(57)【要約】【課題】ＳＯＣの推定精度を向上し、ＯＣＶの変化量が少ないＳＯＣ領域においてもＳＯＣ補正を可能にする技術を提供する。【解決手段】バッテリ管理装置は、無負荷状態の電池電圧と充電率との相関関係において、単位充電率当たりの電池電圧の変動幅が所定範囲内で推移する領域を含む電池の充電率を所定の方式により推定する推定手段を備える。バッテリ管理装置は、少なくとも電池の端子電圧を含み、電池の動作状態を推定するための情報を取得する取得手段と、電池の動作状態を模擬する等価回路モデルの低周波数応答側の抵抗および静電容量、あるいは、抵抗または静電容量を充電率の関数として定義する手段と、定義された関数と取得された動作状態を推定するための情報から導き出される充電率を用いて推定手段により推定された電池の充電率を補正する手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図７
2018146343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無負荷状態の電池電圧と充電率との相関関係において、単位充電率当たりの前記電池電圧の変動幅が所定範囲内で推移する領域を含む電池のバッテリ管理装置であって、
所定の方式により前記電池の充電率を推定する推定手段と、
少なくとも前記電池の端子電圧を含み、前記電池の動作状態を推定するための情報を取得する取得手段と、
前記電池の動作状態を模擬する等価回路モデルの低周波数応答側の抵抗および静電容量、あるいは、前記抵抗または前記静電容量を前記充電率の関数として定義する手段と、
前記定義された関数と前記取得された動作状態を推定するための情報から導き出される充電率を用いて前記推定手段により推定された前記電池の充電率を補正する手段と、
を備えることを特徴とするバッテリ管理装置。
【請求項２】
無負荷状態の電池電圧と充電率との相関関係において、単位充電率当たりの前記電池電圧の変動幅が所定範囲内で推移する領域を含む電池のバッテリ管理方法であって、
所定の方式により前記電池の充電率を推定すると共に、
少なくとも前記電池の端子電圧を含み、前記電池の動作状態を推定するための情報を取得し、
前記電池の動作状態を模擬する等価回路モデルの低周波数応答側の抵抗および静電容量、あるいは、前記抵抗または前記静電容量を前記充電率の関数として定義し、
前記定義された関数と前記取得された動作状態を推定するための情報から導き出される充電率を用いて前記所定の方式により推定された前記電池の充電率を補正する、
ことを特徴とするバッテリ管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ管理装置及びバッテリ管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充放電可能なバッテリ（以下、「二次電池」とも称す）の小型軽量化・高エネルギー密度化が進展してきている。上記進展に伴い、バッテリを駆動のためのエネルギー源とする輸送機器が普及してきている。このような輸送機器として、例えば、電動輸送機器（ＥＶ：Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド式輸送機器（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle、ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の車両が例示される。
【０００３】
上記車両においては、例えば、バッテリに蓄電されたエネルギー量に対応する走行可能距離等を把握するために、バッテリの充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の推定が行わ
れている。ＳＯＣの推定は、バッテリに接続するバッテリ管理装置により行われる。
【０００４】
ＳＯＣを推定するための手法として、ＳＯＣに応じてバッテリの起電圧が変化する特性を利用し、動作中のバッテリの端子電圧からＳＯＣを推測することが知られている。上記推測手法においては、例えば、無負荷時の電池内部が平衡状態となっている開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの関係を対応付けたテーブル（「ＯＣＶ−ＳＯＣ特性」とも称す）が用いられる。上記車両は、例えば、予め実験的に求められた端子電圧とＯＣＶとの関係に基づいてＯＣＶを求め、該ＯＣＶに対応するＳＯＣを上記テーブルを用いて推測する。バッテリのＯＣＶ−ＳＯＣ特性は、例えば、バッテリを構成する要素（電極材料、電解質、活物質等）に依存し、バッテリの温度や劣化の度合いには依存しないことが知られている。
【０００５】
なお、動作中のバッテリの内部状態は、主に温度環境や充放電電流量といった使用環境に応じて変化する。このため、車両においては、例えば、クーロンカウント法等を用いてバッテリの充放電電流を時間積分して現時点での電荷を求め、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性に整合するようテーブル補正（以下、「ＳＯＣ補正」とも称す）が行われてきた。
【０００６】
なお、本明細書で説明する技術に関連する技術が記載されている先行技術文献としては、以下の特許文献が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０１７４３号公報
【特許文献２】特開２００６−３００８０号公報
【特許文献３】特開２０１１−３８８５７号公報
【特許文献４】特開２０１２−２２０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＳＯＣ補正方法においては、観測された端子電圧や積算された充放電電流値の示すバッテリ状態が、例えば、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部から傾斜部に移行したときに、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性に整合するようにＳＯＣ補正を行っていた。ここで、傾斜部とは、バッテリのＯＣＶ−ＳＯＣ特性において、高ＳＯＣ側および低ＳＯＣ側に出現する、単位充電率当たりのＯＣＶの変化量が大きい領域である。
