JP2000004502A

JP2000004502A - バッテリ充電状態検出方法および装置

Info

Publication number: JP2000004502A
Application number: JP10163087A
Authority: JP
Inventors: Takeo Yo; 毅夫楊
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】バッテリのＳＯＣを正確に求める。【解決手段】バッテリコントロールユニット２０は、
バッテリ１６の電流電圧を逐次検出する。そして、電流
値が０をクロスする度にその正（放電）または負（充
電）の区間の平均電流および平均電圧を求める。そし
て、求めた平均電流に基づいて、放電時にはバッテリＳ
ＯＣ２０％であった場合の電圧である放電電圧基準値を
求め、これを平均電圧と比較する。また、充電時には、
バッテリＳＯＣ８０％であった場合の電圧である充電電
圧基準値を求め、これと平均電圧を比較する。これによ
って、現在の状況がＳＯＣ２０％〜８０％の間にあるこ
とを正確に判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド電気
自動車などのバッテリの充電状態を検出するバッテリ充
電状態検出方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、駆動源としてのモータと共
に、エンジンを動力源とした発電機を搭載したハイブリ
ッド電気自動車が実用化されている。このハイブリッド
電気自動車では、エンジンの駆動力を車輪に伝達できる
パラレル方式と、エンジンを発電のみに利用するシリー
ズ方式がある。しかし、いずれの方式においても、二次
バッテリを搭載しており、バッテリの放電によりモータ
を駆動すると共に、発電機によって発電された電力及び
回生制動によって発生する電力によりバッテリを充電す
ることには変わりはない。

【０００３】ここで、ハイブリッド電気自動車は、エン
ジンに一定の平均的出力を発生させる。これによって、
エンジンを最大効率の点で作動させることができ、また
有害物質の排出も非常に少なくできる。しかし、このた
めには、出力の変動に対して、モータおよびバッテリに
より対処する必要がある。そこで、ハイブリッド電気自
動車に搭載されるバッテリには、次のような特性が要求
される。以下、ハイブリッド電気自動車がパラレル方式
のハイブリッド電気自動車であるとして説明する。

【０００４】（ｉ）加速や登坂時など大きな駆動力が必
要となる場合には、出力する駆動力がエンジンの平均出
力を上回る。この場合には、バッテリが放電してモータ
により駆動力を出力する。一方、必要な駆動力がエンジ
ンの平均出力を下回ると、バッテリがその充電により余
剰出力を受け入れる。そこで、エンジンの駆動は最適点
に維持される。一方、バッテリにはハイパワーの出力
と、ハイパワーの入力受け入れ能力が要求される。

【０００５】（ｉｉ）ハイブリッド電気自動車では、車
両の制動に回生制動を利用する。そして、この回生制動
により得られる電力をバッテリの充電に利用すること
で、車両のエネルギー効率を高めている。このため、バ
ッテリには回生制動で発生する電力に見合ったハイパワ
ーの充電受け入れ能力が要求される。

【０００６】（ｉｉｉ）小さな乗用車などにおいては、
バッテリパッケージは、なるべく小さい方がよい。従っ
て、バッテリの容量はなるべく小さいことが要求され
る。

【０００７】このような要求を達成するためには、バッ
テリがハイパワーの入出力を行えることが必要である。
また、走行状態に従い、バッテリは充放電する。この充
放電を可能にするためには、バッテリの充電状態（ＳＯ
Ｃ）を５０％に近い値に維持することが好ましい。ま
た、一般にバッテリの過充電および過放電はさけなけれ
ばならない。そこで、バッテリの初期状態として、ＳＯ
Ｃを５０％程度に設定し、ＳＯＣが２０〜８０％の範囲
内に収まるようにバッテリの充放電を制御することが必
要となる。

【０００８】ここで、このハイブリッド電気自動車のバ
ッテリとして、各種のものがあるが、ニッケル水素バッ
テリが好適なものの１つとして挙げられている。このニ
ッケル水素バッテリは、活物質としてニッケル水酸化物
およびニッケル酸化物を含む陽極と、活物質として水素
吸蔵合金を有する金属水素陰極と、セパレータ、および
アルカリ電解液を備えている。このニッケル−金属水素
バッテリは、基本的に排気を出さず、メンテナンスフリ
ーであり、ハイブリッド電気自動車のバッテリとして好
適なものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上述のよう
に、ハイブリッド電気自動車では、バッテリのＳＯＣを
所定範囲内に制御する必要があり、ＳＯＣを正確に測定
したいという要求がある。バッテリのＳＯＣの測定に
は、バッテリ電流をモニタして充放電電流を積算する電
流積算方式が一般的である。この電流積算方式は、満充
電状態になったときに、正しいＳＯＣにリセットされ
る。従って、電気自動車におけるバッテリのＳＯＣ測定
に向いている。ところが、ハイブリッド電気自動車で
は、エンジン駆動発電機により充電が行われるため、満
充電までの充電はほとんど行われない。従って、長期間
の電流値の積算により、誤差が非常に大きくなってしま
うという問題がある。

【００１０】特に、上限および下限のＳＯＣ（８０％お
よび２０％）は、正確に測定できないと、バッテリの過
充電や過放電を引き起こし、バッテリに悪影響がある。
そこで、この上限および下限のＳＯＣを正確に測定した
いという要求がある。

【００１１】また、大電流を放電しているときに電池電
圧は、ＳＯＣと比較的よい相関関係がある。そこで、こ
れを測定することも提案されている（特開平６−５９０
０３号公報参照）。しかし、この方法では測定が行える
タイミングが限定されてしまうという問題がある。

