JP4149682B2 - ハイブリッド車用組電池状態制御方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池モジュールが直列に接続されてなるハイブリッド車の組電池制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のハイブリッド車の組電池制御方法では、回生制動時の充電機能とトルクアシスト時の放電機能との両立のために、SOC(State Of Charge/充電状態、残存容量)を中間容量状態(50〜70%)に維持する制御を行うので、SOCの正確な検出が不可欠となっている。
【0003】
組電池のSOCを検出する方法としては、充放電電流の積算による方法などが周知である。しかし、この方法は、充放電効率の変化に伴って電流積算による誤差が累積するため正確な蓄電量が得られにくい問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した電流積算方式は、累積誤差の低減のために高精度の電流センサが必須となるにもかかわらず累積誤差問題の完全な解決に至っていなかった。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電流検出、積算を必要とせず、簡素な回路構成で電池の過放電や過充電を防止可能なハイブリッド車の組電池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記載のハイブリッド車の組電池制御方法は、互いに直列接続されてハイブリッド車用の組電池を構成する複数の電池モジュールの電圧値の相加平均電圧である平均電圧を算出し、前記平均電圧が前記目標電圧値よりも低い所定の低値Vlowと前記目標電圧値よりも高い所定の高値Vhiの間にある場合に、前記平均電圧を所定の目標電圧値に収束させるように充放電制御を行い、前記平均電圧が前記目標電圧値よりも低い所定の低値Vlowを下回った場合に、予め記憶する所定の放電電圧ー蓄電量特性に前記平均電圧からなる放電電圧を代入して前記組電池の蓄電量を推定し、前記平均電圧が前記目標電圧値よりも高い所定の高値Vhiを上回った場合には、予め記憶する所定の充電電圧ー蓄電量特性に前記平均電圧からなる充電電圧を代入して前記組電池の蓄電量を推定し、推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴としている。
【0007】
すなわち、本構成は、目標電圧値を含む目標電圧値近傍の電圧範囲でのみ、組電池の平均電圧を目標電圧値に収束させる充放電制御(いわゆる電圧制御)を行うので、高精度の電流センサを必要とせず、電流積算累積誤差によるSOC推定誤差を防止することができる。また、この目標電圧値近傍の電圧範囲(低値Vlow〜高値Vhi)では、SOCは決して過充電又は過放電状態に陥ることはないので、過充電又は過放電状態による問題が発生することはない。
【0008】
更に、平均電圧がこの電圧範囲から降下する場合には、所定の放電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入して推定した蓄電量を所定の目標SOC値に収束させる制御を行う。放電電圧が低値Vlow未満では、蓄電量が過充電となることはないので過充電となる危険はなく、かつ、低値Vlow未満での放電電圧ー蓄電量特性は深放電(小SOC)領域では、すべての放電電圧ー蓄電量特性がほとんど類似曲線に収束するので、SOC検出誤差が小さくなるため過放電を防止することができる。
【0009】
同様に、平均電圧がこの電圧範囲から上昇する場合には、所定の充電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入して推定した蓄電量を所定の目標SOC値に収束させる制御を行う。充電電圧が高値Vhi超過では、蓄電量が過放電となることはないので過放電となる危険はなく、かつ、高値Vhi超過での充電電圧ー蓄電量特性は大充電(大SOC)領域では、すべての充電電圧ー蓄電量特性がほとんど類似曲線に収束するので、SOC検出誤差が小さくなるため過充電を防止することができる。なお、上記所定の放電電圧ー蓄電量特性及び充電電圧ー蓄電量特性は、あらかじめ記憶したマップを用いて保持することができる。
【0010】
請求項2記載の構成は請求項1記載のハイブリッド車の組電池制御方法において更に、前記平均電圧が前記低値Vlowを下回った場合、前記各電池モジュールの平均電圧である各平均モジュール電圧のうちで最低の平均モジュール電圧に前記電池モジュールの数を掛けた値を前記平均電圧として採用し、前記平均電圧が前記高値Vhiを上回った場合、前記各電池モジュールの平均電圧である各平均モジュール電圧のうちで最高の平均モジュール電圧に前記電池モジュールの数を掛けた値を前記平均電圧として採用することを特徴としている。
【0011】
