JP2005354825A

JP2005354825A - ハイブリッド車両のｓｏｃ演算装置

Info

Publication number: JP2005354825A
Application number: JP2004174055A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirata; 武司平田; Takeshi Yamanaka; 剛山中; Yushi Nakada; 祐志中田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-22
Also published as: CN100468077C; US20050280396A1; US7586290B2; CN1707280A

Abstract

【課題】電流計測手段の計測精度を向上させながらバッテリの全出力範囲においてＳＯＣを演算する。
【解決手段】
本発明は、バッテリ（１）の充放電電流値がバッテリ電流計測手段（３）の計測可能範囲内であるとき、計測された充放電電流値に基づいてバッテリ（１）の充放電状態（ＳＯＣ）を算出し、バッテリ（１）の充放電電流値がバッテリ電流計測手段（３）の計測可能範囲を超えたとき、推定された充放電電流値に基づいてバッテリ（１）の充放電状態（ＳＯＣ）を算出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置に関するものである。

ハイブリッド車両は、車両の駆動力としてエンジンの出力に加えてモータの出力を利用しているので、バッテリの電力が不足するとモータの出力が低下して車両の駆動力が不足する。よって、ハイブリッド車両においてはバッテリの電力が不足しないようにバッテリの充放電状態であるＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を算出して充放電状態を制御する必要がある。

そこで従来のＳＯＣ演算装置は、バッテリの充放電電流を計測して電流値を積算することでバッテリのＳＯＣを演算する。従来のＳＯＣ演算装置は、バッテリの入出力部分に取り付けられた電流センサによってバッテリの充放電電流を直接計測する方法や、モータの回転速度及びトルクから推定してバッテリの充放電電流を計測する方法を備えている。また、バッテリの出力範囲は、バッテリが連続的に出力できる定格出力範囲と、バッテリが短時間に限り出力できる高出力の瞬時定格出力範囲とを有している。よって、バッテリのＳＯＣを正確に演算するために、ＳＯＣ演算装置はこれらの全範囲にわたってＳＯＣを算出する必要がある。

そこで、バッテリの出力範囲のうち全範囲にわたって計測することができる電流センサを用いて、バッテリの充放電電流を計測してその電流値を積算することでバッテリのＳＯＣを算出する技術が特許文献１に記載されている。
特開平９−８４２０５号公報

しかしこのような技術では、電流センサはバッテリの充放電電流の全範囲を計測することが可能なように計測レンジが広く設定されるので、センサの分解能が低下して電流の計測精度が低下する。これにより、ＳＯＣの演算精度が低下する。

また、定格出力範囲のみを計測レンジとする電流センサは、計測可能範囲における電流の計測精度に優れるが、瞬時定格出力範囲において電流を計測することができない。よって、瞬時定格出力範囲においてＳＯＣを算出することができなくなる。

さらに、バッテリの出力範囲によらずモータの回転速度とトルクとに基づいて充放電電流を推定すると、ＳＯＣは電流の積算値として算出しているので推定値の誤差が積算されて正確なＳＯＣを算出することができない。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、電流センサの計測精度を向上させながらバッテリの全出力範囲においてＳＯＣを演算することができるハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン、モータジェネレータ（６）及びバッテリ（１）を備えるハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置において、計測範囲をバッテリ（１）の全出力範囲のうちの一部の出力範囲についての充放電電流値を計測するバッテリ電流計測手段（３）と、バッテリ（１）の充放電電流値がバッテリ電流計測手段（３）の計測可能範囲を超えたか否かを判定する計測範囲判定手段（Ｓ１０２）と、モータジェネレータ（６）の運転状態に基づいてバッテリ（１）の充放電電流値を推定するバッテリ電流推定手段（Ｓ１０４）と、バッテリ（１）の充放電電流値がバッテリ電流計測手段（３）の計測可能範囲内であるとき、バッテリ電流計測手段（３）によって得られた充放電電流値に基づいてバッテリ（１）の充放電状態（ＳＯＣ）を算出し、バッテリ（１）の充放電電流値がバッテリ電流計測手段（３）の計測可能範囲を超えたとき、バッテリ電流推定手段（Ｓ１０４）によって推定された充放電電流値に基づいてバッテリ（１）の充放電状態（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出手段（Ｓ１０８）とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、充放電電流値の計測範囲をバッテリの全出力範囲のうちの一部に限定したことにより、充放電電流値検出手段の分解能を高めて充放電電流値の計測精度を向上させることができるのでＳＯＣの演算精度を向上させることができる。また、充放電電流値が電流検出手段の計測可能範囲を超えるときは充放電電流値を推定して算出するのでバッテリの全出力範囲においてＳＯＣを演算することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明によるハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置を示すシステム構成図である。本装置はバッテリ１と、ジャンクションボックス２と、第１電流センサ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と、第２電流センサ５と、モータジェネレータ６と、ハイブリッドコントロールモジュール（以下「ハイブリッドコントローラ」という）７とを備えている。

