(57)【要約】【課題】実電池の遅い応答部分を考慮し、実電池のＳＯＣを精度よく推定できるようにした充電率推定装置及び充電率推定方法を提供する。【解決手段】電圧センサと、電流センサと、充放電電流と前記電池電圧とに基づき前記実電池に係るパラメータを逐次推定する逐次パラメータ推定部と、実電池に係るパラメータに基づき過電圧を算出する過電圧算出部と、電池電圧と過電圧とに基づき端子電圧を算出する端子電圧算出部と、端子電圧と、予め用意された端子電圧と充電率の関係とに基づき、充電率を求める充電率算出部と、を有する充電率推定装置において、予め用意された端子電圧と充電率の関係は、過電圧算出部が過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係であることを特徴とする。【選択図】図１
2015105825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実電池の電池電圧を測定する電圧センサと、
前記実電池の充放電電流を測定する電流センサと、
前記充放電電流と前記電池電圧とに基づき前記実電池に係るパラメータを逐次推定する逐次パラメータ推定部と、
前記実電池に係るパラメータに基づき過電圧を算出する過電圧算出部と、
前記電池電圧と前記過電圧とに基づき端子電圧を算出する端子電圧算出部と、
前記端子電圧と、予め用意された端子電圧と充電率の関係とに基づき、充電率を求める充電率算出部と、
を有する充電率推定装置において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、前記過電圧算出部が過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係である
ことを特徴とする充電率推定装置。
【請求項２】
請求項１の実電池の充電率推定装置において、
前記端子電圧と充電率の関係を時間毎に複数有し、前記充電率算出部は、前記過電圧算出部が過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係を選択して用いることを特徴とする充電率推定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の充電率推定装置において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、前記逐次パラメータ推定部により逐次推定されたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係である
ことを特徴とする充電率推定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の充電率推定装置において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、実験により求めたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係である
ことを特徴とする充電率推定装置。
【請求項５】
実電池の電池電圧を測定する電圧測定ステップと、
前記実電池の充放電電流を測定する電流測定ステップと、
前記充放電電流と前記電池電圧とに基づき前記実電池に係るパラメータを逐次推定する逐次パラメータ推定ステップと、
前記実電池に係るパラメータに基づき過電圧を算出する過電圧算出ステップと、
前記電池電圧と前記過電圧とに基づき端子電圧を算出する端子電圧算出ステップと、
前記端子電圧と、予め用意された端子電圧と充電率の関係とに基づき、充電率を求める充電率算出ステップと、
を有する充電率推定方法において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、前記過電圧算出ステップにおいて過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係である
ことを特徴とする充電率推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実電池の充電率を精度よく推定可能な充電率推定装置及び充電率推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
実電池のうちリチャージブルな二次実電池は、たとえば電気自動車等に採用される。この場合、その実電池での走行可能距離、充放電可能な電流値などを知る必要があるが、これらを把握するため、実電池の内部状態量である実電池の充電率（ＳＯＣ: Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出する必要がある。しかしながら、これらの内部状態量は直接検出できないため、電流積算法（クーロン・カウント法、あるいはブック・キーピング法とも言われる）や、開放電圧推定法（逐次パラメータ法）がよく用いられる。電流積算法は、充放電電流値を時系列で検出して内部状態を推定するものである。また、開放電圧推定法は、実電池モデルを構築し実電池との間で入出力を比較してカルマン・フィルタ等の適応フィルタでそれらの差を小さくするようにして実電池モデルの逐次パラメータを推定し、実電池の開放電圧を推定することで充電率を推定するものである（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の二次実電池の充電率推定装置は、二次実電池の電流と電圧をモニターして入力として、カルマン・フィルタ等のパラメータ推定部にてパラメータを推定し、開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を算出する。