JP4144116B2 - バッテリ充電状態検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリの充電状態と起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧と前記SOC−起電圧特性とに基づいてバッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、バッテリの充電状態を検出する充電状態(SOC)検出装置が知られている。例えば、電気自動車のバッテリについてのSOC検出装置は、通常バッテリの電流(充放電電流)を積算し、SOCを検出している。電気自動車においては、回生制動による充電は期待できるが、走行中は基本的にバッテリは放電する。そして、走行しないときに充電器によってバッテリを満充電にすることで充電状態を回復する。従って、SOC検出装置は、基本的に満充電からの放電電流を積算し、SOCを検出している。携帯型のパーソナルコンピュータなど各種機器においても、基本的に同様であり、満充電からの放電量を積算することでバッテリのSOCを検出している。
【0003】
エンジン発電機を搭載するハイブリッド車においても、そのバッテリのSOC検出には、バッテリ電流の積算を利用する場合が多い。ところが、ハイブリッド車においては、バッテリSOCが50%程度に維持されるように、充放電を制御する。従って、長期間バッテリが満充電とならず、バッテリの充放電電流を長期間積算し、SOCを検出することになる。充放電電流の検出の精度はそれ程悪くはないが、長期間充放電電流の検出を繰り返すと、その誤差がかなり大きくなってしまう。
【0004】
一方、バッテリの起電圧と、SOCには一応の関係がある。SOCが50%に近い範囲では、起電圧の変化は小さいが、SOCがかなり小さくなったり、大きくなった場合には、バッテリ起電圧に変化が生じる。そこで、このバッテリ起電圧とSOCの関係を予め調べておき、検出したバッテリ電圧に基づいてSOCを検出することも行われている。
【0005】
なお、ニッケル水素バッテリなどでは、SOCが50%からかなり離れないと、バッテリ起電圧に変化がないが、他の検出方法と組み合わせることでバッテリ起電圧からのSOC検出が利用される場合も多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ニッケル水素バッテリなどでは、バッテリの充放電を繰り返しているうちに、同じSOCであってもバッテリの起電圧が低下してくる現象がある。この現象は、バッテリのメモリ効果として知られている。図2にメモリ効果の例を示す。このメモリ効果は、予め予測することが難しく、一方これを考慮しないと、検出電圧値から求められるSOCが大きく異なるものになってしまう。
【0007】
本発明は、このメモリ効果の影響を排除して検出したバッテリ電圧に基づいて適切なSOC検出が行えるバッテリ充電状態検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧と前記SOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、バッテリのSOCが所定以上の高SOCまたは所定以下の低SOCになると、特定の高SOCまたは低SOCに対するバッテリの電圧と電流の関係が特定されることを利用して、検出したバッテリの電流と電圧の関係に基づいて、バッテリのSOCが特定の高SOCまたは特定の低SOCに至ったことを検出するIV判定手段と、このIV判定手段によりバッテリのSOCが前記特定の高SOCまたは低SOCに至ったことを検出したときに、そのときの特定の高SOCまたは特定の低SOCを初期値とし、その後のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリのSOCを求めるとともに対応する起電圧を検出することで新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性により予め求められている前記SOC−起電圧特性を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【0009】
このように、検出するSOCによっては、IV判定により、SOCを検出すると、メモリ効果の影響を受けないSOCを検出することができる。そして、このメモリ効果の影響を受けないSOC検出の後、電流積算により求められたSOCとそのときの電圧の関係(SOC−起電圧特性)を検出することで、メモリ効果の影響によるSOC−起電圧特性のずれを解消できる。そこで、その後は、補正されたSOC−起電圧特性を利用し、バッテリ電圧の測定に基づいて、正しいSOCの推定が行える。
【0010】
