バッテリの充電率推定装置
【課題】 精度の高い充電率を推定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Ｂ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、充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の充電率推定手段３と、充放電電流値と端子電圧値に基づき推定したバッテリの開放電圧値から第２の充電率を推定する第２の充電率推定手段４と、第１の充電率推定手段で得た第１の充電率が入力されるハイパス・フィルタ５と、第２の充電率推定手段で得た第２の充電率が入力されるローパス・フィルタ６と、ハイパス・フィルタ５からの出力値とローパス・フィルタ６からの出力値とに基づき、バッテリＢの充電率を算出する充電率算出手段７と、を備える。
【解決手段】バッテリＢ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、充放電電流値を積算して第１の充電率を推定する第１の充電率推定手段３と、充放電電流値と端子電圧値に基づき推定したバッテリの開放電圧値から第２の充電率を推定する第２の充電率推定手段４と、第１の充電率推定手段で得た第１の充電率が入力されるハイパス・フィルタ５と、第２の充電率推定手段で得た第２の充電率が入力されるローパス・フィルタ６と、ハイパス・フィルタ５からの出力値とローパス・フィルタ６からの出力値とに基づき、バッテリＢの充電率を算出する充電率算出手段７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方法より精度が高いものの、常時観測が必要である上、時間が経つにつれ誤差が集積されていき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は小さいため、短時間における充電量の変動量を推定するには、前者の電流積算法に劣っている。
そこで、これらの方法で発生する充電率の推定誤差を補正していくことで充電率の推定精度を向上させようとする装置・方法が従来から知られている。
【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、上記従来のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流に検出誤差がある場合には、第１の残存容量の誤差は経過時間に比例して増加してしまう。このような場合に、電流の変化が激しいということで第１の残存容量のウェイトを大きくすると、最終的に第１の残存容量と第２の残存容量をウェイトを用いて重み付け合成して得られる最終のバッテリの残存容量も大きな誤差を免れなくなってしまうといった問題がある。
【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、電流検出誤差等があっても、精度良くバッテリの充電率を推定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値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第１の充電率を推定する第１の充電率推定手段と、
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の開放電圧値を推定し、この開放電圧値から第２の充電率を推定する第２の充電率推定手段と、
第１の充電率推定手段で得た第１の充電率が入力されるハイパス・フィルタと、
第２の充電率推定手段で得た第２の充電率が入力されるローパス・フィルタと、
ハイパス・フィルタからの出力値とローパス・フィルタからの出力値とに基づき、バッテリの充電率を算出する充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【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、
ハイパス・フィルタとローパス・フィルタは、これらの伝達関数の加算値が１となるように設定されている、
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、
充電率算出手段は、ハイパス・フィルタからの出力値とローパス・フィルタからの出力値を加算して得た加算値とを前記バッテリの充電率とする、
ことを特徴とする。
【００１２】
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乃至３のいずれか１項に記載の装置にあって、
充電率算出手段は、ハイパス・フィルタからの出力値に１より大きな値を掛けて得た乗算値とローパス・フィルタからの出力値とを加算して得た加算値をバッテリの充電率とする、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算法で推定した第１の充電率はハイパス・フィルタを通してその高周波成分のみ通過させ、開放電圧法で推定した第２の充電率はローパス・フィルタで低周波成分のみ通過させて、それぞれ信頼性が劣る周波数部分をカットすることで、信頼性が高い周波数成分のみに基づき、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、電流検出誤差等があっても、精度良くバッテリの充電率を推定できる。
【００１４】
請求項２の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、ハイパス・フィルタとローパス・フィルタの伝達関数の加算値が１となるようにしたので、第１の充電率と第２の充電率とを精度よく推定できる場合に、これらに基づいて充電率推定手段で算出したバッテリの充電率が真値からずれるのを抑制することができる。
【００１５】
請求項３の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、充電率算出手段で、ハイパス・フィルタとローパス・フィルタをそれぞれ通過した第１、第２の充電率のそれぞれの周波数成分を加算してバッテリの充電率を得るようにしたので、容易に精度よく充電率を算出することができる。
【００１６】
請求項４の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、充電率算出手段が、第１の充電率のハイパス・フィルタを通過した高周波成分に１より大きい掛けた乗算値に、第２の充電率のローパス・フィルタを通過した低周波成分を加えた値をバッテリの充電率とするようにしたので、充電率の真値に対し、推定した充電率の変動を故意に大きくしてバッテリの充電率が大きく算出されるようになり、この結果、過充電や過放電に対する安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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に用いる第１の充電率算出手段の構成を示す図である。
