電池Ｂの端子電圧ＶＢとバッテリモデルの端子電圧推定値ＶＢｍとの差分がなくなるように図示しない適応機構によってバッテリモデルの各パラメータＲ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２を逐次修正することで、現在の電池Ｂの状態に合致したバッテリモデルを得ることができる。

【0040】

開放電圧推定部１２は、推定した各パラメータＲ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２と電流ＩＢから過電圧ＶＲを算出し、端子電圧ＶＢから過電圧ＶＲを減算して開放電圧ＯＣＶを計算する。計算される開放電圧ＯＣＶは、図１の第１の推定開放電圧ＯＣＶｅに対応する。

【0041】

ここで、各パラメータＲ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２を逐次修正する適応機構は、例えばカルマン・フィルタであってもよい。カルマン・フィルタは内部のパラメータを自己修正するのに適したフィルタで、逐次パラメータ推定に用いられる。なお、カルマン・フィルタによるパラメータ推定の詳細については、本出願人の特願２０１１−００７８７４号に説明してある。

【0042】

（ＳＯＣｖ算出部）
ＳＯＣｖ算出部１４は、前記の通り、フィルタ部２４、ＯＣＶ−ＳＯＣ変換部２６を含む。図３（Ａ）、図３（Ｂ）はそれぞれフィルタ部２４を通過する前、通過した後の推定された開放電圧の変化を示す図である。図３（Ａ）は第１の推定開放電圧ＯＣＶｅの時間変化の例を示す。この第１の推定開放電圧ＯＣＶｅに対し、フィルタ部２４でレートリミットを実行するフィルタ処理が行われる。そのため、図３（Ｂ）に示される第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの時間変化は、第１の推定開放電圧ＯＣＶｅに比べて緩やかになっている。この例では、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖはＶｔｇを中心に変動している。ここで、Ｖｔｇは積算開始時に得られた第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値である。積算開始時は、充電電流積算部３３、放電電流積算部３２が積算を開始した時である。後述するように、積算は複数回の車両の動作（例えば、「エンジンをかけて走行を開始してから目的地に着いてエンジンを切るまで」を１回の動作と考えることができる）を通して実行されることが好ましい。このような場合、最初の車両の動作の開始時が積算開始時となる。図３（Ａ）、図３（Ｂ）の例において、Ｖｔｇは時間軸の原点より前に得られたものであってもよい。また、Ｖｔｇは、電池状態制御部２２がターゲットとする開放電圧に等しい値であってもよい。

【0043】

フィルタ部２４は、例えば電流積算部１６から受け取った補正値Ｓｄに基づく分散（電流積算法分散）と、開放電圧推定部１２から受け取った第１の推定開放電圧ＯＣＶｅに基づく分散（開放電圧推定法分散）とを算出して、これらの分散の関係に基づいてレートリミットを行って第２の推定開放電圧ＯＣＶｖを生成してもよい。ここで、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの生成についても、カルマン・フィルタで誤差が最小となるように誤差モデルを修正していく手法が採られてもよい。このとき、フィルタ部２４は、電流積算法に基づく値と開放電圧推定法に基づく値とを用いて推定誤差を補正していく、いわゆるセンサ・フュージョン技術を用いる。なお、前記の通り、カルマン・フィルタによるパラメータ推定の詳細については、本出願人の特願２０１１−００７８７４号に説明してある。

【0044】

図４は電池Ｂの開放電圧−充電率特性を例示する図である。図４の特性では、開放電圧ＯＣＶがＶ０［Ｖ］であるときに充電率ＳＯＣは０［％］である。また、開放電圧ＯＣＶがＶ１［Ｖ］であるときに充電率ＳＯＣは１００［％］である。鉛蓄電池である電池Ｂについて具体例を示すと、例えばＶ０は約１．９［Ｖ］、Ｖ１は約２．１［Ｖ］である。ＯＣＶ−ＳＯＣ変換部２６は、開放電圧と充電率の関係式（例えば、鉛蓄電池では一次の関係式）を記憶し、受け取った第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値に応じた充電率ＳＯＣの値を開放電圧充電率ＳＯＣｖとして出力する。

