(57)【要約】【課題】ＳＯＣを推定するための等価回路モデルを適切に評価することができる評価装置を提供する。【解決手段】  蓄電池２のＳＯＣ推定処理に用いられる蓄電池２の等価回路モデルを評価する制御部２５は、蓄電池２から充放電された電流に対応する特定周波数帯域における前記等価回路モデルの交流インピーダンスに基づいて、前記等価回路モデルの評価に関する処理を行う評価処理部２５ｃを備える。【選択図】図６
2019016528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池の蓄電残量の推定処理に用いられる前記蓄電池の等価回路モデルを評価する評価装置であって、
前記蓄電池から充放電された電流に対応する周波数帯域における前記等価回路モデルの交流インピーダンスに基づいて、前記等価回路モデルの評価に関する処理を行う評価処理部を備える
評価装置。
【請求項２】
前記評価処理部は、前記周波数帯域における前記蓄電池の交流インピーダンスの測定値と、前記等価回路モデルの交流インピーダンスと、を比較することで前記等価回路モデルの蓄電残量推定精度の評価に関する処理を行う
請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記評価処理による評価結果に基づいて、前記推定処理に関する切り替えを行う切替部をさらに備えている
請求項１又は請求項２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記推定処理に関する切り替えは、前記等価回路モデルを当該等価回路モデルとは異なる他の等価回路モデルに切り替える処理である
請求項３に記載の評価装置。
【請求項５】
前記推定処理に関する切り替えは、前記推定処理を当該推定処理とは異なる他の推定処理に切り替える処理である
請求項３に記載の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン蓄電池等の蓄電池の蓄電残量を推定するために用いる等価回路モデルを評価する評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車といった電力を利用した車両の増加や、太陽光発電の普及に伴って、電気エネルギーを貯蔵するための蓄電池の重要性が高まっている。
蓄電池は、当該蓄電池が組み込まれる各種装置に対して電力を安定して供給することが求められるため、その状態を管理する必要がある。
蓄電池において管理すべき状態としては、蓄電池の温度や、蓄電残量（蓄電率）、劣化状態等が挙げられるが、これらの内、特に、蓄電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）は、蓄電池の状態を示す基本的指標であり、その推定については高い精度が要求される。
【０００３】
このため、蓄電池のＳＯＣの推定方法としては、従来から出力電圧法や、内部抵抗法、電流積算法といった推定方法が提案されているが、より高精度なＳＯＣ推定を実現するために、拡張カルマンフィルタを用いて蓄電池のＳＯＣを推定するという方法が採られることがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−９９１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
拡張カルマンフィルタを用いたＳＯＣの推定方法では、対象の蓄電池をモデル化した等価回路モデルを構築し、構築した等価回路モデルを用いて蓄電池の状態を推定する。
【０００６】
ここで、拡張カルマンフィルタを用いたＳＯＣの推定方法のように、等価回路モデルを用いる推定方法においては、推定に用いる等価回路モデルがＳＯＣの推定精度に影響を及ぼすことがある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ＳＯＣを推定するための等価回路モデルを適切に評価することができる評価装置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】
【０００８】
（１）本発明は、蓄電池の蓄電残量の推定処理に用いられる前記蓄電池の等価回路モデルを評価する評価装置であって、前記蓄電池から充放電された電流に対応する周波数帯域における前記等価回路モデルの交流インピーダンスに基づいて、前記等価回路モデルの評価に関する処理を行う評価処理部を備える。
【０００９】
上記のように構成された評価装置によれば、蓄電池から充放電された電流に対応する周波数帯域における等価回路モデルの交流インピーダンスによって当該等価回路モデルを評価するので、蓄電池の特性に即した適切な評価を行うことができる。
【００１０】
（２）上記評価装置において、前記評価処理部は、前記周波数帯域における前記蓄電池の交流インピーダンスの測定値と、前記等価回路モデルの交流インピーダンスと、を比較することで前記等価回路モデルの蓄電残量推定精度の評価に関する処理を行うことが好ましい。
この場合、蓄電池の交流インピーダンスの実際の測定値と、等価回路モデルの交流インピーダンスとを比較し評価するので、より適切に評価することができる。
【００１１】
（３）また、上記評価装置は、前記評価処理による評価結果に基づいて、前記推定処理に関する切り替えを行う切替部をさらに備えていてもよい。
【００１２】
（４）上記評価装置において、前記推定処理に関する切り替えは、前記等価回路モデルを当該等価回路モデルとは異なる他の等価回路モデルに切り替える処理であってもよい。
【００１３】
（５）また、前記推定処理に関する切り替えは、前記推定処理を当該推定処理とは異なる他の推定処理に切り替える処理であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＳＯＣを推定するための等価回路モデルを適切に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蓄電池システムの一例を示すブロック図である。
【図２】制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】第１推定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】第１推定部がＳＯＣ推定値を求めるために用いる蓄電池の第１等価回路モデルの一例を示す図である。