また、本発明は、バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧とSOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、充電時のバッテリ温度に基づいて、バッテリの満充電を検出する満充電検出手段と、この満充電検出手段により満充電を検出したときに、そのときの満充電状態を初期値とし、その後のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリのSOCを求めるとともに対応する起電圧を検出することで新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性により予め求められている前記SOC−起電圧特性を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【0011】
満充電の際には、温度が急激に上昇する。そこで、温度計測に基づいて、満充電を正確に測定できる。そこで、その後の放電の際に電流積算(放電量の積算)によるSOCの算出及びそのときのバッテリ電圧計測に基づき、メモリ効果の影響によるずれを考慮したSOC−起電圧特性を検出することができる。
【0012】
また、本発明は、バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧とSOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、バッテリの起電圧の変化量ΔV 0 とバッテリの放電量ΔAHの比であるΔV 0 /ΔAHを求め、この値が所定値以上の大きさであった場合にバッテリのSOCが特定の低SOCに至ったことを検出し、バッテリの起電圧の変化量ΔV 0 とバッテリの充電量ΔAHの比であるΔV 0 /ΔAHを求め、この値が所定値以上の大きさであった場合にバッテリのSOCが特定の高SOCに至ったことを検出する検出手段と、この検出手段によりバッテリのSOCが前記特定の高SOCまたは低SOCに至ったことを検出したときに、そのときの特定の高SOCまたは特定の低SOCを初期値とし、その後のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリのSOCを求めるとともに対応する起電圧を検出することで新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性により予め求められている前記SOC−起電圧特性を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【0013】
電流量の変化に対する電圧の変化は、所定の高SOC及び低SOCの際に大きくなる。そして、この測定によりメモリ効果の影響を受けないSOC判定が行える。そこで、その後の電流量積算及び電圧計測によりメモリ効果の影響によるずれを解消したSOC−起電圧特性を得ることができる。
【0014】
また、前記補正手段により、SOC−起電圧特性を補正した後、所定期間経過した後は、補正手段による補正を禁止することが好適である。このように、SOC−起電圧特性の補正を行う時間を限定することで、電流量積算に基づく誤差による精度低下を防止することができる。
【0016】
また、本発明は、バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧とSOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、検出した起電圧と前記SOC−起電圧特性に基づいてバッテリのSOCが第1低レベルSOC値に至ったことを検出する第1低レベル検出手段と、その後のバッテリの放電電流積算値を検出する低レベル時放電電流検出手段と、バッテリのSOCが低レベルの時において、バッテリの放電電流積算値の変化に対するバッテリ起電圧の変化である傾きが所定値であることを検出したときにバッテリのSOCが第2低レベルSOC値に到達したと検出する第2低レベル検出手段と、前記第1低レベルSOC値と第2低レベルSOC値の差と、前記第1低レベル検出手段において第1低レベルSOC値を検出した後、第2低レベル検出手段において第2低レベルSOC値を検出するまでの放電電流積算値と、これら第1低レベルSOC値および第2低レベルSOC値に対応する起電圧の変化量と、に基づいて、新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性によって予め求められているSOC−起電圧特性を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【0017】
電流量変化に対する電圧変化が所定値に至ったことで、メモリ効果の影響を受けないSOCを計測できる。そこで、その後の放電の際に電流積算(放電量の積算)によるSOCの算出及びそのときのバッテリ電圧計測に基づき、メモリ効果の影響によるずれを考慮したSOC−起電圧特性を検出することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。