すなわち、本構成によれば、低値Vlow未満の平均電圧を放電電圧ー蓄電量特性に代入して求めたSOCを目標SOC値に収束させる際に、最も過放電となりやすい最低の平均モジュール電圧を基準に平均電圧を作成するので、過放電を一層良好に防止することができる。
【0012】
また、高値Vhi超過の平均電圧を充電電圧ー蓄電量特性に代入して求めたSOCを目標SOC値に収束させる際に、最も過充電となりやすい最高の平均モジュール電圧を基準に平均電圧を作成するので、過充電を一層良好に防止することができる。
【0013】
請求項3記載の構成は請求項1又は2記載のハイブリッド車の組電池制御方法において更に、前記放電電圧ー蓄電量特性が、前記組電池を満充電状態から放電する場合の放電電圧ー蓄電量特性からなり、前記充電電圧ー蓄電量特性が、前記組電池をSOC0%状態から充電する場合の充電電圧ー蓄電量特性からなることを特徴としている。
【0014】
本構成によれば、深放電領域ではすべての放電電圧ー蓄電量特性がこの満充電起点放電電圧ー蓄電量特性に収束し、大充電領域ではすべての充電電圧ー蓄電量特性がこの0充電起点充電電圧ー蓄電量特性に収束するので、SOC推定誤差を低減することができる。
【0015】
請求項4記載の構成は請求項1乃至3のいずれか記載のハイブリッド車の組電池制御方法において更に、前記平均電圧が前記低値Vlowから降下する場合、又は前記高値Vhiから上昇する場合、前記目標電圧値と所定の目標SOC値とからなる基準座標点Aを通る放電電圧ー蓄電量特性又は充電電圧ー蓄電量特性を求め、前記降下の場合は前記平均電圧を前記基準座標点Aを通る放電電圧ー蓄電量特性に代入し、前記上昇の場合は前記平均電圧を前記基準座標点Aを通る充電電圧ー蓄電量特性に代入して蓄電量を推定し、推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴としている。
【0016】
すなわち、本構成によれば、平均電圧が低値Vlowから降下する場合、目標電圧値と所定の目標SOC値とからなる基準座標点Aを通る放電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入してSOCを推定する。このようにすれば、平均電圧が低値Vlow未満でかつSOCが比較的大きい場合におけるSOC推定誤差を低減することができる。
【0017】
同様に、平均電圧が高値Vhiから上昇する場合、目標電圧値と所定の目標SOC値とからなる基準座標点Aを通る充電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入してSOCを推定する。このようにすれば、平均電圧が高値Vhi超過でかつSOCが比較的小さい場合におけるSOC推定誤差を低減することができる。
【0018】
請求項5記載の構成は請求項1乃至4のいずれか記載のハイブリッド車の組電池制御方法において更に、前記平均電圧が前記低値Vlowを下回った場合に前記平均電圧が前記低値Vlow未満であった低電圧期間における前記平均電圧の最低値と、前記最低値と前記放電電圧ー蓄電量特性との交点座標Bの蓄電量とを記憶し、前記平均電圧が前記低値Vlow又は前記最低値から上昇する場合、前記交点座標Bを通過する新しい充電電圧ー蓄電量特性を求め、前記新しい充電電圧ー蓄電量特性に前記平均電圧を代入して求めた蓄電量を推定し、推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴としている。
【0019】
すなわち、本構成によれば、上記低電圧期間における平均電圧の最低値と、この最低値と所定の放電電圧ー蓄電量特性との交点座標Bの蓄電量とを記憶し、その後の平均電圧の上昇時にこの交点座標Bを通過する新しい充電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入して推定した蓄電量が所定の蓄電量範囲となるように蓄電量を制御する。
【0020】
この新しい充電電圧ー蓄電量特性は、上記所定の放電電圧ー蓄電量特性上の各平均電圧値(放電電圧値)ごとに上記新しい充電電圧ー蓄電量特性を記憶しておいてもよく、あるいは、SOC0%からの充電電圧ー蓄電量特性を比例圧縮して作成してもよい。なお、この比例圧縮については、後述するものとする。
【0021】
同様に、本構成では次の制御方式を採用することができる。すなわち、平均電圧が高値Vhiを超える高電圧期間における平均電圧の最高値と、この最高値と所定の放電電圧ー蓄電量特性との交点座標の蓄電量とを記憶し、その後の平均電圧の上昇時にこの交点座標を通過する新しい放電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入して推定した蓄電量が所定の蓄電量範囲となるように蓄電量を制御する。
【0022】
この新しい放電電圧ー蓄電量特性は、上記所定の充電電圧ー蓄電量特性上の各平均電圧値(充電電圧値)ごとに上記新しい放電電圧ー蓄電量特性を記憶しておいてもよく、あるいは、SOC100%からの放電電圧ー蓄電量特性を比例圧縮して作成してもよい。なお、この比例圧縮については、後述するものとする。
