(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】
(24)【登録日】2024-05-08
(45)【発行日】2024-05-16
(54)【発明の名称】電池状態推定装置、電池状態推定方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20240509BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
H01M10/48 P
H01M10/48 301
H02J7/00 X
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020136259
(22)【出願日】2020-08-12
(65)【公開番号】P2022032458
(43)【公開日】2022-02-25
【審査請求日】2023-02-27
(73)【特許権者】
【識別番号】399048917
【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】山添 孝徳
(72)【発明者】
【氏名】岩安 紀雄
(72)【発明者】
【氏名】小森 啓礼
(72)【発明者】
【氏名】塙 信幸
【審査官】宮本 秀一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０５１４４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１２／０９８９６８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０２４１４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５２２４８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ３１／３６－３１／３９６
Ｈ０１Ｍ１０／４２－１０／４８
Ｈ０２Ｊ７／００－７／１２
Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の条件が非成立である場合に、電池の充電電流または放電電流である出力電流と、前記電池の出力電圧と、前記電池のセル表面温度と、に基づいて、前記電池の充電率の推定値である第１の推定充電率と、前記電池の電流オフセット値の推定値である電流オフセット推定値と、を逐次算出する第１の推定部と、前記条件が成立する場合に、前記出力電流と、前記出力電圧と、前記セル表面温度と、前記条件が不成立状態から成立状態に変化した時の前記電流オフセット推定値である電流オフセット特定推定値と、に基づいて、前記電池の温度に関する偏差の推定値である温度偏差推定値と、前記充電率の他の推定値である第２の推定充電率と、を逐次算出する第２の推定部と、を備える
ことを特徴とする電池状態推定装置。
【請求項2】
前記第１の推定部は、前記出力電圧と、前記出力電圧の推定値である電圧推定値との差である電圧差分値を算出する減算部と、
前記充電率に対応するゲインである充電率用ゲインを算出する充電率用ゲイン算出部と、
前記電流オフセット値に対応するゲインである電流オフセット値用ゲインを算出する電流オフセット値用ゲイン算出部と、を備え、
前記充電率用ゲイン、前記電流オフセット値用ゲイン、および前記電圧推定値に基づいて前記第１の推定充電率と前記電流オフセット推定値とを逐次算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
【請求項3】
前記温度偏差推定値は、前記電池のセル内部温度推定値と前記セル表面温度との差であり、前記第２の推定部は、
前記出力電圧と、前記出力電圧の推定値である電圧推定値との差である電圧差分値を算出する減算部と、
前記充電率に対応するゲインである充電率用ゲインを算出する充電率用ゲイン算出部と、
前記セル内部温度推定値に対応するセル内部温度推定値用ゲインを算出するセル内部温度推定値用ゲイン算出部と、を備え、
前記充電率用ゲイン、前記セル内部温度推定値用ゲイン、および前記電圧推定値に基づいて、前記第２の推定充電率と前記セル内部温度推定値とを逐次算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
【請求項4】
前記条件は、前記セル表面温度と、前記電池の周囲温度との差分値が所定の温度差以上であるという条件であることを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
【請求項5】
前記条件は、所定の電流値以上の前記出力電流が第１の所定時間以上継続し、または、過去、第２の所定時間内の電流量が所定値以上であるという条件であることを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
【請求項6】
前記電池から充分に離れた位置に設けられ、前記電池の周囲温度を計測する一または複数の温度センサ部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電池状態推定装置。
【請求項7】