【００１２】本発明は、バッテリが動作しているときに
は、いつでもバッテリのＳＯＣ（特に上限および下限の
ＳＯＣ）を正確に測定することができるバッテリ充電状
態検出方法および装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、バッテリの電
流を０の状態から次に０になるまでの期間で区切り電流
パルスとし、区切られた電流パルスの平均電流値に基づ
き、バッテリの所定の充電状態に対応する電圧基準値を
求め、この電圧基準値と前記電流パルスの平均電圧値と
の比較に基づきバッテリの充電状態を求めることを特徴
とする。

【００１４】バッテリの電圧は、基本的にはその充電状
態によって決定される。しかし、このバッテリ電圧はバ
ッテリの充放電の状態によってかなり変化する。このた
め、充放電を行っているバッテリ電圧からＳＯＣを求め
ることは通常できない。

【００１５】ところが、本発明では、時々刻々変化する
電圧および電流を電流パルスに区切り、電流パルスごと
の平均電流と平均電圧に規格化する。このように、上述
のようにして電流パルスの平均電流値を求めれば、その
ときの電圧値によりＳＯＣがある程度推測できる。

【００１６】特に、本発明のように、ある特定のＳＯＣ
のバッテリにおいて、所定の電流パルスの充放電があっ
た場合のバッテリ電圧（電圧基準値）はかなり正確に求
められる。従って、そのときの電流パルスの平均電圧値
と、その電流パルスに対応する電圧基準値（所定のＳＯ
Ｃに対応する電圧基準値）を比較することにより、電圧
基準値に対応するＳＯＣに至ったか否かを正確に判定す
ることができる。

【００１７】ハイブリッド電気自動車では、通常搭載す
るバッテリのＳＯＣを２０％〜８０％の間に維持して使
用する。この場合、放電時においてＳＯＣ２０％、充電
時においてＳＯＣ８０％に至ったか否かの判定が非常に
重要になる。

【００１８】放電時の電流パルスの平均電流からＳＯＣ
２０％の電圧基準値を求め、そのときの電流パルスの平
均電圧と比較することによって、ＳＯＣ２０％に至った
かを判定することができる。また、ＳＯＣ８０％につい
ても同様にして行うことができる。

【００１９】また、通常時は、バッテリの充放電電流の
積算によりＳＯＣを算出しておき、ＳＯＣ２０％、８０
％に至ったときに、この電流積算によるＳＯＣを２０％
または８０％に訂正すれば、電流積算によるＳＯＣ算出
の誤差を解消することができる。特に、ハイブリッド電
気自動車では、バッテリを満充電状態にすることがない
ため、電流積算によるＳＯＣの誤差を解消することがで
きない。本発明を適用することにより、バッテリの正し
いＳＯＣ計測を行うことができる。

【００２０】また、本発明は、前記電圧基準値を電流パ
ルスの継続時間を考慮して決定することを特徴とする。
電流パルスの継続時間により、電圧基準値は変動する。
従って、電流パルスの継続時間を考慮することで、ＳＯ
Ｃ測定の精度がさらに向上する。

【００２１】また、本発明は、前記電圧基準値を前記電
流パルスの１つ前の電流パルスであるバックグランドパ
ルスの平均電流値及び継続時間を考慮して求めることを
特徴とする。前の電流パルスの電流量などにより、今回
の電流パルスの開始当初におけるバッテリの状態が異な
る。そこで、このバックグランドパルスを考慮すること
で、ＳＯＣ測定の精度をさらに向上することができる。

【００２２】また、本発明は、前記バックグランドパル
スの電流量が小さいときには、前記バックグランドパル
スの平均電流値として、さらにもう１つ前の電流パルス
の平均電流値を用いることを特徴とする。バックグラン
ドパルスが非常に小さいときには、影響が残っているも
う１つ前の電流パルスを加味する。これにより、バック
グランドパルスが小さくても精度が低下することがな
い。

【００２３】また、前記バックグランドパルスの継続時
間に応じて、前記もう１つ前の電流パルスの平均電流値
を補正して用いることを特徴とする。バックグランドパ
ルスが非常に小さい場合であっても、その継続時間の長
さに応じてもう１つ前の電流パルスの影響が異なる。こ
れを考慮することによって、さらに精度を向上すること
ができる。

【００２４】また、前記電圧基準値はバッテリの過去の
充放電の履歴を考慮して求めることを特徴とする。バッ
テリを一旦ＳＯＣ１００％までもっていったか否かなど
により、バッテリセル内における充電部分と放電部分の
配置（分極状態）が異なってくる。そして、この相違に
よりバッテリ電圧が変化する。そこで、この分極状態を
考慮することで、より正確なＳＯＣの測定が可能とな
る。

【００２５】また、本発明は、少なくとも充放電電流を
含むバッテリの充放電状態に基づき、バッテリの充電状
態の上限値と下限値に対応する電圧基準値を求め、この
電圧基準値とそのときの電圧値との比較に基づきバッテ
リの充電状態が所定の範囲内にあることを検出すること
を特徴とする。バッテリの充放電状態より、２点のＳＯ
Ｃに対応する電圧基準値は、比較的正確に求めることが
できる。そこで、この電圧基準値とそのとき電圧値の比
較により、ＳＯＣが２点のＳＯＣの範囲内にあるか否か
を正確に判定できる。

