(57)【要約】【課題】  二次電池の劣化状態の高精度の推定を可能とする。【解決手段】  本発明の状態推定装置３０は、車両１に搭載される二次電池２４の劣化状態を推定する装置であって、二次電池の充電が行われている充電時間、放電が行われている放電時間、二次電池の充電量、放電量、内部抵抗、減液量、車両が走行している走行時間及び車両が停止している停止時間の少なくとも一つを第１パラメータとして検出する第１検出手段と、二次電池の充電率、該二次電池の温度と該二次電池の周囲の気温との温度差、成層化量、分極量及び所定時間あたりの電流変化率の少なくとも一つを第２パラメータとして検出する第２検出手段と、第２パラメータを用いて、第１パラメータを補正する補正手段と、補正された第１パラメータに基づいて、二次電池の劣化度の推定を行う推定手段とを備える。【選択図】図２
2014105995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される二次電池の劣化状態を推定する二次電池の状態推定装置であって、
前記二次電池の充電が行われている充電時間、放電が行われている放電時間、前記二次電池の充電量、放電量、内部抵抗、減液量、前記車両が走行している走行時間及び前記車両が停止している停止時間の少なくとも一つを第１パラメータとして検出する第１検出手段と、
前記二次電池の充電率、該二次電池の温度と該二次電池の周囲の気温との温度差、成層化量、分極量及び所定時間あたりの電流変化率の少なくとも一つを第２パラメータとして検出する第２検出手段と、
前記第２パラメータを用いて、前記第１パラメータを補正する補正手段と、
前記補正された第１パラメータに基づいて、前記二次電池の劣化度の推定を行う推定手段と
を備えることを特徴とする二次電池の状態推定装置。
【請求項２】
前記第１検出手段は、前記第１パラメータを所定周期毎に検出し、
前記第２検出手段は、前記第２パラメータを前記所定周期毎に検出し、
前記補正手段は、最新の周期において検出された前記第２パラメータを用いて、最新の周期において検出された前記第１パラメータを補正し、
前記推定手段は、前記補正された第１パラメータのうち、前記充電時間、前記放電時間、前記充電量、前記放電量、前記走行時間及び前記停止時間について、前回の周期までの累積値に加算した上で、該累積値を前記二次電池の劣化度の推定に用いることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の状態推定装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記補正された第１パラメータのそれぞれについて、前記二次電池の特性に応じた重み付けを行ったうえで、前記二次電池の劣化度の推定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池の状態推定装置。
【請求項４】
前記二次電池の初期容量を取得する、初期値取得手段を更に備え、
前記補正手段は、前記二次電池の初期容量に対して、前記補正された第１パラメータを適用することで、前記二次電池の劣化度の推定を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池の状態推定装置。
【請求項５】
車両に搭載される二次電池の劣化状態を推定する二次電池の状態推定方法であって、
前記二次電池の充電が行われている充電時間、放電が行われている放電時間、前記二次電池の充電量、放電量、内部抵抗、減液量、前記車両が走行している走行時間及び前記車両が停止している停止時間の少なくとも一つを第１パラメータとして検出する第１検出工程と、
前記二次電池の充電率、該二次電池の温度と該二次電池の周囲の気温との温度差、成層化量、分極量及び所定時間あたりの電流変化率の少なくとも一つを第２パラメータとして検出する第２検出工程と、
前記第２パラメータを用いて、前記第１パラメータを補正する補正工程と、
前記補正された第１パラメータに基づいて、前記二次電池の劣化度の推定を行う推定工程と
を備えることを特徴とする二次電池の状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の劣化状態を推定する状態推定装置及び方法の技術分野に関し、特に車両に搭載され、回生などによる充電や放電を行う二次電池の状態推定装置及び方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車において、走行の快適性の向上のために多くの電気デバイスが用いられており、このようなデバイスに電力の供給を行う鉛蓄電池などの二次電池の重要性が高まっている。自動車に搭載される二次電池においては、エンジン始動時に二次電池から種々のデバイスなどの負荷への電力の供給があるとともに、オルタネータから二次電池への電力の供給があり、充電および放電が繰り返し発生する。
【０００３】
