JP5389136B2 - 充電率推定装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等に用いるバッテリの充電率を推定するバッテリの充電率推定装置およびその方法に関する。

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電気モータへ電力を供給したり、制動時のエネルギを発電機として機能させる電気モータから、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。

この場合、長期にわたってバッテリを最適な状態に保つためには、バッテリの状態、とりわけ充電率（SOC: State of Charge）を常にモニタして、バッテリ・マネージメントを行う必要がある。
従来の充電率検出方法としては、バッテリの電圧や電流などの出入りを時系列データですべて記録し、これらのデータを用いて電流を時間積分して現時点での電荷量を求め、バッテリに充電された電荷の初期値と満充電容量を用いて充電率を求める電流積算法（クーロン・カウント法あるいは逐次状態記録法ともいう）や、バッテリの入力電流値と端子電圧値を入力し、バッテリ等価回路モデルを用いてモデルの状態量である開放電圧値を逐次推定し、この開放電圧値から充電率を推定する開放電圧推定法が知られている。

上記各方法には一長一短があり、前者の電流積算法は、短時間での充電率の推定にあっては、開放電圧値を用いて充電率を推測する後者の開放電圧推定法より精度が高いものの、常時観測が必要である上、時間が経つにつれ誤差が集積されて精度が悪くなっていく。これに対し、後者の開放電圧推定法では、常時観測は必要ないものの、充電率の変化に対する開放電圧の変動が小さいため、短時間における充電量の変動量を推定するには、前者の電流積算法に劣っている。
そこで、これらの方法で得られた充電率の推定誤差を小さくするように上記電流積算法で得られた充電率（SOC_Ｃ）と上記開放電圧推定法で得られた充電率（SOC_ｖ）との両方の充電率を用いて、充電率の推定精度を向上させようとする装置・方法が従来から知られている。

このような従来のバッテリの充電率推定装置の一つとしては、バッテリの電流、電圧および温度を測定して電流データ、電圧データおよび温度データを得るバッテリ情報獲得部と、電流データを積算して充電率（SOC_Ｃ）を算出する電流積算部と、電流データ、電圧データおよびバッテリを、電気回路を通じて簡単に表現した等価回路モデルを用いて起電力（OCV）を算出する起電力算出部と、算出した起電力(OCV)と温度データを用いて充電率（SOC_ｖ）を推定するSOC_ｖ推定部と、一定時間区間でバッテリ電流状態を判断し、SOC_ＣおよびSOC_ｖの少なくとも一つを用いてバッテリの充電率（SOC）を設定するSOC設定部と、を備えたバッテリ管理システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
ここで、上記SOC設定部では、一定時間区間を２０秒から６０秒とし、上記時間区間でバッテリ電流状態が低電流状態であると、充電率（SOC_ｖ）をバッテリの充電率（SOC）に設定し、その他の場合には充電率（SOC_Ｃ）をバッテリの充電率（SOC）に設定するようにしている。

特表２０１１−５１５６５１号公報

しかしながら、上記従来のバッテリ管理システムでは、起電力（OCV：開放電圧）推定において、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）に起因して推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれてしまうことがあるといった問題が生じる。
また、バッテリ電流状態が低電流状態にならない状態が長時間続くと、電流積算法による充電率（SOC_i）が長時間継続され、この結果、積算誤差が累積されていき、推定値と正しい値との誤差が大きくなってしまうといった問題も生じる。

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、バッテリの充電率(SOC)の推定誤差を少なく抑えることができるようにした充電率推定装置およびその方法を提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の第１発明によるバッテリの充電率推定装置は、
バッテリの充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
バッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
充放電電流検出手段で検出した充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出する電流積算法充電率算出手段と、
充放電電流検出手段で検出した充放電電流および端子電圧検出手段で検出した端子電圧とからバッテリの開放電圧を推定し、この開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出する開放電圧推定法充電率算出手段と、
電流積算法充電率算出手段で求めた電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求め、この電流積算法充電率変化量から上限制限値および下限制限値を計算する変化量制限値計算手段と、
開放電圧推定法充電率算出手段で求めた開放電圧推定法充電率を用いて充電率変化量を求め、この充電率変化量が上限制限値と下限制限値との範囲内に入るように充電率変化量を制限して開放電圧推定法充電率を変化させることでバッテリの充電率を算出する変化量制限処理手段と、
を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置は、
変化量制限値計算手段が、電流積算法充電率変化量にそれぞれ所定値を加算、減算して上限制限値および下限制限値を設定する、
ことを特徴とする

また、請求項３に記載のバッテリの充電率推定装置は、
変化量制限値計算手段が、電流積算法充電率変化量にそれぞれ所定値、所定値の逆数を乗算して上限制限値および下限制限値を設定する、
ことを特徴とする。

