特許 7500404 蓄電素子の充電率推定装置

(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】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】蓄電素子の充電率推定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/3842 20190101AFI20240610BHJP

   G01R 31/388 20190101ALI20240610BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

G01R31/3842

G01R31/388

H01M10/48 P

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020198173

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022086261

(43)【公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000005382

【氏名又は名称】古河電池株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104204

【弁理士】

【氏名又は名称】峯岸 武司

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 直広

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１２２６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４１６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－７１３１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／３９６

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開回路電圧変化の相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる開回路電圧特性を有する蓄電素子に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記蓄電素子の端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電素子の充電率を推定する充電率推定部と、
前記充電率推定部によって推定された前記蓄電素子の充電率を補正する充電率補正部と、
前記蓄電素子に流れる電流が所定の期間にわたって前記電流測定部によって測定されないで前記蓄電素子が休止期間に入ったかを判定する休止期間判定部と、
前記蓄電素子が前記休止期間に入ったと前記休止期間判定部によって判定されるときに前記充電率推定部によって推定される充電率を初期充電率として記憶する推定充電率記憶部と、
前記休止期間中に前記蓄電素子に電流が流れ始めるのが前記電流測定部によって測定されて前記休止期間が終了したかを判定する休止期間終了判定部と、
前記休止期間中に前記蓄電素子に流れ始める前記電流とそのときに前記電圧測定部によって測定される前記蓄電素子の端子間電圧とから前記蓄電素子の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出部と、
前記内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が所定値以下の場合、前記推定充電率記憶部に記憶される前記初期充電率を前記休止期間の終了時における前記蓄電素子の充電率とする充電率是正部と
を備える蓄電素子の充電率推定装置。

【請求項2】

前記充電率補正部によって補正される充電率を補正充電率として記憶する補正充電率記憶部を備え、
前記充電率是正部は、前記内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が前記所定値を超える場合、前記補正充電率記憶部に記憶される前記補正充電率を前記休止期間の終了時における前記蓄電素子の充電率とする
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の充電率推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の充電率推定装置および充電率推定方法としては、例えば、特許文献１に開示された状態推定装置、状態推定方法がある。

【0003】

同文献に開示された状態推定装置、状態推定方法は、同文献の図２に示される二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性を利用する。このＳＯＣ－ＯＣＶ特性は、横軸をＳＯＣ（充電率）、縦軸をＯＣＶ（開回路電圧）として表され、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化を二次電池の開回路電圧特性として表す。二次電池は、このＳＯＣ－ＯＣＶ特性に示されるように、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とを有する。同文献に開示された状態推定装置、状態推定方法では、同文献の図６に示されるように、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が大きな変化領域では、電流積算法によって推定されるＳＯＣをカルマンフィルタを用いて補正する。また、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が小さな平坦領域では、電流積算法によって推定されるＳＯＣを補正せず、電流積算法によって推定されるＳＯＣをその時点におけるＳＯＣとする。

【0004】

また、このような二次電池を蓄電素子とする電池パックの実際の運用として、充放電が休止期間を挟んで繰り返される各充放電サイクルにおいて、充電期間または放電期間から休止期間に移行するタイミングでＯＣＶが測定される場合がある。そして、測定されたＯＣＶに対応するＳＯＣが、予め記憶されているＳＯＣ－ＯＣＶ対応表から特定され、特定されたＳＯＣが休止期間の終了タイミングにおけるＳＯＣと推定されて、休止期間移行タイミングにおける初期のＳＯＣが補正される場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６６５７９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性は、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が相対的に小さな平坦領域では、ＯＣＶのわずかな変化に対応してＳＯＣは大きく変化する。また、ＯＣＶの値は、二次電池の充放電の履歴によってヒステリシスが生じ、そのヒステリシスに起因して充放電の経過サイクル数に応じてその測定値が変化する。したがって、ＯＣＶ変化が相対的に小さな平坦領域で、ＯＣＶの測定値からＳＯＣ－ＯＣＶ特性に基づいてＳＯＣを推定すると、推定するＳＯＣに誤差が生じる。この誤差は、充放電１サイクル毎に上記のヒステリシスの影響を受けて、推定するＳＯＣに大きく生じる。

