JP4722976B2 - 蓄電容量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、計算によって求められた蓄電器の蓄電容量を補正する蓄電容量制御装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両には、電動機等に電力を供給する蓄電器が搭載される。蓄電器には、直列に接続された複数の蓄電セルが設けられている。蓄電セルには、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池が用いられる。但し、２次電池を安全に利用するためには、各蓄電セルの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を常に監視し、過充電や過放電の防止制御を行う必要がある。

蓄電セルのＳＯＣを検出する方法の１つとして、電流積算等に基づいてＳＯＣを算出する方法が知られている。当該方法では、蓄電セルの充電電流及び放電電流を所定期間毎に積算して積算充電量及び積算放電量を算出し、積算充電量及び積算放電量を初期状態又は充放電開始直前のＳＯＣに加算又は減算することによって蓄電セルのＳＯＣを求める。以下、当該方法によって算出されたＳＯＣを「積算ＳＯＣ」という。

上記方法によって求められた積算ＳＯＣの精度は高い。しかし、車両に搭載された蓄電器は、蓄電セルのＳＯＣが所定幅の間で充放電が繰り返され、かつ、長期間使用されるため、積算ＳＯＣには誤差が蓄積される。また、積算充電量及び積算放電量を算出する際に、例えば電流検出器の測定誤差等が累積されて積算ＳＯＣの誤差が増大してしまう場合がある。さらに、車両が長期間放置されている間の自己放電による容量の低下は積算されないため、これも誤差の一因となる。

蓄電セルのＳＯＣを検出する他の方法として、充放電中の蓄電セルの端子電圧等に基づいてＳＯＣを算出する方法がある。蓄電セルのＳＯＣと開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）には一定の関係があり、その一例を図１１に示す。図１１中の上限ＳＯＣ及び下限ＳＯＣは、蓄電セルの充放電が繰り返されるＳＯＣの所定範囲の上端値及び下端値を示す。図１１に示す特性を有する蓄電セルは、上限ＳＯＣ及び下限ＳＯＣではＯＣＶの変化は大きいが、上限ＳＯＣと下限ＳＯＣの間の範囲ではＯＣＶの変化が非常に小さい。

このため、図１１に示す特性を有する蓄電セルのＳＯＣを端子電圧に基づいて算出したとき、上限ＳＯＣ及び下限ＳＯＣは精度良く求めることができるが、上限ＳＯＣから下限ＳＯＣまでのＳＯＣを精度良く求めることはできない。また、上述したように、車両に搭載された蓄電器は、蓄電セルのＳＯＣが所定幅の間で充放電が繰り返されるため、拡散抵抗の影響が大きく、蓄電セルのＯＣＶ特性も大きく変化する。このように、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣの精度は低い場合が多い。

以上説明した２つの方法にはそれぞれ利点と欠点がある。しかし、互いの欠点を補え合えば精度の良いＳＯＣが得られると考えられる。なお、特許文献１に開示された残容量検出装置は、蓄電装置の端子電圧に応じて所定の上限値によって積算残容量をデータ置換し、このデータ置換後に算出される積算残容量と、この積算残容量を補正して得た補正残容量との差が、充放電電流の積算値の増加に伴い増加するように補正処理を行う。このため、例えば充放電電流の積算値の増加に伴い、積算残容量と実際の残容量とのずれが増大する場合であっても、実際の残容量に対する補正残容量の近似の精度を向上させることができる。

特開２００２−３２８１５４号公報 特開２００２−２８６８２０号公報 特開２００６−２１５００１号公報 特開平１１−３４６４４４号公報 特許第３８６４５９０号明細書 特許第３７５２８７９号明細書 特許第３４５４６５７号明細書 特許第３７６７１５０号明細書

蓄電器のＳＯＣの検出精度が悪いと、蓄電器の充電又は放電の結果、この蓄電器を利用可能なＳＯＣの範囲を逸脱した状態になる可能性がある。例えば、実際のＳＯＣが下限ＳＯＣ未満の状態でも行われる可能性がある。こうした望ましくない状態は、蓄電器の寿命を短命化したり、蓄電器を利用する電動機等の制御に影響を及ぼす可能性がある。こうした可能性は、蓄電器の使用が開始された初期には低いが、蓄電器の長期間使用され寿命が近づく末期には高くなる。

したがって、特に蓄電器の末期には、良好なＳＯＣの検出精度が求められる。但し、上述のように、電流積算に基づいて算出した積算ＳＯＣは、精度は高いが誤差を含む。また、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣは、上限ＳＯＣ及び下限ＳＯＣ付近ではＯＣＶの変化が大きいため精度は高いが、上限ＳＯＣと下限ＳＯＣの間の範囲ではＯＣＶの変化が小さいため精度が低い。したがって、通常は電流積算に基づいて算出した積算ＳＯＣに基づいて蓄電器のＳＯＣを管理するが、実際のＳＯＣが上限ＳＯＣ又は下限ＳＯＣに近づいた際には、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣによって補正する方法が考えられている。

