JP2013083525A - 車両用制御装置および残容量推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流の充放電が継続されるような場合にリチウムイオン電池の残容量の推定精度の悪化を抑制する。
【解決手段】ＥＣＵは、電流ＩＢ、電圧ＶＢ及び電池温度ＴＢを取得するステップ（Ｓ１００）と、電流ＩＢの積算値ＩＢｓを算出するステップ（Ｓ１０２）と、補正量ＳＯＣ＿ｃを算出するステップ（Ｓ１０４）と、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’を算出するステップ（Ｓ１０６）と、ＳＯＣを確定するステップ（Ｓ１０８）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図９

Description

本発明は、車両に搭載されたリチウムイオン電池の残容量を精度高く推定する技術に関する。

特開２０００−１６６１０９号公報（特許文献１）には、電流の積算値に基づく第１ＳＯＣと、電池電圧に基づく第２ＳＯＣとの差に応じて第１ＳＯＣを補正して、ＳＯＣを精度高く推定する技術が開示される。

特開２０００−１６６１０９号公報

ところで、リチウムイオン電池においては、登降坂走行等により大電流の充放電が継続する場合には、極板において電解液の塩濃度に偏りが生じ、内部抵抗が上昇するという問題がある。内部抵抗の上昇により電圧に基づくリチウムイオン電池の残容量の推定精度が悪化する場合がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、大電流の充放電が継続されるような場合にリチウムイオン電池の残容量の推定精度の悪化を抑制する車両用制御装置および残容量推定方法を提供することである。

この発明のある局面に係る車両用制御装置は、駆動用電動機と、駆動用電動機に電力を供給するためのリチウムイオン電池とを含む車両に搭載された車両用制御装置である。この車両用制御装置は、リチウムイオン電池の電流と電圧とを検出するための検出部と、電流の積算値に基づいてリチウムイオン電池の残容量の補正量を算出して、算出された補正量と、電圧に基づく残容量の推定値とに基づいて残容量を推定するための制御部とを含む。補正量は、リチウムイオン電池内の極板間および極板面のうちの少なくともいずれか一方における電解液の塩濃度の分布状態に応じた残容量の補正量である。

好ましくは、制御部は、リチウムイオン電池の開放電圧とリチウムイオン電池の電池温度とに基づいて算出される基本値に、積算値と電池温度とに基づいて算出される第１係数を乗算して、補正量を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、開放電圧が大きいときは、開放電圧が小さいときと比べて基本値が大きくなるように基本値を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、電池温度が高いときは、電池温度が低いときと比べて基本値が小さくなるように基本値を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、開放電圧、電池温度および開放電圧と電池温度とを引数として基本値を算出するための第１マップに基づいて基本値を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、積算値が大きいときは、積算値が小さいときと比べて第１係数が大きくなるように第１係数を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、電池温度が高いときは、電池温度が低いときと比べて第１係数が小さくなるように第１係数を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、積算値、電池温度および積算値と電池温度とを引数として第１係数を算出するための第２マップに基づいて第１係数を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、基本値に、第１係数に加えて、リチウムイオン電池の満充電容量の推定値に基づいて算出される第２係数を乗算して、補正量を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、満充電容量が大きいときは、満充電容量が小さいときと比べて第２係数が小さくなるように第２係数を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、満充電容量および満充電容量を引数として第２係数を算出するための第３マップに基づいて第２係数を算出する。

さらに好ましくは、制御部は、積算値と塩濃度の分布状態とに基づいて内部抵抗の上昇量の推定値を算出し、算出された推定値に基づいて補正量を算出する。

さらに好ましくは、リチウムイオン電池は、角形の電池セルを含む。
この発明の他の局面に係る残容量推定方法は、車両に搭載された駆動用電動機に電力を供給するためのリチウムイオン電池の残容量推定方法である。この残容量推定方法は、リチウムイオン電池の電流の積算値に基づいてリチウムイオン電池の残容量の補正量を算出するステップと、算出された補正量と、リチウムイオン電池の電圧に基づく残容量の推定値とに基づいて残容量を推定するステップとを含む。補正量は、リチウムイオン電池内の極板間および極板面のうちの少なくともいずれか一方における電解液の塩濃度の分布状態に応じた残容量の補正量である。

この発明によると、電圧に基づく残容量の推定精度は、内部抵抗の推定精度に影響する。また、リチウムイオン電池の極板における電解液の塩濃度の偏りにより生じる内部抵抗の上昇は、リチウムイオン電池への電流の積算値に依存する。すなわち、電流の積算値によって残容量の補正量を算出することにより電圧に基づく残容量の推定精度の悪化を抑制することができる。そのため、大電流の充放電が継続され、リチウムイオン電池の極板において電解液の塩濃度に偏りが生じることにより内部抵抗が上昇した場合にも精度高く残容量を推定することができる。したがって、大電流の充放電が継続するような場合にリチウムイオン電池の残容量の推定精度の悪化を抑制する車両用制御装置および残容量推定方法を提供することができる。