所定の条件が非成立である場合に、電池の充電電流または放電電流である出力電流と、前記電池の出力電圧と、前記電池のセル表面温度と、に基づいて、前記電池の充電率の推定値である第１の推定充電率と、前記電池の電流オフセット値の推定値である電流オフセット推定値と、を逐次算出する第１の推定ステップと、前記条件が成立する場合に、前記出力電流と、前記出力電圧と、前記セル表面温度と、前記条件が不成立状態から成立状態に変化した時の前記電流オフセット推定値である電流オフセット特定推定値と、に基づいて、前記電池の温度に関する偏差の推定値である温度偏差推定値と、前記充電率の他の推定値である第２の推定充電率と、を逐次算出する第２の推定ステップと、を備える
ことを特徴とする電池状態推定方法。
【請求項8】
コンピュータを、所定の条件が非成立である場合に、電池の充電電流または放電電流である出力電流と、前記電池の出力電圧と、前記電池のセル表面温度と、に基づいて、前記電池の充電率の推定値である第１の推定充電率と、前記電池の電流オフセット値の推定値である電流オフセット推定値と、を逐次算出する第１の推定手段、
前記条件が成立する場合に、前記出力電流と、前記出力電圧と、前記セル表面温度と、前記条件が不成立状態から成立状態に変化した時の前記電流オフセット推定値である電流オフセット特定推定値と、に基づいて、前記電池の温度に関する偏差の推定値である温度偏差推定値と、前記充電率の他の推定値である第２の推定充電率と、を逐次算出する第２の推定手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池状態推定装置、電池状態推定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
本技術分野の背景技術として、下記特許文献１の要約には、「二次電池の充電状態を高精度に推定する装置。二次電池（３０）の端子電圧を測定する電圧測定部（２２）と、二次電池３０の充放電電流を測定する電流測定部（２３）と、二次電池（３０）の充電状態ＳＯＣを推定する制御部（２６）を備える。制御部（２６）は、充放電電流から電流オフセットを差し引いた充放電電流を積算してＳＯＣを推定する。また、測定モデルにより二次電池（３０）の端子電圧を推定し、電圧測定部（２２）で測定された端子電圧との誤差を用いて、推定された電流オフセットの第１補正値、及び推定されたＳＯＣの第２補正値を算出し、電流オフセット及びＳＯＣをそれぞれ補正する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１２／０９８９６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１においては、電池温度に基づいて二次電池の充電状態を推定できるが、充電状態を正確に推定することは困難であった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の充電状態を正確に推定できる電池状態推定装置、電池状態推定方法およびプログラムを提供することを目的とする。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の充電状態を正確に推定できる電池状態推定装置、電池状態推定方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため本発明の電池状態推定装置は、所定の条件が非成立である場合に、電池の充電電流または放電電流である出力電流と、前記電池の出力電圧と、前記電池のセル表面温度と、に基づいて、前記電池の充電率の推定値である第１の推定充電率と、前記電池の電流オフセット値の推定値である電流オフセット推定値と、を逐次算出する第１の推定部と、前記条件が成立する場合に、前記出力電流と、前記出力電圧と、前記セル表面温度と、前記条件が不成立状態から成立状態に変化した時の前記電流オフセット推定値である電流オフセット特定推定値と、に基づいて、前記電池の温度に関する偏差の推定値である温度偏差推定値と、前記充電率の他の推定値である第２の推定充電率と、を逐次算出する第２の推定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、二次電池の充電状態を正確に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】好適な第１実施形態による電池状態推定装置のブロック図である。
【図2】電池の等価回路図である。
【図3】ＳＯＣ・Ｉｏ推定部のブロック図である。
【図4】ＳＯＣ・Ｔｉ推定部のブロック図である。
【図5】第１実施形態におけるＳＯＣ、セル表面温度、およびセル内部温度推定値の推移の一例を示す図である。
【図6】第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図7】好適な第２実施形態による電池状態推定装置のブロック図である。
【図8】好適な実施形態によるＳＯＣ推定の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［第１実施形態］
〈第１実施形態の構成〉
図１は、好適な第１実施形態による電池状態推定装置２００（コンピュータ）のブロック図である。
