JP3946391B2 - 蓄電装置の残容量検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルで構成される蓄電装置の残容量検出装置にかかり、特に、セル間の残容量の均等化を行う蓄電装置の残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両走行用の駆動源としてエンジンの他にモータを備えたハイブリッド車両が知られている。
このハイブリッド車両の一種に、モータをエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用するパラレルハイブリッド車がある。このパラレルハイブリッド車は、例えば、加速時においてはモータによってエンジンの出力をアシストし、減速時においては、減速回生によってバッテリ等への充電を行うなど、様々な制御を行い、バッテリの残容量を確保しつつ運転者の要求を満足できるようになっている。また、通常このバッテリは、複数のセルを直列に接続して構成される組バッテリである。
【０００３】
この組バッテリにおいて、充放電の繰り返しや、放置などが続くと、各セル毎の残容量にバラツキが生じる。特に、運転状態に応じて、モータによる駆動とエンジンによる駆動とを併合して走行を行うハイブリッド車両においては、走行中にモータへ駆動／回生を行うため充放電が繰り返され、また満充電まで充電されることが無く中間的な残容量で使用されることが大きいので、エンジン車両に比べて、更に各セルにおける残容量のバラツキが生じやすい。
【０００４】
このような組バッテリの残容量にバラツキが生じると、使用可能容量の低下や、セル間の寿命の低下などの問題が発生する。従って、正確にセルの残容量を検出し、各セルの残容量にバラツキが生じている場合には、均等充電あるいは均等放電を行い、各セルの残容量を均等化する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、正確に各セルごとの残容量のバラツキを検知できず、実際は残容量のバラツキが生じていない場合であっても、誤って均等化を行ってしまう可能性があった。
そして、このような残容量の均等化は均等充電、あるいは均等放電によって行われるため、均等化が行われるたびに、エネルギーが消費されることとなる。したがって、必要以上に均等化が行われたり、また、誤検知によって無駄に均等化が行われたりすると、エネルギーロスが多くなり、効率が悪いという問題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、蓄電装置を構成する各セルの残容量を正確に検出し、これらの残容量にバラツキが生じていた場合に行われる残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることで、エネルギーロスを抑えることができる蓄電装置の残容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のセル（実施形態では、リチウム電池）で構成される蓄電装置（実施形態では、バッテリ１）と、所定のタイミングで、前記蓄電装置の電流（実施形態では、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ）及び前記蓄電装置を構成する全ての前記セルの電圧（実施形態では、セル電圧Ｖ１〜Ｖｎ）を検知する検知手段（実施形態では、ステップＳ４）と、前記検知された前記セルの最大電圧（実施形態では、最大電圧Ｖｍａｘ）と最小電圧（実施形態では、最小電圧Ｖｍｉｎ）とを抽出する抽出手段（実施形態では、ステップＳ６）と、前記最大電圧が、前記蓄電装置の残容量の変化に伴うセル電圧の変化が小さい残容量の中間領域より前記蓄電装置の残容量が大きく残容量の変化に伴うセル電圧の変化も大きい領域に設定された第１の所定値（実施形態では、残容量８０％）であるとみなす上限基準値以上（実施形態では、最大電圧Ｖｍａｘ≧上限基準値ＶＨｔｈ）であり、且つ、前記最小電圧が前記上限基準値よりも小さく設定された上限均等化基準値以下（実施の形態では、最小電圧Ｖｍｉｎ≦上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ）であった場合に、前記セルの残容量を均等化する上限残容量均等化手段（実施形態では、ステップＳ８〜ステップＳ１０、及びステップＳ１４）と、前記最小電圧が、前記中間領域より前記蓄電装置の残容量が小さく残容量の変化に伴うセル電圧の変化が大きい領域に設定された第２の所定値（実施形態では、残容量２０％）であるとみなす下限基準値以下（実施形態では、最小電圧Ｖｍｉｎ≦下限基準値ＶＬｔｈ）であり、且つ、前記最大電圧が前記下限基準値よりも大きく設定された下限均等化基準値以上（実施の形態では、最大電圧Ｖｍａｘ≧下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ）であった場合に、前記セルの残容量を均等化する下限残容量均等化手段（実施形態では、ステップＳ１１〜ステップＳ１４）とを具備することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、各セルの残容量のバラツキを、セル電圧の絶対値から判断する。これにより、セルの残容量のバラツキが正確に検知できる領域（図８のＬ領域、及び、Ｈ領域）でのみ残容量の均等化を行うことができる。また、反対にセルの残容量の検出に誤差が生じる可能性の高い領域（図８のＭ領域）においては残容量の均等化を行わないため、残容量バラツキの誤検知による均等化を回避することができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、該残容量検出手段の検出値が所定値以上であるか否かを判断する判断手段とを備え、該判断手段の検出値が所定値以上である場合には、上限残容量均等化手段による前記セルの残容量の均等化を行い、前記判断手段の検出値が所定値未満である場合には、下限残容量均等化手段による前記セルの残容量の均等化を行うことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、先ず蓄電装置の残容量が上限閾値以上であるか、あるいは、下限閾値以下であるかを判断することにより、現在の蓄電装置の残容量の状態が図８のどの領域に対応しているのかを認識することができる。
そして、蓄電装置の残容量が図８のＬ領域、及び、Ｈ領域、即ち、残容量を正確に検出できる領域にある場合において、各セルの電圧値を比較し、このセル間の電圧値が所定の電圧以上であれば、残容量のバラツキが生じていると判断して残容量の均等化を行う。これにより、残容量のバラツキを正確に検出することができる。
【００１１】
また、反対にセルの残容量の検出に誤差が生じる可能性の高い領域（図８のＭ領域）においては残容量の均等化を行わないため、残容量バラツキの誤検知による均等化を回避することができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを最小限に抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。図１はパラレルハイブリッド車両において適応した実施形態を示している。この図において、符号１は高圧系のバッテリであり、複数のセルを直列に接続したモジュールを１単位として、更に複数個のモジュールを直列に接続して構成されている。図６にバッテリの内部構成の概略図を示す。図６において、１０−１〜１０−Ｎはリチウム電池であり、これらが直列に接続されている。また、これらの各セルには、抵抗２０−１〜２０−Ｎが並列に接続されている。
