JP5783122B2 - 電池状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の充電状態を推定するように構成された、電池状態推定装置（「二次電池の状態推定装置」とも称され得る。）に関する。

二次電池によって負荷へ電源を供給し、かつ必要に応じて当該負荷の運転中にも当該二次電池を充電可能な電源システムが、広く知られている（例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、等。）。この種の電源システムにおいて、前記二次電池の性能劣化を抑制したり、当該電源システムの運転を効率化したりするために、前記二次電池の充電状態（ＳＯＣ［％］：ＳＯＣはＳｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの略）を推定する装置が、従来種々提案されている。

例えば、前記二次電池の充放電中の電流の検出値を積算することで、ＳＯＣが推定可能である。しかしながら、この手法では、電流検出値の誤差分がＳＯＣ推定値に蓄積されることで、ＳＯＣの推定値が真値から乖離してしまうことがある。

そこで、電流検出値の積算によるＳＯＣ推定値を、これとは別に開放端子電圧に基づいて算出されたＳＯＣ推定値を用いて補正したり、両者を重みづけして合成したりすることで、ＳＯＣをより正確に推定しようとする手法が、従来提案されている（例えば、特開平１１−２２３６６５号公報、特開２０００−１５０００３号公報、特開２００５−２０１７４３号公報、特開２００７−１９２７２６号公報、特開２００８−２４３３７３号公報、等参照。）。

本発明は、この種の電池状態推定装置において、よりいっそう推定精度を向上させることを目的としてなされたものである。

本発明の電池状態推定装置は、二次電池の充電状態（以下、単に「ＳＯＣ」と称する。）を推定するように構成されている。この電池状態推定装置は、電圧検出部と、電流検出部と、温度検出部と、を備えている。前記電圧検出部は、前記二次電池の端子間に発生する電池電圧を検出するように設けられている。前記電流検出部は、前記二次電池の充放電中の電流を検出するように設けられている。前記温度検出部は、前記二次電池の温度である電池温度を検出するように設けられている。

（１）本発明の一側面における特徴は、前記電池状態推定装置が、さらに、電流推定部と、信頼性判定部と、モデル入力電流算出部と、充電状態推定部と、を備えたことにある。

前記電流推定部は、前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧と、前記温度検出部によって検出された前記電池温度と、をパラメータとする計算モデルを用いて、前記電流を推定するように設けられている。

ここで、前記計算モデルとしては、典型的には、公知の電池モデルが用いられ得る。この電池モデルは、反応寄与物質（前記二次電池における電気化学反応に寄与する物質）の分布を規定する拡散方程式を少なくとも含む計算モデルである。なお、かかる電池モデルは、特許第４２６５６２９号公報、特許第４６４９６８２号公報、特許第４７０３５９３号公報、特許第４７４４６２２号公報、特許第４８０２９４５号公報、特許第４８７２７４３号公報（特開２００８−２４３３７３号公報）、特開２００７−１４１５５８号公報、特開２０１０−６０４０６号公報、等に詳細に記載されている。この反応寄与物質としては、前記二次電池がいわゆるリチウムイオン電池である場合、リチウムの原子あるいはイオンがこれに該当する。

また、前記計算モデルとして、公知の等価回路モデルが用いられ得る。この等価回路モデルは、純電気抵抗を示す抵抗Ｒｓ、電荷移動抵抗を示す抵抗Ｒｔ、及び電気二重層容量ＣからなるＲＣ並列回路を含む等価回路を用いた計算モデルである（例えば、特開２０００−２６８８８６号公報、特開２００３−７５５１８号公報、特開２００７−１７８２１５号公報、特開２０１１−２１５１５１号公報、等参照。）。

前記信頼性判定部は、前記二次電池の充放電条件に基づいて、電流値の信頼性を判定するようになっている。ここで、この信頼性は、具体的には、前記電流検出部による前記電流の検出値、及び前記電流推定部による前記電流の推定値の信頼性である。

前記モデル入力電流算出部は、前記信頼性判定部による判定結果に応じて、モデル入力電流を算出するようになっている。ここで、前記モデル入力電流は、前記計算モデルを用いた前記充電状態の推定のために用いられる電流値である。

前記充電状態推定部は、前記モデル入力電流（これは、前記信頼性判定部による前記判定結果に応じて、前記モデル入力電流算出部によって算出されたものである。）に基づいて、前記充電状態を、前記計算モデルを用いて推定するようになっている。

（２）本発明の他の一側面における特徴は、前記電池状態推定装置が、さらに、第一推定値算出部と、第二推定値算出部と、信頼性判定部と、第一推定値リセット部と、第二推定値リセット部と、を備えたことにある。

前記第一推定値算出部は、第一推定値（前記電流検出部による前記電流の検出値に基づく前記充電状態の推定値）を逐次算出するようになっている。ここで、「逐次算出する」とは、今回の算出値を前回の算出値とは別個独立に算出されるものではなく、前回の算出値を前提として今回の算出値を算出することを意味するものである（後述の「第二推定値算出部」においても同様である。）。具体的には、この第一推定値算出部は、前記電流の前記検出値を積算することで、前記第一推定値を逐次算出するようになっている。

前記第二推定値算出部は、第二推定値（前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧及び前記温度検出部によって検出された前記電池温度に基づく前記充電状態の推定値）を逐次算出するようになっている。具体的には、例えば、この第二推定値算出部は、前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧と、前記温度検出部によって検出された前記電池温度と、をパラメータとする計算モデルを用いて前記第二推定値を推定するように設けられている。前記計算モデルとしては、公知の電池モデルや等価回路モデルを用いることが可能である。

ここで、前記電池モデルは、反応寄与物質（前記二次電池における電気化学反応に寄与する物質）の分布を規定する拡散方程式を少なくとも含む計算モデルである（特許第４２６５６２９号公報、特許第４６４９６８２号公報、特許第４７０３５９３号公報、特許第４７４４６２２号公報、特許第４８０２９４５号公報、特許第４８７２７４３号公報（特開２００８−２４３３７３号公報）、特開２００７−１４１５５８号公報、特開２０１０−６０４０６号公報、等参照。）。また、前記等価回路モデルは、純電気抵抗を示す抵抗Ｒｓ、電荷移動抵抗を示す抵抗Ｒｔ、及び電気二重層容量ＣからなるＲＣ並列回路を含む等価回路を用いた計算モデルである（例えば、特開２０００−２６８８８６号公報、特開２００３−７５５１８号公報、特開２００７−１７８２１５号公報、特開２０１１−２１５１５１号公報、等参照。）。

前記信頼性判定部は、前記二次電池の充放電条件に基づいて、前記第一推定値及び前記第二推定値の信頼性を判定するようになっている。ここで、前記充放電条件としては、例えば、前記電流や前記電池温度等が用いられ得る。

前記第一推定値リセット部は、前記信頼性判定部により前記第一推定値の信頼性が低いと判定された場合に、前記第二推定値に基づいて設定された第一リセット値から前記第一推定値算出部による前記第一推定値の逐次算出を継続させるべく、前記第一推定値算出部（あるいは前記第一推定値）をリセットするようになっている。

ここにいう「リセット」は、初期状態（始動時あるいは新品時等の所定状態）にセットし直すというような一般的な意味ではなく、上述のように、逐次算出における次回の算出の前提となる値を、外部的に導入された所定値によってセットし直す（置き換える）ことを意味するものである（後述する「第二推定値リセット部」においても同様である。）。具体的には、例えば、この第一推定値リセット部は、上記の場合に、前記第二推定値を前記第一リセット値として設定し、かかる第一リセット値を前提として前記第一推定値の逐次算出を継続させるべく、当該第一推定値をリセットするようになっていてもよい。

