JP2015081855A - 充電状態算出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く短時間で行うことができる充電状態算出装置を提供すること。
【解決手段】初回充電状態算出部１１は、記憶部１７から読み出した第１開放電圧に基づいて第１充電状態算出部３１が第１充電状態を算出し、第２開放電圧推定部によって推定された第２開放電圧に基づいて第２充電状態算出部３２が第２充電状態を算出し、第１充電状態および第２充電状態の一方を第３充電状態決定部３３が第３充電状態として決定し、第１充電状態と第２充電状態との差が大きくなるほど稼働時充電状態の重みが大きくなるように、第３充電状態と稼働時充電状態との重み付け合成用の重み付け係数を重み付け係数設定部３４が設定し、第３充電状態と記憶部１７から読み出した稼働時充電状態とを重み付け係数を用いて合成部３５が重み付け合成することで、初回充電状態を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】初回充電状態算出部１１は、記憶部１７から読み出した第１開放電圧に基づいて第１充電状態算出部３１が第１充電状態を算出し、第２開放電圧推定部によって推定された第２開放電圧に基づいて第２充電状態算出部３２が第２充電状態を算出し、第１充電状態および第２充電状態の一方を第３充電状態決定部３３が第３充電状態として決定し、第１充電状態と第２充電状態との差が大きくなるほど稼働時充電状態の重みが大きくなるように、第３充電状態と稼働時充電状態との重み付け合成用の重み付け係数を重み付け係数設定部３４が設定し、第３充電状態と記憶部１７から読み出した稼働時充電状態とを重み付け係数を用いて合成部３５が重み付け合成することで、初回充電状態を算出する。
【選択図】図１
Description
本発明は、蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出装置に関し、特に、装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く行うことができる充電状態算出装置に関する。
一般に、電気自動車のように蓄電池に蓄えた電気エネルギーにより走行する車両においては、走行可能距離を算出するために蓄電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を高精度に算出することが求められる。
従来、蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出装置としては、蓄電池の開放電圧と充電状態との相関性を利用することで開放電圧に基づく充電状態を算出するとともに、蓄電池への入出力電流を積算することで電流積算に基づく充電状態を算出し、開放電圧および電流積算に基づく２つの充電状態を重み付け合成することで最終的な充電状態を算出するものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものは、蓄電池への入出力電流の変化率が大きいときは、電流積算に基づく充電状態の重みを大きくしている。
従来、蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出装置としては、蓄電池の開放電圧と充電状態との相関性を利用することで開放電圧に基づく充電状態を算出するとともに、蓄電池への入出力電流を積算することで電流積算に基づく充電状態を算出し、開放電圧および電流積算に基づく２つの充電状態を重み付け合成することで最終的な充電状態を算出するものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものは、蓄電池への入出力電流の変化率が大きいときは、電流積算に基づく充電状態の重みを大きくしている。
しかしながら、特許文献１に記載されたものは、蓄電池への入出力電流の変化率が小さい場合、電流積算に基づく充電状態の信頼性が低いとみなして、この電流積算に基づく充電状態の重みを小さくするとともに開放電圧に基づく充電状態の重みを大きくしているが、開放電圧に基づく充電状態の信頼性が高いとは限らないため、重み付け合成された最終的な充電状態の算出精度が低くなってしまう虞がある。また、特許文献１に記載されたものは、装置起動時の蓄電池の初回の充電状態の算出については考慮されていないため、装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く行うことができないという問題があった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く短時間で行うことができる充電状態算出装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く短時間で行うことができる充電状態算出装置を提供することを目的とするものである。
