JP4292721B2 - ハイブリッド車の電池状態制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池が直列に接続されたハイブリッド車の電池状態制御方法に関し、特にその精度向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費向上などの目的のため、エンジンと電池によって駆動するモータとを装備するハイブリッド車が注目を集めている。ハイブリッド車に搭載される電池は、主に、加速時などの高負荷運転時には電池から電力が放電され、減速時や一定速度走行などの低負荷運転時には電池に電力が充電される。このような電力の放電と充電を両立するために、SOC(State Of Charge/充電状態、残存容量ともいう)を中間の状態(50〜70%)でバランスさせることが必要で、SOCの高精度の検出が不可欠となる。
【0003】
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公知である。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。これを回避するため、特開2000ー69606号公報は、電池の電圧ー電流特性が、予め記憶した上・下限値に達した場合に、上・下限値で規定した実蓄電量と電流積算による推定蓄電量の差に応じて充放電効率を学習(補正)することを提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、充放電効率は、電池の使用履歴によって変化するため、再び積算誤差が大きくならないという保証ができない問題があった。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電池の充放電によって生じるヒステリシス特性に着目することにより上記問題点を解決し、電流積算によるSOCに基づいた充放電制御の精度向上を実現するハイブリッド車の電池状態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に記載した本発明のハイブリッド車の電池状態制御方法(第1独立発明)は、ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、SOCの前回値にその後の充放電量を積算してSOCの今回値を算出し、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内にある場合にのみ前記比較の結果に基づいて、前記SOCの今回値を前記基準SOCに近づく向きに補正してSOCの今回値とする逐次補正を行うことを特徴としている。
【0007】
なお、この基準電圧値は、電池の開放電圧ーSOC特性上において充電分極を考慮した値に設定される。たとえば、基準電圧値は、SOC制御範囲におけるSOC中央値(この値はしばしば充放電制御によりSOCを収束させるための目標SOC値とされる)における開放電圧の上記最高値と上記最低値との中央値、に設定されるのが好適であるが、それに限定されるものでもない。すなわち、通常では、開放電圧ーSOC特性において、所定のSOCにおける開放電圧は、電池の充電分極の度合いによって、満充電(SOC100%)からの放電履歴線上の最低値と空充電(SOC0%)からの充電履歴線上の最高値との間の中間値となる。
【0008】
本構成によれば、補正誤差を小さくできるSOC制御範囲内にて開放電圧の基準電圧値からのずれによりSOCを電流積算する度に補正するので、電流積算や電流検出における誤差の補正を、この補正による二次誤差を抑止しつつ減らすことができる。
【0009】
また、目標SOC値近傍のSOC制御範囲の外では、上記逐次補正を禁止するので、この補正に用いる上記開放電圧として、充放電分極の影響を強く受けたデータが採用される可能性を低減することができる。
【0010】
この第1発明では更に、前記二次電池の放電分極が大きいかどうかを判定し、放電分極が大きいと判断した場合は、前記逐次補正を禁止し、前記逐次補正によるSOCの補正量の累算値である累積逐次補正量が所定値を超えても前記開放電圧が所定値を超えない場合に長期放置による自己放電と判定することを特徴としている。
【0011】
すなわち本構成では、放電によりSOC制御範囲外からSOC制御範囲内に戻ってきた場合など、放電分極が大きいと推定される場合は前記逐次補正を実施しないので、大きな放電分極が上記SOC補正に与える誤差を回避することができる。
【0012】
なお、充電によりSOC制御範囲外からSOC制御範囲内に戻ってきた場合など、充電分極が大きいと推定される場合は前記逐次補正を禁止しないことが好ましい。これは、上記基準電圧値が充電分極を考慮した値であり、特にNiーMH電池などのアルカリ二次電池では鉛蓄電池に比較して充電分極は長時間持続するためである。
【0013】
請求項2に記載したこの第1発明の好適態様によれば、前記逐次補正は、前記開放電圧が前記基準電圧値より大きいほど前記SOCの今回値を増加させる方向に大きく補正し、前記開放電圧が前記基準電圧値より小さいほど前記SOCの今回値を減少させる方向に大きく補正するものであることを特徴としている。
【0014】
本構成によれば、電流積算誤差を一層低減することができる。
【0015】