また、請求項４に記載の第２発明によるバッテリの充電率推定方法は、
充放電電流検出手段で検出したバッテリの充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出し、
充放電電流および端子電圧検出手段で検出した端子電圧とからバッテリの開放電圧を推定して、この開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出し、
電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求め、この電流積算法充電率変化量から上限制限値および下限制限値を計算し、
開放電圧推定法充電率を用いて充電率変化量を求め、この充電率変化量が上限制限値と下限制限値との範囲内に入るように充電率変化量を制限して開放電圧推定法充電率を変化させることでバッテリの充電率を算出する、
ことを特徴とする。

請求項１に記載の第１発明によるバッテリの充電率推定装置にあっては、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）により、推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。これにより、バッテリの充電率の推定誤差を少なく抑えることができる。

請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置にあっては、変化量制限値計算手段が、電流積算法充電率算出手段で得た電流積算法充電率変化量を用い、これに所定値を加算して上限制限値を得、また電流積算法充電率変化量から所定値Aを減算して下限制限値を得るようにしたので、簡単な構成で容易に上限制限値と下限制限値とを得ることができる。

請求項３に記載のバッテリの充電率推定装置にあっては、変化量制限値計算手段が、電流積算法充電率算出手段で得た電流積算法充電率変化量を用い、これに所定値を乗算して上限制限値を得、また電流積算法充電率変化量に所定値の逆数を乗算して下限制限値を得るようにしたので、簡単な構成で容易に上限制限値と下限制限値とを得ることができる。

請求項４に記載の第２発明によるバッテリの充電率推定方法にあっては、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）により、推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。これにより、バッテリの充電率の推定誤差を少なく抑えることができる。

本発明の実施例１に係る充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示した実施例１の充電率推定装置の開放推定部で用いるバッテリ・モデル回路を示す図である。 実施例１の充電率推定装置において、充電率推定のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例２に係る充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３に係る充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４に係る充電率推定装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３、４に係る充電率推定装置の変形例を示す図である。

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。

まず、本発明の実施例１に係る充電率推定装置の全体構成を説明する。
この実施例１の充電率推定装置は、電気自動車に積載された電気モータ等へ電力を供給するバッテリの充電率（SOC: State of Charge）を推定するものである。
図１に示すように、バッテリＢＴに接続された充電率推定装置は、充放電電流検出部１と、端子電圧検出部２と、電流積算法充電率推定部３と、開放電圧推定法充電率推定部４と、変化量制限値計算部５と、変化量制限処理部６と、を有する。

バッテリＢＴは、リチャージャブル・バッテリであり、本実施例にあっては、たとえばリチウム・イオン・バッテリを用いるが、これに限られることはなく、ニッケル・水素バッテリ等、他の種類のバッテリを用いてもよいことは言うまでもない。

充放電電流検出部１は、バッテリＢＴから図示しない電気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、あるいは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、たとえば、シャント抵抗等を使ってバッテリＢＴに流れる充放電電流値ｉを検出する。検出した充放電電流値ｉは、電流積算法充電率推定部３と開放電圧推定法充電率推定部４との双方へ入力される。
なお、電流検出部１は、上記構成に限られず種々の構造・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。

端子電圧検出部２は、バッテリＢＴの端子間の電圧を検出するものであり、ここで検出した端子電圧値ｖは開放電圧推定法充電率推定部４へ入力される。
なお、端子電圧検出部２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。

電流積算法充電率推定部３は、積分器３１と、開放電圧−充電率算出部３２と、満充電容量算出部３３と、容量比演算部３４と、を有している。なお、電流積算法充電率算出部３は、本発明の電流積算法充電率算出手段に相当する。

積分器３１には、充放電電流検出部１で検出された充放電電流値ｉが入力されて、この充放電電流値ｉを時間積算して電流積算値（充放電された電荷容量に等しい）を算出することにより、バッテリＢＴに充放電された電荷量を求める。なお、この積分にあたって、積分器３１が、初期容量値として、後述の開放電圧値−充電率関係データ算出部３２で求めた値（初期充電率SOC_O）にバッテリＢＴの満充電電荷量FCCを掛けることで初期充電容量ｕ_０を算出する。次いで、積分器３１が、この初期充電容量ｕ_０に上記電流積算値を加算していくことで、バッテリＢＴに蓄えられた電荷量（残存容量）ｕ_１を算出し、この残存容量ｕ_１を容量比演算部３４へ出力する。

開放電圧値−充電率算出部３２は、あらかじめ実験で得た開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係データをルックアップ・テーブルとして記憶しており、端子電圧検出部２で充放電開始直前に検出された電圧値ｖに略等しい開放電圧値OCVが入力され、この開放電圧値OCVに相当する充電率SOCをルックアップ・テーブルから算出し、これを初期充電率SOC_Oとして積分器３１へ入力する。

