バッテリーの残容量推定装置
【課題】 テーブル参照方式および電流積分方式のＳＯＣ値の切り替えを適正化する。
【解決手段】 ＳＯＣ推定装置は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１のＤＯＤ値を算出するテーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２と、電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２のＤＯＤ値を算出する電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４とを備える。基本的には、第２のＤＯＤ値が、ＤＯＤ値として記憶装置１８に記憶され、車両が停車したときに、第１のＤＯＤ値がＤＯＤ値として記憶装置１８に記憶される。その後、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１４は、ＤＯＤ値として記憶装置１８に記憶された第１のＤＯＤ値を使用して、演算を再開する。
【解決手段】 ＳＯＣ推定装置は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１のＤＯＤ値を算出するテーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２と、電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２のＤＯＤ値を算出する電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４とを備える。基本的には、第２のＤＯＤ値が、ＤＯＤ値として記憶装置１８に記憶され、車両が停車したときに、第１のＤＯＤ値がＤＯＤ値として記憶装置１８に記憶される。その後、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１４は、ＤＯＤ値として記憶装置１８に記憶された第１のＤＯＤ値を使用して、演算を再開する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー、たとえば、リチウムイオンバッテリーの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンバッテリーなどバッテリーのＳＯＣを推定するために、テーブル参照方式、電流積分方式、および、これらを併用した方式が知られている。
【０００３】
図１６に示すように、テーブル参照方式においては、バッテリーの開放電圧（無負荷端子電圧）と、ＳＯＣとの間が一定の関係を持っており、開放電圧が決まればＳＯＣ値が決まることから、開放電圧に基づいて、当該開放電圧に対応するＳＯＣ値を得るものである。たとえば、特許文献１には、詳細な等価回路のモデルにしたがって開放電圧を推定し、推定された開放電圧にしたがってＳＯＣ値を演算する充電率推定装置が開示されている。
【０００４】
また、電流積分方式は、バッテリーに流れる電流を微小時間ごとに積分して、ＳＯＣを得るものである。ＳＯＣは、以下の式で表される。
【０００５】
ＳＯＣ［％］＝充電量［Ａｈ］／容量［Ａｈ］×１００
充電量変化分［Ａｈ］＝∫Ｉｂｄｔ／３６００
ただし、Ｉｂは、バッテリー充放電電流［Ａ］
【特許文献１】特開２００３−７５５１８号公報
【特許文献２】特開２００６−７５５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
テーブル参照方式においては、微小時間ごとの電流を積分していくことにより蓄積される誤差（積分誤差）は発生しない。また、バッテリーの劣化や環境変化、特に温度変化により容量［Ａｈ］の変動の影響を受けないという利点がある。しかしながら、開放電圧の適切な推定は複雑であり、得られた開放電圧も誤差を含みやすいという問題点があった。
【０００７】
電流積分方式においては、上述したように充電量の変化分を算出し、変化分を元のＳＯＣから加減算することで新たなＳＯＣを求めることができる。したがって、演算が簡単であるという利点がある。その一方、バッテリーの劣化や温度変化により容量［Ａｈ］に変化がある場合に対応することが困難であるという問題点、および、バッテリーを最初に使用する場合や新たに電源をＯＮした場合のＳＯＣの初期値の取得や積分誤算の補正が必須であるという問題点があった。
【０００８】
そこで、特許文献２には、 電流積分方式を用いて、充放電電流に基づく積算演算を実行して、電流積分方式によるＳＯＣ値を算出し、その一方、これと並行して、端子電圧を開回路電圧とみなして、開放電圧に基づいて、テーブル参照方式によるＳＯＣ値を演算し、これらを切り替えるような残存容量推定方法が開示されている。双方の方式を併用する場合にも、その切り替えを適切化して、より正確なＳＯＣ値が推定できることが望ましい。
【０００９】
本発明は、テーブル参照方式および電流積分方式のＳＯＣ値の切り替えを適正化した電池の残容量を推定する装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、テーブル参照方式、および、電流積分方式の残容量推定において、その推定値を補正によりより適切化する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第２のＤＯＤ値算出手段による第２のＤＯＤ値を、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶し、前記車両の走行状態を示す情報にしたがって、前記車両が停車したときに、前記第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶する補正手段を備え、その後に、前記第２のＤＯＤ値算出手段が、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶された第１のＤＯＤ値を使用して、演算を再開するように構成されたことを特徴とするバッテリーの残容量推定装置により達成される。
【００１２】
好ましい実施態様においては、前記補正手段が、前記車両が停止し、車両のドアが開かれたことを検出したタイミングで、第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶するように構成されている。
【００１３】
別の好ましい実施態様においては、前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えている。
【００１４】
より好ましい実施態様においては、前記第１の補正係数算出手段が、
（１）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させ、
（２）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（３）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（４）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させるように構成されている。
【００１５】
別の好ましい実施態様においては、内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整する第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えている。
【００１６】
より好ましい実施態様においては、前記第２の補正係数算出手段が、端子電圧の時間変化を充放電電流の時間変化で除して得られた演算値と、推定内部抵抗とを比較して、前記演算値から前記推定内部抵抗を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ増加させ、前記推定内部抵抗値から前記演算値を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ減算させる。
【００１７】
さらに好ましい実施態様においては、前記第２の補正係数算出手段が、電流値変化の絶対値が、電流変化の閾値より大きい場合に、前記第２の補正係数を変化させる。
【００１８】
また、本発明の目的は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置により達成される。
【００１９】
また、本発明の目的は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量Ａｈに基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整するための第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置により達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、テーブル参照方式および電流積分方式のＳＯＣ値の切り替えを適正化した電池の残容量を推定する装置を提供することが可能となる。
【００２１】
また、本発明によれば、テーブル参照方式、および、電流積分方式の残容量推定において、その推定値を補正によりより適切化する装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置の概略を示すブロックダイヤグラムである。本実施の形態においては、処理中でまず放電の割合を示すＤＯＤ(放電深度：Depth of Discharge)の値を推定し、全体（１００％）からＤＯＤの値を減じることでＳＯＣの値を算出している。以下、ＤＯＤの値をＤＯＤ値、ＳＯＣの値をＳＯＣ値と称する。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置は、テーブル参照方式でＤＯＤ値（第１のＤＯＤ値）を推定するテーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２と、電流積分方式でＤＯＤ値（第２のＤＯＤ値）を推定する電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４と、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２による第１のＤＯＤ値および電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４による第２のＤＯＤ値の切り替えタイミングを特定して、ＤＯＤ値を補正する補正係数を算出する処理などを実行する補正処理部１６と、記憶装置１８と、記憶装置１８に各種パラメータを格納するための処理を実行するパラメータ格納処理部２０と、得られたＳＯＣ値を表示するための処理を実行するためのデータ表示処理部２２と、を備える。
【００２４】
記憶装置１８には、テーブル参照方式によるＤＯＤ推定に用いるパラメータを格納したテーブル参照方式処理用パラメータファイル２４、電流積分方式によるＤＯＤ推定に用いるパラメータを格納した電流積分方式処理用パラメータ２６、補正処理部１６における処理に利用されるパラメータを格納した補正処理用パラメータファイル２８、および、得られたＤＯＤ値およびＳＯＣ値を格納するＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０が記憶される。
【００２５】
図２は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置のハードウェア構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、ＳＯＣ推定装置は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３６、各種センサ３８、入力装置４０、表示装置４２およびハードディスク装置４４を備える。たとえば、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置は、路面電車などの鉄道車両、ハイブリッド乗用車に搭載されたコンピュータにより実現される。本例では、リチウムイオンバッテリーの電力により走行する鉄道車両にＳＯＣ推定装置が搭載されている。
【００２６】
ＲＯＭ３４には、ＳＯＣ推定処理のための種々のプログラムが格納される。ＲＡＭ３６においては、処理の過程で生成されるパラメータが一時的に記憶される。各種センサ３８には、バッテリーの端子電圧、充放電電流、温度などを検出するセンサ、車両のドアの開閉を検知するセンサ、演算周期Ｔを計測するタイマなどが含まれる。入力装置４０には、たとえば車両の運転台の操作子が含まれる。また、表示装置４２には、車両の運転台の液晶表示装置が含まれる。ドアの開閉を検知するセンサは、ドア開閉スイッチの状態を検知できるものであれば良い。
【００２７】
ＣＰＵ３２が、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムを実行することで、ＳＯＣ推定装置を、図１に示すテーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４、補正処理部１６、パラメータ格納部２０およびデータ表示処理部２２として機能させることができる。また、図１の記憶装置１８は、図２におけるＲＡＭ３６およびハードディスク装置４４により実現される。
【００２８】
次に、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２および電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４についてより詳細に説明する。
【００２９】
図３は、リチウムイオンバッテリーを充放電する際の電流電圧波形を示すグラフ、図４は、リチウムイオンバッテリーの等価回路モデルの例を示す図である。図３に示すように、充放電時の端子電圧波形（符号３０１〜３０３参照）は、図４の内部抵抗ＲｒおよびＲｄと、電池充放電電流Ｉｂと、時定数τ＝ＣｒＲｒとにより決定される。したがって、リチウムイオンバッテリーの充放電の電流電圧波形に基づいて、図４の等価回路における回路定数が決定される。本実施の形態において、回路定数は、テーブル参照方式処理用パラメータファイル２４などのパラメータとして、パラメータ格納処理部２０によって記憶装置１８に記憶される。
【００３０】
図４に示す等価回路から、内部抵抗Ｒｒの電圧Ｖｄ２について、（１）式が成立する。また、Ｖｄ２をサンプリング周期Ｔの台形積分で離散化すると（２）式に示すようになる。ここで、（ｎ）は、離散時間データにおける第ｎ番サンプルであることを示す。
【００３１】
【数１】
同様に、内部抵抗Ｒｄの電圧Ｖｄ１については、（３）式が成立する。
【００３２】
Ｖｄ１（ｎ）＝ＲｄＩｂ（ｎ） ・・・（３）
