特許 6985998 電池状態推定装置、電池状態推定方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム

(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】6985998

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】電池状態推定装置、電池状態推定方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/388 20190101AFI20211213BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20211213BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20211213BHJP

   G01R 31/392 20190101ALI20211213BHJP

   G01R 31/3842 20190101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/388

   H02J7/00 Y

   H01M10/48 P

   G01R31/392

   G01R31/3842

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-170750(P2018-170750)

(22)【出願日】2018年9月12日

(65)【公開番号】特開2020-41949(P2020-41949A)

(43)【公開日】2020年3月19日

【審査請求日】2020年6月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118876

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 順生

(74)【代理人】

【識別番号】100206243

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貴士

(72)【発明者】

【氏名】藤田 有美

(72)【発明者】

【氏名】森田 朋和

(72)【発明者】

【氏名】杉山 暢克

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１９−０３５６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６１０１７１４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０２６３９８４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／３６−３１／３９６、

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２、

７／３４−７／３６、

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池の状態を推定する状態推定部と、
前記状態に基づき、充放電期間内において前記電池が充放電した第１電力量を推定する電力量推定部と、
前記第１電力量と、前記充放電期間内において前記電池に入出力された第２電力量と、を比較することにより、前記状態の妥当性を判定する判定部と、
を備える電池状態推定装置。

【請求項2】

前記状態推定部は、
前記充放電期間内の前記電池の電圧及び電流を少なくとも示す第１計測データに基づき、前記状態を示す一つ以上のパラメータを算出し、
前記パラメータのいずれかに基づき、前記第１電力量を推定する
請求項１に記載の電池状態推定装置。

【請求項3】

前記状態推定部が、前記パラメータのいずれかに基づき、前記電池の充電量及び電圧の関係を示す第１グラフを算出し、
前記電力量推定部が、前記第１グラフに基づき、前記第１電力量を算出する
請求項２に記載の電池状態推定装置。

【請求項4】

前記状態推定部が、
前記第１計測データに基づき、前記電池の正極及び負極それぞれの初期充電量及び質量を算出し、
算出された前記電池の正極及び負極それぞれの初期充電量及び質量に基づき、前記電池の充電量及び開回路電圧の関係を示す第２グラフを算出し、
前記第２グラフに基づき、前記第１グラフを算出する
請求項３に記載の電池状態推定装置。

【請求項5】

前記判定部は、交流電流と直流電流とを変換する変換器に入出力された交流電流に関する第２計測データに基づき、前記第２電力量を算出する
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。

【請求項6】

前記判定部が、前記妥当性の判定結果に基づき、前記電池又は前記変換器の不具合を判定する
請求項５に記載の電池状態推定装置。

【請求項7】

電池の状態を推定するステップと、
前記状態に基づき、充放電期間内において前記電池が充放電した第１電力量を推定するステップと、
前記第１電力量と、前記充放電期間内において前記電池に入出力された第２電力量と、を比較することにより、前記状態の妥当性を判定するステップと、
を備える電池状態推定方法。

【請求項8】

電池の状態を推定するステップと、
前記状態に基づき、充放電期間内において前記電池が充放電した第１電力量を推定するステップと、
前記第１電力量と、前記充放電期間内において前記電池に入出力された第２電力量と、を比較することにより、前記状態の妥当性を判定するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項9】

電池の状態を推定する状態推定部と、
前記状態に基づき、充放電期間内において前記電池が充放電した第１電力量を推定する電力量推定部と、
前記第１電力量と、前記充放電期間内において前記電池に入出力された第２電力量と、を比較することにより、前記状態の妥当性を判定する判定部と、
を備える制御回路。

【請求項10】

電池と、
前記電池の状態を推定する電池状態推定装置と、
直流電流と交流電流との変換を行う変換器と、
前記変換器に入出力された交流電流を計測する交流電流計測装置と、
を備え、
前記電池状態推定装置が、
前記電池の状態を推定する状態推定部と、
前記状態に基づき、充放電期間内において前記電池が充放電した第１電力量を推定する電力量推定部と、
前記第１電力量と、前記充放電期間内において前記変換器に入出力された交流電流の第２電力量と、を比較することにより、前記状態の妥当性を判定する判定部と、
を備える蓄電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電池状態推定装置、電池状態推定方法、プログラム、制御回路及び蓄電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池が、スマートフォン等の電子機器に幅広く使用されている。しかし、これらの二次電池は急速に劣化し、電池パックの膨張、発煙、発火等を引き起こすことが知られている。これらの問題を回避するためには、二次電池の状態を推定し、推定された状態に応じた制御を行うことが不可欠である。しかし、推定時の環境等により、推定結果に誤差が生じることもあり得る。そのため、当該推定結果に基づく制御を行う前に、妥当性を確認する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−１６６８７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