本実施の形態に係る車両用制御装置が搭載された車両の全体ブロック図である。 角形のリチウムイオン電池セルの構造を示す図である。 極板面内の塩濃度の分布状態の一例を示す図である。 放電時における電圧ＶＢと実ＯＣＶとＯＣＶ推定値との変化の一例を示す図である。 本実施の形態に係る車両用制御装置であるＥＣＵの機能ブロック図である。 基本値Ｂａを算出するための第１マップの一例を示す図である。 第１ゲインＧａを算出するための第２マップの一例を示す図である。 第２ゲインＧｂを算出するための第３マップの一例を示す図である。 本実施の形態に係る車両用制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 補正前のＳＯＣ推定値と補正後のＳＯＣ推定値との関係を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態は、説明される。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返されない。

図１を参照して、本実施の形態に係る車両１の全体ブロック図が説明される。車両１は、車輪２と、トランスミッション１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２４と、バッテリ２６と、充電装置７８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００とを含む。

トランスミッション１０は、モータジェネレータ（以下、ＭＧと記載する）１４と、減速機８とを含む。ＭＧ１４と減速機８とは駆動軸１６によって連結される。この車両１は、ＭＧ１４から出力される駆動力によって走行する。ＭＧ１４は、たとえば、三相交流回転電機である。ＭＧ１４は、ＰＣＵ２４によって駆動される。

ＭＧ１４は、バッテリ２６に蓄えられた電力を用いて車輪２に駆動力を与える駆動用モータとしての機能を有する。また、ＭＧ１４は、回生制動によって発電された電力を用いてＰＣＵ２４を経由してバッテリ２６を充電するためのジェネレータとしての機能を有する。

減速機８は、ＭＧ１４からの動力を車輪２に伝達する。また、減速機８は、車輪２が受けた路面からの反力をＭＧ１４に伝達する。

ＰＣＵ２４は、バッテリ２６に蓄えられた直流電力をＭＧ１４を駆動するための交流電力に変換する。ＰＣＵ２４は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ１に基づいて制御されるコンバータおよびインバータ（いずれも図示せず）を含む。コンバータは、バッテリ２６から受けた直流電力の電圧を昇圧してインバータに出力する。インバータは、コンバータが出力した直流電力を交流電力に変換してＭＧ１４に出力する。これにより、バッテリ２６に蓄えられた電力を用いてＭＧ１４が駆動される。また、インバータは、ＭＧ１４によって発電される交流電力を直流電力に変換してコンバータに出力する。コンバータは、インバータが出力した直流電力の電圧を降圧してバッテリ２６へ出力する。これにより、ＭＧ１４により発電された電力を用いてバッテリ２６が充電される。なお、コンバータは、省略してもよい。

バッテリ２６は、蓄電装置であり、再充電可能な直流電源である。本実施の形態において、バッテリ２６は、たとえば、リチウムイオン電池を一例として説明するが、バッテリ２６は、大電流の充放電が継続した場合に内部の極板間あるいは極板面において電解液の塩濃度に偏りが生じることによって内部抵抗が上昇する特性を有する電池であれば、特にリチウムイオン電池に限定されるものではない。

さらに、本実施の形態において、バッテリ２６は、図２に示すような角形の電池セル７２を１個以上含む。図２に示すように、電池セル７２は、シート状の正極板と負極板とを含む。シート状の正極板と負極板とは、その間にシート状のセパレータを介在させて重ねられる。シート状の正極板と負極板とセパレータとは、渦巻状に巻回されて、厚みが減少するように変形された状態で直方体の容器に収納される。容器の内部には、電解液が充填される。なお、電池セル７２は、大電流の充放電が継続した場合に内部の極板面または極板間の電解液の塩濃度に偏りが生じるような形状であれば、特に角形に限定されるものではなく、たとえば、円筒形のものであってもよい。

図１に戻って、バッテリ２６には、電池温度センサ１５６と、電流センサ１５８と、電圧センサ１６０とが設けられる。

電池温度センサ１５６は、バッテリ２６の電池温度ＴＢを検出する。電池温度センサ１５６は、電池温度ＴＢを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

電流センサ１５８は、バッテリ２６の電流ＩＢを検出する。電流センサ１５８は、電流ＩＢを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

電圧センサ１６０は、バッテリ２６の電圧ＶＢを検出する。電圧センサ１６０は、電圧ＶＢを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

ＥＣＵ２００は、バッテリ２６の電流ＩＢと、電圧ＶＢと、電池温度ＴＢとに基づいてバッテリの残容量（以下の説明においては、ＳＯＣ（State Of Charge）と記載する）を推定する。ＥＣＵ２００は、たとえば、電流ＩＢと、電圧ＶＢと、電池温度ＴＢとに基づいてＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を推定し、推定されたＯＣＶと所定のマップとに基づいてバッテリ２６のＳＯＣを推定する。あるいは、ＥＣＵ２００は、たとえば、バッテリ２６の充電電流と放電電流とを積算することによってバッテリ２６のＳＯＣを推定する。ＥＣＵ２００は、たとえば、車両１の状態に応じて、ＯＣＶおよび電流積算のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、バッテリ２６のＳＯＣを推定する。

