JP2005051921A - 組電池の充放電制御装置および方法、プログラム、電池制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な充放電制御装置、方法、プログラム、電池制御システムを提供する。
【解決手段】 容量バラツキ（Ｑｄ）が予め記憶された所定値よりも大である場合には、Ｑｍｉｎから換算されるＳＯＣが制御中心値まで回復できない場合がある。そこで見かけのＳＯＣを演算し、その見かけのＳＯＣをＨＶＥＣＵ１８へ報告することでＨＶＥＣＵ１８が充電を止める指示をいつまでも出せないなどの不具合を防止する。容量バラツキ（Ｑｄ）の大きさに応じてＳＯＣを大きな値として見かけＳＯＣを演算する。この演算したＳＯＣを電池ＥＣＵはＨＶＥＣＵへ報告することで、制御中心値を超えることができたと判定することができるようになる。このようにすることで、容量バラツキ（Ｑｄ）に係わらず、より高精度に組電池の充放電を制御できる組電池の電池制御装置、方法、プログラムおよび電池制御システムを提供できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の単位電池からなる組電池で構成される二次電池の充放電制御を行う充放電制御装置、方法、プログラムおよび電池制御システムに関する。

従来より、車両駆動用モータの他に、エンジン駆動される発電機を搭載したハイブリッド車が知られている。このようなハイブリッド車には、複数の単位電池（例えば、電池セルや電池ブロック）が直列に接続された組電池が搭載されている。組電池はその電力により駆動用モータを駆動し、発電機（駆動モータと共用である場合もある。）からの電力が組電池に充電される。

図５には、このような組電池の充放電制御を行う場合の電池制御システム１００の構成例が示される。図５において、複数の電池セル１０が直列に接続された組電池１２には、電池セル１０の電圧を検出するための電圧検出器１４が接続されている。この電圧検出器１４の出力に基づき、電池ＥＣＵ１６により電池セル１０の充電状態値（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が算出される。なお、電圧検出器１４で検出される電圧値としては、上記のように各電池セル１０の電圧値でも良いが、組電池１２は、通常複数の電池セル１０が直列に接続された電池ブロックをさらに複数直列接続した構成となっているので、各電池ブロック毎の電圧値でもよい。この場合、各電池ブロック毎の電圧値から電池ＥＣＵ１６により各電池ブロックのＳＯＣを算出することになる。このようにして算出されたＳＯＣに基づき、駆動用モータ、発電機駆動用エンジン、発電機、インバータなどからなる負荷２０をＨＶＥＣＵ１８が制御し、組電池１２の充放電量を調節して、組電池１２のＳＯＣが所定範囲に入るように制御する。このＳＯＣの制御範囲としては、例えば２０％〜８０％の範囲が採用される。このような組電池１２のＳＯＣの制御方法の例は、例えば特開２０００−１４０２９号公報等に開示されている。

上記従来の制御方法においては、組電池１２のＳＯＣを所定の範囲例えば２０％〜８０％の間に制御する場合に、図６（ａ）、（ｂ）（縦軸は組電池の個数を示し、横軸は各単位電池のＳＯＣを示す。）に示されるように制御範囲の下限（２０％）と上限（８０％）とで組電池１２のＳＯＣの代表値が異なっている。すなわち、制御範囲の下限値で組電池１２の全体のＳＯＣを制御する場合には、各電池セル１０あるいは電池ブロック毎の電圧からそれぞれの残存容量を求め、それらの残存容量のうち最小のものを組電池１２の全体のＳＯＣを制御する場合の代表ＳＯＣとし、この代表ＳＯＣが下限値を下回らないように制御している。また、制御範囲の上限値で組電池１２のＳＯＣを制御する場合には、各電池セル１０あるいは電池ブロック毎の残存容量のうち最大容量値を組電池１２の代表ＳＯＣとし、この代表ＳＯＣが上限値を超えないように制御している。

各電池セル１０毎の充放電能力には、組電池１２の使用時間の増加と共にばらつきが生じる。このため、組電池１２の使用開始当時には、図６（ａ）に示されるように、各電池セル１０あるいは電池ブロック間のＳＯＣのばらつきが小さかったものが、時間の経過とともに、図６（ｂ）に示されるように、ＳＯＣのばらつきが大きくなってくる。しかし、上述した制御方法では、ＳＯＣのばらつきのうちの最小値、最大値により制御範囲の下限、上限の制御を行うので、全ての電池セル１０あるいは電池ブロックのＳＯＣが必ず制御範囲内に入っていることになる。