請求項2に記載した本発明のハイブリッド車の電池状態制御方法(第2独立発明)は、ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲を外れて充電が行われたかどうかを判別し、外れた場合に、前記SOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値よりも高い所定の高SOC電圧値に、前記開放電圧が達した場合あるいは超えたかどうかを判定し、達したかあるいは超えたと判定した後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より所定量だけ小さい状態に達するまで補正放電を行い、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より大きい所定の高SOC値を超えて充電された場合、その後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内に戻るまでの間の最大SOCを記憶し、その後、前記SOC制御範囲から前記最大SOCに応じた量だけ補正放電することを特徴としている。
【0016】
すなわち本構成では、SOC制御範囲を超える大超過充電が生じた場合には、その後、一度、SOC制御範囲より小さい領域まで超過放電するので、上記大超過充電による過大な充電分極による測定開放電圧の増大を解消することができる。
【0017】
更に説明すると、開放電圧が図1(a)に示す予め定めた所定の高SOC電圧V80を越えた場合には、一旦、制御SOCより所定量X1余分に放電するように制御する。V80は、たとえばSOC80%相当の開放電圧である。なお、NiーMH電池ではSOC80%以上では、開放電圧とSOCとの間に強い相関がある。
更に、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より大きい所定の高SOC値を超えて充電された場合、その後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内に戻るまでの間の最大SOCを記憶し、その後、前記SOC制御範囲から前記最大SOCに応じた量だけ補正放電するので、高SOC電圧V80が検出がされない場合でも、上記高SOC値を超えた充電が行われた場合でも、その後、SOC制御範囲内に戻るまでに記録した最大SOCに応じて、SOC制御範囲から更に低容量側に余分に放電することにより、SOCと開放電圧との関係を元の状態に戻すことができる。
【0018】
請求項3に記載したこの第2発明の好適態様によれば、前記開放電圧値が前記高SOC電圧値を超えた場合、それ以上の充電を禁止することを特徴としている。
【0019】
このようにすれば、過充電を良好に防止することができる。
【0022】
請求項5に記載した本発明のハイブリッド車の電池状態制御方法(第3独立発明)は、ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、SOCの前回値にその後の充放電量を積算してSOCの今回値を算出し、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内にある場合にのみ前記比較の結果に基づいて、前記SOCの今回値を前記基準SOCに近づく向きに補正してSOCの今回値とする逐次補正を行い、前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲よりも低容量側に所定値だけ余分に超過放電されたかどうかを判定し、前記超過放電された場合、前記SOCが前記SOC制御範囲より所定量大きい状態に達するまで補正充電を行い、前記積算SOCが前記SOC制御範囲より低容量側に所定超過量小さい値を超える放電がなされた場合、前記逐次補正を所定時間だけ中断することを特徴としている。
【0023】
すなわち本構成では、SOC制御範囲から更に所定の放電量X2以上放電が行われた場合には、その後、図1(b)に示すように、SOC制御範囲から更に所定量X3余分に充電するので、SOCと開放電圧との関係を元の状態に復帰させることができる。
【0024】
また、本発明では、放電が上記した所定の放電量X2を超えない場合は上記補正充電を実施しないので、SOCの今回値に誤差があっても、電池のヒステリシス特性により例えば線109、101、110に沿って充放電が行われ、SOC制御範囲に制御されるので、SOCは徐々にSOC制御範囲内にSOCが収束し、その結果、SOC検出誤差が小さくなる。
更に、前記積算SOCが前記SOC制御範囲より低容量側に所定超過量小さい値を超える放電がなされた場合、前記逐次補正を所定時間だけ中断するので、たとえば放電が上記所定の放電量X2を超えた場合、SOC制御範囲内に戻っても充電分極の影響が強いため、所定時間経過するまで前記逐次補正を禁止してその間に充電分極の低減を図ることができる。
【0025】
請求項6に記載したこの第3発明の好適な態様によれば、前記所定値まで超過放電がなされた場合、それ以上の放電を禁止することを特徴としている。
【0026】
このようにすれば、過放電を良好に防止することができる。
【0029】
請求項4に記載した本発明のハイブリッド車の電池状態制御方法(第3独立発明)は、ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲を外れて充電が行われたかどうかを判別し、外れた場合に、前記SOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値よりも高い所定の高SOC電圧値を、前記開放電圧が超えたかどうかを判定し、超えたと判定した場合、前記基準電圧値を所定値だけ修正することを特徴としている。
