JP7620466B2

JP7620466B2 - 二次電池の開路電圧の算出装置、及び蓄電システム

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Publication number: JP7620466B2
Application number: JP2021053902A
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Inventors: 隆博荘田
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Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2025-01-23
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: JP2022151025A

Description

本発明は、二次電池の開路電圧の算出装置、及び蓄電システムに関する。

二次電池の充放電電流および該二次電池の端子電圧の検出値を入力とし、該二次電池の内部抵抗値情報に基づいて該二次電池の開路電圧を算出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、二次電池の内部抵抗に充放電電流が流れることに起因した電圧降下を端子電圧に減算し、且つ、二次電池の温度と充放電電流とに基づいて算出する補正量を端子電圧に加算することにより、二次電池の開路電圧を算出する。

特開２０１３－１２６２５８号公報

二次電池の内部抵抗は、電池温度、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）、劣化率（ＳＯＨ：State of Health）等の様々な要因で変化する。このような内部抵抗の変化に追従して高精度に内部抵抗を算出することは困難であり、それに伴って、二次電池の開路電圧の算出値に誤差が生じる可能性があった。

充電率を変化させて充電率毎に無負荷状態で二次電池の端子電圧を計測することにより、二次電池の充電率毎の開路電圧を取得する方法が考えられる。しかしながら、この取得方法では、二次電池の開路電圧を高精度に取得するためには、充電率をより細かく分割して無負荷状態での計測回数をより多くする必要があるので、蓄電システムの運転を停止して無負荷状態にする回数が多くなり、蓄電システムの運転の妨げになるという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑み、蓄電システムを支障なく運転しながら、二次電池の開路電圧を高精度に算出することができる二次電池の開路電圧の算出装置、及び蓄電システムを提供することを目的とする。

本発明の二次電池の開路電圧の算出装置は、電動車の減速時に前記電動車の充電部から前記電動車の二次電池に供給される充電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記充電電流の電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記二次電池の端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の充電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記電流値と、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部とを備え、前記算出部は、下記（Ｉ）式に基づいて、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する。
ｒ（ｔ）＝（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（Ｉ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。
また、本発明の二次電池の開路電圧の算出装置は、電動車の加速時に前記電動車の二次電池から前記電動車の負荷に供給される放電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記放電電流の電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記二次電池の端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の放電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記電流値と、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部とを備え、前記算出部は、下記（ＩＩ）式に基づいて、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する。
ｒ（ｔ）＝－（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（ＩＩ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。

本発明の蓄電システムは、電動車の充電部から充電電流を供給され、前記電動車の負荷に放電電流を供給する前記電動車の二次電池と、前記電動車の減速時に前記充電部から前記二次電池に供給される前記充電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記充電電流の電流値を検出する電流センサと、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記二次電池の端子電圧を検出する電圧センサと、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電流センサにより検出された前記電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電圧センサにより検出された前記端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の充電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記電流値と、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部とを備え、前記算出部は、下記（Ｉ）式に基づいて、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する。
ｒ（ｔ）＝（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（Ｉ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。
また、本発明の蓄電システムは、電動車の充電部から充電電流を供給され、前記電動車の負荷に放電電流を供給する前記電動車の二次電池と、前記電動車の加速時に前記二次電池から前記負荷に供給される前記放電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記放電電流の電流値を検出する電流センサと、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧センサと、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電流センサにより検出された前記電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電圧センサにより検出された前記端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の放電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記電流値と、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部とを備え、前記算出部は、下記（ＩＩ）式に基づいて、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する。
ｒ（ｔ）＝－（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（ＩＩ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。

本発明によれば、蓄電システムを支障なく運転しながら、二次電池の開路電圧を高精度に算出することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電システムの充電時の構成の概略を示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係る蓄電システムの放電時の構成の概略を示す図である。図３は、二次電池の充電時における充電電流と端子電圧との変化を示す図である。図４は、二次電池の放電時における放電電流と端子電圧との変化を示す図である。図５は、走行中の電動車における二次電池の充放電電流と端子電圧との変化を示す図である。図６は、本発明の一実施形態の二次電池の開路電圧の算出方法の効果を確認するために実施した試験の結果を示すグラフである。図７は、試験で連続するデータとして得られた開路電圧の正規分布を示すヒストグラムである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電システム１の充電時の構成の概略を示す図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る蓄電システム１の放電時の構成の概略を示す図である。これらの図に示すように、本実施形態の蓄電システム１は、二次電池１０と、ＭＣＵ（Micro Control Unit）２０と、電流重畳回路３０と、電圧センサ４０と、電流センサ５０とを備える。図１に示すように、二次電池１０は、充電時には充電器６０から供給される充電電流により充電される。他方で、図２に示すように、二次電池１０は、放電時には負荷７０に放電電流を供給する。