特開２０００−１４０２９号公報

しかし、上記特開２０００−２２４７０１号公報では、制御範囲の下限値・上限値でＳＯＣを制御しているため、ＳＯＣ制御の演算処理が煩雑になるという課題があった。本発明者は、その課題等を解決するために簡易な演算処理でＳＯＣ制御ができる組電池の充放電制御方法を出願している（特願２００２−４３２１６号）。本出願では、組電池を構成する単位電池（例えば電池セル、電池ブロック）の最小容量値を算出し、その最小容量値を代表ＳＯＣとして基準とし、その代表ＳＯＣ（制御充電状態値）で制御されることを特徴としている。

しかしながら、該出願の制御方法では、単位電池間の容量バラツキ（単位電池間の容量差）が大きくなった場合、（例えば、使用による容量バラツキの増加だけでなく電池内部の異常等が発生し、容量バラツキが急激に増大したときなど）代表ＳＯＣが制御中心値まで増加できない場合がある。

図７（ａ）、（ｂ）（縦軸は組電池の個数を示し、横軸は各単位電池のＳＯＣを示す。）にはそのような例が図示される。図７（ａ）は組電池の単位電池間の容量バラツキが小さい場合であり、図７（ｂ）は容量バラツキが大きくなった場合の図示である。組電池のうち最大容量値を有する単位電池は上限値で充電制限されるので、代表ＳＯＣである最小容量値は容量バラツキの拡大と共にその上限値が減少する。したがって、代表ＳＯＣの可動幅が代表ＳＯＣ（上限値）の減少によって縮小され、ある程度以上の容量バラツキとなると、制御中心値まで代表ＳＯＣが増加できなくなる（図７（ｂ））。このように制御中心値まで代表ＳＯＣが増加できないと、いくら実際に充電したとしても十分な充電状態まで回復できていないと判定されてしまうという不具合が生じることになる。

図５で示されるハイブリッド電気自動車で一例を説明する。代表ＳＯＣが制御中心値まで増加すると、十分に充電されたと電池ＥＣＵ１６は判定する。その判定指示がＨＶＥＣＵ１８に送られるまでは、ＨＶＥＣＵ１８は負荷２０に対して充電を指示し続ける。すなわち、ＨＶＥＣＵ１８は、負荷２０に指示を送り、エンジンを駆動させ、エンジンの動力を駆動モータによる車両走行だけではなく、発電機による組電池の充電にも配分させるという制御を行うことになる。しかし、容量バラツキが拡大した場合には、代表ＳＯＣ（上限値）が増加しないこととなり制御中心値まで至れないことになる（図７（ｂ））。そうすると、いくら組電池に充電されても制御中心値まで増加していないと電池ＥＣＵ１６で判定されることとなる。そうすると、電池ＥＣＵ１６からＨＶＥＣＵ１８に制御中心値までＳＯＣが増加したという指示が出されないことになり、ＨＶＥＣＵ１８は負荷２０に充電を停止するように指示を出さないことになる。このようなことが起こると組電池への充電が止まらなくなり、その充電をするためにエンジンを止められなかったり、充電と停止を繰り返すハンチング現象を引き起こす場合がある。さらには、車両走行中においても、いくら充電しても充電されていないと判定されることで、エンジンの動力が駆動モータによる車両走行だけでなく、発電機による組電池１２の充電にとられることとなる。そうすると、上り坂などのパワーを要する車両走行時に十分なエネルギーを車両走行に供給できなくなり、ドライバビリティの要求に添えない場合がある。

本発明は、上記課題等に鑑みてなされたものであり、容量差（容量バラツキ）に係わらず、より高精度に組電池の充放電を制御できる組電池の電池制御装置、方法、プログラムおよび電池制御システムを提供することを目的とする。

