(57)【要約】  実施形態の蓄電池残量推定装置は、電流補正部と、ＳＯＣ計算部と、電圧推定部と、ＳＯＣ補正量決定部と、電流誤差推定部とを持つ。電流補正部は、蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定する。ＳＯＣ計算部は、前記補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算する。電圧推定部は、前記蓄電池の温度値、前記補正済電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定する。ＳＯＣ補正量決定部は、前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定する。電流誤差推定部は、前記ＳＯＣ補正量に基づいて、前記電流補正量を決定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定する電流補正部と、
前記補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算するＳＯＣ計算部と、
前記蓄電池の温度値、前記補正済電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定する電圧推定部と、
前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定するＳＯＣ補正量決定部と、
前記ＳＯＣ補正量に基づいて、前記電流補正量を決定する電流誤差推定部と、
を備える蓄電池残量推定装置。
【請求項２】
前記ＳＯＣ補正量決定部は、前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との差分にゲインを乗算することで、前記ＳＯＣ補正量を決定する、
請求項１記載の蓄電池残量推定装置。
【請求項３】
前記ゲインは、誤差要因の合計電流値を、ＯＣＶの変化に対するＳＯＣの変化の特性の傾きと前記蓄電池の容量と前記ＳＯＣ補正量の上限との積で除算することで求められる下限値以上に設定されている、
請求項２記載の蓄電池残量推定装置。
【請求項４】
蓄電池の電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算するＳＯＣ計算部と、
前記蓄電池の温度値、前記蓄電池の電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定する電圧推定部と、
前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との差分に対し、ゲインを乗算した値と、時間積分を求めて係数を乗算した値とをそれぞれ計算し、前記ゲインを乗算した値と、前記時間積分を求めて係数を乗算した値とを加算することで、前記ＳＯＣ補正量を決定するＳＯＣ補正量決定部と、
を備える蓄電池残量推定装置。
【請求項５】
蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定する電流補正部と、
前記補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算する第１のＳＯＣ計算部と、
前記蓄電池の温度値、前記補正済電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定する第１の電圧推定部と、
前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定する第１のＳＯＣ補正量決定部と、
前記蓄電池の電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算する第２のＳＯＣ計算部と、
前記蓄電池の温度値、前記蓄電池の電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定する第２の電圧推定部と、
前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定する第２のＳＯＣ補正量決定部と、
前記蓄電池の電流値に対して補正量を変えながら電流積算値を計算し、前記第２のＳＯＣ計算部により計算された前記蓄電池のＳＯＣ推定値の変化量と前記電流積算値とが合致する補正量を探索し、探索結果に基づいて前記電流補正量を決定する回帰分析部と、
を備える蓄電池残量推定装置。
【請求項６】
コンピュータが、
蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定し、
前記補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算し、
前記蓄電池の温度値、前記補正済電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定し、
前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定し、
前記ＳＯＣ補正量に基づいて、前記電流補正量を決定する、
蓄電池残量推定方法。
【請求項７】
コンピュータに、
蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定させ、
前記補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算させ、
前記蓄電池の温度値、前記補正済電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定させ、
前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定させ、
前記ＳＯＣ補正量に基づいて、前記電流補正量を決定させる、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄電池残量推定装置、蓄電池残量推定方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車などの移動体用のエネルギー源として、太陽光や風力などの自然エネルギーを利用した発電の変動抑制の用途として、或いは電力需要の変動抑制やピークシフト等の用途として、蓄電池システムの利用が広がりつつある。蓄電池システムを適切に運用する為には、監視対象となる単位の蓄電池残量（或いは充電率）の指標であるＳＯＣ（State of Charge）をできるだけリアルタイムに且つ正確に把握することが重要である。【０００３】
蓄電池のＳＯＣを推定する方式として種々のものが知られている（非特許文献１参照）。例えば、実際に放電させて完放電に至るまでの電流値を積算する実測方式、電流休止期間の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）からＳＯＣとＯＣＶの関係に基づいてＳＯＣを求めるＯＣＶ方式、電流値を積算し、ある期間のＳＯＣ変化分（ΔＳＯＣ）を求める電流積算方式、蓄電池の等価回路モデルを用いて充放電中の電圧、電流、温度などの情報からＳＯＣを推定するＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）方式などが挙げられる。【０００４】
上記各方式には、それぞれ欠点が存在する。実測方式は、実測することでＳＯＣ自体を変化させてしまうため、運用中に用いることが難しく、実用的な価値が低い。ＯＣＶ方式は、休止期間が無い（或いは休止期間の存在が保証できない）システムに適用するのが困難である。電流積算方式を長期間実行した場合、電流測定値の定常的な誤差が累積されて大きな推定誤差となる場合がある。ＣＣＶ方式は他の方式に比して、比較的実用性が高いものであるが、蓄電池の等価回路モデルと実際の蓄電池の特性差がある限り、その差異に応じたＳＯＣ推定誤差が生じてしまう。この誤差は、特に電流やＳＯＣが大きく変化したときの過渡応答時に現れる。【０００５】
特許文献１に記載の技術は、電流測定値の定常的な誤差を補正する機能を有する。しかしながら、特許文献１に記載の技術には、補正しきれない電流オフセットの残存誤差を修正することができないという問題がある。【０００６】
特許文献２に記載の技術は、電流測定値の定常的な誤差を、推定電圧と実測電圧との誤差（電圧差）に基づいて推定し、電流補正に用いる。しかしながら、特許文献２に記載の技術には、カルマンフィルタによって電流補正を行っているため、処理負荷が大きいという問題がある。【０００７】
特許文献３に記載の技術は、電流測定値の定常的な誤差と満充電容量誤差を併せて、定周期処理で推定する。しかしながら、特許文献３に記載の技術には、処理負荷が大きいという問題がある。【０００８】
特許文献４に記載の技術は、蓄電池の等価回路パラメータを推定するものであるが、処理負荷が大きいという問題がある。また、電流測定値の定常的な誤差の推定を行わないことにより、ＳＯＣが大きく変化するような場面における過渡応答の誤差が生じてしまう。【０００９】
非特許文献２に記載の技術は、ＯＣＶ方式によるＳＯＣ推定値と電流積算法によるＳＯＣ推定値の誤差が小さくなるようにカルマンフィルタを構成したものであるが、電流波形によっては誤差が大きくなる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５３９３６１９号公報
【特許文献２】特許第５６１６４６４号公報
【特許文献３】特開２０１６−２２４０２２号公報
【特許文献４】特許第６０５５９６０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】V Pop, H J Bergveld, P H L Notten , P P L Regtien, “State-of-the-art of battery state-of-charge determination”, Meas. Sci. Technol. 16(2005) R93-R110
