JP2015230193A - 劣化状態推定装置、充電状態推定装置、ｏｃｖカーブ算出生成装置および蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＯＣＶカーブを精度良く演算負荷を少なく推定することを可能とする。
【解決手段】二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器を備える劣化状態推定装置である。この劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える充電状態推定装置である。
【選択図】図６
【解決手段】二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器を備える劣化状態推定装置である。この劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える充電状態推定装置である。
【選択図】図６
Description
本開示は、二次電池の劣化状態推定装置、充電状態推定装置、ＯＣＶカーブ算出生成装置および蓄電装置に関する。
リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池は電源として、携帯電話に代表されるようなモバイル端末に広く普及している。近年、環境保護の高まりと共に、太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギーが注目され、そのエネルギーを蓄電する用途として、二次電池が注目され普及しつつある。自動車でも、二次電池を搭載したハイブリッド自動車や電気自動車が普及しつつある。このように、二次電池は電源用途に欠かせないキーデバイスとしての役割を担っている。
このような状況において、二次電池の残存容量（ＳＯＣ： state of charge、充電状態と適宜称する）を精度良く検知することは、製品に対する使用者の信頼に応えるために欠かせない。ＳＯＣの検知精度が悪いと、例えば、非常時（停電など）の蓄電装置において、十分な残存容量をディスプレイに表示しているにもかかわらず、予期せず突然電気が切れ停電してしまう。例えば、自動車の場合、十分な残存容量をディスプレイに表示しているにもかかわらず、予期せず突然停止してしまい目的地に到達できない事態が生じる。
ＳＯＣを推定する代表的な方法として、まず開路電圧（ＯＣＶ）を推定し、事前にテーブル等で用意してあるＯＣＶとＳＯＣの関係からＳＯＣを推定するものがある。適応フィルタやカルマンフィルタによって等価回路モデルのパラメータを更新しながらＯＣＶを推定する方法が知られている。一方、ＯＣＶとＳＯＣの関係（曲線形状を描くことからＯＣＶカーブと呼ぶことにする）については、正負極の種類など主には電池構成によって変わることが知られる。電池が劣化するとＯＣＶカーブの形状は変化するため、いかにＯＣＶカーブを精度よく算出するかで、ＳＯＣの推定精度が左右される。
ＯＣＶカーブは、ヒステリシス特性を有することが知られている。つまり、放電過多（放電の割合が充電より大きい）と充電過多（充電の割合が放電より大きい）とでＯＣＶカーブが異なる。そのため、放電過多と充電過多との２つのＯＣＶカーブを持っている必要がある。さらに、ＯＣＶカーブを使用する際にはどちらかのＯＣＶカーブを選択する必要がある。
充電電流積算量と放電電流積算量の大小比較によって使用するＯＣＶカーブを選択する方法がある（特許文献１参照）。ＯＣＶカーブを推定する他の方法として、微小電流による放電（充電）カーブ履歴に対して、正極および負極の放電（充電）カーブを伸縮・シフトし加算することでフィッティングを行い、劣化状態を推定する方法がある（特許文献２参照）。
特許文献１に記載の方法の場合、電池が劣化するとＯＣＶカーブの形状は変化するため、ＳＯＣを精度良く推定するためには劣化に応じてＯＣＶカーブを更新する必要がある。特許文献２に記載の方法の場合、ＯＣＶカーブはヒステリシス特性を有するため、両方のＯＣＶカーブを推定するためには、放電と充電の両方のカーブ履歴が必要となる。一方のＯＣＶカーブを推定できても、他方のＯＣＶカーブを推定するためには、十分な量のカーブ履歴が得られるまで待たなければならない。また、他方のＯＣＶカーブを推定できても、互いのＯＣＶカーブ更新のタイミングが異なり時間差が生じてしまう。そのため、互いのＯＣＶカーブに劣化程度の差異が生じてしまい、ＳＯＣ推定精度が低下してしまう。
したがって、本開示の目的は、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを簡潔に精度良く推定することができる劣化状態推定装置、充電状態推定装置、ＯＣＶカーブ算出生成装置および蓄電装置を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本開示は、二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器を備える劣化状態推定装置である。
本開示は、上述した劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、充電状態推定装置である。
