JP2008286781A - 蓄電装置の充電状態検出装置及び方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電池の充電状態（ＳＯＣ）を検出する。
【解決手段】組電池１００の電圧を電圧センサ１２０―１〜１２０−ｎで検出する。判定部１６０は、電池電圧が所定のしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２にそれぞれ達するタイミングにおける電流をサンプリングし、サンプリングした電流の代表値Ｉ１、Ｉ２と、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２とに基づいて、開放端電圧Ｖｏｃｖを算出する。さらに、予め求めたＶｏｃｖとＳＯＣとの対応関係を用いて、算出したＶｏｃｖに対応するＳＯＣを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は蓄電装置の充電状態検出装置及び方法並びにプログラムに関し、特に蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）を開放端電圧（Ｖｏｃｖ）から検出する装置に関する。

従来より、１つあるいは複数の電池が直列に接続されてブロックを構成し、ブロックを複数直列に接続されて構成される組電池がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されており、組電池の充電状態（ＳＯＣ）を検出ないし推定する種々の方法が提案されている。

例えば、下記の特許文献１には、電池のＳＯＣの一応の値として疑似ＳＯＣを求め、この疑似ＳＯＣとともに電池の状態の変動を考慮して電池電圧を推定する電池モデルを有し、推定された電池電圧と実際に測定された電池電圧とが等しくなるように疑似ＳＯＣを修正して実際のＳＯＣを推定する技術が開示されている。

図１３に、下記の特許文献１に開示された装置の構成を示す。電流検出手段１０により検出された充放電電流値は、疑似ＳＯＣ推定手段１４で積分され、予め求められた電池のＳＯＣの初期値に加算されてＳＯＣの一応の値である疑似ＳＯＣが推定される。推定した疑似ＳＯＣに基づき、起電力推定手段１６で疑似ＳＯＣに対応する電池電圧を推定する。この電池電圧は、電池の開放端電圧Ｖｏｃｖである。開放端電圧Ｖｏｃｖは、予めＳＯＣと開放端電圧とのマップを電池毎に求めておくことで推定される。また、電池の充放電電流から電池の内部抵抗による電圧変動が電圧変動推定手段１８により推定される。さらに、動的電圧変動推定手段２０により、電池の充放電電流の変化に基づいた電池電圧の変動が推定される。起電力推定手段１６、電圧変動推定手段１８、動的電圧変動推定手段２０の各出力値は加算器２２で加算され、電池電圧の推定値Ｖｅｓｔが算出される。推定された電池電圧Ｖｅｓｔは、比較器２４で電圧検出手段１２により検出された実際の電池の測定電圧Ｖｍｅｓと比較され、その差がＳＯＣ修正量算出手段２６に供給される。ＳＯＣ修正量算出手段は、推定電圧Ｖｅｓｔと測定電圧Ｖｍｅｓとが等しくなるように修正量を演算して加算器２８に出力し、疑似ＳＯＣを修正する。

ＷＯ９９／６１９２９号公報

ところで、開放端電圧Ｖｏｃｖは、予めＳＯＣと開放端電圧とのマップを電池毎に求めておくことで算出されるが、逆に、開放端電圧を高精度に検出できれば、上記のマップを用いてＳＯＣを推定することができる。従来においては、開放端電圧Ｖｏｃｖは、電池の電圧と電流をそれぞれ計測し、最小二乗法により算出する方法があるが、演算量増大による処理時間の増大や処理プログラムの負荷増大を招く。また、このような状態下で演算速度を高速化すれば、発熱を伴い、検出装置の小型化の妨げにもなる。

本発明の目的は、簡易な構成でありながら迅速かつ正確に蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）を検出することにある。

本発明は、蓄電装置の充電状態を検出する装置であって、前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧に等しくなるタイミングにおける第１電流値及び第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける第２電流値を計測する計測手段と、計測した第１電流値及び第２電流値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を検出する検出手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、蓄電装置の充電状態を検出する方法であって、前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧に等しくなるタイミングにおける第１電流値及び第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける第２電流値を計測するステップと、計測した第１電流値及び第２電流値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を検出するステップとを有することを特徴とする。

