(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列接続したバッテリ・パックの全セルの端子電圧を検出する電圧センサと、
前記セルを流れる電流を検出する電流センサと、
前記全セルにつき該全セルごとに端子電圧および前記電流から前記各セルの内部状態を推測する内部状態推測手段と、
前記全セルのうちの最大端子電圧および最小端子電圧の少なくとも一方を有する特定セルの端子電圧と前記電流とから逐次推定法で前記特定セルの内部状態を推測する内部状態逐次推定手段と、
該内部状態逐次推定手段で得られた前記特定セルの内部状態と該特定セル以外の残りのセルの内部状態とを比較し、前記特定セルの内部状態を用いて前記残りのセルの推定内部状態を補正する内部状態補正手段と、
を備えた、
ことを特徴とするバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
前記内部状態は、健全度、内部抵抗のうちの少なくとも一つである、
ことを特徴とするバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
入力可能電力算出手段を備え、
前記特定セルは、前記全セルのうちの最大端子電圧を有するセルであり、
前記内部状態逐次推定手段は、前記特定セルの端子電圧および電流から開放電圧推定法最大充電率を算出し、
前記入力可能電力算出手段は、前記開放電圧推定法最大充電率を用いて前記バッテリ・パックへの入力可能電力の算出を行う、
ことを特徴とするバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
出力可能電力算出手段を備え、
前記特定セルは、前記全セルのうちの最小端子電圧を有するセルであり、
前記内部状態逐次推定手段は、前記特定セルの端子電圧および電流から開放電圧推定法最小充電率を算出し、
前記出力可能電力算出手段は、前記開放電圧推定法最小充電率を用いて前記バッテリ・パックへの出力可能電力の算出を行う、
ことを特徴とするバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記載のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
走行可能距離算出手段を備え、
前記特定セルは、前記全セルのうちの最小端子電圧を有するセルであり、
前記内部状態逐次推定手段は、前記特定セルの端子電圧および電流から開放電圧推定法最小充電率を算出し、
前記走行可能距離算出手段は、前記開放電圧推定法最小充電率を用いて前記バッテリ・パックでの走行可能距離の算出を行う、
ことを特徴とするバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置。
【請求項６】
複数のセルを直列接続したバッテリ・パックの全セルの端子電圧を検出し、
前記セルを流れる電流を検出し、
前記全セルにつき該全セルごとに端子電圧および前記電流から前記各セルの内部状態を推測し、
前記全セルのうちの最大端子電圧および最小端子電圧の少なくとも一方を有する特定セルの端子電圧と前記電流とから逐次推定法で前記特定セルの内部状態を推測し、
前記逐次推定で得られた前記特定セルの内部状態と該特定セル以外の残りのセルの内部状態とを比較して、前記特定セルの内部状態を用いて前記残りのセルの推定内部状態を補正する、
ことを特徴とするバッテリ・パックの入出力可能電力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを直列接続したバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、電気自動車やハイブリッド電気自動車などでは、これらの車両を駆動するのに用いられる電気モータへ電力を供給（放電）したり、制動時のエネルギをジェネレータとして機能させ回生する電気モータから、あるいは地上に設置した電源から充電して電気エネルギを蓄積したりするため、リチャージャブル・バッテリ（二次電池）が用いられる。
【０００３】
このバッテリは大きな電力を供給可能とするため、多数（たとえば５０〜１００個）のセルを直列接続したバッテリ・パックが用いられている。この場合、バッテリ・パックは、安全上、この放電電力および充電電力がそれぞれ最大放電電力および最大充電電力以下となるように制御する必要がある。この場合、バッテリの充電率(SOC： State of Charge)等を知る必要があるが、これらの値は、バッテリの状態を直接測定して得ることができないため、直接測定可能な他の物性値を測定してこれらを基に種々の方法で推定している。
【０００４】
このため、下記特許文献１に記載されたバッテリの最大充放電電力演算法では、バッテリの放電電力積算量および予め算出されたバッテリの放電電力量と最大放電電力との相関関係に基づいて、最大放電電力および最大充電電力の少なくともいずれかを算出するようにしている。なお、上記相関関係は、バッテリの温度に基づいて算出した温度補正係数およびバッテリの劣化に基づいて算出した劣化補正数により補正してその推定精度を向上させている。
【０００５】
一方、下記非特許文献１に記載されたバッテリの出力特性評価法では、加速性能を支配する、バッテリの出力特性である最大電流値を求めるため、外挿法を用いて直線補間した、バッテリの端子電圧−充放電電流の特性から６０sec間、出力可能な最大電流を求めるようにしている。その際、外挿法は、出力保持時間が短い（１０sec程度）条件では比較的実測値に近い値となるが、出力保持時間が長時間を要する（６０sec程度）場合には各電圧測定時におけるバッテリの放電深度（DOD：  Depth of Charge）の差異が大きくなるので、この長保持時間の放電容量に相当するDODにて各電流値を測定し、外挿法により上記差異を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４３２５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「ＥＶ用電池の出力特性評価に関する考察」（三菱自動車工業）冨永由騎  宮下拓也  第４９回電池討論会要旨集  第１４０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のバッテリの最大充放電電力演算法にあっては、いずれも以下に説明するような問題がある。
すなわち、上記従来の両方法のように、バッテリ・パックの両端の端子電圧を測定し、この測定値に基づきバッテリの特性値を算出しても、バッテリ・パックが複数のセルから構成されているため、バッテリ・パックとしての電圧では安全な電圧範囲内にあっても、セルごとの端子電圧はそれぞれ充電率(SOC)や健全度(SOH: State of Health)にばらつきがあるため、セル単位によっては危険範囲内の電圧に達してしまう虞がある。
そこで、セルごとに検出している端子電圧やセルを流れる電流を基に充電率や健全度をセルごとに適合フィルタ等を用いて逐次推定することが考えられるが、これら充電率や健全度の逐次推定には多くの処理工数を速やかに実行できる非常に高い処理能力が必要なので、装置自体が非常に高価なものになってしまう。
【０００９】
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、複数のセルが直列接続されて構成されたバッテリ・パックにおいて、各セルの特性のばらつきにもかかわらず、すべてセルが安全な電圧範囲内にあるようにして、しかもより安価な装置で、バッテリ・パックの最大入出力可能電力を算出することができるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のため、請求項１に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置は、
複数のセルを直列接続したバッテリ・パックの全セルの端子電圧を検出する電圧センサと、
セルを流れる電流を検出する電流センサと、
全セルにつき全セルごとに端子電圧および電流から各セルの内部状態を推測する内部状態推測手段と、
全セルのうちの最大端子電圧および最小端子電圧の少なくとも一方を有する特定セルの端子電圧と電流とから逐次推定法で特定セルの内部状態を推測する内部状態逐次推定手段と、
内部状態逐次推定手段で得られた特定セルの内部状態とこの特定セル以外の残りのセルの内部状態とを比較し、特定セルの内部状態を用いて残りのセルの推定内部状態を補正する内部状態補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置は、