【００１３】
符号２はパワードライブユニットであり、スイッチング素子が２つ直列接続されたものが３つ並列接続されて構成されている。
符号３は燃料の燃焼エネルギーで作動するエンジンであり、符号４はエンジン３と併用して用いられ、電気エネルギーで作動するモータである。エンジン３及びモータ４の両方の駆動力は、オートマチックトランスミッションあるいはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッション（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時には、駆動輪からモータ４に駆動力が伝達され、モータ４は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、バッテリ１の充電を行う。なお、駆動用のモータ４とは別に、バッテリ１の充電用の発電機を備える構成としてもよい。
【００１４】
モータ４の駆動及び回生は、モータ制御装置６からの制御指令を受けてパワードライブユニット２により行われる。具体的には、パワードライブユニット２内部のスイッチング素子がモータ制御装置６によってオン、オフされることにより、バッテリ１からの電力が三相線を介してモータ２に供給されたり、あるいは、モータ２の回生電力がバッテリ１に供給される。
【００１５】
符号５はバッテリ制御装置であり、バッテリ１を構成する各セル１０−１〜１０−Ｎ（図２参照）の電圧Ｖ１〜Ｖｎ、温度Ｔ１〜Ｔｎ、及び、バッテリ１を流れるバッテリ電流Ｉｂａｔｔを所定のタイミングで検知し、これらの出力値から各セル１０−１〜１０−Ｎの残容量ＳＯＣを算出する。
【００１６】
符号７は、エンジン制御装置であり、エンジン回転数ＮＥ、車速等を所定期間毎にモニタして、モータ回生や、アシスト、減速などのモードを判断する。また同時に、エンジン制御装置７は、上述のモード判定の結果と、バッテリ制御装置５から送信された残容量ＳＯＣからアシスト／回生量の決定を行う。
なお、バッテリ制御装置５、モータ制御装置６、エンジン制御装置７は、ＣＰＵ（中央演算装置）およびメモリにより構成され、制御装置の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させる。
【００１７】
次に、本発明の第１の実施形態における各セルの残容量検出について図２を参照して詳細に説明する。なお、以下に述べる各処理は、全てバッテリ制御装置５が行うものとする。
【００１８】
先ず、図２のステップＳ１においてイグニッションがオンされると、次のステップＳ２でバッテリ制御装置５は、各セルの電圧、温度を検知し各セルにおける残容量ＳＯＣを検出する。ところで、ステップＳ１においては、車両は走行していないため、セルは電流が流れていない状態にある。このように、ある所定の期間以上バッテリ電流Ｉｂａｔｔが流れていない状態における各セルの電圧は、開放電圧ＯＣＶとすることができる。そして、バッテリ制御装置５はこの検知された電圧から各セルにおける残容量ＳＯＣを検出する。
【００１９】
また、開放電圧ＯＣＶと、残容量ＳＯＣは相関性が高く、特にバッテリ１を構成するセルがリチウム系の電池セルの場合は、開放電圧ＯＣＶと、残容量ＳＯＣとの相関性はより高いため、容易に開放電圧ＯＣＶから残容量ＳＯＣを検出することができる。
次に、ステップＳ３において、車両の走行が開始されると、バッテリ電流Ｉｂａｔｔの値は０から変化する。
【００２０】
次に、車両走行中において、ステップＳ４では、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び、バッテリ１を構成する全てのセル１０−１〜１０−Ｎ（図２参照）の電圧Ｖ１〜Ｖｎ、及び温度Ｔ１〜Ｔｎを検知する。
ステップＳ５では、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔを積算して残容量ＳＯＣを算出する。
【００２１】
次に、ステップＳ６において、バッテリ制御装置５はステップＳ４で検知された全セルの電圧値Ｖ１〜Ｖｎの中から最大電圧Ｖｍａｘ、及び最小電圧Ｖｍｉｎを抽出する。
次に、ステップＳ７において、ステップＳ５で算出された残容量ＳＯＣが、５０％以上であるか否かを判断する。この結果、残容量ＳＯＣが５０％以上であればステップＳ８へ移行し、５０％未満であればステップＳ１１へ移行する。
【００２２】
次に、ステップＳ８では、ステップＳ６で抽出された最大電圧値Ｖｍａｘが、図３に示す上限マップＡの上限基準値ＶＨｔｈ以上であるか否かを判断する。
ここで図３のマップＡは、残容量８０％における電圧閾値（上限基準値ＶＨｔｈ）を表わしているマップであり、この上限基準値ＶＨｔｈは、電流、温度からなる２つのパラメータにより決定される。そして、セル電圧がこの上限基準値ＶＨｔｈ以上であれば、そのセルは残容量８０％であると検知される。
【００２３】
以下、ステップＳ８で行う処理について具体的に説明する。
先ず、ステップＳ４において検知された電流Ｉｂａｔｔ、及び最大電圧Ｖｍａｘが検知されたセルの温度Ｔ、残容量８０％における上限マップＡとから、上限基準値ＶＨｔｈを求める。即ち、座標（温度Ｔ，電流Ｉ，電圧ＶＨｔｈ）の（温度Ｔ，電流Ｉ）に、ステップＳ４でサンプリングされたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及びセルの温度Ｔを入力し、これに対応する上限基準値ＶＨｔｈの値を上限マップＡから検出する。
【００２４】
次に、この検出された上限基準値ＶＨｔｈと、ステップＳ６において抽出された最大電圧Ｖｍａｘとを比較する。そして、最大電圧Ｖｍａｘが上限基準値ＶＨｔｈ以上であれば、最大電圧Ｖｍａｘが検知されたセルは、残容量８０％以上とみなされる。そして、このように最大電圧Ｖｍａｘが上限基準値ＶＨｔｈ以上であれば、ステップＳ９へ移行し、最大電圧値Ｖｍａｘが上限基準値ＶＨｔｈ未満であれば、ステップＳ４へと戻り、上述のステップＳ４以降の処理を繰り返し所定の間隔で行う。
【００２５】
次に、ステップＳ９では、バッテリ１の残容量ＳＯＣを上限マップＡの残容量である８０％に切り替える。即ち、ステップＳ５においてバッテリ電流Ｉｂａｔｔの積算によって算出されたバッテリ１の残容量ＳＯＣの値を、上限マップＡの残容量の値、即ち８０％に切り替える。
次に、ステップＳ１０において、ステップＳ６で検出した最小電圧Ｖｍｉｎが図３に示す上限均等化判断マップＢの上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ以下であるか否かを判断する。
【００２６】
この上限均等化判断マップＢは、残容量７０％におけるマップである。そして、ステップＳ８と同様、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び最小電圧Ｖｍｉｎが検出されたセルの温度Ｔと、上限均等化判断マップＢとから上限均等化基準値ＶＨｒｅｆを検出し、この上限均等化基準値ＶＨｒｅｆと、ステップＳ６において抽出された最小電圧Ｖｍｉｎとを比較する。そして、最小電圧Ｖｍｉｎが上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ以下であった場合は、バッテリ１を構成するセルの残容量のバラツキが十分大きいとみなし、ステップＳ１４において、均等化必要と判断する。そして、均等充電、あるいは均等放電等により、セルの残容量の均等化が行われる。