レゾルバ１２は、ＭＧ１４に設けられる。レゾルバ１２は、ＭＧ１４の回転速度Ｎｍを検出する。レゾルバ１２は、検出された回転速度Ｎｍを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

車輪速センサ２２は、車輪２の回転速度Ｎｗを検出する。車輪速センサ２２は、検出された回転速度Ｎｗを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。ＥＣＵ２００は、受信した回転速度Ｎｗに基づいて車速Ｖを算出する。なお、ＥＣＵ２００は、回転速度Ｎｗに代えてＭＧ１４の回転速度Ｎｍに基づいて車速Ｖを算出するようにしてもよい。

充電装置７８は、充電プラグ３００が車両に取り付けられることによって外部電源３０２から供給される電力を用いてバッテリ２６を充電する。充電プラグ３００は、充電ケーブル３０４の一方端に接続される。充電ケーブル３０４の他方端は、外部電源３０２に接続される。充電装置７８の正極端子は、ＰＣＵ２４の正極端子とバッテリ２６の正極端子とを接続する電源ラインに接続される。充電装置７８の負極端子は、ＰＣＵ２４の負極端子とバッテリ２６の負極端子とを接続するアースラインに接続される。充電装置７８は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ３に基づいて作動する。

スタートスイッチ１５０は、たとえば、プッシュ式スイッチである。スタートスイッチ１５０は、キーをキーシリンダに差し込んで所定の位置まで回転させるものであってもよい。スタートスイッチ１５０は、ＥＣＵ２００に接続される。運転者がスタートスイッチ１５０を操作することに応じて、スタートスイッチ１５０は、信号ＳＴをＥＣＵ２００に送信する。

ＥＣＵ２００は、たとえば、車両１のシステムが停止状態である場合に信号ＳＴを受信した場合に、起動指示を受けたと判断して、車両１のシステムを停止状態から起動状態に移行させる。また、ＥＣＵ２００は、車両１のシステムが起動状態である場合に信号ＳＴを受信した場合に、停止指示を受けた判断して、車両１のシステムを起動状態から停止状態に移行させる。

以下の説明において、車両１のシステムが起動状態である場合に運転者がスタートスイッチ１５０を操作することをＩＧオフ操作といい、車両１のシステムが停止状態である場合に運転者がスタートスイッチ１５０を操作することをＩＧオン操作という。

また、車両１のシステムが起動状態に移行した場合には、車両１のシステムに電力供給が開始される。車両１のシステムに電力供給が開始されると、車両１が走行するために必要な複数の機器に電力が供給される。その結果、車両１が走行するために必要な複数の機器が作動可能な状態となる。

一方、車両１のシステムが停止状態に移行した場合には、車両１のシステムへの電力供給が遮断される。車両１のシステムへの電力供給が遮断されると、車両１が走行するために必要な複数の機器のうちの一部への電力の供給が停止（遮断）される。その結果、車両１が走行するために必要な複数の機器が作動停止状態となる。なお、車両１のシステム停止中に作動する機器に対しての電力供給は維持される。

車両１が走行するために必要な機器は、たとえば、ＭＧ１４とＰＣＵ２４とを含む。また、車両１のシステムの停止中に作動する機器は、たとえば、ＥＣＵ２００と充電装置７８とを含む。

ＥＣＵ２００は、ＰＣＵ２４を制御するための制御信号Ｓ１を生成し、その生成した制御信号Ｓ１をＰＣＵ２４へ出力する。さらに、ＥＣＵ２００は、充電装置７８を制御するための制御信号Ｓ２を生成し、その生成した制御信号Ｓ２を充電装置７８へ出力する。

ＥＣＵ２００は、運転席に設けられたアクセルペダル（図示せず）の踏込み量に対応する要求駆動力を算出する。ＥＣＵ２００は、算出された要求駆動力に応じて、ＭＧ１４のトルクを制御する。

ＥＣＵ２００は、各種プログラムを実行するためのＣＰＵ（図示せず）と、各種プログラムを記憶するためのメモリ２０１とを含む。

以上のような構成を有する車両１に搭載されたリチウムイオン電池においては、登降坂走行等により大電流の充放電が継続する場合には、極板において電解液の塩濃度に偏りが生じ、内部抵抗が上昇する場合がある。内部抵抗の上昇により電圧に基づくリチウムイオン電池の残容量の推定精度が悪化する場合がある。

