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JP2003303627A - 状態検知装置及びこれを用いた各種装置 - Google Patents

状態検知装置及びこれを用いた各種装置

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JP2003303627A
JP2003303627A JP2002107861A JP2002107861A JP2003303627A JP 2003303627 A JP2003303627 A JP 2003303627A JP 2002107861 A JP2002107861 A JP 2002107861A JP 2002107861 A JP2002107861 A JP 2002107861A JP 2003303627 A JP2003303627 A JP 2003303627A
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Shigeyuki Yoshihara
重之 吉原
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英樹 宮崎
Toshisada Mitsui
利貞 三井
Mitsusachi Motobe
光幸 本部
Noriyoshi Sasazawa
憲佳 笹澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】演算に用いる特性データが少なくても高精度で
蓄電手段の状態を検知できる状態検知装置、電源装置、
電力貯蔵装置及び電気自動車を提供。 【解決手段】蓄電手段についての計測対象を計測手段に
よって計測される計測情報に基づいて演算によって得ら
れる蓄電手段についての特性データ及びデータの演算に
関する演算情報と特性データ及び演算情報に関する予め
設定された設定情報とを記憶した記憶手段と、計測情報
と設定情報とに基づいて蓄電手段の状態情報を演算する
と共に演算された演算結果と前記設定情報とを比較し補
正情報を演算する演算手段と、演算手段によって得られ
た補正量に基づいて前記演算手段の入力を補正する第１
補正手段と、演算手段によって得られた補正量に基づい
て記憶手段に記憶された設定情報を補正する第２補正手
段と、演算手段から得られた演算結果を他の装置に対し
て通信する通信手段とを有することを特徴とする状態検
知装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
やニッケル水素電池、鉛シール電池、電気二重層キャパ
シタなどの蓄電手段についてその充電状態及び残存容量
等の状態を検知する新規な状態検知装置及びこれを用い
た電源装置、分散型電力貯蔵装置並びに電気自動車に関
する。
【０００２】
【従来の技術】電池等の蓄電手段を用いた電源装置、分
散型電力貯蔵装置、電気自動車では、蓄電手段を安全
に、且つ有効に使用するために、蓄電手段の状態を検知
する状態検知装置が用いられている。蓄電手段の状態と
しては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの
程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態
（State Of Chargeの頭文字をとり、SOCと称す。）又は
残存容量や、どの程度まで劣化や弱っているのかを示す
健康状態（State Of Healthの頭文字をとり、SOHと称
す。）又は劣化度などがある。
【０００３】携帯機器用や電気自動車等の電源装置での
SOCは、満充電からの放電電流を積算し、最大限充電可
能な電荷量（全容量と称す。）に対し、蓄電手段に残っ
ている電荷量（残存容量と称す。）の比を算出すること
で検出することができる。しかし、多くの蓄電手段は、
SOHや温度等により全容量が変化するため、この様な経
時変化や環境変化に対する正確なSOC検出が困難であ
る。
【０００４】このような問題を解決するために、従来、
電池の劣化や温度を考慮した残存容量推定方法として例
えば、特開平10-289734号公報が知られている。図１０
はこの公報の残存容量推定方法を示す図である。この方
法では、電池の温度に基づいて算出した温度補正係数及
び電池の劣化に基づいて算出した劣化補正係数により初
期電池特性を補正し、その補正された電池特性と放電中
の放電電流及び端子電圧に基づいて電池の残存容量が算
出される。
【０００５】特開平11-218567号公報には、温度補正係
数、内部抵抗劣化補正係数、容量劣化補正係数との関係
から初期電池特性を補正して劣化時の電池特性を算出す
る方法が示されている。
【０００６】特開2000-166105号公報には、充放電電流
に基づいて充電状態を検出し、電圧に基づいて蓄電状態
を検出し、これらの検出に基づいて充電状態を制御する
制御装置が示されている。
【０００７】特開2000-166109号公報には、充放電電流
と電圧とに基づいて起電圧を求め、この起電圧と充電特
性との関係に基づいて充電特性を算出する算出手段を有
する充電状態検出装置が示されている。
【０００８】特開2001-85071号公報には、各々の端子間
の電圧と各々に流れる電流とに基づいて組み電池モジュ
ールの各々の温度を推定する温度検出装置が示されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述の特開平10-28973
4号公報の残存容量推定方法では、温度や劣化の影響を
考慮して、これらの影響を温度補正係数や劣化補正係数
として取り入れたものであり、残存容量の算出に必要な
パラメータを複雑な算出過程を経たこれらの補正係数で
補正する。このため、補正係数の値自体が正しいか、ま
た全ての電池特性が補正できているか疑問が残る。
【００１０】加えて、ある種の蓄電手段は充電効率やメ
モリ効果などの特性もあるため、高精度な残存容量推定
には、これらの特性も考慮し補正する必要がある。ま