本開示は、二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、単一のＯＣＶカーブを算出するＯＣＶカーブ算出器と、ＯＣＶカーブ算出器で推定したＯＣＶカーブの形状を司る構成情報から少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成するＯＣＶカーブ生成器を備える、ＯＣＶカーブ算出生成装置である。
本開示は、二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、放電容量とＯＣＶ値を記録するＯＣＶ管理器と、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断するＯＣＶカーブ制御器と、請求項４記載のＯＣＶカーブ算出生成装置と、生成したＯＣＶカーブを記録し管理するＯＣＶカーブ管理器を備える、ＯＣＶカーブ推定装置である。
本開示は、二次電池と、充電状態推定装置とを備える蓄電装置であって、
充電状態推定装置は、二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器と、ＯＣＶカーブ推定器によって推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、蓄電装置である。
本開示は、上述した劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、充電状態推定装置である。
本開示は、二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、単一のＯＣＶカーブを算出するＯＣＶカーブ算出器と、ＯＣＶカーブ算出器で推定したＯＣＶカーブの形状を司る構成情報から少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成するＯＣＶカーブ生成器を備える、ＯＣＶカーブ算出生成装置である。
本開示は、二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、放電容量とＯＣＶ値を記録するＯＣＶ管理器と、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断するＯＣＶカーブ制御器と、請求項４記載のＯＣＶカーブ算出生成装置と、生成したＯＣＶカーブを記録し管理するＯＣＶカーブ管理器を備える、ＯＣＶカーブ推定装置である。
本開示は、二次電池と、充電状態推定装置とを備える蓄電装置であって、
充電状態推定装置は、二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器と、ＯＣＶカーブ推定器によって推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、蓄電装置である。
少なくとも一つの実施形態によれば、ＯＣＶカーブを精度良く演算負荷を少なく推定することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であっても良い。
以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
本開示の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
＜１．第１の実施の形態＞
＜２．第２の実施の形態＞
＜３．応用例＞
＜４．変形例＞
本開示の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
＜１．第１の実施の形態＞
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＜３．応用例＞
＜４．変形例＞
＜１．第１の実施の形態＞
本開示は、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを簡潔に精度良く推定することを特徴とする。図１Ａおよび図１Ｂに本開示概要の説明図を示す。横軸を放電容量（Ｑ）、縦軸を電圧とした。
本開示は、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを簡潔に精度良く推定することを特徴とする。図１Ａおよび図１Ｂに本開示概要の説明図を示す。横軸を放電容量（Ｑ）、縦軸を電圧とした。
図１Ａに示すように、実線で示す放電側ＯＣＶカーブ１Ｄが既知である場合、そのＯＣＶカーブ１Ｄの形状を構成する情報から、図１Ｂに示すように、充電側ＯＣＶカーブ１Ｃを推定することができる。逆に、充電側ＯＣＶカーブ１Ｃが既知である場合も同様である。このように一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを生成できるのは、互いのＯＣＶカーブの相関性が非常に高いことに由来する。実際に我々はこのような特性を発見し、電池が劣化しても関係性が崩れず保持されることを確認できた。なお、放電側カーブとは、放電の割合が充電より大きい場合のＯＣＶカーブであり、充電側カーブとは、充電の割合が放電より大きい場合のＯＣＶカーブである。
