JP2015121444A - 蓄電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】分極が発生していても、満充電容量の推定精度を向上させることができる蓄電システムを提供する。
【解決手段】所定電力での外部充電を開始してからの経過時間が所定時間以上であるとき、外部充電を一時的に停止した状態で第1の電圧値を検出する。外部充電を再開して再び停止したときには、第2の電圧値を検出する。第1の電圧値に対応する変化率と、第2の電圧値に対応する変化率との差が許容値以下であるとき、第1の電圧値に対応する第1SOCと、第2の電圧値に対応する第2SOCとの間の変化量と、外部充電を再開してから再び停止するまでの電流値の積算値とから満充電容量を算出する。第1の電圧値および第2の電圧値からそれぞれ算出されるSOCの差を示す変化量は、OCVから算出されるSOCの変化量と略等しくなる。このため、第1の電圧値および第2の電圧値から満充電容量を算出しても、満充電容量の算出精度を確保できる。
【選択図】図4

Description

本発明は、蓄電装置の満充電容量を算出する蓄電システムに関する。
特許文献1では、外部電源からの電力を用いて組電池の充電(外部充電という)を行ったとき、組電池の満充電容量を算出(推定)している。ここで、外部充電の開始時および終了時における組電池のSOC(State of Charge)と、外部充電を行っている間の電流積算値とに基づいて、組電池の満充電容量が算出される。SOCおよびOCV(Open Circuit Voltage)は所定の対応関係があるため、組電池のSOCは、組電池のOCVから算出することができる。
特開2013−101072号公報 特開2012−132761号公報 特開2013−108919号公報
組電池の充放電に伴う分極が発生しているとき、電圧センサによって検出される組電池の電圧値(検出電圧値という)には、分極に伴う電圧変化量が含まれる。このため、検出電圧値は、分極に伴う電圧変化量の分だけ、OCVからずれてしまう。
このため、分極に伴う電圧変化量が含まれた検出電圧値に基づいて、組電池のSOCを算出(推定)してしまうと、SOCの推定精度が低下してしまう。また、推定精度が低下したSOCに基づいて、組電池の満充電容量を算出(推定)してしまうと、満充電容量の推定精度も低下してしまう。
本発明の蓄電システムは、外部電源からの電力を用いた充電(外部充電という)が行われる蓄電装置と、蓄電装置の電圧値を検出する電圧センサと、蓄電装置の電流値を検出する電流センサと、蓄電装置の満充電容量を算出するコントローラと、を有する。コントローラは、所定電力での外部充電を開始してからの経過時間が所定時間以上であるとき、外部充電を一時的に停止した状態において、電圧センサによって第1の電圧値を検出する。所定時間とは、所定電力での外部充電時の分極に伴う電圧変化量が収束するまでの時間である。また、コントローラは、外部充電を一時的に停止した後に、所定電力での外部充電を再開し、外部充電を再び停止したときに、電圧センサによって第2の電圧値を検出する。
コントローラは、蓄電装置のOCVおよびSOCの対応関係を用いて、第1SOCおよび第2SOCを算出する。第1SOCとは、第1の電圧値をOCVとみなしたときに、第1の電圧値に対応する蓄電装置のSOCである。第2SOCとは、第2の電圧値をOCVとみなしたときに、第2の電圧値に対応する蓄電装置のSOCである。
コントローラは、第1の電圧値に対応する変化率と、第2の電圧値に対応する変化率との差が許容値以下であるとき、蓄電装置の満充電容量を算出する。変化率とは、OCVおよびSOCの対応関係から特定され、SOCの変化量に対するOCVの変化量の割合を示す。満充電容量は、外部充電を再開してから再び停止するまでの電流値の積算値と、第1SOCおよび第2SOCの間における変化量とから算出される。
本発明において、第1の電圧値および第2の電圧値を検出するときには、所定電力での外部充電に伴う分極が発生している。ここで、本発明によれば、所定電力での外部充電に伴う分極が発生し、第1の電圧値および第2の電圧値のそれぞれがOCVからずれていても、満充電容量の算出精度(推定精度)を確保することができる。以下、具体的に説明する。
まず、所定電力での外部充電を一時的に停止したときのOCV(第1の電圧値に対応する第1のOCV)と、所定電力での外部充電を再開して再び停止したときのOCV(第2の電圧値に対応する第2のOCV)とを取得すれば、満充電容量の算出精度を確保することができる。具体的には、第1のOCVおよび第2のOCVからそれぞれ算出されるSOCの差を示す変化量と、外部充電を再開して再び停止するまでの電流値の積算値とに基づいて、満充電容量を算出すれば、満充電容量の算出精度を確保できる。
本発明では、第1の電圧値や第2の電圧値が第1のOCVや第2のOCVからずれていても、第1の電圧値および第2の電圧値からそれぞれ算出されるSOCの差を示す変化量を、第1のOCVおよび第2のOCVからそれぞれ算出されるSOCの差を示す変化量と略等しくしている。ここで、外部充電を再開して再び停止するまでの電流値の積算値は同じである。したがって、第1の電圧値および第2の電圧値から算出される満充電容量は、第1のOCVおよび第2のOCVから算出される満充電容量と略等しくなる。このため、第1の電圧値および第2の電圧値から満充電容量を算出しても、満充電容量の算出精度を確保できる。
SOCの変化量を略等しくさせることについて、以下に説明する。経過時間が所定時間以上であることを確認すれば、所定電力での外部充電時の分極に伴う電圧変化量が収束していることを確認できる。このとき、第1の電圧値に含まれる電圧変化量(第1の電圧値および第1のOCVの差)は、第2の電圧値に含まれる電圧変化量(第2の電圧値および第2のOCVの差)と等しくなる。
ここで、本発明では、第1の電圧値に対応する変化率と、第2の電圧値に対応する変化率との差が許容値以下であることを確認している。この差が許容値以下であるとき、第1の電圧値に対応する第1SOCと、第1のOCVに対応するSOCとの間のずれ量は、第2の電圧値に対応する第2SOCと、第2のOCVに対応するSOCとの間のずれ量と略等しくなる。また、外部充電を行っているため、電圧値(第1の電圧値および第2の電圧値)に対応するSOC(第1SOCおよび第2SOC)は、OCV(第1のOCVおよび第2のOCV)に対応するSOCに対して同一方向にずれる。
したがって、第1の電圧値および第2の電圧値からそれぞれ算出されるSOCの差を示す変化量は、第1のOCVおよび第2のOCVからそれぞれ算出されるSOCの差を示す変化量と略等しくなる。これに伴い、上述したように、所定電力での外部充電に伴う分極が発生している状態であっても、満充電容量の算出精度を確保することができる。
所定電力での外部充電を開始したときの蓄電装置の温度が高いほど、電圧変化量が収束しやすくなるため、所定時間を短くすることができる。蓄電装置の温度は、温度センサによって検出することができる。所定時間を短くするほど、外部充電を一時的に停止させるまでの時間が短くなる。
外部充電を一時的に停止させるまでの時間が短くなるほど、外部充電を再開して再び停止するまでの時間を長くすることができる。これに伴い、外部充電を再開してから再び停止するまでの間において、電流値の積算値を大きくしたり、蓄電装置のSOCの変化量を大きくしたりすることができる。
電流値の積算値やSOCの変化量が小さくなるほど、満充電容量の算出精度が低下しやすくなる。このため、電流値の積算値やSOCの変化量を大きくすることにより、満充電容量の算出精度を向上させることができる。
所定電力が低いほど、電圧変化量が収束しやすくなるため、所定時間を短くすることができる。所定時間を短くすることにより、上述したように、電流値の積算値やSOCの変化量を大きくして、満充電容量の算出精度を向上させることができる。
蓄電装置の充放電を停止した状態から所定電力での外部充電を開始するときにおいて、分極が既に発生していると、外部充電時の分極に伴う電圧変化量が収束するまでの時間が長くなりやすい。このため、外部充電を開始するときの分極状態を把握することが好ましい。外部充電を開始するときの分極状態を考慮して所定時間を設定することにより、外部充電を開始するときに分極が既に発生していても、外部充電時の分極に伴う電圧変化量が収束しているか否かを判別できる。
ここで、外部充電を開始する前において蓄電装置の充放電を停止している時間(放置時間という)が長いほど、分極が解消されやすくなる。そこで、放置時間が長くなるほど、所定時間を短くすることができる。また、蓄電装置の充放電を停止した状態から所定電力での外部充電を開始するときにおいて、充放電を停止しているときの蓄電装置の温度が高いほど、分極が解消されやすくなる。そこで、この蓄電装置の温度が高いほど、所定時間を短くすることができる。このように所定時間を短くすることにより、電圧変化量が収束しているか否かを判別できるまでの時間が必要以上に延びてしまうことを抑制できる。また、所定時間を短くすることにより、上述したように、電流値の積算値やSOCの変化量を大きくして、満充電容量の算出精度を向上させることができる。
電流センサのオフセット値を取得するために、外部充電を一時的に停止することがある。この場合には、外部充電が一時的に停止しているときに、経過時間が所定時間以上であることに応じて、第1の電圧値を検出することができる。また、電流センサのオフセット値を取得するために外部充電を一時的に停止しているときに、第2の電圧値を検出することができる。これにより、オフセット値を取得するタイミングに合わせて、第1の電圧値や第2の電圧値を検出することができる。
一方、外部充電を終了したときに、第2の電圧値を検出することができる。これにより、外部充電を終了する前に、外部充電を一時的に停止して第2の電圧値を検出する場合に比べて、電流値の積算値やSOCの変化量を大きくすることができる。これに伴い、満充電容量の算出精度を向上させることができる。