推定結果に誤差が生じたかどうかを認識するために、推定結果の妥当性を判定する装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態である電池状態推定装置は、状態推定部と、電力量推定部と、判定部と、を備える。状態推定部は、電池の状態を推定する。電力量推定部は、前記状態に基づき、充放電期間内において前記電池が充放電した第１電力量を推定する。前記判定部は、前記第１電力量と、前記充放電期間内において前記電池に入出力された第２電力量と、を比較することにより、前記状態の妥当性を判定する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一実施形態に係る電池状態推定装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。

【図2】電池状態推定装置の処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図3】内部状態パラメータの算出処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図4】電池特性算出処理の流れの一例を示すフローチャート。

【図5】充電量と開回路電圧との関係の一例を示すグラフ（充電量−ＯＣＶ曲線）。

【図6】充電電力量の算出について説明する図。

【図7】本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。

【0008】

（本発明の一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電池状態推定装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。本蓄電システムは、蓄電池１と、電池状態推定装置２と、変換器３と、交流電流計測装置４と、を備える。電池状態推定装置２は、充電制御部２１と、計測部２２と、状態推定部２３と、電力量推定部２４と、判定部２５と、出力部２６と、記憶部２７と、を備える。

【0009】

蓄電池１は、電池状態推定装置２により、状態が推定される二次電池である。蓄電池１は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池、当該非水電解質二次電池による組電池等が想定される。しかし、蓄電池１がこれらに限定されるわけではなく、充電が可能な電池であればよい。なお、以降の説明において、特に断りがなければ、「蓄電池」という用語には、組電池、電池モジュール、単位電池が含まれるものとする。

【0010】

蓄電池１は、例えば、携帯電話、ノートパソコン、電気自転車、電気とガソリンの両方を使用するハイブリット自動車、ドローンといった機器等に搭載された蓄電池でもよい。また、例えば、個人住宅、ビルディング、工場等の建物ごとに設置される定置用蓄電池でもよい。発電システムと連携した蓄電池、又は系統連系した蓄電池でもよい。

【0011】

電池状態推定装置２は、蓄電池１の状態を推定する装置である。推定される状態は、蓄電池１の外部に設けられたセンサなどからは容易に検出することができないものを想定する。例えば、蓄電池１の内部にある極端子の質量、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）を推定することが考えられる。推定された値をそのまま、蓄電池１の状態としてもよいし、推定された値に基づき、蓄電池１の状態を推定してもよい。例えば、蓄電池１の正極の端子の質量が所定範囲内に含まれているときは「正常」と推定し、所定範囲から外れているときは「異常」と推定してもよい。

【0012】

なお、本実施形態では、蓄電池１と電池状態推定装置２とを分離して記載したが、制御回路等にて実現された電池状態推定装置２を蓄電池１に備え付けることにより、電池状態推定装置２を備えた一つの蓄電池１（蓄電装置）にしてもよい。

【0013】

変換器３は、交流電流（ＡＣ）と直流電流（ＤＣ）とを変換する。図１の矢印は、交流電流計測装置４からの交流電流が直流電流に変換されて、蓄電池１に流れることを示している。こうして、変換器３からの直流電流により蓄電池１が充電される。なお、蓄電池１から放電された直流電流が変換器３により交流電流に変換されてもよい。

【0014】

例えば、定置用蓄電池を備えた蓄電システムでは、ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ）が、変換器３に該当する。また、蓄電池１がラップトップＰＣに内蔵されている場合は、ＡＣアダプタが変換器３に該当する。

【0015】

交流電流計測装置４は、変換器３に入出力された交流電流に関する計測を行う装置である。当該計測は、一定期間内の交流電流の電力量を想定するが、交流電流の電力の時系列データでもよいし、交流電流及び電圧の時系列データであってもよい。当該交流電流に関する計測データ（第２計測データ）は、電池状態推定装置２に送られる。交流電流計測装置４は、例えば、ＡＣ電源とＰＣＳとの間に設置されることが想定される。交流電流計測装置４は、一般に用いられている計測装置でよい。なお、「入出力」は、入力及び出力のいずれか一方を意味してもよいし、両方を意味してもよい。

【0016】

このような蓄電システムにおいて、本実施形態の電池状態推定装置２は、推定された状態の妥当性を判定する。電池の状態を推定する方法は、いくつか知られているが、推定時の環境等により、推定結果に誤差が生じることがあり得る。例えば、電池の内部状態等を推定することが可能な充電曲線解析（ＣＣＡ）が知られている。しかし、充電曲線解析では、充電レート、温度、充電開始時のＳＯＣ等が特定範囲から外れている場合、推定結果に誤差が生じる恐れがある。しかし、推定精度を向上させるために、あらゆる電池状態、あらゆる充電データに対して、検証を事前に行うことは非現実的である。また、電池、ＰＣＳ等を備えた定置用蓄電システムでは、ＰＣＳ等の不具合による予期されない電流変動が、推定結果に誤差を生じさせる恐れがある。当該誤差により、電池の残容量を間違えて見積もると、定置用蓄電システムの利便性を損なう可能性がある。

