(57)【要約】【課題】二次電池の残量を高精度に推定する電池残量推定装置、電池パック、蓄電装置、電動車両および電池残量推定方法を提供する。【解決手段】二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリと、前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路とを備え、前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリと、
前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路と
を備え、
前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する、電池残量推定装置。
【請求項２】
前記メモリは、前記分極電圧曲線に関する情報として、前記分極電圧曲線の形状を示す複数の代表的なパラメータが記憶され、
前記回路は、前記取得された二次電池の電流値及び温度に対応する前記複数の代表的なパラメータに基づいて前記分極電圧曲線を推定する構成の請求項１記載の電池残量推定装置。
【請求項３】
前記メモリは、前記複数の代表的なパラメータとして、前記分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が小さいとみなされる第１の曲線部分については、放電電流に比例する成分の比例係数及び定数の成分が記憶され、前記分極電圧曲線における前記電圧変化が大きいとみなされる第２の曲線部分については、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状を示すパラメータが記憶された請求項２記載の電池残量推定装置。
【請求項４】
前記メモリは、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状を示すパラメータとして、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状の特徴を示すパラメータが記憶された請求項３記載の電池残量推定装置。
【請求項５】
前記メモリは、前記分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の容量維持率にも対応付けて記憶された請求項１記載の電池残量推定装置。
【請求項６】
前記回路は、推定された前記二次電池の温度変化に基づいて前記残存電力量を推定する構成の請求項１記載の電池残量推定装置。
【請求項７】
前記回路は、通信によって取得された前記二次電池の電流情報及び温度情報に基づいて前記分極電圧曲線を取得する構成の請求項１記載の電池残量推定装置。
【請求項８】
二次電池と、
前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリ及び前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路を有する電池残量推定装置と
を備え、
前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する、電池パック。
【請求項９】
二次電池と、
前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリ及び前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路を有する電池残量推定装置と
を備え、
前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する構成であり、接続される電力消費装置に電力を供給する、蓄電装置。
【請求項１０】
二次電池と、
前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリ及び前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路を有する電池残量推定装置と、
前記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と
を備え、
前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する、電動車両。
【請求項１１】
取得された二次電池の電流値及び温度に対応する前記二次電池の分極電圧曲線を、前記二次電池の電流値及び温度に対応付けてメモリに記憶された前記分極電圧曲線に関する情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記二次電池の放電曲線を推定し、前記放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する電池残量推定方法。
【請求項１２】
前記二次電池の分極電圧曲線を実測し、実測された前記分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が大きいとみなされる部分を電荷量で微分することによって得られた形状を直線近似し、直線近似した形状を代表するパラメータを、前記分極電圧曲線に関する情報の一部として前記メモリに記憶させる請求項１１記載の電池残量推定方法。
【請求項１３】
前記直線近似した形状を代表するパラメータとして、前記直線近似した形状における端点又は節点に該当するパラメータを記憶させる請求項１２記載の電池残量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池残量推定装置、電池パック、蓄電装置、電動車両および電池残量推定方法に関する。より詳しくは、二次電池の残量を推定する電池残量推定装置、電池パック、蓄電装置、電動車両および電池残量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、二次電池の残量を推定する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、放電電圧と充放電量との関係を示す放電特性を記憶しておき、この放電特性と算出された積算充放電量とに基づいて現時点から放電終止電圧値までの放電可能容量である現容量を演算する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９５７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池の残量の推定は、二次電池の放電特性の温度および電流への依存性を考慮して高精度に行いたい。
【０００５】
本開示は、二次電池の残量を高精度に推定する電池残量推定装置、電池パック、蓄電装置、電動車両および電池残量推定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る電池残量推定装置は、二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリと、前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路とを備え、前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定するものである。
本開示における「曲線」は、直線部分を一切有しない曲がった線には限定されず、直線と曲線との結合、直線と直線との結合すなわち折れ線、または直線であってもよい。
前記メモリは、前記分極電圧曲線に関する情報として、前記分極電圧曲線の形状を示す複数の代表的なパラメータが記憶され、前記回路は、前記取得された二次電池の電流値及び温度に対応する前記複数の代表的なパラメータに基づいて前記分極電圧曲線を推定する構成であってもよい。
この場合、前記メモリは、前記複数の代表的なパラメータとして、前記分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が小さいとみなされる第１の曲線部分については、放電電流に比例する成分の比例係数及び定数の成分が記憶され、前記分極電圧曲線における前記電圧変化が大きいとみなされる第２の曲線部分については、前記第２の曲線部分を電荷量で微分して得られる形状を示すパラメータが記憶されたものであってもよい。
この場合、前記メモリは、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状を示すパラメータとして、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状の特徴を示すパラメータが記憶されたものであってもよい。
または、前記メモリは、前記分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の容量維持率にも対応付けて記憶されたものであってもよい。
