(57)【要約】【課題】電池状態を従来よりも高精度に判定することが可能な電池状態評価装置を提供する。【解決手段】電池電圧を検出する電圧検出部と、電池電流を検出する電流検出部と、電池の初期状態に対する現在状態を検出量である電池電圧及び電池電流に基づいて評価する電池評価部とを備える。【選択図】図１
2020153922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池電圧を検出する電圧検出部と、
電池電流を検出する電流検出部と、
電池の初期状態に対する現在状態を検出量である前記電池電圧及び前記電池電流に基づいて評価する電池評価部と
を備えることを特徴とする電池状態評価装置。
【請求項２】
前記電池評価部は、前記電池が負荷に接続されていない状態の電池電圧である開回路電圧、前記電池が負荷に接続された状態の電池電圧である閉回路電圧、前記電池電流における初期状態からの電流積算値、電池の初期状態における前記開回路電圧と電池充電率との関係を示す初期充電率特性、また前記電池の初期充電率に基づいて前記現在状態を評価することを特徴とする請求項１に記載の電池状態評価装置。
【請求項３】
前記電池評価部は、前記開回路電圧、前記電流積算値及び前記初期充電率特性に基づいて前記初期充電率からの第１の変化量を算出し、前記閉回路電圧及び前記初期充電率特性に基づいて前記初期充電率からの第２の変化量を算出し、前記第１の変化量と前記第２の変化量との差分に基づいて前記電池の劣化状態を評価することを特徴とする請求項２に記載の電池状態評価装置。
【請求項４】
前記現在状態に応じて現在の前記電池に適用する充電率特性を更新する特性更新部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池状態評価装置。
【請求項５】
前記電池は複数の電池セルが直列接続された組電池であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池状態評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池状態評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、電流積算期間における電流積算充電率変化量ΔＳＯＣ−ｉを算出するΔＳＯＣ−ｉ算出部と、電流積算期間の開始時および終了時の開放電圧ＯＣＶを推定する開放電圧推定部と、電流積算期間の開始時および終了時の開放電圧充電率ＳＯＣ−ｖを算出するＯＣＶ-ＳＯＣ変換部と、電流積算期間の終了時の開放電圧充電率ＳＯＣ−ｖと電流積算期間の開始時の開放電圧充電率ＳＯＣ−ｖとの差分である開放電圧充電率変化量ΔＳＯＣ−ｖを算出するΔＳＯＣ−ｖ算出部と、開放電圧充電率変化量ΔＳＯＣ−ｖに対する電流積算充電率変化量ΔＳＯＣ−ｉの比である容量維持率ＳＯＨを算出し、算出した容量維持率ＳＯＨに基づいてバッテリ容量を算出する劣化推定部とを備える電池容量算出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０５８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記背景技術の開放電圧推定部は、バッテリの状態量に基づいてバッテリの内部抵抗等価回路を示すバッテリモデルの各パラメータを逐次推定することによって電流積算期間の開始時および終了時の開放電圧ＯＣＶを推定する。このようなパラメータ推定における精度（推定精度）は必ずしも十分なものではないので、開放電圧ＯＣＶを用いた容量維持率ＳＯＨは十分な精度を有してなく、よって背景技術は電池容量の算出精度が十分ではない。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電池状態を従来よりも高精度に判定することが可能な電池状態評価装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電池状態評価装置に係る第１の解決手段として、電池電圧を検出する電圧検出部と、電池電流を検出する電流検出部と、電池の初期状態に対する現在状態を検出量である前記電池電圧及び前記電池電流に基づいて評価する電池評価部とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、電池状態評価装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電池評価部は