本発明の第１の態様は、蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出装置であって、前記充電状態算出装置への起動要求があったとき、前記蓄電池の充電状態を初回充電状態として算出する初回充電状態算出部と、前記初回充電状態を初期値として前記蓄電池への入出力電流を積算することで、前記充電状態算出装置の起動後の前記蓄電池の充電状態を稼働時充電状態として算出する稼働時充電状態算出部と、前記蓄電池への入出力電流が予め定めた所定取得期間継続して無電流となったとき、前記所定取得期間における前記蓄電池の電圧の経時変化を近似式に当てはめることで、前記蓄電池の開放電圧を第１開放電圧として推定する第１開放電圧推定部と、前記蓄電池への入出力電流があるとき、前記蓄電池の電圧および前記入出力電流から求まる回帰直線に基づいて、前記蓄電池の開放電圧を第２開放電圧として推定する第２開放電圧推定部と、前記充電状態算出装置への停止要求があったとき、前記稼働時充電状態および前記第１開放電圧を記憶する記憶部と、を備え、前記初回充電状態算出部は、前記記憶部から読み出した前記第１開放電圧に基づいて、前記蓄電池の充電状態を第１充電状態として算出する第１充電状態算出部と、前記第２開放電圧推定部によって推定された前記第２開放電圧に基づいて、前記蓄電池の充電状態を第２充電状態として算出する第２充電状態算出部と、前記第１充電状態および前記第２充電状態の一方を第３充電状態として決定する第３充電状態決定部と、前記第１充電状態と前記第２充電状態との差に基づき、前記差が大きくなるほど前記稼働時充電状態の重みが大きく、前記差が小さいほど前記第３充電状態の重みが大きくなるように、前記第３充電状態と前記稼働時充電状態との重み付け合成用の重み付け係数を設定する重み付け係数設定部と、前記第３充電状態と前記記憶部から読み出した前記稼働時充電状態とを前記重み付け係数を用いて重み付け合成することで前記初回充電状態を算出する合成部と、を有するように構成されている。
本発明の第２の態様は、前記第１開放電圧推定部は、前記蓄電池の温度を取得する蓄電池温度取得部と、前記所定取得期間を設定する所定取得期間設定部と、を備え、前記所定取得期間設定部は、前記蓄電池の温度が低いほど前記所定取得期間を長く設定することが好ましい。
本発明の第３の態様は、前記第３充電状態決定部は、前記第１充電状態および前記第２充電状態のうち小さい方を前記第３充電状態として決定することが好ましい。
本発明の第４の態様は、前記第１充電状態算出部が前記記憶部から前記第１開放電圧を読み出すことができなかった場合に、前記重み付け係数設定部は、前記合成部による重み付け合成の結果が前記稼働時充電状態となるように、前記重み付け係数を設定することが好ましい。
本発明の第５の態様は、前記蓄電池への入出力電流が予め定めた所定電流値以下となった場合に無電流と判定する無電流判定部を備え、前記無電流判定部により前記蓄電池への入出力電流が前記所定取得期間継続して無電流と判定されたとき、前記第１開放電圧推定部は前記第１開放電圧を推定することが好ましい。
本発明の第６の態様は、前記初回充電状態算出部は、前記充電状態算出装置への起動要求の有無に関わらず、前記蓄電池への入出力電流が前記所定取得期間継続して無電流であると前記無電流判定部によって判定されたとき、前記第３充電状態と前記稼働時充電状態とを前記重み付け係数を用いて前記合成部によって重み付け合成することで前記初回充電状態を算出することが好ましい。
このように上記の第１の態様によれば、充電状態算出装置の稼働中に初回充電状態を初期値として蓄電池への入出力電流を積算することで稼働時充電状態が算出されるため、稼働時充電状態は一定の信頼性を有する。また、算出手法の互いに異なる第１充電状態と第２充電状態との差が大きいために第３充電状態の信頼性が低い場合は、第３充電状態の重み付け合成時の重みが小さくなる。このため、信頼性が低く重みの小さい第３充電状態と一定の信頼性を有する重みの大きい稼働時充電状態とを重み付け合成することで、充電状態算出装置の起動時の初回充電状態を精度良く算出することができる。また、第１充電状態と第２充電状態との差が小さく第３充電状態の信頼性が高い場合は、第３充電状態の重み付け合成時の重みが大きくなるため、信頼性が高く重みの大きい第３充電状態と一定の信頼性を有する重みの小さい稼働時充電状態とを重み付け合成することで、充電状態算出装置の起動時の初回充電状態を精度良く算出することができる。また、充電状態算出装置への停止要求があったときに第１開放電圧を推定して記憶部に記憶しておき、この第１開放電圧を装置起動後に記憶部から読み出すことで第１充電状態を算出しているため、装置起動後に第１開放電圧の推定のための所定測定時間が不要になり、装置起動後の初回充電状態の算出を短時間で行うことができる。したがって、充電状態算出装置１０は装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く短時間で行うことができる。
また、上記の第２の態様によれば、蓄電池の温度が低く分極解消に要する時間が長い場合は、蓄電池の電圧を取得する所定取得期間を長く設定することで装置起動時の蓄電池の初回充電状態を精度良く算出することができるとともに、蓄電池の温度が高い場合は所定取得期間を短く設定することで初回充電状態を短時間に算出することができる。
また、上記の第３の態様によれば、第１充電状態および第２充電状態のうち小さい方を第３充電状態として決定し、この第３充電状態と稼働時充電状態との重み付け合成により装置起動時の初回充電状態が算出されるため、実際より高い値に初回充電状態が誤算出されることを抑制することができる。
また、上記の第４の態様によれば、第１開放電圧推定部により第１開放電圧が推定できなかったために記憶部に第１開放電圧が記憶されなかった場合、停止要求時に記憶部に記憶された稼働時充電状態が、合成部による重み付け合成の結果となるため、装置停止時に第１開放電圧が推定できなかった場合であっても装置起動時の充電容量の算出精度が損なわれることを抑制することができる。
また、上記の第５の態様によれば、装置起動時に蓄電池への入出力電流が無電流ではないが所定電流値以下となる状態においても、初回充電状態を精度良く算出することができる。
また、上記の第６の態様によれば、蓄電池への入出力電流が無電流ではないが所定電流値以下となる車両停車時等の状態においても、第３充電状態と稼働時充電状態とが合成部によって重み付け合成されて初回充電状態が精度良く算出され、この初回充電状態を初期値として稼働時充電状態算出部によって稼働時充電状態が算出される。したがって、蓄電池への入出力電流が所定電流値以下となる車両停車時等に初回充電状態が算出されることで、稼働時充電状態に含まれる電流積算の誤差が解消されるので、稼働時充電状態を精度良く算出することができる。
