特許 7600055 蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法

(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】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/3828 20190101AFI20241209BHJP

   G01R 31/367 20190101ALI20241209BHJP

   G01R 31/374 20190101ALI20241209BHJP

   G01R 31/387 20190101ALI20241209BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241209BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

G01R31/3828

G01R31/367

G01R31/374

G01R31/387

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H02J7/00 X

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021135190

(22)【出願日】2021-08-20

(65)【公開番号】P2023029091

(43)【公開日】2023-03-03

【審査請求日】2024-02-29

(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】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２５２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２２６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８４４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０７９１６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０５４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０１９３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／３９６

Ｈ０１Ｍ 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、
前記蓄電素子の温度を測定する温度測定部と、
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、
前記温度測定部によって測定される前記蓄電素子の温度の上昇値を算出する温度上昇値算出部と、
前記電流測定部によって測定される電流が前記蓄電素子の放電電流であり、かつ、前記温度上昇値算出部によって算出される前記蓄電素子の温度上昇値が前記平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、前記充電率推定部によって推定される充電率を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】

前記所定値は、前記充電率変化に対する前記蓄電素子の平均の温度上昇値変化の変化率が負に転じる充電率と、前記充電率変化に対する前記蓄電素子の平均の温度上昇値変化の変化率が正に転じる充電率との間の範囲における前記蓄電素子の温度上昇値を前記平坦領域に画定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。

【請求項3】

前記蓄電素子は複数が直列に接続されて近接して配置されて組電池を構成し、
前記温度測定部は直列に接続された前記蓄電素子の少なくとも１つの温度を測定し、
前記温度上昇値算出部は、前記温度測定部で測定された１つの前記蓄電素子の温度の上昇値、または、前記温度測定部で測定された所定の複数の前記蓄電素子についての各温度の平均の上昇値を算出し、
前記充電率是正部は、前記温度上昇値算出部によって算出された１つの前記蓄電素子の温度上昇値、または、所定の複数の前記蓄電素子についての平均の温度上昇値が前記平坦領域を画定する前記所定値以下の温度上昇値である場合、前記充電率推定部によって推定される充電率を各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または請求項２に記載の蓄電素子の充電率推定装置。

【請求項4】

前記充電率推定部は、電流積算法で前記蓄電素子の充電率を推定し、
前記充電率補正部は、前記充電率推定部によって推定される充電率をカルマンフィルタを用いて補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電素子の充電率推定装置。

【請求項5】

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ステップと、
前記蓄電素子の温度を測定する温度測定ステップと、
前記蓄電素子の充電率を推定する充電率推定ステップと、
前記充電率推定ステップにおい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ステップと、
前記電流測定ステップによって測定された電流が前記蓄電素子の放電電流であるか否か判断する放電電流判定ステップと、
前記放電電流判定ステップによって前記電流測定ステップにおいて測定された電流が前記蓄電素子の放電電流であると判断された場合、前記温度測定ステップによって測定された前記蓄電素子の温度の上昇値を算出する温度上昇値算出ステップと、
前記温度上昇値算出ステップによって算出された前記蓄電素子の温度上昇値が前記平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、前記充電率推定ステップによって推定される充電率を前記蓄電素子の充電率とする充電率是正ステップと
を備える蓄電素子の充電率推定方法。

【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、リン酸鉄リチウムイオン二次電池（ＬＦＰ）の充電率を推定するものであり、同文献の図２に示されるＬＦＰ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ＬＦＰの開回路電圧特性として表す。ＬＦＰ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。

【0004】

同文献に開示された状態推定装置、状態推定方法では、ＬＦＰに対してバッテリモデルとカルマンフィルタを用いた補正を適用すると、ＳＯＣの推定精度を低下させる恐れがある点に着目し、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。