【非特許文献２】CALSONIC KANSEI TECHNICAL REVIEW vol.10 2013「HEV/EV向け電池の充電率推定」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、処理負荷を抑制しつつ蓄電池のＳＯＣを高精度に推定することができる蓄電池残量推定装置、蓄電池残量推定方法、およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態の蓄電池残量推定装置は、電流補正部と、ＳＯＣ計算部と、電圧推定部と、ＳＯＣ補正量決定部と、電流誤差推定部とを持つ。電流補正部は、蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定する。ＳＯＣ計算部は、前記補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、前記蓄電池のＳＯＣ推定値を計算する。電圧推定部は、前記蓄電池の温度値、前記補正済電流値、および前記ＳＯＣ推定値に基づいて、前記蓄電池の電圧推定値を決定する。ＳＯＣ補正量決定部は、前記蓄電池の電圧値と、前記電圧推定値との比較に基づいて、前記ＳＯＣ補正量を決定する。電流誤差推定部は、前記ＳＯＣ補正量に基づいて、前記電流補正量を決定する。【００１４】
ここで、「基づいて〜する」とは、ある情報のみに基づいて直接的に処理を行うことのみを意味するのではなく、ある情報に他の情報を加味して処理を行うこと、ある情報を間接的に用いて処理を行うことを意味してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る蓄電池残量推定装置１００の機能構成図。
【図２】ＳＯＣ計算部１２０の機能構成の一例を示す図。
【図３】電流誤差推定部１５０の機能構成の一例を示す図。
【図４】電流積算方式を採用した場合の、実際のＳＯＣの値（ＳＯＣ真値）と、電流積算方式によるＳＯＣ推定値とを比較した図。
【図５】ＣＣＶ方式を採用した場合の、実際のＳＯＣの値（ＳＯＣ真値）と、ＣＣＶ方式によるＳＯＣ推定値とを比較した図。
【図６】実施形態の方式を採用した場合の、実際のＳＯＣの値（ＳＯＣ真値）と、実施形態の方式によるＳＯＣ推定値とを比較した図。
【図７】蓄電池残量推定装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図８】ＳＯＣ補正量決定部１４０Ａの機能構成の一例を示す図。
【図９】第２の実施形態に係る蓄電池残量推定装置１００Bの機能構成図。
【図１０】回帰分析部１６０による処理の内容を説明するための図。
【図１１】各実施形態の蓄電池残量推定装置が適用されるシステムの一例である、蓄電システム１の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態の蓄電池残量推定装置、蓄電池残量推定方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。蓄電池残量推定装置は、蓄電池（二次電池）の残量（或いは充電率）であるＳＯＣを、蓄電池を運用しながら高精度に推定するための装置である。推定対象となる蓄電池は、最小単位である電池セルであってもよいし、電池セルが直列、並列、または直並列に組み合わされた組電池であってもよいし、組電池が直列、並列、または直並列に組み合わされた組電池ユニットであってもよい。以下では、推定対象となる蓄電池が電池セルであることを前提として説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
［構成］
図１は、第１の実施形態に係る蓄電池残量推定装置１００の機能構成図である。蓄電池残量推定装置１００は、例えば、電流補正部１１０と、ＳＯＣ計算部１２０と、電圧推定部１３０と、ＳＯＣ補正量決定部１４０と、電流誤差推定部１５０とを備える。これらの構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが、プログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェア（回路部；circuitry）により実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。蓄電池残量推定装置１００には、残量推定対象である電池の近傍に取り付けられたセンサにより測定された電圧値Ｖｉｎ、温度値Ｔｉｎ、電流値Ｉｉｎなどの測定値（検出値）が入力される。蓄電池残量推定装置１００には、初期補正量ΔＩｄｆ、満充電容量Ｃ、ＳＯＣ初期値ＳＯＣｄｆなどの値が与えられる。これらの値は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置に格納されていてもよいし、必要に応じて外部装置（例えば上位の制御装置）から与えられてもよい。なお図１では、測定値が入力される入力端子などのハードウェアの図示を省略している。
【００１８】
電流補正部１１０は、測定値である電流値Ｉｉｎと電流補正量ΔＩに基づいて、補正済電流値Ｉ＊を決定する。例えば、電流補正部１１０は、電流値Ｉｉｎに電流補正量ΔＩを加算（または減算）することで補正済電流値Ｉ＊を決定する。なお、電流補正部１１０は、蓄電池残量推定装置１の作動開始時など、電流補正量ΔＩが得られていない場合、電流補正量ΔＩの代わりに初期補正量ΔＩｄｆを用いて補正済電流値Ｉ＊を決定する。補正済電流値Ｉ＊は、ＳＯＣ計算部１２０と電圧推定部１３０に出力される。なお、「出力される」とは便宜的な表現であり、例えば、入力者と出力者の双方が参照可能なメモリの領域に、対象となるデータを書き込む動作を指す場合がある。