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、構成について説明する。図１において、車両１は、蓄電池２１、電気負荷２４、充電状態算出装置１０、上位コントローラ２６およびイグニッションキー２７を含む電気自動車として構成されており、蓄電池２１に蓄電された電気によって走行用モータ等からなる電気負荷２４を駆動して走行するようになっている。また、車両１は、充電回路２５を備えており、この充電回路２５は外部の供給源２８から供給された電気を、蓄電池２１に充電するようになっている。
蓄電池２１は、複数の電池セル２２を互いに直列に接続した組電池として構成されている。各電池セル２２はリチウムイオン電池またはニッケル水素電池から構成されている。また、蓄電池２１は、電圧センサ１８、電流センサ１９、温度センサ２０を有している。電圧センサ１８は、蓄電池２１の端子間電圧（以下、単に電圧という）を検出し、検出した電圧を充電状態算出装置１０に出力するようになっている。電流センサ１９は、蓄電池２１に入出力される入出力電流を検出し、検出した入出力電流を充電状態算出装置１０に出力するようになっている。温度センサ２０は、蓄電池２１の温度を検出し、検出した蓄電池温度を充電状態算出装置１０に算出するようになっている。
上位コントローラ２６は、所謂ボディーＥＣＵ（Electric Control Unit）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）から構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭを作業領域としてＣＰＵが実行することで車両１の全体的な制御を行うようになっている。本実施形態では、上位コントローラ２６は、イグニッションキー２７からイグニッションオン信号が入力されると、充電状態算出装置１０に停止要求を出力するとともに、イグニッションキー２７からイグニッションオフ信号が入力されると充電状態算出装置１０に起動要求を出力するようになっている。ここで、起動要求とは充電状態算出装置１０の起動を要求する信号であり、停止要求とは充電状態算出装置１０の動作停止を要求する信号である。
充電状態算出装置１０は、所謂ＢＭＳ（Battery Management System）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭを作業領域としてＣＰＵが実行することで、蓄電池２１の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を算出するようになっている。
本実施形態では、充電状態算出装置１０は、初回充電状態算出部１１、無電流判定部１２、第１開放電圧推定部１３、第２開放電圧推定部１６、記憶部１７、稼働時充電状態算出部３６を備えている。
初回充電状態算出部１１は、詳細は後述するが、充電状態算出装置１０への起動要求が上位コントローラ２６からあったとき、蓄電池２１の充電状態の初回の算出を行い、算出された充電状態を初回充電状態として上位コントローラ２６および稼働時充電状態算出部３６に出力するようになっている。
稼働時充電状態算出部３６は、初回充電状態を初期値として、蓄電池２１への入出力電流の積算に基づいて充電状態算出装置１０の起動後の充電状態を算出し、算出された充電状態を稼働時充電状態として上位コントローラ２６に出力するようになっている。ここで、稼働時充電状態は、初回充電状態を初期値として充電状態算出装置１０の稼働中に蓄電池２１への入出力電流を積算することで算出されたものであるため、一定の信頼性を有する。
無電流判定部１２は、電流センサ１９の出力する入出力電流を監視してこの入出力電流が無電流、すなわち電流値が零であるか否かを判別し、判別結果を第１開放電圧推定部１３に出力するようになっている。
初回充電状態算出部１１は、詳細は後述するが、充電状態算出装置１０への起動要求が上位コントローラ２６からあったとき、蓄電池２１の充電状態の初回の算出を行い、算出された充電状態を初回充電状態として上位コントローラ２６および稼働時充電状態算出部３６に出力するようになっている。
稼働時充電状態算出部３６は、初回充電状態を初期値として、蓄電池２１への入出力電流の積算に基づいて充電状態算出装置１０の起動後の充電状態を算出し、算出された充電状態を稼働時充電状態として上位コントローラ２６に出力するようになっている。ここで、稼働時充電状態は、初回充電状態を初期値として充電状態算出装置１０の稼働中に蓄電池２１への入出力電流を積算することで算出されたものであるため、一定の信頼性を有する。
無電流判定部１２は、電流センサ１９の出力する入出力電流を監視してこの入出力電流が無電流、すなわち電流値が零であるか否かを判別し、判別結果を第１開放電圧推定部１３に出力するようになっている。
第１開放電圧推定部１３は、蓄電池２１への入出力電流が、予め定めた所定取得期間継続して無電流となったとき、所定取得期間における蓄電池２１の電圧の経時変化を近似式に当てはめることで、蓄電池の開放電圧（以下、第１開放電圧ともいう）を推定するようになっている。具体的には、開放電圧推定部１３は、図２に示すように、入出力電流が時刻ｔ０で無電流となってから蓄電池２１の電圧の取得を開始し、所定取得期間Ｔが経過する時刻ｔ１まで無電流が継続したことを条件として、経時的に複数取得した電圧値、すなわち電圧の経時変化に基づいて開放電圧を推定するようになっている。ここで、図２において蓄電池２１の電圧は、時刻ｔ０に無電流となってから分極が解消されて時刻ｔ２に開放電圧に到達するまでに曲線４２を描いて上昇する。第１開放電圧推定部１３は、この曲線４２に対応する近似式を予め記憶しておき、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの所定取得期間Ｔの間に経時的に取得した電圧をこの近似式に当てはめることで、第１開放電圧を推定している。
