(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＯＣの推定に要する時間を短縮すること。【解決手段】制御部１０とこれに接続されたメモリ１１を含み、制御部は、第１時刻に測定された蓄電池の端子電圧ＶＢｋと当該第１時刻から２×ｔ０時間が経過した第２時刻に測定された蓄電池の端子電圧ＶＢ２ｋをメモリから読み出し、これらに基づいて、任意の時刻ｔにおける蓄電池の開放電圧の推定値を、ＶＢ２ｋ−((ＶＢ２ｋ−ＶＢｋ)／log２)×log(ｔ／２ｋｔ０)と計算することによって求め、当該開放電圧の推定値に基づいて蓄電池の残存容量の推定値を求める、蓄電池の残存容量推定装置である。【選択図】図１
2015152573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池の残存容量の推定値を求めるための装置であって、
制御部と、
前記制御部に接続されたメモリと、
を含み、
前記制御部は、第１時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢｋと当該第１時刻から２×ｔ０時間が経過した第２時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢ２ｋを前記メモリから読み出し、これらに基づいて、任意の時刻ｔにおける前記蓄電池の開放電圧の推定値を、ＶＢ２ｋ−((ＶＢ２ｋ−ＶＢｋ)／log２)×log(ｔ／２ｋｔ０)と計算することによって求め、当該開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める、
蓄電池の残存容量推定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記端子電圧ＶＢｋと前記端子電圧ＶＢ２ｋを前記蓄電池から取得して前記メモリへ記憶させる電圧取得部と、
前記任意の時刻ｔにおける前記開放電圧の推定値を求めて前記メモリへ記憶させる開放電圧推定部と、
前記開放電圧推定部によって求められる前記開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める残存容量推定部と、
を有する、請求項１に記載の蓄電池の残存容量推定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記開放電圧の推定値を前記２×ｔ０時間ごとに求めて、当該各推定値を前記メモリに記憶させており、
当該各推定値を、ＶＤｎ、ＶＤｎ＋１、ＶＤｎ＋２、とすると、
前記制御部は、(ＶＤｎ×ＶＤｎ＋２−Ｖ２Ｄｎ＋１)／(ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋２−２×ＶＤｎ＋１)を計算することによって、前記開放電圧の推定値を補正し、当該補正後の開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める、
請求項１又は２に記載の蓄電池の残存容量推定装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記開放電圧の推定値を補正する開放電圧補正部、
を更に有する、請求項３に記載の蓄電池の残存容量推定装置。
【請求項５】
蓄電池の残存容量の推定値を求めるための方法であって、
第１時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢｋと当該第１時刻から２×ｔ０時間が経過した第２時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢ２ｋに基づいて、任意の時刻ｔにおける前記蓄電池の開放電圧の推定値を、ＶＢ２ｋ−((ＶＢ２ｋ−ＶＢｋ)／log２)×log(ｔ／２ｋｔ０)と計算することによって求め、当該開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める、
蓄電池の残存容量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池（特に鉛蓄電池）の残存容量を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池の残存容量（State  Of  Charge：以下「ＳＯＣ」という）を推定する公知技術として、その蓄電池の無負荷時の出力電圧である開放電圧から推定する技術が知られている。この公知技術は、開放電圧がＳＯＣに対して比例するという関係（図８参照）に基づいているものである。この公知技術によれば、対象となる蓄電池の開放電圧が分かればこれに対するＳＯＣを容易に求めることができる。
【０００３】