【0007】

この現象は、特にオリビン系のリチウムイオン二次電池において顕著に現れ、オリビン系のリチウムイオン二次電池が持つＳＯＣ－ＯＣＶ特性の平坦領域では、ＯＣＶが数ｍＶずれるだけで、ＳＯＣには数１０％の誤差が生じる。このため、ＯＣＶ変化が相対的に小さな平坦領域で、ＯＣＶの測定値からＳＯＣ－ＯＣＶ特性に基づいてＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣに基づいて二次電池のそのときのＯＣＶ特性が平坦領域にあるか変化領域にあるかを判定すると、その正確な判定を行えない。

【0008】

よって、上記従来の特許文献１に開示された、オリビン系リチウムイオン二次電池がＳＯＣ－ＯＣＶ特性の平坦領域にあるか変化領域にあるかに基づいてＳＯＣを推定する状態推定装置、状態推定方法では、ＳＯＣを信頼性高く推定することができない。
また、上記従来の電池パックの実際の運用では、ＯＣＶ値の測定がＯＣＶ変化の相対的に小さな平坦領域で行われると、予め記憶されているＳＯＣ－ＯＣＶ対応表からＯＣＶの測定値によって特定されるＳＯＣは、誤差を大きく含んだものとなる。

【0009】

本発明は、以上の点を鑑みてなされたもので、ＯＣＶ変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とがＳＯＣ変化に対して現れる蓄電素子について、ＳＯＣを信頼性高く推定することのできる充電率推定装置および充電率推定方法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】

【0010】

このために本発明は、
開回路電圧変化の相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる開回路電圧特性を有する蓄電素子に流れる電流を測定する電流測定部と、
蓄電素子の端子間電圧を測定する電圧測定部と、
蓄電素子の充電率を推定する充電率推定部と、
充電率推定部によって推定された蓄電素子の充電率を補正する充電率補正部と、
蓄電素子に流れる電流が所定の期間にわたって電流測定部によって測定されないで蓄電素子が休止期間に入ったかを判定する休止期間判定部と、
蓄電素子が休止期間に入ったと休止期間判定部によって判定されるときに充電率推定部によって推定される充電率を初期充電率として記憶する推定充電率記憶部と、
休止期間中に蓄電素子に電流が流れ始めるのが電流測定部によって測定されて休止期間が終了したかを判定する休止期間終了判定部と、
休止期間中に蓄電素子に流れ始める電流とそのときに電圧測定部によって測定される蓄電素子の端子間電圧とから蓄電素子の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出部と、
内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が所定値以下の場合、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率を休止期間の終了時における蓄電素子の充電率とする充電率是正部と
を備える蓄電素子の充電率推定装置を構成した。

【0012】

本構成によれば、内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が所定値以下の場合、蓄電素子は、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域の状態にあると、判断される。充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域では、蓄電素子の内部抵抗値は、開回路電圧変化の大きな変化領域に比べて小さくなる。また、蓄電素子の内部抵抗値には、充電率のように充放電の履歴によって大きなヒステリシスは生じない。

【0013】

したがって、本構成によれば、算出される内部抵抗値が所定値と比べられることで、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域の状態にあるか大きな変化領域の状態にあるかが、充電率是正部によって正確に判断される。そして、開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域の状態にあると判断されると、充電率補正部によって補正されて得られる補正充電率には大きな誤差が含まれるものとされて、充電率推定部によって推定される充電率が、蓄電素子の充電率とされる。

【0014】

このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子について、充電率を信頼性高く推定することのできる充電率推定装置を提供することが可能となる。

【0017】

また、本構成によれば、蓄電素子が休止期間に入ったと休止期間判定部によって判定されるときに充電率推定部によって推定される充電率が初期充電率として推定充電率記憶部に記憶される。また、休止期間終了判定部によって休止期間が終了したものと判断されるときの内部抵抗値が内部抵抗値算出部によって算出され、算出される内部抵抗値が所定値以下か、判定される。内部抵抗値が所定値以下と判定される場合、充電率是正部により、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率が休止期間の終了時における蓄電素子の充電率とされる。

【0018】

このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子を用いて構成される電池パックの実際の運用において、電池パックの休止期間の終了時における充電率を信頼性高く推定することができるようになる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、上記のように、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子について、充電率を信頼性高く推定できる充電率推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態による蓄電素子の充電率推定装置を備える電池パックの概略構成を示すブロック図である。