また、第１開放電圧推定部１３は、蓄電池温度取得部１４と所定取得期間設定部１５を備えており、この蓄電池温度取得部１４によって温度センサ２０から出力された蓄電池温度を取得し、取得した蓄電池温度に基づいて所定取得期間設定部１５によって所定取得期間の設定を行うようになっている。ここで、蓄電池温度と所定取得期間との相関は、図３に示すように所定取得期間設定マップに定められている。図３の所定取得期間設定マップでは、蓄電池２１の温度が低いほど所定取得期間が長く設定されるように相関曲線４３が定められている。
また、第１開放電圧推定部１３は、蓄電池温度取得部１４と所定取得期間設定部１５を備えており、この蓄電池温度取得部１４によって温度センサ２０から出力された蓄電池温度を取得し、取得した蓄電池温度に基づいて所定取得期間設定部１５によって所定取得期間の設定を行うようになっている。ここで、蓄電池温度と所定取得期間との相関は、図３に示すように所定取得期間設定マップに定められている。図３の所定取得期間設定マップでは、蓄電池２１の温度が低いほど所定取得期間が長く設定されるように相関曲線４３が定められている。
第２開放電圧推定部１６は、蓄電池２１への入出力電流があるとき、蓄電池２１の電圧および入出力電流から求まる回帰直線に基づいて、蓄電池２１の開放電圧（以下、第２開放電圧ともいう）を推定するようになっている。
具体的には、第２開放電圧推定部１６は、蓄電池２１への入出力電流がある状態で、電圧センサ１８から出力された電圧と、電流センサ１９から出力された入出力電流とを複数取得し、取得した複数の電圧および入出力電流から図４に示すように回帰直線４４を最小二乗法等により求め、この回帰直線４４上で電流が０（零）のときの電圧を第２開放電圧として推定している。なお、第２開放電圧は、蓄電池２１の内部抵抗を考慮して推定されるようになっている。
具体的には、第２開放電圧推定部１６は、蓄電池２１への入出力電流がある状態で、電圧センサ１８から出力された電圧と、電流センサ１９から出力された入出力電流とを複数取得し、取得した複数の電圧および入出力電流から図４に示すように回帰直線４４を最小二乗法等により求め、この回帰直線４４上で電流が０（零）のときの電圧を第２開放電圧として推定している。なお、第２開放電圧は、蓄電池２１の内部抵抗を考慮して推定されるようになっている。
記憶部１７は、充電状態算出装置１０への停止要求が上位コントローラ２６からあった場合に、稼働時充電状態算出部３６によって算出済みの直近の稼働時充電状態と、第１開放電圧推定部１３によって推定された第１開放電圧と、を記憶するようになっている。また、第１開放電圧推定部１３が第１開放電圧を推定できなかった場合、記憶部１７は、第１開放電圧が推定不可であったことを記憶するようになっている。
次に、初回充電状態算出部１１の詳細な構成について説明する。初回充電状態算出部１１は、第１充電状態算出部３１、第２充電状態算出部３２、第３充電状態決定部３３、重み付け係数設定部３４、合成部３５を備えており、これらによって装置起動時の蓄電池２１の初回充電状態を算出するようになっている。ここで、装置起動時とは、充電状態算出装置１０が、停止している状態から起動要求に応じて起動する時のことである。
具体的には、第１充電状態算出部３１は、記憶部１７から読み出した第１開放電圧に基づいて蓄電池２１の充電状態（以下、第１充電状態という）を算出するようになっている。一方、第２充電状態算出部３２は、第２開放電圧推定部１６によって推定された第２開放電圧に基づいて蓄電池２１の充電状態（以下、第２充電状態という）を算出するようになっている。
ここで、蓄電池２１の開放電圧と充電状態との間には、図５に示すように開放電圧が高いほど充電状態も高くなるという相関曲線４１が成り立つ。第１充電状態算出部３１、第２充電状態算出部３２は、この相関曲線４１に基づいて開放電圧から充電状態を算出している。
具体的には、第１充電状態算出部３１は、記憶部１７から読み出した第１開放電圧に基づいて蓄電池２１の充電状態（以下、第１充電状態という）を算出するようになっている。一方、第２充電状態算出部３２は、第２開放電圧推定部１６によって推定された第２開放電圧に基づいて蓄電池２１の充電状態（以下、第２充電状態という）を算出するようになっている。
ここで、蓄電池２１の開放電圧と充電状態との間には、図５に示すように開放電圧が高いほど充電状態も高くなるという相関曲線４１が成り立つ。第１充電状態算出部３１、第２充電状態算出部３２は、この相関曲線４１に基づいて開放電圧から充電状態を算出している。
第３充電状態決定部３３は、第１充電状態および第２充電状態の一方を蓄電池２１の第３充電状態として決定するようになっている。本実施形態では、第３充電状態決定部３３は、第１充電状態および第２充電状態のうち小さい方を蓄電池２１の第３充電状態として決定するようになっている。すなわち、第３充電状態をＳＯＣｖ、第１充電状態をＳＯＣｖｉ、第２充電状態をＳＯＣｖｖとしたとき、第３充電状態決定部３３は、第３充電状態ＳＯＣｖを、ＳＯＣｖ＝ｍｉｎ｛ＳＯＣ（ｖｉ），ＳＯＣ（ｖｖ）｝の数式から求めている。