図２に劣化したＯＣＶカーブの説明図を示す。新品の電池のＯＣＶカーブ２Ａ（破線で示す）は、劣化すると伸縮・シフトした形状のＯＣＶカーブ２Ｂ（実線で示す）となる。電池のＯＣＶカーブは、正極単体のＯＣＶカーブ３Ｐと、負極単体のＯＣＶカーブ３Ｎの差分で表現できることが知られている。正極単体のＯＣＶカーブ３Ｐおよび負極単体のＯＣＶカーブ３Ｎは、一般にリチウム金属を対極に使用し測定される。したがって、予め取得した単極のＯＣＶカーブのそれぞれを伸縮・シフトしたものの差分を取ることで電池のＯＣＶカーブを生成できる。
負極単体のＯＣＶカーブを例に形状変化について図３を参照して説明する。新品と比較すると通常は容量が減るので、電池が劣化すると電池容量は減り、ＯＣＶカーブの形状は変わる。図３Ａに示すように、負極のＯＣＶカーブ３Ｎａは、電池容量が減ることで収縮する。さらに、正極と負極の電位バランスが変わることで互いのＯＣＶカーブの位置関係が変わり、図３Ｂに示すように、シフトする。このように形状変化した正極単体と負極単体それぞれのＯＣＶカーブの差分の結果、電池のＯＣＶカーブは新品と比較し収縮・シフトした形状となる。なお、新品と比較すると容量が増える場合もありうる。その場合の形状変化は、伸長・シフトとなる。収縮および伸長の両方を含むために、伸縮の用語を使用する。
電池のＯＣＶカーブがカットオフ電圧に到達するまでの放電容量から、電池容量を推定することができる。図４に放電側ＯＣＶカーブ１Ｄと充電側ＯＣＶカーブ１Ｃの関係を示す。放電側ＯＣＶカーブ１Ｄと充電側ＯＣＶカーブ１Ｃの関係性を確かめるため、ＯＣＶカーブの変曲点付近に図４Ａ中の監視点（Ａｃ、Ａｄ、Ｂｃ、Ｂｄ）を設け、電池の容量劣化に応じて監視点がどのように変化するか観測した。
初期の電池容量ＣＡＰnew に対する現電池容量ＣＡＰnow の比率（容量維持率）を横軸とし、現電池容量に対する放電容量の比率ＤＯＤ（Depth of Discharge）を縦軸としたものが図４Ｂである。監視点の変遷を図４Ｂに描画した。なお、本明細書ではＳＯＣをＤＯＤの逆数と定義して考えることにする。劣化に応じてＤＯＤは変遷するが、放電と充電の監視点の関係性は変わらないことを確認できた。このように、放電側ＯＣＶカーブと充電側ＯＣＶカーブの相関性が非常に高いことを見出した。
図５は、劣化状態推定器の一例を示す。図示しない二次電池から電圧、電流および温度の情報が劣化状態推定器に対して供給される。劣化状態推定器は、Ｑ算出器１１とＯＣＶ推定器１２とＯＣＶカーブ推定器１３とを有する。
Ｑ算出器１１は、満充電時を起点とした放電容量（Ｑ）を主には電流積算から算出する。ＯＣＶ推定器１２は、開路電圧（ＯＣＶ）を算出する。電池内の濃度分極を無視できるほど十分な時間を経ていれば、入力される測定電圧をそのままＯＣＶとして扱っても良い。これら算出値を入力とし、ＯＣＶカーブ推定器１３は、ＯＣＶカーブの形状を推定する。電池のＯＣＶカーブがカットオフ電圧に到達するまでの放電容量から、電池容量を推定できる。
図６は、充電状態推定器の構成を示す。図７は、ＯＣＶ推定によるＳＯＣ推定を説明するための図である。図７に示すように、ＳＯＣ推定器１４では、ＯＣＶ推定値をＯＣＶカーブ推定器１３で推定されたＯＣＶカーブに参照することでＳＯＣを推定する。
図８は、ＯＣＶカーブ推定器１３の一例の構成を示す。ＯＣＶカーブ推定器１３は、ＯＣＶ管理器１３１と、ＯＣＶカーブ制御器１３２と、ＯＣＶカーブ算出生成器１３３と、ＯＣＶカーブ管理器１３４とからなる。ＯＣＶカーブ算出生成器１３３の構成は、図９に示すように、ＯＣＶカーブ算出器１４１とＯＣＶカーブ生成器１４２との縦続接続されたものである。
ＯＣＶ推定値記録メモリが設けられ、図１０に示すように、放電側と充電側とのそれぞれに関して、Ｑ〔ｍＡｈ〕とＯＣＶ〔Ｖ〕との関係が記憶される。一例として、図１１に示すように、放電側ＯＣＶカーブから充電側ＯＣＶカーブが推定される。ＯＣＶカーブの推定は、図１２に示すフローチャートの処理によってなされる。さらに、ＯＣＶカーブ算出は、図１３に示すフローチャートの処理によってなされる。
ステップＳＴ１：ＯＣＶカーブ推定器１３のＯＣＶ管理器１３１によって、ＯＣＶ推定値によるＯＣＶ値軌跡を記憶することを目的に、容量ＱおよびＯＣＶ推定値を記録する。推定したＯＣＶ推定値が放電過多側か充電過多側かを判別して記録する。図１１Ａにおける白いドットがＯＣＶ推定値の１サンプルを示す。
ステップＳＴ２：ＯＣＶ推定値の個数が十分な量に達したか否かが判定される。ＯＣＶカーブ制御器１３２では、メモリに記録した放電側あるいは充電側のＯＣＶ値軌跡がＯＣＶカーブを推定するのに十分な量に達したか否かで、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断する。
ステップＳＴ３：ＯＣＶ推定値の個数が十分な量に達したと判定されると、ＯＣＶカーブ算出生成器１３３でＯＣＶカーブの形状を推定する。すなわち、ＯＣＶ値軌跡からＯＣＶカーブの形状を推定する。ＯＣＶ推定値の個数が十分な量に達していないと判定されると、処理がステップＳＴ１に戻る。
ステップＳＴ２：ＯＣＶ推定値の個数が十分な量に達したか否かが判定される。ＯＣＶカーブ制御器１３２では、メモリに記録した放電側あるいは充電側のＯＣＶ値軌跡がＯＣＶカーブを推定するのに十分な量に達したか否かで、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断する。
