説明

電池内部状態推定装置および電池内部状態推定方法

【課題】電池の状態を正確に推定すること。
【解決手段】電池のインピーダンス値を所定の周期で測定する測定手段(I/F10d)と、測定手段によって測定されたインピーダンス値を格納する格納手段(RAM10c)と、時間的に前後して測定された1組のインピーダンス値としてのインピーダンス値ペアの差分値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段(CPU10a)と、判定手段によって差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する除外手段(CPU10a)と、除外手段によって除外されなかったインピーダンス値に基づいて電池の内部状態を推定する推定手段(CPU10a)とを有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池内部状態推定装置および電池内部状態推定方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、鉛蓄電池の電圧および電流を複数回測定し、測定結果の平均値に基づいて鉛蓄電池の特性を推定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭58−192270号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、電池に負荷が接続されている場合には、測定時に負荷に電流が流れると測定値に誤差が含まれてしまうため、正確な推定ができないという問題点がある。
【0005】
そこで、本発明の目的は、電池の状態を正確に推定することができる電池内部状態推定装置および電池内部状態推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明の電池内部状態推定装置は、電池の内部状態を推定する電池内部状態推定装置において、前記電池のインピーダンス値を所定の周期で測定する測定手段と、前記測定手段によって測定されたインピーダンス値を格納する格納手段と、時間的に前後して測定された1組のインピーダンス値としてのインピーダンス値ペアの差分値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する除外手段と、前記除外手段によって除外されなかったインピーダンス値に基づいて前記電池の内部状態を推定する推定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、電池の状態を正確に推定することができる。
【0007】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記除外手段は、前記判定手段によって差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが単独に存在する場合であって、測定開始時または測定終了時のインピーダンス値ペアであるときには、当該インピーダンス値ペアに含まれている先頭または末尾のインピーダンス値を除外することを特徴とする。
このような構成によれば、冒頭または末尾に測定誤差を含むインピーダンス値が存在する場合には当該値を確実に除外できる。
【0008】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記測定手段は、前記電池に電流を放電させ、そのときの電圧値と電流値に基づいて前記インピーダンス値を測定することを特徴とする。
このような構成によれば、測定誤差を有するインピーダンス値を除外し、それ以外のインピーダンス値によって内部状態を推定することにより、再測定によって浪費される電力を少なくすることができる。
【0009】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記除外手段は、差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが2つ連続して存在する場合には、これら2つのインピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外することを特徴とする。
このような構成によれば、インピーダンス値ペアが2つ連続して存在する場合には、これらに共通に含まれるインピーダンス値を除外することにより、測定誤差を有するインピーダンス値を確実に除外することができる。
【0010】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記除外手段は、差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが間隔を空けて2つ存在する場合には、当該2つのインピーダンス値ペアの間に存在するインピーダンス値ペアを構成するインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外し、当該2つのインピーダンス値ペアについては測定されたタイミングが最先および最後のインピーダンス値以外を除外することを特徴とする。
このような構成によれば、測定誤差を有するインピーダンス値が連続して存在する場合に、判断が不定となるインピーダンス値を除外することにより、より正確な測定を可能にすることができる。
【0011】
