JP7028060B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本開示は、ニッケル水素電池を備える電池システムに関する。

特開２０１８－１４２１０号公報（特許文献１）には、ニッケル水素電池を備える電池システムが開示されている。この電池システムは、電流センサおよび電圧センサを用いて所定期間における電流変化量および電圧変化量を監視し、ニッケル水素電池が安定した状態であることを判定できる所定の条件を満たしたタイミングにおける電流変化量および電圧変化量を用いてニッケル水素電池の内部抵抗を推定する（特許文献１参照）。

特開２０１８－１４２１０号公報

たとえば、特許文献１に開示された電池システムが電動車両に搭載される場合、車両の制御装置は電流センサの検出値および電圧センサの検出値（閉回路電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage））を取得し、これらの検出値を用いてニッケル水素電池の内部抵抗を推定する。ＣＣＶは、開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）から分極電圧および抵抗成分による電圧降下量を減算したものに相当する。

ここで、分極の減少と増加とでは時定数が異なることが知られている。具体的には、ニッケル水素電池の放電が継続されている状態において、放電電流の減少に伴なって生じる分極電圧が、減少後の電流に対応した値になるまでの時間（減少時間）は、放電電流の増加に伴なって生じる分極電圧が、増加後の電流に対応した値になるまでの時間（増加時間）よりも長い。ニッケル水素電池の充電が継続されている状態についても同様である。以下においては、減少後または増加後の電流に対応した値になった分極電圧を「対応分極電圧」ともいう。

上記のため、たとえば、所定期間における電流変化量および電圧変化量からニッケル水素電池の内部抵抗が推定されるような場合、設定される所定期間によっては、所定期間の開始時刻から終了時刻において、（１）電流の大きさが増加する方向に電流が変化したときと、（２）電流の大きさが減少する方向に電流が変化したときとで、同じ電流変化量であったとしても、電圧センサによって検出される電圧変化量が異なり得る。これは、電流の大きさが減少する方向に電流が変化した場合には、分極電圧が対応分極電圧となるまでに時間を要するため、終了時刻において分極電圧が対応分極電圧となっていない可能性があるためである。分極電圧が変動中であるときの検出値がニッケル水素電池の内部抵抗の推定に用いられると、内部抵抗の推定精度が低下してしまう可能性がある。

上記の（１）および（２）の双方の場合に、終了時刻において分極電圧が対応分極電圧とるように所定期間を設定することも考えられるが、所定期間が長くなってしまう。所定期間が長くなると、たとえば、車両の使用中のようなニッケル水素電池に入出力される電流が絶えず変化し得るような環境では、所定の条件を満たす状態が発生しにくくなり、ニッケル水素電池の内部抵抗が推定される機会が減少してしまう可能性がある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、比較的短い所定期間におけるニッケル水素電池の内部抵抗の推定精度を向上させることである。

この開示に係る電池システムは、ニッケル水素電池と、ニッケル水素電池の電流が所定期間の開始時刻に取得した値から第１所定量以上変化した後のニッケル水素電池の電流の変動幅が、第１所定量より小さい第２所定量以下であるときに、所定期間におけるニッケル水素電池の電流変化量および電圧変化量を用いてニッケル水素電池の内部抵抗を推定する制御装置とを備える。制御装置は、ニッケル水素電池の充電または放電が所定期間を通して継続されている場合において、開始時刻から電流の大きさが減少したときには、内部抵抗の推定をしない。

所定期間においてニッケル水素電池の充電または放電が継続されている場合に、開始時刻から電流の大きさから減少したときは、所定期間の間に分極電圧が対応分極電圧に達しない可能性がある。上記構成によれば、所定期間の間に分極電圧が対応分極電圧に達しない可能性がある場合には内部抵抗が推定されない。これによって、分極電圧が対応分極電圧に達した安定した状態の電池情報のみを用いて内部抵抗を推定することができる。ゆえに、ニッケル水素電池の内部抵抗の推定精度を向上させることができる。

本開示によれば、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、比較的短い所定期間におけるニッケル水素電池の内部抵抗の推定精度を向上させることができる。