【図５】第１推定部が行う第１推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】制御部が行う切替処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】図７中の評価処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）は、蓄電池２の入力電流値の経時変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は、図９（ａ）に示す蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換した結果の一例を示すグラフである。
【図１０】測定値データベースの一例を示す図である。
【図１１】蓄電池の交流インピーダンスの測定値と、第１等価回路モデルの交流インピーダンスとの関係の一例を示したＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔システムの構成について〕
図１は、蓄電池システムの一例を示すブロック図である。図中、蓄電池システム１は、蓄電池２と、蓄電池管理装置３とを備えている。
【００１７】
蓄電池２は、リチウムイオン電池の単位セルを単一又は複数直列して構成したものであり、その両端端子４に図示しない充電器を接続することによって直流電力を蓄電するとともに、両端端子４に充電器に替えて図示しない負荷を接続することによって蓄電した直流電力を前記負荷に対して放電する。
【００１８】
蓄電池管理装置３は、蓄電池２に入出力される電流を測定するための電流センサ５と、蓄電池２の端子間電圧を測定するための電圧センサ６と、蓄電池２の環境温度を測定するための温度センサ７と、蓄電池２の蓄電残量を推定する処理を行う制御装置８と、蓄電池２の蓄電残量の推定結果を出力するための出力装置９とを備えている。
【００１９】
電流センサ５は、蓄電池２に入出力される電流を測定し、測定結果を示す信号を制御装置８に与える。
電圧センサ６は、蓄電池２が充放電する際の端子間の電圧値を測定し、測定結果を示す信号を制御装置８に与える。
温度センサ７は、現状の蓄電池２の温度を測定し、測定結果を示す信号を制御装置８に与える。
なお、本実施形態では、温度センサ７が蓄電池２の環境温度を測定するように構成した場合を例示したが、蓄電池２の表面温度を測定するように構成してもよい。
【００２０】
制御装置８は、各センサ５，６，７から与えられる信号を受け付け、これら信号に基づいて蓄電池２に入出力される電流の電流値、蓄電池２の端子間電圧、及び蓄電池２の温度をそれぞれ情報として取得する。制御装置８は、これら情報を用いて蓄電池２の蓄電残量を推定するとともに、その推定結果を出力装置９を通じて出力する。
【００２１】
図２は、制御装置８の構成の一例を示すブロック図である。
図２に示すように、制御装置８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等を含む処理装置２０と、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等からなる記憶装置２１とを備えており、マイコンによって構成されている。
記憶装置２１には、制御装置８を動作させるために必要なオペレーティングシステムの他、制御装置８が有する機能を実現するための各種コンピュータプログラムが記憶されている。
また、記憶装置２１には、後述する評価処理に用いる測定値データベース２２が記憶されている。
処理装置２０は、各センサ５，６，７から与えられる信号によって取得される各情報を記憶装置２１に記憶し、各種処理に利用する。
処理装置２０は、記憶装置２１に記憶されているコンピュータプログラムを実行することで、以下の各機能が実現される。
【００２２】
処理装置２０は、図２に示すように、第１推定部２３と、第２推定部２４と、制御部２５とを機能的に有している。
第１推定部２３及び第２推定部２４は、蓄電池２の蓄電残量を推定する処理を実行するための機能を有している。第１推定部２３及び第２推定部２４は、両センサ５，６からの信号に基づいて蓄電池２の状態を取得し、蓄電池２の蓄電残量を示す値である蓄電率（以下、単にＳＯＣともいう）の推定値を求める。
【００２３】
制御部２５は、第１推定部２３又は第２推定部２４が求めたＳＯＣ推定値や、各センサ５，６，７からの信号によって取得される各情報に基づいて、第１推定部２３や第２推定部２４がＳＯＣの推定に用いる蓄電池２の等価回路モデルの評価に関する処理を行う機能を有している。
また、制御部２５は、等価回路モデルの評価に基づいて、蓄電池２のＳＯＣ推定値を求めるための推定処理に関する切り替えを行う機能も有している。
【００２４】
〔第１推定部及び第２推定部について〕
図３は、第１推定部２３の構成の一例を示すブロック図である。以下の説明では、主として第１推定部２３について説明するが、本実施形態において、第２推定部２４も第１推定部２３と同様の構成である。
図３に示すように、第１推定部２３は、パラメータ推定部２３ａと、蓄電残量推定部２３ｂとを機能的に有している。
【００２５】
第１推定部２３は、上述のように、蓄電池２をモデル化した等価回路モデルを用いてＳＯＣ推定値を求める。
パラメータ推定部２３ａは、等価回路モデルに含まれるモデルパラメータについての推定値を求める機能を有している。
蓄電残量推定部２３ｂは、パラメータ推定部２３ａが求めたモデルパラメータの推定値が与えられた等価回路モデルに基づいて、拡張カルマンフィルタを用いた蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める機能を有している。
【００２６】
図４は、第１推定部２３がＳＯＣ推定値を求めるために用いる蓄電池２の第１等価回路モデルの一例を示す図である。
図４中、第１等価回路モデル３０は、電源３１と、抵抗素子３２と、ＲＣ回路３３とを有して構成されている。
電源３１は、理想電源によって構成されており、無負荷状態の蓄電池２の電圧である開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ，以下、単にＯＣＶともいう）を表している。ＯＣＶはＳＯＣの非線形関数であり、蓄電池２に負荷がかかっている場合、直接測定することができない内部電圧源である。
【００２７】
なお、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す関数ＯＣＶ（ＳＯＣ）は、記憶装置２１に記憶されている。前記関数ＯＣＶ（ＳＯＣ）は、蓄電池２を用いた実験によって得たＳＯＣとＯＣＶとの関係を示す測定値から回帰的に求められる。