重み付け係数設定部３４は、第１充電状態と第２充電状態との差に基づいて重み付け係数を設定するようになっている。具体的には、重み付け係数設定部３４は、第１充電状態と第２充電状態との差の絶対値を算出し、図６に示す重み付け係数設定マップを参照することで、重み付け係数を設定している。図６の重み付け係数設定マップでは、第１充電状態と第２充電状態との差の絶対値｜ＳＯＣｖｉ−ＳＯＣｖｖ｜が０（零）のときは重み付け係数αが所定の上限値（例えば０．８）であり、この差の絶対値｜ＳＯＣｖｉ−ＳＯＣｖｖ｜が大きくなるほど重み付け係数αが所定値の下限値（例えば０．３）に向かって２次関数的に減少するように相関が定められている。
ここで、第１充電状態と第２充電状態との差の絶対値｜ＳＯＣｖｉ−ＳＯＣｖｖ｜が大きいときは第３充電状態の信頼性が低く、第１充電状態と第２充電状態との差の絶対値｜ＳＯＣｖｉ−ＳＯＣｖｖ｜が小さいときは第３充電状態の信頼性が高いといえる。このため、本実施形態では、図６の重み付け係数設定マップにおいて、第１充電状態と第２充電状態との差が大きくなるほど稼働時充電状態の重みが大きく、第１充電状態と第２充電状態との差が小さいほど第３充電状態の重みが大きくなるように重み付け係数を設定している。
また、重み付け係数設定部３４は、記憶部１７に第１開放電圧が記憶されておらず、第１開放電圧が推定不可であったことが記憶されている場合は、図６の重み付け係数設定マップを参照することなく、重み付け係数αを０（零）に設定するようになっている。重み付け係数αが０（零）に設定されると第３充電状態の重みが０（零）となるため、後述する合成部３５による重み付け合成の結果は稼働時充電状態となる。
ここで、第１充電状態と第２充電状態との差の絶対値｜ＳＯＣｖｉ−ＳＯＣｖｖ｜が大きいときは第３充電状態の信頼性が低く、第１充電状態と第２充電状態との差の絶対値｜ＳＯＣｖｉ−ＳＯＣｖｖ｜が小さいときは第３充電状態の信頼性が高いといえる。このため、本実施形態では、図６の重み付け係数設定マップにおいて、第１充電状態と第２充電状態との差が大きくなるほど稼働時充電状態の重みが大きく、第１充電状態と第２充電状態との差が小さいほど第３充電状態の重みが大きくなるように重み付け係数を設定している。
また、重み付け係数設定部３４は、記憶部１７に第１開放電圧が記憶されておらず、第１開放電圧が推定不可であったことが記憶されている場合は、図６の重み付け係数設定マップを参照することなく、重み付け係数αを０（零）に設定するようになっている。重み付け係数αが０（零）に設定されると第３充電状態の重みが０（零）となるため、後述する合成部３５による重み付け合成の結果は稼働時充電状態となる。
合成部３５は、第３充電状態と記憶部１７から読み出した稼働時充電状態とを重み付け係数αを用いて重み付け合成することで初回充電状態を算出するようになっている。具体的には、第３充電状態をＳＯＣｖ、稼働時充電状態をＳＯＣｍとしたとき、合成により得られる充電状態ＳＯＣは、ＳＯＣ＝（１−α）ＳＯＣｍ＋α・ＳＯＣｖの数式から算出される。
初回充電状態算出部１１は、上位コントローラ２６から充電状態算出装置１０に対して起動要求があった場合に、第１充電状態の算出、第２充電状態の算出、第３充電状態の決定、重み付け係数の設定、重み付け合成を行い、重み付け合成により得られた充電状態を初回充電状態として上位コントローラ２６および稼働時充電状態算出部３６に出力するようになっている。
初回充電状態算出部１１は、上位コントローラ２６から充電状態算出装置１０に対して起動要求があった場合に、第１充電状態の算出、第２充電状態の算出、第３充電状態の決定、重み付け係数の設定、重み付け合成を行い、重み付け合成により得られた充電状態を初回充電状態として上位コントローラ２６および稼働時充電状態算出部３６に出力するようになっている。
なお、車両停車時等のように蓄電池２１への入出力電流が無電流ではないが無電流とみなせる程度の所定電流値以下となる状態（みなし無電流状態）であることを条件として、無電流判定部１２が、無電流と判定するとともに、合成部３５が、充電状態算出装置１０への起動要求の有無に関わらずに稼働時充電状態と第３充電状態とを重み付け合成することで初回充電状態を算出するようにしてもよい。この場合、算出された初回充電状態を初期値として、稼働時充電状態算出部３６が稼働時充電状態を算出する。
具体的には、初回充電状態算出部１１が上位コントローラ２６に前回出力した初回充電状態をＳＯＣｐ、稼働時充電状態算出部３６が電流積算により算出した充電状態変化量をΔＳＯＣｉ、第３充電状態をＳＯＣｖ、重み付け係数をβとしたとき、合成部３５は、（１−β）（ＳＯＣｐ＋ΔＳＯＣｉ）＋β・ＳＯＣｖの数式を用いた重み付け合成を行うことで初回充電状態を算出する。なお、重み付け係数βは、重み付け係数αと同様に、第１充電状態と第２充電状態との差が大きいほど値が大きくなるように設定される。
具体的には、初回充電状態算出部１１が上位コントローラ２６に前回出力した初回充電状態をＳＯＣｐ、稼働時充電状態算出部３６が電流積算により算出した充電状態変化量をΔＳＯＣｉ、第３充電状態をＳＯＣｖ、重み付け係数をβとしたとき、合成部３５は、（１−β）（ＳＯＣｐ＋ΔＳＯＣｉ）＋β・ＳＯＣｖの数式を用いた重み付け合成を行うことで初回充電状態を算出する。なお、重み付け係数βは、重み付け係数αと同様に、第１充電状態と第２充電状態との差が大きいほど値が大きくなるように設定される。
次に、図７を参照して充電状態算出装置１０の動作を説明する。図７のフローチャートは、充電状態算出装置１０が起動している状態から停止し、更に装置起動時に初回充電状態の算出を行うまでの動作を示すものである。
まず、充電状態算出装置１０は、蓄電池２１への入出力電流がある状態で、蓄電池２１の複数の電圧値および入出力電流値を取得する（ステップＳ１）。次いで、充電状態算出装置１０は、上位コントローラ２６からの停止要求の有無を判別し（ステップＳ２）、停止要求があった場合、初回充電状態算出部１１によって算出済みの直近の充電状態を稼働時充電状態として記憶部１７に記憶させる（ステップＳ３）。ステップＳ２で停止要求がなかったと判別した場合、充電状態算出装置１０は、処理をステップＳ１に戻す。
