JP4433535B2 - Battery control method for power generation type electric vehicle - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエンジンと充放電可能な電池によって駆動する電気モータを組み合わせたハイブリッド自動車のように発電手段を搭載する発電型電気自動車における電池制御方法に関する。
【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放電され、減速時や一定速度走行等の低負荷運転時には電池が充電される。このような電池の充放電を安定に行うにはSOC(State Of Charge/充電状態)を所定の一定値でバランスさせることが必要であるため、SOCの検出は電池制御において不可欠の技術となっている。
【0003】
電池のSOC(又は残存容量)を検出する方法としては、充放電電流の積算による方法(以下、電流積算方式ともいう)や、電池電圧に基づいてSOCを推定する方法(以下、電圧推定方式ともいう)が知られている。
【0004】
特開平10ー51906号公報は、中SOC領域において電圧変化が小さいことに鑑み、SOCの常用(許容)上限値或いは常用(許容)下限値における電流・電圧マップだけを予め記憶しておき、検出した電流・電圧がこのマップの条件に合致していれば電流積算で求めているSOCをリセットする。そして、推定SOCがあらかじめ設定されているSOCの常用上限値に達したら電池を放電する。その後、推定SOCがあらかじめ設定されているSOCの常用下限値に達したら電池を充電する充放電サイクルを強制的に繰り返す電池制御を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電流積算方式は、電池の充放電電流を逐次検出してこれをSOCの初期値に無限に累算(積算)する方法であるため、次第に積算処理誤差が累積してしまい、正確な検出値が得られいくいという問題があった。
【0006】
更に、上記従来公報では、電圧−容量特性の傾斜が大きく、比較的高精度に検出可能な高SOC値の場合と低SOC値の場合とで電圧・電流データに基づいてSOC(容量)検出を行い、その結果に基づいて、電池状態を高SOC値と低SOC値との間を強制的に往復させねばならないため、低SOC値側に強制シフトさせた場合には必要な電力が電池から得られにくくなり、高SOC値側に強制シフトさせた場合には回生電力を電池に貯蔵しにくくなり、電池の使い勝手が悪化し、走行機能の低下や燃費の悪化が問題となる。
【0007】
一方、電圧推定方式は、上記累積誤差をもたないものの、たとえばニッケル水素合金電池のように充電分極作用が大きく、電池電圧とSOCとの関係がその充放電履歴により大きく変化してしまうタイプの電池(大ヒステリシス電池ともいう)では、電池電圧とSOCとの関係、あるいは電池電圧と電流と容量との関係をマップとしてあらかじめ記憶していても、充放電履歴が異なるため、電圧データ又は電圧・電流データをこのマップに入れて容量を推定しても、期待した精度が得られないという問題があった。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、精度及び使い勝手が優れた発電型電気自動車の電池制御方法を提供することをその目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項1記載の発電型電気自動車の残存容量推定方法によれば、測定した電池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電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、演算した基準状態電池電圧が所定の目標電圧値Vcとなるように電池の充放電を制御する。
【0010】
更に詳しく説明すると、電気自動車の電池(走行電力蓄電用電池)では充放電電流状態あるいは充放電電力状態は刻々と変化する使用モードをもつ。一方、電池電圧は、電池の内部抵抗の影響によりその電流の大きさによって変動する。また、ニッケル水素電池のような大ヒステリシス電池では充電分極作用などの影響により放電中の起電圧と充電中の起電圧とが異なる。したがって、単に電池電圧と容量とのマップに測定した電池電圧データを導入するだけでは正確な容量推定が困難である。そこで、電池電圧と電流と容量とのマップを記憶し、これに電池電圧データと電流データデータとを導入して容量を推定することが考えられるが、この場合には、三次元マップを記憶しなければならずメモリの大規模化を招く。
【0011】
この問題を解決するために、本発明では、得られた電池電圧データと電流データを一度、基準電流状態又は基準電力状態における電池電圧データである基準状態電池電圧に換算する。そして、この基準電流値または基準電力値における常用容量範囲に対応する所定の目標電圧値Vcを設定しておく。
【0012】
このようにすれば、大規模メモリを必要とすることなく、この基準状態電池電圧と目標電圧値Vcとの差を解消するように充放電することにより、電流変動にかかわらず、電池の容量を常にこの目標電圧値Vcに対応する容量範囲に保持することができる。
【0013】
請求項記載の構成によれば発電型電気自動車の電池制御方法において更に、電池の略満充電状態からの放電時の容量と基準状態電池電圧との関係である容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線上の所定の常用最小容量値をPとし、かつ、電池の略完全放電状態からの充電時の容量と基準状態電池電圧との関係である容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線上の点、若しくは、Pから所定容量だけ充電した値である所定の常用最大容量値をQとする場合に、目標電圧値Vcを、常用最小容量値P及び常用最大容量値Qに個別に対応する常用最大電圧値Vq及び常用最小電圧値Vpの間の値とし、充放電を、常用最小容量値P及び常用最大容量値Qの間で行う。
【0014】
このようにすれば、充放電履歴による電池電圧と容量との関係の変動を低減して、容量を簡単かつ精度よく上記PーQの範囲内に維持して、過充電や過放電を回避することができる。
【0015】
更に詳しく説明する。
【0016】
電気自動車の電池(走行電力蓄電用電池)では充放電電流状態あるいは充放電電力状態は刻々と変化する使用モードをもつ。一方、電池電圧は、ニッケル水素電池のような大ヒステリシス電池では充電分極作用などの影響により放電中の起電圧と充電中の起電圧とが異なるとともに、放電電圧ー容量特性及び充電電圧ー容量特性が大きく変動する。充電分極の大きさは、過去の充放電履歴に依存するので、結局、電池電圧は、電流のみならず過去の充放電履歴(過去の充放電電流または充放電電力の変動実績)に大きく影響される。
【0017】
この問題に対し、本発明者らは多数の実験の結果、次の知見を得た。
【0018】
基準電流または基準電力の充放電状態(すなわち、電流変動による電池電圧降下の変動の影響を無視できる充放電状態)では、基準状態電池電圧(電池電圧)に対する容量のばらつきは、後述するように所定範囲に収束させることができる。
【0019】
この容量のばらつきの収束を実現するには、略満充電状態(ここでは95%以上の容量状態をいう)からの放電時の容量ー電圧特性(放電時最小電圧特性線)上の常用最小容量値Pと、電池の略完全放電状態(ここでは5%未満の容量状態をいう)からの充電時の容量ー電圧特性(充電時最大電圧特性線)上の所定の常用最大容量値Qとの間で充放電を行えばよい。具体的な制御としてはたとえば、基準状態電池電圧を、P、Qに個別に対応する常用最大電圧値Vq及び常用最小電圧値Vpの間に保持する電圧制御を行う。なお、充放電履歴の開始は、上記略満充電状態乃至上記略完全放電状態から行う。
【0020】
このようにすれば、充放電状態の変動の繰り返しにかかわらず、容量を常用最小容量値P及び常用最大容量値Qの間に維持することができる。
【0021】
これは、大ヒステリシス電池においても、基準状態電池電圧とそれに対応する容量は、常用最小容量値Pとそれに放電時最小電圧特性線上で対応する常用最小電圧値Vpとで決定される座標点と、常用最大容量値Qとそれに充電時最大電圧特性線上で対応する常用最大電圧値Vqとで決定される座標点とを両先端とする三日月形状の領域内に存在するという知見に基づくものである。
【0022】
更に好適には、請求項記載のように、基準状態電池電圧を、上記常用最大電圧値Vq及び常用最小電圧値Vpの間の所定の目標電圧値Vcに収束させる制御を行う。このようにすれば、充放電状態の変動の繰り返しにかかわらず、容量を常用最小容量値Pと常用最大容量値Qの間の一層狭い領域に保持することができる。
【0023】
特に、目標電圧値Vcを、常用最大電圧値Vqと常用最小電圧値Vpの間の中央値近傍(中央値の上下にそれぞれ20%の範囲)の値に設定することにより、基準状態電池電圧を目標電圧値Vcに収束させる充放電制御を行うだけで、容量を常用最小容量値Pと常用最大容量値Qとの間の中央値近傍の領域に維持することが可能となる。
【0024】
請求項記載の構成によれば請求項又は記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、上述の基準状態電池電圧による容量値収束技術を電流積算容量による充放電制御技術と組み合わせるので、後者で容量推定を行うとともに、その累積誤差を簡単にキャンセルすることができる。
【0025】
更に詳しく説明すれば、電流積算容量が所定の参照容量値に一致する時点にて、この参照容量値に対応する所定の参照電圧値(正確には所定の基準状態電池電圧値)と実際の基準状態電池電圧との差を算出し、この差を電流積算誤差と見なして、この差を解消するべく補正充放電を行う。当然、この差は電流積算誤差と見なしているので、この補正充放電は電流積算容量の算出のための電流積算をしない。
【0026】
これにより、電流積算誤差を精度よくキャンセルして次の電流積算容量算出に進むことができる。
【0027】
請求項記載の構成によれば請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、参照電圧値は前記目標電圧値Vcとされ、参照容量値は、常用最小容量値Pと前記常用最大容量値Qとの間の中央値近傍の所定の目標容量値とされる。そして、電流積算容量を目標容量値に収束させる充放電制御を行う。
【0028】
すなわち、電流積算容量を目標容量値に収束させる充放電制御を行うとともに、電流積算容量が目標容量値に達したら、その時点の基準状態電池電圧と目標電圧値Vcとの差をキャンセルする補正充放電制御を行う。
【0029】
このようにすれば、上記電流積算誤差の補正のための充放電動作がそのまま容量を目標容量に収束させる動作となるので、一石二鳥となる。
【0030】
請求項記載の構成によれば請求項1乃至のいずれか記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、電池はニッケル水素電池とする。
【0031】
このようにすれば、大ヒステリシス特性を有するニッケル水素電池を精度よく所定の常用容量範囲で運用することができる。
【0032】
請求項記載の構成によれば請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、初期容量値に充放電電流積算分を累算して電池の電流積算による容量である電流積算容量を算出し、測定した電池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又は所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、常用最大容量値Qと常用最小容量値Pの間の中央値近傍の値である所定の目標容量値及び目標電圧値とで規定される中央座標点Aを設定し、基準状態電池電圧と容量との二次元平面上にてメモリ効果がない場合に常用最大容量値Qから常用最小容量値Pへ放電する場合の電圧特性線43を設定し、動作点が電圧特性線43に達するか又は低電圧側に逸脱する場合に、動作点を前記中央座標点Aに復帰させる中央復帰処理を行う。
【0033】
このようにすれば、メモリ効果が大きくなったり又は充電分極がなんらかの原因で解消したりすることにより特異的に電圧低下現象が生じたかどうかを、上述のように動作点が電圧特性線43に達するか又は低電圧側に逸脱したことにより判定することができるので、逸脱した場合にには充放電処理すなわちここでいう中央復帰処理を行って動作点を再度、上記目標容量値及び目標電圧値とで規定される中央座標点Aの近傍に復帰させることができる。
【0034】
請求項記載の構成によれば請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、動作点が電圧特性線43よりも低電圧側に所定電圧幅以上逸脱したかどうかを判断し、逸脱した場合には大メモリ効果が生じていると判断して所定SOC値以下までの深放電によりメモリ効果解消と、その後の前記中央復帰処理とを要求するので、基準状態電池電圧の低下が充電分極解消のためか、それともメモリ効果増大のためかを判定することができ、メモリ降下増大による場合にだけ深放電とその後の動作点の中央復帰処理により、動作点を元の中央座標点A近傍への復帰を行うことができる。
【0035】
請求項記載の構成によれば請求項又は記載の発電型電気自動車の電池制御方法において更に、この中央復帰処理は、電圧特性線43又は電圧特性線43よりも低電圧側に逸脱した際の最小SOCの座標Cと目標容量値との間の容量差Xを算出し、次に容量差Xに増倍充電係数α(1より大きく2より小さい値)を掛けて増倍充電容量X’を算出し、次に座標Cから増倍充電容量X’だけ充電し、次に目標容量値近傍まで放電する処理で構成される。
【0036】
このようにすれば、動作点を良好に中央座標点A近傍に復帰させることができる。
【0037】
請求項記載の構成によれば請求項又は記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、この中央復帰処理は、電圧特性線43又は電圧特性線43よりも低電圧側に逸脱した際の最小SOCの座標Gと目標容量値との間の容量差Xを算出し、次に容量差Xだけ充電してこの時の基準状態電池電圧VM’を目標電圧値と書き直す処理で構成される。
【0038】
このようにすれば、動作点を良好に中央座標点A近傍に復帰させることができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
【0040】
なお、発電型電気自動車としては、上述のハイブリッド車の他、燃料電池及びその発電電力と負荷の要求電力とのアンバランスを吸収する電池とをもつ燃料電池車などがある。
【0041】
【実施例】
本発明の電池制御方法を用いたパラレルハイブリッド自動車の構成例を図1に示す。
【0042】
11はエンジン、12はエンジン11の駆動力の一部で発電する交流形式の発電機、13は発電機12から出力される交流電力を直流電力に変換するインバータ、14はニッケル水素電池で構成した組み電池からなる電池装置(単に電池ともいう)である。エンジン11の出力は、トルク分配機15、ギヤ17を介して、車輪18に伝えられる。インバータ13は、発電機12及び電池14から給電されてモータ16を駆動し、あるいはモータ16で回生された電力で電池14を充電する。
【0043】
図2は、図1に示したハイブリッド車の電池14を示すブロック図である。
【0044】
