JP3738363B2

JP3738363B2 - 発電型電気自動車の電池制御方法

Info

Publication number: JP3738363B2
Application number: JP05930999A
Authority: JP
Inventors: 徹也小林; 貴史山下; 利幸河合
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: JP2000261905A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエンジンと充放電可能な電池によって駆動する電気モータを組み合わせたハイブリッド自動車のように発電手段を搭載する発電型電気自動車における電池制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費向上等の目的のため、エンジンと電池によって駆動するモータとを装備するＨＶ（ハイブリッド）自動車が注目を集めている。ＨＶ自動車に搭載される電池は、主に、加速時等の高負荷運転時には電池から放電され、減速時や一定速度走行等の低負荷運転時には電池が充電される。このような電池の充放電を安定に行うにはＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ／充電状態）を所定の一定値でバランスさせることが必要であるため、ＳＯＣの検出は電池制御において不可欠の技術となっている。
【０００３】
電池のＳＯＣ（又は残存容量）を検出する方法としては、充放電電流の積算による方法（以下、電流積算方式ともいう）や、電池電圧に基づいてＳＯＣを推定する方法（以下、電圧推定方式ともいう）が知られている。
特開平１０ー５１９０６号公報は、中ＳＯＣ領域において電圧変化が小さいことに鑑み、ＳＯＣの常用（許容）上限値或いは常用（許容）下限値における電流・電圧マップだけを予め記憶しておき、検出した電流・電圧をこのマップに入れてＳＯＣを推定し、推定ＳＯＣがあらかじめ設定されているＳＯＣの常用上限値に達したら電池を放電する。その後、推定ＳＯＣがあらかじめ設定されているＳＯＣの常用下限値に達したら電池を充電する充放電サイクルを強制的に繰り返す電池制御を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電流積算方式は、電池の充放電電流を逐次検出してこれをＳＯＣの初期値に無限に累算（積算）する方法であるため、次第に積算処理誤差が累積してしまい、正確な検出値が得られいくいという問題があった。
一方、電圧推定方式は、上記累積誤差をもたないものの、たとえばニッケル水素合金電池のように充電分極作用が大きく、電池電圧とＳＯＣとの関係がその充放電履歴により大きく変化してしまうタイプの電池（大ヒステリシス電池ともいう）では、電池電圧とＳＯＣとの関係、あるいは電池電圧と電流と容量との関係をマップとしてあらかじめ記憶していても、充放電履歴が異なるため、電圧データ又は電圧・電流データをこのマップに入れて容量を推定しても、期待した精度が得られないという問題があった。
【０００５】
更に、上記従来公報では、電圧−容量特性の傾斜が大きく、比較的高精度に検出可能な高ＳＯＣ値の場合と低ＳＯＣ値の場合とで電圧・電流データに基づいてＳＯＣ（容量）検出を行い、その結果に基づいて、電池状態を高ＳＯＣ値と低ＳＯＣ値との間を強制的に往復させねばならないため、低ＳＯＣ値側に強制シフトさせた場合には必要な電力が電池から得られにくくなり、高ＳＯＣ値側に強制シフトさせた場合には回生電力を電池に貯蔵しにくくなり、電池の使い勝手が悪化し、走行機能の低下や燃費の悪化が問題となる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、精度及び使い勝手が優れた発電型電気自動車の電池制御方法を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための各請求項記載の構成によれば、精度及び使い勝手が優れた発電型電気自動車の電池制御方法を実現することができる。
なお、これらの各請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法の共通の特徴部分について以下に説明する。
【０００８】
第一に、測定した電池の測定電圧値及び測定電流値に基づいて所定の基準電流値または所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、演算した基準状態電池電圧が所定の目標電圧値Ｖｃとなるように電池の充放電を制御する。
更に詳しく説明すると、電気自動車の電池（走行電力蓄電用電池）では充放電電流状態あるいは充放電電力状態は刻々と変化する使用モードをもつ。一方、電池電圧は、電池の内部抵抗の影響によりその電流の大きさによって変動する。したがって、単に電池電圧と容量とのマップに測定した電池電圧データを導入するだけでは正確な容量推定が困難である。そこで、電池電圧と電流と容量とのマップを記憶し、これに電池電圧データと電流データとを導入して容量を推定することが考えられるが、この場合には、三次元マップを記憶しなければならずメモリの大規模化を招く。
【０００９】
また、ニッケル水素電池のような大ヒステリシス電池では充電分極作用などの影響によりＳＯＣと電池電圧との関係が一概に決定できない。
この問題を解決するために、本発明では、得られた電池電圧データと電流データを一度、基準電流状態又は基準電力状態における電池電圧データである基準状態電池電圧に換算する。そして、この基準電流値または基準電力値における常用容量範囲に対応する所定の目標電圧値Ｖｃを設定しておく。
【００１０】
このようにすれば、大規模メモリを必要とすることなく、この基準状態電池電圧と目標電圧値Ｖｃとの差を解消するように充放電することにより、電流変動にかかわらず、電池の容量を常にこの目標電圧値Ｖｃに対応する容量範囲に保持することができる。