【００２６】また、本発明は、バッテリの電流を０の状
態から次に０になるまでの期間で区切り電流パルスとし
この電流パルスの平均電流値を検出する平均電流値検出
手段と、求められた平均電流値に基づいて、バッテリの
所定の充電状態に対応する電圧基準値を求める電圧基準
値算出手段と、前記電流パルスの平均電圧値を検出する
平均電圧値検出手段と、得られた電圧基準値と前記電流
パルスの平均電圧値との比較に基づきバッテリの充電状
態を求める充電状態検出手段と、有することを特徴とす
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００２８】図１は、本実施形態のハイブリッド電気自
動車の全体構成を示す図である。エンジン１０は、ガソ
リンエンジンのような内燃機関であり、その出力軸に回
転力を出力する。エンジン１０の出力軸は発電機１２に
接続されている。発電機１２は、出力軸の回転力を電力
に変換すると共に、この電力を整流平滑して直流電力と
して出力する。また、エンジン１０の回転力は車輪１４
に伝達され、これによりハイブリッド電気自動車が駆動
される。

【００２９】発電機１２には、バッテリ１６が接続され
ており、発電機１２で得られた電力がバッテリ１６に供
給されバッテリ１６が充電される。バッテリ１６には、
モータ１８が接続されており、バッテリ１６からの電力
によって、モータ１８が駆動される。モータ１８の駆動
力は、車輪１４に伝達され、これによってもハイブリッ
ド電気自動車が駆動される。

【００３０】一旦、メインスイッチをオンし、ハイブリ
ッド電気自動車を走行可能な状態にすると、エンジン１
０は基本的に一定の条件で常時駆動される。このため、
エンジン１０からの出力が、車両駆動の要求出力より小
さいと、バッテリ１６は放電してモータへ必要な電力を
供給する。一方、エンジン１０の出力が駆動に必要な量
を上回ると、エンジン１０の余分な出力をバッテリ１６
が受け入れ、充電される。このようにして、アクセルペ
ダルの踏み込みなどによる駆動出力要求に応じた車両の
駆動が達成される。そして、エンジン１０は一定出力で
よく、高効率で有害ガスなどの排出量も非常に少ない。

【００３１】さらに、ハイブリッド電気自動車の制動に
は、回生制動が利用される。この回生制動では、制動力
に応じた電力が発生する。そして、この回生制動により
発生した電力はバッテリ１６に充電される。

【００３２】なお、モータ１８としては、誘導電動機や
永久磁石モータが利用される。従って、直流電流をイン
バータ（図示せず）で所定の交流電流に変換して、モー
タ１８に駆動電流を供給する。このため、回生電力もこ
のインバータから出力され、バッテリ１６に導かれる。
なお、モータ１８の出力および回生制動力は、インバー
タの制御によって調整される。

【００３３】また、バッテリ１６としては、ニッケル−
金属水素バッテリが使用されている。この陽極として
は、活物質として酸化ニッケル／水酸化ニッケルを含む
焼結プレートからなるニッケル陽極が用いられる。ま
た、陰極としては、活物質として水素吸蔵金属を含む金
属水素陰極が用いられる。

【００３４】そして、バッテリ１６には、バッテリコン
トロールユニット２０が接続されており、このバッテリ
コントロールユニット２０がバッテリ１６の充電電流、
放電電流、充電電圧、放電電圧を検出して、バッテリ１
６の充放電を制御する。

【００３５】このようなパラレル方式のハイブリッド電
気自動車の例におけるバッテリ１６の動作電流の変化の
一例を図２に示す。ここで、マイナス符号は充電と定義
し、プラス符号は放電として定義する。そして、電流変
化の続き（電流シーケンス）を電流値ゼロになる時点で
分割し、ゼロからゼロ間を１つの電流パルスとする。こ
れによって、電流シーケンスが、充電パルス（マイナス
側）と、放電パルス（プラス側）に分けられる。そこ
で、電流がゼロになった時点で、１つのパルスが完成す
る。そして、この完成した電流パルスをその時点におけ
るメインパルスという。また、このメインパルスの前の
パルスをバックグランドパルスという。これらの電流パ
ルスの電流値は、その期間の平均電流で表す。また、電
流パルスの電圧もその期間の平均電圧で表す。

【００３６】図３は、図２に示される２つの隣接する電
流パルスのシミュレーションである。電流Ｉｍで示され
るパルスは、メインパルスであり、ｔｍはメインパルス
の継続時間、すなわち電流ゼロからゼロまでの時間であ
る。また、電流Ｉｂで示されるパルスはバックグランド
パルスであり、継続時間はｔｂで表される。ここで、こ
の２つの電流パルスは、負のメインパルスがＳＯＣ８０
％の判断のために使用されるパルスであり、正のメイン
パルスがＳＯＣ２０％の判断のために使用されるパルス
である。また、０ｍと０ｂは、ゼロ点である。

【００３７】メインパルスおよびバックグランドパルス
の電圧は、基本的にはバッテリ温度と電流の関数であ
る。しかし、メインパルスの電圧は、バックグランドパ
ルスによる電池内の偏極の影響を受けると考えられる。
本実施形態では、これらを考慮する。