【0023】
本構成によれば、平均電圧が低値Vlowを下回る低電圧範囲に落ち込んだ後、高値Vhiを上回るレベルに上昇する場合でもSOCを低誤差で推定することができる。また、同様に、平均電圧が高値Vhiを上回る高電圧範囲に上昇した後、低値Vlowを下回るレベルに低下する場合でもSOCを低誤差で推定することができる。
【0024】
請求項6記載の構成は請求項5記載のハイブリッド車の組電池制御方法において更に、前記平均電圧が前記交点座標Bを経由して前記目標電圧値に復帰した後、前記低値Vlowより再度低下する場合に、前記目標電圧値と前記新しい充電電圧ー蓄電量特性との交点座標Cを通る更に新しい放電電圧ー蓄電量特性を求め、前記平均電圧を前記基準座標点Cを通るこの更に新しい放電電圧ー蓄電量特性に代入して蓄電量を推定し、推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴としている。
【0025】
本構成によれば、交点座標Bからの充電により基準座標点Cに達した後の放電において、基準座標点Cを通る更に新しい放電電圧ー蓄電量特性に平均電圧を代入して蓄電量を推定し、推定した前記蓄電量が所定の蓄電量範囲となるように制御するので、SOC推定誤差を一層低減することができる。
【0026】
この更に新しい充電電圧ー蓄電量特性は、上記新しい充電電圧ー蓄電量特性上の各平均電圧値(放電電圧値)ごとに上記更に新しい充電電圧ー蓄電量特性を記憶しておいてもよく、あるいは、SOC100%からの放電電圧ー蓄電量特性を比例圧縮して作成してもよい。なお、この比例圧縮については、後述するものとする。
【0027】
請求項7記載の構成は請求項1乃至6のいずれか記載のハイブリッド車の組電池制御方法において更に、前記平均電圧が前記低値Vlowを下回った場合に前記平均電圧が前記低値Vlow未満であった低電圧期間における前記平均電圧の最低値と、前記最低値と前記放電電圧ー蓄電量特性との交点座標Bの蓄電量とを記憶し、前記平均電圧が前記低値Vlow又は前記最低値から上昇する場合、前記交点座標Bを通過する新しい充電電圧ー蓄電量特性を求め、前記新しい充電電圧ー蓄電量特性上で所定の目標蓄電量となる平均電圧値を新しい目標電圧値とし、前記平均電圧が前記新しい目標電圧値となるように充放電制御を行うことを特徴としている。
【0028】
すなわち、本構成によれば、組電池の所定時間における平均電圧が所定の値を下回った場合には、到達した最低平均電圧と前記放電電圧ー蓄電量マップから求めた電池蓄電量を記憶し(上回った場合には、到達した最高平均電圧と前記充電電圧ー蓄電量マップから求めた電池蓄電量)を記憶し、この記憶した値に応じて蓄電量が目標値となるための所定の電圧を新しい目標電圧値として学習する。
【0029】
本発明によれば、電池の充放電ヒステリシス特性がある場合でも電流センサを用いることなく、電池の蓄電量を希望する蓄電量に制御することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車の組電池制御装置の好適な実施態様を以下に説明する。
(実施例1)
本発明の組電池制御装置装置を用いたハイブリッド車の駆動系の構成を図1に示すブロック図を参照して以下に説明する。
【0031】
101はエンジン、102は発電機、103はインバータ、104は二次電池からなる電池パック、105はトルク分配機構、106はモータ、107はデファレンシャルギヤ機構、108は車輪、109はハイブリッドシステム制御装置である。
【0032】
エンジン101の動力は、トルク分配機105により発電機102とギヤ107とに分配され、インバータ103は発電機102、電池パック104及びモータ106と電力授受し、トルク分配機105及びモータ106は、ギヤ105を通じて車輪108とトルク授受する。
【0033】
電池パック104を図2を参照して説明する。
【0034】
201は組電池であり、所定数の単電池202からなる電池モジュール203を所定数直列接続して構成されている。204は温度センサ、205は各電池モジュール203の電圧を検出する電圧検出回路、206は温度検出回路、207は電池状態を制御する電池制御マイコンである。電池制御マイコン(以下、コントローラともいう)207は、ハイブリッドシステム制御装置109が最適な電池管理ができるように、電池蓄電量(SOC)などの演算結果をハイブリッドシステム制御装置109に出力している。電圧検出回路205及び温度検出回路206は、単電池202個々に電圧、温度を検出することが好ましいが、回路構成の簡素化のためにそれぞれ複数個の単電池20からなる各電池モジュール203ごとに電圧及び温度(モジュール電圧及びモジュール温度)を読み込んでいるが、SOC累算のために電流センサは必ずしも使用する必要はない。
【0035】
ハイブリッドシステム制御装置109は、電池パック104からの信号を含む各種入力信号に基づいてエンジン101、発電機102、インバータ103、モータ104を制御する。ハイブリッドシステム制御装置109の上記制御自体は従来と同じでよいので、詳細な説明を省略する。