図１２は、（ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の制御ＳＯＣ及び実ＳＯＣの範囲を示す図である。また、図１３は、（ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の低下する制御ＳＯＣの推移を示すグラフである。さらに、図１４は、末期の蓄電器での低下する制御ＳＯＣの制御によって変化した蓄電器の出力変化を示す図である。制御ＳＯＣとは、蓄電器の状態を管理するＥＣＵが認識している蓄電器のＳＯＣである。なお、図１２及び図１３に示す例では、制御ＳＯＣが２０％〜８０％の間で蓄電器が使用される。また、実ＳＯＣとは、そのときの蓄電器の実際のＳＯＣである。

図１２（ａ）及び図１３（ａ）に示すように、初期の蓄電器の場合、電動機への電力供給等のための放電によって制御ＳＯＣが例えば２８％まで低下したとＥＣＵが判断しても、実ＳＯＣは２８％まで低下していない。このため、ＥＣＵは、放電は継続して行われているが、制御ＳＯＣを２８％のまま維持した後、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣが２０％となった時点で、制御ＳＯＣを２０％に補正する。

一方、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、末期の蓄電器の容量は、初期の蓄電器の容量に比べて低下している。したがって、末期の蓄電器の場合、制御ＳＯＣが例えば５３％まで低下したとＥＣＵが判断した時点で、実ＳＯＣは２０％まで低下している。このため、ＥＣＵは、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣ（２０％）により、制御ＳＯＣを５３％から２０％に補正する。その結果、図１４に示すように、蓄電器の出力は大幅に低下する。

次に、蓄電器の制御ＳＯＣが増加する場合について説明する。図１５は、（ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の制御ＳＯＣ及び実ＳＯＣの範囲を示す図である。また、図１６は、（ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の増加する制御ＳＯＣの推移を示すグラフである。さらに、図１７は、末期の蓄電器での増加する制御ＳＯＣの制御によって変化した蓄電器の出力変化を示す図である。

図１５（ａ）及び図１６（ａ）に示すように、初期の蓄電器の場合、蓄電器の充電によって制御ＳＯＣが例えば７２％まで増加したとＥＣＵが判断しても、実ＳＯＣは７２％まで増加していない。このため、ＥＣＵは、充電は継続して行われているが、制御ＳＯＣを７２％のまま維持した後、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣが８０％となった時点で、制御ＳＯＣを８０％に補正する。

一方、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）に示すように、末期の蓄電器の容量は、初期の蓄電器の容量に比べて低下している。したがって、末期の蓄電器の場合、制御ＳＯＣが例えば４７％まで増加したとＥＣＵが判断した時点で、実ＳＯＣは８０％まで増加している。このため、ＥＣＵは、端子電圧に基づいて算出したＳＯＣ（８０％）により、制御ＳＯＣを４７％から８０％に補正する。その結果、図１７に示すように、蓄電器の出力は大幅に低下する。

ＥＶやＨＥＶ等の車両の駆動源である電動機の出力トルクは、蓄電器のＳＯＣに応じて制御される。図１４及び図１７に示したように、蓄電器のＳＯＣに応じて出力は異なるためである。このため、蓄電器のＳＯＣに応じた電動機に与える影響は、車両の走行性能に関する運転者の印象を左右する可能性がある。例えば、車両がクルージング走行中は、運転者によるアクセルの踏み込みが少なく、ＨＥＶであれば電動機によるアシスト力は小さい。このとき、端子電圧に基づいて算出されたＳＯＣによって制御ＳＯＣを補正しても、電動機によるアシスト力に与える影響は小さい。

しかし、例えば、加速時や登坂時には運転者によるアクセルの踏み込みが大きく、ＨＥＶであれば電動機によるアシスト力は大きい。このとき制御ＳＯＣが補正され、例えば図１４に示したように制御ＳＯＣが急激に低下すると、蓄電器から電動機に供給される電力が急激に低下して電動機の出力トルクが落ちる。したがって、運転者は、アクセルを踏み込んでいるにもかかわらず所望のトルクが出ない、又は急激にトルクが変化するため、走行性に違和感を感じる。

なお、このような違和感を運転者に感じさせないよう、蓄電器の実ＳＯＣが下限ＳＯＣ以下にもかかわらず電動機に電力を供給し続ければ、蓄電器の性能以上に出力し続けることになる。このような制御は、蓄電器の寿命を短命化したり、蓄電器の耐久性に悪影響を及ぼす原因となるため、望ましくない。