【００３８】以下、バッテリ１６の管理に必要なＳＯＣ
８０％、およびＳＯＣ２０％の検出について説明する。

【００３９】ＳＯＣ８０％とＳＯＣ２０％におけるメイ
ンパルスの電圧を基準電圧Ｖｓ（充電基準電圧または放
電基準電圧）とし、これは次式で表される。

【００４０】

【数１】Ｖｓ＝Ｓ｛Ｔｂ｝＊Ｉｍ＋Ｖｂ０｛Ｔｂ｝＋Δ
Ｖ１｛Ｉｂ，Ｔｂ，ｔｂ｝＋ΔＶ２｛ｔｍ，Ｉｍ，Ｔ
ｂ｝＋ΔＶ３（Ｔｂ）この式の右辺の最初の２項は、ＳＯＣ８０％とＳＯＣ２
０％での基準電圧Ｖｓがメインパルスの電流Ｉｍと直線
的な関係にあることを示している。すなわち、基準電圧
Ｖｓは、メインパルスの電流値Ｉｍに対し、傾きＳ｛Ｔ
ｂ｝、切片Ｖｂ０｛Ｔｂ｝の直線で表される。

【００４１】式の右辺の残りの２項は、補正項である。
ΔＶ１は、バックグランドパルスの残存分極により発生
する電圧であり、バックグランドパルスの電流値Ｉｂ
と、その継続時間ｔｂの関数である。また、ΔＶ２はメ
インパルスの継続時間により発生する電圧であり、メイ
ンパルスの継続時間ｔｍとメインパルスの電流値Ｉｍの
関数である。

【００４２】さらに、ΔＶ３は、バッテリのセル内の充
電部分と放電部分の配置に起因して発生する電圧であ
る。すなわち、通常バッテリ１６は、初期ＳＯＣを５０
％としてから使用される。この場合において、一旦ＳＯ
Ｃを１００％まで充電し、その後の放電により、ＳＯＣ
５０％とした場合と、単にＳＯＣを５０％間で充電した
場合とでは、初期のセル内の充電部分と放電部分の分布
（分極）が異なり、これによって、ＳＯＣ８０％、２０
％の時におけるセル内の充電部分と放電部分の分布が異
なったものになる。そして、この分布の状況に応じて、
電圧が異なり、ΔＶ３はこの分布状態による電圧を表し
ている。このΔＶ３は、初期充電時にどのようにしてＳ
ＯＣ５０％の状態を形成するかによって決定されてしま
い、その後は基本的に変化しない。このため、初期のキ
ャリブレーションにより決定して記憶しておけばよい。

【００４３】なお、Ｔｂはバッテリ温度であり、すべて
の項はバッテリ温度Ｔｂの関数と考えられている。

【００４４】図４は、バッテリコントロールユニット２
０によって使用される基本ロジックである。この図４を
用いて、ＳＯＣ検出について説明する。

【００４５】この処理は、５つのブロック（Ｂｌｏｃ
ｋ）からなっている。Ｂｌｏｃｋ１は初期設定、Ｂｌｏ
ｃｋ２はデータ収集、Ｂｌｏｃｋ３は基準電圧Ｖｓの算
出、Ｂｌｏｃｋ４はＳＯＣの判定、Ｂｌｏｃｋ５はバッ
クグランドパルスについての変数の更新である。この処
理は、バッテリ１６の電流が０から一旦変化し０に戻
り、１つの電流パルス（メインパルス）が形成されたと
きに行う。

【００４６】次に、全体の処理内容について、順次説明
する。、Ｂｌｏｃｋ１の初期設定において、バックグラ
ンドパルスの電流値Ｉｂ＝０、充電方法による充電部分
と放電部分の分布状態に基づく補正電圧ΔＶ３＝εとす
る（Ｓ１）。ここで、補正電圧ΔＶ３は、上述のよう
に、バッテリ１６の初期充電方法によって決定されてし
まうため、この充電方法に基づいて、予め決定されてい
る値εを入力する。

【００４７】この初期設定を行った場合には、Ｂｌｏｃ
ｋ２において、データを収集する。すなわち、処理対象
となっているメインパルスの平均電圧値Ｖａ、メインパ
ルスにおける積算電流量Ｑ、その期間におけるバッテリ
１６の平均温度Ｔｂ、メインパルスの継続時間ｔｍ、メ
インパルスの平均電流Ｉｍを下式に基づいて算出する
（Ｓ２）。

【００４８】

【数２】Ｖａ＝（∫Ｖｉｄｔ）／ｔｍ［ｔ＝０→ｔｍ］Ｑ＝∫Ｉｍｉｄｔ［ｔ＝０→ｔｍ］Ｔｂ（ΣＴｂｉ）／ｎＩｍ＝Ｑ／ｔｍここで、バッテリコントロールユニット２０は、ｔｉを
サイクルとして処理をしており、これを積算しておくこ
とで、ｔｍが求められる。また、Ｖｉ，Ｉｍｉ，Ｔｂｉ
は、データ取り込み時のバッテリ１６の電圧、電流、温
度である。さらに、ｎは、温度の取り込み回数である。
すなわち、バッテリコントロールユニット２０は、バッ
テリ１６の電圧Ｖｉ、電流Ｉｍｉ、温度Ｔｂｉを各処理
サイクルごとに取り込んでおき、１つの電流パルスが完
了した時点（電流値が０になった時点）で、上述のよう
な平均値を計算し、以下の処理に進む。

【００４９】Ｂｌｏｃｋ２の処理が終了した場合には、
Ｂｌｏｃｋ３において、基準電圧Ｖｓを算出する。ここ
で、Ｉｍが正の場合には、放電状態であり、ＳＯＣ２０
％に対応する基準電圧Ｖｓを算出する。一方、Ｉｍが負
の場合には、充電状態であり、ＳＯＣ８０％に対応する
基準電圧Ｖｓを算出する。ここで、充電状態におけるス
テップと放電状態におけるステップのパラメータを全て
同一に表現したが、その値はそれぞれ異なっている。こ
れらの値は、バッテリ１６について、予め求められるも
ので、各バッテリ１６についてそれぞれ求めておけばよ
い。また、同一の製造条件で製造された同一形式のバッ
テリ１６については、すべてのバッテリ１６についてパ
ラメータの値を求めなくてもよく、いくつかのバッテリ
１６について求められた値で代表してもよい。

