JP2004031123A

JP2004031123A - 並列接続された組電池の容量演算方法および装置

Info

Publication number: JP2004031123A
Application number: JP2002185824A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sakai; 酒井　健一
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】並列に接続された単電池の状態を考慮して電池の容量を正しく演算するようにした組電池の容量演算方法を得る。
【解決手段】ＣＰＵ１０２（図１）は、組電池の初期特性Ｗｈ（Ｐ）を温度補正係数αで温度補正して曲線Ｗｈ（Ｐ／α）を得る。温度補正後の特性曲線を内部抵抗劣化補正係数γでさらに補正して曲線Ｗｈ（Ｐ／αγ）を得る。内部抵抗劣化補正後の特性曲線を容量劣化補正係数βでさらに補正して曲線β・Ｗｈ（Ｐ／αγ）を得る。容量劣化補正後の特性曲線を並列内部抵抗劣化補正係数Γでさらに補正して曲線β・Ｗｈ（Ｐ／αγΓ）を得る。並列内部抵抗劣化補正後の特性曲線を並列容量劣化補正係数Βでさらに補正して曲線β・Β・Ｗｈ（Ｐ／αγΓ）を得る。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列に接続された電池の容量演算方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能な二次電池の特性の一つとしてパワー対放電電力特性が知られている。一般に、電池の容量の算出は、基本となる初期特性Ｗｈを温度補正係数α、電池容量劣化補正係数β、および内部抵抗劣化補正係数γでそれぞれ補正した基準特性を用いて行われる。温度補正係数αは、電池の内部抵抗が電池の温度によって変化する変化率から導かれる。容量劣化補正係数βおよび内部抵抗劣化補正係数γの算出方法は、特開２０００−２６１９０１号公報に一例が記載されている。上記公報に記載の方法では、補正係数を算出する際に二次電池の開放電圧を次のいずれかの方法で求める。
１．無負荷時に端子電圧を実測して得る。
２．充放電時に測定した複数の電流値および電圧値から得たＩＶ特性により推定する。
３．充放電時に測定した電流値および総電圧値に基づいて推定する。
このように、いずれの方法でも電池の電圧測定が不可欠である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複数の二次単電池を並列に接続した電池について、電池容量を算出したいという要求がある。電池を並列に接続すると、電圧が高い側の電池から電圧が低い側の電池へ電流が流れる。この電流は調整電流と呼ばれ、電池間の端子電圧を合わせるように流れる。したがって、単電池を並列に接続した並列電池の端子電圧を測定しても単電池ごとの実際の開放電圧がわからないため、個々の単電池の状態を考慮して電池容量を算出することが困難である。
【０００４】
本発明の目的は、並列に接続された単電池の状態を考慮して電池の容量を正しく演算するようにした組電池の容量演算方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の二次単電池を並列に接続した並列電池を直列に複数接続した組電池の放電容量を演算する方法に関し、組電池の放電時の並列電池ごとの電圧値、および放電時の組電池の電流値による特性から並列電池ごとに内部抵抗をそれぞれ算出し、算出した内部抵抗の最大値、および最大値に対応する並列電池以外の並列電池の内部抵抗値を用いて上記内部抵抗が最大値を有する並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定する。そして、内部抵抗が最大値を有する並列電池以外の並列電池の内部抵抗の平均値を用いて並列電池を構成する単電池の内部抵抗の平均値を算出し、単電池の内部抵抗の平均値および最大値の比によって並列電池の放電容量を補正するようにしたものである。
【０００６】
