(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の充放電電流値を検出する充放電電流検出手段と、
前記電池の端子電圧値を検出する端子電圧検出手段と、
前記電池の速い応答部分と遅い応答部分とを有する等価回路モデルと、
前記充放電電流検出手段から入力された充放電電流値と前記端子電圧検出手段から入力されたる端子電圧値とに基づき、前記等価回路モデルの応答部分のうち速い応答部分のみを用いて逐次パラメータ推定を行う逐次パラメータ推定手段と、
前記充放電電流検出手段から入力された充放電電流値と前記端子電圧検出手段から入力されたる端子電圧値とに基づき、前記等価回路モデルの遅い応答部分を用いて遅い応答部分の過電圧値を推定する状態量推定手段と、
前記逐次パラメータ推定手段で推定したパラメータに前記充放電電流値を乗算することで前記速い応答部分の過電圧値を得る乗算手段と、
該乗算手段で得た前記速い応答部分の過電圧値と前記状態量推定手段で得た前記遅い応答部分の過電圧値とを加算して前記電池の過電圧値を得る過電圧検出手段と、
を備えたことを特徴とする電池の状態推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池の状態推定装置において、
前記端子電圧検出手段で得た端子電圧値から前記端子電圧検出手段で得た過電圧値を減算して前記電池の開放電圧値を得る減算手段と、
該減算手段で得た開放電圧値に基づき前記電池の充電率を求める開放電圧―充電率推定手段と、
を有する、
ことを特徴とする電池の状態推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電池の状態推定装置において、
前記端子電圧検出手段で得た端子電圧のうち前記遅い応答部分の分を取り除いて前記逐次パラメータ推定手段へ入力するフィルタ処理手段を有する、
ことを特徴とする電池の状態推定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電池の状態推定装置において、
前記フィルタ処理手段は、前記充放電電流検出手段で得た充放電電流のうち前記遅い応答部分の分を取り除いて前記逐次パラメータ推定手段へ入力する、
ことを特徴とする電池の状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の内部状態を精度よく推定可能な電池の状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池のうちリチャージブルな二次電池は、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、電池の内部状態量である電池の充電率（SOC: State of Charge）や健全度（SOH: State of Health）等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、充放電電流値を時系列で検出して内部状態を推定する電流積算法（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、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電池モデルの逐次パラメータを推定し、電池の開放電圧を推定することで充電率を推定する開放電圧推定法がよく用いられる 。
【０００３】
上記電流積算法は、短時間での充電率の推定には優れているものの、誤差が集積して基に戻りにくい、また常時観測が必要などの欠点がある。一方、逐次パラメータ法は、入出力の両方を観測するため常時観測が不要で誤差の集積がないものの、短時間の充電率の推定精度はよくないといった欠点がある。
そこで、これら両方法を組み合わせて充電率を推定することが行われている。
このような従来技術としては、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００４】
すなわち、特許文献１に記載の二次電池の充電率推定装置は、電池モデルを構築し、適応デジタル・フィルタを用いて逐次パラメータ推定を行って第１充電率を推定演算する第１充電率推定手段と、適応デジタル・フィルタを用いての充電率の推定が困難な電流状態において電流積算法を用いて第２充電率を推定演算する第２充電率推定手段と、第１充電率と第２充電率の一方を適宜選択する最終充電率推定値選択手段と、を備える。この場合、上記最終充電率推定値選択手段は、電流の正負の符号が反転したら第１充電率を選択し、その時点から充電率のみまたは放電のみが予め設定した第１の所定時間以上継続したら、第２充電率を選択するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６４４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の充電率推定装置には、以下に説明するような問題がある。