【００２７】
一方、最小電圧Ｖｍｉｎが上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ以上の場合は、各セルの残容量のバラツキは均等化を行うレベルまで達していないと判断し、ステップＳ１５へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００２８】
次に、ステップＳ７において、ステップＳ５で電流積算によって算出された残容量ＳＯＣが５０％未満であった場合は、ステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１では、ステップＳ６で抽出された最小電圧Ｖｍｉｎが、図４に示す下限マップＤの下限基準値ＶＬｔｈ以下であるか否かを判断する。この下限マップＤは、残容量２０％におけるマップである。そして、ステップＳ８と同様、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び最小電圧Ｖｍｉｎが検出されたセルの温度Ｔと、下限マップＤとから下限基準値ＶＬｔｈを検出し、この下限基準値ＶＬｔｈと、ステップＳ６において抽出された最小電圧Ｖｍｉｎを比較する。そして、最小電圧Ｖｍｉｎが下限基準値ＶＬｔｈ以下であれば、このセルの残容量は２０％以下とみなされる。
【００２９】
このようにして、最小電圧Ｖｍｉｎが下限基準値ＶＬｔｈ以下であれば、ステップＳ１２へ移行し、最小電圧Ｖｍｉｎが下限基準値ＶＬｔｈより大きければ、ステップＳ４へと戻り、上述のステップＳ４以降の処理を所定の間隔で繰り返し行う。
【００３０】
ステップＳ１２では、バッテリ１の残容量ＳＯＣを下限マップＤの残容量である２０％に切り替える。即ち、ステップＳ５においてバッテリ電流Ｉｂａｔｔの積算によって算出されたバッテリ１の残容量ＳＯＣの値を、下限マップＤの残容量の値、即ち２０％に切り替える。
次に、ステップＳ１３において、ステップＳ６で検出した最大電圧Ｖｍａｘが図４に示す下限均等化判断マップＣの下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ以上であるか否かを判断する。
【００３１】
この下限均等化判断マップＣは、残容量３０％におけるマップである。そして、ステップＳ８と同様、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び最大電圧Ｖｍａｘが検出されたセルの温度Ｔと、下限均等化判断マップＣとから下限均等化基準値ＶＬｒｅｆを検出し、この下限均等化基準値ＶＬｒｅｆと、ステップＳ６において抽出された最大電圧Ｖｍａｘを比較する。そして、最大電圧Ｖｍａｘが下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ以上であった場合は、バッテリ１を構成するセルの残容量のバラツキが十分大きいとみなし、ステップＳ１４において、均等化必要と判断する。そして、均等充電、あるいは均等放電等により、セルの残容量の均等化が行われる。
【００３２】
一方、最大電圧Ｖｍａｘが下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ以下であれば、各セルの残容量のバラツキは均等化を行うレベルまで達していないと判断し、ステップＳ１５へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００３３】
また、図３及び図４に示したそれぞれのマップが示す残容量の値は一例であり、任意に設定することが可能である。また、これらのマップは図１のバッテリ制御装置５内の記憶部（図示略）に格納されている。
さらに、上述のそれぞれのマップは次のように設定されたものである。
【００３４】
まず、上限マップＡは図８のＨ領域における残容量ＳＯＣのマップが適用される。そして、上限均等化判断マップＢは、上述の上限マップの残容量ＳＯＣに対して、どの程度の残容量の差が生じた場合に、均等化を行うかを設定するものである。即ち、セルの残容量に１０％のバラツキが生じた時に均等化を行うのであれば、上限マップＡの残容量よりも、１０％小さい残容量のマップを上限均等化判断マップＢとして設定すれば良い。
【００３５】
具体的には、上限マップＡが、残容量８０％のマップであり、セルの残容量に１０％以上のバラツキが生じた場合に均等化を行うと設定するのであれば、上限均等化判断マップＢは残容量７０％のマップとなる。そして、このように設定されたマップは、バッテリ制御装置５の記憶部に記憶され、均等化判断即ち図２におけるステップＳ８〜Ｓ１０において参照される。
また、図４に示された下限マップＤは図８のＬ領域における残容量ＳＯＣのマップが適用される。そして、下限均等化判断マップＣは、上述の下限マップＤの残容量ＳＯＣに対して、どの程度の残容量の差が生じた場合に、均等化を行うかを設定するものである。そして、これらのマップは図２のステップＳ１０〜ステップＳ１３において参照されることとなる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態における各セルの残容量検出について図５を参照して説明する。
まず、ステップＳＣ１において、バッテリ制御装置５は、バッテリ１を構成する全セルの電圧Ｖ１〜Ｖｎ、及び温度Ｔ１〜Ｔｎを検知し、これらの値から各セルの残容量ＳＯＣを検出する。なお、ステップＳＣ１において、車両は走行していないため上述の図２のステップＳ１と同様にセルの開放電圧ＯＣＶから残容量ＳＯＣを算出することが可能となる。
次に、ステップＳＣ２において車両が走行を始める。
【００３７】
次に、車両走行中にステップＳＣ３において、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び及び、バッテリ１を構成する全セル１０−１〜１０−Ｎ（図２参照）の電圧Ｖ１〜Ｖｎ、及び温度Ｔ１〜Ｔｎを検知する。そして、検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔを積算することによりバッテリ１の残容量ＳＯＣを算出する。
次に、ステップＳＣ４において、ステップＳＣ３で算出されたバッテリ１の残容量ＳＯＣが７０％より大きいか否かを判断する。この結果、残容量ＳＯＣが７０％より大きければステップＳＣ５へ移行し、７０％以下であればステップＳＣ７へ移行する。
【００３８】
次に、ステップＳＣ５では、ステップＳＣ３で検知された各セルの電圧Ｖ１〜Ｖｎのうち、いずれかのセル間の電圧差が所定値より大きいか否かを判断する。これは、例えば、ステップＳＣ３において検知されたセル電圧Ｖ１〜Ｖｎのうち、最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎを抽出し、この電圧差、即ちＶｍａｘ−Ｖｍｉｎの値が所定値よりも大きいか否かを判断する。
この結果、この電圧差が所定値よりも大きければバッテリ１を構成するセルの残容量のバラツキが十分大きいとみなし、ステップＳＣ６において、均等化必要と判断する。そして、均等充電、あるいは均等放電等により、セルの残容量の均等化が行われる。
【００３９】