前記第二推定値リセット部は、前記信頼性判定部により前記第二推定値の信頼性が低いと判定された場合に、前記第一推定値に基づいて設定された第二リセット値から前記第二推定値算出部による前記第二推定値の逐次算出を継続させるべく、前記第二推定値算出部をリセットするようになっている。

具体的には、前記第二推定値算出部が、前記電池モデルを用いて、前記反応寄与物質を内部に含む活物質中の当該反応寄与物質の濃度分布及び平均濃度を推定することで、前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧及び前記温度検出部によって検出された前記電池温度に基づいて前記第二推定値を算出するように設けられているとき、前記第二推定値リセット部は、前記第一推定値に基づいて前記濃度分布を更新するようになっている。このとき、例えば、前記第二推定値リセット部は、リセット前の前記濃度分布における、濃度変化パターンを保持しつつ平均濃度を更新するようになっていてもよい。

前記電池状態推定装置は、さらに、充電状態算出部を備えていてもよい。この充電状態算出部は、前記信頼性判定部による前記第一推定値及び前記第二推定値の信頼性の判定結果に基づいて設定される係数を用いて、前記第一推定値と前記第二推定値との重み付けをすることで、前記充電状態を推定するようになっている。

本発明の一実施形態が適用された電源システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示されている電源システムの一例である電動機搭載車両の概略構成を示すブロック図である。 図１及び図２に示されているバッテリ制御用電子制御ユニット内にて実現される、本発明の一実施形態に係る電池状態推定装置の概略的な機能構成を示すブロック図である。 図１及び図２に示されているバッテリ制御用電子制御ユニット内にて実現される、図３に示されている電流入力部の概略的な機能構成を示すブロック図である。 図３に示されている電池状態推定装置によって実行される、ＳＯＣ推定動作の一具体例を示すフローチャートである。 図１及び図２に示されているバッテリ制御用電子制御ユニット内にて実現される、本発明の他の一実施形態に係る電池状態推定装置の概略的な機能構成を示すブロック図である。 図１及び図２に示されているバッテリ制御用電子制御ユニット内にて実現される、図６に示されているＳＯＣ_ＣＭ算出部の概略的な機能構成を示すブロック図である。 従来のＳＯＣ推定手法におけるＳＯＣ推定状況を示すグラフである。 本実施形態のＳＯＣ推定手法によるＳＯＣ推定状況を示すグラフである。 図１に示されている二次電池の内部の正極活物質中の、リチウム濃度分布を示す概念図である。 図６に示されている電池状態推定装置によって実行される、ＳＯＣ推定動作の一具体例を示すフローチャートである。 図６に示されているＳＯＣ_ＣＭ算出部による、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出動作を示すフローチャートである。 図６に示されているＳＯＣ_Ｉ算出部による、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

−電源システムの全体構成−
図１は、本発明の一実施形態が適用された電源システムＳの概略構成を示すブロック図である。電源システムＳは、二次電池１と、負荷機構２と、メイン制御ユニット３と、バッテリ制御装置４と、を備えている。この電源システムＳは、メイン制御ユニット３（以下、「メインＥＣＵ３」と称する。）の制御下で、二次電池１によって負荷機構２へ電源を供給するとともに、必要に応じて当該負荷機構２の運転中に生じる電力によって当該二次電池１を充電可能に構成されている。

本実施形態においては、二次電池１は、充放電可能なリチウムイオン電池であって、電源ラインＰＬを介して負荷機構２と電気的に接続されている。また、本実施形態においては、電源システムＳは、図示しないモータを搭載した車両（電気自動車あるいはハイブリッド自動車）である。すなわち、負荷機構２には、二次電池１から供給される電力によって駆動される当該モータ等の駆動要素が設けられている。また、負荷機構２には、車両走行中に発電可能な発電要素（図示せず：この発電要素には上述のモータが含まれ得る）が設けられている。

メインＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、バックアップＲＡＭ（書き換え可能な不揮発性メモリ）、等を含む、いわゆるマイクロコンピュータであって、バッテリ制御装置４から得られる電池情報（二次電池１に関する各種情報：電池電圧、電池温度、ＳＯＣ、等）、及び運転者からの運転指令情報（図示しないアクセルペダルの操作量等）に応じて、二次電池１の充放電動作や負荷機構２の動作を制御するようになっている。

バッテリ制御装置４は、電気化学反応に基づいて二次電池１の内部状態を推定可能な電池モデルに従って二次電池１の電池状態（ＳＯＣ等）を推定するとともに、この推定値を含む上述の電池情報をメイン制御ユニット３に向けて送出するようになっている。具体的には、バッテリ制御装置４は、バッテリ制御用電子制御ユニット４ａ（以下、「バッテリＥＣＵ４ａ」と称する。）と、電圧センサ４ｂと、電流センサ４ｃと、温度センサ４ｄと、を備えている。

バッテリＥＣＵ４ａも、上述のメインＥＣＵ３と同様に、予めプログラムされた所定のシーケンス及び所定の演算を実行するためのＣＰＵ、かかるシーケンス及び演算を実行するためのルーチン（プログラム）及びパラメータを格納したＲＯＭ、ＣＰＵによるルーチン実行の際に適宜データが格納されるＲＡＭ及びバックアップＲＡＭ、等を含む、いわゆるマイクロコンピュータであって、電圧センサ４ｂ、電流センサ４ｃ、及び温度センサ４ｄが出力する検出信号（検出値）等に基づいて上述の電池情報を生成するようになっている。このバッテリＥＣＵ４ａの具体的な構成の詳細については後述する。

電圧センサ４ｂは、二次電池１の端子間に発生する電池電圧に応じた出力を生じるように設けられている。電流センサ４ｃは、二次電池１の充放電中の電流（以下、「充放電電流実測値Ｉｂ」と称する。）に応じた出力を生じるように設けられている。温度センサ４ｄは、二次電池１の温度である電池温度に応じた出力を生じるように設けられている。

図２は、図１に示されている電源システムＳの一例である電動機搭載車両ＶＨの概略構成を示すブロック図である。図２に示されているように、電動機搭載車両ＶＨは、いわゆる「ハイブリッド自動車」であって、負荷機構２としての、第一モータジェネレータ２１と、第二モータジェネレータ２２と、インバータ２３と、電力ライン２４及び２５と、エンジン２６と、動力伝達機構２７と、を備えている。

第一モータジェネレータ２１は、発電機としても電動機としても動作可能な周知の交流同期型発電電動機である。この第一モータジェネレータ２１は、エンジン２６の回転駆動力のうちの全部又は一部を受け取ることで発電し得るように設けられている。なお、本実施形態においては、第一モータジェネレータ２１は、主として発電機として機能するように設けられている。

第二モータジェネレータ２２は、発電機としても電動機としても動作可能な周知の交流同期型発電電動機である。この第二モータジェネレータ２２は、二次電池１及び／又は第一モータジェネレータ２１から電力供給を受けることで車軸ＤＳ（車輪Ｗ）を回転駆動するための動力を発生する一方、減速時には車軸ＤＳ（車輪Ｗ）の回転駆動力から電力を回収し得るように設けられている。

インバータ２３は、電源ラインＰＬを介して二次電池１と電気的に接続されている。また、インバータ２３は、電力ライン２４を介して第一モータジェネレータ２１と電気的に接続されるとともに、電力ライン２５を介して第二モータジェネレータ２２と電気的に接続されている。このインバータ２３は、二次電池１から供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン２４へ出力するとともに、電力ライン２４及び２５に供給された交流電力を直流電力に変換して電源ラインＰＬに出力するようになっている。