電池状態推定装置２００は、二次電池である電池１００の状態を推定するものであり、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０（第１の推定部、第１の推定手段）と、ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０（第２の推定部、第２の推定手段）と、ラッチ部２３０と、切換部２４０と、切換条件決定部２５０と、を備えている。電池１００は、例えばリチウムイオン電池である。
〈第１実施形態の構成〉
図１は、好適な第１実施形態による電池状態推定装置２００（コンピュータ）のブロック図である。
電池状態推定装置２００は、二次電池である電池１００の状態を推定するものであり、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０（第１の推定部、第１の推定手段）と、ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０（第２の推定部、第２の推定手段）と、ラッチ部２３０と、切換部２４０と、切換条件決定部２５０と、を備えている。電池１００は、例えばリチウムイオン電池である。
【0009】
また、電池１００には、電池１００の状態を検出する電池センサ部１５０が装着されている。この電池センサ部１５０は、電池１００の出力電圧Ｖ、出力電流Ｉおよびセル表面温度Ｔｓを計測し、計測結果を電池状態推定装置２００に供給する。ここで、出力電流Ｉは、充電電流および放電電流の双方を含む。また、温度センサ部１６０は、電池１００の周囲温度Ｔｅを計測し、計測結果を電池状態推定装置２００に供給する。
【0010】
ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０は、出力電圧Ｖと、出力電流Ｉと、セル表面温度Ｔｓと、に基づいて、電池１００のＳＯＣ（state of charge；充電率）と、電流オフセット値Ｉｏと、を推定する。ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０が推定したＳＯＣを、「推定充電率ＳＯＣ１（第１の推定充電率）」と呼ぶ。また、推定した電流オフセット値Ｉｏを「電流オフセット推定値Ｉｏｅ」と呼ぶ。ラッチ部２３０は、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０が推定した電流オフセット推定値Ｉｏｅをラッチする。ラッチされた値を「電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓ」と呼ぶ。
【0011】
ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０は、出力電圧Ｖと、出力電流Ｉと、セル表面温度Ｔｓと、ラッチ部２３０にラッチされた電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓと、に基づいて、電池１００のＳＯＣと、電池１００のセル内部温度Ｔｉと、を推定する。ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０が推定したＳＯＣを、「推定充電率ＳＯＣ２（第２の推定充電率）」と呼ぶ。切換部２４０は、切換条件決定部２５０の制御に基づいて、推定充電率ＳＯＣ１，ＳＯＣ２のうち一方を選択し、その結果を推定充電率ＳＯＣＥとして出力する。
【0012】
切換条件決定部２５０は、セル表面温度Ｔｓと、周囲温度Ｔｅとの差分値「Ｔｓ－Ｔｅ」が所定の閾値（例えば１５℃）未満であれば、切換部２４０に対して推定充電率ＳＯＣ１を選択させる。一方、差分値「Ｔｓ－Ｔｅ」が該所定値以上になると、切換部２４０に対して推定充電率ＳＯＣ２を選択させる。また、ラッチ部２３０は、選択される推定充電率がＳＯＣ１からＳＯＣ２に切り替わった時点における電流オフセット推定値Ｉｏｅをラッチする。これにより、ラッチ部２３０は、ラッチした結果である電流オフセット特定推定値ＩｏｅｓをＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０に供給し続ける。
【0013】
上述の差分値「Ｔｓ－Ｔｅ」が上述の閾値（例えば１５℃）以上になる場合とは、例えば、周囲温度Ｔｅが２℃であるときには、セル表面温度Ｔｓが１７℃を超える場合になる。これは、充放電電流によって電池１００が相当に発熱しているということであり、電池１００のセル内部温度Ｔｉはさらに上昇していると考えられる。本実施形態においては、このような場合に推定充電率ＳＯＣ２を推定充電率ＳＯＣＥとして選択することにより、高精度にＳＯＣを推定しようとしている。なお、周囲温度Ｔｅを計測するにあたっては、温度センサ部１６０を電池１００、モータ（図示せず）等、発熱部品から遠ざけることが好ましい。また、複数個所に温度センサ部１６０を配置し、これらの計測温度のうち最低温度を周囲温度Ｔｅとして採用すると、さらに好ましい。
【0014】
図２は電池１００の等価回路図である。
図２において、抵抗器１０６およびコンデンサ１０８は並列に接続され、並列回路１２２を構成している。また、抵抗器１１０およびコンデンサ１１２は並列に接続され、並列回路１２３を構成している。電池１００は、電池１００の開回路電圧ＯＣＶを出力する理想的電池１０２と、抵抗器１０４と、並列回路１２２と、並列回路１２３と、を直列に接続したものと等価であると考えることができる。