第二に、電池の略満充電状態からの放電時の容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線上の常用最小容量値Ｐ、電池の略完全放電状態からの充電時の容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線上の常用最大容量値Ｑを設定し、ＱからＰに至らない放電又はＰからＱに至らない充電を行うので、電池の容量状態（基準状態電池電圧−容量平面上の座標点）を常用最大容量値Ｑと常用最小容量値Ｐとの間の常用容量範囲に入れることができる。なお、上記の前に容量状態をＰ又はＱ点にセットするには、電池の略満充電状態から放電させるか、略完全放電状態から充電すればよい。
【００１１】
第三に、電池の電圧（基準状態電池電圧）を、Ｐ及びＱに対応する常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの間の所定の目標電圧値Ｖｃに収束するように充放電制御を行う。
このようにすれば、基準状態電池電圧が目標電圧値Ｖｃに一致した時点において、目標電圧値Ｖｃに対応する目標容量値と実際の容量との差を非常に小さくすることができる。更に、基準状態電池電圧が常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの範囲内となるように充放電制御することにより、実際の容量が範囲ＰーＱ内から逸脱することを防止することができる。
【００１２】
なお、基準状態電池電圧が常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの範囲内となるように運転する代わりに、電流積算などの方法で算出した算出容量を、常用最大電圧値Ｖｑに相当する常用最大容量値Ｑ及び常用最小電圧値Ｖｐに相当する常用最小容量値Ｐの範囲内に維持する充放電制御を行う場合でも、実際の容量が範囲ＰーＱ内から逸脱することを防止することができる。
【００１３】
したがって、充放電履歴による電池電圧と容量との関係の変動を低減して、容量を簡単かつ精度よく上記ＰーＱの範囲内に維持して、過充電や過放電を回避することができる。
更に詳しく説明する。
電気自動車の電池（走行電力蓄電用電池）では充放電電流状態あるいは充放電電力状態は刻々と変化する使用モードをもつ。一方、電池電圧は、ニッケル水素電池のような大ヒステリシス電池では充電分極作用などの影響により放電電圧と充電電圧とが異なるとともに、放電電圧ー容量特性及び充電電圧ー容量特性が大きく変動する。充電分極の大きさは、過去の充放電履歴に依存するので、結局、電池電圧は、電流のみならず過去の充放電履歴（過去の充放電電流または充放電電力の変動実績）に大きく影響される。
【００１４】
この問題に対し、本発明者らは多数の実験の結果、次の知見を得た。
基準電流または基準電力の充放電状態（すなわち、電流変動による電池電圧降下の変動の影響を無視できる充放電状態）では、基準状態電池電圧（電池電圧）に対する容量のばらつきは、後述するように所定範囲に収束させることができる。
【００１５】
この容量のばらつきの収束を実現するには、略満充電状態（ここでは９５％以上の容量状態をいう）からの放電時の容量ー電圧特性（放電時最小電圧特性線）上の常用最小容量値Ｐと、電池の略完全放電状態（ここでは５％未満の容量状態をいう）からの充電時の容量ー電圧特性（充電時最大電圧特性線）上の所定の常用最大容量値Ｑとの間で充放電を行えばよい。具体的な制御としてはたとえば、基準状態電池電圧を、Ｐ、Ｑに個別に対応する常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの間に保持する電圧制御を行う。なお、充放電履歴の開始は、上記略満充電状態乃至上記略完全放電状態から行う。
【００１６】
このようにすれば、充放電状態の変動の繰り返しにかかわらず、容量を常用最小容量値Ｐ及び常用最大容量値Ｑの間に維持することができる。
これは、大ヒステリシス電池においても、基準状態電池電圧とそれに対応する容量は、常用最小容量値Ｐとそれに放電時最小電圧特性線上で対応する常用最小電圧値Ｖｐとで決定される座標点と、常用最大容量値Ｑとそれに充電時最大電圧特性線上で対応する常用最大電圧値Ｖｑとで決定される座標点とを両先端とする三日月形状の領域内に存在するという知見に基づくものである。
【００１７】
請求項１記載の構成によれば更に、基準状態電池電圧が常用最小電圧値Ｖｐを超えて低下した場合に、常用最大電圧値Ｖｑ近傍まで充電し、その後、目標電圧値Ｖｃ近傍まで放電する操作を行う。
このようにすれば、目標電圧値Ｖｃとそれに対応する目標容量値とで規定される目標座標点に対する、目標電圧値Ｖｃに一致する基準状態電池電圧とそれに実際に対応する実際の容量値との間の容量ずれを良好に縮小することができる。
【００１８】
請求項２記載の構成は、上述した請求項１の発明と超過充電からの回復処理だけが異なる。
すなわち、基準状態電池電圧が常用最小電圧値Ｖｐを超えて低下した後、所定の条件を満足する場合に、満充電（容量９５％以上）、好ましくは均等充電を行い、更にその後、放電を行うことで電池の容量を常用最小電圧値Ｖｐ近傍に復帰させ、その後、常用最小容量値Ｐから常用最大容量値Ｑに至らない所定量の充電を行って電池の容量を常用最大容量値Ｑと常用最小容量値Ｐとの間の常用容量範囲に入れる。
【００１９】
すなわち、この態様では常用範囲を逸脱した後の好適な時点で満充電を行って、再度、電池の基準状態電池電圧−容量平面上の動作点（座標点）を、放電時最小電圧特性線上の常用最小容量値Ｐに復帰させることができるので、その後、この容量範囲ＰーＱに対応する電圧範囲で運用することにより、容量ずれの解消を図ることができる。
【００２０】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、この満充電は、均等充電（所定基準状態電池電圧に達した後、小電流値で所定時間充電する充電方式をいう）により完全な満充電まで行われるので、その後の放電により動作点を正確に最小電圧特性線上のＰ点に復帰させ、その後の充電により正確に目標点に復帰させることができる。