実施の形態に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。 実施の形態に係る電池システムにおける内部抵抗の推定方法を説明するための図である。 第１条件を説明するための図である。 ある電流で放電が行なわれた場合におけるＯＣＶ、ＣＣＶおよび分極電圧Ｖｐの関係を模式的に示した図である。 所定期間において観測された電流波形を例示した図である。 電池システムにおける組電池の内部抵抗の推定処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜実施の形態＞
図１は、本実施の形態に係る電池システム５が搭載された車両１の全体構成を概略的に示す図である。車両１は、たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車および燃料電池自動車などの電動車両である。本実施の形態においては、車両１は電気自動車である例について説明する。

車両１は、組電池１０と、システムメインリレー（System Main Relay）２０と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」ともいう）４０と、モータジェネレータ（Motor Generator：ＭＧ）５０と、駆動輪６０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、監視ユニット２００とを備える。電池システム５は、組電池１０、ＥＣＵ１００および監視ユニット２００を含んで構成される。

組電池１０は、複数の電池が積層された構成を有する。電池は、充放電可能なニッケル水素電池である。監視ユニット２００は、たとえば、電圧センサ２１０、電流センサ２２０および温度センサ２３０などを含む。電圧センサ２１０は、組電池１０の電圧を検出し、その検出結果を示す信号ＶＢをＥＣＵ１００に出力する。電流センサ２２０は、組電池１０に入出力される電流を検出し、その検出結果を示す信号ＩＢをＥＣＵ１００に出力する。なお、電池電流ＩＢが正の値である場合は電池の放電を示し、負の値である場合は電池の充電を示す。温度センサ２３０は、組電池１０の温度を検出し、その検出結果を示す信号ＴＢをＥＣＵ１００に出力する。なお、必ずしも組電池単位で電圧および温度が監視される必要はなく、たとえば、電池単位で電圧および温度が監視されてもよい。この場合には、電圧センサ２１０は、組電池１０に含まれる各電池の電圧を検出し、その検出結果を示す信号ＶＢをＥＣＵ１００に出力する。温度センサ２３０は、組電池１０に含まれる各電池の温度を検出し、その検出結果を示す信号ＴＢをＥＣＵ１００に出力する。

システムメインリレー２０は、一端が組電池１０と電気的に接続され、他端がＰＣＵ４０と電気的に接続される。システムメインリレー２０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って開閉状態が切り替えられる。システムメインリレー２０が開状態であると組電池１０からＰＣＵ４０への電力の供給が遮断される。システムメインリレー２０が閉状態であると組電池１０からＰＣＵ４０への電力の供給が可能となる。

ＰＣＵ４０は、組電池１０から電力を受けてモータジェネレータ５０を駆動するための電力変換装置を総括して示したものである。たとえば、ＰＣＵ４０は、モータジェネレータ５０を駆動するためのインバータ、および、組電池１０から出力される電力を昇圧してインバータへ供給するコンバータなどを含む。

モータジェネレータ５０は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ５０のロータは、動力伝達ギア（図示せず）を介して駆動輪６０に機械的に接続される。モータジェネレータ５０は、車両１の回生制動動作時には、駆動輪６０の回転力によって発電することができ、その発電された電力をＰＣＵ４０へ出力する。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００ａと、メモリ（より具体的にはＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））１００ｂと、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサおよび機器からの信号、並びにメモリ１００ｂに格納されたプログラムなどに基づいて、各機器の制御を行なう。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

ＥＣＵ１００は、さらにタイマ回路１００ｃを含む。タイマ回路１００ｃは、予め設定された所定期間（後述）を計測可能に構成される。

（内部抵抗の推定）
ＥＣＵ１００は、監視ユニット２００から取得した電池情報（電池電圧ＶＢ，電池電流ＩＢ，電池温度ＴＢ）を用いて組電池１０の内部抵抗を推定する。内部抵抗の推定には、たとえば、いわゆるＩ－Ｖプロット法が用いられる。具体的には、ＥＣＵ１００は、ある単位時間毎に電池電流ＩＢと電池電圧ＶＢとの組（ＩＢ，ＶＢ）を監視ユニット２００から取得して、横軸に電流ＩＢ、縦軸に電圧ＶＢを取った二次元座標にプロットする。そして、そのようにして得られる複数の点を近似する直線の傾きを算出し、算出された直線の傾きを組電池１０の内部抵抗とすることができる。なお、概略的には、本実施の形態においては、２つの時刻における電池電流ＩＢおよび電池電圧ＶＢから求まる直線の傾きから組電池１０の内部抵抗を推定する。図２を用いて、本実施の形態における組電池１０の内部抵抗の推定について具体的に説明する。

