JP7089049B2 - 電池制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池制御装置に関する。

リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を最大限に活用するためには、二次電池の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を精度良く推定する必要がある。ＳＯＣの推定は、以前に推定したＳＯＣを保持しておいて、保持したＳＯＣを演算に使用する方法が一般的である。特許文献１には、複数のタイミングで得られた以前のＳＯＣを保持しておき、保持した複数のＳＯＣを選択して、現在のＳＯＣの演算に利用する方法が記載されている。

特開２００８-１４５３４９号公報

しかしながら、以前のＳＯＣを用いて現在のＳＯＣを演算する場合に、微小なＳＯＣの増減量とそれまでのＳＯＣの積算量との間で扱う値の大きさが大幅に異なると、微小なＳＯＣの値が無視されて情報落ちが発生し、ＳＯＣの演算が正しく行われない課題があった。

本発明による電池制御装置は、電池の充電率の演算を複数の項に分けて各項を演算する第１の演算部と、前記第１の演算部で演算された各項の演算結果を、所定の閾値を基に、複数のグループに分けて各グループ別に合算する第２の演算部と、前記第２の演算部による前回の演算周期で合算された各グループ別の演算結果を前回値としてそれぞれ記憶する記憶部と、を備え、前記第１の演算部は、前記記憶部に記憶されたグループ別の前回値を用いて、前記各項を演算する。

本発明によれば、情報落ちに起因するＳＯＣの演算誤差を抑制することができる。

図１は、電池システムの構成を示すブロック図である。 図２は、電池制御部の構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施様態におけるＳＯＣｃ演算部のブロック図である。 図４は、第１の実施様態におけるＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部の処理を示すフローチャートである。 図５は、第２の実施様態におけるＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部の処理を示すフローチャートである。 図６は、第３の実施形態におけるＳＯＣｃ演算部のブロック図である。 図７は、第３の実施形態における閾値演算部の処理を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
図１から図４を参照して第１の実施形態について説明する。
図１は、電池システムの構成を示すブロック図である。電池システム１００は、外部の供給対象に電力を供給するシステムであり、供給対象は電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、産業用機器等である。図１では、ハイブリッド自動車の走行用のモータジェネレータ４１０に電力を供給する例を示した。

電池システム１００は、リレー３００、３１０を介してインバータ４００に接続される。インバータ４００は電池システム１００から電力をモータジェネレータ４１０に供給する。インバータ４００及びモータジェネレータ４１０はモータ/インバータ制御部４２０により制御される。車両制御部２００は、電池システム１００で得られる電池情報、インバータ４００及びモータジェネレータ４１０からの情報、図示しないエンジンからの情報等に基づいて駆動力の配分等を決定する。

電池システム１００は、複数の単電池１１１から構成される組電池１１０と、単電池１１１の状態を監視する複数の単電池制御部１２１を備える計測部１２０と、組電池１１０に流れる電流を検知する電流検知部１３０と、組電池１１０の総電圧を検知する電圧検知部１４０と、組電池１１０の制御を行う電池制御部１５０と、組電池１１０、単電池１１１および単電池群１１２の電池特性に関する情報を格納する記憶部１８０とを備える。

組電池１１０を構成する複数の単電池１１１は、所定の単位数でグループ分けされている。図１で示す例では、複数の単電池１１１は２つの単電池群１１２ａ、１１２ｂにグループ分けされている。単電池群１１２ａ、１１２ｂは、電気的に直列接続されている。

なお、単電池１１１は、リチウムイオン２次電池など充電可能な電池である。単電池１１１としては、その他に、ニッケル水素電池、鉛電池、電気２重層キャパシタなどの蓄電池、および蓄電機能を備えたデバイスであっても良い。ここでは、単電池１１１として単体電池を考えているが、単電池１１１を、複数電池を多直ないし並列接続したモジュール構造に置き換えた構成でも良い。

また、図１に示す例では、組電池１１０として２つの単電池群１１２ａ、１１２ｂが直列接続された構成を示したが、これに限定されず、所定の数の単電池群を直列に接続しても良いし、並列に接続しても良い。また、用途に応じて直列・並列の様々な個数の組み合わせで構成しても良い。

計測部１２０は、組電池１１０を構成する各単電池１１１の状態を監視するものであり、複数の単電池群１１２ａ、１１２ｂに対応して、同数の単電池制御部１２１ａ、１２１ｂが設けられている。単電池群１１２ａには単電池制御部１２１ａが割り当てられ、単電池群１１２ｂには単電池制御部１２１ｂが割り当てられている。各単電池制御部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれに割り当てられた単電池群１１２ａ、１１２ｂからの電力を受けて動作する。各単電池制御部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれに割り当てられた単電池群１１２ａ、１１２ｂの電池電圧や電池温度を監視する。