、前記電池が負荷に接続されていない状態の電池電圧である開回路電圧、前記電池が負荷に接続された状態の電池電圧である閉回路電圧、前記電池電流における初期状態からの電流積算値、電池の初期状態における前記開回路電圧と電池充電率との関係を示す初期充電率特性、また前記電池の初期充電率に基づいて前記現在状態を評価する、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、電池状態評価装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記電池評価部は、前記開回路電圧、前記電流積算値及び前記初期充電率特性に基づいて前記初期充電率からの第１の変化量を算出し、前記閉回路電圧及び前記初期充電率特性に基づいて前記初期充電率からの第２の変化量を算出し、前記第１の変化量と前記第２の変化量との差分に基づいて前記電池の劣化状態を評価する、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、電池状態評価装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記現在状態に応じて現在の前記電池に適用する充電率特性を更新する特性更新部をさらに備える、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、電池状態評価装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記電池は複数の電池セルが直列接続された組電池である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池状態を従来よりも高精度に判定することが可能な電池状態評価装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池状態評価装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における電池劣化判定部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電池状態評価装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態における電池劣化判定部の動作を示す特性図（ａ）及びＳＯＣテーブルの切換を示す特性図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電池状態評価装置Ａは、図１に示すように組電池Ｘを評価対象とするものであり、電圧検出部１、電流検出部２及び電池劣化判定部３を備えている。なお、評価対象である組電池Ｘは、複数の電池セルが直列接続された二次電池であり、一対のコンタクタＣ１，Ｃ２を介して負荷に接続されている。また、この組電池Ｘには、シャント抵抗Ｒが直列接続されている。
【００１４】
電圧検出部１は、組電池Ｘの出力電圧を検出する回路であり、検出結果を電池電圧として電池劣化判定部３に出力する。電流検出部２は、シャント抵抗Ｒの抵抗値と電圧降下とに基づいて組電池Ｘから負荷に供給される電流を検出する。この電流検出部２は、検出結果を電池電流として電池劣化判定部３に出力する。
【００１５】
電池劣化判定部３は、上記電池電圧及び電池電流並びに一対のコンタクタＣ１，Ｃ２の状態情報に基づいて組電池Ｘの劣化状態を判定する装置である。この電池劣化判定部３は、判定結果を上位制御装置等に出力する。このような電池劣化判定部３は、本発明の電池評価部に相当する。すなわち、電池劣化判定部３は、組電池Ｘの初期状態に対する現在状態を検出量である電池電圧及び電池電流に基づいて評価する。
【００１６】
このような電池劣化判定部３は、図２に示すように電流積算部３ａ、第１変化量演算部３ｂ、差分演算部３ｃ、閉回路電圧取得部３ｄ、第２変化量演算部３ｅ、開回路電圧取得部３ｆ、劣化判定部３ｇ及びＳＯＣテーブル記憶部３ｈを備えている。なお、「ＳＯＣ」は、「State of Charge」の略であり、充電率である。
【００１７】
電流積算部３ａは、電池電流を時系列的に積算する演算部であり、演算結果である電流積算値を第１変化量演算部３ｂに出力する。すなわち、この電流積算部３ａは、組電池Ｘの初期状態を基準とし、この初期状態から充放電する電池電流の総量を順次演算する。
【００１８】