【0023】
「第1実施形態」
図1は、本発明のバッテリ充電状態検出装置をハイブリッド車に適用したシステムの構成を示すブロック図である。バッテリ10は、多数のバッテリセルからなっている。本実施形態では、このバッテリ10は、ニッケル水素バッテリであり、20個のバッテリセルをまとめて1ブロックとして、このブロックを12個接続して、240個のバッテリセルを直列接続した300V程度の出力電圧を有している。
【0024】
バッテリ10の各ブロック毎の電圧及び全体の電圧は、電圧検出器12で計測され、電池ECU14に供給される。また、この電池ECU14には、バッテリ温度を検出する温度センサ16、およびバッテリ電流を検出する電流検出器18が接続されており、バッテリ温度及びバッテリ電流が電池ECU14に供給される。
【0025】
そして、この電池ECU14は、供給される各種データに基づいて、バッテリ10の蓄電量(SOC)を検出し、これをHVECU20に供給する。なお、電池ECU14は、電圧検出器12から供給されるブロック毎の電圧値に基づいて、バッテリセルにおける過放電を検出する。
【0026】
このHVECU20は、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報に基づいて決定されたトルク指令に基づき、負荷22を制御する。負荷22は、インバータ、モータなどからなり、バッテリ10からの直流電力をインバータにより、交流電流に変換してモータを駆動するものである。そして、HVECU20からの制御信号によりインバータの動作が制御されることで、モータよりトルク指令に合致したトルクを出力する。また、インバータのスイッチングによって回生制動も行う。なお、本実施形態は、HV車であるため、エンジン及びエンジン駆動のジェネレータを有しており、ジェネレータの発電電力によりバッテリ10の充電ができると共に、エンジンによりモータ出力軸を回転できるようになっている。また、モータとジェネレータは、モータジェネレータとして1つの装置として構成してもよい。
【0027】
そして、HVECU20は、電池ECU14から供給されるバッテリ10のSOCの値に従って、モータ出力、エンジン出力などを制御して、バッテリ10のSOCが50%付近になるように制御している。なお、バッテリセルの過放電が検出された場合には、バッテリ10からの放電を禁止する。
【0028】
ここで、電池ECU14においては、電流検出器18の出力値の積算によって、バッテリ10の充放電電流量の積算値を計算し、SOCを検出している。しかし、このSOC算出では、上述のように長期間の積算によりSOC検出についての誤差が大きくなる。
【0029】
そこで、電池ECU14においては、電圧検出器12において検出したバッテリ10の電圧値に基づいたSOCの推定も行う。これは、バッテリ10のSOCと起電圧の関係(SOC−起電圧特性)を予め求めておき、そのときの起電圧に応じて、SOCを推定するものである。
【0030】
ここで、起電圧とは、バッテリ10の出力電圧から、バッテリ10における内部抵抗に起因する電圧降下を減算し、そのときのバッテリ電流の影響を排除した電圧を意味する。すなわち、図3に示すように、バッテリ電圧Vは、電流の増加に伴い減少する。この増減分は、バッテリ内部抵抗R×電流Iで決定される内部抵抗に伴う電圧降下分であり、電流Iに対するバッテリ電圧Vの傾きは内部抵抗値Rに等しくなる。このバッテリ電流が0の時のバッテリ電圧を起電圧V0という。従って、V0=V+RIにより起電圧を算出できる。なお、内部抵抗Rは、温度によって変化するため、温度センサ16により検出したバッテリ温度に応じて補正するとよい。すなわち、内部抵抗値Rを温度Tの関数としてマップとして持っておき、検出温度に応じて内部抵抗Rを求めることが好ましい。
【0031】
そして、図2のように、メモリ効果が発生すると、この起電圧V0が図3に示すように低くなる。そこで、起電圧V0により、SOCを推定しようとしても、同一のSOCに対する起電圧が変化してしまうため、正確な推定が行えなくなってしまう。
【0032】
一方、バッテリ10のSOCの算出には、IV判定という手法がある。このIV判定は、SOCが20%や80%となったときには、内部抵抗および起電圧がSOCの変化につれて大きく変化することを利用する。すなわち、図4に示すように、SOCが非常に小さくなると、SOCが小さくなるにつれて内部抵抗は増加し、非常に大きくなった場合には、SOCが大きくなるにつれて内部抵抗は増加する。また、図2に示すように、SOCが非常に小さくなると、SOCが小さくなるにつれて起電圧は減少し、SOCが非常に大きくなった場合には、SOCが大きくなるにつれて起電圧は増加する。これは、一方の電極活物質の量が減少し、電気化学反応が進みにくくなるためと考えられる。
