JP6300000B2

JP6300000B2 - 充電状態推定装置、充電状態推定方法

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Publication number: JP6300000B2
Application number: JP2013030726A
Authority: JP
Inventors: 林　英司; 英司林; 将司中村
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: US9759779B2; US20140232410A1; JP2014160015A; CN103995231B; US9482722B2; EP2770337B1; CN103995231A; US20160299193A1; EP2770337A3; EP2770337A2

Description

本発明は、蓄電素子の充電状態を推定する技術に関する。

二次電池等の蓄電素子の充電状態（ＳＯＣ）を推定する方法には、二次電池の開放電圧を利用したＯＣＶ法や、二次電池の充放電電流を積算する電流積算法がある（下記特許文献１参照）。電流積算法でＳＯＣを算出すると、電流積算が長期継続した場合には、電流センサの計測誤差が蓄積してＳＯＣの推定誤差が大きくなる。そのため、電流積算が長期継続した場合には、ＯＣＶ法によりＳＯＣを推定して、誤差の蓄積をリセットすることが好ましい。

特開２００７−１７８２１５公報

しかしながら、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差がＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を下回っている時に、ＯＣＶ法を実行してリセットをかけると、ＳＯＣの推定誤差を、却って悪化させることがある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、蓄電素子の充電状態の推定誤差を抑えることを目的とする。

本明細書によって開示される充電状態推定装置は、蓄電素子の電圧を計測する電圧計測部と、前記蓄電素子の電流を計測する電流計測部と、制御部とを備え、前記電流計測部により計測した電流の積算値に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法を電流積算法、前記電圧計測部にて計測した前記蓄電素子の開放電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法をＯＣＶ法と定義した時に、前記制御部は、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回ることを条件として、前記ＯＣＶ法の実行を許可する。

この充電状態推定装置では、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回ることを条件とは、前回ＯＣＶ法を実行してからの電流積算量が、前記ＯＣＶ法の推定誤差に対応する電流積算量を上回る条件である。

この充電状態推定装置では、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回ることを条件とは、前回ＯＣＶ法を実行してからの前記充電状態推定装置の動作時間が、前記ＯＣＶ法の推定誤差に対応する動作時間を上回る条件である。

この充電状態推定装置では、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回ることを条件とは、前回ＯＣＶ法を実行してからの前記蓄電素子の残存容量の増減量が、前記ＯＣＶ法の推定誤差に対応する残存容量の増減量を上回る条件である。

この充電状態推定装置では、前記制御部は、充電状態の変化に対する開放電圧の変化量が基準値よりも大きい指定範囲に、前記ＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれている場合は、前記ＯＣＶ法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定し、前記指定範囲に前記ＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれていない場合は、前記電流積算法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定する。尚、「前記ＯＣＶ法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定」には、ＯＣＶ法により求めた充電状態の数値をそのまま充電状態の推定値とする場合、ＯＣＶ法により算出した値の比率が電流積算法よりも高くなるように重み付けをして推定値を決定する場合が含まれる。また、「前記電流積算法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定」には、電流積算法により求めた充電状態の数値をそのまま充電状態の推定値とする場合、電流積算法により算出した値の比率がＯＣＶ法よりも高くなるように重み付けをして推定値を決定する場合が含まれる。

本明細書によって開示される充電状態推定装置は、前記蓄電素子の電圧を計測する電圧計測部と、前記蓄電素子の電流を計測する電流計測部と、制御部とを備え、前記電流計測部により計測した電流の積算値に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法を電流積算法、前記電圧計測部にて計測した前記蓄電素子の開放電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法をＯＣＶ法と定義した時に、前記制御部は、充電状態の変化に対する開放電圧の変化量が基準値よりも大きい指定範囲に、前記ＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれている場合は、前記ＯＣＶ法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定し、前記指定範囲に前記ＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれていない場合は、前記電流積算法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定する。

なお、本明細書に開示される技術は、充電状態推定装置、充電状態推定方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

本発明によれば、蓄電素子の充電状態の推定誤差を抑えることが可能となる。

一実施形態において、電池パックの構成を示す概略図ＳＯＣとＯＣＶの相関を示す相関グラフ実際のＳＯＣとＢＭの算出するＳＯＣの関係を示すグラフＳＯＣ推定シーケンスの流れを示すフローチャート図ＯＣＶ法の実行許可条件１の判定処理を示すフローチャート図ＯＣＶ法の実行許可条件２の判定処理を示すフローチャート図ＯＣＶ法の実行許可条件３の判定処理を示すフローチャート図

（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態の充電状態推定装置の概要について説明する。本充電状態推定装置では、電流積算法による充電状態の推定誤差が、ＯＣＶ法による充電状態の推定誤差を上回ることを条件として、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、電流積算法による充電状態の推定誤差が、ＯＣＶ法による充電状態の推定誤差を下回っている時に、ＯＣＶ法が実行されることはない。すなわち、推定誤差を悪化させるような不適切なタイミングで、ＯＣＶ法が実行されることがないので、蓄電素子の充電状態の推定誤差を抑えることが可能となる。