もしくは、前記回路は、推定された前記二次電池の温度変化に基づいて前記残存電力量を推定してもよい。
あるいは、前記回路は、通信によって取得された前記二次電池の電流情報及び温度情報に基づいて前記分極電圧曲線を取得してもよい。
本開示に係る電池パックは、二次電池と、前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリ及び前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路を有する電池残量推定装置とを備え、前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定するものである。
本開示に係る蓄電装置は、二次電池と、前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリ及び前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路を有する電池残量推定装置とを備え、前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する構成であり、接続される電力消費装置に電力を供給するものである。
本開示に係る電動車両は、二次電池と、前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリ及び前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路を有する電池残量推定装置と、前記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置とを備え、前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定するものである。
本開示に係る電池残量推定方法は、取得された二次電池の電流値及び温度に対応する前記二次電池の分極電圧曲線を、前記二次電池の電流値及び温度に対応付けてメモリに記憶された前記分極電圧曲線に関する情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記二次電池の放電曲線を推定し、前記放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する。
前記電池残量推定方法では、前記二次電池の分極電圧曲線を実測し、実測された前記分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が大きいとみなされる部分を電荷量で微分して得られた形状を直線近似し、直線近似した形状を代表するパラメータを、前記分極電圧曲線に関する情報の一部として前記メモリに記憶させてもよい。
また、前記電池残量推定方法では、前記直線近似した形状を代表するパラメータとして、前記直線近似した形状における端点又は節点に該当するパラメータを記憶させてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、二次電池の残量を高精度に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の第１の実施形態の電池残量推定装置の構成例を模式的に示すブロック図である。
【図２】本開示の第１の実施形態の電池残量推定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図３】本開示の第２の実施形態の電池残量推定装置の構成例としてメモリに記憶されたパラメータを示す模式図である。
【図４】本開示の第２の実施形態の電池残量推定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】本開示の第２の実施形態の第１の変形例の電池残量推定装置の構成例としてメモリに記憶されたパラメータを示す模式図である。
【図６】本開示の第３の実施形態の電池残量推定装置の構成例としてメモリに記憶されたパラメータを示す模式図である。
【図７】本開示の第３の実施形態の電池残量推定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】本開示の第３の実施形態の第１の変形例の電池残量推定装置の構成例としてメモリに記憶されたパラメータを示す模式図である。
【図９】本開示の第４の実施形態の電池残量推定装置の構成例として二次電池の状態ごとの分極電圧曲線の実測結果を示す模式図である。
【図１０】図９の分極電圧曲線における放電電荷量が大きい部分の拡大図である。
【図１１】図１０の曲線を微分することによって得られた形状を示す模式図である。
【図１２】図１１の形状を直線近似した形状を示す模式図である。
【図１３】パラメータを示す模式図である。
【図１４】本開示の第４の実施形態の電池残量推定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１５】本開示の第５の実施形態の電池残量推定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１６】本開示の第６の実施形態の電池残量推定装置の構成例を模式的に示すブロック図である。
【図１７】本開示の実施形態の蓄電装置の構成例を示すブロック図である。
【図１８】図１７の蓄電装置の電池パックの構成例を示すブロック図である。
【図１９】本開示の実施例の蓄電装置の動作例において、パラメータに基づいて再現された分極電圧曲線の微分曲線を示すグラフである。
【図２０】図１９のグラフの横軸を容量に換算したグラフである。
【図２１】図１９のグラフに基づいて再現された分極電圧曲線を示すグラフである。
【図２２】図１９のグラフに基づいて推定された放電曲線を示すグラフである。
【図２３】本開示の実施形態の電動車両の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する複数の実施形態は、本開示の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本開示の範囲が狭く解釈されることはない。また、各実施形態において、互いに対応する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態
（メモリに記憶された分極電圧曲線に関する情報に基づいて放電曲線を推定し、推定された放電曲線に基づいて二次電池の残存電力量を推定する電池残量推定装置の例）
２．第２の実施形態
（分極電圧曲線の形状を示す代表的なパラメータが二次電池の電流値および温度に対応付けてメモリに記憶された電池残量推定装置の例）
３．第２の実施形態の第１の変形例
（分極電圧曲線の形状を示す代表的なパラメータが二次電池の容量維持率に対応付けてメモリに記憶された電池残量推定装置の例）
４．第３の実施形態
（分極電圧曲線における第１の曲線部分については放電電流に比例する成分の比例係数および定数が記憶され、第２の曲線部分については第２の曲線部分を微分することによって得られる形状を示すパラメータが記憶された電池残量推定装置の例）
５．第３の実施形態の第１の変形例
（第２の曲線部分を微分することによって得られる形状の特徴を示すパラメータが記憶された電池残量推定装置の例）
６．第４の実施形態
（実測された分極電圧曲線における電圧変化が大きい部分を微分することによって得られた形状の直線近似形状を代表するパラメータが記憶された電池残量推定装置の例）
７．第５の実施形態
（推定された二次電池の温度変化に基づいて残存電力量を推定する電池残量推定装置の例）
８．第６の実施形態
（通信によって取得された二次電池の電流情報、温度情報及び電圧情報に基づいて残存電力量を推定する電池残量推定装置の例）
９．第７の実施形態
（電池残量推定装置を備える電池パックおよび蓄電装置の例）
１０．第８の実施形態
（電池残量推定装置を備える電動車両の例）
【００１０】
＜１．第１の実施形態＞
［装置の構成例］
