バッテリの充電率推定装置
【課題】 高精度でバッテリの充電率の推定ができるバッテリの充電率推定装置を提供する。
【解決手段】バッテリの充電率推定装置は、充放電電流検出手段１と、端子電圧検出手段２と、電流積算法充電率を推定する電流積算充電率推定手段３と、充放電電流と端子電圧とに基づきバッテリ等価回路モデルを用いて推定した開放電圧から開放電圧法充電率を推定する開放電圧法充電率推定手段４と、 開放電圧法充電率と電流積算法充電率との充電率差を求める充電率差算出手段５と、充電率差が入力されて、流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、電流積算法充電率および開放電圧法充電率のうちの一方の推定誤差を推定する誤差推定手段７と、上記一方の充電率と推定誤差とからバッテリの充電率を求める充電率算出手段９と、を備える。
【解決手段】バッテリの充電率推定装置は、充放電電流検出手段１と、端子電圧検出手段２と、電流積算法充電率を推定する電流積算充電率推定手段３と、充放電電流と端子電圧とに基づきバッテリ等価回路モデルを用いて推定した開放電圧から開放電圧法充電率を推定する開放電圧法充電率推定手段４と、 開放電圧法充電率と電流積算法充電率との充電率差を求める充電率差算出手段５と、充電率差が入力されて、流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、電流積算法充電率および開放電圧法充電率のうちの一方の推定誤差を推定する誤差推定手段７と、上記一方の充電率と推定誤差とからバッテリの充電率を求める充電率算出手段９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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法が知られている。
【０００４】
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精度が悪くなっていく。これに対し、後者の開放電圧法では、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、これらの双方の充電率推定方法を用いて、充電率の推定誤差を補正していくことにより、充電率の推定精度を向上させようとする装置が知られている。
【０００５】
このような従来のバッテリの充電率推定装置としては、電流積算法でバッテリの充放電電流を時間積算して第１の残存容量を演算する第１の演算手段と、開放電圧法でバッテリの放電電流と端子電圧を基にバッテリの等価回路のインピーダンスから開放電圧を推定し、開放電圧から第２の残存容量を検出する第２の演算手段と、第１の残存容量と第２の残存容量とを、バッテリの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、バッテリの残存容量を演算する第３の演算手段と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０１７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来発明にあっては、第１の残存容量と第２の残存容量とを重み付け合成しているため、充電率推定の誤差を小さくしようとしているものの、以下の理由で十分とは言えない。
すなわち、電流積算法では、計算間隔をできるだけ短くした方が、推定精度が上がるのに対し、開放電圧法では、計算間隔を短くすると、高周波ノイズが多く含まれるようになる。したがって、同じ計算間隔で得た第１の残存容量と第２の残存容量とをたとえ重み付けして合成したとしても、その推定精度はあまり良くならない。
【０００８】
本発明は、上記不具合に鑑みなされたもので、その目的は、より高精度でバッテリの充電率の推定ができるようにしたバッテリの充電率推定装置を提供することにある。
【０００９】
この目的のため、本発明の請求項１のバッテリの充電率推定装置は、
バッテリの充放電電流値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から入力された充放電電流値を積算して得た充電率とこの前に得た充電率とからバッテリの電流積算法充電率を推定する電流積算充電率推定手段と、
充放電電流検出手段から入力された充放電電流値と端子電圧検出手段から入力された端子電圧値とに基づきバッテリ等価回路モデルを用いてバッテリの開放電圧値を推定し、この開放電圧値から開放電圧法充電率を推定する開放電圧法充電率推定手段と、
開放電圧法充電率と電流積算法充電率との充電率差を演算する充電率差演算手段と、
充電率差が入力されて、電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、電流積算法充電率および開放電圧法充電率のうちの一方の推定誤差を推定する誤差推定手段と、
電流積算法充電率および開放電圧法充電率のうちの一方と推定誤差とからバッテリの充電率を求める充電率算出手段と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１に記載の装置にあって、
開放電圧法充電率推定手段および誤差推定手段は、それぞれカルマン・フィルタを用いる、
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１又は２に記載の装置にあって、誤差推定手段への電流積算法充電率と開放電圧法充電率と充電率差との入力を、伝達、遮断間で切り替える第１切替手段と、充電率算出手段への推定誤差の入力を、伝達、遮断間で切り替える第２切替手段と、のうちの少なくとも１つの切替手段を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置にあって、
電流積算充電率推定手段が、充放電電流検出手段の検出精度に関する情報をもとに電流積算法充電率の分散を算出して誤差推定手段へ入力可能であり、
開放電圧法充電率推定手段が、充放電電流検出手段および端子電圧検出手段の検出精度に関する情報をもとに開放電圧法充電率の分散を算出して誤差推定手段へ入力可能であり、
誤差推定手段は、充電率差に加えて、電流積算充電率推定手段からの分散と、開放電圧法充電率推定手段からの分散と、が入力されて一方の推定誤差を推定する、
ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置にあって、
電流積算法充電率推定手段は、充電率に充電率算出手段で前に得たバッテリの充電率を用いて電流積算法充電率を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１のバッテリの充電率推定装置にあっては、充電率差演算手段が開放電圧法充電率と電流積算法充電率との充電率差を演算し、誤差推定手段が電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、充電率差を用いて電流積算法充電率の推定誤差を推定し、この推定誤差を用いて充電率算出手段でバッテリの充電率を推定するようにしたので、充電率算出手段が開放電圧法充電率と電流積算法充電率のそれぞれの特徴を生かすことで、従来発明のものより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できるようになる。
【００１５】
本発明の請求項２のバッテリの充電率推定装置にあっては、開放電圧法充電率推定手段および誤差推定手段には、それぞれカルマン・フィルタを用いたので、バッテリの状態量を容易かつ高い精度で推測できるようになるとともに、カルマン・フィルタでもともと推定平均値と推定分散値を逐次的に推定算出していることから、これらの値を新たに別途算出する必要はなくなる。
【００１６】
本発明の請求項３のバッテリの充電率推定装置にあっては、第１切替手段と第２切替手段のうち少なくとも一方を用いているので、電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔における、誤差推定手段での誤差推定演算や充電率算出手段での演算を、簡単に行えるようになる。
【００１７】
本発明の請求項４のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段とが、充放電電流検出手段および端子電圧検出手段の検出精度に関する情報を元にして得た分散を用いて充電率の演算を行うので、充放電電流検出手段および端子電圧検出手段に特性の変動やばらつきがある場合にも、従来発明のものより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できるようになる。
【００１８】
本発明の請求項５のバッテリの充電率推定装置にあっては、
充電流積算法充電率推定手段が、充電率算出手段で得た充電率を用いて電流積算法充電率を推定するので、より高精度で電流積算法充電率を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施例１のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１のバッテリの充電率推定装置で用いる電流積算法充電率算出部の構成を示すブロック図である。
【図３】バッテリの充電率推定装置で用いる開放電圧法充電率推定部の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例１のバッテリの充電率推定装置で用いるカルマン・フィルタの構成を説明するブロック図である。
【図５】実施例１のバッテリの充電率推定装置における第１切替部、第２切替部のON、OFF状態に応じた、充電率推定装置の等価ブロック図で、（ａ）は両切替部が同期作動し、両方ともOFFの時、（ｂ）は両切替部が同期作動し、両方ともONの時、（ｃ）は両切替部が非同期で作動し、第１切替部がON、第２切替部がOFFの時、（ｄ）は両切替部が非同期で作動し、第１切替部がOFF、第２切替部がONの時、のそれぞれの等価ブロック図を示す。
【図６】実施例１の充電率推定装置やこの比較対象装置で実施したシミュレーション結果を示す図の半分であって、（ａ）は電流積算法で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｂ）は開放電圧法充電率で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｃ）は従来発明で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図である。
【図７】実施例１の充電率推定装置やこの比較対象装置で実施したシミュレーション結果を示す図の残り半分であって、（ｄ）は実施例１で第１切替部、第２切替部の両方をONに固定した状態で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｅ）は実施例１で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｆ）は分散を計算しない他の実施例で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｇ）は発明の効果を理解しやすくするための参考例で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図である。