ステップＳＴ３：ＯＣＶ推定値の個数が十分な量に達したと判定されると、ＯＣＶカーブ算出生成器１３３でＯＣＶカーブの形状を推定する。すなわち、ＯＣＶ値軌跡からＯＣＶカーブの形状を推定する。ＯＣＶ推定値の個数が十分な量に達していないと判定されると、処理がステップＳＴ１に戻る。
ステップＳＴ４：一方のＯＣＶカーブ（例えば放電側ＯＣＶカーブ）の構成情報から他方のＯＣＶカーブ（例えば充電側ＯＣＶカーブ）を生成する。
ステップＳＴ５：ＯＣＶカーブから電池容量を算出する。
ステップＳＴ６：ＯＣＶカーブ管理器１３４は、ＯＣＶカーブおよび電池容量をメモリ等に記録する。そして、ＯＣＶカーブ推定処理が終了する。
ステップＳＴ５：ＯＣＶカーブから電池容量を算出する。
ステップＳＴ６：ＯＣＶカーブ管理器１３４は、ＯＣＶカーブおよび電池容量をメモリ等に記録する。そして、ＯＣＶカーブ推定処理が終了する。
図１１Ａおよび図１１Ｂは、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを推定する説明図である。メモリ等に記録した放電容量とＯＣＶ推定値は、放電容量Ｑを横軸とし、電圧を縦軸としてプロットでき、ＯＣＶ値軌跡が描かれる。ここでは放電過多側のＯＣＶ値軌跡を例に説明する。
このＯＣＶ値軌跡に対して、予め取得した放電側の正極単体のＯＣＶカーブ３Ｐおよび負極単体のＯＣＶカーブ３Ｎのそれぞれを伸縮・シフトしながら、生成した電池のＯＣＶカーブをフィッティングすることで、最適なフィッティング条件を求める。倍率やシフト量といった放電側のＯＣＶカーブを構成する構成情報が得られる。
ＯＣＶカーブ算出生成器１３３では、一方のＯＣＶカーブの構成情報（倍率、シフト量）を基に、他方のＯＣＶカーブを生成する。図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、放電側のＯＣＶカーブ構成情報（倍率Ｘｐ，Ｘｎ、シフト量Ｙｐ，Ｙｎ）を使って、予め取得した充電側の単極のＯＣＶカーブを伸縮・シフトすることで、充電側のＯＣＶカーブを生成することができる。
図１１の例は、放電側のＯＣＶカーブの構成情報を使用して充電側のＯＣＶカーブを生成するものである。逆に、充電側のＯＣＶカーブの構成情報を使用して放電側のＯＣＶカーブを生成する処理が同時に（並行して）なされる。したがって、本開示の第１の実施の形態は、他方の側のＯＣＶ値軌跡が満たされるのを待つ必要が無く、また、処理負荷の重いフィッティングを実行する必要が無い。放電側と充電側のＯＣＶカーブを同時に更新するので、二つのＯＣＶカーブの間で劣化程度の差異が生じることは無く、ＳＯＣ推定精度への悪影響を抑制できる。
図１３のフローチャートを参照して一方のＯＣＶカーブの構成情報から他方のＯＣＶカーブを生成する処理（図８中のＯＣＶカーブ推定器１３の処理、図１２中のステップＳＴ４）をより詳細に説明する。なお、ＯＣＶカーブ算出の方法は、ここに挙げたものに限定されない。ここでは一例として、単極ＯＣＶカーブを伸縮・シフトし電池のＯＣＶカーブを生成する方法について説明する。
ステップＳＴ１１：まず、単極ＯＣＶカーブに対する伸縮の倍率（Ｘｐ，Ｘｎ）・シフトの量（Ｙｐ，Ｙｎ）をパラメータとし、そのパラメータを変更する値の範囲を設定する。例えば、伸縮の倍率（Ｘｐ，Ｘｎ）であれば、０. ５から１. ０まで０. ０５間隔で変化させる。
ステップＳＴ１２：設定された範囲内で、ＯＣＶカーブの構成情報のパラメータが設定される。
ステップＳＴ１３：設定されたパラメータに対応する正極および負極のＯＣＶカーブを生成する。
ステップＳＴ１４：正極および負極のＯＣＶカーブの差分から電池のＯＣＶカーブを生成する。
ステップＳＴ１２：設定された範囲内で、ＯＣＶカーブの構成情報のパラメータが設定される。
ステップＳＴ１３：設定されたパラメータに対応する正極および負極のＯＣＶカーブを生成する。
ステップＳＴ１４：正極および負極のＯＣＶカーブの差分から電池のＯＣＶカーブを生成する。
ステップＳＴ１５：ＯＣＶ値軌跡とＯＣＶカーブの二乗平均平方根（ＲＭＳと称する）を算出する。
ステップＳＴ１６：算出されたＲＭＳ計算値を以前に算出されたＲＭＳ計算値の中の最小値（ＲＭＳ最小値）と比較する。ＲＭＳ計算値がＲＭＳ最小値以上の場合には、処理がステップＳＴ１２（ＯＣＶカーブ構成情報のパラメータ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｘｎ、Ｙｎ）の設定）に戻る。
ステップＳＴ１７：ステップＳＴ１６の判定結果が肯定の場合、すなわち、（ＲＭＳ計算値＜ＲＭＳ最小値）の場合、ＲＭＳ最小値とＯＣＶカーブ構成情報（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｘｎ、Ｙｎ）更新して記録する。
ステップＳＴ１８：パラメータ範囲を全て網羅したかどうかが判定される。網羅していないと判定されると、処理がステップＳＴ１２に戻り、上述したステップＳＴ１２〜ステップＳＴ１７の処理がなされる。
以上の処理によって、最適条件となるＯＣＶカーブが算出される。