請求項１に記載されたバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
内部状態が、セルの健全度、内部抵抗のうちの少なくとも一つである、
ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置は、
請求項１または請求項２に記載されたバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
入力可能電力算出手段を備え、
特定セルが、全セルのうちの最大端子電圧を有するセルであり、
内部状態逐次推定手段が、特定セルの端子電圧および電流から開放電圧推定法最大充電率を算出し、
入力可能電力算出手段が、開放電圧推定法最大充電率を用いて前記バッテリ・パックへの入力可能電力の算出を行う、
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置は、
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
出力可能電力算出手段を備え、
特定セルが、全セルのうちの最小端子電圧を有するセルであり、
内部状態逐次推定手段が、特定セルの端子電圧および電流から開放電圧推定法最小充電率を算出し、
入力可能電力算出手段が、開放電圧推定法最小充電率を用いてバッテリ・パックへの出力可能電力の算出を行う、
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置は、
請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記載のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置において、
走行可能距離算出手段を備え、
特定セルが、全セルのうちの最小端子電圧を有するセルであり、
内部状態逐次推定手段が、特定セルの端子電圧および電流から開放電圧推定法最小充電率を算出し、
走行可能距離算算出手段が、開放電圧推定法最小充電率を用いてバッテリ・パックへの出力可能電力の算出を行う、
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定方法は、
複数のセルを直列接続したバッテリ・パックの全セルの端子電圧を検出し、
セルを流れる電流を検出し、
全セルにつき該全セルごとに端子電圧および電流から各セルの内部状態を推測し、
全セルのうちの最大端子電圧および最小端子電圧の少なくとも一方を有する特定セルの端子電圧と電流とから逐次推定法で前記特定セルの内部状態を推測し、
逐次推定で得られた特定セルの内部状態とこの特定セル以外の残りのセルの内部状態とを比較して、特定セルの内部状態を用いて残りのセルの推定内部状態を補正する、
ことを特徴とする
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置にあっては、より安く、かつ精度良く入出力可能電力を算出できるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置を提供することができる。
【００１７】
請求項２に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置にあっては、セルの健全度、内部抵抗のうちの少なくとも一つの内部状態が、容易に推測できる。
【００１８】
請求項３に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置にあっては、入力可能電力が安全電圧範囲内となるように算出することができる。
【００１９】
請求項４に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置にあっては、出力可能電力が安全電圧範囲内となるように算出することができる。
【００２０】
請求項５に記載の本発明によるバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置にあっては、走行可能距離算をより精度よく算出することができる。
【００２１】
請求項６に記載の本発明のバッテリ・パックの入出力可能電力推定法にあっては、より安く、かつ精度良く入出力可能電力を算出できるバッテリ・パックの入出力可能電力推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１に係るバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の入出力可能電力推定装置の一部を構成するコントローラのバッテリ・パックを構成するブロックを示す図である。
【図３】バッテリの電流−電圧の特性を示す図である。
【図４】新品と劣化品とのバッテリの電流−電圧の特性を示す図である。
【図５】バッテリの電流―電圧特性を作成するための測定例を示す図である。
【図６】直線補完を行った電流―電圧特性を示す図である。
【図７】充電率−入出力可能電力の関係を示す図である。
【図８】出力可能な電力の比較図である。
【図９】劣化したセルの出力可能な電力を比較した図である。
【図１０】健全度―健全度補正係数の関係を示す図である。
【図１１】セル端子電圧のばらつきの例を示す図である。
【図１２】セルごとにばらついている充電率を示す図である。
【図１３】セルごとの端子電圧の測定例を示す図である。
【図１４】開放電圧−充電率の関係を示す図である。
【図１５】健全度の補正方法を説明する図である。
【図１６】充電率―出力可能電力の関係を示す図である。
【図１７】健全度―健全度補正係数の関係を示す図である。
【図１８】内部抵抗−内部抵抗補正係数の関係を示す図である。
【図１９】充電率―入力可能電力の関係を示す図である。
【図２０】コントローラで実行される入出力可能電力の算出方法を実行するためのフローチャートである。
【図２１】本発明の実施例２に係るバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置の一部を構成するコントローラのバッテリ・パックを構成するブロックを示す図である。
【図２２】劣化と内部抵抗の関係を説明する図である。
【図２３】内部抵抗―内部抵抗補正係数の関係を示す図である。
【図２４】内部抵抗−健全度の関係を示す図である。
【図２５】温度−内部抵抗の関係を示す図である。
【図２６】温度−温度係数の関係を示す図である。
【図２７】充電率−内部抵抗の関係を示す図である。
【図２８】充電率―内部抵抗係数の関係を示す図である。
【図２９】内部抵抗の補正方法を説明する図である。
【図３０】充電率―出力可能電力の関係を示す図である。
【図３１】内部抵抗−内部抵抗補正係数の関係を示す図である。
【図３２】健全度―健全度補正係数の関係を示す図である。
【図３３】充電率―入力可能電力の関係を示す図である。
【図３４】本発明の実施例２に係るバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置の一部を構成するコントローラで実行される入出力可能電力の算出方法を実行するためのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下に、実施例１のバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置およびその方法につき説明する。このバッテリ・パックの入出力可能電力推定装置の全体構成を図１に示す。本実施例では、この入出力可能電力推定装置は、他の電気部品とともに電気自動車に搭載され、バッテリ・パックから駆動用モータ等へ電力を供給するための出力可能な電力や、バッテリへ充電するための入力可能な電力を推定するのに用いられる。
【００２５】
図１に示すように、この入出力可能電力推定装置は、充電器１と、電流センサ３と、温度センサ４と、電圧センサ５と、バッテリ・コントローラ６と、を有し、バッテリ・パック２と駆動用モータ等の負荷ＬＤとに接続されている。
バッテリ・パック２は、複数のセルを直列接続して高電圧を発生可能としたもので、たとえば１枚当たり3.7Vの実用起電力を発生するリチウムイオン二次電池（セル）をたとえば50〜100個程度スタックしており、自動車の床部分に搭載されている。
【００２６】
充電器１は、バッテリ・パック２の両端子間に接続されており、図示しない外部の充電装置に接続可能である。充電器１が外部の充電装置に接続されてバッテリ・パック２の充電を行う場合、入力電力をバッテリ・パック２へ最適に供給するため、バッテリ・コントローラ６が、バッテリ・パッック２の端子電圧Ｖが所定値より低いときは定電流充電を行い、その端子電圧Ｖが所定値以上になると過充電にならないように定電圧充電に切り替える。定電圧充電での充電電流が小さくなると充電完了と判定され、充電が停止される。