そして算出した開放電圧と予め用意したＳＯＣ-ＯＣＶ特性よりＳＯＣを求める構成である（図１０）。なおＯＣＶは、電流をゼロにして実電池を長時間放置して内部が安定したときの端子電圧である。ＳＯＣ−ＯＣＶ特性は、ＳＯＣ毎に長時間放置した後の端子電圧を測定して作成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここでパラメータ推定部の特性上、推定できる時定数には上限があり、長い時定数に係るパラメータは推定が困難である。図１１は、実電池の分極緩和を示す概念図であり、より具体的には一定放電後の実電池の端子電圧の推移を示すグラフである。図１１に示すように、一定放電中は端子電圧が、時間推移に従って減少する。放電停止後、まず早い応答部分の影響により、実電池の端子電圧は上昇する（図１１における動的な状態の領域）。その後、遅い応答部分の影響により、実電池の端子電圧はさらに上昇する（図１１における静的な状態の領域）。なおここでは２４時間後には分極緩和が終了しているため２４時間後の電圧をＯＣＶとしている。分極緩和が終了する時間は実電池の特性等により相違する。
【０００６】
ここでパラメータ推定部により求められたＯＣＶは、短い時定数の開放電圧ＯＣＶ（すなわち、まだ開放電圧になりきっていない端子電圧）である。図１２に、１分放置した後の実電池の端子電圧とＳＯＣの関係、及び２４時間放置した後の実電池の端子電圧とＳＯＣの関係を示す。図１２に示すように、同一の電圧で比較した場合に、各ＳＯＣの差が約５％となる。このように従来のパラメータ推定部により求められたＯＣＶに基づきＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いて充電率ＳＯＣを求めると、ＳＯＣの精度が落ちてしまう。なおパラメータ推定部が、状態量、すなわち開放電圧を直接推定する方法も存在する。しかしこの場合であってもパラメータ推定と同様、長い時定数に係る状態量を推定することは困難である。
【０００７】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、実電池の遅い応答部分を考慮し、実電池のＳＯＣを精度よく推定できるようにした充電率推定装置及び充電率推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために第１の発明に係る充電率推定装置は、
電池の電池電圧を測定する電圧センサと、
前記電池の充放電電流を測定する電流センサと、
前記充放電電流と前記電池電圧とに基づき前記電池に係るパラメータを逐次推定する逐次パラメータ推定部と、
前記電池に係るパラメータに基づき過電圧を算出する過電圧算出部と、
前記電池電圧と前記過電圧とに基づき端子電圧を算出する端子電圧算出部と、
前記端子電圧と、予め用意された端子電圧と充電率の関係とに基づき、充電率を求める充電率算出部と、
を有する充電率推定装置において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、前記過電圧算出部が過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した電池より測定した端子電圧より求めた関係であることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明に係る充電率推定装置は、
第１の発明に係る電池の充電率推定装置において、
前記端子電圧と充電率の関係を時間毎に複数有し、前記充電率算出部は、前記過電圧算出部が過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した電池より測定した端子電圧より求めた関係を選択して用いることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明に係る充電率推定装置は、
第１または第２の発明の充電率推定装置において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、前記逐次パラメータ推定部により逐次推定されたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した電池より測定した端子電圧より求めた関係であることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明に係る充電率推定装置は、
第１または第２の発明の充電率推定装置において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、実験により求めたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した電池より測定した端子電圧より求めた関係であることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明に係る充電率推定方法は、
実電池の電池電圧を測定する電圧測定ステップと、
前記実電池の充放電電流を測定する電流測定ステップと、
前記充放電電流と前記電池電圧とに基づき前記実電池に係るパラメータを逐次推定する逐次パラメータ推定ステップと、