ステップＳＴ１６：算出されたＲＭＳ計算値を以前に算出されたＲＭＳ計算値の中の最小値（ＲＭＳ最小値）と比較する。ＲＭＳ計算値がＲＭＳ最小値以上の場合には、処理がステップＳＴ１２（ＯＣＶカーブ構成情報のパラメータ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｘｎ、Ｙｎ）の設定）に戻る。
ステップＳＴ１７：ステップＳＴ１６の判定結果が肯定の場合、すなわち、（ＲＭＳ計算値＜ＲＭＳ最小値）の場合、ＲＭＳ最小値とＯＣＶカーブ構成情報（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｘｎ、Ｙｎ）更新して記録する。
ステップＳＴ１８：パラメータ範囲を全て網羅したかどうかが判定される。網羅していないと判定されると、処理がステップＳＴ１２に戻り、上述したステップＳＴ１２〜ステップＳＴ１７の処理がなされる。
以上の処理によって、最適条件となるＯＣＶカーブが算出される。
正極および負極のＯＣＶカーブが生成される。正極のＯＣＶカーブの生成例について説明する。予め取得した正極のＯＣＶカーブについて、ある点の放電容量をＱp0(k)とする
。伸縮の倍率をＸｐ、シフト量（放電容量の減る方向）をＹｐとすると、この点の放電容量Ｑp(k) は、次式のように表現できる。
。伸縮の倍率をＸｐ、シフト量（放電容量の減る方向）をＹｐとすると、この点の放電容量Ｑp(k) は、次式のように表現できる。
このように放電容量の点位置を変えることで、ＯＣＶカーブの形状を操作し、正極のＯＣＶカーブを生成する。負極のＯＣＶカーブについても同様に次式のように表現できる。
電池のＯＣＶカーブを算出するため、正極と負極のＯＣＶカーブの差分を算出する前に、正極と負極のＱ位置を合わせておく必要がある。図１４に線形補間によるＯＣＶプロットの算出例を示す。
図１４に示すように、伸縮の倍率を０. ９、シフト量を１００〔ｍＡｈ〕とすると、５１０〔ｍＡｈ〕および５２０〔ｍＡｈ〕の点は、それぞれ３５９〔ｍＡｈ〕および３６８〔ｍＡｈ〕の点に移動する。Ｑ間隔を１０〔ｍＡｈ〕とする取り決めにした場合、３６０〔ｍＡｈ〕に相当する点のＯＣＶ値を線形補間等の方法で生成しておく。
正極と負極のＯＣＶカーブの差分から電池のＯＣＶカーブを生成する。ある点の放電容量Ｑ(k)における正極および負極のＯＣＶ値をそれぞれＯＣＶp(k)およびＯＣＶn(k)とす
る。放電容量Ｑ(k)における電池のＯＣＶ値であるＯＣＶ(k)は：次式のように表現できる。
る。放電容量Ｑ(k)における電池のＯＣＶ値であるＯＣＶ(k)は：次式のように表現できる。
フィッティングのため、ＯＣＶ値軌跡と生成したＯＣＶカーブの二乗平均平方根（ＲＭＳ）を算出する。ＲＭＳは、次式のように表現できる。ＯＣＶ値軌跡のある点をＯＣＶe(k)とする。Ｎは、ＯＣＶカーブを構成するプロットの数である。このＲＭＳ値が最小となるパラメータ（倍率、シフト）を記録する。ＲＭＳ値が最小となるパラメータを求めることで、最適なＯＣＶカーブを算出できる。
ＯＣＶカーブの推定にフィッティングを実施する場合、想定される全てのパラメータ範囲で値を変えながら、その都度比較を実施する必要があるため、処理負荷が重い。長寿命で安全性が高い電池正極材料として知られるリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）は、負
極と比較し非常に劣化しにくい。そのため、正極にこの材料を使用したリチウムイオン電池では、ＯＣＶカーブ推定のフィッティングの際に、正極は省き負極のみパラメータを変えるようにすることができ、その結果、演算負荷を大幅に削減することができる。
極と比較し非常に劣化しにくい。そのため、正極にこの材料を使用したリチウムイオン電池では、ＯＣＶカーブ推定のフィッティングの際に、正極は省き負極のみパラメータを変えるようにすることができ、その結果、演算負荷を大幅に削減することができる。
図１５のフローチャートを参照してＯＣＶカーブ生成について説明する。
ステップＳＴ３１：ＯＣＶカーブ算出器１４１で生成した一方のＯＣＶカーブについて、その算出過程で得られたＯＣＶカーブ構成情報をＯＣＶカーブ生成器１４２に渡す。
ステップＳＴ３２：このＯＣＶカーブ構成情報を使用し、他方の正極および負極のＯＣＶカーブを生成する。
ステップＳＴ３３：正極と負極のＯＣＶカーブの差分から他方の電池のＯＣＶカーブを生成する。例えば、ＯＣＶカーブ算出器１４１で放電側のＯＣＶカーブを算出していれば、ＯＣＶカーブ生成器１４２では充電側のＯＣＶカーブを算出する。なお、一方のＯＣＶカーブ構成情報から他方のＯＣＶカーブを精度良く生成できることは確認済みである。
ステップＳＴ３１：ＯＣＶカーブ算出器１４１で生成した一方のＯＣＶカーブについて、その算出過程で得られたＯＣＶカーブ構成情報をＯＣＶカーブ生成器１４２に渡す。
ステップＳＴ３２：このＯＣＶカーブ構成情報を使用し、他方の正極および負極のＯＣＶカーブを生成する。
ステップＳＴ３３：正極と負極のＯＣＶカーブの差分から他方の電池のＯＣＶカーブを生成する。例えば、ＯＣＶカーブ算出器１４１で放電側のＯＣＶカーブを算出していれば、ＯＣＶカーブ生成器１４２では充電側のＯＣＶカーブを算出する。なお、一方のＯＣＶカーブ構成情報から他方のＯＣＶカーブを精度良く生成できることは確認済みである。