推定開放電圧Ｅｂは、以下の（４）式で表される。
【００３３】
Ｅｂ（ｎ）＝Ｖｂ（ｎ）−Ｖｄ１（ｎ）−Ｖｄ２（ｎ） ・・・（４）
本実施の形態において、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）は、（４）式で得られた推定開放電圧Ｅｂから、以下の（５）式を用いて算出される。
【００３４】
【数２】
ここに、Ｃｋ（ｋ＝３、２、１、０）は、開放電圧とＤＯＤ値との関係を表す係数である。テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、上記（５）式で第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を得る。なお、本実施の形態においては、テーブル方式ＤＯＤ推定処理部１２は、実際に（５）式を用いた演算により第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を得ているが、これに限定されるものではなく、開放電圧Ｅｂ（ｎ）と、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）とを対応付けたテーブルを用意しておき、開放電圧Ｅｂ（ｎ）を算出し、算出された開放電圧Ｅｂ（ｎ）をテーブルに入力として与え、対応する第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を出力させるように構成しても良い。
【００３５】
現実の回路定数には、温度依存性、ＤＯＤ依存性があるため、ＤＯＤ推定の対象となるバッテリーについて予め回路定数を測定する。また、Ｒｄ、ＲｒおよびＲ＝Ｒｄ＋Ｒｒには、以下の（６）式、（７）式を用いて算出した。ＫｄｇｒおよびＬｄｇｒは、劣化を考慮した係数である。係数Ｋｄｇｒは、予め定められた定数である。その一方、係数Ｌｄｇｒは、後述する第２の補正係数算出処理により算出される。
【００３６】
【数３】
Ｋｒｒ、Ｋｒｄは、全抵抗Ｒを、ＲｒおよびＲｄに配分する比率である。また、容量Ｃｒは定数でよい。
【００３７】
図５は、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２における第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）の算出処理を説明する図である。図５に示すように、第ｎ番サンプルの第１のＤＯＤ値であるＤＯＤ１（ｎ）を算出するために、記憶装置１８のテーブル参照方式処理用パラメータファイル２４から、バッテリー平均温度Ｔｂ（ｎ）、電池端子電圧Ｖｂ（ｎ）、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）を取得するとともに、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０から、第（ｎ−１）番サンプルの第１のＤＯＤ値であるＤＯＤ１（ｎ−１）を取得する。
【００３８】
テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、ＤＯＤ１（ｎ−１）、Ｔｂ（ｎ）、および、演算に利用される他のパラメータＡ０〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｋｄｇｒ、Ｌｄｇｒを記憶装置１８のテーブル参照方式処理用パラメータファイル２４から読み出して、上記（６）式にしたがって、合成内部抵抗Ｒ（ｎ）を算出する（符号５０１参照）。合成内部抵抗Ｒ（ｎ）は、比率ＫｒｒおよびＫｒｄによりＲｒ（ｎ）およびＲｄ（ｎ）に配分される（符号５０２、５０３参照）。ここに、Ａ０〜Ａ３は、内部抵抗ＲのＤＯＤ依存性を表し、Ｂ１〜Ｂ３は、内部抵抗Ｒの電池温度依存性を表す。
【００３９】
テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、内部抵抗Ｒｒ（ｎ）について、（２）式を利用して、電圧Ｖｄ２（ｎ）を算出し（符号５０４参照）、内部抵抗Ｒｄ（ｎ）について、Ｉｂ（ｎ）と乗ずることにより、電圧Ｖｄ１（ｎ）を算出する（符号５０５参照）。
【００４０】
テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、（４）式にしたがって、推定開放電圧Ｅｂ（ｎ）を算出し（符号５０６参照）、その後、算出されたＥｂ（ｎ）に基づいて、（５）式にしたがって、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ））を得る（符号５０７参照）。得られた第ｎ番サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ））は、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される。
【００４１】
次に、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４の処理について説明する。電流積分によるＤＯＤ変化は、（８）式に示すようになる。
【００４２】
【数４】
（８）式をサンプリング周期Ｔの矩形積分で離散化したものを（９）式に示す。
【００４３】
ＤＯＤ２（ｎ）＝ＤＯＤ２（ｎ−１）−（Ｔ／（３６×Ａｈ））×Ｉｂ（ｎ）
・・・（９）
なお、（８）式、（９）式および以下に述べる（１０）式において、パラメータＡｈは、電池容量（アンペア容量）を示す。さらに、劣化等を考慮した補正係数ＫｄｇｃおよびＬｄｇｃを付加すると（１０）式のようなものとなる。
【００４４】
ＤＯＤ２（ｎ）＝ＤＯＤ２（ｎ−１）−
（Ｔ／（３６×Ａｈ×Ｋｄｇｃ×Ｌｄｇｃ））×Ｉｂ（ｎ） ・・・（１０）
補正係数Ｋｄｇｃは、予め定められた定数である。その一方、係数Ｌｄｇｃは、後述する第１の補正係数算出処理により算出される。
【００４５】
本実施の形態においては、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、（１０）式にしたがって、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）を算出する。図６は、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４における第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の算出処理を説明する図である。図６に示すように、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、第ｎ番サンプルの第２のＤＯＤ値であるＤＯＤ２（ｎ）を算出するために、記憶装置１８の電流積分方式処理用パラメータファイル２６から、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）を取得するとともに、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０から、第（ｎ−１）サンプルの第２のＤＯＤ値であるＤＯＤ２（ｎ−１）を取得する。また、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、電流積分方式処理用パラメータファイル２６から、係数ＫｄｇｃおよびＬｄｇｃを取得する。
【００４６】
電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）と、（Ｔ／（３６×Ａｈ×Ｋｄｇｃ×Ｌｄｇｃ）とを乗算し（符号６０１参照）、第（ｎ−１）番サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））から乗算結果を減じる（符号６０２参照）ことにより、第ｎサンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））を算出する。得られた第ｎ番サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ））は、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される。
【００４７】
経年劣化により、或いは、低温下に置かれることにより、電池容量が減少する。そこで、本実施の形態においては、補正処理部１６により、容量自動調整係数Ｌｄｇｃを算出して、容量変化を捕捉してこれに追従するように構成している。なお、この追従は、一時に全て行うのではなく処理によって徐々に行うこととした。
【００４８】
本実施の形態においては、車両の走行時には、テーブル参照方式に基づくＤＯＤ値である第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）をＤＯＤ値として採用し、車両の停車時を補正タイミングとして、第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として採用している。したがって、容量自動調整係数Ｌｄｇｃは、車両の停車時に算出される。
【００４９】
図７は、電池容量の変化により第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が受ける影響について説明するグラフである。図７において、実線は、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を示す。また、破線は、演算に用いられるＡｈが、実際の電池容量よりも大きい場合の第２のＤＯＤ値、一点鎖線は、演算に用いられるＡｈが、実際の電池容量よりも小さい場合の第２のＤＯＤ値を示す。
【００５０】
Ａｈが実際よりも小さい場合には、（９）式の右辺第２項の分母が実際よりも小さくなるため、１サンプル前の第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））に加減算される絶対値が、実際より大きくなる。したがって、力行時のように電力を消費する場合では、第１のＤＯＤ値と比較すると、よりＤＯＤ値が大きくなるように推移する（符号７０１参照）。その一方、回生時や急速充電時のように、充電される場合では、第１のＤＯＤ値を比較すると、よりＤＯＤ値が小さくなるように推移する（符号７０２、７０３参照）。
【００５１】
同様に、演算に用いられるＡｈが、実際の電池容量よりも大きい場合には、１サンプル前の第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））に加減算される値が、実際より小さくなる。したがって、力行時のように電力を消費する場合では、第１のＤＯＤ値と比較すると、よりＤＯＤ値が小さくなるように推移する（符号７１１参照）。その一方、回生時や急速充電時のように、充電される場合では、第１のＤＯＤ値を比較すると、よりＤＯＤ値が大きくなるように推移する（符号７１２、７１３参照）。
【００５２】
そこで、本実施の形態においては、車両の走行時には、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４が、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）を算出して、これをＤＯＤ値として、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納する。その一方、車両の開扉直後には、第１のＤＯＤ値を、ＤＯＤ値として、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納している。また、補正処理において、第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、演算に使用されているパラメータＡｈの値が、過大であるか或いは過小であるかを判断し、補正係数Ｌｄｇｃを算出して、パラメータＡｈを調整して、Ａｈ×Ｋｄｇｃ×Ｌｄｇｃを実施の電池容量に近づけるようにしている。
【００５３】
図８は、本実施の形態にかかる補正処理部１６にて実行される第１の補正係数算出処理を示すフローチャートである。この第１の補正係数算出処理によって、適切な補正係数Ｌｄｇｃを得ている。
【００５４】
図８に示すように、補正処理部１６は、処理に利用する実施フラグＦａ、Ｆｂを「０」に初期化する（ステップ８０１）。次いで、補正処理部１６は、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０、補正処理用パラメータファイル２８から、第（ｎ−１）サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ−１））および補正処理用の第１の閾値Ｗｄｇｃ１を読み出して、ＤＯＤ２（ｎ−１）≦ＤＯＤ１（ｎ−１）−Ｗｄｇｃ１が成立するか否かを判断する（ステップ８０２）。ステップ８０２においては、電流積分方式による第２のＤＯＤ値が、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値より、閾値Ｗｄｇｃ１以上小さくなった場合、つまり、Ｗｄｇｃ１以上小さい方に逸脱した場合に「Yes」と判断される。ステップ８０２で「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦａが「−１」にセットされる（ステップ８０３）。
【００５５】
次いで、補正処理部１６は、ＤＯＤ２（ｎ−１）＞ＤＯＤ１（ｎ−１）＋Ｗｄｇｃ１が成立するか否かを判断する（ステップ８０４）。ステップ８０４においては、電流積分方式による第２のＤＯＤ値が、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値より、閾値Ｗｄｇｃ１以上大きくなった場合、つまり、Ｗｄｇｃ１以上大きい方に逸脱した場合に「Yes」と判断される。ステップ８０４で「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦａが「１」にセットされる。
【００５６】
また、補正処理部１６は、補正処理用パラメータファイル２８およびＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０から、補正処理用の第２の閾値Ｗｄｇｃ２および前回のＤＯＤ補正値（ＤＯＤ３）を読み出して、ＤＯＤ２（ｎ−１）−ＤＯＤ３≧Ｗｄｇｃ２が成立するかを判断する（ステップ８０６）。ステップ８０６においては、第２のＤＯＤ値が、前回補正値と比較して、第２の閾値以上に大きくなっている場合に「Yes」と判断される。ステップ８０６において「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦｂが「１」にセットされる（ステップ８０７）。
【００５７】