図１は、本実施形態の電池残量推定装置１０の構成例を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、電池残量推定装置１０は、メモリ１１と回路１２とを備える。回路１２は、メモリ１１に記憶されているデータを読み出し可能とされている。回路１２は、メモリ１１から読み出したデータを用いて、二次電池２の残量の推定のための処理を実行する構成である。メモリ１１の具体的な態様は限定されない。例えば、メモリ１１は、ＲＯＭ(Read Only Memory)などの主記憶装置などであってもよく、または、ハードディスクなどの外部記憶装置などであってもよい。回路１２の具体的な態様も限定されない。例えば、回路１２は、電子回路を含んでいてもよい。電子回路は、デジタル回路を含んでいてもよい。回路１２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やＭＰＵ(Micro-Processing Unit)などのプロセッサなどを備えていてもよい。回路１２が実行するプログラムすなわち電池残量推定プログラムは、ＲＯＭなどの記憶装置に保存されていてもよい。回路１２は、電池残量推定プログラムを実行する際に、ＲＡＭなどの記憶装置を作業領域として用いてもよい。電池残量推定プログラムの記憶装置や作業領域用の記憶装置は、回路１２に備えられていてもよく、または、回路１２とは別個に備えられていてもよい。メモリ１１が電池残量推定プログラムを保有する主記憶装置を兼ねる場合も、本開示の範囲内である。二次電池２の種類も限定されず、リチウムイオン二次電池などを採用してもよい。本開示は、正極材料にオリビン型リン酸鉄を用いたリチウムイオン二次電池などのフラットな放電特性を有する二次電池にも有効に適用することができる。
【００１１】
［メモリ１１］
メモリ１１には、二次電池２の分極電圧曲線に関する情報が、二次電池２の電流値および温度に対応付けて記憶されている。分極電圧曲線に関する情報は、二次電池２の電流値と温度との組み合わせ毎に実測された分極電圧曲線に基づいて取得された情報であってもよい。分極電圧曲線に関する情報は、二次電池２の電流値および温度以外の二次電池２の状態値にも対応付けられていることを除外しない。分極電圧曲線に関する情報は、テーブル形式のデータであってもよい。分極電圧曲線に関する情報は、この情報と、二次電池２の状態値とに基づいて、回路１２が分極電圧曲線を再現できる情報であれば具体的な態様は限定されない。分極電圧曲線に関する情報は、放電電荷量の変化にともなう分極電圧の変化の特性を示す情報であってもよい。分極電圧曲線に関する情報は、分極電圧曲線そのものの形状を示す情報であってもよく、または、分極電圧曲線に演算を施すことによって得られる形状を示す情報であってもよい。１つの分極電圧曲線に関する情報の個数は、数個であってもよい。
【００１２】
［回路１２］
回路１２は、二次電池２の放電曲線に基づいて二次電池２の残存電力量を推定する構成である。回路１２は、取得された二次電池２の電流値および温度に対応する分極電圧曲線を、メモリ１１内の情報に基づいて取得する構成である。回路１２は、取得された分極電圧曲線を、取得された二次電池２の開放電圧（ＯＣＶ）曲線から減算することで、放電曲線を推定する構成である。回路１２は、例えば、推定された放電曲線を、現在の電流積算値から放電終止電圧までの区間について積分することで、二次電池２の残存電力量を算出すなわち推定する構成である。
【００１３】
回路１２は、二次電池２の電流値を、二次電池２の充放電回路に配置された電流測定器から取得してもよい。また、回路１２は、二次電池２の温度を二次電池２に配置された温度測定器から取得してもよい。
【００１４】
回路１２は、開放電圧曲線を、メモリ１１に記憶された開放電圧曲線の情報を読み込むことで取得してもよい。この場合、開放電圧曲線の情報は、新品の二次電池２について実測された開放電圧曲線の情報であってもよい。
【００１５】
または、回路１２は、開放電圧曲線を、二次電池２の開放電圧を算出することで取得してもよい。この場合、回路１２は、二次電池２の電流値０Ａの状態における電圧データ（以下、開放電圧データと称する）に基づいて開放電圧を算出してもよい。より具体的には、回路１２は、時間をカウントしながら一定時間分の解放電圧データを蓄積し、時間０秒からの電圧降下量を次の数式１でフィッティングしてもよい。
【数１】
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但し、数式１において、ｔは時間であり、Ａ、Ｂはフィッティングパラメータである。そして、回路１２は、時間０秒のときの電圧からＡだけ減じた値を開放電圧の算出値としてもよい。そして、回路１２は、算出された開放電圧と現時点の放電容量とを保持することを異なる放電容量毎に繰り返すことで、開放電圧曲線を取得してもよい。このとき、回路１２は、開放電圧および放電容量のデータを、互いに対応関係を持たせた状態でメモリ１１に保持してもよい。また、放電容量は、電流データ値と前回の電流データの取得時刻からの経過時間との積を、前回算出された放電容量に加算することで算出してもよい。
【００１６】
開放電圧曲線の取得方法は以上に限定されない。例えば、開放電圧を全ＳＯＣ範囲のうちの或る限られた範囲に亘って算出することで、限られた範囲に亘る開放電圧曲線を取得してもよい。そして、この限られた範囲に亘る開放電圧曲線に対して、予め取得されている二次電池２の正極の開放電圧曲線と負極の開放電圧曲線とを容量方向に相対的に変化させることによって両極の開放電圧曲線の差分をフィッティングさせてもよい。フィッティングは、二次電池２の容量劣化の推定処理の過程として行ってもよい。正極の開放電圧曲線は、二次電池２の正極材料を正極、金属リチウムなどの電荷担体を負極とした第１のコイン型電池に対して所定の放電深度（ＤＯＤ）の間隔および所定の放電休止時間の間隔による間欠放電を行うことで測定されたものであってもよい。負極の開放電圧曲線は、二次電池２の負極材料を正極、電荷担体を負極とした第２のコイン型電池に対して所定の放電深度の間隔および所定の放電休止時間の間隔による間欠放電を行うことで測定されたものであってもよい。フィッティングは、限られた容量範囲に亘る開放電圧曲線に最も良く当てはまるとみなされる正負極の開放電圧曲線の差分を求めることで行ってもよい。そして、フィッティング後の正負極の開放電圧曲線の差分を、開放電圧曲線の最終的な算出結果としてもよい。この場合、全ＳＯＣ範囲に亘って開放電圧を直接測定する場合に比較して、開放電圧曲線の取得の所要時間を短縮することができる。
【００１７】
［装置の動作例］
図２は、本実施形態の電池残量推定装置１０の動作例を示すフローチャートである。図２に示す動作例は、本開示に係る電池残量推定方法の一実施形態である。ただし、本開示に係る電池残量推定方法は、電池残量推定装置１０以外の構成で具現化されてもよい。
【００１８】
図２では、先ず、ステップ１（Ｓ１）において、回路１２により、二次電池２の電流値および温度を取得する。
【００１９】
次いで、ステップ２（Ｓ２）において、回路１２により、ステップ１（Ｓ１）で取得された電流値および温度に対応する分極電圧曲線に関する情報をメモリ１１から読み出し、読み出された分極電圧曲線に関する情報に基づいて分極電圧曲線を取得する。
【００２０】
次いで、ステップ３（Ｓ３）において、回路１２により、二次電池２の開放電圧曲線を取得する。ステップ３（Ｓ３）は、ステップ２（Ｓ２）と前後が入れ替わってもよい。
【００２１】
次いで、ステップ４（Ｓ４）において、回路１２により、ステップ３（Ｓ３）で取得された開放電圧曲線からステップ２（Ｓ２）で取得された分極電圧曲線を減算することで、二次電池２の放電曲線を算出すなわち推定する。
【００２２】
次いで、ステップ５（Ｓ５）において、回路１２により、ステップ４（Ｓ４）で算出された放電曲線に基づいて二次電池２の残存電力量を算出すなわち推定して、処理を終了する。
【００２３】
本実施形態の電池残量推定装置１０によれば、二次電池２の残量として、二次電池２の電荷量［Ａｈ］ではなく、二次電池２の残存電力量［Ｗｈ］を推定することで、二次電池２の残量を高精度に推定することができる。
【００２４】
ここで、二次電池の放電が進むにつれて電池電圧が下がることにより、一定電力を消費していくと次第に消費電流が増していく。この結果、満充電状態と放電末期とでは同一の消費電荷量から得られる電力量が異なることになる。このため、仮に、残り電荷量を残量とした場合、放電末期において電力量が急激に減少することになり、意図しない電力不足を招くおそれがある。このような不具合は、電荷量の残量を算出して、ある一定値を残量０として、それ以下は使わないことで回避することも考えられる。しかし、これは、二次電池の持つエネルギーを一部使わないということであり、コストの観点から望ましくない。これに対して、本実施形態では、上述のように残存電力量を推定することで、二次電池の使用可能なエネルギーに制約を課することなく、残量を高精度に推定することができる。
【００２５】
また、電荷量の場合は、満充電時の電荷量と現在の電荷量が分かっていれば残量を算出することが可能であるが、電力量の場合は、満充電時に蓄えられている電力量から今までに負荷が消費した電力量を差し引いても、適正値を算出することができない。この点について、本実施形態では、上述のように、開放電圧曲線から分極電圧曲線を減算することによって放電曲線を推定することで、二次電池２の内部抵抗による電圧降下すなわち分極電圧を考慮して、残存電力量を適正に推定することができる。
【００２６】