また、本発明は、蓄電装置の充電状態を検出するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧に等しくなるタイミングにおける第１電流値を計測させ、前記蓄電装置の電圧が第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける第２電流値を計測させ、計測した第１電流値及び第２電流値を順次メモリに記憶させ、前記メモリに記憶された複数の第１電流値及び所定の統計処理により第１代表電流値を演算装置に演算させるとともに複数の第２電流値から所定の統計処理により第２代表電流値を前記演算装置に演算させ、演算して得られた第１代表電流値及び第２代表電流値に基づき開放端電圧を前記演算装置に演算させ、予め開放端電圧と充電状態との対応関係を記憶する記憶装置にアクセスして、演算して得られた開放端電圧に対応する充電状態を検索させることを特徴とする。

また、本発明は、蓄電装置の充電状態を検出する装置であって、前記蓄電装置の電圧が所定電圧に等しくなるタイミングにおける電流値を計測する計測手段と、計測した電流値に基づいて前記蓄電状態の充電状態を検出する検出手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）を検出することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について、蓄電装置として組電池を例にとり説明する。

図１に、本実施形態における充電状態検出装置の構成を示す。充電状態検出装置は例えばハイブリッド自動車に搭載され、組電池の充電状態を検出する。

図１において、蓄電装置としての組電池１００は、複数のブロックＢ１〜Ｂｎから構成され、各ブロックＢ１〜Ｂｎは直列接続される。各ブロックは１つまたは複数の単電池が直列接続されて構成される。各電池は例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池である。

電圧センサ１２０−１〜１２０−ｎは、組電池１００を構成する各ブロックＢ１〜Ｂｎのそれぞれのブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎを検出する。検出したブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎは、それぞれ比較器１４０−１〜１４０−ｎに供給される。

比較器１４０−１〜１４０−ｎは、それぞれ入力されたブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎを第１及び第２所定電圧と比較し、それぞれのブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎが第１及び第２所定電圧に達したか否かを判定する。ブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎが第１及び第２所定電圧に一致する場合、各比較器１４０−１〜１４０−０ｎはそれぞれ一致信号を判定部１６０に供給する。各比較器１４０−１〜１４０−ｎにおける判定用の所定電圧は同一値である。したがって、各ブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎがほとんど等しい値であれば、各比較器１４０−１〜１４０−ｎからほぼ等しいタイミングで一致信号が出力される。各比較器１４０−１〜１４０ｎから出力される一致信号は、組電池の電流をサンプリングするタイミングを規定するサンプリング信号として機能する。

電流センサ１８０は、組電池１００の電流ＩＢを検出する。検出された電流ＩＢは判定部１６０に供給される。

判定部１６０は、各比較器１４０−１〜１４０−ｎから供給された一致信号のタイミングで電流センサ１８０から供給された電流ＩＢをサンプリングしメモリに記憶する。したがって、メモリにはブロックＢ１のブロック電圧ＶＢ１が第１所定電圧に達したタイミングにおける電流群及び第２所定電圧に達したタイミングにおける電流群、ブロックＢ２のブロック電圧ＶＢ２が第１所定電圧に達したタイミングにおける電流群及び第２所定電圧に達したタイミングにおける電流群、・・・、ブロックＢｎのブロック電圧ＶＢｎが第１所定電圧に達したタイミングにおける電流群、第２所定電圧に達したタイミングにおける電流群がそれぞれ記憶される。判定部１６０は、各ブロック毎にメモリに記憶されたサンプリング電流群を統計処理して第１所定電圧に達するタイミングにおける代表電流値及び第２所定電圧に達するタイミングにおける代表電流値を算出する。統計処理は例えば平均値算出処理である。また、判定部１６０は、以上のようにして算出された代表電流値に基づき、各ブロック毎に開放端電圧Ｖｏｃｖを算出し、さらにＶｏｃｖに基づいてＳＯＣを算出する。

従来技術では、ブロック電圧とブロック電流の組データを検出し、最小二乗法あるいは回帰分析により開放端電圧Ｖｏｃｖを算出しているが、本実施形態ではブロック電圧が所定電圧に達するタイミングにおける電流値に基づいてＶｏｃｖを算出していることに留意されたい。