電池14において、21は電池パック、22は互いに直列接続されて電池パック22を構成する多数の電池モジュール、23は温度センサ、24は各電池モジュール22の電圧を検出する検出回路、25は温度検出回路、26は電流検出回路、27は、電圧検出回路24、温度検出回路25、電流検出回路26からの信号に基づいて電池14の容量を検出するための電池制御マイコン(電池コントローラともいう)である。28は、電池14からのSOC信号などに基づいて電池パック21の充放電を実際に制御する車両コントローラであり、車両コントローラ28は、電池制御マイコン27や車両各部からの入力情報に基づいて、エンジン11、発電機12、インバータ16を制御する。
【0045】
この実施例で用いたニッケル水素電池(単セル)の車両実走行時の電圧−電流特性を図3に示す。
【0046】
図3中、特性線Lは、所定の定電力(電圧×電流=一定)曲線で、この実施例では、このハイブリッド自動車システムにおける電池パック21の最大放電電力値を電池1セル当たりに換算して示したものである。
【0047】
図3中、破線31は電池容量が満充電状態である場合の電流、電圧特性であり、破線32は、電池容量が、最大放電電力値で放電する場合に電池電圧が最低動作保障電圧V_minに達する値である場合の電流、電圧特性を示す。このように電流、電圧特性は満充電付近では特性31に示すように電圧が高く、電池容量が低下すると特性32のように電圧が低下する。
【0048】
ここで、特性31では電流=0Aの座標点が容量P_max’、電圧V_max’の点で、特性32では電流=0Aの座標点が容量P_min’,電圧V_min’の点である。このように、走行中の電流、電圧特性を測定し、予め定めた定電流値(例えば電流=0A)となるように電圧値を換算してこれを基準状態電池電圧とし、これらの容量値と基準状態電池電圧値とを用いれば、電流変化における電圧変動の影響を取り除くことができる。
【0049】
或いは、満充電付近の電流、電圧特性31では、所定の定電力放電時(ここでは最大放電電力値時)の点がP_max、電圧V_maxで、特性32では上記定電力放電時の点がP_min,電圧V_minの点である。このように、走行中の電流、電圧特性を測定し、予め定めた定電力値となるように電圧値を換算してこれを基準状態電池電圧とし、これらの容量値と基準状態電池電圧値とを用いれば、電力変化における電圧変動の影響を取り除くことができる。
【0050】
このようにして、所定の定電力時(あるいは定電流時)における基準状態電池電圧と容量との関係を求めることができる。
【0051】
定電力放電時(ここでは最大放電電力値時)の基準状態電池電圧と容量との関係を図4に示し、定電流時の一例として電流=0A時の基準状態電池電圧(開放電圧)と容量との関係を図5に示す。両者はほとんど同じであるので、以下、図4の場合について説明する。
【0052】
図4において、41はSOC100%の状態から放電傾向にあるときに測定した電圧特性(放電時最小電圧特性線)、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(充電時最大電圧特性線)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には大きなヒステリシスが生じることがわかる。
【0053】
また、43はSOC80%の座標P_Hi(常用最大容量値Q)点からSOC40%の座標P_Lo(常用最小容量値P)点まで放電したときの電圧特性線、44はSOC40%の座標P_Lo点からSOC80%の座標P_Hi点まで充電したときの電圧特性線である。電圧特性線43と44の特性で囲まれたヒステリシスは、電圧特性線41と42に囲まれたヒステリシスに対して、格段に小さくなっていることがわかる。なお、座標P_Hi点の電圧はV_Hi(常用最大電圧値Vq),座標P_Lo点の電圧はV_Lo(常用最小電圧値Vp)である。
【0054】
更に説明すると、SOC80%の座標P_Hi点は、略完全放電状態からの充電時の容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線42上でSOC80%の点と略みなすことができ、したがって、略完全放電状態からSOC80%まで(又はV_Hiまで)充電することにより達することができる。同様に、SOC40%の座標P_Lo点は、略満充電状態からの放電時の容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線43上でSOC40%の点と略みなすことができ、したがって、略満充電状態からSOC40%まで(又はV_Loまで)放電することにより達することができる。
【0055】
図4において、43は、座標P_Hi点から放電する場合の基準状態電池電圧の変化を示す線(常用最小電圧特性線)であり、44は、座標P_Lo点から充放電する場合の基準状態電池電圧の変化を示す線(常用最大電圧特性線)である。したがって、一度、座標P_Hi点又は座標P_Lo点に達した後、容量40〜80%またはそれに相当する基準状態電池電圧V_Hi又はV_Loの間で電池の充放電(以下、標準充放電ともいう)を行う場合には、電池の基準状態電池電圧と容量との関係は、図3の斜線内にあることがわかる。
【0056】
次に、本発明でいう目標電圧値Vc又は参照電圧値として、上記斜線領域のほぼ中心点として、容量60%、基準状態電池電圧(単に電池電圧ともいう)VMの点を設定する。
【0057】
したがって、標準充放電を行っていれば、電池電圧がVMであるということは、過去の充放電履歴にかかわらず、VMと常用最小電圧特性線43との交点の容量値約55%から、VMと常用最大電圧特性線44との交点の容量値約65%まで容量の変動幅は10%に限定できることがわかる。
【0058】
図5においても同様であり、上記VMに対応するVM’を適当にとれば、電流=0Aの時の電圧がVM’であれば、過去の充放電履歴にかかわらず、容量変動幅を約55%から約65%までと推定できることがわかる。
【0059】
次に図4における特性線43、44内の充放電特性(基準状態電池電圧ー容量特性)について、更に詳細に調べた結果を図6に示す。
【0060】
61は、座標P_Hi点から放電する場合の常用最小電圧特性線43上の所定点P1からP2まで充電する場合の特性線、62は、P2からP3まで放電する場合の特性線である。
【0061】
図6から、座標P1から充電傾向で容量が推移する場合の特性線61は座標P_Hi点に収束すること。更に言えば、特性線43上の任意の点から充電する場合は座標P_Hi点に収束することがわかる。一方、座標P2から放電傾向で容量が推移する場合の特性線62は座標P1に収束することがわかる。
【0062】
すなわち、特性線43と44とで囲まれる常用領域内の所定点からの放電は、それ以前の上記所定点までの充電における充電開始点が特性線43上にあればそこに向かうことがわかる。
【0063】
同様に、特性線43と44とで囲まれる常用領域内の所定点からの充電は、それ以前の上記所定点までの放電における放電開始点が特性線44上にあればそこに向かうことがわかる。
【0064】
すなわち、この常用領域内では、ある状態から一旦放電、或いは充電した後、SOCを基に戻そうとすると、電圧も元の値に戻ろうとすることがわかる。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。
【0065】
ここで、特性線43上で電圧VM時の容量値をSOC1、特性線44上で電圧VM時の容量値をSOC2とする。電圧VMは、目標電圧値Vcとして、容量60%を中心にSOC1とSOC2がプラスマイナス均等になるように定める。
【0066】
この状態で、いま座標P_Hi点から走行を開始した場合を想定する。ハイブリッド自動車の走行中に定電力放電時の電池電圧(基準状態電池電圧)がVMになるように発電機12をコントロ−ルすると、座標P_Hi点は特性43上を推移し、SOCは80%から特性43が電圧VMと交わるSOC1に推移して安定することが、図6からわかる。
【0067】
その後、運転者が電池容量を消費するような走行を行い、例えば座標P1点のSOCまで到達する場合には、今度は特性線61上を電圧VMまで電圧が回復するため、ほぼSOCは60%で安定することがわかる。
【0068】
即ち、容量の変動範囲をSOC80%〜40%に限定(又は電池電圧をV_Hi〜V_Loに限定)して、電池特性のヒステリシスを小さくすることで、少なくともSOC1からSOC2の範囲でSOCが維持される。更に、充放電を繰り返すと、容量は徐々に目標電圧値Vc(VM)に対応する目標容量値(SOC60%)に収束される。
【0069】
なお、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。
【0070】
(充放電制御例1)
上記充放電制御を用いた実現するハイブリッド自動車の電池容量制御装置の一例を以下に説明する。
【0071】
まず、検出電圧と検出電流とのペアから定電力時の基準状態電池電圧(又は定電流時の基準状態電池電圧)を算出する。動作点を特性線43上、又は44上に上述の方法でもってきた後、電池電圧がV_Hi〜V_Loの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御する。具体的には、電池電圧V_Hiに達したら充電を禁止し、電池電圧がV_Loに達したら放電を禁止する。これとは別に電流の積算によって仮のSOCを算出しておく。次に、前記比較結果に基づきSOCを補正する。
【0072】
このSOC補正について更に詳しく説明すると、電流積算により求めた容量が目標容量値60%に達した場合に、基準状態電池電圧と目標電圧値VcとしてのVMとの差を求め、この差が0になるまで補償充放電としての充電又は放電を行う。なお、この差は電流積算誤差とみなせるので、電流積算容量の値に累算しない。
【0073】
このようにすれば、その後、次に、電流積算により求めた容量が目標容量値60%に達するまで、積算誤差なしに電流積算容量を用いて容量推定し、この電流積算容量と目標容量値との差に基づいて、この差を解消するように充放電制御することにより、容量を目標容量値に収束させることができる。
【0074】
なお、この例では、上述した電池電圧がV_Hi〜V_Loの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御する代わりに、電流積算容量がP_Hi〜P_Loの範囲を逸脱しないように充放電制御してもよい。
【0075】
図7〜図11は、上記充放電制御例2を用いてハイブリッド自動車の走行時に電池の充放電制御を行った場合の実際の走行データである。図7は走行時に電池パック21に流れた電力、図8は電池温度である。図9は走行中の残存容量(SOC)の推移を示したもので、831は充放電制御例2で求めた容量値(SOC検出値ともいう)、832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。図10は図9で求めたSOC検出値を真値との差、即ち検出誤差である。検出誤差は+4〜−4%程度であり、高精度の検出を実現できたことがわかる。図11において、851は制御目標電圧VM、852は移動平均法によって求めた走行中の定電力放電時(電池パック212全体で21kW)の電池電圧(すなわち基準状態電池電圧)である。図11から、走行中は定電力放電電圧が目標電圧VMになるように制御されていることがわかる。
【0076】
次に、上述の充放電制御例2の具体的な制御動作を図12〜図16を参照して以下に説明する。
【0077】
図12は、車両コントローラ28の充放電制御を示す。
【0078】
車両コントローラ28は、走行状態及び操作状態に基づいて算出した車両負荷と、電池コントローラ27から受信したSOC信号(電池の現在容量を示す信号)との合計値とエンジン11の出力とが一致するように、エンジン11を制御する原動機コントローラ(図示せず)に指令する制御を行う。
【0079】
車両コントローラ28による、電池14の充放電制御に関する部分の具体的な制御を図12に示す。
【0080】
ステップ1000では電池コントローラ27からSOCを読み込み、ステップ1002では読み込んだSOCとあらかじめ目標とする目標SOCとの差を求めて、これを電池要求電力値とする。
【0081】
ステップ1004では、算出した電池要求電力値にあらかじめ算出した走行負荷電力を加算して合計負荷電力とし、エンジン出力要求値をこの合計負荷電力に一致させる。ハイブリッド車におけるこの制御自体はこの実施例の要旨ではないのでこれ以上の説明は省略する。
【0082】
また、車両コントローラ28はエンジン出力と走行負荷電力との差を算出してその差だけ、発電機12又はモータ16を駆動する制御を行うが、この制御もこの実施例の要旨ではないので、説明を省略する。
【0083】
図13〜図15は、電池コントローラ(電池制御マイコン)27により行われる制御動作であり、以下に説明する。
【0084】
なお、過去において、動作点は以前に特性線43上、又は44上へ上述の方法で設定された後、電池電圧がV_Hi〜V_Loの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御されることにより、特性線43と44との間にあるものとする。
【0085】
図13では、まず、ステップ901で走行中の電圧VB、電流IB、温度TBを検出し、電圧VBと電流IBの複数ペアを基に最小2乗法によって内部抵抗Rkを算出し、それを基に基準状態電池電圧として所定電力放電時の電圧VBwを算出する(S902)。
【0086】
VB0=VB+Rk×IB
VBw={VB0+(VB02 −4×Rk×α)0.5}×0.5
なお、αは用いた定電力(ここでは21kW)である。
【0087】
次に、ステップ903によって電流積算法によりSOCを算出し、電池容量制御装置が目標とする目標容量値(ここでは60%)に対して非常に近いSOC(−57〜+63%)内に回復させているかどうかを調べ(S904)、そうでなければステップ907へ進み、そうであればステップ906を経由してステップ907へ進む。
【0088】
ステップ906では、基準状態電池電圧VBwと目標電圧VMとを比較し、VBwがVMより低い場合にはステップ903で求めたSOCを補正する。この時、VBw<VMならば充電する必要があるため、SOCを電流積算で求めた上記約60%よりも小さい値に書き換え、これにより、車両コントローラ28はSOCを60%とするように各部に指令し、結果として充電が生じる。
【0089】
VBw>VMならば放電する必要があるため、SOCを電流積算で求めた上記約60%より高くなる方へ書き換え、これにより、後述のステップで車両コントローラ28はSOCを60%とするように各部に指令し、結果として放電が生じる。一回の補正量は1〜0.01%で良く、繰り返し補正することで徐々に正確な値に直していくことが可能である。
【0090】
ステップ907では、演算された上記SOCを発電機12等を制御している車両コントローラ28に実際に出力する。ステップ908では、SOCが上限80%と下限40%の範囲かどうかを監視する。このサブルーチンを図14、図15を参照して以下に説明する。
【0091】
図14において、ステップ1001では、求めたSOCが80%を超えた場合を判別し、ステップ1002によってそれ以上の充電を禁止する充電制限指令をコントローラ12に出力する。ステップ1003では、求めたSOCが40%を下回った場合を判別し、ステップ1004によってそれ以上の放電を禁止する放電制限指令をコントローラ12に出力する。
【0092】
他の方法として図15に示すように、基準状態電池電圧によりSOCの上限、下限を監視してもよい。
【0093】
詳しく説明すると、ステップ1101で定電力放電時の基準状態電池電圧VBwがSOC80%の電圧に相当するV_Hiを越えた場合、ステップ1102によってそれ以上の充電を防止するために充電制限指令を出力する。ステップ1103で定電力放電時の基準状態電池電圧VBwかSOC40%の電圧に相当するV_Loを下回った場合、ステップ1104によってそれ以上の放電を防止するために放電制限指令を出力する。なお、この場合、定電力放電時の基準状態電池電圧VBwで上下限を検出するほか、定電流放電時の基準状態電池電圧(例えば、電流=0A時の電圧)VBoで上下限を検出しても良い。図13において、ステップ909で走行が終了すれば、ステップ910によって演算の結果を次回の走行開始時の初期値とするために図示しないメモリ等に保存し、一連の制御を終了する。