【0017】

上記のような理由により、本実施形態の電池状態推定装置２は、状態推定の妥当性を判定して、精度の低い推定により不具合が生じるのを防ぐ。なお、本実施形態では、充電曲線解析を用いて状態を推定する場合を説明する。

【0018】

充電曲線解析では、電池の充電又は放電時の計測データに基づき、当該電池の内部状態等を推定することができる。そのため、蓄電池１を使用している機器にプログラムをインストールすることにより、当該機器を電池状態推定装置２とした場合、電池状態推定装置２は、使用中の蓄電池１の計測データに基づき、使用中の蓄電池１の状態を推定することができる。蓄電池１を使用する前に検査を行い、蓄電池１の状態を検出しても、蓄電池１の状態は使用されると変化してしまう。そのため、使用前の検査により検出された状態に基づき制御を行うことにより、不具合が生じる恐れがある。そのため、使用中の蓄電池１の状態を推定することが好ましい。

【0019】

なお、説明の便宜上、蓄電池１が充電される場合について説明するが、充電曲線解析では放電でも状態推定が可能である。そのため、特に断りがない限り、「充電」は、「放電」又は「充放電」と読み替えられてもよい。「充放電」は、充電及び放電のいずれか一方を意味してもよいし、両方を意味してもよい。

【0020】

なお、状態推定の手法が充電曲線解析に限られるわけではない。充電曲線解析以外の手法を用いて、状態推定が行われてもよい。試験的電流を流して電池容量の測定を行う充放電試験、主に内部抵抗値の測定を行う電流休止法、交流インピーダンス測定等の電気化学的測定等を用いてもよい。また、これらを組み合わせてもよい。

【0021】

電池状態推定装置２の処理の流れについて説明する。図２は、電池状態推定装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、電池の状態推定と、妥当性の判定と、を一連の処理にて行うことを想定する。

【0022】

なお、本フローチャートは一例であり、必要とされる処理結果を得ることができれば処理の順序等は限られるものではない。また、各処理結果は、記憶部２７に逐次記憶されて、各構成要素は当該記憶部２７を参照して処理結果を取得してもよい。以降のフローチャートも同様である。

【0023】

充電制御部２１は、蓄電池１に対して充電を指示する（Ｓ１０１）。これを受けて、変換器３からの直流電流により、蓄電池１が充電される。計測部２２は、蓄電池１の充電が実行された期間（充電期間）内の蓄電池１の電圧及び電流を少なくとも示す計測データ（第１計測データ）を生成する（Ｓ１０２）。

【0024】

状態推定部２３は、当該計測データから、蓄電池１の状態を示す一つ以上のパラメータを算出する（Ｓ１０３）。当該パラメータには、内部状態パラメータと、電池特性と、が含まれる。内部状態パラメータと、電池特性については後述する。状態推定部２３は、電池状態推定装置２の推定結果として、当該パラメータのいずれか一つ又は複数を選択する。全てのパラメータが選択されて、全てのパラメータが電池状態推定装置２の推定結果とされてもよい。また、状態推定部２３は、選択されたパラメータに基づき、蓄電池１を「正常」、「異常」などと推定してもよい。そして、電力量推定部２４は、推定されたパラメータのいずれかに基づき、充電された電力量（充電電力量）を推定する（Ｓ１０４）。なお、電池状態推定装置２の推定結果として選択されたパラメータが、充電電力量の推定に用いられるとは限らない。

【0025】

一方、交流電流計測装置４は、変換器３に入出力された交流電流を計測する（Ｓ１０５）。なお、交流電流計測装置４は、常に計測を行ってもよい。あるいは、充電制御部２１、変換器３等から、充電の実行開始及び終了の連絡を受けて、充電期間のみ計測を行ってもよい。交流電流に関する計測データは判定部２５に送られ、判定部が当該計測データから、蓄電池１に入力された電力量（入力電力量）を算出する（Ｓ１０６）。

【0026】

判定部２５は、同一期間における、充電電力量及び入力電力量を比較する（Ｓ１０７）。当該比較に基づき、妥当性が判定される。充電電力量と入力電力量との差分が閾値未満である場合（Ｓ１０８のＹＥＳ）は、判定部２５が推定結果を「妥当」と判定する（Ｓ１０９）。一方、当該差分が閾値以上である場合（Ｓ１０８のＮＯ）は、比較回数が上限値を超えたかどうかが確認され、上限値を超えていた場合（Ｓ１１０のＹＥＳ）は、判定部２５は推定結果を「不当」と判定する（Ｓ１１１）。なお、比較回数が上限値を超えていない場合（Ｓ１１０のＹＥＳ）は、本フローチャートでは、推定をやり直すようにしている。ゆえに、フローが、推定を再実行するために、充電制御部２１が充電を指示する処理（Ｓ１０１）に戻る。判定が行われた後（Ｓ１０９とＳ１１１の後）は、出力部２６が、電池状態推定装置としての推定結果と、妥当性の判定結果と、を出力する（Ｓ１１２）。