【図2】一実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法で参照される二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性を示すグラフである。

【図3】一実施形態による蓄電素子の充電率推定装置に記憶される、図２に示すＳＯＣ－ＯＣＶ特性に対応するＳＯＣ－ＯＣＶテーブルを示す図である。

【図4】図２に示すＳＯＣ－ＯＣＶ曲線に二次電池のＳＯＣ－ＤＣＲ曲線を重ねて表したグラフである。

【図5】本発明の一実施形態による蓄電素子の充電率推定方法における処理の概略を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

次に、本発明の一実施の形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法について説明する。

【0028】

図１は、一実施形態による蓄電素子の充電率推定装置１を備える電池パック２の概略構成を示すブロック図である。

【0029】

電池パック２は、例えば、電気自動車や小型船舶等における、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給する。電池パック２は、組電池３、電流センサ４、および組電池３を管理するバッテリ・マネジメント・ユニット（ＢＭＵ）５を有する。これら電流センサ４およびＢＭＵ５は充電率推定装置１を構成する。

【0030】

組電池３は、二次電池３１から構成されるラミネートセルが複数積層されて直列に接続されて構成されており、各二次電池３１を蓄電素子としている。本実施形態では、各二次電池３１はオリビン系（リン酸鉄）リチウムイオン二次電池（ＬＦＰ）であり、充電率（ＳＯＣ）変化に対する開回路電圧（ＯＣＶ）変化が、図２のグラフに示すＳＯＣ－ＯＣＶ特性を示す。同グラフの横軸はＳＯＣ[％]、縦軸はＯＣＶ[ｍＶ]であり、同グラフにはＳＯＣ－ＯＣＶ曲線Ａが表されている。各二次電池３１は、このＳＯＣ－ＯＣＶ特性に示されるように、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が相対的に小さな平坦領域Ｌと大きな変化領域Ｈとを有する開回路電圧特性を示す。平坦領域Ｌは、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が例えば０．５[ｍＶ／％]以下の領域に設定される。

【0031】

なお、充電率とは、二次電池３１の満充電容量に対する残存容量の比率[％]であり、ＳＯＣ（State Of Charge）と呼ばれる。また、開回路電圧とは、二次電池３１に電流が流れていないときにおける二次電池３１の端子間電圧であり、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と呼ばれる。

【0032】

各二次電池３１および電流センサ４は配線６を介して直列に接続されており、例えば電気自動車等に搭載された充電器７、または電気自動車等の内部に設けられた動力源等の負荷７に接続される。充電器７は組電池３を充電し、また、負荷７は組電池３から電力の供給を受けて電力を消費する。

【0033】

電流センサ４は各二次電池３１に流れる電流を測定する電流測定部を構成する。電流センサ４は、各二次電池３１の電流値を一定周期で計測し、計測した電流計測値のデータをＢＭＵ５内の制御部５１に対して送信する。ＢＭＵ５は、制御部５１、電圧検出回路５２および温度センサ５３を備える。制御部５１は、中央処理装置（ＣＰＵ）５１ａ、メモリ５１ｂおよび通信部５１ｃを含んで構成される。通信部５１ｃは、電気自動車や小型船舶等に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）８と通信し、二次電池３１に関する情報をＥＣＵ８へ送信したりする。電圧検出回路５２は、検出ラインを介して各二次電池３１の両端にそれぞれ接続され、制御部５１からの指示に応答して各二次電池３１の端子間電圧を測定する電圧測定部を構成する。温度センサ５３は、接触式あるいは非接触式で、各二次電池３１の温度Ｔ［℃］を測定する。

【0034】

制御部５１内のメモリ５１ｂには、一実施形態による蓄電素子の充電率推定方法を実行するためのコンピュータプログラム、およびそのプログラムを実行するのに必要なデータが予め記憶されている。このコンピュータプログラムにしたがったＣＰＵ５１ａの回路各部に対する制御により、制御部５１内には各種の機能ブロックが構成される。この機能ブロックには、充電率推定部５１ｄ、充電率補正部５１ｅ、内部抵抗値算出部５１ｆ、および充電率是正部５１ｇがある。