【図３】実施例１のバッテリの充電率推定装置に用いるハイパス・フィルタ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に用いるローパス・フィルタの構成を示すブロック図である。
【図５】第１の充電率、第２の充電率、第１の充電率のハイパス・フィルタを通過した値、第２の充電率のローパス・フィルタを通過したそれぞれの値の時間経過例を示す図である。
【図６】ハイパス・フィルタとローパス・フィルタのフィルタ時定数の値の設定を説明する図である。
【図７】長時間イグニッションOFF後にイグニッションONした場合における、図３のハイパス・フィルタの積分器をリセットするための構成を示すブロック図である。
【図８】実施例１のバッテリの充電率推定装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明に係る実施例２のバッテリの充電率推定装置の要部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】
【００１８】
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】
【００１９】
実施例１のバッテリの充電率推定装置は、バッテリＢに接続され、充放電電流検出部１と、端子電圧検出部２と、第１の充電率算出部３と、第２の充電率算出部４と、ハイパス・フィルタ５と、ローパス・フィルタ６と、充電率算出部７と、を備えている。
【００２０】
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、入力信号として第１の充電率推定部３と第２の電率推定法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。
【００２１】
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は第２の充電率推定法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。
【００２２】
第１の充電率算出部３は、充放電電流検出部１で検出された充放電電流値Ｉが入力されて、この充放電電流値Ｉを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、これから第１の充電率SOC１を算出するものである。なお、第１の充電率推定部３は、本発明の第１の充電率推定手段に相当する。
【００２３】
第１の充電率算出部３の具体的構成を図２に示す。第１の充電率算出部３は、乗算器９、加算器１０、遅延器１１を有する積分器８と、係数倍器１２と、を備えている。
【００２４】
積分器は、充放電電流検出部１から入力された充放電電流値Iを積分してバッテリＢへ出入りした電荷量の変化分を演算するものである。具体的には、乗算器９では、充放電電流検出部１から入力された充放電電流値Iにその演算周期TＳを掛けていき、この値と遅延器１１からの出力値を加算する。この加算値は、遅延器１１と係数倍器１２とに入力される。遅延器１１は、加算器１０の出力値を元に現在より１つ前の電化量の変化分を出力値として、加算器１０へ出力する。係数倍器１２は、加算器１０からの出力値に1/FCCを掛けて第１の充電率SOC1を得る。ここで、FCCは、満充電容量である。
【００２５】
第２の充電率算出部４は、充放電電流検検出部１得られた充放電電流値Ｉと端子電圧検出部2から得られて端子電圧値Ｖとから、たとえばバッテリ等価モデルを用いたカルマン・フィルタを利用して、バッテリＢの開放電圧値VOCV(図５参照)を得、この開放電圧値VOCVに基づき、開放電圧値と第２の充電率との関係データ・テーブル２７（図５参照））から第２の充電率SOC２を求めるものである。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VOCVなどを推定する。なお、第２の充電率推定部４は、本発明の第２の充電率推定手段に相当する。
【００２６】
ハイパス・フィルタ５は、第１の充電率算出部３から入力された第１の充電率SOC1のうち、高周波成分のみを通過し、その低周波成分をカットするものである。
ハイパス・フィルタ５の具体的構成を図３に示す。ハイパス・フィルタ５は、減算器１３と、係数倍器１４と、積分器１５と、加算器１９と、を備えている。積分器１５は、乗算器１６と、加算器１７と、遅延器１８と、を有する。
【００２７】
減算器１３は、第１の充電率算出部３から入力された現在の第１の充電率SOC1から遅延器１８の出力値を減算する。
係数倍器１４は、減算器１３からの出力値に1/τ1を掛けてこの出力値を積分器１５へ入力する。ここで、τ1はローパス・フィルタ５の時定数である。
積分器１５の乗算器１６は、係数倍器１４の出力値に演算周期TSを掛けてその乗算値を加算器１７へ出力する。
加算器１７は、乗算器１６の出力値と遅延器１８の出力値を加算してその加算値を加算器１９と遅延器１８とに出力する。
遅延器１８は、加算器１７で算出した現在の出力値が入力され、この１つ前の値を得て、この値を加算器１７と減算器１３とに出力する。
加算器１９は、第１の充電率算出部３から入力された現在の第１の充電率SOC1と、加算器１７で得た出力値とを加算して、この加算値を出力する。
【００２８】
ローパス・フィルタ６は、第２の充電率算出部４から入力された第２の充電率SOC2のうち、低周波成分を通過し、その高周波成分をカットする。
ローパス・フィルタ６の具体的構成を図４に示す。ローパス・フィルタ６は、減算器２０と、係数倍器２１と、積分器２２と、を備えている。積分器２２は、乗算器２３と、加算器２４と、遅延器２５と、を有する。
【００２９】
減算器２０は、第２充電率算出部４から入力された第２の充電率SOC2から、遅延器２５の出力値を減算する。
係数倍器２１は、減算器２０の出力値に1/τ２を掛けてその乗算値を積分器２２へ出力する。ここで、
積分器２２の乗算器２３は、係数倍器２１から入力された出力値に演算周期TSを掛けてその乗算値を加算器２４へ出力する。
加算器２４は、乗算器２３の出力値と遅延器２５の出力値とを加算して、この加算値をローパス・フィルタ６の出力値として出力するとともに、遅延器２５へも出力する。
遅延器２５は、加算器２３で算出した現在の出力値の１つ前の値を得、この値を加算器２４と減算器２０とに出力する。
【００３０】
充電率算出部７は、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分と、ローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波成分とを、に加算してバッテリＢの充電率SOCを得る。なお、充電率算出部７は、本発明の充電率算出手段に相当する。
【００３１】
ここで、上記フィルタにあって、ハイパス・フィルタ５の伝達関数をG(z)、ローパス・フィルタ６の伝達関数をH(z)とすると、充電率推定値は、
充電率推定値＝G(z)・SOC1＋H(z)・SOC2
で表される。
ハイパス・フィルタ５の伝達関数G(z)と、ローパス・フィルタ６の伝達関数H(z)の関係は、たとえばシミュレーション結果など、必要に応じて適宜設定する。