すなわち、逐次パラメータ法を採用するにあたっては、電池の界面でのインピーダンスや電解質各部でのインピーダンス等で表した電池の等価回路モデルを用いる。
この場合、電池には、電荷移動過程が行われる界面での速い応答部分（たとえば時定数が数マイクロ秒〜数百ミリ秒）と、電解質界面とバルク領域との間にある拡散層での拡散過程となる遅い応答部分（たとえば時定数が１秒〜数時間）と、があるため、電池の等価回路モデルもそれらを表す数学モデルを用いることになる。
【０００７】
この場合、電池の速い応答部分については、S/N比や可観測性の観点から逐次パラメータ法にて容易に電池の内部状態を表すパラメータを推定できる。
これに対し、遅い応答部分については、S/N比が小さく、また可観測性の観点から逐次パラメータ法では正確にパラメータを推定することは困難となる。
【０００８】
ハイブリッド車両(HEV: Hybrid Electric Vehicle)のように、電池の速い応答を中心に使用する環境下では、逐次パラメータ推定を行った場合でも過電圧分を正確に計算することができ、開放電圧、したがって電池の充電率を正確に演算推定することが可能となる。
これに対し、電気自動車(EV: Electric Vehicle)のように電池の遅い応答部分まで使用する環境下においては、逐次パラメータ推定を行った場合、電池の遅い応答部分のパラメータ推定精度が悪くなって過電圧分に誤差が生じ、この結果、開放電圧や充電率といった電池の状態量の推定精度が悪化してしまうという問題が生じてしまう。
【０００９】
上記の場合、電池の遅い応答部分を求めようとするには、任意の波形を入力することが可能であり、かつ電池の開放電圧を精度よく求めることが可能な条件が揃えば、たとえば以下の方法で電池の遅い部分のパラメータ推定を精度よく行うことが可能となる。
【００１０】
すなわち、精度のよい電圧センサを用いて電池の端子電圧値Vt(k)を測定する一方、電池シャント抵抗型の精度の良い電流センサを用いて電池に出入りする充放電電流を測定しクーロン・カウント法を用いて充電率SOC(k)を演算し、あらかじめ実験で計測して得た充電率と開放電圧との関係データを表すルック・アップ・テーブルを用いて上記充電率SOC(k)に相当する開放電圧値OCV(k)を得る。次いで、減算器で端子電圧値Vt(k)から開放電圧値OCV(k)を減算することで、過電圧η(k)を得る。
【００１１】
そして、電流を入力、過電圧を出力として用い、過電圧部分の等価回路モデルを構築する。この過電圧部分の等価回路モデルは、フォスター型等価回路モデルなどの拡散方程式等、電池内部を表す数学モデルであれば良い。
このようにして、電池の遅い応答部分のパラメータ推定を実験等で求めることは一応可能であるが、実際に電池が使用される環境を考慮すると、たとえばEVなどにあっては、任意の波形を入力することはほとんどなく、また開放電圧を精度よく求めることが困難な条件・状況となることがほとんどである。
したがって、実際に電池が使用される状況下にあっては、電池の遅い応答部分のパラメータ推定は非常に困難であり、この結果、電池の開放電圧や充電率といった電池の内部状態を推定精度よく推定することは困難であるといった問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、電池の遅い応答部分をも考慮して電池の過電圧の推定精度を向上させることで、電池の内部状態を精度よく推定できるようにした電池の状態推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のため、請求項１に記載の本発明による電池の状態推定装置は、
電池の充放電電流値を検出する充放電電流検出手段と、
電池の端子電圧値を検出する端子電圧検出手段と、
電池の速い応答部分と遅い応答部分とを有する等価回路モデルと、
充放電電流検出手段から入力された充放電電流値と端子電圧検出手段から入力されたる端子電圧値とに基づき、等価回路モデルのうち速い応答部分のみを用いて逐次パラメータ推定を行う逐次パラメータ推定手段と、
充放電電流検出手段から入力された充放電電流値と端子電圧検出手段から入力されたる端子電圧値とに基づき、等価回路モデルの遅い応答部分を用いて遅い応答部分の過電圧値を推定する状態量推定手段と、
逐次パラメータ推定手段で推定したパラメータに充放電電流値を乗算することで速い応答部分の過電圧値を得る乗算手段と、
乗算手段で得た速い応答部分の過電圧値と状態量推定手段で得た遅い応答部分の過電圧値とを加算して電池の過電圧値を得る過電圧検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の本発明による電池の状態推定装置は、