前記実電池に係るパラメータに基づき過電圧を算出する過電圧算出ステップと、
前記電池電圧と前記過電圧とに基づき端子電圧を算出する端子電圧算出ステップと、
前記端子電圧と、予め用意された端子電圧と充電率の関係とに基づき、充電率を求める充電率算出ステップと、
を有する充電率推定方法において、
前記予め用意された端子電圧と充電率の関係は、前記過電圧算出ステップにおいて過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係る充電率推定装置によれば、実電池の遅い応答部分をも考慮し、過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係に基づきＳＯＣを算出するため、実電池のＳＯＣを精度よく推定できる。
【００１４】
また、第２の発明に係る充電率推定装置によれば、端子電圧と充電率の関係を時間毎に複数有し、過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間に応じて、端子電圧と充電率の関係を選択して（切り替えて）用いるため、実電池のＳＯＣをより精度よく推定できる。
【００１５】
また、第３の発明に係る充電率推定装置によれば、逐次パラメータ推定部により逐次推定されたパラメータの最長の時定数に対応させた端子電圧と充電率の関係を用いるため、実電池のＳＯＣをより精度よく推定できる。
【００１６】
また、第４の発明に係る充電率推定装置によれば、実験により求めたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係を用いるため、逐次パラメータ推定部で推定できない長期間の時定数であっても実電池のＳＯＣを精度よく推定できる。
【００１７】
また第５の発明に係る充電率推定方法によれば、実電池の遅い応答部分をも考慮し、過電圧を算出するときに用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係に基づきＳＯＣを算出するため、実電池のＳＯＣを精度よく推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る充電率推定装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態１の逐次パラメータ推定部で用いる実電池の等価回路モデルの一例である。
【図３】実施形態１の端子電圧−ＳＯＣ変換部で用いるルック・アップ・テーブルを示す図である。
【図４】実施形態２の逐次パラメータ推定部で用いる実電池の等価回路モデルの例である。
【図５】実施形態３に係る充電率推定装置のブロック図である。
【図６】実施形態３の逐次パラメータ推定部で用いる実電池の早い応答部分と遅い応答部分の実電池等価回路モデルを示す図である。
【図７】実施形態３のフィルタ処理部を構成するロー・パス・フィルタの構成を示す図である。
【図８】実施形態４のルック・アップ・テーブルの例を示す図である。
【図９】本発明による充電率推定装置によるＳＯＣの推定の実験データを示す図である。
【図１０】従来の充電率推定装置のブロック図である。
【図１１】実電池の分極緩和を示す概念図である。
【図１２】所定時間放置した実電池の端子電圧とＳＯＣとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１の実電池の充電率推定装置の全体構成を説明する。実施形態１の実電池の充電率推定装置は、例えば電気自動車に搭載され、図示しない駆動モータ等に電力を供給可能な実電池（リチウム・イオン・バッテリ等の二次実電池）１０１に接続されている。この充電率推定装置は、電流センサ１０２と、電圧センサ１０３と、逐次パラメータ推定部１０４と、乗算器１０５と、減算器１０６と、端子電圧−充電率変換部１０７（Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７）と、を備えている。本発明は概略として、端子電圧とＳＯＣとの関係（Ｖｔ−ＳＯＣ特性）を用いてＳＯＣを推定する点が従来技術と相違する。ここで端子電圧（以下Ｖｔともいう。）とは、電圧センサ１０３により検出された電圧（以下、Ｖａともいう。）から、過電圧値（以下Ｖ０ともいう。）を減算した値であり、Ｖｔ＝Ｖa―Ｖ0により定義される。
【００２１】
電流センサ１０２は、実電池１０１から駆動モータ等へ電力を供給する場合の放電電流の大きさを検出する。また、電流センサ１０２は、車両制動時に電気モータを発電機として機能させて制動エネルギの一部を回収したり地上の電源設備から充電したりする場合の充電電流の大きさを検出する。ここで検出した電流値Ｉａは、充電時を＋、放電時を−とした入力信号として逐次パラメータ推定部１０４、および乗算器１０５へそれぞれ出力される。なお、電流センサ１０２は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。
【００２２】
電圧センサ１０３は、実電池１０１の端子間の電圧値（電池電圧、Ｖａ）を検出するもので、ここで検出したＶａは逐次パラメータ推定部１０４、および減算器１０６へそれぞれ出力される。なお、電圧センサ１０３は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。
【００２３】
