JP3865189B2

JP3865189B2 - 自己発電型電気自動車用電池の制御方法

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Publication number: JP3865189B2
Application number: JP35692199A
Authority: JP
Inventors: 利幸河合; 徹也小林
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001177918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己発電型電気自動車用電池の制御方法に関する。本発明は、例えばエンジン駆動発電機や燃料電池などの発電手段とそれらの発生エネルギ−を補完する二次電池とを搭載するハイブリッド車や燃料電池車のように、放電と充電を頻繁に繰り返す電池を使用する自己発電型電気自動車の電池制御に適用される。
【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電力が放出され、減速時や一定速度走行等の低負荷運転時には電池に電力が放電される。したがって、ハイブリッド車の電池では充電及び放電のどちらにでも対応できるように、容量（残存容量）を常に中間状態に維持する必要がある。このような電池制御は、ＨＶ車だけでなく、エンジン駆動発電機の代わりに燃料電池により発電する燃料電池車用の補助電池の制御においても必要となる。
【０００３】
したがって、自己発電型電気自動車の電池制御では、充放電により容量を常に中間状態に保つ必要があり、そのため容量の現在値を正確に検出する必要がある。従来、電池の容量推定では、通常、電池の充放電電流を累算することによりそれを求めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電流累算方式は、上記ハイブリッド車などのように充放電を頻繁に繰り返すと徐々に積算誤差が累積するという問題をもち、更に組み電池を構成する各電池間で容量（残存容量）のばらつきが生じ、また各単電池の劣化速度にもばらつきがあるため、一つの単電池が過放電となる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、均等充電や不良単電池の交換などのタイミングの適切な決定を可能とし、一部の単電池の過放電を高精度に回避可能な自己発電型電気自動車用電池の制御方法を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法によれば、
組み電池の累算充放電電流から求めた残存容量又はこの残存容量に関連する量たとえばＳＯＣなどに基づいて充放電制御を行うので、電池電圧などに基づいて放電終止する電池制御に比べて格段に正確に現在の残存容量を推定することができ、ハイブリッド車や燃料電池車のように電池の容量に常に中間容量レベルに維持して、次に充電要請が入力されても、放電要請が入力されても対応できるようにすることができる。
【０００７】
また、本構成では、すべての単電池が劣化していないと想定した場合の常用範囲（過放電に対するマ−ジンのため、残存容量が０近傍は常用充放電では用いない）における最小容量値すなわち常用最小容量値の組み電池を所定の基準電流値または基準電力値で放電した場合の放電電圧値である基準放電時常用最小電圧値を設定し、この基準電流値または基準電力値での放電である基準放電における放電電圧がこの基準放電時常用最小電圧値以下となる領域を、単電池が過放電となる可能性がある過放電可能性領域と判定する。
【０００８】
このようにすれば、上記残存容量やＳＯＣに基づく充放電制御では判定できない単電池のどれかが上記説明したようななんらかの原因で過放電に落ち入るのを防止することができ、更に各単電池が正常である場合において上記常用容量範囲以上に放電することも防止して正常に放電を終止することができる。
【０００９】
更に、本構成では、上記した単電池個別過放電可能性が生じた状態を判定するための基準放電時常用最小電圧値を、基準電流値または基準電力値での放電である基準放電により求めている。
【００１０】
このようにすれば、電池の種々の放電状態における電池の電池内部抵抗による電圧降下の影響を排除して、正確に電池の状態を判定することができる。
【００１１】
以下、更に詳しく説明する。
【００１２】
本発明者らは、組電池中の単電池が０Ｖ以下に達して過放電状態に陥ると、組み電池の残存容量と無関係に組電池の上記基準放電換算の電圧が所定の一定電圧以下に急激に降下するということを見出した。