【００１９】
ＳＯＣ計算部１２０は、補正済電流値Ｉ＊およびＳＯＣ補正量ΔＳＯＣに基づいて、蓄電池のＳＯＣ推定値であるＳＯＣ＃を計算する。例えば、ＳＯＣ計算部１２０は、補正済電流値Ｉ＊およびＳＯＣ補正量ΔＳＯＣに加えて、蓄電池の満充電容量Ｃｍａｘと、ＳＯＣ初期値ＳＯＣｄｆとに基づいて、ＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃を計算する。
【００２０】
図２は、ＳＯＣ計算部１２０の機能構成の一例を示す図である。ＳＯＣ計算部１２０は、例えば、積算処理部１２２と、加算部１２４とを備える。積算処理部１２２は、補正済電流値Ｉ＊を積算した値を満充電容量Ｃで除算し、更に、前回ＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃（初回であれば初期値ＳＯＣｄｆ）を加算した値を加算部１２４に出力する。加算部１２４は、積算処理部１２２から入力された値とＳＯＣ補正量ΔＳＯＣとを加算し、今回のＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃を計算する。ＳＯＣ初期値ＳＯＣｄｆは、例えば、ＯＣＶ方式によって推定された値である。ＳＯＣ初期値ＳＯＣｄｆは、蓄電池残量推定装置１００が処理対象とする蓄電池システム（後述）の動作開始時などに導出される。満充電容量Ｃには、蓄電池システムの工場出荷時には初期容量が設定され、その後、定期検査における実測値や運用中の推定値などに基づいて、随時更新される。
【００２１】
ＳＯＣ計算部１２０による処理の内容は、式（１）で表される。式中、（ｎ）は、蓄電池残量推定装置１００が繰り返し処理を行う中で、ｎ回目のサイクルにおいて計算された値であることを示している。ＳＯＣ＃（０）＝ＳＯＣｄｆである。また、Ｔｓは、繰り返し処理の処理周期である。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
電圧推定部１３０は、温度値Ｔｉｎ、補正済電流値Ｉ＊、およびＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃に基づいて、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を出力する。電圧推定部１３０は、上記のデータを蓄電池の等価回路モデルに適用することで、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を導出する。電圧推定部１３０は、例えば、温度値Ｔｉｎに依存するＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃と電圧との関係、および、補正済電流値Ｉ＊と内部抵抗に基づく電圧変動量に基づいて、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を導出する。
【００２４】
ＳＯＣ補正量決定部１４０は、電圧値Ｖｉｎと、電圧推定値Ｖ＃との比較に基づいて、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣを決定する。例えば、ＳＯＣ補正量決定部１４０は、電圧値Ｖｉｎと電圧推定値Ｖ＃と差分にゲインＧｋを乗算することで、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣを導出する。ＳＯＣ補正量決定部１４０の処理内容は、式（２）で表される。Ｖｉｎ−Ｖ＃を、電圧誤差ΔＶと称することがある。
【００２５】
ΔＳＯＣ＝Ｇｋ×（Ｖｉｎ−Ｖ＃）  …（２）
【００２６】
図３は、電流誤差推定部１５０の機能構成の一例を示す図である。電流誤差推定部１５０は、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣに基づいて、電流補正量ΔＩを決定する。電流誤差推定部１５０は、例えば、時間積分部１５２と、計時部１５４と、除算部１５６とを備える。時間積分部１５２は、入力されたＳＯＣ補正量ΔＳＯＣの示す値を積分する。計時部１５４は、時間積分部１５２による積分が行われている時間を計時する。除算部１５６は、時間積分部１５２による積分結果を、計時部１５４により計時された時間で除算し、電流補正量ΔＩを導出する。
【００２７】
ここで、ＳＯＣ計算部１２０、電圧推定部１３０およびＳＯＣ補正量決定部１４０は、全体としてカルマンフィルタに類似した動作を行い、電圧推定部１３０の出力である電圧推定値Ｖ＃が電圧値Ｖｉｎに一致するようにＳＯＣを補正する。電圧推定値Ｖ＃が電圧値Ｖｉｎにほぼ一致する時点で、ＳＯＣ計算部１２０の出力であるＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃は、実際のＳＯＣに一致することが期待される。
【００２８】
但し、本実施形態においてＳＯＣ補正量決定部１４０のゲインＧｋは後述するように小さい固定値である。これは、電圧推定値Ｖ＃の誤差要因として、基本的に電流オフセット誤差を想定しており、第１の実施形態において、電流オフセット誤差は小さくなるように補正されているからである。電流オフセット誤差とは、電流値Ｉｉｎを測定するセンサにおいて生じる定常的な誤差である。その他、電圧推定値Ｖ＃の誤差要因として、蓄電池の自己放電やセルバランス回路による放電なども挙げられるが、ＳＯＣの推定に与える影響は電流オフセット誤差よりも小さい。