第１推定部２３は、必要に応じて、記憶装置２１に記憶されている前記関数ＯＣＶ（ＳＯＣ）を参照する。
【００２８】
抵抗素子３２は、電解質中のリチウムイオンの物質移動に対する抵抗であり、蓄電池２の内部抵抗を表している。
ＲＣ回路３３は、抵抗素子３３ａとキャパシタ３３ｂとを並列に接続して構成されている。ＲＣ回路３３は、蓄電池２における界面電荷移動抵抗を表している。
なお、抵抗素子３２の抵抗値Ｒ０、抵抗素子３３ａの抵抗値Ｒ１、キャパシタ３３ｂの容量Ｃ１は、第１等価回路モデル３０に含まれるモデルパラメータを構成する。
【００２９】
また、第２推定部２４も第１推定部２３と同様、蓄電池２をモデル化した等価回路モデルを用いてＳＯＣ推定値を求める。第２推定部２４がＳＯＣ推定値を求めるために用いる蓄電池２の第２等価回路モデル４０は、図４に示す第１等価回路モデル３０と同様の構成であり、電源４１と、抵抗素子４２と、抵抗素子４３ａ及びキャパシタ４３ｂを含むＲＣ回路４３とを有して構成されている。
【００３０】
〔拡張カルマンフィルタによるＳＯＣ推定について〕
第１推定部２３の蓄電残量推定部２３ｂは、上記第１等価回路モデル３０に基づいて拡張カルマンフィルタを用いた蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める処理を行う。
以下、蓄電残量推定部２３ｂが行う、拡張カルマンフィルタを用いた蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める処理について説明する。
ＲＣ回路３３の両端電圧ｕ１を微分方程式で表すと、下記式（１）となる。
また、第１等価回路モデル３０によって表現される蓄電池２の両端電圧ＵＬは、下記式（２）のように表すことができる。
【００３１】
【数１】
2019016528.tif 000003
【００３２】
なお、上記式（１）（２）中、ｉは、第１等価回路モデル３０の入力電流値を示している。蓄電池２が充電される場合、入力電流値ｉは正の値であり、蓄電池２から外部へ放電される場合、入力電流値ｉは負の値である。また、式（２）中、ＯＣＶ（ＳＯＣ）は、上述のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す関数である。
また、電流積算の考え方に基づけば、ＳＯＣは、下記式のように表される。
【００３３】
【数２】
2019016528.tif 000004
【００３４】
さらに、下記式（３）のように表される。
【００３５】
【数３】
2019016528.tif 000005
【００３６】
上式（３）中、ＦＣＣは、満充電容量（Ｆｕｌｌ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）である。
上記式（１），（３）をオイラー近似によりサンプル周期Δｔで離散化すると、下記式（４），（５）を得る。
【００３７】
【数４】
2019016528.tif 000006
【００３８】
上記式（４），（５）中、ｋはサンプル周期Δｔごとに増加するインデックス（離散時刻）を示す。
ここで、ｘｋ＝（ＳＯＣｋ，ｕ１ｋ，Ｒ０ｋ）Ｔ、また、電圧センサ６による観測値である端子間電圧ｙｋ＝ｕLｋとおけば、式（２），（４），（５）をまとめて、下記式（６），（７）に示す離散時間状態空間モデルを得る。
【００３９】
【数５】
2019016528.tif 000007
【００４０】
なお、ｗｋはシステム雑音、ｖｋは観測雑音、Ｆｋ，Ｇｋ，ｈ（ｘｋ，ｉｋ）は、下記式の通りである。
【００４１】
【数６】
2019016528.tif 000008
【００４２】
蓄電残量推定部２３ｂは、電流センサ５及び電圧センサ６から得られる電流値及び電圧値より端子間電圧ｙｋ、及び蓄電池２から充放電される電流値を表す入力電流値ｉｋを取得し、上記式（６），（７）によって表される離散時間状態空間モデルに対して、拡張カルマンフィルタを適用して逐次更新し、ＳＯＣ，両端電圧ｕ１，抵抗素子３２の抵抗値Ｒ０それぞれの推定値を逐次求める。
【００４３】
〔逐次最小２乗法推定によるモデルパラメータの推定について〕
第１等価回路モデル３０に含まれるモデルパラメータ（抵抗素子３２の抵抗値Ｒ０、抵抗素子３３ａの抵抗値Ｒ１、及びキャパシタ３３ｂの容量Ｃ１）は、ＳＯＣや温度に依存して変動する。
これに対して、第１推定部２３のパラメータ推定部２３ａは、変動する各モデルパラメータそれぞれの推定値、及びＯＣＶの推定値を、逐次最小２乗法によって求める。
【００４４】
逐次最小２乗法において用いる線形回帰モデルは、上記式（２），（４），（５）から得られる。すなわち、ＯＣＶ変化がサンプル周期に対して十分遅いので、ＯＣＶが１つのサンプル周期の間に変化しないと仮定した上で、式（４）に式（２）を代入すると、下記式（８）が得られる。
【００４５】
【数７】
2019016528.tif 000009
【００４６】
ここで、端子間電圧ｙｋ、及び入力電流値ｉｋを含む観測ベクトルψｋを、下記式（９）のようにおく。
【００４７】
【数８】
2019016528.tif 000010
【００４８】
上記式（８），（９）より、線形回帰モデルとして下記式（１０）が得られる。
【００４９】
【数９】
2019016528.tif 000011
【００５０】
ここで、上記式（１０）中、ｅｋは誤差項であり、パラメータベクトルθは下記式の通りである。
【００５１】
【数１０】
2019016528.tif 000012
【００５２】
このとき、パラメータベクトルθ＝（ａ１，ｂ０，ｂ１，ｆ）と、（Ｒ０，Ｒ１，Ｃ１，ＯＣＶ）とは互いに対応しており、（ａ１，ｂ０，ｂ１，ｆ）が得られれば、下記式に示すように、モデルパラメータである（Ｒ０，Ｒ１，Ｃ１，ＯＣＶ）それぞれを求めることができる。
【００５３】
【数１１】
2019016528.tif 000013
【００５４】
以上のように、各モデルパラメータを推定する問題は、パラメータベクトルθを推定する問題に帰着できる。
そこで、下記式（１１）に示すように、上記式（１０）における誤差ｅｋの２乗和ＪＲＬＳを最小にしうるパラメータベクトルθｋの推定値を逐次計算する。
なお、上記式（１１）中、λは忘却係数であり、０＜λ≦１を満たす値に設定される。
【００５５】
【数１２】
2019016528.tif 000014
【００５６】
