JP4687654B2 - 蓄電装置の制御装置および車両 - Google Patents

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Description

本発明は蓄電装置の制御装置およびそれを備える車両に関し、特に、蓄電装置の充電状態(SOC:State of Charge)を精度よく求めることが可能な蓄電装置の制御装置および、それを備える車両に関する。
一般的に自動車には負荷の電源としてバッテリが搭載されている。特開2005−14707号公報(特許文献1)はエンジン停止期間中の消費電流を最小限にとどめながらバッテリの状態監視を実行可能な車載バッテリの状態監視装置を開示する。この状態監視装置は車載バッテリの充放電電流値が微小な所定範囲内にあるときの端子電圧(擬似開放電圧)とバッテリの充電率との相関関係を示すマップ情報を格納し、かつ、エンジンが停止した時点でのバッテリの第1の充電率SOC1と第1の残存容量SOH1とを記憶する。状態監視装置はエンジン非稼動中の充放電電流値が微小な所定範囲内にあるときに定期的にバッテリの端子電圧(すなわち擬似開放電圧)を検出して、検出された擬似開放電圧に応じた第2の充電率SOC2を算出する。そして状態監視装置は第1の充電率SOC1と、第1の残存容量SOH1と、第2の充電率SOC2とから現在の残存容量SOC2を算出する。バッテリの端子電圧を検出する間隔をたとえば数時間程度に設定することによって、状態監視装置の消費電流を少なくすることが可能になる。
特開2005−14707号公報 特開平10−104324号公報
特開2005−14707号公報には、エンジン起動後におけるバッテリの充電状態の算出をバッテリ放電電流と端子電圧に基づいて行なうことが開示されている。バッテリが負荷に接続された場合にはバッテリの端子電圧は開放電圧から変化し、最終的にはある電圧で安定する。しかしながらたとえば負荷の容量が大きい場合にはバッテリが負荷に接続されてからバッテリの端子電圧が安定するまでにある程度の時間がかかるため、バッテリの端子電圧が安定するまでは正確なSOCを求めることが難しくなる。また、このときに得られたSOCの精度が低い場合には、バッテリの充放電に応じてSOCの算出を行なった場合に、その算出結果の精度を高めることも困難になる。
本発明の目的は、充放電可能な蓄電装置を搭載する車両において、車両の起動時に正確な充電状態を求めることが可能な蓄電装置の制御装置、および、その制御装置を備える車両を提供することである。
本発明は要約すれば、充放電可能な蓄電装置の制御装置である。蓄電装置は、接続部を介して負荷に接続される。接続部は、蓄電装置の動作開始時に非導通状態から導通状態に変化し、蓄電装置の動作終了時に導通状態から非導通状態に変化する。制御装置は、算出部と、記憶部と、選択部とを備える。算出部は、蓄電装置の動作開始時、かつ、接続部の非導通時に、蓄電装置の開放電圧に基づいて蓄電装置の充電状態を示す第1の値を算出する。算出部は、接続部が導通すると、蓄電装置の充電状態の初期値および蓄電装置の充放電電力に基づいて蓄電装置の充電状態を算出する。記憶部は、蓄電装置の動作終了時に、算出部から蓄電装置の充電状態の算出結果を受けて、算出結果を第2の値として記憶する。選択部は、予め定められた条件が成立するときに第1の値を初期値として選択し、予め定められた条件が成立しないときに第2の値を初期値として選択する。
好ましくは、予め定められた条件は、第1の値と第2の値との差の絶対値が基準値よりも大きい場合に成立する。
より好ましくは、基準値は、蓄電装置の動作終了時における蓄電装置の温度に基づいて定められる。
より好ましくは、基準値は、第1の値、および、蓄電装置の動作終了時における蓄電装置の温度に基づいて定められる。
好ましくは、予め定められた条件は、算出部が第1の値を算出可能な場合に成立する。算出部は、開放電圧の値が所定値以上の場合に、第1の値を算出可能と判定する。
好ましくは、予め定められた条件は、算出部が第1の値を算出可能な場合に成立する。算出部は、蓄電装置の開放電圧の値を複数回取得し、複数の電圧値のばらつきが所定範囲内である場合には、第1の値が算出可能と判定する。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の電圧を検知する電圧検知部をさらに備える。予め定められる条件は、接続部と電圧センサとがいずれも正常である場合に成立する。
好ましくは、予め定められた条件は、蓄電装置の動作終了時から蓄電装置の動作開始時までの期間が、所定期間よりも長い場合に成立する。
好ましくは、蓄電装置の使用条件として定められた充電状態の範囲において、蓄電装置の開放電圧は、蓄電装置の充電状態に対して単調に変化する。
より好ましくは、蓄電装置は、リチウムイオン電池を含む。
より好ましくは、蓄電装置は、ニッケル水素電池を含む。
本発明の他の局面に従うと、車両であって、上述のいずれかに記載の蓄電装置の制御装置と、蓄電装置と、接続部と、負荷とを備える。