【００１３】
これは、単電池が基準電力放電条件又は基準電流放電条件下において容量０近傍で急激な電圧垂下特性をもつためである。
【００１４】
したがって、この組み電池をこの基準電流値または基準電力値での放電である基準放電において一個の単電池が過放電となる組み電池電圧の値又はその近傍の値を、基準放電時常用最小電圧値とし、この基準放電時常用最小電圧値以上の放電を停止すれば、単電池の過放電を防止乃至抑止することができる。
【００１５】
なお、ここでいう「常用最小容量値」とは、すべての単電池が容量劣化、容量ばらつきがない電池セット（組み電池又は電池モジュ−ル）を、各単電池が過放電とならない範囲で放電させる場合の最小容量値を意味し、正常な単電池のみからなる電池セットの容量が０の点に所定の余裕容量値をマ−ジンとして加えた値を意味する。
【００１６】
したがって、本構成によれば、各単電池の容量ばらつきが小さい場合には、この基準放電時常用最小電圧値は、各単電池の残存容量が０に近い所定の容量値の組み電池の電圧、すなわち各単電池の容量０近傍の上記急激な電圧垂下特性の始まりの部分となる。その結果、本構成によれば、ＳＯＣ制御における常用容量範囲をいたずらに狭めることなく、単電池の過放電を回避することができるという効果を奏することができる。
【００１７】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において更に、組み電池の放電が過放電可能性領域に入った場合に放電の停止又は制限を行うので、単電池が過放電となるのを阻止することができる。
【００１８】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において更に、上記基準放電は、基準電力値での放電とされるので、基準電力放電状態（たとえば、常用最大放電電力状態）での残存容量減少による正常な放電終止及び単電池過放電防止のための早期の放電終止の両方を過放電が生じ易い大電力放電時に正確に実施することができる。
【００１９】
請求項４記載の構成によれば請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において更に、常用最小容量値は、組み電池の供用初期時における上記基準放電により求めた初期容量値の５〜２０％の範囲に設定されるので、常用容量範囲を狭めることなく、また、組み電池の経時的劣化にかかわらず、正常に過放電を回避することができる。
【００２０】
請求項５記載の構成によれば請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において更に、組み電池の前記過放電可能性領域に入った時点の前記ＳＯＣ又は電気量に基づいて組電池の各前記単電池間の容量ばらつきの大きさを推定するので、正確に一部の単電池の容量の異常減少を検出することができる。
【００２１】
請求項６記載の構成によれば請求項５記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において更に、上記判定結果に基づいて一部の単電池の過放電と判定した場合に均等充電を指令するので、無駄なくかつ適切に単電池間の容量ばらつきを低減することができる。
【００２２】
請求項７記載の構成によれば請求項６記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において更に、放電電圧が前記基準放電時常用最小電圧値となる場合の放電可能出力を演算し、放電可能出力の範囲に放電出力の制限を指令するので、基準放電時すなわち大放電電流でＳＯＣが過放電可能性領域に入ったとしても、電流制限により電池の内部抵抗電圧降下を減らして過放電可能性領域外で、すなわち単電池を過放電させることなく放電を持続することができる。
【００２３】
請求項８記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法によれば、組み電池の累算充放電電流から求めた残存容量又はこの残存容量に関連する量たとえばＳＯＣなどに基づいて充放電制御を行うので、電池電圧などに基づいて放電禁止する電池制御に比べて格段に格段に正確に現在の残存容量を推定することができ、ハイブリッド車や燃料電池車のように電池の容量に常に中間容量レベルに維持して、次に充電要請が入力されても、放電要請が入力されても対応できるようにすることができる。
【００２４】
また、本構成では、すべての単電池が劣化していないと想定した場合の常用範囲（過放電に対するマ−ジンのため、残存容量が０近傍は常用充放電では用いない）における最小容量値すなわち常用最小容量値の組み電池を所定の基準電流値または基準電力値で放電した場合の放電電圧値である基準放電時常用最小電圧値を設定し、この放電可能出力範囲に放電出力を制限する指令を発する。