本発明の目的は、蓄電器の蓄電容量を高い精度で検出し、運転者が走行性に違和感を感じない蓄電容量制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の蓄電容量制御装置は、所定の下限蓄電容量（例えば、実施の形態での下限ＳＯＣ）付近で蓄電容量（例えば、実施の形態での残容量（ＳＯＣ））の低下に従って内部抵抗が増加する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０３）の蓄電容量を推定する蓄電容量推定部（例えば、実施の形態での残容量推定部１１１）と、前記蓄電器の放電時、前記蓄電器の内部抵抗値と、前記下限蓄電容量時の前記蓄電器の内部抵抗値との差である内部抵抗差が所定値以下になったとき、前記蓄電容量推定部によって推定された推定蓄電容量を下限側の適正値に変更する蓄電容量補正部（例えば、実施の形態での制御部１２１）と、を備えたことを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記蓄電器の充放電電流を検出する電流検出部（例えば、実施の形態での電流検出部１０５）と、前記蓄電器の端子電圧を検出する電圧検出部（例えば、実施の形態での電圧検出部１０７）と、前記蓄電器の蓄電容量が前記下限蓄電容量時の端子電圧を記憶する記憶部（例えば、実施の形態での記憶部１１９）と、を備え、前記蓄電容量補正部は、前記電圧検出部によって検出された前記蓄電器の端子電圧と、前記下限蓄電容量時の前記蓄電器の端子電圧との差を、前記電流検出部によって検出された前記蓄電器の放電電流の値で除算することによって、前記内部抵抗差を算出することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記推定蓄電容量に応じて前記蓄電器の充放電を制御する充放電制御部（例えば、実施の形態での制御部１２１）を備え、前記充放電制御部は、前記蓄電容量補正部が前記推定蓄電容量を前記下限側の適正値に変更したとき、前記蓄電器の充電を開始することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記下限側の適正値は、前記推定蓄電容量よりも低い値であり、前記内部抵抗差が前記所定値のときの前記推定蓄電容量に対応する前記蓄電器の連続出力電力と同一の連続出力電力を出力可能な蓄電容量値であることを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明の蓄電容量制御装置では、所定の上限蓄電容量（例えば、実施の形態での上限ＳＯＣ）付近で蓄電容量（例えば、実施の形態での残容量（ＳＯＣ））の増加に従って内部抵抗が増加する蓄電器の蓄電容量を推定する蓄電容量推定部（例えば、実施の形態での残容量推定部１１１）と、前記蓄電器の充電時、前記蓄電器の内部抵抗値と、前記上限蓄電容量時の前記蓄電器の内部抵抗値との差である内部抵抗差が所定値以下になったとき、前記蓄電容量推定部によって推定された推定蓄電容量を上限側の適正値に変更する蓄電容量補正部（例えば、実施の形態での制御部１２１）と、を備えたことを特徴としている。

さらに、請求項６に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記蓄電器の充放電電流を検出する電流検出部（例えば、実施の形態での電流検出部１０５）と、前記蓄電器の端子電圧を検出する電圧検出部（例えば、実施の形態での電圧検出部１０７）と、前記蓄電器の蓄電容量が前記上限蓄電容量時の端子電圧を記憶する記憶部（例えば、実施の形態での記憶部１１９）と、を備え、前記蓄電容量補正部は、前記電圧検出部によって検出された前記蓄電器の端子電圧と、前記上限蓄電容量時の前記蓄電器の端子電圧との差を、前記電流検出部によって検出された前記蓄電器の充電電流の値で除算することによって、前記内部抵抗差を算出することを特徴としている。

さらに、請求項７に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記推定蓄電容量に応じて前記蓄電器の充放電を制御する充放電制御部（例えば、実施の形態での制御部１２１）を備え、前記充放電制御部は、前記蓄電容量補正部が前記推定蓄電容量を前記上限側の適正値に変更したとき、前記蓄電器の放電を開始することを特徴としている。

さらに、請求項８に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記上限側の適正値は、前記推定蓄電容量よりも高い値であり、前記内部抵抗差が前記所定値のときの前記推定蓄電容量に対応する前記蓄電器の連続出力電力と同一の連続出力電力を出力可能な蓄電容量値であることを特徴としている。

さらに、請求項９及び１０に記載の発明の蓄電容量制御装置では、駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、当該蓄電容量制御装置は、前記車両の走行抵抗を推定する走行抵抗推定部（例えば、実施の形態での走行状態検出部１１７）を備え、前記蓄電容量補正部は、前記走行抵抗推定部によって推定された走行抵抗が所定値以上のときに動作することを特徴としている。

さらに、請求項１１に記載の発明の蓄電容量制御装置では、駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、前記蓄電容量補正部は、前記車両が登坂走行時に動作することを特徴としている。

さらに、請求項１２に記載の発明の蓄電容量制御装置では、駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、前記蓄電容量補正部は、前記車両がクルージング走行時に動作することを特徴としている。

さらに、請求項１３に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記蓄電容量補正部は、前記蓄電器の充放電電流が所定値範囲内のときに動作することを特徴としている。

さらに、請求項１４に記載の発明の蓄電容量制御装置では、前記蓄電容量推定部は、前記蓄電器の充放電電流の積算に基づいて前記蓄電器の蓄電容量を推定することを特徴としている。

請求項１及び２に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、内部抵抗差に基づいて蓄電器の蓄電容量が下限蓄電容量となる前に推定蓄電容量を下限側の適正値に変更するため、蓄電器の蓄電容量を高い精度で検出することができる。また、蓄電器の耐久性に悪影響を及ぼす可能性は低い。