電池制御部１５０には、電流検知部１３０から送信される組電池１１０に流れる電流値、電圧検知部１４０から送信される組電池１１０の総電圧値が入力される。また、電池制御部１５０は、信号通信部１６０により計測部１２０との間で信号の送受信を行い、単電池１１１の電池電圧や電池温度、さらには単電池１１１が過充電もしくは過放電であるかの診断結果や、計測部１２０に通信エラーが発生した場合に出力される異常信号を、計測部１２０から受信する。電池制御部１５０は入力された情報に基づいて組電池１１０の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の推定等の処理を行い、その処理結果は、計測部１２０や車両制御部２００に送信される。

電池制御部１５０では、充電率ＳＯＣ、劣化状態ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）などの状態推定演算の数値演算処理を３２ビット浮動小数点によって実施している。固定小数点で演算した場合は、表現可能な値範囲が狭く、算術オーバーフロー／算術アンダーフロー等が発生してしまうが、浮動小数点を用いれば、表現可能な値範囲が広いため、問題発生のリスクを低減できる。３２ビット浮動小数点では、６４ビット浮動小数点よりも表現できる有効桁数は少ないが、３２ビット浮動小数点のメモリ使用量は、６４ビット浮動小数点の２分の1であるため、６４ビット浮動小数点よりもメモリを節約することができる。本実施形態では、３２ビット浮動小数点を用いるが、浮動小数点であれば、何ビットでもよく、演算に使用するビット数を限定するものではない。

なお、信号通信部１６０には、フォトカプラ等の絶縁素子１７０が設けられている。上述のように計測部１２０は組電池１１０から電力をうけて動作するが、電池制御部１５０は車載補機用のバッテリ（例えば１２Ｖ系バッテリ）を電源として用いるので、電池制御部１５０と計測部１２０の動作電源の基準電位が異なる。そのため、信号通信部１６０に絶縁素子１７０を設けている。絶縁素子１７０は、計測部１２０を構成する回路基板に実装しても良いし、電池制御部１５０を構成する回路基板に実装しても良い。なお、システム構成によっては、絶縁素子１７０を省略することも可能である。

単電池制御部１２１ａ、１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａ、１１２ｂの電位の高い順に従って直列に接続されている。単電池制御部１２１ａの出力と単電池制御部１２１ｂの入力との間には絶縁素子１７０を設けていないが、これは、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂには、異なる動作基準電位同士においても通信可能な仕組みが設けられているからである。ただし、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂとの間の通信に対して電気的絶縁が必要な場合には、絶縁素子１７０を設ける必要がある。

電池制御部１５０が送信した信号は、絶縁素子１７０が設けられた信号通信部１６０により単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ｂからの出力信号は絶縁素子１７０が設けられた信号通信部１６０により電池制御部１５０の入力部に伝送される。このように、電池制御部１５０と単電池制御部１２１ａ、１２１ｂとは信号通信部１６０によりループ状に接続されている。このような接続および通信方式はデイジーチェーン接続と呼ばれるが、数珠つなぎ接続や芋づる接続等と呼ぶ場合もある。

記憶部１８０には、組電池１１０、単電池１１１および単電池群１１２に関して、内部抵抗特性、満充電時の容量、分極抵抗特性、劣化特性、個体差情報、電池開回路電圧ＯＣＶと電池の充電率ＳＯＣの対応関係（ＯＣＶ－ＳＯＣマップ）などの情報が格納される。なお、図１に示す例では、記憶部１８０を電池制御部１５０と計測部１２０の外部に配置する構成としたが、記憶部１８０を電池制御部１５０または計測部１２０の内部に設ける構成としても良い。

図２は、電池制御部１５０の構成を示すブロック図である。電池制御部１５０は、ＳＯＣｖ演算部１５１と、ΔＳＯＣi演算部１５２と、ＳＯＣｃ演算部１５３と、重み演算部１５４とを備える。

ＳＯＣｖ演算部１５１には、組電池１１０を構成する単電池１１１の電圧Ｖ（各単電池１１１の平均電圧）、組電池１１０に流れる電流Ｉ、組電池１１０で得られる温度Ｔが入力される。ここで、入力される単電池１１１の電圧Ｖは、組電池１１０に含まれる複数の単電池１１１の電圧の平均電圧である。ＳＯＣｖ演算部１５１は、電池電圧Ｖに基づく電池の充電率ＳＯＣｖを演算して出力する。

ΔＳＯＣi演算部１５２には、組電池１１０に流れる電流Ｉが入力される。ΔＳＯＣi演算部１５２は、前回演算周期から組電池１１０に流れる電流を時間積算して得られる電流積算の増減量ΔＳＯＣiを算出する。ΔＳＯＣiは、ＳＯＣｃ演算部１５３において、前回演算周期の電池の充電率ＳＯＣ(後述のＳＯＣｃ)に加算されることにより、電流積算によるＳＯＣiを算出する。

重み演算部１５４は、組電池１１０に流れる電流、組電池１１０で得られる温度が入力される。重み演算部１５４は、ＳＯＣｖが精度よく取得可能な場合は、Ｗを大きな値として算出し、充電率ＳＯＣｃに対する充電率ＳＯＣｖの比重を増やすように重みＷを変化させる。また、充電率ＳＯＣｖの精度が得られない場合は、充電率ＳＯＣiによる演算の比重を高める為、重みＷを小さくする。