一方で、二次電池は、充放電の繰り返しや、充放電が行われない状態での保存によって次第に劣化が進行し、動作時間が短くなることが知られている。自動車に搭載される二次電池は、例えば、電動ステアリングや電動ブレーキなどの自動車の走行に関する電装部品に対して電力の供給を行っているため、安全性の面からも、二次電池の劣化状態、言い換えれば、寿命を正確に知りたいとの要望が強く存在する。
【０００４】
そこで、二次電池の充放電量を経時的に積算し、電池の総容量(Full Charge Capacity)の変化を把握することで電池の劣化状態を推定する方法が用いられることがある。例えば、充放電サイクルの回数に起因するサイクル劣化と、時間経過による電池の保存劣化とに基づいて、電池の劣化状態を推定する劣化推定装置が知られている（特許文献１）。この劣化推定装置によれば、積算された電池の充電量が、各時点において把握される二次電池の総容量に達した際に、充放電サイクルの回数に基づいて二次電池の総容量を補正する処理を行っている。更に、補正された二次電池の総容量に対して、充放電が行われない状態での保存劣化の度合いについて、環境温度に基づく補正を行うことで、二次電池の劣化状態の推定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９２８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示される技術では、積算された充電量が、把握されている現時点の電池の総容量に達した際にサイクル量を加味した補正を電池の総容量に施していることから、電池が満充電にならないと電池容量の補正が行われない。今日の自動車においては、オルタネータの負荷を制御し、二次電池を満充電に至らない所定の充電量に収め、電池の長寿命化が図られている。このため、電池が満充電状態になりにくいため、上述の技術では電池の総容量の補正が行われず、結果として、総容量に誤差が生じやすいことを意味している。
【０００７】
また、環境温度による電池の保存劣化については、必ずしも温度の影響を受けないとの実験例がある。逆に、温度が高い状態で、電池の放充電が多い場合に、電池が劣化しやすいとの実験例もある。また、充放電を頻繁に行う二次電池においては、電気化学反応による極板表面でのイオンの生成・消滅反応、及び電解液の拡散や対流によるイオンの移動のそれぞれの影響を受け、二次電池の劣化が進行することも知られている。
したがって、特許文献１に開示された、二次電池の充放電サイクルによる電池容量の補正や、温度に基づく保存劣化量の検出のみでは、正確な電池の劣化状態を推定するには十分ではないとの技術的な問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した技術的な問題点に鑑み為されたものであり、二次電池の劣化状態を高精度に推定し得る二次電池の状態推定装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る二次電池の状態推定装置は、車両に搭載される二次電池の劣化状態を推定する二次電池の状態推定装置であって、第１検出手段と、第２検出手段と、補正手段と、推定手段とを備える。
【００１０】
第１検出手段は、二次電池の劣化に直接的に影響する使用状況に係るパラメータである第１パラメータを検出する手段である。具体的には、第１検出手段は、前記二次電池の充電が行われている充電時間、放電が行われている放電時間、前記二次電池の充電量、放電量、内部抵抗、減液量、前記車両が走行している走行時間及び前記車両が停止している停止時間の少なくとも一つを第１パラメータとして検出する。例えば、第１検出手段は、電力系統に配置される電圧検出手段及び電流検出手段、ＥＣＵ（Engine Control Unit）から走行あるいは停止の情報を得る情報通信手段、並びにこれらの手段により得られた情報を処理可能なマイコンなど処理装置を含んでなる。
【００１１】
第２検出手段は、二次電池の劣化に間接的に影響する、保存劣化や分極、成層化、電流変化率などのパラメータである第２パラメータを検出する手段である。具体的には、第２検出手段は、前記二次電池の充電率、該二次電池の温度と該二次電池の周囲の気温との温度差、成層化量、分極量及び所定時間あたりの電流変化率の少なくとも一つを第２パラメータとして検出する。例えば、第２検出手段は、温度検出手段、電圧検出手段、電流検出手段など、二次電池に取り付けられるセンサ類と、各センサにおいて検出された情報を処理可能なマイコンなど処理装置を含んでなる。
【００１２】
補正手段は、前記第２パラメータを用いて、前記第１パラメータを補正する、例えば、マイコンなど処理装置である。推定手段は、前記補正された第１パラメータに基づいて、前記二次電池の劣化度の推定を行う、例えば、マイコンなどの処理装置である。
【００１３】
上述した構成により、本発明の二次電池の状態推定装置は、二次電池の状態を示す第２パラメータを用いて、二次電池の使用状況を示す第１パラメータを補正したうえで、劣化度合いの推定を行っている。
【００１４】