また、放電曲線を推定する際に、放電曲線の電流および温度への依存性を考慮しない場合、放電曲線に基づいて推定される残存電力量は精度が悪くなるおそれがある。この点について、本実施形態によれば、二次電池２の残存電力量を、二次電池２の電流値および温度に対応付けられた分極電圧曲線に関する情報に基づいて推定することで、二次電池２の残量を簡便かつ高精度に推定することができる。
【００２７】
＜２．第２の実施形態＞
［装置の構成例］
本実施形態の電池残量推定装置１０は、図１で説明した電池残量推定装置１０に対して、メモリ１１に記憶されている分極電圧曲線に関する情報の態様が更に特定されている。図３は、本実施形態の電池残量推定装置１０の構成例として、メモリ１１にテーブル方式で記憶されたパラメータを示す模式図である。
【００２８】
図３に示すように、本実施形態の電池残量推定装置１０は、分極電圧曲線に関する情報として、分極電圧曲線の形状を示す複数の代表的なパラメータがメモリ１１に記憶されている。具体的には、図３では、或る温度および電流値に対応するパラメータ群（例えば、Ｔ１およびＩ１に対応するａ１、ｂ１、ｐ１１１、ｐ１１２、ｐ１１３）は、その温度および電流値に対応する１つの分極電圧曲線の形状を示している。同一の分極電圧曲線に対応するパラメータ群のうち、一部は、温度のみに対応付けられていて、残部は、温度と電流値の双方に対応付けられていてもよい。例えば、図３に示すように、パラメータ群ａ１、ｂ１、ｐ１１１、ｐ１１２、ｐ１１３のうち、ａ１およびｂ１はＴ１のみに対応付けられ、ｐ１１１〜ｐ１１３はＴ１およびＩ１の双方に対応付けられていてもよい。その場合でも、パラメータ群全体すなわち同一の分極電圧曲線に関する情報としてみれば、電流値と温度に対応付けられていると言える。パラメータ群と温度および電流値との対応関係は以上に限定されない。異なる温度または電流値同士の間でパラメータの個数が異なる場合も本開示の範囲内である。パラメータの個数は、分極電圧曲線を再現できるのであれば限定されない。
【００２９】
本実施形態の電池残量推定装置１０は、回路１２が、取得された二次電池２の電流値および温度に対応する複数の代表的なパラメータに基づいて、分極電圧曲線を推定する構成である。回路１２は、二次電池２の電流値および温度に対応するパラメータ群がメモリ１１に存在しない場合には、例えば線形補間等の補間処理によって対応するパラメータ群を算出してもよい。
【００３０】
［装置の動作例］
図４は、本実施形態の電池残量推定装置１０の動作例を示すフローチャートである。図４に示す動作例は、本開示に係る電池残量推定方法の一実施形態である。
【００３１】
図４の動作例は、図２に対して、ステップ２（Ｓ２）の処理が更に特定されている。すなわち、図４では、ステップ２（Ｓ２）として、ステップ２１（Ｓ２１）およびステップ２２（Ｓ２２）の一連のステップを実行する。
【００３２】
具体的には、ステップ２１（Ｓ２１）では、回路１２により、図２で説明したステップ１（Ｓ１）で取得された電流値および温度に対応するパラメータ群をメモリ１１から読み出す。
【００３３】
ステップ２２（Ｓ２２）では、回路１２により、ステップ２１（Ｓ２１）で読み出されたパラメータ群に基づいて分極電圧曲線を推定する。
【００３４】
本実施形態の電池残量推定装置１０によれば、図１の電池残量推定装置１０と同様の効果を奏することができ、又は、分極電圧曲線に関するメモリ容量を抑えることができる。
【００３５】
＜３．第２の実施形態の第１の変形例＞
本変形例の電池残量推定装置１０は、図３で説明した電池残量推定装置１０に対して、メモリ１１に記憶されている分極電圧曲線に関する情報の態様が相違する。
【００３６】
具体的には、図５に示すように、本変形例における分極電圧曲線に関する情報は、二次電池２の電流値および温度だけでなく、更に、二次電池２の容量維持率にも対応付けてメモリ１１に記憶されている。具体的には、図５では、或る１つの分極電圧曲線に対応するパラメータ群ａ１１、ｂ１１、ｐ１１１１、ｐ１１１２、ｐ１１１３のうち、ａ１１およびｂ１１は、Ｔ１および容量維持率Ｒ１に対応付けられている。一方、ｐ１１１１〜ｐ１１１３は、Ｔ１、Ｉ１、Ｒ１に対応付けられている。メモリ１１は、図５のようなテーブルを異なる容量維持率毎に記憶していてもよいが、これに限定されない。
【００３７】
回路１２は、取得された二次電池２の容量維持率に対応するパラメータ群をメモリ１１から読み出して分極電圧曲線の推定に用いる構成である。容量維持率の取得方法は限定されない。例えば、容量維持率は、完全放電状態からの充電によって充電容量を直接測定することで取得してもよく、または、充放電電流の変化にともなう電池電圧の変化から内部抵抗を測定することで推定してもよい。
【００３８】
本変形例の電池残量推定装置１０によれば、図３で説明した電池残量推定装置１０と同様の効果を奏することができ、または、二次電池２の劣化状態も加味して分極電圧曲線を再現することができるので、残存電力量をより高精度に推定することができる。
【００３９】
＜４．第３の実施形態＞
［装置の構成例］
本実施形態の電池残量推定装置１０は、図３で説明した電池残量推定装置１０に対して、分極電圧曲線の形状を示す複数の代表的なパラメータの態様が更に特定されている。
【００４０】
具体的には、図６に示すように、本実施形態では、分極電圧曲線Ｃにおける電荷量の変化に伴う電圧変化が小さいとみなされる第１の曲線部分Ｃ１については、放電電流に比例する成分の比例係数ａ及び定数の成分ｂがパラメータとしてメモリ１１に記憶されている。一方、分極電圧曲線Ｃにおける電荷量の変化に伴う電圧変化が大きいとみなされる第２の曲線部分Ｃ２については、第２の曲線部分Ｃ２を電荷量で微分することによって得られる形状（以下、微分曲線と称する）Ｃ２１を示すパラメータｐ１、ｐ２、ｐ３が記憶されている。パラメータｐ１〜ｐ３は、横軸を充電率〔％〕、縦軸を分極電圧の電荷量での微分値〔Ｖ／Ａｈ〕としたグラフ上の点に該当する。パラメータｐ１〜ｐ３は、微分曲線Ｃ２１上の選択された点に該当してもよい。
【００４１】
以下、必要に応じて、第１の曲線部分Ｃ１についての放電電流に比例する成分の比例係数ａ及び定数の成分ｂを、第１の曲線部分に関するパラメータと称する。また、微分曲線を示すパラメータｐ１〜ｐ３を、第２の曲線部分に関するパラメータと称する。第１の曲線部分に関するパラメータの個数および第２の曲線部分に関するパラメータの個数は、図６に示したものに限定されない。例えば、第２の曲線部分に関するパラメータは、２個であってもよく、または、４個以上であってもよい。メモリ容量を抑える観点から、分極電圧曲線の再現性を十分に確保できる限度においてパラメータ数を可及的に少なくしてもよい。
【００４２】
［装置の動作例］
図７は、本実施形態の電池残量推定装置１０の動作例を示すフローチャートである。図７に示す動作例は、本開示に係る電池残量推定方法の一実施形態である。
【００４３】
図７の動作例は、図４に対して、ステップ２２（Ｓ２２）の処理が更に特定されている。すなわち、図７では、ステップ２２（Ｓ２２）として、ステップ２２１（Ｓ２２１）〜ステップ２２５（Ｓ２２５）を実行する。
【００４４】
具体的には、ステップ２２１（Ｓ２２１）では、第１の曲線部分に関するパラメータについては、ステップ２２２（Ｓ２２２）の処理に進み、第２の曲線部分に関するパラメータについては、ステップ２２３（Ｓ２２３）の処理に進む。
【００４５】
ステップ２２２（Ｓ２２２）では、回路１２により、次式にしたがって第１の曲線部分を算出する。
【数２】
2015155859.tif 000004
但し、Ｖは、第１の曲線部分を示す分極電圧である。ａは、第１の曲線部分に関するパラメータのうちの放電電流に比例する成分の比例係数である。ｂは、第１の曲線部分に関するパラメータのうちの定数の成分である。Ｉは、二次電池２の放電電流値［Ａ］である。
ステップ２２２（Ｓ２２２）の後は、ステップ２２５（Ｓ２２５）に進む。
【００４６】
ステップ２２３（Ｓ２２３）では、回路１２により、第２の曲線部分に関するパラメータｐ１、ｐ２、ｐ３のそれぞれに該当する点を互いに線で繋ぐことで、第２の曲線部分についての微分曲線を再現し、その後は、ステップ２２４（Ｓ２２４）に進む。
【００４７】
ステップ２２４（Ｓ２２４）では、回路１２により、ステップ２２３（Ｓ２２３）で再現された微分曲線を積分して第２の曲線部分を再現し、その後は、ステップ２２５（Ｓ２２５）に進む。
【００４８】
ステップ２２５（Ｓ２２５）では、回路１２により、ステップ２２２（Ｓ２２２）で算出された第１の曲線部分とステップ２２４（Ｓ２２４）で算出された第２の曲線部分とを合成することで、分極電圧曲線を再現する。
【００４９】
本実施形態によれば、図３で説明した電池残量推定装置１０と同様の効果を奏することができ、または、分極電圧の変化の特性に適合した少数のパラメータを記憶することで、分極電圧曲線を少ないデータ量を以て高い正確性で推定することができる。なお、本実施形態では、第２の曲線部分の再現のために積分を行うが、扱うのは離散的なデータであり、また、加算を繰り返すだけであるので、回路１２の演算の負荷は十分に抑えることができる。