【0094】
次に、上述の充放電制御によるSOC変化の測定例を図16を用いて説明する。
【0095】
走行開始から点121までは、SOCの電流積算検出値が57〜63%の範囲内に入っているので、ステップ906によってSOC検出値が正確な値へ補正される。運転者が電池電力を大きく消費するような走行を行うと、SOCは点121から点122の間に示すようにSOC57%未満に減少するため、ステップ903で算出されるSOCがコントローラ28に出力される。
【0096】
点122では、SOC下限値40%まで到達したので、ステップ908によって放電が制限され、122〜123点のような容量が回復される。そして、点123まで到達すると、SOC57〜63%の範囲に入るので、再びステップ906によってSOC検出値が正確な値へ補正される。
【0097】
このように、SOCが変動しても目標SOCに速やかに戻すことができ、かつ、累積誤差の発生する電流積算によって求めたSOC検出値を補正することが可能である。
【0098】
(充放電制御例2)
上記充放電制御を用いた実現するハイブリッド自動車の電池容量制御装置の他例を以下に説明する。
【0099】
まず、検出電圧と検出電流とのペアから定電力時の基準状態電池電圧(又は定電流時の基準状態電池電圧)を算出する。次に、動作点を特性線43上、又は44上に上述の方法でもってきた後、電池電圧がV_Hi〜V_Loの範囲を逸脱しないようにその充放電を制御する。具体的には、電池電圧V_Hiに達したら車両コントローラ28に充電を禁止する指令を出し、電池電圧がV_Loに達したら放電を禁止する指令を出す。次に、基準状態電池電圧と目標電圧値Vcである電圧VMとの差を求め、差解消方向への充放電が生じるように指令して、基準状態電池電圧をVMに一致させる。
【0100】
このようにすれば、容量を図6に示すSOC1とSOC2との間に保持することができる。
【0101】
(特異的電圧低下現象からの回復処理1)
次に、メモリ降下が増大したり、大きな充電分極解消が生じたことに起因して、特異的に動作特性が変化した場合の対策について以下に説明する。
【0102】
まず、この特異的電圧低下現象について説明する。
【0103】
上記説明したように実施例の充放電制御では、図17に示すように、充放電を常用最小容量値Pと常用最大容量値Qとの範囲内で行う間中は基準状態電池電圧を、常用最小電圧値Vpと常用最大電圧値Vqとの常用最小電圧値Vpの間の中央値(目標電圧値)VM、かつ、目標容量値であるSOC60%の座標すなわち中央座標点Aに収束させている。
【0104】
しかし、メモリ効果の増加や充電分極量の減少により測定する基準状態電池電圧が低下することに起因して、放電時における動作点が、図17に示すように、容量(SOC)と基準状態電池電圧(21KW放電電圧)とで規定される二次元平面上の電圧特性線43(Qから放電する場合の特性を示す)よりも下方に逸脱することがあることがわかった。また、メモリ効果は発生せず、充電分極解消だけが生じると動作点は電圧特性線43上に達する。以下、この現象を、特異的電圧低下現象というものとする。
【0105】
たとえば、この特異的電圧低下現象が生じると、図18に示すように、中央座標点Aから電圧特性線43上の座標B、放電時最小電圧特性線41上の座標P’を通ってSOC40%の座標P”に達し、正常な放電経路106を辿って座標(常用最小容量値P)Pに達しない。
【0106】
この特異的電圧低下現象が生じると、その後、基準状態電池電圧を元の中央値VMに復帰させても、上記二次元平面上の動作点は、電圧特性線44(Pから充電する場合の特性を示す)と中央値VMとの交点O’の容量である中央最小容量値SOCmminと、放電時最小電圧特性線と中央値VMとの交点Oの容量である中央最大容量値SOCmmaxとの間の真ん中の容量値すなわち中央座標点Aの容量値60%に復帰しないので、以降の制御に大きな狂いが生じる。
(特異的電圧低下現象からの復帰法1)
そこで、本制御では、上記特異的電圧低下現象が生じた場合に、図19の特性図及び図21のフロ−チャ−トに示す中央復帰動作を行う。このフローチャートは所定タイミングで図13のメインル−チンに割り込んで実行される。
【0107】
まず、動作点(VBw,現在のSOC値)が、図19のマップ上にて予め記憶する電圧特性線43上又はそれより低電圧側かどうかを調べ(1100)、否であればメインル−チンへリタ−ンする。
【0108】
動作点(VBw,現在のSOC値)が電圧特性線43上又はそれより低電圧側であれば、その後の動作点をモニタし、放電から充電に転換した場合の動作点C(図19参照)の容量値(最小SOC値)と目標容量値(60%)との容量差Xを算出する(1102)。
【0109】
次に、Xに予め記憶する増倍充電係数α(1より大きく2より小さい値)を掛けて増倍充電容量X’を求めてこの増倍充電容量X’だけ充電し、動作点を座標Cから座標Dに移動させる(1104)。
【0110】
次に、放電を行い、中央値VMまで放電を行い座標A近傍へ動作点を復帰させる(1106)。
【0111】
この制御の特徴は、動作点が電圧特性線43に達するか又はそれより低電圧側へ逸脱したら、通常の制御ではXだけ充電するのに代えて、Xより増倍充電係数αだけ大きい増倍充電を行い、その後、中央値VMへ収束させる点にある。
【0112】
このようにすれば、上記特異的電圧低下現象が生じても、動作点を簡単に中央座標点A近傍に復帰させることができる。
(変形例)
なお、座標Cから座標Dへの増倍充電を連続して行わずに充放電を繰り返しながら達してもよい。
【0113】
また、その後の座標Dから中央値VMへの放電も連続して行わずに充放電を繰り返しながら達してもよい。
【0114】
更に、座標Cから座標Dへの復帰時に車両運転制御の事情により動作点がDに達しない場合、動作点がD近傍に達した場合にこの動作点から座標Dを推定するようにしてもよい。
(特異的電圧低下現象からの復帰法2)
他の復帰法を以下に説明する。本復帰法では、上記特異的電圧低下現象が生じた場合に、図20の特性図及び図22のフロ−チャ−トに示す中央復帰動作を行う。このフローチャートは所定タイミングで図13のメインル−チンに割り込んで実行される。
【0115】
まず、動作点(VBw,現在のSOC値)が、図20のマップ上にて予め記憶する電圧特性線43上又はそれより低電圧側かどうかを調べ(1100)、否であればメインル−チンへリタ−ンする。
【0116】
動作点(VBw,現在のSOC値)が電圧特性線43上又はそれより低電圧側であれば、その後の動作点をモニタし、放電から充電に転換した場合の動作点G(図20参照)の容量値(最小SOC値)と目標容量値(60%)との容量差Xを算出する(1102)。
【0117】
次に、この容量差Xだけ充電することにより、SOCを中央座標点AのSOC値60%に相当する座標Hに戻す(1204)。
【0118】
次に、この時の基準状態電池電圧VM’に中央値VMを書き換える(1206)。
【0119】
この制御の特徴は、動作点が電圧特性線43に達するか又は動作点が電圧特性線43外に逸脱したら、通常の制御では容量Xだけ充電するのに代えて、更にその後、Xだけ充電して中央座標点Aの容量値に達した場合の基準状態電池電圧VM”を新たに中央値VMに書き換える点にある。
【0120】
このようにすれば、上記特異的電圧低下現象が生じても、動作点を簡単に中央座標点A近傍に復帰させることができる。
(変形例)
なお、座標Gから座標Hへの充電を連続して行わずに充放電を繰り返しながら達してもよい。
【0121】
また、座標Gから座標Hへの復帰時にの車両運転制御の事情により動作点がHに達しない場合、動作点がH近傍に達した場合にこの動作点から座標Hを推定するようにしてもよい。
(特異的電圧低下現象からの復帰法3)
本制御では、大メモリ効果と充電分極解消とを判別し、前者の場合に機会をみて深放電を実施してメモリ効果の除去を行う。
【0122】
制御例を図23を参照して説明する。
【0123】
まず、放電により電圧特性線43より低電位側に所定電圧値以上低下したかどうかを調べ(1302)、低下した場合に大メモリ効果が生じていると判定して今後それが可能な期間における深放電処理を要求する(1304)。
【0124】
この深放電処理は、SOC10%以下までの深い放電によるメモリ効果を解消する公知のメモリ効果解消法であり、この深放電処理は、それが完了した後のたとえば上記復帰法1又は2の方式での中央座標点A近傍への復帰処理を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池制御方法を用いたパラレルハイブリッド自動車の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1に示したハイブリッド車の電気系統を示すブロック図である。
【図3】この実施例で用いたニッケル水素電池(単セル)の車両実走行時の電圧−電流特性を示す図である。
【図4】図3に基づいて作成した定電力状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図5】図3に基づいて作成した定電流状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図6】図4における充放電軌跡を示す定電力状態における電圧−容量特性を示す図である。
【図7】走行時に電池パック21に流れた電力の推移を示すタイミングチャートである。
【図8】走行時の電池パック21の電池温度変化を示すタイミングチャートである。
【図9】走行時の電池パック21のSOC変化を示すタイミングチャートである。
【図10】走行時の電池パック21のSOC検出誤差を示すタイミングチャートである。
【図11】走行時の電池パック21の基準状態電池電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図12】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図13】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図14】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図15】この実施例の電池制御方法を示すフローチャートである。
【図16】この実施例の電池制御方法を用いたハイブリッド車の実走行時のSOC変化を示すタイミングチャートである。
【図17】この実施例の電池制御方法を示す基準電力(21KW)充放電での電池電圧と容量との関係を示す電池特性図である。
【図18】特異的電圧低下現象を示す電池特性図である。
【図19】特異的電圧低下現象を起こした電池を中央座標点A近傍に復帰させる処理の一例を示す電池特性図である。
【図20】特異的電圧低下現象を起こした電池を中央座標点A近傍に復帰させる処理の他例を示す電池特性図である。
【図21】特異的電圧低下現象を起こした電池を中央座標点A近傍に復帰させる処理の一例を示すフローチャートである。
【図22】特異的電圧低下現象を起こした電池を中央座標点A近傍に復帰させる処理の他例を示すフローチャートである。
【図23】特異的電圧低下現象を起こした電池を中央座標点A近傍に復帰させる処理の更に他例を示すフローチャートである。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery control method in a power generation type electric vehicle in which power generation means is mounted, such as a hybrid vehicle that combines an engine and an electric motor driven by a chargeable / dischargeable battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, HV (hybrid) vehicles equipped with an engine and a motor driven by a battery have been attracting attention for the purpose of improving fuel consumption. A battery mounted on an HV vehicle is mainly discharged from the battery during a high load operation such as acceleration, and is charged during a low load operation such as deceleration or traveling at a constant speed. In order to stably charge and discharge such a battery, it is necessary to balance SOC (State Of Charge / charged state) at a predetermined constant value, and therefore, SOC detection is an indispensable technology in battery control. Yes.
[0003]
As a method for detecting the SOC (or remaining capacity) of a battery, a method using charge / discharge current integration (hereinafter also referred to as a current integration method), a method for estimating SOC based on battery voltage (hereinafter referred to as a voltage estimation method). Is known).
[0004]
In view of the fact that the voltage change is small in the middle SOC region, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-51906 stores only the current / voltage map in the normal (allowable) upper limit value or the normal (allowable) lower limit value of the SOC for detection. If the measured current / voltage meets the conditions of this map, the SOC obtained by current integration is reset. Then, when the estimated SOC reaches the preset upper limit value of SOC, the battery is discharged. After that, when the estimated SOC reaches a preset SOC lower limit value, battery control is proposed in which a charge / discharge cycle for charging the battery is forcibly repeated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the current integration method is a method in which the charging / discharging current of the battery is sequentially detected, and this is infinitely accumulated (integrated) with the initial value of the SOC, so that the integration processing error gradually accumulates and accurate detection is performed. There was a problem that it was difficult to obtain values.
