(57)【要約】      （修正有）【課題】カルマンフィルタを用いた二次電池の残量推定方法及び装置において、簡易な等価回路モデルを利用して高精度なＳＯＣ推定を実現し、経済性及び信頼性の向上を図る。【解決手段】直近の過去３分間を判定期間として、演算処理部が判定期間の電流値を積算する。そして、電流積算値がＳＯＣ変化幅で２．５％以上であれば、演算処理部はカルマンゲインＧｋを「０」としてカルマンフィルタは無効とする。この時は、演算処理部は、ＳＯＣ変化幅に、前回のＳＯＣ推定値に加えることで、今回のＳＯＣ推定値を求める。また、電流積算値がＳＯＣ変化幅で２．５％未満であれば、演算処理部はカルマンゲインＧｋを「１」としてカルマンフィルタ方式によるＳＯＣ推定を行う。【選択図】図６
2015038444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池セルの電流を計測する電流計測ステップと、
前記二次電池セルの電圧を計測する電圧計測ステップと、
前記二次電池セルの温度を計測する温度計測ステップと、
前記電流計測ステップ、前記温度計測ステップ及び前記電圧計測ステップにて計測した各計測値を入力し前記二次電池セルの等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって前記二次電池セルの残量を推定する残量推定ステップと、を含む二次電池の残量推定方法において、
過去一定期間における前記二次電池セルの電流値を積算して電流積算値を求める電流値積算ステップと、
前記電流積算値の大きさに応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御ステップ、を含むことを特徴とする二次電池の残量推定方法。
【請求項２】
前記二次電池セルにおける電流値の積算値の絶対値が予め定められた規定値以上である場合に、前記カルマンゲインを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残量推定方法。
【請求項３】
前記二次電池セルにおける電流値の積算値の絶対値が予め定められた規定値以上である場合に、前記カルマンゲインをゼロとし、電流値積算によるＳＯＣ変化分から二次電池のＳＯＣを推定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の残量推定方法。
【請求項４】
二次電池セルの電流を計測する電流計測ステップと、
前記二次電池セルの電圧を計測する電圧計測ステップと、
前記二次電池セルの温度を計測する温度計測ステップと、
前記電流計測ステップ、前記温度計測ステップ及び前記電圧計測ステップにて計測した各計測値を入力し前記二次電池セルの等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって前記二次電池セルの残量を推定する残量推定ステップと、を含む二次電池の残量推定方法において、
前記電流計測値に対するデジタルフィルタ出力値を求めるデジタルフィルタ出力値算出ステップと、
前記デジタルフィルタ出力値の大きさに応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御ステップ、を含むことを特徴とする二次電池の残量推定方法。
【請求項５】
前記二次電池セルにおける電流値に対するデジタルフィルタ出力値の絶対値が予め定められた規定値以上である場合に、前記カルマンゲインを小さくすることを特徴とする請求項４に記載の二次電池の残量推定方法。
【請求項６】
前記二次電池セルにおける電流値に対するデジタルフィルタ出力値の絶対値が予め定められた規定値以上である場合に、前記カルマンゲインをゼロとし、電流値積算によるＳＯＣ変化分から二次電池のＳＯＣを推定することを特徴とする請求項４に記載の二次電池の残量推定方法。
【請求項７】
所定の判定期間中の充電電流または放電電流の履歴に基づき、充電電流及び放電電流が均衡状態にあるのか、もしくは、充電電流または放電電流の一方向だけに偏った不均衡状態にあるのかを判定する判定ステップを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池の残量推定方法。
【請求項８】
二次電池セルの電流を計測する電流計測部と、
前記二次電池セルの電圧を計測する電圧計測部と、
前記二次電池セルの温度を計測する温度計測部と、
前記電流計測部、前記温度計測部及び前記電圧計測部にて計測した各計測値を入力し前記二次電池セルの等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって前記二次電池セルの残量を推定する残量推定部と、を備えた二次電池の残量推定装置において、