図２は、本実施の形態に係る電池システム５における内部抵抗の推定方法を説明するための図である。図２の横軸には時刻ｔが示され、縦軸には電池電流ＩＢが示されている。図２には、所定期間において単位時間毎に取得した電池電流ＩＢおよび電池電圧ＶＢのうち、電池電流ＩＢの時間変化が示されている。

所定期間とは、たとえば、数百ミリ秒あるいは数秒などに設定される。所定期間は、たとえば、電池温度ＴＢに応じて設定されてもよい。本実施の形態においては、一例として所定期間が１秒に設定される例について説明する。図２に示される時刻ｔ１から時刻ｔ１１までが１秒に相当する。本実施の形態においては、時刻ｔ１に取得された電池電流を第１電流として定義する。そして、時刻ｔ１から単位時間（たとえば、０．１秒）後の時刻ｔ２に取得された電池電流を第２電流ｉ２、時刻ｔ２から単位時間後の時刻ｔ３に取得された電池電流を第３電流ｉ３、同様にして第４電流ｉ４～第１１電流ｉ１１を定義する。第１電流ｉ１が所定期間の開始時刻（時刻ｔ１）における電池電流であり、第１１電流ｉ１１が所定期間の終了時刻（時刻ｔ１１）における電池電流である。なお、第１電流ｉ１に対応した電圧を「第１電圧ｖ１」、同様に第２電流ｉ２～第１１電流ｉ１１に対応した電圧をそれぞれ第２電圧ｖ２～第１１電圧ｖ１１と定義する。

図２に示されるように、所定期間において（第１電流ｉ１，第１電圧ｖ１）～（第１１電流ｉ１１，第１１電圧ｖ１１）の１１点の電池情報が取得される。ＥＣＵ１００は、内部抵抗の推定精度を向上させるために、上記１１点の電池情報が以下に説明する２つの条件（第１条件，第２条件）を満たした場合に、時刻ｔ１に取得された電池電流（ｉ１，ｖ１）と時刻ｔ１１に取得された電池電流（ｉ１１，ｖ１１）とを用いて、時刻ｔ１から時刻ｔ１１までの間における電流変化量および電圧変化量から組電池１０の内部抵抗を推定する。

第１条件は、Ｉ－Ｖプロット法を用いて、組電池１０の内部抵抗を推定するにあたり、ある一定以上の電流変化があったことを保証するために設定される条件である。具体的には、第１条件は、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２との電流変化量（以下「第１変化量」ともいう）ｄｉ１が第１所定量ＴＨ１以上であることである。第１所定量ＴＨ１は、電池の特性および使用環境などに応じて適切に設定される値であり、たとえば、数十アンペア程度に設定される。なお、本実施の形態における第１条件は、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２との電流変化量が第１所定量ＴＨ１以上であることとしているが、これに限られるものではなく、所定期間において第１電流ｉ１から第１所定量ＴＨ１以上の電流変化があればよい。たとえば、第１電流ｉ１と第３電流ｉ３との電流変化量が第１所定量ＴＨ１以上であった場合には、第１条件を満たすとものとしてもよい。

図３は、第１条件を説明するための図である。図３－１は、電流変化量（ｄｉ）が小さい場合における内部抵抗の推定を概略的に示す図である。たとえば、図３－１の下図に示されるように、電流ｉ１と電流ｉ１１との電流変化量ｄｉが小さかった場合には、近接した２点で近似直線が引かれることになる。この場合、たとえば、電流センサまたは／および電圧センサの検出精度などに起因した誤差が小さなものであっても、当該誤差が近似直線の傾きに与える影響が大きくなる。そのため、近似直線の傾きから推定される組電池１０の内部抵抗の推定精度が低下してしまうことが懸念される。

図３－２は、電流変化量（ｄｉ）が大きい場合における内部抵抗の推定を概略的に示す図である。たとえば、図３－２の下図に示されるように、電流ｉ１と電流ｉ１１との電流変化量ｄｉが大きかった場合には、２点間の距離が大きくなるので、上記の誤差が近似直線の傾きに与える影響は、２点間の距離が小さい場合よりも小さくなる。そのため、２点間の距離を一定以上にすることによって、Ｉ－Ｖプロット法による近似直線の傾きから推定される組電池１０の内部抵抗の推定精度を確保することができる。