また、本発明は並列接続された組電池の容量演算装置に関し、複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池の放電時に、前記並列電池ごとの電圧を検出するとともに、組電池の放電時に、組電池を流れる電流を検出し、この検出された電圧および電流に基づいて、前記並列電池ごとの内部抵抗を算出し、この内部抵抗が最大の並列電池を抽出し、この抽出された並列電池の内部抵抗と、前記抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗とを用いて、抽出された並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗の平均値を用いて、前記並列電池を構成する単電池の内部抵抗の平均値を算出し、単電池の内部抵抗の平均値および単電池の内部抵抗の最大値の比を用いて、並列内部抵抗劣化補正係数を算出し、この算出された並列内部抵抗劣化補正係数で、前記並列電池の放電容量を補正するようにしたものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、並列に接続された単電池の状態を考慮して容量演算を行うので、並列接続された組電池の容量を正しく演算することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による方法で組電池の容量を演算する制御ユニットを搭載した車両の全体構成図である。以下の実施の形態では、組電池を電気自動車の電源として適用した例を説明する。図１において、車両の制御システムは、車両システムと電池制御ユニットとで構成される。図中の太い実線は強電ライン（強電系の配線）を表し、通常の実線は弱電ライン（弱電系の配線）を示す。破線は各ブロック間で送受される信号ラインを示す。
【０００９】
車両システムは、電流センサ２０１と、電圧センサ２０２と、温度センサ２０３と、駆動用モータ３０１と、補機システム３０２と、メインリレー３０３Ａ，３０３Ｂとを有する。組電池は、二次単電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８によって構成される。単電池Ｃ１およびＣ２、単電池Ｃ３およびＣ４、単電池Ｃ５およびＣ６、ならびに単電池Ｃ７およびＣ８は、それぞれ並列に接続されている。組電池は、これら４組の並列電池（Ｃ１，Ｃ２）、並列電池（Ｃ３，Ｃ４）、並列電池（Ｃ５，Ｃ６）、並列電池（Ｃ７，Ｃ８）が直列に接続されている。電池制御ユニットは、セル電圧検出部１０１と、ＣＰＵ１０２と、メモリ１０３とを有する。
【００１０】
駆動用モータ３０１は、組電池から供給される電力によって車両の駆動力を発生する一方、組電池に対する回生電力を発生する。補機システム３０２は、組電池から供給される電力によって車両に搭載される不図示のエアコンディショナ（Ａ／Ｃ）などを駆動する。メインリレー３０３Ａ，３０３Ｂは、ＣＰＵ１０２の指令により開閉制御され、駆動モータ３０１および補機システム３０２への電力供給をオン／オフする。
【００１１】
電流センサ２０１は、強電ラインに流れる電流を検出し、検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。電圧センサ２０２は、組電池の電圧（総電圧）を検出し、検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。温度センサ２０３は、組電池の温度を検出し、温度検出信号をＣＰＵ１０２へ送出する。
【００１２】
セル電圧検出部１０１は、並列電池（Ｃ１，Ｃ２）の端子電圧と、並列電池（Ｃ３，Ｃ４）の端子電圧と、並列電池（Ｃ５，Ｃ６）の端子電圧と、並列電池（Ｃ７，Ｃ８）の端子電圧とをそれぞれ検出し、４組の電圧情報をＣＰＵ１０２へ送出する。ＣＰＵ１０２は、４組の並列電池の電圧情報を用いて充電（回生）時の最大充電電力および放電時の最大放電電力を演算する。最大充放電電力の演算は、車両走行時（ＩＧＮスイッチオン時）、組電池の充電時に行う。最大充放電電力の演算結果は、ＣＰＵ１０２から車両システムＣＰＵ３０４へ送信される。ＣＰＵ１０２はさらに、組電池の温度が異常の場合に車両システムＣＰＵ３０４へ温度異常を報知する。
【００１３】
メモリ１０３は、ＣＰＵ１０２に入力された４組の並列電池の電圧情報や強電ラインの電流の情報などを記憶する。
【００１４】