本発明によれば、蓄電装置の動作開始時に正確な充電状態を求めることが可能になる。
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、本実施の形態のハイブリッド車両1の主たる構成を示す図である。ハイブリッド車両1は、エンジンとモータとを走行に併用する車両である。図1を参照して、ハイブリッド車両1は、前輪20R,20Lと、後輪22R,22Lと、エンジン2と、プラネタリギヤ16と、デファレンシャルギヤ18と、ギヤ4,6とを含む。
ハイブリッド車両1は、さらに、車両後方に配置されるバッテリBと、バッテリBの電圧、電流、および温度を監視する監視ユニット10と、バッテリBの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット32と、昇圧ユニット32との間で直流電力を授受するインバータ36と、プラネタリギヤ16を介してエンジン2と結合され主として発電を行なうモータジェネレータMG1と、回転軸がプラネタリギヤ16に接続されるモータジェネレータMG2とを含む。インバータ36はモータジェネレータMG1,MG2に接続され、交流電力と昇圧ユニット32からの直流電力との変換を行なう。
プラネタリギヤ16は、第1〜第3の回転軸を有する。第1の回転軸はエンジン2に接続され第2の回転軸はモータジェネレータMG1に接続され第3の回転軸はモータジェネレータMG2に接続される。
この第3の回転軸にはギヤ4が取付けられ、このギヤ4はギヤ6を駆動することによりデファレンシャルギヤ18に動力を伝達する。デファレンシャルギヤ18はギヤ6から受ける動力を前輪20R,20Lに伝達するとともに、ギヤ6,4を介して前輪20R,20Lの回転力をプラネタリギヤの第3の回転軸に伝達する。
プラネタリギヤ16は、エンジン2,モータジェネレータMG1,MG2の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤ16の3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転が定まれば、残る1つの回転軸の回転は強制的に決定される。したがって、エンジン2を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータMG1の発電量を制御してモータジェネレータMG2を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。
なお、モータジェネレータMG2の回転を減速してプラネタリギヤ16に伝達する減速ギヤを設けても良く、その減速ギヤの減速比を変更可能にした変速ギヤを設けても良い。
充放電可能な蓄電装置であるバッテリBは、たとえばニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池を含み、直流電力を昇圧ユニット32に供給するとともに、昇圧ユニット32からの直流電力によって充電される。バッテリBは、組電池であり、直列に接続された複数の電池ブロックB0〜Bnを含む。
なお本実施の形態では充放電可能な蓄電装置として二次電池を含むバッテリが用いられるが、蓄電装置はたとえば電気二重層キャパシタでもよいし、二次電池とキャパシタとを含んでいてもよい。
監視ユニット10はバッテリBの電圧、電流、および温度をそれぞれ検知する電圧センサ11、電流センサ12および温度センサ13を含む。電圧センサ11は複数の電池ブロックB0〜Bnのそれぞれの電圧V0〜Vnを検知して、検知結果を制御装置14に出力する。電流センサ12は、バッテリBに流れる電流IBを検知して検知結果を制御装置14に出力する。温度センサ13はバッテリBの温度TBを検知して検知結果を制御装置14に出力する。
昇圧ユニット32は、バッテリBから受ける直流電圧を昇圧してその昇圧された直流電圧をインバータ36に供給する。インバータ36は供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータMG1を駆動制御する。また、エンジン始動後には、モータジェネレータMG1が発電した交流電力はインバータ36によって直流に変換され、昇圧ユニット32によってバッテリBの充電に適切な電圧に変換されてバッテリBが充電される。
また、インバータ36はモータジェネレータMG2を駆動する。モータジェネレータMG2はエンジン2を補助して前輪20R,20Lを駆動する。制動時には、モータジェネレータは回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ36および昇圧ユニット32を経由してバッテリBに戻される。昇圧ユニット32とバッテリBとの間には車両運転時にバッテリBと負荷(昇圧ユニット32およびインバータ36を含む)とを接続する接続部25が設けられる。接続部25はシステムメインリレー28,30を含む。車両非運転時には接続部25が非導通状態となり高電圧が遮断される。