【００２７】
電流センサ３は、バッテリ・パック２を流れる電流ｉを検出し、ここで検出した電流ｉを電流信号としてバッテリ・コントローラ６へ出力する。
【００２８】
温度センサ４は、バッテリ・パック２の温度Ｔを検出し、ここで検出した温度Ｔを温度信号としてバッテリ・コントローラ６へ出力する。
【００２９】
電圧センサ５は、各セル２ａの端子電圧V1〜Vn（添え字は各セルの番号に対応）を検出し、ここで検出した端子電圧V1〜Vnをセル２ａの電圧信号としてバッテリ・コントローラ６へ出力する。
【００３０】
バッテリ・コントローラ６は、マイクロコンピュータで構成され、電流センサ３、温度センサ４、電圧センサ５に接続されて、これらが検出した得た信号を受け取り、バッテリの充電率、充電時における入力可能電力、始動キーONによる車両走行等に必要な放電時における放電可能電力を決定して、図示しない上位のコントローラにそれらの情報を送信する。上位のコントローラは、それらのバッテリ情報に基づき、バッテリ・パック２への充電電流、バッテリ・パック２からの放電電流の大きさをそれぞれ制御する。
【００３１】
負荷ＬＤは、図示しない電気自動車駆動用のモータやエアコンディショナ等の搭載電気機器である。なお、上記駆動用モータは、ジェネレータとしても機能し、車両制動時には制動エネルギを電気エネルギに変えて発電することで、このとき得た電力を回生エネルギとして回収し、バッテリ・パック２へ充電することが可能である。
【００３２】
図２は、センサ入力とバッテリ・コントローラ６の主要構成部分とを、機能ブロックで表したものである。
バッテリ・コントローラ６は、電流ｉ、全体のセル２ａのうち最大電圧値を示すセルの最大電圧Vmax、全体のセル２ａのうち最小電圧値を示すセルの最小電圧Vmin、バッテリ・パック２の温度Ｔ、各セル２ａの端子電圧V1〜Vnといった各種センサ入力信号を基に、以下にそれぞれ説明する処理演算により、入力可能電力、出力可能電力、走行可能距離を求めて上位のコントローラへ出力する。
【００３３】
電流センサ３で検出された電流ｉは、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７と、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２と、電流積算法充電率算出部１６と、電流積算法充電率算出部２０と、にそれぞれ入力される。
【００３４】
温度センサ４で検出されたバッテリ・パック２の温度Ｔは、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７と、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２と、にそれぞれ入力される。
【００３５】
電圧センサ５によりそれぞれ検出された、第１〜第ｎ（ｎはｎ＞１となる自然数）番目のセル２ａの端子電圧V1〜Vnのうち最大値となるセル電圧Vmaxは、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７に入力され、端子電圧V1〜Vnのうち最小値となるセル電圧Vminは、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２に入力される。
また、端子電圧V1〜Vnは、開放電圧−充電率変換部１９に入力される。
【００３６】
上記のようにそれぞれ入力された信号は、以下のように処理される。
第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７は、入力された電流ｉ、セル最大電圧Vmax、温度Ｔに基づき、セル２ａのバッテリ・モデルを利用してカルマン・フィルタ等の適応フィルタを用い、状態量であるバッテリ・モデルの内部抵抗ｒａを推定し、これに電流ｉを乗じて最大セル電圧Vmaxから減算することで最大開放電圧OCVmaxを得る。この最大開放電圧OCVmaxは開放電圧−充電率変換部８に、また内部抵抗ｒａは最大内部抵抗算出部１１にそれぞれ入力される。
ここで、セル最大電圧Vmaxとなるセルは、本発明の特定セルに相当する。
【００３７】
開放電圧−充電率変換部８は、予め実験で得たバッテリの開放電圧値と充電率の関係データをデータ・テーブルの形で記憶していて、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７から入力された最大開放電圧OCVmaxに相当する充電率を開放電圧推定法最大電圧充電率SOC-v-maxとして充電率―入力可能電力変換部９へ出力する。
【００３８】
充電率―入力可能電力変換部９は、予め実験で得たバッテリの充電率と入力可能電力の関係データをデータ・テーブルの形で記憶していて、開放電圧−充電率変換部８から入力された開放電圧推定法最大電圧充電率SOC-v-maxに対応する入力可能電力を最大入力可能電力SOP-in-maxとして入力可能電力補正部１０へ出力する。
なお、常温時における新品のバッテリの充放電能力SOPO-intは、充電率SOCの関数として表すことができ、電池が古くなったときの充放電可能電力SOP(State of Power)は、近似的にSOPintから健全度の割合で減少すると考えられる。すなわちSOP?SOPint×SOHとなる。
【００３９】
入力可能電力補正部１０は、充電率―入力可能電力変換部９からの最大入力可能電力SOP-in-maxと、後で説明する最大内部抵抗算出部１１からの最大内部抵抗rmaxと、後で説明する最小健全度算出部２６からの最小健全度SOHminと、が入力されて、後で説明する方法で最大入力可能電力SOP-in-maxを補正し、この値を入力可能電力SOP-inとして出力する。
【００４０】
一方、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２は、入力された電流ｉ、セル最小電圧Vmin、温度Ｔに基づき、セル２ａのバッテリ・モデルを利用してカルマン・フィルタ等の適応フィルタを用い、状態量であるバッテリ・モデルの内部抵抗rｂを推定し、これに電流ｉを乗じて最小セル電圧Vminから減算する最小開放電圧OCVminを得る。この最小開放電圧OCVminは、開放電圧−充電率変換部１４に、また内部抵抗ｒｂは最大内部抵抗算出部１１にそれぞれ入力される。
ここで、セル最小電圧Vminとなるセルは、本発明の特定セルに相当する。
【００４１】
最大内部抵抗算出部１１は、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７で得られた内部抵抗rａと、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２で得られた内部抵抗rｂと、が入力されて、これらのうち大きい方の値を最大内部抵抗rmaxとして入力可能電力補正部１０および出力可能電力補正部１３へ出力する。
【００４２】
出力可能電力補正部１３は、最大内部抵抗算出部１１で得られた最大内部抵抗rmaxと、後で説明する充電率−出力可能電力変換部１９で得られた最小出力可能電力SOP-out-minと、後で説明する最小健全度算出部２６で得られた最小健全度SOHminと、が入力されて、最小出力可能電力SOP-out-minを最大内部抵抗rmaxおよび最小健全度SOHminに応じて補正し、出力可能電力SOP-outとして出力する。
【００４３】
開放電圧−充電率変換部１４は、予め実験で得たバッテリの開放電圧と充電率との関係データをデータ・テーブルの形で記憶していて、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２で得られた最小開放電圧OCVminに相当する充電率を開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minとして、充電率−出力可能電力変換部１９、開放電圧推定法充電率変化算出部１５、走行可能距離算出部２７へそれぞれ出力する。
第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７と、開放電圧−充電率変換部８と、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２と、開放電圧−充電率変換部１４とは、本発明の内部状態逐次推定手段に相当する。
【００４４】