【０００９】
例えば、リチウムイオンバッテリでは、高ＳＯＣ側の傾斜部は、９５パーセント以上のＳＯＣ領域、低ＳＯＣ側の傾斜部は、４５パーセント未満のＳＯＣ領域において出現することが多い。リチウムイオンバッテリでは、ＳＯＣが４５パーセント以上から９５パーセント未満のＯＣＶ−ＳＯＣ特性の、単位充電率当たりのＯＣＶの変化量が少ない平たん部領域においては、単位充電率当たりのＯＣＶの変化量が少なく、ＳＯＣ補正が行えない状態となることがあった。
【００１０】
動作中のバッテリのＳＯＣの推定精度を高め、バッテリに蓄電されたエネルギーの残量を的確に把握するためにも、早期のＳＯＣ補正が求められている。本発明の目的は、ＳＯＣの推定精度を向上し、ＯＣＶの変化量が少ないＳＯＣ領域においてもＳＯＣ補正を可能にする技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示の技術の一側面は、バッテリ管理装置によって例示される。バッテリ管理装置は、無負荷状態の電池電圧と充電率との相関関係において、単位充電率当たりの電池電圧の変動幅が所定範囲内で推移する領域を含む電池の充電率を所定の方式により推定する推定手段を備える。バッテリ管理装置は、少なくとも電池の端子電圧を含み、電池の動作状態を推定するための情報を取得する取得手段と、電池の動作状態を模擬する等価回路モデルの低周波数応答側の抵抗および静電容量、あるいは、抵抗または静電容量を充電率の関数として定義する手段と、定義された関数と取得された動作状態を推定するための情報から導き出される充電率を用いて推定手段により推定された電池の充電率を補正する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
開示の技術の一側面によれば、ＳＯＣの推定精度を向上し、ＯＣＶの変化量が少ないＳＯＣ領域においてもＳＯＣ補正を可能にする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るバッテリ管理システムのブロック構成の一例を示す図である。
【図２】バッテリ管理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】ＯＣＶ−ＳＯＣ特性を説明する図である。
【図４】等価回路モデルの一例を示す図である。
【図５】充放電時における各抵抗とＳＯＣとの関係を示す図である。
【図６】充放電時における各コンデンサとＳＯＣとの関係を示す図である。
【図７】ＳＯＣ推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】変形例における総抵抗−ＳＯＣ特性の曲線近似の一例を示す図である。
【図９】変形例２の等価回路モデルにおける充放電時の端子電圧−ＳＯＣ特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、一実施形態に係るバッテリ管理装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本バッテリ管理装置は実施形態の構成には限定されない。
【００１５】
＜実施の形態＞
〔１．システム構成〕
図１は、本実施形態に係るバッテリ管理システムのブロック構成の一例を示す図である。図１に示すバッテリ管理システム（ＢＭＳ：Battery Management System）１は、バッ
テリ２、センサ３、バッテリ管理装置１０を含む。バッテリ管理装置１０は、ＳＯＣ推定部１０１を含む。
【００１６】
図１のバッテリ管理システム１においては、動作中のバッテリ２の充放電状態や劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）といったバッテリ状態が管理される。バッテリ管理シス
テム１は、例えば、バッテリ２を駆動のためのエネルギー源とするＥＶ、ＰＨＶ、ＰＨＥＶ等の車両に搭載される。以下の説明では、ＥＶ等の車両に設けられるバッテリ管理システム１について説明するが、バッテリ管理システム１は、充放電可能なバッテリ２をエネルギー源とするスマートフォン、ＰＣ（Personal Computer）等の情報機器に設けられて
もよく、太陽光や風力等の自然エネルギーを用いて発電した電力を蓄電する発電設備に設けられるとしてもよい。
【００１７】
バッテリ２は、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ等の充放電可能な二次電池である。バッテリ２には、センサ３が取付けられる。センサ３は、バッテリ２の状態を推定するための情報を取得する取得手段である。センサ３には複数種類のセンサデバイスが含まれる。例えば、センサ３は、バッテリ２の充放電電流を検出する電流センサ、動作中のバッテリ２の端子電圧を検出する電圧センサ、バッテリ２の温度を検出する温度センサを含む。
【００１８】
センサ３は、例えば、４ｍｓといった所定の周期間隔でバッテリ２の状態を推定するための情報を検出する。センサ３を介して検出されたバッテリ２の状態を推定するための各種検出結果は、バッテリ管理装置１０に出力される。各種検出結果は、例えば、バッテリ２のセンサ情報を検出した時刻を示す時刻情報と共に、バッテリ管理装置１０に出力される。
【００１９】
バッテリ管理装置１０は、センサ３を介して検出された各種検出結果を取得する。バッテリ管理装置１０は、取得した各種検出結果に基づいて、現在のバッテリ２の充放電状態や劣化状態といったバッテリ状態を管理する。バッテリ管理装置１０は、例えば、センサ３を介して検出された各種検出結果に基づいてＳＯＣを推定し、バッテリ２の現在のバッテリ状態を把握する。ＳＯＣの推定は、ＳＯＣ推定部１０１によって提供される。なお、ＳＯＣは、例えば、バッテリ２の満充電容量に対する残存容量の比率として表される。
【００２０】
〔２．装置構成〕
図２は、本実施形態に係るバッテリ管理装置１０のハードウェア構成の一例を示す図である。バッテリ管理装置１０は、図２に例示するように、接続バス１６によって相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、主記憶装置１２、補助記憶装置１３