【００５０】Ｂｌｏｃｋ３においては、まずＶｓを決定
するための各項を求める。すなわち、傾きＳを、予め求
められているＳ（Ｔｂ）に、上述のようにして求められ
た温度Ｔｂを入力することによって求める（Ｓ３−
１）。また、Ｖｂ０（Ｔｂ）に温度Ｔｂを入力すること
によって、切片Ｖｂ０を求める（Ｓ３−２）。このＶｂ
０（Ｔｂ）も予め求めてある。また、予め求められてい
るΔＶ１（Ｔｂ，Ｉｂ）に、温度Ｔｂおよびバックグラ
ンド電流Ｉｂを入力することによって、補正電圧ΔＶ１
を求める（Ｓ３−３）。さらに、予め求められているΔ
Ｖ２（Ｔｂ，Ｉｍ，ｔｍ）に上述のようにして求められ
たＴｂ，Ｉｍ，ｔｍを入力して、ΔＶ２を求める（Ｓ３
−４）。

【００５１】そして、このようにして、求まった各項に
さらにΔＶ３を加算することによって、基準電圧Ｖｓを
求める（Ｓ３−５，Ｓ３−６）。すなわち、メインパル
スの符号によって、ＳＯＣ８０％に対応した充電時の基
準電圧ＶｓまたはＳＯＣ２０％に対応した放電時の基準
電圧Ｖｓのいずれかが求められる。

【００５２】このようにして、基準電圧Ｖｓが求められ
た場合には、Ｂｌｏｃｋ４において、ＳＯＣを求める。
このために、まずメインパルスの平均電圧Ｖａと基準電
圧Ｖｓとの比Ｖａ／Ｖｓを求める（Ｓ４−１−１）。放
電時において、この比Ｒが１より小さい（Ｒ≦１）であ
れば、ＳＯＣ＝２０％にする（Ｓ４−２−１）。一方、
充電時においても、比Ｖａ／Ｖｓを求め（Ｓ４−１−
２）、この比Ｒが１より大きい（Ｒ≧１）であれば、Ｓ
ＯＣ＝８０％に設定する（Ｓ４−２−２）。

【００５３】また、Ｓ４−１−１の判定において、１＜
ＲまたはＳ４−１−２の判定において、Ｒ＜１であった
場合には、ＳＯＣを充放電電流量Ｑに応じて算出する
（Ｓ４−３）。

【００５４】すなわち、

【数３】ＳＯＣ＝ＳＯＣ＋（−Ｑ＊１００）／Ｑｆに基づいて、ＳＯＣを算出する。ここで、Ｑｆは満充電
時（ＳＯＣ１００％）の電流量であり、ＳＯＣは通常使
用開始時に５０％に初期設定される。この例では、６．
７ＡＨとしている。従って、初期設定後の充放電電流量
の積算により、ＳＯＣが順次更新される。

【００５５】そして、Ｓ４−１−１またはＳ４−１−２
の判定によって、ＳＯＣが所定の値であるＳＯＣ２０％
または８０％に至ったことを認識できる。これは、電流
量の積算ではなく、バッテリ１６の電圧値に基づいたも
のであり、このＳＯＣ２０％または８０％は、正確な値
である。そこで、この時点で、充放電電流の積算による
ＳＯＣを正しい値にリセットすることができ、その後正
しいＳＯＣの計測が行える。

【００５６】また、バッテリコントロールユニット２０
は、バッテリ１６の放電を禁止する処理または充電を禁
止する処理を行う。これによって、バッテリ１６のＳＯ
Ｃは２０％以下または８０％以上にはならない。そし
て、ＳＯＣが２０％＜ＳＯＣ＜８０％の状態に回復した
場合には、電流量の積算によるＳＯＣの計測に戻る。な
お、求められたＳＯＣを表示することも好適である。

【００５７】このようにして、Ｂｌｏｃｋ４において、
ＳＯＣを求めた場合には、Ｂｌｏｃｋ５において、バッ
クグランドパルスについての設定を行う。まず、電流量
Ｑの絶対値｜Ｑ｜が０．００１５ＡＨより大きいかを判
定する（Ｓ５−１）。これは、バックグランドパルスが
バッテリ１６がメインパルス開始時における分極状態を
一定の状態に決定するのに十分であるか判定するもので
ある。そして、この判定でＹＥＳであれば、Ｉｂ＝Ｉｍ
とする（Ｓ５−２）。なお、メインパルスが終了する直
前の所定時間（例えば、サンプリング時間４秒）の電流
量Ｑを求め、この電流量Ｑをその計測に利用したサンプ
リング時間４秒で割って、Ｉｂを算出することも好適で
ある。

