(57)【要約】【課題】ＳＯＣを正確に推定する電池残存容量推定装置を提供する。【解決手段】この電池残存容量推定装置は、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を具備する構成を採る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、
充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、
切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、
を具備する電池残存容量推定装置。
【請求項２】
前記マップ切替手段は、前記第１開放電圧に基づいて、前記二次電池の劣化要因を推定する、
請求項１に記載の電池残存容量推定装置。
【請求項３】
前記二次電池は、鉛電池であり、
前記劣化要因は、液がれまたは格子腐食、および、サルフェーションを含む、
請求項２に記載の電池残存容量推定装置。
【請求項４】
前記電池残存容量算出手段は、前記二次電池の充電が完了してから所定時間経過後に前記電池残存容量を算出する、
請求項１に記載の電池残存容量推定装置。
【請求項５】
電気自動車に搭載される、請求項１に記載の電池残存容量推定装置。
【請求項６】
二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定ステップと、
充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替ステップと、
切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定ステップと、
を具備する電池残存容量判定方法。
【請求項７】
コンピュータに、
二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、
充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、
切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、
を実行させる電池残存容量判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の電池残存容量を判定する電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な電池残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）の推定方法としては、電池の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を取得し、電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示すＯＣＶ−ＳＯＣマップに従って、ＳＯＣを推定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、ＥＣＵに電池電圧ＶとＳＯＣとの関係を示すマップとして、電池温度Ｔ及び電池の劣化状態に応じた複数のマップを記憶させ、ＳＯＣを判定する際、電池温度Ｔ及び電池の劣化状態に基づいて一つのマップを選択し、選択したマップを用いてＳＯＣを判定する電池残存容量推定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８６８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１の電池残存容量推定装置は、電池の内部抵抗の大きさに基づいて、電池の劣化の進み具合である劣化状態を判定するものである。しかしながら、電池電圧ＶとＳＯＣとの関係は、格子の腐食、液がれ、サルフェーション等の要因によって変動するが、特許文献１の電池残存容量推定装置では、これらの電池劣化要因が考慮されておらず、ＳＯＣを正確に推定することができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ＳＯＣを正確に推定する電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る電池残存容量推定装置は、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を具備する構成を採る。
【０００８】
本発明の一態様に係る電池残存容量推定方法は、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定ステップと、充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替ステップと、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定ステップと、を具備するようにした。
【０００９】
本発明の一態様に係る電池残存容量判定プログラムは、コンピュータに、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第１開放電圧に基づいて、前記第１開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第１開放電圧とは異なる第２開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を実行させるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池劣化要因に対応する、充電が完了した二次電池の開放電圧とＳＯＣとの関係を用意し、充電完了時の開放電圧に対応する関係を用いてＳＯＣを推定することにより、ＳＯＣを正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池残存容量推定装置の構成を示すブロック図
【図２】鉛電池の電流と電圧との関係を示す図
【図３】初期電池及び充電サイクル毎のＯＣＶ−ＳＯＣ特性を示す図
【図４】初期電池及びサルフェーションが生じた電池のＯＣＶ−ＳＯＣ特性を示す
【図５】電池残存容量推定装置の処理手順を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（一実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る電池残存容量推定装置１の構成を示すブロック図である。以下、図１を参照して電池残存容量推定装置１の構成について説明する。
【００１４】
鉛電池２は、電池容器となる略角型の電槽を有している。電槽内には、極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂が用いられる。各極板群は複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されている。電槽の上部は、電槽の上部開口を密閉するＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池２を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極端子および負極端子が立設されている。
【００１５】
電圧計測部１０１は、差動増幅回路等を有し、液式の鉛電池２の電圧を計測する。電流計測部１０２は、ホール素子等の電流センサ３と協働して鉛電池２に流れる電流を計測する。
【００１６】