請求項１に記載の電池の状態推定装置において、
端子電圧検出手段で得た端子電圧値から端子電圧検出手段で得た過電圧値を減算して電池の開放電圧値を得る減算手段と、
減算手段で得た開放電圧値に基づき電池の充電率を求める開放電圧―充電率推定手段と、
を有することを特徴とする
【００１５】
請求項３に記載の本発明による電池の状態推定装置は、
請求項１又は請求項２に記載の電池の状態推定装置において、
端子電圧検出手段で得た端子電圧のうち遅い応答部分の分を取り除いて逐次パラメータ推定手段へ入力するフィルタ処理手段を有する、
ことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の本発明による電池の状態推定装置は、
請求項３に記載の電池の状態推定装置において、
フィルタ処理手段が、充放電電流検出手段で得た充放電電流のうち遅い応答部分の分を取り除いて逐次パラメータ推定手段へ入力する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の本発明による電池の状態推定装置にあっては、電池の等価回路モデルの速い応答部分を用いて逐次パラメータ推定を行い、かつ電池の遅い応答部分について状態量推定を行うことで、電池の過電圧の推定精度を向上させることができ、したがって、電池の内部状態を精度よく推定することができる。
【００１８】
請求項２に記載の本発明による電池の状態推定装置にあっては、端子電圧値から過電圧値を減算して電池の開放電圧値を精度よく得ることができ、この開放電圧値を用いてこれに対応する充電率を決定するので、電池の内部状態の一つである充電率も精度よく推定することができる。
【００１９】
請求項３に記載の本発明による電池の状態推定装置にあっては、フィルタ処理部を設けて端子電圧のうち遅い応答部分の分を取り除いて逐次パラメータ推定部へ入力するようにしたので、端子電圧に基づく遅い応答部分と速い応答部分での過電圧値の重複計算を容易かつ確実に取り除くことができる。
【００２０】
請求項４に記載の本発明による電池の状態推定装置にあっては、フィルタ処理部が充放電電流のうち遅い応答部分の分を取り除いて逐次パラメータ推定部へ入力するので、逐次パラメータ推定においてその分の演算が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実電池に接続した本発明の実施例１の電池の状態推定装置を構成する機能ブロックの関係を示すブロック図である。
【図２】図１の電池の状態推定装置で用いる状態量推定部を構成する機能ブロックの関係を示すブロック図である。
【図３】図２の状態量推定部で用いる実電池の遅い応答部分の電池等価回路モデルを表す図である。
【図４】図１の電池の状態推定装置で用いる電池の等価回路モデルにあって電池の速い応答部分と遅い応答部分とを分けるためのサンプリングの方法を説明する図である。
【図５】図４のサンプリング方法を用いて電池の速い応答部分と遅い応答部分との境目を決定した例で用いたボード線図である。
【図６】従来技術と実施例１の電池の状態推定装置との間における、電池の充電率の推定結果を比較した図である。
【図７】実電池に接続した本発明の実施例２の電池の状態推定装置を構成する機能ブロックの関係を示すブロック図である。
【図８】実施例２の電池の状態推定装置で用いるフィルタ処理部を構成する機能ブロックの関係を示す図ある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
まず、実施例１の電池の状態推定装置の全体構成を説明する。
この実施例１の電池の状態推定装置は、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・バッテリ等の二次電池）１に接続されており、電流センサ２と、電圧センサ３と、逐次パラメータ推定部４と、乗算器５と、第１減算器６と、状態量推定部７、加算器８と、第２減算器９と、開放電圧−充電率変換部１０と、を備えている。
【００２４】
電流センサ２は、実電池１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、および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もので、ここで検出した充放電電流値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４、乗算器５、および状態量推定部７へそれぞれ出力される。
なお、電流センサ２２は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用でき、本発明の充放電電流検出手段に相当する。
【００２５】