【0033】
従って、電流と電圧の関係を判定(IV判定)すること、すなわち、図2,4に示すように、SOCに応じて変化する内部抵抗や起電圧に基づいて、SOCが20%や80%に至ったことを判定することができる。すなわち、図5に示すように、SOCがSOC0に至ったことをIV判定によって知ることができる。
【0034】
ここで、メモリ効果は、SOCがある程度低い状態においてのみ生じ、IV判定により検出するSOC80%のようなSOCが高い状態では、バッテリ起電力はメモリ効果の影響を受けない。
【0035】
そこで、その後の放電の際の電流積算量及びそのときのバッテリ起電圧を記憶しておくことで、そのときのメモリ効果の影響も含めたバッテリ起電圧V0を検出することができる。図5の例であれば、SOC1の時の起電圧V01、SOC2の時の起電圧V02、SOC3の時の起電圧V03を記憶しておくことで、メモリ効果を考慮したSOC−起電圧特性を記憶することができる。
【0036】
そこで、この得られたSOC−起電圧特性を利用して、その後のバッテリ10の検出電圧から起電圧を求めることで、そのときのSOCを推定することができ、これをバッテリ10のSOC検出に利用することができる。
【0037】
また、ほぼ満充電まで充電した場合には、温度が急激に上昇する。そこで、充電時の温度変化を検出していれば、満充電を検出することができる。すなわち、図6に示すように、温度変化(dT/dt:Tはバッテリ温度、tは時間)を検出しておき、この変化が所定値となったことでSOCを100%と判定する。そして、その後の放電電流量を積算するとともに、そのときのバッテリ起電圧を検出することで、メモリ効果の影響を考慮したSOC−起電圧特性を得ることができる。
【0038】
このように、メモリ効果の影響を受けない点におけるSOCを検出できたときに、その後の放電量とバッテリ起電圧を検出することでSOC−起電圧特性を得る。これによって、メモリ効果を考慮したSOC−起電圧特性を得ることができ、その後において、バッテリ電圧から算出したバッテリ起電圧を得ることによって、メモリ効果を考慮したSOCを推定することができる。なお、駐車中等問題が生じない状況において、強制的に充電を行い、SOC80%や、満充電の状態にし、その後の走行における放電によって、SOC−起電圧特性を取得することも好適である。
【0039】
図7に、上述のようなSOC−起電圧特性の検出についてのフローチャートを示す。まず、IV上限判定またはdT/dt判定により、SOC80%または満充電判定が行われたかを判定する(S11)。IV上限判定またはdT/dtが行われなければ、基本となるSOCが決定されないため、S11の判定を繰り返す。IV上限判定またはdT/dtが行われた場合には、積算SOCを判定値にセットする(S12)。IV判定の場合には、SOC80%、dT/dt判定の場合にはSOC100%にセットする。また、これから積算を行うため積算時間Tsを0にセットする(S13)。
【0040】
このような初期設定が終了した場合には、電流積算によるSOCと、起電力V0の関係の検出記憶の動作に入る。まず、そのときのバッテリ10の電圧及びバッテリ電流から起電圧V0を算出する(S14)。次に、バッテリ電流(放電電流)Iにその電流が流れた時間Δtを乗算して時間Δtにおける電流の積算値を求め、これをSOCから減算することで電流量の積算によるSOCの更新を行う(S15)。ここで、Δtは、このフローチャートにおける処理の1サイクルの時間であり、この時間の間はバッテリ電圧、バッテリ電流は一定であると仮定している。
【0041】
このようにして、SOCが得られたため、別に検出したその時のV0と得られたSOCを対として、記憶する(S16)。次に、積算時間Tsが所定値をオーバーしたかを判定し(S17)、していなければS14に戻り、V0とSOCの関係の取得を続ける。そして、積算時間Tsが所定値をオーバーした場合には、このV0とSOCの関係取得の処理を終了する。このS17において使用する所定値としては、例えば4時間程度が採用される。これは、あまり時間が長くなると、電流積算の精度が悪化し、正確なV0とSOCの関係が得られなくなるからである。また、ある程度のSOC範囲でのV0とSOCの関係が得られればTsが所定値に至らなくても処理を終了してもよい。また、Tsが所定値に至ったときに、SOCの範囲として十分なものが得られなければ、得られている範囲のデータからその他の領域について推定することも好適である。
【0042】
「第2実施形態」
第2実施形態においては、バッテリ電圧の絶対値を検出して判定するのではなく、バッテリ起電圧の充放電に対する変動量を基に、SOCを検出する。
【0043】
システムの全体構成は、第1実施形態と同一である。