過去一定期間における前記二次電池セルの電流値を積算して電流積算値を求める電流値積算部と、
前記電流積算値の大きさに応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御部、を有することを特徴とする二次電池の残量推定装置。
【請求項９】
二次電池セルの電流を計測する電流計測部と、
前記二次電池セルの電圧を計測する電圧計測部と、
前記二次電池セルの温度を計測する温度計測部と、
前記電流計測部、前記温度計測部及び前記電圧計測部にて計測した各計測値を入力し前記二次電池セルの等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって前記二次電池セルの残量を推定する残量推定部と、を備えた二次電池の残量推定装置において、
前記電流計測値に対するデジタルフィルタ出力値を求めるデジタルフィルタ出力値算出部と、
前記デジタルフィルタ出力値の大きさに応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御部、を有することを特徴とする二次電池の残量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カルマンフィルタを応用した二次電池の残量推定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、電気自動車やハイブリッド自動車等の移動体や、携帯機器等に搭載されるものから、電力需要の変動抑制やピークシフト等に使われるものまで、様々な用途に利用されている。また、太陽光や風力といった自然エネルギーによる発電システムでは、発電量の変動抑制を目的として二次電池が用いられている。
【０００３】
こうした二次電池において、その容量を最大限に有効活用するためには、任意時点における二次電池の残量（State of Charge、以下、ＳＯＣとする）を正確に推定する必要がある。ＳＯＣの推定技術には各種の方法が提案されているが、その基本はＳＯＣの絶対値を求めることである。ＳＯＣの絶対値を求める場合、開回路電圧（Open Circuit Voltage、以下、ＯＣＶとする）、または二次電池の満充電状態或いは完放電状態（以下、満充電／完放電とする）の利用が一般的である。
【０００４】
しかし、二次電池のアプリケーションによっては、ＯＣＶや満充電／完放電を利用できないケースも存在する。例えば、風力発電システム等で変動抑制を目的として使用する二次電池では、電流ゼロの状態を一定期間（例えば１０分以上）継続する保証がないので、ＯＣＶを利用することができない。また、風力発電システム等では二次電池が満充電／完放電に確実に至ることも期待できない。
【０００５】
こうしたケースを初めとして、ＳＯＣの中間領域で充放電が頻繁に切替わる二次電池では、ＯＣＶや満充電／完放電を利用することができず、ＳＯＣの絶対値の算出が困難である。そこで、電流値を積算することにより、所定期間におけるＳＯＣ変化分を把握し、ＳＯＣ変化分から二次電池のＳＯＣを推定する電流積算方式が知られている。
【０００６】
ＳＯＣの中間領域で充放電を繰り返す二次電池であっても、二次電池の稼働の開始前にはＯＣＶは利用可能なので、まずは二次電池の稼働の開始前にＯＣＶを利用してＳＯＣ初期値を求めておく。その上で、電流積算方式では、１処理周期当たりの電流値を積算してＳＯＣ変化分を求め、ＳＯＣ初期値にＳＯＣ変化量を足していくことでＳＯＣを推定する。
【０００７】
以上の電流積算方式は、電流積算により求めたＳＯＣ変化分を使ってＳＯＣを推定する方法なので、この方式を長期間実施すると、積算誤差が増大してしまう。したがって、電流積算方式のＳＯＣ推定方法では、周期的にＳＯＣ推定誤差をリセットすることが重要である。
【０００８】
ところが、ＳＯＣ推定誤差のリセットに際しては、リセット時点でのＳＯＣ絶対値を定義する必要がある。つまり、ＯＣＶや満充電／完放電の利用が困難な二次電池であっても、何らかの方法で、ＳＯＣ絶対値を求めなくてはならない。例えば、電流ゼロの状態を一定期間継続させるなどして、ＯＣＶの利用可能状態を強制的に作り出すほかない。したがって、稼動中の二次電池を一時的に休止させなくてはならず、稼動率の低下が問題となる。
【０００９】