【００５０】
＜５．第３の実施形態の第１の変形例＞
本変形例の電池残量推定装置１０は、図６で説明した電池残量推定装置１０に対して、第２の曲線部分に関するパラメータの態様が更に特定されている。
【００５１】
具体的には、図８に示すように、本変形例では、第２の曲線部分に関するパラメータｐ１〜ｐ３が、微分曲線Ｃ２１の特徴を示すパラメータとされている。微分曲線Ｃ２１の特徴の具体的態様の一例としては、微分曲線Ｃ２１の端点、節点または変曲点などを挙げることができる。
【００５２】
本変形例によれば、図６で説明した電池残量推定装置１０と同様の効果を奏することができ、または、少ないデータ量での分極電圧曲線の再現の精度および簡便性を向上させることができる。
【００５３】
＜６．第４の実施形態＞
［装置の構成例］
本実施形態の電池残量推定装置１０は、図６で説明した電池残量推定装置１０に対して、パラメータの態様が更に特定されている。
【００５４】
本実施形態の電池残量推定装置１０は、第２の曲線部分に関するパラメータすなわち分極電圧曲線に関する情報の一部が、実測された二次電池２の分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が大きいとみなされる部分に基づいて決定されたものである。具体的には、第２の曲線部分に関するパラメータは、実測された二次電池２の分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が大きいとみなされる部分を電荷量で微分することによって得られた形状を直線近似した形状を代表するパラメータである。より具体的には、第２の曲線部分に関するパラメータは、当該直線近似した形状における端点又は節点に該当するパラメータである。
【００５５】
［パラメータの決定および記録］
以下、本実施形態の電池残量推定方法におけるパラメータの決定工程および記録工程について説明する。先ず、図９に示すように、或る劣化状態すなわち容量維持率と或る温度の下で、異なる放電電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４（Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４）毎に分極電圧曲線ＣＭを実測する。図９は、横軸を放電電荷量、縦軸を分極電圧としたグラフである。図９は、横軸を充電率に換算すれば、横軸の左端が充電率１００％であり、横軸の値が増加するほど充電率が減少する。
【００５６】
図９の実測結果によれば、分極電圧曲線ＣＭは、低充電率の部分ＣＭ２以外は、電流に比例する成分と定数の成分に分離することができる。そこで、本実施形態では、低充電率の部分ＣＭ２以外の部分ＣＭ１すなわち第１の曲線部分に対応する部分ＣＭ１については、電流に比例する成分の比例係数ａと定数の成分ｂとの２パラメータだけをメモリ１１に記憶させる。なお、比例係数ａは、内部直流抵抗と拡散分極の一部に相当する。定数の成分ｂは、拡散分極の残りの成分に相当する。
【００５７】
図１０は、図９の放電電荷量が大きい部分、すなわち低充電率の部分ＣＭ２を拡大したものである。低充電率すなわち放電末期では、拡散分極が急激に増大する。図１０に示すように、放電末期における拡散分極の増大は、放電電流が増すほど顕著になり、より高い充電率において拡散分極の増大が示されるようになる。これは、放電電流が増すほど、早い段階で活物質内のリチウム拡散が追いつかなくなり、活物質表面のリチウムが枯渇することが原因と推測される。また、電池の温度が極端に低くなると電解液内のリチウムイオンの拡散係数が小さくなり、正極に近い部分のリチウムイオン濃度が減少するため拡散分極の増大に繋がると推測される。このように、拡散分極は動的な現象であるため、低充電率の場合における分極電圧曲線は、その形状変化の傾向は分かるものの、その形状を数値で示すことは容易ではない。
【００５８】
本開示では、分極電圧の増大が上記のように放電が進むことによって生じることから、分極電圧を放電電荷量で微分することで分極電圧の変化の速度を知ることができることに着目した。分極電圧が変化する速度が急激に上昇すれば、二次電池２のどこかの部分でリチウムやリチウムイオンが枯渇していると言える。従って、分極電圧を放電電荷量で微分した結果は、分極電圧が増大する現象の特徴を捉えたものと言える。具体的には、図１１が、図１０の分極電圧曲線に示される分極電圧を放電電荷量で微分することで得られた微分曲線ＣＭ２１であり、図１１の微分曲線ＣＭ２１によれば、分極電圧の増大現象を示す特徴的な形状が見受けられる。そして、この微分曲線ＣＭ２１を図１２のように直線で近似する。図１２の４つのグラフＣＭ２１１は、一般化すると図１３に示す形状で表すことができ、パラメータは、グラフＣＭ２１１の端点または節点に相当する点線で囲った３つの点ｐ１、ｐ２、ｐ３だけとなる。より精緻に近似したい場合はパラメータを増やせばよい。
【００５９】
以上のパラメータａ、ｂ、ｐ１、ｐ２、ｐ３を、劣化、温度、電流毎にメモリ１１に記憶させる。具体的には、比例係数ａおよび定数の成分ｂは、劣化および温度毎に記憶させればよく、劣化の水準を５つ、温度の水準を５つとすると、２５個ずつ記憶させることになる。微分曲線ＣＭ２１の形状を示す３パラメータｐ１〜ｐ３は、劣化、電流および温度毎に記憶させる必要があるので、電流４水準に対して１００個ずつ記憶させることになる。つまり記憶させる数字は３５０個で、各々２バイトであれば７００バイトあればよいことになる。これにより、放電曲線を電流および温度毎に保有する必要がある場合（例えば、特許文献１など）に比べ、メモリ領域を１０分の１以下に抑えることができる。
【００６０】
なお、開放電圧曲線を劣化ごとに記憶させる場合は、開放電圧曲線を２０点で表現するとして、劣化５水準に対し１００点記憶させておく必要がある。この場合、各点が２バイトのデータの対であれば４００バイトの記憶領域が余分に必要になるが、上記７００バイトと合わせて１．１キロバイトで済む。
【００６１】
以上のようなパラメータの決定およびメモリ１１への記録は、二次電池２および二次電池２の状態（電流、温度、電圧等）の測定器が接続された電子装置などによって自動的に行ってもよいが、これに限定されない。
【００６２】
なお、本実施形態では、パラメータの決定の際に、分極電圧曲線を電荷量で微分したものを直線近似しているが、この場合の誤差は、放電曲線や分極電圧曲線を直線近似した場合の誤差と同等である。具体的には、電荷量を示す変数をｘ、分極電圧曲線をｆ（ｘ）とし、ある電荷量ｘ１でのみ誤差が乗った場合を考える。関数ｇ（ｘ）をｘ＝ｘ１でΔｆ、それ以外で０とした場合、誤差の乗った分極電圧曲線はｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）となる。これは、ｘ＝ｘ１においてｆ（ｘ１）＋Δｆであり、それ以外ではｆ（ｘ）である。これを用いて満充電状態において残容量を推定した際の誤差は、積算単位をΔｘとしたときにΔｘΔｆとなる。ここでは、容量を量子化したことによる誤差は無視している。一方、分極電圧曲線を電荷量で微分したｆ’（ｘ）に同様の誤差を乗せたものはｆ’（ｘ）＋ｇ（ｘ）／Δｘとなり、これをｘで積分したものはｆ（ｘ）＋∫｛ｇ（ｘ）／Δｘ｝ｄｘである。実際には積算を行うので、ｘ＝ｘ１においてｆ（ｘ１）＋Δｘ×Δｆ／Δｘ＝ｆ（ｘ１）＋Δｆ、それ以外でｆ（ｘ）となる。よって、満充電状態において残容量を推定した際の誤差は、ΔｘΔｆになる。従って、電荷量を量子化したことによる誤差を無視すれば、両者の誤差の乗りやすさは同等である。
【００６３】
電荷量を量子化したことによる残容量すなわち取り出し可能な残存電力量の誤差は次のように考えられる。ｆ（ｘ）の単位を［Ｖ］とした場合、残容量を［Ｗｈ］の分解能で扱う際には、Δｘが１Ａｈ未満であれば誤差を無視できる。また、残容量を［ｍＷｈ］の分解能で扱う際には、Δｘが１ｍＡｈ未満であれば誤差を無視できる。
【００６４】
［装置の動作例］
図１４は、本実施形態の電池残量推定装置１０の動作例を示すフローチャートである。図１４に示す動作例は、本開示に係る電池残量推定方法一実施形態である。なお、本実施形態の電池残量推定方法は、上述のように、電池残量推定装置１０の動作以前の工程として、パラメータの決定工程および記録工程を含む。以下の説明は、本実施形態の電池残量推定方法のうち、電池残量推定装置１０の動作段階での工程である。
【００６５】
図１４の動作例は、図７に対して、ステップ２２３（Ｓ２２３）の処理が更に特定されている。すなわち、図１４では、ステップ２２３（Ｓ２２３）の具体例として、ステップ２２３１（Ｓ２２３１）を実行する。具体的には、ステップ２２３１（Ｓ２２３１）では、回路１２により、第２の曲線部分に関するパラメータｐ１、ｐ２、ｐ３のそれぞれに該当する点を互いに直線で繋ぐことで、微分曲線を再現する。