、通信ＩＦ（Interface）１４、入出力ＩＦ１５を備えるコンピュータとして構成される
。
【００２１】
ＣＰＵ１１は、ＭＰＵ（Microprocessor）、プロセッサとも呼ばれる。ただし、ＣＰＵ１１は、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のソケットで接続される単一のＣＰＵがマルチコア構成であってもよい。ＣＰＵ１１は、バッテリ管理装置１０全体の制御を行う中央処理演算装置である。ＣＰＵ１１は、例えば、補助記憶装置１３に記憶されたプログラムを主記憶装置１２の作業領域に実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことで所定の目的に合致した機能を提供する。
【００２２】
主記憶装置１２は、ＣＰＵ１１がプログラムやデータをキャッシュしたり、作業領域を展開したりする記憶媒体である。主記憶装置１２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置１３は、ＣＰＵ１１により実行されるプログラムや、動作の設定情報などを記憶する記憶媒体である。補助記憶装置１３は、例えば、ＨＤＤ（Hard-disk Drive）やＳＳＤ（Solid State D
rive）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ、ＵＳＢメモリ
、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等である。通信ＩＦ１４は、バッテリ管理装置１０に接続するネットワーク等とのインターフェースである。バッテリ管理装置１０に接続するネットワークには、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）等が含まれる。入出力ＩＦ１５は、バッテリ管理装置１０に接続するセン
サや機器との間でデータの入出力を行うインターフェースである。
【００２３】
バッテリ管理システム１においては、入出力ＩＦ１５を介し、センサ３で検出されたバッテリ２の状態を示す情報が取得される。また、通信ＩＦ１４を介し、ネットワークに接続する各種ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等へのデータの入出力が行われる。上記
の構成要素はそれぞれ複数に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。また、上記の構成要素は、各種ＥＣＵの一部を構成するとしてもよい。
【００２４】
バッテリ管理装置１０は、ＣＰＵ１１のプログラムの実行により、ＳＯＣ推定部１０１を含む処理機能が提供される。但し、上記処理機能の少なくとも一部の処理がＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等
によって提供されてもよい。また、上記各処理機能の少なくとも一部が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の専用ＬＳＩ（large scale integration）、その他のデジタル回路であってもよい。また、上記各処理機能の少なくとも一部にアナログ回路を含むとしてもよい。
【００２５】
バッテリ管理装置１０は、上記処理機能が参照し、或いは、管理するデータの格納先として補助記憶装置１３を備える。補助記憶装置１３には、図３で説明するＯＣＶ−ＳＯＣ特性のマップ情報、図４から図６で説明する等価モデルの低周波側ＲＣ回路の抵抗、静電容量についてのＳＯＣをパラメータとした定義関数が含まれる。補助記憶装置１３に格納された上記情報は、プログラムの実行と共に読み出され、主記憶装置１２の所定の作業領域に一時的に記憶される。
【００２６】
〔３．処理機能〕
図３は、バッテリ２のＯＣＶ−ＳＯＣ特性を説明する図である。図３に示すＯＣＶ−ＳＯＣ特性のデータは、リチウムイオンバッテリの一例である。図３において、縦軸はＯＣＶ（単位：Ｖ）を表し、横軸はＳＯＣ（単位：パーセント）を表す。図３において「◆」で連結された曲線は、バッテリ２に蓄電された電力エネルギーの放電側における特性を表し、「■」で連結された曲線は、バッテリ２に対して電力エネルギーを蓄電する充電側における特性を表す。なお、バッテリのＯＣＶ−ＳＯＣ特性は、例えば、バッテリを構成する要素（電極材料、電解質、活物質等）に依存し、バッテリの温度や劣化の度合いには依存しないことが知られている。
【００２７】
図３に示すように、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性において放電側の特性曲線および充電側の特性曲線は近似して変化する傾向にあり、それぞれに、単位充電率当たりのＯＣＶの変化量が大きい領域である傾斜部を有する。また、単位充電率当たりのＯＣＶが変化せずに粗一定となる（あるいは、所定の微小な範囲内で変動する）領域である平たん部を有する。図３においては、９５パーセント以上の高ＳＯＣ領域、４５パーセント未満の低ＳＯＣ領域において傾斜部が出現する。また、ＳＯＣが４５パーセント以上から９５パーセント未満の領域が平たん部である。このようなＯＣＶ−ＳＯＣ特性がマップ化されて、バッテリ管理装置１０の主記憶装置１２に保持される。
【００２８】
バッテリ状態の管理において、上記平たん部において充放電が繰り返される場合には、ＳＯＣに対するＯＣＶが粗一定で推移するため、例えば、バッテリ２の端子電圧に基づいて現時点のＳＯＣを推定することは困難である。このため、クーロンカウント法等によっ
てＳＯＣを推定する手法がとられている。
【００２９】
クーロンカウント法の場合は、充放電電流を時間積分し、現時点でのバッテリ２へ出入りした電荷（電流）の積算値からＳＯＣを推定する。但し、クーロンカウント法等によるＳＯＣ推定には誤差が含まれ、この誤差により推定したＳＯＣが真値からずれるおそれがある。そのため、平たん部から傾斜部に移行したときに、クーロンカウント法等によって推定したＳＯＣの値をＯＣＶ−ＳＯＣ特性により推定されるＳＯＣに更新するといったＳＯＣ補正が行われていた。尚、以下の説明では、クーロンカウント法等によるＳＯＣ推定として、クーロンカウント法を例に説明する。