充電率−出力可能電力変換部１９は、予め実験で得た充電率−出力可能電力の関係データをデータ・テーブルの形で記憶しており、開放電圧−充電率変換部１４で得られた開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minに相当する出力可能電力を最小出力可能電力SOP-out-minとして、出力可能電力補正部１３へ出力する。
【００４５】
開放電圧推定法充電率変化分算出部１５は、開放電圧−充電率変換部１４で得た最小充電率SOC-v-minの前回の値と現在の値とからこれらの差分をとって開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-vを得、これを健全度推定部１８へ出力する。
【００４６】
健全度推定部１８は、開放電圧推定法充電率変化算出部１５で得られた開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-vと、後で説明する電流積算法充電率変化分算出部１７で得た電流積算法充電率変化分ΔSOC-iと、に基づき、最小セル電圧Vminとなるセル（ｋ番目のセルとする）の健全度を算出し、これを最小電圧Vminのセルの健全度SOH_kfとして健全度補正部２５へ出力する。
【００４７】
一方、電流積算法充電率算出部１６は、電流センサ３で検出された電流ｉを積算して充放電電荷量を得、これを新品時の容量である満充電容量で除算することで、電流積算法充電率SOC-iを得、これを電流積算法充電率変化分算出部１７へ出力する。
【００４８】
電流積算法充電率変化分算出部１７は、電流積算法充電率算出部１６で得た電流積算法充電率SOC-iの前回の値と今回の値とからこれらの差分を演算して電流積算法充電率変化分ΔSOC-ｉを得、これを健全度推定部１８へ出力する。
【００４９】
また、図２中ＣＢで表している機能ブロックは、充電中に予め実行するブロックであり、電流積算法充電率算出部２０と、電流積算法充電率変化分算出部２１と、開放電圧−充電率変換部２２と、開放電圧推定法充電率変化分算出部２３と、健全度推定部２４と、を有する。開放電圧−充電率変換部２２と、開放電圧推定法充電率変化分算出部２３と、健全度推定部２４とは、本発明の内部状態推測手段に相当する。
【００５０】
電流積算法充電率算出部２０は、充電時に電流センサ３で検出された電流ｉが入力されて、この充電電流ｉを積算して電流積算法充電率変化分算出部２１へ出力する。
【００５１】
電流積算法充電率変化分算出部２１は、充電電流ｉの絶対値を時間積分した電荷量を新品時の容量で除算して、電流積算法充電率変化分ΔSOC-iを得、健全度推定部２４へ出力する。
【００５２】
開放電圧−充電率変換部２２は、予め実験で得た開放電圧−充電率の関係データをテーブルの形で記憶しており、各セル２ａ（セルは全体でｎ個）から入力されたセル電圧V1〜Vnに相当する開放電圧推定法充電率SOC-v−1〜SOC-v−nを開放電圧推定法充電率変化分算出部２３へ出力する。
なお、開放電圧−充電率変換部２２は、第１の開放電圧−充電率変換部７や第２の開放電圧−充電率変換部１２のようにカルマン・フィルタ等の適応フィルタを用いて開放電圧を逐次推定を行うものではない。開放電圧−充電率変換部２２は、充電時に処理演算を行うものであり、長い駐車の後での充電開始にあっては、端子電圧を開放電圧にほぼ等しいとみなすことができることから、充電開始時の端子電圧から開放電圧推定法充電率SOC-v−1〜SOC-v-nを推定する。
【００５３】
開放電圧推定法充電率変化分算出部２３は、開放電圧−充電率変換部２２で得られた開放電圧推定法充電率SOC-v-1〜SOC-v-nごとに、前回の値と今回の値とからこれらの差分を演算して電流積算法充電率変化分ΔSOC-v-1〜ΔSOC-v-nを得、これらを健全度推定部２４へ出力する。
【００５４】
健全度推定部２４は、電流積算法充電率変化分算出部２１で得られた電流積算法充電率変化分ΔSOC-iと、開放電圧推定法充電率変化分算出部２３で得られたセル２ａごとの開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-v-1〜ΔSOC-v-nと、を用いて前者を後者で除算することで各セル２ａの健全度度SOH-1〜SOH-nを算出し、健全度補正部２５へ出力する。
【００５５】
健全度補正部２５は、健全度推定部１８で得られた最小セル電圧を示すセルの健全度SOH_kfと、健全度推定部２５で得られた各セル２ａの健全度度SOH-1〜SOH-nとに基づき、後者を前者で補正して補正健全度SOH-1-com〜SOH-n-comを得、最小健全度算出部２６へ出力する。
健全度補正部２５は、本発明の内部状態補正手段に相当する。
【００５６】
最小健全度算出部２６は、健全度補正部２５から入力された補正健全度SOH-1-com〜SOH-n-comのうち最小値の健全度を選択して最小健全度SOHminとして、入力可能電力補正部１０、出力可能電力補正部１３、走行可能距離算出部２７へそれぞれ出力する。
【００５７】
走行可能距離算出部２７は、開放電圧−充電率変換部１４で得られた開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minと、最小健全度算出部２６で得られた最小健全度SOHminと、電費計算部２８で得られた車両の平均電力消費量（アンペア・アワー／Km）とに基づき、車両が走行可能な距離Leを算出して出力する。
【００５８】
このようにして得られた入力可能電力は駐車時での充電や走行中での制動回生で得られた回収電力等の最大充電電量を制限のために、また出力可能電力は車両走行中に駆動モータ等へ供給する最大放電電力を制限するために、走行可能距離Leは車両がさらにどこまで走行可能か距離で表示するために、それぞれ利用される。
【００５９】
ここで、上記機能ブロックで実行されるいくつかの演算処理の内容につき、より詳細に説明する。
【００６０】
バッテリにより異なるが、充電率（SOC）の大きさによってバッテリの電流−端子電圧の関係は、図３のようになる。
すなわち、同図に示すように、いずれもバッテリ温度Ｔが２５℃であり、充電率SOCが６０％の場合における電流−端子電圧の関係を破線で、充電率SOCが５０％の場合における電流−端子電圧の関係を実線で、充電率SOCが４０％の場合における電流−端子電圧の関係を一点鎖線で、それぞれ示す。なお、同図には、システムによって決まる、充電時での最大電流値、およびそのときの上限値（本実施例では例えば４．２ボルト）、また放電時での最大電流値、およびそのときの下限値（本実施例では例えば２．５ボルト）が示してある。
【００６１】
上記最大電流値を精度良く算出できれば、入力可能な電力は、充電時の最大電流値と上限電圧との積から算出した値を用いることで、また出力可能な電力は、放電時の最大電流値と下限電圧値との積から算出した値を用いることで、良好なバッテリ・マネージメントが行えることになる。
しかしながら、バッテリ・パック２は、複数のセル２ａを直列配置しているため、実際はこれらセル２ａ間にばらつきがあることから、セル２ａごとに充電率SOCが異なっている。
【００６２】
この場合、入力可能な電力は複数のセル２ａの中で最も高い充電率を用いて算出し、出力可能な電力は複数のセル２ａの中で最も低い充電率を用いて算出する必要がある。
また、最大電流は、図４に示すようにバッテリの劣化状態に応じて変化することから、入出力可能な電力はセル２ａごとにこれらの内部抵抗に応じて補正する必要がある。
【００６３】
すなわち、図４に示すように、新品のバッテリ（健全度が１で、内部抵抗はたとえば０．２５オーム）は、温度が２５℃、充電率Sが５０％時のものでは実線で示すようになるのに対し、劣化品のバッテリ（たとえば健全度が０．８で、内部抵抗が０．３オーム）は、温度２５℃、充電率が５０％時のものでは破線で示すようになって新品時の場合とは異なるので、バッテリの状態に合った補正が必要となる。
【００６４】
次に、バッテリの電流−電圧特性の作成例を図５に示す。
図５に示すように、ある充電率において電流i1アンペアで放電し(同図上段を参照)、t(s)秒後の端子電圧V1ボルトを測定する(同図下段を参照)。同様にして、電流i2アンペア、i3アンペアでの端子電圧v2ボルト、v3ボルトを測定する。
【００６５】
続いて、図６に示すように、測定した電流i1、i2、i3と端子電圧V1、v2、v3からこれらを通る傾きRの直線を引いて電流−端子電圧特性図を作成する。直線と下限電圧２．５ボルトの線との交点における電流値を最大電流と推定して、この最大電流と電圧２．５ボルトとの積を、この充電率での出力（放電）可能な電力とする。
同様に、図示しないが、直線と上限電圧４．２ボルトとの交点における電流を最大電流値と推定して、この最大電流と電圧４．２ボルトとの積を、この充電率での入力（充電）可能な電力とする。