例えば、二次電池の充放電が行われない、車両の停止時などの不使用状態では、環境温度との温度差によって、経時的な劣化の進行度合いは異なる。また、二次電池の充電率が低い状態での使用時に、サルフェーションの発生などにより、正確な放電容量を検出できない虞がある。また、電解液を含む鉛蓄電池などの二次電池においては、分極や成層化、電解液の過度な減少などによって生じた充放電効率の低下を考慮したうえで、状態を推定することができる。また、鉛蓄電池の電解液の減液量が多くなると、電解液中の希硫酸濃度の上昇によって正極板の腐食劣化が促進され、電池の容量低下が進行することもある。また、電解液面の低下によって電極板が電解液から露出することによる放電容量の急激な低下や、負極板と負極板を集合溶接するストラップとの接続部の腐食などの劣化が生じることもある。
【００１５】
本発明の二次電池の状態推定装置によれば、計測された充放電時間、走行時間、停止時間、充放電電気量、内部抵抗及び減液量など、二次電池の使用状況を示すパラメータを第１パラメータとし、上述した二次電池の状態に係る第２パラメータを用いて、第１パラメータを逐次補正している。状態推定装置は、補正した第１パラメータについて、所定時間ごとに累積し、モデル式に当てはめることで、二次電池の容量変化率を算出している。このような処理のため、正確な二次電池の劣化状態の推定を実現できる。
【００１６】
本発明に係る二次電池の状態推定装置の一の態様では、前記第１検出手段は、前記第１パラメータを所定周期毎に検出し、前記第２検出手段は、前記第２パラメータを前記所定周期毎に検出する。前記補正手段は、最新の周期において検出された前記第２パラメータを用いて、最新の周期において検出された前記第１パラメータを補正する。前記推定手段は、前記補正された第１パラメータのうち、前記充電時間、前記放電時間、前記充電量、前記放電量、前記走行時間及び前記停止時間について、前回の周期までの累積値に加算した上で、該累積値を前記二次電池の劣化度の推定に用いる。
【００１７】
この態様によれば、二次電池の充放電に係る情報を経時的に累積することで、二次電池の劣化度合いを正確に推定することができる。このとき、累積される第１パラメータの各検出値について、二次電池の劣化の度合いを示す第２パラメータを用いた補正が行われるため、より精度の高い推定が可能となる。
【００１８】
本発明に係る二次電池の状態推定装置の他の態様では、前記推定手段は、前記補正された第１パラメータのそれぞれについて、前記二次電池の特性に応じた重み付けを行ったうえで、前記二次電池の劣化度の推定を行う。
【００１９】
この態様によれば、補正された第１パラメータのそれぞれについて、補正を行った後に、推定対象の二次電池の特性に応じた加重を行った上で、二次電池の状態の推定が行われる。これにより、例えば、二次電池の劣化への影響が大きいパラメータについては、推定時の影響を大きくし、二次電池の劣化への影響が小さいパラメータについては、推定時の影響を小さくした上で、劣化状態の推定を行うことができる。このようなパラメータ毎の状態推定への影響の大小については、二次電池の特性に応じて決定されるため、例えば、二次電池の種別や使用状態などを考慮した適切な劣化状態の推定を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る二次電池の状態推定装置の他の態様では、前記二次電池の初期容量を取得する初期値取得手段を更に備え、前記補正手段は、前記二次電池の初期容量に対して、前記補正された第１パラメータを適用することで、前記二次電池の劣化度の推定を行う。
【００２１】
この態様の初期値取得手段は、例えば、二次電池の製造元が提供する初期容量を取得することや、二次電池の内部抵抗、電解液抵抗、極板の反応抵抗など、二次電池の内部状態を示すパラメータから算出することにより、二次電池の初期容量を高精度に取得する。このため、初期容量に基づく二次電池の劣化度合いの推定についても、高精度に実現することができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明に係る二次電池の状態推定装置は、車両に搭載される二次電池の劣化状態を推定する二次電池の状態推定装置であって、第１検出工程と、第２検出工程と、補正工程と、推定工程とを備える。
【００２３】
第１検出工程では、上述した第１検出手段が行うものと同様の動作が行われる。第２検出工程では、上述した第２検出手段が行うものと同様の動作が行われる。推定工程では、上述した推定手段が行うものと同様の動作が行われる。補正工程では、上述した補正手段が行うものと同様の動作が行われる。なお、本発明の二次電池の状態推定方法は、上述した二次電池の状態推定装置が取り得る種々の態様と同様の態様を取り得る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の二次電池の状態推定装置によれば、二次電池の劣化状態を示す容量変化率を高精度に推定することができる。特に、電解液を含む鉛蓄電池などの二次電池においては、分極や成層化により生じた放電効率の低下を考慮したうえで、状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の状態推定装置が搭載される車両の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の状態推定装置が搭載される車両の電力系統の基本的な構成を示す概略図である。