【００２１】
請求項３記載の構成によれば、電池電圧が常用最小電圧値を所定量超えて超過放電した場合に、常用最大電圧値Ｖｑからこの所定量を超えない範囲まで超過充電し、その後、目標電圧値Ｖｃまで放電する操作を行う。
このようにすると、基準状態電池電圧が目標電圧値Ｖｃに一致する場合の容量を、この目標電圧値Ｖｃに対応する目標容量値に良好に復帰させることができる。
【００２２】
請求項５記載の構成によれば請求項１乃至４のいずれか記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、電池はニッケル水素電池とする。
このようにすれば、大ヒステリシス特性を有するニッケル水素電池を精度よく所定の常用容量範囲で運用することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
なお、発電型電気自動車としては、上述のハイブリッド車の他、燃料電池及びその発電電力と負荷の要求電力とのアンバランスを吸収する電池とをもつ燃料電池車などがある。
【００２４】
【実施例】
本発明の電池制御方法を用いたパラレルハイブリッド自動車の構成例を図１に示す。
１１はエンジン、１２はエンジン１１の駆動力の一部で発電する交流形式の発電機、１３は発電機１２から出力される交流電力を直流電力に変換するインバータ、１４はニッケル水素電池で構成した組み電池からなる電池装置（単に電池ともいう）である。エンジン１１の出力は、トルク分配機１５、ギヤ１７を介して、車輪１８に伝えられる。インバータ１３は、発電機１２及び電池１４から給電されてモータ１６を駆動し、あるいはモータ１６で回生された電力で電池１４を充電する。
【００２５】
図２は、図１に示したハイブリッド車の電池１４を示すブロック図である。
電池１４において、２１は電池パック、２２は互いに直列接続されて電池パック２２を構成する多数の電池モジュール、２３は温度センサ、２４は各電池モジュール２２の電圧を検出する検出回路、２５は温度検出回路、２６は電流検出回路、２７は、電圧検出回路２４、温度検出回路２５、電流検出回路２６からの信号に基づいて電池１４の容量を検出するための電池制御マイコン（電池コントローラともいう）である。２８は、電池１４からのＳＯＣ信号などに基づいて電池パック２１の充放電を実際に制御する車両コントローラであり、車両コントローラ２８は、電池制御マイコン２７や車両各部からの入力情報に基づいて、エンジン１１、発電機１２、インバータ１６を制御する。
【００２６】
この実施例で用いたニッケル水素電池（単セル）の車両実走行時の電圧−電流特性を図３に示す。
図３中、特性線Ｌは、所定の定電力（電圧×電流＝一定）曲線で、この実施例では、このハイブリッド自動車システムにおける電池パック２１の最大放電電力値を電池１セル当たりに換算して示したものである。
【００２７】
図３中、破線３１は電池容量が満充電状態である場合の電流、電圧特性であり、破線３２は、電池容量が、最大放電電力値で放電する場合に電池電圧が最低動作保障電圧Ｖ＿ｍｉｎに達する値である場合の電流、電圧特性を示す。このように電流、電圧特性は満充電付近では特性３１に示すように電圧が高く、電池容量が低下すると特性３２のように電圧が低下する。
【００２８】
ここで、特性３１では電流＝０Ａの座標点が容量Ｐ＿ｍａｘ’、電圧Ｖ＿ｍａｘ’の点で、特性３２では電流＝０Ａの座標点が容量Ｐ＿ｍｉｎ’，電圧Ｖ＿ｍｉｎ’の点である。このように、走行中の電流、電圧特性を測定し、予め定めた定電流値（例えば電流＝０Ａ）となるように電圧値を換算してこれを基準状態電池電圧とし、これらの容量値と基準状態電池電圧値とを用いれば、電流変化における電圧変動の影響を取り除くことができる。
【００２９】
或いは、満充電付近の電流、電圧特性３１では、所定の定電力放電時（ここでは最大放電電力値時）の点がＰ＿ｍａｘ、電圧Ｖ＿ｍａｘで、特性３２では上記定電力放電時の点がＰ＿ｍｉｎ，電圧Ｖ＿ｍｉｎの点である。このように、走行中の電流、電圧特性を測定し、予め定めた定電力値となるように電圧値を換算してこれを基準状態電池電圧とし、これらの容量値と基準状態電池電圧値とを用いれば、電力変化における電圧変動の影響を取り除くことができる。
【００３０】
このようにして、所定の定電力時（あるいは定電流時）における基準状態電池電圧と容量との関係を求めることができる。
定電力放電時（ここでは最大放電電力値時）の基準状態電池電圧と容量との関係を図４に示し、定電流時の一例として電流＝０Ａ時の基準状態電池電圧（開放電圧）と容量との関係を図５に示す。両者はほとんど同じであるので、以下、図４の場合について説明する。
【００３１】
図４において、４１はＳＯＣ１００％の状態から放電傾向にあるときに測定した電圧特性（放電時最小電圧特性線）、４２は完全放電に近い状態から充電傾向にあるときに測定した電圧特性（充電時最大電圧特性線）である。４１と４２の特性は大きくずれており、放電傾向と充電傾向の特性には大きなヒステリシスが生じることがわかる。
【００３２】
また、４３はＳＯＣ８０％の座標Ｐ＿Ｈｉ（常用最大容量値Ｑ）点からＳＯＣ４０％の座標Ｐ＿Ｌｏ（常用最小容量値Ｐ）点まで放電したときの電圧特性線、４４はＳＯＣ４０％の座標Ｐ＿Ｌｏ点からＳＯＣ８０％の座標Ｐ＿Ｈｉ点まで充電したときの電圧特性線である。電圧特性線４３と４４の特性で囲まれたヒステリシスは、電圧特性線４１と４２に囲まれたヒステリシスに対して、格段に小さくなっていることがわかる。なお、座標Ｐ＿Ｈｉ点の電圧はＶ＿Ｈｉ（常用最大電圧値Ｖｑ），座標Ｐ＿Ｌｏ点の電圧はＶ＿Ｌｏ（常用最小電圧値Ｖｐ）である。
【００３３】