図２に戻り、第２条件は、時刻ｔ１１において取得された電池情報が、組電池１０に入出力される電流が安定した状態で取得された値であることを保証するために設定される条件である。電池の充放電を行なうと、電池では分極が生じることが知られている。分極により生じる分極電圧は、電池に入出力される電流の大きさに応じて大きくなる。分極電圧とは、電池の活物質内および電解液中における塩濃度の偏りによって発生する電圧である。電池の充放電を停止すると、そのときに発生している分極電圧は、時間の経過とともに徐々に解消する。電池に入出力される電流の大きさが変化すると、そのときに発生している分極電圧は、時間の経過とともに徐々に変動し、変化後の電流に対応した分極電圧（対応分極電圧）に落ち着く。このように、電池は、電池の充放電履歴の影響を受けやすい（ヒステリシス）。そのため、組電池１０の内部抵抗を精度よく推定するためには、ヒステリシスの影響が緩和されている状態で取得された電池情報を用いることが望ましい。

そこで、ＥＣＵ１００は、第２条件を満たすか否かを判定することによって、ヒステリシスの影響が緩和されているかを判定する。第２条件は、第１電流ｉ１から第１変化量ｄｉ１以上の電流変化があった後の電池電流の変動幅ｄｉ２が第２所定量ＴＨ２以下となっていることである。本実施の形態においては、第２電流ｉ２から第１１電流ｉ１１までの電池電流の変動幅が変動幅ｄｉ２に相当する。時刻ｔ２から時刻ｔ１１における電池電流の変動幅ｄｉ２が第２所定量ＴＨ２以下に収まっていれば、電流の変動幅が小さい状態であるので、ヒステリシスの影響が内部抵抗の推定精度に与える影響は少ない（緩和されている）といえる。つまり、第２条件が満たされることによって、組電池１０の内部抵抗の推定に用いられる時刻ｔ１１（終了時刻）に取得された電池情報が、組電池１０が安定した状態で取得された情報であることが保証される。第２所定量ＴＨ２は、第１所定量ＴＨ１よりも小さい値に設定される。第２所定量ＴＨ２は、たとえば、数アンペア程度に設定される。

しかしながら、分極は、その減少速度と増加速度とが異なることが知られている。具体的には、組電池１０の放電が継続されている状態において、放電電流の減少に伴なって生じる分極電圧が、減少後の電流に対応した値（対応分極電圧）になるまでの時間（減少時間）は、放電電流の増加に伴なって生じる分極電圧が、増加後の電流に対応した値（対応分極電圧）になるまでの時間（増加時間）よりも長い。組電池１０の充電が継続されている状態についても同様である。そのため、所定期間において開始時刻から電流の大きさが減少する場合（上述した第１電流ｉ１と第２電流ｉ２との間での電流の変化が、電流の大きさが減少する方向の変化である場合）には、設定される所定期間の長さによっては、終了時刻において分極電圧が対応分極電圧に至っていない可能性がある。

そこで、開始時刻から電流の大きさが減少する場合、および、増加する場合の双方において、終了時刻に分極電圧が対応分極電圧に至るように所定期間を設定することが考えられるが、所定期間が長くなってしまう。所定期間が長くなると、たとえば、車両１の使用時などにおいては、組電池１０に入出力される電流が絶えず変化し得るため、第１条件および第２条件を満たすような状態が発生しにくくなり、組電池１０の内部抵抗が推定される機会が減少してしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態に係る電池システム５は、所定期間において充電または放電が継続されている場合には、開始時刻から電流の大きさが増加するときにのみ組電池１０の内部抵抗の推定を行なう。換言すると、所定期間において充電または放電が継続されている場合には、開始時刻から電流の大きさが減少するときには組電池１０の内部抵抗の推定を行なわない。

図４を用いて分極の減少速度と増加速度とについて説明する。図４は、ある電流で放電が行なわれた場合におけるＯＣＶ、ＣＣＶおよび分極電圧Ｖｐの関係を模式的に示した図である。図４の横軸には時間ｔが示され、縦軸には電池電流ＩＢおよび電池電圧ＶＢが示されている。図４に示される破線ＶＲは、ＣＣＶの理想曲線を示すものである。