【0035】

充電率推定部５１ｄは、各二次電池３１の充電率を推定する機能を果たす。また、充電率補正部５１ｅは、充電率推定部５１ｄによって推定された各二次電池３１の充電率を補正する機能を果たす。内部抵抗値算出部５１ｆは、電流センサ４によって測定される二次電池３１に流れる電流と、電圧検出回路５２によって測定される二次電池３１の端子間電圧とから、各二次電池３１の直流内部抵抗（ＤＣＲ）値を算出する機能を果たす。充電率是正部５１ｇは、内部抵抗値算出部５１ｆによって算出される直流内部抵抗値が後述する所定値ｙ以下の場合、充電率推定部５１ｄによって推定される充電率を二次電池３１の充電率とする機能を果たす。

【0036】

また、メモリ５１ｂは、充電率推定部５１ｄによって推定される充電率を記憶する推定充電率記憶部、および、充電率補正部５１ｅによって補正される充電率を記憶する補正充電率記憶部を構成する。また、メモリ５１ｂは、図２に示される開回路電圧特性を記憶する開回路電圧特性記憶部を構成し、メモリ５１ｂには、図３に示されるように、各充電率（ＳＯＣ[％]）の値に対して開回路電圧ＯＣＶ[ｍＶ]の値を対応づけるＳＯＣ－ＯＣＶテーブルが予め記憶されている。図２に示す平坦領域Ｌは、同テーブルに示すＳＯＣが４０～７０[％]のときの各ＯＣＶ[ｍＶ]の値で表される特性に相当する。さらに、メモリ５１ｂには、各充電率（ＳＯＣ[％]）の値に対して測定される直流内部抵抗（ＤＣＲ）[ｍΩ]の値を記憶する、図示しないＳＯＣ－ＤＣＲテーブルが予め記憶されている。

【0037】

図４に示すグラフには、メモリ５１ｂが記憶するＳＯＣ－ＤＣＲテーブルの各値によってプロットされるＳＯＣ－ＤＣＲ曲線Ｂが、図２に示すＳＯＣ－ＯＣＶ曲線Ａに重ねて表されている。ＳＯＣ－ＯＣＶ曲線Ａは実線で表され、ＳＯＣ－ＤＣＲ曲線Ｂは破線で表されている。同グラフの横軸はＳＯＣ[％]、左側の縦軸はＯＣＶ[ｍＶ]、右側の縦軸はＤＣＲ[ｍΩ]である。同グラフ中における矢印は、各曲線Ａ，Ｂが左右どちらの縦軸に対応しているかを示している。

【0038】

同グラフに示されるＳＯＣ－ＤＣＲ曲線Ｂから、二次電池３１の直流内部抵抗値は、開回路電圧の平坦領域Ｌにおいては、開回路電圧の変化領域Ｈに比べて小さく、一定値ｙ[ｍΩ]より小さくなることが、理解される。平坦領域Ｌは、ＳＯＣ－ＯＣＶ曲線Ａにおいて、充電率変化に対する開回路電圧変化が所定範囲、例えば０．５[ｍＶ／％]以下となる領域に設定される。一定値ｙ[ｍΩ]は、このようにＳＯＣ－ＯＣＶ曲線Ａにおいて設定された平坦領域ＬをＳＯＣ－ＤＣＲ曲線Ｂにおいて画定するものであり、本実施形態では、充電率是正部５１ｇが比較する直流内部抵抗値の所定値とされる。しかし、本発明は、直流内部抵抗値の所定値の定め方はこれに限定されるものでなく、ＳＯＣ－ＤＣＲ曲線Ｂにおいて、平坦領域Ｌの充電率変化に対応して二次電池３１が呈する、一定値ｙ[ｍΩ]より小さな範囲の直流内部抵抗値から、直流内部抵抗値の所定値を必要に応じて変更するようにしてもよい。

【0039】

また、本実施形態では、充電率推定部５１ｄは、電流積算法で二次電池３１の充電率を推定する。充電率補正部５１ｅは、充電率推定部５１ｄによって推定された二次電池３１の充電率を、電圧検出回路５２によって測定される開回路電圧の値に対応して開回路電圧特性記憶部に記憶される充電率（図３参照）に、補正する。