ハイブリッド車両1は、さらに、制御装置14を含む。制御装置14は、運転者の指示および車両に取付けられた各種センサからの出力に応じて、エンジン2,インバータ36,昇圧ユニット32および接続部25の制御を行なう。
図2は、図1の制御装置14の機能ブロックと関連する周辺装置を示した図である。なお、この制御装置14は、ソフトウエアでもハードウエアでも実現が可能である。図2を参照して、制御装置14は、ハイブリッド制御部52と、バッテリ制御部56と、エンジン制御部58とを含む。
バッテリ制御部56は、温度センサ13から受ける温度値TB、電圧センサ11から受ける電圧値V0〜Vn、および、電流センサ12から受ける電流値IB等に基づきバッテリBの充電状態(SOC:State of Charge)を求めて、SOCの値をハイブリッド制御部52に送信する。なお、ハイブリッド車両1の起動時におけるバッテリBの充電状態の決定方法は後述する。
エンジン制御部58は、エンジン2のスロットル制御を行なうとともに、エンジン2のエンジン回転数Neを検出してハイブリッド制御部52に送信する。
ハイブリッド制御部52は、アクセルポジションセンサ42の出力信号Accと車速センサで検出された車速Vとに基づいて、運転者の要求する出力(要求パワー)を算出する。ハイブリッド制御部52は、この運転者の要求パワーに加え、バッテリBの充電状態を考慮して必要な駆動力(トータルパワー)を算出し、エンジンに要求する回転数とエンジンに要求するパワーとをさらに算出する。
ハイブリッド制御部52は、エンジン制御部58に要求回転数と要求パワーとを送信し、エンジン制御部58にエンジン2のスロットル制御を行なわせる。
ハイブリッド制御部52は、走行状態に応じた運転者要求トルクを算出し、インバータ36にモータジェネレータMG2を駆動させるとともに、必要に応じてモータジェネレータMG1に発電を行なわせる。
エンジン2の駆動力は、車輪を直接駆動する分とモータジェネレータMG1を駆動する分とに分配される。モータジェネレータMG2の駆動力とエンジンの直接駆動分との合計が車両の駆動力となる。
図3は、図2のバッテリ制御部56の機能ブロック図である。図3を参照して、バッテリ制御部56は、記憶部62と、初期値選択部64と、SOC算出部66とを含む。
SOC算出部66は、車両の起動(言い換えればバッテリBの動作開始)を指示する起動指示IGが活性化されると、電圧値V0〜Vnに基づいてSOCを算出し、初期値選択部64に算出結果である値SOC1を出力する。なお、このときの電圧値V0〜Vnは図1の接続部25が非導通状態であるときのバッテリ電圧、すなわち開放電圧(OCV)である。
SOC算出部66は、接続部25が導通状態となりバッテリBが負荷に接続されると、初期値選択部64から初期値SOCiを受け、電圧値V0〜Vnと、電流値IBとにより定まるバッテリBの充放電電力および温度値TBに基づいて、充電状態を算出する。SOC算出部66は、車両の停止により起動指示IGが非活性化された時(言い換えればバッテリBの動作終了時)に、その時点におけるSOCの値を値SOC2として記憶部62に記憶させる。この値は車両が停止している間も記憶部62に保持される。
初期値選択部64は、起動指示IGが活性化された時にSOC算出部66から値SOC1を受けるとともに記憶部62から値SOC2を読み出す。初期値選択部64は、予め定められた条件が成立するときに値SOC1を初期値SOCiとして選択し、予め定められた条件が成立しないときに値SOC2を初期値SOCiとして選択して、初期値SOCiをSOC算出部66に出力する。
ここで、車両停止時におけるSOCの値(SOC2)を記憶部62に記憶させておき、次回の車両起動時に値SOC2を初期値SOCiとして用いる場合について考える。車両が停止している間にもバッテリBの放電等の理由によりSOCは低下する。車両の停止期間が長くなる(たとえば1週間)ほど、車両の停止時点からのSOCの低下量が大きくなるので実際のSOCの値は記憶されている値と大きく異なる。
また、記憶部62がたとえばSRAM(Static Random Access Memory)等の揮発性記憶装置である場合には、何らかの理由により電源が切れると記憶した値が消滅してしまう。このような事態に備えて記憶部62の電源が切れたときには初期値SOCiをある固定値(たとえば60%)に定めることが考えられる。しかしこのような場合、その固定値が実際のSOCと一致するとは限らない。
実際のSOCの値と予め記憶するSOCの値との差が大きくなった場合には、車両起動時に正確なSOCの値を算出するまでの時間が長くなる。あるいは、SOC算出部66が算出したSOCの値が実際のSOCの値に対して一定量ずれたまま推移することも考えられる。算出されたSOCと実際のSOCとのずれが大きいままSOCの算出が継続される場合には、バッテリの過充電や過放電が生じる可能性や、バッテリから入出力される電力が必要以上に小さくなることで車両の動作に影響が生じる可能性がある。