【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】

同文献では、電流積算法により推定されたＳＯＣに基づいて、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性を参照し、ＬＦＰの推定したＳＯＣが平坦領域にあるか、変化領域にあるかの領域判定をしている。そして、その領域判定の結果により、ＳＯＣについてカルマンフィルタ補正を実行するか否か決定している。しかし、電流積算法で推定されるＳＯＣは、電流積算のたびに誤差が累積されるため、ＬＦＰの放電が進むに連れてその推定誤差が大きくなり、領域判定の精度が著しく低下する。これは、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が相対的に小さな平坦領域をもつＬＦＰでは特に顕著である。

【0007】

この点に鑑みて、電流積算法により推定されるＳＯＣとは異なる情報に基づいて、ＳＯＣが平坦領域にあるか変化領域にあるかの領域判定を正確に行うことで、ＳＯＣの推定精度を向上することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、
蓄電素子の温度を測定する温度測定部と、
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、
温度測定部によって測定される蓄電素子の温度の上昇値を算出する温度上昇値算出部と、
電流測定部によって測定される電流が蓄電素子の放電電流であり、かつ、温度上昇値算出部によって算出される蓄電素子の温度上昇値が平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、充電率推定部によって推定される充電率を蓄電素子の充電率とする充電率是正部と
を備えて、蓄電素子の充電率推定装置を構成した。

【0009】

また、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ステップと、
蓄電素子の温度を測定する温度測定ステップと、
蓄電素子の充電率を推定する充電率推定ステップと、
充電率推定ステップにおいて推定された蓄電素子の充電率を補正する充電率補正ステップと、
電流測定ステップによって測定された電流が蓄電素子の放電電流であるか否か判断する放電電流判定ステップと、
放電電流判定ステップによって電流測定ステップにおいて測定された電流が蓄電素子の放電電流であると判断された場合、温度測定ステップによって測定された蓄電素子の温度の上昇値を算出する温度上昇値算出ステップと、
温度上昇値算出ステップによって算出された蓄電素子の温度上昇値が平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、充電率推定ステップによって推定される充電率を蓄電素子の充電率とする充電率是正ステップと
を備えて、蓄電素子の充電率推定方法を構成した。

【0010】

これらの構成によれば、温度上昇値算出部または温度上昇値算出ステップによって算出された蓄電素子の温度上昇値が平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、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。また、蓄電素子の温度は、蓄電素子の放電が進んでも、電流積算法によって推定されるＳＯＣのように、誤差が大きくなることなく、測定される。

【0011】

したがって、これらの構成によれば、電流積算法により推定されるＳＯＣとは異なる蓄電素子の温度の情報に基づいて、蓄電素子のＳＯＣが平坦領域にあるか変化領域にあるかの領域判定を正確に行うことができる。その結果、その領域判定の結果に応じてＳＯＣの補正が適切に行えるようになり、ＳＯＣの推定精度を向上させることが可能になる。

【0012】

また、本発明は、所定値が、充電率変化に対する蓄電素子の平均の温度上昇値変化の変化率が負に転じる充電率と、充電率変化に対する蓄電素子の平均の温度上昇値変化の変化率が正に転じる充電率との間の範囲における蓄電素子の温度上昇値を平坦領域に画定することを特徴とすることを特徴とする。

【0013】

本発明は、図３に示される測定結果に基づくものであり、この測定結果では、平坦領域を画定する所定の閾値ｙを境に温度上昇値が変化領域よりも平坦領域の方が低くなる現象が見られる。この理由は定かではないが、例えば蓄電素子がリン酸鉄リチウムイオン二次電池（ＬＦＰ）であり、正極活物質にリン酸鉄リチウムが採用され、負極活物質にグラファイトが採用され、且つ放電時に放電電流値が一定の範囲内にあるとき、蓄電素子のＳＯＣが変化領域にあるときには電流の２乗に比例するジュール熱による発熱が支配的となり、平坦領域にあるときには電流に比例するエントロピー吸熱が支配的となることによるのではないかと考えられる。