また、他の発明は、上記発明に加えて、各インピーダンス値ペアに対してビット情報が対応付けされており、前記判定手段は、差分値が所定の閾値よりも大きいインピーダンス値ペアに対しては対応するビット情報を反転させ、前記除外手段は、対応するビット情報が反転されているインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ビット情報を用いることにより、少ない記憶容量で、かつ、測定誤差を含むインピーダンス値を確実に知ることが可能になる。
【0012】
また、本発明は、電池の内部状態を推定する電池内部状態推定方法において、前記電池のインピーダンス値を所定の周期で測定する測定ステップと、前記測定ステップによって測定されたインピーダンス値をメモリに格納する格納ステップと、時間的に前後して測定された1組のインピーダンスとしてのインピーダンス値ペアの差分値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する除外ステップと、前記除外ステップにおいて除外されなかったインピーダンス値に基づいて前記電池の内部状態を推定する推定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、電池の状態を正確に推定することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、電池の状態を正確に推定することが可能な電池内部状態推定装置および電池内部状態推定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第1実施形態に係る電池内部状態推定装置の構成例を示す図である。
【図2】図1に示す制御部の構成例を示す図である。
【図3】第1実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図4】電流および電圧とサンプリング期間との関係を示す図である。
【図5】実際の測定値の一例を示す図である。
【図6】図3のステップS22の「除外処理」の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図7】テーブルの一例を説明するための図である。
【図8】テーブルの他の一例を説明するための図である。
【図9】第2実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図10】異常なインピーダンス値が連続して現れる場合の判定の内容を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【0016】
(A)第1実施形態の構成の説明
図1は本発明の第1実施形態に係る電池内部状態推定装置の構成例を示す図である。この図1に示すように、第1実施形態の電池内部状態推定装置1は、制御部10、電圧検出部11(請求項中の「測定手段」の一部に対応)、電流検出部12(請求項中の「測定手段」の一部に対応)、および、放電回路14を主要な構成要素としており、鉛蓄電池13(請求項中の「電池」に対応)の内部状態を推定する。この例では、鉛蓄電池13には、電流検出部12を介してオルタネータ15、セルモータ16、および、負荷17が接続されている。なお、本実施形態では、電池内部状態推定装置1が、例えば、自動車等の車両に搭載されている場合を例に挙げて説明する。これ以外の用途であってもよいことはいうまでもない。
【0017】
制御部10は、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit)10a(請求項中の「判定手段」、「除外手段」、および、「推定手段」に対応)、ROM(Read Only Memory)10b、RAM(Random Access Memory)10c(請求項中の「格納手段」に対応)、および、I/F(Interface)10d(請求項中の「測定手段」の一部に対応)を主要な構成要素としている。CPU10aは、ROM10bに格納されているプログラム10baに基づいて装置の各部を制御する。ROM10bは、半導体メモリによって構成され、プログラム10baその他の情報を格納している。RAM10cは、半導体メモリによって構成され、後述するインピーダンス値等を示す測定値10caその他の情報を書き換え可能に格納する。I/F10dは、電圧検出部11および電流検出部12からの検出信号をデジタル信号に変換して入力するとともに、制御信号を供給して放電回路14を制御する。
【0018】
電圧検出部11は、鉛蓄電池13の端子電圧を検出して制御部10に通知する。電流検出部12は、鉛蓄電池13に流れる電流を検出して制御部10に通知する。放電回路14は、例えば、半導体スイッチを内蔵しており、制御部10の制御に応じてこの半導体スイッチをオンまたはオフすることにより、鉛蓄電池13を放電させる。オルタネータ15は、例えば、レシプロエンジン等の原動機(不図示)によって駆動され、直流電力を生成して鉛蓄電池13を充電する。セルモータ16は、例えば、直流モータによって構成され、鉛蓄電池13から供給される直流電力によって回転し、原動機を始動する。負荷17は、例えば、自動車のヘッドライト、ワイパー、方向指示ライト、ナビゲーション装置その他の装置によって構成されている。
【0019】
(B)第1実施形態の動作の説明