判定部１６０はマイクロコンピュータにより構成でき、比較器１４０−１〜１４０−ｎを含めてＩＣで構成してもよい。

図２に、本実施形態のＳＯＣ算出処理フローチャートを示す。まず、各比較器１４０−１〜１４０−ｎでブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎと比較する所定電圧である２つのしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２（但し、Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２）を設定する（Ｓ１０１）。しきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２の設定方法は任意であるが、短時間に多くの電流サンプリングを可能とするために組電池１００が車両の走行に伴って充放電を繰り返す際の電圧変動範囲内の所定値に設定することが好適である。しきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２は例えばＶｔｈ１＝７．５Ｖ、Ｖｔｈ２＝８．５Ｖ等と設定してもよい。しきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２は予め比較器１４０−１〜１４０−ｎに供給してもよく、レジスタに登録して各比較器１４０−１〜１４０−ｎに供給する構成としてレジスタの内容を書き換えることでしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を適宜調整できるように構成してもよい。

２つのしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を設定した後（Ｓ１０１）、各比較器１４０−１〜１４０−ｎでブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎをそれぞれしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２と比較し、各ブロック電圧ＶＢ１〜ＶＢｎがしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２に達した時点における電流値を取得する（Ｓ１０２）。取得した電流は各ブロック毎に順次メモリに記憶していく。そして、各ブロック毎にしきい電圧Ｖｔｈ１に達したタイミングにおける代表電流値及びしきい電圧Ｖｔｈ２に達したタイミングにおける代表電流値を算出し、これらの代表電流値としきい値電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２に基づいて開放端電圧Ｖｏｃｖを算出する（Ｓ１０３）。具体的には、ブロック電圧ＶＢとブロック電流ＩＢとの間には、電池の内部抵抗をＲとして、
ＶＢ＝ＩＢ・Ｒ＋Ｖｏｃｖ
の関係にあるから、ブロック電圧ＶＢがしきい電圧Ｖｔｈ１に達するタイミングにおける電流値Ｉ１、しきい電圧Ｖｔｈ２に達するタイミングにおける電流値をＩ２とすると、
Ｖｔｈ１＝Ｉ１・Ｒ＋Ｖｏｃｖ
Ｖｔｈ２＝Ｉ２・Ｒ＋Ｖｏｃｖ
であるから、
Ｖｏｃｖ＝（Ｉ２・Ｖｔｈ２−Ｉ１・Ｖｔｈ１）／（Ｉ２−Ｉ１） ・・・（１）
によりＶｏｃｖを算出することができる。

Ｖｏｃｖを算出した後、予め求められたＶｏｃｖとＳＯＣとの関係を規定するマップを用いて、算出されたＶｏｃｖに対応するＳＯＣを算出する（Ｓ１０４）。各ブロックのＳＯＣは、同様の処理により算出される。

図２の処理は、判定部１６０を構成する、あるいは判定部１６０と比較器１４０−１〜１４０−ｎを含んで構成するマイクロコンピュータがＲＯＭに記憶されたＳＯＣ算出プログラムを順次実行することで実現できる。Ｓ１０２で取得した各ブロック毎の電流値はマイクロコンピュータのワークメモリに順次格納される。Ｓ１０３ではマイクロコンピュータのプロセッサがメモリに格納した各ブロック毎の複数の電流値を読み出して所定の統計処理、例えば平均値算出処理を行い代表電流値を算出する。算出された代表電流値は再びワークメモリに格納される。そして、（１）式を用いて開放端電圧Ｖｏｃｖを算出する。Ｓ１０４ではマイクロコンピュータのプロセッサがワークメモリに格納されたＶｏｃｖを読み出し、予めメモリに格納されたマップを参照してＶｏｃｖに対応するＳＯＣを検索する。

図３に、組電池１００を構成する任意のブロックＢｉについての電流サンプリングタイミングを示す。図３（ａ）は電圧センサ１２０−ｉで検出されるブロック電圧の時間変化である。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は電圧値（Ｖ）である。充放電を繰り返すことでブロック電圧も約６Ｖ〜約１０Ｖにわたって変化する。同図に、設定されたしきい電圧Ｖｔｈも併せて示す。しきい電圧は既述したようにしきい電圧Ｖｔｈ１、しきい電圧Ｖｔｈ２の２つ設定されるが、説明の便宜上１つのしきい電圧Ｖｔｈを示し、図ではしきい電圧Ｖｔｈは約７Ｖに設定される。図中、黒丸で示すタイミングでブロック電圧としきい電圧Ｖｔｈとが一致する。