第１変化量演算部３ｂは、上記電流積算部３ａから入力される電流積算値及び開回路電圧取得部３ｆから入力される開回路電圧ＯＣＶに基づいて組電池Ｘの充電率変化量（第１変化量）を演算する演算部であり、この第１変化量を差分演算部３ｃに出力する。なお、上記開回路電圧ＯＣＶは、組電池Ｘが負荷に接続されていない状態つまり一対のコンタクタＣ１，Ｃ２が「ＯＦＦ」状態にある場合の電池電圧である。なお、「ＯＣＶ」は、「Open Circuit Voltage」の略である。
【００１９】
差分演算部３ｃは、第１変化量演算部３ｂから入力される第１変化量と第２変化量演算部３ｅから入力される第２変化量との差分を演算する演算部であり、上記差分を劣化判定部３ｆに出力する。
【００２０】
閉回路電圧取得部３ｄは、電池電圧と一対のコンタクタＣ１，Ｃ２の状態情報とに基づいて、組電池Ｘが負荷に接続された状態つまり一対のコンタクタＣ１，Ｃ２が「ＯＮ」状態における電池電圧（閉回路電圧ＣＣＶ）を取得し、当該閉回路電圧ＣＣＶを第２変化量演算部３ｅに出力する。なお、「ＣＣＶ」は、「Closed Circuit Voltage」の略である。
【００２１】
第２変化量演算部３ｅは、閉回路電圧ＣＣＶと組電池Ｘの初期ＳＯＣ（初期充電率）とに基づいて組電池Ｘの充電率変化量（第２変化量）を演算する演算部であり、第２変化量を差分演算部３ｃに出力する。
【００２２】
開回路電圧取得部３ｆは、電池電圧と一対のコンタクタＣ１，Ｃ２の状態情報とに基づいて組電池Ｘが負荷に接続されていない状態つまり一対のコンタクタＣ１，Ｃ２が「ＯＦＦ」状態における電池電圧（開回路電圧ＯＣＶ）を取得し、当該開回路電圧ＯＣＶを第１変化量演算部３ｂに出力する。
【００２３】
劣化判定部３ｇは、上記第１変化量及び第２変化量に基づいて組電池Ｘの劣化状態つまり組電池Ｘの初期状態からの性能変化を判定し、この判定結果を劣化度として上位制御装置に出力する。また、この劣化判定部３ｇは、組電池Ｘの劣化度に応じて現在の組電池Ｘに適用するＳＯＣテーブルの変更指示をＳＯＣテーブル記憶部３ｈに出力する。
【００２４】
このような劣化判定部３ｇは、本発明の現在状態判定部に相当する。すなわち、劣化判定部３ｇは、第１の変化量と第２の変化量との差分に基づいて組電池Ｘの劣化状態を現在状態として評価する機能構成要素である。
【００２５】
ＳＯＣテーブル記憶部３ｈは、図４（ｂ）に示すような複数のＳＯＣテーブルａ〜ｄを記憶する記憶部である。図４（ｂ）には、一例として4つのＳＯＣテーブルａ〜ｄが記載されているが、何れも一対のコンタクタＣ１，Ｃ２が「ＯＦＦ」状態つまり開回路電圧ＯＣＶに対応する充電率特性を示すものである。このようなＳＯＣテーブルａ〜ｄは、組電池Ｘと同種の組電池に対する実測値として予め取得されたものである。
【００２６】
これらＳＯＣテーブルａ〜ｄのうち、ＳＯＣテーブルａは、組電池Ｘの初期状態に相当するセル電圧（電池セルの出力電圧）とＳＯＣ（充電率）との関係を示す。組電池Ｘは、劣化が進行するとセル電圧とＳＯＣとの関係がＳＯＣテーブルａ→ＳＯＣテーブルｂ→ＳＯＣテーブルｃ→ＳＯＣテーブルｄの順に変化する特徴を持つ。
【００２７】
ここで、上述した劣化判定部３ｇ及びＳＯＣテーブル記憶部３ｈは、本発明の特性更新部を構成している。すなわち、劣化判定部３ｇ及びＳＯＣテーブル記憶部３ｈは、組電池Ｘの現在状態に応じて現在の組電池Ｘに適用するＳＯＣテーブルａ〜ｄ（充電率特性）を更新する。
【００２８】
次に、本実施形態に係る電池状態評価装置Ａの動作について、図３に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。
【００２９】
この電池状態評価装置Ａでは、組電池Ｘの初期状態において、コンタクタＣ１，Ｃ２が「ＯＦＦ」状態になると（ステップＳ１）、開回路電圧取得部３ｆが開回路電圧ＯＣＶ（初期ＯＣＶ）を取得する（ステップＳ２）。そして、第１変化量演算部３ｂは、上記初期ＯＣＶを用いてＳＯＣテーブルａを参照することにより、組電池Ｘの初期ＳＯＣを取得する（ステップＳ３）。
【００３０】
このような初期ＳＯＣの取得後、コンタクタＣ１，Ｃ２が「ＯＦＦ」状態から「ＯＮ」状態に移行すると（ステップＳ４）、つまり組電池Ｘから負荷への電力供給が開始すると、電流積算部３ａは、電池電流の積算を開始する（ステップＳ５）。そして、第１変化量演算部３ｂは、負荷電流が殆ど流れない状態が一定時間（５秒）継続すると（ステップＳ６）、電流積算部３ａから電流積算値を取得し（ステップＳ７）、この電流積算値に基づいて第１変化量を算出する（ステップＳ８）。
【００３１】