第一モータジェネレータ２１、第二モータジェネレータ２２、及びエンジン２６は、動力伝達機構２７を介して車軸ＤＳ（車輪Ｗ）と結合されている。動力伝達機構２７は、動力分割機構２７ａと、減速機２７ｂと、を備えている。動力伝達機構２７は、エンジン２６により出力された回転駆動力のうちの全部又は一部を第一モータジェネレータ２１に伝達することで第一モータジェネレータ２１における発電を可能とするとともに、エンジン２６及び第二モータジェネレータ２２により出力された回転駆動力を車軸ＤＳに伝達することで車輪Ｗを駆動可能に構成されている。

上述のような電動機搭載車両ＶＨの構成のうち、本実施形態の要部であるバッテリＥＣＵ４ａ以外の部分は、すでに周知となっているので、本明細書においては、電動機搭載車両ＶＨの構成についてのこれ以上の詳細な説明は省略する。

−第一実施形態の電池状態推定装置の構成−
図３は、図１及び図２に示されているバッテリＥＣＵ４ａ内にて実現される、本発明の一実施形態に係る電池状態推定装置４０の概略的な機能構成を示すブロック図である。図３を参照すると、本実施形態の電池状態推定装置４０は、拡散推定部４０ａと、開放電圧推定部４０ｂと、電池パラメータ値設定部４０ｃと、境界条件設定部４０ｄと、平均濃度算出部４０ｅと、電流入力部４０ｆと、ＳＯＣ推定部４０ｇと、を備えている。

拡散推定部４０ａは、境界条件設定部４０ｄによって設定された境界条件に基づいて、公知の活物質拡散モデル式（例えば本出願人の先願に係る特許第４８７２７４３号公報（特開２００８−２４３３７３号公報）等参照）により、活物質内部でのリチウム濃度分布を逐次演算及び更新するようになっている。なお、上述の活物質拡散モデル式を含む、電池モデルにおける各種のモデル式は、上記各公報に開示されたものと同様のものであるので、各部で用いられるモデル式等の詳細は本明細書では省略する（必要であれば上記各公報を参照のこと）。

開放電圧推定部４０ｂは、所定のマップに従い、正極および負極それぞれの開放電圧、あるいは正極及び負極を合成した開放電圧を算出するようになっている（図中では、これらを包括して「開放電圧Ｕ（θ）」と表記している。Ｕ（θ）は開放電圧Ｕが「θ」の関数としてθを引数とするマップにより取得されることを示している。ここで、「θ」は、局所的ＳＯＣである。「局所的ＳＯＣ」とは、拡散推定部４０ａによって推定された活物質表面における局所的なリチウム濃度分布に基づく、局所的な充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）である。）。

電池パラメータ値設定部４０ｃは、温度センサ４ｄの検出値Ｔｂに従って検知される電池温度Ｔ、及び拡散推定部４０ａによる推定に基づく現在の局所的ＳＯＣ（図中「θ」と表記されている）に応じて、使用する電池モデル式中の電池パラメータ（直流純抵抗Ｒｄ、交換電流密度ｉ₀、拡散定数Ｄ_s、等）を設定するようになっている。ここで、拡散定数Ｄ_sは、電池モデル式中のリチウム濃度分布を規定する拡散方程式に用いられる係数である。

境界条件設定部４０ｄは、電流入力部４０ｆによって出力されたモデル入力電流Ｉａを反応電流密度（リチウム生成量）に換算して、上述の活物質拡散モデル式における境界条件を更新するようになっている。

平均濃度算出部４０ｅは、拡散推定部４０ａによって推定された活物質内部でのリチウム濃度分布に基づいて、正極活物質モデル内のリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅを算出するようになっている。

図４は、図１及び図２に示されているバッテリＥＣＵ４ａ内にて実現される、図３に示されている電流入力部４０ｆの概略的な機能構成を示すブロック図である。図４を参照すると、電流入力部４０ｆは、モデル推定電流算出部４０ｆ１と、電流信頼性判定部４０ｆ２と、モデル入力電流算出部４０ｆ３と、を備えている。

電流入力部４０ｆは、上述の推定電池電流Ｉｅ（これは、電圧センサ４ｂの検出値Ｖｂに従って検知される電池電圧Ｖと、温度センサ４ｄの検出値Ｔｂに従って検知される電池温度Ｔと、に基づいて、電池モデルを用いて算出されたものである。）の信頼性、及び、センサ電流Ｉｂ（これは、電流センサ４ｃによる検出値である。）の信頼性を判定し、この判定結果に基づいて、ＳＯＣ推定のために境界条件設定部４０ｄへ入力される電流値であるモデル入力電流Ｉａを算出及び出力するようになっている。

具体的には、モデル推定電流算出部４０ｆ１は、温度センサ４ｄの検出値Ｔｂに従って検知される電池温度Ｔ、及び拡散推定部４０ａによる推定に基づく現在の局所的ＳＯＣ（図中「θ」と表記されている）に応じて、使用する電池モデル式中の電池パラメータを設定し、それらのパラメータを用いて、開放電圧推定部４０ｂによって推定された開放電圧Ｕ（θ）と、電圧センサ４ｂの検出値Ｖｂに従って検知される現在の電池電圧Ｖと、公知の電圧−電流関係モデル式及び活物質拡散モデル式と、に基づいて、電池モデルを用いて推定電池電流Ｉｅを算出するようになっている。

また、電流信頼性判定部４０ｆ２は、二次電池１の充放電条件（充放電電流実測値Ｉｂや電池温度Ｔや開放電圧Ｕ（θ）等）に基づいて、推定電池電流Ｉｅ及びセンサ電流Ｉｂの信頼性を判定するようになっている。具体的には、電流信頼性判定部４０ｆ２は、上述のＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭに予め格納された下記のようなテーブル（表１）に基づいて、推定電池電流Ｉｅ及びセンサ電流Ｉｂの信頼性を判定するようになっている。

なお、下記のテーブル中、「継続時間」は、ＳＯＣの推定値が前回初期化されてからの充放電継続時間をいうものとし、「ＯＣＶ傾き」は、開放電圧推定部４０ｂによって逐次推定される開放電圧（ＯＣＶ）の単位時間当たりの変化量をいうものとする。また、「Ｈ」は信頼性が高いことを指し、「Ｌ」は信頼性が低いことを指すものとする。

そして、モデル入力電流算出部４０ｆ３は、電流信頼性判定部４０ｆ２による判定結果に応じて、上述のテーブル（表１）及びαを用いて、以下の式に基づきモデル入力電流Ｉａを算出するようになっている。
Ｉａ＝α・Ｉｅ＋（１−α）・Ｉｂ

再び図３を参照すると、ＳＯＣ推定部４０ｇは、平均濃度算出部４０ｅによって算出された、正極活物質モデル内のリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅに基づいて、最終的なＳＯＣの推定値である電池充電状態推定値ＳＯＣｅ（単位：％）を算出するようになっている。すなわち、ＳＯＣ推定部４０ｇは、図４におけるモデル入力電流算出部４０ｆ３によって上述のように算出されたモデル入力電流Ｉａに基づき、電池モデルを用いて電池充電状態推定値ＳＯＣｅを算出するようになっている。