【0040】

また、本実施形態では、メモリ５１ｂに記憶されるコンピュータプログラムにより、制御部５１内には図１に示すように休止期間判定部５１ｈおよび休止期間終了判定部５１ｉの機能ブロックが構成される。休止期間判定部５１ｈは、二次電池３１に流れる電流が所定の期間にわたって電流センサ４によって測定されないで、二次電池３１が休止期間に入ったかを判定する機能を果たす。休止期間終了判定部５１ｉは、休止期間中に二次電池３１に電流が流れ始めるのが電流センサ４によって測定されて、休止期間が終了したかを判定する機能を果たす。

【0041】

推定充電率記憶部には、二次電池３１が休止期間に入ったと休止期間判定部５１ｈによって判定されるときに充電率推定部５１ｄによって推定される充電率が、初期充電率として記憶される。内部抵抗値算出部５１ｆは、休止期間中に二次電池３１に流れ始める電流と、そのときに電圧検出回路５２によって測定される二次電池３１の端子間電圧とから、二次電池３１の直流内部抵抗値を算出する。充電率是正部５１ｇは、内部抵抗値算出部５１ｆによって算出される内部抵抗値が所定値ｙ以下の場合、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率を休止期間の終了時における二次電池３１の充電率とする。

【0042】

図５は、一実施形態による蓄電素子の充電率推定方法の処理の概略を示すフローチャートである。

【0043】

最初に、ＣＰＵ５１ａによって各二次電池３１の現在のＳＯＣ値が取得される（ステップ１０１参照）。次に、充電率推定部５１ｄによって各二次電池３１のＳＯＣ値が電流積算法で推定される（ステップ１０２参照）。このステップ１０２の充電率推定ステップにおいて推定される充電率は推定充電率記憶部に記憶される。次に、各二次電池３１に流れる電流値が電流センサ４によって測定されて、取得される（ステップ１０３参照）。そして、各二次電池３１に流れる電流が所定の期間にわたってゼロになって電流センサ４によって測定されないで、各二次電池３１が休止期間に入ったか否かが、休止期間判定部５１ｈによって判定される（ステップ１０４参照）。本実施形態では、ステップ１０３で取得される電流値が一定時間以上、例えば２時間以上ゼロであるか否かが、制御部５１内の図示しないクロック部が発生するクロックによって判定される。ステップ１０３で取得される電流値が一定時間以上ゼロでなくて、ステップ１０４の判定結果がＮｏである場合には、処理はステップ１０２に戻ってステップ１０２～ステップ１０４の処理が繰り返される。

【0044】

一方、ステップ１０３で取得される電流値が一定時間以上ゼロになって、ステップ１０４の判定結果がＹｅｓになると、次に、各二次電池３１が既に休止期間に入ったことが判定済みであるか否か、判断される（ステップ１０５参照）。最初にこのステップ１０５の処理が実行されるときには、各二次電池３１が既に休止期間に入ったことが判定済みでないため、ステップ１０５の判断結果はＮｏとなる。この場合、各二次電池３１が休止期間に入ったとステップ１０５の休止期間判定ステップにおいて判定される。そして、ステップ１０２の充電率推定ステップにおいて推定される充電率が休止期間突入時の充電率として取得され、取得されたこの充電率が推定充電率記憶部に初期充電率ＲＳＯＣとして記憶される（ステップ１０６参照）。ステップ１０６のこの処理により、推定充電率記憶部に記憶される充電率ＳＯＣが初期充電率ＲＳＯＣとされる（ＳＯＣ＝ＲＳＯＣ）。

【0045】

一方、各二次電池３１が既に休止期間に入ったことが判定済みで、ステップ１０５の判定結果がＹｅｓの場合、次に、電圧検出回路５２によって測定される二次電池３１の端子間電圧から、開回路電圧（ＯＣＶ）値が取得される（ステップ１０７参照）。次に、ステップ１０２の充電率推定ステップにおいて推定された各二次電池３１の充電率が、ステップ１０７で取得される開回路電圧の値に対応して開回路電圧特性記憶部にＳＯＣ－ＯＣＶ特性として記憶される充電率ＶＳＯＣに、補正される（ステップ１０８参照）。ステップ１０８のこの処理により、補正充電率記憶部に記憶される充電率ＳＯＣが補正充電率ＶＳＯＣとされる（ＳＯＣ＝ＶＳＯＣ）。ステップ１０８は、ステップ１０２の充電率推定ステップにおいて推定された二次電池３１の充電率を補正する充電率補正ステップ、および、この充電率補正ステップにおいて補正される充電率を補正充電率記憶部に記憶する補正充電率記憶ステップを構成する。なお、開回路電圧特性記憶部には、図示しない開回路電圧特性記憶ステップにおいて、予め、各二次電池３１について、各充電率の値に対する開回路電圧の値が開回路電圧特性として記憶されている。