【図３】本発明の状態推定装置の制御部の構成を示す概略図である。
【図４】二次電池の状態推定における各パラメータの関係を示すテーブルである。
【図５】二次電池の状態推定の一連の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（１）基本的な構成
はじめに、図１を参照して、本発明の二次電池の状態推定装置が搭載される車両の基本的な構成について説明する。図１は、本発明の二次電池の状態推定装置の一実施例である状態推定装置３０と、該状態推定装置に接続される二次電池が搭載される車両１を示す概略図である。
【００２８】
図１において、車両１は、エンジン１０及び電力系統２０を備える。エンジン１０は、車両１の主たる動力源として、車両１の走行を実現する。
【００２９】
電力系統２０は、車両１に搭載されるＥＣＵや電装部品、該電装部品に電力を供給する二次電池である鉛蓄電池２４及び該鉛蓄電池２４を充電するオルタネータなどを含む電気回路である。また、電力系統２０は、本発明の「状態推定装置」の一具体例である状態推定装置３０を含む。
【００３０】
状態推定装置３０と、該状態推定装置３０が組み込まれる車両１の電力系統２０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、状態推定装置３０と、該状態推定装置３０が組み込まれる車両１の電力系統２０を示すブロック図である。図示されるように、電力系統２０は、状態推定装置３０、鉛蓄電池２４、オルタネータ２６、スタータモータ２８及び負荷２９を含む。
【００３１】
状態推定装置３０は、後述するようにＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリを備え、車両１のエンジン１０を始めとする各部の動作を制御可能な電子制御ユニットである。
【００３２】
状態推定装置３０は、電圧センサ２１、電流センサ２２、及び温度センサ２３に接続され、各センサからの出力を参照し、鉛蓄電池２４の状態を検出する。電圧センサ２１は、鉛蓄電池２４の端子電圧を検出し、状態推定装置３０に通知する。電流センサ２２は、鉛蓄電池２４に流れる電流を検出し、状態推定装置３０に通知する。温度センサ２３は、鉛蓄電池２４の温度及び鉛蓄電池２４の周囲の環境温度を検出し、状態推定装置３０に通知する。
【００３３】
状態推定装置３０は、不図示のＥＣＵから車両１の速度、アクセル開度、スロットル開度、またはエンジン１０の制御信号など、車両１が走行状態にあるか停止状態にあるかを示す情報を受け取り、各状態における経過時間である走行時間及び停止時間を計測する、本発明の「第１検出手段」の一具体例としての動作を実現する。
【００３４】
鉛蓄電池２４は、本発明の「二次電池」の一具体例であって、例えば、正極（陽極板）に二酸化鉛、負極（陰極板）に海綿状の鉛、電解液として希硫酸を用いた、液式鉛蓄電池である。鉛蓄電池２４は、スタータモータ２８及び負荷２９に対して電力供給が可能となるよう接続されており、また、オルタネータ２６による充電が可能となるよう接続される。
【００３５】
放電回路２５は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子などを含む回路であって、状態推定装置３０の制御に応じて、鉛蓄電池２４の放電を実行し、その時の電流電圧挙動から状態推定装置３０が内部抵抗を得る、いわゆるアクティブ方式により内部抵抗を測定するための回路である。内部抵抗を測定する手段としては、バッテリ充放電時（特にエンジンクランキング時など大電流放電時）の電流電圧挙動から内部抵抗を測定するパッシブ方式も存在し、本発明ではいずれの方式を用いることも可能である。
【００３６】
オルタネータ２６は、エンジン１０によって駆動され、発生した交流電力を整流回路によって直流電力に変換し、鉛蓄電池２４を充電する。
スタータモータ２８は、例えば、直流回転電機であって、鉛蓄電池２４から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン１０を始動する。
【００３７】
負荷２８は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、イグニッションコイル、カーオーディオ、またはカーナビゲーションなど、鉛蓄電池２４から供給される電力によって動作する車両１の電装部品である。
【００３８】
なお、上述した構成は一例であって、本発明の「充電制御装置」は、車両１の電力系統２０に備わる公知の構成を用いて実現してもよく、また既存の電力系統２０に対して、上述した各構成を後発的に取り付けることでも実現可能である。
【００３９】