【００５８】一方、Ｓ５−１の判定でＮＯであれば、次
に、メインパルスの継続時間ｔｍが２秒以下かを判定す
る（Ｓ５−３）。この判定で、ＹＥＳであれば、Ｉｂ＝
Ｉｂとする（Ｓ５−４）。これによって、バックグラン
ドパルスの電流値は、変更されずに、その前の値に維持
される。これは、電流量が少なく、かつ継続時間が短か
ったために、バッテリ１６の分極状態に影響がなかった
と見なされるからである。Ｓ５−３の判定でＮＯの場合
には、ｔｍが１０秒以下かを判定する（Ｓ５−５）。こ
の判定で、ＹＥＳであれば、前のバックグランドパルス
の状態を基本として、Ｉｂが０に近づいて状態であると
考えられ、Ｉｂ＝０．５Ｉｂとし、前の電流値の１／２
の値をバックグランドパルスの電流値として設定する
（Ｓ５−６）。一方、Ｓ５−５の判定でＮＯであれば、
１０秒以上の長時間にわたって、ほぼ電流量が０であっ
たため、バックグランド電流Ｉｂ＝０に設定する（Ｓ５
−７）。

【００５９】このようにして、バックグランドパルスの
電流量Ｉｂの設定が終了した場合には、メインパルスに
ついての各変数Ｖａ、Ｉｍ、Ｑ、Ｔｂ、ｔｍの値を０に
リセットして（Ｓ５−８）、Ｂｌｏｃｋ２に戻る。

【００６０】「バッテリセルの充電分布」本実施形態に
おいては、活物質としてニッケル酸化物とニッケル水酸
化物からなるニッケル陽極と活物質として水素吸蔵合金
からなる水素化合物陰極とを有する通常のニッケル金属
水素バッテリを使用している。１つのバッテリにおい
て、６セルが直列に接続され１ブロックが形成され、こ
の定格容量は６．５ＡＨであり、定格電圧は７．２Ｖで
ある。

【００６１】図５に、ＳＯＣ８０％におけるバッテリセ
ルの４つの充電分布状態（充電部分と放電部分の配置）
を示す。タイプＡは、ＳＯＣを８０％以上にはせずに８
０％まで充電した場合である。充電が表面から内側に進
み、放電は外側から起こるため、中心部の２０％が放電
状態で、外側８０％が充電状態になる。タイプＢは、一
旦１００％まで充電し、その後２０％まで放電し、さら
に８０％まで充電した状態である。従って、中心部２０
％が充電状態、その外側の２０％が放電状態の部分、そ
の外側に６０％が充電状態になっている。タイプＣは、
９０％まで充電した後、１０％放電した状態を示し、中
心部の１０％が放電状態、その外側８０％が充電状態、
さらにその外側１０％が放電状態になっている。タイプ
Ｄは１００％まで、充電した後２０％放電した状態を示
しており、中心部８０％が充電状態、その外側２０％が
放電状態になっている。

【００６２】このような４つのタイプのバッテリに対
し、電流Ｉを変更して充電を行った場合の電圧値Ｖの変
化を図６に示す。このように、バッテリセルの充電分布
状態により、電圧値が変化することがわかる。しかし、
４つのタイプの直線は、平行であり、電圧値のシフト
は、電流の大きさによらない。従って、ΔＶ３の値であ
るεがこのセルの分極状態により決定できる。なお、Ｓ
ＯＣ２０％についても同様のことがいえる。

【００６３】一方、本実施形態では、上述のタイプＢを
採用する。このタイプＢは、図７に示すように、（１）
ＳＯＣ１００％までの充電、（２）ＳＯＣ２０％までの
放電によって得られる。そして、ＳＯＣを２０〜８０％
の範囲内で使用する限りは、図７の（Ａ）に示すＳＯＣ
２０％の状態と、（Ｂ）に示すＳＯＣ８０％の状態は、
変化しない。そこで、上述したεの値は、放電時のＳＯ
Ｃ２０％の時と、充電時のＳＯＣ８０％の時とで、それ
ぞれ一義的に決定される。そこで、このタイプＢのバッ
テリを使用する場合に、ε＝０としておけば、他のタイ
プのバッテリを使用するときのみに、ΔＶ３を考慮すれ
ばよいことになる。このεの値は、図６の電圧シフトか
ら求めればよい。なお、放電時のＳＯＣ２０％について
も同様である。

【００６４】「傾きＳおよび切片Ｖｂ０の算出」基準電
圧Ｖｓは、基本的には、傾きＳがメインパルスの電流値
Ｉｍに決定され、切片Ｖｂ０がバックグランドパルスに
よる分極状態により決定される直線になる。

【００６５】図８には、充電状態におけるＳＯＣ８０％
での充電基準電圧Ｖｓと、メインパルスの電流Ｉｍとの
関係を示す。ここで、この関係は、複数のバックグラン
ドパルスの電流Ｉｂに対して示されている。また、バッ
テリ温度Ｔｂは３０℃とした。

【００６６】これより、次の２つの特性が理解される。
（ａ）バックグランド電流Ｉｂを一定とすれば、基準電
圧ＶｓはＩｍに比例する。従って、ＶｓとＩｍの関係か
らＳＯＣの判定が行える。（ｂ）バックグランド電流Ｉ
ｂを変更しても、直線の傾きには変化がない。

【００６７】従って、Ｉｂ＝０の時の切片をＶｂ０とす
れば、基準電圧Ｖｓとメインパルスの電流Ｉｍは、Ｖｓ
＝Ｓ＊Ｉｍ＋Ｖｂ０で表される。傾きＳ、切片Ｖｂ０共
に、バッテリ温度Ｔｂの関数であり、異なる温度につい
ての実験から、本実施形態のバッテリ１６では、ＳＯＣ
８０％における充電基準電圧Ｖｓとメインパルス電流Ｉ
ｍの関係を示す直線の傾きＳおよびバックグランド電流
Ｉｂ＝０の時の切片Ｖｂ０は、次式で表されることがわ
かった。