請求項３及び４に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、下限蓄電容量に変更された推定蓄電容量に対応する蓄電器の連続出力電圧は、変更前の連続出力電圧と同一であり、変更後は充電が開始される。このため、蓄電器は、推定蓄電容量の変更前と同じ連続出力電圧を供給できる。その結果、蓄電器からの電圧によって駆動する電動機を駆動源として搭載した車両の運転者は、運転中に推定蓄電容量が下限側の適正値に変更されても、走行性に関して違和感なく運転できる。

請求項５及び６に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、内部抵抗差に基づいて蓄電器の蓄電容量が上限蓄電容量となる前に推定蓄電容量を上限側の適正値に変更するため、蓄電器の蓄電容量を高い精度で検出することができる。また、蓄電器の耐久性に悪影響を及ぼす可能性は低い。

請求項７及び８に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、上限蓄電容量に変更された推定蓄電容量に対応する蓄電器の連続出力電圧は、変更前の連続出力電圧と同一であり、変更後は放電が開始される。このため、蓄電器は、推定蓄電容量の変更前と同じ連続出力電圧を供給できる。その結果、蓄電器からの電圧によって駆動する電動機を駆動源として搭載した車両の運転者は、運転中に推定蓄電容量が上限側の適正値に変更されても、走行性に関して違和感なく運転できる。

請求項９、１０、１１及び１２に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、車両の走行抵抗が高い登坂時又はクルージング走行時に推定蓄電容量が下限側又は上限側の適正値に変更されても、走行性に関して違和感なく運転できる。

請求項１３に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、蓄電容量補正部は、内部抵抗差を正確に算出することができる。

請求項１４に記載の発明の蓄電容量制御装置によれば、蓄電容量推定部は、蓄電器の蓄電容量を高い精度で推定することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下説明する実施形態の蓄電容量制御装置は、蓄電器から供給された電力によって駆動する電動機が駆動源として設けられたＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両に搭載されている。

図１は、本発明に係る一実施形態の蓄電容量制御装置を含む車両の内部構成を示すブロック図である。図１に示す車両は、内燃機関Ｅと、電動機Ｍと、変速機構Ｔと、駆動輪Ｗと、電動機駆動部１０１と、蓄電器１０３と、電流検出部１０５と、電圧検出部１０７と、温度検出部１０９と、残容量推定部１１１と、指令部１１３と、回転数センサ１１５と、走行状態検出部１１７と、記憶部１１９と、制御部１２１とを主に備える。

図１に示す車両は、内燃機関Ｅと電動機Ｍと変速機構Ｔとを直列に直結した構造のパラレル式ハイブリッド車両である。この種のハイブリッド車両では、内燃機関Ｅ及び電動機Ｍの両方の駆動力は変速機構Ｔを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時に駆動輪Ｗ側から電動機Ｍ側に駆動力が伝達されると、電動機Ｍは発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。さらに、車両の運転状態に応じて、電動機Ｍは内燃機関Ｅの出力によって発電機として駆動され、発電エネルギーを発生する。

電動機Ｍの駆動及び回生作動は、制御部１２１からの制御指令を受けて電動機駆動部１０１により行われる。電動機駆動部１０１には、電動機Ｍから出力される発電エネルギー及び回生エネルギーを蓄電すると共に電動機Ｍに電気エネルギーを供給する蓄電器１０３が接続されている。

蓄電器１０３は、例えば金属水素化物を陰極活物質とするＮｉ−ＭＨ（nickel-metal hydride）電池やリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、コンデンサ等である。図２は、蓄電器１０３の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）に対する連続出力電圧を示すグラフである。図２に示すように、蓄電器１０３は、ＳＯＣが所定範囲（２０％〜８０％）内であれば、所定以上の連続出力電圧を電動機Ｍ等の負荷に供給することができる。以下の説明では、当該ＳＯＣの所定幅の下端値（２０％）を「下限ＳＯＣ」といい、上端値（８０％）を「上限ＳＯＣ」という。蓄電器１０３の充放電は、上限ＳＯＣと下限ＳＯＣの間で繰り返される。但し、ＳＯＣが下限ＳＯＣ付近での蓄電器１０３の内部抵抗は、ＳＯＣの低下に従って増加する。また、ＳＯＣが上限ＳＯＣ付近での蓄電器１０３の内部抵抗は、ＳＯＣの増加に従って増加する。

電流検出部１０５は、蓄電器１０３の充放電電流Ｉを検出する。なお、充放電電流Ｉは、蓄電器１０３から電動機Ｍ等の負荷へと供給される放電電流、及び回生動作や発電動作を行う電動機Ｍ等から蓄電器１０３へと供給される充電電流を含む。電圧検出部１０７は、蓄電器１０３の端子電圧Ｖを検出する。温度検出部１０９は、蓄電器１０３の温度Ｔを検出する。

残容量推定部１１１は、電流検出部１０５によって検出された充放電電流Ｉを所定期間毎に積算して積算充電量及び積算放電量を算出し、積算充電量及び積算放電量を初期状態又は充放電開始直前のＳＯＣに加算又は減算することによって蓄電器１０３のＳＯＣを推定する。以下、残容量推定部１１１によって推定されたＳＯＣを「積算ＳＯＣ」という。なお、積算ＳＯＣの推定の際、残容量推定部１１１は、温度検出部１０９によって検出された蓄電器１０３の温度Ｔに応じて、積算充電量及び積算放電量に係数を乗じても良い。