以上の問題に対応する方法として、カルマンフィルタを応用した二次電池のＳＯＣ推定方法が提案されている（例えば特許文献１等）。このＳＯＣ推定方法では、等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって二次電池セル挙動のシミュレーションを行い、ある時点での観測可能なパラメータ（電圧など）の予測値を求める。また、前記予測値が予測した時点での実際の計測値を計測する。そして、予測値が実測した計測値と合うように、予測の前提とした内部パラメータ（ＳＯＣなど）を修正していくことで、ＳＯＣの推定値を連続的に更新する。
【００１０】
つまり、カルマンフィルタ方式のＳＯＣ推定方法においては、予測値を求めるという“予測”と、誤差修正による推定値の“更新”とを繰り返すことにより、ＯＣＶや満充電／完放電を利用することなく、ＳＯＣの推定値を安定して得ている。そのため、充放電の強制的な休止は不要であり、二次電池の稼動効率を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００８−５４６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、カルマンフィルタ方式のＳＯＣ推定方法では、カルマンフィルタで利用する等価回路モデルの精度自体が、推定精度を決定する。等価回路モデルの精度はモデル自体の特性パラメータに依存することが知られている。ここで、特性パラメータがモデルの精度に与える影響について、リチウムイオン電池セルの代表的な等価回路モデルを用いて具体的に説明する。
【００１３】
図９に示すように、等価回路モデルは、電圧源であるＯＣＶ生成部１１と、このＯＣＶ生成部１１に直列接続されたＲｓ生成部１２を有している。さらに、等価回路モデルは、ＯＣＶ生成部１１及びＲｓ生成部１２に対して時定数部１３を直列接続している。時定数部１３は、一次遅れの時定数を構成する抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との並列部からなる。
【００１４】
等価回路モデルの構成部品であるＯＣＶ、Ｒｓ、Ｒ１、Ｃ１の特性パラメータは、二次電池セルのＳＯＣと温度によって変化する。すなわち、各特性パラメータは、
開回路電圧ＯＣＶ＝ＯＣＶ（ＳＯＣ、Ｔｅｍｐ）
直列抵抗  Ｒｓ  ＝Ｒｓ（ＳＯＣ、Ｔｅｍｐ）
時定数部抵抗Ｒ１＝Ｒ１（ＳＯＣ、Ｔｅｍｐ）
時定数部容量Ｃ１＝Ｃ１（ＳＯＣ、Ｔｅｍｐ）
と表現することができる。
【００１５】
これらの特性パラメータのうち、ＯＣＶは静的な特性パラメータであり、電流がゼロの期間を適切に確保すれば高精度にパラメータ同定することが可能でなる。したがって、等価回路モデルによる二次電池セル挙動のシミュレーションがＯＣＶに主に依存している状態では、高い精度でパラメータ同定を行うことができる。この場合、予測値と計測値との誤差は小さくなり、等価回路モデルは高い精度を発揮することができる。
【００１６】
一方、他の３つの特性パラメータＲｓ、Ｒ１、Ｃ１は過渡応答特性に対応しており、動的な特性に関係するものである。そのうえ、一次遅れの等価回路モデルは二次電池セルの簡易的な近似でしかない。このため、ＯＣＶと比較すると、Ｒｓ、Ｒ１、Ｃ１はパラメータ同定の誤差が大きくなる。
【００１７】
したがって、等価回路モデルによる二次電池セル挙動のシミュレーションが、Ｒｓ、Ｒ１、Ｃ１に主に依存している状態では、予測値と計測値との誤差が大きくなって、等価回路モデルの精度は低下してしまう。等価回路モデルの精度が低いと、カルマンフィルタにおけるパラメータ同定の誤差、すなわちカルマンフィルタ誤差が増大して、ＳＯＣ推定精度の低下を招いた。
【００１８】
この問題点を回避するために従来では、カルマンフィルタ誤差を縮小化すべく、複雑で高度な電池モデルを構築することが要求されている。その結果、電池モデルの開発が困難化するだけではなく、ＳＯＣ推定実行時の処理負荷が増大し、コスト高騰の要因となっていた。
【００１９】
本発明の実施形態は、以上のような課題を解決するために提案されたものであり、カルマンフィルタを用いた二次電池の残量推定方法及び装置において、簡易な等価回路モデルを利用して高精度なＳＯＣ推定を実現し、経済性及び信頼性の向上を図った二次電池の残量推定方法及びその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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、
（Ａ）二次電池セルの電流を計測する電流計測ステップと、
（Ｂ）前記二次電池セルの電圧を計測する電圧計測ステップと、
（Ｃ）前記二次電池セルの温度を計測する温度計測ステップと、