パラメータ推定部２３ａは、電流センサ５及び電圧センサ６から得られる電流値及び電圧値より、入力電流値ｉｋ及び端子間電圧ｙｋを取得し、上記式（１１）によってパラメータベクトルθの推定値を求め、各モデルパラメータそれぞれの推定値、及びＯＣＶの推定値を、逐次最小２乗法によって求める。
【００５７】
〔第１推定部が行う第１推定処理について〕
第１推定部２３は、蓄電池２のＳＯＣ推定値を求めるための第１推定処理を行う機能を有している。
図５は、第１推定部２３が行う第１推定処理の一例を示すフローチャートである。
第１推定部２３は、まず、パラメータ推定部２３ａが逐次最小２乗法により各モデルパラメータを推定する際に必要な初期値、及び蓄電残量推定部２３ｂが拡張カルマンフィルタによりＳＯＣ推定値を求める際に必要な初期値を設定する（ステップＳ１）。また、第１推定部２３は、離散時刻ｋを「０」に設定する（ステップＳ１）。
【００５８】
次いで、第１推定部２３は、離散時刻ｋに「１」を加え（ステップＳ２）、電流センサ５及び電圧センサ６による観測値（端子間電圧ｙｋ及び入力電流値ｉｋ）を取得する（ステップＳ３）。
観測値を取得した第１推定部２３は、取得した観測値をパラメータ推定部２３ａに与え、当該パラメータ推定部２３ａにモデルパラメータそれぞれの推定値を求めさせる（ステップＳ４）。
【００５９】
パラメータ推定部２３ａがモデルパラメータそれぞれの推定値を求めると、第１推定部２３は、蓄電残量推定部２３ｂに蓄電池２のＳＯＣ推定値を求めさせる（ステップＳ５）。蓄電残量推定部２３ｂは、パラメータ推定部２３ａが求めたモデルパラメータの推定値を含む第１等価回路モデル３０に基づいて、蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める。
【００６０】
蓄電残量推定部２３ｂが蓄電池２のＳＯＣ推定値を求めると、第１推定部２３は、再度ステップＳ２に戻り、同様の処理を繰り返し行う。
これにより第１推定部２３は、各離散時刻におけるモデルパラメータの推定値、及び蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める。
【００６１】
なお、第２推定部２４も、第１推定部２３と同様、モデルパラメータの推定値を求めるパラメータ推定部と、蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める蓄電残量推定部とを有しており、第１推定部２３と同じ方法で蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める第２推定処理を行う機能を有している。
ただし、第１推定部２３が用いる第１等価回路モデル３０に含まれるモデルパラメータと、第２推定部２４が用いる第２等価回路モデル４０に含まれるモデルパラメータとは、互いに異なる値に設定されている。
よって、第１推定部２３と、第２推定部２４とは、互いに異なる等価回路モデル（第１等価回路モデル３０及び第２等価回路モデル４０）を用いて蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める。
また、第１推定部２３と、第２推定部２４とは、共に同一の離散時刻ｋで平行して第１推定処理及び第２推定処理を行うように構成されている。
【００６２】
〔切替処理について〕
制御装置８の制御部２５は、出力装置９から出力すべき蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元を、第１推定部２３及び第２推定部２４のいずれかに切り替える切替処理を行う。
図６は、制御部２５の構成の一例を示すブロック図である。
制御部２５には、温度センサ７による蓄電池２の温度、第１推定部２３又は第２推定部２４が求めたＳＯＣ推定値、第１推定部２３のパラメータ推定部２３ａ又は第２推定部２４のパラメータ推定部が求めたモデルパラメータの推定値、及び電流センサ５による蓄電池２の入力電流値が与えられる。
また、制御部２５は、測定値データベース２２に登録されている情報を参照する。制御部２５は、これら情報に基づいて、切替処理を行う。
【００６３】
図６に示すように、制御部２５は、特定部２５ａと、評価処理部２５ｂと、切替部２５ｃとを備えている。
特定部２５ａは、蓄電池２から充放電された電流（入力電流値ｉｋ）の経時変化を周波数領域に変換することで、蓄電池２から充放電された電流に対応する周波数帯域を特定する機能を有している。
評価処理部２５ｂは、特定部２５ａが特定した周波数帯域における第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスに基づいて、第１等価回路モデル３０のＳＯＣ推定精度の評価に関する処理を行う機能を有している。
切替部２５ｃは、評価処理による評価結果に基づいて、蓄電池２のＳＯＣ推定値を求めるための推定処理に関する切り替えを行う機能を有している。より具体的に、切替部２５ｃは、出力装置９から出力すべき蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元を、第１推定部２３及び第２推定部２４のいずれかに切り替える機能を有している。
【００６４】
図７は、制御部２５が行う切替処理の一例を示すフローチャートである。
制御部２５の切替部２５ｃは、蓄電池２の状態管理を開始するとまず、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第１推定部２３を選択し、第１推定部２３にＳＯＣ推定値を出力装置９を通じて出力させる（ステップＳ１１）。
【００６５】
次いで、制御部２５は、第１推定部２３のＳＯＣ推定値の出力が開始されてから一定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。制御部２５は、一定期間が経過していないと判定すると、再度、ステップＳ１２の判定を行う。よって、制御部２５は、一定期間が経過するまでステップＳ１２の判定を繰り返す。
【００６６】
第１推定部２３のＳＯＣ推定値の出力を開始してから一定期間が経過したと判定すると（ステップＳ１２）、制御部２５は、特定部２５ａ及び評価処理部２５ｂに評価処理を実行させる（ステップＳ１３）。特定部２５ａ及び評価処理部２５ｂは、評価処理によって、第１推定部２３の第１等価回路モデル３０の妥当性、及び第２推定部２４の第２等価回路モデル４０の妥当性を判定する。なお、評価処理については、後に詳述する。
【００６７】
評価処理を終えると、制御部２５は、評価処理における第１等価回路モデル３０の判定結果が「妥当」か「妥当でない」かのいずれであるかを切替部２５ｃに判定させる（ステップＳ１４）。