一方、満充電容量算出部３３は、満充電容量FCCの初期値である設計容量DCが記憶されており、バッテリＢＴの健全度ＳＯＨ(State of Health)が入力されて設計容量DCと掛け合わされて、そのときのバッテリＢＴの満充電容量ｕ_２が得られる。この満充電容量ｕ_２は、容量比演算器３４へ出力される。なお、健全度ＳＯＨの時間的変化は穏やかであるので、車両電源の前回ＯＦＦ時に記憶した値、あるいは今回車両電源をＯＮした際に算出した値のいずれを用いてもよい。

容量比演算器３４は、積分器３４から入力された電流積算値（＝残存容量）ｕ_１を、満充電容量算出部３３から入力された満充電容量ｕ_２で除算することで電流積算法充電率SOC_Cを得、この電流積算法充電率SOC_Cを変化量制限値計算部５へ出力する。

一方、開放電圧推定法充電率推定部４は、減算器４１と、過電圧算出部４２と、開放推定部４３と、開放電圧値−充電率算出部４４とを有する。なお、開放電圧推定法充電率推定部４は、本発明の開放電圧推定法充電率算出手段に相当する。

減算器４１には、端子電圧部２で検出した端子電圧ｖと過電圧算出部４２で算出した過電圧ｖ₁とが入力され、端子電圧ｖから過電圧ｖ₁を減算して得た開放電圧OCV（OCV＝ｖ−ｖ₁）を開放電圧値−充電率算出部４４に出力する。

過電圧算出部４２には、充放電検出部１で検出した充放電電流ｉと後述の開放推定部４３で推定した抵抗値Ｒが入力され、充放電電流ｉと抵抗値Ｒとが掛け合わされて過電圧ｖ_１（＝ｉ×Ｒ）が得られる。この過電圧ｖ_１は、減算器４１へ出力される。

開放推定部４３では、図２に示すバッテリ等価回路モデルに基づき、バッテリＢＴの抵抗Ｒを、カルマン・フィルタなどの適応フィルタを用いて推定する。
開放電圧推定法充電率推定部４でカルマン・フィルタを用いる場合には、図２のバッテリ等価回路モデルに、実際のバッテリＢＴと同じ入力（充放電電流i、バッテリ温度など）を入力してこれらの出力（端子電圧ｖ）を比較し、両者に差があればこの差にカルマン・ゲインを掛けてフィードバックし、誤差が最小となるようにバッテリ等価回路モデルを修正していく。これを逐次繰り返して、真の内部状態量である開放電圧値などを推定する。なお、この詳細については、本出願人による特願２０１１−００７８７４号に説明してある。

バッテリ等価回路モデルは、本実施例では同図に示すように、フォスタ型ＲＣ梯子回路（ただし１次の並列回路のみ）を用いる。すなわち、この回路は、バッテリＢＴの電解液抵抗と結線によるオーム抵抗等の直流成分を設定するバルク抵抗（Ｒ_０）に、抵抗（Ｒ_１：ファラデー・インピーダンスでありバッテリＢＴ中の電荷移動過程における動的振る舞いを表す反応抵抗として設定）とコンデンサ（Ｃ_１：非ファラデー・インピーダンスであり電気二重層を表わすものとして設定）の並列回路を接続したものである。また、同図中には、開放電圧を表わすコンデンサＣ_ＯＣＶの開放電圧値をOCV、端子電圧値をｖで、また上記並列回路で発生する過電圧値をｖ_１でそれぞれ表示してある。端子電圧ｖは、上述したように、開放電圧値OCVと過電圧値ｖ_１との合計に等しくなる。抵抗Ｒは、バルク抵抗Ｒ_０とファラデー・インピーダンスＲ_１とを合算した値となる。

開放電圧値−充電率算出部４４は、電流積算法充電率推定部３の開放電圧値−充電率算出部３２と同様に、あらかじめ実験で得た開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係データをルックアップ・テーブルとして記憶しており、減算器４１で得られた開放電圧値OCVが入力されて、この開放電圧値OCVに相当する開放電圧推定法充電率SOC_Ｖを上記ルックアップ・テーブルから算出し、変化量制限処理部６へ出力する。

変化量制限値計算部５は、微分器５１と、所定値設定部５２と、加算器５３と、減算器５４と、を有する。

微分器５１は、容量比演算部３４で得られた電流積算法充電率SOC_Cが入力されて、これをｚ変換により離散化し、微分(差分)することで、電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cを得る。すなわち、この電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cは、電流積算法充電率SOC_Cの変化量（レート）を表すもので、この値は加算器５３と減算器５４に出力される。

所定値設定部５２は、あらかじめ実験やシミュレーションで決定した最適値である所定値Aを設定するものである。この所定値Aは、変化量制限処理部６で開放電圧推定法による充電率変化量の大きさに所定の制限をかけることにより、開放電圧推定法充電率SOC_Vが異常な過渡応答値となったりハンチングを生じたりすることのない範囲内に制限できる値に設定する。ここで設定された所定値Aは、加算器５３および減算器５４に入力される。