本発明の、二次電池の単位電池を複数併せて構成される組電池の充放電を制御する充放電制御装置は、前記組電池を構成する単位電池の容量上限値と容量下限値の少なくとも一方に基づいて充放電を制限する充放電制限手段と、前記組電池を構成する単位電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、検出された残存容量の最小値と最大値の少なくとも一方に基づいて制御充電状態値を演算する制御値演算手段と、残存容量が検出された単位電池について、第１の単位電池の残存容量とそれよりも小さな残存容量を有する第２の単位電池の残存容量との残存容量差を容量差として演算する容量差演算手段と、前記容量差と、前記制御充電状態値とは異なる見かけ充電状態値と、の相関関係を記憶する記憶手段と、前記容量差に基づいて、前記相関関係により見かけ充電状態値を演算する見かけ充電状態値演算手段と、を有することを特徴とする。

制御充電状態値よりも大きな値である見かけ充電状態値を導入する。容量差値に応じて見かけ充電状態値を演算することで、容量差値によって制御充電状態値が制御中心値まで増加できないと判定される不具合等を防止できる。

さらに、前記容量差値が予め記憶された所定容量差値以上である場合には、前記見かけ充電状態値を採用する見かけ充電状態値採用手段を有すると好適である。

容量差値が所定容量差値以上である場合に、見かけ充電状態値を採用し、所定容量差値よりも小さい場合には別の充電状態値を採用する。このような採用手段を採用すると別の充電状態値の利点を受継した高精度な充放電制御装置を提供できる。

さらに、前記容量差値が、予め記憶された所定容量差値より小さい場合には、前記単位電池を構成する単位電池の最小残存容量値または前記最小残存容量値の満充電容量値をその組電池を制御する制御充電状態値として採用する制御充電状態値採用手段を有することが好適である。

容量差値が所定容量差値よりも小さい場合には、特願２００２−４３２１６で出願した制御方法を用いた制御装置を導入する。すなわち組電池を構成する単位電池の最小容量値を算出し、その最小容量値を制御充電状態値として制御する。これによって、該出願の利点を受継でき、より高精度な充放電制御が可能となる。

前記容量差演算手段は、前記組電池のうち最大残存容量の単位電池を検出する最大残存容量検出手段と、前記組電池のうち最小残存容量の単位電池を検出する最小残存容量検出手段と、を有し、前記最大残存容量と前記最小残存容量の残存容量差を容量差値として演算することが好適である。最大の容量差で判定すると好適である。

前記容量バラツキ値が予め記憶された所定容量差最大値以上である場合には、前記容量差値に代えて所定容量差最大値を採用すると好適である。

容量差値が過大となることを防止することで、容量差値を用いた演算処理に不具合が生じることを防止できる。

前記相関関係は以下の数式（１）で表されると好適である。

（ここで、ＳＯＣは見かけ充電状態値、ＳＯＣｍｉｄは充電状態値の制御中心値、ＳＯＣｌｏｗは充電状態値の下限設定値、ＳＯＣｈｉｇｈは充電状態値の上限設定値、ＱｌｏｗはＳＯＣｌｏｗの容量換算値、ＱｈｉｇｈはＳＯＣｈｉｇｈの容量換算値、Ｑｄは容量差値、Ｑｍｉｎは残存容量最小値、Ｑｍａｘは残存容量最大値である）。

前記数式（１）において、以下の数式（２）で示される右辺の分母が零割防止所定値以下の時は、数式（２）に代えて零割防止所定値を採用すると好適である。
Ｑｈｉｇｈ−Ｑｌｏｗ−Ｑｄ （２）

前記数式（１）について、左辺ＳＯＣが最大ガード値より大きくなる場合には左辺に代えて最大ガード値を採用すると好適である。

前記数式（１）について、左辺ＳＯＣが最小ガード値よる小さくなる場合には左辺に代えて最小ガード値を採用すると好適である。

本発明では上記装置と同様の方法・プログラムの提供が可能である。

例えば、方法では、本発明の二次電池の単位電池を複数併せて構成される組電池の充放電を制御する充放電制御方法は、前記組電池を構成する単位電池の容量上限値と容量下限値の少なくとも一方に基づいて充放電を制限する充放電制限工程と、前記組電池を構成する単位電池の残存容量を検出する残存容量検出工程と、検出された残存容量の最小値と最大値の少なくとも一方に基づいて制御充電状態値を演算する制御値演算工程と、残存容量が検出された単位電池について、第１の単位電池の残存容量とそれよりも小さな残存容量を有する第２の単位電池の残存容量との残存容量差を容量差として演算する容量差演算工程と、前記容量差と、前記制御充電状態値とは異なる充電状態値と、の相関関係を記憶する記憶工程と、前記容量差に基づいて、前記相関関係により見かけ充電状態値を演算する見かけ充電状態値演算工程と、を有することを特徴とする。