車両システムＣＰＵ３０４は、駆動用モータ３０１および補機システム３０２へ出力される電力がＣＰＵ１０２から受信した最大放電電力以下になるように、組電池から出力される電力を制限して車両システムを制御する。また、車両システムＣＰＵ３０４は、駆動モータ３０１から回生される電力がＣＰＵ１０２から受信した最大充電電力以下になるように、組電池を充電する電力を制限して車両システムを制御する。車両警告灯３０５は、車両システムＣＰＵ３０４の指令により点灯し、車両システムの異常発生を運転者に報知する。補助電池４０１は、ＣＰＵ１０２および車両システムＣＰＵ３０４へ電力を供給する。スイッチＳＷは、運転者によるイグニション（ＩＧＮ）スイッチ４０２のオン／オフに連動し、補助電池４０１からの電力供給をオン／オフする。
【００１５】
図２は、本発明による方法で算出した上記組電池のパワー対放電電力（容量）特性を説明する図である。パワー対放電電力特性は、二次電池の電池状態を表す特性の一つである。図２において、横軸は電池の出力可能なパワーＰを表し、縦軸は放電電力量Ｗｈを表す。一般に、電池の初期特性を示す曲線Ｗｈ（Ｐ）は、出力可能パワーＰのｎ次式で近似することができる。近似式については後述する。放電容量を示す曲線Ｗｈ（Ｐ）は、以下の補正係数でそれぞれ補正される。
▲１▼温度補正係数α
▲２▼内部抵抗劣化補正係数γ
▲３▼容量劣化補正係数β
▲４▼組電池の並列内部抵抗劣化補正係数Γ
▲５▼組電池の並列容量劣化補正係数Β
【００１６】
図２の曲線Ｗｈ（Ｐ／α）は、初期特性Ｗｈ（Ｐ）を温度補正係数αで温度補正したものである。曲線Ｗｈ（Ｐ／αγ）は、温度補正後の特性曲線を内部抵抗劣化補正係数γでさらに補正したものである。曲線β・Ｗｈ（Ｐ／αγ）は、内部抵抗劣化補正後の特性曲線を容量劣化補正係数βでさらに補正したものである。
【００１７】
曲線β・Ｗｈ（Ｐ／αγΓ）は、容量劣化補正後の特性曲線を並列内部抵抗劣化補正係数Γでさらに補正したものである。曲線β・Β・Ｗｈ（Ｐ／αγΓ）は、並列内部抵抗劣化補正後の特性曲線を並列容量劣化補正係数Βでさらに補正したものである。このようにして得られるパワー対放電電力特性β・Β・Ｗｈ（Ｐ／αγΓ）が、上記組電池の放電容量を示す基準特性として用いられる。
【００１８】
本発明は、上記放電容量の演算に際し、とくに、上記▲４▼並列内部抵抗劣化補正係数Γ、および▲５▼並列容量劣化補正係数Βで補正する点に特徴を有する。
【００１９】
上記▲１▼〜▲３▼の温度補正係数α、内部抵抗劣化補正係数γ、および容量劣化補正係数βは、組電池を構成する４組の並列電池Ｃ（Ｐ_１）（単電池Ｃ１およびＣ２で構成）、並列電池Ｃ（Ｐ_２）（単電池Ｃ３およびＣ４で構成）、並列電池Ｃ（Ｐ_３）（単電池Ｃ５およびＣ６で構成）、および並列電池Ｃ（Ｐ_４）（単電池Ｃ７およびＣ８で構成）において、並列電池の平均の放電容量を補正する係数として算出される。
【００２０】
リチウムイオン電池の場合を例にとれば、曲線Ｗｈ（Ｐ）は次式（１）で近似できる。
【数１】
Ｗｈ（Ｐ）＝ａＰ^３＋ｂＰ^２＋ｃＰ＋ｄ　　　　　　　　　　　　　　　（１）
ただし、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは初期電池の特性から決定される。
【００２１】
温度補正係数をαで上式（１）に対する温度補正を行うと、温度補正後の曲線Ｗｈ（Ｐ／α）式は次式（２）で表される。
【数２】
Ｗｈ（Ｐ／α）＝ａ（Ｐ／α）^３＋ｂ（Ｐ／α）^２＋ｃ（Ｐ／α）＋ｄ　　　　（２）
【００２２】
温度補正係数αは、温度に依存した電池の内部抵抗の変化を示すパラメータである。一般に、電池の内部抵抗は電池温度の上昇とともに減少する。そこで、あらかじめ温度−内部抵抗の関係を実測してテーブル化し、温度に応じたテーブル参照値の形で温度補正係数αを与える。テーブル参照値は、メモリ１０３に記憶させておく。
【００２３】
内部抵抗劣化補正係数γおよび容量劣化補正係数βで上式（２）に対する劣化補正を行うと、劣化補正後の曲線Ｗｈ（Ｐ／αγ）×βは次式（３）で表される。
【数３】
Ｗｈ（Ｐ／αγ）×β
＝β｛ａ（Ｐ／αγ）^３＋ｂ（Ｐ／αγ）^２＋ｃ（Ｐ／αγ）＋ｄ｝　　　　　（３）
【００２４】
図１のＣＰＵ１０２は、上記γおよびβを以下の手順で算出する。
１．並列電池ごとに端子電圧および電流を測定する。
２．各並列電池の電圧の平均を算出する。
３．内部抵抗劣化補正係数γを算出する。
４．容量劣化補正係数βを算出する。
【００２５】
１．並列電池ごとの端子電圧および電流の測定