【0027】

なお、当該差分が閾値以上である場合は、比較回数が上限値を超えているかどうかに関わらず、「不当」と判定してもよい。また、比較回数が上限値を超えていた場合は、判定部２５は不具合が生じたと判定し、出力部２６が蓄電システムの検査を要請するメッセージを出力してもよい。

【0028】

次に、電池状態推定装置２が備える構成要素と、その処理の詳細について説明する。

【0029】

充電制御部２１は、蓄電池１の充電を制御する。例えば、変換器３に対して電流の変換を指示し、これにより充電が実行されてもよい。蓄電池１の充電は、例えば、定電流定電圧充電等の一般的な方法で行わればよい。

【0030】

また、充電制御部２１は、充電を再実行することを判定した判定部２５から指示された場合は、充電が実行されるように制御してもよい。

【0031】

計測部２２は、充電中の蓄電池１対する計測を行い、充電中の蓄電池１に関する情報を示す計測データを生成する。当該情報として、少なくとも充電期間内の電圧及び電流が計測データに含まれるとする。より詳細には、蓄電池１に含まれる単位電池の正極端子と負極端子との間の電圧と、当該単位電池に流れる電流とが、計測データに含まれるとする。なお、その他にも、蓄電池１及びその周辺の温度等が計測データに含まれていてもよい。

【0032】

状態推定部２３は、計測データに基づき、蓄電池１の状態を推定する。ここでは、状態推定部２３は、充電曲線解析を用いて、各単位電池の状態を示す内部状態パラメータ及び電池特性（セル特性）を算出する。内部状態パラメータは計測データに基づき推定される。電池特性は、推定された内部状態パラメータに基づき推定される。

【0033】

また、状態推定部２３は、内部状態パラメータ又は電池特性として算出された複数のパラメータから一つ又は複数を選択し、選択されたパラメータに基づき、電池状態推定装置２の推定結果を決定する。

【0034】

内部状態パラメータは、単位電池の内部の状態を示すものである。内部状態パラメータには、正極容量（正極の質量）、負極容量（負極の質量）、ＳＯＣずれ、及び内部抵抗が含まれることを想定する。ＳＯＣずれは、正極の初期充電量と、負極の初期充電量との差を意味する。初期充電量は、充電開始時の充電量を意味する。

【0035】

電池特性は、内部状態パラメータから算出することができるものであり、蓄電池１の電圧等の特性を示す。電池特性には、電池容量、開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）、ＯＣＶ曲線等が含まれる。また、内部抵抗は電池特性にも含められる。ＯＣＶ曲線は、蓄電池１に関する何らかの指標と開回路電圧との関係を示すグラフ（関数）を意味する。

【0036】

蓄電池１の状態を、内部状態パラメータ及び電池特性のいずれを用いて推定するかは、適宜に定めてよい。しかし、当該推定の妥当性を判定するために、蓄電池１の充電量及び開回路電圧の関係を示す充電量−ＯＣＶ曲線（第２グラフ）が用いられる。充電量−ＯＣＶ曲線は電池特性に含まれるため、状態推定部２３は、状態推定に用いられるパラメータに関わらず、内部状態パラメータ及び電池特性の両方を算出する。

【0037】

充電曲線解析に必要な式、パラメータの初期値等は、記憶部２７が予め記憶しているものとする。例えば、単位電池の正極又は負極の充電量と、電位との関係を示す関数等が記憶部２７に記憶されている。

【0038】

状態推定部２３は、計測データに基づき、内部状態パラメータである、単位電池の正極又は負極を構成する活物質の量、初期充電量、単位電池の内部抵抗をそれぞれ算出する。当該算出には、活物質量及び内部抵抗に基づき蓄電池１の電圧を算出する関数を利用する。まず、当該関数を用いて、計測データに基づき、蓄電池１の電圧が算出される。そして、算出された蓄電池１の電圧と、計測データ内の電圧との差を少なくする活物質量及び内部抵抗が回帰計算により求められる。なお、正極が複数の活物質から構成されてもよいが、本実施形態では正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を例にとって説明する。

【0039】

正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を充電する場合、時刻ｔにおける電圧（端子電圧）Ｖｔは、次式で表すことができる。

【数1】

Ｉ_ｔは時刻ｔにおける電流値、ｑ_ｔは時刻ｔにおける二次電池の充電量を表す。ｆ_ｃは正極の充電量と電位との関係を示す関数、ｆ_ａは負極の充電量と電位との関係を示す関数を表す。ｑ_ｏ^ｃは正極の初期充電量、Ｍ_ｃは正極の質量を表す。ｑ_ｏ^ａは負極の初期充電量、Ｍ_ａは負極の質量を表す。Ｒは内部抵抗である。

【0040】

電流値Ｉ_ｔは、計測データに示されている。充電量ｑ_ｔは、電流値Ｉ_ｔを時間積分することにより算出される。関数ｆ_ｃ及び関数ｆ_ａは、記憶部２７に予め記録されているものとする。