一般に、充電率ＳＯＣｖは、組電池１１０に流れる電流がゼロか、定電流が一定時間以上継続した場合など、電流が安定した場合にＳＯＣ推定誤差が小さく、逆に、電流の変動が激しい場合や電池温度が低温の場合にはＳＯＣ推定誤差が大きくなりやすいという特徴がある。一方、充電率ＳＯＣiは、電流が大きくかつ急峻な変動がない場合はＳＯＣ推定誤差が小さく、逆に、電流値が小さくて電流検知部１３０の測定精度などの影響を受けやすい場合にはＳＯＣ推定誤差が大きくなりやすいという特徴がある。

そのため、重み演算部１５４、ＳＯＣｃ演算部１５３は、上述した充電率ＳＯＣｖおよび充電率ＳＯＣiの特徴に対し、重みＷにより最終的な充電率ＳＯＣｃへの影響度を調節している。このようにすることで、ＳＯＣ推定精度を向上させることができる。

ＳＯＣｃ演算部１５３は、ＳＯＣｖ演算部１５１の出力である充電率ＳＯＣｖと、ΔＳＯＣi演算部１５２の出力である前回演算周期からの充電率増減量ΔＳＯＣiと、重み演算部１５４の出力である重みＷから、より確からしい最終的な電池の充電率ＳＯＣ（以下、ＳＯＣｃ）を演算し出力する。ＳＯＣｃ演算部１５３の詳細は図３を参照して後述する。

（ＳＯＣｖ、ΔＳＯＣｉ、ＳＯＣｃの基本式について）
ここで、本実施形態におけるＳＯＣｃ演算部１５３で行う演算の基本式について説明する。
式（１）に充電率ＳＯＣｃ、充電率ＳＯＣｖ、充電率ＳＯＣi、および重みＷとの基本式を示す。式（１）の重みＷを０～１の間で変化させると、充電率ＳＯＣｃに対するＳＯＣｖとＳＯＣiの割合を調整することができる。Ｗが小さくなる方向に変化すると、ＳＯＣｃはＳＯＣi偏重となる。また、Ｗが大きくなる方向に変化すると、ＳＯＣｃはＳＯＣｖ偏重となる。
SOCc ＝W×SOCv + (1-W)×SOCi ・・・ 式（１）

次の式（２）は、本実施形態におけるＳＯＣi算出式である。電流積算によるＳＯＣ充電率ＳＯＣiは、前回演算周期からの充電率の変化量ΔＳＯＣiと前回演算周期までのＳＯＣ（以下、ＳＯＣc_z）とを加算することで得ることができる。
SOCi = ΔSOCi + SOCc_z ・・・ 式（２）

式（３）は、式（２）を式（１）に代入することで、得られる式（１）の変形式である。式（３）に表れるＳＯＣｖ、ΔＳＯＣi、ＳＯＣｃは、図２のＳＯＣｖ演算部１５１、ΔＳＯＣi演算部１５２、ＳＯＣｃ演算部１５３の出力とそれぞれ対応している。
SOCc = W×SOCv + (1-W)×(ΔSOCi + SOCc_z) ・・・ 式（３）

以上の説明のように、本実施形態におけるＳＯＣｃ演算部１５３では、基本式（３）に基づいてＳＯＣｃを算出する。基本式（３）は、基本式（１）の別表現式であるため、式（１）と同等の処理であることが分かる。なお、本実施形態において、電池制御部１５０を、ＳＯＣｖ演算部１５１、ΔＳＯＣi演算部１５２、ＳＯＣｃ演算部１５３にて構成したが、これらは独立した演算部である必要はなく、ＳＯＣｖとΔＳＯＣiを用いて基本式（３）と同様の処理を行うのであれば、１つの演算部で行ってもよい。また、１つの演算部に限らず、複数の演算部に分けて行ってもよい。本実施形態では、基本式（３）に基づき、ＳＯＣｃ演算部１５３にて、後述のように、基本式（３）を変形し、ＳＯＣｃから７つのＳＯＣｃ項を導出し、ＳＯＣｃ演算を行う。

なお、ＳＯＣｃ演算部１５３等で処理されるフローチャートは後述するが、これらのフローチャートで示したプログラムを、ＣＰＵ、メモリなどを備えたコンピュータにより実行することができる。全部の処理、または一部の処理をハードロジック回路により実現してもよい。更に、このプログラムは、予め電池制御部１５０、若しくは記憶部１８０の記憶媒体に格納して提供することができる。あるいは、独立した記憶媒体にプログラムを格納して提供したり、ネットワーク回線によりプログラムを電池制御部１５０、若しくは記憶部１８０の記憶媒体に記録して格納することもできる。データ信号（搬送波）などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給してもよい。