た、一般に蓄電手段の初期特性は個体差があるため、高
精度な残存容量推定には、これらの個体差も補正する必
要がある。
【００１１】即ち、高精度な残存容量推定等の状態検知
を行うには、蓄電手段の特性を忠実にモデリングし、複
数のパラメータを取り入れる必要がある。更にこれらの
パラメータの経時変化や環境変化に伴う補正を行う必要
がある。
【００１２】このため、蓄電手段の初期特性や複数のパ
ラメータ、また補正係数のデータを取得するために、膨
大な時間や労力が費やされる。しかし、どんなに演算を
複雑なものにしたとしても、演算結果は電池特性の理論
又はモデルに基づく推定の域を脱せず、推定結果が真の
値に対し正しいか依然として疑問が残る。
【００１３】そこで、演算に用いる特性データが少な
く、高精度で、演算も簡易な蓄電手段の状態検知を実現
するためには、状態検知結果を真の値又は論理と比較し
て、その差を学習しながら後の演算にフィードバックす
る補正が極めて有効であり、これらのブレークスルーが
必要であることを見出した。そして、電池のSOCやSOHな
どの状態は直接測定することが不可能なため、上記に加
え、真の値又は論理を如何に求めるかが大きな課題であ
る。
【００１４】又、前述の特開平11-218567号公報、特開2
000-166105号公報、特開2000-166109号公報及び特開200
1-85071号公報には、所定の演算によって得られた補正
情報をその後の演算にフィードバックする補正を行うと
共にその演算に必要な記憶情報を補正すること、更に複
数の特定の演算、複数の変化する情報に基づいて蓄電手
段の状態検出を行うことは示されていない。
【００１５】本発明の目的は、所定の演算によって得ら
れた補正情報をその後の演算と記憶情報にフィードバッ
クする補正を行うことによって、演算に用いる特性デー
タが少なくても高精度で蓄電手段の充電状態や健康状態
などの状態を検知できる状態検知装置及びこれを用いた
電源装置、電力貯蔵装置並びに電気自動車を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、蓄電手段につ
いての計測対象を計測手段によって計測される計測情報
に基づいて演算によって得られる前記蓄電手段について
の特性データ及び該データの前記演算に関する演算情報
と前記特性データ及び演算情報に関する予め設定された
設定情報とを記憶した記憶手段と、前記計測情報と設定
情報とに基づいて前記蓄電手段の状態情報を演算すると
共に該演算された演算結果と前記設定情報とを比較し補
正情報を演算する演算手段と、該演算手段によって得ら
れた補正量に基づいて前記演算手段の入力を補正する第
１補正手段と、前記演算手段によって得られた補正量に
基づいて前記記憶手段に記憶された前記設定情報を補正
する第２補正手段と、前記演算手段から得られた演算結
果を他の装置に対して通信する通信手段とを有すること
を特徴とする状態検知装置にある。
【００１７】より具体的には、本発明に係わる状態検知
装置は、蓄電手段の電圧、電流、温度、抵抗及び電解液
濃度の１つ以上を計測する計測手段と、前記蓄電手段の
特性データ、演算係数及び演算手順の少なくとも１つと
予め設定される真の値と思われる設定値又は真の現象と
思われる論理となる設定情報を記憶した記憶手段と、前
記計測手段の計測値と前記記憶手段の設定情報を基に前
記蓄電手段の状態を演算し、この演算結果と設定情報を
比較し補正量を演算する演算手段と、前記演算手段の演
算結果を他の装置と通信する通信手段とを備え、前記記
憶手段の値又は前記演算手段の入力を補正する補正手段
とを備える。これによると、演算結果を設定情報と比較
して、その差を学習しながら後の演算にフィードバック
する補正が行われる。このため、高精度で、演算に用い
る特性データが少なく、演算も簡易な蓄電手段の状態を
検知できる状態検知装置が実現できる。
【００１８】本発明の前記補正手段は前記演算手段の演
算結果と設定情報との矛盾を基に補正量を決定すると良
い。例えば、充電中は充電状態が増加することが自然の
状態であるが、仮に充電中に充電状態が減少する矛盾を
検知した場合は、これを補正する。その他にも、蓄電手
段を許容使用電圧範囲内で充放電することが可能な許容
充放電電流値内で充放電しているときは、過充電や過放
電が検出されないことが自然の状態であるが、仮に過充
電や過放電が検出された場合は許容充放電電流を補正す
る。この様に、本発明によれば通常の特性や自然現象を
設定情報とし、演算結果と比較し、矛盾がある場合は、
これを学習しながら前記記憶手段の値又は前記演算手段
の入力を補正する。
【００１９】又、本発明では、電流値が所定値以下の時
の前記計測手段の値又は前記演算手段の演算結果又は演
算手順を設定情報とし補正量を決定すると良い。例え
ば、自己放電の影響が小さい条件下で、かつ電流値が０
Ａであれば、充電状態は殆ど変化しない。即ち、電流値
が０Ａの時、充電状態の変化量が０であることを真の値
とする設定値とし、仮に電流値が０Ａの時に充電状態が
変化した場合は、その変化量を学習しながら後の演算に
フィードバックする補正を行う。
【００２０】本発明の前記記憶手段は、２つ以上の異な
る演算手順を有し、前記演算手段は、これらの演算手順
による演算結果より補正量を求め、学習しながら後の演
算にフィードバックする補正を行うことが可能である。
【００２１】また、前記演算手段は前記蓄電手段の充電
状態演算手段と電流積算手段とを備え、異なる２つの充
電状態とその間の電流積算値より前記蓄電手段の容量を
演算する。この場合、前記記憶手段は前記蓄電手段の初
期容量を記憶し、前記補正手段は前記蓄電手段の容量と
初期容量の比に基づいて補正情報を決定すると良い。
【００２２】本発明は、蓄電手段と、該蓄電手段の電
圧、電流、温度、電気抵抗及び電解液濃度の少なくとも
１つを測定する計測手段と、該計測手段によって計測さ
れた計測情報に基づいて前記蓄電手段の充電状態及び残
存容量の少なくとも１つの状態情報を求める状態検知装
置とを備えた電源装置において、前記状態検知装置は前
述に記載の状態検知装置からなることを特徴とする。