【００６８】

【数４】Ｓ＝−４．２＊１０^-6Ｔｂ²＋４．４＊１０^-4
＊Ｔｂ−０．０３３６６Ｖｂ０＝１．１＊１０^-4＊Ｔｂ²−９．８５＊１０^-3＊
Ｔｂ＋８．５３９５図９には、放電状態におけるＳＯＣ２０％での放電基準
電圧Ｖｓと、メインパルスの電流Ｉｍとの関係を示す。
上述と同様に、複数のバックグランドパルスについての
関係を求めており、バッテリ温度は３０℃である。この
放電状態でも、上述の充電状態と同様に放電基準電圧Ｖ
ｓはメインパルスの電流Ｉｍに比例し、切片がバックグ
ランドパルスの電流Ｉｂによって変化する。異なる温度
での実験の結果、ＳＯＣ２０％における放電基準電圧Ｖ
ｓとメインパルス電流Ｉｍの関係を示す直線の傾きＳお
よびバックグランド電流Ｉｂ＝０の時の切片Ｖｂ０は、
次式で表されることがわかった。

【００６９】

【数５】Ｓ＝−５．３＊１０^-6Ｔｂ²＋５．９＊１０^-4
＊Ｔｂ−０．０３６８２Ｖｂ０＝１．３＊１０^-3＊Ｔｂ＋７．３９９０「補正電圧ΔＶ１」本実施形態では、バックグランドパ
ルスによる残留分極の基準電圧Ｖｓへの影響を考慮す
る。この残留電圧に係る補正電圧をΔＶ１で表す。

【００７０】図１０にＳＯＣ８０％における充電基準電
圧Ｖｓに対するバックグランド電流Ｉｂの影響を示す。
ここで、メインパルスの電流値Ｉｍ＝３５Ａ一定とし、
温度は、１５、３０、４５℃の３種類とした。ＶｓとＩ
ｂとは、非常によい相関を示し、両者に直線関係がある
ことがわかる。ある電流ＩｂにおけるＶｓとＩｂ＝０の
場合のＶｓの差は、バックグランドパルスによる残留分
極に起因している。ＳＯＣ８０％の時の充電基準電圧Ｖ
ｓは、バックグランドパルスが充電パルスであった場合
に、バックグランドパルスが放電パルスであった場合に
比べ高くなる。

【００７１】また、補正電圧ΔＶ１は、バックグランド
パルスの継続時間ｔｂの影響を受ける。表１に、メイン
パルスの電流量Ｉｍ＝３５Ａ、バックグランド電流Ｉｂ
＝２０または１０、バックグランドパルスの継続時間ｔ
ｂ＝４または８秒という条件における充電による充電基
準電圧Ｖｓを示す。

【表１】このように、バックグランド電流Ｉｂが変化しても、Ｉ
ｂ＊ｔｂが同一であればＶｓに対する影響は変化しない
ことがわかる。なお、ＳＯＣ（ｉｎｉｔｉａｌ），ＳＯ
Ｃ（ｆｉｎａｌ）は実験開始時および終了時のＳＯＣで
あり、ＴＥは周囲温度、ＴＢはバッテリ温度である。

【００７２】これらの結果を踏まえ、さらなるデータ処
理の結果、本実施形態のバッテリ１６では、補正項ΔＶ
１は、次のように表される。

【００７３】

【数６】ΔＶ１＝（５．５＊１０^-5＊Ｔｂ−３．６＊１
０^-3）＊Ｉｂ＊ｔｂＳＯＣ２０％の時の放電基準電圧Ｖｓに対する補正項Δ
Ｖ１についても基本的に同一のことがいえる。図１１に
ＳＯＣ２０％における放電基準電圧Ｖｓに対するバック
グランド電流Ｉｂの影響を示す。ここでも、メインパル
スの電流値Ｉｍ＝３５Ａ一定とし、温度は、１５、３
０、４５℃の３種類とした。これより、バックグランド
パルスの電流ＩｂがＶｓに影響を有することがわかる。
また表１からＩｂ＊ｔｂがＶｓに対しより大きな影響を
及ぼすことがわかる。そして、さらなるデータ処理の結
果、ＳＯＣ２０％における放電基準電圧の補正電圧ΔＶ
１は、次のように表される。

【００７４】

【数７】ΔＶ１＝（１．４＊１０^-4＊Ｔｂ−０．０１２
１４）＊Ｉｂ＊ｔｂ「補正電圧ΔＶ２」バッテリ電圧は、充電継続時間や放
電継続時間の影響を受ける。充電継続時間が長ければ電
圧は高くなる。本実施形態では、この影響を考慮する。
図１２にＳＯＣ８０％の際の充電継続時間と基準電圧Ｖ
ｓの関係が異なるメインパルスの電流Ｉｍに対して示し
てある。このように、電流Ｉｍが一定であれば、継続時
間ｔｍが長くなるに従って、基準電圧Ｖｓは上昇する。
このような実験を種々の温度について実施した結果、メ
インパルスの電流量に応じた充電基準電圧Ｖｓに対する
補正電圧ΔＶ２は、次のように表される。

【００７５】

【数８】ΔＶ２＝（１．３３３＊１０^-6＊Ｔｂ−５．７
３＊１０^-4）＊ｔｍ＊Ｉｍ図１３にＳＯＣ２０％の際の放電継続時間と基準電圧Ｖ
ｓの関係が異なるメインパルスの電流Ｉｍに対して示し
てある。この場合にも充電と同様のことがいえ、種々の
実験の結果、メインパルスの電流量に応じた放電基準電
圧Ｖｓに対する補正電圧ΔＶ２は、次のように表され
る。