【００３２】
一方、第１の充電率SOC1と第２の充電率SOC2とが仮に真値SOCに等しいとすると、上記式は、
充電率推定値＝[G(z)＋H(z)]・SOC
と書き換えることができる。
したがって、このような場合、G(z)＋H(z)＝１としておかないと、第１の充電率SOC1と第２の充電率SOC2とが完璧な推定値であっても、最終的な充電率推定値が真値SOCに一致しないことになる。
【００３３】
すなわち、第１の充電率SOC1と第２の充電率SOC2とが完璧な推定値に近いほど、G(z)＋H(z)＝１としておく必要があるが、そうでない場合は、この式を満たす必要はないことになく、それぞれの状況に応じて設定することになる。
なお、フィルタの時定数τ１、τ２を等しく設定すると、上記式を満たすことになり、また同じ値とすることで第１の充電率算出部３と第２の充電率推定部４のチューニングが簡単になる。
【００３４】
次に、本実施例の充電率推定装置の作用につき、以下に説明する。
充放電電流検出部１で検出した充放電電流値Iは、第１の充電率算出部３と第２の充電率算出部４とに入力される。また、端子電圧検出部２で検出した端子電圧値Ｖは、第２の充電率算出部４に入力される。
【００３５】
第１の充電率算出部３では、充放電電流値Iを時間積分した電気容量の変動分を満充電量FCCで割る電流積算法を用いて第１の充電率SOC1を得る。一方、第２の充電率算出部４では、充放電電流値Iと端子電圧値Ｖとが入力されて、カルマン・フィルタを用いてバッテリＢの開放電圧値VOCVを推定し、この開放電圧値VOCVから予め実験で得た開放電圧値VOCVと第２の充電率SOC2の関係データ・テーブル２７を利用して第２の充電率SOC2を得る。
【００３６】
第１の充電率推定部３で算出した第１の充電率SOC1は、ハイパス・フィルタ５に入力され、ここでその直流成分から低周波成分がカットされて、その高周波成分のみが通過し、充電率算出部７に入力される。すなわち、第１の充電率SOC1は、短時間の変化の信頼性は高いものの、時間が経つにつれ誤差が増加していき、ゆっくりした変化は信用性が低い。そこで、第１の充電率SOC1のうち信頼性の低い周波数成分は、ハイパス・フィルタ５でカットする。
【００３７】
一方、第２の充電率算出部４で算出した第２の充電率SOC2は、ローパス・フィルタ６に入力され、ここでその高周波成分がカットされて、その低周波成分のみが通過し、充電率算出部７に入力される。すなわち、第２の充電率SOC2は、電流検出誤差がある場合でも、充電率の誤差が経過時間に応じて増加することがなく、ゆっくりとした変化の傾向を比較的正確に捉えることができる。そこで、第２の充電率SOC2のうち信頼性の低い高周波成分は、ローパス・フィルタ６でカットする。
【００３８】
図５に、第１の充電率SOC1、第２の充電率SOC2、第１の充電率SOC1のハイパス・フィルタ５を通過させた値、第２の充電率SOC2のローパス・フィルタ６を通過させた値の時間経過例を示す。
【００３９】
充電率算出部７は、第１の充電率SOC1のうちハイパス・フィルタ５を通過した推定信頼性が高い高周波成分値と、第２の充電率SOC2のうちローパス・フィルタ６を通過した推定信頼性が高い低周波成分値と、を加算して、バッテリＢの充電率SOCを得る。
【００４０】
ここで、ハイパス・フィルタ５でカットされるノイズにつき、より詳しく説明する。
ハイパス・フィルタ５は、充放電電流検出部１の電流検出誤差、満充電容量の算出誤差（健全度SOHの推定誤差）、積分器のリセット誤差を取り除く。また、充電率真値の直流成分〜低周波成分も取り除かれるが、これらはローパス・フィルタ６の出力として抽出されるので、充電率算出部７での充電率SOCの算出に支障はない。
【００４１】
図２の第１の充電率算出部３では、この積分器８のリセット部分を省略して図示、説明したが、積分器のリセットするための構成を図７に示す。なお、積分器８のリセットは、たとえば駐車場にイグニッションOFFで一日放置した後、イグニッションをONにすると、図５に示すように、そのときの端子電圧値Ｖを開放電圧値VOCVとみなし、この開放電圧値VOCVを元に充電率SOCを算出し、積分器８をリセットすることで実行される。この目的で、同図において、充放電電流値Iには乗算器９で演算周期TSが掛けられ、加算器１０で切替器２６の出力値と加算される。この加算値は、係数倍器１２で、係数1/FCCを掛けて第１の充電率SOC1を得る。一方、加算器１０の出力は遅延器１１に入力されて１つ前の値が得られて切替器２６に入力される。
【００４２】
端子電圧検出部２で検出した端子電圧Ｖは、開放電圧VOCVとみなされ、開放電圧値〜第２の充電率SOCの関係データ・テーブル２７から、第２の充電率SOC2が得られ、この値に係数倍器３１で係数FCCが乗算されて切替部２６に入力される。
切替部２６は、イグニッションON時に、その前のイグニッションOFFからの経過時間が所定時間を越えているか否かを判定し、超えている場合は係数倍器２８の出力値を選択し、超えていない場合は遅延器１１の出力値を選択して、切替部２６の出力値とする。
【００４３】
上記積分器８のリセット誤差の発生要因としては、端子電圧値Ｖの検出誤差、開放電圧値〜第２の充電率SOC2の関係データの誤差、判断の閾値（上記判定に用いる所定時間）が小さく、端子電圧値Ｖが開放電圧値に収束していないこと、が挙げられる。
【００４４】
一方、ローパス・フィルタ６は、第２の充電率算出手段４での推定誤差が取り除かれる。さらに、充電率真値の高周波成分も取り除かれるが、この成分ハイパス・フィルタ６の出力値として抽出されるので、充電率算出部７での充電率SOCの算出に支障はない。したがって、ローパス・フィルタ６では、充電率真値の直流値〜低周波成分値が抽出される。
【００４５】
続いて、ハイパス・フィルタ５とローパス・フィルタ６の時定数の設定方法について説明する。
まず、第１段階では、充電率真値、第１の充電率SOC1の推定誤差、第２の充電率SOC2の推定誤差のそれぞれの周波数帯域を調べて、図６の上半分に示すような図を描く。
続く第２段階では、第１の充電率SOC1の推定誤差をカットするようにカットオフ周波数を設定する。この段階では、充電率真値の低周波数域もカットされてしまうことになる。
続く第３段階では、第２の充電率SOC2の推定誤差をカットするようにカットオフ周波数を設定する。同図に示す例では、充電率真値の一部の帯域もカットされるが、実際上は大きな問題にはならず、図７で説明するシミュレーション結果と同じような効果を得ることができる。
なお、図６において、第１の充電率SOC1の推定誤差の周波数帯域と第２の充電率SOC2の推定誤差の周波数帯域とが重ならない場合には、G(z)＋H(z)＝１とすることができる。
【００４６】
実施例１の充電率推定装置のシミュレーション結果を図７に示す。
なお、ここでは、τ１＝0.8msec、τ２＝8secとして、フィルタの時定数を異ならせてある。また、充放電電流検出部１には、5Aのオフセット誤差を加え、バッテリＢの満充電容量FCC＝3.56Ah（＝12.8クーロン）で計算した。
【００４７】