本充電状態推定装置では、前回ＯＣＶ法を実行してからの電流積算量がＯＣＶ法の推定誤差に対応する電流積算量を上回ることを条件に、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、前回ＯＣＶ法を実行してからの電流積算量がＯＣＶ法の推定誤差に対応する電流積算量を上回るまでの間は、別の条件が成立していない限り、ＯＣＶ法は実行されない。

本充電状態推定装置では、前回ＯＣＶ法を実行してからの充電状態推定装置の動作時間がＯＣＶ法の推定誤差に対応する動作時間を上回ることを条件に、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、前回ＯＣＶ法を実行してからの充電状態推定装置の動作時間が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する動作時間を上回るまでの間は、別の条件が成立していない限り、ＯＣＶ法は実行されない。

本充電状態推定装置では、前回ＯＣＶ法を実行してからの蓄電素子の残存容量の増減量がＯＣＶ法の推定誤差に対応する残存容量の増減量を上回ることを条件に、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、前回ＯＣＶ法を実行してからの蓄電素子の残存容量の増減量が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する残存容量の増減量を上回るまでの間は、別の条件が成立していない限り、ＯＣＶ法は実行されない。

本充電状態推定装置では、指定範囲にＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれている場合は、ＯＣＶ法により求めた値の比率を高くして充電状態の推定値を決定し、指定範囲にＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれていない場合は、電流積算法により算出した値の比率を高くして充電状態の推定値を決定する。このようにすれば、充電状態の推定誤差が悪化することを防止できる。

＜一実施形態＞
以下、実施形態１について、図１ないし図７を参照しつつ説明する。
１．電池パックの構成
図１は、本実施形態における電池パック２０の構成を示す図である。本実施形態の電池パック２０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給するものである。

図１に示すように、電池パック２０は、直列接続された複数の二次電池（例えば、リン酸鉄系のリチウムイオン電池）３０と、これら二次電池３０を管理するバッテリ−マネージャー（以下、ＢＭ）５０、及び二次電池３０に流れる電流を検出する電流センサ４０を有する。ＢＭ５０は「充電状態推定装置」の一例である。また、二次電池３０が「蓄電素子」の一例である。

二次電池３０及び電流センサ４０は、配線３５を介して直列に接続されており、電気自動車に搭載された充電器１０または、電気自動車等の内部に設けられた動力源等の負荷１０に接続される。充電器１０は二次電池３０の電圧を検出して、二次電池３０を充電する機能を果たす。

ＢＭ５０は、制御部６０と、電圧計測部７０と、電流計測部８０と、温度計測部９０とを備える。制御部６０は中央処理装置（以下、ＣＰＵ）６１と、メモリ６３と、カウンタ６５を含む。

メモリ６３には、ＢＭ５０の動作を制御するための各種のプログラム（電池管理プログラムを含む）が記憶されており、ＣＰＵ６１は、メモリ６３から読み出したプログラムに従って、後述するＳＯＣ推定ケーケンスを実行するなど、各部の制御を行う。また、メモリ６３には、ＳＯＣ推定シーケンスの実行に必要なデータ、例えば、残存容量ａ３の計測値、満充電容量ａ４、指定範囲Ｘのデータや、ＯＣＶ法の実行許可条件を判定するための各閾値（第１閾値〜第３閾値）のデータ、ＯＣＶとＳＯＣとの相関特性を示す相関データ（図２の相関グラフ）が記憶されている。

電圧計測部７０は、検出ラインを介して各二次電池３０の両端にそれぞれ接続され、各二次電池３０の電圧Ｖ［Ｖ］を所定期間毎に測定する機能を果たす。電流計測部８０は、電流センサ４０を介して二次電池３０に流れる電流を計測する機能を果たす。また、温度計測部９０は、接触式あるいは非接触式で二次電池３０の温度Ｄ［℃］を所定期間毎に測定する機能を果たす。

なお、電池パック２０には、この他にユーザからの入力を受け付ける操作部（図示せず）、二次電池３０のＳＯＣ等を表示する液晶ディスプレイからなる表示部（図示せず）が設けられている。

２．ＯＣＶ法の実行タイミングによる二次電池３０のＳＯＣ推定誤差
二次電池３０の充電状態（以下、ＳＯＣ）を推定する方法には、電流積算値に基づいてＳＯＣを推定する電流積算法とＯＣＶ法がある。ＯＣＶ法は、二次電池３０の開放電圧（以下、ＯＣＶ）に基づいてＳＯＣを推定する方法であり、ＯＣＶの計測値を、ＯＣＶとＳＯＣの相関特性（例えば、図２に示すＳＯＣ−ＯＣＶの相関グラフ）に参照して、ＯＣＶに対応するＳＯＣを求めるものである。尚、図２は横軸をＳＯＣ、縦軸をＯＣＶとしたグラフであり、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)を用いたリン酸鉄系リチウムイオン二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示す。