更に説明すると、ＳＯＣ８０％の座標Ｐ＿Ｈｉ点は、略完全放電状態からの充電時の容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線４２上でＳＯＣ８０％の点と略みなすことができ、したがって、略完全放電状態からＳＯＣ８０％まで（又はＶ＿Ｈｉまで）充電することにより達することができる。同様に、ＳＯＣ４０％の座標Ｐ＿Ｌｏ点は、略満充電状態からの放電時の容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線４３上でＳＯＣ４０％の点と略みなすことができ、したがって、略満充電状態からＳＯＣ４０％まで（又はＶ＿Ｌｏまで）放電することにより達することができる。
【００３４】
図４において、４３は、座標Ｐ＿Ｈｉ点から放電する場合の基準状態電池電圧の変化を示す線（常用最小電圧特性線）であり、４４は、座標Ｐ＿Ｌｏ点から充放電する場合の基準状態電池電圧の変化を示す線（常用最大電圧特性線）である。したがって、一度、座標Ｐ＿Ｈｉ点又は座標Ｐ＿Ｌｏ点に達した後、容量４０〜８０％またはそれに相当する基準状態電池電圧Ｖ＿Ｈｉ又はＶ＿Ｌｏの間で電池の充放電（以下、標準充放電ともいう）を行う場合には、電池の基準状態電池電圧と容量との関係は、図３の斜線内にあることがわかる。
【００３５】
次に、本発明でいう目標電圧値Ｖｃ又は参照電圧値として、上記斜線領域のほぼ中心点として、容量６０％、基準状態電池電圧（単に電池電圧ともいう）ＶＭの点を設定する。
したがって、標準充放電を行っていれば、電池電圧がＶＭであるということは、過去の充放電履歴にかかわらず、ＶＭと常用最小電圧特性線４３との交点の容量値約５５％から、ＶＭと常用最大電圧特性線４４との交点の容量値約６５％まで容量の変動幅は１０％に限定できることがわかる。
【００３６】
図５においても同様であり、上記ＶＭに対応するＶＭ’を適当にとれば、電流＝０Ａの時の電圧がＶＭ’であれば、過去の充放電履歴にかかわらず、容量変動幅を約５５％から約６５％までと推定できることがわかる。
次に図４における特性線４３、４４内の充放電特性（基準状態電池電圧ー容量特性）について、更に詳細に調べた結果を図６に示す。
【００３７】
６１は、座標Ｐ＿Ｈｉ点から放電する場合の常用最小電圧特性線４３上の所定点Ｐ１からＰ２まで充電する場合の特性線、６２は、Ｐ２からＰ３まで放電する場合の特性線である。
図６から、座標Ｐ１から充電傾向で容量が推移する場合の特性線６１は座標Ｐ＿Ｈｉ点に収束すること。更に言えば、特性線４３上の任意の点から充電する場合は座標Ｐ＿Ｈｉ点に収束することがわかる。一方、座標Ｐ２から放電傾向で容量が推移する場合の特性線６２は座標Ｐ１に収束することがわかる。
【００３８】
すなわち、特性線４３と４４とで囲まれる常用領域内の所定点からの放電は、それ以前の上記所定点までの充電における充電開始点が特性線４３上にあればそこに向かうことがわかる。
同様に、特性線４３と４４とで囲まれる常用領域内の所定点からの充電は、それ以前の上記所定点までの放電における放電開始点が特性線４４上にあればそこに向かうことがわかる。
【００３９】
すなわち、この常用領域内では、ある状態から一旦放電、或いは充電した後、ＳＯＣを基に戻そうとすると、電圧も元の値に戻ろうとすることがわかる。これは、ニッケル水素電池に限らず、充電可能な２次電池全てに共通する特徴で、分極現象と呼ばれている。
ここで、特性線４３上で電圧ＶＭ時の容量値をＳＯＣ１、特性線４４上で電圧ＶＭ時の容量値をＳＯＣ２とする。電圧ＶＭは、目標電圧値Ｖｃとして、容量６０％を中心にＳＯＣ１とＳＯＣ２がプラスマイナス均等になるように定める。
【００４０】
この状態で、いま座標Ｐ＿Ｈｉ点から走行を開始した場合を想定する。ハイブリッド自動車の走行中に定電力放電時の電池電圧（基準状態電池電圧）がＶＭになるように発電機１２をコントロ−ルすると、座標Ｐ＿Ｈｉ点は特性４３上を推移し、ＳＯＣは８０％から特性４３が電圧ＶＭと交わるＳＯＣ１に推移して安定することが、図６からわかる。
【００４１】
その後、運転者が電池容量を消費するような走行を行い、例えば座標Ｐ１点のＳＯＣまで到達する場合には、今度は特性線６１上を電圧ＶＭまで電圧が回復するため、ほぼＳＯＣは６０％で安定することがわかる。
即ち、容量の変動範囲をＳＯＣ８０％〜４０％に限定（又は電池電圧をＶ＿Ｈｉ〜Ｖ＿Ｌｏに限定）して、電池特性のヒステリシスを小さくすることで、少なくともＳＯＣ１からＳＯＣ２の範囲でＳＯＣが維持される。更に、充放電を繰り返すと、容量は徐々に目標電圧値Ｖｃ（ＶＭ）に対応する目標容量値（ＳＯＣ６０％）に収束される。
【００４２】
なお、電池のヒステリシス特性が小さい鉛電池等は、電池容量の使用範囲を限定することなく目標とする容量を維持することが可能である。また、電圧ＶＭは電池容量を維持したい容量に対して設定することで、維持する容量を本実施例の６０％ではなく任意の容量に変更することが可能である。
（過放電からの回復処理例１）
次に図６において、常用最小電圧特性線４３及び常用最大電圧特性線４４で囲まれる三日月状の常用範囲から放電側に逸脱した場合について、図７を参照して説明する。
【００４３】
いま、動作点（座標）は、ＳＯＣ１（８０％）とＳＯＣ２（４０％）の間で、かつ、座標Ｑ（Ｐ＿Ｈｉ）点、目標点（目標容量値（６０％）、目標電圧値Ｖｃ（１．１Ｖ））、座標Ｐ’点を結ぶ放電特性線４５上にあるとする。
この状態で車両要求により放電がＢ点まで進行し、その後、車両走行負荷の減少により電池充電が可能となったとする。すると、電池はＢ点からＢ’点を通ってＱ点（厳密にはＱ点より少し小さい値となるがほぼＱ点とみなせる）に至る充電特性線４６上をたどって復帰する。したがって、その後、ほぼＱ点から放電させることにより、再び目標点Ｃ’に復帰させることができる。
【００４４】
すなわち、常用範囲よりも過放電した場合には、単に目標電圧値Ｖｃまで充電するだけでは容量はＢ’点となり、不足する。そこで、この実施例では、常用範囲よりも過放電した場合には、単に目標電圧値Ｖｃまで充電するだけではなく、常用最大容量値Ｑ（またはそれに相当する常用最大電圧値Ｖｑ）近傍まで復帰させた後、目標電圧値Ｖｃまで放電させる。このようにすれば、基準状態電池電圧Ｖが目標電圧値Ｖｃとなる場合の動作点を目標点Ｃ’近傍に良好に復帰させることができる。