まず、充電状態算出装置１０は、蓄電池２１への入出力電流がある状態で、蓄電池２１の複数の電圧値および入出力電流値を取得する（ステップＳ１）。次いで、充電状態算出装置１０は、上位コントローラ２６からの停止要求の有無を判別し（ステップＳ２）、停止要求があった場合、初回充電状態算出部１１によって算出済みの直近の充電状態を稼働時充電状態として記憶部１７に記憶させる（ステップＳ３）。ステップＳ２で停止要求がなかったと判別した場合、充電状態算出装置１０は、処理をステップＳ１に戻す。
次いで、充電状態算出装置１０は、ステップＳ１で取得した複数の電圧値および入出力電流値に基づいて蓄電池２１の第２開放電圧を推定する（ステップＳ４）。次いで、充電状態算出装置１０は、ステップＳ４で推定した第２開放電圧に基づく蓄電池２１の第２充電状態を、第２充電状態算出部３２によって算出し（ステップＳ５）、算出した第２充電状態を記憶部１７に記憶させる（ステップＳ６）。
次いで、充電状態算出装置１０は、所定取得期間を所定取得期間設定部１５によって設定する（ステップＳ７）。ここで、所定取得期間設定部１５は、蓄電池温度取得部１４が取得した蓄電池温度に基づいて所定取得期間を設定する。
次いで、充電状態算出装置１０は、無電流判定部１２によって無電流状態であるか否かを判別し（ステップＳ８）、無電流状態であると判別した場合、電圧センサ１８からの電圧を取得し（ステップＳ９）、無電流状態が所定取得期間継続したか否かを判別する（ステップＳ１０）。
次いで、充電状態算出装置１０は、所定取得期間を所定取得期間設定部１５によって設定する（ステップＳ７）。ここで、所定取得期間設定部１５は、蓄電池温度取得部１４が取得した蓄電池温度に基づいて所定取得期間を設定する。
次いで、充電状態算出装置１０は、無電流判定部１２によって無電流状態であるか否かを判別し（ステップＳ８）、無電流状態であると判別した場合、電圧センサ１８からの電圧を取得し（ステップＳ９）、無電流状態が所定取得期間継続したか否かを判別する（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０で無電流状態が所定取得期間継続したと判別した場合、充電状態算出装置１０は、ステップＳ９で取得した電圧に基づいて、第１開放電圧推定部１３によって第１開放電圧を推定し、この第１開放電圧を記憶部１７に記憶させる（ステップＳ１１）。
充電状態算出装置１０は、ステップＳ８で無電流状態ではないと判別した場合、およびステップＳ１０で無電流状態が所定取得期間継続していないと判別した場合、第１開放電圧の推定が不可能であったことを記憶部１７に記憶し（ステップＳ１７）、ステップＳ１２に処理を移行する。充電状態算出装置１０は、ステップＳ１１で第１開放電圧を記憶部１７に記憶させた後、動作を停止するとともに、上位コントローラ２６からの起動要求の有無の判別のみを行う休止状態となる。
次いで、充電状態算出装置１０は、上位コントローラ２６からの起動要求の有無を判別し（ステップＳ１２）、起動要求があった場合、記憶部１７から第１開放電圧を読み出し、この第１開放電圧に基づく第１充電状態を、第１充電状態算出部３１によって算出する（ステップＳ１３）。
次いで、充電状態算出装置１０は、ステップＳ１３で算出された第１充電状態およびステップＳ５で算出された第２充電状態の一方を、第３充電状態決定部３３によって蓄電池２１の第３充電状態として決定する（ステップＳ１４）。
次いで、充電状態算出装置１０は、ステップＳ１３で算出された第１充電状態およびステップＳ５で算出された第２充電状態の一方を、第３充電状態決定部３３によって蓄電池２１の第３充電状態として決定する（ステップＳ１４）。
次いで、充電状態算出装置１０は、ステップＳ１３で算出された第１充電状態とステップＳ５で算出された第２充電状態との差に基づいて、重み付け係数設定部３４によって重み付け係数を設定する（ステップＳ１５）。
次いで、充電状態算出装置１０は、ステップＳ１４で決定された第３充電状態と記憶部１７から読み出した稼働時充電状態とを、合成部３５によって重み付け係数を用いて重み付け合成して初回充電状態を算出する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６で算出された初回充電状態は、上位コントローラ２６に出力されるとともに、稼働時充電状態算出部３６に出力される。稼働時充電状態算出部３６では、入力された初回充電状態を初期値として、蓄電池２１への入出力電流を積算することで稼働時充電状態を算出する。
このように、本実施形態は、記憶部１７から読み出した第１開放電圧に基づいて第１充電状態算出部３１が第１充電状態を算出し、第２開放電圧推定部によって推定された第２開放電圧に基づいて第２充電状態算出部３２が第２充電状態を算出し、第１充電状態および第２充電状態の一方を第３充電状態決定部３３が第３充電状態として決定し、第１充電状態と第２充電状態との差が大きくなるほど稼働時充電状態の重みが大きく、差が小さいほど第３充電状態の重みが大きくなるように、第３充電状態と稼働時充電状態との重み付け合成用の重み付け係数を重み付け係数設定部３４が設定し、第３充電状態と記憶部１７から読み出した稼働時充電状態とを重み付け係数を用いて合成部３５が重み付け合成することで、初回充電状態を算出している。
