(57)【要約】【課題】充電率修正動作の開始条件を適切に設定することによって、電池のＳＯＣを高精度に演算することができる電池充電率演算装置を提供する。【解決手段】実測電流積分によるＳＯＣＩ演算部１４が充放電電流の積分値に基づいて電池の充電率Ａを演算する。このとき、充放電電流の積分値に電流検出誤差分が蓄積されてしまうので、推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１が電池の推定開放電圧に基づいて充電率Ｂを演算して修正する必要がある。そこで、電流発生頻度演算部１８が、充放電電流値ごとの発生頻度を演算し、発生頻度が最も高い充放電電流値に基づいて充電率Ａを充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作開始信号をＳＯＣ切替判定部１６へ送信する。これにより、ＳＯＣ切替部１７は適切なタイミングで充電率修正を行うことができる。【選択図】図２
2010271288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算するＳＯＣＩ演算部と、
前記二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算するＳＯＣＶ演算部と、
前記二次電池の充放電電流値ごとの発生頻度を演算し、発生頻度が最も高い充放電電流値に基づいて、前記充電率Ａを前記充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する電流発生頻度演算部と
を備えることを特徴とする電池充電率演算装置。
【請求項２】
前記電流発生頻度演算部は、前記二次電池の初回の運用時に充放電電流をサンプリングしてその充放電電流の発生頻度分布テーブルを作成・格納し、次回以降の運用時において前記発生頻度分布テーブルを参照して、発生頻度が最も高い充放電電流を特定することを特徴とする請求項1に記載の電池充電率演算装置。
【請求項３】
前記電流発生頻度演算部は、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内にある発生頻度の最も高い充放電電流値に基づいて、前記充電率修正動作の開始条件パラメータを設定することを特徴とする請求項1又は２に記載の電池充電率演算装置。
【請求項４】
二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算するＳＯＣＩ演算部と、
前記二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算するＳＯＣＶ演算部と、
前記二次電池の充放電電流値の電流微分値を演算し、その電流微分値がほぼゼロのときの低微分値充放電電流に基づいて、前記充電率Ａを前記充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する電流微分値演算部と
を備えることを特徴とする電池充電率演算装置。
【請求項５】
前記電流微分値演算部は、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内に存在する前記低微分値充放電電流に基づいて、前記充電率修正動作の開始条件パラメータを設定することを特徴とする請求項４に記載の電池充電率演算装置。
【請求項６】
二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算する第1のステップと、
前記二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算する第２のステップと、
前記二次電池の充放電電流値ごとの発生頻度を演算し、発生頻度が最も高い充放電電流値に基づいて、前記充電率Ａを前記充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する第３のステップと
を含むことを特徴とする電池充電率演算方法。
【請求項７】
前記第３のステップにおいて、あらかじめ作成・格納されている充放電電流の発生頻度分布テーブルを参照して、発生頻度が最も高い充放電電流を特定することを特徴とする請求項６に記載の電池充電率演算方法。
【請求項８】
前記第３のステップにおいて、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内にある発生頻度の最も高い充放電電流値に基づいて、前記充電率修正動作の開始条件パラメータを設定することを特徴とする請求項６又は７に記載の電池充電率演算方法。
【請求項９】
二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算する第1のステップと、
前記二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算する第２のステップと、
前記二次電池の充放電電流値の電流微分値を演算し、その電流微分値がほぼゼロのときの低微分値充放電電流に基づいて、前記充電率Ａを前記充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する第３のステップと
を含むことを特徴とする電池充電率演算方法。
【請求項１０】