電圧センサ３は、電池１の端子間の電圧値を検出するもので、ここで検出した端子電圧値Vaは逐次パラメータ推定部４、第１減算器６、および第２減算器９へそれぞれ出力される。
なお、電圧センサ３は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用でき、本発明の端子電圧検出手段に相当する。
【００２６】
逐次パラメータ推定部４は、図４に示す電池の等価回路モデルのうち速い応答部分（R0と、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との部分）を用いて、電流センサ２から得た充放電電流値Iaおよび電圧センサ３から得た端子電圧値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１の出力値（電圧センサ３から得た端子電圧値Va）と電池等価回路モデルの速い応答部分の出力値（推定した端子電圧値）とを比較して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、上記速い応答部分のパラメータを推定していく。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。
逐次パラメータ推定部４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、乗算器５へ出力される。
なお、逐次パラメータ推定部４は、本発明の逐次パラメータ推定手段に相当する。
【００２７】
乗算器５は、電流センサ２で検出された充放電電流値Iaと、逐次パラメータ推定部４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、掛け合わされて、第１過電圧値V01を得る。この第１過電圧値V01は、第１減算器６および加算器８へそれぞれ出力される。
なお、乗算器５は、本発明の乗算手段に相当する。
【００２８】
第１減算器６は、電圧センサ３で検出された端子電圧値Vaから乗算器５で得られた第１過電圧値V01を減算して、第１開放電圧値OCV1を得、これを状態量推定部７へ出力する。
【００２９】
状態量推定部７は、電流センサ２で検出された充放電電流値Iaと、第１減算器６で得られた第１開放電圧値OCV1と、に基づき状態量を推定して第２過電圧値V02を得、これを加算器８へ出力する。なお、状態量推定部７での第２過電圧値V02の推定については、後で詳しく説明する。
また、状態量推定部７は、本発明の状態量推定に相当する。
【００３０】
加算器８は、乗算器５で得られた電池の速い応答分の第１過電圧値V01と、状態量推定部７で得られた電池の遅い応答部分の第２過電圧値V02とを加算して電池の過電圧値V０を得、これを第２減算器９へ出力する。
なお、加算器８は、本発明の加算手段に相当する。
【００３１】
第２減算器９は、電圧センサ３で検出した端子電圧Vaから加算器８で得た過電圧値V０を減算して電池の第２開放電圧値OCV2を得、これを開放電圧−充電率変換部１０へ出力する。
【００３２】
開放電圧−充電率変換部１０は、あらかじめ実験で得た開放電圧と充電率との関係を表すデータがルック・アップ・テーブルとして記憶されており、第２減算器９で得られた第２開放電圧値OCV2が入力されてこれに相当する充電率SOCOCVが出力される。
なお、開放電圧−充電率変換部１０は、本発明の開放電圧−充電率変換手段に相当する。
【００３３】
次に、電池の遅い応答部分の状態量を推定する上記状態量推定部７の構成につき、図２および図３を用いて説明する。
状態量推定部７は、状態ｘが直接観測できないとき、入力ｕと出力ｙとから状態ｘを推定する機構、すなわちオブザーバであり、本実施例では、電池の遅い応答部分を示す図３の等価回路モデルおよび図２に示すカルマン・フィルタを用いる。
【００３４】
カルマン・フィルタでは、対象となるシステムのモデル（本実施例では電池の遅い応答部分の等価回路モデル）を設計し、このモデルと実システム（本実施例では実電池１）に同一の入力信号（本実施例では電流センサ２で検出した充放電電流Ia）を入力し、その場合の両者での出力（本実施例では過電圧分）を比較して、それらに誤差があれば、この誤差にカルマン・ゲインKを掛けてモデルへフィードバックすることで、両者の誤差が最小となるように上記モデルを修正する。これを繰り返すことで、真の内部状態量を推定する。
【００３５】
状態量推定部７を示す図２において上方の破線で囲んだ部分BTは実電池１に相当する部分、下方の破線で囲んだ部分BMは図３の電池の遅い応答部分に相当する部分である。なお、この電池の遅い応答部分に相当する電池の等価回路モデルについては後で詳しく説明する。
実部分BTは、第１係数器７１と、第１加算器７２と、第１積分器７３と、第２係数器７４と、第３係数器７５と、を備えている。