図３（ｂ）は比較器１４０−ｉでブロック電圧としきい電圧Ｖｔｈとを比較した結果の信号波形である。比較器１４０−１〜１４０−ｎは、ブロック電圧としきい電圧とを比較し、ブロック電圧≧しきい電圧ＶｔｈであればＨｉレベル、ブロック電圧＜しきい電圧であればＬｏｗレベルの電圧信号を出力するとすると、同図のような矩形信号が出力される。矩形信号の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングがブロック電圧としきい電圧Ｖｔｈが等しいタイミングであることを示す。したがって、判定部１６０は、図３（ｂ）に示すような矩形信号が入力された場合、その立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングに同期したタイミングで電流ＩＢをサンプリングすることで、ブロック電圧がしきい電圧Ｖｔｈに達したタイミングにおける電流を取得することができる。

図３（ｃ）は電流センサ１８０で検出される電流の時間変化である。充放電を繰り返すことで電流もプラス側及びマイナス側に変化する（プラス側を充電とするとマイナス側は放電を示す）。判定部１６０は、比較器１４０−ｉからの矩形信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで電流ＩＢをサンプリングし、Ｉ１〜Ｉ８を取得する。取得した電流値はメモリに順次記憶され、これらの電流値Ｉ１〜Ｉ８の代表値が算出される。

図４に、横軸にブロック電流、縦軸にブロック電圧をプロットした電流−電圧特性を示す。ブロック電圧がしきい電圧Ｖｔｈ１及びＶｔｈ２に達するタイミングにおける電流群をそれぞれＩＢｍ、ＩＢｎで示す。

図５に、図４における電流群ＩＢｍの代表電流Ｉ１、電流群ＩＢｎの代表電流Ｉ２としてプロットした図を示す。（Ｉ１，Ｖｔｈ１）、（Ｉ２，Ｖｔｈ２）を結ぶ直線はＶＢ＝ＩＢ・Ｒ＋Ｖｏｃｖを表し、この直線の切片がＶｏｃｖに相当する。

図６に、ＳＯＣとＶｏｃｖの関係を規定するマップの一例を示す。ＳＯＣとＶｏｃｖの関係は温度依存性があり、電池温度が２５℃におけるマップである。このマップを温度毎に用意し、Ｖｏｃｖに対応するＳＯＣを算出することができる。

以下、従来方法によるＳＯＣ算出結果と、本実施形態におけるＳＯＣ算出結果とを比較して示す。図７及び図８に、それぞれＳＯＣ算出に用いた電池の電流プロファイルと電圧プロファイルを示す。図８において、電圧プロファイルとともにしきい電圧Ｖｔｈ１（７．５Ｖ）、しきい電圧Ｖｔｈ２（８．５Ｖ）も併せて示す。このような電流及び電圧プロファイルを想定し、電圧がしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２に達するタイミングにおける電流をサンプリングしてプロットした結果を図９に示す。本実施形態では、電圧がＶｔｈ１に達するタイミングにおける電流群の代表値Ｉ１を算出し、また、電圧がＶｔｈ２に達するタイミングにおける電流群の代表値Ｉ２を算出し、（１）式に従ってＶｏｃｖを算出する。ＶｏｃｖはＶｏｃｖ＝８．０８２５（Ｖ）と算出される。

一方、図１０に、従来方法によるプロット結果を示す。（電流、電圧）の組をプロットしたものであり、これらの組から最小二乗法によりＶｏｃｖを算出する。ＶｏｃｖはＶｏｃｖ＝８．０８７Ｖと算出される。両方法によるＶｏｃｖの差は０．００４５Ｖであり、これはＳＯＣに換算すると僅か０．３％の相違である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず種々の変形例が可能である。例えば、本実施形態ではしきい電圧としてＶｔｈ１、Ｖｔｈ２の２つのしきい値を用いたが、３個あるいはそれ以上のしきい電圧を用いることができる。図１１に、３つのしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２、Ｖｔｈ３を用いた場合の例を示す。各しきい電圧に達するタイミングにおける電流群ＩＢｍ、ＩＢｎ、ＩＢｋを検出し、各電流群の代表値を算出し、これら３つの代表値を用いてＶｏｃｖを算出する。

また、本実施形態では、しきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を調整することで、放電側の電流群ＩＢｍ、及び充電側の電流群ＩＢｎを検出しているが（図４参照）、これに限定されるものではなく、図１２に示すように、充電側のみの電流群から代表値Ｉ１、Ｉ２を算出してもよい。もちろん、放電側のみの電流群から代表値Ｉ１、Ｉ２を算出してもよい。