図２において、抵抗器１０６およびコンデンサ１０８は並列に接続され、並列回路１２２を構成している。また、抵抗器１１０およびコンデンサ１１２は並列に接続され、並列回路１２３を構成している。電池１００は、電池１００の開回路電圧ＯＣＶを出力する理想的電池１０２と、抵抗器１０４と、並列回路１２２と、並列回路１２３と、を直列に接続したものと等価であると考えることができる。
【0015】
抵抗器１０４，１０６，１１０の抵抗値をＲ1，Ｒ2，Ｒ3とし、コンデンサ１０８，１１２の静電容量をＣ2，Ｃ3とする。また、並列回路１２２，１２３の時定数をτ2，τ3とする。電池１００の内部には、等価的に出力電流Ｉと、電流オフセット値Ｉｏとが流れていると考えることができる。また、電流オフセット値Ｉｏは、出力電流Ｉの誤差値であると考えることができる。図２において、抵抗器１０４における電圧降下は（Ｉ＋Ｉｏ）・Ｒ1になる。また、並列回路１２２，１２３における電圧降下をＶｐ１，Ｖｐ２とする。また、電池端子電圧ＣＣＶは、「ＯＣＶ＋（Ｉ＋Ｉｏ）・Ｒ1＋Ｖｐ１＋Ｖｐ２」に等しくなる。
【0016】
図２に示した開回路電圧ＯＣＶ、抵抗値Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3、静電容量Ｃ2，Ｃ3は、電池１００の温度に応じて変化する。従って、温度域毎にこれらパラメータを設定することが好ましい。「電池１００の温度」には、セル表面温度Ｔｓとセル内部温度Ｔｉとが考えられ、理想的にはセル内部温度Ｔｉを用いることによって状態推定の精度を向上させることができる。しかし、通常の二次電池において、セル内部温度Ｔｉは直接的には計測できないため、セル表面温度Ｔｓとセル内部温度Ｔｉとが同一であると仮定してＳＯＣ等を推定していた。このため、高精度にＳＯＣを推定することが困難であった。そこで、本実施形態においては、電流誤差である電流オフセット値Ｉｏと、温度偏差「Ｔｉ－Ｔｓ」とを切り分けて推定することにより、セル内部温度Ｔｉを推定し、これによって高精度にＳＯＣを推定するものである。
【0017】
図３はＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０のブロック図である。
図３において、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０は、ＳＯＣ推定部２１１と、Ｉｏ推定部２１２と、ＣＣＶ推定部２１３と、カルマンゲイン推定部２１４（充電率用ゲイン算出部）と、カルマンゲイン推定部２１５（電流オフセット値用ゲイン算出部）と、減算部２１６と、乗算部２１７ａ，２１７ｂと、加算部２１８ａ，２１８ｂと、を備えている。
図３において、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０は、ＳＯＣ推定部２１１と、Ｉｏ推定部２１２と、ＣＣＶ推定部２１３と、カルマンゲイン推定部２１４（充電率用ゲイン算出部）と、カルマンゲイン推定部２１５（電流オフセット値用ゲイン算出部）と、減算部２１６と、乗算部２１７ａ，２１７ｂと、加算部２１８ａ，２１８ｂと、を備えている。
【0018】
ＳＯＣ推定部２１１には、推定充電率ＳＯＣ１と、電流オフセット推定値Ｉｏｅと、出力電流Ｉと、が入力される。ＳＯＣ推定部２１１は、入力されたデータに基づいて、推定充電率ＳＯＣ１ｘを出力する。Ｉｏ推定部２１２は、電流オフセット推定値Ｉｏｅと、所定の初期値Ｉｏ_iniと、に基づいて、電流オフセット推定値Ｉｏｘを出力する。
【0019】
ＣＣＶ推定部２１３は、電池端子電圧ＣＣＶ（図２参照）の推定値である電池端子電圧推定値ＣＣＶｘ（電圧推定値）を出力する。ＣＣＶ推定部２１３は、予め、様々なＳＯＣおよび温度に対応して、開回路電圧ＯＣＶ、抵抗値Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3および時定数τ2，τ3を記録したテーブルを備えている。そして、入力された推定充電率ＳＯＣ１ｘおよびセル表面温度Ｔｓに基づいて開回路電圧ＯＣＶ、抵抗値Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3および時定数τ2，τ3を特定し、これら特定したパラメータと、出力電流Ｉと、電流オフセット推定値Ｉｏｘと、に基づいて電池端子電圧推定値ＣＣＶｘを出力する。減算部２１６は、出力電圧Ｖから電池端子電圧推定値ＣＣＶｘを減算し、その結果を差分値ΔＣＣＶとして出力する。
【0020】
カルマンゲイン推定部２１４は、逐次求められるＳＯＣ用のカルマンゲインＧｓｏｃ（充電率用ゲイン）を出力する。また、カルマンゲイン推定部２１５は、逐次求められる電流オフセット値Ｉｏ用のカルマンゲインＧｉｏ（電流オフセット値用ゲイン）を出力する。乗算部２１７ａは、差分値ΔＣＣＶにカルマンゲインＧｓｏｃを乗算し、乗算結果Ｇｓｏｃ・ΔＣＣＶを出力する。乗算部２１７ｂは、差分値ΔＣＣＶにカルマンゲインＧｉｏを乗算し、乗算結果Ｇｉｏ・ΔＣＣＶを出力する。
【0021】