【0045】

（電流積算部）
ここで、再び図１を参照して、電流積算部１６における演算について説明する。分離変換部３１は、受け取った電池Ｂの電流ＩＢを、充電電流Ｉ_inと放電電流Ｉ_outとに分ける。ここで、充電電流Ｉ_inと放電電流Ｉ_outとは互いに逆の符号を付され、以下では充電電流Ｉ_inが正の値を、放電電流Ｉ_outは負の値をとるものとして説明する。

【0046】

そして、充電電流積算部３３は、積算開始時から充電電流Ｉ_inを積算して充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔを生成する。放電電流積算部３２は、積算開始時から放電電流Ｉ_outを積算して放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔを生成する。

【0047】

充電効率演算部３５は、充電効率ηを算出するが、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔの大きさを、充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔの大きさで除算して得られる。すなわち、
η＝｜∫（Ｉ_out）ｄｔ｜／∫（Ｉ_in）ｄｔ …（式１）
となる。

【0048】

また、電流積算部１６は、電流積算値Ｓａと、電流積算値Ｓａの変化量に対応する電流である補正値Ｓｄとを出力する。ここで、電流積算値Ｓａは以下の式で与えられる。
Ｓａ＝∫（Ｉ_out）ｄｔ＋η×∫（Ｉ_in）ｄｔ …（式２）
そして、補正値Ｓｄは以下の式で与えられる。
Ｓｄ＝Ｉ_out＋η×Ｉ_in …（式３）

【0049】

ここで、電池状態制御部２２によって、電池Ｂの残量が一定であるように制御されているとする。図５は、検出される残量と充電効率ηとの関係を示す図である。充電効率ηが充電効率演算部３５によって更新される場合には、更新時における電池Ｂの経時変化等を反映した充電効率ηが用いられることになる。図５の例では、η変動と示された実線が充電効率演算部３５によって充電効率ηを更新する場合を示しており、電池Ｂの残量がほぼ一定であることを正しく検出している。一方、従来技術のように充電効率ηを固定的に用いて経時変化を考慮しない場合および充電効率η自体を考慮しない場合には、時間の経過とともに電池Ｂの残量の検出値に誤差が生じる（図５のη固定と示された点線）。

【0050】

後述するように、本実施形態では所定の条件を満たしたときに充電効率ηを更新する。更新によって充電効率ηの経時変化に対応でき、充電効率ηを固定的に用いる場合に比べて誤差を小さくできる。

【0051】

（充電率検出装置の処理について）
本実施形態の充電率検出装置１０では、「第２の推定開放電圧ＯＣＶｖが、変動があった後、積算開始時の値から所定の範囲内にあること（以下、条件（ａ）とする）」、「充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔおよび放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔが所定の値よりも大きくなること（以下、条件（ｂ）とする）」、の少なくとも一方が満たされる場合に、充電効率演算部３５が充電効率ηを更新する。ここで、条件（ａ）は充電率が積算開始時の近くまで戻っている、すなわち、放電したまま、あるいは充電したままでないことを意味し、条件（ｂ）は充電効率を計算するときに除算する値と除算される値の絶対値が十分大きく、同じ電圧に戻っていなくてもその除算結果の精度が確保されていることを意味する。換言すれば、更新した充電効率ηを用いて開放電圧充電率ＳＯＣｖ、電流積算充電率ＳＯＣｉを計算しても、十分な精度が得られない場合には、充電率検出装置１０は充電効率ηを更新しない。

【0052】

また、条件（ａ）の「所定の範囲」とは、積算開始前の充電率に十分近い範囲、すなわち積算された充電電流と放電電流を比較することに意味がある範囲のことである。充電率が積算開始前の値から大きくずれている場合に充電電流積算値と放電電流積算値とを比較しても、正確な充電効率ηは求められないためである。図６は電池Ｂの第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの変化を例示するが、Ｖｔｇ（積算開始時に得られた第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値）を中心とする−ΔＶ〜＋ΔＶの範囲が条件（ａ）の「所定の範囲」に対応する。なお、ΔＶはゼロであってもよい。