例えば、プログラムでは、本発明のコンピュータに読み込ませることにより、二次電池の単位電池を複数併せて構成される組電池の充放電を制御する充放電制御プログラムは、前記組電池を構成する単位電池の容量上限値と容量下限値の少なくとも一方に基づいて充放電を制限し、前記組電池を構成する単位電池の残存容量を検出し、検出された残存容量の最小値と最大値の少なくとも一方に基づいて制御充電状態値を演算し、残存容量が検出された単位電池について、第１の単位電池の残存容量とそれよりも小さな残存容量を有する第２の単位電池の残存容量との残存容量差を容量差を演算し、前記容量差と、前記制御充電状態値とは異なる見かけ充電状態値と、の相関関係により見かけ充電状態値を演算することを特徴とする。 また、本発明の電池制御システムは、上記本発明の充放電制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明の充放電制御装置と組電池、制御コンピュータ（例えば電池ＥＣＵ、ＨＶＥＣＵ等）、負荷等を含んだ電池制御システムにより、高精度な組電池の充放電制御を提供できる。

本発明は、より高精度に組電池の充放電を制御できる組電池の電池制御装置、方法、プログラムおよび電池制御システムを提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態は本発明を実施するための一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

［ハイブリッド電気自動車に適用した構成（電池制御システム）］
図５には、本発明の充放電制御プログラムをハイブリッド電気自動車に適用した電池制御システム１００が示される。本発明の充放電制御プログラムはコンピュータである電池ＥＣＵ２００に読み込まれている。組電池１２には複数の電池ブロック１０が直列に接続されて構成されている。組電池１２には、電池ブロック１０の電圧を検出するための電圧検出器１４が接続されている。電池ＥＣＵ２００はこの電圧検出器１４の出力に基づき、組電池１２を構成する各電池ブロック１０のＳＯＣを算出する。電池ＥＣＵ２００は、充放電制御プログラムによって各電池ブロック１０のＳＯＣからＨＶＥＣＵ１８に送るＳＯＣを算出する。電池ＥＣＵ２００が算出したＳＯＣに基づきそのＳＯＣを判定して、ＨＶＥＣＵ１８が駆動用モータ、発電機駆動用エンジン、発電機、インバータなどからなる負荷２０を制御する。すなわち、組電池１２の充放電量を調節して、組電池１２の全体のＳＯＣが所定範囲に入るように制御する。このＳＯＣの制御範囲としては、例えば２０％〜８０％の範囲が採用される。これら電池ＥＣＵ２００、ＨＶＥＣＵ１８、組電池１２、負荷２０、電圧検出器１４等から電池制御システム１００は構成される。

組電池１２を構成する単位電池である電池ブロック１０は、多数のバッテリセルを直列接続した組電池であり、例えば、Ｎｉ系電池、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウムイオン電池など、二次電池のセルからなる。各電池ブロック１０のＳＯＣは電圧だけでなく、電池ブロックの温度、、実測される電流値が勘案されて算出されていてもよい。

上記はＨＶＥＣＵ１８と電池ＥＣＵ２００が分離した構成となっているがＨＶＥＣＵ１８と電池ＥＣＵ２００とを統合させて１つの装置とすることも可能である。また、電池ＥＣＵ２００に充放電プログラムが読み込まれる例を説明しているが、充放電プログラムはＨＶＥＣＵ１８に読み込まれていてもよい。