電流積算法でＳＯＣを推定すると、電流積算が長期継続した場合には、電流センサ４０の計測誤差が蓄積してＳＯＣの推定誤差が大きくなる。そのため、所定のタイミングでＯＣＶ法を実行して、計測誤差の蓄積をリセットすることが好ましい。しかしながら、ＯＣＶ法の場合も、電圧の計測誤差や、相関グラフの誤差があることから、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差が、ＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を下回っている場合に、ＯＣＶ法を実行すると、却って、推定誤差が悪化する場合がある。

そこで、ＢＭ５０では、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差が、ＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を上回ることを条件として、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、推定誤差を悪化させるような不適切なタイミングで、ＯＣＶ法が実行されることがないので、ＳＯＣの推定誤差を抑えることが可能となる。

尚、本ＢＭ５０では、ＯＣＶ法の実行許可条件に下記の３パターンを設定しており、実行許可条件１〜実行許可条件３のいずれかが成立した場合に、ＯＣＶ法の実行を許可する。

（１）実行許可条件１
実行許可条件１は、前回ＯＣＶ法を実行してからの電流積算量ａ１が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する電流積算量（以下、第１閾値）を上回る条件である。例えば、二次電池３０の満充電容量を１００［Ａｈ］、電流センサ４０の誤差を０．１［％］とすると、電流積算法では、１００［Ａｈ］充放電した時に、誤差が０．１［Ａｈ］となる。一方、ＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を１［％］とした場合、１００［Ａｈ］充放電した時の誤差は１［Ａｈ］である。そのため、二次電池３０が１０００［Ａｈ］以上充放電した時に電流積算法の推定誤差がＯＣＶ法の推定誤差を超える。すなわち、ＯＣＶ法の推定誤差１［％］に対応する電流積算量は１０００［Ａｈ］であることから、この例では、第１閾値を１０００［Ａｈ］とする。

（２）実行許可条件２
実行許可条件２は、前回ＯＣＶ法を実行してからのＢＭ５０の動作時間が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する動作時間（以下、第２閾値）を上回る条件である。
具体的に説明すると、ＢＭ５０は、図１に示すように、電流センサ４０の設けられた充電器側のラインＬ３とは別ラインＬ１、Ｌ２を通じて二次電池３０から電力を供給されているため、電流センサ４０の計測値に、ＢＭ５０の消費する消費電流は含まれない。そのため、電流積算法によりＳＯＣを推定すると、ＢＭ５０の消費電流分が誤差となる。例えば、ＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を１［％］とした場合、１００［Ａｈ］充放電した時の誤差は１［Ａｈ］である。一方、ＢＭ５０の消費電流を０．１［Ａｈ］とすると、１０時間動作した時に、ＢＭ５０の消費電流が１［Ａｈ］となる。そのため、ＢＭ５０の動作時間が１０時間を超えると、電流積算法の推定誤差がＯＣＶ法の推定誤差を超える。すなわち、ＯＣＶ法の推定誤差１［％］に対応するＢＭ５０の動作時間は１０時間であることから、この例では、第２閾値を１０時間とする。尚、ＢＭ５０の動作時間とは、ＢＭ５０が二次電池３０の状態検出（電圧、電流、ＳＯＣ、残存容量の検出）のために起動している時間である。

（３）実行許可条件３
実行許可条件３は、前回ＯＣＶ法を実行してからの二次電池３０の残存容量ａ３の増減量Δａ３が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する残存容量の増減量（以下、第３閾値）を上回る条件である。具体的に説明すると、ＢＭ５０は、残存容量ａ３に余裕を持たせる目的（二次電池３０が過放電により使用禁止領域に入らないようにする目的）で、二次電池３０の満充電容量ａ４を、実際の満充電容量ａ４より小さい値として記憶している。そのため、電流積算法によりＳＯＣを推定すると、前回ＯＣＶ法を実行してからの残存容量ａ３の増減量Δａ３が大きくなるに従って、ＳＯＣの誤差が拡大する。

例えば、二次電池３０の満充電容量が１００［Ａｈ］、ＢＭ５０が内部で記憶している満充電容量が９０［Ａｈ］の条件で、残存容量が０［Ａｈ］から充電を開始して、９［Ａｈ］まで充電をした時に、電流積算法でＳＯＣを推定すると、実際のＳＯＣ（実）は９［％］であるのに対して、ＢＭ５０が電流積算法で算出するＳＯＣ（ＢＭ）は１０［％］となり、誤差１［％］になる。そのため、ＯＣＶ法の推定誤差１［％］に対応する残存容量ａ３の増減量Δａ３は９［Ａｈ］であることから、この例では、第３閾値を９［Ａｈ］とする。

３．ＢＭ５０によるＳＯＣ推定シーケンス
次にＳＯＣを推定するＳＯＣ推定シーケンスについて図４から図７を参照して説明する。ＳＯＣ推定シーケンスは、図４に示すようにＳ１０〜Ｓ１６０の１６ステップから構成される。ＳＯＣ推定シーケンスは、例えば、ＢＭ５０が車載のＥＣＵ（図略）から実行指令を受けることにより開始され、開始後には、制御部６０の指令により、一連のステップが規定周期Ｔで繰り返し実行される。これにより、二次電池３０の電圧や電流が規定周期Ｔで繰り返し計測されることから、計測値に基づいて二次電池３０のＳＯＣや残存容量ａ３を推定することが出来る。以下、ＳＯＣ推定シーケンスの処理の流れを、二次電池３０が充電中である場合を例にとって説明を行う。