（Ｄ）前記電流計測ステップ、前記温度計測ステップ及び前記電圧計測ステップにて計測した各計測値を入力し前記二次電池セルの等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって前記二次電池セルの残量を推定する残量推定ステップと、を含む二次電池の残量推定方法において、
（Ｅ）過去一定期間における前記二次電池セルの電流値を積算して電流積算値を求める電流値積算ステップと、
（Ｆ）前記電流積算値の大きさに応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御ステップ、を含むことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の実施形態は、上記の（Ａ）〜（Ｄ）のステップを含む二次電池の残量推定方法において、
（Ｇ）前記電流計測値に対するデジタルフィルタ出力値を求めるデジタルフィルタ出力値算出ステップと、
（Ｈ）前記デジタルフィルタ出力値の大きさに応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御ステップ、を含むことを特徴とするものである。
さらに、本発明の実施形態は、二次電池の残量推定装置もその一態様である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態のシステム構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態におけるカルマンゲインの制御について判定期間及びＳＯＣ変化幅との関係を示すためのグラフ。
【図３】第１の実施形態におけるカルマンゲインの制御例を示すグラフ。
【図４】第１の実施形態における充放電電流の履歴を示すグラフであり、（Ａ）は充放電電流の絶対値が小さく変動している場合、（Ｂ）は充放電電流の絶対値が大きく変動している場合、（Ｃ）は充放電電流の絶対値が大きく且つ充電方向に偏っている場合を示す。
【図５】第１の実施形態の計測処理に関する定周期処理フローチャート。
【図６】第１の実施形態のＳＯＣ推定処理に関する定周期処理フローチャート。
【図７】本発明の実施形態におけるカルマンゲインの制御例を示すグラフであり、（Ａ）はカルマンゲインを３段階以上に切替える場合、（Ｂ）は所定範囲ではカルマンゲインの値を固定し所定範囲を逸脱した段階でカルマンゲインを連続的に可変とした場合、（Ｃ）は全体的にカルマンゲインを連続的に可変とした場合を示す。
【図８】本発明の実施形態におけるカルマンゲインの制御について複数の例を示すグラフであり、（Ａ）は判定時間を３．６秒、基準となるＳＯＣ変化幅を０．０５％と設定した場合、（Ｂ）は判定時間を３０分とし、基準となるＳＯＣ変化幅を２５％と設定した場合を示す。
【図９】リチウムイオン電池の等価回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（１）第１の実施形態
以下、本発明に係る第１の実施形態の構成について図１〜図４を参照して説明する。第１の実施形態は、カルマンフィルタを応用した二次電池のＳＯＣ推定方法であり、この方法を実施するための装置に適用したものである。
【００２４】
（構成）
図１に示すように、二次電池セル１には、二次電池セル１の電圧を計測する電圧計測部２と、二次電池セル１の電流を計測する電流計測部３と、二次電池セル１の温度を計測する温度計測部４が設置されている。これらの計測部２、３、４には演算処理部５が接続されている。
【００２５】
演算処理部５には記憶部６と通信インターフェイス７が接続されている。記憶部６は、各計測部２、３、４が実測した各計測値や、演算処理部５の演算結果等を記憶する部分である。記憶部６には、二次電池セル１の等価回路モデルと、そのパラメータ群が記憶されている。通信インターフェイス７は、図示されないアプリケーションシステム側に二次電池セル１の電池情報等を送信するものである。
【００２６】
演算処理部５は、本実施形態の主要部であって、各計測部２、３、４から計測値を入力して演算処理を行い、等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによってＳＯＣの推定処理を担う残量推定部である。また、演算処理部５は、過去一定期間における二次電池セル１の電流値を積算して電流積算値を求める電流値積算部でもある。
【００２７】
電流積算値を求める演算処理部５では、所定期間の電流積算によるＳＯＣ変化分を把握可能である。そのため、演算処理部５では、電流積算によるＳＯＣ変化分に基づいてＳＯＣ推定も行うようになっている。つまり、演算処理部５は、ＳＯＣ推定を基本としながら、カルマンフィルタを併用したＳＯＣ推定を行っている。