加算器５３は、微分器５１で得られた電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cに所定値Aを加算し、この加算値を上限制限値vr₁として変化量制限処理部６へ出力する。
減算器５４は、微分器５１で得られた電流積算法充電率微分値ΔSOC_Cから所定値Aを減算し、この減算値を下限制限値vr₂として変化量制限処理部６へ出力する。

これら上限制限値vr₁と下限制限値vr₂とは、開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vの大きさを制限するのに利用される。なお、このように電流積算法充電率の変化量（微分値ΔSOC_C）を用いて変化量制限処理部６で開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量を制限するのは、短時間の充電率SOC変動量の推定にあっては電流積算法の方が開放電圧推定法より原理的に優れていることによる。

変化量制限処理部６は、変化量制限値計算部５の微分器５１と同様の微分器６１と、変化量制限部６２と、を備えている。微分器６１では、入力された開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量（微分値）ΔSOC_Vを計算し、変化量制限部６２へ出力する。

変化量制限部６２には、微分器６１から開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vが、また開放電圧−充電率算出部４４から開放電圧推定法充電率SOC_Vがそれぞれ入力され、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vが上限制限値vr₁と下限制限値vr₂との範囲内にあるように開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vの大きさを制限した値を用いて、開放電圧推定法充電率SOC_Vを変化させる。

すなわち、図１の変化量制限部６２に示すように、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vが上限制限値vr₁（＝電流積算法充電率微分値ΔSOC_C＋所定値A) より大きい（同図中、右上がりの破線矢印で示した状態）ときは、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vを上限制限値vr₁としてその上限を制限する。
一方、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vが下限制限値vr₂（＝電流積算法充電率微分値ΔSOC_C−所定値A)より小さい（同図中、右下がりの破線矢印で示した状態）ときは、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vを下限制限値vr₂としてその下限を制限する。
また、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vが上限制限値vr₁と下限制限値vr₂との間にあるときは、その値を制限することなく、そのままの値を用いる。

このようにして変化量制限処理部６は、開放電圧推定法充電率SOC_Vを、上限制限値vr₁および下限制限値vr₂の範囲内となるように制限された開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_Vに応じて変化させ、開放電圧推定法制限充電率SOC_ｖｒとして出力する。この開放電圧推定法制限充電率SOC_ｖｒは、バッテリＢＴの充電率SOCであると推定する（SOC_ｖｒ＝SOC）。

次に、以上のように構成した実施例１のバッテリＢＴの充電率推定装置の作用につき説明する。

まず、車両のイグニッション・キーを回してバッテリＢＴからの放電を可能にすると、充放電電流検出部１がバッテリＢＴの充放電電流ｉを検出して電流積算法充電率算出部３の積分器３１および開放電圧推定法充電率算出部４の過電圧算出部４２へとそれぞれ出力する。
また、これと同時に、端子電圧検出部２がバッテリＢＴの端子電圧ｖを検出し、電流積算法充電率算出部３の開放電圧−充電率算出部３２および開放電圧推定法充電率算出部４の減算器４１へとそれぞれ出力する。

電流積算法充電率算出部３では、放電開始当初に端子電圧検出部２で検出した端子電圧ｖがほぼ開放電圧OCVに近いことから、その検出値に基づいて開放電圧−充電率算出部３２で初期充電率SOC_Oを得、この初期充電率SOC_Oに記憶してあった満充電容量FCCを掛けて初期充電容量SOC₀を算出し、これを積分器３１へ出力し、ここで実行する積分の初期値とする。積分器３１では、充放電電流検出部１から入力されてくる充放電電流ｉを時間積分して上記初期値に加算していくことで、バッテリＢＴのそのときどきの残存容量ｕ_１を算出する。

一方、満充電容量算出部３３では、健全度ＳＯＨとあらかじめ記憶しておいた設計容量DCとを掛け合わせて、そのときの満充電容量ｕ₂を算出する。
容量比演算部３４では、積分器３１で得られた残存容量ｕ_１を満充電容量算出部３３で得られた満充電容量ｕ_２で除算することで、電流積算法充電率SOC_Ｃを算出し、この値を変化量制限値計算部５の微分器５１へと出力する。

変化量制限値計算部５では、微分器５１が容量比演算部３４で得られた電流積算法充電率SOC_Ｃをｚ変換して離散化し、微分によりその変化量を求める。この変化量である充電率微分値ΔSOC_Ｃは、加算器５３で所定値設定部５２にて設置された所定値Aが加算されて変化量上限限定値vr₁が設定され、また減算器５４で所定値Aが減算されて変化量下限限定値vr₂が設定される。これらの変化量上限限定値vr₁と変化量下限限定値vr₂とは、変化量制限処理部６へ出力される。

一方、開放電圧推定法充電率算出部４では、過電圧算出部４２が、開放推定部４３にてバッテリ等価回路モデルにより推定したバッテリＢＴの抵抗Ｒと充放電電流検出部１で検出した充放電電流ｉとを掛け合わせて過電圧ｖ_１を算出し、減算器４１へ出力する。