バッテリ１は、ジャンクションボックス２を介して車両の駆動力を発生させるモータジェネレータ６や補機などに対して電力を供給している。

ジャンクションボックス２は、強電系の起動シーケンス処理を行っている。ジャンクションボックス２はバッテリ１の電力を、インバータ８を介してモータジェネレータ６に供給する側と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して各種補機に供給する側とに分岐させている。

第１電流センサ３は、ジャンクションボックス２の中に設けられており、バッテリ１の充放電電流を計測してハイブリッドコントローラ７に送信する電流計測手段である。バッテリ１の出力範囲には長時間にわたって使用される定格出力範囲と短時間に限って使用される瞬時定格出力範囲とがあり、第１電流センサ３の計測可能範囲は定格出力範囲に限定される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、バッテリ１から各種補機に流す電流の電圧を調節している。

第２電流センサ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の中に設けられておりＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して各種補機に流れる電流の総和を計測してハイブリッドコントローラ７に送信している。

モータジェネレータ６は、バッテリ１から供給された電力によって車両に駆動力を与え、車両の減速時には回生エネルギーを回収して電力をバッテリ１に還元している。

ハイブリッドコントローラ７は、所定の条件に基づいてモータジェネレータ６の出力を決定して、出力値をモータコントローラ９に送信している。モータコントローラ９は、モータジェネレータ６がハイブリッドコントローラ７から送信された出力となるようにモータジェネレータ６を制御している。また、モータコントローラ９はモータジェネレータ６の回転速度を計測してハイブリッドコントローラ７へと送信している。さらにハイブリッドコントローラ７は、第１電流センサ３及び第２電流センサ５から送信された電流値に基づいてバッテリ１の充放電状態であるＳＯＣを算出することでバッテリ１の電力不足を防止するように制御している。

ここで、ハイブリッドコントローラ７で行う制御について図２を参照しながら説明する。図２は本発明のハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置の制御を示したフローチャートである。なお、本制御は所定時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し行われている。本制御では、バッテリ１の充放電実電流が第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘを超えたときに充放電電流値Ｉを推定してバッテリ１のＳＯＣを算出する。

ステップＳ１０１では、第１電流センサ３の検出値Ｉｒを読み込む。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込んだ第１電流センサ３の検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘより大きいか否かを判定する。検出値Ｉｒが計測可能上限値Ｉｍａｘより大きいときステップＳ１０３へ進み、検出値Ｉｒが計測可能上限値Ｉｍａｘ以下であるときステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０３では、モータジェネレータ６の回転速度とトルクとを読み込む。ここで、モータジェネレータ６の回転速度はモータコントローラ９によって計測されてハイブリッドコントローラ７へと送信されている。また、モータジェネレータ６のトルクはハイブリッドコントローラ７の出力指令値に基づいてモータコントローラ９によって制御されている。よって、モータジェネレータ６の回転速度とトルクとはハイブリッドコントローラ７から容易に読み込むことができる。

ステップＳ１０４では、バッテリ１からモータジェネレータ６側へ流れる電流の推定値Ｉｍｇを算出する。ここで、ステップＳ１０３で読み込んだモータジェネレータ６の回転速度とトルクとに基づいてモータジェネレータ６の出力を算出することができる。また、算出されたモータジェネレータ６の出力からモータジェネレータ６及びインバータ８における出力損失分を推定することができる。よって、この出力損失分をモータジェネレータ６の出力に加算することでバッテリ１からモータジェネレータ６側へ付加した出力、すなわち電流値Ｉｍｇを推定することができる。

ステップＳ１０５では、第２電流センサ５の検出値Ｉｒ２を検出する。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出したバッテリ１からモータジェネレータ６側へ流れる電流の推定値Ｉｍｇと、第２電流センサ５の検出値Ｉｒ２との和をバッテリの充放電電流値Ｉとして設定する。ここで、ステップＳ１０２において第１電流センサ３の検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘより大きいときに、バッテリ１からモータジェネレータ６側へ流れる電流値のみを推定値Ｉｍｇとして、バッテリ１からＤＣ／ＤＣコンバータ４へ流れる電流値Ｉｒ２は実測値とした。これにより、バッテリ１の充放電電流Ｉのすべてを推定する場合に比べて推定精度を向上させることができる。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で設定したバッテリ１の充放電電流値Ｉを補正する。ステップＳ１０６で設定したバッテリ１の充放電電流値ＩはステップＳ１０４で算出した、バッテリ１からモータジェネレータ６側へ流れる電流の推定値Ｉｍｇを含んでいる。この推定値Ｉｍｇは、モータコントローラ９によって計測されるモータジェネレータ６の回転速度とハイブリッドコントローラ７から送信されるモータジェネレータ６の出力指令値であるトルクとに基づいて算出される。しかし、実際の電流値は出力指令値に対して遅れを生ずるので、この遅れ分を補正する必要がある。補正の詳細については後述する。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６又は１０９で設定したバッテリ１の充放電電流値Ｉに基づいてバッテリ１のＳＯＣを算出して処理を終了する。ここで、バッテリ１のＳＯＣはバッテリ１の充放電電流値Ｉを積算して算出する。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０１で読み込んだ第１電流センサ３の検出値Ｉｒをバッテリ１の充放電電流値Ｉとして設定してステップＳ１０８へ進む。