【図８】本発明に係る実施例２のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る実施例３のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る実施例４のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】参考例のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【実施例１】
【００２１】
実施例１のバッテリの充電率推定装置の構成を図１に示す。同図に示すように、バッテリＢ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、開放電圧法充電率推定法４と、減算器５と、第１切替部６と、誤差推定部７と、第２切替部８と、減算器９と、を有する。
【００２２】
バッテリＢは、本実施例にあっては、リチャージャブル・バッテリであり、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。
【００２３】
充放電電流検出部１は、バッテリＢ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して制動エネルギの一部を回収したり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Ｂ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、入力信号として電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定法４との双方へ入力される。
なお、電流検出部１は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用でき、本発明の充放電電流検出手段に相当する。
【００２４】
端子電圧検出部２は、バッテリＢ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は開放電圧法充電率推定法４へ入力される。
なお、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。
【００２５】
電流積算法充電率推定部３は、減算器９で最終的に得られるバッテリＢの充電率SOCと充放電電流検出部１で検出された充放電電流値Ｉとが入力されて、この充放電電流値Ｉを積算して電流積算値を算出することでバッテリＢに出入りした電荷量を求め、これと減算器７から入力された充電率SOCとから電流積算法充電率SOCｉを算出するとともに、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ｑ（図２を参照）に基づいて電流積算法分散Ｑｉを求めるものである。なお、電流積算法充電率SOCｉは、真の充電率SOCに誤差（ノイズ）ｎｉが重畳された値になっている。また、電流積算法充電率推定部３は、本発明の電流積算法充電率推定手段に相当する。
【００２６】
図２に、この電流積算法充電率推定部３の具体的構成を示す。同図に示すように、電流積算法充電率推定部３は、乗算器３１および積分器３２からなる充電率算出部3Ａと、電流積算法分散算出部３Ｂと、を備える。積分器３２は、乗算器３２１と、遅延器３２２と、加算器３２３と、を有する。
乗算器３１は、充放電電流検出部１から演算周期ＴＳごとに得られた充放電電流値Ｉ（平均値）に、係数1/FCCを掛ける演算器である。ここで、FCCはバッテリＢの満充電気量であり、バッテリＢの公称値（新品時の値）でも、劣化度を考慮した値のいずれでも良い。
積分器３２の乗算器３２１は、乗算器３１からの出力値に演算周期ＴＳを掛けるものであり、この出力値はそのとき（現在）の充電率となる。遅延器３２２は、減算器７で得た充電率SOCに1/z（ｚはｚ変換を示す）を掛けて現在より１つ前の充電率SOCを得るものである。加算器３２３は、乗算器３２１からの出力値と遅延器３２２からの出力値とを加算して、電流積算法充電率SOCｉを出力する。
【００２７】
一方、電流積算法分散算出部３Ｂ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ｑに基づき、電流積算法分散Ｑｉを求めるものであって、この算出には、以下の式を用いて再帰的行列演算を行う。
なお、以下の式において、Ｐは共分散行列、Ｆは状態遷移行列、Ｑはノイズ行列、ＴＳは演算周期であり、添え字ｋは時刻、上付き添え字Ｔは転置を表す記号である。ここで、Ｑｉは共分散行列Ｐ中のP11として求まる。
【数１】
【００２８】
開放電圧法充電率推定部４は、充放電電流検検出部１から演算周期ＴＳごとに得られた充放電電流値Ｉと、端子電圧検出部２から演算周期ＴＳごとに入力された端子電圧値Ｖと、に基づき、バッテリＢのバッテリ等価回路モデルを用いて推定した開放電圧値VOCVから開放電圧法充電率SOCＶを求めるとともに、充放電電流検出部１および端子電圧検出部２のあらかじめ与えられた検出精度の情報を元に開放電圧値VOCVの分散POCVや開放電圧法充電率SOCＶの分散PSOCV（＝Ｑｖ）を算出するものである。本実施例では、開放電圧法充電率推定部４には、カルマン・フィルタを用いる。カルマン・フィルタについては後で説明する。なお、開放電圧法充電率推定部４は、本発明の開放電圧法充電率推定手段に相当する。
【００２９】
図３に、開放電圧法充電率推定部４の具体的構成を示す。開放電圧法充電率推定部４は、同図に示すように、開放電圧推定部４Ａと、充電率算出部４Ｂと、遅延器４Ｃと、開放電圧部コンデンサ容量算出部４Ｄと、を有する。
【００３０】
開放電圧推定部４Ａは、充放電電流検出部１から演算周期ＴＳごとに得られた充放電電流値Ｉと、端子電圧検出部２から演算周期ＴＳごとに得られた端子電圧値Ｖと、開放電圧部コンデンサ容量算出部４Ｄから入力された開放電圧部コンデンサ容量値CＯＣＶと、が入力され、カルマン・フィルタを用いてバッテリＢの開放電圧値VＯＣＶを推定するとともに、あらかじめ得られ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から、開放電圧の分散PＯＣＶを算出するものである。
【００３１】
充電率算出部４Ｂは、開放電圧推定部４Ａで推定した開放電圧値VＯＣＶに基づき、あらかじめ計測して記憶している、開放電圧値と開放電圧法充電率との関係のデータを用いて開放電圧法充電率SOCＶを算出するとともに、開放電圧推定部４Ａで算出した開放電圧の分散POCVに基づき、開放電圧法充電率SOCＶの分散PSOCVを算出するものである。なお、充電率算出部４Ｂで推定した開放電圧法充電率SOCＶは、図１に示すように、真の充電率SOCに誤差ｎｖを重畳した値となっている。
【００３２】
遅延器４Ｃは、開放電圧推定部４Ａで推定した開放電圧値VＯＣＶが入力されて1/zが掛けられて現在の1つ前の開放電圧を算出するものである。
開放電圧部コンデンサ容量算出部４Ｄは、遅延器４Ｃで算出された開放電圧値に基づき、バッテリＢの開放電圧コンデンサ容量値CＯＣＶを算出して開放電圧推定部４Ａへ出力するものである。
なお、開放電圧コンデンサ容量値CＯＣＶは、COCV＝FCC／｛１００×（1つ前のサンプリング時に得られた開放電圧値のときの開放電圧法充電率SOCＶに対する開放電圧の傾き）｝の式を用いて得られる。
【００３３】
減算器５は、開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法充電率SOCＶから電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCｉを減算して得た減算値ｙを誤差推定部６へ出力するものである。なお、減算器５は、は、本発明の充電率差演算手段に相当する。
【００３４】
第１切替部６は、電流積算法充電率推定部３の出力値と開放電圧法充電率推定部４の出力値とが入力されて、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔で誤差推定部７での誤差推定を行うか否か、を決めるように、信号を伝達・遮断のいずれかに切り替えるものである。
一方、第２切替部８は、誤差推定部７で得られた誤差推定を用いて充電率SOCの演算を行うか否か、を決めるように、信号を伝達・遮断のいずれかに切り替えるものである。
これらの切り替えの詳細については、後で説明する。
なお、第１切替部６は本発明の第１切替手段に、また第２切替部８は本発明の第２切替手段にそれぞれ相当する。
【００３５】
誤差推定部７は、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法分散Ｑｉと、減算器５で得た充電率の減算値ｙと、開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法分散ＱＶ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SOCiの推定誤差ｎｉを推定するものである。なお、誤差推定部６では、開放電圧法充電率SOCＶの推定誤差ｎｖも推定される。誤差推定部６は、本発明の誤差推定手段に相当する。
【００３６】
ここで、上記開放電圧法充電率推定部４や誤差推定部７で用いるカルマン・フィルタにつき、説明する。
開放電圧法充電率推定部４でのカルマン・フィルタは、バッテリＢのバッテリ等価回路モデルに、実際のバッテリＢと同じ入力（充放電電流、端子電流、バッテリ温度など）を入力し、これらの出力（端子電圧）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、誤差が最小に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。
誤差推定部７でのカルマン・フィルタでは、誤差モデルで推定した誤差の差を減算器５で得た充電率の減算値と比較し、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、誤差が最小になるように推定誤差を修正していく。これを逐次繰り返して、真の充電率推定誤差を推定する。
【００３７】
開放電圧法充電率推定部４でのカルマン・フィルタでは、以下のような離散システムを考える。
【数２】
ただし、添え字ｋは時刻を表わしている。また、上記式で
【数３】
である。
【００３８】
ここで、プロセスノイズと検出部ノイズは、平均値０、分散Ｑ、Ｒの正規性白色ノイズであって、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４とでそれぞれ求めた充電率の分散Ｑｉ、Ｑｖを用いて、以下の式で表される。
【数４】
本実施例では、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４とで算出された分散の値を用いるので、上記値は可変値となる。
したがって、誤差推定部６の上流側にある電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４との逐次的な推定精度（分散の値）を考慮した誤差推定が可能となり、より高精度での充電率SOCの推定が可能となる。