すなわち、第１変化量演算部３ｂは、図４（ａ）に示すように、停車中や信号待ちで負荷電流が殆ど流れない（例えば0.01A以下）状態が５秒継続した時点の電流積算値に基づいて、組電池Ｘの初期ＳＯＣからのＳＯＣ変化量を第１変化量として演算する。このような第１変化量は、初期ＳＯＣつまり初期ＯＣＶを基準としたＳＯＣ変化量である。
【００３２】
このような第１変化量の算出処理が完了すると、閉回路電圧取得部３ｄは閉回路電圧ＣＣＶを取得する（ステップＳ９）。そして、第２変化量演算部３ｅは、上記閉回路電圧ＣＣＶに基づいて第２変化量を算出する。すなわち、第２変化量演算部３ｅは、組電池Ｘが負荷への電力供給を開始した後の閉回路電圧ＣＣＶを用いてＳＯＣテーブルａを参照することにより現在の組電池ＸのＳＯＣ（現在ＳＯＣ）を特定し、当該現在ＳＯＣの初期ＳＯＣからのＳＯＣ変化量として第２変化量を算出する。
【００３３】
ここで、このような第２変化量は、初期ＳＯＣつまり初期ＯＣＶを基準としているものの、閉回路電圧ＣＣＶに対応するＳＯＣ変化量である。すなわち、第２変化量は、図４（ａ）に破線で示すように、ＳＯＣテーブルａとは異なるＳＯＣ特性に基づくＳＯＣ変化量である。
【００３４】
劣化判定部３ｆは、第１変化量演算部３ｂから入力される第１変化量と第２変化量演算部３ｅから入力される第２変化量との差分を算出し（ステップＳ１１）、この差分が±５％よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１２）。そして、劣化判定部３ｆは、この判断が「Ｙｅｓ」の場合、組電池Ｘは劣化してなく正常であると判定する（ステップＳ１３）。
【００３５】
一方、劣化判定部３ｆは、上記ステップＳ１２の判断が「Ｎｏ」の場合には、組電池Ｘは劣化しており異常であると判定する（ステップＳ１４）。そして、劣化判定部３ｆは、組電池Ｘが劣化していると判定すると、ＳＯＣテーブル記憶部３ｈに更新信号を出力してＳＯＣテーブルａをＳＯＣテーブルｂに更新させる。
【００３６】
電池状態評価装置Ａは、このような初回の評価処理が完了すると、所定時間が経過した後に、ステップＳ７〜Ｓ１５の処理を繰り返す。すなわち、この繰返し処理によって時系列的に変化する組電池Ｘの劣化状態を順次評価する。そして、このような繰返し評価によって現在の組電池Ｘに適用する充電率特性は、ＳＯＣテーブルａ→ＳＯＣテーブルｂ→ＳＯＣテーブルｃ→ＳＯＣテーブルｄの順に順次切替えられる。
【００３７】
このような本実施形態によれば、実測値である開回路電圧ＯＣＶ、閉回路電圧ＣＣＶ及びＳＯＣテーブルａ〜ｄ（充電率特性）に基づいて組電池Ｘの劣化状態を判定するので、組電池Ｘの劣化状態を従来よりも高精度に判定することが可能である。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、組電池Ｘの劣化状態の判定に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されない。本発明は組電池Ｘの様々な状態変化に適用することが可能である。また、本発明の適用先は組電池Ｘに限定されず、各種の電池に適用することができる。
【００３９】
（２）上記実施形態では、図３に示したフローチャートに沿って組電池Ｘの劣化状態を判定したが、本発明はこれに限定されない。図３に示したフローチャートはあくまでも処理手順の一例であり、他の手順で電池状態を評価してもよい。
【００４０】
（３）上記実施形態では、複数のＳＯＣテーブルａ〜ｄを用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、組電池Ｘの初期充電率特性を示すＳＯＣテーブルａのみを用いて組電池Ｘの劣化状態を判定してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  電池状態評価装置
Ｃ１，Ｃ２  コンタクタ
Ｒ  シャント抵抗
Ｘ  組電池
１  電圧検出部
２  電流検出部
３  電池劣化判定部（電池評価部）
３ａ  電流積算部
３ｂ  第１変化量演算部
３ｃ  差分演算部
３ｄ  閉回路電圧取得部
３ｅ  第２変化量演算部
３ｆ  開回路電圧取得部
３ｇ  劣化判定部
３ｈ  ＳＯＣテーブル記憶部
【図１】
2020153922.tif 000003
【図２】
2020153922.tif 000004
【図３】
2020153922.tif 000005
【図４】
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