ＣＰＵ１０２は、セル電圧検出部１０から４組の並列電池Ｃ（Ｐ_１）、Ｃ（Ｐ_２）、Ｃ（Ｐ_３）、およびＣ（Ｐ_４）の端子電圧を示す情報をそれぞれ入力するとともに、電流センサ２０１から強電ラインの電流を示す情報を入力する。強電ラインに流れる電流値は、各並列電池の電流値に等しい。
【００２６】
２．並列電池の電圧平均の算出
ＣＰＵ１０２は、入力された電圧情報が示す各並列電池の電圧値Ｖ（Ｐ_１）〜Ｖ（Ｐ_４）の平均値Ｖ（Ｐａｖｅ）を算出する。
【００２７】
３．内部抵抗劣化補正係数γの算出
ＣＰＵ１０２は、放電中の複数回の測定によって得た並列電池の電圧平均値Ｖ（Ｐａｖｅ）および電流値を用いて並列電池のＩＶ特性を直線回帰演算する。図３は、回帰直線を説明する図であり、放電中の並列電池の電流Ｉ，電圧Ｖを測定し、その測定データから得たものである。リチウムイオン電池やニッケル水素電池などは、放電時のＩＶ特性の直線性がよいので測定したデータをもとに回帰直線を延長することができる。図中の×印は測定データを表している。この場合の回帰直線は、次式（４）で表わすことができる。
【数４】
Ｖ（Ｐａｖｅ）＝Ｅ_０（Ｐａｖｅ）−Ｉ×Ｒ（Ｐａｖｅ）　　　　　　　　　　　　　　（４）
ただし、Ｖ（Ｐａｖｅ）は並列電池の端子電圧平均値、Ｖ軸切片Ｅ_０（Ｐａｖｅ）は並列電池の開放電圧平均値、回帰直線の傾きＲ（Ｐａｖｅ）は並列電池の内部抵抗平均である。
【００２８】
ＣＰＵ１０２は、内部抵抗平均Ｒ（Ｐａｖｅ）の上昇率の逆数を内部抵抗劣化補正係数γとする。具体的には、電池の初期状態で得られる内部抵抗平均Ｒ０（Ｐａｖｅ）と、電池が劣化した状態で得られる内部抵抗平均Ｒ１（Ｐａｖｅ）との比をとり、次式（５）により内部抵抗劣化補正係数γを算出する。
【数５】
γ＝Ｒ０（Ｐａｖｅ）／Ｒ１（Ｐａｖｅ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
【００２９】
４．容量劣化補正係数βの算出
図４は、並列電池の初期状態で実測した放電容量（Ａｈ）と開放電圧との関係を表す図である。図４によるマップデータは、あらかじめ実測したデータがメモリ１０３に記憶されている。ＣＰＵ１０２は、放電中に実測した電気量とマップデータによる容量とを対比する。具体的には、放電中の所定時間における電流値を積算して放電電気量Ａｈｄを算出するとともに、上記電流値の積算開始時の開放電圧平均値Ｅ_１（Ｐａｖｅ）と、上記電流値の積算終了時の開放電圧平均値Ｅ_２（Ｐａｖｅ）とを上記回帰演算によって得る。ＣＰＵ１０２は、図４においてＥ_１およびＥ_２の差に対応する容量差ΔＡｈ（Ｐａｖｅ）を求め、次式（６）により容量劣化補正係数βを算出する。
【数６】
β＝Ａｈｄ／ΔＡｈ（Ｐａｖｅ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
以上により、温度補正係数α、組電池を構成する並列電池の平均の内部抵抗劣化補正係数γ、および並列電池の平均の容量劣化補正係数βが得られる。
【００３０】
組電池全体の並列内部抵抗劣化補正係数Γおよび並列容量劣化補正係数Βで上式（３）に対する劣化補正を行うと、劣化補正後の曲線Ｗｈ（Ｐ／αγΓ）×β×Βは次式（７）で表される。
【数７】
Ｗｈ（Ｐ／αγ）×β×Β
＝β・Β｛ａ（Ｐ／αγΓ）^３＋ｂ（Ｐ／αγΓ）^２＋ｃ（Ｐ／αγΓ）＋ｄ｝　（７）
【００３１】
ＣＰＵ１０２は、並列内部抵抗劣化補正係数Γを以下の手順で算出する。
１．並列電池ごとに端子電圧および電流を測定する。
２．並列電池ごとに最大放電電力を算出する。
３．最大放電電力が最小のものを抽出する。
４．抽出した並列電池を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗Ｒ_Ｃｍａｘを推定する。
５．内部抵抗Ｒ_Ｃｍａｘと、他の単電池の内部抵抗Ｒ_Ｃａｖｅとの比を算出し、並列内部抵抗劣化補正係数Γとする。
【００３２】
１．並列電池ごとの端子電圧および電流の測定
上記内部抵抗劣化補正係数γ、および容量劣化補正係数βの算出において説明した測定と同様なので説明を省略する。なお、γおよびβの算出時に測定したデータをそのまま使用してもよいし、新たに測定したデータを用いてもよい。
【００３３】
２．並列電池ごとの最大放電電力の算出
ＣＰＵ１０２は、入力された電圧情報が示す電圧値および電流情報が示す電流値を用いて各並列電池ごとのＩＶ特性を直線回帰演算する。この場合の回帰直線は、次式（８）で表わすことができる。