一方、モデル部分BMは、実部分BTと同様な構成、すなわち第４係数器８１と、第２加算器８２と、第２積分器８３と、第５係数器８４と、第６係数器８５と、を備えている。
状態量推定部７は、さらに実部分BTの出力値y(t)からモデル部分BMの出力値ｗ(t)を引いた減算値を得る減算器８６と、この減算器８６で得た減算値にカルマン・ゲインKを乗算して第２加算器８２に入力する乗算器８７と、を備えている。
【００３６】
図２において、入力u(t)は、本実施例の場合は充放電電流値Iaであり、この入力信号は実部分BTの第１係数器７１およびモデル部分BMの第４係数器８１にそれぞれ入力される。
第１係数器７１では、入力u(t)に係数Bが掛けてこの値を第１加算器７２に入力する。第１加算器７２では、第１係数器７１からの出力値と第３係数器７５からの出力値とを加算してこの加算値を第１積分器７３に入力する。第１積分器７３では、入力された加算値を時間積分して、この積分値を第２係数器７４と第３係数器７５に入力する。第２係数器７４は、第１積分器７３で得た積分値に係数Cを掛けて出力値y(t)を得る。本実施例では、出力値ｙ(t)は実電池の遅い応答部分の過電圧値である。なお、電流は充電時を＋、放電時を−とする。
一方、第３係数器７５は、積分器７３で得た積分値に係数Aを掛けてこの値を第１加算器７２に入力する。
【００３７】
第４係数器８１では、入力値u(t)に係数Bを掛けてこの値を第２加算器８２に入力する。第２加算器８２では、第４係数器８１からの出力値と第６係数器８５からの出力値と乗算器８７で得た出力値とを加算して、この加算値を第２積分器８３に入力する。第２積分器８３では、入力された加算値を時間積分して、この積分値を第５係数器８４と第６係数器８５に入力する。第４係数器８４は、第２積分器８３で得た積分値に係数Cを掛けて出力値ｗ(t)を得る。本実施例では、出力値ｗ(t)は電池等価回路モデルの遅い応答部分の過電圧値である。
一方、第６係数器８５は、第２積分器８３で得た積分値に係数Aを掛けてこの値を第２加算器８２に入力する。
【００３８】
ここで、上記電池等価回路モデルの遅い応答部分は、図４で示した電池等価回路モデルと若干異なっており、図３に示す回路モデルを用いる。
すなわち、このモデルは、図３に示すように、図４中の電池の速い答部分に相当する等価回路モデル部分である抵抗R0、および１次〜２次の抵抗−コンデンサ並列回路（R1、C1、R2、C2）が削除された残りの３次〜第５次の抵抗−コンデンサ並列回路（R3、C3、R4、C4、R5、C5）と、これに直列接続された電池の開放電圧（COCV）と、で構成される。
【００３９】
そして、状態量推定部７では、開放電圧値COCVと、R３、C3での電圧値V3と、R4、C4での電圧値V4と、R5、C5での電圧値V5と、を状態量ｘとしてオブザーバで状態量推定を行うことで、電池の遅い応答部分での過電圧分ｗ(t)（＝V3＋V4＋V5）を推定する。
【００４０】
図３の電池の遅い応答部分の等価回路モデルでは、電池の速い応答部分との間で、過電圧値分が重複しないように逐次パラメータ推定を行う必要がある。このため、本実施例では、逐次パラメータ推定のところでサンプリング周期を変えることで、等価回路モデルを速い応答部分と遅い応答部分とに分ける。
本実施例では、図４に示すように、過電圧の電池等価回路モデルに対して異なるサンプリング周期（10秒と0.1秒）でパラメータ推定した場合に、どの周波数帯域のパラメータが得られるかを検討した。この時得られたボード線図を図５に示す。
【００４１】
図５のボード線図（横軸に周波数、縦軸に振幅）において、破線は電流センサ２で検出された充放電電流値Iaおよび電圧センサ３で得られた端子電圧値Vaに対しフィルタ処理をしなかった場合、一点鎖線は上記充放電電流値Iaおよび端子電圧値Vaに対し高周波カットのフィルタ処理を行い10秒間隔でサンプリングを行った場合、実線は同様のフィルタ処理を行い0.1秒間隔でサンプリングを行った場合、のそれぞれのシステム同定結果を示す。
【００４２】
図５から分かるように、サンプリング周期を10秒で逐次パラメータ推定を行った実験の場合には、遅い応答部分の帯域で一致することが示されている。しかしながら、実際には、サンプリング周期を10秒にて逐次パラメータを行った場合、電池の遅い応答部分はS/N比が小さく可観測性の観点から逐次パラメータ推定が困難である。
一方、サンプリング周期を0.1秒で逐次パラメータ推定を行った場合には、電池の速い応答部分の帯域では一致しているものの、電池の遅い応答部分では一致していないことが示されている。
【００４３】
すなわち、電池の速い応答部分の帯域では、電池の遅い応答部分とは異なって、S/N比や可観測性の観点から容易に逐次パラメータ推定ができる。したがって、サンプリング周期を0.1秒に設定して逐次パラメータ推定を行えば、速い応答部分のみのパラメータを算出することができ、この結果、これらパラメータを用いることで、速い応答部分のみの過電圧を演算することができるようになる。