本実施の形態では、二次電池の動作開始時にSOC算出部66がバッテリBの開放電圧に基づいてバッテリBのSOCを算出する。バッテリBが負荷に接続されていない状態におけるバッテリ電圧に基づいてSOCを算出するので、正しいSOCの値を求めることが可能になる。これにより、バッテリの過充電や過放電を防ぐことができる。また、バッテリのSOCを正確に算出することで、ハイブリッド自動車の走行時におけるモータジェネレータMG1,MG2の発電量をより正確に算出することが可能になる。よって、ハイブリッド自動車のエネルギ効率を高めることができる。
SOC算出部66が取得した電圧値V0〜Vnの信頼性に問題がある場合(たとえば電圧センサが故障していた場合や、接続部25が既に導通状態になっていた場合等)にはSOC算出部66が算出した値SOC1は誤った値となる。よって、本実施の形態では、初期値選択部64は、予め定められた条件が成立するときに値SOC1を初期値SOCiとして選択し、その条件が成立しないときには値SOC2を初期値SOCiとして選択する。値SOC1の信頼性が低い場合には、値SOC2が実際のSOCとずれている可能性があっても、値SOC2を初期値SOCiとすることで、値SOC1を初期値SOCiとするよりも実際のSOCとの差を小さくすることができる。
図4は、図3に示すバッテリ制御部56が実行する充電状態の算出処理を説明するフローチャートである。図4を参照して、ステップS1において、初期値選択部64およびSOC算出部66は起動指示IGが活性化された(起動指示IGが「ON」状態)か、否かを判定する。起動指示IGが活性化されていない場合(ステップS1においてNO)、ステップS1の判定処理が繰返される。起動指示IGが活性化された場合(ステップS1においてYES)、ステップS2の処理が実行される。
ステップS2において、バッテリ制御部56の起動処理が実行される。たとえばSOC算出部66は監視ユニット10からデータ受信を可能にするための準備処理を実行する。
ステップS3において、SOC算出部66は各電池ブロックの電圧値(電圧値V0〜Vn)を取得する。ステップS4において、SOC算出部66はシステムメインリレーが非導通状態であるかどうかを判定したり、電圧値の信頼性があるかどうかを判定したりすることにより、電圧値からSOCの初期値を算出するか否かを決定する。
SOC算出部66は電圧値からSOCの初期値を算出すると決定した場合には、ステップS5において値SOC1を算出する。初期値選択部64は、SOC算出部66の算出結果(値SOC1)と記憶部62に記憶される値SOC2とのいずれかを初期値SOCiとして選択する。
ステップS6においてSOC算出部66は、初期値SOCiおよび、充放電電流値の積算結果に基づきSOCを算出する。なお、SOCの算出のために電圧値V0〜Vnや温度値TB等がさらに用いられてもよい。
ステップS7においてSOC算出部66は起動指示IGが非活性化された(起動指示IGが「OFF」状態)か否かを判定する。起動指示IGが非活性化されていない場合(ステップS7においてNO)、処理はステップS6に戻る。起動指示IGが非活性化された場合(ステップS7においてYES)、ステップS8においてSOC算出部66は、そのときのSOCの値(値SOC2)を記憶部62に記憶させる。ステップS8の処理が終了すると全体の処理が終了する。
次に、ステップS3〜S5の処理について詳細に説明する。
図5は、バッテリBの周辺の構成をより詳細に説明するための図である。図5を参照して、バッテリBは直列に接続された電池ブロックB0〜Bnを含む。電池ブロックBn−1,Bnの間には高電圧を遮断可能にするためのサービスプラグSPが設けられる。バッテリBの正極はシステムメインリレー28を介して電源ラインPLに接続され、バッテリBの負極はシステムメインリレー30を介して接地ラインSLに接続される。電源ラインPLと接地ラインSLとの間には平滑コンデンサC1が接続される。
システムメインリレー30はバッテリBの負極と接地ラインSLとの間に直列に接続されるシステムメインリレーSMRPおよび抵抗R1と、バッテリBの負極と接地ラインSLとを直接的に接続するシステムメインリレーSMRGとを含む。システムメインリレー28,30はハイブリッド制御部52(図2参照)からの制御信号CNTに応じて導通状態および非導通状態が制御される。たとえば制御信号CNTがH(論理ハイ)レベルであればシステムメインリレー28,30は導通状態となり、制御信号CNTがL(論理ロー)レベルであればシステムメインリレー28,30は非導通状態となる。
電圧センサ11は電池ブロックB0〜Bnの電圧を検知して、電圧値V0〜VnをSOC算出部66に出力する。電流センサ12はバッテリBに流れる電流を検知して電流値をSOC算出部66に出力する。