逐次パラメータ推定部１０４は、実電池の等価回路モデルに基づき、実電池に係るパラメータを推定する。図２に実施の形態１に係る実電池の等価回路モデルの例を示す。図２に示す実電池の等価回路モデルは、Ｒ０、Ｒ１、及びＣ１で構成される。逐次パラメータ推定部１０４は、電流値Ｉａ及びＶａを入力信号として、例えばカルマン・フィルタを用いて実電池の等価回路モデルの状態方程式のパラメータを逐次推定する。なお、カルマン・フィルタによるパラメータ推定の詳細については、本出願人の特願２０１１−００７８７４に説明してある。そして逐次パラメータ推定部１０４は、推定したパラメータ（Ｒ０、Ｒ１、及びＣ１）を、乗算器１０５へ出力する。
【００２４】
さらに逐次パラメータ推定部１０４は、推定されたパラメータの時定数を、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７に出力する。
【００２５】
乗算器１０５は、電流センサ１０２で検出された充放電電流値Ｉａと、逐次パラメータ推定部１０４で推定された抵抗値（Ｒ０、Ｒ１）およびコンデンサ容量（Ｃ１）とを掛け合わせて、過電圧値Ｖ０を得る。この過電圧値Ｖ０は、減算器１０６へ出力される。なお乗算器１０５は、本発明の過電圧算出部に相当する。
【００２６】
減算器１０６は、電圧センサ１０３で検出したＶａから過電圧値Ｖ０を減算して端子電圧値（以下Ｖｔ）を得る。減算器１０６は、このＶｔをＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７へ出力する。なお減算器１０６は、本発明の端子電圧算出部に相当する。
【００２７】
Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、逐次パラメータ推定部１０４から得られた時定数と、減算器１０６から得られたＶｔと、ＶｔとＳＯＣとの関係を表すルック・アップ・テーブルとを用いて、ＳＯＣを出力する。なおＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、本発明の充電率算出部に相当する。
【００２８】
ここでルック・アップ・テーブルは、ＶｔとＳＯＣとの関係を示すテーブルである。ルック・アップ・テーブルは、ＶｔとＳＯＣとの関係を実電池の放置経過時間毎（例えば１時間毎）に複数有する。実電池の放置経過時間とは、実電池の放電電流を所定の値からゼロとした時点を基準にして経過した時間を表す。ルック・アップ・テーブルは実験により予め測定されたＶｔと放置経過時間とＳＯＣとの関係に基づき作成する。具体的には、まず、満充電の実電池を用いて所定時間一定放電を行い、ＳＯＣを所定値（例えば２％）減少させる。その後、放置経過時間毎（例えば１時間毎）のＶｔを測定する。その後、分極緩和が終了して端子電圧が一定になる時間（例えば２４時間）まで同様にＶｔを測定する。そして各放置経過時間及びＶｔに、ＳＯＣから所定値を減算した値（９８％）を対応付ける。同様にＳＯＣを所定値ずつ減少させていき（９６％、９４％、９２％・・・０％）、それぞれ放置経過時間毎（例えば１時間毎）のＶｔを測定する。
【００２９】
図３に、このようにして作成したルック・アップ・テーブルの例を示す。図３では３軸（Ｖｔ、時間、及びＳＯＣ）の３次元グラフ（３次元マップ）の形式にて示している。当該ルック・アップ・テーブルは、充電率推定装置の記憶部（不図示）に予め記憶されて用意されている。Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、当該ルック・アップ・テーブルを用いることにより、Ｖｔ及び時定数に基づきＳＯＣを推定する。
【００３０】
Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、図３に示すルック・アップ・テーブルのうち、時定数に応じて用いるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する（切り替える）。具体的にはＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、逐次パラメータ推定部１０４から得られた時定数のうち、最長の時定数に対応した放置経過時間におけるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する。そしてＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、当該ＶｔとＳＯＣとの関係に基づいてＳＯＣを算出する。
【００３１】
すなわち本発明において用いるＶｔとＳＯＣとの関係は、過電圧を算出する時に用いたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係となる。ここで本実施の形態において、乗算器１０５が過電圧を算出する時に用いたパラメータは、逐次パラメータ推定部１０４により逐次推定されたパラメータである。すなわち本実施の形態において用いるＶｔとＳＯＣとの関係は、逐次パラメータ推定部１０４により逐次推定されたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係である。
【００３２】
ここで「最長の時定数に対応した時間」とは、時定数をτとした場合、好適には２τから３τ程度である。なお「最長の時定数に対応した時間」はこれに限られず、τであってもよい。
【００３３】