負荷２０としては、エンジンＥＣＵ（Ｅ／ＧＥＣＵ）、モータＥＣＵ、インバータ、モータジェネレータなどが挙げられる。ＨＶＥＣＵ１８は、エンジンの出力等の制御するＥ／ＧＥＣＵへエンジンの出力指令を出すと共に、Ｅ／ＧＥＣＵなどからのエンジン出力制御情報を受ける。さらに、ＨＶＥＣＵ１８は、モータへトルク指令などをモータＥＣＵに出力するとともに、モータＥＣＵからのモータ制御情報を入力する。また、モータＥＣＵは，インバータにおけるスイッチング制御を行う。これにより、モータジェネレータへの入力が決定され、駆動輪を出力に応じて駆動させることができる。

［充放電制御方法］
次に図２を用いて、電池ＥＣＵ２００で行われる充放電制御方法について説明する。電池ＥＣＵ２００に読み込まれた充放電制御プログラム（図２）が実行される。電池ＥＣＵ２００は電圧検出手段１４から組電池１２を構成する電池ブロック１０のすべてのＳＯＣを検出する。ＳＯＣ（％）からを残存容量（Ａｈ）を算出する。電池ブロック１０の残存容量のうち最小残存容量もつものと最大残存容量を持つものを特定する。その最大残存容量から最小残存容量を引いた値を容量差を単位電池間の容量バラツキ値：Ｑｄ（Ａｈ）として求める（Ｓ１０）。

容量バラツキ値（Ｑｄ）と予め記憶させてある所定容量差最大値であるＳＯＣ算出用容量バラツキ上限ガード値：Ｑ１（Ａｈ）との比較を行う。（Ｓ１２）Ｑ１はＱｄが電池ブロックの異常等により極大した場合に、一定値に抑制するものである。すなわち、本発明は単位電池の容量残存容量最小値（Ｑｍｉｎ）から求められるＳＯＣを制御充電状態値（代表ＳＯＣ）としている。Ｑｍｉｎは残存容量最大値（Ｑｍａｘ）とＱｄとの差（Ｑｍｉｎ＝Ｑｍａｘ−Ｑｄ）によって求められるものである。ここで、ＱｄがＱ１以下である場合には、通常通りＱｍｉｎは残存容量最大値（Ｑｍａｘ）とＱｄとの差（Ｑｍｉｎ＝Ｑｍａｘ−Ｑｄ）によって求められる（Ｓ１６）。しかし、Ｑ１よりもＱｄが大きい場合にはＱ１をＱｄに代えて、Ｑｍｉｎ＝Ｑｍａｘ−Ｑ１としてＱｍｉｎを求める（Ｓ１４）。この制御充電状態値がＱｄの突発的な拡大等によって極小の値もしくは負の値となるようなことを防止し、数学的な不具合が生じること等を防止している。

Ｑｍｉｎを求めた後、ＱｍｉｎとＱｄに基づきＨＶＥＣＵ１８へ報告するＳＯＣを求める。ここでＱｄとＱ２（ＳＯＣ算出方式切り替え判定値）との比較を行う（Ｓ１８）。Ｑ２は予め記憶されている。ＱｄがＱ２以下である場合には、特願２００２−４３２１６号の方法を採用する。すなわち、Ｑｍｉｎを満充電状態の容量値（Ｑｆｕｌｌ）で除算し、その百分率をＨＶＥＣＵ１８へ報告するＳＯＣとする（Ｓ２０）。この関係は図３において示される。すなわち、ＱｍｉｎはＨＶＥＣＵ１８へ報告するＳＯＣと比例関係にある。この場合は、容量バラツキ（Ｑｄ）が小さく、Ｑｍｉｎから換算されるＳＯＣが充電状態の制御中心値（ＳＯＣｍｉｄ）まで戻ることができるからである。この状態では容量バラツキの低減等の作用を期待できる、先願の利点を利用することが好ましいからである。すなわち、Ｑｍｉｎに対応する最小のＳＯＣ（制御充電状態値、代表ＳＯＣ）のみを使って充放電制御を行うと、最大のＳＯＣあるいはこれに近いＳＯＣの電池ブロック１０の充電量が制御範囲を超えて大きくなる場合があっても、容量バラツキを抑制できる。各電池ブロック１０はＳＯＣが高くなるほど充電効率が低下し、また自己放電量も多くなる。このため、電池ブロック１０間のばらつきのうち最小のＳＯＣによって充放電制御を行っても、ばらつきのうち大きい方のＳＯＣとなっている電池ブロックのＳＯＣの増加が抑制される。これにより、各電池ブロック１０を過充電状態にしてＳＯＣの均等化を行わなくても、ＳＯＣのばらつきが一定値を超え大きくなり続けることはない。従って、均等化制御を行う必要がなくなり、過充電による電池寿命の劣化を防止することができるといった容量バラツキの均等化効果を得ることができる。