図6は、SOC算出部66の動作を時系列で説明するためのタイミングチャートである。図6において、時刻t1では起動指示IGがオフ状態からオン状態に変化する。時刻t1から時刻t2までの期間は、電圧センサ11が電圧値を出力するための準備期間である。時刻t2になると電圧センサ11は電圧値の出力を開始する。時刻t3以後、SOC算出部66は各電池ブロックの電圧値をサンプリングする。サンプリングの回数は特に限定されるものではないが、たとえばSOC算出部66は各電池ブロックの電圧値を5回取得する。
時刻t4においてバッテリBの正極側のシステムメインリレー(図6では「SMR」と示す)、すなわちシステムメインリレー28がオフ状態からオン状態に変化する。続いて時刻t5においてバッテリBの負極側のSMRであるシステムメインリレーSMRPがオフ状態からオン状態に変化する。時刻t5以前の期間はバッテリBが負荷に接続されていないため、SOC算出部66はバッテリBの開放電圧の値を取得することができる。時刻t5以後はバッテリBが負荷に接続されるのでSOC算出部66は電圧値のサンプリングを終了し、サンプリング結果に基づきSOCの初期値を算出可能か否かを判定する。
図7は、図4のステップS4の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。図7および図3を参照して、ステップS11において、SOC算出部66は監視ユニット10が正常に起動したか否かを判定する。たとえばSOC算出部66は監視ユニット10の電源電圧の値に基づいて監視ユニット10が正常に起動したか否かを判定してもよいし、起動指示IGがオン状態になってから所定の期間内に電圧値が入力されたことにより監視ユニット10が正常に起動したと判定してもよい。監視ユニット10が正常に起動した場合(ステップS11においてYES)、処理はステップS12に進む。監視ユニット10が正常に起動していない場合(ステップS11においてNO)、SOC算出部66はSOC(値SOC1)を算出できないと判定する(ステップS18)。
ステップS12において、SOC算出部66は各電池ブロックB0〜Bnの電圧値のサンプリング結果を用いて、電圧値のばらつきの範囲が所定範囲内か否かを判定する。このときには電圧値自体は判定の対象とされない。所定範囲は、たとえば「±1V」のように電圧値で規定されてもよいし、「±10%」のように割合で規定されてもよい。
電圧値V0〜Vnのいずれのばらつきも所定範囲内に収まる場合(ステップS12においてYES)、処理はステップS13に進む。電圧値V0〜Vnのいずれか1つでもばらつきの範囲が所定範囲より大きい場合(ステップS12においてNO)、SOC算出部66はSOCを算出できないと判定する(ステップS18)。
ステップS13において、SOC算出部66は、電圧センサ11および電流センサ12がともに正常であるか否かを判定する。この判定方法は、たとえばハイブリッド制御部52が監視ユニット10の異常を検知した場合にSOC算出部66に対して通知を行なうことで実現可能である。電圧センサ11および電流センサ12がともに正常である場合(ステップS13においてYES)、処理はステップS14に進む。電圧センサ11および電流センサ12の少なくとも一方に異常が生じた場合(ステップS13においてNO)、SOC算出部66はSOCを算出できないと判定する(ステップS18)。
ステップS14において、SOC算出部66は電圧値が正常か否かを判定する。電圧値V0〜Vnのいずれも予め定められた範囲内にある場合には、SOC算出部66は電圧値が正常であると判定する。この場合(ステップS14においてYES)、処理はステップS15に進む。いずれか1つの電圧値でも予め定められた範囲外にある場合(ステップS14においてNO)、SOC算出部66はSOCを算出できないと判定する(ステップS18)。
ステップS15において、SOC算出部66は、起動指示IGが「OFF」状態から「ON」状態に変化するまで一定時間以上経過したか否かを判定する。起動指示IGが「OFF」状態になった直後にはバッテリの内部で分極が生じている可能性がある。この「一定時間」は、起動指示IGが「OFF」状態になってからバッテリの分極がなくなるまでの時間として予め算出された時間(たとえば数分)である。起動指示IGが「OFF」状態になってから一定時間が経過した場合(ステップS15においてYES)、処理はステップS16に進み、そうでない場合(ステップS15においてNO)、SOC算出部66はSOCを算出できないと判定する(ステップS18)。
ステップS16において、SOC算出部66はシステムメインリレーが正常か否かを判定する。この判定はSOC算出部66が取得した電圧値がバッテリBの開放電圧であることを確認するために行なわれる。SOC算出部66は、まず制御信号CNTのレベルに基づいて、バッテリBの正極側のシステムメインリレー28とバッテリBの負極側のシステムメインリレー30(システムメインリレーSMRP,SMRGの一方)とがともに非導通状態であるか否かを判定する。