【0041】

その他の正極の初期充電量ｑ_ｏ^ｃ、正極の質量Ｍ_ｃ、負極の初期充電量ｑ_ｏ^ａ、負極の質量Ｍ_ａ、及び内部抵抗Ｒの五つの値（パラメータセット）は、回帰計算によって推定される。なお、各極の活物質量は、各極の質量の所定の割合とみなして、算出されてもよい。

【0042】

図３は、内部状態パラメータの算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。状態推定部２３は、初期化を行い、前述のパラメータセットに初期値を設定し、回帰計算の繰り返し回数を０に設定する（Ｓ２０１）。初期値は、例えば、前回の処理が行われた際に算出された値でもよいし、想定され得る値を用いてもよい。

【0043】

状態推定部２３は、次式で表される残差Ｅを計算する（Ｓ２０２）。

【数2】

Ｖ_{ｂａｔ＿ｔ}は計測データに示された時刻ｔにおける端子電圧、ｔ_ｅｎｄは充電終了時刻を表す。

【0044】

状態推定部２３は、パラメータセットの更新ステップ幅を計算する（Ｓ２０３）。パラメータセットの更新ステップ幅は、例えば、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−ｍａｒｑｕａｒｄｔ法等を用いて算出することができる。

【0045】

状態推定部２３は、更新ステップ幅の大きさが、予め定められた大きさ未満であるかどうかを判定する（Ｓ２０４）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であった場合（Ｓ２０４のＮＯ）は、状態推定部２３は、計算が収束したと判定し、パラメータセットを出力する（Ｓ２０７）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた閾値以上であった場合（Ｓ２０４のＹＥＳ）は、回帰計算の繰り返し回数が、予め定められた値を超えているかを確認する（Ｓ２０５）。

【0046】

回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えている場合（Ｓ２０５のＹＥＳ）は、パラメータセットを出力する（Ｓ２０７）。回帰計算の繰り返し回数が予め定められた回数以下であった場合（Ｓ２０５のＮＯ）は、パラメータセットにＳ２０３で算出した更新ステップ幅を加算し、回帰計算の繰り返し回数を一つ加算する（Ｓ２０６）。そして、再度、残差の計算に戻る（Ｓ２０２）。このようにして、計測データに基づき、パラメータセットが算出される。

【0047】

状態推定部２３は、さらに内部状態パラメータから電池特性を算出する。内部状態パラメータであるパラメータセット（正極の初期充電量ｑ_ｏ^ｃ、正極の質量Ｍ_ｃ、負極の初期充電量ｑ_ｏ^ａ、負極の質量Ｍ_ａ）に基づき、蓄電池１の充電量、開回路電圧、充電量−ＯＣＶ曲線などを算出する方法について説明する。

【0048】

図４は、電池特性算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、内部状態パラメータが算出された後に開始される。このフローチャートでは、充電量ｑ_ｎを一定の値△ｑ_ｎにて増減し、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になる充電量ｑ_ｎ０を発見した上で、ｑ_ｎ０を初期値として、開回路電圧が上限値を超えるまで、△ｑ_ｎごとにｑ_ｎを増加させていき、増加の度に、そのときの充電量と開回路電圧を記録する。これにより、開回路電圧が下限値から上限値までの範囲における充電量と開回路電圧との関係を算出することができる。

【0049】

状態推定部２３は、充電量ｑ_ｎの初期値を設定する（Ｓ３０１）。ｑ_ｎの初期値は、０又は０よりも蓄電池１の公称容量の数％程度小さい値にすればよい。具体的には、蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば−５０ｍＡｈから０ｍＡｈ程度の範囲に設定すればよい。

【0050】

状態推定部２３は、開回路電圧を算出する（Ｓ３０２）。開回路電圧の算出には、次式を用いることができる。

【数3】

【0051】

次に、状態推定部２３は、算出された開回路電圧を、予め定められた下限電圧と比較する（Ｓ３０３）。下限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質との組み合わせにより定まる値である。具体的には、正極活物質、負極活物質それぞれについて、安全性、寿命、抵抗等の観点から各観点それぞれの適切な使用範囲の電圧を定め、それらの組み合わせにより、蓄電池１としての使用範囲の下限及び上限電圧を決定する。

【0052】

開回路電圧が予め定められた下限電圧未満でない場合（Ｓ３０３のＮＯ）は、充電量ｑ_ｎからΔｑ_ｎを減算し（Ｓ３０４）、再度、開回路電圧を算出する（Ｓ３０２）。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満である場合（Ｓ３０３のＹＥＳ）は、状態推定部２３は、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算する（Ｓ３０５）。これらにより、充電量ｑ_ｎは下限値に近づく。Δｑ_ｎは任意の値に設定可能である。例えば、蓄電池１の公称容量の１／１０００から１／１００程度にすることが考えられる。具体的には蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば１ｍＡｈから１０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが考えられる。