電池システムの構成を示す図である。 OCVおよびSOCの対応関係(OCVカーブ)を示す図である。 外部充電時の分極に伴う電圧変化量が収束する状態を説明する図である。 実施例1において、組電池の満充電容量を算出する処理を説明するフローチャートである。 組電池のSOCの挙動を示す図である。 組電池のSOCの挙動を示す図である。 外部充電時の電池温度および所定時間の対応関係を示す図である。 充電電力および所定時間の対応関係を示す図である。 実施例2において、組電池の満充電容量を算出する処理を説明するフローチャートである。 放置時間および所定時間の対応関係を示す図である。 放置中の電池温度および所定時間の対応関係を示す図である。 実施例3において、所定時間を算出する処理を説明するフローチャートである。 実施例4において、組電池の満充電容量を算出する処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施例について説明する。
図1は、本実施例の電池システム(本発明の蓄電システムに相当する)の構成を示す図である。図1に示す電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、例えば、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)やEV(Electric Vehicle)がある。PHVは、車両を走行させるための動力源として、組電池10に加えて、エンジン又は燃料電池といった他の動力源を備えている。EVは、車両を走行させるための動力源として、組電池10だけを備えている。
なお、本実施例では、組電池10を車両に搭載しているが、これに限るものではない。すなわち、組電池10を定電流で充電することができるシステムであれば、本発明を適用することができる。
組電池(本発明の蓄電装置に相当する)10は、直列に接続された複数の単電池11を有する。単電池11としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。単電池11の数は、組電池10の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。組電池10には、並列に接続された複数の単電池11が含まれていてもよい。
電圧センサ21は、組電池10の電圧値Vbを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。電流センサ22は、組電池10の電流値Ibを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。本実施例では、組電池10を放電しているときの電流値Ibを正の値としている。また、組電池10を充電しているときの電流値Ibを負の値としている。温度センサ23は、組電池10の温度(電池温度)Tbを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。公知のように、電圧値Vb、電流値Ibおよび電池温度Tbは、組電池10の充放電を制御するために用いられる。
コントローラ30は、メモリ31およびタイマ32を有する。メモリ31は、コントローラ30が所定の処理(特に、本実施例で説明する処理)を行うための各種の情報を記憶する。タイマ32は、時間の計測に用いられる。本実施例では、メモリ31およびタイマ32が、コントローラ30に内蔵されているが、メモリ31およびタイマ32の少なくとも一方をコントローラ30の外部に設けることもできる。コントローラ30は、組電池10とは異なる電源からの電力を受けて動作することができる。この電源としては、例えば、車両に搭載された補機電池がある。ここで、組電池10の放電電力を用いて、補機電池を充電することができる。
組電池10の正極端子には、正極ラインPLが接続され、組電池10の負極端子には、負極ラインNLが接続されている。正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられている。負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gは、コントローラ30からの駆動信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。
コントローラ30には、イグニッションスイッチのオンおよびオフに関する情報が入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったとき、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンにするための駆動信号を出力する。イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオフにするための駆動信号を出力する。
組電池10は、正極ラインPLおよび負極ラインNLを介して、インバータ24と接続されている。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオンであるとき、組電池10がインバータ24と接続され、図1に示す電池システムが起動状態(Ready-On)となる。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオフであるとき、組電池10およびインバータ24の接続が遮断され、図1に示す電池システムは停止状態(Ready-Off)となる。
インバータ24は、組電池10から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ(MG)25に出力する。モータ・ジェネレータ25は、インバータ24から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギ(動力)を生成する。モータ・ジェネレータ25によって生成された運動エネルギを車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ25は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ24は、モータ・ジェネレータ25が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池10に出力する。これにより、組電池10は、回生電力を蓄えることができる。
本実施例の電池システムにおいて、組電池10およびインバータ24の間の電流経路には、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路は、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ24に出力することができる。また、昇圧回路は、インバータ24の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10に出力することができる。
組電池10の正極端子およびシステムメインリレーSMR−Bの間の正極ラインPLには、充電ラインCHL1が接続されている。組電池10の負極端子およびシステムメインリレーSMR−Gの間の負極ラインNLには、充電ラインCHL2が接続されている。充電器26は、充電ラインCHL1,CHL2に接続されている。充電器26および正極ラインPLの間の充電ラインCHL1には、充電リレーCHR−Bが設けられている。充電器26および負極ラインNLの間の充電ラインCHL2には、充電リレーCHR−Gが設けられている。
充電リレーCHR−B,CHR−Gは、コントローラ30からの駆動信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。充電器26には、充電ラインCHL1,CHL2を介してインレット(いわゆるコネクタ)27が接続されている。インレット27には、プラグ(いわゆるコネクタ)28が接続される。すなわち、プラグ28をインレット27に接続したり、プラグ28をインレット27から外したりすることができる。
プラグ28は、交流電源(本発明の外部電源に相当する)29に接続されている。交流電源29としては、例えば、商用電源を用いることができる。プラグ28および交流電源29は、車両の外側において、車両とは別に設置されている。プラグ28がインレット27に接続され、充電リレーCHR−B,CHR−Gがオンであるとき、交流電源29からの電力を用いて、組電池10を充電することができる。この充電を外部充電という。
外部充電を行うとき、充電器26は、交流電源29からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池10に出力する。また、充電器26は、交流電源29の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力を組電池10に出力することができる。コントローラ30は、充電器26の動作を制御する。外部充電では、外部充電を開始してから終了するまでの間、一定の電力で充電することもできるし、電力を変化させながら充電することもできる。
外部充電を行うシステムは、図1に示すシステムに限るものではない。具体的には、車両の外側に設置された電源(外部電源)からの電力を用いて、組電池10を充電することができるシステムであれば、本発明を適用することができる。
例えば、充電ラインCHL1は、システムメインリレーSMR−Bおよびインバータ24の間の正極ラインPLに接続することができる。また、充電ラインCHL2は、システムメインリレーSMR−Gおよびインバータ24の間の負極ラインNLに接続することができる。この場合には、外部充電を行うときに、充電リレーCHR−B,CHR−Gだけでなく、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンにする必要がある。
本実施例では、交流電源29を用いているが、交流電源29の代わりに、直流電源(本発明の外部電源に相当する)を用いることができる。この場合には、充電器26を省略することができる。また、外部電源からの電力の供給は、ケーブルを用いた電力供給に限るものではなく、いわゆる非接触方式の充電システムを用いることができる。非接触方式の充電システムでは、電磁誘導や共振現象を利用することにより、ケーブルを用いずに電力を供給することができる。非接触方式の充電システムとしては、公知の構成を適宜採用することができる。