【００３９】
カルマン・フィルタは、以下の式を用いたアルゴリズムを利用する。
【数５】
ここで、Ｋｋはカルマン・ゲイン、Ｘｋは推定平均値、Ｐｋは推定分散値である。
【００４０】
図４に示すように、カルマン・フィルタは、分散値算出部１０と、カルマン・ゲイン算出１１と、平均値算出部１２と、を備えている。
分散値算出部８は、共分散行列Ｐと、ノイズ行列Ｑと、分散値算出部８からの出力値である分散値と、カルマン・ゲイン算出部９からのカルマン・ゲインＫが入力され、上記式３を用いて推定分散値Ｐｋを算出するものである。
カルマン・ゲイン算出部１１は、分散値算出部１０から入力された推定分散値Ｐｋと正規白色ノイズＲとが入力され、上記式１を用いてカルマン・ゲインＫを算出するものである。
【００４１】
平均値算出部１２は、減算器１３と、乗算器１４と、加算器１５と、遅延器１６と、乗算器１７と、乗算器１８と、を有し、減算器５から入力された観測値ｙ（＝SOCV−SOCi）とカルマン・ゲイン算出部１１で得られたカルマン・ゲインＫとに基づき、上記式２を用いて、状態変数ｘを演算するものである。
【００４２】
平均値算出部１２の減算器１３は、入力された観測値ｙから乗算器１８の出力値を減算するものである。
乗算器１４は、カルマン・ゲイン算出部１１で得たカルマン・ゲインＫに減算器１３の出力値を掛けるものである。
加算器１５は、乗算器１４の出力値と乗算器１７の出力値とを加算して得た加算値を遅延器１６へ出力するものである。
遅延器１６は、加算器１５の加算値に1/zをかけて現在の１つ前の加算値を得てこの値を状態変数ｘとするものである。
乗算器１７は、状態行列Ｆに遅延器１６から入力されたに状態変数ｘを掛けて得た値を加算器１５と乗算器１８へ出力するものである。
乗算器１８は、出力行列Ｈに乗算器１７の出力値を掛けて得た値を減算器１３へ出力するものである。
【００４３】
なお、カルマン・フィルタでは、もともとバッテリＢの状態量を推定するに際し、その推定の平均値と分散値を逐次的に推定算出しているので、これらの値を新たに別途算出する必要はない。
【００４４】
減算器９は、電流積算法充電率推定部３で推定した電流積算法充電率SOCiから、誤差推定部７で得た推定誤差ｎｉを減算して、バッテリＢの充電率SOCを得るものである。なお、後述のように、第１切替部５、第２切替部８の切替状態によっては、推定誤差ｎｉが入力されず減算しない場合がある。減算器９は、本発明の充電率算出手段に相当する。
【００４５】
ここで、上記第１切替部６および第２切替部８の機能につき、説明する。
第１切替部６および第２切替部８の切り替えは、同期して作動するようにしても、あるいは非同期で作動させるようにしてもよい。この両方の場合について、以下に説明する。
【００４６】
まず、第１切替部６および第２切替部８の切り替えを同期で作動させる場合には、下記（作動１）、（作動２）の間で切り替えられることになる。
（作動１）第１切替部６と第２切替部８の両方がOFFのとき、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ａ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７では推定誤差ｎｉの演算が行われず、減算器９では推定誤差ｎｉの減算も行われないことから、電流積算法のみを使って充電率SOCを求めるものと同じになる。すなわち、バッテリＢの充電率SOCは、電流積算法充電率SOCiに等しくなる。
【００４７】
（作動２）第１切替部６および第２切替部８の両方がONのとき、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ｂ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７には、電流積算法充電率推定部３の出力値（分散）と開放電圧法充電率推定部４の出力値(分散)の両方と、減算器５からの充電率差とが入力され、ここで推定誤差ｎｉを算出した後、減算器９で、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiから推定誤差ｎｉを減算補正し、この減算値をバッテリＢの充電率SOCとする。
【００４８】
次に、第１切替部６および第２切替部８の切り替えを非同期で作動させる場合には、下記（作動３）、（作動４）の間で切り替えられることになる。
（作動３）第１切替部６がONで第２切替部８がOFFの場合には、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ｃ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７で、電流積算法充電率推定部３の出力値と開放電圧法充電率推定部４の出力値の両方が入力され、ここで推定誤差ｎｉを算出するものの、この推定誤差ｎｉは減算器９には入力されないので、結局、この場合は、電流積算法のみを使って充電率SOCを求めることとなり、バッテリＢの充電率SOCは電流積算法充電率SOCiに等しくなる。
（作動４）第１切替部６がOFFで第２切替部８がONのとき、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ｄ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７には新たな入力は行われず新たな推定誤差ｎｉの演算は行われない。しかしながら、誤差推定部７には、（作動４）の前の上記（作動３）のときに得たがそのとき使用されなかった推定誤差ｎｉが記憶されていて、この値が減算器９に入力されるため、減算器９は、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiから推定誤差ｎｉを減算補正し、この減算値をバッテリＢの充電率SOCとする。
【００４９】
次に、上記のように構成した実施例１の充電率算出装置作用につき、以下に説明する。
バッテリＢの充放電電流値Ｉと端子電圧値Ｖとは、充放電電流検出部１と端子電圧検出部２とにより充電率算出装置の起動中、逐次検出される。なお、これらの検出値は検出したアナログ値がデジタル値に変換されて、それらの後のデジタル演算に利用される。
【００５０】
電流積算法充電率推定部３では、充放電電流値と、あらかじめ与えておいた充放電電流検出部１の情報（分散）と、減算器７で得た充電率SOCと、に基づき、電流積算法充電率SOCiとこの分散Ｑｉとを算出する。
一方、開放電圧法充電率推定部４では、充放電電流値Iと、端子電圧値Ｖと、あらかじめ与えておいた充放電電流検出部１および端子電圧検出部２双方の情報（分散）と、に基づき、カルマン・フィルタを利用して、開放電圧法充電率SOCVとこの分散Ｑｖとを算出する。
【００５１】
電流積算法充電率推定部３、開放電圧法充電率推定部４でそれぞれ得られた充電率の分散Ｑｉ、Ｑｖと、減算器５で得られた観測値ｙ（＝SOCV−SOCi）とは、第１切替部６がONのときには、誤差推定部６に入力されて、ここでカルマン・フィルタを利用して電流積算法充電率SOCiの推定誤差ｎｉを推定する。一方、第１切替部６がOFFの時には、上記値は誤差推定部６に入力されず、誤差推定部６での推定誤差ｎｉの演算は行われない。
【００５２】
減算器９では、第２切替部８がONの時には、減算器８で、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiからこのノイズとして誤差推定部６から得た推定誤差ｎｉを減算して、バッテリＢの充電率SOCを得る。一方、第２切替部８がOFFの時には、減算器９には誤差推定部７で得た推定誤差ｎｉを入力せず、電流積算法充電率SOCiをバッテリＢの充電率SOCとする。
すなわち、実施例１の充電率推定装置にあっては、バッテリＢの充電率SOCは、基本的には短い計算間隔では精度が良い電流積算法充電率SOCiに等しくするものの、短い計算間隔では精度は悪いが長い計算間隔では精度が良い開放電圧法充電率SOCＶを用いて、誤差推定部７にて、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔での推定誤差ｎｉを求め、減算器９で電流積算法充電率SOCiから推定誤差ｎｉを減算してバッテリＢの充電率SOCを得る。
【００５３】
ここで、推定された充電率の時間的変化の結果につき、実施例１の充電率算出装置と従来発明(例えば、特許文献１)に記載された装置やその他の装置との間でそれぞれ比較したシミュレーション結果を図６、７に示す。
なお、図６において、（ａ）は電流積算法を用いて得られた充電率の時間的変化を示す図、（ｂ）は開放電圧法を用いて得られた充電率の時間的変化を示す図、（ｃ）は従来発明で得られた充電率の時間的変化を示す図、また図７において、（ｄ）は実施例１の充電率推定装置で第１切替部６および第２切替部８の両方をONのまま固定した状態で得られた充電率の時間的変化を示す図、（ｅ）は実施例１の充電率推定装置で得られた充電率の時間的変化を示す図である。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、電流積算法による充電率の推定値は、時間が経過するにしたがって、充電率の真値から大きくずれて行くことが分かる。
また、図６（ｂ）に示すように、開放電圧法を用いて充電率を得る場合には、この推定値と充電率真値との誤差が、時間が経つにつれ大きくなっていくということはないが、絶えず短い時間で充電率真値に対し、大きくなったり小さくなったりして、大きくずれていることが分かる。
【００５５】
また、図６（ｃ）に示すように、上記従来発明（特許文献１に記載）のものでは、得られた充電率は重み付けを絶えず細かく変更されて補正されていくため、充電率の誤差は、上記電流積算法や開放電圧法の場合に比べると小さくなっている。しかしながら、開放電圧法の結果が大きくずれることの影響を避けることができず、充電率が所々で急激に大きくなってずれてしまうことがある。
【００５６】
一方、実施例１の充電率推定装置で第１切替部６および第２切替部８の両方をONにしたままの状態にした場合には、図７（ｄ）に示すように、上記従来発明の場合と同様な傾向を示し充電率が所々でやや急激にずれてしまうが、従来発明の場合よりそのずれ量は小さくなっていることが分かる。
【００５７】
実施例１の充電率推定装置では、第１切替部６および第２切替部８を切り替えていくことで、図７（ｅ）に示すように、真値とのずれを小さく保ちながら、しかも図６（ｃ）や図７（ｄ）にみられるように所々で急に大きくずれることもない。
このように急で大きなずれがなくなっているのは、カルマン・フィルタが現在の時刻に得られた観測値と現在の１つ前の時刻における推定結果との２つの値を利用して推定値を算出するようにしたことによる。開放電圧法では急に大きくずれる推定値が問題になるが、これらは瞬間的なものであって、１つ前の時刻には正常な値であることがほとんどであるため、充電率を問題なく推定できる。
【００５８】
以上のように、実施例１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。