一方、ステップＳＣ５において、セル間の電圧差がいずれも所定値未満であった場合は、各セルの残容量のバラツキは均等化を行うレベルまで達していないと判断し、ステップＳＣ８へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００４０】
なお、ステップＳＣ４において、バッテリ１の残容量ＳＯＣが７０％以下であった場合は、ステップＳＣ７へ移行する。ステップＳＣ７では、バッテリ１の残容量ＳＯＣが３０％未満であるか否かを判断する。そして、バッテリ１の残容量が３０％未満であった場合は、ステップＳＣ５へ移行し、残容量ＳＯＣが３０％以上であった場合は、ステップＳＣ８へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００４１】
次に、図８にバッテリ１を構成するリチウム系電池セルの残容量−電圧特性を示す。この図からわかるように、残容量が大きいＨ領域、及び、残容量が小さいＬ領域においては、残容量と、セル電圧との相関性が高く、残容量の変化に伴いセル電圧も大きく変化する。これに対し、中間領域、即ちＭ領域においては、残容量に伴う電圧変化が小さい。
【００４２】
従って、本発明では、先ずバッテリ１の残容量ＳＯＣが図８のどの領域に対応しているのかを認識し、残容量ＳＯＣが図８のＬ領域、及び、Ｈ領域、即ち、残容量を正確に検出できる領域にある場合において、各セルの残容量のバラツキを検出し、バラツキが生じていると判断した場合に残容量の均等化を行う。
また反対に、セルの残容量の検出に誤差が生じる可能性の高い領域である、図８のＭ領域においては残容量の均等化を行わないため、残容量バラツキの誤検知による均等化を回避することができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを最小限に抑えることができる。
【００４３】
次に、各セルの残容量を均等化する方法の一つである均等放電について説明する。図６は、バッテリ１の内部構成を示す図である。このように、バッテリ１は、電池セル１０−１〜１０−Ｎが直列に接続されて構成されており、各電池セルには、抵抗２０−１〜２０−Ｎが並列に接続されている。そして、放電に使用されるこれらの抵抗をブリーダ抵抗と呼ぶ。
次に、このような構成におけるバッテリ１の各セルにおいて、残容量の均等化を行う。
【００４４】
図７のステップＳＢ１において、まず、全セルの開放電圧ＯＣＶと、バッテリ温度Ｔｂａｔｔとから各セルの残容量ＳＯＣを算出する。
次に、ステップＳＢ１で求めた各セルの残容量ＳＯＣのうち、最小残容量ＳＯＣｍｉｎを検出する。次に、ステップＳＢ３では、ステップＳＢ１で検出された各セルの残容量ＳＯＣと、ステップＳＢ２において抽出された最小残容量ＳＯＣｍｉｎとの差ΔＳＯＣを各セルごとに算出する。
【００４５】
次に、ステップＳＢ４において各セルにおける放電時間を算出する。各セルにおける放電時間は次の式で与えられる。
放電時間＝（基準容量＊（ΔＳＯＣ−Ｘ））／放電電流 （１）
上記式において、Ｘはバラツキ許容ＳＯＣ補正値であり、各セルの電圧、温度、電流などを検知するセンサの精度などを考慮したもので、バラツキ許容範囲のＳＯＣを決定するための値である。また、基準容量は予め決められている所定値である。
【００４６】
そして、（１）式により、各セルにおける放電時間を算出すると、バッテリ制御装置５は、車両の停車中に、各セルを、ステップＳＢ４において算出された放電時間に基づいて放電させる。具体的には、各セルを算出された放電時間だけ閉回路にし、ブリーダー抵抗によって放電させる。このように、上述の均等放電においては、全てのセルの残容量を、残容量の一番少ないセルと同等となるよう減少させる均等方法である。
【００４７】
また、このような均等放電による残容量の均等化に対し、バイパス回路による均等充電による残容量の均等化方法がある。このバイパス回路による残容量の均等化は、残容量が最大であるセルにあわせて、他のセルを充電させる。即ち、最大値を示したセルにおいては充電を停止し、他のセルにおいては、残容量が最大値を示したセルと同じになるまで充電が行われる。
【００４８】
また、他の均等化の方法として、全セルを満充電させる方法がある。この場合、ハイブリッド車両においては、エンジンをオン状態にすれば、モータ４の回生により発電することができるので、この発電電力でバッテリ１を１００％まで満充電すればよい。
なお、ハイブリッド車両のバッテリではない蓄電装置においても、外部に商用電源を設け、これによりバッテリを満充電することで均等化を行うことができる。
【００４９】
尚、上述したように均等化を行うタイミングとしては、車両の停車中に行い、走行中には行わない。これは、モータ４のアシスト中に均等充電を行うと回生ができなくなってしまうからである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蓄電装置を構成する各セルの残容量のバラツキを、セル電圧の絶対値により判断するので、正確にセル間の残容量のバラツキを検出することができる。
加えて、セルの残容量を均等化の直接の判断基準として用いていないため、残容量検出誤差による均等化のおそれがなくなり、これによって、均等化によるエネルギーのロスを防ぐことができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを抑えることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハイブリッド車両の一種であるパラレルハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態におけるバッテリ制御装置５が行う残容量の均等化判断を説明するためのフローチャートである。
【図３】 同実施形態における上限マップ及び上限均等化判断マップを示す図である。
【図４】 同実施形態における下限マップ及び下限均等化判断マップを示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態におけるバッテリ制御装置５が行う残容量の均等化判断を説明するためのフローチャートである。
【図６】 図１におけるバッテリ１の内部構成を示す概略図である。
【図７】 均等放電による残容量均等化方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】 セルの残容量―電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１ バッテリ（蓄電装置）
５ バッテリ制御装置（残容量検出装置）
ステップＳ４ 検知手段
ステップＳ６ 抽出手段
ステップＳ５ 残容量検出手段
ステップＳ８〜ステップＳ１０及び、ステップＳ１４ 上限残容量均等化手段
ステップＳ１０〜ステップＳ１４ 下限残容量均等化手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルで構成される蓄電装置の残容量検出装置にかかり、特に、セル間の残容量の均等化を行う蓄電装置の残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両走行用の駆動源としてエンジンの他にモータを備えたハイブリッド車両が知られている。
このハイブリッド車両の一種に、モータをエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用するパラレルハイブリッド車がある。このパラレルハイブリッド車は、例えば、加速時においてはモータによってエンジンの出力をアシストし、減速時においては、減速回生によってバッテリ等への充電を行うなど、様々な制御を行い、バッテリの残容量を確保しつつ運転者の要求を満足できるようになっている。また、通常このバッテリは、複数のセルを直列に接続して構成される組バッテリである。