【００６６】
本実施形態の電池残量推定装置１０によれば、図６で説明した電池残量推定装置１０と同様の効果を奏することができ、または、パラメータの個数の更なる削減および第２の曲線部分の演算負荷の更なる軽減が可能となる。
【００６７】
＜７．第５の実施形態＞
［装置の構成例］
本実施形態の電池残量推定装置１０は、図１で説明した電池残量推定装置１０に対して、分極電圧曲線の推定方法が相違する。具体的には、本実施形態の電池残量推定装置１０は、推定された二次電池２の温度変化に基づいて二次電池２の残存電力量を推定する構成である。二次電池２の温度変化は、回路１２が推定してもよい。
【００６８】
より具体的には、充放電のスケジュールが明確で、二次電池２の熱伝達率が概ね一定の場合には、二次電池２の電流および温度の時間変化が分かる。回路１２は、充放電のスケジュールを入力値として電流および温度の時間変化を推定してもよい。電流の時間変化は、充放電のスケジュールそのものであってもよいが、これに限定されない。温度は、例えば、予め実測された電流と温度との関係を示すデータや、電流、熱伝達率および温度についての関係式を用いた計算などによって推定してもよいが、これに限定されない。回路１２は、使用するメモリ１１内のパラメータを、推定された温度の時間変化に追従した値となるように変化させてもよい。また、回路１２は、使用するメモリ１１内のパラメータを、推定された電流の時間変化にも追従した値となるように変化させてもよい。このようなパラメータに基づいて再現される分極電圧曲線は、放電電荷量（横軸）の所定幅の区間毎に互いに異なる温度および電流に対応する分極電圧曲線の部分が配置された曲線すなわち複数の分極電圧曲線の部分を繋ぎ合わせた曲線であってもよい。
【００６９】
［装置の動作例］
図１５は、本実施形態の電池残量推定装置１０の動作例を示すフローチャートである。図１５に示す動作例は、本開示に係る電池残量推定方法一実施形態である。
【００７０】
図１５の動作例は、図２に対して、ステップ２（Ｓ２）以前の工程が相違する。具体的には、図１５では、図２のステップ１（Ｓ１）の替わりに、ステップ１０１（Ｓ１０１）を実行する。また、図１５では、図２のステップ２（Ｓ２）の具体例として、ステップ２０１（Ｓ２０１）およびステップ２０２（Ｓ２０２）の一連の工程を実行する。
【００７１】
ステップ１０１（Ｓ１０１）では、回路１２により、充放電のスケジュールを参照して、二次電池２の電流および温度の時間変化を推定する。充放電のスケジュールは、メモリ１１などの記憶装置に記憶させておいてもよい。
【００７２】
ステップ２０１（Ｓ２０１）では、回路１２により、ステップ１０１（Ｓ１０１）で推定された電流および温度の時間変化に応じたパラメータ群をメモリ１１から読み出す。
【００７３】
ステップ２０２（Ｓ２０２）では、回路１２により、ステップ２０１（Ｓ２０１）で読み出されたパラメータ群に基づいて分極電圧曲線を推定する。
【００７４】
本実施形態の電池残量推定装置１０によれば、図１で説明した電池残量推定装置１０と同様の効果を奏することができ、または、残存電力量の推定の正確性を更に向上させることができる。
【００７５】
＜８．第６の実施形態＞
本実施形態の電池残量推定装置１０は、図１で説明した電池残量推定装置１０に対して、回路１２の構成が相違する。具体的には、本実施形態の回路１２は、通信によって取得された二次電池２の電流情報および温度情報に基づいて、分極電圧曲線を取得する構成である。
【００７６】
より具体的な構成例を図１６に示す。図１６に示すように、本実施形態の電池残量推定装置１０は、回路１２に接続された通信機１３を備える。回路１２は、通信機１３を介して、二次電池２の電流データおよび温度データを通信によって受信する。そして、回路１２は、受信された電流データおよび温度データに対応した分極電圧曲線に関する情報をメモリ１１から読み出し、読み出された情報に基づいて分極電圧曲線を算出する。なお、回路１２は、通信機１３を介して二次電池２の電圧データを受信する構成でもよい。この場合、受信された電圧データは、開放電圧曲線の推定などに利用してもよい。
【００７７】
電池残量推定装置１０は、二次電池２と離隔された位置に配置されていてもよい。回路１２は、ネットワークを介して二次電池２の情報の提供元と通信接続されてもよい。
【００７８】
ネットワークは、外部ネットワーク等であってもよい。外部ネットワークは、インターネット等であってもよい。回路１２は、インターネット上のサーバ等であってもよい。回路１２による二次電池２の情報の受信形態は限定されず、如何なるルートを経て二次電池２の情報が回路１２に受信されようと本開示における電池残量推定装置の範囲内である。通信機１３の通信方式等の具体的な態様も限定されず、提供元と通信接続されるあらゆる態様の通信機を採用してもよい。通信機１３は、回路１２に備えられていてもよい。
【００７９】
二次電池２の情報の提供元は、二次電池２側に設けられた通信機や二次電池２の情報を取得したネットワーク上のコンピュータなどであってもよいが、これらに限定されない。通信接続の確立のトリガも限定されない。例えば、回路１２側から提供元に二次電池２の情報を要求し、提供元が要求に応答する構成でもよく、または、常時もしくは定期的に提供元から回路１２側に二次電池２の情報が送信される構成でもよい。
【００８０】
本実施形態によれば、図１で説明した電池残量推定装置１０と同様の作用効果を奏することができ、または、複数の場所に存在する二次電池２の残量を単一の回路１２によって推定することも可能となる。
【００８１】
＜９．第７の実施形態＞
［蓄電装置７００］
図１７は、本開示の電池残量推定装置１０を蓄電装置７００に適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。図１７に示すように、蓄電装置７００は、本開示の電池残量推定装置１０を適用した電池パック７１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ７２と、ＤＣ／ＡＣインバータ７３と、スイッチ７４と、連動スイッチ７５とを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ７２の入力端子は、不図示の電源に接続されている。電源は、家庭用の商用電源などであってもよい。ＡＣ／ＤＣコンバータ７２の第１の出力端子は、スイッチ７４の第１の接点７４１に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ７２の第２の出力端子は、電池パック７１０の入力端子およびＤＣ／ＡＣインバータ７３の第１の入力端子に接続されている。電池パック７１０の出力端子は、スイッチ７４に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ７３の第２の入力端子は、スイッチ７４の第２の接点７４２に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ７３の出力端子は、連動スイッチ７５の接点の第１の対７５１に接続されている。連動スイッチ７５の接点の第２の対７５２は、電源に接続されている。連動スイッチ７５の出力側には、不図示の電力消費装置すなわち負荷が接続される。
【００８２】
電力消費装置は、電子機器であってもよい。電子機器の具体的な態様は限定されず、例えば、ノート型パソコン、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナーおよび信号機などであってもよい。すなわち、蓄電装置７００は、定置用であってもよく、または、移動体用であってもよい。
【００８３】
蓄電装置７００は、スイッチ７４を第２の接点７４２に接続するとともに連動スイッチ７５を接点の第１の対７５１に接続することで、電池パック７１０に蓄えられている電力を負荷に供給することができる。このような負荷への電力供給は、計時器などを利用して特定の時間帯（例えば、昼間など）に行ってもよいが、これに限定されない。また、蓄電装置７００は、スイッチ７４を切断するとともに連動スイッチ７５を接点の第２の対７５２に接続することで、負荷を電源に直結する。これより、電源の電力が負荷に直接供給される。このような電源と負荷との直結は、電池パック７１０に蓄えられている残電力量が閾値以下となったタイミングで行ってもよいが、これに限定されない。さらに、蓄電装置７００は、スイッチ７４を第１の接点７４１に接続するとともに連動スイッチ７５を接点の第２の対７５２に接続することで、電池パック７１０を充電する。充電は、夜間の時間帯に行ってもよいが、これに限定されない。
【００８４】
スイッチ７４、７５の動作は、電池パック７１０が制御してもよく、または、電池パック７１０以外の制御回路が制御してもよい。スイッチ７４、７５の具体的な態様は限定されず、例えば、トランジスタなどの半導体スイッチなどであってもよい。