[0006]
Furthermore, in the above-mentioned conventional publication, SOC (capacity) detection is performed based on voltage / current data in the case of a high SOC value and a low SOC value that can be detected with relatively high accuracy because the slope of the voltage-capacitance characteristic is large. Based on the result, the battery state must be forcibly reciprocated between the high SOC value and the low SOC value. Therefore, if the battery state is forcibly shifted to the low SOC value side, the necessary power is obtained from the battery. When it is forcibly shifted to the high SOC value side, it becomes difficult to store the regenerative power in the battery, the usability of the battery is deteriorated, and the running function and fuel consumption are problematic.
[0007]
On the other hand, although the voltage estimation method does not have the above cumulative error, it has a large charge polarization effect, such as a nickel metal hydride alloy battery, and the relationship between the battery voltage and the SOC greatly changes depending on the charge / discharge history. In a battery (also referred to as a large hysteresis battery), even if the relationship between the battery voltage and the SOC, or the relationship between the battery voltage, the current and the capacity is stored in advance as a map, the charge / discharge history is different. Even if the current data is put in this map and the capacity is estimated, there is a problem that the expected accuracy cannot be obtained.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery control method for a power generation electric vehicle excellent in accuracy and usability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the remaining capacity estimation method for a power generation type electric vehicle according to claim 1 for solving the above-mentioned problem, a predetermined reference current value or a predetermined reference power value is determined based on the measured voltage value and measured current value of the battery. The reference state battery voltage that is the battery voltage at is calculated, and charging / discharging of the battery is controlled such that the calculated reference state battery voltage becomes a predetermined target voltage value Vc.
[0010]
More specifically, a battery for an electric vehicle (battery for running power storage) has a use mode in which the charge / discharge current state or the charge / discharge power state changes every moment. On the other hand, the battery voltage varies depending on the magnitude of the current due to the influence of the internal resistance of the battery. Further, in a large hysteresis battery such as a nickel metal hydride battery, an electromotive voltage during discharge differs from an electromotive voltage during charging due to the influence of a charging polarization action or the like. Therefore, it is difficult to accurately estimate the capacity simply by introducing the measured battery voltage data into the battery voltage / capacity map. Therefore, it is conceivable to store a map of battery voltage, current, and capacity, and to estimate the capacity by introducing battery voltage data and current data data into this, but in this case, a three-dimensional map is stored. This must lead to an increase in memory scale.
[0011]
In order to solve this problem, in the present invention, the obtained battery voltage data and current data are once converted into a reference state battery voltage which is battery voltage data in a reference current state or a reference power state. Then, a predetermined target voltage value Vc corresponding to the normal capacity range in the reference current value or the reference power value is set.
[0012]
In this way, by charging and discharging so as to eliminate the difference between the reference state battery voltage and the target voltage value Vc without requiring a large-scale memory, the capacity of the battery can be reduced regardless of current fluctuations. It is always possible to keep the capacitance range corresponding to the target voltage value Vc.
[0013]
Claim 1 According to the configuration described , In the battery control method for a power generation type electric vehicle, a predetermined common minimum on a discharge minimum voltage characteristic line indicating a capacity-voltage characteristic which is a relation between a battery capacity when discharged from a substantially full charge state and a reference state battery voltage. A point on the maximum voltage characteristic line during charging indicating a capacity-voltage characteristic, which is a relationship between the capacity value when the battery is charged from a substantially fully discharged state and the reference state battery voltage, or a predetermined value from P When a predetermined normal maximum capacity value, which is a value obtained by charging only the capacity, is Q, the target maximum voltage value Vq and the normal minimum corresponding to the target minimum voltage value P and the normal maximum capacity value Q are individually set as the target voltage value Vc. The value is between the voltage values Vp, and charging / discharging is performed between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q.
[0014]
In this way, the fluctuation of the relationship between the battery voltage and the capacity due to the charge / discharge history is reduced, and the capacity is easily and accurately maintained within the range of PQ so as to avoid overcharge and overdischarge. be able to.
[0015]
This will be described in more detail.
[0016]
An electric vehicle battery (battery for running power storage) has a usage mode in which the charge / discharge current state or the charge / discharge power state changes every moment. On the other hand, in the case of a large hysteresis battery such as a nickel metal hydride battery, the battery voltage differs between the electromotive voltage during discharge and the electromotive voltage during charging due to the effects of charge polarization, etc. Fluctuates greatly. Since the magnitude of the charge polarization depends on the past charge / discharge history, the battery voltage is greatly influenced not only by the current but also by the past charge / discharge history (past charge / discharge current or charge / discharge power fluctuation record). The
[0017]
In response to this problem, the present inventors have obtained the following knowledge as a result of numerous experiments.