図４におけるＣＣＶは、電圧センサ２１０の検出値である電池電圧ＶＢを示している。電池電圧ＶＢは、組電池１０の起電圧ＶＡと、組電池１０の充放電（電池電流ＩＢの入出力）に伴う電圧降下量（Ｚ×ＩＢで示す）との差により表される。さらに、起電圧ＶＡは、組電池１０の開回路電圧（ＯＣＶ）と分極電圧Ｖｐとの差として定義される。つまり、電池電圧ＶＢは、下記の式（１）で表わされる。以下においては、分極電圧Ｖｐおよび抵抗成分による電圧降下量（Ｚ×ＩＢ）を総称して「差電圧」ともいう。

ＶＢ＝ＶＡ－（Ｚ×ＩＢ）＝（ＯＣＶ－Ｖｐ）－（Ｚ×ＩＢ）…（１）
なお、ＯＣＶとは、組電池１０の充放電終了後に時間が経過し、組電池１０の分極が解消した後の電圧成分を意味する。

以上を前提として、図４に（Ａ），（Ｂ）で示される２つの所定期間における内部抵抗の推定についてそれぞれ説明する。

（Ａ）のパターンは、放電電流が電流ｉｘから電流ｉｙ（ｉｘ＜ｉｙ）に増加した場合を示している。時刻ｔｂから時刻ｔｃが所定期間（ｔｃ－ｔｂ）である。所定期間において、図２で説明したように、時刻ｔｂの電池情報と時刻ｔｃの電池情報とから、Ｉ－Ｖプロット法により組電池１０の内部抵抗が推定される。なお、（Ａ），（Ｂ）の双方のパターンにおいて、第１条件および第２条件は満たされていることを前提としている。

時刻ｔｂの直前においては、組電池１０が電流ｉｘで放電されていることによって、ＯＣＶとＣＣＶには、矢印ＡＲ１の長さで示される差分が生じている。矢印ＡＲ１の長さは、上述の式（１）における分極電圧Ｖｐと抵抗成分による電圧降下量（Ｚ×ＩＢ）との大きさ（差電圧の大きさ）を示している。分極電圧Ｖｐは、上述したように、電流ｉｘに応じた大きさとなる。抵抗成分による電圧降下量が電流ｉｘに応じた大きさとなることは言うまでもない。

時刻ｔｂに電流がｉｘからｉｙに変化したことによってＣＣＶが降下し、時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの時間を要して、時刻ｔｃではＣＣＶは理想曲線ＶＲと略同様となっている。時刻ｔｂから時刻ｔｃにおいて、ＣＣＶが理想曲線ＶＲに対して指数関数的に変化しているのは、分極の増加の時定数に起因する。抵抗成分による電圧降下量と異なり、電流がｉｘからｉｙに変化したことに伴なって、分極電圧が電流ｉｘに応じた分極電圧Ｖｐｘから、電流ｉｙに応じた分極電圧Ｖｐｙ（｜Ｖｐｘ｜＜｜Ｖｐｙ｜）に増大することには一定の時間を要する。

図４に示される矢印ＡＲ１０の長さは、時刻ｔｃにおける分極電圧Ｖｐｙと抵抗成分による電圧降下量（Ｚ×ｉｙ）とを示している。分極の増加速度の遅れの影響はあるものの、時刻ｔｃにおいて取得される電池電圧ｖｙは、理想曲線ＶＲにおける時刻ｔｃの電池電圧（真値）と概ね等しい値となっている。ゆえに、時刻ｔｂ（開始時刻）の電池情報（ｉｘ，ｖｘ）と時刻ｔｃ（終了時刻）の電池情報（ｉｙ，ｖｙ）とを用いて組電池１０の内部抵抗を精度よく推定することができる。

（Ｂ）のパターンは、放電電流が電流ｉｙからｉｘに減少した場合を示している。時刻ｔｄから時刻ｔｅが所定期間（ｔｅ－ｔｄ）である。

ここで、時刻ｔｅにおける電流と時刻ｔｂの直前における電流とは共にｉｘで等しいため、双方の時刻における差電圧の大きさは等しくなると考えられる。つまり、時刻ｔｅにおける差電圧の大きさを示す矢印ＡＲ２０の長さは、時刻ｔｂの直前における差電圧の大きさを示す矢印ＡＲ１の長さと等しくなると考えられる。