ＳＯＣ推定シーケンスがスタートすると、まず、制御部６０の指令により、電圧計測部７０を介して各二次電池３０の電圧を計測する処理が実行される（Ｓ１０）。次に、制御部６０は電流計測部７０に指令を与え、二次電池３０に流れる電流を電流センサ４０により計測する処理を行う（Ｓ２０）。Ｓ１０にて計測した電圧値と、Ｓ２０にて計測した電流値はデジタル値に変換された後、メモリ６３に記憶される。

その後、処理はＳ３０に移行し、制御部６０は下記の（１）式、（２）式に示すように、Ｓ２０にて計測した電流値Ｉに規定周期Ｔを乗算して電流積算値ＺＩを算出する。また、算出した電流積算値ＺＩを残存容量ａ３に加算することで、二次電池３０の残存容量ａ３を算出する。すなわち、ＳＯＣ推定シーケンスを１回行うたびに、残存容量（前回値）ａ３に対して電流積算値ＺＩを加算することで、残存容量ａ３の値を更新している。
ＺＩ＝Ｉ×Ｔ・・・・・・（１）式
ａ３＝ａ３＋ＺＩ・・・・（２）式

そして、Ｓ３０にて電流積算値ＺＩと残存容量ａ３を算出すると、次に制御部６０はＯＣＶ法の実行許可条件を判定する処理を行う。本実施形態では、先に述べたように、ＯＣＶ法の実行許可条件を３パターン設定しており、Ｓ４０では実行許可条件１を、Ｓ５０では実行許可条件２を、Ｓ６０では実行許可条件３を判定する。

実行許可条件１を判定する処理（Ｓ４０）は、前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１と第１閾値（この例では、１０００［Ａｈ］）を比較して、電流積算量ａ１が第１閾値よりも大きいかどうかを判定する処理であり、図５に示すＳ４１〜Ｓ４７の７つのステップから構成されている。

まず、Ｓ４１では、制御部６０により二次電池３０が充電中かどうかを判定する処理が制御部６０にて実行される。二次電池３０が充電中かどうかは、車載のＥＣＵから通知されるステータス情報や、電流の向きから判断することが可能である。ここでは、二次電池３０は充電中であるため、Ｓ４１ではＹＥＳ判定されることになり、その後、処理はＳ４２に移行する。

Ｓ４２に移行すると、制御部６０により前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量（ここでは、充電時の電流積算量ａ１＿１）が算出される。具体的には、下記の（３）式に示すように、前回算出した電流積算量ａ１＿１に対してＳ２０にて電流積算値Ｚ１を加算することにより、前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１＿１が算出される。

ａ１＿１＝ａ１＿１＋ＺＩ・・・・・・（３）

尚、上記（３）式で、前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１＿１を算出することが出来るのは、ＯＣＶ法が実行された場合、後述するＳ１５０の処理で、電流積算量ａ１＿１（前回算出値）を「ゼロ」にリセットするため、ＯＣＶ法の実行後は、初期値ゼロから電流積算されるためである。

Ｓ４２にて電流積算量ａ１＿１を算出すると、次はＳ４３に移行して、制御部６０により、電流積算量ａ１＿１と第１閾値を比較する処理が実行される。そして、Ｓ４２にて算出した前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１＿１が、第１閾値を超えている場合には、Ｓ４３にてＹＥＳ判定され、処理はＳ４４に移行する。Ｓ４４に移行すると、フラグＦ１を「１」にセットする処理が実行される。

一方、前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１＿１が、第１閾値より小さい場合には、Ｓ４３にてＮＯ判定される。この場合、フラグＦ１は「０（初期値）」に維持される。フラグＦ１はＯＣＶ法の実行許可フラグであり、「１」は実行許可に対応し、「０」の場合は、実行禁止に対応する。そして、フラグＦ１の設定が終了すると、ＯＣＶ法の実行許可条件１の判定処理は終了する。

尚、二次電池３０が放電中の場合には、Ｓ４１でＮＯ判定された後、Ｓ４５に移行する。Ｓ４５では、制御部６０により前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量（ここでは、放電時の電流積算量ａ１＿２）が下記の（４）式に基づいて算出される。その後の処理は、充電時と同じであり、前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１＿２が第１閾値を超えている場合には、Ｓ４７に移行してフラグＦ１が「１」に設定され、電流積算量ａ１＿２が第１閾値より小さい場合には、フラグＦ１は「０（初期値）」に維持される。