前記第３のステップにおいて、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内に存在する前記低微分値充放電電流に基づいて、前記充電率修正動作の開始条件パラメータを設定することを特徴とする請求項９に記載の電池充電率演算方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の電池充電率演算方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電状態を演算する電池充電率演算装置等に関し、特に、二次電池の充電状態を演算するときに用いるパラメータを自動調整する電池充電率演算装置、電池充電率演算方法、及びその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、二次電池（以下、単に電池と言うこともある）の充電状態を求める方法の一つとして、ＳＯＣ（State Of Charge：充電率、充電状態、残存容量）を演算して充電状態を求める方法がある。このとき、電池におけるＳＯＣ（充電率）は、その電池の運用中における充放電電流の積分値に基づいて算出される。しかし、充放電電流の積分値だけでＳＯＣを算出すると、充放電電流の積分値に電流検出誤差分が蓄積されてしまうので、演算したＳＯＣの値が実態と異なってしまうことがある。
【０００３】
そのような現象を回避するために、例えば、電池の運用中において、充放電時に電流が反転する際に電池開放電圧を推定し、その電池開放電圧から充電率を求め、充放電電流の積分値から求めた充電率を修正することによって精度の高いＳＯＣを算出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、電池の使用開始当初は電流積算値から求めた残存容量を用いながら、電流の充放電が反転するタイミングで電池開放電圧に基づいて求めた残存容量とを比較し、その差が所定値より大きくなったら、電池開放電圧に基づいて求めた残存容量を用いることにより、使用経過時間を通じて高精度にＳＯＣを算出する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０６０２８号公報
【特許文献２】特許第３７６７１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２の技術では、電池インピーダンスが大きくなって残存容量に誤差が出やすいときでも、充放電電流の反転時には充電率の修正が行われてしまう。そのため、電池インピーダンスが大きいときには、ＳＯＣを高精度に演算することができない。また、充電と放電のどちらが進行するかが未定となるような設備（例えば、不規則な起伏道路を走行するハイブリッド自動車、風力・潮力発電機、又は太陽電池など）においては、長い時間に亘って充電又は放電の何れかが進行することがある。そのために、充放電電流が反転するタイミングで電池開放電圧に基づいて充電率の修正が行われるまでに、充放電電流の積分値に基づいて算出されたＳＯＣの誤差分が蓄積されてしまうこともある。その結果、ＳＯＣを高精度に演算することができなくなってしまう。
【０００６】
図１０は、一般的なシステムの制御用電源として二次電池を用いた場合の充放電電流の一例を示す特性図であり、横軸に時間、縦軸に充放電電流のレベルを示している。すなわち、図１０に示すように、システムの制御用電源の消費電力分として、起動・停止を除いた期間において電池から定常的に電力を供給するような構成・運用を行っている場合や、システムの休止時においてもスタンバイ電源を常時供給している場合などは、電池が放電している状態が長時間（例えば、図１０の時刻ｔ１〜ｔ２の期間）に亘って継続する。その結果、充放電電流が反転するタイミングが長時間に亘って存在しないために、長時間に亘って電池開放電圧に基づく充電率の修正が行われないので、充放電電流の積分値に基づいて算出されたＳＯＣに電流検出誤差分が蓄積されたままとなってしまう。
【０００７】
そこで、このような不具合を回避するために、充電率修正動作の開始条件（つまり、充放電電流の積分値から求めた充電率を電池開放電圧から求めた充電率で修正する動作の開始タイミング）を別途手動にて設定する必要がある。ところが、図１０の電流特性に示すような一般的なシステムの構成や運用においては、それぞれのシステムごとに定常状態（例えば、図１０の時刻ｔ１〜ｔ２期間の状態）における放電電流の値が異なる。そのため、それぞれのシステムに合わせて、その都度、充電率修正動作の開始タイミングを手動にて設定しなければならない。その結果、電池充電率演算装置の使い勝手が極めて悪いものとなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、充放電電流の積分値から演算した充電率を電池開放電圧から求めた充電率によって修正するタイミングを適切に行うことによって電池のＳＯＣを高精度に演算することができる電池充電率演算装置、電池充電率演算方法、及びその方法をコンピュータに実行させる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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の電池充電率演算装置は、二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算するＳＯＣＩ演算部と、二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算するＳＯＣＶ演算部と、二次電池の充放電電流値ごとの発生頻度を演算し、発生頻度が最も高い充放電電流値に基づいて、充電率Ａを充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する電流発生頻度演算部とを備える構成を採っている。
【００１０】
好適な実施形態としては、電流発生頻度演算部は、二次電池の初回の運用時に充放電電流をサンプリングしてその充放電電流の発生頻度分布テーブルを作成・格納し、次回以降の運用時において発生頻度分布テーブルを参照して、発生頻度が最も高い充放電電流を特定している。
【００１１】