しかしながら、図４に示されるように、時刻ｔｅにおける差電圧の大きさは、時刻ｔｂにおける差電圧の大きさよりも大きくなっている。そして、時刻ｔｅよりさらに時間経過した時刻ｔｆ（ｔｅ＜ｔｆ）において差電圧が時刻ｔｂの直前における差電圧と等しくなっている（矢印ＡＲ１の長さ＝矢印ＡＲ２の長さ）。

これは、分極の増加の時定数と、分極の減少の時定数との違いに起因している。分極の減少の時定数は、分極の増加の時定数よりも大きい。組電池１０の放電が継続されている状態において、放電電流が減少すると分極電圧も減少するが、分極の増加の時定数よりも分極の減少の時定数の方が大きいために、所定期間において分極電圧が対応分極電圧への変動が完了していない。そのため、時刻ｔｅに取得される電池電圧ＶＢは、変動中の分極電圧の影響を受けて、理想曲線ＶＲが示す値から離れた値となってしまう。この値を用いて内部抵抗の推定が行なわれると、内部抵抗の推定精度が低下してしまう可能性がある。所定期間を長く設定して対策することも考えられるが、上述したとおり、所定期間を長く設定すると、車両１の使用時などにおいて内部抵抗の推定の機会が減少してしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ１００は、第１条件および第２条件に加えて、さらに第３条件を満たすか否かを判定し、第３条件を満たす場合に内部抵抗を推定する。第３条件は、「所定期間において、充電または放電が継続されていない、または、開始時刻から電流の大きさが減少していないこと」である。つまり、「所定期間において、充電または放電が継続されており、かつ、開始時刻から電流の大きさが減少している」場合には、組電池１０の内部抵抗の推定が行なわれない。

第３条件が満たされるパターン（内部抵抗が推定されるパターン）および第３条件が満たされないパターン（内部抵抗が推定されないパターン）を具体的に例示する。図５は、所定期間において観測された電流波形を例示した図である。図５に示される（Ａ）～（Ｄ）のパターンのうち、（Ａ）および（Ｄ）のパターンの場合には内部抵抗が推定され、（Ｂ）および（Ｃ）のパターンの場合には内部抵抗が推定されない。

（Ａ）および（Ｂ）のパターンについては、図４において説明したとおりであるので繰り返し説明しない。（Ｃ）のパターンについては、組電池１０の充電が継続されている状態において、所定期間に開始時刻よりも電流の大きさ（絶対値）が減少している。つまり、開始時刻から充電電流が減少している。この場合には、（Ｂ）のパターンの場合と同様に、分極が減少する方向への電流変化であり、所定期間内に分極電圧が対応分極電圧まで減少しない可能性がある。そのため、（Ｃ）のパターンの場合には、終了時刻に取得された電池電圧が、分極電圧が変動中であるときのものである可能性がある。この値が組電池１０の内部抵抗の推定に用いられると、推定精度を低下させてしまう可能性があるので、内部抵抗の推定を行なわない。

（Ｄ）のパターンについては、組電池１０の充電が継続されている状態において、所定期間に開始時刻よりも電流の大きさが増大している。つまり、開始時刻から電流（充電電流）が増大している。この場合には、（Ａ）の場合と同様に、所定期間内に分極が増加する方向への電流変化であり、所定期間において分極電圧Ｖｐが対応分極電圧まで増加することが見込まれる。（Ｄ）のパターンの場合には、終了時刻に取得された電池電圧が、分極電圧が対応分極電圧となっているときのものであるので、所定期間の開始時刻と終了時刻との電池情報を用いて組電池１０の内部抵抗を精度よく推定することができる。ゆえに、内部抵抗の推定が行なわれる。

（内部抵抗の推定処理の手順）
図６は、電池システム５における組電池１０の内部抵抗の推定処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される各ステップは、車両１が作動中である場合においてＥＣＵ１００により繰り返し実行される。図６に示すフローチャートの各ステップは、ＥＣＵ１００によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部がＥＣＵ１００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