ところで、鉛蓄電池には「分極」と呼ばれる現象が存在するため、例えば充電直後の開放電圧は、現在のＳＯＣに対応する適正な開放電圧よりも高い値となる（図９参照）。このため、充電直後のある時刻ｔにおいて測定された開放電圧に基づいてＳＯＣを求めると、ＳＯＣの推定値に大きな誤差が含まれることになる。この誤差を回避するためには、鉛蓄電池に負荷を与えない状態を比較的長く保った後に鉛蓄電池の開放電圧を測定すればよいが、この場合にはＳＯＣの推定値を得るまでに長い時間が必要となる。そこで、ＳＯＣの推定値を得るための時間を短縮するために、充電後からの経過時間に対し、本来の開放電圧に至るまでの特性を推定する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１乃至６参照）。
【０００４】
特許文献１に係る技術についてはその推定精度が必ずしも十分ではないことが特許文献４において指摘されており、これに対する改善技術として特許文献４では、主に指数関数を用いて充電率を推定する技術が提案されている。また、特許文献５においては、高次の指数関数を用いる技術が提案されている。しかしながら、これらの先行技術のように多項式、高次の関数を用いる場合には、変数が多くなるのでそれらの変数を推定するために多くの測定時間が必要となり、かつ対象となる蓄電池に係る変数も既知であることが必要となる点で改良の余地がある。この点は特許文献６に開示される先行技術においても同様である。
【０００５】
他方、特許文献２、３に開示される先行技術においては、分極の影響による充電率の変化量を少ない変数で数式化しているが、これらの先行技術では始めに開回路電圧を推定する必要がある。特許文献３における表３で示されるように、この推定を行うには多くの処理ステップが必要となるため、推定に要する時間が長くなるという点で改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−９８３６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３６５８号公報
【特許文献３】特開２００３−３０７５５６号公報
【特許文献４】特開２００５−４３３３９号公報
【特許文献５】特開２００９−２６９１号公報
【特許文献６】特開２０１０−２４３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明に係る具体的態様は、ＳＯＣの推定に要する時間を短縮することが可能な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一態様の蓄電池の残存容量推定装置は、（ａ）制御部と、（ｂ）前記制御部に接続されたメモリとを含み、（ｃ）前記制御部は、第１時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢｋと当該第１時刻から２×ｔ０時間が経過した第２時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢ２ｋを前記メモリから読み出し、これらに基づいて、任意の時刻ｔにおける前記蓄電池の開放電圧の推定値を、ＶＢ２ｋ−((ＶＢ２ｋ−ＶＢｋ)／log２)×log(ｔ／２ｋｔ０)と計算することによって求め、当該開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める、蓄電池の残存容量推定装置である。
【０００９】
上記構成によれば、蓄電池の残存容量（ＳＯＣ）の推定に要する時間を短縮することが可能となる。
【００１０】
上記の残存容量推定装置において、前記制御部は、（ｄ）前記端子電圧ＶＢｋと前記端子電圧ＶＢ２ｋを前記蓄電池から取得して前記メモリへ記憶させる電圧取得部と、（ｅ）前記任意の時刻ｔにおける前記開放電圧の推定値を求めて前記メモリへ記憶させる開放電圧推定部と、（ｆ）前記開放電圧推定部によって求められる前記開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める残存容量推定部と、を有してもよい。
【００１１】
上記の残存容量推定装置において、前記制御部は、（ｇ）前記開放電圧の推定値を前記２×ｔ０時間ごとに求めて、当該各推定値を前記メモリに記憶させており、（ｈ）当該各推定値を、ＶＤｎ、ＶＤｎ＋１、ＶＤｎ＋２、とすると、前記制御部は、(ＶＤｎ×ＶＤｎ＋２−Ｖ２Ｄｎ＋１)／(ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋２−２×ＶＤｎ＋１)を計算することによって、前記開放電圧の推定値を補正し、当該補正後の開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める、ことも好ましい。