本実施例では、外部充電を行ったときに、組電池10の満充電容量を算出(推定)している。組電池10の満充電容量は、下記式(1)に基づいて算出される。
上記式(1)において、FCCは組電池10の満充電容量である。SOC_sは、外部充電を開始するときの組電池10のSOC(State of Charge)であり、SOC_eは、外部充電を終了するときの組電池10のSOCである。ΔSOCは、外部充電に伴うSOCの変化量(SOC_sおよびSOC_eの差)である。ΣIbは、外部充電を開始してから終了するまでの間において、電流値(充電電流)Ibを積算した値(電流積算値)である。電流値Ibは、電流センサ22によって検出される。上述したように、電流値(充電電流)Ibは負の値になるが、電流積算値ΣIbを算出するときには、電流値(充電電流)Ibの絶対値が用いられる。
SOCは、満充電容量FCCに対する充電容量の割合を示す。SOCおよびOCV(Open Circuit Voltage)は対応関係があるため、この対応関係を予め求めておけば、組電池10のOCVから、組電池10のSOCを算出(推定)することができる。具体的には、電圧センサ21によって検出された電圧値Vbを用いることにより、組電池10のSOCを算出することができる。組電池10の充放電を停止しているときに電圧値Vbを検出すれば、充放電(通電)に伴う電圧変化量ΔV_irが電圧値Vbに含まれなくなり、電圧値VbはOCVに近づく。充放電に伴う電圧変化量ΔV_irとは、電流値Ibおよび組電池10の内部抵抗Rを乗算した値(Ib×R)である。
一方、組電池10の充放電を行うと分極が発生し、分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが、電圧センサ21によって検出された電圧値Vbに含まれてしまう。すなわち、電圧変化量ΔV_irが発生していなくても、分極が発生していれば、電圧変化量ΔV_dynの分だけ、電圧値VbがOCVからずれてしまう。ここで、電圧値VbがOCVからずれていても、この電圧値Vbを用いて、変化量ΔSOCの精度、言い換えれば、満充電容量FCCの精度を確保できることがある。以下、具体的に説明する。
OCVおよびSOCの対応関係を用いて、OCVからSOC(SOC_s,SOC_e)を算出(推定)することにより、これらのSOCの差として、変化量ΔSOC_1が算出される。また、電圧値Vb(電圧変化量ΔV_dynを含む)をOCVとみなせば、OCVおよびSOCの対応関係を用いて、電圧値VbからSOC(SOC_s,SOC_e)を算出(推定)できる。そして、これらのSOCの差として、変化量ΔSOC_2を算出できる。このとき、変化量ΔSOC_1,ΔSOC_2が等しくなることがある。なお、電圧値Vbは、電圧変化量ΔV_dynの分だけ、OCVからずれているため、電圧値Vbから算出されるSOCは、OCVから算出されるSOCと異なる。
この点について、図2を用いて説明する。図2では、OCVおよびSOCの対応関係(いわゆるOCVカーブ)を示している。図2において、縦軸はOCVであり、横軸はSOCである。
図2において、OCV_sは、外部充電を開始したときの組電池10のOCVであり、OCV_eは、外部充電を終了したときの組電池10のOCVである。Vb_sは、外部充電を開始したときの組電池10の電圧値であり、電圧変化量ΔV_dynを含んでいる。すなわち、電圧値Vb_sはOCV_sよりも高く、電圧値Vb_sおよびOCV_sの差が電圧変化量ΔV_dynとなる。Vb_eは、外部充電を終了したときの組電池10の電圧値であり、電圧変化量ΔV_dynを含んでいる。すなわち、電圧値Vb_eはOCV_eよりも高く、電圧値Vb_eおよびOCV_eの差が電圧変化量ΔV_dynとなる。
SOC_s1は、図2に示すOCVカーブにおいて、OCV_sに対応したSOCである。SOC_s2は、図2に示すOCVカーブにおいて、電圧値Vb_sに対応したSOCであり、SOC_s1よりも高い。ΔSOC_sは、SOC_s1およびSOC_s2の差である。SOC_e1は、図2に示すOCVカーブにおいて、OCV_eに対応したSOCである。SOC_e2は、図2に示すOCVカーブにおいて、電圧値Vb_eに対応したSOCであり、SOC_e1よりも高い。ΔSOC_eは、SOC_e1およびSOC_e2の差である。
電圧値Vb_sに含まれる電圧変化量ΔV_dynと、電圧値Vb_eに含まれる電圧変化量ΔV_dynとが等しく、これらの電圧変化量ΔV_dynに対応するOCVカーブの傾きが等しいとき、差ΔSOC_s,ΔSOC_eは等しくなる。OCV_s,OCV_eに基づいて満充電容量FCCを算出するときには、SOC_s1,SOC_e1の差に相当する変化量ΔSOC_1が算出される。電圧値Vb_s,Vb_eに基づいて満充電容量FCCを算出するときには、SOC_s2,SOCe2の差に相当する変化量ΔSOC_2が算出される。
上述したように、差ΔSOC_s,ΔSOC_eが等しければ、変化量ΔSOC_1,ΔSOC_2は等しくなる。ここで、変化量ΔSOC_1,ΔSOC_2では、電流積算値ΣIbが同じである。したがって、電圧値Vb_s,Vb_eから算出される満充電容量FCCは、OCV_s,OCV_eから算出される満充電容量FCCと等しくなる。すなわち、電圧変化量ΔV_dynを含む電圧値Vb_s,Vb_eに基づいて満充電容量FCCを算出(推定)しても、満充電容量FCCの推定精度を確保することができる。
本実施例では、上述した点を考慮して、組電池10の満充電容量FCCを算出(推定)している。ここで、所定電力で外部充電が行われている間は、外部充電が進むにつれて、電圧変化量ΔV_dynを一定にすることができる。具体的には、外部充電に伴う電圧変化量ΔV_dynは、図3に示すように変化する。図3において、縦軸は電圧変化量ΔV_dynであり、横軸は時間である。
図3に示すように、所定電力で外部充電を開始すると、外部充電に伴う分極が発生し、電圧変化量ΔV_dynが増加する。そして、時間が経過するにつれて、電圧変化量ΔV_dynが変化しにくくなる。すなわち、電圧変化量ΔV_dynは、外部充電の充電状態に応じた値に収束する。ここでいう充電状態とは、外部充電を行っているときの電池温度Tbや充電電力である。収束後の電圧変化量ΔV_dynは、電池温度Tbや充電電力に依存する。
例えば、電池温度Tbが低くなるほど、収束後の電圧変化量ΔV_dynは大きくなりやすい。また、電池温度Tbが低くなるほど、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなりやすい。一方、充電電力が高くなるほど、収束後の電圧変化量ΔV_dynは大きくなりやすい。また、充電電力が高くなるほど、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなりやすい。
電圧変化量ΔV_dynが収束した状態であれば、いかなるタイミングで電圧値Vbを検出しても、電圧値Vbに含まれる電圧変化量ΔV_dynは一定(収束後の値)となる。本実施例では、所定電力Win_fixで外部充電を行うとき、外部充電に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束した後に、外部充電を一時的に停止させて、電圧値(第1停止電圧値という)Vb_m1を検出している。また、外部充電を再開して再び外部充電を停止したときには、電圧値(第2停止電圧値という)Vb_m2を検出する。第1停止電圧値Vb_m1は、本発明における第1の電圧値に相当し、第2停止電圧値Vb_m2は、本発明における第2の電圧値に相当する。
外部充電を一時的に停止した後に外部充電を再開したときには、外部充電に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束しやすい。このため、第1停止電圧値Vb_m1および第2停止電圧値Vb_m2は、電圧変化量ΔV_dynが収束した状態で検出される電圧値Vbとなる。また、所定電力Win_fixで外部充電を行っている間は、電圧変化量ΔV_dynが変化することもない。したがって、第1停止電圧値Vb_m1に含まれる電圧変化量ΔV_dynは、第2停止電圧値Vb_m2に含まれる電圧変化量ΔV_dynと等しくなる。この場合には、図2を用いて説明した場合と同様に、第1停止電圧値Vb_m1および第2停止電圧値Vb_m2から満充電容量FCCを算出(推定)しても、満充電容量FCCの推定精度を確保することができる場合がある。
第1停止電圧値Vb_m1および第2停止電圧値Vb_m2から満充電容量FCCを算出するときには、第1停止電圧値Vb_m1をOCVとみなした上で、OCVカーブに基づいて、第1停止電圧値Vb_m1に対応したSOC(SOC_m1という)を算出する。また、第2停止電圧値Vb_m2をOCVとみなした上で、OCVカーブに基づいて、第2停止電圧値Vb_m2に対応したSOC(SOC_m2という)を算出する。そして、SOC_m1およびSOC_m2と、電圧値Vbが第1停止電圧値Vb_m1から第2停止電圧値Vb_m2に変化するまでの間の電流積算値ΣIbとに基づいて、組電池10の満充電容量FCCを算出できる。
満充電容量FCCは、上記式(1)に基づいて算出されるが、上記式(1)に示すSOC_sの代わりに、SOC_m1が用いられる。また、上記式(1)に示すSOC_eの代わりに、SOC_m2が用いられる。上記式(1)では、外部充電を開始してから終了するまでの電流積算値ΣIbを用いている。第1停止電圧値Vb_m1および第2停止電圧値Vb_m2から満充電容量FCCを算出するときには、電圧値Vbが第1停止電圧値Vb_m1から第2停止電圧値Vb_m2に到達するまでの間の電流積算値ΣIbが用いられる。すなわち、組電池10のSOCがSOC_m1からSOC_m2に変化するまでの間の電流積算値ΣIbが用いられる。