【００２９】
電流オフセット誤差を小さくするために、第１の実施形態では、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣに基づいて電流誤差推定部１５０により推定された電流誤差ΔＩをフィードバックさせて電流値Ｉｉｎに加算（または減算）することで、補正済電流値Ｉ＊を導出し、補正済電流値Ｉ＊を用いてＳＯＣ計算部１２０、電圧推定部１３０およびＳＯＣ補正量決定部１４０が上記の動作を行う。
【００３０】
ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣは、短期的には電流オフセット誤差に一致しない場合もあるが、長期間（例えば月間など）の平均値を求めることで、安定的に電流オフセット誤差に近づくことが期待される。式（３）は、電流オフセット誤差ＩｏｆｆｓｅｔがＳＯＣ補正量ΔＳＯＣの積分に基づいて漸近的に求められることを示す式である。
【００３１】
【数２】
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【００３２】
［ゲインＧｋについて］
以下、ゲインＧｋ［%／mV・s］の採り得る範囲について説明する。ゲインＧｋについては、長期的誤差（残存誤差）に基づいて下限が定まり、短期的誤差に基づいて上限が定まる。なお、電流オフセット誤差Ｉｏｆｆｓｅｔは長期的誤差であるため、これに着目する場合、ゲインＧｋは下限を基準として定まる範囲内の値としてよい。例えば、ゲインＧｋを下限から、下限の２〜３倍程度の範囲内の値とすると好適である。
【００３３】
［長期的誤差とゲインＧｋの下限値］
長期的誤差を決定する要因には、誤差要因の合計電流値Ｉｅ（電流オフセット誤差Ｉｏｆｆｓｅｔを含む）［ｍＡ］、ＯＣＶ／ＳＯＣ特性（ＯＣＶの変化に対するＤＯＣの変化の特性）の傾きＳＬ［ｍＶ／％］、蓄電池の容量Ｃｈ［Ａｈ］がある。これらの誤差要因に基づく１秒あたりのＳＯＣ変化量は、式（４）で表される。
（ＳＯＣ変化量）＝Ｉｅ／（１０００×３６００×１００／Ｃｈ）  …（４）
【００３４】
一方、実施形態による1秒当たりのＳＯＣ補正量は、式（５）で表される。
（ＳＯＣ補正量）＝Ｇｋ×ΔＶ
＝Ｇｋ×ＳＬ×ΔＳＯＣ  …（５）
【００３５】
定常状態では、ＳＯＣ変化量とＳＯＣ補正量ΔＳＯＣが釣り合うため、ゲインＧｋは式（６）で表される。
Ｇｋ＝２．８×１０−５×Ｉｅ／（Ｃｈ×ＳＬ×ΔＳＯＣ）  …（６）
【００３６】
定常状態におけるＳＯＣ補正量ΔＳＯＣは、ＳＯＣの定常誤差でもある。このため、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣの上限をΔＳＯＣｍａｘとすると、ゲインＧｋの下限値は、式（７）の右項で表される。
Ｇｋ≧２．８×１０−５×Ｉｅ／（Ｃｈ×ＳＬ×ΔＳＯＣｍａｘ）  …（７）
【００３７】
［短期的誤差とゲインＧｋの上限値］
短期的誤差を決定する要因には、電圧誤差ΔＶと処理周期Ｔｓがある。ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣは、式（８）で表される。
ΔＳＯＣ＝Ｇｋ×ΔＶ×Ｔｓ  …（８）
【００３８】
許容されるＳＯＣ補正量ΔＳＯＣの上限をΔＳＯＣｍａｘとすると、ゲインＧｋの上限値は、式（９）の右項で表される。
Ｇｋ≦ΔＳＯＣｍａｘ／（ΔＶ×Ｔｓ）  …（９）
【００３９】
電圧誤差ΔＶは、システムの設計に応じて変動する値である。従って、一概には言えないが、前述した「ゲインＧｋを下限から、下限の２〜３倍程度の範囲内の値とすると好適である。」における「下限の２〜３倍程度の値」付近、或いはそれよりも大きい値となることが想定される。従って、ゲインＧｋを下限の２〜３倍程度の値以下としておくことで、ゲインＧｋの上限値を超えないようにすることができる確率が高いのである。
【００４０】
［比較］
ここで、従来方式との比較について述べる。図４は、電流積算方式を採用した場合の、実際のＳＯＣの値（ＳＯＣ真値）と、電流積算方式によるＳＯＣ推定値とを比較した図である。前述したように、電流積算方式では、電流測定値の定常的な誤差が累積されて大きな推定誤差となる場合がある。
【００４１】
図５は、ＣＣＶ方式を採用した場合の、実際のＳＯＣの値（ＳＯＣ真値）と、ＣＣＶ方式によるＳＯＣ推定値とを比較した図である。前述したように、ＣＣＶ方式では、蓄電池の等価回路モデルと実際の蓄電池の特性差がある限り、その差異に応じたＳＯＣ推定誤差が生じてしまう。この誤差は、特に電流やＳＯＣが大きく変化したときの過渡応答時に現れる。
【００４２】
これに対し、図６は、実施形態の方式を採用した場合の、実際のＳＯＣの値（ＳＯＣ真値）と、実施形態の方式によるＳＯＣ推定値とを比較した図である。図示するように、実施形態の方式は、電流積算方式とＣＣＶ方式の欠点を補い合うような特性を示し、定常的な誤差と、過渡応答時の誤差との双方を低減することができる。
【００４３】
［フローチャート］