補正処理部１６は、ＤＯＤ２（ｎ−１）−ＤＯＤ３＜−Ｗｄｇｃ２が成立するかを判断する（ステップ８０８）。ステップ８０８においては、第２のＤＯＤ値が、前回補正値と比較して、第２の閾値よりも小さくなっている場合に「Yes」と判断される。ステップ８０６において「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦｂが「−１」にセットされる（ステップ８０９）。
【００５８】
その後、補正処理部１６は、補正係数Ｌｄｇｃを、Ｌｄｇｃ＋（Ｄｄｇｃ×Ｆａ×Ｆｂ）に更新する（ステップ８１０）。なお、Ｄｄｇｃは増減変化幅を規定する係数である。実施フラグＦａ、Ｆｂの少なくとも一方が「０」であれば、補正係数Ｌｄｇｃは変化しない。また、実施フラグＦａ、Ｆｂの符号が異なる場合には、新たな補正係数Ｌｄｇｃはもとの補正係数より減少する。
【００５９】
また、Ｆａ×Ｆｂが「０」でない場合、つまり、ＦａおよびＦｂの双方が、「０」以外の値を持つ場合には、ＤＯＤ補正値（ＤＯＤ３）を、第（ｎ−１）サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ−１））とする（ステップ８１２）。算出された補正係数やＤＯＤ補正値は、補正処理用パラメータファイル２８やＤＯＤ・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される。
【００６０】
（１）ステップ８０２で「Yes」かつステップ８０６で「Yes」の場合には、放電が進んだ際に、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の増加が足りない、つまり増加の度合いが所定よりも小さいことを意味している。したがって、電池容量を示すパラメータＡｈを減少させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。（２）ステップ８０２で「Yes」かつステップ８０８で「Yes」の場合には、充電が進んだ際に第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が減りすぎている、つまり、減少の度合いが所定よりも大きいことを意味している。したがって、パラメータＡｈを増大させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。
【００６１】
また、（３）ステップ８０４で「Yes」かつステップ８０６で「Yes」の場合には、放電が進んだ際に第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が増えすぎていること、つまり、増加の度合いが所定よりも大きいことを意味している。したがって、パラメータＡｈを増大させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。また、（４）ステップ８０４で「Yes」かつステップ８０８で「Yes」の場合には、充電が進んだ際に第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の減少が足りないこと、つまり、減少の度合いが所定よりも小さいことを意味している。したがって、パラメータＡｈを減少させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。
【００６２】
図１５は、上記（１）〜（４）の態様のそれぞれを説明する図である。図１５（ａ）において、符号１５０２のグラフが、上記（１）の態様に該当しえる。つまり、放電が進み（ＤＯＤ値が増大し）、第２のＤＯＤ値は前回の補正値ＤＯＤ３より所定の閾値Ｗｄｇｃ２以上に大きくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５００参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を減じたもの以下である、つまり、第２のＤＯＤ値の増大が足りないような状況が起こりえる。したがって、パラメータＡｈを減少させることで、第２のＤＯＤ値の増分をより大きくさせる。
【００６３】
また、図１５（ａ）において、符号１５０１のグラフが、上記（３）の態様に該当しえる。ここでは、放電が進み（ＤＯＤが増大し）、第２のＤＯＤ値は前回の補正値ＤＯＤ３より所定の閾値Ｗｄｇｃ２以上に大きくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５００参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を加えたものより大きい、つまり、第２のＤＯＤ値が増えすぎた状況が起こりえる。したがって、パラメータＡｈを増大させることで、第２のＤＯＤ値の増分をより小さくさせる。
【００６４】
図１５（ｂ）において、符号１５１２のグラフが、上記（２）の態様に該当しえる。つまり、充電が進み（ＤＯＤ値が減少し）、第２のＤＯＤ値と前回の補正値ＤＯＤ３との差（負の値）が所定の閾値−Ｗｄｇｃ２（負の値）より小さくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５１０参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を減じたもの以下である、つまり、第２のＤＯＤ値が減りすぎであるような状況が起こりえる。したがって、パラメータＡｈを増大させることで、第２のＤＯＤ値の減少分をより小さくさせる。
【００６５】
また、図１５（ｂ）において、符号１５１１のグラフが、上記（４）の態様に該当しえる。つまり、充電が進み（ＤＯＤ値が減少し）、第２のＤＯＤ値と前回の補正値ＤＯＤ３との差（負の値）が所定の閾値−Ｗｄｇｃ２（負の値）より小さくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５１０参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を加えたものより大きい、つまり、第２のＤＯＤ値の減少が足りないような状況が起こりえる。そこで、パラメータＡｈを減少させることで、第２のＤＯＤ値の減少分をより大きくさせる。
【００６６】
ここで、増加が足りないこと（増加の度合いが所定よりも小さいこと）、および、減少が足りないこと（減少の度合いが所定よりも小さいこと）は、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）と比較して、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の変化幅が小さい状況であることを示している。したがって、パラメータＡｈを減らすことにより、その状況が改善される。その一方、増えすぎていること（増加の度合いが初手よりも大きいこと）、および、減りすぎていること（減少の度合いが所定よりも大きいこと）は、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）と比較して、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の変化幅が大きい状況であることを示している。したがって、パラメータＡｈを増やすことにより、その状況が改善される。
【００６７】
また、リチウムイオンバッテリー内の内部抵抗も、経年変化により変化する可能性がある。そこで、本実施の形態にいては、内部抵抗の変化に追従するように、補正係数Ｌｄｇｒを算出する。たとえば、図９において、電池充放電電流Ｉｂが、所定の範囲を越えて変化する場合（符号９０１参照）には、内部抵抗の実測が容易である。そこで、１サンプル間での電流値変化の絶対値が、閾値Ｉｔｈを上回るか否かが判断され、閾値Ｉｔｈを上回る場合に、以下に述べるような第２の補正係数算出処理が実行される。
【００６８】
パラメータＲｄの実測値Ｒｄ’は、以下の（１１）式で与えられる。
【００６９】
Ｒｄ’＝（Ｖｂ（ｎ）−Ｖｂ（ｎ−１））／（Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１））
・・・（１１）
したがって、このＲｄ’にしたがって補正係数Ｌｄｇｒを変更する。図１０は、本実施の形態にかかる第２の補正係数算出処理を示すフローチャートである。図１０に示すように、補正処理部１６は、Ｒｄ’＝（Ｖｂ（ｎ）−Ｖｂ（ｎ−１））／（Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１））≧Ｒｄ（ｎ）＋Ｗｄｇｒが成立するか否かを判断する（ステップ１００１）。ステップ１００１で「Yes」と判断された場合には、補正処理部１６は、Ｌｄｇｒ＝Ｌｄｇｒ＋Ｄｄｇｒとする（ステップ１００２）。つまり、補正処理部１６は、補正係数Ｌｄｇｒを、所定の係数Ｄｄｇｒだけ増大させる。
【００７０】
また、補正処理部１６は、Ｒｄ’＝（Ｖｂ（ｎ）−Ｖｂ（ｎ−１））／（Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１））＜Ｒｄ（ｎ）−Ｗｄｇｒが成立するか否かを判断する（ステップ１００２）。ステップ１００２で「Yes」と判断された場合には、補正処理部１６は、Ｌｄｇｒ＝Ｌｄｇｒ−Ｄｄｇｒとする（ステップ１００４）。つまり、補正処理部１６は、補正係数Ｌｄｇｒを、所定の係数Ｄｄｇｒだけ減少させる。
【００７１】
次に、本実施の形態にかかる補正処理の実行タイミングについて説明する。テーブル参照方式を採用して演算した第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）が、常に真値に近ければ、電流積分方式を併用せず、テーブル参照方式だけでＤＯＤの推定が可能である。しかしながら、実際には、テーブル参照方式は、電流値や電池状態（内部の活性など）の影響を考慮しきれず、真値とは明らかに異なる挙動を示す場合がある。そこで、本実施の形態においては、主として電流積分方式を採用し、車両の開扉直後のみテーブル参照方式を採用する。
【００７２】
鉄道車両の車両運行状態として、力行、回生、停車が含まれる。また、本実施の形態にかかる車両運行状態には、軌道上に設けられた充電ステーションにおいて停車中にリチウムイオンバッテリーに急速に充電する急速充電も含まれる。
【００７３】
急速充電後においては、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）には推定誤差が多く含まれると考える。急速充電の際には、大電流が通電される。大電流の通電により電池内部の状態（分極、活性）が大幅に変化し、図４に示すような簡易な等価回路で推定しきれないような開放電圧変化が生じる。したがって、急速充電後のタイミングで、電流積分方式による第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）をＤＯＤ値としていたのを、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）をＤＯＤ値とするような補正を実行すると、図１１の前半部分（符号１１００）にあるように、補正によってＤＯＤ値に数パーセントのトビ、つまり、ＤＯＤ値の飛躍的な変化が生じる（符号１１０１、１１０３参照）。なお、図１１においては、「１００−ＤＯＤ値」であるＳＯＣ値をグラフの縦軸にしている。また、図１１の前半部分１１００において、補正タイミングとして、停車時に急速充電が行われた場合には急速充電後、急速充電を伴わない単なる停車時には開扉直後としている。図１１の上部にある菱形の中心が補正処理の実行されるタイミングを示す。
【００７４】
図１１において、急速充電時のＤＯＤ値のトビ（符号１１０１、１１０３参照）の後、ＤＯＤ値は暫く誤差を含み続け、急速充電を伴わない停車時の補正により、誤差を軽減する方向に再度トビが生じる（たとえば、符号１１０２参照）。
【００７５】
その一方、車両の停車直後（つまり急速充電前）においては、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）にはさほど推定誤差が含まれていないと考えられる。したがって、このタイミングで、電流積分方式による第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）をＤＯＤ値としていたのを、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）をＤＯＤ値とするような補正を実行すれば、ＤＯＤ値のトビが生じるおそれを著しく少なくすることができる。図１１の後半部分（符号１１１０参照）において、急速充電前の補正であれば、ＤＯＤ値のトビがほとんど生じていない（符号１１１１〜１１１３参照）。
【００７６】
したがって本実施の形態においては、車両の停車直後のドアが開くタイミングで補正処理を実行することとしている。無論、ドアが開くタイミングに限定されず、車両の速度がゼロになった直後などを補正処理のトリガーとしても良いことは言うまでもない。
【００７７】
次に、本実施の形態において実行される補正処理を説明する。補正処理には、図８、図１０を参照して説明した補正係数算出処理が含まれる。図１２および図１３は、本実施の形態にかかる補正処理を示すフローチャートである。この処理は、演算周期Ｔで繰り返し実行され、一定の条件がそろったときに、先に説明した補正係数算出処理などが実行されることになる。
【００７８】
図１２に示すように、補正処理部１６は、第ｎ番サンプルの電池平均温度Ｔｂ（ｎ）、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）、電池端子電圧Ｖｂ（ｎ）などを取得する（ステップ１２０１）。また、ステップ１２０１においては、補正処理部１６は、各種センサ３８の情報から、車両のドアの開閉の状態を示す情報を取得する。次いで、補正処理部１６は、サンプル番号が２以下であるか否かを判断する（ステップ１２０２）。ステップ１２０２で「Yes」と判断された場合には、サンプルが初期状態であるため、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２および電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、初期的な第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）を算出する。
【００７９】