二次電池１０は、リチウムイオン電池等の二次電池であり、例えば、車載用や定置用やスマート機器用の二次電池である。二次電池１０が車載用の場合の負荷７０としては、駆動用のモータ、エアコン、各種車載電装品等を例示できる。また、二次電池１０が定置用の場合の負荷７０としては、家庭内の電気機器、商用電源系統等を例示できる。さらに、二次電池１０がスマート機器用の場合の負荷７０としては、液晶表示ユニット、通信モジュール等を例示できる。

また、二次電池１０が電動車用の場合、走行時に駆動用のモータに走行に応じた力行電力が発生することにより、二次電池１０は放電状態となる。それに対して、電動車の減速時に駆動用のモータが発電機となって回生電力が発生することにより、二次電池１０は充電状態となる。即ち、二次電池１０が電動車用の場合、充電器６０としては、駆動用のモータを例示できる。他方で、二次電池１０が定置用の場合、充電器６０としては、商用電源系統、太陽光等を利用した発電システム等を例示できる。

ＭＣＵ２０は、電圧センサ４０や電流センサ５０等の各種センサの出力を解析して二次電池１０の開路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）の特性を推定するＯＣＶ解析部２１を備える。

図１に示すように、電流重畳回路３０は、二次電池１０の充電時に充電器６０から二次電池１０に供給される充電電流にパルス電流を重畳させる。また、図２に示すように、電流重畳回路３０は、二次電池１０の放電時に二次電池１０から負荷７０に供給される放電電流にパルス電流を重畳させる。

電圧センサ４０は、二次電池１０の端子電圧を測定してＭＣＵ２０に出力する。また、図１に示すように、電流センサ５０は、充電時には充電器６０から二次電池１０に供給される充電電流に上記パルス電流が重畳された電流を測定してＭＣＵ２０に出力する。さらに、図２に示すように、電流センサ５０は、放電時に二次電池１０から負荷７０に供給される放電電流に上記パルス電流が重畳された電流を測定してＭＣＵ２０に出力する。

ＭＣＵ２０のＯＣＶ解析部２１と、電流重畳回路３０と、電圧センサ４０と、電流センサ５０とは、二次電池１０の開路電圧の算出装置１００を構成する。この算出装置１００は、二次電池１０の充電時に電流重畳回路３０により充電電流にパルス電流を重畳させて充電電流のＣレートを１Ｃと２Ｃとに交互に変化させることにより、電圧センサ４０により検出される二次電池１０の端子電圧を変動させる。また、算出装置１００は、二次電池１０の放電時に電流重畳回路３０により放電電流にパルス電流を重畳させて放電電流のＣレートを１Ｃと２Ｃとに交互に変化させることにより、電圧センサ４０により検出される二次電池１０の端子電圧に変動を生じさせる。

二次電池１０の充放電時における端子電圧の変動は、パルス電流の周期に応じて生じる。ＯＣＶ解析部２１は、電圧センサ４０により検出される端子電圧のパルス電流の周期に応じた増減量、及び電流センサ５０により検出される充放電電流のパルス電流の周期に応じた増減量に基づいて、二次電池１０の内部抵抗を算出する。そして、ＯＣＶ解析部２１は、算出した内部抵抗を用いて、二次電池１０の開路電圧を算出する。

図３は、二次電池１０の充電時における充電電流と端子電圧との変化を示す図である。この図には、電流重畳回路３０により充電電流にパルス電流を重畳して充電電流のＣレートを１Ｃと２Ｃとに交互に変化させた様子を示している。また、この図には、Ｃレートが１Ｃと２Ｃとに交互に変化する充電電流に応じて端子電圧が変化する様子を示している。なお、Ｃレートを１Ｃと２Ｃとに交互に変化させることは一例であり、他のレートにしてもよい。