次に、上記のように構成した実施の形態１の実電池の充電率推定装置の作用につき説明する。電流センサ１０２は、実電池１０１において充放電される充放電電流値Ｉａを検出し、この値を、逐次パラメータ推定部１０４、および乗算器１０５にそれぞれ入力する。一方、電圧センサ１０３は、実電池１０１の電池電圧値Ｖａを検出し、この値を、逐次パラメータ推定部１０４、および減算器１０６にそれぞれ入力する。
【００３４】
逐次パラメータ推定部１０４は、入力されたＩａとＶａとに基づき、図２の等価回路モデルおよびカルマン・フィルタを用いて、各パラメータ（Ｒ０、Ｒ１、及びＣ１）を推定する。これらの抵抗値およびコンデンサ容量は乗算器１０５に入力されて、電流センサ１０２から入力された充放電電流値Ｉａと掛け合わされて過電圧値Ｖ０が得られる。この過電圧値Ｖ０は、減算器１０６に入力される。また逐次パラメータ推定部１０４は、推定されたパラメータの時定数を、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７に出力する。
【００３５】
減算器１０６では、電圧センサ１０３から入力された電池電圧値Ｖａから、過電圧値Ｖ０を減算することで、実電池の端子電圧値Ｖｔを得る。このＶｔは、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７に入力される。
【００３６】
Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、逐次パラメータ推定部１０４から得られた時定数と、減算器１０６から得られたＶｔと、ＶｔとＳＯＣとの関係を表すルック・アップ・テーブルとを用いて、ＳＯＣを出力する。より具体的にはＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、この充電率ＳＯＣをたとえば走行可能距離演算部(図示せず)などの必要演算部へ出力する。
【００３７】
以上の説明から分かるように、実施の形態１の実電池の充電率推定装置は、逐次パラメータ推定部１０４により、時定数を算定する。そしてＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７が当該時定数に応じて用いるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する（切り替える）ことにより、実電池の遅い応答部分を考慮し、実電池のＳＯＣを精度よく推定することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２について説明をする。実施の形態２は実施の形態１と比較して、逐次パラメータ推定部１０４が用いる等価モデルが相違する。また逐次パラメータ推定部１０４がＵＫＦに基づきパラメータを逐次推定する点が相違する。その他の構成については実施形態１と同一であるため実施形態１と同一の符号を用いて以下説明する。
【００３９】
図４に実施の形態２に係る実電池の等価回路モデルの例を示す。図４は、Ｒ０、Ｒ１、Ｃ１、Ｒ２、Ｃ２、Ｒ３、及びＣ３で構成される。ただしこれらのパラメータ間には以下の式（１）（２）の関係があるものとする。
Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３・・・・・・・（１）
Ｒ３＝９Ｒ２＝２５Ｒ１・・・・・・・（２）
【００４０】
逐次パラメータ推定部１０４は、最長の時定数に対応するＲ３とＣ３に係る時定数をＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７に出力する。Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、逐次パラメータ推定部１０４から得られた時定数のうち、最長の時定数に対応した放置経過時間におけるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する。そしてＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、当該ＶｔとＳＯＣとの関係に基づいてＳＯＣを算出する。
【００４１】
このように実施の形態２の充電率推定装置も実施の形態１同様に、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部１０７が時定数に応じて用いるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する（切り替える）ことにより、実電池の遅い応答部分を考慮し、実電池のＳＯＣを精度よく推定できる。
【００４２】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３について説明をする。図５は、実施の形態３の実電池の充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。この実施の形態３の実電池の充電率推定装置は、例えば電気自動車に搭載され、図示しない駆動モータ等に電力を供給可能な実電池（リチウム・イオン・バッテリ等の二次実電池）３０１に接続されている。この充電率推定装置は、電流センサ３０２と、電圧センサ３０３と、フィルタ処理部３０４と、逐次パラメータ推定部３０５と、第１乗算器３０６と、第２乗算器３０７と、加算器３０８と、減算器３０９と、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０と、定数設定部３１１と、を備えている。