【数８】
Ｖ（Ｐ）＝Ｅ_０（Ｐ）−Ｉ×Ｒ（Ｐ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
ただし、Ｖ（Ｐ）は並列電池の端子電圧、Ｖ軸切片Ｅ_０（Ｐ）は並列電池の開放電圧、回帰直線の傾きＲ（Ｐ）は並列電池の内部抵抗である。
【００３４】
図５は、上式（８）の回帰直線を説明する図であり、放電中の並列電池の電流Ｉおよび電圧Ｖの測定データから得たものである。リチウムイオン電池やニッケル水素電池などは、充電時と放電時とで電池の内部抵抗がほぼ一致し、さらに充放電時のＩＶ特性の直線性がよいので、放電側で測定したデータをもとに回帰直線を充電側に延長することができる。図中の×印は測定データを表している。
【００３５】
図５において、回帰直線と放電時の放電停止電圧Ｖｍｉｎ（Ｐ）との交点Ｂの電流Ｉｍａｘ（Ｐ）は、並列電池の最大放電電流を与える。並列電池の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ）は、上式（８）により次式（９）で算出される。
【数９】
Ｐｍａｘ（Ｐ）＝Ｖｍｉｎ（Ｐ）×Ｉｍａｘ（Ｐ）
＝Ｖｍｉｎ（Ｐ）×（Ｅ_０（Ｐ）−Ｖｍｉｎ（Ｐ））／Ｒ（Ｐ）　　　　　　　　　　　（９）
【００３６】
３．最大放電電力が最小の並列電池を抽出
ＣＰＵ１０２は、上述したように算出した４組の並列電池Ｃ（Ｐ_１）〜Ｃ（Ｐ_４）の最大放電電力Ｐｍａｘ（Ｐ_１）、Ｐｍａｘ（Ｐ_２）、Ｐｍａｘ（Ｐ_３）、Ｐｍａｘ（Ｐ_４）の中で、最小値のものを抽出する。以後、抽出した最小値をＰｍａｘ（Ｐｍｉｎ）と記す。また、Ｐｍａｘ（Ｐｍｉｎ）に対応する並列電池をＣ（Ｐｍｉｎ）、この並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗をＲ（Ｐｍｉｎ）と記す。
【００３７】
４．並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池の中で最も大きい内部抵抗Ｒ_Ｃｍａｘを推定ＣＰＵ１０２は、抽出した並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち、１つの単電池のみが他の単電池に比べて内部抵抗が大きくなったと仮定する。つまり、単電池Ｃ１〜Ｃ８の８つの単電池で組電池を構成する場合を例にとれば、１つの単電池が劣化してその内部抵抗Ｒ_Ｃｍａｘが上昇し、他の７つの単電池の内部抵抗は同一の正常値をとる場合を想定する。並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐｍｉｎ）は、次式（１０）で与えられる。
【数１０】
Ｒ（Ｐｍｉｎ）＝（Ｒ_Ｃｍａｘ×Ｒ_Ｃａｖｅ^{（ｎ−１）}）／（Ｒ_Ｃｍａｘ＋（ｎ−１）×Ｒ_Ｃａｖｅ）　（１０）
ただし、Ｒ_Ｃａｖｅは正常な単電池の内部抵抗の平均値である。ｎは並列電池を構成する単電池の数である。図１の例ではｎ＝２である。
【００３８】
各単電池の内部抵抗の平均値Ｒ_Ｃａｖｅは、次式（１１）で与えられる。
【数１１】
Ｒ（Ｐ）ａｖｅ＝Ｒ_Ｃａｖｅ^ｎ／（ｎ×Ｒ_Ｃａｖｅ）　　　　　　　　　　　　　　（１１）
ただし、Ｒ（Ｐ）ａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値である。ｎは並列電池を構成する単電池の数である。
【００３９】
ＣＰＵ１０２は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池Ｃ（Ｐ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）をそれぞれ求め、これら内部抵抗Ｒ（Ｐ）の平均値を算出して上式（１１）の左辺に代入し、単電池の内部抵抗の平均値Ｒ_Ｃａｖｅを算出する。算出した平均値Ｒ_Ｃａｖｅをさらに上式（１０）へ代入し、内部抵抗Ｒ_Ｃｍａｘを算出する。
【００４０】
５．内部抵抗Ｒ_Ｃｍａｘと他の単電池の内部抵抗Ｒ_Ｃａｖｅとの比の算出
ＣＰＵ１０２は、Ｒ_Ｃｍａｘ／Ｒ_Ｃａｖｅを算出する。Ｒ_Ｃｍａｘ／Ｒ_Ｃａｖｅを内部抵抗最大セル比（Ｒ（Ｐｍｉｎ）ｒａｔｉｏ）と呼び、この逆数Ｒ_Ｃａｖｅ／Ｒ_Ｃｍａｘを組電池の並列内部抵抗劣化補正係数Γとする（式１２）。