換言すれば、拡散推定部４０ａ、境界条件設定部４０ｄ、平均濃度算出部４０ｅ、及びＳＯＣ推定部４０ｇは、モデル推定電流算出部４０ｆ１によって算出された推定電池電流Ｉｅに代えて電流入力部４０ｆによって出力されたモデル入力電流Ｉａを用いるほかは、本出願人の先願に係る特許第４８７２７４３号公報（特開２００８−２４３３７３号公報）の図９及び図１３に示されている拡散推定部、境界条件設定部、平均濃度算出部、及びＳＯＣ推定部と同様の機能を有している。

−動作の概要及び作用・効果−
図５は、図３に示されている電池状態推定装置４０によって実行される、ＳＯＣ推定動作の一具体例を示すフローチャートである。図中、「Ｓ」は「ステップ」の略称である。図５に示されているＳＯＣ推定ルーチン５００は、バッテリＥＣＵ４ａにおいて所定の演算周期（例えば０．１秒）毎に実行される。

このＳＯＣ推定ルーチン５００が起動されると、まず、ステップ５１０において、電池温度Ｔや電池電圧Ｖ等が、各種センサの検出値（温度センサ４ｄの検出値Ｔｂや電圧センサ４ｂの検出値Ｖｂ等）に基づいて取得される。次に、処理がステップ５２０に進行する。ステップ５２０においては、前回のルーチン実行時に後述するステップ５７０によって更新されたリチウム濃度分布に基づいて、活物質表面の局所的ＳＯＣの値（θ）が算出される。

続いて、処理がステップ５３０に進行する。ステップ５３０においては、上述のステップ５２０にて算出された局所的ＳＯＣの値に基づいて、開放電圧Ｕ（θ）値が算出される。その後、処理がステップ５４０及びステップ５５０に進行する。

ステップ５４０においては、図４に示されているモデル推定電流算出部４０ｆ１の機能により、電池電圧Ｖ、開放電圧Ｕ（θ）、及び電池温度Ｔに応じて設定された電池パラメータ値に基づいて、推定電池電流Ｉｅが算出される。一方、ステップ５５０においては、電流センサ４ｃの出力に基づいて、センサ電流Ｉｂが取得される。

続いて、処理がステップ５５３に進行する。ステップ５５３においては、電流信頼性判定部４０ｆ２により、二次電池１の充放電条件（充放電電流実測値Ｉｂや電池温度等：上述の表１参照）に基づいて、推定電池電流Ｉｅ及びセンサ電流Ｉｂの信頼性が判定される。

具体的には、本実施形態においては、以下の式に基づいて、推定電池電流Ｉｅ及びセンサ電流Ｉｂの信頼性が判定される。
ξ_Ｉｂ＝ξ_Ｉｂ１（Ｘ_Ｉｂ）＋ξ_Ｉｂ２（Ｘ_{ｔｃｏｎｔ}）＋ξ_Ｉｂ３（Ｘ_Ｔｂ）＋ξ_Ｉｂ４（Ｘ_ΔＵ）
ξ_Ｉａ＝ξ_Ｉａ１（Ｘ_Ｉｂ）＋ξ_Ｉａ２（Ｘ_{ｔｃｏｎｔ}）＋ξ_Ｉａ３（Ｘ_Ｔｂ）＋ξ_Ｉａ４（Ｘ_ΔＵ）
ξ_Ｉｂ：センサ電流Ｉｂの信頼性係数
ξ_Ｉａ：推定電池電流Ｉｅの信頼性係数
Ｘ_Ｉｂ：充放電電流値の大きさ（すなわち負荷の大きさ）に関する信頼性フラグ
（上記表１のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
Ｘ_{ｔｃｏｎｔ}：継続時間に関する信頼性フラグ
（上記表１のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
Ｘ_Ｔｂ：電池温度に関する信頼性フラグ
（上記表１のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
Ｘ_ΔＵ：ＯＣＶ傾きに関する信頼性フラグ
（上記表１のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
ξ_Ｉｂ１，ξ_Ｉｂ２，ξ_Ｉｂ３，ξ_Ｉｂ４，ξ_Ｉａ１，ξ_Ｉａ２，ξ_Ｉａ３，ξ_Ｉａ４：重みづけ係数（ＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭに予め格納された値：これらの値は実験あるいは計算機シミュレーションによって予め求めることができる）

続いて、処理がステップ５５５に進行する。ステップ５５５においては、ステップ５５３での判定結果に基づいて、モデル入力電流Ｉａが算出される。本実施形態においては、上述のξ_Ｉｂ及びξ_Ｉａの値と、ＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭに予め格納されたマップ（かかるマップは実験あるいは計算機シミュレーションによって予め求めることができる）と、に基づいて、上述のαが設定され、かかるαを用いてモデル入力電流Ｉａが算出される。

このようにしてモデル入力電流Ｉａが算出されると、処理がステップ５６０に進行する。ステップ５６０においては、モデル入力電流Ｉａから反応電流密度（リチウム生成量）が算出されるとともに、算出した反応電流密度を用いて拡散モデル方程式の活物質界面における境界条件（活物質界面）が設定される。

続いて、処理がステップ５７０に進行する。ステップ５７０においては、拡散方程式モデルに従って、活物質モデル内のリチウム濃度分布が計算され、活物質モデル内の各領域のリチウム濃度推定値が更新される。なお、上述のように、このとき演算及び更新された最外周の分割領域におけるリチウム濃度は、次回のルーチン実行時に、ステップ５２０にて局所的ＳＯＣの算出に用いられる。

ステップ５７０にてリチウム濃度分布が更新された後、処理がステップ５８０に進行する。ステップ５８０においては、ステップ５７０にて求められた活物質内のリチウム濃度分布に基づいてリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅが算出される。

続いて、処理がステップ５９０に進行する。ステップ５９０においては、ステップ５８０にて求められたリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅに基づいて、最終的なＳＯＣの推定値である電池充電状態推定値ＳＯＣｅが算出される。その後、本ルーチンの処理が一旦終了する。

上述のように、本実施形態においては、最終的なＳＯＣの推定値である電池充電状態推定値ＳＯＣｅの算出の基礎となるモデル入力電流Ｉａが、二次電池１の充放電条件に応じた推定電池電流Ｉｅ及びセンサ電流Ｉｂの信頼性判定結果に基づいて算出された後、かかるモデル入力電流Ｉａを用いて電池充電状態推定値ＳＯＣｅの算出が行われる。

したがって、本実施形態の構成によれば、ＳＯＣの推定（算出）精度が従来よりも良好に向上されつつ、推定（算出）の際の計算負荷が低減される。すなわち、本実施形態によれば、ＳＯＣの推定ロジックが単純化されつつ、ＳＯＣの推定精度が従来よりも向上する。

−第二実施形態の電池状態推定装置の構成−
図６は、図１及び図２に示されているバッテリＥＣＵ４ａ内にて実現される、本発明の一実施形態の電池状態推定装置４０の概略的な機能構成を示すブロック図である。この電池状態推定装置４０は、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１と、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２と、ＳＯＣ信頼性判定部４３と、ＳＯＣｅ算出部４４と、ＳＯＣ_Ｉリセット部４５と、ＳＯＣ_ＣＭリセット部４６と、を備えている。

ＳＯＣ_Ｉ算出部４１は、充放電電流実測値Ｉｂを積算することで、ＳＯＣの推定値である実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ（単位：％）を逐次算出するようになっている。なお、充放電電流実測値Ｉｂの積算によるＳＯＣの推定は周知であるので（例えば、特開平１１−２２３６６５号公報、特開２０００−１５０００３号公報、特開２００５−２０１７４３号公報、等参照。）、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１の内部における回路ブロックの詳細な説明については、本明細書においては省略する（必要であれば上記の各公報等を参照のこと）。

ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２は、電圧センサ４ｂによって検出された電池電圧と、温度センサによって検出された電池温度と、に基づいて、電池モデルによりＳＯＣの推定値（これを以下「モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭ」と称する。単位：％）を逐次算出するように設けられている。ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２の内部における回路ブロックの詳細な説明については後述する。

ＳＯＣ信頼性判定部４３は、二次電池１の充放電条件（充放電電流実測値Ｉｂや電池温度や開放電圧Ｕ（θ））に基づいて、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ及びモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性を判定するようになっている。具体的には、ＳＯＣ信頼性判定部４３は、上述のＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭに予め格納された下記のようなテーブル（表２）に基づいて、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ及びモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性を判定するようになっている。

なお、下記のテーブル中、「継続時間」は、ＳＯＣの推定値が前回初期化されてからの充放電継続時間（すなわち実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出開始からの継続時間）をいうものとし、「ＯＣＶ傾き」は、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２にてモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出の際に逐次推定される開放電圧（ＯＣＶ）の単位時間当たりの変化量をいうものとする。また、「Ｈ」は信頼性が高いことを指し、「Ｌ」は信頼性が低いことを指すものとする。

ＳＯＣｅ算出部４４は、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１によって算出された実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉと、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によって算出されたモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭと、ＳＯＣ信頼性判定部４３によるこれらの信頼性の判定結果と、に基づいて、最終的なＳＯＣの推定値である電池充電状態推定値ＳＯＣｅ（単位：％）を算出するようになっている。具体的には、ＳＯＣｅ算出部４４は、ＳＯＣ信頼性判定部４３による判定結果に基づいて設定される係数αを用いて、以下の式に基づき電池充電状態推定値ＳＯＣｅを算出するようになっている。
ＳＯＣｅ＝α・ＳＯＣ_ＣＭ＋（１−α）・ＳＯＣ_Ｉ

ＳＯＣ_Ｉリセット部４５は、ＳＯＣ信頼性判定部４３により実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性が低いと判定された場合に、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭに基づいて設定されたリセット値ＳＯＣ_{Ｉ＿ｒｅｓｅｔ}からＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの逐次算出を継続させるべく、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１（あるいは実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ）をリセットするようになっている。

具体的には、本実施形態においては、ＳＯＣ_Ｉリセット部４５は、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性が低いと判定された場合に、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭをリセット値ＳＯＣ_{Ｉ＿ｒｅｓｅｔ}として設定し、かかるリセット値ＳＯＣ_{Ｉ＿ｒｅｓｅｔ}を前提として実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの逐次算出を継続させるべく、当該実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉをリセットするようになっている。

ＳＯＣ_ＣＭリセット部４６は、ＳＯＣ信頼性判定部４３によりモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性が低いと判定された場合に、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉに基づいて設定されたリセット値ＳＯＣ_{ＣＭ＿ｒｅｓｅｔ}からＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの逐次算出を継続させるべく、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２をリセットするようになっている。

具体的には、本実施形態においては、ＳＯＣ_ＣＭリセット部４６は、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２におけるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出の際に推定される、活物質中のリチウム濃度分布を、その濃度変化パターンを保持しつつ平均濃度を更新することで、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２をリセットするようになっている。

図７は、図１及び図２に示されているバッテリＥＣＵ４ａ内にて実現される、図６に示されているＳＯＣ_ＣＭ算出部４２の概略的な機能構成を示すブロック図である。図７を参照すると、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２は、拡散推定部４２１と、開放電圧推定部４２２と、電池パラメータ値設定部４２３と、電流推定部４２４と、境界条件設定部４２５と、平均濃度算出部４２６と、モデルベース推定ＳＯＣ算出部４２７と、を備えている。

なお、これらは、公知の電池モデルを用いた上記各公報に開示されたものと同様のものである（例えば本出願人の先願に係る特許第４８７２７４３号公報（特開２００８−２４３３７３号公報）の図９及び図１３参照）。よって、これらにおいて用いられるモデル式等の詳細は、本明細書では省略する（必要であれば上記各公報を参照のこと）。

拡散推定部４２１は、公知の活物質拡散モデル式により、境界条件設定部によって設定された境界条件に基づいて、活物質内部でのリチウム濃度分布を逐次演算及び更新するようになっている。

開放電圧推定部４２２は、所定のマップに従い、正極および負極それぞれの開放電圧、あるいは正極及び負極を合成した開放電圧を算出するようになっている（図中では、これらを包括して「開放電圧Ｕ（θ）」と表記している。Ｕ（θ）は開放電圧Ｕが「θ」の関数としてθを引数とするマップにより取得されることを示している。ここで、「θ」は、局所的ＳＯＣである。「局所的ＳＯＣ」とは、拡散推定部４２１によって推定された活物質表面における局所的なリチウム濃度分布に基づく、局所的な充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）である。）。

電池パラメータ値設定部４２３は、温度センサ４ｄの検出値Ｔｂに従って検知される電池温度Ｔ、及び拡散推定部４２１による推定に基づく現在の局所的ＳＯＣ（図中「θ」と表記されている）に応じて、使用する電池モデル式中の電池パラメータ（直流純抵抗Ｒｄ、交換電流密度ｉ₀、拡散定数Ｄ_s、等）を設定するようになっている。ここで、拡散定数Ｄ_sは、電池モデル式中のリチウム濃度分布を規定する拡散方程式に用いられる係数である。

電流推定部４２４は、開放電圧推定部４２２によって推定された開放電圧Ｕ（θ）と、電圧センサ４ｂの検出値Ｖｂに従って検知される現在の電池電圧Ｖと、公知の電圧−電流関係モデル式及び活物質拡散モデル式と、に基づいて、推定電池電流Ｉｅを算出するようになっている。

境界条件設定部４２５は、電流推定部４２４によって算出された推定電池電流Ｉｅを反応電流密度（リチウム生成量）に換算して、活物質拡散モデル式の境界条件を更新するようになっている。

平均濃度算出部４２６は、拡散推定部４２１によって推定された活物質内部でのリチウム濃度分布に基づいて、正極活物質モデル内のリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅを算出するようになっている。

モデルベース推定ＳＯＣ算出部４２７は、平均濃度算出部４２６によって算出されたリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅに基づいて、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭを算出するようになっている。

−動作の概要及び作用・効果−
以下、上述の構成によるＳＯＣ推定の概要について、図８、図９及び図１０を参照しつつ説明する。図８は、従来のＳＯＣ推定手法におけるＳＯＣ推定状況を示すグラフである。ここで、図中、破線はＳＯＣの推定値の時間経過を示し、実線は実際のＳＯＣの時間経過を示すものとする。まず、図８を用いて、従来のＳＯＣ推定手法におけるＳＯＣ推定状況について説明する。

充放電電流の積算によるＳＯＣ推定手法（上述のＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出）は、二次電池１の実際の充放電電流をモニターしながらＳＯＣを推定するものである。また、かかる手法においては、ＳＯＣ推定精度の、負荷発生パターンに対する依存性が小さい。よって、かかる手法によれば、電流センサ４ｃによる電流測定誤差がないと仮定した場合は、非常に高い精度でＳＯＣ推定が可能である。

しかしながら、実際は、電流センサ４ｃによる電流測定誤差の影響は無視できない。また、かかる誤差の影響によるＳＯＣ推定誤差は、図中（ｉ）で示されているように、時間経過とともに蓄積される。

これに対し、電池電圧及び電池温度の測定値に基づくＳＯＣ推定手法（上述のＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出）においては、センサ誤差の蓄積は生じない。また、かかる手法においては、無負荷状態（電流がゼロの状態）ではＳＯＣ推定値が実際の値に漸近し、二次電池１が充分に緩和すれば両者は一致する。

