(57)【要約】【課題】ＳＯＣの推定精度を高めることができるＳＯＣ推定装置およびＳＯＣ推定方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係るＳＯＣ推定装置は、検出部と、補正部と、推定部とを備える。検出部は、電池の電圧および電流を検出する。補正部は、検出部によって検出された電流の変化特性と電圧の変化特性とが揃うように電流を補正する。推定部は、補正部によって補正された電流および検出部によって検出された電圧に基づいて電池の充電状態を推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧および電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記電流の変化特性と前記電圧の変化特性とが揃うように前記電流を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記電流および前記検出部によって検出された前記電圧に基づいて前記電池の充電状態を推定する推定部と
を備えることを特徴とするＳＯＣ推定装置。
【請求項２】
前記補正部は、
前記電池が他機器と通電している期間において前記電流を補正すること
を特徴とする請求項１に記載のＳＯＣ推定装置。
【請求項３】
電池の電圧および電流を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された前記電流の変化特性と前記電圧の変化特性とが揃うように前記電流を補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された前記電流および前記検出工程によって検出された前記電圧に基づいて前記電池の充電状態を推定する推定工程と
を含むことを特徴とするＳＯＣ推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＣ推定装置およびＳＯＣ推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、車載機器の電源となる電池の充電状態、いわゆるＳＯＣ（State  Of  Charge）を推定するＳＯＣ推定装置が知られている。ＳＯＣ推定装置は、電池に流れる電流と電圧とを計測し、この計測値に基づきＳＯＣを推定する。例えば、電流に応じた電圧−ＳＯＣの変換マップを予め用意しておき、実際に電池から検出される電流および電圧について変換マップを参照することでＳＯＣを推定する（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、ＳＯＣの推定精度を高める点で改善の余地があった。具体的には、電流に対して電圧の変化特性が緩やかであるため、かかる変化特性の差が大きい場合の電流および電圧を用いた場合、計測値と実際の値との差が大きくなるためＳＯＣの推定精度が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＳＯＣの推定精度を高めることができるＳＯＣ推定装置およびＳＯＣ推定方法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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るＳＯＣ推定装置は、検出部と、補正部と、推定部とを備える。前記検出部は、電池の電圧および電流を検出する。前記補正部は、前記検出部によって検出された前記電流の変化特性と前記電圧の変化特性とが揃うように前記電流を補正する。前記推定部は、前記補正部によって補正された前記電流および前記検出部によって検出された前記電圧に基づいて前記電池の充電状態を推定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＳＯＣの推定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係るＳＯＣ推定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、補正部の処理内容を示す図である。
