(57)【要約】 【課題】  蓄電装置の内部抵抗および開路電圧および残容量を精度良く検出する。【解決手段】  電圧近似微分演算部５１及び電流近似微分演算部５２は、各電圧検出値Ｖａｃｔ及び電流検出値Ｉａｃｔから角周波数（１／Ｔｄ）以下の低周波成分、つまり第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の寄与を除去すると共に、各電圧検出値Ｖａｃｔ及び電流検出値Ｉａｃｔの時間変化率（ｄＶ／ｄｔ），（ｄＩ／ｄｔ）を算出する。フィルタ５４は除算部５３から出力される内部抵抗演算瞬時値Ｒに含まれる誤差を除去し、内部抵抗ａの推定値である内部抵抗推定値ａｅｓｔを算出する。推定中断判定部５５は、除算部５３にて算出される内部抵抗演算瞬時値Ｒの誤差が所定の許容範囲を超える虞がある場合に、内部抵抗推定値ａｅｓｔの算出処理の中断を指示する制御信号を出力する。【選択図】      図６
2005106616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置の放電電流及び充電電流の電流値を検出する電流検出手段と、前記蓄電装置の端子電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段にて検出される前記電流値あるいは該電流値に係る状態量の所定周波数領域成分の時間変動である電流変動を算出する電流変動算出手段と、
前記電圧検出手段にて検出される前記電圧値あるいは該電圧値に係る状態量の所定周波数領域成分の時間変動である電圧変動を算出する電圧変動算出手段と、
前記電流変動算出手段にて算出される前記電流変動と、前記電圧変動算出手段にて算出される前記電圧変動とに基づき、前記蓄電装置の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と
を備えることを特徴とする蓄電装置の内部抵抗検出装置。
【請求項２】
少なくとも前記電流変動算出手段にて算出される前記電流変動および前記電圧変動算出手段にて算出される前記電圧変動の何れか一方に基づき、前記内部抵抗算出手段の算出動作を停止する停止手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の内部抵抗検出装置。
【請求項３】
前記内部抵抗算出手段は、
前記電圧変動を前記電流変動で除算して前記内部抵抗の瞬時値を算出する除算手段と、
前記除算手段にて算出される前記瞬時値に係る入力値の積分値を算出する積分手段と、
前記瞬時値から前記積分手段にて算出される前記積分値を減算して減算値を算出する減算手段と、
前記減算手段にて算出される前記減算値、あるいは、ゼロを前記入力値として設定する入力切換手段とを備え、
前記停止手段は、前記入力切換手段において前記ゼロを前記入力値として設定することを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の内部抵抗検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかひとつに記載の蓄電装置の内部抵抗検出装置と、
前記電流値の変動に対する前記電圧値の応答の過渡応答成分である状態量を前記電流検出手段にて検出される前記電流値に基づき算出する状態量算出手段と、
前記電圧検出手段にて検出される前記電圧値から、前記状態量算出手段にて算出される前記過渡応答成分と、前記蓄電装置の内部抵抗検出装置にて検出される前記内部抵抗による電圧変化である内部抵抗成分とを減算して前記蓄電装置の開路電圧を算出する開路電圧算出手段と
を備えることを特徴とする蓄電装置の開路電圧検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れかひとつに記載の蓄電装置の内部抵抗検出装置と、
前記電流値の変動に対する前記電圧値の応答の過渡応答成分に係る第１の状態量と、前記蓄電装置の開路電圧に係る第２の状態量とを備える状態量を算出する際に、少なくとも前記第１の状態量を前記電流検出手段にて検出される前記電流値に基づき算出する状態量算出手段と、
前記状態量算出手段にて算出される前記第１の状態量に係る前記過渡応答成分および前記第２の状態量に係る前記開路電圧と前記内部抵抗算出手段にて算出される前記内部抵抗による電圧変化である内部抵抗成分とを加算して得た値と、前記電圧検出手段にて検出される前記電圧値との差異がゼロとなるように、少なくとも前記第１の状態量および前記第２の状態量の何れか一方を修正するフィードバック手段と、
前記第２の状態量から前記開路電圧を算出する開路電圧算出手段と
を備えることを特徴とする蓄電装置の開路電圧検出装置。
【請求項６】
前記所定周波数領域成分の周波数領域は、前記過渡応答成分の周波数領域よりも高い周波数領域に設定されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の蓄電装置の開路電圧検出装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６の何れか一つに記載の蓄電装置の開路電圧検出装置を備え、
前記開路電圧算出手段にて算出される前記開路電圧に基づき、前記蓄電装置の残容量を算出する残容量算出手段を備えることを特徴とする蓄電装置の残容量検出装置。
【請求項８】
前記残容量算出手段は、前記開路電圧と前記蓄電装置の残容量との所定の相関関係を示すデータを記憶する記憶手段を備え、
前記記憶手段に記憶された前記データに基づき、前記開路電圧算出手段にて算出される前記開路電圧に応じた前記蓄電装置の前記残容量を算出することを特徴とする請求項７に記載の蓄電装置の残容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバッテリー等の蓄電装置の内部抵抗検出装置および開路電圧検出装置および残容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電気自動車やハイブリッド車両等に備えられたバッテリーの経年変化や劣化の状態に応じて変化する内部抵抗を検出する方法として、例えばバッテリーの残容量（電気量（Ａｈ））が略同一であると推定される充電時と放電時において、バッテリーの端子電圧と充電電流および放電電流を検出し、これらの充電時および放電時の電圧−電流特性に基づいて内部抵抗を算出する内部抵抗検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、バッテリーの電気抵抗は、例えば導電部材や電解液の抵抗等のバッテリーの構造に起因する内部抵抗成分と、例えば電解液の拡散抵抗や分極等の化学的な反応に起因する反応抵抗成分とからなり、反応抵抗成分は、たとえバッテリーの残容量が同等であってもバッテリーの充放電履歴や温度変化履歴等に応じて変化し、反応抵抗成分を推定することは困難であることから、上記従来技術の一例による内部抵抗検出方法では、内部抵抗成分と反応抵抗成分とを分離して検出することが困難であるという問題がある。
このような問題に対して、例えばバッテリーから負荷への電力供給時等において、バッテリーの放電電流が所定定常値を超えて最大値まで単調増加した後に、この最大値から所定定常値まで単調減少する際に、この最大値近傍において、例えば電解液の拡散や分極等の発生も解消も生じずに、反応抵抗成分に起因する電圧変化がゼロとなる状態が存在することを利用して、内部抵抗成分のみを検出する純抵抗測定方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２１４５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術の一例による純抵抗測定方法においては、バッテリーから負荷に電力が供給される際に突出電流が流れた場合にのみバッテリーの純抵抗（内部抵抗と同等）を検出可能であり、突出電流が流れない場合には純抵抗を検出することができないという問題が生じる。すなわち、バッテリーの内部抵抗は、例えばバッテリーの温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じて頻繁に変化するため、この内部抵抗に応じてバッテリーの残容量を精度良く検出するためには、適宜のタイミングで内部抵抗を検出することが望まれる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蓄電装置の内部抵抗を精度良く検出することが可能な蓄電装置の内部抵抗検出装置および蓄電装置の内部抵抗に応じて蓄電装置の開路電圧を精度良く検出することが可能な開路電圧検出装置および蓄電装置の内部抵抗に応じて蓄電装置の残容量を精度良く検出することが可能な残容量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の蓄電装置の内部抵抗検出装置は、蓄電装置（例えば、実施の形態での高圧バッテリー１７）の放電電流及び充電電流の電流値を検出する電流検出手段（例えば、実施の形態での電流センサ１７ａ）と、前記蓄電装置の端子電圧の電圧値を検出する電圧検出手段（例えば、実施の形態での電圧センサ１７ｂ）と、前記電流検出手段にて検出される前記電流値あるいは該電流値に係る状態量の所定周波数領域成分の時間変動である電流変動を算出する電流変動算出手段（例えば、実施の形態での電流近似微分演算部５２）と、前記電圧検出手段にて検出される前記電圧値あるいは該電圧値に係る状態量の所定周波数領域成分の時間変動である電圧変動を算出する電圧変動算出手段（例えば、実施の形態での電圧近似微分演算部５１）と、前記電流変動算出手段にて算出される前記電流変動と、前記電圧変動算出手段にて算出される前記電圧変動とに基づき、前記蓄電装置の内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段（例えば、実施の形態での除算部５３およびフィルタ５４）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の蓄電装置の内部抵抗検出装置によれば、蓄電装置の端子電圧の電圧値が、蓄電装置の内部抵抗に係る内部抵抗成分と、この内部抵抗成分以外の他の成分、例えば蓄電装置の電解液の拡散抵抗や分極等の化学的な反応に起因する抵抗による電圧成分等とから構成されている状態であっても、電圧変動算出手段および電流変動算出手段において各成分毎に異なる周波数特性を利用して、他の成分の寄与を除去し、内部抵抗成分のみに係る電圧変動および電流変動を算出することができる。これにより、蓄電装置の内部抵抗を精度良く算出することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明の蓄電装置の内部抵抗検出装置は、少なくとも前記電流変動算出手段にて算出される前記電流変動および前記電圧変動算出手段にて算出される前記電圧変動の何れか一方に基づき、前記内部抵抗算出手段の算出動作を停止する停止手段（例えば、実施の形態での推定中断判定部５５）を備えることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の蓄電装置の内部抵抗検出装置よれば、停止手段は、例えば電流変動算出手段にて算出される電流変動が所定値未満である場合等のように、内部抵抗算出手段にて算出される内部抵抗の誤差が所定の許容範囲を超える虞がある場合に、内部抵抗算出手段の算出動作を停止する制御信号を出力する。これにより、内部抵抗算出手段の算出動作が停止された場合には、この時点での内部抵抗の値が保持され、内部抵抗の誤差が過剰に増大してしまうことを防止することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の本発明の蓄電装置の内部抵抗検出装置では、前記内部抵抗算出手段は、前記電圧変動を前記電流変動で除算して前記内部抵抗の瞬時値を算出する除算手段（例えば、実施の形態での除算部５３）と、前記除算手段にて算出される前記瞬時値に係る入力値の積分値を算出する積分手段（例えば、実施の形態での積分演算部５８）と、前記瞬時値から前記積分手段にて算出される前記積分値を減算して減算値を算出する減算手段（例えば、実施の形態での減算部５６）と、前記減算手段にて算出される前記減算値、あるいは、ゼロを前記入力値として設定する入力切換手段（例えば、実施の形態での入力切換部５７）とを備え、前記停止手段は、前記入力切換手段において前記ゼロを前記入力値として設定することを特徴としている。
【００１０】
上記構成の蓄電装置の内部抵抗検出装置によれば、例えば通常状態において、内部抵抗算出手段は、積分手段の出力にフィードバック処理を行う１次遅れ要素、つまりローパスフィルタとして機能し、内部抵抗の瞬時値に基づき蓄電装置の内部抵抗を算出する。そして、停止手段から内部抵抗算出手段の算出動作を停止する制御信号が出力されると、積分手段にゼロが入力され、この時点での積分手段の出力が不変となるように保持される。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置は、請求項１から請求項３の何れかひとつに記載の蓄電装置の内部抵抗検出装置（例えば、実施の形態での内部抵抗推定器３４）と、前記電流値の変動に対する前記電圧値の応答の過渡応答成分である状態量（例えば、実施の形態での状態変数ｘ）を前記電流検出手段にて検出される前記電流値に基づき算出する状態量算出手段（例えば、実施の形態での状態量算出部３１および反応抵抗成分算出部３２）と、前記電圧検出手段にて検出される前記電圧値から、前記状態量算出手段にて算出される前記過渡応答成分と、前記蓄電装置の内部抵抗検出装置にて検出される前記内部抵抗による電圧変化である内部抵抗成分とを減算して前記蓄電装置の開路電圧を算出する開路電圧算出手段（例えば、実施の形態での減算部３６）とを備えることを特徴としている。