以上の制御をまとめて作用を説明する。なお、理解を容易にするために図２のフローチャートに対応する符号を括弧内に示した。

第１電流センサ３の検出値Ｉｒを読み込んでこの検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘより大きいか否かを判定する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。第１電流センサ３の検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘより大きければ、第１電流センサ３は正確な電流値を検出することはできないのでモータジェネレータ６の回転速度とトルクとに基づいてバッテリ１からモータジェネレータ６側へ流れる電流の推定値Ｉｍｇを算出する（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。また、バッテリ１からＤＣ／ＤＣコンバータ４へと流れる電流値Ｉｒ２を第２電流センサ５によって検出して読み込む（Ｓ１０５）。そして、バッテリ１からモータジェネレータ６側へ流れる電流の推定値Ｉｍｇとバッテリ１からＤＣ／ＤＣコンバータ４へと流れる電流の実測値Ｉｒ２との和をバッテリ１の充放電電流値Ｉとして設定して（Ｓ１０６）、この充放電電流値Ｉを補正してＳＯＣを算出する（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。

第１電流センサ３の検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘ以下であれば（Ｓ１０２）、第１電流センサ３は電流の実測値を検出することができるので第１電流センサ３の検出値Ｉｒをバッテリ１の充放電電流値Ｉとして設定して（Ｓ１０９）、この充放電電流値Ｉに基づいてＳＯＣを算出する（Ｓ１０８）。

次に図３を用いて本発明によるハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置の内容について説明する。図３はバッテリ１の充放電実電流と第１電流センサ３の検出値Ｉｒとの関係を示した関係図である。図３に示すようにバッテリ１の充放電実電流が第１電流センサ３の計測可能範囲内にあるときは第１電流センサ３の検出値Ｉｒはバッテリ１の充放電実電流とほぼ等しい値となっている。その後、バッテリ１の充放電実電流が上昇して時刻Ｔ１において第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘを超えると、第１電流センサ３の検出値Ｉｒは実際の充放電電流値を正確に検出することができないので計測可能上限値であるＩｍａｘを検出する。したがって、バッテリ１の充放電実電流が第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘを超えた場合には、バッテリ１の充放電電流値Ｉを図２のステップＳ１０３〜Ｓ１０７に従って推定する。その後、バッテリ１の充放電実電流が低下して時刻Ｔ２において第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘ以下になると、第１電流センサ３の検出値Ｉｒはバッテリ１の充放電実電流とほぼ等しい値を検出する。

すなわち、時刻Ｔ１以前及びＴ２以後においては第１電流センサ３の検出値Ｉｒをバッテリ１の充放電電流値ＩとしてＳＯＣを演算して、時刻Ｔ１からＴ２の間においては図２のステップＳ１０３〜Ｓ１０７によって推定した充放電電流値をバッテリ１の充放電電流値ＩとしてＳＯＣを演算する。このようにＳＯＣの演算に使用する電流値として推定値を用いる時間を限定することで推定誤差を抑制して、より正確なＳＯＣを演算することができる。

図４はバッテリ１の充放電電流推定値Ｉをモータジェネレータ６の回転速度とトルクとに基づいて推定したときの、推定値Ｉと実際の充放電電流値との誤差を示した関係図である。

前述したように実際の電流値は出力指令値に対して遅れを生ずるので、図４に示すようにバッテリ充放電実電流は、ハイブリッドコントローラ７からモータジェネレータ６へ送信した出力指令値から算出した充放電電流推定値Ｉに対して遅れを生じてしまう。この充放電電流推定値Ｉに基づいてＳＯＣを算出すると正確な値を算出することができない。

次に図５を参照しながら図２のステップＳ１０７で実施するバッテリ充放電電流値Ｉの補正方法について説明する。図５はバッテリ１の充放電電流推定値Ｉの補正による変化を示した関係図である。

図５に示すように、バッテリ充放電電流推定値Ｉは予め実験などによって求めておいた二次遅れとむだ時間による遅れ時間補正をかけることで、バッテリ充放電実電流に対する遅れを解消することができる。なお、図５においてバッテリ充放電実電流は、二点鎖線で示す補正後の充放電電流推定値Ｉとほぼ重なっているので省略した。