【００４５】
上記過放電からの回復処理例１を含む具体的な充放電制御の一例を以下に説明する。
まず、検出した電圧データと電流データとのペアから定電力時の基準状態電池電圧（又は定電流時の基準状態電池電圧）を算出する。なお、電圧データは各セルごとに検出することが好ましいが直列に接続される複数のセルの電圧を検出する場合はそれを１セル当たりの値に補正する。
【００４６】
次に、動作点を特性線４３又は４４上に上述の方法（満充電状態からの放電又は完全放電状態からの充電）でもってきた後、電池電圧がＶ＿Ｈｉ〜Ｖ＿Ｌｏの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御する。具体的には、電池電圧Ｖ＿Ｈｉに達したら充電を禁止し、電池電圧がＶ＿Ｌｏに達したら放電を禁止する。これとは別に電流の積算によって仮のＳＯＣを算出しておく。次に、前記比較結果に基づきＳＯＣを補正する。
【００４７】
このＳＯＣ補正について更に詳しく説明すると、電流積算により求めた容量が目標容量値６０％に達した場合に、基準状態電池電圧と目標電圧値ＶｃとしてのＶＭとの差を求め、この差が０になるまで補償充放電としての充電又は放電を行う。なお、この差は電流積算誤差とみなせるので、電流積算容量の値に累算しない。
【００４８】
このようにすれば、その後、次に、電流積算により求めた容量が目標容量値６０％に達するまで、積算誤差なしに電流積算容量を用いて容量推定し、この電流積算容量と目標容量値との差に基づいて、この差を解消するように充放電制御することにより、容量を目標容量値に収束させることができる。
なお、上述した電池電圧がＶ＿Ｈｉ〜Ｖ＿Ｌｏの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御する代わりに、電流積算容量がＰ＿Ｈｉ〜Ｐ＿Ｌｏの範囲を逸脱しないように充放電制御してもよい。
【００４９】
（過放電からの回復処理例２）
上述した（過放電からの回復処理例１）を実施すると、目標電圧値ＶｃにおいてたとえばＣ’点に復帰させることができる。
しかしながら、この後、常用最大電圧値Ｖｑと常用最小電圧値Ｖｐとの間で目標電圧値Ｖｃに収束させつつ電池を運転する場合、電池の動作点は、Ｑ、Ｏ、Ｐ、Ｏ’、Ｑを結ぶ以前の範囲内から、Ｑ、Ｃ’、Ｐ’、Ｂ、Ｑを結ぶ範囲内にシフトする。すなわち、基準状態電池電圧Ｖが目標電圧値Ｖｃに一致する場合の容量範囲はＯ〜Ｏ’から、Ｃ’〜Ｂにシフトしてしまう。
【００５０】
そこで、本実施態様では、このシフトを解消するために、車両状態がそれを許す時間帯を検出してこの時間帯に自動的又は定期的に均等充電を行い、その後、放電により基準状態電池電圧ＶをＰ点（常用最小電圧値Ｖｐ）に復帰させ、その後、充電により目標電圧値Ｖｃに復帰させる。
これにより、上記シフトを解消することができる。特に、この実施態様では、常用範囲から放電側に逸脱する場合に限り、その後、車両状況が許す場合に均等充電するので、車両走行に支障が生じないという利点がある。なお、均等充電を簡略化して単なる満充放電処理としてもよく、あるいは、通常は満充電処理を行い、時々、均等充電処理を行ってもよい。
【００５１】
（過放電からの回復処理例３）
上述した（過放電からの回復処理例１）の欠点は、座標Ｐが座標Ｐ’にシフトするために、常用最小電圧特性線が４３から４５に、常用最大電圧特性線が４４から４７にシフトし、その結果、目標電圧値Ｖｃにおける容量幅が低容量側にシフトしてしまう点にある。上述した（過放電からの回復処理例２）を実施してそれを解消することもできるが、便宜的に、次の方法によってもシフトを低減ないし解消することができる。
【００５２】
図７において、上記放電側シフトは、常用範囲を超えた過大な放電に起因することは明らかである。そこで、この実施態様では、たとえばＢ点から充電復帰する場合に、この常用範囲からの超過放電量（容量Ｂ（２０％）と常用最小容量値Ｐ（４０％）との差）よりも小さい所定量（超過充電量）だけ常用最大容量値Ｑより超過充電する。このようにすれば、直前の上記超過放電による動作点左シフトの影響を、直後の上記超過充電による動作点右シフトの影響である程度キャンセルすることができる。
【００５３】
したがって、このようにすれば、動作点を良好に上記過放電前の位置に復帰させることができ、目標電圧値Ｖｃにおける容量ばらつきをＯ、Ｏ’の範囲内に近づけることができる。
（過放電からの回復処理例４）
更に、上述した（過放電からの回復処理例３）で、上記超過充電して到達したＳＯＣ１を超える動作点から、再度ＳＯＣ２未満となる超過放電を行う。ただし、今度の超過放電量（超過放電により到達した容量値とＳＯＣ２との差）は直前の超過充電量（超過充電により到達した容量値とＳＯＣ１との差）より小さくする。このようにすれば、更に、動作点を更に良好に上記過放電前の位置に復帰させることができ、目標電圧値Ｖｃにおける容量ばらつきをＯ、Ｏ’の範囲内に近づけることができる。
【００５４】
更に、この方式の一態様として、臨時の目標ＳＯＣ値を本来の目標容量値６０％の両側に交互にスイングし、かつ目標容量値に次第に近づけていくことができる。上記方式は、磁気ヒステリシスを有する磁性膜の残留磁化を解消する交流消磁と同じ方式である。
なお、上記各回復処理例においての所定容量までの充電動作や放電動作は、それらに対応する基準状態電池電圧に基づいて行うことができるが、その他、電流積算容量に基づいて行うこともできる。
【００５５】
次に、上述の充放電制御例の更に具体的な制御操作をフローチャートを参照して以下に説明する。
まず、車両コントローラ２８の充放電制御を図８を参照して簡単に説明する。
車両コントローラ２８は、走行状態及び操作状態に基づいて算出した車両負荷と、電池コントローラ２７から受信したＳＯＣ信号（電池の現在容量を示す信号）との合計値とエンジン１１の出力とが一致するように、エンジン１１を制御する原動機コントローラ（図示せず）に指令する制御を行う。ハイブリッド車におけるこの制御自体はこの実施例の要旨ではないのでこれ以上の説明は省略する。