また、本実施形態において、ブロック電圧がしきい電圧Ｖｔｈに等しくなるタイミングにおける電流値を取得しているが、しきい電圧Ｖｔｈに達した時点における電流値は、もちろん厳密な意味での同時性を要求するものではなく、ある許容値の範囲内における同時性を意味することは言うまでもない。ＳＯＣを算出するために必要とされる同時性は、１００ｍｓｅｃ以内の同時性で十分であろう。もちろん、ＳＯＣを算出する際に要求される精度に応じて同時性の許容範囲も定まることになろう。蓄電池がハイブリッド車両に搭載される場合、ハイブリッドモータの駆動キャリア周波数はＫＨｚオーダであり、ナイキスト定理によれば理論的には同時性は１ｍｓｅｃ以下が望まれるが、経験的にはこれほどの同時性は必要ではなく上記のように１００ｍｓｅｃ程度でよい。

さらに、本実施形態では、しきい電圧Ｖｔｈに達するタイミングにおける電流群の代表値を算出しているが、代表値を算出する際に、精度の低い電流値サンプルを除去して代表値を算出することで同時性の精度を高めることも可能である。具体的には、電流値群の分布を用いて各電流値サンプルを採用するか否かを判別する。すなわち、
（ａ）電流値群の分布に対して電流値の偏差が所定値以上大きい電流値サンプルを代表値算出のサンプルから除去する
（ｂ）電流値分布自体の偏差が大きい場合にその代表値自体を算出しない
等である。（ｂ）の条件は、電流値分布自体の偏差が所定値以下の場合にのみその代表値を算出すると言い換えることもできる。上記の（ａ）または（ｂ）の少なくともいずれかを用いて電流値サンプルを除去することで、代表値の精度を向上させることができ、これによりＳＯＣ算出精度を向上させることができる。（ｂ）の条件の場合、２つのしきい電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２を用いる場合であって、ＩＢｍあるいはＩＢｎのいずれかの分布が大きいときには代表電流値が１つとなってしまうので、（ｂ）の条件を用いるのは３つ以上のしきい電圧を用いるのが望ましい。

なお、ブロック電圧がしきい電圧Ｖｔｈに達するタイミングにおける電流は、具体的には図１における比較器１４０−１等からの出力を判定部１６０に供給し、判定部１６０では比較器出力及び電流センサ１８０からの電流値をともにレジスタに取り込み、比較器出力が変化する時点においてレジスタに記憶されている電流値をメモリに転送して順次記憶すればよい。比較器出力は例えば８ビットとして前回値と今回値が一致するか否かを判定し、前回値と今回値が一致しない場合に比較器出力が変化した、つまりブロック電圧がしきい値電圧Ｖｔｈに達したものと判定する。比較器出力が変化したタイミングにおける電流値とは、厳密には、比較器出力が変化する直前の電流値、比較器出力が変化する直後のタイミングのいずれでもよく、あるいは、比較器出力が変化する直前のタイミングにおける電流値と比較器出力が変化する直後のタイミングにおける電流値の平均値でもよい。いずれの場合でも、上記のように許容値の範囲内における同時性が確保されていればよい。

さらに、上記の実施形態では２つあるいはそれ以上のしきい電圧に達するタイミングにおける電流をサンプリングしているが、単一のしきい電圧Ｖｔｈを用い、しきい電圧Ｖｔｈに達するタイミングにおける電流のみに基づいてＳＯＣを算出することも可能である。蓄電装置がリチウムイオン電池等であり、携帯電話等のデジタル電子機器用の電源として搭載される場合、蓄電装置の負荷はパルス的あるいは規則的に変化するため、負荷駆動時には端子電圧もパルス的あるいは規則的に変動する。したがって、適当なしきい値Ｖｔｈを設定することで、端子電圧がしきい値Ｖｔｈに等しくなるタイミングにおける電流値をサンプリングすることができる。既述したように、端子電圧がしきい電圧に等しくなるタイミングにおける電流値からＶｏｃｖが算出され、ＶｏｃｖとＳＯＣとの間には一定の関係にあるから、結局、端子電圧がしきい電圧に達するタイミングにおける電流値とＳＯＣとは対応関係にある。したがって、予め実験あるいはシミュレーションにより端子電圧がしきい電圧に達するタイミングにおける電流値とＳＯＣとの対応関係を測定してマップとしてメモリに記憶しておき、このマップを参照することで検出された電流値に対応するＳＯＣを算出することができる。単一のしきい電圧を用いる場合、端子電圧がしきい電圧に等しくなるタイミングにおける電流値の精度が問題となるが、負荷がパルス的あるいは規則的に変化する場合、電流値のサンプリングタイミングもある程度規則的となる。したがって、例えば単位時間当たりの電流サンプリング数が所定値以上となる場合のみを対象とし、これらの平均値を代表電流値として算出することで、ノイズを効果的に除去することができる。なお、単位時間当たりの電流サンプリング数が多すぎてもノイズが混入している可能性があるから、単位時間当たりの電流サンプリング数が一定の範囲内に収まる場合のみを対象として平均値を算出することも好適であろう。単位時間当たりにサンプリングされた電流値のバラツキが小さいデータのみを用いてもよい。