【００２３】又、本発明は、切替器を介して接続された
商用電源と、該商用電源に接続され切替器を介して接続
された太陽光発電装置と、該太陽光発電装置に切替器を
介して接続された負荷装置と、前記商用電源及び太陽光
発電装置の電力を制御し切替器を介して前記商用電源の
切替器に接続された制御変換器と、前記商用電源の切替
器及び前記制御変換器の切替器の切替を指示し前記電力
を指示する制御装置と、前記制御変換器に接続された前
述の蓄電手段の状態情報を求める状態検知装置とを備え
た電力貯蔵装置において、前記状態検知装置は前述に記
載の状態検知装置からなり、前記通信手段によって前記
制御装置が制御されることを特徴とする。
【００２４】本発明は、車輪を駆動するモータと該車輪
の回転によって発電するジェネレータ又は前記車輪の駆
動及び該車輪の回転によって発電するモータジェネレー
タと、前記モータとジェネレータ又は前記モータジェネ
レータに接続されその電力を変える制御変換器と、該制
御変換器の前記電力を指示する制御装置と、前記制御変
換器に接続された前述の蓄電手段の状態情報を求める状
態検知装置とを備えた電気自動車において、前記状態検
知装置は前述に記載の状態検知装置からなり、前記通信
手段によって前記制御装置が制御されることを特徴とす
る。
【００２５】本発明は、内燃機関エンジンと、該エンジ
ンに接続され車輪の駆動力のアシストを行うモータと前
記車輪の回転によって発電するジェネレータ又は前記エ
ンジンに接続されその駆動力のアシスト及び発電を行う
モータジェネレータと、前記モータとジェネレータ又は
前記モータジェネレータに接続されその電力を変える制
御変換器と、該制御変換器の前記電力を指示する制御装
置と、前記制御変換器に接続された前述の蓄電手段の状
態情報を求める状態検知装置とを備えたハイブリット自
動車において、前記状態検知装置は前述に記載の状態検
知装置からなり、前記通信手段によって前記制御装置が
制御されることを特徴とする。
【００２６】蓄電手段には、リチウム二次電池、ニッケ
ル水素電池、ニッケル−カドミウム電池、鉛シール電池
及び電気二重層キャパシタ等から選ばれるのが好まし
い。
【００２７】上述の様に本発明によれば、演算結果を設
定値又は論理等の設定情報と比較して、その差を学習し
ながら後の演算と記憶情報にフィードバックする補正が
行われるため、高精度で、演算に用いる特性データを少
なくでき、演算も簡易な数式を用いることができる蓄電
手段の状態情報を高精度で検知できる状態検知装置並び
にこれを用いた電源装置、分散型電力貯蔵装置及び自動
車等が実現できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明の電
源装置の構成図である。図１において、101は蓄電手
段、102は計測手段、103は記憶手段、104は演算手段、1
05は通信手段、106は第１補正手段、107は第２補正手段
である。蓄電手段101はリチウム二次電池、ニッケル水
素電池、鉛シール電池、電気二重層キャパシタなどの、
電力貯蔵機能を有するデバイスから成る。
【００２９】計測手段102は、蓄電手段101の計測対象と
なる電圧、電流、温度、抵抗、電解液濃度等を計測する
センサや電気回路から成り、必要な計測情報が得られ
る。
【００３０】記憶手段103はEEPROMやフラッシュメモ
リ、磁気ディスク等のメモリ装置から成り、蓄電手段10
1の特性データ、演算係数及び演算手順の少なくとも１
つの演算情報とこの演算情報に関する予め設定される真
の値と思われる設定値又は真の現象と思われる論理から
成る設定情報を記憶する。
【００３１】演算手段104はマイクロプロセッサやコン
ピュータ等から成り、計測手段102の計測値と記憶手段1
03の値を基に蓄電手段101の状態情報を演算する。ま
た、この演算結果と設定情報を比較しこれらの補正量と
なる補正情報を演算する。蓄電手段101の状態として
は、SOC、SOH、許容電流、連続充放電時間、許容温度、
過充電、過放電などの各種異常などがある。
【００３２】通信手段105はCANやブルートゥース等のシ
リアル信号を通信するデバイスや回路、又は、フォトカ
プラやリレーなどのON−OFF信号を通信するデバイスや
回路から成る。そして、演算手段104で演算された演算
結果をその他のコントローラや表示素子等（図示せず）
に伝える。
【００３３】第１補正手段106はキャッシュメモリやSRA
M等のバッファメモリやレジスタから成る。そして、計
測手段102の値や記憶手段103の値、演算手段104の演算
結果を、演算手段104で求められる補正量に基づいて値
が変更され補正される。
【００３４】第２補正手段107は、記憶手段103であるEE
PROMやフラッシュメモリ等の書込み回路や磁気ディスク
等の書込み装置から成り、演算手段104で演算された補
正量に基づいて記憶手段103の値を書き換える。
【００３５】ここでは、第１補正手段106と第２補正手
段107を用いたが、一方、又はその他の構成をとること
も可能である。また、A/D変換器やフラッシュメモリ、
マイクロプロセッサ、通信回路が同一デバイス上に構成
されたマイクロコンピュータを用いれば、計測手段10
2、記憶手段103、演算手段104、通信手段105、第１補正
手段106、第２補正手段107は同一デバイス上に構成する
ことができる。また、これらは、その他の制御装置と兼
用することができる。
【００３６】本実施例によれば、演算結果自体を設定値
又は論理として設定した設定情報と比較して、その差を
学習しながら後の演算にフィードバックする補正が行わ
れる。このため、高精度で、演算に用いる特性データが
少なく、演算も簡易な蓄電手段の状態検知方法及び状態
検知装置並びにこれを用いた電源装置が実現できる。
【００３７】（実施例２）図２は、本発明の蓄電手段の
状態検知方法を示すブロック図である。図２において、
計測・読込では、蓄電手段101の電圧、電流、温度、抵
抗、電解液濃度等を計測し、第１補正手段106や演算手
段104計測値や記憶手段103の値を読み込む。演算では、
読み込んだ値を基に蓄電手段101の状態を演算する。矛