電流積算法を用いた第１の充電率算出部３で算出した第１の充電率SOC1と充電率真値とを比較した結果を、図７(a)に示す。この図から分かるように、これら間の誤差は経過時間が増えいくにしたがって増大していくことが分かる。このシミュレーションでは、第１の充電率SOC1は、約500秒で20%の誤差、そして60分×（3.56A/5A）＝42分で100％の誤差が生じる。
【００４８】
開放電圧法を用いた第２の充電率算出部４で算出した第２の充電率SOC2と真値とを比較した結果を、図７(b)に示す。この図から分かるように、これら間の誤差は、経過時間とともに増加していくことはないものの、短い時間で急激な値の大きな変化があることが分かる。
【００４９】
実施例１の第２の充電率算出部４で算出した充電率SOCと真値とを比較した結果を、図７(c)に示す。この図から分かるように、これら間の誤差は、経過時間とともに増加していくことはない上、急激に大きく値が変化することもない。したがって、精度よく充電率を推定できることが分かる。
【００５０】
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は、電流積算法で演算した第１の充電率SOC1をハイパス・フィルタ５に通すことで、信頼性の劣るその直流成分から低周波成分をカットするとともに、開放電圧法で演算した第２の充電率SOC2をローパス・フィルタ６に通すことで、信頼性の劣るその高周波成分をカットする。そして、充電算出部７で、それぞれ信頼性の高い、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値とローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波数値とを加算することでバッテリＢの充電率SOCを得るようにしたので、電流検出誤差等がある場合であっても、より高い精度で充電率SOCを得ることができる。
【００５１】
（２） ハイパス・フィルタ５の伝達関数G(z)とローパス・フィルタ６の伝達関数H(z)との加算値が１となるようにこれらの伝達関数を設定したので、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値とローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波数値が高い精度で検出されているときは、充電率算出部７で算出する充電率SOCの精度を悪化させることはない。
【００５２】
（３） 充電率算出部７では、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値とローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波数値とを加算してバッテリＢの充電率SOCを算出するようにしたので、簡単な演算で受電率SOCを得ることができる。
【００５３】
（４） 第２の充電率算出部４にはカルマン・フィルタを用いているので、容易かつ精度よく第２の充電率SOC2を算出することができる。
【実施例２】
【００５４】
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いて説明する。なお、実施例２において実施例１と実質的に同じ部品、部分については、実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明を省略する。
【００５５】
実施例２のバッテリの充電率推定装置の要部を、図９に示す。充電率推定装置は、充電率算出部２９が実施例１のものと異なっており、係数倍器３０および加算器３１を備えている。
係数倍器３０は、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値が入力され、この値に係数1.1を掛けてその乗算値を加算器３１へ出力する。
加算器３１は、係数倍器３０の出力値と、ローパス・フィルタ６を通過した第２充電率SOC2の低周波成分値とが入力され、これらの値が加算されてバッテリの充電率SOCを出力する。
【００５６】
実施例２の充電率推定装置にあっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値が1.1倍されることで、その分、第１の充電率SOC1が大きく評価されてバッテリの充電率SOCが算出されるので、過充電や過放電に対する安全性を向上することができる。
【００５７】
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。
【００５８】
実施例の第２の充電算出装置４ではカルマン・フィルタを用いたが、これ以外の適応ディジタル・フィルタ等などを用いてもよい。要は、第２の充電算出装置は、開放電圧値VOCVを推定し、この推定開放電圧値VOCVを用いて第２の充電率を算出するものであれば良い。
【００５９】
実施例２ではハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値に掛ける係数を1.1としたが、この値に限られず、他の値に設定してもよい。
また、実施例では、フィルタ５、６伝達関数を、G(z)＋H(z)＝１となるように設定したものの、たとえば、本装置のシミュレーション結果に基づき、この式を満たさない関係に設定してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
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 第１の充電率算出部（第１の充電率算出手段）
４ 第２の充電率算出部（第２の充電率算出手段）
５ ハイパス・フィルタ
６ ローパス・フィルタ
７、２９ 充電率算出部（充電率算出手段）
８、１５、２３、２５ 積分器
９、１２、１６、２３、２６、２８、３０ 係数倍器
１０、１７、２４、３１ 加算器
１１、１８ 遅延器
２７ 開放電圧〜第２充電率の関係データ・テーブル
【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方法より精度が高いものの、常時観測が必要である上、時間が経つにつれ誤差が集積されていき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は小さいため、短時間における充電量の変動量を推定するには、前者の電流積算法に劣っている。
そこで、これらの方法で発生する充電率の推定誤差を補正していくことで充電率の推定精度を向上させようとする装置・方法が従来から知られている。
【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、上記従来のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流に検出誤差がある場合には、第１の残存容量の誤差は経過時間に比例して増加してしまう。このような場合に、電流の変化が激しいということで第１の残存容量のウェイトを大きくすると、最終的に第１の残存容量と第２の残存容量をウェイトを用いて重み付け合成して得られる最終のバッテリの残存容量も大きな誤差を免れなくなってしまうといった問題がある。