【0030】
本発明によれば、電池特性のバラツキや車両の使用状況のバラツキがある場合でも、SOCと開放電圧との関係を元の状態に良好に復帰させることができ、SOC検出精度を高めることができる。
【0031】
なお、この基準電圧値(SOC制御範囲でもよい)の修正(学習)は、SOCの今回値と高SOC値との絶対値の差が所定値を超える場合にのみ行うことが好適である。これは高SOC電圧が大きいほど、高SOC値での開放電圧のばらつき範囲が小さい結果、上記修正の精度が向上するためである。
【0032】
請求項5に記載したこの第3発明の好適な態様によれば、入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、SOCの前回値にその後の充放電量を積算してSOCの今回値を算出し、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内にある場合にのみ前記比較の結果に基づいて、前記SOCの今回値を前記基準SOCに近づく向きに補正してSOCの今回値とする逐次補正を行い、車両走行中における前記SOCの今回値と、前記SOC制御範囲よりも大きい所定の高SOC値とを比較し、前記SOCの今回値が前記高SOC値より超える場合に前記基準電圧値を修正することを特徴としている。
【0033】
本構成によれば、開放電圧ーSOC特性を良好に元の状態に戻すことができる。なお、開放電圧の最大値又はこの最大値と基準電圧値との差に応じて修正量を変更してもよい。
【0034】
請求項6に記載したこの第3発明の好適な態様によれば、入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲を外れて充電が行われたかどうかを判別し、外れた場合に、前記SOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値よりも高い所定の高SOC電圧値に、前記開放電圧が達した場合あるいは超えたかどうかを判定し、達したかあるいは超えたと判定した後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より所定量だけ小さい状態に達するまで補正放電を行い、前記開放電圧が前記高SOC電圧値を所定期間以上超えない場合、前記開放電圧が前記高SOC電圧値に達するまで充電を行うことを特徴としている。
【0035】
本構成によれば、長期間にわたって開放電圧が高SOC電圧値に達しなくても定期的に高SOC値を用いた上記修正(学習)を行って、SOCー開放電圧の関係のずれを低減するので、SOCをSOC制御範囲内に保持することを一層良好に実施することができる。
【0037】
本構成によれば、自己放電が大きいことを高精度に判定することができ、二次電池の自己放電を検出するためにイグニッションオフ又はオフ時間をカウントする必要もない。 また、本構成では、自己放電量が少ない場合にはなんら特別の制御を行うことなく前記逐次補正を行うためSOC制御範囲内に制御することができる。
【0038】
請求項7に記載したこの第1〜第3発明の好適な態様によれば、前記開放電圧の代わりに、所定の電流で放電あるいは充電しているときの前記二次電池の端子電圧、又は、所定の電力で放電あるいは充電しているときの前記二次電池の端子電圧を用いることを特徴としている。
【0039】
本構成においても、上記開放電圧を用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例に基づいて具体的に説明する。
【0041】
【第1の実施形態】
この実施形態で用いたパラレルハイブリッド自動車の構成を図2に示す。このパラレルハイブリッド自動車は、エンジン出力を補助するモータを有し、エンジン出力トルクの変動をこのモータで抑制することにより、排ガスエミッションの抑制とエンジン燃費の向上を実現する。
【0042】
201はエンジン、202はエンジン201の駆動力の一部で発電する三相同期機形式の発電機、203は発電機202と交直電力授受し、後述する三相同期機形式のモータ206と直交電力授受し、充放電可能な2次電池の電池パック204と直流電力授受するコンバータである。
【0043】
エンジン201の出力は、トルク分配機205、ギヤ207を介して、車輪208に伝えられる。モータ206は、シャフトを通じてエンジン210及び車輪208と動力授受する。
【0044】
電池パック204のブロック回路図を図3に示す。302は複数の単電池を直列接続してなる電池モジュールであり、電池パック204は所定数の電池モジュール302を直列接続してなる。303は各電池モジュール302の電池温度をそれぞれ検出する所定数の温度センサ、304は各電池モジュール302の電圧(モジュール電圧ともいう)をそれぞれ検出するマルチプレクサからなるモジュール電圧検出回路である。305は各温度センサ303の出力電圧に基づいて各電池モジュール302の温度を検出するアナログマルチプレクサからなるモジュール温度検出回路である。306は電池パック(組電池)204の充放電電流を検出する電流回路、307はモジュール電圧検出回路304、モジュール温度検出回路305及び電流検出回路306の出力信号に基づいて各電池モジュール302の容量を演算するマイクロコンピュータ装置からなる電池コントローラ(電池制御マイコンとも呼ぶ)である。
【0045】