【００２５】
このようにすれば、上記残存容量やＳＯＣに基づく充放電制御では判定できない単電池のどれかが上記説明したようななんらかの原因で過放電に落ち入るのを防止することができ、更に各単電池が正常である場合において上記常用容量範囲以上に放電することも防止して正常に放電を終止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の自己発電型電気自動車用電池の制御方法の好適例を図面を参照して以下に説明する。
【００２７】
【実施例１】
実施例１のハイブリッド車用電池の制御方法を以下に説明する。
（全体構成）
図１はパラレルハイブリッド車の全体構成を示し、１１はエンジン、１２は発電機、１３はインバ−タ、１４は電池パック（本発明で言う電池）、１５はトルク分配機、１６はモ−タ、１７は減速用のギヤ１８は車輪である。
【００２８】
発電機１２は、エンジン１１の駆動力の一部で発電し、インバータ１３は、発電機１２の発電出力を電池パック１４やモ−タ１６に給電する。エンジン１１の出力は、トルク分配機１５で車輪駆動動力と発電機１２駆動動力に分配され、モ−タ１６は電池パック１４又は発電機１２からの電力を走行動力に変換し、制動時には車輪からの駆動力を電力に変換して電池１４に回生する。
（電池回路構成）
電池パック１４及びその関連回路を図２に示す。
【００２９】
２２は複数の単電池からなる電池モジュールであり、各電池モジュ−ルを縦続接続して組み電池が構成されている。２３は温度センサ、２４は各電池モジュール２２の電圧を検出する電圧検出回路である。２５は電池の温度を検出する温度検出回路、２６は組み電池の充放電電流を検出する電池電流検出回路、２７は各電池モジュ−ル２２の電圧を加算してから組み電池の電圧を検出するとともに、電圧検出回路２４、温度検出回路２５、電流検出回路２６の信号に基づいて電池パック１４の容量を検出し、電池パック１４の充放電制御用のデ−タ（ＳＯＣ量など）を外部に出力する。
【００３０】
なお、電圧検出回路２４及び温度検出回路２５は、単電池個々にとりつけた方がばらつきに対応した制御が可能で望ましいが、コストダウンなどの目的から、通常複数個の単電池に１個の割合で取りつけられることが一般的である。
（電池特性）
電池パック１４として用いたニッケル水素電池の電池特性を以下に説明する。
【００３１】
図３は、ニッケル水素電池を搭載したハイブリッド自動車を走行している時に測定した、単電池１個当たりの電流，電圧分布である。このデータは電池容量がほぼ満充電状態から放電できなくなるまでの全てのデータが含まれている。
【００３２】
図３中、曲線Ｌは、所定の定電力（電圧×電流＝一定）である基準電力（ここでは常用最大電力とする）での放電特性を示す曲線である。この基準電力は、電池パック１４を単電池２４０個を縦続接続して構成した場合における最大電力（２１ｋＷ）すなわち本発明でいう基準電力での放電における電圧−電流特性を単電池当たりに換算して示したものである。
【００３３】
直線３１、３２は、それぞれ電池容量が満充電状態の時と、ほぼ完全放電状態の電流−電圧特性を示したものである。したがって、図３中、Ｖ＿ｍａｘとＶ＿ｍｉｎとは曲線Ｌと直線３１、３２との交点の電圧値である。
【００３４】
次に、図３に示す電流−電圧特性を示す直線と定電力曲線Ｌとの交点の電圧値と電池容量との関係を図４に示す。図４において、４１はＳＯＣ（この実施例では残存容量／定格容量×１００を意味する）１００％の状態から放電傾向にあるときに測定した電圧特性、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との間には大きなヒステリシスが生じていることがわかる。
【００３５】
４３はＳＯＣ８０％の座標Ｐ＿Ｈｉ点からＳＯＣ４０％の座標Ｐ＿Ｌｏ点まで放電傾向にしたときの電圧特性、４４はＳＯＣ４０％の座標Ｐ＿Ｌｏ点からＳＯＣ８０％の座標Ｐ＿Ｈｉ点まで充電傾向にしたときの電圧特性である。４３と４４の特性で囲まれたヒステリシスは、４１と４２に囲まれたヒステリシスに対して、小さくなっていることがわかる。
【００３６】
ＶＭは、特性４３，４４に囲まれた領域の面積的な中心点（ここでは、Ｖ＿ｍａｘとＶ＿ｍｉｎとを合計して２で割った平均電圧値）とＳＯＣ６０％のラインとが交差する点の電圧点である。すなわち、容量が８０から４０％、或いは一セル当たりの電圧がＶ＿ＨｉからＶ＿Ｌｏの間で充放電制限して電池を使用している場合、上記定電力で放電しているときの電圧がＶＭであれば容量６０％±約１０％の範囲内にあることがわかる。