【００３０】
図３に示すように、高ＳＯＣ領域の平たん部と傾斜部との境目となるＳＯＣは９５パーセント以上である。このため、充電時においては、バッテリ２の満充電容量に到達したにもかかわらず充電状態が継続する過充電が生ずる虞がある。また、４５パーセント未満の低ＳＯＣ領域においては、１０パーセント以下の場合には、単位充電率当たりのＯＣＶの変化傾斜が急になる。このため、放電時においては、ＳＯＣが０パーセントの状態になり、バッテリ２を駆動のためのエネルギー源とする車両等の不意の停止や、バッテリ２の過放電が生じる虞がある。
【００３１】
過充電や過放電はバッテリ２の劣化を促しバッテリ寿命を縮める要因になる。バッテリ状態の管理の観点からは、過充電の抑止のため、少なくとも、９５パーセント以上の高ＳＯＣ領域に到達する以前の、平たん部のＳＯＣ領域において早期に上記のＳＯＣ補正を行うことが好ましい。
【００３２】
本実施形態のバッテリ管理装置１０は、センサ３を介して観測されたバッテリ２の端子電圧、充放電電流に基づいて、現時点におけるバッテリ状態がＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部であることを判定する。そして、バッテリ管理装置１０は、現在のバッテリ状態が平たん部のＳＯＣ領域にある場合には、動作状態のバッテリ２を模擬する等価回路モデルを用いて抵抗、容量等の各パラメータを設定し、端子電圧の推定を行う。等価回路モデルによる端子電圧の推定は、次回に観測されるバッテリ状態の予測値として行われる。そして、バッテリ管理装置１０は、観測されたバッテリ状態と予測したバッテリ状態の誤差（偏差）を用いてＳＯＣを求め、上記のＳＯＣ補正を行うことで、平たん部のＳＯＣ領域における早期のＳＯＣ補正を可能にする。
【００３３】
図４は、動作中のバッテリ２を模擬する等価回路モデルの一例を示す図である。一般的に、動作中のバッテリ２を模擬する等価回路モデルとして、バッテリ２の開回路電圧（ＯＣＶ）と内部インピーダンスとの２つの要素で表すことができる。内部インピーダンスは、さらに、電解質内のイオンの泳動過程、電極と電解質の界面での電子の授受を行う電荷移動過程、界面におけるイオンの拡散過程の３つの要素により表される。ここで、動作中のバッテリ２における、電極と電解質の界面での電子の授受を行う電荷移動過程、界面におけるイオンの拡散過程はＲＣ並列回路として近似される過渡現象であり、前者は時定数が数ミリ秒から数百ミリ秒、後者は時定数が数秒から数千秒のオーダを有する過渡応答である。なお、電解質内のイオン泳動過程はオーム抵抗として表される。
【００３４】
図４に示すように、本実施形態に係る等価回路モデルでは、バッテリ２の開回路電圧が無負荷状態のバッテリ電圧（Ｖｏｃｖ）、動作中のバッテリ２の電解質内のイオン泳動過程が抵抗（Ｒ０）として表される。また、動作中のバッテリ２における過渡現象は低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）、高周波側ＲＣ回路（Ｒ２、Ｃ２）として表される。低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）は、界面におけるイオンの拡散過程を表し、高周波側ＲＣ回路（Ｒ２、Ｃ２）は電極と電解質の界面での電子の授受を行う電荷移動過程を表す。なお、図４において、電流（Ｉ）はセンサ３を介して観測されるバッテリ２の電流を表し、端子電
圧（Ｖ）はセンサ３を介して観測されるバッテリ２の端子電圧を表す。
【００３５】
図４の等価回路モデルに基づいて、バッテリ２の充放電実験を行った結果、図５、図６に示す結果が得られた。図５は、充放電時におけるバッテリ２の各抵抗（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２）とＳＯＣとの関係を表す図であり、縦軸は抵抗値（ｍΩ）を表し、横軸はＳＯＣを表す。また、図６は、充放電時におけるバッテリ２の各コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）とＳＯＣとの関係を表す図であり、縦軸はキャパシタ（Ｆ）を表し、横軸はＳＯＣを表す。
【００３６】
図５において、「○」で連結された曲線は、放電時の抵抗Ｒ２のＳＯＣ特性を表し、「▲」で連結された曲線は、充電時の抵抗Ｒ２のＳＯＣ特性を表す。同様に、「×」で連結された曲線は、放電時の抵抗Ｒ０のＳＯＣ特性を表し、「◆」で連結された曲線は、充電時の抵抗Ｒ０のＳＯＣ特性を表す。また、「＊」で連結された曲線は、放電時の抵抗Ｒ１のＳＯＣ特性を表し、「■」で連結された曲線は、充電時の抵抗Ｒ１のＳＯＣ特性を表す。
【００３７】
図５に示すように、充放電時の抵抗Ｒ２は、ＳＯＣの増加に伴って０．９ｍΩから０．８ｍΩの範囲内で減少する変化傾向を有する。同様に、充放電時の抵抗Ｒ０は、ＳＯＣの増加に伴って０．８ｍΩから０．７ｍΩの範囲内で減少する変化傾向を有する。また、充放電時の抵抗Ｒ１は、ＳＯＣの増加に伴って０．８ｍΩから０．３ｍΩの範囲内で減少する変化傾向を有する。
【００３８】
ＳＯＣの増加に伴う各抵抗の減少特性を比較すると、抵抗Ｒ１の変化率が相対的に最も大きいことが判る。また、ＳＯＣが４０パーセント付近から９０パーセント付近の抵抗Ｒ１の減少変化傾向は、ＳＯＣの増加・減少変化に依存して増加・減少変化することが判る。
【００３９】
次に、図６において、「◆」で連結された曲線は、充電時のコンデンサＣ１のＳＯＣ特性を表し、「▲」で連結された曲線は、放電時のコンデンサＣ１のＳＯＣ特性を表す。同様に、「■」で連結された曲線は、充電時のコンデンサＣ２のＳＯＣ特性を表し、「×」で連結された曲線は、放電時のコンデンサＣ２のＳＯＣ特性を表す。なお、図６においては、充電時のコンデンサＣ２のＳＯＣ特性と放電時のコンデンサＣ２のＳＯＣ特性とは、重なり合っている。
【００４０】