【0044】
電池ECU14は、電圧検出器12において検出したバッテリ電圧及び電流検出器18において検出した電流値に基づき起電圧V0を検出する。また、電池ECU14は、バッテリ電流Iを積算し、電流量AHを順次算出する。そして、dV0/dAHを随時算出する。
【0045】
図8に示すように、バッテリ起電圧V0とSOCの関係において、低SOCまたは高SOCの部分において、SOCに対する起電圧が大きく変化する。従って、低SOC及び高SOCの部分において、dV0/dAHは大きくなっているはずであり、dV0/dAHは、図9に示すように変化する。そこで、このdV0/dAHを調べることで、そのときのSOCを検出することができる。特に、電圧の絶対値は、メモリ効果によって大きく変化するが、dV0/dAHにはメモリ効果の影響はほとんどない。そこで、このdV0/dAHが所定値となったことを検出することで、そのときの電圧に基づいた正確なSOC検出が行える。
【0046】
ここで、図4に示すように、内部抵抗Rも低SOC及び高SOCにおいて大きく変化するので、これに基づいてSOCを判定することもできる。しかし、内部抵抗Rは、同一SOCにおいて、電流量が変化した際の電圧から求められるものであり、一定電流の充放電では算出できない。そこで、dV0/dAHに基づいて、SOCを算出する方が優れている。
【0047】
この第2実施形態の動作について、図10に基づいて説明する。この図においては、低SOC値の検出を示す。まず、電流積算量(放電量)ΔAHを0にセットする(S21)。次に、そのときのバッテリ10の起電圧V01を算出する(S22)。これは、そのときの検出電圧Vに内部抵抗Rに起因する電圧降下I×R(Iはそのときのバッテリ電流値)を加算して算出する(V01=V+IR)。この際、内部抵抗Rは上述のように、温度の影響を考慮する。
【0048】
次に、電流積算量ΔAHとして、バッテリ電流IのΔtの時間の放電による放電量を減算する(S23)。ここで、ΔAHは放電側を正、バッテリ電流も放電側を正としている。そこで、ΔAH−I×Δtは放電によって、マイナスの値になる。
【0049】
そして、このようにして算出した新しいΔAHが所定値−αより負か(ΔAH<−α)を判定する(S24)。すなわち、放電量が所定量を超えたかを判定する。この判定で、NOであれば、S23に戻りΔAHを更新して所定値を超えたか否かの判定を繰り返す。
【0050】
S24において、YESとなり、所定量の放電がなされたときには、その段階でのバッテリ起電圧V02を算出する(S25)。次に、このΔAHの放電量に対応して変化した起電圧ΔV0=V01−V02を算出する(S26)。そして、このようにして得たΔV 0 を所定の放電量ΔAHで除算して得た起電圧の変化量ΔV0/ΔAH=dV0/dAHを算出し、これが所定値−βより負か(ΔV 0 /ΔAH=dV 0 /dAH<−β)を判定する(S27)。このβは、所定SOC(例えばSOC20%)の時のdV0/dAHから予め求めておく。
【0051】
S27の判定においてNOであれば、S21に戻り、上述の処理を繰り返す。これによって、dV0/dAHが所定値−βより負になった時にS27の判定がYESになる。そこで、このS27の判定において、YESとなったときに、予め決定されている低SOC値であると判定する(S28)。
【0052】
このように、所定の放電量毎の傾きdV0/dAHの判定により、この傾きが所定値以上になったことにより、そのときのSOCを判定することができる。従って、バッテリ電圧および電流の計測に基づいて、確実なSOC検出を行うことができる。特に、このdV0/dAHによるSOCの判定は、メモリ効果によらず行える。
【0053】
なお、上述のフローチャートでは、α>0とし、低SOC時において、電圧が低下することにより、低SOCであることを判定した。しかし、これに限ることなく、ΔAH>αとすることで、高SOC時に充電により電圧が上昇することにより高SOCであることを判定することもできる。
【0054】
「第3実施形態」
第3実施形態においては、第2実施形態において検出したSOCを基に、SOC−起電圧特性を得る。
【0055】
すなわち、図11に示すように、dV0/dAHが所定値になることによって、そのときのSOC値がわかる。このSOC値はメモリ効果の影響を受けず検出できる。そのときのSOCをSOC0、起電圧をV00とし、その後の電流量を積算しながら、SOC1,SOC2,SOC3の時の起電圧V01,V02,V03を順次対応付けて記憶することで、SOC−起電圧特性を得ることができる。
【0056】
そこで、得られたSOC−起電圧特性を用いて、検出したバッテリ電圧からそのときのSOCを検出することができる。
【0057】
また、ある特定の電圧に至った時から、所定のdV0/dAHに至るまでの放電量からSOC−起電圧特性を求めることもできる。
【0058】