【0014】

ＳＯＣが変化領域にある蓄電素子は、その内部でジュール熱や反応熱を発生させて温度が上昇する。また、ＳＯＣが平坦領域にある蓄電素子は、その内部で吸熱反応が大きくなり、温度の上昇が抑制される。したがって、ＳＯＣが変化領域から平坦領域に遷移すると、蓄電素子内部のジュール熱や反応熱で温度が上昇する傾向にあった蓄電素子は、蓄電素子内部の吸熱反応によって温度が下降する傾向を呈する。また、ＳＯＣが平坦領域から変化領域に遷移すると、蓄電素子内部の吸熱反応によって温度が下降する傾向にあった蓄電素子は、蓄電素子内部のジュール熱や反応熱で温度が上昇する傾向を呈する。このため、本構成によれば、蓄電素子の充電率と温度との関係において、蓄電素子の温度上昇値変化の変化率の傾向が負に転じる充電率と正に転じる充電率との間の範囲における蓄電素子の温度上昇値を、所定値の温度上昇値によって画定し、測定される蓄電素子の温度上昇値と比較することで、ＳＯＣの平坦領域を正確に判定することができる。

【0015】

また、本発明は、
蓄電素子が複数直列に接続されて近接して配置されて組電池を構成し、
温度測定部が直列に接続された蓄電素子の少なくとも１つの温度を測定し、
温度上昇値算出部が、温度測定部で測定された１つの蓄電素子の温度の上昇値、または、温度測定部で測定された所定の複数の蓄電素子についての各温度の平均の上昇値を算出し、
充電率是正部が、温度上昇値算出部によって算出された１つの蓄電素子の温度上昇値、または、所定の複数の蓄電素子についての平均の温度上昇値が平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、充電率推定部によって推定される充電率を各蓄電素子の充電率とする
ことを特徴とする。

【0016】

本構成によれば、複数の蓄電素子が近接して配置されて組電池を構成する場合、組電池を構成する全ての蓄電素子の温度の上昇値を算出しなくても、組電池を構成する１つの蓄電素子の温度の上昇値、または、組電池を構成する所定の複数の蓄電素子についての各温度の平均の上昇値を算出し、これらいずれかの温度上昇値が平坦領域を画定する所定値以下の温度上昇値である場合、充電率推定部によって推定される充電率を各蓄電素子の充電率とすることができる。したがって、複数の蓄電素子が近接して配置されて組電池を構成する場合、温度測定処理および温度上昇値算出処理は組電池を構成する一部の蓄電素子について行うだけで足りるため、これら各処理が簡易化される。このため、組電池を構成する各蓄電素子のＳＯＣの推定は精度高く迅速に行えるようになる。

【0017】

また、本発明は、
充電率推定部が、電流積算法で蓄電素子の充電率を推定し、
充電率補正部が、充電率推定部によって推定される充電率をカルマンフィルタを用いて補正することを特徴とする。

【0018】

本構成によれば、充電率補正部による充電率の補正は、充電率推定部によって電流積算法で推定された蓄電素子の充電率が、カルマンフィルタを用いて補正されることで、行われる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ＳＯＣが平坦領域にあるか変化領域にあるかの領域判定を精度高く行え、ＳＯＣの推定精度を向上させることが可能な蓄電素子の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できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【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の充電率推定対象となる二次電池の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および充電率推定方法で参照される、平坦領域を画定する所定値の二次電池の温度上昇値が導出される、二次電池のＳＯＣ変化に対するその温度上昇値変化を示すグラフである。

【図4】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】

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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、並びに、電圧検出回路および温度検出回路を含むモジュール・モニタリング・ユニット（ＭＭＵ：Module Monitoring Unit）５２を備える。

【0028】

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。ＭＭＵ５２の電圧検出回路は、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。