減算器４１では、端子電圧検出部２で検出した端子電圧ｖから過電圧ｖ_１を減算して、バッテリＢＴの開放電圧OCVを得る。この開放電圧OCVは、開放電圧−充電率算出部４４で、記憶した開放電圧OCVと充電率SOCの関係データのルックアップ・テーブルを参照して開放電圧推定法充電率SOC_ｖが算出され、変化量制限処理部６へ出力される。

変化量制限処理部６では、入力された開放電圧推定法充電率SOC_ｖが微分器６１で微分されて、開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_ｖを得る。この開放電圧推定法充電率変化量ΔSOC_ｖは、変化量制限部６２で、変化量制限値計算部５にて設定された上限制限値vr_１と下限制限値vr_２との範囲内に収まるようにその上限と下限の大きさが制限され、過大となることが抑えられる。

すなわち、短時間では相対精度が優れた電流積算法で得た電流積算法充電率SOC_Cの変化量ΔSOC_Cに応じて、開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vが制限されるので、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）により、低電流状態の場合であっても、推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。
また、この場合、上下限定値vr_１、vr_２が電流積算法充電率変化量ΔSOC_Cに応じて変化するので、開放電圧推定法により推定した充電率SOC_Vの絶対値が過大になるのを防止される結果、違和感ない値に収束する。

実施例１の充電率推定装置は、上記のようにして電流積算法充電率算出部３で得た電流積算法充電率SOC_Cと、開放電圧推定法充電率算出部４で得た開放電圧推定法充電率SOC_ｖと、を組み合わせたいわゆるセンサ・フージョン技術をもとに、変化量制限値計算部６で得た上下限定値vr_１、vr_２を用いて開放電圧推定法充電率SOC_ｖの変化量ΔSOC_ｖを変化量制限処理部６で制限することで、開放電圧推定法制限充電率SOC_ｖｒ、すなわちバッテリＢＴの充電率SOCを算出する。

図３に、実施例１のバッテリの充電率推定装置を用いて充電率を推定したシミュレーション結果を示す。
同図において、最上段には、充放電の電流値ｉの感度（ゲイン＝0.9）に誤差を与えた場合の電流値ｉを示し、中段には、上記電流値ｉを与えた際の各充電率、すなわち充電率SOCの真値を実線で、電流積算法充電率SOC_Cを2点鎖線で、開放電圧推定法充電率SOC_Vを１点鎖線で、また開放電圧推定法制限充電率SOC_ｖｒを点線で示し、最下段には、これら各充電率と真値との推定誤差（絶対値）を示す。なお、開始から200秒は、電流積算法にて充電率を算出している。
推定開始から1.2×10^４秒までの時間は開放電圧推定法充電率SOC_Vの推定誤差が、大きくかつ安定しないが、開放電圧推定法制限充電率SOC_ｖｒの推定誤差は小さく安定しており、推定誤差のずれが抑えられていることが分かる。

以上の説明から分かるように、実施例１のバッテリの充電率推定装置は、以下の効果を有する。

すなわち、実施例１のバッテリの充電率推定装置では、バッテリＢＴの充電率SOCの推定にあっては、開放電圧推定法で推定した開放電圧法充電率SOC_VをそのままバッテリＢＴの充電率SOCの推定に用いるのではなく、この開放電圧法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vが、変化量制限値計算部５で設定した上限制限値vr₁と下限制限値vr₂との範囲内に収まるように制限して得た開放電圧法制限充電率SOC_ｖｒを用いるようにした。

この場合、電流積算法充電率SOC_ｃの変化量ΔSOC_Cは、短期間にあっては開放電圧法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vより推定精度が高い。したがって、電流積算法充電率変化量ΔSOC_Cに応じて設定された上限制限値vr₁と下限制限値vr₂とによりこれらの値の範囲を外れる、推定信頼性が低い開放電圧法充電率変化量ΔSOC_Vは、上記上限値あるいは下限値に制限されることで、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）に起因して推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。この結果、実施例１のバッテリの充電率推定装置では、電流積算法充電率SOC_ｃと開放電圧法充電率SOC_Vを用いたセンサ・フージョン技術を用いてバッテリＢＴの充電率SOCの推定精度を向上させながら、この際発生する推定誤差を小さく抑えることができる。

また、変化量制限値計算部５では、上限制限値vr₁と下限制限値vr₂とは、電流積算法充電率算出部3で得た電流積算法充電率変化量ΔSOC_Cを用い、これに所定値設定部５２で設定する所定値Aを加算器５３で加算して上限制限値vr₁を得、また電流積算法充電率変化量ΔSOC_Cから所定値Aを減算器５４で減算して下限制限値vr₂を得るので、簡単な構成で容易に上限制限値vr₁と下限制限値vr₂とを得ることができる。

次に、本発明の実施例２に係るバッテリの充電率推定装置を添付の図面に基づき説明する。
なお、本実施例の説明にあたっては、実施例２の構成のうち、実施例１と実質的の同じものについては実施例１と同じ番号を付してそれらの説明は省略し、相違点につき説明する。