以上のように、本開示のＯＣＶカーブ推定器を使用することで、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを簡潔に精度良く推定することが可能となる。片方のカーブ推定だけで両方のカーブを同時に推定できる。
従来の方法では、ＯＣＶカーブはヒステリシス特性を有するため、放電と充電の両方のＯＣＶカーブを別々に推定する必要があった。そのため、互いのＯＣＶカーブ更新のタイミングが異なり時間差が生じてしまい、ＳＯＣ推定精度が悪化してしまう問題があった。本開示の技術を使用することで、かかる問題を解決できる。
さらに、適応フィルタ等を使用したＯＣＶ推定方法が良く知られているが、この方法は負荷変動が小さいと推定精度が悪い、若しくは推定そのものができず、負荷変動に大きく依存してしまう。そのため、充電側あるいは放電側のＯＣＶカーブしか推定できないことがある。すなわち、従来の方法では、一方のＯＣＶカーブしか推定できない、あるいは他方のＯＣＶカーブの更新頻度が極めて少なくなる問題があった。本開示の技術を使用することで、このような問題を解決できる。
ＯＣＶカーブの推定にフィッティングを実施する場合、想定される全てのパラメータ範囲で値を変えながら、その都度比較を実施する必要があるため、膨大な処理負荷が必要であった。本開示では、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを算出するための処理負荷は微々たるものであり、処理負荷や消費電力を低減できる。
さらに、ＯＣＶ値軌跡は放電側と充電側の両方をメモリ等に記録しておく必要があった。一方のＯＣＶ値軌跡のみ記録するように割り切ることで、他方のＯＣＶ値軌跡を記録する必要が無くなり、メモリ使用量を削減できる。
このように、本開示の電池状態推定装置によれば、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを簡潔に精度良く推定することが可能となり、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）や劣化状態を精度良く推定することが可能となる。
このように、本開示の電池状態推定装置によれば、一方のＯＣＶカーブから他方のＯＣＶカーブを簡潔に精度良く推定することが可能となり、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）や劣化状態を精度良く推定することが可能となる。
＜２．第２の実施の形態＞
ＯＣＶカーブ生成器について、第２の実施の形態について説明する。図１６は、一方の既知のＯＣＶカーブ（例えば放電側のＯＣＶカーブ）から、相関テーブルを参照して他方のＯＣＶカーブ（例えば充電側のＯＣＶカーブ）を推定する説明図である。図１７に放電側ＯＣＶと充電側ＯＣＶの相関テーブルを示す。図１８に一例を示すように、相関テーブルを参照して放電側ＯＣＶから充電側ＯＣＶが生成される。
ＯＣＶカーブ生成器について、第２の実施の形態について説明する。図１６は、一方の既知のＯＣＶカーブ（例えば放電側のＯＣＶカーブ）から、相関テーブルを参照して他方のＯＣＶカーブ（例えば充電側のＯＣＶカーブ）を推定する説明図である。図１７に放電側ＯＣＶと充電側ＯＣＶの相関テーブルを示す。図１８に一例を示すように、相関テーブルを参照して放電側ＯＣＶから充電側ＯＣＶが生成される。
一方のＯＣＶカーブの算出方法については限定しない。例えば、放電側のＯＣＶカーブのみ既知とする。放電側ＯＣＶに対応する充電側ＯＣＶを相関テーブルに参照することで算出する。このように、一方のＯＣＶカーブが既知の場合、互いのＯＣＶカーブの関係性を示す相関テーブルに参照することで、他方のＯＣＶカーブを生成することができる。かかる第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
＜３．応用例＞
図１９に示すように、本開示による開路電圧推定装置１０１は、蓄電装置に対して適用される。二次電池１０２からの電池情報（電圧、電流、温度等）が開路電圧推定装置１０１に供給される。図示を省略しているが、二次電池１０２に対して負荷（例えばモータ）が接続され、充電回路が接続されている。
図１９に示すように、本開示による開路電圧推定装置１０１は、蓄電装置に対して適用される。二次電池１０２からの電池情報（電圧、電流、温度等）が開路電圧推定装置１０１に供給される。図示を省略しているが、二次電池１０２に対して負荷（例えばモータ）が接続され、充電回路が接続されている。
開路電圧推定装置１０１は、上述したように、ＯＣＶカーブを推定し、推定されたＯＣＶカーブを充電状態算出器１０３に供給する。充電状態算出器１０３が充電状態（ＳＯＣ）を算出する。算出された充電状態の情報が例えば表示部１０４に表示されることによってユーザに提示される。
図２０は、他の応用例を示す。開路電圧推定装置１０１と二次電池１０２とが離れた場所に設置されている。二次電池１０２からの電池情報が送受信部２０１および通信媒体２０２を介して受信部２０３に送信される。通信媒体２０２は、有線通信媒体、無線通信媒体、インターネット等である。
