(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の内部抵抗検出方法であって、
前記二次電池の充放電電流が所定の第１の閾値より小さい第１の領域においては、予め取得した、前記二次電池の残存容量SOCと内部抵抗Rとの関係を示す相関マップまたは演算式を用いて、前記二次電池の現在の残存容量SOCから前記電池の現在の内部抵抗Rを求め、
前記充放電電流が前記所定の第１の閾値以上かつ所定の第２の閾値未満である第２の領域においては、予め取得した、前記二次電池の前記第２の領域に達した瞬間の残存容量SOC-init別に規定される内部抵抗Rと放電時間DTとの関係を示す相関マップまたは演算式を用いて、前記第２の領域に達した瞬間の残存容量SOC-initおよび前記二次電池の現在までの放電時間DTから前記二次電池の現在の内部抵抗Rを求める、
ことを特徴とする二次電池の内部抵抗検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池の内部抵抗検出方法において、
前記求めた内部抵抗Rを前記二次電池の温度に応じて補正する、
ことを特徴とする二次電池の内部抵抗検出方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次電池の内部抵抗検出方法において、
前記二次電池が電動車両に搭載されたものである、
ことを特徴とする二次電池の内部抵抗検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池の内部抵抗検出方法に関するものであり、より詳細には、内部抵抗の検出精度を向上させた検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の用途として電気自動車の用途が注目されているが、このような用途における電池の内部抵抗の推定技法が開発されている。例えば、従来の電気車両における二次電池の内部抵抗（以下Rとも称する。）推定は、以下3つの何れかの方法若しくは組み合わせによって行うのが一般的であり、例えば、「ハイブリッド車両用電池の内部抵抗検出方法」（特許文献１を参照されたい。）、「二次電池の内部抵抗の算出方法およびその方法を実現する為のプログラム」（特許文献２を参照されたい。）などがある。
(1)電池の充放電電流I、負荷時電圧Vをサンプリングし、回帰直線演算を行ってその傾きからRを推定する。
(2)電池の充放電電流I、電圧V、開放電圧推定EO及び演算式：EO＝V＋I×Rを元に、瞬時のRを求める。
(3)  (2)で求めたRを適応フィルタにかけて、精度を向上させる。
【特許文献１】特開2000−21455号公報（段落0005-0006、図６）
【特許文献２】特開2004−279242（段落0008-0009、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した二次電池の内部抵抗推定方法における問題点を以下に示す。
(1)の問題点
直線回帰に用いるI、Vが電流・電圧センサの精度に左右される為、Rの演算精度が悪い。演算頻度（I、V取得条件の成立）が低い為、急な内部抵抗Rの変動に追従できない。充放電電流が一定の場合、Rの演算ができない。
(2)の問題点
開放電圧推定EOをSOCから推定する際、SOCの演算精度が悪いとRの演算精度も悪い。I、Vが電流・電圧センサの精度に左右される為、Rの演算精度が悪い。
(3)の問題点
演算に用いる「瞬時の」I、Vの同期が取れていない（サンプリングのタイミングが完全には合っていない）と、「瞬時の実電池のR」を正確に求められない。I、Vが電流・電圧センサの精度に左右される為、Rの演算精度が悪い。さらに、充放電電流が一定の場合、Rの演算ができない。Rの演算精度が悪い為、負荷時の電池残量（SOC）の演算精度が低下するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による二次電池の内部抵抗検出方法は、
充放電電流値から前記二次電池の現在の残存容量SOCを演算し、
前記二次電池の充放電電流が所定の第１の閾値より小さい第１の領域（電流値＜CURLO＃）においては、予め取得した、前記二次電池の残存容量SOCと内部抵抗Rとの関係を示す相関マップまたは演算式を用いて、前記二次電池の現在の残存容量SOCから前記電池の現在の内部抵抗Rを求め、
前記充放電電流が前記所定の第１の閾値以上かつ所定の第２の閾値未満である第２の領域（電流値≧CURLO＃、且つ、電流値＜CURHI＃）においては、予め取得した、前記二次電池の前記第２の領域に達した瞬間の残存容量SOC-init別に規定される内部抵抗Rと放電時間DTとの関係を示す相関マップまたは演算式を用いて、前記第２の領域に達した瞬間（即ち放電開始時）の残存容量SOC-init（例えば、当該領域に達したときに記憶装置に格納しておく）および前記二次電池の現在までの放電時間DTから前記二次電池の現在の内部抵抗Rを求める、
ことを特徴とする。
【０００５】
また、第２の発明による二次電池の内部抵抗検出方法は、
前記求めた内部抵抗Rを演算手段（演算回路、CPU、MPU、DSPなど）を用いて前記二次電池の温度に応じて補正する、
ことを特徴とする。
【０００６】
また、第３の発明による二次電池の内部抵抗検出方法は、
前記二次電池が電動車両に搭載されたものである、
ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、過度現象に伴う電池の内部抵抗上昇を理想的且つリアルタイムに追従することができ、精度良く内部抵抗R及び電池の残存容量SOCを推定することができる。また、充放電電流が一定の場合であっても内部抵抗Rを精度よく算出することが可能である。第１の領域（即ち、低電流域）においては、時間経過と共に内部抵抗が殆ど変化しないため、SOC−Rの相関が成り立つので（傾き＝小）、この第１の領域ではこのSOC−Rの相関関係を利用して精度良く演算を行うことができる。次に、第２の領域（即ち、中電流域）においては、時間対内部抵抗で比例関係（傾き=大）が成立するので、この第２の領域ではこの時間対内部抵抗の相関関係を利用して精度良く演算を行うことができる。本願発明では、第２の領域よりも高い電流が流れる場合を演算対象から除外してあるが、その第１の理由は、最も多い用途と想定される電動車両の場合には車両のシステム出力（例えば30kW）があるので、一定電流以上（例えば100A）が流れるシーンがほとんど無いため、この一定電流以上を上限として除外する構成をとっても実用上何ら問題がないからである。第２の理由は、第２の領域を超える高電流領域では、時間対内部抵抗で比例関係が成立しない（拡散限界）からである。即ち、本願発明は、これらの相関関係がよく成立する各領域においてのみ演算を行うことによって演算精度を高く保持するものである。
【０００８】
また、第２の発明によれば、電池の温度変化に伴う電池の内部抵抗Rの変動を補正して、内部抵抗Rの演算精度を向上する。特に、電動車両などの用途では、大電流を用いるため二次電池の温度が相当変動することになり、このような温度補正処理を行う効果が大きい。
【０００９】
また、今後急速に普及が予測される用途が電気自動車を代表とする電動車両であり、このような用途では、大容量の二次電池で高電圧の電流の充放電を頻繁に繰り返すため、電池残量の増減が激しく、これの算出のために内部抵抗Rを適時かつ精度良く求めておく必要があるが、第３の発明によれば、このような電動車両に搭載された二次電池の内部抵抗Rを適時かつ精度良く求めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。尚、以下に示す実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。例えば、本発明を電気自動車に適用した場合を想定して説明をするが、本発明は二次電池を使う他の用途にも広く適用可能である。
図１は、本発明による内部抵抗測定方法の使用に供するのに適した電気車両の強電システムの構成図である。複数のセル107を直列に接続して構成した、電源としての組電池101は、正極（＋）側及び負極（−）側に接続された強電ハーネス102、111を介して、インバータ106及び、このインバータさらにモータ電源ハーネス117Hを介して車両駆動用モータ117に電力を供給する。強電ハーネス102、111には、電力供給を開始／遮断する為のリレー103、110が設置され、リレーのオン／オフは、電池制御装置109のリレー制御信号線113からのリレー制御信号によって行われるものとする。電池制御装置109は、総電圧センサ104からの電流センサ入力信号線114を介した入力信号及び、電流センサ105からの総電圧センサ入力信号線115を介した入力信号を基に、組電池101の総電圧BATVOL及び、現在の入出力電流BATCURを規定周期でサンプリングする。
【００１１】
次に、本特許が適例とする二次電池の内部抵抗特性について、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。図２は、二次電池の放電時間と内部特性との関係を示す相関図である。一定の電池温度BATTEMP＃及び放電電流＜CURHI＃の条件下において、放電開始SOCをSOC1〜4＃とした場合、電池の内部抵抗R1〜R4は放電時間に比例する。ただし、内部抵抗の変化の傾きA1〜A4は、放電開始時のSOCであり、かつ、対象とする放電電流の領域に達した瞬間のSOCであるSOC1〜4＃別に異なる。即ち、この相関図は、二次電池における放電の対象領域に達した瞬間の残存容量SOC-init別に規定された、内部抵抗Rと放電時間DTとの関係を示す相関マップである。
【００１２】
下に具体的に内部抵抗の変化の傾きA1〜A4を求める手法を説明する。
具体例
放電開始SOC＝SOC1＃の時：
R1＝  A1×t＋RINT1＃
傾きAnは、放電開始時のSOCであるSOC＃kから求める。
図３に、図２に示した二次電池のSOCと内部抵抗特性との相関を示す。図４に、図２に示した二次電池の温度と内部抵抗特性との相関を示す。また、図５に、図２に示した二次電池の放電開始SOCと傾きAとの相関を示す。これらの図に示すように、放電開始時のSOC別に規定される内部抵抗と放電時間とは正の相関が強く、一定の傾きAで変化するものであり、本願発明はこの特性を利用したものである。
【００１３】
次に、図１に示した実施態様における内部抵抗演算ロジックについて、図６のフローチャートを用いて説明する。図に示すようにステップS601では、車両起動により、電池制御装置109の電源を入れて、内部抵抗演算を開始する。ステップS602では、電圧センサ104、電流センサ105からのA／D入力を基に、電池モジュールの総電圧BATVOL、充放電電流BATCURを求める。ステップS603では電池残存容量BATSOCを演算する。ステップS604では、求めたBATSOCに基づきSOC対内部抵抗の相関マップ（図３）を参照して初期内部抵抗RINTを求める。SOC対内部抵抗の相関マップの一例を表で示すと以下のようになる。このとき、SOCに基づきRINTが無負荷時（TIME=0sec）の内部抵抗と仮定してRINTを求める。