電池制御マイコン307は、電池容量(SOC)等の演算結果を図示しない外部の制御装置に出力している。モジュール電圧検出回路(以下、単に電圧検出回路とも呼ぶ)304及びモジュール温度検出回路(以下、単に温度検出回路とも呼ぶ)305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か可能で望ましいが、コストダウンなどの目的からこの実施例では電池モジュール単位で配設されている。
【0046】
電池制御マイコン307によるSOC演算方式の好適な実施例を図4に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【0047】
なお、この実施例では、電池パック204は、収束SOC値(目標SOC値)を60%に保つようにコンバータ203により充放電制御されているが、目標SOC値(収束SOC値)は60%に限定されるものでないことはもちろんである。
【0048】
図4において、不図示のイグニッションスイッチのオンにより制御が開始され、ステップS401にて電池電圧(各モジュール電圧)VB、電流(電池パック204の充放電電流)IB及び温度(各モジュール温度)TBからなるデータを読み込む。
【0049】
次のステップS402にて、ステップS401で取得したデータと、前回のステップS405実行時に求めた各電池セルごとの内部抵抗値Rkとに基づいて、下記式Aにより電池1セル当たりの開放電圧Voを、各電池モジュール302ごとに算出する。nは電池セル数である。
【0050】
Vo=VB/n−Rk×IB …A
次に、各開放電圧Voを各電池モジュール302の温度TBに応じて各電池モジュール302ごとに修正して、以下で用いる開放電圧Voとする。
【0051】
なお、上記した検出温度TBによる電池セルの開放電圧Voの修正は、あらかじめ記憶する温度TBと開放電圧Voとの関係を示す二次元マップに検出した各電池モジュール302の検出温度TBを代入して求めればよいが、あらかじめ記憶する計算式を利用するなどの他の方法を採用してもよい。
【0052】
ステップS403では、ステップS401で取得した電流IBを積算し、下式BにてSOCを算出する。
【0053】
SOC(今回値)=(((SOC(前回値)・定格容量/100)−IB・dt)/定格容量)×100(%) …B
ただし、dtは、前回データ取得した時点から今回データ取得した時点までの時間である。なお、電流IBは充電側をマイナス、放電側をプラスとし、初期容量(Ah)は前回走行終了時に記憶した値とされる。
【0054】
次に、ステップS404にて、SOCが所定のSOC制御範囲内(この実施例では、57%<SOC<63%)であるか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS406に進み、判定が「YES」ならステップS405を通じてステップS406へ進む。
【0055】
ステップS405では、ステップS401で取得した電圧、電流データのペアと、直前の所定数の電圧、電流データのペアとから最小2乗法などにより内部抵抗Rk’を各電池モジュール302ごとに求め、これら内部抵抗Rk’をそれぞれ電池モジュール302の電池セル数nで割って電池セル1個の内部抵抗値Rkとする。
【0056】
更に、ステップS402で算出した開放電圧Voと、充電分極を考慮して予め設定した所定の制御電圧値V60(本発明で言う基準電圧値)との大小関係に基づいて、ステップS403にて求めたSOCを次の方式に基づいて補正する。
【0057】
まず、V60<Voである場合は、ステップS403で算出したSOCが実際のSOCよりも小さかったと判断し、SOCを所定値(逐次補正量ともいう)だけ増加させる。
【0058】
また、V60>Voの場合は、ステップS403で算出したSOCが実際のSOCよりも大きかったと判断し、SOCを所定値(逐次補正量ともいう)だけ減少させる。
【0059】
したがって、このステップS405の補正結果すなわち逐次補正量の補正は、SOC制御範囲が57〜63%内にある限り、次々と累積されていき、この逐次補正により、電流センサ誤差や充放電効率の変化によって生じる電流積算誤差を低減することができる。すなわち、この実施例によれば、電池の状態変化が小さい範囲(57%<SOC<63%)における開放電圧Voの変化は、この開放電圧Voの変化に連動するSOCの積算算出に際して所定の計測誤差を伴うものと仮定し、この計測誤差をキャンセルすると見なす方向に所定値だけ補正される。なお、この補正値は、上述した一定値の代わりに、基準電圧値V60と開放電圧Voとの間の電圧差に相関を有して連動変化する値でもよい。
【0060】
次のステップS406では、SOCが65%より大きいか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS408に進み、判定が「YES」ならステップS407にて最大SOCを一時記憶した後、ステップS408に進む。
【0061】
ここで言う「最大SOC」とは、SOCが65%より大きいと判定した時点以降現在までの後、SOCの最大値であり、この最大SOCを用いて後述する追加放電処理を実行した後、0にリセットされる。
【0062】
次のステップS408では、ステップS402で算出した開放電圧Voが予め定めた所定の高SOC開放電圧V80(この実施例では、図1に示すように、軌跡線101上のSOC40%の座標点から充電を開始した場合のSOC80%の座標点における開放電圧の値としている)より大きいか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS410に進み、判定が「YES」ならステップS409に進む。なお、上記の代わりに、開放電圧Voが高SOC開放電圧V80近傍か否かを判定してもよい。