（１）実施例１のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算法充電率推定部３、開放電圧法充電率推定部４で電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCVを求めるとき、併せてこれらの平均値および分散も用いて統計的な処理を施すようにするとともに、第１切替部６と第２切替部８の切替作動により電流積算法による充電率SOCiの推定に、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔で求めた電流積算法充電率SOCiの推定誤差ｎｉを用いるようにしたので、従来発明のものよりも高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できるようになる。
【００５９】
（２）また、開放電圧法充電率推定部４および誤差推定部７には、それぞれカルマン・フィルタを用いたので、バッテリＢの状態量を容易かつ高い精度で推測できるようになるとともに、カルマン・フィルタでもともと推定平均値と推定分散値を逐次的に推定算出していることから、これらの値を新たに別途算出する必要がなくなる。
【００６０】
（３）また、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔で、電流積算法充電率SOCiの推定誤差ｎｉを、推定する際、第１切換部６と第２切替部８を用いるので、演算構成を簡単なものにすることができる。
【００６１】
（４）また、誤差推定部７では、充電率差ｙに加え、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiの分散Ｑｉと、開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法充電率SOCVの分散Ｑｖと、が入力され、これらの統計値を用いて推定誤差ｎｉを得るようにしているので、充放電電流検出部１や端子電圧検出部２に特性の変動やばらつきがある場合にも、従来発明のものより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できる。
【００６２】
（５）また、電流積算法充電率推定部３では、減算器９で得た充電率を用いて電流積算法充電率SOCiを推定するので、高精度で流積算法充電率SOCiを推定することが可能となる。
【実施例２】
【００６３】
次に、本発明に係る実施例２のバッテリの充電率推定装置につき、図８に基づいて説明する。
なお、実施例２にあっては、実施例１と同様の構成部分には実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
実施例２の充電率推定装置では、図１の実施例１のものにおいて、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法推定部４とを入れ替えたものである。その他の構成は、実施例１と同じである。
誤差推定部７で最終的に求められるのは、状態変数ｘ，すなわち推定誤差ｎｉとｎｖの両方なので、実施例２でも、実施例１と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６４】
次に、本発明に係る実施例３のバッテリの充電率推定装置につき、図９に基づいて説明する。
なお、実施例３にあっては、実施例１と同様の構成部分には実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
実施例３の充電率推定装置では、図１の実施例１のものにおいて、第１切替部６を省略して第２切換部８のみを用いるようにしたものであり、その他の構成は、実施例１と同じである。
したがって、誤差切替部７では、誤差推定部７が常に推定誤差ｎｉを推定するようになり、第２切替部８のONへの切り替えにより、間欠的に誤差切替部７で得た推定誤差ｎｉを用いて、減算器９が、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiを補正してバッテリＢの充電率SOCを得る。この場合、実施例１に比べ充電率SOCの推定精度は劣るものの、十分な推定精度を得ることができる。
【実施例４】
【００６５】
次に、本発明に係る実施例４のバッテリの充電率推定装置につき、図１０に基づいて説明する。
なお、実施例４にあっては、実施例１と同様の構成部分には実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
実施例４の充電率推定装置では、図１の実施例１のものにおいて、第２切替部８を省略して第１切替部６のみを用いるようにしたものであり、その他の構成は、実施例１と同じである。
【００６６】
したがって、誤差切替部７では、第１切替部８のON、OFF切り替えにより間欠的に電流積算法充電率推定部３、開放電圧法充電率推定部４，減算器５からそれらの出力値が入力されて、これらに基づき推定誤差ｎｉを推定する。誤差推定部７で得られた推定誤差ｎｉは、第１切替部８のON時に得られた値を示し、常時、減算器９へ入力されて、ここで電流積算法充電率推定部３にて得られた電流積算法充電率SOCiを補正する。
この場合、実施例１に比べ充電率SOCの推定精度は劣るものの、実施例３と同様に十分な推定精度を得ることができる。
【００６７】
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。
【００６８】
たとえば、本発明にあっては、実施例１、２ではノイズ行列Ｑを可変値としたが、通常のカルマン・フィルタのように固定値を用いることも可能である。この場合、可変値を用いた場合より若干推定精度は低下するものの、従来発明での推定精度より高い精度を得ることができることは言うまでもない。
【００６９】
また、誤差推定部７での推定にあっては、かならずしも上記のように分散Ｑｉ、Ｑｖを計算する必要はない。
例えば、電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCVの推定誤差が単純にある特定の割合（ri：ｒｖの割合）で含まれていると仮定すると、電流積算法充電率SOCiとの推定誤差ｎｉは、次式で得られる。
【数６】
また、開放電圧法充電率SOCVの誤差ｎｖを推定するには、以下の式を用いる。
【数７】
これらの式を用いれば、複雑な計算をすることなく、従来発明に比べてより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを得ることができる。図７（ｆ）に、ri：rv＝１：１の割合にした場合の充電率SOCの推定値を真値と比較した場合を示す。２箇所で急激に立ち上がっているものの、この場合にも、急激に大きくなる部分がほぼ低減されていることが分かる。
【００７０】
なお、この分散を利用しないものを含め、本発明の効果を分かりやすくするための参考例として、上記式においてri：rv＝０：１の割合にした図１１のバッテリの充電率推定装置で得た充電率の推定値と真値を比較したものを、図７（ｇ）に示す。
この参考例の充電率推定装置では、図１の実施例１において、減算器５、第１切替部６、誤差推定部７、第２切替部８を省略して、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法充電率SOCVとが入力されて、電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCVのうちの一方を選択し、間欠的に切り替えることで、その出力値をバッテリＢの充電率SOCとする選択部５０を備えている。なお、選択部５０の出力値である充電率SOCは、電流積算法充電率推定部３に入力される。
この場合、誤差は全般的に低減されるものの、充電率の推定値の一部が急激にかなり大きくなる所が実施例４と同様に発生し、このずれが実施例４の場合よりも大きくなって、本発明の実施例のものに比べ充電率SOCの推定精度が劣ることが分かる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 充放電電流検出部（充放電電流検出手段）
２ 端子電圧検出部（端子電圧検出手段）
３ 電流積算法充電率推定部（電流積算法充電率推定手段）
３Ａ 充電率算出部
３Ｂ 電流積算法分散算出部
４ 開放電圧法推定部（開放線圧法法充電率推定手段）
４Ａ 開放電圧推定部
４Ｂ 充電率算出部
４Ｃ 遅延器
４Ｄ 開放電圧部コンデンサ容量算出部
５ 減算器（充電率差演算手段）
６ 第１切替部（第１切替手段）
７ 誤差推定部（誤差推定手段）
８ 第２切替部（第２切替手段）
９ 減算器（充電率算出手段）
１０ 分散値算出部
１１ カルマン・ゲイン算出部
１２ 平均値算出部
５０ 選択部
Ｂ バッテリ
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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法が知られている。
【０００４】
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精度が悪くなっていく。これに対し、後者の開放電圧法では、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、これらの双方の充電率推定方法を用いて、充電率の推定誤差を補正していくことにより、充電率の推定精度を向上させようとする装置が知られている。
【０００５】
このような従来のバッテリの充電率推定装置としては、電流積算法でバッテリの充放電電流を時間積算して第１の残存容量を演算する第１の演算手段と、開放電圧法でバッテリの放電電流と端子電圧を基にバッテリの等価回路のインピーダンスから開放電圧を推定し、開放電圧から第２の残存容量を検出する第２の演算手段と、第１の残存容量と第２の残存容量とを、バッテリの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、バッテリの残存容量を演算する第３の演算手段と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０１７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来発明にあっては、第１の残存容量と第２の残存容量とを重み付け合成しているため、充電率推定の誤差を小さくしようとしているものの、以下の理由で十分とは言えない。
すなわち、電流積算法では、計算間隔をできるだけ短くした方が、推定精度が上がるのに対し、開放電圧法では、計算間隔を短くすると、高周波ノイズが多く含まれるようになる。したがって、同じ計算間隔で得た第１の残存容量と第２の残存容量とをたとえ重み付けして合成したとしても、その推定精度はあまり良くならない。
【０００８】
本発明は、上記不具合に鑑みなされたもので、その目的は、より高精度でバッテリの充電率の推定ができるようにしたバッテリの充電率推定装置を提供することにある。
【０００９】
この目的のため、本発明の請求項１のバッテリの充電率推定装置は、
バッテリの充放電電流値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から入力された充放電電流値を積算して得た充電率とこの前に得た充電率とからバッテリの電流積算法充電率を推定する電流積算充電率推定手段と、