加算部２１８ａは、推定充電率ＳＯＣ１ｘに乗算結果Ｇｓｏｃ・ΔＣＣＶを加算し、その加算結果を推定充電率ＳＯＣ１として出力する。加算部２１８ｂは、電流オフセット推定値Ｉｏｘに乗算結果Ｇｉｏ・ΔＣＣＶを加算し、その加算結果を電流オフセット推定値Ｉｏｅとして出力する。上述したＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０の各要素は、所定の演算周期毎に演算結果を更新する。
【0022】
上記構成により、推定充電率ＳＯＣ１および電流オフセット推定値Ｉｏｅは、下式（１），（２）に基づいて、逐次計算によって求められる。下式（１），（２）において、ｔは時刻であり、Δｔは演算周期であり、Ｑはセルの満充電容量[Ａｈ]である。
【数1】
【0023】
【数2】
【0024】
図４はＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０のブロック図である。
図４において、ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０は、ＳＯＣ推定部２２１と、Ｔｉ推定部２２２と、ＣＣＶ推定部２２３と、カルマンゲイン推定部２２４（充電率用ゲイン算出部）と、カルマンゲイン推定部２２５（セル内部温度推定値用ゲイン算出部）と、減算部２２６と、乗算部２２７ａ，２２７ｂと、加算部２２８ａ，２２８ｂと、を備えている。
図４において、ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０は、ＳＯＣ推定部２２１と、Ｔｉ推定部２２２と、ＣＣＶ推定部２２３と、カルマンゲイン推定部２２４（充電率用ゲイン算出部）と、カルマンゲイン推定部２２５（セル内部温度推定値用ゲイン算出部）と、減算部２２６と、乗算部２２７ａ，２２７ｂと、加算部２２８ａ，２２８ｂと、を備えている。
【0025】
ＳＯＣ推定部２２１には、推定充電率ＳＯＣ２と、出力電流Ｉと、ラッチ部２３０（図１参照）にラッチされた電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓと、が入力される。ＳＯＣ推定部２２１は、入力されたデータに基づいて、推定充電率ＳＯＣ２ｘを出力する。
【0026】
Ｔｉ推定部２２２は、セル内部温度Ｔｉの推定値であるセル内部温度推定値Ｔｉｅと、セル表面温度Ｔｓと、に基づいて、次の演算周期におけるセル内部温度推定値Ｔｉｘと、温度偏差推定値ΔＴｘと、を逐次出力する。ここで、温度偏差推定値ΔＴｘは、セル内部温度推定値Ｔｉｅとセル表面温度Ｔｓとの差分である。ＣＣＶ推定部２２３は、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０のＣＣＶ推定部２１３（図３参照）と同様に、電池端子電圧推定値ＣＣＶｘを出力する。但し、ＣＣＶ推定部２２３は、推定充電率ＳＯＣ１（図３参照）に代えて、推定充電率ＳＯＣ２に基づいて電池端子電圧推定値ＣＣＶｘを出力する。減算部２２６は、出力電圧Ｖから電池端子電圧推定値ＣＣＶｘを減算し、その結果を差分値ΔＣＣＶとして出力する。
【0027】
カルマンゲイン推定部２２４は、逐次求められるＳＯＣ用のカルマンゲインＧｓｏｃを出力する。また、カルマンゲイン推定部２２５は、逐次求められるセル内部温度Ｔｉ用のカルマンゲインＧｔｉ（セル内部温度推定値用ゲイン）を出力する。乗算部２２７ａは、差分値ΔＣＣＶにカルマンゲインＧｓｏｃを乗算し、乗算結果Ｇｓｏｃ・ΔＣＣＶを出力する。乗算部２２７ｂは、差分値ΔＣＣＶにカルマンゲインＧｔｉを乗算し、乗算結果Ｇｔｉ・ΔＣＣＶを出力する。
【0028】
加算部２２８ａは、推定充電率ＳＯＣ２ｘに乗算結果Ｇｓｏｃ・ΔＣＣＶを加算し、その加算結果を推定充電率ＳＯＣ１として出力する。加算部２２８ｂは、セル内部温度推定値Ｔｉｘに乗算結果Ｇｔｉ・ΔＣＣＶを加算し、その加算結果をセル内部温度推定値Ｔｉｅとして出力する。上述したＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０の各要素は、上述した演算周期毎に演算結果を更新する。
【0029】
上記構成により、推定充電率ＳＯＣ２およびセル内部温度推定値Ｔｉｅは、下式（３），（４）に基づいて、逐次計算によって求められる。なお、上述した式（１），（２）と同様に、ｔは時刻であり、Δｔは演算周期であり、Ｑはセルの満充電容量[Ａｈ]である。また、電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓは一定値であり、セル内部温度推定値Ｔｉｅ（ｔ）の初期値Ｔｉｅ（０）は、セル表面温度Ｔｓである。
【数3】
【0030】
【数4】
【0031】
〈第１実施形態の動作〉
次に、第１実施形態の動作を説明する。
図５は、第１実施形態におけるＳＯＣ、セル表面温度Ｔｓ、およびセル内部温度推定値Ｔｉｅの推移の一例を示す図である。図５において横軸は時刻であり、縦軸は温度およびＳＯＣである。図示の例は、電池１００のＳＯＣが充分に高い状態（例えば９０％）から、電池１００を大電流で放電した場合の例である。これにより、電池１００のセル表面温度Ｔｓおよびセル内部温度推定値Ｔｉｅは、時間の経過とともに高くなっている。また、周囲温度Ｔｅは一定であり、時刻ｔ1以降は差分値「Ｔｓ－Ｔｅ」が所定の温度差Ｔｓｅ（例えば１５℃）よりも高くなっている。これにより、時刻ｔ1以前は推定充電率ＳＯＣＥ（図１参照）としてＳＯＣ１が選択され、時刻ｔ1以降はＳＯＣ２が選択されている。
次に、第１実施形態の動作を説明する。
