JP2009025032A - 電池状態検出装置及び方法、並びに出力制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばハイブリッド式の車両用の電池状態検出装置において、任意のタイミングで適切に電池の電池状態を、検出可能とする。
【解決手段】電池状態検出装置（１００）は、負荷に電気を供給する組電池（１４等）と、組電池を充電又は放電させる充放電手段（９ａ）と、充放電手段に並列に接続され、充放電手段により充電又は放電される監視電池（１０ｂ）と、充放電手段による、監視電池の充電量又は放電量に基づいて、監視電池の電池状態を示す第１電池状態（ＳＯＣ）を、検出する検出手段（９ａ等）と、検出された第１電池状態に基づいて、組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定手段（１８等）と、組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、第２電池状態を推定するように、推定手段を制御する制御手段（１８等）と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、ハイブリッド式の車両用の２次電池の電池状態を検出する電池状態検出装置及び方法、並びに、出力制御装置及び方法の技術分野に関する。

この種の電池状態検出装置に関して、特許文献１では、外部電源により充電される２つの組電池に対して昇圧手段及び放電手段を接続し、一方の組電池の容量を検査する場合、他方の組電池によって、負荷にバックアップ電力を供給する技術について開示されている。

また、特許文献２では、単電池を直列的に接続した組電池において、単電池の１つに並列的にパイロット電池（所謂、試験対象となる電池）を接続し試験的な回路を形成して、パイロット電池の充放電試験から単電池の容量を推定する技術について開示されている。

特開２００４−１２０８５６号公報 特開２００４−２５９６５８号公報

しかしながら、上述した技術によれば、任意に電池状態を監視することが困難となってしまう可能性があるという技術的問題点が生じる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、例えばハイブリッド式の車両用の電池状態検出装置において、所望のタイミングで適切に電池の電池状態を、検出可能な電池状態検出装置及び方法、並びに出力制御装置及び方法を提供することを課題とする。

（電池状態検出装置）
上記課題を解決するために、本発明に係る電池状態検出装置は、負荷に電気を供給する組電池と、前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態（ＳＯＣ：State of Charge）を検出する検出手段と、前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定手段（例えば推定モデル）と、前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定手段を制御する制御手段（例えば電池ＥＣＵ（Electric Control Unit）と、を備える。

本発明に係る電池状態検出装置によれば、組電池によって、負荷に電気が供給される。ここに、本発明に係る「組電池」とは、例えば、ニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池である単電池が直列に接続されており、例えば発電機等の負荷に、電圧、電流若しくは電力又は電気エネルギを供給する形式で、電気を供給する電池を意味する。充放電手段によって、少なくとも組電池が、充電又は放電される。監視電池は、充放電手段に並列に接続されている。ここに、本発明に係る「監視電池」とは、組電池の電池状態を監視するために、組電池に流す電流量に近い電流量を流すように設定された電池を意味する。ここに、本発明に係る「充放電手段に並列に接続」とは、１次的には充放電手段に並列的に接続されていると共に、副次的には、組電池に並列的に接続されていることを意味する。

検出手段によって、充放電手段による監視電池の充電量又は放電量に基づいて、監視電池の電池状態を示す第１電池状態が検出される。ここに、本発明に係る「電池状態（ＳＯＣ：State Of Charge）」とは、電池の容量（所謂、放電容量）や、電池が劣化している度合いや、電池の寿命などの、負荷に供給する電気を変化させる、電池の各種の物理的又は化学的な状態を意味する。尚、本発明に係る「検出」とは、典型的には、電池状態を示す何らかの物理量やパラメータを、直接的に「検出」、「測定」、「計測」等することを意味する。更に、電池状態を示す何らかの物理量やパラメータを、間接的に「算出」、「演算」等することを含んでいてもよい。上述した電池状態は、具体的には、電池の温度等の各種の外界環境条件を加味した上で、検出してよい。例えば、外界環境の温度の変化に対応して、電池状態は変化するが、温度に基づくことで、低温環境であれ高温環境であれ、より正確に電池状態を検出することが可能となる。また、充放電手段による電池の充電又は放電は、定圧充電であってもよいし、定電流充電であってもよい。

例えば所定の推定モデルを利用して、推定手段によって、検出された監視電池の第１電池状態に基づいて、組電池の第２電池状態が推定される。ここに、本発明に係る「所定の推定モデル」は、例えば所定の関数、所定の計算式、所定のマップ等を用いた、理論的、経験的、実験的、シミュレーション等の各種の手法によって、組電池の現在の容量又は電池状態が一義的且つ明確に推定できるように、個別具体的に規定されたモデルを意味する。

特に、例えば電池ＥＣＵ（Electric Control Unit）等の制御手段の制御下で、組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、推定手段によって、組電池の第２電池状態が推定される。