図３は、図２に示される状態推定装置３０の詳細な構成例を示す図である。図示されるように、状態推定装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０ｃ、通信部３０ｄ、表示部３０ｅ、Ｉ／Ｆ（Interface）３０ｆを有し、各部がバス３０ｇによって接続されている。ＣＰＵ３０ａは、ＲＯＭ３０ｂに格納されているプログラム３０ｂａに基づいて各部を制御する。ＲＯＭ３０ｂは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム３０ｂａ等を格納している。ＲＡＭ３０ｃは、半導体メモリ等によって構成され、あらかじめ格納されるものや、プログラム３０ｂａを実行する際に生成されるものなどの各パラメータを格納するデータベース３０ｃａを格納する。通信部３０ｄは、例えば、不図示のＥＣＵなどに接続され、通信により相互に情報を授受する。表示部３０ｅは、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置であって、ＣＰＵ３０ａから供給される情報を表示する。インタフェース３０ｆは、電圧センサ２２、電流センサ２２、温度センサ２３及びエンジン１０から入力される信号をデジタル信号に変換して取り込む、情報入力用のインタフェースである。
【００４０】
状態推定装置３０のＣＰＵ３０ａは、インタフェース３０ｆを介して入力された情報を処理し、鉛蓄電池２４の劣化状態の判定を行う、本発明の「補正手段」及び「推定手段」の一具体例としての処理を実行する。
【００４１】
（２）動作例
続いて、状態推定装置３０の動作について説明する。
【００４２】
状態推定装置３０は、各センサから入力される情報に基づき、鉛蓄電池２４の劣化状態を示すパラメータとして、例えば、容量変化率（ΔＳＯＨ：State Of Health）を推定する。
【００４３】
具体的には、鉛蓄電池２４の容量変化率ΔＳＯＨの推定のために、状態推定装置３０は、第１パラメータ群として、車両１の走行時間（ｔ＿ｒｕｎ）、停止時間（ｔ＿ｓｔｏｐ）、二次電池２の充電時間（ｔ＿ｃｈｇ）、放電時間（ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ）、二次電池２の充電電気量（Ａｈ＿ｃｈｇ）、放電電気量（Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇ）、内部抵抗（Ｒ）及び電解液の減液量（ｄ＿ｍａｓｓ）のうち少なくとも一つを用いる。
【００４４】
また、状態推定装置３０は、第１パラメータ群の各パラメータを補正するために、第２パラメータ群となる、二次電池２の充電率（ＳＯＣ）、温度（Ｔ＿ｂａｔｔ）、環境温度と二次電池の温度Ｔ＿ｂａｔｔとの温度差（ΔＴ）、成層化量（ｑ＿ｓｔ）、分極量（ｑ＿ＯＶ）及び所定時間当たりの電流変化率（ΔＩ）のうち少なくとも一つを用いて補正パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、・・・、Ｈを算出する。
【００４５】
第２パラメータ群として検出される各パラメータについて具体的に説明する。鉛蓄電池２４の充電率ＳＯＣは、鉛蓄電池２４の充電状態を示す指標である。充電率ＳＯＣが低い状態での放電時には、例えば、鉛蓄電池の電極板の表面においてサルフェーションが発生し、鉛蓄電池２４の充放電効率が劣化することがある。このため、二次電池の充電率ＳＯＣを適宜把握し、補正パラメータとして用いることで、鉛蓄電池２４の状態推定の精度を高めることができる。なお、状態推定装置３０においては、鉛蓄電池２４の開放端電圧と電流値とから充電率ＳＯＣの具体的な値を検知しているが、その他の何らかの手段によって検知されてもよい。
【００４６】
鉛蓄電池２４の温度Ｔ＿ｂａｔｔは、温度センサによって検出される鉛蓄電池２４自体の温度であり、環境温度との温度差ΔＴは、鉛蓄電池２４の周囲の気温と鉛蓄電池２４の温度Ｔ＿ｂａｔｔとの温度差である。
【００４７】
例えば、車両１の停止時など、充放電による鉛蓄電池２４への電流の出入りが少ない場合には、環境温度が比較的に高い場合であっても、二次電池の劣化は比較的進行しにくい。他方で、例えば、車両１の走行時など、二次電池の環境温度が高く、且つ充放電による電流の出入りが多い場合、二次電池の劣化が比較的進行しやすくなる。鉛蓄電池２４の温度Ｔ＿ｂａｔｔ及び温度差ΔＴを定期的に把握し、補正パラメータとして用いることで、鉛蓄電池２４の劣化状態推定の精度を高めることができる。
【００４８】
成層化量ｑ＿ｓｔは、内部に硫酸を含む電解液を備える鉛蓄電池において、充放電中に生じた水と硫酸との比重差のため、電解液が不均一となる成層化の度合いを示す概念である。例えば、成層化量は、成層化が生じていない場合の鉛蓄電池の所定の放電電圧を基準電圧とし、基準電圧に対する放電電圧の比率などで表される。
【００４９】