盾判定では、演算結果と設定値又は論理を比較し矛盾を
判定する。矛盾が無い場合は、終了し、同じシーケンス
を繰り返す。矛盾がある場合、補正・書込で、関連する
パラメータを補正し、メモリに書込み終了する。このシ
ーケンスを繰り返すことで、その矛盾を学習しながら後
の演算にフィードバックする補正が行われる。
【００３８】ここで、演算結果と設定値又は論理との矛
盾とは、例えば、充電中は充電状態が増加することが自
然現象としての論理であるが、仮に充電中に充電状態が
減少すれば、これに矛盾する。この他、放電中は充電状
態が減少し、休止中は自己放電の影響が無視できる条件
下で充電状態が変化しないことが同様に論理であり、こ
れらに矛盾する場合はこれを補正する。そして、この様
な項目をマトリクス化し、矛盾マトリクスとして矛盾判
定を行うと良い。
【００３９】蓄電手段の状態は直接測定することが不可
能であるが、上述の様な自明な現象や特性を設定情報と
し、演算結果と比較し、矛盾がある場合は、これを学習
しながら前記記憶手段の値又は前記演算手段の入力を補
正する。
【００４０】このため、高精度で、演算に用いる特性デ
ータが少なく、演算も簡易な蓄電手段の状態を検知する
状態検知装置並びにこれを用いた電源装置が実現でき
る。
【００４１】図３は蓄電手段の等価回路を示す回路図で
ある。図３において、301は起電力（OCV）、302は内部
抵抗（R）、303はインピーダンス（Z）、304はキャパシ
タンス成分（C）である。インピーダンス303とキャパシ
タンス成分304の並列接続対と内部抵抗302、起電力301
の直列接続で表されている。蓄電手段に電流Ｉを印加す
ると、蓄電手段の端子間電圧（CCV）は（式１）で表さ
れる。 CCV＝OCV＋IR＋Vp （式１） ここで、Vpは分極電圧であり、ZとCの並列接続対の電圧
に相当する。
【００４２】OCVはSOCや許容充放電電流の演算に用いら
れるが、蓄電手段が充放電されている状況では、OCVを
直接測定することが不可能である。このため、（式２）
の様にCCVからIRドロップとVpを差し引いてOCVが算出さ
れる。 OCV＝CCV−IR−Vp （式２）
【００４３】図４は蓄電手段のSOCと許容充電電流及び
許容放電電流を示す線図である。SOCの増加に伴い許容
放電電流が増加し、許容充電電流は減少している。蓄電
手段の最大許容電圧をVmax、最小許容電圧をVminとする
と、許容充電電流Icmax、許容放電電流Idmaxは（式３）
及び（式４）で表される。 Icmax ＝（Vmax−OCV）/Rz （式３） Idmax ＝（OCV−Vmin）／Rz （式４） ここで、Rzは図３におけるR、Z、Cの等価インピーダン
スである。
【００４４】従って、I cmax、Idmax以下の電流で充放
電されているときに過充電や過放電が検出される矛盾が
生じた場合は、Rzの値を補正する。例えば、Rzを1％増
加させる。
【００４５】図５は蓄電手段のパルス電流による充電時
の電圧挙動を示す線図である。実線で示したCCVのカー
ブは充電開始時点（A）から上昇し、充電終了時点（B）
で急激に垂下する。この垂下はIRドロップによるもので
ある。その後、CCVは緩やかに減少し、一点破線で示し
たOCVの設定情報に漸近していく。この期間の電圧変化
は主にVpに相当する。一方、IRドロップやVpの影響が無
いOCVの設定情報は、充電中のAからBで増加するが、電
流がOAのBからDの間は変化がない（自己放電や環境温度
の影響が無視できる条件下で）。これらに対し、点線で
示したOCVの演算値はOCVの設定情報と一致せず、BからD
の間も緩やかな減少カーブで示されている。
【００４６】OCVの演算に（２）式を用いた場合、ＲはC
CVとＩを実測し、両者の微小時間の変化量ｄCCV、ｄＩ
より（式５）を用いて直接求めることができる。 Ｒ＝ｄCCV／ｄＩ （式５） そこで、本発明によれば、例えば0Aの時のOCVの変化が0
Vであることを設定値とし、図５の様にこの間にOCV演算
値が変化した場合は、Vpを補正する。
【００４７】また、OCVよりSOCを求めると、SOCの設定
値又は論理及び演算値も図５と同様の挙動を示す。この
場合もVpの不一致を検出することが可能であり、Vpを補
正して後の演算にフィードバックする。
【００４８】（実施例３）表１は本発明のSOCの変化
と、Vpの補正量との関係を示す表である。時間スケール
をｔ、電流値が0Aとなった時点をｔ＝０として、ｔ＜０
のSOCの変化と、ｔ＞０のSOCの変化よりVpの補正量を決
定している。例えば、ｔ＜０のSOCの変化が増加で、ｔ
＞０のSOCの変化も増加の時はVpを１％減少させる。
【００４９】
【表１】
【００５０】そして、これらの演算を時間と伴に複数回
繰り返す。これによりVpは学習効果によって設定値に漸
近する。即ちVpは自動的にチューニングされる。
【００５１】ここでは補正量の絶対値を一律１％とした
が、この値は蓄電手段の種類や負荷の電流パターン、計
測手段の計測誤差等に応じて最適化すると良い。また、
図示の様に補正の方向を示すファジー理論を適用すると
良い。
【００５２】SOCやOCVの様に蓄電手段の状態は直接測定
することが不可能であるが、本発明によれば、上述の様
に電流値が所定値以下の時の特性や通常の現象を設定値
又は論理とし、演算結果自体を比較してファジー理論に
より補正量を求め、これを後の演算にフィードバック
し、学習演算を繰り返す。
【００５３】このため、演算を繰り返す度に精度の向上
が図られる。また、初期特性の固体差や環境依存性、経
時変化などはオートチューニングされるため、これらの
複数のパラメータや補正係数のデータを削減できる。
【００５４】例えば、上述の例でVpは個体差や経時変
化、さらに経時変化の個体差など複雑なパラメータに依
存する。そこでこれらのパラメータを忠実にモデリング
し再現し演算に取り入れようとすると、初期特性や複数
のパラメータ、データを取得する必要があり、膨大な時
間や労力が費やされる。しかし、本発明ではこれらの個
体差や経時変化などの影響は実際の使用環境下で学習演
算されるため、これらのパラメータを必要としない。