さらに好適な実施形態としては、電流発生頻度演算部は、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内にある発生頻度の最も高い充放電電流値に基づいて、充電率修正動作の開始条件パラメータを設定している。
【００１２】
また、本発明の電池充電率演算装置は、二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算するＳＯＣＩ演算部と、二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算するＳＯＣＶ演算部と、二次電池の充放電電流値の電流微分値を演算し、その電流微分値がほぼゼロのときの低微分値充放電電流に基づいて、充電率Ａを充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する電流微分値演算部とを備える構成を採っている。
【００１３】
好適な実施形態としては、電流微分値演算部は、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内に存在する低微分値充放電電流に基づいて、充電率修正動作の開始条件パラメータを設定している。
【００１４】
また、本発明は電池充電率演算方法を提供することもできる。すなわち、二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算する第1のステップと、二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算する第２のステップと、二次電池の充放電電流値ごとの発生頻度を演算し、発生頻度が最も高い充放電電流値に基づいて、充電率Ａを充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する第３のステップとを含む電池充電率演算方法を提供することができる。
【００１５】
好適な電池充電率演算方法としては、第３のステップにおいて、あらかじめ作成・格納されている充放電電流の発生頻度分布テーブルを参照して、発生頻度が最も高い充放電電流を特定している。
【００１６】
さらに好適な電池充電率演算方法としては、第３のステップにおいて、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内にある発生頻度の最も高い充放電電流値に基づいて、充電率修正動作の開始条件パラメータを設定している。
【００１７】
また、本発明は、二次電池の充放電電流の積分値に基づいてその二次電池の充電率Ａを演算する第1のステップと、二次電池の推定開放電圧に基づいてその二次電池の充電率Ｂを演算する第２のステップと、二次電池の充放電電流値の電流微分値を演算し、その電流微分値がほぼゼロのときの低微分値充放電電流に基づいて、充電率Ａを充電率Ｂによって修正するための充電率修正動作の開始条件パラメータを設定する第３のステップとを含む電池充電率演算方法を提供することもできる。
【００１８】
好適な電池充電率演算方法としては、第３のステップにおいて、ゼロ電流値を挟んで所定の範囲内に存在する低微分値充放電電流に基づいて、充電率修正動作の開始条件パラメータを設定している。
【００１９】
なお、本発明は、前記各発明の電池充電率演算方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電流容量が異なるシステムごとに充電率修正動作の開始条件を設定する必要がなくなるので、電池充電率演算装置を運用するときの操作性が一段と向上する。また、同一のシステムにおいて、季節によって周囲温度などが変化して運用状態（例えば、充放電電流値）が大きく変化するような場合においても、そのときの運用状態に合わせた充電率修正動作開始条件を自動設定することが可能となる。したがって、電池充電率演算装置を取り巻く環境条件が変動しても、常に、高精度にＳＯＣを演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電池充電率演算装置に適用されるＳＯＣ演算部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における電池充電率演算装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す電流発生頻度演算部１８が作成して格納する充放電電流の発生頻度分布テーブルを示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来例に適用される特性図であって、それぞれの運転パターンを有するシステムの実測充放電電流を示す特性図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例１に適用される特性図であって、図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す充放電電流の実測値から求めた電流発生頻度のヒストグラムである。
【図６】本発明の実施例２における電池充電率演算装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】実施例２において適用される、システムに流れる充放電電流とその電流微分値との関係を示す特性図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例２に適用される特性図であって、それぞれの運転パターンを有するシステムの充放電電流に基づいて演算された電流微分値を示す特性図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例３に適用される特性図であって、充放電電流の中央値の分布を示す特性図である。