[0018]
In the charging / discharging state of the reference current or the reference power (that is, the charging / discharging state in which the influence of the battery voltage drop variation due to the current variation can be ignored), the capacity variation with respect to the reference state battery voltage (battery voltage) is predetermined as described later. Can converge to a range.
[0019]
In order to realize the convergence of the capacity variation, the normal minimum capacity on the capacity-voltage characteristic (minimum voltage characteristic line during discharge) at the time of discharging from a substantially fully charged state (here, the capacity state of 95% or more). A value P and a predetermined normal maximum capacity value Q on a capacity-voltage characteristic (maximum voltage characteristic line at the time of charging) from a substantially complete discharge state (referred to here as a capacity state of less than 5%) of the battery Charging / discharging may be performed in between. As specific control, for example, voltage control is performed in which the reference state battery voltage is held between the maximum common voltage value Vq and the minimum normal voltage value Vp corresponding to P and Q individually. The charge / discharge history is started from the substantially full charge state to the substantially complete discharge state.
[0020]
In this way, the capacity can be maintained between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q regardless of the repeated fluctuations in the charge / discharge state.
[0021]
This is because, even in a large hysteresis battery, the reference state battery voltage and the capacity corresponding thereto are the coordinate point determined by the normal minimum capacity value P and the normal minimum voltage value Vp corresponding thereto on the discharge minimum voltage characteristic line; This is based on the knowledge that a coordinate point determined by the normal maximum capacity value Q and the normal maximum voltage value Vq corresponding to the maximum voltage characteristic line at the time of charging exists in a crescent-shaped region having both ends.
[0022]
More preferably, the claims 2 As described, control is performed to converge the reference state battery voltage to a predetermined target voltage value Vc between the normal maximum voltage value Vq and the normal minimum voltage value Vp. In this way, the capacity can be held in a narrower region between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q, regardless of repeated fluctuations in the charge / discharge state.
[0023]
In particular, by setting the target voltage value Vc to a value in the vicinity of the median value between the normal maximum voltage value Vq and the normal minimum voltage value Vp (20% range above and below the median value), the reference state battery voltage is It is possible to maintain the capacity in a region in the vicinity of the median value between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q only by performing charge / discharge control for convergence to the target voltage value Vc.
[0024]
Claim 3 Claims according to the arrangement described 1 Or 2 In the power generation type electric vehicle battery control method described above, the capacity value convergence technique based on the reference state battery voltage is combined with the charge / discharge control technique based on the current integration capacity. Can be canceled.
[0025]
More specifically, when the current integrated capacity matches a predetermined reference capacity value, a predetermined reference voltage value (precisely, a predetermined standard state battery voltage value) corresponding to the reference capacity value and an actual reference The difference from the state battery voltage is calculated, this difference is regarded as a current integration error, and correction charge / discharge is performed to eliminate this difference. Naturally, since this difference is regarded as a current integration error, this correction charging / discharging does not perform current integration for calculating the current integration capacity.
[0026]
As a result, it is possible to cancel the current integration error with high accuracy and proceed to the next current integration capacity calculation.
[0027]
Claim 4 Claims according to the arrangement described 3 In the battery control method for the electric power generation electric vehicle described above, the reference voltage value is the target voltage value Vc, and the reference capacity value is in the vicinity of the median value between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q. A predetermined target capacity value is set. Then, charge / discharge control for converging the current integrated capacity to the target capacity value is performed.
[0028]
That is, charge / discharge control for converging the current accumulated capacity to the target capacity value is performed, and when the current accumulated capacity reaches the target capacity value, the correction charge for canceling the difference between the reference state battery voltage and the target voltage value Vc at that time is performed. Perform discharge control.
[0029]
In this way, the charge / discharge operation for correcting the current integration error is an operation for converging the capacity to the target capacity as it is.
[0030]
Claim 5 According to the described configuration, claims 1 to 4 In the battery control method for a power generation type electric vehicle described in any one of the above, the battery is a nickel metal hydride battery.
[0031]
In this way, a nickel metal hydride battery having a large hysteresis characteristic can be accurately operated within a predetermined normal capacity range.
[0032]
Claim 6 Claims according to the arrangement described 2 In the battery control method for the electric power generation type electric vehicle described above, the current integrated capacity, which is the capacity obtained by integrating the charge / discharge current to the initial capacity value, is calculated, and the measured voltage value of the measured battery and Based on the measured current value, a reference state battery voltage that is a battery voltage at a predetermined reference current value or a predetermined reference power value is calculated, and a value near the median value between the normal maximum capacity value Q and the normal minimum capacity value P is calculated. When a central coordinate point A defined by a predetermined target capacity value and target voltage value is set, and there is no memory effect on the two-dimensional plane of the reference state battery voltage and capacity, the normal maximum capacity value Q is used. A voltage characteristic line 43 for discharging to the minimum capacity value P is set, and when the operating point reaches the voltage characteristic line 43 or deviates to the low voltage side, the central return for returning the operating point to the central coordinate point A is performed. Process.
[0033]
In this way, the operating point reaches the voltage characteristic line 43 as described above as to whether or not a specific voltage drop phenomenon has occurred due to an increase in the memory effect or elimination of the charge polarization for some reason. Or when it deviates, the charge / discharge process, that is, the central return process here is performed, and the operating point is again set as the target capacity value and the target voltage value. It is possible to return to the vicinity of the central coordinate point A defined by
[0034]
Claim 7 Claims according to the arrangement described 6 In the battery control method for the power generation type electric vehicle described above, it is further determined whether or not the operating point has deviated by a predetermined voltage width or more from the voltage characteristic line 43 to a lower voltage side. Therefore, the memory effect is eliminated by deep discharge to a predetermined SOC value or less, and the central return processing is required thereafter. Therefore, the decrease in the reference state battery voltage is for eliminating the charge polarization or for increasing the memory effect. The operating point can be returned to the vicinity of the original central coordinate point A by deep discharge and subsequent central return processing of the operating point only when the memory drop increases.
[0035]
Claim 8 Claims according to the arrangement described 6 Or 7 Further, in the battery control method for the electric power generation type electric vehicle described above, the center return processing is performed between the voltage characteristic line 43 or the coordinate C of the minimum SOC when the voltage characteristic line 43 deviates to the lower voltage side and the target capacity value. Is calculated by multiplying the capacity difference X by the multiplication charge coefficient α (a value greater than 1 and less than 2), and then the multiplication charge capacity X ′ is calculated from the coordinates C. It consists of a process of charging only X ′ and then discharging to near the target capacity value.
[0036]
In this way, the operating point can be satisfactorily returned to the vicinity of the central coordinate point A.
[0037]
Claim 9 Claims according to the arrangement described 6 Or 7 In the battery control method for the electric power generation type electric vehicle described above, this central return processing is performed between the voltage characteristic line 43 or the coordinate G of the minimum SOC when the voltage characteristic line 43 deviates to the lower voltage side and the target capacity value. The capacity difference X is calculated, then charged by the capacity difference X, and the reference state battery voltage VM ′ at this time is rewritten as the target voltage value.
[0038]
In this way, the operating point can be satisfactorily returned to the vicinity of the central coordinate point A.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the following examples.
[0040]
In addition to the hybrid vehicle described above, the power generation electric vehicle includes a fuel cell vehicle having a fuel cell and a battery that absorbs an imbalance between the generated power and the required power of the load.
[0041]
【Example】
A configuration example of a parallel hybrid vehicle using the battery control method of the present invention is shown in FIG.
[0042]
11 is an engine, 12 is an AC generator that generates power using a part of the driving force of the engine 11, 13 is an inverter that converts AC power output from the generator 12 into DC power, and 14 is a nickel metal hydride battery. It is a battery device (also simply referred to as a battery) composed of an assembled battery. The output of the engine 11 is transmitted to the wheels 18 via the torque distributor 15 and the gear 17. The inverter 13 is supplied with power from the generator 12 and the battery 14 to drive the motor 16, or charges the battery 14 with the electric power regenerated by the motor 16.
[0043]
FIG. 2 is a block diagram showing the battery 14 of the hybrid vehicle shown in FIG.
[0044]
In the battery 14, 21 is a battery pack, 22 is a number of battery modules that are connected in series with each other to form the battery pack 22, 23 is a temperature sensor, 24 is a detection circuit that detects the voltage of each battery module 22, and 25 is a temperature detection A circuit 26 is a current detection circuit, 27 is a battery control microcomputer (also referred to as a battery controller) for detecting the capacity of the battery 14 based on signals from the voltage detection circuit 24, the temperature detection circuit 25, and the current detection circuit 26. is there. 28 is a vehicle controller that actually controls charging / discharging of the battery pack 21 based on the SOC signal from the battery 14, and the vehicle controller 28 is an engine based on input information from the battery control microcomputer 27 and each part of the vehicle. 11. The generator 12 and the inverter 16 are controlled.
[0045]
FIG. 3 shows the voltage-current characteristics of the nickel metal hydride battery (single cell) used in this example when the vehicle is actually running.
[0046]
In FIG. 3, the characteristic line L is a predetermined constant power (voltage × current = constant) curve. In this embodiment, the maximum discharge power value of the battery pack 21 in this hybrid vehicle system is converted per battery cell. It is shown.
[0047]
In FIG. 3, the broken line 31 represents current and voltage characteristics when the battery capacity is in a fully charged state, and the broken line 32 represents the battery voltage at the minimum guaranteed operating voltage V_min when the battery capacity is discharged at the maximum discharge power value. The current and voltage characteristics when the value is reached are shown. As described above, the current and voltage characteristics are high as shown by the characteristic 31 near full charge, and the voltage decreases as the characteristic 32 when the battery capacity is reduced.
[0048]
Here, in the characteristic 31, the coordinate point of current = 0A is the point of the capacity P_max ′ and the voltage V_max ′, and in the characteristic 32, the coordinate point of current = 0A is the point of the capacity P_min ′ and the voltage V_min ′. In this way, the current and voltage characteristics during running are measured, the voltage value is converted so as to be a predetermined constant current value (for example, current = 0 A), and this is used as the reference state battery voltage, and these capacity values and If the reference state battery voltage value is used, it is possible to remove the influence of the voltage fluctuation in the current change.
[0049]
Alternatively, in the current and voltage characteristic 31 near full charge, the point at a predetermined constant power discharge (here, at the maximum discharge power value) is P_max and the voltage V_max, and in the characteristic 32, the point at the constant power discharge is P_min, This is the point of voltage V_min. In this way, the current and voltage characteristics during running are measured, the voltage value is converted so as to become a predetermined constant power value, and this is used as the reference state battery voltage, and these capacity value and reference state battery voltage value are By using, it is possible to remove the influence of voltage fluctuations in the power change.
[0050]
In this way, the relationship between the reference state battery voltage and the capacity at a predetermined constant power (or constant current) can be obtained.
[0051]
FIG. 4 shows the relationship between the reference state battery voltage and capacity during constant power discharge (here, the maximum discharge power value). As an example of constant current, the reference state battery voltage (open voltage) and capacity when current = 0 A is shown. FIG. 5 shows the relationship. Since both are almost the same, the case of FIG. 4 will be described below.