【００５５】（実施例４）図６は本発明の電源装置の構
成図である。図において701は演算手順Ａ、702は演算手
順Ｂ、703は補正量演算手順である。演算手段104の演算
手順の一部が示されており、演算手段104は異なる演算
手順A701と演算手順B702を有している。
【００５６】例えば、演算手順A701を前述のOCVより求
められるSOC（以後SOCVと称す）の演算手順、演算手順B
702を電流積算に基づくSOC（以後SOCｉと称す）の演算
手順とすることができる。このSOCiの演算では（式６）
を用いる。 SOCi＝SOCo＋100×d∫I/Q （式６） ここで、SOCoは充放電開始時のSOCの初期値、d∫Iは電
流積算値の変化量、Qは最大限充電可能な電荷量（全容
量）である。また、蓄電手段の充電効率をη、積算充電
電流を∫Ｉｃ、積算放電電流を∫Idとして、d∫Iは（式
７）で表される。 D∫I＝η×∫Ic−∫Id （式７）
【００５７】SOCｉは電流を直接積算するために、短時
間の変化量、即ち、応答性を示すのに優れる。しかし、
Qの個体差や経時変化、及びηの影響、電流積算器の誤
差蓄積により、絶対値は必ずしも正しくない。
【００５８】一方、SOCVは学習により、絶対値も精度良
く演算される。しかし、学習に若干の時間が掛かる場合
があるため、SOCiに比べて比較的応答性が良くない。そ
こで、補正量演算手順703で、比較的長い期間のSOCVとS
OCｉの推移を比較して補正量を求め、（式６）のd∫I/Q
の項を補正する。また、適時SOCｏをSOCVで補正する。
【００５９】これにより、SOCiの応答性と、SOCVの高精
度演算を両立することが可能となる。また、演算結果自
体を比較して補正量を求め、これを後の演算にフィード
バックし、学習演算を繰り返すため、精度の向上が図ら
れる。更に、Qの個体差や経時変化、及びηの影響、電
流積算器の誤差蓄積はSOCVを基に学習演算で補正される
ため、これらの補正パラメータを必要としない。従っ
て、これらのパラメータやデータの取得に費やされる膨
大な時間や労力を削減することが可能になる。
【００６０】この他に、演算手順Ａ701として蓄電手段
の抵抗より演算されるSOCや電解液濃度より演算されるS
OCを用いても同様の効果が得られる。
【００６１】図７は蓄電手段のOCVとSOCとの関係を示す
線図である。SOCの増加に伴ってOCVが緩やかに増加して
いる。この様なSOCとOCVの関係はリチウム二次電池や電
気二重層キャパシタなどの多くの蓄電手段で示される。
【００６２】（実施例５）本実施例においては、図７の
蓄電手段の特性を用いて、最大限充電可能な電荷量（全
容量）Ｑを求めることが可能である。例えば、異なる２
つの充電状態をSOC１、SOC２、これらに対応する残存容
量をＱ１、Ｑ２、その間の電流積算値をｄＱ（＝ｄ∫
Ｉ）とすると、（式８）〜（式１１）によって、 SOC1＝100×Q1/Q （式８） SOC2＝100×Q2/Q （式９） SOC1−SOC2＝100×（Q1−Q2）/Q＝100×dQ/Q （式１０） Q＝100×dQ/（SOC1−SOC2） （式１１） 蓄電手段の全容量Ｑを求めることができる。同様に電解
液濃度や内部抵抗から求めたSOCと電流積算値を用いて
も全容量Ｑを用いることができる。
【００６３】そして、この様にして求めたQを（式６）
にフィードバックすることにより、Qの個体差や経時変
化の影響が補正され、より高精度な状態検知が可能とな
る。また、Qの個体差や経時変化の補正パラメータが不
要となり、パラメータやデータの取得に費やされる膨大
な時間や労力を削減することが可能になる。
【００６４】（実施例６）表２は本発明の蓄電手段の初
期容量Qoに対する全容量Ｑの補正係数Kとの関係を示す
表である。本実施例では記憶手段に記憶された蓄電手段
の初期容量と、（式１１）より求められる全容量Ｑの比
を求め、それに応じて補正係数Ｋが求められる。
【００６５】
【表２】
【００６６】一般的な蓄電手段は経時変化と伴に全容量
Ｑが減少する。同時に内部抵抗は上昇する。このため、
残存容量より求まる連続充放電時間や、（式３）、（式
４）で求められる許容充電電流及び許容放電電流、そし
て、許容発熱量（又は冷却制御）や許容充放電電力等は
経時変化に応じて初期値を補正する必要がある。上述の
補正係数はこれらの補正に用いる。そして、これらの値
は蓄電手段の種類やシステムに応じて最適化すると良
い。
【００６７】この様に本発明によれば、連続充放電時間
や、許容充電電流及び許容放電電流、そして、許容発熱
量（又は冷却制御）や許容充放電電力等の個体差や経時
変化の影響が補正され、より高精度な状態検知が可能と
なる。また、これらの補正パラメータが不要となり、パ
ラメータやデータの取得に費やされる膨大な時間や労力
を削減することが可能になる。
【００６８】（実施例７）図８は本発明の状態検知装置
及び電源装置を適用した太陽光発電蓄電装置の構成図で
ある。図において、1001は商用電源、1002は太陽光発電
装置、1003は負荷装置、1004は制御変換器、1005は切替
器、1006は状態検知装置、1007は電源装置である。
【００６９】状態検知装置1006は、計測手段102、記憶
手段103、演算手段104、通信手段105、第１補正手段10
6、第２補正手段107で構成されている。また、電源装置
1007は、蓄電手段101が複数個直列に接続された直列接
続体と状態検知装置1006より構成されている。
【００７０】蓄電手段101の直列接続体の両端は制御変
換器1004に接続され、制御変換器1004は、更に、切替器
1005をそれぞれ介して商用電源1001、太陽光発電装置10
02、負荷装置1003に接続されている。また、制御変換器
1004のMain Control Unit(MCU)の制御によって、商用電
源1001、太陽光発電装置1002、負荷装置1003が各切替器
1005を介して切り替えられ、更に状態検知装置1006から
の指示が通信手段105とMCUとの双方向通信で結ばれてい
る。
【００７１】太陽光発電装置1002は、太陽電池により、