この構成により、充電状態算出装置１０の稼働中に初回充電状態を初期値として蓄電池２１への入出力電流を積算することで稼働時充電状態が算出されるため、稼働時充電状態は一定の信頼性を有する。また、算出手法の互いに異なる第１充電状態と第２充電状態との差が大きいため第３充電状態の信頼性が低い場合は、第３充電状態の重み付け合成時の重みが小さくなる。このため、信頼性が低く重みの小さい第３充電状態と一定の信頼性を有する重みの大きい稼働時充電状態とを重み付け合成することで、充電状態算出装置１０の起動時の初回充電状態を精度良く算出することができる。また、第１充電状態と第２充電状態との差が小さく第３充電状態の信頼性が高い場合は、第３充電状態の重み付け合成時の重みが大きくなるため、信頼性が高く重みの大きい第３充電状態と一定の信頼性を有する重みの小さい稼働時充電状態とを重み付け合成することで、充電状態算出装置１０の起動時の初回充電状態を精度良く算出することができる。また、充電状態算出装置への停止要求があったときに第１開放電圧を推定して記憶部に記憶しておき、この第１開放電圧を装置起動後に記憶部から読み出すことで第１充電状態を算出しているため、装置起動後に第１開放電圧の推定のための所定測定時間が不要になり、装置起動後の初回充電状態の算出を短時間で行うことができる。したがって、充電状態算出装置１０は装置起動時の初回の充電状態の算出を精度良く短時間で行うことができる。
また、本実施形態は、第１開放電圧推定部１３が蓄電池温度取得部１４と所定取得期間設定部１５を備え、所定取得期間設定部１５は、蓄電池２１の温度が低いほど所定取得期間を長く設定している。
この構成により、蓄電池２１の温度が低く分極解消に要する時間が長い場合は、蓄電池２１の電圧を取得する所定取得期間を長く設定することで装置起動時の蓄電池２１の初回充電状態を精度良く算出することができるとともに、蓄電池２１の温度が高い場合は所定取得期間を短く設定することで初回充電状態を短時間に算出することができる。
この構成により、蓄電池２１の温度が低く分極解消に要する時間が長い場合は、蓄電池２１の電圧を取得する所定取得期間を長く設定することで装置起動時の蓄電池２１の初回充電状態を精度良く算出することができるとともに、蓄電池２１の温度が高い場合は所定取得期間を短く設定することで初回充電状態を短時間に算出することができる。
また、本実施形態は、初回充電状態算出部１１は、第１充電状態および第２充電状態のうち小さい方を第３充電状態決定部３３により第３充電状態として決定している。
この構成により、第１充電状態および第２充電状態のうち小さい方を第３充電状態として決定し、この第３充電状態と稼働時充電状態との重み付け合成により装置起動時の初回充電状態が算出されるため、実際より高い値に初回充電状態が誤算出されることを抑制することができる。
この構成により、第１充電状態および第２充電状態のうち小さい方を第３充電状態として決定し、この第３充電状態と稼働時充電状態との重み付け合成により装置起動時の初回充電状態が算出されるため、実際より高い値に初回充電状態が誤算出されることを抑制することができる。
また、本実施形態は、初回充電状態算出部１１は、第１充電状態算出部３１が記憶部１７から第１開放電圧を読み込むことができなかった場合に、合成部３５による重み付け合成の結果が稼働時充電状態となるように、重み付け係数設定部３４により重み付け係数を設定している。
この構成により、第１開放電圧推定部１３により第１開放電圧が推定できなかったために記憶部１７に第１開放電圧が記憶されなかった場合、停止要求時に記憶部１７に記憶された稼働時充電状態が、合成部３５による重み付け合成の結果となるため、装置停止時に第１開放電圧が推定できなかった場合であっても装置起動時の充電容量の算出精度が損なわれることを抑制することができる。
この構成により、第１開放電圧推定部１３により第１開放電圧が推定できなかったために記憶部１７に第１開放電圧が記憶されなかった場合、停止要求時に記憶部１７に記憶された稼働時充電状態が、合成部３５による重み付け合成の結果となるため、装置停止時に第１開放電圧が推定できなかった場合であっても装置起動時の充電容量の算出精度が損なわれることを抑制することができる。
また、本実施形態は、蓄電池２１への入出力電流が予め定めた所定電流値以下となった場合に無電流と判定する無電流判定部１２を備え、無電流判定部１２により蓄電池２１への入出力電流が所定取得期間継続して無電流と判定されたとき、第１開放電圧推定部１３は第１開放電圧を推定している。
この構成により、装置起動時に蓄電池２１への入出力電流が無電流ではないが所定電流値以下となる状態においても、初回充電状態を精度良く算出することができる。
この構成により、装置起動時に蓄電池２１への入出力電流が無電流ではないが所定電流値以下となる状態においても、初回充電状態を精度良く算出することができる。
また、本実施形態は、初回充電状態算出部１１は、充電状態算出装置１０への起動要求の有無に関わらず、蓄電池２１への入出力電流が所定取得期間継続して無電流であると無電流判定部１２によって判定されたとき、第３充電状態と稼働時充電状態とを重み付け係数を用いて合成部３５によって重み付け合成することで初回充電状態を算出している。
この構成により、蓄電池２１への入出力電流が無電流ではないが所定電流値以下となる車両停車時等の状態においても、第３充電状態と稼働時充電状態とが合成部３５によって重み付け合成されて初回充電状態が精度良く算出され、この初回充電状態を初期値として稼働時充電状態算出部３６によって稼働時充電状態が算出される。したがって、蓄電池２１への入出力電流が所定電流値以下となる車両停車時等に初回充電状態が算出されることで、稼働時充電状態に含まれる電流積算の誤差が解消されるので、稼働時充電状態を精度良く算出することができる。