【００６６】
図７に、充電率を変化させて作成した、入力可能な電力（同図中、実線で表す）および出力可能な電力（同図中、破線で表す）と充電率SOCとの関係を示す。なお、図７は、図５において、ｔ秒でのグラフとなっている。
【００６７】
従来技術にあっては、複数のセルが直列接続されたバッテリ・パックの端子電圧と電流とから充電率を算出し、この充電率を用いて入出力可能な電力を算出しているため、この充電率は複数のセルの特性がばらついているにも関わらず、平均の充電率相当値となる。この結果、図３から分かるように、低い充電率から算出した最大電流が最も小さくなることから出力可能電力も最小となるため、平均の充電率相当値では最大電流をより大きな値で見積もることとなる。
【００６８】
この結果、バッテリ・パックの中で最も低い充電率のセルが他のセルより先に下限電圧に達してしまい、最悪の場合、機器が停止してしまうことになる。これは、複数のセルが直列接続されているため、すべてのセルに同じ大きさの電流が流れることによる。
したがって、出力可能な電力は、図８に示すように、セル中、最も低い充電率を用いて算出する必要がある。この処理は、充電率−出力可能電力変換部１９およびこの上流側のブロックにて行う。
【００６９】
また、従来技術の場合、図４に示すように、バッテリが劣化した場合、最大電流が減少することになる。また、従来技術では、複数のセルが直列接続された末弟・パックの端子電圧と電流とから健全度を推定し、この健全度を用いて出力可能電力と入力可能電力を補正するようにしている。
【００７０】
しかしながら、この従来技術で算出された健全度は、複数のセルの健全度が実際にはばらついていても平均の健全度相当値となる。このため、図４に示すように、低い健全度から算出した最大電流が最も小さくなり、出力可能な電力も最小となるため、平均の健全度相当値では最大電流をより大きな値で見積もることになる。このようにして見積もった最大電流を流した場合、バッテリ・パックの中でも最も低い健全度のセルが他のセルより先に下限電圧に達し、最悪の場合、機器が停止してしまうことになる。
【００７１】
したがって、入出力可能な電力は、図４の新品と劣化品との間での入力可能電力を比較して示した図９に示す関係のようになる。このため、図１０に示す健全度と健全度補正係数との関係を用いて得た健全度補正係数を用いて入力可能電力を補正することになる。
以上の処理は、最小健全度算出部２６およびこの上流側のブロックで行う。
【００７２】
次に、第１の内部抵抗推定／開放電圧推定部７および開放電圧変換部８で得る開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxと、第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２および開放電圧変換部１４で得る開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minと、の推定方法につき、以下に説明する。
【００７３】
図１１に示すように、コントローラ６には、電圧センサ５で検出した各セル２ａ（図示では見やすくするため７個だが実際はもっと多い）の電圧v1〜vnが入力される。また同時に電流センサ３で検出した電流ｉ、温度センサ４で検出した温度Ｔが入力される。
【００７４】
このように各セル２ａの電圧v1〜vnを測定することで、それぞれのセル２ａの電圧v1〜vnと電流ｉからカルマン・フィルタ等の適合フィルタを用いて開放電圧等を各セルにつき逐次推定し、推定した開放電圧からセル２ａごとの充電率を推定することが可能となる。
しかしながら、電気自動車用のバッテリ・パック２などにあっては、たとえば５０〜１００個のセル２ａから構成されているため、これらを個々に逐次推定していくと、計算処理負荷が非常に大きなものとなり、高性能のマイクロコンピュータが必要となり、高コストとなる。
【００７５】
そこで、本実施例では、計算処理負荷を減少させるため、複数のセル２ａの電圧の中で最大の電圧vmaxと最小の電圧vminを用い、第１の内部抵抗推定／開放電圧推定部７にて、最大の電圧vmaxと電流ｉとから最大開放電圧OCVmaxの逐次推定を行い、これから開放電圧変換部８で開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxを推定する一方、第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２にて最小の電圧vminと電流ｉとから最小開放電圧OCVminの逐次推定を行い、これから開放電圧変換部１４で開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを推定する。
なお、図１２から分かるように、充電率（濃い部分で示す）はセル２ａごとにばらついている。
【００７６】
ここで推定した開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxは入力可能電力の算出に用い、開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minは出力可能電力および航続可能距離の算出に用いる。
【００７７】
次に、健全度補正部２５およびこの上流側のブロックで行う、充電時におけるセル２ａごとの健全度の算出方法につき、以下に説明する。
充電開始前のセル２ａ（図示では見やすくするため７個だが実際はもっと多い）の端子電圧を測定する。この結果例を図１３に示す。
開放電圧―充電率変換部２２は、図１４に示す開放電圧OCVと充電率SOCとの関係と、上記充電開始前に測定した各セル２ａの端子電圧と、からセル２ａごとの充電率SOCを算出する。
【００７８】
一方、電流積算充電率算出部１６（２０と同一）は、充電中の電流ｉを積算し、電流積算法充電率変化分算出部２１が下記式から電流積算法充電率の変化分ΔSOC-iを算出する。
ΔSOC-i＝（∫|ｉ|ｄｔ）／DC
ここで、DCは新品時の容量（アンペアアワー）である。なお、セル２ａは直列接続されているので、すべてのセル２ａで電流積算法充電率の変化分ΔSOC-iは同じとなる。
【００７９】
一方、開放電圧―充電率変換部２２は、充電終了時にも測定した各セル２ａの端子電圧と充電率との関係（図１４に示す）と、上記充電開始前に測定した各セル２ａの端子電圧と、からセル２ａごとの充電率を算出する。
【００８０】
続いて、開放電圧推定法充電率変化分算出部２３が、充電開始時の充電率SOCと充電終了時の充電率SOCの差からセル２ａごとの開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-vを算出する。
【００８１】
電流積算法充電率の変化分ΔSOC-iと開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-vとから、下記式によりセル２ａごとの健全度SOH１〜SOHnを算出する。
K番目のセルの健全度SOH＝電流積算法充電率の変化分ΔSOC-i／開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-v-k  （ｋ＝1〜n）
なお、充電時に算出したセル２ａごとの健全度(図１５の上段に示す)は、走行時に補正(図１５の下段に示す)するため、メモリ等に保存しておく。
そして、車両走行時に別途、逐次推定等で精度が高い一つのセルの健全度を推定しておき、健全度補正部２５にて、その精度が高い健全度を用いて充電時に求めたセル２ａごとの健全度SOH１〜SOHnを下記式により補正し、補正健全度SOH1-com〜SOHn-comを得る。
【００８２】
第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２がセル２ａのうちの最小電圧vminと電流ｉとを用いて開放電圧OCVminをカルマン・フィルタ等で逐次推定し、開放電圧−充電率変換部１６にて開放電圧OCVminに相当する開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを決定する。
そして、出力可能電力補正部１３が、の開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを用いて下記式により現在の最小セル残量を算出する。
現在の最小セル残量(アンペアアワー)＝開放電圧推定法最小充電率SOC-v-min（％）×セルごとに算出した健全度のうちの最小値SOHmin×新品時容量(アンペアアワー)
続いて、走行可能距離算出部２７が、最小セル残量を用いて下記式により走行可能距離を算出する。