【数１２】
Γ＝Ｒ_Ｃａｖｅ／Ｒ_Ｃｍａｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１２）
【００４１】
ＣＰＵ１０２は、並列容量劣化補正係数Βを以下のように算出する。ＣＰＵ１０２は、上記マップデータから得た並列電池ごとの容量と、放電中に実測した電気量とを対比する。上述した容量劣化補正係数βの算出の際は実測した電気量と並列電池の平均の放電容量とを対比したが、ここでは並列電池の平均の容量の代わりに、実測した電気量と並列電池ごとの放電容量とを対比する。具体的には、放電中の所定時間における電流値を積算して放電電気量ｃａｐＡｈを算出するとともに、上記電流値の積算開始時の開放電圧値Ｅ_１（Ｐ）と、上記電流値の積算終了時の開放電圧値Ｅ_２（Ｐ）とを上記回帰演算によって並列電池ごとに得る。ＣＰＵ１０２は、図４において並列電池ごとのＥ_１およびＥ_２の差に対応する容量差ΔＡｈ（Ｐ）を求め、容量劣化係数（Ａｈｒａｔｉｏ）を次式（１３）により算出する。
【数１３】
Ａｈｒａｔｉｏ＝ｃａｐＡｈ／ΔＡｈ（Ｐ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
【００４２】
ＣＰＵ１０２は、各並列電池の容量劣化係数（Ａｈｒａｔｉｏ）の中で最小値をＡｈｒａｔｉｏｍｉｎとする。ＣＰＵ１０２はさらに、各並列電池の容量劣化係数（Ａｈｒａｔｉｏ）の平均値Ａｈｒａｔｉｏａｖｅを算出し、組電池全体の並列電池容量劣化補正係数Βを次式（１４）を用いて算出する。
【数１４】
Β＝（Ａｈｒａｔｉｏａｖｅ−（Ａｈｒａｔｉｏａｖｅ−Ａｈｒａｔｉｏｍｉｎ）×ｎ）／Ａｈｒａｔｉｏａｖｅ　（１４）
ただし、ｎは並列電池を構成する単電池の数である。
【００４３】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_１）と、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_２）と、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_３）と、単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_４）とをそれぞれ直列に接続して組電池を構成する。ＣＰＵ１０２は、あらかじめ温度−内部抵抗の関係を実測してテーブル化し、テーブルデータを参照して温度補正係数αとする。
（２）上記組電池に流れる電流を電流センサ２０１で検出し、上記組電池を構成するそれぞれの並列電池の端子電圧をセル電圧検出部１０１で検出する。ＣＰＵ１０２は、放電中の複数回の測定によって得た並列電池の電圧平均値Ｖ（Ｐａｖｅ）および電流値を用いて並列電池のＩＶ特性を直線回帰演算し、並列電池の内部抵抗平均Ｒ（Ｐａｖｅ）の上昇率の逆数をとり、内部抵抗劣化補正係数γとする。
（３）ＣＰＵ１０２は、放電中の所定時間における電流値を積算して放電電気量Ａｈｄを算出するとともに、上記電流値の積算開始時の開放電圧平均値Ｅ_１（Ｐａｖｅ）と、上記電流値の積算終了時の開放電圧平均値Ｅ_２（Ｐａｖｅ）とを回帰演算によって得る。ＣＰＵ１０２は、Ｅ_１およびＥ_２の差に対応する容量差ΔＡｈ（Ｐａｖｅ）を図４のマップデータから求め、ＡｈｄおよびΔＡｈ（Ｐａｖｅ）の比をとって容量劣化補正係数βとする。
【００４４】
（４）ＣＰＵ１０２は、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）の内部抵抗Ｒ（Ｐ）が最大値を有する並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）に着目し、当該並列電池を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が他の単電池の内部抵抗に比べて上昇して最大値Ｒ_Ｃｍａｘを有し、他の単電池の内部抵抗が同一の正常値をとると仮定して内部抵抗最大セル比Ｒ_Ｃｍａｘ／Ｒ_Ｃａｖｅを算出する。ＣＰＵ１０２は、内部抵抗最大セル比の逆数Ｒ_Ｃａｖｅ／Ｒ_Ｃｍａｘを組電池の並列内部抵抗劣化補正係数Γとするようにした。Ｒ_Ｃａｖｅは、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）以外の並列電池の内部抵抗Ｒ（Ｐ）から算出した他の単電池の内部抵抗である。内部抵抗最大セル比を用いて並列内部抵抗劣化補正係数Γを算出するので、並列電池を構成する単電池の容量が低い方の電池に応じた補正係数を得ることができる。さらに、並列電池Ｃ（Ｐｍｉｎ）を構成する単電池のうち１つの単電池の内部抵抗が上昇して最大値Ｒ_Ｃｍａｘをとる仮定をしたので、内部抵抗の最悪値を想定して補正係数を算出できる。この結果、組電池を構成するいずれの単電池でも使用電池電圧が上下限値から外れないように適切な領域で電池を使用することができ、電池の劣化を防止できる。