【0053】

状態推定部２３は、加算された充電量ｑ_ｎ＋Δｑ_ｎを用いて、開回路電圧を算出する（Ｓ３０６）。そして、状態推定部２３は、算出された開回路電圧を、前述の下限電圧と比較する（Ｓ３０７）。開回路電圧が下限電圧未満であった場合（Ｓ３０７のＮＯ）は、Ｓ３０５に戻り、再度、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算する（Ｓ３０５）。開回路電圧が下限電圧以上であった場合（Ｓ３０７のＹＥＳ）は、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になったため、このときの充電量ｑ_ｎをｑ_ｎ０とし、充電量ｑ_ｎ０と開回路電圧Ｅｎを合わせて記録する（Ｓ３０８）。なお、この充電量ｑ_ｎ０の値を基準値として０と表してもよい。その場合は、以降の記録の際に、充電量ｑ_ｎの値からｑ_ｎ０の値を引いた値を記録する。

【0054】

状態推定部２３は、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算し（Ｓ３０９）、開回路電圧を算出し（Ｓ３１０）、充電量ｑ_ｎからｑ_ｎ０を引いた値と、算出された開回路電圧Ｅｎを記録する（Ｓ３１１）。

【0055】

状態推定部２３は、算出された開回路電圧と予め定められた蓄電池１の上限電圧とを比較する（Ｓ３１２）。蓄電池１の上限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質の組み合わせによって定まる値である。開回路電圧が予め定められた上限電圧未満であった場合（Ｓ３１２のＮＯ）は、再度、充電量ｑ_ｎにΔｑ_ｎを加算する処理に戻る（Ｓ３０９）。開回路電圧が予め定められた上限電圧以上となった場合（Ｓ３１２のＹＥＳ）は、処理を終了する。以上が、電池特性算出の処理の流れを示すフローチャートである。

【0056】

上記により、充電量ｑ_ｎ０から満充電までの充電量−ＯＣＶ曲線が算出される。図５は、充電量と開回路電圧との関係の一例を示すグラフ（充電量−ＯＣＶ曲線）である。このグラフは、上記のフローのＳ３１１の処理において記録された充電量（ｑ_ｎからｑ_ｎ０を引いた値）と開回路電圧とをプロットしたものである。

【0057】

なお、上記では、二次電池の正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる場合について説明したが、二次電池の正極、負極のいずれか又はいずれもが複数の活物質からなる二次電池に対しても同様に適用することが可能である。

【0058】

なお、内部抵抗は、内部状態パラメータとして算出された推定値を用いることができるが、内部抵抗は温度等により変化する。ゆえに、状態推定部２３は、内部抵抗を補正してもよい。また、状態推定部２３は、補正した推定値を用いて、一度算出した電池特性を算出し直してもよい。

【0059】

内部抵抗の補正は、特開２０１７−１６６８７４号公報等に示される公知の手法を用いればよい。例えば、内部抵抗を、反応抵抗Ｒｃｔ、拡散抵抗Ｒｄ、及びオーミック抵抗Ｒｏｈｍの三つの成分に分け、それぞれ固有の温度依存性に従って補正した後で、合算することにより、温度に対応する内部抵抗を算出することができる。

【0060】

このように、状態推定部２３は、内部状態パラメータ、電池特性といった電池の状態を示す一つ以上のパラメータを算出することにより、蓄電池１の状態を推定する。また、算出されたパラメータの一部又は全部を選択して、電池状態推定装置２の推定結果として用いる。

【0061】

電力量推定部２４は、状態推定部により推定された状態に基づき、充電電力量を推定する。具体的には、推定された充電量−ＯＣＶ曲線などに基づき、充電電力量が推定される。図６は、充電電力量の算出について説明する図である。点線は、図５で示された充電量−ＯＣＶ曲線である。

【0062】

電力量推定部２４は、充電量−ＯＣＶ曲線を変換し、蓄電池１の充電量及び電圧の関係を示す充電量−電圧曲線（第１グラフ）を生成する。蓄電池１の電圧は、内部抵抗Ｒと、充電量ｑ_ｎのときの電流値Ｉ_ｎとの積算を、開回路電圧Ｅ_ｎに加算することにより変換される。充電量−電圧曲線をｑ_ｎの関数Ｖ_ｎ（ｑ_ｎ）と表すと、充電量−電圧曲線は次式で表される。

【数4】

電流値Ｉ_ｎは、計測データに示された時刻ｔにおける電流値Ｉ_ｔと、内部状態パラメータの算出の際に算出された充電量ｑ_ｔと、の対応関係から算出することができる。内部抵抗Ｒは、状態推定部２３により推定された値を用いてもよい。これにより、点線の充電量−ＯＣＶ曲線から、実線の充電量−電圧曲線に変換される。