切替部２５ｃは、第１等価回路モデル３０の判定結果が「妥当」であったと判定すると（ステップＳ１４）、ステップＳ１１に戻る。よって、この場合、切替部２５ｃは、現段階で蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第１推定部２３を選択している場合、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第１推定部２３を維持し、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第２推定部２４を選択している場合、第１推定部２３に切り替える。
その後、一定期間が経過すると（ステップＳ１２）、制御部２５は、特定部２５ａ及び評価処理部２５ｂに評価処理を再度実行させる（ステップＳ１３）。
【００６８】
一方、評価処理における第１等価回路モデル３０の判定結果が「妥当でない」であったと判定すると（ステップＳ１４）、切替部２５ｃは、ステップＳ１５へ進み、評価処理における第２等価回路モデル４０の判定結果が「妥当」か「妥当でない」かのいずれであるかを判定する（ステップＳ１５）。
【００６９】
切替部２５ｃは、第２等価回路モデル４０の判定結果が「妥当」であったと判定すると（ステップＳ１５）、ステップＳ１７に進む。
切替部２５ｃは、ステップＳ１７に進むと、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第２推定部２４を選択し、第２推定部２４にＳＯＣ推定値を出力装置９を通じて出力させ（ステップＳ１７）、ステップＳ１２に戻る。よって、この場合、切替部２５ｃは、現段階で蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第１推定部２３を選択している場合、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元を第１推定部２３から第２推定部２４に切り替え、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第２推定部２４を選択している場合、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第２推定部２４を維持する。
その後、一定期間が経過すると（ステップＳ１２）、制御部２５は、特定部２５ａ及び評価処理部２５ｂに評価処理を再度実行させる（ステップＳ１３）。
【００７０】
第２等価回路モデル４０の判定結果が「妥当でない」であったと判定すると（ステップＳ１５）、切替部２５ｃは、ステップＳ１６に進み、評価処理において求められる第１等価回路モデル３０における誤差Ｅが、評価処理において求められる第２等価回路モデル４０における誤差Ｅよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１６）。
【００７１】
ここで、第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）における誤差Ｅとは、後に説明する評価処理において算出される値であり、取得した蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、現在ＳＯＣの推定に用いている第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）の交流インピーダンスとの間の差分の平均値である。
この誤差Ｅは、後述するように、より小さければＳＯＣの推定精度が高くなることを示している。
【００７２】
よって、切替部２５ｃは、ステップＳ１６において、第１等価回路モデル３０における誤差Ｅが、第２等価回路モデル４０における誤差Ｅよりも小さいと判定すると（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻る。よって、この場合、切替部２５ｃは、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第１推定部２３を選択し、第１推定部２３にＳＯＣ推定値を出力させる。
【００７３】
一方、ステップＳ１６において、第１等価回路モデル３０における誤差Ｅが、第２等価回路モデル４０における誤差Ｅよりも小さくないと判定すると（ステップＳ１６）、ステップＳ１７に進む。この場合、切替部２５ｃは、蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元として第２推定部２４を選択し、第２推定部２４にＳＯＣ推定値を出力させ、ステップＳ１２に戻る。
【００７４】
これにより、切替部２５ｃは、両モデル３０，４０の判定結果が共に「妥当でない」であったとしても、第１推定部２３及び第２推定部２４の内、誤差Ｅが少ない等価回路モデルを用いる推定部を選択することで、できるだけＳＯＣ推定値の精度を維持する。
【００７５】
以上のように、制御部２５は切替処理の中で一定期間ごとに評価処理を行い、その評価結果に基づいて、出力装置９から出力すべき蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元を、第１推定部２３及び第２推定部２４のいずれか一方を選択して切り替える。
なお、ステップＳ１２における一定期間は、蓄電池２のＳＯＣ推定値を求める際における両モデル３０，４０の評価の必要性に応じて、一定の頻度となるように設定される。
【００７６】
〔評価処理について〕
図８は、図７中の評価処理の一例を示すフローチャートである。なお、図８では、第１推定部２３が用いる第１等価回路モデル３０の評価を行う場合を例示するが、第２推定部２４が用いる第２等価回路モデル４０の評価についても同様である。
【００７７】
制御部２５は、まず、蓄電池２の温度、第１推定部２３が求めた現在のＳＯＣ推定値、及びＳＯＣ推定値を求めるために用いたモデルパラメータの推定値を取得する（ステップＳ２１）。
【００７８】
次いで、制御部２５は、特定部２５ａに、蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換することで、蓄電池２から充放電された電流に対応する周波数帯域を特定させる（ステップＳ２２）。
特定部２５ａは、例えば、過去一定期間における蓄電池２の入力電流値を示す測定データに対して高速フーリエ変換を行い、蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換する。