【0036】
以下、コントローラ207により実行される電池管理動作を図3に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【0037】
車両のイグニッションスイッチがオンされると、制御が開始され、ステップS301にて各電池モジュール(ここではn個とする)毎の電池電圧V-n、温度T-nを取得する。図3のルーチンは所定短期間ごとに実施されるので、これらのデータは所定短期間ごとに取得される。
【0038】
次のステップS302では、ステップS301で取得した測定データから、例えば直前5分間のモジュール平均電圧Vav-nと平均温度Tav-nを算出し、更に各電池モジュール203毎に、各平均温度Tav-nでの各モジュール平均電圧Vav-nを、基準温度(例えば30℃)における各モジュール平均電圧Vav-n’に補正する。なお、モジュール平均電圧Vav-n’として移動平均値を算出しても良いことはもちろんである。
【0039】
次のステップS303では、S302で算出された各モジュール平均電圧Vav-n’を合計して組電池201の総平均電圧Vavを算出する。次のステップS304では、ステップS303で算出した総平均電圧Vavが所定の低値Vlowより小さいか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS305に進み、判定が「YES」ならステップS307にて、ステップS302で算出した各モジュール平均電圧Vav-n’のうちの最小値である最小平均電圧Vav-minを選択する。
【0040】
続くステップS308では、予め記憶する放電電圧ーSOCマップ(図4に示す401)に最小平均電圧Vav-minに電池モジュール数Nを掛けたものを放電電圧値Vとして入力して電池のSOCを求める。なお、この放電電圧ーSOCマップとして、満充電(SOC100%)からの放電履歴線401(図4参照)が採用される。
【0041】
ステップS305では、ステップS303で算出した総平均電圧Vavが所定の高値Vhiより大きいか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS306に進み、判定が「YES」ならステップS309にて、ステップS302で算出した各モジュール平均電圧Vav-n’の中から最大値である最大平均電圧Vav-maxを選択し、続くステップS310で、予め記憶する充電電圧ーSOCマップ(図4に示す402)に最大平均電圧Vav-maxに電池モジュール数Nを掛けたものを充電電圧値Vとして入力して電池のSOCを求める。なお、この充電電圧ーSOCマップとして、空充電(SOC0%)からの充電履歴線402(図4参照)が採用される。
【0042】
ステップS306では、ステップS303で算出した総平均電圧Vavをハイブリッドシステム制御装置109に送信し、ハイブリッドシステム制御装置109は受信した総平均電圧Vavが目標電圧V60に収束するようにインバータ103のデューティ比を調整して電池パック104の充放電をフィードバック制御する。たとえば総平均電圧Vavが目標電圧V60より高ければその差に応じて組電池201を放電させ、総平均電圧Vavが目標電圧V60より低ければその差に応じて組電池201を充電させる。これにより、総平均電圧Vavは目標電圧V60に収束する。
【0043】
ステップS311では、ステップS308或いはS310で算出したSOCを、ハイブリッドシステム制御装置109に送信する。ハイブリッドシステム制御装置109は、受信したSOCと車両の走行状態などに基づいて定常運転状態(車両加速時や車両減速時以外の)にてSOCが所定の目標SOC値(60%)に収束するように、インバータ103のデューティ比を調整し電池パック104の充放電をフィードバック制御し、それに応じてシステム各部の制御パラメータを制御してする。これにより、SOCは目標SOC値に収束する。
【0044】
すなわち、S306、S311は実際には、電池制御マイコン207によるコントローラ109への総平均電圧Vav又はSOCの送信と、コントローラ109による充放電制御とからなる。
【0045】
ステップS312では、車両の走行が終了したか否かを判定し、判定が「NO」ならばステップS301にリターンし、判定が「YES」ならば制御を終了する。
【0046】
なお、この実施例では、組電池の合計電圧を総平均電圧Vavとしたため、最大平均電圧Vav-max、最小平均電圧Vav-minにそれぞれ電池モジュール203の数Nを掛けたが、総平均電圧Vavを各電池モジュール203のモジュール平均電圧Vav-n’の平均値を採用するのであれば、Nを掛けずに最大平均電圧Vav-max、最小平均電圧Vav-minをそのまま放電電圧、充電電圧とすることができる。
【0047】