図５は、第１実施形態におけるＳＯＣ、セル表面温度Ｔｓ、およびセル内部温度推定値Ｔｉｅの推移の一例を示す図である。図５において横軸は時刻であり、縦軸は温度およびＳＯＣである。図示の例は、電池１００のＳＯＣが充分に高い状態（例えば９０％）から、電池１００を大電流で放電した場合の例である。これにより、電池１００のセル表面温度Ｔｓおよびセル内部温度推定値Ｔｉｅは、時間の経過とともに高くなっている。また、周囲温度Ｔｅは一定であり、時刻ｔ1以降は差分値「Ｔｓ－Ｔｅ」が所定の温度差Ｔｓｅ（例えば１５℃）よりも高くなっている。これにより、時刻ｔ1以前は推定充電率ＳＯＣＥ（図１参照）としてＳＯＣ１が選択され、時刻ｔ1以降はＳＯＣ２が選択されている。
【0032】
一般的に、ＳＯＣを推定する場合、上述の式（１）のように電流積算してＳＯＣを推定する場合が多い。その際、電流オフセット推定値Ｉｏｅに誤差があると、電流積算と共にＳＯＣ誤差が拡大する。しかし、電流オフセット値Ｉｏは、時間経過による変動は小さい。一方、図５に示した例においては、放電時間が経過するとともに、電池１００のセル表面温度Ｔｓが上昇し、セル内部温度推定値Ｔｉｅはさらに上昇し、両者の差である温度偏差推定値ΔＴｘも大きくなってゆく。
【0033】
そこで、本実施形態においては、ＳＯＣを推定する初期段階、すなわち時刻ｔ1以前に、推定充電率ＳＯＣ１を算出しつつ、電流オフセット推定値Ｉｏｅの精度を上げておくことができる。そして、時刻ｔ1における電流オフセット推定値Ｉｏｅを電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓとしてラッチ部２３０にラッチすることにより、精度の高い電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓに基づいて、推定充電率ＳＯＣ２を算出することができる。
【0034】
図５において、推定充電率ＳＯＣ１の真値に対する誤差は、時刻ｔ1に近づくほど大きくなっている。この推定充電率ＳＯＣ１の誤差は、電流オフセット推定値Ｉｏｅの誤差にはさほど関係しておらず、主として電池１００のセル表面温度Ｔｓとセル内部温度Ｔｉとの偏差に起因している。そして、時刻ｔ1以降は、ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０（図１参照）がセル内部温度推定値Ｔｉｅを算出しつつ推定充電率ＳＯＣ２を計算するため、時間の経過とともに推定充電率ＳＯＣ２がＳＯＣの真値に近づいてゆく。これにより、本実施形態によれば、図示の全期間にわたって、一点鎖線で示す真値に近い推定充電率ＳＯＣＥを取得できる。
【0035】
図６は、第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
図６において処理がステップＳ２に進むと、「ＳＯＣ２選択条件」が充足されているか否かが判定される。本実施形態においては、「ＳＯＣ２選択条件」とは、「セル表面温度Ｔｓと周囲温度Ｔｅとの差分値が所定の温度差Ｔｓｅ（例えば１５℃）よりも高い」という条件である。
図６において処理がステップＳ２に進むと、「ＳＯＣ２選択条件」が充足されているか否かが判定される。本実施形態においては、「ＳＯＣ２選択条件」とは、「セル表面温度Ｔｓと周囲温度Ｔｅとの差分値が所定の温度差Ｔｓｅ（例えば１５℃）よりも高い」という条件である。
【0036】
ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ６（第１の推定ステップ）に進み、ＳＯＣ・Ｉｏ推定部２１０による推定処理が実行され、切換部２４０（図１参照）は推定充電率ＳＯＣ１を推定充電率ＳＯＣＥとして出力する。一方、ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ４（第２の推定ステップ）に進み、ＳＯＣ・Ｔｉ推定部２２０による推定処理が実行され、切換部２４０は推定充電率ＳＯＣ２を推定充電率ＳＯＣＥとして出力する。
【0037】
［第２実施形態］
図７は、好適な第２実施形態による電池状態推定装置３００（コンピュータ）のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した第１実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
第２実施形態の電池状態推定装置３００は、第１実施形態における切換条件決定部２５０（図１参照）に代えて切換条件決定部２６０を備える点で、第１実施形態の電池状態推定装置２００と相違する。切換条件決定部２６０には、クロック信号ＣＬＫが供給される。また、周囲温度Ｔｅを計測する温度センサ部１６０（図１参照）は設けられていない。それ以外の点において、電池状態推定装置３００は、第１実施形態の電池状態推定装置２００と同様に構成されている。
図７は、好適な第２実施形態による電池状態推定装置３００（コンピュータ）のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した第１実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