さらに、図５の時刻Ｔ１において第１電流センサ３の検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘを超えて、図２のステップＳ１０８で用いるＳＯＣ演算用充放電電流値が第１電流センサ３の検出値Ｉｒ（Ｓ１０９で算出）から補正後の充放電電流推定値Ｉ（Ｓ１０６で算出）へと切り替わるときに変化率制限をかけることで切り替え時の段差を解消している。なお、時刻Ｔ２において第１電流センサ３の検出値Ｉｒが第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘより小さくなるときも同様である。

以上のように本実施形態では、第１電流センサ３の計測可能範囲をバッテリ１の全出力範囲のうちの定格出力範囲に限定したので第１電流センサ３の分解能を向上させて計測精度を向上させることができる。よって、ＳＯＣの演算精度を向上させることができる。

また、バッテリ１の充放電実電流が第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘを超えたときには、モータジェネレータ６の回転速度とトルクとに基づいてバッテリ１の出力、すなわち充放電電流値Ｉを推定するので、第１電流センサ３の計測可能範囲を限定して計測精度を高く保持しながらバッテリ１の全出力範囲においてＳＯＣを演算することができる。

さらに、充放電電流値Ｉを推定する瞬時定格出力を行う時間は定格出力を行う時間に比べて短いので、ＳＯＣ演算用の充放電電流値Ｉとして実測値を使用する時間より推定値を使用する時間の方が短くなる。よって、より多く実測値を使用することによりＳＯＣの演算精度を高く保持することができる。

さらにまた、バッテリ１の充放電実電流が第１電流センサ３の計測可能上限値Ｉｍａｘを超えたときに、バッテリ１の充放電実電流のうちモータジェネレータ側へ流れる電流はモータジェネレータ６の回転速度とトルクとに基づいて推定値Ｉｍｇを算出して、バッテリ１以外の補機へ流れる電流は第２電流センサ５によって検出する。よって、バッテリ１の充放電電流の全てを推定するよりも正確な電流値を算出することができて、ＳＯＣの演算精度を向上させることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

本発明によるハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置を示すシステム構成図である。本発明のハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置の制御を示したフローチャートである。バッテリの充放電実電流と第１電流センサの検出値Ｉｒとの関係を示したテーブルである。バッテリの充放電電流推定値Ｉと実際の充放電電流値との誤差を示した関係図である。バッテリの充放電電流推定値Ｉの補正による変化を示した関係図である。

符号の説明

１バッテリ
２ジャンクションボックス
３第１電流センサ（バッテリ電流計測手段）
４ＤＣ／ＤＣコンバータ
５第２電流センサ（負荷電流計測手段）
６モータジェネレータ
７ハイブリッドコントロールモジュール
８インバータ
９モータコントローラ
Ｓ１０２計測範囲判定手段
Ｓ１０４モータ電流推定手段
Ｓ１０６バッテリ電流推定手段
Ｓ１０８ＳＯＣ算出手段

Claims

エンジン、モータジェネレータ及びバッテリを備えるハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置において、
計測範囲を前記バッテリの全出力範囲のうちの一部の出力範囲についての充放電電流値を計測するバッテリ電流計測手段と、
前記バッテリの充放電電流値が前記バッテリ電流計測手段の計測可能範囲を超えたか否かを判定する計測範囲判定手段と、
前記モータジェネレータの運転状態に基づいて前記バッテリの充放電電流値を推定するバッテリ電流推定手段と、
前記バッテリの充放電電流値が前記バッテリ電流計測手段の計測可能範囲内であるときは、前記バッテリ電流計測手段によって得られた充放電電流値に基づいて前記バッテリの充放電状態（ＳＯＣ）を算出し、前記バッテリの充放電電流値が前記バッテリ電流計測手段の計測可能範囲を超えたときは、前記バッテリ電流推定手段によって推定された充放電電流値に基づいて前記バッテリの充放電状態（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置。
前記バッテリ電流計測手段は、前記バッテリの充放電電流値の計測可能範囲を前記バッテリの全出力範囲のうちの定格出力範囲に限定した、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置。
前記バッテリ電流推定手段は、前記モータジェネレータの回転速度とトルクとに基づいて前記バッテリの充放電電流値を推定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置。
前記バッテリの充放電電流のうち前記モータジェネレータへ流れる電流を前記モータジェネレータの運転状態に基づいて推定するモータ電流推定手段と、
前記バッテリの充放電電流のうち前記モータジェネレータ以外の負荷部へ流れる電流を計測する負荷電流計測手段とをさらに備え、
前記バッテリ電流推定手段は、前記モータ電流推定手段によって推定される電流値と前記負荷電流計測手段によって計測される電流値との和を前記バッテリの充放電電流値であると推定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のハイブリッド車両のＳＯＣ演算装置。