つぎに、第1実施形態の動作を説明する。図3は、図1に示す第1実施形態において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。
【0020】
ステップS10では、CPU10aは、処理の回数をカウントする変数iに初期値として「0」を代入する。
【0021】
ステップS11では、CPU10aは、放電回路14を制御して鉛蓄電池13に蓄えられている電力を放電させる。より具体的には、所定の周期(例えば、10ms周期)、かつ、所定のデューティー比(例えば、50%のデューティー比)で放電回路14をオンまたはオフすることで鉛蓄電池13から放電回路14に電流を通じる。
【0022】
ステップS12では、CPU10aは、電圧検出部11および電流検出部12による検出値に基づいて鉛蓄電池13の内部インピーダンスZを算出する。具体的には、放電回路14がオンの状態になっている場合に、例えば、0.1[mS]周期で電圧検出部11および電流検出部12による検出値をサンプリングし、得られた測定値により、鉛蓄電池13を示すシミュレーションモデルを用いて適応学習を実行し、インピーダンス値を求める。
【0023】
なお、本明細書中において「適応学習」とは、パラメータを有する柔軟で一般的なモデルを用意し、学習によって統計的・適応的にパラメータを最適化する手法を言う。適応学習としては、例えば、拡張カルマンフィルタを用いた手法がある。なお、本発明は拡張カルマンフィルタのみに限定されるものではなく、例えば、ニューラルネットワークモデルを用いた適応学習や、遺伝的アルゴリズムモデルを用いた適応学習等を用いることも可能である。すなわち、学習対象のモデルを作成し、観測により得られた結果によって、モデルを構成するパラメータを最適化する手法であれば、どのような手法でも使用することができる。
【0024】
図4は、サンプリング動作の一例を示す図である。この図の例では、所定の周期τで放電が実行されるとともに、各放電動作中において複数回(例えば、50回)のサンプリングが実行されて測定値が取得され、取得された複数の(例えば、50回分の)測定値に基づいて適応学習により、それぞれの放電動作におけるインピーダンス値が算出される。なお、以下では、放電動作中において複数回のサンプリングが実行される期間をサンプリング期間と称し、サンプリング期間#0〜#4のように記述する。図4の例では、サンプリング期間#0〜#4のそれぞれにおいて、例えば、50回のサンプリングが実行されているものとする。
【0025】
ステップS13では、CPU10aは、配列S[]の第i番目に、ステップS12で算出したインピーダンスZの値を測定値10caとして格納する。なお、いまの例では、N回のサンプリングを実行するものとし、変数iの値は0〜(N−1)の間で変化するものとする。例えば、初回の処理ではi=0であるので、配列S[0]に初回のサンプリング(サンプリング期間#0)で得られた測定値に基づいて算出されたインピーダンス値が格納される。なお、Nの値としては、例えば、数〜数十程度の間で選択することができる。もちろん、これ以外の値でもよい。
【0026】
ステップS14では、CPU10aは、処理回数をカウントする変数iの値を「1」だけインクリメントする。
【0027】
ステップS15では、CPU10aは、変数iの値が定数Nの値以上であるか否かを判定し、変数iの値が定数Nの値以上である場合(ステップS15:YES)にはステップS16に進み、それ以外の場合(ステップS15:NO)にはステップS11に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。以上のステップS11〜S15の処理の繰り返しにより、配列S[0]〜S[N−1]にN個のインピーダンス値が格納される。例えば、図4(A)の例では、サンプル期間#0〜#4でそれぞれ算出された5個のインピーダンス値が配列S[]の第0番目から第4番目の要素として格納される。
【0028】
ステップS16では、CPU10aは、処理回数をカウントする変数iに初期値「0」を代入するとともに、測定誤差の発生位置を特定するための変数Eに初期値「0」を代入する。なお、変数Eの詳細については後述する。
【0029】
ステップS17では、CPU10aは、配列S[]の第i番目の要素から、配列S[]の第(i+1)番目の要素を減算した値を、差分値を格納する変数Dに格納する。具体的には、例えば、i=0の場合には、配列S[]の第0番目の要素から、配列S[]の第1番目の要素を減算した値が、変数Dに格納される。ここで、S[i]のインピーダンス値とS[i+1]のインピーダンス値は、請求項中の「インピーダンス値ペア」に対応している。
【0030】
ステップS18では、CPU10aは、ステップS17で求めた差分値Dの絶対値ABS(D)の値が、所定の閾値Thよりも大きいか否かを判定し、ABS(D)>Thが成立する場合(ステップS18:YES)にはステップS19に進み、それ以外の場合(ステップS18:NO)にはステップS20に進む。具体的には、差分値Dの絶対値ABS(D)の値が、例えば、閾値Thである0.5mΩよりも大きい場合にはステップS19に進む。なお、閾値Thは前述した以外の値であってもよく、鉛蓄電池13の容量等に応じて適切な値を選択することができる。
【0031】