【0053】

一方、条件（ｂ）の「所定の値」は、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖが積算開始前の値まで戻っていなくても（充電率に多少のずれがあっても）、充電効率ηを求める際に、そのずれが無視できるように設定される値である。つまり、充電電流、放電電流の積算量が十分大きければ、充電率に多少のずれがあっても充電効率ηがほぼ正確な値となることが期待される。条件（ｂ）の「所定の値」は、その程度に充電電流、放電電流の積算量が大きくなるように設定される。

【0054】

ここで、図６を参照して、上記の条件（ａ）、条件（ｂ）と充電効率ηの算出処理との関係について説明する。まず、時刻ｔａが積算開始時であるとし、このときの第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値がＶｔｇであったとする。その後、時刻ｔｂで第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値がＶｔｇ−ΔＶを下回り、時刻ｔｃになってＶｔｇ−ΔＶに戻ったとする。このとき、時刻ｔｂ〜ｔｃの区間Ｚ０では、条件（ａ）が満たされない。ここで、充電電流積算部３３、放電電流積算部３２による積算は、時刻ｔａで開始されたばかりであるため、区間Ｚ０では条件（ｂ）も満たされない。そのため、充電効率ηの算出処理は行われない。

【0055】

その後、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値は、時刻ｔｄでＶｔｇに戻り、さらに時刻ｔｅでＶｔｇ＋ΔＶまで上昇する。時刻ｔｃ〜ｔｅの区間Ｚ１では、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値が、Ｖｔｇ−ΔＶからＶｔｇ＋ΔＶの範囲（条件（ａ）の所定の範囲）に収まっており、条件（ａ）を満たすので充電効率ηの算出処理が行われる。

【0056】

そして、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖの値は、時刻ｔｆになってＶｔｇ＋ΔＶに戻り、時刻ｔｇになってＶｔｇまで戻る。時刻ｔｅ以降を区間Ｚ２とすると、区間Ｚ２においては、少なくとも時刻ｔｅ〜ｔｆの間で条件（ａ）を満たさない。しかし、時刻ｔｅ以降においては、時刻ｔａから充電電流積算部３３、放電電流積算部３２による積算が行われていたことにより、条件（ｂ）が満たされる。そのため、区間Ｚ２では充電効率ηの算出処理が行われる。

【0057】

図７は、車両に搭載された電池Ｂに設けられた充電率検出装置１０の処理を示すフローチャートである。まず、充電率検出装置１０は、車両の動作開始まで待機している（ステップＳ２のＮｏ）。車両が動作開始すると（ステップＳ２のＹｅｓ）、前回の動作から所定の時間が経過したかを判定する（ステップＳ４）。

【0058】

ここで、所定の時間とは、車両が動作しなかった間に電池Ｂの状態が大きく変化したと考えられる期間である。例えば、車両が１週間動作しなかった場合、鉛蓄電池状態が暗電流等の自己放電によって大きく変わっていることがある。このような場合、充電率検出装置１０は、車両が動作しない間の電流ＩＢを受け取ることができないため、保存している充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔ、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔおよび電流積算充電率ＳＯＣｉ等と実際の電池Ｂの状態とが合致しない可能性がある。そのため、前回の動作から所定の時間が経過した場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、充電電流積算部３３、放電電流積算部３２および記憶部３８のデータをリセットする（ステップＳ６）。

【0059】

ステップＳ６の後、または前回の車両の動作から所定の時間が経過していない場合（ステップＳ４のＮｏ）には、充電率検出装置１０は、電池Ｂの端子電圧ＶＢと電流ＩＢとを取得し、第２の推定開放電圧ＯＣＶｖ、充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔ、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔを求める（ステップＳ８）。