制御信号CNTがLレベルの場合、バッテリBの両極のシステムメインリレーは起動していない。しかしバッテリBの両極のシステムメインリレーが溶着している可能性がある。このため、ハイブリッド制御部52はシステムメインリレーの起動時に両極のシステムメインリレーが溶着していないことを確認する。SOC算出部66はハイブリッド制御部52から受ける信号RLTに基づいて、バッテリBの両極のシステムメインリレーが溶着していないか否かを判定する。たとえばバッテリBの両極のシステムメインリレーが溶着していない場合には信号RLTはLレベルとなり、バッテリBの両極のシステムメインリレーが溶着している場合には信号RLTはHレベルとなる。
SOC算出部66は制御信号CNTがLレベルであり、かつ信号RLTがLレベルである場合(ステップS16においてYES)、SOCの算出が可能であると判定する(ステップS17)。SOC算出部66は制御信号CNTがHレベルの場合、または、信号RLTがHレベルの場合(ステップS16においてNO)、SOCを算出できないと判定する(ステップS18)。ステップS17またはステップS18の処理が終了すると全体の処理が終了する。
図8は、図4のステップS5の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。図8および図3を参照して、SOC算出部66はSOCの算出が可能な場合(ステップS21においてYES)、サンプリングにより取得した複数の電圧値を平均して、その平均値と、図9に示す開放電圧とSOCとの関係を定義するマップとに基づいてSOCを算出する(ステップS22)。なおSOC算出部66はマップより求めたSOCに対して電池温度に基づく補正を行なってもよい。
図9は、バッテリの開放電圧(OCV)とSOCとの関係を示す図である。図9はリチウムイオン電池を含むバッテリの特性を示す。図9を参照して、バッテリの使用時におけるSOCの範囲はたとえば20%〜80%の範囲に設定される。この範囲においてSOCと開放電圧とはほぼ比例する。言い換えるとSOCが高くなるにつれてバッテリの開放電圧は単調に増加する。
図8および図3を参照して、ステップS23において初期値選択部64はSOC算出部66が算出したSOC(値SOC1)と記憶部62が記憶するSOC(値SOC2)とを受けるとともに図10に示すマップを参照し、算出したSOCと記憶されるSOCとの差の絶対値がマップで規定される基準値よりも大きいか否かを判定する。
図10を参照して、マップにはOCVから算出したSOCと、前回の車両停止時(二次電池の動作終了時)における電池温度とに基づいてSOC偏差(算出したSOCと記憶されるSOCとの差の絶対値)が定められている。このSOC偏差が判定における基準値となる。たとえばOCVに基づき算出したSOCが20%であり、かつ、前回の車両停止時における電池温度が20℃のときには基準値はAと定められる。
図8および図3を参照して、算出したSOCと記憶されるSOCとの差の絶対値がマップで規定される値よりも大きい場合(ステップS23においてYES)、初期値選択部64は、算出したSOCの値(値SOC1)を初期値SOCiに決定する(ステップS24)。一方、図7に示す判定処理の結果、SOC算出部66がOCVからSOCを算出できない場合(ステップS21においてNO)、または、算出したSOCと記憶されるSOCとの差の絶対値がマップで定められる値以下の場合(ステップS23においてNO)、初期値選択部64は記憶部62に記憶されるSOC(値SOC2)を初期値SOCiに決定する(ステップS25)。ステップS24またはステップS25の処理が終了すると全体の処理が終了する。
なおSOCの初期値SOCiとして値SOC2を選択した場合には、前回の車両停止時のSOCが次回の車両起動時に引き継がれるので、SOCの値の連続性を保つことができる。よってたとえば以下の図11に示すような効果が得られる。
図11は、SOCの初期値SOCiとして値SOC2が選択されたときの効果を説明する図である。図11を参照して、車両の表示パネル70には電池のSOCのレベルを示すアイコン72が表示される。レベルLVLよりもSOCが低下した場合には、早急な充電が必要なことを運転者に示すために、たとえばアイコン72の色が通常と異なる色に変化する。
レベルLV1は前回の車両停止時におけるSOCを示し、レベルLV2は車両起動時に開放電圧に基づいて算出されたSOC(すなわち値SOC1)のレベルを示す。車両の停止期間が短期間にも拘らずレベルLV1からレベルLV2への変化が生じた場合、運転者は電池が急速に消耗したと誤解する可能性がある。この場合、SOCの初期値SOCiとして値SOC2(記憶される値)を用いれば、車両起動時に表示されるSOCのレベルはレベルLV1になるのでこのような誤解が生じるのを防止できる。
なお本実施の形態においては、バッテリBはニッケル水素電池を含んでもよいがリチウムイオン電池を含むほうがより好ましい。その理由を以下に説明する。
図12は、ニッケル水素電池を含むバッテリの開放電圧とSOCとの関係を示す図である。図12および図9を参照して、リチウムイオン電池と同様にニッケル水素電池においてもSOCが20%〜80%の範囲において、SOCと開放電圧とはほぼ比例する(SOCが高くなるにつれてバッテリの開放電圧は単調に増加する)。よってニッケル水素電池を含むバッテリにおいても開放電圧からSOCを算出することが可能である。