図６に示すように、充放電時のコンデンサＣ１は、ＳＯＣの増加に伴って１２０Ｆ付近から２８０Ｆ付近の範囲内で増加する変化傾向を有する。一方、充放電時のコンデンサＣ２は、粗０Ｆで一定であり、ＳＯＣの増加に伴う変化傾向は有さない。ＳＯＣの増加に伴うコンデンサＣ１の変化傾向として、ＳＯＣが７０パーセント未満の領域における変化率よりも７０パーセント以上の領域における変化率が大きいことが判る。
【００４１】
図５、図６に示すように、現時点におけるバッテリ状態がＯＣＶ−ＳＯＣ特性上における平たん部の領域であっても、等価回路モデルに示す低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）は、ＳＯＣの増加変化、減少変化に依存することが判る。
【００４２】
本実施形態のバッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、現在のバッテリ状態が平たん部のＳＯＣ領域にある場合には、図４に示す等価回路モデルの低周波側ＲＣ回路の定数（Ｒ１、Ｃ１）をＳＯＣに依存する関数として定義する。即ち、低周波側ＲＣ回路の定数（Ｒ１、Ｃ１）につき、図５および図６に示す特性となるようＳＯＣをパラメータとした関数を作成して予め主記憶装置１２に記憶しておき、現在のバッテリ状態が平たん部のＳＯＣ領域にある場合には、この関数に基づき低周波側ＲＣ回路の定数（Ｒ１、Ｃ１）を推定する。
【００４３】
そして、バッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、ＳＯＣの関数として定義された低周波側ＲＣ回路のＲ１、Ｃ１に基づいて、動作中のバッテリ２の端子電圧を表す推定式を導出する。本実施形態のバッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、端子電圧を表す推定式によって求められた推定結果と観測結果の誤差に基づいて現在のバッテリ状態に対するＳＯＣを求め、上記ＳＯＣ補正を行う。
【００４４】
〔４．等価回路モデルに基づく推定関数〕
図４に示す等価回路モデルに基づく、動作中のバッテリ２のバッテリ状態を示す推定式は、次に示す式（１）で表される。
【数１】
2018146343.tif 000003
【００４５】
式（１）において、状態関数：ｘ´（ｋ）は、観測時点における動作中のバッテリ２のバッテリ状態を表し、引数：（ｋ）は、センサ３を介して検出されたバッテリ状態を推定するための情報（例えば、端子電圧、電流、温度等）のサンプリング列を表す。バッテリ状態を推定するための情報は、例えば、所定の一定周期（Δｔ）間隔で取得される。また、式（１）において、変数：ｖ１（ｋ）は低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）の両端電圧を表し、変数：ｖ２（ｋ）は高周波側ＲＣ回路（Ｒ２、Ｃ２）の両端電圧を表し、変数（Ｓｃａ）はバッテリ２の満充電容量（定格容量）を表し、変数ｉは一定周期間隔でセンサ３を介して観測された電流（Ｉ）を表す。
【００４６】
なお、図５、図６を用いて説明したように、低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）は、ＳＯＣに依存する関数として定義される。例えば、バッテリ管理装置１０の提供者は、図５、図６に例示の特性を実験的に測定し、式（２）に示すように、実験結果に基づいてＳＯＣに依存する関数を定義すればよい。
【数２】
2018146343.tif 000004
【００４７】
上記実験結果に基づく関数の定義において、バッテリ管理装置１０の提供者は、バッテリ２の温度に対応する複数の関数を定義するとしてもよい。なお、図５、図６を用いて説明したように、高周波側ＲＣ回路（Ｒ２、Ｃ２）は、ＳＯＣへの依存度は低いと推定される。このため、高周波側ＲＣ回路（Ｒ２、Ｃ２）の値は、予め実験的に求められた定数としてもよい。低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）と同様にして、バッテリ管理装置１０の提供者は、高周波側ＲＣ回路（Ｒ２、Ｃ２）の値についても、バッテリ２の温度に対応する
複数の定数を持つとしてもよい。
【００４８】
また、図４に示す等価回路モデルに基づく、動作中のバッテリ２の観測予測式は、次に示す式（３）で表される。
【数３】
2018146343.tif 000005
【００４９】
式（３）において、予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）は観測時点におけるバッテリ２の端子電圧の予測値を表す。また、式（２）の抵抗Ｒ０は、予め実験的に求められた定数として表される。抵抗Ｒ０の値は、バッテリを構成する要素（電極材料、電解質、活物質等）によって特定される。なお、式（３）における変数：ｖ１（ｋ）、ｖ２（ｋ）、ＳＯＣ（ｋ）のそれぞれは、式（１）により推定される。
【００５０】
バッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、式（１）によって推定された推定ＳＯＣから、式（３）に示すＯＣＶ（ｋ）を予測し、該ＯＣＶ（ｋ）と変数：ｖ１（ｋ）、ｖ２（ｋ）から予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）を予測する。なお、ここでのＯＣＶ（ｋ）は、図３を用いて説明した、マップ化されたＯＣＶ−ＳＯＣ特性から求められる（充放電カーブフィッティング）。
【００５１】
バッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、式（４）に示すように、式（３）で予測された予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）と観測時点で測定された端子電圧：Ｖｔ（ｋ）とを比較する。ＳＯＣ推定部１０１は、予測された予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）と観測時点で測定された端子電圧：Ｖｔ（ｋ）とが相違する場合には、推定誤差：ｙ（ｋ）を求め、該推定誤差：ｙ（ｋ）に基づいて式（１）で推定された推定ＳＯＣを補正する。ここで、式（１）で推定された推定ＳＯＣを「事前推定ＳＯＣ」とも称し、式（４）で補正されたＳＯＣを「事後推定ＳＯＣ」とも称する。バッテリ管理装置１０においては、事後推定ＳＯＣを用いてクーロンカウント法等により推定したＳＯＣが補正される。