ａ１＿２＝ａ１＿２＋ＺＩ・・・・・・（４）

そして、実行許可条件１の判定が終了すると、次に実行許可条件２を判定する処理（Ｓ５０）が、制御部６０により実行される。

実行許可条件２を判定する処理は、前回ＯＣＶ法実行からのＢＭ５０の動作時間が第２閾値よりも大きいかどうかを判定する処理である。尚、ＢＭ５０の動作時間は、ＢＭ５０の動作回数ａ２に対して規定周期Ｔを乗算したものであることから、この例では、ＢＭ５０の動作回数ａ２をカウントし、その値を、第２閾値に対応する動作回数（以下、基準動作回数）と比較することにより、ＢＭ５０の動作時間が第２閾値よりも大きいかどうかを判定している。尚、規定周期Ｔが１００［ｍｓ］である場合、第２閾値が１０時間であるとすると、基準動作回数Ｎは、下記の（５）式から「３６００００」となる。

Ｎ＝１０×６０×６０×１０・・・・・（５）

図６を参照して説明を続けると、実行許可条件２を判定する処理は、Ｓ５１〜Ｓ５５の３つのステップから構成されており、まず、Ｓ５１では、制御部６０により前回ＯＣＶ法実行からのＢＭ５０の動作回数ａ２が算出される。具体的には、下記の（６）式に示すように、前回算出したＢＭ５０の動作回数ａ２に対して「１」を加算することにより、ＢＭ５０の動作回数ａ２が算出される。

ａ２＝ａ２＋１・・・・・・（６）

上記（６）式で、前回ＯＣＶ法実行からのＢＭ５０の動作回数ａ２を算出することが出来るのは、ＯＣＶ法が実行された場合、後述するＳ１５０の処理で、動作回数ａ２（前回算出値）を「ゼロ」にリセットするため、ＯＣＶ法の実行後は、初期値ゼロから動作回数がカウントされるためである。

Ｓ５１にてＢＭ５０の動作回数ａ２を算出すると、次はＳ５３に移行して、制御部６０は、ＢＭ５０の動作回数ａ２と基準動作回数Ｎを比較する処理を行う。そして、Ｓ５１にて算出した前回ＯＣＶ法実行からのＢＭ５０の動作回数ａ２が、基準動作回数Ｎを超えている場合には、Ｓ５３にてＹＥＳ判定（すなわち、ＢＭ５０の動作時間は第２閾値よりも大きいと判定）され、処理はＳ５５に移行する。Ｓ５５に移行すると、制御部６０により、フラグＦ１を「１」にセットする処理が実行される。

一方、前回ＯＣＶ法実行からのＢＭ５０の動作回数ａ２が基準動作回数Ｎより小さい場合には、Ｓ５３にてＮＯ判定（すなわち、ＢＭ５０の動作時間は第２閾値よりも小さいと判定）される。この場合、フラグＦ１は「０（初期値）」に維持される。そして、フラグＦ１の設定が終了すると、実行許可条件２の判定処理は終了する。

そして、ＯＣＶ法の実行許可条件２の判定が終了すると、次に実行許可条件３を判定する処理（Ｓ６０）が実行される。実行許可条件３を判定する処理は、残存容量差Δａ３と第３閾値（この例では、９［Ａｈ］）を比較して、残存容量差Δａ３が第３閾値よりも大きいかどうかを判定する処理であり、図７に示すＳ６１〜Ｓ６５の３つのステップから構成されている。

まず、Ｓ６１では、制御部６０により残存容量ａ３の増減量Δａ３が算出される。具体的には、下記の（７）式に示すように、Ｓ３０にて算出した残存容量ａ３＿１から前回ＯＣＶ法実行時の残存容量ａ３＿２を減算して、その絶対値をとることにより、残存容量ａ３の増減量Δａ３が算出される。

Δａ３＝｜ａ３＿１−ａ３＿２｜・・・・・・（７）
尚、ａ３に付した添え字の「１」と「２」は、残存容量ａ３が電流積算で算出された場合と、ＯＣＶ法で算出された場合を区別するために付してある。

Ｓ６１にて残存容量ａ３の増減量Δａ３を算出すると、次はＳ６３に移行して、制御部６０は、残存容量ａ３の増減量Δａ３と第３閾値を比較する処理を行う。そして、Ｓ６１にて算出した残存容量ａ３の増減量Δａ３が、第３閾値を超えている場合には、Ｓ６３にてＹＥＳ判定され、処理はＳ６５に移行する。Ｓ６５に移行すると、フラグＦ１を「１」にセットする処理が実行される。

一方、残存容量ａ３の増減量Δａ３が第３閾値より小さい場合には、Ｓ６３にてＮＯ判定される。この場合、フラグＦ１は「０（初期値）」に維持される。そして、フラグＦ１の設定が終了すると、実行許可条件３の判定処理は終了する。

そして、実行許可条件３の判定が終了すると、次はＳ７０に移行して、制御部６０により、二次電池３０に電流が流れているか判定する処理が実行される。具体的には、電流センサ４０により計測される電流値を基準値（電流が概ねゼロとみなせる値）と比較することにより、電流が流れているかどうか判定される。