【０００３】
この組バッテリにおいて、充放電の繰り返しや、放置などが続くと、各セル毎の残容量にバラツキが生じる。特に、運転状態に応じて、モータによる駆動とエンジンによる駆動とを併合して走行を行うハイブリッド車両においては、走行中にモータへ駆動／回生を行うため充放電が繰り返され、また満充電まで充電されることが無く中間的な残容量で使用されることが大きいので、エンジン車両に比べて、更に各セルにおける残容量のバラツキが生じやすい。
【０００４】
このような組バッテリの残容量にバラツキが生じると、使用可能容量の低下や、セル間の寿命の低下などの問題が発生する。従って、正確にセルの残容量を検出し、各セルの残容量にバラツキが生じている場合には、均等充電あるいは均等放電を行い、各セルの残容量を均等化する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、正確に各セルごとの残容量のバラツキを検知できず、実際は残容量のバラツキが生じていない場合であっても、誤って均等化を行ってしまう可能性があった。
そして、このような残容量の均等化は均等充電、あるいは均等放電によって行われるため、均等化が行われるたびに、エネルギーが消費されることとなる。したがって、必要以上に均等化が行われたり、また、誤検知によって無駄に均等化が行われたりすると、エネルギーロスが多くなり、効率が悪いという問題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、蓄電装置を構成する各セルの残容量を正確に検出し、これらの残容量にバラツキが生じていた場合に行われる残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることで、エネルギーロスを抑えることができる蓄電装置の残容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のセル（実施形態では、リチウム電池）で構成される蓄電装置（実施形態では、バッテリ１）と、所定のタイミングで、前記蓄電装置の電流（実施形態では、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ）及び前記蓄電装置を構成する全ての前記セルの電圧（実施形態では、セル電圧Ｖ１〜Ｖｎ）を検知する検知手段（実施形態では、ステップＳ４）と、前記検知された前記セルの最大電圧（実施形態では、最大電圧Ｖｍａｘ）と最小電圧（実施形態では、最小電圧Ｖｍｉｎ）とを抽出する抽出手段（実施形態では、ステップＳ６）と、前記最大電圧が、前記蓄電装置の残容量の変化に伴うセル電圧の変化が小さい残容量の中間領域より前記蓄電装置の残容量が大きく残容量の変化に伴うセル電圧の変化も大きい領域に設定された第１の所定値（実施形態では、残容量８０％）であるとみなす上限基準値以上（実施形態では、最大電圧Ｖｍａｘ≧上限基準値ＶＨｔｈ）であり、且つ、前記最小電圧が前記上限基準値よりも小さく設定された上限均等化基準値以下（実施の形態では、最小電圧Ｖｍｉｎ≦上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ）であった場合に、前記セルの残容量を均等化する上限残容量均等化手段（実施形態では、ステップＳ８〜ステップＳ１０、及びステップＳ１４）と、前記最小電圧が、前記中間領域より前記蓄電装置の残容量が小さく残容量の変化に伴うセル電圧の変化が大きい領域に設定された第２の所定値（実施形態では、残容量２０％）であるとみなす下限基準値以下（実施形態では、最小電圧Ｖｍｉｎ≦下限基準値ＶＬｔｈ）であり、且つ、前記最大電圧が前記下限基準値よりも大きく設定された下限均等化基準値以上（実施の形態では、最大電圧Ｖｍａｘ≧下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ）であった場合に、前記セルの残容量を均等化する下限残容量均等化手段（実施形態では、ステップＳ１１〜ステップＳ１４）とを具備することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、各セルの残容量のバラツキを、セル電圧の絶対値から判断する。これにより、セルの残容量のバラツキが正確に検知できる領域（図８のＬ領域、及び、Ｈ領域）でのみ残容量の均等化を行うことができる。また、反対にセルの残容量の検出に誤差が生じる可能性の高い領域（図８のＭ領域）においては残容量の均等化を行わないため、残容量バラツキの誤検知による均等化を回避することができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、該残容量検出手段の検出値が所定値以上であるか否かを判断する判断手段とを備え、該判断手段の検出値が所定値以上である場合には、上限残容量均等化手段による前記セルの残容量の均等化を行い、前記判断手段の検出値が所定値未満である場合には、下限残容量均等化手段による前記セルの残容量の均等化を行うことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、先ず蓄電装置の残容量が上限閾値以上であるか、あるいは、下限閾値以下であるかを判断することにより、現在の蓄電装置の残容量の状態が図８のどの領域に対応しているのかを認識することができる。
そして、蓄電装置の残容量が図８のＬ領域、及び、Ｈ領域、即ち、残容量を正確に検出できる領域にある場合において、各セルの電圧値を比較し、このセル間の電圧値が所定の電圧以上であれば、残容量のバラツキが生じていると判断して残容量の均等化を行う。これにより、残容量のバラツキを正確に検出することができる。
【００１１】
また、反対にセルの残容量の検出に誤差が生じる可能性の高い領域（図８のＭ領域）においては残容量の均等化を行わないため、残容量バラツキの誤検知による均等化を回避することができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを最小限に抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。図１はパラレルハイブリッド車両において適応した実施形態を示している。この図において、符号１は高圧系のバッテリであり、複数のセルを直列に接続したモジュールを１単位として、更に複数個のモジュールを直列に接続して構成されている。図６にバッテリの内部構成の概略図を示す。図６において、１０−１〜１０−Ｎはリチウム電池であり、これらが直列に接続されている。また、これらの各セルには、抵抗２０−１〜２０−Ｎが並列に接続されている。
【００１３】
符号２はパワードライブユニットであり、スイッチング素子が２つ直列接続されたものが３つ並列接続されて構成されている。
符号３は燃料の燃焼エネルギーで作動するエンジンであり、符号４はエンジン３と併用して用いられ、電気エネルギーで作動するモータである。エンジン３及びモータ４の両方の駆動力は、オートマチックトランスミッションあるいはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッション（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時には、駆動輪からモータ４に駆動力が伝達され、モータ４は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、バッテリ１の充電を行う。なお、駆動用のモータ４とは別に、バッテリ１の充電用の発電機を備える構成としてもよい。