【００７９】
図９（ａ）は、蓄電池２の入力電流値の経時変化の一例を示すグラフである。図９（ａ）中、縦軸は蓄電池２の入力電流値を示している。縦軸の入力電流値は、マイナスを示している。つまり、図９（ａ）は、放電時の入力電流値を示している。また、横軸は時間を示している。
【００８０】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換した結果の一例を示すグラフである。
図９（ｂ）を見ると、０．０３Ｈｚ、及び０．０７Ｈｚにおいて大きなピークが存在している。これより、図９（ａ）に示す蓄電池２の入力電流値の経時変化における周波数成分には、０．０３Ｈｚ、及び０．０７Ｈｚ近傍の周波数成分が他の周波数成分と比較して多く含まれていることが判る。
【００８１】
特定部２５ａは、蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換したときの周波数成分の内、予め設定された閾値よりも高い値となっている周波数成分の帯域を、蓄電池２から放電された電流に対応する周波数帯域（以下、特定周波数帯域ともいう）として特定する。
例えば、前記閾値が「５００」と設定されている場合に、図９（ｂ）に示す結果が得られたとすると、特定部２５ａは、図９（ｂ）中、第１帯域ｈ１（約０．０３Ｈｚから０．０４Ｈｚ）及び第２帯域ｈ２（約０．０６Ｈｚから０．０８Ｈｚ）を、特定周波数帯域として特定する。
【００８２】
なお、特定周波数帯域を特定するための閾値は、例えば、蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換したときの周波数成分の内、特定周波数帯域の成分が他の周波数帯域の成分よりも明らかに多く含まれていると判断しうる値に設定される。
【００８３】
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）では、放電時における蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換し特定周波数領域を特定した場合を示したが、特定部２５ａは、充電時における蓄電池２の入力電流値の経時変化についても同様に周波数領域に変換し、蓄電池２に充電された電流に対応する特定周波数帯域を特定する。
【００８４】
図８に戻って、特定部２５ａが特定周波数帯域を特定すると、制御部２５は、評価処理部２５ｂに、測定値データベース２２を参照させ、当該測定値データベース２２に登録されている交流インピーダンスの測定値の中から必要な交流インピーダンスの測定値を取得させる（ステップＳ２３）。
【００８５】
図１０は、測定値データベース２２の一例を示す図である。
測定値データベース２２には、交流インピーダンス法によって実際に測定した蓄電池２の交流インピーダンスの測定値が登録されている。
図１０に示すように、測定値データベース２２には、複数の交流インピーダンスの測定値が、ＳＯＣ、蓄電池の温度、及び交流インピーダンス法において印加する交流信号の周波数に対応付けて登録されている。
ＳＯＣについては、例えば、０％、１０％、２０％・・・１００％というように、１０％おきに１１水準の値が設定される。
蓄電池２の温度については、例えば、０度、５度、１０度・・・４５度というように、５度おきに１０水準の値が設定される。
交流インピーダンスの測定の際に印加される交流信号の周波数については、０．０１Ｈｚから、３０００Ｈｚの間で、所定数の水準の値が設定される。
【００８６】
なお、交流インピーダンスとは、交流インピーダンス法等により交流信号が印加された状態でのインピーダンスを意味する。本実施形態では、蓄電池２が電流を充電又は放電するように所定周波数の交流信号を印加したときのインピーダンスを指す。
【００８７】
評価処理部２５ｂは、測定値データベース２２を参照し、現在の蓄電池２の温度及びＳＯＣ推定値に対応する交流インピーダンスの測定値を特定する。現在の蓄電池２の温度及びＳＯＣ推定値に一致する値が測定値データベース２２にない場合、最も近い値に対応付けられている交流インピーダンスの測定値を特定する。
さらに、評価処理部２５ｂは、特定した、現在の蓄電池２の温度及びＳＯＣ推定値に対応する交流インピーダンスの測定値の内、印加された交流信号（印加交流信号）の周波数が特定周波数帯域内である交流インピーダンスの測定値を取得する（ステップＳ２３）。
印加交流信号の周波数が特定周波数帯域（第１帯域ｈ１及び第２帯域ｈ２）内である交流インピーダンスの測定値が複数存在する場合、評価処理部２５ｂは、それらすべてを取得する。
【００８８】
図８に戻って、必要な交流インピーダンスの測定値を取得した評価処理部２５ｂは、下記式（１２）に基づいて、取得した蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、現在ＳＯＣの推定に用いている第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの誤差Ｅを算出する（ステップＳ２４）。
【００８９】
【数１３】
2019016528.tif 000015
【００９０】
上記式（１２）中、ω１，ω２，・・・ωｐは、ステップＳ２３で取得した蓄電池２の交流インピーダンスの測定値それぞれに対応する印加交流信号の周波数を示している。
Ｚ（ωｋ）は、印加交流信号の周波数がωｋであるときの交流インピーダンスの測定値を示している。つまり、Ｚ（ω１），Ｚ（ω２），・・・Ｚ（ωｐ）は、ステップＳ２３で取得した蓄電池２の交流インピーダンスの測定値を示している。
また、Ｚｅｓｔｉｍａｔｅｄ（ωｋ）は、印加交流信号の周波数がωｋであるときの第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスを示している。なお、評価処理部２５ｂは、現在のモデルパラメータを用いて第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスを求める。
【００９１】
よって、評価処理部２５ｂは、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、当該蓄電池２の交流インピーダンスの測定値に対応する印加交流信号の周波数と同じ周波数における第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分を複数求め、これら複数の差分の平均を誤差Ｅとして求める。
【００９２】