【００２８】
さらに、演算処理部５は、電流積算値に応じてカルマンゲインを変化させるカルマンゲイン制御部の機能を果たしている。本実施形態では電流値を積算する期間を、判定期間と定義し、判定期間での電流積算によるＳＯＣ変化分を、ＳＯＣ変化幅と定義する。ここで図２を用いて、カルマンゲインの切替制御における判定期間及びＳＯＣ変化幅との関係について説明する。
【００２９】
図２に示すように、演算処理部５では、判定期間を直近の過去の３分間とし、カルマンゲイン制御の判定基準となるＳＯＣ変化幅を２．５％と設定する。なお、３分間でＳＯＣが２．５％変化する定電流値とは、６０分間あたりのＳＯＣ変化幅が５０％となり、Ｃレートで言えば０．５Ｃに相当する。
【００３０】
演算処理部５では、電流積算によるＳＯＣ変化分に基づいて判定期間におけるＳＯＣ変化幅を求め、演算処理部５は、求めたＳＯＣ変化幅が２．５％未満か否かを判定する。演算処理部５が、判定期間におけるＳＯＣ変化幅が２．５％未満であると判定すれば、カルマンフィルタを有効化してカルマンゲインを「１」にする。つまり、定期間におけるＳＯＣ変化幅が２．５％未満である範囲が、カルマンフィルタの有効範囲である。カルマンゲインを「１」に設定した場合、演算処理部５は等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによってＳＯＣの推定処理を行うことになる。
【００３１】
また、演算処理部５は、ＳＯＣ変化幅が２．５％以上であると判定すれば、カルマンフィルタを無効化してカルマンゲインを「０」に変化させる。カルマンゲインを「０」にした場合、演算処理部５はカルマンフィルタを用いることなく、二次電池の電流積算のみによってＳＯＣ変化分を求め、これに基づいて二次電池のＳＯＣを推定する。
【００３２】
上記のように、演算処理部５は、３分間のＳＯＣ変化幅２．５％を基準とし、カルマンゲインを「１」か「０」に制御する（図３のグラフ参照）。ここで、ＳＯＣ変化幅である３分間の電流積算値を、充放電電流の履歴として表すと、演算処理部５は、次のような充放電電流の履歴においてカルマンゲインを次の[1]あるいは[2]のように制御すると言える。
【００３３】
[1]電流積算値がＳＯＣの変化幅で２．５％未満である場合、二次電池セル１の充電量と放電量がほぼ均衡した履歴となり（図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す）、演算処理部５はカルマンゲインを「１」に制御する。なお、充電量と放電量が均衡しているかどうかが重要なのであって、充電量と放電量それぞれ単独の大きさによって制御が変わるわけではない。
【００３４】
すなわち、図４の（Ａ）のように充電量と放電量が互いに小さい状態でも、図４の（Ｂ）のように充電量と放電量が互いに大きい状態でも、充電量と放電量がほぼ均衡しているのであれば、ＳＯＣの変化幅は小さいことになる。このようにＳＯＣ変化幅が小さい場合、つまり、二次電池セル１が平均的に０．５Ｃ未満で充電と放電が均衡している場合には、演算処理部５はカルマンフィルタを適用して予測値と実測値との誤差修正を行う。
【００３５】
[2]電流積算値がＳＯＣの変化幅で２．５％以上である場合、二次電池セル１の充電量と放電量が充電方向または放電方向の片方に偏った履歴になり（図４の（Ｃ）に示す）、演算処理部５はカルマンゲインを「０」に制御する。このときも、充電量あるいは放電量の大きさは関係なく、充電か放電のどちらか一方だけが継続すれば、当然ながらＳＯＣ変化幅は大きくなる。このようにＳＯＣの変化幅が大きい場合、つまり二次電池セル１が連続充電あるいは連続放電しているような場合には、演算処理部５はカルマンフィルタを適用せず、電流積算によるＳＯＣ変化幅に基づいてＳＯＣ推定を行う。
【００３６】
（作用）
以上述べたように、第１の実施形態では、電流積算によるＳＯＣ変化幅に基づくＳＯＣ推定を基本としながら（上記[2]の場合）、電流積算値に応じてカルマンフィルタ方式すなわち電池モデルによる予測値と実測値との差に基づく誤差修正によるＳＯＣ推定（上記[1]の場合）を実施する。このようなＳＯＣ推定を行う演算処理部５の動作について、図５、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００３７】