具体的には、液式の鉛蓄電池の極板表面では、放電時に水が発生する一方で、充電時には硫酸が発生する。このように、充放電中に生じた水と硫酸との比重差のため、比重の重い硫酸が下に沈殿する一方で水が上方に溜まって、電解液が不均一となる成層化が生じる。成層化が生じた鉛蓄電池においては、硫酸濃度の高い下層部の影響で鉛蓄電池の開放端電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）が実際の数値よりも高くに検出される。なお、発生した成層化は、充放電を行わない状態では時間とともに徐々に解消され、ＯＣＶも安定電圧に収束していく。しかしながら、最後の充放電終了からの経過時間が十分でない場合、成層化の影響により、実際の安定電圧とは異なるＯＣＶが測定されるため、結果として正しいＳＯＣを推定できなくなってしまうという技術的な問題がある。基準電圧に対する成層化の影響を定期的に把握することで、例えば、成層化の影響を除外した安定電圧を用いた、二次電池の状態推定を高精度に行うことが可能となる。
【００５０】
分極量とは、同じく内部に硫酸を含む電解液を備える鉛蓄電池において生じる概念であって、充放電に伴って生じた電極板における分極の度合いを示す指標である。分極の発生により、鉛蓄電池の放電容量が大きく低下してしまう場合がある。また、分極は、充放電を停止した後は時間と共に解消されるため、分極の影響による放電容量の低下量は時間と共に変化する。このため、分極の発生の度合いを定期的に把握して補正を行うことで、鉛蓄電池２４の状態推定を高精度に行うことが可能となる。
【００５１】
また、二次電池において、成層化または分極化が発生している場合、硫酸濃度が相対的に低い部分が存在する。このため、同等の充電率であっても、硫酸濃度が相対的に低い部分の電極板において、サルフェーションが発生し、充放電効率の低下が生じる。
【００５２】
時間当たりの電流変化率ΔＩは、電流センサによって検出される単位時間毎の電流変化率である。時間当たりの電流変化率ΔＩを定期的に把握することで、鉛蓄電池２４の劣化状態を定期的に把握した上で、第１パラメータの補正を行うことができる。
【００５３】
状態推定装置３０が用いる第１パラメータ群と第２パラメータ群との関係について、図４を参照して説明する。図４は、第１パラメータ群のそれぞれのパラメータについて、第２パラメータ群のそれぞれのパラメータを用いた補正を行うための補正値と各パラメータとの関係を示すテーブルである。
【００５４】
図４のテーブルに示されるように、第１パラメータ群のそれぞれのパラメータについて、第２パラメータ群の各パラメータに基づく補正パラメータが設定される。
【００５５】
具体的には、車両１の走行時間ｔ＿ｒｕｎを補正するための補正パラメータＡは、第２パラメータ群の各パラメータである、充電率ＳＯＣ、温度Ｔ＿ｂａｔｔ、温度差ΔＴ、成層化量ｑ＿ｓｔ、分極量ｑ＿ＯＶ及び電流変化率ΔＩの関数として表される。例えば、Ａ＝ａ（ＳＯＣ，Ｔ＿ｂａｔｔ，ΔＴ，ｑ＿ｓｔ，ｑ＿ＯＶ，ΔＩ）となる。停止時間ｔ＿ｓｔｏｐ、充電時間ｔ＿ｃｈｇ、放電時間ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、充電電気量Ａｈ＿ｃｈｇ、放電電気量Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇ、内部抵抗Ｒ、減液量ｄ＿ｍａｓｓに対応する補正パラメータＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈについても同様に決定される。
【００５６】
また、図４のテーブルに示される係数ｗ１、ｗ２、ｗ３、・・・、ｗ８は、それぞれ補正後の第１パラメータの検出値及びその累積値に対して乗算される重み付け係数であって、好適には、鉛蓄電池２４の特性や状態に応じて逐次決定される。鉛蓄電池２４の充電状態や特性によっては、第１パラメータ群のパラメータの中でも劣化度への影響が異なる場合がある。このような状態や特性に応じて、第１パラメータ群のパラメータを重み付けすることで、より高精度な劣化状態の推定が可能となる。このような重み付け係数は、例えば、あらかじめ算出され、ＲＡＭ３０ｃ内のデータベース３０ｃａ内に格納されたものが、鉛蓄電池２４の種別に応じて読み込まれることなどによって利用されてよい。
【００５７】
状態推定装置３０による鉛蓄電池２４の第１パラメータの補正処理の一連の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。状態推定装置３０は、フローチャートに示される一連の処理を、例えばＲＯＭ３０ｂ内のプログラム３０ｂａにより規定される周期に従って定期的に実行する。
【００５８】
第１パラメータ群の各パラメータのうち、特に、走行時間ｔ＿ｒｕｎ、停止時間ｔ＿ｓｔｏｐ、充電時間ｔ＿ｃｈｇ、放電時間ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、充電電気量Ａｈ＿ｃｈｇ及び放電電気量Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇについては、所定の周期毎に検出される。検出された各パラメータは、周期毎にそれぞれ対応する補正パラメータＡないしＦを用いて補正され、前回周期までの累積値に加算される。このように得られた最新の周期の検出値を補正した値を加算した累積値が、鉛蓄電池２４の劣化状態推定におけるパラメータとして用いられる。他方で、内部抵抗Ｒ及び減液量ｄ＿ｍａｓｓについては、周期毎に検出される値をそれぞれ対応する補正パラメータＧ、Ｈを用いて補正した値が、鉛蓄電池２４の劣化状態推定におけるパラメータとして用いられる。