【図１０】一般的なシステムの制御用電源として二次電池を用いた場合の充放電電流の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る電池充電率演算装置は、充放電電流の積分値から演算した充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって修正する電池充電率演算装置であって、あらかじめ、充放電時における電流発生頻度の分布を求めてこれを記憶しておく。そして、電池の運用中において、充放電電流の積分値から演算した充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって修正するタイミング（閾値）を、最も発生頻度の高い充放電電流のときとする。又は、電池の運用中において、充放電電流の電流微分値がほぼゼロになったときを、充放電電流の積分値から演算した充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって修正するタイミング（閾値）とする。これによって、確実に所定のタイミングで充電率の修正を行うことができるので、高精度にＳＯＣの演算を行うことが可能となる。以下、図面を参照しながら、本発明に係る電池充電率演算装置の好適な実施例の幾つかを詳細に説明する。
【００２３】
《実施例１》
〔ＳＯＣの算出方法〕
先ず、本発明に係る電池充電率演算装置に適用されるＳＯＣの算出方法の一実施例について説明する。ここでは、二次電池の充放電電流の電流値積算（Ａｈ）と電池セルの電圧とから求めるＳＯＣの算出方法について説明する。一般的に、二次電池のＳＯＣは二次電池の充放電電流の積分値に基づいて算出されるが、充放電電流の積分値だけで算出すると、充放電電流の積分値に電流検出誤差分が蓄積されてＳＯＣの値が実態と異なってしまう。従って、その現象を回避するために、二次電池の推定インピーダンスが小さいときに、充放電電流の積分値に基づいて算出されたＳＯＣをＳＯＣＶ（ＳＯＣ電圧）によって修正する。これによって、電流検出誤差分のない状態で高精度にＳＯＣを算出することができる。
【００２４】
以下、図面を参照してＳＯＣの算出方法の一例について具体的に説明する。図１は、本発明の電池充電率演算装置に適用されるＳＯＣ演算部の構成を示すブロック図である。
【００２５】
先ず、図１に示すＳＯＣ演算部１の構成について説明する。ＳＯＣ演算部１は、推定開放電圧演算部１０、推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１、推定インピーダンステーブル１２ａと推定インピーダンス電圧演算部１２ｂとからなる電池インピーダンスモデル部１２、推定インピーダンス電圧静定判定部１３、実測電流積分によるＳＯＣＩ演算部１４、ＳＯＣ偏差判定部１５、ＳＯＣ切替判定部１６、及びＳＯＣ切替部１７を備えて構成されている。尚、ＳＯＣ偏差判定部１５とＳＯＣ切替判定部１６とＳＯＣ切替部１７とによってＳＯＣ決定部２０が構成されている。
【００２６】
推定開放電圧演算部１０は、二次電池の実測電圧ＶＡから推定インピーダンス電圧ＶＺを減算して二次電池の推定開放電圧Ｖ０を演算し、この推定開放電圧Ｖ０を推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１へ出力する。
推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１は、二次電池の推定開放電圧Ｖ０と実測温度Ｔとを入力して、自己が保有しているテーブルからＳＯＣＶ（ＳＯＣ電圧）を決定し、このＳＯＣＶをＳＯＣ切替部１７へ出力する。
【００２７】
電池インピーダンスモデル部１２は、推定インピーダンステーブル１２ａと推定インピーダンス電圧演算部１２ｂとからなり、推定インピーダンステーブル１２ａがＳＯＣと実測温度Ｔとを入力してテーブルから二次電池の推定インピーダンスＺを抽出し、推定インピーダンス電圧演算部１２ｂが、実測電流Ｉと推定インピーダンスＺから演算によって推定インピーダンス電圧ＶＺを求めて推定インピーダンス電圧静定判定部１３へ出力する。
【００２８】
推定インピーダンス電圧静定判定部１３は、推定インピーダンス電圧ＶＺの変動率の絶対値が、所定の時間以上に亘って閾値以内（又は閾値未満）のレベルを継続したときに、推定インピーダンス電圧静定信号をＳＯＣ切替判定部１６へ出力する。
実測電流積分によるＳＯＣＩ演算部１４は、充放電による実測電流Ｉの積分値からＳＯＣＩ（ＳＯＣ電流）を演算してＳＯＣ切替部１７へ出力する。尚、ＳＯＣ切替部１７がＳＯＣＶに切替わった時は初期値をＳＯＣＶとする。
【００２９】
ＳＯＣ偏差判定部１５は、｜ＳＯＣＶ−ＳＯＣＩ｜が閾値ΔＳＯＣ以上であるときに、偏差大信号をＳＯＣ切替判定部１６へ出力する。尚、通常は、閾値ΔＳＯＣ＝０である。
ＳＯＣ切替判定部１６は、推定インピーダンス電圧静定信号のＡＮＤ／ＯＲ出力（トータル静定信号）と、ＳＯＣ偏差大信号のＡＮＤ出力とによって、ＳＯＣ切替部１７へＳＯＣ切替信号を出力する。
ＳＯＣ切替部１７は、ＳＯＣ切替判定部１６から入力されたＳＯＣ切替信号出力に基づいて、ＳＯＣＶとＳＯＣＩとを適宜に切り替えてＳＯＣを出力する。
【００３０】
次に、図１に示すＳＯＣ演算部１の動作について説明する。先ず、推定インピーダンステーブル１２ａと推定インピーダンス電圧演算部１２ｂからなる電池インピーダンスモデル部１２によって推定インピーダンス電圧ＶＺを求める。この推定インピーダンス電圧ＶＺの値は推定値であるために誤差を有するが、特に、この推定インピーダンス電圧ＶＺの値が大きいときは充電率（ＳＯＣ）の修正量も大きく、充電率（ＳＯＣ）に誤差が生じやすい。
【００３１】