図５、図６は定周期処理のフローチャートであり、例えば０．１秒毎に実行される。図５は二次電池セル１の計測処理を示している。すなわち、電圧計測部２は二次電池セル１の電圧値を計測し（電圧計測ステップＳ１）、電流計測部３は二次電池セル１の電流値を計測し（電流計測ステップＳ２）、温度計測部４は二次電池セル１の温度を計測する（温度計測ステップＳ３）。演算処理部５は、電圧計測部２から電圧計測値を、電流計測部３から電流計測値を、温度計測部４から温度計測値を、それぞれ読込み（ステップＳ４）、これら計測値にタイムスタンプを付して記憶部６に記憶する（ステップＳ５）。
【００３８】
次に、図６は二次電池セル１のＳＯＣ推定処理を示している。図６中のステップＳ１１〜Ｓ１３が、電流積算方式によるＳＯＣ推定部分である。なお、現時点のＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ）を求める場合、演算処理部５は直近の過去に求めたＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ−１）を持つことを前提とする。
【００３９】
演算処理部５は、電流計測部３から取り込んだ電流計測値に基づいて、最新の過去１処理周期間における平均電流値Ｉ（ｎ）を求める（ステップＳ１１）。続いて、平均電流値Ｉ（ｎ）に処理周期Ｔｓを掛け、二次電池セル１の容量Ｃで割ることで、前回のＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ−１）から、ＳＯＣ変化幅ΔＳＯＣを求める（ステップＳ１２）。このΔＳＯＣに、前回のＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ−１）に加えることによって、今回のＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ）を求める（ステップＳ１３）。
【００４０】
続いて、直近の過去３分間を判定期間として、演算処理部５が判定期間の電流値を積算する（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１５では、判定期間における電流積算値によるＳＯＣ変分つまりＳＯＣ変化幅が、２．５％未満か否かを判定し、２．５％以上であれば（ステップＳ１５でＹｅｓ）、演算処理部５はカルマンゲインＧｋを「０」とする（ステップＳ１６）。
【００４１】
また、電流積算値がＳＯＣ変化幅で２．５％未満であれば（ステップＳ１５でＮｏ）、演算処理部５はカルマンゲインＧｋを「１」とする（ステップＳ１７）。図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１４が電流値積算ステップ、ステップＳ１５〜Ｓ１７がカルマンゲイン制御ステップに当たる。
【００４２】
図５中のステップＳ１８、Ｓ１９がカルマンフィルタ方式によるＳＯＣ推定部分であり、カルマンゲインＧｋを「１」とした場合に（ステップＳ１７）、カルマンフィルタによる修正が行われる。カルマンゲインＧｋを「０」とした場合には（ステップＳ１６）、実質的にはカルマンフィルタによる修正は行わないので、この場合は、電流積算方式によってＳＯＣ推定を行う。つまり、カルマンフィルタ方式によるＳＯＣ推定は、カルマンゲインＧｋを「１」とした場合に限って行われる。
【００４３】
ステップＳ１８はカルマンフィルタにおける“予測”に当たる。すなわちステップＳ１８では、等価回路モデルを利用したカルマンフィルタによって、前回の電圧推定値Ｖ（ｎ−１）と、今回の電流計測値及び温度計測値から、二次電池セル１の挙動シミュレーションを行い、今回の電圧推定値Ｖｅ（ｎ）を予測する。
【００４４】
ステップＳ１９はカルマンフィルタにおける“更新”に相当する。すなわちステップＳ１９では、ステップＳ１８にて予測した今回の電圧推定値Ｖｅ（ｎ）と、実測した電圧計測値Ｖｍ（ｎ）との誤差に、カルマンゲインＧｋを乗じ、その値を、ＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ）から減算することで、ＳＯＣ推定値ＳＯＣ（ｎ）の修正を行っている。
【００４５】
以上のように、本実施形態においては、電流積算値から求めるＳＯＣ変化幅に応じてカルマンゲインを制御し、ＳＯＣ変化幅が２．５％未満であればカルマンフィルタを有効にしてＳＯＣ推定を行う。ＳＯＣ変化幅が２．５％未満であるとき、二次電池セル１の充電量と放電量はほぼ均衡した状態にある。
【００４６】
前述したように、ＯＣＶ以外のパラメータであるＲｓ、Ｒ１、Ｃ１は過渡応答特性に対応しており、その影響は充電側と放電側で相殺方向となる。このため、充電量と放電量がほぼ均衡した状態では、Ｒｓ、Ｒ１、Ｃ１のパラメータ値は殆どが相殺されることになり、二次電池セル１の挙動シミュレーションでは、ＯＣＶのパラメータ値が支配的となる。