従って、監視電池を充電又は放電させることで、検出された第１電池状態に基づいて、組電池の第２電池状態を、任意の或いは所望のタイミングで適切に推定することが可能である。この結果、制御手段の制御下で、組電池の電池状態の劣化や、組電池の容量（所謂、放電容量）の低下に、迅速且つ的確に対応して、組電池の充電や、監視電池から負荷への電気の代替的な供給や、組電池の交換などを行うことで、負荷に供給する電流量を規格電流に維持し、負荷に印加される印加電圧を規格電圧に維持することが可能である。ここに、本発明に係る「電池状態の劣化」とは、電池の化学的に性質の変化に起因して、電池が負荷に供給する電気のレベルが、例えば電動機等の負荷を適切に駆動するのに必要且つ十分な所定レベルより小さい電池状態へ変化することを意味する。具体的には、監視電池の容量が、例えば６０％等の所定レベルより小さい場合、組電池の容量も例えば６０％等の所定レベルより小さい可能性が高いと推定して、組電池の充電を行うことが可能である。

加えて、組電池の電池状態が劣化したり、組電池の容量が低下したりした場合、監視電池から負荷へ電気を代替的に供給可能とさせ、監視電池によって、組電池をバックアップさせることで、電気の供給システムにおける冗長性を高めることが可能である。

以上のように本発明に係る電池状態検出装置によれば、例えばハイブリッド式の車両用の電池状態検出装置において、所望のタイミングで適切に電池の電池状態を検出できる。

本発明に係る電池状態検出装置の一の態様では、前記監視電池が前記負荷に供給する電流量と、前記組電池が前記負荷に供給する電流量とを一致させるように、前記監視電池の物理的又は化学的な特性を示す第１特性と、前記組電池の物理的又は化学的な特性を示す第２特性とは、予め設定されている。

この態様によれば、監視電池の物理的又は化学的な特性を示す第１特性、及び、組電池の物理的又は化学的な特性を示す第２特性との比較によって、組電池の第２電池状態を、より適切に推定することが可能である。ここに、本発明に係る「特性」とは、電池における、各種の物理的な化学的な特性を意味する。この特性は、例えば、組成式など化学的な属性によって、規定されるようにしてよい。尚、「電流量を一致させるように」とは、理想的には完全に一致させることを意味するが、第１特性と第２特性との比較により第２電池状態を推定可能な程度に、両電流量を一致させておけば足りる趣旨である。

本発明に係る電池状態検出装置の他の態様では、前記制御手段は、前記監視電池が前記負荷に供給する電流量と、前記組電池が前記負荷に供給する電流量とを近付けるように、前記充放電手段による充電又は放電を制御する。

この態様によれば、制御手段の制御下で、初期設定として、監視電池が供給する電流量と、組電池が供給する電流量とを近付けるように、充放電手段による充電又は放電が制御される。従って、組電池の第２電池状態を、推定するための推定モデルを、より簡便且つ的確にすることが可能である。仮に、監視電池が供給する電流量と、組電池が供給する電流量とが、異なる場合、複数の変数に対応した複雑な推定モデルを予め用意しなければならない。これに対して、この態様によれば、制御手段の制御下で、初期設定として、監視電池が供給する電流量と、組電池が供給する電流量とを近付けるように、充放電手段による充電又は放電が制御される。従って、組電池の第２電池状態を、推定するための推定モデルを、より簡便且つ的確にすることが可能である。尚、本発明において「電流量を近付ける」とは、理想的には両電流量を一致させるまで近付けることを意味するが、第１特性と第２特性との比較により第２電池状態を推定可能な程度に、両電流量を一致させておけば足りる趣旨である。これらの結果、組電池の第２電池状態を、この推定モデルに基づいて、より適切に推定することが可能である。

本発明に係る電池状態検出装置の他の態様では、前記監視電池を、前記負荷から、回路的に開放する開放手段を更に備え、前記制御手段は、前記開放手段によって、前記監視電池が開放された後、前記充放電手段による充電量又は放電量に基づいて、前記第１電池状態を検出するように前記検出手段を制御する。

この態様によれば、監視電池を負荷から開放することで組電池の監視電池に対する影響を無くすことができるので、監視電池の第１電池状態を、より高精度に検出し、ひいては、組電池の第２電池状態を、より適切に推定することが可能である。

この制御手段に係る態様では、前記制御手段は、前記第１電池状態が検出された後、前記監視電池が前記負荷に供給する電流量と、前記組電池が前記負荷に供給する電流量とを近付けるように、前記充放電手段による充電又は放電を制御するように構成してよい。

このように構成すれば、監視電池に対する充放電が行われた後、組電池と、監視電池との間に起電力が生じて、負荷に供給する電気が不安定になることを、効果的に防止することが可能である。

本発明に係る電池状態検出装置の他の態様では、前記監視電池又は前記組電池から、前記負荷に印加される電圧を昇圧する昇圧手段を更に備え、前記制御手段は、前記監視電池及び前記組電池のうちいずれか一方が、低電圧状態にある場合、いずれか他方から前記負荷に印加される電圧を昇圧するように前記昇圧手段を制御する。