図中のＩ_１Ｃ（ｔ）は、Ｃレートが１Ｃに低下したときの充電電流であり、下記（１）式で定義される。
Ｉ_１Ｃ（ｔ）＝Ｉ_Ｖ（ｔ）＋Ｉ_Ｖ‘（ｔ） …（１）
但し、Ｉ_Ｖ（ｔ）は、充電器６０から出力された時間ｔでの電流値であり、Ｉ_Ｖ‘（ｔ）は、電流重畳回路３０から出力された時間ｔでの電流値である。

図中のＩ_２Ｃ（ｔ）は、Ｃレートが２Ｃに上昇したときの充電電流であり、下記（２）式で定義される。
Ｉ_２Ｃ（ｔ）＝Ｉ_Ｖ（ｔ＋１）＋Ｉ_Ｖ‘（ｔ＋１） …（２）
但し、Ｉ_Ｖ（ｔ＋１）は、充電器６０から出力された時間ｔ＋１での電流値であり、Ｉ_Ｖ‘（ｔ＋１）は、電流重畳回路３０から出力された時間ｔ＋１での電流値である。

図中のＶ_１Ｃ（ｔ）は、充電電流のＣレートが１Ｃに低下したときの端子電圧であり、下記（３）式で定義される。
Ｖ_１Ｃ（ｔ）＝Ｖ（ｔ） …（３）
但し、Ｖ（ｔ）は、時間ｔでの電圧である。

図中のＶ_２Ｃ（ｔ）は、充電電流のＣレートが２Ｃに上昇したときの端子電圧であり、下記（４）式で定義される。
Ｖ_２Ｃ（ｔ）＝Ｖ（ｔ＋１） …（４）
但し、Ｖ（ｔ＋１）は、時間ｔ＋１での電圧である。

ここで、端子電圧がＶ_１Ｃ（ｔ）とＶ_２Ｃ（ｔ）との間で変動する主要因は、二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）による電圧降下である。この二次電池１０の時間ｔでの内部抵抗ｒ（ｔ）は、下記（５）式で定義される。
ｒ（ｔ）＝（Ｖ_２Ｃ（ｔ）－Ｖ_１Ｃ（ｔ））／（Ｉ_２Ｃ（ｔ）－Ｉ_１Ｃ（ｔ）） …（５）

二次電池１０の時間ｔでの内部抵抗ｒ（ｔ）が明らかになることにより、二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）は、下記（６）～（８）式の何れかにより算出できる。
Ｖ_ＯＣ（ｔ）＝Ｖ_１Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_１Ｃ（ｔ） …（６）
Ｖ_ＯＣ（ｔ）＝Ｖ_２Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_２Ｃ（ｔ） …（７）
Ｖ_ＯＣ（ｔ）＝（（Ｖ_１Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_１Ｃ（ｔ））＋（Ｖ_２Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_２Ｃ（ｔ）））／２ …（８）

ＭＣＵ２０のＯＣＶ解析部２１は、二次電池１０の充電時に、上記（５）式に基づいて二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）を算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）を用いて、上記（６）～（８）式の何れかに基づいて、二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を算出する。

図４は、二次電池１０の放電時における放電電流と端子電圧との変化を示す図である。この図には、電流重畳回路３０により放電電流にパルス電流を重畳して放電電流のＣレートを１Ｃと２Ｃとに交互に変化させた様子を示している。また、この図には、Ｃレートが１Ｃと２Ｃとに交互に変化する放電電流に応じて端子電圧が変化する様子を示している。

図中のＩ_１Ｃ（ｔ）は、Ｃレートが１Ｃに低下したときの放電電流であり、上記（１）式で定義される。但し、上記（１）式におけるＩ_Ｖ（ｔ）を、二次電池１０から出力された時間ｔでの電流と読み替える。

図中のＩ_２Ｃ（ｔ）は、Ｃレートが２Ｃに上昇したときの放電電流であり、上記（２）式で定義される。但し、上記（２）式におけるＩ_Ｖ（ｔ＋１）は、二次電池１０から出力された時間ｔ＋１での電流と読み替える。