ただしSOCに対する開放電圧の変化はリチウムイオン電池のほうがニッケル水素電池よりも大きいので、リチウムイオン電池を含むバッテリの場合には電池ブロックの電圧値に基づいてSOCを算出する際にSOCの精度を高くすることができる。
<変形例>
以下に示す変形例は、ステップS4の判定処理、すなわちバッテリの開放電圧を用いてSOCを算出可能か否かの判定処理を図7に示す処理よりも簡単にしたものである。変形例の処理を行なった場合にはバッテリ制御部56の処理負荷を減らすことが可能になる。
図13は、ステップS4の処理の第1の変形例を示すフローチャートである。図13および図3を参照して、SOC算出部66は、各電池ブロックB0〜Bnの電圧値(電圧値V0〜Vn)が所定値以上か否かを判定する(ステップS31)。電圧値V0〜Vnのいずれも所定値以上である場合(ステップS31においてYES)、SOC算出部66はバッテリBの開放電圧からSOCが算出可能であると判定する(ステップS32)。電圧値V0〜Vnのいずれかが所定値を下回る場合(ステップS31においてNO)、SOC算出部66はSOCを算出できないと判定する(ステップS33)。
電圧値V0〜Vnが正しいか否かをより厳密に判定するためには、各電圧値が予め規定された範囲内に収まるか否かを判定する必要があるが、各電圧値がその範囲の下限値以上か否かを判定することによって、各電池ブロックが正常か否かをある程度正しく判定できる。
図14は、図4に示すステップS4の処理の第2の変形例を示すフローチャートである。図14および図3を参照して、SOC算出部66は、サンプリングした電圧値(各電池ブロックB0〜Bnの電圧値)のばらつきが所定範囲内か否かを判定する(ステップS41)。この「所定範囲」は、たとえば「X1(V)〜X2(V)」のように電圧値により定められてもよいし「「標準値±Y(%)」と定められてもよい。各電池ブロックB0〜Bnの電圧値のサンプリング結果がいずれも所定範囲内である場合(ステップS41においてYES)、SOC算出部66はバッテリBの開放電圧からSOCが算出可能と判定する(ステップS42)。いずれかの電池ブロックにおけるサンプリング結果が所定範囲を超える場合(ステップS41においてNO)、SOC算出部66はSOCを算出できないと判定する(ステップS43)。
図15は、図4に示すステップS4の処理の第3の変形例を示すフローチャートである。図15および図3を参照して、SOC算出部66は、起動指示IGが「OFF」状態から「ON」状態に変化するまで一定時間以上経過したか否かを判定する(ステップS51)。この「一定時間」は起動指示IGが「OFF」状態になってからバッテリの分極がなくなるまでの時間として予め算出された時間(たとえば数分)である。
起動指示IGが「OFF」状態になってから一定時間が経過した場合(ステップS51においてYES)、SOC算出部66はバッテリBの開放電圧からSOCが算出可能であると判定する(ステップS52)。一定時間が経過していない場合(ステップS51においてNO)、SOC算出部66はSOCの算出が不可と判定する(ステップS53)。
以上のように本実施の形態では、SOC算出部66は、車両の起動時(バッテリの動作開始時)にバッテリの開放電圧に基づいてSOC(値SOC1)を算出し、車両の停止時(バッテリの動作終了時)に、算出したSOC(値SOC2)を記憶部62に記憶させる。初期値選択部64は、予め定められた条件が成立するとき(ステップS11〜S16の判定処理においていずれもYESの場合、ステップS31,S41,S51の各判定処理においてYESの場合)に値SOC1を初期値SOCiとして選択し、この条件が成立しないときに値SOC2を初期値SOCiとして選択する。これにより本実施の形態によれば、車両の起動時(バッテリBの動作開始時)にSOCを正確に算出することが可能になる。
なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ/パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、充放電可能な蓄電装置を搭載する自動車に広く適用できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施の形態のハイブリッド車両1の主たる構成を示す図である。 図1の制御装置14の機能ブロックと関連する周辺装置を示した図である。 図2のバッテリ制御部56の機能ブロック図である。 図3に示すバッテリ制御部56が実行する充電状態の算出処理を説明するフローチャートである。 バッテリBの周辺の構成をより詳細に説明するための図である。 SOC算出部66の動作を時系列で説明するためのタイミングチャートである。 図4のステップS4の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。 図4のステップS5の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。 バッテリの開放電圧(OCV)とSOCとの関係を示す図である。 図8のステップS23の処理に用いられるマップを説明する図である。 SOCの初期値SOCiとして値SOC2が選択されたときの効果を説明する図である。 ニッケル水素電池を含むバッテリの開放電圧とSOCとの関係を示す図である。 ステップS4の処理の第1の変形例を示すフローチャートである。 図4に示すステップS4の処理の第2の変形例を示すフローチャートである。 図4に示すステップS4の処理の第3の変形例を示すフローチャートである。