ステップS19では、CPU10aは、現在の変数Eの値に2を加算して得られた値によって変数Eの値を更新する。例えば、図4(A)に示すように、5回の測定を行う場合に、全ての測定値が正常であって、ABS(D)>Thが成立しない場合には、5回の処理ループ中、ステップS19の演算は1度も実行されないので、変数Eの値は0のままとなる。また、図4(B)に示すように、5回の測定を行う場合に、サンプリング期間♯2の測定値が測定中の時刻tにおいて異常を生じた場合には、図5に示すようにサンプリング期間♯1,♯2の差分値と、サンプリング期間♯2,♯3の差分値が閾値Thよりも大きくなる(0.5mΩよりも大きくなる)。この結果、変数Eには2と2の合計値である6が格納される。なお、図4(B)の例では、時刻tにおいて、例えば、負荷17に対して電流が流れ始めたことから、それ以降の電流および電圧が通常状態から乖離している。なお、サンプリング期間#3およびサンプリング期間#4では、電圧および電流は正常な状態から乖離しているが、適応学習が実行されるため、負荷17に流れる電流の影響を排除してインピーダンス値を正確に求めることができる。一方、サンプリング期間#2では、適応学習の最中に負荷17への電流が流れて測定値が大幅に変化することから、適応学習が行われるにも拘わらず、誤差を生じてしまう。したがって、サンプリング期間#2で求めたインピーダンス値は、後述するように、除外の対象となる。
【0032】
ステップS20では、CPU10aは、処理回数をカウントする変数iの値を「1」だけインクリメントする。
【0033】
ステップS21では、CPU10aは、変数iの値が(N−1)以上であるか否かを判定し、変数iの値が(N−1)以上である場合(ステップS21:YES)にはステップS22に進み、それ以外の場合(ステップS21:NO)にはステップS17に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。以上のステップS17〜S21の処理の繰り返しにより、配列S[0]〜S[N−1]に格納されている全てのインピーダンス値の差分値が計算され、閾値Thとの比較により、変数Eの値が更新される。
【0034】
ステップS22では、CPU10aは、誤差を有するインピーダンス値を除外する処理である「除外処理」を実行する。具体的には、CPU10aは、変数Eに格納されている値に基づいて誤差を有するサンプリング期間のインピーダンス値を特定し、当該インピーダンス値については計算対象から除外する。例えば、図5の例では、前述したように、変数Eには値「6」が格納されていることから、サンプリング期間#2で求めたインピーダンス値が誤差を有していることが特定できるため、図5の最下行に示されるように、サンプリング期間#2に対応するインピーダンス値が無効(INVALID)とされる。なお、図4(A)に示すように、全ての測定値が正常であって、ABS(D)>Thが成立しない場合には、ステップS19の演算は実行されないので、変数Eの値は0のままとなる。その場合には、除外処理の対象となるインピーダンス値は存在しない。
【0035】
ステップS23では、CPU10aは、配列S[]に格納されているインピーダンス値のうち、除外されていないもの(「INVALID」となっていないもの)の平均値を算出し、処理を終了する。これにより、例えば、図4(A)の例では、サンプリング期間#0〜#4の5回分全てのインピーダンス値の平均値が算出される。また、図4(A)の例では、サンプリング期間#2以外のインピーダンス値の平均値が算出される。これにより、正常でないインピーダンス値を迅速に検出して平均値の算出対象から除外することができる。また、測定誤差が生じた場合には、当該誤差が生じたインピーダンス値のみを除外して、他のインピーダンス値は有効に利用することができる。このため、従来のように、測定誤差が生じた場合には、測定を再実行することにより浪費される電力を削減することができる。
【0036】
つぎに、図6を参照して、図3に示すステップS22の処理の詳細について説明する。図6に示すフローチャートの処理が実行されると、以下のステップが実行される。
【0037】
ステップS30では、CPU10aは、ROM10bに格納されているテーブルから、図3に示す処理で求めた変数Eの値に対応するサンプリング期間を示す情報を検索する。図7は、5つのサンプリング期間を有する測定に対応する(図4に対応する)テーブルである。図7の左側の列には変数Eの値が格納されており、右側の列には左側の列の値に対応するサンプリング期間を示す値が格納されている。具体的には、第1番目の行の左側の列には「1」が格納されており、右側の列には「0」が格納されている。これは、変数Eの値が「1」である場合には、サンプリング期間#0のインピーダンス値が異常であることが示されている。なお、最後の行の「その他」は、テーブルに記載されている以外の値については、異常が複数のサンプリング期間で発生したことを示している。図8は、8回のサンプリング期間を有する測定に対応するテーブルである。この図の例でも、図7の場合と同様に、左側の列には変数Eの値が格納されており、右側の列には左側の列の値に対応するサンプリング期間を示す値が格納されている。
【0038】
ステップS31では、CPU10aは、ステップS30における検索に基づいて、変数Eの値に対応するiの値(サンプリング期間を示す値)を取得する。例えば、前述したように、Eに値「6」が格納されている場合には、図7に示すように、値「2」が取得される。
【0039】