ｎ＝１の場合には、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（１））は、電池端子電圧Ｖｂ（１）に基づき、（５）式で、Ｅｂ（１）＝Ｖｂ（１）とすることにより算出される。また、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（１））は「０」とする。ｎ＝２の場合には、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（２））は、図５を参照して説明した演算により取得される。第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（２））は、ＤＯＤ１（２）と同じ値とする。また、ＤＯＤ補正値（ＤＯＤ３）も、ＤＯＤ１（２）と同じ値とする。また、初期的なＳＯＣ表示値（ＳＯＣＤ）は、不定値（＊＊）とされる（ステップ１２０４）。算出されたＤＯＤ値およびＳＯＣ値は、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される（ステップ１２０５）。その後、サンプル番号「ｎ」がインクリメントされて（ステップ１２０６）、ステップ１２０１に戻る。
【００８０】
ステップ１２０２で「No」と判断された場合には、補正処理部１６は、ドアの開閉状態を示す情報を参照して、車両のドアが開いているか否かを判断する（ステップ１２０７）。ステップ１２０７で「No」と判断された場合には、フラグＳｓｔを「０」とする（ステップ１２０８）。その一方、ステップ１２０７で「Yes」と判断された場合には、フラグＳｓｔが「１」であるかどうかを判断する（ステップ１２０９）。ステップ１２０９で「No」と判断された場合には、補正処理部１６は、図８を参照して説明した第１の補正係数算出処理を実行する（ステップ１２１０）。次いで、補正処理部１６は、第（ｎ−１）サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））を、第（ｎ−１）サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ−１））として（ステップ１２１１）、フラグＳｓｔを「１」にセットする（ステップ１２１２）。フラグＳｓｔを利用することで、車両のドアが開いた直後の処理で、ステップ１２１０〜１２１２が実行され、その後はドアが閉じるまでフラグＳｓｔが「１」となるため、ステップ１２０９で「Yes」と判断されて、ステップ１２１０〜１２１２が実行されない。つまり、車両のドアが開いた直後に、１度だけステップ１２１０〜１２１２が実行される。
【００８１】
次いで、補正処理部１６は、電池充放電電流の変化の絶対値｜Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１）｜が閾値Ｉｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップ１３０１）。ステップ１３０１で「No」と判断された場合には、補正処理部１６は、電流急変後経過時間を示すパラメータＴｉｖをインクリメントする（ステップ１３０２）。その一方、ステップ１３０１でノーと判断された場合には、経過時間Ｔｉｖが閾値Ｔｔｈ以上であるか否かが判断される（ステップ１３０３）。ステップ１３０３で「Yes」と判断された場合には、補正処理部１６は、図１０を参照して説明した第２の補正係数算出処理を実行する（ステップ１３０４）。その後、補正処理部１６は、経過時間Ｔｉｖを「０」にする（ステップ１３０５）。ステップ１３０３で「No」と判断された場合にも、経過時間Ｔｉｖが「０」にされる。
【００８２】
上述したように、第２の補正係数算出処理は、電池充放電電流の変化の絶対値が閾値Ｉｔｈより小さい状態が、所定の時間Ｔｔｈよりも継続した後に、上記絶対値が閾値Ｉｔｈ以上となったときに実行される。これにより、電池充放電電流が安定していた状態から急激に変化したときのみ、第２の補正係数算出処理が実行されることになる。
【００８３】
次いで、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、第ｎ番サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ））を算出し、また、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、第ｎサンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ））を算出する（ステップ１３０６）。その後、ＳＯＣＤ＝１００−ＤＯＤ２（ｎ）が算出される（ステップ１３０７）。算出されたＤＯＤ値やＳＯＣＤは、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される（ステップ１３０８）。その後、サンプル番号「ｎ」がインクリメントされて（ステップ１３０９）、スタートに戻る。
【００８４】
ステップ１３０７で算出され、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納されたＳＯＣ値（ＳＯＣＤ）は、データ表示処理部２２により読み出され、表示装置４２の画面上に表示される。
【００８５】
次に、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置の適用例について説明する。図１４は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置を搭載した鉄道車両の例を示すブロックダイヤグラムである。図１４に示すように、鉄道車両１４００には、車輪１４０６を駆動するための種々の装置が搭載されている。鉄道車両１４００は、バッテリー１４０２、チョッパ制御装置等を含む電力制御装置１４０３、インバータ等を含むモータ駆動装置１４０４およびモータ１４０５を備える。また、鉄道車両１４００の運転台付近には表示器１４０７やドア開閉スイッチ１４０８が設けられる。また、バッテリー１４０２のみでモータ１４０５を駆動しない場合には、補助的な動力源１４０９が設けられる。補助的な動力源には、たとえば、ディーゼル発電機が含まれる。或いは、パンタグラフ１４１０を介して架線から電力供給が可能であるような構成を採用しても良い。鉄道車両１４００は、上記構成を備え、バッテリー１４０２から供給される電力によってモータ１４０５を回転させ、車輪１４０６を回転させることにより軌道上を走行することができる。鉄道車両１４０６は、減速時には、回生電力を回収してバッテリー１４０２に戻すことができる。さらに、本実施の形態においては、車両の停車時に、パンタグラフ１４１０を介して充電のための電力を受け入れバッテリー１４０２への急速充電ができるようになっている。
【００８６】
ＳＯＣ推定装置１４０１は、バッテリー１４０２から、バッテリー平均温度、電池端子電圧、電池充放電電流などを取得する。また、開閉スイッチ１４０８からドアの開閉状態を示す情報を取得する。また、ＳＯＣ推定装置１４０１は、算出されたＳＯＣ値を表示器の画面上に表示することができる。
【００８７】
本実施の形態によれば、車両の走行中には、電流積分方式による第２のＤＯＤ値をＤＯＤ値として採用し、停車中に急速充電が行われる可能性がある鉄道車両において、急速充電が開始されるのに先立ったタイミングで、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として採用することで、ＤＯＤ値を補正する。その後は、当該補正されたＤＯＤ値を利用して、電流積分方式による第２のＤＯＤ値をＤＯＤ値として算出する。これにより、補正時のＤＯＤ値のトビ（ＤＯＤ値の飛躍的な変化）を抑制することができる。上記急速充電が開始されるのに先立ったタイミングとして、本実施の形態においては、車両が停車してドアが開いたタイミングを採用している。
【００８８】
また、本実施の形態によれば、放電が進んだ際および充電が進んだ際に、第２のＤＯＤ値が増えすぎているか、或いは、減りすぎているかを判断し、電流積分方式による演算に利用する電池容量を示すパラメータＡｈを調整し、電流積分方式において、元の第２のＤＯＤ値に加減算すべき値を適切化している。これにより、電池容量Ａｈの変化があってもその変化に追従することが可能となる。
【００８９】
さらに、本実施の形態によれば、電流値変化の絶対値が閾値を超えた場合に、内部抵抗の値Ｒを調整して、内部抵抗の変化に追従するようにしている。
【００９０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００９１】
たとえば、前記実施の形態においては、ＳＯＣ推定装置を、鉄道車両に搭載しているが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンバッテリーなどを搭載した乗用車、たとえば、ハイブリッドカーに搭載しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置の概略を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置のハードウェア構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、リチウムイオンバッテリーを充放電する際の電流電圧波形を示すグラフである。
【図４】図４は、リチウムイオンバッテリーの等価回路モデルの例を示す図である。
【図５】図５は、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部における第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）の算出処理を説明する図である。
【図６】図６は、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部における第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の算出処理を説明する図である。
【図７】図７は、電池容量の変化により第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が受ける影響について説明するグラフである。
【図８】図８は、本実施の形態にかかる第１の補正係数算出処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、電池充放電電流および端子電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本実施の形態にかかる第２の補正係数算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、補正タイミングの違いによるＤＯＤ値の変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本実施の形態にかかる補正処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本実施の形態にかかる補正処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置を搭載した鉄道車両の例を示すブロックダイヤグラムである。
【図１５】図１５は、本実施の形態にかかる第１の補正係数算出処理を説明する図である。
【図１６】図１６は、テーブル参照方式によるＳＯＣ推定を説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１２ テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部
１４ 電流積分方式ＤＯＤ推定処理部
１６ 補正処理部
１８ 記憶装置
２０ パラメータ格納処理部
２２ データ表示処理部
２４ テーブル参照方式処理用パラメータファイル
２６ 電流積分方式処理用パラメータファイル
２８ 補正処理用パラメータファイル
３０ ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー、たとえば、リチウムイオンバッテリーの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンバッテリーなどバッテリーのＳＯＣを推定するために、テーブル参照方式、電流積分方式、および、これらを併用した方式が知られている。
【０００３】
図１６に示すように、テーブル参照方式においては、バッテリーの開放電圧（無負荷端子電圧）と、ＳＯＣとの間が一定の関係を持っており、開放電圧が決まればＳＯＣ値が決まることから、開放電圧に基づいて、当該開放電圧に対応するＳＯＣ値を得るものである。たとえば、特許文献１には、詳細な等価回路のモデルにしたがって開放電圧を推定し、推定された開放電圧にしたがってＳＯＣ値を演算する充電率推定装置が開示されている。
【０００４】
また、電流積分方式は、バッテリーに流れる電流を微小時間ごとに積分して、ＳＯＣを得るものである。ＳＯＣは、以下の式で表される。
【０００５】
ＳＯＣ［％］＝充電量［Ａｈ］／容量［Ａｈ］×１００
充電量変化分［Ａｈ］＝∫Ｉｂｄｔ／３６００
ただし、Ｉｂは、バッテリー充放電電流［Ａ］
【特許文献１】特開２００３−７５５１８号公報
【特許文献２】特開２００６−７５５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
テーブル参照方式においては、微小時間ごとの電流を積分していくことにより蓄積される誤差（積分誤差）は発生しない。また、バッテリーの劣化や環境変化、特に温度変化により容量［Ａｈ］の変動の影響を受けないという利点がある。しかしながら、開放電圧の適切な推定は複雑であり、得られた開放電圧も誤差を含みやすいという問題点があった。
【０００７】
電流積分方式においては、上述したように充電量の変化分を算出し、変化分を元のＳＯＣから加減算することで新たなＳＯＣを求めることができる。したがって、演算が簡単であるという利点がある。その一方、バッテリーの劣化や温度変化により容量［Ａｈ］に変化がある場合に対応することが困難であるという問題点、および、バッテリーを最初に使用する場合や新たに電源をＯＮした場合のＳＯＣの初期値の取得や積分誤算の補正が必須であるという問題点があった。
【０００８】
そこで、特許文献２には、 電流積分方式を用いて、充放電電流に基づく積算演算を実行して、電流積分方式によるＳＯＣ値を算出し、その一方、これと並行して、端子電圧を開回路電圧とみなして、開放電圧に基づいて、テーブル参照方式によるＳＯＣ値を演算し、これらを切り替えるような残存容量推定方法が開示されている。双方の方式を併用する場合にも、その切り替えを適切化して、より正確なＳＯＣ値が推定できることが望ましい。
【０００９】