【００１２】
上記構成の蓄電装置の開路電圧検出装置によれば、蓄電装置の端子電圧は開路電圧と内部抵抗成分と過渡応答成分とから構成される。例えば、開路電圧は蓄電装置を無負荷状態で所定時間を超える長時間に亘って放置した際の端子電圧の値であり、内部抵抗成分は蓄電装置の導電部材や電解液の抵抗等の蓄電装置の構造に起因する抵抗による電圧成分である。そして、過渡応答成分は蓄電装置の電解液の拡散抵抗や分極等の化学的な反応に起因する抵抗による電圧成分であって、例えば電流値がステップ状に変化したときの電圧値の応答のうち過渡応答を示す成分である。状態量算出手段は、電圧値の過渡応答が、例えば１次遅れ要素や２次以上の遅れ要素からなると設定し、電流値の適宜の変動に対する電圧値の応答の過渡応答成分を、電流検出手段にて検出される電流値に基づき算出する。そして、開路電圧算出手段は、電圧検出手段にて検出される電圧値から、蓄電装置の内部抵抗検出装置にて検出される内部抵抗に係る内部抵抗成分と状態量算出手段にて算出される過渡応答成分とを減算することによって開路電圧を算出する。
すなわち、蓄電装置において電流値の適宜の変動に伴う電圧値の応答が本来有する収束性を過渡応答成分として適切にモデル化することによって、装置構成が複雑化することを抑制しつつ信頼性の高い算出処理によって開路電圧の算出精度を向上させることができる。
しかも、例えば蓄電装置の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じて頻繁に変化すると共に、蓄電装置における電流値の適宜の変動に対する電圧値の応答において相対的に大きな寄与となる内部抵抗成分を算出し、過渡応答成分と共に、電圧検出手段にて検出される電圧値から減算することによって、開路電圧を適切に算出することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置は、請求項１から請求項３の何れかひとつに記載の蓄電装置の内部抵抗検出装置と、前記電流値の変動に対する前記電圧値の応答の過渡応答成分に係る第１の状態量（例えば、実施の形態での第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）と、前記蓄電装置の開路電圧に係る第２の状態量（例えば、実施の形態での開路電圧Ｅ）とを備える状態量（例えば、実施の形態での状態変数ｘ）を算出する際に、少なくとも前記第１の状態量を前記電流検出手段にて検出される前記電流値に基づき算出する状態量算出手段（例えば、実施の形態での状態量算出部６１および開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２）と、前記状態量算出手段にて算出される前記第１の状態量に係る前記過渡応答成分および前記第２の状態量に係る前記開路電圧と前記内部抵抗算出手段にて算出される前記内部抵抗による電圧変化である内部抵抗成分とを加算して得た値と、前記電圧検出手段にて検出される前記電圧値との差異がゼロとなるように、少なくとも前記第１の状態量および前記第２の状態量の何れか一方を修正するフィードバック手段（例えば、実施の形態での状態量算出部６１および開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２および加算部６３および減算部６４）と、前記第２の状態量から前記開路電圧を算出する開路電圧算出手段（例えば、実施の形態での開路電圧抽出部６５）とを備えることを特徴としている。
【００１４】
上記構成の蓄電装置の開路電圧検出装置によれば、蓄電装置の端子電圧は開路電圧と内部抵抗成分と過渡応答成分とから構成される。例えば、開路電圧は蓄電装置を無負荷状態で所定時間を超える長時間に亘って放置した際の端子電圧の値であり、内部抵抗成分は蓄電装置の導電部材や電解液の抵抗等の蓄電装置の構造に起因する抵抗による電圧成分である。そして、過渡応答成分は蓄電装置の電解液の拡散抵抗や分極等の化学的な反応に起因する抵抗による電圧成分であって、例えば電流値がステップ状に変化したときの電圧値の応答のうち過渡応答を示す成分である。状態量算出手段は、電圧値の過渡応答が、例えば１次遅れ要素や２次以上の遅れ要素からなると設定し、過渡応答成分に係る第１の状態量および蓄電装置の開路電圧に係る第２の状態量とを備える状態量を算出する際に、少なくとも第１の状態量を電流検出手段にて検出される電流値に基づき算出する。
フィードバック手段は、例えばオブザーバ等とされ、状態量算出手段にて算出される第１の状態量および第２の状態量に係る過渡応答成分および開路電圧と蓄電装置の内部抵抗検出装置にて検出される内部抵抗に係る内部抵抗成分とを加算して得た値と、電圧検出手段にて検出される電圧値との差異がゼロになるようにして、少なくとも第１の状態量および第２の状態量の何れか一方を修正するフィードバック制御を行う。そして、開路電圧算出手段は第２の状態量から開路電圧を算出する。
すなわち、蓄電装置において電流値の適宜の変動に伴う電圧値の応答が本来有する収束性を過渡応答成分として適切にモデル化すると共に、フィードバック制御を実行することによって開路電圧の算出精度を向上させることができる。
しかも、例えば蓄電装置の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じて頻繁に変化すると共に、蓄電装置における電流値の適宜の変動に対する電圧値の応答において相対的に大きな寄与となる内部抵抗成分を算出することによって、フィードバック制御において発散等の不具合が発生してしまうことを防止することができる。
【００１５】
さらに、請求項６に記載の本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置では、前記所定周波数領域成分の周波数領域は、前記過渡応答成分の周波数領域よりも高い周波数領域に設定されることを特徴としている。
【００１６】
上記構成の蓄電装置の開路電圧検出装置によれば、蓄電装置において電流値の適宜の変動に伴う電圧値の応答において、相対的に高い周波数の電圧変動には、相対的に時定数が長い反応抵抗成分の電圧変動の寄与が無視でき、この相対的に高い周波数領域での電圧変動と電流変動との比率を算出することによって、蓄電装置の内部抵抗を精度良く算出することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の本発明の蓄電装置の残容量検出装置は、請求項４から請求項６の何れかひとつに記載の蓄電装置の開路電圧検出装置を備え、前記開路電圧算出手段にて算出される前記開路電圧に基づき、前記蓄電装置の残容量を算出する残容量算出手段（例えば、実施の形態での残容量推定部３８）を備えることを特徴としている。
【００１８】
上記構成の蓄電装置の残容量検出装置によれば、信頼性の高い開路電圧に応じて蓄電装置の残容量を精度良く算出することができる。
すなわち、開路電圧は、例えば蓄電装置の温度や劣化等に関わらず、いわば一義的に残容量を記述する数値である。例えば蓄電装置の開路電圧以外の状態量に基づき残容量を推定する場合には、蓄電装置の温度や劣化の影響を除去する為の演算やマップ等が必要であり、これらの演算処理やマップ等の記憶に膨大なメモリが必要になる。さらに、温度や劣化レベル毎にマップを作成する為に、予め事前に膨大な実験データを取得する必要が生じる。本発明の蓄電装置の残容量検出装置によれば、蓄電装置の開路電圧を精度良く推定することができるので、上述したような膨大な実験データや温度や劣化レベル毎に補正用のマップも必要とせず、蓄電装置の温度や劣化に関わらずに精度良く残容量を推定することができる。
【００１９】
さらに、請求項８に記載の本発明の蓄電装置の残容量検出装置では、前記残容量算出手段は、前記開路電圧と前記蓄電装置の残容量との所定の相関関係を示すデータを記憶する記憶手段（例えば、実施の形態での残容量推定部３８が兼ねる）を備え、前記記憶手段に記憶された前記データに基づき、前記開路電圧算出手段にて算出される前記開路電圧に応じた前記蓄電装置の前記残容量を算出することを特徴としている。
【００２０】
上記構成の蓄電装置の残容量検出装置によれば、記憶手段は、例えば初期状態等の蓄電装置に対して作成された開路電圧と蓄電装置の残容量との相関関係を示すデータ、例えばマップやテーブルあるいは数式等を記憶している。残容量算出手段は、予め記憶手段に記憶された開路電圧と蓄電装置の残容量との相関関係を示すデータに対して、例えば開路電圧算出手段にて算出される開路電圧に応じたデータ検索または演算を行い、蓄電装置の残容量を算出する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の本発明の蓄電装置の内部抵抗検出装置によれば、蓄電装置の端子電圧の電圧値が、蓄電装置の内部抵抗に係る内部抵抗成分と、この内部抵抗成分以外の他の成分、例えば蓄電装置の電解液の拡散抵抗や分極等の化学的な反応に起因する抵抗による電圧成分等とから構成されている状態であっても、内部抵抗成分のみに係る電圧変動および電流変動を算出することができ、蓄電装置の内部抵抗を精度良く算出することができる。
【００２２】
さらに、請求項２に記載の本発明の蓄電装置の内部抵抗検出装置によれば、内部抵抗算出手段の算出動作が停止された場合には、この時点での内部抵抗の値が保持され、内部抵抗の誤差が過剰に増大してしまうことを防止することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明の蓄電装置の内部抵抗検出装置によれば、装置構成が複雑化することを抑制しつつ内部抵抗の誤差が過剰に増大してしまうことを防止することができる。
【００２３】
また、請求項４に記載の本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置によれば、蓄電装置において電流値の適宜の変動に伴う電圧値の応答が本来有する収束性を過渡応答成分として適切にモデル化することによって、装置構成が複雑化することを抑制しつつ信頼性の高い算出処理によって開路電圧の算出精度を向上させることができる。しかも、蓄電装置の状態に応じて頻繁に変化すると共に、蓄電装置における電流値の適宜の変動に対する電圧値の応答において相対的に大きな寄与となる内部抵抗成分を算出し、過渡応答成分と共に、電圧検出手段にて検出される電圧値から減算することによって、開路電圧を適切に算出することができる。
【００２４】
さらに、請求項５に記載の本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置によれば、蓄電装置において電流値の適宜の変動に伴う電圧値の応答が本来有する収束性を過渡応答成分として適切にモデル化すると共に、フィードバック制御を実行することによって開路電圧の算出精度を向上させることができる。しかも、蓄電装置の状態に応じて頻繁に変化すると共に、蓄電装置における電流値の適宜の変動に対する電圧値の応答において相対的に大きな寄与となる内部抵抗成分を算出することによって、フィードバック制御において発散等の不具合が発生してしまうことを防止することができる。
【００２５】
さらに、請求項６に記載の本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置によれば、装置構成が複雑化することを抑制しつつ蓄電装置の内部抵抗および開路電圧を精度良く算出することができる。
【００２６】
また、請求項７または請求項８に記載の本発明の蓄電装置の残容量検出装置によれば、信頼性の高い開路電圧に応じて蓄電装置の残容量を精度良く算出することができる。
すなわち、開路電圧は、例えば蓄電装置の温度や劣化等に関わらず、いわば一義的に残容量を記述する数値である。例えば蓄電装置の開路電圧以外の状態量に基づき残容量を推定する場合には、蓄電装置の温度や劣化の影響を除去する為の演算やマップ等が必要であり、これらの演算処理やマップ等の記憶に膨大なメモリが必要になる。さらに、温度や劣化レベル毎にマップを作成する為に、予め事前に膨大な実験データを取得する必要が生じる。本発明の蓄電装置の残容量検出装置によれば、蓄電装置の開路電圧を精度良く推定することができるので、上述したような膨大な実験データや温度や劣化レベル毎に補正用のマップも必要とせず、蓄電装置の温度や劣化に関わらずに精度良く残容量を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置および残容量検出装置の第１の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この第１の実施形態による蓄電装置の残容量検出装置１０ａは、例えば電気自動車やハイブリッド車両等に備えられており、例えば図１に示す車両１のように、駆動源としての内燃機関１１およびモータ１２を直列に直結し、少なくとも内燃機関１１またはモータ１２の何れか一方の動力を変速機構１３を介して自車両の駆動輪Ｗに伝達して走行するハイブリッド車両では、車両１の減速時に駆動輪Ｗ側からモータ１２側に動力が伝達されると、モータ１２は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。さらに、車両１の運転状態に応じて、モータ１２は内燃機関１１の出力によって発電機として駆動され、発電エネルギーを発生するようになっている。