太陽光を直流電力に変換し、インバータ装置により交流
電力を出力する装置である。また、負荷装置1003は、エ
アコン、冷蔵庫、電子レンジ、照明などの家電品や、モ
ータ、エレベータ、コンピュータ、医療機器などの電気
機器や、第２の電源装置である。そして、制御変換器10
04は、交流電力を直流電力に変換、又は、直流電力を交
流電力に変換する充放電器である。また、これら充放電
の制御や上述の太陽光発電装置1002、負荷装置1003など
の機器を制御する制御器を兼ねる。
【００７２】ここで、これらの機器は装置内に切替器10
05を有することもある。また、本発明の電源装置は、図
示した構成以外の接続形態をとることも可能である。本
実施例によれば、負荷装置1003が必要とする電力を、商
用電源1001や太陽光発電装置1002で賄い切れない時、制
御変換器1004を介して、蓄電手段101から電力を供給す
る。そして、商用電源1001や太陽光発電装置1002からの
電力供給が過剰となっている時に、制御変換器1004を介
して、蓄電手段101に蓄電する。
【００７３】これらの動作の中で、状態検知装置1007は
実施例１〜６を各々、又組み合わせて蓄電手段101の状
態を検知することができる。これらの組み合わせには三
段論法を適用する。また、状態検知結果は通信手段105
を介して、蓄電手段101の状態や許容充放電電流等の制
御量として制御変換器1004に送られる。制御変換器1004
はこれに応じて充放電等を制御する。特に、状態検知装
置1007は高精度な状態検知が可能なため、蓄電手段101
を安全に、且つ有効に活用することが可能となる。
【００７４】また、本実施例では、商用電源1001の契約
電力や消費電力、太陽光発電装置1002の発電定格を下げ
ることが可能となり、設備費やランニングコストの削減
を図ることができる。そして、消費電力がある時間帯に
集中している時に、電源装置から商用電源1001に電力を
供給し、消費電力が少ない時に、電源装置に蓄電するこ
とで、消費電力の集中を緩和し、消費電力の平準化を図
ることが可能となる。
【００７５】更に、制御変換器1004は負荷装置1003の電
力消費を監視し、負荷装置1003を制御するため、省エネ
や電力の有効利用が達成できる。この様に、本実施例に
よれば、高精度で、演算に用いる特性データが少なく、
演算も簡易な蓄電手段の状態検知方法及び状態検知装置
並びにこれを用いた電源装置、分散型電力貯蔵装置が実
現できる。
【００７６】（実施例８）図９は、本発明の状態検知装
置及び電源装置を適用した電気自動車の例を示す構成図
である。図において、1101はモータジェネレータ、1102
は直流負荷装置である。モータジェネレータ1101が制御
変換器1004４を介して複数の蓄電手段101の直列接続体
に接続されている。モータジェネレータ1101は、電気自
動車では車輪に直接接続されており、ハイブリット電気
自動車では更に内燃機関エンジンが接続されその始動や
駆動力のアシスト（力行）や発電（回生）を行う。そし
て、力行時には電源装置1007からモータジェネレータ11
01に電力が供給される。回生時には逆にモータジェネレ
ータ1101から電源装置1007に電力が供給される。
【００７７】また、直流負荷装置1102は電磁弁やオーデ
ィオ等の電気負荷や第２の電源装置である。直流負荷装
置1102は切換器1005を介して蓄電手段の直列接続体に接
続されている。
【００７８】本実施例においても、状態検知装置1007は
実施例１〜６を各々、又組み合わせて用いることがで
き、通信手段105を介して、蓄電手段101の状態や許容充
放電電流等の制御量を制御変換器1004に送り、制御変換
器1004はこれに応じて充放電等を制御する。特に、状態
検知装置1007は高精度な状態検知が可能なため、蓄電手
段101を安全に、且つ有効に活用することが可能とな
る。
【００７９】これにより発進時に内燃機関エンジンのト
ルクをアシストしたり、ブレーキ時に運動エネルギーを
電力に変換して蓄えたりすることが可能なハイブリット
電気自動車が実現できる。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば、所定の演算によって得
られた補正情報をその後の演算とその演算のための記憶
情報にフィードバックする補正を行うことによって、演
算に用いる特性データが少なくても高精度で蓄電手段の
充電状態や健康状態などの状態を検知できる状態検知装
置及びこれを用いた電源装置、電力貯蔵装置及び電気自
動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電源装置の構成図である。
【図２】 本発明の電源装置の演算工程を示すブロック
図である。
【図３】 本発明に係る蓄電手段の等価回路を示す回路
図である。
【図４】 本発明に係る蓄電手段のSOCと許容充放電電
流との関係を示す線図である。
【図５】 本発明に係る蓄電手段のパルス電流による充
電時の電圧挙動を示す線図である。
【図６】 本発明の電源装置の構成図である。
【図７】 本発明に係る蓄電手段のOCVとSOCの関係を示
す線図である。
【図８】 本発明の状態検知装置及び電源装置を適用し
た太陽光の分散型電力貯蔵装置の構成図である。
【図９】 本発明の状態検知装置及び電源装置を適用し
た自動車の構成図である。
【図１０】 従来の残存容量推定方法を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
101…蓄電手段、102…計測手段、103…記憶手段、104…
演算手段、105…通信手段、106…第１補正手段、107…
第２補正手段、301…起電力、302…内部抵抗、303…イ
ンピーダンス、304…キャパシタンス成分、701…演算手
順Ａ、702…演算手順Ｂ、703…補正量演算手順、1001…
商用電源、1002…太陽光発電装置、1003…負荷装置、10
04…制御変換器、1005…切替器、1006…状態検知装置、
1007…電源装置、1101…モータジェネレータ、1102…直