図１４に、蓄電装置としての電池（例えばリチウムイオン電池）を携帯電話等のデジタル電子機器に搭載した場合の、端子電圧の時間変化を示す。パルス的に負荷を駆動するためにパルス的に放電電流が流れ、端子電圧もパルス的に変動する。図中、黒く着色されている部分は、パルス的に端子電圧が変動していることを示す。しきい電圧Ｖｔｈとして例えば図に示すようにＶｔｈ＝３．０Ｖに設定し、端子電圧がしきい電圧Ｖｔｈに等しくなるタイミングにおける電流を検出する。基本的な構成は図１に示される構成と同様であり、電圧センサで電池の端子電圧を検出し、比較器で検出電圧としきい電圧Ｖｔｈとを比較し、両者が一致するタイミングで比較器はサンプリング信号を判定部１６０に出力すればよい。判定部１６０は、サンプリング信号のタイミングで電池電流をサンプリングし、電流値を順次取得する。そして、単位時間当たりのサンプリング数が一定の範囲内となるデータのみを対象としてその平均値を算出し、代表電流値Ｉｎとする。

図１５に、予め実験あるいはシミュレーション等で求められ、判定部１６０のメモリに格納されたＳＯＣと電流値との対応関係を規定するマップを示す。縦軸は端子電圧がしきい電圧に等しくなる放電電流値の代表値である。ＳＯＣが高い場合、小さな放電電流値では端子電圧がしきい電圧に等しくなることはなく、大電流放電の場合のみしきい電圧に等しくなって電流値をサンプリングできる。一方、ＳＯＣが低い場合、小さな放電電流値でも端子電圧がしきい電圧に等しくなり、電流値が検出される。したがって、図１５に示すように、ＳＯＣとＩｎの間には正の相関があり、ＳＯＣが低いとＩｎも小さく、ＳＯＣが
高いとＩｎも大きくなる。このマップを用いることで、検出されたＩｎから電池のＳＯＣを算出することができる。

実施形態の充電状態検出装置の全体構成図である。 実施形態の処理フローチャートである。 電流サンプリングタイミングを示すタイミングチャートである。 サンプリングされた電流群を示す説明図である。 Ｖｏｃｖを示すグラフ図である。 ＶｏｃｖとＳＯＣとの対応関係を示すグラフ図である。 電流プロファイルを示すグラフ図である。 電圧プロファイルを示すグラフ図である。 しきい電圧に達するタイミングにおける電流群を示す説明図である。 従来方法による計測電流、計測電圧のプロット説明図である。 他の実施形態のサンプリングされた電流群を示す説明図である。 さらに他の実施形態のＶｏｃｖを示すグラフ図である。 従来装置の構成図である。 さらに他の実施形態における端子電圧の時間変化を示すグラフ図である。 ＳＯＣとＩｎとの対応関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１００ 組電池、１２０−１〜１２０−ｎ 電圧センサ、１４０−１〜１４０−ｎ 比較器、１６０ 判定部。

Claims (9)