【００４５】
上記（４）について補足説明する。図６は、２つの単電池Ｖ１およびＶ２が並列に接続された並列電池を示す図である。この並列電池に負荷を接続すると、並列電池は電流Ｉを負荷へ流す。セル電圧検出部１０１は、負荷時の端子電圧Ｖを検出する。単電池Ｖ１のＳＯＣ（充電状態）が単電池Ｖ２のＳＯＣより高く、単電池Ｖ１から単電池Ｖ２側へ容量調整電流が流れる状態では、単電池Ｖ１の電流Ｉ１の一部が単電池Ｖ２側へ流れる。並列電池の中で単電池の電圧のばらつきに起因して電圧が高い側の電池から電圧が低い側の電池へ調整電流が流れる場合、２つの単電池の開放電圧は異なる値をとる。図７は、時間の経過とともにセル電圧検出部１０１で検出される端子電圧、および各単電池の開放電圧を示す図である。図７において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧を表す。曲線Ｖは並列電池の端子電圧を、曲線Ｅ_０１は単電池Ｖ１の開放電圧を、曲線Ｅ_０２は単電池Ｖ２の開放電圧をそれぞれ示す。図７は、並列電池の端子電圧Ｖが電池使用時の電圧下限値を下回らない状態でも、単電池Ｖ２の開放電圧が電圧下限値より低くなる場合があることを示している。本発明による演算方法は、並列電池のうち電池電圧が低い方の単電池の電池電圧が下限値を下回らないように組電池の放電容量を演算するものである。
【００４６】
（５）組電池としての並列容量劣化補正係数Βを算出するとき、容量劣化係数（Ａｈｒａｔｉｏ）が最小値をとる並列電池を抽出し、この並列電池の容量劣化係数と、並列電池の容量劣化係数の平均値とを用いて算出するようにしたので、全ての並列電池の使用電池電圧が上下限値を外れないように適切な領域で電池を使用することが可能になり、電池の劣化を防止することができる。なお、容量劣化係数（Ａｈｒａｔｉｏ）は並列電池ごとの容量を示す係数であり、容量劣化係数が最小となる並列電池は、他の並列電池に比べて容量劣化が進行した並列電池とみなせる。
【００４７】
上記の説明で用いた並列電池を構成する単電池の数ｎ、および直列接続した並列電池の数ｍは、上述した例に限らず適宜設定してよい。
【００４８】
以上の説明では、並列電池の開放電圧を回帰直線によって推定するようにした。この理由は、充放電ＩＶ特性の直線性がよい電池は推定開放電圧と実際の開放電圧とがよく一致するためである。
【００４９】
並列電池の開放電圧を得る方法として、上記推定の代わりに無負荷時の電圧を測定して開放電圧を得てもよい。
【００５０】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。組電池は、たとえば、単電池Ｃ１〜Ｃ８によって構成される。並列接続電池は、たとえば、単電池Ｃ１およびＣ２を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_１）、単電池Ｃ３およびＣ４を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_２）、単電池Ｃ５およびＣ６を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_３）、および単電池Ｃ７およびＣ８を並列に接続した並列電池Ｃ（Ｐ_４）によって構成される。また、電圧センサ２０２が電圧検出手段を、電流センサ２０１が電流検出手段を、ＣＰＵ１０２が内部抵抗算出手段、抽出手段、推定手段、平均値算出手段、補正係数算出手段、および放電容量補正手段を、それぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法で組電池の放電容量を演算する制御ユニットを搭載した車両の全体構成図である。
【図２】組電池のパワー対放電電力特性を説明する図である。