本発明は、テーブル参照方式および電流積分方式のＳＯＣ値の切り替えを適正化した電池の残容量を推定する装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、テーブル参照方式、および、電流積分方式の残容量推定において、その推定値を補正によりより適切化する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第２のＤＯＤ値算出手段による第２のＤＯＤ値を、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶し、前記車両の走行状態を示す情報にしたがって、前記車両が停車したときに、前記第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶する補正手段を備え、その後に、前記第２のＤＯＤ値算出手段が、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶された第１のＤＯＤ値を使用して、演算を再開するように構成されたことを特徴とするバッテリーの残容量推定装置により達成される。
【００１２】
好ましい実施態様においては、前記補正手段が、前記車両が停止し、車両のドアが開かれたことを検出したタイミングで、第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶するように構成されている。
【００１３】
別の好ましい実施態様においては、前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えている。
【００１４】
より好ましい実施態様においては、前記第１の補正係数算出手段が、
（１）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させ、
（２）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（３）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（４）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させるように構成されている。
【００１５】
別の好ましい実施態様においては、内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整する第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えている。
【００１６】
より好ましい実施態様においては、前記第２の補正係数算出手段が、端子電圧の時間変化を充放電電流の時間変化で除して得られた演算値と、推定内部抵抗とを比較して、前記演算値から前記推定内部抵抗を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ増加させ、前記推定内部抵抗値から前記演算値を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ減算させる。
【００１７】
さらに好ましい実施態様においては、前記第２の補正係数算出手段が、電流値変化の絶対値が、電流変化の閾値より大きい場合に、前記第２の補正係数を変化させる。
【００１８】
また、本発明の目的は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置により達成される。
【００１９】
また、本発明の目的は、バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量Ａｈに基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整するための第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置により達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、テーブル参照方式および電流積分方式のＳＯＣ値の切り替えを適正化した電池の残容量を推定する装置を提供することが可能となる。
【００２１】
また、本発明によれば、テーブル参照方式、および、電流積分方式の残容量推定において、その推定値を補正によりより適切化する装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置の概略を示すブロックダイヤグラムである。本実施の形態においては、処理中でまず放電の割合を示すＤＯＤ(放電深度：Depth of Discharge)の値を推定し、全体（１００％）からＤＯＤの値を減じることでＳＯＣの値を算出している。以下、ＤＯＤの値をＤＯＤ値、ＳＯＣの値をＳＯＣ値と称する。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置は、テーブル参照方式でＤＯＤ値（第１のＤＯＤ値）を推定するテーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２と、電流積分方式でＤＯＤ値（第２のＤＯＤ値）を推定する電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４と、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２による第１のＤＯＤ値および電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４による第２のＤＯＤ値の切り替えタイミングを特定して、ＤＯＤ値を補正する補正係数を算出する処理などを実行する補正処理部１６と、記憶装置１８と、記憶装置１８に各種パラメータを格納するための処理を実行するパラメータ格納処理部２０と、得られたＳＯＣ値を表示するための処理を実行するためのデータ表示処理部２２と、を備える。
【００２４】
記憶装置１８には、テーブル参照方式によるＤＯＤ推定に用いるパラメータを格納したテーブル参照方式処理用パラメータファイル２４、電流積分方式によるＤＯＤ推定に用いるパラメータを格納した電流積分方式処理用パラメータ２６、補正処理部１６における処理に利用されるパラメータを格納した補正処理用パラメータファイル２８、および、得られたＤＯＤ値およびＳＯＣ値を格納するＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０が記憶される。
【００２５】
図２は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置のハードウェア構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、ＳＯＣ推定装置は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３６、各種センサ３８、入力装置４０、表示装置４２およびハードディスク装置４４を備える。たとえば、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置は、路面電車などの鉄道車両、ハイブリッド乗用車に搭載されたコンピュータにより実現される。本例では、リチウムイオンバッテリーの電力により走行する鉄道車両にＳＯＣ推定装置が搭載されている。
【００２６】
ＲＯＭ３４には、ＳＯＣ推定処理のための種々のプログラムが格納される。ＲＡＭ３６においては、処理の過程で生成されるパラメータが一時的に記憶される。各種センサ３８には、バッテリーの端子電圧、充放電電流、温度などを検出するセンサ、車両のドアの開閉を検知するセンサ、演算周期Ｔを計測するタイマなどが含まれる。入力装置４０には、たとえば車両の運転台の操作子が含まれる。また、表示装置４２には、車両の運転台の液晶表示装置が含まれる。ドアの開閉を検知するセンサは、ドア開閉スイッチの状態を検知できるものであれば良い。
【００２７】
ＣＰＵ３２が、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムを実行することで、ＳＯＣ推定装置を、図１に示すテーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４、補正処理部１６、パラメータ格納部２０およびデータ表示処理部２２として機能させることができる。また、図１の記憶装置１８は、図２におけるＲＡＭ３６およびハードディスク装置４４により実現される。
【００２８】
次に、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２および電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４についてより詳細に説明する。
【００２９】
図３は、リチウムイオンバッテリーを充放電する際の電流電圧波形を示すグラフ、図４は、リチウムイオンバッテリーの等価回路モデルの例を示す図である。図３に示すように、充放電時の端子電圧波形（符号３０１〜３０３参照）は、図４の内部抵抗ＲｒおよびＲｄと、電池充放電電流Ｉｂと、時定数τ＝ＣｒＲｒとにより決定される。したがって、リチウムイオンバッテリーの充放電の電流電圧波形に基づいて、図４の等価回路における回路定数が決定される。本実施の形態において、回路定数は、テーブル参照方式処理用パラメータファイル２４などのパラメータとして、パラメータ格納処理部２０によって記憶装置１８に記憶される。
【００３０】
図４に示す等価回路から、内部抵抗Ｒｒの電圧Ｖｄ２について、（１）式が成立する。また、Ｖｄ２をサンプリング周期Ｔの台形積分で離散化すると（２）式に示すようになる。ここで、（ｎ）は、離散時間データにおける第ｎ番サンプルであることを示す。
【００３１】
【数１】
同様に、内部抵抗Ｒｄの電圧Ｖｄ１については、（３）式が成立する。
【００３２】
Ｖｄ１（ｎ）＝ＲｄＩｂ（ｎ） ・・・（３）
推定開放電圧Ｅｂは、以下の（４）式で表される。
【００３３】
Ｅｂ（ｎ）＝Ｖｂ（ｎ）−Ｖｄ１（ｎ）−Ｖｄ２（ｎ） ・・・（４）
本実施の形態において、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）は、（４）式で得られた推定開放電圧Ｅｂから、以下の（５）式を用いて算出される。
【００３４】
【数２】
ここに、Ｃｋ（ｋ＝３、２、１、０）は、開放電圧とＤＯＤ値との関係を表す係数である。テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、上記（５）式で第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を得る。なお、本実施の形態においては、テーブル方式ＤＯＤ推定処理部１２は、実際に（５）式を用いた演算により第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を得ているが、これに限定されるものではなく、開放電圧Ｅｂ（ｎ）と、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）とを対応付けたテーブルを用意しておき、開放電圧Ｅｂ（ｎ）を算出し、算出された開放電圧Ｅｂ（ｎ）をテーブルに入力として与え、対応する第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を出力させるように構成しても良い。
【００３５】
現実の回路定数には、温度依存性、ＤＯＤ依存性があるため、ＤＯＤ推定の対象となるバッテリーについて予め回路定数を測定する。また、Ｒｄ、ＲｒおよびＲ＝Ｒｄ＋Ｒｒには、以下の（６）式、（７）式を用いて算出した。ＫｄｇｒおよびＬｄｇｒは、劣化を考慮した係数である。係数Ｋｄｇｒは、予め定められた定数である。その一方、係数Ｌｄｇｒは、後述する第２の補正係数算出処理により算出される。
【００３６】
【数３】
Ｋｒｒ、Ｋｒｄは、全抵抗Ｒを、ＲｒおよびＲｄに配分する比率である。また、容量Ｃｒは定数でよい。
【００３７】
図５は、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２における第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）の算出処理を説明する図である。図５に示すように、第ｎ番サンプルの第１のＤＯＤ値であるＤＯＤ１（ｎ）を算出するために、記憶装置１８のテーブル参照方式処理用パラメータファイル２４から、バッテリー平均温度Ｔｂ（ｎ）、電池端子電圧Ｖｂ（ｎ）、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）を取得するとともに、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０から、第（ｎ−１）番サンプルの第１のＤＯＤ値であるＤＯＤ１（ｎ−１）を取得する。
【００３８】
テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、ＤＯＤ１（ｎ−１）、Ｔｂ（ｎ）、および、演算に利用される他のパラメータＡ０〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｋｄｇｒ、Ｌｄｇｒを記憶装置１８のテーブル参照方式処理用パラメータファイル２４から読み出して、上記（６）式にしたがって、合成内部抵抗Ｒ（ｎ）を算出する（符号５０１参照）。合成内部抵抗Ｒ（ｎ）は、比率ＫｒｒおよびＫｒｄによりＲｒ（ｎ）およびＲｄ（ｎ）に配分される（符号５０２、５０３参照）。ここに、Ａ０〜Ａ３は、内部抵抗ＲのＤＯＤ依存性を表し、Ｂ１〜Ｂ３は、内部抵抗Ｒの電池温度依存性を表す。
【００３９】
テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、内部抵抗Ｒｒ（ｎ）について、（２）式を利用して、電圧Ｖｄ２（ｎ）を算出し（符号５０４参照）、内部抵抗Ｒｄ（ｎ）について、Ｉｂ（ｎ）と乗ずることにより、電圧Ｖｄ１（ｎ）を算出する（符号５０５参照）。
【００４０】
テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、（４）式にしたがって、推定開放電圧Ｅｂ（ｎ）を算出し（符号５０６参照）、その後、算出されたＥｂ（ｎ）に基づいて、（５）式にしたがって、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ））を得る（符号５０７参照）。得られた第ｎ番サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ））は、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される。
【００４１】
次に、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４の処理について説明する。電流積分によるＤＯＤ変化は、（８）式に示すようになる。
【００４２】
【数４】
（８）式をサンプリング周期Ｔの矩形積分で離散化したものを（９）式に示す。
【００４３】
ＤＯＤ２（ｎ）＝ＤＯＤ２（ｎ−１）−（Ｔ／（３６×Ａｈ））×Ｉｂ（ｎ）
・・・（９）