角形の電池セルにおいては、図２に示したように、渦巻状に巻回され、厚みが減少するように変形された状態で直方体の容器に収納される。このような角形の電池セルにおいては、充放電により電池セル内の構成要素が収縮することによって、電池セルの中央部側の圧力が高くなり、端部側の圧力が低くなる。その結果、電解液が流動し、たとえば、図３に示すように、正極および負極の極板面において塩濃度分布が一様な分布状態にならない場合がある。この場合、塩濃度が低い箇所においては、リチウムイオンの移動が抑制され、内部抵抗の上昇の要因となる。なお、図３に示す塩濃度の分布状態は、一例であり、図３に示す分布状態に限定されるものではない。

図４に、時間Ｔ（０）から時間Ｔ（１）までの間において、一定電流ＩＢａで放電する場合の電圧ＶＢの変化の一例を示す。図４の縦軸は、電圧ＶＢを示し、図４の横軸は、時間を示す。

時間Ｔ（０）にて、放電が開始されると、図４の実線に示すように、電圧ＶＢが低下する。また、放電によりＯＣＶは、ＳＯＣの低下に伴って減少する。放電中においては、ＯＣＶを直接計測できないため、ＥＣＵ２００は、放電中に電圧センサ１６０により検出される電圧ＶＢに、電池温度ＴＢに応じた内部抵抗による変化分と分極による変化分とを加えることによって、図４の破線に示すようなＯＣＶ推定値を算出する。

しかしながら、上記した塩濃度の偏りに起因する内部抵抗の上昇が生じる場合には、内部抵抗の変化分が実際よりも小さく見積もられる。そのため、ＯＣＶ推定値が実ＯＣＶ（図４の一点鎖線）よりも低く推定されることとなる。同様に、充電中においては、ＯＣＶ推定値が実ＯＣＶよりも高く推定されることとなる。その結果、ＳＯＣの推定精度が悪化する場合がある。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ２００が、電流ＩＢの積算値ＩＢｓに基づいてバッテリ２６のＳＯＣの補正量ＳＯＣ＿ｃを算出して、算出された補正量ＳＯＣ＿ｃと、電圧ＶＢに基づくＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅとに基づいてバッテリ２６のＳＯＣを推定する点に特徴を有する。なお、補正量ＳＯＣ＿ｃは、バッテリ２６内の極板間および極板面のうちの少なくともいずれか一方における電解液の塩濃度の分布状態に応じたＳＯＣの補正量である。

図５に、本実施の形態に係る車両用制御装置であるＥＣＵ２００の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ２００は、積算値算出部２０２と、補正量算出部２０４と、ＳＯＣ確定部２０６とを含む。

積算値算出部２０２は、電流センサ１５８により検出される電流ＩＢを積算して、積算値ＩＢｓを算出する。積算値算出部２０２は、たとえば、車両１のシステムが起動された時点から電流ＩＢを積算し、車両１のシステムが停止された時点で電流ＩＢの積算を終了してもよい。あるいは、積算値算出部２０２は、たとえば、充電装置７８を用いた充電が開始された時点から電流ＩＢを積算し、充電装置７８を用いた充電が完了した時点で電流ＩＢの積算を終了してもよい。

補正量算出部２０４は、電流ＩＢの積算値ＩＢｓに基づいてバッテリ２６のＳＯＣの補正量ＳＯＣ＿ｃを算出する。具体的には、補正量算出部２０４は、基本値Ｂａに、第１係数（以下、第１ゲインＧａと記載する）と、第２係数（以下、第２ゲインＧｂと記載する）とを乗算することによって、補正量ＳＯＣ＿ｃを算出する。

補正量算出部２０４は、バッテリ２６のＯＣＶとバッテリ２６の電池温度ＴＢとに基づいて基本値Ｂａを算出する。本実施の形態においては、補正量算出部２０４は、ＯＣＶに基づくＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅと、電池温度ＴＢと、所定の第１マップとに基づいて基本値Ｂａを算出する。所定の第１マップは、推定値ＳＯＣ＿ｅと電池温度ＴＢとを引数として基本値Ｂａを算出するためのマップである。

補正量算出部２０４は、電圧センサ１６０により検出される電圧ＶＢに電池温度ＴＢに応じた内部抵抗による変化分と分極により変化分とを加えてバッテリ２６のＯＣＶを推定する。補正量算出部２０４は、推定されたＯＣＶと所定のマップとを用いてＯＣＶに基づくＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅを算出する。

補正量算出部２０４は、推定値ＳＯＣ＿ｅが大きいときは、推定値ＳＯＣ＿ｅが小さいときと比べて基本値Ｂａが大きくなるように基本値Ｂａを算出する。また、補正量算出部２０４は、電池温度ＴＢが高いときは、電池温度ＴＢが低いときと比べて基本値Ｂａが小さくなるように基本値Ｂａを算出する。