【0046】

次に、休止期間中に各二次電池３１に電流が流れ始めるのが電流センサ４によって測定されて、各二次電池３１に始動電流が流れたか否かが判断される（ステップ１０９参照）。このステップ１０９は、各二次電池３１の休止期間が終了したか否かを判定する休止期間終了判定ステップを構成する。各二次電池３１に始動電流が流れるのが検出されなくて、ステップ１０９の判断結果がＮｏである場合、処理はステップ１０５に戻ってステップ１０５～ステップ１０９の処理が繰り返される。

【0047】

各二次電池３１に始動電流が流れることにより生じる過渡応答が検出されて、ステップ１０９の判断結果がＹｅｓである場合、各二次電池３１の休止期間が終了したと判断される。この場合、次に、電流センサ４によって測定される二次電池３１に流れる電流と、電圧検出回路５２によって測定される二次電池３１の端子間電圧とから、内部抵抗値算出部５１ｆによって二次電池３１の直流内部抵抗値が算出される（ステップ１１０参照）。

【0048】

次に、ステップ１１０のこの内部抵抗値算出ステップにおいて算出される内部抵抗値が、平坦領域Ｌの充電率変化に対応して二次電池３１が呈する範囲の内部抵抗値から選択される所定値ｙ以下であるか否かが、判断される（ステップ１１１参照）。ステップ１１０で算出される内部抵抗値が所定値ｙ以下の場合、ステップ１１１の判断結果はＹｅｓとなり、二次電池３１の充電率ＳＯＣは、充電率是正部５１ｇにより、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率ＲＳＯＣとされる（ステップ１１２参照）。また、ステップ１１０で算出される内部抵抗値が所定値ｙ以下でない場合、ステップ１１１の判断結果はＮｏとなり、二次電池３１の充電率ＳＯＣは、充電率是正部５１ｇにより、補正充電率記憶部に記憶される補正充電率ＶＳＯＣとされる（ステップ１１３参照）。ステップ１１１，１１２は、ステップ１１０の内部抵抗値算出ステップにおいて算出される内部抵抗値が所定値ｙ以下の場合、ステップ１０２の充電率推定ステップにおいて推定される充電率を二次電池３１の充電率とする充電率是正ステップを構成する。

【0049】

このような本実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法によれば、内部抵抗値算出部５１ｆおよびステップ１１０の内部抵抗値算出ステップによって算出される内部抵抗値が所定値ｙ以下の場合、二次電池３１は、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌの状態にあると、判断される。充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌでは、二次電池３１の内部抵抗値は、図４のグラフに示すように、開回路電圧変化の大きな変化領域Ｈに比べて小さくなる。また、二次電池３１の内部抵抗値には、充電率のように充放電の履歴によって大きなヒステリシスは生じない。

【0050】

したがって、本実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法によれば、算出される内部抵抗値が所定値ｙと比べられることで、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌの状態にあるか大きな変化領域Ｈの状態にあるかが、充電率是正部５１ｇおよびステップ１１１，１１２の充電率是正ステップによって正確に判断される。ステップ１０２での電流積算法により推定される充電率は時間の経過とともに誤差が蓄積する。本発明では、例えば、特許文献１のように、推定した充電率からＳＯＣ－ＯＣＶ特性を参照して平坦領域Ｌにあるか変化領域Ｈにあるかが判定される場合に比べて、領域判定の精度を高めることができる。そして、開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌの状態にあると判断されると、充電率補正部５１ｅおよびステップ１０８の充電率補正ステップによって補正されて得られる補正充電率には、大きな誤差が含まれるものとされて、充電率推定部５１ｄおよびステップ１０２の充電率推定ステップによって推定される充電率が、そのときの二次電池３１の充電率とされる。

【0051】

このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌと大きな変化領域Ｈとが充電率変化に対して現れる二次電池３１について、充電率を信頼性高く推定することのできる充電率推定装置および充電率推定方法を提供することが可能となる。