図中のＶ_１Ｃ（ｔ）は、放電電流のＣレートが１Ｃに低下したときの端子電圧であり、上記（３）式で定義される。また、図中のＶ_２Ｃ（ｔ）は、放電電流のＣレートが２Ｃに上昇したときの端子電圧であり、上記（４）式で定義される。

ここで、端子電圧がＶ_１Ｃ（ｔ）とＶ_２Ｃ（ｔ）との間で変動する主要因は、二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）による電圧降下である。この二次電池１０の時間ｔでの内部抵抗ｒ（ｔ）は、下記（９）式で定義される。
ｒ（ｔ）＝－（Ｖ_２Ｃ（ｔ）－Ｖ_１Ｃ（ｔ））／（Ｉ_２Ｃ（ｔ）－Ｉ_１Ｃ（ｔ）） …（９）

二次電池１０の時間ｔでの内部抵抗ｒ（ｔ）が明らかになることにより、二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）は、下記（１０）～（１２）式の何れかにより算出できる。
Ｖ_ＯＣ（ｔ）＝Ｖ_１Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_１Ｃ（ｔ） …（１０）
Ｖ_ＯＣ（ｔ）＝Ｖ_２Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_２Ｃ（ｔ） …（１１）
Ｖ_ＯＣ（ｔ）＝（（Ｖ_１Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_１Ｃ（ｔ））＋（Ｖ_２Ｃ（ｔ）－ｒ（ｔ）×Ｉ_２Ｃ（ｔ）））／２ …（１２）

ＭＣＵ２０のＯＣＶ解析部２１は、二次電池１０の放電時に、上記（９）式に基づいて二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）を算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）を使用し、上記（１０）～（１２）式の何れかに基づいて、二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を算出する。

図５は、走行中の電動車における二次電池１０の充放電電流と端子電圧との変化を示す図である。この図に示すように、二次電池１０が搭載された電動車が加減速する際に二次電池１０の充放電電流と端子電圧とが変化する。具体的には、電動車の加速時に電流値が正の方向に変化し端子電圧が徐々に低下する。ここで、図中の負の電流が放電電流である。他方で、電動車の減速時に電流値が正の方向に変化し端子電圧が徐々に上昇する。ここで、図中の正の電流が充電電流である。

ＭＣＵ２０は、電動車の減速時に、電流重畳回路３０により充電電流にパルス電流を重畳し、ＯＣＶ解析部２１は、電圧センサ４０により検出される二次電池１０の端子電圧Ｖ_１Ｃ（ｔ），Ｖ_２Ｃ（ｔ）と、電流センサ５０により検出される充電電流Ｉ_１Ｃ（ｔ），Ｉ_２Ｃ（ｔ）とに基づいて二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）を算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）に基づいて二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を算出する。

他方で、ＭＣＵ２０は、電動車の加速時に、電流重畳回路３０により放電電流にパルス電流を重畳し、ＯＣＶ解析部２１は、電圧センサ４０により検出される二次電池１０の端子電圧Ｖ_１Ｃ（ｔ），Ｖ_２Ｃ（ｔ）と、電流センサ５０により検出される放電電流Ｉ_１Ｃ（ｔ），Ｉ_２Ｃ（ｔ）とに基づいて二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）を算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）に基づいて二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を算出する。

ところで、上記（１）～（１２）式により算出される二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）は時系列データであることから、時間ｔの経過に伴って多数の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）が連続するデータとして得られる。例えば１０ｍｓ／回程度のサンプリングを行う場合には１００秒間で１００００の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）のデータが得られる。

ここで、二次電池の開路電圧は短期間では大きく変化しない特性があるので、短期間では、算出される開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）のデータは電流センサと電圧センサのノイズによるバラツキの影響のみを受け、算出される開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）の正規分布の中央値は、信頼性の高い値となる。そこで、本実施形態では、ＯＣＶ解析部２１が、所定期間（例えば１００秒間）毎に、連続するデータとして得られる（例えば１００００）の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を正規分布化し、その正規分布の中央値を、二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣとして算出する。