そのため、所定の第１マップとしては、たとえば、図６に示すようなマップが用いられる。図６に示すマップにおいて、推定値ＳＯＣ＿ｅが０％からＳＯＣ（０）までの間おいては、基本値Ｂａは、負値であって、推定値ＳＯＣ＿ｅが大きくなるほど基本値Ｂａが大きくなるように規定され、推定値ＳＯＣ＿ｅが小さくなるほど基本値Ｂａが小さくなるように規定される。図６に示すマップにおいて、推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）からＳＯＣ（１）までの間においては、基本値Ｂａは、ゼロである。

さらに、図６に示すマップにおいて、推定値ＳＯＣ（１）から１００％までの間においては、基本値Ｂａは、正値であって、推定値ＳＯＣ＿ｅが大きくなるほど基本値Ｂａが大きくなるように規定され、推定値ＳＯＣ＿ｅが小さくなるほど基本値Ｂａが小さくなるように規定される。

さらに、図６に示すマップにおいて、推定値ＳＯＣ＿ｅが０％からＳＯＣ（０）までの間およびＳＯＣ（１）から１００％までの間においては、基本値Ｂａは、電池温度ＴＢが高くなるほど基本値Ｂａが大きくなるように規定され、電池温度ＴＢが低くなるほど基本値Ｂａが小さくなるように規定される。

なお、本実施の形態においては、図６のマップに示すように、推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）からＳＯＣ（１）までの間においては、電池温度ＴＢの値に関わらずゼロであるとして説明するが、推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）からＳＯＣ（１）までの間においても、電池温度ＴＢが高くなるほど基本値Ｂａが大きくなるように基本値Ｂａが規定されてもよい。あるいは、推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）ＳＯＣ（１）までの間において、推定値ＳＯＣ＿ｅが大きくなるほど基本値Ｂａが大きくなるように規定されてもよい。

図６のマップに示すように基本値Ｂａを規定することにより、バッテリ２６の使用状態が推定誤差を拡大させるような使用状態である場合に、実ＳＯＣが上限値あるいは下限値を超えないようにＳＯＣを制御できる。推定誤差が拡大するようなバッテリ２６の使用状態とは、たとえば、大電流の連続充放電が行なわれる状態またはバッテリ２６が劣化している状態をいう。

補正量算出部２０４は、積算値ＩＢｓと電池温度ＴＢとに基づいて第１ゲインＧａを算出する。第１ゲインＧａは、リチウムイオン電池内の極板間および極板面のうちの少なくともいずれか一方における電解液の塩濃度の偏りにより生じる内部抵抗の上昇量を考慮した係数である。

本実施の形態においては、補正量算出部２０４は、積算値ＩＢｓと電池温度ＴＢと、所定の第２マップとに基づいて第１ゲインＧａを算出する。所定の第２マップは、積算値ＩＢｓと電池温度ＴＢとを引数として第１ゲインＧａを算出するためのマップである。

補正量算出部２０４は、積算値ＩＢｓが大きいときは、積算値ＩＢｓが小さいときと比べて第１ゲインＧａの値が大きくなるように第１ゲインＧａを算出する。さらに、補正量算出部２０４は、電池温度ＴＢが高いときは、電池温度ＴＢが低いときと比べて第１ゲインＧａの値が小さくなるように第１ゲインＧａを算出する。

そのため、所定の第２マップとしては、たとえば、図７に示すようなマップが用いられる。図７に示すマップにおいて、電池温度ＴＢが高くなるほど第１ゲインＧａの値が小さくなるように第１ゲインＧａが規定される。さらに、図７に示すマップにおいて、電流ＩＢの積算値ＩＢｓが大きくなるほど第１ゲインＧａの値が大きくなるように第１ゲインＧａが規定される。

たとえば、積算値ＩＢｓが所定の積算値ＩＢｓ（０）よりも小さい場合に第１ゲインＧａをゼロとし、積算値ＩＢｓが所定の積算値ＩＢｓ（０）以上になる場合に第１ゲインＧａをゼロよりも大きい値に設定してもよい。このようにすると、大電流での充放電が継続した場合に限定して推定値ＳＯＣ＿ｅの補正をすることができる。さらに、積算値ＩＢｓが大きくなるほど、第１ゲインＧａの値を大きくすることにより、バッテリ２６内の電解液の塩濃度の偏りにより生じる内部抵抗の上昇に起因した推定精度の悪化を適切に抑制することができる。

補正量算出部２０４は、バッテリ２６の満充電容量ＦＣＣに基づいて第２ゲインＧｂを算出する。第２ゲインＧｂは、バッテリ２６の劣化状態を考慮した係数である。

補正量算出部２０４は、バッテリ２６の満充電容量ＦＣＣと所定の第３マップとに基づいて第２ゲインＧｂを算出する。所定の第３マップは、満充電容量ＦＣＣを引数として第２ゲインＧｂを算出するためのマップである。