この態様によれば、監視電池及び前記組電池のうちいずれか一方が低電圧状態にある場合、即ち、一方の容量の低下に起因して、一方の電圧レベルが、例えば電動機等の負荷を適切に駆動するのに必要且つ十分な所定の電圧レベルよりも低下した場合、昇圧手段によって、いずれか他方から負荷に印加される印加電圧を規格電圧に維持することが可能である。他方によって、一方をバックアップさせることで、電気の供給システムにおける冗長性を高めることが可能である。

本発明に係る電池状態検出装置の他の態様では、外部から前記充放電手段へ直流電流を供給する直流電源を更に備え、前記制御手段は、供給された前記直流電流により、前記監視電池又は前記組電池に対する充電又は放電を行うように前記充放電手段を制御する。

この態様によれば、外部の直流電源により、監視電池又は前記組電池に対する充電又は放電を、より適切且つ高精度に行うことが可能である。

本発明に係る電池状態検出装置の他の態様では、前記監視電池又は前記組電池は、ニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池である。

この態様によれば、電池の内部抵抗が小さく、他の電池と比較して相対的に大容量なニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池によって、電気の供給システムを、より適切に構築可能である。

本発明に係る電池状態検出装置の他の態様では、前記組電池は、ニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池である単電池が直列に接続されている。

この態様によれば、組電池が、ニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池である単電池が直列に接続されていることによって、電気の供給システムを、より安定的且つ適切に構築可能である。

（出力制御装置）
上記課題を解決するために、本発明に係る出力制御装置は、動力源として、内燃機関及び電動発電機を備える出力制御装置であって、前記電動発電機に電気を供給する組電池と、前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態（ＳＯＣ）を、検出する検出手段と、前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定手段（例えば推定モデル）と、前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定手段を制御する制御手段（例えば電池ＥＣＵ）と、前記推定された第２電池状態に基づいて、前記内燃機関及び前記電動発電機の出力を制御する出力制御手段と、を備える
本発明に係る出力制御装置によれば、動力源として、内燃機関及び電動発電機、所謂、モータージェネレータ（Motor Generator）を備える。本発明における「内燃機関」とは、燃料の燃焼を動力に変換する機関を総称するが、好適にはガソリン、ディーゼル、ＬＰＧ等を燃料とするエンジンなどを指す。また、本発明における電動発電機は、バッテリ等の２次電池から供給される電気エネルギを、機械エネルギに変換することによって、電動機として動作する機能と、機械エネルギを電気エネルギに変換することによって、例えばバッテリ等に電気或いは電気エネルギを供給する発電機として動作する機能とを有する。尚、電動発電機は予め、主として電動機（モータ）として使用される電動発電機と、主として発電機（ジェネレータ）として使用される電動発電機の二種類搭載されていてもよい。このような内燃機関と電動発電機と、を備える出力制御装置においては、電動発電機によって適宜内燃機関の動力をアシストすることが可能な所謂パラレル方式の制御が好適に行われてよい。

特に、例えば電池ＥＣＵ等の制御手段の制御下で、組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、推定手段によって、組電池の第２電池状態が推定される。

従って、監視電池を充電又は放電させて、検出された第１電池状態に基づいて、組電池の第２電池状態を、任意のタイミングで適切に推定することが可能である。この結果、制御手段の制御下で、組電池の電池状態の劣化や、組電池の容量の低下に、迅速且つ的確に対応して、組電池の充電や、監視電池から負荷への電気の代替的な供給や、組電池の交換などを行うことで、負荷に供給する電流量を規格電流に維持し、負荷に印加される印加電圧を規格電圧に維持することが可能である。

この結果、出力制御手段の制御下で、推定された第２電池状態に基づいて、内燃機関及び電動発電機の出力を、適切に制御することが可能である。

（電池状態検出装置方法）
上記課題を解決するために、本発明に係る電池状態検出方法は、負荷に電気を供給する組電池と、前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、を備える電池状態検出装置における電池状態検出方法であって、前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態（ＳＯＣ）を、検出する検出工程と、前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定工程（例えば推定モデル）と、前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定工程を制御する制御工程（例えば電池ＥＣＵ）と、を備える。

本発明に係る電池状態検出方法によれば、上述した本発明に係る電池状態検出装置に係る実施形態が有する各種利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明に係る電池状態検出装置に係る実施形態が有する各種態様に対応して、本発明に係る電池状態検出方法に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。

（出力制御方法）
上記課題を解決するために、本発明に係る出力制御方法は、動力源としての内燃機関及び電動発電機と、前記電動発電機に電気を供給する組電池と、前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、を備える出力制御装置における出力制御方法であって、前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態（ＳＯＣ）を、検出する検出工程と、前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定工程（例えば推定モデル）と、前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定工程を制御する制御工程（例えば電池ＥＣＵ）と、前記推定された第２電池状態に基づいて、前記内燃機関及び前記電動発電機の出力を制御する出力制御工程と、を備える。

本発明に係る出力制御方法によれば、上述した本発明に係る出力制御装置に係る実施形態が有する各種利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明に係る出力制御装置に係る実施形態が有する各種態様に対応して、本発明に係る出力制御方法に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。