指令部１１３は、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作等に関する信号を制御部１２１に出力する。回転数センサ１１５は、電動機Ｍの回転数を検出する。走行状態検出部１１７は、電動機Ｍの回転数や駆動輪Ｗの回転数、車速、加速度、図示しない傾斜計によって計測された斜度等に基づいて車両の走行抵抗を推定し、車両の走行状態を検出する。走行状態検出部１１７によって、車両の登坂状態やクルージング走行状態、砂地走行状態、凍結路走行状態等が検出される。例えば、走行状態検出部１１７は、走行抵抗が所定値以上のとき、車両の登坂状態を検出する。

記憶部１１９は、蓄電器１０３のＳＯＣが上限ＳＯＣのときの蓄電器１０３の端子電圧及び下限ＳＯＣのときの蓄電器１０３の端子電圧を記憶する。なお、上限ＳＯＣ時及び下限ＳＯＣ時の各端子電圧は、それぞれ蓄電器１０３の充放電電流Ｉ及び蓄電器１０３の温度Ｔに応じて異なる。このため、記憶部１１９は、異なる充放電電流Ｉ及び温度Ｔに対応した上限ＳＯＣ時及び下限ＳＯＣ時の各端子電圧が示されたマップを記憶する。

制御部１２１は、蓄電器１０３のＳＯＣと、指令部１１３から入力された信号と、回転数センサ１１５が検出した電動機Ｍの回転数とに基づいて、電動機Ｍが必要なトルクを発生するための供給電流を指定する電流指令を生成して、当該電流指令を電動機駆動部１０１に出力する。なお、制御部１２１が認識している蓄電器のＳＯＣを「制御ＳＯＣ」という。制御部１２１は、通常、残容量推定部１１１によって推定された積算ＳＯＣを制御ＳＯＣとみなす。但し、制御部１２１は、所定の条件が満たされたとき、残容量推定部１１１によって推定された積算ＳＯＣを適正値に変更する。以下、所定の条件及び積算ＳＯＣの補正について詳細に説明する。以下の説明は、蓄電器１０３が放電時と充電時の２つの場合に分けて行う。

＜放電時＞
制御部１２１は、現在の蓄電器１０３の内部抵抗値と、下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の内部抵抗値との差である内部抵抗差が所定値以下になり、かつ、走行状態検出部１１７によって検出された車両の走行状態が登坂であるとき、上記所定の条件を満たしたと判断する。なお、上述したように、蓄電器１０３の内部抵抗は、ＳＯＣが下限ＳＯＣ付近ではＳＯＣの低下に従って増加する。

上述の内部抵抗差ＲＤは、以下の式（１）で表わすことができる。但し、ＥＯｃは現在の蓄電器１０３の開放電圧、ＥＯｌは下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の開放電圧、Ｖｃは現在の蓄電器１０３の端子電圧、Ｖｌは下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧、Ｉｄは現在の蓄電器１０３の放電電流を示す。現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃは、電圧検出部１０７によって検出された電圧値である。また、現在の蓄電器１０３の放電電流Ｉｄは、電流検出部１０５によって検出された電流値である。制御部１２１は、放電電流Ｉｄ及び温度検出部１０９によって検出された蓄電器１０３の温度Ｔに対応する下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｌを記憶部１１９から読み出す。

内部抵抗差ＲＤ（＝下限ＳＯＣ時の内部抵抗値−現在の内部抵抗値）
＝（ＥＯｌ−Ｖｌ）／Ｉｄ−（ＥＯｃ−Ｖｃ）／Ｉｄ
＝｛（ＥＯｌ−ＥＯｃ）−（Ｖｌ−Ｖｃ）｝／Ｉｄ
≒（Ｖｃ−Ｖｌ）／Ｉｄ …（１）

なお、上記式（１）では、下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の開放電圧ＥＯｌ及び現在の蓄電器１０３の開放電圧ＥＯｃは、蓄電器のＳＯＣが下限ＳＯＣに近づくと略同値（ＥＯｌ≒ＥＯｃ）となるため、ＥＯｌ−ＥＯｃ＝０とみなした。

したがって、制御部１２１は、現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃと下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｌとの差を放電電流Ｉｄで除算した値が所定値以下になり、かつ、車両が登坂状態のとき、上記所定の条件を満たしたと判断する。

図３は、現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃ、下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｌ及び放電電流Ｉｄの推移の一例を示すグラフである。また、図４は、現在の蓄電器１０３の内部抵抗値、下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の内部抵抗値及び内部抵抗差の推移の一例を示すグラフである。図３に示すように、現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃが下限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｌに近づいていくに従って、図４に示すように、現在の内部電圧値が増加していき、内部抵抗差が０に近づいていく。内部抵抗差が０のときは蓄電器のＳＯＣが下限ＳＯＣのときであるが、本実施形態では、図４に示すように、内部抵抗差が所定値以下（７５ｍΩ以下）になったとき（ｔ＝ｔａ）、残容量推定部１１１によって推定された積算ＳＯＣを下限側の適正値に変更する。