【００３７】
図４に示す曲線４３、４４で囲まれるヒステリシス特性について、更に詳細に調べた結果を図５に示す。
【００３８】
図５は、充放電を繰り返しながら基準電力で充放電した場合の電圧変化を測定したものである。
【００３９】
ＳＯＣ４０％時の点Ｐ＿Ｌｏから充放電を開始し、ＳＯＣ８０％の点Ｐ＿Ｈｉ、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３と座標が推移する場合、座標は特性４４、特性４３、特性６１、特性６２の軌跡をたどることがわかった。すなわち、ＳＯＣ８０〜４０％の範囲で容量を活用している条件下では、ヒステリシス特性４４、４３で囲まれた範囲内で軌跡が必ず推移すことがわかる。
【００４０】
つまり、座標Ｐ１から充電する時は、特性６１上を座標Ｐ＿Ｈｉ点に向かって推移し、座標Ｐ２で放電に転じると、特性６２上を座標Ｐ１点に向かって推移することがわかる。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。
【００４１】
ここで、電圧ＶＭをヒステリシス特性４４、４３の面積的な中心近傍に位置するように適当に選択し、ハイブリッド車の走行中の２１ｋＷ定電力放電電圧（基準放電電圧）がＶＭになるように発電器１２をコントロールすると、ＳＯＣ６０±２０％の範囲で電池のＳＯＣ制御を行えば、ＳＯＣ（容量）は６０％に良好に収束していくことがわかる。
【００４２】
なお、上記したＳＯＣ制御は、ＳＯＣ８０〜４０％の範囲でのみ電池容量を利用するという意味では決してない。車両の走行条件による充放電要請により上記範囲を超えて充放電することもでき、この場合は、たとえば図５において充電特性線４４に沿ってＰ＿Ｈｉ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の順に充放電するなどして再度、動作点（座標）を元の動作領域に復帰させる復帰処理を行えばよい。
【００４３】
また、本実施例では、最大放電電力として２１ｋＷ放電時の電圧特性を例にしたが、電流が０Ａ時の開放電圧，或いは所定電流放電時の特性上でも同様の結果となる。
【００４４】
更に、この実施例では基準電力放電条件（２１ＫＷ放電条件）での放電電圧−ＳＯＣ特性を用いたが、常用最大電流値などの基準電流放電条件での放電電圧−ＳＯＣ特性を用いて上述のＳＯＣ制御を行ってもよい。
（ＳＯＣ演算）
図６は、上記電池容量制御を示すフロ−チャ−トを示す。
【００４５】
まず、６０１にて電圧ＶＢ，電流ＩＢと温度ＴＢとからなるデ−タのセットを多数取得し、６０２にて電池の内部抵抗を想定したオ−ムの法則にて２１ｋＷ定電力放電電圧ＶＢｗを最小二乗法などで算出する。ＶＢｏは電池の開放電圧である。ＶＢは検出したモジュール電圧を電池モジュ−ルを構成する単電池数で割って求めた値であり、ＶＢｗ、ＶＢｏも単電池単位で演算する。
【００４６】
ＶＢｏ＝ＶＢ＋Ｒｋ×ＩＢ
ＶＢｗ＝ＶＢｏ＋（ＶＢｏ²−４×Ｒｋ×α）^0.5
αは定電力で、２１ｋＷを電池パック内の総単電池数で割って、単電池当たりの電力に直したものである。
【００４７】
次に、６０３にて検出した電流を積算して残存容量を求め、更にＳＯＣを算出する。
【００４８】
残存容量＝初期容量＋ΣＩ・ｄｔ
ＳＯＣ＝残存容量／定格容量×１００（％）
なお、本実施例では、ＳＯＣを６０％に収束させるように、記述しない充放電制御により制御しているものとする。
【００４９】
次に、６０３にて算出したＳＯＣが６０％に近い状態かどうかを６０４にて調べ、そうでなければＳＯＣ誤差修正には不適当と判断して６０７に進み、６０％に近い状態であれば、６０６にて現在の定電力放電電圧ＶＢｗと予め設定された設定電圧ＶＭとを比較する。
【００５０】
その結果、ＶＢｗ＞ＶＭの場合、６０３にて算出したＳＯＣのプラス方向の容量累算誤差が発生したと考え、上式の残存容量を両者の差だけ減少させ、ＳＯＣを下方修正する。ＶＢｗ＜ＶＭの場合は、その逆の修正を行う。たとえば、記述しない充放電制御装置がＳＯＣを例えば５０％に制御しているときは、設定電圧をＳＯＣ５０％相当の電圧にすると共に、６０３にて算出したＳＯＣが５０％に近い状態で電圧放電電圧ＶＢｗと予め設定された設定電圧ＶＭを比較すればよい。
【００５１】
６０７では、６０３で算出した又は６０６で累算誤差補正したＳＯＣを記述していない外部の発電制御装置に出力し、発電制御装置がＳＯＣ６０％へ収束させるための制御を可能にする。
【００５２】