【００１４】
モータ４の駆動及び回生は、モータ制御装置６からの制御指令を受けてパワードライブユニット２により行われる。具体的には、パワードライブユニット２内部のスイッチング素子がモータ制御装置６によってオン、オフされることにより、バッテリ１からの電力が三相線を介してモータ２に供給されたり、あるいは、モータ２の回生電力がバッテリ１に供給される。
【００１５】
符号５はバッテリ制御装置であり、バッテリ１を構成する各セル１０−１〜１０−Ｎ（図２参照）の電圧Ｖ１〜Ｖｎ、温度Ｔ１〜Ｔｎ、及び、バッテリ１を流れるバッテリ電流Ｉｂａｔｔを所定のタイミングで検知し、これらの出力値から各セル１０−１〜１０−Ｎの残容量ＳＯＣを算出する。
【００１６】
符号７は、エンジン制御装置であり、エンジン回転数ＮＥ、車速等を所定期間毎にモニタして、モータ回生や、アシスト、減速などのモードを判断する。また同時に、エンジン制御装置７は、上述のモード判定の結果と、バッテリ制御装置５から送信された残容量ＳＯＣからアシスト／回生量の決定を行う。
なお、バッテリ制御装置５、モータ制御装置６、エンジン制御装置７は、ＣＰＵ（中央演算装置）およびメモリにより構成され、制御装置の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させる。
【００１７】
次に、本発明の第１の実施形態における各セルの残容量検出について図２を参照して詳細に説明する。なお、以下に述べる各処理は、全てバッテリ制御装置５が行うものとする。
【００１８】
先ず、図２のステップＳ１においてイグニッションがオンされると、次のステップＳ２でバッテリ制御装置５は、各セルの電圧、温度を検知し各セルにおける残容量ＳＯＣを検出する。ところで、ステップＳ１においては、車両は走行していないため、セルは電流が流れていない状態にある。このように、ある所定の期間以上バッテリ電流Ｉｂａｔｔが流れていない状態における各セルの電圧は、開放電圧ＯＣＶとすることができる。そして、バッテリ制御装置５はこの検知された電圧から各セルにおける残容量ＳＯＣを検出する。
【００１９】
また、開放電圧ＯＣＶと、残容量ＳＯＣは相関性が高く、特にバッテリ１を構成するセルがリチウム系の電池セルの場合は、開放電圧ＯＣＶと、残容量ＳＯＣとの相関性はより高いため、容易に開放電圧ＯＣＶから残容量ＳＯＣを検出することができる。
次に、ステップＳ３において、車両の走行が開始されると、バッテリ電流Ｉｂａｔｔの値は０から変化する。
【００２０】
次に、車両走行中において、ステップＳ４では、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び、バッテリ１を構成する全てのセル１０−１〜１０−Ｎ（図２参照）の電圧Ｖ１〜Ｖｎ、及び温度Ｔ１〜Ｔｎを検知する。
ステップＳ５では、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔを積算して残容量ＳＯＣを算出する。
【００２１】
次に、ステップＳ６において、バッテリ制御装置５はステップＳ４で検知された全セルの電圧値Ｖ１〜Ｖｎの中から最大電圧Ｖｍａｘ、及び最小電圧Ｖｍｉｎを抽出する。
次に、ステップＳ７において、ステップＳ５で算出された残容量ＳＯＣが、５０％以上であるか否かを判断する。この結果、残容量ＳＯＣが５０％以上であればステップＳ８へ移行し、５０％未満であればステップＳ１１へ移行する。
【００２２】
次に、ステップＳ８では、ステップＳ６で抽出された最大電圧値Ｖｍａｘが、図３に示す上限マップＡの上限基準値ＶＨｔｈ以上であるか否かを判断する。
ここで図３のマップＡは、残容量８０％における電圧閾値（上限基準値ＶＨｔｈ）を表わしているマップであり、この上限基準値ＶＨｔｈは、電流、温度からなる２つのパラメータにより決定される。そして、セル電圧がこの上限基準値ＶＨｔｈ以上であれば、そのセルは残容量８０％であると検知される。
【００２３】
以下、ステップＳ８で行う処理について具体的に説明する。
先ず、ステップＳ４において検知された電流Ｉｂａｔｔ、及び最大電圧Ｖｍａｘが検知されたセルの温度Ｔ、残容量８０％における上限マップＡとから、上限基準値ＶＨｔｈを求める。即ち、座標（温度Ｔ，電流Ｉ，電圧ＶＨｔｈ）の（温度Ｔ，電流Ｉ）に、ステップＳ４でサンプリングされたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及びセルの温度Ｔを入力し、これに対応する上限基準値ＶＨｔｈの値を上限マップＡから検出する。
【００２４】
次に、この検出された上限基準値ＶＨｔｈと、ステップＳ６において抽出された最大電圧Ｖｍａｘとを比較する。そして、最大電圧Ｖｍａｘが上限基準値ＶＨｔｈ以上であれば、最大電圧Ｖｍａｘが検知されたセルは、残容量８０％以上とみなされる。そして、このように最大電圧Ｖｍａｘが上限基準値ＶＨｔｈ以上であれば、ステップＳ９へ移行し、最大電圧値Ｖｍａｘが上限基準値ＶＨｔｈ未満であれば、ステップＳ４へと戻り、上述のステップＳ４以降の処理を繰り返し所定の間隔で行う。
【００２５】
次に、ステップＳ９では、バッテリ１の残容量ＳＯＣを上限マップＡの残容量である８０％に切り替える。即ち、ステップＳ５においてバッテリ電流Ｉｂａｔｔの積算によって算出されたバッテリ１の残容量ＳＯＣの値を、上限マップＡの残容量の値、即ち８０％に切り替える。
次に、ステップＳ１０において、ステップＳ６で検出した最小電圧Ｖｍｉｎが図３に示す上限均等化判断マップＢの上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ以下であるか否かを判断する。
【００２６】
この上限均等化判断マップＢは、残容量７０％におけるマップである。そして、ステップＳ８と同様、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び最小電圧Ｖｍｉｎが検出されたセルの温度Ｔと、上限均等化判断マップＢとから上限均等化基準値ＶＨｒｅｆを検出し、この上限均等化基準値ＶＨｒｅｆと、ステップＳ６において抽出された最小電圧Ｖｍｉｎとを比較する。そして、最小電圧Ｖｍｉｎが上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ以下であった場合は、バッテリ１を構成するセルの残容量のバラツキが十分大きいとみなし、ステップＳ１４において、均等化必要と判断する。そして、均等充電、あるいは均等放電等により、セルの残容量の均等化が行われる。
【００２７】
一方、最小電圧Ｖｍｉｎが上限均等化基準値ＶＨｒｅｆ以上の場合は、各セルの残容量のバラツキは均等化を行うレベルまで達していないと判断し、ステップＳ１５へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００２８】