走行可能距離(km)＝現在の最小セル残量(アンペアアワー)÷平均電費（アンペアアワー／Km）
【００８３】
次に、出力可能電力の算出方法につき説明する。
車両走行時に、充電率−出力可能電力変換部１９が、第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２と開放電圧−充電率変換部１６とで逐次算出している開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを用いて、予め実験で得られた充電率−出力可能電力の関係（図１６に示す）から、出力可能電力を算出する。
【００８４】
すなわち、出力可能電力補正部１３は、予め実験で得られた健全度−健全度補正係数の関係（図１７に示す）を用いて、最小健全度算出部２６で求めた最小健全度SOHminに相当する健全度補正係数を求め、これを出力可能電力に乗じて補正する。
また、出力可能電力補正部１３は、予め実験で得られた内部抵抗−内部抵抗補正係数の関係（図１８に示す）を用いて、最大内部抵抗算出部１１で得た最大内部抵抗rmaxに相当する内部抵抗補正係数を求め、これを出力可能電力に乗じてさらに補正する。
【００８５】
したがって、健全度補正係数と内部抵抗補正係数といった、いずれも１以下の値をとる補正係数を、出力可能電力に乗じるので、その補正出力可能電力は上記で求めた出力可能電力より小さくなり、バッテリを安全な電圧領域で運用することが可能となる。
【００８６】
次に、入力可能電力補正部１０およびこの上流側のブロックで実行される入力可能な電力の算出方法につき、以下に説明する。
充電率−入力可能電力変換部９は、予め実験で得られた充電率―入力可能電力（図１９に示す）を用いて、第１の内部抵抗推定／開放電圧推定部７で得られた最大開放電圧OCV-v-maxを開放電圧−充電率変換部８で開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxに相当する最大入力可能電力SOP-in-maxを算出する。
入力可能補正電圧部１０は、最大入力可能電力SOP-in-maxに、図１０に示された健全度―健全度補正係数の関係から、最小健全度算出部２６で得られた最小健全度SOHminに相当する健全度補正係数を求めた値を乗じて補正し、続いて、入力可能電力補正部１０が、予め実験で得られた内部抵抗−内部抵抗補正係数の関係(図１８に示す)を用いて、最大内部抵抗算出部１１で得た最大内部抵抗rmaxに相当する内部抵抗補正係数を求め、これを入力可能電力に乗じて、入力可能電力SOP-inとして出力する。
【００８７】
次に、バッテリ・コントローラ６で実行されるバッテリ・マネージメントの制御につき図２０のフローチャートに基づき説明する。
【００８８】
まず、ステップS1では、車両停止状態にある。この状態で、始動キーで電源ONにすると、車載機器へ電力供給可能となる。
この電源ONで車両が停止している間に、ステップS2で、電流センサ３、温度センサ４、電圧センサ５が、バッテリ・パック２を流れる電流ｉ、バッテリ・パック２の温度Ｔ、各セル２ａの電圧v1〜vnを検出し、それぞれ電流信号、温度信号、セル電圧信号としてバッテリ・コントローラ６へ出力し、ステップS3へと進む。
【００８９】
ステップS3では、バッテリ・コントローラ６が、電流信号に基づき充電中であるか否かを判定する。充電であれば（YESの場合）、ステップS4へ進み、充電でなければ（NOの場合）、ステップS10に進む。
【００９０】
ステップS4では、開放電圧−充電率変換部２２が、開放電圧−充電率の関係のデータ・テーブルを用いて、セル２ａごとの端子電圧v1〜vnに相当する充電率SOC1〜SOCｎを算出する。続いて、ステップS5へと進む。
【００９１】
ステップS5では、電流積算法充電率算出部２０が電流センサ３で検出した電流ｉを積算する。続いて、ステップS6へ進む。
【００９２】
ステップS6では、充電が終了したか否かを判定する。充電が終了していないと判定した場合にはステップS5に戻り、充電が終了したと判定した場合にはステップS7に進む。
なお、この充電にあっては、急速充電の直前にバッテリ・パック２の端子電圧をチェックし、充電率が低いと判定されると、最初に定電流で予備充電を行う。端子電圧が所定値を超えると、内部抵抗が低くなったと判定して定電流充電を開始し、その後、端子電圧が所定値を超えると定電圧充電に切り替えて過充電にならないようにする。この定電圧充電での充電電流が小さくなると、充電完了と判定し、充電を停止する。
【００９３】
ステップS７では、開放電圧−充電率変換部２２が、開放電圧−充電率の関係データ・テーブルを用いて、セル２ａごとの端子電圧V1〜Vnに相当する充電率SOC1〜SOCnを算出
する。続いて、ステップS8へと進む。
【００９４】
ステップS8では、電流積算充電率算出部１６、２０での充放電電流の積算を終了し、ステップS9へ進む。
【００９５】
ステップS9では、電流積算法充電率変化分算出部１７が、電流積算法充電率算出部１６算出された電流積算法充電率SOC-iを基に電流積算法充電率変化分ΔSOC-iを算出するとともに、ステップS4とS7で算出した充電前後のSOC1〜SOCnを用いて、セル２ａごとの開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-vを算出する。
また、健全度推定部２４では、電流積算法充電率変化分ΔSOC-iとセル２ａごとに算出した開放電圧推定法充電率変化分ΔSOC-vとに基づきセルごとの健全度SOH1〜SOHｎを算出する。続いて、ステップS10で車両が走行すると、ステップS11へ進む。
【００９６】
ステップS11では、開放電圧−充電率変換部８、１４が、それぞれ第１の内部抵抗推定／開放電圧推定部７および第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２で逐次推定した最大開放電圧OCVmax、最小開放電圧OCVminをもとに開放電圧推定法最大充電率SOC-v-max、開放電圧推定法最小充電率SOC-v-min、をそれぞれ算出する。また、第１の内部抵抗推定／開放電圧推定部７および第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２は、内部抵抗rａ、rｂをそれぞれ逐次推定する。続いて、ステップS12に進む。
【００９７】
ステップS12では、健全度補正部２５が、入力された健全度SOH-1〜SOH-nと、健全度推定部１８で得た精度が高い健全度SOH_kfと、を用いて、セル２ａごとに健全度を補正して補正健全度SOH-1-com〜SOH-n-comを得る。続いて、ステップS13に進む。
【００９８】
ステップS13では、入力可能電力補正部１０が、開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxを基に充電率−入力可能変換部９で得られた最大入力可能電力を、最大内部抵抗rmaxで決まる内部抵抗補正係数と最小健全度SOHminで決まる健全度補正係数を用いて補正することで、入力可能電力SOP-inを算出する。
また、出力可能電力補正部１３が、開放電圧−充電率変換部１４で開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを充電率−出力可能電力変換部１９で変換して得た最小出力可能電力SOP-out-minを、最大内部抵抗算出部１１で得られた最大内部抵抗rmaxで決まる内部抵抗補正係数と、最小健全度算出部２６で得られた最小健全度SOH-minで決まる健全度補正係数と、で補正して出力可能電力SOP-outを算出する。続いて、ステップS14に進む。
【００９９】
ステップS14では、走行距離算出部２７が、最小健全度算出部２６で得た最小健全度SOHminと、開放電圧−充電率変換部１４で得た開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minと、別のコントローラの電費計算部２９からのその車両の平均電費と、に基づき、走行可能距離を算出する。続いて、ステップS15に進む。
【０１００】
ステップS15では、バッテリ・コントローラ６が、車両が停止したか否かを判定する。停止したと判定した場合（YESの場合）にはこれらの制御フローの実行を終了し、停止していないと判定した場合（NOの場合）には、ステップS13に戻る。
【０１０１】
実施例１のバッテリ・パック２の入出力可能電力推定装置およびその方法にあっては、以下の効果を得ることができる。
【０１０２】