1. 蓄電装置の充電状態を検出する装置であって、
   前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧に等しくなるタイミングにおける第１電流値及び第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける第２電流値を計測する計測手段と、
   計測した第１電流値及び第２電流値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を検出する検出手段と、
   を有することを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記検出手段は、
   計測した複数の前記第１電流値から所定の統計処理により第１代表電流値を算出するとともに、計測した複数の前記第２電流値から所定の統計処理により第２代表電流値を算出する手段と、
   算出された第１代表電流値、第２代表電流値、前記第１所定電圧、及び前記第２所定電圧に基づいて前記蓄電装置の開放端電圧を算出する手段と、
   予め開放端電圧と充電状態との対応関係を記憶する手段と、
   算出された前記開放端電圧と前記対応関係とに基づいて、算出された前記開放端電圧に対応する充電状態を算出する手段と、
   を有することを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。
3. 蓄電装置の充電状態を検出する方法であって、
   前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧に等しくなるタイミングにおける第１電流値及び第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける第２電流値を計測するステップと、
   計測した第１電流値及び第２電流値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を検出するステップと、
   を有することを特徴とする蓄電装置の充電状態検出方法。
4. 蓄電装置の充電状態を検出するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、
   前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧に等しくなるタイミングにおける第１電流値を計測させ、
   前記蓄電装置の電圧が第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける第２電流値を計測させ、
   計測した第１電流値及び第２電流値を順次メモリに記憶させ、
   前記メモリに記憶された複数の第１電流値及び所定の統計処理により第１代表電流値を演算装置に演算させるとともに複数の第２電流値から所定の統計処理により第２代表電流値を前記演算装置に演算させ、
   演算して得られた第１代表電流値及び第２代表電流値に基づき開放端電圧を前記演算装置に演算させ、
   予め開放端電圧と充電状態との対応関係を記憶する記憶装置にアクセスして、演算して得られた開放端電圧に対応する充電状態を検索させる
   ことを特徴とするコンピュータプログラム。
5. 請求項１記載の装置において、
   前記計測手段は、前記蓄電装置の電圧が前記第１所定電圧及び前記第２所定電圧に等しくなるタイミングにおける電流値として、１００ｍｓｅｃ以内の時間ずれを有する電流値を計測する
   ことを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。
6. 請求項２記載の装置において、
   前記第１代表電流値及び前記第２代表電流値を算出する手段は、計測した複数の第１電流値及び複数の第２電流値のうち、それぞれ一定の範囲内にある電流値のみを抽出して前記所定の統計処理により前記第１代表電流値及び第２代表電流値を算出する
   ことを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。
7. 蓄電装置の充電状態を検出する装置であって、
   前記蓄電装置の電圧が第１所定電圧、第２所定電圧及び第３所定電圧にそれぞれ等しくなるタイミングにおける第１電流値、第２電流値及び第３電流値を計測する計測手段と、
   計測した第１電流値、第２電流値、及び第３電流値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を検出する検出手段と、
   を有し、
   前記検出手段は、
   計測した複数の前記第１電流値から所定の統計処理により第１代表電流値を算出し、計測した複数の前記第２電流値から所定の統計処理により第２代表電流値を算出し、かつ、計測した複数の前記第３電流値から所定の統計処理により第３代表電流値を算出する手段と、
   算出された第１代表電流値、第２代表電流値、第３代表電流値、前記第１所定電圧、前記第２所定電圧、及び第３所定電圧に基づいて前記蓄電装置の開放端電圧を算出する手段と、
   予め開放端電圧と充電状態との対応関係を記憶する手段と、
   算出された前記開放端電圧と前記対応関係とに基づいて、算出された前記開放端電圧に対応する充電状態を算出する手段と、
   を有し、
   前記第１代表電流値、前記第２代表電流値及び前記第３代表電流値を算出する手段は、計測した複数の第１電流値、複数の第２電流値、及び複数の第３電流値のうち、分布度合いが一定値以下の複数の電流値に対してのみ代表電流値を算出する
   ことを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。
8. 蓄電装置の充電状態を検出する装置であって、
   前記蓄電装置の電圧が所定電圧に等しくなるタイミングにおける電流値を計測する計測手段と、
   計測した電流値に基づいて前記蓄電状態の充電状態を検出する検出手段と、
   を有することを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。
9. 請求項８記載の装置において、
   前記検出手段は、
   計測した複数の電流値から所定の統計処理により代表電流値を算出する手段と、
   予め代表電流値と充電状態との対応関係を記憶する手段と、
   前記対応関係を用いて、算出された代表電流値に対応する充電状態を算出する手段と、
   を有することを特徴とする蓄電装置の充電状態検出装置。

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