【００８５】
［電池パック７１０］
図１８は、図１７の電池パック７１０の回路構成例を示すブロック図である。図１８に示すように、電池パック７１０は、電池残量推定装置１０を含むマイコン７１１、二次電池２、電流計７１２、電圧計７１３、サーミスタ７１４およびスイッチ７１５を備える。なお、サーミスタ７１４は、１つのみを代表的に図示している。
【００８６】
より具体的には、図１８の電池パック７１０には、直列接続された１２個の二次電池２が３列並列接続されることによって、合計３６個の二次電池２が備えられている。電流計７１２は、合計３個備えられている。各電流計７１２は、二次電池２の３つの直列群にそれぞれ直列接続されている。電圧計７１３も、合計３個備えられている。各電圧計７１３は、二次電池２の３つの直列群にそれぞれ並列接続可能とされている。具体的には、各電圧計７１３と各直列群との間には、スイッチ７１５群が配置されている。そして、スイッチ７１５のオンおよびオフの切り替えによって、同一直列群内の各二次電池２の電圧を順次測定することが可能となっている。サーミスタ７１４は、各二次電池２に取り付けられている。各サーミスタ７１４は、対応する二次電池２の表面温度を測定する。
【００８７】
マイコン７１１は、電流計７１２、電圧計７１３およびサーミスタ７１４に接続されている。マイコン７１１には、二次電池２の状態の情報として、電流計７１２、電圧計７１３およびサーミスタ７１４の測定結果が入力される。マイコン７１１は、二次電池２の状態の入力結果に基づいて、二次電池２の充放電の制御、過充電または過放電の保護および二次電池２の劣化推定などを行うことが可能とされている。
【００８８】
電池残量推定装置１０のメモリ１１は、各二次電池２の劣化状態を容量維持率として管理している。メモリ１１は、各二次電池２の状態を、各二次電池２の電池番号に対応付けて管理してもよいが、これに限定されない。マイコン７１は、例えば、劣化推定機能によって開放電圧曲線を推定することが可能となっている。メモリ１１は、新品状態の二次電池２の開放電圧曲線を、横軸が充電率、縦軸が開放電圧という形で記憶している。また、メモリ１１は、新品状態の二次電池２の電池容量も記憶している。このため、容量維持率との積を充電率１００％に対応させることで、横軸が放電電荷量、縦軸が開放電圧という形の開放電圧曲線を得ることができる。
【００８９】
メモリ１１は、二次電池２が放電している際の分極電圧曲線の第１の曲線部分に関するパラメータとして、放電電流に比例する成分の比例係数ａと定数の成分ｂを容量維持率と温度毎に記憶している。また、メモリ１１は、当該分極電圧曲線の第２の曲線部分に関するパラメータとして、微分曲線を示すパラメータｐ１、ｐ２、ｐ３を容量維持率と電流と温度毎に記憶している。さらに、メモリ１１は、第１の曲線部分と第２の曲線部分との境目となる充電率の値（以下、境界ＳＯＣ値と称する）を、温度毎に記憶している。
【実施例】
【００９０】
次に、本実施形態の実施例として、図１７の蓄電装置７００の動作例を説明する。
本実施例では、分極電圧曲線に関するパラメータａ、ｂ、ｐ１、ｐ２、ｐ３（図１３参照）を、１００％、９５％、９０％、８５％、８０％の５水準の容量維持率に対応付けてメモリ１１に記憶させた。また、本実施例では、当該パラメータを、０．５Ｃ、１．０Ｃ、１．５Ｃ、２．０Ｃの４水準の放電レート（電流）に対応付けてメモリ１１に記憶させた。さらに、本実施例では、当該パラメータを、０℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃の５水準の温度に対応付けてメモリ１１に記憶させた。また、本実施例では、図１８に示した合計３６個の二次電池２を、容量１５００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池セルとした。各電池セルの容量維持率は、新品の状態で１００％である。
【００９１】
本実施例において、蓄電装置７００に家電製品を接続して満充電の状態から放電を始めると、マイコン７１１は、各電流計７１２の読み値を時間積算していく。充電時は電流の向きが逆になるため、電流積算結果は負の値になる。この電流積算値は満充電状態になったところで強制的にゼロにリセットされる。リセットは、マイコン７１１が行ってもよいが、これに限定されない。
【００９２】
また、マイコン７１１は、メモリ１１を参照して、現在の各電池セルの容量維持率と温度から、第１の曲線部分に関するパラメータすなわち放電電流に比例する成分の比例係数ａと定数の成分ｂを算出する。同様にして、マイコン７１１は、容量維持率と温度と電流から、第２の曲線部分に関するパラメータすなわち微分曲線を示す３つのパラメータｐ１、ｐ２、ｐ３を算出する。また、このとき、マイコン７１１は、温度に基づいて境界ＳＯＣ値を算出する。
【００９３】
このとき、例えば、容量維持率１００％、温度２５℃、放電電流レート０．８Ｃであった場合、マイコン７１１は、放電電流に比例する成分の比例係数ａと定数の成分ｂについて、メモリ１１における容量維持率１００％の部分を参照する。また、マイコン７１１は、温度２０℃と３０℃における数値をそれぞれ読み取ってからそれらを線形補完することで、２５℃に相当する値を求める。ここで、２０℃においてａ＝７８ｍΩ、ｂ＝１７ｍＶ、３０℃においてａ＝６２ｍΩ、ｂ＝１０ｍＶとすると、２５℃では、ａ＝７０ｍΩ、ｂ＝１３．５ｍＶと算出される。
【００９４】
また、マイコン７１１は、微分曲線を示す３個のパラメータｐ１、ｐ２、ｐ３について、メモリ１１における容量維持率１００％の部分を参照する。マイコン７１１は、放電電流レート０．５Ｃと１．０Ｃのそれぞれにおける温度２０℃と３０℃での数値を読み取る。そして、２０℃と３０℃での値を線形補完することで、２５℃に相当する値を０．５Ｃおよび１．０Ｃのそれぞれにおいて算出し、さらに、これらの算出値を線形補完することで、０．８Ｃに相当する値を導く。
【００９５】
ここで、容量維持率１００％での放電電流レート０．５Ｃにおける２０℃での３個のパラメータｐ１〜ｐ３は、そのＳＯＣ成分が、［１１．３％、６．７％、３．３％］であるとする。また、容量維持率１００％での放電電流レート０．５Ｃにおける３０℃での３個のパラメータｐ１〜ｐ３は、そのＳＯＣ成分が、［１０．０％、４．０％、３．３％］であるとする。この場合、０．５Ｃにおける２５℃での３個のパラメータｐ１〜ｐ３のＳＯＣ成分は、［１０．７％、５．４％、３．３％］となる。
【００９６】
容量維持率１００％での放電電流レート１．０Ｃにおける２０℃での３個のパラメータｐ１〜ｐ３のＳＯＣ成分は、［２０．０％、１０．７％、３．３％］であるとする。また、容量維持率１００％での放電電流レート１．０Ｃにおける３０℃での３個のパラメータｐ１〜ｐ３のＳＯＣ成分は、［１０．０％、４．０％、３．３％］であるとする。この場合、０．５Ｃにおける２５℃での３個のパラメータｐ１〜ｐ３のＳＯＣ成分は、［１５％、７．４％、３．３％］となる。
【００９７】
これらを０．５Ｃと１．０Ｃで線形補完して０．８Ｃに相当する値を計算すると［１３．３％、６．６％、３．３％］となる。このうち、３．３％に該当するパラメータについての分極電圧を電荷量で微分した成分（以下、Ｖ／Ａｈ成分と称する）は、１０Ｖ／Ａｈとする。また、６．６％に該当するパラメータについてのＶ／Ａｈ成分は、４Ｖ／Ａｈとする。また、１３．３％に該当するパラメータについてのＶ／Ａｈ成分は、０Ｖ／Ａｈとする。これら３つのパラメータが示す３点を直線で繋ぐと、微分曲線を再現することができる。
【００９８】
マイコン７１１は、境界ＳＯＣ値については、メモリ１１から温度２０℃および３０℃に対応する数値をそれぞれ読み取り、読み取られた数値を線形補完して２５℃に相当する値を算出する。ここで、２０℃での境界ＳＯＣ値を３０％、３０℃での境界ＳＯＣ値を２０％とすると、２５℃に相当する境界ＳＯＣ値は２５％と算出される。
【００９９】
これらの情報から再現された微分曲線が図１９である。この電池セルの容量は上述のように１５００ｍＡｈなので、容量に換算すると図２０のようになる。
【０１００】
第１の曲線部分の分極電圧は、７０［ｍΩ］×電流値［Ａ］＋１３．５［ｍＶ］であり、０．８Ｃは１．２Ａであることから、９７．５ｍＶと算出される。第２の曲線部分の分極電圧は、再現した微分曲線を積分した結果に９７．５ｍＶを加算すればよい。その結果が図２１である。この分極電圧曲線を開放電圧曲線から減算して得た推定放電曲線が図２２である。
【０１０１】
推定放電曲線に対して、現在の電流積算値から放電終止電圧までの区間を積分して得た結果がこの電池セルの残存電力量となる。このようにして残存電力量を推定することができる。電流値や電池の温度が変われば推定放電曲線も変わるため、例えば一分毎に放電曲線を推定していくことが望ましい。
【０１０２】