ＱｄがＱ２よりも大である場合には、Ｑｍｉｎから換算されるＳＯＣ（制御充電状態値、代表ＳＯＣ）が制御中心値まで回復できない場合がある。そこで、そのような場合に見かけのＳＯＣを演算し、その見かけのＳＯＣをＨＶＥＣＵ１８へ報告することでＨＶＥＣＵ１８が充電を止める指示をいつまでも出せないなどの不具合を防止する。 具体的には図４で示される実線部分のように、図３のＳＯＣ算出（図４の点線部分に相当）よりも、同じ残存容量最小値Ｑｍｉｎの値に対するＳＯＣの値をより大きな値とすることで解決を図る。すなわち、容量バラツキ（Ｑｄ）の大きさに応じてＳＯＣを大きな値とし、見かけＳＯＣを演算する。この見かけＳＯＣをＨＶＥＣＵ１８へ報告することで、制御中心値（ＳＯＣｍｉｄ）を超えることができたと判定することとしている。このＱｄとＱｍｉｎとの関係式（図４の実線部分に相当）は以下の数式（１）で示される。

（ここで、ＳＯＣは見かけＳＯＣ（％）、ＳＯＣｍｉｄは制御中心値（％）、ＳＯＣｌｏｗはＳＯＣ下限設定値（％）、ＳＯＣｈｉｇｈはＳＯＣ上限設定値（％）、ＱｌｏｗはＳＯＣｌｏｗの容量換算値（Ａｈ）、ＱｈｉｇｈはＳＯＣｈｉｇｈの容量換算値（Ａｈ）である。ＳＯＣｍｉｄは制御中心値（％）、ＳＯＣｌｏｗはＳＯＣ下限設定値（％）、ＳＯＣｈｉｇｈはＳＯＣ上限設定値（％）は予め設定されて記憶されている）。

見かけＳＯＣを演算するに当たって、上記数式（１）において分母に相当する以下の数式（２）から数式（１）の分母（図４の（Ａ）に相当）を求める（Ｓ２２）。
Ｑｈｉｇｈ−Ｑｌｏｗ−Ｑｄ （２）

ここで上記数式（２）で示される分母が零に近い値または負値となることを防止するために零割防止所定値である予め設定されているＱ３（分母下限ガード値）との比較を行う（Ｓ２４）。数式（２）で演算される値がＱ３よりも小さい場合にはＱ３を数式（１）の分母に導入する（Ｓ２６）。このようにして数学的な不具合を防止することができる。数式（１）の分母が決定された後は、数式（１）に、この分母とＳＯＣｍｉｄ（％）、ＳＯＣｌｏｗ（％）、ＳＯＣｈｉｇｈ（％）、Ｑｌｏｗ（Ａｈ）、Ｑｄ（Ａｈ）、Ｑｍｉｎ（Ａｈ）を適用して見かけＳＯＣを算出し、この見かけＳＯＣをＨＶＥＣＵ１８へ報告するＳＯＣとして採用する（Ｓ２８）。

ＨＶＥＣＵ１８へ報告されるＳＯＣは、さらに予め記憶された最大ガード（ＭＡＸガード）値と最小ガード（ＭＩＮガード）値と数学的に比較され、フィルタリングされる。ＳＯＣは最大ガード値（例えばＳＯＣ１００％）とくらべて大きい場合には（Ｓ３０）、そのＳＯＣに代えて最大ガード値をＨＶＥＣＵ１８へ報告する（Ｓ３２）。最小ガード値（例えばＳＯＣ０％）と比較して小さい場合には（Ｓ３４）、そのＳＯＣに代えて最小ガード値をＨＶＥＣＵ１８へ報告する（Ｓ３６）。このようにしてＨＶＥＣＵ１８が判定に用いるＳＯＣを報告し（Ｓ３８）高精度に組電池を充放電制御できることとなる。なお図２のＳＯＣの演算はＳ１０〜Ｓ３８を繰り返し、常時、ＨＶＥＣＵ１８に制御において適切なＳＯＣを報告することができる。