【００２８】
例えば複数の気筒（図示省略）を有する内燃機関１１の運転はエンジン制御装置１４により制御される。内燃機関１１には、内燃機関１１の運転状態を検出するためのセンサとして、内燃機関１１の機関温度（例えば、内燃機関１１の冷却水温ＴＷ）を検出する温度センサ１１ａや内燃機関１１の回転速度（エンジン回転数）ＮＥを検出する回転速度センサ１１ｂ等のセンサが備えられ、各センサから出力される検出信号は、内燃機関１１の運転制御を行うためにＣＰＵ等を含む電子回路により構成されたエンジン制御装置１４に入力されている。また、エンジン制御装置１４には、イグニッション（図示略）のＯＮ／ＯＦＦを指示するイグニッションスイッチ１１ｃからの信号が入力されている。
【００２９】
例えば３相のＤＣブラシレスモータからなるモータ１２の駆動および回生作動はモータ制御装置１５から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット（ＰＤＵ）１６により行われる。
ＰＤＵ１６は、例えばトランジスタのスイッチング素子から構成されたインバータ等を備えて構成され、モータ１２と電気エネルギーの授受を行う高圧系の高圧バッテリー１７にコンタクタ部１８を介して接続されており、例えばモータ１２の駆動時には、高圧バッテリー１７から供給される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１２へ供給し、モータ１２の回生作動時には、モータ１２から出力される交流の回生電力を直流電力に変換して高圧バッテリー１７を充電または直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１９へ供給する。モータ１２には、モータ１２の動作状態を検出するために、モータ１２の回転速度（モータ回転数）ＮＭを検出する回転速度センサ１２ａ等のセンサが備えられ、センサから出力される検出信号は、モータ１２の動作制御を行うためにＣＰＵ等を含む電子回路により構成されたモータ制御装置１５に入力されている。
なお、コンタクタ部１８は、メインコンタクタ１８ａと、メインコンタクタ１８ａに並列に設けられたプリチャージコンタクタ１８ｂおよびプリチャージ抵抗器１８ｃとを備えて構成されている。
【００３０】
例えばＮｉ−ＭＨバッテリー等からなる高圧バッテリー１７にはコンタクタ部１８を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１９が接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９は、バッテリー制御装置２０から出力される制御指令に応じて高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖあるいはモータ１２を回生作動させた際のＰＤＵ１６のインバータの端子間電圧を降圧して１２Ｖバッテリー２１を充電する。１２Ｖバッテリー２１は、各種補機類に加えて、各制御装置１４，１５，２０に対して電力供給を行う。
高圧バッテリー１７には、高圧バッテリー１７からモータ１２等の負荷へと供給される放電電流及び負荷から高圧バッテリー１７へと供給される充電電流からなる電流Ｉを検出する電流センサ１７ａ、高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖを検出する電圧センサ１７ｂ、高圧バッテリー１７の温度ＴＢを検出する温度センサ１７ｃ等のセンサが備えられ、センサから出力される検出信号は、高圧バッテリー１７の状態を監視、保護するためにＣＰＵ等を含む電子回路により構成されたバッテリー制御装置２０に入力されている。
このバッテリー制御装置２０は、本実施の形態による蓄電装置の残容量検出装置１０ａ（以下、単に、残容量検出装置１０ａと呼ぶ）および蓄電装置の開路電圧検出装置１０ｂ（以下、単に、開路電圧検出装置１０ｂと呼ぶ）を備えており、後述するように、各センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃから出力される検出信号と予め記憶された所定データとに基づき、高圧バッテリー１７の内部抵抗の算出や高圧バッテリー１７の残容量の算出や高圧バッテリー１７の寿命に係る劣化判定処理等を行う。
なお、エンジン制御装置１４と、モータ制御装置１５と、バッテリー制御装置２０とはバス２２を介して相互に接続されており、各制御装置１４，１５，２０は、各センサ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃから取得した各検出データや、制御処理に際して生成したデータを相互に授受可能とされている。
【００３１】
本実施の形態による残容量検出装置１０ａは、例えば初期状態等の劣化の無い高圧バッテリー１７の無負荷状態での電圧特性に応じて予め作成した所定のマップ、例えば図２に示すように高圧バッテリー１７を無負荷状態で所定時間を超える長時間に亘って放置した際の端子電圧Ｖの値（開路電圧Ｅ）と高圧バッテリー１７の残容量との相関関係を示すマップを記憶している。そして、残容量検出装置１０ａは開路電圧検出装置１０ｂから出力される開路電圧推定値Ｅｅｓｔに応じたマップ検索によって高圧バッテリー１７の残容量を算出するようになっている。
ところで、本発明における残容量とは、満充電状態に蓄積されている電気量（Ａｈ）を１００％とした時の高圧バッテリー１７に蓄積されている電気量（Ａｈ）の割合としている。また、残容量を電気量（Ａｈ）に代えて、電力量（Ｗｈ）で計った時の割合とする事もできる。
この場合、開路電圧Ｅは、温度に関わらず一義的に残容量を記述するという特性がある。また、開路電圧Ｅは、仮に高圧バッテリー１７が劣化しても、この劣化した高圧バッテリー１７の満充電状態にて蓄積される電気量や電力量を１００％とした時の、実際に高圧バッテリー１７に蓄積されている電気量や電力量の割合を一義的に記述するという特性もある。
すなわち、開路電圧Ｅは、高圧バッテリー１７の温度や劣化に関わらず、いわば一義的に残容量を記述する数値である。
本実施の形態による開路電圧検出装置１０ｂは、電流センサ１７ａにて検出される高圧バッテリー１７の電流Ｉの電流検出値Ｉａｃｔと、電圧センサ１７ｂにて検出される高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖの電圧検出値Ｖａｃｔとに基づき、高圧バッテリー１７の開路電圧Ｅを推定する。
この開路電圧検出装置１０ｂは、例えば下記数式（１）に示すように、高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖが３つの電圧成分、つまり開路電圧Ｅと内部抵抗成分Ｗと反応抵抗成分Ｈとからなると設定している。
ここで、開路電圧Ｅは、高圧バッテリー１７を無負荷状態で所定時間を超える長時間に亘って放置した際の端子電圧Ｖの値である。
また、内部抵抗成分Ｗは、例えば高圧バッテリー１７の導電部材や電解液の抵抗等の高圧バッテリー１７の構造に起因する抵抗による電圧成分である。
そして、反応抵抗成分Ｈは、例えば高圧バッテリー１７の電解液の拡散抵抗や分極等の化学的な反応に起因する抵抗による電圧成分である。
【００３２】
【数１】
2005106616.tif 000003
【００３３】
例えば図３に示すように、高圧バッテリー１７の電流（バッテリー電流）Ｉをステップ状に変化させて充電を行うと、先ず、この電流変化の発生時刻ｔ１において、高圧バッテリー１７の端子電圧（バッテリー電圧）Ｖは開路電圧Ｅから内部抵抗成分Ｗだけ増大する。
ここで、内部抵抗成分Ｗは高圧バッテリー１７の電流Ｉに比例し、例えば高圧バッテリー１７の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じた比例係数である内部抵抗ａによって、下記数式（２）に示すようにして記述される。
なお、以下において、バッテリー電流Ｉの符号は充電電流に対して正とし、放電電流に対して負とする。
【００３４】
【数２】
2005106616.tif 000004
【００３５】
そして、電流変化の発生時刻ｔ１以降において、バッテリー電圧Ｖは、開路電圧Ｅに内部抵抗成分Ｗを加算して得た値から、反応抵抗成分Ｈだけ増大する。
ここで、反応抵抗成分Ｈは、例えば電流変化の発生時刻ｔ１での値であるゼロから徐々に増加して適宜の時間経過後に平衡値である整定電圧Ｈｓへと到達するようにして変化する。この整定電圧Ｈｓが、例えば高圧バッテリー１７の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じた所定の比例係数ｂに応じて高圧バッテリー１７の電流Ｉに比例するとすれば、整定電圧Ｈｓは下記数式（３）に示すようにして記述される。
【００３６】
【数３】
2005106616.tif 000005
【００３７】
このように、ステップ状の電流変化に対して、内部抵抗成分Ｗのような瞬時の電圧変化とは異なる反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答を、例えば高圧バッテリー１７の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じた時定数Ｔの１次遅れ要素の応答によって近似すると、例えば図４に示すように、反応抵抗成分Ｈの時間変化を示すグラフ図において適宜の時刻ｔ２（つまり、図４でのＦ点）での反応抵抗成分Ｈの傾き（ｄＨ／ｄｔ）は、下記数式（４）に示すようにして記述される。
なお、反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答は、下記数式（４）に示すように、単一の時定数Ｔの１次遅れ要素の応答によって近似してもよいし、後述するように、複数の異なる時定数Ｔ１，…，Ｔｎ（ｎは任意の自然数）の各１次遅れ要素の線形結合からなる応答に近似してもよい。
【００３８】
【数４】
2005106616.tif 000006
【００３９】
開路電圧検出装置１０ｂは、例えば上記数式（１）および数式（２）および数式（４）を高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式として、反応抵抗成分Ｈの推定値である反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔを算出すると共に、反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔと内部抵抗成分Ｗの推定値である内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔと高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖの電圧検出値Ｖａｃｔとに応じて高圧バッテリー１７の開路電圧Ｅの推定値である開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出する。残容量検出装置１０ａは、開路電圧検出装置１０ｂにて算出される開路電圧推定値Ｅｅｓｔに応じて、例えば図２に示すマップを検索し、高圧バッテリー１７の残容量を算出するようになっている。
【００４０】
この開路電圧検出装置１０ｂは、例えば図５に示すように、状態量算出部３１と、反応抵抗成分算出部３２と、加算部３３と、内部抵抗推定器３４と、乗算部３５と、減算部３６と、ローパスフィルタ３７と、状態量記憶部４０と、入力切換部４１と、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２と、初期化モード用係数算出部４３ａおよび経過時間算出部４３ｂを具備する初期化モード用係数入力部４３と、タイマー４４と、時刻記憶部４５とを備えて構成され、さらに、残容量検出装置１０ａは、例えば、開路電圧検出装置１０ｂと、残容量推定部３８とを備えて構成されている。
【００４１】
開路電圧検出装置１０ｂは、反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答を、例えば、上記数式（４）に示すように、単一の時定数Ｔの１次遅れ要素の応答によって近似、あるいは、複数の異なる時定数Ｔ１，…，Ｔｎ（ｎは任意の自然数）の各１次遅れ要素の線形結合からなる応答に近似する。例えば、反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答が、複数として３つの異なる時定数Ｔ１（例えば、Ｔ１＝数十秒等），Ｔ２（例えば、Ｔ２＝数分等），Ｔ３（例えば、Ｔ３＝数時間等）の各１次遅れ要素の線形結合からなる応答に近似される場合、反応抵抗成分Ｈは、例えば高圧バッテリー１７の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じた各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対応した第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３によって、例えば下記数式（５）に示すようにして記述される。
【００４２】
【数５】
2005106616.tif 000007
【００４３】