【００４７】
ここで、二次電池セル１におけるＯＣＶ特性は、約３Ｖのセル電圧に対して誤差が±５ｍＶ、内部抵抗特性は約５ｍΩの抵抗値に対して誤差が±０．５ｍΩあるものと仮定する。この仮定は実測結果を参考に定めたもので、十分に妥当な値である。また、二次電池セル１のセル容量は２０Ａｈと仮定する。
【００４８】
このような仮定の下、０．５Ｃすなわち１０Ａの連続電流に対する内部抵抗による電圧降下の誤差は±５ｍＶとなり、内部抵抗誤差はＯＣＶ特性の誤差に相当する値となる。
【００４９】
したがって、３分間でＳＯＣ変化幅２．５％未満という充電と放電がほぼ均衡した状態では、等価回路モデルによるシミュレーションは主にＯＣＶに依存する。その結果、簡易的な等価回路モデルであっても、十分なシミュレーション精度を確保することができ、カルマンフィルタを効率よく効かせて、優れたＳＯＣ推定精度を得ることが可能である。
【００５０】
また、本実施形態においては、ＳＯＣ変化幅が３分間で２．５％以上であれば、カルマンフィルタを無効にして電流積算によるＳＯＣ推定を行う。ＳＯＣ変化幅が２．５％以上であるとき、二次電池セル１の充電量及び放電量のうち、一方が他方よりも格段に大きく偏った不均衡状態になり、長期にわたり連続充電状態あるいは連続放電状態が続くことになる。この場合、Ｒｓ、Ｒ１、Ｃ１のパラメータ値が充電側と放電側とで相殺される効果はそれ程期待できず、二次電池セル１の挙動シミュレーションでは、過渡応答特性に対応したＲｓ、Ｒ１、Ｃ１のパラメータ値が支配的となる。
【００５１】
つまり、ＳＯＣ変化幅が２．５％以上＝充電または放電の片方向の平均電流値が０．５Ｃ以上になると、カルマンフィルタにより算出される予測値と計測値との修正誤差は、大半が内部抵抗誤差によるものとなる。先ほど示した内部抵抗特性が約５ｍΩの抵抗値に対し誤差が±０．５ｍΩであるとした仮定に従えば、内部抵抗誤差による電圧誤差は±５ｍＶを超えることになる。しかも、電流値が増えれば、これに比例して、内部抵抗誤差はさらに増大する。
【００５２】
したがって、ＳＯＣ変化幅２．５％以上である連続充電や連続放電という状況では、パラメータ同定の誤差が大きくなって等価回路モデルの精度は低下してしまう。その結果、カルマンフィルタにおける適切な修正値が得られなくなる。このような状況がカルマンフィルタ誤差の増大を招くことになる。そこで本実施形態では、ＳＯＣ変化幅が２．５％以上で連続充電や連続放電になると、カルマンゲインを「０」にし、カルマンフィルタの適用を止めて電流積算方式を採用する。
【００５３】
（効果）
上述した本実施形態によれば、本実施形態では、充放電電流の履歴に応じて、電流積算方式と、カルマンフィルタ方式の両者の長所を選択的に利用しており、ＳＯＣ推定精度の向上を図っている。すなわち、等価回路モデルの誤差が小さいケースでは、カルマンフィルタを適用しカルマンフィルタ誤差の影響が小さい“修正動作”を実現する。
【００５４】
一方、等価回路モデルの誤差が増大するケースでは、カルマンフィルタを不適用にし、カルマンフィルタ誤差を縮小化してＳＯＣ推定精度の低下を防ぐことができる。したがって、簡易な等価回路モデルを利用して高精度なＳＯＣ推定を実現することが可能である。このため、電池モデル開発の困難化を回避することができ、ＳＯＣ推定実行時の処理負荷が増大する心配がない。その結果、コストを抑えることができ、優れた経済性及び信頼性を獲得することができる。
【００５５】
なお、充電または放電の不均衡状態が長時間継続すると、電流積算誤差の積算による誤差増大が懸念される。しかし、充電あるいは放電の方向が偏っていれば、電池容量は有限であることから、いずれは充電終止または放電終止に至る。そのため、充放電停止または均衡状態、或いは充電から放電への折り返し状態、若しくは放電から充電への折り返し状態が必ず来る。これらのうちのどの状態になるにせよ、あるタイミングでは充電量と放電量との均衡状態が必ず出現するので、充電または放電の不均衡が継続し続けることはあり得ない。
【００５６】
（２）他の実施形態
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、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。
【００５７】
例えば、カルマンゲインの可変制御としては、第１の実施形態ではカルマンゲインは「０」と「１」の２値としたが（図３参照）、両者とも０ではない２値としてもよいし、電流積算値に範囲に応じて３段階以上にカルマンゲインを切替えるようにしてもよい（図７の（Ａ）参照）。
【００５８】