図７は、蓄電池残量推定装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定周期で繰り返し実行される。なお、ここでは処理周期Ｔｓなどを考慮せず簡略的に処理の内容を示している。
【００４４】
まず、蓄電池残量推定装置１００には、電圧値Ｖｉｎ、温度値Ｔｉｎ、電流値Ｉｉｎなどの測定値が入力される（ステップＳ１００）。次に、電流補正部１１０が、このフローチャートの前回のルーチンにおいて計算された電流補正量ΔＩ（初回であればΔＩｄｆ）と電流値Ｉｉｎとに基づいて、補正済電流値Ｉ＊を計算する（ステップＳ１０２）。
【００４５】
次に、ＳＯＣ計算部１２０が、このフローチャートの前回のルーチンにおいて計算されたＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃と、補正済電流値Ｉ＊と、このフローチャートの前回のルーチンにおいて計算されたＳＯＣ補正量ΔＳＯＣとに基づいて、今回のＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃を計算する（ステップＳ１０４）。そして、蓄電池残量推定装置１００は、ステップＳ１０４において計算されたＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃を出力する（ステップＳ１０６）。
【００４６】
一方、電圧推定部１３０は、温度値Ｔｉｎ、補正済電流値Ｉ＊、およびＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃を蓄電池の等価回路モデル（図中、関数ｆと表した）に適用することで、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を導出する（ステップＳ１０８）。
【００４７】
次に、ＳＯＣ補正量決定部１４０が、電圧値Ｖｉｎと電圧推定値Ｖ＃との差分にゲインＧｋを乗算してＳＯＣ補正量ΔＳＯＣを計算し（ステップＳ１１０）、電流誤差推定部１５０が、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣを積算して電流補正量ΔＩを計算する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１０で計算されたＳＯＣ補正量ΔＳＯＣと、ステップＳ１１２で計算された電流補正量ΔＩは、このフローチャートの次回のルーチンにおいて使用される。
【００４８】
以上説明した第１の実施形態によれば、蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定する電流補正部１１０と、補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、蓄電池のＳＯＣ推定値を計算するＳＯＣ計算部１２０と、蓄電池の温度値、補正済電流値、およびＳＯＣ推定値に基づいて、蓄電池の電圧推定値を出力する電圧推定部１３０と、蓄電池の電圧値と、電圧推定値との比較に基づいて、ＳＯＣ補正量を決定するＳＯＣ補正量決定部１４０と、ＳＯＣ補正量に基づいて、電流補正量を決定する電流誤差推定部１５０と、を備えることにより、処理負荷を抑制しつつ蓄電池のＳＯＣを高精度に推定することができる。
【００４９】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態において、電流補正部１１０と電流誤差推定部１５０とを省略し、ＳＯＣ補正量決定部１４０を、以下に説明するＳＯＣ補正量決定部１４０Ａに置換してもよい。この場合、ＳＯＣ計算部１２０および電圧推定部１３０には、補正済電流値Ｉ＊に代えて、電流値Ｉｉｎが入力される。ＳＯＣ計算部１２０および電圧推定部１３０は、補正済電流値Ｉ＊を電流値Ｉｉｎに置き換えて上記実施形態と同様の処理を行う。図８は、ＳＯＣ補正量決定部１４０Ａの機能構成の一例を示す図である。ＳＯＣ補正量決定部１４０Ａは、例えば、差分演算部１４２と、ゲイン乗算部１４４と、積分演算部１４６と、加算部１４８とを備える。
【００５０】
差分演算部１４２は、電圧値Ｖｉｎと電圧推定値Ｖ＃との差分を演算する。この差分をｅ（ｔ）で表す。ゲイン乗算部１４４は、差分ｅ（ｔ）に対してゲインＧｋを乗算して出力する。積分演算部１４６は、差分ｅ（ｔ）の時間積分に対して係数Ｇｉを乗算した値を出力する。加算部１４８は、ゲイン乗算部１４４の出力と積分演算部１４６の出力とを加算し、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣとして出力する。
【００５１】