しかしながら、かかる手法においては、図中（ii）で示されている低負荷パターンと（iii）で示されている高負荷パターンとの対比から明らかなように、ＳＯＣ推定精度の、負荷発生パターンに対する依存性が大きい。

この点、両者を単に混成する手法（特開平１１−２２３６６５号公報、特開２０００−１５０００３号公報、特開２００５−２０１７４３号公報、特開２００８−２４３３７３号公報、等）は、一見すると、両者の不具合を解消できるものと思われる。しかしながら、かかる手法においても、時間経過に伴うセンサ誤差の蓄積や、負荷発生パターンの変動による影響が、最終的なＳＯＣ推定値の精度にも及ぼされてしまう。

したがって、両者を単に混成する手法においては、最終的なＳＯＣ推定値の精度が、負荷パターンの変動や時間経過により悪化してしまうことがある。特に、かかる手法においては、ＳＯＣの利用範囲の上下限付近（すなわち充放電終了付近）のＳＯＣ推定精度については、時間経過に伴うセンサ誤差の蓄積の影響により、結局のところ、電池電圧及び電池温度の測定値に基づくＳＯＣ推定値を用いざるを得ず、充放電電流の積算によるＳＯＣ推定値と混成する意義が減殺されてしまう。

図９は、本実施形態のＳＯＣ推定手法によるＳＯＣ推定状況を示すグラフである。ここで、図中、一点鎖線は上述のＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの時間経過を示し、破線は上述のＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの時間経過を示し、実線はＳＯＣｅ算出部４４による電池充電状態推定値ＳＯＣｅの時間経過を示すものとする。

図９に示されているように、本実施形態のＳＯＣ推定手法においては、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性が高い時刻ｔ０〜ｔ１間及び時刻ｔ２以降では、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉに大きな「重みづけ」がなされる。この間、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭは、電池充電状態推定値ＳＯＣｅから次第に乖離する。

一方、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性が高い時刻ｔ１〜ｔ２間では、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭに大きな「重みづけ」がなされる。この間、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉは、電池充電状態推定値ＳＯＣｅから次第に乖離する。

さらに、本実施形態のＳＯＣ推定手法においては、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性の低下が所定程度に達した場合（例えば、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭと電池充電状態推定値ＳＯＣｅとの偏差が所定値を超えた場合：時刻ｔ１参照）、その時点の実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉに基づく上述のリセット値ＳＯＣ_{ＣＭ＿ｒｅｓｅｔ}によってＳＯＣ_ＣＭ算出部４２がリセットされる。これにより、時刻ｔ１からは、このリセット値ＳＯＣ_{ＣＭ＿ｒｅｓｅｔ}をベースに、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出が続行される。

一方、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性の低下が所定程度に達した場合（例えば、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉと電池充電状態推定値ＳＯＣｅとの偏差が所定値を超えた場合：時刻ｔ２参照）、その時点のモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭに基づく上述のリセット値ＳＯＣ_{Ｉ＿ｒｅｓｅｔ}によって実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉがリセットされる。これにより、時刻ｔ２からは、このリセット値ＳＯＣ_{Ｉ＿ｒｅｓｅｔ}をベースに、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出が続行される。

このように、本実施形態のＳＯＣ推定手法においては、信頼性の低下が所定程度に達した場合に、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１又はＳＯＣ_ＣＭ算出部４２が適宜リセットされる。したがって、本実施形態のＳＯＣ推定手法によれば、電池充電状態推定値ＳＯＣｅを、運転状況に応じた可及的に高い精度で算出することが可能になる。

ここで、図１０は、図１に示されている二次電池１の内部の正極活物質中の、リチウム濃度分布を示す概念図である。ここで、図中（ｉ）は、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２をリセットする直前のリチウム濃度分布を示すものとする。また、図中（ii）及び（iii）は、リセット後のリチウム濃度分布を示すものとする。

上述のように、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭは、拡散推定部４２１によって推定された活物質内部でのリチウム濃度分布、及び平均濃度算出部４２６によって推定された正極活物質モデル内のリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅに基づいて、モデルベース推定ＳＯＣ算出部４２７により算出されたものである。

よって、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉに基づいてＳＯＣ_ＣＭ算出部４２をリセットする場合、図１０における（ｉ）に示されているリチウム濃度分布を、その時点の実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉに基づいて逆算されるリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅに置き換えることが可能である（図１０における（ii）参照）。

ところで、すでに公知の通り、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２においては、拡散方程式を解くことにより、時々刻々の活物質内部でのリチウム濃度分布を推定（算出）しており、特に表面濃度は反応抵抗及び開放電圧を決定する重要な変数となっている。このため、図１０における（ii）に示されているように、活物質内部でのリチウム濃度分布を、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉに基づいて逆算されるリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅで一様な分布にリセットする（置き換える）と、短期的にＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの精度が悪化する可能性がある。

そこで、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２をリセットする際には、図１０における（iii）に示されているように、活物質中のリチウム濃度分布を、リセット直前の濃度変化パターン（図中破線参照）を保持しつつ平均濃度を更新するようにリセットする（置き換える）ことが好適である。これにより、活物質中のリチウム濃度分布のリセットに伴うモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの一時的な精度悪化の発生が、良好に抑制される。

−動作の具体例−
図１１は、図６に示されている電池状態推定装置４０によって実行される、ＳＯＣ推定動作の一具体例を示すフローチャートである。図中、「Ｓ」は「ステップ」の略称である（図１２及び図１３においても同様である）。図１１に示されているＳＯＣ推定ルーチン１１００は、バッテリＥＣＵ４ａにおいて所定の演算周期（例えば０．１秒）毎に実行される。

かかるＳＯＣ推定ルーチン１１００が起動されると、まず、ステップ１１１０において、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２により、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭが算出される（詳細は後述の図１２におけるルーチン１２００の説明参照）。また、ステップ１１２０において、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１により、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉが算出される（詳細は後述の図１３におけるルーチン１３００の説明参照）。

次に、処理がステップ１１３０に進行する。ステップ１１３０においては、ＳＯＣ信頼性判定部４３により、二次電池１の充放電条件（充放電電流実測値Ｉｂや電池温度等：上述の表２参照）に基づいて、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ及びモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性が判定される。

具体的には、本実施形態においては、以下の式に基づいて、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ及びモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性が判定される。
ξ_Ｉ＝ξ_Ｉ１（Ｘ_Ｉｂ）＋ξ_Ｉ２（Ｘ_{ｔｃｏｎｔ}）＋ξ_Ｉ３（Ｘ_Ｔｂ）＋ξ_Ｉ４（Ｘ_ΔＵ）
ξ_ＣＭ＝ξ_ＣＭ１（Ｘ_Ｉｂ）＋ξ_ＣＭ２（Ｘ_{ｔｃｏｎｔ}）＋ξ_ＣＭ３（Ｘ_Ｔｂ）＋ξ_ＣＭ４（Ｘ_ΔＵ）
ξ_Ｉ：実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性係数
ξ_ＣＭ：モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性係数
Ｘ_Ｉｂ：充放電電流値の大きさ（すなわち負荷の大きさ）に関する信頼性フラグ
（上記表２のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
Ｘ_{ｔｃｏｎｔ}：継続時間に関する信頼性フラグ（同上）
（上記表２のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
Ｘ_Ｔｂ：電池温度に関する信頼性フラグ（同上）
（上記表２のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
Ｘ_ΔＵ：ＯＣＶ傾きに関する信頼性フラグ（同上）
（上記表２のテーブルにおけるＨのとき１、Ｌのとき０）
ξ_Ｉ１，ξ_Ｉ２，ξ_Ｉ３，ξ_Ｉ４，ξ_ＣＭ１，ξ_ＣＭ２，ξ_ＣＭ３，ξ_ＣＭ４：重みづけ係数（ＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭに予め格納された値：これらの値は実験あるいは計算機シミュレーションによって予め求めることができる）