【００１２】
これにより、ＳＯＣの推定に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
【００１３】
上記の残存容量推定装置において、前記制御部は、（ｉ）前記開放電圧の推定値を補正する開放電圧補正部を更に有してもよい。
【００１４】
本発明に係る一態様の蓄電池の残存容量推定方法は、第１時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢｋと当該第１時刻から２×ｔ０時間が経過した第２時刻に測定された前記蓄電池の端子電圧ＶＢ２ｋに基づいて、任意の時刻ｔにおける前記蓄電池の開放電圧の推定値を、ＶＢ２ｋ−((ＶＢ２ｋ−ＶＢｋ)／log２)×log(ｔ／２ｋｔ０)と計算することによって求め、当該開放電圧の推定値に基づいて前記蓄電池の残存容量の推定値を求める、蓄電池の残存容量推定方法である。
【００１５】
上記構成によれば、蓄電池の残存容量（ＳＯＣ）の推定に要する時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、蓄電池の充電容量推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、充電停止からの経過時間に対する蓄電池の端子電圧の測定例を示すグラフである。
【図３】図３は、鉛蓄電池に対し、周期ｔ０＝１分間として、充電停止からの開放電圧の測定値と推定値を比較した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、（４）式および（９）式のそれぞれによって得られる推定値の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、上記図３の場合とは特性の異なる蓄電池を対象として、充電停止からの開放電圧の測定値と推定値を比較した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、この蓄電池における開放電圧の推定値を（４）式および（９）式により求めた結果を示すグラフである。
【図７】図７は、充電容量推定装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、開放電圧とＳＯＣの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、充電直後からの開放電圧の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、蓄電池の充電容量推定装置の構成を示すブロック図である。図１に示す充電容量推定装置は、蓄電池１と接続されてこの蓄電池１の充電容量の推定値を求めるものである。蓄電池１は、例えば車載されたバッテリーとして用いられる鉛蓄電池である。この蓄電池１は、図示しない車載電子機器やセルモーター等に対して電力を供給するものである。この蓄電池１は、充電器２と接続されており、かつこの充電器２と蓄電池１の間にはスイッチ３が接続されている。スイッチ３を閉状態とすることで充電器２により蓄電池１が充電される。
【００１９】
本実施形態の充電容量推定装置は、蓄電池１の端子電圧を検出する電圧計（電圧検出部）４と、蓄電池１による放電電流を検出する電流計（電流検出部）５と、制御部１と、この制御部１０に接続されたメモリ１１を含んで構成されている。
【００２０】
制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータであり、所定の動作プログラムを実行することにより、電圧取得部１２、開放電圧推定部１３、開放電圧補正部１４およびＳＯＣ推定部１５としての機能を奏する。
【００２１】
メモリ（記憶部）１１は、制御部１０により書き込まれるデータ（詳細は後述）を記憶する。このメモリ１１としては、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）などの不揮発性メモリが用いられる。
【００２２】
電圧取得部１２は、電圧計４の出力値である蓄電池１の端子電圧値を所定タイミング（例えば、一定周期）で取得してメモリ１１に書き込む。
【００２３】
開放電圧推定部１３は、メモリ１１に記憶された端子電圧値を読み出し、この端子電圧値に基づいて蓄電池１の開放電圧推定値を求める。この開放電圧推定値は開放電圧推定部１３によってメモリ１１に書き込まれる。
【００２４】
開放電圧補正部１４は、メモリ１１に記憶された開放電圧推定値に対して所定手順によって補正を加え、ＳＯＣ推定部１５へ出力する。
【００２５】