【００７６】

【数９】ΔＶ２＝（１．３３７＊１０^-6＊Ｔｂ−５．９
４＊１０^-4）＊ｔｍ＊Ｉｍ「その他」上述の実施形態では、ハイブリッド電気自動
車に搭載されるニッケル−金属水素バッテリについての
み説明したが、本発明はこれに限らず他の二次電池であ
って充放電が長時間繰り返されるものに好適に適用でき
る。例えば、ニッケルカドミウム電池やリチウム電池な
どの二次電池に適用することができる。また、補正電圧
ΔＶ３については、電池の充放電履歴から自動的に充電
分布を推定するようにしてもよい。また、上下限ＳＯＣ
は８０％、２０％に限らず、どのような値でもよい。さ
らに、必ずしも上下限ＳＯＣについての基準電圧でなく
ても、運転において使用される中間のＳＯＣに対する基
準電圧Ｖｓを求めておき、この点に至ったときにＳＯＣ
をリセットすることもできる。この場合、補正電圧ΔＶ
３は充放電の履歴によって推定することになる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バッテリの充放電状態を考慮して所定のＳＯＣに対応す
る基準電圧を求める。そして、そのときの電圧と基準電
圧を比較してＳＯＣを求める。従って、このＳＯＣが所
定のＳＯＣに至ったときにＳＯＣを正しい値に較正する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハイブリッド電気自動車の駆動システムの全
体構成を示す図である。

【図２】バッテリの動作中における電流変化の一例を
示す図である。

【図３】メインパルスとバックグランドパルスを示す
図である。

【図４】バッテリのＳＯＣ検出の処理動作を示すフロ
ーチャートを示す図である。

【図５】ＳＯＣ８０％のバッテリにおける４つのタイ
プの充電部分の分布を示す図である。

【図６】図５における４つのタイプのバッテリの基準
電圧と電流の関係を示す図である。

【図７】タイプＢのＳＯＣ２０％および８０％の状態
が形成される過程を示す図である。

【図８】ＳＯＣ８０％のバッテリのメインパルスの充
電電流量と充電基準電圧の関係へのバックグランドパル
スの影響を示す図である。

【図９】ＳＯＣ２０％のバッテリのメインパルスの放
電電流量と放電基準電圧の関係へのバックグランドパル
スの影響を示す図である。

【図１０】ＳＯＣ８０％のバッテリの電流量と充電基
準電圧の関係を異なる温度について示す図である。

【図１１】ＳＯＣ２０％のバッテリの電流量と放電基
準電圧の関係を異なる温度について示す図である。

【図１２】ＳＯＣ８０％のバッテリのメインパルスの
継続時間と充電基準電圧の関係を示す図である。

【図１３】ＳＯＣ２０％のバッテリの電流量と放電基
準電圧の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０エンジン、１２発電機、１４車輪、１６バ
ッテリ、１８モータ、２０バッテリコントロールユ
ニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H111 BB02 BB06 CC01 CC16 CC23 DD04 DD05 DD08 DD11 FF05 GG17 HA01 HA05 HA06 HB09 JJ05 JJ06 5H115 BA06 BB04 BC07 BC08 CA13 CA14 CA32 CB09 EE03 FA12 JC17 JC22 JC24 JC25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリの電流を０の状態から次に０に
なるまでの期間で区切り電流パルスとし、区切られた電
流パルスの平均電流値に基づき、バッテリの所定の充電
状態に対応する電圧基準値を求め、この電圧基準値と前
記電流パルスの平均電圧値との比較に基づきバッテリの
充電状態を求めることを特徴とするバッテリ充電状態検
出方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記電圧基準値を電流パルスの継続時間を考慮して決定
することを特徴とするバッテリ充電状態検出方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の方法におい
て、前記電圧基準値を前記電流パルスの１つ前の電流パルス
であるバックグランドパルスの平均電流値及び継続時間
を考慮して求めることを特徴とするバッテリ充電状態検
出方法。
【請求項４】請求項３に記載の方法において、前記バックグランドパルスの電流量が小さいときには、
前記バックグランドパルスの平均電流値として、さらに
もう１つ前の電流パルスの平均電流値を用いることを特
徴とするバッテリ充電状態検出方法。
【請求項５】請求項４に記載の方法において、前記バックグランドパルスの継続時間に応じて、前記も
う１つ前の電流パルスの平均電流値を補正して用いるこ
とを特徴とするバッテリ充電状態検出方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１つに記載の方
法において、前記電圧基準値は、バッテリの過去の充放電の履歴を考
慮して求めることを特徴とするバッテリ充電状態検出方
法。
【請求項７】少なくとも充放電電流を含むバッテリの
充放電状態に基づき、バッテリの充電状態の上限値と下
限値に対応する電圧基準値を求め、この電圧基準値とそ
のときの電圧値との比較に基づきバッテリの充電状態が
所定の範囲内にあることを検出することを特徴とするバ
ッテリ充電状態検出方法。
【請求項８】バッテリの電流を０の状態から次に０に
なるまでの期間で区切り電流パルスとし、この電流パル
スの平均電流値を検出する平均電流値検出手段と、求められた平均電流値に基づいて、バッテリの所定の充
電状態に対応する電圧基準値を求める電圧基準値算出手
段と、前記電流パルスの平均電圧値を検出する平均電圧値検出
手段と、得られた電圧基準値と前記電流パルスの平均電圧値との
比較に基づきバッテリの充電状態を求める充電状態検出
手段と、有することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。