【００４３】
電流センサ３０２は、実電池３０１から駆動モータ等へ電力を供給する場合の放電電流の大きさを検出する。また、電流センサ３０２は、車両制動時に電気モータを発電機として機能させて制動エネルギの一部を回収したり地上の電源設備から充電したりする場合の充電電流の大きさを検出する。ここで検出した電流値Ｉａは、充電時を＋、放電時を−とした入力信号としてフィルタ処理部３０４、および第２乗算器３０７へそれぞれ出力される。なお、電流センサ３０２は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。
【００４４】
電圧センサ３０３は、実電池３０１の端子間の電圧値（Ｖａ）を検出するもので、ここで検出したＶａはフィルタ処理部３０４、および減算器３０９へそれぞれ出力される。なお、電圧センサ３０３は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。
【００４５】
フィルタ処理部３０４には、電流センサ３０２から充放電電流値Ｉａが、電圧センサ３０３から電池電圧値Ｖａが、また定数設定部３１１から定数が入力される。そして、フィルタ処理部３０４は、充放電電流値Ｉａおよび電池電圧値Ｖａのそれぞれから遅い応答部分（拡散抵抗）を取り除いた早い応答部分（結線抵抗＋電解液抵抗＋電荷移動抵抗）を、フィルタ処理電流値Ｉｂおよびフィルタ処理電圧値Ｖｂとして逐次パラメータ推定部３０５に入力する。フィルタ処理部３０４については、後でより詳しく説明する。
【００４６】
逐次パラメータ推定部３０５は、図６に示す実電池の等価回路モデルのうち、遅い応答部分が取り除かれた早い応答部分のパラメータを推定していく。図６において、Ｒ３およびＣ３、Ｒ４およびＣ４、Ｒ５およびＣ５でなる第３次〜第５次の抵抗−コンデンサ並列回路の部分（図６中の網掛け部分）が遅い応答部分を示し、Ｒ０、Ｒ１およびＣ１、Ｒ２およびＣ２で構成される１次、２次の抵抗−コンデンサ並列回路の部分が早い応答部分を示している。逐次パラメータ推定部３０５は、より具体的には、フィルタ処理部３０４から得たフィルタ処理電流値Ｉｂおよびフィルタ処理電圧値Ｖｂを入力信号として、例えばカルマン・フィルタを用いて、実電池３０１の出力値と実電池等価回路モデルの早い応答部分の出力値とを比較する。そして、逐次パラメータ推定部３０５は、これらの出力値差が小さくなるように、上記モデルの状態方程式のパラメータを逐次調整していくことで、上記早い応答部分のパラメータを推定していく。逐次パラメータ推定部３０５で推定されたパラメータである抵抗値（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２）およびコンデンサ容量（Ｃ１、Ｃ２）は、第１乗算器３０６へ出力される。
【００４７】
第１乗算器３０６は、電流センサ３０２で検出された充放電電流値Ｉａと、逐次パラメータ推定部３０５で推定された抵抗値（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２）およびコンデンサ容量（Ｃ１、Ｃ２）とを、掛け合わせて、第１過電圧値Ｖ０１を得る。この第１過電圧値Ｖ０１は、加算器３０８へ出力される。
【００４８】
第２乗算器３０７は、定数設定部３１１から得られた定数に電流センサ３０２から得られた充放電電流値Ｉａを掛けることで実電池の遅い部分の第２過電圧値Ｖ０２を得る。そして、第２乗算器３０７は、この第２過電圧値Ｖ０２を加算器３０８へ出力する。
【００４９】
加算器３０８は、第１乗算器３０６で得られた実電池の早い応答部分の第１過電圧値Ｖ０１と、第２乗算器３０７で得られた実電池の遅い応答部分の第２過電圧値Ｖ０２とを加算して実電池の過電圧値Ｖ０を得る。そして、加算器３０８は、この過電圧値Ｖ０を減算器３０９へ出力する。なお加算器３０８は、本発明の過電圧算出部に相当する。
【００５０】
減算器３０９は、電圧センサ３０３で検出した電池電圧値Ｖａから加算器３０８で得た過電圧値Ｖ０を減算して実電池の端子電圧値（Ｖｔ）を得る。そして、減算器３０９は、このＶｔをＶｔ−ＳＯＣ変換部３１０へ出力する。なお減算器３０９は、本発明の端子電圧算出部に相当する。
【００５１】
Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、定数設定部３１１から得られた時定数と、減算器３０９から得られたＶｔと、ＶｔとＳＯＣとの関係を表すルック・アップ・テーブルとを用いて、ＳＯＣを出力する。Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０が用いるルック・アップ・テーブルは実施の形態１と同一である。なおＶｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、本発明の充電率算出部に相当する。
【００５２】
Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、図３に示すルック・アップ・テーブルのうち、時定数に応じて用いるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する（切り替える）。具体的にはＶｔ−ＳＯＣ変換部１０７は、定数設定部３１１から得られた時定数のうち、最長の時定数に対応した放置経過時間におけるＶｔとＳＯＣとの関係を選択する。そしてＶｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、当該ＶｔとＳＯＣとの関係に基づいてＳＯＣを算出する。ここで本実施の形態において用いるＶｔとＳＯＣとの関係は、定数設定部３１１から得られた時定数、すなわち実験により求めたパラメータの最長の時定数に対応した時間だけ放置した実電池より測定した端子電圧より求めた関係である。