本システムでは、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。さらに、電圧ＶＭを決定する際には、車両の要求する電力に応じて所定電力（本発明でいう基準基準電力値、本実施例は２１ｋＷ）を決定すれば良く、例えば開放電圧特性や、ある定められた所定電流放電時（本発明で言う基準電流放電条件時）の電圧特性から導いても問題はない。また、上記特性を各温度ごとに求めて現在の温度に相当する上記特性からこの温度におけるＳＯＣをもとめてもよく、一層高精度にＳＯＣを求めることができる。
【００５３】
図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）は、上述したＳＯＣ６０％収束制御を行う装置をハイブリッド自動車に組み込んで走行した場合の実測データを示す。図７（ａ）は走行時に電池パック１４に流れた電力、図７（ｂ）は走行中のＳＯＣの推移を示したもので、図７（ｂ）中、７２１はＳＯＣ検出値、７２２は予め容量を測定した後に電流の積算によって求めた真値である。本発明の電池容量検出誤差は±４％程度で、高精度にＳＯＣが６０％に制御されていることがわかる。
【００５４】
また、図７（ｃ）は電圧ＶＭ７３１に対する、２１ｋＷ定電力放電電圧７３２（単電池当たりに換算）のすれを示したものである。図７（ｂ）のＳＯＣ検出値７２１は、２１ｋＷ定電力放電電圧７３２が電圧ＶＭ７３１以上か否かで誤差修正するようにしているため、ＳＯＣ検出値が制御目標値であるＳＯＣ６０％付近にあるときは、２１ｋＷ定電力放電電圧７３２と電圧ＶＭ３１が良く一致していることがわかる。
（単電池間の容量ばらつきによる単電池過放電の発生現象とその回避方法の説明）
次に、電池パック１４を構成する個々の単電池の容量がばらついた場合の影響について説明する。
【００５５】
多数の単電池からなる組電池を制御する場合、個々の電池容量のばらつきは充放電時間が増加するにつれて増大する。この容量ばらつきが発生すると、各単電池のどれかが早期に過放電されたり逆に過充電される可能性が生じる。上記ＳＯＣ一定値収束制御で組み電池を運転する場合に不可避的に生じるこの問題を解決するには、個々の単電池それぞれに電圧センサを搭載し、個々の単電池ごとに上記ＳＯＣ制御を行えばよい。しかし、このような回路構成は極めて複雑となるので、図２に示すように複数の単電池を１セットとして電池モジュール２２を形成し、各モジュール２２（又は組み電池全体）に対して１つの電圧センサを設置し、各モジュ−ルごとに又は組み電池全体ごとにＳＯＣを求め、求めたＳＯＣのうちの最小値を基準に放電制御したり、最大値を基準に充電制御することが得策である。
【００５６】
この場合、個々の単電池ごとにＳＯＣを求めないため、単電池のＳＯＣとモジュ−ルのＳＯＣとの間のばらつきによる単電池の過放電を回避することが上記ＳＯＣ制御では特に重要となる。
【００５７】
なお、ここでいう過放電状態とは、複数の電池が直列の接続された状態で、少なくとも１つの単電池が開放電池電圧が０Ｖ以下まで垂下した状態を意味するものとする。
【００５８】
単電池の過放電防止対策について図８を参照して更に説明する。
【００５９】
モジュール２２内の単電池が過放電をおこしやすいのは、より大きな電力で放電しているときである。通常、電池容量が少なくなると、小電力で放電している時の単電池電圧はまだある程度高くても、大電力で放電すると急激な電圧降下によって電圧が０Ｖまで達して過放電を起こすようになることが知られている。
【００６０】
図８（ａ）は、本実施例で用いる単電池総数２４０個の組み電池を搭載したハイブリッド車で最大放電電力２１ｋＷで放電した時の単電池のＳＯＣ−放電電圧特性を示す。図中、Ａは初期放電特性を示し、図中、Ｂは容量が約３０％低下したときの放電特性を示す。
【００６１】
図８（ｂ）は図８（ａ）の特性Ａ、Ｂの単電池を２４個組み合わせて構成したモジュ−ル２２の放電特性を示す。図中、Ｃは電池Ａだけを２４個接続したもので容量ばらつきがない状態の放電特性を示し、Ｄは特性Ａの単電池２３個と特性Ｂの単電池１個とを直列接続したモジュ−ル２２の放電特性すなわち容量がばらついたモジュール２２の放電特性を示す。
【００６２】
ＳＯＣ１００％から放電していくと、容量ばらつきがない図８（ｂ）のモジュールの電圧特性Ｃに対して、容量ばらつきが存在するモジュールの電圧特性Ｄは、ＳＯＣ４０％近傍で急激な電圧降下を生じることがわかる。この時、直列２４個の組電池電圧が、図８（ｂ）のＰ点の電圧ＶＰ（本発明でいう基準放電時常用最小電圧値）に達するとき、容量が３０％ばらついていたモジュ−ルの上記一つの単電池の電圧は、Ｋ点の電圧即ち０Ｖ以下に到達していることがわかる。図８（ｂ）のＱ点は本発明でいう常用最小容量値に相当する。
【００６３】