図１１は、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの関係の一例を示したＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットを示す図である。
図１１中、横軸はインピーダンスの実数成分を示し、縦軸はインピーダンスの虚数成分を示している。
図１１では、ＳＯＣが５０％、温度が約２５度である蓄電池２における交流インピーダンスの測定値が複数の黒塗り丸印及び実線で示されている。複数の黒塗り丸８印が示す交流インピーダンスの測定値は、それぞれ異なる印加交流信号の周波数に対応している。
なお、ここで、第１推定部２３、第２推定部２４、及び制御部２５により処理が行われる際のサンプル周期Δｔは、例えば、１秒に設定されている。
【００９３】
また、図１１中、破線は第１推定部２３が第１推定処理で用いる第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスを示している。第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスは、周波数の変化に応じた連続曲線で表される。
さらに、図１１中、一点鎖線は、第１推定部２３がモデルパラメータに固定値を用いた処理（比較推定処理）で用いる第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスを示している。
【００９４】
各線図上の白抜き丸印は、印加交流信号の周波数が０．０８Ｈｚのときの交流インピーダンスの値を示している。例えば、特定周波数帯域が図９に示す帯域である場合、白抜き丸印は、特定周波数帯域付近の値を示している。
また、各線図上のバツ印は、各線図における印加交流信号の周波数が０．５Ｈｚ（サンプル周波数におけるナイキスト周波数）のときの交流インピーダンスの値を示している。
【００９５】
図１１において、第１推定処理で用いる第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスを表す破線上の白抜き丸印５２が、交流インピーダンスの測定値を表す実線上の白抜き丸印５１に近似すればするほど、特定周波数帯域におけるモデルパラメータが精度よく推定されていると言え、ＳＯＣの推定精度も高くなると判断できる。
【００９６】
比較推定処理では、モデルパラメータに固定値を用いるため、モデルパラメータを逐次最小２乗法で推定しながらＳＯＣを推定する第１推定処理と比較して、ＳＯＣの推定精度が低く現れる。
ここで、図１１において、比較推定処理で用いる第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスを表す一点鎖線上の白抜き丸印５３と白抜き丸印５１との間の値の関係と、白抜き丸印５２と白抜き丸印５１との間の値の関係とを比較すると、実数成分及び虚数成分の両方において、白抜き丸印５２と白抜き丸印５１との間の値の関係の方が、白抜き丸印５３と白抜き丸印５１との間の値の関係よりも近似している。
【００９７】
これは、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、当該蓄電池２の交流インピーダンスの測定値に対応する印加交流信号の周波数と同じ周波数での第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分がより小さければ、ＳＯＣの推定精度が高くなることを示している。
【００９８】
上記より、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分を、ＳＯＣの推定精度の評価に用いることができることが判る。
そこで、評価処理部２５ｂは、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分を求め、これら差分の平均を誤差Ｅとして求める。
【００９９】
図８に戻って、誤差Ｅを求めると、評価処理部２５ｂは、誤差Ｅが予め設定された閾値δよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２５）。
誤差Ｅが閾値δよりも小さいと判定する場合、評価処理部２５ｂは、現在ＳＯＣの推定に用いている第１等価回路モデル３０の評価結果を「妥当」として処理を終える（ステップＳ２６）。
一方、誤差Ｅが閾値δ以上と判定する場合、評価処理部２５ｂは、現在ＳＯＣの推定に用いている第１等価回路モデル３０の評価結果を「妥当でない」として処理を終える（ステップＳ２７）。
【０１００】
上述のように、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、当該蓄電池２の交流インピーダンスの測定値に対応する印加交流信号の周波数と同じ周波数における第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分によって、ＳＯＣの推定精度を評価することができる。よって、閾値δは、例えば、ＳＯＣの推定精度を許容範囲内に維持することができる値に設定される。これにより、評価処理部２５ｂは、ＳＯＣの推定精度を許容範囲内に維持できる場合には、第１等価回路モデル３０の評価結果を「妥当」とし、ＳＯＣの推定精度を許容範囲内に維持できない場合には、第１等価回路モデル３０の評価結果を「妥当でない」とすることができる。
【０１０１】
以上のように、評価処理部２５ｂは、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、当該蓄電池２の交流インピーダンスの測定値に対応する印加交流信号の周波数と同じ周波数における第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとを比較することで、第１等価回路モデル３０のＳＯＣの推定精度の評価を行う。
【０１０２】
上記構成の制御装置８（の制御部２５）は、蓄電池２から充放電された電流に対応する特定周波数帯域における第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）の交流インピーダンスに基づいて、第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）の評価に関する処理を行う評価処理部２５ｂを備えることで、蓄電池２の第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）を評価する評価装置を構成している。