本実施形態では、内部抵抗差が０になる前に積算ＳＯＣを下限側の適正値に変更する。つまり、図２のグラフに示すように、蓄電器１０３のＳＯＣが約３５％〜約８０％の間であれば連続出力電圧を供給できるため、本実施形態では、内部抵抗差が所定値以下（７５ｍΩ以下）になったとき（ｔ＝ｔａ）、残容量推定部１１１によって推定された積算ＳＯＣを下限側の適正値である３５％に変更する。このときの適正値（３５％）は、図５に示すように、補正前と同じ連続出力電圧を供給できるように設定する。

積算ＳＯＣを下限側の適正値に変更することにより、制御部１２１は、内部抵抗差が零になる前の早い段階から蓄電器１０３を充電するよう制御する。図６は、車両が登坂しているため蓄電器１０３が放電している時に内部抵抗差が所定値となったため、積算ＳＯＣ（制御ＳＯＣ）を下限側の適正値に下げ、その後、蓄電器１０３を充電したときの（ａ）内部抵抗差、（ｂ）登坂判定フラグ及び（ｃ）制御ＳＯＣの推移を示すグラフである。図６（ｃ）中の一点鎖線は、従来の場合の制御ＳＯＣの推移を示す。この一点鎖線に示されるように、従来は、制御ＳＯＣが急激に下限ＳＯＣまで低下した後、充電を開始する。しかし、制御ＳＯＣが下限ＳＯＣまで低下した後であるため、蓄電器１０３は、しばらくは十分な連続出力電力を電動機Ｍに供給できない可能性がある。一方、本実施形態では、制御ＳＯＣが下限ＳＯＣまで低下する前に制御ＳＯＣを補正して、蓄電器１０３の充電を開始する。このため、車両が登坂状態のとき制御ＳＯＣが補正されても、蓄電器１０３は連続出力電圧を電動機Ｍに供給し続けることができる。その結果、電動機Ｍは所望のトルクを出力し続けることができる。

＜充電時＞
制御部１２１は、現在の蓄電器１０３の内部抵抗値と、上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の内部抵抗値との差である内部抵抗差が所定値以下になり、かつ、走行状態検出部１１７によって検出された車両の走行状態がクルージング走行であるとき、上記所定の条件を満たしたと判断する。なお、上述したように、蓄電器１０３の内部抵抗は、ＳＯＣが上限ＳＯＣ付近ではＳＯＣの増加に従って増加する。

上述の内部抵抗差ＲＤは、以下の式（２）で表わすことができる。但し、ＥＯｃは現在の蓄電器１０３の開放電圧、ＥＯｈは上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の開放電圧、Ｖｃは現在の蓄電器１０３の端子電圧、Ｖｈは上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧、Ｉｃは現在の蓄電器１０３の充電電流を示す。現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃは、電圧検出部１０７によって検出された電圧値である。また、現在の蓄電器１０３の充電電流Ｉｃは、電流検出部１０５によって検出された電流値である。制御部１２１は、充電電流Ｉｃ及び温度検出部１０９によって検出された蓄電器１０３の温度Ｔに対応する上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｈを記憶部１１９から読み出す。

内部抵抗差ＲＤ（＝上限ＳＯＣ時の内部抵抗値−現在の内部抵抗値）
＝（ＥＯｈ−Ｖｈ）／Ｉｃ−（ＥＯｃ−Ｖｃ）／Ｉｃ
＝｛（ＥＯｈ−ＥＯｃ）−（Ｖｈ−Ｖｃ）｝／Ｉｃ
≒（Ｖｃ−Ｖｈ）／Ｉｃ …（２）

なお、上記式（２）では、上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の開放電圧ＥＯｈ及び現在の蓄電器１０３の開放電圧ＥＯｃは、蓄電器のＳＯＣが上限ＳＯＣに近づくと略同値（ＥＯｈ≒ＥＯｃ）となるため、ＥＯｈ−ＥＯｃ＝０とみなした。

したがって、制御部１２１は、現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃと上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｈとの差を充電電流Ｉｃで除算した値が所定値以下になり、かつ、車両がクルージング走行状態のとき、上記所定の条件を満たしたと判断する。

図７は、現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃ、上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｈ及び充電電流Ｉｃの推移の一例を示すグラフである。また、図８は、現在の蓄電器１０３の内部抵抗値、上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の内部抵抗値及び内部抵抗差の推移の一例を示すグラフである。図７に示すように、現在の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｃが上限ＳＯＣ時の蓄電器１０３の端子電圧Ｖｈに近づいていくに従って、図８に示すように、現在の内部電圧値が増加していき、内部抵抗差が０に近づいていく。内部抵抗差が０のときは蓄電器のＳＯＣが上限ＳＯＣのときであるが、本実施形態では、図８に示すように、内部抵抗差が所定値以下（例えば７５ｍΩ以下）になったとき（ｔ＝ｔｂ）、残容量推定部１１１によって推定された積算ＳＯＣを上限側の適正値に変更する。