しかし、基準電力（ここでは最大電力）で放電している時のモジュール電圧がＰ点の電圧Ｖｐ以下となったとしても、放電電流を制限して電池の内部抵抗電圧降下を減らせば電池の放電電圧をＶｐ（基準放電時常用最小電圧値）以上に維持して過放電を防止することができ、更に、容量ばらつきが存在しない場合にはＳＯＣ２０％未満、すなわち本発明でいう基準放電時常用最小容量値より更に深くまで過放電を生じることなく放電を行うことが可能となることがわかる。このことは、一つの単電池の容量ばらつきが３０％以外の値をとる場合でもほとんど同じである。
【００６４】
ここで、３０％の容量ばらつきをもつモジュ−ルの放電電圧が基準放電時（最大電力２１ｋＷで放電したとき）ＶＰに達するのは、図８（ｂ）から約ＳＯＣ４０％の時であり、上述したＳＯＣ６０％にＳＯＣを収束させる制御を行う場合、ＳＯＣ２０％以上放電することが不可能となってしまう。即ち、電池容量のばらつきが大きくなると、放電できる容量が小さくなる。
【００６５】
つまり、大放電電流が流れる最大電力２１ｋＷ放電時に電圧ＶＰ以下で放電することは過放電の危険があるが、もっと小さい電力で放電する場合には上述したように単電池の過放電が生じることがないはずである。
【００６６】
そこで、この実施例では、２１ｋＷ放電時の電圧がＶＰ以下になる場合には、放電電流を規制して電池の内部抵抗電圧降下を減少させ、放電電圧ＶＰにならない電力で放電を行う。
【００６７】
つまり、電圧ＶＰに至るまでは、最大の電力で放電しても３０％容量ばらつきに対しても過放電することが無く、電圧ＶＰ以下で電圧ＶＰより小さい所定の絶対放電終止電圧（小電流放電も停止するべき電圧）ＶＯまでは放電電力を制限しつつ放電する。なお、この絶対放電終止電圧ＶＯは、基準電力（ここでは最大電力）で放電する場合においてもはや放電不能（たとえば放電電流及び放電電力０）になる電圧値に設定することができる。
【００６８】
上記の放電制限制御を実施しない場合の放電傾向走行時の実施結果を図９に示し、上記の放電制限制御を実施した場合の放電傾向走行時の実施結果を図１０に示し、この放電制限制御のフロ−チャ−トを図１１に示す。
【００６９】
図９は、車両走行中に、容量が３０％低下した単電池を一個含み、合計２４個の単電池からなるモジュールの走行中の電圧変化を測定したものである。図中、９Ａはモジュール電圧を単電池電圧に換算したものであって、電池２４個の平均値で示したものである。また、９Ｂは３０％容量低下していた単電池の電圧を示し、９Ｃはモジュールの平均ＳＯＣを示す。なお、放電制限制御は、モジュール電圧、つまり９Ａの電圧で制御している。
【００７０】
図９からわかるように、モジュール電圧９Ａは十分に高い電圧を維持しているため放電を継続しているが、容量が低下している単電池の電圧９Ｂは、ＳＯＣが減少すると０Ｖ以下にまで低下し、過放電となっていることがわかる。さらに、平均ＳＯＣ９Ｃも１０％程度まで低下しており、３０％容量低下していた単電池は２０％だけ過放電している状態になったことがわかる。
【００７１】
図１０（ｂ）は、同じ走行条件で上述した放電制限制御を行った結果を示す。図１０（ｂ）において、１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ２４個の単電池からなるモジュール電圧を単電池数で割った平均値と、３０％容量低下単電池の電圧である。図１０（ｂ）から、モジュール電圧を検出し、後述する放電制限制御を行うことにより容量が３０％低下した単電池の電圧１０Ｂが過放電するのを最小限に抑制できることがわかる。
【００７２】
なお、図１０（ａ）は、走行中の組電池（単電池２４０個）全体の放電電力を示したものである。図中、１０１は放電許容値を示し、前記したモジュール電圧がＶＰ以下にならないように放電できる電力を算出したものである。
【００７３】
この放電制限制御は、基準放電時のモジュール電圧がＶＰ以下にならないように放電電力を許容値１０１以下に制限している制御するので、図１０（ｂ）に示すような過放電防止効果を実現することができる。この過放電防止放電制御を、図１１に示すフローチャ−トを参照して以下に説明する。
（ＳＯＣ算出）
まず、６０１〜６０７では図６にて既に説明したＳＯＣの算出を行う。ただし、６０５では前述の式を用いて内部抵抗ＲＫを算出し、６０７にてＳＯＣを算出し、走行データ（電圧、電流、温度）を取得する。
（放電電力制限）
１１０８においては、図１２に示すように、電圧ＶＢ、電流ＩＢの走行データ（座標Ｐ点）と、６０５にて算出した単電池の内部抵抗Ｒｋを用いて、予め定められた電圧ＶＰ（本発明でいう基準放電時常用最小電圧値）で放電する場合の放電電力即ち電池の許容放電電力値Ｗｏｕｔと電流ＩＢとの関係（等電力曲線）を次式によって算出する。