なお、（８）式、（９）式および以下に述べる（１０）式において、パラメータＡｈは、電池容量（アンペア容量）を示す。さらに、劣化等を考慮した補正係数ＫｄｇｃおよびＬｄｇｃを付加すると（１０）式のようなものとなる。
【００４４】
ＤＯＤ２（ｎ）＝ＤＯＤ２（ｎ−１）−
（Ｔ／（３６×Ａｈ×Ｋｄｇｃ×Ｌｄｇｃ））×Ｉｂ（ｎ） ・・・（１０）
補正係数Ｋｄｇｃは、予め定められた定数である。その一方、係数Ｌｄｇｃは、後述する第１の補正係数算出処理により算出される。
【００４５】
本実施の形態においては、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、（１０）式にしたがって、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）を算出する。図６は、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４における第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の算出処理を説明する図である。図６に示すように、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、第ｎ番サンプルの第２のＤＯＤ値であるＤＯＤ２（ｎ）を算出するために、記憶装置１８の電流積分方式処理用パラメータファイル２６から、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）を取得するとともに、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０から、第（ｎ−１）サンプルの第２のＤＯＤ値であるＤＯＤ２（ｎ−１）を取得する。また、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、電流積分方式処理用パラメータファイル２６から、係数ＫｄｇｃおよびＬｄｇｃを取得する。
【００４６】
電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）と、（Ｔ／（３６×Ａｈ×Ｋｄｇｃ×Ｌｄｇｃ）とを乗算し（符号６０１参照）、第（ｎ−１）番サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））から乗算結果を減じる（符号６０２参照）ことにより、第ｎサンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））を算出する。得られた第ｎ番サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ））は、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される。
【００４７】
経年劣化により、或いは、低温下に置かれることにより、電池容量が減少する。そこで、本実施の形態においては、補正処理部１６により、容量自動調整係数Ｌｄｇｃを算出して、容量変化を捕捉してこれに追従するように構成している。なお、この追従は、一時に全て行うのではなく処理によって徐々に行うこととした。
【００４８】
本実施の形態においては、車両の走行時には、テーブル参照方式に基づくＤＯＤ値である第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）をＤＯＤ値として採用し、車両の停車時を補正タイミングとして、第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として採用している。したがって、容量自動調整係数Ｌｄｇｃは、車両の停車時に算出される。
【００４９】
図７は、電池容量の変化により第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が受ける影響について説明するグラフである。図７において、実線は、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）を示す。また、破線は、演算に用いられるＡｈが、実際の電池容量よりも大きい場合の第２のＤＯＤ値、一点鎖線は、演算に用いられるＡｈが、実際の電池容量よりも小さい場合の第２のＤＯＤ値を示す。
【００５０】
Ａｈが実際よりも小さい場合には、（９）式の右辺第２項の分母が実際よりも小さくなるため、１サンプル前の第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））に加減算される絶対値が、実際より大きくなる。したがって、力行時のように電力を消費する場合では、第１のＤＯＤ値と比較すると、よりＤＯＤ値が大きくなるように推移する（符号７０１参照）。その一方、回生時や急速充電時のように、充電される場合では、第１のＤＯＤ値を比較すると、よりＤＯＤ値が小さくなるように推移する（符号７０２、７０３参照）。
【００５１】
同様に、演算に用いられるＡｈが、実際の電池容量よりも大きい場合には、１サンプル前の第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））に加減算される値が、実際より小さくなる。したがって、力行時のように電力を消費する場合では、第１のＤＯＤ値と比較すると、よりＤＯＤ値が小さくなるように推移する（符号７１１参照）。その一方、回生時や急速充電時のように、充電される場合では、第１のＤＯＤ値を比較すると、よりＤＯＤ値が大きくなるように推移する（符号７１２、７１３参照）。
【００５２】
そこで、本実施の形態においては、車両の走行時には、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４が、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）を算出して、これをＤＯＤ値として、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納する。その一方、車両の開扉直後には、第１のＤＯＤ値を、ＤＯＤ値として、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納している。また、補正処理において、第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、演算に使用されているパラメータＡｈの値が、過大であるか或いは過小であるかを判断し、補正係数Ｌｄｇｃを算出して、パラメータＡｈを調整して、Ａｈ×Ｋｄｇｃ×Ｌｄｇｃを実施の電池容量に近づけるようにしている。
【００５３】
図８は、本実施の形態にかかる補正処理部１６にて実行される第１の補正係数算出処理を示すフローチャートである。この第１の補正係数算出処理によって、適切な補正係数Ｌｄｇｃを得ている。
【００５４】
図８に示すように、補正処理部１６は、処理に利用する実施フラグＦａ、Ｆｂを「０」に初期化する（ステップ８０１）。次いで、補正処理部１６は、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０、補正処理用パラメータファイル２８から、第（ｎ−１）サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ−１））および補正処理用の第１の閾値Ｗｄｇｃ１を読み出して、ＤＯＤ２（ｎ−１）≦ＤＯＤ１（ｎ−１）−Ｗｄｇｃ１が成立するか否かを判断する（ステップ８０２）。ステップ８０２においては、電流積分方式による第２のＤＯＤ値が、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値より、閾値Ｗｄｇｃ１以上小さくなった場合、つまり、Ｗｄｇｃ１以上小さい方に逸脱した場合に「Yes」と判断される。ステップ８０２で「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦａが「−１」にセットされる（ステップ８０３）。
【００５５】
次いで、補正処理部１６は、ＤＯＤ２（ｎ−１）＞ＤＯＤ１（ｎ−１）＋Ｗｄｇｃ１が成立するか否かを判断する（ステップ８０４）。ステップ８０４においては、電流積分方式による第２のＤＯＤ値が、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値より、閾値Ｗｄｇｃ１以上大きくなった場合、つまり、Ｗｄｇｃ１以上大きい方に逸脱した場合に「Yes」と判断される。ステップ８０４で「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦａが「１」にセットされる。
【００５６】
また、補正処理部１６は、補正処理用パラメータファイル２８およびＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０から、補正処理用の第２の閾値Ｗｄｇｃ２および前回のＤＯＤ補正値（ＤＯＤ３）を読み出して、ＤＯＤ２（ｎ−１）−ＤＯＤ３≧Ｗｄｇｃ２が成立するかを判断する（ステップ８０６）。ステップ８０６においては、第２のＤＯＤ値が、前回補正値と比較して、第２の閾値以上に大きくなっている場合に「Yes」と判断される。ステップ８０６において「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦｂが「１」にセットされる（ステップ８０７）。
【００５７】
補正処理部１６は、ＤＯＤ２（ｎ−１）−ＤＯＤ３＜−Ｗｄｇｃ２が成立するかを判断する（ステップ８０８）。ステップ８０８においては、第２のＤＯＤ値が、前回補正値と比較して、第２の閾値よりも小さくなっている場合に「Yes」と判断される。ステップ８０６において「Yes」と判断された場合には、実施フラグＦｂが「−１」にセットされる（ステップ８０９）。
【００５８】
その後、補正処理部１６は、補正係数Ｌｄｇｃを、Ｌｄｇｃ＋（Ｄｄｇｃ×Ｆａ×Ｆｂ）に更新する（ステップ８１０）。なお、Ｄｄｇｃは増減変化幅を規定する係数である。実施フラグＦａ、Ｆｂの少なくとも一方が「０」であれば、補正係数Ｌｄｇｃは変化しない。また、実施フラグＦａ、Ｆｂの符号が異なる場合には、新たな補正係数Ｌｄｇｃはもとの補正係数より減少する。
【００５９】
また、Ｆａ×Ｆｂが「０」でない場合、つまり、ＦａおよびＦｂの双方が、「０」以外の値を持つ場合には、ＤＯＤ補正値（ＤＯＤ３）を、第（ｎ−１）サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ−１））とする（ステップ８１２）。算出された補正係数やＤＯＤ補正値は、補正処理用パラメータファイル２８やＤＯＤ・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される。
【００６０】
（１）ステップ８０２で「Yes」かつステップ８０６で「Yes」の場合には、放電が進んだ際に、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の増加が足りない、つまり増加の度合いが所定よりも小さいことを意味している。したがって、電池容量を示すパラメータＡｈを減少させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。（２）ステップ８０２で「Yes」かつステップ８０８で「Yes」の場合には、充電が進んだ際に第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が減りすぎている、つまり、減少の度合いが所定よりも大きいことを意味している。したがって、パラメータＡｈを増大させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。
【００６１】
また、（３）ステップ８０４で「Yes」かつステップ８０６で「Yes」の場合には、放電が進んだ際に第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が増えすぎていること、つまり、増加の度合いが所定よりも大きいことを意味している。したがって、パラメータＡｈを増大させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。また、（４）ステップ８０４で「Yes」かつステップ８０８で「Yes」の場合には、充電が進んだ際に第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の減少が足りないこと、つまり、減少の度合いが所定よりも小さいことを意味している。したがって、パラメータＡｈを減少させるように補正係数Ｌｄｇｃを変化させる。
【００６２】
図１５は、上記（１）〜（４）の態様のそれぞれを説明する図である。図１５（ａ）において、符号１５０２のグラフが、上記（１）の態様に該当しえる。つまり、放電が進み（ＤＯＤ値が増大し）、第２のＤＯＤ値は前回の補正値ＤＯＤ３より所定の閾値Ｗｄｇｃ２以上に大きくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５００参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を減じたもの以下である、つまり、第２のＤＯＤ値の増大が足りないような状況が起こりえる。したがって、パラメータＡｈを減少させることで、第２のＤＯＤ値の増分をより大きくさせる。
【００６３】
また、図１５（ａ）において、符号１５０１のグラフが、上記（３）の態様に該当しえる。ここでは、放電が進み（ＤＯＤが増大し）、第２のＤＯＤ値は前回の補正値ＤＯＤ３より所定の閾値Ｗｄｇｃ２以上に大きくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５００参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を加えたものより大きい、つまり、第２のＤＯＤ値が増えすぎた状況が起こりえる。したがって、パラメータＡｈを増大させることで、第２のＤＯＤ値の増分をより小さくさせる。
【００６４】
図１５（ｂ）において、符号１５１２のグラフが、上記（２）の態様に該当しえる。つまり、充電が進み（ＤＯＤ値が減少し）、第２のＤＯＤ値と前回の補正値ＤＯＤ３との差（負の値）が所定の閾値−Ｗｄｇｃ２（負の値）より小さくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５１０参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を減じたもの以下である、つまり、第２のＤＯＤ値が減りすぎであるような状況が起こりえる。したがって、パラメータＡｈを増大させることで、第２のＤＯＤ値の減少分をより小さくさせる。
【００６５】