（基本式（３）の情報落ちについて）
ここで、基本式（３）の情報落ちについて説明する。式（３）は、（１－Ｗ）の演算を含む。このとき、ＳＯＣi偏重のＳＯＣ演算を行う場合、重みＷが非常に小さい値となる場合がある。この場合、（１－Ｗ）の減算を行った結果、情報落ちによる演算誤差が発生する。この演算誤差は、今回の演算周期ではＳＯＣｃの誤差となる。次回の演算周期では、前回の誤差を含んだＳＯＣｃを入力とし、次回の演算周期のＳＯＣｃを算出するため、誤差が累積していくことになる。このように従来は、式（３）のＳＯＣｃ演算では、前回演算周期のＳＯＣｃを保持して、今回の演算周期のＳＯＣｃ演算に利用することで、（１－Ｗ）の演算による情報落ちに起因する誤差の発生と前回の演算周期のＳＯＣｃ（以下、ＳＯＣｃ_z）による誤差の累積が発生していた。

（ＳＯＣｃ演算部１５３の説明）
図３は、本実施形態のＳＯＣｃ演算部１５３のブロック図である。ＳＯＣｃ演算部１５３は、ＳＯＣｃ項算出部５００と、ＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１と、加算部５０２と、前回値保持部５０３、５０４と、判定閾値記憶部５０５とを備え、ＳＯＣｖ、ΔＳＯＣi、重みＷを入力とし、最終的なＳＯＣであるＳＯＣｃを算出している。なお、前回値保持部５０３、５０４、判定閾値記憶部５０５は、記憶部１８０内に設けてもよく、また、前回値保持部５０３、５０４、判定閾値記憶部５０５は、不揮発性メモリにより構成してもよい。

ここで、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌについて説明する。ＳＯＣｃは複数の演算項の総和によって表現することができる。この複数の演算項のうち、大きい値の項をＢｉｇグループとし、その総和をＳＯＣｃ_Ｂｉｇと表現し、小さい値の項をＳｍａｌｌグループとし、その総和をＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌと表現すると、式（４）の関係式が得られる。
SOCc = SOCc_Big + SOCc_Small ・・・ 式（４）

ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌは、それぞれ値の近い項の総和である。情報落ちは、非常に大きな値と非常に小さな値を加減算する際に起こるため、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌに分けて演算することにより、情報落ち誤差がない、あるいは情報落ち誤差が少ない特徴をもつ。この関係は、前回演算周期のＳＯＣｃ（ＳＯＣｃ_ｚ）も同様であり、式（５）を得ることができる。式（５）のＳＯＣc_Ｂｉｇ_ｚ、ＳＯＣc_Ｓｍａｌｌ_ｚは、それぞれ前回の演算周期ＳＯＣc_Ｂｉｇ、ＳＯＣc_Ｓｍａｌｌを表している。
SOCc_z = SOCc_Big_z + SOCc_Small_z ・・・ 式（５）

式（５）の導出により、式（３）のＳＯＣｃを変形すると、式（６）を得ることができる。式（６）は、情報落ち誤差を含むＳＯＣｃ_ｚを演算項に用いず、情報落ち誤差の少ないＳＯＣc_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣc_Ｓｍａｌｌ_ｚで表現された式である。
SOCc = W×SOCv + (1-W)×(ΔSOCi + SOCc_Big_z + SOCc_Small_z) ・・・式（6）
式（６）は、さらに式（７）のように変形することができる。式（７）は、７つのＳＯＣｃ項で表現された形であり、各ＳＯＣｃ項の個別の演算結果には、情報落ちの原因となる加減算を含まないことに特徴がある。
SOCc = W×SOCv + ΔSOCi + SOCc_Big_z + SOCc_Small_z + (-W×ΔSOCi) + (-W×SOCc_Big_z) + (-W×SOCc_Small_z) ・・・ 式（７）

ここで、式（７）から得られる７つのＳＯＣｃ項、すなわち、（１）Ｗ×ＳＯＣｖ、（２）ΔＳＯＣi、（３）ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚ、（４）ＳＯＣc_Ｓｍａｌｌ_ｚ、（５）（－Ｗ×ΔＳＯＣi）、（６）(－Ｗ×ΔＳＯＣ_Ｂｉｇ_z)、（７）（－Ｗ×ΔＳＯＣ_Ｓｍａｌｌ_z）の各々の演算結果は、判定閾値ＳＯＣc_ｔｈ１により、大きい値の項と小さい値の項に振り分けることができれば、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌは、下記式（８）、式（９）のように表現できる。
SOCc_Big = (1)～(7)SOCc項のうち、判定閾値ＳＯＣc_ｔｈ１以上の大きい値の項の総和 ・・・ 式（８）
SOCc_Small = (1)～(7)SOCc項のうち、判定閾値ＳＯＣc_ｔｈ１未満の小さい値の項の総和 ・・・ 式（９）
また、今回演算周期で得られたＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを保持し、次回の演算周期で参照するようにすることで、次回演算周期では、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚを得ることができる。
SOCc_Big_z = 前回の演算周期のSOCc_Big ・・・ 式（１０）
SOCc_Small_z = 前回の演算周期のSOCc_Small ・・・ 式（１１）