【図４】図４は、ＳＯＣマップ情報の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る電源システムの処理のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、実施形態に係るＳＯＣ推定装置が実行する推定処理の処理手順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】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するＳＯＣ推定装置およびＳＯＣ推定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。なお、以下では、ＳＯＣ推定装置が、車両に搭載されるリチウムイオン電池（以下、ＬｉＢと記載する）の充電状態、いわゆるＳＯＣ（State  Of  Charge）を推定する場合を一例に挙げて説明する。なお、ＳＯＣ推定装置の対象は、車両に搭載されるＬｉＢに限定されず、任意の機器に搭載されるＬｉＢであってよい。
【００１０】
まず、図１を用いて実施形態に係るＳＯＣ推定装置を含む電源システムについて説明する。図１は、実施形態に係る電源システムＳの構成を示すブロック図である。図１に示すように、電源システムＳは、電源制御装置１０と、発電機１１と、スタータ１２と、鉛バッテリ１３と、補機１４とを備える。電源制御装置１０は、ＳＯＣ推定装置１と、ＬｉＢ１５と、ＤＣＤＣコンバータ１６と、第１スイッチ１７と、第２スイッチ１８とを備える。つまり、電源システムＳは、鉛バッテリ１３およびＬｉＢ１５の２つの電池を備える２電源システムである。なお、電源システムＳは、２電源システムに限定されるものではなく、少なくともリチウムイオン電池を備える電源システムであれば、電池の数が１つであっても、３つ以上であってもよい。
【００１１】
電源制御装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。
【００１２】
電源制御装置１０は、例えば、ＳＯＣ推定装置１によって推定された充電状態に基づいて第１スイッチ１７および第２スイッチ１８を制御する。また、電源制御装置１０は、例えば、ＬｉＢ１５から他機器（鉛バッテリ１３および補機１４）へ電力を供給する際に、ＤＣＤＣコンバータ１６を制御する。
【００１３】
発電機１１は、エンジンの回転を動力源として電力を生成する機器である。また、車両の減速時には回生ブレーキによる回生電力を生成する。なお、発電機１１は、オルタネータやジェネレータとも呼ばれる。
【００１４】
また、発電機１１は、例えば図示しないエンジン制御装置からの指示に応じて電力を生成する。例えば発電した電力を鉛バッテリ１３およびＬｉＢ１５へ供給することで、鉛バッテリ１３およびＬｉＢ１５を充電する。
【００１５】
スタータ１２は、例えば電気モータを備え、エンジンを始動する始動装置である。なお、図１に示す例では、電源システムＳがスタータ１２と発電機１１とを備える構成としたが、例えば、電源システムＳがスタータ１２および発電機１１の代わりに、ＩＳＧ（Integrated  Starter  Generator）を備えてもよい。
【００１６】
鉛バッテリ１３は、電極に鉛を用いた二次電池である。補機１４は、車両に備わる電子機器等の負荷である。例えば、補機１４として、ナビゲーション装置やオーディオ、エアーコンディショナ等が挙げられる。あるいは、補機１４は、例えば、ＰＣＳ（Pre-crash  Safety  System）やＡＥＢ(Advanced  Emergency  Braking  System)などの車両制御を行う車両制御装置であってもよい。
【００１７】
ＬｉＢ１５は、充電または放電を行う２次電池である。ＤＣＤＣコンバータ１６は、鉛バッテリ１３とＬｉＢ１５との間および補機１４とＬｉＢ１５との間に設けられる。
【００１８】
例えば、ＬｉＢ１５から鉛バッテリ１３に電力を供給する場合、ＤＣＤＣコンバータ１６は、ＬｉＢ１５の電圧を昇圧する。また、ＬｉＢ１５から補機１４に電力を供給する場合、ＤＣＤＣコンバータ１６は、ＬｉＢ１５の電圧を昇圧または降圧する。
【００１９】
第１スイッチ１７および第２スイッチ１８は、回路の短絡と開放を制御する開閉器（リレー）である。第１スイッチ１７は、鉛バッテリ１３と発電機１１（またはスタータ１２）とを切離可能に設けられる。第２スイッチ１８は、ＬｉＢ１５と発電機１１とを切離可能に設けられる。そして、第１スイッチ１７および第２スイッチ１８の開閉は、上記した電源制御装置１０によって制御される。
【００２０】
ＳＯＣ推定装置１は、実施形態に係るＳＯＣ推定方法を実行することで、ＬｉＢ１５から検出された電流および電圧に基づいてＬｉＢの充電状態（ＳＯＣ）を推定する。なお、充電状態とは、ＬｉＢ１５の充電容量に対する充電残量の比率であり、充電率や充電残量とも呼ばれる。なお、充電状態は、充電容量に対する充電残量の比率に限定されるものではなく、例えば、かかる比率を示す相対的な値であってもよい。
【００２１】
ここで、従来のＳＯＣ推定装置について説明する。従来のＳＯＣ推定装置は、電流に応じた電圧−ＳＯＣの変換マップを予め用意しておき、実際にＬｉＢから検出される電流および電圧について変換マップを参照することでＳＯＣを推定していた。