符号の説明
1 ハイブリッド車両、2 エンジン、4,6 ギヤ、10 監視ユニット、11 電圧センサ、12 電流センサ、13 温度センサ、14 制御装置、16 プラネタリギヤ、18 デファレンシャルギヤ、20R,20L 前輪、22R,22L 後輪、25 接続部、28,30 システムメインリレー、32 昇圧ユニット、36 インバータ、42 アクセルポジションセンサ、52 ハイブリッド制御部、56 バッテリ制御部、58 エンジン制御部、62 記憶部、64 初期値選択部、66 SOC算出部、70 表示パネル、72 アイコン、B バッテリ、B0〜Bn 電池ブロック、C1 平滑コンデンサ、LVL レベル、LV1 レベル、LV2 レベル、MG1,MG2 モータジェネレータ、PL 電源ライン、R1 抵抗、SL 接地ライン、SMRP,SMRG システムメインリレー、SP サービスプラグ。

Claims (11)

  1. 充放電可能な蓄電装置の制御装置であって、
    前記蓄電装置は、接続部を介して負荷に接続され、
    前記接続部は、前記蓄電装置の動作開始時に非導通状態から導通状態に変化し、前記蓄電装置の動作終了時に導通状態から非導通状態に変化し、
    前記制御装置は、
    前記蓄電装置の動作開始時、かつ、前記接続部の非導通時に、前記蓄電装置の開放電圧に基づいて前記蓄電装置の充電状態を示す第1の値を算出し、前記接続部が導通すると、前記蓄電装置の充電状態の初期値および前記蓄電装置の充放電電力に基づいて前記蓄電装置の充電状態を算出する算出部と、
    前記蓄電装置の動作終了時に、前記算出部から前記蓄電装置の充電状態の算出結果を受けて、前記算出結果を第2の値として記憶する記憶部と、
    予め定められた条件が成立するときに前記第1の値を前記初期値として選択し、前記予め定められた条件が成立しないときに前記第2の値を前記初期値として選択する選択部とを備え
    前記予め定められた条件は、前記第1の値と前記第2の値との差の絶対値が基準値よりも大きいという条件である、蓄電装置の制御装置。
  2. 前記基準値は、前記蓄電装置の動作終了時における前記蓄電装置の温度に基づいて定められる、請求項に記載の蓄電装置の制御装置。
  3. 前記基準値は、前記第1の値、および、前記蓄電装置の動作終了時における前記蓄電装置の温度に基づいて定められる、請求項に記載の蓄電装置の制御装置。
  4. 前記選択部は、前記算出部が前記第1の値を算出可能な場合に、前記予め定められた条件が成立するか否かを判定し、
    前記算出部は、前記開放電圧の値が所定値以上の場合に、前記第1の値を算出可能と判定する、請求項1に記載の蓄電装置の制御装置。
  5. 前記選択部は、前記算出部が前記第1の値を算出可能な場合に、前記予め定められた条件が成立するか否かを判定し、
    前記算出部は、前記蓄電装置の開放電圧の値を複数回取得し、複数の電圧値のばらつきが所定範囲内である場合には、前記第1の値が算出可能と判定する、請求項1に記載の蓄電装置の制御装置。
  6. 前記制御装置は、
    前記蓄電装置の電圧を検知する電圧検知部をさらに備え、
    前記選択部は、前記接続部と前記電圧検知部とがいずれも正常である場合に、前記予め定められた条件が成立するか否かを判定する、請求項1に記載の蓄電装置の制御装置。
  7. 前記選択部は、前記蓄電装置の動作終了時から前記蓄電装置の動作開始時までの期間が、所定期間よりも長い場合に、前記予め定められた条件が成立するか否かを判定する、請求項1に記載の蓄電装置の制御装置。
  8. 前記蓄電装置の使用条件として定められた前記充電状態の範囲において、前記蓄電装置の開放電圧は、前記蓄電装置の充電状態に対して単調に変化する、請求項1に記載の蓄電装置の制御装置。
  9. 前記蓄電装置は、リチウムイオン電池を含む、請求項に記載の蓄電装置の制御装置。
  10. 前記蓄電装置は、ニッケル水素電池を含む、請求項に記載の蓄電装置の制御装置。
  11. 請求項1から1のいずれか1項に記載の蓄電装置の制御装置と、
    前記蓄電装置と、
    前記接続部と、
    前記負荷とを備える、車両。
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