ＳＯＣ推定部１５は、開放電圧補正部１４から出力される補正後の開放電圧推定値と、電流計５の出力値である電流値に基づいて、蓄電池１のＳＯＣの推定値を求める。ＳＯＣ推定部１５により求められたＳＯＣの推定値は図示しない上位装置等へ供給される。
【００２６】
図２は、充電停止からの経過時間に対する蓄電池の端子電圧の測定例を示すグラフである。このグラフから、蓄電池１に対する充電停止から２時間程度経過した後には、端子電圧は、経過時間の対数に比例し、任意の時刻ｔにおける端子電圧は次式で近似できるものと仮定する（近似式を図中に点線で示す）。なお、ＶＢ(t)は時刻ｔにおける端子電圧であり、ａとｂはそれぞれ変数である。
ＶＢ(t)＝ａ＋ｂ×logｔ  ・・・（１）
【００２７】
上記（１）式によれば、ある２つの時刻のそれぞれにおける端子電圧を測定することによって変数ａ、ｂを確定することができる。そして、各変数ａ、ｂが確定すれば、それらを用いて上記（１）式により任意の時刻ｔにおける端子電圧ＶＢ(t)の推定値を求めることができる。開放電圧推定部１３は、この（１）式に基づいて、以下のように任意の時刻ｔにおける開放電圧の推定値を求める。
【００２８】
例えば、スイッチ３が開状態となった直後から周期ｔ０で電圧取得部１２により端子電圧値がメモリ１１に書き込まれるとする。任意の自然数ｊに対し、時間ｊ×ｔ０における電圧計４によって計測される端子電圧をＶＢｊとする。任意の自然数ｋについて、ｊ＝ｋにおける端子電圧と、ｊ＝２×ｋにおける端子電圧を利用し、これらを上記（１）式に適用すると以下のようになる。
ＶＢｋ＝ａ＋ｂ×log(ｋ×ｔ０)  ・・・（２）
ＶＢ２ｋ＝ａ＋ｂ×logｔ(２ｋ×ｔ０)  ・・・（３）
【００２９】
上記（２）式および（３）式から、任意の時刻ｔに対する開放電圧の推定値は以下のようになる。
ＶＢ(ｔ)＝ＶＢ２ｋ−((ＶＢ２ｋ−ＶＢｋ)／log２)×log(ｔ／２ｋｔ０)  ・・・（４）
【００３０】
図３は、鉛蓄電池に対し、周期ｔ０＝１分間として、充電停止からの開放電圧の測定値と推定値を比較した結果を示すグラフである。図中の「実測値」の曲線は測定器による測定値であり、「推定値１」は上記（４）式に基づいて求められるＶＢ(t)の値である。このグラフからは、０．５時間程度経過した後には、４８時間後の実測値であるＶ１と推定値１との誤差が±０．１ボルト程度に収まっていることが分かる。つまり、単純に開放電圧を測定した場合の実測値に比較して大幅に分極の影響が低減されていることが分かる。
【００３１】
ところで、より実用性を高めるには、開放電圧の推定値を求めるのに要する時間は可能な限り短縮されることが望ましい。他方で、充電停止からどの程度の時間が経過した後の推定値が有効であるかという点については蓄電池の種類、周囲温度等によって変わるので、有効な精度の推定値が得られると考えられる最小限の時間に対し、これより十分に長い時間を使って推定値を求める必要がある。そこで、開放電圧の推定値は時間の経過とともにある一定値に収束していくことから、開放電圧の推定値は経過時間の指数に対して比例し、以下の式で表せると仮定する。なお、ＶＣ(t)は開放電圧であり、ｃ、ｄ、τはそれぞれ変数である。
ＶＣ(t)＝ｃ＋ｄ×exp(−t／τ)  ・・・（５）
【００３２】
ここで、開放電圧の推定は２×ｔ０周期で行われていることから、任意の自然数ｎに対し、時間２×ｔ０×ｎにおける推定値をＶＤｎとすると、連続した３箇所での開放電圧の推定値は以下のように表せる。
ＶＤｎ＝ｃ＋ｄ×exp(−２ｎｔ０／τ)  ・・・（６）
ＶＤｎ＋１＝ｃ＋ｄ×exp(−２(ｎ＋１)ｔ０／τ)  ・・・（７）
ＶＤｎ＋２＝ｃ＋ｄ×exp(−２(ｎ＋２)ｔ０／τ)  ・・・（８）
【００３３】
今回求める値は式（５）におけるＶＣ(t)の収束値であり、それはｔ→∞とした場合の値であるから、結局、式（５）における変数ｃが今回求める値となる。式（６）、（７）、（８）から、ｃは次式となる。
ｃ＝(ＶＤｎ×ＶＤｎ＋２−Ｖ２Ｄｎ＋１)／(ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋２−２×ＶＤｎ＋１)  ・・・（９）
【００３４】
図４は、（４）式および（９）式のそれぞれによって得られる推定値の一例を示すグラフである。図中において、「推定値１」と示されるのが（４）式に基づいて得られる推定値であり、「推定値２」と示されるのが（９）式に基づいて得られる推定値である。この結果からは、経過時間が１５分間を超えたあたりから、４８時間後の実測値であるＶ１と推定値２との誤差が±０．１ボルト程度に収まっていることが分かる。つまり、開放電圧の推定値を得るのに必要な時間が大幅に短縮されることが分かる。
【００３５】