図６は、本実施形態の二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣの算出方法の効果を確認するために実施した試験の結果を示すグラフである。この試験では、試験用の二次電池セルから所定の負荷に放電される放電電流に電流重畳回路３０により０Ａと１Ａのパルス電流を重畳させて放電電流を変化させて内部抵抗ｒ（ｔ）を取得し、取得した内部抵抗ｒ（ｔ）を用いて二次電池セルの開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を算出した。本試験では、１０ｍｓ／回でのサンプリングを実施した。そして、算出した開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）と開路電圧の真値とを比較した。図６の横軸に示す５００００回から６００００回までの時間が１００秒間に相当する。

図７は、本試験で連続するデータとして得られた開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）の正規分布を示すヒストグラムである。このヒストグラムに示すように、開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）のデータの正規分布の中心は３．７８８Ｖの付近である。そこで、この３．７８８Ｖを開路電圧Ｖ_ＯＣとして抽出することにより、高精度な開路電圧Ｖ_ＯＣの算出結果が得られる。

以上説明したように、本実施形態の蓄電システム１では、電流重畳回路３０により、充電器６０から二次電池１０に供給される充電電流、及び、二次電池１０から負荷７０に供給される放電電流にパルス電流を重畳する。ＭＣＵ２０のＯＣＶ解析部２１は、電流重畳回路３０によりパルス電流が重畳された電流値Ｉ_１Ｃ（ｔ），Ｉ_２Ｃ（ｔ）のパルス電流の周期に応じた増減量と、二次電池１０の端子電圧Ｖ_１Ｃ（ｔ），Ｖ_２Ｃ（ｔ）のパルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）を算出し、二次電池１０の端子電圧Ｖ_１Ｃ（ｔ），Ｖ_２Ｃ（ｔ）とパルス電流が重畳された電流値Ｉ_１Ｃ（ｔ），Ｉ_２Ｃ（ｔ）と算出した内部抵抗ｒ（ｔ）とに基づいて、二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ），Ｖ_ＯＣを算出する。これによって、無負荷状態を必要とせず、二次電池１０の充放電を継続しながら、即ち、蓄電システム１の運転を停止することなく、二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）を算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）を用いて二次電池１０の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ），Ｖ_ＯＣを算出することができる。

また、電流値Ｉ_１Ｃ（ｔ），Ｉ_２Ｃ（ｔ）と二次電池１０の端子電圧Ｖ_１Ｃ（ｔ），Ｖ_２Ｃ（ｔ）との計測、及び二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）、開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ），Ｖ_ＯＣの算出を、二次電池１０の充電状態や車両の走行状態に応じて繰り返し行うことによって、充電率や走行状態に応じたＯＣＶ特性を連続するデータとして取得できる。このようにして取得したＯＣＶ特性は、リアルタイムで計測した電流値Ｉ_１Ｃ（ｔ），Ｉ_２Ｃ（ｔ）、端子電圧Ｖ_１Ｃ（ｔ），Ｖ_２Ｃ（ｔ）を利用して算出した内部抵抗ｒ（ｔ）に基づいて算出されたものである。そのため、本実施形態で取得するＯＣＶ特性は、二次電池１０の電池温度、充電率、劣化率等の様々な誤差要因による変動を加味した高精度なものとなる。

本実施形態の蓄電システム１では、上記（５）式に基づいて、二次電池１０の充電時の内部抵抗ｒ（ｔ）をパルス電流の周期毎に算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）を用いて、二次電池１０の充電時の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）をパルス電流の周期毎に算出する。また、本実施形態の蓄電システム１では、上記（９）式に基づいて、二次電池１０の放電時の内部抵抗ｒ（ｔ）をパルス電流の周期毎に算出し、算出した内部抵抗ｒ（ｔ）を用いて、二次電池１０の放電時の開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）をパルス電流の周期毎に算出する。これによって、二次電池１０の内部抵抗ｒ（ｔ）、開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）の算出を、二次電池１０の充電状態や車両の走行状態に応じて繰り返し行うことができ、充電率や走行状態に応じたＯＣＶ特性を連続するデータとして取得できる。