【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、電流検出誤差等があっても、精度良くバッテリの充電率を推定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値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第１の充電率を推定する第１の充電率推定手段と、
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の開放電圧値を推定し、この開放電圧値から第２の充電率を推定する第２の充電率推定手段と、
第１の充電率推定手段で得た第１の充電率が入力されるハイパス・フィルタと、
第２の充電率推定手段で得た第２の充電率が入力されるローパス・フィルタと、
ハイパス・フィルタからの出力値とローパス・フィルタからの出力値とに基づき、バッテリの充電率を算出する充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【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、
ハイパス・フィルタとローパス・フィルタは、これらの伝達関数の加算値が１となるように設定されている、
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、
充電率算出手段は、ハイパス・フィルタからの出力値とローパス・フィルタからの出力値を加算して得た加算値とを前記バッテリの充電率とする、
ことを特徴とする。
【００１２】
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乃至３のいずれか１項に記載の装置にあって、
充電率算出手段は、ハイパス・フィルタからの出力値に１より大きな値を掛けて得た乗算値とローパス・フィルタからの出力値とを加算して得た加算値をバッテリの充電率とする、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、電流積算法で推定した第１の充電率はハイパス・フィルタを通してその高周波成分のみ通過させ、開放電圧法で推定した第２の充電率はローパス・フィルタで低周波成分のみ通過させて、それぞれ信頼性が劣る周波数部分をカットすることで、信頼性が高い周波数成分のみに基づき、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、電流検出誤差等があっても、精度良くバッテリの充電率を推定できる。
【００１４】
請求項２の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、ハイパス・フィルタとローパス・フィルタの伝達関数の加算値が１となるようにしたので、第１の充電率と第２の充電率とを精度よく推定できる場合に、これらに基づいて充電率推定手段で算出したバッテリの充電率が真値からずれるのを抑制することができる。
【００１５】
請求項３の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、充電率算出手段で、ハイパス・フィルタとローパス・フィルタをそれぞれ通過した第１、第２の充電率のそれぞれの周波数成分を加算してバッテリの充電率を得るようにしたので、容易に精度よく充電率を算出することができる。
【００１６】
請求項４の本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、充電率算出手段が、第１の充電率のハイパス・フィルタを通過した高周波成分に１より大きい掛けた乗算値に、第２の充電率のローパス・フィルタを通過した低周波成分を加えた値をバッテリの充電率とするようにしたので、充電率の真値に対し、推定した充電率の変動を故意に大きくしてバッテリの充電率が大きく算出されるようになり、この結果、過充電や過放電に対する安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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に用いる第１の充電率算出手段の構成を示す図である。
【図３】実施例１のバッテリの充電率推定装置に用いるハイパス・フィルタ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に用いるローパス・フィルタの構成を示すブロック図である。
【図５】第１の充電率、第２の充電率、第１の充電率のハイパス・フィルタを通過した値、第２の充電率のローパス・フィルタを通過したそれぞれの値の時間経過例を示す図である。
【図６】ハイパス・フィルタとローパス・フィルタのフィルタ時定数の値の設定を説明する図である。
【図７】長時間イグニッションOFF後にイグニッションONした場合における、図３のハイパス・フィルタの積分器をリセットするための構成を示すブロック図である。
【図８】実施例１のバッテリの充電率推定装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明に係る実施例２のバッテリの充電率推定装置の要部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】
【００１８】
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】
【００１９】
実施例１のバッテリの充電率推定装置は、バッテリＢに接続され、充放電電流検出部１と、端子電圧検出部２と、第１の充電率算出部３と、第２の充電率算出部４と、ハイパス・フィルタ５と、ローパス・フィルタ６と、充電率算出部７と、を備えている。
【００２０】
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、入力信号として第１の充電率推定部３と第２の電率推定法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。
【００２１】
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は第２の充電率推定法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。
【００２２】
第１の充電率算出部３は、充放電電流検出部１で検出された充放電電流値Ｉが入力されて、この充放電電流値Ｉを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、これから第１の充電率SOC１を算出するものである。なお、第１の充電率推定部３は、本発明の第１の充電率推定手段に相当する。
【００２３】
第１の充電率算出部３の具体的構成を図２に示す。第１の充電率算出部３は、乗算器９、加算器１０、遅延器１１を有する積分器８と、係数倍器１２と、を備えている。
【００２４】