[0052]
In FIG. 4, 41 is a voltage characteristic (minimum voltage characteristic line at the time of discharge) measured when the SOC is 100%, and 42 is a voltage characteristic (charge) measured when there is a charge tendency from a state close to complete discharge. Maximum voltage characteristic line). It can be seen that the characteristics of 41 and 42 are greatly shifted, and a large hysteresis occurs in the characteristics of the discharge tendency and the charge tendency.
[0053]
Reference numeral 43 denotes a voltage characteristic line when discharging from the coordinate P_Hi (ordinary maximum capacity value Q) of the SOC 80% to the coordinate P_Lo (ordinary minimum capacity value P) of the SOC 40%, and 44 denotes the SOC 80 from the coordinate P_Lo point of the SOC 40%. It is a voltage characteristic line when it is charged to the coordinate P_Hi point of%. It can be seen that the hysteresis surrounded by the characteristics of the voltage characteristic lines 43 and 44 is significantly smaller than the hysteresis surrounded by the voltage characteristic lines 41 and 42. The voltage at the coordinate P_Hi point is V_Hi (normal maximum voltage value Vq), and the voltage at the coordinate P_Lo point is V_Lo (normal minimum voltage value Vp).
[0054]
More specifically, the coordinate P_Hi point of SOC 80% can be regarded as a point of SOC 80% on the charging maximum voltage characteristic line 42 indicating the capacity-voltage characteristic at the time of charging from a substantially fully discharged state. It can be reached by charging from a fully discharged state to SOC 80% (or V_Hi). Similarly, the coordinate P_Lo point of SOC 40% can be substantially regarded as a point of SOC 40% on the minimum voltage characteristic line 43 at the time of discharge indicating the capacity-voltage characteristic at the time of discharging from a substantially fully charged state. It can be reached by discharging from the state of charge to SOC 40% (or V_Lo).
[0055]
In FIG. 4, 43 is a line (normal minimum voltage characteristic line) showing a change in the reference state battery voltage when discharging from the coordinate P_Hi point, and 44 is a reference state battery voltage when charging / discharging from the coordinate P_Lo point. It is a line (normal maximum voltage characteristic line) showing the change of. Therefore, once the coordinate P_Hi point or the coordinate P_Lo point is reached, the battery is charged / discharged (hereinafter also referred to as standard charge / discharge) between 40 to 80% capacity or a reference state battery voltage V_Hi or V_Lo corresponding thereto. In that case, it can be seen that the relationship between the battery's reference state battery voltage and capacity is within the diagonal lines in FIG.
[0056]
Next, as the target voltage value Vc or the reference voltage value according to the present invention, a point of a capacity of 60% and a reference state battery voltage (also simply referred to as a battery voltage) VM is set as a substantially central point of the hatched area.
[0057]
Therefore, if standard charge / discharge is performed, the battery voltage is VM, which means that regardless of the past charge / discharge history, from the capacity value of about 55% at the intersection of VM and the normal minimum voltage characteristic line 43, VM It can be seen that the fluctuation range of the capacity can be limited to 10% up to a capacity value of about 65% at the intersection of the normal maximum voltage characteristic line 44 and the common maximum voltage characteristic line 44.
[0058]
The same applies to FIG. 5. If VM ′ corresponding to the VM is appropriately taken, if the voltage at the time of current = 0 A is VM ′, the capacity fluctuation range is about 55 regardless of the past charge / discharge history. It can be seen that it can be estimated from% to about 65%.
[0059]
Next, FIG. 6 shows the result of examining the charge / discharge characteristics (reference state battery voltage-capacity characteristics) in the characteristic lines 43 and 44 in FIG. 4 in more detail.
[0060]
61 is a characteristic line when charging from a predetermined point P1 to P2 on the common minimum voltage characteristic line 43 when discharging from the coordinate P_Hi point, and 62 is a characteristic line when discharging from P2 to P3.
[0061]
From FIG. 6, the characteristic line 61 when the capacity changes from the coordinate P1 due to the charging tendency converges to the coordinate P_Hi point. Furthermore, it can be seen that when charging from an arbitrary point on the characteristic line 43, it converges to the coordinate P_Hi point. On the other hand, it can be seen that the characteristic line 62 when the capacity transitions from the coordinate P2 due to the tendency to discharge converges to the coordinate P1.
[0062]
That is, it can be seen that the discharge from the predetermined point in the normal region surrounded by the characteristic lines 43 and 44 is directed to the charging start point in the charging up to the predetermined point before that point if it is on the characteristic line 43.
[0063]
Similarly, it can be seen that charging from a predetermined point in the normal area surrounded by the characteristic lines 43 and 44 is directed to the discharge starting point in the discharge up to the predetermined point before that point if it is on the characteristic line 44. .
[0064]
In other words, it can be seen that within this normal range, once the battery is discharged or charged from a certain state and then returned to the SOC, the voltage will also return to the original value. This is a characteristic common to all rechargeable secondary batteries as well as nickel metal hydride batteries, and is called a polarization phenomenon.
[0065]
Here, it is assumed that the capacitance value at the voltage VM on the characteristic line 43 is SOC1, and the capacitance value at the voltage VM on the characteristic line 44 is SOC2. The voltage VM is determined as a target voltage value Vc so that SOC1 and SOC2 are equal to each other around the capacity of 60%.
[0066]
In this state, it is assumed that traveling is started from the coordinate P_Hi point. When the generator 12 is controlled so that the battery voltage at the time of constant power discharge (reference state battery voltage) becomes VM while the hybrid vehicle is running, the coordinate P_Hi point changes on the characteristic 43, and the SOC starts from 80%. It can be seen from FIG. 6 that the characteristic 43 shifts to SOC1 where it crosses the voltage VM and is stable.
[0067]
Thereafter, the driver travels to consume the battery capacity. For example, when reaching the SOC at the coordinate P1 point, the voltage is restored to the voltage VM on the characteristic line 61, so the SOC is almost 60%. It turns out to be stable.
[0068]
That is, by limiting the capacity fluctuation range to SOC 80% to 40% (or limiting the battery voltage to V_Hi to V_Lo) and reducing the battery characteristic hysteresis, the SOC is maintained at least in the range of SOC1 to SOC2. . Furthermore, when charging and discharging are repeated, the capacity gradually converges to the target capacity value (SOC 60%) corresponding to the target voltage value Vc (VM).
[0069]
In addition, the lead battery etc. with a small hysteresis characteristic of a battery can maintain the target capacity | capacitance, without limiting the use range of battery capacity. Further, by setting the voltage VM with respect to the capacity for maintaining the battery capacity, the capacity to be maintained can be changed to an arbitrary capacity instead of 60% of the present embodiment.
[0070]
(Charge / discharge control example 1)
An example of a battery capacity control device for a hybrid vehicle realized using the charge / discharge control will be described below.
[0071]
First, a reference state battery voltage at a constant power (or a reference state battery voltage at a constant current) is calculated from a pair of a detection voltage and a detection current. After the operating point is placed on the characteristic line 43 or 44 by the above-described method, charging / discharging is controlled so that the battery voltage does not deviate from the range of V_Hi to V_Lo. Specifically, charging is prohibited when the battery voltage V_Hi is reached, and discharging is prohibited when the battery voltage reaches V_Lo. Apart from this, a temporary SOC is calculated by integrating the current. Next, the SOC is corrected based on the comparison result.
[0072]
This SOC correction will be described in more detail. When the capacity obtained by current integration reaches the target capacity value of 60%, the difference between the reference state battery voltage and the VM as the target voltage value Vc is obtained. Charging or discharging as compensation charging / discharging is performed until In addition, since this difference can be regarded as a current integration error, it is not accumulated in the value of the current integration capacity.
[0073]
If it does in this way, after that, until the capacity | capacitance calculated | required by the current integration reaches the target capacity value of 60%, the capacity is estimated using the current integrated capacity without an integration error, and the current integrated capacity and the target capacity value Based on the difference, the charge / discharge control is performed so as to eliminate this difference, whereby the capacity can be converged to the target capacity value.
[0074]
In this example, instead of controlling the charge / discharge so that the battery voltage does not deviate from the range of V_Hi to V_Lo, the charge / discharge control may be performed so that the current integrated capacity does not deviate from the range of P_Hi to P_Lo. Good.
[0075]
7 to 11 show actual travel data when the battery charge / discharge control is performed during the travel of the hybrid vehicle using the charge / discharge control example 2 described above. FIG. 7 shows the power flowing through the battery pack 21 during traveling, and FIG. 8 shows the battery temperature. FIG. 9 shows the transition of the remaining capacity (SOC) during travel, where 831 is the capacity value (also referred to as the SOC detection value) obtained in charge / discharge control example 2, and 832 is the current integration after measuring the capacity in advance. Is the true value obtained by. FIG. 10 shows a difference between the SOC detection value obtained in FIG. 9 and the true value, that is, a detection error. The detection error is about +4 to -4%, and it can be seen that highly accurate detection was realized. In FIG. 11, 851 is a control target voltage VM, and 852 is a battery voltage (that is, a reference state battery voltage) at the time of constant power discharge (21 kW for the entire battery pack 212) obtained by the moving average method. From FIG. 11, it can be seen that the constant power discharge voltage is controlled to be the target voltage VM during traveling.
[0076]
Next, a specific control operation of the above-described charge / discharge control example 2 will be described below with reference to FIGS.
[0077]
FIG. 12 shows charge / discharge control of the vehicle controller 28.
[0078]
The vehicle controller 28 is configured so that the total value of the vehicle load calculated based on the traveling state and the operation state and the SOC signal (signal indicating the current capacity of the battery) received from the battery controller 27 matches the output of the engine 11. Next, control is performed to instruct a prime mover controller (not shown) that controls the engine 11.
[0079]
FIG. 12 shows specific control of the part related to charge / discharge control of the battery 14 by the vehicle controller 28.
[0080]
In step 1000, the SOC is read from the battery controller 27, and in step 1002, the difference between the read SOC and the target SOC that has been set in advance is obtained, and this is used as the battery required power value.
[0081]
In step 1004, the travel load power calculated in advance is added to the calculated battery required power value to obtain the total load power, and the engine output request value is matched with the total load power. Since this control itself in the hybrid vehicle is not the gist of this embodiment, further explanation is omitted.
[0082]
Further, the vehicle controller 28 calculates the difference between the engine output and the traveling load power and performs control for driving the generator 12 or the motor 16 by the difference, but this control is not the gist of this embodiment. Is omitted.
[0083]
13 to 15 show control operations performed by the battery controller (battery control microcomputer) 27, which will be described below.
[0084]
In the past, the operating point was previously set on the characteristic line 43 or 44 by the above-described method, and then charging / discharging is controlled so that the battery voltage does not deviate from the range of V_Hi to V_Lo. , Between the characteristic lines 43 and 44.
[0085]
In FIG. 13, first, in step 901, the running voltage VB, current IB, and temperature TB are detected, and the internal resistance Rk is calculated by the least square method based on a plurality of pairs of voltage VB and current IB. A voltage VBw at a predetermined power discharge is calculated as the reference state battery voltage (S902).
[0086]
VB0 = VB + Rk × IB
VBw = {VB0 + (VB0 2 -4 x Rk x α) 0.5 } × 0.5
Α is the constant power used (21 kW in this case).
[0087]
Next, in step 903, the SOC is calculated by the current integration method, and is restored to an SOC (−57 to + 63%) that is very close to the target capacity value (here, 60%) targeted by the battery capacity control device. (S904), if not, the process proceeds to step 907, and if so, the process proceeds to step 907 via step 906.