すなわち、図12に示すように、起電圧がV0aに至った場合に、そのときのSOCaを記憶しているSOC−起電圧特性から求める。一方、dV0/dAHが所定値に至った時のSOCは、SOC0であり、そこに至るまでの放電量は、SOCa−SOC0=ΔSOCaのはずである。
【0059】
一方、実際の放電が起こった場合のSOC0までの放電量を測定しておき、それがΔSOCbであった場合、起電圧VOaの時のSOCは、SOCb=SOC0+ΔSOCbであり、これによってSOC−起電圧特性を得ることができる。
【0060】
なお、上述のように、dV0/dAHにより、所定の高SOCの検出ができる。そこで、この所定の高SOCに基づいて、SOC−起電圧特性を検出することも同様に行える。
【0061】
「第4実施形態」
第4実施形態においては、放電電流の積算値に基づくバッテリSOCの変化量と、これに対応するSOC−起電圧特性から求めたバッテリSOCの変化量の比較に基づきSOC−起電圧特性を補正する。
【0062】
システムの全体構成は、上述の第1実施形態と同一である。電池ECU14は、電圧検出器12において検出したバッテリ電圧及び電流検出器18において検出した電流値に基づき起電圧V0を検出する。また、電池ECU14は、バッテリ電流Iを積算し電流量AHを算出し、この電流量AHに基づいてSOCの変化を検出する。
【0063】
例えば、走行中の時間t1〜t2のΔtの期間の積算による放電量が予め設定したSOCの変化量ΔSOC(積算)に至ったとする。一方、時間t1、t2における起電圧V01、V02から求めたSOCはそれぞれSOC1、SOC2であれば、SOC−起電圧特性から求めたSOC変化ΔSOC(起電圧)=SOC2−SOC1が求まる。例えば、SOC−起電圧特性から求めたSOC変化が図13に示すような特性であれば、積算から求めたSOC変化も理論的には同一である。
【0064】
ここで、放電量から求めるバッテリSOCは、短期間ではかなり正しい。そこで、放電量から求めたSOCの変化量は、かなり正しい値である。一方、SOC−起電圧特性から求めたSOCはメモリ効果などによって、誤差が生じている場合もある。そこで、電池ECU14において、両SOC変化、すなわちΔSOC(積算)とΔSOC(起電圧)を比較する。
【0065】
SOC−起電圧特性から求めたΔSOC(起電圧)が正しければ、両SOCは同一であり、図14に示す理想線に乗る。しかし、ΔSOC(起電圧)に誤差が生じていた場合には、図14における現実線のように、両者の関係がずれる。
【0066】
本実施形態では、このようなずれが生じた場合に、電池ECU14は、SOC−起電圧特性から求めたSOCが放電量から求めたSOCに近づくように補正する。これによって、より正しいSOC−起電圧特性を利用して、SOCの検出が行える。
【0067】
上述の実施形態のように、絶対的なSOCが計測できる時点からの積算値との比較によれば、SOC−起電圧特性をそのまま訂正できる。しかし、本実施形態では、SOCの変化量のみが補正の対象になる。しかし、変化量の正しい値に近づけるように現在のSOCを訂正し、SOC−起電圧特性を補正することで、SOC−起電圧特性を正しいものに近づける補正が行え、SOC−起電圧特性の学習が行える。
【0068】
なお、上述の説明においては、放電電流の積算を利用した。これは、放電電流はバッテリの充電状態に100%反映されるが、充電電流はそれに効率を乗算したものが充電状態に反映されるからである。このため、放電量の積算値を利用することが好ましい。また、連続した放電によって、所定量の放電が行われた場合には、最も正しい積算値による充電状態の変化が計測でき、これに基づいてSOC−起電圧特性を補正することが好ましい。一方、充電効率を正しく推定できれば、充電電流の積算をΔSOC(積算)に利用することができる。
【0069】
なお、本実施形態のようなSOC−起電圧特性の学習を随時行うことで、SOC−起電圧特性を利用したSOCの検出の精度はかなり向上する。従って、バッテリSOCの検出は、基本的にSOC−起電圧特性の検出に基づいて行い、電流積算はこのSOC−起電圧特性を学習補正するために利用することができる。
【0070】
また、放電電流の積算値に基づく充電状態の変化量と、SOC−起電圧特性に基づく充電状態の変化量の比率に基づいて、SOC−起電圧特性を補正することが好適である。これによって、SOC−起電圧特性の誤差が大きな時にそれだけ大きく補正することができ、より正しい補正が行える。
【0071】
また、SOC−起電圧特性は、図2に示すように、メモリ効果が発生した場合に、初期特性に対し、起電圧が低くなる特性とわかっている。そこで、所定量の放電の際のSOC−起電圧特性から求めた放電量が少ない場合に、SOC−起電圧特性をメモリ効果による影響と判断し、少しずつ下方側へ補正するとよい。この補正の程度は、上述のように比率に応じて行ってもよいし、一定量ずつ移動させてもよい。さらに、この補正については、メモリ効果により変化したSOC−起電圧特性について記憶しておきこの中から選択してもよいし、これを模擬する関数によって決定してもよい。