【0052】

もしも、開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌの状態にあるときに、充電率補正部５１ｅおよびステップ１０８の充電率補正ステップによって補正されて得られる補正充電率を採用すると、補正充電率には大きな誤差が含まれてしまう。つまり、図３に示すテーブルから、充電期間または放電期間から休止期間に移行するタイミングでＯＣＶが例えば３３２０ｍＶと測定されるとＳＯＣは７０％と補正され、二次電池３１の充放電があるサイクル数繰り返された後、休止期間が終了するタイミングでＯＣＶが例えば３３０６ｍＶと測定されるとＳＯＣは４０％と補正されることとなり、補正充電率には３０[％]の大きな誤差が生じる。このＳＯＣの誤差は、充放電１サイクル毎に平坦領域ＬでＯＣＶにヒステリシスによってずれが生じることに起因する。

【0053】

また、本実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法によれば、二次電池３１が休止期間に入ったと休止期間判定部５１ｈおよびステップ１０５の休止期間判定ステップによって判定されるときに、充電率推定部５１ｄおよびステップ１０２の充電率推定ステップによって推定される充電率が初期充電率ＲＳＯＣとして、推定充電率記憶部に記憶される。また、休止期間終了判定部５１ｉおよびステップ１０９の休止期間終了判定ステップによって休止期間が終了したものと判断されるときの内部抵抗値が、内部抵抗値算出部５１ｆおよびステップ１０８の内部抵抗値算出ステップによって算出され、算出される内部抵抗値が所定値ｙ以下であるか、判定される。内部抵抗値が所定値ｙ以下と判定される場合、充電率是正部５１ｇおよびステップ１１１，１１２の充電率是正ステップにより、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率ＲＳＯＣが休止期間の終了時における二次電池３１の充電率とされる。

【0054】

このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域Ｌと大きな変化領域Ｈとが充電率変化に対して現れる二次電池３１を用いて構成される電池パック２０の実際の運用において、電池パック２０の休止期間の終了時における充電率を信頼性高く推定することができるようになる。

【0055】

なお、上記の実施形態では、充電率補正部５１ｅおよびステップ１０８の充電率補正ステップによる充電率の補正は、充電率推定部５１ｄおよびステップ１０２の充電率推定ステップによって電流積算法で推定された二次電池３１の充電率が、電圧検出回路５２によって測定される開回路電圧の値に対応して開回路電圧特性記憶部に記憶される充電率にされることで、行われる場合について、説明した。しかし、充電率補正部５１ｅおよびステップ１０８の充電率補正ステップによる充電率の補正は、充電率推定部５１ｄおよびステップ１０２の充電率推定ステップによって電流積算法で推定された二次電池３１の充電率が、カルマンフィルタを用いて補正されることで、行われるように構成してもよい。この場合、充電率推定部５１ｄおよび充電率推定ステップにおいて推定される充電率である「ＳＯＣの事前推定値」に対して、充電率補正部５１ｅおよび充電率補正ステップにおいて、「カルマンゲイン」と「端子電圧の予測誤差」の積がカルマンフィルタによって加えられることにより、「ＳＯＣの事前推定値」が補正される。このような構成によっても、上記の実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法と同様な作用効果が奏される。

【産業上の利用可能性】

【0056】

上記の実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法は、二次電池３１がＬＦＰである場合について、説明した。しかし、本発明は二次電池３１がＬＦＰである場合に限定されるものではなく、開回路電圧変化の相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる開回路電圧特性を有する他の蓄電素子にも同様に適用することができる。そして、その場合においても、上記の実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法と同様な作用効果が奏される。

【符号の説明】

【0057】

１：充電率推定装置
２：電池パック
３：組電池
３１：二次電池（蓄電素子）
４：電流センサ（電流測定部）
５：バッテリ・マネジメント・ユニット（ＢＭＵ）
５１：制御部
５１ａ：ＣＰＵ
５１ｂ：メモリ（推定充電率記憶部、補正充電率記憶部、開回路電圧特性記憶部）
５１ｄ：充電率推定部
５１ｅ：充電率補正部
５１ｆ：内部抵抗算出部
５１ｇ：充電率是正部
５１ｈ：休止期間判定部
５１ｉ：休止期間終了判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】