このような上記制御方法を実施することで、容量バラツキが拡大した場合（特に自然の時間経過による容量バラツキの発生ではなく、電池に内在的な異常が生じた場合）のおいても代表ＳＯＣ（上限値）である制御充電状態値が増加しないこととなり制御中心値まで至れないということを防止することができる。そうすると、電池ＥＣＵ２００からＨＶＥＣＵ１８に制御中心値までＳＯＣが増加したという指示がいつまでも出されないことを防止できる。したがって、組電池への充電が止まらなくなり、その充電をするためにエンジンを止められなかったり、充電と停止を繰り返すハンチング現象を引き起こすことを防止することができる。さらには、車両走行中においても、いくら充電しても充電されていないと判定されることで、エンジンの動力が駆動モータによる車両走行だけでなく、発電機による組電池１２の充電にとられることを防止できる。そうすると、上り坂などのパワーを要する車両走行時に十分なエネルギーを車両走行に供給でき、ドライバビリティの要求に添えることができる。

なお、本実施形態では単位電池の容量上限値が制限される例に基づいて、単位電池の残存容量の最小値により充放電制御する方法を示したが、同様に単位電池の容量下限値が制限されることに基づいて、単位電池の残存容量の最大値により充放電制御する方法も同様に実施することが可能である。容量バラツキによって制御中心値まで放電できないことなどを防止することも同様にできるからである。

本発明は、二次電池の組電池を有する電気自動車全般（例えば燃料電池自動車、燃料電池と内燃機関を併用するハイブリッド電気自動車）の充放電制御装置、方法、プログラム電池制御システムとして適用できる。自動車は軽自動車、乗用車、大型・小型特殊車、大型車（バス、トラック）等様々に本発明の充放電制御・電池制御システムを適用できる。

また、本発明は、自動車に捕らわれず、二次電池（例えばリチウムイオン二次電池、Ｎｉ系電池（例えばＮｉ−ＭＨ電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池）、鉛蓄電池）を有している機器全般の充放電制御に用いることができ、その機器に備えられた二次電池の組電池の充放電制御にも適用することができる。例えば家庭用・業務用発電燃料電池の蓄電に要する二次電池の劣化検出としても適用できる。また、航空機、船舶、パーソナルコンピュータ関連機器全般、携帯電話等の移動体に備えられた二次電池の組電池の充放電制御にも適用できることが考えられる。

本発明の充放電制御をハイブリッド電気自動車に適用した電池制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の充放電プログラムを説明するフローチャートである。 容量バラツキが小さい場合のＳＯＣ換算図である。 容量バラツキが大きい場合のＳＯＣ換算図である。 従来の電池制御システムの構成を示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）時間経過に伴う容量バラツキの拡大を説明する説明図である。 （ａ）容量バラツキが小さい場合と（ｂ）容量バラツキが大きい場合の充放電制御を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 単位電池（電池ブロック）、１２ 組電池、１４ 電圧検出手段、１６，２００ 電池ＥＣＵ、１８ ＨＶＥＣＵ、２０ 負荷、１００ 電池制御システム。

Claims (12)