すなわち、この実施例では、通常は組電池201の合計電圧である総平均電圧Vavと目標電圧V60との電圧差が小さい場合には、総平均電圧Vavが目標電圧V60に収束するように電池制御を行い(S306)、総平均電圧Vavが目標電圧V60を含む所定範囲から低下した場合、ステップS307、S308により放電履歴線401に最小平均電圧Vav-min・Nを代入して求めたSOCを目標SOC値に収束させる充放電制御を行い、総平均電圧Vavが目標電圧V60を含む所定範囲から上昇した場合、ステップS309、S310により充電履歴線402に最大平均電圧Vav-max・Nを代入して求めたSOCを目標SOC値に収束させる充放電制御を行う。
【0048】
つまり、電圧変動によりSOCの変動が過充電、過放電になる可能性が生じる領域にて電圧制御の代わりに、過充電、過放電が生じないように決定した電圧値及び電圧ーSOC特性に基づいて推定したSOCによりSOC一定制御を実行するので、過充電、過放電を良好に防止することができる。
【0049】
なお、目標SOC値としては、ハイブリッド車において回生制動、トルクアシストの両方を良好に行える60%の値を採用する。そして、目標電圧V60としては、目標SOC値(60%)における放電履歴線401の電圧値と充電履歴線402の電圧値との中間の値を採用する。
【0050】
(変形態様)
この実施例の変形態様を図4を参照してNiーMH電池を2CAで充放電する場合を例として説明する。この変形態様では、放電履歴線401の代わりに放電履歴線403を採用し、充電履歴線402の代わりに充電履歴線404を採用したものである。コントローラ(ハイブリッドシステム制御装置)109は、少なくとも履歴線403、404をマップとして記憶している。
【0051】
2CAでの充放電履歴を図4に示す。放電履歴線401は、電流値2CAにて満充電状態であるSOC100%から放電した場合の履歴線を示す。充電履歴線402は、SOC0%から充電した場合の履歴線を示す。既述したように、組電池201は、ハイブリッドシステム制御装置109によって総平均電圧Vavが所定の電圧V60となるように制御され(S306)、この時、総平均電圧VavはV60、SOCは最良状態では60%近傍の値となっているはずである。
【0052】
この状態から登板走行などで電池の放電傾向が続いて、総平均電圧Vavが所定の低値Vlowを下回った場合には、SOCは、低値Vlowとその時の真のSOC値とで決定される座標点を通る真の履歴線に沿ってSOCは低下する。
【0053】
目標電圧V60における真のSOCが不明であるためにこの真の履歴線は不明であるが、この実施例では、
電池は、目標座標点(V60、SOC60%)から放電したと仮定する。したがって、総平均電圧Vav=V60、SOC=60%の座標点を通る放電履歴線403を記憶し、この放電履歴線403と総平均電圧Vavとから電圧が低値Vlowより小さい領域におけるSOCを推定する。
【0054】
重要なことは、たとえ、この放電履歴線403が真の放電履歴線と異なっていても、総平均電圧Vavが低下すればするほど、すべての放電履歴線は最低の放電履歴線401に収束し、各放電履歴線間の誤差が小さくなることである。このことは、総平均電圧Vavが低値Vlowを下回る時点の座標点を最頻の放電履歴線403ですべて代表したとしても、SOCが相当小さくなった深放電段階ではほとんど推定SOCに誤差がないとみなすことができることを意味する。また、最頻の放電履歴線403を用いることで放電履歴線401を用いる場合より、SOC誤差を小さくすることができる。
【0055】
逆に降坂走行などで電池の充電傾向が続いて、総平均電圧Vavが所定の高値Vhiを上回った場合には、高値Vhiとその時の真のSOC値とで決定される座標点を通る真の充電履歴線に沿ってSOCは増加する。
【0056】
目標電圧V60における真のSOCが不明であるためにこの真の履歴線は不明であるが、この実施例では、
電池は、目標座標点(V60、SOC60%)から充電したと仮定するため、総平均電圧Vav=V60、SOC=60%の座標点を通る充電履歴線404を充電履歴線として記憶する。この記憶充電履歴線404と総平均電圧VavとからSOCを推定する。
【0057】
重要なことは、たとえ、この充電履歴線404が真の充電履歴線と異なっていても、総平均電圧Vavが増加すればするほど、すべての充電履歴線は最高の放電履歴線402に収束し、各充電履歴線間の誤差が小さくなることである。このことは、総平均電圧Vavが高値Vhiを上回る時点のすべての座標点を最頻の充電履歴線404で代表したとしても、SOCが相当大きくなった段階ではほとんど推定SOCに誤差がないとみなすことができることを意味する。
【0058】
更に、この実施例の他の重要な点は、上記放電履歴線403に代入する電圧値として上記総平均電圧Vavの代わりに各電池モジュール203の電圧(モジュール平均電圧Vav-n’)のうちでもっとも小さい最小平均電圧Vav-minにモジュール数を掛けた値を用い、同様に、上記充電履歴線404に代入する電圧値として上記総平均電圧Vavの代わりに各電池モジュール203の電圧(モジュール平均電圧Vav-n’)のうちでもっとも大きい最大平均電圧Vav-maxにモジュール数を掛けた値を用いる点である。