【００２２】
しかしながら、例えばＬｉＢは、分極特性により電流に対して電圧の変化特性が緩やかになる。具体的には、充放電の切り替わり時において、電流が目標電流に対して急激に変化（上昇あるいは降下）するのに対し、電圧は、目標電圧に対して徐々に変化（上昇あるは降下）する。このため、かかる変化特性の差が大きい場合に検出された電流および電圧を用いた場合、本来参照すべき変換マップに対してずれた変換マップを参照してしまい、ＳＯＣに推定誤差が生じてしまう。このように、従来は、ＳＯＣの推定精度を高める点で改善の余地があった。
【００２３】
そこで、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１では、ＬｉＢ１５から検出した電流を補正し、補正した電流と電圧を用いてＳＯＣを推定する。具体的には、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１は、検出した電流の変化特性と電圧の変化特性とが揃うように電流を補正する。そして、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１は、補正した電流および電圧に基づいてＳＯＣを推定する。
【００２４】
つまり、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１は、電流を補正することで電流の急激な変化かを緩やかにして、電圧の変化特性と合わせるようにする。これにより、電流および電圧の変化特性に差が生じにくくなるため、参照する変換マップのずれを防止でき、ＳＯＣの推定誤差が生じなくなる。従って、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１によれば、ＳＯＣの推定精度を高めることができる。
【００２５】
また、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１は、上記したＳＯＣ推定方法を用いることで、例えば、ＬｉＢ１５のように、充電および放電が頻繁に切り替わるような電池であってもＳＯＣを正確に推定できる。
【００２６】
次に、図２を用いて、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１の構成について説明する。図２は、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ＳＯＣ推定装置１は、制御部２と、記憶部３とを備える。制御部２は、検出部２１と、補正部２２と、推定部２３とを備える。記憶部３は、ＳＯＣマップ情報３１を記憶する。
【００２７】
ここで、ＳＯＣ推定装置１は、たとえば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。
【００２８】
コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２の検出部２１、補正部２２および推定部２３として機能する。
【００２９】
また、制御部２の検出部２１、補正部２２および推定部２３の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００３０】
また、記憶部３は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、ＳＯＣマップ情報３１、各種プログラムの情報等を記憶することができる。なお、ＳＯＣ推定装置１は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。
【００３１】
制御部２は、ＬｉＢ１５の電流および電圧を検出するとともに、電流の補正を行い、補正された電流と検出された電圧とに基づいてＳＯＣを推定する。
【００３２】
検出部２１は、電流検出部２１１と、電圧検出部２１２とを備える。電流検出部２１１は、例えば電流を検出するセンサであり、検出したＬｉＢ１５の電流を補正部２２へ出力する。電圧検出部２１２は、例えば電圧を検出するセンサであり、検出したＬｉＢ１５の電圧を推定部２３へ出力する。
【００３３】
補正部２２は、電流検出部２１１によって検出された電流を補正する。補正部２２は、例えば、検出される電流の変化量を緩やかにするフィルタを用いることができる。フィルタはローパスフィルターとすることができる。ここで、図３を用いて、補正部２２の処理内容について説明する。
【００３４】