そこで、推定インピーダンス電圧ＶＺが静定（例えば、推定インピーダンス電圧ＶＺの絶対値｜ＶＺ｜が閾値以下（あるいは未満）を所定の時間継続）したら、推定インピーダンス電圧静定判定部１３からＳＯＣ切替判定部１６へ推定インピーダンス電圧静定信号を出力し、ＳＯＣ切替判定部１６から出力されたＳＯＣ切替信号によってＳＯＣ切替部１７のスイッチを切り替え、推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１からのＳＯＣＶを採用してＳＯＣ切替部１７からＳＯＣを出力する。
【００３２】
このとき、推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１は、実測温度Ｔと推定開放電圧Ｖ０のテーブル（事前に取得済のテーブル）からＳＯＣＶを求めてＳＯＣ切替部１７へ出力する。従って、ＳＯＣ決定部２０は、推定インピーダンス電圧静定信号を受け取ったら、充電率（ＳＯＣ）を推定開放電圧Ｖ０から求めたＳＯＣＶに変えてもよく、更に、充放電電流の積分値から求めたＳＯＣＩとの差分｜ＳＯＣＶ−ＳＯＣＩ｜が閾値ΔＳＯＣ以上（超でもよい）でＳＯＣＶに変えてもよい。尚、ＳＯＣ切替部１７がＳＯＣＶに切替えたら、充放電電流の積分値の初期値はその値に変更する。
【００３３】
すなわち、充放電電流の反転直後は電池のインピーダンス電圧が十分に小さくなっていないために演算したＳＯＣの値に誤差が出やすいが、上記のようにしてＳＯＣを算出することにより、推定インピーダンスＺが小さいときに充放電電流の積分値のＳＯＣをＳＯＣＶで修正することにより、ＳＯＣを誤差の少ない値にすることができる。つまり、充放電電流の積分値によるＳＯＣの修正タイミングが多く発生するために、充放電電流の積分値に誤差が蓄積されにくくなる。
【００３４】
尚、上記の実施例では、推定開放電圧演算部１０が、実測電圧ＶＡから推定インピーダンス電圧ＶＺを減算して推定開放電圧Ｖ０を求めているが、推定インピーダンス電圧ＶＺが小さく充放電電流の誤差が小さいと予想されるときは、実測電圧ＶＡを補正せずに、実測電圧ＶＡそのものを推定開放電圧Ｖ０と見なして、推定開放電圧Ｖ０をＳＯＣＶ演算部１１に入力してＳＯＣＶを算出し、充電率算出（ＳＯＣ算出）を行ってもよい。すなわち、ＳＯＣ算出の別の実施例として、推定インピーダンス電圧ＶＺを二次電池の開放電圧として用いなくてもよい。これによって、図１に示すＳＯＣ演算部１の構成において推定開放電圧演算部１０を省略することができるので、ＳＯＣ演算部１の構成がさらにシンプルになる。
上記で説明した図１のＳＯＣ演算部１の構成はこれに限らず、図１ではその一例を示したものである。
【００３５】
〔電池充電率演算装置〕
次に、本発明の実施例１における電池充電率演算装置について説明する。図２は、本発明の実施例１における電池充電率演算装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す電池充電率演算装置２１ａは、図1に示すＳＯＣ演算部１の構成要素を基本として構成されている。したがって、図1と同じ構成要素は同一の符合が付してある。
【００３６】
まず、図２に示す電池充電率演算装置２１ａの構成について説明する。電池充電率演算装置２１ａは、少なくとも、推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部１１と、実測電流積分によるＳＯＣＩ演算部１４と、ＳＯＣ切替判定部１６及びＳＯＣ切替部１７を含むＳＯＣ決定部２０と、充放電電流の発生頻度を演算する電流発生頻度演算部１８と備えて構成されている。これらの構成要素のうち、電流発生頻度演算部１８以外の構成要素は図1で説明済みであるので重複する説明は省略する。
【００３７】
電流発生頻度演算部１８は、電池の初回の運用時において充放電電流の実測値を所定の時間間隔（例えば、１０秒ごとのインターバル）でサンプリングし、充放電電流値ごとの発生頻度分布を演算して充放電電流の発生頻度分布テーブルを作成して格納している。そして、次回以降の電池の運用中において充放電電流を実測し、充放電電流の発生頻度分布テーブルを参照して、最も発生頻度の高い実測充放電電流を定常的な充放電電流であると判定する。これによって、電流発生頻度演算部１８は、最も発生頻度の高い充放電電流のタイミングで生成された充電率修正動作開始信号をＳＯＣ切替判定部１６へ送信する。
【００３８】
したがって、ＳＯＣ切替判定部１６は、充電率修正動作開始信号を受信したタイミングでＳＯＣ切替信号をＳＯＣ切替部１７へ送信する。これによって、ＳＯＣ切替部１７は、ＳＯＣ切替信号の受信タイミング（つまり、充電率修正動作開始信号の受信タイミング）において、充放電電流の積分値から演算した充電率を電池開放電圧から求めた充電率によって修正し、高精度なＳＯＣを出力する。
【００３９】
図３は、図２に示す電流発生頻度演算部１８が作成して格納する充放電電流の発生頻度分布テーブルを示す図であり、横軸に充放電電流、縦軸に電流発生頻度を示している。なお、横軸のレンジは、０より左側が放電電流、右側が充電電流である。すなわち、図３に示すように、電流が−１〜−２Ａのとき（つまり、放電電流が１〜２Ａのとき）が最も電流発生頻度が高くなっている。言い換えると、電池をシステムの制御用電源として用いたとき、制御機器用として定常的に放電させる電流は１〜２Ａであることを示している。
【００４０】
次に、図２及び図３を参照して本実施形態に係る電池充電率演算装置２１ａの動作について説明する。定常的には、実測電流積分によるＳＯＣＩ演算部１４が、充放電による実測電流Ｉの積分値からＳＯＣＩ（ＳＯＣ電流）を演算してＳＯＣ切替部１７へ出力している。したがって、ＳＯＣ切替部１７（ＳＯＣ決定部２０）は、充放電電流の積分値から演算した充電率（ＳＯＣＩ）に基づいてＳＯＣを決定して出力している。
【００４１】