充放電電流検出手段から入力された充放電電流値と端子電圧検出手段から入力された端子電圧値とに基づきバッテリ等価回路モデルを用いてバッテリの開放電圧値を推定し、この開放電圧値から開放電圧法充電率を推定する開放電圧法充電率推定手段と、
開放電圧法充電率と電流積算法充電率との充電率差を演算する充電率差演算手段と、
充電率差が入力されて、電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、電流積算法充電率および開放電圧法充電率のうちの一方の推定誤差を推定する誤差推定手段と、
電流積算法充電率および開放電圧法充電率のうちの一方と推定誤差とからバッテリの充電率を求める充電率算出手段と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１に記載の装置にあって、
開放電圧法充電率推定手段および誤差推定手段は、それぞれカルマン・フィルタを用いる、
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１又は２に記載の装置にあって、誤差推定手段への電流積算法充電率と開放電圧法充電率と充電率差との入力を、伝達、遮断間で切り替える第１切替手段と、充電率算出手段への推定誤差の入力を、伝達、遮断間で切り替える第２切替手段と、のうちの少なくとも１つの切替手段を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置にあって、
電流積算充電率推定手段が、充放電電流検出手段の検出精度に関する情報をもとに電流積算法充電率の分散を算出して誤差推定手段へ入力可能であり、
開放電圧法充電率推定手段が、充放電電流検出手段および端子電圧検出手段の検出精度に関する情報をもとに開放電圧法充電率の分散を算出して誤差推定手段へ入力可能であり、
誤差推定手段は、充電率差に加えて、電流積算充電率推定手段からの分散と、開放電圧法充電率推定手段からの分散と、が入力されて一方の推定誤差を推定する、
ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載のバッテリの充電率推定装置は、上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置にあって、
電流積算法充電率推定手段は、充電率に充電率算出手段で前に得たバッテリの充電率を用いて電流積算法充電率を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１のバッテリの充電率推定装置にあっては、充電率差演算手段が開放電圧法充電率と電流積算法充電率との充電率差を演算し、誤差推定手段が電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、充電率差を用いて電流積算法充電率の推定誤差を推定し、この推定誤差を用いて充電率算出手段でバッテリの充電率を推定するようにしたので、充電率算出手段が開放電圧法充電率と電流積算法充電率のそれぞれの特徴を生かすことで、従来発明のものより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できるようになる。
【００１５】
本発明の請求項２のバッテリの充電率推定装置にあっては、開放電圧法充電率推定手段および誤差推定手段には、それぞれカルマン・フィルタを用いたので、バッテリの状態量を容易かつ高い精度で推測できるようになるとともに、カルマン・フィルタでもともと推定平均値と推定分散値を逐次的に推定算出していることから、これらの値を新たに別途算出する必要はなくなる。
【００１６】
本発明の請求項３のバッテリの充電率推定装置にあっては、第１切替手段と第２切替手段のうち少なくとも一方を用いているので、電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔における、誤差推定手段での誤差推定演算や充電率算出手段での演算を、簡単に行えるようになる。
【００１７】
本発明の請求項４のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算充電率推定手段と開放電圧法充電率推定手段とが、充放電電流検出手段および端子電圧検出手段の検出精度に関する情報を元にして得た分散を用いて充電率の演算を行うので、充放電電流検出手段および端子電圧検出手段に特性の変動やばらつきがある場合にも、従来発明のものより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できるようになる。
【００１８】
本発明の請求項５のバッテリの充電率推定装置にあっては、
充電流積算法充電率推定手段が、充電率算出手段で得た充電率を用いて電流積算法充電率を推定するので、より高精度で電流積算法充電率を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施例１のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１のバッテリの充電率推定装置で用いる電流積算法充電率算出部の構成を示すブロック図である。
【図３】バッテリの充電率推定装置で用いる開放電圧法充電率推定部の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例１のバッテリの充電率推定装置で用いるカルマン・フィルタの構成を説明するブロック図である。
【図５】実施例１のバッテリの充電率推定装置における第１切替部、第２切替部のON、OFF状態に応じた、充電率推定装置の等価ブロック図で、（ａ）は両切替部が同期作動し、両方ともOFFの時、（ｂ）は両切替部が同期作動し、両方ともONの時、（ｃ）は両切替部が非同期で作動し、第１切替部がON、第２切替部がOFFの時、（ｄ）は両切替部が非同期で作動し、第１切替部がOFF、第２切替部がONの時、のそれぞれの等価ブロック図を示す。
【図６】実施例１の充電率推定装置やこの比較対象装置で実施したシミュレーション結果を示す図の半分であって、（ａ）は電流積算法で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｂ）は開放電圧法充電率で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｃ）は従来発明で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図である。
【図７】実施例１の充電率推定装置やこの比較対象装置で実施したシミュレーション結果を示す図の残り半分であって、（ｄ）は実施例１で第１切替部、第２切替部の両方をONに固定した状態で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｅ）は実施例１で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｆ）は分散を計算しない他の実施例で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図、（ｇ）は発明の効果を理解しやすくするための参考例で得られた充電率をそのときの真値と比較して示した図である。
【図８】本発明に係る実施例２のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る実施例３のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る実施例４のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】参考例のバッテリの充電率推定装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【実施例１】
【００２１】
実施例１のバッテリの充電率推定装置の構成を図１に示す。同図に示すように、バッテリＢ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、開放電圧法充電率推定法４と、減算器５と、第１切替部６と、誤差推定部７と、第２切替部８と、減算器９と、を有する。
【００２２】
バッテリＢは、本実施例にあっては、リチャージャブル・バッテリであり、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。
【００２３】
充放電電流検出部１は、バッテリＢ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して制動エネルギの一部を回収したり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Ｂ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、入力信号として電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定法４との双方へ入力される。
なお、電流検出部１は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用でき、本発明の充放電電流検出手段に相当する。
【００２４】
端子電圧検出部２は、バッテリＢ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は開放電圧法充電率推定法４へ入力される。
なお、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。
【００２５】
電流積算法充電率推定部３は、減算器９で最終的に得られるバッテリＢの充電率SOCと充放電電流検出部１で検出された充放電電流値Ｉとが入力されて、この充放電電流値Ｉを積算して電流積算値を算出することでバッテリＢに出入りした電荷量を求め、これと減算器７から入力された充電率SOCとから電流積算法充電率SOCｉを算出するとともに、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ｑ（図２を参照）に基づいて電流積算法分散Ｑｉを求めるものである。なお、電流積算法充電率SOCｉは、真の充電率SOCに誤差（ノイズ）ｎｉが重畳された値になっている。また、電流積算法充電率推定部３は、本発明の電流積算法充電率推定手段に相当する。
【００２６】
図２に、この電流積算法充電率推定部３の具体的構成を示す。同図に示すように、電流積算法充電率推定部３は、乗算器３１および積分器３２からなる充電率算出部3Ａと、電流積算法分散算出部３Ｂと、を備える。積分器３２は、乗算器３２１と、遅延器３２２と、加算器３２３と、を有する。
乗算器３１は、充放電電流検出部１から演算周期ＴＳごとに得られた充放電電流値Ｉ（平均値）に、係数1/FCCを掛ける演算器である。ここで、FCCはバッテリＢの満充電気量であり、バッテリＢの公称値（新品時の値）でも、劣化度を考慮した値のいずれでも良い。