この場合、二次電池３０は充電中であることから、電流値が基準値を上回る状態になるので、Ｓ７０ではＮＯ判定される。そして、Ｓ７０でＮＯ判定された場合、処理はＳ８０に移行する。Ｓ８０では、電流積算法により、二次電池３０のＳＯＣを推定する処理が制御部６０にて実行される。具体的には、下記の（８）式に示すように、Ｓ３０にて算出した残存容量ａ３を、メモリ６３に記憶された満充電容量ａ４で除算することにより、ＳＯＣの値が得られる。

ＳＯＣ＝ａ３／ａ４・・・・・・（８）

そして、Ｓ８０の処理完了に伴って一周期分の処理は終了する。その後は、規定周期Ｔで、ＳＯＣ推定シーケンスが繰り返し実行される。二次電池３０が充電されている期間、Ｓ１０〜Ｓ８０の処理が規定周期Ｔで繰り返し行われることになり、二次電池３０の電圧値Ｖ、電流値Ｉ、残存容量ａ３の値はその都度更新される（Ｓ１０〜Ｓ３０）。また、前回ＯＣＶ法実行からの電流積算量ａ１＿１、ＢＭ５０の動作回数ａ２及び残存容量ａ３の増減量Δａ３もその都度更新され、各ＯＣＶ法の実行許可条件１〜３についてもその都度判定される（Ｓ４０〜Ｓ６０）。また、ＳＯＣも、電流積算法を用いてその都度算出されることになる（Ｓ８０）。

そして、二次電池３０の充電完了に伴って、二次電池３０に流れる電流Ｉが所定値（電流が概ねゼロとみなせる値）よりも小さくなると、Ｓ７０の判定処理を行った時にＹＥＳ判定され、処理はＳ９０に移行する。Ｓ９０では二次電池３０に電流が流れなくなってからの経過時間を、カウンタ６５を用いてカウントする処理が実行される。

その後、処理はＳ１００に移行して、安定時間（予め設定された所定時間）が経過したかどうか判定する処理が、制御部６０にて実行される。安定時間は、二次電池３０のＯＣＶ（開放電圧）が安定するのを待つための時間であり、Ｓ９０にて計測する経過時間が安定時間になると、Ｓ１００にてＹＥＳ判定され、処理はＳ１１０に移行する。

そして、Ｓ１１０では、制御部６０により、フラグＦ１の値を判定する処理が実行される。実行許可条件１〜実行許可条件３のうち、いずれかの条件が成立している場合には、フラグＦ１の値は「１」に設定されているため、Ｓ１１０にてＹＥＳ判定される。この場合、処理はＳ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、ＯＣＶ法に基づいて二次電池３０のＳＯＣを推定する処理が、制御部６０により実行される。具体的には、まず、電圧計測部７０を介して二次電池３０のＯＣＶ（電流が流れていない状態の開放電圧）を計測する処理が実行される。そして、計測されたＯＣＶを、図２に示すＳＯＣ−ＯＣＶの相関特性（相関グラフ）に参照することにより、ＳＯＣが推定される。例えば、ＯＣＶの値が３．３５［Ｖ］の場合、ＳＯＣの推定値ｂ１は６３％となる。

その後、処理はＳ１３０に移行して、Ｓ１２０にて算出したＳＯＣの推定値ｂ１が指定範囲Ｘに収まっているかどうか、判定する処理が制御部６０により実行される。指定範囲Ｘは、ＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化の大きな領域であり、この例では、図２に示す指定範囲Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の３箇所指定されている。

指定範囲Ｘ１〜Ｘ３を設定する意図は、指定範囲Ｘ以外の領域はＳＯＣ変化に対するＯＣＶ変化が小さいため、ＯＣＶ法では、ＳＯＣの値を正確に推定することが出来ないためである。

尚、指定範囲Ｘとそれ以外の領域の境界となる基準値は、ＯＣＶ法によりＳＯＣを算出した時に、許容される誤差の大きさから決定できる。例えば、Ｘ軸（横軸）をＳＯＣ（ただし、単位は１［％］）とし、Ｙ軸（縦軸）をＯＣＶ（ただし、単位は０．０１［Ｖ］）とする。

この場合、電圧計測部７０による電圧の計測誤差を±０．０１［Ｖ］とすると、電圧の計測誤差から算出されるＳＯＣの推定誤差は、それぞれ次のようになる。ＳＯＣ−ＯＣＶの相関グラフの傾きＫが「０．０１」の場合、ＳＯＣの推定誤差は、±１［％］となる。また、ＳＯＣ−ＯＣＶの相関グラフの傾きＫが「０．１」の場合、ＳＯＣの推定誤差は±０．１０［％］となり、ＳＯＣ−ＯＣＶの相関グラフの傾きＫが「１」の場合、ＳＯＣの推定誤差は±０．０１［％］となる。尚、傾きＫの単位は、０．０１［Ｖ］／［％］である。