図３のＳＯＣｃ項算出部５００は、ＳＯＣｖ、ΔＳＯＣi、重みＷ、式（１０）に相当するＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚ、式（１１）に相当するＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚを入力とし、式（７）から得られる７つのＳＯＣｃ項、すなわち（１）Ｗ×ＳＯＣｖ、（２）ΔＳＯＣi、（３）ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚ、（４）ＳＯＣc_Ｓｍａｌｌ_ｚ、（５）（－Ｗ×ΔＳＯＣi）、（６）(－Ｗ×ΔＳＯＣ_Ｂｉｇ_z)、（７）（－Ｗ×ΔＳＯＣ_Ｓｍａｌｌ_z）の演算結果を出力としている。

ＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１は、ＳＯＣｃ項算出部５００の（１）～（７）のＳＯＣｃ項の演算結果と判定閾値記憶部５０５の出力ＳＯＣｃ_ｔｈ１を入力とし、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを出力している。なお、ＳＯＣｃ項算出部５００およびＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１の少なくとも一方による演算は、前述のように浮動小数点演算を含むものである。

図４は、ＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌに初期値を代入する。ステップＳ１０１では、各ＳＯＣｃ項のうち、判定処理未実施のＳＯＣｃ項を判定対象ＳＯＣｃ_Jdgに代入する。ステップＳ１０２では、判定対象ＳＯＣｃ_Ｊｄｇを判定閾値ＳＯＣc＿ｔｈ１と比較して大小判定をする。すなわち、SOCc_Jdg>SOCc_th1ならば、ステップＳ１０３で、SOCc_Jdgの値をSOCc_Bigに加算する。SOCc_Jdg<=SOCc_th1ならば、ステップＳ１０４で、SOCc_Jdgの値をSOCc_Smallに加算する。ステップＳ１０５は、７つのＳＯＣｃ項（１）～（７）のうち判定未実施のＳＯＣｃ項があるか判定する。判定未実施のＳＯＣｃ項があれば、判定未実施項に対して、ステップＳ１０１～Ｓ１０５を繰り返す。また、判定未実施項がなくなった場合は、処理を終了する。このように、７つのＳＯＣｃ項（１）～（７）に対し大小判定を行って２つのグループに分け、この２つのグループにそれぞれ含まれる各ＳＯＣｃ項をグルーブ別に合算することで、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを算出することができる。

ＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１の出力ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌはそれぞれ、前回値保持部５０３及び５０４により保持される。保持された値は、次回演算周期にて、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚとして使用される。ここで、ＳＯＣc_Ｂｉｇ_ｚ、ＳＯＣc_Ｓｍａｌｌ_ｚは、連続して周期演算される保持値だけでなく、記憶部１８０に備えられた不揮発メモリに前回値として保存された値を使用してもよい。車両終了時に前回値を不揮発メモリに保存しておき、車両起動時に、車両終了時の前回値を前回の演算周期のＳＯＣとして使用することで、車両起動時に正常なＳＯＣ演算ができなかった場合に使用することができる。これは、組電池１１０などのバッテリが使用されていない状況ではＳＯＣの減少は少なく、起動時に取得できるＳＯＣの演算結果に近いＳＯＣであるためである。

図３の説明に戻って、加算部５０２は、式（４）に相当するＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌの和をとることで、ＳＯＣｃを算出している。なお、加算部５０２は、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌの和をとる例に限定されず、式（７）に基づく各ＳＯＣｃ項の和をとってもよい。このように、情報落ちの発生する加減算をＳＯＣｃ算出の加算部５０２による１回のみに限定することができる。

本実施形態では、情報落ちの少ないＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを算出して、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌそれぞれを保持し、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚとして次回の演算周期に用いるようした。これにより、次回の演算周期に使用するＳＯＣの前回値を情報落ちによる誤差を含むＳＯＣｃではなく、情報落ちによる誤差の少ないＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚを用いることで、繰り返しＳＯＣｃ演算する際に発生していた情報落ちによる誤差の累積を防止することができる。また、最終的なＳＯＣ（ＳＯＣｃ）の算出では、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌの和をとるなど、情報落ちの発生原因である大きな値と小さな値の演算を最小回数の１回に低減できる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。図１に示した電池システムの構成のブロック図、図２に示した電池制御部のブロック図、図３に示したＳＯＣｃ演算部のブロック図は、第２の実施形態においても同様であるので、説明を省略する。
図５は、第２の実施様態におけるＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１の処理を示すフローチャートである。第１の実施形態の図４に示したフローチャートとは、ＳＯＣ_ＢｉｇとＳＯＣ_Ｓｍａｌｌの算出方法が異なる。