【0063】
次のステップS409では、まずSOCが75%<SOC<85%以内にあるかどうかを判定し、SOCがこの範囲内であればステップS410へ戻り、範囲外であれば、下式Cに従ってSOCを補正して、SOCをSOC80%に近づける。
【0064】
SOC=(SOC+80)/2(%) …C
すなわち、開放電圧Voが上記定義した高SOC電圧値に達したということは、座標点Aからの長時間の充電がなされたとみなすことができる確率が高いわけであり、したがって、実際のSOCは80%又はその近傍にある確率が高いわけである。この理由により、SOCと高SOC電圧値に対応するSOC80%との平均値をSOCとみなすわけである。
【0065】
なお、開放電圧Voが高SOC電圧値V80を超える場合に、これ以上の充電を禁止して過充電を防止することも可能である。
【0066】
次のステップS410では、ステップS407で一時記憶した最大SOCが65%より大きいか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS412に進み、判定が「YES」ならステップS411にて、後述する容量調整用放電量X1を算出してステップS412に進む。
【0067】
ステップS412では、SOCが40%より小さいか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS414に進み、判定が「YES」ならステップS413にて後述する容量調整用充電量X3を設定してステップS414に進む。
【0068】
ステップS414では、ステップS401〜ステップS413の処理に応じて充放電を制御し、ステップS415にて、車両の走行を終了するか否かを判定し、判定が「NO」ならステップS401に戻って上記処理を繰り返す。判定が「YES」ならば、各種走行データを記憶して走行を終了する。
【0069】
ステップS411、413を用いたステップS414の追加充放電について以下に更に詳しく説明する。
【0070】
二次電池はNiーMH電池であり、図1(a)、図1(b)は、SOC変化に応じた開放電圧Voの変化軌跡を示す。
(追加放電制御の説明)
図1(a)は、途中充電時のヒステリシス特性の一例であり、線101は、満充電状態であるSOC100%からSOC0%まで放電した場合の履歴線、線102は、SOC0%からSOC100%まで充電した場合の履歴線である。
【0071】
この実施例では、電池は、図A(SOC60%)付近で制御されている。しかし、例えば長い下り坂の走行状態などでは電池への充電が長く継続すると、線103に沿ってSOCが増加していく。その結果、高SOC電圧V80が検出されると、ただちに回生制動を停止した後、あるいは、その後通常走行に戻った場合に、SOCが線104、101に沿って制御SOC57〜63%の好適な収束範囲(SOC制御範囲)内に戻る。この実施例では更に、SOCがSOC制御範囲へ戻った後又は戻した後、更に上記X1だけ余分に追加放電させ、その後、SOCは通常のSOC制御に戻り、線105に沿って増加するので、その後、ステップS405の逐次補正によりSOCを目標SOC値60%を中心に制御することができる。したがって、上記した最大SOCのリセットは、この追加放電の後に実施されることが好ましい。なお、SOCが80%以上に達した場合でもX1は20%の固定値とすることができる。
【0072】
この実施例では更に、なんらかの理由で高SOC電圧値V80が検出されない場合でも、ステップS406にてSOCが65%を超えた場合(途中充電が行われた場合)には、SOCの最大到達点(最大SOC)に応じて下式Dにより算出した前記X1に基づいて、追加放電を行う
X1=(SOC最大値−60) …D
これにより、高SOC電圧値V80が検出できない場合でも、SOCが過大になれば上記追加放電による開放電圧ーSOC特性の元への復帰を行わせせることができる。
【0073】
なお電池の過充電による劣化を防止するために、前記高SOC電圧V80を検出した場合に、これ以上の充電を禁止しても良い。ここで高SOC電圧V80を選択した理由は、組電池の容量バラツキ、例えば±10%やSOC検出誤差、例えば±10%がある場合でも過充電を防止できるためである。
(追加充電制御の説明)
次に、この実施例では、線104、101に沿ってSOCが低下している際には、以下の理由により、SOCが上記SOC制御範囲内であっても前記逐次補正は中止し、放電分極による誤差の発生を防止する。
【0074】
図1(b)は、途中放電時のヒステリシス特性の一例を示す。電池は図A(SOC60%)付近で制御されている。しかし、例えば長い登り坂の走行状態によっては、電池からの放電が継続する場合がある。このような場合には線106に沿って減少して行く。この状態で放電量が所定の放電量X2を越えてさらに放電された場合は、その後、直ちにあるいは通常走行復帰後、SOCが線108に沿ってSOC制御範囲内に戻る。この実施例では、SOCがSOC制御範囲内に戻っても更に余分にX3だけ追加充電する。このようにすると、この追加充電終了後、SOCは線106に沿って減少するので、その後、ステップS405の逐次補正によりSOCを目標SOC値60%を中心に制御することができる。
【0075】