【0029】

ＭＭＵ５２の温度検出回路は、直列に接続された二次電池３１の少なくとも１つの二次電池３１の温度を測定する温度測定部を構成し、制御部５１からの指示に応答して、対応する二次電池３１の温度Ｔ［℃］を接触式あるいは非接触式で測定する。すなわち、温度検出回路は、組電池３を構成する各二次電池３１のそれぞれの温度を検出するか、または、１つの二次電池３１、例えば、組電池３を構成する各二次電池３１のうち中央に位置する二次電池３１の温度だけを検出するか、または、所定の複数の二次電池３１、例えば、組電池３を構成する列の奇数番目もしくは偶数番目の各二次電池３１の温度を検出する。なお、本実施形態では、ＭＭＵ５２はＢＭＵ５１の内部に含まれる構成としているが、組電池３と一体化して構成されるようにしてもよい。

【0030】

制御部５１内のメモリ５１ｂには、本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う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、温度上昇値算出部５１ｆ、および充電率是正部５１ｇがある。

【0031】

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。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の充電率をカルマンフィルタを用いて補正する。この場合、充電率推定部５１ｄ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。

【0032】

温度上昇値算出部５１ｆは、ＭＭＵ５２の温度検出回路で測定された任意の１つの二次電池３１の温度の上昇値、または、温度検出回路で測定された所定の複数の二次電池３１についての各温度の平均の上昇値を算出する機能を果たす。充電率是正部５１ｇは、電流センサ４によって測定される電流が各二次電池３１の放電電流であり、かつ、温度上昇値算出部５１ｆによって算出される各二次電池３１の温度上昇値が、後述するように平坦領域Ｌを画定する所定値ｙ以下の温度上昇値である場合、充電率推定部５１ｄによって推定される充電率を各二次電池３１の充電率とする機能を果たす。

【0033】

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、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、ＭＭＵ５２の温度検出回路によって検出される各二次電池３１の温度を記憶する温度記憶部、および、平坦領域Ｌを画定する所定値ｙを記憶する所定値記憶部を構成する。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する。

【0034】

図３に示すグラフには、二次電池３１の放電時におけるＳＯＣ変化に対するその温度上昇値変化が、二次電池３１のセル温度変化、端子間電圧変化、および周囲温度変化と共に表されている。同グラフの横軸はＳＯＣ[％]、左側の縦軸は温度[℃]、右側の縦軸は温度上昇値[℃／ｍｉｎ]および電圧[Ｖ]である。二次電池３１の温度上昇値変化は、右側の縦軸に示される温度上昇値[℃／ｍｉｎ]に対応して短い破線で描かれた特性線Ａに表される。二次電池３１のセル温度変化は、左側の縦軸に示される温度[℃]に対応して実線で描かれた特性線Ｂに表される。二次電池３１の端子間電圧変化は、右側の縦軸に示される電圧[Ｖ]に対応して長い破線で描かれた特性線Ｃに表される。二次電池３１の周囲温度変化は、左側の縦軸に示される温度[℃]に対応して一点鎖線で描かれた特性線Ｄに表される。

【0035】

右側の縦軸に記載される温度上昇値ｙ[℃／ｍｉｎ]は、平坦領域Ｌ（図２参照）を画定する所定値を示す。本実施形態では、二次電池３１のＳＯＣが平坦領域Ｌにあるか変化領域Ｈにあるかは、二次電池３１のＳＯＣ変化に対する温度上昇値変化を表す特性線Ａを基に判断される。つまり、温度上昇値算出部５１ｆによって算出される二次電池３１の温度上昇値が、この所定値ｙ以下の温度上昇値である場合、充電率推定部５１ｄによって推定されるＳＯＣが平坦領域Ｌにあると判断され、充電率推定部５１ｄによって推定されるＳＯＣが二次電池３１の充電率とされる。

【0036】

所定値ｙは、ＳＯＣ変化に対する二次電池３１の平均の温度上昇値変化の変化率、つまり、特性線Ａの傾きの傾向を表す特性線Ａ’の傾きが負に転じるＳＯＣの値である約７０[％]と、特性線Ａ’の傾きが正に転じるＳＯＣの値である約３９[％]との間の範囲における二次電池３１の温度上昇値を、平坦領域Ｌに画定する。