【0063】

電力量推定部２４は、充電開始時の蓄電池１の充電量ｑ_{ｓｔａｒｔ}と、充電終了時の蓄電池１の充電量である充電量ｑ_ｅｎｄと、を算出する。算出済みのパラメータセットと、計測データに示された充電開始時の電圧及び電流と、を式（１）に代入することにより算出された充電量から、充電量ｑ_ｎ０を引くことにより充電量ｑ_{ｓｔａｒｔ}は算出できる。また、充電量ｑ_ｅｎｄは、計測データに含まれる充電期間内の電流の総和を、充電量ｑ_{ｓｔａｒｔ}に加算することにより、算出することができる。

【0064】

充電電力量は、図６に示すように、充電量−ＯＣＶ曲線の充電量ｑｓｔａｒｔから充電量ｑｅｎｄまでの部分と、横軸とに挟まれた範囲となる。したがって、充電電力量は次式で算出される。

【数5】

【0065】

判定部２５は、電力量推定部２４により推定された充電電力量と、充電電力量と同一の充電期間内のＡＣ電力量と、に基づき、状態推定部により推定された状態の妥当性を判定する。より具体的には、判定部２５は、充電電力量と、ＡＣ電力量より算出された入力電力量と、を比較することにより、推定された状態の妥当性を判定する。

【0066】

入力電力量は、蓄電池１に入力されて、充電に用いられたと想定される電力量である。なお、充電だけが行われた場合は、入力電力量は、蓄電池１に入力された電力量だけを意味する。また、充電及び放電の両方が行われた場合は、入力電力量は、蓄電池１に入力された電力量と、出力された電力量（負の入力電力量）との合計を意味する。放電だけが行われた場合は、ＡＣ電力量及び入力電力量は、負の値となる。

【0067】

判定部２５は、交流電流計測装置４から、計測された交流電流に関する計測データを取得する。当該計測データに、充電期間におけるＡＣ電力量が示されている場合は、判定部２５は、当該計測データに示されたＡＣ電力量を、そのまま用いればよい。当該計測データに、充電期間内の交流電流の電力の時系列データが示されている場合は、判定部２５は、当該時系列データに示された電力を足し合わせて、ＡＣ電力量を算出する。当該計測データに、充電期間内の交流電流及び電力の時系列データが示されている場合も同様である。

【0068】

判定部２５は、ＡＣ電力量から、入力電力量を算出する。変換器３の変換効率により、入力電力量はＡＣ電力量と同一にはならない。また、変換器３により変換された直流電流が全て蓄電池１の充電に用いられない場合もあり、変換された直流電流が蓄電池１の充電に用いられる比率（使用比率）を考慮する必要がある。ゆえに、入力電力量は、変換効率と使用比率とを用いて、次式のように求める。

【数6】

【0069】

判定部２５は、電力量推定部２４から推定された充電電力量を取得する。そして、充電電力量と入力電力量とを比較し、比較結果に基づき、妥当性を判定する。例えば、充電電力量が入力電力量よりも大きい、入力電力量から充電電力量を引いた差分が閾値より大きい、入力電力量に対する充電電力量の割合が閾値より小さいなどといった条件を満たす場合において、妥当ではないと判定される。妥当性を判定するための条件は、適宜に定めてよい。

【0070】

また、判定部２５は、充電の再実行を判定し、充電制御部２１に指示してもよい。例えば、妥当と判定できない場合に、充電を再実行すると判定し、充電制御部２１に指示してもよい。再実行の判定の基準も、適宜に定めてよい。

【0071】

また、判定部２５は、充電の再実行回数が上限値を超えたときに、不具合が発生したと判定してもよい。さらに、判定部２５は、不具合の発生先を判定してもよい。例えば、充電期間の長さに応じた、正常な充電電力量の範囲を予め定めておき、これまでに算出された充電電力量が全て当該範囲内である場合は、蓄電池１以外の構成要素、例えば変換器に不具合が生じたと判定してもよい。また、当該範囲内に含まれない充電電力量の割合が上限値を超えた場合に、蓄電池１に不具合が生じたと判定してもよい。

【0072】

出力部２６は、電池状態推定装置としての推定結果と、当該推定結果の妥当性の判定結果と、を出力する。また、他の各構成要素の処理結果を出力してもよい。例えば、充電電力量、入力電力量、推定された状態、充電期間といった情報を各構成要素から取得して出力してもよい。

【0073】

出力部２６の出力方法は、特に限られるものではない。ファイルでも、メールでも、画像でも、音でも、光でもよい。例えば、出力部２６を介して、電池状態推定装置２がディスプレイ、スピーカ等と接続され、他の装置に各構成要素の処理結果が出力されてもよい。出力方法及び内容は、予め定めておけばよい。

【0074】

記憶部２７は、電池状態推定装置２の処理に用いられるデータを記憶する。例えば、内部状態パラメータ、電池特性などの算出に必要な関係式等のデータが記憶されていてもよい。また、処理結果等が記録されてもよい。