そして、電流積算法よりも精度が悪化しないことに着目した場合、許容される誤差の大きさは、電流センサ４０の計測誤差（この例では０．１［％］）となる。そのため、傾きＫの基準値は「０．１」となり、ＳＯＣ−ＯＣＶの相関グラフの傾きＫが、「０．１」より大きい領域を指定範囲Ｘに設定すれば、ＯＣＶ法によりＳＯＣを推定した場合の推定誤差を、誤差の許容値である０．１［％］以下に抑えることが出来る。尚、ＳＯＣ−ＯＣＶの相関グラフの傾きＫが、本発明の「充電状態（ＳＯＣ）の変化に対する開放電圧（ＯＣＶ）の変化量」に対応する。

図７に示すように、推定値ｂ１が６３％の場合は、指定範囲Ｘ２に含まれることから、Ｓ１３０の処理ではＹＥＳ判定されることになり、その後は、処理はＳ１４０に移行する。Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて算出したＳＯＣの推定値ｂ１が、ＳＯＣの推定値に決定される。また、ＳＯＣの推定値ｂ１に対してメモリ６３に記憶された満充電容量ａ４を乗算することで、下記の（９）式により、二次電池３０の残存容量ａ３が算出される。

ａ３＝（ｂ１）×（ａ４）・・・・・・（９）

その後、Ｓ１５０では、ＯＣＶ法の実行許可条件の判定に使用する各種のパラメータ、すなわち電流積算量ａ１＿１、ａ１＿２や、ＢＭ５０の動作回数ａ２の値をゼロにリセットする。また、Ｓ１６０では、フラグＦ１の値をゼロにリセットする。

その後も、規定周期Ｔで、ＳＯＣ推定シーケンスが繰り返し実行される。そのため、二次電池３０が、その後充放電すると、Ｓ１０、Ｓ２０で、二次電池３０の電圧、電流が計測され、更にＳ３０では、Ｓ１４０で算出した残存容量ａ３を初期値として、電流積算により二次電池３０の残存容量ａ３が算出されることになる。

そして、ＯＣＶ法の実行許可条件１〜３のいずれかが成立するまでの間は、Ｓ１１０の判定処理でＮＯ判定されることからＯＣＶ法の実行は許可されず、電流積算法を用いて二次電池３０のＳＯＣが推定されることになる（Ｓ８０）。すなわち、この実施形態で開示するＳＯＣ推定シーケンスでは、ＯＣＶ法の実行許可条件１〜３が成立していない状態、言い換えれば、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差がＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を下回っている間は、ＯＣＶ法の実行が禁止された状態となり、電流積算法によってＳＯＣが推定される。

そして、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差がＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を上回る時点でＯＣＶ法の実行が許可され、ＯＣＶ法によりＳＯＣ、残存容量ａ３を推定する。これにより、電流積算法による誤差の蓄積をリセットでき、リセット後は、ＯＣＶ法により算出した残存容量ａ３を初期値として、電流積算法により二次電池３０のＳＯＣや残存容量ａ３が算出されることになる。

尚、ＯＣＶ法により求めたＳＯＣの推定値ｂ１が指定範囲Ｘに含まれていない場合は、Ｓ１３０でＮＯ判定された後、Ｓ８０に移行して電流積算法によりＳＯＣが推定されることから、Ｓ１２０にて算出したＳＯＣの推定値ｂ１は、ＳＯＣの推定値として使用されない。また、この場合は、Ｓ１５０、Ｓ１６０の処理はスキップされることから、ＯＣＶ法の実行許可条件の判定に使用する各種のパラメータやフラグＦ１はリセットされることなく、ＳＯＣ推定シーケンスが継続されることになる。

４．効果説明
本ＢＭ５０では、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差が、ＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を上回ることを条件として、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、電流積算法によるＳＯＣの推定誤差が、ＯＣＶ法によるＳＯＣの推定誤差を下回っている時に、ＯＣＶ法が実行されることはない。すなわち、推定誤差を悪化させるような不適切なタイミングで、ＯＣＶ法が実行されることがないので、ＳＯＣの推定誤差を抑えることが可能となる。

本ＢＭ５０では、前回ＯＣＶ法を実行してからの電流積算量ａ１がＯＣＶ法の推定誤差に対応する電流積算量を上回ることを条件に、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、前回ＯＣＶ法を実行してからの電流積算量ａ１がＯＣＶ法の推定誤差に対応する電流積算量を上回るまでの間は、別の条件が成立していない限り、ＯＣＶ法は実行されないので、ＳＯＣの推定誤差を抑えることが可能となる。

本ＢＭ５０では、前回ＯＣＶ法を実行してからのＢＭ５０の動作時間がＯＣＶ法の推定誤差に対応する動作時間を上回ることを条件に、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、前回ＯＣＶ法を実行してからのＢＭ５０の動作時間がＯＣＶ法の推定誤差に対応する動作時間を上回るまでの間は、別の条件が成立していない限り、ＯＣＶ法は実行されないので、ＳＯＣの推定誤差を抑えることが可能となる。