【0037】

ＳＯＣが変化領域Ｈにある二次電池３１は、その内部でジュール熱や反応熱を発生させて温度が上昇する。また、ＳＯＣが平坦領域Ｌにある二次電池３１は、その内部で吸熱反応が大きくなり、温度の上昇が抑制される。したがって、ＳＯＣが約７０[％]で変化領域Ｈから平坦領域Ｌに遷移すると、二次電池３１内部のジュール熱や反応熱で温度が上昇する傾向にあった二次電池３１は、二次電池３１内部の吸熱反応によって温度が下降する傾向を呈する。また、ＳＯＣが約３９[％]で平坦領域Ｌから変化領域Ｈに遷移すると、二次電池３１内部の吸熱反応によって温度が下降する傾向にあった二次電池３１は、二次電池３１内部のジュール熱や反応熱で温度が上昇する傾向を呈する。

【0038】

このため、二次電池３１のＳＯＣと温度との関係において、二次電池３１の温度上昇値変化の変化率の傾向が負に転じるＳＯＣと正に転じるＳＯＣとの間の範囲における二次電池３１の温度上昇値を、所定値ｙの温度上昇値によって画定し、測定される二次電池３１の温度上昇値と比較することで、ＳＯＣの平坦領域Ｌを正確に判定することができる。

【0039】

なお、ＳＯＣが１００[％]弱のときにも二次電池３１の温度上昇値が所定値ｙ以下の温度上昇値になるが、これは、温度上昇値変化の変化率の傾向が負に転じるＳＯＣと正に転じるＳＯＣとの間の範囲におけるＳＯＣでないため、除外される。

【0040】

図４は、本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。

【0041】

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、各二次電池３１に流れる電流が放電電流であるか否かが判定される（ステップ１０３参照）。ＣＰＵ５１ａは、電流センサ４で測定される電流が、組電池３から負荷７に流れる電流であるか否かを判定することで、放電電流であるか否かを判定する。

【0042】

各二次電池３１に流れる電流が放電電流ではないと判定されて、ステップＳ１０３の判定結果がＮｏになると、二次電池３１に流れる電流が放電電流であると判定されるまで、ステップＳ１０３の判定処理が繰り返される。また、各二次電池３１に流れる電流が放電電流であると判定されて、ステップＳ１０３の判定結果がＹｅｓになると、次に、温度上昇値算出部５１ｆにより、ＭＭＵ５２の温度検出回路で測定された任意の１つの二次電池３１の温度の上昇値、または、温度検出回路で測定された所定の複数の二次電池３１についての各温度の平均の上昇値、または、全ての二次電池３１についての各温度の平均の上昇値が算出される（ステップＳ１０４参照）。

【0043】

温度上昇値は、複数の二次電池３１について算出される場合には、各二次電池３１の温度上昇値が先に算出されて、算出された各温度上昇値の平均が後から算出されてもよいし、また、各二次電池３１の温度の平均値が先に算出されて、算出された温度平均値と前回算出の温度平均値との差から、算出されるようにしてもよい。

【0044】

次に、充電率是正部５１ｇにより、ステップＳ１０４で算出されたいずれかの温度上昇値が、所定値記憶部に記憶された所定値ｙ以下の温度上昇値であるか否かが判定される（ステップＳ１０５参照）。算出された温度上昇値が所定値ｙ以下の温度上昇値であると判定されて、ステップＳ１０５の判定結果がＹｅｓになると、充電率是正部５１により、二次電池３１のＳＯＣは平坦領域Ｌにあると判断され、充電率推定部５１ｄによって推定された充電率、すなわち電流積算法により推定されたＳＯＣが二次電池３１の充電率とされる（ステップＳ１０６参照）。