【表１】
0004661457.tif 000002
この求めたBATSOCに基づきSOC対傾きAの相関マップ（図５）を参照して傾きAを演算する。更に、負荷開始時内部抵抗推定RINT＝RINT＃とする。このSOC対傾きAの相関マップを表としての一例を表で示すと以下のようになる。
【表２】
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【００１４】
ステップS605では、車両制御コントローラ116から通信116Sを介してシャツトダウン要求を受信したらステップS616へ移行、それ以外であればステップS606へ移行する。ステップS606では、充放電電流|BATCUR|≧CURLO＃であればS607へ移行、それ以外であればS603へ移行する。ステップS607では、充放電電流|BATCUR|＜CURHI＃であればS608へ移行、それ以外であればS614へ移行する。ステップS608では、初期内部抵抗である切片RINT＃＝RINT、傾きA＃＝Aとする。なお、ステップS604では、便宜上、内部抵抗RINTは１回計算される構成となっているが、実際には内部抵抗RINTをその時のSOCに応じて常に更新する構成になっている。即ち、第１の領域（低電流域）から第２の領域（中電流域）に以降したときのR≒RINTになり、RINTを第２の領域における以下の演算式の切片として使っても問題ない。即ち、
抵抗R＝A#×time(s)+RINT(0sec時の内部抵抗)
で求めることができる。ステップS609では、放電時間計測のためTIMUPカウンタ≠0であればTIMUP＝0にクリアしてからTIMUPカウンタを開始する。ステップS610では、負荷時電池内部抵抗Rを演算する（内部抵抗R＝傾きA＃×放電時間TIMUP＋初期内部抵抗RINT＃）。
【００１５】
ステップS611では、充放電電流|BATCUR|≧CURLO＃であればS612へ移行、それ以外であればS603へ移行する。ステップS612では、TIMUPカウンタ＜DISTIME＃であればS613へ移行、それ以外であればS614へ移行する。ステップS613では、充放電電流|BATCUR|≧CURHI＃であれば614へ移行、それ以外であれば610へ移行する。ステップS614では、R＝R（前回値）を保持する。ステップS615では、上位制御器である車両制御コントローラ116からシャツトダウン要求を受信したらS616へ移行、それ以外であればS610へ移行する。ステップS616では内部抵抗演算を終了する。
【００１６】
図７は、二次電池の温度劣化補正のための処理を示すフローチャートである。図に示すように、ステップS701では、温度による内部抵抗補正ロジックを開始する。ステップS702ではサーミスタ108からの温度検出信号線112を介したA／D入力を基に、平均電池温度BATTEMPを求める。ステップS703は、二次電池の温度BATTEMPに基づき電池温度一劣化係数マップ（図４）を参照して、温度劣化係数RREKを演算する。ステップS704では、R演算実施済みであればS705Aへ移行、それ以外であればS705Bへ移行する。ステップS705Aでは、補正電池内部抵抗BATRESを下記のように演算する。
補正内部抵抗BATRES＝補正前内部抵抗R×温度劣化係数RREK
ステップS706Bでは、BATRES＝RINTIAL＃とする。ステップS707では、車両制御コントローラ116からシャツトダウン要求を受信したらS708へ移行、それ以外であれば703へ移行する。ステップS707では温度による内部抵抗補正演算を終了する。
【００１７】
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、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電気車両の駆動システムの構成部品を示した図である。
【図２】二次電池の放電時間と内部抵抗との相関を示したグラフ（相関マップ）である。
【図３】二次電池のSOCと内部抵抗との相関を示したグラフ（相関マップ）である。
【図４】二次電池の温度と内部抵抗との相関を示したグラフ（相関マップ）である。
【図５】二次電池の放電開始時SOCと傾きAの相関を示したグラフ（相関マップ）である。
【図６】本発明における内部抵抗演算ロジックを示したフローチャートである。
【図７】本発明における、温度による内部抵抗補正ロジックを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００１９】
101  組電池
102,111  強電ハーネス
103,110  リレー
104  総電圧センサ
105  電流センサ
106  インバータ
107  セル
108  サーミスタ
109  電池制御装置
112  温度検出信号線
113  リレー制御信号線
114  電流センサ入力信号線
115  総電圧センサ入力信号線
116  車両制御コントローラ
116S  信号線
117  車両駆動用モータ
117H  モータ電源ハーネス
【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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