判定閾値記憶部５０５の判定閾値（ＳＯＣc_ｔｈ１）を、第１の実施形態では、ＳＯＣｃ項演算結果の大小判定するための閾値として用いたが、第２の実施形態では、ＳＯＣ_ｔｈ１を各ＳＯＣｃ項の演算結果の位により、大きな位のみで得られる値と小さな位のみで得られる値のグループに振り分けるために用いる。すなわち、大きな位のみで得られる値をＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部の値として扱い、小さな位のみで得られる値をＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値として扱う。例えば、ＳＯＣｃ_ｔｈ１＝１の場合、ＳＯＣｃ_ｔｈ１にて１の位以上とそれより小さい位をそれぞれ、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌの加算対象に振り分ける。例えば、ＳＯＣｃ項の演算結果=12.345の場合は、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部の値=12とＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値=0.345を得ることができる。ＳＯＣｃ_ｔｈ１＝0.1の場合は、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部の値=12.3とＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値=0.045が得られる。

図５のステップＳ２００では、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌに初期値を代入する。ステップＳ２０１では、各ＳＯＣｃ項のうち、判定処理未実施のＳＯＣｃ項を判定対象ＳＯＣｃ_Ｊｄｇに代入する。
ステップＳ２０２では、ＳＯＣｃ_ｔｈ１に基づき、前述したＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部の値をＳＯＣｃ_Ｊｄｇ_Ｂｉｇに代入する。

ステップＳ２０３では、式（１２）を用いることにより、前述したＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値を算出し、ＳＯＣｃ_Ｊｄｇ_Ｓｍａｌｌに代入する。これは、各ＳＯＣｃ項演算結果が、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部とＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値の和で表されることを利用している。
SOCc_Jdg_Small = SOCc_Jdg - SOCc_Jdg_Big ・・・式（１２）

ステップＳ２０４では、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部の値ＳＯＣｃ_Ｊｄｇ_ＢｉｇをＳＯＣｃ_Ｂｉｇに加算する。
ステップＳ２０５では、ＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値ＳＯＣｃ_Ｊｄｇ_ＳｍａｌｌをＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌに加算する。

ステップＳ２０６は、ＳＯＣｃ項（１）～（７）のうち判定未実施のＳＯＣｃ項があるか判定する。判定未実施のＳＯＣｃ項があれば、判定未実施項に対して、ステップＳ２０１～Ｓ２０６を繰り返す。また、判定未実施項がなくなった場合は、処理を終了する。

本実施形態では、判定閾値記憶部５０５の出力ＳＯＣｃ_ｔｈ１を判定対象の値の位により、ＳＯＣｃ_ｔｈ１以上の値の位のみで導出されるＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部と、ＳＯＣｃ_ｔｈ１より小さい値の位のみで導出されるＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部と、を算出している。また、各ＳＯＣｃ項から算出されたＳＯＣｃ_Ｂｉｇ加算部の値を総和してＳＯＣｃ_Ｂｉｇを算出し、各ＳＯＣｃ項から算出されたＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ加算部の値を総和してＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを算出している。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを算出し、情報落ちによる誤差の少ないＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚを用いることで、繰り返しＳＯＣｃ演算する際に発生していた情報落ちによる誤差の累積を防止することができる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。図１に示した電池システムの構成のブロック図、図２に示した電池制御部のブロック図は、第３の実施形態においても同様であるので、説明を省略する。本実施形態では、ＳＯＣｃ演算部１５３’の構成が第１の実施形態とは異なる。

図６は、第３の実施形態におけるＳＯＣｃ演算部１５３’を示すブロック図である。第１の実施形態で示したＳＯＣｃ演算部１５３と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態では、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１が固定値であったが、本実施形態では、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１を動的に変化させている。

閾値演算部５０６は、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚ、ＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚ、及び閾値演算部５０６の前回演算周期の出力ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ｚを入力とし、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１を出力する。前回閾値保持部５０７は、今回の演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１を保持し、次回演算周期にて、前回の演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１（以下、ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ｚ）を算出する。

図７は、第３の実施形態における閾値演算部５０６の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ３００は、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚから、式（１３）により、比率ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioを算出する。
SOCc_th1_ratio = SOCc_Small_z / SOCc_Big_z ・・・式（１３）

ステップＳ３０１は、比率ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioと予め定められた判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ２との大小判定を行う。比率ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioが判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ２より大きい場合、すなわち次の式（１４）が成立する場合、ステップＳ３０２の処理を行う。判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ２は、ＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚがＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚに非常に近づいたことを判定する判定閾値である。ＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚに大きな値のＳＯＣｃ項の値が含まれていた場合に、比率ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioはＳＯＣｃ_ｔｈ２より大きくなる。
SOCc_th1_ratio > SOCc_th2 ・・・式（１４）

ステップＳ３０２は、式（１５）により、前回の演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１（ＳＯＣｃ_ｔｈ_1_ｚ）より小さい値になるように設定されたゲイン値Ｗ１_ＳＯＣｃ_ｔｈ１（Ｗ１_ＳＯＣｃ_ｔｈ１<１）を乗算することにより、今回演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１を算出する。
SOCc_th1 = SOCc_th1_z × W1_SOCc_th1 ・・・式（１５）