【数４】
2018146343.tif 000006
【００５２】
式（４）において、カルマンゲイン：Ｇ（ｋ）は、拡張カルマンフィルタにより導出される。バッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、式（５）に示す事前誤差共分散：Ｐ￣（ｋ）、式（６）に示すカルマンゲインの導出式、式（７）に示す事後誤差共分散Ｐ（ｋ）を用いて式（４）に示すカルマンゲイン：Ｇ（ｋ）を導出する。
【数５】
2018146343.tif 000007
【００５３】
【数６】
2018146343.tif 000008
【００５４】
【数７】
2018146343.tif 000009
【００５５】
バッテリ管理装置１０のＳＯＣ推定部１０１は、以上の処理を、例えば、センサ３を介して観測されたバッテリ状態を推定するための情報（電流、電圧、温度等）の入力更新毎に繰り返す。この結果、本実施形態のバッテリ管理装置１０においては、例えば、図５、図６を用いて説明したように、ＳＯＣが７０パーセント以上の領域においては、Ｃ１、Ｒ１の変化傾向に伴う予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）の変化量を捕えてＳＯＣを推定し、クーロンカウント法により推定したＳＯＣの補正が可能になる。
同様に、バッテリ管理装置１０においては、例えば、ＳＯＣが７０パーセント未満の領域においては主にＲ１の変化傾向に伴う予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）の変化量を捕えてＳＯＣを推定し、クーロンカウントにより推定したＳＯＣの補正が可能になる。
本実施形態のバッテリ管理装置１０においては、等価回路モデルに示す低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）のＳＯＣ依存性に基づいて、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部領域におけるＳＯＣ補正が可能になる。以上の実施形態は、カルマンフィルタを用いて推定したＳＯＣで、クーロンカウント法により推定したＳＯＣを補正する例を示したものである。
【００５６】
〔５．処理フロー〕
以下、図７を参照し、本実施形態に係るＳＯＣ推定処理を説明する。図７は、バッテリ管理装置１０で提供されるＳＯＣ推定処理の一例を示すフローチャートである。本実施形
態のバッテリ管理装置１０は、例えば、ＣＰＵ１１等が補助記憶装置１３に記憶された各種プログラムや各種データを読み出して実行することで、図７に示すＳＯＣ推定処理を提供する。なお、ＳＯＣ推定処理は主にＳＯＣ推定部１０１により提供される。また、バッテリ管理装置１０のＣＰＵ１１等は、補助記憶装置１３に格納されたＯＣＶ−ＳＯＣ特性、各種パラメータ等を主記憶装置１２の所定の領域に読出し可能に展開し、処理を実行する。
【００５７】
なお、バッテリ管理装置１０では、図７に示すＳＯＣ推定処理は、例えば、センサ３を介して観測されたバッテリ２のバッテリ状態を示す情報（電流、電圧、温度）の入力更新毎に繰り返される。
【００５８】
図７に示すフローチャートにおいて、処理の開始は、バッテリ２のバッテリ状態を推定するためのセンサ情報（電流、端子電圧、温度等）の入力更新のときが例示される。センサ３は、例えば、４ｍｓといった所定の周期間隔でバッテリ２の電流、端子電圧、温度といった情報を検出する。センサ３を介して検出されたバッテリ２の状態を推定するための各種検出結果は、検出時刻を示す時刻情報と共にバッテリ管理装置１０に出力される。バッテリ管理装置１０は、例えば、センサ３から出力された各種検出結果を時刻情報と共に、主記憶装置１２の所定の領域に一時的に記憶する。
【００５９】
バッテリ管理装置１０は、主記憶装置１２を参照し、所定期間におけるバッテリ２の電流変化を判定する（Ｓ１）。ここで、所定期間とは、例えば、最新の１０分間における単位時間（例えば、１００ｍｓ）が例示される。単位時間の電流変化は、例えば、単位時間における電流積分値として表すことができる。バッテリ管理装置１０は、所定期間における単位時間の電流積分値に基づいて、バッテリ２の電極に生じた分極（電極と電解質の界面での電子の授受を行う電荷移動過程、界面におけるイオンの拡散過程）の解消の有無を判断する。
【００６０】
最新の１０分間における単位時間の電流積分値が、予め定められた所定値（例えば、３００ｍＡ）以下の場合には、バッテリ２の電極に生じた分極は解消されていると判断できる。バッテリ２の分極が解消されていると判断できる場合には、バッテリ管理装置１０は、センサ３を介して検出されたバッテリ２の端子電圧を、図３を用いて説明したＯＣＶ−ＳＯＣ特性と照合可能なＯＣＶと見做すことができる。
【００６１】
一方、最新の１０分間における単位時間の電流積分値が、予め定められた所定値（例えば、３００ｍＡ）以上の場合には、バッテリ２の電極に生じた分極は解消されていないと判断できる。バッテリ２の分極が解消されていないと判断できる場合には、バッテリ管理装置１０は、現時点のバッテリ２のＳＯＣをクーロンカウント法によって推定する。
【００６２】
バッテリ管理装置１０は、最新の１０分間における単位時間の電流積分値が、予め定められた所定値以下の場合には（Ｓ１，ｙｅｓ）、Ｓ２の処理に移行する。一方、バッテリ管理装置１０は、最新の１０分間における単位時間の電流積分値が、予め定められた所定値以下でない場合には（Ｓ１，ｎｏ）、Ｓ４の処理に移行する。
【００６３】
Ｓ２の処理では、バッテリ管理装置１０は、センサ３を介して検出されたバッテリ２の端子電圧をＯＣＶとして採用する。そして、バッテリ管理装置１０は、主記憶装置１２の所定領域に保持された、マップ化されたＯＣＶ−ＳＯＣ特性に基づいてＳＯＣ値を求め、該求められたＳＯＣ値（ＳＯＣｍとも称す）を制御値として採用する（Ｓ３）。