ステップS32では、CPU10aは、ステップS31で取得した値が「複数発生」であるか否かを判定し、複数発生の場合(ステップS32:YES)にはステップS33に進み、それ以外の場合(ステップS32:NO)にはステップS34に進む。具体的には、複数のサンプリング期間において異常が発生している場合には、ステップS31では複数発生がテーブルから取得されるので、その場合にはステップS33に進む。
【0040】
ステップS33では、CPU10aは、エラー処理を実行する。具体的には、複数のサンプリング期間において異常が発生している場合には、正確なインピーダンスの算出は困難と判断し、例えば、図3のステップS10に戻って同様の処理を繰り返す。
【0041】
ステップS34では、CPU10aは、配列S[]の第i番目の要素として「INVALID」を格納する。具体的には、前述した変数Eの値が「6」である場合には、ステップS31において「2」が取得され、i=2となるので、ステップS34の処理では、配列S[]の第2番目の要素として「INVALID」が格納される。そして、ステップS23の処理に復帰(リターン)する。なお、ステップS23の処理では、「INVALID」が格納されていないインピーダンス値を対象として、平均インピーダンスが計算される。具体的には、前述した例では、配列S[]の第2番目の要素以外を対象として平均インピーダンスが算出される。
【0042】
以上に説明したように、本実施形態では、時間的に前後して測定されたインピーダンス値の差分値を求め、当該差分値が所定の閾値よりも大きい場合には異常が発生したと判断するようにしたので、異常なインピーダンス値を迅速に見つけることができる。また、異常が発生した場合には、そのサンプリング期間に特有の値を変数Eに格納し、テーブルとの比較でサンプリング期間を特定するようにしたので、異常が発生した期間を簡単に特定することができるとともに、異常を有するインピーダンス値を確実に除外することができる。また、異常が発生したインピーダンス値を除外して使用することにより、全ての測定値を廃棄して再測定する場合に比較して、鉛蓄電池13の電力が浪費されることを防止できる。
【0043】
(C)第2実施形態
第2実施形態は、第1実施形態と比較して、図6に示す除外処理の内容(図3のステップS22の処理の内容)が異なっている。それ以外は、第1実施形態の場合と同様である。すなわち、第1実施形態では、図7,8に示すテーブルを参照して異常が発生したサンプリング期間を特定するようにしたが、第2実施形態では、図9のフローチャートに示すように、変数Eに格納されているビット情報に基づいて、異常が発生したサンプリング期間を特定する。具体的に説明する。図9に示すフローチャートの処理が実行されると、以下のステップが実行される。なお、以下では、変数Eに格納されている情報は、2進数のビット情報(「1」または「0」の情報)を表すものとする。具体的には、Eに10進数の値「6」が格納されている場合にはビット情報は、例えば、「00110」であるものとする。また、フローチャート中に記載されているE(i)は、変数EのLSB(Least Significant Bit)を第0ビットとした場合の第iビットの情報を示すものとする。例えば、Eに値「6」が格納されている場合では、E(0)=E(3)=E(4)=0であり、E(1)=E(2)=1である。なお、前述した例では、変数Eが5ビットである場合を例に挙げて説明したが、これ以外であってもよいことはいうまでもない。
【0044】
ステップS50では、CPU10aは、処理の回数をカウントする変数iに対して初期値「0」を代入する。
【0045】
ステップS51では、CPU10aは、E(i)=1であり、かつ、E(i+1)=1が成立するか否かを判定し、成立する場合(ステップS51:YES)にはステップS52に進み、それ以外の場合(ステップS51:NO)にはステップS53に進む。具体的には、変数Eの値が「6」である場合(図7の上から第3番目の場合)には、i=1の場合に、E(1)=1、かつ、E(2)=1が成立するので、その場合にはステップS52に進む。
【0046】
ステップS52では、CPU10aは、配列S[]の第(i+1)番目の要素として、「INVALID」を格納する(上書きする)。先ほどの例(E=6,i=1)では、配列S[]の第2番目の要素として「INVALID」が上書きされる。これにより、図5に示すように、「8.5mΩ」が「INVALID」によって上書きされる。
【0047】
ステップS53では、CPU10aは、処理回数をカウントする変数iの値を「1」だけインクリメントする。
【0048】
ステップS54では、CPU10aは、変数iの値が(N−1)の値以上であるか否かを判定し、変数iの値が(N−1)の値以上である場合(ステップS54:YES)にはステップS55に進み、それ以外の場合(ステップS54:NO)にはステップS51に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。以上のステップS51〜S54の処理の繰り返しにより、変数Eに連続するビットが存在する場合には、対応する配列S[]の要素が「INVALID」とされる。
【0049】
ステップS55では、CPU10aは、E(0)=1であり、かつ、E(1)=0が成立するか否かを判定し、成立する場合(ステップS55:YES)にはステップS56に進み、それ以外の場合(ステップS55:NO)にはステップS57に進む。具体的には、変数Eの値が「1」である場合(S[0]が異常である場合)には、E(0)=1、かつ、E(1)=0が成立するので、その場合にはステップS56に進む。