さらに、本実施形態の蓄電システム１では、連続するデータとして取得した開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）を正規分布化し、正規分布の中央値を二次電池１０の開路電圧として算出する。ここで、二次電池１０の開路電圧は短時間では大きく変動しないので、より高精度なＯＣＶ特性の取得が可能となる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態では、連続するデータとして取得した開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）の正規分布の中央値を二次電池１０の開路電圧として算出したが、連続するデータとして取得した開路電圧Ｖ_ＯＣ（ｔ）の平均値を二次電池１０の開路電圧として算出してもよい。また、二次電池１０の充電時の開路電圧と二次電池１０の放電時の開路電圧との双方を取得することは必須ではなく、少なくとも一方を取得すればよい。

１：蓄電システム
１０：二次電池
２０：ＭＣＵ（算出部）
２１：ＯＣＶ解析部（算出部）
３０：電流重畳回路
４０：電圧センサ
５０：電流センサ
６０：充電器（充電部）
７０：負荷
１００：算出装置（二次電池の開路電圧の算出装置）
ｒ（ｔ）：内部抵抗
Ｉ_１Ｃ（ｔ）：電流値（充放電電流）
Ｉ_２Ｃ（ｔ）：電流値（充放電電流）
Ｖ_１Ｃ（ｔ）：端子電圧
Ｖ_２Ｃ（ｔ）：端子電圧
Ｖ_ＯＣ：開路電圧
Ｖ_ＯＣ（ｔ）：開路電圧

Claims

電動車の減速時に前記電動車の充電部から前記電動車の二次電池に供給される充電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、
前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記充電電流の電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記二次電池の端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の充電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記電流値と、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、下記（Ｉ）式に基づいて、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する二次電池の開路電圧の算出装置。
ｒ（ｔ）＝（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（Ｉ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。
電動車の加速時に前記電動車の二次電池から前記電動車の負荷に供給される放電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、
前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記放電電流の電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記二次電池の端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の放電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記電流値と、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、下記（ＩＩ）式に基づいて、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する二次電池の開路電圧の算出装置。
ｒ（ｔ）＝－（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（ＩＩ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。
前記算出部は、前記パルス電流の周期毎に算出した前記開路電圧を正規分布化し、正規分布の中央値を前記開路電圧として算出する請求項１又は２に記載の二次電池の開路電圧の算出装置。
電動車の充電部から充電電流を供給され、前記電動車の負荷に放電電流を供給する前記電動車の二次電池と、
前記電動車の減速時に前記充電部から前記二次電池に供給される前記充電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、
前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記充電電流の電流値を検出する電流センサと、
前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記二次電池の端子電圧を検出する電圧センサと、
前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電流センサにより検出された前記電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電圧センサにより検出された前記端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の充電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記電流値と、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、下記（Ｉ）式に基づいて、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の充電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する蓄電システム。
ｒ（ｔ）＝（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（Ｉ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の充電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記充電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。
電動車の充電部から充電電流を供給され、前記電動車の負荷に放電電流を供給する前記電動車の二次電池と、
前記電動車の加速時に前記二次電池から前記負荷に供給される前記放電電流にパルス電流を重畳する電流重畳回路と、
前記電流重畳回路により前記パルス電流が重畳された前記放電電流の電流値を検出する電流センサと、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧センサと、
前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電流センサにより検出された前記電流値の前記パルス電流の周期に応じた増減量と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時に前記電圧センサにより検出された前記端子電圧の前記パルス電流の周期に応じた増減量とに基づいて、前記二次電池の放電時の内部抵抗を算出し、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記端子電圧と、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳されている時の前記電流値と、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗とに基づいて、前記二次電池の開路電圧を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、下記（ＩＩ）式に基づいて、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を前記パルス電流の周期毎に算出し、算出した前記二次電池の放電時の前記内部抵抗を用いて、前記二次電池の前記開路電圧を前記パルス電流の周期毎に算出する蓄電システム。
ｒ（ｔ）＝－（Ｖ _２Ｃ（ｔ）－Ｖ _１Ｃ（ｔ））／（Ｉ _２Ｃ（ｔ）－Ｉ _１Ｃ（ｔ））…（ＩＩ）
但し、ｒ（ｔ）は、前記二次電池の放電時の前記内部抵抗であり、Ｉ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最大値であり、Ｉ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記電流値の最小値であり、Ｖ _２Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最大値であり、Ｖ _１Ｃ（ｔ）は、前記電流重畳回路により前記放電電流に前記パルス電流が重畳された時の前記パルス電流の周期毎の前記端子電圧の最小値である。