また、図１５（ｂ）において、符号１５１１のグラフが、上記（４）の態様に該当しえる。つまり、充電が進み（ＤＯＤ値が減少し）、第２のＤＯＤ値と前回の補正値ＤＯＤ３との差（負の値）が所定の閾値−Ｗｄｇｃ２（負の値）より小さくなっており、かつ、その際に、第２のＤＯＤ値が第１のＤＯＤ値（グラフ１５１０参照）から所定の閾値Ｗｄｇｃ１を加えたものより大きい、つまり、第２のＤＯＤ値の減少が足りないような状況が起こりえる。そこで、パラメータＡｈを減少させることで、第２のＤＯＤ値の減少分をより大きくさせる。
【００６６】
ここで、増加が足りないこと（増加の度合いが所定よりも小さいこと）、および、減少が足りないこと（減少の度合いが所定よりも小さいこと）は、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）と比較して、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の変化幅が小さい状況であることを示している。したがって、パラメータＡｈを減らすことにより、その状況が改善される。その一方、増えすぎていること（増加の度合いが初手よりも大きいこと）、および、減りすぎていること（減少の度合いが所定よりも大きいこと）は、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）と比較して、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の変化幅が大きい状況であることを示している。したがって、パラメータＡｈを増やすことにより、その状況が改善される。
【００６７】
また、リチウムイオンバッテリー内の内部抵抗も、経年変化により変化する可能性がある。そこで、本実施の形態にいては、内部抵抗の変化に追従するように、補正係数Ｌｄｇｒを算出する。たとえば、図９において、電池充放電電流Ｉｂが、所定の範囲を越えて変化する場合（符号９０１参照）には、内部抵抗の実測が容易である。そこで、１サンプル間での電流値変化の絶対値が、閾値Ｉｔｈを上回るか否かが判断され、閾値Ｉｔｈを上回る場合に、以下に述べるような第２の補正係数算出処理が実行される。
【００６８】
パラメータＲｄの実測値Ｒｄ’は、以下の（１１）式で与えられる。
【００６９】
Ｒｄ’＝（Ｖｂ（ｎ）−Ｖｂ（ｎ−１））／（Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１））
・・・（１１）
したがって、このＲｄ’にしたがって補正係数Ｌｄｇｒを変更する。図１０は、本実施の形態にかかる第２の補正係数算出処理を示すフローチャートである。図１０に示すように、補正処理部１６は、Ｒｄ’＝（Ｖｂ（ｎ）−Ｖｂ（ｎ−１））／（Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１））≧Ｒｄ（ｎ）＋Ｗｄｇｒが成立するか否かを判断する（ステップ１００１）。ステップ１００１で「Yes」と判断された場合には、補正処理部１６は、Ｌｄｇｒ＝Ｌｄｇｒ＋Ｄｄｇｒとする（ステップ１００２）。つまり、補正処理部１６は、補正係数Ｌｄｇｒを、所定の係数Ｄｄｇｒだけ増大させる。
【００７０】
また、補正処理部１６は、Ｒｄ’＝（Ｖｂ（ｎ）−Ｖｂ（ｎ−１））／（Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１））＜Ｒｄ（ｎ）−Ｗｄｇｒが成立するか否かを判断する（ステップ１００２）。ステップ１００２で「Yes」と判断された場合には、補正処理部１６は、Ｌｄｇｒ＝Ｌｄｇｒ−Ｄｄｇｒとする（ステップ１００４）。つまり、補正処理部１６は、補正係数Ｌｄｇｒを、所定の係数Ｄｄｇｒだけ減少させる。
【００７１】
次に、本実施の形態にかかる補正処理の実行タイミングについて説明する。テーブル参照方式を採用して演算した第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）が、常に真値に近ければ、電流積分方式を併用せず、テーブル参照方式だけでＤＯＤの推定が可能である。しかしながら、実際には、テーブル参照方式は、電流値や電池状態（内部の活性など）の影響を考慮しきれず、真値とは明らかに異なる挙動を示す場合がある。そこで、本実施の形態においては、主として電流積分方式を採用し、車両の開扉直後のみテーブル参照方式を採用する。
【００７２】
鉄道車両の車両運行状態として、力行、回生、停車が含まれる。また、本実施の形態にかかる車両運行状態には、軌道上に設けられた充電ステーションにおいて停車中にリチウムイオンバッテリーに急速に充電する急速充電も含まれる。
【００７３】
急速充電後においては、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）には推定誤差が多く含まれると考える。急速充電の際には、大電流が通電される。大電流の通電により電池内部の状態（分極、活性）が大幅に変化し、図４に示すような簡易な等価回路で推定しきれないような開放電圧変化が生じる。したがって、急速充電後のタイミングで、電流積分方式による第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）をＤＯＤ値としていたのを、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）をＤＯＤ値とするような補正を実行すると、図１１の前半部分（符号１１００）にあるように、補正によってＤＯＤ値に数パーセントのトビ、つまり、ＤＯＤ値の飛躍的な変化が生じる（符号１１０１、１１０３参照）。なお、図１１においては、「１００−ＤＯＤ値」であるＳＯＣ値をグラフの縦軸にしている。また、図１１の前半部分１１００において、補正タイミングとして、停車時に急速充電が行われた場合には急速充電後、急速充電を伴わない単なる停車時には開扉直後としている。図１１の上部にある菱形の中心が補正処理の実行されるタイミングを示す。
【００７４】
図１１において、急速充電時のＤＯＤ値のトビ（符号１１０１、１１０３参照）の後、ＤＯＤ値は暫く誤差を含み続け、急速充電を伴わない停車時の補正により、誤差を軽減する方向に再度トビが生じる（たとえば、符号１１０２参照）。
【００７５】
その一方、車両の停車直後（つまり急速充電前）においては、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）にはさほど推定誤差が含まれていないと考えられる。したがって、このタイミングで、電流積分方式による第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）をＤＯＤ値としていたのを、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）をＤＯＤ値とするような補正を実行すれば、ＤＯＤ値のトビが生じるおそれを著しく少なくすることができる。図１１の後半部分（符号１１１０参照）において、急速充電前の補正であれば、ＤＯＤ値のトビがほとんど生じていない（符号１１１１〜１１１３参照）。
【００７６】
したがって本実施の形態においては、車両の停車直後のドアが開くタイミングで補正処理を実行することとしている。無論、ドアが開くタイミングに限定されず、車両の速度がゼロになった直後などを補正処理のトリガーとしても良いことは言うまでもない。
【００７７】
次に、本実施の形態において実行される補正処理を説明する。補正処理には、図８、図１０を参照して説明した補正係数算出処理が含まれる。図１２および図１３は、本実施の形態にかかる補正処理を示すフローチャートである。この処理は、演算周期Ｔで繰り返し実行され、一定の条件がそろったときに、先に説明した補正係数算出処理などが実行されることになる。
【００７８】
図１２に示すように、補正処理部１６は、第ｎ番サンプルの電池平均温度Ｔｂ（ｎ）、電池充放電電流Ｉｂ（ｎ）、電池端子電圧Ｖｂ（ｎ）などを取得する（ステップ１２０１）。また、ステップ１２０１においては、補正処理部１６は、各種センサ３８の情報から、車両のドアの開閉の状態を示す情報を取得する。次いで、補正処理部１６は、サンプル番号が２以下であるか否かを判断する（ステップ１２０２）。ステップ１２０２で「Yes」と判断された場合には、サンプルが初期状態であるため、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２および電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、初期的な第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）を算出する。
【００７９】
ｎ＝１の場合には、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（１））は、電池端子電圧Ｖｂ（１）に基づき、（５）式で、Ｅｂ（１）＝Ｖｂ（１）とすることにより算出される。また、第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（１））は「０」とする。ｎ＝２の場合には、第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（２））は、図５を参照して説明した演算により取得される。第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（２））は、ＤＯＤ１（２）と同じ値とする。また、ＤＯＤ補正値（ＤＯＤ３）も、ＤＯＤ１（２）と同じ値とする。また、初期的なＳＯＣ表示値（ＳＯＣＤ）は、不定値（＊＊）とされる（ステップ１２０４）。算出されたＤＯＤ値およびＳＯＣ値は、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される（ステップ１２０５）。その後、サンプル番号「ｎ」がインクリメントされて（ステップ１２０６）、ステップ１２０１に戻る。
【００８０】
ステップ１２０２で「No」と判断された場合には、補正処理部１６は、ドアの開閉状態を示す情報を参照して、車両のドアが開いているか否かを判断する（ステップ１２０７）。ステップ１２０７で「No」と判断された場合には、フラグＳｓｔを「０」とする（ステップ１２０８）。その一方、ステップ１２０７で「Yes」と判断された場合には、フラグＳｓｔが「１」であるかどうかを判断する（ステップ１２０９）。ステップ１２０９で「No」と判断された場合には、補正処理部１６は、図８を参照して説明した第１の補正係数算出処理を実行する（ステップ１２１０）。次いで、補正処理部１６は、第（ｎ−１）サンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ−１））を、第（ｎ−１）サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ−１））として（ステップ１２１１）、フラグＳｓｔを「１」にセットする（ステップ１２１２）。フラグＳｓｔを利用することで、車両のドアが開いた直後の処理で、ステップ１２１０〜１２１２が実行され、その後はドアが閉じるまでフラグＳｓｔが「１」となるため、ステップ１２０９で「Yes」と判断されて、ステップ１２１０〜１２１２が実行されない。つまり、車両のドアが開いた直後に、１度だけステップ１２１０〜１２１２が実行される。
【００８１】
次いで、補正処理部１６は、電池充放電電流の変化の絶対値｜Ｉｂ（ｎ）−Ｉｂ（ｎ−１）｜が閾値Ｉｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップ１３０１）。ステップ１３０１で「No」と判断された場合には、補正処理部１６は、電流急変後経過時間を示すパラメータＴｉｖをインクリメントする（ステップ１３０２）。その一方、ステップ１３０１でノーと判断された場合には、経過時間Ｔｉｖが閾値Ｔｔｈ以上であるか否かが判断される（ステップ１３０３）。ステップ１３０３で「Yes」と判断された場合には、補正処理部１６は、図１０を参照して説明した第２の補正係数算出処理を実行する（ステップ１３０４）。その後、補正処理部１６は、経過時間Ｔｉｖを「０」にする（ステップ１３０５）。ステップ１３０３で「No」と判断された場合にも、経過時間Ｔｉｖが「０」にされる。
【００８２】
上述したように、第２の補正係数算出処理は、電池充放電電流の変化の絶対値が閾値Ｉｔｈより小さい状態が、所定の時間Ｔｔｈよりも継続した後に、上記絶対値が閾値Ｉｔｈ以上となったときに実行される。これにより、電池充放電電流が安定していた状態から急激に変化したときのみ、第２の補正係数算出処理が実行されることになる。
【００８３】
次いで、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部１２は、第ｎ番サンプルの第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１（ｎ））を算出し、また、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部１４は、第ｎサンプルの第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２（ｎ））を算出する（ステップ１３０６）。その後、ＳＯＣＤ＝１００−ＤＯＤ２（ｎ）が算出される（ステップ１３０７）。算出されたＤＯＤ値やＳＯＣＤは、記憶装置１８のＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納される（ステップ１３０８）。その後、サンプル番号「ｎ」がインクリメントされて（ステップ１３０９）、スタートに戻る。
【００８４】
ステップ１３０７で算出され、ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル３０に格納されたＳＯＣ値（ＳＯＣＤ）は、データ表示処理部２２により読み出され、表示装置４２の画面上に表示される。
【００８５】
次に、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置の適用例について説明する。図１４は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置を搭載した鉄道車両の例を示すブロックダイヤグラムである。図１４に示すように、鉄道車両１４００には、車輪１４０６を駆動するための種々の装置が搭載されている。鉄道車両１４００は、バッテリー１４０２、チョッパ制御装置等を含む電力制御装置１４０３、インバータ等を含むモータ駆動装置１４０４およびモータ１４０５を備える。また、鉄道車両１４００の運転台付近には表示器１４０７やドア開閉スイッチ１４０８が設けられる。また、バッテリー１４０２のみでモータ１４０５を駆動しない場合には、補助的な動力源１４０９が設けられる。補助的な動力源には、たとえば、ディーゼル発電機が含まれる。或いは、パンタグラフ１４１０を介して架線から電力供給が可能であるような構成を採用しても良い。鉄道車両１４００は、上記構成を備え、バッテリー１４０２から供給される電力によってモータ１４０５を回転させ、車輪１４０６を回転させることにより軌道上を走行することができる。鉄道車両１４０６は、減速時には、回生電力を回収してバッテリー１４０２に戻すことができる。さらに、本実施の形態においては、車両の停車時に、パンタグラフ１４１０を介して充電のための電力を受け入れバッテリー１４０２への急速充電ができるようになっている。