【００６４】
Ｓ４の処理では、バッテリ管理装置１０は、クーロンカウント法によって、観測された充電電流を時間積分し、バッテリ２へ充電された電荷（電流）の積算値を求めることで現
時点のバッテリ２の状態に対応するＳＯＣを推定する。なお、クーロンカウント法によって推定されたＳＯＣを「ＳＯＣｃ」とも称する。
【００６５】
なお、Ｓ１の処理で「ｙｅｓ」になるのは、車両の起動時等のバッテリ電圧が安定した状態の時であり、車両の運転中は、バッテリ２の充放電が繰り返されるため、Ｓ１で「ｙｅｓ」になる機会が少ない。よって、車両の運転中はほとんどの機会でＳ４の処理のクーロン法により推定されたＳＯＣｃが制御に使用される。
【００６６】
Ｓ５の処理では、バッテリ管理装置１０は、主記憶装置１２を参照し、最新１００ｍｓの期間でサンプリングされた電流値（ｉ）を取得する。バッテリ管理装置１０は、取得した電流値を積分し、積分値が「０」以上であることを判定する。バッテリ管理装置１０は、最新１００ｍｓの期間における電流積分値が「０」以上の場合には、バッテリ２は充電状態にあると判定する。また、バッテリ管理装置１０は、最新１００ｍｓの期間における電流積分値が「０」以上でない場合には、バッテリ２は放電状態にあると判定する。
【００６７】
バッテリ管理装置１０は、最新１００ｍｓの期間における電流積分値が「０」以上の場合には（Ｓ５，ｙｅｓ）、Ｓ６の処理に移行する。一方、バッテリ管理装置１０は、最新１００ｍｓの期間における電流積分値が「０」以上でない場合には（Ｓ５，ｎｏ）、Ｓ８の処理に移行する。
【００６８】
Ｓ６の処理では、充電状態にある観測時点のバッテリ２がＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域であるか否かが判定される。すなわち、Ｓ３またはＳ４で推定した現時点のＳＯＣがＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平坦部の領域に対応するか否かを判定する。バッテリ管理装置１０は、現時点のＳＯＣが、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域に対応しない場合には（Ｓ６，ｎｏ）、図７に示すＳＯＣ推定処理を終了する。バッテリ管理装置１０においては、Ｓ３の処理で採用されたＳＯＣｍ、あるいは、Ｓ４の処理で求められたＳＯＣｃが観測時点のバッテリ２のＳＯＣとして採用される。
【００６９】
一方、バッテリ管理装置１０は、現時点のＳＯＣが、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域に対応する場合には（Ｓ６，ｙｅｓ）、Ｓ７の処理に移行する。
【００７０】
Ｓ７の処理では、バッテリ管理装置１０は、図４に示す等価回路モデルの低周波側ＲＣ回路の定数（Ｒ１、Ｃ１）を、図５および図６で示される特性を模擬した式（２）で示されるＳＯＣに依存する関数から推定する。そして、バッテリ管理装置１０は、式（１）から式（７）に基づいて予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）と観測時点で測定された端子電圧：Ｖｔ（ｋ）との推定誤差：ｙ（ｋ）を求め、該推定誤差：ｙ（ｋ）に基づいて式（１）で推定された推定ＳＯＣを補正し、事後推定ＳＯＣとする。
【００７１】
バッテリ管理装置１０は、事後推定ＳＯＣによりステップ３で推定したＳＯＣ、または、ステップＳ４で推定したクーロンカウント法によるＳＯＣを更新する。即ち、バッテリ管理装置１０は、事後推定ＳＯＣでＯＣＶ−ＳＯＣマップより推定したＳＯＣ、または、クーロンカウント法により推定したＳＯＣを補正する。バッテリ管理装置１０は、Ｓ７の処理後、図７に示すＳＯＣ推定処理を終了する。
【００７２】
Ｓ８の処理では、放電状態にある観測時点のバッテリ２がＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域であるか否かが判定される。すなわち、バッテリ管理装置１０は、Ｓ３またはＳ４の処理で推定した現時点のＳＯＣがＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域に対応するかを判定する。バッテリ管理装置１０は、現時点のＳＯＣが、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域に対応しない場合には（Ｓ８，ｎｏ）、図７に示すＳＯＣ推定処理を終了する。バッテリ管理装置１０においては、Ｓ３の処理で採用されたＳＯＣｍ、あるいは、
Ｓ４の処理で求められたＳＯＣｃが観測時点のバッテリ２のＳＯＣとして採用される。
【００７３】
一方、バッテリ管理装置１０は、現時点のＳＯＣが、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域に対応する場合には（Ｓ８，ｙｅｓ）、Ｓ９の処理に移行する。
【００７４】
Ｓ９の処理では、バッテリ管理装置１０は、図４に示す等価回路モデルの低周波側ＲＣ回路の定数（Ｒ１、Ｃ１）を、図５および図６で示される特性を模擬した式（２）で示されるＳＯＣに依存する関数から推定する。そして、バッテリ管理装置１０は、Ｓ７の処理と同様に、式（１）から式（７）に基づいて予測端子電圧：Ｖｐ（ｋ）と観測時点で測定された端子電圧：Ｖｔ（ｋ）との推定誤差：ｙ（ｋ）を求め、該推定誤差：ｙ（ｋ）に基づいて式（１）で推定された推定ＳＯＣを補正し、事後推定ＳＯＣとする。
【００７５】
バッテリ管理装置１０は、事後推定ＳＯＣによりステップＳ３で推定したＳＯＣ、またはステップ４で推定したクーロンカウント法によるＳＯＣを更新する。Ｓ７の処理と同様に、バッテリ管理装置１０は、事後推定ＳＯＣでＯＣＶ−ＳＯＣマップより推定したＳＯＣ、または、クーロンカウント法により推定したＳＯＣを補正する。バッテリ管理装置１０は、Ｓ９の処理後、図７に示すＳＯＣ推定処理を終了する。
【００７６】