本実施形態では、内部抵抗差が零になる前に積算ＳＯＣを上限側の適正値に変更する。図２のグラフに示すように、蓄電器１０３のＳＯＣが約３５％〜約８０％の間であれば連続出力電圧を供給できるため、本実施形態では、内部抵抗差が所定値以下(例えば７５ｍΩ以下）になったとき（ｔ＝ｔｂ）、残容量推定部１１１によって推定された積算ＳＯＣを上限側の適正値である６５％に変更する。このときの適正値は、図９に示すように、蓄電器１０３は補正前と同じ連続出力電圧を供給できるように設定する。

積算ＳＯＣを上限側の適正値に変更したことにより、制御部１２１は、内部抵抗差が零になる前の早い段階から蓄電器１０３を放電するよう制御する。図１０は、車両がクルージング走行しているため蓄電器１０３が充電している時に内部抵抗差が所定値となったため、積算ＳＯＣ（制御ＳＯＣ）を上限側の適正値に上げ、その後、蓄電器１０３を放電したときの（ａ）内部抵抗差、（ｂ）クルージング走行判定フラグ及び（ｃ）制御ＳＯＣの推移を示すグラフである。図１０（ｃ）中の一点鎖線は、従来の場合の制御ＳＯＣの推移を示す。この一点鎖線に示されるように、従来は、制御ＳＯＣが急激に上限ＳＯＣまで増加した後、放電を開始する。一方、本実施形態では、制御ＳＯＣが上限ＳＯＣまで増加する前に制御ＳＯＣを補正して、蓄電器１０３の放電を開始する。したがって、蓄電器１０３が過充電される可能性を低くすることができる。

以上説明した放電時又は充電時における内部抵抗差に応じた制御ＳＯＣの補正であれば、蓄電器１０３のＳＯＣを高い精度で検出しつつ、車両の登坂時又はクルージング走行時に制御ＳＯＣの補正が行われても、運転者は走行性に違和感を感じない。また、蓄電器１０３の実ＳＯＣが上限ＳＯＣ又は下限ＳＯＣとなる前に充放電が行われるため、蓄電器１０３の耐久性に悪影響を及ぼす可能性は低い。

なお、上記説明した制御ＳＯＣの補正は、充放電電流が所定値以下のときに限って行っても良い。また、制御ＳＯＣの補正後に行う充放電は、通常の充放電よりも急速に行っても良い。

本発明に係る一実施形態の蓄電容量制御装置を含む車両の内部構成を示すブロック図 蓄電器の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）に対する連続出力電圧を示すグラフ 現在の蓄電器の端子電圧Ｖｃ、下限ＳＯＣ時の蓄電器の端子電圧Ｖｌ及び放電電流Ｉｄの推移の一例を示すグラフ 現在の蓄電器内部抵抗値、下限ＳＯＣ時の蓄電器の内部抵抗値及び内部抵抗差の推移の一例を示すグラフ 下限側への制御ＳＯＣの補正と連続出力電圧との関係を示す図 車両が登坂しているため蓄電器が放電している時に内部抵抗差が所定値となったため、積算ＳＯＣ（制御ＳＯＣ）を下限側の適正値に下げ、その後、蓄電器を充電したときの（ａ）内部抵抗差、（ｂ）登坂判定フラグ及び（ｃ）制御ＳＯＣの推移を示すグラフ 現在の蓄電器の端子電圧Ｖｃ、上限ＳＯＣ時の蓄電器の端子電圧Ｖｈ及び充電電流Ｉｃの推移の一例を示すグラフ 現在の蓄電器の内部抵抗値、上限ＳＯＣ時の蓄電器の内部抵抗値及び内部抵抗差の推移の一例を示すグラフ 上限側への制御ＳＯＣの補正と連続出力電圧との関係を示す図 車両がクルージング走行しているため蓄電器が充電している時に内部抵抗差が所定値となったため、積算ＳＯＣ（制御ＳＯＣ）を上限側の適正値に上げ、その後、蓄電器を放電したときの（ａ）内部抵抗差、（ｂ）クルージング走行判定フラグ及び（ｃ）制御ＳＯＣの推移を示すグラフ 蓄電セルのＳＯＣと開放電圧（ＯＣＶ）の関係を示すグラフ （ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の制御ＳＯＣ及び実ＳＯＣの範囲を示す図 （ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の低下する制御ＳＯＣの推移を示す図 末期の蓄電器での低下する制御ＳＯＣの制御によって変化した蓄電器の出力変化を示す図 （ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の制御ＳＯＣ及び実ＳＯＣの範囲を示す図 （ａ）初期及び（ｂ）末期における蓄電器の増加する制御ＳＯＣの推移を示す図 末期の蓄電器での増加する制御ＳＯＣの制御によって変化した蓄電器の出力変化を示す図

符号の説明

Ｅ 内燃機関
Ｍ 電動機
Ｔ 変速機構
Ｗ 駆動輪
１０１ 電動機駆動部
１０３ 蓄電器
１０５ 電流検出部
１０７ 電圧検出部
１０９ 温度検出部
１１１ 残容量推定部
１１３ 指令部
１１５ 回転数センサ
１１７ 走行状態検出部
１１９ 記憶部
１２１ 制御部