実施例２のバッテリの充電率推定装置にあっては、変化量制限計算部７の構成が実施例１の変化量制限計算部５の構成と異なる。
すなわち、変化量制限計算部７は、微分器７１と、第１乗算器７２と、第２乗算器７３と、を備えている。

微分器７１は、実施例１の微分器５１と同じ構成であり、電流積算法充電率算出部３から入力された電流積算法充電率SOC_Cを離散化して微分し、その変化量ΔSOC_Cを得、この値を第１乗算器７２と第２乗算器７３へ出力する。

第１乗算器７２は、微分器７１から入力された電流積算法充電率SOC_Cに所定値Bを掛けて上限制限値vr₁'を得る。所定値Bとしては、本実施例ではたとえば1.2に設定する。
第２乗算器７３は、微分器７１から入力された電流積算法充電率SOC_Cに所定値1/Bを掛けて下限制限値vr_２'を得る。
第１乗算器７２で設定された上限制限値vr₁'と第２乗算器７３で設定された下限制限値vr_２'は、変化量制限処理部６へそれぞれ出力される。

変化量制限処理部６では、実施例１と同様に、微分器６１で得た開放電圧推定法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vを、図４に示すように、この値が上限制限値vr₁'と下限制限値vr_２'との範囲を超えないように制限する。
その他の構成は、実施例１のものと同様である。

実施例２のバッテリの充電率推定装置の作用も、上限制限値vr₁'と下限制限値vr_２'との設定の仕方が実施例１での加減演算が実施例２では乗算・割り算に代わるだけで、実質的には実施例１の作用と同じとなる。

以上の説明から分かるように、実施例２のバッテリの充電率推定装置にあっては、以下の効果を得ることができる。

すなわち、実施例２のバッテリの充電率推定装置でも、バッテリＢＴの充電率SOCの推定にあっては、開放電圧推定法で推定した開放電圧法充電率SOC_VをそのままバッテリＢＴの充電率SOCの推定に用いるのではなく、この開放電圧法充電率SOC_Vの変化量ΔSOC_Vが、変化量制限値計算部５で設定した上限制限値vr₁'と下限制限値vr₂'との範囲内に収まるように制限して得た開放電圧法制限充電率SOC_ｖｒを用いるようにした。

この結果、低電流状態の場合であっても、推定開始直後や入力信号の状態（周波数成分やノイズなど）に起因して推定充電率が異常な過渡応答したり推定結果がハンチングしたりして真の充電率から大きくずれるのを抑える。この結果、実施例２のバッテリの充電率推定装置でも、電流積算法充電率SOC_ｃと開放電圧法充電率SOC_Vを用いたセンサ・フージョン技術を用いてバッテリＢＴの充電率SOCの推定精度を向上させながら、この際発生する推定誤差を小さく抑えることができる。

また、変化量制限値計算部７では、上限制限値vr₁'と下限制限値vr₂'とは、電流積算法充電率算出部3で得た電流積算法充電率変化量ΔSOC_Cを用い、これに第１乗算器７２で所定値Bを乗算して上限制限値vr₁'を得、また電流積算法充電率変化量ΔSOC_Cに所定値1/Bを乗算して下限制限値vr₂'を得るので、簡単な構成で容易に上限制限値vr₁'と下限制限値vr₂'とを得ることができる。

次に、本発明の実施例３に係るバッテリの充電率推定装置を添付の図面に基づき説明する。
なお、本実施例の説明にあたっては、実施例３の構成のうち、実施例１と実質的の同じものについては実施例１と同じ番号を付してそれらの説明は省略し、相違点につき説明する。

実施例３の充電率推定装置を、図５に示す。本実施例にあっては、実施例１と以下の点が異なる。
すなわち、電流積算法充電率算出部３が電流積算法分散算出部３５を有し、開放電圧推定法充電率推定部４が開放電圧推定法分散算出部４５を有し、さらに誤差補正部８が新たに追加されている点である。

電流積算法分散算出部３５は、あらかじめ得られている充放電電流検出部１の検出精度に関する情報に基づき、再帰的行列演算を行い、電流積算法分散Q_ｉを求め、誤差補正部８へ出力する。
同様に、あらかじめ得ている充放電電流検出部１と端子電圧検出部２の検出精度に関する情報に基づき、開放電圧の分散P_OCVを算出し、この値の基づき開放電圧推定法充電率SOC_ｖの分散（開放電圧推定法分散：P_SOCV＝Q_ｖ）を算出し、これを誤差推定部８へ出力する。

誤差補正部８は、第１減算器８１と、誤差推定部８２と、第２減算器８３と、を備えており、電流積算法充電率SOC_Ｃの誤差ｎ_ｉを算出して、電流積算法充電率算出部３で算出した電流積算法充電率SOC_Ｃから推定誤差ｎ_ｉを除去した補正充電率SOC_ＣＶを得るものである。なお、誤差補正部８は、本発明の充電率補正手段に相当する。