補正量算出部２０４は、満充電容量ＦＣＣが大きいときは、満充電容量ＦＣＣが小さいときと比べて第２ゲインＧｂの値が小さくなるように第２ゲインＧｂを算出する。

そのため、所定の第３マップとしては、たとえば、図８に示すようなマップが用いられる。図８に示すマップにおいて、満充電容量ＦＣＣが小さくなるほど（バッテリ２６が劣化するほど）第２ゲインＧｂの値が大きくなるように第２ゲインＧｂが規定される。

なお、満充電容量ＦＣＣは、電流ＩＢの積算値ＩＢｓと、積算値ＩＢｓの積算期間におけるＯＣＶに基づくＳＯＣの変化量ΔＳＯＣとに基づいて算出される。満充電容量ＦＣＣは、たとえば、ＦＣＣ＝ＩＢｓ／ΔＳＯＣ×１００の式を用いて算出される。満充電容量ＦＣＣの算出方法としては、上記した式を用いた算出方法に特に限定されるものではない。また、満充電容量ＦＣＣは、バッテリ２６の放電時あるいはバッテリ２６の充電時（たとえば、外部電源３０２を用いたバッテリ２６の充電時）に算出される。

たとえば、満充電容量ＦＣＣが所定の満充電容量ＦＣＣ（０）よりも大きい場合に第２ゲインＧｂを１とし、満充電容量ＦＣＣが所定の満充電容量ＦＣＣ（０）以下になる場合に第２ゲインＧｂを１よりも大きい値に設定してもよい。このようにすると、バッテリ２６が劣化した状態である場合に限定して推定値ＳＯＣ＿ｅの補正をすることができる。

なお、本実施の形態において、補正量算出部２０４は、基本値Ｂａと第１ゲインＧａと第２ゲインＧｂとに基づいて補正量ＳＯＣ＿ｃを算出するとして説明したが、たとえば、基本値Ｂａと第１ゲイン値Ｇａとによって補正量ＳＯＣ＿ｃを算出してもよい。

ＳＯＣ確定部２０６は、推定値ＳＣＯ＿ｅに補正量ＳＯＣ＿ｃを加算することによって補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’を算出する。ＳＯＣ確定部２０６は、算出された推定値ＳＯＣ＿ｅ’をバッテリ２６のＳＯＣとして確定してもよい。

あるいは、ＳＯＣ確定部２０６は、算出された推定値ＳＯＣ＿ｅ’と別途算出された電流ＩＢの積算値ＩＢｓに基づくバッテリ２６のＳＯＣの推定値とに基づいて周知の技術（たとえば、上記した公報に記載の技術）を用いてバッテリ２６のＳＯＣを確定してもよい。

あるいは、ＳＯＣ確定部２０６は、車両１の状態に応じて、推定値ＳＯＣ＿ｅ’と、別途算出された電流ＩＢの積算値ＩＢｓに基づくＳＯＣの推定値とのうちのいずれか一方をバッテリ２６のＳＯＣとして確定してもよい。

ＳＯＣ確定部２０６は、たとえば、充電または放電のいずれかしか実行されないことが分かっている場合には、積算値ＩＢｓに基づくバッテリ２６のＳＯＣの推定値をバッテリ２６のＳＯＣとして確定してもよい。あるいは、ＳＯＣ確定部２０６は、たとえば、走行時のように充電と放電のサイクルが頻繁に繰り返される可能性がある場合には、推定値ＳＯＣ＿ｅ’をバッテリ２６のＳＯＣとして確定してもよい。

積算値ＩＢｓに基づくバッテリ２６のＳＯＣの推定値は、たとえば、積算期間におけるバッテリ２６の充電電流に基づく充電量と、バッテリ２６の放電電流に基づく放電量と、ＳＯＣの初期値とによって推定される。ＳＯＣの初期値は、たとえば、直前のシステムの停止時点におけるＳＯＣである。

本実施の形態において、積算値算出部２０２と、補正量算出部２０４と、ＳＯＣ確定部２０６とは、いずれもＥＣＵ２００のＣＰＵがメモリ２０１に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。

図９を参照して、本実施の形態に係る車両用制御装置であるＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ２００は、電池温度センサ１５６から電池温度ＴＢを取得し、電流センサ１５８から電流ＩＢを取得し、電圧センサ１６０から電圧ＶＢを取得する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、電流ＩＢの積算値ＩＢｓを算出する。Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、補正量ＳＯＣ＿ｃを算出する。なお、補正量ＳＯＣ＿ｃの算出方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、ＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅ’を算出する。推定値ＳＯＣ＿ｅ’の算出方法については、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ２００は、車両１の状態に応じてバッテリ２６のＳＯＣを確定する。ＳＯＣの確定方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る車両用制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

たとえば、ＩＧオン操作により車両１のシステムが起動したり、あるいは、充電装置７８により外部電源３０２を用いたバッテリ２６の充電が開始されたりする場合に、電流ＩＢ、電圧ＶＢおよび電池温度ＴＢの取得が開始され（Ｓ１００）、電流ＩＢの積算が開始されることによって積算値ＩＢｓが算出される（Ｓ１０２）。