【００４４】
次に、上記のように構成した実施例１の電池の内部状態推定装置の作用につき、説明する。
電流センサ２は、実電池１へ充放電される充放電電流値Iaを検出し、この値を、乗算器５と、逐次パラメータ推定部４と、状態量推定部７、とに入力する。
一方、電圧センサ３は、実電池１の端子電圧値Vaを検出し、この値を、逐次パラメータ推定部４と、第１減算器６と、第２減算器９と、に入力する。
【００４５】
逐次パラメータ推定部４は、入力された充放電電流Iaと端子電圧Vaとに基づき、図４中の電池の速い応答部分の等価回路モデル（図４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）を用いてカルマン・フィルタで速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。これらの抵抗値は乗算器５に入力されて、同じく電流センサ２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８と第１減算器６とに入力される。
【００４６】
第１減算器６では、端子電圧値Vaから第１過電圧値V01を減算して第１開放電圧値OCV1を得、この第１開放電圧値OCV1を状態量推定部７に入力する。
状態量推定部７では、入力された充放電電流値Iaと第１開放電圧値OCV1と、に基づき、図３の電池の遅い応答部分の等価回路モデル（第３次〜第５次の抵抗−コンデンサ並列回路、R３、C３、R４、C４、R５、C５）を用いてカルマン・フィルタで遅い応答部分の状態量（COCV、V3、V4、V5）から第２過電圧値V02（＝V3+V4+V5）を推定する。この第２過電圧値V02は、加算器８に入力される。
【００４７】
加算器８は、入力された第１過電圧値V01と第２過電圧値V02とを加算して電池の過電圧値分V0を得る。この過電圧値分V0は、第２減算器９に入力される。第２減算器９は、端子電圧Vaから過電圧値分V0を減算して第２開放電圧値OCV2を得、開放電圧−充電率変換部１０に入力される。
【００４８】
開放電圧−充電率変換部１０は、開放電圧−充電率のルック・アップ・テーブルを用いて、入力された第２開放電圧値OCV2に相当する充電率SOCOCVを得、この値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。
【００４９】
ここで、実施例１の電池の状態推定装置の効果を確認するため、実電池を用いて行った実験結果を図６に示す。同図は、横軸に計測時間（秒）を、また縦軸に充電率を表す。実線は充電率の真値を、一点鎖線は従来技術による方式を、また破線は本実施例による方式をそれぞれ示す。
図６から明らかなように、従来技術の方式で求めた充電率は、真値に比べ大きい誤差を有しているのに対し、本実施例による方式で求めた充電率は、真値とほぼ同等の値となり、充電率の推定精度が高いことが分かる。
【００５０】
以上の説明から分かるように、実施例１の電池の状態推定装置は、以下の効果を有する。
実施例１の電池の状態推定装置では、電池の速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って得たパラメータと電流値Iaとを乗算することで電池の速い応答分の第１過電圧値V01を計算し、電池の遅い応答部分については状態量推定を行って電池の遅い応答部分の第２過電圧値V02を計算して、これら第１、第２過電圧値V01、V02を加算して得た過電圧値V0を用いて、第２開放電圧値OCV2を演算し、電池の内部状態（充電率SOCOCVなど）を推定するようにしたので、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電池の遅い応答部分までも考慮して、電池の内部状態を精度よく推定することが可能となる。
【００５１】
電池の充電率を求めるには、端子電圧値Vaから上記過電圧値V0を減算して第２開放電圧値OCV2を求め、開放電圧−充電率の関係データを用いて第２開放電圧値OCV2に相当する充電率SOCOCVを得るので、簡単な演算で充電率を精度よく得ることができる。
【００５２】
逐次パラメータ推定および状態量推定では、フォスター型などの電池の等価回路モデルが使用でき、この場合、電池の速い応答部分では、入力される充放電電流値Iaと端子電圧値Vaの波形をもとに、電池の等価回路モデルのうち応答の遅い部分（状態量推定で得られたパラメータで発生している電流および電圧の成分）を除いた部分に逐次パラメータ推定を用いることができるようになる。
すなわち、逐次パラメータのところでサンプリング周期を変えることで速い応答部分と遅い応答部分とを分ける。したがって、電池の速い応答部分の過電圧値と遅い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。