本発明に係る電池状態検出装置によれば、ハイブリッド式の車両用の電池状態検出装置において、所望のタイミングで適切に電池の電池状態を検出できる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
（１）実施形態の基本構成
先ず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るハイブリッドシステム１の構成について説明する。ここに、図１は、本実施形態に係るハイブリッドシステムのブロック図である。

図１において、ハイブリッドシステム１は、車速センサ２、アクセルセンサ３、ブレーキコンピュータ４、ＳＯＣセンサ５、２次電池１０、インバータ１２、動力分割機構１３、電動発電機１４、モータＥＣＵ１５、エンジン１６、エンジンＥＣＵ１７、電池ＥＣＵ１８、電動発電機１９、ＨＶＥＣＵ（ハイブリッドＥＣＵ）２０、車輪２２及び油圧ブレーキ２３を備え、ハイブリッド式の車両を制御するシステムである。

ＨＶＥＣＵ２０は、ハイブリッドシステム１の動作全体を制御する、例えばＥＣＵ（Engine Controlling Unit）等の制御ユニットであり、本発明に係る「制御手段」の一例として機能する。このＨＶＥＣＵ２０は、ハイブリッドシステム１の動作全体を制御するために、記憶部を備える。

詳細には、ＨＶＥＣＵ２０によるインバータ１２の制御は、エンジンＥＣＵ１７からのエンジン１６の運転状態の情報やアクセルペダルの操作量、ブレーキコンピュータからのブレーキペダルの操作量、図示しないシフトポジションセンサからのシフトレンジ、電池ＥＣＵ１８からの２次電池１０の電池状態又は充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）等に基づき実行される。例えば、ＨＶＥＣＵ２０は、電池ＥＣＵ１８から供給された２次電池１０の電池状態に基づき、モータ駆動からエンジン駆動への切替タイミングを制御する。エンジンの始動は、インバータ１２を制御して２次電池１０からの電力をジェネレータ１９に供給し、ジェネレータ１９をスタータモータとして機能させることで行ってよい。

２次電池１０は、複数のブロックが直列接続されて構成され、各ブロックは複数のセルから構成される。各ブロック毎に電圧センサが設けられ、各ブロックの検出電圧を電池ＥＣＵ１８に供給する。また、電流センサで検出された２次電池１０の電流値も電池ＥＣＵ１８に供給される。さらに、温度センサで検出された温度も電池ＥＣＵ１８に供給される。２次電池１０としては、例えばニッケル水素電池を用いることができる。

電池ＥＣＵ１８は、検出された温度に基づき２次電池１０の温度管理を実行し、温度が所定温度以上となった場合に図示しない冷却ファンを駆動して２次電池１０の温度を一定に維持する。また、検出された電流値に基づき２次電池１０の電池状態（ＳＯＣ）を検出してＨＶＥＣＵ２０に供給する。電池状態は、初期状態の電池状態と電流積算値に基づき算出される。

エンジン１６は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド式の車両の主たる動力源として機能する。エンジン１６は、アクセルセンサで検出されたアクセルペダルの操作量や冷却水温などの環境条件、さらに電動発電機１４の運転状態に基づきエンジンＥＣＵ１７によりその出力や回転数などが制御される。尚、エンジン１６の詳細な構成については後述する。

電動発電機１４は、本発明に係る「電動発電機」の一例であり、電動発電機１４は、ハイブリッド（ＨＶ）ＥＣＵ２０により制御され、エンジン１６の駆動力をアシストする電動機として機能するように構成されている。この場合、ＨＶＥＣＵ２０は、モータＥＣＵ１５を介してインバータ１２の各スイッチを制御することにより２次電池１０から電動発電機１４に電力を供給している。或いは、電動発電機１４は、２次電池１０を充電するための発電機として、機能するように構成されている。

電動発電機１９は、本発明に係る「電動発電機」の他の一例であり、エンジン１６の出力をアシストする電動機として機能するように構成されている。或いは、電動発電機１９は、２次電池１０を充電するための発電機として機能するように構成されている。

尚、これら電動発電機１４及び電動発電機１９は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。但し、他の形式の電動発電機であっても構わない。

動力分割機構１３は、図示せぬサンギア、プラネタリキャリア、ピニオンギア、及びリングギアを備えた遊星歯車機構である。これら各ギアのうち、内周にあるサンギアの回転軸は電動発電機１４に連結されており、外周にあるリングギアの回転軸は、電動発電機１９に連結されている。サンギアとリングギアの中間にあるプラネタリキャリアの回転軸はエンジン１６に連結されており、エンジン１６の回転は、このプラネタリキャリアと更にピニオンギアとによって、サンギア及びリングギアに伝達され、エンジン１６の動力が２系統に分割されるように構成されている。ハイブリッド式の車両において、リングギアの回転軸は、ハイブリッド式の車両における伝達機構に連結されており、この伝達機構を介して車輪２２に駆動力が伝達される。

インバータ１２は、２次電池１０から取り出した直流電力を交流電力に変換して電動発電機１４及び電動発電機１９に供給すると共に、電動発電機１４及び電動発電機１９によって発電された交流電力を直流電力に変換して２次電池１０に供給することが可能に構成されている。