ＥＣＵ１００は、インデックスである変数ｎに１を代入して初期化する（ステップ１００、以下ステップを「Ｓ」と略す）。ｎは自然数であり、たとえば、所定期間において、時刻ｔ１～ｔ１１のそれぞれにおいて電池情報が取得される場合には、１～１１の値をとる。ＥＣＵ１００は、変数ｎに代入されている値を判定する（Ｓ１１０）。

ＥＣＵ１００は、変数ｎが１である場合（Ｓ１１０においてｎ＝１）、開始時刻（第１時刻）ｔ１における電池電流および電池電圧を監視ユニット２００から第１電流ｉ１および第１電圧ｖ１としてそれぞれ取得し、メモリ１００ｂに記憶する（Ｓ１２０）。

ＥＣＵ１００は、変数ｎがＮであるか否かを判定する（Ｓ１６０）。なお、図２で示した本実施の形態の例においては、Ｎの値は１１である。ＥＣＵ１００は、変数ｎの値が１であるため（ｎ≠Ｎ）、Ｓ１６０においてＮＯを選択し、処理をＳ１６５に進める。Ｓ１６５において、ＥＣＵ１００は、変数ｎを２として、処理をＳ１１０に戻す。

ＥＣＵ１００は、ｎが２である場合（Ｓ１１０においてｎ＝２）、時刻ｔ２における電池電流および電池電圧を監視ユニット２００から第２電流ｉ２および第２電圧ｖ２としてそれぞれ取得し、メモリ１００ｂに記憶する（Ｓ１３０）。

ＥＣＵ１００は、Ｓ１４０において第１条件を満たすか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２との差分の大きさである第１変化量ｄｉ１が第１所定量ＴＨ１以上となっているか否かを判定する。ＥＣＵ１００は、第１変化量ｄｉ１が第１所定量ＴＨ１より小さい（ｄｉ１＜ＴＨ１）場合（Ｓ１４０においてＮＯ）、Ｉ－Ｖプロット法による組電池１０の内部抵抗の推定において一定以上の精度を確保できる程度に電流が変化していないと判定し、組電池１０の内部抵抗の推定を行なわずに、処理を終了させる。

一方、ＥＣＵ１００は、第１変化量ｄｉ１が第１所定量ＴＨ１以上（ｄｉ１≧ＴＨ１）である場合（Ｓ１４０においてＹＥＳ）、処理をＳ１６０に進める。そして、ＥＣＵ１００は、変数ｎの値が２であるので（ｎ≠Ｎ）、処理をＳ１６５に進めて変数ｎを３として、処理をＳ１１０に戻す。

ＥＣＵ１００は、変数ｎが３以上である場合（Ｓ１１０においてｎ≧３）、時刻ｔｎにおける電池電流および電池電圧を監視ユニット２００から第ｎ電流ｉｎおよび第ｎ電圧ｖｎとしてそれぞれ取得し、メモリ１００ｂに記憶する（Ｓ１５０）。ＥＣＵ１００は、この処理を変数ｎがＮとなるまで繰り返し実行する。

ＥＣＵ１００は、Ｓ１６０において変数ｎがＮに達すると（Ｓ１６０においてＹＥＳ）、第２条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１７０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、第２電流ｉ２から第１１電流ｉ１１までの電池電流の変動幅ｄｉ２が第２所定量ＴＨ２以下（ｄｉ２≦ＴＨ２）であるか否かを判定する。

ＥＣＵ１００は、変動幅ｄｉ２が第２所定量ＴＨ２より大きい（ｄｉ２＞ＴＨ２）場合（Ｓ１７０においてＮＯ）、時刻ｔ１１において取得された電池情報（第１１電流ｉ１１，第１１電圧ｖ１１）が、組電池１０に入出力される電流が安定した状態で取得されたものではないと判定し、組電池１０の内部抵抗の推定を行なわずに、処理を終了させる。

一方、ＥＣＵ１００は、変動幅ｄｉ２が第２所定量ＴＨ２以下（ｄｉ２≦ＴＨ２）である場合（Ｓ１７０においてＹＥＳ）、第３条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１８０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、所定期間において、充電または放電が継続されていない、または、第１電流ｉ１の大きさが第１１電流ｉ１１の大きさ以下であること、という条件を満たすか否かを判定する。