【０１０３】
本実施形態によれば、評価処理部２５ｂが、蓄電池２から充放電された電流に対応する周波数帯域における第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）の交流インピーダンスによって当該第１等価回路モデル３０（第２等価回路モデル４０）を評価するので、蓄電池２の出力特性に即した適切な評価を行うことができる。
また、評価処理部２５ｂは、蓄電池２の交流インピーダンスの実際の測定値と、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとを比較し評価するので、より適切な評価を行うことができる。
【０１０４】
〔その他〕
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、蓄電池２としてリチウムイオン電池を用いた場合を示したが、他の種類の蓄電池に対しても本実施形態の蓄電池管理装置３は適用可能である。
【０１０５】
また、上記実施形態では、評価処理部２５ｂが、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、当該蓄電池２の交流インピーダンスの測定値に対応する印加交流信号の周波数と同じ周波数における第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分を複数求め、これら複数の差分の平均である誤差Ｅに基づいて第１等価回路モデル３０の評価を行う場合を例示した。
これに対して、例えば、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、当該蓄電池２の交流インピーダンスの測定値に対応する印加交流信号の周波数と同じ周波数における第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとの間の差分をひとつだけ求め、この差分に基づいて第１等価回路モデル３０の評価を行ってもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態では、蓄電池２の入力電流値の経時変化を周波数領域に変換したときの周波数成分の内、予め設定された閾値よりも高い値となっている周波数成分の帯域を、特定周波数帯域として特定するように構成したが、特定周波数帯域は、図９で示したように、複数の帯域を含んでいてもよいし、１つの帯域のみを含んでいてもよい。さらに、特定周波数帯域は、１つの周波数のみを含んでいてもよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、蓄電池２の交流インピーダンスの測定値と、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスとを比較し評価した場合を例示したが、例えば、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンスと、第２等価回路モデル４０の交流インピーダンスとを比較し評価してもよい。この場合、予め設定されたある基準値に対して、第１等価回路モデル３０の交流インピーダンス及び第２等価回路モデル４０の交流インピーダンスのいずれが近似しているかによって評価することができる。
【０１０８】
また、上記実施形態では、第１推定部２３及び第２推定部２４が、平行して互いに異なる等価回路モデルを用いて第１推定処理及び第２推定処理を行い、等価回路モデルの評価に応じて、切替部２５ｃが出力装置９から出力すべき蓄電池２のＳＯＣ推定値の出力元を、第１推定部２３及び第２推定部２４のいずれかに切り替えるように構成した場合を例示した。
これに対して、より多数の推定部にＳＯＣの推定処理を平行して実行させ、その中のいずれかに切り替えるように構成してもよい。
また、第１推定部２３だけにＳＯＣの推定処理を実行させ、等価回路モデルの評価に応じて、第１推定部２３が用いる第１等価回路モデル３０を他の等価回路モデルに置き換えるように構成してもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態では、第１等価回路モデル３０と、第２等価回路モデル４０とは、モデルパラメータが異なるが、モデルを構成する素子の構成は同じとした場合を例示したが、例えば、一方の等価回路モデルを第１等価回路モデル３０と同様の構成とし、他方の等価回路モデルを、ＲＣ回路を追加２つ直列に接続した構成としてもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態では、等価回路モデルの評価に応じて、それまで蓄電池２のＳＯＣ推定値を求めるために用いていた等価回路モデルを、他の等価回路モデルに切り替えるように構成した場合を例示したが、例えば、第１推定部２３が行う第１推定処理（逐次最小２乗法と拡張カルマンフィルタとを用いた推定処理）と、第１推定処理とは異なる他のＳＯＣの推定処理との間で切り替えるように構成してもよい。なお、第１推定処理とは異なる他のＳＯＣの推定処理としては、電流積算法や、出力電圧法、内部抵抗法等を採用することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１  蓄電池システム
２  蓄電池
３  蓄電池管理装置
４  両端端子
５  電流センサ
６  電圧センサ
７  温度センサ
８  制御装置
９  出力装置
２０  処理装置
２１  記憶装置
２２  測定値データベース
２３  第１推定部
２３ａ  パラメータ推定部
２３ｂ  蓄電残量推定部
２４  第２推定部
２５  制御部
２５ａ  特定部
２５ｂ  評価処理部
２５ｃ  切替部
３０  第１等価回路モデル
３１  電源
３２  抵抗素子
３３  ＲＣ回路
３３ａ  抵抗素子
３３ｂ  キャパシタ
４０  第２等価回路モデル
４１  電源
４２  抵抗素子
４３  ＲＣ回路
４３ａ  抵抗素子
４３ｂ  キャパシタ
【図１】
2019016528.tif 000016
【図２】
2019016528.tif 000017
【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】
2019016528.tif 000023
【図９】
2019016528.tif 000024
【図１０】
2019016528.tif 000025
【図１１】
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