以上、説明したように、本実施形態のバッテリ管理装置１０においては、バッテリ２のバッテリ状態を推定するための情報（電流、端子電圧、温度等）の入力更新に応じて、観測時点のバッテリ２がＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部の領域に対応するか否かを判定できる。バッテリ管理装置１０は、観測時点のバッテリ２が上記平たん部の領域に対応する場合には、等価回路モデルに基づいて、低周波側ＲＣ回路（Ｒ１、Ｃ１）の変化傾向に伴うＶｐ（ｋ）の変化量を捕えてＳＯＣを推定し、クーロンカウント法により推定したＳＯＣの補正が可能になる。
【００７７】
この結果、本実施形態のバッテリ管理装置１０においては、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性上の平たん部領域（ＯＣＶの変化量が少ないＳＯＣ領域）におけるＳＯＣ補正が可能になる。本実施形態のバッテリ管理装置１０によれば、ＳＯＣの推定精度が向上される。
【００７８】
（変形例）
図５を用いて説明したように、等価回路モデルにおける各抵抗（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２）は、ＳＯＣの増加に伴い、所定の範囲内で減少する変化傾向を有する。変形例のバッテリ管理装置１０においては、充放電時のバッテリ２の総抵抗（Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒ２）とＳＯＣとの相関特性を予め実験的に取得し、総抵抗の変化特性を曲線近似してＳＯＣ補正を行うとしてもよい。
【００７９】
例えば、観測時点における端子電圧Ｖｔと電流ｉとの関係は、以下の式（８）で表すことができる。なお、Ｖｏｃｖは、無負荷状態のバッテリ電圧（ＯＣＶ）を表す。
端子電圧Ｖｔ＝Ｖｏｃｖ＋（Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒ２）＊電流ｉ      式（８）
【００８０】
図８は、総抵抗の変化特性の曲線近似の一例を示す図である。図８において、縦軸は抵抗（ｍΩ）を表し、横軸はＳＯＣ（パーセント）を表す。図８において、「◆」で連結された曲線は、充電時の総抵抗−ＳＯＣ特性を表し、「■」で連結された曲線は、放電時の総抵抗−ＳＯＣ特性を表す。また、実線で示される曲線は充電時の総抵抗−ＳＯＣ特性を曲線近似したものであり、破線で示される曲線は放電時の総抵抗−ＳＯＣ特性を曲線近似したものである。
【００８１】
図８に示すように、充電時の総抵抗−ＳＯＣ特性は、ＳＯＣの多項式：（Ｙ＝９Ｅ￣０．５ｘ２−０．０１５４ｘ＋２．５４６２）として曲線近似される。また、放電時の総抵
抗−ＳＯＣ特性は、ＳＯＣの多項式：（Ｙ＝６Ｅ￣０．５ｘ２−０．０１２７ｘ＋２．４４６）として曲線近似される。
【００８２】
変形例のバッテリ管理装置１０においては、例えば、観測時点における端子電圧Ｖｔと電流ｉ、および、式（８）を用いて動作中のバッテリ２の総抵抗（Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒ２）が求められる。変形例のバッテリ管理装置１０は、図８に示す近似曲線を用いて観測時点の総抵抗に対応するＳＯＣ（「事後推定ＳＯＣ」に相当）を特定する。そして、変形例のバッテリ管理装置１０は、特定した上記ＳＯＣに基づいてクーロンカウント法等により推定したＳＯＣを補正するとすればよい。
【００８３】
（変形例２）
また、変形例２のバッテリ管理装置１０は、充放電時に係るバッテリ２の端子電圧Ｖｔ、電流ｉを実験的に測定し、該測定値に対応するＳＯＣ特性をマップ化して保持するとしてもよい。予め実験的に取得されたバッテリ２の充放電時に係る端子電圧Ｖｔ、電流ｉは、図４に示す等価モデルの総体的な出力値と見做すことができる。
【００８４】
図９は、充電時において等価回路モデルに基づいて測定された端子電圧−ＳＯＣ特性の一例を示す図である。図９の縦軸はＳＯＣ（パーセント）を表し、横軸は端子電圧（Ｖ）を表す。図９において、曲線ｇ１は、充電電流：０．８Ａについての端子電圧−ＳＯＣ特性を表す。同様にして、曲線ｇ２、ｇ３、ｇ４、ｇ５、ｇ６、ｇ７、ｇ８、ｇ９、ｇ１０は、それぞれ充電電流：４Ａ、８Ａ、４０Ａ、８０Ａ、１１２Ａ、１４４Ａ、１７６Ａ、２０８Ａ、２４０Ａについての端子電圧−ＳＯＣ特性を表す。
【００８５】
図９の曲線ｇ１からｇ６に示すように、充電電流が１４０Ａ付近までは、充電時の端子電圧とＳＯＣとの関係において、端子電圧に対する依存性が存在することが判る。また、１４０Ａ以上においては、ＳＯＣが９０パーセント（曲線ｇ７：１４４Ａ）、７０パーセント（曲線ｇ８：１７６Ａ）、５０パーセント（曲線ｇ９：２０８Ａ）、３５パーセント（曲線ｇ１０：２４０Ａ）近傍の領域において、端子電圧に対する依存性が存在することが判る。
【００８６】
バッテリ管理装置１０は、例えば、図９に示す端子電圧−ＳＯＣ特性を電流値、あるいは、端子電圧毎にマップ化して補助記憶装置１３に保持する。補助記憶装置１３に保持された電流値、あるいは、端子電圧毎のマップ化された特性は、処理の実行の際に主記憶装置１２の所定の領域に読出し可能に展開される。バッテリ管理装置１０は、例えば、バッテリ２から計測された端子電圧Ｖｔ、電流ｉ、および、マップ化された端子電圧−ＳＯＣ特性に従ってＳＯＣを特定する。そして、バッテリ管理装置１０は、特定したＳＯＣでクーロンカウント法等により推定したＳＯＣを補正すればよい。
【符号の説明】
【００８７】
１    バッテリ管理システム
２    バッテリ（充放電可能な二次電池）
３    センサ
１０  バッテリ管理装置
１１  ＣＰＵ
１２  主記憶装置
１３  補助記憶装置
１４  通信ＩＦ
１５  入出力ＩＦ
１６  接続バス
１０１  ＳＯＣ推定部
【図１】
2018146343.tif 000010
【図２】
2018146343.tif 000011
【図３】
2018146343.tif 000012
【図４】
2018146343.tif 000013
【図５】
2018146343.tif 000014
【図６】
2018146343.tif 000015
【図７】
2018146343.tif 000016
【図８】
2018146343.tif 000017
【図９】
2018146343.tif 000018