積分器は、充放電電流検出部１から入力された充放電電流値Iを積分してバッテリＢへ出入りした電荷量の変化分を演算するものである。具体的には、乗算器９では、充放電電流検出部１から入力された充放電電流値Iにその演算周期TＳを掛けていき、この値と遅延器１１からの出力値を加算する。この加算値は、遅延器１１と係数倍器１２とに入力される。遅延器１１は、加算器１０の出力値を元に現在より１つ前の電化量の変化分を出力値として、加算器１０へ出力する。係数倍器１２は、加算器１０からの出力値に1/FCCを掛けて第１の充電率SOC1を得る。ここで、FCCは、満充電容量である。
【００２５】
第２の充電率算出部４は、充放電電流検検出部１得られた充放電電流値Ｉと端子電圧検出部2から得られて端子電圧値Ｖとから、たとえばバッテリ等価モデルを用いたカルマン・フィルタを利用して、バッテリＢの開放電圧値VOCV(図５参照)を得、この開放電圧値VOCVに基づき、開放電圧値と第２の充電率との関係データ・テーブル２７（図５参照））から第２の充電率SOC２を求めるものである。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VOCVなどを推定する。なお、第２の充電率推定部４は、本発明の第２の充電率推定手段に相当する。
【００２６】
ハイパス・フィルタ５は、第１の充電率算出部３から入力された第１の充電率SOC1のうち、高周波成分のみを通過し、その低周波成分をカットするものである。
ハイパス・フィルタ５の具体的構成を図３に示す。ハイパス・フィルタ５は、減算器１３と、係数倍器１４と、積分器１５と、加算器１９と、を備えている。積分器１５は、乗算器１６と、加算器１７と、遅延器１８と、を有する。
【００２７】
減算器１３は、第１の充電率算出部３から入力された現在の第１の充電率SOC1から遅延器１８の出力値を減算する。
係数倍器１４は、減算器１３からの出力値に1/τ1を掛けてこの出力値を積分器１５へ入力する。ここで、τ1はローパス・フィルタ５の時定数である。
積分器１５の乗算器１６は、係数倍器１４の出力値に演算周期TSを掛けてその乗算値を加算器１７へ出力する。
加算器１７は、乗算器１６の出力値と遅延器１８の出力値を加算してその加算値を加算器１９と遅延器１８とに出力する。
遅延器１８は、加算器１７で算出した現在の出力値が入力され、この１つ前の値を得て、この値を加算器１７と減算器１３とに出力する。
加算器１９は、第１の充電率算出部３から入力された現在の第１の充電率SOC1と、加算器１７で得た出力値とを加算して、この加算値を出力する。
【００２８】
ローパス・フィルタ６は、第２の充電率算出部４から入力された第２の充電率SOC2のうち、低周波成分を通過し、その高周波成分をカットする。
ローパス・フィルタ６の具体的構成を図４に示す。ローパス・フィルタ６は、減算器２０と、係数倍器２１と、積分器２２と、を備えている。積分器２２は、乗算器２３と、加算器２４と、遅延器２５と、を有する。
【００２９】
減算器２０は、第２充電率算出部４から入力された第２の充電率SOC2から、遅延器２５の出力値を減算する。
係数倍器２１は、減算器２０の出力値に1/τ２を掛けてその乗算値を積分器２２へ出力する。ここで、
積分器２２の乗算器２３は、係数倍器２１から入力された出力値に演算周期TSを掛けてその乗算値を加算器２４へ出力する。
加算器２４は、乗算器２３の出力値と遅延器２５の出力値とを加算して、この加算値をローパス・フィルタ６の出力値として出力するとともに、遅延器２５へも出力する。
遅延器２５は、加算器２３で算出した現在の出力値の１つ前の値を得、この値を加算器２４と減算器２０とに出力する。
【００３０】
充電率算出部７は、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分と、ローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波成分とを、に加算してバッテリＢの充電率SOCを得る。なお、充電率算出部７は、本発明の充電率算出手段に相当する。
【００３１】
ここで、上記フィルタにあって、ハイパス・フィルタ５の伝達関数をG(z)、ローパス・フィルタ６の伝達関数をH(z)とすると、充電率推定値は、
充電率推定値＝G(z)・SOC1＋H(z)・SOC2
で表される。
ハイパス・フィルタ５の伝達関数G(z)と、ローパス・フィルタ６の伝達関数H(z)の関係は、たとえばシミュレーション結果など、必要に応じて適宜設定する。
【００３２】
一方、第１の充電率SOC1と第２の充電率SOC2とが仮に真値SOCに等しいとすると、上記式は、
充電率推定値＝[G(z)＋H(z)]・SOC
と書き換えることができる。
したがって、このような場合、G(z)＋H(z)＝１としておかないと、第１の充電率SOC1と第２の充電率SOC2とが完璧な推定値であっても、最終的な充電率推定値が真値SOCに一致しないことになる。
【００３３】
すなわち、第１の充電率SOC1と第２の充電率SOC2とが完璧な推定値に近いほど、G(z)＋H(z)＝１としておく必要があるが、そうでない場合は、この式を満たす必要はないことになく、それぞれの状況に応じて設定することになる。
なお、フィルタの時定数τ１、τ２を等しく設定すると、上記式を満たすことになり、また同じ値とすることで第１の充電率算出部３と第２の充電率推定部４のチューニングが簡単になる。
【００３４】
次に、本実施例の充電率推定装置の作用につき、以下に説明する。
充放電電流検出部１で検出した充放電電流値Iは、第１の充電率算出部３と第２の充電率算出部４とに入力される。また、端子電圧検出部２で検出した端子電圧値Ｖは、第２の充電率算出部４に入力される。
【００３５】
第１の充電率算出部３では、充放電電流値Iを時間積分した電気容量の変動分を満充電量FCCで割る電流積算法を用いて第１の充電率SOC1を得る。一方、第２の充電率算出部４では、充放電電流値Iと端子電圧値Ｖとが入力されて、カルマン・フィルタを用いてバッテリＢの開放電圧値VOCVを推定し、この開放電圧値VOCVから予め実験で得た開放電圧値VOCVと第２の充電率SOC2の関係データ・テーブル２７を利用して第２の充電率SOC2を得る。
【００３６】
第１の充電率推定部３で算出した第１の充電率SOC1は、ハイパス・フィルタ５に入力され、ここでその直流成分から低周波成分がカットされて、その高周波成分のみが通過し、充電率算出部７に入力される。すなわち、第１の充電率SOC1は、短時間の変化の信頼性は高いものの、時間が経つにつれ誤差が増加していき、ゆっくりした変化は信用性が低い。そこで、第１の充電率SOC1のうち信頼性の低い周波数成分は、ハイパス・フィルタ５でカットする。
【００３７】
一方、第２の充電率算出部４で算出した第２の充電率SOC2は、ローパス・フィルタ６に入力され、ここでその高周波成分がカットされて、その低周波成分のみが通過し、充電率算出部７に入力される。すなわち、第２の充電率SOC2は、電流検出誤差がある場合でも、充電率の誤差が経過時間に応じて増加することがなく、ゆっくりとした変化の傾向を比較的正確に捉えることができる。そこで、第２の充電率SOC2のうち信頼性の低い高周波成分は、ローパス・フィルタ６でカットする。
【００３８】