【００５３】
ここで「最長の時定数に対応した時間」とは、時定数をτとすると、好適には２τから３τ程度を意味する。なお「最長の時定数に対応した時間」はこれに限らず、τであってもよい。
【００５４】
定数設定部３１１は、実電池３０１の等価回路モデルのうち遅い応答部分を表す固有値としての定数を設定してあり、この定数をフィルタ処理部３０４および第２乗算器３０７へそれぞれ出力する。この固有値、すなわち定数は実電池３０１に固有のものであり、この値は実験により求めておく。
【００５５】
次に上記フィルタ処理部３０４につき、図６および図７を参照しながらより詳細に説明する。フィルタ処理部３０４は、逐次パラメータ推定部３０５が、実電池の早い応答部分（結線抵抗＋電解液抵抗＋電荷移動抵抗）と遅い応答部分（拡散抵抗）とで過電圧部分が重複して演算されないように、パラメータ推定を行うことができるようにするため、充放電電流値Ｉａおよび電池電圧値Ｖａに対しフィルタリングを行うものである。
【００５６】
本実施の形態では、逐次パラメータ推定部３０５でパラメータ推定を行う前に充放電電流値Ｉａおよび電池電圧値Ｖａに対して事前に実験で求めた値（定数）を用いてフィルタ処理を行う。そして、本実施例は、図７に示すように、入力信号から遅い応答部分が取り除かれた信号を用いて早い応答部分のパラメータ推定が行われるようにして、早い応答部分の過電圧と遅い応答部分の過電圧とが重複しないようにする。
【００５７】
本実施の形態では、電池電圧値Ｖａについては、たとえば図７に示すロー・パス・フィルタが用いられる。同図において、ロー・パス・フィルタは、電池電圧値Ｖａから、充放電電流値Ｉａを用いて演算して得た遅い応答部分の電圧値Ｖｃを減算して早い応答部分の電圧値であるフィルタ処理電圧値Ｖｂを算出することで、遅い応答部分の電圧分を取り除く。
【００５８】
図７において、実電池の遅い応答部分の等価回路モデルにおける３次のＲ３、Ｃ３に対応する伝達関数１２と、４次のＲ４、Ｃ４に対応する伝達関数１３と、５次のＲ５、Ｃ５に対応する伝達関数１４とに、充放電電流値Ｉａが入力されて、それぞれの過電圧値が得られる。そして、これらの過電圧値が加算器１５で加算されて遅い応答部分の電圧値Ｖｃが得られる。なお、図７におけるｓは、ラプラス変換の変数である。減算器１６は、端子電値圧Ｖａから遅い応答部分の電圧値Ｖｃを減算して早い応答部分の電圧値Ｖｂを得る。
【００５９】
一方、電流に関しては、フィルタ処理部３０４は、ハイ・パス・フィルタを用いて遅い応答部分を取り除いてフィルタ処理電流値Ｉｂとして逐次パラメータ推定部３０５に入力するが、フィルタ処理部３０４で処理を行わずそのまま逐次パラメータ推定部３０５に入力してもよい。
【００６０】
次に、上記のように構成した実施の形態３の実電池の充電率推定装置の作用につき説明する。電流センサ３０２は、実電池３０１において充放電される充放電電流値Ｉａを検出し、この値を、フィルタ処理部３０４および第２乗算器３０７にそれぞれ入力する。一方、電圧センサ３０３は、実電池３０１の電池電圧値Ｖａを検出し、この値を、フィルタ処理部３０４および減算器３０９にそれぞれ入力する。
【００６１】
フィルタ処理部３０４は、定数設定部３１１からの定数を用いて、充放電電流値Ｉａおよび電池電圧値Ｖａから実電池の遅い応答部分の分をそれぞれ取り除き、フィルタ処理電流値Ｉｂおよびフィルタ処理電圧値Ｖｂとして、逐次パラメータ推定部３０５に入力する。
【００６２】
逐次パラメータ推定部３０５は、入力されたフィルタ処理電流値Ｉｂとフィルタ処理電圧値Ｖｂとに基づき、図６中の実電池の早い応答部分の等価回路モデル（図６の抵抗Ｒ０と第１次および第２次の抵抗−コンデンサ並列回路（Ｒ１、Ｃ１、Ｒ２、Ｃ２）およびカルマン・フィルタを用いて、早い応答部分のパラメータである抵抗値（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２）およびコンデンサ容量（Ｃ１、Ｃ２）を推定する。これらの抵抗値およびコンデンサ容量は第１乗算器３０６に入力されて、電流センサ３０２から入力された充放電電流値Ｉａと掛け合わされて第１過電圧値Ｖ０１が得られる。この第１過電圧値Ｖ０１は、加算器３０８に入力される。
【００６３】
一方、第２乗算器３０７には定数設定部３１１から実電池の遅い部分の抵抗値およびコンデンサ容量を表す定数が入力され、この定数に電流センサ３０２から入力された充放電電流値Ｉａが掛けられて実電池の遅い応答部分での第２過電圧値Ｖ０２が得られる。この第２過電圧値Ｖ０２は、加算器３０８に入力される。
【００６４】
加算器３０８では、第１乗算器３０６から入力された第１過電圧値Ｖ０１と第２乗算器３０７から入力された第２過電圧値Ｖ０２とを加算して実電池の過電圧値Ｖ０を得る。この過電圧値Ｖ０は、減算器３０９に入力される。減算器３０９では、電圧センサ３０３から入力された電池電圧値Ｖａから、加算器３０８から入力された過電圧値Ｖ０を減算することで、実電池の端子電圧値Ｖｔを得る。このＶｔは、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０に入力される。