続いて、処理がステップ１１４０に進行する。ステップ１１４０においては、ＳＯＣｅ算出部４４により、ステップ１１３０での判定結果に基づいて、電池充電状態推定値ＳＯＣｅが算出される。具体的には、本実施形態においては、上述のξ_Ｉ及びξ_ＣＭの値と、ＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭに予め格納されたマップ（かかるマップは実験あるいは計算機シミュレーションによって予め求めることができる）と、に基づいて、上述のαが設定され、かかるαを用いて電池充電状態推定値ＳＯＣｅが算出される。

その後、処理がステップ１１５０に進行する。ステップ１１５０においては、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性の低下が所定程度に達したか否かが判定される。具体的には、本実施形態においては、信頼性係数ξ_Ｉが所定値よりも小さいか、又は（ＳＯＣｅ−ＳＯＣ_Ｉ）の絶対値が所定値よりも大きい場合に、「信頼性が低い」旨の判定がなされる。

実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性が低いと判定されたときは（ステップ１１５０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１１６０に進行する。ステップ１１６０においては、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉのリセットが行われる。その後、本ルーチンの処理が一旦終了する。

一方、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの信頼性が高いと判定されたときは（ステップ１１５０＝Ｎｏ）、処理がステップ１１７０に進行する。ステップ１１７０においては、ＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性の低下が所定程度に達したか否かが判定される。具体的には、本実施形態においては、信頼性係数ξ_ＣＭが所定値よりも小さいか、又は（ＳＯＣｅ−ＳＯＣ_ＣＭ）の絶対値が所定値よりも大きい場合に、「信頼性が低い」旨の判定がなされる。

モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性が低いと判定されたときは（ステップ１１７０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１１８０に進行する。ステップ１１８０においては、活物質中のリチウム濃度分布リセットが行われる。その後、本ルーチンの処理が一旦終了する。

一方、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性が高いと判定されたときは（ステップ１１７０＝Ｎｏ）、ステップ１１８０の処理がスキップされ（すなわちステップ１１６０及び８８０の処理が行われず）、本ルーチンの処理が一旦終了する。

図１２は、図１１におけるステップ１１１０において実行される、図６に示されているＳＯＣ_ＣＭ算出部４２によるモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出動作を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、本出願人の先願に係る特許第４８７２７４３号公報（特開２００８−２４３３７３号公報）の図１２におけるステップ１００〜１７２の処理と同様である。したがって、下記のステップ１２１０以下の処理内容については、その概略のみ説明する。

このＳＯＣ_ＣＭ算出ルーチン１２００が起動されると、まず、ステップ１２１０において、電池温度Ｔや電池電圧Ｖ等が、各種センサの検出値（温度センサ４ｄの検出値Ｔｂや電圧センサ４ｂの検出値Ｖｂ等）に基づいて取得される。次に、ステップ１２２０において、前回のルーチン実行時に後述するステップ１２７０によって更新されたリチウム濃度分布に基づいて、活物質表面の局所的ＳＯＣの値（θ）が算出される。

続いて、処理がステップ１２３０に進行する。ステップ１２３０においては、上述のステップ１２２０にて算出された局所的ＳＯＣの値に基づいて、開放電圧Ｕ（θ）値が算出される。その後、処理がステップ１２４０に進行する。ステップ１２４０においては、図７に示されている電流推定部４２４の機能により、電池電圧Ｖ、開放電圧Ｕ（θ）、及び電池温度Ｔに応じて設定された電池パラメータ値に基づいて、推定電池電流Ｉｅが算出される。

その後、処理がステップ１２６０に進行する。ステップ１２６０においては、推定電池電流Ｉｅから反応電流密度（リチウム生成量）が算出されるとともに、算出した反応電流密度を用いて拡散モデル方程式の活物質界面における境界条件（活物質界面）が設定される。

続いて、処理がステップ１２７０に進行する。ステップ１２７０においては、拡散方程式モデルに従って、活物質モデル内のリチウム濃度分布が計算され、活物質モデル内の各領域のリチウム濃度推定値が更新される。すなわち、ステップ１２７０において実行される処理は、図７における拡散推定部４２１の機能に相当する。なお、上述のように、このとき演算及び更新された最外周の分割領域におけるリチウム濃度は、次回のルーチン実行時に、ステップ１２２０にて局所的ＳＯＣの算出に用いられる。

ステップ１２７０にてリチウム濃度分布が更新された後、処理がステップ１２８０に進行する。ステップ１２８０においては、ステップ１２７０にて求められた活物質内のリチウム濃度分布に基づいて、リチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅが算出される。

続いて、処理がステップ１２９０に進行する。ステップ１２９０においては、ステップ１２８０にて求められたリチウム平均濃度Ｃ_ｓａｖｅに基づいて、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭが算出される。その後、本ルーチンの処理が一旦終了する。すなわち、処理がルーチン１１００におけるステップ１１２０に進行する。

図１３は、図１１におけるステップ１１２０において実行される、図６に示されているＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出動作を示すフローチャートである。なお、下記のステップ１３１０以下の処理内容は、上述の通りすでに周知であるので、本明細書においてはその概略のみ説明する。

このＳＯＣ_ＣＭ算出ルーチン１３００が起動されると、まず、ステップ１３１０において、電流センサ４ｃの出力に基づいて、充放電電流実測値Ｉｂ（以下、これを「センサ電流Ｉｂ」と称する。図１３においても同様である。）が取得される。

次に、処理がステップ１３２０に進行する。ステップ１３２０においては、センサ電流Ｉｂの積算処理が行われる。その後、処理がステップ１３３０に進行する。ステップ１３３０においては、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉが算出される。そして、ステップ１３３０において実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉが算出されると、本ルーチンの処理が一旦終了する。すなわち、処理がルーチン１１００におけるステップ１１３０に進行する。

−変形例の例示列挙−
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。なお、以下の変形例の説明において、上述の実施形態と同様の構成や機能を有する部材については、上述の実施形態と同一の符号を付するものとし、かかる部材の説明については、上述の実施形態における同一符号の部材の説明が、適宜（技術的に矛盾しない範囲において）援用されるものとする。

もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得ることも、いうまでもない。

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的あるいは機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、第一モータジェネレータ２１と第二モータジェネレータ２２とのうちのいずれか一方は、省略されてもよい。また、本発明の適用対象は、ハイブリッド自動車に限定されない。すなわち、例えば、本発明は、内燃機関を用いない電気自動車に対しても良好に適用され得る。さらに、本発明の適用対象は、車両に何ら限定されるものではない。

本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な処理態様に限定されない。例えば、ＳＯＣ_Ｉ算出部４１による実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出方法や、ＳＯＣｅ算出部４４による電池充電状態推定値ＳＯＣｅの算出方法については、特開平１１−２２３６６５号公報、特開２０００−１５０００３号公報、特開２００５−２０１７４３号公報、特開２００８−２４３３７３号公報、等に記載されたものと同様のものが用いられ得る。

実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉのリセット値ＳＯＣ_{Ｉ＿ｒｅｓｅｔ}は、その時点のモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭであってもよいし、その時点の電池充電状態推定値ＳＯＣｅであってもよい。