【００５３】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００５４】
実施例２の電池の内部状態推定装置は、図７に示すように、電流センサ２および電圧センサ３と逐次パラメータ推定部４との間にフィルタ処理部１１を設けた点が実施例１の電池の内部状態推定装置(図１に示す)と異なる。なお、フィルタ処理部１１は、本発明のフィルタ処理手段に相当する。
【００５５】
フィルタ処理部１１は、少なくとも電圧センサ３から入力された端子電圧値Vaのうち遅い応答（拡散抵抗）分を取り除き、速い応答（結線抵抗＋電解液抵抗＋電荷移動抵抗）分を、フィルタ処理電圧値Vbとして逐次パラメータ推定部４に入力する。
【００５６】
フィルタ処理部１１は、本実施例では、ロー・パス・フィルタで構成する。このロー・パス・フィルタの例を図８に示す
ここでは、端子電圧値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を減算して速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。
すなわち、遅い応答部分の電圧値Vcは、ラプラス変換の変数をｓとして、図３の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に、充放電電流値Iaを入力して、それぞれの過電圧値を得、これらの過電圧値を加算器１５で加算して遅い応答部分の電圧値Vcを得る。
減算器１６では端子電値圧Vaから遅い応答部分の電圧値Vcを減算して速い応答部分の電圧値Vbを得る。
【００５７】
一方、電流に関しては、フィルタ処理部１１で処理を行わずそのまま逐次パラメータ推定部４に入力しても良いし、あるいはハイ・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４に入力してもよい。
その他の構成は、実施例１と同様である。
【００５８】
この結果、実施例２の電池の内部状態推定装置では、逐次パラメータ推定部４には電池の遅い応答部分を除いた速い応答部分の電圧のみが入力されるので、遅い応答分での過電圧値と重複して演算されるのを避けることが可能となる。
【００５９】
以上のように、実施例２の電池の内部状態推定装置は、実施例１と同様に、電池の内部状態を精度よく推定することができる。
また、フィルタ処理部１１を設けることで、容易に逐次パラメータ推定部４への入力信号から遅い応答部分の分を除くことが可能となる。
【００６０】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００６１】
たとえば、フィルタ処理部１１で用いるロー・パス・フィルタやハイ・パス・フィルタは実施例のものに限られず、これ以外の種々のものを用いてもよい。
電池の等価回路モデルはフォスター型に限られず、拡散方程式等の電池の内部を表す数学モデルであれば他のものであってもよい。
【００６２】
また、本発明の電池の内部状態推定装置は、電気自動車等の車両に限られず、二次電池の内部状態を推測するものであれば、いかなる装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１      実電池
２      電流センサ（充放電電流検出手段）
３      電圧センサ（端子電圧検出手段）
４      逐次パラメータ推定部（逐次パラメータ推定手段）
５      乗算器（乗算手段）
６      第１減算器
７      状態量推定部（状態量推定手段）
７１    第１係数器
７２    第１加算器
７３    第１積分器
７４    第２係数器
７５    第３係数器
８１    第４係数器
８２    第２加算器
８３    第２積分器
８４    第５係数器
８５    第６係数器
８６    減算器
８７    乗算器
８      加算器(加算手段)
９      第２減算器(減算手段)
１０      開放電圧−充電率変換部（開放電圧―充電率推定手段）
１１      フィルタ処理部(フィルタ処理手段)
１２、１３、１４      伝達関数
１５      加算器
１６      減算器
【図１】
0005307908.tif 000002
【図２】
0005307908.tif 000003
【図３】
0005307908.tif 000004
【図４】
0005307908.tif 000005
【図５】
0005307908.tif 000006
【図６】
0005307908.tif 000007
【図７】
0005307908.tif 000008
【図８】
0005307908.tif 000009