そして、上記数式（１）および数式（５）により、高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖは下記数式（６）に示すようにして記述される。
【００４４】
【数６】
2005106616.tif 000008
【００４５】
ここで、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、上記数式（４）と同様にして、各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３および所定の各比例係数ｂ１，ｂ２，ｂ３により下記数式（７）に示すようにして記述される。
【００４６】
【数７】
2005106616.tif 000009
【００４７】
なお、上記数式（７）は、行列式によって下記数式（８）に示すようにして記述される。
【００４８】
【数８】
2005106616.tif 000010
【００４９】
また、上記数式（６）および数式（８）において、下記数式（９）に示すようにして状態変数ｘおよび係数Ａ，Ｂ，Ｃを設定すると、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式は例えば下記数式（１０）に示すようにして簡潔表現される。
【００５０】
【数９】
2005106616.tif 000011
【００５１】
【数１０】
2005106616.tif 000012
【００５２】
上記数式（９）および上記数式（１０）は状態変数ｘの時間変化を示す連続の状態方程式であり、上記数式（１０）に対応する離散化した状態方程式は、下記数式（１１）に示すように記述される。
【００５３】
【数１１】
2005106616.tif 000013
【００５４】
状態量算出部３１は、後述するタイマー割り込み処理として所定周期（例えば１０ｍｓ等）毎に実行する離散演算において、後述する各モード（例えば、推定モード、推定終了モード、初期化モード）に応じて設定される係数Ａ’，Ｂ’およびバッテリー電流Ｉおよび前回の離散演算での状態変数（状態変数ｘの前回値）ｘｐと、上記数式（１１）とに基づき、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の推定値からなる状態変数ｘを算出し、この状態変数ｘを反応抵抗成分算出部３２および状態量記憶部４０へ出力する。
このため、状態量算出部３１には、電流センサ１７ａから出力される電流検出値Ｉａｃｔと、状態量記憶部４０から出力される前回の状態変数（状態変数ｘの前回値）ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’とが入力されている。
不揮発メモリを備える状態量記憶部４０は、状態量算出部３１から出力される状態変数ｘを前回値ｘｐとして記憶し、この前回値ｘｐを状態量算出部３１へ出力する。
すなわち、後述するように、例えば車両１の運転時における推定モードやイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられる車両１の運転停止時の推定終了モードにおいては、所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍｓ等）にて実行される離散演算の前回の処理にて算出されて状態量記憶部４０に格納された前回値ｘｐが、離散演算の今回の処理にて状態量算出部３１へ出力される。また、後述するように、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる車両１の運転開始時の初期化モードにおいては、車両１の運転停止時の推定終了モードにて算出されて状態量記憶部４０に格納された前回値ｘｐが、離散演算の今回の処理にて状態量算出部３１へ出力される。この初期化モードにおいては、後述するように、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられた運転停止時から、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる運転開始時までの経過時間が、離散演算のサンプリング周期として設定されることになる。
【００５５】
入力切換部４１には、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２から出力される所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎと、初期化モード用係数入力部４３から出力される初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉとが入力されており、入力切換部４１は、車両１の運転状態に対する各モードに応じて所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎまたは初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉを切換選択し、係数Ａ’，Ｂ’として状態量算出部３１へ出力する。すなわち、推定モードや推定終了モードにおいては、所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎが係数Ａ’，Ｂ’として出力され、初期化モードにおいては、初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉが係数Ａ’，Ｂ’として出力される。
推定モード・推定終了モード用係数入力部４２から出力される所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎは、例えば所定のサンプリング周期（例えば１０ｍｓ等）に応じた所定の固定値とされ、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式（つまり上記数式（９），（１０））を所定のサンプリング周期に応じて離散化して得た状態方程式により算出される。
【００５６】
初期化モード用係数入力部４３は、例えば、初期化モード用係数算出部４３ａおよび経過時間算出部４３ｂを備えて構成され、経過時間算出部４３ｂにはタイマー４４から出力される現在時刻ｔと、例えば不揮発メモリを備える時刻記憶部４５から出力される前回時刻ｔｐとが入力されている。時刻記憶部４５は、推定終了モードで実行される演算にて、タイマー４４から出力される現在時刻ｔを新たな前回時刻ｔｐとして記憶する。
初期化モード用係数入力部４３の経過時間算出部４３ｂは、タイマー４４から出力される現在時刻ｔから時刻記憶部４５から出力される前回時刻ｔｐを減算して経過時間（ｔ−ｔｐ）を算出し、初期化モード用係数算出部４３ａへ出力する。例えば、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられる車両１の運転停止時の推定終了モードにおいてタイマー４４から出力される現在時刻ｔが時刻記憶部４５に格納されると、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる車両１の運転開始時の初期化モードにおいては、推定終了モードで記憶された現在時刻ｔが前回時刻ｔｐとなり、この初期化モードでの現在時刻ｔと、前回時刻ｔｐとの差である経過時間が、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられた運転停止時から、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる運転開始時までに亘る高圧バッテリー１７の充放電の休止時間となる。
初期化モード用係数算出部４３ａは、初期化モードにおいて経過時間算出部４３ｂから出力される経過時間（ｔ−ｔｐ）つまり休止時間をサンプリング周期として、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式（つまり上記数式（９），（１０））を、このサンプリング周期に応じて離散化して得た状態方程式により初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉを算出する。
【００５７】
状態量算出部３１は、上記数式（１１）において、推定モードおよび推定終了モードでは、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’つまり所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎとに基づき、さらに、電流センサ１７ａにて検出される電流検出値Ｉａｃｔをバッテリー電流Ｉに入力することにより第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の推定値からなる状態変数ｘを算出する。また、初期化モードでは、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’つまり初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉとに基づき、さらに、車両１の運転停止期間中のゼロまたは所定の休止時電流をバッテリー電流Ｉに入力することにより第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の推定値からなる状態変数ｘを算出する。
反応抵抗成分算出部３２は、状態量算出部３１にて算出した状態変数ｘに上記数式（９）に示す係数Ｃを作用させて、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の線形結合からなる反応抵抗成分Ｈの推定値である反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔを算出し、加算部３３へ出力する。
【００５８】
内部抵抗推定器３４は、例えば図６に示すように、電圧近似微分演算部５１と、電流近似微分演算部５２と、除算部５３と、フィルタ５４と、推定中断判定部５５とを備えて構成されている。
電圧近似微分演算部５１および電流近似微分演算部５２は、適宜の１次遅れ時定数Ｔｄおよびラプラス演算子Ｓにより、例えば下記数式（１２）に示すように記述される伝達関数Ｇ（Ｓ）によって、各電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔから角周波数（１／Ｔｄ）以下の低周波成分を除去すると共に、各電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの時間変化率つまり電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）および電流変化率（ｄＩ／ｄｔ）を算出する。
ここで、１次遅れ時定数Ｔｄは、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対して、例えば下記数式（１３）に示すように、角周波数（１／Ｔｄ）が、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の各角周波数（１／Ｔ１），（１／Ｔ２），（１／Ｔ３）よりも十分に大きな値となるように設定されている。
【００５９】
【数１２】
2005106616.tif 000014
【００６０】
【数１３】
2005106616.tif 000015
【００６１】
これにより、電圧近似微分演算部５１および電流近似微分演算部５２のバンドパス（ハイパス）フィルタ作用の周波数特性が、例えば図７に示すような周波数特性である場合には、カットオフ周波数である角周波数（１／Ｔｄ）以下の低周波成分の利得が−３ｄＢ以下となり、特に、電圧検出値Ｖａｃｔの電圧変動からは低周波成分に相当する反応抵抗成分Ｈによる電圧変動分が除去され、高周波成分に相当する内部抵抗成分Ｗによる電圧変動分のみが抽出されることになる。
【００６２】
除算部５３は、例えば下記数式（１４）に示すように、電圧近似微分演算部５１から出力される電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）を、電流近似微分演算部５２から出力される電流変化率（ｄＩ／ｄｔ）によって除算することによって、高圧バッテリー１７の内部抵抗ａの瞬時値に相当する内部抵抗演算瞬時値Ｒを算出する。
すなわち、例えばＰＤＵ１６に具備されるインバータでのスイッチング動作等に起因する相対的に高い周波数の電圧変動には、相対的に時定数が長い反応抵抗成分Ｈの電圧変動の寄与が無視でき、この相対的に高い周波数の電圧変動と電流変動との比率を算出することによって、内部抵抗ａの瞬時値を精度良く算出することができる。
【００６３】
【数１４】
2005106616.tif 000016
【００６４】
フィルタ５４は、推定中断判定部５５から出力される制御信号に応じて、適宜の１次遅れ時定数Ｔｆおよびラプラス演算子Ｓにより、例えば下記数式（１５）に示すように記述される伝達関数Ｇｆ（Ｓ）によって、除算部５３から出力される内部抵抗演算瞬時値Ｒに含まれる誤差、特に高周波ノイズを除去し、内部抵抗ａの推定値である内部抵抗推定値ａｅｓｔを算出するローパスフィルタとして動作する。なお、１次遅れ時定数Ｔｆは、内部抵抗成分Ｗの変動周期よりも小さな値に設定されている。
例えば図８に示すように、フィルタ５４は、減算部５６と、入力切換部５７と、積分演算部５８とを備えて構成されている。