上述の具体例（フローチャート）における各ステップの順序は、適宜変更され得る。すなわち、例えば、図５に示されている上述のルーチン５００におけるステップ５５０は、ステップ５２０よりも前に実行されてもよい。具体的には、ステップ５５０は、ステップ５１０の一部として行われてもよい。同様に、図１１に示されている上述のルーチン１１００における、ステップ１１１０とステップ１１２０との前後関係も、特に問題とはならない。

また、上述のルーチン１１００において、ステップ１１１０を「ＳＯＣ_ＣＭ算出値の取得」とし、ステップ１１２０を「ＳＯＣ_Ｉ算出値の取得」とし、ルーチン１２００及び１３００の実行直後にルーチン１１００を実行することとし、ルーチン１２００、１３００及び１０００の実行をバッテリＥＣＵ４ａにおいて所定の演算周期（例えば０．１秒）毎に行うようにしてもよい（なお、ルーチン１２００、１３００及び１０００の実行のための所要時間は、上述の演算周期よりもはるかに短い。よって、この場合、見かけ上、実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉの算出、モデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの算出、及び電池充電状態推定値ＳＯＣｅの算出が、ほとんど同時に、且つ上記演算周期毎に行われる。）。

実測電流ベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_Ｉ及びモデルベース電池充電状態推定値ＳＯＣ_ＣＭの信頼性の判定や、推定電池電流Ｉｅ及びセンサ電流Ｉｂの信頼性の判定は、上述の具体例に何ら限定されない。具体的には、例えば、かかる判定の際に考慮される要素として、上述のもののうちの一部（例えば、センサ電流Ｉｂと電池温度だけ）が用いられてもよいし、上述のもの以外のものが用いられてもよい。

本発明の適用対象は、リチウム拡散挙動を取り扱った、いわゆる「電池モデル」に限定されない。例えば、特開２０００−２６８８８６号公報、特開２００３−７５５１８号公報、特開２００７−１７８２１５号公報、特開２０１１−２１５１５１号公報、等に記載されているような、いわゆる「等価回路モデル」を用いた態様に対しても、本発明は好適に適用され得る。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。

また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用的あるいは機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用あるいは機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、技術的に矛盾しない範囲において、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。

Ｓ…電源システム ＶＨ…電動機搭載車両
１…二次電池 ２…負荷機構
３…メイン制御ユニット
４…バッテリ制御装置
４ａ…バッテリ制御用電子制御ユニット ４ｂ…電圧センサ
４ｃ…電流センサ ４ｄ…温度センサ
４０…電池状態推定装置
４０ａ…拡散推定部 ４０ｂ…開放電圧推定部
４０ｃ…電池パラメータ値設定部 ４０ｄ…境界条件設定部
４０ｅ…平均濃度算出部
４０ｆ…電流入力部 ４０ｆ１…モデル推定電流算出部
４０ｆ２…電流信頼性判定部 ４０ｆ３…モデル入力電流算出部
４０ｇ…ＳＯＣ推定部
４１…ＳＯＣ_Ｉ算出部
４２…ＳＯＣ_ＣＭ算出部
４２１…拡散推定部 ４２２…開放電圧推定部
４２３…電池パラメータ値設定部 ４２４…電流推定部
４２５…境界条件設定部 ４２６…平均濃度算出部
４２７…モデルベース推定ＳＯＣ算出部 ４２８…電流入力部
４２９…ＳＯＣ推定部
４３…ＳＯＣ信頼性判定部 ４４…ＳＯＣｅ算出部
４５…ＳＯＣ_Ｉリセット部 ４６…ＳＯＣ_ＣＭリセット部

特開平１１−２２３６６５号公報 特開２０００−１５０００３号公報 特開２００５−２０１７４３号公報 特開２００７−１９２７２６号公報 特開２００８−２４３３７３号公報

Claims (5)

1. 二次電池の充電状態を推定するように構成された、電池状態推定装置であって、
   前記二次電池の端子間に発生する電池電圧を検出するように設けられた、電圧検出部と、
   前記二次電池の充放電中の電流を検出するように設けられた、電流検出部と、
   前記二次電池の温度である電池温度を検出するように設けられた、温度検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧と、前記温度検出部によって検出された前記電池温度と、をパラメータとする計算モデルを用いて、前記電流を推定するように設けられた、電流推定部と、
   前記二次電池の充放電条件に基づいて、前記電流検出部による前記電流の検出値及び前記電流推定部による前記電流の推定値の信頼性を判定する、信頼性判定部と、
   前記信頼性判定部による判定結果に応じて、前記計算モデルを用いた前記充電状態の推定に用いられる電流値であるモデル入力電流を算出する、モデル入力電流算出部と、
   前記判定結果に応じて前記モデル入力電流算出部によって算出された前記モデル入力電流に基づいて、前記充電状態を、前記計算モデルを用いて推定する、充電状態推定部と、
   を備えたことを特徴とする、電池状態推定装置。
2. 二次電池の充電状態を推定するように構成された、電池状態推定装置であって、
   前記二次電池の端子間に発生する電池電圧を検出するように設けられた、電圧検出部と、
   前記二次電池の充放電中の電流を検出するように設けられた、電流検出部と、
   前記二次電池の温度である電池温度を検出するように設けられた、温度検出部と、
   前記電流検出部による前記電流の検出値に基づく前記充電状態の推定値である、第一推定値を逐次算出する、第一推定値算出部と、
   前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧と、前記温度検出部によって検出された前記電池温度と、をパラメータとする計算モデルを用いた、前記充電状態の推定値である、第二推定値を逐次算出する、第二推定値算出部と、
   前記二次電池の充放電条件に基づいて、前記第一推定値及び前記第二推定値の信頼性を判定する、信頼性判定部と、
   前記信頼性判定部により前記第一推定値の信頼性が低いと判定された場合に、前記第二推定値に基づいて設定された第一リセット値から前記第一推定値算出部による前記第一推定値の逐次算出を継続するように、前記第一推定値算出部をリセットする、第一推定値リセット部と、
   前記信頼性判定部により前記第二推定値の信頼性が低いと判定された場合に、前記第一推定値に基づいて設定された第二リセット値から前記第二推定値算出部による前記第二推定値の逐次算出を継続するように、前記第二推定値算出部をリセットする、第二推定値リセット部と、
   を備えたことを特徴とする、電池状態推定装置。
3. 請求項２に記載の、電池状態推定装置において、
   前記信頼性判定部による前記第一推定値及び前記第二推定値の信頼性の判定結果に基づいて設定される係数を用いて、前記第一推定値と前記第二推定値との重み付けをすることで、前記充電状態を推定する、充電状態算出部
   をさらに備えたことを特徴とする、電池状態推定装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の、電池状態推定装置において、
   前記第二推定値算出部は、前記二次電池における電気化学反応に寄与する物質である反応寄与物質の分布を規定する拡散方程式を少なくとも含む前記計算モデルとしての電池モデルを用いて、前記反応寄与物質を内部に含む活物質中の当該反応寄与物質の濃度分布及び平均濃度を推定することで、前記電圧検出部によって検出された前記電池電圧及び前記温度検出部によって検出された前記電池温度に基づいて前記第二推定値を算出するように設けられ、
   前記第二推定値リセット部は、前記第一推定値に基づいて前記濃度分布を更新することを特徴とする、電池状態推定装置。
5. 請求項４に記載の、電池状態推定装置であって、
   前記第二推定値リセット部は、リセット前の前記濃度分布における、濃度変化パターンを保持しつつ平均濃度を更新することを特徴とする、電池状態推定装置。

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