【0075】

以上のように、本実施形態によれば、蓄電池１の状態が推定されるときに、当該推定の妥当性が判定される。これにより、推定の妥当性を認識することができる。また、当該判定に基づいて推定の再実行等を行うことにより、推定の精度を上げることができる。また、推定の再実行回数などの判定基準を用いて検査の要請等を行うことも可能になり、システムの保全性を担保することができる。

【0076】

また、本実施形態によれば、電池状態推定装置２の状態推定結果を算出するために用いられたパラメータ、又は当該パラメータとともに導出されたパラメータに基づき、妥当性判定に用いられる充電電力量が推定される。そのため、推定された状態と充電電力量が関連性を有し、状態推定とは無関係に算出された値に基づいて妥当性を判定するときよりも、判定の信用性が向上する。

【0077】

なお、前述の通り、充電曲線解析を用いる場合は、上記説明において、「充電」は、「放電」又は「充放電」と読み替えられてもよい。例えば、充電制御部は、充電又は放電を制御し、充電又は放電を指示する充放電制御部と読み替えられてもよい。充電が実行される充電期間は、充放電が実行される充放電期間であってもよい。また、充電期間内の充電電力量は、充放電期間内において蓄電池１が充放電した電力量（第１電力量）と読み替えられてもよい。また、充電期間内の入力電力量は、放電期間内において蓄電池１に入出力された電力量（第２電力量）と読み替えられてもよい。その他についても、同様である。

【0078】

なお、上記で説明したシステム構成は一例であり、上記の構成に限られるものではない。例えば、通信又は電気信号により、必要なデータの送受信ができるようにして、電池状態推定装置２の一部の構成要素を外部装置として、電池状態推定装置２と分離してもよい。例えば、上記では、電池状態推定装置２が、状態推定と妥当性判定の両方を実行するが、状態推定を行う装置と、妥当性を判定する装置と、が別々の装置であってもよい。

【0079】

また、上記に説明した実施形態における各処理は、専用の回路により実現してもよいし、ソフトウェア（プログラム）を用いて実現してもよい。ソフトウェア（プログラム）を用いる場合は、上記に説明した実施形態は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載された中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサにプログラムを実行させることにより、実現することが可能である。

【0080】

図７は、本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。電池状態推定装置２は、プロセッサ５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、ネットワークインタフェース５４、デバイスインタフェース５５を備え、これらがバス５６を介して接続されたコンピュータ装置５として実現できる。

【0081】

プロセッサ５１が、補助記憶装置５３からプログラムを読み出して、主記憶装置５２に展開して、実行することで、電池状態推定装置２の各構成要素の各機能を実現することができる。

【0082】

プロセッサ５１は、コンピュータの制御装置及び演算装置を含む電子回路である。プロセッサ５１は、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、及びこれらの組合せを用いることができる。

【0083】

本実施形態における電池状態推定装置２は、各装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置５に予めインストールすることで実現してもよい。あるいは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたプログラム、又はネットワークを介して配布されたプログラムをコンピュータ装置５に適宜インストールすることにより、実現されてもよい。

【0084】

主記憶装置５２は、プロセッサ５１が実行する命令、及び各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置５３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等がある。記憶部２７は、主記憶装置５２で実現されてもよいし、補助記憶装置５３で実現されてもよい。

【0085】

ネットワークインタフェース５４は、無線又は有線により、通信ネットワーク６に接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース５４より、通信ネットワーク６を介して、コンピュータ装置５と外部装置７Ａとを接続することができる。

【0086】

デバイスインタフェース５５は、外部装置７Ｂと直接接続するＵＳＢ等のインタフェースである。つまり、コンピュータ装置５と外部装置７との接続は、ネットワークを介してでもよいし、直接でもよい。外部装置７（７Ａ及び７Ｂ）は、電池状態推定装置２の外部の装置、電池状態推定装置２の内部の装置、外部記憶媒体、及びストレージ装置のいずれでもよい。なお、記憶部２７が外部装置であってもよい。

【0087】

なお、外部装置７は入力装置でも出力装置でもよい。入力装置は、キーボード、マウス、タッチパネル等のデバイスを備え、これらのデバイスにより入力された情報をコンピュータ装置５に与える。入力装置からの信号はプロセッサ５１に出力される。

【0088】

コンピュータ装置５は、プロセッサ５１等を実装している半導体集積回路等の専用のハードウェアにて構成されてもよい。専用のハードウェアは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置との組み合わせで構成されてもよい。コンピュータ装置５は蓄電池１の内部に組み込まれていてもよい。

【0089】

上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実行されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0090】

１ 蓄電池
２ 電池状態推定装置
２１ 充電制御部
２２ 計測部
２３ 状態推定部
２４ 電力量推定部
２５ 判定部
２６ 出力部
２７ 記憶部
３ 変換器
４ 交流電流計測装置
５ コンピュータ装置
５１ プロセッサ
５２ 主記憶装置
５３ 補助記憶装置
５４ ネットワークインタフェース
５５ デバイスインタフェース
５６ バス
６ 通信ネットワーク
７（７Ａ、７Ｂ） 外部装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】