【００５９】
これらのパラメータの検出、累積及び補正に係る処理の流れについて説明する。まず、状態推定装置３０は、プログラム３０ｂａなどにより規定される所定の取得周期毎に、１つ前の周期において累積された第１パラメータ群の各パラメータである累積パラメータを格納する（ステップＳ１０１）。具体的には、走行時間ｔ＿ｒｕｎの前周期までの累積パラメータｔ＿ｒｕｎ＿ｉｎｔをｔ＿ｒｕｎ＿ｐｒｅとして格納する。同様に、停止時間ｔ＿ｓｔｏｐ、充電時間ｔ＿ｃｈｇ、放電時間ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、充電電気量Ａｈ＿ｃｈｇ及び放電電気量Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇのそれぞれの値について、ｔ＿ｓｔｏｐ＿ｐｒｅ、ｔ＿ｃｈｇ＿ｐｒｅ、ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ＿ｐｒｅ、Ａｈ＿ｃｈｇ＿ｐｒｅ及びＡｈ＿ｄｉｓｃｈｇ＿ｐｒｅとして格納する。
【００６０】
次に、状態推定装置３０は、各センサから入力される情報を受け付け、第１パラメータ群の各パラメータである、走行時間ｔ＿ｒｕｎ、停止時間ｔ＿ｓｔｏｐ、充電時間ｔ＿ｃｈｇ、放電時間ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、充電電気量Ａｈ＿ｃｈｇ、放電電気量Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇ、内部抵抗Ｒ及び減液量ｄ＿ｍａｓｓの最新の測定値を取得する（ステップＳ１０２）。
【００６１】
ステップＳ１０２と前後して、または同時に、状態推定装置３０は、各センサから入力される情報を受け付け、第２パラメータ群の各パラメータである、充電率ＳＯＣ、温度Ｔ＿ｂａｔｔ、温度差ΔＴ、成層化量ｑ＿ｓｔ、分極量ｑ＿ＯＶ及び電流変化率ΔＩの最新の測定値を取得する（ステップＳ１０３）。
【００６２】
続いて、状態推定装置３０は、取得した第２パラメータ群の各パラメータを用いて、補正パラメータＡないしＨを算出する（ステップＳ１０４）。
【００６３】
次に、状態推定装置３０は、取得された最新の第１パラメータ群の各パラメータについて、補正パラメータＡないしＨによる補正を行う（ステップＳ１０５）。
【００６４】
このとき、状態推定装置３０は、積算される走行時間ｔ＿ｒｕｎ、停止時間ｔ＿ｓｔｏｐ、充電時間ｔ＿ｃｈｇ、放電時間ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、充電電気量Ａｈ＿ｃｈｇ及び放電電気量Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇの各パラメータについては、補正を行った上で、前周期の第１パラメータ群の各パラメータに加算する。例えば、車両１の走行時間ｔ＿ｒｕｎについて、前周期までの累積パラメータｔ＿ｒｕｎ＿ｐｒｅに対して、取得された最新の値であるｔ＿ｒｕｎに補正パラメータＡを乗算した値を加算することで、最新の累積パラメータｔ＿ｒｕｎ＿ｉｎｔが算出される。同様に、取得された最新の測定値ｔ＿ｓｔｏｐ、ｔ＿ｃｈｇ、ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、Ａｈ＿ｃｈｇ及びＡｈ＿ｄｉｓｃｈｇのそれぞれの値に補正パラメータＢ−Ｆを乗算し、累積パラメータｔ＿ｓｔｏｐ＿ｉｎｔ、ｔ＿ｃｈｇ＿ｉｎｔ、ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ＿ｉｎｔ、Ａｈ＿ｃｈｇ＿ｉｎｔ及びＡｈ＿ｄｉｓｃｈｇ＿ｉｎｔを算出する。
【００６５】
なお、第１パラメータのうち、内部抵抗Ｒ及び減液量ｄ＿ｍａｓｓについては、所定の周期毎に累積する必要がなく、推定タイミング毎に取得した最新の値について補正パラメータを乗算することで補正が行われる。
【００６６】
状態推定装置３０は、上述した第１パラメータの検出、累積及び補正に係る一連の処理を例えば０．１〜１００ｍｓ程度の周期で実行する。この処理を繰り返し実行することで、車両１の走行中（一時的な停止状態も含む、車両の運転開始から終了までの期間）において、第１パラメータを適宜最新の状態に維持することができる。
【００６７】
状態推定装置３０は、補正後の第１パラメータに対して、重み付け係数、ｗ１、ｗ２、ｗ３、・・・、ｗ８を適用したモデル式を用いて、二次電池２の劣化状態を示す容量変化率ΔＳＯＨを推定する。二次電池２の容量変化率ΔＳＯＨは、例えば、下記の数式によって算出される。