係る構成において、ゲインＧｋと係数Ｇｉとを適切に定めることによって、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に係る蓄電池残量推定装置１００Ｂの機能構成図である。蓄電池残量推定装置１００Ｂは、例えば、電流補正部１１０、ＳＯＣ計算部１２０、電圧推定部１３０、およびＳＯＣ補正量決定部１４０、ＳＯＣ計算部１２０Ｂ、電圧推定部１３０Ｂ、およびＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂと、回帰分析部１６０とを備える。これらの構成要素は、ＣＰＵなどのプロセッサが、プログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどのハードウェア（回路部；circuitry）により実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。蓄電池残量推定装置１００Ｂには、残量推定対象である電池の近傍に取り付けられたセンサにより測定された電圧値Ｖｉｎ、温度値Ｔｉｎ、電流値Ｉｉｎなどの測定値が入力される。蓄電池残量推定装置１００Ｂには、初期補正量ΔＩｄｆ、満充電容量Ｃ、ＳＯＣ初期値ＳＯＣｄｆなどの値が与えられる。これらの値は、ＲＯＭやＲＡＭ、レジスタ、フラッシュメモリ、ＨＤＤなどの記憶装置に格納されていてもよいし、必要に応じて外部装置（例えば上位の制御装置）から与えられてもよい。なお図９では、測定値が入力される入力端子などのハードウェアの図示を省略している。
【００５３】
電流補正部１１０、ＳＯＣ計算部１２０、電圧推定部１３０、およびＳＯＣ補正量決定部１４０の機能は、第１の実施形態と同様である。以下、ＳＯＣ計算部１２０Ｂ、電圧推定部１３０Ｂ、およびＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂ、回帰分析部１６０の機能について説明する。ＳＯＣ計算部１２０Ｂ、電圧推定部１３０Ｂ、およびＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂは、主に、補正済電流値Ｉ＊を電流値Ｉｉｎに置き換えて、ＳＯＣ計算部１２０、電圧推定部１３０、およびＳＯＣ補正量決定部１４０と同様の処理を行うものである。但し、ＳＯＣ補正量決定部１４０ＢのゲインＧａは、ＳＯＣ補正量決定部１４０のゲインＧｋよりも大きい。例えば、ゲインＧａは、ゲインＧｋよりも複数桁分、大きい。
【００５４】
ＳＯＣ計算部１２０Ｂは、電流値ＩｉｎおよびＳＯＣ補正量ΔＳＯＣに基づいて、蓄電池のＳＯＣ推定値であるＳＯＣ＃Ｂを計算する。例えば、ＳＯＣ計算部１２０Ｂは、電流値ＩｉｎおよびＳＯＣ補正量ΔＳＯＣに加えて、蓄電池の満充電容量Ｃと、ＳＯＣ初期値ＳＯＣｄｆとに基づいて、ＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂを計算する。ＳＯＣ計算部１２０Ｂの機能構成は、例えば、図２における補正済電流値Ｉ＊を電流値Ｉｉｎに置き換えたものである。また、ＳＯＣ計算部１２０Ｂによる処理の内容は、式（１）におけるＩ＊（ｎ）をＩｉｎ（ｎ）で置き換えた式で表される。
【００５５】
電圧推定部１３０Ｂは、温度値Ｔｉｎ、電流値Ｉｉｎ、およびＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂに基づいて、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を出力する。電圧推定部１３０は、上記のデータを蓄電池の等価回路モデルに適用することで、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を導出する。電圧推定部１３０は、例えば、温度値Ｔｉｎに依存するＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂと電圧との関係、および、電流値Ｉｉｎ＊と内部抵抗に基づく電圧変動量に基づいて、蓄電池の電圧推定値Ｖ＃を導出する。
【００５６】
ＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂは、電圧値Ｖｉｎと、電圧推定値Ｖ＃との比較に基づいて、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣを決定する。例えば、ＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂは、電圧値Ｖｉｎと電圧推定値Ｖ＃との差分にゲインＧａを乗算することで、ＳＯＣ補正量ΔＳＯＣを導出する。ＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂの処理内容は、式（２）においてＧｋをＧａで置き換えた式で表される。
【００５７】
このようにして、ＳＯＣ計算部１２０Ｂ、電圧推定部１３０Ｂ、およびＳＯＣ補正量決定部１４０Ｂは、入力値としての電流値およびゲインは異なるが、ＳＯＣ計算部１２０、電圧推定部１３０、およびＳＯＣ補正量決定部１４０と同様にＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂを計算する。
【００５８】
回帰分析部１６０は、電流値Ｉｉｎと、ＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂとに基づいて、電流補正量ΔＩを導出する。例えば、回帰分析部１６０は、観測期間中の複数タイミングにおいて、電流値Ｉｉｎに所定のオフセット補正を行った補正済電流値Ｉ＊Ｂの積算値を蓄電池の容量で除算してＳＯＣの変化量を求め、ＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂの変化量と合致しているか否かを判定する。回帰分析部１６０は、このような処理を、オフセット補正の量を少しずつ変えながら行い、最もＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂの変化量と合致した際のオフセット補正の量を、電流補正値ΔＩとして決定する。