Claims (14)

1. 所定の下限蓄電容量付近で蓄電容量の低下に従って内部抵抗が増加する蓄電器の蓄電容量を推定する蓄電容量推定部と、
   前記蓄電器の放電時、前記蓄電器の内部抵抗値と、前記下限蓄電容量時の前記蓄電器の内部抵抗値との差である内部抵抗差が所定値以下になったとき、前記蓄電容量推定部によって推定された推定蓄電容量を下限側の適正値に変更する蓄電容量補正部と、
   を備えたことを特徴とする蓄電容量制御装置。
2. 請求項１に記載の蓄電容量制御装置であって、
   前記蓄電器の充放電電流を検出する電流検出部と、
   前記蓄電器の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電器の蓄電容量が前記下限蓄電容量時の端子電圧を記憶する記憶部と、を備え、
   前記蓄電容量補正部は、前記電圧検出部によって検出された前記蓄電器の端子電圧と、前記下限蓄電容量時の前記蓄電器の端子電圧との差を、前記電流検出部によって検出された前記蓄電器の放電電流の値で除算することによって、前記内部抵抗差を算出することを特徴とする蓄電容量制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の蓄電容量制御装置であって、
   前記推定蓄電容量に応じて前記蓄電器の充放電を制御する充放電制御部を備え、
   前記充放電制御部は、前記蓄電容量補正部が前記推定蓄電容量を前記下限側の適正値に変更したとき、前記蓄電器の充電を開始することを特徴とする蓄電容量制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
   前記下限側の適正値は、前記推定蓄電容量よりも低い値であり、前記内部抵抗差が前記所定値のときの前記推定蓄電容量に対応する前記蓄電器の連続出力電力と同一の連続出力電力を出力可能な蓄電容量値であることを特徴とする蓄電容量制御装置。
5. 所定の上限蓄電容量付近で蓄電容量の増加に従って内部抵抗が増加する蓄電器の蓄電容量を推定する蓄電容量推定部と、
   前記蓄電器の充電時、前記蓄電器の内部抵抗値と、前記上限蓄電容量時の前記蓄電器の内部抵抗値との差である内部抵抗差が所定値以下になったとき、前記蓄電容量推定部によって推定された推定蓄電容量を上限側の適正値に変更する蓄電容量補正部と、
   を備えたことを特徴とする蓄電容量制御装置。
6. 請求項５に記載の蓄電容量制御装置であって、
   前記蓄電器の充放電電流を検出する電流検出部と、
   前記蓄電器の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電器の蓄電容量が前記上限蓄電容量時の端子電圧を記憶する記憶部と、を備え、
   前記蓄電容量補正部は、前記電圧検出部によって検出された前記蓄電器の端子電圧と、前記上限蓄電容量時の前記蓄電器の端子電圧との差を、前記電流検出部によって検出された前記蓄電器の充電電流の値で除算することによって、前記内部抵抗差を算出することを特徴とする蓄電容量制御装置。
7. 請求項５又は６に記載の蓄電容量制御装置であって、
   前記推定蓄電容量に応じて前記蓄電器の充放電を制御する充放電制御部を備え、
   前記充放電制御部は、前記蓄電容量補正部が前記推定蓄電容量を前記上限側の適正値に変更したとき、前記蓄電器の放電を開始することを特徴とする蓄電容量制御装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
   前記上限側の適正値は、前記推定蓄電容量よりも高い値であり、前記内部抵抗差が前記所定値のときの前記推定蓄電容量に対応する前記蓄電器の連続出力電力と同一の連続出力電力を出力可能な蓄電容量値であることを特徴とする蓄電容量制御装置。
9. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
   駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、
   当該蓄電容量制御装置は、前記車両の走行抵抗を推定する走行抵抗推定部を備え、
   前記蓄電容量補正部は、前記走行抵抗推定部によって推定された走行抵抗が所定値以上のときに動作することを特徴とする蓄電容量制御装置。
10. 請求項５〜８のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
    駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、
    当該蓄電容量制御装置は、前記車両の走行抵抗を推定する走行抵抗推定部を備え、
    前記蓄電容量補正部は、前記走行抵抗推定部によって推定された走行抵抗が所定値以上のときに動作することを特徴とする蓄電容量制御装置。
11. 請求項１〜４及び請求項９のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
    駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、
    前記蓄電容量補正部は、前記車両が登坂走行時に動作することを特徴とする蓄電容量制御装置。
12. 請求項５〜８及び請求項１０のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
    駆動源として電動機が搭載された車両に設けられた前記蓄電器は、前記電動機に電力を供給し、
    前記蓄電容量補正部は、前記車両がクルージング走行時に動作することを特徴とする蓄電容量制御装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
    前記蓄電容量補正部は、前記蓄電器の充放電電流が所定値範囲内のときに動作することを特徴とする蓄電容量制御装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の蓄電容量制御装置であって、
    前記蓄電容量推定部は、前記蓄電器の充放電電流の積算に基づいて前記蓄電器の蓄電容量を推定することを特徴とする蓄電容量制御装置。

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