【００７４】
Ｗｏｕｔ＝（（ＶＢｏ−ＶＰ）／Ｒｋ）・ＶＰ
ＶＢｏ＝ＶＢ＋Ｒｋ＋ＩＢ
次に、１１０９にて、２１ｋＷ放電時の単電池電圧ＶＢｗが単電池当たりの放電終止電圧ＶＯ（ここでは単電池１個当たり平均０．９Ｖに設定）以下かどうかを調べる。ＶＢがＶＯ未満であれば、図８（ｂ）からわかるように、これ以上放電しても２１ｋＷ放電電圧ＶＢは極めて急激に低下してしまうため、既に放電限界点に達していると判断し、１１１０でＷｏｕｔを０（Ｗ）に設定する。
【００７５】
その後、１１１３にて求めた放電電力許容値Ｗｏｕｔを図示しない外部の充放電制御装置に送信する。したがって、図示しない外部の充放電装置が放電許容値Ｗｏｕｔ以下の電力で放電を制御していれば、モジュール電圧は単電池当たりＶＰ以下になることはない。すなわち、単電池が０Ｖ以下となる過放電を起こすことはない。
【００７６】
また、さらにＳＯＣを目標値６０％に制御するように充電をコントロ−ルしていれば、市街地など大きな負荷が連続して必要でない状況下では、通常６０％付近で制御される。
（容量ばらつきの低減）
単電池間の容量ばらつきが大きくなると、１１０９でＶＢｗ＜ＶＰ（或いはＶＯ）となるＳＯＣが大きくなる。図８（ｂ）では、電池容量がばらついていない状況では点Ｑ（点Ｏ）のＳＯＣ２０％付近では条件が満たされるのに対し、約３０％の容量ばらつきが生じると、点Ｐ（点Ｏ’）のＳＯＣ４０％付近で条件が満たされるようになる。すなわち、容量ばらつきが大きくなってくると、ＶＰ或いはＶＯに達するときのＳＯＣすなわち組み電池の残存容量が大きくなることになる。
【００７７】
そこで、１１１１では、所定電力放電時の電圧がＳＯＣ４０％以上であるにもかかわらず電圧ＶＰ或いは電圧ＶＯに達した場合、モジュール内の単電池容量のばらつきが大きいと判断して、ばらつきを抑制するために１１１２にて均等充電を要求する。この後、均等充電がなされると、各単電池はゆっくり充電され、各単電池間の容量ばらつきが小さくなる。
【００７８】
１１１４にて走行が終了した場合、１１１５にて各種演算パラメータを図示しない記憶装置に記録して、次回走行時に備える。
【００７９】
なお、電圧がＶＰあるいはＶＯに達した時のＳＯＣと、容量ばらつきがないとみなせる初期時において電圧がＶＰ又はＶＯに達した時のＳＯＣとを比較することにより、容量ばらつきの大きさを推定することができる。
（変形態様）
１１１０にて放電終止を要求した時点のＳＯＣ値を記憶しておき、その後の放電における組み電池の最小容量値として利用することができる。たとえば、この最小容量値ＳＯＣｍｉｎ％と満充電容量値ＳＯＣ１００％との中間値にＳＯＣ一定収束制御の目標ＳＯＣを定めることにより、組み電池の充電側容量変化幅と放電側容量変化幅とを等しくし、放電可能容量と充電可能容量とのアンバランスを低減することができる。
（変形態様）
上記した図１１に示す制御例では、放電電力は１１０８にて自動的に放電出力を制限するため、基準放電時放電電圧が基準放電時常用最小電圧値ＶＰに達したかどうかの判定は行わないが、放電出力Ｗｏｕｔが１００％未満（実施例では２１ＫＷ）となる点の基準放電時常用最小電圧値に等しくなっている。
【００８０】
なお、放電電圧が基準放電時常用最小電圧値ＶＰに達したかどうかを検出し、達しない場合は１１０８の放電可能出力の算出を省略して最大出力２１ＫＷをＷｏｕｔとし、達したら１１０８でＶＰにおける放電可能電力Ｗｏｕｔを算出し、このＷｏｕｔ以下に放電を制限してもよく、これら２つの制御方法は実質的に同じであることは明白である。
【００８１】
この変形制御例を図１４に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に用いるパラレルハイブリッド車の全体構成を示すブロック図である。
【図２】電池パック及びその関連回路を示すブロック回路図である。
【図３】ニッケル水素電池を搭載したハイブリッド自動車を走行している時に測定した、単電池１個当たりの電流，電圧分布を示す特性図である。
【図４】電流，電圧特性と定電力Ｌ曲線の交点の電圧と電池容量の関係を示す特性図である。
【図５】充放電を繰り返しながら基準電力で充放電した場合の電圧変化を示す電圧変化特性図である。
【図６】電池容量を求める処理を示すフロ−チャ−トである。
【図７】（ａ）ＳＯＣ制御をハイブリッド自動車に組み込んで走行した場合の実測データを示す図である。
（ｂ）ＳＯＣ制御をハイブリッド自動車に組み込んで走行した場合の実測データを示す図である。
（ｃ）ＳＯＣ制御をハイブリッド自動車に組み込んで走行した場合の実測データを示す図である。