【0050】
ステップS56では、CPU10aは、配列S[]の第0番目の要素に対して「INVALID」を上書きする。先ほどの例では、配列S[]の第0番目の要素に対して「INVALID」が上書きされる。
【0051】
ステップS57では、CPU10aは、E(N−1)=1であり、かつ、E(N−2)=0が成立するか否かを判定し、成立する場合(ステップS57:YES)にはステップS58に進み、それ以外の場合(ステップS57:NO)にはステップS23の処理に復帰(リターン)する。具体的には、変数Eの値が「8」である場合(S[4]が異常である場合)には、E(4)=1、かつ、E(3)=0が成立するので、その場合にはステップS58に進む。
【0052】
ステップS58では、CPU10aは、配列S[]の第(N−1)番目の要素として、「INVALID」を上書きする。先ほどの例では、配列S[]の第4番目の要素として「INVALID」が上書きされる。そして、ステップS23の処理に復帰(リターン)する。
【0053】
以上の処理によれば、変数Eのビット情報に基づいて、配列S[]に格納されている異常なインピーダンス値を見つけることが可能になる。このような実施形態によれば、任意の個数のインピーダンス値に対する処理が可能になる。また、テーブルが不要になることから、メモリの記憶容量を削減できる。
【0054】
また、第2実施形態では、2つ以上異常が存在する場合であっても、エラー処理を実行することなく、インピーダンス値の平均値を求めることが可能になるので、測定処理が再実行されて鉛蓄電池13の電力が浪費されることを防止できる。
【0055】
(D)変形実施形態
なお、上記の各実施形態は、一例であって、これ以外にも各種の変形実施態様が存在する。例えば、以上の各実施形態では、異常が連続して発生する場合については想定していないが、異常が連続して発生する場合には、これらのインピーダンスについては、例えば、全て無視するようにしてもよい。これについて、図10を参照して説明する。図10(A)では、サンプリング期間#2およびサンプリング期間#3において異常が発生している。この場合、サンプリング期間#1,#2に対するステップS18の判定およびサンプリング期間#3,#4に対する同判定では、「NG」と判断される。しかしながら、サンプリング期間#2,#3に対する同判定では、これらの期間における異常の発生の仕方によっては、異常と判断されたりされなかったりする。例えば、図5の例において、サンプリング期間#3において「6.7mΩ」ではなく「8.6mΩ」が測定された場合、これは異常な値ではあるが、サンプリング期間#2との関係では、差分値が「0.1mΩ」であるので正常と判断されてしまう。また、「4.5mΩ」と測定された場合には、異常と判断される。つまり、サンプリング期間#2,#3に対する判定は、測定値に応じて定まることから、いわば「不定」となる。
【0056】
また、図10(B)は、異常が3回連続して発生した場合の例である。この例では、サンプリング期間#2,#3およびサンプリング期間#3,#4に対する判定が「不定」となる。したがって、異常と判定されたサンプリング期間が2つ存在する場合には、これら2つのサンプリング期間に挟まれた期間に対応するインピーダンス値は無効と判断するようにすることで、「不定」であるインピーダンス値が計算に使用されることを防止できる。もちろん、「不定」であるインピーダンス値を除外することで、使用できるインピーダンス値の個数が少なくなる場合(例えば、50%以上になる場合)には、平均値そのものの精度が低下するので、除外する対象となるインピーダンス値の個数が多い場合には、再度測定を実行するようにしてもよい。
【0057】
また、以上の実施形態では、拡張カルマンフィルタを用いて適応学習を行う場合を例に挙げて説明したが、これ以外の方法を用いるようにしてもよい。具体的には、ニューラルネットワークモデルを用いて適応学習を行うようにしたり、遺伝的アルゴリズムモデルを用いて適応学習を行うようにしたりしてもよい。また、モデルを使用せずに直接インピーダンス値を測定するようにしてもよい。
【0058】
また、以上の実施形態では、インピーダンス値を測定するようにしたが、インピーダンスの実数成分(抵抗成分)または虚数成分(リアクタンス成分)を単独で測定するようにしたり、それ以外の値(例えば、鉛蓄電池13の等価回路に含まれるCPE(Constant Phase Element))を測定するようにしたりしてもよい。
【0059】
また、以上の実施形態では、放電回路14による放電電流に基づいて適応学習を実行するようにしたが、これ以外の負荷に流れる電流に基づいて適応学習を実行するようにしてもよい。例えば、セルモータ16に流れる電流を利用したり、車両を駆動するためのモータ(例えば、ハイブリッド車のモータ)が存在する場合には、当該モータに流れる電流に基づいて適応学習を行うようにしたりしてもよい。また、例えば、一般家庭で使用される太陽光発電の蓄電池の場合には、家庭内に使用される様々な負荷(例えば、起動時に大きな電流が流れる空調装置等)に流れる電流を用いることができる。さらに、放電する場合ではなく、充電される場合の充電電流に基づいて測定を行うようにしてもよい。
【0060】