実施例１では、各セル２ａの内部状態を全セルについて、それらの端子電圧と電流とから算出し、さらにそのうちの１つのセルにつき逐次推定法でそのセルの内部状態を算出する。この逐次推定法で求めた値と上記電圧および電流で算出した値との関係を用いて全セルの電圧および電流で算出した値を補正するようにした。
この結果、セルごとにその内部状態を把握でき、精度よくバッテリ・パック２の入出力可能電力や走行可能距離等を推定することが可能となる。また、全セルについて逐次推定を実行する必要がなくなることから、演算処理能力が高いマイクロコンピュータを用いる必要がなくなり、より安価な装置とすることができる。
【０１０３】
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、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、相違点を中心に説明する。
【実施例２】
【０１０４】
実施例２のバッテリ・パックの入出力可能電力推定法を適用したバッテリ・システムは、図１に示す実施例１と同様に構成する。
【０１０５】
図２１に示すように、実施例２のバッテリ・コントローラ６は、実施例１と同様に、第１の内部抵抗推定／開放電圧推定部７、開放電圧−充電率変換部８、充電率―入力可能電力変換部９、入力可能電力補正部１０を有する。これらの構成において、入力可能電力補正部１０は、実施例１の最大内部抵抗算出部１１で得られる最大内部抵抗の代わりに健全度推定部３０から健全度SOH、および現在の温度・充電率相当値換算部４０から補正最大内部抵抗rmax-comが入力される点以外は実施例１と同様である。
【０１０６】
健全度推定部３０は、電流センサ３で検出された電流ｉに基づき健全度SOHを算出し、入力可能電力補正部１０に出力する。現在の温度・充電率相当値換算部４０の詳細については、後で説明する。
【０１０７】
また、コントローラ６は、実施例１と同様に、第２の内部抵抗推定／開放電圧推定部１２と、最大内部抵抗算出部１１と、開放電圧−充電率変換部１４と、充電率−出力可能電力変換部１９と、出力可能電力補正部１３と、を有する。
【０１０８】
これらの構成において、最大内部抵抗算出部１１で得られた最大内部抵抗rmaxが実施例１とは異なり、所定温度・充電率相当値変換部３１に出力される点、また出力可能電力補正部１３が、実施例１の最小健全度算出部２６で得られた最小健全度SOHminの代わりに健全度算出部３０で得られた健全度SOHと、実施例１の最大内部抵抗算出部１１で得られた最大内部抵抗rmaxの代わりに現在の温度・充電率相当値換算部４０で得られた最大内部抵抗rmax-comを用いる点以外は、実施例１の構成と同様である。
【０１０９】
所定温度・充電率相当値変換部３１は、開放電圧−充電率変換部１４で得られた開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを、温度２０℃充電率５０％に相当する相当充電率SOC-v-min−conに換算し、これを内部抵抗補正部３８に出力する。
【０１１０】
また、コントローラ６は、ＣＣで示す電流変化時に実行するブロックを備えている。
ブロックＣＣは、電流前回値算出部３２と、電流変化分算出部３３と、電圧前回値算出部３４と、電圧変化分算出部３５と、内部抵抗算出部３６と、所定温度・充電率相当値換算部３７と、から構成されている。電圧前回値算出部３４と、電圧変化分算出部３５と、内部抵抗算出部３６とは、本発明の内部状態推測手段に相当する。
【０１１１】
電流前回値算出部３２は、電流センサ３で検出された電流ｉのデータを離散化してその前回値ｉk-1を得、これを電流前回値算出部３２に出力する。
【０１１２】
電流変化分算出部３３は、電流前回値算出部３２で得られた電流ｉの前回値ｉt-1から電流センサ３で検出された電流ｉのデータを離散化して得られた電流ｉの現在値ｉtを減算してその絶対値を取って電流変化分Δｉを得、これを内部抵抗算出部３６に出力する。
【０１１３】
一方、電圧値前回値算出部３４は、各セル２ａの電圧V1〜Vnが入力されて、これらのデータを離散化して電圧の前回値V1-t-1〜Vn-t-１を得、これらを電圧変化分算出部３５に出力する。
【０１１４】
電圧変化分算出部３５は、電圧値前回値算出部３４で得た電圧の前回値V1-t-1〜Vn-t-1から各セル２ａの電圧V1〜Vnを離散化して得た現在の電圧V1-t〜Vn-tを減算して、電圧変化分ΔV1〜ΔVnを得、これらを内部抵抗算出部３６に出力する。
【０１１５】
内部抵抗算出部３６では、電圧変化分算出部３５で得られた電圧変化分ΔV1〜ΔVnと、電流変化分算出部３３で得られた電流変化分Δｉと、から前者を後者で除算してそのときの各セル２ａの内部抵抗r1〜rnを得、これらを所定温度・充電率相当値換算部３７に出力する。
【０１１６】
所定温度・充電率相当値換算部３７は、内部抵抗算出部３６で得られた内部抵抗r1〜rnを温度２０℃、充電率５０％に相当する抵抗値r1-con〜rn-conに補正換算し、これらを補正ブロック３８へ出力する。
以上が電流変化時に実行されるブロックＣＣである。
【０１１７】
コントローラ６は、さらに内部抵抗補正部３８と、最大内部抵抗算出部３９と、現在の温度・充電率相当値換算部４０と、を備えている。
【０１１８】
内部抵抗補正部３８は、所定温度・充電率相当値換算部３７で得られた抵抗値r1-con〜rn-conと、所定温度・充電率相当値換算部３１で得られた相当充電率SOC-v-min−conと、に基づいて、各セル２ａの補正抵抗値抵抗値r1-com〜rn-comを得、これらを最大内部抵抗算出部３９に出力する。
内部抵抗補正部３８は、本発明の内部状態補正手段に相当する。
【０１１９】
最大内部抵抗算出部３９は、内部抵抗補正部３８で得られた補正抵抗値抵抗値r1-com〜rn-comのうち最大値となる最大内部抵抗r-v-maxを選択し、これを現在の温度・充電率相当値換算部４０に出力する。
【０１２０】
現在の温度・充電率相当値換算部４０は、最大内部抵抗算出部３９で得られた最大内部抵抗r-v-maxを、現在の温度・充電率に相当する値の補正最大内部抵抗rmax-comを得、これを入力可能電力補正部１０と出力可能電力補正部１３へ出力する。
【０１２１】
入力可能電力補正部１０と出力可能電力補正部１３とは、実施例１の場合と同様に、入力可能電力と出力可能電力の情報を図示しない上位のコントローラへ供給する。
【０１２２】
コントローラ６の上記ブロックで実行される処理につき、以下に説明する。
実施例１の図３〜図９に関する説明は、実施例２においても同様である。
バッテリが新品から劣化して健全度SOHが半分となったセル２ａは、図２２に示すように、同図上段に示す、セル２ａの内部抵抗の並列回路が、同図下段に示すように半分になったのと等価に考えることができる。この結果、容量は半分、かつ内部抵抗は２倍となる。
【０１２３】
バッテリが劣化して内部抵抗が増加した場合、最大電流が減少することになる。したがって、図２３に示すような内部抵抗−内部抵抗補正係数の関係を用いて入力可能電力を補正する必要がある。
【０１２４】
急激な電流変化時における内部抵抗を算出するには、以下の手順で行う。
すなわち、電流変化分算出部３３は、１サンプリング前の電流と現在の電流との差分Δｉを算出する。この差分Δｉは、内部抵抗算出部３６は、電流が所定の閾値以上であれば、下記式を用いてセルごとの内部抵抗を算出する。
Δｉ＝│現在の電流−１サンプリング前の電流│
ΔＶｋ＝│現在のセルｋの電圧―１サンプリング前のセルｋの電圧│
セルの内部抵抗＝ΔVk／Δｉ
【０１２５】
内部抵抗は、温度と充電率によって異なるため、図２５に示すような温度−内部抵抗の関係および図２６に示すような温度―温度係数の関係、図２７に示すような充電率−内部抵抗の関係および図２８に示すような充電率―内部抵抗係数の関係で、温度２０℃および充電率５０％相当の値になるように下記式を用いて補正する。
補正した内部抵抗値＝内部抵抗値÷温度係数÷充電率係数
このようにして、セル２ａごとの補正した内部抵抗r1-com〜rn-comを算出する。なお、補正された内部抵抗r1-com〜rn-comはゆっくり変化するため、急激な電流変化時に予め算出しておくことは問題ない。
【０１２６】
次に走行時の内部抵抗補正方法につき、説明する。
走行時には、上記とは別異精度の高い方法で一つのセルの内部抵抗を、カルマン・フィルタ等を用いて、逐次推定する。
この場合にも、内部抵抗は、温度と充電率によって異なるため、図２５に示すような温度−内部抵抗の関係および図２６に示すような温度―温度係数の関係、図２７に示すような充電率−内部抵抗の関係および図２８に示すような充電率―内部抵抗係数の関係で、温度２０℃および充電率５０％相当の値になるように下記式を用いて補正する。