【図８】（ａ）電池総数２４０個のハイブリッド車で最大放電電力２１ｋＷで充電した時の放電電圧特性を示す特性図である。
（ｂ）図２に示す電池モジュールに含まれる電池数を２４個としたときのモジュール電圧の変化を示す電圧変化特性図である。
【図９】車両走行中に容量が３０％低下した単電池を一個含み、合計２４個の単電池からなるモジュールの電圧の変化を示す電圧変化特性図（放電規制なし）である。
【図１０】（ａ）走行中の組電池（単電池２４０個）全体の放電電力とモジュール電圧がＶＰ以下にならないように放電できる電力の変化を示す電圧変化特性図である。
（ｂ）車両走行中に容量が３０％低下した単電池を一個含み、合計２４個の単電池からなるモジュールの電圧の変化を示す電圧変化特性図（放電規制あり）である。
【図１１】実施例１の放電規制技術を示すフローチャ−トである。
【図１２】基準放電時常用最小電圧値ＶＰでの放電可能出力を算出する方法を示す特性図である。
【図１３】変形例を示すフロ−チャ−トである。

Claims

直列接続された複数個の単電池により構成されて車両に搭載されて走行動力に変換する電力を蓄電する組み電池の残存容量を推定し、前記残存容量又は前記残存容量に関連する量に基づいて前記電池の充放電を制御する自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
測定した組み電池又は直列接続された所定数の電池モジュ−ル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前記組み電池又は電池モジュ−ルの放電電圧である基準放電時電圧を演算し、
前記基準電流値または所定の基準電力値での放電である基準放電における所定の常用最小容量値に対応する前記組み電池又は電池モジュ−ルの電圧を基準放電時常用最小電圧値として設定し、
前記基準放電時電圧値が前記基準放電時常用最小電圧値未満を過放電可能性領域と判定することを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
前記組み電池又は電池モジュ−ルの放電が前記過放電可能性領域に入った場合に放電の停止又は制限を要求することを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
前記基準放電は、前記基準電力値での放電であることを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
前記常用最小容量値は、組み電池又は電池モジュ−ルの供用初期時における前記基準放電により求めた初期容量値の５〜２０％の範囲に設定されることを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
前記組み電池の前記過放電可能性領域に入った時点の前記ＳＯＣ又は電気量に基づいて組電池の各前記単電池間の容量ばらつきの大きさを推定することを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
請求項５記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
前記一部の単電池の過放電と判定した場合に、均等充電を指令することを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
請求項１記載の自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
放電電圧が前記基準放電時常用最小電圧値となる場合の放電可能出力を演算し、前記放電可能出力の範囲に放電出力の制限を指令することを特徴とする自己発電型電気自動車用電池の制御方法。
直列接続された複数個の単電池により構成されて車両に搭載されて走行動力に変換する電力を蓄電する組み電池の残存容量を推定し、前記残存容量又は前記残存容量に関連する量に基づいて前記電池の充放電を制御する自己発電型電気自動車用電池の制御方法において、
測定した組み電池又は直列接続された所定数の電池モジュ−ル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前記組み電池又は電池モジュ−ルの放電電圧である基準放電時電圧を演算し、
前記基準電流値または所定の基準電力値での放電である基準放電における所定の常用最小容量値に対応する前記組み電池又は電池モジュ−ルの電圧を基準放電時常用最小電圧値として設定し、
放電電圧が前記基準放電時常用最小電圧値となる場合の放電可能出力を演算し、前記放電可能出力の範囲に放電出力の制限を指令することを特徴とする自己発電型電機自動車の方法。