また、電流積算値の所定範囲ではカルマンゲインの値を固定し、電流積算値が所定範囲を逸脱した段階でカルマンゲインを連続的に可変としてもよい（図７の（Ｂ）参照）。さらには、所定範囲でカルマンゲインの値を固定するのではなく電流積算値に応じて連続的にカルマンゲインを可変としてもよい（図７の（Ｃ）参照）。いずれの方法でも直近の過去一定期間の充放電量に偏りが小さいと、カルマンゲインを大きくし、少ないとカルマンゲインを小さくする効果を有する。
【００５９】
また、カルマンゲイン制御ステップでは、「過去の一定期間の電流積算値」に代えて、「電流計測値に対するデジタルフィルタ出力値」の大きさに応じて、カルマンゲインを変化させるようにしてもよい。デジタルフィルタ出力値としては具体的には、移動平均、一次遅れ、二次遅れ等を利用するとよい。
【００６０】
第１の実施形態では、カルマンゲインの切替制御の基準値となるＳＯＣ変化幅を２．５％としたが、この基準値は「仕様として謳うカルマンフィルタによるＳＯＣ推定誤差の許容値（以下、仕様誤差許容値）」の０．２〜１倍の範囲であることが望ましい。仕様誤差許容値の幅よりもＳＯＣ変化幅を狭く設定すれば、カルマンフィルタの有効範囲は当然ながら狭くなる。この場合は、カルマンフィルタの「効き」を仕様レベルよりもあえて悪くしたことになる。これは、カルマンフィルタが無効となる頻度を高めて、電流積算によりＳＯＣを推定する機会を確保するためである。
【００６１】
ただし、カルマンフィルタの有効範囲を制限するといっても、カルマンフィルタの有効範囲が狭くなり過ぎれば、カルマンフィルタによりＳＯＣ推定を実施する機会が極端に減り、電流積算方式だけでＳＯＣ推定は行う期間の比率が増加する。その結果、電流積算誤差が増大するリスクが顕著になる。そこで、ＳＯＣ変化幅は仕様誤差許容値の０．２倍以上にすることが好適である。
【００６２】
反対に、ＳＯＣ変化幅を大きくして仕様誤差許容値を超えると、カルマンフィルタの有効範囲が広くなり過ぎて、カルマンフィルタによるＳＯＣ推定しか実施しないことになる。その結果、等価回路モデルの精度が低い状態でもカルマンフィルタによるＳＯＣ推定を余儀なくされ、カルマンフィルタ誤差が増大するリスクが顕著になる。そこでＳＯＣ変化幅は最大でも、仕様誤差許容値の１倍以下として低精度に推定の影響が仕様誤差許容値を超えないうちに適用／不適用の判断を行うことが好適である。
【００６３】
また、ＳＯＣ変化幅だけではなく、判定時間に関しても適宜調整がなされる。すなわち、判定時間が短すぎれば、平均的にはＳＯＣ変化幅が殆どないにもかかわらず、判定期間におけるＳＯＣ変化幅が基準値を超えてしまいカルマンフィルタの有効範囲を逸脱してカルマンフィルタが無効になるおそれがある。
【００６４】
例えば、０．５Ｃに相当するといっても、判定時間を３．６秒、基準となるＳＯＣ変化幅を０．０５％と設定した場合を想定する（図８の（Ａ）参照）。このとき、基準となるＳＯＣ変化幅が０．０５％では、カルマンフィルタの有効範囲が小さすぎて、判定時間３．６秒におけるＳＯＣ変化幅が、カルマンフィルタの有効範囲に入ることが稀になる。その結果、カルマンフィルタは無効状態が常態となり、電流積算誤差が増大してしまう。
【００６５】
反対に、判定時間が長すぎれば、カルマンフィルタの有効範囲が大きくなって、判定時点で既にカルマンフィルタ誤差が発生してしまっていることがある。例えば、判定時間を３０分とし、基準となるＳＯＣ変化幅を２５％と設定した場合を想定する（図８の（Ｂ）参照、この場合も０．５Ｃ。）。このとき、基準となるＳＯＣ変化幅が２５％では、カルマンフィルタの有効範囲が大きすぎて、判定時間３０分間でのＳＯＣ変化幅が、カルマンフィルタの有効範囲から逸脱することが稀になる。その結果、カルマンフィルタは有効状態だけとなってカルマンフィルタ誤差が大きくなる。
【００６６】
そこで判定時間は、ＳＯＣ変化幅が仕様誤差許容値の範囲内に収まるように、適宜選定することにする。仕様誤差許容値は等価回路モデルの特性に依存するので、判定時間自体も等価回路モデルの特性に依存することになる。つまり、判定時間は、等価回路モデルの特性に応じて選定するものとする。
【符号の説明】
【００６７】
１…二次電池セル
２…電圧計測部
３…電流計測部
４…温度計測部
５…演算処理部
６…記憶部
７…通信インターフェイス
１１…ＯＣＶ生成部
１２…Ｒｓ生成部
１３…時定数部
【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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