ステップＳ３０１で、式（１４）が不成立である場合、ステップＳ３０４の処理を行う。ステップＳ３０４は、比率ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioと予め定められた判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ３との大小判定を行う。すなわち、式（１６）が成立する場合、ステップＳ３０３の処理を行う。判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ３は、ＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚがＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚより、非常に小さい値であることを判定する判定閾値である。ＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚに大きな値のＳＯＣｃ項の値が全く含まれていない場合に、比率ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioは、ＳＯＣｃ_ｔｈ３より小さくなる。
SOCc_th1_ratio < SOCc_th3 ・・・式（１６）

ステップＳ３０３では、式（１７）により、前回の演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１（ＳＯＣｃ_ｔｈ_1_ｚ）より大きい値になるように設定されたゲイン値Ｗ２_ＳＯＣｃ_ｔｈ１（Ｗ２_ＳＯＣｃ_ｔｈ１>１）を乗算することにより、今回演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１を算出する。
SOCc_th1 = SOCc_th1_z × W2_SOCc_th1 ・・・式（１７）

ステップＳ３０４で、式（１６）が不成立である場合、ステップＳ３０５を行う。すなわち、ステップＳ３０５は、式（１８）を満たす場合に行われる処理である。
SOCc_th3 ≦ SOCc_th1_ratio ≦ SOCc_th2 ・・・式（１８）

ステップＳ３０５では、式（１９）のように、今回の演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１は、ＳＯＣｃ_ｔｈ１_zがそのまま代入され、値は更新されない。
SOCc_th1 = SOCc_th1_z ・・・式（１９）

本実施形態では、ステップＳ３０１にてＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioが大きくなったことを、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ２で判定し、ＳＯＣ_Ｓｍａｌｌに大きな値のＳＯＣｃ項が含まれることを検知している。ＳＯＣｃ＿Ｓｍａｌｌは、小さい値のＳＯＣｃ項の総和であるうちは、情報落ちによる誤差が少ないが、総和の中に大きい値のＳＯＣｃ項が存在すると、誤差が大きくなってしまう。この対策として、ＳＯＣｃ＿Ｓｍａｌｌから、大きい値のＳＯＣｃ項を除外し、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇに移すことが考えられる。ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioが大きくなったことを判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ２で判定した場合には、ゲイン値Ｗ１_ＳＯＣｃ_ｔｈ１を用いて、今回演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１を小さくする。これにより、今回の演算周期のＳＯＣｃ＿Ｓｍａｌｌに含まれた大きな値のＳＯＣｃ項をより小さな判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１にて、固定値のＳＯＣｃ_ｔｈ１よりも早くＳＯＣｃ_Ｂｉｇに移すことができる。

しかしながら、ＳＯＣｃ＿Ｓｍａｌｌの総和対象から大きな値のＳＯＣｃ項が除外された場合、値の小さな判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１を維持していると、今度は、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇに値の小さなＳＯＣｃ項が含まれやすくなり、その場合、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇの情報落ちによる誤差が大きくなる恐れがある。
そこで、ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioが判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ３より小さくなった場合に、ゲイン値Ｗ２_ＳＯＣｃ_ｔｈ１を用いて、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１を大きくする処理を行う。

また、ＳＯＣｃ_ｔｈ１_ratioが、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ３と判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ２の範囲内にある場合は、ＳＯＣｃ_ｔｈ１を変動させる必要がない状態であると判断し、ＳＯＣｃ_ｔｈ１_zから更新しないようにした。

本実施形態では、閾値演算部５０６は、ＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_zとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_zと自身の前回演算周期の判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１（ＳＯＣｃ_ｔｈ１_z）を用いて、今回演算周期のＳＯＣｃ_ｔｈ１を算出しているが、その他の電池推定状態に関わるパラメータを用いて、動的に算出してもよい。また、ＳＯＣｃ_ｔｈ１_zは、ＳＯＣc_Ｂｉｇ_ｚやＳＯＣc_Ｓｍａｌｌ_ｚと同様に、連続して周期演算される保持値だけでなく、記憶部１８０に備えられた不揮発メモリにより保存された値を使用してもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態、第２の実施形態と同様に、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを算出し、情報落ちによる誤差の少ないＳＯＣｃ_Ｂｉｇ_ｚとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌ_ｚを用いることで、繰り返しＳＯＣｃ演算する際に発生していた情報落ちによる誤差の累積を防止することができる。本実施形態では、判定閾値ＳＯＣｃ_ｔｈ１を動的に変化させて、ＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌを適切に算出しているので、ＳＯＣｃが変動した場合においても、情報落ちによる誤差の累積をより確実に防止することができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電池制御部１５０は、電池の充電率の演算を複数の項に分けて各項を演算するＳＯＣｃ項算出部５００と、ＳＯＣｃ項算出部５００で演算された各項の演算結果を、所定の閾値を基に、複数のグループに分けて各グループ別に合算するＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１と、ＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部５０１による前回の演算周期で合算された各グループ別の演算結果を前回値としてそれぞれ記憶する前回値保持部５０３、５０４と、を備え、ＳＯＣｃ項算出部５００は、前回値保持部５０３、５０４に記憶されたグループ別の前回値を用いて、各項を演算する。これにより、情報落ちに起因するＳＯＣの演算誤差を抑制することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した第１乃至第３の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）実施形態では、ＳＯＣｃ項をＳＯＣｃ_ＢｉｇとＳＯＣｃ_Ｓｍａｌｌの２つのグループに分ける例で説明したが、複数の閾値を基に、３つ以上のグループに分けてもよい。そして、３つ以上に分けた各グループ別にＳＯＣｃ項の各項を合算し、合算された各グループ別の演算結果をグループ別に前回値として保持する。そして、保持した前回値を次回の演算周期に用いる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態、変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１００ 電池システム
１１０ 組電池
１２０ 計測部
１３０ 電流検知部
１４０ 電圧検知部
１５０ 電池制御部
１５１ ＳＯＣｖ演算部
１５２ ΔＳＯＣi演算部
１５３ ＳＯＣｃ演算部
１５４ 重み演算部
１８０ 記憶部
２００ 車両制御部
３００、３１０ リレー
４００ インバータ
４１０ モータジェネレータ
５００ ＳＯＣｃ項算出部
５０１ ＳＯＣｃＢｉｇ／Ｓｍａｌｌ演算部
５０２ 加算部
５０３、５０４ 前回値保持部
５０５ 判定閾値記憶部
５０６ 閾値演算部
５０７ 前回閾値保持部