【００６５】
Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、定数設定部３１１から得られた時定数と、減算器３０９から得られたＶｔと、ＶｔとＳＯＣとの関係を表すルック・アップ・テーブルとを用いて、ＳＯＣを出力する。より具体的にはＶｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、この充電率ＳＯＣをたとえば走行可能距離演算部(図示せず)などの必要演算部へ出力する。
【００６６】
以上の説明から分かるように、実施の形態３の実電池の充電率推定装置は、以下の効果を有する。すなわち実施の形態３の実電池の充電率推定装置は、フィルタ処理部３０４で遅い応答部分が除去されたフィルタ処理電流値Ｉｂおよびフィルタ処理電圧値Ｖｂを用い、実電池の早い応答部分の等価回路モデルを用いて逐次パラメータ推定を行う。そして、充電率推定装置は、逐次パラメータ推定により得られたパラメータ（早い応答部分の抵抗値およびコンデンサ）に充放電電流値Ｉａを掛けて第１過電圧値Ｖ０１を得る。また、実電池の遅い応答部分については、充電率推定装置は、予め実験で求めた定数（実電池の固有値）に充放電電流値Ｉａを掛けて第２過電圧値Ｖ０２を得る。これら第１過電圧値Ｖ０１と第２過電圧値Ｖ０２を加算することで実電池の過電圧値Ｖ０を精度よく、しかも簡単に得ることができるようになる。したがって、実電池の実際での使用環境下にあっては逐次パラメータ法では困難な実電池の遅い応答部分までも考慮して、実電池の内部状態を精度よく推定することが可能となる。
【００６７】
実電池の充電率については、充電率推定装置は、電池電圧値Ｖａから上記過電圧値Ｖ０を減算して端子電圧値Ｖｔを求め、Ｖｔ−ＳＯＣの関係データを用いて端子電圧値Ｖｔに相当するＳＯＣを得る。よってＶｔ−ＳＯＣ変換部３１０が時定数に応じて用いるＶｔとＳＯＣとの関係を選択することにより実電池の遅い応答部分を考慮し、実電池のＳＯＣを精度よく推定できる。またフィルタ処理部３０４により、実電池の早い応答部分の過電圧値と遅い応答部分の過電圧値とが重複して演算されるのを防ぐことができる。
【００６８】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４について説明をする。実施の形態４は実施の形態３と比較して、逐次パラメータ推定部３０５がＶｔ−ＳＯＣ変換部３１０に時定数を出力する構成でない点が異なる。その他の構成については実施形態３と同一であるため実施形態３と同一の符号を用いて以下説明する。
【００６９】
実施の形態４に係る充電率推定装置は、実電池の等価回路モデルに基づき時定数の限界値を定めておき、当該時定数に対応するＶｔとＳＯＣとの関係を用いる。図６に示す等価回路モデルに基づくと、時定数の限界値は８００秒程度である。したがってこの場合、時定数を８００秒とし、放置経過時間が８００秒の場合のＶｔとＳＯＣとの関係を用いる。図８に所定の時定数に対応するＶｔとＳＯＣとの関係の関係を示す。Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０は、減算器３０９から得られたＶｔに基づき、図８のＶｔ―ＳＯＣ特性からＳＯＣを推定する。このようにすることで、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０の制御を簡素化して計算コストを低減するとともに、ルック・アップ・テーブルに要するメモリ容量を低減することができる。
【００７０】
図９に本発明の実施の形態４に係る充電率推定装置によるＳＯＣの実験値を示す。なお図９における“Ａｆｔｅｒ”が本発明の実施の形態４に係る充電率推定装置によるＳＯＣの実験値を表す。図９における“Ｂｅｆｏｒｅ”は、Ｖｔ−ＳＯＣ変換部３１０の代わりに予め用意したＳＯＣ-ＯＣＶ特性よりＳＯＣを求める構成とした場合の実験値を示す。図９に示されるように、本発明による充電率推定装置の方が誤差の絶対値が小さく、より高精度なＳＯＣが算出できていることがわかる。
【００７１】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段及びステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段及びステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１２、１３、１４  伝達関数
１５  加算器
１６  減算器
１０１、３０１  実電池
１０２、３０２  電流センサ
１０３、３０３  電圧センサ
１０４、３０５  逐次パラメータ推定部
１０５、３０８  乗算器
１０６、３０９  減算器
１０７  Ｖｔ−ＳＯＣ変換部
３０４  フィルタ処理部
３０６  第１乗算器
３０７  第２乗算器
３１０  Ｖｔ−ＳＯＣ変換部
３１１  定数設定部
【図１】
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【図２】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図８】
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