第２実施形態の電池状態推定装置３００は、第１実施形態における切換条件決定部２５０（図１参照）に代えて切換条件決定部２６０を備える点で、第１実施形態の電池状態推定装置２００と相違する。切換条件決定部２６０には、クロック信号ＣＬＫが供給される。また、周囲温度Ｔｅを計測する温度センサ部１６０（図１参照）は設けられていない。それ以外の点において、電池状態推定装置３００は、第１実施形態の電池状態推定装置２００と同様に構成されている。
【0038】
上述の第１実施形態における切換条件決定部２５０は、周囲温度Ｔｅとセル表面温度Ｔｓとの差分値「Ｔｓ－Ｔｅ」に基づいて、推定充電率ＳＯＣＥとしてＳＯＣ１，ＳＯＣ２の何れかを選択したが、本実施形態の切換条件決定部２６０は、以下の二つの条件のうち何れかが成立すると推定充電率ＳＯＣＥとしてＳＯＣ２を選択し、何れの条件も成立しない場合はＳＯＣ１を選択する。これは、条件１，２の何れかが満たされると、セル表面温度Ｔｓとセル内部温度Ｔｉとの温度差が充分に大きいと考えられるためである。
・条件１： 電池１００から所定の電流値以上の出力電流Ｉが所定時間Ｔ１以上流れている。
・条件２： 過去の所定時間Ｔ２における電池１００の電流量が所定値以上である。
・条件１： 電池１００から所定の電流値以上の出力電流Ｉが所定時間Ｔ１以上流れている。
・条件２： 過去の所定時間Ｔ２における電池１００の電流量が所定値以上である。
【0039】
［実施形態の効果］
以上のように好適な実施形態によれば、電池状態推定装置２００，３００は、所定の条件が非成立である場合に、電池１００の充電電流または放電電流である出力電流Ｉと、電池１００の出力電圧Ｖと、電池１００のセル表面温度Ｔｓと、に基づいて、電池１００の充電率ＳＯＣの推定値である第１の推定充電率（ＳＯＣ１）と、電池１００の電流オフセット値Ｉｏの推定値である電流オフセット推定値Ｉｏｅと、を逐次算出する第１の推定部（２１０）と、条件が成立する場合に、出力電流Ｉと、出力電圧Ｖと、セル表面温度Ｔｓと、条件が不成立状態から成立状態に変化した時の電流オフセット推定値Ｉｏｅである電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓと、に基づいて、電池１００の温度に関する偏差の推定値である温度偏差推定値ΔＴｘと、充電率ＳＯＣの他の推定値である第２の推定充電率（ＳＯＣ２）と、を逐次算出する第２の推定部（２２０）と、を備える。
以上のように好適な実施形態によれば、電池状態推定装置２００，３００は、所定の条件が非成立である場合に、電池１００の充電電流または放電電流である出力電流Ｉと、電池１００の出力電圧Ｖと、電池１００のセル表面温度Ｔｓと、に基づいて、電池１００の充電率ＳＯＣの推定値である第１の推定充電率（ＳＯＣ１）と、電池１００の電流オフセット値Ｉｏの推定値である電流オフセット推定値Ｉｏｅと、を逐次算出する第１の推定部（２１０）と、条件が成立する場合に、出力電流Ｉと、出力電圧Ｖと、セル表面温度Ｔｓと、条件が不成立状態から成立状態に変化した時の電流オフセット推定値Ｉｏｅである電流オフセット特定推定値Ｉｏｅｓと、に基づいて、電池１００の温度に関する偏差の推定値である温度偏差推定値ΔＴｘと、充電率ＳＯＣの他の推定値である第２の推定充電率（ＳＯＣ２）と、を逐次算出する第２の推定部（２２０）と、を備える。
【0040】
これにより、好適な実施形態によれば、二次電池の充電状態を正確に推定できる。
図８は、好適な実施形態によるＳＯＣ推定の効果を示す図である。
図８の縦軸はセル内部温度Ｔｉの推定の有無であり、セル内部温度Ｔｉを行うほうが、行わない場合よりもＳＯＣの推定誤差を小さくできる。また、図８の横軸は電流オフセット値Ｉｏの推定値に対する補正の有無であり、補正を行うほうが、補正を行わない場合よりもＳＯＣの推定誤差を小さくできる。本実施形態によれば、セル内部温度Ｔｉの推定と、電流オフセット値Ｉｏの推定値の補正との双方を適用するため、ＳＯＣの推定誤差を最も小さくできる。
図８は、好適な実施形態によるＳＯＣ推定の効果を示す図である。
図８の縦軸はセル内部温度Ｔｉの推定の有無であり、セル内部温度Ｔｉを行うほうが、行わない場合よりもＳＯＣの推定誤差を小さくできる。また、図８の横軸は電流オフセット値Ｉｏの推定値に対する補正の有無であり、補正を行うほうが、補正を行わない場合よりもＳＯＣの推定誤差を小さくできる。本実施形態によれば、セル内部温度Ｔｉの推定と、電流オフセット値Ｉｏの推定値の補正との双方を適用するため、ＳＯＣの推定誤差を最も小さくできる。
【0041】
また、第１の推定部（２１０）は、出力電圧Ｖと、出力電圧Ｖの推定値である電圧推定値（ＣＣＶｘ）との差である電圧差分値（ΔＣＣＶ）を算出する減算部２１６と、充電率ＳＯＣに対応するゲインである充電率用ゲイン（Ｇｓｏｃ）を算出する充電率用ゲイン算出部（２１４）と、電流オフセット値Ｉｏに対応するゲインである電流オフセット値用ゲイン（Ｇｉｏ）を算出する電流オフセット値用ゲイン算出部（２１５）と、を備え、充電率用ゲイン（Ｇｓｏｃ）、電流オフセット値用ゲイン（Ｇｉｏ）、および電圧推定値（ＣＣＶｘ）に基づいて第１の推定充電率（ＳＯＣ１）と電流オフセット推定値Ｉｏｅとを逐次算出すると一層好ましい。これにより、第１の推定充電率（ＳＯＣ１）と電流オフセット推定値Ｉｏｅとを正確に算出することができる。
【0042】