２次電池１０は電動発電機１４及び電動発電機１９を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。２次電池１０には、２次電池１０の残容量を検出するＳＯＣセンサ５が設置されており、ハイブリッドＥＣＵ２０と電気的に接続されている。２次電池１０とインバータ１２は、システムメインリレーＳＭＲを介して接続される。

車速センサ２は、ハイブリッド式の車両の速度を検出するセンサであり、ハイブリッドＥＣＵ２０と電気的に接続されている。

電池システム１００は、ＳＯＣセンサ５、後述の組電池１０ａ及び監視電池１０ｂを含む２次電池１０、電池ＥＣＵ１８によって、構成されている。尚、この電池システム１００の詳細については、後述される。

ここで図２を参照して、エンジン１６の詳細な構成の一例を、その基本動作と共に説明する。ここに、図２は、本実施形態に係る、エンジン１６の断面を示すと共に、エンジンのシステム系統を示した模式図である。

図２において、エンジン１６は、エンジンＥＣＵ１７の制御下で、シリンダ２０１内において点火プラグ２０２により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換する。この際、外部から吸入された空気は吸気管２０６を通過し、インジェクタ２０７から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。インジェクタ２０７には、燃料が燃料タンク２２３からフィルタ２２４を介して供給される。燃料タンク２２３には、燃料センサ２２５が設置されている。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスとなり吸気バルブ２０８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２０９を通過して排気管２１０を介して排気される。吸気管２０６には、クリーナ２１１が配設されており、クリーナ２１１の下流側には、エアフローメータ２１２と吸気温センサ２１３とが設置されている。吸気管２０６におけるエアフローメータ２１２の下流側に配設されたスロットルバルブ２１４には、スロットルポジションセンサ２１５が電気的に接続されている。スロットルバルブ２１４の周囲には、運転者によるアクセルペダル２２６の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ２１６、及びスロットルバルブ２１４を駆動するスロットルバルブモータ２１７も配設されている。クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２１８が設置されている。シリンダブロックには、ノックセンサ２１９及び水温センサ２２０が配設されており、排気管２１０には、三元触媒２２２及び空燃比センサ２２１が配設されている。

次に、図３を参照して、電池システム１００の詳細な構成を、説明する。ここに、図３は、本実施形態に係る、電池システムのシステム系統を模式的に示したブロック図である。

図３に示されるように、本実施形態に係る電池システム１００は、充放電回路９ａ、昇圧回路９ｂ、電流センサ９ｃ及び９ｄ、回路接点「Ｓ１」、組電池１０ａ、監視電池１０ｂ、並びに上述の電池ＥＣＵ１８を備えて構成されている。
（２） 実施形態の動作原理
（２−１） ハイブリッドシステムの基本動作
図１のハイブリッドシステム１においては、本発明に係る「組電池」の一例である２次電池１０へ電気を充電するための、主として発電機として機能する電動発電機１４と、２次電池１０からの電気の供給を受けることで、主として電動機として機能する電動発電機１９と、エンジン１６とのそれぞれの駆動力配分が、ＨＶＥＣＵ２０により制御されてハイブリッド式の車両の走行状態が制御される。以下に、幾つかの状況に応じたハイブリッドシステム１の動作について説明する。
（２−１−１）始動時
例えば、ハイブリッド式の車両の始動時においては、２次電池１０の電気を用いて駆動される電動発電機１４が電動機として機能する。この動力によって、エンジン１６がクランキングされエンジン１６が始動する。
（２−１−２）発進時
発進時には、２次電池１０の蓄電状態に応じて２種類の態様を採り得る。２次電池１０の蓄電状態は、ＳＯＣセンサ５の出力信号に基づいてＨＶＥＣＵ２０によって把握されている。例えば、通常の（即ち、電池状態が良好な）発進時においては、電動発電機１４によって２次電池１０を充電する必要は生じないため、エンジン１６は暖機のためだけに始動し、ハイブリッド式の車両は、電動発電機１９による駆動力により発進する。一方、蓄電状態が良好ではない（即ち、電池状態が低下している）場合、エンジン１６の動力により電動発電機１４が発電機として機能し、２次電池１０が充電される。
（２−１−３）軽負荷走行時
例えば、低速走行や緩やかな坂を下っている場合には、比較的エンジン１６の効率が悪い為、エンジン１６は停止され、ハイブリッド式の車両は、電動発電機１９による駆動力のみで走行する。尚、この際、電池状態が低下していれば、エンジン１６は電動発電機１４を駆動するために始動し、電動発電機１４により２次電池１０の充電が行われる。
（２−１−４）通常走行時
エンジン１６の効率が比較的良好な運転領域においては、ハイブリッド式の車両は主としてエンジン１６の動力によって走行する。この際、エンジン１６の動力は、動力分割機構１３によって２系統に分割され、一方は、伝達機構を介して車輪２２に伝達され、他方は、電動発電機１４を駆動して発電を行う。更に、この発電された電力により、電動発電機１９が駆動され、電動発電機１９によりエンジン１６の動力がアシストされる。尚、この際、電池状態が低下している場合には、エンジン１６の出力を上昇させて、電動発電機１４により発電された電力の一部が２次電池１０へ充電される。
（２−１−５）制動時
減速が行われる際には、車輪２２から伝達される動力によって電動発電機１９を回転させ、発電機として動作させる。これにより、車輪２２の運動エネルギが電気に変換され、２次電池１０が充電される、所謂「回生」が行われる。
（２−２）実施形態におけるエンジンの基本制御動作
次に、エンジン１６の基本的な制御動作について説明する。