【0060】

第２の推定開放電圧ＯＣＶｖについて、積算開始時の推定開放電圧（図６のＶｔｇ）から所定の範囲内であれば（ステップＳ１０のＹｅｓ）、充電効率ηを算出し、選択信号Ｓｅｌに応じて、更新後の開放電圧充電率ＳＯＣｖまたは電流積算充電率ＳＯＣｉを充電率ＳＯＣとして出力する（ステップＳ１６）。

【0061】

第２の推定開放電圧ＯＣＶｖが積算開始時の推定開放電圧から所定の範囲内でなければ（ステップＳ１０のＮｏ）、充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔと放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔの大きさが所定の値より大きいかを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で前記大きさが所定の値より大きい場合には（ステップＳ１２のＹｅｓ）、ステップＳ１６が実行される。ステップＳ１６が実行されることは、前記の条件（ａ）又は条件（ｂ）の少なくとも一方が満たされて充電効率ηが算出されることに対応する。

【0062】

一方、ステップＳ１２で前記大きさが所定の値以下である場合には（ステップＳ１２のＮｏ）、さらに、記憶部３８のデータ（過去の電流積算充電率ＳＯＣｉ）がリセットされているかが判定される（ステップＳ１４）。記憶部３８のデータがリセットされていなければ（ステップＳ１４のＮｏ）、記憶された過去の電流積算充電率ＳＯＣｉを充電率ＳＯＣとして出力する（ステップＳ１８）。電池Ｂの状態が大きく変化したのでなければ、過去に算出した電流積算充電率ＳＯＣｉが電池Ｂの現在の充電率に十分近いと考えられるからである。一方、記憶部３８のデータがリセットされている場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、記憶部３８に出力可能なデータはなく、充電効率ηも算出されていないため、開放電圧充電率ＳＯＣｖを充電率ＳＯＣとして出力する（ステップＳ２０）。

【0063】

ステップＳ１６、Ｓ１８、Ｓ２０が実行された後、車両の動作が停止すれば一連の処理を終了し（ステップＳ２２のＹｅｓ）、車両が動作中であれば（ステップＳ２２のＮｏ）、再びステップＳ８に戻る。

【0064】

ここで、前回の車両の動作から所定の時間が経過した場合（ステップＳ４のＹｅｓ）には、充電電流積算部３３、放電電流積算部３２がリセットされる（ステップＳ６）が、それ以外の場合には充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔ、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔは保存される。つまり、車両の１回の動作では短距離走行しかされないとしても、繰り返される短距離走行について累積的な積算（継続した積算）がされるため、十分に大きな充電電流積算値∫（Ｉ_in）ｄｔ、放電電流積算値∫（Ｉ_out）ｄｔを得ることができる。このことにより、誤差（元の充電率に戻っていない等）の影響（相対的な大きさ）を小さくすることができ、その結果として、算出される充電効率ηの誤差も小さくすることができる。

【0065】

以上のように、本実施形態の充電率検出装置１０および充電率検出方法によれば、交換時等ではなく使用中の電池Ｂについての充電効率ηを演算で求めるため、電力を無駄に使用することや鉛蓄電池の劣化を促進してしまうこともなく、充電効率ηの経時変化にも対応できる。また、満充電状態を基準とする演算は必要ないため、電池Ｂの不完全充電状態での使用も対応可能である。

【0066】

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。従って、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、各手段及び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、複数の手段及びステップを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。

【符号の説明】

【0067】

１０ 充電率検出装置
１２ 開放電圧推定部
１４ ＳＯＣｖ算出部
１６ 電流積算部
１８ ＳＯＣｉ算出部
２０ ＳＯＣ選択部
２２ 電池状態制御部
２４ フィルタ部
２６ ＯＣＶ−ＳＯＣ変換部
３１ 分離変換部
３２ 放電電流積算部
３３ 充電電流積算部
３５ 充電効率演算部
３８ 記憶部
Ａｌｔ オルタネーター
Ｂ 電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】