[0088]
In step 906, the reference state battery voltage VBw is compared with the target voltage VM. If VBw is lower than VM, the SOC obtained in step 903 is corrected. At this time, since it is necessary to charge if VBw <VM, the SOC is rewritten to a value smaller than about 60% obtained by the current integration, whereby the vehicle controller 28 sets each part so that the SOC becomes 60%. Command, resulting in charging.
[0089]
Since it is necessary to discharge if VBw> VM, the SOC is rewritten to be higher than the above-mentioned approximately 60% obtained by the current integration, whereby the vehicle controller 28 in each step so that the SOC is set to 60% in the steps described later. As a result, discharge occurs. The correction amount at one time may be 1 to 0.01%, and can be gradually corrected to an accurate value by repeatedly correcting.
[0090]
In step 907, the calculated SOC is actually output to the vehicle controller 28 that controls the generator 12 and the like. In step 908, it is monitored whether the SOC is in the range between the upper limit of 80% and the lower limit of 40%. This subroutine will be described below with reference to FIGS.
[0091]
In FIG. 14, in step 1001, it is determined whether the obtained SOC exceeds 80%, and in step 1002, a charge restriction command for prohibiting further charging is output to the controller 12. In step 1003, it is determined whether the obtained SOC is less than 40%, and in step 1004, a discharge restriction command for prohibiting further discharge is output to the controller 12.
[0092]
As another method, as shown in FIG. 15, the upper limit and the lower limit of the SOC may be monitored by the reference state battery voltage.
[0093]
More specifically, if the reference state battery voltage VBw during constant power discharge exceeds V_Hi in step 1101, a charge limit command is output in step 1102 in order to prevent further charging. When the reference state battery voltage VBw at the time of constant power discharge or V_Lo corresponding to 40% SOC is lower than V_Lo in step 1103, a discharge restriction command is output in step 1104 to prevent further discharge. In this case, the upper and lower limits are detected by the reference state battery voltage VBw at the time of constant power discharge, and the upper and lower limits are detected by the reference state battery voltage at the constant current discharge (for example, voltage at current = 0 A) VBo. Also good. In FIG. 13, when the travel is completed in step 909, the result of the calculation is stored in a memory or the like (not shown) in step 910 so as to be the initial value at the start of the next travel, and the series of controls is terminated.
[0094]
Next, a measurement example of the SOC change by the above charge / discharge control will be described with reference to FIG.
[0095]
From the start of travel to point 121, the SOC current integration detection value is within the range of 57 to 63%, so that the SOC detection value is corrected to an accurate value in step 906. When the driver performs driving that consumes a large amount of battery power, the SOC decreases to less than 57% SOC as shown between points 121 and 122, so the SOC calculated in step 903 is output to the controller 28. The
[0096]
Since the SOC lower limit value 40% is reached at the point 122, the discharge is limited by the step 908, and the capacity such as the 122 to 123 points is recovered. When the point 123 is reached, the SOC falls within the range of 57% to 63%, so that the SOC detection value is corrected to an accurate value again at step 906.
[0097]
Thus, even if the SOC fluctuates, it is possible to quickly return to the target SOC, and it is possible to correct the SOC detection value obtained by the current integration in which the accumulated error occurs.
[0098]
(Charge / discharge control example 2)
Another example of a battery capacity control device for a hybrid vehicle realized using the charge / discharge control will be described below.
[0099]
First, a reference state battery voltage at a constant power (or a reference state battery voltage at a constant current) is calculated from a pair of a detection voltage and a detection current. Next, after the operating point is placed on the characteristic line 43 or 44 by the above-described method, charging / discharging is controlled so that the battery voltage does not deviate from the range of V_Hi to V_Lo. Specifically, when the battery voltage V_Hi is reached, a command for prohibiting charging is issued to the vehicle controller 28, and when the battery voltage reaches V_Lo, a command for prohibiting discharging is issued. Next, the difference between the reference state battery voltage and the voltage VM, which is the target voltage value Vc, is obtained, and an instruction is given to cause charging / discharging in the direction to eliminate the difference, thereby matching the reference state battery voltage with VM.
[0100]
In this way, the capacity can be held between SOC1 and SOC2 shown in FIG.
[0101]
(Recovery from specific voltage drop phenomenon 1)
Next, countermeasures in the case where the operating characteristics change specifically due to an increase in memory drop or a large charge polarization cancellation will be described below.
[0102]
First, this specific voltage drop phenomenon will be described.
[0103]
As described above, in the charge / discharge control according to the embodiment, as shown in FIG. 17, the reference state battery voltage is used during normal charging / discharging within the range between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q. The center value (target voltage value) VM between the minimum voltage value Vp and the normal maximum voltage value Vq between the normal minimum voltage value Vp and the SOC of the target capacity value of 60%, that is, the central coordinate point A is converged. .
[0104]
However, due to the decrease in the reference state battery voltage due to the increase in the memory effect and the decrease in the amount of charge polarization, the operating point at the time of discharge is the capacity (SOC) and the reference state battery as shown in FIG. It was found that the voltage characteristic line 43 on the two-dimensional plane defined by the voltage (21 kW discharge voltage) may deviate downward from the voltage characteristic line 43 (showing characteristics when discharging from Q). Further, when the memory effect does not occur and only the charge polarization is eliminated, the operating point reaches the voltage characteristic line 43. Hereinafter, this phenomenon is referred to as a specific voltage drop phenomenon.
[0105]
For example, when this specific voltage drop phenomenon occurs, as shown in FIG. 18, the SOC 40% passes from the central coordinate point A through the coordinate B on the voltage characteristic line 43 and the coordinate P ′ on the discharge minimum voltage characteristic line 41. The coordinate P ″ is reached, the normal discharge path 106 is traced, and the coordinate (ordinary minimum capacity value P) P is not reached.
[0106]
When this specific voltage drop phenomenon occurs, the operating point on the two-dimensional plane remains at the voltage characteristic line 44 (characteristic when charging from P) even if the reference state battery voltage is restored to the original median value VM. Between the median minimum capacity value SOCmmin, which is the capacity of the intersection point O ′ between the center value VM, and the median maximum capacity value SOCmmax, which is the capacity of the intersection point O between the discharge minimum voltage characteristic line and the median value VM. Since the center capacitance value, that is, the capacitance value of the central coordinate point A does not return to 60%, a large deviation occurs in the subsequent control.
(Return method from specific voltage drop 1)
Therefore, in this control, when the above-mentioned specific voltage drop phenomenon occurs, the central return operation shown in the characteristic diagram of FIG. 19 and the flowchart of FIG. 21 is performed. This flowchart is executed by interrupting the main routine of FIG. 13 at a predetermined timing.
[0107]
First, it is checked whether the operating point (VBw, current SOC value) is on the voltage characteristic line 43 stored in advance on the map of FIG. 19 or on the lower voltage side (1100). Helical return.
[0108]
If the operating point (VBw, current SOC value) is on the voltage characteristic line 43 or a lower voltage side, the subsequent operating point is monitored, and the operating point C when switching from discharging to charging (see FIG. 19) The capacity difference X between the capacity value (minimum SOC value) and the target capacity value (60%) is calculated (1102).
[0109]
Next, X is multiplied by a pre-stored multiplication charge coefficient α (a value greater than 1 and less than 2) to obtain a multiplication charge capacity X ′, and only the multiplication charge capacity X ′ is charged. (1104).
[0110]
Next, discharging is performed, discharging is performed up to the median value VM, and the operating point is returned to the vicinity of the coordinate A (1106).
[0111]
The feature of this control is that when the operating point reaches the voltage characteristic line 43 or deviates to a lower voltage side, instead of charging only by X in normal control, the multiplication is increased by a multiplication charge coefficient α from X. The battery is charged and then converges to the median value VM.
[0112]
In this way, even if the specific voltage drop phenomenon occurs, the operating point can be easily returned to the vicinity of the central coordinate point A.
(Modification)
In addition, you may reach | attain repeating charging / discharging, without performing the multiplication charge from the coordinate C to the coordinate D continuously.
[0113]
Further, the subsequent discharge from the coordinate D to the median value VM may be achieved while repeating the charge / discharge without continuously performing the discharge.
[0114]
Furthermore, when the operating point does not reach D due to vehicle operation control when returning from the coordinate C to the coordinate D, the coordinate D may be estimated from this operating point when the operating point reaches the vicinity of D. .
(Return method 2 from specific voltage drop phenomenon)
Other return methods are described below. In this return method, when the above specific voltage drop phenomenon occurs, the center return operation shown in the characteristic diagram of FIG. 20 and the flowchart of FIG. 22 is performed. This flowchart is executed by interrupting the main routine of FIG. 13 at a predetermined timing.
[0115]
First, it is checked whether the operating point (VBw, current SOC value) is on the voltage characteristic line 43 stored in advance on the map of FIG. 20 or on the lower voltage side (1100). Helical return.
[0116]
If the operating point (VBw, current SOC value) is on the voltage characteristic line 43 or a lower voltage side, the subsequent operating point is monitored and the operating point G when switching from discharging to charging (see FIG. 20). The capacity difference X between the capacity value (minimum SOC value) and the target capacity value (60%) is calculated (1102).
[0117]
Next, by charging only this capacity difference X, the SOC is returned to the coordinate H corresponding to the SOC value 60% of the central coordinate point A (1204).
[0118]
Next, the median value VM is rewritten to the reference state battery voltage VM ′ at this time (1206).
[0119]
The feature of this control is that when the operating point reaches the voltage characteristic line 43 or the operating point deviates outside the voltage characteristic line 43, in the normal control, instead of charging only the capacity X, further charging only X is performed thereafter. The reference state battery voltage VM ″ when the capacity value at the center coordinate point A is reached is newly rewritten to the median value VM.
[0120]
In this way, even if the specific voltage drop phenomenon occurs, the operating point can be easily returned to the vicinity of the central coordinate point A.
(Modification)
In addition, you may reach | attain repeating charging / discharging, without performing charging from the coordinate G to the coordinate H continuously.
[0121]
Further, if the operating point does not reach H due to the vehicle operation control when returning from the coordinate G to the coordinate H, the coordinate H may be estimated from the operating point when the operating point reaches near H. Good.
(Return method 3 from specific voltage drop phenomenon)
In this control, the large memory effect and the charge polarization elimination are discriminated, and the memory effect is removed by performing deep discharge at the opportunity in the former case.
[0122]
A control example will be described with reference to FIG.
[0123]
First, it is checked whether or not the voltage characteristic line 43 has been lowered to a lower potential side by a discharge or more than a predetermined voltage value (1302). If the voltage characteristic has decreased, it is determined that a large memory effect has occurred. A discharge process is requested (1304).
[0124]
This deep discharge treatment is a known memory effect elimination method that eliminates the memory effect due to deep discharge up to SOC 10% or less. This deep discharge treatment is performed by, for example, the above-described restoration method 1 or 2 after the completion of the deep discharge treatment. Return processing to the vicinity of the central coordinate point A.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a parallel hybrid vehicle using a battery control method of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical system of the hybrid vehicle shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing voltage-current characteristics of a nickel-metal hydride battery (single cell) used in this example during actual vehicle travel.