流負荷装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｍ (72)発明者 工藤 彰彦 東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号 新神戸電機株式会社内 (72)発明者 吉原 重之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 宮崎 英樹 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三井 利貞 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 本部 光幸 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 笹澤 憲佳 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB03 CB13 CC01 CC27 CC28 5G003 AA01 AA06 AA07 DA16 EA05 FA06 GB06 GC05 5H030 AA00 AS03 AS08 BB01 BB04 BB07 BB09 FF11 FF22 FF41 FF42 FF43 FF44

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】蓄電手段についての計測対象を計測手段に
    よって計測される計測情報に基づいて演算によって得ら
    れる前記蓄電手段についての特性データ及び該データの
    前記演算に関する演算情報と前記特性データ及び演算情
    報に関する予め設定された設定情報とを記憶した記憶手
    段と、前記計測情報と設定情報とに基づいて前記蓄電手
    段の状態を示す状態情報を演算すると共に該演算された
    演算結果と前記設定情報とを比較し補正する補正情報を
    演算する演算手段と、該演算手段によって得られた補正
    情報に基づいて前記演算手段の入力を補正する第１補正
    手段と、前記演算手段によって得られた補正情報に基づ
    いて前記記憶手段に記憶された前記設定情報を補正する
    第２補正手段とを有することを特徴とする状態検知装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記蓄電手段における
    電流値が所定値以下の時の前記計測手段による計測値、
    前記演算結果及び前記演算手段の演算手順の１つを前記
    設定情報として前記補正情報を求めることを特徴とする
    状態検知装置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記記憶手段は
    異なる２つ以上の演算手順が記憶され、前記演算手段に
    より互いに異なった前記演算手順による演算結果の差に
    基づいて前記補正情報を求めることを特徴とする状態検
    知装置。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記演
    算手段は前記蓄電手段の充電状態演算手段と電流積算手
    段とを備え、異なる２つの充電状態と両者の各電流積算
    値とに基づいて前記蓄電手段の使用時の容量を演算する
    ことを特徴とする状態検知装置。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記蓄
    電手段の使用時における容量と前記記憶手段に記憶され
    た前記蓄電手段の初期容量との関係に基づいて前記補正
    情報を求めることを特徴とする状態検知装置。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記蓄
    電手段の電流積算値の変化量と前記演算手段により求め
    られた電流積算値の変化量との差に基づいて前記補正情
    報を求めることを特徴とする状態検知装置。
  7. 【請求項７】蓄電手段についての計測対象を計測手段に
    よって得られる計測情報に基づいて演算によって得られ
    る前記蓄電手段についての特性データ及び該データの前
    記演算に関する演算情報と前記特性データ及び演算情報
    に関する予め設定された設定情報とを記憶した記憶手段
    と、前記計測情報と設定情報とに基づいて前記蓄電手段
    の状態を示す状態情報を演算すると共に該演算された演
    算結果と前記設定情報とを比較し補正する補正情報を演
    算する演算手段とを有し、前記記憶手段は異なる２つ以
    上の演算手順が記憶され、前記演算手段により互いに異
    なった前記演算手順による演算結果の差に基づいて前記
    補正情報を求めることを特徴とする状態検知装置。
  8. 【請求項８】蓄電手段についての計測対象を計測手段に
    よって得られる計測情報に基づいて演算によって得られ
    る前記蓄電手段についての特性データ及び該データの前
    記演算に関する演算情報と前記特性データ及び演算情報
    に関する予め設定された設定情報とを記憶した記憶手段
    と、前記計測情報と設定情報とに基づいて前記蓄電手段
    の状態を示す状態情報を演算すると共に該演算された演
    算結果と前記設定情報とを比較し補正する補正情報を演
    算する演算手段とを有し、前記演算手段は前記蓄電手段
    の充電状態演算手段と電流積算手段とを備え、異なる２
    つの充電状態と両者の各電流積算値とに基づいて前記蓄
    電手段の使用時の容量を演算することを特徴とする状態
    検知装置。
  9. 【請求項９】蓄電手段についての計測対象を計測手段に
    よって得られる計測情報に基づいて演算によって得られ
    る前記蓄電手段についての特性データ及び該データの前
    記演算に関する演算情報と前記特性データ及び演算情報
    に関する予め設定された設定情報とを記憶した記憶手段
    と、前記計測情報と設定情報とに基づいて前記蓄電手段