図３は、補正部２２の処理内容を示す図である。図３では、ＬｉＢ１５の放電時に検出される電流および電圧の時間経過に伴う変化特性をグラフ化して示している。また、図３における電流の変化特性を示すグラフ（上グラフ）には、補正しない場合の電流を示すグラフ（一点鎖線）と、補正部２２により補正された電流を示すグラフ（実線）とを示している。また、時刻ｔａは、ＬｉＢ１５の状態が放電に切り替わった時刻である。
【００３５】
図３に示すように、補正しない場合の電流（一点鎖線）は、時刻ｔａ以降急峻に低下する変化特性である。これに対して、電圧（下グラフ）は、時刻ｔａにおいて所定の電圧分だけ急激に落ち込んでから、時刻ｔａ以降においては緩やかに低下する変化特性である。
【００３６】
ここで、仮に、補正しない場合の電流と電圧とでＳＯＣを推定した場合、ＳＯＣの推定値は、実際のＳＯＣよりも低くなる。なお、時刻ｔａにおける電圧の急激な落ち込みは、ＬｉＢ１５の内部抵抗に起因するものである。
【００３７】
そのため、補正部２２は、検出される電流を補正することで、電流の変化特性を緩やかにする。具体的には、図３に示すように、補正後の電流は、徐々に降下するような変化特性となる。これにより、補正後の電流と電圧との変化特性が揃うこととなる。
【００３８】
より具体的には、補正部２２は、時刻ｔａにおける電流の補正量が最も大きくなるようにし、時刻ｔａ以降については、かかる補正量が徐々に小さくなるようにする。すなわち、補正部２２は、電流が緩やかに降下するように補正量を決定する。
【００３９】
かかる補正量は、例えば、予め実験等で計測しておいた電圧の変化特性を参照することで決定されてもよく、あるいは、実際に検出された電圧に基づいて変化特性を予測し、予測した変化特性に基づいて決定されてもよい。
【００４０】
なお、補正部２２は、電流および電圧の変化特性が完全に一致するように電流を補正することが好ましいが、完全に一致せずとも、少しでも電流の変化特性が電圧の変化特性に近づけばよい。
【００４１】
また、補正部２２は、ＬｉＢ１５が他機器（発電機１１、スタータ１２、鉛バッテリ１３および補機１４等）と通電している期間において電流を補正することが好ましい。つまり、補正部２２は、放電または充電している期間において、電流を補正することで、電源制御装置１０が放電または充電の切り替えタイミング等の制御を高精度に行うことができる。
【００４２】
図２に戻って推定部２３について説明する。推定部２３は、補正部２２によって補正された電流および電圧検出部２１２によって検出された電圧に基づいてＬｉＢ１５のＳＯＣを推定する。例えば、推定部２３は、記憶部３に記憶されたＳＯＣマップ情報３１を参照してＳＯＣを推定する。ここで、推定部２３によるＳＯＣマップ情報３１を用いたＳＯＣの推定方法について説明する。
【００４３】
図４は、ＳＯＣマップ情報３１の一例を示す図である。図４には、ＬｉＢ１５の通電時における電圧、いわゆるＣＣＶ（Closed  Circuit  Voltage）と、ＳＯＣとの関係を示すＣＣＶ−ＳＯＣ特性曲線を示す。また、図４では、一例として、電流が３０Ａおよび５０Ａの場合のＣＣＶ−ＳＯＣ特性曲線を示す。
【００４４】
推定部２３は、電圧検出部２１２によって検出された電圧と、補正部２２に補正された電流とに基づいてＳＯＣを推定する。具体的には、まず、推定部２３は、補正された電流に対応するＣＣＶ−ＳＯＣ特性曲線を選択する。つづいて、推定部２３は、選択したＣＣＶ−ＳＯＣ特性曲線を参照して、電圧検出部２１２によって検出された電圧に対応するＳＯＣを推定する。
【００４５】
例えば、検出された電圧が同じである場合、補正された電流が高いほど、推定部２３により推定されＳＯＣは高くなる。また、補正された電流が同じである場合、検出された電圧が高いほど、推定部２３により推定されるＳＯＣは高くなる。このように、ＣＣＶ−ＳＯＣ特性曲線を用いることでＬｉＢ１５のＳＯＣを容易かつ正確に推定することができる。
【００４６】
次に、図５を用いて、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１の処理のタイミングについて説明する。図５は、実施形態に係る電源システムＳの処理のタイミングを示すタイミングチャートである。なお、図５では、ＬｉＢ１５の充電時における処理のタイミングについて説明する。
【００４７】
また、図５では、上から順に、第１スイッチ１７、第２スイッチ１８、電流検出部２１１によって検出された電流、補正部２２によって補正された電流、電圧検出部２１２によって検出された電圧および推定部２３によるＳＯＣの推定値を示す。なお、横軸は、時間である。
【００４８】
図５に示すように、時刻ｔ１において、第１スイッチ１７がオンされ、時刻ｔ２において第２スイッチ１８がオンされたとする。これにより、時刻ｔ２において、発電機１１からＬｉＢ１５への充電が開始される。
【００４９】