次に、満充電容量FCCを算出する処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。図4に示す処理は、コントローラ30によって実行される。また、プラグ28がインレット27に接続されており、所定電力Win_fixでの外部充電が開始されたときに、図4に示す処理が開始される。
外部充電を行うとき、外部充電を開始してから終了するまでの間、一定の電力(所定電力Win_fix)で充電が行われることがある。この場合には、外部充電の開始に応じて、図4に示す処理が開始される。一方、外部充電を開始してから終了するまでの間、充電電力を変化させることがある。具体的には、充電器26の動作を制御することにより、充電器26から組電池10に供給される電力を変化させることがある。また、充電器26から出力された電力を組電池10以外の機器にも供給するとき、この機器に供給される電力が変化することにより、組電池10に供給される電力が変化することがある。
外部充電中に電力が変化するときには、所定電力Win_fixとは異なる電力で外部充電が開始され、外部充電の途中から所定電力Win_fixに変化することがある。所定電力Win_fixに変化するタイミングは、予め決めておくことができる。この場合には、外部充電時の電力が所定電力Win_fixに変化したときから、図4に示す処理が開始される。ここで、所定電力Win_fixは、外部充電を開始してから終了するまでの期間のうち、最も長い期間で充電が行われるときの電力とすることができる。所定電力Win_fixは、本発明における所定電力に相当する。
ステップS101において、コントローラ30は、タイマ32を用いて、経過時間tmを計測する。経過時間tmとは、所定電力Win_fixでの外部充電を開始してからの経過時間である。所定電力Win_fixでの外部充電を開始したときに、経過時間tmの計測が開始される。
ステップS102において、コントローラ30は、ステップS101の処理で計測した経過時間tmが所定時間tm_th以上であるか否かを判別する。ステップS102の処理では、経過時間tmおよび所定時間tm_thを比較することにより、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束しているか否かを判別している。
所定時間tm_thは、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間(固定値)である。所定時間tm_thは、実験などによって予め定めておくことができる。上述したように、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間は、電池温度Tbや充電電力に依存することがある。そこで、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間に関して、最も長い時間を考慮して、所定時間tm_thを設定することができる。これにより、電池温度Tbや充電電力にかかわらず、電圧変化量ΔV_dynが収束しているか否かを判別できる。所定時間tm_thを特定する情報は、メモリ31に記憶することができる。
経過時間tmが所定時間tm_thよりも短いときには、ステップS101の処理において、経過時間tmの計測が続けられる。経過時間tmが所定時間tm_th以上であるとき、コントローラ30は、ステップS103において、外部充電を停止させる。具体的には、コントローラ30は、充電器26の動作を制御することにより、充電器26から組電池10への電力供給を停止させる。なお、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオンからオフに切り替えてもよい。
ステップS104において、コントローラ30は、電圧センサ21の出力に基づいて、組電池10の電圧値Vb(第1停止電圧値Vb_m1)を検出する。第1停止電圧値Vb_m1は、外部充電を停止した直後に検出されるため、第1停止電圧値Vb_m1には、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが含まれる。すなわち、第1停止電圧値Vb_m1と、第1停止電圧値Vb_m1に対応するOCV(OCV_m1という)との差が、電圧変化量ΔV_dynとなる。ここで、ステップS102の処理において、電圧変化量ΔV_dynが収束していることを判別しているため、第1停止電圧値Vb_m1に含まれる電圧変化量ΔV_dynは収束後の値となる。
ステップS105において、コントローラ30は、ステップS104の処理で検出された第1停止電圧値Vb_m1に基づいて、組電池10のSOC(SOC_m1、本発明の第1SOCに相当する)を算出する。具体的には、コントローラ30は、第1停止電圧値Vb_m1をOCVとみなした上で、OCVおよびSOCの対応関係(図2に示すOCVカーブ)を用いて、第1停止電圧値Vb_m1に対応するSOC_m1を算出する。
また、コントローラ30は、ステップS105において、起電圧変化率CR1を算出する。起電圧変化率CR1とは、SOCの変化量に対するOCVの変化量の割合であり、OCVの変化量をSOCの変化量で除算した値である。起電圧変化率CR1は、図2に示すOCVカーブから特定(算出)され、第1停止電圧値Vb_m1に対応する起電圧変化率である。具体的には、OCVカーブのうち、第1停止電圧値Vb_m1(又はSOC_m1)を含む所定領域の傾きが起電圧変化率CR1となる。
OCVカーブの傾きを算出するときの所定領域は、適宜設定することができる。ここで、所定領域内に第1停止電圧値Vb_m1およびOCV_m1が含まれるように、所定領域を設定することが好ましい。外部充電を行うとき、OCV_m1は、第1停止電圧値Vb_m1よりも低くなる。このため、所定領域としては、第1停止電圧値Vb_m1以下の領域を設定することができる。一方、第1停止電圧値Vb_m1(又はSOC_m1)を通るOCVカーブの接線の傾きを起電圧変化率CR1とすることもできる。
ステップS106において、コントローラ30は、所定電力Win_fixでの外部充電を再開させる。具体的には、コントローラ30は、充電器26の動作を制御することにより、充電器26から組電池10への電力供給を開始させる。なお、充電リレーCHR−B,CHR−Gがオフであるとき、コントローラ30は、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオンにする。ステップS107において、コントローラ30は、電流センサ22の出力に基づいて、組電池10の電流値(充電電流)Ibを検出する。そして、コントローラ30は、電流値(充電電流)Ibを検出するたびに、この電流値Ibを積算して、電流積算値ΣIbを算出する。
ステップS108において、コントローラ30は、外部充電を停止させる条件を満たしているか否かを判別する。ステップS108の処理では、外部充電を終了させる前に、外部充電を停止させるようにしている。例えば、電圧センサ21によって検出された組電池10の電圧値Vbが、外部充電を停止させる目標電圧値Vb_tagに到達したとき、コントローラ30は、外部充電を停止させる条件を満たしていると判別できる。目標電圧値Vb_tagは、適宜設定することができる。ただし、目標電圧値Vb_tagは、外部充電を終了させるときの電圧値Vbよりも低い電圧値Vbである。一方、外部充電を行っている間の電力量(単位[Wh])が目標量に到達したとき、コントローラ30は、外部充電を停止させる条件を満たしていると判別できる。目標量は、適宜設定することができる。ただし、目標量は、外部充電を開始してから終了するまでの間における電力量よりも少ない電力量である。
外部充電を停止させる条件を満たすまで、ステップS107の処理によって、電流積算値ΣIbが算出される。これにより、ステップS107の処理で算出される電流積算値ΣIbは、ステップS106の処理で外部充電を再開してから、後述するステップS109の処理によって外部充電を停止させるまでの間の電流積算値ΣIbとなる。外部充電を停止させる条件を満たすと判別したとき、コントローラ30は、ステップS109において、外部充電を停止させる。具体的には、コントローラ30は、充電器26の動作を停止させる。なお、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオンからオフに切り替えてもよい。
ステップS110において、コントローラ30は、電圧センサ21の出力に基づいて、組電池10の電圧値Vb(第2停止電圧値Vb_m2)を検出する。第2停止電圧値Vb_m2は、外部充電を停止した直後に検出されるため、第2停止電圧値Vb_m2には、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが含まれている。すなわち、第2停止電圧値Vb_m2と、第2停止電圧値Vb_m2に対応するOCV(OCV_m2という)との差が、電圧変化量ΔV_dynとなる。ここで、外部充電を再開して再び停止するまでの間において、電圧変化量ΔV_dynは収束しやすくなっている。このため、第2停止電圧値Vb_m2に含まれる電圧変化量ΔV_dynは、第1停止電圧値Vb_m1に含まれる電圧変化量ΔV_dynと等しくなる。
ステップS111において、コントローラ30は、ステップS110の処理で検出された第2停止電圧値Vb_m2に基づいて、組電池10のSOC(SOC_m2、本発明の第2SOCに相当する)を算出する。具体的には、コントローラ30は、第2停止電圧値Vb_m2をOCVとみなした上で、OCVおよびSOCの対応関係(図2に示すOCVカーブ)を用いて、第2停止電圧値Vb_m2に対応するSOC_m2を算出する。
また、コントローラ30は、ステップS111において、起電圧変化率CR2を算出する。起電圧変化率CR2は、起電圧変化率CR1と同様に、SOCの変化量に対するOCVの変化量の割合であり、OCVの変化量をSOCの変化量で除算した値である。起電圧変化率CR2は、図2に示すOCVカーブから特定(算出)され、第2停止電圧値Vb_m2に対応する起電圧変化率である。具体的には、OCVカーブのうち、第2停止電圧値Vb_m2(又はSOC_m2)を含む所定領域の傾きが起電圧変化率CR2となる。