【0045】

一方、算出された温度上昇値が所定値ｙ以下の温度上昇値ではないと判定されて、ステップＳ１０５の判定結果がＮｏになると、充電率是正部５１により、二次電池３１のＳＯＣは変化領域Ｈにあると判断され、充電率推定部５１ｄにより推定された充電率が充電率補正部５１ｅによってカルマンフィルタを用いて補正される。そして、充電率是正部５１により、充電率補正部５１ｅによって補正されたＳＯＣが二次電池３１の充電率とされる（ステップＳ１０７参照）。

【0046】

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、温度上昇値算出部５１ｆおよびステップＳ１０４の温度上昇値算出ステップによって算出された二次電池３１の温度上昇値が、平坦領域Ｌを画定する所定値ｙ以下の温度上昇値である場合、二次電池３１は、ＳＯＣに対するＯＣＶ（開回路電圧）の特性がＯＣＶ変化の小さな平坦領域Ｌの状態にあると、判断される。また、二次電池３１の温度は、二次電池３１の放電が進んでも、電流積算法によって推定されるＳＯＣのように、誤差が大きくなることなく、測定される。

【0047】

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、電流積算法により推定されるＳＯＣとは異なる二次電池３１の温度の情報に基づいて、二次電池３１のＳＯＣが平坦領域Ｌにあるか変化領域Ｈにあるかの領域判定を正確に行うことができる。その結果、その領域判定の結果に応じてＳＯＣの補正が適切に行えるようになり、ＳＯＣの推定精度を向上させることが可能になる。

【0048】

電流積算法により推定されたＳＯＣに基づいて領域判定を行う従来技術では、例えば、二次電池３１が本来であれば平坦領域Ｌにあると判定されるべきところ、変化領域Ｈにあると判定されるために、カルマンフィルタによる充電率の補正が行われることで、ＳＯＣの推定精度が低下するおそれがある。しかし、本実施形態によれば、二次電池３１のＳＯＣと温度上昇値との関係に着目して、電流積算法により推定されて誤差が大きくなるＳＯＣに代えて、大きな誤差を伴わないで測定される温度上昇値に基づいて領域判定を行うことで、平坦領域Ｌの判定精度を向上することができるため、ＳＯＣの推定精度が低下するおそれを低減することができる。

【0049】

また、従来技術では、放電が進むに連れて、本来であれば平坦領域Ｌにあると判定されるべきところを変化領域Ｈにあると判定されたため、カルマンフィルタによる充電率の補正が行われた結果、実際よりも高いＳＯＣを各二次電池３１が持つものと推定される可能性がある。そのため、各二次電池３１は十分な電池容量を持つものと誤った認識を持って運用を進めた結果、突然のシステムダウンを招く可能性がある。しかし、本実施形態によれば、平坦領域Ｌを正確に判定することができ、ＳＯＣを誤って推定するおそれを低減できるため、突然のシステムダウンが発生する可能性を低減することができる。

【0050】

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、複数の二次電池３１が近接して配置されて組電池３を構成するので、組電池３を構成する全ての二次電池３１の温度の上昇値を算出しなくても、組電池３を構成する１つの二次電池３１の温度の上昇値、または、組電池３を構成する所定の複数の二次電池３１についての各温度の平均の上昇値を算出し、これらいずれかの温度上昇値が平坦領域Ｌを画定する所定値ｙ以下の温度上昇値である場合、充電率推定部５１ｄによって推定されるＳＯＣを各二次電池３１の充電率とすることができる。したがって、本実施形態のように、複数の二次電池３１がラミネートセルとして複数積層されて近接配置され、組電池３が構成される場合、温度測定処理および温度上昇値算出処理は組電池３を構成する一部の二次電池３１について行うだけで足りるため、これら各処理が簡易化される。このため、組電池３を構成する各二次電池３１のＳＯＣの推定は精度高く迅速に行えるようになる。

【産業上の利用可能性】

【0051】

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】

【0052】

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
５１ｄ：充電率推定部
５１ｅ：充電率補正部
５１ｆ：温度上昇算出部
５２：モジュール・モニタリング・ユニット（ＭＭＵ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】