充電が開始されると、時刻ｔ２以降において、ＬｉＢ１５の電流および電圧が変化（上昇）し始める。そして、補正部２２は、時刻ｔ３において、電流を補正するフィルタ処理を開始する。これにより、時刻ｔ３以降において、検出される電流が補正され、補正後の電流のように、変化特性が緩やかになる。
【００５０】
なお、この時刻ｔ２から時刻ｔ３の間の時間（数ミリ秒）、つまり充電が開始してから補正部２２によるフィルタ処理が開始されるまでの時間は、ＬｉＢ１５の分極解消特性に基づいて設定される時間であり、設計時に予め設定される時間である。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に検出される電流は補正されないが、この時間は電圧も急激に変化する（図３参照）ため、推定されるＳＯＣに誤差が生じることはない。
【００５１】
つづいて、推定部２３は、補正部２２によって補正された電流を用いたＳＯＣの推定を時刻ｔ４から開始する。なお、時刻ｔ３から時刻ｔ４の時間は、ＬｉＢ１５の分極解消特性に基づいて決定される時間であり、設計時に予め設定される時間である。
【００５２】
また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間の時間では、補正前の誤差が大きいＳＯＣが推定値として算出されるため、例えば、電源制御装置１０は、かかる時間のＳＯＣを使用禁止としてもよく、あるいは、ＳＯＣ推定装置１が出力禁止としてもよい。
【００５３】
そして、推定部２３は、時刻ｔ４において、補正部２２によって補正された電流を用いてＳＯＣを推定するとともに、推定したＳＯＣによって、時刻ｔ４以前のＳＯＣの推定誤差を補正する。これにより、時刻ｔ４以降において、正確なＳＯＣの推定値を電源制御装置１０へ出力できる。
【００５４】
なお、図５では、ＬｉＢ１５へ充電する場合を一例として示したが、例えば、ＬｉＢ１５が放電する場合、補正部２２は、ＤＣＤＣコンバータ１６の動作が開始してから電流の補正を開始し、ＳＯＣを推定する。
【００５５】
換言すれば、補正部２２は、他機器と通電することで、ＬｉＢ１５のＳＯＣが変動する期間のみ電流を補正する。これにより、ＬｉＢ１５のＳＯＣが変動する期間は電流の補正を行わないため、補正部２２の処理負荷を抑えることができる。
【００５６】
次に、図６を用いて、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１が実行する推定処理の処理手順について説明する。図６は、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１が実行する推定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００５７】
図６に示すように、まず、検出部２１は、ＬｉＢ１５の電流および電圧を検出する（ステップＳ１０１）。つづいて、補正部２２は、検出部２１によって検出された電流および電圧の変化特性が揃うように電流を補正する（ステップＳ１０２）。
【００５８】
つづいて、推定部２３は、補正部２２によって補正された電流および検出部２１によって検出された電圧に基づいてＬｉＢ１５のＳＯＣを推定し（ステップＳ１０３）、処理を終了する。
【００５９】
上述してきたように、実施形態に係るＳＯＣ推定装置１は、検出部２１と、補正部２２と、推定部２３とを備える。検出部２１は、電池（ＬｉＢ１５）の電圧および電流を検出する。補正部２２は、検出部２１によって検出された電流の変化特性と電圧の変化特性とが揃うように電流を補正する。推定部２３は、補正部２２によって補正された電流および検出部２１によって検出された電圧に基づいて電池の充電状態を推定する。これにより、ＳＯＣの推定精度を高めることができる。
【００６０】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１    ＳＯＣ推定装置
２    制御部
３    記憶部
１０    電源制御装置
１１    発電機
１２    スタータ
１３    鉛バッテリ
１４    補機
１５    リチウムイオン電池（ＬｉＢ）
１６    ＤＣＤＣコンバータ
１７    第１スイッチ
１８    第２スイッチ
２１    検出部
２２    補正部
２３    推定部
２１１    電流検出部
２１２    電圧検出部
Ｓ    電源システム
【図１】
2019120647.tif 000003
【図２】
2019120647.tif 000004
【図３】
2019120647.tif 000005
【図４】
2019120647.tif 000006
【図５】
2019120647.tif 000007
【図６】
2019120647.tif 000008