マイコン７１１は、電流積算をするのと同時に、各電流計７１２と各電圧計７１３の読みから各電池セルの内部抵抗を測定していく。そして、劣化推定に十分な情報が得られたところで、容量維持率を算出して記憶する。この結果を上記放電曲線の推定に反映させることで、電池セルの劣化が進んでも精度よく残存電力量を推定することができる。ここで、容量維持率が８７％の場合には、マイコン７１１は、メモリ１１内の容量維持率９０％の部分を参照して上記計算を行う。続いて、マイコン７１１は、容量維持率８５％の部分を参照して同様の計算を行う。そして、これらを線形補完して容量維持率８７％に相当する値を算出することで、劣化した電池セルの残存電力量を推定することができる。
【０１０３】
本実施例の計算では、現時点での電流と電池セルの温度が放電終止に至るまで維持される場合の残存電力量が推定される。しかし、充放電のスケジュールが明確で電池の熱伝達率が概ね一定の場合には電流と温度の時間変化が分かるため、時々刻々変化する放電曲線を推定できる。これを用いればより正確な残存電力量を推定することが可能になる。
【０１０４】
本実施形態によれば、電池残量推定装置１０を備えることで、バッテリ２１の残量を高精度に推定することができる電池パックおよび蓄電装置を実現することができる。また、蓄電装置が定置用の場合、運転の予定を立てやすいと言った効果も奏することができる。
【０１０５】
＜１０．第８の実施形態＞
図２３は、本開示の電池残量推定装置１０が適用されるハイブリッド車両８００の構成例を概略的に示したブロック図である。ハイブリッド車両８００は、本開示の電動車両の一実施形態である。電動車両は、電力消費装置の一態様である。ハイブリッド車両８００は、シリーズハイブリッドシステムを採用する。シリーズハイブリッドシステムは、エンジンで動かす発電機で発電された電力を用いて、電力駆動力変換装置によって走行する車である。ハイブリッド車両８００は、エンジン８０１、発電機８０２、電力駆動力変換装置８０３、駆動輪８０４、車輪８０５、バッテリ２１、車両制御装置８０６、各種センサ８０７、充電口８０８および電池残量推定装置１０を備える。バッテリ２１は、二次電池２の一態様である。
【０１０６】
ハイブリッド車両８００は、電力駆動力変換装置８０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置８０３は、例えばモータであってもよい。バッテリ２１に蓄積された電力が電力駆動力変換装置８０３に放電されることで、電力駆動力変換装置８０３が作動する。そして、この電力駆動力変換装置８０３の回転力が、駆動輪８０４に伝達される。なお、電力駆動力変換装置８０３としては、交流モータおよび直流モータのいずれも適用可能である。各種センサ８０７は、車両制御装置８０６を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度すなわちスロットル開度を制御したりする。各種センサ８０７には、速度センサ、加速度センサまたはエンジン回転数センサなどが含まれてもよい。
【０１０７】
ハイブリッド車両８００は、エンジン８０１の回転力が発電機８０２に伝えられ、その回転力によって発電機８０２により生成された電力をバッテリ２１に蓄積することが可能である。また、図示しない制動機構によってハイブリッド車両８００が減速すると、減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置８０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置８０３により生成された回生電力をバッテリ２１に蓄積することも可能である。さらに、バッテリ２１は、ハイブリッド車両８００の外部の電源に接続されることで、その電源から充電口８０８を入力口として供給された電力を蓄積することも可能である。
【０１０８】
電池残量推定装置１０は、不図示の電流計、温度計および電圧計から取得されたバッテリ２１の状態情報に基づいて、バッテリ２１の残存電力量を推定する。ハイブリッド車両８００は、推定された残存電力量を電池残量として表示する情報処理装置を備えてもよい。
【０１０９】
なお、本開示の電動車両は、エンジンとモータの出力をいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータで走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても有効に適用可能である。さらには、本開示の電動車両は、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する車両に対しても有効に適用可能である。この他にも、電動車両としては、鉄道車両、ゴルフカート、電動カート等を採用してもよい。
【０１１０】
本実施形態によれば、電池残量推定装置１０を備えることで、バッテリ２１の残量を高精度に推定することができる電動車両を実現することができる。また、不意な電欠を未然に回避することができる。
【０１１１】
上述の各実施形態および変形例は、これらを適宜組み合わせてもよい。任意の１つの実施形態または変形例中のある構成部を、他の実施形態または変形例に追加したり、他の実施形態または変形例中の構成部と置換したりする場合も、本開示の範囲内である。
【０１１２】
各実施形態および変形例に記載された作用効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の作用効果があってもよい。本開示は、各実施形態および変形例に記載された複数の作用効果のいずれか一つを奏すればよい。
【０１１３】
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）二次電池の分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の電流値及び温度に対応付けて記憶されたメモリと、
前記二次電池の放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する構成の回路と
を備え、
前記回路は、取得された前記二次電池の電流値及び温度に対応する前記分極電圧曲線を前記メモリ内の情報に基づいて取得し、取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記放電曲線を推定する、電池残量推定装置。
（２）前記メモリは、前記分極電圧曲線に関する情報として、前記分極電圧曲線の形状を示す複数の代表的なパラメータが記憶され、
前記回路は、前記取得された二次電池の電流値及び温度に対応する前記複数の代表的なパラメータに基づいて前記分極電圧曲線を推定する構成の（１）記載の電池残量推定装置。
（３）前記メモリは、前記複数の代表的なパラメータとして、前記分極電圧曲線における電荷量の変化に伴う電圧変化が小さいとみなされる第１の曲線部分については、放電電流に比例する成分の比例係数及び定数の成分が記憶され、前記分極電圧曲線における前記電圧変化が大きいとみなされる第２の曲線部分については、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状を示すパラメータが記憶された（２）記載の電池残量推定装置。
（４）前記メモリは、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状を示すパラメータとして、前記第２の曲線部分を電荷量で微分することによって得られる形状の特徴を示すパラメータが記憶された（３）記載の電池残量推定装置。
（５）前記メモリは、前記分極電圧曲線に関する情報が前記二次電池の容量維持率にも対応付けて記憶された（１）〜（４）のいずれかに記載の電池残量推定装置。
（６）前記回路は、推定された前記二次電池の温度変化に基づいて前記残存電力量を推定する構成の（１）〜（５）のいずれかに記載の電池残量推定装置。
（７）前記回路は、通信によって取得された前記二次電池の電流情報及び温度情報に基づいて前記分極電圧曲線を取得する構成の（１）〜（６）のいずれかに記載の電池残量推定装置。
（８）コンピュータ（回路１２）を、
取得された二次電池の電流値及び温度に対応する前記二次電池の分極電圧曲線を、前記二次電池の電流値及び温度に対応付けてメモリに記憶された前記二次電池の分極電圧曲線に関する情報に基づいて取得する手段、
取得された前記分極電圧曲線を取得された前記二次電池の開放電圧曲線から減算することで前記二次電池の放電曲線を推定する手段、
推定された前記放電曲線に基づいて前記二次電池の残存電力量を推定する手段、
として機能させるための電池残量推定プログラム。
【符号の説明】
【０１１４】
２  二次電池
１０  電池残量推定装置
１１  メモリ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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