ＨＶＥＣＵ２０は、エンジン１６に要求される出力であるエンジン要求出力を一定の周期で繰り返し演算している。ＨＶＥＣＵ２０は、アクセルセンサ３及び車速センサ２の出力信号に基づいてアクセル開度と車速とを取得し、記憶部の不揮発性領域に記録されたマップを参照してアクセル開度及び車速に対応した出力軸トルク（伝達機構に出力されるべきトルク）を求める。また、ＨＶＥＣＵ２０はＳＯＣセンサ５の出力信号に基づいて要求発電量を求める。そして、要求発電量と各種の補機類（Ａ／Ｃやパワーステアリングなど）の要求量とを参照して出力軸トルクを補正することにより、エンジン要求出力を求める。なお、エンジン要求出力の演算方法は公知のハイブリッド車両で実行されている通りでよく、その細部は必要に応じて種々変更してよい。
（２−３）組電池を充電する充電処理
次に、図４を参照して、本実施形態に係る、組電池を充電する充電処理について説明する。ここに、図４は、本実施形態に係る、電池状態を推定する推定処理を含む、組電池を充電する充電処理の流れを示したフローチャートである。尚、この推定処理は、ハイブリッドＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。

図４に示されるように、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａから放電される電流量、及び、監視電池１０ｂから放電される電流量が、電流センサ９ｃ及び９ｄによって、測定される（ステップＳ１０１）。詳細には、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａ、及び、監視電池１０ｂにおける、電圧や温度を示す値が測定され、組電池１０ａ、及び、監視電池１０ｂにおける、容量又は電池状態の異常が監視されるようにしてよい。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａの電池状態を判定する判定指示を受けたか否かが判別される（ステップＳ１０２）。例えば、判定指示を示す制御信号が、電池ＥＣＵ１８により自動的に発行されたか否か、又は運転手により外部操作スイッチが操作されることをトリガーとして、このような判定指示を示す制御信号が、発行されたか否かがモニタリングされる。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、回路接点「Ｓ１」が開放され、監視電池１０ｂが、負荷から、回路的に開放される（ステップＳ１０３）。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、現在の監視電池１０ｂの容量又は電池状態が、充放電回路９ａによる監視電池１０ｂの放電によって、検出される（ステップＳ１０４）。具体的には、充放電回路９ａによって、監視電池１０ｂの全放電される際の放電電流と、当該放電電流に対応される監視電池１０ｂの電圧の時間的な変化量に基づいて、現在の監視電池１０ｂの容量又は電池状態が、所定の検出モデルに基づいて検出される。

尚、本実施形態に係る「所定の検出モデル」は、放電電流と、当該放電電流に対応される監視電池１０ｂの電圧の時間的な変化量との相関関係を定量化又は定性化するための、理論的、経験的、実験的、シミュレーション的な各種の手法によって、現在の監視電池１０ｂの容量又は電池状態が一義的且つ明確に検出できるように、例えば所定の関数、所定の計算式、所定のマップ等を用いて個別具体的に規定されてよい。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、検出された、現在の監視電池１０ｂの容量又は電池状態に対応される、組電池１０ａの現在の容量又は電池状態が、所定の推定モデルに基づいて、推定される（ステップＳ１０５）。具体的には、現在の監視電池１０ｂの容量又は電池状態が、約７０（％）であった場合、組電池１０ａの現在の容量又は電池状態を、所定の推定モデルに基づいて、約７０（％）であると推定してよい。

尚、本実施形態に係る「所定の推定モデル」は、現在の監視電池１０ｂの容量又は電池状態と、組電池１０ａの現在の容量又は電池状態との相関関係を定量化又は定性化するための、理論的、経験的、実験的、シミュレーション的な各種の手法によって、組電池１０ａの現在の容量又は電池状態が一義的且つ明確に推定できるように、例えば所定の関数、所定の計算式、所定のマップ等を用いて個別具体的に規定されてよい。この「所定の推定モデル」は、具体的には、電池の温度等の各種の外界環境条件を加味した上で、規定されてよい。例えば、外界環境の温度の変化に対応して、所定の推定モデルは変化するが、温度に基づくことで、低温環境であれ高温環境であれ、より正確に、現在の容量又は電池状態を検出することが可能となる。