この構成により、蓄電池２１への入出力電流が無電流ではないが所定電流値以下となる車両停車時等の状態においても、第３充電状態と稼働時充電状態とが合成部３５によって重み付け合成されて初回充電状態が精度良く算出され、この初回充電状態を初期値として稼働時充電状態算出部３６によって稼働時充電状態が算出される。したがって、蓄電池２１への入出力電流が所定電流値以下となる車両停車時等に初回充電状態が算出されることで、稼働時充電状態に含まれる電流積算の誤差が解消されるので、稼働時充電状態を精度良く算出することができる。
以上、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
１０…充電状態算出装置、１１…起動時充電状態算出部、１２…無電流判定部、１３…第１開放電圧推定部、１４…蓄電池温度取得部、１５…所定取得期間設定部、１６…第２開放電圧推定部、１７…記憶部、３１…第１充電状態算出部、３２…第２充電状態算出部、３３…第３充電状態設定部、３４…重み付け係数設定部、３５…合成部、３６…稼働時充電状態算出部、２１…蓄電池
上位コントローラ２６は、所謂ボディーＥＣＵ（Electric Control Unit）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）から構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭを作業領域としてＣＰＵが実行することで車両１の全体的な制御を行うようになっている。本実施形態では、上位コントローラ２６は、イグニッションキー２７からイグニッションオフ信号が入力されると、充電状態算出装置１０に停止要求を出力するとともに、イグニッションキー２７からイグニッションオン信号が入力されると充電状態算出装置１０に起動要求を出力するようになっている。ここで、起動要求とは充電状態算出装置１０の起動を要求する信号であり、停止要求とは充電状態算出装置１０の動作停止を要求する信号である。
Claims (6)
- 蓄電池の充電状態を算出する充電状態算出装置であって、
前記充電状態算出装置への起動要求があったとき、前記蓄電池の充電状態を初回充電状態として算出する初回充電状態算出部と、
前記初回充電状態を初期値として前記蓄電池への入出力電流を積算することで、前記充電状態算出装置の起動後の前記蓄電池の充電状態を稼働時充電状態として算出する稼働時充電状態算出部と、
前記蓄電池への入出力電流が予め定めた所定取得期間継続して無電流となったとき、前記所定取得期間における前記蓄電池の電圧の経時変化を近似式に当てはめることで、前記蓄電池の開放電圧を第１開放電圧として推定する第１開放電圧推定部と、
前記蓄電池への入出力電流があるとき、前記蓄電池の電圧および前記入出力電流から求まる回帰直線に基づいて、前記蓄電池の開放電圧を第２開放電圧として推定する第２開放電圧推定部と、
前記充電状態算出装置への停止要求があったとき、前記稼働時充電状態および前記第１開放電圧を記憶する記憶部と、を備え、
前記初回充電状態算出部は、
前記記憶部から読み出した前記第１開放電圧に基づいて、前記蓄電池の充電状態を第１充電状態として算出する第１充電状態算出部と、
前記第２開放電圧推定部によって推定された前記第２開放電圧に基づいて、前記蓄電池の充電状態を第２充電状態として算出する第２充電状態算出部と、
前記第１充電状態および前記第２充電状態の一方を第３充電状態として決定する第３充電状態決定部と、
前記第１充電状態と前記第２充電状態との差に基づき、前記差が大きくなるほど前記稼働時充電状態の重みが大きく、前記差が小さいほど前記第３充電状態の重みが大きくなるように、前記第３充電状態と前記稼働時充電状態との重み付け合成用の重み付け係数を設定する重み付け係数設定部と、
前記第３充電状態と前記記憶部から読み出した前記稼働時充電状態とを前記重み付け係数を用いて重み付け合成することで前記初回充電状態を算出する合成部と、を有することを特徴とする充電状態算出装置。 - 前記第１開放電圧推定部は、
前記蓄電池の温度を取得する蓄電池温度取得部と、
前記所定取得期間を設定する所定取得期間設定部と、を備え、
前記所定取得期間設定部は、前記蓄電池の温度が低いほど前記所定取得期間を長く設定することを特徴とする請求項１に記載の充電状態算出装置。 - 前記第３充電状態決定部は、前記第１充電状態および前記第２充電状態のうち小さい方を前記第３充電状態として決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電状態算出装置。
- 前記第１充電状態算出部が前記記憶部から前記第１開放電圧を読み出すことができなかった場合に、前記重み付け係数設定部は、前記合成部による重み付け合成の結果が前記稼働時充電状態となるように、前記重み付け係数を設定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の充電状態算出装置。
- 前記蓄電池への入出力電流が予め定めた所定電流値以下となった場合に無電流と判定する無電流判定部を備え、
前記無電流判定部により前記蓄電池への入出力電流が前記所定取得期間継続して無電流と判定されたとき、前記第１開放電圧推定部は前記第１開放電圧を推定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の充電状態算出装置。 - 前記初回充電状態算出部は、前記充電状態算出装置への起動要求の有無に関わらず、前記蓄電池への入出力電流が前記所定取得期間継続して無電流であると前記無電流判定部によって判定されたとき、前記第３充電状態と前記稼働時充電状態とを前記重み付け係数を用いて前記合成部によって重み付け合成することで前記初回充電状態を算出することを特徴とする請求項５に記載の充電状態算出装置。
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