OCVカーブの傾きを算出するときの所定領域は、適宜設定することができる。ここで、所定領域内に第2停止電圧値Vb_m2およびOCV_m2が含まれるように、所定領域を設定することが好ましい。外部充電を行うとき、OCV_m2は、第2停止電圧値Vb_m2よりも低くなる。このため、所定領域としては、第2停止電圧値Vb_m2以下の領域を設定することができる。一方、第2停止電圧値Vb_m2(又はSOC_m2)を通るOCVカーブの接線の傾きを起電圧変化率CR2とすることもできる。
ステップS112において、コントローラ30は、外部充電を再開させる。外部充電を再開させたときの電力は、所定電力Win_fixと異なっていてもよい。例えば、外部充電を再開させたときの電力を所定電力Win_fixよりも低くすることができる。これにより、単位時間あたりの電圧値Vbの上昇量を抑制しながら、外部充電を行うことができる。これに伴い、組電池10の電圧値Vbが、外部充電を終了させるときの電圧値Vbに対してオーバーシュートすることを抑制できる。外部充電を再開させるとき、コントローラ30は、充電器26の動作を制御することにより、充電器26から組電池10への電力供給を開始させる。なお、充電リレーCHR−B,CHR−Gがオフであるとき、コントローラ30は、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオンにする。
ステップS113において、コントローラ30は、外部充電を終了させる条件を満たすか否かを判別する。例えば、電圧値Vbが外部充電を終了させるときの電圧値Vb以上であるとき、コントローラ30は、外部充電を終了させる条件を満たすと判別できる。一方、外部充電を開始してからの電力量(単位[Wh])を積算し、この電力量が外部充電を終了させるときの電力量以上であるとき、コントローラ30は、外部充電を終了させる条件を満たすと判別できる。
外部充電を終了させる条件を満たすまでは、外部充電が継続される。外部充電を終了させる条件を満たすと判別したとき、コントローラ30は、ステップS114において、外部充電を停止(終了)させる。具体的には、コントローラ30は、充電器26の動作を停止させるとともに、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオンからオフに切り替える。
ステップS115において、コントローラ30は、ステップS105の処理で算出した起電圧変化率CR1と、ステップS111の処理で算出した起電圧変化率CR2との差(絶対値)ΔCRを算出する。そして、コントローラ30は、算出した差ΔCRが許容値ΔCR_th以下であるか否かを判別する。許容値ΔCR_thは、起電圧変化率CR1,CR2が略等しいか否かを判別するための値であり、起電圧変化率CR1,CR2のずれを許容する範囲を規定する値である。
起電圧変化率CR1,CR2の差ΔCRが広がるほど、第1停止電圧値Vb_m1およびOCV_m1の差に対応したSOCの差と、第2停止電圧値Vb_m2およびOCV_m2の差に対応したSOCの差とが異なりやすい。図2を用いて説明したように、差ΔSOC_s,ΔSOC_eが等しいときにおいて、満充電容量FCCの推定精度を確保することができる。
差ΔCRが広がり、SOCの差が異なってしまうと、満充電容量FCCの推定精度を確保しにくくなるこの点を考慮して、許容値ΔCR_thを設定することができる。許容値ΔCR_thは、0以上の値であり、適宜設定することができる。許容値ΔCR_thを特定する情報は、メモリ31に記憶することができる。
起電圧変化率CR1,CR2の差ΔCRが許容値ΔCR_thよりも大きいとき、コントローラ30は、図4に示す処理を終了する。この場合には、満充電容量FCCが算出されない。一方、起電圧変化率CR1,CR2の差ΔCRが許容値ΔCR_th以下であるとき、コントローラ30は、ステップS116において、組電池10の満充電容量FCCを算出する。
具体的には、コントローラ30は、ステップS105の処理で算出されたSOC_m1と、ステップS111の処理で算出されたSOC_m2と、ステップS107の処理で算出された電流積算値ΣIbとに基づいて、満充電容量FCCを算出する。満充電容量FCCの算出には、上記式(1)が用いられる。上記式(1)に示すSOC_sの代わりに、SOC_m1が用いられ、上記式(1)に示すSOC_eの代わりに、SOC_m2が用いられる。また、上記式(1)に示す電流積算値ΣIbとして、ステップS107の処理で算出された電流積算値ΣIbが用いられる。
なお、本実施例(図4に示す処理)では、ステップS106の処理によって外部充電を再開させる前に、SOC_m1および起電圧変化率CR1を算出しているが、これに限るものではない。また、ステップS112の処理によって外部充電を再開させる前に、SOC_m2および起電圧変化率CR2を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、ステップS114の処理によって外部充電を停止(終了)させた後に、SOC_m1および起電圧変化率CR1を算出したり、SOC_m2および起電圧変化率CR2を算出したりすることもできる。すなわち、ステップS106やステップS112の処理において外部充電を再開させる前では、第1停止電圧値Vb_m1や第2停止電圧値Vb_m2を検出しておくだけでもよい。
本実施例において、起電圧変化率CR1,CR2の差ΔCRが許容値ΔCR_th以下であるときには、第1停止電圧値Vb_m1およびOCV_m1の差に対応したSOCの差ΔSOC_m1が、第2停止電圧値Vb_m2およびOCV_m2の差に対応したSOCの差ΔSOC_m2に等しいとみなしている。ここで、第1停止電圧値Vb_m1およびOCV_m1は、図2に示す電圧値Vb_sおよびOCV_sに対応し、差ΔSOC_m1は、図2に示す差ΔSOC_sに対応する。また、第2停止電圧値Vb_m2およびOCV_m2は、図2に示す電圧値Vb_eおよびOCV_eに対応し、差ΔSOC_m2は、図2に示す差ΔSOC_eに対応する。
差ΔSOC_m1,ΔSOC_m2が等しければ、図2を用いて説明した場合と同様に、SOC_m1,SOC_m2から算出される満充電容量FCCは、OCV_m1,OCV_m2に対応するSOCから算出される満充電容量FCCと等しくなる。したがって、第1停止電圧値Vb_m1および第2停止電圧値Vb_m2に対応するSOC_m1,SOC_m2から満充電容量FCCを算出(推定)しても、満充電容量FCCの推定精度を確保することができる。
このように、本実施例によれば、外部充電に伴う分極が発生したままでも、満充電容量FCCの推定精度を確保することができる。言い換えれば、分極を解消させなくても、満充電容量FCCの推定精度を確保することができる。
図4に示す処理では、外部充電を終了する前に外部充電を停止させて、第2停止電圧値Vb_m2を検出しているが、これに限るものではない。具体的には、外部充電を終了したときに、第2停止電圧値Vb_m2を検出することもできる。この場合には、ステップS108の処理において、外部充電を終了させる条件を満たすか否かを判別する処理(ステップS113の処理)を行えばよい。これに伴い、図4に示すステップS112〜ステップS114の処理は省略される。
外部充電を終了したときに、第2停止電圧値Vb_m2を検出すれば、図4に示す処理を行う場合に比べて、電流積算値ΣIbを増加させることができる。また、SOC_m1およびSOC_m2の間の変化量ΔSOCを大きくすることができる。
電流積算値ΣIbが小さくなるほど、電流積算値ΣIbは、電流センサ22の検出誤差による影響を受けやすくなる。言い換えれば、電流積算値ΣIbが大きくなるほど、電流積算値ΣIbは、電流センサ22の検出誤差による影響を受けにくくなる。一方、変化量ΔSOCが小さくなるほど、変化量ΔSOCは、SOC_m1,SOC_m2の推定誤差による影響を受けやすくなる。言い換えれば、変化量ΔSOCが大きくなるほど、変化量ΔSOCは、SOC_m1,SOC_m2の推定誤差による影響を受けにくくなる。
電流積算値ΣIbや変化量ΔSOCは、満充電容量FCCの算出に用いられるため、満充電容量FCCの推定精度を向上させる上では、電流積算値ΣIbや変化量ΔSOCを大きくすることが好ましい。外部充電を終了したときに第2停止電圧値Vb_m2を検出すれば、電流積算値ΣIbや変化量ΔSOCを大きくすることができ、満充電容量FCCの推定精度を向上させることができる。
図5は、組電池10のSOCの挙動(一例)を示す。図5において、縦軸は組電池10のSOCであり、横軸は時間である。時間t11から時間t12の間では、車両の走行が行われ、車両の走行状態に応じて組電池10が充放電される。時間t12では、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替えられる。時間t12から時間t13の間では、車両が放置されており、組電池10の充放電が停止している。組電池10の充放電を停止させることにより、時間t12までの充放電に応じた分極が解消状態に向かう。
時間t13では、外部充電が開始される。図5に示す例では、所定電力Win_fixよりも低い電力Win_lowにおいて、外部充電が開始される。なお、所定電力Win_fixよりも高い電力において、外部充電を開始してもよい。外部充電を開始するときの組電池10のSOCは、車両の走行状態に応じて変化する。
時間t13から時間t14の間では、電力Win_lowでの外部充電が行われる。時間t14では、外部充電時の電力が電力Win_lowから所定電力Win_fixに変化する。時間t14以降では、所定電力Win_fixでの外部充電が行われる。ここで、時間t14において、図4に示す処理が開始される。なお、時間t13において、所定電力Win_fixでの外部充電が開始されるときには、時間t13において、図4に示す処理が開始される。