【００８６】
ＳＯＣ推定装置１４０１は、バッテリー１４０２から、バッテリー平均温度、電池端子電圧、電池充放電電流などを取得する。また、開閉スイッチ１４０８からドアの開閉状態を示す情報を取得する。また、ＳＯＣ推定装置１４０１は、算出されたＳＯＣ値を表示器の画面上に表示することができる。
【００８７】
本実施の形態によれば、車両の走行中には、電流積分方式による第２のＤＯＤ値をＤＯＤ値として採用し、停車中に急速充電が行われる可能性がある鉄道車両において、急速充電が開始されるのに先立ったタイミングで、テーブル参照方式による第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として採用することで、ＤＯＤ値を補正する。その後は、当該補正されたＤＯＤ値を利用して、電流積分方式による第２のＤＯＤ値をＤＯＤ値として算出する。これにより、補正時のＤＯＤ値のトビ（ＤＯＤ値の飛躍的な変化）を抑制することができる。上記急速充電が開始されるのに先立ったタイミングとして、本実施の形態においては、車両が停車してドアが開いたタイミングを採用している。
【００８８】
また、本実施の形態によれば、放電が進んだ際および充電が進んだ際に、第２のＤＯＤ値が増えすぎているか、或いは、減りすぎているかを判断し、電流積分方式による演算に利用する電池容量を示すパラメータＡｈを調整し、電流積分方式において、元の第２のＤＯＤ値に加減算すべき値を適切化している。これにより、電池容量Ａｈの変化があってもその変化に追従することが可能となる。
【００８９】
さらに、本実施の形態によれば、電流値変化の絶対値が閾値を超えた場合に、内部抵抗の値Ｒを調整して、内部抵抗の変化に追従するようにしている。
【００９０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００９１】
たとえば、前記実施の形態においては、ＳＯＣ推定装置を、鉄道車両に搭載しているが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンバッテリーなどを搭載した乗用車、たとえば、ハイブリッドカーに搭載しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置の概略を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置のハードウェア構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、リチウムイオンバッテリーを充放電する際の電流電圧波形を示すグラフである。
【図４】図４は、リチウムイオンバッテリーの等価回路モデルの例を示す図である。
【図５】図５は、テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部における第１のＤＯＤ値（ＤＯＤ１）の算出処理を説明する図である。
【図６】図６は、電流積分方式ＤＯＤ推定処理部における第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）の算出処理を説明する図である。
【図７】図７は、電池容量の変化により第２のＤＯＤ値（ＤＯＤ２）が受ける影響について説明するグラフである。
【図８】図８は、本実施の形態にかかる第１の補正係数算出処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、電池充放電電流および端子電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本実施の形態にかかる第２の補正係数算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、補正タイミングの違いによるＤＯＤ値の変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本実施の形態にかかる補正処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本実施の形態にかかる補正処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本実施の形態にかかるＳＯＣ推定装置を搭載した鉄道車両の例を示すブロックダイヤグラムである。
【図１５】図１５は、本実施の形態にかかる第１の補正係数算出処理を説明する図である。
【図１６】図１６は、テーブル参照方式によるＳＯＣ推定を説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１２ テーブル参照方式ＤＯＤ推定処理部
１４ 電流積分方式ＤＯＤ推定処理部
１６ 補正処理部
１８ 記憶装置
２０ パラメータ格納処理部
２２ データ表示処理部
２４ テーブル参照方式処理用パラメータファイル
２６ 電流積分方式処理用パラメータファイル
２８ 補正処理用パラメータファイル
３０ ＤＯＤ値・ＳＯＣ値ファイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第２のＤＯＤ値算出手段による第２のＤＯＤ値を、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶し、前記車両の走行状態を示す情報にしたがって、前記車両が停車したときに、前記第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶する補正手段を備え、その後に、前記第２のＤＯＤ値算出手段が、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶された第１のＤＯＤ値を使用して、演算を再開するように構成されたことを特徴とするバッテリーの残容量推定装置。
【請求項２】
前記補正手段が、前記車両が停止し、車両のドアが開かれたことを検出したタイミングで、第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項３】
前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項４】
前記第１の補正係数算出手段が、
（１）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させ、
（２）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（３）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（４）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項５】
内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整する第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項６】
前記第２の補正係数算出手段が、端子電圧の時間変化を充放電電流の時間変化で除して得られた演算値と、推定内部抵抗とを比較して、前記演算値から前記推定内部抵抗を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ増加させ、前記推定内部抵抗値から前記演算値を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ減算させることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項７】
前記第２の補正係数算出手段が、電流値変化の絶対値が、電流変化の閾値より大きい場合に、前記第２の補正係数を変化させることを特徴とする請求項５または６に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項８】
バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置。
【請求項９】
バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量Ａｈに基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整するための第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置。
【請求項１】
バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第２のＤＯＤ値算出手段による第２のＤＯＤ値を、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶し、前記車両の走行状態を示す情報にしたがって、前記車両が停車したときに、前記第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶する補正手段を備え、その後に、前記第２のＤＯＤ値算出手段が、ＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶された第１のＤＯＤ値を使用して、演算を再開するように構成されたことを特徴とするバッテリーの残容量推定装置。
【請求項２】
前記補正手段が、前記車両が停止し、車両のドアが開かれたことを検出したタイミングで、第１のＤＯＤ値をＤＯＤ値として前記記憶装置に記憶するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項３】
前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項４】
前記第１の補正係数算出手段が、
（１）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させ、
（２）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（３）放電中に第２のＤＯＤ値の増加の度合いが所定よりも大きい場合に、電池容量を増大させるように第１の補正係数を変化させ、
（４）充電中に第２のＤＯＤ値の減少の度合いが所定よりも小さい場合に、電池容量を減少させるように第１の補正係数を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項５】
内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整する第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項６】
前記第２の補正係数算出手段が、端子電圧の時間変化を充放電電流の時間変化で除して得られた演算値と、推定内部抵抗とを比較して、前記演算値から前記推定内部抵抗を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ増加させ、前記推定内部抵抗値から前記演算値を減算した値が、抵抗変化の閾値よりも大きい場合に、前記第２の補正係数を所定の値だけ減算させることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項７】
前記第２の補正係数算出手段が、電流値変化の絶対値が、電流変化の閾値より大きい場合に、前記第２の補正係数を変化させることを特徴とする請求項５または６に記載のバッテリーの残容量推定装置。
【請求項８】
バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量に基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
前記第１のＤＯＤ値と第２のＤＯＤ値とを比較して、第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より小さい場合に、前記電池容量を小さくし、かつ、前記第２のＤＯＤ値の変化幅が所定より大きい場合に、前記電池容量を大きくするような第１の補正係数を算出する第１の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置。
【請求項９】
バッテリーの等価回路モデルから推定される開放電圧に基づいて、第１の放電深度の値（第１のＤＯＤ値）を算出する第１のＤＯＤ値算出手段と、
電池容量Ａｈに基づいて、バッテリーの充放電電流の積分値を積算することにより第２の放電深度の値（第２のＤＯＤ値）を算出する第２のＤＯＤ値算出手段と、
前記第１のＤＯＤ値算出手段による演算のためのパラメータ、第２のＤＯＤ値による演算のためのパラメータ、並びに、算出された第１のＤＯＤ値および第２のＤＯＤ値を記憶する記憶装置と、を備えた車両に搭載されるバッテリーの残容量推定装置において、
内部抵抗の変化が、抵抗変化の閾値以上になった場合に、前記開放電圧算出のための内部抵抗を調整するための第２の補正係数を変化させる第２の補正係数算出手段を備えたことを特徴とするバッテリーの残量推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１９９７２３（Ｐ２００８−１９９７２３Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３００３９（Ｐ２００７−３００３９）
【出願日】平成１９年２月９日（２００７．２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「エネルギー使用合理化技術戦略的開発／エネルギー有効利用基盤先導的研究／エネルギー回生利用バッテリー駆動型省エネＬＲＶ車両の研究開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月９日（２００７．２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「エネルギー使用合理化技術戦略的開発／エネルギー有効利用基盤先導的研究／エネルギー回生利用バッテリー駆動型省エネＬＲＶ車両の研究開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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