ＥＣＵ１００は、第３条件が満たされてない場合（Ｓ１８０においてＮＯ）、つまり、所定期間において充電または放電が継続されており、かつ、第１電流ｉ１の大きさが第１１電流ｉ１１の大きさよりも小さい場合、所定期間の開始時刻から終了時刻において電流が減少する方向に変化している。そのため、時刻ｔ１１において取得された第１１電圧ｖ１１が分極電圧が変動中であるときのものである（分極電圧が第１１電流ｉ１１に対応した対応分極電圧となっていない）可能性があるため、組電池１０の内部抵抗の推定を行なわずに、処理を終了させる。

一方、ＥＣＵ１００は、第３条件が満たされている場合（Ｓ１８０においてＹＥＳ）、時刻ｔ１において取得された電池情報（第１電流ｉ１，第１電圧ｖ１）および時刻ｔ１１において取得された電池情報（第１１電流ｉ１１，第１１電圧ｖ１１）を用いて、時刻ｔ１から時刻ｔ１１までの電流変化量および電圧変化量から組電池１０の内部抵抗を推定する（Ｓ１９０）。

以上のように、第１条件から第３条件が満たされる状態で取得された組電池１０の電池情報（電池電流，電池電圧）を用いて、時刻ｔ１（開始時刻）から時刻ｔ１１（終了時刻）までの組電池１０の電流変化量および電圧変化量から内部抵抗が推定される。これによって、組電池１０の内部抵抗の推定精度を向上させることができる。

（１）第１条件は、第１電流から第１所定量以上の電流変化があったことである。第１条件が満たされることによって、たとえば、Ｉ－Ｖプロット法を用いて時刻ｔ１から時刻ｔ１１までの電流変化量および電圧変化量から組電池１０の内部抵抗が推定される場合、各センサの検出精度などによる測定誤差が内部抵抗を推定するための近似直線の傾きに与える影響を小さくすることができる。

（２）第２条件は、第１電流から第１所定量以上の電流変化があった後の組電池１０の電流の変動幅が第２所定量以下であることである。第２条件が満たされることによって、組電池１０の内部抵抗の推定に用いられる終了時刻（時刻ｔ１１）に取得された電池情報が、組電池１０に入出力される電流が安定した状態で取得されたものであることを保証することができる。

（３）第３条件は、所定期間において、充電または放電が継続されていない、または、開始時刻から電流の大きさが減少していないことである。第３条件が満たされない場合には、終了時刻に取得された電池電圧が分極電圧が変動中であるときのものである可能性がある。第３条件が満たされる場合に取得された電池情報が内部抵抗の推定に用いられることによって、これらの値が分極電圧が対応分極電圧になった状態で取得されたものであることを保証することができる。

なお、本実施の形態においては、第１条件～第３条件を満たしているか否かの判定は、種々のタイミングで行なわれればよい。たとえば、所定期間において、時刻ｔ１～ｔ１１における電池情報をすべて取得してから判定が行なわれてもよいし、各条件が判定可能となった時点で当該条件の判定が行なわれてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、５ 電池システム、１０ 組電池、２０ システムメインリレー、５０ モータジェネレータ、６０ 駆動輪、１００ ＥＣＵ、１００ａ ＣＰＵ、１００ｂ メモリ、１００ｃ タイマ回路、２００ 監視ユニット、２１０ 電圧センサ、２２０ 電流センサ、２３０ 温度センサ、ｄｉ１ 第１変化量、ｄｉ２ 変動幅、ＩＢ 電池電流、ＶＢ 電池電圧、ＶＲ 理想曲線、ＴＢ 電池温度。

Claims (1)

1. ニッケル水素電池と、
   前記ニッケル水素電池の電流が所定期間の開始時刻に取得した値から第１所定量以上変化した後の前記ニッケル水素電池の電流の変動幅が、前記第１所定量より小さい第２所定量以下であるときに、前記所定期間における前記ニッケル水素電池の電流変化量および電圧変化量を用いて前記ニッケル水素電池の内部抵抗を推定する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記ニッケル水素電池の充電または放電が前記所定期間を通して継続されている場合において、前記開始時刻から電流の大きさが減少したときには、前記内部抵抗の推定をしない、電池システム。

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