時間t15では、外部充電が一時的に停止する。ここで、時間t14から時間t15までの期間が、図4に示すステップS102の処理で説明した所定時間tm_thとなる。時間t15では、第1停止電圧値Vb_m1が検出されるとともに、SOC_m1および起電圧変化率CR1が算出される。SOC_m1および起電圧変化率CR1が算出された後は、時間t16において、所定電力Win_fixでの外部充電が再開される。
ここで、時間t16以降に外部充電が行われるときの電力Win_fixは、時間t14から時間15までの期間において外部充電が行われるときの電力Win_fixと等しい。時間t15から時間t16までの期間は、適宜設定することができる。すなわち、時間t15から時間t16までの期間において、第1停止電圧値Vb_m1を検出し、SOC_m1および起電圧変化率CR1を算出できればよい。
時間t16以降では、電流積算値ΣIbが算出される。時間t17では、外部充電が一時的に停止する。時間t16から時間t17までの期間における電流積算値ΣIbが、満充電容量FCCの算出に用いられる。時間t17では、第2停止電圧値Vb_m2が検出されるとともに、SOC_m2および起電圧変化率CR2が算出される。SOC_m2および起電圧変化率CR2が算出された後は、時間t18において、外部充電が再開される。ここで、時間t17から時間t18までの期間は、適宜設定することができる。すなわち、時間t17から時間t18までの期間において、第2停止電圧値Vb_m2を検出し、SOC_m2および起電圧変化率CR2を算出できればよい。
時間t18から時間t19までは、外部充電が行われる。図5に示す例において、時間t18から時間t19までの間における外部充電の電力は、所定電力Win_fixよりも低い。なお、時間t18から時間t19までの間における外部充電の電力は、所定電力Win_fixよりも高くすることもできる。時間t19では、外部充電が終了する。起電圧変化率CR1,CR2の差(絶対値)ΔCRが許容値ΔCR_th以下であれば、SOC_m1,SOC_m2および電流積算値ΣIbに基づいて、満充電容量FCCが算出される。
図6は、組電池10のSOCの挙動(一例)を示し、図5に対応した図である。図6に示す例では、外部充電を終了したときに、第2停止電圧値Vb_m2を検出し、SOC_m2および起電圧変化率CR2を算出している。
図6において、時間t21から時間t22の間では、車両の走行が行われ、車両の走行状態に応じて組電池10が充放電される。時間t22から時間t23の間では、車両が放置されており、組電池10の充放電が停止している。時間t23では、所定電力Win_fixでの外部充電が開始される。これに伴い、経過時間tmの計測が開始される。外部充電を開始するときの組電池10のSOCは、車両の走行状態に応じて変化する。
時間t22から時間t23までの期間によっては、時間t23において、分極が解消されていたり、分極が残っていたりする。外部充電を開始した後、時間t24では、外部充電が一時的に停止する。ここで、時間t23から時間t24までの期間が、図4に示すステップS102の処理で説明した所定時間tm_thとなる。
時間t24では、第1停止電圧値Vb_m1が検出されるとともに、SOC_m1および起電圧変化率CR1が算出される。SOC_m1および起電圧変化率CR1が算出された後は、時間t25において、所定電力Win_fixでの外部充電が再開される。時間t25以降に外部充電が行われるときの電力Win_fixは、時間t23から時間t24までの期間で外部充電が行われるときの電力Win_fixと等しい。ここで、時間t24から時間t25までの期間は、適宜設定することができる。すなわち、時間t24から時間t25までの期間において、第1停止電圧値Vb_m1を検出し、SOC_m1および起電圧変化率CR1を算出できればよい。
時間t25以降では、電流積算値ΣIbが算出される。時間t26では、外部充電が終了する。時間t25から時間t26までの期間における電流積算値ΣIbが、満充電容量FCCの算出に用いられる。時間t26以降では、第2停止電圧値Vb_m2が検出されるとともに、SOC_m2および起電圧変化率CR2が算出される。起電圧変化率CR1,CR2の差(絶対値)ΔCRが許容値ΔCR_th以下であれば、SOC_m1,SOC_m2および電流積算値ΣIbに基づいて、満充電容量FCCが算出される。
外部充電を開始する前および外部充電を終了した後において、組電池10の分極が解消されていれば、組電池10のOCV(図2に示すOCV_s,OCV_e)を取得することができる。この場合には、OCVからSOCを算出し、上記式(1)に基づいて満充電容量FCCを算出できる。本実施例では、このように満充電容量FCCを算出することに加えて、図4に示す処理に基づいて満充電容量FCCを算出することができる。これにより、満充電容量FCCを算出する機会を増やすことができる。
本実施例では、外部充電を開始するときにおいて、組電池10の分極が解消されていなくても、図4に示す処理を行うことにより、満充電容量FCCを算出できることがある。また、外部充電を終了したときにおいて、組電池10の分極が解消されていなくても、満充電容量FCCを算出できることがある。
本発明の実施例2について説明する。ここで、実施例1で説明した構成と同じ構成については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。
実施例1では、図4に示すステップS102の処理において、経過時間tmを所定時間(固定値)tm_thと比較している。本実施例では、外部充電時の電池温度Tbや、外部充電時の充電電力に基づいて、所定時間tm_thを設定している。すなわち、電池温度Tbや充電電力に応じて、所定時間tm_thを変更している。所定時間tm_thを設定するときには、電池温度Tbおよび充電電力の少なくとも一方を考慮すればよい。
例えば、電池温度Tbが低くなるほど、外部充電の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなったり、収束後における電圧変化量ΔV_dynが大きくなったりする。言い換えれば、電池温度Tbが高くなるほど、外部充電の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が短くなったり、収束後における電圧変化量ΔV_dynが小さくなったりする。
このため、電池温度Tbを考慮すれば、外部充電の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束したことを判別できるタイミングを変更することができる。すなわち、適正な期間において、電圧変化量ΔV_dynが収束したことを判別できる。そこで、本実施例では、電池温度Tbに基づいて、所定時間tm_thを変更するようにしている。例えば、電池温度Tbが低くなるほど、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなるときには、図7に示すように、電池温度Tbが低下するほど、所定時間tm_thを長くすることができる。言い換えれば、電池温度Tbが高くなるほど、所定時間tm_thを短くすることができる。
実験などによって、電池温度Tbおよび所定時間tm_thの対応関係(図7に示す関係)を予め求めておけば、電池温度Tbを検出することにより、この電池温度Tbに対応した所定時間tm_thを算出することができる。電池温度Tbおよび所定時間tm_thの対応関係は、マップ又は関数として表すことができ、この対応関係を特定する情報は、メモリ31に記憶することができる。
一方、例えば、外部充電の充電電力が高くなるほど、外部充電の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなったり、収束後における電圧変化量ΔV_dynが大きくなったりする。言い換えれば、充電電力が低くなるほど、外部充電の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が短くなったり、収束後における電圧変化量ΔV_dynが小さくなったりする。
このため、外部充電時の充電電力を考慮すれば、外部充電の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束したことを判別できるタイミングを変更することができる。すなわち、適正な期間において、電圧変化量ΔV_dynが収束したことを判別できる。そこで、本実施例では、充電電力に基づいて、所定時間tm_thを変更するようにしている。例えば、充電電力が高くなるほど、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなるときには、図8に示すように、充電電力が高くなるほど、所定時間tm_thを長くすることができる。言い換えれば、充電電力が低くなるほど、所定時間tm_thを短くすることができる。
実験などによって、充電電力および所定時間tm_thの対応関係(図8に示す関係)を予め求めておけば、充電電力を把握することにより、この充電電力に対応した所定時間tm_thを算出することができる。充電電力および所定時間tm_thの対応関係は、マップ又は関数として表すことができ、この対応関係を特定する情報は、メモリ31に記憶することができる。
外部充電を行うときにおいて、充電電力が予め決められていれば、この充電電力に対応した所定時間tm_thを設定しておくだけでよい。外部充電を行うときに、充電電力を変化させることができるときには、上述したように、充電電力を把握してから、所定時間tm_thを設定すればよい。なお、充電電力および電池温度Tbに基づいて、所定時間tm_thを設定するときには、充電電力、電池温度Tbおよび所定時間tm_thの対応関係を予め求めておけばよい。
図9は、本実施例において組電池10の満充電容量FCCを算出する処理を示すフローチャートである。図9に示す処理は、図4に示す処理に対応している。図9において、図4に示す処理と同じ処理については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