第１減算器８１は、開放電圧推定法充電率推定部４から入力された開放電圧推定法充電率SOC_ｖから電流積算法充電率算出部３１から入力された電流積算法充電率SOC_Ｃを減算し、この減算値ｙを誤差推定部８２へ出力する。

誤差推定部８２は、電流積算法充電率算出部３の電流積算法分散算出部３５から入力された電流積算法分散Q_ｉと、開放電圧推定法推定部４から入力された開放電圧推定法分散Q_ｖと、第１減算器８１から入力された減算値ｙと、に基づき、カルマン・フィルタを用いて電流積算法充電率SOC_Ｃの推定誤差ｎ_ｉを推定し、第２減算器８３へ出力する。

誤差補正部８でのカルマン・フィルタは、誤差モデルで推定した誤差を、第１減算器８１で算出した減算値ｙと比較し、両者に差があればこの差にカルマン・ゲインを掛けてフィードバックし、誤差が最小となるように誤差モデルを修正していく。これを逐次繰り返して、真の充電率推定誤差を推定する。
なお、この詳細については、上記同様、本出願人による特願２０１１−００７８７４号に説明してある。

第２減算器８３では、電流積算法充電率算出部３から得た電流積算法充電率SOC_Ｃから誤差推定部８２で得た誤差ｎ_ｉを減算して補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを得、変化量制限処理部６へ出力する。なお、補正電流積算法充電率SOC_ＣＶは、本発明の補正充電率に相当する。

変化量制限処理部６では、誤差補正部８で開放電圧推定法充電率SOC_ｖを用いて得た補正電流積算法充電率SOC_ＣＶおよび変化量制限値計算部５で得た上限制限値vr₁、下限制限値vr₂から、実施例１の場合と同様な演算で、電流積算法制限充電率SOC_ｃｒすなわちバッテリＢＴの充電率SOCを算出する。
その他の構成は、実施例１と同様である。

実施例３のバッテリＢＴの充電率推定装置にあっては、実施例１と同様の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
すなわち、実施例３のバッテリＢＴの充電率推定装置では、誤差補正部８にて、開放電圧推定法充電率SOC_ｖおよび電流積算法充電率SOC_ｃを用いて補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを求め、変化量制限処理部６に入力するようにしたので、その分、バッテリＢＴの充電率SOCの推定精度を上げることが可能となる。

次に、本発明の実施例４に係るバッテリの充電率推定装置を添付の図面に基づき説明する。
なお、本実施例の説明にあたっては、実施例４の構成のうち、実施例２と実質的の同じものについては実施例２と同じ番号を付してそれらの説明は省略し、相違点につき説明する。

実施例４の充電率推定装置を、図６に示す。本実施例にあっては、実施例２と以下の点が異なる。
すなわち、実施例４の充電率推定装置にあっては、実施例３の誤差補正部８およびこれに関係する電流積算法分散算出部３５および開放電圧指定法分散算出部４５を実施例２に追加したものである。
したがって、本実施例にあっても、実施例１と同様の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
実施例４のバッテリＢＴの充電率推定装置では、誤差補正部８にて、開放電圧推定法充電率SOC_ｖおよび電流積算法充電率SOC_ｃを用いて補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを求め、変化量制限処理部６に入力するようにしたので、その分、バッテリＢＴの充電率SOCの推定精度を上げることが可能となる。

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。

たとえば、電流積算法充電率算出部３での初期値の求め方や、開放電圧推定法充電率算出部４での開放電圧の求め方は、上記実施例と異なるようにしてもよい。

また、変化量制限値計算部５、７で用いる所定値A、Bは、それぞれ加算器５３には所定値A1、減算器５４には所定値A2（A2≠A1）を、また第１乗算器７２には所定値B1、第２乗算器７３には所定値1/B2（B2≠B1）を、用いるようにしてもよい。なお、所定値を1/B、その逆数をBと設定することができることはいうまでもない。

また、実施例３および実施例４では、誤差補正部８で電流積算法充電率SOC_ｃおよび開放電圧推定法充電率を用いて誤差を推定して補正電流積算法充電率SOC_ＣＶを求め、変化量制限処理部６で利用するようにしたが、誤差補正部８の代わりに図７に示す誤差補正部９を用い補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖを求め、この値を変化量制限処理部６に入力するようにしてもよい。

すなわち、誤差補正部９は、第１減算器９１と、誤差推定部９２と、第２減算器９３と、を備えており、開放電圧推定法充電率SOC_Ｖの誤差ｎ_Ｖを算出して、開放電圧推定法充電率算出部４で算出した開放電圧推定法充電率SOC_Ｖから推定誤差ｎ_Ｖを除去した補正充電率SOC_ｖｖを得るものである。なお、誤差補正部９は、本発明の充電率補正手段に相当する。