【図３】回帰直線を説明する図である。
【図４】並列電池の初期状態で実測した放電容量と開放電圧との関係を表す図である。
【図５】回帰直線を説明する図である。
【図６】２つの単電池が並列に接続された並列電池を示す図である。
【図７】並列電池の端子電圧および各単電池の開放電圧を示す図である。
【符号の説明】
１０１…セル電圧検出部、　　　　　　１０２…ＣＰＵ、
１０３…メモリ、　　　　　　　　　　２０１…電流センサ、
３０４…車両システムＣＰＵ、　　　　Ｃ１〜Ｃ８…単電池

Claims

複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池の放電容量を演算する方法において、
前記組電池の放電時に前記並列電池ごとの電圧をそれぞれ検出し、
前記放電時に前記組電池を流れる電流を検出し、
前記検出した電流値および電圧値による特性から前記並列電池ごとに内部抵抗をそれぞれ算出し、
前記算出した内部抵抗が最大値を有する並列電池を抽出し、
前記抽出した並列電池の内部抵抗値、および前記抽出した並列電池以外の並列電池の内部抵抗の平均値を用いて前記抽出した並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定し、
前記抽出した並列電池以外の並列電池の内部抵抗の平均値を用いて前記並列電池を構成する単電池の内部抵抗の平均値を算出し、
前記単電池の内部抵抗の平均値および前記単電池の内部抵抗の最大値の比を用いて並列内部抵抗劣化補正係数を算出し、
前記並列内部抵抗劣化補正係数で前記並列電池の放電容量を補正することを特徴とする並列接続された組電池の容量演算方法。
請求項１に記載の並列接続された組電池の容量演算方法において、
前記検出した電流値、前記検出した電圧値、および前記並列電池の初期特性から前記並列電池ごとの容量を示す係数をそれぞれ算出し、
前記容量を示す係数の最小値および平均値を用いて並列容量劣化補正係数を算出し、
前記並列容量劣化補正係数で前記並列電池の放電容量をさらに補正することを特徴とする並列接続された組電池の容量演算方法。
請求項１または２に記載の並列接続された組電池の容量演算方法において、
前記並列電池の平均の放電容量を補正する、（１）温度補正係数、（２）内部抵抗劣化補正係数、および（３）容量劣化補正係数をそれぞれ算出し、
前記並列電池の放電容量を前記（１）温度補正係数、（２）内部抵抗劣化補正係数、および（３）容量劣化補正係数でさらに補正することを特徴とする並列接続された組電池の容量演算方法。
複数の二次単電池を並列に接続し、前記並列電池を直列に複数接続した組電池と、
前記組電池の放電時に、前記並列電池ごとの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記組電池の放電時に、前記組電池を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段および前記電流検出手段により検出された電圧および電流に基づいて、前記並列電池ごとの内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と、
前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗が最大の並列電池を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された並列電池の内部抵抗と、前記抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗とを用いて、前記抽出された並列電池を構成する単電池の内部抵抗の最大値を推定する推定手段と、
前記抽出手段で抽出された並列電池以外の並列電池の内部抵抗の平均値を用いて、前記並列電池を構成する単電池の内部抵抗の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段によって算出された単電池の内部抵抗の平均値および前記推定手段で推定された単電池の内部抵抗の最大値の比を用いて、並列内部抵抗劣化補正係数を算出する補正係数算出手段と、
前記補正係数算出手段によって算出された並列内部抵抗劣化補正係数で、前記並列電池の放電容量を補正する放電容量補正手段と、
を備えることを特徴とする並列接続された組電池の容量演算装置。