4 is a diagram showing voltage-capacitance characteristics in a constant power state created based on FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing voltage-capacitance characteristics in a constant current state created based on FIG. 3;
6 is a diagram showing voltage-capacitance characteristics in a constant power state showing the charge / discharge locus in FIG. 4; FIG.
FIG. 7 is a timing chart showing a transition of electric power that flows to the battery pack 21 during traveling.
FIG. 8 is a timing chart showing changes in battery temperature of the battery pack 21 during traveling.
FIG. 9 is a timing chart showing a change in SOC of the battery pack 21 during traveling.
FIG. 10 is a timing chart showing an SOC detection error of the battery pack 21 during traveling.
FIG. 11 is a timing chart showing changes in the reference state battery voltage of the battery pack 21 during travel.
FIG. 12 is a flowchart showing a battery control method of this embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing a battery control method of this embodiment.
FIG. 14 is a flowchart showing a battery control method of this embodiment.
FIG. 15 is a flowchart showing a battery control method of this embodiment.
FIG. 16 is a timing chart showing a change in SOC during actual traveling of the hybrid vehicle using the battery control method of this embodiment.
FIG. 17 is a battery characteristic diagram showing a relationship between battery voltage and capacity in charge / discharge of reference power (21 kW) showing the battery control method of this example.
FIG. 18 is a battery characteristic diagram showing a specific voltage drop phenomenon.
FIG. 19 is a battery characteristic diagram showing an example of a process for returning a battery in which a specific voltage drop phenomenon has occurred to the vicinity of the central coordinate point A;
FIG. 20 is a battery characteristic diagram showing another example of a process for returning a battery in which a specific voltage drop phenomenon has occurred to the vicinity of the central coordinate point A;
FIG. 21 is a flowchart showing an example of a process for returning a battery in which a specific voltage drop phenomenon has occurred to the vicinity of the central coordinate point A;
FIG. 22 is a flowchart showing another example of a process for returning a battery that has caused a specific voltage drop phenomenon to the vicinity of the central coordinate point A;
FIG. 23 is a flowchart showing still another example of a process for returning a battery in which a specific voltage drop phenomenon has occurred to the vicinity of the central coordinate point A;

Claims (9)

発電手段と、前記発電手段が発電した電力を貯蔵するとともに走行モータに給電する電池とを備える電気自動車の電池制御方法において、
測定した電池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電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、
前記基準電流値または基準電力値における常用容量範囲に対応する所定の目標電圧値を設定し、
演算した前記基準状態電池電圧と前記目標電圧値との差を解消するように前記電池の充放電を制御し、
前記電池の略満充電状態からの放電時の容量と前記基準状態電池電圧との関係である容量ー電圧特性を示す放電時最小電圧特性線上の所定の常用最小容量値をPとし、かつ、前記電池の略完全放電状態からの充電時の前記容量と前記基準状態電池電圧との関係である容量ー電圧特性を示す充電時最大電圧特性線上の点、若しくは、前記Pから所定容量だけ充電した値である所定の常用最大容量値をQとする場合に、前記目標電圧値を、前記常用最小容量値P及び常用最大容量値Qに個別に対応する常用最大電圧値Vq及び常用最小電圧値Vpの間の値とし、充放電を、上記常用最小容量値P及び常用最大容量値Qの間で行うことを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
In a battery control method for an electric vehicle, comprising: a power generation means; and a battery that stores power generated by the power generation means and supplies power to a traveling motor.
Based on the measured voltage value and measured current value of the measured battery, a reference state battery voltage that is a battery voltage at a predetermined reference current value or a predetermined reference power value is calculated,
Set a predetermined target voltage value corresponding to the normal capacity range in the reference current value or the reference power value,
Control charging / discharging of the battery so as to eliminate the difference between the calculated reference state battery voltage and the target voltage value ,
A predetermined normal minimum capacity value on a minimum voltage characteristic line at the time of discharge indicating a capacity-voltage characteristic that is a relationship between a capacity at the time of discharging from a substantially fully charged state of the battery and the reference state battery voltage is P, and A point on the maximum voltage characteristic line during charging indicating a capacity-voltage characteristic that is a relationship between the capacity at the time of charging from a substantially fully discharged state of the battery and the reference state battery voltage, or a value charged by a predetermined capacity from the P When the predetermined normal maximum capacity value is Q, the target voltage value is set to the normal maximum voltage value Vq and the normal minimum voltage value Vp individually corresponding to the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q. A battery control method for a power generation type electric vehicle, characterized in that charging / discharging is performed between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q.
請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
前記目標電圧値を、前記常用最大電圧値Vqと前記常用最小電圧値Vpの間の中央値近傍の値とすることを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
The battery control method for a power generation type electric vehicle according to claim 1 ,
A battery control method for a power generation type electric vehicle, wherein the target voltage value is set to a value in the vicinity of a median value between the normal maximum voltage value Vq and the normal minimum voltage value Vp.
請求項又は記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
初期容量値に充放電電流積算分を累算して前記電池の電流積算による容量である電流積算容量を算出し、
測定した電池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又は所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、
前記電池の所定の参照容量値とそれに対応する所定の参照電圧値とを記憶し、
前記電流積算容量と前記参照容量とが略一致する場合における前記基準状態電池電圧と前記参照電圧値との差を解消する補正充放電を行うとともに前記電流積算による容量を補正することを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
In the battery control method of the power generation type electric vehicle according to claim 1 or 2 ,
Accumulating the charge / discharge current accumulated amount to the initial capacity value to calculate the current accumulated capacity which is the capacity by the current accumulation of the battery,
Based on the measured voltage value and measured current value of the measured battery, a reference state battery voltage that is a battery voltage at a predetermined reference current value or a predetermined reference power value is calculated,
Storing a predetermined reference capacity value of the battery and a predetermined reference voltage value corresponding thereto;
In the case where the current accumulated capacity and the reference capacity substantially coincide with each other, correction charge / discharge that eliminates a difference between the reference state battery voltage and the reference voltage value is performed, and the capacity by the current accumulation is corrected. A battery control method for a power generation electric vehicle.
請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
前記参照電圧値は前記目標電圧値とされ、
前記参照容量値は、前記常用最小容量値Pと前記常用最大容量値Qとの間の中央値近傍の所定の目標容量値とされ、
前記電流積算容量を前記目標容量値に収束させる充放電制御を行うことを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
In the battery control method of the power generation type electric vehicle according to claim 3 ,
The reference voltage value is the target voltage value,
The reference capacity value is a predetermined target capacity value in the vicinity of a median value between the normal minimum capacity value P and the normal maximum capacity value Q;
A battery control method for a power generation type electric vehicle characterized by performing charge / discharge control for converging the current accumulated capacity to the target capacity value.
請求項1乃至のいずれか記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、前記電池はニッケル水素電池であることを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。In the battery control method of the power generation electric vehicle according to any one of claims 1 to 4, a battery control method of the power generation electric vehicle, wherein the battery is a nickel-hydrogen battery. 請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
初期容量値に充放電電流積算分を累算して前記電池の電流積算による容量である電流積算容量を算出し、
測定した電池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又は所定の基準電力値における電池電圧である基準状態電池電圧を演算し、
前記常用最大容量値Qと前記常用最小容量値Pの間の中央値近傍の値である所定の目標容量値と、前記目標電圧値とで規定される中央座標点Aを設定し、
前記基準状態電池電圧と前記容量との二次元平面上にて、メモリ効果がない場合に前記常用最大容量値Qから前記常用最小容量値Pへ放電する場合の電圧特性線43を設定し、
動作点が前記電圧特性線43に達するか、又は低電圧側に逸脱する場合に、前記動作点を前記中央座標点Aに復帰させる中央復帰処理を行うことを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
The battery control method for a power generation type electric vehicle according to claim 2 ,
Accumulating the charge / discharge current accumulated amount to the initial capacity value to calculate the current accumulated capacity which is the capacity by the current accumulation of the battery,
Based on the measured voltage value and measured current value of the measured battery, a reference state battery voltage that is a battery voltage at a predetermined reference current value or a predetermined reference power value is calculated,
A central coordinate point A defined by a predetermined target capacity value that is a value in the vicinity of a median value between the maximum common capacity value Q and the minimum normal capacity value P, and the target voltage value;
On the two-dimensional plane of the reference state battery voltage and the capacity, set a voltage characteristic line 43 when discharging from the normal maximum capacity value Q to the normal minimum capacity value P when there is no memory effect;
A battery for a power generation type electric vehicle characterized in that when the operating point reaches the voltage characteristic line 43 or deviates to the low voltage side, a central return process is performed to return the operating point to the central coordinate point A. Control method.
請求項記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
前記動作点が前記電圧特性線43よりも低電圧側に所定電圧幅以上逸脱したかどうかを判定し、
逸脱した場合に大メモリ効果が生じていると判断して所定SOC値以下までの深放電によりメモリ効果解消とその後の前記中央復帰処理とを要求することを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
The battery control method for a power generation type electric vehicle according to claim 6 ,
Determining whether the operating point has deviated more than a predetermined voltage width to a lower voltage side than the voltage characteristic line 43;
Battery control for a power generation type electric vehicle characterized in that it is determined that a large memory effect has occurred when deviating and a memory effect elimination and subsequent central return processing are requested by deep discharge up to a predetermined SOC value or less Method.
請求項又は記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
前記中央復帰処理は、前記電圧特性線43又は前記電圧特性線43よりも低電圧側に逸脱した際の最小SOCの座標Cと前記目標容量値との間の容量差Xを算出し、
次に、前記容量差Xに予め記憶する増倍充電係数α(1より大きく2より小さい値)を掛けて増倍充電容量X’を算出し、
次に、前記座標Cから前記増倍充電容量X’だけ充電し、
次に、前記目標容量値近傍まで放電することを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
In the battery control method of the electric power generation type electric vehicle according to claim 6 or 7 ,
The center return process calculates a capacitance difference X between the voltage characteristic line 43 or the coordinate C of the minimum SOC when deviating to a lower voltage side than the voltage characteristic line 43 and the target capacity value,
Next, a multiplication charge capacity X ′ is calculated by multiplying the capacity difference X by a multiplication charge coefficient α (a value greater than 1 and less than 2) stored in advance.
Next, the multiplication charge capacity X ′ is charged from the coordinate C,
Next, a battery control method for a power generation type electric vehicle characterized by discharging to the vicinity of the target capacity value.
請求項又は記載の発電型電気自動車の電池制御方法において、
前記中央復帰処理は、前記電圧特性線43又は前記電圧特性線43よりも低電圧側に逸脱した際の最小SOCの座標Gと前記目標容量値との間の容量差Xを算出し、
次に、前記容量差Xだけ充電して、この時の基準状態電池電圧VM’を前記目標電圧値と書き直すことを特徴とする発電型電気自動車の電池制御方法。
In the battery control method of the electric power generation type electric vehicle according to claim 6 or 7 ,
The center return process calculates a capacity difference X between the voltage characteristic line 43 or the coordinate G of the minimum SOC when the voltage characteristic line 43 deviates to a lower voltage side than the voltage characteristic line 43 and the target capacity value,
Next, the battery control method for a power generation type electric vehicle is characterized in that only the capacity difference X is charged and the reference state battery voltage VM ′ at this time is rewritten as the target voltage value.
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