【0059】
このようにすれば、放電傾向持続時には最も先に過放電となる電池モジュール203を基準に制御を行い、充電傾向持続時には最も先に過充電となる電池モジュール203を基準に制御を行うことができるので、組電池にばらつきがある場合でも過放電や過充電を防止することができる。
【0060】
つまり、NiーMH電池のように充放電時の電池特性にヒステリシス特性を持つ電池では、所定の電圧V60となるように制御していてもSOCが希望するSOC60%になるとは限らないが、真のSOCが0%或いは100%に近づけば近づく程、SOC推定誤差が小さくなるため、実用上、過放電又は過充電を防止することができるわけである。
【0061】
(実施例2)
上記実施例において、電圧が電圧制御範囲(低値Vlow〜高値Vhi)より低下した後、電圧制御範囲より上昇した場合における制御例を、電池としてNiーMH電池を2CAで充放電する場合を例として更に詳しく説明する。この電池の2CAでの充放電履歴を図5に示す。
【0062】
線501は、電流値2CAで満充電状態であるSOC100%から放電した場合の放電履歴線。線502は、SOC0%から充電した場合の充電履歴線である。
【0063】
通常において、組電池201は、コントローラ(ハイブリッドシステム制御装置)109によって総平均電圧Vavが所定の電圧V60となるように制御されている(S306)。したがって、この時、組電池201が、総平均電圧Vav=V60にあり、最良の状態においてSOCは60%となっている。
【0064】
しかしながら、例えば登板走行などで電池が放電傾向となり、総平均電圧Vavが所定の低値Vlowを下回った場合には、総平均電圧Vavを放電履歴線501又は503に代入して実施例1と同じくSOCを推定する。
【0065】
放電履歴線503は、座標点A(目標電圧V60、目標SOC値60%)を通る放電履歴線であり、あらかじめ記憶しているか、又は、あらかじめ記憶する放電履歴線501を後述する比例圧縮して求める。
【0066】
また、直前の所定期間内における放電履歴線503上の最小平均電圧Vav-min(又は最小平均電圧Vav-min・N)を求めて最低電圧値とし、この最低電圧値を放電履歴線503(又は最低の放電履歴線501)に代入して最低SOC値を求め、これら最低電圧値と最低SOC値とのペアを最低座標点Bとして記憶する。
【0067】
次に、車両の走行状態が通常走行に戻って総平均電圧Vavが目標電圧V60に戻った場合には、最低座標点Bからの充電状態を示す充電電圧ーSOCマップで示される充電電圧ーSOC特性を、図5に示す履歴線504aとする。
【0068】
なお、この充電履歴線504aは、最低座標点BからSOC100%までの充電電圧ーSOC特性を示す充電履歴線であり、各最低座標点Bの各値ごとにそれぞれあらかじめ記憶されているか、もしくは、充電履歴線502を後述する比例圧縮することにより求める。
【0069】
次に、充電履歴線504a上の最大平均電圧Vav-max(又は最大平均電圧Vav-max・N)が高値Vhiを超えれば、最大平均電圧Vav-max(又は最大平均電圧Vav-max・N)を充電電圧として充電履歴線504a(又は最低の放電履歴線501)に代入してSOCを推定し、このSOCが目標SOC値になるように充放電制御する(S311)。
【0070】
これにより、電圧制御範囲から低値Vlowに低下してから高値Vhi以上に上昇した場合において、図4における充電履歴線404を用いるよりも正確にSOCを推定することができる。
【0071】
(変形態様)
次に、図5において、電圧が座標点Bから座標点Cに達した後、再度低値Vlow未満に低下した場合のSOC制御を以下に説明する。
【0072】
この場合には、履歴線504a上における総平均電圧Vav=V60に対応するおけるSOCの値(この場合はSOC40%を座標点Cとして記憶する。
【0073】
次に、総平均電圧Vavが低値Vlowを下回った場合は、この座標点Cから低下する放電履歴線503aを用い、この放電履歴線503aに最小平均電圧Vav-minを放電電圧として放電履歴線503aに代入してSOCを推定し、このSOCが目標SOC値になるように充放電制御する(S311)。
【0074】
なお、この放電履歴線503aは、放電履歴線503又は501を後述する比例圧縮することにより求める。
【0075】
(実施例3)
実施例2のように電圧制御範囲から低値Vlow未満に低下した後の制御の他の実施例を、電池としてNiーMH電池を2CAで充放電する場合を例として更に詳しく説明する。2CAでの充放電履歴を図6(a)、図6(b)に示す。
【0076】
線601は、電流値2CAで満充電状態であるSOC100%から放電した場合の放電履歴線。線602は、SOC0%から充電した場合の充電履歴線である。
【0077】