【００６５】
【数１５】
2005106616.tif 000017
【００６６】
減算部５６は、除算部５３から出力される内部抵抗演算瞬時値Ｒから、後述する積分演算部５８から出力される内部抵抗推定値ａｅｓｔを減算して得た減算値を出力する。
入力切換部５７は、推定中断判定部５５から出力される制御信号に応じて、減算部５６から出力される減算値あるいはゼロを積分演算部５８へ出力する。
積分演算部５８は、減算部５６から出力される減算値を積分することによって内部抵抗推定値ａｅｓｔを算出しており、減算値の代わりに入力切換部５７からゼロが入力されたときには積分値が不変となり、この時点での内部抵抗推定値ａｅｓｔの値が出力されることになる。
すなわち、推定中断判定部５５から出力される制御信号は、フィルタ５４での内部抵抗推定値ａｅｓｔの算出処理を中断して、この中断時点での内部抵抗推定値ａｅｓｔの値を保持するか否かを指示するものであって、推定中断判定部５５は、例えば図６に示すように、電圧近似微分演算部５１および電流近似微分演算部５２から出力される電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）および電流変化率（ｄＩ／ｄｔ）の少なくとも何れか一方に基づき、例えば電流変化率（ｄＩ／ｄｔ）の絶対値が所定値未満である場合等のように、除算部５３にて算出される内部抵抗演算瞬時値Ｒの誤差が所定の許容範囲を超える虞がある場合に、内部抵抗推定値ａｅｓｔの算出処理の中断を指示する制御信号を出力する。
入力切換部５７は、例えば、通常状態において減算部５６から出力される減算値を積分演算部５８へ出力しており、この場合、フィルタ５４は積分要素の出力にフィードバック処理を行う１次遅れ要素として機能する。これに対して、内部抵抗推定値ａｅｓｔの算出処理の中断を指示する制御信号が推定中断判定部５５から入力されると、入力切換部５７は減算部５６から出力される減算値の代わりにゼロを積分演算部５８へ出力するように切り換え、この時点での積分要素の出力が不変となるように保持する。
【００６７】
内部抵抗推定器３４にて算出される内部抵抗推定値ａｅｓｔは、例えば図５に示すように、乗算部３５に入力される。
乗算部３５は、電流検出値Ｉａｃｔと内部抵抗推定値ａｅｓｔとを乗算して得た値を内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔとして設定し、加算部３３へ出力する。
加算部３３は、乗算部３５から入力される内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔと反応抵抗成分算出部３２から入力される反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔとを加算して得た値（Ｗｅｓｔ＋Ｈｅｓｔ）を減算部３６へ出力する。
減算部３６は、電圧センサ１７ｂにて検出される電圧検出値Ｖａｃｔから内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔと反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔとを減算することによって、開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出し、ローパスフィルタ３７へ出力する。すなわち、上記数式（１）に示すように、高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖは開路電圧Ｅと内部抵抗成分Ｗと反応抵抗成分Ｈとからなり、電圧検出値Ｖａｃｔから、内部抵抗成分Ｗと反応抵抗成分Ｈとの各推定値を減算することによって、開路電圧Ｅの推定値を算出することができる。
ローパスフィルタ３７は、減算部３６から出力される開路電圧推定値Ｅｅｓｔに含まれる誤差、特に高周波ノイズを除去し、このノイズ除去後の開路電圧推定値Ｅｅｓｔを残容量推定部３８へ出力する。
残容量推定部３８は、例えば図２に示すように高圧バッテリー１７を無負荷状態で所定時間を超える長時間に亘って放置した際の端子電圧Ｖの値（開路電圧Ｅ）と高圧バッテリー１７の残容量との相関関係を示すマップを記憶しており、ローパスフィルタ３７から入力される開路電圧推定値Ｅｅｓｔに応じたマップ検索によって高圧バッテリー１７の残容量を算出する。
【００６８】
第１の実施形態による残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂは上記構成を備えており、次に、残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂの動作、特に、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮ状態となる車両１の運転継続時における推定モードおよびイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦに切り換えられる車両１の運転停止時の推定終了モードおよびイグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮに切り換えられる車両１の運転開始時の初期化モードにおける状態変数ｘの算出動作について説明する。
残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂを具備するバッテリー制御装置２０は、例えばイグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦ以外の状態である場合に、以下に示す一連の処理（つまり、状態変数ｘの算出処理）を実行するためのタイマー割り込み処理を所定周期（例えば１０ｍｓ等）毎に実行する。そして、バッテリー制御装置２０は、推定モードや推定終了モードでの状態変数ｘの算出処理において、所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍｓ等）毎に電流センサ１７ａおよび電圧センサ１７ｂの各検出値を取得し、これらの各検出値に基づき離散演算を実行する。なお、このタイマー割り込み処理は、後述するタイマー割込禁止信号が出力されるまで実行され、例えばイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられる時点、つまり車両１の運転継続時の推定モードから車両１の運転停止時の推定終了モードへと移行する時点においても、タイマー割り込み処理が実行可能とされている。
また、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる車両１の運転開始時においては、以下に示す初期化モードに係る一連の処理を実行した後に、タイマー割り込み処理を所定周期（例えば１０ｍｓ等）毎に実行するようになっている。
【００６９】
先ず、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる車両１の運転開始時、または、タイマー割り込み処理の実行によって、図９に示す一連の処理の実行が開始され、図９に示すステップＳ０１においては、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられたか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０９に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまりイグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられた場合には、ステップＳ０２に進み、処理モードとして初期化モードを設定し、ステップＳ０３に進む。
ステップＳ０３においては、現在時刻ｔと前回時刻ｔｐとを取得し、ステップＳ０４に進み、経過時間（ｔ−ｔｐ）を算出し、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、経過時間（ｔ−ｔｐ）つまり高圧バッテリー１７の充放電休止状態である休止時間をサンプリング周期として、高圧バッテリー１７の時間変化特性を示す状態方程式（つまり上記数式（９）及び（１０））を離散化し、初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉを算出する。
次に、ステップＳ０６においては、休止時間においてバッテリー電流Ｉがゼロまたはゼロ近傍の所定の電流値（例えば、暗電流値等）の休止時電流に保持されると仮定し、上記数式（１１）において、ゼロまたは所定の休止時電流をバッテリー電流Ｉに入力し、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’つまり初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉとに基づき状態遷移演算を実行し、今回の処理での状態変数ｘを算出する。
次に、ステップＳ０７においては、算出した今回の状態変数ｘを、新たに前回の状態変数ｘｐとして設定し、状態量記憶部４０に記憶する。
次に、ステップＳ０８においては、現在時刻ｔを、新たに前回時刻ｔｐとして設定し、時刻記憶部４５に記憶し、一連の処理を終了する。
【００７０】
また、ステップＳ０９においては、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられたか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ１４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまりイグニッションスイッチ１１ｃの状態が変更されていない場合には、ステップＳ１０に進み、処理モードとして推定モードを設定し、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１においては、現在時刻ｔを取得し、ステップＳ１２に進み、電流センサ１７ａおよび電圧センサ１７ｂの各検出値を取得し、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３においては、上記数式（１１）において、電流センサ１７ａの検出値をバッテリー電流Ｉに入力し、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’つまり所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎとに基づき状態遷移演算を実行し、今回の処理での状態変数ｘを算出し、上述したステップＳ０７に進む。
また、ステップＳ１４においては、処理モードとして推定終了モードを設定し、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５においては、現在時刻ｔを取得し、ステップＳ１６に進み、電流センサ１７ａおよび電圧センサ１７ｂの各検出値を取得し、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７においては、上記数式（１１）において、電流センサ１７ａの検出値をバッテリー電流Ｉに入力し、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’つまり所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎとに基づき状態遷移演算を実行し、今回の処理での状態変数ｘを算出し、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８においては、タイマー割込禁止信号を出力し、上述したステップＳ０７に進む。
【００７１】
上述したように、第１の実施形態による蓄電装置の残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂによれば、バッテリー電圧Ｖを開路電圧Ｅと内部抵抗成分Ｗと反応抵抗成分Ｈとからなる３つの電圧成分により構成し、バッテリー電流Ｉの変動に伴う電圧変動で遅れ成分となる反応抵抗成分Ｈの応答を１次遅れ応答によって近似して得た高圧バッテリー１７の状態方程式によって開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出し、この開路電圧推定値Ｅｅｓｔに応じたマップ検索により高圧バッテリー１７の残容量を算出することにより、装置構成が複雑化することを抑制しつつ残容量を精度良く算出することができる。すなわち、第１の実施形態による蓄電装置の開路電圧検出装置１０ｂによれば、バッテリー電流Ｉの変動に伴う電圧変動が本来有する収束性を適切にモデル化して状態方程式を設定することにより、信頼性の高い推定処理を実行することができ、開路電圧推定値Ｅｅｓｔの推定精度を向上させることができる。
これにより、例えば図２に示すように、Ｎｉ−ＭＨバッテリーからなる高圧バッテリー１７において、残容量の変化に応じた開路電圧Ｅの変化が相対的に小さい残容量の中間領域に対しても、開路電圧Ｅの算出精度が向上することに伴い、第１の実施形態による蓄電装置の残容量検出装置１０ａによって残容量を精度良く算出することができる。
【００７２】