1. 二次電池の単位電池を複数併せて構成される組電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、
   前記組電池を構成する単位電池の容量上限値と容量下限値の少なくとも一方に基づいて充放電を制限する充放電制限手段と、
   前記組電池を構成する単位電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
   検出された残存容量の最小値と最大値の少なくとも一方に基づいて制御充電状態値を演算する制御値演算手段と、
   残存容量が検出された単位電池について、第１の単位電池の残存容量とそれよりも小さな残存容量を有する第２の単位電池の残存容量との残存容量差を容量差として演算する容量差演算手段と、
   前記容量差と、前記制御充電状態値とは異なる見かけ充電状態値と、の相関関係を記憶する記憶手段と、
   前記容量差に基づいて、前記相関関係により見かけ充電状態値を演算する見かけ充電状態値演算手段と、
   を有する充放電制御装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   さらに、
   前記容量差が予め記憶された所定容量差以上である場合には、前記見かけ充電状態を採用する見かけ充電状態値採用手段を有する充放電制御装置。
3. 請求項１または２に記載の装置であって、
   前記容量差演算手段は、
   前記組電池のうち最大残存容量の単位電池を検出する最大残存容量検出手段と、
   前記組電池のうち最小残存容量の単位電池を検出する最小残存容量検出手段と、
   を有し、
   前記最大残存容量と前記最小残存容量の残存容量差を容量差として演算する充放電制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の装置であって、
   さらに、
   前記容量差が、予め記憶された所定容量差より小さい場合には、前記単位電池を構成する単位電池の最小残存容量値または前記最小残存容量値の満充電容量値に対する百分率を充電状態値として、その組電池を制御する制御充電状態値として採用する制御充電状態値採用手段を有する充放電制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の装置であって、
   前記容量差値が予め記憶された所定容量差最大値以上である場合には、前記容量差に代えて所定容量差最大値を採用する充放電制御装置。
6. 請求項１から５に記載の装置であって、
   前記相関関係は以下の数式（１）で表される充放電制御装置。
   

   

   （ここで、ＳＯＣは見かけ充電状態値、ＳＯＣｍｉｄは充電状態値の制御中心値、ＳＯＣｌｏｗは充電状態値の下限設定値、ＳＯＣｈｉｇｈは充電状態値の上限設定値、ＱｌｏｗはＳＯＣｌｏｗの容量換算値、ＱｈｉｇｈはＳＯＣｈｉｇｈの容量換算値、Ｑｄは容量差値、Ｑｍｉｎは残存容量最小値、Ｑｍａｘは最大残存容量最大値である。）
7. 請求項６に記載の装置であって、
   前記数式（１）において、以下の数式（２）で示される右辺の分母が零割防止所定値以下の時は、数式（２）に代えて零割防止所定値を採用する充放電制御装置。
   Ｑｈｉｇｈ−Ｑｌｏｗ−Ｑｄ （２）
8. 請求項６または７に記載の装置において、
   前記数式（１）について、ＳＯＣが最大ガード値より大きくなる場合には左辺に代えて最大ガード値を採用する充放電制御装置。
9. 請求項６から８のいずれか１つに記載の装置において、
   前記数式（１）について、ＳＯＣが最小ガード値よる小さくなる場合には左辺に代えて最小ガード値を採用する充放電制御装置。
10. 二次電池の単位電池を複数併せて構成される組電池の充放電を制御する充放電制御方法であって、
    前記組電池を構成する単位電池の容量上限値と容量下限値の少なくとも一方に基づいて充放電を制限する充放電制限工程と、
    前記組電池を構成する単位電池の残存容量を検出する残存容量検出工程と、
    検出された残存容量の最小値と最大値の少なくとも一方に基づいて制御充電状態値を演算する制御値演算工程と、
    残存容量が検出された単位電池について、第１の単位電池の残存容量とそれよりも小さな残存容量を有する第２の単位電池の残存容量との残存容量差を容量差として演算する容量差演算工程と、
    前記容量差と、前記制御充電状態値とは異なる充電状態値となる見かけ充電状態値と、の相関関係を記憶する記憶工程と、
    前記容量差に基づいて、前記相関関係により見かけ充電状態値を演算する見かけ充電状態値演算工程と、
    を有する充放電制御方法。
11. コンピュータに読み込ませることにより、二次電池の単位電池を複数併せて構成される組電池の充放電を制御する充放電制御プログラムであって、
    前記組電池を構成する単位電池の容量上限値と容量下限値の少なくとも一方に基づいて充放電を制限し、
    前記組電池を構成する単位電池の残存容量を検出する残存容量検出手段と、
    検出された残存容量の最小値と最大値の少なくとも一方に基づいて制御充電状態値を演算し、
    残存容量が検出された単位電池について、第１の単位電池の残存容量とそれよりも小さな残存容量を有する第２の単位電池の残存容量との残存容量差を容量差を演算し、
    前記容量差と、前記制御充電状態値とは異なる見かけ充電状態値と、の相関関係により見かけ充電状態値を演算する充放電制御プログラム。
12. 請求項１から９のいずれか１つに記載の装置を備えた電池制御システム。

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