積分器３２の乗算器３２１は、乗算器３１からの出力値に演算周期ＴＳを掛けるものであり、この出力値はそのとき（現在）の充電率となる。遅延器３２２は、減算器７で得た充電率SOCに1/z（ｚはｚ変換を示す）を掛けて現在より１つ前の充電率SOCを得るものである。加算器３２３は、乗算器３２１からの出力値と遅延器３２２からの出力値とを加算して、電流積算法充電率SOCｉを出力する。
【００２７】
一方、電流積算法分散算出部３Ｂ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ｑに基づき、電流積算法分散Ｑｉを求めるものであって、この算出には、以下の式を用いて再帰的行列演算を行う。
なお、以下の式において、Ｐは共分散行列、Ｆは状態遷移行列、Ｑはノイズ行列、ＴＳは演算周期であり、添え字ｋは時刻、上付き添え字Ｔは転置を表す記号である。ここで、Ｑｉは共分散行列Ｐ中のP11として求まる。
【数１】
【００２８】
開放電圧法充電率推定部４は、充放電電流検検出部１から演算周期ＴＳごとに得られた充放電電流値Ｉと、端子電圧検出部２から演算周期ＴＳごとに入力された端子電圧値Ｖと、に基づき、バッテリＢのバッテリ等価回路モデルを用いて推定した開放電圧値VOCVから開放電圧法充電率SOCＶを求めるとともに、充放電電流検出部１および端子電圧検出部２のあらかじめ与えられた検出精度の情報を元に開放電圧値VOCVの分散POCVや開放電圧法充電率SOCＶの分散PSOCV（＝Ｑｖ）を算出するものである。本実施例では、開放電圧法充電率推定部４には、カルマン・フィルタを用いる。カルマン・フィルタについては後で説明する。なお、開放電圧法充電率推定部４は、本発明の開放電圧法充電率推定手段に相当する。
【００２９】
図３に、開放電圧法充電率推定部４の具体的構成を示す。開放電圧法充電率推定部４は、同図に示すように、開放電圧推定部４Ａと、充電率算出部４Ｂと、遅延器４Ｃと、開放電圧部コンデンサ容量算出部４Ｄと、を有する。
【００３０】
開放電圧推定部４Ａは、充放電電流検出部１から演算周期ＴＳごとに得られた充放電電流値Ｉと、端子電圧検出部２から演算周期ＴＳごとに得られた端子電圧値Ｖと、開放電圧部コンデンサ容量算出部４Ｄから入力された開放電圧部コンデンサ容量値CＯＣＶと、が入力され、カルマン・フィルタを用いてバッテリＢの開放電圧値VＯＣＶを推定するとともに、あらかじめ得られ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から、開放電圧の分散PＯＣＶを算出するものである。
【００３１】
充電率算出部４Ｂは、開放電圧推定部４Ａで推定した開放電圧値VＯＣＶに基づき、あらかじめ計測して記憶している、開放電圧値と開放電圧法充電率との関係のデータを用いて開放電圧法充電率SOCＶを算出するとともに、開放電圧推定部４Ａで算出した開放電圧の分散POCVに基づき、開放電圧法充電率SOCＶの分散PSOCVを算出するものである。なお、充電率算出部４Ｂで推定した開放電圧法充電率SOCＶは、図１に示すように、真の充電率SOCに誤差ｎｖを重畳した値となっている。
【００３２】
遅延器４Ｃは、開放電圧推定部４Ａで推定した開放電圧値VＯＣＶが入力されて1/zが掛けられて現在の1つ前の開放電圧を算出するものである。
開放電圧部コンデンサ容量算出部４Ｄは、遅延器４Ｃで算出された開放電圧値に基づき、バッテリＢの開放電圧コンデンサ容量値CＯＣＶを算出して開放電圧推定部４Ａへ出力するものである。
なお、開放電圧コンデンサ容量値CＯＣＶは、COCV＝FCC／｛１００×（1つ前のサンプリング時に得られた開放電圧値のときの開放電圧法充電率SOCＶに対する開放電圧の傾き）｝の式を用いて得られる。
【００３３】
減算器５は、開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法充電率SOCＶから電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCｉを減算して得た減算値ｙを誤差推定部６へ出力するものである。なお、減算器５は、は、本発明の充電率差演算手段に相当する。
【００３４】
第１切替部６は、電流積算法充電率推定部３の出力値と開放電圧法充電率推定部４の出力値とが入力されて、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔で誤差推定部７での誤差推定を行うか否か、を決めるように、信号を伝達・遮断のいずれかに切り替えるものである。
一方、第２切替部８は、誤差推定部７で得られた誤差推定を用いて充電率SOCの演算を行うか否か、を決めるように、信号を伝達・遮断のいずれかに切り替えるものである。
これらの切り替えの詳細については、後で説明する。
なお、第１切替部６は本発明の第１切替手段に、また第２切替部８は本発明の第２切替手段にそれぞれ相当する。
【００３５】
誤差推定部７は、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法分散Ｑｉと、減算器５で得た充電率の減算値ｙと、開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法分散ＱＶ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SOCiの推定誤差ｎｉを推定するものである。なお、誤差推定部６では、開放電圧法充電率SOCＶの推定誤差ｎｖも推定される。誤差推定部６は、本発明の誤差推定手段に相当する。
【００３６】
ここで、上記開放電圧法充電率推定部４や誤差推定部７で用いるカルマン・フィルタにつき、説明する。
開放電圧法充電率推定部４でのカルマン・フィルタは、バッテリＢのバッテリ等価回路モデルに、実際のバッテリＢと同じ入力（充放電電流、端子電流、バッテリ温度など）を入力し、これらの出力（端子電圧）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、誤差が最小に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。
誤差推定部７でのカルマン・フィルタでは、誤差モデルで推定した誤差の差を減算器５で得た充電率の減算値と比較し、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、誤差が最小になるように推定誤差を修正していく。これを逐次繰り返して、真の充電率推定誤差を推定する。
【００３７】
開放電圧法充電率推定部４でのカルマン・フィルタでは、以下のような離散システムを考える。
【数２】
ただし、添え字ｋは時刻を表わしている。また、上記式で
【数３】
である。
【００３８】
ここで、プロセスノイズと検出部ノイズは、平均値０、分散Ｑ、Ｒの正規性白色ノイズであって、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４とでそれぞれ求めた充電率の分散Ｑｉ、Ｑｖを用いて、以下の式で表される。
【数４】
本実施例では、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４とで算出された分散の値を用いるので、上記値は可変値となる。
したがって、誤差推定部６の上流側にある電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４との逐次的な推定精度（分散の値）を考慮した誤差推定が可能となり、より高精度での充電率SOCの推定が可能となる。
【００３９】
カルマン・フィルタは、以下の式を用いたアルゴリズムを利用する。
【数５】
ここで、Ｋｋはカルマン・ゲイン、Ｘｋは推定平均値、Ｐｋは推定分散値である。
【００４０】
図４に示すように、カルマン・フィルタは、分散値算出部１０と、カルマン・ゲイン算出１１と、平均値算出部１２と、を備えている。
分散値算出部８は、共分散行列Ｐと、ノイズ行列Ｑと、分散値算出部８からの出力値である分散値と、カルマン・ゲイン算出部９からのカルマン・ゲインＫが入力され、上記式３を用いて推定分散値Ｐｋを算出するものである。
カルマン・ゲイン算出部１１は、分散値算出部１０から入力された推定分散値Ｐｋと正規白色ノイズＲとが入力され、上記式１を用いてカルマン・ゲインＫを算出するものである。
【００４１】
平均値算出部１２は、減算器１３と、乗算器１４と、加算器１５と、遅延器１６と、乗算器１７と、乗算器１８と、を有し、減算器５から入力された観測値ｙ（＝SOCV−SOCi）とカルマン・ゲイン算出部１１で得られたカルマン・ゲインＫとに基づき、上記式２を用いて、状態変数ｘを演算するものである。
【００４２】
平均値算出部１２の減算器１３は、入力された観測値ｙから乗算器１８の出力値を減算するものである。
乗算器１４は、カルマン・ゲイン算出部１１で得たカルマン・ゲインＫに減算器１３の出力値を掛けるものである。
加算器１５は、乗算器１４の出力値と乗算器１７の出力値とを加算して得た加算値を遅延器１６へ出力するものである。
遅延器１６は、加算器１５の加算値に1/zをかけて現在の１つ前の加算値を得てこの値を状態変数ｘとするものである。
乗算器１７は、状態行列Ｆに遅延器１６から入力されたに状態変数ｘを掛けて得た値を加算器１５と乗算器１８へ出力するものである。
乗算器１８は、出力行列Ｈに乗算器１７の出力値を掛けて得た値を減算器１３へ出力するものである。
【００４３】
なお、カルマン・フィルタでは、もともとバッテリＢの状態量を推定するに際し、その推定の平均値と分散値を逐次的に推定算出しているので、これらの値を新たに別途算出する必要はない。
【００４４】
減算器９は、電流積算法充電率推定部３で推定した電流積算法充電率SOCiから、誤差推定部７で得た推定誤差ｎｉを減算して、バッテリＢの充電率SOCを得るものである。なお、後述のように、第１切替部５、第２切替部８の切替状態によっては、推定誤差ｎｉが入力されず減算しない場合がある。減算器９は、本発明の充電率算出手段に相当する。
【００４５】
ここで、上記第１切替部６および第２切替部８の機能につき、説明する。
第１切替部６および第２切替部８の切り替えは、同期して作動するようにしても、あるいは非同期で作動させるようにしてもよい。この両方の場合について、以下に説明する。
【００４６】
まず、第１切替部６および第２切替部８の切り替えを同期で作動させる場合には、下記（作動１）、（作動２）の間で切り替えられることになる。
（作動１）第１切替部６と第２切替部８の両方がOFFのとき、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ａ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７では推定誤差ｎｉの演算が行われず、減算器９では推定誤差ｎｉの減算も行われないことから、電流積算法のみを使って充電率SOCを求めるものと同じになる。すなわち、バッテリＢの充電率SOCは、電流積算法充電率SOCiに等しくなる。
【００４７】
（作動２）第１切替部６および第２切替部８の両方がONのとき、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ｂ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７には、電流積算法充電率推定部３の出力値（分散）と開放電圧法充電率推定部４の出力値(分散)の両方と、減算器５からの充電率差とが入力され、ここで推定誤差ｎｉを算出した後、減算器９で、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiから推定誤差ｎｉを減算補正し、この減算値をバッテリＢの充電率SOCとする。