このように、監視電池を充電又は放電させて、検出された監視電池の電池状態に基づいて、組電池の電池状態を、任意のタイミングで適切に推定することが可能である。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、回路接点「Ｓ１」が閉じられ、監視電池１０ｂと、負荷とによって構成される回路が閉じる（ステップＳ１０６）。特に、この際に、監視電池１０ｂから放電される電流量と、組電池１０ａから放電される電流量とが、同一値に近付くように或いは略同一になるように、電池ＥＣＵ１８の制御下で、充放電回路９ａによる監視電池１０ｂの充電又は放電が変化させるようにしてよい。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、推定された、組電池１０ａの現在の容量又は電池状態が、例えば電動機等の負荷を適切に駆動するのに必要且つ十分な所定の閾値より大きいか否かが判別される（ステップＳ１０７）。ここで、推定された、組電池１０ａの現在の容量又は電池状態が、所定の閾値より大きくない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、電池ＥＣＵ１８の制御下で、充放電回路９ａによって、組電池１０ａの充電が行われる（ステップＳ１０８）。具体的には、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａに対する充電が開始されると、充放電回路９ａの対応するパワースイッチ素子がオンされ、組電池１０ａに対する充電が行われる。より具体的には、組電池１０ａに対して、例えば、電流が一定値である定電流充電や、電圧が一定値である定電圧充電が行われてよい。

と同時に、又は、相前後して、例えば、組電池の充電によって、組電池１０ａの出力電圧が低下した場合に備えて、電池ＥＣＵ１８の制御下で、昇圧回路９ｂによって、組電池１０ａ、又は監視電池１０ｂの電圧が昇圧される（ステップＳ１０９）。この結果、組電池１０ａ、又は監視電池１０ｂが、インバータ１２を介して、電動機等の負荷に印加する電圧を、規格電圧に維持することが可能である。

この結果、制御手段の制御下で、組電池の電池状態の劣化や、組電池の容量の低下に、迅速且つ的確に対応して、組電池の充電や、監視電池から負荷への電力の代替的な供給や、組電池の交換などを行うことで、負荷に供給する電流量を規格電流に維持し、負荷に印加される印加電圧を規格電圧に維持することが可能である。

加えて、組電池の電池状態が劣化したり、組電池の容量が低下したりした場合、監視電池から負荷へ電力を代替的に供給可能とさせ、監視電池によって、組電池をバックアップさせることで、電力の供給システムにおける冗長性を高めることが可能である。
（３）他の実施形態
次に、図５及び図６を参照して、他の実施形態に係る、組電池を充電する充電処理について説明する。ここに、図５は、他の実施形態に係る、電池システムのシステム系統を模式的に示したブロック図である。図６は、他の実施形態に係る、組電池を充電する充電処理の流れを示したフローチャートである。
（３−１）構成
図５に示されるように、本実施形態に係る電池システム１００は、上述した、充放電回路９ａ、昇圧回路９ｂ、電流センサ９ｃ及び９ｄ、回路接点「Ｓ１」、組電池１０ａ、監視電池１０ｂ、電池ＥＣＵ１８に加えて、回路接点「Ｓ２」、「Ｓ２ａ」、「Ｓ２ｂ」及び「Ｓ３」、並びに直流電源１０ｃを備えて構成されている。
（３−２）動作
図６は、上述の図４中のステップＳ１０８において、電池ＥＣＵ１８の制御下で、充放電回路９ａによって、組電池１０ａの充電が行われる処理における、詳細な処理手順を示す。

具体的には、図６に示されるように、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａが、充放電回路９ａに、直接的に接続される（ステップＳ２０１）。具体的には、回路接点「Ｓ２」と、回路接点「Ｓ２ａ」とが、接続される。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、直流電源１０ｃが、充放電回路９ａに、直接的に接続される（ステップＳ２０２）。具体的には、回路接点「Ｓ３」が、閉じる。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、充放電回路９ａによって、直流電源を１０ｃから供給される電力によって、組電池１０ａの充電が行われる（ステップＳ２０３）。具体的には、上述したように、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａに対する充電が開始されると、充放電回路９ａの対応するパワースイッチ素子がオンされ、組電池１０ａに対する充電が行われる。より具体的には、組電池１０ａに対して、例えば、電流が一定値である定電流充電や、電圧が一定値である定電圧充電が行われてよい。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａから放電される電流量と、監視電池１０ｂから放電される電流量とが、略同一になるように、充放電回路９ａによる組電池１０ａの充電又は放電が変化させる（ステップＳ２０４）。

次に、電池ＥＣＵ１８の制御下で、組電池１０ａが、電動機等の負荷に、接続される（ステップＳ２０５）。具体的には、回路接点「Ｓ２」と、回路接点「Ｓ２ｂ」とが、接続される。