ここで、電流発生頻度演算部１８は、図３に示すような充放電電流の発生頻度分布テーブルを備えているので、最も発生頻度の高い充放電電流（−１〜−２Ａ）を定常的な充放電電流であると判断する。そして、実測電流Ｉが最も発生頻度の高い充放電電流（−１〜−２Ａ）のとき、充電率修正動作の開始条件（つまり、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂで修正する動作の開始条件）のパラメータとして設定する。
【００４２】
そして、電流発生頻度演算部１８は、実測電流Ｉが最も発生頻度の高い充放電電流（−１〜−２Ａ）のときに、充電率修正動作の開始条件に対応する充電率修正動作開始信号をＳＯＣ切替判定部１６へ送信する。これによって、ＳＯＣ切替判定部１６は、充電率修正動作開始信号を受信したタイミングでＳＯＣ切替信号をＳＯＣ切替部１７へ送信する。
【００４３】
したがって、ＳＯＣ切替部１７は、ＳＯＣ切替信号の受信タイミング（つまり、充電率修正動作開始信号の受信タイミング）において、充放電電流の積分値から演算した充電率Ａ（ＳＯＣＩ）を電池開放電圧から求めた充電率Ｂ（ＳＯＣＶ）によって修正する。
【００４４】
これによって、電池をシステムの制御用電源として用いたとき、制御機器用の定常的な消費電力分として定常的に放電される放電電流（−１〜−２Ａ）が存在する場合においても、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって確実に修正することができる。
【００４５】
言い換えると、充放電電流が反転するタイミングがなく、一定の放電電流が長時間に亘って持続されるような場合であっても、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって確実に修正することができる。その結果、電池充電率演算装置２１ａは、常に、高精度にＳＯＣを演算することができる。
【００４６】
さらに具体的に説明すると、最も発生頻度の高い充放電電流値（例えば、−１〜−２Ａ）となった状態が一定時間継続した場合、又は絶対値で最も頻度の高い電流値（｜−１〜−２Ａ｜）よりも少ない電流値（例えば、０Ａ）の通電状態が一定時間継続した場合には、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって修正する動作を開始する。
【００４７】
ここで、最も発生頻度の高い充放電電流の実測値が０Ａに近いとき（例えば、−３〜＋３Ａ）において、その実測電流に基づいて充電率修正動作開始信号を生成する。しかし、最も発生頻度の高い充放電電流の実測値が０Ａから大きく離れているとき（例えば、最も発生頻度の高い充放電電流が−７Ａ以下、又は＋７Ａ以上のとき）は、その実測電流においては充電率修正動作開始信号を生成しない。
【００４８】
以上説明したように、実施例１に係る電池充電率演算装置によれば、電流容量が異なるシステムごとに充電率修正動作開始条件を設定する必要がなくなるので、電池充電率演算装置を運用するときの操作性が一段と向上する。また、同一のシステムにおいて、季節によって周囲温度などが変化して運用状態（例えば、充放電電流値）が大きく変化するような場合においても、そのときの運用状態に合わせた充電率修正動作の開始条件を自動設定することが可能となる。したがって、電池充電率演算装置を取り巻く環境条件が変動しても、常に、高精度にＳＯＣを演算することができる。
【００４９】
〔実施例１における実測データ〕
次に、充放電電流の実測データに基づいてヒストグラムを作成し、最も発生頻度の高い充放電電流値を決定する具体的な実施例について説明する。図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来例に適用される特性図であって、それぞれの運転パターンを有するシステムの実測充放電電流を示す特性図である、なお、いずれの特性図も、横軸に時間、縦軸に充放電電流値を表わしている。
【００５０】
図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、時刻が８時から２２時までの長時間に亘って放電電流の変化を繰り返しているが、充電側に反転するゼロクロス点が存在しないので、このままでは充放電電流の積分値から求めた充電率を開放電圧から求めた充電率で修正するＳＯＣ演算の修正タイミング（閾値）は存在しない。そこで、従来は、手動でＳＯＣ演算の修正閾値を設定している。図４(ｃ)においても、例えば、時刻が０時から１０時までの長時間に亘って放電電流が持続しているが、この期間には充電側に反転するゼロクロス点が存在しないので、（ａ）、（ｂ）と同様に、手動でＳＯＣ演算の修正閾値を設定している。
【００５１】
図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例１に適用される特性図であって、図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す充放電電流の実測値から求めた電流発生頻度のヒストグラムである。なお、いずれの特性図も横軸に電流値、縦軸に電流の発生頻度を表わしている。なお、横軸のレンジは、０より左側が放電電流、右側が充電電流である。すなわち、図４（ａ）の実測電流の一定期間の時系列データから図５（ａ）のようなヒストグラムが求められる。このヒストグラムでは、放電電流が−１〜−２Ａのときに発生頻度が最も高いので、充放電電流が±０Ａに近く、かつ発生頻度が最も高い放電電流（−１〜−２Ａ）をＳＯＣの修正閾値とすることができる。
【００５２】
また、図４（ｂ）の実測電流の一定期間の時系列データから図５（ｂ）のようなヒストグラムが求められる。このヒストグラムでは、充電電流が１２〜１３Ａのときに発生頻度が最も高いが、この電流は±０Ａから大きく離れているので採用しない。したがって、２番目に発生頻度の高い放電電流（−３〜−４Ａ）が±０Ａに比較的近いので、発生頻度が２番目に高い放電電流（−３〜−４Ａ）をＳＯＣの修正閾値とすることができる。