第１減算器９１は、電流積算法充電率算出部３１から入力された電流積算法充電率SOC_Ｃから開放電圧推定法充電率推定部４から入力された開放電圧推定法充電率SOC_ｖを減算し、この減算値ｙを誤差推定部９２へ出力する。

誤差推定部９２は、電流積算法充電率算出部３の電流積算法分散算出部３５から入力された電流積算法分散Q_ｉと、開放電圧推定法推定部４から入力された開放電圧推定法分散Q_ｖと、第１減算器９１から入力された減算値ｙと、に基づき、カルマン・フィルタを用いて開放電圧推定法充電率SOC_ｖの推定誤差ｎ_ｖを推定し、第２減算器９３へ出力する。

第２減算器９３では、海保電圧推定法充電率算出部４から得た開放電圧推定法充電率SOC_ｖから誤差推定部９２で得た誤差ｎ_ｖを減算して補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖを得、変化量制限処理部６へ出力する。変化量制限処理部６では、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖを用いて開放電圧法制限充電率SOC_ｖｒを算出し、この値をバッテリＢＴの充電率SOCとする。なお、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖは、本発明の補正充電率に相当する。

このように、誤差補正部では、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖあるいは補正電流積算法充電率SOC_ＣＶのいずれを求めるようにしてもよい。この理由は、誤差補正部８、９では、開放電圧推定法充電率SOC_ｖおよび電流積算法充電率SOC_Ｃの両方を用いて得た推定誤差を除去するようにしているので、補正開放電圧推定法充電率SOC_ｖｖ、補正電流積算法充電率SOC_ＣＶのいずれの値も実質的に同じであるとみなせるからである。

ＢＴ バッテリ
１ 充放電検出部（充放電検出手段）
２ 端子電圧検出部（端子電圧検出手段）
３ 電流積算法充電率算出部（電流積算法充電率算出手段）
３１ 積分器
３２ 開放電圧−充電率算出部
３３ 満充電容量算出部
３４ 容量比演算部
３５ 電流積算法分散算出部
４ 開放電圧推定法充電率算出部（開放電圧推定法充電率算出手段）
４１ 減算器
４２ 過電圧算出部
４３ 開放推定部
４４ 開放電圧−充電率算出部
４５ 開放電圧推定法分散算出部
５ 変化量制限値計算部（変化量制限値計算手段）
５１ 微分器
５２ 所定値設定部
５３ 加算器
５４ 減算器
６ 変化量制限処理部（変化量制限処理手段）
６１ 微分器
６２ 変化量制限部
７ 変化量制限値計算部（変化量制限値計算手段）
71 微分器
７２ 第１乗算器
７３ 第２乗算器
８ 誤差補正部
８１ 第１減算部
８２ 誤差推定部
８３ 第２減算部
９ 誤差補正部
９１ 第１減算部
９２ 誤差推定部
９３ 第２減算部

Claims (4)

1. バッテリの充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
   前記バッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
   前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出する電流積算法充電率算出手段と、
   前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流および前記端子電圧検出手段で検出した端子電圧とから前記バッテリの開放電圧を推定し、該開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出する開放電圧推定法充電率算出手段と、
   前記電流積算法充電率算出手段で求めた電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求め、該電流積算法充電率変化量から上限制限値および下限制限値を計算する変化量制限値計算手段と、
   前記開放電圧推定法充電率算出手段で求めた開放電圧推定法充電率を用いて充電率変化量を求め、該充電率変化量が前記上限制限値と前記下限制限値との範囲内に入るように前記充電率変化量を制限して開放電圧推定法充電率を変化させることで前記バッテリの充電率を算出する変化量制限処理手段と、
   を備えたことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
2. 請求項１に記載のバッテリの充電率推定装置において、
   前記変化量制限値計算手段は、前記電流積算法充電率変化量にそれぞれ所定値を加算、減算して前記上限制限値および下限制限値を設定する、
   ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
3. 請求項１に記載のバッテリの充電率推定装置において、
   前記変化量制限値計算手段は、前記電流積算法充電率変化量にそれぞれ所定値、所定値の逆数を乗算して前記上限制限値および下限制限値を設定する、
   ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
4. 充放電電流検出手段で検出したバッテリの充放電電流を積算して電流積算法充電率を算出し、
   前記充放電電流および端子電圧検出手段で検出した端子電圧とから前記バッテリの開放電圧を推定して、該開放電圧から開放電圧推定法充電率を算出し、
   前記電流積算法充電率から電流積算法充電率変化量を求め、該電流積算法充電率変化量から上限制限値および下限制限値を計算し、
   前記開放電圧推定法充電率を用いて充電率変化量を求め、該充電率変化量が前記上限制限値と前記下限制限値との範囲内に入るように前記充電率変化量を制限して開放電圧推定法充電率を変化させることでバッテリの充電率を算出する、
   ことを特徴とするバッテリの充電率推定方法。

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