しかも、第１の実施形態による蓄電装置の残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂによれば、例えば高圧バッテリー１７の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じて頻繁に変化すると共にバッテリー電流Ｉの変動に伴う電圧変動において相対的に大きな寄与となる内部抵抗成分Ｗを推定し、内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔと開路電圧推定値Ｅｅｓｔとを電圧検出値Ｖａｃｔから減算して開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出することによって、開路電圧推定値Ｅｅｓｔを適切に推定することができる。
また、内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔの算出処理においては、例えばＰＤＵ１６に具備されるインバータでのスイッチング動作等に起因する相対的に高い周波数の電圧変動成分には、相対的に時定数が長い反応抵抗成分Ｈの電圧変動の寄与が無視できることから、この相対的に高い周波数の電圧変動と電流変動との比率を算出することによって、内部抵抗ａの瞬時値、さらに、この内部抵抗ａの瞬時値に応じた内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔを迅速かつ精度良く算出することができる。
しかも、推定中断判定部５５は、例えば電流変化率（ｄＩ／ｄｔ）の絶対値が所定値未満である場合等のように、除算部５３にて算出される内部抵抗演算瞬時値Ｒの誤差が所定の許容範囲を超える虞がある場合に、内部抵抗推定値ａｅｓｔの算出処理の中断を指示する制御信号を出力し、この時点での内部抵抗推定値ａｅｓｔの値を保持するように設定することから、内部抵抗推定値ａｅｓｔの誤差が過剰に増大してしまうことを防止することができる。
さらに、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦとされた車両１の運転停止状態においては、電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの検出および開路電圧推定値Ｅｅｓｔの算出処理を停止し、この停止状態をイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮとされる時点まで継続する休止期間を設定することができる。すなわち、この休止期間を経てイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮとされた際には、この休止期間の継続時間に基づいて休止期間における反応抵抗成分Ｈの電圧変動を算出することができ、この反応抵抗成分Ｈの電圧変動に応じて、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮとされる時点での開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出することができる。これにより、車両１の運転停止状態において、開路電圧推定値Ｅｅｓｔの算出処理に係る電力消費の増大を防止することができると共に、残容量検出装置１０ａの装置構成を簡略化することができる。つまり、高圧バッテリー１７の充放電休止以前の状態変数（つまり状態変数ｘの前回値ｘｐ）と、充放電休止中の経過時間とにより、開路電圧推定値Ｅｅｓｔを推定することができるため、充放電休止中は、開路電圧推定値Ｅｅｓｔの推定演算および電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの検出が不要になる。これにより、開路電圧推定値Ｅｅｓｔの推定演算および電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの検出を実行するために１２Ｖバッテリー２１の電力を消費する必要がなくなる。しかも、充放電休止中の電圧検出値Ｖａｃｔや電流検出値Ｉａｃｔを記憶するためのメモリも不要である。
【００７３】
なお、上述した実施の形態において、整定電圧Ｈｓはバッテリー電流Ｉに比例するとしたが、これに限定されず、例えばバッテリー電流Ｉに関する適宜の単調増加関数ｆ（Ｉ）であってもよい。この場合、上記数式（４）は、下記数式（１６）に示すように記述される。同様にして、上記数式（７）は、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３に対する各整定電圧Ｈｓをバッテリー電流Ｉに関する適宜の単調増加関数ｆｎ（Ｉ）、（ｎ＝１，２，３）として、下記数式（１７）に示すように記述される。
【００７４】
【数１６】
2005106616.tif 000018
【００７５】
【数１７】
2005106616.tif 000019
【００７６】
また、上述した本実施の形態において、反応抵抗成分Ｈは複数（例えば、３つ）の異なる時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各１次遅れ要素の線形結合からなるとしたが、これに限定されず、反応抵抗成分Ｈは複数の１次遅れ要素に対して非線形であってもよい。さらに、反応抵抗成分Ｈは、１次遅れ要素に限らず、例えば２次遅れ要素等のその他の遅れ成分によって構成されてもよい。
【００７７】
なお、上述した実施の形態においては、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられたと判定された時点で処理モードとして推定終了モードを設定したが、これに限定されず、例えばイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられた後に、さらに、電圧検出値Ｖａｃｔが所定値の範囲内であると判定された時点、あるいは、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられた後に、さらに、所定時間以上経過したと判定された時点で処理モードとして推定終了モードを設定してもよい。
【００７８】
なお、上述した実施の形態においては、車両１の運転状態において、例えば所定時間周期毎に開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出することに伴って内部抵抗ａの瞬時値を算出してもよいし、車両１の所定の運転状態に応じて、例えばバッテリー電流Ｉが相対的に増大するときに内部抵抗ａの瞬時値を算出してもよい。例えばＤＣ−ＤＣコンバータ１９を駆動し、高圧バッテリー１７の端子電圧Ｖを降圧して１２Ｖバッテリー２１を充電する場合や、例えば内燃機関１１のアイドル運転状態等において、内燃機関１１の運転に伴う車体振動の発生を抑制するようにしてモータ１２を駆動させる際や、例えば全ての気筒を稼働する全筒運転と一部の気筒を休止して運転する休筒運転とに切換可能な内燃機関１１に具備される制振装置（図示略）を、内燃機関１１の休筒運転と全筒運転との切り替えに伴う車体振動の発生を抑制するように作動させる場合等において内部抵抗ａの瞬時値を算出することによって、算出精度を向上させることができる。
また、高圧バッテリー１７の残容量が所定値を超えることで残容量に余裕がある場合等においては、例えばモータ１２に対するトルク軸電流は不変のまま界磁軸電流を増減させて内部抵抗ａの瞬時値を算出してもよい。
【００７９】
なお、上述した実施の形態において、内部抵抗推定器３４は、電圧近似微分演算部５１および電流近似微分演算部５２を備えるとしたが、これに限定されず、電圧近似微分演算部５１および電流近似微分演算部５２の代わりに、例えば所定の周波数特性を有する差分演算部や、例えば所定周波数領域の信号のみを抽出するバンドパスフィルタや、さらに、電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの変動を算出する各変動算出部等を備えてもよい。
例えば、差分演算部は、入力される各電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの所定周波数領域（例えば、反応抵抗成分Ｈによる電圧変動分が含まれる周波数領域よりも高い高周波領域）のデータに対して、現在値と所定時間以前の過去値との差（電圧差および電流差）を算出し、除算部５３へ出力する。
また、例えば、バンドパスフィルタは、入力される各電圧検出値Ｖａｃｔおよび電流検出値Ｉａｃｔの所定周波数領域（例えば、反応抵抗成分Ｈによる電圧変動分が含まれる周波数領域よりも高い高周波領域）のデータを抽出し、除算部５３あるいは各電圧変動算出部および電流変動算出部へ出力する。各電圧変動算出部および電流変動算出部は、バンドパスフィルタから入力される所定周波数領域のデータに対して、例えば、周期的に振動するデータの振幅や実効値等を算出し、除算部５３へ出力する。
これらの場合、除算部５３は、電圧検出値Ｖａｃｔに係る入力値を電流検出値Ｉａｃｔに係る入力値によって除算することによって、高圧バッテリー１７の内部抵抗ａの瞬時値に相当する内部抵抗演算瞬時値Ｒを算出する。
【００８０】
以下、本発明の蓄電装置の開路電圧検出装置および残容量検出装置の第２の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この第２の実施形態による蓄電装置の残容量検出装置６０ａ（以下、単に、残容量検出装置６０ａと呼ぶ）および蓄電装置の開路電圧検出装置６０ｂ（以下、単に、開路電圧検出装置６０ｂと呼ぶ）は、上述した第１の実施形態に係る残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂと同様にバッテリー制御装置２０に備えられている。
開路電圧検出装置６０ｂは、例えば図１０に示すように、上述した第１の実施形態に係る開路電圧検出装置１０ｂに具備される内部抵抗推定器３４および乗算部３５および状態量記憶部４０および入力切換部４１および推定モード・推定終了モード用係数入力部４２および初期化モード用係数入力部４３およびタイマー４４および時刻記憶部４５と、状態量算出部６１と、開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２と、加算部６３と、減算部６４と、開路電圧抽出部６５とを備えて構成されている。さらに、残容量検出装置６０ａは、例えば、開路電圧検出装置６０ｂと、上述した第１の実施形態に係る残容量検出装置１０ａに具備される残容量推定部３８とを備えて構成されている。
開路電圧検出装置６０ｂは、後述する状態方程式に基づきバッテリー電圧Ｖの推定値であるバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔを算出し、このバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔと電圧検出値Ｖａｃｔとの電圧差Ｖｅｒｒがゼロとなるようにフィードバック制御を行う。
残容量検出装置６０ａは、開路電圧検出装置６０ｂにて算出されるバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔに係る状態変数ｘから開路電圧推定値Ｅｅｓｔを抽出し、開路電圧推定値Ｅｅｓｔに応じたマップ検索によって高圧バッテリー１７の残容量を算出する。
なお、以下において上述した第１の実施形態と同一部分については同じ符号を配して説明を省略するが、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２と初期化モード用係数入力部４３については、第２の実施形態では、係数Ｋ’の算出機能が追加されおり、それぞれＫ’ｎやＫ’ｉが算出されるようになっている。また、本発明における算出とは、固定値の出力を含むものとする。
【００８１】
この第２の実施形態において、開路電圧検出装置６０ｂは、上述した第１の実施形態に係る開路電圧検出装置１０ｂと同様に反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答を、単一の時定数Ｔの１次遅れ要素の応答によって近似、あるいは、複数の異なる時定数Ｔ１，…，Ｔｎ（ｎは任意の自然数）の各１次遅れ要素の線形結合からなる応答に近似する。例えば、反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答が、複数として３つの異なる時定数Ｔ１（例えば、Ｔ１＝数十秒等），Ｔ２（例えば、Ｔ２＝数分等），Ｔ３（例えば、Ｔ３＝数時間等）の各１次遅れ要素の線形結合からなる応答に近似された状態において、開路電圧検出装置６０ｂは、さらに、下記数式（１７）に示すように、状態変数ｘを、例えば高圧バッテリー１７の温度状態や充放電履歴や動作時間等に応じた各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対応した第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３と、開路電圧Ｅとから構成している。そして、開路電圧検出装置６０ｂは、下記数式（１８）に示す状態変数ｘと行列Ａ，Ｂ，Ｃおよび高圧バッテリー１７の内部抵抗ａによって、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式を、例えば下記数式（１９）に示すように設定する。
なお、下記数式（１８）における関数Ｐ（Ｅ）は、バッテリー電流Ｉの単位電流変化に伴う開路電圧Ｅの時間変化率であって、例えば開路電圧Ｅに関する適宜の関数とされている。