また、温度偏差推定値ΔＴｘは、電池１００のセル内部温度推定値Ｔｉｅとセル表面温度Ｔｓとの差であり、第２の推定部（２２０）は、出力電圧Ｖと、出力電圧Ｖの推定値である電圧推定値（ＣＣＶｘ）との差である電圧差分値（ΔＣＣＶ）を算出する減算部２２６と、充電率ＳＯＣに対応するゲインである充電率用ゲイン（Ｇｓｏｃ）を算出する充電率用ゲイン算出部（２２４）と、セル内部温度推定値Ｔｉｅに対応するセル内部温度推定値用ゲイン（Ｇｔｉ）を算出するセル内部温度推定値用ゲイン算出部（２２５）と、を備え、充電率用ゲイン（Ｇｓｏｃ）、セル内部温度推定値用ゲイン（Ｇｔｉ）、および電圧推定値（ＣＣＶｘ）に基づいて、第２の推定充電率（ＳＯＣ２）とセル内部温度推定値Ｔｉｅとを逐次算出すると一層好ましい。これにより、第２の推定充電率（ＳＯＣ２）とセル内部温度推定値Ｔｉｅとを正確に算出することができる。
【0043】
また、所定条件は、セル表面温度Ｔｓと、電池１００の周囲温度Ｔｅとの差分値Ｔｓ－Ｔｅが所定の温度差以上であるという条件にすると一層好ましい。これにより、第１の推定充電率（ＳＯＣ１）または第２の推定充電率（ＳＯＣ２）の何れを適用するのか、適切に判定できる。
【0044】
また、所定条件は、所定の電流値以上の出力電流Ｉが第１の所定時間以上継続し、または、過去、第２の所定時間内の電流量が所定値以上であるという条件にしても一層好ましい。これにより、温度センサ部１６０（図１参照）によって周囲温度Ｔｅを計測する必要がなくなるため、周囲温度Ｔｅを計測する実施形態と比較して、電池状態推定装置３００を低コストに構成することができる。
【0045】
また、電池１００から充分に離れた位置に設けられ、電池１００の周囲温度Ｔｅを計測する一または複数の温度センサ部１６０をさらに備えると一層好ましい。「充分に離れた位置」とは、例えば「発熱の影響を実質的に受けない位置」であり、これによって正確な周囲温度Ｔｅが得られる。
【0046】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【0047】
（１）上記実施形態における電池状態推定装置２００のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図６に示したフローチャート、その他上述した各種処理を実行するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
【0048】
（２）また、電池状態推定装置２００は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等を用いたハードウエア的な処理によって実現してもよい。
【符号の説明】
【0049】
１００ 電池
１６０ 温度センサ部
２００，３００ 電池状態推定装置（コンピュータ）
２１０ ＳＯＣ・Ｉｏ推定部（第１の推定部、第１の推定手段）
２１４ カルマンゲイン推定部（充電率用ゲイン算出部）
２１５ カルマンゲイン推定部（電流オフセット値用ゲイン算出部）
２１６ 減算部
２２０ ＳＯＣ・Ｔｉ推定部（第２の推定部、第２の推定手段）
２２４ カルマンゲイン推定部（充電率用ゲイン算出部）
２２５ カルマンゲイン推定部（セル内部温度推定値用ゲイン算出部）
２２６ 減算部
Ｉ 出力電流
Ｖ 出力電圧
Ｉｏ 電流オフセット値
Ｓ４ ステップ（第２の推定ステップ）
Ｓ６ ステップ（第１の推定ステップ）
Ｔｅ 周囲温度
Ｔｓ セル表面温度
Ｇｉｏ カルマンゲイン（電流オフセット値用ゲイン）
Ｇｔｉ カルマンゲイン（セル内部温度推定値用ゲイン）
Ｉｏｅ 電流オフセット推定値
ＳＯＣ 充電率
Ｔｉｅ セル内部温度推定値
ΔＴｘ 温度偏差推定値
ＣＣＶｘ 電池端子電圧推定値（電圧推定値）
Ｇｓｏｃ カルマンゲイン（充電率用ゲイン）
Ｉｏｅｓ 電流オフセット特定推定値
ＳＯＣ１ 推定充電率（第１の推定充電率）
ＳＯＣ２ 推定充電率（第２の推定充電率）
ΔＣＣＶ 差分値（電圧差分値）
Ｔｓ－Ｔｅ 差分値
１６０ 温度センサ部
２００，３００ 電池状態推定装置（コンピュータ）
２１０ ＳＯＣ・Ｉｏ推定部（第１の推定部、第１の推定手段）
２１４ カルマンゲイン推定部（充電率用ゲイン算出部）
２１５ カルマンゲイン推定部（電流オフセット値用ゲイン算出部）
２１６ 減算部
２２０ ＳＯＣ・Ｔｉ推定部（第２の推定部、第２の推定手段）
２２４ カルマンゲイン推定部（充電率用ゲイン算出部）
２２５ カルマンゲイン推定部（セル内部温度推定値用ゲイン算出部）
２２６ 減算部
Ｉ 出力電流
Ｖ 出力電圧
Ｉｏ 電流オフセット値
Ｓ４ ステップ（第２の推定ステップ）
Ｓ６ ステップ（第１の推定ステップ）
Ｔｅ 周囲温度
Ｔｓ セル表面温度
Ｇｉｏ カルマンゲイン（電流オフセット値用ゲイン）
Ｇｔｉ カルマンゲイン（セル内部温度推定値用ゲイン）
Ｉｏｅ 電流オフセット推定値
ＳＯＣ 充電率
Ｔｉｅ セル内部温度推定値
ΔＴｘ 温度偏差推定値
ＣＣＶｘ 電池端子電圧推定値（電圧推定値）
Ｇｓｏｃ カルマンゲイン（充電率用ゲイン）
Ｉｏｅｓ 電流オフセット特定推定値
ＳＯＣ１ 推定充電率（第１の推定充電率）
ＳＯＣ２ 推定充電率（第２の推定充電率）
ΔＣＣＶ 差分値（電圧差分値）
Ｔｓ－Ｔｅ 差分値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】