次に、ステップＳ７において、ステップＳ５で電流積算によって算出された残容量ＳＯＣが５０％未満であった場合は、ステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１では、ステップＳ６で抽出された最小電圧Ｖｍｉｎが、図４に示す下限マップＤの下限基準値ＶＬｔｈ以下であるか否かを判断する。この下限マップＤは、残容量２０％におけるマップである。そして、ステップＳ８と同様、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び最小電圧Ｖｍｉｎが検出されたセルの温度Ｔと、下限マップＤとから下限基準値ＶＬｔｈを検出し、この下限基準値ＶＬｔｈと、ステップＳ６において抽出された最小電圧Ｖｍｉｎを比較する。そして、最小電圧Ｖｍｉｎが下限基準値ＶＬｔｈ以下であれば、このセルの残容量は２０％以下とみなされる。
【００２９】
このようにして、最小電圧Ｖｍｉｎが下限基準値ＶＬｔｈ以下であれば、ステップＳ１２へ移行し、最小電圧Ｖｍｉｎが下限基準値ＶＬｔｈより大きければ、ステップＳ４へと戻り、上述のステップＳ４以降の処理を所定の間隔で繰り返し行う。
【００３０】
ステップＳ１２では、バッテリ１の残容量ＳＯＣを下限マップＤの残容量である２０％に切り替える。即ち、ステップＳ５においてバッテリ電流Ｉｂａｔｔの積算によって算出されたバッテリ１の残容量ＳＯＣの値を、下限マップＤの残容量の値、即ち２０％に切り替える。
次に、ステップＳ１３において、ステップＳ６で検出した最大電圧Ｖｍａｘが図４に示す下限均等化判断マップＣの下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ以上であるか否かを判断する。
【００３１】
この下限均等化判断マップＣは、残容量３０％におけるマップである。そして、ステップＳ８と同様、ステップＳ４で検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び最大電圧Ｖｍａｘが検出されたセルの温度Ｔと、下限均等化判断マップＣとから下限均等化基準値ＶＬｒｅｆを検出し、この下限均等化基準値ＶＬｒｅｆと、ステップＳ６において抽出された最大電圧Ｖｍａｘを比較する。そして、最大電圧Ｖｍａｘが下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ以上であった場合は、バッテリ１を構成するセルの残容量のバラツキが十分大きいとみなし、ステップＳ１４において、均等化必要と判断する。そして、均等充電、あるいは均等放電等により、セルの残容量の均等化が行われる。
【００３２】
一方、最大電圧Ｖｍａｘが下限均等化基準値ＶＬｒｅｆ以下であれば、各セルの残容量のバラツキは均等化を行うレベルまで達していないと判断し、ステップＳ１５へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００３３】
また、図３及び図４に示したそれぞれのマップが示す残容量の値は一例であり、任意に設定することが可能である。また、これらのマップは図１のバッテリ制御装置５内の記憶部（図示略）に格納されている。
さらに、上述のそれぞれのマップは次のように設定されたものである。
【００３４】
まず、上限マップＡは図８のＨ領域における残容量ＳＯＣのマップが適用される。そして、上限均等化判断マップＢは、上述の上限マップの残容量ＳＯＣに対して、どの程度の残容量の差が生じた場合に、均等化を行うかを設定するものである。即ち、セルの残容量に１０％のバラツキが生じた時に均等化を行うのであれば、上限マップＡの残容量よりも、１０％小さい残容量のマップを上限均等化判断マップＢとして設定すれば良い。
【００３５】
具体的には、上限マップＡが、残容量８０％のマップであり、セルの残容量に１０％以上のバラツキが生じた場合に均等化を行うと設定するのであれば、上限均等化判断マップＢは残容量７０％のマップとなる。そして、このように設定されたマップは、バッテリ制御装置５の記憶部に記憶され、均等化判断即ち図２におけるステップＳ８〜Ｓ１０において参照される。
また、図４に示された下限マップＤは図８のＬ領域における残容量ＳＯＣのマップが適用される。そして、下限均等化判断マップＣは、上述の下限マップＤの残容量ＳＯＣに対して、どの程度の残容量の差が生じた場合に、均等化を行うかを設定するものである。そして、これらのマップは図２のステップＳ１０〜ステップＳ１３において参照されることとなる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態における各セルの残容量検出について図５を参照して説明する。
まず、ステップＳＣ１において、バッテリ制御装置５は、バッテリ１を構成する全セルの電圧Ｖ１〜Ｖｎ、及び温度Ｔ１〜Ｔｎを検知し、これらの値から各セルの残容量ＳＯＣを検出する。なお、ステップＳＣ１において、車両は走行していないため上述の図２のステップＳ１と同様にセルの開放電圧ＯＣＶから残容量ＳＯＣを算出することが可能となる。
次に、ステップＳＣ２において車両が走行を始める。
【００３７】
次に、車両走行中にステップＳＣ３において、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ、及び及び、バッテリ１を構成する全セル１０−１〜１０−Ｎ（図２参照）の電圧Ｖ１〜Ｖｎ、及び温度Ｔ１〜Ｔｎを検知する。そして、検知されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔを積算することによりバッテリ１の残容量ＳＯＣを算出する。
次に、ステップＳＣ４において、ステップＳＣ３で算出されたバッテリ１の残容量ＳＯＣが７０％より大きいか否かを判断する。この結果、残容量ＳＯＣが７０％より大きければステップＳＣ５へ移行し、７０％以下であればステップＳＣ７へ移行する。
【００３８】
次に、ステップＳＣ５では、ステップＳＣ３で検知された各セルの電圧Ｖ１〜Ｖｎのうち、いずれかのセル間の電圧差が所定値より大きいか否かを判断する。これは、例えば、ステップＳＣ３において検知されたセル電圧Ｖ１〜Ｖｎのうち、最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎを抽出し、この電圧差、即ちＶｍａｘ−Ｖｍｉｎの値が所定値よりも大きいか否かを判断する。
この結果、この電圧差が所定値よりも大きければバッテリ１を構成するセルの残容量のバラツキが十分大きいとみなし、ステップＳＣ６において、均等化必要と判断する。そして、均等充電、あるいは均等放電等により、セルの残容量の均等化が行われる。
【００３９】
一方、ステップＳＣ５において、セル間の電圧差がいずれも所定値未満であった場合は、各セルの残容量のバラツキは均等化を行うレベルまで達していないと判断し、ステップＳＣ８へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００４０】
なお、ステップＳＣ４において、バッテリ１の残容量ＳＯＣが７０％以下であった場合は、ステップＳＣ７へ移行する。ステップＳＣ７では、バッテリ１の残容量ＳＯＣが３０％未満であるか否かを判断する。そして、バッテリ１の残容量が３０％未満であった場合は、ステップＳＣ５へ移行し、残容量ＳＯＣが３０％以上であった場合は、ステップＳＣ８へ移行して、均等化不必要と判断する。
【００４１】
次に、図８にバッテリ１を構成するリチウム系電池セルの残容量−電圧特性を示す。この図からわかるように、残容量が大きいＨ領域、及び、残容量が小さいＬ領域においては、残容量と、セル電圧との相関性が高く、残容量の変化に伴いセル電圧も大きく変化する。これに対し、中間領域、即ちＭ領域においては、残容量に伴う電圧変化が小さい。
【００４２】