この結果、制御手段の制御下で、組電池の電池状態の劣化や、組電池の容量の低下に、迅速且つ的確に対応して、外部の直流電源によって、組電池の充電を迅速且つ的確に行うことで、負荷に供給する電流量を規格電流に、より確実に維持し、負荷に印加される印加電圧を規格電圧に、より確実に維持することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はガソリンに限らず、ディーゼルエンジンその他の燃料を利用する各種の内燃機関（エンジン）を有するハイブリッド式の車両の電池状態検出装置に適用してよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明は、２次電池に限らず、一次電池に適用してよい。或いは、本発明は、携帯電話等に搭載される各種の電池状態検出装置に適用してよい。或いは、本発明は、ハイブリッド式の車両用の電池状態検出装置に限らず、電気自動車（Electric Vehicle）等の各種の車両用の電池状態検出装置に適用してよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電池状態検出装置及び方法、並びに、出力制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係るハイブリッドシステムのブロック図である。 本実施形態に係る、エンジンの断面を示すと共に、エンジンのシステム系統を示した模式図である。 本実施形態に係る、電池システムのシステム系統を模式的に示したブロック図である。 本実施形態に係る、電池状態を推定する推定処理を含む、組電池を充電する充電処理の流れを示したフローチャートである。 他の実施形態に係る、電池システムのシステム系統を模式的に示したブロック図である。 他の実施形態に係る、組電池を充電する充電処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１…ハイブリッドシステム、２…車速センサ、３…アクセルセンサ、４…ブレーキコンピュータ、５…ＳＯＣセンサ、充放電回路９ａ、昇圧回路９ｂ、電流センサ９ｃ及び９ｄ、組電池１０ａ、監視電池１０ｂ、１０…２次電池、１２…インバータ、１３…動力分割機構、１４…電動発電機、１６…エンジン、１８…電池ＥＣＵ、１９…電動発電機、２０…ハイブリッドＥＣＵ（ＨＶＥＣＵ）、２２…車輪、１００…電池システム

Claims (12)

1. 負荷に電気を供給する組電池と、
   前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、
   前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、
   前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態を検出する検出手段と、
   前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定手段と、
   前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電池状態検出装置。
2. 前記監視電池が前記負荷に供給する電流量と、前記組電池が前記負荷に供給する電流量とを一致させるように、前記監視電池の物理的又は化学的な特性を示す第１特性と、前記組電池の物理的又は化学的な特性を示す第２特性とは、予め設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電池状態検出装置。
3. 前記制御手段は、前記監視電池が前記負荷に供給する電流量と、前記組電池が前記負荷に供給する電流量とを近付けるように、前記充放電手段による充電又は放電を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池状態検出装置。
4. 前記監視電池を、前記負荷から、回路的に開放する開放手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記開放手段によって、前記監視電池が開放された後、前記充放電手段による充電量又は放電量に基づいて、前記第１電池状態を検出するように前記検出手段を制御することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の電池状態検出装置。
5. 前記制御手段は、前記第１電池状態が検出された後、前記監視電池が前記負荷に供給する電流量と、前記組電池が前記負荷に供給する電流量とを近付けるように、前記充放電手段による充電又は放電を制御することを特徴とする請求項４に記載の電池状態検出装置。
6. 前記監視電池又は前記組電池から、前記負荷に印加される電圧を昇圧する昇圧手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記監視電池及び前記組電池のうちいずれか一方が、低電圧状態にある場合、いずれか他方から前記負荷に印加される電圧を昇圧するように前記昇圧手段を制御することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の電池状態検出装置。
7. 外部から前記充放電手段へ直流電流を供給する直流電源を更に備え、
   前記制御手段は、供給された前記直流電流により、前記監視電池又は前記組電池に対する充電又は放電を行うように前記充放電手段を制御することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の電池状態検出装置。
8. 前記監視電池又は前記組電池は、ニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載の電池状態検出装置。
9. 前記組電池は、ニッケル水素２次電池、又は鉛蓄電池である単電池が直列に接続されていることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載の電池状態検出装置。
10. 動力源として、内燃機関及び電動発電機を備える出力制御装置であって、
    前記電動発電機に電気を供給する組電池と、
    前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、
    前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、
    前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態を検出する検出手段と、
    前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定手段と、
    前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定手段を制御する制御手段と、
    前記推定された第２電池状態に基づいて、前記内燃機関及び前記電動発電機の出力を制御する出力制御手段と、
    を備えることを特徴とする出力制御装置。
11. 負荷に電気を供給する組電池と、
    前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、
    前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、を備える電池状態検出装置における電池状態検出方法であって、
    前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態を、検出する検出工程と、
    前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定工程と、
    前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定工程を制御する制御工程と、
    を備えることを特徴とする電池状態検出方法。
12. 動力源としての内燃機関及び電動発電機と、
    前記電動発電機に電気を供給する組電池と、
    前記組電池を、少なくとも充電又は放電させる充放電手段と、
    前記充放電手段に並列に接続され、前記充放電手段により充電又は放電される監視電池と、を備える出力制御装置における出力制御方法であって、
    前記充放電手段による、前記監視電池の充電量又は放電量に基づいて、前記監視電池の電池状態を示す第１電池状態を、検出する検出工程と、
    前記検出された第１電池状態に基づいて、前記組電池の電池状態を示す第２電池状態を推定可能な推定工程と、
    前記組電池の電池状態を判定する判定指示に対応して、前記第２電池状態を推定するように、前記推定工程を制御する制御工程と、
    前記推定された第２電池状態に基づいて、前記内燃機関及び前記電動発電機の出力を制御する出力制御工程と、
    を備えることを特徴とする出力制御方法。

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