【0072】
次に、図15に基づいて、本実施形態における電池ECUにおけるSOC−起電圧特性学習の動作について、説明する。まず、SOC1として、検出したその時に起電圧から求めたSOCを取り込む(S31)。次に、電流量の積算値を示す変数Qを0にセットする(S32)。
【0073】
このようにして、初期設定を行った場合には、そのときに検出したバッテリ10の電流電圧値から起電力を求め、SOCを推定するとともに(S33)、前回の電流量積算値Qから今回の電流Iに制御サイクルΔt乗算して得た前回制御サイクルから今回制御サイクルまでの放電量を減算し、電流量積算値Qを積算する(S34)。なお、この例では電流量積算値Qは、充電量を正の値としている。そして、電流量積算値Qの絶対値(例えば、放電量)が所定量以上となったかを判定する(S35)。例えば、図13におけるSOC2−SOC1に対応する放電量であり、システムに応じて適切な量に設定する。そして、このS35の判定でNOであれば、S33に戻り、SOCの推定及び電流量の積算を繰り返す。なお、上述したように、充電量については、そのときのバッテリ10の状態に応じて、充電効率を乗算した値を充電電流量の積算値とする。
【0074】
S35において、電流量積算値Qの大きさが所定量以上になった場合には、そのときのSOCをSOC2として取り込み(S36)、SOC2−SOC1と、Qとを比較する(S37)。電流量積算値Qは、短期間において正しいと推定され、両者が異なっている場合には、SOC−起電力特性が誤っていると考えられる。そこで、両者の比較結果に基づいて、学習が必要か否かを判定する(S38)。すなわち、両者の差が所定以上であった場合には、SOC−起電力特性を学習し(S39)、処理を終了する。一方、S37の比較において、有意の差がない場合には、S38においてNOとなり、そのまま処理を終了する。
【0075】
このように、適当な期間における積算電気量とSOC−起電力特性とを比較し、この比較結果に基づいて、SOC−起電力特性を補正する。これによって、SOC−起電力特性を常に正しいものに維持することができる。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メモリ効果の影響を受けないSOC検出が行える。そして、このようにしてSOCを検出した時点からの電流量の積算と電圧計測に基づいて、SOC−起電圧特性を補正すれば、バッテリ起電圧から誤差の少ないSOCの推定が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】 システムの構成を示すブロック図である。
【図2】 メモリ効果を示す図である。
【図3】 バッテリ起電圧を示す図である。
【図4】 SOCとバッテリ内部抵抗Rの関係を示す図である。
【図5】 IV判定からの電流量積算を示す図である。
【図6】 温度変化(dT/dt)とSOCの関係を示す図である。
【図7】 第1実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図8】 SOCと起電圧の変化の関係を示す図である。
【図9】 SOCと起電圧の放電量に対する変化(dV0/dAH)の関係を示す図である。
【図10】 第2実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図11】 電流量積算と起電圧の関係を示す図である。
【図12】 電流量積算と起電圧の関係を示す図である。
【図13】 SOCの変化の例を示す図である。
【図14】 電流積算と、起電力特性から求めたSOCの関係を示す図である。
【図15】 第4実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 バッテリ、12 電圧検出器、14 電池ECU、16 温度センサ、18 電流検出器、20 HVECU、22 負荷。
Claims (6)
- バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧と前記SOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、
バッテリのSOCが所定以上の高SOCまたは所定以下の低SOCになると、特定の高SOCまたは低SOCに対するバッテリの電圧と電流の関係が特定されることを利用して、検出したバッテリの電流と電圧の関係に基づいて、バッテリのSOCが特定の高SOCまたは特定の低SOCに至ったことを検出するIV判定手段と、