    の状態を示す状態情報を演算すると共に該演算された演
    算結果と前記設定情報とを比較し補正する補正情報を演
    算する演算手段とを有し、前記蓄電手段の使用時におけ
    る容量と前記記憶手段に記憶された前記蓄電手段の初期
    容量との関係に基づいて前記補正情報を求めることを特
    徴とする状態検知装置。
  10. 【請求項１０】蓄電手段についての計測対象を計測手段
    によって得られる計測情報に基づいて演算によって得ら
    れる前記蓄電手段についての特性データ及び該データの
    前記演算に関する演算情報と前記特性データ及び演算情
    報に関する予め設定された設定情報とを記憶した記憶手
    段と、前記計測情報と設定情報とに基づいて前記蓄電手
    段の状態を示す状態情報を演算すると共に該演算された
    演算結果と前記設定情報とを比較し補正する補正情報を
    演算する演算手段とを有し、前記蓄電手段の電流積算値
    の変化量と前記演算手段により求められた電流積算値の
    変化量との差に基づいて前記補正情報を求めることを特
    徴とする状態検知装置。
  11. 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかにおいて、前
    記計測情報は、電圧、電流、温度、抵抗及び電解液濃度
    の少なくとも１つであることを特徴とする状態検知装
    置。
  12. 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかにおいて、前
    記演算情報は、演算係数及び演算手順の少なくとも１つ
    であることを特徴とする状態検知装置。
  13. 【請求項１３】請求項１〜１２のいずれかにおいて、前
    記設定情報は、前記蓄電手段において通常あるべき状態
    として設定される値、演算式及び演算手順の少なくとも
    １つであることを特徴とする状態検知装置。
  14. 【請求項１４】請求項１〜１３のいずれかにおいて、前
    記状態情報は、前記蓄電手段の充電状態及び残存容量の
    少なくとも１つであることを特徴とする状態検知装置。
  15. 【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかにおいて、前
    記演算手段から得られた演算結果を他の装置に対して通
    信する通信手段を有することを特徴とする状態検知装
    置。
  16. 【請求項１６】蓄電手段と、該蓄電手段の電圧、電流、
    温度、電気抵抗及び電解液濃度の少なくとも１つを測定
    する計測手段と、該計測手段によって計測された計測情
    報に基づいて前記蓄電手段の状態情報を求める状態検知
    装置とを備えた電源装置において、前記状態検知装置は
    請求項１〜１５のいずれかに記載の状態検知装置からな
    ることを特徴とする電源装置。
  17. 【請求項１７】切替器を介して接続された商用電源と、
    該商用電源に接続され切替器を介して接続された太陽光
    発電装置と、該太陽光発電装置に切替器を介して接続さ
    れた負荷装置と、前記商用電源及び太陽光発電装置の電
    力を制御し切替器を介して前記商用電源の切替器に接続
    された制御変換器と、前記商用電源の切替器及び前記制
    御変換器の切替器の切替を指示し前記電力を指示する制
    御装置と、前記制御変換器に接続された蓄電手段と、該
    蓄電手段の電圧、電流、温度、電気抵抗及び電解液濃度
    の少なくとも１つを測定する計測手段と、該計測手段に
    よって計測された計測情報に基づいて前記蓄電手段の状
    態情報を求める状態検知装置とを備えた電力貯蔵装置に
    おいて、前記状態検知装置は請求項１〜１５のいずれか
    に記載の状態検知装置からなり、前記通信手段によって
    前記制御装置が制御されることを特徴とする電力貯蔵装
    置。
  18. 【請求項１８】車輪を駆動するモータと前記車輪の回転
    によって発電するジェネレータ又は前記車輪の駆動及び
    該車輪の回転によって発電するモータジェネレータと、
    前記モータとジェネレータ又は前記モータジェネレータ
    に接続されその電力を変える制御変換器と、該制御変換
    器の前記電力を指示する制御装置と、前記制御変換器に
    接続された蓄電手段と、該蓄電手段の電圧、電流、温
    度、電気抵抗及び電解液濃度の少なくとも１つを測定す
    る計測手段と、該計測手段によって計測された計測情報
    に基づいて前記蓄電手段の状態情報を求める状態検知装
    置とを備えた電源装置において、前記状態検知装置は請
    求項１〜１５のいずれかに記載の状態検知装置からな
    り、前記通信手段によって前記制御装置が制御されるこ
    とを特徴とする電気自動車。
  19. 【請求項１９】内燃機関エンジンと、該エンジンに接続
    され車輪の駆動力のアシストを行うモータと前記車輪の
    回転によって発電するジェネレータ又は前記エンジンに
    接続されその駆動力のアシスト及び発電を行うモータジ
    ェネレータと、前記モータとジェネレータ又は前記モー
    タジェネレータに接続されその電力を変える制御変換器
    と、該制御変換器の前記電力を指示する制御装置と、前
    記制御変換器に接続された蓄電手段と、該蓄電手段の電
    圧、電流、温度、電気抵抗及び電解液濃度の少なくとも
    １つを測定する計測手段と、該計測手段によって計測さ
    れた計測情報に基づいて前記蓄電手段の状態情報を求め
    る状態検知装置とを備えた電源装置において、前記状態
    検知装置は請求項１〜１５のいずれかに記載の状態検知
    装置からなり、前記通信手段によって前記制御装置が制
    御されることを特徴とするハイブリット自動車。
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