【００８２】
【数１８】
2005106616.tif 000020
【００８３】
【数１９】
2005106616.tif 000021
【００８４】
ここで、開路電圧検出装置６０ｂは、後述する減算部６４から出力されるバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔと電圧検出値Ｖａｃｔとの電圧差Ｖｅｒｒを制御ゲインＫにより制御増幅して得た値（Ｋ・Ｖｅｒｒ）を上記数式（１９）に示す状態変数ｘの時間変化（ｄｘ／ｄｔ）の状態方程式に作用させることによって、例えば下記数式（２０）に示す新たな状態方程式、すなわちオブザーバを設定し、この新たな状態方程式を、各モード（例えば、推定モード、推定終了モード、初期化モード）に応じて離散化して設定される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’およびバッテリー電流Ｉおよび前回の状態変数ｘｐに基づき、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の推定値および開路電圧Ｅの推定値からなる状態変数ｘを算出する。
【００８５】
【数２０】
2005106616.tif 000022
【００８６】
上記数式（２０）に対応する離散化した状態方程式は、下記数式（２１）に示すように記述される。
【００８７】
【数２１】
2005106616.tif 000023
【００８８】
状態量算出部６１は、例えば各モード（例えば、推定モード、推定終了モード、初期化モード）に応じて設定される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’およびバッテリー電流Ｉおよび前回の離散演算での状態変数（状態変数ｘの前回値）ｘｐと、上記数式（２１）とに基づき、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３や開路電圧Ｅの推定値からなる状態変数ｘを算出し、この状態変数ｘを開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２および状態量記憶部４０へ出力する。
すなわち、推定モードおよび推定終了モードでは、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’つまり所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎとに基づき、さらに、電流センサ１７ａにて検出される電流検出値Ｉａｃｔをバッテリー電流Ｉに入力することにより第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３や開路電圧Ｅの推定値からなる状態変数ｘを算出する。また、初期化モードでは、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’つまり初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉ，Ｋ’ｉとに基づき、さらに、車両１の運転停止期間中のゼロまたは所定の休止時電流をバッテリー電流Ｉに入力することにより第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３や開路電圧Ｅの推定値からなる状態変数ｘを算出する。
なお、この実施の形態において、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２から出力される所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎは、例えば所定のサンプリング周期（例えば１０ｍｓ等）に応じた所定の固定値とされ、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式（つまり上記数式（１８），（２０））を所定のサンプリング周期に応じて離散化して得た状態方程式により算出される。また、初期化モード用係数算出部４３ａから出力される初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉ，Ｋ’ｉは、初期化モードにおいて経過時間算出部４３ｂから出力される経過時間（ｔ−ｔｐ）つまり休止時間をサンプリング周期として、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式（つまり上記数式（１８），（２０））を、このサンプリング周期に応じて離散化して得た状態方程式により算出される。
開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２は、状態量算出部６１にて算出した状態変数ｘに上記数式（１８）に示す係数Ｃを作用させて、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の線形結合からなる反応抵抗成分Ｈおよび開路電圧Ｅの各推定値である反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔおよび開路電圧推定値Ｅｅｓｔを抽出し、加算部６３へ出力する。
【００８９】
加算部６３は、乗算部３５から入力される内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔと開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２から入力される反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔおよび開路電圧推定値Ｅｅｓｔとを加算して得た値（Ｗｅｓｔ＋Ｈｅｓｔ＋Ｅｅｓｔ）、つまりバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔを減算部６４へ出力する。
減算部６４は、電圧センサ１７ｂにて検出される電圧検出値Ｖａｃｔからバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔを減算することによって、バッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔの推定誤差である電圧差Ｖｅｒｒを算出し、状態量算出部６１へ出力する。
また、状態量算出部６１にて算出される状態変数ｘは開路電圧抽出部６５に入力されており、開路電圧抽出部６５は、例えば状態変数ｘにベクトル（０，０，０，１）を作用させて開路電圧推定値Ｅｅｓｔを抽出し、残容量推定部３８へ出力する。
【００９０】
第２の実施形態による残容量検出装置６０ａおよび開路電圧検出装置６０ｂは上記構成を備えており、次に、残容量検出装置６０ａおよび開路電圧検出装置６０ｂの動作、特に、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮ状態となる車両１の運転継続時における推定モードおよびイグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦに切り換えられる車両１の運転停止時の推定終了モードおよびイグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮに切り換えられる車両１の運転開始時の初期化モードにおける状態変数ｘの算出動作について説明する。
この第２の実施形態による残容量検出装置６０ａおよび開路電圧検出装置６０ｂを具備するバッテリー制御装置２０は、上述した第１の実施形態による残容量検出装置１０ａおよび開路電圧検出装置１０ｂを具備するバッテリー制御装置２０と同様にして、例えばイグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦ以外の状態である場合に、状態変数ｘの算出処理を実行するためのタイマー割り込み処理を所定周期（例えば１０ｍｓ等）毎に実行する。そして、バッテリー制御装置２０は、推定モードや推定終了モードでの状態変数ｘの算出処理において、所定のサンプリング周期（例えば、１０ｍｓ等）毎に電流センサ１７ａおよび電圧センサ１７ｂの各検出値を取得し、これらの各検出値に基づき離散演算を実行する。
この第２の実施形態において、上述した第１の実施形態におけるステップＳ０１〜ステップＳ１８に示す一連の処理と異なる点は、例えば図１１に示すように、ステップＳ０５において係数Ｋ’ｉを算出する点と、ステップＳ０６およびステップＳ１３およびステップＳ１７において電圧差Ｖｅｒｒのフィードバックの処理を実行する点と、電圧差Ｖｅｒｒを算出する新たな処理として、上述したステップＳ０８の処理に続いて順次実行されるステップＳ２１とステップＳ２２との処理を追加した点である。
【００９１】
つまり、図１１に示すステップＳ０５においては、経過時間をサンプリングタイムとして上記数式（２０）を離散化する事により、係数（Ａ’ｉ，Ｂ’ｉ，Ｋ’ｉ）を算出する。図１１に示すステップＳ０６においては、休止時間においてバッテリー電流Ｉがゼロまたはゼロ近傍の所定の電流値（例えば、暗電流値等）の休止時電流に保持されると仮定し、上記数式（２１）において、ゼロまたは所定の休止時電流をバッテリー電流Ｉに入力し、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’、つまり初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉ，Ｋ’ｉと、前回の処理にて減算部６４から出力されたバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔと電圧検出値Ｖａｃｔとの電圧差Ｖｅｒｒに基づき状態遷移演算を実行し、今回の処理での状態変数ｘを算出し、上述したステップＳ０７に進む。
また、図１１に示すステップＳ１３においては、上記数式（２１）において、電流センサ１７ａの検出値をバッテリー電流Ｉに入力し、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’つまり所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎと、前回の処理にて減算部６４から出力されたバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔと電圧検出値Ｖａｃｔとの電圧差Ｖｅｒｒに基づき状態遷移演算を実行し、今回の処理での状態変数ｘを算出し、上述したステップＳ０７に進む。
また、図１１に示すステップＳ１７においては、上記数式（２１）において、電流センサ１７ａの検出値をバッテリー電流Ｉに入力し、状態量記憶部４０から入力される前回の状態変数ｘｐと、入力切換部４１から出力される係数Ａ’，Ｂ’，Ｋ’つまり所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎと、前回の処理にて減算部６４から出力されたバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔと電圧検出値Ｖａｃｔとの電圧差Ｖｅｒｒに基づき状態遷移演算を実行し、今回の処理での状態変数ｘを算出し、上述したステップＳ１８に進む。
【００９２】
また、図１１に示すステップＳ２１においては、今回の処理での状態変数ｘに上記数式（１８）に示す係数Ｃを作用させて、反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔおよび開路電圧推定値Ｅｅｓｔを抽出し、さらに、内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔを加算して得た値（Ｗｅｓｔ＋Ｈｅｓｔ＋Ｅｅｓｔ）をバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔとして設定し、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２においては、電圧センサ１７ｂにて検出される電圧検出値Ｖａｃｔからバッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔを減算することによって、バッテリー電圧推定値Ｖｅｓｔの推定誤差である電圧差Ｖｅｒｒを算出し、この電圧差Ｖｅｒｒを前回の電圧差Ｖｅｒｒとして記憶部（図示略）に記憶し、一連の処理を終了する。
【００９３】
なお、この第２の実施形態において、制御ゲインＫを構成する各係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４に対して、例えば、各係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３をゼロとし、係数Ｋ４をゼロ以外の正の値とすれば、電圧差Ｖｅｒｒがゼロとなるようにフィードバック処理を実行することで開路電圧推定値Ｅｅｓｔが変化するようになる。この場合、フィードバック処理に対して反応抵抗成分Ｈは寄与せず、電圧差Ｖｅｒｒに基づき開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出する一連の処理の伝達関数は、１次遅れ要素の伝達関数と同等になり、この伝達関数の時定数は１／Ｋ４となる。すなわち、この一連の処理は、上述した第１の実施形態においてローパスフィルタ３７の伝達関数を１次遅れ要素とした場合の処理とほぼ同等の作用効果を有する。