【００５９】
図１０は、回帰分析部１６０による処理の内容を説明するための図である。図示するように、回帰分析部１６０は、例えば、観測期間中の複数タイミングにおいて、電流値Ｉｉｎに所定のオフセット補正を行った補正済電流値Ｉ＊Ｂの積算値のパターンを複数求める。図１０の例では、ΔＩ＝１ｉ、２ｉ、３ｉのそれぞれについて補正済電流値Ｉ＊Ｂの積算値ΣＩ＊Ｂのパターンを求めている。回帰分析部１６０は、これらのパターンのうちＳＯＣ推定値ＳＯＣ＃Ｂの変化量と最も合致しているものを選択し、選択したパターンの元となったオフセット補正に対応する値を電流補正量ΔＩとする。なお、回帰分析部１６０による処理は、手動操作を必要としてもよい。例えば、回帰分析部１６０は、図９に示すような積算値ΣＩ＊Ｂのパターンを表示部に表示させ、操作者により選択された値を電流補正量ΔＩとしてもよい。また、回帰分析部１６０は、システム動作外で機械あるいは人により計算された固定値またはパターンを回帰分析結果として設定し、設定した固定値またはパターンに対応する値を電流補正量ΔＩとしてもよい。
【００６０】
係る処理によって、第１の実施形態と同様に、処理負荷を抑制しつつ蓄電池のＳＯＣを高精度に推定することができる。
【００６１】
（適用例）
図１１は、各実施形態の蓄電池残量推定装置が適用されるシステムの一例である、蓄電システム１の構成図である。蓄電システム１は、例えば、ＰＣＳ（Power Conditioning System；電力変換装置）２と、コントローラ３と、複数の電池盤（主回路）４とを備える。電池盤４は、例えば、複数の電池モジュール５と、電流計６と、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）７と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）８と、コンタクタ９とを備える。
【００６２】
ＰＣＳ２は、例えば、変圧器１２を介して電力系統に接続される。ＰＣＳ２は、電力系統からの交流を直流に変換して電池盤４に供給したり、電池盤４からの直流を交流に変換して電力系統に供給したりする。
【００６３】
コントローラ３は、ＰＣＳ２および電池盤４における各部を制御する。コントローラ３と電池盤４のＢＭＵ８は、デイジーチェーン型のネットワークを形成する第１通信線１０によって通信可能に接続されている。
【００６４】
複数の電池盤４は、ＰＣＳ２に対して並列に接続されている。電池盤４の電池モジュール５は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池を含む。リチウムイオン電池である場合、電池モジュール５は、チタン酸リチウムを負極材料として用いた電池であってよい。複数の電池モジュール５は、電池盤４内において、例えば直列に接続されている。
【００６５】
電流計６は、電池盤４における電流（各電池モジュール５を流れる電流）を検出（測定）し、ＣＭＵ７に出力する。
【００６６】
ＣＭＵ７には、電流計６から入力される電流値の他、図示しない電圧計や温度計により検出（測定）された電池モジュール５の電圧値や温度値が入力される。ＣＭＵ７は、これらの情報を、デイジーチェーン型のネットワークを形成する第２通信線１１を介してＢＭＵ８に送信する。
【００６７】
ＢＭＵ８は、ＣＭＵ７から受信した情報に基づいて、各電池モジュール５のＳＯＣを計算する。なお、この機能は、ＣＭＵ７が備えていてもよい。また、ＢＭＵ８は、例えばコントローラ３からの指示に従って、コンタクタ９の開閉制御を行う。
【００６８】
このような構成において、蓄電池残量推定装置は、例えば、コントローラ３、ＣＭＵ７、ＢＭＵ８のいずれかに適用可能である。ＣＭＵ７に適用された場合、ＣＭＵ７は、対応する電池モジュール５のＳＯＣを推定する。また、ＢＭＵ８に適用された場合、各電池モジュール５のＳＯＣを推定してもよいし、電池盤４内の電池モジュール５からなる組電池のＳＯＣを推定してもよい。
【００６９】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、蓄電池の電流値および電流補正量に基づいて、補正済電流値を決定する電流補正部１１０と、補正済電流値およびＳＯＣ補正量に基づいて、蓄電池のＳＯＣ推定値を計算するＳＯＣ計算部１２０と、蓄電池の温度値、補正済電流値、およびＳＯＣ推定値に基づいて、蓄電池の電圧推定値を出力する電圧推定部１３０と、蓄電池の電圧値と、電圧推定値との比較に基づいて、ＳＯＣ補正量を決定するＳＯＣ補正量決定部１４０と、ＳＯＣ補正量に基づいて、電流補正量を決定する電流誤差推定部１５０と、を持つことにより、処理負荷を抑制しつつ蓄電池のＳＯＣを高精度に推定することができる。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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