【００５３】
また、図４（ｃ）の実測電流の一定期間の時系列データから図５（ｃ）のようなヒストグラムが求められる。このヒストグラムでは、放電電流が−１〜−２Ａのときの発生頻度が最も高いので、充放電電流が±０Ａに近く、かつ発生頻度が最も高い放電電流（−１〜−２Ａ）をＳＯＣの修正閾値とすることができる。
【００５４】
《実施例２》
次に、本発明に係る電池充電率演算装置の実施例２について説明する。図６は、本発明の実施例２における電池充電率演算装置の要部構成を示すブロック図である。図６に示す電池充電率演算装置２１ｂが、図２に示す電池充電率演算装置２１ａと異なるところは、図２の電流発生頻度演算部１８に替えて、充放電電流の電流微分値を演算する電流電流微分値演算部２２を備えているところである。
【００５５】
電流微分値演算部２２は、充放電電流の電流微分値を演算して、この電流微分値が０又は０に近い値のときに定常的な充放電電流が流れていると判断し、このときの充放電電流を充電率修正動作の開始条件（つまり、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂで修正する動作の開始条件）のパラメータとして設定する。そして、充放電電流の電流微分値が０又は０に近い値のときタイミングで生成された充電率修正動作開始信号をＳＯＣ切替判定部１６へ送信する。
【００５６】
したがって、ＳＯＣ切替判定部１６は、充電率修正動作開始信号を受信したタイミングでＳＯＣ切替信号をＳＯＣ切替部１７へ送信する。これによって、ＳＯＣ切替部１７は、ＳＯＣ切替信号の受信タイミング（つまり、充電率修正動作開始信号の受信タイミング）において、充放電電流の積分値から演算した充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって修正し、高精度なＳＯＣを出力する。
【００５７】
図７は、実施例２において適用される、システムに流れる充放電電流（ａ）とその電流微分値（ｂ）との関係を示す特性図であり、横軸に時間、縦軸に充放電電流のレベルを示している。なお、縦軸のレンジは、０より上側が充電電流、下側が放電電流である。すなわち、図７に示すように、電池をシステムの制御用電源として用いたとき、制御機器用の充放電電流（ａ）として定常的に放電電流が流れている期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）においては、その電流微分値（ｂ）は０の値を示している。
【００５８】
図７を参照しながら、図６に示す電池充電率演算装置２１ｂの動作についてさらに詳しく説明する。電池充電率演算装置２１ｂは、充放電電流の電流微分値を演算・記憶する機能を備えていて、充放電電流の電流微分値が０又は０に近い値となっている期間（例えば、図７の時刻ｔ１〜ｔ２の期間）は、定常的な充放電電流が流れている期間であると判断する。そして、この期間の充放電電流値を充電率修正動作の開始条件パラメータとすることにより、電池をシステムの制御用電源として用いたとき、制御機器用の定常的な消費電力分として定常的に放電される放電電流（例えば、−１〜−２Ａ）が流れている場合においても、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって確実に修正することができる。
【００５９】
言い換えると、充放電電流が反転するタイミングがなく、一定の放電電流が長時間に亘って持続されるような場合であっても、充放電電流の積分値から求めた充電率Ａを電池開放電圧から求めた充電率Ｂによって確実に修正することができる。その結果、電池充電率演算装置２１ｂは、常に、高精度にＳＯＣを演算することができる。
【００６０】
さらに、具体的に説明すると、充放電電流の電流微分値が０又は０に近い値となった状態が一定の期間継続した場合において、その充放電電流の電流微分値が０又は０に近い値となった期間の電流値を、充電率修正動作開始条件のパラメータとして用いる。
【００６１】
ただし、システムの機器により充放電電流に上限があるため、その機器の最大充放電電流が一定期間継続して流れた場合においても、その充放電電流の電流微分値は０又は０に近い値となる。そのため、充電率修正動作開始条件のパラメータの入力範囲は、一定レベルの充放電電流の上限値以下とする必要がある。具体的には、例えば、充放電電流が−４〜４Ａの範囲においてその電流微分値が０又は０に近い値となったときは、充電率修正動作の開始条件パラメータとするが、充放電電流が−４Ａ以下、又は４Ａ以上のときは、その電流微分値が０又は０に近い値となったときでも、充電率修正動作の開始条件パラメータとはしない。
【００６２】
〔実施例２における実測データ〕
次に、システムに流れる充放電電流に基づいて電流微分値を演算し、その電流微分値が０又は０に近いときに充電率修正動作開始条件のパラメータを設定する具体的な実施例について説明する。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例２に適用される特性図であって、それぞれの運転パターンを有するシステムの充放電電流に基づいて演算された電流微分値を示す特性図であり、いずれも、横軸に時間、左側の縦軸に電流値、右側の縦軸に電流微分値を表わしている。なお、各特性において、上側の特性が充放電電流であり、下側の特性がその電流微分値である。
【００６３】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、充放電電流は０Ａをクロスして充電側に反転する期間は存在しないが、電流微分値が０Ａとなる期間は各所に存在するので、この電流微分値が０Ａとなる期間において充電率修正動作の開始条件パラメータを設定することができる。また、図８（ｃ）に示すように、実際の充放電電流は６〜１２Ａであって０Ａから大きく離れているが、電流微分値が０Ａに近い値の期間が各所に存在するので、これらの期間において充電率修正動作の開始条件パラメータとして設定することができる。