【００５６】
車両コントローラ２８による、電池１４の充放電制御に関する部分の具体的な制御を図８に示す。
ステップ１０００では電池コントローラ２７からＳＯＣを読み込み、ステップ１００２では読み込んだＳＯＣとあらかじめ目標とする目標ＳＯＣとの差を求めて、これを電池要求電力値とする。
【００５７】
ステップ１００４では、算出した電池要求電力値にあらかじめ算出した走行負荷電力を加算して合計負荷電力とし、エンジン出力要求値をこの合計負荷電力に一致させる。
また、車両コントローラ２８はエンジン出力と走行負荷電力との差を算出してその差だけ、発電機１２又はモータ１６を駆動する制御を行うが、この制御もこの実施例の要旨ではないので、説明を省略する。
【００５８】
次に、電池コントローラ２７におけるＳＯＣ決定動作について図９を参照して以下に説明する。
なお、過去において、動作点は以前に特性線４３上、又は４４上へ上述の方法で設定された後、電池電圧がＶ＿Ｈｉ〜Ｖ＿Ｌｏの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御されることにより、特性線４３と４４との間にあるものとする。
【００５９】
図９では、まず、ステップ９０１で走行中の電圧ＶＢ、電流ＩＢ、温度ＴＢを検出し、電圧ＶＢと電流ＩＢの複数ペアを基に最小２乗法によって内部抵抗Ｒｋを算出し、それを基に基準状態電池電圧として所定電力放電時の電圧（基準状態電池電圧）ＶＢｗを算出する（ステップ９０２）。
ＶＢ０＝ＶＢ＋Ｒｋ×ＩＢ
ＶＢｗ＝｛ＶＢ０＋（ＶＢ０²−４×Ｒｋ×α）^0.5｝×０．５
なお、αは用いた定電力（ここでは２１ｋＷ）である。
【００６０】
次に、ステップ９０３によって電流積算法により算出し、ステップ９０４によって算出したＳＯＣが常用最小容量値Ｐである４０％をより小さい状態（超過放電状態ともいう）かどうか、又は現在、過去の上記超過放電状態からの回復処理中（この実施例では後述するフラグＦ１又はＦ２の少なくともどちらかが１である状態）かどうかを調べ、そうでなければステップ９０７に進み、そうであればステップ９０６に進む。なお、電流積算方式ではなく、基準状態電池電圧ＶＢｗに基づいて予め記憶するマップに基づいて容量を推定してもよい。
【００６１】
これは、常用最小容量値Ｐを超えない限り、推定容量がばらついても大きな問題とはならず、かつ、推定容量が常用最小容量値Ｐを超えて低下する超過放電時には、基準状態電池電圧ＶＢｗに対する容量ばらつきが格段に小さくなるので、少なくとも超過放電は基準状態電池電圧ＶＢｗにより過去の充放電履歴にかかわらず実用上ほぼ正確に検出できるからである。更に、図７からわかるように、常用最小容量値Ｐよりも放電する場合には容量変化に対する基準状態電池電圧ＶＢｗの変化が大きく、感度がよいという利点もある。
【００６２】
ステップ９０６では、上記超過放電状態からの回復処理を行う。この回復処理の一例を図１０を参照して以下に説明する。
まず、ステップ９０６０にて、フラグＦ１が０かどうかを調べる。このフラグＦ１が１であるということは、超過放電状態（たとえば図７のＢ点）から充電特性線４６をたどって略Ｑ点まで充電中であることを示すフラグである。
【００６３】
フラグＦ１が１であればステップ９０６３に進み、０であればステップ９０６１に進み、目標容量値を８０％にシフトする。次の、ステップ９０６２にてフラグＦ１を１にセットする。
次に、ステップ９０６３にて、ステップ９０３で算出したＳＯＣが常用最大容量値Ｑである８０％に達したかどうかを調べ、達していなければステップ９０７へ進み、達したら、特性線４６をたどって略Ｑ点に既に到達したと判断してステップ９０６４にてフラグＦ１を０にリセットする。
【００６４】
次に、フラグＦ２が０かどうかを調べる（ステップ９０６５）。このフラグＦ２が１であるということは、略Ｑ点から放電特性線４５上をたどってＣ’点に達するまでの間の放電中であることを意味する。
フラグＦ２が１であればステップ９０６８へ進み、０であれば目標ＳＯＣ（目標容量値）を６０％に復帰させ（ステップ９０６６）、フラグＦ２を１にセットし（ステップ９０６７）、ステップ９０６８へ進む。
【００６５】
ステップ９０６８では、上記放電によりステップ９０３で算出したＳＯＣが６０％に達したかどうかを判断し、達しなければステップ９０７へ進み、達したらフラグＦ２を０にリセットしてステップ９０３に進む。
なお、上記実施例では、ステップ９０３にて積算した容量値により動作点を判定したが、基準状態電池電圧でそれを判定してもよいことはもちろんである。たとえば、略Ｑ点に達したかどうかは基準状態電池電圧ＶＢｗとＶｑとの一致で判定でき、Ｃ’点に達したかどうかは基準状態電池電圧ＶＢｗとＶＭとの一致で判定できる。
【００６６】
このように制御すれば、図７のＢ点から略Ｑ点をたどってＣ’点に動作点をシフトさせることができる。これに対し、Ｂ点から単に目標電圧値Ｖｃ＝ＶＭまで充電するだけでは容量はＢ’となり、その後、基準状態電池電圧をＶｐ〜Ｖｑ間で制御する場合、基準状態電池電圧が目標電圧値Ｖｃ＝ＶＭである場合の実際の容量のばらつきはＣ’〜Ｂ’となってしまう。
【００６７】
ステップ９０７では、演算された上記ＳＯＣ及び目標ＳＯＣを発電機１２等を制御している車両コントローラ２８に実際に出力する。ステップ９０８では、ＳＯＣが上限８０％と下限４０％の範囲かどうかを監視する。このサブルーチンを図１１、図１２を参照して以下に説明する。
図１１において、ステップ１００１では、求めたＳＯＣが８０％を超えた場合を判別し、ステップ１００２によってそれ以上の充電を禁止する充電制限指令をコントローラ１２に出力する。なお、ステップ９０６１〜９０６３の処理が行われている場合（Ｆ１＝１）の場合はこの限りではない。ステップ１００３では、求めたＳＯＣが４０％を下回った場合を判別し、ステップ１００４によって回復処理をするための回復処理指令をコントローラ１２に出力する。
【００６８】
他の方法として図１２に示すように、基準状態電池電圧によりＳＯＣの上限、下限を監視してもよい。