受信部２０３で受信された電池情報が開路電圧推定装置１０１に供給され、上述したように、ＯＣＶカーブが推定される。推定されたＯＣＶカーブが充電状態算出器１０３に供給され、充電状態が算出される。充電状態の情報が送信部２０４および通信媒体２０２を通じて送受信部２０１に伝送される。
送受信部２０１によって受信された充電状態の情報が表示部１０４において表示され、ユーザに対して提示される。図２０では、一つの二次電池１０２のみが示されているが、二次電池を含む多数の端末装置が通信媒体２０２を介して一つの開路電圧推定装置１０１および充電状態算出器１０３に対して接続されている。したがって、端末装置においては、負荷が比較的重い処理を行わないで良い利点がある。
＜４．変形例＞
以上、本開示の一実施の形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
以上、本開示の一実施の形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
例えば上述した説明では、放電側と充電側の２つのＯＣＶカーブを用い説明したが、２つに限定するものではない。電流や温度など使用条件に応じて２つ以上のＯＣＶカーブを用いる場合もあり、こうした場合でも本開示の技術を適用できる。
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器を備える劣化状態推定装置。
（２）
前記ＯＣＶカーブ推定器は電池容量を推定する機能を備える、（１）記載の劣化状態推定装置。
（３）
（１）記載の劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、充電状態推定装置。
（４）
二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、単一のＯＣＶカーブを算出するＯＣＶカーブ算出器と、ＯＣＶカーブ算出器で推定したＯＣＶカーブの形状を司る構成情報から少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成するＯＣＶカーブ生成器を備える、ＯＣＶカーブ算出生成装置。
（５）
二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、放電容量とＯＣＶ値を記録するＯＣＶ管理器と、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断するＯＣＶカーブ制御器と、（４）のＯＣＶカーブ算出生成装置と、生成したＯＣＶカーブを記録し管理するＯＣＶカーブ管理器を備える、ＯＣＶカーブ推定装置。
（６）
前記ＯＣＶカーブ算出器は、予め取得した単極のＯＣＶカーブについて、それぞれ伸縮倍率・シフトの量を変えながら差分を取りフィッティングすることで電池のＯＣＶカーブを算出する、（４）記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
（７）
前記ＯＣＶカーブ生成器は、（６）記載のＯＣＶカーブ算出器で算出した伸縮倍率・シフトの量を使用し、少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成する、（４）記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
（８）
前記ＯＣＶカーブ生成器は、予め取得したＯＣＶカーブの相関テーブルを使用し、２つ以上のＯＣＶカーブを生成する、（４）記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
（９）
二次電池と、充電状態推定装置とを備える蓄電装置であって、
前記充電状態推定装置は、前記二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器と、前記ＯＣＶカーブ推定器によって推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、蓄電装置。
（１０）
前記二次電池と前記充電状態推定装置とが離間して配置され、
通信媒体を介して互いに結合される、（９）記載の蓄電装置。
（１）
二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器を備える劣化状態推定装置。
（２）
前記ＯＣＶカーブ推定器は電池容量を推定する機能を備える、（１）記載の劣化状態推定装置。
（３）
（１）記載の劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、充電状態推定装置。
（４）
二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、単一のＯＣＶカーブを算出するＯＣＶカーブ算出器と、ＯＣＶカーブ算出器で推定したＯＣＶカーブの形状を司る構成情報から少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成するＯＣＶカーブ生成器を備える、ＯＣＶカーブ算出生成装置。
（５）