【００４８】
次に、第１切替部６および第２切替部８の切り替えを非同期で作動させる場合には、下記（作動３）、（作動４）の間で切り替えられることになる。
（作動３）第１切替部６がONで第２切替部８がOFFの場合には、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ｃ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７で、電流積算法充電率推定部３の出力値と開放電圧法充電率推定部４の出力値の両方が入力され、ここで推定誤差ｎｉを算出するものの、この推定誤差ｎｉは減算器９には入力されないので、結局、この場合は、電流積算法のみを使って充電率SOCを求めることとなり、バッテリＢの充電率SOCは電流積算法充電率SOCiに等しくなる。
（作動４）第１切替部６がOFFで第２切替部８がONのとき、図１中に示す充電率推定装置のブロック図は、図５（ｄ）に示すブロック図と実質同等になる。この場合、誤差推定部７には新たな入力は行われず新たな推定誤差ｎｉの演算は行われない。しかしながら、誤差推定部７には、（作動４）の前の上記（作動３）のときに得たがそのとき使用されなかった推定誤差ｎｉが記憶されていて、この値が減算器９に入力されるため、減算器９は、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiから推定誤差ｎｉを減算補正し、この減算値をバッテリＢの充電率SOCとする。
【００４９】
次に、上記のように構成した実施例１の充電率算出装置作用につき、以下に説明する。
バッテリＢの充放電電流値Ｉと端子電圧値Ｖとは、充放電電流検出部１と端子電圧検出部２とにより充電率算出装置の起動中、逐次検出される。なお、これらの検出値は検出したアナログ値がデジタル値に変換されて、それらの後のデジタル演算に利用される。
【００５０】
電流積算法充電率推定部３では、充放電電流値と、あらかじめ与えておいた充放電電流検出部１の情報（分散）と、減算器７で得た充電率SOCと、に基づき、電流積算法充電率SOCiとこの分散Ｑｉとを算出する。
一方、開放電圧法充電率推定部４では、充放電電流値Iと、端子電圧値Ｖと、あらかじめ与えておいた充放電電流検出部１および端子電圧検出部２双方の情報（分散）と、に基づき、カルマン・フィルタを利用して、開放電圧法充電率SOCVとこの分散Ｑｖとを算出する。
【００５１】
電流積算法充電率推定部３、開放電圧法充電率推定部４でそれぞれ得られた充電率の分散Ｑｉ、Ｑｖと、減算器５で得られた観測値ｙ（＝SOCV−SOCi）とは、第１切替部６がONのときには、誤差推定部６に入力されて、ここでカルマン・フィルタを利用して電流積算法充電率SOCiの推定誤差ｎｉを推定する。一方、第１切替部６がOFFの時には、上記値は誤差推定部６に入力されず、誤差推定部６での推定誤差ｎｉの演算は行われない。
【００５２】
減算器９では、第２切替部８がONの時には、減算器８で、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiからこのノイズとして誤差推定部６から得た推定誤差ｎｉを減算して、バッテリＢの充電率SOCを得る。一方、第２切替部８がOFFの時には、減算器９には誤差推定部７で得た推定誤差ｎｉを入力せず、電流積算法充電率SOCiをバッテリＢの充電率SOCとする。
すなわち、実施例１の充電率推定装置にあっては、バッテリＢの充電率SOCは、基本的には短い計算間隔では精度が良い電流積算法充電率SOCiに等しくするものの、短い計算間隔では精度は悪いが長い計算間隔では精度が良い開放電圧法充電率SOCＶを用いて、誤差推定部７にて、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔での推定誤差ｎｉを求め、減算器９で電流積算法充電率SOCiから推定誤差ｎｉを減算してバッテリＢの充電率SOCを得る。
【００５３】
ここで、推定された充電率の時間的変化の結果につき、実施例１の充電率算出装置と従来発明(例えば、特許文献１)に記載された装置やその他の装置との間でそれぞれ比較したシミュレーション結果を図６、７に示す。
なお、図６において、（ａ）は電流積算法を用いて得られた充電率の時間的変化を示す図、（ｂ）は開放電圧法を用いて得られた充電率の時間的変化を示す図、（ｃ）は従来発明で得られた充電率の時間的変化を示す図、また図７において、（ｄ）は実施例１の充電率推定装置で第１切替部６および第２切替部８の両方をONのまま固定した状態で得られた充電率の時間的変化を示す図、（ｅ）は実施例１の充電率推定装置で得られた充電率の時間的変化を示す図である。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、電流積算法による充電率の推定値は、時間が経過するにしたがって、充電率の真値から大きくずれて行くことが分かる。
また、図６（ｂ）に示すように、開放電圧法を用いて充電率を得る場合には、この推定値と充電率真値との誤差が、時間が経つにつれ大きくなっていくということはないが、絶えず短い時間で充電率真値に対し、大きくなったり小さくなったりして、大きくずれていることが分かる。
【００５５】
また、図６（ｃ）に示すように、上記従来発明（特許文献１に記載）のものでは、得られた充電率は重み付けを絶えず細かく変更されて補正されていくため、充電率の誤差は、上記電流積算法や開放電圧法の場合に比べると小さくなっている。しかしながら、開放電圧法の結果が大きくずれることの影響を避けることができず、充電率が所々で急激に大きくなってずれてしまうことがある。
【００５６】
一方、実施例１の充電率推定装置で第１切替部６および第２切替部８の両方をONにしたままの状態にした場合には、図７（ｄ）に示すように、上記従来発明の場合と同様な傾向を示し充電率が所々でやや急激にずれてしまうが、従来発明の場合よりそのずれ量は小さくなっていることが分かる。
【００５７】
実施例１の充電率推定装置では、第１切替部６および第２切替部８を切り替えていくことで、図７（ｅ）に示すように、真値とのずれを小さく保ちながら、しかも図６（ｃ）や図７（ｄ）にみられるように所々で急に大きくずれることもない。
このように急で大きなずれがなくなっているのは、カルマン・フィルタが現在の時刻に得られた観測値と現在の１つ前の時刻における推定結果との２つの値を利用して推定値を算出するようにしたことによる。開放電圧法では急に大きくずれる推定値が問題になるが、これらは瞬間的なものであって、１つ前の時刻には正常な値であることがほとんどであるため、充電率を問題なく推定できる。
【００５８】
以上のように、実施例１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。
（１）実施例１のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算法充電率推定部３、開放電圧法充電率推定部４で電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCVを求めるとき、併せてこれらの平均値および分散も用いて統計的な処理を施すようにするとともに、第１切替部６と第２切替部８の切替作動により電流積算法による充電率SOCiの推定に、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔で求めた電流積算法充電率SOCiの推定誤差ｎｉを用いるようにしたので、従来発明のものよりも高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できるようになる。
【００５９】
（２）また、開放電圧法充電率推定部４および誤差推定部７には、それぞれカルマン・フィルタを用いたので、バッテリＢの状態量を容易かつ高い精度で推測できるようになるとともに、カルマン・フィルタでもともと推定平均値と推定分散値を逐次的に推定算出していることから、これらの値を新たに別途算出する必要がなくなる。
【００６０】
（３）また、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法充電率推定部４の計算間隔より長い間隔で、電流積算法充電率SOCiの推定誤差ｎｉを、推定する際、第１切換部６と第２切替部８を用いるので、演算構成を簡単なものにすることができる。
【００６１】
（４）また、誤差推定部７では、充電率差ｙに加え、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiの分散Ｑｉと、開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法充電率SOCVの分散Ｑｖと、が入力され、これらの統計値を用いて推定誤差ｎｉを得るようにしているので、充放電電流検出部１や端子電圧検出部２に特性の変動やばらつきがある場合にも、従来発明のものより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを推定できる。
【００６２】
（５）また、電流積算法充電率推定部３では、減算器９で得た充電率を用いて電流積算法充電率SOCiを推定するので、高精度で流積算法充電率SOCiを推定することが可能となる。
【実施例２】
【００６３】
次に、本発明に係る実施例２のバッテリの充電率推定装置につき、図８に基づいて説明する。
なお、実施例２にあっては、実施例１と同様の構成部分には実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
実施例２の充電率推定装置では、図１の実施例１のものにおいて、電流積算法充電率推定部３と開放電圧法推定部４とを入れ替えたものである。その他の構成は、実施例１と同じである。
誤差推定部７で最終的に求められるのは、状態変数ｘ，すなわち推定誤差ｎｉとｎｖの両方なので、実施例２でも、実施例１と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６４】
次に、本発明に係る実施例３のバッテリの充電率推定装置につき、図９に基づいて説明する。
なお、実施例３にあっては、実施例１と同様の構成部分には実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
実施例３の充電率推定装置では、図１の実施例１のものにおいて、第１切替部６を省略して第２切換部８のみを用いるようにしたものであり、その他の構成は、実施例１と同じである。
したがって、誤差切替部７では、誤差推定部７が常に推定誤差ｎｉを推定するようになり、第２切替部８のONへの切り替えにより、間欠的に誤差切替部７で得た推定誤差ｎｉを用いて、減算器９が、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiを補正してバッテリＢの充電率SOCを得る。この場合、実施例１に比べ充電率SOCの推定精度は劣るものの、十分な推定精度を得ることができる。