このIV判定手段によりバッテリのSOCが前記特定の高SOCまたは低SOCに至ったことを検出したときに、そのときの特定の高SOCまたは特定の低SOCを初期値とし、その後のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリのSOCを求めるとともに対応する起電圧を検出することで新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性により予め求められている前記SOC−起電圧特性を補正する補正手段と、
を有することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。 - バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧とSOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、
充電時のバッテリ温度に基づいて、バッテリの満充電を検出する満充電検出手段と、
この満充電検出手段により満充電を検出したときに、そのときの満充電状態を初期値とし、その後のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリのSOCを求めるとともに対応する起電圧を検出することで新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性により予め求められている前記SOC−起電圧特性を補正する補正手段と、
を有することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。 - バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧とSOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、
バッテリの起電圧の変化量ΔV 0 とバッテリの放電量ΔAHの比であるΔV 0 /ΔAHを求め、この値が所定値以上の大きさであった場合にバッテリのSOCが特定の低SOCに至ったことを検出し、バッテリの起電圧の変化量ΔV 0 とバッテリの充電量ΔAHの比であるΔV 0 /ΔAHを求め、この値が所定値以上の大きさであった場合にバッテリのSOCが特定の高SOCに至ったことを検出する検出手段と、
この検出手段によりバッテリのSOCが前記特定の高SOCまたは低SOCに至ったことを検出したときに、そのときの特定の高SOCまたは特定の低SOCを初期値とし、その後のバッテリ電流の積算値に基づきバッテリのSOCを求めるとともに対応する起電圧を検出することで新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性により予め求められている前記SOC−起電圧特性を補正する補正手段と、
を有することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記高SOCは80%であり、前記低SOCは20%であることを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の装置において、
前記補正手段により、SOC−起電圧特性を補正した後、所定期間経過した後は、補正手段による補正を禁止することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。 - バッテリの充電状態であるSOCと起電圧の関係を示すSOC−起電圧特性を予め求めておき、検出したバッテリの起電圧とSOC−起電圧特性とに基づいてバッテリのSOCを検出するバッテリ充電状態検出装置であって、
検出した起電圧と前記SOC−起電圧特性に基づいてバッテリのSOCが第1低レベルSOC値に至ったことを検出する第1低レベル検出手段と、
その後のバッテリの放電電流積算値を検出する低レベル時放電電流検出手段と、
バッテリのSOCが低レベルの時において、バッテリの放電電流積算値の変化に対するバッテリ起電圧の変化である傾きが所定値であることを検出したときにバッテリのSOCが第2低レベルSOC値に到達したと検出する第2低レベル検出手段と、
前記第1低レベルSOC値と第2低レベルSOC値の差と、前記第1低レベル検出手段において第1低レベルSOC値を検出した後、第2低レベル検出手段において第2低レベルSOC値を検出するまでの放電電流積算値と、これら第1低レベルSOC値および第2低レベルSOC値に対応する起電圧の変化量と、に基づいて、新しいSOC−起電圧特性を求め、この新しいSOC−起電圧特性によって予め求められているSOC−起電圧特性を補正する補正手段と、
を有することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。
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