補正した内部抵抗係数＝内部抵抗値÷温度係数÷充電率係数
【０１２７】
セル２ａごとの内部抵抗を精度の高い値に補正するため、下記式で補正係数を算出する。
補正係数＝精度の高いセルの内部抵抗値÷補正した内部抵抗値
なお、この式は同じセルで計算する。このようにして、充電時に算出したセル２ａごとの内部抵抗に、補正係数を乗じ、セルごとの内部抵抗を精度の高い値に補正する。
図２９(同図上段は補正前、下段は補正後)に補正した内部抵抗の例を示す。
【０１２８】
次に、出力可能電力の算出方法につき、説明する。
走行時に第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２および開放電圧−充電率変換部１４で逐次推定している開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを用いて、充電率―出力電圧変換部１９にて、図３３に示す充電率―出力電可能電力の関係から出力可能電力を算出する。
【０１２９】
そして、内部抵抗算出部３６でセル２ａごとに求めた内部抵抗を、図２５〜図２８の関係を用いて現在の充電率と温度に相当する値となるように補正する。この内部抵抗と図３１に示す内部抵抗―内部抵抗補正係数の関係で決まる内部抵抗補正係数を、出力可能電力補正部１３にて、乗じることで出力可能電力を補正する。
また、出力可能電力補正部１３では、出力可能電力を、健全度算出部３０で得られた健全度と図３２に示す健全度―健全度補正係数の関係から決まる健全度補正係数を乗じることで出力可能電力をさらに補正する。
【０１３０】
このように内部抵抗および健全度を用いて出力可能電力を補正し、より小さな値を出力可能電力とする。
この結果、バッテリを安全な電圧領域で運用することが可能となる。
【０１３１】
次に、入力可能な電力の算出方法につき、説明する。
走行時に、充電率−入力可能電力変換部９が、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７および開放電圧−充電率変換部８で逐次推定している開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxを用いて、図３３に示す充電率−入力可能電力の関係から入力可能電力を算出する。
【０１３２】
この入力可能電力は、内部抵抗と図３１の関係から決まる内部抵抗補正係数、および別途算出した健全度と図３２の関係から決まる健全度補正係数を乗じることで、より小さな値に補正した入力可能電力とする。この結果、バッテリを安全な電圧領域で運用することが可能となる。
【０１３３】
次に、バッテリ・コントローラ６で実行するバッテリ・パックの入出力可能電力推定プログラムにつき、図３４に示すフローチャートに基づき説明する。
【０１３４】
まず、始動キーがONにされ電源ONになると、バッテリ・コントローラ６が作動し始める。
ステップS21では、実施例１でのステップS1と同様に、電圧信号、電流信号、温度信号を読み込む。続いて、ステップS22に進む。
【０１３５】
ステップS22では、内部抵抗算出部３６が、電流変化分算出部３３で得られた電流変化分Δiが閾値以上であるか否かを判定する。電流変化分Δiが閾値以上であると判定された場合（YESの場合）にはステップS23に進み、電流変化分Δiが閾値より小さいと判定された場合（NOの場合）にはステップS26に進む。
【０１３６】
ステップS23では、内部抵抗算出部３６が、それぞれ入力された電流変化分算出部３３で得られた電流変化分Δiと、電圧変化分算出部３５で得られた電圧変化分ΔV1〜ΔVnと、に基づき、セル２ａごとにその電圧変化分Δvを電流変化分Δiで除算して内部抵抗r1〜rnを算出する。続いて、ステップS24に進む。
【０１３７】
ステップS24では、内部抵抗は温度と充電率によって異なるため、所定温度・充電率相当値換算部３７が、内部抵抗算出部３６で得られた内部抵抗r1〜rnを、それぞれ温度２０℃、充電率５０％相当の内部抵抗r1-com〜rn-comに補正する。続いて、ステップS25へ進む。
【０１３８】
ステップS25では、内部抵抗r1-com〜rn-comをメモリに保存する。続いて、ステップS2７に進む。
【０１３９】
一方、ステップS22で電流変化Δｉが閾値より小さい場合に進むステップS26では、前回走行時や充電時のセルごとの内部抵抗をメモリから読み出し、ステップS7に進む。
【０１４０】
ステップS27では、前回計算した内部抵抗値と今回の内部抵抗値との平均か処理を行い、ステップS8に進む。
【０１４１】
ステップS28では、第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部７および開放電圧−充電率変換部８で開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxおよび内部抵抗raを逐次推定するとともに、第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部１２および開放電圧−充電率変換部１４で開放電圧推定法最大充電率SOC-v-maxおよび内部抵抗rbを逐次推定する。続いて、ステップS29に進む。
【０１４２】
ステップS29では、最大内部抵抗算出部１１にて、逐次推定した内部抵抗ra、rbのうち大きい方を選択して最大内部抵抗rmaxを算出し、所定温度・充電率相当値変換部３１にて、開放電圧−充電率変換部１４で得られた開放電圧推定法最小充電率SOC-v-minを、温度２０℃充電率５０％に相当する相当充電率SOC-v-min−conに換算し、これを用いて、内部抵抗補正部３８が、セルごとに算出した内部抵抗r1-con〜rn-conを補正する。続いて、ステップS30に進む。
【０１４３】
ステップS30では、現在の温度・充電率相当値換算部４０が、最大内部抵抗rmaxを、現在の温度・充電率に相当する値の補正最大内部抵抗rmax-comに補正し、ステップS31に進む。
【０１４４】
ステップS31では、入力可能電力補正部１０および出力可能電力補正部１３にて、入力可能電力および出力可能電力を補正最大内部抵抗rmax-comで補正して補正した入力可能電力および補正した出力可能電力を算出し、ステップS32に進む。
【０１４５】
ステップS32では、バッテリ・コントローラ６が、車両が停止したか否かを判定する。停止したと判定した場合（YESの場合）にはこれらの制御フローの実行を終了し、停止していないと判定した場合（NOの場合）には、ステップS21に戻る。
【０１４６】
実施例２のバッテリ・パック２の入出力可能電力推定装置およびその方法にあっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
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。
【０１４８】
たとえば、本発明は、電気自動車に限られず、複数のセルを直列接続したバッテリ・パックを利用するものであればよい。
【０１４９】
また、逐次推測法は、カルマン・フィルタに限られず他の方法を利用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１５０】
ＬＤ  負荷
１    充電器
２    バッテリ・パック
２ａ  セル
３    電流センサ
４    温度センサ
５    電圧センサ
６    コントローラ
７    第１の内部抵抗推定部／開放電圧推定部
８、１４、２２    開放電圧―充電率換算部
９    受電率―入力可能電力変換部
１０    入力可能電力補正部
１１    最大内部抵抗算出部
１２    第２の内部抵抗推定部／開放電圧推定部
１３    出力可能電力補正部
１５、２３    開放電圧推定法充電率変化分算出部
１６、２０    電流積算法充電率算出部
１７、２１    電流積算法充電率変化分算出部
１８、２４    健全度推定部
２５    健全度補正部
２６    最小健全度算出部
２７    走行可能距離算出部
２８    電費計算部
３０    健全度算出部
３１    所定温度・充電率相当値変換部
３２    電流前回値算出部
３３  電流変化分算出部
３４    電圧前回値算出部
３５    電圧変化分算出部
３６    内部抵抗算出部
３７    所定温度・充電率相当値換算部
３８    内部抵抗補正部
３９    最大内部抵抗算出部
４０    現在の温度・充電率相当値換算部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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