詳しく説明すると、ステップ１１０１で定電力放電時の基準状態電池電圧ＶＢｗがＳＯＣ８０％の電圧に相当するＶ＿Ｈｉを越えた場合、ステップ１１０２によってそれ以上の充電を防止するために充電制限指令を出力する。なお、ステップ９０６１〜９０６３の処理が行われている場合（Ｆ１＝１）の場合はこの限りではない。ステップ１１０３で定電力放電時の基準状態電池電圧ＶＢｗがＳＯＣ４０％の電圧に相当するＶ＿Ｌｏを下回った場合、ステップ１１０４によって回復処理をするための回復処理指令をコントローラ１２に出力する。なお、この場合、定電力放電時の基準状態電池電圧ＶＢｏで上下限を検出するほか、定電流放電時の基準状態電池電圧（例えば、電流＝０Ａ時の電圧）ＶＢｏで上下限を検出しても良い。
【００６９】
ステップ９０９では、走行が終了したかどうかを調べ、終了したらステップ９１０によって演算の結果を次回の走行開始時の初期値とするために図示しないメモリ等に保存し、一連の制御を終了する。
なお、上述した回復処理では、既に述べたように、基準状態電池電圧ＶＢｗか目標電圧値Ｖｃに一致する場合のＳＯＣのばらつき範囲は厳密には初期状態に回復しない。そこで、この実施例では、超過放電が発生したらその後、所定条件で均等充電（または満充電）を行う。この均等充電開始条件としては、運転者による手動開始でもよいし、あるいは走行状態を判別して自動的に決定してもよい。
【００７０】
この均等充電による回復処理を図１３を参照して以下に説明する。
まず、ステップ２０００で均等充電を開始する。この実施例では、均等充電は満充電電圧Ｖｑ近傍まで充電後、微小電流で所定時間充電を継続する充電操作を言い、次にステップ２００２で均等充電が完了したかどうかを調べる。
均等充電が完了したら、基準状態電池電圧ＶＢｗが常用最小電圧値Ｖｐに達するまで又は電流積算容量が１００％から４０％になるまで放電し（ステップ２００４）、次に、基準状態電池電圧ＶＢｗが常用最小電圧値Ｖｐに達するまで又は電流積算容量が４０％から６０％になるまで充電し（ステップ２００６）、ルーチンを終了する。
【００７１】
（変形態様）
図９におけるステップ９０６の他の実施例を以下に説明する。
まず前提となる技術思想を図７を参照して説明する。
たとえばＢ点まで超過放電した場合、それからＱ点を超える所定の容量値たとえばＰ’点まで充電する場合を考える。この容量値Ｐ’から放電する放電特性線（たとえば４８）がＯ点を通るなら、その後、ＳＯＣ１とＳＯＣ２との間で充放電を繰り返す限り、基準状態電池電圧ＶＢｗが目標電圧値Ｖｃ＝ＶＭに一致する状態で、容量値のばらつきの上限はＯ点となり、容量のばらつきはＣ’〜Ｂよりも左にシフトすることがわかる。ただし、このＰ点を超える超過放電が生じた後に実施するこの超過充電がその前の超過放電より大きければ、後の超過充電の影響野方が大きくなってしまう。
【００７２】
前述したように、Ｐ点を超えて超過放電する場合の特性は最小電圧特性線４１上に近接する。
したがって、予め、超過放電量（Ｐ点の容量４０％を基準）または到達した最低電圧に対応して、好適な超過充電量（Ｐ点の容量８０％を基準）又は到達するべき最高電圧を、予めマップに記憶しておくものとする。
【００７３】
図１４に示すフローチャートを参照して更に具体的に説明すると、ステップ３０００では、このマップに基づき、算出した超過放電量（Ｐ点の容量４０％を基準、図７では２０％）または到達した最低電圧（図７ではＢ点の基準状態電池電圧ＶＢｗ）に対応して、好適な超過充電量（Ｐ点の容量８０％を基準）又は到達するべき最高電圧を読み出し、Ｂ点からＰ’点まで超過充電する。
【００７４】
次のステップ３０００では、上記超過充電量（Ｐ点の容量８０％を基準）又は到達するべき最高電圧で決定される動作点（ここではＰ’点）からＯ点まで放電し、その後、基準状態電池電圧ＶＢｗが目標電圧値Ｖｃ＝ＶＭ＝１．１Ｖとなるように制御すればよい。あるいは、電流積算方式により容量を６０％に制御する。
【００７５】
このようにすれば、より簡単に動作点の復帰をおこなうことができる。
更にこの変形態様によれば、この超過放電を更に超過充電でキャンセルする方式を発展させて、その後、目標容量値から所定量だけ充電側又は放電側に離れた容量値へ交互に充放電しつつ、目標容量値に近づく操作を行うことも可能である。
【００７６】
このようにすると、磁気ヒステリシス特性を有する強磁性体の残留磁化を次第に振幅が小さくなる交流磁界で交流消磁する場合と同じく、残留する分極による充放電ヒステリシスをもつ電池においても、基準状態電池電圧が目標電圧値Ｖｃに一致する場合の容量を、この目標電圧値Ｖｃに対応する目標容量値に良好に復帰させることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池制御方法を用いたパラレルハイブリッド自動車の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示したハイブリッド車の電気系統を示すブロック図である。
【図３】この実施例で用いたニッケル水素電池（単セル）の車両実走行時の電圧−電流特性を示す図である。
【図４】図３に基づいて作成した定電力状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図５】図３に基づいて作成した定電流状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図６】図４における充放電軌跡を示す定電力状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図７】図４における超過放電及びその後の回復充電軌跡を示す定電力状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図８】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図９】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図１２】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図１３】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。