通常において、組電池201は、ハイブリッドシステム制御装置109によって総平均電圧Vavが所定の電圧V60となるように制御されている。したがって、この時、組電池201が、総平均電圧Vav=V60にあり、最良の状態においてSOCは60%となっている。
【0078】
しかしながら、例えば登板走行などで電池が放電傾向となり、総平均電圧Vavが所定の低値Vlowを下回った場合には、総平均電圧Vavを実施例1,2と同様に座標点Aを通る放電履歴線603に代入してSOCを推定する。
【0079】
次に、車両の走行状態が通常走行に戻り、組電池を充電できる状態となった場合、放電履歴線603に最小平均電圧Vav-minを代入して最低SOC値を求め、これらのペアを最低座標点Bとして実施例2と同様に記憶する。
【0080】
次に、総平均電圧Vavが電圧制御範囲(低値Vlow〜高値Vhi)を超えて上昇した場合、最低座標点Bを通過する充電履歴線604aを求め、総平均電圧Vav又は最大平均電圧Vav-max(最大平均電圧Vav-max・N)を充電履歴線604aに代入してSOCを推定し、このSOCが目標SOC値60%(座標点D)となるまで充電し、SOCが目標SOC値60%(座標点D)に達した場合の電圧を新しい目標電圧V60’とする(図6(a)参照)。
【0081】
なお、最低座標点Bの各値を通過する充電履歴線604aは最低座標点Bの各値ごとにあらかじめ記憶しておいてもよく、又は充電履歴線602を後述する比例圧縮して求めてもよい。
【0082】
次に、目標電圧V60’、目標SOC値60%の座標点Dの上下に新しい高値Vhi’、低値Vlow’を設定し、この高値Vhi’、低値Vlow’で決定される電圧制御範囲内では総平均電圧Vavを目標電圧V60’に収束させる充放電制御を行う(図6(b)参照)。
【0083】
すなわち、この実施例では、総平均電圧Vavが低値Vlowから低下した後で、目標電圧V60に復帰したら、最低座標点Bを通る充電履歴線604aと目標SOC値60%との交点座標点Dの電圧値を新しい目標電圧V60’としてその近傍(低値Vlow’〜高値Vhi’)では電圧制御を行う。
【0084】
なお、図6(b)に示すように、高値Vhiから高値Vhi’へのの増加量を低値Vlowから低値Vlow’への増加量への増加量より小さくすることが好ましい。
【0085】
当然、座標点Dからの放電により総平均電圧Vavが低値Vlow’を下回った場合は、座標点Dを通る放電履歴線603bを求め、この放電履歴線603bに最小平均電圧Vav-min(又は最小平均電圧Vav-min・N)を代入してSOCを推定し、このSOCを目標SOC値に収束させる。
【0086】
同様に、座標点Dからの充電により総平均電圧Vavが高値Vhi’を上回った場合は、座標点Dを通る充電履歴線を求め、この充電履歴線に最大平均電圧Vav-max(又は最大平均電圧Vav-max・N)を代入してSOCを推定し、このSOCを目標SOC値に収束させる。
【0087】
なお、座標点Dを通る上記放電履歴線603bは放電履歴線601の比例圧縮により求めることができる
。また、総平均電圧Vavが低値Vlow’より低下した後、再度上昇する場合は、その最低電圧値を放電履歴線601又は603b上に求めて新しい座標点Bとし、上述した次の充電時のSOC制御のための充電履歴線を求めることもできる。
【0088】
図5において充電履歴線504aを充電履歴線502の比例圧縮する場合を例に、上述した「比例圧縮」について説明する。
【0089】
等充電電圧値における充電履歴線504aと充電履歴線502との間のSOC差が、SOC100%で0となり、座標点Bにて座標点Bの電圧における充電履歴線502のSOC値と座標点BのSOC値との差となり、この差がSOC減少に比例して定率増加するように、充電履歴線503aを設定する。これを本明細書では比例圧縮という。放電履歴線の場合も同じである。
【0090】
なお、上記図5、図6の説明では、電圧制御範囲から最初に下回る場合について説明したが、上回る場合は、座標点Aから最低座標点Bに対応する最高電圧点B’を記憶し、この最高電圧点B’を通る放電履歴線を比例圧縮などで求めるなど、上記説明と逆の処理を行えばよいことは明らかである。
【0091】
たとえば、実施例3においては、平均電圧が高値Vhiを上回った場合に平均電圧が高値Vhi超過であった高電圧期間における平均電圧の最高値と、最高値Vhiと充電電圧ー蓄電量特性との交点座標の蓄電量とを記憶し、平均電圧が高値Vhi又は最高値から低下する場合、この交点座標を通過する新しい放電電圧ー蓄電量特性を求め、新しい放電電圧ー蓄電量特性上で所定の目標蓄電量となる平均電圧値を新しい目標電圧値とし、平均電圧が新しい目標電圧値となるように充放電制御を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のハイブリッド車用組電池状態制御方法を適用したハイブリッド車の駆動装置のブロック図である。
【図2】図1に示す電池パックのブロック図である。
【図3】実施例1のハイブリッド車用組電池状態制御方法を示すフローチャートである。