本実施例では、ステップS101の処理を行う前に、ステップS117の処理が行われる。ステップS117において、コントローラ30は、上述したように、電池温度Tbおよび充電電力に基づいて、所定時間tm_thを算出する。電池温度Tbは、温度センサ23によって検出される。電池温度Tbとしては、所定電力Win_fixでの外部充電を開始したときの電池温度Tbを用いることができる。充電電力は、充電器26の出力電圧と、外部充電時の電流値Ibとから算出できる。充電器26の出力電圧は、電圧センサ(図示せず)を用いて検出することができる。外部充電時の電流値Ibは、電流センサ22によって検出される。
ステップS117の処理を行った後は、ステップS101以降の処理が行われる。ここで、ステップS102の処理では、経過時間tmが、ステップS117の処理で算出された所定時間tm_thと比較される。そして、実施例1(図4に示す処理)と同様に、組電池10の満充電容量FCCを算出することができる。
本実施例において、電池温度Tbおよび充電電力の少なくとも一方に基づいて設定される所定時間tm_thは、実施例1で説明した所定時間(固定値)tm_thよりも短くなることがある。実施例1で説明したように、所定時間(固定値)tm_thは、電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの最も長い時間に設定される。この場合には、電池温度Tbおよび充電電力の少なくとも一方に基づいて設定される所定時間tm_thは、所定時間(固定値)tm_thよりも短くなりやすい。
所定時間tm_thを短くできれば、図5に示す時間t14から時間t15までの期間や、図6に示す時間t23から時間t24までの期間を短くできる。図5において、時間t14から時間t15までの期間を短くすれば、時間t16から時間t17までの期間を長くすることができる。また、図6において、時間t23から時間t24までの期間を短くすれば、時間t25から時間t26までの期間を長くすることができる。これにより、電流積算値ΣIbを大きくしたり、SOC_m1,SOC_m2の間の変化量ΔSOCを大きくしたりすることができる。
実施例1で説明したように、満充電容量FCCの推定精度を向上させる上では、電流積算値ΣIbや変化量ΔSOCを大きくすることが好ましい。本実施例によれば、上述したように、電流積算値ΣIbや変化量ΔSOCを大きくすることができ、満充電容量FCCの推定精度を向上させることができる。
本発明の実施例3について説明する。ここで、実施例1で説明した構成と同じ構成については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1,2と異なる点について、主に説明する。
実施例1,2では、外部充電を開始するときに、組電池10の分極が解消されているものとし、所定時間tm_thを算出している。ここで、外部充電を開始するときにおいて、既に分極が発生していることがある。具体的には、組電池10の充放電を停止させてから外部充電を開始するまでの間において、組電池10の充放電に伴う分極が解消されていないことがある。
この場合において、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynの収束は、外部充電を開始するときの分極状態に依存する。すなわち、外部充電を開始するときに、放電に伴う分極が解消されていないときには、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間が長くなりやすい。
車両が走行するときには、組電池10が放電されるため、車両の走行を停止した後では、組電池10の放電に伴う分極が発生している。放電に伴う分極が残っているときに外部充電を行うと、放電に伴う分極が解消された後に、外部充電に伴う分極が発生し、この分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束する。このように分極状態が変化するため、放電に伴う分極が解消されているときに比べて、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間は長くなりやすい。
そこで、本実施例では、外部充電を開始した後の分極状態だけでなく、外部充電を開始する前の分極状態も考慮して、所定時間tm_thを設定するようにしている。外部充電を開始する前の分極状態は、組電池10の充放電を停止しているときの時間(放置時間という)や、充放電を停止している間の電池温度Tb(放置中の電池温度Tbという)に依存する。具体的には、放置時間が長くなるほど、分極が解消されやすくなる。言い換えれば、放置時間が短くなるほど、分極が解消されにくくなる。また、放置中の電池温度Tbが高くなるほど、分極が解消されやすい。言い換えれば、放置中の電池温度Tbが低くなるほど、分極が解消されにくい。
組電池10の放置時間を考慮して所定時間tm_thを設定するときには、放置時間および所定時間tm_thの対応関係を予め決めておけばよい。具体的には、図10に示すように、放置時間が長いほど、所定時間tm_thを短くすることができる。言い換えれば、放置時間が短いほど、所定時間tm_thを長くすることができる。これにより、放置時間を計測することにより、この放置時間に対応した所定時間tm_thを算出することができる。
一方、放置中の電池温度Tbを考慮して所定時間tm_thを設定するときには、放置中の電池温度Tbおよび所定時間tm_thの対応関係を予め決めておけばよい。具体的には、図11に示すように、放置中の電池温度Tbが高いほど、所定時間tm_thを短くすることができる。言い換えれば、放置中の電池温度Tbが低いほど、所定時間tm_thを長くすることができる。これにより、放置中の電池温度Tbを検出するようにすれば、この電池温度Tbに対応した所定時間tm_thを算出することができる。
なお、放置時間および放置中の電池温度Tbを考慮して、所定時間tm_thを設定するときには、放置時間、放置中の電池温度Tbおよび所定時間tm_thの対応関係を予め求めておけばよい。所定時間tm_thを決めるときには、外部充電を開始する前に発生している分極(放電に伴う分極)が解消されるまでの時間と、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束するまでの時間とを考慮することができる。
図12は、所定時間tm_thを算出して、外部充電を開始するまでの処理を示すフローチャートである。図12に示す処理は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったときに開始される。図12に示す処理は、コントローラ30によって実行される。図12に示す処理が行われた後は、図4に示す処理が行われる。ここで、本実施例のように、外部充電を開始する前の分極状態を考慮して所定時間tm_thを設定するときには、外部充電の開始に応じて経過時間tmの計測が開始される。そして、実施例1で説明したように、外部充電を開始するときの電力は、所定電力Win_fixとなる。
ステップS201において、コントローラ30は、タイマ32を用いて、放置時間t_offを計測する。放置時間t_offは、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わってからの経過時間である。
ステップS202において、コントローラ30は、外部充電の指示があるか否かを判別する。すなわち、コントローラ30は、外部充電の指示があるまで、放置時間t_offの計測を続ける。ここで、プラグ28がインレット27に接続されたときに、外部充電の指示がコントローラ30に入力されることがある。これにより、コントローラ30は、外部充電の指示があることを判別できる。
一方、プラグ28がインレット27に接続されているとき、外部充電を開始させる時刻(充電開始時刻という)がユーザによって設定されることがある。この場合において、コントローラ30は、現在の時刻が充電開始時刻となったときに、外部充電の指示があることを判別する。なお、充電開始時刻ではなく、車両を始動させる予定の時刻(始動開始時刻という)がユーザによって設定されることもある。このときには、始動開始時刻以前に外部充電が終了するように、充電開始時刻が設定される。
外部充電の指示があるとき、コントローラ30は、ステップS203において、上述したように、放置時間t_offに基づいて所定時間tm_thを算出する。所定時間tm_thを算出するときの放置時間t_offとは、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わってから、外部充電の指示があるまでの時間である。
ステップS204において、コントローラ30は、外部充電を開始させる。具体的には、コントローラ30は、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオンにして、充電器26を動作させることにより、外部充電を行う。外部充電の処理を開始した後、言い換えれば、図12に示す処理を終了した後、図4に示す処理が行われる。図4に示すステップS102の処理では、図12に示すステップS203の処理で算出された処理時間tm_thが用いられる。
図12に示す処理では、放置時間t_offだけに基づいて、所定時間tm_thを算出しているが、これに限るものではない。上述したように、放置中の電池温度Tbおよび放置時間t_offの少なくとも一方に基づいて、所定時間tm_thを算出することができる。組電池10の充放電を停止している間、組電池10の周囲における温度(環境温度)に応じて電池温度Tbが変化するときには、例えば、充放電を停止している間の電池温度Tbの平均値を算出することができる。この平均値(電池温度Tb)を放置中の電池温度Tbとすることができる。