【実施例４】
【００６５】
次に、本発明に係る実施例４のバッテリの充電率推定装置につき、図１０に基づいて説明する。
なお、実施例４にあっては、実施例１と同様の構成部分には実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
実施例４の充電率推定装置では、図１の実施例１のものにおいて、第２切替部８を省略して第１切替部６のみを用いるようにしたものであり、その他の構成は、実施例１と同じである。
【００６６】
したがって、誤差切替部７では、第１切替部８のON、OFF切り替えにより間欠的に電流積算法充電率推定部３、開放電圧法充電率推定部４，減算器５からそれらの出力値が入力されて、これらに基づき推定誤差ｎｉを推定する。誤差推定部７で得られた推定誤差ｎｉは、第１切替部８のON時に得られた値を示し、常時、減算器９へ入力されて、ここで電流積算法充電率推定部３にて得られた電流積算法充電率SOCiを補正する。
この場合、実施例１に比べ充電率SOCの推定精度は劣るものの、実施例３と同様に十分な推定精度を得ることができる。
【００６７】
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。
【００６８】
たとえば、本発明にあっては、実施例１、２ではノイズ行列Ｑを可変値としたが、通常のカルマン・フィルタのように固定値を用いることも可能である。この場合、可変値を用いた場合より若干推定精度は低下するものの、従来発明での推定精度より高い精度を得ることができることは言うまでもない。
【００６９】
また、誤差推定部７での推定にあっては、かならずしも上記のように分散Ｑｉ、Ｑｖを計算する必要はない。
例えば、電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCVの推定誤差が単純にある特定の割合（ri：ｒｖの割合）で含まれていると仮定すると、電流積算法充電率SOCiとの推定誤差ｎｉは、次式で得られる。
【数６】
また、開放電圧法充電率SOCVの誤差ｎｖを推定するには、以下の式を用いる。
【数７】
これらの式を用いれば、複雑な計算をすることなく、従来発明に比べてより高い精度でバッテリＢの充電率SOCを得ることができる。図７（ｆ）に、ri：rv＝１：１の割合にした場合の充電率SOCの推定値を真値と比較した場合を示す。２箇所で急激に立ち上がっているものの、この場合にも、急激に大きくなる部分がほぼ低減されていることが分かる。
【００７０】
なお、この分散を利用しないものを含め、本発明の効果を分かりやすくするための参考例として、上記式においてri：rv＝０：１の割合にした図１１のバッテリの充電率推定装置で得た充電率の推定値と真値を比較したものを、図７（ｇ）に示す。
この参考例の充電率推定装置では、図１の実施例１において、減算器５、第１切替部６、誤差推定部７、第２切替部８を省略して、電流積算法充電率推定部３で得た電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率推定部４で得た開放電圧法充電率SOCVとが入力されて、電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCVのうちの一方を選択し、間欠的に切り替えることで、その出力値をバッテリＢの充電率SOCとする選択部５０を備えている。なお、選択部５０の出力値である充電率SOCは、電流積算法充電率推定部３に入力される。
この場合、誤差は全般的に低減されるものの、充電率の推定値の一部が急激にかなり大きくなる所が実施例４と同様に発生し、このずれが実施例４の場合よりも大きくなって、本発明の実施例のものに比べ充電率SOCの推定精度が劣ることが分かる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 充放電電流検出部（充放電電流検出手段）
２ 端子電圧検出部（端子電圧検出手段）
３ 電流積算法充電率推定部（電流積算法充電率推定手段）
３Ａ 充電率算出部
３Ｂ 電流積算法分散算出部
４ 開放電圧法推定部（開放線圧法法充電率推定手段）
４Ａ 開放電圧推定部
４Ｂ 充電率算出部
４Ｃ 遅延器
４Ｄ 開放電圧部コンデンサ容量算出部
５ 減算器（充電率差演算手段）
６ 第１切替部（第１切替手段）
７ 誤差推定部（誤差推定手段）
８ 第２切替部（第２切替手段）
９ 減算器（充電率算出手段）
１０ 分散値算出部
１１ カルマン・ゲイン算出部
１２ 平均値算出部
５０ 選択部
Ｂ バッテリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充放電電流値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値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から入力された前記充放電電流値を積算して得た充電率とこの前に得た充電率とから前記バッテリの電流積算法充電率を推定する電流積算充電率推定手段と、
前記充放電電流検出手段から入力された前記充放電電流値と前記端子電圧検出手段から入力された前記端子電圧値とに基づきバッテリ等価回路モデルを用いて前記バッテリの開放電圧値を推定し、該開放電圧値から開放電圧法充電率を推定する開放電圧法充電率推定手段と、
前記開放電圧法充電率と前記電流積算法充電率との充電率差を演算する充電率差演算手段と、
前記充電率差が入力されて、前記流積算充電率推定手段と前記開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、前記電流積算法充電率および前記開放電圧法充電率のうちの一方の推定誤差を推定する誤差推定手段と、
前記電流積算法充電およびと前記開放電圧法充電率のうちの一方と前記推定誤差とから前記バッテリの充電率を求める充電率算出手段と、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項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、
前記開放電圧法充電率推定手段および前記誤差推定手段は、それぞれカルマン・フィルタを用いる、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記誤差推定手段への、前記電流積算法充電率と前記開放電圧法充電率と前記充電率差との入力を、伝達、遮断間で切り替える第１切替手段と、前記充電率算出手段への、前記推定誤差の入力を、伝達、遮断間で切り替える第２切替手段と、のうちの少なくとも１つの切替手段を有する、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記電流積算充電率推定手段は、前記充放電電流検出手段の検出精度に関する情報が入力され、前記電流積算法充電率の分散を算出して前記誤差推定手段へ入力可能であり、
前記開放電圧法充電率推定手段は、前記充放電電流検出手段および前記端子電圧検出手段の検出精度に関する情報が入力され、前記開放電圧法充電率の分散を算出して前記誤差推定手段へ入力可能であり、
該誤差推定手段は、前記充電率差に加えて、前記電流積算充電率推定手段からの分散と、前記開放電圧法充電率推定手段からの分散と、が入力されて前記一方の推定誤差を推定する、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記電流積算法充電率推定手段は、前記前に得た充電率に前記充電率算出手段で得た充電率を用いて前記電流積算法充電率を推定する、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項１】
バッテリの充放電電流値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値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から入力された前記充放電電流値を積算して得た充電率とこの前に得た充電率とから前記バッテリの電流積算法充電率を推定する電流積算充電率推定手段と、
前記充放電電流検出手段から入力された前記充放電電流値と前記端子電圧検出手段から入力された前記端子電圧値とに基づきバッテリ等価回路モデルを用いて前記バッテリの開放電圧値を推定し、該開放電圧値から開放電圧法充電率を推定する開放電圧法充電率推定手段と、
前記開放電圧法充電率と前記電流積算法充電率との充電率差を演算する充電率差演算手段と、
前記充電率差が入力されて、前記流積算充電率推定手段と前記開放電圧法充電率推定手段の計算間隔より長い間隔で、前記電流積算法充電率および前記開放電圧法充電率のうちの一方の推定誤差を推定する誤差推定手段と、
前記電流積算法充電およびと前記開放電圧法充電率のうちの一方と前記推定誤差とから前記バッテリの充電率を求める充電率算出手段と、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項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、
前記開放電圧法充電率推定手段および前記誤差推定手段は、それぞれカルマン・フィルタを用いる、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記誤差推定手段への、前記電流積算法充電率と前記開放電圧法充電率と前記充電率差との入力を、伝達、遮断間で切り替える第１切替手段と、前記充電率算出手段への、前記推定誤差の入力を、伝達、遮断間で切り替える第２切替手段と、のうちの少なくとも１つの切替手段を有する、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記電流積算充電率推定手段は、前記充放電電流検出手段の検出精度に関する情報が入力され、前記電流積算法充電率の分散を算出して前記誤差推定手段へ入力可能であり、
前記開放電圧法充電率推定手段は、前記充放電電流検出手段および前記端子電圧検出手段の検出精度に関する情報が入力され、前記開放電圧法充電率の分散を算出して前記誤差推定手段へ入力可能であり、
該誤差推定手段は、前記充電率差に加えて、前記電流積算充電率推定手段からの分散と、前記開放電圧法充電率推定手段からの分散と、が入力されて前記一方の推定誤差を推定する、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記電流積算法充電率推定手段は、前記前に得た充電率に前記充電率算出手段で得た充電率を用いて前記電流積算法充電率を推定する、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４９９４８（Ｐ２０１２−１４９９４８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７８７５（Ｐ２０１１−７８７５）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
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