Claims

発電手段と、前記発電手段が発電した電力を貯蔵するとともに走行モータに給電する電池とを備える電気自動車の電池制御方法において、
測定した電池の測定電圧値及び測定電流値に基づいて所定の基準電流値または所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、
前記電池の略満充電状態からの放電時の容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線上の所定の常用最小容量値Ｐを設定し、
前記電池の略完全放電状態からの充電時の容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線上の所定の常用最大容量値Ｑを設定し、
前記常用最大容量値Ｑからの前記常用最小容量値Ｐに至らない所定量の放電又は前記常用最小容量値Ｐからの前記常用最大容量値Ｑに至らない所定量の充電を行って前記電池の容量を前記常用最大容量値Ｑと前記常用最小容量値Ｐとの間の常用容量範囲に入れ、
前記基準状態電池電圧を、前記常用最小容量値Ｐ及び常用最大容量値Ｑに個別に対応する常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの間の所定の目標電圧値Ｖｃに収束するように充放電制御を行い、
前記基準状態電池電圧が前記常用最小電圧値Ｖｐを超えて低下した場合に、前記常用最大電圧値Ｖｑ近傍まで充電し、その後、前記目標電圧値Ｖｃ近傍まで放電する操作を行うことを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
発電手段と、前記発電手段が発電した電力を貯蔵するとともに走行モータに給電する電池とを備える電気自動車の電池制御方法において、
測定した電池の測定電圧値及び測定電流値に基づいて所定の基準電流値または所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、
前記電池の略満充電状態からの放電時の容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線上の所定の常用最小容量値Ｐを設定し、
前記電池の略完全放電状態からの充電時の容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線上の所定の常用最大容量値Ｑを設定し、
前記常用最大容量値Ｑからの前記常用最小容量値Ｐに至らない所定量の放電又は前記常用最小容量値Ｐからの前記常用最大容量値Ｑに至らない所定量の充電を行って前記電池の容量を前記常用最大容量値Ｑと前記常用最小容量値Ｐとの間の常用容量範囲に入れ、
前記基準状態電池電圧を、前記常用最小容量値Ｐ及び常用最大容量値Ｑに個別に対応する常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの間の所定の目標電圧値Ｖｃに収束するように充放電制御を行い、
前記基準状態電池電圧が前記常用最小電圧値Ｖｐを超えて低下した場合に、その後の所定の期間に満充電を行い、更にその後、放電を行うことにより、前記電池の容量を常用最小電圧値Ｖｐ近傍に復帰させ、その後、前記常用最小容量値Ｐからの前記常用最大容量値Ｑに至らない所定量の充電を行って前記電池の容量を前記常用最大容量値Ｑと前記常用最小容量値Ｐとの間の常用容量範囲に入れることを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
請求項２記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
前記満充電は、均等充電により行われることを特徴とする電気自動車の電池制御方法。
発電手段と、前記発電手段が発電した電力を貯蔵するとともに走行モータに給電する電池とを備える電気自動車の電池制御方法において、
測定した電池の測定電圧値及び測定電流値に基づいて所定の基準電流値または所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、
前記電池の略満充電状態からの放電時の容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線上の所定の常用最小容量値Ｐを設定し、
前記電池の略完全放電状態からの充電時の容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線上の所定の常用最大容量値Ｑを設定し、
前記常用最大容量値Ｑからの前記常用最小容量値Ｐに至らない所定量の放電又は前記常用最小容量値Ｐからの前記常用最大容量値Ｑに至らない所定量の充電を行って前記電池の容量を前記常用最大容量値Ｑと前記常用最小容量値Ｐとの間の常用容量範囲に入れ、
前記基準状態電池電圧を、前記常用最小容量値Ｐ及び常用最大容量値Ｑに個別に対応する常用最大電圧値Ｖｑ及び常用最小電圧値Ｖｐの間の所定の目標電圧値Ｖｃに収束するように充放電制御を行い、
前記基準状態電池電圧が前記常用最小電圧値Ｖｐから所定量だけ超えて低下した場合に、前記基準状態電池電圧が前記常用最大電圧値Ｖｑから前記所定量を超えない範囲で充電し、その後、前記目標電圧値Ｖｃまで放電する操作を行うことを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
請求項１乃至４のいずれか記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、前記電池はニッケル水素電池であることを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。