図５に、第１の充電率SOC1、第２の充電率SOC2、第１の充電率SOC1のハイパス・フィルタ５を通過させた値、第２の充電率SOC2のローパス・フィルタ６を通過させた値の時間経過例を示す。
【００３９】
充電率算出部７は、第１の充電率SOC1のうちハイパス・フィルタ５を通過した推定信頼性が高い高周波成分値と、第２の充電率SOC2のうちローパス・フィルタ６を通過した推定信頼性が高い低周波成分値と、を加算して、バッテリＢの充電率SOCを得る。
【００４０】
ここで、ハイパス・フィルタ５でカットされるノイズにつき、より詳しく説明する。
ハイパス・フィルタ５は、充放電電流検出部１の電流検出誤差、満充電容量の算出誤差（健全度SOHの推定誤差）、積分器のリセット誤差を取り除く。また、充電率真値の直流成分〜低周波成分も取り除かれるが、これらはローパス・フィルタ６の出力として抽出されるので、充電率算出部７での充電率SOCの算出に支障はない。
【００４１】
図２の第１の充電率算出部３では、この積分器８のリセット部分を省略して図示、説明したが、積分器のリセットするための構成を図７に示す。なお、積分器８のリセットは、たとえば駐車場にイグニッションOFFで一日放置した後、イグニッションをONにすると、図５に示すように、そのときの端子電圧値Ｖを開放電圧値VOCVとみなし、この開放電圧値VOCVを元に充電率SOCを算出し、積分器８をリセットすることで実行される。この目的で、同図において、充放電電流値Iには乗算器９で演算周期TSが掛けられ、加算器１０で切替器２６の出力値と加算される。この加算値は、係数倍器１２で、係数1/FCCを掛けて第１の充電率SOC1を得る。一方、加算器１０の出力は遅延器１１に入力されて１つ前の値が得られて切替器２６に入力される。
【００４２】
端子電圧検出部２で検出した端子電圧Ｖは、開放電圧VOCVとみなされ、開放電圧値〜第２の充電率SOCの関係データ・テーブル２７から、第２の充電率SOC2が得られ、この値に係数倍器３１で係数FCCが乗算されて切替部２６に入力される。
切替部２６は、イグニッションON時に、その前のイグニッションOFFからの経過時間が所定時間を越えているか否かを判定し、超えている場合は係数倍器２８の出力値を選択し、超えていない場合は遅延器１１の出力値を選択して、切替部２６の出力値とする。
【００４３】
上記積分器８のリセット誤差の発生要因としては、端子電圧値Ｖの検出誤差、開放電圧値〜第２の充電率SOC2の関係データの誤差、判断の閾値（上記判定に用いる所定時間）が小さく、端子電圧値Ｖが開放電圧値に収束していないこと、が挙げられる。
【００４４】
一方、ローパス・フィルタ６は、第２の充電率算出手段４での推定誤差が取り除かれる。さらに、充電率真値の高周波成分も取り除かれるが、この成分ハイパス・フィルタ６の出力値として抽出されるので、充電率算出部７での充電率SOCの算出に支障はない。したがって、ローパス・フィルタ６では、充電率真値の直流値〜低周波成分値が抽出される。
【００４５】
続いて、ハイパス・フィルタ５とローパス・フィルタ６の時定数の設定方法について説明する。
まず、第１段階では、充電率真値、第１の充電率SOC1の推定誤差、第２の充電率SOC2の推定誤差のそれぞれの周波数帯域を調べて、図６の上半分に示すような図を描く。
続く第２段階では、第１の充電率SOC1の推定誤差をカットするようにカットオフ周波数を設定する。この段階では、充電率真値の低周波数域もカットされてしまうことになる。
続く第３段階では、第２の充電率SOC2の推定誤差をカットするようにカットオフ周波数を設定する。同図に示す例では、充電率真値の一部の帯域もカットされるが、実際上は大きな問題にはならず、図７で説明するシミュレーション結果と同じような効果を得ることができる。
なお、図６において、第１の充電率SOC1の推定誤差の周波数帯域と第２の充電率SOC2の推定誤差の周波数帯域とが重ならない場合には、G(z)＋H(z)＝１とすることができる。
【００４６】
実施例１の充電率推定装置のシミュレーション結果を図７に示す。
なお、ここでは、τ１＝0.8msec、τ２＝8secとして、フィルタの時定数を異ならせてある。また、充放電電流検出部１には、5Aのオフセット誤差を加え、バッテリＢの満充電容量FCC＝3.56Ah（＝12.8クーロン）で計算した。
【００４７】
電流積算法を用いた第１の充電率算出部３で算出した第１の充電率SOC1と充電率真値とを比較した結果を、図７(a)に示す。この図から分かるように、これら間の誤差は経過時間が増えいくにしたがって増大していくことが分かる。このシミュレーションでは、第１の充電率SOC1は、約500秒で20%の誤差、そして60分×（3.56A/5A）＝42分で100％の誤差が生じる。
【００４８】
開放電圧法を用いた第２の充電率算出部４で算出した第２の充電率SOC2と真値とを比較した結果を、図７(b)に示す。この図から分かるように、これら間の誤差は、経過時間とともに増加していくことはないものの、短い時間で急激な値の大きな変化があることが分かる。
【００４９】
実施例１の第２の充電率算出部４で算出した充電率SOCと真値とを比較した結果を、図７(c)に示す。この図から分かるように、これら間の誤差は、経過時間とともに増加していくことはない上、急激に大きく値が変化することもない。したがって、精度よく充電率を推定できることが分かる。
【００５０】
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は、電流積算法で演算した第１の充電率SOC1をハイパス・フィルタ５に通すことで、信頼性の劣るその直流成分から低周波成分をカットするとともに、開放電圧法で演算した第２の充電率SOC2をローパス・フィルタ６に通すことで、信頼性の劣るその高周波成分をカットする。そして、充電算出部７で、それぞれ信頼性の高い、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値とローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波数値とを加算することでバッテリＢの充電率SOCを得るようにしたので、電流検出誤差等がある場合であっても、より高い精度で充電率SOCを得ることができる。
【００５１】
（２） ハイパス・フィルタ５の伝達関数G(z)とローパス・フィルタ６の伝達関数H(z)との加算値が１となるようにこれらの伝達関数を設定したので、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値とローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波数値が高い精度で検出されているときは、充電率算出部７で算出する充電率SOCの精度を悪化させることはない。
【００５２】
（３） 充電率算出部７では、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値とローパス・フィルタ６を通過した第２の充電率SOC2の低周波数値とを加算してバッテリＢの充電率SOCを算出するようにしたので、簡単な演算で受電率SOCを得ることができる。