開放電圧推定部１０３は、電圧計測部１０１および電流計測部１０２の計測結果に基づいて、鉛電池２の満充電時の開放電圧（以下、「ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）」という）を推定し、推定した満充電時のＯＣＶをＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４に出力する。なお、満充電とは、必ずしもＳＯＣが１００％である必要はなく、例えば、９０〜１００％の間であってもよい。また、開放電圧推定部１０３は、電圧計測部１０１および電流計測部１０２の計測結果に基づいて、満充電から所定時間経過したＯＣＶを推定し、推定したＯＣＶをＳＯＣ推定部１０５に出力する。例えば、開放電圧推定部１０３は、図２に示すように、複数組の測定値ＶＭ，ＩＭに基づいて最小二乗法等によって求められた一次関数式（直線）の□印（白抜き四角形）の切片をＯＣＶとして推定することができる。なお、直線近似においては、推定精度を向上させるため、電圧と電流の組を３組以上用いてＯＣＶを推定することが好ましい。
【００１７】
ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４は、鉛電池２の満充電時の異なるＯＣＶに対応するＯＣＶ−ＳＯＣマップを複数備えており、開放電圧推定部１０３から出力された満充電時のＯＣＶに対応するＯＣＶ−ＳＯＣマップに切り替えて、切り替えたＯＣＶ−ＳＯＣマップをＳＯＣ推定部１０５に出力する。なお、ＯＣＶ−ＳＯＣマップの詳細については後述する。
【００１８】
ＳＯＣ推定部１０５は、ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４から出力されたＯＣＶ−ＳＯＣマップを用いて、開放電圧推定部１０３から出力されたＯＣＶに対応するＳＯＣを推定する。
【００１９】
次に、上述したＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４が備えるＯＣＶ−ＳＯＣマップについて説明する。図３は、初期電池及び充電サイクル毎のＯＣＶ−ＳＯＣ特性を示す。また、図４は、初期電池及びサルフェーションが生じた電池のＯＣＶ−ＳＯＣ特性を示す。図３及び図４において、横軸がＳＯＣを示し、縦軸がＯＣＶを示している。ここで、初期電池とは、充電サイクル数０の電池であり、図３及び図４において、初期電池の特性は同一である。
【００２０】
図３から分かるように、ＳＯＣが図３の右端のエリア、すなわち、満充電時（ＳＯＣが９０〜１００％程度のとき）におけるＯＣＶの値が初期電池、充電サイクル数によって異なる。図３では、充電サイクル数が小さい場合（多くても数十〜数百サイクル程度）、充電サイクル数が大きい場合（数百サイクルにとどまらない程度であり、例えば１千サイクル程度）を示しており、充電サイクル数の大小が格子の腐食や液がれの度合いに影響を及ぼしていることが分かる。
【００２１】
また、図４から分かるように、ＳＯＣが図４の右端のエリア、すなわち、満充電時（ＳＯＣが９０〜１００％程度のとき）におけるＯＣＶの値が初期電池とサルフェーションが生じた電池とでは異なることが分かる。
【００２２】
これらのことから、ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４は、満充電時のＯＣＶから鉛電池２の劣化要因を判定することができるので、各劣化要因に応じたＯＣＶ−ＳＯＣマップを複数用意し、判定した劣化要因に応じたＯＣＶ−ＳＯＣマップに切り替えるようにした。
【００２３】
また、図３及び図４に示す特性より、腐食及び液がれの少なくとも１つが生じている場合は、満充電時のＯＣＶが初期電池より上昇し、サルフェーションが生じている場合は、満充電時のＯＣＶが初期電池より減少していることが分かる。このことから、ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４は、前回の満充電時のＯＣＶと今回の満充電時のＯＣＶとの大小を比較して、劣化要因を判定してもよい。すなわち、前回の満充電時のＯＣＶより今回の満充電時のＯＣＶが大きい場合には、腐食及び液がれの少なくとも１つが生じていると判定し、前回の満充電時のＯＣＶより今回の満充電時のＯＣＶが小さい場合には、サルフェーションが生じていると判定する。ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４は、これらの判定結果に応じたＯＣＶ−ＳＯＣマップに切り替えればよい。
【００２４】
図５は、上述した電池残存容量推定装置１の処理手順を示すフロー図である。以下、図５を用いて、電池残存容量推定装置１の処理手順について説明する。
【００２５】
開放電圧推定部１０３は、鉛電池２が満充電になったか否かを判定し（ＳＴ２０１）、満充電になった場合には（ＳＴ２０１：ＹＥＳ）、開放電圧推定部１０３は、ＯＣＶを推定する（ＳＴ２０２）。なお、ＳＴ２０１において満充電になっていない場合には（ＳＴ２０１：ＮＯ）、電池残存容量推定装置１の処理を終了する。
【００２６】
ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部１０４は、ＳＴ２０２において推定された満充電時のＯＣＶに対応するＯＣＶ−ＳＯＣマップに切り替え（ＳＴ２０３）、開放電圧推定部１０３は、満充電から所定時間経過したか否かを判定する（ＳＴ２０４）。満充電から所定時間が経過していれば（ＳＴ２０４：ＹＥＳ）、ＳＴ２０５に移行し、満充電から所定時間が経過していなければ（ＳＴ２０４：ＮＯ）、所定時間が経過するまでＳＴ２０４の判定処理を繰り返す。なお、所定時間は、１〜３時間程度が望ましい。これは、満充電時の不安定なＯＣＶを安定させるためである。
【００２７】
開放電圧推定部１０３は、満充電から所定時間経過後、再度、ＯＣＶを推定し（ＳＴ２０５）、ＳＯＣ推定部１０５は、ＳＴ２０３において切り替えられたＯＣＶ−ＳＯＣマップを用いて、ＳＴ２０５において推定されたＯＣＶに対応するＳＯＣを推定する（ＳＴ２０６）。
【００２８】
このように、本実施の形態の電池残存容量推定装置では、鉛電池の満充電時の異なるＯＣＶに対応するＯＣＶ−ＳＯＣマップを複数備え、満充電時のＯＣＶに対応するＯＣＶ−ＳＯＣマップに切り替えて、満充電から所定時間経過後のＯＣＶに対応するＳＯＣを推定
する。これにより、電池劣化要因に対応したＯＣＶ−ＳＯＣマップを用いることができるので、ＳＯＣを正確に推定することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、鉛電池の充電方式については特に明示していないが、例えば、ＣＣＣＶ（Constant Current- Constant Voltage）方式とし、所定の電流値以下になった状態が所定時間継続した場合を満充電と判定してもよい。また、充電電流値を段階的にｎ段低下させるｎ段定電流方式（例えば、特開２０１０−１６０９５５号公報参照）とし、ｎ段終了時を満充電としてもよい。さらに、どのような充電方式を用いてもよく、電流積算によって鉛電池に蓄えられた電荷を求め、所定の電荷が蓄えられた場合を満充電と判定してもよい。
【００３０】
また、本実施の形態で説明した鉛電池及び電池残存容量推定装置は、電気自動車、太陽光発電システム、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）、風力発電、燃料電池のコージェネレーション、通信用の基地局等に搭載可能である。
【００３１】
また、本実施の形態で説明した電池残存容量推定装置による処理は、適宜必要な情報を提供してクラウドコンピューティングによって行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかる電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムは、充電器及び車両コントロールユニット（ＶＣＵ：Vehicle Control Unit）等に適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  電池残存容量推定装置
２  鉛電池
３  電流センサ
１０１  電圧計測部
１０２  電流計測部
１０３  開放電圧推定部
１０４  ＯＣＶ−ＳＯＣマップ切替部
１０５  ＳＯＣ推定部
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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