二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、放電容量とＯＣＶ値を記録するＯＣＶ管理器と、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断するＯＣＶカーブ制御器と、（４）のＯＣＶカーブ算出生成装置と、生成したＯＣＶカーブを記録し管理するＯＣＶカーブ管理器を備える、ＯＣＶカーブ推定装置。
（６）
前記ＯＣＶカーブ算出器は、予め取得した単極のＯＣＶカーブについて、それぞれ伸縮倍率・シフトの量を変えながら差分を取りフィッティングすることで電池のＯＣＶカーブを算出する、（４）記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
（７）
前記ＯＣＶカーブ生成器は、（６）記載のＯＣＶカーブ算出器で算出した伸縮倍率・シフトの量を使用し、少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成する、（４）記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
（８）
前記ＯＣＶカーブ生成器は、予め取得したＯＣＶカーブの相関テーブルを使用し、２つ以上のＯＣＶカーブを生成する、（４）記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
（９）
二次電池と、充電状態推定装置とを備える蓄電装置であって、
前記充電状態推定装置は、前記二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器と、前記ＯＣＶカーブ推定器によって推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、蓄電装置。
（１０）
前記二次電池と前記充電状態推定装置とが離間して配置され、
通信媒体を介して互いに結合される、（９）記載の蓄電装置。
１Ｄ・・・放電側ＯＣＶカーブ
１Ｃ・・・充電側ＯＣＶカーブ
１１・・・Ｑ算出器
１２・・・ＯＣＶ推定器
１３・・・ＯＣＶカーブ推定器
１０１・・・開路電圧推定装置
１０２・・・二次電池
１０３・・・充電状態算出器
１０４・・・表示部
２０２・・・通信媒体
１Ｃ・・・充電側ＯＣＶカーブ
１１・・・Ｑ算出器
１２・・・ＯＣＶ推定器
１３・・・ＯＣＶカーブ推定器
１０１・・・開路電圧推定装置
１０２・・・二次電池
１０３・・・充電状態算出器
１０４・・・表示部
２０２・・・通信媒体
Claims (10)
- 二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器を備える劣化状態推定装置。
- 前記ＯＣＶカーブ推定器は電池容量を推定する機能を備える、請求項１記載の劣化状態推定装置。
- 請求項１記載の劣化状態推定装置で推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、充電状態推定装置。
- 二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、単一のＯＣＶカーブを算出するＯＣＶカーブ算出器と、ＯＣＶカーブ算出器で推定したＯＣＶカーブの形状を司る構成情報から少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成するＯＣＶカーブ生成器を備える、ＯＣＶカーブ算出生成装置。
- 二次電池のＱ（放電容量）値、ＯＣＶ（開路電圧）値を入力し、放電容量とＯＣＶ値を記録するＯＣＶ管理器と、ＯＣＶカーブの推定を開始するか否かを判断するＯＣＶカーブ制御器と、請求項４記載のＯＣＶカーブ算出生成装置と、生成したＯＣＶカーブを記録し管理するＯＣＶカーブ管理器を備える、ＯＣＶカーブ推定装置。
- 前記ＯＣＶカーブ算出器は、予め取得した単極のＯＣＶカーブについて、それぞれ伸縮倍率・シフトの量を変えながら差分を取りフィッティングすることで電池のＯＣＶカーブを算出する、請求項４記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
- 前記ＯＣＶカーブ生成器は、請求項６記載のＯＣＶカーブ算出器で算出した伸縮倍率・シフトの量を使用し、少なくとも１つのＯＣＶカーブを生成する、請求項４記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
- 前記ＯＣＶカーブ生成器は、予め取得したＯＣＶカーブの相関テーブルを使用し、２つ以上のＯＣＶカーブを生成する、請求項４記載のＯＣＶカーブ算出生成装置。
- 二次電池と、充電状態推定装置とを備える蓄電装置であって、
前記充電状態推定装置は、前記二次電池の電池、電流、電池温度を入力し、放電容量を算出するＱ算出器と、ＯＣＶ（開路電圧）値を算出するＯＣＶ算出器と、少なくとも１つのＯＣＶカーブを推定するＯＣＶカーブ推定器と、前記ＯＣＶカーブ推定器によって推定されたＯＣＶカーブとＯＣＶ（開路電圧）値から、ＳＯＣ（充電状態）を推定するＳＯＣ推定器を備える、蓄電装置。 - 前記二次電池と前記充電状態推定装置とが離間して配置され、
通信媒体を介して互いに結合される、請求項９記載の蓄電装置。
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