【００５３】
（４） 第２の充電率算出部４にはカルマン・フィルタを用いているので、容易かつ精度よく第２の充電率SOC2を算出することができる。
【実施例２】
【００５４】
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いて説明する。なお、実施例２において実施例１と実質的に同じ部品、部分については、実施例１のものと同じ番号を付し、それらの説明を省略する。
【００５５】
実施例２のバッテリの充電率推定装置の要部を、図９に示す。充電率推定装置は、充電率算出部２９が実施例１のものと異なっており、係数倍器３０および加算器３１を備えている。
係数倍器３０は、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値が入力され、この値に係数1.1を掛けてその乗算値を加算器３１へ出力する。
加算器３１は、係数倍器３０の出力値と、ローパス・フィルタ６を通過した第２充電率SOC2の低周波成分値とが入力され、これらの値が加算されてバッテリの充電率SOCを出力する。
【００５６】
実施例２の充電率推定装置にあっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、ハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値が1.1倍されることで、その分、第１の充電率SOC1が大きく評価されてバッテリの充電率SOCが算出されるので、過充電や過放電に対する安全性を向上することができる。
【００５７】
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。
【００５８】
実施例の第２の充電算出装置４ではカルマン・フィルタを用いたが、これ以外の適応ディジタル・フィルタ等などを用いてもよい。要は、第２の充電算出装置は、開放電圧値VOCVを推定し、この推定開放電圧値VOCVを用いて第２の充電率を算出するものであれば良い。
【００５９】
実施例２ではハイパス・フィルタ５を通過した第１の充電率SOC1の高周波成分値に掛ける係数を1.1としたが、この値に限られず、他の値に設定してもよい。
また、実施例では、フィルタ５、６伝達関数を、G(z)＋H(z)＝１となるように設定したものの、たとえば、本装置のシミュレーション結果に基づき、この式を満たさない関係に設定してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
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 第１の充電率算出部（第１の充電率算出手段）
４ 第２の充電率算出部（第２の充電率算出手段）
５ ハイパス・フィルタ
６ ローパス・フィルタ
７、２９ 充電率算出部（充電率算出手段）
８、１５、２３、２５ 積分器
９、１２、１６、２３、２６、２８、３０ 係数倍器
１０、１７、２４、３１ 加算器
１１、１８ 遅延器
２７ 開放電圧〜第２充電率の関係データ・テーブル
【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第１の充電率を推定する第１の充電率推定手段と、
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前記バッテリの開放電圧値を推定し、該開放電圧値から第２の充電率を推定する第２の充電率推定手段と、
前記第１の充電率推定手段で得た第１の充電率が入力されるハイパス・フィルタと、
前記第２の充電率推定手段で得た第２の充電率が入力されるローパス・フィルタと、
前記ハイパス・フィルタからの出力値と前記ローパス・フィルタからの出力値とに基づき、前記バッテリの充電率を算出する充電率算出手段と、
を備えた、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【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、
前記ハイパス・フィルタと前記ローパス・フィルタは、これらの伝達関数の加算値が１となるように設定されている、
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、
前記充電率算出手段は、前記ハイパス・フィルタからの出力値と前記ローパス・フィルタからの出力値を加算して得た加算値とを前記バッテリの充電率とする、
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、
前記充電率算出手段は、前記ハイパス・フィルタからの出力値に１より大きな値を掛けて得た乗算値と前記ローパス・フィルタからの出力値とを加算して得た加算値を前記バッテリの充電率とする、
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第１の充電率を推定する第１の充電率推定手段と、
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前記バッテリの開放電圧値を推定し、該開放電圧値から第２の充電率を推定する第２の充電率推定手段と、
前記第１の充電率推定手段で得た第１の充電率が入力されるハイパス・フィルタと、
前記第２の充電率推定手段で得た第２の充電率が入力されるローパス・フィルタと、
前記ハイパス・フィルタからの出力値と前記ローパス・フィルタからの出力値とに基づき、前記バッテリの充電率を算出する充電率算出手段と、
を備えた、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
【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、
前記ハイパス・フィルタと前記ローパス・フィルタは、これらの伝達関数の加算値が１となるように設定されている、
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、
前記充電率算出手段は、前記ハイパス・フィルタからの出力値と前記ローパス・フィルタからの出力値を加算して得た加算値とを前記バッテリの充電率とする、
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、
前記充電率算出手段は、前記ハイパス・フィルタからの出力値に１より大きな値を掛けて得た乗算値と前記ローパス・フィルタからの出力値とを加算して得た加算値を前記バッテリの充電率とする、
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４９９４９（Ｐ２０１２−１４９９４９Ａ）
【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２０１１−７８７６（Ｐ２０１１−７８７６）
【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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