また、以上の実施形態では、鉛蓄電池を例として説明を行ったが、これ以外の電池(例えば、ニッケルカドミウム電池等)についても本発明を適用することが可能である。なお、その場合には、電池の種類に応じてシミュレーションモデルを変更するようにすればよい。
【0061】
また、以上の実施形態では、制御部10は、CPU、ROM、RAM等から構成されるようにしたが、例えば、DSP(Digital Signal Processor)等によって構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0062】
1 電池内部状態推測装置
10 制御部
10a CPU(判定手段、除外手段、推定手段)
10b ROM
10c RAM(格納手段)
10d I/F(測定手段の一部)
11 電圧検出部(測定手段の一部)
12 電流検出部(測定手段の一部)
13 鉛蓄電池(電池)
14 放電回路
15 オルタネータ
16 セルモータ
17 負荷

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池の内部状態を推定する電池内部状態推定装置において、
前記電池のインピーダンス値を所定の周期で測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定されたインピーダンス値を格納する格納手段と、
時間的に前後して測定された1組のインピーダンス値としてのインピーダンス値ペアの差分値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する除外手段と、
前記除外手段によって除外されなかったインピーダンス値に基づいて前記電池の内部状態を推定する推定手段と、
を有することを特徴とする電池内部状態推定装置。
【請求項2】
前記除外手段は、前記判定手段によって差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが単独に存在する場合であって、測定開始時または測定終了時のインピーダンス値ペアであるときには、当該インピーダンス値ペアに含まれている先頭または末尾のインピーダンス値を除外することを特徴とする請求項1に記載の電池内部状態推定装置。
【請求項3】
前記測定手段は、前記電池に電流を放電させ、そのときの電圧値と電流値に基づいて前記インピーダンス値を測定することを特徴とする請求項1または2に記載の電池内部状態推定装置。
【請求項4】
前記除外手段は、差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが2つ連続して存在する場合には、これら2つのインピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電池内部状態推定装置。
【請求項5】
前記除外手段は、差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが間隔を空けて2つ存在する場合には、当該2つのインピーダンス値ペアの間に存在するインピーダンス値ペアを構成するインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外し、当該2つのインピーダンス値ペアについては測定されたタイミングが最先および最後のインピーダンス値以外を除外することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電池内部状態推定装置。
【請求項6】
各インピーダンス値ペアに対してビット情報が対応付けされており、
前記判定手段は、差分値が所定の閾値よりも大きいインピーダンス値ペアに対しては対応するビット情報を反転させ、
前記除外手段は、対応するビット情報が反転されているインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電池内部状態推定装置。
【請求項7】
電池の内部状態を推定する電池内部状態推定方法において、
前記電池のインピーダンス値を所定の周期で測定する測定ステップと、
前記測定ステップによって測定されたインピーダンス値をメモリに格納する格納ステップと、
時間的に前後して測定された1組のインピーダンスとしてのインピーダンス値ペアの差分値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて前記差分値が所定の閾値よりも大きいと判定されたインピーダンス値ペアが複数存在する場合には、当該インピーダンス値ペアに共通に含まれているインピーダンス値については測定誤差を含むとして除外する除外ステップと、
前記除外ステップにおいて除外されなかったインピーダンス値に基づいて前記電池の内部状態を推定する推定ステップと、
を有することを特徴とする電池内部状態推定方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2011−203189(P2011−203189A)
【公開日】平成23年10月13日(2011.10.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−72708(P2010−72708)
【出願日】平成22年3月26日(2010.3.26)
【出願人】(000005290)古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】(391045897)古河AS株式会社 (571)
【Fターム(参考)】