算出された電流ＩＢの積算値ＩＢｓに基づいて補正量ＳＯＣ＿ｃが算出される。具体的には、ＯＣＶに基づくＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅと電池温度ＴＢとに基づいて基本値Ｂａが算出される。さらに、電池温度ＴＢと積算値ＩＢｓとに基づいて第１ゲインＧａが算出される。さらに、バッテリ２６の満充電容量ＦＣＣに基づいて第２ゲインＧｂが算出される。そして、算出された基本値Ｂａに第１ゲインＧａと第２ゲインＧｂとが乗算されることによって補正量ＳＯＣ＿ｃが算出される。

推定値ＳＯＣ＿ｅに算出された補正量ＳＯＣ＿ｃが加算されることによって推定値ＳＯＣ＿ｅ’が算出され（Ｓ１０６）、車両１の状態に応じてバッテリ２６のＳＯＣが確定される（Ｓ１０８）。

図６−図８に示されるマップにしたがって算出される補正量ＳＯＣ＿ｃによって推定値ＳＯＣ＿ｅが補正されることにより、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’と、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅとの関係は、図１０の実線に示すような関係となる。

なお、図１０の縦軸は、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’を示す。図１０の横軸は、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅを示す。なお、図１０の破線は、補正量ＳＯＣ＿ｃがゼロである場合の補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅと補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’との関係（すなわち、推定値ＳＯＣ＿ｅ＝ＳＯＣ＿ｅ’）を示す。

図６に示したように、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）からＳＯＣ（１）までの間である場合には、基本値Ｂａがゼロであるため、補正量ＳＯＣ＿ｃもゼロとなる。そのため、図１０に示すように、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）からＳＯＣ（１）までの間においては補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅと補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’とは同一の値となる。

一方、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）よりも小さい領域においては、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’は、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅよりも小さい値となる。また、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（０）よりも小さくなるほど、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’は、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅとの差（オフセット量）が拡大するように補正前のＳＯＣ＿ｅよりも小さい値となる。

その結果、推定精度が悪化するＳＯＣの下限値に近い領域において、補正により推定精度の悪化が抑制されるため、実ＳＯＣが下限値を下回ることが抑制される。

さらに、補正前のＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（１）よりも大きい領域においては、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’は、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅよりも大きい値となる。また、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅがＳＯＣ（１）よりも大きくなるほど、補正後の推定値ＳＯＣ＿ｅ’は、補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅとの差（オフセット量）が拡大するように補正前の推定値ＳＯＣ＿ｅよりも大きい値となる。

その結果、推定精度が悪化するＳＯＣの上限値に近い領域において、補正により推定精度の悪化が抑制されるため、実ＳＯＣが上限値を上回ることが抑制される。

以上のようにして、本実施の形態に係る車両１によると、ＯＣＶに基づくＳＯＣの推定精度は、内部抵抗の推定精度に影響する。また、リチウムイオン電池の極板における電解液の塩濃度の偏りにより生じる内部抵抗の上昇は、リチウムイオン電池への電流の積算値ＩＢｓに依存する。すなわち、電流ＩＢの積算値ＩＢｓによって補正量ＳＯＣ＿ｃを算出して、ＯＣＶに基づくＳＯＣの推定値ＳＯＣ＿ｅを補正することによりＯＣＶに基づくＳＯＣの推定精度の悪化を抑制することができる。そのため、大電流の充放電が継続され、リチウムイオン電池の極板において電解液の塩濃度に偏りが生じることにより内部抵抗が上昇した場合にも精度高くＳＯＣを推定することができる。したがって、大電流の充放電が継続されるような場合にリチウムイオン電池の残容量の推定精度の悪化を抑制する車両用制御装置および残容量推定方法を提供することができる。

さらに、推定精度が悪化するＳＯＣの上限値あるいは下限値付近においても、補正により推定精度の悪化が抑制されるため、実ＳＯＣが上限値あるいは下限値を超えることを抑制することができる。その結果、ＳＯＣの推定精度悪化に起因した車両１の走行距離の短縮や満充電前の充電の完了等を抑制することができる。

本実施の形態においては、図６−図８で示されるような表を用いて基本値Ｂａ、第１ゲインＧａおよび第２ゲインＧｂを算出するとして説明したが、たとえば、表に代えて所定の関数を用いて基本値Ｂａ、第１ゲインＧａおよび第２ゲインＧｂを算出するようにしてもよい。