本実施例では、放置時間t_offおよび放置中の電池温度Tbの少なくとも一方に基づいて、所定時間tm_thを算出しているが、これに限るものではない。具体的には、所定時間tm_thを算出するときに、実施例2で説明した外部充電時の電池温度Tbや充電電力を考慮することができる。すなわち、放置時間t_off、電池温度Tb(外部充電時および放置中の電池温度Tb)および外部充電時の充電電力の少なくとも1つに基づいて、所定時間tm_thを算出することができる。この場合には、放置時間t_off、電池温度Tb(外部充電時および放置中の電池温度Tb)および充電電力の少なくとも1つと、所定時間tm_thとの対応関係を予め求めておけばよい。
本実施例によれば、外部充電を開始する前の分極状態を考慮して所定時間tm_thを設定することにより、外部充電を開始する前に分極が発生している状況において、外部充電時の分極に伴う電圧変化量ΔV_dynが収束しているか否かを判別できる。また、上述したように、放置時間t_offなどに応じて所定時間tm_thを変更しているため、電圧変化量ΔV_dynが収束していることを判別するまでの時間が必要以上に長くなってしまうことを抑制できる。また、実施例2で説明したように、所定時間tm_thを短くするほど、電流積算値ΣIbや変化量ΔSOCを大きくすることができ、満充電容量FCCの推定精度を向上させることができる。
本発明の実施例4について説明する。ここで、実施例1で説明した構成と同じ構成については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。
実施例1(図4に示す処理)では、外部充電を一時的に停止させて、第1停止電圧値Vb_m1や第2停止電圧値Vb_m2を検出している。ここで、外部充電を行うときには、電流センサ22のオフセット値を取得するために、外部充電を一時的に停止させることがある。具体的には、所定の時間が経過するたびに、電流センサ22のオフセット値を取得するために、外部充電を停止させている。
この場合には、電流センサ22のオフセット値を取得するときに、外部充電が停止するため、この外部充電の停止中に第1停止電圧値Vb_m1や第2停止電圧値Vb_m2を検出することができる。そこで、本実施例では、電流センサ22のオフセット値を取得するために、外部充電を停止させたときに、第1停止電圧値Vb_m1や第2停止電圧値Vb_m2を検出するようにしている。これにより、オフセット値を取得するタイミングに合わせて、第1停止電圧値Vb_m1や第2停止電圧値Vb_m2を検出することができる。
なお、外部充電を停止させると、組電池10に電流が流れなくなる。このときに電流センサ22によって検出された電流値Ibがオフセット値になる。電流センサ22のオフセット値は、電流センサ22によって検出された電流値Ibを補正するために用いられる。オフセット値に基づいて電流値Ibを補正することにより、電流積算値ΣIbを算出するときの精度を向上させることができる。電流積算値ΣIbの算出精度を向上させれば、上記式(1)に基づいて満充電容量FCCを算出(推定)するときに、満充電容量FCCの推定精度を向上させることができる。
図13は、本実施例において組電池10の満充電容量FCCを算出する処理を示すフローチャートである。図13に示す処理は、図4に示す処理に対応している。図13において、図4に示す処理と同じ処理については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
なお、図13に示す処理とは別に、電流センサ22のオフセット値を取得するための制御が行われている。具体的には、外部充電を開始した後では、所定の時間が経過するたびに外部充電を一時的に停止させ、外部充電を停止したときに電流センサ22のオフセット値が取得される。オフセット値を取得した後では、外部充電が再開される。
ステップS101の処理を行った後、コントローラ30は、ステップS118において、電流センサ22のオフセット値を取得するために、外部充電を停止しているか否かを判別する。外部充電を停止していないときには、ステップS101の処理において、経過時間tmの計測を続ける。外部充電を停止しているとき、コントローラ30は、ステップS102の処理を行う。
ステップS102の処理において、経過時間tmが所定時間tm_thよりも短いとき、コントローラ30は、ステップS101の処理において、経過時間tmの計測を続ける。経過時間tmが所定時間tm_th以上であるとき、コントローラ30は、ステップS104の処理において、第1停止電圧値Vb_m1を検出する。ここで、電流センサ22のオフセット値を取得した後に外部充電が再開されるが、図13に示す処理では、ステップS104,S105の処理を行った後に、ステップS106の処理によって外部充電を再開させている。
一方、ステップS107の処理によって電流積算値ΣIbを算出した後、コントローラ30は、ステップS119において、電流センサ22のオフセット値を取得するために、外部充電を停止しているか否かを判別する。外部充電を停止していないときには、ステップS107の処理において、電流積算値ΣIbの算出が続けられる。外部充電を停止しているとき、コントローラ30は、ステップS108において、外部充電を停止させる条件を満たしているか否かを判別する。
外部充電を停止させる条件を満たしているとき、コントローラ30は、ステップS110以降の処理を行う。一方、外部充電を停止させる条件を満たしていないとき、ステップS107の処理において、電流積算値ΣIbの算出が続けられる。ここで、電流センサ22のオフセット値を取得した後に外部充電が再開されるが、図13に示す処理では、ステップS110,S111の処理を行った後に、ステップS112の処理によって外部充電を再開させている。なお、実施例1で説明したように、外部充電を終了した後に第2停止電圧値Vb_m2を検出するときには、ステップS119の処理は省略される。
図13に示す処理において、所定時間tm_thとしては、実施例1で説明した所定時間(固定値)tm_thに限るものではない。すなわち、図13に示すステップS102の処理で用いられる所定時間tm_thとしては、実施例2,3のそれぞれで説明した所定時間tm_thを用いることもできる。
10:組電池(蓄電装置)、11:単電池、21:電圧センサ、22:電流センサ、
23:温度センサ、24:インバータ、25:モータ・ジェネレータ、26:充電器、
27:インレット、28:プラグ、29:交流電源(外部電源)、30:コントローラ、
31:メモリ、32:タイマ、SMR−B,SMR−G:システムメインリレー、
PL:正極ライン、NL:負極ライン、CHL1,CHL2:充電ライン、
CHR−B,CHR−G:充電リレー

Claims (7)

  1. 外部電源からの電力を用いた充電が行われる蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電圧値を検出する電圧センサと、
    前記蓄電装置の電流値を検出する電流センサと、
    前記蓄電装置の満充電容量を算出するコントローラと、を有し、
    前記コントローラは、
    所定電力での前記充電を開始してからの経過時間が、前記充電時の分極に伴う電圧変化量が収束するまでの所定時間以上であるとき、前記充電を一時的に停止した状態において、前記電圧センサによって第1の前記電圧値を検出し、
    前記第1の電圧値をOCVとみなし、前記蓄電装置のOCVおよびSOCの対応関係を用いて、前記第1の電圧値に対応する第1SOCを算出し、
    前記充電を一時的に停止した後に前記所定電力での前記充電を再開し、前記充電を再び停止したときに、前記電圧センサによって第2の前記電圧値を検出し、
    前記第2の電圧値をOCVとみなし、前記対応関係を用いて、前記第2の電圧値に対応する第2SOCを算出し、
    前記対応関係から特定され、前記SOCの変化量に対する前記OCVの変化量の割合を示す変化率に関して、前記第1の電圧値に対応する前記変化率と、前記第2の電圧値に対応する前記変化率との差が許容値以下であるとき、前記充電を再開してから停止するまでの前記電流値の積算値と、前記第1SOCおよび前記第2SOCの間の変化量とから前記満充電容量を算出する、
    ことを特徴とする蓄電システム。
  2. 前記蓄電装置の温度を検出する温度センサを有しており、
    前記コントローラは、前記所定電力での前記充電を開始したときの前記温度が高いほど、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
  3. 前記コントローラは、前記所定電力が低いほど、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電システム。
  4. 前記コントローラは、前記蓄電装置の充放電を停止した状態から前記所定電力での前記充電を開始するとき、前記蓄電装置の充放電を停止している時間が長いほど、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の蓄電システム。
  5. 前記蓄電装置の温度を検出する温度センサを有しており、
    前記コントローラは、前記蓄電装置の充放電を停止した状態から前記所定電力での前記充電を開始するとき、前記蓄電装置の充放電を停止しているときの前記温度が高いほど、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の蓄電システム。
  6. 前記コントローラは、
    前記電流センサのオフセット値を取得するときに前記充電を一時的に停止し、
    前記充電を一時的に停止しているとき、前記経過時間が前記所定時間以上であることに応じて、前記電圧センサによって前記第1の電圧値を検出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の蓄電システム。
  7. 前記コントローラは、前記充電を終了したとき、又は、前記電流センサのオフセット値を取得するために前記充電を一時的に停止したとき、前記電圧センサによって前記第2の電圧値を検出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の蓄電システム。
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