従って、本発明では、先ずバッテリ１の残容量ＳＯＣが図８のどの領域に対応しているのかを認識し、残容量ＳＯＣが図８のＬ領域、及び、Ｈ領域、即ち、残容量を正確に検出できる領域にある場合において、各セルの残容量のバラツキを検出し、バラツキが生じていると判断した場合に残容量の均等化を行う。
また反対に、セルの残容量の検出に誤差が生じる可能性の高い領域である、図８のＭ領域においては残容量の均等化を行わないため、残容量バラツキの誤検知による均等化を回避することができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを最小限に抑えることができる。
【００４３】
次に、各セルの残容量を均等化する方法の一つである均等放電について説明する。図６は、バッテリ１の内部構成を示す図である。このように、バッテリ１は、電池セル１０−１〜１０−Ｎが直列に接続されて構成されており、各電池セルには、抵抗２０−１〜２０−Ｎが並列に接続されている。そして、放電に使用されるこれらの抵抗をブリーダ抵抗と呼ぶ。
次に、このような構成におけるバッテリ１の各セルにおいて、残容量の均等化を行う。
【００４４】
図７のステップＳＢ１において、まず、全セルの開放電圧ＯＣＶと、バッテリ温度Ｔｂａｔｔとから各セルの残容量ＳＯＣを算出する。
次に、ステップＳＢ１で求めた各セルの残容量ＳＯＣのうち、最小残容量ＳＯＣｍｉｎを検出する。次に、ステップＳＢ３では、ステップＳＢ１で検出された各セルの残容量ＳＯＣと、ステップＳＢ２において抽出された最小残容量ＳＯＣｍｉｎとの差ΔＳＯＣを各セルごとに算出する。
【００４５】
次に、ステップＳＢ４において各セルにおける放電時間を算出する。各セルにおける放電時間は次の式で与えられる。
放電時間＝（基準容量＊（ΔＳＯＣ−Ｘ））／放電電流 （１）
上記式において、Ｘはバラツキ許容ＳＯＣ補正値であり、各セルの電圧、温度、電流などを検知するセンサの精度などを考慮したもので、バラツキ許容範囲のＳＯＣを決定するための値である。また、基準容量は予め決められている所定値である。
【００４６】
そして、（１）式により、各セルにおける放電時間を算出すると、バッテリ制御装置５は、車両の停車中に、各セルを、ステップＳＢ４において算出された放電時間に基づいて放電させる。具体的には、各セルを算出された放電時間だけ閉回路にし、ブリーダー抵抗によって放電させる。このように、上述の均等放電においては、全てのセルの残容量を、残容量の一番少ないセルと同等となるよう減少させる均等方法である。
【００４７】
また、このような均等放電による残容量の均等化に対し、バイパス回路による均等充電による残容量の均等化方法がある。このバイパス回路による残容量の均等化は、残容量が最大であるセルにあわせて、他のセルを充電させる。即ち、最大値を示したセルにおいては充電を停止し、他のセルにおいては、残容量が最大値を示したセルと同じになるまで充電が行われる。
【００４８】
また、他の均等化の方法として、全セルを満充電させる方法がある。この場合、ハイブリッド車両においては、エンジンをオン状態にすれば、モータ４の回生により発電することができるので、この発電電力でバッテリ１を１００％まで満充電すればよい。
なお、ハイブリッド車両のバッテリではない蓄電装置においても、外部に商用電源を設け、これによりバッテリを満充電することで均等化を行うことができる。
【００４９】
尚、上述したように均等化を行うタイミングとしては、車両の停車中に行い、走行中には行わない。これは、モータ４のアシスト中に均等充電を行うと回生ができなくなってしまうからである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蓄電装置を構成する各セルの残容量のバラツキを、セル電圧の絶対値により判断するので、正確にセル間の残容量のバラツキを検出することができる。
加えて、セルの残容量を均等化の直接の判断基準として用いていないため、残容量検出誤差による均等化のおそれがなくなり、これによって、均等化によるエネルギーのロスを防ぐことができる。
この結果、残容量の均等化の頻度を必要最小限にすることができ、残容量の均等化によるエネルギーロスを抑えることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハイブリッド車両の一種であるパラレルハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態におけるバッテリ制御装置５が行う残容量の均等化判断を説明するためのフローチャートである。
【図３】 同実施形態における上限マップ及び上限均等化判断マップを示す図である。
【図４】 同実施形態における下限マップ及び下限均等化判断マップを示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態におけるバッテリ制御装置５が行う残容量の均等化判断を説明するためのフローチャートである。
【図６】 図１におけるバッテリ１の内部構成を示す概略図である。
【図７】 均等放電による残容量均等化方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】 セルの残容量―電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１ バッテリ（蓄電装置）
５ バッテリ制御装置（残容量検出装置）
ステップＳ４ 検知手段
ステップＳ６ 抽出手段
ステップＳ５ 残容量検出手段
ステップＳ８〜ステップＳ１０及び、ステップＳ１４ 上限残容量均等化手段
ステップＳ１０〜ステップＳ１４ 下限残容量均等化手段
Claims (2)
- 複数のセルで構成される蓄電装置と、
所定のタイミングで、前記蓄電装置の電流及び前記蓄電装置を構成する全ての前記セルの電圧を検知する検知手段と、
前記検知された前記セルの最大電圧と最小電圧とを抽出する抽出手段と、
前記最大電圧が、前記蓄電装置の残容量の変化に伴うセル電圧の変化が小さい残容量の中間領域より前記蓄電装置の残容量が大きく残容量の変化に伴うセル電圧の変化も大きい領域に設定された第１の所定値であるとみなす上限基準値以上であり、且つ、前記最小電圧が前記上限基準値よりも小さく設定された上限均等化基準値以下であった場合に、前記セルの残容量を均等化する上限残容量均等化手段と、
前記最小電圧が、前記中間領域より前記蓄電装置の残容量が小さく残容量の変化に伴うセル電圧の変化が大きい領域に設定された第２の所定値であるとみなす下限基準値以下であり、且つ、前記最大電圧が前記下限基準値よりも大きく設定された下限均等化基準値以上であった場合に、前記セルの残容量を均等化する下限残容量均等化手段と、
を具備することを特徴とする蓄電装置の残容量検出装置。 - 前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、
該残容量検出手段の検出値が所定値以上であるか否かを判断する判断手段とを備え、
該判断手段の検出値が所定値以上である場合には、上限残容量均等化手段による前記セルの残容量の均等化を行い、
前記判断手段の検出値が所定値未満である場合には、下限残容量均等化手段による前記セルの残容量の均等化を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の残容量検出装置。
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