Claims (12)

1. 電池の充電率の演算を複数の項に分けて各項を演算する第１の演算部と、
   前記第１の演算部で演算された各項の演算結果を、所定の閾値を基に、複数のグループに分けて各グループ別に合算する第２の演算部と、
   前記第２の演算部による前回の演算周期で合算された各グループ別の演算結果を前回値としてそれぞれ記憶する記憶部と、を備え、
   前記第１の演算部は、前記記憶部に記憶されたグループ別の前回値を用いて、前記各項を演算する電池制御装置。
2. 請求項１に記載の電池制御装置において、
   前記第１の演算部は、前記電池の充電率の演算を加減算が含まれない複数の項に分けて各項を演算する電池制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記第２の演算部で合算された各グループ別の演算結果を加算する第３の演算部を備え、
   前記第３の演算部は、前記各グループ別の演算結果を加算して今回の充電率として出力する電池制御装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記演算周期は、電池制御装置が動作終了する時点を含み、
   前記記憶部は、前記前回値を記憶する不揮発性メモリを含む電池制御装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記電池の両端電圧を用いて前記電池の充電率を算出するSOCv演算部と、
   前記電池に流れる電流を前回の演算周期から積算して求めた前記電池の充電率の変化量を算出するΔSOCi演算部と、
   前記SOCv演算部および前記ΔSOCi演算部でそれぞれ算出された前記電池の充電率に対し、重み係数を用いて重み付け演算する重み演算部と、のいづれか、もしくは複数を備え、
   前記第１の演算部は、前記SOCv演算部、前記ΔSOCi演算部、前記重み演算部のいづれか、もしくは複数から出力された値を用いて前記各項を演算する電池制御装置。
6. 請求項５に記載の電池制御装置において、
   前記第１の演算部は、前記SOCv演算部、前記ΔSOCi演算部、前記重み演算部のいづれか、もしくは複数から出力された値、および前記記憶部に記憶された前記グループ別の前回値を用いて前記各項を演算する電池制御装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記第２の演算部は、前記第１の演算部で演算された各項の演算結果を、前記閾値以上の値で構成される大きいグループと前記閾値より小さい値で構成される小さいグループに分けて、各グループ別に合算し、
   前記記憶部は、前回の演算周期で前記第２の演算部により演算された２つのグループ別の演算結果を前回値としてそれぞれ記憶し、
   前記第１の演算部は、前記記憶部に記憶された２つのグループ別の前回値を用いて、前記各項を演算する電池制御装置。
8. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記第１の演算部および前記第２の演算部の少なくとも一方は、浮動小数点演算を含む電池制御装置。
9. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
   前記第２の演算部は、前記第１の演算部で演算された各項の演算結果を、前記所定の閾値で指定される位を基に、前記位以上の大きい位の値で構成されるグループと、前記位より小さい位の値で構成されるグループに分けて各グループ別に合算する電池制御装置。
10. 請求項１または請求項２に記載の電池制御装置において、
    前記閾値を演算する閾値演算部を備え、
    前記閾値演算部は、前記グループ別の前回値に基づいて前記閾値を演算する電池制御装置。
11. 請求項７に記載の電池制御装置において、
    前記閾値を演算する閾値演算部を備え、
    前記閾値演算部は、前記大きいグループと前記小さいグループのグループ別の前回値の比率に基づいて前記閾値を演算する電池制御装置。
12. 請求項１１に記載の電池制御装置において、
    前記閾値演算部は、前記小さいグループの前回値が大きくなると前記閾値を小さく設定する電池制御装置。

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