本ＢＭ５０では、前回ＯＣＶ法を実行してからの二次電池３０の残存容量ａ３の増減量Δａ３が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する残存容量ａ３の増減量を上回ることを条件に、ＯＣＶ法の実行を許可する。このようにすれば、前回ＯＣＶ法を実行してからの二次電池３０の残存容量ａ３の増減量Δａ３が、ＯＣＶ法の推定誤差に対応する残存容量ａ３の増減量を上回るまでの間は、別の条件が成立していない限り、ＯＣＶ法は実行されないので、ＳＯＣの推定誤差を抑えることが可能となる。

本ＢＭでは、ＯＣＶ法により求めたＳＯＣの値が、指定範囲Ｘに含まれている場合は、ＯＣＶ法により算出した値をＳＯＣの推定値に決定し、指定範囲Ｘに含まれていない場合は、電流積算法により算出した値をＳＯＣの推定値に決定する。このようにすれば、ＯＣＶ法の実行により、ＳＯＣの推定誤差が悪化することを防止できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、蓄電素子の一例としてリチウムイオン二次電池を例示したが、これに限らず、リチウムイオン二次電池以外の二次電池や、電気化学現象を伴うキャパシタ等であってもよい。

（２）上記実施形態では、制御部６０の一例としてＣＰＵ６１を例に挙げた。制御部６０は複数のＣＰＵを備える構成や、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びＣＰＵの両方を備える構成でもよい。要するに、制御部は、上記のＳＯＣ推定シーケンスを、ソフト処理またはハード回路を利用して実行するものであればよい。

（３）上記実施形態では、ＯＣＶ法により求めたＳＯＣの値が、指定範囲Ｘに含まれている場合は、ＯＣＶ法により算出した値をそのままＳＯＣの推定値にしたが、ＯＣＶ法の比率が高くなるように重み付けしてＳＯＣを決定してもよい。例えば、ＯＣＶ法の割合８０％、電流積算法の割合２０％などである。また、ＯＣＶ法により求めたＳＯＣの値が、指定範囲Ｘに含まれていない場合は、電流積算法により算出した値をそのままＳＯＣの推定値にしたが、電流積算法の比率が高くなるように重み付けしてＳＯＣを決定してもよい。例えば、ＯＣＶ法の割合２０％、電流積算法の割合８０％などである。

１０：充電器／負荷、３０：二次電池、４０：電流センサ、５０：バッテリマネージャ、６０：制御部、７０：電圧計測部、８０：電流計測部

Claims

蓄電素子の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
前記蓄電素子の電圧を計測する電圧計測部と、
前記蓄電素子の電流を計測する電流計測部と、
制御部とを備え、
前記電流計測部により計測した電流の積算値に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法を電流積算法、前記電圧計測部にて計測した前記蓄電素子の開放電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法をＯＣＶ法と定義した時に、
前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差は、前記充電状態推定装置の消費電流が前記電流計測部の計測値に含まれないことによる、前記消費電流の誤差を含み、
前記制御部は、前記消費電流の誤差を含む、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回ることを条件として、前記ＯＣＶ法の実行を許可する、充電状態推定装置。
前記充電状態推定装置の電源ラインは、前記蓄電素子と負荷とを接続する配線のうち、前記電流計測部よりも前記蓄電素子に近い位置から引き出されており、前記充電状態推定装置の消費する消費電流は、前記電流計測部による計測値に含まれない、請求項１に記載の充電状態推定装置。
前記消費電流の誤差を含む、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回る条件とは、
前回ＯＣＶ法を実行してから前記充電状態推定装置の動作時間が、前記消費電流の誤差分による前記電流積算法の推定誤差と前記ＯＣＶ法の推定誤差が等しくなる動作時間を上回る条件である、請求項１又は請求項２に記載の充電状態推定装置。
前記制御部は、充電状態の変化に対する開放電圧の変化量が基準値よりも大きい指定範囲に、前記ＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれている場合は、前記ＯＣＶ法により求めた値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定し、前記指定範囲に前記ＯＣＶ法により求めた充電状態の値が含まれていない場合は、前記電流積算法により算出した値の比率を高くして前記充電状態の推定値を決定する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の充電状態推定装置。
蓄電素子の充電状態を推定する充電状態推定方法であって、
電流計測部により計測した電流の積算値に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法を電流積算法、電圧計測部にて計測した前記蓄電素子の開放電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定する方法をＯＣＶ法と定義した時に、
前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差は、充電状態推定装置の消費電流が前記電流計測部の計測値に含まれないことによる、前記消費電流の誤差を含み、
前記消費電流の誤差を含む、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回ることを条件として、前記ＯＣＶ法の実行を許可する、充電状態推定方法。
前記消費電流の誤差を含む、前記電流積算法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差が、前記ＯＣＶ法による前記蓄電素子の充電状態の推定誤差を上回る条件とは、
前回ＯＣＶ法を実行してから前記充電状態推定装置の動作時間が、前記消費電流の誤差分による前記電流積算法の推定誤差と前記ＯＣＶ法の推定誤差が等しくなる動作時間を上回る条件である、請求項５に記載の充電状態推定方法。