つまり、上述した第２の実施形態においては、電圧差Ｖｅｒｒがゼロとなるようにフィードバック制御を行うことで、少なくとも開路電圧Ｅまたは反応抵抗成分Ｈの何れか一方に係る状態変数ｘが修正される。
【００９４】
なお、上述した第２の実施形態においては、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２から所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎが出力されるとしたが、所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎは、固定値の他、電圧差Ｖｅｒｒに応じて変化する値にしてもよい。
【００９５】
なお、上述した第２の実施形態において、関数Ｐ（Ｅ）は開路電圧Ｅに関する適宜の関数であるとしたが、これに限定されず、例えば高圧バッテリー１７の残容量が所定値を超え、かつ、バッテリー電流Ｉの電流値が相対的に小さい場合等においては、バッテリー電流Ｉの単位電流変化に伴う開路電圧Ｅの時間変化率は相対的に小さく、例えばフィードバック処理による状態変数ｘの収束状態に対する寄与は小さいと判断して、関数Ｐ（Ｅ）としてゼロまたはゼロ近傍の所定定数を設定してもよい。
【００９６】
また、上述した第２の実施形態において、制御ゲインＫは、比例要素に限らず、例えば比例・微分要素等であってもよい。
【００９７】
また、上述した第１および第２の実施形態においては、推定モードおよび推定終了モードでの状態変数ｘの算出処理において、サンプリング周期を所定のサンプリング周期（例えば１０ｍｓ等）の固定値としたが、これに限定されず、例えば操作者による入力操作や高圧バッテリー１７の充放電状態等に応じてサンプリング周期が変化するように設定してもよい。
この場合、例えば図１２に示す上述した第１の実施形態の変形例に係る残容量検出装置１０ａのように、開路電圧検出装置１０ｂは、状態量算出部３１と、反応抵抗成分算出部３２と、加算部３３と、内部抵抗推定器３４と、乗算部３５と、減算部３６と、ローパスフィルタ３７と、状態量記憶部４０と、入力切換部４１と、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２と、初期化モード用係数算出部４３ａおよび経過時間算出部４３ｂを具備する初期化モード用係数入力部４３と、タイマー４４と、時刻記憶部４５と、時定数決定器４６と、劣化判定器４７と、サンプリング周期選択器４８とを備えて構成される。また、例えば図１３に示す上述した第２の実施形態の変形例に係る残容量検出装置６０ａのように、開路電圧検出装置６０ｂは、内部抵抗推定器３４および乗算部３５および状態量記憶部４０および入力切換部４１および推定モード・推定終了モード用係数入力部４２および初期化モード用係数入力部４３およびタイマー４４および時刻記憶部４５と、時定数決定器４６と、劣化判定器４７と、サンプリング周期選択器４８と、状態量算出部６１と、開路電圧及び反応抵抗成分算出部６２と、加算部６３と、減算部６４と、開路電圧抽出部６５とを備えて構成される。
【００９８】
ここで、時定数決定器４６は、温度センサ１７ｃから出力される高圧バッテリー１７の温度ＴＢの検出値や劣化判定器４７から出力される高圧バッテリー１７の劣化状態に係るバッテリー劣化度の信号に基づき、所定マップのマップ検索や所定計算式による演算により、反応抵抗成分Ｈの時間遅れの応答に係る単一の時定数Ｔあるいは複数の異なる時定数Ｔ１，…，Ｔｎ（ｎは任意の自然数であって、上述した第１の実施形態および第２の実施形態ではｎ＝３に対応する各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を設定し、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２および初期化モード用係数算出部４３ａへ出力する。また、劣化判定器４７は、内部抵抗推定器３４から出力される内部抵抗推定値ａｅｓｔや、高圧バッテリー１７の製造後からの充電電流および放電電流の各絶対値の累積積算値である累積電流積算値や、高圧バッテリー１７の製造後からの動作時間の累積時間等に基づき、所定マップのマップ検索や所定計算式による演算により高圧バッテリー１７の劣化状態に係るバッテリー劣化度を設定する。このため、劣化判定器４７には、内部抵抗推定器３４から内部抵抗推定値ａｅｓｔが入力されると共に、電流センサ１７ａにて検出される電流検出値Ｉａｃｔと、タイマー４４から出力される現在時刻ｔとが入力されている。
サンプリング周期選択器４８は、例えば操作者による入力操作や高圧バッテリー１７の充放電状態等に応じてサンプリング周期を、予め記憶している所定のデータから選択しており、例えば、車両のアイドル運転時において高圧バッテリー１７の充放電が一時的に停止される場合のように、充電電流および放電電流の時間変化量が相対的に小さい場合には相対的に長い周期のサンプリング周期を自動的に選択し、選択したサンプリング周期を推定モード・推定終了モード用係数入力部４２へ出力する。
【００９９】
これにより、推定モード・推定終了モード用係数入力部４２から出力される所定係数Ａ’ｎ，Ｂ’ｎ，Ｋ’ｎは、高圧バッテリー１７の状態量（例えば、高圧バッテリー１７の温度ＴＢ等に関する値）や高圧バッテリー１７の劣化状態等に応じて時定数決定器４６から出力される各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３と、サンプリング周期選択器４８から出力されるサンプリング周期とに応じて変化する値となり、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式（つまり上記数式（９），（１０）あるいは上記数式（１８），（２０））を離散化して得た状態方程式により算出される。
また、初期化モード用係数算出部４３ａは、初期化モードにおいて経過時間算出部４３ｂから出力される経過時間（ｔ−ｔｐ）つまり休止時間をサンプリング周期として、このサンプリング周期および時定数決定器４６から出力される各時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づき、高圧バッテリー１７の特性を示す状態方程式（つまり上記数式（９），（１０）あるいは上記数式（１８），（２０））を離散化して得た状態方程式により初期係数Ａ’ｉ，Ｂ’ｉ，Ｋ’ｉを算出する。
なお、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられる車両１の運転停止時の推定終了モードにおいてタイマー４４から出力される現在時刻ｔが時刻記憶部４５に格納され、次に、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる車両１の運転開始時の初期化モードにおいて、推定終了モードで記憶された現在時刻ｔが前回時刻ｔｐとなり、この初期化モードでの現在時刻ｔと、前回時刻ｔｐとの差である経過時間（ｔ−ｔｐ）が、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＮからＯＦＦへと切り換えられた運転停止時から、イグニッションスイッチ１１ｃがＯＦＦからＯＮへと切り換えられる運転開始時までの休止時間となる。
【０１００】
また、上述した第１の実施形態においては、減算部３６において電圧センサ１７ｂにて検出される電圧検出値Ｖａｃｔから内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔと反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔとが減算されることによって開路電圧推定値Ｅｅｓｔが算出されるとしたが、これに限定されず、例えばバッテリー電流Ｉがゼロであるときには内部抵抗成分推定値Ｗｅｓｔがゼロとなるため、減算部３６においては、電圧検出値Ｖａｃｔから反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔが減算されることによって開路電圧推定値Ｅｅｓｔが算出されることになる。
すなわち、減算部３６は、電圧センサ１７ｂにて検出される電圧検出値Ｖａｃｔから、少なくとも反応抵抗成分推定値Ｈｅｓｔを減算することによって開路電圧推定値Ｅｅｓｔを算出する。
【０１０１】
また、上述した第２の実施形態においては、バッテリー電流Ｉに基づき、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の推定値および開路電圧Ｅの推定値からなる状態変数ｘを算出するとしたが、これに限定されず、例えば関数Ｐ（Ｅ）としてゼロを設定した場合には、第１〜第３反応抵抗成分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の推定値のみがバッテリー電流Ｉに基づき算出されることになる。
すなわち、上述した第２の実施形態においては、少なくとも反応抵抗成分Ｈに係る状態変数ｘがバッテリー電流Ｉに基づき算出される。
【０１０２】
また、上述した実施形態において、各残容量検出装置１０ａ，６０ａは、Ｎｉ−ＭＨバッテリーをなす高圧バッテリー１７の内部抵抗ａおよび残容量を算出するとしたが、これに限定されず、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池等の他の蓄電池や、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタの内部抵抗ａおよび残容量を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
内部抵抗推定器３４にて算出される内部抵抗推定値ａｅｓｔによる高圧バッテリー１７の劣化判定に加え、開路電圧推定値Ｅｅｓｔや内部抵抗推定値ａｅｓｔは、ハイブリッド自動車等における高圧バッテリー１７の充放電制御やニッケル系バッテリーのメモリー効果の状態の推定に用いる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置の残容量検出装置を搭載する車両の構成図である。
【図２】高圧バッテリーの開路電圧Ｅと残容量との相関関係の一例を示すグラフ図である。
【図３】バッテリー電流Ｉの変化に伴うバッテリー電圧Ｖの時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図４】バッテリー電流Ｉの変化に伴うバッテリー電圧Ｖの反応抵抗成分Ｈの時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置の残容量検出装置の構成図である。
【図６】図５に示す内部抵抗推定器の構成図である。
【図７】図５に示す電圧近似微分演算部および電流近似微分演算部のバンドパス（ハイパス）フィルタ作用の周波数特性の一例を示すグラフ図である。
【図８】図５に示すフィルタの構成図である。
【図９】図５に示す蓄電装置の開路電圧検出装置および蓄電装置の残容量検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る蓄電装置の残容量検出装置の構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る蓄電装置の開路電圧検出装置および蓄電装置の残容量検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第１の実施形態の変形例に係る蓄電装置の残容量検出装置の構成図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の変形例に係る蓄電装置の残容量検出装置の構成図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ａ、６０ａ  蓄電装置の残容量検出装置
１０ｂ、６０ｂ  蓄電装置の開路電圧検出装置
１７  高圧バッテリー（蓄電装置）
１７ａ  電流センサ（電流検出手段）
１７ｂ  電圧センサ（電圧検出手段）
１７ｃ  温度センサ（状態量検出手段）
３１  状態量算出部（状態量算出手段）
３２  反応抵抗成分算出部（状態量算出手段）
３４  内部抵抗推定器（蓄電装置の内部抵抗検出装置）
３６  減算部（開路電圧算出手段）
３８  残容量推定部（残容量算出手段、記憶手段）
５１  電圧近似微分演算部（電圧変動算出手段）
５２  電流近似微分演算部（電流変動算出手段）
５３  除算部（内部抵抗算出手段、除算手段）
５４  フィルタ（内部抵抗算出手段）
５５  推定中断判定部（停止手段）
５６  減算部（減算手段）
５７  入力切換部（入力切換手段）
５８  積分演算部（積分演算部）
６１  状態量算出部（状態量算出手段、フィードバック手段）
６２  開路電圧及び反応抵抗成分算出部（状態量算出手段、フィードバック手段）
６３  加算部（フィードバック手段）
６４  減算部（フィードバック手段）
６５  開路電圧抽出部（開路電圧算出手段）
ステップＳ１８  停止手段
ステップＳ０４  経過時間算出手段
ステップＳ０６  開路電圧初期値算出手段
【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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