なお、この実施例では、線108上では前記逐次補正は中止し、充電分極による誤差の発生を防止する。また、充電分極による誤検出の恐れがある場合には、X3余分に充電した後で、所定時間、例えば10分間は、前記逐次補正を中止して充電分極の低減を待つことが好ましい。X1又はX3は3%程度で充分である。ただし、放電量がX2を超えた時点でこれ以上の放電を禁止すれば、図1(b)に線107で示すように追加充電は不要なしに元の座標点Aに戻るので、逐次補正を中止する必要はない。すなわち、放電量が所定の放電量X2を超える場合にのみ、上記追加充電が行なわれる。
【0076】
なお、図1(b)に示すように、仮に求めたSOCが60%であるのに対し、実際のSOCが80%であった場合、すなわち実際SOCの誤検出のために図Bで制御していた場合、放電量X2以内の放電があった場合には、この実施例では、ステップS405にてSOCを基準電圧値V60に収束するように制御しているので、SOCが線109、101、110に沿って移動し、このような放電が繰り返された場合、実際のSOCは徐々に目標SOC値60%に収束していき、SOC検出誤差が徐々に減少することになる。
【0077】
なお、この実施例において、上記途中放電に対する処理を先に述べた途中充電に対する処理と同じようにしても良い。しかしながらこの場合は、例えばNiーMH電池では、SOCと開放電圧の相関が強まるのはSOC20%以下あり、このように低いSOCの状態で車両を停止し、長期間放置した場合、電池の自己放電により車両の再始動ができなくなる恐れがあるため注意が必要である。
【0078】
また、この実施例では、高SOC電圧値V80を検出する機会が所定期間以上訪れない場合もある。この場合には、V80を検出するまで強制充電した後、SOCを40%まで追加放電することで、基準電圧値V60で制御した場合にSOC60%となるように制御することができる。
【0079】
なお、上記実施例では、NiーMH電池を用いて説明したが他の充放電可能な電池にも適用できる。また、開放電圧は、所定の電流で放電あるいは充電しているときの電圧、または所定の電力で放電あるいは充電しているときの電圧であっても同様の効果が得られる。
【0080】
【第2の実施形態】
本発明の第2の実施形態を以下に説明する。この実施形態で用いるハイブリッド車の電池状態制御装置は、第1の実施形態と同じであるので、説明を省略する。ただし、この実施形態では、以下に示す基準電圧値V60の学習(修正)動作が付加されている。
【0081】
図5は、電池制御マイコン307における好適な実施例を説明するフローチャートである。
【0082】
以下のステップS508は上記ステップS408に等しく、以下のステップS509〜512は、上記ステップS409の代わりに実行される。
【0083】
まず、ステップS508では、開放電圧Voが高SOC電圧値V80より大きいか否かを判定し、判定が「YES」ならば、ステップS509に進む。なお、上記の代わりに、開放電圧Voが高SOC開放電圧V80近傍か否かを判定してもよい。
【0084】
次のステップS509では、まずSOCが75%<SOC<85%以内にあるかどうかを判定し、SOCがこの範囲内であればステップS410へ進み、範囲外であれば、上式Cに従ってSOCを補正して、SOCをSOC80%に近づけ、ステップS511に進む。
【0085】
ステップS511では、後述するステップS512にて基準電圧値V60の修正(学習)を既に行ったか否かを判定する。判定が「YES」ならばステップS410へ進み、「NO」ならば、ステップS512に進んで、下式Eに基づいて基準電圧値V60を修正(学習)し、修正(学習)済みフラグを立てる。
【0086】
V60=V60+α …E
ここで、基準電圧値の補正量αは、ステップS409にて上式Cの補正を行う前のSOCの値をSOC’とした場合、次式Fで設定される値とした。
【0087】
α=(SOC’ー80)/400 …F
すなわち、αはSOC’に比例する関数値である。αは学習後、所定時間経過すれば0にリセットされる。実験によれば、学習後の基準電圧値V60は、初期設定値に対して、+0.015〜−0.010V/セルの範囲を超えないように設定したほうが、誤学習による精度悪化を低減できた。ステップS512における一定制御電圧V60の学習の一例を図6に示す。
【0088】
すなわち、この実施例では、推定SOC60%付近で制御されている電池が例えば長い下り坂の走行状態に入って長時間充電され、SOCが増加する場合でも、このSOCの増加途中にSOC(80−β)%で、高SOC電圧値V80が検出された場合には、SOCは実際のSOCに対してβ%だけずれているとみなしている。すなわち、基準電圧値V60で制御することによりSOC60%で制御していたつもりが、実はSOC(60+β)%で制御していたものであるとみなすわけである。そこで、(60+β)%が60%よりも大きい場合は、V60をダウンし、逆に小さい場合は、V60をアップすることにより、SOCを元の座標点に復帰させる。
【0089】
これにより、電池特性のバラツキや車両の使用状況のバラツキがある場合でも修正(学習)された基準電圧値によりステップS405の処理をなすことで、希望するSOCで制御できるものである。
【0090】
なお、高SOC電圧値V80を検出する機会が長期にわたって訪れない場合は、SOCの検出精度を向上するために、高SOC電圧値V80を検出するまで強制充電し、基準電圧値V60の学習を行えるようにしても良い。
【0091】