あるいは、本実施の形態においては、ＥＣＵ２００が、ＯＣＶ、積算値ＩＢｓ、電池温度ＴＢ、あるいは満充電容量ＦＣＣから補正量ＳＯＣ＿ｃを直接的に算出するものとして説明したが、たとえば、ＥＣＵ２００は、ＯＣＶ、積算値ＩＢｓ、電池温度ＴＢあるいは満充電容量ＦＣＣからリチウムイオン電池の極板における電解液の塩濃度の偏りにより生じる内部抵抗の上昇量を推定してもよい。なお、ＥＣＵ２００は、少なくとも積算値ＩＢｓによって内部抵抗の上昇量を推定してもよい。ＥＣＵ２００は、推定された内部抵抗の上昇量を考慮して電圧ＶＢからＯＣＶを算出して、算出されたＯＣＶからＳＯＣを推定してもよい。このように内部抵抗の上昇量を考慮してＯＣＶの推定値を算出することにより、図４の破線に示したＯＣＶの推定値を図４の一点鎖線に示す実ＯＣＶにより近づけることができる。その結果、精度高くＳＯＣを推定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 車輪、８ 減速機、１０ トランスミッション、１２ レゾルバ、１６ 駆動軸、２２ 車輪速センサ、２４ ＰＣＵ、２６ バッテリ、７２ 電池セル、７８ 充電装置、１５０ スタートスイッチ、１５６ 電池温度センサ、１５８ 電流センサ、１６０ 電圧センサ、２００ ＥＣＵ、２０１ メモリ、２０２ 積算値算出部、２０４ 補正量算出部、２０６ ＳＯＣ確定部、３００ 充電プラグ、３０２ 外部電源、３０４ 充電ケーブル。

Claims (14)

1. 駆動用電動機と、前記駆動用電動機に電力を供給するためのリチウムイオン電池とを含む車両に搭載された車両用制御装置であって、
   前記リチウムイオン電池の電流と電圧とを検出するための検出部と、
   前記電流の積算値に基づいて前記リチウムイオン電池の残容量の補正量を算出して、算出された前記補正量と、前記電圧に基づく前記残容量の推定値とに基づいて前記残容量を推定するための制御部とを含み、
   前記補正量は、前記リチウムイオン電池内の極板間および極板面のうちの少なくともいずれか一方における電解液の塩濃度の分布状態に応じた前記残容量の補正量である、車両用制御装置。
2. 前記制御部は、前記リチウムイオン電池の開放電圧と前記リチウムイオン電池の電池温度とに基づいて算出される基本値に、前記積算値と前記電池温度とに基づいて算出される第１係数を乗算して、前記補正量を算出する、請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記制御部は、前記開放電圧が大きいときは、前記開放電圧が小さいときと比べて前記基本値が大きくなるように前記基本値を算出する、請求項２に記載の車両用制御装置。
4. 前記制御部は、前記電池温度が高いときは、前記電池温度が低いときと比べて前記基本値が小さくなるように前記基本値を算出する、請求項２に記載の車両用制御装置。
5. 前記制御部は、前記開放電圧、前記電池温度および前記開放電圧と前記電池温度とを引数として前記基本値を算出するための第１マップに基づいて前記基本値を算出する、請求項３または４に記載の車両用制御装置。
6. 前記制御部は、前記積算値が大きいときは、前記積算値が小さいときと比べて前記第１係数が大きくなるように前記第１係数を算出する、請求項２に記載の車両用制御装置。
7. 前記制御部は、前記電池温度が高いときは、前記電池温度が低いときと比べて前記第１係数が小さくなるように前記第１係数を算出する、請求項２記載の車両用制御装置。
8. 前記制御部は、前記積算値、前記電池温度および前記積算値と前記電池温度とを引数として前記第１係数を算出するための第２マップに基づいて前記第１係数を算出する、請求項６または７に記載の車両用制御装置。
9. 前記制御部は、前記基本値に、前記第１係数に加えて、前記リチウムイオン電池の満充電容量の推定値に基づいて算出される第２係数を乗算して、前記補正量を算出する、請求項２に記載の車両用制御装置。
10. 前記制御部は、前記満充電容量が大きいときは、前記満充電容量が小さいときと比べて前記第２係数が小さくなるように前記第２係数を算出する、請求項９に記載の車両用制御装置。
11. 前記制御部は、前記満充電容量および前記満充電容量を引数として前記第２係数を算出するための第３マップに基づいて前記第２係数を算出する、請求項１０に記載の車両用制御装置。
12. 前記制御部は、前記積算値と前記塩濃度の前記分布状態とに基づいて内部抵抗の上昇量の推定値を算出し、算出された前記推定値に基づいて前記補正量を算出する、請求項１に記載の車両用制御装置。
13. 前記リチウムイオン電池は、角形の電池セルを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の車両用制御装置。
14. 車両に搭載された駆動用電動機に電力を供給するためのリチウムイオン電池の残容量推定方法であって、
    前記リチウムイオン電池の電流の積算値に基づいて前記リチウムイオン電池の残容量の補正量を算出するステップと、
    算出された前記補正量と、前記リチウムイオン電池の電圧に基づく前記残容量の推定値とに基づいて前記残容量を推定するステップとを含み、
    前記補正量は、前記リチウムイオン電池内の極板間および極板面のうちの少なくともいずれか一方における電解液の塩濃度の分布状態に応じた前記残容量の補正量である、残容量推定方法。

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