図５は、上記図３の場合とは特性の異なる蓄電池を対象として、充電停止からの開放電圧の測定値と推定値を比較した結果を示すグラフである。また図６は、この蓄電池における開放電圧の推定値を（４）式および（９）式により求めた結果を示すグラフである。これらグラフから、対象となる蓄電池によらず、開放電圧の推定値を得られるまでの時間が大幅に短縮されることが分かる。
【００３６】
次に、図７に示すフローチャートに沿って充電容量推定装置の動作手順を説明する。
【００３７】
蓄電池１の端子電圧Ｖが電圧計４によって計測され、充電電流Ｉが電流計５によって計測され、これらが制御部１０に読み込まれる（ステップＳ１１）。
【００３８】
開放電圧推定部１３は、充電電流Ｉが所定の閾値ＩＯＦＦよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２）。充電電流Ｉが閾値より大きい場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、充電器２がオンであると判断できるので、開放電圧を推定する処理が開始されない。この場合に、ＳＯＣ推定部１５は、現在のＳＯＣに対して、計測された充電電流Ｉと測定周期ｔ０の積算値を加算することにより、その時点でのＳＯＣの推定値を求める（ステップＳ１３）。
【００３９】
その後、制御部１０は、上記したパラメータである自然数ｊに０を代入し（ステップＳ１４）、測定周期ｔ０を待機し（ステップＳ１５）、ステップＳ１１へ戻る。
【００４０】
一方、充電電流Ｉが閾値以下である場合には（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、充電器２がオフであると判断し、開放電圧の推定値を求める処理を開始する。まず、制御部１１は、自然数ｊを１増加させる（ステップＳ１６）。次に電圧取得部１２は、電圧計４から端子電圧Ｖを取得し、この端子電圧値を現在の自然数ｊの値に対応するＶＢｊとしてメモリ１１に書き込む（ステップＳ１７）。
【００４１】
次に制御部１０は、現在の自然数ｊの値が偶数であるか否かを判定し（ステップＳ１８）、偶数ではない場合には（ステップＳ１８；ＮＯ）、上記したステップＳ１５を経てステップＳ１１へ戻る。一連の処理が繰り返されることで、周期ｔ０ごとに端子電圧値がメモリ１１に書き込まれる。
【００４２】
一方、現在の自然数ｊが偶数である場合には（ステップＳ１８；ＹＥＳ）、開放電圧推定部１３は、上記（４）式に基づいて任意の時刻における開放電圧の推定値ＶＢ(ｔ)を求め（ステップＳ１９）、このＶＢ(ｔ)を現在の自然数ｊに対する開放電圧の推定値ＶＣｊとしてメモリ１１に書き込む（ステップＳ２０）。
【００４３】
次に制御部１０は、自然数ｊの値が６以上であるか否かを判定し（ステップＳ２１）、自然数ｊの値が６より小さい場合には（ステップＳ２１；ＮＯ）、上記したステップＳ１５を経てステップＳ１１へ戻る。一連の処理が繰り返されることで、周期ｔ０ごとに開放電圧の推定値ＶＣｊがメモリ１１に書き込まれる。
【００４４】
自然数ｊが６以上である場合には（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、開放電圧補正部１４は、メモリ１１から、連続した３箇所における開放電圧の推定値ＶＣｊを読み出し、上記（９）式に基づいて開放電圧の推定値の補正を行う（ステップＳ２２）。
【００４５】
ＳＯＣ推定部１５は、ステップＳ２２で得られた補正後の開放電圧の推定値に基づいて、ＳＯＣの推定値を求める（ステップＳ２３）。具体的には、上記した図８に示したように一般的にＳＯＣは開放電圧に対する関数となるので、開放電圧の推定値からＳＯＣが求められる。その後、上記したステップＳ１５を経てステップＳ１１へ戻る。
【００４６】
以上のような本実施形態によれば、蓄電池のＳＯＣの推定に要する時間を短縮することが可能となる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では開放電圧推定部１３によって求められる開放電圧の推定値を用いてさらに開放電圧補正部１４による補正を行っていたが、この補正を省略し、開放電圧推定部１３により求められた開放電圧の推定値からＳＯＣ推定部１５によりＳＯＣを求めてもよい。また、ＳＯＣを推定する対象となる蓄電池は車載用途のものに限定されない。
【符号の説明】
【００４８】
１：蓄電池
２：充電器
３：スイッチ
４：電圧計
５：電流計
１０：制御部
１１：メモリ
１２：電圧取得部
１３：開放電圧推定部
１４：開放電圧補正部
１５：ＳＯＣ推定部
【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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