【００６４】
すなわち、充放電電流の一定期間の時系列データから電流微分値を求め、その電流微分値が０±αであって、かつ、充放電電流値が０Ａに近いレベル（例えば、−３〜＋３Ａの範囲）にあるときに、充電率修正動作の開始条件パラメータを設定することができる。
【００６５】
《実施例３》
実施例３は、実施例１で述べた発生頻度の最も高い充放電電流を充電率修正動作開始条件のパラメータとして設定する形態の変形例であって、一定期間の充放電電流の時系列データからその期間の充放電電流における中央値の分布を求め、分布の比率が最も高い中央値を充電率修正動の作開始条件パラメータとして設定するものである。
【００６６】
図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例３に適用される特性図であって、充放電電流の中央値の分布を示す特性図である。なお、いずれの特性図も横軸に電流値、縦軸に充放電電流の中央値の分布割合を表わしている。なお、横軸のレンジは、０より左側が放電電流、右側が充電電流である。すなわち、図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各実測電流の一定期間の時系列データから、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような充放電電流の中央値の分布特性が求められる。
【００６７】
図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の特性図から分かるように、充放電電流の中央値の分布割合は、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の特性図で示した電流発生頻度の分布特性と殆んど一致している。したがって、図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の特性図において、充放電電流の中央値の分布割合が最も大きい充放電電流を、充電率修正動作の開始条件パラメータとして設定すればよい。
【００６８】
例えば、図９（ａ）の特性図において、放電電流の中央値が−１〜−２Ａのときが最も分布割合が高いので、充放電電流が±０Ａに近く、かつ分布割合が最も高い放電電流（−１〜−２Ａ）をＳＯＣの修正閾値とすることができる。
【００６９】
また、図９（ｂ）の特性図において、充電電流の中央値が１１〜１２Ａのときが最も分布割合が高いが、この電流は±０Ａから大きく離れているので採用しない。したがって、２番目に分布割合が高い放電電流（−３〜−４Ａ）が±０Ａに比較的近いので、分布割合が２番目に高い放電電流（−３〜−４Ａ）をＳＯＣの修正閾値とすることができる。
【００７０】
また、図９（ｃ）の特性図において、放電電流の中央値が−１〜−２Ａのときが最も分布割合が高いので、充放電電流が±０Ａに近く、かつ分布割合が最も高い放電電流（−１〜−２Ａ）をＳＯＣの修正閾値とすることができる。
【００７１】
《プログラム》
なお、前述した電池充電率演算方法は、コンピュータがプログラムを読み込むことによって実現される。したがって、前述した電池充電率演算方法の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、前述した各処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどをいう。また、このプログラムを通信回線によって外部のコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記プログラムは、前述した電池充電率演算方法の機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した電池充電率演算方法の機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の電池充電率演算装置は、運用中の二次電池において高精度にＳＯＣを演算することができるので、充電モードと放電モードが不規則に繰り返される設備、例えば、ハイブリッド自動車や自然エネルギ発電機などに用いられる二次電池の電池充電率演算装置として有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  ＳＯＣ演算部
１０  推定開放電圧演算部
１１  推定開放電圧によるＳＯＣＶ演算部
１２  電池インピーダンスモデル部
１２ａ  推定インピーダンステーブル
１２ｂ  推定インピーダンス電圧演算部
１３  推定インピーダンス電圧静定判定部
１４  実測電流積分によるＳＯＣＩ演算部
１５  ＳＯＣ偏差判定部
１６  ＳＯＣ切替判定部
１７  ＳＯＣ切替部
１８  電流発生頻度演算部
２０  ＳＯＣ決定部
２１ａ、２１ｂ  電池充電率演算装置
２２  電流微分値演算部
【図１】
2010271288.tif 000003
【図２】
2010271288.tif 000004
【図３】
2010271288.tif 000005
【図４】
2010271288.tif 000006
【図５】
2010271288.tif 000007
【図６】
2010271288.tif 000008
【図７】
2010271288.tif 000009
【図８】
2010271288.tif 000010
【図９】
2010271288.tif 000011
【図１０】
2010271288.tif 000012