【図4】実施例1における電池状態を示す電圧ーSOC特性図である。
【図5】実施例2における電池状態を示す電圧ーSOC特性図である。
【図6】実施例3における電池状態を示す電圧ーSOC特性図である。

Claims (7)

  1. 互いに直列接続されてハイブリッド車用の組電池を構成する複数の電池モジュールの電圧値の相加平均電圧である平均電圧を算出し、
    前記平均電圧が前記目標電圧値よりも低い所定の低値Vlowと前記目標電圧値よりも高い所定の高値Vhiの間にある場合に、前記平均電圧を所定の目標電圧値に収束させるように充放電制御を行い、
    前記平均電圧が前記目標電圧値よりも低い所定の低値Vlowを下回った場合に、予め記憶する所定の放電電圧ー蓄電量特性に前記平均電圧からなる放電電圧を代入して前記組電池の蓄電量を推定し、
    前記平均電圧が前記目標電圧値よりも高い所定の高値Vhiを上回った場合には、予め記憶する所定の充電電圧ー蓄電量特性に前記平均電圧からなる充電電圧を代入して前記組電池の蓄電量を推定し、
    推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車の組電池制御方法において、
    前記平均電圧が前記低値Vlowを下回った場合、前記各電池モジュールの平均電圧である各平均モジュール電圧のうちで最低の平均モジュール電圧に前記電池モジュールの数を掛けた値を前記平均電圧として採用し、
    前記平均電圧が前記高値Vhiを上回った場合、前記各電池モジュールの平均電圧である各平均モジュール電圧のうちで最高の平均モジュール電圧に前記電池モジュールの数を掛けた値を前記平均電圧として採用することを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
  3. 請求項1又は2記載のハイブリッド車の組電池制御方法において、
    前記放電電圧ー蓄電量特性は、前記組電池を満充電状態から放電する場合の放電電圧ー蓄電量特性からなり、前記充電電圧ー蓄電量特性は、前記組電池をSOC0%状態から充電する場合の充電電圧ー蓄電量特性からなることを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
  4. 請求項1乃至3のいずれか記載のハイブリッド車の組電池制御方法において、
    前記平均電圧が前記低値Vlowから降下する場合、又は前記高値Vhiから上昇する場合、前記目標電圧値と所定の目標SOC値とからなる基準座標点Aを通る放電電圧ー蓄電量特性又は充電電圧ー蓄電量特性を求め、前記降下の場合は前記平均電圧を前記基準座標点Aを通る放電電圧ー蓄電量特性に代入し、前記上昇の場合は前記平均電圧を前記基準座標点Aを通る充電電圧ー蓄電量特性に代入して蓄電量を推定し、
    推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか記載のハイブリッド車の組電池制御方法において、
    前記平均電圧が前記低値Vlowを下回った場合に前記平均電圧が前記低値Vlow未満であった低電圧期間における前記平均電圧の最低値と、前記最低値と前記放電電圧ー蓄電量特性との交点座標Bの蓄電量とを記憶し、
    前記平均電圧が前記高値Vhiから上昇する場合、前記交点座標Bを通過する新しい充電電圧ー蓄電量特性を求め、
    前記新しい充電電圧ー蓄電量特性に前記平均電圧を代入して求めた蓄電量を推定し、
    推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
  6. 請求項5記載のハイブリッド車の組電池制御方法において、
    前記平均電圧が前記交点座標Bを経由して前記目標電圧値に復帰した後、前記低値Vlowより再度低下する場合に、前記目標電圧値と前記新しい充電電圧ー蓄電量特性との交点座標Cを通る更に新しい放電電圧ー蓄電量特性を求め、前記平均電圧を前記基準座標点Cを通るこの更に新しい放電電圧ー蓄電量特性に代入して蓄電量を推定し、推定した前記蓄電量が、所定の蓄電量範囲となるように前記蓄電量を制御することを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか記載のハイブリッド車の組電池制御方法において、
    前記平均電圧が前記低値Vlowを下回った場合に前記平均電圧が前記低値Vlow未満であった低電圧期間における前記平均電圧の最低値と、前記最低値と前記放電電圧ー蓄電量特性との交点座標Bの蓄電量とを記憶し、
    前記平均電圧が前記低値Vlow又は前記最低値から上昇する場合、前記交点座標Bを通過する新しい充電電圧ー蓄電量特性を求め、
    前記新しい充電電圧ー蓄電量特性上で所定の目標蓄電量となる平均電圧値を新しい目標電圧値とし、
    前記平均電圧が前記新しい目標電圧値となるように充放電制御を行うことを特徴とするハイブリッド車の組電池制御方法。
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