また、本実施例では、NiーMH電池を用いて説明したが他の充放電可能な電池にも適用できる。また、開放電圧は、所定の電流で放電あるいは充電しているときの電圧、または所定の電力で放電あるいは充電しているときの電圧であっても同様の効果が得られる。
【0092】
【第3の実施形態】
本発明の第3の実施形態に係るハイブリッド車の電池状態制御装置を以下に説明する。装置構成は第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。ただし、この実施形態では、以下に説明する「長期放置による自己放電に対する処理」が加わる。図7は、この処理を説明するためのフローチャートである。
【0093】
まず、ステップS708では、車両のイグニッションキーオン時からの前記逐次補正量を累算した累算逐次補正量hsoc(%)、すなわち電流積算によるSOC算出による累積誤差の負値とみなす値が、例えば−4%以下であるか否かを判定し、判定が「YES」ならば、ステップS709に進む。
【0094】
ステップS709では、開放電圧Voが所定の電圧値VVを越えたか否かを判定し、判定が「NO」ならば、ステップS710に進んで自己放電大の判定と判定する。VVは、基準電圧値V60より所定値小さい値とされる。
【0095】
すなわち、累算逐次補正量hsoc(%)がこのように増大するのは、長期にわたる自己放電の結果とみなし、これに対する処理、例えば、高SOC開放電圧を検出するまで充電を開始するなどして元のSOCー開放電圧関係に復帰させることができる。
【0096】
図8は、図7のステップS708〜S710までの処理の開放電圧の変化を示す一例であり、線801は、満充電状態であるSOC100%からSOC0%まで放電した場合の履歴線、線802は、SOC0%からSOC100%まで充電した場合の履歴線である。
【0097】
この実施例では、電池は座標点A付近で制御されている。この状態で車両を停止し長期間放置すると、座標点はC,D,Eと変化する。NiーMH電池の場合、常温で図AからCまでに4、5日。図CからDと図DからEまでは1ケ月程かかり、鉛蓄電池に比べ自己放電は早く進む。
【0098】
そこで、長期放置による自己放電により実際のSOCが例えば座標点D(SOC40%)であり、測定したデータから求めたSOCが60%となった場合について考える。この実施例では既に説明した逐次補正により、SOCは線803に沿って60%という適切な座標点に回復することができる。この場合、車両のイグニッションキーオン時から積算した、逐次補正量hsoc=−4%で、開放電圧VV以上となる。
【0099】
また、実際のSOCが座標点E(実際のSOC20%、算出SOCが60%)となった場合を考える。逐次補正により、実際のSOCは線804に沿って回復するが、高SOC電圧値V60にてSOC60%とはならない。そこで、長期の自己放電により実際のSOCが40%以下になったか否かを判定する。
【0100】
すなわち、累積逐次補正量hsoc(%)が−4%以下となったとしても、4%放電されても、開放電圧が所定の電圧VVを越えない場合には、実際のSOCは40%以下まで低下していたと判断できるわけである(図8参照)。
【0101】
したがって、自己放電大と判断した場合は、例えば高SOC開放電圧V80を検出するまで充電するなどの処理を行い、その後、V60で制御した場合にSOCが60%となるように容量調整を行えばよい。なお、開放電圧の算出値から直接、自己放電を判断していない理由は、NiーMH電池などメモリー効果が発生する電池では、メモリー効果が発生した場合、図8、線801が電圧低下方向に移動するためであり、この場合、電圧の低下が自己放電によるものが、メモリー効果によるものか判断できないためである。そこで、この実施態様では、メモリー効果の現れにく充電分極状態、例えば4%充電状態での電圧を所定の値VVと比較して自己放電を判定している。
【0102】
本実施例では、NiーMH電池を用いて説明したが他の充放電可能な電池にも適用できる。また、開放電圧は、所定の電流で放電あるいは充電しているときの電圧、または所定の電力で放電あるいは充電しているときの電圧であっても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1aはニッケル水素電池の途中充電時の回復軌跡を示す開放電圧ーSOC特性図であり、図1bはニッケル水素電池の途中放電時の回復軌跡を示す開放電圧ーSOC特性図である。
【図2】本発明の実施形態で採用したパラレルハイブリッド車の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態で採用した電池制御装置示すブロック回路図である。
【図4】本発明の一実施形態を図示するフローチャートである。
【図5】本発明の他の実施形態を図示するフローチャートである。
【図6】図5に示す学習制御を用いたSOCの変化を示すSOC変化図である。
【図7】本発明の他の実施形態を図示するフローチャートである。
【図8】図7に示す自己放電判別法を説明する開放電圧ーSOC特性図である。
Claims (7)
- ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、
SOCの前回値にその後の充放電量を積算してSOCの今回値を算出し、
前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、