ΔＳＯＨ＝ｔ＿ｒｕｎ＿ｉｎｔ×ｗ１＋ｔ＿ｓｔｏｐ＿ｉｎｔ×ｗ２＋ｔ＿ｃｈｇ＿ｉｎｔ×ｗ３＋ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ＿ｉｎｔ×ｗ４＋Ａｈ＿ｃｈｇ＿ｉｎｔ×ｗ５＋Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇ＿ｉｎｔ×ｗ６＋Ｒ×ｗ７＋ｄ＿ｍａｓｓ×ｗ８
【００６８】
上述の処理は、例えば、車両の運転終了時など、一日に一度程度の周期で実施されてよく、また、鉛蓄電池２４の劣化状態ΔＳＯＨの検出が必要となる任意のタイミングで適宜実施されてよい。
【００６９】
上述した状態推定装置３０の動作によれば、走行時間、停止時間、充電時間、放電時間、充電電気量、放電電気量、内部抵抗及び減液量など、鉛蓄電池２４の使用状況に係る第１パラメータ群の各パラメータに基づく劣化状態の推定が行われる。また、状態推定装置３０の動作によれば、二次電池２４の温度と二次電池の周囲の気温との温度差や充電率、成層化量、分極量、時間あたりの電流変化率を用いて第１パラメータ群の各パラメータが補正される。
【００７０】
このような補正により、鉛蓄電池２４の状態に起因する劣化状態への影響を考慮した上で、正確な劣化状態の推定が可能となる。具体的には、充電率ＳＯＣに基づく補正を行うことで、鉛蓄電池２４の電極板でサルフェーションが発生し、劣化が進行することを考慮した推定が可能となる。また、鉛蓄電池２４の環境温度に基づく補正を行うことで、車両の停止状態での保存劣化や、車両の走行状態における充放電の繰り返しによる劣化の進行を考慮した推定が可能となる。成層化や分極の発生の度合いに基づく補正を行うことで、充電率ＳＯＣの大小によらず電極板でサルフェーションが生じることを考慮した推定が可能となる。
【００７１】
このように、逐次補正を行うことができるため、鉛蓄電池２４におけるサルフェーションや、充放電の繰り返しなどに起因する劣化を考慮した上で、劣化状態の推定が可能となる。したがって、鉛蓄電池２４の使用環境や状態による影響を考慮した上で、劣化状態を高精度に推定することが可能となる。
【００７２】
なお、図５に示されるフローチャートは、本発明の状態推定装置３０による処理の流れの一例を示すものであって、図示される処理のみに限定されるものではない。上述した第２パラメータから生成される補正パラメータを用いて、二次電池の容量劣化率ΔＳＯＨの推定に用いる第１パラメータの補正が実現されていれば、他の態様で処理を実施しても構わない。
【００７３】
また、動作例において、状態推定装置３０は、第１パラメータ群として、停止時間ｔ＿ｓｔｏｐ、充電時間ｔ＿ｃｈｇ、放電時間ｔ＿ｄｉｓｃｈｇ、充電電気量Ａｈ＿ｃｈｇ、放電電気量Ａｈ＿ｄｉｓｃｈｇ、内部抵抗Ｒ及び減液量ｄ＿ｍａｓｓを検出して用いている。しかしながら、必ずしもこれら全てのパラメータを用いる必要はなく、一部のみを用いてもよい。少なくとも第１パラメータ群の一部のパラメータを用いることでも上述の処理は実現でき、鉛蓄電池２４の劣化状態の推定を行うことができる。その際、状態推定装置３０は、用いないパラメータについては、検出しないことや、または重み付け係数を０に設定することなど、何らかの手段により推定処理への影響を除外する。
【００７４】
また、動作例において、状態推定装置３０は、第２パラメータ群として、充電率ＳＯＣ、温度Ｔ＿ｂａｔｔ、温度差ΔＴ、成層化量ｑ＿ｓｔ、分極量ｑ＿ＯＶ及び電流変化率ΔＩを検出して用いている。しかしながら、必ずしもこれら全てのパラメータを用いる必要はなく、第１パラメータと同様に一部のパラメータのみを用いてもよい。少なくとも第２パラメータ群に含まれるいずれかのパラメータを用いて第１パラメータ群の各パラメータを補正することで、鉛蓄電池２４の劣化状態推定の精度を向上させることができる。
【００７５】
また、以上の実施形態では、二次電池として鉛蓄電池２４を例に挙げて説明したが、これ以外にも、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池などを用いることも可能である。
【００７６】
また、電解液を用いない二次電池に対しても本願は適用可能であり、その場合、状態推定装置３０は、第１パラメータ群に含まれる減液量ｄ＿ｍａｓｓ、並びに第２パラメータ群に含まれる成層化量ｑ＿ｓｔ及び分極量ｑ＿ＯＶの各パラメータを用いないで劣化状態の推定処理を行う。
【００７７】
本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨または思想に反しない範囲で変更可能であり、そのような変更を伴う二次電池の状態推定装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１  車両
１０  エンジン
２０  電力系統
２１  電圧センサ
２２  電流センサ
２３  温度センサ
２４  鉛蓄電池
３０  状態推定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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