前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内にある場合にのみ前記比較の結果に基づいて、前記SOCの今回値を前記基準SOCに近づく向きに補正してSOCの今回値とする逐次補正を行い、
前記二次電池の放電分極が大きいかどうかを判定し、放電分極が大きいと判断した場合は、前記逐次補正を禁止し、
前記逐次補正によるSOCの補正量の累算値である累積逐次補正量が所定値を超えても前記開放電圧が所定値を超えない場合に長期放置による自己放電と判定することを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。 - ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、
前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲を外れて充電が行われたかどうかを判別し、
外れた場合に、前記SOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値よりも高い所定の高SOC電圧値に、前記開放電圧が達した場合あるいは超えたかどうかを判定し、
達したかあるいは超えたと判定した後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より所定量だけ小さい状態に達するまで補正放電を行い、
前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より大きい所定の高SOC値を超えて充電された場合、その後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内に戻るまでの間の最大SOCを記憶し、
その後、前記SOC制御範囲から前記最大SOCに応じた量だけ補正放電することを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。 - 請求項2記載のハイブリッド車の電池状態制御方法において、
前記開放電圧値が前記高SOC電圧値を超えた場合、それ以上の充電を禁止することを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。 - ハイブリッド車に搭載された二次電池の充放電量の積算に基づいて求めたSOCの今回値と所定の目標SOC値との差を収束させる充放電制御を行うハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、
前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲を外れて充電が行われたかどうかを判別し、
外れた場合に、前記SOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値よりも高い所定の高SOC電圧値を、前記開放電圧が超えたかどうかを判定し、
超えたと判定した場合、前記基準電圧値を所定値だけ修正することを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。 - 請求項4記載のハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、
SOCの前回値にその後の充放電量を積算してSOCの今回値を算出し、
前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値と前記開放電圧とを比較し、
前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲内にある場合にのみ前記比較の結果に基づいて、前記SOCの今回値を前記基準SOCに近づく向きに補正してSOCの今回値とする逐次補正を行い、
車両走行中における前記SOCの今回値と、前記SOC制御範囲よりも大きい所定の高SOC値とを比較し、
前記SOCの今回値が前記高SOC値より超える場合に前記基準電圧値を修正することを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。 - 請求項4記載のハイブリッド車の電池状態制御方法において、
入力された前記電圧測定値及び電流測定値を用いて決定された前記二次電池の電圧ー電流特性に基づいて前記二次電池の開放電圧を求め、
前記SOCの今回値が、前記目標SOC値を含んでその近傍に設定された所定のSOC制御範囲を外れて充電が行われたかどうかを判別し、
外れた場合に、前記SOC制御範囲内の所定の基準SOC値に対応する所定の基準電圧値よりも高い所定の高SOC電圧値に、前記開放電圧が達した場合あるいは超えたかどうかを判定し、
達したかあるいは超えたと判定した後、前記SOCの今回値が前記SOC制御範囲より所定量だけ小さい状態に達するまで補正放電を行い、
前記開放電圧が前記高SOC電圧値を所定期間以上超えない場合、前記開放電圧が前記高SOC電圧値に達するまで充電を行うことを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。 - 請求項1乃至6のいずれか記載のハイブリッド車の電池状態制御方法において、
前記開放電圧の代わりに、所定の電流で放電あるいは充電しているときの前記二次電池の端子電圧、又は、所定の電力で放電あるいは充電しているときの前記二次電池の端子電圧を用いることを特徴とするハイブリッド車の電池状態制御方法。
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